一种近红外宽光谱金属配合物染料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种近红外宽光谱金属配合物染料，该染料分子的结构式为[Mm+–BL–Mn+]，金属离子M与其周围的配体形成金属砌块，BL为桥连配体，金属砌块和桥连配体之间形成离域π轨道，桥连配体具有良好的共轭性和电子传导性，染料分子的电荷分布完全离域，当金属砌块收到能量刺激时，染料分子内部产生强价态跃迁效应，该跃迁效应能够拓宽染料光谱的吸收范围，使其吸收光谱红移至近红外区。本发明专利技术所提供的近红外宽光谱金属配合物染料能够应用于染料敏化太阳能电池，增加敏化太阳能电池的光谱响应范围，从而提高电池的光电转换效率。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术的实施方式涉及用于染料敏化太阳能电池领域，更具体地，本专利技术的实施方式涉及。
技术介绍
染料敏化太阳能电池(Dye-Sensitized Solar Cells, DSSCs)是模仿光合作用原理而研制的一种新型太阳能电池，其主要优势是:原材料丰富、成本低、工艺技术相对简单，同时所有原材料和生产工艺都是无毒、无污染的。1991年瑞士联邦高等工学院M.Gratzol教授领导的研究小组首次将纳米晶TiO2多孔薄膜用于染料敏化太阳能电池，使得此类电池的光电转化效率有了本质的提高，近二十年来，世界各国家都投入大量资金研发染料敏化太阳能电池。染料敏化太阳能电池是由染料分子、二氧化钛光电极、电解质以及对电极组成。染料敏化剂类似于自然界光合作用中的叶绿素和胡萝卜素，具有非常重要的作用，它们通过吸收太阳光将基态的电子激发到激发态中，然后再注入半导体的导带，而空穴则留在染料分子中，实现了电荷的分离，因此，染料的性能直接影响染料敏化太阳能电池的光电转化效率。经过20多年的研究，已开发的染料光敏剂主要有金属配合物染料和纯有机染料两大类。与纯有机染料不同，金属配合物染料含有配体为中心(Intraligand Transition, IL)的跃迁还夹杂有金属中心到配体的电子跃迁(Metal-to-Ligand Charge Transition, MLCT),吸收范围涵盖紫外区 到可见光区域。在金属配合物染料中，多吡啶钌(II)类配合物，表现出了较好的性能，光电转换效率超过了 10%，通过对配体改性，将联吡啶环扩大，增大共轭体系，同时增加硫氢根的数量，可扩展染料的光响应范围，使染料在可见光到920nm的范围内都有吸收。虽然配合物染料在可见光范围内的性能优越，但具有近红外波段吸收能力的染料很少，且存在吸收能力较低的问题。两个化学环境相同的氧化还原金属中心通过桥联配体能够发生有效的电子传递(electronic communication),电荷载体(电子或空穴)可以从一个金属中心流向另一个金属中心，两个金属中心通过桥联配体能够发生有效电子传递作用的这类单分子称为分子导线(molecular wires) 0分子导线中将化学环境相同的两个氧化还原活性金属砌块(如过渡金属配合物离子)直接连到桥联配体的两端，如果金属的d电子所处的轨道与桥配体的η轨道发生了有效重叠，金属的d电子就会有一定程度的离域。当其中一个金属离子被氧化或还原后，电子云密度的改变就会传递到另一个没有被氧化或还原的金属离子上，使得另一个没有被氧化或还原的金属离子更难于发生氧化或还原，从而导致化学环境相同的两个氧化还原活性金属中心的电势出现不同。对于这类混合价化合物，当吸收适当能量时，电子可以从电子云密度大的一端(低氧化态的一端)通过桥配体移向电子云密度小的一端(高氧化态的一端)，结果是两个金属的氧化态发生了交换，即:[Mn+-BL-Mm+] — [Mm+-BL-Mn+]，这就是价态间的电荷转移过程(IVCT)，出现在可见光到近红外区域。当电荷分布完全离域时，不同价态的金属中心间具有较大的电位差(通常AE1/2>200mV)，无论用什么光谱方法都难于区分分子中两个氧化还原中心价态的差异，并且能够观察到不随溶剂变化的、强度较高的价态间的电荷跃迁IVCT带。借用分子导线的概念，利用染料分子中不同价态的金属砌块之间存在价带跃迁，使其吸收光谱红移至红外区，实现染料宽波段光谱吸收。
技术实现思路
本专利技术克服了现有技术的不足，提供的实施方式，该金属配合物染料适用于染料敏化太阳能电池，并能提高电池的光谱响应范围，从而提闻太阳能电池的相关性能，比如开路电压、闭路电流以及光电转换效率等。为解决上述的技术问题，本专利技术的一种实施方式采用以下技术方案:一种近红外宽光谱金属配合物染料，染料分子内存在强价态跃迁效应，所述强价态跃迁效应能够拓宽染料光谱的吸收范围。所述染料分子包括金属砌块和在金属砌块之间起连接作用的桥连配体，所述桥连配体和金属砌块形成离域η轨道，所述染料分子的电荷分布完全离域，所述金属砌块受到能量刺激产生能够拓宽染料光谱吸收范围的强价态跃迁效应。进一步的技术方案是:所述染料分子的结构式为:[Mm+ - BL - Mn+]；所述M为金属离子，所述金属离子周围具有参与配位的配位配体，所述金属离子之一的配位配体包含羧基，任意一个金属离子及其配位配体形成一个金属砌块；所述m、η为金属离子所带电荷的电荷数量；所述BL为连接至少两个金属砌块的桥连配体。根据权利要求3所述的近红外宽光谱金属配合物染料，其特征在于:所述染料分 子的结构为本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种近红外宽光谱金属配合物染料，其特征在于：染料分子内存在强价态跃迁效应，所述强价态跃迁效应能够拓宽染料光谱的吸收范围。

【技术特征摘要】
1.一种近红外宽光谱金属配合物染料，其特征在于:染料分子内存在强价态跃迁效应，所述强价态跃迁效应能够拓宽染料光谱的吸收范围。2.根据权利要求1所述的近红外宽光谱金属配合物染料，其特征在于:所述染料分子包括金属砌块和在金属砌块之间起连接作用的桥连配体，所述桥连配体和金属砌块形成离域η轨道，所述染料分子的电荷分布完全离域，所述金属砌块受到能量刺激产生能够拓宽染料光谱吸收范围的强价态跃迁效应。3.根据权利要求2所述的近红外宽光谱金属配合物染料，其特征在于:所述染料分子的结构式为:[Mm+ - BL - Mn+]； 所述M为金属离子，所述金属离子周围具有参与配位的配位配体，所述金属离子之一的配位配体包含羧基，任意一个金属离子及其配位配体形成一个金属砌块； 所述m、η为金属离子所带电荷的电荷数量； 所述BL为连接至少两个金...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐海兵，焦鹏冲，张衍，邓建国，
申请(专利权)人：中国工程物理研究院化工材料研究所，四川省新材料研究中心，
类型：发明
国别省市：四川;51