專利名稱：一種具有雙推拉電子基團(tuán)的有機(jī)染料及其制備方法和應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于有機(jī)光電材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及ー種具有雙推拉電子基團(tuán)的有機(jī)染料及其合成方法以及在染料敏化太陽能電池中的應(yīng)用。
背景技術(shù)：
染料敏化太陽電池(Dye-sensitized solar cells, DSSCs)是一種基于植物葉綠素光合作用原理研制出的新型太陽電池，由瑞士 Gratzel教授1991年首先提出。這種太陽能電池結(jié)構(gòu)簡單，主要由工作電極、電解液和對電極組成。工作電極是以導(dǎo)電玻璃為基底的納米多孔ニ氧化鈦膜，并在上面吸附ー層染料光敏劑而制得。電解液可以是液態(tài)的，準(zhǔn)固態(tài)或固態(tài)的，氧化還原電對最常用的是對電極一般為鍍鉬的導(dǎo)電玻璃。作為電池的重要組成部分，染料光敏劑捕獲太陽光，將激發(fā)產(chǎn)生的電子注入到ニ氧化鈦等半導(dǎo)體的導(dǎo)帶中。因此，染料的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)對對染料敏化太陽能電池的的光電性能至關(guān)重要。目前，染料敏化劑分為金屬配合物染料和有機(jī)染料，其中金屬配合物染料成本較高，不易純化，而且具有毒性，使得其大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化受到了很大的限制。與金屬配合物染料相比，有機(jī)染料具有成本低，易制備，摩爾消光系數(shù)高和結(jié)構(gòu)易調(diào)控的優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)成為該領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。但一般有機(jī)染料都是由ー個(gè)電子給體、ー個(gè)共軛橋和ー個(gè)電子給體(單D- -A)構(gòu)成的。本發(fā)明在此基礎(chǔ)上提出具有雙推拉電子基團(tuán)(雙D- -A)的染料敏化劑，將這ー類有機(jī)染料應(yīng)用到染料敏化太陽能電池中，與單D- Ji -A有機(jī)染料相比，不僅可以有效地提高短路光電流和開路光電壓，可以獲得很高的能量轉(zhuǎn)化效率，而且可以增加染料在ニ氧化鈦的吸附性能，提高其太陽能電池的穩(wěn)定性。因此，該新型染料在染料敏化太陽能電池領(lǐng)域中具有良好的開發(fā)和應(yīng)用前景。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種能夠提高太陽能電池能量轉(zhuǎn)化效率、穩(wěn)定性的有機(jī)染料及其制備方法和應(yīng)用。本發(fā)明提供的有機(jī)染料，是具有雙推拉電子基團(tuán)(雙D- π -A)的有機(jī)染料，該染料分子結(jié)構(gòu)中具有兩個(gè)D-31-A體系，其中，D1-JI1-Ai和D2-JI2-A2通過中間的橋聯(lián)結(jié)構(gòu)化學(xué)聯(lián)接起來，結(jié)構(gòu)如圖I所示；
其中，D1, D2為以下芳香化合物中的ー種
權(quán)利要求
1.一種具有雙推拉電子基團(tuán)的有機(jī)染料，其特征在于該有機(jī)染料分子結(jié)構(gòu)中具有兩個(gè)D- Ji -A體系，其中，D1- Ji !-A1和D2- Ji 2-A2通過中間的橋聯(lián)結(jié)構(gòu)化學(xué)聯(lián)接起來； 其中，D1, D2為以下芳香化合物的ー種 式中R為烷基鏈或烷氧基鏈；,·,.............I..........................................., ^1, 結(jié)構(gòu)為( Ar, >Ar3)， 式中的Ar1, Ar2, Ar3為以下芳香化合物的ー種，η=0，1，2，3 : Hミ樣始士.鶴-A1, A2為氰基こ酸或繞丹寧酸； 橋聯(lián)基團(tuán)為柔性烷基鏈、烷氧基鏈或以下芳香化合物的ー種，其中X為S或O :
2.一種如權(quán)利要求I所述具有雙推拉電子基團(tuán)的有機(jī)染料的制備方法，其特征在于具體步驟為 (1)芳香化合物的鹵代將原料溶解于有機(jī)溶劑中，然后將鹵代琥珀酰亞胺分批加入，室溫下攪拌半小時(shí)以上，反應(yīng)結(jié)束后，將產(chǎn)物倒入冰水里，用不溶于水的有機(jī)溶劑淬取，再用堿液洗滌，分離后得到鹵代芳香化合物； (2)鹵代芳香化合物與有機(jī)錫試劑的偶聯(lián)在無氧條件下，將鹵代芳香化合物與有機(jī)錫試劑溶于甲苯或N，N- ニ甲基甲酰胺中，加入摩爾比為1%至20%的四三苯基膦合鈀，80 C至回流條件下攪拌4至60小吋，反應(yīng)結(jié)束后，除去溶劑分離粗產(chǎn)物后得偶聯(lián)芳香化合物； (3)鹵代芳香化合物與有機(jī)硼試劑的偶聯(lián)在無氧條件下，將鹵代芳香化合物與有機(jī)硼試劑溶于甲苯或四氫呋喃中，加入等體積的碳酸鉀或碳酸鈉水溶液，再加入摩爾比為1%至20%的四三苯基膦合鈀，80 C至回流條件下攪拌4至60小吋，反應(yīng)結(jié)束后，除去溶劑分離粗產(chǎn)物后得偶聯(lián)芳香化合物； (4)目標(biāo)染料的合成將含有醛基的化合物與氰基こ酸和醋酸銨按照摩爾比為1:2^50:0. 05-30的比例溶于冰醋酸中，氮?dú)庀禄亓? 72小時(shí)；反應(yīng)結(jié)束后，用不溶于水的有機(jī)溶劑稀釋，再用去離子水洗滌，有機(jī)相干燥后除去溶剤，再經(jīng)分離，即得到所述有機(jī)染料。
3.如權(quán)利要求I所述的具有雙推拉電子基團(tuán)的有機(jī)染料在染料敏化太陽能電池中的應(yīng)用，其特征在于將所述的有機(jī)染料組裝到染料敏化太陽能電池中，敏化工作電極，實(shí)現(xiàn)光電轉(zhuǎn)換功能。
全文摘要
本發(fā)明屬于有機(jī)光電材料技術(shù)領(lǐng)域，具體為一種具有雙推拉電子基團(tuán)的有機(jī)染料及其制備方法和應(yīng)用。本發(fā)明有機(jī)染料的分子結(jié)構(gòu)中具有兩個(gè)D-π-A體系，它們通過中間的橋聯(lián)結(jié)構(gòu)化學(xué)聯(lián)接起來。該有機(jī)染料不僅具有成本較低，生產(chǎn)簡便等優(yōu)點(diǎn)，而且具有良好的光捕獲能力和抑制電荷復(fù)合的能力，是一類優(yōu)良的光電材料。該有機(jī)染料可應(yīng)用于染料敏化太陽能電池中，與具有單推拉電子基團(tuán)(單D-π-A)有機(jī)染料相比，可以有效地抑制電荷復(fù)合，提高短路光電流和開路光電壓，從而提高能量轉(zhuǎn)化效率。因此，該有機(jī)染料在染料敏化太陽能電池領(lǐng)域中具有良好的應(yīng)用前景。
文檔編號(hào)H01G9/20GK102675898SQ201210114020
公開日2012年9月19日 申請日期2012年4月18日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月18日
發(fā)明者任曉明, 周剛, 王忠勝 申請人:復(fù)旦大學(xué)