[发明专利]一种二噻吩吡咯桥-二氢吲哚类有机染料及其制备和应用

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，特别是一种二噻吩吡咯桥-二氢吲哚类有机染料及其制备和应用。 

背景技术

能源短缺和环境污染已经成为困扰人类的两大难题，越来越制约着社会的可持续发展，所以太阳能等可再生能源的开发和利用成为研究的热点，这种能源技术代表着绿色清洁能源的发展方向，符合低碳环保的理念。其中，太阳能电池是利用太阳能的主要技术之一。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），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。 

目前在众多所被研究的染料中，钌基多吡啶类染料是最成功的一类染料。虽然钌基多吡啶染料的光伏性能优良，但这类染料使用贵金属钌，制备成本高，另外还存在分离困难和摩尔吸光系数低等缺点，不利于DSSC 大规模商业化应用。因而，合成用于可替代Ru基多吡啶配合物的高效有机染料光敏剂成为该领域的研究热点。

近年来，二氢吲哚类光敏剂由于其超强的供电性能，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二噻吩吡咯桥-二氢吲哚类有机染料。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二噻吩吡咯桥-二氢吲哚类有机染料。

发明内容

本发明的目的是针对上述存在问题，提供一种二噻吩吡咯桥-二氢吲哚类有机染料及其制备和应用， 

本发明的技术方案：

一种二噻吩吡咯桥-二氢吲哚类有机染料，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（Ⅱ）或（Ⅲ）：

式（Ⅱ）和（Ⅲ）中：R₂为C1-C6烷基。

一种所述二噻吩吡咯桥-二氢吲哚类有机染料的制备方法，以二氢吲哚硼脂、四三苯基膦、碳酸钾和烷氧基三苯胺取代的二噻吩吡咯溴醛作为原料，依次经铃木（Suzuki）偶联反应和克脑文盖尔（Knoevenagel）缩合反应得到目标物，步骤如下：

1）芴基或三聚茚基二氢吲哚-二噻吩吡咯甲醛的合成

在氮气保护的条件下，将己氧基三苯胺取代的二噻吩吡咯溴醛、芴基二氢吲哚硼脂或三聚茚基二氢吲哚硼脂、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，得到芴基或三聚茚基二氢吲哚-二噻吩吡咯甲醛；

2）二噻吩吡咯桥-芴基二氢吲哚类有机染料的合成：

将芴基或三聚茚基二氢吲哚-二噻吩吡咯甲醛、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，再往混合液中第二次加入氰基乙酸和哌啶，继续回流反应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，得到二噻吩吡咯桥-芴基二氢吲哚有机染料。

所述己氧基三苯胺取代的二噻吩吡咯溴醛、芴基或三聚茚基二氢吲哚硼脂、芴基二氢吲哚硼脂、浓度为2M的碳酸钾溶液和乙二醇二甲醚的用量比为0.2 mmol：0.5 mmol：0.02 mmol：2 mmol：30 mL；淬灭加水量与反应液a的体积比为1:2。

所述芴基或三聚茚基二氢吲哚-二噻吩吡咯甲醛、氰基乙酸、哌啶、乙腈和氯仿的用量比为150 mg：30mg：60 mg ：10 mL：5 mL，其中：30mg氰基乙酸分18 mg 、12 mg两次加入，60 mg分36 mg 、24 mg两次加入；淬灭加水量与反应液b的体积比为1:1。

一种所述二噻吩吡咯桥-芴基二氢吲哚有机染料的应用，可作为染料敏化太阳能电池的光敏剂。

本发明的优点：将二噻吩吡咯桥引入到二氢吲哚染料中，可以有效的提高染料分子的摩尔吸光系数，提高对光的吸收能力；此外，在二氢吲哚和二噻吩吡咯桥中引入大位阻基团，可以有效印制电子复合，提高开路电压，从而提高太阳能电池光电转化效率。 

【附图说明】

图1为实施例1-2制备的二噻吩吡咯桥-二氢吲哚类有机染料溶解于二氯甲烷中的紫外可见吸收光谱。

图2为实施例1制作的染料敏化太阳能电池结构示意图。