光電轉(zhuǎn)換元件、光電化學(xué)電池、及這些所使用的色素的制作方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明提供一種在長(zhǎng)波長(zhǎng)區(qū)域發(fā)揮高IPCE，達(dá)成光電轉(zhuǎn)換效率，而且耐久性?xún)?yōu)異的光電轉(zhuǎn)換元件、光電化學(xué)電池、及這些所使用的色素。本發(fā)明的光電轉(zhuǎn)換元件包括如下積層結(jié)構(gòu)，所述積層結(jié)構(gòu)在導(dǎo)電性支撐體上包括：包含吸附了色素的半導(dǎo)體微粒子層的感光體、電荷移動(dòng)體、及相對(duì)電極，所述光電轉(zhuǎn)換元件的特征在于：所述色素的至少一種具有下述式(1)所表示的結(jié)構(gòu)(式中，Q表示芳香環(huán)；X1、X2表示硫原子、硒原子、氧原子、或CR1R2；R1、R2表示烷基；R、R′為烷基或芳香族基；P1表示特定的原子群；P2表示形成聚次甲基色素所必需的原子群；其中，將P1和P2設(shè)為不同；W1表示中和電荷所必需的情況下的抗衡離子)。
【專(zhuān)利說(shuō)明】光電轉(zhuǎn)換元件、光電化學(xué)電池、及這些所使用的色素
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種轉(zhuǎn)換效率高、耐久性?xún)?yōu)異的光電轉(zhuǎn)換元件、光電化學(xué)電池、及這些所使用的色素。
【背景技術(shù)】
[0002]光電轉(zhuǎn)換元件用于各種光傳感器(Light Sensor)、復(fù)印機(jī)、太陽(yáng)電池等。此光電轉(zhuǎn)換元件中，使用金屬、使用半導(dǎo)體、使用有機(jī)顏料或色素、或?qū)⑦@些組合等各種方式正被實(shí)用化。其中，利用非枯竭性的太陽(yáng)能的太陽(yáng)電池作為無(wú)需燃料、利用無(wú)盡的清潔能源的光電轉(zhuǎn)換元件，期待其正式的實(shí)用化。其中，從先前以來(lái)一直對(duì)硅系太陽(yáng)電池進(jìn)行研究開(kāi)發(fā)。也由于各國(guó)政策性的考慮而不斷普及。但是娃為無(wú)機(jī)材料，在產(chǎn)量(throughput)及分子修飾方面自然有極限。
[0003]因此，積極地進(jìn)行色素增感型太陽(yáng)電池的研究。尤其成為其轉(zhuǎn)機(jī)的是瑞士洛桑理工大學(xué)的格雷策爾(Graetzel)等人的研究成果。他們采用在多孔氧化鈦薄膜的表面固定包含釕絡(luò)合物的色素的結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了與非晶硅同等的轉(zhuǎn)換效率。由此，色素增感型太陽(yáng)電池一舉集中了全世界研究者的關(guān)注。
[0004]在專(zhuān)利文獻(xiàn)I中記載了應(yīng)用此技術(shù)，使用利用釕絡(luò)合物色素而增感的半導(dǎo)體微粒子的色素增感光電轉(zhuǎn)換元件。然而現(xiàn)有的釕絡(luò)合物色素雖然可以使用可見(jiàn)光線(xiàn)進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換，但由于幾乎無(wú)法吸收波長(zhǎng)比700mn長(zhǎng)的紅外光，所以紅外線(xiàn)區(qū)域下的光電轉(zhuǎn)換能力容易變低。另外，為了普及，期望并非僅利用釕之類(lèi)的昂貴的稀有金屬進(jìn)行太陽(yáng)光發(fā)電。
[0005]因此，也在進(jìn)行利用金屬絡(luò)合物以外的色素的光電轉(zhuǎn)換元件的研究。本案 申請(qǐng)人:現(xiàn)有進(jìn)行了利用特定的聚次甲基色素的元件的開(kāi)發(fā)(參照專(zhuān)利文獻(xiàn)2)。由此，完成了在近紅外線(xiàn)?紅外線(xiàn)區(qū)域顯示出高光電轉(zhuǎn)換特性的元件。進(jìn)而，在專(zhuān)利文獻(xiàn)3中揭示了通過(guò)使用不對(duì)稱(chēng)的雙方酸鐵(bis squarylium)色素,而在600nm以上的長(zhǎng)波長(zhǎng)區(qū)域達(dá)成高光電轉(zhuǎn)換效率。
[0006]現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)
[0007]專(zhuān)利文獻(xiàn)
[0008]專(zhuān)利文獻(xiàn)1:美國(guó)專(zhuān)利第5463057號(hào)說(shuō)明書(shū)
[0009]專(zhuān)利文獻(xiàn)2:日本專(zhuān)利4217320號(hào)說(shuō)明書(shū)
[0010]專(zhuān)利文獻(xiàn)3:日本專(zhuān)利特開(kāi)2009-242379號(hào)公報(bào)

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011]發(fā)明所要解決的問(wèn)題
[0012]根據(jù)所述專(zhuān)利文獻(xiàn)2等的技術(shù)，提供無(wú)需金屬絡(luò)合物，利用寬波長(zhǎng)區(qū)域的可以達(dá)成高光電轉(zhuǎn)換效率的元件。然而，本
【發(fā)明者】著眼于發(fā)揮作為綠色能源的正式的供給源的作用，其性能不充分，而以開(kāi)發(fā)發(fā)揮進(jìn)而高特性的光電轉(zhuǎn)換元件為目標(biāo)。
[0013]鑒于所述本【技術(shù)領(lǐng)域】的現(xiàn)狀，本發(fā)明的目的在于提供一種在超過(guò)800nm的波長(zhǎng)區(qū)域發(fā)揮高電流_ 電壓特性(Incident Photon to Current Conversion Efficiency, IPCE),達(dá)成高光電轉(zhuǎn)換效率，而且耐久性?xún)?yōu)異的光電轉(zhuǎn)換元件，光電化學(xué)電池，及這些所使用色素。
[0014]解決問(wèn)題的技術(shù)手段
[0015]所述問(wèn)題可以利用以下手段解決。
[0016](I) 一種光電轉(zhuǎn)換元件，其包括在導(dǎo)電性支撐體上包含具有吸附了色素的半導(dǎo)體微粒子層的感光體、電荷移動(dòng)體、及相對(duì)電極的積層結(jié)構(gòu)，所述色素的至少一種具有下述式(I)所表示的結(jié)構(gòu)。
[0017][化I]
[0018]
【權(quán)利要求】
1.一種光電轉(zhuǎn)換元件，其包括在導(dǎo)電性支撐體上包含具有吸附了色素的半導(dǎo)體微粒子層的感光體、電荷移動(dòng)體、及相對(duì)電極的積層結(jié)構(gòu)，所述色素的至少一種具有下述式(I)所表示的結(jié)構(gòu):
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光電轉(zhuǎn)換元件，其中所述P1為下述式Pll-1或P12-1: [化4]
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的光電轉(zhuǎn)換元件，其中所述n22、所述n31為O。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的光電轉(zhuǎn)換元件，其中所述P1由下式P11-2或pl2-2表示:
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的光電轉(zhuǎn)換元件，其中所述n21為O或I。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5中任一項(xiàng)所述的光電轉(zhuǎn)換元件，其中所述R9由下述式R91或R92表示: [化6]
7.根據(jù)權(quán)利要求1至5中任一項(xiàng)所述的光電轉(zhuǎn)換元件，其中所述R9為氧原子。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至7中任一項(xiàng)所述的光電轉(zhuǎn)換元件，其中形成所述P2的原子群由下述式P21或下述式P22表示: [化7]
9.根據(jù)權(quán)利要求1至8中任一項(xiàng)所述的光電轉(zhuǎn)換元件，其中所述Ar1由下述式Ra、Re2、妒、或儼所表示: [化8]
10.根據(jù)權(quán)利要求1至9中任一項(xiàng)所述的光電轉(zhuǎn)換元件，其中在所述式(I)所表示的色素中，所述P1成為電子的受體，所述P2成為供體，所述色素構(gòu)成供體.受體型的分子。
11.根據(jù)權(quán)利要求1至10中任一項(xiàng)所述的光電轉(zhuǎn)換元件，其中所述感光體還包含下述式⑴所表示的色素:
12.一種光電化學(xué)電池，其包括根據(jù)權(quán)利要求1至11中任一項(xiàng)所述的光電轉(zhuǎn)換元件。
13.一種色素化合物，其具有下述式(I)所表示的結(jié)構(gòu):
[化 11]
I ,χ1 , /X2
P ~~、Λ一, P 2—Y..'N,- W1(1)
R R1 (式中，Q表示芳香環(huán)X^X2表示硫原子、硒原子、氧原子、或CR1R2 #、1?2表示烷基R、R'為烷基或芳香族基P1表示下述式Pll或下述式P12所表示的原子群；P2表示形成聚次甲基色素所必需的原子群；其中將所述P1和所述P2設(shè)為不同I1表示中和電荷所必需的情況下的抗衡離子)；
[化 12]
【文檔編號(hào)】C07D487/04GK103620864SQ201280030761
【公開(kāi)日】2014年3月5日 申請(qǐng)日期:2012年5月24日 優(yōu)先權(quán)日:2011年6月22日
【發(fā)明者】薄達(dá)也, 佐藤寬敬, 谷征夫, 小林克 申請(qǐng)人:富士膠片株式會(huì)社