[发明专利]用于构建准固态染料电池的卟啉敏化剂的制备方法

说明书

本发明公开用于构建准固态染料电池的卟啉敏化剂的制备方法，以两种不对称卟啉5‑苯甲酸基‑10,15,20‑三苯基锌卟啉(ZnTPPCOOH)和5‑苯甲酸基‑10,15,20‑三(N,N‑二苯基胺基)锌卟啉(ZnTPACOOH)为染料，研究了两种染料吸附于TiO₂膜前后的光谱变化和循环伏安性质。基于敏化剂ZnTPPCOOH和ZnTPACOOH的液态染料敏化太阳能电池的最大IPCE值分别为65％，54％；效率分别为4.03％，1.95％；短路电流分别为9.06mA cm^‑2，5.04mA cm^‑2。结果表明，ZnTPPCOOH染料敏化电池的光电性质优于ZnTPACOOH敏化电池。并利用Gaussian09优化了两种染料的分子结构，分析了其前线轨道能级的变化，进一步解释了其光电性质。

技术领域

本发明涉及准固态染料电池技术领域。更具体地，涉及一种用于构建准固态染料电池的卟啉敏化剂的制备方法。

背景技术

近些年来，化石能源的大量消耗已经引起了各种各样的环境问题。在未来的日子里，因为要面对人口的持续增长以及经济的持续发展，地球上有限的能源将会被消耗殆尽，这日益成为人们关注的焦点。因此，开发太阳能是一项非常值得研究的项目，因为太阳能占地球总能量的99％，同时是一种常见的可再生绿色能源，主要能量来自太阳的辐射，清洁无污染，且有着取之不尽，用之不竭的优点，因而成为各国科学家开发和利用的新能源之一。

太阳能电池是基于半导体的异质结或金属半导体界面附近产生的光生伏打效应，所以太阳能电池又称为光伏电池。当光子入射到光敏材料时，激发材料内部产生电子和空穴对，在多种因素导致的静电势能作用下分离，然后被接触电极收集。电子移向负极，空穴移向正极。这样的外电路就有电流通过。光电导的基本过程包括：a.光激发；b.载流子的产生；c.载流子的迁移。当光照射到光电转换材料时，只有光子的能量大于该材料的禁带宽度Eg时，才可能把价带上的电子激发到导带上去，使价带产生空穴。

自从和他的课题组在1991年发表了一篇关于染料敏化太阳能电池的文章之后，染料敏化太阳能电池受到了人们极大的关注，这让人们相比第一代硅基太阳能电池有了更好的选择，因为染料敏化太阳能电池的生产价格更加低廉并且它们的光电转换效率更高，同时也很容易制造。敏化剂，是染料敏化太阳能电池的一个关键组成部分，在实现高的太阳能热发电效率和耐用年限方面发挥着至关重要的作用。到现在为止，钌染料电池的能量转化效率已经超过了11％，而且更容易印在柔软的表面上，在价格上也更容易进行推广。然而，虽然钌染料电池具有一定的优越性，但在制造这类高效的电池时需要由贵重的金属钌和易挥发的电解质制成染料。因此，现在有很多研究成果都致力于发展纯有机染料，因为纯有机染料的成本低廉，很容易合成，结构易调控，摩尔消光系数高，寿命可观，并且具有令人满意的稳定性，同时具有不错的市场前景。但相比于钌染料而言，纯有机染料的能量转化效率依然要低一些。

卟啉是一类由四个吡咯类亚基的α-碳原子通过次甲基桥互联而行成的大分子杂环化合物。其母体化合物为卟吩(porphin,C₂₀H₁₄N₄)，有取代基的卟吩即称为卟啉。卟啉环共有26个Π电子，是一个高度共轭的体系，并因此显深色。卟啉化合物具有良好的光、热和化学稳定性，在可见光区有很强的特征电子吸收光谱。近年来，利用卟啉及其配合物独特的电子结构和光电性能，设计合成光电功能材料和器件已成为国际上十分活跃的研究领域。

发明内容

本发明的一个目的在于提供一种用于构建准固态染料电池的卟啉敏化剂的制备方法。

为达到上述目的，本发明采用下述技术方案：

用于构建准固态染料电池的卟啉敏化剂的制备方法，包括如下步骤：

(1)下式(Ⅰ)所示化合物1的合成：

其中：A为H或