專利名稱：一種液晶功能化的吡啶化合物的制備和應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于染料敏化太陽能電池部件，涉及一種染料敏化太陽能電池的光陽極界面修飾材料。
背景技術(shù)：
光陽極是染料敏化太陽能電池的核心部件，主要作用是利用巨大的表面積來吸附單分子層染料，同時也是電荷分離和傳輸?shù)妮d體。在D S SC中應(yīng)用的半導(dǎo)體薄膜材料主要有Ti02、ZnO, SnO2, Nb2O5, SrTiO3> Zn2SnO4等，到目前為止性能最為優(yōu)良的仍是納米TW2半導(dǎo)體。但是半導(dǎo)體電極的巨大表面積也增加了電極表面的電荷復(fù)合幾率，從而降低太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率。為了改善電池的光伏性能，減少電子復(fù)合，需要對T^2電極表面進(jìn)行鈍化和保護(hù)，現(xiàn)有技術(shù)中，人們開發(fā)了多種物理化學(xué)修飾技術(shù)來改善納米TW2電極的特性， 例如=TiCl4水溶液處理TiO2光陽極、在1102表面包覆一層材料薄層、使用共吸附劑、利用電解質(zhì)中引入的添加劑(參見:Chem. Rev. 2010，110，6595-6663)，具體地(1) Gratzel采用TiCl4水溶液處理TiO2光陽極，可以在純度不高的TiO2核外面包覆一層高純度的TiO2，增加電子注入效率，在半導(dǎo)體-電解質(zhì)界面形成阻擋層。和電沉積一樣，在納米TiA薄膜之間形成新的納米TiA顆粒，增強了納米TW2顆粒間電化學(xué)接觸(參見 J.Am· Chem. Soc. 1993，115，6382-6390)。(2)在納米T^2表面包覆具有較高導(dǎo)帶位置的半導(dǎo)體或絕緣層形成核-殼結(jié)構(gòu)的阻擋層也可以減少電荷的復(fù)合。TiA表面包覆aiO、Nb2O5, SrTiO3等金屬氧化物后電池效率均有明顯提高[Chem. Mater. 2001，13，678-682 ;J. Phys. Chem. B, 2001，105,6347-6352 ； Chem. Mater. 2002，13，4629-4634]。Kay 和 Gratzel等對 TiO2 包覆 A1203、MgO、Y2O3 后，雖然
電池的光電壓和填充因子上升，但短路電流密度大幅度降低，最終導(dǎo)致了電池效率的降低 (參見Chem. Mater. 2002，14，2930-2935)。(3)B0ngha等通過在TiO2表面滴加一定濃度的樹枝狀聚酯溶液共吸附劑，作為半導(dǎo)體-電解質(zhì)界面的阻擋層。可以有效的提高短路電流密度，但對開路電壓影響不大。但所用的聚酯價格較高(3806RMB/250mg, Adrich公司)(參見=Chem. Comm. 2011，47， 1734-1736)。Chang等用吡啶熔鹽作為共吸附劑，只使用煙堿酸時開路電壓有所增加，但短路電流降低很多，最終導(dǎo)致效率下降了很多，使用吡啶熔鹽時，由于含有1-，使得效率略有增加；并且，由于是把吡啶熔鹽和N719配成溶液，這樣做對制作染料敏化太陽能電池的成本很不利，增加了染料敏化太陽能電池的制作成本(參見Sol. Energy，2010，doi 10.1016/j.solener. 2010. 10. 009)。(4)專利號為200710119311. X的中國發(fā)明專利公開了一種染料敏化太陽能電池中染料敏化光陽極的后修飾方法，將制備好的納米多孔TiO2光陽極吸附染料后，再修飾上金屬化合物層。減小了 TiA導(dǎo)帶中注入的電子與電解質(zhì)中氧化還原對的反向復(fù)合，提高了太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率。但是我們可以從公開的的說明書里了解到參比電池放置一天后效率從2. 60%下降到0. 36% ；實例一的效率從3. 22%下降到3. 20%，放置兩天后降到1. 98%。雖然修飾后效果比未修飾的要好，但電池的穩(wěn)定性還是不理想的。另外，在電解質(zhì)中引入一定濃度的添加劑是減少TiA電極電子復(fù)合的一個重要方法(參見 J.Am· Chem. Soc. 1993,115,6382-6390 ； Chem. Rev. 2010，110，6595_6663)，其性能的好壞對電池的開路電壓，短路電流及暗電流產(chǎn)生非常重要的影響。目前，最常用和最有效果的添加劑是叔丁基吡啶(TBP)、N-甲基苯并咪唑(NMB)、N- 丁基苯并咪唑(NMB)(參見 J. Am. Chem. Soc.，1993，115，6382-6390 J.Photochem.Photobiol.，A 2004，162 ；Nature Mater, 2008, 7,626)；其它雜環(huán)類的添加劑也有報道(參見J. Photochem. Photobiol.，A 2003，160，171 ；Sol.Energy Mater. Sol. Cells 2003，80，167 ;J. Photochem. Photobiol.， A 2004,165,157 ；Sol. Energy Mater. Sol. Cells 2004,81,87 ；Sol. Energy Mater. Sol. Cells2005,85,333 ；Sol.Energy Mater. Sol. Cells 2004，82，457.)。最近出現(xiàn)了一種新型的離子液體結(jié)構(gòu)的苯并咪唑也能增強電池的性能尤其是穩(wěn)定性，但同時增加了電解質(zhì)的黏度(參見Chem.C0mmun. 2011，47，11516-11518)。胍類離子液體也用來增強電池性能，但通常與其它添加劑混合使用(參見Chem. Mater. 2004，16， 2694-2696 ;J. Am. Chem. Soc.，2004，126，7164-7165 ；Nature Mater, 2008，7，626-630)。添加劑的作用在于通過含氮的雜環(huán)與T^2結(jié)合來負(fù)移其能級，進(jìn)而增強電池的開路電壓，同時對陽極進(jìn)行鈍化，阻擋T^2電子與電解質(zhì)中V的復(fù)合，提高電池效率。上述的幾種方法組裝的電池的電解質(zhì)中都含有一定濃度的添加劑(0. 45-1. OM)， 會降低電解質(zhì)的電導(dǎo)率，導(dǎo)致短路電流的降低(參見=Electrochim. Acta2006, 51， 5286-5294 ；Langmuir 2008,24,4411-4419 ；Electrochim. Acta 2010，55，7159-7165)。另夕卜，一些高粘度的和固態(tài)的電解質(zhì)，如NBB、NMBI和離子液體結(jié)構(gòu)的苯并咪唑，都會增加電解質(zhì)的粘度(參見Energy Mater. Sol. Cells 2007,91,1062-1065 ；Chem. Commun. 2011, 47，11516-11518)，進(jìn)而降低氧化還原對的擴(kuò)散速率(參見=Electrochim. Acta 2008，53， 5503-5508)，導(dǎo)致電池性能的降低。同時，添加劑的成本也較高(TBP :400RMB/10mL，大連七色光科技公司；TBP :885RMB/25mL, NMB :646RMB/5g，NBB :212RMB/5g，武漢格奧科教儀器有限公司)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的發(fā)明目的是提供一種液晶功能化的吡啶化合物，并以此作為染料敏化太陽能電池的光陽極界面修飾材料，在不需要添加劑的情況下，提高染料敏化太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率，節(jié)約了制作染料敏化太陽能電池的成本，提高了染料敏化太陽能電池的性能。為達(dá)到上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是一種液晶功能化的吡啶化合物，
其化學(xué)結(jié)構(gòu)式為Ν。^^^^0~^Η2)πΓ^Ν .式中m = 3-90上述液晶功能化的吡啶材料的制備方法包括以下步驟(1)以
權(quán)利要求
1.一種液晶功能化的吡啶化合物，其特征在于，其化學(xué)結(jié)構(gòu)式為
2.權(quán)利要求1所述液晶功能化的吡啶材料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟(1)以
3.權(quán)利要求2所述液晶功能化的吡啶材料的制備方法，其特征在于，步驟(1)中，
4.權(quán)利要求2所述液晶功能化的吡啶材料的制備方法，其特征在于，步驟O)中，
5.權(quán)利要求1所述液晶功能化的吡啶化合物作為染料敏化太陽能電池的光陽極界面修飾材料的應(yīng)用。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種液晶功能化的吡啶化合物，其化學(xué)結(jié)構(gòu)式為式中m＝3-9；采用該液晶功能化的吡啶化合物作為染料敏化太陽能電池的光陽極界面修飾材料，避免了向電解質(zhì)中添加劑，提高了染料敏化太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率，節(jié)約了制作染料敏化太陽能電池的成本，提高了染料敏化太陽能電池的性能。
文檔編號C07D213/30GK102516163SQ20111039589
公開日2012年6月27日 申請日期2011年12月2日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月2日
發(fā)明者嚴(yán)鋒, 徐丹, 趙杰, 邱麗華 申請人:江蘇德威新材料股份有限公司