[发明专利]含苯并噻二唑-噻吩并环戊二烯的有机染料及其在染料敏化太阳电池中的应用

说明书

技术领域

本发明属于有机染料技术领域，具体涉及一种含苯并噻二唑-噻吩并环戊二烯的有机染料及其在染料敏化太阳电池中的应用。 

背景技术

目前市场上的太阳电池主要还是以硅太阳电池为主，其中晶体硅太阳电池的技术应用最为广泛，占太阳电池的80%以上。但其存在着制造成本高,工艺条件苛刻以及炼硅过程中能耗大,污染严重等缺点。因此，以有机光电功能材料为基础,廉价的激子型太阳能电池受到国内外广泛的关注和研究。1991年，研究组将Amadelli等人报道过的三核钌染料RuL₂(μ-(CN)Ru(CN)L′₂)₂（L=2,2′-联吡啶-4,4′-二羧酸，L′=2,2′-联吡啶）作为敏化剂吸附在他们多年潜心发展的高质量TiO₂纳晶薄膜上制成器件，获得了模拟太阳光下7.1%的光电转换效率。但是由于金属钌资源有限且昂贵，钌系染料本身吸收系数提升的空间有限，因此非金属有机染料凭借其原材料丰富易得，分子设计灵活多样等优点获得了广泛的关注。目前不含金属钌的有机染料也能达到10%的能量转换效率（9.5%,D205dye;10.3%,C219dye;10.3%,Y123）。2011年，以锌卟啉有机染料YD2-o-C8和纯有机染料Y123共敏化的二氧化钛薄膜，配合钴基氧化还原电解质制备的染料敏化太阳电池器件，取得了能量转换效率12.3%的突破性进展。与锌卟啉类染料相似，纯有机染料同样具有较廉价的制备成本和较高摩尔吸收系数，而且纯有机染料可选结构单元更加丰富。然而，目前限制有机染料敏化太阳电池发展的主要问题是染料的光吸收能力不足，需要通过对染料的结构优化进一步拓宽染料的光吸收范围。 

发明内容

本发明的目的是为了解决现有的有机染料光吸收能力差的问题，而提供含苯并噻二唑-噻吩并环戊二烯的有机染料及其在染料敏化太阳电池中的应用。 

本发明首先提供一种含苯并噻二唑-噻吩并环戊二烯的有机染料，该有机染料的结构如式I或式II所示： 

式I或式II中，R₁、R₂各自独立为氢原子、C₁～C₁₈烷基或C₁～C₁₈烷氧基；R₃为氢原子、氟原子、C₁～C₁₈烷基、C₁～C₁₈烷氧基、硝基、三氟甲基或氰基中的任意一个；Y为羧基、亚磷酸基、磺酸基、过氧化羧酸基、方酸基中的任意一个。 

优选的是，所述的含苯并噻二唑-噻吩并环戊二烯的有机染料，结构式如式Ⅲ或式Ⅳ所示： 

本发明提供一种上述技术方案所述的含苯并噻二唑-噻吩并环戊二烯的有机染料在染料敏化太阳电池中的应用。 

本发明还提供一种有机染料敏化太阳电池，染料层为上述技术方案所述的以含烷氧基取代芴单元的三芳胺为给体的有机染料。 

本发明的有益效果 

本发明提供一种含苯并噻二唑-噻吩并环戊二烯的有机染料，该有机染料具有式I或式II结构，该有机染料是以三苯胺作为电子给体，苯甲酸作为受体，以苯并噻二唑-噻吩并环戊二烯类单元作为连接单元，苯并噻二唑是一种很强的拉电子结构单元，而噻吩并环戊二烯是一种富电子结构单元，在有机染料中引入此两种单元可以明显调整染料分子的能级，缩小分子能隙。因此本发明的有机染料具有较宽的光谱响应范围和较高的摩尔吸收系数，同时具有良好的光、热及化学稳定性。 

本发明提供一种上述技术方案所述的含苯并噻二唑-噻吩并环戊二烯的有机染料在染料敏化太阳电池中的应用，实验结果表明：使用本发明的有机染料制备的染料敏化太阳电池开路电压达886毫伏，短路光电流达16.17毫安每平方厘米，功率转化效率达到10.4%。 

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明技术方案做进一步详细的描述。 

实施例1：有机染料III的制备 

合成路线如下： 

本实施例中所用原料1和4，以及其他反应试剂均可通过商购方式获得。原料7根据文献Li,R.;Liu,J.;Cai,N.;Zhang,M.;Wang,P.J.Phys.Chem.B 2010,114,4461制备得到。 

中间体2的合成：