[发明专利]一类含有吡嗪环的有机染料及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明属于有机光电材料技术领域，具体涉及一类含有吡嗪环的纯有机染料及其合成方法以及在染料敏化太阳能电池中的应用。

技术背景

染料敏化太阳电池（Dye-sensitized solar cells，DSSC）是一种基于植物叶绿素光合作用原理研制出的新型太阳电池，由瑞士M. Gr?tzel教授于1991年首先提出，故又称Gr?tzel电池。这种电池结构简单，主要由工作电极、电解液和对电极组成。工作电极是通过在导电玻璃基底上烧结一层纳米多孔二氧化钛膜，并在上面吸附一层光敏染料而制得。电解液可以是液态的，也可以是准固态和固态的，最常用的I₃^-/I^-氧化还原电对。对电极一般是镀有一层铂的导电玻璃。

作为电池的重要组成部分，光敏剂染料能够有效地吸收太阳光，并由此产生激发电子，然后注入到二氧化钛等半导体的导带中。因此，染料的光电性能对染料敏化太阳能电池的光电转换效率有着至关重要的影响。目前，性能最好的染料敏化剂是含有贵金属钌的配合物，其中最经典的是N719和黑染料。然而，昂贵的贵金属价格和稀有的贵金属资源使得其大规模产业化受到了很大的限制。与此同时，具有成本低廉、高摩尔吸光系数和结构易调控的纯有机染料越来越受到重视，并成为该领域的研究热点。

含有吡嗪环的纯有机染料具有良好的光捕获能力，其吸收光谱与荧光光谱可通过不同种类和数目的芳香环来进行调节。与钌类染料相比，含有吡嗪的纯有机染料结构简单、容易制备、易于纯化、价格低廉。此外，该类含有吡嗪的有机染产具有良好的光电转换性能是一类优良的光伏材料。

发明内容

本发明的目的在于提供一种结构简单、制备方便、易于纯化、价格低廉，具有良好光电转换性能的有机染料及其制备方法和应用。

本发明提供的有机染料，是一类含有吡嗪环的有机染料，这类染料具有以下结构通式：

式中，R’和R”为氢、烷烃基或芳烷基，n和m为1~3的整数；

为下列含有吡嗪单元化合物的一种：

其中R₁~R₈为氢、烷烃基或芳烷基；

为下列含氮电子给体的一种：

其中R₉为氢、烷烃基或芳烷基。

本发明所述的含吡嗪环的有机染料合成方法，包括两种路线：

一、当n=m时，其合成路线如下所示： 

。

(1) 起始原料a的制备：