[发明专利]一种吩噻嗪类染料敏化剂及其制备方法和应用

说明书

本发明提供一种吩噻嗪类染料敏化剂，具有式Ⅰ所示的结构，该染料敏化剂以10‑苯基吩噻嗪为电子给体，苯并噻二唑为辅助受体，氰基乙酸为电子受体，构成了新型“D‑A‑π‑A”结构染料敏化剂，为染料敏化剂的筛选提供了新的可用物质。实验结果表明，本发明所提供的染料敏化剂具有优异的光电转化性能，光电转化效率可达6.76％。本发明还提供了上述染料敏化剂的制备方法，本发明所提供的制备方法简单，易于操作，适合工业化生产。

技术领域

本发明涉及染料敏化太阳能电池技术领域，尤其涉及一种吩噻嗪类染料敏化剂及其制备方法和应用。

背景技术

太阳能电池技术可以将太阳能转换为电能，被认为是最有效的利用太阳能的方式。太阳能电池主要分为三种：晶体硅太阳能电池、多元化合物薄膜太阳能电池和染料敏化太阳能电池。染料敏化太阳能电池(dye-sensitized solar cells,DSSCs)由于具有成本低、工艺简单、可弱光发电、光电转化效率高等优势而受到越来越广泛的关注。

作为太阳能电池的核心部分，染料敏化剂发挥着吸收太阳光、产生并传输电子的重要作用，直接影响DSSCs的性能。染料敏化剂分为金属配合物敏化剂和纯有机染料敏化剂，纯有机染料敏化剂由于具有成本低、对环境污染小、结构易于调整、易于合成和高摩尔消光系数等优势，受到了广泛关注。

分子工程毫无疑问是提高有机染料敏化剂光电性能最有效的方法之一，然而，现有的有机染料敏化剂大多为“D-π-A”结构，该结构的有机染料敏化剂易在二氧化钛表面形成聚集，进而影响光致电荷分离和光吸收。近年来，出现了新型“D-A-π-A”结构的有机染料敏化剂，即在传统“D-π-A”结构的给体和桥键之间引入一个辅助电子受体，此类染料敏化剂具有以下优点：(i)有效促进电子从给体到受体的转移；(ii)可对额外受体的结构进行灵活修饰以优化电池性能；(iii)有利于改善开路电压；(iv)方便调整分子能量差，产生新的光谱吸收带；(v)最重要的是，能够极大地提高敏化剂的光稳定性，具有良好的发展前景。但是目前该类染料敏化剂的种类很少，不能满足染料敏化太阳能电池对染料敏化剂的多样性需求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种吩噻嗪类染料敏化剂及其制备方法和应用，本发明提供的染料敏化剂结构新颖，且具有优异的光电转化性能。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种吩噻嗪类染料敏化剂，具有式Ⅰ所示的结构：

所述式Ⅰ中的R为式a、式b或式c：

本发明还提供了上述吩噻嗪类染料敏化剂的制备方法，包括如下步骤：

将化合物Ⅱ与氰基乙酸、碱性缩合剂、极性有机溶剂混合，进行缩合反应，得到吩噻嗪类染料敏化剂；

所述化合物Ⅱ为式Ⅱa、式Ⅱb或式Ⅱc所示的化合物，

优选的，所述碱性缩合剂为哌啶。

优选的，所述碱性缩合剂与化合物Ⅱ的摩尔比为12.5～13.2:1。

优选的，所述氰基乙酸与化合物Ⅱ的摩尔比为2.8～3.1:1。

优选的，所述极性有机溶剂为乙腈、氯仿和四氢呋喃中的一种或多种。

优选的，所述化合物Ⅱ的物质的量与所述极性有机溶剂的体积比为1mmol:75～79mL。

优选的，所述缩合反应的温度为60～80℃。

优选的，所述缩合反应的反应时间为6～8h。

本发明还提供了上述染料敏化剂在染料敏化太阳能电池中的应用。