[发明专利]基于苯并酚噻嗪的n型有机染料及其制备方法与应用

说明书

本发明公开了一类基于苯并酚噻嗪的n型有机染料及其制备方法，该类分子采用三苯胺、咔唑、吲哚啉等作为给电子基团，苯并酚噻嗪作为π共轭间桥或者给电子基团，并在吩噻嗪的N原子上引入长碳链，氰基丙烯酸作为锚定基团。本发明特点在于采用苯并酚噻嗪作为给体和π共轭间桥，可以改善分子内的电荷转移，调节能隙，改善光谱响应范围，增强光捕获效率，提升器件性能，可用于制备染料敏化太阳能电池。

技术领域

本发明属于有机光电材料技术领域，具体涉及一类基于苯并酚噻嗪的n型有机染料及其备方法与应用。

背景技术

随着化石能源对环境的恶化，逐渐枯竭，人类迫切需要寻求不破坏环境的可再生能源。太阳能是目前最具前景的新型能源，取之不尽，用之不竭，同时太阳能的使用不会对生态环境造成破坏，是一种安全无污染的可再生能源。太阳能的使用不受地理条件的限制，而且使用成本业比较低廉。太阳能目前有两种利用方法，由光能转换成热能，还有种就是光能直接转换成电能。而目前被认为最有效的转换方式就是光电转换。这也是目前科学家们所重视的，目前在这方面的开发与研制正在迅速发展，也是十分活跃的领域。

第三代太阳能电池主要有染料敏化太阳能电池，有机太阳能电池和钙钛矿太阳能电池。其中染料敏化太阳能电池制作方便简单，成本低廉，稳定性高，其中DSC的使用寿命是第三代太阳能电池中最高的一类，澳大利亚Dyesol公司通过加速老化试验，证实DSC在80℃，并模拟自然使用环境下，使用寿命可达30年以上。染料敏化太阳能电池的工作原理：以染料分子作为吸光的主要材料，在吸收到太阳光时，电子被激发到高能隙层，但激发态是一个不稳定态，所以电子必须以最快速度传输到紧邻的染料分子的导电层内，同时染料分子所失去的电子也能在第一时间从电解质中得到回馈。在染料分子导带中的电子最终经过电极而传送到外部回路从而产生光生电流。

敏化剂是染料敏化太阳能电池当中至关重要的一部分。其通过不断吸光产生电子流，驱动着整个电池的运作。染料直接影响光的利用效率和电子在光阳极表面的注入效率以及界面复合等。从提高电池效率和光敏化剂成本的角度出发，拓宽光响应范围以及开发新型染料是目前人们研究的重点。

发明内容

发明目的：本发明的目的在于提供一类基于苯并酚噻嗪的n型有机染料，其结构稳定，原料普通易得、生产成本低，能隙合适，吸收系数高；本发明还提供其制备方法，合成步骤简单；本发明还公开了基于苯并酚噻嗪的n型有机染料作为敏化剂在染料敏化太阳能电池中的应用。

技术方案：为本实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

本发明公开一类基于苯并酚噻嗪的n型有机染料，其结构通式如式I和式II所示：

其中，式I如下所示：

式II如下所示：

其中，Ar分别为下列结构：

其中，R为碳原子数为1～12的直链或支链的烷基链，R1为含氧原子、硫原子、苯基团的碳原子数为1～12的直链或支链的烷基链。

本发明还公开了上述基于苯并酚噻嗪的n型有机染料的制备方法，式I的合成方法为：

将2-氨基苯硫醇和4-四氢环酮加入二甲基亚砜中，在100～110℃的空气中搅拌24～26h，纯化得到化合物1；

将化合物1、溴己烷、KOH、溴化四丁铵和二甲基亚砜混合，在氮气气氛下于室温条件下反应10～14h，纯化得到化合物2；

将化合物2和氯仿混合，在氨气气氛下于冰水浴中搅拌反应6～9h，并在前两个小时内分三次将N-溴代丁二酰亚胺添加到反应瓶中，纯化得到化合物3；