光電轉換元件和光電轉換元件用色素以及化合物的製作方法

2023-05-12 05:02:16 3

專利名稱：光電轉換元件和光電轉換元件用色素以及化合物的製作方法
技術領域：
本發明涉及光電轉換元件和光電轉換元件用色素以及化合物。
背景技術：
一直以來，在各種各樣的技術領域中廣泛使用色素。舉一個例子，在光電轉換元件的領域中，例如在色素敏化型太陽能電池的工作電極中使用具有光敏化作用的色素。
色素敏化型太陽能電池通常具有具備氧化物半導體作為色素的載體的電極，該色素吸收入射的光而被激發，該被激發的色素將電子注入載體中，由此進行光電轉換。而且，這種色素敏化型太陽能電池理論上在有機類太陽能電池中可以期待高的能量轉換效率。另夕卜，由於能夠以比現有的使用矽半導體的太陽能電池低的價格進行製造，因此被認為在成本上非常有利。
另一方面,作為在光電轉換元件中使用的色素,廣泛已知有釕配合物類色素或菁類色素等有機色素。特別地，由於菁類色素穩定性比較高，另外，能夠容易地合成，因此受到各種探討。
例如，在專利文獻I中，公開了具有在次甲基鏈骨架的兩端上結合有假吲哚(indolenine)骨架的結構，進一步具有作為用於吸附於氧化物半導體電極的錨固基團的羧酸基的菁類色素。
另外，在對比文獻2中，公開了一種複合色素，將具有相互不同的激發態能級的多種的成分色素互相化學結合，由此形成電子轉移用的直鏈或者分支的結構體，該直鏈或者分支的結構體一端保持於η型半導體，另一端為自由端，在該直鏈或者分支的結構體中，該多種的成分色素以其激發態能級從該直鏈或者分支的結構體的保持於上述η型半導體的端部向著上述自由端減少的順序排列。
進一步，在專利文獻3中，公開了用2價的連接基團結合在400 700nm下具有最大吸收的色素和在700 1500nm下具有最大吸收的色素而得到的敏化色素。
現有技術文獻
專利文獻
專利文獻1:日本特開2008-166119號公報
專利文獻2:日本特開2004-363096號公報
專利文獻3:日本特開2010-135281號公報發明內容
發明所要解決的技術問題
然而，以上述專利文獻I中記載的菁類色素等為代表的現有的(非複合化)色素其吸收波長範圍不能說足夠寬，從而不能說使用該色素的光電轉換元件能呈現充分的能量轉換效率。
因此，探討吸收波長範圍的拓寬，例如，如上述專利文獻2所記載的技術那樣，嘗試了將多種色素複合。然而，上述專利文獻2中記載的複合化色素由於是通過雙光子激發來進行敏化，因而，使用該色素的光電轉換元件電流會減半，從而不能得到高能量轉換效率。
另一方面，上述專利文獻3中記載的複合化色素由於在700 1500nm下具有最大吸收，因此，色素的LUMO變低，難以跨越金屬氧化物的導體。因此，不能有效地從色素注入電子到金屬氧化物半導體中。所以，使用了上述專利文獻3中記載的複合化色素的光電轉換元件不能得到高的能量轉換效率。
本發明鑑於上述實際情況，其目的在於提供一種能量轉換效率優異並且耐久性高的光電轉換元件，以及能夠實現這樣的光電轉換元件的新型色素，以及能夠用作這樣的新型色素的前體(中間體)的化合物。
解決技術問題的手段
本發明者們重複專心研究，其結果發現:通過使用本發明者們新合成的特定結構的色素，可以解決上述技術問題，至此完成本發明。
即，本發明提供以下的〈1> 〈11>。
一種光電轉換兀件,其中，所述光電轉換兀件具備工作電極,所述工作電極具有在金屬氧化物層上擔載有色素的色素擔載金屬氧化物電極，在所述光電轉換元件中，所述色素具有下述通式(I)所表示的結構，
權利要求
1.一種光電轉換兀件，其中， 所述光電轉換元件具備工作電極，所述工作電極具有在金屬氧化物層上擔載有色素的色素擔載金屬氧化物電極， 在所述光電轉換元件中，所述色素具有下述通式(I)所表示的結
2.如權利要求1所述的光電轉換元件，其中， 所述色素具有下述通式(II)所表示的結構，......fmm *— S
3.如權利要求2所述的光電轉換元件，其中， 所述色素具有下述通式(III)所表示的結構，
4.如權利要求1 3中任一項所述的光電轉換元件，其中， 所述A為選自下述式(IV) (VII)中的I種，
5.一種光電轉換元件用色素，其中， 所述色素具有下述通式(I)所表示的結構，
6.如權利要求5所述的光電轉換元件用色素，其中， 所述色素具有下述通式(II)所表示的結構，
7.如權利要求6所述的光電轉換元件用色素，其中， 所述色素具有下述通式(III)所表示的結構，
8.如權利要求5 7中任一項所述的光電轉換元件用色素，其中， 所述A為選自下述式(IV) (VII)中的I種，
9.一種化合物，其中， 所述化合物具有下述式(IX)所表示的結構，
10.如權利要求9所述的化合物，其中， 所述化合物具有下述式(X)所表示的結構，
11.如權利要求9或10所述的化合物，其中， 所述A為選自下述式(IV) (VII)中的I種，
全文摘要
本發明提供一種提高了光電轉換特性以及耐久性的光電轉換元件等。在具備工作電極的光電轉換元件中，使用具有下述通式(I)所表示的結構的色素，其中，所述工作電極具有在金屬氧化物層上擔載有色素的色素擔載金屬氧化物電極。(通式(I)中，A為在甲醇溶液中的最大吸收波長λmax為350～500nm的結構；B為在甲醇溶液中的最大吸收波長λmax為500～700nm的菁骨架；Z1為選自-CONR-、-NRCO-、-SO2NR-以及-NRSO2-中的任意一種的二價連接基團，Z1中的R為氫原子、碳原子數為1～8的烷基或者碳原子數為7～20的芳烷基；Y1和Y2各自獨立地為碳原子數為1～8的亞烷基或者為單鍵，並且各自相同或者不相同；r為1或2；m和n各自獨立地為0～2的整數，並且(m+n)為1以上。)
文檔編號C07D417/14GK103155268SQ20118004848
公開日2013年6月12日 申請日期2011年9月27日 優先權日2010年10月6日
發明者田邊順志, 門田敦志, 新海正博, 青山洋平, 秋本賢作, 石田達哉, 矢野亨 申請人:Tdk株式會社, 株式會社艾迪科