[发明专利]含苯并噻二唑-氰基苯丙烯酸受体的有机染料及在染料敏化太阳电池中的应用

说明书

技术领域

本发明属于有机染料技术领域，具体涉及一种含苯并噻二唑-氰基苯丙烯酸受体的有机染料及在染料敏化太阳电池中的应用。

背景技术

染料敏化太阳电池（DSCs）是模仿植物光合作用原理而研制出来的一种新型太阳电池，其主要优势在于原材料丰富、成本低廉、工艺技术简单，在大面积工业化生产中具有较大的优势，对环境的污染小，部分材料可以充分回收，对保护人类环境具有重要的意义。自从1991年瑞士洛桑高工(EPFL)教授领导的研究小组在该技术上取得突破以来（Nature 1991,353,737），欧、美、日等发达国家相继投入大量资金对该领域进行研发。目前已报道的光电转换效率超过12%的高效染料敏化太阳电池中所使用的染料主要是联吡啶钌配合物染料N749和锌卟啉染料YD2-o-C8，但钌染料对贵金属的依赖性以及卟啉染料稳定性等缺陷都限制了这类金属配合物染料的进一步发展。不含金属的有机染料具有原材料来源丰富、价格低廉、分子结构易于剪裁等特点，逐渐成为染料研发的热点。截止至2013年，仅有少数几种有机染料敏化太阳电池的效率能够达到10%，距离金属配合物染料仍存在着明显的距离，且现有的有机染料光谱响应范围较窄。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有的有机染料光谱响应范围较窄的缺陷，而提供一种含苯并噻二唑-氰基苯丙烯酸受体的有机染料及在染料敏化太阳电池中的应用。

本发明提供一种含苯并噻二唑-氰基苯丙烯酸受体的有机染料，结构如式（Ⅴ）所示：

式（Ⅴ）中，R₁为或中的任意一个；R₃、R₄、R₅各自独立为氢原子、C₁～C₁₂烷基或C₁～C₁₂烷氧基中的任意一个；

R₂为或中的任意一个；R₆、R₇、R₈和R₉各自独立为氢原子、C₁～C₁₂烷基或C₁～C₁₂烷氧基中的任意一个。

优选的是，所述的含苯并噻二唑-氰基苯丙烯酸受体的有机染料具有式（Ⅰ）所示的结构：

优选的是，所述的含苯并噻二唑-氰基苯丙烯酸受体的有机染料具有式（Ⅱ）所示的结构：

本发明提供一种上述技术方案所述的含苯并噻二唑-氰基苯丙烯酸受体的有机染料在染料敏化太阳电池中的应用。

本发明还提供一种有机染料敏化太阳电池，染料层为上述技术方案所述的含苯并噻二唑-氰基苯丙烯酸受体的有机染料。

本发明的有益效果

本发明提供一种含苯并噻二唑-氰基苯丙烯酸受体的有机染料及在染料敏化太阳电池中的应用。该有机染料具有式（Ⅴ）结构，本发明以三芳胺作为电子给体，选用苯并噻二唑-氰基苯丙烯酸作为染料分子的受体，双拉电子受体的引入显著地降低了分子的LUMO能级、缩小了分子能隙，降低电池中的电子复合，有效提高电池的开路电压。本发明提供的含苯并噻二唑-氰基苯丙烯酸受体的有机染料的合成路线简便，易于纯化；由本发明的有机染料制备的染料敏化太阳电池，开路电压达839毫伏，短路光电流达17.95毫安每平方厘米，功率转化效率达11%。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明技术方案做进一步详细的描述。

本发明实施例中所用的试剂均可通过商购方式获得。

实施例1：含苯并噻二唑-氰基苯丙烯酸受体的有机染料（Ⅰ）的制备

合成路线如下:

原料1的合成参考文献R.Li,J.Liu,N.Cai,M.Zhang,andP.Wang,J.Phys.Chem.B 2010,114,4461。

中间体2的合成：

在100毫升三口反应瓶中加入6克原料1和50毫升四氢呋喃，在氩气保护下冷却至-78℃，缓慢滴加11毫升正丁基锂（1.6M），滴加完毕后保持低温反应3小时，一次性加入3.5克三甲基氯化锡，将反应体系缓慢升至室温并搅拌12小时，加入5毫升去离子水终止反应，得到的混合溶液用乙醚萃取三次，合并有机相，用无水硫酸钠干燥，减压旋干溶剂后得到的粗产物可直接用于下面的反应，无需进一步纯化；