[发明专利]用于染料敏化太阳能电池的有机染料

说明书

描述

本发明涉及一种用于染料敏化太阳能电池(DSSC)的有机染料。

更特别地，本发明涉及一种包含至少一个电子受体单元和至少一个π共轭单元的用于染料敏化太阳能电池(DSSC)的有机染料。

所述有机染料在染料敏化光电转换元件中是特别有用的，所述染料敏化光电转换元件转而可以被用于染料敏化太阳能电池(DSSC)。

因此，本发明的另一目的是包含上文报道的有机染料的染料敏化光电转换元件和包含所述光电转换元件的染料敏化太阳能电池(DSSC)。

Gratzel等人于1991年已经开发出染料敏化太阳能电池(DSSC)，并且由于相比于现有的硅太阳能电池的它们的高效率和显著低的制造成本，近年来它们已经吸引了相当多的关注。

染料敏化太阳能电池(DSSC)是光电化学太阳能电池，所述光电化学太阳能电池主要包含有机染料分子和用于传递产生的电子的过渡金属氧化物，所述有机染料分子能够吸收可见光以产生电子空穴对。

作为用于染料敏化太阳能电池(DSSC)的有机染料，显示出高光电转换效率的钌金属配合物已被广泛使用。然而，钌金属配合物包含昂贵的钌金属并且通常要求仔细的合成和棘手的纯化步骤。

目前，已发现不含金属的有机染料可以作为昂贵的钌金属配合物的替代物用于染料敏化太阳能电池(DSSC)，所述不含金属的有机染料在吸收效率、氧化还原的稳定性以及分子内电荷转移(CT)的吸收方面显示出优良性质。

不含金属的有机染料大体上包含由π共轭单元连接的电子供体单元-电子受体单元。对于大多数不含金属的有机染料，芳基胺衍生物起电子供体单元的作用，并且氰基丙烯酸或绕丹宁残基起电子受体单元的作用，并且它们通过π共轭单元比如例如间苯胺(methanine)单元或噻吩链连接。

关于所述不含金属的有机染料的大量研究已经被进行。

例如，Tan S.等人在文章“Novel Carboxylated Oligothiophenes as Sensitizers in Photoelectric Conversion Systems”，Chemistry-AEuropean Journal(2005)，第11卷，第21期，第6272-6276页中公开了作为染料敏化太阳能电池(DSSC)中的光敏剂的具有不同噻吩单元的新颖的羧基化的低聚噻吩类。据说，把-COOH基引入到噻吩分子中可以导致UV-可见光吸收的红移、增加光捕获效率并且通过与基材表面形成有效的共价键来增强光诱导的电荷输送。还据说，基于所述低聚噻吩类的染料敏化太阳能电池(DSSC)具有优良的性能：特别地，当五噻吩二羧酸被用作敏化剂时，在100mW·cm^-2辐照下，获得10.57mA·cm^-2的短路电流和3.36％的总光电转换效率(η)。

Tanaka K.等人在文章“Development and Photovoltaic Performance of Oligothiophene-sensitized TiO2 Solar Cells”，Chemistry Letters(2006)，第35卷，第6期，第592-593页中公开了使用多种低聚噻吩羧酸的新颖的染料敏化TiO₂太阳能电池。据说，所述太阳能电池显示相对高的光伏性能，即从0.41％到1.29％范围内的光电转换效率(η)，所述光电转换效率主要取决于低聚噻吩类的链长度和羧基数。

Mishra A.等人在综述“Metal-Free Organic Dyes for Dye-Sensitized Solar Cells：From Structure：Property Relantionships to Design Rules”，Angewandte Chemie(2009)，第48卷，第2474-2499页中公开了用于在染料敏化太阳能电池(DSSC)中应用的不含金属的有机染料的分子设计和技术方面的最近进展。特别重视这样的有机染料的设计原理和多种电解质体系的影响。共敏化即扩展吸收范围的新兴技术，作为改善设备性能的方式也被讨论。此外，还公开了用于光阴极的反向有机染料，所述反向有机染料构成用于生产串联电池的相对新的方法。此外，关于其在染料敏化太阳能电池(DSSC)中的性能的不含金属的有机染料的分子结构和物理性质之间的相互关系已经被特别考虑。