CN101544845A - 含不同种杂环及其衍生物共轭单元的纯有机染料及其在染料敏化太阳电池中的应用 - Google Patents

含不同种杂环及其衍生物共轭单元的纯有机染料及其在染料敏化太阳电池中的应用 Download PDF

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Abstract

本发明提供了含不同种杂环及其衍生物共轭单元的纯有机染料及其在染料敏化太阳电池中的应用。该纯有机染料属于D－π－A结构的分子。在给体、π共轭系统和受体各个片段分别进行适当的调控，得到具有宽光谱响应和高摩尔消光系数的纯有机染料。该纯有机染料吸收光谱超过了570nm，已经接近于钌染料的吸收；将此类纯有机染料应用到染料敏化太阳电池上，得到了超过10％的光电转换效率，是目前最高效稳定的纯有机染料。

Description

含不同种杂环及其衍生物共轭单元的纯有机染料及其在染料敏化太阳电池中的应用
技术领域
本发明涉及含不同种杂环及其衍生物共轭单元的纯有机染料及其在染料敏化太阳电池中的应用。
背景技术
进入21世纪以来，资源短缺和环境污染的问题日益突出，人们进行了各种尝试寻找可替代传统化石燃料的能源从而解决日益逼近的能源危机。在众多的可再生能源之中，太阳能无疑是一种最为理想的清洁能源，而通过太阳电池进行光电转换是人类利用太阳能的主要途径之一。在太阳能电池中，硅太阳电池因其转换率高和技术成熟占据了太阳电池主要部分，但是硅太阳电池存在着生产成本高且在提高电池效率方面存在困难，原材料价格昂贵而难以普及。
1991年，瑞士联邦高工的
Figure A200910066876D0010140457QIETU
教授报道了高效染料敏化太阳电池(Nature 1991，353，737)，经过十多年的不断研究，目前的染料敏化太阳电池已经接近了硅电池的光电转换效率。更为重要的是，染料敏化太阳电池的制造成本仅为硅电池的1/10，具有良好的应用前景，并有可能在未来取代硅电池而占据太阳电池的市场。目前，性能最好的染料敏化剂是含有贵金属的金属有机敏化剂，如多吡啶钌配合物(J.Am.Chem.Soc.2008，130，10720-10728)，然而由于其较高的价格和贵金属资源的有限性限制了它的实际应用。与多吡啶钌配合物相比，不含贵金属的纯有机染料具有成本低、消光系数高和结构可调控性强等特点，但其在吸收光谱上弱于钌染料，因此难于实现更高的效率。
发明内容
针对现有纯有机染料的存在的不足，本发明提供了含不同种杂环及其衍生物共轭单元的纯有机染料及其在染料敏化太阳电池中的应用。
本发明提供的含不同种杂环及其衍生物共轭单元的纯有机染料，其化学结构通式1为
Figure A200910066876D00111
式中，R1、R2分别为氢原子、烃基和烃基衍生物中的任意一个，R3、R4、R5、R6分别为氢原子、烃基、烃氧基、烃硫基和卤烃基与其衍生物中的任意一个，R7和R8分别为芳香杂环；
A为吸电子基团，其为氰基、酰基、醛基、羧基、酰胺基、卤代烃、硝基、磺酸基和芳基中的任意一个；
B为羧基、亚磷酸、磺酸、次磷酸、羟基、过氧化羧酸、酰胺、硼酸和方酸中的任意一个。
所述的R1、R2、R3、R4、R5和R6分别优选下列结构式I—V中的任意一个或多个：
结构式I
Figure A200910066876D00121
结构式II
Figure A200910066876D00122
结构式III
Figure A200910066876D00123
结构式IV
Figure A200910066876D00124
结构式V
Figure A200910066876D00125
式中，R9、R10、R11和R12分别为氢原子、烃基、烃氧基、烃硫基和杂环及其衍生物中的任意一个。
所述的R7和R8分别优选下列结构式VI—XIV中的任意一个或多个：
结构式VI
Figure A200910066876D00126
结构式VII
Figure A200910066876D00131
结构式VIII
Figure A200910066876D00132
结构式IX
Figure A200910066876D00133
结构式X
结构式XI
结构式XII
Figure A200910066876D00136
结构式XIII
结构式XIV
Figure A200910066876D00142
式中，R9—R36分别为氢原子、烷烃基、芳烃基、烷氧基和杂环及其衍生物中的任意一个；
X和Y分别为O、S、Si或Se；n≥0；
所述含不同种杂环及其衍生物共轭单元的纯有机染料，其优选为如下化学结构式C—L的任意一个：
化学结构式C：
化学结构式D：
化学结构式E：
Figure A200910066876D00152
化学结构式F：
化学结构式G：
化学结构式H：
Figure A200910066876D00161
化学结构式I：
化学结构式J：
Figure A200910066876D00163
化学结构式K：
Figure A200910066876D00164
化学结构式L：
Figure A200910066876D00171
以下介绍本发明提供的具有化学结构通式1的含不同种杂环及其衍生物共轭单元的纯有机染的合成步骤和条件：
结构式a的材料的合成：
反应器内置于1倍摩尔量的R1的碘代物，1倍摩尔量的R2的碘代物和1倍摩尔量的有R3、R4、R5和R6取代基的对溴苯胺，以甲苯为溶剂，反应体系置于Ar气保护下，升温至回流反应24小时，加水终止反应，用三氯甲烷萃取，有机相用与有机相体积相同的蒸馏水萃取，用无水硫酸钠干燥，除去溶剂，柱层析，得到产物a；
结构式b的材料的合成：
反应器内置于1倍摩尔量的芳胺a，1.5倍摩尔量的R7和0.1倍摩尔量的四-三苯基磷钯，以甲苯作为溶剂，反应体系置于Ar气保护下，升温至回流反应16小时，加水终止反应，用三氯甲烷萃取，有机相用与有机相体积相同的蒸馏水萃取，用无水硫酸钠干燥，除去溶剂，柱层析，得到产物b；
结构式c的材料的合成：
反应器内置于1倍摩尔量的b，以四氢呋喃作为溶剂，冷却到—78℃，滴加1.1倍摩尔量的正丁基锂，保持—78℃反应1小时后滴加1.3倍摩尔量的三丁基氯化锡，保持—78℃反应30分钟后升至室温反应12小时，反应结束后加入氯化铵水溶液，用三氯甲烷萃取，有机相用与有机相体积相同的饱和碳酸氢钠水溶液萃取，用无水硫酸钠干燥，除去溶剂，得到产物c；
结构式d的材料的合成：
反应器内置于0.6倍摩尔量的c，1倍摩尔量的Br-R8-CHO和0.1倍摩尔量的二(三苯基磷)二氯化钯，以甲苯为溶剂，反应体系置于Ar气保护下，升温至回流反应16小时，反应结束后加入饱和氯化铵水溶液，用三氯甲烷萃取，有机相用与有机相体积相同的饱和碳酸氢钠水溶液萃取，用无水硫酸钠干燥，除去溶剂，得到产物d；
结构式1的有机染料的合成：
反应器内置于1倍摩尔量的d，3倍摩尔量的带有A、B取代基的甲烷，7倍摩尔量的哌啶，以氯仿为溶剂，反应体系置于Ar气保护下，升温至回流反应12小时，反应结束后用2摩尔/升盐酸水溶液将有机相洗至酸性，加入乙醚使固体析出，过滤后干燥，得到化学结构通式1的有机染料。
下面介绍用本发明提供的含不同种杂环及其衍生物共轭单元的纯有机染料制备的染料敏化太阳电池。
如图5、6所示，本发明提供染料敏化太阳电池由透明基底层1、导电层2、光吸收层3、电解质层6和对电极7构成；2个透明基底层1中间顺次连接的是导电层2、光吸收层3、电解质层6和对电极7；所述的光吸收层3由半导体纳米粒子层4和含有双氮芴的钌染料层5构成，其中，半导体纳米粒子层4与导电层2连接，含有双氮芴的钌染料层5与电解质层6连接；
所述的透明基底层1是玻璃基底或塑料构成；所述的塑料是聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚萘二甲酸乙二醇酯、聚碳酸酯、聚丙烯、聚酰亚胺、三乙酰基纤维素和聚醚砜其中的任意一种；
所述的导电层2由氧化铟锡(ITO)、氧化氟锡(FTO)、ZnO-Ga2O3、ZnO-Al2O3、锡基氧化物、氧化锑锡(ATO)和氧化锌中的任意一种构成；
所述的半导体纳米粒子层4的半导体纳米粒子为Si、TiO2、SnO2、ZnO、WO3、Nb2O5和TiSrO3中的任意一种，0nm<半导体纳米粒子的平均粒径≤50nm；
所述的染料层5为化学结构通式1的含不同种杂环及其衍生物共轭单元的纯有机染料构成；
所述的电解质层6以是碘/碘化锂电解质，或者离子液体和有机空穴传输材料中的任意一种构成；
所述的离子液体包括阴离子和阳离子两部分，其中阴离子选自I-、Br-、Cl-、[N(CN)2]-、[N(SO2CF3)2]-、[PF6]-、[BF4]-、[NO3]-、[C(CN)3]-、[B(CN)4]-、[CF3COO]-、[ClO4]-、[BF3CF3]-、[CF3SO3]-、[CF3F2SO3]-、[CH3H2SO3]-、[(CF3SO2)2N]-、[(C2H5SO2)2N]-、[(CF3SO2)3C]-、[(C2F5SO2)3C]-、[(FSO2)3C]-、[CH3CH2OSO3]-、[CF3C(O)O]-、[CF3CF2C(O)O]-、[CH3CH2C(O)O]-、[CH3C(O)O]-、[P(C2H5)3F3]-、[P(CF3)3F3]-、[P(C2H4H)(CF3)2F3]]-、[P(C2F3H2)3F3]-、[P(C2F5)(CF3)2F3]-、[P(CF3)3F3]-、[P(C6H5)3F3]-、[P(C3H7)3F3]-、[P(C4H9)3F3]-、[P(C2H5)2F4]-、[(C2H5)2P(O)O]-、[(C2H5)2P(O)O2]2-、[PC6H5]2F4]-、[(CF3)2P(O)O]-、[(CH3)2P(O)O]-、[(C4H9)2P(O)O]-、[CF3P(O)O2]2-、[CH3P(O)O2]2-、[(CH3O)2P(O)O]-、[BF2(C2F5)2]-、[BF3(C2F5)]-、[BF2(CF3)2]-、[B(C2F5)4]-、[BF3(CN)]-、[BF2(CN)2]-、[B(CF3)4]-、[B(OCH3)4]-、[B(OCH3)2(C2H5)]-、[B(O2C2H4)2]-、[B(O2C2H2)2]-、[B(O2CH4)2]-、[N(CF3)2]-、[AlCl4]-和[SiF6]2-中的任意一种；
阳离子选自
Figure A200910066876D00201
中的任意一种；
有机空穴传输材料是2，2′，7，7′-四双(N，N-二-P-甲氧基胺)9，9′-螺双芴；
所述的对电极7由Pt、Au、Ni、Cu、Ag、In、Ru、Pd、Rh、Ir、Os、C和导电聚合物中任意一个或多个组成；所述的导电聚合物为聚苯胺、聚吡咯、聚噻吩、聚对苯乙炔和聚醚中的任意一种。
下面介绍上述的用本发明提供的含不同种杂环及其衍生物共轭单元的纯有机染料制备的染料敏化太阳电池的制法。
染料敏化太阳电池的光阳极(光吸收层)采用介孔的双层，底层膜由20nm的TiO2纳米晶组成，厚度为7μm，上层膜厚度由400nm的TiO2光散射粒子组成，厚度为5μm。
制备TiO2纳米晶和TiO2纳米结构双层膜电极的方法参见文献(Wang P.et al.，Enhance the Performance of Dye-Sensitized Solar Cellsby Co-grafting Amphiphilic Sensitizer and Hexadecylmalonic Acid onTiO2 Nanocrystals，J.Phys.Chem.B.，107，2003，14336)。
将制备好的TiO2纳米结构双层膜电极浸泡在含有300μM化学结构通式1的含不同种杂环及其衍生物共轭单元的纯有机染料和300μMCheno(3，7—二羟基—4—胆酸)的乙腈/叔丁醇中，时间为12小时，这时，染料分子就吸附在电极上，并能保证90％以上的覆盖率，然后将纳米铂的玻璃电极通过一个35μm厚的热融环同TiO2纳米结构双层膜电极加热熔融密封，最后将电解质材料注入到两个电极的缝隙中，即构成了染料敏化太阳电池。
有益效果：本发明提供的含有不同种杂环及其衍生物共轭单元的纯有机染料为具有宽光谱吸收、高摩尔消光系数的纯有机染料，吸收光谱超过了570nm，已经接近于钌染料的吸收；用此类纯有机染料制备的染料敏化太阳电池，实现了10％以上的超高效，是染料敏化太阳电池的最高记录；具有良好的光热稳定性。
本发明提供的含有不同种杂环及其衍生物共轭单元的纯有机染料合成工艺简单，反应原料成本低廉，靶分子易于纯化。
附图说明
图1是本发明提供的由化学结构式I的含有不同种杂环及其衍生物共轭单元的纯有机染料制备的染料敏化太阳电池光电转换效率与波长的曲线图。
图2是本发明提供的由化学结构式I的含有不同种杂环及其衍生物共轭单元的纯有机染料制备的染料敏化太阳电池电流与电压关系曲线图。
图3是由含不同种杂环及其衍生物共轭单元的纯有机染料制备的染料敏化太阳电池的结构示意图。其也是摘要的附图。
图4是光吸收层3结构示意图。图中，4为半导体纳米粒子层，5为染料层。
具体实施方式
实施例1：化学结构式I的含有不同种杂环及其衍生物共轭单元的纯有机染料的制备
合成路线如下：
Figure A200910066876D00231
结构式为(1)的材料的合成：
反应器内，将11.14g(67mmol)二联噻吩溶于90毫升氯仿和40毫升冰醋酸的混合溶剂中，冷却到—15℃。滴加13.73毫升(268mmol)液溴，升至室温反应5小时后升温至回流反应24小时，冷却至室温，加入100毫升质量比10％的氢氧化钾水溶液，用氯仿萃取，有机相用无水硫酸镁干燥。旋出溶剂后用柱层析，得到产物(1)，收率69％。
结构式为(2)的材料的合成：
反应器内，将18g(21mmol)产物(1)溶于400毫升四氢呋喃中，冷却到—78℃，反应体系要求无氧无水。滴加46.7毫升(74.7mmol)正丁基锂，保持—78℃反应15分钟，一次性加入11.88毫升(93.25mmol)三甲基氯硅烷，升至室温。加入200毫升水，用乙酸乙酯萃取，有机相用无水硫酸钠干燥，旋出溶剂后柱层析，得到产物(2)，收率74％。
结构式为(3)的材料的合成：
反应器内，将7.92g(16.96mmol)产物(2)溶于140毫升四氢呋喃中，冷却到—78℃，反应体系要求无氧无水。滴加22.25毫升(34.98mmol)正丁基锂，保持—78℃反应15分钟，一次性加入6.77毫升(20.35mmol)三甲基氯硅烷，升至室温反应2小时，加入100毫升水，用乙酸乙酯萃取，有机相用无水硫酸钠干燥。旋出溶剂后柱层析得到产物(3)，收率77％。
结构式为(4)的材料的合成：
反应器内，将5.53g(10.9mmol)产物(3)溶于100毫升四氢呋喃中，加入3.976g(22.34mmol)N-溴代丁二酰亚胺，室温反应4小时，加入50毫升水，旋出四氢呋喃，用乙酸乙酯萃取，有机相用无水硫酸镁干燥，旋出溶剂后用柱层析，得到产物(4)，收率92％。
结构式为(5)的材料的合成：
反应器内，将1g(1.9mmol)产物(4)溶于23毫升正丙醇、0.97毫升冰醋酸和0.49毫升水的混合溶液中，升温至回流反应5小时，期间分四次加入锌粉0.69g(10.57mmol)。冷却后旋出溶剂，用乙醚萃取，依次用水、饱和碳酸氢钠水溶液和氯化钠水溶液洗有机相，有机相用无水硫酸镁干燥，旋出溶剂后用柱层析，得到产物(5)，收率77％。
结构式为(6)的材料的合成：
反应器内，将1.46g(4.03mmol)产物(5)和0.88毫升N，N-二甲基甲酰胺溶于15毫升1，2-二氯乙烷中，室温反应10分钟。冷却到0℃，加入0.435毫升(4.77mmol)三氯氧磷，保持0℃反应1小时，升温到80℃反应4小时。冷却到室温，加入20毫升饱和的乙酸钠水溶液，搅拌30分钟，用乙酸乙酯萃取，有机相用无水硫酸镁干燥，旋出溶剂后用柱层析，得到产物(6)，收率95％。
结构式为(7)的材料的合成：
反应器内，将1.5g(3.84mmol)产物(6)溶于20毫升N，N-二甲基甲酰胺中，冷却到0℃，滴加溶有0.77g(4.33mmol)N-溴代丁二酰亚胺的N，N-二甲基甲酰胺10毫升。升至室温反应4小时，加入0.1摩尔/升的盐酸水溶液10毫升，用二氯甲烷萃取，有机相用无水硫酸镁干燥，旋出溶剂后用柱层析，得到产物(4)，收率86％。
结构式为(8)的材料的合成：
反应器内，将62.56g(0.32mol)2—乙基溴己烷、64.79g(0.29mol)对碘苯酚和44.76g(0.32mol)碳酸钾溶于200毫升N，N-二甲基甲酰胺中，用氩气保护，升温至130℃反应12小时。反应结束后冷却过滤，加入100毫升水，用乙酸乙酯萃取，有机相用无水硫酸镁干燥，旋出溶剂后用石油醚柱层析，得到产物(1)，收率93％。
结构式为(9)的材料的合成：
反应器内，将14.79g(0.09mol)对溴苯胺、71.4g(0.21mol)产物(1)和3.09g(17.2mmol)邻菲啰啉溶于350毫升甲苯中，用氩气保护，升温至100℃，加入1.7g(17.2mmol)氯化亚铜和43.4g(0.76mol)氢氧化钾，升温至回流反应12小时，反应结束后加入100毫升水，用氯仿萃取，有机相用无水硫酸钠干燥，旋出溶剂后柱层析，得到产物(9)，收率67％。
结构式为(10)的材料的合成：
反应器内，将9.6g(16.55mmol)产物(9)、15.3g(24.82mmol)2—(三丁基锡)—3，4乙烯二氧噻吩和1.16g(1.66mmol)二(三苯基磷)二氯化钯溶于150毫升甲苯中，用氩气保护，升温至回流反应12小时。反应结束后加入100毫升水，用氯仿萃取，有机相用无水硫酸钠干燥，旋出溶剂后柱层析，得到产物(10)，收率72％。
结构式为(11)的材料的合成：
反应器内，将2g(3.11mmol)产物(10)溶于15毫升四氢呋喃中冷却到—78℃，反应体系要求无氧无水。滴加2.13毫升(3.42mmol)正丁基锂，保持—78℃反应1小时，滴加1.1毫升(4.04mmol)三丁基氯化锡，保持—78℃反应30分钟后升至室温反应12小时，加入10毫升水，减压旋出四氢呋喃，水相用乙酸乙酯萃取，有机相用无水硫酸钠干燥，旋出溶剂后柱层析，得到产物(11)，收率98％。
结构式为(12)的材料的合成：
反应器内，将1.4g(1.09mmol)产物(11)、0.875g(1.86mmol)产物(7)和0.13g(0.19mmol)二(三苯基磷)二氯化钯溶于20毫升甲苯中，用氩气保护，升温至回流反应12小时。反应结束后加入20毫升水，用氯仿萃取，有机相用无水硫酸钠干燥，旋出溶剂后柱层析，得到产物(12)，收率84％。
结构式I的纯有机染料的合成：
反应器内，将1.07g(1.03mmol)产物(12)、0.263g(3.09mmol)腈乙酸和0.72毫升(7.21mmol)哌啶溶于35毫升氯仿中，用氩气保护，升温至回流反应12小时。反应结束后加入20毫升氯仿，用2摩尔/升的盐酸水溶液洗有机相至酸性，有机相中加入乙醚使固体沉出，过滤后干燥，得到结构式I的纯有机染料，收率77％。
化学结构式I的纯有机染料的核磁数据：1H NMR(400MHz，CD3Cl，δH)：13.49(s，1H)，8.45(s，1H)，8.00(s，1H)，7.46-7.48(m，2H)，7.34(s，1H)，6.98-7.01(m，4H)，6.88-6.90(m，4H)，6.76-6.78(m，2H)，4.44(d，2H)，4.37(d，2H)，3.81(m，4H)，1.66(m，2H)，1.40(m，8H)，1.30(m，12H)，1.17-1.24(m，10H)，0.97(m，4H)，0.87-0.91(m，14H)，0.77-0.81(m，6H).
实施例2：化学结构式I的含有不同种杂环及其衍生物共轭单元的纯有机染料制备染料敏化太阳电池
染料敏化太阳电池的光阳极(光吸收层)采用介孔的双层，底层膜由20nm的TiO2纳米晶组成，厚度为7μm，上层膜厚度由400nm的TiO2光散射粒子组成，厚度为5μm。制备TiO2纳米晶和TiO2纳米结构双层膜电极的方法参见文章(Wang P.et al.，Enhance thePerformance of Dye-Sensitized Solar Cells by Co-grafting AmphiphilicSensitizer and Hexadecylmalonic Acid on TiO2Nanocrystals，J.Phys.Chem.B.，107，2003，14336)。
将制备好的TiO2纳米结构双层膜电极浸泡在含有300μM结构式I的染料和300μM Cheno(3，7—二羟基—4—胆酸)的乙腈/叔丁醇中，时间为12小时，这时，染料分子就吸附在电极上，并能保证90％以上的覆盖率，然后将纳米铂的玻璃电极通过一个35μm厚的热融环同TiO2纳米结构双层膜电极加热熔融密封，最后将电解质材料注入到两个电极的缝隙中，即构成了染料敏化太阳电池。详细的器件制备方法参见文献(Wang P.et al.，A Solvent-Free，SeCN-/(SeCN)3 -BasedIonic Liquid Electrolyte for High-Efficiency Dye-SensitizedNanocrystalline Solar Cell，J.Am.Chem.Soc.，126，2004，7164)。
器件在标准AM1.5模拟太阳光下测定，光强100mw/cm2，短路光电流Jsc为16.47mA/cm2，开路光电压Voc为693mV，填充因子ff为0.77，光电转换效率为8.6％。
实施例3：由化学结构式II的含有不同种杂环及其衍生物共轭单元的纯有机染料制备的染料敏化太阳电池
所用化学结构式II的含有不同种杂环及其衍生物共轭单元的纯有机染料，采用的原材料是4，4’—二甲基硅—2，2’—联噻吩，用实施例1的步骤和条件合成。
根据实施例2的方法制备染料敏化太阳电池，得到的染料敏化太阳电池参数见说明书附表。
实施例4：由化学结构式III的含有不同种杂环及其衍生物共轭单元的纯有机染料制备的染料敏化太阳电池
Figure A200910066876D00292
所用化学结构式III的含有不同种杂环及其衍生物共轭单元的纯有机染料，采用的原材料是4，4’—二甲基硅—2，2’—联噻吩和5，5’—环丁基—3，4—乙烯二氧噻吩，用实施例1的步骤和条件合成。
根据实施例2的方法制备染料敏化太阳电池，得到的染料敏化太阳电池参数见说明书附表。
实施例5：由化学结构式IV的含有不同种杂环及其衍生物共轭单元的纯有机染料制备的染料敏化太阳电池
Figure A200910066876D00301
所用化学结构式IV的含有不同种杂环及其衍生物共轭单元的纯有机染料，采用的原材料是4，4’—二甲基硅—2，2’—联噻吩和芴代三芳胺，用实施例1的步骤和条件合成。
根据实施例2的方法制备染料敏化太阳电池，得到的染料敏化太阳能电池参数见说明书附表。
实施例6：由化学结构式V的含有不同种杂环及其衍生物共轭单元的纯有机染料制备的染料敏化太阳电池
Figure A200910066876D00302
所用化学结构式V的含有不同种杂环及其衍生物共轭单元的纯有机染料，采用的原材料是4，4’—二己基硅—2，2’—联噻吩和芴代三芳胺，用实施例1的步骤和条件合成。
根据实施例2的方法制备染料敏化太阳电池，得到的染料敏化太阳电池参数见说明书附表。
实施例7：由化学结构式VI的含有不同种杂环及其衍生物共轭单元的纯有机染料制备的染料敏化太阳能电池
Figure A200910066876D00311
所用化学结构式VI的含有不同种杂环及其衍生物共轭单元的纯有机染料，采用的原材料是5，5’—环丁基—3，4—乙烯二氧噻吩和芴代三芳胺，用实施例1的步骤和条件合成。
根据实施例2的方法制备染料敏化太阳电池，得到的染料敏化太阳电池参数见说明书附表。
实施例8：由化学结构式VII的含有不同种杂环及其衍生物共轭单元的纯有机染料制备的染料敏化太阳能电池
所用化学结构式VII的含有不同种杂环及其衍生物共轭单元的纯有机染料，采用的原材料是4，4’—二己基硅—2，2’—联噻吩和已氧基三苯胺，用实施例1的步骤和条件合成。
根据实施例2的方法制备染料敏化太阳电池，得到的染料敏化太阳电池参数见说明书附表。
实施例9：由化学结构式VIII的含有不同种杂环及其衍生物共轭单元的纯有机染料制备的染料敏化太阳能电池
Figure A200910066876D00321
所用化学结构式VIII的含有不同种杂环及其衍生物共轭单元的纯有机染料，采用的原材料是4，4’—[(2，2’—二乙基)—二己基硅]—2，2’联噻吩、3，4—乙烯二硫噻吩和已氧基三苯胺，用实施例1的步骤和条件合成。
根据实施例2的方法制备染料敏化太阳能电池，得到的染料敏化太阳能电池参数见说明书附表。
实施例10：由化学结构式V的含有不同种杂环及其衍生物共轭单元的纯有机染料制备的染料敏化太阳能电池
Figure A200910066876D00322
所用化学结构式V的含有不同种杂环及其衍生物共轭单元的纯有机染料，采用的原材料是5，5’-二甲基-3，4-乙烯二氧硒吩，用实施例1的步骤和条件合成。
根据实施例2的方法制备染料敏化太阳能电池，得到的染料敏化太阳能电池参数见说明书附表。
实施例11：由化学结构式V的含有不同种杂环及其衍生物共轭单元的纯有机染料制备的染料敏化太阳能电池
Figure A200910066876D00331
所用化学结构式V的含有不同种杂环及其衍生物共轭单元的纯有机染料，采用的原材料是腈乙酸乙酯，用实施例1的步骤和条件合成。
根据实施例2的方法制备染料敏化太阳能电池，得到的染料敏化太阳能电池参数见说明书附表。
附表：用含不同种杂环及其衍生物共轭单元的纯有机染料I～IV所制备的敏化太阳电池的器件测量结果
 
含有不同种杂环及其衍生物共轭单元的纯有机染料 开路电压(mV) 短路电流(mA/cm2) 填充因子FF 效率(％)
C 693 16.47 0.77 8.6
D 715 15.62 0.79 9.1
E 750 14.20 0.77 9.6
F 694 17.02 0.68 8.8
G 682 17.11 0.69 8.4
H 723 15.88 0.71 8.7
I 654 17.26 0.73 9.0
J 699 17.10 0.78 9.5
K 722 17.05 0.76 10.2
L 714 17.44 0.74 10.0

Claims (5)

1.含不同种杂环及其衍生物共轭单元的纯有机染料，其特征在于，其具有如下的化学结构式1：
Figure A200910066876C00021
式中，R1、R2分别为氢原子、烃基和烃基衍生物中的任意一个，R3、R4、R5、R6分别为氢原子、烃基、烃氧基、烃硫基和卤烃基及其衍生物中的任意一个，R7和R8分别为芳香杂环；
A为吸电子基团，其为氰基、酰基、醛基、羧基、酰胺基、卤代烃、硝基、磺酸基和芳基中的任意一个；
B为羧基、亚磷酸、磺酸、次磷酸、羟基、过氧化羧酸、酰胺、硼酸和方酸中的任意一个。
2.根据权利要求1所述含有不同种杂环及其衍生物共轭单元的纯有机染料，其特征在于，所述的R1、R2、R3、R4、R5和R6分别为下列结构式I—V中的任意一个或多个：
结构式I
Figure A200910066876C00022
结构式II
Figure A200910066876C00023
结构式III
Figure A200910066876C00031
结构式IV
Figure A200910066876C00032
结构式V
Figure A200910066876C00033
式中，R9、R10、R11和R12分别为氢原子、烃基、烃氧基、烃硫基和杂环及其衍生物中的任意一个。
3.根据权利要求1所述含有不同种杂环及其衍生物共轭单元的纯有机染料，其特征在于，所述的R7和R8分别为下列结构式VI—XIV中的任意一个或多个：
结构式VI
Figure A200910066876C00034
结构式VII
Figure A200910066876C00035
结构式VIII
Figure A200910066876C00041
结构式IX
Figure A200910066876C00042
结构式X
Figure A200910066876C00043
结构式XI
结构式XII
结构式XIII
Figure A200910066876C00046
结构式XIV
式中，R9—R36分别为氢原子、烷烃基、芳烃基、烷氧基和杂环及其衍生物中的任意一个；
X和Y分别为O、S、Si或Se；n≥0。
4.根据权利要求1所述含有不同种杂环及其衍生物共轭单元的纯有机染料，其特征在于，其为如下化学结构式C—L的任意一个：化学结构式C：
Figure A200910066876C00052
化学结构式D：
Figure A200910066876C00053
化学结构式E：
Figure A200910066876C00061
化学结构式F：
Figure A200910066876C00062
化学结构式G：
化学结构式H：
Figure A200910066876C00064
化学结构式I：
Figure A200910066876C00071
化学结构式J：
化学结构式K：
化学结构式L：
Figure A200910066876C00074
5.用权利要求1所述含不同种杂环及其衍生物共轭单元的纯有机染料制备的染料敏化太阳电池，其特征在于，其由2个透明基底层(1)中间顺次连接的导电层(2)、光吸收层(3)、还原层(6)和对电极(7)构成；
所述的光吸收层(3)由半导体纳米粒子层(4)和染料层(5)构成；所述的半导体纳米粒子层(4)与导电层(2)连接，染料层(5)与还原层(6)连接；
所述的透明基底层(1)是玻璃基底或塑料；所述的塑料是聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚萘二甲酸乙二醇酯、聚碳酸酯、聚丙烯、聚酰亚胺、三乙酰基纤维素和聚醚砜其中的任意一种；
所述的导电层(2)由氧化铟锡、氧化氟锡、ZnO-Ga2O3、ZnO-Al2O3、锡基氧化物、氧化锑锡和氧化锌中的任意一种构成；
所述的半导体纳米粒子层(4)的半导体纳米粒子为Si、TiO2、SnO2、ZnO、WO3、Nb2O5和TiSrO3中的任意一种，0nm<半导体纳米粒子的平均粒径≤50nm；
所述的染料层(5)为化学结构通式1的含有不同种杂环及其衍生物共轭单元的纯有机染料构成；
所述的电解质层6是碘/碘盐电解质、离子液体和有机空穴传输材料以及无机空穴传输材料中的任意一种或多种构成；
所述的离子液体包括阴离子和阳离子两部分，其中阴离子选自I-、Br-、Cl-、[N(CN)2]-、[N(SO2CF3)2]-、[PF6]-、[BF4]-、[NO3]-、[C(CN)3]-、[B(CN)4]-、[CF3COO]-、[ClO4]-、[BF3CF3]-、[CF3SO3]-、[CF3F2SO3]-、[CH3H2SO3]-、[(CF3SO2)2N]-、[(C2H5SO2)2N]-、[(CF3SO2)3C]-、[(C2F5SO2)3C]-、[(FSO2)3C]-、[CH3CH2OSO3]-、[CF3C(O)O]-、[CF3CF2C(O)O]-、[CH3CH2C(O)O]-、[CH3C(O)O]-、[P(C2H5)3F3]-、[P(CF3)3F3]-、[P(C2H4H)(CF3)2F3]]-、[P(C2F3H2)3F3]-、[P(C2F5)(CF3)2F3]-、[P(CF3)3F3]-、[P(C6H5)3F3]-、[P(C3H7)3F3]-、[P(C4H9)3F3]-、[P(C2H5)2F4]-、[(C2H5)2P(O)O]-、[(C2H5)2P(O)O2]2-、[PC6H5]2F4]-、[(CF3)2P(O)O]-、[(CH3)2P(O)O]-、[(C4H9)2P(O)O]-、[CF3P(O)O2]2-、[CH3P(O)O2]2-、[(CH3O)2P(O)O]-、[BF2(C2F5)2]-、[BF3(C2F5)]-、[BF2(CF3)2]-、[B(C2F5)4]-、[BF3(CN)]-、[BF2(CN)2]-、[B(CF3)4]-、[B(OCH3)4]-、[B(OCH3)2(C2H5)]-、[B(O2C2H4)2]-、[B(O2C2H2)2]-、[B(O2CH4)2]-、[N(CF3)2]-、[AlCl4]-和[SiF6]2-中的任意一种或多种；
阳离子选自
Figure A200910066876C00091
中的任意一种或多种；
有机空穴传输材料是2，2′，7，7′-四双(N，N-二对甲氧基苯胺)-9，9′-螺双芴或其它有机P型半导体；
所述的对电极(7)由Pt、Au、Ni、Cu、Ag、In、Ru、Pd、Rh、Ir、Os、C和导电聚合物中任意一个或多个组成；所述的导电聚合物为聚苯胺、聚吡咯、聚噻吩、聚对苯乙炔和聚醚中的任意一种或多种。
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