[发明专利]一种苯基为末端桥链的咔唑共敏剂及其制备方法

说明书

本发明公开了一种苯基为末端桥链的咔唑共敏剂及其制备方法，该共敏剂的结构式如下：式中，R为C1～C10的烷基；X为氧或硫。本发明中的共敏剂与钌染料N719共敏后，可达到提高短路电流密度和开路电压的双重效果：一方面，苯基为末端桥链的咔唑共敏剂可拓宽敏化太阳电池的吸收谱带范围，从而提高短路电流密度；另一方面，苯基为末端桥链的咔唑共敏剂可抑制注入电子与电解质的复合，从而提高开路电压。短路电流密度和开路电压的同时提高进一步提高了高钌染料N719敏化的太阳能电池的光电转换效率。一种苯基为末端桥链的咔唑共敏剂制备方法简单，成本低，具有广阔的应用前景。

技术领域

本发明属于有机共敏剂技术领域，具体涉及以烷基取代咔唑为电子供体、以苯基为末端桥链、以氰基乙酸为吸电子基团的有机共敏剂。

背景技术

能源危机与环境污染对全球可持续发展提出的挑战日益加剧，开发清洁可再生新能源已经成为世界各国规划中的重大方向。与石化燃料、核能、水能、风能等相比，太阳能具有独特的优势，因其总量大、安全且不受地理条件限制。自1954年美国贝尔实验室成功研制第一个实用硅太阳能电池并用于人造卫星电源以来，太阳能电池研究取得了巨大的进展，现已发展到第三代太阳能电池。其中，染料敏化太阳能电池(DSSCs)的制造工艺简单、成本低、光电转化效率高，是当前太阳能电池领域的一个研究热点。

DSSCs的组件包括光阳极、光敏染料、电解质和对电极，而光敏染料主要担负着捕获光子和向TiO₂导带注入电子等重要作用，因此它的性能直接影响着DSSCs的光电转化效率。目前，以N719为代表的钌-络合物的DSSCs光电转化效率达到了11％，最近，利用锌-卟啉络合物和三苯胺有机染料共敏化的DSSCs光电转化效率达到了13％。

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。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于克服上述光敏染料的缺点，提供一种吸收光谱互补的共敏剂，其与N719共敏后，达到同时提高短路电流密度和开路电压的效果，从而进一步提高太阳能电池的光电转换效率；并为该染料提供一种操作简单、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敏剂的结构式如下所示：

式中，R为C1～C10的烷基；X为氧或硫。

本发明优选R代表C6烷基(正己基)，X代表硫。

上述苯基为末端桥链的咔唑共敏剂的制备方法为：

1、制备式3化合物

以甲苯与水的体积比为5:1的混合液为溶剂，将式2化合物、对醛基苯硼酸、四(三苯基膦)钯、碳酸钾按摩尔比为1:1～1.2:0.03～0.05:1.5～2.0反应，100～120℃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：

式中X代表氧或硫。

2、制备式5化合物

以甲苯与水的体积比为5:1的混合液为溶剂，将式3化合物、式4化合物、四(三苯基膦)钯、碳酸钾按摩尔比为1:1～1.2:0.03～0.05:1.5～2.0反应，100～120℃反应8～12小时，分离纯化产物，得到式4化合物，其化学反应方程式如下：

式中R代表C1～C10的烷基。

3、制备苯基为末端桥链的咔唑共敏剂