[发明专利]一类不对称V型有机染料敏化剂及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一类不对称V型有机染料敏化剂，该类分子采用三苯胺、吩噻嗪作为给电子基团，并在吩噻嗪的N原子上引入长碳链，苯并噻唑作为辅助受体，三苯胺或苯基咔唑作为π共轭间桥，氰基丙烯酸作为锚定基团，本发明采用苯并噻唑作为辅助受体，可以调节能隙，改善光谱响应范围，引入三苯胺或苯基咔唑作为π共轭桥，可进一步拓宽光谱响应范围，使其移动至近红外区，增强分子内电荷转移，增强光捕获效率，提升器件性能，可用于制备染料敏化太阳能电池。

技术领域

本发明属于有机光电功能材料技术领域，具体涉及一类不对称V型有机染料敏化剂及其制备方法和应用。

背景技术

染料敏化太阳能电池(DSSC)具有工艺简单、价格低廉和环境友好等优点，被普遍认为是一种很有发展潜力的太阳能电池技术。目前，在AM 1.5G辐射和1000流明照射的条件下，DSSC的功率转换效率(PCE)分别达到14.3％和28.9％，达到了室外大型模组发电要求，显示了在环境光下小模组太阳能电池方面的巨大应用潜力。

染料敏化太阳能电池的优点有：(1)与传统光伏技术相比较，DSSC的投资和生产成本特别低廉，生产条件要求不高；(2)DSSC有更多的设计可能，因为DSSC的透明性和多色性，在建筑一体化方面也能会有很大的潜力；(3)灵活性高，重量较轻；(4)和之前的电池相比，漫反射性能和高温下的性能都有一定的提升。

敏化剂是染料敏化太阳能电池当中至关重要的一部分。其通过不断吸光产生电子流，驱动着整个电池的运作。染料直接影响光的利用效率和电子在光阳极表面的注入效率以及界面复合等。从提高电池效率和光敏化剂成本的角度出发，拓宽光响应范围以及开发新型染料是目前人们研究的重点。近年来，已开发的染料敏化剂主要有金属配合物染料和纯有机染料。金属配合物类染料含有重金属，价格昂贵，并且会对环境造成污染。另外，一些金属配合物的合成较为复杂且提纯困难。这些都大大限制了其大规模商业化生产。而纯有机染料来源广泛、分子结构多样、易于设计、对环境污染小且价格相对低廉，成为发展迅速的一类染料。因此纯有机染料分子的设计，是近年来DSSC领域的一个重要课题。

发明内容

发明目的：本发明的目的是提供一类结构稳定，原料普通易得、生产成本低且吸收系数高的不对称V型有机染料敏化剂及其制备方法，本发明的另外一个目的是公开所述不对称V型有机染料敏化剂在染料敏化太阳能电池中的应用。

技术方案：本发明所述的一类不对称V型有机染料敏化剂，为以下通式Ⅰ或者通式Ⅱ：

其中，R1、R2为具有1至16个碳原子的直链或支链烷基链，为以下结构式之一：

一类不对称V型有机染料敏化剂的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：

(1)在0℃和氮气保护下，溶于DMF溶液后滴加POCl₃，将其缓慢加热至85-90℃后反应1-2h，经过处理后得到相应的化合物1；

(2)氮气保护下，将得到的化合物1与2-氨基苯硫醇的NMP溶液中反应36-72h,反应温度为100-120℃，反应分离提纯得到化合物2；

(3)在0℃和氮气保护下，将化合物2与N-溴代琥珀酰亚胺的氯仿溶液中反应6-8h，反应分离提纯得到二溴取代化合物3；

(4)将化合物3与在2mol/L碳酸钾水溶液中，加入相转移催化剂和有机溶剂，其中碳酸钾水溶液/相转移催化剂/有机溶剂的体积比为1:1:2-4，反应条件为85-90℃密闭反应12-15小时，反应分离提纯得到化合物4；

(5)将化合物4和4-甲酰基苯硼酸频哪醇酯在步骤4的相同反应条件下，其中碳酸钾水溶液/相转移催化剂/有机溶剂的体积比为1:1:2-4，反应条件为85-90℃密闭反应12-15小时，反应分离提纯得到化合物5；