[发明专利]双三苯胺-卟啉-苯甲酸染料及其在染料敏化太阳电池中的应用

说明书

本发明公开了双三苯胺‑卟啉‑苯甲酸染料及其在染料敏化太阳电池中的应用。本发明的双三苯胺‑卟啉‑苯甲酸染料是基于三苯胺、卟啉和苯甲酸的有机染料，以三苯胺为电子给体，卟啉为π桥，苯甲酸为电子受体和锚定基团，烷基链为连接臂。本发明的双三苯胺‑卟啉‑苯甲酸染料具有双锚定基团，增强了其在工作电极二氧化钛表面的吸附能力，增加了电极表面吸附的D‑π‑A单元的数量，提高了电池的光捕获能力；同时，烷基链连接臂还改善了染料分子在工作电极二氧化钛表面的吸附形貌，提高了电池的开路电压，使基于该染料的染料敏化太阳电池相比相同结构单体D‑π‑A染料所敏化电池具有更优秀的光电转化性能。

技术领域

本发明涉及有机染料技术领域，具体涉及染料敏化太阳电池用的敏化染料及其应用。

背景技术

染料敏化太阳能电池(DSSCs)是一种新型的将太阳能转化为电能的装置。由于其制作工艺简单、成本低廉、环境污染小，而且有着较高的能量转换效率，因此引起人们极大的关注。敏化染料的分子结构对染料敏化太阳能电池的光电转换效率起着决定性作用，目前，多吡啶钌配合物染料、卟啉类染料、有机小分子染料都取得了相当不错的电池效率。由于在柔性器件制备方面和弱光转化效率方面的特有优势，染料敏化纳米晶太阳能电池是具有广泛应用前景的新型太阳电池。

自从1991年等人报道DSSCs的光电转化效率达到7.1％以后，染料敏化太阳能电池研究得到了极大地发展，在染料、电极、电解质等各方面都取得了很大进步。同时，在高效率、稳定性等方面也还存在很大的发展空间。卟啉类染料由于摩尔消光系数高、分子结构易于设计与调节，近来得到了广泛的开发与应用，但是仍需要新的途径进一步提升其转化效率以达到商业化实用要求。

为发展更加高性能的敏化染料，本发明设计并合成了一类以烷基链连接的双(D-π-A)型有机染料，其中三苯胺为电子给体，卟啉为π桥，苯甲酸为电子受体和锚定基团，烷基链为连接臂。烷基链的引入使双三苯胺-卟啉-苯甲酸染料敏化的电池相比相同结构单D-π-A染料敏化的电池具有更高的开路电压、更大的短路电流和更优秀的光电转化效率。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供了一种烷基链连接的双(D-π-A)型卟啉染料。该染料以三苯胺为电子给体，卟啉为π桥，苯甲酸为电子受体和锚定基团，烷基链为连接臂。

本发明的另一目的还在于提供所述的一种烷基链连接的双(D-π-A)型卟啉染料在染料敏化太阳电池中的应用。所述烷基链连接的双(D-π-A)型卟啉染料作为敏化剂应用于染料敏化太阳电池中，获得了比相同结构的单D-π-A卟啉染料分子更优良的光电性能。

本发明的目的通过如下技术方案实现。

一种如式(I)的烷基链连接的双三苯胺-卟啉-苯甲酸染料，其化学结构式如下所示：

式中，X为O、S或NH；

n选自数字0～18；

R₁选自C1～C20的直链烷基、C1～C20的支链烷基或C1～C20的烷氧基；

R₂选自氢或如式(II)芳香环中的一种；

其中，J为氢或C1～C20的烷氧基；

K为氢、C1～C20的直链烷基、C1～C20的支链烷基或C1～C20的烷氧基。

苯甲酸基团作为电子受体和锚定基团。