CN101514262B - 一类苊并吡嗪染料及其在染料敏化太阳能电池上的应用 - Google Patents
一类苊并吡嗪染料及其在染料敏化太阳能电池上的应用 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及精细化工中的光电转化材料应用领域，一类苊并吡嗪染料及其在染料敏化太阳能电池上的应用，其特点是，所述染料是以苊并吡嗪及其衍生物为共轭体系，一端连接邻二羧基或单个羧基为吸电子基团，用来吸附在TiO2上，另一端连接不同的供电子基团，组成一类电子推-拉型有机染料。由于苊并吡嗪作为共轭体系具有良好的平面结构，连接上供电子基团和吸电子基团，激发态时电子更容易转移，使染料产生独特的光电化学性能，在染料敏化太阳能电池中应用具有良好的应用性能，而且苊并吡嗪染料的合成方法简单，原料易得，可代替价格较高的贵金属光敏染料，有效地降低染料敏化太阳能电池成本。
Description
技术领域
本发明属于精细化工中的光电转化材料应用领域，具体涉及一类以苊并吡嗪及其衍生物作为共轭体系，一端连接邻二羧基或单个羧基为吸电子基团，用来吸附在TiO2上，另一端连接不同的供电子基团，组成一类电子推-拉型染料，以及所述染料在染料敏化太阳能电池中的应用。
背景技术
染料敏化太阳能电池是1991年瑞士的M.
教授提出的一种新型太阳能转化为电能的装置，其组成一般为：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，镀Pt的导电玻璃为光阴极，填充在两电极之间的电解质以及密封材料。这类电池具有结构简单、制作成本低等优点，而且其光电转化效率目前已经能达到10％以上，是一类具有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部分，染料的结构设计对于这类电池至关重要。目前使用最多的为M.
教授课题组发明的N3和N719染料，这两个染料为钌配合物染料，由于引入了贵金属使得这类染料的成本相对较高，从而限制了它的应用。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苊并吡嗪类有机光敏染料。
发明内容
本发明的目的是提供一类新型的有机光敏染料，这类染料是以取代的苊并吡嗪及其衍生物为共轭体系，一端连接邻二羧基或单个羧基为吸电子基团，用来吸附在TiO2上，另一端连接不同的供电子基团，组成一类电子推-拉型化合物。这类染料在染料敏化太阳能电池上具有很好的应用性能。
本发明具体技术方案，即：
一类用于染料敏化太阳能电池的苊并吡嗪染料，具有以下结构通式：
其中，m为0～1的整数；A、B中一个为羧基时，另一个为氢或羧基；
式中：X1为C1～C4的直链烷基。
本发明苊并吡嗪类染料的合成方法简单，原料易得，其合成按如下反应式进行：
当A、B为羧基时的反应式：
染料的合成首先是在带有不同取代基的苊醌环上的5位溴代，然后HX在醋酸钯催化下取代溴。当m＝0时，苊醌环上的双羰基与二氨基马来腈进行缩合，当m＝1时，为苊醌环上的双羰基与4，5-二氨基邻苯二甲腈进行缩合，氰基在氢氧化钠水溶液中进行水解，即可得到苊并吡嗪染料。
当A、B中一个为羧基，另一个为氢或羧基时，合成方法与A、B为羧基时相同。
苊并吡嗪染料在染料敏化太阳能电池中的应用，包括染料敏化太阳能电池的结构、制备步骤和电池性能测试为：
(1)染料敏化太阳能电池的结构：
染料敏化太阳能电池主要由光阳极、光阴极及它们的基板和电解质组成；光阳极与光阴极基板的材料为导电玻璃，上面覆有导电膜的透明塑料；光阳极基板工作区域一侧设有纳米多孔TiO2薄膜，并浸渍有苊并吡嗪类染料；光阴极基板工作区域一侧设有催化剂层；光阳极和光阴极相对间隔设置，周边用密封材料密封形成密闭的腔体，腔体内填充有电解质；
(2)染料敏化太阳能电池的制备步骤：
a.导电玻璃的预处理：将导电玻璃依次在去油剂、无水乙醇、和去离子水中用超声波充分清洗，烘干备用；
b.染料溶液的配制：将苊并吡嗪染料溶于乙腈和叔丁醇的体积比为1∶1的混合溶剂，配制成5×10-4mol/L溶液；
c.电解质溶液的配制：用绝对干燥的乙腈配制的含有0.6M四丁基碘化铵，0.1M LiI，0.05M I2和0.5M对叔丁基吡啶的溶液。
d.光阳极的制备：在经过预处理的光阳极基板上，通过丝网印刷制备纳米多孔TiO2薄膜材料，并在450℃下保持30分钟后缓慢降温；
e.光阳极的敏化：在室温下将纳米多孔TiO2薄膜层浸渍在苊并吡嗪染料溶液中，浸渍24小时，得到均匀吸附染料经过敏化的光阳极；
f.光阴极的制备：在经过预处理的光阴极基板上，通过热分解法镀上金属Pt做催化剂；
g.密封：在电极的周边位置，通过印刷、喷涂、或挤压把密封材料均匀置于设定位置，再将两电极基板合上并密封；
h.将上述电解质通过真空或者手工方法注入，密封，制得染料敏化太阳能电池。
(3)电池性能测试：从电池的光阳极和光阴极分别引出导线，接到电池性能测试装置上，电池的工作面积为0.2cm2，用太阳光模拟器模拟太阳光，将光强度调节至100mW/cm2测得的光电转化效率为0.94～3.68％，短路电流为2.87～8.58mA/cm2，开路电压为0.524～0.703mV，填充因子为0.623～0.704。
附图说明
图1、图2、图3和图4是在光强度为100mW/cm2的模拟太阳光下，染料敏化太阳能电池的放电曲线图。横坐标表示的是电压，单位是伏，纵坐标表示的是电流密度，单位是毫安每平方厘米。其中：图1为以瑞士的SolarOnix公司提供的N719为光敏染料，并按照染料敏化太阳能电池的制备步骤组装成电池得到的放电曲线图；图2为用实施例1、2和3中合成的染料为光敏染料，并按照染料敏化太阳能电池的制备步骤组装成电池得到的放电曲线图；图3为用实施例4、5和6中合成的染料为光敏染料，并按照染料敏化太阳能电池的制备步骤组装成电池得到的放电曲线图；图4为用实施例7、8和9中合成的染料为光敏染料，并按照染料敏化太阳能电池的制备步骤组装成电池得到的放电曲线图。
具体实施方式
实施例1：3-二苯胺-8，9-二羧基-苊并吡嗪的合成
(1)5-溴苊醌的合成：
在500mL两口烧瓶中，加入20g(109.8mmol)苊醌和25.0mL液溴(466.8mmol)，开始搅拌，油浴中控温60-70℃，使反应液回流，2h后，停止反应，加入亚硫酸氢钠水溶液，至反应液为无色。加水稀释后，减压抽滤，并多次用水洗涤打浆，至pH＝7.0。滤饼在冰醋酸中重结晶四遍得5-溴苊醌，棕黄色针状晶体，收率90％。核磁1H NMR(400 MHz，DMSO-d6)δ8.39(d，1H)，8.21(d，1H)，8.15(d，1H)，8.04(t，1H)，7.96(d，1H)；HRMS-EI(70eV)m/z.
(2)5-二苯胺-苊醌的合成：
该反应在无水无氧条件下进行。
在干燥的250mL两口烧瓶中，分别加入1000mg(3.84mmol)5-溴苊醌，650mg(3.84mmol)二苯胺，10mgPd(OAc)2(0.038 mmol)，520mg叔丁醇钾(4.6mmol)，30mg三特丁基磷四氟硼酸盐(0.1mmol)，然后加入150mL干燥的甲苯，氩气保护下开始搅拌，油浴中控温80℃，反应至TLC跟踪无原料为止。停止反应，冷却，过滤，滤液加乙醚稀释后进行水洗、盐水洗、无水MgSO4干燥。溶剂用旋转蒸发仪蒸出得到棕黑色固体，用二氯甲烷∶石油醚＝2∶1(体积比)的溶液为洗脱剂在硅胶柱上进行分离提纯，得到5-(二苯胺)苊醌353mg(1.01mmol)，收率26.4％。核磁1H NMR(400MHz，CDCl3)：δ7.06-7.09(m，4H)，7.12-7.16(m 2H)，7.28-7.32(m，4H)，7.36(d，1H)，7.47(t，1H)，7.72(d，1H)，7.96(d，1H)，8.01(d，1H).FAB MS：m/e 349(M+).
(3)3-二苯胺-8，9-二氰基-苊并吡嗪的合成
在25mL单口烧瓶中，加入400mg(1.146mmol)5-二苯胺-苊醌，124mg(1.146mmol)二氨基马来腈，10mL干燥的正丁醇，氮气保护下搅拌加热至回流反应，4h后停止反应，冷却后加入二氯甲烷稀释反应液，有机相用水洗、盐水洗、无水MgSO4干燥。溶剂用旋转蒸发仪蒸出得到红黑色固体，用二氯甲烷∶石油醚＝2∶1(体积比)的溶液为洗脱剂在硅胶柱上进行分离提纯，得到3-二苯胺-8，9-二氰基-苊并吡嗪325mg(0.772mmol)，收率88.5％。核磁1HNMR(CDCl3)：δ7.13-7.18(m，6H)，7.29-7.34(m，4H)，7.37(d，1H)，7.56(t，1H)，7.85(d，1H)，8.27(d，1H)，8.38(d，1H).FAB MS：m/e 421(M+).
(4)3-二苯胺-8，9-二羧基-苊并吡嗪的合成
在100mL单口烧瓶中，加入325mg(0.772mmol)3-二苯胺-8，9-二氰基-苊并吡嗪，加入4M的氢氧化钠水溶液60mL，开始搅拌，油浴中控温至90℃，反应48h后停止反应，冷却后反应液加水稀释、过滤，滤饼用乙醚洗涤二到三次，得到橙色固体，再将该固体悬浮于稀盐酸溶液中进行酸化，过滤后干燥，得到3-二苯胺-8，9-二羧基-苊并吡嗪，暗红色固体，收率70.6％。核磁1HNMR(DMSO-d6)：δ7.09-7.15(m，6H)，7.30-7.40(m，5H)，7.70(t，1H)，7.81(d，1H)，8.36(d，2H).MS API-ES：[M-H]+(458，M/Z).
实施例2：3-二苯胺-8，9-二羧基-苊并吡嗪并苯的合成
(1)3-二苯胺-8，9-二氰基-苊并吡嗪并苯的合成
合成方法与实施例1中的(3)基本相同，核磁1HNMR((CDCl3))：δ7.12-7.16(m，6H)，7.32(t，4H)，7.46(d，1H)，7.62(t，1H)，7.86(d，1H)，8.36(d，1H)，8.42(d，1H)，8.60(d，2H).FAB MS：m/e 471(M+).
(2)3-二苯胺-8，9-二羧基-苊并吡嗪并苯的合成
合成方法与实施例1中的(4)基本相同，核磁1HNMR((DMSO-d6))：δ7.09-7.14(m，6H)，7.35(t，4H)，7.44(d，1H)，7.30(t，1H)，7.80(d，1H)，8.38-8.41(m，4H).MS API-ES：[M-H]+(508，M/Z).
实施例3：3-二苯胺-8-羧基-苊并吡嗪并苯与3-二苯胺-9-羧基-苊并吡嗪并苯的合成
(1)3-二苯胺-8-氰基-苊并吡嗪并苯与3-二苯胺-9-氰基-苊并吡嗪并苯的合成
合成方法与实施例1中的(3)基本相同，该反应得到的为3-二苯胺-8-氰基-苊并吡嗪并苯与3-二苯胺-9-氰基-苊并吡嗪并苯的同分异构体，通过硅胶柱无法将同分异构体分开，通过核磁1HNMR得知同分异构体比例约为1∶1。核磁1HNMR(CDCl3)：δ7.10-7.16(m，6H)，7.28-7.32(m，4H)，7.45-7.48(m，1H)，7.59(t，1H)，7.83(d，1H)，7.86-7.90(m，1H)，8.25-8.28(m，1H)，8.34-8.39(m，2H)，8.54(s，1H).FAB MS：m/e 446(M+).
(2)3-二苯胺-8-羧基-苊并吡嗪并苯与3-二苯胺-9-羧基-苊并吡嗪并苯的合成
合成方法与实施例1中的(4)基本相同，该反应得到的为3-二苯胺-8-羧基-苊并吡嗪并苯与3-二苯胺-9-羧基-苊并吡嗪并苯的同分异构体，通过硅胶柱无法将同分异构体分开，通过核磁1HNMR得知同分异构体比例约为1∶1。核磁1HNMR(DMSO-d6)：δ7.10-7.14(m，6H)，7.34-7.38(m，4H)，7.44-7.47(m，1H)，7.71-7.82(m，2H)，8.26(d，2H)，8.39-8.42(m，2H)，8.70(m，1H).MS API-ES：[M-H]+(464，M/Z).
实施例4：3-(N-丁基)-苯胺-8，9-二羧基-苊并吡嗪的合成
(1)5-(N-丁基)-苯胺-苊醌的合成
合成方法与实施例1中的(2)基本相同，核磁1HNMR((CDCl3))：δ7.0(d，2H)，7.08(t，1H)，7.26-7.31(m，2H)，7.41(t，1H)，7.46(d，1H)，7.58(d，1H)，7.9(d，1H)，8.14(d，1H)，4.04(t，2H)，1.73-1.79(m，2H)，1.41-1.46(m，2H)，0.96(t，3H).MS APCI：[M+H]+(330，M/Z).
(2)3-(N-丁基)-苯胺-8，9-二氰基-苊并吡嗪的合成
合成方法与实施例1中的(3)基本相同，核磁1HNMR(CDCl3)：δ7.12-7.16(m，3H)，7.32-7.36(t，2H)，7.34(d，1H)，7.49(t，1H)，7.68(d，1H)，8.37(d，1H)，8.42(d，1H)，4.05(t，2H)，1.81(m，2H)，1.43-1.47(m，2H)，0.97(t，3H).FAB MS：m/e 401(M+).
(3)3-(N-丁基)-苯胺-8，9-二羧基-苊并吡嗪的合成
合成方法与实施例1中的(4)基本相同，核磁1HNMR(DMSO-d6)：δ6.93-6.98(m，3H)，7.26(t，2H)，7.65-7.67(m，2H)，7.31(d，1H)，8.34(d，1H)，8.43(d，1H)，4.01(t，2H)，1.70(m，2H)，1.37-1.42(m，2H)，0.89(t，3H).MS API-ES：[M-H]+(438，M/Z).
实施例5：3-(N-丁基)-苯胺-8，9-二羧基-苊并吡嗪并苯的合成
(1)3-(N-丁基)-苯胺-8，9-二氰基-苊并吡嗪并苯的合成
合成方法与实施例1中的(3)基本相同，核磁1HNMR(CDCl3)：δ7.05-7.11(m，3H)，7.30-7.34(t，2H)，7.54-7.58(t，2H)，7.70(d，1H)，8.40(d，1H)，8.59(d，2H)，8.66(s，1H)，4.06(t，2H)，1.82-1.84(m，2H)，1.41-1.48(m，2H)，0.97(t，3H).FAB MS：m/e 451(M+).
(2)3-(N-丁基)-苯胺-8，9-二羧基-苊并吡嗪并苯的合成
合成方法与实施例1中的(4)基本相同，核磁1HNMR(DMSO-d6)：δ6.90-6.94(m，3H)，7.25(t，2H)，7.69-7.75(m，3H)，8.38(d，2H)，8.45-8.47(m，1H)，4.02(t，2H)，1.69-1.70(m，2H)，1.37-1.43(m，2H)，0.89(t，3H).MS API-ES：[M-H]+(488，M/Z).
实施例6：3-(N-丁基)-苯胺-8-羧基-苊并吡嗪并苯与3-(N-丁基)-苯胺-9-羧基-苊并吡嗪并苯的合成
(1)3-(N-丁基)-苯胺-8-氰基-苊并吡嗪并苯与3-(N-丁基)-苯胺-9-氰基-苊并吡嗪并苯的合成
合成方法与实施例1中的(3)基本相同，该反应得到的为3-(N-丁基)-苯胺-8-氰基-苊并吡嗪并苯与3-(N-丁基)-苯胺-9-氰基-苊并吡嗪并苯的同分异构体，通过硅胶柱无法将同分异构体分开，通过核磁1HNMR得知同分异构体比例约为1∶1。核磁1HNMR(CDCl3)：δ6.94-7.03(m，3H)，7.24-7.30(m，2H)，7.55-7.91(m，4H)，8.24-8.39(m，2H)，8.48-8.60(m，2H)，4.0-4.04(m，2H)，1.68-1.82(m，2H)，1.42-1.49(m，2H)，0.96-0.98(m，3H).FAB MS：m/e 426(M+).
(2)3-(N-丁基)-苯胺-8-羧基-苊并吡嗪并苯与3-(N-丁基)-苯胺-9-羧基-苊并吡嗪并苯的合成
合成方法与实施例1中的(4)基本相同，该反应得到的为3-(N-丁基)-苯胺-8-羧基-苊并吡嗪并苯与3-(N-丁基)-苯胺-9-羧基-苊并吡嗪并苯的同分异构体。核磁1HNMR(DMSO-d6)：δ6.93(m，3H)，7.25(t，2H)，7.67(m，3H)，8.23-8.38(m，4H)，8.66(d，1H)，4.01(t，2H)，1.70(m，2H)，1.40(m，2H)，0.90(t，3H).MS API-ES：[M-H]+(444，M/Z).
实施例7：3-(N-甲基)-苯胺-8，9-二羧基-苊并吡嗪的合成
(1)5-(N-甲基)-苯胺-苊醌的合成
合成方法与实施例1中的(2)基本相同，核磁1HNMR(CDCl3)：δ7.04-7.06(d，2H)，7.11(t，1H)，7.30-7.34(t，2H)，7.42-7.46(t，2H)，7.63(d，1H)，7.93(d，1H)，8.15(d，1H)，3.63(s，3H).MSAPCI：[M+H]+(288，M/Z).
(2)3-(N-甲基)-苯胺-8，9-二氰基-苊并吡嗪的合成
合成方法与实施例1中的(3)基本相同，核磁1HNMR(CDCl3)：δ7.0-7.07(m，3H)，7.32-7.41(m，3H)，7.49(t，1H)，7.50-7.53(t，1H)，7.71-7.3(d，1H)，8.33-8.35(d，1H)，8.38-8.41(d，1H)，3.67(s，3H).FAB MS：m/e 359(M+).
(3)3-(N-甲基)-苯胺-8，9-二羧基-苊并吡嗪的合成
合成方法与实施例1中的(4)基本相同，核磁1HNMR(DMSO-d6)：δ7.18-7.20(m，3H)，7.27-7.31(t，3H)，7.59(d，1H)，7.65-7.69(t，1H)，7.76-7.78(d，1H)，8.34-8.36(d，1H)，8.42-8.44(d，1H)，3.57(s，3H).MS API-ES：[M-H]+(396，M/Z).
实施例8：3-(N-甲基)-苯胺-8，9-二羧基-苊并吡嗪并苯的合成
(1)3-(N-甲基)-苯胺-8，9-二氰基-苊并吡嗪并苯的合成
合成方法与实施例1中的(3)基本相同，核磁1HNMR (CDCl3)：δ7.10-7.12(m，3H)，7.31-7.35(t，2H)，7.51-7.54(d，1H)，7.58-7.52(t，1H)，7.78-7.80(d，1H)，8.40-8.42(d，1H)，8.50-8.52(d，1H)，8.56-8.58(d，2H)，3.67(s，3H).FAB MS：m/e 409(M+).
(2)3-(N-甲基)-苯胺-8，9-二羧基-苊并吡嗪并苯的合成
合成方法与实施例1中的(4)基本相同，核磁1HNMR(DMSO-d6)：δ6.94-7.02(m，3H)，7.26-7.30(t，2H)，7.64-7.66(d，1H)，7.69-7.73(t，1H)，7.76-7.78(d，1H)，8.38-8.40(d，1H)，8.45-8.47(d，1H)，8.94-8.95(d，1H)，3.57(s，3H).MS API-ES：[M-H]+(446，M/Z).
实施例9：3-(N-甲基)-苯胺-8-羧基-苊并吡嗪并苯与3-(N-甲基)-苯胺-9-羧基-苊并吡嗪并苯的合成
(1)3-(N-甲基)-苯胺-8-氰基-苊并吡嗪并苯与3-(N-甲基)-苯胺-9-氰基-苊并吡嗪并苯的合成
合成方法与实施例1中的(3)基本相同，该反应得到的为3-(N-甲基)-苯胺-8-氰基-苊并吡嗪并苯与3-(N-甲基)-苯胺-9-氰基-苊并吡嗪并苯的同分异构体，通过硅胶柱无法将同分异构体分开，通过核磁1HNMR得知同分异构体比例约为2.5∶1。核磁1HNMR(CDCl3)：δ7.08-7.10(m，3H)，7.31-7.35(m，2H)，7.51-7.53(m，1H)，7.73-7.75(d，1H)，7.92-7.93(m，1H)，8.40-8.42(d，2H)，8.56-8.60(d，2H)，8.68-8.70(d，1H)，3.66(s，3H).FAB MS：m/e 384(M+).
(2)3-(N-甲基)-苯胺-8-羧基-苊并吡嗪并苯与3-(N-甲基)-苯胺-9-羧基-苊并吡嗪并苯的合成
合成方法与实施例1中的(4)基本相同，该反应得到的为3-(N-甲基)-苯胺-8-羧基-苊并吡嗪并苯与3-(N-甲基)-苯胺-9-羧基-苊并吡嗪并苯的同分异构体。核磁1HNMR(DMSO-d6)：δ6.97-7.03(m，3H)，7.26-7.30(t，2H)，7.65-7.78(m，3H)，8.26(m，2H)，8.38-8.40(d，1H)，8.45-8.47(d，1H)，8.69(s，3H)，3.58(s，3H).MS API-ES：[M-H]+(402，M/Z).
对比例：以瑞士的SolarOnix公司提供的N719为光敏染料
实施例10：
染料敏化太阳能电池的具体制备步骤如下：
(1)导电玻璃的预处理：将导电玻璃依次在去油剂、无水乙醇、和去离子水中用超声波充分清洗，烘干备用；
(2)染料溶液的配制：将N719染料溶于乙腈和叔丁醇的体积比为1∶1的混合溶剂，配制成5×10-4mol/L溶液；
(3)电解质溶液的配制：用绝对干燥的乙腈配制的含有0.6M四丁基碘化铵，0.1M LiI，0.05M I2和0.5M对叔丁基吡啶的溶液。
(4)光阳极的制备：在经过预处理的光阳极基板上，通过丝网印刷制备纳米多孔TiO2薄膜材料，并在450℃下保持30分钟后缓慢降温；
(5)光阳极的敏化：在室温下将纳米多孔TiO2薄膜层浸渍在N719染料溶液中，浸渍24小时，得到均匀吸附染料经过敏化的光阳极；
(6)光阴极的制备：在经过预处理的光阴极基板上，通过热分解法镀上金属Pt做催化剂；
(7)密封：在电极的周边位置，通过印刷、喷涂、或挤压把密封材料均匀置于设定位置，再将两电极基板合上并密封；
(8)将上述电解质通过真空或者手工方法注入，密封，制得染料敏化太阳能电池。
实施例11：
染料敏化太阳能电池性能的测试：
将按照实施例10中的电池制备步骤，以N719为敏化染料组装的电池从光阳极和光阴极分别引出导线，接到电池性能测试装置上，电池的工作面积为0.2cm2，用太阳光模拟器模拟太阳光，将光强度调节至100mW/cm2测得的光电转化效率为5.91％，短路电流为14.45mA/cm2，开路电压为0.696mV，填充因子为0.587；测得的电池放电曲线如图1所示。
实施例12：
将实施例1至9中合成的化合物作为敏化染料，按照实施例10中的电池制备步骤，组装成电池，然后按照实施例11测试染料敏化太阳能电池的性能，测得的光电转化效率为0.94～3.68％，短路电流为2.87～8.58mA/cm2，开路电压为0.524～0.703mV，填充因子为0.623～0.704，测得的电池放电曲线，如图2、图3和图4所示，将所得的数据汇总于表1中：
表1对比例和实施例1-9的染料用于染料敏化太阳能电池性能数据
| 染料 | 短路电流(mA/cm2) | 开路电压(mV) | 填充因子 | 光电转化效率(％) |
| N719 | 14.45 | 0.696 | 0.587 | 5.91 |
| 实施例1 | 8.58 | 0.649 | 0.661 | 3.68 |
| 实施例2 | 6.34 | 0.54 | 0.633 | 2.20 |
| 实施例3 | 7.05 | 0.614 | 0.678 | 2.93 |
| 实施例4 | 5.45 | 0.703 | 0.74 | 2.84 |
| 实施例5 | 4.18 | 0.554 | 0.682 | 1.58 |
| 实施例6 | 4.38 | 0.591 | 0.687 | 1.78 |
| 实施例7 | 4.82 | 0.669 | 0.704 | 2.27 |
| 实施例8 | 4.15 | 0.557 | 0.67 | 1.55 |
| 实施例9 | 2.87 | 0.524 | 0.623 | 0.94 |
Claims (2)
1.一类用于染料敏化太阳能电池的苊并吡嗪染料，其特征是，具有以下结构通式：
其中，m为0～1的整数；A、B中一个为羧基时，另一个为氢或羧基；
式中：X1为C1～C4的直链烷基。
2.根据权利要求1所述用于染料敏化太阳能电池的苊并吡嗪染料的用途，其特征在于染料敏化太阳能电池的结构、制备步骤和电池性能测试为：
(1)染料敏化太阳能电池的结构：
染料敏化太阳能电池主要由光阳极、光阴极及它们的基板和电解质组成；光阳极与光阴极基板的材料为导电玻璃、覆有导电膜的透明塑料；光阳极基板工作区域一侧设有纳米多孔Ti02薄膜，并浸渍有苊并吡嗪染料；光阴极基板工作区域一侧设有催化剂层；光阳极和光阴极相对间隔设置，周边用密封材料密封形成密闭的腔体，腔体内填充有电解质；
(2)染料敏化太阳能电池的制备步骤：
a.导电玻璃的预处理：将导电玻璃依次在去油剂、无水乙醇、和去离子水中用超声波充分清洗，烘干备用；
b.染料溶液的配制：将权利要求1所述的苊并吡嗪染料溶于乙腈和叔丁醇的体积比为1∶1的混合溶剂，配制成5×10-4mol/L溶液；
c.电解质溶液的配制：用绝对干燥的乙腈配制的含有0.6M四丁基碘化铵，0.1M LiI，0.05M I2和0.5M对叔丁基吡啶的溶液；
d.光阳极的制备：在经过预处理的光阳极基板上，通过丝网印刷制备面积为0.2cm2，厚度为18～20μm的纳米多孔TiO2薄膜材料，并在450℃下保持30分钟后缓慢降温；
e.光阳极的敏化：在室温下将纳米多孔TiO2薄膜层浸渍在权利要求1所述的苊并吡嗪染料溶液中，浸渍24小时，得到经过均匀吸附染料而敏化的光阳极；
f.光阴极的制备：在经过预处理的光阴极基板上，通过热分解法镀上Pt做催化剂层；
g.密封：在电极的周边位置，通过印刷、喷涂、或挤压把密封材料均匀置于设定位置，再将两电极基板合上并密封；
h.将上述电解质通过真空或者手工方法注入，密封，制得染料敏化太阳能电池；
(3)电池性能测试：从电池的光阳极和光阴极分别引出导线，接到电池性能测试装置上，电池的工作面积为0.2cm2，用太阳光模拟器模拟太阳光，将光强度调节至100mW/cm2测得的光电转化效率为0.94～3.68％，短路电流为2.87～8.58mA/cm2，开路电压为0.524～0.703mV，填充因子为0.623～0.704。
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