一种以菲并咔唑为核心的有机染料及其制备方法，以及有机染料敏化太阳电池的制作方法
【专利摘要】本发明提供了一种有机染料，具有式(1)所示结构。本发明以菲并咔唑为核心，使用取代的三苯胺给体和氰基丙烯酸受体来调控染料分子的能级结构，从而设计并合成了多种高效给受体有机染料。以该染料分子制备的染料敏化太阳电池，功率转化效率突破了10％，远高于其他以菲并咔唑为核心的有机染料敏化太阳电池，并且本发明提供的有机染料，在制备过程中，避免了重金属的使用，其原料来源丰富，成本较低，工业化生产对环境更友好。
【专利说明】-种以菲并咔唑为核心的有机染料及其制备方法，以及有 机染料敏化太阳电池
【技术领域】
[0001] 本发明涉及有机染料【技术领域】，尤其涉及一种以菲并咔唑为核心的有机染料及其 制备方法，以及有机染料敏化太阳电池。
【背景技术】
[0002] 随着能源需求的增加，寻求清洁可持续的能源逐渐成为全球性的研究热点，其中， 太阳能作为一种可再生清洁能源，其开发利用是能源研究领域的重要课题之一。
[0003] 目前硅系太阳电池已经达到较高的光电转换效率并且广泛应用于包括航空航天 在内的国民生产的各个领域。其中晶体硅太阳电池的技术应用最为广泛，占太阳电池的 80%以上。但其存在着制造成本高、工艺条件苛刻以及炼硅过程中能耗大、污染严重等缺 点。为了寻找晶体硅电池的替代品，人们开发研制了其它材料的太阳能电池，其中主要包 括砷化镓III-V族化合物、硫化镉及碲化镉薄膜电池等。上述电池中，尽管砷化镓、硫化镉、 碲化镉多晶薄膜电池的效率较非晶硅薄膜太阳能电池效率高，成本较单晶硅电池低，并且 也易于大规模生产，但由于砷、镉等有剧毒，会对环境造成严重的污染。因此，这些并不是晶 体硅太阳能电池最理想的替代品。
[0004] 近年来以有机光电材料代替无机材料发展的太阳能电池逐渐成为能源领域活 跃而重要的研究方向。1991年，Gliitze丨研究组将Amadelli等人报道过的三核钌染料 RuL2(y-(CN)Ru(CN)L，2)2(L = 2,2，-联吡啶-4,4，-二羧酸，L，=2,2，-联吡啶） 作为敏化剂吸附在他们多年潜心发展的高质量Ti02纳晶薄膜上制成器件，获得了模拟太阳 光下7. 1 %的光电转换效率，在有机太阳电池的发展历程中具有里程碑的意义，由此掀起了 染料敏化太阳电池的研究热潮。
[0005] 与硅基太阳能电池相比，染料敏化太阳电池的制造成本较低，且其光电转换效率 较高，已经接近薄膜硅电池，从而具有良好的应用前景。
[0006] 目前报道的高效染料敏化太阳电池中的染料多为含有贵金属的配合物，如多吡啶 钌配合物（J. Am. Chem. Soc. 2008, 130, 10720-10728)。但是，由于贵金属的储量有限，从而限 制了贵金属染料的实际应用。而不含贵金属的纯有机染料敏化电池最高效率仅为8. 8%，与 钌系染料比效率上仍有较大差距。
【发明内容】
[0007] 有鉴于此，本发明要解决的技术问题在于提供一种以菲并咔唑为核心的有机染料 及其制备方法，以及有机染料敏化太阳电池，以所述有机染料制备的有机染料敏化太阳电 池具有较高的效率。
[0008] 本发明提供了一种以菲并咔唑为核心的有机染料，具有式（1)所示结构：
[0009]
【权利要求】
1. 一种以菲并咔唑为核心的有机染料，具有式（1)所示结构： 其中，
Ri选自G?C18烧基； R2、R3独立的选自H、Ci?C18烷基或Ci?C18烷氧基中的任意一种； y为0或1。
2. 根据权利要求1所述的有机染料，其特征在于，所述&选自C1(l?C18烷基，R 2、R3独 立的选自H、Q?C12烷基或Q?C12烷氧基中的任意一种。
3. 根据权利要求2所述的有机染料，其特征在于，所述有机染料具有式（II )或式 (III)所示的具体结构：
4. 一种以菲并咔唑为核心的有机染料的制备方法，包括： 将式（IV)所示化合物与N，N-二甲基甲酰胺和三氯氧磷反应，然后再与式（V )所示 三苯胺硼酸酯衍生物，在醋酸钯、Sphos和磷酸钾作用下进行反应，最后再与氰基丙烯酸在 乙酸铵作用下进行反应，得到式（1)所示的有机染料；
其中， Ri选自G?C18烧基； R2、R3独立的选自H、Ci?C18烷基或Ci?C18烷氧基中的任意一种； y为〇 ; X为卤素。
5. 根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述札选自C1(l?C18烷基，R2、R 3独 立的选自H、Q?C12烷基或Q?C12烷氧基中的任意一种。
6. -种以菲并咔唑为核心的有机染料的制备方法，包括： 将式（VI)所示的三苯胺衍生物与三异丙基硅乙炔，在Pd(PPh3)2Cl2、碘化亚铜和三乙 胺作用下进行反应，然后与四丁基氟化胺反应，再与式（W)所示化合物，在Pd(PPh3)2Cl 2、 碘化亚铜和三乙胺作用下进行反应，最后与氰基丙烯酸在乙酸铵作用下进行反应，得到式 (1)所示的有机染料；
其中， Ri选自G?C18烧基； R2、R3独立的选自H、Ci?C18烷基或Ci?C18烷氧基中的任意一种； y为1 ; X为卤素。
7. 根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述札选自C1(l?C18烷基，R2、R 3独 立的选自H、Q?C12烷基或Q?C12烷氧基中的任意一种。
8. -种以菲并咔唑为核心的有机染料敏化太阳电池，其特征在于，染料层为权利要求 1?3任意一项所述的有机染料，或者权利要求4?7任一项所述的制备方法制备的有机染 料。
9. 根据权利要求8所述的有机染料敏化太阳电池，其特征在于，所述有机染料具有以 下式（II )或式（III)所示的具体结构：
【文档编号】H01G9/042GK104151861SQ201410452818
【公开日】2014年11月19日 申请日期:2014年9月5日 优先权日:2014年9月5日
【发明者】王鹏, 姚朝阳, 张敏, 李仁志, 马文涛 申请人:中国科学院长春应用化学研究所