[发明专利]一种基于咔唑或三苯胺衍生物的树状有机染料及其在制备染料敏化太阳能电池中的应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于咔唑或三苯胺衍生物的树状有机染料及其在制备染料敏化太阳能电池中的应用。

背景技术

进入21世纪后，全球对能源需求逐渐增加。过去人们主要利用的是煤炭、石油、天然气等不可再生能源，随着时间推移，这种常规能源将最终将消耗殆尽。并且化石能源的使用也将带来严重的环境污染问题。因此，发展可再生资源成为人类未来能够持续发展的唯一出路。太阳能是一种可再生的、清洁能源，在经济、环保、可持续发展等方面优点显著。而染料敏化太阳能电池（DSSCs）作为一种新型的太阳能电池，由于其制作工艺简单、成本低、稳定性良好等优点，因而具有巨大的潜在应用价值。染料敏化太阳能电池的敏化剂主要有金属配合物和纯有机染料两大类，但是由于金属配合物中稀有金属价格昂贵，提纯繁琐，而纯有机染料则具有对环境友好、价格低廉、且摩尔消光系数较高、合成与提纯相对简单等优势，因此寻求性能优越的非贵金属类的有机太阳敏化染料成为当前研究的重要内容。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于咔唑或三苯胺衍生物的树状有机染料及其在制备染料敏化太阳能电池中的应用。

本发明所采取的技术方案是：

一种基于咔唑或三苯胺衍生物的树状有机染料，其化学通式如下所示：

；

其中，D1为噻吩、咔唑、三苯胺、芴基中的一种或以上芳烃的衍生物所构成的基团，D2为咔唑基或三苯胺基团，n为1～6的自然数，m为0～3的自然数， R1、R2为氢原子；或者，R1、R2中的一个为C1～C20的直链烷基或支链烷烃，另一个为氢原子；A为2-(1’,1’-二氰基)罗丹宁或氰基乙酸基团。

一种基于咔唑或三苯胺衍生物的树状有机染料，其化学通式为：

；

其中，R₁、R₂、R₃、R₄分别依次为下列基团中的一种：

，H，H，H；且n=1；

或者，R₁、R₂、R₃、R₄分别依次为下列基团中的一种：

，H，，；且n=1；

或者，R₁、R₂、R₃、R₄分别依次为下列基团中的一种：

，正己基，，；且n=1；

或者，R₁、R₂、R₃、R₄分别依次为下列基团中的一种：

，正己基，，；且n=2。

一种基于咔唑或三苯胺衍生物的树状有机染料，其化学结构式为：

。

一种基于咔唑或三苯胺衍生物的树状有机染料，其化学结构式为：

。

一种基于咔唑或三苯胺衍生物的树状有机染料在制备染料敏化太阳能电池中的应用。

本发明的有益效果是：

本发明的纯有机染料属于D-D-π-A结构类型，以噻吩、咔唑、三苯胺、芴基或以上芳烃的衍生物为D₁电子给体，以咔唑基，三苯胺基团为D₂电子给体，以2-(1’,1’-二氰基)罗丹宁氰基乙酸作为电子受体，以共轭噻吩，共轭己基噻吩，或（和）共轭3，4-乙烯二氧噻吩为桥连基，其树状结构可以通过增加给体延长共轭，使吸收光谱红移，且有效地抑制染料吸附在TiO₂上引起的分子聚集，同时染料分子中含有多个噻吩或其衍生物，增强了有机染料的光稳定性及电子传输性能。

本发明的纯有机染料可作为光敏染料用于制备染料敏化太阳能电池，具有高的转化效率。

附图说明

图1是纯有机染料在氯仿中的紫外-可见吸收光谱图；

图2是由纯有机染料制备的染料敏化太阳能电池的电流与电压关系曲线图。

具体实施方式

一种基于咔唑或三苯胺衍生物的树状有机染料，其化学通式为：

其中，R₁、R₂、R₃、R₄分别依次为下列基团中的一种：

，H，H，H；且n=1；