钌络合物色素、色素溶液、光电转换元件及色素增感太阳能电池制造技术

本发明专利技术提供一种含水率为0.2～4.0质量％的钌络合物色素及含有该钌络合物色素而成的色素溶液、以及具有承载有该钌络合物色素的半导体微粒的光电转换元件及具备该光电转换元件的色素增感太阳能电池。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】钌络合物色素、色素溶液、光电转换元件及色素增感太阳能电池
本专利技术涉及一种钌络合物色素、色素溶液、光电转换元件及色素增感太阳能电池。
技术介绍
光电转换元件使用于各种光传感器、复印机、太阳能电池等光电化学电池等。在该光电转换元件中，使用金属的方式、使用半导体的方式、使用有机颜料或色素的方式、或将这些组合的方式等多种方式被实用化。尤其，利用非枯竭性太阳能的太阳能电池不需要燃料，利用取之不尽的清洁能源，非常期待其正式被实用化。其中，从以往推进有硅系太阳能电池的研究开发，也有各国的政策性照顾推进了普及。但是，硅为无机材料，在吞吐量及成本等的改良中自然而然地存在界限。因此，积极地进行有色素增感太阳能电池的研究。尤其成为其契机的是SwissFederalInstituteofTechnologyinLausanne的Graetzel等的研究成果。他们采用在多孔氧化钛膜的表面固定由钌络合物构成的色素的结构，来实现了与非晶硅同样的光电转换效率。由此，即便不使用高价的真空装置也能够制造的色素增感太阳能电池一跃受到世界的研究人员的关注。至今，作为在色素增感太阳能电池中使用的金属络合物色素，通常开发有被称为N3、N719、N749(也称为黑色染料)、Z907、J2的色素等。在用于色素增感太阳能电池的增感色素中，要求吸附到半导体微粒表面的速度快。通常吸附速度越快则越能够在短时间内使更多色素承载于半导体微粒表面来提高制造效率，并且能够降低制造的光电转换元件的性能的偏差。在例如专利文献1中记载有如下内容：通过使用特定结构的多种增感色素，来提高吸附于半导体微粒表面的色素的速度，而提高光电转换效率。并且，在专利文献2中记载有如下内容：通过使用以规定的比率具有羧基与羧基的特定的盐的、特定结构的金属络合物色素，来提高吸附速度，且提高了耐热性。以往技术文献专利文献专利文献1：日本特开2012-207209号公报专利文献2：日本特开2014-209589号公报
技术实现思路
专利技术要解决的技术课题本专利技术的课题在于，提供一种作为光电转换元件或者色素增感太阳能电池的增感色素而优选的钌络合物色素，所述钌络合物色素能够实现高度地提高吸附于半导体微粒表面的速度，而表示优异的光电转换效率的光电转换元件或者色素增感太阳能电池的制造。并且，本专利技术的课题在于，提供一种含有上述钌络合物色素而成的色素溶液。进而，本专利技术课题在于，提供一种使用上述钌络合物色素的光电转换元件或者色素增感太阳能电池。用于解决技术课题的手段本专利技术人等鉴于上述课题而进行了深入研究的结果，发现了如下内容：通过将钌络合物色素中的含水率设为0.2～4.0质量％，由此能够大大地提高钌络合物色素吸附于半导体微粒表面的速度。而且，发现了使该钌络合物色素承载于半导体微粒表面的光电转换元件表示优异的光电转换效率。根据这些见解进一步进行了深入的研究而完成了本专利技术。即，本专利技术的课题通过以下的方法来解决。〔1〕一种钌络合物色素，其中，含水率为0.2～4.0质量％。〔2〕根据〔1〕所述的钌络合物色素，其中，含水率为0.5～3.5质量％。〔3〕根据〔2〕所述的钌络合物色素，其中，含水率为1.0～3.0质量％。〔4〕根据〔3〕所述的钌络合物色素，其中，含水率为1.5～2.5质量％。〔5〕根据〔1〕至〔4〕中任一项所述的钌络合物色素，其中，上述钌络合物色素具有由下述式(L)表示的三齿配体。[化学式1]式(L)中，M表示氢离子或阳离子。〔6〕根据〔1〕至〔5〕中任一项所述的钌络合物色素，其中，上述钌络合物素由下述式(1)表示。[化学式2]式(1)中，M表示氢离子或阳离子。X1表示氮原子或CR2，X1为氮原子的情况下，X2也表示氮原子，X1为CR2的情况下，X2表示氮原子或CR3。R1～R3表示氢原子、烷基、杂芳基、芳基或卤素原子。G1表示烯基或由下述式(G1)表示的结构的基团。[化学式3]式(G1)中，R4表示烷基、炔基、烯基、烷氧基、烷硫基、氨基、杂芳基或芳基。R5表示氢原子、烷基、炔基、烯基、烷氧基、烷硫基、氨基、杂芳基或芳基。m表示1～3的整数。n表示0～2的整数。Y1表示氧原子、硫原子、NRf、Se原子、CRf2或SiRf2。Rf表示氢原子或烷基。*表示与式(1)中的吡啶环的键结部。〔7〕根据〔6〕所述的钌络合物色素，其中，上述X1为CH，上述X2为氮原子。〔8〕根据〔6〕或〔7〕所述的钌络合物色素，其中，上述Y1为硫原子。〔9〕根据〔6〕至〔8〕中任一项所述的钌络合物色素，其中，上述n为0。〔10〕根据〔6〕至〔9〕中任一项所述的钌络合物色素，其中，上述R1为烷基。〔11〕根据〔6〕至〔10〕中任一项所述的钌络合物色素，其中，上述R5为烷基、炔基、烯基、烷氧基或烷硫基。〔12〕根据〔1〕至〔4〕中任一项所述的钌络合物色素，其中，上述钌络合物色素由下述式(2)表示。[化学式4]式(2)中，R10～R13表示烷基、芳基、或杂芳基。R14及R15表示烷基、烷氧基、氨基、或卤素原子。n1及n2分别独立地表示0～4的整数。L1及L2表示单键或由共轭链构成的二价连结基。X11及X12表示氰硫基、异氰硫基、氰基、异腈基或卤素原子。Ma表示氢离子或阳离子。〔13〕根据〔12〕所述的钌络合物色素，其中，上述L1及L2为亚乙烯基或亚乙炔基〔14〕根据〔1〕至〔13〕中任一项所述的钌络合物色素，其中，所述钌络合物色素用作色素增感太阳能电池的增感色素。〔15〕一种色素溶液，其含有〔1〕至〔14〕中任一项所述的钌络合物色素而成。〔16〕一种光电转换元件，其具有导电性支撑体、包含电解质的感光体层、包含电解质的电荷移动体层、及对电极，其中，感光体层具有承载有权利要求〔1〕至〔13〕中任一项所述的钌络合物色素的半导体微粒。〔17〕一种色素增感太阳能电池，其具备〔16〕所述的光电转换元件。在本说明书中，只要没有特别说明，关于双键，在分子内存在E型及Z型的情况下，可以为其任意一种，也可以为这些混合物。当存在多个由特定符号或式表示的取代基或连结基、配体等(以下，称为取代基等)时，或当同时规定多个取代基等时，只要没有特别说明，各个取代基等可以彼此相同，也可以不同。这一情况对取代基等的数量的规定也相同。并且，当多个取代基等接近时(尤其，相邻时)，只要没有特别说明，这些取代基可以彼此连结而形成环。并且，环，例如芳香族环或脂肪族环可以进一步缩环而形成稠环。在本说明书中，关于化合物(包含络合物、色素)的表示，除了包含化合物其本身以外，还以包含其盐、其离子的含义进行使用。并且，是在发挥目标效果的范围内包含使结构的一部分发生变化的含义。而且，关于未明确记载经取代或者未经取代的化合物，是可以在发挥所期望的效果的范围内具有任意取代基的含义。这对取代基、连结基及配体也相同。该任意的取代基将选自后述的取代基组ZR中的基团设为优选的范围。另外，在本说明书中使用“～”来表示的数值范围是指包含“～”前后所记载的数值作为下限值及上限值的范围。专利技术效果本专利技术的钌络合物色素高度地提高吸附于半导体微粒表面的速度，通过将该色素用作增感色素而能够得到表示优异的光电转换效率的光电转换元件或者色素增感太阳能电池。本专利技术的色素溶液含有本专利技术的钌络合物色素而成，通过在光电转换元件或者色素本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种钌络合物色素，其中，含水率为0.2～4.0质量％。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.03.17 JP 2015-054036;2015.06.11 JP 2015-118141.一种钌络合物色素，其中，含水率为0.2～4.0质量％。2.根据权利要求1所述的钌络合物色素，其中，含水率为0.5～3.5质量％。3.根据权利要求2所述的钌络合物色素，其中，含水率为1.0～3.0质量％。4.根据权利要求3所述的钌络合物色素，其中，含水率为1.5～2.5质量％。5.根据权利要求1至4中任一项所述的钌络合物色素，其中，所述钌络合物色素具有由下述式(L)表示的三齿配体，[化学式1]式(L)中，M表示氢离子或阳离子。6.根据权利要求1至5中任一项所述的钌络合物色素，其中，所述钌络合物色素由下述式(1)表示，[化学式2]式(1)中，M表示氢离子或阳离子，X1表示氮原子或CR2，X1为氮原子的情况下，X2也表示氮原子，X1为CR2的情况下，X2表示氮原子或CR3，R1～R3表示氢原子、烷基、杂芳基、芳基或卤素原子，G1表示烯基或由下述式(G1)表示的结构的基团，[化学式3]式(G1)中，R4表示烷基、炔基、烯基、烷氧基、烷硫基、氨基、杂芳基或芳基，R5表示氢原子、烷基、炔基、烯基、烷氧基、烷硫基、氨基、杂芳基或芳基，m表示1～3的整数，n表示0～2的整数，Y1表示氧原子、硫原子、NRf、Se原子、CRf2或SiRf2，Rf表示氢原子或烷基，*表示与式(1)中的吡啶环的...

【专利技术属性】
技术研发人员：花木直幸，谷征夫，渡边康介，小林克，
申请(专利权)人：富士胶片株式会社，
类型：发明
国别省市：日本,JP