用于电化学装置或光电装置的二酮吡咯并吡咯(DPP)基敏化剂制造方法及图纸

技术编号:12126266 阅读:100 留言:0更新日期:2015-09-25 14:43
本发明专利技术涉及基于DPP部分的式(I)的化合物,其在电化学或光电装置中可用作类型D-π-A的无金属有机敏化剂或染料;它们作为敏化剂或染料的用途;以及包含本发明专利技术的化合物的电化学或光电装置。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于电化学装置或光电装置的二酮吡咯并吡咯(DPP)基敏化剂
本专利技术涉及具有不对称DPP桥/芯的DPP基敏化剂、用于电化学装置和/或光电装置中的所述DPP基敏化剂、包含此类DPP基敏化剂的电化学装置或光电装置,特别是染料敏化太阳能电池(DSSC)。现有技术和构成本专利技术的基础的问题染料敏化太阳能电池(DSC)作为有前途的新一代光伏技术正吸引广泛的关注。模拟自然界光合作用的原理,它的生态和经济的制造工艺使其成为有吸引力的且可信的对传统光伏系统的替代选择。超过10%的功率转换效率(powerconversionefficiency,PCE)使DSC技术在非传统光伏领域中成为领导者。此类装置变得适合与消费电子产品集成,如无线键盘、遥控和其它电池供电装置。优化组分,如适当的纳米结构化的金属氧化物、敏化剂和氧化还原梭(redoxshuttle),提供了对美学性能如透明度和颜色以及性能参数如电流密度和输出电压的控制。敏化剂是最重要的组分之一,其确定DSC装置的捕光效率和颜色。无金属有机敏化剂,如二酮吡咯并吡咯(diketopyrrolopyrrole,DPP)基敏化剂,具有许多优点,例如与类似的金属复合物如N719和N3相比较低的成本、较容易加工、和更高的摩尔消光系数(Hagfeldt等人,(2010),Chem.Rev.,110:6595–6663)。DPP部分具有捕获高达900nm波长光子的潜力,且作为工业着色剂被公知。DPP衍生物代表优异的稳定性和光电性能,且已用在材料技术的许多其它方面,从汽车漆颜料到小分子和聚合有机光伏(WO2008/101570,WO2011/144566)。包含DPP的聚合物已用作用于固态DSC装置的敏化剂和空穴传输材料(HTM)(Kanimozhi,等人,(2010),J.Phys.ChemC,114:3287–3291),且有限的类别的DPP结构已用作分子/染料基D-π-A和供体-受体-供体(D-A-D)敏化剂。标准的无金属DPP基敏化剂由供体-π-桥受体基序组成,其中这里的DPP单元是主要用于扩展π-共轭同时有效地从供体到受体中继电子密度的π-桥。可替代地,电子密度的受体,和用于结合敏化剂到DSC装置其余部分的锚,可具有结构D-A-D,其中锚和受体存在于两个供体部分之间。一种DSC包含基于对称DPP单元3,6-二苯基吡咯并[3,4-c]吡咯-1,4(2H,5H)-二酮的敏化剂,是指染料的受体/锚组分,具有作为供体部分的三苯基胺或N,N-双(4-甲氧基苯基)苯胺部分和作为锚部分的羧酸基团,该DSC示出仅2.68%的总转换效率(Guo等人,(2010),SyntheticMetals,160:1767-1773)。朝向DPP基敏化剂开发的更经典D-π-A方法已导致7.43%的最终效率(Qu等人,(2012),Chem.Comm.,48:6972-6974),其具有对称DPP桥/芯2,5-双(2-乙基己基)-3,6-二苯基吡咯并[3,4-c]吡咯-1,4(2H,5H)-二酮。在此之前,通过受体/锚的适当选择,对称DPP桥/芯2,5-二丁基-3,6-二苯基吡咯并[3,4-c]吡咯-1,4(2H,5H)-二酮被利用以产生6.03%的效率(Qu等人,(2012),DyesandPigments,92:1384-1393)。Qu等人的第一和第二报告之间的进展是供体和DPP部分上的N-烷基增溶基团的选择。在对于3,6-二苯基吡咯并[3,4-c]吡咯-1,4(2H,5H)-二酮桥/芯的合适的供体、受体/锚和N-烷基部分选择的开发之前,进行两个对称芯2,5-二丁基-3,6-二苯基吡咯并[3,4-c]吡咯-1,4(2H,5H)-二酮和2,5-二丁基-3,6-二(噻吩-2-基)吡咯并[3,4-c]吡咯-1,4(2H,5H)-二酮之间的比较研究:从这个基本研究确定,对称的、基于噻吩基的2,5-二丁基-3,6-二(噻吩-2-基)吡咯并[3,4-c]吡咯-1,4(2H,5H)-二酮芯仅产生1.45%PCE(Qu等人,(2010),J.Phys.Chem.C,114:1343-1349)。包含此类敏化剂的DSC的PCE仍可通过经由阻碍染料聚集体的形成来调节此类敏化剂与鹅脱氧胆酸(CDCA)的共吸附而被改善(Qu等人,(2010),J.Phys.Chem.C,114:1343-1349)。另外,为了降低在TiO2膜上或在溶液中的DPP单元的大π共轭系统的π-π堆叠,且为了帮助从加载溶液将染料加载到TiO2,敏化剂的DPP芯被取代,且可进一步用更大的烷基链取代,以另外增加加载溶剂中的溶解度。所有这些先前报告的DPP基敏化剂具有对称DPP芯,其被两个相同的芳基部分噻吩或苯取代。目的是增加DSC的PCE的这两个DPP基敏化剂核/桥的改善已通过优化供体和受体部分结合,以及N-烷基增溶部分和装置处理条件如与CDCA的共吸附而提供。专利技术概述鉴于上述现有技术,本专利技术通过提供DPP基染料/敏化剂解决改善光电装置特别是DSC的性能的问题,其中吸收光谱与加工性能和聚集平衡。此外,本专利技术的目的是提供更稳定的光电装置和/或光电化学装置,特别是DSC,该装置具有改善的或更高的转换效率(PCE),这可通过增加VOC、IPCE或以其他方式获得;且还具有由本专利技术的染料颜色提供的其吸收光谱的指示剂性能,这样的蓝色在DSC敏化剂中非常罕见。本专利技术解决上述问题,其是本专利技术的一部分。因此,本专利技术人惊奇地发现,包含不对称的芳基1-DPP-芳基2(Ar1-DPP-Ar2)芯/桥(其中两个芳基部分都是不相同的)的DPP基敏化剂,提供相对于严格对称的3,6-二苯基吡咯并[3,4-c]吡咯-1,4(2H,5H)-二酮芯/桥(其中两个芳基部分都是苯基)的彩色增益,同时相比于严格对称的3,6-二(噻吩-2-基)吡咯并[3,4-c]吡咯-1,4(2H,5H)-二酮(其中两个芳基部分都是噻吩基)减少聚集现象。芳基-DPP芯用作固有着色的π-桥,其中噻吩基-DPP芯相比于苯基-DPP芯具有更广光谱响应,特别是当两个N-原子都被烷基化时。不对称性导致在光谱响应/颜色和电荷注入/IPCE(入射光子-到-电子转换效率)性能之间的平衡。不对称的Ar1-DPP-Ar2芯/桥基敏化剂是染料,该染料具有供体和芯/桥/生色团之间的轻便电子通讯,以促进具有用于染料聚集的低倾向的低能电子吸收跃迁。染料的颜色是跨越所有可见光的吸收指示剂,且获得蓝色是指本专利技术提供了到达光谱吸收中的IR/NIR同时允许在高能蓝色光子区域中的相对透明度的敏化剂:以这种不对称的DPP芯/桥结构,已实现通向非常罕见类的DSC敏化剂颜色。在一方面,本专利技术提供下面式(I)的化合物其中:-m、n、p和q独立地选自从0到3的整数;-R1和R2是独立地选自H、C1-C35烷基、C4-C35芳基、C1-C35芳烷基、C4-C35杂芳基的取代基,其中杂原子选自O、S或N;-R1和R2是独立地选自H、OH、S、=O(酮基团)、C1-C35烷基、C1-C35硫代烷基、C1-C35烷氧基、C4-C35芳基、C1-C35芳烷基、C4-C35杂芳基的取代基,其中杂原子选自O、S或N;-Ar1和Ar2彼此不同,且Ar1和Ar本文档来自技高网...
用于电化学装置或光电装置的二酮吡咯并吡咯(DPP)基敏化剂

【技术保护点】
一种式(I)的化合物其中:‑m、n、p和q独立地选自从0到3的整数;‑R1和R2是独立地选自H、C1‑C35烷基、C4‑C35芳基、C1‑C35芳烷基、C4‑C35杂芳基的取代基,其中杂原子选自O、S或N;‑R1和R2是独立地选自H、OH、S、=O(酮基团)、C1‑C35烷基、C1‑C35硫代烷基、C1‑C35烷氧基、C4‑C35芳基、C1‑C35芳烷基、C4‑C35杂芳基的取代基,其中杂原子选自O、S或N;‑Ar1和Ar2彼此不同,且Ar1和Ar2是独立地选自根据式(1)至(18)中任一项的部分的芳族芳基基团:其中R3选自H、C1‑C35烷基、C4‑C35芳基、C1‑C35芳烷基、或C4‑C35杂芳基,其中杂原子选自O、S或N;‑∏‑间隔基1和∏‑间隔基2独立地选自根据式(19)至(33)中任一项的部分:其中R4选自H、C1‑C35烷基、C1‑C35烷氧基、C1‑C35硫代烷基、C4‑C35芳基、C1‑C35芳烷基或C4‑C35杂芳基,其中杂原子选自O、S或N;‑A是包含锚定基团“Anch”和受体基团且选自根据式(78)至(87)中任一项的部分的取代基:其中R5选自H、C1‑C35烷基、C1‑C35烷氧基、C1‑C35硫代烷基、C4‑C35芳基、C1‑C35芳烷基或C4‑C35杂芳基,其中杂原子选自O、S或N,且Anch是独立地选自以下的锚定基团:‑COOH、PO3H2、‑PO4H2、‑P(R8)O2H、‑SO3H2、‑SO4H2、‑CONHOH‑、1,2‑羟基苯、1‑羟基‑2‑羧基苯、乙酰丙酮化物、前述的去质子形式、所述去质子形式的有机盐和/或无机盐,以及具有π‑传导特性的螯合基团,其中R8是包含1至50个碳和选自O、N或S的0‑25个杂原子的烃,所述烃通过碳原子共价结合到所述次膦酸基团的P原子;‑D是选自根据式(44)至(55)中任一项的部分的供体基团:其中R6选自H、C1‑C35烷基、C1‑C35烷氧基、C1‑C35硫代烷基、C4‑C35芳基、C1‑C60芳烷基或C4‑C35杂芳基,其中杂原子选自O、S或N,且其中芳基被C4‑C35芳烷基或被C4‑C35芳基烷氧基基团任选地取代;‑Ar3和Ar4是独立地选自根据式(56)至(70)中任一项的部分的芳族芳基基团:其中R7选自H、C1‑C35烷基、C4‑C35芳基、C1‑C35芳烷基、或C4‑C35杂芳基,其中杂原子选自O、S或N;‑且其中所述C1‑C35烷基、C1‑C35烷氧基、C1‑C35硫代烷基、C4‑C35芳基、C1‑C35芳烷基或C4‑C35杂芳基可进一步被包含选自O、N、S或卤素的0至15个杂原子的C1‑C11烃取代或是未被取代的。...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2012.09.03 EP 12182817.21.一种式(I)的化合物其中:-m、n、p和q独立地选自从0到3的整数;-R1和R2是独立地选自H、C1-C35烷基、C4-C35芳基、C1-C35芳烷基、C4-C35杂芳基的取代基,其中杂原子选自O、S或N;-R1和R2是独立地选自H、OH、S、=O(酮基团)、C1-C35烷基、C1-C35硫代烷基、C1-C35烷氧基、C4-C35芳基、C1-C35芳烷基、C4-C35杂芳基的取代基,其中杂原子选自O、S或N;-Ar1和Ar2彼此不同,且Ar1和Ar2是独立地选自根据式(1)至(18)中任一项的部分的芳族芳基基团:其中R3选自H、C1-C35烷基、C4-C35芳基、C1-C35芳烷基、或C4-C35杂芳基,其中杂原子选自O、S或N;-∏-间隔基1和∏-间隔基2独立地选自根据式(19)至(33)中任一项的部分:其中R4选自H、C1-C35烷基、C1-C35烷氧基、C1-C35硫代烷基、C4-C35芳基、C1-C35芳烷基或C4-C35杂芳基,其中杂原子选自O、S或N;-A是包含锚定基团“Anch”和受体基团且选自根据式(78)至(87)中任一项的部分的取代基:其中R5选自H、C1-C35烷基、C1-C35烷氧基、C1-C35硫代烷基、C4-C35芳基、C1-C35芳烷基或C4-C35杂芳基,其中杂原子选自O、S或N,且Anch是独立地选自以下的锚定基团:-COOH、PO3H2、-PO4H2、-P(R8)O2H、-SO3H2、-SO4H2、-CONHOH-、1,2-羟基苯、1-羟基-2-羧基苯、乙酰丙酮化物、前述的去质子形式、所述去质子形式的有机盐和/或无机盐,其中R8是包含1至50个碳和选自O、N或S的0-25个杂原子的烃,所述烃通过碳原子共价结合到所述次膦酸基团的P原子;-D是选自根据式(44)至(55)中任一项的部分的供体基团:其中R6选自H、C1-C35烷基、C1-C35烷氧基、C1-C35硫代烷基、C4-C35芳基、C1-C60芳烷基或C4-C35杂芳基,其中杂原子选自O、S或N,且其中芳基被C4-C35芳烷基或被C4-C35芳基烷氧基基团...

【专利技术属性】
技术研发人员:托马斯·韦斯利·霍尔库姆俊·浩·杨MD·哈贾·纳泽鲁丁迈克尔·格雷泽尔
申请(专利权)人:洛桑联邦理工学院
类型:发明
国别省市:瑞士;CH

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