專利名稱：：一類苊并吡嗪染料及其在染料敏化太陽能電池上的應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明屬于精細(xì)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(gè)羧基為吸電子基團(tuán)，用來吸附在Ti02匕另一端連接不同的供電子基團(tuán)，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.Gratzel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r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(diǎn)，而且其光電轉(zhuǎn)化效率目前已經(jīng)能達(dá)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(jì)對于這類電池至關(guān)重要。目前使用最多的為M.Gi創(chuàng)zd教授課題組發(fā)明的N3和N719染料，這兩個(gè)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(jī)光敏染料發(fā)展迅速，為了進(jìn)一步降低染料敏化太陽能電池成本，本發(fā)明設(shè)計(jì)合成了一類新型的苊并吡嗪類有機(jī)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(jī)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(gè)羧基為吸電子基團(tuán)，用來吸附在Ti02上，另一端連接不同的供電子基團(tuán)，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，艮P:一類用于染料敏化太陽能電池的苊并吡嗪染料，具有以K結(jié)構(gòu)通式其中，m為0l的整數(shù)；A、B中一個(gè)為羧基吋，另一個(gè)為氫或羧基;式中X,為C,-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(jìn)行: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(shí)，苊醌環(huán)上的雙羰基與二氨基馬來腈進(jìn)行縮合，當(dāng)m=l時(shí)，為苊醌環(huán)上的雙羰基與4，5-二氨基鄰苯二甲腈進(jìn)行縮合，氰基在氫氧化鈉水溶液中進(jìn)行水解，即可得到苊并吡嗪染料。當(dāng)A、B中一個(gè)為羧基，另一個(gè)為氫或羧基時(shí)，合成方法與A、B為羧基時(shí)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Ti02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5X10-Viol/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，O.lMLiI,0.05M12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Ti02薄膜材料，并在450°C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Ti02薄膜層浸漬在苊并吡嗪染料溶液中，浸漬24小時(shí)，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；一h.將上述電解質(zhì)通過真空或者手工方法注入，密封，制得染料敏化太陽能電池。(3)電池性能測試從電池的光陽極和光陰極分別引出導(dǎo)線，接到電池性能測試裝置上，電池的工作面積為0.2cm2，用太陽光模擬器模擬太陽光，將光強(qiáng)度調(diào)節(jié)至100mW/cn^測得的光電轉(zhuǎn)化效率為0.94~3.68%，短路電流為2.878.58mA/cm2，開路電壓為0.5240.703mV，填充因子為0.623-0.704。圖1、圖2、圖3和圖4是在光強(qiáng)度為100mW/cm"的模擬太陽光下，染料敏化太陽能電池的放電曲線圖。橫坐標(biāo)表示的是電壓，單位是伏，縱坐標(biāo)表示的是電流密度，單位是毫安每平方厘米。其中圖1為以瑞士的Solar0nix公司提供的N719為光敏染料，并按照染料敏化太陽能電池的制備步驟組裝成電池得到的放電曲線圖；圖2為用實(shí)施例1、2和3中合成的染料為光敏染料，并按照染料敏化太陽能電池的制備步驟組裝成電池得到的放電曲線圖；圖3為用實(shí)施例4、5和6中合成的染料為光敏染料，并按照染料敏化太陽能電池的制備步驟組裝成電池得到的放電曲線圖；圖4為用實(shí)施例7、8和9中合成的染料為光敏染料，并按照染料敏化太陽能電池的制備步驟組裝成電池得到的放電曲線圖。具體實(shí)施例方式實(shí)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Br在500mL兩口燒瓶中，加入20g(109.8mmol)苊醌和25.0mL液溴(466.8mmol)，開始攪拌，油浴中控溫60-70GC，使反應(yīng)液回流，2h后，停止反應(yīng)，加入亞硫酸氫鈉水溶液，至反應(yīng)液為無色。加水稀釋后，減壓抽濾，并多次用水洗滌打漿，至pH二7.0。濾餅在冰醋酸中重結(jié)品四遍得5-溴苊醌，棕黃色針狀晶體，收率90%。核磁iHNMR(400MHz，DMSO-^)58,39(d，lH),8.21(d,1H)，8.15(d，恥，8.04(t，1H)，7.96(d,1H);HRMS-EI(70eV)m/z.(2)5-二苯胺-苊醌的合成該反應(yīng)在無水無氧條件下進(jìn)行。在干燥的250mL兩口燒瓶中，分別加入1000mgG.84mmol)5-溴苊醌，650mg(3.84mmo1)二苯胺，10mgPd(0Ac)2(0.038mmol)，520mg叔丁醇鉀(4.6i麗ol)，30mg三特丁基磷四氟硼酸鹽(0.1mmol)，然后加入150mL干燥的甲苯，氬氣保護(hù)下開始攪拌，油浴中控溫80°C,反應(yīng)至TLC跟蹤無原料為止。停止反應(yīng)，冷卻，過濾，濾液加乙醚稀釋后進(jìn)行水洗、鹽水洗、無水MgS04干燥。溶劑用旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀蒸出得到棕黑色固體，用二氯甲烷石油醚=2:1(體積比)的溶液為洗脫劑在硅膠柱上進(jìn)行分離提純，得到5-(二苯胺)苊醌353mg(1.01mmol),收率26.4%。核磁'H雇R(400MHz'CDCl3):57,06-7.09(m,4H)，7.12-7.16(m2H),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).FABMS:m/e349(M+).(3)3-二苯胺-8，9-二氰基-苊并吡嗪的合成在25mL單口燒瓶中，加入400mg(1.146mmo1)5-二苯胺-苊醌，124mg(U46mmol)二氨基馬來腈，lOraL干燥的正丁醇，氮?dú)獗Ｗo(hù)下攪拌加熱至回流反應(yīng)，4h后停止反應(yīng)，冷卻后加入二氯甲烷稀釋反應(yīng)液，有機(jī)相用水洗、鹽水洗、無水MgS04千燥。溶劑用旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀蒸出得到紅黑色固體，用二氯甲烷石油醚=2:1(體積比)的溶液為洗脫劑在硅膠柱上進(jìn)行分離提純，得到3-二苯胺-8，9-二氰基-苊并吡嗪325mg(0.772mmo1),收率88.5l核磁HNMR(CDC13):57.13-7.18(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).FABMS:m/e421(M+).(4)3-二苯胺-8,9-二羧基-苊并吡嗪的合成在100mL單口燒瓶中，加入325mg(0.772mmo1)3-二苯胺-8,9-二氰基-苊并吡嗪，加入4M的氫氧化鈉水溶液60mL,開始攪拌，油浴屮控溫至9(^C,反應(yīng)48h后停止反應(yīng)，冷卻后反應(yīng)液加水稀釋、過濾，濾餅用乙醚洗滌二到三次，得到橙色固體，再將該固體懸浮于稀鹽酸溶液中進(jìn)行酸化，過濾后干燥，得到3-二苯胺-8,9-二羧基-苊并吡嗪，暗紅色固體，收率70.6%。核磁'HNMR(DMSO-A):57.09-7.15(m,6H)，7.30-7.40(m,5H),7.70(t,1H)，7.81(d，1H),8.36(d，2H).MSAPI-ES:[M-H]+(458,M/Z).實(shí)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與實(shí)施例1中的(3)基本相同，核磁"HNMR((CDC13)):57.12-7.16(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).FABMS:m/e471(M+).(2)3-二苯胺-8，9-二羧基-苊并吡嗪并苯的合成合成方法與實(shí)施例1中的(4)基木相同，核磁1HNMR((DMSO-t4)):57.09-7.14(m，6H),7.35(t,4H),7.44(d，1H),7.30(t，1H),7.80(d，1H),8.38墨8.41(m,4H).MSAPI-ES:[M-H]+(508,M/Z).實(shí)施例3:3-二苯胺-8-羧基-苊并吡嗪并苯與3-二苯胺-9-羧基-苊并吡嗪并苯的合成(1)3-二苯胺-8-氰基-苊并吡嗪并苯與3-二苯胺-9-氰基-苊并吡嗦并苯的合成合成方法與實(shí)施例1中的(3)基本相同，該反應(yīng)得到的為3-二苯胺-8-氰基-苊并吡嗪并苯與3-二苯胺-9-氰基-苊并吡嗪并苯的同分異構(gòu)體，通過硅膠柱無法將同分異構(gòu)體分開,通過核磁iHNMR得知同分異構(gòu)體比例約為1:1。核磁iHNMR(CDC13):57.10-7.16(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).FABMS:m/e446(M十).(2)3-二苯胺-8-羧基-苊并吡嗪并苯與3-二苯胺-9-羧基-苊并吡嗪并苯的合成合成方法與實(shí)施例l中的(4)基本相同，該反應(yīng)得到的為3-二苯胺-8-羧基-苊并吡嗪并苯與3-二苯胺-9-羧基-苊并吡嗪并苯的同分異構(gòu)體，通過硅膠柱無法將同分異構(gòu)體分開，通過核磁'HNMR得知同分異構(gòu)體比例約為1:1。核磁iRNMR(DMSO-^):57.10-7.14(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,IH).MSAPI-ES:[M-H]+(464,M/Z).實(shí)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與實(shí)施例1中的(2)基本相同，核磁'HNMR((CDCl3)):S7.0(d,2H),7.08(t1H),7.26-7.31(m，2H)，7.41(t,1H),7.46(d,IH),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).MSAPCI:[M+H]+(330,M/Z).(2)3-(N-丁基)-苯胺-8，9-二氰基-苊并吡嗪的合成NCCNH2NNH2n-butanolN、/CNNCN合成方法與實(shí)施例l中的(3)基本相同，核磁HNMR(CDC13):57.12-7,16(m，3H),7.32-7.36(t，2H),7.34(d,IH)，7.49(t,1H),7.68(d，IH)，8.37(d,1H),8,42(d,IH)，4.05(t，2H)，〗.81(m,2H)，1.43-1.47(m,2H),0.97(t,3H).FABMS:m/e401(M+).(3)3-(N-丁基)-苯胺-8，9-二羧基-苊并吡嗪的合成4MNaOHCOOHCOOH合成方法與實(shí)施例中的(4)基本相同，核磁HNMR(DMSO-4):J6.93-6.98(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).MSAPI-ES:[M畫H]十(438，M/Z).實(shí)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與實(shí)施例1中的(3)基本相同，核磁iHNMR(CDC13):J7.05-7.11(m，3H)，7.30-7.34(t，2II),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).FABMS:m/e451(M+).H2N、H2N'一CN、CNn-but3nol(2)3-(N-丁基)-苯胺-8,9-二羧基-苊并吡嗪并苯的合成COOH■COOH合成方法與實(shí)施例1中的(4)基本相同，核磁iHNMR(DMSO-A):56.卯-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),1.694.70(m，2H),1.37-1.43(m，2H),0.89(t，3H).MSAPI-ES:[M-H]+(488,M/Z).實(shí)施例6:3-(N-丁基)-苯胺-8-羧基-苊并吡嗪并苯與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-苊并吡嗪并苯與3-(N-丁基)-苯胺-9-氰基-苊并吡嗪并苯的合成合成方法與實(shí)施例l中的(3)基本相同，該反應(yīng)得到的為3-(N-丁基)-苯胺-8-氰基-苊并吡嗪并苯與3-(N-丁基)-苯胺-9-氰基-苊并吡嗪并苯的同分異構(gòu)體，通過硅膠柱無法將同分異構(gòu)體分丌，通過核磁'HNMR得知同分異構(gòu)體比例約為1:1。核磁'HNMR(CDC13):56.94-7.03(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).FABMS:m/e426(M十).(2)3-(N-丁基)-苯胺-8-羧基-苊并吡嗪并苯與3-(N-丁基)-苯胺-9-羧基-苊并吡嗪并苯的合成+COOH合成方法與實(shí)施例1中的(4)基本相同，該反應(yīng)得到的為3-(N-丁基)-苯胺-8-羧基-苊并吡嗪并苯與3-(N-丁基)-苯胺-9-羧基-苊并吡嗪并苯的同分異構(gòu)體。核磁'HNMR(DMSOO:56.93(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).MSAPI-ES:[M-H]+(444,M/Z).實(shí)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Pd(OAc)2/t-BuOK/(t-Bu)3P.HBF4合成方法與實(shí)施例1屮的(2)基本相同，核磁HNMR(CDC13):57.04-7.06(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,IH)，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與實(shí)施例1中的(3)基本相同，核磁'HNMR(CDCi3):57.0-7.07(m,3H),7.32-7.41(m,3H),7.49(t,1H),7.50-7.53(t,1H),7.71-7.3(d,111)，8.33-8.35(d,1H),8.38-8.41(d，1H),3.67(s,3H).FABMS:m/e359(M+).(3)3-(N-甲基)-苯胺-8，9-二羧基-苊并吡嗪的合成合成方法與實(shí)施例1中的(4)基本相同，核磁'HNMR(DMSOS7.18-7.20(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).MSAPI-ES:[M-H]+(396，M/Z).實(shí)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與實(shí)施例1中的(3)基本相同，核磁iHNMR(CDC13):57.10-7.12(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).FABMS:m/e409(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與實(shí)施例1中的(4)基本相同，核磁'HNMR(DMS0-4):J6.94-7.02(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).MSAPI-ES:[M-H]+(446,M/Z).實(shí)施例9:3-(N-甲萄-苯胺-8-羧基-苊并吡嗪并苯與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-苊并吡嗪并苯與3-(N-甲基)-苯胺-9-氰基-苊并吡嗪并苯的合成合成方法與實(shí)施例1中的(3)基本相同，該反應(yīng)得到的為3-(N-甲基)-苯胺-8-氰基-苊并吡嗪并苯與3-(N-甲基)-苯胺-9-氰基-苊并吡嗪并苯的同分異構(gòu)體，通過硅膠柱無法將同分異構(gòu)體分開,通過核磁iHNMR得知同分異構(gòu)體比例約為2.5:1。核磁'HNMR(CDC3):37.08-7.10(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).FABMS:m/e384(M+).(2)3-(N-甲基)-苯胺-8-羧基-苊并吡嗪并苯與3-(N-甲基)-苯胺-9-羧基-苊并吡嗪并苯的合成合成方法與實(shí)施例1中的(4)基本相同，該反應(yīng)得到的為3-(N-甲基)-苯胺-8-羧基-苊并吡嗪并苯與3-(N-甲基)-苯胺-9-羧基-苊并吡嗪并苯的同分異構(gòu)體。核磁'HNMR(DMS0-4):(56.97-7.03(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).MSAPI-ES:[M-H]+(402,M/Z).對比例以瑞士的Solar0nix公司提供的N719為光敏染料實(shí)施例10:染料敏化太陽能電池的具體制備步驟如下(1)導(dǎo)電玻璃的預(yù)處理將導(dǎo)電玻璃依次在去油劑、無水乙醉、和去離子水中用超聲波充分清洗，烘干備用；(2)染料溶液的配制將N719染料溶于乙腈和叔丁醇的體積比為1:I的混合溶劑，配制成5X10-4mol/L溶液；(3)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，O.lMLiI，0.05Ml2禾B0.5M對叔丁基吡啶的溶液。(4)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Ti02薄膜材料，并在450°(:下保持30分鐘后緩慢降溫；(5)光陽極的敏化在室溫下將納米多孔Ti02薄膜層浸漬在N719染料溶液中，浸漬24小時(shí)，得到均勻吸附染料經(jīng)過敏化的光陽極；(6)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；(7)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；(8)將上述電解質(zhì)通過真空或者手工方法注入，密封，制得染料敏化太陽能電池。實(shí)施例ll:染料敏化太陽能電池性能的測試將按照實(shí)施例10中的電池制備步驟，以N719為敏化染料組裝的電池從光陽極和光陰極分別引出導(dǎo)線，接到電池性能測試裝置上，電池的工作面積為0.2cm2，用太陽光模擬器模擬太陽光，將光強(qiáng)度調(diào)節(jié)至100mW/cm2測得的光電轉(zhuǎn)化效率為5.91%,短路電流為14.45mA/cm2，開路電壓為0.696mV,填充因子為0.587;測得的電池放電曲線如圖1所示。實(shí)施例12:將實(shí)施例1至9中合成的化合物作為敏化染料，按照實(shí)施例10中的電池制備步驟，組裝成電池，然后，照實(shí)施例11測試染料敏化太陽能電池的性能，測得的光電轉(zhuǎn)化效率為0.94~3.68%，短路電流為2.87~8.58mA/cm2,開路電壓為0.524~0.703mV,填充因子為0.623-0.704，測得的電池放電曲線，如圖2、圖3和圖4所示，將所得的數(shù)據(jù)匯總于表1中11表l對t<table>tableseeoriginaldocumentpage12</column></row><table>權(quán)利要求1.一類用于染料敏化太陽能電池的苊并吡嗪染料，其特征是，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(gè)為羧基時(shí)，另一個(gè)為氫或羧基；式中X1為C1～C4的直鏈烷基。2.根據(jù)權(quán)利要求l所述用于染料敏化太陽能電池的苊并吡嗪染料的用途，其特征在于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、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Ti02薄膜，并浸漬有苊并吡嗪染料；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.染料溶液的配制將權(quán)利要求1所述的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5Xl(T4mol/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，O,IMLil，0.05Ml2禾B0.5M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)印刷制備面積為0.2cm2，厚度為1820pm的納米多孔Ti02薄膜材料，并在450°C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Ti02薄膜層浸漬在權(quán)利要求l所述的苊并吡嗪染料溶液中，浸漬24小時(shí)，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Pt做催化劑層；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；h.將上述電解質(zhì)通過真空或者手工方法注入，密封，制得染料敏化太陽能電池；(3)電池性能測試從電池的光陽極和光陰極分別引出導(dǎo)線，接到電池性能測試裝置上，電池的工作面積為0.2cm2，用太陽光模擬器模擬太陽光，將光強(qiáng)度調(diào)節(jié)至100mW/cn^測得的光電轉(zhuǎn)化效率為0.943.68%，短路電流為2.878.58mA/cm2，開路電壓為0.524~0.703mV,填充因子為0.623-0.704。其中，m為0l的整數(shù)；A、B中一個(gè)為羧基時(shí)，另一個(gè)為氫或羧基;全文摘要本發(fā)明涉及精細(xì)化工中的光電轉(zhuǎn)化材料應(yīng)用領(lǐng)域，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，其特點(diǎn)是，所述染料是以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(gè)羧基為吸電子基團(tuán)，用來吸附在TiO₂上，另一端連接不同的供電子基團(tuán)，組成一類電子推-拉型有機(jī)染料。由于苊并吡嗪作為共軛體系具有良好的平面結(jié)構(gòu)，連接上供電子基團(tuán)和吸電子基團(tuán)，激發(fā)態(tài)時(shí)電子更容易轉(zhuǎn)移，使染料產(chǎn)生獨(dú)特的光電化學(xué)性能，在染料敏化太陽能電池中應(yīng)用具有良好的應(yīng)用性能，而且苊并吡嗪染料的合成方法簡單，原料易得，可代替價(jià)格較高的貴金屬光敏染料，有效地降低染料敏化太陽能電池成本。文檔編號H01G9/20GK101514262SQ200910010809公開日2009年8月26日申請日期2009年3月19日優(yōu)先權(quán)日2009年3月19日發(fā)明者周慧芝,孔志霞,孫立成,崔京南,楊翠翠,馬廷麗申請人:大連理工大學(xué)