專利名稱：：帶有給體的光敏劑的用途的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明屬光敏劑領(lǐng)域，特別涉及帶有給體的光敏劑的用途。
背景技術(shù)：
：半導(dǎo)體吸光以后，價(jià)帶的電子會(huì)被激發(fā)而躍遷到導(dǎo)帶上，價(jià)帶出現(xiàn)正空穴，導(dǎo)帶出現(xiàn)帶負(fù)電的電子，這樣就有可能形成光功能材料和器件。一般的半導(dǎo)體，如無機(jī)的二氧化鈦(TiO2)和有機(jī)的聚苯乙烯撐(PPV)，只能吸收紫外線；而合成染料(以下簡稱染料)或天然色素(以下簡稱色素)在可見光區(qū)有很強(qiáng)的吸收(克分子消光系數(shù)在104以上)。如把它們作為光敏劑附著在半導(dǎo)體的表面，染料或色素強(qiáng)烈吸收可見光而被激發(fā)，產(chǎn)生的光電子注入到半導(dǎo)體的導(dǎo)帶，而半導(dǎo)體價(jià)帶上的電子會(huì)填補(bǔ)到染料或色素被激發(fā)后出現(xiàn)的正空穴，染料或色素被復(fù)原，而半導(dǎo)體則像本身吸收紫外線那樣也產(chǎn)生了電荷分離。這樣，就把半導(dǎo)體的敏化范圍從紫外線拉長到了可見光。這就是半導(dǎo)體的染料或色素光敏化，又稱之為染料增感或光譜增感。本發(fā)明涉及到的是一類帶有給體的特別的光敏劑。如文獻(xiàn)Jian-junHE，Jin-caiZHAO，TaoSHEN，HisaoHidaka，NickSERPONEPhotosensitizationofColloidalTitaniaParticlesbyElectronInjectionfromanExcitedOrganicDye--AntennaeFunction，J.Phys.Chem.，B，1997，101(44)，9027-34報(bào)道，光敏劑熒光素本身被可見光激發(fā)，光電子向TiO2納米粒子注入的效率是0.41，但是通過化學(xué)鍵把給體蒽接到光敏劑熒光素上，結(jié)構(gòu)如下由于給體蒽能補(bǔ)充吸收紫外線而被激發(fā)，激發(fā)態(tài)的蒽能把能量傳遞給光敏劑熒光素(效率高達(dá)0.98，可以說給體蒽起到了非常好的天線作用)，這樣就使熒光素向TiO2納米粒子的光電子注入效率提高到0.55。另一個(gè)例子見文獻(xiàn)Ai-minSONG，TaoWU，ShenCHEN，Man-huaZHANG，TaoSHENSynthesesandphotophysicalPropertiesofamphiphilicDyadsofFluoreceinandCarbazolelinkedwithaflexibleorsemi-rigidBridge，DyesandPigments，1998，39(4)，371-82。作者們合成了4種類型的帶有給體咔唑的光敏劑熒光素類的化合物，具體結(jié)構(gòu)見如下化合物1化合物2化合物3化合物4在這些化合物中，給體咔唑向光敏劑熒光素的光致電子轉(zhuǎn)移效率列于下表<tablesid="table1"num="001"><tablewidth="672">化合物化合物1化合物2化合物3化合物4光致電子轉(zhuǎn)移效率0.770.710.710.46</table></tables>從上表可以看出，這些化合物中，給體咔唑向光敏劑熒光素的光致電子轉(zhuǎn)移效率雖然彼此之間有些差別，但總的來說都相當(dāng)高。因此可以預(yù)期，把它們作為光敏劑時(shí)，對半導(dǎo)體的光敏化效率會(huì)比光敏劑熒光素本身有所提高。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的之一是將帶有給體的光敏劑用于光功能材料和器件。本發(fā)明的目的之二是提供相對于光敏劑本身，這類帶有給體的光敏劑的光敏性能的評(píng)價(jià)方法。本發(fā)明的用于半導(dǎo)體光敏化的帶有給體的光敏劑，通式為S-D，其中S是帶有活性基團(tuán)(如羥基或羧基等，以便吸附于半導(dǎo)體如TiO2)的光敏劑，如熒光素、曙紅等；D為可以吸收紫外線的給體，如芳香稠環(huán)中的蒽或含氮雜環(huán)化合物中的咔唑等。本發(fā)明的帶有給體的光敏劑可作為半導(dǎo)體光敏劑用于光功能材料和器件的光敏化。本發(fā)明的帶有給體的光敏劑屬于光敏劑一類，其光敏性能的測試方法與一般光敏劑的測試方法一樣(以下統(tǒng)稱為光敏劑)。其特征是將光敏劑涂在導(dǎo)電基板上，在導(dǎo)電基板上通過直流偏壓直接測量光敏劑光電子注入的相對效率。光敏劑光敏性能的測試如圖1所示。在透明的導(dǎo)電玻璃的下部涂敷上光敏劑薄層，上面未涂的部分做正極，再在光敏劑上面真空鍍上6根條鋁條作為負(fù)極。在兩個(gè)電極之間連上直流偏壓和電流表(必要時(shí)，可串聯(lián)上大小合適的電阻，以使所測的電流在電流表的測量范圍)。不照光時(shí)，有機(jī)的光敏劑層是絕緣體，即使電路中有直流偏壓，也沒有直流電流經(jīng)過電流表。當(dāng)鹵燈光源從背面照射到光敏劑層時(shí)，光敏劑被激發(fā)，會(huì)向?qū)щ姴Ａё⑷牍怆娮?。在直流偏壓作用下，就?huì)有直流電流流經(jīng)電流表。而且，光敏劑的光敏性能越好，在同樣光強(qiáng)下，注入到導(dǎo)電玻璃的光電子就越多，在同樣的直流偏壓下的光電流也就越大。本發(fā)明的優(yōu)缺點(diǎn)和積極效果(1)帶有給體的光敏劑由于給體可以補(bǔ)充吸收紫外線，可以把能量和光電子傳遞給光敏劑，從而可以提高光敏化的效率。(2)真正染料敏化的光電池示意于圖3。在本發(fā)明的測試方法(圖1和圖2)中，不用半導(dǎo)體層，直接測量各種各種光敏劑光電子注入的相對效率。優(yōu)點(diǎn)是避開了半導(dǎo)體的影響，制備也比較方便；局限之處是不能得到光敏劑光敏半導(dǎo)體的絕對效率，而只能比較各種光敏劑相互之間的相對效率。所以，本發(fā)明只適合于以已知的或一個(gè)系列的母體為基準(zhǔn)，評(píng)估其他光敏劑或衍生物的相對的光敏效率。圖1.本發(fā)明實(shí)施例光電裝置側(cè)面和測試示意圖；圖2.本發(fā)明實(shí)施例光電裝置正面示意圖；圖3.傳統(tǒng)光電池示意圖。附圖標(biāo)記1.鹵燈2.鍍鋁電極3.光敏染料層4.透明導(dǎo)電玻璃5.直流偏壓6.電流表7.半導(dǎo)體層8.電表具體實(shí)施方式實(shí)施例(1)光敏劑1選用市售的熒光素，結(jié)構(gòu)如下(2)光敏劑2以蒽作給體，結(jié)構(gòu)如下合成和鑒定方法見文獻(xiàn)Zhou，Q.F.，Shen，S.Y.，Yuan，Z.L.，Zhou，Y.L.，Shen，T.EffectofExcitationWavelengthonPhotophysicsofluorescein-Anthracene-methylEster，J.Photochem.Photobiol.，A，1990，51，229-235。(3)光敏劑3以咔唑?yàn)榻o體，結(jié)構(gòu)如下合成和鑒定方法見Ai-minSONG，TaoWU，ShenCHEN，Man-huaZHANG.TaoSHENSynthesesandphotophysicalPropertiesofamphiphilicDyadsofFluoreceinandCarbazolelinkedwithaflexibleorsemi-rigidBridge，DyesandPigments，1998，39(4)，371-82。(4)3種光敏劑光敏性能的測試導(dǎo)電玻璃從深圳南玻集團(tuán)購得，導(dǎo)電層為氧化銦錫(ITO)，長為15mm，寬為10mm，厚為3mm。分別將上述光敏劑配成氯仿溶液，濃度為10-3摩爾/升。分別將3塊導(dǎo)電玻璃按圖2所示浸入光敏劑的氯仿溶液，第一次5分鐘，讓光敏劑利用外露的羥基充分吸附到ITO的金屬離子上，取出風(fēng)干(約3分鐘)后，再次浸入光敏劑溶液，約2分鐘后取出風(fēng)干，如此再重復(fù)3次，共計(jì)5次?？偤穸燃s為1～2納米。用浸濕的脫脂棉小心擦凈玻璃片背面的染料，到脫脂棉不再沾色為止。將浸涂好光敏劑的玻璃片放入真空鍍膜機(jī)中，通過模板鍍上如圖2所示的6條鋁電極，厚度約為0.1～0.2微米；鋁電極與鋁電極之間的間距為0.5mm。然后將做好的玻璃片放入示如圖1的裝置中進(jìn)行光電性能的測試。測試裝置的直流偏壓是可調(diào)的，本發(fā)明的數(shù)據(jù)取固定為0.6伏時(shí)的電流密度，單位為微安/平方厘米。先測暗電流(因有機(jī)染料層基本上是絕緣的，暗電流不應(yīng)太大)，再開燈測量，減去本底的暗電流，即為本發(fā)明的光電流密度值。每一片玻璃片應(yīng)有6個(gè)數(shù)值(個(gè)別情況下，所鍍的鋁電極可能與導(dǎo)電玻璃短路，這時(shí)的暗電流明顯增大，數(shù)據(jù)舍棄不用)。每次至少同時(shí)做3片，這樣對一個(gè)光敏劑而言，理想情況下應(yīng)有18個(gè)數(shù)據(jù)，一般情況下能得到15個(gè)左右合理的數(shù)據(jù)。取其統(tǒng)計(jì)平均值作為所測光敏劑的光敏性能數(shù)據(jù)。(5)3種光敏劑光敏性能的實(shí)例下表第一列中，B代表第幾塊玻璃片，L代表每一塊玻璃片上的第幾條鋁電極。如第2行第2列的數(shù)據(jù)就是涂上光敏劑1的第1片玻璃片上通過第1條鋁電極所測得的光電流密度數(shù)值(單位為微安/平方厘米)。表格的第20行是除去短路的合理數(shù)值的數(shù)目，第21行是這些數(shù)值的加和，第22行是統(tǒng)計(jì)平均值，第23行為統(tǒng)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)偏差，第24行也就是最后一行是以母體熒光素(光敏劑1)的光敏性能為100，帶有給體的光敏劑光敏性能的相對值。從上表可知，光敏劑2(給體為蒽)比母體光敏劑1(熒光素)好，原因是給體補(bǔ)充吸收紫外線，能把能量和光電子傳遞給光敏劑，從而增加了對半導(dǎo)體的敏化能力；光敏劑3(給體為咔唑)更好一些，主要因?yàn)檫沁虻慕o電子能力更強(qiáng)一些。權(quán)利要求1.一種帶有給體的光敏劑的用途，其特征是所述的帶有給體的光敏劑作為半導(dǎo)體光敏劑用于光功能材料和器件。2.如權(quán)利要求1所述的用途，其特征是所述的帶有給體的光敏劑通式為S-D，其中S是帶有活性基團(tuán)的光敏劑，D為可以吸收紫外線的給體；所述的活性基團(tuán)是羥基或羧基；所述的給體是芳香稠環(huán)或含氮雜環(huán)化合物。3.如權(quán)利要求2所述的用途，其特征是所述的帶有活性基團(tuán)的光敏劑是熒光素或曙紅。全文摘要本發(fā)明屬光敏劑領(lǐng)域，特別涉及帶有給體的光敏劑。所述的帶有給體的光敏劑通式為S－D，其中S是帶有活性基團(tuán)(如羥基、羧基等，以便吸附于半導(dǎo)體如TiO文檔編號(hào)G03F7/004GK1619418SQ20031011336公開日2005年5月25日申請日期2003年11月17日優(yōu)先權(quán)日2003年11月17日發(fā)明者沈濤,李玉良,楊春和,張曼華,李永舫,朱道本申請人:中國科學(xué)院化學(xué)研究所