一種對高原天然染料敏化劑進行化學修飾的方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及太陽能電池技術領域，具體地說是涉及染料敏化太陽能電池的高原天 然染料敏化劑的改性。
【背景技術】
[0002] 染料敏化太陽能電池（Dye-sensitized solar cell，簡稱DSC)，又叫"Gratzel"電 池，是1991年瑞士洛桑聯邦理工（EPFL)的M ?Gratzel教授的團隊發明的一種新型高效太 陽能電池。不僅制作工藝非常簡單，而且不需要昂貴又耗能的高溫處理和高真空加工，因此 器件的生產成本十分低廉，據估計僅硅基太陽能電池的1 / 5左右。DSC的理論轉換效率很 同，可達33%，超過單晶硅基太陽能電池的理論轉換效率。基于以上原因，DSC也因而被認為 是傳統硅基電池的有力競爭者與替代者，在全球學術界與工業界吸引著越來越多的研究熱 情。
[0003] 染料敏化太陽能電池（DSC)是模擬植物光合作用進行光電轉換的一種電池，其中 染料敏化劑是DSC的關鍵組成部分，它吸附于納米多孔TiO 2薄膜的粒子，吸收太陽光產生 光電子，并將光電子注入到1102的導帶中。作為DSC的染料敏化劑需要對太陽光有良好的 吸收性能，帶有可以與TiO 2發生化學吸附的基團（如羥基、羧基、磷酸基等)，能夠向TiO 2注 入電子以及比較好的穩定性等。目前人們已經合成出了近千種染料，其中以釕的聯吡啶配 合物的光電性能最好，但由于它的成本比較高，合成困難，在一定程度上限制了它的大規模 的使用。
[0004] 天然染料敏化劑是直接從植物中提取的，獲得染料的過程相對簡單，生產成本較 低，且與環境友好，但是天然染料敏化劑作為DSC的染料敏化劑存在著一定的不足，導致天 然染料敏化太陽能電池的穩定性不理想，光電轉換效率不高。
【發明內容】
[0005] 本發明的目的是解決現有高原天然染料敏化劑光電轉換效率低的問題。提供一種 對現有的高原天然染料敏化劑進行化學修飾的方法，以提高高原天然染料敏化太陽能電池 的性能。
[0006] 本發明一種對高原天然染料敏化劑進行化學修飾的方法通過下述技術方案予以 實現：一種對高原天然染料敏化劑進行化學修飾的方法包括如下步驟： 步驟1 :將采摘自青藏高原的金蓮花的花瓣摘出，用清水洗凈陰干，然后放置在50°C的 鼓風干燥箱中干燥15min，粉碎，得到紅色花瓣粉末備用； 步驟2 :將0. 5克的金蓮花花瓣粉末放置在50ml的無水乙醇溶液中，避光保存并浸泡 過夜，溫度保持在35°C，然后利用抽濾漏斗抽濾得到金蓮花色素的原液； 步驟3 :利用旋轉蒸發儀，溫度在25°C - 40°C之間，當金蓮花色素原液濃縮至原溶液的 1 / 2時，利用石油醚進行萃取，重復2-3次，直至石油醚相無色，去除石油醚相； 步驟4 :將得到的乙醇相減壓蒸餾至溶劑完全除去，得到暗紅色的花青素； 步驟5 :利用50ml的DMF溶解0. 03g的花青素，加入0. 045ml的乙氯酰，同時緩慢升溫 至120°C下進行油浴反應3. 5h后，完成酯化反應部分； 步驟6 :反應完成后將體系加入圓底燒瓶中，進行減壓旋轉蒸發，除去溶劑以及多余的 乙酰氯后，即得到酯化后的花青素； 步驟7 :將得到酰化后的花青素利用正己烷和甲醇進行萃取提純，得到甲醇部分，并對 甲醇部分利用Sephades LH20層析柱進行純化，分離得到進行化學修飾后的高原天然染料 敏化劑。
[0007] 本發明一種對高原天然染料敏化劑進行化學修飾的方法與現有技術相比較有如 下有益效果：本發明首次提供了對用于染料敏化太陽能電池的高原天然染料敏化劑進行化 學修飾的方法，與現有的高原天然染料敏化劑相比，具有提高高原染料敏化太陽能電池光 電性能的優點。與現有的合成染料相比，具有制備方法簡單易行，反應易于控制，原料豐富 等特點。所以本發明對高原天然染料敏化劑進行化學修飾的方法，對高原天然染料敏化太 陽能電池的應用有十分重要的意義。另外，高原植物的開發又能鼓勵青藏高原農牧民適當 的種植高原植物金蓮花，為其提供一條創收渠道，具有很好的經濟效益。
【具體實施方式】
[0008] 下面結合實施例對本發明一種對高原天然染料敏化劑進行化學修飾的方法技術 方案作進一步描述。
[0009] -種對高原天然染料敏化劑進行改性的方法，其特征在于：利用酰化反應，減少花 青素中的部分一0H，避免遠離TiO 2光陽極的地方也有多個親水性官能團一0H。所述的需要 進行化學修飾的高原天然染料敏化劑是分子結構中含有多個一OH的植物花青素類，其分子 結構式如下：
【主權項】
1. 一種對高原天然染料敏化劑進行化學修飾的方法，其特征在于所述的方法包括如下 步驟： 步驟1干燥粉碎步驟：將采摘自青藏高原的金蓮花的花瓣摘出，用清水洗凈陰干，然后 放置在50°C的鼓風干燥箱中干燥15min，粉碎，得到紅色花瓣粉末備用； 步驟2浸泡得金蓮花色素原液步驟：將0. 5克的金蓮花花瓣粉末放置在50ml的無水乙 醇溶液中，避光保存并浸泡過夜，溫度保持在35°C，然后利用抽濾漏斗抽濾得到金蓮花色素 的原液； 步驟3金蓮花色素原液濃縮步驟：利用旋轉蒸發儀，溫度在25°C - 40°C之間，當金蓮花 色素原液濃縮至原溶液的1 / 2時，利用石油醚進行萃取，重復2-3次，直至石油醚相無色， 去除石油醚相； 步驟4去除溶劑步驟：將得到的乙醇相減壓蒸餾至溶劑完全除去，得到暗紅色的花青 素； 步驟5酯化反應步驟：利用50ml的DMF溶解0. 03g的花青素，加入0. 045ml的乙氯酰， 同時緩慢升溫至120°C下進行油浴反應3. 5h后，完成酯化反應部分； 步驟6去除酯化反應溶劑步驟：反應完成后將體系加入圓底燒瓶中，進行減壓旋轉蒸 發，除去溶劑以及多余的乙酰氯后，即得到酯化后的花青素； 步驟7萃取提純步驟：將得到酰化后的花青素利用正己烷和甲醇進行萃取提純，得到 甲醇部分，并對甲醇部分利用Sephades LH20層析柱進行純化，分離得到進行化學修飾后的 高原天然染料敏化劑。
2. 根據權利要求1所述的對高原天然染料敏化劑進行化學修飾的方法，其特征在于： 利用酰化反應，減少花青素中的部分一 OH，避免遠離光陽極的地方有多個親水性官能團一 OH。
3. 根據權利要求1所述的對高原天然染料敏化劑進行化學修飾的方法，其特征在于： 所述的需要進行化學修飾的高原天然染料敏化劑為花青素是從青藏高原植物中提取所得。
【專利摘要】本發明涉及太陽能電池技術領域，具體地說是涉及用于染料敏化太陽能電池的高原天然染料敏化劑的改性。本發明方法包括干燥粉碎步驟、浸泡得金蓮花色素原液步驟、金蓮花色素原液濃縮步驟、去除濃縮溶劑步驟、酯化反應步驟、去除酯化反應溶劑步驟、萃取提純步驟。本發明充分利用青藏高原海拔高、紫外線照射時間長的地理特點，選取含有花青素的青藏高原植物，從中提取用于染料敏化太陽能電池的高原天然染料敏化劑，并對其進行化學修飾。這種進行過化學修飾的高原天然染料敏化劑一方面提高了高原天然染料敏化太陽能電池的穩定性，另一方面提高了電池的開路電壓和光電轉換效率，并且化學修飾過程簡單、易控等優點，有較好的市場發展前景。
【IPC分類】H01G9-20, C09B61-00, C07D311-62
【公開號】CN104529988
【申請號】CN201410646998
【發明人】王剛, 楊桂軍, 林紅, 南輝, 陳慧媛, 韋浩民, 李春梅, 張萬軍
【申請人】青海大學
【公開日】2015年4月22日
【申請日】2014年11月16日