[发明专利]一种具有梯度供电基团的三苯胺类有机染料及应用

说明书

【技术领域】

本发明属于有机染料敏化太阳能电池技术领域，特别涉及一种具有梯度供电基团的三苯胺类有机染料及应用。

【背景技术】

步入21世纪以来，能源、环境等日益成为未来人类亟待解决的重大问题。从长远的观点来看，人类需求的能源最终只能来源于可再生能源，其中太阳能的应用前景最为广阔。通过光电化学太阳能电池发电被认为是利用太阳能最有效的途径，而且太阳能电池清洁无污染，既可有效缓解能源紧张问题，又符合我国可持续发展的战略目标。

已经商品化的太阳能电池大多采用多晶硅和非晶硅材料制成，光电转换效率可达20％以上。但硅系太阳能电池的制备条件苛刻，工艺复杂，成本昂贵，只限于在航天器等极小范围内使用，难以大规模应用。其他无机材料的太阳能电池不仅材料来源有限，还可能存在后续污染问题。相比之下，有机分子材料取材方便、制备工艺简单、成本低，原料纯度要求不高、本身的生产条件相对温和，理论转换效率高、透明度高，具有可弯曲，重量轻，容易大面积制作等优点。1991年瑞士的小组采用联吡啶钌作为染料与纳米多孔TiO₂薄膜制备了染料敏化纳米二氧化钛太阳能电池，光电转换效率达7.1％(O’Regan，B.；，M.Nature 1991，353，737)。该类电池由于制作简单、效率高、成本低等优点，显示出广阔的应用前景，此后，染料敏化纳米二氧化钛太阳能电池成为太阳能电池前沿研究中的热点。国内外研究者对染料敏化纳米二氧化钛太阳能电池的阴阳电极、光敏染料、电解质的材料及类型等方面进行了广泛的研究，以提高太阳能电池的光电转换效率。其中，染料敏化剂的性能直接影响到染料敏化太阳能电池的光电转换效率，在电池各组分中起着举足轻重的作用。目前，性能最好的染料敏化剂是钌基多吡啶配合物，但其复杂的纯化工艺和所用稀有金属的昂贵价格限制了它的广泛应用。近年来，制备简单、结构多样、容易提纯的有机染料分子代替钌基联吡啶配合物成为了染料敏化剂领域的研究热点。

基于三苯胺和米氏酮的染料分子构建的有机染料，不仅具有多供电基团，还可达到梯度供电子的目的。这类染料敏化剂分子在给出和接收电子过程中表现出很强的空穴迁移特性，有三个含氮基团，具有更强的给电子能力，增强染料的电子注入能力，有利于激发态染料形成电荷分离态，还能提高染料从电解质中捕获电子的效率，从而提高光电转换效率。因此，这类染料是一类性能优良的光电材料，通过分子结构设计有望获得高效的有机染料敏化剂。然而，目前基于米氏酮和三苯胺共同作为多供电基团的有机染料敏化剂的报道还很少(Zhijun Ning and He Tian.Triarylamine：a promising core unit for efficientphotovoltaic materials，Chem.Commun.，2009，5483-5495.)。因此，合成新型高效的三苯胺类有机染料敏化剂对于提高染料敏化太阳能电池的光伏性能以及降低电池的成本具有十分重要的意义。

【发明内容】：

本发明的目的是针对上述存在问题，提供一种具有梯度供电基团的三苯胺类有机染料，该染料分子具有多供电基团和梯度供电的结构特点，易发生氧化和还原反应，有更强的给电子能力以及更快从电解质中捕获电子而还原再生的能力，其制备方法容易、工艺简单、成本低，有利于推广应用。

本发明的技术方案：

一种具有梯度供电基团的三苯胺类有机染料，具有如下的化学结构式：

式中：R为C₁～C₁₂烃基、Ar₁和Ar₂分别为含S或O的C₄～C₂₀的芳杂环基或为C₆～C₂₀的芳环基。

所述三苯胺类化合物为XS6，具有如下的化学结构式：

所述三苯胺类化合物为XS7，具有如下的化学结构式：

所述三苯胺类化合物为XS8，具有如下的化学结构式：

所述三苯胺类化合物为XS9，具有如下的化学结构式：

所述具有梯度供电基团的三苯胺类化合物，应用于有机染料敏化太阳能电池中作为光敏化剂。