一种有机染料及其制备方法和应用
【技术领域】
[0001] 本发明涉及染料敏化太阳能电池领域，尤其涉及一种有机染料及其制备方法和应 用。
【背景技术】
[0002] 随着我国经济的飞速发展，能源的需求量也急剧增加。目前我国已是世界上第一 大能源进口国，而且矿石类能源消耗所伴生的环境问题如雾霭等也逐渐严重，寻求清洁可 持续的能源已是当务之急。太阳能作为一种可再生清洁能源，其开发利用是能源研宄领域 的热点之一。
[0003] 染料敏化太阳能电池作为太阳能电池的重要一种已得到世界的广泛关注。1991 年，Gliltze丨研宄组将Amadelli等人报道过的三核钌染料RuL2 (y- (CN)Ru(CN)L' 2) 2 (L为 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，由此 开启了染料敏化太阳电池的研宄大幕。
[0004] 与传统的无机半导体太阳能电池相比，染料敏化太阳电池的制造成本较低，且颜 色丰富、美观，可制成半透明的产品，柔性的染料敏化太阳电池重量较轻，可以折叠、卷曲可 以广泛应用于日常生活中。
[0005] 目前，可以用于商业化的染料均为含有贵金属钌的配合物，但是由于钌资源缺乏， 因此使钌系材料的成本高昂，严重制约了大规模的生产应用；而纯有机染料已是大势所趋， 目前，国际上纯有机染料制备的器件光电转换效率超过10%只有寥寥几种，最高效率也只 有11. 3%，且大多数材料合成麻烦、器件加工工艺复杂，因此，制约了纯有机染料在染料敏 化太阳能电池中发展。
【发明内容】
[0006] 有鉴于此，本发明所要解决的技术问题在于提供一种有机染料，本发明提供的有 机染料，本发明提供的有机染料不仅制备方法简单，而且光电转化效率高。
[0007] 本发明提供了一种有机染料，具有式（I)结构或式（II)结构，
【主权项】
1. 一种有机染料，具有式（I)结构或式（II)结构，
其中，Uh独立的选自CfCw的烷基； 札_2、&_3、R2_2、R2_3独立的选自H、CC36的烷基、CC36烷基取代的苯基或CC36 烷氧基取代的苯基； 札_4、馬_4独立的选自式（III)、式（IV)、式（V)或式（VI)，
其中，R6、R7独立的选自H、F、CC36的烷基、苯基CC36烷基取代的苯基或CC36 烷氧基取代的苯基；x为0或1 ; Rh、R2-5选自氢、芳基或cC36的烷基。
2. 根据权利要求1所述的有机染料，其特征在于，所述芳基为CC36烷基取代的芳基 或Ci?C36烷氧基取代的芳基。
3. 根据权利要求1所述的有机染料，其特征在于，所述芳基选自式（VII)、式（VIII)或 式（IX)，
其中，馬为H、C广C36的烷基或C广C36的烷氧基； R9、R1(l、Rn独立的选自H或C广C36的烷基；y为0或1。
4. 根据权利要求1所述的有机染料，其特征在于，所述Ri+Ru独立的选自C3?C3Q的 烧基。
5. 根据权利要求1所述的有机染料，其特征在于，所述R^、^、'、^独立的选自!!、 C3?C3(|的烷基、C3?C3(|烷基取代的苯基或C3?C3(|烷氧基取代的苯基。
6. 根据权利要求1所述的有机染料，其特征在于，所述有机染料具有式（X)结构、式 (XI)结构或式（XII)结构，
7. -种有机染料的制备方法，包括： 1) 将式（XIII)结构的化合物与式（XIV)结构的化合物反应，得到式（XV)结构的化合 物，
其中，的烷基， R5为氢、芳基或CC36的烷基， R12为(^?(：8的烷基； 2) 将式（XV)结构的化合物转化为式（I)结构的化合物或式（II)结构的化合物；
其中，Uh独立的选自CfCw的烷基； 札_2、&_3、R2_2、R2_3独立的选自H、CC36的烷基、CC36烷基取代的苯基或CC36 烷氧基取代的苯基； 札_4、馬_4独立的选自式（III)、式（IV)、式（V)或式（VI)，
其中，R6、R7独立的选自H、F、CC36的烷基、CC36烷基取代的苯基或CC36烷 氧基取代的苯基；x为0或1 ; Rh、R2-5选自氢、芳基或cC36的烷基。
8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述步骤2)具体为： 2-1)将式（XV)结构的化合物转化为式（XVI)结构的化合物或式（XVII)结构的化合 物；
其中，Uh独立的选自（^?(：36的烷基； 札_2、&_3、R2_2、R2_3独立的选自H、C广C36的烷基、C广C36烷基取代的苯基或C广C36 烷氧基取代的苯基； 札^^选自氢?芳基或^?^的烷基； 2-2)式（XVI)结构的化合物或式（XVII)结构的化合物与具有式（XVIII)结构的化合 物进行反应，得到式（I)结构的化合物或式（II)结构的化合物； R4-X式（XVIII)， 其中，R4为式（III)、式（IV)、式（V)或式（VI)，
其中，R6、R7独立的选自H、F、CC36的烷基、CC36烷基取代的苯基或CC36烷 氧基取代的苯基；x为0或1 ; X为H、fo或I。
9. 根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，所述步骤2-1)具体为： 2-1-1)将式（XV)结构的化合物转化为式（XIX)结构的化合物，
其中，的烷基， R2、R3独立的选自H、CC36的烷基、CC36烷基取代的苯基或CC36烷氧基取代 的苯基， R5为氢、芳基或CC36的烷基； 2-1-2)将式（XIX)结构的化合物转化为式（XVI)结构的化合物或式（XVII)结构的化 合物。
10. -种染料敏化太阳能电池，包括有机染料层，所述有机染料层包括权利要求1?6 任意一项所述的有机染料或权利要求7?9任意一项制备方法制备得到的有机染料。
【专利摘要】本发明提供了一种有机染料及其制备方法和应用，所述有机染料具有式(I)结构或式(II)结构，通过将菲并咔唑和富电子噻吩单元并环，同时通过选择合适的取代基实现了分子能级的调控，进而使得本发明所述的有机染料应用于染料敏化太阳电池时，大大提高了其光电转化效率；同时，发明提供的制备方法的原材料来源丰富、成本低廉、可以实现工业化生产,
【IPC分类】C09B57-00, H01G9-20, C07D495-06
【公开号】CN104557971
【申请号】CN201510028219
【发明人】王鹏, 姚朝阳
【申请人】中国科学院长春应用化学研究所
【公开日】2015年4月29日
【申请日】2015年1月20日