具有剛性給體的有機染料及其制備方法、染料敏化太陽電池的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種具有剛性給體的有機染料及其制備方法，所述有機染料具有式I或式II結(jié)構(gòu)；其中，R1選自H或C1～C18烷基；R5選自H、C1～C18烷基或C1～C18烷氧基；R6和R7獨立地選自H、C1～C18烷基、C1～C18烷氧基苯基或C1～C18烷基苯基；X選自式a～式d所示的基團(tuán)中的任意一種；Y選自式e或式f所示的基團(tuán)；式e中，R2和R3獨立地選自H、F、C1～C18烷基或C1～C18烷氧基苯基；R4選自式g～式i所示的基團(tuán)中的任意一種。本發(fā)明提供了一種染料敏化太陽電池，其染料層由所述有機染料制成，具有較高的功率轉(zhuǎn)化效率。
【專利說明】具有剛性給體的有機染料及其制備方法、染料敏化太陽電 池

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及染料敏化太陽電池【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種具有剛性給體的有機染料 及其制備方法、染料敏化太陽電池。

【背景技術(shù)】
[0002] 進(jìn)入21世紀(jì)后，隨著我國經(jīng)濟的飛速發(fā)展，對能源的需求量也急劇增加。目前我 國已是世界上第一大能源進(jìn)口國，而且礦石類能源消耗所伴生的環(huán)境問題如霧靄等也逐漸 嚴(yán)重。因此，尋求清潔可持續(xù)的能源已是當(dāng)務(wù)之急。太陽能作為一種可再生清潔能源，其開 發(fā)利用是能源研宄領(lǐng)域的熱點之一。
[0003] 太陽電池是能夠有效吸收太陽能，并將其轉(zhuǎn)化成電能的半導(dǎo)體部件。作為太陽 電池中的重要一種，染料敏化太陽電池已得到世界的廣泛關(guān)注。早在1991年，Giitzel研 宄組將Amadelli等人報道過的三核釕染料RuL 2U-(CN)Ru(CN)L' J2(L = 2,2'-聯(lián)吡 啶_4,4'-二羧酸，L' =2, 2'-聯(lián)吡啶）作為敏化劑，吸附在他們多年潛心發(fā)展的高質(zhì) 量TiO2納晶薄膜上制成器件，獲得了模擬太陽光下7. 1 %的光電轉(zhuǎn)換效率，由此開啟了染料 敏化太陽電池的研宄大幕。與傳統(tǒng)的無機半導(dǎo)體太陽能電池相比，染料敏化太陽電池的制 造成本較低，且顏色豐富、美觀，可制成半透明的產(chǎn)品。柔性的染料敏化太陽電池重量較輕， 可以折疊、卷曲而廣泛應(yīng)用于日常生活中。
[0004] 染料敏化劑是染料敏化太陽電池的重要組成之一，目前商業(yè)化的染料多為含有 貴金屬釕的配合物。由于我國釕資源缺乏，發(fā)展非金屬有機染料更為現(xiàn)實。但是，目前國 際上純有機染料制備的器件的光電轉(zhuǎn)換效率超過10 %的只有寥寥幾種，最高效率也只有 11. 3%，效率問題已經(jīng)成為長期困擾純有機染料發(fā)展的癥結(jié)所在。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種具有剛性給體的有機染料及其制備方法、 染料敏化太陽電池，采用本發(fā)明提供的有機染料制備染料敏化太陽電池，其功率轉(zhuǎn)化效率 較高。
[0006] 本發(fā)明提供一種具有剛性給體的有機染料，具有式I或式II結(jié)構(gòu)：

【權(quán)利要求】
1. 一種具有剛性給體的有機染料，具有式I或式II結(jié)構(gòu)：
其中，R1選自H或C1-C18烷基； R5選自H、C廣C 18烷基或C丨?C 18烷氧基； &和R 7獨立地選自H、C C 18烷基、C C 18烷氧基苯基或C C 18烷基苯基； X選自式a?式d所示的基團(tuán)中的任意一種：
式e中，馬和R 3獨立地選自H、F、C C 18烷基或C C 18烷氧基苯基； R4選自式g?式i所示的基團(tuán)中的任意一種：
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的有機染料，其特征在于，R i選自C 2?C 16烷基； R5選自C 2?C 16燒氧基； &和R 7獨立地選自C 2?C 12烷基苯基。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的有機染料，其特征在于，X選自式a、式c或式d所示的基團(tuán)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1?3中任意一項所述的有機染料，其特征在于，Y選自式e所示的基 團(tuán)； 式e中，馬和1?3為11; R4為式g所示的基團(tuán)。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的有機染料，其特征在于，X選自式c或式d所示的基團(tuán)； Y為式f所示的基團(tuán)。
6. -種具有剛性給體的有機染料的制備方法，包括以下步驟： 將具有式III結(jié)構(gòu)的剛性給體化合物依次進(jìn)行溴化和Heck偶聯(lián)反應(yīng)，或?qū)⒕哂惺絀II 結(jié)構(gòu)的剛性給體化合物依次進(jìn)行Suzuki反應(yīng)和Stille偶聯(lián)反應(yīng)，得到第一染料前體酯；將 所述第一染料前體酯在強堿作用下反應(yīng)，得到具有式I結(jié)構(gòu)的有機染料； 或者，將具有式IV結(jié)構(gòu)的剛性給體化合物依次進(jìn)行溴化和Heck偶聯(lián)反應(yīng)，或?qū)⒕哂惺?IV結(jié)構(gòu)的剛性給體化合物依次進(jìn)行Suzuki反應(yīng)和Stille偶聯(lián)反應(yīng)，得到第二染料前體酯； 將所述第二染料前體酯在強堿作用下反應(yīng)，得到具有式II結(jié)構(gòu)的有機染料；
其中，R1選自H或C1-C18烷基； R5選自H、C廣C 18烷基或C丨?C 18烷氧基； &和R 7獨立地選自H、C C 18烷基、C C 18烷氧基苯基或C C 18烷基苯基； X選自式a?式d所示的基團(tuán)中的任意一種：
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的制備方法，其特征在于，所述具有式III或式IV結(jié)構(gòu)的剛性 給體化合物按照以下方法制得： 將具有式V結(jié)構(gòu)的化合物依次進(jìn)行瓊斯試劑的氧化反應(yīng)、羧酸酯化反應(yīng)、在Pd(dppf) Cl2和醋酸鉀催化下的硼化反應(yīng)，得到具有式VI結(jié)構(gòu)的化合物； 將所述具有式VI結(jié)構(gòu)的化合物和具有式VII結(jié)構(gòu)的化合物在醋酸鈀、Sphos和磷酸鉀 作用下進(jìn)行交叉偶聯(lián)反應(yīng)，得到的羧酸酯在格氏試劑作用下進(jìn)行烷基化反應(yīng)，得到具有式 VIII結(jié)構(gòu)的化合物； 將所述具有式VIII結(jié)構(gòu)的化合物在酸性催化下進(jìn)行分子內(nèi)環(huán)化反應(yīng)，得到具有式III 或式IV結(jié)構(gòu)的剛性給體化合物；
8. -種具有剛性給體的有機染料的制備方法，包括以下步驟： 將具有式IX結(jié)構(gòu)的染料前體醛與氰基丙烯酸在乙酸銨作用下進(jìn)行反應(yīng)，得到具有式I 結(jié)構(gòu)的有機染料； 或者，將具有式X結(jié)構(gòu)的染料前體醛與氰基丙烯酸在乙酸銨作用下進(jìn)行反應(yīng)，得到具 有式II結(jié)構(gòu)的有機染料；
其中，R1選自H或C1-C18烷基； R5選自H、C廣C 18烷基或C丨?C 18烷氧基； &和R 7獨立地選自H、C C 18烷基、C C 18烷氧基苯基或C C 18烷基苯基； X選自式b?式d所示的基團(tuán)中的任意一種：
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的制備方法，其特征在于，所述具有式IX結(jié)構(gòu)的染料前體醛按 照以下方法制得： 將含雜環(huán)化合物和N，N-二甲基甲酰胺及三氯氧磷反應(yīng)，得到具有式IX結(jié)構(gòu)的染料前 體醛；所述含雜環(huán)化合物具有式XI、式XII或式XIII結(jié)構(gòu)：
10. -種染料敏化太陽電池，其特征在于，染料層由權(quán)利要求1?5中任意一項所述的 有機染料制成；或者由權(quán)利要求6?9中任一項所述的制備方法制得的有機染料制成。
【文檔編號】C07D421/14GK104497620SQ201410817172
【公開日】2015年4月8日 申請日期:2014年12月25日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月25日
【發(fā)明者】王鵬, 姚朝陽 申請人:中國科學(xué)院長春應(yīng)用化學(xué)研究所