[发明专利]新的有机染料及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及用于染料感应太阳能电池（dye-sensitized solar cell，DSSC）的染料及其制造方法。

背景技术

1991年由瑞士洛桑联邦理工学院（EPFL）的迈克尔格莱才尔（Michael Gratzel）研究小组开发出染料感应纳米粒子氧化钛太阳能电池后，在这一领域进行着很多研究。染料感应太阳能电池因比起现有的硅系太阳能电池，效率高、制造成本显著低，具有代替现有的非晶硅太阳能电池的可能性，与硅太阳能电池不同，染料感应太阳能电池是以可吸收可见光而形成电子-空穴（hole）对的染料分子和传递所生成电子的过渡金属氧化物为主要构成材料的光电化学太阳能电池。

作为用于染料感应太阳能电池的染料，表现出高的光电转换效率的钌金属配位化合物被广泛地使用至今，但这钌金属配位化合物有价格昂贵的缺点。

最近，发现在吸光效率、氧化还原反应稳定性和分子内电荷转移（charge-transfer，CT）系吸收方面表现出优秀的物理性质的、不含有金属的有机染料，可用于作为代替昂贵的钌金属配位化合物的太阳能电池用染料，所以对不含有金属的有机染料的研究正在集中进行。

有机染料一般具有通过π-键单元而连接的电子供体（electron donor）-电子受体（electron acceptor）残基的结构。在大部分的有机染料中，胺衍生物在发挥着电子供体的作用，2-氰基丙烯酸或绕丹宁残基在发挥着电子受体的作用，这两个部位通过次甲基单元或噻吩链这样的π-键体系而连接。

一般的，作为电子供体的胺单元的结构的变化可以带来电子特性的变化，例如向青色侧位移（shift）的吸光光谱，变化π-键长度可以调节吸光光谱和氧化还原电位（redox potential）。

但是，目前为止所知的大部分有机染料，比起钌金属配位化合物染料，表现出低的转换效率和低的驱动稳定性，因此想通过改变这样的电子供体和受体的种类或π-键长度，从而开发比现有的有机染料化合物具有提高的摩尔吸光系数、表现出高的光电转换效率的新的染料的努力一直在持续。

发明内容

发明要解决的课题

因此，本发明的目的是提供一种比现有的染料表现出提高了的摩尔吸光系数、光电转换效率，可大大提高太阳能电池的效率的有机染料及其制造方法。

另外，本发明的目的提供一种包含上述染料而表现出显著提高了的光电转换效率、并且Jsc(短路光电流密度，short circuit photocurrent density)和摩尔吸光系数优秀的染料增感光电转换元件，以及效率明显提高了的太阳能电池。

为解决课题的手段

为达成上述目的，本发明提供下述化学式1至4中的任一化学式所示的有机染料。

[化学式1]

[化学式2]

[化学式3]

[化学式4]

上述化学式1-4中Donor group为下述化学式D-1至D-4中的一个，

[化学式D-1]

[化学式D-2]

[化学式D-3]

[化学式D-4]

上述式中Ar、Ar₁、Ar₂、Ar₃各自独立地为取代或非取代的C_6-12芳基，*是连接部分，

A是或是它们的组合；

B是或是它们的组合；

C是

R₁至R₄各自独立地为氢、C_1-12烷基或取代或非取代的C_6-12芳基；

n是1至5的整数。

而且本发明提供在将下述化学式D-5或化学式D-6所示的化合物与上述化学式1至4所定义的A、B、A和B、或B和A的前体化合物依次反应后得到的化合物末端结合C而制造的、表示为化学式1至4中任一化学式的染料的制造方法。

[化学式D5]

[化学式D6]