本发明专利技术涉及一种用于染料敏化太阳能电池的以咔唑基团为电子给体的纯有机染料及其制备方法，该染料具有D-π-A分子结构，具有良好的光捕获能力，其吸收光谱与荧光光谱可通过不同种类和数目的芳香环来进行调节，属于纯有机染料，与钌类染料相比，其原料结构简单、价廉易得，且供应充足、易于纯化，因此具有成本低，生产简便等优点。此外，该染料可有效地提高电子的寿命和开路光电压，并可获得超过5%的能量转化效率，与不包含长烷基链侧基的染料相比，该类染料能将电荷复合程度抑制到原来的十分之一以下，因此该类染料在染料敏化太阳能电池领域中具有良好的开发和应用前景。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及有机光电材料领域，特别是涉及一种用于染料敏化太阳能电池的新型以咔唑基团为供电子体、芳香环为桥链并连接氰基丙烯酸的咔唑基纯有机染料及其制备方法。随着资源短缺和环境污染问题日益突出，人们对能源问题的关心日渐增强，太阳能作为一种可再生清洁能源是人类长期生存的理想能源，由瑞士 M. Gratzel教授于1991 年首先提出的染料敏化太阳能电池(Dye-sensitized solar cells，DSSC)作为一种新型太阳能电池，为人类提供低价、高效、绿色可再生能源带来希望，这种电池是基于植物叶绿素光合作用原理研制而出的，电池结构简单，主要由工作电极、电解液和对电极组成。工作电极是通过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而制得；电解液可以是液态的，也可以是准固态和固态的，最常用的Ι37Γ氧化还原电对；对电极一般是镀有一层钼的导电玻璃。作为电池的重要组成部分，光敏剂染料能够有效地吸收太阳光，并由此产生激发电子，然后注入到二氧化钛等半导体的导带中，因此染料的光电性能对染料敏化太阳能电池的光电转换效率有着至关重要的影响。目前，性能最好的染料敏化剂是含有贵金属钌的配合物，其中最经典的是Ν3和黑染料，然而，昂贵的贵金属价格和稀有的贵金属资源使得其大规模产业化受到了很大的限制。与此同时，纯有机染料由于具有成本低廉、高摩尔吸光系数和结构易调控等优点越来越受到人们的重视，并成为该领域的研究热点，而以咔唑基团为供电子体，芳香环为桥链并连接氰基丙烯酸的咔唑基纯有机染料目前还没有报道。本专利技术要解决的技术问题是提供一种以咔唑基团为给电子体的纯有机染料及其制备方法，把该染料应用于染料敏化太阳能电池，可以有效提高电池的电子寿命和开路光电压，并可获得超过5%的能量转换效率。为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案是本专利技术所述的咔唑基有机染料具有以下结构通式式中，R1^R4为氢、烷烃基或芳烷基，η为广4的整数。 作为对本专利技术的进一步限定，本专利技术所述的咔唑基有机染料为结构式1-6中的任权利要求1.-种咔唑基有机染料，其特征在于所述的咔唑基有机染料具有以下结构通式2.根据权利要求1所述的一种咔唑基有机染料，其特征在于所述的咔唑基有机染料为结构式1-6中的任意-结构式1 3.根据权利要求1所述的一种咔唑基有机染料的合成方法，其特征在于该有机染料的合成路线如下所示4.根据权利要求1所述一种咔唑基有机染料在染料敏化太阳能电池中应用，其特征在于所述的染料敏化太阳能电池是经过如下步骤制备得到的(1)导电玻璃预处理将FTO导电玻璃切割成1.5X1. 5 cm大小，依次在丙酮、乙醇和去离子水中用超声波充分清洗，并用氮气流吹干；(2)二氧化钛浆料的制备将异丙氧钛逐滴滴加到去离子水中，并在室温条件下搅拌反应1 h以上，充分生成白色沉淀，将白色沉淀进行过滤，得到二氧化钛沉淀，将该沉淀转移到圆底反应瓶中，缓慢滴加等当量的四甲基氢氧化铵水溶液，再加入去离子水定容，在 100^150 ° C油浴中强力搅拌反应广5 h，自然冷却到室温，将反应完成后得到的白色胶体转移至高压釜内并定容，在15(Γ300 ° C的条件下水热处理614 h，自然冷却后取出并进行超声处理，得到乳白色的二氧化钛溶胶；(3)染料溶液的配制将所述的咔唑基有机染料溶解在无水甲苯中，配制成0.3 mmol/ L的溶液；(4)电解质的配制用无水乙腈配制含有0.1 mol/L碘化锂，0.05 mol/L碘，0.6 mol/ L碘代1，2- 二甲基，3-正丙基咪唑和0. 5 mol/L 4-叔丁基吡啶的异睛溶液；(5)工作电极的制备将步骤(2)所得到的二氧化钛浆料通过旋转成膜、丝网印刷或提拉成膜方法在清洗干净的导电玻璃上形成一层溶胶薄膜，将干燥后的薄膜放入马弗炉，温度缓慢升温至45(Γ550 ° C，恒温0.5 10 h，自然冷却到室温，将所得TiO2电极直接浸入步骤(3)所得的染料溶液中并保持M h ；(6)对电极的制备将0.Γ50 mmol/L氯钼酸的异丙醇溶液均勻地涂在步骤(1)中清洗并打孔后的导电玻璃表面，然后放置马弗炉中于40(Γ500 ° C焙烧30 min，冷却至室温放置干燥器中备用；(7)电池封装用氮气流将步骤(5)所得的吸附了咔唑基有机染料的TiO2工作电极和步骤(6)所得的钼对电极吹干净，并将两个电极相对放置，导电面朝内，边缘填入热塑膜， 100^120 ° C条件下加热5 30 s固化，将步骤(4)所得的电解液用针筒通过对电极的小孔注入到电池中，并利用毛细作用使得两个电极的空腔内充满电解液，待两电极内无气泡后， 用密封胶将小孔封住，即制得所述的染料敏化太阳能电池。全文摘要本专利技术涉及一种用于染料敏化太阳能电池的以咔唑基团为电子给体的纯有机染料及其制备方法，该染料具有D-π-A分子结构，具有良好的光捕获能力，其吸收光谱与荧光光谱可通过不同种类和数目的芳香环来进行调节，属于纯有机染料，与钌类染料相比，其原料结构简单、价廉易得，且供应充足、易于纯化，因此具有成本低，生产简便等优点。此外，该染料可有效地提高电子的寿命和开路光电压，并可获得超过5%的能量转化效率，与不包含长烷基链侧基的染料相比，该类染料能将电荷复合程度抑制到原来的十分之一以下，因此该类染料在染料敏化太阳能电池领域中具有良好的开发和应用前景。文档编号H01G9/20GK102250484SQ20111013113公开日2011年11月23日 申请日期2011年5月20日 优先权日2011年5月20日专利技术者冯全友, 吴静, 周刚, 杨阳, 林玉往, 王忠胜 申请人:复旦大学, 常州有则科技有限公司本文档来自技高网...
【技术保护点】
１．一种咔唑基有机染料，其特征在于所述的咔唑基有机染料具有以下结构通式：式中，Ｒ１～Ｒ４为氢、烷烃基或芳烷基，ｎ为１～４的整数。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：王忠胜，周刚，冯全友，吴静，林玉往，杨阳，
申请(专利权)人：常州有则科技有限公司，复旦大学，
类型：发明
国别省市：32
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