[發明專利]雜芳基乙烯類新型小分子太陽能電池材料

在審

• 申請號: 201810516047.1
• 申請日: 2018-05-25
• 公開（公告）號: CN108822574A
• 公開（公告）日: 2018-11-16
• 發明（設計）人: 莊俊鵬;王利超;郝海軍
• 申請（專利權）人: 北京化工大學
• 主分類號: C09B23/10
• 分類號: C09B23/10;C09B23/14;H01G9/042;H01G9/20
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明公開了一系列具有D?π?A結構的新型雜芳基乙烯類小分子化合物，其中以含富電子芳胺的咔唑、二苯胺作為電子供體單元，苯環與碳?碳雙鍵構成的共軛體系為共軛橋連接單元，吡啶、苯并惡唑和苯并噻唑為電子受體單元，可以作為染料敏化太陽能電池的敏化劑。

技術領域

本發明采用三種不同的方法合成制備了一系列具有D-π-A結構的新型雜芳基乙烯類小分子化合物，可以作為染料敏化太陽能電池的敏化劑。

背景技術

太陽能電池是將太陽能轉換為電能的裝置。隨著全球對能源需求的日益增加, 煤炭、石油、天然氣等傳統能源即將耗盡，太陽能作為清潔能源因其取之不盡、用之不竭等優點而備受人們的青睞。目前，作為無機太陽能電池代表的多晶硅薄膜太陽能電池已經實現商業化，但其居高不下的成本和對環境的污染等不利因素限制了其普及。有機太陽能電池因制備工藝簡單、易于實現大面積制造，并且成本較低等優點，有希望在不久的將來替代無機太陽能電池材料。傳統的有機太陽能電池，常用的受體材料為富勒烯衍生物，然而由于該類化合物存在合成復雜、價格較高和效率低下等缺點，小分子有機受體材料受到了研究者的青睞。有機小分子因其重復性好、穩定性高、易于提純等優點在太陽能電池領域受到越來越多的關注。其中尤其以染料敏化太陽能電池(DSSCs)材料最引人注目，因為其不僅對光強度及溫度變化不敏感而且光電轉換效率也非常高。

近年來，隨著染料敏化太陽能電池光電轉換效率不斷提高，其效率已經超過了12%，并且具有長期的穩定性，在光伏建筑一體化中已經開始得到應用。金屬配合物，例如釕配合物N719，是產生高光電轉換效率的典型例子，但是成本和環境問題引起了科學家們對無金屬、純有機染料的極大研究興趣。純有機染料有著高摩爾消光系數、無毒和制備簡單的優點。由純有機染料組成的染料敏化太陽能電池的最高光電轉換效率已經達到了10.3%，并且最近純有機染料和新開發的卟啉類染料共敏化光電轉換效率已經達到了12.3%。由此，不難發現，在整個染料敏化太陽能電池組中，制約光電轉換效率和大規模推廣普及的關鍵在于染料敏化劑的選擇和制備，它在DSSCs中主要起到將光子轉變成電子并完成向電極傳送的作用，其重要意義不言而喻。因此，設計新型的有機染料敏化劑提高其光電轉換效率是非常必要的。目前，有機染料敏化劑多采用供體-共軛體系-受體（Donor-π-Acceptor，D-π-A）結構理論進行設計。

2005年，Velusamy 等首次報道了含有苯并噻二唑的小分子染料敏化劑1 和2，并對化合物的吸收光譜及光電性能進行了研究，測試結果表明，染料敏化劑1 制備的太陽能電池器件性能較高。作者認為苯基為橋聯基團時，1是扭曲的非平面構型，減緩了激子的復合而得到了較高的能量轉換效率，這為新型小分子染料敏化劑的設計提供了方向。

2011年，高遠浩等利用三聯吡啶類膦鹽與N-己基-3-甲?；沁蛑g的固相Wittig 成烯反應，合成了一種D-π-A 型2,2':6',2''-三聯吡啶衍生物（3）。研究了它的單、雙光子激發熒光性質，包括線性吸收光譜、雙光子吸收光譜、單光子激發熒光光譜、雙光子激發熒光光譜及雙光子吸收截面。結果表明，目標產物熒光量子產率(Ф) 高達0. 46，可滿足有機染料敏化太陽能電池材料的基本要求。