[发明专利]一类吩噻嗪基苯并噻二唑染料及其制备方法以及使用该染料的染料敏化太阳能电池

说明书

本发明提供了一类吩噻嗪基苯并噻二唑染料及其制备方法以及使用该染料的染料敏化太阳能电池，吩噻嗪基苯并噻二唑染料的分子结构通式(I)为：其中,R、Ar₁、Ar₂、Ar₃、Ar₄均可以为氢原子、C₁～C₂₀的直链烷基、C₁～C₂₀的支链烷基、C₁～C₂₀的酰胺基、C₁～C₂₀的烷氧基以及相互之间没有影响的芳香烃基团中的任意一种。本发明提出的吩噻嗪基苯并噻二唑染料的共轭效果强，吸收光谱响应范围宽，可以增强染料分子的给电子能力和吸收光的能力。使用了本发明提出的吩噻嗪基苯并噻二唑染料的染料敏化太阳能电池，能够对可见光进行有效的吸收，提高了光电转化效率。

技术领域

本发明属于有机光电材料及有机光电转化应用领域，具体涉及一类吩噻嗪基苯并噻二唑染料及其制备方法以及使用该染料的染料敏化太阳能电池。

背景技术

染料敏化太阳能电池(DSSC)具有工艺简单、价格低廉和环境友好等优点，被普遍认为是一种很有发展潜力的太阳能电池技术。目前，在AM 1.5G 辐射和1000流明照射的条件下，DSSC的功率转换效率(PCE)分别达到14.3％和28.9％，达到了室外大型模组发电要求，显示了在环境光下小模组太阳能电池方面的巨大应用潜力。DSSC是利用宽带隙无机半导体和宽吸收谱带染料相结合的太阳能电池，其组成主要包括染料、电解质、光阳极和对电极四部分。光电转化过程是染料分子吸收太阳光后形成激子，激子通过纳米半导体解离成电子和空穴。电荷输运到电极后，经过外电路形成电流回路，从而把太阳能转化成电能。在DSSC中，染料敏化剂起着吸收光能的作用，并参与激子解离，其性能直接影响电池的效率。

近年来，已开发的染料敏化剂主要有金属配合物染料和染料。金属配合物类染料含有重金属，价格昂贵，并且会对环境造成污染。另外，一些金属配合物的合成较为复杂且提纯困难。这些都大大限制了其大规模商业化生产。而染料来源广泛、分子结构多样、易于设计、对环境污染小且价格相对低廉，成为发展迅速的一类染料。因此染料分子的设计，是近年来 DSSC领域的一个重要课题。

有鉴于此，确有必要提出一类吩噻嗪基苯并噻二唑染料及其制备方法以及使用该染料的染料敏化太阳能电池，以解决上述问题。

发明内容

鉴于现有技术中存在上述技术问题，本发明提供了一类吩噻嗪基苯并噻二唑染料及其制备方法以及使用该染料的染料敏化太阳能电池，对可见光能够进行有效的吸收，提高光电转化效率。

为实现上述目的，本发明提供了一类吩噻嗪基苯并噻二唑染料，所述吩噻嗪基苯并噻二唑染料的分子结构通式(I)为：

其中，Acceptor代表具有分子结构(II)-(V)

中的任意一种基团，其中,R、Ar₁、Ar₂、Ar₃、Ar₄均可以为氢原子、C₁～C₂₀的直链烷基、C₁～C₂₀的支链烷基、C₁～C₂₀的酰胺基、C₁～C₂₀的烷氧基以及相互之间没有影响的芳香烃基团中的任意一种。

可选的，所述芳香烃基团包括取代过或未取代过的苯、萘、蒽、菲、咔唑、噻吩、呋喃、苯并噻二唑基团和吩噻嗪基团。