[发明专利]一种新型的N;N-二乙基苯胺类太阳能染料敏化剂及其制备与应用

说明书

本发明公开了一类N,N‑二乙基苯胺类太阳能染料敏化剂及其制备与应用，所述N,N‑二乙基苯胺类太阳能染料敏化剂如式I、式II或式III所示；本发明所述的合成方法为：将氰基乙酸分别与式Iva、式Ivb或式Ivc所示的化合物，哌啶溶于极性有机溶剂中混合均匀，在60～80℃下进行缩合反应，反应完全后，将所得反应混合液旋干溶剂，残余物用洗脱剂溶剂进行硅胶柱层析，分别得到式I、式II或式III所示的化合物；本发明所述的N,N‑二乙基苯胺类化合物可以作为染料敏化剂应用于染料敏化太阳能电池，为染料敏化剂的筛选增添了新的可应用物质。

(一)技术领域

本发明涉及一类N,N-二乙基苯胺类太阳能染料敏化剂及其制备与应用。

(二)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-πBridge-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。

新型的“D-A-π-A”结构是在“D-π-A”结构基础上增加一个额外受体，不仅扩大π共轭体系，促进有机染料敏化剂分子吸收光谱红移，同时相较于π共轭桥的扩大而言，更有利于染料敏化剂分子的稳定性的提高。弥补了“D-π-A”结构染料分子的缺陷。本发明以合成高光电转换效率的染料敏化剂为目标，以N,N-二乙基苯胺类衍生物为电子供体，苯并噻二唑为额外引入的受体，呋喃、苯基或噻吩基为桥键，氰基乙酸为键合受体，合成得到了三个“D-A-π-A”结构的N,N-二乙基苯胺类染料敏化色素染料敏化剂。目前，尚无文献报道该结构的太阳能电池应用。

(三)发明内容

本发明的目的之一是提供一类具有新颖结构的N,N-二乙基苯胺类太阳能染料敏化剂及其制备方法。

本发明提供了具有新颖结构的N,N-二乙基苯胺类染料敏化剂，具有式Ⅰ、式II或式III所示的结构：

本发明还提供了上述染料敏化剂的制备方法，所述的方法具体按照如下步骤进行制备：

将氰基乙酸分别与式Iva、式Ivb或式Ivc所示的化合物，哌啶溶于极性有机溶剂中混合均匀，在60～80℃下进行缩合反应，反应完全后，所得反应混合液经后处理分别得到式I、式II或式III所示的化合物；所述氰基乙酸、哌啶与式Iva、式Ivb或式Ivc所示的化合物的物质的量之比为2～4:3～5：1；

进一步，所述极性有机溶剂为乙腈、氯仿和四氢呋喃中的一种或任意几种的混合物。

再进一步，所述的有机溶剂的体积用量以式IVa、IVb或IVc所示的化合物的物质的量计为10～20mL/mmol。

再进一步，优选的，所述缩合反应的反应时间为6～8h。

更进一步，本发明所述反应混合液的后处理方法为：反应结束后，所得反应混合液蒸除溶剂后，残余物用洗脱剂溶剂进行硅胶柱层析，以任意体积比二氯甲烷与甲醇及醋酸组成的混合液为洗脱剂，收集含目标化合物的洗脱液，浓缩干燥得式I、式II或式III所示的化合物。