[发明专利]一种有机染料、其制备方法与其应用

说明书

技术领域

本发明涉及太阳电池技术领域，尤其涉及一种有机染料、其制备方法与其应用。

背景技术

能源是人类飞速发展的基石，无论是工业革命、电力革命还是信息技术革命，人类一切伟大的创新、技术的进步都是建立在对能源需求不断扩张的基础上。工业技术革命给人类和地球带来的巨大影响超出在此之前的任何时代，对能源的需求也比以往更迫切。在高度发达的当今社会，随着不可再生的三大化石燃料-煤、石油、天然气的消耗和所带来的环境问题，使能源危机和环境保护成为21世纪人类面临的最重要的难题。太阳能作为一种清洁可再生能源，其开发利用是解决人类目前能源危机和环境问题的一种重要手段。

自1839年法国科学家Becquerel发现光伏效应以来，光电化学研究已经经历了100多年的历史。目前市场上的太阳电池主要还是以硅太阳电池为主，其中晶硅太阳电池的技术应用最为广泛，占太阳电池的80％以上；但存在着制造成本高，工艺条件苛刻，以及炼硅过程中能耗大、污染严重等缺点。以有机光电功能材料为基础、廉价的激子太阳电池受到国内外广泛的关注和研究。1991年，研究组将Amadelli等人报道过的三核钌染料RuL₂(μ-(CN)Ru(CN)L′₂)₂(L＝2,2′-联吡啶-4,4′-二羧酸，L′＝2,2′-联吡啶)作为敏化剂吸附在他们多年潜心发展的高质量TiO₂纳晶薄膜上制成器件，获得了模拟太阳光下7.1％的光电转换效率，在染料敏化太阳电池的发展历程中具有里程碑的意义，由此掀起了染料敏化太阳电池的研究热潮。

与传统的无机半导体太阳能电池相比，染料敏化太阳电池的制造成本较低，且颜色丰富、美观，可制成半透明的产品。柔性的染料敏化太阳电池重量较轻，可以折叠、卷曲而广泛应用于日常生活中。染料敏化剂是染料敏化太阳电池的重要组成之一，而目前商业化的染料多为含有贵金属钌的配合物。但是由于金属钌资源有限且昂贵，钌基染料本身吸收系数提升的空间有限，在过去的十几年间，不含金属的有机染料凭借其原材料丰富、分子设计灵活多样等优点获得了广泛的关注。但是，目前国际上纯有机染料制备的器件的光电转换效率超过10％的只有寥寥几种，效率问题已成为长期困扰纯有机染料发展的症结所在。而目前人们研究较多的是染料的电子给体部分，对电子受体部分研究的较少，所以开发新型电子受体染料敏化剂可能会带来此领域的突破进展。

发明内容

本发明解决的技术问题在于提供一种有机染料，本申请提供的有机染料作为染料敏化剂制备的太阳电池具有较好的性能。

有鉴于此，本申请提供了一种如式(Ⅰ)或式(Ⅱ)所示的有机染料；

其中，R₁和R₂各自独立的选自H、C1～C36的烷基或C1～C36的烷氧基；

Y为羧基、亚磷酸基或磺酸基。

优选的，所述R₁为C6～C18的烷氧基；所述R₂为C5～C25的烷基。

优选的，所述有机染料为具有式(ⅰ)结构的化合物；

优选的，所述有机染料为具有式(ⅱ)结构的化合物；

本申请还提供了一种如式(Ⅰ)所示的有机染料的制备方法，包括以下步骤：

将具有式(Ⅲ)结构的化合物与具有式(Ⅴ)结构的化合物进行偶联反应，得到有机染料的前体酯；

将所述有机染料的前体酯与强碱反应，得到如式(Ⅰ)所示的有机染料；

其中，R₁选自H、C1～C36的烷基或C1～C36的烷氧基；

X为卤素。

本申请还提供了一种如式(Ⅱ)所示的有机染料的制备方法，包括以下步骤：

将具有式(Ⅳ)结构的化合物与N-卤代丁二酰亚胺反应，将得到的产物与具有式(Ⅴ)结构的化合物进行偶联反应，得到有机染料的前体酯；

将所述有机染料的前体酯与强碱反应，得到如式(Ⅱ)所示的有机染料；

其中，R₁和R₂各自独立的选自H、C1～C36的烷基或C1～C36的烷氧基；

Y为羧基、亚磷酸基或磺酸基。

优选的，所述具有式(Ⅳ)结构的化合物的制备按照下述方法进行：