[发明专利]贵金属钌型敏化剂及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及贵金属钌型敏化剂(染料)及其制造方法，更具体而言，涉及可用于制造染料敏化太阳能电池并可以显著改善光电转换效率、与TiO₂的结合强度、Jsc(短路光电流密度)和摩尔消光系数从而提高太阳能电池的效率的贵金属钌型染料(敏化剂)及其制造方法，以及包含所述贵金属钌型染料(敏化剂)的光电转换元件和染料敏化太阳能电池。

背景技术

自从瑞士洛桑联邦理工学院(EPFL，Ecole Polytechnique Federale deLausanne)的Michael Gratzel的研究团队于1991年开发出染料敏化纳米颗粒二氧化钛太阳能电池以来，对于该领域已经进行了大量研究。染料敏化太阳能电池需要的制造成本大大低于现有的硅太阳能电池，并且可能替代现有的无定形硅太阳能电池。不同于硅太阳能电池，染料敏化太阳能电池是包含下述材料作为主要材料的光电化学太阳能电池：吸收可见光以生成电子-空穴对的染料分子和传递所生成的电子的过渡金属氧化物。

常规染料敏化太阳能电池中所使用的代表性的染料包括下述化合物。

N3染料                               黑染料                     N719染料

η＝10％                            η＝10.4％                  η＝11.18％

^*TBA：四丁铵阳离子

然而，始终存在着开发这样的染料的需求：所述染料可比常规染料提供更高的光电转换效率、与氧化物半导体颗粒更强的结合和改善的Jsc(短路光电流密度)以及摩尔消光系数，从而能够提高太阳能电池的效率和耐久性。

发明内容

因此，本发明的一个方面是提供一种染料及其制造方法，所述染料可以显著提高光电转换效率、与氧化物半导体颗粒的结合强度、Jsc(短路光电流密度)和摩尔消光系数从而提高太阳能电池的效率。

此外，本发明的另一方面是提供一种包含本发明的染料的染料敏化光电转换元件和一种效率显著提高的太阳能电池，所述染料可以显著提高光电转换效率、与氧化物半导体颗粒的结合强度、Jsc(短路光电流密度)和摩尔消光系数。

本发明的前述和/或其它方面可通过提供由以下化学式1代表的钌型染料(敏化剂)来实现，所述钌型染料(敏化剂)包括

[化学式1]

其中，环a1包含具有卤原子、酰胺基、氰基、羟基、硝基、烷氧基或酰基的至少一个取代基。X和Y分别并且独立地为甲基或由下述化学式2代表的化合物，并且X和Y中的至少一个也由化学式2代表，化学式2包括

[化学式2]

其中，环b1包含具有卤原子、酰胺基、氰基、羟基、硝基、烷氧基或酰基的至少一个取代基。R可以相同也可以不同，并且分别独立地包含氢或具有1～15个碳的烷基。

此外，本发明还提供了由化学式1代表的染料的制造方法，其中下述化学式4或5的化合物与下述化学式3、6和7的化合物反应，所述制造方法包括：

[化学式3]

[RuCl₂(对甲基异丙基苯)]₂

[化学式4]

[化学式5]

[化学式6]

[化学式7]

NH₄NCS

其中，化学式3、4、5、6和7中的a1、b1和R如上所限定。

本发明的上述和/或其它方面也可以通过提供染料敏化光电转换元件来实现，所述染料敏化光电转换元件包含载有由化学式1代表的化合物的氧化物半导体颗粒。

本发明的上述和/或其它方面还可以通过提供包含所述染料敏化光电转换元件的染料敏化太阳能电池电池来实现。

如上所述，本发明提供了一种钌型染料，所述钌型染料可以显著改善光电转换效率、与氧化物半导体颗粒的结合强度、Jsc(短路光电流密度)和摩尔消光系数，从而提高了太阳能电池的效率。

附图说明

图1说明的是使用常规染料N3和根据本发明的示例性实施方式的染料D5和D6制造的太阳能电池的J-V曲线和IPCE指数；和