本發(fā)明涉及一種太陽能電池用光敏染料的制備方法，屬于光敏染料技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

隨著化石能源的不斷開采而導(dǎo)致全球能源危機(jī)的日益增強(qiáng)，越來越多的國家開始意識(shí)到用新的清潔可再生能源代替化石能源的重要性。目前人們主要研究的能源包括太陽能、風(fēng)能、水能、生物質(zhì)能、核能等。其中太陽能作為整個(gè)太陽系中最廣泛的能源，與其它能源相比，太陽能具有能量大、安全、清潔、不受地理?xiàng)l件限制、取之不盡、用之不竭等優(yōu)點(diǎn)，逐漸受到人們的高度重視。

染料敏化太陽能電池( DSSC) 作為新一代的太陽能電池，具備價(jià)格低廉、制作工藝簡單、無毒、環(huán)保、等特點(diǎn)，展現(xiàn)出了它無法估量的應(yīng)用前景，讓DSSC取代傳統(tǒng)硅系太陽能電池的領(lǐng)域主導(dǎo)地位成為可能。染料在染料敏化太陽能電池中具有非常重要的作用，它們通過吸收太陽光將基態(tài)的電子激發(fā)至激發(fā)態(tài)，然后再注入半導(dǎo)體的導(dǎo)帶，而空穴則留在染料分子中，實(shí)現(xiàn)電荷分離。染料敏化劑起著收集能量的作用，類似于葉綠素和胡蘿卜素在自然界光合作用中所起到的作用。

染料敏化劑的性能直接影響到器件的效率，具有非常重要的作用。

但其還未能達(dá)到大規(guī)模的產(chǎn)業(yè)化，其中一個(gè)重要的原因是大多數(shù)DSSC中的敏化劑均以人工合成染料為主，而人工合成染料含有貴金屬元素，合成過程復(fù)雜，分離困難，成本高，且污染環(huán)境，致使其大規(guī)模推廣使用受到限制。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題：針對(duì)人工合成染料含有貴金屬元素，合成過程復(fù)雜，分離困難，成本高，且污染環(huán)境的問題，本發(fā)明提供了一種太陽能電池用光敏染料的制備方法，本發(fā)明采用葡萄皮和胡蘿卜為原料，提取高純花青素和β-胡蘿卜素，并分別配置成染料溶液，將兩種染料溶液混合，最后調(diào)節(jié)混合染料pH，制得太陽能電池用光敏染料，本發(fā)明采用天然染料代替人工合成染料，其來源廣泛，提取方法簡單，成本低廉，摩爾吸光系數(shù)高，且無環(huán)境污染，本發(fā)明制得的復(fù)合染料共敏化電極敏化速率快，吸收光譜寬，制成太陽能電池光電轉(zhuǎn)化效率高，是一種優(yōu)良的光敏染料。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：

（1）稱取300~500g新鮮紫色葡萄皮，用去離子水洗滌葡萄皮2~3次，并將葡萄皮置于避光通風(fēng)處晾干，將晾干后的葡萄皮裝入研缽中研磨10~15min，轉(zhuǎn)入棕色廣口瓶中，加入200~300mL無水乙醇，用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1%鹽酸調(diào)節(jié)pH為1~2，并用300W超聲波超聲20~30min，在40~50℃恒溫水浴下浸提4~5h后，置于4~5℃避光處靜置20~24h，將混合液抽濾，收集濾液，濾渣重復(fù)提取1~2次，合并濾液裝入旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀中蒸發(fā)至膏狀，得粗提葡萄皮花青素；

（2）將上述粗提葡萄皮花青素，加入10~20mL無水乙醇中，以200~300r/min攪拌至色素完全溶解，加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%醋酸鉛溶液沉降色素至無沉淀產(chǎn)生，抽濾，將沉淀浸泡在100~200mL質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%氯化氫乙醇溶液中，以200~300r/min攪拌10~15min，抽濾，收集濾液裝入旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀中蒸發(fā)至膏狀，轉(zhuǎn)入冷凍干燥箱中凍干，得高純葡萄皮花青素，備用；

（3）稱取300~500g新鮮胡蘿卜，用去離子水洗滌3~5次后，切成1~5mm碎塊，將胡蘿卜碎塊浸泡在質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%氯化鈉丙酮溶液中脫水處理1~2h，加入50~100mL乙酸乙酯，在30~35℃恒溫水浴下，用300W超聲波超聲輔助萃取30~40min，靜置1~2h，收集上清液，得萃取液，再加入50~100mL乙酸乙酯重復(fù)萃取1~3次，合并萃取液，裝入旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀中蒸發(fā)濃縮至原液體積的30~40%，將濃縮后的萃取液通過酸性氧化鋁吸附柱2~3次，再用30~50mL石油醚以1~2mL/min通過吸附柱，收集洗脫液，重復(fù)洗脫2~3次，合并洗脫液，裝入旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀中蒸發(fā)至膏狀，轉(zhuǎn)入冷凍干燥箱中凍干，得β-胡蘿卜素；

（4）稱取0.10~0.12g上述步驟（2）制備的高純葡萄皮花青素加入1.0~1.1L去離子水中，攪拌混合均勻，得高純葡萄皮花青素染料，稱取5~6mg上述β-胡蘿卜素加入0.9~1.0L去離子水中，攪拌混合均勻，得β-胡蘿卜素染料，量取300~500mL高純葡萄皮花青素染料與300~500mLβ-胡蘿卜素染料混合，并用冰醋酸調(diào)節(jié)pH為2~3，得太陽能電池用光敏染料。

本發(fā)明的應(yīng)用方法是：將納米二氧化鈦多孔半導(dǎo)體薄膜浸泡在本發(fā)明制備的太陽能電池用光敏染料中敏化12~15min，并組裝成太陽能電池，其光電轉(zhuǎn)化率為3~5%，本發(fā)明制備的太陽能電池用光敏染料吸收光譜為300~600nm。

本發(fā)明的有益技術(shù)效果是：

（1）本發(fā)明制備的太陽能電池用光敏染料吸收光譜寬，敏化時(shí)間短，光電轉(zhuǎn)化率高；

（2）本發(fā)明原料來源廣泛，提取方法簡單，成本低廉，摩爾吸光系數(shù)高，且無環(huán)境污染。

具體實(shí)施方式

稱取300~500g新鮮紫色葡萄皮，用去離子水洗滌葡萄皮2~3次，并將葡萄皮置于避光通風(fēng)處晾干，將晾干后的葡萄皮裝入研缽中研磨10~15min，轉(zhuǎn)入棕色廣口瓶中，加入200~300mL無水乙醇，用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1%鹽酸調(diào)節(jié)pH為1~2，并用300W超聲波超聲20~30min，在40~50℃恒溫水浴下浸提4~5h后，置于4~5℃避光處靜置20~24h，將混合液抽濾，收集濾液，濾渣重復(fù)提取1~2次，合并濾液裝入旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀中蒸發(fā)至膏狀，得粗提葡萄皮花青素；將上述粗提葡萄皮花青素，加入10~20mL無水乙醇中，以200~300r/min攪拌至色素完全溶解，加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%醋酸鉛溶液沉降色素至無沉淀產(chǎn)生，抽濾，將沉淀浸泡在100~200mL質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%氯化氫乙醇溶液中，以200~300r/min攪拌10~15min，抽濾，收集濾液裝入旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀中蒸發(fā)至膏狀，轉(zhuǎn)入冷凍干燥箱中凍干，得高純葡萄皮花青素；稱取300~500g新鮮胡蘿卜，用去離子水洗滌3~5次后，切成1~5mm碎塊，將胡蘿卜碎塊浸泡在質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%氯化鈉丙酮溶液中脫水處理1~2h，加入50~100mL乙酸乙酯，在30~35℃恒溫水浴下，用300W超聲波超聲輔助萃取30~40min，靜置1~2h，收集上清液，得萃取液，再加入50~100mL乙酸乙酯重復(fù)萃取1~3次，合并萃取液，裝入旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀中蒸發(fā)濃縮至原液體積的30~40%，將濃縮后的萃取液通過酸性氧化鋁吸附柱2~3次，再用30~50mL石油醚以1~2mL/min通過吸附柱，收集洗脫液，重復(fù)洗脫2~3次，合并洗脫液，裝入旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀中蒸發(fā)至膏狀，轉(zhuǎn)入冷凍干燥箱中凍干，得β-胡蘿卜素；稱取0.10~0.12g上述高純葡萄皮花青素加入1.0~1.1L去離子水中，攪拌混合均勻，得高純葡萄皮花青素染料，稱取5~6mg上述β-胡蘿卜素加入0.9~1.0L去離子水中，攪拌混合均勻，得β-胡蘿卜素染料，量取300~500mL高純葡萄皮花青素染料與300~500mLβ-胡蘿卜素染料混合，并用冰醋酸調(diào)節(jié)pH為2~3，得太陽能電池用光敏染料。

實(shí)例1

稱取300g新鮮紫色葡萄皮，用去離子水洗滌葡萄皮2次，并將葡萄皮置于避光通風(fēng)處晾干，將晾干后的葡萄皮裝入研缽中研磨10min，轉(zhuǎn)入棕色廣口瓶中，加入200mL無水乙醇，用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1%鹽酸調(diào)節(jié)pH為1，并用300W超聲波超聲20min，在40℃恒溫水浴下浸提4h后，置于4℃避光處靜置20h，將混合液抽濾，收集濾液，濾渣重復(fù)提取1次，合并濾液裝入旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀中蒸發(fā)至膏狀，得粗提葡萄皮花青素；將上述粗提葡萄皮花青素，加入10mL無水乙醇中，以200r/min攪拌至色素完全溶解，加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%醋酸鉛溶液沉降色素至無沉淀產(chǎn)生，抽濾，將沉淀浸泡在100mL質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%氯化氫乙醇溶液中，以200r/min攪拌10min，抽濾，收集濾液裝入旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀中蒸發(fā)至膏狀，轉(zhuǎn)入冷凍干燥箱中凍干，得高純葡萄皮花青素；稱取300g新鮮胡蘿卜，用去離子水洗滌3次后，切成1mm碎塊，將胡蘿卜碎塊浸泡在質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%氯化鈉丙酮溶液中脫水處理1h，加入50mL乙酸乙酯，在30℃恒溫水浴下，用300W超聲波超聲輔助萃取30min，靜置1h，收集上清液，得萃取液，再加入50mL乙酸乙酯重復(fù)萃取1次，合并萃取液，裝入旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀中蒸發(fā)濃縮至原液體積的30%，將濃縮后的萃取液通過酸性氧化鋁吸附柱2次，再用30mL石油醚以1mL/min通過吸附柱，收集洗脫液，重復(fù)洗脫2次，合并洗脫液，裝入旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀中蒸發(fā)至膏狀，轉(zhuǎn)入冷凍干燥箱中凍干，得β-胡蘿卜素；稱取0.10g上述高純葡萄皮花青素加入1.0L去離子水中，攪拌混合均勻，得高純葡萄皮花青素染料，稱取5mg上述β-胡蘿卜素加入0.9L去離子水中，攪拌混合均勻，得β-胡蘿卜素染料，量取300mL高純葡萄皮花青素染料與300mLβ-胡蘿卜素染料混合，并用冰醋酸調(diào)節(jié)pH為2，得太陽能電池用光敏染料。

本發(fā)明的應(yīng)用方法是：將納米二氧化鈦多孔半導(dǎo)體薄膜浸泡在本發(fā)明制備的太陽能電池用光敏染料中敏化12min，并組裝成太陽能電池，其光電轉(zhuǎn)化率為3%，本發(fā)明制備的太陽能電池用光敏染料吸收光譜為300~600nm。

實(shí)例2

稱取400g新鮮紫色葡萄皮，用去離子水洗滌葡萄皮3次，并將葡萄皮置于避光通風(fēng)處晾干，將晾干后的葡萄皮裝入研缽中研磨12min，轉(zhuǎn)入棕色廣口瓶中，加入250mL無水乙醇，用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1%鹽酸調(diào)節(jié)pH為2，并用300W超聲波超聲25min，在45℃恒溫水浴下浸提4.5h后，置于4.5℃避光處靜置22h，將混合液抽濾，收集濾液，濾渣重復(fù)提取2次，合并濾液裝入旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀中蒸發(fā)至膏狀，得粗提葡萄皮花青素；將上述粗提葡萄皮花青素，加入15mL無水乙醇中，以250r/min攪拌至色素完全溶解，加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%醋酸鉛溶液沉降色素至無沉淀產(chǎn)生，抽濾，將沉淀浸泡在150mL質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%氯化氫乙醇溶液中，以250r/min攪拌12min，抽濾，收集濾液裝入旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀中蒸發(fā)至膏狀，轉(zhuǎn)入冷凍干燥箱中凍干，得高純葡萄皮花青素；稱取400g新鮮胡蘿卜，用去離子水洗滌4次后，切成3mm碎塊，將胡蘿卜碎塊浸泡在質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%氯化鈉丙酮溶液中脫水處理1.5h，加入80mL乙酸乙酯，在32℃恒溫水浴下，用300W超聲波超聲輔助萃取35min，靜置1.5h，收集上清液，得萃取液，再加入80mL乙酸乙酯重復(fù)萃取2次，合并萃取液，裝入旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀中蒸發(fā)濃縮至原液體積的35%，將濃縮后的萃取液通過酸性氧化鋁吸附柱2次，再用40mL石油醚以1.5mL/min通過吸附柱，收集洗脫液，重復(fù)洗脫2次，合并洗脫液，裝入旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀中蒸發(fā)至膏狀，轉(zhuǎn)入冷凍干燥箱中凍干，得β-胡蘿卜素；稱取0.11g上述高純葡萄皮花青素加入1.0L去離子水中，攪拌混合均勻，得高純葡萄皮花青素染料，稱取5mg上述β-胡蘿卜素加入1.0L去離子水中，攪拌混合均勻，得β-胡蘿卜素染料，量取400mL高純葡萄皮花青素染料與400mLβ-胡蘿卜素染料混合，并用冰醋酸調(diào)節(jié)pH為3，得太陽能電池用光敏染料。

本發(fā)明的應(yīng)用方法是：將納米二氧化鈦多孔半導(dǎo)體薄膜浸泡在本發(fā)明制備的太陽能電池用光敏染料中敏化13min，并組裝成太陽能電池，其光電轉(zhuǎn)化率為4%，本發(fā)明制備的太陽能電池用光敏染料吸收光譜為300~600nm。

實(shí)例3

稱取500g新鮮紫色葡萄皮，用去離子水洗滌葡萄皮3次，并將葡萄皮置于避光通風(fēng)處晾干，將晾干后的葡萄皮裝入研缽中研磨15min，轉(zhuǎn)入棕色廣口瓶中，加入300mL無水乙醇，用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1%鹽酸調(diào)節(jié)pH為1，并用300W超聲波超聲30min，在50℃恒溫水浴下浸提5h后，置于5℃避光處靜置24h，將混合液抽濾，收集濾液，濾渣重復(fù)提取2次，合并濾液裝入旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀中蒸發(fā)至膏狀，得粗提葡萄皮花青素；將上述粗提葡萄皮花青素，加入20mL無水乙醇中，以300r/min攪拌至色素完全溶解，加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%醋酸鉛溶液沉降色素至無沉淀產(chǎn)生，抽濾，將沉淀浸泡在200mL質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%氯化氫乙醇溶液中，以300r/min攪拌15min，抽濾，收集濾液裝入旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀中蒸發(fā)至膏狀，轉(zhuǎn)入冷凍干燥箱中凍干，得高純葡萄皮花青素；稱取500g新鮮胡蘿卜，用去離子水洗滌5次后，切成5mm碎塊，將胡蘿卜碎塊浸泡在質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%氯化鈉丙酮溶液中脫水處理2h，加入100mL乙酸乙酯，在35℃恒溫水浴下，用300W超聲波超聲輔助萃取40min，靜置2h，收集上清液，得萃取液，再加入100mL乙酸乙酯重復(fù)萃取3次，合并萃取液，裝入旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀中蒸發(fā)濃縮至原液體積的40%，將濃縮后的萃取液通過酸性氧化鋁吸附柱3次，再用50mL石油醚以2mL/min通過吸附柱，收集洗脫液，重復(fù)洗脫3次，合并洗脫液，裝入旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀中蒸發(fā)至膏狀，轉(zhuǎn)入冷凍干燥箱中凍干，得β-胡蘿卜素；稱取0.12g上述高純葡萄皮花青素加入1.1L去離子水中，攪拌混合均勻，得高純葡萄皮花青素染料，稱取6mg上述β-胡蘿卜素加入1.0L去離子水中，攪拌混合均勻，得β-胡蘿卜素染料，量取500mL高純葡萄皮花青素染料與500mLβ-胡蘿卜素染料混合，并用冰醋酸調(diào)節(jié)pH為2，得太陽能電池用光敏染料。

本發(fā)明的應(yīng)用方法是：將納米二氧化鈦多孔半導(dǎo)體薄膜浸泡在本發(fā)明制備的太陽能電池用光敏染料中敏化15min，并組裝成太陽能電池，其光電轉(zhuǎn)化率為5%，本發(fā)明制備的太陽能電池用光敏染料吸收光譜為300~600nm。