一類吩噁嗪染料及其在染料敏化太陽能電池中的應用的制作方法
【專利摘要】本發明公開了一類吩噁嗪染料及其在染料敏化太陽能電池中的應用。屬于純有機小分子染料的合成以及應用領域。其要點是，所述染料的化學結構是以吩噁嗪為供電子D單元，首端是以帶有烷氧基或者烷烴基的三苯胺為供電子體D’單元，尾端以氰乙酸受體單元為吸電子基團。該材料具有獨特的光電化學性能，在染料敏化太陽能電池領域中具有良好的應用性能。
【專利說明】一類吩噁嗪染料及其在染料敏化太陽能電池中的應用
【技術領域】
[0001]本發明屬于功能染料的合成及應用領域，具體涉及吩噁嗪類染料的合成及作為能量轉換方面材料的應用。
【背景技術】
[0002]自從20世紀以來，例如煤，石油和天然氣等化石能源為全球提供了大量的能量，為世界的發展和創新鋪平了道路。然而過度消耗化石能源產生了大量的二氧化碳，給當今社會帶來兩大難題:全球變暖和能源供應安全。為解決此類問題，開發可再生新能源已成為不可阻擋的世界潮流。太陽能在地球上的儲量非常豐富，其每年給地球提供的能量大約是
5.4X IO24J,相當于1.5X IO21度電的能量。相比于化石能源太陽能就地取材的特點為太陽能的開采和運輸節省了成本。尤其是太陽能是一種可持續能源，并且對其的利用不會對環境造成破壞，是最環保的能源之一。所以太陽能作為一種分布廣泛、可再生、無污染的能源，如何以低成本、高效率的方法利用太陽能已成為全世界科學工作者廣泛關注的課題之一。
[0003]太陽能電池是基于光伏效應原理，將太陽能轉化為電能的半導體器件。當前的太陽能電池中，單晶硅太陽能電池效率最高，技術最成熟，但是由于單晶硅原料的稀缺性和苛刻的制作工藝導致不能大規模應用。相比于傳統的硅太陽能電池，作為一種新型光伏技術，最早由O’ Regan and GrStzel報導的染料敏化太陽能電池(DSCs)具有易制造,高效率和低成本等特點。目前，GrStzd研究組將卟啉類染料SM315作為敏化劑，與基于三((2，2 ^ -聯吡啶))合鈷(ΙΙ/ΠΙ)氧化 還原電解質構成器件，獲得了到目前為止DSC研究領域中最高的光電轉化效率13.1%，從而加速了對DSCs的大規模實際應用的研究。
[0004]其中，有機染料的使用擺脫了以往高效染料敏化太陽電池對貴金屬多吡啶釕染料的依賴，極大程度上降低了電池的成本。與多吡啶釕配合物染料相比，有機染料的選擇更加多樣，其原材料來源豐富，結構簡單剪裁靈活，制備成本低廉，光電轉換效率高，具有極高的開發前景。
[0005]在純有機小分子染料研究中，通常通過拓寬光譜吸收，引入特殊基團抑制電子復合以及改變分子在半導體表面的聚集態等來提高光電轉換效率。目前出現的體系是D- π -A, D-A- π -A等，光誘導分子內電子從D單元出發經過共軛單元到達A單元的轉移使得光電流產生，到目前為止，三苯胺類染料C219的光電轉化效率為10.1%，是純有機染料敏化太陽能電池效率的最高水平。由于吩噁嗪具有強的給電子能力也適合用于光敏染料中的給體單元，其非共面的共軛結構可以有效的抑制染料在半導體表面的聚集，且吩噁嗪結構有多個可修飾的位點。但是該染料仍然存在近紅外區域光譜響應較差，電荷復合現象嚴重的問題。所以我們針對出現的問題引入帶有烷基鏈或者烷氧基鏈的大空間結構的給電子單元D’來抑制電荷復合，并將D’以及D-Ji中引入π單元來調節共軛單元間的扭轉角優化共軛，拓寬吸收光譜，增大光譜電流。可見，吩噁嗪類染料還有很大的研究空間。
【發明內容】
[0006]本發明目的是提供一類新型的有機光敏染料，這類染料是以吩噁嗪為供電子D單元，首端是帶有烷氧基或者烷烴基的三苯胺的供電子體D’單元，D’單元中還優選引入π單元，再連上吩噁嗪，尾端通過共軛基團為橋鏈連接氰乙酸吸電子基團，從而組成電子推-拉型化合物。由于氮原子以及氧原子上的孤對電子與共軛體系的相互作用，分子的激發態更容易發生電荷轉移，因此產生獨特的光電化學性能，在染料敏化太陽能電池中具有良好地應用性能。
[0007]一類吩噁嗪染料，具有如下結構通式(I):
[0008]
【權利要求】
1.一類吩噁嗪染料，其特征在于，具有如下結構通式(I):
2.根據權利要求1所述的吩噁嗪染料，其特征在于，R1為C5~C8的烷烴基。
3.根據權利要求1所述的吩噁嗪染料，其特征在于，R2是CS的烷氧基或烷烴基。
4.根據權利要求1所述的吩噁嗪染料，其特征在于，所述η單元的化學結構通式為下述5種化學結構的一種或幾種的組合: 化學結構通式1:
5.根據權利要求4所述的吩噁嗪染料，其特征在于，其中R3是CS的烷氧基或烷烴基。
6.根據權利要求1所述的吩噁嗪染料，其特征在于，所述的吩噁嗪染料具有式(II)、式(III)、或式(IV)的結構: 化學結構式(II):
7.權利要求1~6任一項所述的吩噁嗪類染料的應用方法，其特征在于，在染料敏化太陽電池中作為光敏染料使用。
8.根據權利要求7所述的吩噁嗪類染料的應用方法，其特征在于，將染料太陽能電池的光陽極的納米多孔氧化物薄膜浸潰有吩噁嗪類染料。
9.根據權利要求8所述的吩噁嗪染料的應用方法，其特征在于，所述的納米多孔氧化物薄膜的材質是氧化鈦、氧化鋅、氧化錫中的一種或多種任意混合。
【文檔編號】C09B23/04GK103937284SQ201410134570
【公開日】2014年7月23日 申請日期:2014年4月4日 優先權日:2014年4月4日
【發明者】潘春躍, 張怡平, 喻桂朋, 王剛 申請人:中南大學