[发明专利]一种氰基乙酸为受体的Y型共敏剂及其制备方法

说明书

本发明公开了一种氰基乙酸为受体的Y型共敏剂及其制备方法，该共敏剂的结构式如下：式中R代表C₁～C₁₀烷基或苯基。该共敏剂制备方法简单，在紫外区摩尔消光系数高，可提高钌染料敏化太阳能电池在紫外区的吸收，进而提高钌染料敏化太阳能电池的短路电流密度和光电转换效率。

技术领域

本发明属于有机染料技术领域，具体涉及一种用于增强钌染料敏化太阳能电池紫外吸收的Y型共敏剂，以及该共敏剂的制备方法。

背景技术

随着人类对能源需求的不断增加以及石化燃料使用所引起的温室效应等环境问题的出现，开发可再生新能源受到了各国政府的高度重视。染料敏化太阳能电池由于具有制造工艺简单、光电转换效率高、成本低等特点，是当前实验室基础研究以及工业应用开发的一个重点。

在染料敏化太阳能电池的组成部件中，光敏染料担负着捕获光电子以及向TiO₂导带注入电子等重要作用，因此光敏染料直接影响着最终的光电转换效率。在过去的二十多年里已经发展了多种光敏染料，比如钌-络合物、卟啉化合物和纯有机染料。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。但是全光谱响应的光敏染料设计的是一项非常困难的工作，另外，通过降低染料分子的HOMO能级来拓宽其在近红外区的吸收会导致电子注入变得困难，从而降低光电转换效率。另一方面，相对于复杂的全光谱光敏染料分子设计和合成，使用两种或多种吸收光谱互补的光敏染料共敏是另一种实现染料敏化太阳能电池全光谱吸收的快速有效的方法。

钌-络合物和有机染料是两类最常用的光敏染料，钌-络合物的吸收谱带范围宽，可以覆盖整个可见光区，甚至延伸到近红外区，但是它们通常在紫外区的吸收比较弱。而有机染料的吸收谱带通常比较窄，通常在紫外区有强烈的吸收，可用于增强钌染料敏化太阳能电池的紫外吸收，从而提高钌染料敏化太阳能电池的短路电流密度和光电转换效率。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于克服上述钌染料敏化太阳能电池在紫外区的吸收弱的缺点，提供一种在紫外区有强吸收的氰基乙酸为受体的Y型共敏剂，并为该共敏剂提供一种操作简单、收率高的制备方法。

解决上述技术问题所采用的氰基乙酸为受体的Y型共敏剂的结构式如下：

式中，R代表C₁～C₁₀烷基或苯基。

上述氰基乙酸为受体的Y型共敏剂的制备方法如下：

1、制备式1化合物

以水与甲苯的体积比为1:5～20的混合液为溶剂，将3,5-二溴苯甲醛与2-噻吩硼酸、碳酸氢钠、四(三苯基磷)钯在氮气保护下80～100℃反应8～12小时，分离纯化产物，得到式1化合物，其化学反应方程式如下：

2、制备式2化合物

以氯仿为溶剂，将式1化合物与液溴在60～80℃下回流反应3～5小时，分离纯化产物，得到式2化合物，其化学反应方程式如下：

3、制备式4化合物

以水与甲苯的体积比为1:5～20的混合液为溶剂，将式2化合物与式3所示N-取代咔唑硼酸、碳酸氢钠、四(三苯基磷)钯在氮气保护下80～100℃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：

4、制备氰基乙酸为受体的Y型共敏剂

以冰乙酸为溶剂，将式4化合物、氰基乙酸、乙酸铵在100～120℃下反应4～6小时，分离纯化产物，得到氰基乙酸为受体的Y型共敏剂，其化学反应方程式如下：