[发明专利]咔唑基桥连D-(π-A)2型有机染料及其制备方法和应用

说明书

本发明涉及有机染料技术领域，公开了一种咔唑基桥连D‑(π‑A)₂型有机染料及其制备方法和应用，该有机染料的化学结构式为；本发明的咔唑基桥连D‑(π‑A)₂型有机染料具有良好的光捕获性能，抑制染料分子间聚集和减缓电池界面电子复合能力更强，同时具有较高的光热稳定性能；此外，该有机染料制备方法简单，产率高，制备成本低，是一种性能优良的光电材料，以其作为单一敏化剂应用到染料敏化太阳能电池中，能够获得超过8.68%的光电转化效率。

技术领域

本发明涉及有机染料敏化太阳能电池技术领域，特别涉及一种咔唑基桥连D-(π-A)₂型有机染料及其制备方法和应用。

背景技术

伴随着煤炭资源使用带来的日益严峻的污染问题，作为重要清洁能源的太阳能的利用愈发受到国内外的关注。其中，染料敏化太阳能电池(DSSCs)是模拟光合作用，基于纳米技术发展起来的一种新型光伏科技(O’Regan,B.；M.Nature 1991,353,737.)，具有效率高、制作工艺简便、成本低廉等优点。染料敏化剂是DSSCs的核心组分，对电池的光伏性能起到决定性的影响。有机染料由于原料来源广泛、分子结构设计灵活、摩尔吸光系数高等特点受到了科学家越来越多的关注。通过修饰和优化有机染料各组成部分能够有效调控分子轨道能级和拓宽染料吸收光谱，是提高染料敏化太阳能电池的光电转化效率有效策略。

相比于单体棍棒型染料，双受体D-(π-A)₂型染料得益于其独特的构型特征，摩尔吸光系数更高，光捕获性能更强，同时还能够更加有效防止染料自身聚集，减缓界面电子复合，是一类性能高效、具有高稳定性能且可用于染料敏化太阳能电池的有机光电材料。

发明内容

发明目的：针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种咔唑基桥连D-(π-A)₂型有机染料及其制备方法和应用，咔唑基桥连D-(π-A)₂型有机染料具有良好的光捕获性能，抑制染料分子间聚集和减缓电池界面电子复合能力更强，同时具有较高的光热稳定性能。此外，该有机染料制备方法简单，产率高，制备成本低，是一种性能优良的光电材料，以其作为单一敏化剂应用到染料敏化太阳能电池中，能够获得超过8.68％的光电转化效率。

技术方案：本发明提供了一种咔唑基桥连D-(π-A)₂型有机染料，具有式(IX)的化学结构式：

本发明进一步提供了上述式(IX)化合物的制备方法，包括如下步骤：

S1：使式(I)化合物发生双溴代反应生成式(II)化合物；

S2：使式(II)化合物和式(III)化合物发生Buchwald–Hartwig偶联反应生成式(IV) 化合物；

S3：使式(IV)化合物发生溴化应生成式(V)化合物；

S4：使式(V)化合物与双(频哪醇合)二硼反应生成式(VI)化合物；

S5：使式(VI)化合物与式(VII)化合物发生Suzuki偶联反应生成式(VIII)化合物；

S6：使式(VIII)化合物与氰基乙酸发生Knoevenagel缩合反应生成式(IX)化合物，即咔唑基桥连D-(π-A)2型有机染料；