包含连接有偶姻基团的发色团的染料制造技术

本发明专利技术涉及一种染料，所述染料包含其上连接有偶姻基团作为锚定基团的发色团，并且涉及这种染料的合成方法、含有这种染料的电子设备以及这种染料的应用。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种染料，所述染料包含其上连接有偶姻基团的发色团，并且涉及这种染料的合成方法、含有这种染料的电子设备以及这种染料的应用。
技术介绍
染料增感型太阳能电池(DSSC)(B. 0’ Regan and Μ. Gratzel, Nature353 (1991) 737 ；WO 91/16719)是一种以低成本提供高能量转换效率的光伏设备。与其中半导体承担光吸收和电荷载流子运输两项工作的硅基体系相反，在DSSC中，这些功能是分开的。光被锚定到半导体(诸如纳米结晶的TiO2)表面上的增感型染料吸收。 电荷分离在界面上通过从染料到半导体的导带的光诱导电子注入而发生。染料分子经由电解质中的还原氧化对从对电极再生。还原氧化对进而在对电极上再生，从而通过电子运输通过外部负载形成完整电路。DSSC的效率由收集的和注入的光子数确定，因而由染料增感剂吸收的光来确定。 在DSSC中作为有效增感剂的染料的主要标准之一是它吸附(通过化学吸附)在半导体表面上。此外，为了获得高效，理想的增感剂应当有效吸收宽范围的太阳光谱。在光激发下， 染料应当以统一的量子率将电子注入半导体的导带中。为了使电子转移期间的电子损耗最小化，增感剂激发态的能级应当与半导体导带的下限较好地匹配。增感剂的氧化还原电势应当与还原氧化对的氧化还原电势较好地匹配，从而可以经由电子供应进行染料再生。迄今为止，最佳的光伏性能已由含有羧基的钌的多吡啶基络合物(也被称为红色染料和黑色染料)实现。。 Ru-络合物的光激发导致分子内的金属-配体电荷转移(MLCT)跃迁。位于联吡啶配体中的受光激发电子可以经由羧基锚定基团被非常有效地注入半导体的导带。业已表明，这个过程非常快速。。与此对照，TiO2中的注入电子和染料阳离子之间的重组过程是一个缓慢过程。这种缓慢的重组被认为是，由联吡啶配体导致的半导体和Ru3+之间的大间距的结果。因而，这些Ru络合物的分子设计在有效的电荷分离以及由此的高能量转换效率上是成功的。然而，DSSC的能量转换效率受这些Ru-染料吸收太阳光的光收集能力的限制。光伏设备的光活性区域被减小至太阳光谱的可见光部分，并且在这其中被减小至短波长区域。长波区域的光子未被收集，因而不能被转换成电能。在DSSC领域中，迄今为止常用作光敏剂的染料绝大多数都具有羧酸基团作为锚定基团以锚定到纳米多孔半导体上。这限制了可被用作增感剂的所有染料(有机的、无机的和杂化的)可选范围。显示良好性质的其他锚定基团是磷酸基团，已经对其进行了更深入研究。(a) Gratzel 等的 J. Phys. Chem. B，2004，108，17553 ；b)ff. Choi 等人的 J. Physl. Chem. B, 2006,110，14792-14799)。吸附和电荷注入可以采用如磺酸、羟基、三乙氧基硅烷、儿茶酚基团和硼酸的锚定基团进一步演示，但是采用具有这些锚定基团的染料不能实现具有显著DSSC效率的太阳能电池。(a) Gratzel等人的New. J. Chem.，2000，24，651-652 ； b)Ford 等人的 J. Phys. Chem. B，1994，98，3822 ;c)Lakhimiri 等人的 J. Photochem. Photobiol.，A，2004，166,91。纳米多孔半导体诸如TiA是在光催化氢生产或光解水纯化领域中应用的非均相光催化过程中重要的组分。(Arakawa 等人的 J. Photochem. Photobiol. A，2000，63-69 ；b) Chanon,Eds. Elsevier,Photoinduced Electron Transfer，1988)。大多数光催化剂诸如纳米多孔TiO2在UV照射下是活性的，但是它们在可见光区域(太阳光)中没有活性限制了它们的实际应用。克服这个问题的一个策略是将电荷转移染料锚定到宽带隙半导体的表面上，从而使它们对可见日光敏感。如上所述，染料通常经由酯连接键(linkage)通过羧酸酯连接键而连到半导体上。这个连接键在水(这个过程的环境)中相当不稳定。需要一种有效、稳定的替代锚定基团以将染料锚定到半导体表面上。因此，本专利技术的一个目的在于提供一种在太阳光谱的可见区域和长波长区域中具有强吸收的改进染料。本专利技术的另一个目的是提供一种可以容易地共价连接到纳米结晶的宽带隙半导体(诸如1102、31!02等)上的染料。本专利技术的另一个目的是提供一种允许从染料到半导体的有效电荷转移的染料。本专利技术的另一目的是提供一种容易通过简单的制备方法得到的染料。如下染料达到了这些目的，所述染料包含其上连接有偶姻基团的发色团，所述染料由式Ia或Ib表示权利要求1.一种染料，其包含连接有偶姻基团的发色团，所述染料由式Ia或Ib表示2.如权利要求1的染料，其包含连接有偶姻基团的发色团，所述染料由式h，2b，2c， 2(1，26，2乜28，211，21，或2」表示3.如权利要求2的染料，其由权利要求2所定义的式2d、2e、2f或池表示。4.如前述权利要求1至3中任意一项所述的染料，其中所述发色团选自式3中所表示的片段或式3所表示片段的任意组合，5.如权利要求1至4中任意一项的染料，其由式5表示6.如权利要求5的染料，其由式6表示7.如权利要求1至4中任意一项的染料，其由式7表示8.如权利要求1至3中任意一项的染料，其中，所述发色团是金属络合物，其选自由式 14所表示的结构9.如权利要求8的染料，其中，所述配体L和L’在每次出现时独立的是单环的或多环的稠合环；或者是彼此共价键合的这样的环。10.如权利要求8-9中任意一项的染料，其中，所述配体L和L’在每次出现时独立地选自包含如下的组11.如权利要求1至3中任意一项的染料，其中，所述发色团是式16所表示的金属络合物12.如权利要求11的染料，其中，所述配体L”选自包含如下的组13.一种电子设备，其包含权利要求1至12中任意一项所述的染料。14.如权利要求13的设备，其是太阳能电池，优选是染料增感型太阳能电池(DSSC)Jjf 述太阳能电池还包含光活性的半导体多孔材料。15.如权利要求13和14中任意一项的设备，其包含电荷传输试剂，所述电荷传输试剂为液态电解质、离子液体、基于聚合物凝胶的电解质或固态电解质。16.如权利要求14的设备，其是太阳能电池，其中，所述染料化学吸附到所述光活性的半导体多孔材料上。17.如权利要求13-16中任意一项的设备，其还包含至少一种其他染料。18.如权利要求17的设备，其中，所述至少一种其他染料是权利要求1至12中任意一项的染料。19.如权利要求17的设备，其中，所述至少一种其他染料选自结构15，27-3220.如权利要求14-19中任意一项的设备，其中，所述光活性的半导体多孔材料选自 TiO2, SnO2, ZnO, Nb2O5，ZrO2, CeO2, WO3, Cr2O3, CrO2, CrO3, SiO2, Fe2O3, CuO, Al2O3, CuAlO2, SrTiO3, SrCu2O2，^TiO4，优选TiO2,以及上述的组合。21.如权利要求20的设备，其中，所述光活性的半导体多孔材料具有如下特征中的一个或若干个-1-100 μ m本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种染料，其包含连接有偶姻基团的发色团，所述染料由式１ａ或１ｂ表示：其中，所述发色团是吸收在３００－１２００ｎｍ范围内或其子范围、优选３５０－５００ｎｍ或５００－７５０ｎｍ或３５０－７００ｎｍ范围内的电磁辐射的有机化合物或金属有机化合物；并且其中，Ａ选自Ｈ；或任意环状或非环状烷基；或具有通式－（ＣＨ２）ｎ１－Ｒ，－［（ＣＲ＝ＣＲ）ｎ１－（ＣＨ２）ｎ２］ｐ－Ｒ，－［（Ｃ≡Ｃ）ｎ１－（ＣＨ２）ｎ２］ｐ－Ｒ，－［（ＣＨ２）ｎ１－Ｘｎ２］ｐ－Ｒ的任意直链的或支化的链片段；或卤素，诸如Ｆ、Ｃｌ、Ｂｒ、Ｉ；或含有杂原子的片段，诸如ＮＯ２、ＣＮ、ＮＲ２、ＯＨ；或任意被取代的或未被取代的苯基、联苯基或杂芳基；或与所述偶姻基团形成环结构的片段；其中，在每次出现时，ｎ１和ｎ２独立的是０－１２，优选是０－４，ｐ是０－６，优选是０－２；其中，Ｘ选自ＣＲ２、Ｏ、Ｓ、ＮＲ、－ＣＲ；其中，Ｒ选自Ｈ，或具有通式－ＣｎＨ２ｎ＋１的任意直链的或支化的烷基链，或－ＣＯＯＲ１，－ＯＲ１，－ＳＲ１，－ＮＲ１２，或Ｆ，Ｃｌ，Ｂｒ，Ｉ，Ｏ，Ｎ，ＮＯ２，ＣＮ，ＣＦ３；其中Ｒ１是Ｈ，或具有通式－ＣｎＨ２ｎ＋１的任意直链的或支化的烷基链，或任何被取代的或未被取代的苯基或联苯基、杂芳基，ｎ＝０－１２，优选０－６。...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：格达·福尔曼，
申请(专利权)人：索尼公司，
类型：发明
国别省市：JP