二取代的萘并雜二唑化合物的制作方法
【專利摘要】具有通式(I)的二取代的萘并雜二唑化合物：其中：-Z表示選自氧(O)、硫(S)、硒(Se)、碲(Te)的雜原子，優(yōu)選硫(S)；-R1、R2、R3、R4、R5、R6和R7彼此相同或不同，表示氫原子；或者它們選自正丁基、異丁基、仲丁基、叔丁基。所述具有通式(I)的二取代的萘并雜二唑化合物可以有利地用作發(fā)光太陽能集中器(LSC)中的光譜轉(zhuǎn)換材料，進(jìn)而能夠提高在剛性和柔性載體上的光伏器件(或太陽能器件)的性能，光伏器件選自例如光伏電池(或太陽能電池)、光伏組件(或太陽能組件)。
【專利說明】二取代的萘并雜二唑化合物
[0001] 本發(fā)明涉及二取代的萘并雜二唑化合物。
[0002] 更具體地，本發(fā)明涉及由苯并二噻吩基團(tuán)二取代的萘并雜二唑化合物。
[0003] 本發(fā)明還涉及制備所述由苯并二噻吩基團(tuán)二取代的萘并雜二唑化合物的方法。
[0004] 所述由苯并二噻吩基團(tuán)二取代的萘并雜二唑化合物可以有利地在發(fā)光太陽能集 中器（LSC)中用作光譜轉(zhuǎn)換材料，進(jìn)而能夠提高在剛性和柔性載體上的光伏器件（或太陽 能器件）的性能，光伏器件選自例如光伏電池（或太陽能電池）、光伏組件（或太陽能組 件）。
[0005] 本發(fā)明還涉及一種發(fā)光太陽能集中器（LSC)，包括至少一種由苯并二噻吩基團(tuán)二 取代的萘并雜二唑化合物，并且還涉及光伏器件（或太陽能器件），其包括所述發(fā)光太陽能 集中器（LSC)。
[0006] 眾所周知的是，無論聚合物還是目前在市場上最廣泛使用的硅光伏電池（或太陽 能電池），均不能夠有效地利用所有的太陽輻射。它們的效率，實(shí)際上只在包括一部分可見 福射和一部分紅外福射的一定光譜范圍內(nèi)最大。
[0007] 捕獲最佳光譜范圍以外的太陽輻射并將其轉(zhuǎn)換為有效的輻射的光譜轉(zhuǎn)換材料， 可用于增強(qiáng)光伏電池（或太陽能電池）的性能?？梢杂眠@些材料生產(chǎn)發(fā)光太陽能集中器 (LSC)，這使得光伏電池（或太陽能電池）中電流的產(chǎn)生進(jìn)一步增加。
[0008] 所述發(fā)光太陽能集中器（LSC) -般由對太陽輻射透明的大片材料組成，充當(dāng)光譜 轉(zhuǎn)換材料的熒光物質(zhì)分散于其中或者化學(xué)結(jié)合到所述材料。由于全反射的光學(xué)現(xiàn)象的影 響，由熒光分子發(fā)射出的輻射被"引導(dǎo)"朝向片材的薄邊，在此聚集在位于此處的光伏電池 (或太陽能電池）上。通過這種方式，低成本材料（光致發(fā)光片材）的大表面可以用于將光 集中于高成本材料[光伏電池（或太陽能電池）]的小表面上。
[0009] 熒光化合物應(yīng)具有許多被有利地用于構(gòu)造發(fā)光太陽能集中器（LSC)的特征，并且 它們并不總是互相兼容。
[0010] 首先，由熒光發(fā)射的輻射頻率必須對應(yīng)于高于閾值的能量，低于該閾值則代表光 伏電池（或太陽能電池）的核心的半導(dǎo)體不能再起作用。
[0011] 其次，熒光化合物的吸收光譜應(yīng)盡可能的寬，從而吸收大部分的入射太陽輻射，然 后在所需的頻率重新發(fā)射它。
[0012] 太陽輻射的吸收非常強(qiáng)烈也是理想的，從而使熒光化合物可以在最低的可能濃度 發(fā)揮其功能，避免了使用極大的量。
[0013] 此外，對太陽輻射的吸收過程及其后續(xù)在較低的頻率重新發(fā)射，必須以最高的可 能效率進(jìn)行，最大限度地減少所謂的非輻射損失，其通常統(tǒng)稱為術(shù)語"熱化":該過程的效率 通過其齊次收率（quanticyield)測定。
[0014] 最后，吸收和發(fā)射頻率必須盡可能不同，因?yàn)榉駝t由熒光化合物的分子所發(fā)出的 輻射會(huì)由相鄰分子吸收并至少部分地?cái)U(kuò)散。所述現(xiàn)象通常稱為自吸收，其必然導(dǎo)致效率的 顯著損失。吸收光譜較低頻率的峰的頻率和發(fā)射的輻射的峰之間的差，一般表示為斯托克 斯"頻移"并以納米測量（即，它不是被測量的兩個(gè)頻率之間的差，而是對應(yīng)于它們的兩個(gè) 波長之間的差）。高斯托克斯頻移對于獲得發(fā)光太陽能集中器（LSC)的高效率而言是絕對 必要的，正如已經(jīng)提到的，需記住發(fā)射的輻射頻率對應(yīng)于高于閾值的能量，低于該閾值則光 伏電池（或太陽能電池）不能夠起作用。
[0015] 已知的是某些苯并噻二唑化合物，特別是4,7_二-(噻吩-2' -基）-2，1，3_苯并 噻二唑（DTB)，是可以用于構(gòu)造發(fā)光太陽能集中器（LSC)的熒光化合物。這種類型的化合物 在本 申請人:名下的國際專利申請W02011/048458中有所描述。
[0016] 4,7_二-(噻吩-2'-基）-2，1，3_苯并噻二唑（DTB)的特征在于，在約579納米為 中心的發(fā)射，它對應(yīng)于遠(yuǎn)高于光伏電池（或太陽能電池）起作用的最小閾值的能量，所述閾 值例如對應(yīng)于最廣泛使用的基于硅的光伏電池（或太陽能電池）的約1，100納米的波長。 此外，它的光輻射吸收強(qiáng)烈，并遍及表示為550納米（綠色輻射波長）至紫外線的相對寬的 波長范圍。最后，4,7_二-(噻吩-2' -基）-2，1，3_苯并噻二唑（DTB)在二氯甲烷溶液中 的斯托克斯頻移等于134納米，遠(yuǎn)高于大多數(shù)迄今為止擬用于發(fā)光太陽能集中器（LSC)的 商業(yè)產(chǎn)品的斯托克斯頻移。
[0017] 由于這些原因，使用4,7_二-(噻吩-2'-基）-2，1，3_苯并噻二唑（DTB)已經(jīng)能 夠生產(chǎn)出高品質(zhì)的發(fā)光太陽能集中器（LSC)。
[0018] 雖然4,7_二-(噻吩-2'-基）-2，1，3_苯并噻二唑（DTB)吸收太陽光譜中的大部 分，但是它在其較高的波長區(qū)域（對應(yīng)于黃色和紅色輻射）的吸收一般，不能因此被轉(zhuǎn)換成 由光伏電池（或太陽能電池）更有效地利用的其他輻射。由于這個(gè)原因，希望利用具有朝 向紅色的更寬的吸收光譜、高斯托克斯頻移和良好的吸光系數(shù)的熒光制品。
[0019] 因此， 申請人:已經(jīng)考慮這些問題，即尋找具有上述特征，尤其是具有朝向紅色的更 寬的吸收光譜、高斯托克斯頻移和良好的吸光系數(shù)的光致發(fā)光化合物。
[0020] 申請人:現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)，具有特定通式（即具有下文表示的通式（I))的二取代的萘并雜 二唑化合物，在發(fā)射的輻射頻率、強(qiáng)度和吸收效率、再發(fā)射、吸收和發(fā)射頻率之間的充分差 異方面具有良好特性。所述二取代的萘并雜二唑化合物具有相對于已知的苯并噻二唑化合 物寬得多的朝向紅色的吸收光譜。此外，所述二取代的萘并雜二唑化合物具有相對于已知 的苯并噻二唑化合物的更高的斯托克斯頻移。所述二取代的萘并雜二唑化合物可以有利地 用于構(gòu)造發(fā)光太陽能集中器（LSC)。所述發(fā)光太陽能集中器（LSC)可以有利地用于在剛性 和柔性載體上的光伏器件（或太陽能器件），例如光伏電池（或太陽能電池）、光伏組件（或 太陽能組件）。
[0021] 因此，本發(fā)明的一個(gè)目的涉及具有通式（I)的二取代的萘并雜二唑化合物：
[0022]
【權(quán)利要求】
1. 具有通式（I)的二取代的萘并雜二唑化合物：
其中： -Z表示選自氧（0)、硫⑶、硒（Se)、碲（Te)的雜原子； -muRj；和r7相同或不同，表不氫原子；或者它們選自正丁基、異丁基、仲丁 基、叔丁基。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的二取代的萘并雜二唑化合物，其中在所述通式（I)中，Z為 硫，凡、R2、R3、R 4和R5是氫，R6和R7是正丁基。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的二取代的萘并雜二唑化合物，其對應(yīng)于具有式（la)的4， 9-雙（7'，8,-二丁基苯并[1'，2, -b':4'，3' -b"]二噻吩-5' 基）-萘并[2,3-c] [1，2,5] 噻二唑：
4. 制備具有通式（I)的二取代的萘并雜二唑化合物的方法，該方法包括使至少一種具 有通式（II)的二取代的萘并雜二唑化合物與至少一種具有通式（III)的單甲錫烷基化苯 并二噻吩化合物反應(yīng) ：
其中X表示選自氯、溴、碘的鹵素原子，Z、R,和艮具有與上述相同的含義；
其中，R3、R4、R5、R6和R7具有與上述相同的含義，R 8、R9和R1(l相同或不同，代表氫原子， 或者它們選自直鏈或支鏈烷基、任選被取代的環(huán)烷基。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其中所述具有通式（II)的二取代的萘并雜二唑化合物 和所述具有通式（III)的單甲錫烷基化苯并二噻吩化合物可以以1 : 2至1 : 4的摩爾比 使用。
6. 根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的方法，其中所述方法涉及制備具有式（la)的4,9_雙 (7'，8,-二丁基苯并[1'，2, -b' ：4'，3' -b"]二噻吩-5' -基）-萘并[2,3-c] [1，2,5]噻 二唑。
7. 根據(jù)權(quán)利要求4至6任一項(xiàng)所述的方法，其中所述方法在至少一種含鈀催化劑存在 下進(jìn)行。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其中所述含鈀催化劑選自：處于氧化態(tài)（0)或（II)的 鈀的化合物。
9. 根據(jù)權(quán)利要求7或8所述的方法，其中所述含鈀催化劑是二氯[雙（三苯基膦）]鈀 (II) [Pd(PPh3)2Cl2]。
10. 根據(jù)權(quán)利要求4至9任一項(xiàng)所述的方法，其中所述具有通式（II)的二取代的萘并 雜二唑化合物和所述含鈀催化劑以100 : 0.1至100 : 6的摩爾比使用。
11. 根據(jù)權(quán)利要求4至10任一項(xiàng)所述的方法，其中所述具有通式（II)的二取代的萘并 雜二唑化合物以0. 005M至1M的摩爾濃度使用。
12. 根據(jù)權(quán)利要求4至11任一項(xiàng)所述的方法，其中所述方法在至少一種非無水偶極非 質(zhì)子有機(jī)溶劑存在下進(jìn)行。
13. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中所述非無水偶極非質(zhì)子有機(jī)溶劑選自非無水二 甲亞砜（DMSO)、非無水N，N-二甲基甲酰胺（DMF)、非無水N，N-二甲基乙酰胺（DMAc)、非無 水N-甲基吡咯烷酮（NMP)或它們的混合物。
14. 根據(jù)權(quán)利要求4至13任一項(xiàng)所述的方法，其中所述方法在40°C至150°C的溫度進(jìn) 行。
15. 根據(jù)權(quán)利要求4至14任一項(xiàng)所述的方法，其中所述方法進(jìn)行10分鐘至10小時(shí)的 時(shí)間。
16. 發(fā)光太陽能集中器（LSC)，其包括根據(jù)權(quán)利要求1至3任一項(xiàng)所述的具有通式（I) 的二取代的萘并雜二唑化合物。
17. 太陽能器件，其包括根據(jù)權(quán)利要求16所述的發(fā)光太陽能集中器（LSC)。
【文檔編號】H01L31/055GK104098593SQ201410242453
【公開日】2014年10月15日 申請日期:2014年4月11日 優(yōu)先權(quán)日:2013年4月12日
【發(fā)明者】A·阿萊西, S·桑塔雷利 申請人:艾尼股份公司