本发明专利技术属于太阳能电池技术领域，具体为一种新型三苯胺基有机染料的制备及其在染料敏化太阳能电池中作为光敏化剂的应用。本发明专利技术提供的三苯胺基有机染料具有良好的光捕获能力，其Ｄ－π－Ａ分子结构导致分子内电子的有效转移。此染料敏化的二氧化钛电极应用于染料敏化太阳能电池，获得了较高的光电转换性能。本发明专利技术提供的新型三苯胺基有机染料结构新颖，易于合成，成本低廉，光电性能突出，可通过分子设计进行改性，显示出潜在的替代贵金属有机光敏化剂的应用前景。
【技术实现步骤摘要】
一种用于染料敏化太阳能电池的三苯胺染料
本专利技术涉及光电转换材料应用领域，特别涉及一种用于染料敏化太阳能电池的三苯胺 染料及其由该染料制备的染料敏化太阳能电池。
技术介绍
基于纳米晶半导体开发的低成本的染料敏化太阳能电池(Dye-sensitized Solar Cells, DSCs)于20世纪90年代由瑞士 M. Gratzel教授首先提出(O'Regan, B.; Gratzel, M. Atowe 1991,353,737.)。 DSCs的结构简单，它主要由工作电极、电解液和对电极组成。在导电 玻璃基底上烧结一层纳米多孔二氧化钛膜，并在上面吸附一层光敏染料作为工作电极；电 解质可以是液态的，也可以是准固态或固态的；对电极一般是镀有一层Pt的导电玻璃。 其中，作为DSCs重要组成部分的光敏染料起着关键作用，它们捕获太阳光，并产生激发 电子，然后注入到光阳极中，其光电性能对整个DSCs的光电转换效率有着重要影响。目 前最经典的两个光敏染料N3和黑染料(Gratzel, M., et al.丄Z附.C/ e肌1993, 115, 6382禾卩Gr站zel,M.,etal. Cfem. Comwm, 1997, 1705.)，都属于贵金属钌的联吡啶或三联 吡啶配合物；但是其昂贵的价格限制了它们的实际应用。近年来，非金属有机光敏化染料 的研究成为光敏染料研究领域的热点。虽然目前非金属有机光敏剂在稳定性、效率方面还 不如钌基染料，但其高的摩尔吸光系数、更加容易的分子设计以及低的生产成本等优点使 这类非金属有机光敏剂更具有实际应用价值。这类非金属的纯有机敏化剂在分子结构上具有一个相同的特点，即分子中电子给体基 团和电子受体基团通过共轭体系连接，形成电子给体-u-电子受体(D-;c-A) —体化的分子 结构。三苯胺及其衍生物由于具有良好的空穴传输性能和强给电子能力，是一类性能优异 的光电材料，通过分子设计有望获得高效的三苯胺基有机染料敏化剂。Liang和Hagberg等 人在三苯胺部分引入富电子基团以增强供电子基团的供电子能力，DSCs的光电效率明显 提高(Liang, M., et al. / i^p. CAe附.C 2007， 4465.和Hagerg, D. P., et al. 」m.2008, 130, 6259)。所以，尝试设计合成带有新的富电基团的三苯胺类有机染料，对 于改善DSCs的光电性能有着重要的意义。
技术实现思路
本专利技术的目的是解决现有含贵金属的配合物敏化剂因价格昂贵而无法普及的问题，提 供一种含有富电子基团的新型三苯胺基染料及其在染料敏化太阳能电池中的应用。本专利技术所提供的新型三苯胺类有机染料敏化剂4的化学结构式如下<formula>formula see original document page 5</formula>其中供电子部分为二苯乙烯基取代的三苯胺基团，吸电子部分为绕丹宁乙酸。 制备本专利技术有机化合物即三苯胺基有机染料4的前驱体二苯乙烯基三苯胺单醛^由本领域的经典反应制备；其他试剂均可使用市售商品。<formula>formula see original document page 5</formula>一种合成三苯胺染料二苯乙烯基三苯胺基绕丹宁乙酸4的方法通过下述方式实现利用Wittig反应，将三苯胺双醛趕转化为前驱体￡。染料4通过Knoevenagel縮合 反应合成，即在三口烧瓶中，按照摩尔比￡ :绕丹宁乙酸乙酸铵=1: 1.04: 1.3，将￡ 与绕丹宁乙酸以及乙酸铵混合，冰乙酸做溶剂，回流条件下反应4小时；反应结束冷却至室温，倒入冰水中，过滤，水洗，干燥得到固体物质，经沉淀法提纯得到此三苯胺基有 机染料4 (详见实施例1)。有关染料的紫外-可见吸收光谱和荧光发射光谱是在室温下测定5xl0—5 mol/L的染料 甲醇溶液所得。最大紫外-可见吸收波长为468纳米，最大荧光发射波长为564纳米。染 料敏化的二氧化钛膜电极的最大紫外-可见吸收波长为484纳米(详见实施例2)。染料的HOMO和LUMO能级是通过电化学测试以及紫外-可见吸收谱和荧光发射谱 图的交叉点位置估算所得。HOMO能级为0.86伏，LUMO能级为-1.57伏(详见实施例3)。染料敏化纳米晶太阳能电池主要由以下几个部分组成工作电极，对电极和电解质。 其中，工作电极是染料敏化的二氧化钛膜电极，它包括基材FTO导电玻璃(NipponSheetGlass, Hyogo, J叩an, 10 D/sq)，纳米二氧化钛薄膜，并吸附一层上述新型三苯胺类有机染 料作为光敏化剂；对电极是由热解得到的铂电极；所述的电解质的配方为在乙腈溶剂中， 加入0.6 mol/L的1，2-二甲基-3-丙基咪唑碘，0.1 mol/L的碘化锂以及0.05 mol/L的碘作支 持电解质。染料敏化太阳能电池的制备首先是对导电玻璃进行预处理，然后将二氧化钛浆料用丝 网涂覆在处理好的导电玻璃上，高温处理后浸入染料中吸附24小时形成电池的工作电极。 通过密封胶将配制好的电解质封装在工作电极和镀铂的对电极之间制备成染料敏化太阳 能电池。电池性能的测试是从封装好的太阳能电池的工作电极和对电极分别引出导线，接 到电池性能测试装置上，用太阳光模拟器模拟太阳光，测试光强度分别为100、 80、 60、 40、 20mW/cr^时电池的放电曲线(详见实施例4)。调节照射太阳能电池的单色光的波 长，来测试电池在各个波长的单色光下的光电转换效率(详见实施例5)。本专利技术的有益效果1、该化合物是在以往实验结果的启示下，对三苯胺类染料的供电子部分的再次修饰； 其制备过程简单、成本低廉、产率较高并易于纯化。2、将其应用到染料敏化太阳能电池 后可以获得良好的光电性能，是一类性能优良的光电材料，显示出潜在的替代贵金属染料 敏化剂的应用前景。3、该染料敏化的太阳能电池在低光强下表现出更为优异的光电性能， 有利于太阳能电池的实际应用。本专利技术提供了 一类新型三苯胺有机染料的制备及应用，丰富了有机染料作为光敏化剂 的研究内容，拓展了新型有机光敏化剂的设计思路，对于推动染料敏化太阳能电池的实用 化进程有着重要的意义。附图说明图la为实施例1所合成染料在甲醇溶剂中(5xlO—5mol/L)的紫外-可见吸收光谱。横 坐标表示吸收波长，单位是纳米；纵坐标表示摩尔消光系数，单位是升每摩尔每厘米；图 lb为上述染料甲醇溶液的荧光发射光谱，横坐标表示吸收波长，单位是纳米；纵坐标表 示荧光强度，单位是a.u.。图2为实施例1合成的染料敏化的二氧化钛电极的紫外吸收光谱。横坐标表示吸收 波长，单位是纳米；纵坐标表示吸收强度，单位是a.u.。图3为实施例4制作的二氧化钛膜电极的形貌图图3(a)膜表面扫描电镜分析图3(b) 截面扫描电镜分析。图4为实施例4制备的染料敏化太阳能电池的内部结构示意图。图5为利用实施例1所合成的染料，按照实施例4所述方法组装的染料敏化太阳能电池在光强度分别为100、 80、 60、 40、 20mW/cr^的模拟太阳光照射下的放电曲线图。横坐标表示电压，单位是毫伏；纵坐标表示电流密度，单位是毫安每平方厘米。图6为实施例1所本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种三苯胺基有机染料，其特征在于，具有如下结构： ＊＊＊ 其中供电子部分为二苯乙烯基取代的三苯胺基团，吸电子部分为绕丹宁乙酸。
【技术特征摘要】
1、一种三苯胺基有机染料，其特征在于，具有如下结构其中供电子部分为二苯乙烯基取代的三苯胺基团，吸电子部分为绕丹宁乙酸。2、 按照权利要求1所述的三苯胺基有机染料，用作液态染料敏化太阳能电池的敏化剂。3、 按照权利要求1所述的三苯胺基有机染料，紫外吸收和荧光发射光谱的测试，是 在5xl()4mol/L的染料的甲醇溶液中进行的。4、 按照权利要求1所述的三苯胺基有机染料在染料敏化太阳能电池中的应用，其特 征在于制备染料敏化太阳能电池的方法经过如下步骤第一、导电玻璃预处理将透明导电玻璃FTO裁成2x2cm的大小，依次用去油剂、 稀硝酸、去离子水、丙酮和无水乙醇用超声波充分清洗，烘干备用；用作对电极的导电玻 璃事先打孔，清洗干净后备用；第二、 二氧化钛浆料的配制将二氧化钛粉、乙基纤维素和松油醇按照质量比为16: 4: 80的比例搅拌均匀，超声待用；第三、染料溶液的配制将权利要求1中制备的三苯胺基有机染料溶解在干燥的甲醇 中，配成5xl(^mol/L的甲醇溶液；第四、电解质的配制在手套箱中，配制含有0.6mol/L的l,2-二甲基-3-丙基咪唑碘、 0.1 mol/L的碘化锂以及0.05 mol/L碘的无水乙腈溶液；第五、对电极的制备采用旋转涂膜法将40mmol/L的氯铂酸的异丙醇溶液均匀分布 于第一步清洗并打孔后的导电玻璃表面，然后放到马弗炉中于39(TC焙烧30分钟，冷却 至室温后放入干燥器中...
【专利技术属性】
技术研发人员：陈军，裴娟，梁衍亮，陶占良，梁静，高峰，
申请(专利权)人：南开大学，
类型：发明
国别省市：12[中国|天津]
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