[发明专利]有机钌染料及染料敏化太阳能电池

说明书

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：

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

化学结构通式3

化学结构通式4

化学结构通式5

化学结构通式6

化学结构通式7

化学结构通式8

化学结构通式9

化学结构通式10

化学结构通式11]

化学结构通式12

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、或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

化学结构式II

化学结构式III

化学结构式IV

化学结构式V

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：

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：