[发明专利]贵金属钌型敏化剂及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及贵金属钌型敏化剂(染料)及其制备方法，更具体而言，涉 及用于制造染料敏化太阳能电池的贵金属钌型染料(敏化剂)及其制备方 法以及包括所述贵金属钌型染料(敏化剂)的光电转换元件和染料敏化太 阳能电池，所述贵金属钌型染料能显著改善摩尔消光系数，从而只用少 量的染料和氧化物半导体颗粒便可以增强太阳能电池的效率，使薄膜太 阳能电池元件的制造没有困难，并大幅度降低太阳能电池的制造成本。

背景技术

自从瑞士洛桑联邦理工学院(EPFL，Ecole Polytechnique Federale de Lausanne)的Michael Gratzel研究团队在1991年开发出染料敏化纳米颗粒 二氧化钛太阳能电池以来，在该领域已经进行了大量的研究工作。染料 敏化太阳能电池需要的制造成本大大低于现有的硅太阳能电池，并且有 可能替代现有的无定形硅太阳能电池。与硅太阳能电池不同的是，染料 敏化太阳能电池是包含下述材料作为主要材料的光电化学太阳能电池： 吸收可见光以生成电子-空穴对的染料分子和传递所生成的电子的过渡金 属氧化物。

常规的染料敏化太阳能电池中所使用的代表性染料包括下述化合 物。

上述的常规染料分别被称为N820和N945。

如果使用常规染料制造太阳能电池，则应该提供15μm至20μm的氧 化物半导体颗粒层，用以对其施加染料。然而，染料和氧化物半导体颗 粒非常昂贵，占到染料敏化太阳能电池制造成本的30％以上。因此，始 终存在着开发在减少染料和氧化物半导体颗粒使用量的同时能提供更高 光电转换效率的染料的需求。随着对更薄太阳能电池的持续需求，对合 适材料的研究工作正在进行中。

发明内容

技术问题

因此，本发明的一个方面提供了一种染料及其制备方法，所述染料 能显著改善摩尔消光系数，从而只用少量的染料和氧化物半导体颗粒便 可以增强太阳能电池的效率，使薄膜太阳能电池的制造没有困难，并大 幅度降低太阳能电池的制造成本。

另外，本发明另一方面提供了一种染料敏化光电转换元件的制造方 法，所述方法通过使用少量的染料和氧化物半导体颗粒使制造成本大幅 度降低，并且提供了包括所述光电转换元件的太阳能电池的制造方法。

本发明的其它方面和/或优点将部分地在随后的说明书中得到阐述， 而部分地从说明书中显而易见，或者可以通过本发明的实践而获得。

技术方案

本发明提供由以下化学式1表示的钌型染料(敏化剂)，包括

[化学式1]

其中，环a1包含具有卤素原子、酰胺基、氰基、羟基、硝基、烷氧 基或酰基的至少一个取代基。环b1包含具有卤素原子、酰胺基、氰基、 羟基、硝基、烷氧基或酰基的至少一个取代基。R可以相同也可以不同， 并且独立地包括具有1至30个碳的饱和或不饱和烷基。R包含具有卤素 原子、酰胺基、氰基、羟基、硝基、烷氧基或酰基的至少一个取代基。

本发明还提供了由以下化学式2表示的钌型染料(敏化剂)，包括

[化学式2]

其中，环a1包含具有卤素原子、酰胺基、氰基、羟基、硝基、烷氧 基或酰基的至少一个取代基。环b1包含具有卤素原子、酰胺基、氰基、 羟基、硝基、烷氧基或酰基的至少一个取代基。R可以相同也可以不同， 并且独立地包括具有1至30个碳的饱和或不饱和烷基。R包含具有卤素 原子、酰胺基、氰基、羟基、硝基、烷氧基或酰基的至少一个取代基。

本发明还提供了由化学式1表示的染料的制备方法，其中下述化学 式4中的化合物与化学式3、5和6中的化合物反应，该制备方法包括

[化学式3]

[RuCl₂(对-甲基异丙基苯)]₂

[化学式4]

[化学式5]

[化学式6]

NH₄NCS

其中，化学式3、4、5和6中的a1、b1和R如上所限定。