[發(fā)明專利]一類苊并吡嗪染料及其在染料敏化太陽能電池上的應(yīng)用無效
| 申請?zhí)枺?/td> | 200910010809.1 | 申請日： | 2009-03-19 |
| 公開（公告）號： | CN101514262A | 公開（公告）日： | 2009-08-26 |
| 發(fā)明（設(shè)計）人： | 崔京南;孔志霞;楊翠翠;馬廷麗;周慧芝;孫立成 | 申請（專利權(quán)）人： | 大連理工大學(xué) |
| 主分類號： | C09B57/00 | 分類號： | C09B57/00;H01G9/20;H01L51/42;H01L51/46 |
| 代理公司： | 大連星海專利事務(wù)所 | 代理人： | 王樹本 |
| 地址： | 116024遼*** | 國省代碼： | 遼寧;21 |
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| 摘要： | |||
| 搜索關(guān)鍵詞： | 一類 染料 及其 太陽能電池 應(yīng)用 | ||
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明屬于精細化工中的光電轉(zhuǎn)化材料應(yīng)用領(lǐng)域，具體涉及一類以苊并吡嗪及其衍生物 作為共軛體系，一端連接鄰二羧基或單個羧基為吸電子基團，用來吸附在TiO2上，另一端連 接不同的供電子基團，組成一類電子推-拉型染料，以及所述染料在染料敏化太陽能電池中的 應(yīng)用。
背景技術(shù)
染料敏化太陽能電池是1991年瑞士的M.教授提出的一種新型太陽能轉(zhuǎn)化為電能 的裝置，其組成一般為：吸附了光敏染料的納米多孔氧化物薄膜和透明導(dǎo)電基板組成的光陽 極，鍍Pt的導(dǎo)電玻璃為光陰極，填充在兩電極之間的電解質(zhì)以及密封材料。這類電池具有結(jié) 構(gòu)簡單、制作成本低等優(yōu)點，而且其光電轉(zhuǎn)化效率目前已經(jīng)能達到10％以上，是一類具有應(yīng) 用前景的光電轉(zhuǎn)換裝置。光敏染料是染料敏化太陽能電池中非常重要的部分，染料的結(jié)構(gòu)設(shè) 計對于這類電池至關(guān)重要。目前使用最多的為M.教授課題組發(fā)明的N3和N719染料， 這兩個染料為釕配合物染料，由于引入了貴金屬使得這類染料的成本相對較高，從而限制了 它的應(yīng)用。近年來品種多樣的有機光敏染料發(fā)展迅速，為了進一步降低染料敏化太陽能電池 成本，本發(fā)明設(shè)計合成了一類新型的苊并吡嗪類有機光敏染料。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一類新型的有機光敏染料，這類染料是以取代的苊并吡嗪及其衍生 物為共軛體系，一端連接鄰二羧基或單個羧基為吸電子基團，用來吸附在TiO2上，另一端連 接不同的供電子基團，組成一類電子推-拉型化合物。這類染料在染料敏化太陽能電池上具有 很好的應(yīng)用性能。
本發(fā)明具體技術(shù)方案，即：
一類用于染料敏化太陽能電池的苊并吡嗪染料，具有以下結(jié)構(gòu)通式：
其中，m為0～1的整數(shù)；A、B中一個為羧基時，另一個為氫或羧基；
式中：X1為C1～C4的直鏈烷基。
本發(fā)明苊并吡嗪類染料的合成方法簡單，原料易得，其合成按如下反應(yīng)式進行：
當(dāng)A、B為羧基時的反應(yīng)式：
染料的合成首先是在帶有不同取代基的苊醌環(huán)上的5位溴代，然后HX在醋酸鈀催化下 取代溴。當(dāng)m＝0時，苊醌環(huán)上的雙羰基與二氨基馬來腈進行縮合，當(dāng)m＝1時，為苊醌環(huán)上 的雙羰基與4，5-二氨基鄰苯二甲腈進行縮合，氰基在氫氧化鈉水溶液中進行水解，即可得到 苊并吡嗪染料。
當(dāng)A、B中一個為羧基，另一個為氫或羧基時，合成方法與A、B為羧基時相同。
苊并吡嗪染料在染料敏化太陽能電池中的應(yīng)用，包括染料敏化太陽能電池的結(jié)構(gòu)、制備 步驟和電池性能測試為：
(1)染料敏化太陽能電池的結(jié)構(gòu)：
染料敏化太陽能電池主要由光陽極、光陰極及它們的基板和電解質(zhì)組成；光陽極與光陰極 基板的材料為導(dǎo)電玻璃，上面覆有導(dǎo)電膜的透明塑料；光陽極基板工作區(qū)域一側(cè)設(shè)有納米多 孔TiO2薄膜，并浸漬有苊并吡嗪類染料；光陰極基板工作區(qū)域一側(cè)設(shè)有催化劑層；光陽極和 光陰極相對間隔設(shè)置，周邊用密封材料密封形成密閉的腔體，腔體內(nèi)填充有電解質(zhì)；
(2)染料敏化太陽能電池的制備步驟：
a.導(dǎo)電玻璃的預(yù)處理：將導(dǎo)電玻璃依次在去油劑、無水乙醇、和去離子水中用超聲波 充分清洗，烘干備用；
b.染料溶液的配制：將苊并吡嗪染料溶于乙腈和叔丁醇的體積比為1∶1的混合溶劑，配 制成5×10-4mol/L溶液；
c.電解質(zhì)溶液的配制：用絕對干燥的乙腈配制的含有0.6M四丁基碘化銨，0.1M?LiI， 0.05M?I2和0.5M對叔丁基吡啶的溶液。
d.光陽極的制備：在經(jīng)過預(yù)處理的光陽極基板上，通過絲網(wǎng)印刷制備納米多孔TiO2薄 膜材料，并在450℃下保持30分鐘后緩慢降溫；
e.光陽極的敏化：在室溫下將納米多孔TiO2薄膜層浸漬在苊并吡嗪染料溶液中，浸漬 24小時，得到均勻吸附染料經(jīng)過敏化的光陽極；
f.光陰極的制備：在經(jīng)過預(yù)處理的光陰極基板上，通過熱分解法鍍上金屬Pt做催化劑；
g.密封：在電極的周邊位置，通過印刷、噴涂、或擠壓把密封材料均勻置于設(shè)定位置， 再將兩電極基板合上并密封；
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