光敏染料及其製造方法

專利類型

發明

專利國別 (專利申請國家)

中華民國

專利申請案號

100101105

專利證號

I 403514

專利獲證名稱

光敏染料及其製造方法

專利所屬機關 (申請機關)

國立中央大學

獲證日期

2013/08/01

技術說明

近年來因為日益增加的能源需求與全球氣候暖化的影響，使得可再生(永續)能源的研究發展吸引並獲得了各界的重視。而染料敏化太陽能電池(DSSC)符合便宜太陽發電裝置的發展及需求並具有解決目前能源逐漸短缺問題的可能性。自Grätzel教授與其工作團隊首度在1991年發表染料敏化太陽能電池文獻以來，聯或多吡啶配位基與釕金屬錯合物研究中的N3、N719和Black dye確實展現了不錯的光電轉換效率。因此，對於染料敏化太陽能電池的探討引起科學研究者的興趣，導致各種型式的有機金屬釕錯合物染料、有機金屬非釕錯合物染料與純有機結構染料被廣為研究。然而，迄今在染料敏化太陽能電池的應用上主要被描述報導的仍大多是有機金屬釕錯合物，而這些錯合物染料主要使用聯吡啶或多吡啶為配位基團。為了延伸分子結構設計的靈活性並同時提昇光電效果性質，我們發明瞭第一個以含氮雜環碳烯(NHC)-吡啶為配位基的釕金屬錯合物染料並應用於染料敏化太陽能電池上，其具有高電流密度、高電壓以及優越的光電轉換效率等性質。這項發明的概念具有以下四個特點： i)利用碳原子取代傳統聯吡啶配位基(N^N)上其中一個氮原子的新穎分子結構設計概念，例如：含氮雜環碳烯-吡啶配位基(C:^N)。 ii)相對於兩個不同結構配位基的雙螫合基(bidentate ligands)釕金屬錯合物染料而言，本發明具有簡易合成與使用較便宜純化技術的特色。 iii)本新發明中的含碳烯光敏染料相對於比照組N719染料，具有較佳的短路電流(Jsc)、開路電壓(Voc)以及光電轉換效率。 iv)此一新穎且具有出色光電效率表現概念的設計應可導引研究興趣至下列三個方向:(1)延伸結構的設計概念至(C:^N)M(C:^N)(NCS)2、(C:^C:)M(C:^N)(NCS)2、(C:^C:)M(C:^C:)(NCS)2、(N^C:^N)M(N^C:)(NCS)和(C:^C:^N)M(C:^N)(NCS)等配位結構 (2) 使用含碳烯配位基為錨接基(anchoring groups) (3) 優化含碳烯配位基的結構(例如延長共振結構或是增加推電子能力的官能基等)，以期達到更優越的光電轉換效率。 總之，此新系列高效率的含氮雜環碳烯-吡啶配位基之釕金屬錯合物具有極佳潛力並應可發展成為具實用性之光電染料且提昇染料敏化太陽能電池性能。 Increasing energy demands has led to a greater focus on renewable energy sources. With the development of inexpensive photovoltaic devices, dye-sensitized solar cell (DSSC) technology is emerging as a potential solution to our energy demands. Since the report of DSSC in 1991, Grätzel and co-workers have investigated ruthenium polypyridyl complexes exhibiting highly efficient light harvesting properties. To date, the ruthenium sensitizers for DSSC applications are those bearing bipyridine or polypyridine ligands. To expand the flexibility of molecular design while enhancing the light-harvesting ability, we have invented the first carbene-pyridine–based ruthenium sensitizers; DSSCs sensitized with these dyes display high current densities, good cell voltages and excellent photoelectric conversion efficiencies. These new ruthenium complexes hold significant potential to become one of the leading classes of robust, panchromatic sensitizers, enabling greatly enhanced DSSC performance.

備註

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智權技轉組

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