[发明专利]含多联咔唑的有机染料及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明涉及一类有机染料及其制备方法和应用，具体说，是涉及一类含多联咔唑的有机染料及其制备方法和其在染料敏化太阳能电池中的应用，属于有机染料技术领域。

背景技术

石油的强劲需求与其不可持续性的矛盾将随着社会的发展日渐突出，同时现代社会愈加重视环境的保护，因此清洁、可再生的新能源成为了世界各国最为关注的发展领域。其中太阳能最有望转换成电能得到充分利用。目前已经市场化的硅太阳能电池的最高转化效率尽管可达到25％左右，但因制作工艺复杂、以及在制造单晶硅和多晶硅电池材料时需要消耗大量电力和产生大量废物等原因，面临成本和环保等诸因素制约，其大量普及有待时日。有机物太阳能电池由于制作简单、成本低等优势，已逐渐引起人们的重视。钌配合物敏化的染料敏化太阳能电池的光电转换效率可超过11％，部分器件已经实现商品化。但是，钌属于贵金属，世界储量有限，成本较高。因此开发可代替钌配合物的纯有机染料成为目前染料敏化太阳能电池的主要研究方向。

目前，纯有机染料敏化剂一般含有推电子和吸电子能力的基团形成推拉结构，同时文献表明引入烷基可防止染料堆集和减小暗电流(Energy Fuels 2010，24，3676-3681)；咔唑具有价格便宜、性能稳定、推电子能力强、N位易引入烷基及多个N-烷基可减少电子复合等优点。虽然单个咔唑作为推电子基团已有文献报道，且效果较好(J.AM.CHEM.SOC.2006，128，14256-14257)，但含多联咔唑的有机染料目前未见到有关报道。因此，提供一类含多联咔唑的有机染料及其制备方法和其在染料敏化太阳能电池中的应用，对提高染料敏化太阳能电池的综合性能及降低太阳能电池的成本和实现太阳能电池的广泛应用具有重要意义。

发明内容

本发明针对上述现有技术中存在的问题和缺陷，提供一类含多联咔唑的有机染料及其制备方法和其在染料敏化太阳能电池中的应用，以提高染料敏化太阳能电池的综合性能及降低太阳能电池的成本和实现太阳能电池的广泛应用。

本发明提供的含多联咔唑的有机染料，其特征在于，具有如下化学结构通式：

式中：

n＝1、2、3、4或5；

R₁为C₁-C₁₂烷基、烷基取代的苯基或杂环芳烃基；所述的烷基取代的苯基推荐为C₁-C₁₂烷基取代的苯基；所述的杂环芳烃基推荐为含N、S或O的五至十元杂环芳烃基；

R₂为芳香烃基、杂环芳烃基、烷基或烷氧基取代的芳香烃基、烷基或烷氧基取代的杂环芳烃基；所述的芳香烃基推荐为聚合度为1-4的亚苯基或亚萘基或其聚合单元；所述的杂环芳烃基推荐为聚合度为1-4的含N、S或O的五至十元杂环芳烃基或其聚合单元；所述的烷基或烷氧基取代的芳香烃基推荐为C₁-C₁₂烷基或C₁-C₁₂烷氧基取代的聚合度为1-4的亚苯基、亚萘基或其聚合单元；所述的烷基或烷氧基取代的杂环芳烃基推荐为C₁-C₁₂烷基或C₁-C₁₂烷氧基取代的聚合度为1-4的含N、S或O的五至十元杂环芳烃基或其聚合单元。

所述的R₂优选为以下化学结构通式中的一种：

式中的m＝1、2、3或4。

所述的含多联咔唑的有机染料，优选为以下化学结构式中的一种：

本发明所述的含多联咔唑的有机染料的制备方法，包括如下具体过程：咔唑经烷基化、n-溴代丁二酰亚胺(简称NBS)溴化后进行硼酯化得化合物1，化合物1再与溴代芳基醛或溴代芳杂环醛通过Suzuki偶联反应得到化合物2，化合物2再次用NBS溴化得化合物3，化合物1和化合物3再发生Suzuki偶联反应得含有两联咔唑的化合物4，化合物4与氰基乙酸(Cyanoacetic acid)经Knoevengel反应，即得到n为1的含多联咔唑的有机染料5；重复上述的Suzuki偶联反应，即得到n为2～5的含多联咔唑的有机染料6，具体反应路线如下所示：

式中R₁、R₂如上所述。