一种菲并咔唑类染料及其制备方法和染料敏化太阳电池技术

本发明专利技术提供了一种菲并咔唑类染料，具有式I所示的结构；式I中，R1选自碳原子数为1～36的烷基；R2和R3独立地选自氢、氟、碳原子数为1～36的烷基；R4选自羧基取代的芳基；R5选自氢、芳基或碳原子数为1～36的烷基。本发明专利技术提供了一种菲并咔唑类染料的制备方法，包括：将具有式1所示结构的化合物和具有式2所示结构的化合物进行偶联反应，得到菲并咔唑类染料。本发明专利技术提供了一种染料敏化太阳电池，包括上述方案所述的菲并咔唑类染料。本发明专利技术提供的菲并咔唑类染料具有电子给体单元菲并咔唑，菲并咔唑结构单元具有高荧光量子产率和长激发态寿命；使本发明专利技术提供的菲并咔唑类染料制备得到的染料敏化太阳电池具有较高的功率转化效率。

【技术实现步骤摘要】
一种菲并咔唑类染料及其制备方法和染料敏化太阳电池
本专利技术涉及太阳电池
，尤其涉及一种菲并咔唑类染料及其制备方法和染料敏化太阳电池。
技术介绍
近年来，随着我国经济的飞速发展，对能源的需求量也日益增加，我国已成为世界上第一大能源进口国；与此同时，由矿石类能源消耗带来的环境问题也逐渐严重，因此寻求清洁可持续的能源已十分必要。太阳能作为一种可再生清洁能源，成为能源研究领域的热点之一。目前，无机半导体太阳电池已能够实现较高的光电转换效率并被广泛地应用于国民生产的各个领域。在无机半导体太阳电池中，晶体硅太阳电池的技术发展最为成熟，但是硅电池的制造成本高、工艺条件苛刻，而且在炼硅过程中会造成严重的环境污染。随后，人们开发研制了其它材料的太阳电池，如砷化镓III-V族化合物、硫化镉及碲化镉薄膜电池等，虽然这些电池的效率较非晶硅薄膜太阳电池效率高，成本也较单晶硅电池低，并且也易于大规模生产，但是其中的砷、镉等有剧毒，也会对环境造成严重的污染。因此，无机半导体太阳电池并不是理想的太阳电池。1991年，研究组将Amadelli等人报道过的三核钌染料RuL2(μ-(CN)Ru(CN)L′2)2(L＝2,2′-联吡啶-4,4′-二羧酸，L′＝2,2′-联吡啶)作为敏化剂吸附在高质量的TiO2纳晶薄膜上制成器件，获得了模拟太阳光下7.1％的光电转换效率的太阳电池，由此开启了染料敏化太阳电池的研究序幕。与传统的无机半导体太阳能电池相比，染料敏化太阳电池的制造成本较低，重量较轻，可以折叠、卷曲，而且颜色丰富、美观，可制成半透明的产品，能够被广泛地应用于人们的日常生活中。目前报道的高效染料敏化太阳电池所采用的染料多为含有贵金属钌的配合物，我国钌资源缺乏，研究非金属有机染料更为重要；但是现有的非金属有机染料制备得到的染料敏化电池的功率转化效率较低，难以满足实际应用。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种菲并咔唑类染料及其制备方法和染料敏化太阳电池，本专利技术提供的菲并咔唑类染料制备得到的染料敏化太阳电池具有较高的功率转化效率。本专利技术提供了一种菲并咔唑类染料，具有式I所示的结构：式I中，R1选自碳原子数为1～36的烷基；R2和R3独立地选自氢、氟、碳原子数为1～36的烷基、碳原子数为1～36的烷基取代的苯基或碳原子数为1～36的烷氧基取代的苯基；R4选自羧基取代的芳基；R5选自氢、芳基或碳原子数为1～36的烷基。优选的，所述式I中的R1选自碳原子数为2～18的烷基；R2和R3独立地选自氢、碳原子数为2～18的烷基、碳原子数为2～18的烷基取代的苯基或碳原子数为2～18的烷氧基取代的苯基。优选的，所述式I中的R4选自式A～式C中的一种：优选的，所述式I中的R5选自式D～式H中的一种：式D中的R6，和式H中的R12、R13独立地选自氢、碳原子数为1～36的烷基或碳原子数为1～36的烷氧基；式E中的R7、R8，式F中的R9，和式G中的R10、R11独立地选自氢或碳原子数为1～36的烷基；式D中的y1、式E中的y2、式F中的y3和式H中的y4独立地选自0或1。优选的，所述菲并咔唑类染料具有式II或式III所示的结构：本专利技术提供的菲并咔唑类染料采用给体单元菲并咔唑和受体单元三键苯并噻二唑构成染料的发色团，辅以不同的修饰基团调节分子的相对能级，菲并咔唑结构单元具有高荧光量子产率和长激发态寿命，使本专利技术提供的这种染料具有较长的激发态寿命，从而为其能隙的进一步收缩和器件效率的进一步提升提供了空间；因此本专利技术提供的菲并咔唑类染料制备得到的染料敏化太阳电池具有较高的功率转化效率。本专利技术提供了一种菲并咔唑类染料的制备方法，包括：将具有式1所示结构的化合物和具有式2所示结构的化合物进行偶联反应，得到菲并咔唑类染料；式1中，R1选自碳原子数为1～36的烷基；R5选自氢、芳基或碳原子数为1～36的烷基；式2中，R2和R3独立地选自氢、氟、碳原子数为1～36的烷基、碳原子数为1～36的烷基取代的苯基或碳原子数为1～36的烷氧基取代的苯基；R14选自酯基取代的芳基；所述菲并咔唑类染料具有式I所示的结构：式I中，R1选自碳原子数为1～36的烷基；R2和R3独立地选自氢、氟、碳原子数为1～36的烷基、碳原子数为1～36的烷基取代的苯基或碳原子数为1～36的烷氧基取代的苯基；R4选自羧基取代的芳基；R5选自氢、芳基或碳原子数为1～36的烷基。优选的，所述具有式1所示结构的化合物的制备方法为：将具有式4所示结构的化合物和具有式5所示结构的化合物进行偶联反应，得到具有式1所示结构的化合物；式4中，R15选自芳基；式5中，R1选自碳原子数为1～36的烷基。优选的，所述具有式1所示结构的化合物的制备方法为：将具有式6所示结构的化合物和具有式5所示结构的化合物进行偶联反应，得到具有式1所示结构的化合物；式6中，R16选自芳基；式5中，R1选自碳原子数为1～36的烷基。优选的，所述偶联反应的温度为110℃～130℃。本专利技术提供的方法制备得到的菲并咔唑类染料具有较长的激发态寿命，采用这种染料制备得到的染料敏化太阳电池具有较高的功率转化效率。此外，本专利技术提供的菲并咔唑类染料的制备方法工艺简单、成本较低、安全环保。本专利技术提供了一种染料敏化太阳电池，包括上述技术方案所述的菲并咔唑类染料，或上述技术方案所述的方法制备得到的菲并咔唑类染料。本专利技术提供的染料敏化太阳电池中的染料为上述技术方案所述的菲并咔唑类染料，这种染料具有较长的激发态寿命，从而使本专利技术提供的染料敏化太阳电池具有较高的功率转化效率。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。图1为本专利技术实施例3制备得到的染料敏化太阳电池的J-V曲线。具体实施方式下面将对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。本专利技术提供了一种菲并咔唑类染料，具有式I所示的结构：式I中，R1选自碳原子数为1～36的烷基；R2和R3独立地选自氢、氟、碳原子数为1～36的烷基、碳原子数为1～36的烷基取代的苯基或碳原子数为1～36的烷氧基取代的苯基；R4选自羧基取代的芳基；R5选自氢、芳基或碳原子数为1～36的烷基。在本专利技术的实施例中，所述式I中的R1可以选自碳原子数为2～18的烷基；在其他的实施例中，所述式I中的R1可以选自碳原子数为5～10的烷基。在本专利技术的实施例中，所述式I中R2和R3可以独立地选自碳原子数为2～18的烷基、碳原子数为2～18的烷基取代的苯基或碳原子数为2～18的烷氧基取代的苯基；在其他的实施例中，所述式I中R2和R3可以独立地选自碳原子数为5～10的烷基、碳原子数为5～10的烷基取代的苯基或碳原子数为5～10的烷氧基取代的苯基。在本专利技术的优选实施例中，所述式I中的R2和R3选自氢。在本专利技术的实施例中，所述式I中的R4可以选自式A本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种菲并咔唑类染料，具有式I所示的结构：式I中，R1选自碳原子数为1～36的烷基；R2和R3独立地选自氢、氟、碳原子数为1～36的烷基、碳原子数为1～36的烷基取代的苯基或碳原子数为1～36的烷氧基取代的苯基；R4选自羧基取代的芳基；R5选自氢、芳基或碳原子数为1～36的烷基。

【技术特征摘要】
1.一种菲并咔唑类染料，具有式II所示的结构：2.一种权利要求1所述的菲并咔唑类染料的制备方法，包括：将具有式7所示结构的化合物和具有式15所示结构的化合物进行偶联反应，得到菲并咔唑类染料；所述菲并咔唑类染料具有式II所示的结构：3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述具有式7所示结构的化合物的制备方...

【专利技术属性】
技术研发人员：王鹏，姚朝阳，张敏，李仁志，马文涛，
申请(专利权)人：中国科学院长春应用化学研究所，
类型：发明
国别省市：吉林;22