[发明专利]环金属配体染料、染料敏化电极和太阳能电池

说明书

【技术领域】

本发明属于染料敏化太阳能电池的技术领域，具体涉及一种环金属配体染料、染料敏化电极和太阳能电池。

【背景技术】

染料敏化太阳能电池(Dye-Sensitized Solar Cells，DSSCs)是模仿光合作用原理而研制的一种新型太阳能电池，其主要优势是：原材料丰富、成本低、工艺技术相对简单，同时所有原材料和生产工艺都是无毒、无污染的。1991年瑞士联邦高等工学院M.教授领导的研究小组首次将纳米晶TiO₂多孔薄膜用于染料敏化太阳能电池，使得此类电池的光电转化效率有了本质的提高，近二十年来，世界各国家都投入大量资金研发染料敏化太阳能电池。

染料敏化太阳能电池是由染料分子、二氧化钛光电极、电解质以及对电极组成。染料敏化剂类似于自然界光合作用中的叶绿素和胡萝卜素，具有非常重要的作用，它们通过吸收太阳光将基态的电子激发到激发态中，然后再注入半导体的导带，而空穴则留在染料分子中，实现了电荷的分离，因此，染料的性能直接影响染料敏化太阳能电池的光电转化效率。

在已开发的染料中，钌金属配合物染料表现出了较好的性能，光电转换效率超过了10％，通过对配体改性，增大共轭体系，同时增加硫氢根的数量，扩展了染料的光响应范围，使染料在可见光到920nm的范围内都有吸收，典型的如N749染料。

虽然N749染料具有全光谱响应范围，但是由于其含有三个硫氰根基团产生相应的缺点：(1)-NCS键合异构体，染料的合成产率低；(2)较弱的Ru-NCS键导致染料分解。

【发明内容】

[要解决的技术问题]

本发明的目的是提供一种环金属配体染料；

本发明的另一个目的是提供一种包含上述染料的染料敏化电极。

本发明的另一个目的是提供一种包含上述染料敏化电极的太阳能电池。

[技术方案]

本发明是通过下述技术方案实现的。

本发明提供了一种环金属配体染料，该染料的结构式如式(1)所示：

ML₁L₂X式(1)

其中M是过渡金属元素，L₁是式2所示的三齿配体的化合物，L₂是式3所示的二齿配体的化合物，X为-NCS基团；

式(2)中，R₄是H或者(C₄H₉)₄N⁺；R₅是H或者(C₄H₉)₄N⁺；R₆是H或者(C₄H₉)₄N⁺；

式(3)中，L₂配体的结构式为A、B、C、D、E、F、G、H、I或J，R₁是一种选自-H、-F、-Cl、-Br、-I、-CF₃、-SO₃H、-OMe、苯、吡啶、吡咯或噻吩的基团；R₂是一种选自-H、-F、-Cl、-Br、-I、-CF₃、-SO₃H、-OMe、苯、吡啶、吡咯或噻吩的基团；R₃是一种选自-H、-F、-Cl、-Br、-I、-CF₃、-SO₃H、-OMe、苯、吡啶、吡咯或噻吩的基团。

根据本发明的优选实施方式，所述的L₂配体的结构式为A、B、C、D、E或F。

根据本发明的优选实施方式，所述的L₂配体的结构式为A。

根据本发明的优选实施方式，所述的L₂配体的结构式为A，其中R₁是苯或H，R₂是苯或H，R₃是苯或H。

根据本发明的优选实施方式，所述的L2配体的结构式为A，其中R1是H，R2是H，R3是苯或H；M为Ru。

根据本发明的优选实施方式，所述的所述染料在380～400nm、580～590nm有较强的吸收峰，且染料的吸收光谱范围超过800nm。

本发明还提供了一种染料敏化电极，包含所述的染料。