[发明专利]三苯胺桥接联吡啶钌配合物光敏染料及制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及染料敏化太阳能电池材料领域，特别是三苯胺桥接联吡啶钌配合物光敏染料及制备方法，同时对他们的光电性质进行研究。染料在可见光区具有较大的吸收能力，其能级适合电子注入和氧化态染料的再生，基于此类染料的敏化太阳能电池光电转换效率介于6.93％-7.88％之间。相关性能测试表明，该类材料适合作为光敏染料使用。

背景技术

经过近二十年的发展，染料敏化太阳能电池(DSSC)已经取得了很大的进步，目前在实验室中的光电转换效率已经超过11％。随着研究的深入，染料敏化太阳能电池凭借其成本优势必将取得蓬勃发展，并有助于解决现在全人类面临的能源和气候问题。

在染料敏化太阳能电池中，光敏染料是一个关键组分，其性能直接影响到DSSC的光电转化效率。目前应用在染料敏化太阳能电池中的染料主要有金属配合物染料和纯有机染料两大类。金属配合物染料中的联吡啶钌配合物具有高的化学稳定性和突出的氧化还原特性，成为现在应用最多的一类染料敏化剂。近年来，对这类染料的研究主要集中于在2，2′-联吡啶环的4，4′-位置上引入具有较大共轭面的两亲性基团，以扩展吸收波长、改善敏化剂的吸附效果。因此新型两亲性联吡啶钌染料不断涌现，其中部分染料的光电转化效率超过10％，且光和热稳定性较好。

有机小分子三苯胺类化合物在电致发光领域已经得到广泛应用。将三苯胺基团引入金属钌配合物中制备出新型的光敏染料，从分子设计角度讲，三苯胺基团具有很大的共轭面利于可见光的吸收，而且三个苯环以“螺旋桨”式非平面结构存在，引入到染料中可以有效防止染料的聚集，有利于单分子吸附层的形成。以甲氧基取代甲基则有助于提高分子的溶解性，利于提纯并减少染料在TiO₂薄膜上的吸附量，进而容易形成单分子层。因此除甲基外，本专利也将甲氧基引入到三苯胺基团上，并将三苯胺基团通过烯键和联吡啶连接，制备了三苯胺桥接联吡啶钌配合物光敏染料，以期获得具有良好光电性能的染料敏化太阳能电池用光敏染料。

发明内容

本发明的目的是制备三苯胺桥接联吡啶钌配合物光敏染料，提供一类可作为染料敏化太阳能电池使用的光敏染料及其制备方法。

具体技术方案如下：

一类具有三苯胺桥接联吡啶钌配合物结构的光敏染料，其特征是具有如下结构：

其中R₁为＝或R₂和R₃为H或CH₃或OCH₃。

当R₁为＝、R₂和R₃均为OCH₃时，空穴传输材料的结构式为Dye1；

当R₁为＝、R₂为H、R₃为OCH₃时，空穴传输材料的结构式为Dye2；

当R₁为R₂和R₃均为CH₃时，空穴传输材料的结构式为Dye3；

当R₁为R₂和R₃均为OCH₃时，空穴传输材料的结构式为Dye4；

本发明中光敏染料的制备方法，结构光敏染料的合成方法为：

N₂保护下，向反应器中加入相应的染料配体、二氯双(4-甲基异丙基苯基)钌(II)和N，N-二甲基甲酰胺。用锡纸包覆反应器避光，控制温度在75～85℃下反应4～8小时；加入4，4′-二羧基-2，2′-联吡啶，升温至回流反应3～7小时；加入硫氰酸铵继续回流反应4～12小时。反应完毕后，将反应液于避光条件下旋转蒸发去除溶剂，得到深红色粘状物，室温下，向其中加入水震荡，到有固体产生。静置过夜后抽滤，水洗，无水乙醚洗涤后真空干燥得到黑色粉末状固体粗产品。将此粗产品以无水甲醇做溶剂，加入质量百分比浓度为25％的四丁基氢氧化铵助溶。将所得溶液过葡聚糖凝胶色谱柱(Sephadex LH-20)分离，以无水甲醇做洗脱剂，得到光敏染料。二氯双(4-甲基异丙基苯基)钌(II)、染料配体、4，4′-二羧基-2，2′-联吡啶和硫氰酸铵的投料摩尔比为1∶2∶2∶80～100。

所述对应光敏染料Dye 1-Dye4的染料配体为：