CN103329343B - 光电转换元件 - Google Patents

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Abstract

提供一种具有高光伏转换效率的光电转换元件。所述的光电转换元件包括第一电极；第二电极，所述第二电极与所述第一电极相对安置；以及电子输送层，所述电子输送层设置在所述第一电极的一个面上，所述面与所述第二电极相对。该光电转换元件还包括光学增感剂，所述光学增感剂负载在所述电子输送层上；和空穴输送层，所述空穴输送层插入在所述第一电极与所述第二电极之间。该电子输送层含有[化学式1]的苝二酰亚胺衍生物。[化学式1]

Description

光电转换元件
技术领域
本发明涉及将光转换为电或将电转换为光的光电转换元件。
背景技术
近年来，使用光伏转换的能量生成器件如光伏电池和太阳能电池，发光器件如有机EL器件，光学显示器件如电致变色显示器器件和电子纸，感测如温度和光的传感器器件以及其他器件采用光电转换元件。
在它们之中，太阳能电池和其他器件中的光电转换元件实际上采用pn结器件，并且已经研究了多种光电转换元件用于光电化学器件(例如，参见专利文献1)。光电转换元件包括具有电子输送层的电极、对电极，以及插入在电极之间的作为空穴输送层的电解质和其他层。电子输送层典型地负载作为光学增感剂的染料，并且这样一种结构使得能够将该元件用作染料敏化的太阳能电池。将光施加至电子输送层使得电子输送层产生电荷；电荷移动穿过空穴输送层；并且可以将电从作为负电极的具有电子输送层的电极和从作为正电极的对电极抽取到外面。
对于包括这种光电转换元件的光电化学器件，开发了设置自由基化合物与电子输送层接触的方法(例如，参见专利文献2)。在该方法中，由至电子输送层的光照射产生的载流子(电子或空穴)参与自由基化合物的氧化还原反应(氧化-还原反应)。自由基化合物经历电化学氧化或还原以成为氧化还原对。这加速对至电子输送层的光照射的响应速度并且这种器件获得出色的稳定性和再现性。
引用列表
专利文献
专利文献1：日本专利号2664194
专利文献2：JP-A号2003-100360
发明概述
技术问题
以上方法不幸地在作为氧化还原对的自由基化合物与光学增感剂之间获得低效率的反应性。这种低效率的反应性导致光学增感剂与自由基化合物之间的结合界面处低效率的电荷分离和穿过自由基化合物的低效率的电荷输送，导致低效率的光伏转换效率。
考虑到以上情况，本发明具有提供具有高光伏转换效率的光电转换元件的目的。
问题的解决方案
本发明的光电转换元件包括第一电极；第二电极，所述第二电极与所述第一电极相对安置；电子输送层，所述电子输送层设置在所述第一电极的一个面上，所述面与所述第二电极相对；光学增感剂，所述光学增感剂负载在所述电子输送层上；和空穴输送层，所述空穴输送层插入在所述第一电极与所述第二电极之间，并且所述电子输送层含有[化学式1]的苝二酰亚胺衍生物。
[化学式1]
优选的是苝二酰亚胺衍生物具有[化学式2]的结构，并且取代基R是烷基。
[化学式2]
(R是烷基)
优选的是取代基R是具有支化结构的烷基。
发明的有益效果
本发明可以抑制电荷分离之后在电荷分离界面处电荷的复合从而提高空穴输送层中的电荷输送特性并且因此可以提供在光与电之间的转换效率上出色的光电转换元件。
附图简述
图1是显示本发明的实施方案的一个实例的示意性截面图。
实施方案详述
在下文中将描述用于进行本发明的实施方案。
图1显示本发明的光电转换元件的一个实例。一对基板6和7彼此相对安置。在一个基板6的内表面上，设置第一电极2；在另一个基板7的内表面上，设置第二电极3；并且第一电极2和第二电极3彼此相对。在第一电极2的与基板6相反的表面上，设置电子输送层1；并且在基板6与7之间，设置空穴输送层4。空穴输送层4可以设置在第二电极3的与基板7相反的表面上。
在一对基板6和7中，附着设置有电子输送层1的第一电极2的基板6可以由光学透明的玻璃或膜或处理从而是光学透明的金属形成。例如，从经济益处的角度归因于材料成本上的降低，金属优选具有直线(条纹)图案、波形线图案、网格(网眼)图案、冲孔金属形式，或粒子聚集体形式，因为光可以穿过开口并且不需要透明导电材料。从元件的耐久性的角度，具有这种形式的基板可以与结构材料如塑料和玻璃组合使用。
对于其中另一个基板7充当光入射基板的元件，基板6可以采用光学不透明材料。这种基板可以是导电的或不是导电的。然而，作为电极工作的基板优选采用导电材料。该材料的可用实例包括碳、铝、钛、铁、镍、铜、铑、铟、锡、锌、铂、金，以及含有这些材料中的至少一种的合金，如不锈钢。在本发明中，与卤素离子和后面描述的其他物质比较，自由基化合物不容易腐蚀金属，并且因此基板6和7、第一电极2和第二电极3可以采用通常使用的金属。
基板7可以由与基板6的材料相同的材料形成。基板7可以是半透明的或不是这样的，并且优选是透明的，因为这种结构允许光从基板6和7两者进入。在包括如上采用金属箔的基板6的元件中，基板7优选由光学透明材料形成。
第一电极2作为膜形成在基板6上，并且充当光电转换元件的负电极。第一电极2可以由金属单独形成，或通过将导电材料层层压在基板或膜上而形成。导电材料的优选实例包括金属如铂、金、银、铜、铝、铑和铟、碳、导电金属氧化物如铟-锡复合氧化物、掺杂有锑的氧化锡、以及掺杂有氟的氧化锡，以及这些化合物的复合材料。本发明采用具有高电子转移速率的苝二酰亚胺化合物。因此，为了抑制第一电极2的表面上电子的泄露，换言之，为了提供整流，电极优选采用其中化合物涂布有如氧化硅、氧化锡、氧化钛、氧化锆或氧化铝的材料。
第一电极2优选具有更小的表面电阻，并且表面电阻范围为优选200Ω/□以下并且更优选50Ω/□以下。对表面电阻的下限没有特别限定并且典型地为0.1Ω/□。
第一电极2优选具有更高的光透射率，并且光透射率范围为优选50％以上并且更优选80％以上。第一电极2优选具有在1至100nm范围内的膜厚度。在该范围内的膜厚度使得能够形成具有均匀的膜厚度的电极膜，并且不太可能降低光透射率，并且这允许足够量的光进入至电子输送层1中。对于包括透明第一电极2的元件，光优选从附着电子输送层1的第一电极2进入。
第二电极3充当光电转换元件的正电极，并且可以以与用于第一电极2的方式相似的方式形成。第二电极3优选采用具有催化作用的材料，用于将电子给予至还原形式的在后面描述的空穴输送层4中使用的电解质，以便有效地作为光电转换元件的正电极工作。这种材料的实例包括金属如铂、金、银、铜、铝、铑和铟、碳材料如石墨、碳纳米管、以及负载在碳上的铂、导电金属氧化物如铟-锡复合氧化物，掺杂有锑的氧化锡，以及掺杂有氟的氧化锡，以及导电聚合物如聚亚乙二氧基噻吩、聚吡咯和聚苯胺。在它们中，例如，铂、石墨和聚亚乙二氧基噻吩是特别优选的。
设置有第二电极3的基板7可以在附着第二电极3的表面上具有透明导电膜(在示意图中未显示)。例如，透明导电膜可以由作为用于第一电极2的那些材料所示例的材料中的任何一种形成。在这种情况下，第二电极3也为优选透明的。对于包括透明第二电极3的元件，光可以从第二电极3侧或从第一电极2和第二电极3的两侧进入。这是因为这种结构具有有益效果，例如，在具有从基板6和7的两侧照射光的可能性的情况下，原因在于反射光的效果或其它效果。
本发明中使用的电子输送层1含有具有[化学式1]作为分子中的一部分的苝二酰亚胺衍生物。
这里将详细描述电子输送层1中使用的苝二酰亚胺衍生物。
苝二酰亚胺衍生物具有作为分子中的一部分，可以重复地氧化和还原的氧化-还原位点。氧化-还原(氧化-还原反应)意指：离子、原子或化合物给出和接受电子。氧化-还原位点是能够通过氧化-还原反应(氧化还原反应)稳定地给出并接受电子的位点。“可以重复地氧化和还原的氧化-还原位点”意指通过氧化-还原反应可逆地转化为氧化形式和还原形式的位点。
苝二酰亚胺衍生物具有大π共轭平面，并且这使得光电转换元件中的快速分子间电子传输成为可能。接受电子的苝二酰亚胺衍生物中的电子广泛地分布在π-共轭上，并且这干扰至空穴输送层中存在的空穴的反向电子传输。
苝二酰亚胺衍生物是已知产生分子间堆叠的化合物。为了提高苝二酰亚胺衍生物的成膜性，有效的是抑制分子间堆叠。已知分子间堆叠的程度强烈地依赖于在苝二酰亚胺衍生物的氮原子上取代的取代基。
在本发明中，为了抑制分子间堆叠从而提高苝二酰亚胺衍生物的成膜性，苝二酰亚胺衍生物优选具有如[化学式2]中所示的取代基R。取代基R可以选自多种取代基并且取代基的实例包括氢原子、具有1至30个碳原子的取代的或未取代的脂族烃基(烷基)、具有1至30个碳原子的取代的或未取代的芳族烃基、卤素、羟基、硝基、亚硝基、氰基、烷氧基、芳氧基和酰基。它们中，取代基R为优选烷基并且更优选具有5个以上碳原子的烷基，因为这种取代基可以抑制苝二酰亚胺衍生物的分子间堆叠，从而提高成膜性。具有支化结构的烷基是特别优选的。在这种情况下，苝二酰亚胺衍生物具有更小的分子量但它是大体积化合物。这种化合物可以增加器件结构的自由度，如在多种溶剂中的溶解度。在[化学式2]中，两个R可以是相同的取代基，也可以是彼此不同的。
在本发明中，电子输送层1含有如上所述的具有宽范围地分布在π-共轭上的电子态的苝二酰亚胺衍生物，从而抑制电荷分离之后在电荷分离界面处电荷的复合。这可以提高空穴输送层中的电荷输送特性。尤其是，具有大体积官能团作为取代基R的苝二酰亚胺衍生物可以获得更低的与空穴输送层4中存在的空穴接触的概率，从而抑制反相电子反应。这可以进一步增加电压。
在第一电极2的表面上形成的电子输送层1优选具有在0.01至100μm范围内的膜厚度。在该范围内的膜厚度可以获得足够的光伏转换效果并且可以减少降低可见光和近红外光的透射率的可能性。电子输送层1更优选具有在0.5至50μm的范围内并且特别优选在1至20μm的范围内的膜厚度。
电子输送层1优选通过涂布溶液的湿方法等形成，因为这种方法是更简单的并且廉价的。尤其是对于具有1,000以上的数均分子量的所谓的聚合有机化合物形成的电子输送层1，从可形成性的角度湿方法是优选的。湿方法的实例包括旋涂、其中将液体滴落并干燥的液滴流延，以及印刷如丝网印刷和照相凹版印刷。此外，可以采用真空方法如溅射和沉积。
在如上形成的电子输送层1的表面上，优选负载光学增感剂5。在这种结构中，光学增感剂5形成光电荷分离的界面，从而进一步提高光伏转换效率。
光学增感剂5可以采用已知的材料，并且该材料的可用的实例包括无机材料如电子输送层超细粒和有机材料如染料和颜料两者。从有效的光吸收和电荷分离的角度染料是优选的，并且染料的实例包括9-苯基呫吨染料、香豆素染料、吖啶染料、三苯基甲烷染料、四苯基甲烷染料、醌染料、偶氮染料、靛类染料、花青染料、份菁染料和呫吨染料。另外的实例包括RuL2(H2O)2型钌-顺式-二水(diaqua)-联吡啶配合物(其中L是4，4′-二羧基-2，2′-联吡啶)、过渡金属配合物如钌-三(RuL3)、钌-双(RuL2)、锇-三(OsL3)和锇-双(OsL2)、锌-四(4-羧基苯基)卟啉、六氰化铁配合物，以及酞菁。其他可适用的实例包括在章节，DSSC，“AdvancedtechnologyandMaterialDevelopmentofFPD，DSSC，OpticalMemory，andFunctionalDye”(NTSInc.)中描述的染料。它们中，能够在电子输送层1上缔合的染料是优选的，因为这种染料密集地填充以覆盖电子输送层1的表面并且因此充当绝缘体层。充当绝缘体层的光学增感剂5可以对在电荷分离界面处的产生电子整流并且因此可以抑制电荷分离之后电荷的复合。这种光学增感剂可以极大地降低在电子传输材料和空穴输送材料中存在的电子和空穴的复合点的数目。这可以进一步提高所要获得的光电转换元件的转换效率。
形成缔合并且具有所述效果的染料为优选由[化学式3]的结构表示的染料，并且具体地优选由[化学式4]的结构表示的染料。缔合可以由溶解在有机溶剂等中的染料以及负载在电子输送层1上的染料的吸收光谱形状证实。已知的是缔合极大地改变从前一种形式的染料至后一种形式的染料的光谱形状。
[化学式3]
(在该式中，X1和X2包括烷基、烯基、芳烷基、芳基和杂环中的至少一个，各自任选地具有取代基。X2具有吸附电子输送层1的位点，如羧基、磺酰基和膦酰基)
[化学式4]
可用于光学增感剂5的电子输送层超细粒的实例包括硫化物如硫化镉、硫化铅和硫化银的电子输送层。超细粒可以具有任意粒径，条件是这种粒子对本发明的电子输送层1具有光学增感效果，并且优选具有在1至10nm的范围内的粒径。
将光学增感剂5负载在电子输送层1上的方法的实例包括将设置有附着电子输送层1的电极2的基板6浸渍在溶解或分散有光学增感剂5的溶液中的方法。该溶液可以含有任意能够顾溶解光学增感剂5的溶剂，如水、醇、甲苯和二甲基甲酰胺。在浸渍在光学增感剂溶液中预定时间期间的过程中，可以将溶液加热并回流或超声。在负载光学增感剂5之后，适宜地将基板洗涤或加热并用醇回流，用于未负载的，残留的光学增感剂5的移除。
负载在电子输送层1上的光学增感剂5的量可以在1×10-10至1×10-4mol/cm2的范围内，并且特别优选在0.1×10-8至9.0×10-6mol/cm2的范围内。这是因为该范围内的量的光学增感剂5可以经济地并且足够地获得提高光伏转换效率的效果。
在本发明中，空穴输送层4可以采用电解质。在采用电解质的空穴输送层4中，电解质是载体盐(supportingsalt)和包含氧化形式和还原形式的氧化-还原组分对中的一种或两者。载体盐(载体电解质)的实例包括铵盐如高氯酸四丁铵、六氟磷酸四乙铵、咪唑盐和吡啶盐，以及碱金属盐如高氯酸锂和四氟硼酸钾。氧化-还原组分通过氧化-还原反应意指可逆地转化为氧化形式和还原形式的物质对。这种氧化-还原组分的实例包括，但是不限于，氯化合物/氯、碘化合物/碘、溴化合物/溴、铊离子(III)/铊离子(I)、汞离子(II)/汞离子(I)、钌离子(III)/钌离子(II)、铜离子(II)/铜离子(I)、铁离子(III)/铁离子(II)、镍离子(II)/镍离子(III)、钒离子(III)/钒离子(II)和锰酸根离子/高锰酸根离子。在这种情况下，氧化-还原组分独立于电子输送层1中含有的有机化合物的氧化-还原位点而发挥作用。电解溶液可以是凝胶形式或固定化形式。
用于溶解在空穴输送层4中使用的电解质使用的溶剂为优选溶解氧化-还原组分并且具有出色的离子传导性的化合物。所使用的溶剂可以是水性溶剂或有机溶剂，并且优选是有机溶剂，以便进一步稳定化所述组分。有机溶剂的实例包括碳酸酯化合物如碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯、碳酸亚乙酯和碳酸异丙烯酯；酯化合物如乙酸甲酯、丙酸甲酯和γ-丁内酯；醚化合物如二乙醚、1，2-二甲氧基乙烷、1，3-二氧戊环、四氢呋喃和2-甲基四氢呋喃；杂环化合物如3-甲基-2-唑烷酮和2-甲基吡咯烷酮；腈化合物如乙腈、甲氧基乙腈和丙腈；和质子惰性极性化合物如环丁砜、二甲亚砜和二甲基甲酰胺。这些溶剂可以单独使用或作为它们中的两种以上的混合物的组合使用。它们中，碳酸酯化合物如碳酸亚乙酯和碳酸异丙烯酯；杂环化合物如γ-丁内酯、3-甲基-2-唑烷酮和2-甲基吡咯烷酮；以及腈化合物如乙腈、甲氧基乙腈、丙腈、3-甲氧基丙腈和戊腈是优选的。
在空穴输送层4中使用离子液体对于提供非挥发性和阻燃性是有效的。在这种情况下，可以使用已知的一般离子液体，并且实例包括咪唑离子液体、吡啶离子液体、脂环胺离子液体、脂族胺离子液体、氮胺离子液体，以及具有以下各项中描述的结构的离子液体：欧洲专利号718288说明书；国际公开WO95/18456单行本；Denkikagaku，第65卷，第11期，第923页(1997)；J.Electrochem.Soc.，第143卷，第10期，第3099页(1996)；和Inorg.Chem.，第35卷，第1168页(1996)。
空穴输送层4还可以采用凝胶电解质或聚合物电解质。胶凝剂的实例包括聚合物，通过聚合物交联反应或其他技术的胶凝剂，包含可聚合多官能单体的胶凝剂，以及油胶凝剂。凝胶电解质和聚合物电解质可以是通常使用的电解质并且优选是偏二氟乙烯聚合物如聚偏二氟乙烯、丙烯酸聚合物如聚丙烯酸、丙烯腈聚合物如聚丙烯腈、聚醚聚合物如聚环氧乙烷，以及具有在结构中酰胺结构的化合物。
在如上形成的光电转换元件中，将光施加至光学增感剂5使得光学增感剂5产生电子或空穴。之后，电子参与电子输送层1中含有的苝二酰亚胺衍生物的氧化-还原反应。换言之，苝二酰亚胺衍生物接受电子以被氧化或还原，从而产生氧化还原对。可以将在反应过程中产生的电流从作为负电极的第一电极2并且从作为正电极的第二电极3抽取到外面。
尤其是，本发明中的电子输送层1中含有的苝二酰亚胺衍生物可以抑制电荷分离之后在电荷分离界面处电荷的复合，从而提高空穴输送层中的电荷输送特性。因此，本发明可以提供在光与电之间的转换效率上出色的光电转换元件。
实施例
下面将参考实施例详细地描述本发明。
(实施例1)
[化学式5]
[化学式5-A]
首先，根据[化学式5]的反应式，如下合成[化学式5-A]的苝二酰亚胺衍生物。将咪唑(20g；293mmol)、3，4，9，10-苝四甲酸二酐(1g；2.55mmol)、无水乙酸锌(0.44g；2.40mmol)和3-(二-正丁基氨基)丙胺(1.24ml；6.38mmol)混合并将混合物在氩气氛中在160℃搅拌4小时。在反应完成之后，使用索格斯利特(Soxhlet)将混合物用水和氯仿萃取，并且之后将萃取物在真空下干燥以产生化合物B，为暗红色粉末，收率为80％。[化学式5-A]的化合物(在下文中称为化合物B)具有由循环伏安法(CV)测量的约-0.5V(相对于Ag/AgCl)的第一还原电位。
在作为基板6的具有1mm的厚度的导电玻璃基板(由旭硝子株式会社(ASAHIGLASSCO.，LTD.)制造，10Ω/□)的表面上形成用氟掺杂的SnO2，以产生第一电极2。向第一电极2上，通过旋涂而涂敷如上获得的化合物B以形成具有约30nm的厚度的膜，从而产生工作电极。
独立地，使用具有1mm的厚度并且具有在其上形成用氟掺杂的SnO2的表面的导电玻璃基板7(由旭硝子株式会社(ASAHIGLASSCO.，LTD.)制造，10Ω/□)，并且在SnO2的表面上，通过溅射涂敷铂以产生第二电极3。
之后，为了包围其中形成电子输送层1膜作为工作电极的区域，将作为密封剂的热熔粘合剂(由DUPONT-MITSUIPOLYCHEMICALSCO.，LTD.制造的″Bynel″)安置在第二电极3上。在密封剂上，层叠形成有工作电极的基板6，并且将整体加压并且加热以彼此粘合。形成有第二电极3的基板7具有用金刚石钻形成的孔。
接下来，在乙腈中，溶解0.5mol/L的2，2，6，6-四甲基哌啶-1-氧基(TEMPO)、0.5mol/L的LiTFSI(双三氟甲磺酰亚胺锂)和0.1mol/L的叔丁基吡啶以产生电解液。将电解液从用金刚石钻形成的孔通过玻璃基板7倒入，之后将孔用紫外硬化树脂密封，并且从而制造具有如图1中所示的结构的光电转换元件。
用具有200lx的照度的光，使用稳定荧光灯照射以这种方式制造的光电转换元件；测定电流-电压特性；并且在稳定之后计算转换效率。测量环境为日光的百分之五，但光电转换元件可以自然地在日光中使用并且应用不受到限制。表1给出结果。
(实施例2)
除了使用[化学式6]的化合物代替化合物B之外，以与实施例1中相同的方式制备光电转换元件。表1给出结果。
[化学式6]
(比较例1)
除了使用不是苝二酰亚胺衍生物的加尔万(galvi)聚合物([化学式7])的电子输送层1代替化合物B之外，以与实施例1中相同的方式制造光电转换元件。表1给出结果。
通过预先合成的加尔万单体的聚合反应合成加尔万聚合物。下面将描述加尔万单体和加尔万聚合物的合成。
(加尔万单体的合成)
首先，向4-溴-2，6-二-叔丁基苯酚(135.8g；0.476mol)中加入乙腈(270ml)，并且在惰性气氛中，进一步加入N，O-双(三甲基硅烷基)乙酰胺(BSA)(106.3g；129.6ml)。将全部在70℃搅拌并反应过夜，直至结晶完全沉淀。将所沉淀的白色结晶过滤，之后在真空下干燥，并且通过在乙醇中重结晶提纯，从而产生(4-溴-2，6-二-叔丁基苯氧基)三甲基硅烷(150.0g；0.420mol)，为白色片状结晶。
接下来，将如上获得的(4-溴-2，6-二-叔丁基苯氧基)三甲基硅烷(9.83g；0.0275mol)在惰性气氛中溶解在四氢呋喃(200ml)中，并且将溶液在干冰/甲醇中冷却至-78℃。向该溶液中，加入在己烷中的1.58M正丁基锂溶液(15.8ml；0.025mol)，并且将混合物在78℃的温度搅拌30分钟。在锂化之后，加入溶解在四氢呋喃(75ml)中的4-溴苯甲酸甲酯(1.08g；0.005mol，Mw：215.0，TCI)，并且将混合物在-78℃至室温的温度搅拌过夜。反应溶液从黄色经过浅黄色变为深蓝色，这提示阴离子的产生。在反应之后，加入饱和氯化铵水溶液，直至反应溶液完全变为黄色，并且之后将混合物用乙醚/水萃取，从而产生黄色粘性液体。
之后，将产物、THF(10ml)、甲醇(7.5ml)和搅拌器装入反应容器中并且将混合物溶解。接下来，逐渐加入10NHCl，直至反应溶液变为红橙色，并且将混合物在室温搅拌30分钟。之后，将溶剂移除，并且对残留物进行用乙醚/水的萃取、溶剂移除、通过柱色谱(己烷/氯仿＝1/1)分馏，以及在己烷中的重结晶以提纯，从而得到(对-溴苯基)氢化加尔万氧基(2.86g；0.0049mol)，为橙色结晶。
接下来，将如上获得的(对-溴苯基)氢化加尔万氧基(2.50g；4.33mmol)在惰性气氛中溶解在甲苯(21.6ml；0.2M)中。之后，向该溶液立即加入2，6-二-叔丁基-对-甲酚(4.76mg；0.0216mmol)、四(三苯基膦)钯(0)(0.150g；0.130mmol)和三正丁基乙烯基锡(1.65g；5.20mmol，Mw：317.1，TCI)，并且将混合物在100℃加热并且搅拌17小时。
之后，将反应产物用乙醚/水萃取，并且将溶剂移除。将残留物通过急骤(flash)柱色谱(己烷/氯仿＝1/3)分馏，并且通过在己烷中重结晶进一步提纯，从而产生对-氢化加尔万氧基苯乙烯(1.54g；2.93mmol)，为橙色微结晶。
(加尔万单体的聚合)
在2ml的四氢呋喃中，溶解1g在加尔万单体的合成中获得的加尔万单体(对-氢化加尔万氧基苯乙烯)、57.7mg的四甘醇二丙烯酸酯和15.1mg的偶氮二异丁腈。之后，对溶液进行氮置换并且回流过夜，从而将加尔万单体聚合以产生[化学式7]的加尔万聚合物。加尔万聚合物具有10,000的数均分子量。
[化学式7]
(m和n是整数)
分别地，向具有1mm的厚度的玻璃基板6的表面上，涂布用掺杂有氟的SnO2的透明导电氧化物，以形成所要使用的第一电极2(由旭硝子株式会社(ASAHIGLASSCO.，LTD.)制造，10Ω/□)。
之后，将22.5mg如上合成的加尔万化合物溶解在4.5ml的氯仿中，并且将溶液通过液滴流延涂敷至电极2的表面上以形成具有100nm的厚度的膜。
在本发明中，通过以下方法测定CV测量、开路电压、短路电流和最大输出。
(CV测量)
在乙腈中的0.1M高氯酸四丁铵溶液中以10mV/秒的扫描速度进行CV测量。所使用的测量仪器是由ALSCo.，Ltd.制造的电化学分析仪。
(开路电压、短路电流和最大输出的测量)
在用光以200lx照射在实施例和比较例中获得的每个光电转换元件中具有1cm2的平面面积的区域的同时，通过IV测量测定每个光电转换元件的开路电压Voc和短路电流Jsc。所使用的测量装置是Keithley2400数字源表(sourcemeter)(由KeithleyInstruments，Inc.制造的2400型通用数字源表)；所使用的光源为荧光灯(由松下产业株式会社(PanasonicCorporation)制造的快速荧光灯(RapidFluorescenceLight)FLR20SW/M)；并且在25℃的环境中进行测量。在其中将具有1cm2的面积的光伏转换部分用光照射的条件下评价光电转换元件。
[表1]
评价项目 实施例1 实施例2 比较例1
开路电压Voc(mV) 479 432 550
短路电流Jsc(μA/cm2) 1.9 1.6 0.50
最大输出Pmax(μW/cm2) 0-35 0.26 0.17
从表1中的结果，包括含有[化学式1]或[化学式2]的苝二酰亚胺衍生物的电子输送层的实施例1和2的每个光电转换元件具有高最大输出Pmax并且因此具有高光伏转换效率。
相反，其中未使用苝二酰亚胺衍生物的比较例1具有比实施例1和2的光电转换元件的光伏转换效率低的光伏转换效率。
附图标记列表
1电子输送层
2第一电极
3第二电极
4空穴输送层
5光学增感剂

Claims (4)

1.一种光电转换元件，所述光电转换元件包括：
第一电极；
第二电极，所述第二电极与所述第一电极相对安置；
电子输送层，所述电子输送层设置在所述第一电极的一个面上，所述面与所述第二电极相对；
光学增感剂，所述光学增感剂负载在所述电子输送层上；和
空穴输送层，所述空穴输送层插入在所述第一电极与所述第二电极之间，
所述电子输送层含有[化学式2]的苝二酰亚胺衍生物，
其中取代基R是具有5个以上碳原子的取代或未取代的脂族烃基，
[化学式2]
2.根据权利要求1所述的光电转换元件，其中取代基R具有支化结构。
3.根据权利要求1所述的光电转换元件，其中所述苝二酰亚胺衍生物由[化学式5-A]的结构表示：
[化学式5-A]
4.根据权利要求1所述的光电转换元件，其中所述苝二酰亚胺衍生物由[化学式6]的结构表示：
[化学式6]
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