[发明专利]芳炔类有机染料以及其制备方法和应用、染料敏化太阳能电池及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于太阳能电池材料及其合成技术领域，尤其涉及一种芳炔类有机染料、中间体及其制备方法和在制备染料敏化太阳能电池上的应用。

背景技术

目前，随着能源需求的不断扩大和化石能源的不断消耗，替代能源的开发越来越受到人们的关注。各种新能源开发的方案中，太阳能以其环保、可再生、能量蕴藏大等多方面的优势显示出巨大的优越性。自从1991年小组报道了高效染料敏化纳米晶太阳能电池所取得的突破性工作，染料敏化太阳能电池受到广泛的关注。基于钌配合物的染料敏化太阳能电池的光电转换效率可达11％，但由于其价格高昂、污染较大等方面的缺点限制了它的实际应用。与之相比，无金属的有机染料具有成本低、更为环保和更易调控的特点，成为近年该领域的热点。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种芳炔类有机染料，其结构骨架为芳炔基化合物。与此同时，本发明还提供用于制备该芳炔类有机染料的中间体。另外还相应提供前述芳炔类有机染料及其各中间体的制备方法。本发明的另一目的是提供该芳炔类有机染料在制备染料敏化太阳能电池上的应用，并基于该应用提供了结构简单、性能优良、光电转化效率高的染料敏化太阳能电池以及该染料敏化太阳能电池的制备方法。

为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为一种芳炔类有机染料，所述芳炔类有机染料的结构通式如下式(1)所示：

其中，Ar₁为取代或未经取代的亚苯基，Ar₂为取代或未经取代的亚苯基，R为取代或未经取代的苯基。

上述的芳炔类有机染料中，所述亚苯基优选为1，4-亚苯基。作为进一步的改进，所述Ar₁优选为取代的1，4-亚苯基，且所述Ar₁中亚苯基上的至少一个位置(优选的取代位置为2-位置和5-位置)被烷基或烷氧基取代。所述烷基优选为含碳1～10的烷基，所述烷氧基优选为含碳1～10的烷氧基。作为进一步的改进，所述Ar₂优选为取代的1，4-亚苯基，且所述Ar₂中亚苯基上的至少一个位置(优选的取代位置为2-位置)被醛基、氰基或羟基取代。

上述的芳炔类有机染料中，所述R为取代的苯基，且所述R中苯基上的至少一个位置(优选的取代位置为4-位置)被含碳1～3的烷基或含碳1～3的烷氧基取代。

上述的芳炔类有机染料中，所述芳炔类有机染料的分子结构式优选如下式(2)所示：

其中，DMO代表(±)-3，7-二甲基辛基(即(±)3，7-dimethyloctyl)。

作为一个总的技术构思，本发明还提供一种用于制备上述的芳炔类有机染料的第一种中间体，其结构通式如下式(3)所示：

其中，R₁为卤素。

作为一个总的技术构思，本发明还提供上述第一种中间体的制备方法，包括以下步骤：

(1)在惰性气体保护下，将化合物a和1，4二碘取代的芳香化合物按1∶(2～3)的摩尔比混合后溶于甲苯-二异丙胺溶液中，同时按1％～10％的摩尔百分数(mol％)添加催化剂(此处催化剂的摩尔百分数是指催化剂的摩尔数与化合物a的摩尔数之比，下同)，25℃～80℃下充分反应完全(反应6h～12h即可)，经萃取、洗涤、干燥、过滤，除去溶剂，柱层析得到化合物b；所述化合物a的化学式为

(2)在惰性气体保护下，将所得的化合物b和三甲基硅基乙炔(TMSA)按1∶(1～2)的摩尔比混合后溶于甲苯-二异丙胺溶液中，同时按1％～10％的摩尔百分数添加催化剂，25℃～80℃下充分反应完全(反应6h～12h即可)，经萃取、洗涤、干燥、过滤，除去溶剂，柱层析得到化合物c；

(3)将所得的化合物c和碳酸钾按1∶(5～10)的摩尔比溶于四氢呋喃-甲醇溶液中，室温下充分反应完全(反应1h～3h即可)，经萃取、洗涤、干燥、过滤，除去溶剂，柱层析得到化合物d；

(4)在惰性气体保护下，将所得的化合物d和9，10-二卤代蒽(例如二溴蒽)按1∶(1.3～0.7)的摩尔比混合后溶于甲苯-二异丙胺溶液中，同时按1％～10％的摩尔百分数添加催化剂，25℃～80℃条件下充分反应完全(反应6h～12h即可)，经萃取、洗涤、干燥、过滤，除去溶剂，柱层析得到化合物e，该化合物e即为上述的第一种中间体(表征数据可参见下文的实施例2)。

上述制备方法的反应路线优选如下所示：