[發明專利]含有苯并噻二唑發色團的新型有機染料及其制造方法

有效

• 申請號: 200980147316.0
• 申請日: 2009-03-23
• 公開（公告）號: CN102245710A
• 公開（公告）日: 2011-11-16
• 發明（設計）人: 李鐘燦;高在中;金點鐘
• 申請（專利權）人: 株式會社東進世美肯;高麗大學校產學協力團
• 主分類號: C09B29/045
• 分類號: C09B29/045
• 代理公司: 北京銀龍知識產權代理有限公司 11243
• 代理人: 鐘晶;金鮮英

技術領域

本發明涉及一種具有高的光電池性能和優異的穩定性、用于染料敏化太陽能電池(dye-sensitized?solar?cell，DSSC)的含有苯并噻二唑發色團的新型有機染料及其制造方法。

背景技術

1991年瑞士國立洛桑高等技術學院(EPFL)的邁克爾格萊才爾(Michael?Gratzel)的研究小組開發了染料敏化納米粒子氧化鈦太陽能電池后，進行了很多關于該領域的研究。染料敏化太陽能電池相比于現有的硅系太陽能電池效率高，制造成本顯著低，因此，具有能夠代替現有的非晶質硅系太陽能電池的可能性，并且，與硅系太陽能電池不同，染料敏化太陽能電池是以能夠通過吸收可見光而生成電子-空穴(hole)對的染料分子和傳遞所生成的電子的過渡金屬氧化物作為主要組成材料的光電化學太陽能電池。

作為用于染料敏化太陽能電池的染料而廣泛使用的是顯示出10％以上的高光電轉換效率的釕金屬配位化合物，但是該釕金屬配位化合物存在價格太貴并難以精制的缺點。

最近發現，在吸光效率、氧化還原反應穩定性和分子內電荷轉移(charge-transfer，CT)系吸收的方面表現出優異物性的、不含有金屬的有機染料可以作為能夠代替昂貴的釕金屬配位化合物的太陽能電池用染料來使用，所以對缺少金屬的有機染料的研究正在集中進行。

有機染料一般具有通過π-鍵單元連接的電子給體(electron?donor)-電子受體(electron?acceptor)殘基的結構。在大部分的有機染料中，胺衍生物起到電子給體的作用，2-氰基丙烯酸或繞丹寧殘基起到電子受體的作用，這兩個部位通過次甲基單元或噻吩鏈等π-鍵體系連接。

一般來說，作為電子給體的胺單元的結構變化會帶來電子特性的變化，例如獲得向藍色側位移(shift)的吸收光譜，可以通過改變π-鍵長度，來調節吸收光譜和氧化還原電位(redox?potential)。

但是，目前已知的大部分的有機染料在可見光藍色區域具有具有陡而窄的吸收帶，從而導致光捕獲能力的減少，具有熱穩定性和光穩定性比較低的缺點。

因此，為了開發具有高的光電池性能和提高了的穩定性的有機染料而努力的結果，公開了在有機骨架內含有非平面性的雙-二甲基芴氨基殘基和雙噻吩或三噻吩單元的有機染料，根據報告，該染料在使用沒有溶劑的離子性液體電解質時，表現出7％的顯著高的光電轉換效率。另外，報告了進一步在交聯性骨架上引入苯并噻二唑之類的低帶隙發色團，從而進一步提高上述體系的光電池性能，在紅色區域能夠表現出提高了的光譜反應。

但是，在這種情況下，雖然在沒有溶劑的條件下使用離子性液體電解質能夠達到高的光電轉換效率，但由于泄漏等導致仍然不能滿足長期穩定性，因此，一直在努力開發具有高光電轉換效率、且長期穩定性優異的有機染料。

發明內容

技術問題

因此，本發明的目的在于提供一種相比于以往的金屬配位化合物染料和有機染料具有更高的光電池性能和優異的穩定性，從而能夠大幅度提高太陽能電池的效率的有機染料及其制造方法。

另外，本發明的目的在于提供通過含有上述染料而表現出顯著提高了的光電轉換效率、J_sc(短路光電流密度，short?circuit?photocurrent?density)和摩爾吸光系數優異的染料增感光電轉換元件、以及效率顯著提高了的太陽能電池。

技術方案

為了達到上述目的，本發明提供一種由下述化學式1～3中任一結構表示的噻吩系染料：

[化學式1]

[化學式2]

[化學式3]

在上述式中

R₁為

上述X、Y和Z各自獨立地為氫或C_1-30的烷基、烷氧基或異烷氧基；

R₂、R₃、R₄和R₅各自獨立地為氫、鹵素、酰胺基、氰基、羥基、硝基、酰基、C_1-30的烷基、C_1-30的烷氧基、C_1-30的烷基羰基或C_6-20的芳基，為C_1-30的烷氧基時，R₂和R₃、或R₄和R₅相互鍵合而形成含氧雜環；