JP2007053102A - 色素増感太陽電池用色素および色素増感太陽電池 - Google Patents

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Abstract

【課題】高い開放電圧を示す色素増感太陽電池用色素と、この色素を含み、光電効率が改善された色素増感太陽電池を提供する。
【解決手段】本発明によれば、色素増感太陽電池用色素及びこれから製造された色素増感太陽電池に関し、より詳しくは、色素にイミダゾリウム、ピリジニウム、ピロリジニウムまたはキノリジニウムの陽イオンで処理された金属複合体を含む、以下の化学式１で表される色素増感太陽電池用色素が提供される。
Ｍ（Ｌ１）ｍ１（Ｌ２）ｍ２Ｘｍ３Ｙｍ４ ・・・（化学式１）
【選択図】図１

Description

本発明は、色素増感太陽電池用色素およびこれから製造された色素増感太陽電池に関する。
近年、直面するエネルギー問題を解決するために、既存の化石燃料を代替できる多様な研究が進められている。
特に数十年以内に枯渇すると予想される石油資源を代替するために風力、原子力、太陽光などの自然エネルギーを活用するための、広範囲に亘る研究が進められている。
これらのうち、太陽エネルギーを利用した太陽電池は、その他のエネルギー源とは異なって、資源が無限で環境に優しいという点で、１９８３年Ｓｅ太陽電池を開発して以来、近年ではシリコン太陽電池が脚光を浴びている。
しかし、このような太陽電池は製作費用が相当に高価なため、実用化が困難で、電池効率を改善しても、多くの困難が出てくる。このような問題を克服するために、製作費用が特に廉価な色素増感太陽電池（Ｄｙｅ ｓｅｎｓｉｔｉｚｅｄ ｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃ ｃｅｌｌ）の開発が積極的に検討されてきている。
色素増感太陽電池は、シリコン太陽電池とは異なって、可視光線を吸収して、電子−ホール対を生成できる感光性色素分子、および生成された電子を伝達する遷移金属酸化物を主な構成材料にする光電気化学的太陽電池である。
従来の色素増感太陽電池のうち、代表的に研究開発されたものは、ナノ粒子酸化チタン（アナターゼ）を利用した色素増感太陽電池がある。
この色素増感太陽電池は、既存のシリコン太陽電池に比べて製造単価が安価で透明な電極により建物外壁ガラス窓やガラス温室などに応用が可能であるいう利点があるが、光電変換効率が低く、実際の適用には制限がある。
太陽電池の光電変換効率は太陽光の吸収によって、生成された電子の量に比例するため、効率を上げるためには太陽光の吸収を増加させたり色素の吸着量を高めたり、電子の生成量を増やすことができ、または生成された励起子が電子−ホール再結合によって消滅するのを防ぐこともできる。
単位面積当りの色素吸着量を増やすためには、酸化物半導体の粒子をナノメートル水準の大きさで製造すべきであり、太陽光の吸収を高めるために白金電極の反射率を高めたり、数マイクロの大きさの酸化物半導体光散乱子を混合したりして、製造する方法などが開発されている。
しかし、上記のような従来の方法には、太陽電池の光電変換効率向上に限界があり、従って、効率向上のための新たな技術開発が切実に要請されている。
そこで、本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、その目的は、高い開放電圧を示すことが可能な、新規かつ改良された色素増感太陽電池用色素、および、この色素を含み、光電効率が改善された色素増感太陽電池を提供することである。
上記課題を解決するために、本発明のある観点によれば、下記の化学式１の構造を有する金属複合体を含む色素増感太陽電池用色素が提供される。
Ｍ（Ｌ１）ｍ１（Ｌ２）ｍ２Ｘｍ３Ｙｍ４ ・・・（化学式１）
ここで、上記の化学式１において、Ｍは遷移金属であり、Ｌ１は下記の化学式１ａのリガンドを表す。
Figure 2007053102
ここで、上記の化学式１ａにおいて、Ｒ１、Ｒ２及びＲ３は、各々独立的に−ＣＯ２Ｈ、−ＰＯ３Ｈ、−ＳＯ３Ｈ、−ＣＯ２−、−ＰＯ３−、−ＳＯ３−、炭素数１〜２０の置換もしくは非置換されたアルキル基、炭素数６〜３０の置換もしくは非置換されたアリール基、炭素数６〜３０の置換もしくは非置換されたアリールオキシ基、炭素数６〜３０の置換もしくは非置換されたアリレン基、炭素数１〜２０の置換もしくは非置換されたアルキレン基及び炭素数１〜２０の置換もしくは非置換されたアルキレンオキシ基からなる群より選択され、ｎは０または１の整数を示す。
また、上記の化学式１におけるＬ２は、下記の化学式１ｂのリガンドを表す。
Figure 2007053102
ここで、上記の化学式１ｂにおいて、Ｒ４、Ｒ５及びＲ６は、各々独立的に−ＣＯ２Ｈ、−ＰＯ３Ｈ、−ＳＯ３Ｈ、−ＣＯ２−、−ＰＯ３−、−ＳＯ３−、炭素数１〜２０の置換もしくは非置換されたアルキル基、炭素数６〜３０の置換もしくは非置換されたアリール基、炭素数６〜３０の置換もしくは非置換されたアリールオキシ基、炭素数６〜３０の置換もしくは非置換されたアリレン基、炭素数１〜２０の置換もしくは非置換されたアルキレン基及び炭素数１〜２０の置換もしくは非置換されたアルキレンオキシ基からなる群より選択され、ｎ'は０または１の整数を示す。
また、上記の化学式１におけるＸは、水素、ＮＯ２、Ｃｌ、Ｂｒ、Ｉ、ＣＮ、ＮＣＳ、Ｈ２Ｏ、ＮＨ３、Ｃｌ−、Ｂｒ−、Ｉ−、ＣＮ−、ＮＣＳ−、及びＰＦ６−からなる群より選択される。
また、上記の化学式１におけるＹは、下記の化学式１ｃのイミダゾリウム陽イオン、化学式１ｄのピリジニウム陽イオン、化学式１ｅのピロリジニウム陽イオン及び化学式１ｆのキノリジニウム陽イオンからなる群より選択される。
Figure 2007053102
Figure 2007053102
Figure 2007053102
Figure 2007053102
ここで、上記の化学式１ｃ〜１ｆにおいて、Ｒ７〜Ｒ３１は、各々独立的に水素、ヒドロキシ基、炭素数１〜２０の置換もしくは非置換されたアルキル基、炭素数１〜２０の置換もしくは非置換されたアルコキシ基、炭素数６〜３０の置換もしくは非置換されたアリール基、炭素数１〜２０の置換もしくは非置換されたアルキルチオ基、エーテル基、チオエーテル基、置換もしくは非置換されたアミノ基、炭素数６〜３０の置換もしくは非置換されたアリレンオキシ基、置換もしくは非置換されたアルケニル基、炭素数６〜３０の置換もしくは非置換されたアリールオキシ基、炭素数６〜３０の置換もしくは非置換されたアリレン基、炭素数１〜２０の置換もしくは非置換されたアルキレン基及び炭素数１〜２０の置換もしくは非置換されたアルキレンオキシ基からなる群より選択される。
また、上記の化学式１において、ｍ１は０〜３の整数であり、ｍ２は１〜３の整数であり、ｍ３は０〜３の整数であり、ｍ４は１〜６の整数である。
上記のＭは、Ｒｕ、Ｏｓ、Ｉｒ、Ｃｏ、Ｒｈ、Ｚｒ、Ｚｎ及びＰｄからなる群より選択されてもよい。
上記のアルキル基は、炭素数１〜１２の直鎖型または分枝型アルキル基であってもよい。
上記のアルコキシ基は、炭素数１〜６のアルコキシ基であってもよい。
また、上記のアルコキシ基は、一つ以上のハロゲン原子に置換されたハロアルコキシ基であってもよい。
上記のアリール基は、ヒドロキシ、ハロゲン、ハロアルキル、ニトロ、シアノ、アルコキシ及び炭素数１〜６の低級アルキルアミノからなる群より選択される１種以上の置換基を有してもよい。
上記のアルキルチオ基は、炭素数１〜１２の直鎖型もしくは分枝型アルキル基を含んでもよい。
また、上記の色素は、下記の化学式２〜６のいずれか一つの構造を有する金属複合体を含んでもよい。
Ｍ（Ｌ１）ｍ１（Ｌ２）ｍ２Ｘｍ３Ｙｍ４ ・・・（化学式２）
ここで、上記の化学式２において、Ｍは、Ｒｕであり、Ｌ１は、下記の化学式２ａのリガンドを表す。
Figure 2007053102
ここで、上記の化学式２ａにおいて、Ｒ１は−ＣＯ２Ｈであり、Ｒ２及びＲ３は各々ＣＯ２−であり、ｎ＝０である。
また、上記の化学式２において、Ｌ２は、下記の化学式２ｂのリガンドを表す。
Figure 2007053102
ここで、上記の化学式２ｂにおいて、Ｒ４は−ＣＯ２Ｈであり、Ｒ５及びＲ６は各々ＣＯ２−であり、ｎ'＝０である。
また、上記の化学式２において、Ｘは、ＮＣＳであり、Ｙは、下記の化学式２ｃの１−エチル−３−メチルイミダゾリウム陽イオンである。
Figure 2007053102
ここで、上記の化学式２ｃにおいて、Ｒ７は−ＣＨ２ＣＨ３であり、Ｒ９は−ＣＨ３であり、Ｒ８、Ｒ１０及びＲ１１は各々水素を表す。
また、上記の化学式２において、ｍ１＝１、ｍ２＝１、ｍ３＝２及びｍ４＝２である。
Ｍ（Ｌ１）ｍ１（Ｌ２）ｍ２Ｘｍ３Ｙｍ４ ・・・（化学式３）
ここで、上記の化学式３において、Ｍは、Ｒｕであり、Ｌ１は、下記の化学式３ａのリガンドを表す。
Figure 2007053102
ここで、上記の化学式３ａにおいて、Ｒ１は−ＣＯ２Ｈであり、Ｒ２及びＲ３は各々ＣＯ２−であり、ｎ＝０である。
また、上記の化学式３において、Ｌ２は、下記の化学式３ｂのリガンドを表す。
Figure 2007053102
上記の化学式３ｂにおいて、Ｒ４は−ＣＯ２Ｈであり、Ｒ５及びＲ６は各々ＣＯ２−であり、ｎ'＝０である。
また、上記の化学式３において、Ｘは、ＮＣＳであり、Ｙは、下記の化学式３ｃの１−エチル−２、３−ジメチルイミダゾリウム陽イオンである。
Figure 2007053102
ここで、上記の化学式３ｃにおいて、Ｒ７は−ＣＨ２ＣＨ３であり、Ｒ８及びＲ９は−ＣＨ３であり、Ｒ１０及びＲ１１は水素である。
また、上記の化学式３において、ｍ１＝１、ｍ２＝１、ｍ３＝２及びｍ４＝２である。
Ｍ（Ｌ１）ｍ１（Ｌ２）ｍ２Ｘｍ３Ｙｍ４ ・・・（化学式４）
ここで、上記の化学式４において、Ｍは、Ｒｕであり、Ｌ１は、下記の化学式４ａのリガンドを表す。
Figure 2007053102
上記の化学式４ａにおいて、Ｒ１は−ＣＯ２Ｈであり、Ｒ２及びＲ３は各々ＣＯ２−であり、ｎ＝０である。
また、上記の化学式４において、Ｌ２は、下記の化学式４ｂのリガンドを表す。
Figure 2007053102
ここで、上記の化学式４ｂにおいて、Ｒ４は−ＣＯ２Ｈであり、Ｒ５及びＲ６は各々ＣＯ２−であり、ｎ'＝０である。
また、上記の化学式４において、Ｘは、ＮＣＳであり、Ｙは、下記の化学式４ｃの１−エチル−４−ｔｅｒｔ−ブチルピリジニウム陽イオンである。
Figure 2007053102
ここで、化学式４ｃにおいて、Ｒ１２は−ＣＨ２ＣＨ３であり、Ｒ１５は−Ｃ（ＣＨ３）３であり、Ｒ１３、Ｒ１４、Ｒ１６、及びＲ１７は各々水素である。
また、上記の化学式４において、ｍ１＝１、ｍ２＝１、ｍ３＝２及びｍ４＝２である。
Ｍ（Ｌ１）ｍ１（Ｌ２）ｍ２Ｘｍ３Ｙｍ４ ・・・（化学式５）
ここで、上記の化学式５において、Ｍは、Ｒｕであり、Ｌ１は、下記の化学式５ａのリガンドを表す。
Figure 2007053102
ここで、上記の化学式５ａにおいて、Ｒ１は−ＣＯ２Ｈであり、Ｒ２及びＲ３は各々ＣＯ２−であり、ｎ＝０である。
また、上記の化学式５において、Ｌ２は、下記の化学式５ｂのリガンドを表す。
Figure 2007053102
上記の化学式５ｂにおいて、Ｒ４は−ＣＯ２Ｈであり、Ｒ５及びＲ６は各々ＣＯ２−であり、ｎ'＝０である。
また、上記の化学式５において、Ｘは、ＮＣＳであり、Ｙは、下記の化学式５ｃの１−ブチル−４−メチルピノリジニウム陽イオンである。
Figure 2007053102
ここで、上記の化学式５ｃにおいて、Ｒ１８は−ＣＨ２ＣＨ２ＣＨ２ＣＨ３であり、Ｒ２１は−ＣＨ３であり、Ｒ１９、Ｒ２０、Ｒ２２及びＲ２３は各々水素である。
また、上記の化学式５において、ｍ１＝１、ｍ２＝１、ｍ３＝２及びｍ４＝２である。
Ｍ（Ｌ１）ｍ１（Ｌ２）ｍ２Ｘｍ３Ｙｍ４ ・・・（化学式６）
ここで、上記の化学式６において、Ｍは、Ｒｕであり、Ｌ１は、下記の化学式６ａのリガンドを表す。
Figure 2007053102
ここで、上記の化学式６ａにおいて、Ｒ１は−ＣＯ２Ｈであり、Ｒ２及びＲ３は各々ＣＯ２−であり、ｎ＝０である。
また、上記の化学式６において、Ｌ２は、下記の化学式６ｂのリガンドを表す。
Figure 2007053102
ここで、上記の化学式６ｂにおいて、Ｒ４は−ＣＯ２Ｈであり、Ｒ５及びＲ６は各々ＣＯ２−であり、ｎ'＝０である。
また、上記の化学式６において、Ｘは、ＮＣＳであり、Ｙは、下記の化学式６ｃの１−エチル−４−メチルキノリジニウム陽イオンである。
Figure 2007053102
ここで、上記の化学式６ｃにおいて、Ｒ２４は−ＣＨ２ＣＨ３であり、Ｒ２７は−ＣＨ３であり、Ｒ２５、Ｒ２６、Ｒ２８、Ｒ２９、Ｒ３０及びＲ３１は各々水素である。
また、上記の化学式６において、ｍ１＝１、ｍ２＝１、ｍ３＝２及びｍ４＝２である。
上記課題を解決するために、本発明の別の観点によれば、導電性透明基板を含む第１電極と、第１電極を含む一面に形成された光吸収層と、光吸収層が形成された第１電極に対向して配置される第２電極と、第１電極と第２電極間に配置される電解質と、を含み、光吸収層は、半導体微粒子と、上記の色素と、を含む色素増感太陽電池が提供される。
上記の導電性透明基板は、インジウムティンオキシド（Ｉｎｄｉｕｍ−Ｔｉｎ−Ｏｘｉｄｅ：ＩＴＯ）、フルオリンティンオキシド（Ｆｌｕｏｒｉｎｅ−Ｔｉｎ−Ｏｘｉｄｅ：ＦＴＯ）、ＺｎＯ−Ｇａ２Ｏ３、ＺｎＯ−Ａｌ２Ｏ３及びスズ系酸化物からなる群より選択される１種以上の物質を含むガラス基板またはプラスチック基板であってもよい。
上記のプラスチック基板は、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、ポリカーボネート、ポリプロピレン、ポリイミド及びトリアセチルセルロースからなる群より選択した１種以上を含んでもよい。
上記の半導体微粒子は、単体半導体、金属酸化物及びペロブスカイト構造を有する複合金属酸化物からなる群より選択されたものでもよい。
上記の半導体微粒子は、ＴｉＯ２、ＳｎＯ２、ＺｎＯ、ＷＯ３、Ｎｂ２Ｏ５及びＴｉＳｒＯ３からなる群より選択されたものでもよい。
上記の半導体微粒子は、５０ｎｍ以下の平均粒子直径を有してもよい。
また、上記の光吸収層は、２５μｍ以下の厚さを有してもよい。
上記の第２電極は、Ｐｔ、Ａｕ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ａｇ、Ｉｎ、Ｒｕ、Ｐｄ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｏｓ、Ｃ、及び導電性高分子からなる群より選択した１種以上の物質を含むようにしてもよい。
本発明によれば、高い開放電圧を有する色素を提供することが可能であり、この色素を使うことによって、色素増感太陽電池の光電効率を改善することができる。
以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
色素増感太陽電池において太陽電池が駆動される最初の段階は、光エネルギーから光電荷を生成する過程である。通常光電荷生成のために色素分子を用いるが、この色素分子は導電性透明基板を透過した光を吸収して、励起される。このような色素物質として金属複合体が幅広く使用されており、これらの金属複合体中でもルテニウムのモノ、ビスまたはトリス（置換２、２'−ビピリジン）錯塩などが使用されている。しかしこれらは金属複合体で比較的低い開放電圧を示す短所を有しており、これによって効率が低くなる問題があった。
これに対して本発明は、高い開放電圧を有する色素を使うことによって色素増感太陽電池の光電効率を改善することができた。
より詳しくは、本発明の一実施形態による色素増感太陽電池用色素は、下記の化学式１の金属複合体を含む。
Ｍ（Ｌ１）ｍ１（Ｌ２）ｍ２Ｘｍ３Ｙｍ４ ・・・（化学式１）
ここで、上記の化学式１において、Ｍは遷移金属であり、Ｌ１は下記の化学式１ａのリガンドを表す。
Figure 2007053102
ここで、上記の化学式１ａにおいて、Ｒ１、Ｒ２及びＲ３は、各々独立的に−ＣＯ２Ｈ、−ＰＯ３Ｈ、−ＳＯ３Ｈ、−ＣＯ２−、−ＰＯ３−、−ＳＯ３−、炭素数１〜２０の置換もしくは非置換されたアルキル基、炭素数６〜３０の置換もしくは非置換されたアリール基、炭素数６〜３０の置換もしくは非置換されたアリールオキシ基、炭素数６〜３０の置換もしくは非置換されたアリレン基、炭素数１〜２０の置換もしくは非置換されたアルキレン基及び炭素数１〜２０の置換もしくは非置換されたアルキレンオキシ基からなる群より選択され、ｎは０または１の整数を示す。
また、上記の化学式１におけるＬ２は、下記の化学式１ｂのリガンドを表す。
Figure 2007053102
ここで、上記の化学式１ｂにおいて、Ｒ４、Ｒ５及びＲ６は、各々独立的に−ＣＯ２Ｈ、−ＰＯ３Ｈ、−ＳＯ３Ｈ、−ＣＯ２−、−ＰＯ３−、−ＳＯ３−、炭素数１〜２０の置換もしくは非置換されたアルキル基、炭素数６〜３０の置換もしくは非置換されたアリール基、炭素数６〜３０の置換もしくは非置換されたアリールオキシ基、炭素数６〜３０の置換もしくは非置換されたアリレン基、炭素数１〜２０の置換もしくは非置換されたアルキレン基及び炭素数１〜２０の置換もしくは非置換されたアルキレンオキシ基からなる群より選択され、ｎ'は０または１の整数を示す。
また、上記の化学式１におけるＸは、水素、ＮＯ２、Ｃｌ、Ｂｒ、Ｉ、ＣＮ、ＮＣＳ、Ｈ２Ｏ、ＮＨ３、Ｃｌ−、Ｂｒ−、Ｉ−、ＣＮ−、ＮＣＳ−、及びＰＦ６−からなる群より選択される。
また、上記の化学式１におけるＹは、下記の化学式１ｃのイミダゾリウム陽イオン、化学式１ｄのピリジニウム陽イオン、化学式１ｅのピロリジニウム陽イオン及び化学式１ｆのキノリジニウム陽イオンからなる群より選択される。
Figure 2007053102
Figure 2007053102
Figure 2007053102
Figure 2007053102
ここで、上記の化学式１ｃ〜１ｆにおいて、Ｒ７〜Ｒ３１は、各々独立的に水素、ヒドロキシ基、炭素数１〜２０の置換もしくは非置換されたアルキル基、炭素数１〜２０の置換もしくは非置換されたアルコキシ基、炭素数６〜３０の置換もしくは非置換されたアリール基、炭素数１〜２０の置換もしくは非置換されたアルキルチオ基、エーテル基、チオエーテル基、置換もしくは非置換されたアミノ基、炭素数６〜３０の置換もしくは非置換されたアリレンオキシ基、置換もしくは非置換されたアルケニル基、炭素数６〜３０の置換もしくは非置換されたアリールオキシ基、炭素数６〜３０の置換もしくは非置換されたアリレン基、炭素数１〜２０の置換もしくは非置換されたアルキレン基及び炭素数１〜２０の置換もしくは非置換されたアルキレンオキシ基からなる群より選択される。
また、上記の化学式１において、ｍ１は０〜３の整数であり、ｍ２は１〜３の整数であり、ｍ３は０〜３の整数であり、ｍ４は１〜６の整数である。
上記の化学式１の金属複合体において、Ｍは、Ｒｕ、Ｏｓ、Ｉｒ、Ｃｏ、Ｒｈ、Ｚｒ、Ｚｎ及びＰｄからなる群より選択されることが望ましく、より好ましくは、Ｒｕである。
また上記のアルキル基は、炭素数１〜２０の直鎖型もしくは分枝型アルキル基であることが好ましく、炭素数１〜１２の直鎖型もしくは分枝型アルキル基であることがより好ましい。上記のアルキル基は、例えば、メチル、エチル、ｎ−プロピル、イソプロフィル、ｎ−ブチル、イソブチル、ｓｅｃ−ブチル、ｔ−ブチル、ペンチル、ｉｓｏ−アミル、ヘキシルなどを含む炭素数１〜６の低級アルキル基であることがさらに好ましく、炭素数１〜３の低級アルキルラジカルであることが最も好ましい。
上記のアルコキシ基は、炭素数１〜２０のアルキル基を有する、酸素含有直鎖型もしくは分枝型アルコキシ基から選択され、例えば、メトキシ、エトキシ、プロポキシ、ブトキシ及びｔ−ブトキシなどの炭素数１〜６の低級アルコキシ基であることが好ましい。また、上記アルコキシ基は、炭素数１〜３の低級アルコキシ基であることがより好ましい。
また上記のアルコキシ基は、フッ素、塩素または臭素のような一つ以上のハロゲン元素で置換されたハロアルコキシ基を含み、例えば、フルオロメトキシ、クロロメトキシ、トリフルオロメトキシ、トリフルオロエトキシ、フルオロエトキシまたはフルオロプロポキシのような炭素数１〜３のハロアルコキシラジカルであることが好ましい。
上記のアリール基は、単独または組み合わせて用いることができ、例えば、フェニル、ナフチル、テトラハイドロナフチル、ビフェニル（ｂｉｐｈｅｎｙｌ）のように、一つ以上の環を含む炭素数６〜３０のカルボサイクル芳香族系化合物（ｃａｒｂｏｃｙｃｌｉｃ ａｒｏｍａｔｉｃ ｃｏｍｐｏｕｎｄ）であることが好ましく、上記の環はペンダント方法で一緒に付着したり、または融合したりできる。上記のアリール基は、フェニル基であることがより好ましい。
また上記のアリール基は、ヒドロキシ、ハロゲン、ハロアルキル、ニトロ、シアノ、アルコキシまたは炭素数１〜６の低級アルキルアミのような、１〜３個の置換基を有することもできる。
上記のアリールオキシ基は、アリール−Ｏ−の構造を有するものを意味し、ここでアリールは上記の様に選別定義したものと同様である。
上記のアルキルチオ基は、アルキル−Ｓ−の構造を有するものを意味し、アルキルに対する定義は、上記のものと同様である。
上記のアルキルチオ基は、例えば炭素数１〜１２の直鎖型または分枝型アルキル基を含むことがより好ましい。
上記のアリレンは、アリール基の両端が結合可能なラジカルの形態を有するものであり、ここでアリール基は、上記の定義と同様である。
上記のアリレンオキシ基は、アリレン−Ｏ−の構造を有するものを意味し、ここでアリレンは、アリール基の両末端が結合可能なラジカルの形態を有するものであり、アリール基は、上記の定義と同様である。
上記のアルキレン基は、アルキル基の両末端が結合可能なラジカルの形態を有しているものであり、ここでアルキル基は、上記の定義と同様である。
上記のアルキレンオキシ基は、アルキレン−Ｏ−の構造を有するものを意味し、ここでアルキレンは上記の定義と同様である。
より好ましくは、本発明の一実施形態による色素増感太陽電池用色素は、下記の化学式２、３、４、５または６の構造を有する金属複合体を含む。
Ｍ（Ｌ１）ｍ１（Ｌ２）ｍ２Ｘｍ３Ｙｍ４ ・・・（化学式２）
ここで、上記の化学式２において、Ｍは、Ｒｕであり、Ｌ１は、下記の化学式２ａのリガンドを表す。
Figure 2007053102
ここで、上記の化学式２ａにおいて、Ｒ１は−ＣＯ２Ｈであり、Ｒ２及びＲ３は各々ＣＯ２−であり、ｎ＝０である。
また、上記の化学式２において、Ｌ２は、下記の化学式２ｂのリガンドを表す。
Figure 2007053102
ここで、上記の化学式２ｂにおいて、Ｒ４は−ＣＯ２Ｈであり、Ｒ５及びＲ６は各々ＣＯ２−であり、ｎ'＝０である。
また、上記の化学式２において、Ｘは、ＮＣＳであり、Ｙは、下記の化学式２ｃの１−エチル−３−メチルイミダゾリウム陽イオンである。
Figure 2007053102
ここで、上記の化学式２ｃにおいて、Ｒ７は−ＣＨ２ＣＨ３であり、Ｒ９は−ＣＨ３であり、Ｒ８、Ｒ１０及びＲ１１は各々水素を表す。
また、上記の化学式２において、ｍ１＝１、ｍ２＝１、ｍ３＝２及びｍ４＝２である。
Ｍ（Ｌ１）ｍ１（Ｌ２）ｍ２Ｘｍ３Ｙｍ４ ・・・（化学式３）
ここで、上記の化学式３において、Ｍは、Ｒｕであり、Ｌ１は、下記の化学式３ａのリガンドを表す。
Figure 2007053102
ここで、上記の化学式３ａにおいて、Ｒ１は−ＣＯ２Ｈであり、Ｒ２及びＲ３は各々ＣＯ２−であり、ｎ＝０である。
また、上記の化学式３において、Ｌ２は、下記の化学式３ｂのリガンドを表す。
Figure 2007053102
上記の化学式３ｂにおいて、Ｒ４は−ＣＯ２Ｈであり、Ｒ５及びＲ６は各々ＣＯ２−であり、ｎ'＝０である。
また、上記の化学式３において、Ｘは、ＮＣＳであり、Ｙは、下記の化学式３ｃの１−エチル−２、３−ジメチルイミダゾリウム陽イオンである。
Figure 2007053102
ここで、上記の化学式３ｃにおいて、Ｒ７は−ＣＨ２ＣＨ３であり、Ｒ８及びＲ９は−ＣＨ３であり、Ｒ１０及びＲ１１は水素である。
また、上記の化学式３において、ｍ１＝１、ｍ２＝１、ｍ３＝２及びｍ４＝２である。
Ｍ（Ｌ１）ｍ１（Ｌ２）ｍ２Ｘｍ３Ｙｍ４ ・・・（化学式４）
ここで、上記の化学式４において、Ｍは、Ｒｕであり、Ｌ１は、下記の化学式４ａのリガンドを表す。
Figure 2007053102
上記の化学式４ａにおいて、Ｒ１は−ＣＯ２Ｈであり、Ｒ２及びＲ３は各々ＣＯ２−であり、ｎ＝０である。
また、上記の化学式４において、Ｌ２は、下記の化学式４ｂのリガンドを表す。
Figure 2007053102
ここで、上記の化学式４ｂにおいて、Ｒ４は−ＣＯ２Ｈであり、Ｒ５及びＲ６は各々ＣＯ２−であり、ｎ'＝０である。
また、上記の化学式４において、Ｘは、ＮＣＳであり、Ｙは、下記の化学式４ｃの１−エチル−４−ｔｅｒｔ−ブチルピリジニウム陽イオンである。
Figure 2007053102
ここで、化学式４ｃにおいて、Ｒ１２は−ＣＨ２ＣＨ３であり、Ｒ１５は−Ｃ（ＣＨ３）３であり、Ｒ１３、Ｒ１４、Ｒ１６、及びＲ１７は各々水素である。
また、上記の化学式４において、ｍ１＝１、ｍ２＝１、ｍ３＝２及びｍ４＝２である。
Ｍ（Ｌ１）ｍ１（Ｌ２）ｍ２Ｘｍ３Ｙｍ４ ・・・（化学式５）
ここで、上記の化学式５において、Ｍは、Ｒｕであり、Ｌ１は、下記の化学式５ａのリガンドを表す。
Figure 2007053102
ここで、上記の化学式５ａにおいて、Ｒ１は−ＣＯ２Ｈであり、Ｒ２及びＲ３は各々ＣＯ２−であり、ｎ＝０である。
また、上記の化学式５において、Ｌ２は、下記の化学式５ｂのリガンドを表す。
Figure 2007053102
上記の化学式５ｂにおいて、Ｒ４は−ＣＯ２Ｈであり、Ｒ５及びＲ６は各々ＣＯ２−であり、ｎ'＝０である。
また、上記の化学式５において、Ｘは、ＮＣＳであり、Ｙは、下記の化学式５ｃの１−ブチル−４−メチルピノリジニウム陽イオンである。
Figure 2007053102
ここで、上記の化学式５ｃにおいて、Ｒ１８は−ＣＨ２ＣＨ２ＣＨ２ＣＨ３であり、Ｒ２１は−ＣＨ３であり、Ｒ１９、Ｒ２０、Ｒ２２及びＲ２３は各々水素である。
また、上記の化学式５において、ｍ１＝１、ｍ２＝１、ｍ３＝２及びｍ４＝２である。
Ｍ（Ｌ１）ｍ１（Ｌ２）ｍ２Ｘｍ３Ｙｍ４ ・・・（化学式６）
ここで、上記の化学式６において、Ｍは、Ｒｕであり、Ｌ１は、下記の化学式６ａのリガンドを表す。
Figure 2007053102
ここで、上記の化学式６ａにおいて、Ｒ１は−ＣＯ２Ｈであり、Ｒ２及びＲ３は各々ＣＯ２−であり、ｎ＝０である。
また、上記の化学式６において、Ｌ２は、下記の化学式６ｂのリガンドを表す。
Figure 2007053102
ここで、上記の化学式６ｂにおいて、Ｒ４は−ＣＯ２Ｈであり、Ｒ５及びＲ６は各々ＣＯ２−であり、ｎ'＝０である。
また、上記の化学式６において、Ｘは、ＮＣＳであり、Ｙは、下記の化学式６ｃの１−エチル−４−メチルキノリジニウム陽イオンである。
Figure 2007053102
ここで、上記の化学式６ｃにおいて、Ｒ２４は−ＣＨ２ＣＨ３であり、Ｒ２７は−ＣＨ３であり、Ｒ２５、Ｒ２６、Ｒ２８、Ｒ２９、Ｒ３０及びＲ３１は各々水素である。
また、上記の化学式６において、ｍ１＝１、ｍ２＝１、ｍ３＝２及びｍ４＝２である。
本発明の一実施形態による色素増感太陽電池用色素は、太陽電池用光吸収層などに適用されて、光電電流変換効率を改善させて開放電圧を上昇させることが可能である。
本発明は、また、上記の色素を含む色素増感太陽電池を提供する。
より詳しくは、上記の色素増感太陽電池は、導電性透明基板を含む第１電極と、第１電極のある一面に形成された光吸収層と、光吸収層が形成された第１電極に対向して、配置される第２電極と、第１電極と第２電極との間の空間に位置する電解質とを含み、光吸収層は半導体微粒子及び上記の色素を含む。
図１は、本発明の一実施形態による色素増感太陽電池の構造を概略的に示す断面図である。
図１を参照して詳しく説明すると、色素増感太陽電池１０は、二つの板状透明電極（第１電極１１及び第２電極１４）が互いに面接合されたサンドイッチ構造を有する。上記の透明電極中、一方の透明電極１１の裏面には光吸収層１２が形成されており、光吸収層１２には半導体微粒子と、上記半導体微粒子に吸着しながら、可視光吸収で電子が励起する光感応色素が含まれている。またこの二電極の間の空間は、酸化還元用電解質１３で満たされている。
太陽電池の作動原理を簡単に説明する。色素増感太陽電池内に太陽光が入射すると光量子はまず、光吸収層１２内の色素分子に吸収されて、そのために色素分子は基底状態から励起状態に電子遷移して、電子−ホール対を作る。励起状態の電子は半導体微粒子界面の伝導帯（ｃｏｎｄｕｃｔｉｏｎ ｂａｎｄ）に注入されながら、注入された電子は界面を通して、第１電極１１に伝達され、以降外部回路を通して、対向電極の第２電極１４に移動する。一方電子遷移結果として酸化された色素は電解質層１３内の酸化−還元カップルのイオンによって、還元されて、酸化された上記イオンは電荷中性（ｃｈａｒｇｅ ｎｅｕｔｒａｌｉｔｙ）を成すために、第２電極１４の界面に到達した電子と還元反応をすることにより色素増感太陽電池が動作するようになる。
上記の第１電極（半導体電極）１１の導電性透明基板には、導電性及び透明性を有する物質ならば特に限定されることなく用いることができ、具体的には、例えば、インジウムティンオキシド（ＩＴＯ）、フルオリンティンオキシド（ｆｌｕｏｒｉｎｅ ｔｉｎ ｏｘｉｄｅ：ＦＴＯ）、ＺｎＯ−Ｇａ２Ｏ３またはＺｎＯ−Ａｌ２Ｏ３及びスズ系酸化物（酸化第２スズを含むものが好ましい。）で構成される群より選択される１種以上の物質を含むガラス基板またはプラスチック基板を用いることができ、より好ましくは導電性、透明性及び耐熱性に優れたＳｎＯ２または低費用のＩＴＯを含むガラス基板を使用することができる。
上記のプラスチック基板の具体的な例としては、例えば、ポリエチレンテレフタレート（Ｐｏｌｙ（Ｅｔｈｙｌｅｎｅ Ｔｅｒｅｐｈｔｈａｌａｔｅ）：ＰＥＴ）、ポリエチレンナフタルレート（ｐｏｌｙ（ｅｔｈｙｌｅｎｅ ｎａｐｈｔｈａｌａｔｅ）：ＰＥＮ）、ポリカーボネート（Ｐｏｌｙ Ｃａｒｂｏｎａｔｅ：ＰＣ）、ポリプロピレン（ｐｏｌｙｐｒｏｐｙｌｅｎｅ：ＰＰ）、ポリイミド（ｐｏｌｙｉｍｉｄｅ：ＰＩ）またはトリアセチルセルロース（ＴｒｉＡｃｅｔｙｌ Ｃｅｌｌｕｌｏｓｅ：ＴＡＣ）などが挙げられる。
この他の例としては、第１電極（半導体電極）１１は光照射面として透明導電薄膜のみを用い、機械的強度を要する基板は、透明なガラス又はプラスチックを第２電極１４の下側に貼り付けてもよい。
また、上記の導電性透明基板は、Ｔｉ、Ｉｎ、Ｇａ及びＡｌからなる群より選択した物質でドーピングされることができる。
上記の光吸収層１２は、半導体微粒子及び半導体微粒子に吸着しながら、可視光吸収に電子が励起する本発明の一実施形態による色素を含む。
上記の半導体微粒子は、例えば、シリコンで代表される単体半導体、金属酸化物またはペロブスカイト型複合金属酸化物などを使用することができる。上記の半導体は、光励起下で電導対電子がキャリアになってアノード電流を提供するｎ型半導体であるのが好ましい。具体的には、半導体微粒子としては、例えば、Ｓｉ、ＴｉＯ２、ＳｎＯ２、ＺｎＯ、ＷＯ３、Ｎｂ２Ｏ５、ＴｉＳｒＯ３などが挙げられ、より好ましくはアナターゼ型のＴｉＯ２を使用することができる。上記の半導体の種類は、これらに限定されることなく、これらを単独または２種類以上混合して、使用することができる。
また上記の半導体微粒子は、表面に吸着した色素がより多くの光を吸収するようにするために、表面積を大きくするのが好ましく、より好ましくは５０ｎｍ以下の平均粒子直径を有し、最も好ましくは１５〜２５ｎｍの平均粒子直径を有する。
上記の色素は、上で説明したものと同様である。
上記の半導体微粒子及び色素を含む光吸収層は、２５μｍ以下、好ましくは１〜２５μｍの厚さを有する。光吸収層の厚さが２５μｍを超えると、構造上の理由から直列抵抗が大きくなって、このような直列抵抗の増加は変換効率の低下を招く恐れがあり、膜の厚さを２５μｍ以下にすることによりその機能を維持しながら、直列抵抗を低く維持して、変換効率の低下を防止できるようになる。
上記の第２電極（相対電極）１４には、導電性物質であればいずれも制限なく使用可能で、絶縁性の物質でも第１電極と対向している側に導電層が設置されていれば、これも使用可能である。具体的には、例えば、Ｐｔ、Ａｕ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ａｇ、Ｉｎ、Ｒｕ、Ｐｄ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｏｓ、Ｃ、及び導電性高分子からなる群より選択した１種以上の物質を使用できる。
上記の第２電極として、例えば、インジウム−スズ酸化物（ＩＴＯ）、フッ化酸化スズ（ｆｌｕｏｒｉｎｅ ｔｉｎ ｏｘｉｄｅ：ＦＴＯ）、ＺｎＯ−Ｇａ２Ｏ３またはＺｎＯ−Ａｌ２Ｏ及びスズ系酸化物で構成される群より選択される１種以上の物質を含むガラス基板またはプラスチック基板に、Ｐｔ、Ａｕ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ａｇ、Ｉｎ、Ｒｕ、Ｐｄ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｏｓ、Ｃ、及び導電性高分子からなる群より選択した１種以上の物質を含む導電層が形成されている。
また酸化還元の触媒効果を向上させる目的で、第１電極と対向している側は微細構造を有して表面積を増加させられるものが望ましい。例えば、ＰｔまたはＡｕの場合ブラック状態（本発明での‘ブラック状態’とは担持体に担持されない状態を意味する。）に、カーボンの場合多孔質状態であることが望ましい。特に白金状態は白金の陽極酸化法、塩化白金酸処理などによって、また多孔質状態のカーボンは、カーボン微粒子の焼結や有機ポリマーの焼成などの方法によって形成することができる。
上記の電解質層１３は、電解液からなり、電解液は、アイオダイズ（ｉｏｄｉｄｅ）/トリオダイズ（ｔｒｉｏｄｉｄｅ）対として酸化、還元によって、相対電極から電子を受けて、色素に伝達する役割を果たしながら、開放回路電圧は色素のエネルギー準位と電解質の酸化は、還元準位の差によって、決定される。
上記の電解液は、第１電極及び第２電極間に均一に分散しており、また光吸収層に浸潤されることもある。
上記の電解液としては、例えば、ヨードをアセトニトリルに溶解した溶液などを使えるがこれに限定されるのではなく、ホール伝導機能があるものならば、いずれも制限なく使用することができる。
前述のような構造を有する本発明の一実施形態による色素増感太陽電池は、導電性透明基板を使って、第１電極を製造する段階と、第１電極の一面に半導体微粒子及び色素を含む光吸収層を形成する段階と、第２電極を製造する段階と、光吸収層が形成された第１電極と第２電極が互いに向き合うように第１電極及び第２電極を配置させた後、第１電極と第２電極間に電解質を埋め込み、密封する段階と、を含む製造方法によって、製造することができる。
上述した構造を有する太陽電池の製造方法は当該分野に広く知られており、当業者であれば、十分に理解できる内容であるため、本明細書では詳細な説明は省略する。ただし、本発明の主要特徴の光吸収層の形成工程についてだけ詳しく説明する。
まず、導電性透明基板を準備して、第１電極にして、半導体微粒子を含むペーストを導電性透明基板の裏面にコーティングして熱処理することによって多孔質膜の形態に半導体微粒子層を形成することができる。
この時、コーティング法により要求されるペーストの物性も少しずつ変わるが、一般にドクターブレードまたはスクリーン印刷などの方法でペーストをコーティングすることもでき、透明膜形成のためにはスピンコーティングまたはスプレー方法を利用することもある。
この他にも一般的な湿式コーティング方法を適用することができる。熱処理はバインダーを添加した場合４００〜６００℃で３０分程度行い、バインダーを添加しない場合２００℃以下でも可能である。
また、多孔質膜の多孔性を維持するための目的で多孔質膜に高分子を添加して、熱処理４００〜６００℃）すると、多孔性が一層高められる。この時には熱処理後有機物が残存しない高分子を選択しなければならない。適した高分子としては、例えば、エチレンセルルロオス（ＥＣ）、ヒドロキシプロピルセルロース（ＨＰＣ）、ポリエチレングリコール（ＰＥＧ）、ポリエチレンオキシド（ＰＥＯ）、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）、ポリビニルピロリドン（ＰＶＰ）等がある。この中で塗布法を含む塗布条件を考慮して、適した分子量を有するものを選択して、添加すれば良い。このような高分子を添加すると多孔性向上その他にも分散性向上、粘度増加に成膜性及び基盤との付着力も向上させることができる。
製造された半導体微粒子層に、色素を含む分散液を噴射、塗布または浸漬して、半導体微粒子に色素を吸着することによって色素層を形成することができる。
色素の吸着は、色素を含む分散液に半導体微粒子層が形成された第１電極を浸漬させた後１２時間程度経過すると、自然吸着される。この時色素としは、上述のものと同様のものを用いることができる。また、色素を分散させる溶媒としては特に限定されないが、例えば、アセトニトリル、ジクロロメタン、アルコール系溶媒などを使用することができる。
また、色素を含む分散液は、長波長の可視光吸収を改善して、効率を向上させるために多様なカラーの有機色素をさらに含むことができる。有機色素では、クマリン（Ｃｕｍａｒｉｎｅ）、またはポルフィリン（ｐｏｒｐｈｙｒｉｎ）の一種であるｐｈｅｏｐｈｏｒｂｉｄｅａ等を使用することができる。
上記の色素層形成後、溶媒洗浄などの方法で吸着しない色素を洗浄することによって、光吸収層を製造することができる。
別途の導電性透明基板上に電解メッキまたはスパッタリング、電子ビーム蒸着などのような物理気相蒸着（ＰＶＤ）方法を利用して、導電性物質を含む導電層を形成して、第２電極を準備する。
製造された光吸収層と第２電極が互いに向き合うように第１電極及び第２電極を配置させた後、光吸収層と第２電極間に電解質を埋め込んで密封して、本発明の一実施形態による色素増感太陽電池を製造する。
第１電極及び第２電極は、接着剤を使って面接合されることができる。接着剤としては熱可塑性高分子フィルムを用いることができ、一例に商品名ｓｕｒｌｙｎ（デュポン社製）がある。このような熱可塑性高分子フィルムを二つの電極の間に位置させた後、加熱プレスして、密閉させる。接着剤の他の種類としては、エポキシ樹脂または紫外線（ＵＶ）硬化剤を用いることができ、この場合、熱処理またはＵＶ処理後に、硬化することもできる。
以下、本発明の望ましい実施例及び比較例を記載する。しかし下記の実施例は本発明の望ましい一実施例だけ本発明が下記の実施例に限定されるのではない。
（実施例１：色素増感太陽電池の製造）
Ｒｕ（ｄｃｂｐｙＨ２）２（ＮＣＳ）２（ｄｃｂｐｙＨ２：２、２’-ビピリジン-カルボン酸、ｓｏｌａｒｏｎｉｘ社製）０．２ｇを水４ｍｌ中に分散させた後、０．２Ｍの１−エチル−３−メチルイミダゾリウムヒドロキシド水溶液に添加して、混合溶液を製造した。この混合溶液を１０分間攪拌し、焼結ガラス材耐熱容器で濾過した。濾過後得られた溶液をガラスピペットでコラムに注入してから、蒸留水を使用して溶離させた。
メインバンドからの分画物を三角フラスコに収集し、０．５ＭのＨＮＯ３を添加して、ｐＨ４．２（±０．１）に調節した。このｐＨにおいて、殆どの沈殿物が形成された。このフラスコを−３０℃で１時間冷却した後、真空下で４８時間乾燥した。得られた物質を、メチレンクロライドで洗った後に真空下で１２時間乾燥して、下記化学式２の構造を有する金属複合体を得た。
インジウムドーピングされたスズ酸化物透明導電体の上に、粒径５〜１５ｎｍ程度の大きさのチタン酸化物粒子の分散液を、ドクターブレード法を利用して、１ｃｍ２面積に塗布し、４５０℃で３０分間熱処理焼成工程を通して、１８μｍ厚さの多孔性チタン酸化物の厚膜を製作した。その後、８０℃に試片を維持してから、上記のように製造した化学式２の構造を有する金属複合体をエタノールに溶解した０．３ｍＭ色素分散液に浸漬して、色素吸着処理を１２時間以上行った。その後、色素吸着した多孔性チタン酸化物厚膜を、エタノールを利用して、洗浄して常温乾燥して、光吸収層が形成された第１電極を製造した。
第２電極には、インジウムドーピングされたスズ酸化物透明導電体の上にスパッタを利用して、約２００ｎｍ厚さにＰｔ層を蒸着し、電解液注入のために０．７５ｍｍ直径のドリルを利用して、微細孔を作って、第２電極を製作した。
６０μｍ厚さの熱可塑性高分子フィルムを、第１電極と第２電極の間において１００℃で９秒間圧着させることによって、二つの電極を接合させた。第２電極に形成された微細孔を通して、酸化−還元電解質を注入させて、カバーグラスと熱可塑性高分子フィルムを利用して、微細孔を密封することによって色素増感太陽電池を製作した。この時利用された酸化−還元電解質は、０．６２Ｍの１、２−ジメチル−３−ヘキシルイミダゾリウムアイオダイド１、２−ｄｉｍｅｔｈｙｌ−３−ｈｅｘｙｌｉｍｉｄａｚｏｌｉｕｍｉｏｄｉｄｅ）、０．５Ｍの２−アミノピリミジン２−ａｍｉｎｏｐｙｒｉｍｉｄｉｎｅ）、０．１ＭのＬｉＩと０．０５ＭのＩ２をアセトニトリル（ａｃｅｔｏｎｉｔｒｉｌｅ）溶媒に溶解したものを利用した。
Ｍ（Ｌ１）ｍ１（Ｌ２）ｍ２Ｘｍ３Ｙｍ４ ・・・（化学式２）
ここで、上記の化学式２において、Ｍは、Ｒｕであり、Ｌ１は、下記の化学式２ａのリガンドを表す。
Figure 2007053102
ここで、上記の化学式２ａにおいて、Ｒ１は−ＣＯ２Ｈであり、Ｒ２及びＲ３は各々ＣＯ２−であり、ｎ＝０である。
また、上記の化学式２において、Ｌ２は、下記の化学式２ｂのリガンドを表す。
Figure 2007053102
ここで、上記の化学式２ｂにおいて、Ｒ４は−ＣＯ２Ｈであり、Ｒ５及びＲ６は各々ＣＯ２−であり、ｎ'＝０である。
また、上記の化学式２において、Ｘは、ＮＣＳであり、Ｙは、下記の化学式２ｃの１−エチル−３−メチルイミダゾリウム陽イオンである。
Figure 2007053102
ここで、上記の化学式２ｃにおいて、Ｒ７は−ＣＨ２ＣＨ３であり、Ｒ９は−ＣＨ３であり、Ｒ８、Ｒ１０及びＲ１１は各々水素を表す。
また、上記の化学式２において、ｍ１＝１、ｍ２＝１、ｍ３＝２及びｍ４＝２である。
（実施例２：色素増感太陽電池の製造）
Ｒｕ（ｄｃｂｐｙＨ２）２（ＮＣＳ）２０．２ｇを水４ｍｌ中に分散させた後、０．２Ｍの１-エチル-２，３−ジメチルイミダゾリウムヒドロキシド水溶液に添加して、混合溶液を製造した。この混合溶液を１０分間攪拌し、焼結ガラス材耐熱容器で濾過した。濾過後得られた溶液をガラスピペットでコラムに注入してから、蒸留水を使用して溶離させた。
メインバンドからの分画物を三角フラスコに収集し、０．５ＭのＨＮＯ３を添加して、ｐＨ４．２（±０．１）に調節した。このｐＨにおいて、殆どの沈殿物が形成された。このフラスコを−３０℃で１時間冷却した後、真空下で４８時間乾燥した。得られた物質をメチレンクロライドで洗った後に真空下で１２時間乾燥して、下記化学式３の構造を有する金属複合体を得た。
インジウムドーピングされたスズ酸化物透明導電体の上に、粒径５〜１５ｎｍ程度の大きさのチタン酸化物粒子分散液を、ドクターブレード法を利用して、１ｃｍ２面積に塗布し、４５０℃で３０分間熱処理焼成工程を通して、１８μｍ厚さの多孔性チタン酸化物厚膜を製作した。その後８０℃に試片を維持してから、上記のように製造した化学式３の構造を有する金属複合体をエタノールに溶解した０．３ｍＭ色素分散液に浸漬して、色素吸着処理を１２時間以上行った。その後、色素吸着した多孔性チタン酸化物厚膜を、エタノールを利用して、洗浄して常温乾燥して、光吸収層が形成された第１電極を製造した。
第２電極にはインジウムドーピングされたスズ酸化物透明導電体の上にスパッタを利用して、約２００ｎｍ厚さにＰｔ層を蒸着し、電解液注入のために０．７５ｍｍ直径のドリルを利用して、微細孔を作って、第２電極を製作した。
６０μｍ厚さの熱可塑性高分子フィルムを、第１電極と第２電極間において１００℃で９秒間圧着させることによって、二つの電極を接合させた。第２電極に形成された微細孔を通して、酸化−還元電解質を注入させて、カバーグラスと熱可塑性高分子フィルムを利用して、微細孔を密封することによって、色素増感太陽電池を製作した。この時、利用された酸化−還元電解質は０．６２Ｍの１、２−ジメチル−３−ヘキシルイミダゾリウムアイオダイド１、２−ｄｉｍｅｔｈｙｌ−３−ｈｅｘｙｌｉｍｉｄａｚｏｌｉｕｍｉｏｄｉｄｅ）、０．５Ｍの２−アミノピリミジン２−ａｍｉｎｏｐｙｒｉｍｉｄｉｎｅ）、０．１ＭのＬｉＩと０．０５ＭのＩ２をアセトニトリル（ａｃｅｔｏｎｉｔｒｉｌｅ）溶媒に溶解したものを利用した。
Ｍ（Ｌ１）ｍ１（Ｌ２）ｍ２Ｘｍ３Ｙｍ４ ・・・（化学式３）
ここで、上記の化学式３において、Ｍは、Ｒｕであり、Ｌ１は、下記の化学式３ａのリガンドを表す。
Figure 2007053102
ここで、上記の化学式３ａにおいて、Ｒ１は−ＣＯ２Ｈであり、Ｒ２及びＲ３は各々ＣＯ２−であり、ｎ＝０である。
また、上記の化学式３において、Ｌ２は、下記の化学式３ｂのリガンドを表す。
Figure 2007053102
上記の化学式３ｂにおいて、Ｒ４は−ＣＯ２Ｈであり、Ｒ５及びＲ６は各々ＣＯ２−であり、ｎ'＝０である。
また、上記の化学式３において、Ｘは、ＮＣＳであり、Ｙは、下記の化学式３ｃの１−エチル−２、３−ジメチルイミダゾリウム陽イオンである。
Figure 2007053102
ここで、上記の化学式３ｃにおいて、Ｒ７は−ＣＨ２ＣＨ３であり、Ｒ８及びＲ９は−ＣＨ３であり、Ｒ１０及びＲ１１は水素である。
また、上記の化学式３において、ｍ１＝１、ｍ２＝１、ｍ３＝２及びｍ４＝２である。
（実施例３：色素増感太陽電池の製造）
Ｒｕ（ｄｃｂｐｙＨ２）２（ＮＣＳ）２０．２ｇを水４ｍｌ中に分散させた後、０．２Ｍの１-エチル-４−ｔｅｒｔ−ブチルピリジニウムヒドロキシド水溶液に添加して、混合溶液を製造した。この混合溶液を１０分間攪拌し、焼結ガラス材耐熱容器で濾過した。濾過後得られた溶液をガラスピペットでコラムに注入してから、蒸留水を使用して溶離させた。
メインバンドからの分画物を三角フラスコに収集し、０．５ＭのＨＮＯ３を添加して、ｐＨ４．２（±０．１）に調節した。このｐＨにおいて、殆どの沈殿物が形成された。このフラスコを−３０℃で１時間冷却した後、真空下で４８時間乾燥した。得られた物質をメチレンクロライドで洗った後に真空下で１２時間乾燥して、下記化学式４の構造を有する金属複合体を得た。
インジウムドーピングされたスズ酸化物透明導電体の上に、粒径５〜１５ｎｍ程度の大きさのチタン酸化物粒子分散液を、ドクターブレード法を利用して、１ｃｍ２面積に塗布し、４５０℃で３０分間熱処理焼成工程を通して、１８μｍ厚さの多孔性チタン酸化物厚膜を製作した。その後、８０℃に試片を維持してから、上記のように製造した化学式４の構造を有する金属複合体をエタノールに溶解した０．３ｍＭ色素分散液に浸漬して、色素吸着処理を１２時間以上行った。その後色素吸着した多孔性チタン酸化物厚膜を、エタノールを利用して、洗浄して常温乾燥して、光吸収層が形成された第１電極を製造した。
第２電極には、インジウムドーピングされたスズ酸化物透明導電体の上に、スパッタを利用して、約２００ｎｍ厚さにＰｔ層を蒸着し、電解液注入のために０．７５ｍｍ直径のドリルを利用して、微細孔を作って、第２電極を製作した。
６０μｍ厚さの熱可塑性高分子フィルムを、第１電極と第２電極の間において１００℃で９秒間圧着させることによって、二つの電極を接合させた。第２電極に形成された微細孔を通して、酸化−還元電解質を注入させて、カバーグラスと熱可塑性高分子フィルムを利用して、微細孔を密封することによって、色素増感太陽電池を製作した。この時、利用された酸化−還元電解質は、０．６２Ｍの１、２−ジメチル−３−ヘキシルイミダゾリウムアイオダイド１、２−ｄｉｍｅｔｈｙｌ−３−ｈｅｘｙｌｉｍｉｄａｚｏｌｉｕｍｉｏｄｉｄｅ）、０．５Ｍの２−アミノピリミジン２−ａｍｉｎｏｐｙｒｉｍｉｄｉｎｅ）、０．１ＭのＬｉＩと０．０５ＭのＩ２をアセトニトリル（ａｃｅｔｏｎｉｔｒｉｌｅ）溶媒に溶解したものを利用した。
Ｍ（Ｌ１）ｍ１（Ｌ２）ｍ２Ｘｍ３Ｙｍ４ ・・・（化学式４）
ここで、上記の化学式４において、Ｍは、Ｒｕであり、Ｌ１は、下記の化学式４ａのリガンドを表す。
Figure 2007053102
上記の化学式４ａにおいて、Ｒ１は−ＣＯ２Ｈであり、Ｒ２及びＲ３は各々ＣＯ２−であり、ｎ＝０である。
また、上記の化学式４において、Ｌ２は、下記の化学式４ｂのリガンドを表す。
Figure 2007053102
ここで、上記の化学式４ｂにおいて、Ｒ４は−ＣＯ２Ｈであり、Ｒ５及びＲ６は各々ＣＯ２−であり、ｎ'＝０である。
また、上記の化学式４において、Ｘは、ＮＣＳであり、Ｙは、下記の化学式４ｃの１−エチル−４−ｔｅｒｔ−ブチルピリジニウム陽イオンである。
Figure 2007053102
ここで、化学式４ｃにおいて、Ｒ１２は−ＣＨ２ＣＨ３であり、Ｒ１５は−Ｃ（ＣＨ３）３であり、Ｒ１３、Ｒ１４、Ｒ１６、及びＲ１７は各々水素である。
また、上記の化学式４において、ｍ１＝１、ｍ２＝１、ｍ３＝２及びｍ４＝２である。
（実施例４：色素増感太陽電池の製造）
Ｒｕ（ｄｃｂｐｙＨ２）２（ＮＣＳ）２０．２ｇを水４ｍｌ中に分散させた後、０．２Ｍの１−ブチル−４−メチルピノリジニウムヒドロキシド水溶液に添加して、混合溶液を製造した。この混合溶液を１０分間攪拌し、焼結ガラス材耐熱容器で濾過した。濾過後得られた溶液をガラスピペットでコラムに注入してから、蒸留水を使用して溶離させた。
メインバンドからの分画物を三角フラスコに収集し、０．５ＭのＨＮＯ３を添加して、ｐＨ４．２（±０．１）に調節した。このｐＨにおいて、殆どの沈殿物が形成された。このフラスコを−３０℃で１時間冷却した後、真空下で４８時間乾燥した。得られた物質をメチレンクロライドで洗った後に真空下で１２時間乾燥して、下記化学式５の構造を有する金属複合体を得た。
インジウムドーピングされたスズ酸化物透明導電体の上に、粒径５〜１５ｎｍ程度の大きさのチタン酸化物粒子分散液を、ドクターブレード法を利用して、１ｃｍ２面積に塗布し、４５０℃で３０分間熱処理焼成工程を通して、１８μｍ厚さの多孔性チタン酸化物厚膜を製作した。その後８０℃に試片を維持してから、上記のように製造した化学式５の構造を有する金属複合体をエタノールに溶解した０．３ｍＭ色素分散液に浸漬して、色素吸着処理を１２時間以上行った。その後、色素吸着した多孔性チタン酸化物厚膜を、エタノールを利用して、洗浄して常温乾燥して、光吸収層が形成された第１電極を製造した。
第２電極には、インジウムドーピングされたスズ酸化物透明導電体の上にスパッタを利用して、約２００ｎｍ厚さにＰｔ層を蒸着し、電解液注入のために０．７５ｍｍ直径のドリルを利用して、微細孔を作って、第２電極を製作した。
６０μｍ厚さの熱可塑性高分子フィルムを、第１電極と第２電極の間において１００℃で９秒間圧着させることによって、二つの電極を接合させた。第２電極に形成された微細孔を通して、酸化−還元電解質を注入させて、カバーグラスと熱可塑性高分子フィルムを利用して、微細孔を密封することによって、色素増感太陽電池を製作した。この時、利用された酸化−還元電解質は０．６２Ｍの１、２−ジメチル−３−ヘキシルイミダゾリウムアイオダイド１、２−ｄｉｍｅｔｈｙｌ−３−ｈｅｘｙｌｉｍｉｄａｚｏｌｉｕｍｉｏｄｉｄｅ）、０．５Ｍの２−アミノピリミジン２−ａｍｉｎｏｐｙｒｉｍｉｄｉｎｅ）、０．１ＭのＬｉＩと０．０５ＭのＩ２をアセトニトリル（ａｃｅｔｏｎｉｔｒｉｌｅ）溶媒に溶解したものを利用した。
Ｍ（Ｌ１）ｍ１（Ｌ２）ｍ２Ｘｍ３Ｙｍ４ ・・・（化学式５）
ここで、上記の化学式５において、Ｍは、Ｒｕであり、Ｌ１は、下記の化学式５ａのリガンドを表す。
Figure 2007053102
ここで、上記の化学式５ａにおいて、Ｒ１は−ＣＯ２Ｈであり、Ｒ２及びＲ３は各々ＣＯ２−であり、ｎ＝０である。
また、上記の化学式５において、Ｌ２は、下記の化学式５ｂのリガンドを表す。
Figure 2007053102
上記の化学式５ｂにおいて、Ｒ４は−ＣＯ２Ｈであり、Ｒ５及びＲ６は各々ＣＯ２−であり、ｎ'＝０である。
また、上記の化学式５において、Ｘは、ＮＣＳであり、Ｙは、下記の化学式５ｃの１−ブチル−４−メチルピノリジニウム陽イオンである。
Figure 2007053102
ここで、上記の化学式５ｃにおいて、Ｒ１８は−ＣＨ２ＣＨ２ＣＨ２ＣＨ３であり、Ｒ２１は−ＣＨ３であり、Ｒ１９、Ｒ２０、Ｒ２２及びＲ２３は各々水素である。
また、上記の化学式５において、ｍ１＝１、ｍ２＝１、ｍ３＝２及びｍ４＝２である。
（実施例５：色素増感太陽電池の製造）
Ｒｕ（ｄｃｂｐｙＨ２）２（ＮＣＳ）２０．２ｇを水４ｍｌ中に分散させた後、０．２Ｍの１−エチル−４−メチルキノリジニウムヒドロキシド水溶液に添加して、混合溶液を製造した。この混合溶液を１０分間攪拌し、焼結ガラス材耐熱容器で濾過した。濾過後得られた溶液をガラスピペットでコラムに注入してから、蒸留水を使用して溶離させた。
メインバンドからの分画物を三角フラスコに収集し、０．５ＭのＨＮＯ３を添加して、ｐＨ４．２（±０．１）に調節した。このｐＨにおいて、殆どの沈殿物が形成された。このフラスコを−３０℃で１時間冷却した後、真空下で４８時間乾燥した。得られた物質をメチレンクロライドで洗った後に真空下で１２時間乾燥して、下記化学式６の構造を有する金属複合体を得た。
インジウムドーピングされたスズ酸化物透明導電体の上に、粒径５〜１５ｎｍ程度の大きさのチタン酸化物粒子分散液を、ドクターブレード法を利用して、１ｃｍ２面積に塗布し、４５０℃で３０分間熱処理焼成工程を通して、１８μｍ厚さの多孔性チタン酸化物厚膜を製作した。その後、８０℃に試片を維持してから、上記のように製造した化学式６の構造を有する金属複合体をエタノールに溶解した０．３ｍＭ色素分散液に浸漬して、色素吸着処理を１２時間以上行った。その後、色素吸着した多孔性チタン酸化物厚膜を、エタノールを利用して、洗浄して常温乾燥して、光吸収層が形成された第１電極を製造した。
第２電極には、インジウムドーピングされたスズ酸化物透明導電体の上にスパッタを利用して、約２００ｎｍ厚さにＰｔ層を蒸着し、電解液注入のために０．７５ｍｍ直径のドリルを利用して、微細孔を作って、第２電極を製作した。
６０μｍ厚さの熱可塑性高分子フィルムを、第１電極と第２電極の間において１００℃で９秒間圧着させることによって、二つの電極を接合させた。第２電極に形成された微細孔を通して、酸化−還元電解質を注入させて、カバーグラスと熱可塑性高分子フィルムを利用して、微細孔を密封することによって色素増感太陽電池を製作した。この時、利用された酸化−還元電解質は、０．６２Ｍの１、２−ジメチル−３−ヘキシルイミダゾリウムアイオダイド１、２−ｄｉｍｅｔｈｙｌ−３−ｈｅｘｙｌｉｍｉｄａｚｏｌｉｕｍｉｏｄｉｄｅ）、０．５Ｍの２−アミノピリミジン２−ａｍｉｎｏｐｙｒｉｍｉｄｉｎｅ）、０．１ＭのＬｉＩと０．０５ＭのＩ２をアセトニトリル（ａｃｅｔｏｎｉｔｒｉｌｅ）溶媒に溶解したものを利用した。
Ｍ（Ｌ１）ｍ１（Ｌ２）ｍ２Ｘｍ３Ｙｍ４ ・・・（化学式６）
ここで、上記の化学式６において、Ｍは、Ｒｕであり、Ｌ１は、下記の化学式６ａのリガンドを表す。
Figure 2007053102
ここで、上記の化学式６ａにおいて、Ｒ１は−ＣＯ２Ｈであり、Ｒ２及びＲ３は各々ＣＯ２−であり、ｎ＝０である。
また、上記の化学式６において、Ｌ２は、下記の化学式６ｂのリガンドを表す。
Figure 2007053102
ここで、上記の化学式６ｂにおいて、Ｒ４は−ＣＯ２Ｈであり、Ｒ５及びＲ６は各々ＣＯ２−であり、ｎ'＝０である。
また、上記の化学式６において、Ｘは、ＮＣＳであり、Ｙは、下記の化学式６ｃの１−エチル−４−メチルキノリジニウム陽イオンである。
Figure 2007053102
ここで、上記の化学式６ｃにおいて、Ｒ２４は−ＣＨ２ＣＨ３であり、Ｒ２７は−ＣＨ３であり、Ｒ２５、Ｒ２６、Ｒ２８、Ｒ２９、Ｒ３０及びＲ３１は各々水素である。
また、上記の化学式６において、ｍ１＝１、ｍ２＝１、ｍ３＝２及びｍ４＝２である。
（比較例１：色素増感太陽電池の製造）
インジウムドーピングされたスズ酸化物透明導電体の上に、粒径５〜１５ｎｍ程度の大きさのチタン酸化物粒子分散液を、ドクターブレード法を利用して、１ｃｍ２面積に塗布し、４５０℃で３０分間熱処理焼成工程を通して、１８μｍ厚さの多孔性チタン酸化物厚膜を製作した。その後、８０℃に試片を維持してからエタノールに溶解した０．４５ｍＭのＲｕ（ｄｃｂｐｙＨ）２（ＮＣＳ）２（ｄｃｂｐｙＨ：２、２'−ビピリジン−４、４'−ジカルボン酸）色素色素液を利用して、色素吸着処理を１２時間以上行った。その後、色素吸着した多孔性チタン酸化物厚膜を、エタノールを利用して、洗浄して常温乾燥して、光吸収層が形成された第１電極を製造した。
第２電極には、インジウムドーピングされたスズ酸化物透明導電体の上に、スパッタを利用して、約２００ｎｍ厚さにＰｔ層を蒸着し、電解液注入のために０．７５ｍｍ直径のドリルを利用して、微細孔を作って、第２電極を製作した。
６０μｍ厚さの熱可塑性高分子フィルムを、第１電極と第２電極間において１００℃で９秒間圧着させることによって、二つの電極を接合させた。
第２電極に形成された微細孔を通して、酸化−還元電解質を注入させて、カバーグラスと熱可塑性高分子フィルムを利用して、微細孔を塞ぐことによって、色素増感太陽電池を製作した。この時、利用された酸化−還元電解質は０．６２Ｍの１、２−ジメチル−３−ヘキシルイミダゾリウムアイオダイド１、２−ｄｉｍｅｔｈｙｌ−３−ｈｅｘｙｌｉｍｉｄａｚｏｌｉｕｍｉｏｄｉｄｅ）、０．５Ｍの２−アミノピリミジン２−ａｍｉｎｏｐｙｒｉｍｉｄｉｎｅ）、０．１ＭのＬｉＩと０．０５ＭのＩ２をアセトニトリル（ａｃｅｔｏｎｉｔｒｉｌｅ）溶媒に溶解したものを利用した。
（比較例２：色素増感太陽電池の製造）
インジウムドーピングされたスズ酸化物透明導電体の上に、粒径５〜１５ｎｍ程度の大きさのチタン酸化物粒子分散液を、ドクターブレード法を利用して、１ｃｍ２面積に塗布し、４５０℃で３０分間熱処理焼成工程を通して、１８μｍ厚さの多孔性チタン酸化物厚膜を製作した。その後、８０℃に試片を維持してからエタノールに溶解した０．４５ｍＭの（Ｂｕ４Ｎ）２［Ｒｕ（ｄｃｂｐｙＨ）２］（Ｂｕ４Ｎ：テトラブチルアンモニウム陽イオン、ｄｃｂｐｙＨ：２、２'−ビピリジン−４、４'−ジカルボン酸）色素色素液を利用して色素吸着処理を１２時間以上行った。その後、色素吸着した多孔性チタン酸化物厚膜を、エタノールを利用して、洗浄して常温乾燥して、光吸収層が形成された第１電極を製造した。
第２電極には、インジウムドーピングされたスズ酸化物透明導電体の上にスパッタを利用して、約２００ｎｍ厚さにＰｔ層を蒸着し、電解液注入のために０．７５ｍｍ直径のドリルを利用して、微細孔を作って、第２電極を製作した。
６０μｍ厚さの熱可塑性高分子フィルムを、第１電極と第２電極の間において１００℃で９秒間圧着させることによって、二つの電極を接合させた。
第２電極に形成された微細孔を通して、酸化−還元電解質を注入して、カバーグラスと熱可塑性高分子フィルムを利用して、微細孔を塞ぐことによって、色素増感太陽電池を製作した。この時、利用された酸化−還元電解質は０．６２Ｍの１、２−ジメチル−３−ヘキシルイミダゾリウムアイオダイド（１、２−ｄｉｍｅｔｈｙｌ−３−ｈｅｘｙｌｉｍｉｄａｚｏｌｉｕｍｉｏｄｉｄｅ）、０．５Ｍの２−アミノピリミジン（２−ａｍｉｎｏｐｙｒｉｍｉｄｉｎｅ）、０．１ＭのＬｉＩと０．０５ＭのＩ２をアセトニトリル（ａｃｅｔｏｎｉｔｒｉｌｅ）溶媒に溶解したものを利用した。
上記の実施例１〜５、及び比較例１、２で製造された太陽電池に対して、光電流電圧を測定し、測定された光電流曲線から開放電圧（Ｖｏｃ）を計算した。
この時、光源としてはキセノンランプ（Ｘｅｎｏｎ ｌａｍｐ、Ｏｒｉｅｌ、０１１９３）を用い、キセノンランプの態様条件（ＡＭ１．５）は標準太陽電池（Ｆｒｕｎｈｏｆｅｒ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ Ｓｏｌａｒｅ Ｅｎｇｅｒｉｅｓｓｙｓｔｅｍｅ、Ｃｅｒｔｉｆｉｃａｔｅ Ｎｏ．Ｃ−ＩＳＥ３６９、Ｔｙｐｅ ｏｆ ｍａｔｅｒｉａｌ：Ｍｏｎｏ−Ｓｉ + ＫＧフィルター）を使って、補正した。
その結果、実施例１〜５の太陽電池での開放電圧（Ｖｏｃ）は０．７０Ｖであり、比較例１及び２の太陽電池の開放電圧（Ｖｏｃ）は各々０．６２Ｖ
及び０．６７Ｖであった。これらの結果から、本発明の金属複合体を色素分子として含む色素増感太陽電池が、より改善された開放電圧を示すことを確認することができた。
以上説明したように、本発明によれば、色素増感太陽電池用色素およびこれから製造された色素増感太陽電池に関し、特にイミダゾリウム、ピリジニウム、ピロリジニウムまたはキノリジニウムの陽イオンで処理された金属複合体を含んで、高い開放電圧を示す色素およびこれを採用して、光電効率が改善された色素増感太陽電池を提供することが可能である。
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明はかかる例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
本発明の一実施形態による色素増感太陽電池を概略的に示す模式図である。
符号の説明
１０ 色素増感太陽電池
１１ 第１電極
１２ 光吸収層
１３ 電解質層
１４ 第２電極

Claims (16)

  1. 下記の化学式１の構造を有する金属複合体を含むことを特徴とする、色素増感太陽電池用色素。

    Ｍ（Ｌ１）ｍ１（Ｌ２）ｍ２Ｘｍ３Ｙｍ４ ・・・（化学式１）

    ここで、前記化学式１において、Ｍは遷移金属であり、Ｌ１は下記の化学式１ａのリガンドを表し、
    Figure 2007053102
     （前記化学式１ａにおいて、Ｒ１、Ｒ２及びＲ３は、各々独立的に−ＣＯ２Ｈ、−ＰＯ３Ｈ、−ＳＯ３Ｈ、−ＣＯ２−、−ＰＯ３−、−ＳＯ３−、炭素数１〜２０の置換もしくは非置換されたアルキル基、炭素数６〜３０の置換もしくは非置換されたアリール基、炭素数６〜３０の置換もしくは非置換されたアリールオキシ基、炭素数６〜３０の置換もしくは非置換されたアリレン基、炭素数１〜２０の置換もしくは非置換されたアルキレン基及び炭素数１〜２０の置換もしくは非置換されたアルキレンオキシ基からなる群より選択され、ｎは０または１の整数を表す。）
    Ｌ２は、下記の化学式１ｂのリガンドを表し、
    Figure 2007053102
     （前記化学式１ｂにおいて、Ｒ４、Ｒ５及びＲ６は、各々独立的に−ＣＯ２Ｈ、−ＰＯ３Ｈ、−ＳＯ３Ｈ、−ＣＯ２−、−ＰＯ３−、−ＳＯ３−、炭素数１〜２０の置換もしくは非置換されたアルキル基、炭素数６〜３０の置換もしくは非置換されたアリール基、炭素数６〜３０の置換もしくは非置換されたアリールオキシ基、炭素数６〜３０の置換もしくは非置換されたアリレン基、炭素数１〜２０の置換もしくは非置換されたアルキレン基及び炭素数１〜２０の置換もしくは非置換されたアルキレンオキシ基からなる群より選択され、ｎ'は０または１の整数を示す。）
    Ｘは、水素、ＮＯ２、Ｃｌ、Ｂｒ、Ｉ、ＣＮ、ＮＣＳ、Ｈ２Ｏ、ＮＨ３、Ｃｌ−、Ｂｒ−、Ｉ−、ＣＮ−、ＮＣＳ−、及びＰＦ６−からなる群より選択され、
    Ｙは、下記の化学式１ｃのイミダゾリウム陽イオン、化学式１ｄのピリジニウム陽イオン、化学式１ｅのピロリジニウム陽イオン及び化学式１ｆのキノリジニウム陽イオンからなる群より選択され、
    Figure 2007053102
    Figure 2007053102
    Figure 2007053102
    Figure 2007053102

    （前記化学式１ｃ〜１ｆにおいて、Ｒ７〜Ｒ３１は、各々独立的に水素、ヒドロキシ基、炭素数１〜２０の置換もしくは非置換されたアルキル基、炭素数１〜２０の置換もしくは非置換されたアルコキシ基、炭素数６〜３０の置換もしくは非置換されたアリール基、炭素数１〜２０の置換もしくは非置換されたアルキルチオ基、エーテル基、チオエーテル基、置換もしくは非置換されたアミノ基、炭素数６〜３０の置換もしくは非置換されたアリレンオキシ基、置換もしくは非置換されたアルケニル基、炭素数６〜３０の置換もしくは非置換されたアリールオキシ基、炭素数６〜３０の置換もしくは非置換されたアリレン基、炭素数１〜２０の置換もしくは非置換されたアルキレン基及び炭素数１〜２０の置換もしくは非置換されたアルキレンオキシ基からなる群より選択される。）
    ｍ１は０〜３の整数であり、
    ｍ２は１〜３の整数であり、
    ｍ３は０〜３の整数であり、
    ｍ４は１〜６の整数である。
  2. 前記Ｍは、Ｒｕ、Ｏｓ、Ｉｒ、Ｃｏ、Ｒｈ、Ｚｒ、Ｚｎ及びＰｄからなる群より選択されることを特徴とする、請求項１に記載の色素増感太陽電池用色素。
  3. 前記アルキル基は、炭素数１〜１２の直鎖型または分枝型アルキル基であることを特徴とする、請求項１に記載の色素増感太陽電池用色素。
  4. 前記アルコキシ基は、炭素数１〜６のアルコキシ基であることを特徴とする、請求項１に記載の色素増感太陽電池用色素。
  5. 前記アルコキシ基は、一つ以上のハロゲン原子に置換されたハロアルコキシ基であることを特徴とする、請求項１に記載の色素増感太陽電池用色素。
  6. 前記アリール基は、ヒドロキシ、ハロゲン、ハロアルキル、ニトロ、シアノ、アルコキシ及び炭素数１〜６の低級アルキルアミノからなる群より選択される１種以上の置換基を有することを特徴とする、請求項１に記載の色素増感太陽電池用色素。
  7. 前記アルキルチオ基は、炭素数１〜１２の直鎖型もしくは分枝型アルキル基を含むことを特徴とする、請求項１に記載の色素増感太陽電池用色素。
  8. 前記色素は、下記の化学式２〜６のいずれか一つの構造を有する金属複合体を含むことを特徴とする、請求項１に記載の色素増感太陽電池用色素。

    Ｍ（Ｌ１）ｍ１（Ｌ２）ｍ２Ｘｍ３Ｙｍ４ ・・・（化学式２）

    ここで、前記化学式２において、Ｍは、Ｒｕであり、Ｌ１は、下記の化学式２ａのリガンドを表し、

    Figure 2007053102
    （前記化学式２ａにおいて、Ｒ１は−ＣＯ２Ｈであり、Ｒ２及びＲ３は各々ＣＯ２−であり、ｎ＝０である。）
    Ｌ２は、下記の化学式２ｂのリガンドを表し、

    Figure 2007053102

    （前記化学式２ｂにおいて、Ｒ４は−ＣＯ２Ｈであり、Ｒ５及びＲ６は各々ＣＯ２−であり、ｎ'＝０である。）
    Ｘは、ＮＣＳであり、
    Ｙは、下記の化学式２ｃの１−エチル−３−メチルイミダゾリウム陽イオンであり、

    Figure 2007053102

    （前記化学式２ｃにおいて、Ｒ７は−ＣＨ２ＣＨ３であり、Ｒ９は−ＣＨ３であり、Ｒ８、Ｒ１０及びＲ１１は各々水素を表す。）
    ｍ１＝１、ｍ２＝１、ｍ３＝２及びｍ４＝２である。

    Ｍ（Ｌ１）ｍ１（Ｌ２）ｍ２Ｘｍ３Ｙｍ４ ・・・（化学式３）

    ここで、前記化学式３において、Ｍは、Ｒｕであり、Ｌ１は、下記の化学式３ａのリガンドを表し、

    Figure 2007053102
    （前記化学式３ａにおいて、Ｒ１は−ＣＯ２Ｈであり、Ｒ２及びＲ３は各々ＣＯ２−であり、ｎ＝０である。）
    Ｌ２は、下記の化学式３ｂのリガンドを表し、

    Figure 2007053102

    （前記化学式３ｂにおいて、Ｒ４は−ＣＯ２Ｈであり、Ｒ５及びＲ６は各々ＣＯ２−であり、ｎ'＝０である。）
    Ｘは、ＮＣＳであり、
    Ｙは、下記の化学式３ｃの１−エチル−２、３−ジメチルイミダゾリウム陽イオンであり、

    Figure 2007053102

    （前記化学式３ｃにおいて、Ｒ７は−ＣＨ２ＣＨ３であり、Ｒ８及びＲ９は−ＣＨ３であり、Ｒ１０及びＲ１１は水素である。）
    ｍ１＝１、ｍ２＝１、ｍ３＝２及びｍ４＝２である。

    Ｍ（Ｌ１）ｍ１（Ｌ２）ｍ２Ｘｍ３Ｙｍ４ ・・・（化学式４）

    ここで、前記化学式４において、Ｍは、Ｒｕであり、Ｌ１は、下記の化学式４ａのリガンドを表し、

    Figure 2007053102

    （前記化学式４ａにおいて、Ｒ１は−ＣＯ２Ｈであり、Ｒ２及びＲ３は各々ＣＯ２−であり、ｎ＝０である。）
    Ｌ２は、下記の化学式４ｂのリガンドを表し、

    Figure 2007053102

    （前記化学式４ｂにおいて、Ｒ４は−ＣＯ２Ｈであり、Ｒ５及びＲ６は各々ＣＯ２−であり、ｎ'＝０である。）
    Ｘは、ＮＣＳであり、
    Ｙは、下記の化学式４ｃの１−エチル−４−ｔｅｒｔ−ブチルピリジニウム陽イオンであり、

    Figure 2007053102

    （前記化学式４ｃにおいて、Ｒ１２は−ＣＨ２ＣＨ３であり、Ｒ１５は−Ｃ（ＣＨ３）３であり、Ｒ１３、Ｒ１４、Ｒ１６、及びＲ１７は各々水素である。）
    ｍ１＝１、ｍ２＝１、ｍ３＝２及びｍ４＝２である。

    Ｍ（Ｌ１）ｍ１（Ｌ２）ｍ２Ｘｍ３Ｙｍ４ ・・・（化学式５）

    ここで、前記化学式５において、Ｍは、Ｒｕであり、Ｌ１は、下記の化学式５ａのリガンドを表し、

    Figure 2007053102

    （前記化学式５ａにおいて、Ｒ１は−ＣＯ２Ｈであり、Ｒ２及びＲ３は各々ＣＯ２−であり、ｎ＝０である。）

    Ｌ２は、下記の化学式５ｂのリガンドを表し、

    Figure 2007053102


    （前記化学式５ｂにおいて、Ｒ４は−ＣＯ２Ｈであり、Ｒ５及びＲ６は各々ＣＯ２−であり、ｎ'＝０である。）
    Ｘは、ＮＣＳであり、
    Ｙは、下記の化学式５ｃの１−ブチル−４−メチルピノリジニウム陽イオンであり、

    Figure 2007053102

    （前記化学式５ｃにおいて、Ｒ１８は−ＣＨ２ＣＨ２ＣＨ２ＣＨ３であり、Ｒ２１は−ＣＨ３であり、Ｒ１９、Ｒ２０、Ｒ２２及びＲ２３は各々水素である。）
    ｍ１＝１、ｍ２＝１、ｍ３＝２及びｍ４＝２である。

    Ｍ（Ｌ１）ｍ１（Ｌ２）ｍ２Ｘｍ３Ｙｍ４ ・・・（化学式６）

    ここで、前記化学式６において、Ｍは、Ｒｕであり、Ｌ１は、下記の化学式６ａのリガンドを表し、

    Figure 2007053102

    （前記化学式６ａにおいて、Ｒ１は−ＣＯ２Ｈであり、Ｒ２及びＲ３は各々ＣＯ２−であり、ｎ＝０である。）
    Ｌ２は、下記の化学式６ｂのリガンドを表し、

    Figure 2007053102
    （前記化学式６ｂにおいて、Ｒ４は−ＣＯ２Ｈであり、Ｒ５及びＲ６は各々ＣＯ２−であり、ｎ'＝０である。）
    Ｘは、ＮＣＳであり、
    Ｙは、下記の化学式６ｃの１−エチル−４−メチルキノリジニウム陽イオンであり、

    Figure 2007053102

    （前記化学式６ｃにおいて、Ｒ２４は−ＣＨ２ＣＨ３であり、Ｒ２７は−ＣＨ３であり、Ｒ２５、Ｒ２６、Ｒ２８、Ｒ２９、Ｒ３０及びＲ３１は各々水素である。）
    ｍ１＝１、ｍ２＝１、ｍ３＝２及びｍ４＝２である。
  9. 導電性透明基板を含む第１電極と、
    前記第１電極を含む一面に形成された光吸収層と、
    前記光吸収層が形成された前記第１電極に対向して配置される第２電極と、
    前記第１電極と前記第２電極間に配置される電解質と、
    を含み、
    前記光吸収層は、半導体微粒子と、請求項１〜請求項８のいずれかに記載の色素と、を含むことを特徴とする、色素増感太陽電池。
  10. 前記導電性透明基板は、インジウムティンオキシド、フルオリンティンオキシド、ＺｎＯ−Ｇａ２Ｏ３、ＺｎＯ−Ａｌ２Ｏ３及びスズ系酸化物からなる群より選択される１種以上の物質を含むガラス基板またはプラスチック基板であることを特徴とする、請求項９に記載の色素増感太陽電池。
  11. 前記プラスチック基板は、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、ポリカーボネート、ポリプロピレン、ポリイミド及びトリアセチルセルロースからなる群より選択した１種以上を含むことを特徴とする、請求項９に記載の色素増感太陽電池。
  12. 前記半導体微粒子は、単体半導体、金属酸化物及びペロブスカイト構造を有する複合金属酸化物からなる群より選択されることを特徴とする、請求項９に記載の色素増感太陽電池。
  13. 前記半導体微粒子は、ＴｉＯ２、ＳｎＯ２、ＺｎＯ、ＷＯ３、Ｎｂ２Ｏ５及びＴｉＳｒＯ３からなる群より選択されることを特徴とする、請求項９に記載の色素増感太陽電池。
  14. 前記半導体微粒子は、５０ｎｍ以下の平均粒子直径を有することを特徴とする、請求項９に記載の色素増感太陽電池。
  15. 前記光吸収層は、２５μｍ以下の厚さを有することを特徴とする、請求項９に記載の色素増感太陽電池。
  16. 前記第２電極は、Ｐｔ、Ａｕ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ａｇ、Ｉｎ、Ｒｕ、Ｐｄ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｏｓ、Ｃ、及び導電性高分子からなる群より選択した１種以上の物質を含むことを特徴とする、請求項９に記載の色素増感太陽電池。
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