[发明专利]噻吩系染料及其制备方法

说明书

本申请是原申请的申请日为2008年10月15日，申请号为200880111572X，发明名称为《新型噻吩系染料及其制备方法》的中国专利申请的分案申请。 

技术领域

本发明涉及一种用于染料敏化太阳能电池的噻吩系染料（thiophene-baseddye）及其制备方法。 

背景技术

自从瑞士洛桑联邦理工学院（EPFL）的Michael研究团队于1991年开发出染料敏化纳米级二氧化钛太阳能电池以来，在这个领域开展了大量的研究。与现有的硅太阳能电池相比，染料敏化太阳能电池具有更高的效率，而生产成本则显著降低，并可能代替现有的非晶硅太阳能电池。与硅太阳能电池不同的是，染料敏化太阳能电池是一种光电化学太阳能电池，其以吸收可见光束产生电子-空穴对的染料分子和传输所产生的电子的过渡金属氧化物作为主要材料。 

广泛用于染料敏化太阳能电池的钌金属配合物虽然具有很高的光电转换效率，但其成本也非常高。 

最近，发现了一种不含有金属的有机染料，它在光吸收效率方面具有良好的性质，稳定的氧化-还原反应和分子内电荷转移（CT）吸收，可以代替昂贵的钌金属配合物应用于太阳能电池。正因为如此，人们对于不含有金属的有机染料进行了全面的研究。 

有机染料通常含有通过π-偶联单元相连的电子供体-电子受体末端基团的结构。在大多数有机染料中，胺类衍生物作为电子供体，2-氰基丙烯酸或者绕丹宁末端基团作为电子受体，两者均通过π-偶联系统（例如偏磷酸单元或者噻吩链）相连。 

作为电子供体的胺类单元中的结构变化通常会带来电子性质的变化，例如光吸收谱蓝移，并且能改变π-共轭的长度来调整光吸收谱和氧化还原电位。 

但是，由于与钌金属配合物相比，大多数已知的有机染料具有更低的转换 效率和操作稳定性，人们一直致力于通过改变电子供体和电子受体的π-共轭的类型和长度，来开发一种比现有的有机染料化合物具有更好的摩尔消光系数和更高的光电转换效率的新型染料。 

发明内容

技术问题

因此，本发明的一个方面是提供一种与传统的金属配位染料相比具有更好的摩尔消光系数、更高的光电转换效率，从而显著增强太阳能电池的效率的新型有机染料，以及该染料的制备方法。 

本发明的另一个方面是提供一种染料敏化光电转换单元以及具有更高效率的太阳能电池，所述染料敏化光电转换单元通过包含所述染料而具有提高的光电转换效率和良好的J_sc（短路光电流密度）和摩尔消光系数。 

本发明的另外方面和/或优点将会在接下来的说明书中部分阐述，并且部分可以从说明书中毫无疑义的得出，或者可以从本发明的实施中获得。 

技术方案

本发明的上述和/或者其他的方面，可以通过由下面化学式1表示的噻吩系染料获得，所述的噻吩系染料包括： 

[化学式1] 

其中，R₁是或者并且X、Y和Z独立地是氢或者C_1-30烷基、C_1-30烷氧基或者C_1-30杂烷氧基； 

R₂和R₃独立地包括氢、卤原子、酰胺基、氰基、羟基、硝基、酰基、C_1-30烷基、C_1-30烷氧基、C_1-30烷基羰基或者C_6-20芳基；并且当它们是C_1-30烷氧基时，这些基团相互结合以形成含氧杂环； 

Ar₁是被C_1-50的以下基团：烷基、烷氧基、卤原子、酰胺基、氰基、羟基、硝基、酰基、芳基或者杂芳基取代的或者未被取代的C_1-50的烷基、芳基、烷氧基或者杂芳基；并且 

n为1~10的整数，如果n为至少2，则噻吩单元的硫是Se或者NH。 

本发明的前述和/或者其他的方面还通过提供由化学式1表示的噻吩系染料的制备方法来实现，所述制备方法包括将化学式2的化合物与正丁基锂反应，然后与化学式3的化合物反应，所述制备方法包括： 

[化学式2] 

Ar₁-H₁

[化学式3]