一種提高回收染料光電性能的方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種提高回收染料光電性能的方法，包括：1）將待回收的染料溶液倒入盛有對染料難溶的第一溶劑的容器中，充分?jǐn)嚢瑁铀嵴{(diào)節(jié)pH至2～6，使染料固體析出，過濾并干燥，得到染料粗品，其中所述對染料難溶的第一溶劑的體積為所述染料溶液的體積的5～20倍；2）將所得的染料粗品與堿成鹽后通過柱層析法進(jìn)行純化得到染料的鹽，所述柱層析法的柱填料為C18硅膠、或葡聚糖凝膠，洗脫劑中有機(jī)相與無機(jī)相的比例為2：1～8：1；3）在所得的染料的鹽中加入對所述染料的鹽易溶而對染料難溶的第二溶劑，加酸調(diào)節(jié)pH至4～5，經(jīng)冷藏、過濾、干燥得到染料固體。本發(fā)明可以提高回收染料光電性能。
【專利說明】一種提高回收染料光電性能的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于染料敏化太陽能電池領(lǐng)域，涉及一種提高回收染料光電性能的方法。【背景技術(shù)】
[0002]作為代替化石燃料的能源，利用了太陽光的太陽能電池受到關(guān)注，人們對其進(jìn)行了各種研究。太陽能電池是一種將光能轉(zhuǎn)換為電能的光電轉(zhuǎn)換裝置，由于以太陽光作為能源，所以對地球環(huán)境的影響極小，可以得到更廣泛的普及。
[0003]近年來將太陽能轉(zhuǎn)化為光能的研究發(fā)展很快。應(yīng)用了由染料敏化的光感應(yīng)電子移動的染料敏化型太陽能電池(Dye-Sensitized Solar Cell，DSSC)，近年來作為代替硅(Si)類太陽能電池等的下一代太陽能電池受到關(guān)注，并被廣泛地研究。染料敏化太陽能電池(DSSC)的優(yōu)點(diǎn)十分突出:1、制作簡單，成本低；2、所使用的染料敏化劑可以在很低的光能量下達(dá)到飽和，因此可在各種光照條件下使用；3、可以在很寬的溫度范圍內(nèi)正常工作；
4、可以制成透明的產(chǎn)品，應(yīng)用于門窗、屋頂以及汽車頂。因此它迅速成為世界各國的研究重點(diǎn)和熱點(diǎn)，取得了豐富的成果，掀起了各國研究DSSC太陽能電池的熱潮。
[0004]染料敏化太陽能電池作為第三代太陽能電池，是目前最有潛力的硅太陽能電池廉價替代物，它以廉價的寬帶隙氧化物半導(dǎo)體制備成具有多孔結(jié)構(gòu)、高比表面積的納米晶薄膜，納米晶結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體薄膜是工作電極的核心，其多孔的特點(diǎn)和巨大的比表面積保證了對染料分子足夠的吸附，同時，被 吸附的染料分子跟二氧化鈦納米粒子之間形成的界面可以使電子高效的遷移，并選用適當(dāng)?shù)难趸€原電解質(zhì)，利用染料來俘獲太陽光。
[0005]在染料敏化太陽能電池的各項原材料中，染料所占成本最高。另外，染料本身是有毒有害物質(zhì)。如果用過的染料溶液不加以處理而直接排放，不僅是一種巨大的浪費(fèi)，還會對環(huán)境產(chǎn)生不可估量的影響。所以對染料進(jìn)行回收再利用是大勢所趨。而回收的染料所面臨的一個問題是光電性能可能會降低，因此提高回收染料的光電性能變得十分重要。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]針對上述問題，本發(fā)明的目的在于提供一種提高回收染料光電性能的方法，通過對用過的染料溶液進(jìn)行回收并處理，提高其光電性能。
[0007]在此，本發(fā)明提供一種提高回收染料光電性能的方法，包括:
1)將待回收的染料溶液倒入盛有對染料難溶的第一溶劑的容器中，充分?jǐn)嚢?，加酸調(diào)節(jié)pH至2~6，使染料固體析出，過濾并干燥，得到染料粗品，其中所述對染料難溶的第一溶劑的體積為所述染料溶液的體積的5~20倍；
2)將所得的染料粗品與堿成鹽后通過柱層析法進(jìn)行純化得到染料的鹽，所述柱層析法的柱填料為C18硅膠、或葡聚糖凝膠，洗脫劑中有機(jī)相與無機(jī)相的比例為2:1~8:1 ;
3)在所得的染料的鹽中加入對所述染料的鹽易溶而對染料難溶的第二溶劑，加酸調(diào)節(jié)pH至4~5,經(jīng)冷藏、過濾、干燥得到染料固體。
[0008]本發(fā)明對染料進(jìn)行回收后，用柱層析以及重結(jié)晶的方法對其進(jìn)行處理，經(jīng)過該處理，可使染料的純度提高，從而使得由該染料制備的染料敏化太陽能電池的光電性能大幅提高。相較于不經(jīng)本發(fā)明處理而直接回收的染料，由根據(jù)本發(fā)明的方法回收所得的染料制備的染料敏化太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率提高了 13%以上。
[0009]較佳地，在步驟I)中，所述第一溶劑為水。
[0010]較佳地，在步驟I)中，用于調(diào)節(jié)pH的酸包括稀硝酸、稀鹽酸、和稀磷酸中的至少一種；所述酸的濃度以一元酸計為0.001~1M。
[0011]較佳地，在步驟2)中，所述堿包括四丁基氫氧化銨、四甲基氫氧化銨、和氨水中的至少一種。
[0012]較佳地，在步驟3)中，所述第二溶劑為水。
[0013]較佳地，在步驟3)中，所述第二溶劑的加入量為:對每克染料的鹽加入10~30mL所述第二溶劑。
[0014]較佳地，在步驟3)中，用于調(diào)節(jié)pH的酸包括稀硝酸、稀鹽酸、和稀磷酸中的至少一種；所述酸的濃度以一元酸計為0.001~1M。
[0015]較佳地，在步驟3)中，所述冷藏是在-1°C~-18°C冷藏5~20小時。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]圖1為由使用本發(fā)明的方法回收得到的染料制備的染料敏化太陽能電池以及由未使用本發(fā)明的方法而直接回收的染料制備的染料敏化太陽能電池的1-V曲線。
【具體實(shí)施方式】
[0017]以下結(jié)合附圖和下述實(shí)施方式進(jìn)一步說明本發(fā)明，應(yīng)理解，附圖及下述實(shí)施方式僅用于說明本發(fā)明，而非限制本發(fā)明。
[0018]本發(fā)明提供一種提高回收染料光電性能的方法:對染料進(jìn)行回收后，用柱層析以及重結(jié)晶的方法對其進(jìn)行處理，以提高其光電性能。具體地，作為示例，本發(fā)明的方法可以包括以下步驟。
[0019]I)將待回收的染料溶液倒入盛有對染料難溶的第一溶劑的容器中，充分?jǐn)嚢?，加酸調(diào)節(jié)pH至2~6，使染料固體析出，過濾并干燥，得到染料粗品。
[0020]其中，待回收的染料包括但不限于釕絡(luò)合物染料。所采用的對染料難溶的第一溶劑包括但不限于水。第一溶劑的體積可為所述染料溶液的體積的5~20倍。用于調(diào)節(jié)pH的酸包括但不限于稀硝酸、稀鹽酸、和稀磷酸中的至少一種。所采用的酸的濃度可以是以一元酸計為0.001~IM0
[0021]另外，在染料固體析出后，還可以進(jìn)行冷藏以使染料固體充分析出后再過濾。例如在-1°C~-18°C冷藏5~20小時。
[0022]2 )將所得的染料粗品與堿成鹽后通過柱層析法進(jìn)行純化得到染料的鹽。
[0023]其中，用于與染料粗品成鹽的堿包括但不限于四丁基氫氧化銨、四甲基氫氧化銨、氨水等，優(yōu)選為四丁基氫氧化銨。在一個示例中可以將染料粗品與四丁基氫氧化銨水溶液混合并溶于乙腈中，再進(jìn)行柱層析。其中染料粗品、四丁基氫氧化銨水溶液、乙腈的用量比例例如可以是3.5g:3mL:20mL。
[0024]柱層析的條件可以是:柱填料為C18硅膠、或葡聚糖凝膠，洗脫劑中有機(jī)相與無機(jī)相的比例為2:1~8:1。在一個示例中，有機(jī)相為乙腈，無機(jī)相為水。在又一個示例中，無機(jī)相中含有四丁基氫氧化銨，例如可以是將10%四丁基氫氧化銨水溶液與無機(jī)相按1:300混合。
[0025]3)在所得的染料的鹽中加入對所述染料的鹽易溶而對染料難溶的第二溶劑，加酸調(diào)節(jié)PH至4~5，冷藏，使染料固體重結(jié)晶，再過濾、干燥，得到染料固體。
[0026]其中，所采用的對所述染料的鹽易溶而對染料難溶的第二溶劑包括但不限于水。第二溶劑的加入量可以為:對每克染料的鹽加入10~30mL第二溶劑。
[0027]用于調(diào)節(jié)pH的酸包括但不限于稀硝酸、稀鹽酸、和稀磷酸中的至少一種。所采用的酸的濃度可以是以一元酸計為0.001~1M。
[0028]冷藏可以是在-1°C~-18°C冷藏5~20小時。干燥可以是在40°C~70°C真空干燥24~48小時。
[0029]根據(jù)本發(fā)明的方法回收得到的染料固體可以用于染料敏化太陽能電池的制備。制備方法例如可以包括以下步驟。應(yīng)理解，該制備方法僅用于說明本發(fā)明的效果，而非限制本發(fā)明。
[0030](I)光陽極
光陽極及其制備方法例如可以參見現(xiàn)有技術(shù)。在一個示例中，可以是在導(dǎo)電玻璃上涂覆含有寬帶隙半導(dǎo)體的漿料并燒結(jié)以制備光陽極。其中，寬帶隙半導(dǎo)體例如可以采用Ti02、ZnO、SnO2, ZrO, Fe2O3' Nb2O5' Al2O3' MgO, Ti02/PbS、Ti02/PbS/CdS、SiO2AiO2 中的一種或幾種。
[0031](2)染料溶液
例如可以將根據(jù)本發(fā)明的方法回收得到的染料固體、溶劑、和共吸附劑配制為染料溶液。在一個示例中，染料摩爾百分`比:0.lmmol/L~5mol/L ;溶劑體積比1:100~100:1 ;共吸附劑摩爾百分比:0.001mmol/L~3mol/L。所采用的溶劑可以為乙腈、叔丁醇、二甲基甲酰胺、和/或二甲基亞砜。所采用的共吸附劑可以為癸膦酸(DPA)。
[0032](3)光陽極的敏化
將光陽極浸入經(jīng)預(yù)處理的染料溶液中，得到敏化后的光陽極。
[0033](4)染料敏化太陽能電池的組裝
將敏化后的光陽極、對電極組裝在一起，在它們之間注入電解液，形成染料敏化太陽能電池。其中對電極及其制備方法，電解液及其制備方法、以及染料敏化太陽能電池的組裝方法等均可以參見現(xiàn)有技術(shù)，在此不進(jìn)行詳細(xì)說明。
[0034](5)染料敏化太陽能電池的光電性能表征
染料敏化太陽能電池的光電性能例如可以在AMl.5的標(biāo)準(zhǔn)光源下進(jìn)行測試，測試結(jié)果可以參見下述表1及圖1，從中可知，由使用本發(fā)明的方法回收得到的染料制備的染料敏化太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率可達(dá)6.76%以上，與由未經(jīng)本發(fā)明的方法處理而直接回收的染料制備的染料敏化太陽能電池相比，光電轉(zhuǎn)換效率提高了 13%以上，光電性能顯著提高。
[0035]下面進(jìn)一步例舉實(shí)施例以詳細(xì)說明本發(fā)明。同樣應(yīng)理解，以下實(shí)施例只用于對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步說明，不能理解為對本發(fā)明保護(hù)范圍的限制，本領(lǐng)域的技術(shù)人員根據(jù)本發(fā)明的上述內(nèi)容作出的一些非本質(zhì)的改進(jìn)和調(diào)整均屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。下述示例具體的工藝參數(shù)等也僅是合適范圍中的一個示例，即本領(lǐng)域技術(shù)人員可以通過本文的說明做合適的范圍內(nèi)選擇，而并非要限定于下文示例的具體數(shù)值。
[0036]實(shí)施例1
1)將IL含有Z991約3.5g的待回收染料溶液倒入盛有約IOL水的容器中，充分?jǐn)嚢瑁渭酉∠跛嶂敝寥玖瞎腆w不再析出。過濾并干燥，得到回收后的染料固體；
2)將上述固體加8mL10%四丁基氫氧化銨水溶液后溶于約60mL乙腈中，用柱層析分離。柱填料為C18硅膠，所用洗脫液為10%四丁基氫氧化銨水溶液與水按1:300混合后再與乙腈按1:5混合得到。柱層析后得到雜質(zhì)較少的染料溶液；
3)將2)得到的溶液的溶劑蒸干，加入約200mL水，滴加稀硝酸，調(diào)節(jié)其pH為4~5;
4)于_9°C冷藏12h，使染料重結(jié)晶；
5)過濾并干燥，得到處理后的染料固體；
6)使用該固體配成染料溶液，并組裝電池，并測試電池的光電性能。
[0037]對比例I
1)將IL含有Z991約3.5g的待回收染料溶液倒入盛有約IOL水的容器中，充分?jǐn)嚢?，滴加稀硝酸直至染料固體不再析出。過濾并干燥，得到回收后的染料固體；
2)使用該固體配成染料溶液，并組裝電池，并測試電池的光電性能。
[0038]實(shí)施例1及對比例I的測試結(jié)果參見表1和圖1 ;` 表1實(shí)施例1及對比例I中的電池的光電性能
【權(quán)利要求】
1.一種提高回收染料光電性能的方法，其特征在于，包括: 1)將待回收的染料溶液倒入盛有對染料難溶的第一溶劑的容器中，充分?jǐn)嚢瑁铀嵴{(diào)節(jié)pH至2~6，使染料固體析出，過濾并干燥，得到染料粗品，其中所述對染料難溶的第一溶劑的體積為所述染料溶液的體積的5~20倍； 2)將所得的染料粗品與堿成鹽后通過柱層析法進(jìn)行純化得到染料的鹽，所述柱層析法的柱填料為C18硅膠、或葡聚糖凝膠，洗脫劑中有機(jī)相與無機(jī)相的比例為2:1~8:1 ; 3)在所得的染料的鹽中加入對所述染料的鹽易溶而對染料難溶的第二溶劑，加酸調(diào)節(jié)pH至4~5,經(jīng)冷藏、過濾、干燥得到染料固體。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在步驟I)中，所述第一溶劑為水。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，在步驟I)中，用于調(diào)節(jié)pH的酸包括稀硝酸、稀鹽酸、和稀磷酸中的至少一種；所述酸的濃度以一元酸計為0.001~1M。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項所述的方法，其特征在于，在步驟2)中，所述堿包括四丁基氫氧化銨、四甲基氫氧化銨、和氨水中的至少一種。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項所述的方法，其特征在于，在步驟3)中，所述第二溶劑為水。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5中任一項所述的方法，其特征在于，在步驟3)中，所述第二溶劑的加入量為:對每克染料的鹽加入10~30mL所述第二溶劑。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至6中任一項所述的方法，其特征在于，在步驟3)中，用于調(diào)節(jié)pH的酸包括稀硝酸、稀鹽酸、和稀`磷酸中的至少一種；所述酸的濃度以一元酸計為0.001~1M。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至7中任一項所述的方法，其特征在于，在步驟3)中，所述冷藏是在-1°C~-18°C冷藏5~20小時。
【文檔編號】C09B67/54GK103694734SQ201310750731
【公開日】2014年4月2日 申請日期:2013年12月31日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月31日
【發(fā)明者】楊松旺, 何云龍, 胡喬舒, 李于利, 沈滬江, 李勇明, 劉巖 申請人:中國科學(xué)院上海硅酸鹽研究所