[发明专利]茚并吡咯噻吩类光敏染料的制备及用途

说明书

本发明公开了一种茚并吡咯噻吩类光敏染料的制备及用途,所说的茚并吡咯噻吩类光敏染料，其具有式(I)所示结构：式(I)中，R为C₁～C₆烃基。本发明提供的茚并吡咯噻吩类光敏染料易于合成，产率高，同时具有供电性和良好的电荷传输能力。该染料作为染料敏化太阳能电池的光敏化剂，具有良好的光电转换性能。在100mW/cm²光强照射下，所制备电池的光电转换效率达到9％以上，对提高染料敏化太阳能电池的光电转换效率具有实际意义。

技术领域

本发明涉及一种染料及用途，具体地说，涉及一种茚并吡咯噻吩类光敏染料的制备及用途。

背景技术

目前能源危机已经成为21世纪以来人类面临的最大问题，而太阳能作为一种干净的取之不尽用之不竭的能源得到了科学家的广泛关注。太阳能电池作为一种最广泛的太阳能利用方式，其研究发展进程已经被空前的推进。在这些应用中，染料敏化太阳能电池(O’Regan,B.；M.Nature 1991,353,737.)由于其高效、低成本、低能耗、环境友好等优点，受到了各国研究机构的广泛重视。并且在不久的将来很可能被发展为一种能工业化生产的电池。

染料敏化太阳能电池的工作机制已经被探明，其大概的原理是透过FTO导电玻璃，太阳光被敏化剂吸收，同时电子发生跃迁形成激发态的染料，接着将电子注入到二氧化钛导带中；电介质会把氧化态的染料还原，同时接收外电路的电子回到基态。染料一般分为电子的供体(D)，共轭桥(π)和电子接收体(A)三部分组成，但是本发明设计出的共轭桥本身有很强的供电性，同时体积很小有利于染料在二氧化钛表面的吸附，从而增加了太阳光的吸收得到了可观的电流和电池效率。

敏化剂和电解质的能级需要相互匹配。传统的染料敏化太阳能电池采用碘电解质，然而，该类电解质限制了电池开路电压的提高。新型钴配合物电解质的应用使染料敏化太阳能电池的开路电压和光电转换效率进一步提高(Mingkui Wang,etal.EnergyEnviron.Sci.,2012,5,9394-9405)。然而，该类电解质的使用对染料的选用有更严格的要求：染料具有高的摩尔吸光系数，染料要有良好的抑制电子复合的能力。

发明内容

鉴于以上问题，本发明需要解决的技术问题是：设计并合成一种适用于钴配合物电解质光敏染料。

根据以上问题，本发明的目的之一在于，提供一种茚并吡咯噻吩类光敏染料及其制备方法；

本发明的目的之二在于，提供一种茚并吡咯噻吩类光敏染料的用途。

本发明所提供的茚并吡咯噻吩类光敏染料具有如图5的结构通式：

式(I)中：R₁，R₂为C₁～C₁₂烃基。

在本发明的一个优选技术方案中，R₁，R₂为C₁～C₁₂烃基，最佳的R₁为甲基，R₂为己基。

其中5-己基-4-(4-甲氧基苯基)-4,5-二氢噻吩并[2”，3”：4'，5']吡咯并[2'，3'：4,5]噻吩并[3,2-b]吲哚既是共轭单元又是供电单元，这是对于染料的一个创新。

制备本发明所述茚并吡咯噻吩类光敏染料，采用化合物(II)，正己烷和氰基乙酸为原料，依次经过Vilsmeier-Haack，Cadogan以及Knoevenagel等反应得到目标物，合成路线如图6所示：

制备本发明所说的茚并吡咯噻吩类光敏染料的方法，包括如下步骤：

(a)将式(II)所示化合物通过Vilsmeier-Haack反应得到式(IV)所示化合物；