[發明專利]以含烷氧基取代芴單元的三芳胺為給體的有機染料及在染料敏化太陽電池中的應用

有效

• 申請號: 201210401296.9
• 申請日: 2012-10-19
• 公開（公告）號: CN102898854A
• 公開（公告）日: 2013-01-30
• 發明（設計）人: 王鵬;范曄;張敏;許名飛;姚朝陽
• 申請（專利權）人: 中國科學院長春應用化學研究所
• 主分類號: C09B23/04
• 分類號: C09B23/04;H01G9/20
• 代理公司: 長春菁華專利商標代理事務所 22210
• 代理人: 陶尊新

技術領域

本發明涉及有機染料技術領域，具體涉及一種以含烷氧基取代芴單元的三芳胺為給體的有機染料及在染料敏化太陽電池中的應用。

背景技術

太陽能作為一種清潔的能源，在目前傳統能源面臨危機狀況下，將被更廣泛地開發和利用。在當今太陽能電池領域，硅基太陽能電池占主導地位，但其制造成本較高，尚無法大規模替代傳統能源。染料敏化太陽能電池,作為一種廉價的基于有機光電功能材料的激子型太陽能電池受到國內外廣泛的關注和研究。1991年，瑞士聯邦高工Gr?tzel教授報到了染料敏化納米晶太陽能電池的突破性工作（Nature?1991,?353,?737），開啟納米結構有機光伏電池研究的熱潮。但長期以來高效電池中貴金屬釕配合物染料的使用被公眾所詬病，因此，不含貴金屬的染料的開發一直是染料敏化太陽能電池的研究重點之一。2011年，經過大量研究人員長時間的努力，以鋅卟啉染料YD2-o-C8和純有機染料Y123共敏化的電池，取得了能量轉換效率12.3?%的進展?(Science,?2011,?334,?629)，不但脫離了對貴金屬的依賴，而且在能量轉化效率上取得了突破性進展。這類電池，不但實現了吸收光譜的拓寬，而且立體空間阻隔的設計有效地減緩了半導體薄膜中的電子與氧化還原電解質復合的速率，實現了器件的高輸出電壓。與鋅卟啉類染料相似，純有機染料同樣具有較廉價的制備成本和較高摩爾吸收系數，而且純有機染料可選的結構單元更加豐富。

發明內容

本發明的目的是為了解決現有的有機染料由于含用貴金屬使成本偏高的問題，而提供一種以含烷氧基取代芴單元的三芳胺為給體的有機染料及在染料敏化太陽電池中的應用。

本發明提供一種以含烷氧基取代芴單元的三芳胺為給體的有機染料，結構如式（Ⅴ）所示：

式（Ⅴ）中，R₁為C₁~C₁₈烷基；R₂、R₃、R₄和R₅各自獨立為C₁~C₁₈烷基；Y為H、Na或K離子；

Ar₁為或，其中R₆和R₇各自獨立為氫原子、C₁~C₁₈烷基或C₁~C₁₈烷氧基,R₈和R₉各自獨立為氫原子或C₁~C₁₈烷基；

Ar₂為或，其中R₁₀、R₁₃和R₁₄各自獨立為氫原子、C₁~C₁₈烷基或C₁~C₁₈烷氧基,R₁₁和R₁₂各自獨立為C₁~C₁₈烷基。

優選的是，所述的以含烷氧基取代芴單元的三芳胺為給體的有機染料具有式（Ⅰ）所示的結構：

優選的是，所述的以含烷氧基取代芴單元的三芳胺為給體的有機染料具有式（Ⅱ）所示的結構：

優選的是，所述的以含烷氧基取代芴單元的三芳胺為給體的有機染料具有式（Ⅲ）所示的結構：

本發明提供一種上述技術方案所述的以含烷氧基取代芴單元的三芳胺為給體的有機染料在染料敏化太陽電池中的應用。

本發明還提供一種有機染料敏化太陽電池，染料層為上述技術方案所述的以含烷氧基取代芴單元的三芳胺為給體的有機染料。

有益效果

本發明提供一種以含烷氧基取代芴單元的三芳胺為給體的有機染料及在染料敏化太陽電池中的應用。該有機染料具有式（Ⅴ）結構，本發明以烷氧基取代的芴作為三芳胺給體的單元，使用含烷氧基取代的芴結構單元能夠提高染料給體部分的推電子能力，同時芴單元的使用也可以減小分子聚集，降低電池中的電子復合，有效提高電池的開路電壓，烷基鏈的引入在降低分子聚集的同時可以改善染料的溶解性，為器件優化提供便利。本發明提供的以含烷氧基取代芴單元的三芳胺為給體的有機染料的合成路線簡便，易于純化；由本發明的有機染料制備的染料敏化太陽電池，開路電壓達948毫伏，短路光電流達14.36毫安每平方厘米，功率轉化效率達9.9?%。

具體實施方式