含有苯并噻二唑发色团的新型有机染料及其制造方法技术

本发明专利技术涉及一种含有苯并噻二唑发色团的新型有机染料及其制造方法，本发明专利技术的染料化合物具有比以往的染料更高的光电池性能和优异的稳定性，从而用于染料敏化太阳能电池（ｄｙｅ－ｓｅｎｓｉｔｉｚｅｄ　ｓｏｌａｒ　ｃｅｌｌ，ＤＳＳＣ），能够大幅度提高电池的效率。

【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具有高的光电池性能和优异的稳定性、用于染料敏化太阳能电池 (dye-sensitized solar cell, DSSC)的。
技术介绍
1991年瑞士国立洛桑高等技术学院(EPFL)的迈克尔格莱才尔(Michael Gratzel)的研究小组开发了染料敏化纳米粒子氧化钛太阳能电池后，进行了很多关于该领域的研究。染料敏化太阳能电池相比于现有的硅系太阳能电池效率高，制造成本显著低，因此，具有能够代替现有的非晶质硅系太阳能电池的可能性，并且，与硅系太阳能电池不同， 染料敏化太阳能电池是以能够通过吸收可见光而生成电子-空穴(hole)对的染料分子和传递所生成的电子的过渡金属氧化物作为主要组成材料的光电化学太阳能电池。作为用于染料敏化太阳能电池的染料而广泛使用的是显示出10%以上的高光电转换效率的钌金属配位化合物，但是该钌金属配位化合物存在价格太贵并难以精制的缺点ο最近发现，在吸光效率、氧化还原反应稳定性和分子内电荷转移 (charge-transfer,CT)系吸收的方面表现出优异物性的、不含有金属的有机染料可以作为能够代替昂贵的钌金属配位化合物的太阳能电池用染料来使用，所以对缺少金属的有机染料的研究正在集中进行。有机染料一般具有通过π -键单元连接的电子给体(electron donor) -电子受体 (electron acceptor)残基的结构。在大部分的有机染料中，胺衍生物起到电子给体的作用，2-氰基丙烯酸或绕丹宁残基起到电子受体的作用，这两个部位通过次甲基单元或噻吩链等η-键体系连接。一般来说，作为电子给体的胺单元的结构变化会带来电子特性的变化，例如获得向蓝色侧位移(shift)的吸收光谱，可以通过改变η-键长度，来调节吸收光谱和氧化还原电位(redox potential)。但是，目前已知的大部分的有机染料在可见光蓝色区域具有具有陡而窄的吸收带，从而导致光捕获能力的减少，具有热稳定性和光稳定性比较低的缺点。因此，为了开发具有高的光电池性能和提高了的稳定性的有机染料而努力的结果，公开了在有机骨架内含有非平面性的双-二甲基芴氨基残基和双噻吩或三噻吩单元的有机染料，根据报告，该染料在使用没有溶剂的离子性液体电解质时，表现出7%的显著高的光电转换效率。另外，报告了进一步在交联性骨架上引入苯并噻二唑之类的低带隙发色团，从而进一步提高上述体系的光电池性能，在红色区域能够表现出提高了的光谱反应。但是，在这种情况下，虽然在没有溶剂的条件下使用离子性液体电解质能够达到高的光电转换效率，但由于泄漏等导致仍然不能满足长期稳定性，因此，一直在努力开发具有高光电转换效率、且长期稳定性优异的有机染料。
技术实现思路
技术问题因此，本专利技术的目的在于提供一种相比于以往的金属配位化合物染料和有机染料具有更高的光电池性能和优异的稳定性，从而能够大幅度提高太阳能电池的效率的有机染料及其制造方法。另外，本专利技术的目的在于提供通过含有上述染料而表现出显著提高了的光电转换效率、Js。(短路光电流密度，short circuit photocurrent density)和摩尔吸光系数优异的染料增感光电转换元件、以及效率显著提高了的太阳能电池。技术方案为了达到上述目的，本专利技术提供一种由下述化学式1 3中任一结构表示的噻吩系染料权利要求1. 一种噻吩系染料，其特征在于，由下述化学式1 3中任一结构表示， 化学式12.根据权利要求1所述的噻吩系染料，其中，所述R1为3.根据权利要求1所述的噻吩系染料，其中，所述染料为下述化学式Ia或Ib的化合物，化学式1a4. 一种由化学式Ia或Ib表示的染料的制造方法，其特征在于，包括 (1)使下述化学式8的化合物与锡烷基噻吩或2- (3-己基噻吩-2-基)-4，4，5，5-四甲基 二氧杂硼烷进行斯泰尔或铃木偶联反应，制造下述化学式9a或9b的化合物，(2)在有机溶剂中，使化学式9a或9b的化合物与N-溴代琥珀酰亚胺反应而进行溴化， 制造下述化学式如或4b的化合物，(3)使化学式如或仙的化合物与下述化学式5的化合物进行铃木偶联反应，制造下述化学式6a或6b的化合物，(4)通过维尔斯迈尔-哈克反应使化学式6a或6b的化合物进行醛化，制造下述化学式 7a或7b的化合物，(5)在氯仿中，在哌啶存在下，使化学式7a或7b的化合物与氰基乙酸反应， 化学式85.根据权利要求4所述的染料的制造方法，其中，所述步骤( 中使用的有机溶剂是乙酸和二氯甲烷的混合物。6.一种染料增感光电转换元件，其特征在于，含有担载有权利要求1所述的噻吩系染料的氧化物半导体微粒。7.根据权利要求6所述的染料增感光电转换元件，其中，在包合物存在下，在所述氧化物半导体微粒上担载噻吩系染料。8.根据权利要求7所述的染料增感光电转换元件，其中，所述氧化物半导体微粒含有二氧化钛作为必要成分。9.根据权利要求7所述的染料增感光电转换元件，其中，所述氧化物半导体微粒的平均粒径为l_500nm。10.一种染料敏化太阳能电池，其特征在于，含有权利要求6所述的染料增感光电转换元件作为电极。11.根据权利要求10所述的染料敏化太阳能电池，其中，所述染料敏化太阳能电池通过以下步骤制造在导电性透明基板上涂布氧化钛糊剂的步骤；将涂布有糊剂的基板进行烧成而形成氧化钛薄膜的步骤；将形成有氧化钛薄膜的基板浸渍在溶解有由化学式1、化学式2或化学式3表示的染料的混合溶液中，形成吸附有染料的氧化钛膜电极的步骤；在其上部设置形成有对电极的第2玻璃基板的步骤；形成贯通第2玻璃基板和对电极的孔的步骤；在所述对电极和所述吸附有染料的氧化钛膜电极之间设置热塑性高分子膜，并实施热压工序，从而使所述对电极和氧化钛膜电极接合的步骤；通过所述孔向所述对电极和氧化钛膜电极之间的热塑性高分子膜注入电解质的步骤；以及用所述热塑性高分子进行密封的步骤。全文摘要本专利技术涉及一种，本专利技术的染料化合物具有比以往的染料更高的光电池性能和优异的稳定性，从而用于染料敏化太阳能电池(dye-sensitized solar cell，DSSC)，能够大幅度提高电池的效率。文档编号C09B29/045GK102245710SQ200980147316 公开日2011年11月16日 申请日期2009年3月23日 优先权日2008年11月25日专利技术者李钟灿, 金点钟, 高在中 申请人:株式会社东进世美肯, 高丽大学校产学协力团本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种噻吩系染料，其特征在于，由下述化学式１～３中任一结构表示，化学式１化学式２化学式３在所述式中，Ｒ１为所述Ｘ、Ｙ和Ｚ各自独立地为氢或Ｃ１－３０的烷基、烷氧基或异烷氧基；Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４和Ｒ５各自独立地为氢、卤素、酰胺基、氰基、羟基、硝基、酰基、Ｃ１－３０的烷基、Ｃ１－３０的烷氧基、Ｃ１－３０的烷基羰基或Ｃ６－２０的芳基，为Ｃ１－３０的烷氧基时，Ｒ２和Ｒ３、或Ｒ４和Ｒ５可以相互键合而形成含氧杂环；Ａｒ为被Ｃ１－５０的烷基、烷氧基、卤素、酰胺基、氰基、羟基、硝基、酰基、芳基或杂芳基取代的或者非取代的Ｃ１－５０的烷基、芳基、烷氧基或杂芳基；ｎ为１至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：李钟灿，
申请(专利权)人：株式会社东进世美肯，
类型：发明
国别省市：KR