[发明专利]一种天然染料敏化剂黑枸杞色素的提取及其酰化的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种天然染料敏化剂黑枸杞色素的提取及其酰化的方法，属于太阳能电池材料制备技术领域。

背景技术

染料敏化太阳能电池(Dye-sensitized solar cell，简称DSC)，又叫“Gratzel”电池，是1991年瑞士洛桑联邦理工(EPFL)的M·Gratzel教授的团队发明的一种新型高效太阳能电池。不仅制作工艺非常简单，而且不需要昂贵又耗能的高温处理和高真空加工，因此器件的生产成本十分低廉，据估计仅为硅基太阳能电池的1/5左右。DSC的理论转换效率很高，可达33％，超过单晶硅基太阳能电池的理论转换效率。基于以上原因，DSC也因而被认为是传统硅基电池的有力竞争者与替代者，在全球学术界与工业界吸引着越来越多的研究热情。

染料敏化太阳能电池(DSC)是模拟植物光合作用进行光电转换的一种电池，其中染料敏化剂是DSC的关键组成部分，它吸附于纳米多孔TiO₂薄膜的粒子，吸收太阳光产生光电子，并将光电子注入到TiO₂的导带中。作为DSC的染料敏化剂需要对太阳光有良好的吸收性能，带有可以与TiO₂发生化学吸附的基团(如羟基、羧基、磷酸基等)，能够向TiO₂注入电子以及比较好的稳定性等。目前人们已经合成出了近千种染料，其中以钌的联吡啶配合物的光电性能最好，但由于它的成本比较高，合成困难，在一定程度上限制了它的大规模的使用。

天然染料敏化剂是直接从植物中提取的，获得染料的过程相对简单，生产成本较低，且与环境友好，但是天然染料敏化剂作为DSC的染料敏化剂存在着一定的不足，导致天然染料敏化太阳能电池的稳定性不理想，光电转换效率不高。

发明内容

本发明的目的在于解决现有黑枸杞色素敏化剂光电转换效率低的问题。提出了一种天然染料敏化剂黑枸杞色素的提取及其酰化的方法，用以提高黑枸杞色素敏化太阳能电池的性能。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种天然染料敏化剂黑枸杞色素的提取及其酰化的方法，对天然染料敏化剂黑枸杞色素进行提取，然后对其进行酰化反应，减少黑枸杞色素中远离TiO₂光阳极的-OH基团的个数，以减少电荷的复合。

一种天然染料敏化剂黑枸杞色素的提取及其酰化的方法，其包括以下步骤：

1)将黑枸杞用清水洗净干燥，放置在40-60℃的干燥器中干燥120min，然后粉碎，得到黑色粉末备用；

2)将步骤1)得到的黑色粉末放置在无水乙醇中，超声25-35min后在室温下遮光放置24h后，离心分离提取液；

3)将步骤2)得到的黑枸杞色素离心提取液，利用石油醚和蒸馏水进行多次萃取，萃取液真空浓缩；

4)将步骤3)得到的浓缩液用石油醚和乙醚混合液作为洗脱剂，聚酰胺干法装柱，对浓缩液进行柱色谱分离，得到黑枸杞色素敏化剂；

5)将步骤4)利用柱色谱分离得到的黑枸杞色素敏化剂在45℃下进行旋转浓缩；

6)配制1mol/L的咖啡酸，然后将黑枸杞色素加入到配置好的咖啡酸中，咖啡酸与黑枸杞色素的体积比为1:1.5-3，无水氯化铝作为催化剂，同时缓慢升温至80℃进行水浴反应，反应30min，完成酰化反应；

7)反应完成后将体系加入圆底烧瓶中，在45℃下进行旋转浓缩，除去溶剂以及多余的咖啡酸后，即得到酰化后的黑枸杞色素，圆底烧瓶回收旋蒸后的咖啡酸；

8)利用酰化后的黑枸杞色素敏化太阳能电池，并进行光电性能测试。电池制备：将TiO₂薄膜在室温下浸泡于染料中24h后用无水乙醇洗净薄膜表面多余的染料得到光阳极，光阳极和对电极用平口夹固定组装“三明治”结构的电池；

所述黑枸杞采摘自青藏高原，干燥器为鼓风干燥箱，粉碎至粒径＜1um，将细胞壁完全打碎。

所述步骤2黑色粉末与无水乙醇的质量比为1:70-110，离心分离时离心转速为4000r/min。

所述步骤3中石油醚和蒸馏水进行萃取时，采用少量多次萃取的方法，先将石油醚与离心提取液按照体积比1:3进行震荡混合5-10分钟，然后静置至分层，将下层收集，然后蒸馏水与石油醚层按照体积比2-3:1混合5-10分钟进行洗涤，静置至上下分层，将水系层收集，再用石油醚经行多次萃取，直到石油醚相无色，将萃取后的染料在真空下进行低温浓缩，真空度为7000pa，温度为25-40℃，浓缩至体积为原始体积的1/3。