[發明專利]吲哚啉-二噻吩并喹喔啉-二苯并[a，c]吩嗪染料及其在染料敏化太陽電池中的應用

有效

• 申請號: 201810166152.7
• 申請日: 2018-02-27
• 公開（公告）號: CN108164546B
• 公開（公告）日: 2021-03-30
• 發明（設計）人: 曹德榕;肖泰
• 申請（專利權）人: 華南理工大學
• 主分類號: C07D495/14
• 分類號: C07D495/14;C09B17/00;H01G9/20;H01L51/46
• 代理公司: 廣州粵高專利商標代理有限公司 44102
• 代理人: 何淑珍;馮振寧

本發明公開了吲哚啉?二噻吩并喹喔啉?二苯并[a，c]吩嗪染料及其在染料敏化太陽電池中的應用。該染料為D?A?π?A型純有機染料，其中，以吲哚啉基團為電子供體，二噻吩并喹喔啉基團和噻吩基團為π橋，氰基乙酸基團為電子受體和錨固基團，同時引入二苯并[a，c]吩嗪基團作為電子輔助受體。本發明的染料分子中引入二苯并[a，c]吩嗪輔助電子受體，增加染料分子的共軛性和調節分子軌道能級，通過共軛大π橋二辛基二噻吩并喹喔啉的剛性平面促進分子內電子轉移，并通過烷基鏈抑制染料的聚集，有效擴大光譜響應范圍，延長了電子壽命，具有良好的吸光能力，基于該染料的染料敏化太陽電池能獲得到大的光電流，從而取得較高的光電轉換效率。

技術領域

本發明涉及有機染料技術領域，具體涉及染料敏化太陽電池用的敏化染料及其應用。

背景技術

染料敏化太陽能電池(DSSCs)是一種新型的將太陽能轉化為電能的裝置。這類電池因為其制備簡單方便而且有著較高的能量轉換效率使之在室內或商業上的應用成為可能，因此引起人們極大的關注。其優點在于它廉價的成本和簡單的制備工藝。對于高性能染料敏化太陽能電池來說，敏化染料的結構對電池的光電轉換效率起著決定性作用。目前，有著最高光電轉換效率的是多吡啶釕配合物染料，但是此類染料需要用到稀有金屬釕而且分離提純比較困難。而純有機染料因其合成簡單、分子結構易于設計與調節、摩爾消光系數高等優點，近來得到了廣泛的開發與應用。

相對于傳統的D-π-A型染料，D-A-π-A型染料由于輔助受體的引入，分子內電子轉移更加容易。吩嗪類結構是一類良好的電子受體材料，其結構具有良好的平面性，有利于分子內電荷轉移，而且容易合成與修飾，通過與苯環連接合成二苯并[a，c]吩嗪調節其吸電子能力、擴大染料的共軛從而有效地拓寬染料分子的吸光范圍。目前還沒有報道以吲哚啉為電子供體，以二苯并[a，c]吩嗪為輔助受體的喹喔啉染料。本發明設計并合成一類以吲哚啉為電子給體，二苯并[a，c]吩嗪為輔助受體，二噻吩并喹喔啉和噻吩為π橋，氰基乙酸為電子受體和錨固基團的純有機染料。該染料具有結構簡單，易于合成，光電轉換性能良好等優點。

發明內容

本發明的目的在于針對現有技術的不足，提供了一種吲哚啉-二噻吩并喹喔啉-二苯并[a，c]吩嗪染料。該染料為不含金屬的D-A-π-A型純有機染料，其中，以吲哚啉基團為電子供體，二噻吩并喹喔啉基團和噻吩基團為π橋，氰基乙酸基團為電子受體和錨固基團，同時引入二苯并[a，c]吩嗪基團作為電子輔助受體。

本發明的吲哚啉-二噻吩并喹喔啉-二苯并[a，c]吩嗪染料合成工藝簡單，原料廉價易得，能進行規模化生產。

本發明的另一目的還在于提供所述的一種吲哚啉-二噻吩并喹喔啉-二苯并[a，c]吩嗪染料在染料敏化太陽電池中的應用。該吲哚啉－二噻吩并喹喔啉-二苯并[a，c]吩嗪染料作為敏化劑應用于染料敏化太陽電池中，使得染料敏化太陽電池具有良好的光電性能。

本發明的目的通過如下技術方案實現。

一種吲哚啉-二噻吩并喹喔啉-二苯并[a，c]吩嗪染料，化學結構式如下所示：

式中，R₁和R₂均獨立選自C₁～C₂₀的直鏈烷基、C₁～C₂₀的支鏈烷基或C₁～C₂₀的烷氧基；X為O或S；

其中，氰基乙酸基團為電子受體和錨固基團。