贵金属钌型敏化剂及其制备方法技术

本发明专利技术涉及贵金属钌型染料及其制造方法，更具体而言，涉及用于制造染料敏化太阳能电池并可显著改善光电转换效率、与ＴｉＯ↓［２］的结合强度、Ｊｓｃ（短路光电流密度）和摩尔消光系数从而增强太阳能电池的效率的贵金属钌型染料（敏化剂）及其制造方法，以及包含所述贵金属钌型染料（敏化剂）的光电转换元件和染料敏化太阳能电池。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及贵金属钌型敏化剂(染料)及其制造方法，更具体而言，涉 及可用于制造染料敏化太阳能电池并可以显著改善光电转换效率、与Ti02的结合强度、Jsc(短路光电流密度)和摩尔消光系数从而提高太阳能电池的效率的贵金属钌型染料(敏化剂)及其制造方法，以及包含所述贵金 属钌型染料(敏化剂)的光电转换元件和染料敏化太阳能电池。
技术介绍
自从瑞士洛桑联邦理工学院(EPFL， Ecole Polytechnique Federale de Lausanne)的Michael Gratzel的研究团队于1991年开发出染料敏化纳米颗 粒二氧化钛太阳能电池以来，对于该领域已经进行了大量研究。染料敏 化太阳能电池需要的制造成本大大低于现有的硅太阳能电池，并且可能 替代现有的无定形硅太阳能电池。不同于硅太阳能电池，染料敏化太阳 能电池是包含下述材料作为主要材料的光电化学太阳能电池吸收可见 光以生成电子-空穴对的染料分子和传递所生成的电子的过渡金属氧化物。常规染料敏化太阳能电池中所使用的代表性的染料包括下述化合物。SN3染料 黑染料 N719染料r)=10% r|=10.4% "=11.18%*TBA:四丁铵阳离子然而，始终存在着开发这样的染料的需求所述染料可比常规染料 提供更高的光电转换效率、与氧化物半导体颗粒更强的结合和改善的6Jsc(短路光电流密度)以及摩尔消光系数，从而能够提高太阳能电池的效 率和耐久性。
技术实现思路
因此，本专利技术的一个方面是提供一种染料及其制造方法，所述染料 可以显著提高光电转换效率、与氧化物半导体颗粒的结合强度、Jsc(短路 光电流密度)和摩尔消光系数从而提高太阳能电池的效率。此外，本专利技术的另一方面是提供一种包含本专利技术的染料的染料敏化 光电转换元件和一种效率显著提高的太阳能电池，所述染料可以显著提 高光电转换效率、与氧化物半导体颗粒的结合强度、Jsc(短路光电流密度) 和摩尔消光系数。本专利技术的前述和/或其它方面可通过提供由以下化学式1代表的钌型 染料(敏化剂)来实现，所述钌型染料(敏化剂)包括其中，环al包含具有卤原子、酰胺基、氰基、羟基、硝基、垸氧基 或酰基的至少一个取代基。X和Y分别并且独立地为甲基或由下述化学 式2代表的化合物，并且X和Y中的至少一个也由化学式2代表，化学 式2包括其中，环bl包含具有卤原子、酰胺基、氰基、羟基、硝基、烷氧基 或酰基的至少一个取代基。R可以相同也可以不同，并且分别独立地包 含氢或具有1 15个碳的烷基。此外，本专利技术还提供了由化学式1代表的染料的制造方法，其中下述化学式4或5的化合物与下述化学式3、 6和7的化合物反应，所述制造方法包括2RR\N-8<formula>formula see original document page 9</formula> NH4NCS其中，化学式3、 4、 5、 6和7中的al、 M和R如上所限定。本专利技术的上述和/或其它方面也可以通过提供染料敏化光电转换元 件来实现，所述染料敏化光电转换元件包含载有由化学式1代表的化合 物的氧化物半导体颗粒。本专利技术的上述和/或其它方面还可以通过提供包含所述染料敏化光 电转换元件的染料敏化太阳能电池电池来实现。如上所述，本专利技术提供了一种钌型染料，所述钌型染料可以显著改 善光电转换效率、与氧化物半导体颗粒的结合强度、Jsc(短路光电流密度) 和摩尔消光系数，从而提高了太阳能电池的效率。附图说明图1说明的是使用常规染料N3和根据本专利技术的示例性实施方式的染 料D5和D6制造的太阳能电池的J-V曲线和IPCE指数；禾口图2(a)、 (b)和(c)分别显示了三种敏化剂即D5、 D6和N3，在DMF 溶液、涂覆有染料的Ti02膜和同样的涂覆有染料且在KOH水溶液中放 置3天从而将染料由膜中去除的Ti02膜中测得的吸收光谱。具体实施例方式下面将参考附图描述本专利技术的示例性实施方式，其中相同的数字指 代相同的要素，并且如果需要将避免重复性描述。 接下来将详细描述本专利技术。本专利技术人己经发现本专利技术的染料提供了改善的光电转换效率、与氧 化物半导体颗粒的结合强度、Jsc(短路光电流密度)和摩尔消光系数，使 得当染料敏化太阳能电池以载有由化学式1代表的化合物的氧化物半导 体颗粒而制造时，较之常规染料敏化太阳能电池，可以提高太阳能电池的效率；并且完成了本专利技术。本专利技术的钌型染料(敏化剂)由下述化学式1代表。 在化学式1中，环al可以包含具有卤原子、酰胺基、氰基、羟基、 硝基、垸氧基或酰基的至少一个取代基。X和Y可以分别并且独立地为 甲基或由下述化学式2代表的化合物，并且X和Y中的至少一个也可以 由化学式2代表。HOOC<formula>formula see original document page 11</formula>在化学式2中，环bl可以包含氢或具有卤原子、酰胺基、氰基、羟 基、硝基、烷氧基或酰基的至少一个取代基。R可以相同也可以不同， 并且分别可以独立地包含氢或具有1 15个碳的烷基。由化学式1代表 的化合物中的R优选包括甲基、乙基、丙基、丁基或戊基。更优选的是，由化学式1代表的化合物包含以下化合物之一。DCSC 5 DCSC 6此外，本专利技术提供了由化学式1代表的染料的制造方法。由化学式 1代表的染料可以通过化学式3或4的化合物与化学式5、 6和7的化合 物之间的双重沃兹沃思-埃蒙斯(double Wadwordth-Emmons)反应而制得。2RHOOC jCOOH NH4NCS化学式3、 4、 5、 6和7中的al、 bl和R如上所限定。 优选的是，本专利技术的染料(敏化剂)可以通过下述反应来合成。 12<formula>formula see original document page 13</formula>在反应式1中，4和5分别是如前所示的化学式4和5。此外，本专利技术还提供染料敏化光电转换元件。所述染料敏化光电转 换元件包含载有由化学式1代表的染料的氧化物半导体颗粒。本专利技术所 述的染料敏化光电转换元件可以以可包含于太阳能电池中的常规染料来 制造并且以由化学式1代表的染料来制造。优选的是，本专利技术的染料敏 化光电转换元件通过下述方式制造以氧化物半导体颗粒在基片上形成 氧化物半导体层，然后对该薄膜施用本专利技术的染料。具有本专利技术的氧化物半导体颗粒层的基片优选具有导电性表面。可 以使用商购的基片。更具体而言，所述基片可以包括玻璃或者诸如聚对 苯二甲酸乙二酯或聚醚砜等透明高分子材料，其上形成有含铟、氟和锑 的诸如氧化锡等导电性金属氧化物层或诸如钢、银和金等金属层。电导 率优选为1000Q以下，更优选为100Q以下。所述氧化物半导体的颗粒优选包含金属氧化物。更具体而言，金属 氧化物可以包含钛(titan)、锡、锌、钨、锆、镓、铟、钇、铌、钽和钒等。 金属氧化物优选包含钛、锡、锌、铌和铟等，更优选为二氧化钛、氧化 锌和氧化锡，最优选为二氧化钛。氧化物半导体可以单独使用或者与其 它物质混合使用，也可以涂覆在半导体表面上。氧化物半导体颗粒的直径平均为1 nm 500nm，更优选平均为1 nm 100 nm。氧化物半导体颗粒可以包含组合的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种由下述化学式１代表的钌型敏化剂，所述钌型敏化剂包括：　　［化学式１］　　＊＊＊　　其中，环ａ１包含具有卤原子、酰胺基、氰基、羟基、硝基、烷氧基或酰基的至少一个取代基；Ｘ和Ｙ分别并且独立地为甲基或由下述化学式２代表的化合物，并且Ｘ和Ｙ中的至少一个也由化学式２代表，化学式２包括［化学式２］　　＊＊＊　　其中，环ｂ１包含具有卤原子、酰胺基、氰基、羟基、硝基、烷氧基或酰基的至少一个取代基；Ｒ可以相同也可以不同，并且分别独立地包含氢或具有１～１５个碳的烷基。

【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：朴赞硕，李钟灿，裵镐基，高在中，金康镇，张松林，崔兹奉，
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]