CN101570644B - 以多种杂环及其衍生物作为共轭单元的纯有机染料和由其制备的染料敏化太阳电池 - Google Patents

以多种杂环及其衍生物作为共轭单元的纯有机染料和由其制备的染料敏化太阳电池 Download PDF

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Abstract

本发明提供了以多种杂环及其衍生物作为共轭单元的纯有机染料和由其制备的染料敏化太阳电池。选用多种不同的杂环及其衍生物作为共轭单元，可制备宽光谱响应、高摩尔消光系数的纯有机染料。本发明提供的以多种杂环及其衍生物作为共轭单元的纯有机染料，其吸收光谱超过了580nm，实现了染料吸收光谱的突破；用此类纯有机染料制备的染料敏化太阳电池，实现了5％的光电转换效率，并且具有良好的光热稳定性。本发明提供的以多种杂环及其衍生物作为共轭单元的纯有机染料合成方法简单，反应原料成本低廉，靶分子易于纯化。

Description

以多种杂环及其衍生物作为共轭单元的纯有机染料和由其制备的染料敏化太阳电池
技术领域
本发明涉及以多种杂环及其衍生物作为共轭单元的纯有机染料和由其制备的染料敏化太阳电池。
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。
1991年，瑞士联邦高工的
Figure G2009100670784D00011
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存在的不足，本发明提供了以多种杂环及其衍生物作为共轭单元的纯有机染料和由其制备的染料敏化太阳电池。
本发明提供的含以多种杂环及其衍生物作为共轭单元的纯有机染料，其化学结构式1为
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、R8和R9分别为多元杂环及其衍生物；
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 G2009100670784D00031
结构式II：
Figure G2009100670784D00032
结构式III：
Figure G2009100670784D00033
结构式IV：
Figure G2009100670784D00034
n≥0；
结构式V：
Figure G2009100670784D00035
n≥0；
式中，R10、R11、R12和R13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、R8和R9分别优选下列结构式VI-XIII中的任意一个或多个：
结构式VI：
Figure G2009100670784D00036
结构式VII：
Figure G2009100670784D00041
结构式VIII：
Figure G2009100670784D00042
结构式IX：
Figure G2009100670784D00043
结构式X：
Figure G2009100670784D00044
结构式XI
Figure G2009100670784D00045
结构式XII：
Figure G2009100670784D00046
结构式XIII：
Figure G2009100670784D00051
式中，R9-R35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、Y和Z分别为N、O、S、Si或Se，n≥0；
所述以多种杂环及其衍生物作为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：
Figure G2009100670784D00052
化学结构式D：
Figure G2009100670784D00053
化学结构式E：
Figure G2009100670784D00054
化学结构式F：
Figure G2009100670784D00061
化学结构式G：
Figure G2009100670784D00062
化学结构式H：
Figure G2009100670784D00063
化学结构式I：
化学结构式J：
Figure G2009100670784D00071
化学结构式K：
Figure G2009100670784D00072
化学结构式L：
Figure G2009100670784D00073
以下介绍本发明提供的具有化学结构式1的以多种杂环及其衍生物作为共轭单元的纯有机染料的合成步骤和条件：
Figure G2009100670784D00074
结构式a的材料的合成：
反应器内，置入摩尔比为1∶1∶1的R1的碘代物、R2的碘代物和带有R3、R4、R5和R6取代基的任意一个或多个的对溴苯胺，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，置入摩尔比为1∶1.5∶0.1的芳胺a、R7取代的三丁基锡和四-三苯基磷钯，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，置入材料b，以四氢呋喃作为溶剂，冷却到-78℃，滴加正丁基锂，保持-78℃反应1小时后滴加三丁基氯化锡，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；所述的材料b：正丁基锂：三丁基氯化锡的摩尔比为1∶1.1∶1.3。
结构式d的材料的合成：
反应器内，置入摩尔比为1∶1.5∶0.07的材料c、Br-R8-R9-CHO和二(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的纯有机染料的合成：
反应器内，置入摩尔比为1∶2.4∶5.5的材料d、带有A、B取代基的甲烷和哌啶，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pH＝1，将有机相减压蒸馏出去得到的固体用乙腈洗去杂质，干燥后得到化学结构式1的纯有机染料。
下面介绍用本发明提供的以多种杂环及其衍生物作为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和以多种杂环及其衍生物作为共轭单元的纯有机染料层5构成，其中，半导体纳米粒子层4与导电层2连接，以多种杂环及其衍生物作为共轭单元的纯有机染料层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为化学结构式1的以多种杂环及其衍生物作为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 G2009100670784D00111
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以多种杂环及其衍生物作为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化学结构式1的以多种杂环及其衍生物作为共轭单元的纯有机染料和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，得到了染料敏化太阳电池。
有益效果：本发明提供的以多种杂环及其衍生物作为共轭单元的纯有机染料，其吸收光谱超过了580nm，实现了染料吸收光谱的突破，；用此类纯有机染料制备的染料敏化太阳电池，实现了5％的光电转换效率，并且具有良好的光热稳定性。
本发明提供的以多种杂环及其衍生物作为共轭单元的纯有机染料合成方法简单，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C的以多种杂环及其衍生物作为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C的以多种杂环及其衍生物作为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是由以多种杂环及其衍生物作为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C的纯有机染料的合成
合成路线如下：
Figure G2009100670784D00131
结构式为11的材料的合成：
反应器中，将5.00克3，4-二甲氧基噻吩(34.67毫摩尔)，32.65克乙二硫醇(34.46毫摩尔)和0.50克对甲基苯磺酸(2.62毫摩尔)溶于100毫升甲苯中，氩气保护，升温至回流反应72小时。冷却至室温后加入100毫升水，水相用100毫升乙醚萃取三次，有机相用5％的氢氧化钠水溶液100毫升洗涤，合并有机相，无水硫酸镁干燥，旋出溶剂，减压蒸馏得到产品11，产率：45％。
结构式为12的材料的合成：
反应器内，将2.66克产物11溶于2.52毫升N’N-二甲基甲酰胺和40毫升二氯甲烷的混合溶剂中，氩气保护下滴加2.84毫升三氯氧磷(30.52毫摩尔)，升温至回流反应1小时。冷却至室温后加入250毫升乙酸钠溶液(1摩尔/升)，搅拌30分钟后，用200毫升二氯甲烷萃取两次，有机相用无水硫酸钠干燥，旋出溶剂后柱层析得到产物12，产率：87％。
结构式为13的材料的合成：
反应器内，将1.08克产物12(5.34毫摩尔)溶于30毫升氯仿中，氩气保护，冷却至0℃，加入0.27克溴代丁二酰亚胺(1.52毫摩尔)，保持0℃搅拌1小时，升至室温搅拌24小时。停止搅拌，加入50毫升水，用50毫升氯仿萃取三次，合并有机相，用无水硫酸钠干燥，旋出溶剂后得到产物13，产率：80％。
结构式为14的材料的合成：
反应器内，加入5毫升噻吩，氩气保护，导入100毫升四氢呋喃，冷却至-78℃，滴加46毫升正丁基锂(1.6摩尔/升)，保持-78℃搅拌30分钟后缓慢升至-20℃搅拌2小时。重新冷却至-78℃，滴入10毫升硼酸三甲酯，-78℃下搅拌2小时，升至室温搅拌12小时。滴入30毫升水，旋出溶剂四氢呋喃。水相用30毫升乙醚萃取三次，合并有机相，无水硫酸钠干燥，旋出溶剂后得到的产物噻吩硼酸直接用于下一步反应。
反应器内在0℃下，将0.89克噻吩硼酸(6.96毫摩尔)、1.50克产物13(5.33毫摩尔)和0.62克二-三苯基磷二氯化钯(0.53毫摩尔)溶于100毫升四氢呋喃中，升温至回流反应12小时，冷却后加入50毫升水，滤出固体，旋出溶剂四氢呋喃，水相用50毫升二氯甲烷萃取三次，合并有机相用无水硫酸钠干燥，旋出溶剂后柱层析得到产物14，产率：86％。
结构式为15的材料的合成：
反应器内，将0.65克产物14(2.29毫摩尔)溶于30毫升四氢呋喃和20毫升冰醋酸的混合溶剂中，氩气保护，冷却到0℃。加入0.41克溴代丁二酰亚胺(2.3毫摩尔)，保持0℃搅拌1小时，升至室温搅拌24小时。加入80毫升水，用80毫升氯仿萃取三次，合并有机相，用无水硫酸钠干燥，旋去溶剂后柱层析得到产物15，产率：84％。
结构式为16的材料的合成：
反应器内，将62.56克2-乙基溴己烷(0.32摩尔)、64.79克对碘苯酚(0.29摩尔)和44.76克碳酸钾(0.32摩尔)溶于200毫升N，N-二甲基甲酰胺中，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100毫升乙酸乙酯萃取三次，有机相用无水硫酸镁干燥，旋出溶剂后用柱层析，得到产物16，产率：93％。
结构式为17的材料的合成：
反应器内，将14.79克对溴苯胺(0.09摩尔)、71.4克产物16(0.21摩尔)和3.09克邻菲啰啉(17.2毫摩尔)溶于350毫升甲苯中，氩气保护，升温至100℃，加入1.7克氯化亚铜(17.2毫摩尔)和43.4克氢氧化钾(0.76摩尔)，升温至回流反应12小时，反应结束后加入100毫升水，用100氯仿萃取三次，有机相用无水硫酸钠干燥，旋出溶剂后柱层析，得到产物17，产率：67％。
结构式为18的材料的合成：
反应器内，将9.6克产物17(16.55毫摩尔)、15.3克2-(三丁基锡)-3，4乙烯二氧噻吩(24.82毫摩尔)和1.16克二-三苯基磷二氯化钯(1.66毫摩尔)溶于150毫升甲苯中，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100毫升氯仿萃取三次，合并有机相，用无水硫酸钠干燥，旋出溶剂后柱层析，得到产物18，产率：72％。
结构式为19的材料的合成：
反应器内，将2克(3.11毫摩尔)产物18溶于15毫升四氢呋喃中，氩气保护，冷却到-78℃。滴加2.13毫升正丁基锂(1.6摩尔/升)，保持-78℃反应1小时，滴加1.1毫升三丁基氯化锡(4.04毫摩尔)，保持-78℃反应30分钟后升至室温反应12小时，加入10毫升水，旋出溶剂四氢呋喃，水相用20毫升乙酸乙酯萃取三次，合并有机相，用无水硫酸钠干燥，旋出溶剂后柱层析，得到产物19，产率：98％。
结构式为20的材料的合成：
反应器内，将2.5克产物19(3.11毫摩尔)、0.69克产物15(2.08毫摩尔)和0.15克二-三苯基磷二氯化钯(0.21毫摩尔)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20毫升氯仿萃取三次，合并有机相，用无水硫酸钠干燥，旋出溶剂后柱层析，得到产物20，产率：36％。
化学结构式C的纯有机染料的合成：
反应器内，将0.75克产物20(1.03毫摩尔)、0.206克腈乙酸(2.43毫摩尔)和0.56毫升哌啶(5.67毫摩尔)溶于30毫升氯仿中，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/升的盐酸水溶液将有机相洗至pH＝1，合并有机相，用无水硫酸钠干燥，旋出溶剂后得到的固体用乙腈淋洗，干燥后得到结构式C的纯有机染料，产率：82％。
化学结构式C的纯有机染料的核磁数据：
1H NMR(400MHz，DMSO，δH)：13.75(s，1H)，8.27(s，1H)，7.56(d，1H)，7.50(d，2H)，7.29(d，1H)，7.02(m，4H)，6.92(m，4H)，6.77(d，2H)，4.48(d，2H)，4.38(d，2H)，3.84(d，4H)，3.46(s，4H)，1.67(m，2H)，1.30-1.47(m，16H)，0.88-1.03(m，12H)。
实施例2：以化学结构式C的纯有机染料制备的染料敏化太阳电池
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 TiO2 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化学结构式C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 -Based Ionic 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12.13mA/cm2，开路光电压Voc为601.5mV，填充因子ff为0.716，光电转换效率为5.2％。
实施例3：化学结构式D的纯有机染料的合成和由其制备的染料敏化太阳电池
所用化学结构式D的纯有机染料，采用的原材料是3，4-乙烯二氧噻吩、呋喃和3，4-乙烯二硫噻吩，用实施例1的步骤和条件合成。
化学结构式D的纯有机染料的核磁数据：
1H NMR(400MHz，DMSO，δH)：13.75(s，1H)，8.28(s，1H)，7.52(d，1H)，7.23(d，1H)，7.01(m，4H)，6.91(m，4H)，6.85(d，1H)，6.80(d，2H)，4.44(d，2H)，4.38(d，2H)，3.82(d，4H)，3.46(s，4H)，1.67(m，2H)，1.30-1.41(m，16H)，0.88-0.90(m，12H)。
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：化学结构式E的纯有机染料的合成和由其制备的染料敏化太阳电池
Figure G2009100670784D00192
所用化学结构式E的纯有机染料，采用的原材料是3，4-乙烯二氧噻吩和噻吩，用实施例1的步骤和条件合成。
化学结构式E的纯有机染料的核磁数据：
1H NMR(400MHz，DMSO，δH)：13.66(s，1H)，8.47(s，1H)，7.96(m，1H)，7.57(m，1H)，7.49(d，2H)，7.24(m，1H)，7.01(m，4H)，6.91(m，4H)，6.79(d，2H)，4.47(d，2H)，4.38(d，2H)，3.82(d，4H)，3.46(s，4H)，1.67(m，2H)，1.30-1.45(m，16H)，0.88-0.91(m，12H)。
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：化学结构式F的纯有机染料的合成和由其制备的染料敏化太阳电池
Figure G2009100670784D00201
所用化学结构式F的纯有机染料，采用的原材料是3，4-乙烯二氧噻吩和二并噻吩，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能电池参数见说明书附表。
实施例6：化学结构式G的纯有机染料的合成和由其制备的染料敏化太阳电池
Figure G2009100670784D00211
所用化学结构式G的纯有机染料，采用的原材料是3，4-乙烯二氧噻吩、呋喃和二噻吩并己基吡咯，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：化学结构式H的纯有机染料的合成和由其制备的染料敏化太阳电池
Figure G2009100670784D00212
所用化学结构式H 的纯有机染料，采用的原材料是3，4-乙烯二氧噻吩、4，4’-二甲基硅-2，2’-联噻吩和3，4-乙烯二硫噻吩，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8：化学结构式I的纯有机染料的合成和由其制备的染料敏化太阳电池
Figure G2009100670784D00221
所用化学结构式I的纯有机染料，采用的原材料是3，4-乙烯二氧噻吩和4，4’-二己基硅-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9：化学结构式J的纯有机染料的合成和由其制备的染料敏化太阳电池
Figure G2009100670784D00222
所用化学结构式J的纯有机染料，采用的原材料是5，5’-环己基-3，4-乙烯二氧噻吩和呋喃，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10：化学结构式K的纯有机染料的合成和由其制备的染料敏化太阳电池
Figure G2009100670784D00231
所用化学结构式K的纯有机染料，采用的原材料是5，5’-环己基-3，4-乙烯二硫噻吩、呋喃和苯并-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能电池参数见说明书附表。
实施例11：化学结构式L的纯有机染料的合成和由其制备的染料敏化太阳电池
Figure G2009100670784D00232
所用化学结构式L的纯有机染料，采用的原材料是5，5’-环己基-3，4-乙烯二硫噻吩、二甲基噻吩芴和苯并-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能电池参数见说明书表1。
表1：以多种杂环及其衍生物作为共轭单元的纯有机染料C～L所制备的染料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   601.5   12.13   0.716   5.2
  D   609.3   11.78   0.697   5.0
  E   613.7   11.56   0.704   5.1
  F   622.4   11.22   0.711   5.4
  G   621.9   11.34   0.720   5.6
  H   620.0   11.44   0.719   5.5
  I   617.5   12.12   0.703   5.4
  J   622.9   13.22   0.708   5.7
  K   613.0   13.68   0.716   5.5
  L   618.7   12.37   0.711   5.6

Claims (2)

1.以多种杂环及其衍生物作为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：
化学结构式D：
化学结构式E：
Figure FSB00000842499600013
化学结构式F：
Figure FSB00000842499600021
化学结构式G：
Figure FSB00000842499600022
化学结构式H：
Figure FSB00000842499600023
化学结构式I：
Figure FSB00000842499600024
化学结构式J：
化学结构式K：
Figure FSB00000842499600032
化学结构式L：
Figure FSB00000842499600033
2.用权利要求1所述以多种杂环及其衍生物作为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)、电解质层(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)与电解质层(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、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)为化学结构式C、化学结构式D、化学结构式E、化学结构式F、化学结构式G、化学结构式H、化学结构式I、化学结构式J、化学结构式K或化学结构式L中的任意一种的以多种杂环及其衍生物作为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；
有机空穴传输材料是2，2′，7，7′-四(N，N-二对甲氧基苯基氨基)-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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