一种染料光敏化剂及其制备方法和应用技术

本发明专利技术属于太阳能电池技术领域，尤其涉及一种染料光敏化剂及其制备方法和应用。本发明专利技术提供的染料光敏化剂具有式(I)结构；式(I)中，A为具有式(a)或式(b)结构的取代基；E为具有式(c)或式(d)结构的取代基；其中，R1、R’1和R3分别独立地选自H、C1～C36烃基或C1～C36烷氧基取代的烃基；R2、R’2、R4、R5和R’5分别独立地选自C1～C36烃基或C1～C36烷氧基取代的烃基；R6和R7分别独立地选自H、F、C1～C36烃基或C1～C36烷氧基取代的烃基；x，y分别独立为0或1。实验结果表明，采用本发明专利技术提供的染料光敏化剂制备的染料敏化太阳能电池的光电转换效率最高可达13％，属目前国际领先水平。

【技术实现步骤摘要】
一种染料光敏化剂及其制备方法和应用
本专利技术属于太阳能电池
，尤其涉及一种染料光敏化剂及其制备方法和应用。
技术介绍
太阳能电池是能够有效吸收太阳能，并将其转化成电能的半导体器件。染料敏化太阳能电池作为太阳能电池中的重要一种，已获得世界的广泛关注。早在1991年，研究组将Amadelli等人报道过的三核钌染料RuL2(μ-(CN)Ru(CN)L′2)2(L＝2,2′-联吡啶-4,4′-二羧酸，L′＝2,2′-联吡啶)作为敏化剂，吸附在他们多年潜心发展的高质量TiO2纳晶薄膜上制成器件，获得了模拟太阳光下7.1％的光电转换效率，奠定了染料敏化太阳能电池的研究基础。与传统的无机半导体太阳能电池相比，染料敏化太阳能电池的制造成本低，颜色丰富、重量较轻、可以折叠、卷曲从而广泛应用于日常生活中。染料敏化太阳能电池通常由透明基底层、导电层、半导体微纳粒子层、染料层、空穴输运层和对电极组成，其中，染料层是染料敏化太阳能电池的核心。染料层通常由染料光敏化剂制成，但由于目前染料光敏化剂的吸收光谱窄，对太阳能利用度较低，导致现有染料敏化太阳能电池的光电转换效率较低。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种染料光敏化剂及其制备方法和染料敏化太阳能电池，以本专利技术提供的染料光敏化剂作为染料层材料的染料敏化太阳能电池具有较高的光电转换效率。本专利技术提供了一种染料光敏化剂，具有式(I)所示结构：式(I)中，A为具有式(a)或式(b)结构的取代基；E为具有式(c)或式(d)结构的取代基；其中，R1、R’1和R3分别独立地选自H、C1～C36烃基或C1～C36烷氧基取代的烃基；R2、R’2、R4、R5和R’5分别独立地选自C1～C36烃基或C1～C36烷氧基取代的烃基；R6和R7分别独立地选自H、F、C1～C36烃基或C1～C36烷氧基取代的烃基；x，y分别独立为0或1。优选的，所述R1、R’1和R3分别独立地选自H、C2～C24烃基或C2～C24烷氧基取代的烃基；R2、R’2、R4、R5和R’5分别独立地选自C2～C24烃基或C2～C24烷氧基取代的烃基；R6和R7分别独立地选自H、F、C2～C24烃基或C2～C24烷氧基取代的烃基。优选的，所述R1和R’1为C2～C24烷氧基。优选的，所述R2、R’2和R4分别独立地选自C2～C24烷基。优选的，所述R3为具有式(e)结构的取代基：式(e)中，R8为C1～C18烷氧基。优选的，所述R5和R’5分别独立地选自具有式(f)结构的取代基：式(f)中，R9为C1～C18烷基。优选的，所述染料光敏化剂具有式(II)～式(XI)所示结构：本专利技术提供了一种染料光敏化剂的制备方法，包括以下步骤：具有式(I-1)结构的前体酯进行水解，得到具有式(I)结构的染料光敏化剂；式(I-1)和式(I)中，A为具有式(a)或式(b)结构的取代基；E为具有式(c)或式(d)结构的取代基；其中，R1、R’1和R3分别独立地选自H、C1～C36烃基或C1～C36烷氧基取代的烃基；R2、R’2、R4、R5和R’5分别独立地选自C1～C36烃基或C1～C36烷氧基取代的烃基；R6和R7分别独立地选自H、F、C1～C36烃基或C1～C36烷氧基取代的烃基；R10为C1～C10烷基；x，y分别独立为0或1。优选的，所述具有式(I-1)结构的前体酯按照以下方法制备：具有式(I-2)结构的化合物与具有式(I-3)结构的化合物进行反应，得到具有式(I-1)结构的前体酯；或具有式(I-4)结构的化合物与具有式(I-5)结构的化合物进行反应，得到具有式(I-1)结构的前体酯；式(I-2)～式(I-5)中，A为具有式(a)或式(b)结构的取代基；R6和R7分别独立地选自H、F、C1～C36烃基或C1～C36烷氧基取代的烃基；R10为C1～C10烷基；x，y分别独立为0或1；Z为卤素。本专利技术提供了一种染料敏化太阳能电池，所述染料敏化太阳能电池的染料层由上述技术方案所述的染料光敏化剂制成或者由上述技术方案所述的制备方法制得的染料光敏化剂制成。与现有技术相比，本专利技术提供了一种染料光敏化剂及其制备方法和染料敏化太阳能电池。本专利技术提供的染料光敏化剂具有式(I)结构；式(I)中，A为具有式(a)或式(b)结构的取代基；E为具有式(c)或式(d)结构的取代基；其中，R1、R’1和R3分别独立地选自H、C1～C36烃基或C1～C36烷氧基取代的烃基；R2、R’2、R4、R5和R’5分别独立地选自C1～C36烃基或C1～C36烷氧基取代的烃基；R6和R7分别独立地选自H、F、C1～C36烃基或C1～C36烷氧基取代的烃基；x，y分别独立为0或1。本专利技术提供了一种具有式(I)结构的染料光敏化剂，该染料光敏化剂由于具有特殊的分子结构，使该染料光敏化剂表现出较宽的吸收光谱和较高的太阳能利用度，进而显著提升染料敏化太阳能电池的光电转化效率。实验结果表明，采用本专利技术提供的染料光敏化剂制备的染料敏化太阳能电池的光电转换效率最高可达13％，属目前国际领先水平。具体实施方式下面对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。本专利技术提供了一种染料光敏化剂，具有式(I)所示结构：式(I)中，A为具有式(a)或式(b)结构的取代基；E为具有式(c)或式(d)结构的取代基；其中，R1、R’1和R3分别独立地选自H、C1～C36烃基或C1～C36烷氧基取代的烃基；R2、R’2、R4、R5和R’5分别独立地选自C1～C36烃基或C1～C36烷氧基取代的烃基；R6和R7分别独立地选自H、F、C1～C36烃基或C1～C36烷氧基取代的烃基；x，y分别独立为0或1。本专利技术提供的染料光敏化剂具有式(I)结构：其中，A为具有式(a)或式(b)结构的取代基：式(a)中，R1和R’1分别独立地选自H、C1～C36烃基或C1～C36烷氧基取代的烃基；在本专利技术提供的一个实施例中，R1和R’1分别独立地选自H、C2～C24烃基或C2～C24烷氧基取代的烃基；在本专利技术提供的另一个实施例中，R1和R’1分别独立地选自H、C2～C24烷基或C2～C24烷氧基；在本专利技术提供的其他实施例中，R1和R’1分别独立地选自C2～C24烷氧基；在本专利技术提供的其他实施例中，R1和R’1分别独立地选自C2～C12烷氧基；在本专利技术提供的其他实施例中，R1和R’1分别独立地选自乙氧基、丙氧基、丁氧基、戊氧基、己氧基、庚氧基、辛氧基、壬氧基、癸氧基、十一烷氧基或十二烷氧基；在本专利技术提供的其他实施例中，R1和R’1分别独立地为如下结构取代基中的一种：——O——C2H5、——O——C3H7、——O——C4H9、——O——C5H11、——O——C6H13、——O——C7H15、——O——C8H17、——O——C9H19和——O——C10H21。式(a)中，R2和R’2分别独立地选自C1～C36烃基或C1～C36烷氧基取代的烃基；在本专利技术提供的一个实施例中，R2和R’2分别独立地选自C2～C24烃基或C2～C24烷氧基取代的烃基；在本专利技术本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种染料光敏化剂，具有式(I)所示结构：式(I)中，A为具有式(a)或式(b)结构的取代基；E为具有式(c)或式(d)结构的取代基；其中，R1、R’1和R3分别独立地选自H、C1～C36烃基或C1～C36烷氧基取代的烃基；R2、R’2、R4、R5和R’5分别独立地选自C1～C36烃基或C1～C36烷氧基取代的烃基；R6和R7分别独立地选自H、F、C1～C36烃基或C1～C36烷氧基取代的烃基；x，y分别独立为0或1。

【技术特征摘要】
1.一种染料光敏化剂，具有式(I)所示结构：式(I)中，A为具有式(a)结构的取代基；E为具有式(c)结构的取代基；x为0；y为1；或，A为具有式(a)结构的取代基；E为具有式(d)结构的取代基；x为0；y为0或1；或，A为具有式(b)结构的取代基；E为具有式(c)结构的取代基；x为0；y为0或1；或，A为具有式(b)结构的取代基；E为具有式(d)结构的取代基；x为0；y为1；其中，R1和R’1分别独立地选自H、C2～C24烷基或C2～C24烷氧基；R3选自H、C1～C36烃基或C1～C36烷氧基取代的烃基；R2、R’2和R4分别独立地选自C1～C36烃基或C1～C36烷氧基取代的烃基；R6和R7分别独立地选自H、F、C1～C36烃基或C1～C36烷氧基取代的烃基；R5和R’5分别独立地选自具有式(f)结构的取代基：式(f)中，R9为C1～C18烷基。2.根据权利要求1所述的染料光敏化剂，其特征在于，R3选自H、C2～C24烃基或C2～C24烷氧基取代的烃基；R2、R’2和R4分别独立地选自C2～C24烃基或C2～C24烷氧基取代的烃基；R6和R7分别独立地选自H、F、C2～C24烃基或C2～C24烷氧基取代的烃基。3.根据权利要求2所述的染料光敏化剂，其特征在于，所述R2、R’2和R4分别独立地选自C2～C24烷基。4.根据权利要求2所述的染料光敏化剂，其特征在于，所述R3为具有式(e)结构的取代基：式(e)中，R8为C1～C18烷氧基。5.根据权利要求1所述的染料光敏化剂，其特征在于，所述染料光敏化剂具有式(II)、式(V)、式(VI)、式(VII)、式(VIII)或式(X)所示结构：6.一种染料光敏化剂的制备方法，包括以下步骤：具有式(I-1)结构的前体酯进行水解，得到具有...

【专利技术属性】
技术研发人员：王鹏，张敏，吴恒，薛中原，姚朝阳，王俊婷，
申请(专利权)人：中国科学院长春应用化学研究所，
类型：发明
国别省市：吉林;22