噻吩系染料及其製備方法
2023-11-03 00:51:12 1
專利名稱：噻吩系染料及其製備方法
技術領域：
本發明涉及一種用於染料敏化太陽能電池的噻吩系染料(thiophene-based dye)及其製備方法。
背景技術：
自從瑞士洛桑聯邦理工學院(EPFL)的Michael Gratzel研究團隊於1991年開發出染料敏化納米級二氧化鈦太陽能電池以來，在這個領域開展了大量的研究。與現有的矽太陽能電池相比，染料敏化太陽能電池具有更高的效率，而生產成本則顯著降低，並可能代替現有的非晶矽太陽能電池。與矽太陽能電池不同的是，染料敏化太陽能電池是一種光電化學太陽能電池，其以吸收可見光束產生電子-空穴對的染料分子和傳輸所產生的電子的過渡金屬氧化物作為主要材料。廣泛用於染料敏化太陽能電池的釕金屬配合物雖然具有很高的光電轉換效率，但其成本也非常高。最近，發現了一種不含有金屬的有機染料，它在光吸收效率方面具有良好的性質，穩定的氧化-還原反應和分子內電荷轉移(CT)吸收，可以代替昂貴的釕金屬配合物應用於太陽能電池。正因為如此，人們對於不含有金屬的有機染料進行了全面的研究。有機染料通常含有通過π -偶聯單元相連的電子供體-電子受體末端基團的結構。在大多數有機染料中，胺類衍生物作為電子供體，2-氰基丙烯酸或者繞丹寧末端基團作為電子受體，兩者均通過η -偶聯繫統(例如偏磷酸單元或者噻吩鏈)相連。作為電子供體的胺類單元中的結構變化通常會帶來電子性質的變化，例如光吸收譜藍移，並且能改變η-共軛的長度來調整光吸收譜和氧化還原電位。但是，由於與釕金屬配合物相比，大多數已知的有機染料具有更低的轉換效率和操作穩定性，人們一直致力於通過改變電子供體和電子受體的η-共軛的類型和長度，來開發一種比現有的有機染料化合物具有更好的摩爾消光係數和更高的光電轉換效率的新型染料。
發明內容
摶術問是頁
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因此，本發明的一個方面是提供一種與傳統的金屬配位染料相比具有更好的摩爾消光係數、更高的光電轉換效率，從而顯著增強太陽能電池的效率的新型有機染料，以及該染料的製備方法。本發明的另一個方面是提供一種染料敏化光電轉換單元以及具有更高效率的太陽能電池，所述染料敏化光電轉換單元通過包含所述染料而具有提高的光電轉換效率和良好的Js。(短路光電流密度)和摩爾消光係數。本發明的另外方面和/或優點將會在接下來的說明書中部分闡述，並且部分可以從說明書中毫無疑義的得出，或者可以從本發明的實施中獲得。技術方案本發明的上述和/或者其他的方面，可以通過由下面化學式I表示的噻吩系染料獲得，所述的噻吩系染料包括:[化學式I]
權利要求
1.一種二噻吩並噻吩系染料，其由以下化學式7表示
2.如權利要求I所述的二噻吩並噻吩系染料，其中，由化學式7表示的染料包括由以下化合物158 180表示的化合物中的一種
3.由權利要求1所述的化學式7表示的二噻吩並噻吩系染料的製備方法，所述製備方法包括: (1)使化學式8的化合物與化學式9的化合物發生鈴木偶聯反應以製得如下化學式10的化合物； (2)使化學式10的化合物與POCl3在二甲基甲醯胺中發生反應以製得如下化學式11的化合物；以及 (3)在乙腈中的哌啶的存在下，使化學式11的化合物與氰乙酸或者如下化學式12的化合物反應:Ar-Br化學式8
4.一種染料敏化光電轉換單元，其包括施加有權利要求1或2所述的染料的氧化物半導體顆粒。
5.如權利要求4所述的染料敏化光電轉換單元，其中，所述的氧化物半導體顆粒在存在包含物下被施加有噻吩系染料。
6.如權利要求4所述的染料敏化光電轉換單元，其中，所述的氧化物半導體顆粒包含二氧化鈦作為必要成分。
7.如權利要求4所述的染料敏化光電轉換單元，其中，所述的氧化物半導體顆粒的平均直徑為I 500nm。
8.一種染料敏化太陽能電池，其包含權利要求4所述的染料敏化光電轉換單元作為電極。
9.如權利要求8所述的染料敏化太陽能電池，其通過如下操作步驟來製備:將TiO2膏塗覆在透明的導電襯底上的步驟；燒成已塗覆膏的襯底以形成TiO2層的步驟；將具有TiO2層的襯底浸入包含溶解的由化學式7表示的染料的溶液中，以形成具有所述染料的TiO2膜電極的步驟；在所述TiO2膜電極上提供包含反電極的第二玻璃襯底的步驟；形成孔以貫通所述第二玻璃襯底和反電極的步驟；通過熱和壓力將所述反電極和TiO2膜電極結合，在它們之間留下熱塑性聚合物膜的步驟；通過所述孔將電解質注入到設置在所述反電極和所述TiO2膜電極之間的熱塑性聚合物膜的步驟；以及密封所述的熱塑性聚合物膜的步驟。
全文摘要
本發明提供一種噻吩系染料及其製備方法，更具體地，涉及用於染料敏化太陽能電池(DSSC)的染料化合物，與傳統的染料相比，其具有更高的摩爾消光係數、Jsc(短路光電流密度)和光電轉換效率，從而增強了太陽能電池的效率。本發明提供一種二噻吩並噻吩系染料，其由以下化學式表示。
文檔編號H01G9/042GK103254659SQ20131005577
公開日2013年8月21日 申請日期2008年10月15日 優先權日2007年10月15日
發明者裴鎬基, 李鍾燦, 金鐘福, 文炯敦, 樸泰鎮, 白宗協, 楊會澤, 安賢哲 申請人:株式會社東進世美肯