[发明专利]一种双D-π-A型柱[5]芳烃染料及其合成方法及其应用

说明书

本发明公开了一种双D‑π‑A型柱[5]芳烃染料及其合成方法及其应用。所述双D‑π‑A型柱[5]芳烃染料具有共轭结构，双D‑π‑A型柱[5]芳烃染料的合成及其在染料敏化太阳电池中的应用。本发明以烷氧基柱[5]芳烃的苯环为共轭桥连结构，增加染料分子的共轭性，通过烷氧基柱[5]芳烃桥连左右两个D‑π‑A结构单元来增强染料的摩尔吸光系数和拓宽染料的捕光范围，用柱芳烃的三维立体空间结构抑制染料分子的聚集。该染料具有优良的捕光能力，用此染料构建的染料敏化太阳电池，能够获得较大的光电流和电压，从而取得较高的光电转换效率。

技术领域

本发明涉及属于精细化工中的光电转化材料应用领域及染料敏化太阳电池技术领域，具体涉及一种双D-π-A型柱[5]芳烃染料及其合成方法及其应用。

背景技术

染料敏化太阳能电池(DSSCs)是一种新型的将太阳能转化为电能的柔性装置。这类电池因为其制备简单方便，在室外光和室内弱光下均可获得较高的能量转换效率，使之在室内装饰和建筑幕墙等商业领域的应用成为可能，引起了市场的关注。其优点在于少量的染料，通过染浴可以制备大量的器件，成本廉价，制备工艺简单可重复。对于一个高性能的染料敏化太阳能电池来说，敏化染料的结构至关重要，其对电池的光电转换效率起着决定性作用。当前，基于碘基电解液有着最高光电转换效率的染料的是多吡啶钌和金属卟啉配合物染料，这两类高效的染料为金属配合物，制备工艺较长，分离提纯相对更加困难。而纯有机染料的合成简单、分子结构易于设计与修饰、摩尔消光系数高等优点，得到了广泛的开发与应用。

D-π-A型结构通过分子内光电子转移可以有效的捕获太阳光子，已经被证实是高效的染料分子需要具备的结构。双(D-π-A)型染料是在一个染料分子中，具有两个独立的D-π-A结构单元，这样就相当于一个分子具有了两倍的捕光单元，捕光能力显著增强。同时，柱[5]芳烃具有优异的空间立体结构，可以有效的支开染料分子由共轭面引起的π-π堆积，通过其苯环提供的共轭桥连结构，抑制分子间的π-π聚集。目前还没有报道以柱[5]芳烃为共轭桥连结构的双边染料。

本发明设计并合成一类以柱[5]芳烃为共轭桥连结构，具有双(D-π-A)结构的纯有机染料。该染料具有结构简单，易于合成，光电转换性能良好等优点。

发明内容

为了克服现有技术存在的不足，本发明的目的是提供一种双D-π-A型柱[5]芳烃染料的合成方法及其应用。

本发明的目的在于针对现在DSSCs用染料存在严重聚集，提供了一种抑制聚集和增强捕光能力的双D-π-A型柱[5]芳烃染料。这类染料以烷氧基柱[5]芳烃为桥连结构，吩噻嗪为电子给体，噻吩/呋喃为π桥，氰基乙酸为电子受体和锚固基团的双边纯有机染料。这类染料在染料敏化太阳电池上具有良好的应用性能。

本发明提供的双D-π-A型柱[5]芳烃染料，制备方法工艺简单，效率高，能有效进行规模化生产，具有普适性。

本发明还在于提供所述的一类双D-π-A型柱[5]芳烃染料在DSSCs中的应用，具体作为敏化剂应用于DSSCs器件的的光阳极，能够有效地抑制电子复合，提高开路电压，双D-π-A结构增强了染料的捕光能力，有效的提高了短路电流，从而有效地提高染料敏化太阳的光电性能。

本发明提供的合成方法，在具有空间三维结构的柱[5]芳烃两侧通过共轭结构引入两个具有D-π-A结构单元，得到所述双D-π-A型柱[5]芳烃染料，该染料可以应用于制备染料敏化太阳电池。

本发明的目的至少通过如下技术方案之一实现。

本发明提供的一种双D-π-A型柱[5]芳烃染料，结构通式如下所示：

其中，n的取值为0-3；R₁为碳原子数为1-20的支链或碳原子数为1-20的直链烷基；R₂为碳原子数为1-4的直链烷基；X为O原子或S原子。