一種有機染料及其制備方法和應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及染料敏化太陽能電池領(lǐng)域，尤其涉及一種有機染料及其制備方法和應(yīng) 用。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著我國經(jīng)濟的飛速發(fā)展，能源的需求量也急劇增加。目前我國已是世界上第一 大能源進口國，而且礦石類能源消耗所伴生的環(huán)境問題如霧靄等也逐漸嚴重，尋求清潔可 持續(xù)的能源已是當務(wù)之急。太陽能作為一種可再生清潔能源，其開發(fā)利用是能源研宄領(lǐng)域 的熱點之一。
[0003] 染料敏化太陽能電池作為太陽能電池的重要一種已得到世界的廣泛關(guān)注。1991 年，Gliltze丨研宄組將Amadelli等人報道過的三核釕染料RuL2 (y- (CN)Ru(CN)L' 2) 2 (L為 2, 2'-聯(lián)吡啶_4,4'-二羧酸，L' =2, 2'-聯(lián)吡啶）作為敏化劑吸附在他們多年潛心 發(fā)展的高質(zhì)量TiO2納晶薄膜上制成器件，獲得了模擬太陽光下7. 1%的光電轉(zhuǎn)換效率，由此 開啟了染料敏化太陽電池的研宄大幕。
[0004] 與傳統(tǒng)的無機半導(dǎo)體太陽能電池相比，染料敏化太陽電池的制造成本較低，且顏 色豐富、美觀，可制成半透明的產(chǎn)品，柔性的染料敏化太陽電池重量較輕，可以折疊、卷曲可 以廣泛應(yīng)用于日常生活中。
[0005] 目前，可以用于商業(yè)化的染料均為含有貴金屬釕的配合物，但是由于釕資源缺乏， 因此使釕系材料的成本高昂，嚴重制約了大規(guī)模的生產(chǎn)應(yīng)用；而純有機染料已是大勢所趨， 目前，國際上純有機染料制備的器件光電轉(zhuǎn)換效率超過10%只有寥寥幾種，最高效率也只 有11. 3%，且大多數(shù)材料合成麻煩、器件加工工藝復(fù)雜，因此，制約了純有機染料在染料敏 化太陽能電池中發(fā)展。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 有鑒于此，本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于提供一種有機染料，本發(fā)明提供的有 機染料，本發(fā)明提供的有機染料不僅制備方法簡單，而且光電轉(zhuǎn)化效率高。
[0007] 本發(fā)明提供了一種有機染料，具有式（I)結(jié)構(gòu)或式（II)結(jié)構(gòu)，
【主權(quán)項】
1. 一種有機染料，具有式（I)結(jié)構(gòu)或式（II)結(jié)構(gòu)，
其中，Uh獨立的選自CfCw的烷基； 札_2、&_3、R2_2、R2_3獨立的選自H、CC36的烷基、CC36烷基取代的苯基或CC36 烷氧基取代的苯基； 札_4、馬_4獨立的選自式（III)、式（IV)、式（V)或式（VI)，
其中，R6、R7獨立的選自H、F、CC36的烷基、苯基CC36烷基取代的苯基或CC36 烷氧基取代的苯基；x為0或1 ; Rh、R2-5選自氫、芳基或cC36的烷基。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的有機染料，其特征在于，所述芳基為CC36烷基取代的芳基 或Ci?C36烷氧基取代的芳基。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的有機染料，其特征在于，所述芳基選自式（VII)、式（VIII)或 式（IX)，
其中，馬為H、C廣C36的烷基或C廣C36的烷氧基； R9、R1(l、Rn獨立的選自H或C廣C36的烷基；y為0或1。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的有機染料，其特征在于，所述Ri+Ru獨立的選自C3?C3Q的 燒基。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的有機染料，其特征在于，所述R^、^、'、^獨立的選自!!、 C3?C3(|的烷基、C3?C3(|烷基取代的苯基或C3?C3(|烷氧基取代的苯基。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的有機染料，其特征在于，所述有機染料具有式（X)結(jié)構(gòu)、式 (XI)結(jié)構(gòu)或式（XII)結(jié)構(gòu)，
7. -種有機染料的制備方法，包括： 1) 將式（XIII)結(jié)構(gòu)的化合物與式（XIV)結(jié)構(gòu)的化合物反應(yīng)，得到式（XV)結(jié)構(gòu)的化合 物，
其中，的烷基， R5為氫、芳基或CC36的烷基， R12為(^?(：8的烷基； 2) 將式（XV)結(jié)構(gòu)的化合物轉(zhuǎn)化為式（I)結(jié)構(gòu)的化合物或式（II)結(jié)構(gòu)的化合物；
其中，Uh獨立的選自CfCw的烷基； 札_2、&_3、R2_2、R2_3獨立的選自H、CC36的烷基、CC36烷基取代的苯基或CC36 烷氧基取代的苯基； 札_4、馬_4獨立的選自式（III)、式（IV)、式（V)或式（VI)，
其中，R6、R7獨立的選自H、F、CC36的烷基、CC36烷基取代的苯基或CC36烷 氧基取代的苯基；x為0或1 ; Rh、R2-5選自氫、芳基或cC36的烷基。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的制備方法，其特征在于，所述步驟2)具體為： 2-1)將式（XV)結(jié)構(gòu)的化合物轉(zhuǎn)化為式（XVI)結(jié)構(gòu)的化合物或式（XVII)結(jié)構(gòu)的化合 物；
其中，Uh獨立的選自（^?(：36的烷基； 札_2、&_3、R2_2、R2_3獨立的選自H、C廣C36的烷基、C廣C36烷基取代的苯基或C廣C36 烷氧基取代的苯基； 札^^選自氫?芳基或^?^的烷基； 2-2)式（XVI)結(jié)構(gòu)的化合物或式（XVII)結(jié)構(gòu)的化合物與具有式（XVIII)結(jié)構(gòu)的化合 物進行反應(yīng)，得到式（I)結(jié)構(gòu)的化合物或式（II)結(jié)構(gòu)的化合物； R4-X式（XVIII)， 其中，R4為式（III)、式（IV)、式（V)或式（VI)，
其中，R6、R7獨立的選自H、F、CC36的烷基、CC36烷基取代的苯基或CC36烷 氧基取代的苯基；x為0或1 ; X為H、fo或I。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的制備方法，其特征在于，所述步驟2-1)具體為： 2-1-1)將式（XV)結(jié)構(gòu)的化合物轉(zhuǎn)化為式（XIX)結(jié)構(gòu)的化合物，
其中，的烷基， R2、R3獨立的選自H、CC36的烷基、CC36烷基取代的苯基或CC36烷氧基取代 的苯基， R5為氫、芳基或CC36的烷基； 2-1-2)將式（XIX)結(jié)構(gòu)的化合物轉(zhuǎn)化為式（XVI)結(jié)構(gòu)的化合物或式（XVII)結(jié)構(gòu)的化 合物。
10. -種染料敏化太陽能電池，包括有機染料層，所述有機染料層包括權(quán)利要求1?6 任意一項所述的有機染料或權(quán)利要求7?9任意一項制備方法制備得到的有機染料。
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種有機染料及其制備方法和應(yīng)用，所述有機染料具有式(I)結(jié)構(gòu)或式(II)結(jié)構(gòu)，通過將菲并咔唑和富電子噻吩單元并環(huán)，同時通過選擇合適的取代基實現(xiàn)了分子能級的調(diào)控，進而使得本發(fā)明所述的有機染料應(yīng)用于染料敏化太陽電池時，大大提高了其光電轉(zhuǎn)化效率；同時，發(fā)明提供的制備方法的原材料來源豐富、成本低廉、可以實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn),
【IPC分類】C09B57-00, H01G9-20, C07D495-06
【公開號】CN104557971
【申請?zhí)枴緾N201510028219
【發(fā)明人】王鵬, 姚朝陽
【申請人】中國科學院長春應(yīng)用化學研究所
【公開日】2015年4月29日
【申請日】2015年1月20日