[发明专利]用于染料敏化太阳能电池的含双并咔唑基团的染料及制备

说明书

技术领域

本发明涉及应用于染料敏化太阳能电池的染料敏化剂，特别涉及一类含有双并咔唑基团的染料敏化剂的合成以及其在太阳能电池方面的应用。

背景技术

当今世界能源危机问题，燃烧矿物能源引起的温室效应及环境污染问题等引起了人们的高度重视。太阳能具有取之不尽、用之不竭，安全可靠，对环境无污染，利用成本较低，且不受地域限制等特点，因此越来越受到人们的重视。

长期以来，科学家们一直在寻找有效的太阳能转换装置，其中之一就是研制太阳能电池。1991年瑞士小组研制出用羧酸联吡啶钌染料敏化的TiO₂纳米晶多孔膜作为光阳极的化学太阳能光电池，称为染料敏化太阳能电池(Dye-Sensitized Solar Cells)[B.O′Regan，M.A low-cost，high-efficiency solar cell based on dye-sensitized colloidal TiO₂ films.Nature，1991，353，737.]。染料敏化太阳能电池具有结构、工艺简单，成本低廉，易于制造，对光强度变化和温度变化不敏感，光稳定性好，对环境无污染的优点，是一种非常有前途的清洁太阳能装置，对它的研究将有利于缓解当今世界的能源危机问题，具有非常重要的现实意义。染料光敏剂是影响染料敏化太阳能电池的光电性能最重要的因素之一。有机染料光敏剂可分为纯有机染料和含有金属的有机染料两大类。而将具有电子给体和空穴传输功能的咔唑基团引入纯有机染料光敏剂[(a)C.Teng，X.C.Yang，C.Yuan，C.Li，R.Chen，H.Tian，S.Li，A.Hagfeldt，L.Sun，Org.Lett.，2009，11，5542-5545.(b)王忠胜，周刚，冯全友，吴静，林玉往，杨阳，一种用于染料敏化太阳能电池的咔唑基有机染料及其制备方法，中国发明专利申请号201110131131.X]和含有金属的有机染料，如钌配合物被证明能较为显著改善电池的光电性能[(a)C.Y.Chen，J.G..Chen，S.J.Wu，J.Y.Li，C.G..Wu，K.C.Ho，Multifunctionalized ruthenium-based supersensitizers for highly efficient dye-sensitized solar cells.Angew.Chem.Int.Ed.，2008，47，7342-7345.(b)S.H.Fan，K.Z.Wang，W.C.A.Yang，A carbazole-containing difunctional Ru^II complex that functions as a pH-induced emission switch and an efficient sensitizer for solar cells.Eur.J.Inorg.Chem.，2009，508-518.(c)S.H.Fan，A.G.Zhang，C.C.Ju，K.Z.Wang，Phenylcarbazole functionalized ruthenium dyes for efficientdye-sensitized solar cells，Solar Energy，2011，85，2497-2506.(d)Y.L.Tung，K.L.Ou，C.G.Wu，C.Y.Wu，S.J.Li，J.Y.S.Y.Tsai，Photosensitizer dye containing ruthenium-based complex and dye sensitized solar cell，美国专利申请US 20100099873A1].但通常两个或多个咔唑基团的引入，导致敏化剂的体积过大，对光电性能有不利影响。

发明内容

本发明的目的是开发光电性能优异的用于染料敏化太阳能电池的染料敏化剂。

本发明的技术方案如下：

本发明所提供的太阳能电池染料光敏剂，其特征在于含有双并咔唑基团，又分为纯有机染料光敏剂和含有金属的有机染料光敏剂两类。其中：

所述纯有机染料光敏剂的结构通式为RC＝C(CN)(COOH)，R为下式a所示的双并咔唑苯，与R相连的烯基末端具有氰基和羧基。具体的光敏剂结构式如下式d所示：