[发明专利]一种含香豆素的三芳胺类染料敏化剂的合成及应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种含香豆素的三芳胺类染料敏化剂的合成及应用。

背景技术

染料敏化太阳能电池（Dye Sensitized Solar Cell，DSSC）凭借其成本低、可弱光发电、光电转化率不受温度影响等特点，极有希望替代硅半导体光电转换部件，成为下一代实用型高性能太阳能电池。染料敏化剂是DSSC中决定可见光吸收和光电转换效率的关键结构材料，具有结构易设计修饰和加工、成本低、稳定性好等特点。

国内外染料敏化剂的研究主要分两类，一类为有机金属配合物，典型结构为功能性多吡啶钌化合物。这类染料敏化剂在可见光区吸收较强，氧化还原性能可逆，氧化稳定性高，但钌作为稀有金属成本较高，其染料吸收光谱窄。第二类为非金属有机染料，具有摩尔吸光系数高、吸收光谱宽和可通过结构修饰调变产生优良电化学性能等优点，是近年来染料敏化剂的研究热点。传统的非金属有机染料敏化剂的结构通式为“给体-π共轭桥-受体”(Donor-π Bridge-Acceptor，D-π-A)，根据给体的不同，已有香豆素型、吲哚啉型、三芳胺型等非金属染料敏化剂得以设计和开发。常用的受体为氰乙酸以及罗丹宁乙酸，而为了进一步增强受体与TiO₂之间的键合能力，最近也有一些非羧酸受体的染料敏化剂被报道。

三芳胺化合物是一类非常重要的有机分子，具有优秀的电荷传输性能、 较低的离子化电位、较高的空穴迁移率( 一般约在10^-3~10^-4 cm²/ Vs) 、较好的溶解性与无定形成膜性、较强的荧光性能与光稳定性，广泛作为空穴传输材料应用于有机电致发光二极管( OLED) 、有机太阳能电池、光折射全息摄像、场效应管等诸多领域。而香豆素及其衍生物作为一类分子内共轭的电子转移化合物，具有优良的荧光量子效率、高的摩尔吸光系数以及大的Stoke 位移，广泛地应用于塑料着色、彩色荧光涂料、太阳能聚集器的彩色荧光树脂，以及感光材料、光敏材料、光盘记录材料等高新技术领域。由于在可见光区响应度高、太阳光照射下稳定性好，香豆素类染料分子作为一类发展前景良好的染料敏化剂受到了广泛关注。本发明将香豆素结构引入三芳胺给体中，以三苯胺香豆素作为给体，含噻吩的芳环作为桥键，氰乙酸作为受体，合成得到了三个三芳胺香豆素类染料敏化剂。目前，尚无文献报道该结构的太阳能电池应用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种三芳胺香豆素类化合物的制备及将其应用于染料敏化太阳能电池。

本发明的结构式如下：

本发明所述如式（I~III）所示的三芳胺香豆素类化合物可按照以下方法制备得到：将式（IVa~ IVc）化合物与式（V）与有机溶剂混合，在碱性化合物的作用下，加热回流搅拌反应1~10 h，反应完全后，旋干溶剂，残余物用洗脱剂溶剂进行硅胶柱层析，获得式（I~III）所示的含香豆素类三芳胺化合物；所述有机溶剂为乙腈、氯仿、四氢呋喃或1,4-二氧六环中的一种或多种；所述碱性化合物为哌啶、吡啶、三乙胺或者二甲胺中的一种或多种；所述洗脱剂溶剂为氯仿、二氯甲烷和甲醇、乙醇及醋酸的混合溶剂；式（IVa~IVc）化合物与式（V）化合物和碱性物质的物质的量之比为：1:1.0~3.0:0.1~0.3，有机溶剂体积用量以式（IIIa~IIIc）化合物的物质的量计为10~30 mL/mmol。

所述有机溶剂为乙腈、氯仿、四氢呋喃或1,4-二氧六环中的一种或多种，优选乙腈和四氢呋喃（v:v=1:2）；

所述碱性化合物为哌啶、吡啶、三乙胺或者二甲胺中的一种或多种，优选哌啶；

所述的反应时间为1~10 h，优选为2~3 h；

所述洗脱剂溶剂为氯仿、二氯甲烷和甲醇、乙醇及醋酸的混合溶剂，优选为二氯甲烷、甲醇和醋酸的混合溶剂（v:v:v=200:4:1）；

所述有机溶剂用量以式（IVa~IVc）化合物的物质的量计为10~30 mL/mmol，优选20 mL/mmol。

式（IVa）所示的化合物可按照以下方法制备得到：将POCl₃与DMF在0 ^oC下搅拌1h制得Vilsmeier试剂，再将式（VI）溶于DMF，逐滴滴入上一步制得的Vilsmeier试剂中，70 ^oC下搅拌8h。