專(zhuān)利名稱(chēng)：用于染料敏化太陽(yáng)能電池的含雙并咔唑基團(tuán)的染料及制備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及應(yīng)用于染料敏化太陽(yáng)能電池的染料敏化劑，特別涉及一類(lèi)含有雙并咔唑基團(tuán)的染料敏化劑的合成以及其在太陽(yáng)能電池方面的應(yīng)用。
背景技術(shù)：
當(dāng)今世界能源危機(jī)問(wèn)題，燃燒礦物能源引起的溫室效應(yīng)及環(huán)境污染問(wèn)題等引起了人們的高度重視。太陽(yáng)能具有取之不盡、用之不竭，安全可靠，對(duì)環(huán)境無(wú)污染，利用成本較低，且不受地域限制等特點(diǎn)，因此越來(lái)越受到人們的重視。長(zhǎng)期以來(lái)，科學(xué)家們一直在尋找有效的太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換裝置，其中之一就是研制太陽(yáng)能電池。1991年瑞士Gratzel·小組研制出用羧酸聯(lián)吡啶釕染料敏化的TiO2納米晶多孔膜作為光陽(yáng)極的化學(xué)太陽(yáng)能光電池，稱(chēng)為染料敏化太陽(yáng)能電池(Dye-Sensitized Solar Cells) [B. O ' Regan, M. Gratzel, A low-cost, high-efficiency solar cell based on dye-sensitized colloidal TiO2 films. Nature, 1991, 353, 737.]。染料敏化太陽(yáng)能電池具有結(jié)構(gòu)、工藝簡(jiǎn)單，成本低廉，易于制造，對(duì)光強(qiáng)度變化和溫度變化不敏感，光穩(wěn)定性好，對(duì)環(huán)境無(wú)污染的優(yōu)點(diǎn)，是一種非常有前途的清潔太陽(yáng)能裝置，對(duì)它的研究將有利于緩解當(dāng)今世界的能源危機(jī)問(wèn)題，具有非常重要的現(xiàn)實(shí)意義。染料光敏劑是影響染料敏化太陽(yáng)能電池的光電性能最重要的因素之一。有機(jī)染料光敏劑可分為純有機(jī)染料和含有金屬的有機(jī)染料兩大類(lèi)。而將具有電子給體和空穴傳輸功能的咔唑基團(tuán)引入純有機(jī)染料光敏劑[(a)C. Teng, X. C. Yang, C. Yuan, C. Li, R. Chen, H. Tian, S. Li, A. HagfeIdt， L.Sun，Org. Lett.，2009，11，5542-5545. (b)王忠勝，周剛，馮全友，吳靜，林玉往，楊陽(yáng)， 一種用于染料敏化太陽(yáng)能電池的咔唑基有機(jī)染料及其制備方法，中國(guó)發(fā)明專(zhuān)利申請(qǐng)?zhí)?201110131131. X]和含有金屬的有機(jī)染料，如釕配合物被證明能較為顯著改善電池的光電性能[(a) C. Y. Chen, J. G. . Chen, S. J. Wu, J. Y. Li, C. G. . Wu, K. C. Ho, Multifunctionalized ruthenium-based supersensitizers for highly efficient dye-sensitized solar cells. Angew. Chem. Int. Ed. , 2008, 47, 7342-7345. (b) S. H. Fan, Κ. Z. Wang, ff. C. A. Yang, A carbazole-containing difunctional Ru11 complex that functions as a pH-induced emission switch and an efficient sensitizer for solar cells. Eur. J. Inorg. Chem. , 2009, 508-518. (c) S. H. Fan, A. G. Zhang, C. C. Ju, Κ. Z. Wang, Phenylcarbazole functionalized ruthenium dyes for efficientdye-sensitized solar cells, Solar Energy, 2011, 85, 2497-2506. (d)Y. L. Tung, K. L. Ou, C. G. Wu, C. Y. Wu, S. J. Li, J. Y. S. Y. Tsai, Photosensitizer dye containing ruthenium-based complex and dye sensitized solar cell，美國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)US 20100099873A1].但通常兩個(gè)或多個(gè)咔唑基團(tuán)的引入，導(dǎo)致敏化劑的體積過(guò)大，對(duì)光電性能有不利影響。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是開(kāi)發(fā)光電性能優(yōu)異的用于染料敏化太陽(yáng)能電池的染料敏化劑。
本發(fā)明的技術(shù)方案如下本發(fā)明所提供的太陽(yáng)能電池染料光敏劑，其特征在于含有雙并咔唑基團(tuán)，又分為純有機(jī)染料光敏劑和含有金屬的有機(jī)染料光敏劑兩類(lèi)。其中所述純有機(jī)染料光敏劑的結(jié)構(gòu)通式為RC = C (CN) (COOH)，R為下式a所示的雙并咔唑苯，與R相連的烯基末端具有氰基和羧基。具體的光敏劑結(jié)構(gòu)式如下式d所示 所述含有金屬的有機(jī)染料光敏劑是含雙并咔唑基團(tuán)的釕基染料光敏劑，其結(jié)構(gòu)通式為[RuR-ipphen (Hxdcbpy) (NCS) 2]rf (M)/Λ其中R為式a所示的雙并咔唑苯；ipphen為下式b所示的IH-咪唑[4, 5-f] [1,10]鄰菲卩羅啉；0<x<2,當(dāng)x = 2時(shí)，H2dcbpy為下式c 所示的4，4' - 二羧酸_2，2'-聯(lián)吡啶；M無(wú)機(jī)或有機(jī)抗衡離子，其電荷可為正一價(jià)或正二價(jià)或正三價(jià)，當(dāng)M為正一價(jià)抗衡離子時(shí)，y = 2-x ;當(dāng)M為正二價(jià)抗衡離子時(shí)，y = (2-χ)/2 ； 當(dāng)M為正三價(jià)抗衡離子時(shí)，y = (2-x)/3.上述釕基染料光敏劑具有含雙并咔唑的鄰菲啰啉配體R-ipphen，該配體 R-ipphen的結(jié)構(gòu)如下式e所示上述釕基染料光敏劑具體可以是[RuR-ipphen (Hdcbpy) (NCS)2] N (C4H9)4,其結(jié)構(gòu)
如下式f所示
權(quán)利要求
1.一種有機(jī)小分子太陽(yáng)能電池染料光敏劑，具有如下式d所示結(jié)構(gòu)
2.一種用于制備太陽(yáng)能電池染料光敏劑的配體，具有如下式e所示結(jié)構(gòu)
3.一種釕基太陽(yáng)能電池染料光敏劑，其結(jié)構(gòu)通式為[RuR-ipphen (Hsdcbpy) (NCS)2]X 2 (M) y2 x通式中，R-ipphen表示含雙并咔唑的鄰菲卩羅啉配體，其結(jié)構(gòu)如下式e所示；
4.如權(quán)利要求3所述的釕基太陽(yáng)能電池染料光敏劑，其特征在于，所述染料敏化劑是 如下式f或式j(luò)所示的化合物
5.權(quán)利要求I所述有機(jī)小分子太陽(yáng)能電池染料光敏劑的制備方法，包括以下步驟I)由咔唑合成式g所示的雙并咔唑；
6.權(quán)利要求3所述釕基太陽(yáng)能電池染料光敏劑的制備方法，包括以下步驟I)式h所示雙并咔唑苯甲醛與鄰菲啰啉_5，6- 二酮在醋酸銨存在下縮合，得到式e所示的雙并咔唑的鄰菲p羅啉配體R-ipphen ；
7.權(quán)利要求3所述釕基太陽(yáng)能電池染料光敏劑的制備方法，包括以下步驟1)式h所示雙并咔唑苯甲醛與鄰菲啰啉_5，6- 二酮在醋酸銨存在下縮合，得到式e所示的雙并咔唑的鄰菲p羅啉配體R-ipphen ；
8.權(quán)利要求I所述的有機(jī)小分子太陽(yáng)能電池染料光敏劑在制備無(wú)機(jī)氧化物納米晶太陽(yáng)能電池中的應(yīng)用。
9.權(quán)利要求3所述的釕基太陽(yáng)能電池染料光敏劑在制備無(wú)機(jī)氧化物納米晶太陽(yáng)能電池中的應(yīng)用。
10.一種太陽(yáng)能電池，其特征在于以無(wú)機(jī)氧化物納米晶薄膜為光陽(yáng)極，在無(wú)機(jī)氧化物納米晶薄膜上吸附有一層作為光敏劑的染料；所述染料是權(quán)利要求I所述的有機(jī)小分子太陽(yáng)能電池染料光敏劑或權(quán)利要求3所述的釕基太陽(yáng)能電池染料光敏劑。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一類(lèi)用于染料敏化太陽(yáng)能電池的含雙并咔唑基團(tuán)的染料光敏劑及其制備方法，包括含有雙并咔唑基團(tuán)的純有機(jī)小分子染料和釕基配合物染料。該類(lèi)染料原料價(jià)廉易得，合成簡(jiǎn)單，其中釕基配合物染料可有效提高太陽(yáng)能電池的開(kāi)路光電壓，最高能量轉(zhuǎn)化效率高于8％，性能優(yōu)于標(biāo)準(zhǔn)染料N3；而純有機(jī)小分子染料不含有貴金屬，成本低且對(duì)環(huán)境污染小。
文檔編號(hào)H01G9/20GK102604412SQ20121001513
公開(kāi)日2012年7月25日 申請(qǐng)日期2012年1月17日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月17日
發(fā)明者凡素華, 劇川川, 王克志, 陳燕敏 申請(qǐng)人:北京師范大學(xué)