[发明专利]蒽环基-苯并氮杂环化合物及其制备方法、中间体和应用

说明书

技术领域

本发明具体的涉及蒽环基-苯并氮杂环化合物及其制备方法、中间体和应用。

背景技术

染料敏化纳米晶太阳电池技术是继传统的硅基太阳电池技术之后新近兴起的最重要光电能源转换技术之一。染料敏化纳米晶体太阳电池可望成为一种重要的可持续能源产品，并成为现有电池产品的清洁能源替代品。近几年来，染料敏化纳米晶体太阳电池技术不断取得进展。

染料敏化太阳电池光敏化剂，其早期的研究工作主要集中在钌联吡啶配合物(Nature，1991，353，737-740；J.Am.Chem.Soc.，1993，115，6382-6390)。以N3、N719、Z907为代表的钌系列染料其光电转换效率已经实现10％以上，并且成为染料敏化纳米晶体太阳电池产业化的研究主体。这类敏化剂也存在贵金属钌资源受到限制、合成和提纯困难等问题。随着研究的不断深入，人们的注意力开始转向原料来源方便、生产成本低的非钌的纯有机染料，如四氢喹啉类、吲哚啉类、香豆素类、苯基乙烯类、三苯胺类、以及噻吩类等(Angew.Chem.Int.Ed.2009，48，2474-2499)，有些染料的效率已经突破10％。但据报道，有机染料如果吸收波长能达到940nm，则其光电转换效率最高可达到20.25％(Adv.Funct.Mater.2010，20，13-19)。可见，当前的染料效率还有相当大的提升空间。最近，非钌的金属有机配合物的研究也有了更快的发展，如以金属锌、铁为代表的金属配合物作为染料敏化纳米晶体太阳电池的研究也相继报道(Langmuir，2004，20，6514-6517；J.Am.Chem.Soc.，1998，120，843-844)，特别是2010年的已见报道的一种锌卟啉的敏化太阳电池光电转换效率已经达到11％(Angew.Chem.Int.Ed.2010，49(37)，6646-6649)。高效率的非钌金属锌卟啉配合物的出现有望代替传统的钌基系列的染料，从而解决了贵金属钌资源将来受到限制的难题。但是，该染料的敏化太阳电池效率还不高，而且其合成和纯化过程繁琐，产率较低，这在一定程度上会制约了其工业化应用前景。直至今天，与染料敏化纳米晶体太阳电池相匹配的高效率、低成本、易于工业化的有机染料尚未面世。因此探索新型、高效的、低成本的、易于工业化的染料敏化纳米晶体太阳电池敏化剂成为当前这一领域的重要任务。

基于蒽环或苯并氮唑类的染料分子构建的有机染料，最近已见文献报道(Dyes and Pigments，2011，91，33-43；Dyes and Pigments，2011，91，192-198)。然而，目前基于蒽环或苯并氮唑类的染料分子的报道还很少。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供了一种与现有技术完全不同的蒽环基-苯并氮杂环化合物及其制备方法、中间体和应用。本发明的蒽环基-苯并氮杂环化合物是纯有机染料光敏剂，可代替现有的贵金属配合物光敏剂，能有效降低染料敏化纳米晶体太阳电池的制作成本。

本发明人开展了合成新型高效的蒽环基-苯并氮唑类的有机染料敏化剂的工作，经过艰苦的设计和研究，得到了一系列新型的染料敏化剂分子，并研究了它们在染料敏化太阳电池技术中的应用。

因此，本发明涉及一种如式I所示的蒽环基-苯并氮杂环类化合物，

其中，R₁或R₂表示单取代或多取代基；R₁和R₂独立的为氢原子、羟基、C₁-C₁₂的直链或支链烷基、C₁-C₁₂的含1-2个不饱和键的直链或支链烃基、C₁-C₁₂的烷氧基、C₇-C₁₂的烷基取代的芳氧基、卤素和C₇-C₁₂烷基取代的芳基中的一种或多种；或者，R₁或R₂和与其相连的苯环相连成三元环到六元环，优选为五元环或六元环；不管是单取代或多取代，R₁或R₂在苯环上的取代位置为苯环上任意空位位置；