[发明专利]一种含硅稠五环桥连的有机染料及其制备方法和应用

说明书

本发明涉及有机染料技术领域，公开了一种含硅稠五环桥连的有机染料及其制备方法和应用，该有机染料的化学结构式为本发明的含硅稠五环桥连的有机染料具有刚性三维空间立体构型，抑制染料分子间聚集和减缓电池界面电子复合能力更强，同时具有较高的光热稳定性能；此外，该有机染料制备方法简单，产率高，制备成本低，是一种性能优良的光电材料，以其作为单一敏化剂应用到染料敏化太阳能电池中，能够获得超过7.2％的光电转化效率，且其器件在持续工作480h后仍能保持93％以上的光电转化效率，显示出巨大的应用前景。

技术领域

本发明涉及有机染料敏化太阳能电池技术领域，特别涉及一种含硅稠五环桥连的有机染料及其制备方法和应用。

背景技术

伴随着煤炭资源使用带来的日益严峻的污染问题，作为重要清洁能源的太阳能的利用愈发受到国内外的关注。其中，染料敏化太阳能电池(DSSCs)是模拟光合作用，基于纳米技术发展起来的一种新型光伏科技(O’Regan,B.；M.Nature 1991,353,737.)，具有效率高、制作工艺简便、成本低廉等优点。染料敏化剂是DSSCs的核心组分，对电池的光伏性能起到决定性的影响。有机染料由于原料来源广泛、分子结构设计灵活、摩尔吸光系数高等特点受到了科学家越来越多的关注。通过修饰和优化有机染料各组成部分能够有效调控分子轨道能级和拓宽染料吸收光谱，是提高染料敏化太阳能电池的光电转化效率有效策略。含硅稠环因其独特的电子和空间构型在DSSCs领域获得了优异的光电性能，然而，当前研究主要集中于二噻吩并噻咯单元，稠环个数更多的新型含硅稠环则鲜有文献报道，因此，开发新型的含硅稠环桥连的有机染料具有重要理论和实际价值。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种含硅稠五环桥连的有机染料及其制备方法和应用，含硅稠五环桥连的有机染料具有刚性的三位空间立体构型，能够有效抑制染料分子间聚集和减缓电池界面电子复合，同时具有较高的光热稳定性能。此外，该有机染料制备方法简单，产率高，制备成本低，是一种性能优良的光电材料，以其作为单一敏化剂应用到染料敏化太阳能电池中，能够获得超过7.20％的光电转化效率。

本发明是通过以下技术方实现的：

本发明提供了一种含硅稠五环桥连的有机染料，具有式(Ⅷ)的化学结构式：

本发明的进一步改进方案为：

上述含硅稠五环桥连的有机染料的制备方法，包括如下步骤：

S1：使式(I)化合物和式(II)化合物反应生成化合物(Ⅲ)；

S2：使式(Ⅲ)化合物反应生成式(Ⅳ)化合物；

S3：使式(Ⅳ)化合物发生单溴取代反应生成式(Ⅴ)化合物；

S4：使式(Ⅴ)化合物与式(Ⅵ)化合物发生Still偶联反应生成式(Ⅶ)化合物；

S5：使式(VII)化合物与氰基乙酸发生Knoevenagel缩合反应生成式(Ⅷ)化合物

优选地，在所述S1中使式(Ⅰ)化合物在溶剂无水四氢呋喃中，在正丁基锂的作用下，与式(Ⅱ)化合物发生反应生成式(3)化合物，其中各物质用量以物质的量计，式(Ⅰ)化合物：式(Ⅱ)化合物：正丁基锂＝1：0.9～1.5：1～4：反应时间为6～12h。