[发明专利]菲并咔唑类给受体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，具体涉及一种菲并咔唑类给受体有机染料及其在染料敏化太阳电池中的应用。

背景技术

1991年，瑞士研究组将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，在染料敏化太阳电池的发展历程中具有里程碑的意义，由此掀起了染料敏化太阳电池的研究热潮。这种基于纳米技术发展起来的染料敏化太阳电池，以其低廉的成本和加工制造过程中的低能耗，很受到了国内外的广泛关注和研究。目前使用多吡啶钌配合物染料和锌卟啉染料能够在AM1.5G全太阳光照下实现11%以上的光电转换效率，但是稀有金属的使用以及金属配合物染料在分子剪裁和合成上的困难等缺陷严重限制了金属配合物染料的发展。与之相比，纯有机染料具有原材料丰富易得，分子设计灵活多样等优点，逐渐成为目前染料敏化太阳电池领域的研究热点。目前应用于染料敏化太阳电池中的有机染料的激发态寿命比较短，无法通过降低LUMO能级获得更宽的光谱响应范围。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有的有机染料光谱响应范围较窄的缺陷，而提供一种菲并咔唑类给受体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菲并咔唑类给受体有机染料，结构如式（Ⅹ）所示：

（Ⅹ）

式（Ⅹ）中，R₁为或其中R₄、R₅、R₁₀、R₁₁各自独立为氢原子、C₁～C₁₂烷基或C₁～C₁₂烷氧基中任意一个；R₆、R₇、R₈、R₉各自独立为氢原子、C₁～C₁₂烷基中任意一个；R₂为C₁～C₁₂烷基中任意一个；R₃为或中任意一个。

优选的是，所述的菲并咔唑类给受体有机染料具有式（Ⅰ）所示的结构：

（Ⅰ）

优选的是，所述的菲并咔唑类给受体有机染料具有式（Ⅱ）所示的结构：

（Ⅱ）

优选的是，所述的菲并咔唑类给受体有机染料具有式（Ⅲ）所示的结构：

（Ⅲ）

优选的是，所述的菲并咔唑类给受体有机染料具有式（IV）所示的结构：

（IV）

优选的是，所述的菲并咔唑类给受体有机染料具有式（V）所示的结构：

（V）

本发明提供一种上述技术方案所述的菲并咔唑类给受体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菲并咔唑类给受体有机染料。

本发明的有益效果：

本发明提供一种菲并咔唑类给受体有机染料及在染料敏化太阳电池中的应用，该有机染料具有式（Ⅹ）结构，本发明利用菲并咔唑结构单元的大平面共轭体系、较高的荧光量子产率和长寿命等性质，将其与具有不同拉电子能力的结构单元连接，实现了对染料分子能级的逐步调控；同时在分子非共轭骨架上连接长烷基链，提高菲并咔唑单元的溶解性，降低分子合成和器件加工中的难度，并减少因分子聚集而引起的分子间电荷转移；同时，本发明的菲并咔唑类化合物原材料来源丰富、价格低廉、结构易剪裁。

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。

本发明实施例中所用的试剂均可通过商购方式获得。

实施例1：有机染料（Ⅰ）的制备

合成路线如下：

原料1的合成参考文献Org.Lett.2006,8,2221-2224。

原料2的合成参考文献J.Mater.Chem.2012,22,8394-8398。

原料4的合成参考文献J.Org.Chem.2008,73,7369-7372。