[发明专利]一种三吩噻嗪基D-A-π-A型有机染料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种三吩噻嗪基D‑A‑π‑A型有机染料及其制备方法。以三吩噻嗪基胺为D单元，噻吩为桥连（π）单元，氰基丙烯酸为吸电子（A）单元，并在D与π单元之间插入苯并噻二唑，作为辅A单元，以此来调节分子内电子的跃迁能级，拓宽吸收光谱。本发明提供的三吩噻嗪基D‑A‑π‑A型有机染料分子的合成路线，制备的三吩噻嗪基染料分子PTZ‑13，对可见光区的太阳光具有较好的吸收。在DSSC中具有很好的应用潜力。

技术领域

本发明属于太阳能电池领域，具体涉及一种三吩噻嗪基D-A-π-A型有机染料及其制备方法。

背景技术

作为第三代太阳能电池的代表，染料敏化太阳能电池（Dye-Sensitized SolarCells，DSSC）近年来受到了广泛的关注。染料做为DSSC中的关键材料，其光谱响应性能直接影响到DSSC的光电转换效率。目前，DSSC中光敏染料的主流设计思路是构建一类具有D（给电子体）-A（吸电子体）-π（共轭桥连单元）-A结构的染料分子。其方法是在传统D-π-A型结构的D和π单元之间引入辅助受体（A），以拓宽染料分子在可见光区的光谱响应范围。

吩噻嗪（Phenothiazine，PTZ）单元含有S和N原子，其衍生物因其蝴蝶状空间结构，具有较强的给电子能力，作为D单元被广泛应用于有机染料。苯并噻二唑（Benzothiadiazole，BTD）是具有五元杂化结构，是一类应用广泛的强吸电性中间体，因此也是近年来有机太阳能电池中常用的受体（A）材料。将苯并噻二唑作为辅A单元引入到传统的D-π-A型染料分子中，拓宽了吸收光谱，制备了大量高效率的新型D-A-π-A型染料分子，取得了较好的器件性能。

本专利设计了以氮原子为中心，连接三个吩噻嗪基的给电子体，其具有类似三苯胺的对称结构，用三个吩噻嗪基来替换三苯胺中的三个苯环，能够进一步增强染料分子中D单元的给电子能力。此外，其中一个吩噻嗪基与苯并噻二唑相连接，形成极大的平面共轭，有利于分子内的电子传输。最终，以三吩噻嗪基胺-苯并噻二唑-噻吩-氰基丙烯酸构成的D-A-π-A型染料分子被设计并合成。目前，尚未有该类研究的报道。

基于以上分析，本发明设计制备了一种三吩噻嗪基D-A-π-A型有机染料。

发明内容

本发明的目的是提供一种三吩噻嗪基D-A-π-A型有机染料及其制备方法。

本发明以三吩噻嗪基胺为D单元，噻吩为桥连（π）单元，氰基丙烯酸为吸电子（A）单元，并在D与π单元之间插入苯并噻二唑，作为辅A单元，以此来调节分子内电子的跃迁能级，拓宽吸收光谱。

本发明提供的三吩噻嗪基D-A-π-A型有机染料的分子结构如图1所示。图2 为其合成路线图。

制备上述三吩噻嗪基D-A-π-A型有机染料的具体步骤为：

(1) 量取适量的甲苯溶液于两口瓶中，依次加入1摩尔份化合物1、2摩尔份化合物2、0.1摩尔份双二苯基膦二茂铁（DPPF）、3摩尔份叔丁醇钠溶于的甲苯溶液中，惰性气体保护下，再加入0.05摩尔份醋酸钯，升温回流，用薄层色谱跟踪反应至反应物浓度基本不变，停止反应。后处理：冷却，旋干，二氯甲烷（DCM）溶解，水洗，萃取，收集有机相，旋干，硅胶柱色谱分离，即二氯甲烷/石油醚，梯度洗脱，收集产物，旋干得橙红色固体，真空干燥箱烘干至恒重，得中间体3。

(2) 量取适量的四氢呋喃（THF）溶液于两口瓶中，依次加入1摩尔份中间体3，2摩尔份联硼酸频那醇酯和3摩尔份醋酸钾，搅拌溶解，氩气保护，再加入0.05摩尔份[1,1'-双(二苯基膦基)二茂铁]二氯化钯，升温回流，用薄层色谱跟踪反应至反应物浓度基本不变，停止反应。后处理：冷却，旋干，二氯甲烷萃取，收集有机相，旋干，用石油醚/二氯甲烷的硅胶柱色谱分离，收集产物，旋干得淡红色固体，真空干燥箱烘干至恒重，得中间体4。