一种有机染料、其制备方法与其应用技术

本发明专利技术提供一种具有式(Ⅰ)或式(Ⅱ)结构的有机染料，其中三键苯并噻二唑三键苯甲酸作为电子受体，三苯胺或三苯胺-苝酰亚胺作为电子给体，该有机染料具有较宽的光谱响应范围和较高的摩尔吸收系数，同时具有良好的光、热及化学稳定性；因此，由此类染料制备的染料敏化太阳电池具有较高的短路光电流密度，其功能转化效率可以达到11％。

【技术实现步骤摘要】
一种有机染料、其制备方法与其应用
本专利技术涉及太阳电池
，尤其涉及一种有机染料、其制备方法与其应用。
技术介绍
能源是人类飞速发展的基石，无论是工业革命、电力革命还是信息技术革命，人类一切伟大的创新、技术的进步都是建立在对能源需求不断扩张的基础上。工业技术革命给人类和地球带来的巨大影响超出在此之前的任何时代，对能源的需求也比以往更迫切。在高度发达的当今社会，随着不可再生的三大化石燃料-煤、石油、天然气的消耗和所带来的环境问题，使能源危机和环境保护成为21世纪人类面临的最重要的难题。太阳能作为一种清洁可再生能源，其开发利用是解决人类目前能源危机和环境问题的一种重要手段。自1839年法国科学家Becquerel发现光伏效应以来，光电化学研究已经经历了100多年的历史。目前市场上的太阳电池主要还是以硅太阳电池为主，其中晶硅太阳电池的技术应用最为广泛，占太阳电池的80％以上；但存在着制造成本高，工艺条件苛刻，以及炼硅过程中能耗大、污染严重等缺点。以有机光电功能材料为基础、廉价的激子太阳电池受到国内外广泛的关注和研究。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)作为敏化剂吸附在他们多年潜心发展的高质量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，在染料敏化太阳电池的发展历程中具有里程碑的意义，由此掀起了染料敏化太阳电池的研究热潮。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，且颜色丰富、美观，可制成半透明的产品。柔性的染料敏化太阳电池重量较轻，可以折叠、卷曲而广泛应用于日常生活中。染料敏化剂是染料敏化太阳电池的重要组成之一，而目前商业化的染料多为含有贵金属钌的配合物。但是由于金属钌资源有限且昂贵，钌基染料本身吸收系数提升的空间有限，在过去的十几年间，不含金属的有机染料凭借其原材料丰富、分子设计灵活多样等优点获得了广泛的关注。但是，目前国际上纯有机染料制备的器件的光电转换效率超过10％的只有寥寥几种，效率问题已成为长期困扰纯有机染料发展的症结所在。而目前人们研究较多的是染料的电子给体部分，对电子受体部分研究的较少，所以开发新型电子受体染料敏化剂可能会带来此领域的突破进展。
技术实现思路
本专利技术解决的技术问题在于提供一种有机染料，本申请提供的有机染料作为染料敏化剂制备的太阳电池具有较好的性能。有鉴于此，本申请提供了一种如式(Ⅰ)或式(Ⅱ)所示的有机染料；其中，R1和R2各自独立的选自H、C1～C36的烷基或C1～C36的烷氧基；Y为羧基、亚磷酸基或磺酸基。优选的，所述R1为C6～C18的烷氧基；所述R2为C5～C25的烷基。优选的，所述有机染料为具有式(ⅰ)结构的化合物；优选的，所述有机染料为具有式(ⅱ)结构的化合物；本申请还提供了一种如式(Ⅰ)所示的有机染料的制备方法，包括以下步骤：将具有式(Ⅲ)结构的化合物与具有式(Ⅴ)结构的化合物进行偶联反应，得到有机染料的前体酯；将所述有机染料的前体酯与强碱反应，得到如式(Ⅰ)所示的有机染料；其中，R1选自H、C1～C36的烷基或C1～C36的烷氧基；X为卤素。本申请还提供了一种如式(Ⅱ)所示的有机染料的制备方法，包括以下步骤：将具有式(Ⅳ)结构的化合物与N-卤代丁二酰亚胺反应，将得到的产物与具有式(Ⅴ)结构的化合物进行偶联反应，得到有机染料的前体酯；将所述有机染料的前体酯与强碱反应，得到如式(Ⅱ)所示的有机染料；其中，R1和R2各自独立的选自H、C1～C36的烷基或C1～C36的烷氧基；Y为羧基、亚磷酸基或磺酸基。优选的，所述具有式(Ⅳ)结构的化合物的制备按照下述方法进行：在催化剂作用下，将具有式(VI)结构的化合物与具有式(VII)结构的化合物在溶液中进行偶联反应，得到具有式(Ⅳ)结构的化合物；其中，R1和R2各自独立的选自H、C1～C36的烷基或C1～C36的烷氧基。优选的，所述具有式(Ⅴ)结构的化合物的制备按照下述方法制备：在催化剂的作用下，将具有式(Ⅷ)结构的化合物与4,7-二溴苯并噻二唑在溶液中进行偶联反应，得到具有式(Ⅸ)结构的化合物；在催化剂的作用下，将具有式(Ⅸ)结构的化合物与三异丙基硅基乙炔在溶液中进行偶联反应，得到具有式(Ⅹ)结构的化合物；将具有式(Ⅹ)结构的化合物在四丁基氟化铵作用下反应，得到具有式(Ⅴ)结构的化合物；其中，Y为羧基、亚磷酸基或磺酸基。本申请还提供了所述的有机染料或上述方案所制备的有机染料在染料敏化太阳电池中的应用。本申请提供了一种有机染料，其制备方法以及其在太阳电池中的应用。本申请提供的有机染料以三键苯并噻二唑三键苯甲酸作为受体，以三苯胺或三苯胺-苝酰亚胺作为电子给体，该种结构使有机染料具有较宽的光谱响应范围和较高的摩尔吸收系数，同时具有良好的光、热及化学稳定性，则采用此种染料制备的太阳电池具有较高的短路光电流密度以及功能转化效率。实验结果表明，采用本申请提供的有机染料制备的太阳电池功能转化效率可达11％。具体实施方式为了进一步理解本专利技术，下面结合实施例对本专利技术优选实施方案进行描述，但是应当理解，这些描述只是为进一步说明本专利技术的特征和优点，而不是对本专利技术权利要求的限制。本专利技术实施例公开了一种如式(Ⅰ)或式(Ⅱ)所示的有机染料；其中，R1和R2各自独立的选自H、C1～C36的烷基或C1～C36的烷氧基；Y为羧基、亚磷酸基或磺酸基。本申请提供了一种含三键苯并噻二唑三键苯甲酸新型电子受体有机染料。本领域技术人员熟知的，电子受体是指在电子传递中接受电子的物质和被还原的物质；而电子给体是指提供电子的一方。本申请中三键苯并噻二唑三键苯甲酸作为电子受体，而三苯胺或三苯胺-苝酰亚胺作为电子给体。本申请中在具有式(Ⅰ)结构的有机染料中，R1优选为C5～C25的烷基或C5～C25的烷氧基；在一些实施例中，所述R1优选为C6～C18的烷基或C6～C18的烷氧基；在一些实施例中，所述R1优选为-C6H13O，Y优选为羧基，则得到的有机染料具有式(ⅰ)所示的结构：在具有式(Ⅱ)结构的有机染料中，所述R1优选为C5～C25的烷基或C5～C25的烷氧基；在一些实施例中，所述R1优选为C6～C18的烷基或C6～C18的烷氧基；在一些实施例中所述R2优选为C5～C25的烷基或C5～C25的烷氧基。在实施例中，所述具有式(Ⅱ)结构的有机染料优选为下述有机染料：本申请还提供了所述具有式(Ⅰ)结构的有机染料的制备方法，包括以下步骤：将具有式(Ⅲ)结构的化合物与具有式(Ⅴ)结构的化合物进行偶联反应，得到有机染料的前体酯；将所述有机染料的前体酯与强碱反应，得到如式(Ⅱ)所示的有机染料；其中，R1选自H、C1～C36的烷基或C1～C36的烷氧基；X为卤族元素。在上述过程中，具有式(Ⅴ)结构的化合物为电子受体化合物，具有式(Ⅲ)结构的化合物为电子给体化合物，在反应的过程中，上述两种化合物发生Sonogashira偶联反应，得到有机染料前体酯，其再与强碱作用，得到有机染料。所述Sonogashira偶联反应是由Pd/Cu混合催化剂催化的末端炔烃与sp2型碳的卤化物之间的交叉偶联反应。上述卤族元素优选为碘本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种如式(Ⅰ)或式(Ⅱ)所示的有机染料；其中，R1和R2各自独立的选自H、C1～C36的烷基或C1～C36的烷氧基；Y为羧基、亚磷酸基或磺酸基。

【技术特征摘要】
1.一种如式(Ⅰ)或式(II)所示的有机染料；其中，R1和R2各自独立的选自H、C1～C36的烷基或C1～C36的烷氧基；Y为羧基、亚磷酸基或磺酸基。2.根据权利要求1所述的有机染料，其特征在于，所述R1为C6～C18的烷氧基；所述R2为C5～C25的烷基。3.根据权利要求1所述的有机染料，其特征在于，所述有机染料为具有式(ⅰ)结构的化合物；4.根据权利要求1所述的有机染料，其特征在于，所述有机染料为具有式(ⅱ)结构的化合物；5.一种如式(Ⅰ)所示的有机染料的制备方法，包括以下步骤：将具有式(Ⅲ)结构的化合物与具有式(Ⅴ)结构的化合物进行偶联反应，得到有机染料的前体酯；将所述有机染料的前体酯与强碱反应，得到如式(Ⅰ)所示的有机染料；其中，R1选自H、C1～C36的烷基或C1～C36的烷氧基；Y为羧基、亚磷酸基或磺酸基；X为卤素；Y1为羧酸酯基、亚磷酸酯基或磺酸酯基。6.一种如式(II)所示的有机染料的制备方法，包括以下步骤：将具有式(Ⅳ)结构的化合物与N-卤代丁二酰亚胺反应，将得到的产物与具有式(Ⅴ)结构的化合物进行偶联反应，得到有机染料的前体酯；将所述有机染料的前体酯与强碱反应，得到如式(II)所示的有机染料；其中，R1...

【专利技术属性】
技术研发人员：王鹏，任垭萌，张敏，张静，
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