一種光敏染料及其制備方法和太陽電池的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于太陽電池技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種光敏染料及其制備方法和太陽電 池。
【背景技術(shù)】
[0002] 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)體器件。染料敏化 太陽電池作為太陽電池中的重要一種，已獲得世界的廣泛關(guān)注。早在1991年，Gditze丨研 究組將Amadelli等人報(bào)道過的三核釕染料RuL2(y-(CN)Ru(CN)L'2)2(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，奠定了染料敏化 太陽電池的研究基礎(chǔ)。與傳統(tǒng)的無機(jī)半導(dǎo)體太陽電池相比，染料敏化太陽電池的制造成本 低，顏色豐富、重量較輕、可以折疊、卷曲從而廣泛應(yīng)用于日常生活中。
[0003] 染料敏化太陽電池通常由透明基底層、導(dǎo)電層、半導(dǎo)體微納粒子層、染料層、空穴 輸運(yùn)層和對(duì)電極組成，其中，染料層是染料敏化太陽電池的核心。染料層通常由光敏性有機(jī) 染料制成，但由于目前光敏性有機(jī)染料的吸收光譜窄，對(duì)太陽能利用度較低，導(dǎo)致現(xiàn)有染料 敏化太陽電池的光電轉(zhuǎn)換效率較低。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種光敏染料及其制備方法和太陽電池，以本 發(fā)明提供的光敏染料作為染料層材料的太陽電池具有較高的光電轉(zhuǎn)換效率。
[0005] 本發(fā)明提供了一種光敏染料，具有式（I)所示結(jié)構(gòu)：
[0006]
[0007] 式（I)中，Ri、R'JPR2分別獨(dú)立地選自H、CC36烴基或CC36烷氧基取代的 經(jīng)基；
[0008] 私和R4分別獨(dú)立地選自H、F、CC36烴基或CC36烷氧基取代的烴基；
[0009] y為 0 或 1。
[0010] 優(yōu)選的，所述Ri、R' :和1?2分別獨(dú)立地選自H、C2~C18烴基或C2~C18烷氧基取代 的烴基；所述私和R4分別獨(dú)立地選自H、F、C2~C18烴基或C2~C18烷氧基取代的烴基。 [0011] 優(yōu)選的，所述RdPR' ：分別獨(dú)立地選自丙氧基、丁氧基、戊氧基、己氧基、庚氧基、 辛氧基、壬氧基或癸氧基。
[0012] 優(yōu)選的，所述R2為式（a-1)~式（a-5)所示結(jié)構(gòu)取代基中的一種：
[0014] 優(yōu)選的，所述民和R4獨(dú)立地選自H、F、C2~Ci。烴基或C2~Ci。烷氧基取代的烴 基。
[0015] 優(yōu)選的，所述光敏染料具有式（I-a)所示結(jié)構(gòu)：
[0016]
[0017] 本發(fā)明提供了一種光敏染料的制備方法，包括以下步驟：
[0018] 所述具有式（II)結(jié)構(gòu)的前體酯進(jìn)行水解，得到具有式（I)結(jié)構(gòu)的光敏染料；
[0021] 式⑴和式（II)中，R'JPR2分別獨(dú)立地選自^CfC36經(jīng)基或C^C36烷 氧基取代的烴基；私和1?4分別獨(dú)立地選自H、F、CC36烴基或CC36烷氧基取代的烴基； y為0或1 ;1彡n彡10。
[0022] 優(yōu)選的，所述具有式（II)結(jié)構(gòu)的前體酯按照以下方法制備：
[0023] 具有式（III)結(jié)構(gòu)的化合物與具有式（IV)結(jié)構(gòu)的化合物進(jìn)行反應(yīng)，得到具有式 (II)結(jié)構(gòu)的前體酯；
[0024]
[0025] 式（III)和式（IV)中，R'丨和R2分別獨(dú)立地選自H、C廣C36經(jīng)基或C廣C36 烷氧基取代的烴基；私和R4分別獨(dú)立地選自H、F、CC36烴基或CC36烷氧基取代的烴 基；y為〇或I;A為Br或I;1彡n彡10。
[0026] 優(yōu)選的，所述具有式（III)結(jié)構(gòu)的化合物按照以下方法制備：
[0027] 具有式（V)結(jié)構(gòu)的化合物與鹵化劑進(jìn)行反應(yīng)，得到具有式（III)結(jié)構(gòu)的化合物；
[0028]
[0029] 式（V)中，&、R'JPR2分別獨(dú)立地選自H、CC36烴基或CC36烷氧基取代的 烴基。
[0030] 本發(fā)明提供了一種染料敏化太陽電池，所述染料敏化太陽電池的染料層由上述技 術(shù)方案所述的光敏染料制成或者由上述技術(shù)方案所述的制備方法制得的光敏染料制成。
[0031] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明提供了一種光敏染料及其制備方法和太陽電池。本發(fā)明 提供的光敏染料具有式（I)所示結(jié)構(gòu)，式（I)中，Ri、R'JPR2分別獨(dú)立地選自HX1-C36烴 基或(；~C36烷氧基取代的烴基；R3和R4分別獨(dú)立地選自H、F、CC36烴基或CC36烷 氧基取代的烴基；y為〇或1。本發(fā)明提供了一種具有式（I)結(jié)構(gòu)的光敏染料，具有較寬的 吸收光譜和較高的太陽能利用度，從而顯著提升染料敏化太陽電池的光電轉(zhuǎn)化效率。實(shí)驗(yàn) 結(jié)果表明，采用本發(fā)明提供的光敏染料制備的染料敏化太陽電池的光電轉(zhuǎn)換效率大于9%， 屬目前國際領(lǐng)先水平。
【具體實(shí)施方式】
[0032] 下面對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例 僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通 技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范 圍。
[0033] 本發(fā)明提供了一種光敏染料，具有式（I)所示結(jié)構(gòu)：
[0034]
[0035] 式（I)中，&、R'JPR2分別獨(dú)立地選自HX1-C36烴基或C1-C36烷氧基取代的 經(jīng)基；
[0036] 私和R4分別獨(dú)立地選自H、F、CC36烴基或CC36烷氧基取代的烴基；
[0037] y為 0 或 1。
[0038] 本發(fā)明提供了一種具有式（I)結(jié)構(gòu)的光敏染料，式（I)中，&和R'i分別獨(dú)立地選 自H、Ci~C36烴基或C廣C36烷氧基取代的烴基；在本發(fā)明提供的一個(gè)實(shí)施例中，RjPR' 1 分別獨(dú)立地選自H、C2~C18烴基或C2~C18烷氧基取代的烴基；在本發(fā)明提供的另一個(gè)實(shí) 施例中，&和R' ：分別獨(dú)立地選自H、C2~C18烷基或C2~C18烷氧基；在本發(fā)明提供的其他 實(shí)施例中，&和R' ：分別獨(dú)立地選自丙氧基、丁氧基、戊氧基、己氧基、庚氧基、辛氧基、壬氧 基或癸氧基。在本發(fā)明提供的其他實(shí)施例中，RJPR' ：分別獨(dú)立地選自如下結(jié)構(gòu)取代基中 的一種：
[0039] _〇-C3H7、-〇-C4H9、-〇-C5Hn、-〇-C6H13、-〇-C7H15、-〇-C8H17、-〇-C9H19、-O-C10H21。
[0040] 式⑴中，R2SHX^C36經(jīng)基或C^C36烷氧基取代的烴基；在本發(fā)明提供的一 個(gè)實(shí)施例中，私為H、C2~C18烴基或C2~C18烷氧基取代的烴基；在本發(fā)明提供的另一個(gè)實(shí) 施例中，私為H、C2~C18烷基、C2~C18烷基取代的苯基或C2~C18烷氧基取代的苯基；在 本發(fā)明提供的其他實(shí)施例中，私為H或Ci。~C18烷基；在本發(fā)明提供的其他實(shí)施例中，R2為 式（a-1)~式（a-5)所示結(jié)構(gòu)取代基中的一種：
[0042] 式（I)中，R3和R4分別獨(dú)立地選自H、F、C:~C36烴基或C:~C36烷氧基取代的烴 基；在本發(fā)明提供的一個(gè)實(shí)施例中，私和R4分別獨(dú)立地選自H、F、C2~C18經(jīng)基或C2~C18 烷氧基取代的烴基；在本發(fā)明提供的另一個(gè)實(shí)施例中，私和R4分別獨(dú)立地選自H、F、C2~C1。烴基或C2~Ci。烷氧基取代的烴基；在本發(fā)明提供的其他實(shí)施例中，R3和R4分別獨(dú)立地 選自H、F、C2~Ci。烷基、C2~Ci。烷基取代的苯基或C2~Ci。烷氧基取代的苯基；在本發(fā)明 提供的其他實(shí)施例中，私和R4分別獨(dú)立地選自H、F、C2~C5烷基或C2~C5烷氧基取代的 苯基。
[0043] 在本發(fā)明提供的一個(gè)實(shí)施例中，所述光敏染料具有式（I-a)所示結(jié)構(gòu)：
[0044]
[0045] 本發(fā)明提供了一種具有式（I)結(jié)構(gòu)的光敏染料，該光敏染料具有吲哚并茈結(jié)構(gòu)， 表現(xiàn)出較寬的吸收光譜和較高的太陽能利用度，從而顯著提升染料敏化太陽電池的光電轉(zhuǎn) 化效率。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，采用本發(fā)明提供的光敏染料制備的染料敏化太陽電池的光電轉(zhuǎn)換 效率大于9 %，屬目前國際領(lǐng)先水平。
[0046] 本發(fā)明提供了一種光敏染料的制備方法，包括以下步驟：
[0047] 所述具有式（II)結(jié)構(gòu)的前體酯進(jìn)行水解，得到具有式（I)結(jié)構(gòu)的光敏染料；
[0049] 式⑴和式（II)中，&、R'丨和R2分別獨(dú)立地選自H、C廣C36經(jīng)基或C廣C36烷 氧基取代的烴基；私和1?4分別獨(dú)立地選自H、F、CC36烴基或CC36烷氧基取代的烴基； y為0或1 ;1彡n彡10。
[0050] 在本發(fā)明提供的制備方法中，直接將具有式（II)結(jié)構(gòu)的前體酯進(jìn)行水解，即可得 到具有式（I)結(jié)構(gòu)的光敏染料，該過程具體為：
[0051] 首先將所述前體酯與堿性化合物和溶劑混合，進(jìn)行堿性水解。其中，所述前體酯具 有式（II)所示結(jié)構(gòu)：
[0052]
[0053] 式（II)中，R'JPR2分別獨(dú)立地選自H、C廣C36經(jīng)基或C廣C36烷氧基取代 的烴基；R3和R4分別獨(dú)立地選自H、F、CC36烴基或CC36烷氧基取代的烴基；y為0或 1 ;1 <n< 10。本發(fā)明對(duì)所述具有式（II)所示結(jié)構(gòu)的前體酯的來源沒有特別限定，優(yōu)選按 照以下方法制備：
[0054] 具有式（III)結(jié)構(gòu)的化合物與具有式（IV)結(jié)構(gòu)的化合物進(jìn)行反應(yīng)，得到具有式 (II) 結(jié)構(gòu)的前體酯；
[0056] 式（III)和式（IV)中，R'JPR2分別獨(dú)立地選自H、C廣C36經(jīng)基或C廣C36 烷氧基取代的烴基；私和R4分別獨(dú)立地選自H、F、CC36烴基或CC36烷氧基取代的烴 基；y為〇或I;y為〇或I;A為Br或I;1彡n彡10。
[0057] 在本發(fā)明提供的上述具有式（II)結(jié)構(gòu)的前體酯的制備方法中，直接將具有式 (III) 結(jié)構(gòu)的化合物與具有式（IV)結(jié)構(gòu)的化合物進(jìn)行反應(yīng)，即可得到具有式（II)結(jié)構(gòu)的前 體酯，該過程具體為：
[0058] 首先將具有式（III)結(jié)構(gòu)的化合物與具有式（IV)結(jié)構(gòu)的化合物混合，進(jìn)行反應(yīng)。 其中，本發(fā)明對(duì)所述具有式（III)結(jié)構(gòu)的化合物的來源沒有特別限定，優(yōu)選按照以下方法 制備：
[0059] 具有