JP2011502965A - 新規色素 - Google Patents

Abstract

新型な色素、並びに関連する光電池、部品、システム、および方法を開示する。

Description

本開示は新規な色素、並びに関連する光電池、部品、システム、および方法に関する。

３５Ｕ．Ｓ．Ｃ．§１１９に基づき、本出願は、米国特許仮出願第６０／９８２，８７２号（出願日：２００７年１０月２６日）の優先権の利益を主張し、米国特許出願第１２／２３６，１５０号（出願日：２００８年９月２３日）の優先権の利益を主張するとともに同出願の継続出願である。各々の全内容は引用によって本明細書に援用される。

光電池は太陽電池とも呼ばれ、日光などの光を電気エネルギーに変換することができる。光電池の一種として、色素増感太陽電池（ＤＳＳＣ）がある。
図１を参照すると、ＤＳＳＣ１００は、電極１０１および対向電極１１１の間に配置された、電荷キャリア層１４０（たとえば、ヨウ化物／ヨウ素溶液などの電解質を含む）と、光活性層１５０（たとえば、ＴｉＯ_２粒子などの半導体材料を含む）とを含む。光活性層１５０は、増感剤（たとえば色素）を更に含む。一般に増感剤は、動作波長範囲内（たとえば太陽のスペクトル内）の光子を吸収することができる。電極１０１は、基板１７０（たとえば、ガラス基板またはポリマー基板）と、基板１７０の内表面１７２に配置された導電層１６０（たとえば、ＩＴＯ層または酸化スズ層）とを含む。対向電極１１１は、基板１１０と、導電層１２０（たとえば、ＩＴＯ層または酸化スズ層）と、電荷キャリア層１４０のレドックス反応を触媒する触媒層１３０（たとえば、白金を含有する）とを含む。導電層１２０は基板１１０の内表面１１２に配置され、触媒層１３０は導電層１２０の表面１２２に配置されている。電極１０１および対向電極１１１は、外部の電気的な負荷１８０を挟んでワイヤによって接続される。

動作時、（たとえば太陽スペクトルの）放射による照射に応じて、ＤＳＳＣ１００には負荷１８０を通じた電子の流れを生じさせる励起、酸化、および還元のサイクルが生じる。入射光は、光活性層１５０の増感剤分子を励起する。光励起された増感剤分子によって、次いで、光活性層１５０の半導体の伝導帯に電子が注入され、増感剤分子は酸化状態となる。注入された電子は、半導体材料を通って、導電層１６０に、続いて外部負荷１８０に流れる。外部負荷１８０を通った後、電子は層１２０に、次いで層１３０に、それに続いて電荷キャリア層１４０に流れ、この電子によって触媒層１３０において電荷キャリア層１４０の電解質材料が還元される。還元された電解質は、次いで、酸化した増感剤分子を中性状態に還元することができる。電荷キャリア層１４０の電解質は、対向電極１１１から作用電極１０１への電子の流れを制御するための酸化還元メディエータとして機能することができる。この励起、酸化、および還元のサイクルが繰り返されて、外部負荷１８０に対し連続的に電気エネルギーが供給される。

本開示は新規な色素、並びに関連する光電池、部品、システム、および方法に関する。

一態様において、本開示は１組の化合物を特徴とし、化合物のそれぞれは、式（Ｉａ）の錯体：ＭＸ_３Ｌ（Ｉａ）を含む。式（Ｉａ）において、Ｍは遷移金属イオンであり、Ｘはそれぞれ独立に、チオシアナート、イソチオシアナート、およびピリジンから選択される単座配位子であって、随意で、ハロ、Ｃ_１−Ｃ_２０アルコキシ、Ｃ_１−Ｃ_２０アルキル、Ｃ_２−Ｃ_２０アルケニル、Ｃ_２−Ｃ_２０アルキニル、Ｃ_３−Ｃ_２０シクロアルキル、Ｃ
_３−Ｃ_２０シクロアルケニル、Ｃ_１−Ｃ_２０ヘテロシクロアルキル、Ｃ_１−Ｃ_２０ヘテロシクロアルケニル、アリール、またはヘテロアリールによって置換されており、Ｌは式（ＩＩ）の三座配位子である。

式（ＩＩ）において、Ｒ_１、Ｒ_２、Ｒ_３、Ｒ_４、Ｒ_５、Ｒ_６、Ｒ_７、Ｒ_８、Ｒ_９、Ｒ_１０、およびＲ_１１のうちの１つ以上は、アルケニルアリール、アルキニルアリール、ヘテロアリール、アルケニルヘテロアリール、またはアルキニルヘテロアリールであり、その他のＲ_１、Ｒ_２、Ｒ_３、Ｒ_４、Ｒ_５、Ｒ_６、Ｒ_７、Ｒ_８、Ｒ_９、Ｒ_１０、およびＲ_１１はそれぞれ独立に、Ｈ、ＣＯＯＨ、ＰＯ_３Ｈ、ハロ、Ｃ_１−Ｃ_２０アルコキシ、Ｃ_１−Ｃ_２０アルキル、Ｃ_２−Ｃ_２０アルケニル、Ｃ_２−Ｃ_２０アルキニル、Ｃ_３−Ｃ_２０シクロアルキル、Ｃ_３−Ｃ_２０シクロアルケニル、Ｃ_１−Ｃ_２０ヘテロシクロアルキル、Ｃ_１−Ｃ_２０ヘテロシクロアルケニル、アリール、ヘテロアリール、アルケニルアリール基、アルキニルアリール基、アルケニルヘテロアリール、またはアルキニルヘテロアリールである。

別の態様において、本開示は別の組の化合物を特徴とし、化合物のそれぞれは、式（Ｉｂ）の錯体：ＭＸＹＬ（Ｉｂ）を含む。式（Ｉｂ）において、Ｍは遷移金属イオンであり、Ｘは、チオシアナート、イソチオシアナート、およびピリジンから選択される単座配位子であって、随意で、ハロ、Ｃ_１−Ｃ_２０アルコキシ、Ｃ_１−Ｃ_２０アルキル、Ｃ_２−Ｃ_２０アルケニル、Ｃ_２−Ｃ_２０アルキニル、Ｃ_３−Ｃ_２０シクロアルキル、Ｃ_３−Ｃ_２０シクロアルケニル、Ｃ_１−Ｃ_２０ヘテロシクロアルキル、Ｃ_１−Ｃ_２０ヘテロシクロアルケニル、アリール、またはヘテロアリールによって置換されており、Ｙは、１，１０−フェナントロリンおよび２，２’−ビピリジンから選択される二座配位子であって、それぞれ随意で、ハロ、Ｃ_１−Ｃ_２０アルコキシ、Ｃ_１−Ｃ_２０アルキル、Ｃ_２−Ｃ_２０アルケニル、Ｃ_２−Ｃ_２０アルキニル、Ｃ_３−Ｃ_２０シクロアルキル、Ｃ_３−Ｃ_２０シクロアルケニル、Ｃ_１−Ｃ_２０ヘテロシクロアルキル、Ｃ_１−Ｃ_２０ヘテロシクロアルケニル、アリール、またはヘテロアリールによって置換されており、Ｌは上記式（ＩＩ）の三座配位子である。

更に別の態様において、本開示は、第１電極および第２電極と、第１電極および第２電極の間の光活性層とを備える物品を特徴とする。光活性層は、上記化合物のうちの１つ以上を含む。この物品は、光電池として構成される。

更に別の態様において、本開示は、複数の光電池を備えるモジュールを特徴とする。光電池のうちの２つ以上は電気的に接続されており、光電池のうちの１つ以上は上記化合物のうちの１つ以上を含む。

実施形態は、以下の特徴のうちの１つ以上を含んでもよい。
幾つかの実施形態において、Ｒ_６は、アルケニルアリール、アルキニルアリール、ヘテロアリール、アルケニルヘテロアリール、またはアルキニルヘテロアリールである。たと
えば、Ｒ_６は以下の式のいずれかであってよく、

ここでｎは１、２、または３であってよく、ｍは１、２、または３であってよく、Ｒはそれぞれ独立して、ＣＯＯＨ、ＰＯ_３Ｈ、または以下の式のいずれかであってよい。

ある実施形態において、Ｒ_６は以下の式のいずれかである。

幾つかの実施形態において、遷移金属イオンは、ルテニウムイオン、オスミウムイオン、および鉄イオンから選択される。たとえば、遷移金属イオンはＲｕ（ＩＩ）、Ｏｓ（ＩＩ）、またはＦｅ（ＩＩ）であってよい。

幾つかの実施形態において、Ｘはそれぞれイソチオシアナートである。
幾つかの実施形態において、錯体は以下の式である。

幾つかの実施形態において、Ｒ_３、Ｒ_６、およびＲ_９はそれぞれ独立に、アルケニルアリール、アルキニルアリール、ヘテロアリール、アルケニルヘテロアリール、またはアルキニルヘテロアリールである。たとえば、Ｒ_３、Ｒ_６、およびＲ_９はそれぞれ独立して、以下の式のいずれかであってよく、

ここでｎは１、２、または３であってよく、ｍは１、２、または３であってよく、Ｒはそれぞれ独立して、ＣＯＯＨ、ＰＯ_３Ｈ、または以下の式のいずれかであってよい。

幾つかの実施形態において、化合物は更に対イオン（たとえばＢｕ_４Ｎ^＋）を含んでもよい。

幾つかの実施形態において、光活性層は、化合物に会合した相互に結合した金属酸化物ナノ粒子を更に含む。
幾つかの実施形態において、Ｙは無置換１，１０−フェナントロリンまたは無置換２，２’−ビピリジンである。

実施形態は、以下の利点のうちの１つ以上を含んでもよい。
幾つかの実施形態において、上記化合物は、可視光線スペクトルを通じて比較的高いモル吸光係数を有し、したがってこの波長範囲において大きな吸収を有することができる。このため、このような化合物を含むＤＳＳＣの効率を向上させることができる。

他の特徴および利点は、明細書、図面、および特許請求の範囲から明らかになる。

光電池の一実施形態の断面図。 光電池の別の実施形態の断面図。 電気的に直列に接続された複数の光電池を含むシステムの概略図。 電気的に並列に接続された複数の光電池を含むシステムの概略図。

様々な図面における類似の参照符号は、類似の要素を示す。
図２はＤＳＳＣ２００を示す。ＤＳＳＣ２００は、基板２１０と、導電層２２０と、触媒層２３０と、電荷キャリア層２４０と、光活性層２５０と、導電層２６０と、基板２７０とを備える。導電層２２０，２６０は、外部負荷２８０に電気的に接続されている。

一般に光活性層２５０は、半導体材料と増感剤（たとえば色素）とを含む。幾つかの実施形態において、色素は式（Ｉａ）または式（Ｉｂ）：ＭＸ_３Ｌ（Ｉａ）またはＭＸＹＬ（Ｉｂ）を含んでもよい。ある実施形態において、光活性層２５０は、上記色素のうちの２つ以上を含んでもよい。

幾つかの実施形態において、Ｍは遷移金属イオンであってもよい。適切な遷移金属イオンは、たとえばルテニウムイオン（Ｒｕ（ＩＩ）など）、オスミウムイオン（Ｏｓ（ＩＩ）など）、鉄イオン（Ｆｅ（ＩＩ）など）である。

幾つかの実施形態において、Ｘはそれぞれ独立に、チオシアナート、イソチオシアナート、およびピリジンから選択される単座配位子であって、随意で、ハロ、Ｃ_１−Ｃ_２０アルコキシ、Ｃ_１−Ｃ_２０アルキル、Ｃ_２−Ｃ_２０アルケニル、Ｃ_２−Ｃ_２０アルキニル、Ｃ_３−Ｃ_２０シクロアルキル、Ｃ_３−Ｃ_２０シクロアルケニル、Ｃ_１−Ｃ_２０ヘテロシクロアルキル、Ｃ_１−Ｃ_２０ヘテロシクロアルケニル、アリール、またはヘテロアリールによって置換されている。幾つかの実施形態において、Ｙは、１，１０−フェナントロリンおよび２，２’−ビピリジンから選択される二座配位子であり、それぞれ随意で、ハロ、Ｃ_１−Ｃ_２０アルコキシ、Ｃ_１−Ｃ_２０アルキル、Ｃ_２−Ｃ_２０アルケニル、Ｃ_２−Ｃ_２０アルキニル、Ｃ_３−Ｃ_２０シクロアルキル、Ｃ_３−Ｃ_２０シクロアルケニル、Ｃ_１−Ｃ_２０ヘテロシクロアルキル、Ｃ_１−Ｃ_２０ヘテロシクロアルケニル、アリール、またはヘテロアリールによって置換されている。

「アルキル」は、直鎖または分岐の飽和炭化水素部分を言う（たとえば、−ＣＨ_３または−ＣＨ（ＣＨ_３）_２）。「アルケニル」は、１つ以上の二重結合を含む直鎖または分岐の炭化水素部分を言う（たとえば、−ＣＨ＝ＣＨ−ＣＨ_３）。「アルキニル」は、１つ以上の三重結合を含む直鎖または分岐の炭化水素部分を言う（たとえば、−Ｃ≡Ｃ−ＣＨ_３）。「アルコキシ」は、酸素を含む直鎖または分岐の飽和炭化水素部分を言う（たとえば、−ＯＣＨ_３または−ＯＣＨ（ＣＨ_３）_２）。「シクロアルキル」は、環状の飽和炭化水素部分を言う（たとえばシクロヘキシル）。「シクロアルケニル」は、１つ以上の二重結合を含む非芳香属の環式炭化水素部分を言う（たとえばシクロヘキセニル）。「ヘテロシクロアルキル」は、１つ以上のヘテロ原子（たとえばＮ、Ｏ、またはＳ）を有する環状の飽和部分を言う（たとえば４−テトラヒドロピラニル）。「ヘテロシクロアルケニル」は
、１つ以上の環ヘテロ原子（たとえばＮ、Ｏ、またはＳ）と、１つ以上の二重結合とを有する非芳香属の環状部分を言う（たとえばピラニル）。「アリール」は、１つ以上の芳香環を有する炭化水素部分を言う。アリール部分は、たとえばフェニル（Ｐｈ）、フェニレン、ナフチル、ナフチレン、ピレニル、アントリル、フェナントリルである。「ヘテロアリール」は、１つ以上の環ヘテロ原子（たとえばＮ、Ｏ、またはＳ）を含む１つ以上の芳香環を有する部分を言う。ヘテロアリール部分は、たとえばフリル、フリレン、フルオレニル、ピロリル、チエニル、オキサゾリル、イミダゾリル、チアゾリル、ピリジル、ピリミジニル、キナゾリニル、キノリル、イソキノリル、およびインドリルである。「アルケニルアリール」は、１つ以上のアリール基と、そのアリール基のうちの１つに結合している１つ以上のアルケニル基とを有する炭化水素部分を言う（たとえば以下の式）。

「アルキニルアリール」は、１つ以上のアリール基と、そのアリール基のうちの１つに結合している１つ以上のアルキニル基とを有する炭化水素部分を言う（たとえば以下の式）。

「アルケニルヘテロアリール」は、１つ以上のヘテロアリール基と、そのヘテロアリール基のうちの１つに結合している１つ以上のアルケニル基とを有する炭化水素部分を言う（たとえば以下の式）。

「アルキニルヘテロアリール」は、１つ以上のヘテロアリール基と、そのヘテロアリール基のうちの１つに結合している１つ以上のアルキニル基とを有する炭化水素部分を言う（たとえば以下の式）。

「Ｃ_１−Ｃ_２０」、「Ｃ_２−Ｃ_２０」、および「Ｃ_３−Ｃ_２０」はそれぞれ、１〜２０個の炭素原子を含有する部分（たとえば１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０、１１、１２、１３、１４、１５、１６、１７、１８、１９、および２０の炭素原子）、２〜２
０個の炭素原子を含有する部分、および３〜２０個の炭素原子を含有する部分を言う。

本明細書に記載のアルキル、アルケニル、アルキニル、シクロアルキル、シクロアルケニル、ヘテロシクロアルキル、ヘテロシクロアルケニル、アリール、ヘテロアリール、アルケニルアリール、アルキニルアリール、アルケニルヘテロアリール、およびアルキニルヘテロアリールは、特に指定のない限り、置換部分および無置換部分の両方を含む。シクロアルキル、シクロアルケニル、ヘテロシクロアルキル、ヘテロシクロアルケニル、アリール、およびヘテロアリール上の可能な置換基は、次に限定されないが、Ｃ_１−Ｃ_２０アルキル、Ｃ_２−Ｃ_２０アルケニル、Ｃ_２−Ｃ_２０アルキニル、Ｃ_３−Ｃ_２０シクロアルキル、Ｃ_３−Ｃ_２０シクロアルケニル、Ｃ_１−Ｃ_２０ヘテロシクロアルキル、Ｃ_１−Ｃ_２０ヘテロシクロアルケニル、Ｃ_１−Ｃ_２０アルコキシ、アリール、アリールオキシ、ヘテロアリール、ヘテロアリールオキシ、アミノ、Ｃ_１−Ｃ_２０アルキルアミノ、Ｃ_１−Ｃ_４０ジアルキルアミノ、アリールアミノ、ジアリールアミノ、Ｃ_１−Ｃ_２０アルキルスルホンアミノ、アリールスルホンアミノ、Ｃ_１−Ｃ_２０アルキルイミノ、アリールイミノ、Ｃ_１−Ｃ_２０アルキルスルホンイミノ、アリールスルホンイミノ、ヒドロキシル、ハロ、チオ、Ｃ_１−Ｃ_２０アルキルチオ、アリールチオ、Ｃ_１−Ｃ_２０アルキルスルホニル、アリールスルホニル、アシルアミノ、アミノアシル、アミノチオアシル、アミジノ、グアニジン、ウレイド、シアノ、ニトロ、ニトロソ、アジド、アシル、チオアシル、アシルオキシ、カルボキシル、およびカルボン酸エステルである。一方、アルキル、アルケニル、またはアルキニル上の可能な置換基は、Ｃ_１−Ｃ_２０アルキルを除く上記のすべての置換基である。シクロアルキル、シクロアルケニル、ヘテロシクロアルキル、ヘテロシクロアルケニル、アリール、ヘテロアリール、アルケニルアリール、アルキニルアリール、アルケニルヘテロアリール、およびアルキニルヘテロアリールは、互いに縮合していてもよい。

幾つかの実施形態において、Ｌは式（ＩＩ）の三座配位子である。

ここでＲ_１、Ｒ_２、Ｒ_３、Ｒ_４、Ｒ_５、Ｒ_６、Ｒ_７、Ｒ_８、Ｒ_９、Ｒ_１０、およびＲ_１１のうちの１つ以上は、アルケニルアリール、アルキニルアリール、ヘテロアリール、アルケニルヘテロアリール、またはアルキニルヘテロアリールであり、その他のＲ_１、Ｒ_２、Ｒ_３、Ｒ_４、Ｒ_５、Ｒ_６、Ｒ_７、Ｒ_８、Ｒ_９、Ｒ_１０、およびＲ_１１はそれぞれ独立に、Ｈ、ＣＯＯＨ、ＰＯ_３Ｈ、ハロ、Ｃ_１−Ｃ_２０アルコキシ、Ｃ_１−Ｃ_２０アルキル、Ｃ_２−Ｃ_２０アルケニル、Ｃ_２−Ｃ_２０アルキニル、Ｃ_３−Ｃ_２０シクロアルキル、Ｃ_３−Ｃ_２０シクロアルケニル、Ｃ_１−Ｃ_２０ヘテロシクロアルキル、Ｃ_１−Ｃ_２０ヘテロシクロアルケニル、アリール、ヘテロアリール、アルケニルアリール基、アルキニルアリール基、アルケニルヘテロアリール、またはアルキニルヘテロアリールである。

幾つかの実施形態において、式（ＩＩ）のテルピリジル（ｔｅｒｐｙｒｉｄｉｙｌ）基は、１つ以上（たとえば１つ、２つ、または３つ）の置換基（たとえばアルケニルアリール、アルキニルアリール、ヘテロアリール、アルケニルヘテロアリール、またはアルキニ
ルヘテロアリール）によって置換され、共役の拡張した配位子を形成してもよい。適切な置換基は、たとえば以下の式のいずれかであり、

ここでｎは１、２、または３であってよく、ｍは１、２、または３であってよい。幾つかの実施形態において、Ｒは酸部分を含む基であってもよい。適切なＲの例には、たとえばＣＯＯＨ、ＰＯ_３Ｈ、および以下の式が含まれる。

幾つかの実施形態によると、上記置換基において、アリール基（たとえばフェニル基）またはヘテロアリール基（たとえばチエニル基）のうちの１つは、１つ以上のＲ基に置換されてもよい。ある実施形態によると、上記の置換基において、２つ以上のアリール基またはヘテロアリール基は、１つ以上のＲ基に置換されてもよい。理論に拘束されることを望むものではないが、Ｒは、光活性層２５０において色素と半導体材料（たとえば酸化チタンナノ粒子）との会合を助けるアンカー基として機能し、置換基は、Ｍから生成した励起電子の半導体材料への移動を助ける分子ワイヤとして機能すると考えられる。また、理論に拘束されることを望むものではないが、共役の拡張した配位子は、色素のモル吸光係数を増加させると考えられる。

幾つかの実施形態において、色素は両性イオンであってもよい。たとえば、式（Ｉａ）または式（Ｉｂ）の錯体は、１つの原子に正電荷を有し、別の原子に負電荷を有することができるため、中性分子である。幾つかの実施形態において、色素は電荷（たとえば負電荷）を有する錯体と、反対の電荷（たとえば正電荷）を有する対イオンとを含んでもよい。典型的な色素は以下の式であり、ここで対イオンはＢｕ_４Ｎ^＋である。

幾つかの実施形態において、色素は可視光線スペクトル内の所与の波長（たとえばλ_ｍａｘ）において、少なくとも約８，０００（たとえば、少なくとも約１０，０００、少なくとも約１３，０００、少なくとも約１５，０００、少なくとも約１８，０００、少なくとも約２０，０００、少なくとも約２３，０００、少なくとも約２５，０００、少なくとも約２８，０００、および少なくとも約３０，０００）のモル吸光係数を有してもよい。

一般に色素は、本技術分野で既知の方法によって調製できる。以下の実施例１によって、どのようにして化合物１を実際に調製したかについて詳細に説明する。以下に示すスキームは、ある例示化合物を合成するための典型的な合成経路を示す。このスキームにおいて、Ｒ_６については上記の発明の概要において定義されている。

詳細には、上記スキームに示すように、例示的な色素は塩基（たとえば水酸化テトラブチルアンモニウム）の存在下において、置換テルピリジンをルテニウム塩（たとえば塩化ルテニウム）およびチオシアナート塩（たとえばチオシアン酸アンモニウム）と反応させることによって調製できる。置換テルピリジンは、本技術分野において既知の方法、たとえば以下の実施例１およびコンスタブル（Ｃｏｎｓｔａｂｌｅ）らによる文献（Ｐｏｌｙｈｅｄｒｏｎ，２００４年、２３：１３５。その全内容を引用によって本明細書に援用する）に記載の方法によって調製できる。

一般に光活性層２５０は、色素に会合した半導体材料を更に含む。半導体材料は、たとえば式Ｍ_ｘＯ_ｙを有する材料であり、ここでＭはたとえばチタン、ジルコニウム、タングステン、ニオブ、ランタン、タンタル、テルビウム、またはスズであってもよく、ｘおよびｙは０よりも大きい整数である。他の適切な材料には、チタン、ジルコニウム、タングステン、ニオブ、ランタン、タンタル、テルビウム、およびスズの、硫化物、セレン化物、テルル化物、並びに酸化物、またはそれらを組み合わせたものが含まれる。たとえば、ＴｉＯ_２、ＳｒＴｉＯ_３、ＣａＴｉＯ_３、ＺｒＯ_２、ＷＯ_３、Ｌａ_２Ｏ_３、Ｎｂ_２Ｏ_５、ＳｎＯ_２、チタン酸ナトリウム、セレン化カドミウム（ＣｄＳｅ）、硫化カドミウム、およびニオブ酸カリウムが適切な材料であり得る。

典型的には、光活性層２５０が含有する半導体材料は、ナノ粒子状である。幾つかの実施形態において、ナノ粒子の平均サイズは、約２ｎｍ〜約１００ｎｍ（たとえば約１０ｎｍ〜約４０ｎｍ。約２０ｎｍなど）である。

ナノ粒子は、たとえば高温焼結によって、または反応性ポリマーリンク形成剤（ポリ−ｎ−ブチルチタナートなど）によって相互に結合される。ポリマーリンク形成剤は比較的低温（たとえば約３００℃未満）で、また幾つかの実施形態においては室温で、相互に結合したナノ粒子からなる層の生成を可能とする。この比較的低温の相互結合処理には、ポリマー基板を用いる連続製造工程を適用できる。

相互に結合したナノ粒子は、一般に色素によって増感される。色素は、入射光の電気への変換を助け、所望の光起電力効果を生じさせる。色素は入射光を吸収し、色素において電子が励起すると考えられる。励起した電子のエネルギーは、次いで、色素の励起レベルから相互結合したナノ粒子の伝導帯に移動する。この電子移動によって、有効な電荷分離と所望の光起電力効果とが生じ、したがって、相互結合したナノ粒子の伝導帯の電子が外部負荷の駆動に利用可能となる。

色素は、ナノ粒子への吸着（たとえば化学吸着および／または物理吸着）が可能である。色素は、たとえば動作波長範囲（可視スペクトル内など）の光子を吸収する能力、ナノ粒子の伝導帯において自由電子（または電子ホール）を生成する能力、ナノ粒子との錯形成もしくはナノ粒子への吸着の有効性、および／またはその色に基づき選択される。

ここで、ＤＳＳＣ２００における他の部品について記載する。基板２１０は機械的可撓性を有する材料（たとえば可撓性のポリマー）から形成されてもよく、剛体材料（たとえばガラス）から形成されてもよい。フレキシブル基板を形成するのに使用できるポリマーは、たとえばポリエチレンナフタラート（ＰＥＮ）、ポリエチレンテレフタラート（ＰＥＴ）、ポリエチレン（ｐｏｌｙｅｔｈｙｅｌｅｎｅｓ）、ポリプロピレン、ポリアミド、ポリメチルメタクリラート、ポリカルボナート、および／またはポリウレタンである。フレキシブル基板は、連続製造工程（たとえばウェッブベースのコーティングおよびラミネーション）を容易にする。

基板２１０の厚さは、所望に応じて異なる。典型的には、基板の厚さおよび種類は、ＤＳＳＣが製造、配備、および使用の過酷さに耐えるのに十分な機械的支持が得られるように選択される。基板２１０の厚さは、約６μｍ〜約５，０００μｍ（たとえば、約６μｍ〜約５０μｍ、約５０μｍ〜約５，０００μｍ、約１００μｍ〜約１，０００μｍ）であってもよい。

幾つかの実施形態において、基板２１０は透明な材料から形成される。たとえば、基板２１０は、石英系ガラスなど透明なガラスまたはポリマーから形成されてもよく、上記のポリマーなどのポリマーから形成されてもよい。そのような実施形態においては、導電層２２０も透明である。

一般に導電層２２０の組成および厚さは、この層の所望の導電性、光学特性、および／または機械特性に基づき選択されてもよい。幾つかの実施形態において、導電層２２０は透明である。このような層を形成するのに適切な透明材料は、たとえばある金属酸化膜（インジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）、酸化スズ、およびフッ素ドープ酸化スズなど）である。幾つかの実施形態において、導電層２２０は、箔（たとえばチタン箔）から形成されてもよい。導電層２２０の厚さは、たとえば約１００ｎｍ〜約５００ｎｍ（約１５０ｎｍ〜約３００ｎｍなど）であってもよい。

導電層２６０が透明である実施形態において、導電層２２０は不透明であってもよい（すなわち、入射する可視スペクトルエネルギーの約１０％未満しか伝達されなくてもよい）。たとえば、導電層２２０は不透明な金属（銅、アルミニウム、インジウム、または金など）の連続層から形成されてもよい。

幾つかの実施形態において、導電層２２０は、導電性材料からなる不連続層を含んでもよい。たとえば、導電層２２０は導電性メッシュを含んでもよい。適切なメッシュ材料には、金属（たとえばパラジウム、チタン、白金、ステンレス鋼、およびそれらの合金）が含まれる。幾つかの実施形態において、メッシュ材料は金属ワイヤを含む。導電性メッシュ材料は、導電性材料（たとえば金属）で被覆された電気絶縁材料を更に含んでもよい。電気絶縁材料は、繊維（たとえば、織物繊維またはモノフィラメント）を含んでもよい。繊維は、たとえば合成高分子繊維（ナイロンなど）、並びに天然繊維（亜麻、綿、羊毛、および絹など）である。メッシュ電極は、たとえば連続製造工程によるＤＳＳＣ形成を容易にするために、可撓性であってもよい。メッシュ電極を有する光電池は、たとえば同時継続出願である米国特許出願公開第２００３／０２３０３３７号明細書、米国特許出願公開第２００４／０１８７９１１号明細書、および国際特許出願公開ＷＯ０３／０４１１７号に開示されている。各文献を引用によって本明細書に援用する。

メッシュ電極は、たとえばワイヤ（または繊維）の直径およびメッシュの密度（すなわち、単位面積のメッシュ当たりのワイヤ（または繊維）の数）について、種々様々の形式であってもよい。メッシュは、たとえば規則的であっても不規則であってもよく、任意の数の開口部形状を含んでよい。メッシュの形状因子（ワイヤ直径およびメッシュ密度など）は、たとえばメッシュのワイヤ（または繊維）の伝導性、所望の光透過率、可撓性、および／または機械的強度に基づき選択できる。典型的には、メッシュ電極は、平均のワイヤ（または繊維）直径が約１μｍ〜約４００μｍであり、ワイヤ（または繊維）間の平均の開口面積が約６０％〜約９５％であるワイヤ（または繊維）を含む。

触媒層２３０は一般に、下方に位置する電荷キャリア層のレドックス反応を触媒できる材料から形成される。触媒層を形成可能な材料は、たとえば白金およびポリ（３，４−エチレンジオキシチオフェン）（ＰＥＤＯＴ）である。ＰＥＤＯＴ層については、米国特許出願公開第２００５−００４５８５１号明細書に記載されている（その全内容を引用によって本明細書に援用する）。材料は、たとえば製造工程との互換性、長期安定性、および光学特性などの基準に基づき選択されてもよい。一般に、触媒層は略透明である。ある実施形態（たとえば導電層２６０が略透明である実施形態）においては、触媒層２３０は略不透明であってもよい。

上記のように電荷キャリア層２４０は、接地電位または電流源から光活性層２５０への電荷移動を容易にする材料を含む。適切な電荷キャリア材料の一般的分類として、溶媒系の液体電解質、多価電解質、ポリマー電解質、固体電解質、ｎ−型輸送材料およびｐ−型輸送材料（たとえば導電性ポリマー）、並びにゲル電解質が含まれる。電荷キャリア媒体については、他の選択肢も可能である。たとえば、電荷キャリア層は式ＬｉＸを有するリチウム塩を含んでもよく、ここでＸはヨウ化物、臭化物、塩化物、ペルクロラート、チオシアナート、トリフルオロメチルスルホナート、またはヘキサフルオロホスファートである。

電荷キャリア媒体は、典型的にはレドックス系を含む。適切なレドックス系は、有機および／または無機のレドックス系を含んでもよい。このような系は、たとえば硫酸セリウム（ＩＩＩ）／セリウム（ＩＶ）、臭化ナトリウム／臭素、ヨウ化リチウム／ヨウ素、Ｆｅ^２＋／Ｆｅ^３＋、Ｃｏ^２＋／Ｃｏ^３＋、およびビオロゲンである。また、電解質溶液は式Ｍ_ｉＸ_ｊを有してもよく、ここでｉおよびｊは１以上の整数であり、Ｘはアニオンであ
り、Ｍはリチウム、銅、バリウム、亜鉛、ニッケル、ランタニド、コバルト、カルシウム、アルミニウム、またはマグネシウムである。適切なアニオンとしては、塩化物、ペルクロラート、チオシアナート、トリフルオロメチルスルホナート、およびヘキサフルオロホスファートが含まれる。

幾つかの実施形態において、電荷キャリア媒体は、ポリマー電解質を含む。たとえば、ポリマー電解質はポリ（ビニルイミダゾリウムハロゲン化物）並びにヨウ化リチウムおよび／またはポリビニルピリジニウム塩を含んでもよい。幾つかの実施形態において、電荷キャリア媒体は、固体電解質（たとえば、ヨウ化リチウム、ヨウ化ピリジニウム（ｐｙｒｉｄｉｍｕｍ）、および／または置換ヨウ化イミダゾリウム）を含んでもよい。

電荷キャリア媒体は、種々のポリマー性の多価電解質を含んでもよい。たとえば適切な多価電解質は、重量で約５％〜約９５％（たとえば、５％〜６０％、５％〜４０％、または５％〜２０％）のポリマー（たとえば、イオン伝導性ポリマー）と、重量で約５％〜約９５％（たとえば、約３５％〜約９５％、約６０％〜約９５％、または約８０％〜約９５％）の可塑剤と、約０．０５Ｍ〜約１０Ｍ（たとえば、約０．０５〜２Ｍ、０．０５〜１Ｍ、または０．０５〜０．５Ｍ）の有機または無機のヨウ化物からなるレドックス電解質と、約０．０１Ｍ〜約１Ｍ（たとえば、約０．０５〜０．５Ｍ、０．０５〜０．２Ｍ、または０．０５〜０．１Ｍ）のヨウ素とを含んでもよい。イオン伝導性ポリマーは、たとえばポリエチレンオキシド（ＰＥＯ）、ポリアクリロニトリル（ＰＡＮ）、ポリメチルメタクリラート（ＰＭＭＡ）、ポリエーテル、およびポリフェノールを含んでもよい。適切な可塑剤は、たとえばエチルカルボナート、プロピレンカルボナート、カルボナートの混合物、有機ホスファート、ブチロラクトン、およびジアルキルフタラートである。

基板２７０および導電層２６０は、それぞれ基板２１０および導電層２２０に類似していてもよい。たとえば、基板２７０は基板２１０と同じ材料から形成され、基板２１０と同じ厚さを有してよい。幾つかの実施形態では、１つ以上の態様において、基板２７０が基板２１０とは異なることが望ましい場合もある。たとえば異なる基板に異なる応力を与える工程を用いてＤＳＳＣを製造する場合、程度の差はあれ、基板２７０は基板２１０よりも機械的に堅牢であることが望ましい場合がある。このため、基板２７０は別の材料から形成されてもよく、基板２１０と異なる厚さを有してもよい。また、使用時に１つの基板のみを照明源にさらす実施形態においては、両方の基板および／または導電層が透明でなくてもよい。このため、基板のうちの１つおよび／または対応する導電層は、不透明であってもよい。

幾つかの実施形態において、ＤＳＳＣ２００は、連続製法（たとえば、ロール−ツー−ロール（ｒｏｌｌ−ｔｏ−ｒｏｌｌ）製法）によって製造されてもよい。ロール−ツー−ロール製法については、たとえば、所有者が共通の米国特許第７，０２２，９１０号明細書に記載されている。その全内容を引用によって本明細書に援用する。

複数の光電池を電気的に接続して、光起電力システムを形成してもよい。一例として図３は、複数の光電池３２０を含むモジュール３１０を備えた光起電力システム３００の概略図である。光電池３２０は、外部負荷３３０に対し電気的に直列に接続されている。別の例として図４は、複数の光電池４２０を含むモジュール４１０を備えた光起電力システム４００の概略図である。光電池４２０は、外部負荷４３０に対し電気的に並列に接続されている。幾つかの実施形態において、光起電力システムにおける光電池のうちの一部（たとえば、全部）は、１つ以上の共通基板を有してもよい。ある実施形態において、光起電力システムにおける幾つかの光電池は電気的に直列に接続され、光起電力システムにおける光電池のうちの幾つかは電気的に並列に接続される。

以下の実施例は例示であり、これらに限定されるものではない。
［実施例１］：化合物１の調製
以下の手順によって、化合物１を調製した。

４’−（２−チエニル）−２，２：６，２”−テルピリジン（Ｉ）の合成
カリウムｔｅｒｔ−ブトキシド（８．４２ｇ（７５ｍｍｏｌ））と無水ＴＨＦ（２００ｍＬ）とを、アルゴン下、磁気式撹拌機、温度計、および添加用の漏斗を取り付けた３ＮＲＢフラスコ（１，０００ｍＬ）に加えた。攪拌した溶液に、２−アセチルピリジン（６．０６ｇ）のＴＨＦ（４０ｍＬ）溶液を滴下した。この混合物を室温で３０分間撹拌した。２−チオフェンカルボキシアルデヒド（２．７ｇ）のＴＨＦ（２０ｍＬ）溶液を滴下して加え、アルゴン下で２１時間撹拌した。この混合物に、ＮＨ_４ＯＡｃ（３８．５ｇ）のエタノール（３００ｍＬ）および酢酸（１５０ｍＬ）溶液を加えた。このようにして生成した赤色の溶液を還流しつつ５時間攪拌し、室温まで冷却して、氷／水（１Ｌ）へ注いだ。黄褐色の沈殿物を集め、真空下で乾燥させて粗生成物（４．３１ｇ）を得た。この粗生成物を、溶離液としてＣＨ_２Ｃｌ_２を用いるアルミナ・カラムクロマトグラフィによって精製した。溶出液を集め、１００ｍＬまで濃縮した後、メタノール（６０ｍＬ）を加えて所望の生成物を沈殿させた（３．６１ｇ、収率：４７．７％）。生成物の化学構造は、ＮＭＲ分光法によって確認した。

４’−（５−ブロモ−２−チエニル）−２，２：６，２”−テルピリジン（ＩＩ）の合成
４’−（２−チエニル）−２，２：６，２”−テルピリジン（Ｉ）（３．１５ｇ）を、丸瓶（５００ｍＬ）中のＣＨ_２Ｃｌ_２（１００ｍＬ）および氷酢酸（１５０ｍＬ）に加えた。Ｎ−ブロモスクシンイミド（２．００ｇ）を幾つかに分けて加えた後、溶液を室温で３時間攪拌した。この溶液に、水（１，０００ｍＬ）に溶解したＮａＨＣＯ_３（２２０ｇ）を滴下した。得られた混合物を一晩撹拌し、溶媒ＣＨ_２Ｃｌ_２を蒸発させた。このようにして得た固体をろ過によって収集し、水で洗浄した。この固体を、ＣＨ_２Ｃｌ_２を用いてソックレー抽出した後、ＣＨ_２Ｃｌ_２溶液にメタノールを加えて白色の固体を得た。この固体をろ過し乾燥させて所望の生成物を得た（３．４４ｇ（８７．３％））。生成物の化学構造は、ＮＭＲ分光法によって確認した。

エチル５−トリブチルスタニルチオフェン−２−カルボキシラート（ＩＩＩ）の合成
ｎ−ブチルリチウムのヘキサン溶液（２．５Ｍ，４０ｍＬ）を、アルゴン下、−２０℃で１０分間掛け、ジイソプロピルアミン（１４ｍＬ）の無水ＴＨＦ（２００ｍＬ）溶液に滴下して移動させた。この溶液を−２０℃で３時間攪拌し、０℃で１５分間攪拌して、リチウムジイソプロピルアミド（ＬＤＡ）溶液を生成させた。次いで、このＬＤＡ溶液を−７８℃まで冷却し、エチルチオフェン−２−カルボキシラート（１５．６５ｇ）のＴＨＦ（２５ｍＬ）溶液を滴下して加えた。このようにして得た溶液を−７８℃で１時間攪拌した後、トリブチルスズクロリド（３０ｍＬ）のＴＨＦ（２５ｍＬ）溶液を滴下して加えた。次いで、反応物を−７８℃で更に１時間攪拌し、室温で一晩攪拌した。水（２００ｍＬ）をゆっくり加えた後、有機層を集め、Ｎａ_２ＳＯ_４で乾燥させ、濃縮してから、約８６．６６パスカル（約６５０ｍＴｏｒｒ）で真空蒸留した。１６２℃〜１６５℃の留分を集め、淡黄色の液体として所望の生成物を得た（２６．７１ｇ（６０．０％））。この生成物の化学構造は、ＮＭＲ分光法によって確認した。

エチル５’−［２，２’：６’，２”］テルピリジン−４’−イル−［２，２’］ビチオフェニル−５−カルボキシラート（ＩＶ）の合成
エチル５−トリブチルスタニルチオフェン−２−カルボキシラート（２．６７ｇ）のＤＭＦ（２０ｍＬ）溶液を、アルゴン下、攪拌しながら、フラスコ（３５ｍＬ）中の４’−（５−ブロモ−２−チエニル）−２，２：６，２”−テルピリジン（１．５８ｇ）およびジクロロビス（トリフェニルホスフィン）パラジウム（７０ｍｇ）に加えた。反応物をアルゴン下、８０℃に加熱し、１１８時間攪拌した。反応物を室温まで冷却した後、この混合物を水（２００ｍＬ）に注いだ。このようにして生成した混合物を、ＣＨ_２Ｃｌ_２（３００ｍＬ）で抽出した。ＣＨ_２Ｃｌ_２層を集めた後、メタノール（８０ｍＬ）を加えた。次いで、この溶液を約８０ｍＬに濃縮し、１０℃まで冷却した。このようにして生成した黄色固体をろ過によって集め、真空中で乾燥させて粗生成物（１．４４ｇ）を得た。粗生成物を、中性アルミナ（３００ｇ）によるカラムクロマトグラフィによって、ＣＨ_２Ｃｌ_２、続いてＭＢＴＥ（１０％）／Ｅｔ_３Ｎ（０．４％）／ＣＨ_２Ｃｌ_２を用いて溶出させて精製し、黄色固体として所望の生成物を得た（１．３１ｇ（７０％））。生成物の化学構造は、ＮＭＲ分光法によって確認した。

２，２’：６’，２”］テルピリジン−４’−イル−［２，２’］ビチオフェニル−５−カルボン酸（Ｖ）の合成
エチル５’−［２，２’：６’，２”］テルピリジン−４’−イル−［２，２’］ビチオフェニル−５−カルボキシラート（２３５ｍｇ）を２−メトキシエタノール（２０ｍＬ）に加えた後、ＫＯＨ（１．３２ｇ）の水（７ｍＬ）溶液を加えた。この混合物を、アルゴン下で３．５時間かん流した。次いで、溶液を蒸発させて黄色固体を得た。この固体を酢酸（２ｍＬ）の水（４０ｍＬ）溶液に加えてから、ろ過によって収集し、乾燥させて、所望の生成物を得た（０．２１４ｇ（９７％））。生成物の化学構造は、ＮＭＲ分光法によって確認した。

Ｒｕ（ＮＣＳ）_３・５’−［２，２’：６’，２”］テルピリジン−４’−イル−［２，２’］ビチオフェニル−５−カルボン酸（化合物１）の合成
エチル５’−［２，２’：６’，２”］テルピリジン−４’−イル−［２，２’］ビチオフェニル−５−カルボキシラート（１７７ｍｇ）のＤＭＦ（２５ｍＬ）溶液を、アルゴン下、ＲｕＣｌ_３・３Ｈ_２Ｏ（１１０ｍｇ）のＤＭＦ（２５ｍＬ）溶液に加えた。この混合物を１２０℃まで加熱し、２．５時間攪拌した。次いで、チオシアン酸アンモニウム（１．０ｇ）の水（５ｍＬ）溶液を加えた。この混合物を光にさらさず、アルゴン下で還流しつつ、４時間攪拌した。蒸発によってＤＭＦを除去した後、水（３０ｍＬ）を加えた。このようにして得た固体を集め、水（３０ｍＬ）で洗浄した。この固体をメタノール（３
０ｍＬ）中にけん濁させた後、１ＭのＢｕ_４ＮＯＨ（２ｍＬ）を攪拌しながら加えた。次いで、混合物をろ過し、約１５ｍＬまで濃縮した。１．６ＭのＨＮＯ_３（３ｍＬ）を加え、次いで、水（２５ｍＬ）を加えた。このようにして生成した沈殿物をろ過によって集め、粗色素を得た（３６６ｍｇ（９５％））。

粗色素（１００ｍｇ）をメタノール（１ｍＬ）に加えた後、Ｂｕ_４ＮＯＨのメタノール溶液（１Ｍ，２００μＬ）を加えた。この溶液を、セファデックスＬＨ−２０カラムにおいてメタノールを用いて精製した。生成物のバンドを集め、〜１５ｍＬまで濃縮して、１．６ＭのＨＮＯ_３（３００μＬ）および水（１５ｍＬ）で酸性にした。固体をろ過によって集め、水で洗浄し、真空オーブン中で乾燥させて、純粋な色素（化合物１）を得た（６８ｍｇ（６４％））。化合物１の化学構造は、ＩＲおよびＮＭＲによって確認した。化合物１のモル吸光係数は、ＵＶ／ＶＩＳ分光法によって測定した（λ_ｍａｘ：４０３ｎｍ（ε＝３１，０００）、６１２ｎｍ（ε＝１３，６００））。

［実施例２］：光電池の製造
フッ素ドープ酸化スズ（ＦＴＯ）で被覆したスライドガラス（ＴＥＣ１５、１５オーム／平方）を、シンプルグリーン（洗浄剤）および脱イオン化水で洗浄し、イソプロパノールですすいだ。洗浄したＦＴＯスライドガラスを、厚さ２５μｍのＴｉＯ_２膜（酸化チタンナノ粒子の平均直径：２０ｎｍ）で被覆し、４５０℃で３０分間焼結した。このスライドを８０℃まで冷却し、黒色の対照用色素または化合物１を含有する色素溶液（アセトニトリル：ｔ−ブタノール（１：１）、０．５ｍＭ）に浸漬し、室温で一晩（１５時間）増感させた。対照用色素については、グレッツェル（Ｇｒａｔｚｅｌ）らによる文献（Ｊ．Ｃｈｅｍ．Ｓｏｃ．，２００１年、１２３、１６１３）、および米国特許第６，２４５，９８８号明細書に記載されている。これらの文献の全内容を引用によって本明細書に援用する。次いで、色素溶液からスライドを取り除き、アセトニトリルですすぎ、５分間風乾した。ＳＵＲＬＹＮ膜を用いて、ＦＴＯスライドガラス上の増感したＴｉＯ_２膜と、白金めっきしたＦＴＯスライドガラスとをはさみ、電池を形成した。この白金めっきしたＦＴＯスライドガラスは、ガラスチップを用いて、ヘキサクロロ白金酸のエタノール溶液（７ｍＭ）由来のＰｔの薄膜を被覆し、次いで３７５℃で３０分間熱処理することによって調製した。

上記のように生成したセルに、真空下、対向電極に予め設けた孔から液体電解質（ブチルメチルイミダゾリウムヨウ化物（０．８Ｍ）およびｔ−ブチルピリジン（０．５Ｍ）のアセトニトリル：バレロニトリル（３：１）溶液）を充填し、次いで、ＳＵＲＬＹＮ膜で密閉した。

対照用色素および化合物１のそれぞれを用いて、２つの光電池を調製した。光電池のＩ−Ｖ特性について、ＡＭ１．５条件で動作する擬似太陽光試験装置を用いて測定した。最大波長における対照用色素および化合物１の吸収を、ＵＶ／ＶＩＳ（紫外／可視）分光法によって測定した。

ＵＶ／ＶＩＳスペクトルにおいて、対照用色素のモル吸光係数（イプシロン、ε）がλ_ｍａｘ６２０ｎｍで約７，８００であるのに対し、化合物１のモル吸光係数はλ_ｍａｘ６１２ｎｍで約１３，６００であり、これは対照用色素よりも約１．７倍高い。Ｉ−Ｖ測定値からは、対照用色素を含有する光電池の平均効率が６．４％であるのに対し、化合物１を含有する光電池の平均効率は３．９％であることが示される。理論に拘束されることを望むものではないが、化合物１を含有する光電池の効率減少は、化合物１中の不純物に起因するものであったと考えられる。

他の実施形態は、特許請求の範囲に含まれる。

Claims (31)

1. 式（Ｉａ）の錯体を含む化合物であって、
   ＭＸ_３Ｌ （Ｉａ）
   Ｍは遷移金属イオンであり、
   Ｘはそれぞれ独立に、チオシアナート、イソチオシアナート、およびピリジンから選択される単座配位子であって、随意で、ハロ、Ｃ_１−Ｃ_２０アルコキシ、Ｃ_１−Ｃ_２０アルキル、Ｃ_２−Ｃ_２０アルケニル、Ｃ_２−Ｃ_２０アルキニル、Ｃ_３−Ｃ_２０シクロアルキル、Ｃ_３−Ｃ_２０シクロアルケニル、Ｃ_１−Ｃ_２０ヘテロシクロアルキル、Ｃ_１−Ｃ_２０ヘテロシクロアルケニル、アリール、またはヘテロアリールによって置換されており、
   Ｌは式（ＩＩ）の三座配位子であり、
   

   

   ここで、Ｒ_１、Ｒ_２、Ｒ_３、Ｒ_４、Ｒ_５、Ｒ_６、Ｒ_７、Ｒ_８、Ｒ_９、Ｒ_１０、およびＲ_１１のうちの１つ以上は、アルケニルアリール、アルキニルアリール、ヘテロアリール、アルケニルヘテロアリール、またはアルキニルヘテロアリールであり、その他のＲ_１、Ｒ_２、Ｒ_３、Ｒ_４、Ｒ_５、Ｒ_６、Ｒ_７、Ｒ_８、Ｒ_９、Ｒ_１０、およびＲ_１１はそれぞれ独立に、Ｈ、ＣＯＯＨ、ＰＯ_３Ｈ、ハロ、Ｃ_１−Ｃ_２０アルコキシ、Ｃ_１−Ｃ_２０アルキル、Ｃ_２−Ｃ_２０アルケニル、Ｃ_２−Ｃ_２０アルキニル、Ｃ_３−Ｃ_２０シクロアルキル、Ｃ_３−Ｃ_２０シクロアルケニル、Ｃ_１−Ｃ_２０ヘテロシクロアルキル、Ｃ_１−Ｃ_２０ヘテロシクロアルケニル、アリール、ヘテロアリール、アルケニルアリール、アルキニルアリール、アルケニルヘテロアリール、またはアルキニルヘテロアリールである、化合物。
2. Ｒ_６は、アルケニルアリール、アルキニルアリール、ヘテロアリール、アルケニルヘテロアリール、またはアルキニルヘテロアリールである、請求項１に記載の化合物。
3. Ｒ_６は以下の式のいずれかであり、
   

   

   ここでｎは１、２、または３であり、ｍは１、２、または３であり、Ｒはそれぞれ独立に、ＣＯＯＨ、ＰＯ_３Ｈ、または以下の式のいずれかである、
   

   

   請求項２に記載の化合物。
4. Ｒ_６は以下の式のいずれかである、請求項３に記載の化合物。
   

   
5. 遷移金属イオンは、ルテニウムイオン、オスミウムイオン、および鉄イオンから選択される、請求項１に記載の化合物。
6. 遷移金属イオンは、Ｒｕ（ＩＩ）、Ｏｓ（ＩＩ）、またはＦｅ（ＩＩ）である、請求項５に記載の化合物。
7. 遷移金属イオンは、Ｒｕ（ＩＩ）である、請求項５に記載の化合物。
8. Ｘはそれぞれイソチオシアナートである、請求項１に記載の化合物。
9. 錯体は、以下の式である、請求項１に記載の化合物。
   

   
10. Ｒ_３、Ｒ_６、およびＲ_９はそれぞれ独立に、アルケニルアリール、アルキニルアリール、ヘテロアリール、アルケニルヘテロアリール、またはアルキニルヘテロアリールである、請求項１に記載の化合物。
11. Ｒ_３、Ｒ_６、およびＲ_９はそれぞれ独立に、以下の式のいずれかであり、
    

    

    ここでｎは１、２、または３であり、ｍは１、２、または３であり、Ｒはそれぞれ独立に、ＣＯＯＨ、ＰＯ_３Ｈ、または以下の式のいずれかである、
    

    

    請求項１０に記載の化合物。
12. 対イオンを更に含む、請求項１に記載の化合物。
13. 対イオンはＢｕ_４Ｎ^＋である、請求項１２に記載の化合物。
14. 第１電極および第２電極と、
    第１電極および第２電極の間の光活性層と、前記光活性層は請求項１に記載の化合物を含有することと、を含み、
    光電池として構成される、物品。
15. 前記光活性層は、前記化合物に会合した相互に結合した金属酸化物ナノ粒子を更に含む、請求項１４に記載の物品。
16. 複数の光電池を含むモジュールであって、前記光電池のうちの２つ以上は電気的に接続されており、前記光電池のうちの１つ以上は請求項１に記載の化合物を含む、モジュール。
17. 式（Ｉｂ）の錯体を含む化合物であって、
    ＭＸＹＬ （Ｉｂ）
    Ｍは遷移金属イオンであり、
    Ｘは、チオシアナート、イソチオシアナート、およびピリジンから選択される単座配位子であって、随意で、ハロ、Ｃ_１−Ｃ_２０アルコキシ、Ｃ_１−Ｃ_２０アルキル、Ｃ_２−Ｃ_２０アルケニル、Ｃ_２−Ｃ_２０アルキニル、Ｃ_３−Ｃ_２０シクロアルキル、Ｃ_３−Ｃ_２０シクロアルケニル、Ｃ_１−Ｃ_２０ヘテロシクロアルキル、Ｃ_１−Ｃ_２０ヘテロシクロアルケニル、アリール、またはヘテロアリールによって置換されており、
    Ｙは、１，１０−フェナントロリンおよび２，２’−ビピリジンから選択される二座配位子であって、それぞれ随意で、ハロ、Ｃ_１−Ｃ_２０アルコキシ、Ｃ_１−Ｃ_２０アルキル、Ｃ_２−Ｃ_２０アルケニル、Ｃ_２−Ｃ_２０アルキニル、Ｃ_３−Ｃ_２０シクロアルキル、Ｃ_３−Ｃ_２０シクロアルケニル、Ｃ_１−Ｃ_２０ヘテロシクロアルキル、Ｃ_１−Ｃ_２０ヘテロ
    シクロアルケニル、アリール、またはヘテロアリールによって置換されており、
    Ｌは式（ＩＩ）の三座配位子であり、
    

    

    ここでＲ_１、Ｒ_２、Ｒ_３、Ｒ_４、Ｒ_５、Ｒ_６、Ｒ_７、Ｒ_８、Ｒ_９、Ｒ_１０、およびＲ_１１のうちの１つ以上は、アルケニルアリール、アルキニルアリール、ヘテロアリール、アルケニルヘテロアリール、またはアルキニルヘテロアリールであり、その他のＲ_１、Ｒ_２、Ｒ_３、Ｒ_４、Ｒ_５、Ｒ_６、Ｒ_７、Ｒ_８、Ｒ_９、Ｒ_１０、およびＲ_１１はそれぞれ独立に、Ｈ、ＣＯＯＨ、ＰＯ_３Ｈ、ハロ、Ｃ_１−Ｃ_２０アルコキシ、Ｃ_１−Ｃ_２０アルキル、Ｃ_２−Ｃ_２０アルケニル、Ｃ_２−Ｃ_２０アルキニル、Ｃ_３−Ｃ_２０シクロアルキル、Ｃ_３−Ｃ_２０シクロアルケニル、Ｃ_１−Ｃ_２０ヘテロシクロアルキル、Ｃ_１−Ｃ_２０ヘテロシクロアルケニル、アリール、ヘテロアリール、アルケニルアリール、アルキニルアリール、アルケニルヘテロアリール、またはアルキニルヘテロアリールである、化合物。
18. Ｒ_６は、アルケニルアリール、アルキニルアリール、ヘテロアリール、アルケニルヘテロアリール、またはアルキニルヘテロアリールである、請求項１７に記載の化合物。
19. Ｒ_６は以下の式のいずれかであり、
    

    

    ここでｎは１、２、または３であり、ｍは１、２、または３であり、Ｒはそれぞれ独立に、ＣＯＯＨ、ＰＯ_３Ｈ、または以下の式のいずれかである、
    

    

    請求項１８に記載の化合物。
20. 遷移金属イオンは、ルテニウムイオン、オスミウムイオン、および鉄イオンから選択される、請求項１７に記載の化合物。
21. 遷移金属イオンは、Ｒｕ（ＩＩ）、Ｏｓ（ＩＩ）、またはＦｅ（ＩＩ）である、請求項２０に記載の化合物。
22. 遷移金属イオンは、Ｒｕ（ＩＩ）である、請求項２０に記載の化合物。
23. Ｘはイソチオシアナートである、請求項１７に記載の化合物。
24. Ｙは無置換１，１０−フェナントロリンまたは無置換２，２’−ビピリジンである、請求項１７に記載の化合物。
25. Ｒ_３、Ｒ_６、およびＲ_９はそれぞれ独立に、アルケニルアリール、アルキニルアリール、ヘテロアリール、アルケニルヘテロアリール、またはアルキニルヘテロアリールである、請求項１７に記載の化合物。
26. Ｒ_３、Ｒ_６、およびＲ_９はそれぞれ独立に、以下の式のいずれかであり、
    

    

    ここでｎは１、２、または３であり、ｍは１、２、または３であり、Ｒはそれぞれ独立に、ＣＯＯＨ、ＰＯ_３Ｈ、または以下の式のいずれかである、
    

    

    請求項２５に記載の化合物。
27. 対イオンを更に含む、請求項１７に記載の化合物。
28. 対イオンはＢｕ_４Ｎ^＋である、請求項２７に記載の化合物。
29. 第１電極および第２電極と、
    第１電極および第２電極の間の光活性層と、前記光活性層は請求項１７に記載の化合物を含むことと、を含み、
    光電池として構成される、物品。
30. 前記光活性層は、前記化合物に会合した相互に結合した金属酸化物ナノ粒子を更に含む、請求項２９に記載の物品。
31. 複数の光電池を含むモジュールであって、前記光電池のうちの２つ以上は電気的に接続されており、前記光電池のうちの１つ以上は請求項１７に記載の化合物を含む、モジュール。

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