[发明专利]一种双咔唑基染料及其制法和应用

说明书

技术领域

本发明公开了一种双咔唑基染料及其制法和应用，属于精细化工中的光电转化材料应用领域，具体涉及一类双咔唑基染料及其衍生物的设计、合成，以及所述染料在染料敏化太阳能电池方面的应用。

技术背景

染料敏化太阳能电池(DSSCs)是1991年瑞士科学家M.首次提出并设计的一种新型的将太阳能转化为电能的装置。其构成一般由以下几方面组成：以镀Pt的导电玻璃为基板的光阴极，吸附了光敏染料的纳米多孔氧化物薄膜和透明导电基板组成的光阳极，填充在两电极之间的电解质以及密封材料。这类电池与传统的硅基太阳能电池相比具有结构简单、制作成本低等优点，而且其光电转化效率目前已达11％以上，是一类具有广泛应用前景的光电转换装置。光敏染料是染料敏化太阳能电池中非常重要的组成部分，染料的结构设计对于这类电池至关重要。目前，光电转化效率最高的依然是钌多吡啶配合物。然而钌属于稀有贵金属，相应的钌多吡啶配合物的分离提纯也有相当的难度，这限制了DSSCs成本的降低和未来的大规模实用化。为此，不含金属的有机光敏染料近年来在DSSCs中得到广泛的应用。同钉多吡啶配合物染料(如N3，N719等)相比，有机光敏染料具有结构多样、制备提纯相对容易、摩尔消光系数高等诸多优点。近年来品种多样的有机光敏染料发展迅速，为了进一步降低染料敏化太阳能电池成本，本发明设计合成了一类新型的咔唑类有机光敏染料。

发明内容

本发明的目的是合成一类新型的不含金属纯有机光敏染料，这类染料是以双咔唑及其衍生物为共轭体系，通过烷基链将双咔唑单元连接起来，在此基础上分别延伸共轭π桥，在末端接上氰基乙酸，用来吸附在TiO₂上，组成一类双链电子推拉型染料。这类染料在染料敏化太阳能电池上具有很好的应用性能。

本发明提供了一类新型的咔唑光敏染料，这类染料具有如下结构：

其中：R₁～R₆为氢、C₁～C₂₀的直链烷基、C₁～C₂₀的支链烷基、C₁～C₂₀的酰胺基、C₁～C₂₀烷氧基或卤素；m为1～6的自然数；X为氢、C₁～C₂₀的直链烷基、C₁～C₂₀的支链烷基、C₁～C₂₀的酰胺基、C₁～C₂₀烷氧基、卤素或

其中，X₁～X₅为氢，C₁～C₂₀的直链烷基，C₁～C₂₀的支链烷基，C₁～C₂₀的酰胺基，C₁～C₂₀烷氧基或卤素；X₆，X₇为氢，C₁～C₂₀的直链烷基，C₁～C₂₀的支链烷基或C₁～C₂₀烷氧基；X₈，X₉为氢，C₁～C₂₀的直链烷基或C₁～C₂₀的支链烷基；Y为C₄～C₂₀的直链烷基，C₄～C₂₀的支链烷基或

其中，Y₁～Y₄为氢，C₁～C₂₀的直链烷基，C₁～C₂₀的支链烷基，C₁～C₂₀的酰胺基，C₁～C₂₀烷氧基或卤素；W为氮，氧或硫。

所述的一种双咔唑基染料的制备方法，包括以下步骤：

反应均在惰性气氛中进行；