[发明专利]一种噻吩吡嗪类染料的制备方法及其在染料敏化太阳能电池中的应用

说明书

技术领域

本发明属于有机功能材料作为光敏剂在染料敏化太阳能电池方面的应用技术领域，具体涉及一种噻吩吡嗪类染料的制备方法及其在染料敏化太阳能电池中的应用。

背景技术

1991年，瑞士等人发明了一种吸附光敏染料后的纳米二氧化钛薄膜作为光电阳极的化学太阳能电池，称为染料敏化太阳能电池。这类电池结构简单，光电转换效率较高，在模拟太阳光照射下，其光电转换效率能达到11％以上，而其成本仅为硅太阳能电池的1/5-1/10。染料敏化太阳能电池低廉的制作成本，使其成为一种非常具有应用前景的光电转换装置。

在染料敏化太阳能电池中，将光阳极纳米二氧化钛薄膜吸附的染料称为敏化剂，其性能直接影响着太阳能电池对光的利用。光敏染料吸收光并将激发态电子传入二氧化钛中，自身被电解质中电对还原再生，这一过程重复进行实现了太阳能到电能的转换。目前应用于染料敏化太阳能电池性能最好的光敏染料多为联吡啶钌类配合物染料，但是由于贵金属钌的成本等问题的存在，使得其大规模生成及应用存在巨大挑战。因而，非金属敏化染料的开发利用成为近年来的一个重要研究领域。为进一步降低此类电池的制作成本，非金属光敏染料由于具有结构可设计、制备简单等优点，近年来受到广泛的关注，具有很好的商业前景。

目前文献报道效果较好的非金属光敏染料多为D-π-A型结构，增强染料体系推拉电子能力可以有效提高染料分子对光的利用率。大部分染料结构均为单D单π单A结构，而在单D单π单A体系中，进一步提高染料体系推拉电子能力以有效提高染料分子对光的利用率已成为瓶颈。

因此，如何实现背光源的窄边框化成为本领域技术人员亟待解决的问题。

发明内容

为了克服现有技术中存在的问题，本发明提供一种用于染料敏化太阳能电池的噻吩吡嗪类染料及其制备方法，该噻吩吡嗪类染料由于其特殊结构，使其很容易用来制备双(多)D双(多)π双(多)A结构的光敏染料，有望进一步提高染料体系推拉电子能力，进而提高染料分子对光的利用率。

本发明的一方面在于，公开一种噻吩吡嗪类染料的结构，其具有如下通式：

其中，

第一桥链为芳环或乙烯结构，即基团-(E)_n和-(B)_m；

基团B和基团E分别为下述的一种：乙烯、苯、蒽、菲、芘、噻吩、呋喃、吡咯、吡啶或者噻唑；

m、n分别取0-10之间的整数；

第二桥链为单取代或双取代噻吩[3，4-b]吡嗪；

受体A为下列结构中的一种或几种的组合：

其中：

A1为-PO(OR’)、-COOR’或-SO₂OR’，

A2为氢、C₁-C₂₀的直链烷基、C₁-C₂₀的支链烷基、卤素、-CN，-PO(OR’)，-COOR’或-SO₂OR’，

A3为C₁-C₂₀的直链烷基、C₁-C₂₀的支链烷基或-(CH₂)q-COOR’，

A4、A5为氢、C₁-C₂₀的直链烷基、C₁-C₂₀的支链烷基或-(CH₂)q-COOR’，其中：R’为C₁-C₂₀的直链烷基、C₁-C₂₀的支链烷基，q为1-7之间的整数；

供体D为下列结构中的一种或几种的组合：

D1、D2、D3、D4、D5为下列基团的一种或几种的组合：氢、C₁-C₂₀的直链烷基、C₁-C₂₀的支链烷基、C₁-C₂₀的烷氧基、卤素或者芳香环，

D6和D7为下列基团的一种：氢、C₁-C₂₀的直链烷基、C₁-C₂₀的支链烷基、苯基、咔唑基、噻吩基、芴基芳香基团，

M下列基团的一种或几种的组合：O、N、S、Se或亚甲基。