[发明专利]一种三苯胺-噻吩类有机染料及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明涉及太阳能电池的有机染料光敏剂，特别是一种三苯胺-噻吩类有机染料及其制备方法和应用。 

背景技术

随着世界经济的现代化，能源和环境危机日益严重。寻找高效、无污染、可再生资源成为世界各国的共同目标。太阳能作为一种清洁可再生能源正逐步走入人类生活，而这其中将太阳能进行光伏发电是一种非常有效的方式。自1991年，瑞士科学家M. Gr?tzel等人报道了一种新型的太阳能电池—染料敏化太阳能电池（DSSC），其具有高效、低成本、低能耗、环境友好等优点，显示出强大的商业应用前景。 

目前，以Ru基多吡啶配合物作为光敏化剂，染料敏化太阳能电池的光电转换效率已经达到10%以上，参见：Nazeeruddin, M. K. et al, J. Am. Chem. Soc., 2001, 123, 1613。然而这类染料含有贵金属，提纯复杂，从而使得电池成本较高，为了避免贵金属染料的使用，目前世界的研究重点已经放在了可替代Ru基多吡啶配合物的高效有机染料光敏剂上。

近年来，噻吩衍生物类光敏剂在染料敏化太阳能电池中的应用展现出良好的前景，为此我们设计一种新型三苯胺-噻吩类有机染料。本发明需要解决的技术问题是：设计并合成一类适用于染料敏化太阳能电池的高效三苯胺-噻吩类有机染料。

发明内容

本发明的目的是针对上述存在问题，提供一种三苯胺-噻吩类有机染料及其制备方法和应用； 

本发明的技术方案：

一种三苯胺-噻吩类有机染料，具有如下的结构通式：

式(I)中：R₁为C1-C6烷氧基，Ar的结构式为如下（Ⅱ）或（Ⅲ）：

式（Ⅱ）和（Ⅲ）中：R₂为C1-C6烷基。

     一种所述三苯胺-噻吩类有机染料的制备方法，采用芳基溴醛、四三苯基膦钯，碳酸钾和烷氧基取代三苯胺硼脂作为原料，依次经铃木（Suzuki）偶联反应和克脑文盖尔（Knoevenagel）缩合反应得到目标产物，步骤如下：

1）氮气保护的条件下，将己氧基取代的三苯胺硼脂、联噻吩溴醛或二噻吩吡咯溴醛、四三苯基磷、浓度为2M的碳酸钾溶液和乙二醇二甲醚混合均匀，将得到的混合液加热回流反应8-12小时，将得到的反应液a冷却到室温后，加水淬灭，然后用乙酸乙酯萃取、分液，用无水硫酸镁干燥有机相，减压蒸馏除掉溶剂后，经柱层析分离，柱层析所采用的淋洗剂中石油醚与乙酸乙酯的体积比为10：1，得到三苯胺联噻吩甲醛；

2）将三苯胺联噻吩甲醛、氰基乙酸、哌啶、乙腈和氯仿混合均匀，将得到的混合液加热回流反应8小时，再往反应体系中加入氰基乙酸和哌啶，继续反应回流8小时，将得到的反应液b冷却到室温后，加水淬灭，然后用二氯甲烷萃取、分液，用无水硫酸镁干燥有机相，将得到的粗产品经柱层析分离，柱层析所采用的淋洗剂中二氯甲烷与甲醇的体积比为10：1，得到三苯胺-联噻吩类有机染料。

所述己氧基取代的三苯胺硼脂、联噻吩溴醛或二噻吩吡咯溴醛、四三苯基磷、2M碳酸钾与乙二醇二甲醚的用量比为0.5 mmol：0.4 mmol：0.025 mmol：2.5 mmol：30 mL；淬灭加水量与反应液a的体积比为1:2。

所述三苯胺联噻吩甲醛、氰基乙酸、哌啶、乙腈、氯仿、氰基乙酸和哌啶的用量比为140-150 mg：20-24 mg：40-48 mg：10 mL：5 mL：13-16 mg：26-32 mg；淬灭加水量与反应液b的体积比为1:1。

一种所述三苯胺-噻吩类有机染料的应用，可作为染料敏化太阳能电池的光敏剂。

本发明的优点：烷氧基三苯胺的扭曲立体结构可有效抑制电子复合，提高开路电压；而噻吩衍生物作为染料分子共轭桥，可以确保高的摩尔吸光系数，供电性能也比较强，从而确保理想的光电转化效率。

【附图说明】

图1为实施例1、2制备的三苯胺-噻吩类有机染料溶解于二氯甲烷中的紫外可见吸收光谱。

图2为染料敏化太阳能电池结构示意图。

图中：1.导电玻璃   2.二氧化钛膜   3.光敏化层   4.电解质   5.铂层

图3为实施例1-2制备的三苯胺-苯基类有机染料作为敏化剂的染料敏化太阳能电池的J-V曲线。

【具体实施方式】