[发明专利]一种线型噻唑硫酮类共吸附剂及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于有机染料技术领域，具体涉及一种用于制备染料敏化太阳能电池的线型噻唑硫酮类共吸附剂及其制备方法。

背景技术

随着人类对能源需求的逐年增加以及温室效应等环境问题的出现，开发新的可再生能源受到了各国政府的高度重视。由于染料敏化太阳能电池的制造成本低、光电转换效率高、工艺简单，因此，这类电池是实验室基础研究以及工业应用开发的一个重点。

在染料敏化太阳能电池的组件中，光敏染料担负着捕获光电子以及向TiO₂导带注入电子等重要作用，因此光敏染料直接影响着电池的光电转换效率。在过去的二十多年里已经发展了多种光敏染料，比如钌-络合物、卟啉化合物和纯有机染料。一个理想的光敏染料分子应该能够吸收尽可能多的光电子从而实现全光谱吸收，例如，钌-络合物N749(黑染料)能够捕获920nm以下的光子，其光电转换效率高达11.1％。但是设计一个在整个光谱范围都有吸收的全光谱光敏染料是一项非常困难的工作，此外，通过降低HOMO能级来拓宽光敏染料在近红外区的吸收光谱会使电子注入变得困难，从而降低光电转换效率。另一方面，使用两种或多种吸收光谱互补的光敏染料共敏是另一种实现染料敏化太阳能电池全光谱吸收实用方法。

钌-络合物和有机染料是两类最常用的光敏染料，钌-络合物的吸收谱带范围宽，可以覆盖整个可见光区，甚至延伸到近红外区，但是它们通常在紫外区的吸收比较弱。而有机染料的吸收谱带通常比较窄，且位于600nm以下或700nm以上(方酸类染料)，但与钌-络合物染料不同的是有机染料的摩尔吸光系数大。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于克服上述钌-络合物光敏染料在紫外区的吸收弱的缺点，提供一种在紫外区有强吸收、可用于制备染料敏化太阳能电池的线型噻唑硫酮类共吸附剂，并为该共吸附剂提供一种操作简单、收率高的制备方法。

解决上述技术问题所采用的技术方案是该共吸附剂的结构式如下：

式中，R₁代表C₁～C₁₀烷基或C₂～C₁₀烯基。

上述线型噻唑硫酮类共吸附剂的制备方法为：

1、制备式1化合物

以甲苯与蒸馏水的体积比为1:1的混合液为溶剂，将苯并噻唑硫酮、C₁～C₁₀的溴代烷烃或C₂～C₁₀的溴代烯烃、氢氧化钠、四丁基溴化铵按摩尔比为1:1～1.3:1～1.3:0.05～0.15，50～70℃反应10～14小时，分离纯化产物，得到式1化合物，其化学反应方程式如下：

式中R₁代表C₁～C₁₀烷基或C₂～C₁₀烯基。

2、制备式2化合物

以氯仿为溶剂，将式1化合物与液溴按摩尔比为1:0.5～0.6，60～80℃反应8～12小时，分离纯化产物，得到式2化合物，其化学反应方程式如下：

3、制备式3化合物

以四氢呋喃与水的体积比为4:1的混合液为溶剂，在氮气保护下，将式2化合物与对醛基苯硼酸、碳酸氢钠、四(三苯基磷)钯按摩尔比为1:1～1.3:1～1.3:0.04～0.06，50～70℃反应8～12小时，分离纯化产物，得到式3化合物，其化学反应方程式如下：

4、制备线型噻唑硫酮类共吸附剂

以冰乙酸为溶剂，将式3化合物、氰基乙酸、乙酸铵按摩尔比为1:1～1.3:1.5～2.5，100～120℃反应5～8小时，分离纯化产物，得到线型噻唑硫酮类共吸附剂，其化学反应方程式如下：

本发明线型噻唑硫酮类共吸附剂制备方法简单，在紫外区吸收强，可增强钌-络合物光敏染料在紫外区的吸收，并且能提高染料敏化太阳能电池的光电性能。

附图说明

图1是实施例1～3制备的线型噻唑硫酮类共吸附剂和N719在二氯甲烷中的紫外吸收光谱图。

图2是实施例1～3制备的线型噻唑硫酮类共吸附剂分别与N719共敏以及N719的光电转换效率图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步详细说明，但本发明的保护范围不仅限于这些实施例。

实施例1