用于全固態(tài)量子點敏化太陽能電池的偶氮吡嗪/噠嗪類雙電荷有機(jī)空穴傳輸材料【技術(shù)領(lǐng)域】：本發(fā)明屬于太陽能電池技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及偶氮吡嗪/噠嗪類雙電荷有機(jī)空穴傳輸材料在全固態(tài)量子點敏化太陽能電池中的應(yīng)用。

背景技術(shù)：
：量子點敏化太陽能電池采用窄帯隙的無機(jī)量子點(quantumdots，QDs)材料如CdSe、CdS等吸附在寬帯隙的無機(jī)半導(dǎo)體如二氧化鈦上作為光陽極而制作的。這種窄帯隙的無機(jī)量子點材料具有如下優(yōu)點：1)QDs的帯隙可以通過改變顆粒的大小實現(xiàn)可控調(diào)節(jié)，進(jìn)而可以調(diào)控QDs的光譜響應(yīng)范圍，以達(dá)到和太陽光譜良好的匹配；2)QDs具有高的摩爾消光系數(shù)，可以提高太陽光的利用率；3)量子點敏化太陽能電池可以利用熱電子產(chǎn)生多個電子空穴對，因此具有更高的理論轉(zhuǎn)化效率(44％)。電解質(zhì)作為量子點敏化太陽能電池的重要組成材料，一般是將氧化還原電對溶解在特定的溶劑中制備。在電池的工作中，通過向QDs傳遞電子實現(xiàn)QDs的再生，并通過在光陰極接受電子而使電池完成一個完整的循環(huán)。因此，電解質(zhì)的性能對量子點敏化太陽能電池的效率有著至關(guān)重要的影響。目前常用的電解質(zhì)是以水為溶劑的多硫電解質(zhì)。然而，這種以水做溶劑的電解質(zhì)不可避免的會存在揮發(fā)泄露的問題，嚴(yán)重影響了電池的穩(wěn)定性，很難滿足實際應(yīng)用的需要。采用有機(jī)空穴傳輸材料代替液態(tài)電解質(zhì)可以組裝成全固態(tài)量子點敏化太陽能電池，能解決液態(tài)電解質(zhì)的揮發(fā)泄露問題。目前報道的有機(jī)空穴傳輸材料spiro-OMeDAT，也是從染料敏化太陽能電池中轉(zhuǎn)借而來，并不能很好的滿足量子點敏化太陽能電池的需要，因此效率非常低(遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于1％)，高效的有機(jī)空穴傳輸材料電解質(zhì)還沒有被研制出來。用于量子點敏化太陽能電池的有機(jī)空穴傳輸材料應(yīng)當(dāng)具有：(1)較高的空穴遷移率，能有效的實現(xiàn)電荷遷移，為了匹配量子點敏化電池?zé)犭娮赢a(chǎn)生多個電子空穴對，空穴傳輸材料最好有多個空穴傳輸中心，實現(xiàn)能級優(yōu)化匹配；(2)有機(jī)空穴傳輸材料和多孔的二氧化鈦膜之間的接觸要好；3)注入到二氧化鈦膜內(nèi)的電子和空穴傳輸材料中的空穴之間的暗反應(yīng)要小?；诖耍緦＠岢鰞深愑糜谌虘B(tài)量子點敏化太陽能電池的偶氮吡嗪類雙電荷有機(jī)空穴傳輸材料和偶氮噠嗪類雙電荷有機(jī)空穴傳輸材料，其特征在于所述的有機(jī)空穴傳輸材料為偶氮吡嗪類時，以偶氮吡嗪和氧化偶氮吡嗪為兩個活性中心，在電池工作時，可以傳輸兩個空穴；所述的有機(jī)空穴傳輸材料為偶氮噠嗪類時，以偶氮噠嗪和氧化偶氮噠嗪為兩個活性中心，在電池工作時，可以傳輸兩個空穴。兩類空穴傳輸材料的兩端分別連接有烷基和硅氧烷羥基，一方面可以增加材料的柔性，抑制結(jié)晶，提高空穴傳輸效率，另一方面硅氧烷羥基可以利用羥基與二氧化鈦作用，增加了空穴傳輸材料和二氧化鈦膜的接觸性，這種作用抑制了二氧化鈦中的電子和空穴傳輸材料中的空穴的復(fù)合，減小了暗反應(yīng)，取得了良好的效果。對已公布的專利和文獻(xiàn)進(jìn)行檢索，未發(fā)現(xiàn)相關(guān)內(nèi)容。本發(fā)明專利具有明顯的實用性、新穎性和創(chuàng)新性。

技術(shù)實現(xiàn)要素：
：在量子點敏化太陽能電池工作的時候，量子點敏化太陽能電池可以利用熱電子產(chǎn)生多個電子空穴對，因此，設(shè)計具有雙電荷傳輸功能的有機(jī)空穴傳輸材料，能夠很好的匹配熱電子產(chǎn)生多個電子空穴對的特征，這在以往的研究論文和專利中沒有被提出，本發(fā)明首次提出這一概念。作為實現(xiàn)載體，兩類用于全固態(tài)量子點敏化太陽能電池的偶氮吡嗪類雙電荷有機(jī)空穴傳輸材料(結(jié)構(gòu)式為A)和偶氮噠嗪類雙電荷有機(jī)空穴傳輸材料(結(jié)構(gòu)式為B)，其特征在于所述的有機(jī)空穴傳輸材料為偶氮吡嗪類時，以偶氮吡嗪和氧化偶氮吡嗪為兩個活性中心，在電池工作時，可以傳輸兩個空穴；所述的有機(jī)空穴傳輸材料為偶氮噠嗪類時，以偶氮噠嗪和氧化偶氮噠嗪為兩個活性中心，在電池工作時，可以傳輸兩個空穴。R1為氫原子，也可以為碳原子數(shù)小于6的烷烴，硅原子上連接烷羥基，n＝1～6。兩端的烷基和硅氧烷羥基，一方面可以增加材料的柔性，抑制結(jié)晶，提高空穴傳輸效率，另一方面硅氧烷羥基可以利用羥基與二氧化鈦作用，增加了空穴傳輸材料和二氧化鈦膜的接觸性，這種作用抑制了二氧化鈦中的電子和空穴傳輸材料中的空穴的復(fù)合，減小了暗反應(yīng)。對于偶氮吡嗪類空穴傳輸材料，在電池工作時，量子點上的空穴可以傳遞給偶氮吡嗪和氧化偶氮吡嗪兩個空穴接受單元，根據(jù)空穴能級不同，一般，高能級空穴傾向于與偶氮吡嗪單元結(jié)合，低能級空穴更容易和氧化偶氮吡嗪中心結(jié)合，這有利于實現(xiàn)電荷的快速高效轉(zhuǎn)移，也能夠提高開路電壓，最終得到較高的光電轉(zhuǎn)化效率。對于偶氮噠嗪類空穴傳輸材料，在電池工作時，量子點上的空穴可以傳遞給偶氮噠嗪和氧化偶氮噠嗪兩個空穴接受單元，根據(jù)空穴能級不同，一般，高能級空穴傾向于與偶氮噠嗪單元結(jié)合，低能級空穴更容易和氧化偶氮噠嗪中心結(jié)合，這有利于實現(xiàn)電荷的快速高效轉(zhuǎn)移，也能夠提高開路電壓，最終得到較高的光電轉(zhuǎn)化效率。對兩類材料，R1為氫原子，也可以為碳原子數(shù)小于6的烷烴。空穴傳輸材料的另一端連接有硅氧烷羥基，n＝1～6。兩端的R1及硅氧烷羥基可以增加材料的柔性，抑制結(jié)晶，提高空穴傳輸效率，硅氧烷羥基可以利用羥基與二氧化鈦作用，增加了空穴傳輸材料和二氧化鈦膜的接觸性，這種作用抑制了二氧化鈦中的電子和空穴傳輸材料中的空穴的復(fù)合，減小了暗反應(yīng)?！颈景l(fā)明的技術(shù)方案】：本發(fā)明提出了兩類用于全固態(tài)量子點敏化太陽能電池的偶氮吡嗪類雙電荷有機(jī)空穴傳輸材料和偶氮噠嗪類雙電荷有機(jī)空穴傳輸材料，其特征在于所述的有機(jī)空穴傳輸材料為偶氮吡嗪類時，以偶氮吡嗪和氧化偶氮吡嗪為兩個活性中心，在電池工作時，可以傳輸兩個空穴；所述的有機(jī)空穴傳輸材料為偶氮噠嗪類時，以偶氮噠嗪和氧化偶氮噠嗪為兩個活性中心，在電池工作時，可以傳輸兩個空穴。R1為氫原子，也可以為碳原子數(shù)小于6的烷烴，硅原子上連接烷羥基，n＝1～6。本發(fā)明提出雙電荷有機(jī)空穴傳輸材料，并用偶氮吡嗪和氧化偶氮吡嗪/偶氮噠嗪和氧化偶氮噠嗪分別作為活性中心來實現(xiàn)是本發(fā)明的新意之一；利用有機(jī)分子和無機(jī)半導(dǎo)體相互作用的概念來設(shè)計量子點敏化太陽能電池的電解質(zhì)，并對硅氧烷羥基進(jìn)行創(chuàng)造性的利用，是本發(fā)明的另一新意，所組裝的電池取得了良好的轉(zhuǎn)化效率，結(jié)果具有一定的先進(jìn)性。所述的全固態(tài)量子點敏化太陽能電池的組裝過程如下：1)采用絲網(wǎng)印刷的方法將二氧化鈦漿料印刷在導(dǎo)電玻璃(1)上，通過印刷的次數(shù)控制厚度，將印好的二氧化鈦膜高溫煅燒，以除掉漿料中的有機(jī)物，并提高二氧化鈦納米顆粒之間的接觸緊密程度；2)煅燒后的二氧化鈦膜(2)浸入半胱氨酸的水溶液，然后用丙酮清洗，最后放入CdSe量子點的甲苯溶液，使CdSe量子點(3)吸附在二氧化鈦電極上得到光陽極，3)將電荷有機(jī)空穴傳輸材料(4)溶解在易揮發(fā)的乙腈、二氯甲烷、乙醇任意一種溶劑中，濃度為0.01～0.5mol/L；4)將上述的溶液用旋涂的方法滴加在光陽極上，以便使有機(jī)空穴傳輸材料溶液更好的浸入光陽極中，并加速溶劑的揮發(fā)；5)在含有有機(jī)空穴傳輸材料的光陽極上蒸金，作為對電極(5)，得到完整的全固態(tài)量子點敏化太陽能電池。吡嗪類有機(jī)空穴傳輸材料組裝的全固態(tài)量子點敏化太陽能電池達(dá)到了～4.5％的光電轉(zhuǎn)化效率。噠嗪類有機(jī)空穴傳輸材料組裝的全固態(tài)量子點敏化太陽能電池達(dá)到了～4.8％的光電轉(zhuǎn)化效率?！颈景l(fā)明的優(yōu)點及效果】：本發(fā)明專利提供用于全固態(tài)量子點敏化太陽能電池的雙電荷有機(jī)空穴傳輸材料，其具有以下優(yōu)點和有益效果：1)含有雙電荷中心：偶氮吡嗪和氧化偶氮吡嗪/偶氮噠嗪和氧化偶氮噠嗪。根據(jù)空穴能級不同，高能級空穴傾向于與偶氮吡嗪或噠嗪單元結(jié)合，低能級空穴更容易和氧化偶氮吡嗪或噠嗪中心結(jié)合，這有利于實現(xiàn)電荷的快速高效轉(zhuǎn)移，也能夠提高開路電壓，最終得到較高的光電轉(zhuǎn)化效率。2)在雙電荷有機(jī)空穴傳輸材料上引入了硅氧烷羥基，利用羥基和二氧化鈦膜進(jìn)行作用，一方面增加了空穴傳輸材料和二氧化鈦膜的接觸性，另一方面，這種作用抑制了二氧化鈦中的電子和空穴傳輸材料中的空穴的復(fù)合，減小了暗反應(yīng)，取得了良好的效果。【附圖說明】：圖1是基于偶氮吡嗪/噠嗪類雙電荷有機(jī)空穴傳輸材料的全固態(tài)量子點敏化太陽能電池的結(jié)構(gòu)示意圖。【具體實施方式】：下面結(jié)合實施例對本發(fā)明內(nèi)容做進(jìn)一步說明，但本發(fā)明保護(hù)范圍不僅限于以下實施例，凡是屬于本發(fā)明內(nèi)容等同的技術(shù)方案，均屬于本專利的保護(hù)范圍。1)采用絲網(wǎng)印刷的方法將二氧化鈦漿料印刷在導(dǎo)電玻璃(1)上，二氧化鈦漿料的配方為：0.26g乙基纖維素和0.95g二氧化鈦納米顆粒(P25)分散在5mL松油醇中。印刷1層，得到2微米厚的二氧化鈦膜，將印好的二氧化鈦450℃煅燒半小時，以除掉漿料中的有機(jī)物，并提高二氧化鈦納米顆粒之間的接觸緊密程度；2)制備好的二氧化鈦膜(2)浸入半胱氨酸的水溶液，在70℃下放置1小時，然后用丙酮清洗。最后放入CdSe量子點的甲苯溶液，24小時，得到量子點(3)敏化的二氧化鈦電極，即光陽極；3)將雙電荷有機(jī)空穴傳輸材料(4)，溶解在乙腈中，濃度為0.25mol/L；4)將上述的溶液用旋涂的方法滴加在光陽極上，以便使有機(jī)空穴傳輸材料溶液更好的浸入光陽極中，并加速溶劑的揮發(fā)；5)待溶劑揮發(fā)干，在含有有機(jī)空穴傳輸材料的光陽極上蒸金，作為對電極(5)，金的厚度為100nm，得到完整的全固態(tài)量子點敏化太陽能電池。吡嗪類有機(jī)空穴傳輸材料組裝的全固態(tài)量子點敏化太陽能電池達(dá)到了～4.5％的光電轉(zhuǎn)化效率。噠嗪類有機(jī)空穴傳輸材料組裝的全固態(tài)量子點敏化太陽能電池達(dá)到了～4.8％的光電轉(zhuǎn)化效率。