[發明專利]一種含氟染料敏化劑及其應用

有效

• 申請號: 202110497816.X
• 申請日: 2021-05-08
• 公開（公告）號: CN113264916B
• 公開（公告）日: 2023-01-03
• 發明（設計）人: 朱生勃;李偉;陳衛星;牛小玲;張文治;盧冰洋
• 申請（專利權）人: 西安工業大學
• 主分類號: C07D333/24
• 分類號: C07D333/24;H01G9/20;H01G9/042
• 代理公司: 蘇州攜智匯佳專利代理事務所(普通合伙) 32278
• 代理人: 溫明霞

本發明涉及一種含氟染料敏化劑及其應用,在三苯胺類染料的π?橋鏈苯環處“3位”“2位”“2,6位”引入氟原子取代基，利用氟原子的強吸電子作用，增加電子由供體傳輸到受體的效率，進而提高器件的光電轉換效率。本發明的含氟染料敏化劑合成工藝簡單，可見光響應范圍寬，制備的染料敏化太陽能電池長期穩定性較好。

技術領域

本發明屬于染料敏化劑技術領域，具體涉及一種含氟染料敏化劑及其應用。

背景技術

隨著經濟的發展，人類的過度消耗與化石能源的不可再生導致的能源危機成為二十一世紀人類社會亟待解決的重要問題，開發新型的清潔能源是解決能源危機的有效路徑。

染料敏化太陽能電池主要是模仿自然界中綠色植物中的葉綠素通過光合作用對可見光的吸收利用，敏化劑是染料敏化太陽能電池的核心，是電池中最重要的部分，其性能的好壞對最終的器件有決定性作用。純有機敏化染料的結構一般為D-π-A型，由電子供體(donor)，電子傳輸π-橋鏈，電子受體(anchor)構成。電子供體一般是富電子的基團，在太陽光的激發下能夠產生電子；π-橋鏈一般為共軛平面型結構的基團，是電子的傳輸通道，也能起到拓寬染料的吸收范圍增大摩爾消光系數的作用；電子受體一般為有錨定基團的缺電子基團，接受傳輸的電子并注入半導體薄膜。但是由于接入了眾多的共軛基團使得染料分子供體及π-橋鏈體積變大，共軛程度增加，光電子在傳輸過程中由于電子的橫向傳輸會直接與電解液中氧化還原電對復合，此外，注入TiO₂導帶的電子也會溢出與電解液中氧化還原電對復合，增大了DSSCs器件的暗電流，減少了有效電子的傳輸，從而降低光電轉換效率。

發明內容

本發明提供一種含氟染料敏化劑及其應用，解決現有技術中的上述問題。

為了達到上述目的，本發明的技術方案如下：

一種含氟染料敏化劑，所述敏化劑的結構式如下：

其中,R₁、R₂、R₃和R₄分別代表氫原子或氟原子。

進一步的，所述敏化劑的結構式如下：

進一步的，所述敏化劑的結構式如下：

進一步的，所述敏化劑的結構式如下：

一種含氟染料敏化劑的制備方法，合成路線如下：

進一步的，具體制備方法如下：

制備化合物c

將化合物a、化合物b、四丁基溴化銨、Pd(amphos)Cl₂催化劑、NaF按摩爾比為1:1.3:0.5:0.02:3加入N,N-二甲基甲酰胺和蒸餾水的混合液中，在75℃反應5小時，停止反應，將反應液降至室溫后倒入二氯甲烷中，用水洗至中性，有機相經無水硫酸鎂干燥，過濾、減壓濃縮、純化，制備成化合物c；

制備含氟染料敏化劑d

在氮氣保護下，將化合物c、氰基乙酸、乙酸銨按摩爾比為1:3:3加入冰乙酸中，攪拌，回流反應5小時，停止反應，將反應液倒入蒸餾水中析出固體，過濾，純化，制備含氟染料敏化劑d。

上述含氟染料敏化劑在制備染料敏化太陽能電池中的應用。

與現有技術相比，本發明的有益效果如下：

本發明在三苯胺類染料的π-橋鏈苯環處“3位”“2位”“2,6位”引入氟原子取代基，利用氟原子的強吸電子作用，增加電子由供體傳輸到受體的效率，進而提高器件的光電轉換效率。