[发明专利]D-A-π-A型立体化吩噻嗪类染料敏化剂及其制备方法和应用

说明书

本发明属于太阳能电池技术领域，具体涉及一种D‑A‑π‑A型立体化吩噻嗪类染料敏化剂及其制备方法和应用，所述染料敏化剂的分子结构如式A所示，该染料敏化剂以廉价易得的吩噻嗪作为起始原料，经过取代、溴化、suzuki偶联、硼酸酯化、knoevenagel缩合等简单反应合成得到，其以吩噻嗪作为电子供体端，用螺双芴进行立体化修饰，有利于抑制染料聚集和减少电荷复合，引入了吸电性的苯并噻二唑作为电荷阱，极大地改善了染料的光子捕获能力，表现出了良好的光电转换性能，在太阳能电池中表现出了很好的光电性能。

技术领域

本发明属于太阳能电池技术领域，具体涉及一种D-A-π-A型立体化吩噻嗪类染料敏化剂及其制备方法和应用。

背景技术

能源是人类社会赖以生存和国民经济发展的重要物质基础。尤其是进入21世纪以来，人类对能源的需求日益增大，然而伴随的能源短缺和环境污染这两个问题却依然没有得到很好的解决。如何充分开发和利用新能源，实现绿色减排，已经成为当前世界各国急需解决的重要问题之一。可再生能源中，资源极其丰富的太阳能具有巨大的开发潜力，因此太阳能电池的研发一直以来都受到世界各国科学家的广泛关注。

染料敏化太阳能电池(Dye-Sensitized Solar Cells,DSSCs)具有制作简单、成本低廉、原料来源广泛、多色透明、光电转换效率较高以及环境友好等众多优点，因此这种高性价比的电池与传统的化石类能源相比具有很强的竞争力。目前纯有机染料ADEKA-1的电池效率已经突破了14.3％，染料是整个DSSCs系统的核心部件，它起到捕获光子并引发电子转移的重要作用，所以设计合成高效的染料敏化剂是提高电池效率最为直接和有效的途径之一。

发明内容

本发明主要提供了一种D-A-π-A型立体化吩噻嗪类染料敏化剂及其制备方法和应用，这种D-A-π-A型染料敏化剂以吩噻嗪作为电子供体端，用螺双芴进行立体化修饰，有利于抑制染料聚集和减少电荷复合，引入了吸电性的苯并噻二唑作为电荷阱，极大地改善了染料的光子捕获能力，表现出了良好的光电转换性能。其技术方案如下：

该染料敏化剂以廉价易得的吩噻嗪作为起始原料，经过取代、溴化、suzuki偶联、硼酸酯化、knoevenagel缩合等简单反应合成得到，该化合物的分子结构如下：

该染料敏化剂的制备方法如下：

(1)化合物1的合成：

室温下，将上述合成路线中的吩噻嗪(1摩尔当量)加入到三口烧瓶中，接着加入溶剂(吩噻嗪的10-20倍体积)，用冰浴将混合液温度降到0℃-10℃，分批加入强碱(2-3摩尔当量)，室温搅拌0.5-1小时。之后缓慢滴加正溴辛烷(1.5-2摩尔当量)，室温反应6-8小时，用冰水淬灭并用萃取剂萃取，有机相用无水硫酸钠干燥，过滤后减压旋蒸，剩余物用柱层析进行纯化得到化合物1。

(2)化合物2的合成：

室温下，将化合物1(1摩尔当量)加入到三口烧瓶中，接着加入溶剂(化合物1的20-30倍体积)，接着一次性加入N-溴代丁二酰亚胺(2-2.5摩尔当量)，室温搅拌0.5-1小时，接着向反应液中加入水并用萃取剂萃取，有机相用无水硫酸钠干燥，过滤后减压旋蒸，剩余物用柱层析进行纯化得到化合物2。

(3)化合物3的合成：

室温下，将化合物2(1摩尔当量)、2-硼酸酯-9,9'-螺二芴(0.9-1.0摩尔当量)、无机碱(3-5摩尔当量)加入到三口烧瓶中，接着加入溶剂，用三通进行惰性气体置换，在惰性气体保护的氛围下加入催化量的催化剂(0.05-0.1摩尔当量)。反应液加热到80℃-100℃优选加热到90℃反应12-18小时，之后冷却到室温，减压旋蒸除去溶剂，接着向剩余物中加入水并用萃取剂萃取，有机相用无水硫酸钠干燥，过滤后减压旋蒸，剩余物用柱层析进行纯化得到化合物3。

(4)化合物4的合成：