[发明专利]一种有机染料及其在染料敏化太阳电池中的应用

说明书

(一)技术领域：

本发明涉及一种有机染料及其在染料敏化太阳电池中的应用。

(二)背景技术：

在众多的可再生能源之中，太阳能无疑是一种最为理想的清洁能源，而通过太阳电池进行光电转换是人类利用太阳能的主要途径之一。在太阳电池的家族中，硅基太阳电池因其转换率高和技术成熟占据了目前太阳电池主要市场份额，但硅太阳电池存在着原材料价格昂贵、生产成本高等缺点。1991年瑞士联邦高工的教授报道了具有较高效率的染料敏化太阳电池(Nature1991,353,737)。目前染料敏化太阳电池的光电转换效率已经接近部分硅基电池，但其制造成本较低，具有良好的应用前景，并有可能在未来取代硅基电池而占据太阳电池的相当市场份额。目前性能最好的染料是含有贵金属的配合物，如多吡啶钌配合物(J.Am.Chem.Soc.2008，130,10720-10728)，然而由于贵金属的有限探明储量限制了贵金属染料的实际应用。与多吡啶钌配合物相比，不含贵金属的有机染料具有成本低、摩尔吸收系数高和结构可调控性强等优点。

(三)发明内容：

本发明的目的在于提供一种有机染料及其在染料敏化太阳电池中的应用，该种染料具有宽光谱吸收及高的摩尔吸收系数，应用于染料敏化太阳电池具有更高的功率转换效率，而且该种染料合成工艺简单，反应原料成本低廉，易于纯化。

本发明的技术方案：

一种有机染料，其特征在于它的化学结构式为其中，R₁和R₂为芳香族衍生物中的任意一个；

A为氰基、卤代烃、硝基、羧基、酰基、醛基、酰胺基或磺酸基中的任意一个；C为羧基、酰胺基、亚磷酸、次磷酸、磺酸、羟基、过氧化羧酸、硼酸或方酸中的任意一个。

上述所述R₁为结构式D或结构式E，

结构式D为

结构式E为

式中R₃、R₄、R₅、R₆、R₇和R₈分别为氢原子、烃氧基、烃硫基、烃基、卤代烃基、羟基或胺基中的任意一个。

上述所述R₂为结构式F、结构式G或结构式H中的任意一个或多个。

结构式F为

结构式G为

结构式H为

式中R₉－R₁₉分别为氢原子、烃基、烃氧基、烃硫基或卤代烃基中的任意一个；X、Z分别为O、S、Se或Te；n为大于等于1小于等于10的整数。

上述所述一种有机染料的化学结构式为化学结构式I、化学结构式Ⅱ或化学结构式Ⅲ，

化学结构式Ⅰ为

化学结构式Ⅱ为

化学结构式Ⅲ为

一种利用上述有机染料制备的染料敏化太阳电池，其特征在于它由透明基底层、导电层、光吸收层、空穴输运层和对电极构成；两个透明基底层之间顺次连接的是导电层、光吸收层、空穴输运层和对电极；所述的光吸收层由半导体微纳粒子层和由所述有机染料构成的有机染料层构成，其中，半导体微纳粒子层与导电层连接，有机染料层与空穴输运层连接。

上述所述染料敏化太阳电池中，所述透明基底层为玻璃基底或塑料；所述导电层由锡基氧化物、铟基氧化物、锌基氧化物或碳基透明透体中至少一种构成；所述半导体微纳粒子层中的半导体微纳粒子为TiO₂、SnO₂、ZnO、WO₃、Nb₂O₅或TiSrO₃，半导体微纳粒子的平均粒径大于0nm且小于等于100μm；所述半导体微纳粒子层是由底层膜和上层膜构成，底层膜和上层膜均由半导体微纳粒子构成，底层膜由15-20纳米的粒子组成，厚度为6-7微米，上层膜由200-400纳米的粒子组成，厚度为5微米；所述空穴输运层是碘/碘盐电解质、离子液体、有机空穴输运材料或无机空穴输运材料中的至少一种构成；所述对电极由Pt、Au、Ni、Cu、Ag、In、Ru、Pd、Rh、Ir、Os、C或碳基导电材料中至少一种组成；