CN101235214A - 有机钌染料及染料敏化太阳能电池 - Google Patents

有机钌染料及染料敏化太阳能电池 Download PDF

Info

Publication number
CN101235214A
CN101235214A CNA2008100504012A CN200810050401A CN101235214A CN 101235214 A CN101235214 A CN 101235214A CN A2008100504012 A CNA2008100504012 A CN A2008100504012A CN 200810050401 A CN200810050401 A CN 200810050401A CN 101235214 A CN101235214 A CN 101235214A
Authority
CN
China
Prior art keywords
chemical structure
general formula
dye
organic ruthenium
formula
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CNA2008100504012A
Other languages
English (en)
Other versions
CN101235214B (zh
Inventor
高飞飞
王媛
张静
王鹏
扎克如丁·塞克
格雷塞·米歇尔
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Changzhou Institute Of Energy Storage Materials & Devices
Original Assignee
Changchun Institute of Applied Chemistry of CAS
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Changchun Institute of Applied Chemistry of CAS filed Critical Changchun Institute of Applied Chemistry of CAS
Priority to CN2008100504012A priority Critical patent/CN101235214B/zh
Publication of CN101235214A publication Critical patent/CN101235214A/zh
Priority to JP2010548237A priority patent/JP5491419B2/ja
Priority to US12/735,942 priority patent/US9716240B2/en
Priority to EP09714128.7A priority patent/EP2257601B1/en
Priority to PCT/IB2009/050800 priority patent/WO2009107100A2/en
Priority to KR1020107021375A priority patent/KR20100132508A/ko
Application granted granted Critical
Publication of CN101235214B publication Critical patent/CN101235214B/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C07—ORGANIC CHEMISTRY
    • C07F—ACYCLIC, CARBOCYCLIC OR HETEROCYCLIC COMPOUNDS CONTAINING ELEMENTS OTHER THAN CARBON, HYDROGEN, HALOGEN, OXYGEN, NITROGEN, SULFUR, SELENIUM OR TELLURIUM
    • C07F15/00—Compounds containing elements of Groups 8, 9, 10 or 18 of the Periodic Table
    • C07F15/0006—Compounds containing elements of Groups 8, 9, 10 or 18 of the Periodic Table compounds of the platinum group
    • C07F15/0046—Ruthenium compounds
    • C07F15/0053—Ruthenium compounds without a metal-carbon linkage
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09B—ORGANIC DYES OR CLOSELY-RELATED COMPOUNDS FOR PRODUCING DYES, e.g. PIGMENTS; MORDANTS; LAKES
    • C09B57/00—Other synthetic dyes of known constitution
    • C09B57/10—Metal complexes of organic compounds not being dyes in uncomplexed form
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K85/00—Organic materials used in the body or electrodes of devices covered by this subclass
    • H10K85/30—Coordination compounds
    • H10K85/341—Transition metal complexes, e.g. Ru(II)polypyridine complexes
    • H10K85/344—Transition metal complexes, e.g. Ru(II)polypyridine complexes comprising ruthenium
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES, LIGHT-SENSITIVE OR TEMPERATURE-SENSITIVE DEVICES OF THE ELECTROLYTIC TYPE
    • H01G9/00—Electrolytic capacitors, rectifiers, detectors, switching devices, light-sensitive or temperature-sensitive devices; Processes of their manufacture
    • H01G9/20—Light-sensitive devices
    • H01G9/2004—Light-sensitive devices characterised by the electrolyte, e.g. comprising an organic electrolyte
    • H01G9/2013—Light-sensitive devices characterised by the electrolyte, e.g. comprising an organic electrolyte the electrolyte comprising ionic liquids, e.g. alkyl imidazolium iodide
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES, LIGHT-SENSITIVE OR TEMPERATURE-SENSITIVE DEVICES OF THE ELECTROLYTIC TYPE
    • H01G9/00—Electrolytic capacitors, rectifiers, detectors, switching devices, light-sensitive or temperature-sensitive devices; Processes of their manufacture
    • H01G9/20—Light-sensitive devices
    • H01G9/2027—Light-sensitive devices comprising an oxide semiconductor electrode
    • H01G9/2031—Light-sensitive devices comprising an oxide semiconductor electrode comprising titanium oxide, e.g. TiO2
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES, LIGHT-SENSITIVE OR TEMPERATURE-SENSITIVE DEVICES OF THE ELECTROLYTIC TYPE
    • H01G9/00—Electrolytic capacitors, rectifiers, detectors, switching devices, light-sensitive or temperature-sensitive devices; Processes of their manufacture
    • H01G9/20—Light-sensitive devices
    • H01G9/2059—Light-sensitive devices comprising an organic dye as the active light absorbing material, e.g. adsorbed on an electrode or dissolved in solution
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
    • Y02E10/542—Dye sensitized solar cells
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
    • Y02E10/549—Organic PV cells

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Hybrid Cells (AREA)
  • Photovoltaic Devices (AREA)

Abstract

本发明涉及有机钌染料及用其制备的染料敏化太阳能电池。有机钌染料的化学结构式如右所示，式1中，R1为芳香烃及其衍生物所构成的基团；R2为氢原子、烷烃、烷氧基、环烷基、卤烷基、卤素、杂环、n≥0。用所述的结构式的有机钌染料制备的染料敏化太阳能电池，在标准AM1.5模拟太阳光下测定，短路电流Jsc为17.8－18.33mA/cm2，开路电压Voc为725－760mV，填充因子ff为0.734－0.776，光电转换效率为9.5－10.5％。

Description

有机钌染料及染料敏化太阳能电池
技术领域
本发明涉及有机钌染料及染料敏化太阳能电池。
背景技术
21世纪即将来临，如何解决好能源问题显得越来越紧迫。太阳能作为一种可再生的清洁能源是人类长期生存的理想能源。在太阳能电池中，硅太阳能电池因其转换率高和技术成熟占据了太阳能电池主要部分，但是硅太阳能电池存在着生产成本高且在提高电池效率方面存在困难，原材料价格昂贵而难以普及。1991年，瑞士联邦高工的Grtzel小组报道了高效染料敏化纳米晶太阳能电池的突破性工作(Nature 1991，353，737)，这种电池为人类提供低价，高效，长寿绿色可再生能源带来希望。电池敏化材料是提高电池效率的一个关键材料，其中以联吡啶钌染料作为此种电池的重要组成部分已经有了很大的发展。
通过适当的提高染料分子的共轭程度获得高效的染料敏化剂，这对于染料敏化太阳能电池性能提高和成本降低具有十分重要的意义(P.Wang，C.Klein，R.Humphry-Baker，S.M.Zakeeruddin and M.Grtzel，J.Am.Chem.Soc.，2004，127，808.)。
发明内容
本发明提供了有机钌染料及用其制备的染料敏化太阳能电池。
本发明提供的有机钌染料，具有如下的化学结构通式1：
Figure S2008100504012D00021
所表示化合物或其盐的形式。
式1中，R1为芳香烃及其衍生物所构成的基团；R1优选以下的化学结构通式2-13的一个或多个：
化学结构通式2
Figure S2008100504012D00022
化学结构通式3
Figure S2008100504012D00023
化学结构通式4
Figure S2008100504012D00024
化学结构通式5
化学结构通式6
Figure S2008100504012D00032
化学结构通式7
Figure S2008100504012D00033
化学结构通式8
Figure S2008100504012D00034
化学结构通式9
Figure S2008100504012D00035
化学结构通式10
Figure S2008100504012D00041
化学结构通式11]
Figure S2008100504012D00042
化学结构通式12
Figure S2008100504012D00043
化学结构通式13
式中，A为O，S；B为O，S；A，B不同为O，S；
R2为氢原子、烷烃、烷氧基、环烷基、卤烷基、卤素、杂环、
Figure S2008100504012D00045
或
Figure S2008100504012D00046
n≥0；
R3至R24为氢原子、羟基、烷烃基、环烷基、烷氧基、芳氧基、芳烷基、烷硫基、卤烷基或卤素。
所述有机钌染料优选有如下化学结构式I-V的任意一个及其盐的形式：
化学结构式I
Figure S2008100504012D00051
化学结构式II
Figure S2008100504012D00052
化学结构式III
Figure S2008100504012D00061
化学结构式IV
化学结构式V
Figure S2008100504012D00063
以下介绍本发明提供的有机钌染料的制备方法，其步骤和条件如下：
有机配体一般合成路线：
Figure S2008100504012D00071
化合物e的合成：
在-78℃氩气保护下，化合物a的四氢呋喃中溶液中加入等摩尔的正丁基锂，对化合物进行锂化，然后加入等摩尔的化合物c，反应温度升至室温反应12小时，通过加入水对反应猝灭，乙酸乙酯或氯仿萃取，用无水硫酸钠干燥，除去溶剂，柱层析，得到产物d。
在-78℃氩气保护下，化合物d的四氢呋喃中溶液中加入等摩尔的正丁基锂，对化合物进行锂化，然后加入等摩尔的三丁基氯化锡，反应温度升至室温反应12小时，通过加入水对反应猝灭，乙酸乙酯或氯仿萃取，用无水硫酸钠干燥，除去溶剂，得到的化合物e直接用于下步反应。
化合物b的合成：
化合物f，化合物e和四(三苯基膦基)钯以摩尔比1∶2.5∶0.1混合，加入甲苯溶解，在氩气保护下升温回流反应24小时，体系冷却至室温后，加入氯仿，有机相用碳酸钠溶液和水洗三次，用无水硫酸钠干燥，除去溶剂，柱层析，得到产物b。
化学结构式I有机钌染料的合成路线如下：
具体合成方法为：
将0.1g(0.16mmol)1a与0.146g(0.32mmol)1b溶于50mL DMF中，N2保护，加热至60℃搅拌4小时。然后向反应体系中加入0.08g(0.32mmol)4，4′-二羧酸-2，2′-联吡啶加热到140℃回流4个小时，再加入0.89g(13mmol)NH4NCS回流4个小时，减压蒸馏除去溶剂DMF，加入适量的水，抽滤得到固体，用水和乙醚洗涤固体，固体放入真空干燥烘箱中烘干。混合物溶于NaOH甲醇溶液中，柱色谱提纯。收集到的物质浓缩除去部分溶剂，再用硝酸的甲醇溶液缓慢滴加至PH＝4.8，抽滤，烘干，得到化学结构式I的有机钌染料。
本发明所涉及的钌染料的合成均采用此方法。
如图7、8所示，本发明提供染料敏化太阳能电池由透明基底层1、导电层2、光吸收层3、电解质层6和对电极7构成；2个透明基底层1中间顺次连接的是导电层2、光吸收层3、电解质层6和对电极7；所述的光吸收层3由半导体纳米粒子层4和染料层5构成，其中，半导体纳米粒子层4与导电层2连接，染料层5与电解质层6连接；
所述的透明基底层1是玻璃基底或塑料构成；所述的塑料是聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚萘二甲酸乙二醇酯、聚碳酸酯、聚丙烯、聚酰亚胺、三乙酰基纤维素和聚醚砜其中的任意一种；
所述的导电层2由氧化铟锡(ITO)、氧化氟锡(FTO)、ZnO-Ga2O3、ZnO-Al2O3、锡基氧化物、氧化锑锡(ATO)和氧化锌中的任意一种构成；
所述的半导体纳米粒子层4的半导体纳米粒子为Si、TiO2、SnO2、ZnO、WO3、Nb2O5和TiSrO3中的任意一种，0nm＜半导体纳米粒子的平均粒径≤50nm；
所述的染料层5为化学结构通式1的有机钌染料构成；
所述的电解质层6以是碘/碘化锂电解质，或者离子液体和有机空穴传输材料中的任意一种构成；
所述的离子液体包括阴离子和阳离子两部分，其中阴离子选自I-、Br-、Cl-、[N(CN)2]-、[N(SO2CF3)2]-、[PF6]-、[BF4]-、[NO3]-、[C(CN)3]-、[B(CN)4]-、[CF3COO]-、[ClO4]-、[BF3CF3]-、[CF3SO3]-、[CF3F2SO3]-、[CH3H2SO3]-、[(CF3SO2)2N]-、[(C2H5SO2)2N]-、[(CF3SO2)3C]-、[(C2F5SO2)3C]-、[(FSO2)3C]-、[CH3CH2OSO3]-、[CF3C(O)O]-、[CF3CF2C(O)O]-、[CH3CH2C(O)O]-、[CH3C(O)O]-、[P(C2H5)3F3]-、[P(CF3)3F3]-、[P(C2H4H)(CF3)2F3]]-、[P(C2F3H2)3F3]-、[P(C2F5)(CF3)2F3]-、[P(CF3)3F3]-、[P(C6H5)3F3]-、[P(C3H7)3F3]-、[P(C4H9)3F3]-、[P(C2H5)2F4]-、[(C2H5)2P(O)O]-、[(C2H5)2P(O)O2]2-、[PC6H5]2F4]-、[(CF3)2P(O)O]-、[(CH3)2P(O)O]-、[(C4H9)2P(O)O]-、[CF3P(O)O2]2-、[CH3P(O)O2]2-、[(CH3O)2P(O)O]-、[BF2(C2F5)2]-、[BF3(C2F5)]-、[BF2(CF3)2]-、[B(C2F5)4]-、[BF3(CN)]-、[BF2(CN)2]-、[B(CF3)4]-、[B(OCH3)4]-、[B(OCH3)2(C2H5)]-、[B(O2C2H4)2]-、[B(O2C2H2)2]-、[B(O2CH4)2]-、[N(CF3)2]-、[AlCl4]-和[SiF6]2-中的任意一种；
阳离子选自
Figure S2008100504012D00101
中的任意一种；
有机空穴传输材料是2，2′，7，7′-四双(N，N-二-P-甲氧基胺)9，9′-螺双芴；
所述的对电极7由Pt、Au、Ni、Cu、Ag、In、Ru、Pd、Rh、Ir、Os、C和导电聚合物中任意一个或多个组成；所述的导电聚合物为聚苯胺、聚吡咯、聚噻吩、聚对苯乙炔和聚醚中的任意一种。
一面介绍用有机钌染料I制备染料敏化太阳能电池：
染料敏化太阳能电池的光阳电极采用介孔的双层，底层膜由20nm的TiO2纳米晶组成，厚度为7μm，上层膜厚度由400nm的TiO2光散射粒子组成，厚度为5μm。制备TiO2纳米晶和TiO2纳米结构双层膜电极的方法参见文章(Wang P.et al.，Enhance the Performance ofDye-Sensitized Solar Cells by Co-grafting Amphiphilic Sensitizer andHexadecylmalonic Acid on TiO2 Nanocrystals，J.Phys.Chem.B.，107，2003，14336)。
将制备好的TiO2纳米结构双层膜电极浸泡在含有300μM结构式I的染料和10mMCheno(3，7-二羟基-4-胆酸)的氯苯中，时间为12小时，这时，染料分子就吸附在电极上，并能保证90％以上的覆盖率，然后将纳米铂的玻璃电极通过一个35μm厚的热融环同TiO2纳米结构双层膜电极加热熔融密封，最后将电解质材料注入到两个电极的缝隙中，即构成了染料敏化太阳能电池。详细的用有机钌染料制备的染料敏化太阳能电池的制备方法参见文献(Wang P.et al.，ASolvent-Free，SeCN-/(SeCN)3 -Based Ionic Liquid Electrolyte forHigh-Efficiency Dye-Sensitized Nanocrystalline Solar Cell，J.Am.Chem.Soc.，126，2004，7164)。
本发明的有益效果：本发明所述的有机钌染料制备工艺简单，成本低，产率较高，易于纯化，并且可以通过分子设计进行改性。将此类材料作为敏化剂用于染料敏化太阳能电池中，获得了85％以上的光电转换效率和9.5％-10.5％的电池效率，具有良好的光电转换性能及应用前景
附图说明
图1是本发明提供的由有机钌染料1所示染料制备的染料敏化太阳能电池的光电转换效率与波长的曲线图。
图2是本发明提供的由有机钌染料1所示染料制备的染料敏化太阳能电池电流与电压关系曲线图。
图3是本发明提供的由有机钌染料2所示染料制备的染料敏化太阳能电池的光电转换效率与波长的曲线图。
图4是本发明提供的由有机钌染料2所示染料制备的染料敏化太阳能电池电流与电压关系曲线图。
图5是本发明提供的由有机钌染料5所示染料制备的染料敏化太阳能电池的光电转换效率与波长的曲线图。
图6是本发明提供的由有机钌染料5所示染料制备的染料敏化太阳能电池电流与电压关系曲线图。
图7是由有机染料制备的染料敏化太阳能电池的结构示意图。此图也是摘要附图。
图8是光吸收层3结构示意图。图中，4为半导体纳米粒子层，5为染料层。
具体实施方式
有机配体一般合成路线：
Figure S2008100504012D00131
化合物e的合成：
在-78℃氩气保护下，化合物a的四氢呋喃中溶液中加入等摩尔的正丁基锂，对化合物进行锂化，然后加入等摩尔的化合物c，反应温度升至室温反应12小时，通过加入水对反应猝灭，乙酸乙酯或氯仿萃取，用无水硫酸钠干燥，除去溶剂，柱层析，得到产物d。
在-78℃氩气保护下，化合物d的四氢呋喃中溶液中加入等摩尔的正丁基锂，对化合物进行锂化，然后加入等摩尔的三丁基氯化锡，反应温度升至室温反应12小时，通过加入水对反应猝灭，乙酸乙酯或氯仿萃取，用无水硫酸钠干燥，除去溶剂，得到的化合物e直接用于下步反应。
化合物b的合成：
化合物f，化合物e和四(三苯基膦基)钯以摩尔比1∶2.5∶0.1混合，加入甲苯溶解，在氩气保护下升温回流反应24小时，体系冷却至室温后，加入氯仿，有机相用碳酸钠溶液和水洗三次，用无水硫酸钠干燥，除去溶剂，柱层析，得到产物b。
实施例1：化学结构式I有机钌染料的合成路线如下：
具体合成方法为：
将0.1g(0.16mmol)1a与0.146g(0.32mmol)1b溶于50mL DMF中，N2保护，加热至60℃搅拌4小时。然后向反应体系中加入0.08g(0.32mmol)4，4′-二羧酸-2，2′-联吡啶加热到140℃回流4个小时，再加入0.89g(13mmol)NH4NCS回流4个小时，减压蒸馏除去溶剂DMF，加入适量的水，抽滤得到固体，用水和乙醚洗涤固体，固体放入真空干燥烘箱中烘干。混合物溶于NaOH甲醇溶液中，柱色谱提纯。收集到的物质浓缩除去部分溶剂，再用硝酸的甲醇溶液缓慢滴加至PH＝4.8，抽滤，烘干，得到化学结构式I的有机钌染料。
化学结构式I的有机钌染料双钠盐的核磁数据：1H NMR(200MHz，CD3OD+NaOD，δH)：9.65(d，1H)，9.05(d，1H)，9.00(s，1H)，8.80(s，1H)，8.35(d，1H)，8.15(s，1H)，8.00(s，1H)，8.10(d，1H)，7.60-7.50(m，3H)，7.40(d，1H)，7.00(d，1H)，6.80(d，1H)，6.50(d，1H)，6.40(d，1H)，3.05(t，2H)，2.85(t，2H)，1.80(m，4H)，1.50(m，12H)，1.05(m，6H).
文中所提及的钌染料的合成均采用此方法。
化学结构式II的有机钌染料双钠盐的核磁数据：1H NMR(200MHz，CD3OD+NaOD，δH)：9.65(d，1H)，9.10(d，1H)，9.00(s，1H)，8.85(s，1H)，8.40(s，1H)，8.30(d，1H)，8.25(s，2H)，8.10(s，1H)，7.85(d，1H)，7.60(d，1H)，7.30(d，1H)，7.20(s，2H)，7.10(d，1H)，6.85(d，1H)，3.05(t，2H)，2.95(t，2H)，1.80(m，4H)，1.40(m，20H)，0.95(m，6H).
实施例2：有机钌染料I在染料敏化太阳能电池中的应用
染料敏化太阳能电池的光阳电极采用介孔的双层，底层膜由20nm的TiO2纳米晶组成，厚度为7μm，上层膜厚度由400nm的TiO2光散射粒子组成，厚度为5μm。制备TiO2纳米晶和TiO2纳米结构双层膜电极的方法参见文章(Wang P.et al.，Enhance the Performance ofDye-Sensitized Solar Cells by Co-grafting Amphiphilic Sensitizer andHexadecylmalonic Acid on TiO2 Nanocrystals，J.Phys.Chem.B.，107，2003，14336)。
将制备好的TiO2纳米结构双层膜电极浸泡在含有300μM结构式I的染料和10mMCheno(3，7-二羟基-4-胆酸)的氯苯中，时间为12小时，这时，染料分子就吸附在电极上，并能保证90％以上的覆盖率，然后将纳米铂的玻璃电极通过一个35μm厚的热融环同TiO2纳米结构双层膜电极加热熔融密封，最后将电解质材料注入到两个电极的缝隙中，即构成了染料敏化太阳能电池。详细的器件制备方法参见文献(Wang P.et al.，A Solvent-Free，SeCN-/(SeCN)3 -Based IonicLiquid Electrolyte for High-Efficiency Dye-Sensitized NanocrystallineSolar Cell，J.Am.Chem.Soc.，126，2004，7164)。
器件在标准AM1.5模拟太阳光下测定，光强100mw/cm2，短路光电流Jsc为17.8mA/cm2，开路光电压Voc为725mV，填充因子ff为0.734，光电转换效率为9.5％。
根据实施例2的方法制备染料敏化太阳能电池。
实施例3：结构式II所示的有机钌染料的制备及由结构式II的有机钌染料制备的染料敏化太阳能电池
Figure S2008100504012D00161
根据实施例1的步骤和条件合成出结构式为II的染料；根据实施例2的方法制备染料敏化太阳能电池，只是将结构式为I的有机钌染料换成结构式II所示的有机钌染料。得到的染料敏化太阳能电池参数见说明书附表。
实施例4：结构式V所示的有机染料的制备及由结构式V的有机染料制备的染料敏化太阳能电池
Figure S2008100504012D00171
根据实施例1的步骤和条件合成出结构式为V的染料；根据实施例2的方法制备染料敏化太阳能电池，只是将结构式为I的有机染料换成结构式V所示的有机染料。得到的染料敏化太阳能电池参数见说明书附表。
附表：用有机钌染料制备敏化太阳能电池的参数测量结果
  染料   开路电压(mV)   短路电流(mA/cm2)   填充因子ff   效率(％)
  I   725   17.80   0.734   9.5
  II   728   18.33   0.752   10.0
  III   729   18.21   0.749   9.9
  IV   726   17.90   0.738   9.6
  V   760   17.87   0.776   10.5

Claims (4)

1、有机钌染料，其特征在于具有如下化学结构通式：
Figure S2008100504012C00011
表示的化合物或其盐的形式；
式中，R1为芳香烃及其衍生物所构成的基团；R2为氢原子、烷烃、烷氧基、环烷基、卤烷基、卤素、杂环、或n≥0。
2、如权利要求1所述的有机钌染料，其特征在于所述的R1为以下的化学结构通式2-13的一个或多个：
化学结构通式2
Figure S2008100504012C00014
化学结构通式3
Figure S2008100504012C00015
化学结构通式4
Figure S2008100504012C00021
化学结构通式5
Figure S2008100504012C00022
化学结构通式6
Figure S2008100504012C00023
化学结构通式7
Figure S2008100504012C00024
化学结构通式8
Figure S2008100504012C00025
化学结构通式9
Figure S2008100504012C00031
化学结构通式10
Figure S2008100504012C00032
化学结构通式11]
Figure S2008100504012C00033
化学结构通式12
Figure S2008100504012C00034
化学结构通式13
式中，A为O，S；B为O，S；A，B不同为O，S；
R3至R24为氢原子、羟基、烷烃基、环烷基、烷氧基、芳氧基、芳烷基、烷硫基、卤烷基或卤素。
3、如权利要求1所述的有机钌染料，其特征在于所述有机钌染料为如下化学结构式I-V的任意一个及其盐的形式：
化学结构式I
化学结构式II
Figure S2008100504012C00042
化学结构式III
化学结构式IV
化学结构式V
4.用权利要求1中所述有机钌染料制备的染料敏化太阳能电池，其特征在于，其由透明基底层(1)、导电层(2)、光吸收层(3)、电解质层(6)和对电极(7)构成；2个透明基底层(1)中间顺次连接的是导电层(2)、光吸收层(3)、电解质层(6)和对电极(7)；所述的光吸收层(3)由半导体纳米粒子层(4)和染料层(5)构成，其中，半导体纳米粒子层(4)与导电层(2)连接，染料层(5)与电解质层(6)连接；
所述的透明基底层(1)是玻璃基底或塑料构成；所述的塑料是聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚萘二甲酸乙二醇酯、聚碳酸酯、聚丙烯、聚酰亚胺、三乙酰基纤维素和聚醚砜其中的任意一种；
所述的导电层(2)由氧化铟锡、氧化氟锡、ZnO-Ga2O3、ZnO-Al2O3、锡基氧化物、氧化锑锡和氧化锌中的任意一种构成；
所述的半导体纳米粒子层(4)的半导体纳米粒子为Si、TiO2、SnO2、ZnO、WO3、Nb2O5和TiSrO3中的任意一种，0nm＜半导体纳米粒子的平均粒径≤50nm；
所述的染料层(5)为化学结构通式1的有机钌染料构成；
所述的电解质层6是碘/碘化锂电解质，或者离子液体和有机空穴传输材料中的任意一种构成；
所述的离子液体包括阴离子和阳离子两部分，其中阴离子选自I-、Br-、Cl-、[N(CN)2]-、[N(SO2CF3)2]-、[PF6]-、[BF4]-、[NO3]-、[C(CN)3]-、[B(CN)4]-、[CF3COO]-、[ClO4]-、[BF3CF3]-、[CF3SO3]-、[CF3F2SO3]-、[CH3H2SO3]-、[(CF3SO2)2N]-、[(C2H5SO2)2N]-、[(CF3SO2)3C]-、[(C2F5SO2)3C]-、[(FSO2)3C]-、[CH3CH2OSO3]-、[CF3C(O)O]-、[CF3CF2C(O)O]-、[CH3CH2C(O)O]-、[CH3C(O)O]-、[P(C2H5)3F3]-、[P(CF3)3F3]-、[P(C2H4H)(CF3)2F3]]-、[P(C2F3H2)3F3]-、[P(C2F5)(CF3)2F3]-、[P(CF3)3F3]-、[P(C6H5)3F3]-、[P(C3H7)3F3]-、[P(C4H9)3F3]-、[P(C2H5)2F4]-、[(C2H5)2P(O)O]-、[(C2H5)2P(O)O2]2 -、[PC6H5]2F4]-、[(CF3)2P(O)O]-、[(CH3)2P(O)O]-、[(C4H9)2P(O)O]-、[CF3P(O)O2]2-、[CH3P(O)O2]2-、[(CH3O)2P(O)O]-、[BF2(C2F5)2]-、[BF3(C2F5)]-、[BF2(CF3)2]-、[B(C2F5)4]-、[BF3(CN)]-、[BF2(CN)2]-、[B(CF3)4]-、[B(OCH3)4]-、[B(OCH3)2(C2H5)]-、[B(O2C2H4)2]-、[B(O2C2H2)2]-、[B(O2CH4)2]-、[N(CF3)2]-、[AlCl4]-和[SiF6]2-中的任意一种；
阳离子选自
Figure S2008100504012C00071
中的任意一种；
有机空穴传输材料是2，2′，7，7′-四双(N，N-二-P-甲氧基胺)9，9′-螺双芴；
所述的对电极(7)由Pt、Au、Ni、Cu、Ag、In、Ru、Pd、Rh、Ir、Os、C和导电聚合物中任意一个或多个组成；所述的导电聚合物为聚苯胺、聚吡咯、聚噻吩、聚对苯乙炔和聚醚中的任意一种。
CN2008100504012A 2008-02-27 2008-02-27 有机钌染料及染料敏化太阳能电池 Expired - Fee Related CN101235214B (zh)

Priority Applications (6)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN2008100504012A CN101235214B (zh) 2008-02-27 2008-02-27 有机钌染料及染料敏化太阳能电池
JP2010548237A JP5491419B2 (ja) 2008-02-27 2009-02-27 高分子吸光係数金属色素
US12/735,942 US9716240B2 (en) 2008-02-27 2009-02-27 High molecular extinction coefficient metal dyes
EP09714128.7A EP2257601B1 (en) 2008-02-27 2009-02-27 High molecular extinction coefficient metal dyes
PCT/IB2009/050800 WO2009107100A2 (en) 2008-02-27 2009-02-27 High molecular extinction coefficient metal dyes
KR1020107021375A KR20100132508A (ko) 2008-02-27 2009-02-27 큰 분자 흡광 계수의 금속 염료

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN2008100504012A CN101235214B (zh) 2008-02-27 2008-02-27 有机钌染料及染料敏化太阳能电池

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN101235214A true CN101235214A (zh) 2008-08-06
CN101235214B CN101235214B (zh) 2012-07-04

Family

ID=39919136

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN2008100504012A Expired - Fee Related CN101235214B (zh) 2008-02-27 2008-02-27 有机钌染料及染料敏化太阳能电池

Country Status (6)

Country Link
US (1) US9716240B2 (zh)
EP (1) EP2257601B1 (zh)
JP (1) JP5491419B2 (zh)
KR (1) KR20100132508A (zh)
CN (1) CN101235214B (zh)
WO (1) WO2009107100A2 (zh)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102201539A (zh) * 2011-04-22 2011-09-28 华北电力大学 一种反向结构聚合物太阳电池及其制备方法
CN101412855B (zh) * 2008-12-04 2011-09-28 中国科学院长春应用化学研究所 含推S,Se或Te电子基团的联吡啶钌染料及其在染料敏化太阳电池中的应用
CN102417511A (zh) * 2011-09-22 2012-04-18 西北师范大学 酰腙锌卟啉及其配合物的合成和应用
CN102786812A (zh) * 2011-05-16 2012-11-21 财团法人交大思源基金会 用于染料敏化太阳能电池的钌错合物光敏染料
CN103554996A (zh) * 2013-10-11 2014-02-05 华中科技大学 含阳离子的钌络合物染料及其制备的染料敏化太阳能电池

Families Citing this family (26)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2010055471A1 (en) * 2008-11-11 2010-05-20 Ecole Polytechnique Federale De Lausanne (Epfl) Novel anchoring ligands for sensitizers of dye-sensitized photovoltaic devices
KR101050470B1 (ko) * 2010-04-05 2011-07-20 삼성에스디아이 주식회사 루테늄 착체 및 이를 이용한 염료감응 태양전지
WO2011125024A1 (en) 2010-04-05 2011-10-13 Ecole Polytechnique Federale De Lausanne (Epfl) Improved electrode
JP5590552B2 (ja) * 2010-04-13 2014-09-17 国立大学法人広島大学 色素増感型光電変換素子
KR101181262B1 (ko) * 2010-05-18 2012-09-10 에스에프씨 주식회사 유기염료 및 이를 이용한 염료감응 태양전지
KR101175207B1 (ko) 2010-05-18 2012-08-20 에스에프씨 주식회사 유기염료 및 이를 이용한 염료감응 태양전지
KR101188803B1 (ko) 2010-05-20 2012-10-09 (주)씨에스엘쏠라 염료 감응 태양 전지용 루테늄계 염료 및 이로부터 제조된 염료 감응 태양 전지
DE102010046412B4 (de) 2010-09-23 2022-01-13 Merck Patent Gmbh Metall-Ligand Koordinationsverbindungen
DE102010054525A1 (de) 2010-12-15 2012-04-26 Merck Patent Gmbh Organische Elektrolumineszenzvorrichtung
DE102010055902A1 (de) 2010-12-23 2012-06-28 Merck Patent Gmbh Organische Elektrolumineszenzvorrichtung
JP6356060B2 (ja) 2011-03-24 2018-07-11 メルク パテント ゲーエムベーハー 有機イオン性機能材料
KR101323866B1 (ko) * 2011-04-29 2013-10-31 (주)씨에스엘쏠라 신규한 염료 감응 태양 전지용 염료 및 이로부터 제조된 염료 감응 태양 전지
WO2012152366A1 (en) 2011-05-12 2012-11-15 Merck Patent Gmbh Organic ionic compounds, compositions and electronic devices
DE102012016192A1 (de) 2011-08-19 2013-02-21 Merck Patent Gmbh Neue Materialien für organische Elektrolumineszenzvorrichtungen
WO2013084029A1 (en) 2011-12-08 2013-06-13 Ecole Polytechnique Federale De Lausanne (Epfl) Semiconductor electrode comprising a blocking layer
US9394446B2 (en) 2012-11-16 2016-07-19 Tanaka Kikinzoku Kogyo K.K. Method for recovering Ru complex dye from used dye solution
US9695354B2 (en) 2012-11-20 2017-07-04 Merck Patent Gmbh Formulation in high-purity solvent for producing electronic devices
EP2822009A1 (en) 2013-07-01 2015-01-07 Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL) Solar cell and process for producing the same
EP2846371A1 (en) 2013-09-10 2015-03-11 Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL) Inverted solar cell and process for producing the same
EP2896660A1 (en) 2014-01-16 2015-07-22 Ecole Polytechnique Federale De Lausanne (Epfl) Hole transporting and light absorbing material for solid state solar cells
EP2903047A1 (en) 2014-01-31 2015-08-05 Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL) Hole transporting and light absorbing material for solid state solar cells
EP2966703A1 (en) 2014-07-11 2016-01-13 Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL) Template enhanced organic inorganic perovskite heterojunction photovoltaic device
US20170301479A1 (en) 2014-09-10 2017-10-19 Ecole Polytechnique Federale De Lausanne (Epfl) Photodetector
EP3065190A1 (en) 2015-03-02 2016-09-07 Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL) Small molecule hole transporting material for optoelectronic and photoelectrochemical devices
EP3157025A1 (en) 2015-10-15 2017-04-19 g2e glass2energy SA Porphyrin-based sensitizer for dye-sensitized solar cell
LT6540B (lt) 2016-09-19 2018-06-25 Kauno technologijos universitetas Skyles transportuojančios organinės molekulės, turinčios enamino grupių, skirtos optoelektroniniams bei fotoelektroniniams prietaisams

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2895409A1 (fr) 2005-12-23 2007-06-29 Commissariat Energie Atomique Complexes sensibilisateurs, leur procede de preparation, materiau hybride inorganique-organique semiconducteur les comprenant, et cellule photovoltaique comprenant ce materiau
WO2007091525A1 (ja) 2006-02-08 2007-08-16 Shimane Prefectural Government 光増感色素
TWI319424B (en) * 2006-05-11 2010-01-11 Univ Nat Central Photosensitizer dye
WO2009020098A1 (ja) * 2007-08-08 2009-02-12 Nippon Kayaku Kabushiki Kaisha パイ電子共役系を拡張した色素増感型太陽電池用増感色素
EP2053618A1 (en) 2007-10-25 2009-04-29 Sony Corporation A dye including an anchoring group in its molecular structure
WO2009082163A2 (en) 2007-12-26 2009-07-02 Dongjin Semichem Co., Ltd. Novel ru-type sensitizers and method of preparing the same

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101412855B (zh) * 2008-12-04 2011-09-28 中国科学院长春应用化学研究所 含推S,Se或Te电子基团的联吡啶钌染料及其在染料敏化太阳电池中的应用
CN102201539A (zh) * 2011-04-22 2011-09-28 华北电力大学 一种反向结构聚合物太阳电池及其制备方法
CN102786812A (zh) * 2011-05-16 2012-11-21 财团法人交大思源基金会 用于染料敏化太阳能电池的钌错合物光敏染料
CN102786812B (zh) * 2011-05-16 2014-10-29 财团法人交大思源基金会 用于染料敏化太阳能电池的钌错合物光敏染料
CN102417511A (zh) * 2011-09-22 2012-04-18 西北师范大学 酰腙锌卟啉及其配合物的合成和应用
CN102417511B (zh) * 2011-09-22 2013-08-21 西北师范大学 酰腙锌卟啉及其配合物的合成和应用
CN103554996A (zh) * 2013-10-11 2014-02-05 华中科技大学 含阳离子的钌络合物染料及其制备的染料敏化太阳能电池
CN103554996B (zh) * 2013-10-11 2016-03-02 华中科技大学 含阳离子的钌络合物染料及其制备的染料敏化太阳能电池

Also Published As

Publication number Publication date
US20110062541A1 (en) 2011-03-17
KR20100132508A (ko) 2010-12-17
WO2009107100A2 (en) 2009-09-03
CN101235214B (zh) 2012-07-04
JP5491419B2 (ja) 2014-05-14
US9716240B2 (en) 2017-07-25
JP2011513530A (ja) 2011-04-28
EP2257601B1 (en) 2019-04-10
EP2257601A2 (en) 2010-12-08
WO2009107100A3 (en) 2010-04-22

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN101235214B (zh) 有机钌染料及染料敏化太阳能电池
CN101240117B (zh) 纯有机染料和由其制备的染料敏化太阳能电池
Cui et al. Incorporating benzotriazole moiety to construct D–A− π–A organic sensitizers for solar cells: significant enhancement of open-circuit photovoltage with long alkyl group
CN101570644B (zh) 以多种杂环及其衍生物作为共轭单元的纯有机染料和由其制备的染料敏化太阳电池
Warnan et al. Multichromophoric sensitizers based on squaraine for NiO based dye-sensitized solar cells
CN101407639B (zh) 以五员杂环及其衍生物为共轭单元的有机染料和由其制备的染料敏化太阳能电池
CN101429346B (zh) 以多杂环衍生物作为共轭单元的有机染料和由其制备的染料敏化太阳能电池
Song et al. Porphyrin sensitizers containing an auxiliary benzotriazole acceptor for dye-sensitized solar cells: Effects of steric hindrance and cosensitization
Pasunooti et al. Synthesis, characterization and application of trans-D–B–A-porphyrin based dyes in dye-sensitized solar cells
Song et al. Branched and linear alkoxy chains-wrapped push-pull porphyrins for developing efficient dye-sensitized solar cells
Cogal et al. Asymmetric phthalocyanine derivatives containing 4-carboxyphenyl substituents for dye-sensitized solar cells
Qian et al. Triazatruxene-based organic dyes containing a rhodanine-3-acetic acid acceptor for dye-sensitized solar cells
Zhou et al. Triphenylamine-based organic dyes containing benzimidazole derivatives for dye-sensitized solar cells
Iqbal et al. Influence of spatial arrangements of π-spacer and acceptor of phenothiazine based dyes on the performance of dye-sensitized solar cells
Erten-Ela et al. Perylene imide dyes for solid-state dye-sensitized solar cells: Spectroscopy, energy levels and photovoltaic performance
Lu et al. Studies on DA-π-A structured porphyrin sensitizers with different additional electron-withdrawing unit
Li et al. A new carbazole-based phenanthrenyl ruthenium complex as sensitizer for a dye-sensitized solar cell
CN101497746B (zh) 含噻吩乙烯的有机染料和由其制备的染料敏化太阳能电池
CN101544845B (zh) 含不同种杂环及其衍生物共轭单元的纯有机染料及其在染料敏化太阳电池中的应用
CN101358039B (zh) 以喹啉羧酸为受体的有机染料和用其制备的染料敏化太阳能电池
CN101412855B (zh) 含推S,Se或Te电子基团的联吡啶钌染料及其在染料敏化太阳电池中的应用
Wu et al. Sensitizers containing donor cascade and rhodanine-3-acetic acid moieties for dye-sensitized solar cells
CN101538416B (zh) 金属有机染料、染料敏化电极、太阳能电池和反应器
CN104403351A (zh) 基于对称的吡咯并吡咯二酮为共轭桥的有机光敏染料
Zhang et al. Novel azobenzene nickel (II) sensitizer for dye-sensitized solar cells

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
ASS Succession or assignment of patent right

Owner name: CHANGZHOU INSTITUTE OF ENERGY STORAGE MATERIALS +

Free format text: FORMER OWNER: CHANGCHUN INST. OF APPLIED CHEMISTRY, CHINESE ACADEMY OF SCIENCES

Effective date: 20140929

C41 Transfer of patent application or patent right or utility model
COR Change of bibliographic data

Free format text: CORRECT: ADDRESS; FROM: 130022 CHANGCHUN, JILIN PROVINCE TO: 213000 CHANGZHOU, JIANGSU PROVINCE

TR01 Transfer of patent right

Effective date of registration: 20140929

Address after: Changzhou City, Jiangsu province Hehai road 213000 No. 9

Patentee after: Changzhou Institute of Energy Storage Materials & Devices

Address before: 130022 Changchun people's street, Jilin, No. 5625

Patentee before: Changchun Institue of Applied Chemistry, Chinese Academy of Sciences

CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20120704

Termination date: 20210227