新型Ｒｕ－型敏化剂及其制备方法技术

本发明专利技术涉及新型Ｒｕ－型染料及其制备方法，更具体地，涉及以下染料及其制备方法：该染料用于染料敏化太阳能电池以显示出相比于现有染料显著提高了的光电转换效率，增加与二氧化钛的结合力，并且具有优良的Ｊｓｃ（短路光电流密度）和摩尔吸收系数，因此极大地提高了太阳能电池的效率。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种用于染料敏化太阳能电池的新型RU-型染料及其制备方法。
技术介绍
自从瑞士洛桑联合理工学院(Swiss Federal Institute of TechnologyLausanne (EPFL))的Michael Gratzel等人于1991年专利技术染料敏化纳米粒子钛 氧化物太阳能电池以来，许多涉及其的研究一直在进行。因为与现有硅太阳能电池相比，染 料敏化太阳能电池具有非常低的制造成本，其可代替现有的非晶体硅太阳能电池。并且染 料敏化太阳能电池主要包括能够吸收可见射线以产生电子-空穴对的染料分子以及用于 转移所生成的电子的过渡金属氧化物。用于现有技术的染料敏化太阳能电池的代表性染料包括如下的化合物。COOHroOHCOOTBA25 其中，al环任选由一种或多种选自卤素原子、酰胺、氰基、羟基、硝基、酰基、Ci,烷 基及C1,烷氧基的取代基取代；并且X和Y独立地为甲基或由下述化学式2-1至2-14中的一个所表示的基团，并且X 和Y中的至少一个由下述化学式2-1至2-14中的一个表示 26 其中，(*)表示键，bl环任选由一种或多种选自卤素原子、酰胺、氰基、羟基、硝基、 酰基、C1,烷基及C1,烷氧基的取代基取代；A独立地为S或0 ；并且R、Rp R2和R3独立地 为氢、Ch5烷基、CH5烷氧基、C6_2(1芳基或C6_2(1杂芳基；并且η为1 10的整数。本专利技术还提供一种制备由上述化学式1表示的染料的方法，其包含使下述化学式3的化合物顺序地与下述化学式4、化学式5和化学式6的化合物反应的步骤 2 NH4NCS其中，X、Y和al是如上述所定义的。本专利技术还提供一种染料敏化光电转换元件，其包含氧化物半导体粒子，其中由上 述化学式1表示的化合物负载于氧化物半导体粒子上。本专利技术还提供一种包含所述染料敏化光电转换元件的染料敏化太阳能电池。本专利技术的新型Ru-型染料显示出相比于现有技术染料显著地提高的光电转换效 率，增强与氧化物半导体粒子的结合力，并且具有优良的Jsc(短路光电流密度)和摩尔吸 收系数，因此极大地提高了太阳能电池的效率。附图说明图1为使用根据本专利技术实施方案的DCSC1、DCSC2、DCSC3、DCSC4、DCSC8、DCSC9及 根据比较例的以N719作为染料的吸收曲线。具体实施例方式现详细解释本专利技术。本专利技术人发现如果由化学式1表示的化合物负载于氧化物半导体粒子上以制备 染料敏化太阳能电池，所述化合物牢固地结合于氧化物半导体粒子，因此太阳能电池显示 出优良的耐久性，并且其具有优良的Jsc (短路光电流密度)和摩尔吸收系数，因此染料敏 化太阳能电池相比于现有太阳能电池显示出优良的效率，从而完成本专利技术。本专利技术的Ru-型染料由下述化学式1表示 其中，al环任选地由一种或多种选自卤素原子、酰胺、氰基、羟基、硝基、酰基、C1, 烧基及C1,烷氧基的取代基取代；并且X和Y独立地为甲基或由下述化学式2-1至2-14中 的一个所表示的基团，并且X和Y中的至少一个由下述化学式2-1至2-14中的一个表示 其中，(*)表示键，bl环任选地由一种或多种选自卤素原子、酰胺、氰基、羟基、硝 基、酰基X1,烷基及C1,烷氧基的取代基取代；A独立地为S或0 ；并且R、Ri、R2和R3独立 地为氢、Ch5烷基、CH5烷氧基、C6_2(1芳基或C6_2(1杂芳基；并且η为1 10的整数。更优选地，其由下述化学式1-1至1-38中的一个表示 其中，A和R如在化学式1中所定义的。本专利技术还提供一种制备由上述化学式1所表示的染料的方法，其包含使下述化学 式3的化合物顺序地与下述化学式4、化学式5和化学式6的化合物反应的步骤 2 50 其中，X、Y和al如上述所定义的。优选地，本专利技术的染料通过由下述反应式1至6中的一个所表示的工艺制备 在上述反应式中，在制备化学式1的染料中用作起始原料的化合物可通过 常规方法制备或购得。尤其是，二噻吩并噻吩(dithienothiophene)、三噻吩并噻吩 (trithienothiophene)和四噻吩并噻吩(tetrathienothiophene)可通过下述制备式1至 3制备。并且，二噻吩并噻吩可通过相对较短的反应时间制备，其可无需柱纯化而再结晶， 因此其合成很简单(参看及)。 本专利技术还提供一种染料敏化光电转换元件，其中上述化学式1表示的染料负载于 氧化物半导体粒子上。所述本专利技术的染料敏化光电转换元件可通过使用现有技术染料制备 用于太阳能电池的染料敏化光电转换元件的任何方法来制备。优选地，使用氧化物半导体 粒子在基底上形成氧化物半导体薄膜，然后将本专利技术的染料负载于其上。氧化物半导体薄膜形成于其上的基底优选为导电的，并且是可商购的。例如，可采 用通过在玻璃的表面或透明聚合物如聚对苯二甲酸乙二酯或聚醚砜等的表面上形成导电 金属氧化物膜如铟、氟、锑掺杂的锡氧化物等，或金属膜如钢、银、金等制备而成的那些。优 选地，其具有1000Ω以下的电导率，更优选为100Ω以下。作为氧化物半导体粒子，优选为金属氧化物。例如，可使用钛、锡、锌、钨、锆、镓、 铟、钇、铌、钽、钒的氧化物等。优选使用钛、锡、锌、铌或铟的氧化物，更优选为钛的氧化物、 锌的氧化物或锡的氧化物，并且最优选为钛的氧化物。氧化物半导体可单独或组合使用，或 其可被涂敷于半导体的表面。所述氧化物半导体粒子优选具有1 500nm的平均直径，更优选为1 lOOnm。并 且具有较大直径的那些和具有较小直径的那些可被混合，或其可用在多层中。氧化物半导体锡膜可通过以下方法制备喷涂氧化物半导体粒子以直接在基底上形成其薄膜；使用基底作为电极电沉积半导体粒子薄膜；或者在基底上施用包含通过水解 半导体粒子前体如半导体醇盐等所得到的粒子的半导体粒子浆体或膏，并且干燥、固化或 烧结。优选地，膏被施用于基底上，在这种情况下，浆体可以通过以下方式获得即通过常规 方法在分散介质中分散二次凝聚的氧化物半导体粒子至l-200nm的第一粒子直径。作为分散介质，可不受限制地使用能够分散半导体粒子的那些。例如，可使用水， 醇如乙醇，酮如丙酮、乙酰丙酮(acetylaetone)，或烃如己烷，且其可组合使用。优选为水， 因为其使浆体的粘度变化最小化。而且，可使用分散稳定剂以稳定氧化物半导体粒子的分 散体。作为分散稳定剂，可使用酸如乙酸、盐酸、硝酸等或乙酰丙酮、丙烯酸、聚乙二醇、聚乙 烯醇等。浆体施用于其上的基底可被烧结，烧结温度为100°C或更高，优选为200°C或更 高，烧结温度的上限为基底的熔点(软化点)，通常为900°C，优选为600°C。烧结时间并没 有特别地限定，但优选在4小时内。基底上的薄膜的厚度为1 200 μ m,优选为1 50 μ m。在实施了烧结的情况下， 氧化物半导体粒子薄层被部分熔焊，但这样的熔焊在本专利技术中不造成任何损坏。并且，所述氧化物半导体薄膜可经受二次处理。例如，可将薄膜浸渍于与半导体类 似的金属的醇盐、氯化物、氮化物、硫化物等的溶液中，并且干燥或再烧结，由此提高薄膜的 性能。作为金属醇盐，可使用乙醇钛、异丙醇钛(i本文档来自技高网...

【技术保护点】
由下述化学式１表示的Ｒｕ－型染料：［化学式１］＊＊＊其中，ａ１环任选地由一种或多种的选自卤素原子、酰胺、氰基、羟基、硝基、酰基、Ｃ↓［１－３０］烷基及Ｃ↓［１－３０］烷氧基的取代基取代；并且Ｘ和Ｙ独立地为甲基或由下述化学式２－１至２－１４中的一个所表示的基团，并且Ｘ和Ｙ中的至少一个由下述化学式２－１至２－１４中的一个表示：［化学式２－１］＊＊＊［化学式２－２］＊＊＊［化学式２－３］＊＊＊［化学式２－４］＊＊＊［化学式２－５］＊＊＊［化学式２－６］＊＊＊［化学式２－７］＊＊＊［化学式２－８］＊＊＊［化学式２－９］＊＊＊［化学式２－１０］＊＊＊［化学式２－１１］＊＊＊［化学式２－１２］＊＊＊［化学式２－１３］＊＊＊［化学式２－１４］＊＊＊其中，（＊）表示键，ｂ１环任选地由一种或多种选自卤素原子、酰胺、氰基、羟基、硝基、酰基、Ｃ↓［１－３０］烷基及Ｃ↓［１－３０］烷氧基的取代基取代；Ａ独立地为Ｓ或Ｏ；并且，Ｒ、Ｒ↓［１］、Ｒ↓［２］和Ｒ↓［３］独立地为氢、Ｃ↓［１－１５］烷基、Ｃ↓［１－１５］烷氧基、Ｃ↓［６－２０］芳基或Ｃ↓［６－２０］杂芳基；并且ｎ为１～１０的整数。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：裵镐基，李钟灿，白宗协，杨会泽，
申请(专利权)人：株式会社东进世美肯，
类型：发明
国别省市：KR[韩国]