一種以菲並咔唑為核心的有機染料及其製備方法，以及有機染料敏化太陽電池的製作方法

2023-06-04 13:41:01 1

一種以菲並咔唑為核心的有機染料及其製備方法，以及有機染料敏化太陽電池的製作方法
【專利摘要】本發明提供了一種有機染料，具有式(1)所示結構。本發明以菲並咔唑為核心，使用取代的三苯胺給體和氰基丙烯酸受體來調控染料分子的能級結構，從而設計併合成了多種高效給受體有機染料。以該染料分子製備的染料敏化太陽電池，功率轉化效率突破了10％，遠高於其他以菲並咔唑為核心的有機染料敏化太陽電池，並且本發明提供的有機染料，在製備過程中，避免了重金屬的使用，其原料來源豐富，成本較低，工業化生產對環境更友好。
【專利說明】-種以菲並咔唑為核心的有機染料及其製備方法，以及有 機染料敏化太陽電池

【技術領域】
[0001] 本發明涉及有機染料【技術領域】，尤其涉及一種以菲並咔唑為核心的有機染料及其 製備方法，以及有機染料敏化太陽電池。

【背景技術】
[0002] 隨著能源需求的增加，尋求清潔可持續的能源逐漸成為全球性的研究熱點，其中， 太陽能作為一種可再生清潔能源，其開發利用是能源研究領域的重要課題之一。
[0003] 目前矽系太陽電池已經達到較高的光電轉換效率並且廣泛應用於包括航空航天 在內的國民生產的各個領域。其中晶體矽太陽電池的技術應用最為廣泛，佔太陽電池的 80%以上。但其存在著製造成本高、工藝條件苛刻以及煉矽過程中能耗大、汙染嚴重等缺 點。為了尋找晶體矽電池的替代品，人們開發研製了其它材料的太陽能電池，其中主要包 括砷化鎵III-V族化合物、硫化鎘及碲化鎘薄膜電池等。上述電池中，儘管砷化鎵、硫化鎘、 碲化鎘多晶薄膜電池的效率較非晶矽薄膜太陽能電池效率高，成本較單晶矽電池低，並且 也易於大規模生產，但由於砷、鎘等有劇毒，會對環境造成嚴重的汙染。因此，這些並不是晶 體矽太陽能電池最理想的替代品。
[0004] 近年來以有機光電材料代替無機材料發展的太陽能電池逐漸成為能源領域活 躍而重要的研究方向。1991年，Gliitze丨研究組將Amadelli等人報導過的三核釕染料 RuL2(y-(CN)Ru(CN)L，2)2(L = 2,2，-聯吡啶-4,4，-二羧酸，L，=2,2，-聯吡啶） 作為敏化劑吸附在他們多年潛心發展的高質量Ti02納晶薄膜上製成器件，獲得了模擬太陽 光下7. 1 %的光電轉換效率，在有機太陽電池的發展歷程中具有裡程碑的意義，由此掀起了 染料敏化太陽電池的研究熱潮。
[0005] 與矽基太陽能電池相比，染料敏化太陽電池的製造成本較低，且其光電轉換效率 較高，已經接近薄膜矽電池，從而具有良好的應用前景。
[0006] 目前報導的高效染料敏化太陽電池中的染料多為含有貴金屬的配合物，如多吡啶 釕配合物（J. Am. Chem. Soc. 2008, 130, 10720-10728)。但是，由於貴金屬的儲量有限，從而限 制了貴金屬染料的實際應用。而不含貴金屬的純有機染料敏化電池最高效率僅為8. 8%，與 釕系染料比效率上仍有較大差距。


【發明內容】

[0007] 有鑑於此，本發明要解決的技術問題在於提供一種以菲並咔唑為核心的有機染料 及其製備方法，以及有機染料敏化太陽電池，以所述有機染料製備的有機染料敏化太陽電 池具有較高的效率。
[0008] 本發明提供了一種以菲並咔唑為核心的有機染料，具有式（1)所示結構：
[0009]

【權利要求】
1. 一種以菲並咔唑為核心的有機染料，具有式（1)所示結構： 其中，
Ri選自G?C18燒基； R2、R3獨立的選自H、Ci?C18烷基或Ci?C18烷氧基中的任意一種； y為0或1。
2. 根據權利要求1所述的有機染料，其特徵在於，所述&選自C1(l?C18烷基，R 2、R3獨 立的選自H、Q?C12烷基或Q?C12烷氧基中的任意一種。
3. 根據權利要求2所述的有機染料，其特徵在於，所述有機染料具有式（II )或式 (III)所示的具體結構：
4. 一種以菲並咔唑為核心的有機染料的製備方法，包括： 將式（IV)所示化合物與N，N-二甲基甲醯胺和三氯氧磷反應，然後再與式（V )所示 三苯胺硼酸酯衍生物，在醋酸鈀、Sphos和磷酸鉀作用下進行反應，最後再與氰基丙烯酸在 乙酸銨作用下進行反應，得到式（1)所示的有機染料；
其中， Ri選自G?C18燒基； R2、R3獨立的選自H、Ci?C18烷基或Ci?C18烷氧基中的任意一種； y為〇 ; X為滷素。
5. 根據權利要求4所述的製備方法，其特徵在於，所述札選自C1(l?C18烷基，R2、R 3獨 立的選自H、Q?C12烷基或Q?C12烷氧基中的任意一種。
6. -種以菲並咔唑為核心的有機染料的製備方法，包括： 將式（VI)所示的三苯胺衍生物與三異丙基矽乙炔，在Pd(PPh3)2Cl2、碘化亞銅和三乙 胺作用下進行反應，然後與四丁基氟化胺反應，再與式（W)所示化合物，在Pd(PPh3)2Cl 2、 碘化亞銅和三乙胺作用下進行反應，最後與氰基丙烯酸在乙酸銨作用下進行反應，得到式 (1)所示的有機染料；

其中， Ri選自G?C18燒基； R2、R3獨立的選自H、Ci?C18烷基或Ci?C18烷氧基中的任意一種； y為1 ; X為滷素。
7. 根據權利要求6所述的製備方法，其特徵在於，所述札選自C1(l?C18烷基，R2、R 3獨 立的選自H、Q?C12烷基或Q?C12烷氧基中的任意一種。
8. -種以菲並咔唑為核心的有機染料敏化太陽電池，其特徵在於，染料層為權利要求 1?3任意一項所述的有機染料，或者權利要求4?7任一項所述的製備方法製備的有機染 料。
9. 根據權利要求8所述的有機染料敏化太陽電池，其特徵在於，所述有機染料具有以 下式（II )或式（III)所示的具體結構：
【文檔編號】H01G9/042GK104151861SQ201410452818
【公開日】2014年11月19日 申請日期:2014年9月5日 優先權日:2014年9月5日
【發明者】王鵬, 姚朝陽, 張敏, 李仁志, 馬文濤 申請人:中國科學院長春應用化學研究所