敏化染料、光电转换用敏化染料组合物、光电转换元件和染料敏化太阳能电池制造技术

一种敏化染料、光电转换用敏化染料组合物、光电转换元件和染料敏化太阳能电池。提供能够拓宽感光波长范围的新型结构的敏化染料，进而，提供将该敏化染料用作能够高效地取出电流的光电转换用敏化染料组合物且光电转换特性良好的光电转换元件和染料敏化太阳能电池。一种敏化染料，其用下述通式(1)表示。其用下述通式(1)表示。其用下述通式(1)表示。其用下述通式(1)表示。

【技术实现步骤摘要】
敏化染料、光电转换用敏化染料组合物、光电转换元件和染料敏化太阳能电池


[0001]本专利技术涉及敏化染料、光电转换用敏化染料组合物、光电转换元件和染料敏化太阳能电池。

技术介绍

[0002]近年来，由煤、石油、天然气等矿物燃料产生的二氧化碳作为温室效应气体而引发全球变暖，并因全球变暖而引发环境破坏，进而，随着与人口增加相伴的世界性能源消耗的增大，担心地球规模的环境破坏会日益加剧。在这种状况下，着力研究了与矿物燃料不同、二氧化碳的排放少且可再生的能源的利用。作为替代会消耗矿物燃料的火力发电、原子能发电且能够有助于防止全球变暖的下一代主要基于可再生能源的发电方式，利用以太阳能发电为中心的太阳能的重要性正在逐渐提高。关于太阳能的利用，在从腕表、便携小型电子设备的发电/充电用途到能够节约照明燃料费用的住宅、大厦或休耕地的小规模发电设施的各种领域中推进了开发、应用。
[0003]作为太阳能发电的手段，在太阳能电池中使用将太阳光的能量转换成电能的光电转换元件，作为太阳能电池，主要研究了单晶、多结或非晶的硅系、砷化镓、硫化镉、硒化铟铜等化合物半导体系之类的无机系太阳能电池，其当今在住宅、小规模发电设施中广泛实用化。但是，这些无机系太阳能电池存在制造成本高、难以确保原材料等问题。
[0004]另一方面，虽然与无机系太阳能电池相比光电转换效率、耐久性仍然显著低，但还是开发了使用各种有机材料得到的有机薄膜太阳能电池、染料敏化太阳能电池等有机系太阳能电池。可以说有机系太阳能电池在制造成本、大面积化、轻量化、薄膜化、透光性、吸收波长的宽范围化、柔性化、原材料的确保等方面比无机系太阳能电池更有利。
[0005]其中，格兰泽尔等人提出的染料敏化太阳能电池(参照非专利文献1)是由包含多孔钛氧化物作为半导体的薄膜电极、为了拓宽感光波长范围而吸附至半导体表面的钌络合物染料、包含碘的电解液构成的湿式太阳能电池，可期待其具有与非晶硅太阳能电池匹敌的高光电转换效率。染料敏化太阳能电池与其它太阳能电池相比元件结构简单，即便没有大型的制造设备亦可制造，因此，作为下一代的太阳能电池而备受关注。
[0006]作为染料敏化太阳能电池中使用的敏化染料，从光电转换效率的观点出发，认为钌络合物最具优势，但钌为贵金属，因此，在制造成本方面是不利的，且历经实用化而需要大量钌络合物的情况下，资源方面的制约也成为问题。因此，积极地进行了使用不含钌等贵金属的有机染料作为敏化染料的染料敏化太阳能电池的研究。作为不含贵金属的有机染料，报告了香豆素系染料、花青系染料、部花青系染料、若丹菁(rhodacyanine)系染料、酞菁系染料、卟啉系染料、呫吨系染料等(例如参照专利文献1～3)。作为具有优异敏化效果的有机染料，本专利技术人等也提出了具有9,10
‑
二氢化吖啶骨架或吩噻嗪骨架等的化合物(参照专利文献4)。
[0007]另外，还提出了如下化合物，即，该化合物具有二氢茚酮结构作为吸附至钛氧化物
等半导体颗粒表面、且用于将敏化染料所产生的激发电子高效地传输至半导体的吸电子部(例如参照专利文献5～7)。
[0008]然而，这些有机染料的现状是：虽然具有价格低廉、吸光系数大、且因结构多样性而能够控制吸收特性的优点，但得不到在光电转换效率和经时稳定性的方面充分满足要求特性的物质。
[0009]另外，对于在长波长范围具有光吸收且呈现蓝色、紫色的有机染料而言，具有高光电转换效率的染料少。
[0010]现有技术文献
[0011]专利文献
[0012]专利文献1：日本特开平11
‑
214730号公报
[0013]专利文献2：日本特开平11
‑
238905号公报
[0014]专利文献3：日本特开2011
‑
26376号公报
[0015]专利文献4：日本特开2013
‑
60581号公报
[0016]专利文献5：日本特开2011
‑
207784号公报
[0017]专利文献6：日本特开2012
‑
51854号公报
[0018]专利文献7：日本特开2016
‑
6811号公报
[0019]非专利文献
[0020]非专利文献1：“Nature”、(英国)、1991年、第353卷、p.737
‑
740

技术实现思路

[0021]专利技术要解决的问题
[0022]本专利技术要解决的问题在于，提供能够拓宽感光波长范围的新型结构的敏化染料，进而，提供将该敏化染料用作能够高效地取出电流的光电转换用敏化染料组合物且光电转换特性良好的光电转换元件和染料敏化太阳能电池。
[0023]用于解决问题的方案
[0024]为了解决上述课题，本专利技术人等针对提高敏化染料的光电转换特性进行了深入研究，结果发现：通过将具有特定结构的敏化染料用作光电转换用敏化染料，从而能够得到高效率的光电转换元件。即，本专利技术由以下的内容构成。
[0025]一种敏化染料，其用下述通式(1)表示。
[0026][0027][式中，R0表示：
[0028]任选具有取代基的碳原子数1～36的直链状或支链状的烷基、或者
[0029]任选具有取代基的碳原子数6～36的芳基。
[0030]R1～R4任选相同或不同，表示：
[0031]氢原子、卤素原子、氰基、羟基、硝基、亚硝基、硫醇基、
[0032]任选具有取代基的碳原子数1～36的直链状或支链状的烷基、
[0033]任选具有取代基的碳原子数3～36的环烷基、
[0034]任选具有取代基的碳原子数1～36的直链状或支链状的烷氧基、
[0035]任选具有取代基的碳原子数3～36的环烷氧基、
[0036]任选具有取代基的碳原子数2～36的直链状或支链状的烯基、
[0037]任选具有取代基的碳原子数6～36的芳基、或者
[0038]任选具有取代基的碳原子数0～36的氨基。
[0039]R1～R4任选相邻的基团彼此相互键合而形成环。
[0040]X表示CR5R6、硫原子或氧原子。
[0041]R5和R6任选相同或不同，表示：
[0042]任选具有取代基的碳原子数1～36的直链状或支链状的烷基、
[0043]任选具有取代基的碳原子数1～36的直链状或支链状的烷氧基、或者
[0044]任选具有取代基的碳原子数6～36的芳基。
[0045]R7～R8任选相同或不同，表示：
[0046]氢原子、
[0047]任选具有取代基的碳原子数1～36的直链状或支链状的烷基、
[0048]任选具有取代基的碳原子数1～36的直链状或支链状的烷氧基、或者
[0049]任选具有取代基的碳原子数2～36的直链状或支链状的烯基。
[0050]R7与R8任选彼此相互键合而形本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种敏化染料，其用下述通式(1)表示，式(1)中，R0表示：任选具有取代基的碳原子数1～36的直链状或支链状的烷基、或者任选具有取代基的碳原子数6～36的芳基；R1～R4任选相同或不同，表示：氢原子、卤素原子、氰基、羟基、硝基、亚硝基、硫醇基、任选具有取代基的碳原子数1～36的直链状或支链状的烷基、任选具有取代基的碳原子数3～36的环烷基、任选具有取代基的碳原子数1～36的直链状或支链状的烷氧基、任选具有取代基的碳原子数3～36的环烷氧基、任选具有取代基的碳原子数2～36的直链状或支链状的烯基、任选具有取代基的碳原子数6～36的芳基、或者任选具有取代基的碳原子数0～36的氨基；R1～R4任选相邻的基团彼此相互键合而形成环；X表示CR5R6、硫原子或氧原子；R5和R6任选相同或不同，表示：任选具有取代基的碳原子数1～36的直链状或支链状的烷基、任选具有取代基的碳原子数1～36的直链状或支链状的烷氧基、或者任选具有取代基的碳原子数6～36的芳基；R7和R8任选相同或不同，表示：氢原子、任选具有取代基的碳原子数1～36的直链状或支链状的烷基、任选具有取代基的碳原子数1～36的直链状或支链状的烷氧基、或者任选具有取代基的碳原子数2～36的直链状或支链状的烯基；R7与R8任选彼此相互键合而形成环；m表示0或1的整数；n表示1或2的整数；Y表示CR9R
10
、NR
11
或SiR
12
R
13
；R9～R
13
任选相同或不同，表示：任选具有取代基的碳原子数1～36的直链状或支链状的烷基、任选具有取代基的碳原子数1～36的直链状或支链状的烷氧基、或者任选具有取代基的碳原子数6～36的芳基；A表示一价基团；B表示二价基团或单键。
2.根据权利要求1所述的敏化染料，其中，所述通式(1)中，A为下述通式(2)～(4)中任一者所示的一价基团，式中，R
14
和R
15
表示氢原子或酸性基团，R
14
和R
15
中至少任一者为酸性基团；R
16
和R
18<...

【专利技术属性】
技术研发人员：冈地诚，
申请(专利权)人：保土谷化学工业株式会社，
类型：发明
国别省市：