[发明专利]一种有机染料以及一种染料敏化太阳能电池

说明书

技术领域

本发明涉及有机染料合成及其应用领域，具体涉及一种有机染料以及一种染料敏化太阳能电池。

背景技术

在众多的可再生能源之中，太阳能是一种比较理想的清洁能源。通过太阳电池进行光电转换是人类利用太阳能的重要途径之一。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与薄膜硅电池相媲美（ACS Nano 2010，4，6032；Science，2011，334，629），但是其制造成本更低，且同时具有了摩尔吸收系数高和结构可调控性强等优点，所以拥有良好的应用前景，有可能在未来取代硅基电池而占据太阳电池的相当市场份额。

但是，目前广泛应用于商业化染料敏化太阳能电池的染料为钌基染料，（J.Bisquert,D.Cahen,G.Hodes,S.Rühle,A.Zaban Physicalchemical principles of photovoltaic conversion with nanoparticulate,mesoporous dye-sensitized solar cells Journal of Physical Chemistry B,108,8106-8118(2004)）。钌基染料是非可再生资源的资源限制，摩尔吸收系数低，结构可调控性差。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，提供一种不含有稀土元素的有机染料，使用该有机染料的染料敏化太阳能电池电流密度大，光电转化率高。

为了解决以上技术问题，本发明提供了一种有机染料，具有式（I）所示结构

其中R为C1~C24的烷基。

优选的，所述R为C1~C6的烷基。

本发明还提供了一种染料敏化太阳能电池，包括式I所示的有机染料，以及其他必要部件。

本发明提供的一种有机染料，具有式（I）所示的结构，在有机染料分子中既含有噻吩基团和氰基乙酸基团作为电子受体，又具有三苯胺作为给电子体单元，使得所述有机染料同时具有优异的给受体性能，又因为所述有机染料很有电子骨架给受体结构，具有优异的光电光电转化性能。另外，本发明提供的有机染料不含稀土元素，成本低廉，不浪费非可再生稀土资源，不含贵金属的有机染料具有资源丰富、成本低、摩尔吸收系数高和结构可调控性强等优点。

本发明还提供了一种有机染料的制备方法，其中所有的反应都是基础的取代、偶联或缩合反应，制备条件温和，反应原料成本低廉，易于纯化适合大规模工业化生产。另外本发明提供的有机染料敏化太阳能电池包括式（I）所示的有机染料，由于其具有良好的给电子和电子受体性能，所以使电池的电流密度和功率转换效率更高，实验证明，本发明提供的染料敏化太阳能电池的开路电压达750毫伏，短路光电流密度达15.67毫安每平方厘米，功率转换效率达8.9%。

附图说明

图1是本发明提供的由式（I）所示的有机染料制备的染料敏化太阳电池光电流活动谱图；

图2是本发明提供的由式（I）所示的有机染料敏化太阳电池电流电压特征曲线图。

具体实施方式

为了进一步了解本发明，下面结合实施例对本发明的优选实施方案进行描述，但是应当理解，这些描述只是为进一步说明本发明的特征和优点而不是对本发明专利要求的限制。

本发明提供了一种有机染料，具有式（I）所示的结构，

其中R为C1~C24的烷基。

按照本发明，在有机染料分子中既含有噻吩基团和氰基乙酸基团作为电子受体，又具有三苯胺作为给电子体单元，使得所述有机染料同时具有优异的给受体性能，又因为所述有机染料很有电子骨架给受体结构，具有优异的光电光电转化性能。按照本发明，所述R优选为C1~C6的烷基。

本发明还提供了一种式I所示的有机染料的制备方法，包括：

a）将所述式（VII）所示的化合物与所述式（IV）所示的化合物、磷酸钾以及第一催化剂混合在有机溶剂中，在催化剂作用下发生偶联反应，得到式（VIII）所示的化合物；

b）将式（VIII）所示的化合物与式（IX）所示的化合物混合在有机溶剂中，在镁和碘的作用下发生取代反应，得到式（X）所示的化合物，并在第二催化剂的作用下脱水缩合，得到式（XI）所示的化合物；