在其分子結(jié)構(gòu)中包括錨定基團(tuán)的染料制造技術(shù)

在其分子結(jié)構(gòu)中包括錨定基團(tuán)的染料，所述錨定基團(tuán)能使所述染料共價(jià)偶聯(lián)到表面，例如納米多孔半導(dǎo)體層的表面上，所述錨定基團(tuán)由式１表示，其中所述染料的所述分子結(jié)構(gòu)內(nèi)的所述錨定基團(tuán)的連接是在上式中用星號(hào)標(biāo)記的末端碳處，其中Ｇ選自－ＣＯＯＨ、－ＳＯ３Ｈ、－ＰＯ３Ｈ２、－ＢＯ２Ｈ２、－ＳＨ、－ＯＨ、－ＮＨ２，優(yōu)選－ＣＯＯＨ，其中Ａ選自Ｈ、－ＣＮ、－ＮＯ２、－ＣＯＯＲ、－ＣＯＳＲ、－ＣＯＲ、－ＣＳＲ、－ＮＣＳ、－ＣＦ３、－ＣＯＮＲ２、－ＯＣＦ３、Ｃ６Ｈ５－ｍＦｍ，其中ｍ＝１－５，Ｒ是Ｈ或通式－ＣｎＨ２ｎ＋１的任何直鏈或支鏈烷基鏈，ｎ＝０－１２，優(yōu)選０－４，或任何取代或未取代的苯基或聯(lián)苯基。

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
【國外來華專利技術(shù)】在其分子結(jié)構(gòu)中包括錨定基團(tuán)的染料本專利技術(shù)涉及在其結(jié)構(gòu)中包括錨定基團(tuán)的染料、這類染料的合成方法、包含這類染 料的電子器件和這類染料的用途。染料敏化太陽能電池(DSSC)(B. 0' Regan 和 M. Gratzel, Nature 353(1991)737 ； WO 91/16719)是以低成本提供高能量轉(zhuǎn)換效率的光伏器件。與其中半導(dǎo)體同時(shí)承擔(dān)光 吸收和電荷載流子傳輸任務(wù)的硅基體系不同，在DSSC中，這些功能分離。光被錨定到半導(dǎo) 體(如納米結(jié)晶TiO2)表面上的敏化劑染料吸收。在界面處經(jīng)由光誘發(fā)的從該染料注入半 導(dǎo)體導(dǎo)帶的電子注射發(fā)生電荷分離。由對(duì)電極經(jīng)由電解質(zhì)中的氧化還原對(duì)再生染料分子。 氧化還原對(duì)又在對(duì)電極處再生，通過經(jīng)外載荷的電子傳輸，完成該電路。DSSC的效率取決于收集和注射的光子數(shù)，并因此取決于染料敏化劑吸收的光。為 了高效率，理想的敏化劑應(yīng)在寬太陽光譜范圍內(nèi)有效吸收。此外，為了有效電子注射，必須 能夠吸附(通過化學(xué)吸附)到半導(dǎo)體表面上。在光 致激發(fā)后，其應(yīng)該以1的量子產(chǎn)額(a quantum yield ofimity)將電子注入半導(dǎo)體導(dǎo)帶。為使電子傳遞過程中的能量損失最小 化，其受激態(tài)的能級(jí)應(yīng)與半導(dǎo)體導(dǎo)帶的下限充分匹配。其氧化還原電位應(yīng)與氧化還原對(duì)的 充分匹配以便能夠經(jīng)由給電子實(shí)現(xiàn)染料再生。迄今已用釕的含羧基的聚吡啶基絡(luò)合物(已知為紅色染料和黑色染料)實(shí)現(xiàn)最佳 光伏性能。Ru絡(luò)合物的光致激發(fā)造成分子內(nèi)的金屬至配體電荷轉(zhuǎn)移(MLCT)躍遷。位于 聯(lián)吡啶配體中的光致激發(fā)電子可以非常有效地經(jīng)由羧基-錨定基團(tuán)注入半導(dǎo)體的導(dǎo)帶。這 種過程已表明非?？?span style='display:none'>速。相反，對(duì)于這些絡(luò)合物，TiO2中的注入電子與染料陽離子之間 的重組過程是緩慢過程。該緩慢重組被認(rèn)為是聯(lián)吡啶配體造成的半導(dǎo)體和Ru3+之間的大間 距的結(jié)果。因此，這些Ru-絡(luò)合物的分子設(shè)計(jì)在有效電荷分離和因此高能量轉(zhuǎn)換效率方面 是成功的。但是，DSSC的能量轉(zhuǎn)換效率受這些Ru-染料吸收日光的光收獲能力限制。該光伏 器件的光活性區(qū)降至太陽光譜的可見光部分，并在其中，降至較短波長區(qū)域。更長波長區(qū)域 的光子不被收獲且不能轉(zhuǎn)化成電能。為了改進(jìn)太陽能電池的總光電轉(zhuǎn)換效率，光響應(yīng)必須擴(kuò)展至太陽光譜的更長波長 區(qū)域。因此，需要吸收帶高于600納米的新型染料。為實(shí)現(xiàn)此目標(biāo)，常用釕絡(luò)合物的合成改 性有限。因此需要開發(fā)作為光敏劑具有若干優(yōu)點(diǎn)的新型有機(jī)染料a)它們具有強(qiáng)吸收(比 Ru絡(luò)合物高10-100的高消光系數(shù))，以致只需極少材料就可收獲大量光；b)它們的物理性 質(zhì)容易通過化學(xué)結(jié)構(gòu)改性調(diào)節(jié)/調(diào)整；c)它們更便宜，因?yàn)樗鼈儾缓饘伲玑憽５?，為了用有機(jī)染料實(shí)現(xiàn)如用聚吡啶基Ru-絡(luò)合物實(shí)現(xiàn)的那樣高的效率，需要 如上文對(duì)Ru-絡(luò)合物所述的復(fù)雜分子設(shè)計(jì)。盡管已經(jīng)為DSSC開發(fā)出許多有機(jī)染料，如香豆 素、部花青和聚烯染料，但迄今報(bào)道的多數(shù)染料都在與常用紅色染料相同的范圍(低于600 納米)內(nèi)吸收光。因此，更長波長區(qū)域的光子仍缺乏光轉(zhuǎn)換。相應(yīng)地，本專利技術(shù)的一個(gè)目的是提供在染料敏化太陽能電池中使用的新型染料。此 夕卜，本專利技術(shù)的目的是提供在太陽光譜的可見光和長波長區(qū)域中具有強(qiáng)吸收的易得、穩(wěn)定和可溶的功能材料。此外，本專利技術(shù)的目的是提供具有在太陽光譜的可見光和紅外區(qū)中的吸收 系數(shù)> IO5L Hior1cnT1的強(qiáng)吸收的光穩(wěn)定染料。本專利技術(shù)的目的還有提供可以與其它染料合 并以覆蓋寬太陽光譜范圍并由此在其寬范圍內(nèi)收集光的染料。此外，本專利技術(shù)的目的是提供 其帶隙和能級(jí)可調(diào)整并可有效化學(xué)吸附到光敏層的納米多孔表面上的染料。本專利技術(shù)的目的 還有提供用在染料敏化太陽能電池中的改進(jìn)的染料。值得注意的事實(shí)是，報(bào)道了一些連有丙烯酸基團(tuán)的具有良好效率的有機(jī)染料。 但是，如上所述，它們僅在紅色染料的范圍內(nèi)吸收光。本申請(qǐng)中報(bào)道的染料還能在更長波長 區(qū)域中吸收光。通過包括錨定基團(tuán)的染料解決所有這些目的，其分子結(jié)構(gòu)中的所述錨定基團(tuán)能使 所述染料共價(jià)偶聯(lián)到表面，例如納米多孔半導(dǎo)體層的表面上，所述錨定基團(tuán)由式1表示<formula>formula see original document page 17</formula>(式1)其中所述染料的所述分子結(jié)構(gòu)內(nèi)的所述錨定基團(tuán)的連接是在上式中用星號(hào)標(biāo)記 的末端碳處，其中G 選自-C00H、-SO3H, -PO3H2、-BO2H2、_SH、-OH、-NH2，優(yōu)選-C00H，其中A 選自 H、-CN、-NO2, -C00R、—COSR、—COR、—CSR、-NCS, -CF3> -CONR2, -OCF3> C6H5_mFm，其中 m= 1-5，R是H或通式_CnH2n+1的任何直鏈或支鏈烷基鏈，η = 0_12，優(yōu)選0_4，或任何取代 或未取代的苯基或聯(lián)苯基。在一個(gè)實(shí)施方案中，本專利技術(shù)的染料由式2表示<formula>formula see original document page 17</formula>(式 2) 其中所述發(fā)色團(tuán)是能夠在可見光和/或紅外線波長范圍內(nèi)，優(yōu)選在300-1200納米 范圍或其子范圍，例如范圍300-580納米、580-850納米、850-1200納米，更優(yōu)選580-850納 米中的一個(gè)或幾個(gè)范圍內(nèi)吸收的分子，包括有機(jī)發(fā)色團(tuán)和金屬絡(luò)合物，且其中G和A如上定義。所述共軛體系優(yōu)選由式3中所示的部分或式3所示的任何部分的組合表示<formula>formula see original document page 18</formula>(式3)其中，叫和n2 = 0-12，優(yōu)選叫=0-3 且 n2 = 1-7,其中R3選自H、- (CH2) nCH3、- (CH2) n_C00R、- (CH2) n_0R、- (CH2) n_SR、- (CH2) n_NR2、- ((CH2) p_0) n"CH3,p = 1-4，n = 0-12，且隊(duì)選自鹵素，如 CI、Br、F、I，或 N02、NH2、CN、S03H、OH、H、- (CH2)nCH3、- (CH2)n_C00R、- (CH2) n-0R、- (CH2) n-SR、- (CH2) n-NR2、- ((CH2) p_0) n_CH3，p = 1-4，n = 0-12，R是H、通式_CnH2n+1的任何直鏈或支鏈烷基鏈，n = 0_12，優(yōu)選0_4，或任何取代或 未取代的苯基或聯(lián)苯基，且其中Xi和Yi在各處獨(dú)立地選自0、S、NR。在另一實(shí)施方案中，本專利技術(shù)的染料由式4表示<formula>formula see original document page 18</formula>(式4)其中所述發(fā)色團(tuán)是能夠在可見光和/或紅外線波長范圍內(nèi)，優(yōu)選在300-1200納米 范圍或其子范圍內(nèi)吸收的分子，包括有機(jī)發(fā)色團(tuán)和金屬絡(luò)合物，且其中G和A如上定義。在一個(gè)實(shí)施方案中，所述發(fā)色團(tuán)是方酸鐺(squarylium)染料衍生物或克酮酸鐺 (croconium)染料衍生物，所述方酸鐺染料衍生物和所述克酮酸鐺染料衍生物各自具有連 接到方形酸或克酮酸衍生物上的芳環(huán)體系A(chǔ)ri和Ar2。 在一個(gè)實(shí)施方案本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
在其分子結(jié)構(gòu)中包括錨定基團(tuán)的染料，所述錨定基團(tuán)能使所述染料共價(jià)偶聯(lián)到表面，例如納米多孔半導(dǎo)體層的表面上，所述錨定基團(tuán)由式１表示＊＊＊（式１）其中所述染料的所述分子結(jié)構(gòu)內(nèi)的所述錨定基團(tuán)的連接是在上式中用星號(hào)標(biāo)記的末端碳處，其中Ｇ選自－ＣＯＯＨ、－ＳＯ↓［３］Ｈ、－ＰＯ↓［３］Ｈ↓［２］、－ＢＯ↓［２］Ｈ↓［２］、－ＳＨ、－ＯＨ、－ＮＨ↓［２］，優(yōu)選－ＣＯＯＨ，其中Ａ選自Ｈ、－ＣＮ、－ＮＯ↓［２］、－ＣＯＯＲ、－ＣＯＳＲ、－ＣＯＲ、－ＣＳＲ、－ＮＣＳ、－ＣＦ↓［３］、－ＣＯＮＲ↓［２］、－ＯＣＦ↓［３］、Ｃ↓［６］Ｈ↓［５－ｍ］Ｆ↓［ｍ］，其中ｍ＝１－５，Ｒ是Ｈ或通式－Ｃ↓［ｎ］Ｈ↓［２ｎ＋１］的任何直鏈或支鏈烷基鏈，ｎ＝０－１２，優(yōu)選０－４，或任何取代或未取代的苯基或聯(lián)苯基。

【技術(shù)特征摘要】
【國外來華專利技術(shù)】...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：G富爾曼，G內(nèi)爾斯，A巴梅迪齊萊，安田章夫，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：索尼株式會(huì)社，
類型：發(fā)明
國別省市：JP[日本]