[发明专利]新型米氏酮－氰基类有机染料及其合成方法

说明书

【技术领域】：

本发明属于太阳能电池技术领域，，特别涉及一类可以应用于有机染料敏化太阳能电池中的具有两个含氮基的有机染料分子合成路线和合成方法。该类新型米氏酮-氰基类双供电基团有机染料是一类性能优异的有机光敏化剂，可以应用于有机染料敏化太阳能电池中。

【背景技术】：

随着能源和环境保护问题的日益突出，寻找和利用清洁的可再生能源成为人类目前面临的刻不容缓的任务之一。把太阳能直接转变成电能的太阳能电池，在能量转变过程中对环境不产生污染，既可有效缓解能源紧张问题，又符合我国可持续发展的战略目标。

已经商品化的太阳能电池大多采用多晶硅和非晶硅材料制成，光电转换效率可达20％以上。但硅系太阳能电池的制备条件苛刻，工艺复杂，成本昂贵，限制了这类太阳能电池的广泛应用，目前它们主要应用在尖端科技上，如卫星、航天等领域。其他无机材料的太阳能电池不但材料来源有限，还可能存在后续污染问题。相比较而言，有机分子材料取材方便、成本低、制备工艺简单，本身的生产条件相对温和，具有可弯曲，重量轻，容易大面积制作等优点。1991年瑞士的Gratzel小组采用联吡啶钌作为染料与纳米多孔TiO₂薄膜制备了染料敏化纳米二氧化钛太阳能电池，光电转换效率达7.1％(O’Regan，B.；，M.Nature 1991，353，737)。该类电池由于高效、低成本等优点，显示出广阔的应用前景，此后，染料敏化纳米二氧化钛太阳能电池成为太阳能电池前沿研究中的热点。国内外在染料敏化纳米二氧化钛太阳能电池的阴阳电极、光敏化剂、电解质电池以及类型等方面进行了广泛的研究，以提高太阳能电池的光电转换效率。其中，光敏化剂是电池的重要部分，在光电转化中起着关键作用。目前，性能最好的光敏化剂是钌基联吡啶配合物，但其纯化工艺复杂和贵重金属的价格限制了它的广泛应用。近年来，易制备、结构多样的有机染料分子代替钌基联吡啶配合物作为光敏化剂成为该领域的研究热点。

基于米氏酮的多烯染料分子有两个含氮基团，具有更强的给电子能力，有利于激发态染料形成电荷分离态，有利于从电解质中迅速捕获电子，染料具有更高的激发态电位，导致染料的电子注入能力更强。因此，这类染料是一类性能优异的光电材料，通过分子设计有望获得高效的有机染料敏化剂。然而，目前关于米氏酮的多烯有机染料敏化剂的报道还很少(K.Hara，T.Sato，R.Katoh，A.Furube，T.Yoshihara，M.Murai，M.Kurashige，S.Ito，A.Shinpo，S.Suga，K.Sayama，H.Arakawa，Adv.Funct.Mater.，2005，15，246.)。因此，合成新型高效的米氏酮类多烯有机染料敏化剂对于提高染料敏化太阳能电池的综合性能以及降低电池的成本具有十分重要的意义。

【发明内容】：

本发明的目的是解决钌基联吡啶配合物染料敏化剂的价格昂贵无法普及的问题，提供一类新型高效光敏化剂的米氏酮-氰基类有机染料及其合成方法。

该类染料是由米氏酮衍生而来的，合成步骤短，工艺简单。本染料分子具有两个含氮基团，即双供电基团的结构特点，易发生氧化和还原反应，有更强的给电子能力和更快从电解质中捕获电子的能力。

本发明提供的新型米氏酮-氰基类有机染料分子，具有如下的化学结构式：

其中，基团Ar的结构如下：

I：Ar＝0

以上所述的化学结构式中基团Ar＝0，即新型米氏酮-氰基类有机染料化合物I的的合成方法，包括以下步骤。

第一、米氏取代的对溴苯基烯烃1的合成：

在氮气保护下，于0℃向摩尔浓度为20～40％米氏磷酸酯的THF溶液中，加入叔丁醇钾，其中米氏磷酸酯和叔丁醇钾的摩尔比为1∶1～1.2；加完后在该温度反应1小时后，滴加摩尔浓度为20～40％对溴苯甲醛的THF溶液，其中米氏磷酸酯与对溴苯甲醛的摩尔比为1.1～1.5∶1；加毕后，在室温下继续反应6小时，饱和的氯化铵水解，水层用乙酸乙酯萃取，无水硫酸镁干燥，蒸除溶剂，石油醚(60-90℃)结晶。

第二、米氏取代的乙烯基苯甲醛4的合成：