CN1908072A - 有机染料组合物及其在光伏电池中的应用 - Google Patents
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Abstract
本发明的一个方面提供一种具有至少一种克酮素衍生物的组合物。该组合物可沉积在半导体层上，在其上又沉积了导电表面从而提供一种染料－敏化的电极。该染料－敏化的电极可与相反电极和氧化还原电解质装配在一起从而提供光伏电池。该光伏电池可作为单一电池或者与其它电池级联使用。
Description
技术领域
本发明包括涉及含有克酮素(croconine)衍生物的组合物的实施方案。本发明还包括涉及染料-敏化(的)电极和可采用含有克酮素衍生物的组合物生产的光伏电池。
背景技术
染料或敏化剂是对未来光伏应用有巨大潜力的染料-敏化太阳能电池(DSSC)的关键特征，因为它们具有生产成本低的潜力。染料的中心作用是高效地吸光并将它转化为电能。为了使染料提供高效率，必须吸收太阳辐射中尽可能宽的光谱。另外，就理想而言，每个所吸收的光子都应转变为从染料激发态产生的电子。为了使染料返回到其初始状态，从而准备好对另一个光子的吸收，它必须从空穴运输材料接受一个电子。为保证该器件多次翻转和长使用寿命，向电子运输材料的电子注入和向空穴运图输材料的空穴注入都必须比染料所发生的任何其它化学过程快。另外，重要的是，染料不重复俘获被注入到电子运输材料中去的电子，也不起从电子运输材料到空穴运输材料的电子通路的作用。特别可心的是染料具有用于DSSC的高能量效率。过渡金属络合物，例如，Ru(II)(2，2’-双吡啶基-4，4′-二羧酸酯)2NCS2，据发现，是高效敏化剂并且可通过位于化合物周边的羧基或膦酸根基团附着到半导体金属氧化物表面。然而，这些金属络合物的吸收消光系数(或吸收率)在1～3×104M-1cm-1的数量级。为改进DSSC中的染料性能的努力一向集中于增加将染料吸附于其表面的TiO2膜元件的厚度，借此增加可用于染料吸附的表面面积上。然而，由于DSSC中的TiO2膜厚的增加，光生电子要运输的距离却延长了，从而增加了无效反向反应的可能。另一方面，有机染料如若丹明、花青、香豆素或呫吨族染料，的吸收消光系数则在105M-1cm-1的数量级。可是，大多数有机染料一般仅在电磁波谱的狭窄范围(一般小于约100nm)内吸收。因此，能在阳光谱中吸收宽范围波长并具有强吸收率的有机染料代表一种诱人却又渺茫的目标，因为大多数有机材料的吸光特性不能可靠地预测并且必须通过实验确定。目前需要一种有机染料，它在太阳光谱的宽范围内吸收辐射并具有强吸收率。另外，可心的是提供一种能利用可在宽范围内吸收并具有高吸收率数值的有机染料的高能效光伏电池。
发明内容
在一种实施方案中，本发明提供一种组合物，包含至少一种具有结构式I的克酮素衍生物
其中R1和R2各自独立地是氢原子、卤素原子、C1～C30脂族基、C3～C30环脂族基、C3～C30芳族基、羟基基团、羧基基团或其盐，硝基基团、亚硝基基团或氰基基团；
“a”和“b”独立地是0～4的整数；
R3和R4各自独立地是氢原子、C1～C30脂族基、C3～C30环脂族基、C3～C30芳族基、-(CH2)nCOOA基团、-(CH3)nSO3A基团，其中n是1～50的整数，并且A是氢原子、金属阳离子、肽基团，或碳水化合物基团；
X和Y独立地是氧原子、硫原子、硒原子、基团N-R5或基团C-R6R7，其中R5、R6和R7各自独立地是氢原子、C1～C30脂族基、C3～C30环脂族基或C3～C30芳族基；
且其中R1和相邻的R2基团可一起构成一个环状结构和/或任何2个相邻的R2基团可一起构成一个环状结构；
条件是，当
X和Y都是异丙叉(C(CH3)2)并且
“a”和“b”都是0，并且
R3和R4都是氢原子时，则
R1不是氢原子、丁基基团、甲氧基基团、硝基基团或乙酰氨基基团；
另一个条件是，结构I不包括结构II的克酮素衍生物
在另一种实施方案中，本发明提供一种染料-敏化的电极，它包含具有导电表面的基材、配置在导电表面上的电子运输层和配置在电子运输层上的具有结构I的含至少一种克酮素衍生物的组合物。
在又一种实施方案中，本发明提供一种光伏电池，它包含：一种染料-敏化电极，该染料-敏化电极包含具有导电表面的基材、配置在导电表面上的电子运输层和配置在电子运输层上的具有结构I的含至少一种克酮素衍生物的组合物；相反电极；以及与染料-敏化电极和相反电极接触的空穴运输层。
具体实施方式
在下面的说明及其后的权利要求中，将提到许多被定义为具有以下含义的术语。
单数形式“一”、“一种”、“一个”和“该”包括复数对象，除非上下文明确要求其它含义。
这里所使用的术语“芳族基”是指化合价至少是1、包含至少一个芳族基团的任何原子阵列。化合价至少是1、包含至少一个芳族基团的原子阵列可包括杂原子，例如，氮、硫、硒、硅和氧，或者可唯一地由碳和氢组成。这里所使用的术语“芳族基”包括但不限于苯基、吡啶基、呋喃基、噻吩基、萘基、亚苯基和联苯基等基。如上所述，该芳族基包含至少一个芳族基团。该芳族基一律是具有4n+2个“离域”电子的环状结构，其中n是等于或大于1的整数，例如，苯基基团(n＝1)、噻吩基基团(n＝1)、呋喃基基团(n＝1)、萘基基团(n＝2)、甘菊环基基团(n＝2)、蒽基基团(n＝3)等。芳族基也可包括非芳族成分。例如，苄基基团是一种芳族基，它包含苯基环(芳族基)和亚甲基基团(非芳族成分)。类似地，四氢萘基是包含稠合在非芳族成分-(CH2)4-上的芳族基团(C6H3)的芳族基。为方便计，术语“芳族基”在这里被定义为涵盖宽范围的官能团如烷基基团、链烯基基团、炔基基团、卤代烷基基团、卤代芳族基团、共轭二烯基基团、醇基团、醚基团、醛基团、酮基团、羧酸基团、酰基基团(例如，羧酸衍生物如酯和酰胺)、胺基团、硝基基团等。例如，4-甲基苯基是包含甲基基团的C7芳族基，其中甲基基团是作为烷基基团的官能团。类似地，2-硝基苯基基团是包含硝基基团的C6芳族基，其中硝基基团是官能团。芳族基包括卤化芳族基，例如，4-三氟甲基苯基、六氟异丙叉双(4-苯-1-基氧基)(即，-OPhC(CF3)2PhO-)、4-氯甲基苯-1-基、3-三氟乙烯基-2-噻吩基、3-三氯甲基苯-1-基(即，3-CCl3Ph-)、4-(3-溴丙-1-基)苯-1-基(即，4-BrCH2CH2CH2Ph-)等。芳族基的另一些例子包括4-烯丙基氧苯-1-氧基、4-氨基苯-1-基(即，4-H2NPh-)、3-氨基羰基苯-1-基(即，NH2COPh-)、4-苯甲酰苯-1-基、二氰基亚甲基双(4-苯-1-基氧基)(即，-OphC(CN)2PhO-)、3-甲基苯-1-基、亚甲基双(4-苯-1-基氧基)(即，-OphCH2PhO-)、2-乙基苯-1-基、苯基乙烯基、3-甲酰基-2-噻吩基、2-己基-5-呋喃基、六亚甲基-1，6-双(4-苯-1-基氧基)(即，-Oph(CH2)6PhO-)、4-羟甲基苯-1-基(即，4-HOCH2Ph-)、4-巯基甲基苯-1-基(即，4-HSCH2Ph-)、4-甲基硫代苯-1-基(即，4-CH3SPh-)、3-甲氧基苯-1-基、2-甲氧基羰基苯-1-基氧基(例如，甲基水杨酰基)、2-硝基甲基苯-1-基(即，2-NO2CH2Ph)、3-三甲基甲硅烷基苯-1-基、4-叔丁基二甲基甲硅烷基苯-1-基、4-乙烯基苯-1-基、亚乙烯基双(苯基)等。术语“C3～C10芳族基”包括包含至少3个但不多于10个碳原子的芳族基。芳族基1-咪唑基(C3H2N2-)代表C3芳族基。苄基(C7H7-)代表C7芳族基。
这里所使用的术语“环脂族基”是化合价指至少是1，并且包含环状但非芳族的原子阵列的基。这里所定义的“环脂族基”不包含芳族基团。“环脂族基”可包含一种或多种非环状成分。例如，环己基甲基基团(C6H11CH2-)是包含环己基环(是环状但不是芳族的原子阵列)和亚甲基基团(非环状成分)的环脂族基。环脂族基可包括杂原子如氮、硫、硒、硅和氧，或者可唯一地由碳和氢组成。为方便计，术语“环脂族基”在这里被定义为涵盖宽范围官能团如烷基基团、链烯基基团、炔基基团、卤代烷基基团、共轭二烯基基团、醇基团、醚基团、醛基团、酮基团、羧酸基团、酰基基团(例如，羧酸衍生物，例如，酯和酰胺)、胺基团、硝基基团等。例如，4-甲基环戊-1-基是包含甲基基团的C6环脂族基。类似地，2-硝基环丁-1-基是包含硝基基团的C4环脂族基，其中硝基基团是官能团。环脂族基可含有一个或多个卤素原子，它们可相同或不同。卤素原子包括，例如，氟、氯、溴和碘。包含一个或多个卤素原子的环脂族基包括2-三氟甲基环己-1-基、4-溴二氟甲基环辛-1-基、2-氯二氟甲基环己-1-基、六氟异丙叉-2，2-双(环己-4-基)(即，-C6H10C(CF3)2C6H10-)、2-氯甲基环己-1-基、3-二氟亚甲基环己-1-基、4-三氯甲基环己-1-基氧基、4-溴二氯甲基环己-1-基硫代、2-溴乙基环戊-1-基、2-溴丙基环己-1-基氧基(例如，CH3CHBrCH2C6H10-)等。另一些环脂族基的例子包括4-烯丙基氧基环己-1-基、4-氨基环己-1-基(即，H2NC6H10-)、4-氨基羰基环戊-1-基(即，NH2COC5H8-)、4-乙酰氧基环己-1-基、2，2-二氰基异丙叉双(环己-4-基氧基)(即，OC6H10C(CN)2C6H10O-)、3-甲基环己-1-基、亚甲基双(环己-4-基氧基)(即，-OC6H10CH2C6H10O-)、1-乙基环丁-1-基、环丙基乙烯基、3-甲酰基-2-四氢呋喃基、2-己基-5-四氢呋喃基、六亚甲基-1，6-双(环己-4-基氧基)(即，-OC6H10(CH2)6C6H10O-)、4-羟甲基环己-1-基(即，4-HOCH2C6H10-)、4-巯基甲基环己-1-基(即，4-HSCH2C6H10-)、4-甲基硫代环己-1-基(即，4-CH3SC6H10-)、4-甲氧基环己-1-基、2-甲氧基羰基环己-1-基氧基(2-CH3OCOC6H10O-)、4-硝基甲基环己-1-基(即，NO2CH2C6H10-)、3-三甲基甲硅烷基环己-1-基、2-叔丁基二甲基甲硅烷基环戊-1-基、4-三甲氧基甲硅烷基乙基环己-1-基(例如，(CH3O)3SiCH2CH2C6H10-)、4-乙烯基环己烯-1-基、亚乙烯基双(环己基)等。术语“C3～C10环脂族基”包括含有至少3个但不多于10个碳原子的环脂族基。环脂族基2-四氢呋喃基(C4H7O-)代表C4环脂族基。环己基甲基(C6H11CH2-)代表C7环脂族基。
这里使用的术语“脂族基”指的是化合价至少是1、由线型或支化非环状原子阵列组成的有机基。脂族基被定义为包含至少一个碳原子。包含脂族基的原子阵列可包括杂原子如氮、硫、硅、硒和氧，或者可唯一地由碳和氢组成。为方便计，术语“脂族基”在这里被定义为涵盖，作为非环状线型或支化原子阵列的一部分，宽范围的官能团如烷基基团、链烯基基团、炔基基团、卤代烷基基团、共轭二烯基基团、醇基团、醚基团、醛基团、酮基团、羧酸基团、酰基基团(例如，羧酸衍生物如酯和酰胺)、胺基团、硝基基团等。例如，4-甲基环戊-1-基是包含甲基基团的C6脂族基，其中甲基基团是作为烷基基团的官能团。类似地，4-硝基丁-1-基基团是包含硝基基团的C4脂族基，其中硝基基团是官能团。脂族基可以是含有一个或多个相同或不同卤素原子的卤代烷基基团。卤素原子包括，例如，氟、氯、溴和碘。含有一个或多个卤素原子的脂族基包括烷基卤化物三氟甲基、溴二氟甲基、氯二氟甲基、六氟异丙叉、氯甲基、二氟亚乙烯基、三氯甲基、溴二氯甲基、溴乙基、2-溴三亚甲基(例如，-CH2CHBrCH2-)等。另一些脂族基包括烯丙基、氨基羰基(即，CONH2)、羰基、2，2-二氰基异丙叉(即，-CH2C(CN)2CH2-)、甲基(即，-CH3)、亚甲基(即，CH2-)、乙基、亚乙基、甲酰基(即，CHO)、己基、六亚甲基、羟甲基(即，-CH2OH)、巯基甲基(即，-CH2SH)、甲基硫代(即，-SCH3)、甲基硫代甲基(即，CH2SCH3)、甲氧基、甲氧基羰基(即，CH3OCO-)、硝基甲基(即，-CH2NO2)、硫代羰基、三甲基甲硅烷基(即，(CH3)3Si-)、叔丁基二甲基甲硅烷基、3-三甲氧基甲硅烷基丙基(即，(CH3O)3SiCH2CH2CH2-)、乙烯基、亚乙烯基等。作为另一些例子，C1～C10脂族基包含至少1个但不多于10个碳原子。甲基基团(即，CH3-)是C1脂族基的例子。癸基基团(即，CH3(CH2)9-)是C10脂族基的例子。
这里所使用的术语“肽”是指一种氨基酸的线型序列，其中诸氨基酸通过相邻氨基酸的α氨基与羧基基团之间通过肽键彼此连接。这些氨基酸可以是标准氨基酸或者某种其它非标准氨基酸。标准非极性(疏水)氨基酸中的某些包括丙氨酸(Ala)、亮氨酸(Leu)、异亮氨酸(Ile)、缬氨酸(Val)、脯氨酸(Pro)、苯丙氨酸(Phe)、色氨酸(Trp)和甲硫氨酸(Met)。极性中性氨基酸包括甘氨酸(Gly)、丝氨酸(Ser)、苏氨酸(Thr)、(半)胱氨酸(Cys)、酪氨酸(Tyr)、天冬酰胺(Asn)和谷氨酰胺(Gln)。带正电(碱性)的氨基酸包括精氨酸(Arg)、赖氨酸(Lys)和组氨酸(His)。带负电(酸性)的氨基酸包括天冬氨酸(Asp)和谷氨酸(Glu)。非标准氨基酸可在体内生成，例如，通过翻译后修饰，此类氨基酸的某些例子是硒代胱氨酸和pyrolysine。肽可具有各种不同长度，或者以其中性(不带电)形式或者以其，例如，盐的形式存在。肽既可以是未经修饰如糖基化、侧链氧化或磷酸化的，或者是包含此种修饰的。序列内的氨基酸的取代基也可选自该氨基酸所属类别中的其它成员。该定义中还包括由连接在氨基侧链上的附加取代基，例如，糖基单元、脂类或无机离子如磷酸根修饰的肽，以及该链的化学改性。因此，术语“肽”及其等价物旨在包括所指的经过上述不破坏其官能性的修饰的适当氨基酸序列。
这里所使用的术语“碳水化合物”是指多羟基醛或酮，或者可由它们通过几种途径中的任何一种衍生的化合物，其中这些途径包括(1)还原以生成糖醇，(2)氧化以产生糖酸；(3)用各种不同化学基团取代羟基基团之一或多个，例如，氢可被取代从而产生脱氧糖，氨基基团(NH2或乙酰-NH)可被取代以生成氨基糖；(4)羟基基团以各种部分衍生，例如，以磷酸，给出磷酸糖，或者以硫酸，给出硫代糖，或者令羟基基团与醇起反应生成单糖、二糖、低聚糖或多糖。在本发明的一种实施方案中，碳水化合物基团包含单糖、二糖或低聚糖。合适的单糖包括但不限于，葡萄糖、果糖、甘露糖和半乳糖。二糖，正如本文进一步规定的，是一种水解后产生2分子单糖的化合物。合适的二糖包括但不限于，乳糖、麦芽糖、异麦芽糖、海藻糖、maltulose和蔗糖。合适的低聚糖包括但不限于，棉子糖和acarbose。还包括以附加取代基改性的糖类，例如，甲基糖苷、N-乙酰基-葡糖胺、N-乙酰基-半乳糖胺及其脱乙酰形式。
这里所使用的术语“电磁辐射”是指波长介于约200nm～约2500nm范围的电磁辐射
本发明提供一种组合物，包含至少一种结构I的克酮素衍生物
其中R1和R2各自独立地是氢原子、卤素原子、C1～C30脂族基、C3～C30环脂族基、C3～C30芳族基、羟基基团、羧基基团或其盐，硝基基团、亚硝基基团或氰基基团；
“a”和“b”独立地是0～4的整数；
R3和R4各自独立地是氢原子、C1～C30脂族基、C3～C30环脂族基、C3～C30芳族基、-(CH2)nCOOA基团、-(CH3)nSO3A基团，其中n是1～50的整数，并且A是氢原子、金属阳离子、肽基团，或碳水化合物基团；
X和Y独立地是氧原子、硫原子、硒原子、基团N-R5或基团C-R6R7，其中R5、R6和R7各自独立地是氢原子、C1～C30脂族基、C3～C30环脂族基或C3～C30芳族基；
且其中R1和相邻的R2基团可一起构成一个环状结构和/或任何2个相邻的R2基团可一起构成一个环状结构；
条件是，当
X和Y都是异丙叉(C(CH3)2)并且
“a”和“b”都是0，并且
R3和R4都是氢原子时，则
R1不是氢原子、丁基基团、甲氧基基团、硝基基团或乙酰氨基基团；
另一个条件是，结构I不包括结构II的克酮素衍生物
结构式I代表的克酮素衍生物的某些说明例子包括但不限于，结构III、IV、V和VI
其中结构式VI中的“Ala”是丙氨酸氨基酸残基，并且结构式VI中的“Gly”是甘氨酸氨基酸残基。
譬如，举例说，在本发明的一种实施方案中，克酮素衍生物具有结构III。结构式III落在通式I范围内并且代表以下情况，其中整数“a”和“b”等于1，R1和R2是羧酸基团，R3和R4是氢原子，并且X和Y是异丙叉基。在本发明另一种实施方案中，克酮素衍生物具有结构V。结构V落在通式I的范围内，并代表以下情况，其中整数“a”和“b”等于2，R1是羧酸基团，2个相邻R2基团构成稠合的苯基环，R3和R4是氢原子，并且X和Y是硫原子。
在本发明的一种实施方案中，结构式I代表的克酮素衍生物包含至少一个酸性基团。该酸性基团可被包含在结构式I的R1、R2、R3和R4基团内(例如参见结构式III、IV和V)。虽然不拟囿于理论，但据信，在染料-敏化太阳能电池领域，例如，酸性基团如羧酸基团可起到将克酮素染料锚固到半导体层表面的作用。据信，此种类型密切相互作用导致克酮素染料吸附效力的改善。酸性基团的适当例子包括但不限于，羧酸基团、磺酸基团、膦酸基团、亚磺酸基团、硼酸基团，其盐及其混合物。在一种实施方案中，优选的太阳能电池中使用的染料的酸性基团是羧酸基团和膦酸基团，因为它们被认为能与半导体表面的表面羟基基团发生强相互作用。要指出的是，术语酸性基团涵盖酸性基团的质子化的以及脱质子的形式。例如，当酸性基团被描述为一种“羧酸基团”时，应理解，羧酸的质子化形式(CO2H)和羧酸的脱质子形式(CO2 -)都被包括在术语“羧酸基团”的含义内。“羧酸基团”的脱质子形式有时在这里被称之为“羧酸根(酯)基团”(CO2 -)。
在本发明的一种实施方案中，结构式I代表的克酮素衍生物包含至少一个肽或糖类基团。在一种实施方案中，肽或糖基团被包含在结构式I的R3或R4基团内。譬如，在本发明的一种实施方案中，克酮素衍生物具有结构VI。结构VI落在通式I内，并且代表这样的情况，其中整数“a”和“b”等于1，R1和R2彼此相邻并且构成稠合的苯基环，R3和R4是CH2CH2NHAlaGlyCOOH基团，其中“Ala”和“Gly”构成肽键。虽不拟囿于理论，但据信，在生物传感器领域，例如，生物相容基团如肽或糖基团可起到使克酮素染料变得更加生物相容的作用。
在本发明另一种实施方案中，克酮素衍生物具有结构VII
其中R1是氢原子、卤素原子、C1～C30脂族基、C3～C30环脂族基、C3～C30芳族基、羟基基团、羧基基团或其盐，硝基基团、亚硝基基团，或氰基基团；并且X和Y独立地是氧原子、硫原子、硒原子，基团N-R5或基团C-R6R7，其中R5、R6或R7各自独立地是氢原子、C1～C30脂族基、C3～C30环脂族基，或C3～C30芳族基；条件是，当X和Y都是异丙叉(C(CH3)2)时，R1不是氢原子、丁基、甲氧基、硝基基团或乙酰氨基基团。
由结构式VII代表的克酮素衍生物的某些说明例子包括但不限于，结构VIII、IX或X，
其中结构X中的“Glu”是葡萄糖残基。
在本发明另一种实施方案中，克酮素衍生物具有结构XI，
其中R3或R4各自独立地是氢原子、C1～C30脂族基、C3～C30环脂族基、C3～C30芳族基、(CH2)nCOOA基团、-(CH2)nSO3A基团，其中n是1～50的整数并且A是氢原子、金属阳离子、肽基团，或者碳水化合物基团；并且X和Y独立地是氧原子、硫原子、硒原子、基团N-R5或基团C-R6R7，其中R5、R6或R7各自独立地是氢原子、C1～C30脂族基、C3～C30环脂族基，或C3～C30芳族基；条件是，当X和Y都是异丙叉(C(CH3)2)时，R3和R4不是氢原子。
由结构式XI代表的克酮素衍生物的某些说明例子包括但不限于，结构XII、XIII和XIV。
在本发明的一种实施方案中，克酮素衍生物具有结构I
其中R1和R2各自独立地是氢原子、卤素原子、C1～C30脂族基、C3～C30环脂族基、C3～C30芳族基、羟基基团、羧基基团或其盐，硝基基团、亚硝基基团或氰基基团；
“a”和“b”独立地是0～4的整数；
R3和R4各自独立地是氢原子、C1～C30脂族基、C3～C30环脂族基、C3～C30芳族基、-(CH2)nCOOA基团、-(CH3)nSO3A基团，其中n是1～50的整数，并且A是氢原子、金属阳离子、肽基团，或碳水化合物基团；
X和Y独立地是氧原子、硫原于、硒原于、基团N-R5或基团C-R6R7，其中R5、R6和R7各自独立地是氢原子、C1～C30脂族基、C3～C30环脂族基或C3～C30芳族基；
且其中R1和相邻的R2基团可一起构成一个环状结构和/或任何2个相邻的R2基团可一起构成一个环状结构；
条件是，当
X和Y都是异丙叉(C(CH3)2)并且
“a”和“b”都是0，并且
R3和R4都是氢原子时，则
R1不是氢原子、C1～C5烷基、C1～C5烷氧基、硝基基团或乙酰氨基基团；
另一个条件是，结构I不包括结构II的克酮素衍生物
本发明克酮素组合物可通过克酮酸与适当的假吲哚衍生物起反应制备。于是，一个方面，本发明提供一种制备新颖克酮素衍生物的方法。可采用本领域技术人员公知的方法制备克酮酸和假吲哚。例如，在一种实施方案中，假吲哚衍生物由取代的苯肼和异丙基甲基甲酮通过费歇尔吲哚合成反应制备。一旦制成，该取代的假吲哚可与一半当量克酮酸起反应生成该克酮素衍生物。包含克酮素衍生物的反应产物可由传统技术提纯，例如，结晶、研制和/或色谱术。
本发明组合物可用于光电子器件、光学传感器、水分解制氢装置、生物传感器等领域中作为光敏剂，以及作为吸收造影剂。在一种实施方案中，本发明组合物被包含在染料-敏化电极的染料成分内。在另一种实施方案中，本发明组合物被包含在存在于染料-敏化太阳能电池中的染料-敏化电极的染料成分内。
于是，在一种实施方案中，本发明提供一种染料-敏化电极，它包含具有导电表面的基材、配置在导电表面上的电子运输层和配置在电子运输层上的含至少一种克酮素衍生物的组合物。在本发明的一种实施方案中，该克酮素衍生物具有结构I。在本发明另一种实施方案中，克酮素衍生物具有结构VII。在本发明又一种实施方案中，克酮素衍生物具有结构XI。
在一种实施方案中，染料-敏化电极的基材包含至少一种玻璃薄膜。在一种替代的实施方案中，基材包含至少一种聚合物材料。合适的聚合物材料的例子包括但不限于聚丙烯酸酯、聚碳酸酯、聚酯、聚砜、聚醚酰亚胺、硅酮、环氧树脂和硅酮-官能化的环氧树脂。基材应选择为透明的，就是说厚度约0.5μm的基材材料的试样应允许波长介于约290nm～约1200nm范围、以小于约10°入射角入射的电磁辐射大约80％透射穿过样品。
基材的至少一个表面涂以基本上透明、导电的材料。可用于涂布的合适的材料是基本上透明的导电氧化物，例如，铟锡氧化物(ITO)、氧化锡、氧化铟、氧化锌、氧化锑及其混合物。金属如银、金、铂、钛、铝、铜、钢或镍的基本透明层、薄的膜或网眼结构也适合。
染料-敏化电极还包含配置成与基材上涂布的导电材料电气接触的电子-运输层。电子运输层通过将克酮素衍生物射出的电子转移到电极上来促使电荷跨电池的转移。因此可心的是，电子运输层具有密切匹配该克酮素衍生物的未占据分子轨道(LUMO)或导带边缘的LUMO能级，以促进克酮素衍生物与所述电子运输层之间的电子转移。
适合作为电子运输层的材料的例子包括但不限于，金属氧化物半导体；三-8-羟基喹啉铝(醇化物)(AlQ3)；氰基-聚亚苯基亚乙烯基(CN-PPV)；和包含缺电子杂环部分的低聚物或聚合物，例如，2，5-二芳基二唑、二芳基三唑、三嗪、吡啶、喹啉、苯并唑、苯并噻唑等。其它范例电子运输剂特别是官能化的fullerenes(例如，6，6-苯基-C61-丁基酸-甲基酯)、二氟乙烯基-(杂)芳撑、3-(1，1-二氟烷基)噻吩类、并五苯、聚(3-己基噻吩)、α，ω-取代的六噻吩、n-deca五氟庚基-甲基萘-1，4，5，8-四甲酸二酰亚胺、二己基-五噻吩、聚(3-己基噻吩)、聚(3-烷基噻吩)、二-己基-六噻吩、二己基-蒽并噻吩、酞菁、C60 fullerene等，或者包含至少一种上述电子运输剂的组合。
在一种实施方案中，金属氧化物半导体被用作电子运输层。合适的金属氧化物半导体是过渡金属氧化物和周期表族III、IV、V和VI的元素的氧化物。钛、锆、铪、锶、锌、铟、钇、镧、矾、铌、钽、铬、钼、钨、铁、镍、银或者这些金属的混合氧化物，都可使用。其它合适的氧化物包括具有钙钛矿结构的那些，例如，SrTiO3或CaTiO3。半导体层通过在其表面吸附包含克酮素衍生物的组合物而被涂布。如上面指出的，克酮素衍生物被认为是通过存在于组合物中的酸基团而与半导体层表面强烈相互作用的。在另一种实施方案中，二氧化钛(Tio2)被用作电子运输层。
在一种实施方案中，本发明提供一种光伏电池，它包含一种染料-敏化电极，该染料-敏化电极包含具有导电表面的基材、配置在导电表面上的电子运输层和配置在电子运输层上的含至少一种克酮素衍生物的组合物；相反电极；以及与染料-敏化电极和相反电极接触的空穴运输层。
任何导电材料皆可用作相反电极。合适的相反电极的说明例子是铂电极、铑电极、钌电极或碳电极。
空穴运输层通过将来自克酮素衍生物的空穴转移到电极来促进跨电池的电荷转移。于是，也可心的是，空穴运输层具有密切匹配克酮素衍生物的最高被占分子轨道(HOMO)的HOMO能级，以促进空穴在克酮素衍生物与空穴运输层之间的转移。
适合作空穴运输层的例子包括但不限于，腙化合物、苯乙烯基化合物、二胺化合物、芳族叔胺化合物、丁二烯化合物、吲哚化合物、咔唑衍生物、三唑衍生物、咪唑衍生物、具有氨基基团的二唑衍生物，或诸如此类，或者包含上述材料至少之一的组合。适合作空穴运输剂的另一些例子是三苯甲烷、双(4-二乙基胺-2-甲基苯基)苯基甲烷、茋、腙；包含三甲苯基胺的芳族胺；芳基胺；烯胺菲二胺；N，N′-双-(3，4-二甲基苯基)-4-联苯基胺；N，N′-双-(4-甲基苯基)-N，N′-双-(4-乙基苯基)-1，1′-3，3′-二甲基联苯基)-4，4′-二胺；4-4′-双(二乙基氨基)-2，2′-二甲基三苯甲烷；N，N′-二苯基-N，N′-双(3-甲基苯基)-[1，1′-联苯基]-4，4′-二胺；N，N′-二苯基-N，N′-双(4-甲基苯基)-1，1′-联苯基-4，4′-二胺；N，N′-二苯基-N，N′-双(烷基苯基)-1，1′-联苯基-4，4′-二胺；和N，N′-二苯基-N，N′-双(氯苯基)-1，1′-氯苯基-4，4′-二胺；1，1-双(4-二-对甲苯基氨基苯基)环己烷；1，1-双(4-二-对-甲苯基氨基苯基)-4-苯基环己烷；4，4′-双(二苯基氨基)四苯基；双(4-二甲基氨基-2-甲基苯基)-苯基甲烷；N，N，N-双(对-甲苯基)胺；4-(二-对甲苯基氨基)-4′-[4(二-对甲苯基氨基)-苯乙烯基]茋；N，N，N′，N′-四-对甲苯基-4-4′-二氨基联苯；N，N，N′，N′-四苯基-4，4′-二氨基联苯；N，N，N′，N′-四-1-萘基-4，4′-二氨基联苯；N，N，N′，N′-四-2-萘基-4，4′-二氨基联苯；N-苯基咔唑；4，4′-双[N-(1-萘基)-N-(2-萘基)氨基]联苯；4，4″-[N-(1-萘基)-N-苯基氨基]对三苯基；4，4′-双[N-(2-萘基)-N-苯基氨基]联苯；4，4′-双[N-(3-苊基)-N-苯基氨基]联苯；1，5-双[N-(1-萘基)-N-苯基氨基]萘；4，4′-双[N-(9-蒽基)-N-苯基氨基]联苯；4，4″-双[N-(1-蒽基)-N-苯基氨基]-对三联苯；4，4′-双[N-(2-菲基)-N-苯基氨基]联苯；4，4′-双[N-(8-氟anthenyl)-N-苯基氨基]联苯；4，4′-双[N-(2-芘基)-N-苯基氨基]联苯；4，4′-双[N-(2-并四苯基)-N-苯基氨基]联苯；4，4′-双[N-(2-基)-N-苯基氨基]联苯；4，4′-双[N-(1-基)-N-苯基氨基]联苯；2，6-双(二-对甲苯基氨基)萘；2，6-双[二-(1-萘基)氨基]萘；2，6-双[N-(1-萘基)-N-(2-萘基)氨基]萘；N，N，N′，N′-四(2-萘基)-4，4″-二氨基-对三联苯；4，4′-双{N-苯基-N-[4-(1-萘基)苯基]氨基}联苯；4，4′-双[N-苯基-N-(2-芘基)氨基]联苯；2，6-双[N，N-二(2-萘基)胺]氟；1，5-双[N-(1-萘基)-N-苯基氨基]萘；或诸如此类，或者包含上述空穴运输剂至少之一的组合。
空穴运输层也可包含本质导电的聚合物。合适的本质导电聚合物的例子是聚乙炔及其衍生物；聚噻吩及其衍生物；聚(3，4-亚乙基二氧基噻吩)和聚(3，4-亚乙基二硫代噻吩)及其衍生物；聚(isathianaphthene)、聚(吡啶并噻吩)、聚(吡嗪并噻吩)及其衍生物；聚吡咯及其衍生物；聚(3，4-亚乙基二氧基吡咯)及其衍生物；聚苯胺及其衍生物；聚亚苯基亚乙烯基及其衍生物；聚对亚苯基及其衍生物；聚二苯并噻吩、聚二苯并呋喃、聚咔唑及其衍生物；聚双噻吩、聚双呋喃及其衍生物；聚噻吩并噻吩、聚噻吩并呋喃、聚噻吩并吡咯、聚呋喃基吡咯、聚呋喃基呋喃、聚吡咯基吡咯及其衍生物；聚三联噻吩、聚三联呋喃、聚三联吡咯及其衍生物；聚(二噻吩并噻吩)、聚二呋喃基噻吩、聚二吡咯基噻吩、聚二噻吩并呋喃、聚二吡咯基呋喃、聚二吡咯基吡咯及其衍生物；聚(苯基乙炔)及其衍生物；聚二吲哚及其衍生物；聚(二噻吩并亚乙烯基)、聚(二呋喃基亚乙烯基)、聚(二吡咯基亚乙烯基)及其衍生物；聚(1，2-反式-(3，4-亚乙基二氧基噻吩基)亚乙烯基)、聚(1，2-反式(3，4-亚乙基二氧基呋喃基)亚乙烯基)、聚(1，2-反式(3，4-亚乙基二氧基吡咯基)亚乙烯基)及其衍生物；聚(双-噻吩基芳撑)和聚(双-吡咯基芳撑)及其衍生物；聚(二噻吩基环戊烯酮)；聚喹啉；聚噻唑；聚芴、聚甘菊环；或诸如此类，或者包含上述本质导电聚合物至少之一的组合。
空穴运输层可以是液体或固体。在液体空穴运输层的情况下，可采用离子液体或电解质。可用作空穴运输剂的离子液体的适当例子是甲基丙基咪唑啉triaflate、甲基丙基咪唑啉bistriflimide、甲基丙基咪唑啉nanoaflate、甲基丙基咪唑啉醚磺酸盐、甲基丙基咪唑啉碘化物、甲基丙基咪唑啉三碘化物、甲基丙基咪唑啉卤化物、金属络合物阳离子与磷阴离子，或诸如此类，或者包含以上空穴运输剂至少之一的组合。
在一种实施方案中，用一种氧化还原电解质作为空穴运输层。该氧化还原电解质可以是，例如，I-/I3 -体系、Br-/Br3 -体系或醌/氢醌体系。电解质可以是液体或固体。固体电解质可通过将电解质分散在聚合物材料中获得。在液体电解质的情况下，可采用电化学惰性溶剂如乙腈、碳酸亚丙基酯或碳酸亚乙基酯。
染料-敏化电极、相反电极和空穴运输层可排列在外鞘内或囊封在树脂内，但应保证染料-敏化电极能够接受电磁辐射的照射。当染料-敏化电极受到辐照时，由于在辐照期间造成电位差而产生电流。
本发明光伏电池可作为光伏能源，作为单一电池或者与其他光伏电池级联工作。在本发明的一种实施方案中，采用单一光伏电池作为光伏源。在本发明另一种实施方案中，将大量光伏电池级联排列作为光伏源工作。该光伏电池可串联排列或者并联排列。
在一种实施方案中，本发明提供一种包含大量光伏电池的装置，其中在大量光伏电池当中至少一个光伏电池包含一种含有克酮素衍生物的组合物。在大量光伏电池当中其它光伏电池可包含其它光活性染料，例如，金属络合物、偶氮染料、花青染料、部花青染料、三苯甲烷染料、酞菁染料、聚甲炔染料、染料、卟啉染料、靛蓝染料、萘花青(naphthalocynine)染料、醌染料、醌亚胺染料、喹吖啶染料和呫吨染料。在本发明另一种实施方案中，大量光伏电池的光活性染料各自吸收电磁波谱不同的部分，而大量光伏电池的光活性染料的全部合在一起就基本上吸收了整个电磁辐射波谱。
毋庸赘言，相信，本领域技术人员能利用本文的说明充分发挥本发明的潜力。下面的实例旨在为本发明技术人员在实施所公开的本发明的过程中提供额外的指南。所提供的实例仅仅是对本申请公开内容作出贡献的工作的代表。因此，这些实例从任何意义上都不应限制本发明，本发明由所附权利要求规定。
实例
在下面的实例中，反应产物的分析采用1H NMR谱术，13C NMR谱术，FTIR和ESI-MS。
实例1克酮酸的合成
向玫棕酸钠(5g)在水(250mL)中的溶液中，加入碳酸钾(21g)和二氧化锰(14g)。混合物在搅拌下回流1h，随后立即过滤。获得的滤液用盐酸水溶液酸化至pH＝6～7，随后加入氯化钡的水溶液。收集沉淀并在真空中进行干燥，结果获得金黄色克酮酸钡(7.42g)。
过量克酮酸钡加入到硫酸溶液(3N)中，混合物加热约1h。过滤出多余克酮酸钡，将黄色滤液放在40℃减压下浓缩，结果获得粗克酮酸，随后令其从水中再结晶而提纯，从而生成针状或片状纯克酮酸。
13C NMR(D2O)δ：191.7，181.2，160.6，149.0。
实例2 2，3，3-三甲基-5-羧基-假吲哚的合成
4-羧苯基肼(0.1mol)和异丙基甲基甲酮(8.6g，10.7mL，0.1mol)在70℃一起加热4h。冷却至室温后，加入60％硫酸(11mL，0.1mol)，混合物在90℃加热3h，随后在室温以碳酸氢钠中和。有机层以乙基醚萃取并在硫酸钠上干燥。赶出溶剂后，残余物由快速色谱术在硅胶上提纯，结果获得2，3，3-三甲基-5-羧基-假吲哚，收率59％。
1H NMR(400MHz，CDCl3)：δ8.16(d，J＝8.19Hz，1H)，8.07(s，1H)，7.65(d，J＝8.18Hz，1H)，2.38(s，3H)，1.38(s，6H)。
实例3具有结构VIII的克酮素衍生物的合成
在实例2中合成的2，3，3-三甲基-5-羧基假吲哚(4mmol)和在实例1中合成的克酮酸(290mg，2mmol)溶解在混合溶剂正丁醇/甲苯(20mL，1∶1(体积比))中并在110℃加热；采用迪安-斯达克榻分水器恒沸地移出水。反应由TLC监视。反应完成后，通过蒸发所获得的溶液得到粗产物。该粗产物克酮素衍生物由快速色谱术在硅胶上提纯，随后从乙醇中再结晶，结果得到克酮素衍生物VIII：收率67％。
1H NMR(400MHz，d-DMSO)δ：8.12(s，2H)，7.99(d，J＝8.09Hz，2H)，7.65-7.55(m，2H)，6.06(s，2H)，1.54(s，12H)；FTIR(KBr，cm-1)：1713(s)，1682(m)，1626(w)，1534(s)，1495(s)，1343(s)，1313(s)，1182(s)，961(m)。
实例4 1-羧乙基-2，3，3-三甲基-4，5-苯并假吲哚的溴化物的合成
2，3，3-三甲基-4，5-苯并假吲哚(5.81g，27.8mmol)和3-溴丙酸(4.23g，27.7mmol)溶解在1，2-二氯苯(80mL)中。混合物在100℃搅拌20h从而生成针状晶体。过滤收集产物，固体用醚洗涤，并在真空中干燥，得到1-羧乙基-2，3，3-三甲基-4，5-苯并假吲哚的溴化物(9.0g，90％)。
1HNMR(DMSO，400MHz)：δ8.38(d，J＝8.3Hz，1H)，8.29(d，J＝8.9Hz，1H)，8.22(d，J＝8.0Hz，1H)，8.18(d，J＝8.9Hz，1H)，7.79(t，J＝7.0Hz，1H)，7.73(t，J＝7.0Hz，1H)，4.78(t，J＝6.9Hz，2H)，3.05(t，J＝6.9Hz，2H)，2.97(s，3H)，1.76(s，6H)；FTIR(KBr，cm-1)1591(m)，1513(m)，1478(m)，1426(s)，1360(m)，1313(w)，1139(m)，1095(s)，1008(m)，930(m)，665(m)。
实例5具有结构XII的克酮素衍生物的合成
在实例4中制备的1-羧乙基-2，3，3-三甲基-4，5-苯并假吲哚的溴化物(4mmol)、实施例1中制备的克酮酸(290mg，2mmol)和吡啶(2mmol)溶解在混合溶剂正丁醇/甲苯(20mL，1∶1(体积))中。获得的混合物在110℃加热；并采用迪安-斯达克榻分水器恒沸地移出产生的水。反应由TLC监视。反应完成后，通过蒸发所获得的溶液得到粗产物。该粗产物克酮素衍生物以丁醇酯化并由快速色谱术在硅胶上提纯，随后从甲醇中再结晶，结果得到克酮素衍生物XII。
1H NMR(400MHz，CDCl3)：δ8.11(d，J＝8.3Hz，2H)，7.97-7.90(m，4H)，7.61(t，J＝7.3Hz，2H)，7.54-7.44(m，4H)，6.40(s，2H)，4.68(t，J＝6.8Hz，4H)，3.97(t，J＝6.7Hz，4H)，2.80(t，J＝6.8Hz，4H)，1.90(s，12H)，1.53-1.42(m，4H)，1.34-1.18(m，4H)，0.82(t，J＝7.3Hz，6H)；FTIR(KBr，cm-1)：1739(m)，1565(m)，1495(s)，1452(s)，1334(s)，1313(m)，1265(m)，1026(m)，952(m)；ESI-MS：781.335 for C49H52N2O7(100％)；Calc.for C49H52N2O7 780.910。
实例6克酮素衍生物VIII和XII与公知的染料“N3”(对比例1)对照着进行紫外特性测定。
以克酮素衍生物VIII和XII作为例子的本发明克酮素衍生物，就用于染料-敏化太阳能电池的适应性接受评估。比较了克酮素衍生物VIII和XII与对比例1，一种公知的染料种“N3”(“N3”＝(Ru(bpy(COOH)2)2(NCS)2)，由Solaronix供应)的吸光特性。测定VIII、XII和“N3”的紫外-可见光谱，采用SHIMADZU UV-3150 UV-Vis-NIR分光光度计。数据被一并载于表1中并显示，本发明克酮素衍生物的吸收最大值，据观察，位于790nm附近。它们的摩尔吸收系数在104的数量级，几乎是公知染料“N3”的观察值的5倍大。
表1实例6的UV特性测定值
| 染料 | ε | A | b(cm) | 溶剂 | 浓度 | λmax(nm) |
| 克酮素VIII | 6.81E+04 | 0.141 | 0.1 | DMSO | 2.07E-05 | 793 |
| 克酮素XII | 5.93E+04 | 0.228 | 0.1 | CH3OH | 3.84E-05 | 793 |
| 对比例1 | 1.28E+04 | 0.128 | 0.1 | CHCl3 | 9.98E-05 | 539 |
实例7克酮素衍生物VIII的光伏电池性能
克酮素衍生物VIII在染料-敏化太阳能电池中接受试验。于是，纳米-结晶TiO2层在50℃以少量(25～50μL)VIII在DMSO/DMF混合物中的浓溶液(约2mM在混合DMSO/DMF(约12％(体积)DMSO)中)进行处理。处理后15～20min，TiO2层以DMF和乙醇清洗。采用标准技术制造具有10μm TiO2薄膜的染料-敏化太阳能电池。传统电解质溶液(0.5MPr4NI，0.1M LiI，0.45M tBuPyr，0.05MI2)被用来装配该试验电池，随后该电池在1倍太阳照度下进行试验。
表2实例7的电池性能测定
| TiO2uM | 染料 | VocV | JscmA/cm2 | FF | 效率％ |
| 10uM | VIII | 0.154 | 0.12 | 0.35 | 0.01 |
电池性能测试表明，克酮素衍生物VIII在1倍太阳(AM1.5)照度下产生可接受水平的光伏(光电压)。
虽然已在典型实施方案中展示和描述了本发明，但不拟将本发明局限于所展示的细节，因为在从任何意义上都不偏离本发明的精神和范围的条件下可做出各种修改和替代。因此，这里公开的对本发明的进一步修改和等价物在本领域技术人员采用不超过常规实验的基础上都能想到，而且所有这些修改和等价物，相信，都将属于下面权利要求所定义的本发明精神和范围之内。
Claims (10)
1.一种组合物，包含至少一种具有结构式I的克酮素(croconine)衍生物
其中R1和R2各自独立地是氢原子、卤素原子、C1～C30脂族基、C3～C30环脂族基、C3～C30芳族基、羟基基团、羧基基团或其盐，硝基基团、亚硝基基团或氰基基团；
“a”和“b”独立地是0～4的整数；
R3和R4各自独立地是氢原子、C1～C30脂族基、C3～C30环脂族基、C3～C30芳族基、-(CH2)nCOOA基团、-(CH3)nSO3A基团，其中n是1～50的整数，并且A是氢原子、金属阳离子、肽基团，或碳水化合物基团；
X和Y独立地是氧原子、硫原子、硒原子、基团N-R5或基团C-R6R7，其中R5、R6和R7各自独立地是氢原子、C1～C30脂族基、C3～C30环脂族基或C3～C30芳族基；
且其中R1和相邻的R2基团可一起构成一个环状结构和/或任何2个相邻的R2基团可一起构成一个环状结构；
条件是，当
X和Y都是异丙叉(C(CH3)2)并且
“a”和“b”都是0，并且
R3和R4都是氢原子时，则
R1不是氢原子、丁基基团、甲氧基基团、硝基基团或乙酰氨基基团；
另一个条件是，结构I不包括结构II的克酮素衍生物
2.权利要求1的组合物，其中克酮素衍生物具有结构VII：
其中R1是氢原子、卤素原子、C1～C30脂族基、C3～C30环脂族基、C3～C30芳族基、羟基基团、羧基基团或其盐，硝基基团、亚硝基基团，或氰基基团；并且X和Y独立地是氧原子、硫原子、硒原子，基团N-R5或基团C-R6R7，其中R5、R6或R7各自独立地是氢原子、C1～C30脂族基、C3～C30环脂族基，或C3～C30芳族基；条件是，当X和Y都是异丙叉(C(CH3)2)时，R1不是氢原子、丁基、甲氧基、硝基基团或乙酰氨基基团。
3.权利要求1的组合物，其中所述克酮素衍生物具有结构XI，
其中R3和R4各自独立地是氢原子、C1～C30脂族基、C3～C30环脂族基、C3～C30芳族基、(CH2)nCOOA基团、-(CH2)nSO3A基团，其中n是1～50的整数并且A是氢原子、金属阳离子、肽基团，或者碳水化合物基团；并且X和Y独立地是氧原子、硫原子、硒原子、基团N-R5或基团C-R6R7，其中R5、R6或R7各自独立地是氢原子、C1～C30脂族基、C3～C30环脂族基，或C3～C30芳族基；条件是，当X和Y都是异丙叉(C(CH3)2)时，R3和R4不是氢原子。
4.一种组合物，包含至少一种具有结构式I的克酮素(croconine)衍生物
其中R1和R2各自独立地是氢原子、卤素原子、C1～C30脂族基、C3～C30环脂族基、C3～C30芳族基、羟基基团、羧基基团或其盐，硝基基团、亚硝基基团或氰基基团；
“a”和“b”独立地是0～4的整数；
R3和R4各自独立地是氢原子、C1～C30脂族基、C3～C30环脂族基、C3～C30芳族基、-(CH2)nCOOA基团、-(CH3)nSO3A基团，其中n是1～50的整数，并且A是氢原子、金属阳离子、肽基团，或碳水化合物基团；
X和Y独立地是氧原子、硫原子、硒原子、基团N-R5或基团C-R6R7，其中R5、R6和R7各自独立地是氢原子、C1～C30脂族基、C3～C30环脂族基或C3～C30芳族基；
且其中R1和相邻的R2基团可一起构成一个环状结构和/或任何2个相邻的R2基团可一起构成一个环状结构；
条件是，当
X和Y都是异丙叉(C(CH3)2)并且
“a”和“b”都是0，并且
R3和R4都是氢原子时，则
R1不是氢原子、C1～C5烷基、C1～C5烷氧基、硝基基团或乙酰氨基基团；
另一个条件是，结构I不包括结构II的克酮素衍生物：
5.一种染料-敏化电极，它包含：
(a)一种包含导电表面的基材；
(b)配置在所述导电表面上的电子运输层；和
(c)配置在所述导电表面上的包含至少一种克酮素衍生物的组合物。
6.权利要求5的染料-敏化电极，其中所述组合物包含至少一种具有结构式I的克酮素(croconine)衍生物
其中R1和R2各自独立地是氢原子、卤素原子、C1～C30脂族基、C3～C30环脂族基、C3～C30芳族基、羟基基团、羧基基团或其盐，硝基基团、亚硝基基团或氰基基团；
“a”和“b”独立地是0～4的整数；
R3和R4各自独立地是氢原子、C1～C30脂族基、C3～C30环脂族基、C3～C30芳族基、-(CH2)nCOOA基团、-(CH3)nSO3A基团，其中n是1～50的整数，并且A是氢原子、金属阳离子、肽基团，或碳水化合物基团；
X和Y独立地是氧原子、硫原子、硒原子、基团N-R5或基团C-R6R7，其中R5、R6和R7各自独立地是氢原子、C1～C30脂族基、C3～C30环脂族基或C3～C30芳族基；
且其中R1和相邻的R2基团可一起构成一个环状结构和/或任何2个相邻的R2基团可一起构成一个环状结构；
条件是，当
X和Y都是异丙叉(C(CH3)2)并且
“a”和“b”都是0，并且
R3和R4都是氢原子时，则
R1不是氢原子、C1～C5烷基、C1～C5烷氧基、硝基基团或乙酰氨基基团；
另一个条件是，结构I不包括结构II的克酮素衍生物：
7.一种光伏电池，包含：
(a)一个染料-敏化电极，包含具有导电表面的基材；配置在导电表面上的电子运输层；和配置在电子运输层上的含至少一种克酮素衍生物的组合物；
(c)一个相反电极；以及
(d)与所述染料-敏化电极和所述相反电极接触的空穴运输层。
8.权利要求7的光伏电池，其中所述组合物包含至少一种具有结构式I的克酮素(croconine)衍生物
其中R1和R2各自独立地是氢原子、卤素原子、C1～C30脂族基、C3～C30环脂族基、C3～C30芳族基、羟基基团、羧基基团或其盐，硝基基团、亚硝基基团或氰基基团；
“a”和“b”独立地是0～4的整数；
R3和R4各自独立地是氢原子、C1～C30脂族基、C3～C30环脂族基、C3～C30芳族基、-(CH2)nCOOA基团、-(CH3)nSO3A基团，其中n是1～50的整数，并且A是氢原子、金属阳离子、肽基团，或碳水化合物基团；
X和Y独立地是氧原子、硫原子、硒原子、基团N-R5或基团C-R6R7，其中R5、R6和R7各自独立地是氢原子、C1～C30脂族基、C3～C30环脂族基或C3～C30芳族基；
且其中R1和相邻的R2基团可一起构成一个环状结构和/或任何2个相邻的R2基团可一起构成一个环状结构；
条件是，当
X和Y都是异丙叉(C(CH3)2)并且
“a”和“b”都是0，并且
R3和R4都是氢原子时，则
R1不是氢原子、C1～C5烷基、C1～C5烷氧基、硝基基团或乙酰氨基基团；
另一个条件是，结构I不包括结构II的克酮素衍生物：
9.权利要求7的光伏电池，其中所述光伏电池是光伏电源，呈单一电池或呈与其它光伏电池级联的形式。
10.权利要求7的光伏电池，其中许多所述光伏电池以级联方式排列作为光伏源工作。
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