[发明专利]一种高效率的联吡啶钌类染料敏化剂及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种高效率的联吡啶钌类染料敏化剂及其制备方法和应用。该敏化剂具有式(A)结构式。其制备方法：(1)通过5‑醛基‑2‑噻吩硼酸、碳链修饰的3‑溴吩噻嗪、无机碱制备化合物(1)；(2)通过化合物(1)、1,10‑邻二氮杂菲‑5,6‑二酮、乙酸铵制备化合物(2)；(3)通过化合物(2)、强碱制备化合物(3)；(4)以化合物(3)、二氯双(4‑甲基异丙基苯基)钌(II)、联吡啶双羧酸、硫氰酸盐制备化合物(A)。其应用：该染料敏化剂应用于太阳能电池中。本发明制备的染料敏化剂具有优异的光子捕获能力、光电转换效率高。

技术领域

本发明涉及太阳能电池技术领域，具体涉及一种高效率的联吡啶钌类染料敏化剂及其制备方法和应用。

背景技术

染料敏化太阳能电池(Dye-Sensitized Solar Cells,DSSCs)是第三代新型太阳能光伏技术，自1991年瑞士洛桑高等工业学院的M.教授提出以来，此类型的电池取得了长足的发展。目前最高的转换效率已经达到了14.3％，加之其具有原材料来源广泛、成本低廉、工艺简单、环境友好、能耗低等特点，与化石类能源相比有着很大的竞争力，柔性染料敏化太阳能电池已在小型电子设备中得到了应用。

典型的染料敏化太阳能电池包括导电玻璃、纳米半导体电极、染料敏化剂、电解质和对电极等，形成一种三明治式的结构。此类电池的核心思想是将光的吸收过程和电子收集过程分开，即分别由染料敏化剂和纳米半导体基底分别来完成，因此染料敏化剂在其中起着至关重要的作用。染料敏化剂起到了扩展器件吸收光谱范围的重要作用，这种敏化思想使得器件的吸收光谱拓展到了可见光区乃至近红外区，极大地提高了电池器件的光捕获能力。经过二十多年的发展，研究者们已经开发出了一大批优秀的染料。目前来说，用于DSSCs器件的高效染料敏化剂主要分为三大类：联吡啶钌类敏化剂、金属卟啉类敏化剂和纯有机类敏化剂。

发明内容

本发目的在于提供一种制备方法简单、产率较高、高效率的染料敏化剂。

本发明是通过如下技术方案实现的：

一种高效率的联吡啶钌类染料敏化剂，其分子结构式如式(A)

所示：式中R₁表示R₂表示n为3-9,m为7-11。

结构式(A)所示染料敏化剂以R₁、R₂基团和硫氰酸根作为电子供体端，以联吡啶二甲酸作为电子受体端兼锚固基团。

一种高效率的联吡啶钌类染料敏化剂的制备方法，包括如下步骤：

(1)将5-醛基-2-噻吩硼酸、碳链修饰的3-溴吩噻嗪、无机碱加入有机溶剂中，在惰性气体保护下加入催化剂并加热，反应完毕后冷却至室温，除去溶剂，然后萃取，对有机相干燥、过滤、旋蒸，经柱层析法纯化得到化合物(1)；

(2)将化合物(1)、1,10-邻二氮杂菲-5,6-二酮、乙酸铵加入有机溶剂中，在惰性气体保护下将反应液加热，反应完毕后冷却至室温，向反应液中加水并过滤，然后重结晶得到化合物(2)；

(3)冰浴条件下将化合物(2)加入有机溶剂中，加入强碱并搅拌，然后加入并加热，其中m为7-11，X＝Cl、Br、I反应完毕后萃取，对有机相干燥、过滤、旋蒸，然后重结晶得到化合物(3)；

(4)惰性气体保护下，将二氯双(4-甲基异丙基苯基)钌(II)、化合物(3)加入有机溶剂中并加热反应，接着加入联吡啶双羧酸并加热反应，然后加入硫氰酸盐并加热反应，反应停止后，加水淬灭反应并过滤，然后先柱层析法纯化，再重结晶得到化合物(A)。