[发明专利]一种有机染料及其制备方法与应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种有机染料及其制备方法与应用。

背景技术

自从20世纪90年代，Gratzel研究组采用大比表面积的纳晶作为半导体电极，将染料敏化太阳能电池（DSSC）的光电转换效率超过7%（Oregan,B.;Gratzel,M.Nature1991,353,737）以来，这一发现在全球范围内引发了研究染料敏化太阳能电池的热潮。染料敏化太阳能电池不仅在光电转换效率方面逐渐提高，而且电池的制备工艺越来越简单，能以低成本大规模的制备，成本甚至只有硅太阳能电池的几分之一，这些都为染料敏化太阳能电池的未来应用提供了有利条件。

有机染料敏化太阳能电池的性能与材料密切相关，对功能染料的设计合成是当前研究的一个焦点。目前，虽然钌金属配合物的能量转化效率已经达到了10-11%，然而，钌作为一种稀有金属，价格十分昂贵，因此研究可替代的敏化材料，如纯有机染料等，就显得越来越重要，最近纯有机染料的转化效率已经达到了9.8%（Zhang,G.L.;Wang,P.Chem Commun 2009,2198），正在逐渐接近钌金属配合物的转化效率。

在有机染料的结构中，电子给体的选择对光电转换效率的影响十分重要。其中，三苯胺及其衍生物，由于其良好的给电子能力，优异的电荷传输能力以及突出的热稳定性和机械特性，越来越多的应用到有机染料中（Mishra,A.;Bauerle,P.Angew Chem Int Edit 2009,48,2474）。三苯胺环状二聚体作为一种由两个三苯胺单元通过亚乙烯基桥连的共轭化合物（Song,Y.B.;Zhu,D.B.J Am Chem Soc 2006,128,15940），其中的一个三苯胺可以作为辅助电子给体，使其给电子能力进一步加强，同时由于两个三苯胺之间的电荷耦合作用，它的阳离子更加稳定，这表明，此种类型的化合物可能在有机光电转换方面具有潜在的应用价值。

发明内容

本发明的目的是提供一种有机染料及其制备方法与应用，具体在制备有机敏华太阳能电池中的应用，解决了现有含贵金属的配合物敏化剂因价格昂贵、污染环境等无法大规模普及的问题。

本发明所提供的一种有机染料，其结构式如式I所示：

式I中，n为1~5的自然数；B为O、S或Se；R为氢原子、烷氧基、羟基、硝基、氨基、酰基、烷烃基、环烷基、芳香烃基、烷基磺酰基、烷硫基、酯基、卤素、氰基、羧基或杂环基。

本发明进一步提供了式I所示化合物的制备方法，包括如下步骤：

（1）式Ⅱ所示化合物、式Ⅲ所示化合物和式Ⅳ所示化合物在醋酸钯和氟化铯存在的条件下进行反应得到式Ⅴ所示化合物；

式Ⅱ和式Ⅴ中，n、B和R的定义均同式I；

（2）式Ⅴ所示化合物和氰基丙烯酸在有机碱存在的条件下进行反应即得式I所示化合物。

上述的制备方法中，步骤（1）中，所述反应的温度可为90℃~130℃，如110℃，时间可为15h~25h，如20h；所述反应可在惰性气氛下进行，如氮气气氛或氩气气氛。

上述的制备方法中，步骤（1）中，所述反应的溶剂可为二氧六环、甲苯、N,N’-二甲基甲酰胺或二甲基亚砜。

上述的制备方法中，步骤（1）中，式Ⅱ所示化合物、式Ⅲ所示化合物、式Ⅳ所示化合物、醋酸钯和氟化铯的摩尔份数比可为（2~4）：（0.4~0.6）：（0.1~0.3）：（0.05~0.15）：（1~2），具体可为3：0.5：0.2：0.1：1.5。

上述的制备方法中，步骤（2）中，所述有机碱可为哌啶、三乙胺或四丁基氟化铵。

上述的制备方法中，步骤（2）中，所述反应的温度可为60℃~100℃，具体可为80℃，时间可为4h~8h，具体可为6h。

上述的制备方法中，步骤（2）中，所述反应的溶剂可为三氯甲烷、乙腈、四氢呋喃或甲苯。

上述的制备方法中，步骤（2）中，式Ⅴ所示化合物、氰基丙烯酸和有机碱的摩尔份数比可为（0.05~0.2）：（0.2~1）：（0.0004~0.002），具体可为0.1：0.6：0.001。

本发明还提供了式I所示有机染料在制备染料敏化太阳能电池中的应用。

本发明所提供的用于燃料敏化太阳能电池的有机染料，是一类以三苯胺环状二聚体为供电子基的有机染料，属于纯有机染料；与传统的钌染料相比，原料简单易得，无需使用昂贵的金属钌，合成容易、成本低廉、易于纯化；本发明提供的有机染料制备的染料敏华太阳能电池具有较高的光电转换效率。