[发明专利]双电子受体有机染料及其应用

说明书

技术领域

本发明涉及双电子受体有机染料及其用于染料敏化太阳电池。

背景技术

在众多的可再生能源之中，太阳能无疑是一种最为理想的清洁能 源，而通过太阳电池进行光电转换是人类利用太阳能的主要途径之 一。在太阳电池的家族中，硅基太阳电池因其转换率高和技术成熟占 据了目前太阳电池主要市场份额，但硅太阳电池存在着原材料价格昂 贵、生产成本高等缺点。1991年瑞士联邦高工的教授报道了 具有较高效率的染料敏化太阳电池(Nature 1991，353，737)。目前染 料敏化太阳电池的光电转换效率已经接近薄膜硅电池，但其制造成本 较低，具有良好的应用前景。目前性能最好的染料是含有贵金属的配 合物，如多吡啶钌配合物(J.Am.Chem.Soc.2008，130，10720-10728)， 然而由于贵金属的有限探明储量限制了贵金属染料的实际应用。与多 吡啶钌配合物相比，不含贵金属的有机染料具有成本低、摩尔吸收系 数高和结构可调控性强等优点。但是多吡啶钌配合物一般具有1-4个 可与二氧化钛纳米晶连接的电子受体，多电子受体有利于染料与纳米 晶表面的吸附，有利于界面电子转移，而有机染料分子通常使用单电 子受体与二氧化钛纳米晶吸附，与钌配合物染料相比，可能存在器件 稳定性的问题。因此改善有机染料结构，增加电子受体与纳晶表面吸 附能力，提高器件热稳定性成为扼要解决的问题。

发明内容

本发明提供了双电子受体有机染料及其应用。

1.双电子受体有机染料，其化学结构式如下：

式中，R₁为烃基、烃氧基或烃硫基；

所述的R₂为下列结构式A和B中的任意一个：

结构式A：

结构式B：

所述的R₃、R₄分别为下列结构式C、D和E中的任意一个：

结构式C：

结构式D：

结构式E：

式中，R₅-R₁₈分别为氢原子、烃基、烃氧基和烃硫基中的任意 一个；X、Z分别为O、S或Se；n为大于等于1小于等于6的整 数。

所述的双电子受体有机染料，优选为如下化学结构式I-III任意 一个：

化学结构式I：

化学结构式II：

化学结构式III：

所述的双电子受体有机染料用于制备染料敏化太阳电池。

所述的双电子受体有机染料用于制备染料敏化太阳电池的方法 如下：

染料敏化太阳电池的负极采用双层TiO₂，底层膜由粒径为20纳 米的TiO₂纳米晶组成，厚度为7微米，上层膜由粒径为400纳米的 TiO₂光散射粒子组成，厚度为5微米。制备TiO₂纳米晶和TiO₂基纳 米结构双层膜电极的方法参见文献(Wang P.et al.，Enhance the Performance of Dye-Sensitized Solar Cells by Co-grafting Amphiphilic Sensitizer and Hexadecylmalonic Acid on TiO₂ Nanocrystals，J.Phys. Chem.B.，2003，107，14336)。将制备好的TiO₂基双层膜负极浸泡 在浓度为100微摩尔/升的双电子受体有机染料的乙腈/叔丁醇溶液 中，时间为12小时，然后将覆盖纳米铂的正极通过一个35微米厚的 热融环同TiO₂基纳米结构双层膜电极加热熔融密封，最后将电解质 材料注入到两个电极的缝隙中，即构成了染料敏化太阳电池。

有益效果：本发明提供的双电子受体有机染料制备工艺简单，原 料成本低廉，易于纯化。制备的染料敏化太阳能电池，经测试获得了 6.5％左右的电池效率。通过引入双电子受体，可以增加染料在二氧化 钛纳米晶上的吸附能力，从而提高器件的热稳定性。

附图说明