[发明专利]N-羧甲基吡啶内盐有机染料及其制备和应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种N-羧甲基吡啶内盐有机染料及其制备和应用，确切说，涉及一种N-羧甲基吡啶内盐有机染料及其制备和在染料敏化太阳能电池中作染料敏化剂的应用，属于有机染料和染料敏化太阳能电池的技术领域。 

背景技术

近年来，随着人类对可再生能源需求的不断增长，太阳能电池已成为最受瞩目的研究热点之一。发展高效能的太阳能电池，不仅是应对能源挑战，同时也是实现减少碳排放国家目标的重大战略举措之一。1991年，瑞士 小组报道钌配合物光敏染料具有较高的光电转换效率，其中N719的光电转换效率可达11％，并实现了器件化。然而，昂贵的金属钌限制了染料敏化太阳能电池(Dye SensitizedSolar Cell，即DSSC)成本的降低和大规模实用化，并且配合物在TiO₂中也因光解而影响稳定性(O’Regan，B.； M.Nature 1991，353，737.)。与硅太阳能电池相比，DSSC制作工艺简便，成本相对低廉，已迅速成为国际太阳能研究的前沿。 

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，众多具光电性质的有机化合物中，吡啶鎓盐类化合物具有特出的稳定性和丰富的组装形式。D-π-A结构的有机吡啶盐体系中的π共轭体系可作为电子传递的通道，在电子给体和电子受体的推拉电子作用下具有较大的基态偶极矩，容易沿着π共轭链发生分子内的电子转移。有研究表明，D-π-A结构的有机吡啶盐同时具有非线性光学效应和较好的光电转换性能(F.Y.Li.；J.Zheng.；Y.Y.Huang，；etal.，Chem.Mater 2001，13，192)，且二者在构效关系上具有一定的相关性，有可能为开发新型的光电转换材料提供新的途径。以磺酸根作为吸电子基团吡啶内盐化合物已有文献报道，但其光电转换效率较差(Z.S.Wang.；F.Y.Li.；et al.，J.Phys.Chem.B 2000，1049，676)。 

发明内容

本发明的第一个目的是推出一种N-羧甲基吡啶内盐有机染料，该染料是一类优异的半菁类吸电子基团，具有价格便宜、性能稳定、吸电子能力强等优点，作染料敏化太阳能电池中的染料敏化剂时，没有背景技术所述染料成本高昂的缺点，能提高染料敏化太阳能电池的综合性能，如提高光电转换效率、工作稳定性和降低制造成本。 

为实现上述目的，采用以下技术方案。一种N-羧甲基吡啶内盐有机染料，其特征在于，具有所示的结构通式： 

其中： 

前者是三苯胺基团，后者是吩噻嗪基团。 

本发明的第二个目的是推出上述染料的制备方法，其特征在于，将N-羧甲基-4-甲基吡啶盐、哌啶、醛B或醛C溶于甲醇中，在70℃回流温度下反应8小时，其中N-羧甲基-4-甲基吡啶盐与醛B或醛C及哌啶的摩尔比为1∶1.5∶0.05，减压旋蒸除去甲醇后经柱色谱分离，得到N-羧甲基吡啶内盐有机染料，醛B和醛C的结构分别如下所示： 

上述染料制 

备方法的反应简式如下所示： 

上述染料制备方法的进一步特征在于，醛B与N-羧甲基-4-甲基吡啶盐、哌啶溶于甲醇中，R为三苯胺基团，得到的N-羧甲基吡啶内盐有机染料命名为SYF-A，三苯胺基团和SYF-A的结构分别如下所示： 

上述染料制备方法的进一步特征在于，醛C与N-羧甲基-4-甲基吡啶盐、哌啶溶于甲醇中，R为吩噻嗪基团，得到的N-羧甲基吡啶内盐有机染料命名为SYF-B，吩噻嗪基团和SYF-B的结构分别如下所示： 

本发明的第三个目的是用所述的有机染料作染料敏化太阳能电池中的染料敏化剂。 

与背景技术相比，本发明的有机染料具有以下优点： 

1、与N719染料相比，该有机染料不含昂贵的金属钌，制备过程简单、成本低廉。 

2、该有机染料属于半菁染料，作染料敏化太阳能电池的染料敏化剂时，电池的光电转换效率较高，电池的开路电压较高。 

附图说明

图1a为实施例1和实施例2所制备的有机染料SYF-A和SYF-B在二氯甲 烷溶剂中的紫外-可见吸收光谱，有机染料的浓度为1×10^-5mol/L，横坐标表示吸收波长，单位是纳米，纵坐标表示吸光强度，单位是a.u；图1b为上述有机染料的二氯甲烷溶液的荧光发射，有机染料的浓度为1×10^-5mol/L，横坐标表示吸收波长，单位是纳米，纵坐标表示荧光强度，单位是a.u。