COMPLEJO DE RUTENIO NOVEDOSO Y COMPONENTE FOTOELÉCTRICO USANDO EL MISMO.
La presente invención se refiere a un complejo de rutenio y un componente fotoeléctrico usando el mismo,
y el complejo de rutenio se representa por la fórmula (I) siguiente:RuL1 L2(NCS)2Am(I)en la que L1, L2, A y X se definen igual que en la memoria descriptiva. El complejo de rutenio de la presente invención es adecuado para una Célula Solar Sensibilizada por Colorante (CSSC). Por lo tanto, constituyen una mejora las características fotoeléctricas de la CSSC fabricada con el complejo de rutenio de la presente invención
Tipo: Patente de Invención. Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: P201001336.
Solicitante: EVERLIGHT USA, INC..
Nacionalidad solicitante: Estados Unidos de América.
Dirección: 10570 SOUTHERN LOOP BLVD. PINEVILLE NC 26134-USA ESTADOS UNIDOS DE AMERICA.
Inventor/es: HUANG,LI-YA, HUNG,CHIU-MING.
Fecha de Solicitud: 8 de Octubre de 2010.
Fecha de Publicación: .
Fecha de Concesión: 30 de Noviembre de 2011.
Clasificación PCT:
- C07D213/79 QUIMICA; METALURGIA. › C07 QUIMICA ORGANICA. › C07D COMPUESTOS HETEROCICLICOS (Compuestos macromoleculares C08). › C07D 213/00 Compuestos heterocíclicos que contienen ciclos de seis miembros, no condensados con otros ciclos, con un átomo de nitrógeno como el único heteroátomo del ciclo y tres o más enlaces dobles entre miembros cíclicos o entre miembros cíclicos y miembros no cíclicos. › Acidos; Esteres.
- C07F15/00 C07 […] › C07F COMPUESTOS ACICLICOS, CARBOCICLICOS O HETEROCICLICOS QUE CONTIENEN ELEMENTOS DISTINTOS DEL CARBONO, HIDROGENO, HALOGENOS, OXIGENO, NITROGENO, AZUFRE, SELENIO O TELURO (porfirinas que contienen metal C07D 487/22; compuestos macromoleculares C08). › Compuestos que contienen elementos de los grupos 8, 9, 10 o 18 del sistema periódico.
- C09B57/00 C […] › C09 COLORANTES; PINTURAS; PULIMENTOS; RESINAS NATURALES; ADHESIVOS; COMPOSICIONES NO PREVISTAS EN OTRO LUGAR; APLICACIONES DE LOS MATERIALES NO PREVISTAS EN OTRO LUGAR. › C09B COLORANTES ORGANICOS O COMPUESTOS ESTRECHAMENTE RELACIONADOS PARA PRODUCIR COLORANTES; MORDIENTES; LACAS (procesos de fermentación o procesos que utilizan enzimas para la síntesis de un compuesto dado C12P). › Otros colorantes sintéticos de constitución conocida.
- H01G9/20 ELECTRICIDAD. › H01 ELEMENTOS ELECTRICOS BASICOS. › H01G CONDENSADORES; CONDENSADORES, RECTIFICADORES, DETECTORES, CONMUTADORES O DISPOSITIVOS FOTOSENSIBLES O SENSIBLES A LA TEMPERATURA, DEL TIPO ELECTROLITICO (empleo de materiales especificados por sus propiedades dieléctricas H01B 3/00; condensadores con una barrera de potencial o una barrera de superficie H01L 29/00). › H01G 9/00 Condensadores electrolíticos, rectificadores electrolíticos, detectores electrolíticos, conmutadores, dispositivos de conmutación electrolíticos, dispositivos electrolíticos fotosensibles o sensibles a la temperatura; Procesos para su fabricación. › Dispositivos fotosensibles.
- H01L51/00 H01 […] › H01L DISPOSITIVOS SEMICONDUCTORES; DISPOSITIVOS ELECTRICOS DE ESTADO SOLIDO NO PREVISTOS EN OTRO LUGAR (utilización de dispositivos semiconductores para medida G01; resistencias en general H01C; imanes, inductancias, transformadores H01F; condensadores en general H01G; dispositivos electrolíticos H01G 9/00; pilas, acumuladores H01M; guías de ondas, resonadores o líneas del tipo guía de ondas H01P; conectadores de líneas, colectores de corriente H01R; dispositivos de emisión estimulada H01S; resonadores electromecánicos H03H; altavoces, micrófonos, cabezas de lectura para gramófonos o transductores acústicos electromecánicos análogos H04R; fuentes de luz eléctricas en general H05B; circuitos impresos, circuitos híbridos, envolturas o detalles de construcción de aparatos eléctricos, fabricación de conjuntos de componentes eléctricos H05K; empleo de dispositivos semiconductores en circuitos que tienen una aplicación particular, ver la subclase relativa a la aplicación). › Dispositivos de estado sólido que utilizan materiales orgánicos como parte activa, o que utilizan como parte activa una combinación de materiales orgánicos con otros materiales; Procedimientos o aparatos especialmente adaptados para la fabricación o el tratamiento de dichos dispositivos o de sus partes constitutivas (dispositivos consistentes en una pluralidad de componentes formados en o sobre un sustrato común H01L 27/28; dispositivos termoeléctricos que utilizan material orgánico H01L 35/00, H01L 37/00; elementos piezoeléctricos, magnetoestrictivos o electroestrictivos que utilizan material orgánico H01L 41/00).
PDF original: ES-2357717_A1.pdf
Fragmento de la descripción:
Complejo de rutenio novedoso y componente fotoeléctrico usando el mismo.
Antecedentes de la invención
La presente invención se refiere a un complejo de rutenio y un componente fotoeléctrico usando el mismo y, más particularmente, a un complejo de rutenio que se usa para las células solares sensibilizadas por colorante (CSSC), y un componente fotoeléctrico usando el mismo.
Con el avance de la tecnología industrial, el mundo entero se enfrenta a dos problemas muy serios, la crisis energética y la contaminación medio ambiental. Uno de los medios eficaces para resolver la crisis energética global y para reducir la contaminación medio ambiental es la célula solar, que puede convertir la energía solar en electricidad. Ya que la célula solar sensibilizada por colorante tiene las ventajas de tener un bajo coste de fabricación, producción a gran escala, mayor flexibilidad, transmitancia de la luz y es capaz de incorporarse en edificios, la aplicación de la célula solar sensibilizada por colorante ha llegado a ser cada vez más atractiva.
Recientemente, Grätzel et al. divulgaron una serie de publicaciones (por ejemplo, O'Regan, B.; Grätzel, M. Nature 1991, 353, 737), que muestran la viabilidad de la célula solar sensibilizada por colorante. La estructura general de la célula solar sensibilizada por colorante comprende un ánodo, un cátodo, una capa de dióxido de titanio nano-poroso, un colorante y un electrolito, en el que el colorante juega una función crítica en la eficacia de conversión de la célula solar sensibilizada por colorante. El colorante adecuado para la célula solar sensibilizada por colorante debe tener características de un espectro ancho de absorción, coeficiente alto de absorción molar, estabilidad térmica y estabilidad a la luz.
El laboratorio de Grätzel ha publicado una serie de complejos de rutenio como los colorantes para la célula solar sensibilizada por colorante. En 1993, el laboratorio de Grätzel publicó una célula solar sensibilizada por colorante preparada con un colorante de N3, y la eficacia de conversión de la célula solar sensibilizada por colorante era del 10,0% bajo la iluminación de una luz estimulada de AM 1,5. El valor de la eficacia de conversión de fotón incidente a corriente (IPCE) del colorante N3 es del 80% en el intervalo de 400 a 600 nm. Aunque se han desarrollado cientos de complejos de rutenio, la eficacia de conversión de los complejos colorantes no es tan buena como la del colorante N3. La estructura del colorante N3 se representa por la siguiente fórmula (a).
En 2003, el laboratorio de Grätzel publicó detalles de una célula solar sensibilizada por colorante preparada con un colorante N719, y la eficacia de conversión de la célula solar sensibilizada por colorante mejoró en un 10,85% bajo la iluminación de luz estimulada de AM 1,5, en la que la estructura del colorante N719 se representa por la siguiente fórmula (b).
El laboratorio de Grätzel también publicó una célula solar sensibilizada por colorante preparada con un colorante de color negro en 2004, y la eficacia de conversión de la célula solar sensibilizada por colorante era del 11,04% bajo la iluminación de luz estimulada de AM 1,5. El colorante de color negro puede aumentar la respuesta espectral en una región roja e IR cercano, por lo que la eficacia de conversión de la célula solar sensibilizada por colorante puede mejorar. La estructura del colorante de color negro se representa por la siguiente fórmula (c).
Con la excepción de los complejos de rutenio, tales como el colorante N3, el colorante N719 y el colorante negro, otros complejos que pueden usarse en la célula solar sensibilizada por colorante son complejos de platino, complejos de osmio, complejos de hierro y complejos de cobre. Sin embargo, los resultados de diversos estudios muestran que la eficacia de conversión de los complejos de rutenio es todavía mejor que otros tipos de compuestos colorantes.
Los colorantes para la célula solar sensibilizada por colorante influencian enormemente la eficacia de conversión. Por lo tanto, es deseable proporcionar un compuesto colorante que pueda mejorar la eficacia de conversión de la célula solar sensibilizada por colorante.
Sumario de la invención
La presente invención sirve para proporcionar un complejo de rutenio novedoso, que se usa para una célula solar sensibilizada por colorante para mejorar la eficacia fotoeléctrica de la célula solar sensibilizada por colorante.
La presente invención sirve también para proporcionar una célula solar sensibilizada por colorante, que tiene una propiedad fotoeléctrica excelente.
Por lo tanto, la presente invención proporciona un complejo de rutenio, que se representa por la siguiente fórmula (I):
en la que
L1 es ácido 2,2,-bipiridil-4,4'-dicarboxílico, ácido 2,2'-bipiridil-4,4'-disulfónico o ácido 2,2,-bipiridil-4,4'-difosfónico;
L2 es 2,2'-bipiridil-4,4'-dinonilo ó 2,2,-bipiridin-4,4'-ditridecilo;
A es X+R1R2R3R4, 
en la que X es N o P, cada uno de R1, R2, R3 y R4 es independientemente alquilo C1-20, fenilo o bencilo y cada uno de R5, R6, R7 es independientemente alquilo C1-20; y
m es 1, o 2.
En la fórmula (I) anterior, L1 puede ser ácido 2,2'-bipiridil-4,4'-dicarboxílico, ácido 2,2'-bipiridil-4,4'-disulfónico o ácido 2,2,-bipiridil-4,4'-difosfónico. Preferentemente, L1 es ácido 2,2'-bipiridil-4,4,-dicarboxílico.
En la fórmula (I) anterior, L2 puede ser 2,2'-bipiridil-4,4'-dinonilo ó 2,2'-bipiridin-4,4'-ditridecilo. Preferentemente, L2 es 2,2'-bipiridil-4,4'-dinonilo.
En la fórmula (I) anterior, A es X+R1R2R3R4, 
en la que X es N o P, cada uno de R1, R2, R3 y R4 es independientemente alquilo C1-20, fenilo o bencilo y cada uno de R5, R6, R7 es independientemente alquilo C1-20. Preferentemente, A es P+R1R2R3R4, en la que cada uno de R1, R2, R3 y R4 es independientemente alquilo C1-20 alquilo, fenilo o bencilo. Más preferentemente, A es N+R1R2R3R4, en la que cada uno de R1, R2, R3 y R4 es independientemente alquilo C1-20, fenilo o bencilo. Más preferentemente, A es N+R1R2R3R4, en la que cada uno de R1, R2, R3 y R4 es independientemente alquilo C1-20, fenilo o bencilo.
En la fórmula (I) anterior, m puede ser 1 ó 2. Preferentemente, m es 1.
Los ejemplos específicos de complejo de rutenio representado por la fórmula (I) anterior son:
La presente... [Seguir leyendo]
Reivindicaciones:
1. Un complejo de rutenio representado por la fórmula (I) siguiente:
en la que
L1 es ácido 2,2'-bipiridil-4,4'-dicarboxílico, ácido 2,2'-bipiridil-4,4,-disulfónico o ácido 2,2'-bipiridil-4,4'-difosfónico;
L2 es 2,2,-bipiridil-4,4'-dinonilo ó 2,2'-bipiridin-4,4'-ditridecilo;
A es X+R1R2R3R4, 
en la que X es N o P, cada uno de R1, R2, R3 y R4 es independientemente alquilo C1-20, fenilo o bencilo y cada uno de R5, R6, R7 es independientemente alquilo C1-20; y
m es 1 ó 2.
2. El complejo de rutenio como se reivindica en la reivindicación 1, en el que L1 es ácido 2,2'-bipiridil-4,4'-dicarboxílico.
3. El complejo de rutenio como se reivindica en la reivindicación 1, en el que L1 es 2,2,-bipiridil-4,4'-disulfónico.
4. El complejo de rutenio como se reivindica en la reivindicación 1, en el que L1 es ácido 2,2'-bipiridil-4,4'-difosfónico.
5. El complejo de rutenio como se reivindica en la reivindicación 1, en el que L2 es 2,2'-bipiridil-4,4'-dinonilo.
6. El complejo de rutenio como se reivindica en la reivindicación 2, en el que L2 es 2,2,-bipiridil-4,4'-dinonilo.
7. El complejo de rutenio como se reivindica en la reivindicación 2, en el que A es N+R1R2R3R4, cada uno de R1, R2, R3 y R4 es independientemente alquilo C1-20, fenilo o bencilo.
8. El complejo de rutenio como se reivindica en la reivindicación 2, en el que A es 
y cada uno de R5, R6, R7 es independientemente alquilo C1-20.
9. El complejo de rutenio como se reivindica en la reivindicación 2, en el que m es 1.
10. El complejo de rutenio como se reivindica en la reivindicación 6, en el que A es N+R1R2R3R4, cada uno de R1, R2, R3 y R4 es independientemente alquilo C1-20, fenilo o bencilo.
11. El complejo de rutenio como se reivindica en la reivindicación 6, en el que A es 
y cada uno de R5, R6, R7 es independientemente alquilo C1-20.
12. El complejo de rutenio como se reivindica en la reivindicación 6, en el que m es 1.
13. El complejo de rutenio como se reivindica en la reivindicación 11, en el que m es 1.
14. El complejo de rutenio como se reivindica en la reivindicación 1, en el que el complejo de rutenio es un compuesto colorante para una célula solar sensibilizada por colorante.
15. Un complejo de rutenio representado por las fórmulas (I-1), (I-2), (I-3) o (I-4) siguientes:
16. El complejo de rutenio como se reivindica en la reivindicación 15, en el que el complejo de rutenio es un compuesto colorante para una célula solar sensibilizada por colorante.
17. Una célula solar sensibilizada por colorante que comprende:
(a) un fotoánodo, que comprende un complejo de rutenio representado por la fórmula (I) siguiente:
en la que
L1 es ácido 2,2,-bipiridil-4,4'-dicarboxílico, ácido 2,2'-bipiridil-4,4'-disulfónico o ácido 2,2,-bipiridil-4,4'-difosfónico;
L2 es 2,2'-bipiridil-4,4,-dinonilo ó 2,2'-bipiridina-4,4,-ditridecilo;
A es X+R1R2R3R4, 
en la que X es N o P, cada uno de R1, R2, R3 y R4 es independientemente alquilo C1-20, fenilo o bencilo y cada uno de R5, R6, R7 es independientemente alquilo C1-20; y
m es 1 ó 2;
(b) un cátodo; y
(c) una capa de electrolito dispuesta entre el fotoánodo y el cátodo.
18. Una solución colorante que comprende:
(A) un complejo de rutenio representado por la fórmula (I) siguiente, en el que el contenido del complejo de rutenio es del 0,01-1% en peso:
en la que
L1 es ácido 2,2,-bipiridil-4,4,-dicarboxílico, ácido 2,2,-bipiridil-4,4'-disulfónico o ácido 2,2'-bipiridil-4,4'-difosfónico;
L2 es 2,2'-bipiridil-4,4'-dinonilo ó 2,2,-bipiridina-4,4'-ditridecilo;
A es X+R1R2R3R4, 
en las que X es N o P, cada uno de R1, R2, R3 y R4 es independientemente alquilo C1-20, fenilo o bencilo y cada uno de R5, R6, R7 es independientemente alquilo C1-20; y
m es 1 ó 2; y
(B) un disolvente orgánico, en el que el contenido de disolvente orgánico es del 99,99-99% en peso, y el disolvente orgánico se selecciona entre el grupo que consiste en acetonitrilo, metanol, etanol, propanol, butanol, dimetil formamida y N-metil-2-pirrolidinona.
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