[发明专利]含硒吩的联吡啶钌染料及其在染料敏化太阳电池中的应用

说明书

技术领域

本发明涉及含硒吩的联吡啶钌染料及其在染料敏化太阳电池中的应用。

背景技术

21世纪的来临，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。通过适当的提高钌染料联吡啶配体的共轭程度可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(J.Am.Chem.Soc.，2004，127,808；J.Am.Chem.Soc.，2008，130，10720；J.Phys.Chem.C，2008，112，17046。)。

发明内容

本发明提供含硒吩的联吡啶钌染料及其在染料敏化太阳电池中的应用。

本发明提供的含硒吩的联吡啶钌染料，是具有如下的化学结构通式1的化合物或其盐；

化学结构通式1：

式中，Y₁、Y₂独立的为氢(H)、锂(Li)、钠(Na)、钾(k)单价离子或当量的多价离子，该当量的多价离子优选1/2Ca²⁺、1/2Mg²⁺、1/3Fe³⁺；

式中，X₁、X₂独立的为下列结构通式2-4中的一个：

化学结构通式2：

化学结构通式3：

化学结构通式4：

式中，R_a、R_a’和R_b独立的为氢原子、烷烃基、环烷基、芳烷基、芳氧基、烷氧基、烷硫基、烷硒基、烷碲基、卤烷基、羟基或卤素，n＝1，2，3，4，5或6，x＝1，2或3，y＝1，2或3；

所述的含硒吩的联吡啶钌染料优选为如下化学结构式I—IV的任意一个及其盐：

化学结构式I：

化学结构式II：

化学结构式III：

化学结构式IV：

以下介绍本发明提供的具有化学结构通式1的含硒吩的联吡啶钌染料的合成方步骤和条件：

有机配体的合成路线：

三丁基锡基Ra取代的硒吩衍生物1c的合成：

在-78℃氩气保护下，硒吩或其衍生物1a的四氢呋喃中溶液中加入与硒吩或其衍生物1a等摩尔的正丁基锂，进行锂化，然后加入与硒吩或其衍生物1a等摩尔的化合物Ra-Br，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，得到产物为Ra取代的硒吩衍生物1b；

在-78℃氩气保护下，把得到的Ra取代的硒吩衍生物1b的四氢呋喃溶液中加入到与Ra取代的硒吩衍生物1b等摩尔的正丁基锂中，对化合物进行锂化，然后加入与Ra取代的硒吩衍生物1b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，得到的三丁基锡基Ra取代的硒吩衍生物1c，直接用于下步反应；

含硒吩联吡啶化合物1e的合成：

把4，4’-二溴-2，2’-联吡啶d与三丁基锡硒基Ra取代的硒吩衍生物1c和二(三苯基膦基)二氯化钯以摩尔比为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，得到产物为含硒吩的联吡啶化合物1e；

三丁基锡基R_b取代的3，4-乙烯二氧硒吩衍生物2c的合成：