JP5443001B2 - 増感錯体、その製造方法、それを備えた無機/有機ハイブリッド型半導性材料、及び、該材料を備えた太陽電池 - Google Patents

増感錯体、その製造方法、それを備えた無機/有機ハイブリッド型半導性材料、及び、該材料を備えた太陽電池 Download PDF

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Description

本発明は新たな光電気化学電池、とりわけ太陽電池に用いられることを目的としている増感錯体、色素に関している。
本発明はまた、これらの新しい増感錯体の合成方法にも関している。
本発明は前記増感錯体、色素(dye)、及び、TiOのような多孔質酸化セラミックの基板を備えた無機/有機ハイブリッドpn型半導性材料にも関している。
本発明は前記無機/有機ハイブリッド型材料の製造方法にも関している。
最後に、本発明は前記無機/有機ハイブリッド型材料を備えた太陽電池に関している。
本発明の技術分野は一般的に光電気化学電池、とりわけ太陽電池、または発光ダイオードとして定義されている。
太陽電池は光化学エネルギーを電気エネルギーへ変換するための装置である。
一般的に、太陽電池は、電子と正孔間の分離を提供している“pn接合”と呼ばれる接合を形成するために共に接合されたpドープ半導性(半導体)材料(つまり、これらは電子欠陥、すなわち正孔を有する)、及びnドープ半導性(半導体)材料(つまり、これらは過剰電子を有する)で構成されている。n領域に配置された一つの接触面、p領域に配置された一つの接触面、及び、これら二つの接触面間に抵抗(すなわち電流が供給されることを目的とする装置)が置かれた場合、この分離はpn接合で電位差を生じ、結果として電流を生じる。
このようにして、光がp型半導性(半導体)材料とn型半導性(半導体)材料の間の接合を備えるセルの領域に当たるとき、光の構成要素である光子が前記領域に吸収され、これらの吸収された光子は電子と正孔(電子正孔対として参照される)を生成し、n型材料とp型材料の間の接合で分離された前記領域は、このようにこの接合の両側に電位差を生じる。
最近まで、ほとんどの太陽電池はシリコン、より具体的にはセルのn領域を形成するためにリンのような原子がドープされたシリコン、及び、セルのp領域を形成するためにホウ素のような原子がドープされたシリコン、から生成されていた。しかしながら、シリコンの使用は高価であることは既知である。
この欠点を改善するべく、太陽電池の構築に用いることのできる新しい物質を開発するための研究が試みられた。
このようにして、太陽電池は固体n型半導性(半導体)領域と液体p型半導性(半導体)領域を備えているpn型半導性(半導体)材料より設計されている。より具体的には、従来の太陽電池との類推により、n型半導性領域はその微細孔が電荷伝導性液体電解質で満たされており、その電解質はp型半導性領域の役割を果たしている多孔質酸化セラミック、例えば二酸化チタンを備えている。
このタイプの太陽電池(その原理は酸化チタンの薄いナノ結晶層の増感を本質的に基にしている)は、ポリプロピレンルテニウム錯体を基にした増感体の使用により10%オーダーの光変換効率を達成することを可能にする(非特許文献1、非特許文献2、非特許文献3)。
このタイプの太陽電池は特に特許文献1で開示されている。
しかしながら、液体電解質を用いる太陽電池は以下の欠点を有することが知られている。
‐電解質の組成に用いられた溶媒の蒸発による経時的な低安定性と、
‐電解質の形成に用いられた溶媒の揮発性による比較的制限された作動温度範囲と、
‐太陽電池が−10℃から−40℃オーダーの温度のような非常に低温で作動される時、電解質の形成に用いられている塩を沈殿させるリスクと、
‐特に、可撓性有機物支持体及び/または大規模なそれらの使用を除く液体電解質の使用による実装の制限と、を有する。
言い換えれば、これら液体電解質太陽電池の大規模産業開発は、電池に含められた液体電解質を原因とする主要な技術問題に直面する。実際、酸化還元メディエータ(ヨウ化物/ヨウ素)を可溶化するアセトニトリル及びプロピレンカーボネートの溶液を一般的に備える液体電解質は、電池の二電極の“漏れ止め被覆”を扱いにくくしている化学的活性混合物である。
この問題は電池の内部で起こりうるガス放出により悪化させられる。
日照の下で太陽電池の作動温度がしばしば50℃を超えると、電解質溶媒の揮発度はアッセンブリーの内部で過度の圧力を生成する。
加えて、カウンター電極での三ヨウ化物イオンの還元率は分光電気化学サイクルの律速段階となることは知られている(非特許文献4)。液体電解質内に存在するヨウ素の過度の腐食性のため、一般的な混合スズまたは酸化インジウム、またはドープされた酸化スズの透明導体に密閉させ、及び、外部電気回路での電荷輸送を促進させることを可能にさせる、金属配線を導入することは不可能である。このような二次導線が用いられる場合、広い表面積を有する太陽電池から電流を流すことに対して非常に有益であることを証明するだろう。
このようにして、液体電解質に関連した問題は光電陰極とカウンター電極の間の固体導体を用いることにより解決されるだろうと考えられた。それ故に、漏れ止めの問題を解消し、酸化増感体とカウンター電極の間で取り交わされる電流密度を増加させることを可能にすると考えられた。
研究調査は、有機材料を備える固体n型半導性領域及び固体p型半導性領域の両者を備えているpn型半導性材料を具備する太陽電池の設計に焦点を当ててきた。
それ故に、特許文献2は、無機物半導性(半導体)ナノ粒子で増感された酸化チタンセラミックを備えるn型半導性領域、及び、スピロ化合物及びヘテロスピロ化合物、特に(略記OMeTADで知られた)2,2’,7,7’‐テトラキス(N,N‐ジ‐p‐メトキシフェニルアミン)‐9,9’‐スピロビフルオレン分子の族に属している正孔伝導性(正孔伝導体)有機分子によって形成されたp型半導性領域、を備えている太陽電池を開示している。このp領域はOMeTAD及びクロロベンゼンを備える溶媒を用いてn領域をスピンコーティングすることにより得られる。しかしながら、OMeTAD含有溶液が酸化チタン層と接触している接触時間は、クロロベンゼンの素早い蒸発と利用された堆積技術により比較的短い。これは特に、n領域とp領域の限られた相互浸透をもたらし、この限られた相互浸透はOMeTAD分子がセラミックの内側面(すなわち孔壁表面)に向かってゆっくり拡散することにもよる。このn領域とp領域の限られた相互浸透は低い太陽効率(solar efficiency)をもたらす。
特許文献3は半導性(半導体)型ナノ粒子(特にTiO)が分散され、(略記PPVとして知られた)ポリ(パラフェニレン ビニレン)を基にした有機ポリマーマトリクスを備える光活性膜を具備している太陽電池を開示している。この構造において、PPVは、分散されたナノ粒子が電子伝導の役割(n型半導性(半導体)領域)を提供する一方で、光から光子を吸収することにより正孔伝導の機能(つまり、p型半導性(半導体)領域)、及び、発色団材料の機能を提供する。しかしながら、このタイプの構成は以下の欠点を有する。
有機マトリクス内のナノ粒子の分散はナノ粒子の透過を制限し、それ故に、太陽電池の電子収集層への電子の伝導を制限する;及び
有機マトリクス内のナノ粒子の分散はPPV/ナノ粒子界面において電子‐正孔の再結合が高い割合でおこる。
特許文献4は発色団材料で増感された多孔質酸化チタン膜により形成された領域と、正孔導電性ポリマーを備える領域と、を備える色素ベース(dye‐based)太陽電池を開示している。このタイプの太陽電池の製造方法は、多孔質酸化チタン膜上に融解状導電ポリマーを高温(300℃のオーダー)で堆積させることにある。しかしながら、得られる物質は以下の欠点を有する。
‐前記物質は多孔質膜、及び融解状体でポリマーが酸化チタン膜の孔へ拡散するものに限定されたポリマー、との間で相互浸透する性質を持つ。
‐前記物質はn型半導性(半導体)材料とp型半導性(半導体)材料の間の緩い結合を備える。これは前記二つの材料の領域間の結合はファンデルワールス型の弱い相互作用によって起こるという事実による。
‐高温(200から300℃のオーダー)で行われる操作は発色団物質に損傷を与え、低熱分解温度を有する広範な発色団物質の利用を阻む。
同様の取り組みに関するいくつか他の出版物は固体導体の使用にある。
この影響で、様々な固体導体がテストされてきた。それらはCuI(非特許文献5)またはCuSSN(非特許文献6、非特許文献7)のような無機物材料、ポリピロール(非特許文献8、非特許文献9、非特許文献10)またはポリチオフェン(非特許文献11から非特許文献21)のような有機ポリマー、または芳香族第三アミン(非特許文献22から非特許文献25)のような小さい有機分子である。これらの有機または無機膜はカウンター電極と増感体間の電荷輸送体の役割を果たす。TiO光アノードはあらかじめ増感体に含浸され、それから導電性材料(分子またはポリマー)からできた膜で被覆される。最も有益な結果はおそらくグラチェルにより発行されたものである(非特許文献22)。しかしながら、液体電解質を備える従来の電池と比較して電池の効果が大幅に落ちるため、開示されたシステムはどれも満足できるものではない。この陥落の規模はよくても20倍である。
これらの太陽電池の限られた性能、特に効率の低下は一つまたはそれ以上の以下の欠点によるものであると仮定されてもよい。
‐n型半導性(半導体)領域及びp型半導性(半導体)領域の限られた相互浸透;
‐様々なn型領域/発色団/p型領域の要素の低い相互浸透による、前記領域間の接合点での高い電子‐正孔再結合率。
言い換えれば、固体電池の効率低下は増感色素と固体導体間の非効率的な電子輸送によるものであると考えてもよい。
これは、半導体の微細孔へのこの物質の拡散がそれほど深くないことに関連した、増感体上のp型半導体の吸収性の乏しさと、導電体による半導体のナノ結晶ネットワークの湿潤性(wetting)の乏しさで説明が出来る(非特許文献11、非特許文献26)。
上記より、それ故一般的に、従来技術の固体電解質太陽電池と比較して、改善された性能、特に効率の向上した太陽電池の必要性がある。
外部回路に電荷を流すために、透明導体に引き込まれた導線が容易に提供されうる電池に対する必要性もある。
特に、二つの領域間の短絡現象を制限することを同時に許す一方で、p型半導性(半導体)領域とn型半導性(半導体)領域の強い相互作用や強い相互浸透を示すpn型半導性材料の必要性がある。
言い換えれば、増感色素と固体導体間の電子輸送効率を増加させ、導電体によってTiOのような半導体のナノ結晶ネットワークの湿潤性を改善する必要性がある。
国際公開第93/19479号パンフレット 欧州特許第1176646号明細書 欧州特許出願第0917208号明細書 国際公開第93/20569号パンフレット 仏国特許発明第2862429号明細書 Hagfeld, A. : Gratzel, M. Chem. Rev. 1995, 95, 49. Kalyanasundaram, K. ; Gratzel, M.Coord. Chem. Rev. 1998, 177, 347−414. O’Regan, B. ; Gratzel, M. Nature 1991, 353, 737−740. Duffy, N.W.; Peter, L. M. ; Rajapaske, R. M. G. ; Wijayantha, K. G. U., J. Phys . Chem. B. 2000, 104, 8916−8919. Perera, V. P. S. ; Tennakone, K. Sol. Energy Mater. Sol. Cells 2003, 79, 249−255. O’Regan, B. ; Schwartz, D. T. Chem. Mater. 1998, 10, 1501−1509. Kumara, G. R. R. A. ; Konno, A. ; Senadeera, G. K. R. ; Jayaweera, P.V.V. ; de Silva, D. B. R. A. ; Tennakone, K. Sol. Energy Mater. Sol. Cells 2001, 69, 195−199. Hao, Y. ; Yang, M. ; Li, W. ; Qiao,X. ; Zhang, L. ; Cai, S. Sol. Energy Mater. Sol., Cells 2000, 60, 349−359. Murakoshi, K. ; Kogure, R. ; Wada, Y. ; Yanagida, S. Chem. Lett. 1997, 471−472. Murakoshi, K. ; Kogure, R. ; Wada,Y. ; Yanagida, S. Sol. Energy Mater. Sol. Cells 1998, 55, 113−115. Nogueira, A. F. ; Longo, C. ; De Paoli, M. A. Coord. Chem. Rev. 2004, 248, 1455−1468. Gebeyehu, D. ; Brabec, CJ. ;Padinger, F. ; Fromherz, T. ; Spiekermann, S. ; Vlachopoulos, N. ; Kienberger, F. ; Schindler, H. ; Sariciftci, N. S. Synth. Metals 2001, 121, 1549−1550. Gebeyehu, D. ; Brabec, CJ. ; Sariciftci, N. S., Thin Solid Films 2002, 403−404, 271− 274. Gebeyehu, D. ; Brabec, CJ. ; Sariciftci, N. S. ; Vengeneugden, D. ; Kiebooms, R. ; Vanderzande, D. ; Kienberger, F. ; Schindler, H. Synth. Metals 2002, 125, 279−287. Kajihara, K. ; Tanaka, K. ; Hirao,K. ; Soga, N. Jpn J. Appl . Phys . 1997, 36, 5537−5542. Kaneko, M. ; Takayama, K. ; Pandey, S. S. ; Takashima, W. ; Endo, T. ; Rikukawa, M. ; Kaneto, K. Synth. Metals 2001, 121, 1537−1538. Nagamatsu, S. ; Pandey, S. S. ;Takashima, W. ; Endo, T. ; Rikukawa, M. ; Kaneto, K. Synth. Metals 2001, 121, 1563−1564. Saito, Y. ; Azechi, T. ; Kitamura, T. ; Hasegawa, Y. ; Wada, Y. ; Yanagida, S., Coord. Chem. Rev. 2004, 248, 1469−1478. Senadeera, G. K. R. ; Nakamura, K. ; Kitamura, T. ; Wada, Y. ; Yanagida, S. Appl. Phys. Lett. 2003, 83, 5470−5472. Spiekermann, S. ; Smestad, G. ; Kowalik, J. ; Tolbert, L. M. ; Gratzel, M. Synth. Metals, 2001, 121, 1603−1604. Takayama, K. ; Kaneko, M. ; Pandey, S. S. ; Takashima, W. ; Kaneto, K. Synth. Metals 2001, 121, 1565−1566. Bach, U. ; Lupo, D. ; Comte, P. ; Moser, J. E. ; Weissortel, F. ; Salbeck, J. ; Spreitzer, H., Gratzel, M Nature 1998, 395, 583−585. Kinoshita, M ; Fujii, N. ; Tsuzuki, T. Shirota, Y. Synth. Metals 2001, 121, 1571−1572. Haridas, K. R. ; Ostrauskaite, J.Thelakkat, M. ; Heim, M. ; Bilke, R. ; Haarer, D. Synth. Metals 2001, 121, 1573−1574. Jager, C. ; Bilke, R. ; Heim, M. Haarer, D. ; Karickal, H. ; Thelakkat, M. Synth. Metals 2001, 121, 1543−1544. Bach, U. ; Tachibana, Y. ; Moser, J. E. ; Haque, S.A. ; Durrant, J. R. ; Graetzel, M. ; Klug, D. R. J. Am. Chem. Soc. 1999, 121, 7445−7446. Jortner, J. ; Ratner, M. Molecular Electronics ; Blackwell Science : London, 1997. Bixon, M. ; Jortner, J. Electron Transfer − From isolated molecules to biomolecules ; John Wiley & Sons : New York 1999. Odobel, F. ; Zabri, H. Inorg. Chem.2005, 44, 5600−5611. Jeffries−El, M. ; Sauve, G. ; McCullough, R. D. Adv. Mater. 2004, 16, 1017−1019. Krebs, F. C. ; Biancarlo M. ; Solar Energy Materials and Solar Cells 90 (006), 142−165, "available on line 18 April 2005".
本発明の課題は、とりわけ上記で挙げられた必要性を満たす増感体、pn型半導性材料、及び太陽電池を提供することである。
本発明の課題はまた、従来技術の増感体、pn型半導性材料及び太陽電池の欠点、制限、障害及び不利点を有さず、従来技術で提示されていた問題を解決する増感体、pn型半導性材料及び光電池を提供することである。
この目的及びその他は本発明に従い、化学式(I)の錯体を用いることで達成される。
ここで、
Fは半導性多孔質セラミックの基板へ化学的にグラフトする能力のある一つまたはそれ以上の基を表す;
Sは半導体多孔質セラミック(の増感化)のための増感基(増感体)を表す:
Cは導電性ポリマーである;
Eは増感体(S)を導電性ポリマー(C)から電気的に分離することを可能にさせる共役スペーサ基である。
本発明に従って前記化学式(I)の錯体は、基本的に異なる、特に従来技術の増感化合物とは異なる新しい複合物である。実際これらの錯体は、全く新しい方法で、増感基(増感体)S及び導体基が非共役な共有結合Eによって結合される構造を有する。
このような明確な構造を有する前記錯体は従来技術では開示も提案もされていない。驚くことに、発明者は同様の分子、すなわち化学式(I)の錯体において、増感体S及び導電性ポリマーCを関連付けており、さらに驚くべきことに、共役スペーサを用いてSとCを分離していた。
本発明に関する新しい錯体は、驚くことに、増感体の役割と導電性ポリマーの役割の両方を果たす。同一の分子においてこれら二つの機能を関連付けることは予期されていなかった。
本発明の錯体は電荷輸送のための分子、すなわち導電性ポリマーCで官能化された増感体として定義される。
本発明の錯体のポリマーCの場合のように、この分子の長さが十分な場合、それは半導体のナノ多孔質構造の微細孔“をしのぐだろう”(から現れる)。このようにして、全ての増感体は光アノードの表面に堆積された固体導電性材料に電気的に接触するだろう。
本発明に関する錯体のもう一つの重要な新しい構造特性は、導電性ポリマーで官能化された後、増感体の固有の電気特性を保存することを可能にする、増感体と導電性ポリマー間への共役ユニットの導入である。このようにして、励起状態の増感体から半導体への電子の注入率は導電性ポリマーCの連鎖のグラフト後で保存される。
TiO、ZnO又はSnOのようなワイドバンドギャップを有するn型半導体で覆われた導電性電極上のポリチオフェン、またはその誘導体のような、非共役な共有結合を経て導電性ポリマーの鎖に繋がれた増感基を備えた、本発明による新しい錯体は、光電池の効果を増大させる。前記n型半導体は任意に続いて導電性ポリマー、特にポリチオフェン、ポリピロール、及びそれらの誘電体、または小さい有機分子の導電性ポリマーのような正電荷導体の膜の堆積があり、最後に、例えば金、銀、またはアルミニウムのような金属電極の堆積がある。
本発明による増感導電性ポリマー錯体は、輸送能力を改善することのできる新しい物質を構成している。
非特許文献31はマクロ多孔質アナターゼ電極上に吸着されうるF‐S‐C型の錯体を開示している。この文献で開示された錯体は、本発明による化学式(I)の錯体のように、共役スペーサ基Eを備えていない。
スペーサEの導入は非特許文献31で開示されているものとは根本的に異なる新しい化合物をもたらす。スペーサEの存在は光起電現象に関与する電荷注入工程において基本的役割を果たす。
引用文献[32]は以下の一連の工程を用いて得られるpn型半導体(半導性)材料を開示している。
‐導電性ポリマーの一つまたはそれ以上の前駆体で重合させることのできる基、及び前記基板へ化学的にグラフトする能力のある少なくとも一つの基、を備える一つまたはそれ以上の錯体の化学的なグラフトによる(半導性)半導体多孔質酸化セラミックの機能化。
‐前記前駆体を備える溶液を有する前記機能化された基質の含浸。
‐前記前駆体の重合化。
この物質は前記セラミックを増感する一つまたはそれ以上の発色団物質を任意的に備えることが述べられている。
この物質は酸化セラミック基板の表面または内部に吸収されるか、化学的にグラフトされてもよいことが明確に述べられている。
発色団は(我々の錯体の基Sのように)複合体に統合されない、しかし、セラミック基板の表面及び内側に直接付着される。
本発明による材料の基Eに相当するスペーサ基は特許文献5の材料中に任意に存在する。つまり、特許文献5の材料に必ずしも存在しない。
スペーサ基(“E”)はポリマーを化学結合する能力のある基から分離させる。この任意の基“E”はそれ故、我々の錯体のように、ポリマーを増感体、発色団基から分離しない。
最後に、特許文献5においては、半導性(半導体)材料がセラミックから一連の工程の統合によって製造されるため、本発明による化学式(I)の錯体は製造することも、存在することもできない。
本発明の基本的な考えは、電荷輸送に関わる種がもはや付加されないし、密接な接触内に形成されもしないが、共有結合によって物理的につなげられた錯体の設計にある。
しかしながら、我々は非特許文献31で開示されているような増感体の電気的特性を急進的に改善するスペーサなしに増感体上へのポリマーのグラフトを確立している。実際、この場合、導電性ポリマーを支える配位子、例えばターピリジン配位子、の励起状態の電子準位は、電子をもはや半導体、例えば光電効果(添付の例を参照)に非常に有害となるn型半導体、ではなく導電性ポリマーに輸送させる方法で下げられる。
この欠点を改善するために、本発明により、我々は増感体と導電性ポリマーの間の共役的な結合を導入することが必要であると示す。これは、同時に導電性ポリマーへの電荷輸送を許す一方で、増感体の電気的特性を保存する効果を有する。このために、例えば−CH−CH−作用や置換芳香族環(立体的な障害によってπ軌道の重なりの平面外側でのねじれ)、のような弱い共役な結合を好んで使うことが望ましい。驚くべきことに、共役の結合の導入は導電性ポリマーへの電荷輸送に対して有害ではない。
それ故、共役スペーサの導入は、グラフトされた導電性ポリマーへの電荷輸送を同時に許す一方で、増感体の特性を復元する効果を有する。
より詳細に本発明を述べる前に、以下の定義を明確にする:
“化学式(I)の錯体がグラフトされる半導性(半導体)基板”という表記は一般的に、化学式(I)の錯体が化学的にグラフトされる多孔質酸化セラミックを備えている有機/無機ハイブリッドpn型半導体材料の一部である多孔質酸化セラミックを意味している。
前記有機/無機ハイブリッドpn型半導体材料は以下で示される。それはn型半導性(半導体)領域及びp型半導性(半導体)領域を備える。本発明の背景において、p型半導性領域が導電性ポリマーを備える場合、好ましくはワイドバンドギャップを有するn型半導性領域は前記多孔質セラミックの基板を備えてもよい。
あるいは、前記ハイブリッド材料のp型半導性領域が多孔質セラミック基板を備える場合、n型導体領域は導電性ポリマーを備えてもよい。
この基板は一塊(または一片)の形、又は被覆状の形(例えば10nmから100μmの厚さを有する膜)であってもよい。
“導電性(導体)ポリマー”という表現は、(もともと導電性ポリマーであるポリマーの場合)ドープされることなく導電的特性を有するポリマー、またはドープされる場合(外発的導電性ポリマーであるポリマーの場合)、(n型導電性ポリマーに関しては)電子、または(p型導電性ポリマーに関しては)電子により空位のままの“スペース”に相当する正孔、のどちらかにより提供されている電気伝導体、という意味を表している。これらの様々なタイプのポリマーの具体例は後で与えられる。
前記の文、及び以下の文の両者において、“化学的グラフト”という表現は、共有化学結合、またはイオン‐共有化学結合を用いた前記基板上に前記化学式(I)の錯体化合物を固定化するという意味を表している。この固定化は前記基板の外部表面及び内部表面、すなわち、基板の孔壁表面の両者で起こる。化学的グラフトは、前記化合物と前記基板の間の“ファンデルワールス”相互作用、または水素結合の相互作用のような単純な物理的相互作用を除かないことは明確に理解される。
“前記基板に化学的なグラフトを可能にする基”という表現は、‐OH基のような、酸化セラミック上に存在する反応基と反応する基、という意味を表している。前記これらの‐OH基は周囲の大気中水分の影響下、またはこれらの基を生成するために引き起こされた水蒸気の影響下のどちらかで、セラミックの自発的な水和の現象より生じる。
セラミックに化学的なグラフトをする能力のある基は以下の化学式、
‐COOR;(Rは水素原子、1から30の炭素原子数を備えるアルキル基またはフェニル基を表している)
‐COCl;
‐COCHCO‐R;(Rは水素原子、1から30の炭素原子数を備えるアルキル基またはフェニル基を表している)
‐PO(OH)、‐PO(OR)(OH)または‐PO(OR)(OR);(R及びRは同一であるか異なっていてもよく、1から30の炭素原子数を備えるアルキル基またはフェニル基を表している)
‐CO(NHOH);
‐M(ORm−x;(xは1から(m−1)の範囲の整数、Mは金属または半金属、mは金属または半金属Mの酸化数、Rは水素原子、1から30の炭素原子を備えるアルキル基またはフェニル基、一価の金属陽イオン、または化学式N の基(Rは水素原子、1から30の炭素原子を備えるアルキル基またはフェニル基を表す)、を表し、Zは水素原子、1から30の炭素原子を備えるアルキル基、フェニル基、またはハロゲン原子を表している)
‐SOM’;(M’は水素原子、一価の金属陽イオン、または化学式N の基(Rは水素原子、1から30の炭素原子を備えるアルキル基またはフェニル基を表す)、を表している)
‐B(OM’);(M’は水素原子、一価の金属陽イオン、または化学式N の基(Rは水素原子、1から30の炭素原子を備えるアルキル基またはフェニル基を表す)、を表している)
‐OH;
及びこれらの組み合わせ、の基から選ばれてもよい。
上で定義された化学式‐M(ORn−xの基において、Mは金属元素、例えば、金属または半金属に対して、当業者にとって想定できる酸化数となる任意の酸化数nのAl、Ga、InまたはSiのような、任意の酸化数nの遷移元素または半金属元素を表している。この定義に従った例として、次の化学式の基を作ってもよい。
‐Si(OR)3−x;(xは1から3の整数)
多孔質酸化セラミック基板との化学的グラフトは上で記載された基によって起こる。
本発明に関する錯体は、半導性(半導体)基板、例えば、酸化セラミックであるワイドバンドギャップを有するn型半導体基板、を感光化させるための増感基Sを備えている。
この基は前記セラミックを感光化させるための発色団とも称される。
本発明に従って、“発色団物質”という表現は、IR、UV及び可視光において光を吸収し、この吸収に対して代わりとして電子を放出することのできる物質であることを意味している。本発明の背景において、電子が放出されることによって残された正孔は酸化セラミック(p型半導体の場合)、または導電性ポリマー(p型ポリマーの場合)のどちらかによって捕獲される一方で、電子は酸化セラミック(n型半導体の場合)、または導電性ポリマー(n型ポリマーの場合)のどちらかによって捕獲される。
任意の発色団物質は明確な分光感度を有し、この物質の選択は最大限の光吸収効率を有するために、光源に応じなければならないことが理解される。
前記増感基S(増感体)は例えば、遷移金属及び、フタロシアニン、クマリン、シアニンのような有機カチオンを有するポリピリジン錯体から選ばれる。
有利的には、前記増感基は化学式(II)または化学式(IIA)の基である。
導電性ポリマーCは、ポリ(アセチレン)、ポリ(p‐フェニレン)、ポリ(p‐フェニレン ビニレン)、ポリ(p‐フェニレン 硫化物)、ポリ(ピロール)、ポリ(チオフェン)、ポリ(アルキルチオフェン)、ポリ(ジアルキルチオフェン)、ポリ(アルコキシチオフェン)、ポリ(フラン)、ポリ(アズレン)、ポリ(アジン)、ポリ(アニリン)、ポリ(シアノフェニレン ビニレン)、ポリ(パラピリジル ビニレン)及びポリ(ジオキシチオフェン)(“PEDOT”)、以下の化学式に相当する単位の繰り返し
及び混合物、及び/または組み合わせ、及び/またはそれらの共重合体(つまり、上記ポリマーを構成するモノマーがお互いに、または他のモノマーと形成された共重合体)、から一般的に選ばれる。
ポリマーのこのリストのうちで、n型ポリマーはポリ(シアノフェニレン ビニレン)及びポリ(p‐ピリジル ビニレン)である。
ポリマーのこのリストのうちで、p型ポリマーは、ポリ(フェニレン)、ポリ(p‐フェニレン ビニレン)、ポリ(p‐フェニレン 硫化物)、ポリ(ピロール)、ポリ(チオフェン)、ポリ(3‐オクチルチオフェン)のようなポリ(アルキルチオフェン)、ポリ(3、4‐ジオクチルチオフェン)のようなポリ(ジアルキルチオフェン)、ポリ(アルコキシチオフェン)、ポリ(フラン)、ポリ(アズレン)、ポリ(アジン)、ポリ(アニリン)、及びポリ(ジオキシチオフェン)である。
前記p型導電性ポリマーCは、“レジオレギュラー(regioregular)”ポリ(アルキルチオフェン)、例えばポリ(3‐オクチルチオフェン)のようなレジオレギュラーポリマーである。
導電性ポリマーCは特に以下のポリマーから選ばれてもよい:
ここで、nは1から1000、好ましくは5から100、の整数であり、Rは1から24、好ましくは4から12、の炭素原子数を有するアルキル基群、及び1から24、好ましくは4から12、の炭素原子数を有するアルコキシ基群、から選ばれる基を表す。
共役スペーサ基Eは、本発明による色素、錯体の基本構造要素である。
用語“スペーサ”は、少なくても一つの原子を構成し、二つの機能的な実態を分離する単位を意味している。
用語“共役(deconjugating)”は、π軌道の重なりの破壊(破裂)による共役の破壊(破裂)を引き起こす基を一般的に意味している。
そのような共役スペーサ基群に適している基群は当業者によって容易に見つけ出される。従って、前記共役スペーサ基Eは次の基群から選ばれる:
ここで、R及びRは同一または異なっていてもよく、とりわけ、1から24、好ましくは1から12、の炭素原子数を有するアルキル基群、及び1から24、好ましくは1から12、の炭素原子数を有するアルコキシ基群、から一般的に選ばれる。pは1から20、好ましくは1から4の整数である。
本発明により推奨される色素、錯体は以下の化学式(III)または化学式(IIIA)に相当する:
nは1から1000、好ましくは5から100の整数、Rは1から24、好ましくは4から12の炭素原子数を有するアルキル基、または1から24、好ましくは4から12の炭素原子数を有するアルコキシ基を表し、Eは次の基群から選ばれる。
及び‐(CH‐。
及びRは同一または異なっていてもよく、1から24、好ましくは1から12、の炭素原子数を有するアルキル基群、及び1から24、好ましくは1から12、の炭素原子数を有するアルコキシ基群、から選ばれる;そして、C1は
または
を表す。
本発明はEが‐(CH‐または
を表している上述した推奨の化合物(III)の製造工程にも関しており、以下の一連の工程が実行される。
a)‐以下の化学式1または化学式12の化合物
は以下の化学式2の化合物
と反応する。
以下の化学式3の化合物、または化学式13の化合物を得るため、薗頭(SONOGASHIRA)反応に従って、DMF/THFの混合物において、ヨウ化銅[1,1’‐ビス(ジフェニルホスフィノ)フェロセン]ジクロロパラジウム(II)、及びトリエチルアミンを備える触媒系の存在下で、nは1から1000、好ましくは5から100の整数、R、R、R及びRは同一または異なっていてもよく、1から24、Rに対して好ましくは4から12、R、R、及びRに対して好ましくは1から12、の炭素原子数を有するアルキル基、または、1から24、Rに対して好ましくは4から12、R、R、及びRに対して好ましくは1から12、の炭素原子数を有するアルコキシ基、さらに好ましくは、Rはエチル基、そして、HALはハロゲン原子(好ましくはBr原子)、を表している。
b)‐以下の化学式4の化合物を得るため、化学式3の化合物はTHFにおいてパラジウム・オン・チャコールの存在下で水素と反応される。
c)‐以下の化学式5の化合物と化学式14の化合物をそれぞれ得るために、KCN/LiOHを有するTHF/HOの混合物において化学式4の化合物または化学式13の化合物が反応される。
この工程は、当業者の範囲内でいくつかの調整と適応に対応して、化学式(IIIA)の化合物を合成することに対して実行される、ということに注意されたい。
上の化学式12の化合物は化合物11と共に化合物10の反応により合成されうる。
ここでHALはハロゲン原子を表し、好ましくはBr原子である。
本発明は新しい中間化合物である次の化合物にも関している。
ここでHALはハロゲン原子を表し、好ましくはBr原子である。
以下のスキームは化学式(III)の化合物を合成させるための経路を図示している。
スキーム1:分子5の合成(R及びRは1から24、Rに対して好ましくは4から12、Rに対して好ましくは1から12、の炭素原子数を含むアルキル鎖またはアルコキシ鎖を表し、Rはより好ましくはEtである)
スキーム2:化合物14の合成。R、R、R、Rは1から24、Rに対して好ましくは4から12、R、R及びRに対して好ましくは1から12の炭素原子数を有するアルキル鎖またはアルコキシ鎖、さらに好ましくはRはEtであり、そして、例外として化合物14においてRはH、を表している。
錯体1はOdobelによって開示された文献(非特許文献29)からの手順に従って合成され、一方、ポリマー2はMcCullough(非特許文献30)により公開された手法に従って得られる。Pd(dppf)Cl触媒(dppf=ジフェニルホスホフェロセン)を有する薗頭(Sonogashira)反応により、ポリマー2の上へ錯体1のグラフトが実行される。
錯体14の合成は、錯体12及びポリマー2から5を合成するための合成と同様の一連の反応に従って実行される。
錯体12はOdobel(非特許文献29)(スキーム2)で開示された錯体11、及び配位子10から合成される。
新しい配位子10はスキーム3で説明される反応順序に従って合成される。分子9は、アルデヒド8及びアセチルピリジン7の濃縮によって、市販の前駆体6及び7から合成される。酢酸アンモニウムを有するピリジン9の結晶化はターピリジン10を生成する。
スキーム3:ターピリジン10の合成
条件と反応物: i)1.Buli、THF、2.DMF
ii)tBuOK、THF
iii)NHOAc、EtOH
HALは好ましくはBrを表す。
錯体12’は錯体12の加水分解によって容易に得られる。この錯体はポリマーのグラフトなしに用いられる。しかしながら、本発明に従って導電性ポリマーのグラフトは光電効果を大幅に増加させることができる。
、R及びRは上で定義されたようなもので、好ましくは、Rはエチル基である。
本発明は、上で定義されるような色素、化学式(I)の錯体、が化学的にグラフトされた半導性(半導体)多孔質酸化セラミックを備える無機/有機ハイブリッドpn型半導体材料にも関している。
この物質は新しく、上ですでに述べられている化学式(I)の錯体につながる有利な特性を有する。
上で述べられたように、基板は半導性(半導体)多孔質酸化セラミックである。伝導性ポリマーがn型ポリマーかp型ポリマーかどうかに依存して、それがp型またはn型であるために酸化セラミックが選ばれる。この選択は当業者の理解できる範囲であることが理解される。酸化セラミックは、Ti,V,Cr,Mn,Fe,Co,Ni,Cu,Zn,Y,Zr,Nb,Mo,Ru,Rh,Pd,Ag,Cd,Hf,Ta,W,Re,Os,Ir,Ptから選ばれる遷移金属を基にしたセラミック、または、La,Ce,Pr,Nd,Sm,Eu,Gd,Tb,Dy,Er,及びYbのようなランタノイドを基にしたセラミック、または、Al、Ga,In及びTlから選ばれる元素周期表の第IIIA族の元素を基にしたセラミック、または、Si,Ge,Sn及びPbから選ばれる元素周期表の第IVA族の元素を基にしたセラミック、またはSe,Teから選ばれる元素周期表の第VIA族の元素を基にしたセラミック、である。前記酸化セラミックは遷移金属、ランタノイド、第IIIA族元素、第IVA族元素、第VIA族元素の組み合わせであってもよい。
本発明の目的として、“多孔質酸化セラミック”という表現は酸素原子と全開放気孔を有する酸化セラミックを意味している。適したセラミックはアモルファス、ナノ結晶及び/またはメタ多孔質の酸化セラミックであってもよい。
用語“アモルファス酸化セラミック”は、晶子を有さないセラミック、またはサブナノスケールサイズの晶子を有するセラミックを意味している。
用語“ナノ結晶性酸化セラミック”は、数ナノメートル、例えば2から200nmのオーダーの晶子を有するセラミックを意味している。
最後に、用語“メソ多孔質酸化セラミック”は、2から80nmの範囲の微細孔サイズを有し、厚さが5から30nmの壁を有する高い有孔性を持っているセラミックを意味している。一般的に、微細孔は、上で述べた範囲内で非常に広い微細孔サイズ分布をもってランダムに分布される。本発明に従って用いられたメソ多孔質セラミックは有利に、メソ細孔の規則正しい空間配置を有する組織化された微細孔ネットワークの形をしている“メソ構造”セラミックである。この多孔質の空間周期は、X線散乱パターンにおいて少なくとも一つの低角度なピークが出現するという性質を持っている。このピークは一般的に2から50nmの間の繰り返し距離に関連している。メソ構造材料は、与えられた体積に対して最大化された表面積、及び前記材料を構成する壁を通る空間において、少なくとも一つの方向に沿って強固なネットワークの連続性、という性質を持っている。
本発明に従って用いられることのできる多孔質酸化セラミックの例は二酸化チタンTiOである。他の例はZnOまたはSnOである。
上段落で熟慮されたセラミックのうちで、当業者は(本発明による錯体を用いてグラフトされた導電性ポリマーCはp型ポリマーである場合)n型セラミック、及び/または(本発明による錯体を用いて接合された導電性ポリマーはn型ポリマーである場合)p型セラミック、を選んでもよい。
本発明によるハイブリッド物質において、多孔質セラミック基板の表面と内側は、上で定義された導電性ポリマーを備える一つまたはそれ以上の上で定義された錯体、でグラフトされる。
本発明は、半導性(半導体)多孔質酸化セラミックが一つまたはそれ以上の上で定義されたような化学式(I)の錯体を備える有機溶媒で飽和された無機/有機ハイブリッド半導体材料の製造工程に関する。
上で明示されたように、本発明によるハイブリッド材料において、多孔質酸化セラミック表面は上で定義されたような化学式(I)の錯体でグラフトされる。前記錯体はセラミックの前記表面へ化学的にグラフトされている。
そのようなグラフトを得るために、液体プロセス技術において、つまり、上述の半導性(半導体)多孔質酸化セラミック基板は上で定義された化学式(I)の錯体を備える有機溶媒で飽和されるような技術において様々な技術が構想されてもよい。
従って、多孔質酸化セラミックの表面及び内側に化学的グラフトが以下の技術のうちの一つより実行される。
‐ディップコーティング
‐スピンコーティング
‐層流コーティング
‐スプレーコーティング
‐ソークコーティング
‐ロール・ツー・ロールコーティング
‐ブラシコーティング
‐スクリーン印刷
これらの様々な技術は、多孔質酸化セラミック基板とグラフトできる錯体(I)を備える溶液間の最適なコンタクトを可能にするため適切な時間で用いられるべきである。それによって基板の表面及び内側の両者とも飽和され、それによって化合物は反応し、前記基板の表面や内側に化学的結合されうる。例えば、この時間は1から48時間であってもよく、例えば16時間である。
溶液の溶媒は当業者によって容易に選択される。
この溶媒は、THF、1から4の炭素原子数、例えばメタノールやエタノール、を含む脂肪族アルコール、ハロゲン化した溶媒、及びそれらの混合物から選ばれてもよい。
前記溶媒中の色素錯体(I)の濃度は当業者によって容易に定義されうる。一般的に10−3から1Mである。
含浸が実行された温度も同様に当業者によって容易に定義されうる。一般的に20から80℃である。そして、好ましくはこの含浸は周囲の温度で実行される。
このグラフトまたは機能化工程の後に、本発明による無機/有機ハイブリッド材料を合成する工程は、グラフト反応残余及び反応しなかった種を除去することを目的とする処理工程を備えてもよい。
この処理は、水または有機溶媒、好ましくはグラフトで用いられた同様の溶媒、と共にハイブリッド材料の洗浄にある。
最後に、無機/有機ハイブリッド材料の乾燥が一般的に行われる。
本発明の無機/有機ハイブリッド半導体材料は、電気化学デバイス、光電気化学デバイス及び触媒デバイス、そして特に、太陽電池または発光ダイオードのような半導性(半導体)材料を必要とする様々なデバイスで利用されてよい。
それ故、本発明の主題は
‐電流収集第一電極(“作用電極”と呼ばれる);
‐第二電極(“カウンター電極”と呼ばれる);及び
‐上で定義されたようなハイブリッド型半導体材料を備える半導体領域、前記領域は前記第一電極と前記第二電極の間に位置する;
を備える太陽電池である。
第一電極、または作用電極は伝導性(導体)部位を備える。例えば、フッ素をドープした酸化スズ、またはITO、の層の形であり、この部位は場合により支持体上に堆積される。
用語“支持体”は、本発明の目的のため、太陽スペクトルにおいて少なくとも50%の透明度という性質を持つ任意の有機または無機基板を意味していることが明確に示される。この支持体は、例えば、透明ガラスから作られてもよい。
前記伝導部位は、例えば高密度二酸化チタン層に直接、または経由のどちらかで前記半導性(半導体)領域に接触し、後者(経由)は作用電極と半導性(半導体)領域間の直接接触を防止することができ、結果として、太陽電池に対して短絡を防ぐことができる、ということに注意されたい。
太陽電池に対して短絡を避けるために、伝導性ポリマー、又は他のp型導体分子を基にした層が、本発明によるハイブリッド型半導体材料でできている前記半導体領域と第二電極(“カウンター電極”と呼ばれる)の間に入れられてもよい、ということもすでに明示されている。
実際、一般的に、化学式(I)の“FSEC”錯体は自給的である。つまり、ポリマーCの連鎖の長さは、多孔質酸化セラミック物質の微細孔から現れることができ、及び、第二電極との接触を保証するほど十分である。この場合、前記導電性ポリマーの層は必須ではない。
ある場合において、活性ハイブリッド材料がレジオレギュラーポリ(アルキルチオフェン)、例えば、ポリ(3‐オクチルチオフェン)等の伝導性ポリマー、または芳香族アミンのような別のp型導電性分子を一般的に備える固体p型(またはn型)導体材料で被覆されている場合は、連鎖Cは十分に長くない。
好ましくは、ポリ(3‐オクチルチオフェン)のようなハイブリッド型半導性(半導体)材料の一部である錯体(I)の導電性ポリマーCと一致する導電性ポリマーはこの追加層に対して選択される。
前記電気的な半導体ポリマーの任意の追加層は任意の適切な技法、例えば、スピンコーティングのような溶媒中にポリマー溶液を用いる技法である、上ですでに述べられたような湿式処理法によって合成されうる。
一般的に、第二電極(または“カウンター電極”)は金属層、例えば金および/またはニッケルを基にした金属層、で形成される。
本発明の無機/有機ハイブリッドpn型半導体材料を基に設計された太陽電池は、特に、従来の電池と比較して以下の利点を有する。
1‐特に光電流密度、光ポテンシャル、及び曲線因子に関して、非常に大きな光変換効率
2‐液体電解質の存在に関連する問題がない、つまり、電池の二つの電極を密閉することの問題はもはや生じない。
3‐可撓性(例えば、プラスチック)基板上へのデバイスの生産を有するこのタイプの電池の互換性。
4‐温度が50‐60℃に達し、大気中水分の存在下で、光の外での電池の使用可能性。
5‐電池の全ての構成要素は、安価で、連続的な堆積技術(例えば、ロール・ツー・ロール)と相性のよい要素であることの産業発達の可能性。
6‐外部電気回路に電流を流すため、伝導ガラスに引き込まれた導電性金属配線を用いる可能性。
これらの電池の優位性は特に、上で述べられたようなハイブリッド材料の使用に関連し、及び、上で述べられたような錯体(I)の使用に関連している。
図1は参照符号1で全体が示されている本発明による光電池を示している。
電池1は透明な導電性(導体)層7を有する一つの表面5の上に被覆された透明なガラス支持体3を備えている。前記層はできる限りフッ素をドープした酸化スズ、又はITOを基にしている。透明な導電性(導体)層で被服された支持体は電流収集電極(または、上で用いられている専門用語では“第1の電極”)として働く。
高濃度ニ酸化チタン層9は透明な導電層7上に堆積されている。この高濃度層の上に配置されているのは半導性材料の層11である。前記半導体材料は本発明の無機/有機ハイブリッドpn型半導性材料に相当する。この半導性物質の層11の上に堆積されているのは導電性ポリマーの層13である(この層は任意に除かれてもよい)。この層の上には金属層15、例えば金、及び/またはニッケル、及び/または銀、及び/またはアルミニウムを基にした層、が堆積されている。半導性材料と金属層15に挟まれた導電性ポリマーの任意の層13は短絡を抑えることを可能にしている。金属層15はカウンター電極(または、上で用いられている専門用語では“第2の電極”)として働く。
図2は半導性材料の層11の拡張された部分を表しており、そしてより好ましくは多孔質酸化セラミック基板と本発明による化学式(I)の錯体:FSECとの間のインターフェースを表している。
この図では、参照符号17は半導体多孔質酸化セラミックの孔壁の表面を示している。
表面17は本発明による化学式(I)の錯体のグラフトにより増感されている。光線が発色団材料に達するとき(前記光線は矢印hνで表されている)、エネルギーを輸送する光子の形態で光エネルギーは発色団材料に吸収される。電子と同時に生成され、+の記号で示される正孔は導電性ポリマーによって捕獲される一方で、発色団材料は、この場合において多孔質酸化セラミックによって直接捕獲される電子を放出する。従って、電子‐正孔対は再結合なしに分離し、その結果、材料内で電流を生成する。
本発明により、共有結合を経由して、一方では増感体とセラミックの間、他方では導電性ポリマーとの接続は半導性(半導体)材料(セラミック及びポリマー)内により多くの電荷注入を可能にする。
本発明の光電池は以下の方法で製造される。
‐酸化セラミック膜が任意に透明な導電性層で被覆された支持体上に堆積される堆積工程。前記工程に対して、上で述べられたように、当業者によって理解される真空法または湿式処理法により実行させることが可能である。
‐上で述べられた酸化セラミック膜から前記半導性材料を得るために、上で定義されたpn型半導性(半導体)材料を製造するための工程の実装。
‐半導性材料の層上に、導電性ポリマーの層、好ましくは本発明の無機/有機ハイブリッドpn型半導体材料を構成しているものと一致する層、の堆積工程。前記層は当業者が理解される範囲内で上記述べられた湿式処理法によって堆積される。
‐上で定義されたような金属層が半導性材料の層、または必要に応じて、導電性ポリマー層、の上に堆積される堆積工程。
本発明は例示的な実施形態に関連して述べられている。
本発明を、非限定的な実例として与えられた以下の実施例を参照にして説明する。
[実施例1]
[錯体5の合成(Cl3)]
2mLの蒸留されたDMF内に溶解された、50mg(0.06mmol,1eq.)の上述の錯体1、及び10mLの蒸留されたTHF内に溶解された600mg(0.12mmol,2eq.)の上述のポリマー2、がシールド管内に導入される。アルゴン雰囲気下で3回にわたる脱気の後、9.5mg(0.013mmol,0.2eq.)の[1,1’‐ビス(ジフェニルホスフィノ)フェロセン]ジクロロパラジウム(II)、2.5mg(0.013mmol,0.2eq.)のヨウ化銅、及び0.5mLのトリエチルアミンが加えられる。混合物は90℃で20時間加熱される。中間物の冷却後、溶媒は減圧下で脱水される。ヴァイオレットブラックな固体を得るために、得られた生成物はアルミナ(カラム1 展開溶媒:クロロホルム内のメタノール勾配:0から5%、カラム2 展開溶媒:クロロホルム内のメタノール勾配:0から1%)上で二回の連続クロマトグラフィーによって精製される。
H NMR:(CDCl内で300MHz,δppm)
10.56(d,J=6Hz,1H),9.06(s,1H),8.78(s,1H),8.39(s,2H),8.29(d,J=7.5Hz,2H),7.86(m,3H),7.72(d,J=5.4Hz,1H),7.51(d,J=5.7Hz,2H),7.27−7.16(m,3H),6.98(s,38H),4.63及び4.39(2q,4H),2.89(m,76H),1.71‐1.31(m,462H),0.93(t,114H)
紫外線‐可視光(THF,nm単位のλmax):265,303,445,552
[中間体4の合成]
12mLの蒸留されたTHF内に、130mg(0.02mmol,1eq.)の上述の錯体3、Rはn‐オクチル基及びn=40、が三口フラスコ内に導入される。アルゴン下で脱気後、20mg(0.06mmol,3eq.)の20%パラジウム・オン・チャコールがニ水素の導入前に加えられる。反応中間体は大気温度で14時間撹拌される。ヴァイオレットブラックな固体(定量130mg)を得るために溶媒は減圧下で脱水され、そして、未加工の生成物はsephadex(登録商標)上で精製される。
H NMR:(CDCl内で300MHz,δppm)
6.98(s,38H),2.89(m,76H),1.71‐1.31(m,456H),0.93(t,114H)
紫外線‐可視光(THF,nm単位のλmax):265,303,445
[錯体5の合成]
10mLの蒸留されたTHF内に、150mg(0.02mmol,1eq.)の上述の錯体4(Rはnオクチル基及びn=40)と、0.2MのLiOH溶液3mLと、及び20mg(0.6mmol,30eq.)のKCNと、が丸底フラスコ内に導入されている。90℃で6時間の加熱後、溶媒は減圧下で脱水される。化学式は上で既に与えられており、Rがnオクチル基及びn=40である錯体5のヴァイオレットブラックの固体(定量150mg)を得るために、得られた生成物はsephadex上で精製される。
H NMR:(CDCl内で300MHz,δppm)
6.98(s,38H),2.89(m,76H),1.71‐1.31(m,456H),0.93(t,114H)
紫外線‐可視光(THF,nm単位のλmax):265,303,445
参考例2]
[錯体12’の合成]
4‐ブロモ‐2,5‐ジメチルベンズアルデヒド中間体8の合成。
アルゴン下のシュレンクチューブ内で、4g(15mmol,1eq.)の1,4‐ジブロモ‐2,5‐ジメチルベンゼンが50mLの蒸留されたTHF内に溶解される。中間体は−78℃まで冷やされ、それから6.6mL(16.6mmol,1.1eq.)のBuLi(ヘキサン中で2.5M)が滴下によって加えられる。この温度で1時間の撹拌後、5.3mL(68mmol,4.5eq.)の新しく蒸留したDMFが加えられる。反応中間体がこの温度で1時間、その後、大気温度に戻した温度で一晩、再度撹拌される。次に、中間体は塩化アンモニウムの溶液で希釈され、それから酢酸エチルで三回抽出される。有機相は混合され、マグネシウム触媒上で乾燥され、そして減圧下で濃縮される。白い固体(m:1.3g,収率:40%)を得るために、残留物はシリカカラムクロマトグラフィー(展開溶媒:酢酸エチル/石油エーテル:80/20)によって精製される。
H NMR:(CDCl内で300MHz,δppm)
10.20(s,1H),7.62(s,1H),7.46(s,1H),2.62(s,3H),2.42(s,3H)
4’‐(1‐ブロモ‐2,5‐ジメチル‐4‐フェニル)‐2,2’,6’,2’’‐ターピリジン中間体10の合成:
三口フラスコ内で、0.57g(4.7mmol,2eq.)のアセチルピリジンが、30mLの蒸留されたTHF内の0.8g(7mmol,3eq.)のtert‐ブタン酸カリウムの懸濁液に加えられる。大気温度で30分の撹拌後、0.53g(2.3mmol,1eq.)の4‐ブロモ‐2,5‐ジメチルベンズアルデヒドが5mLの蒸留されたTHF内に滴下によって加えられる。アルゴン雰囲気下で20分の撹拌後、エタノール(10mL)及び酢酸(5mL)の混合溶液に1.8g(23mmol,10eq.)の酢酸アンモニウムが加えられる。反応中間体は80℃で6時間加熱される。混合物は冷却され、氷と水の混合物(100g)内に注がれる。形成された沈殿物は分離され、ジメチルエーテルで洗浄される。水相はジクロロメタンで三回抽出される。有機相は混合され、マグネシウム触媒上で乾燥され、そして減圧下で濃縮される。白い固体(m:350mg,収率:36%)を得るために、残留物及び沈殿物は混合され、アルミナカラムクロマトグラフィー(堆積固体,展開溶媒:石油エーテル内の酢酸エチル勾配:0から30%)によって精製される。
H NMR:(CDCl内で300MHz,δppm)
8.70(d,J=3.9Hz,2H),8.67(d,J=7.8Hz,2H),7.88(dd,J=1.2Hz,J=7.8Hz,J=7.8Hz,2H),7.48(s,1H),7.34(ddd,J=1Hz,J=4.8Hz,J=7.8Hz,2H),7.24(s,1H),2.40(s,3H),2.31(s,3H)
[中間体12の合成]
最少量のTHFに溶解された60mg(0.14mmol,1eq.)の4’‐(1‐ブロモ‐2,5‐ジメチル‐4‐フェニル)‐2,2’,6’,2’’‐ターピリジン、8mLのエタノールに溶解された159mg(0.26mmol,1,8eq.)のジクロロビス(ジメチルスルホキシド)(ジエチル‐2,2’‐ビピリジン 4,4’‐ジカルボン酸)ルテニウム(II)、及び0.5mLの水に溶解された30mg(0.72mmol,5eq.)の塩化リチウム、が25mLの丸底フラスコ内に導入される。混合物はエタノールの還流で16時間加熱される。中間物の冷却後、溶媒は減圧下で脱水される。得られた生成物は最小量のアセトンで溶解され、それから飽和テトラフルオロホウ酸ナトリウムの溶液を加えることによりピンク色の固体の沈殿物を得る。これはろ過によって分離される。ピンク色の固体(61mg,45%)を得るために、得られた生成物は再度最小量のジクロロメタン及びアセトン内に溶解され、それからジエチルエーテルを加えることにより沈殿される。
H NMR:(CDCl内で300MHz,δppm)
10.6(d,J=5.7Hz,2H),9.04(s,2H),8.74(s,2H),8.37(d,J=4.8Hz,H),8.31(s,2H),8.26(d,J=8.1Hz,2H),7.92(d,J=5.7Hz,2H),7.83(m,3H),7.61(s,1H),7.48(m,3H),7.17(t,J及びJ=5.8Hz,2H),4.64(q,2H),4.35(q,2H),2.46及び2.44(2s,6H),1.51(t,3H),1.31(t,3H)
[錯体12’の合成]
1mLの4M水酸化リチウム溶液が、9mgの錯体12、及び3mLのDMF内に溶解された3mgのシアン化カリウム、を含む25mLの丸底フラスコに加えられる。反応中間物は120℃で16時間加熱される。大気温度に戻した後、ジメチルエーテルを加えることによりオレンジ色の固体の沈殿物を得る。生成物はろ過され、最少量のメタノールに溶解され、それから、数滴のHBFそれから水を加えることにより再沈殿される。オレンジ色の固体(m:7.7mg,収率:86%)を得るために、生成物はsephadex上で精製される。
H NMR:(MeOD内で300MHz,δppm)
10.3(d,J=5.7Hz,2H),9.04(s,2H),8.74(s,2H),8.37(d,J=4.8Hz,1H),8.31(s,2H),8.26(d,J=8.1Hz,2H),7.92(d,J=5.7Hz,2H),7.83(m,3H),7.61(s,1H),7.84(m,3H),7.17(t,J及びJ=5.8Hz,2H),2.46及び2.44(2s,6H)
紫外線‐可視光(THF,nm単位のλmax):283,305,495
参考例3]
[以下の化学式の錯体3の合成]
(4’‐ホスホン‐2,2’:6’,2’’‐ターピリジン)(4’‐[(3’,4’‐ジオクチル‐2,2’:5’,2’’‐ターチオフェン)‐5‐イル]‐2,2’:6’,2’’‐ターピリジン)ルテニウム(II)酸ジテトラフルオロホウ酸塩。
中間錯体C3aの合成:4’‐[(3’,4’‐ジオクチル‐2,2’:5’,2’’‐ターチオフェン)‐5‐イル]‐2,2’:6’,2’’‐ターピリジン
100mg(0.25mmol,1eq.)の4’‐トリメチルスタンニル‐2,2’:6’,2’’‐ターピリジン、200mg(0.38mmol,1.2eq.)の5‐ブロモ‐3’,4’‐ジオクチル‐2,2’:5’,2’’‐ターチオフェン、及び15mLの蒸留されたジオキサン、がシールド管内に導入される。アルゴン下で三回の脱気後、26mg(0.025mmol,0.045eq.)のトリス(ジベンジリデンアセトン)ジパラジウム、85mg(0.55mmol,2.2eq.)のフッ化セシウム、及び18mg(0.09mmol,0.18eq.)のトリ‐tert‐ブチルホスフィン、が加えられる。その混合物は130℃で16時間加熱される。中間物の冷却後、溶液は酢酸エチルで希釈され、そして希薄なアンモニア溶液と水で洗浄される。有機相はマグネシウム触媒上で乾燥され、ろ過され、及びそれから真空下で濃縮される。オレンジ色の固体(143mg,80%)を得るために、得られた生成物はシリカクロマトグラフィー(展開溶媒:ジクロロメタン内のジエチルエーテル勾配(0から40%))によって精製される。
H NMR:(CDCl内で300MHz,δppm)
8.74(d,6−5=4.8Hz,2H,H),8.68(s,2H,H3’),8.62(d,3−4=7.8Hz,2H,H),7.88(ddd,4−3=7.8Hz,4−5=7.8Hz,4−6=1.8Hz,2H,H),7.74(d,A−B=3,9Hz,1H,H),7.37(ddd,5−4=7.8Hz,5−6=4.8Hz,5−3=1.8Hz,2H,H),7.33(dd,E−D=5,1Hz,D−C=3.6Hz,E−C=1.2Hz,1H,H),7.19(d,B−A=3.9Hz,1H,H),7.17(dd,C−D=3.6Hz,C−E=1.2Hz,1H,H),7.07(dd,D−E=5.1Hz,1H,H),2.78(t,4H CH alk at α),2.71(t,4H,CH alk at β),1.28‐1.62(m,30H,CH alk),0.87(m,6H,CH alk)
13C NMR:(CDCl内で300MHz,δppm)
14.1;22.6;28.1;29.3;29.9;30.6;30.7;31.9;116.7;121.3;123.8;125.4;125.9;126.2;126.6;127.4;129.5;130.4;136.1;136.8;138.2;140.3;140.7;140.9;143.1;149.1;156.0
中間錯体C3bの合成:(4’‐ジエトキシホスホン酸‐2,2’:6’,2’’‐ターピリジン)(4’‐[(3’,4’‐ジオクチル‐2,2’:5’,2’’‐ターチオフェン)‐5‐イル]‐2,2’:6’,2’’‐ターピリジン)ルテニウム(II)ジテトラフルオロホウ酸塩(17)
0.16mmol,1.1eq.の(4’‐ジエトキシホスホリル‐2,2’:6’,2’’‐ターピリジン)ルテニウム(III)三塩化物、及び91mg(0.47mmol,3.3eq.)のホウフッ化銀、がエタノール(20mL)、及び蒸留されたDMF(5mL)の脱気された混合物内において、60℃で1時間30分加熱される。中間物の冷却後、形成された塩化銀を除去するため溶液はろ過される。ろ液は脱気され、4mLの蒸留されたDMF内に91mg(0.14mmol,1eq.)の4’‐[(3’,4’‐ジオクチル‐2,2’:5,2’’‐ターチオフェン)‐5‐イル]‐2,2’:6,2’’‐ターピリジン、及び60mg(0.56mmol,4eq.)(C3a)のヒドロキノンを含む溶液と共に再度反応に導入される。反応中間物は5時間還流される。ジエチルエーテルを加えることで固体の沈殿物が得られる。これは、ろ過され、ジエチルエーテルで洗浄され、真空化で乾燥される。赤色の固体を得るために、得られる生成物はシリカクロマトグラフィー(展開溶媒:アセトン内の水、及びKNOの溶液の勾配(90:10:0から70:20:1 アセトン:HO:KNO))によって精製される。赤色の固体(105mg,60%)を得るために、錯体は最小量のメタノールで溶解され、NaBFの飽和溶液を加えることで沈殿される。
H NMR:(CDCl内で300MHz,αppm)
8.90(d,2H,2−P=13Hz,H),8.86(s,2H,H2’),8.60及び8.47(2d,4H,3−4及び3’−4’=7.8Hz,H及びH3’),8.16(d,1H,A−B=3.3Hz,H),7.82(m,4H,H及びH4’),7.49及び7.32(2d,4H,6−5及び6’−5’=5.2Hz,H及びH6’),7.41(dd,1H,E−D=4.8Hz,E−C=1.5Hz,H),7.24(m,2H,H及びH),7.14(m,4H,H及びH5’),6.81(m,1H,H),4.48(q,4H,OCHCH),2.77(t,4H CH alk at α),2.68(t,4H,CH alk at β),1.25‐1.67(m,30H,OCHCH及びCH alk),0.88(m,6H,CH alk)
13C NMR:(CDCl内で300MHz,δppm)
14.08;16.52;22.67;29.26;29.31;29.68;29.91;29.98;30.84;31.90;64.24;119.16;119.50;124.95;125.23;127.51;127.69;128.01;128.15;128.25;128.58;129.80;130.84;131.31;133.67;137.84;138.08;138.36;140.55;140.68;140.88;141.67;145.89;151.91;152.64;154.65;155.39;157.45;157.51
錯体3の最終合成
70mg(0.05mmol,1eq.)の錯体C3bがシールド管内で新しく蒸留されたDMFへ導入され、400mg(2.5mmol,35eq.)の無水ブロモトリメチルシランがアルゴン雰囲気下で注意深く加えられる。反応中間物はアルゴン雰囲気の下、50℃で36時間加熱される。大気温度に戻した後、ジクロロメタンを加えることで固体の沈殿物が得られる。これはろ過され、ジクロロメタンで洗浄され、真空下で乾燥される。Sephadexカラム上で精製される赤い固体(65mg,90%)を得るために、錯体は最小量のメタノールで溶解され、NaBFの飽和溶液を加えることで沈殿される。
H NMR:(CDCl/MeOD(90/10)内で300MHz,δppm)
9.10(d,2H,2−P=13Hz,H),8.81(s,2H,H2’),8.58(d,4H,3−4及び3’−4’=8.4Hz,H及びH3’),8.19(d,1H,A−B=3.6Hz,H),7.88(m,4H,H及びH4’),7.28(m,5H,H,H6’及びH),7.20‐7.00(m,7H,H,H,H,H5’及びH),2.77(t,4H,CH alk at α),2.68(t,4H,CH alk at β),1.25‐1.58(m,26H,CH alk),0.80(m,6H,CH alk)
13C NMR:(CDCl/MeOD(90/10)内で300MHz,δppm)
13.51;22.24;27.70;28.80;28.89;29.21;29.43;29.45;30.30;30.35;31.47;118.52;124.39;124.43;125.59;125.92;127.15;127.48;127.66;128.22;129.29;131.10;131.19;135.13;137.49;138.07;140.05;l40.72;141.35;141.90;144.95;151.27;151.68;154.69;157.40;157.78
[実施例4]
錯体C4の合成
[4’‐(2‐(3’,4’‐ジオクチル‐2,2’:5’,2’’‐ターチオフェン‐5‐イル)エチル)‐2,2’:6’,2’’‐ターピリジン]‐2,2’:6’,2’’‐ターピリジン‐4’‐ホスフィン酸ビス(テトラフルオロホウ酸)ルテニウム(II)(C4)
中間錯体C4aの合成:[4’‐((3’,4’‐ジオクチル‐2,2’:5’,2’’‐ターチオフェン‐5‐イル)エチニル)‐2,2’:6’,2’’‐ターピリジン]‐2,2’:6’,2’’‐ターピリジン‐4’‐ジエチルホスホン酸ビステトラフルオロホウ酸ルテニウム(II)
98mg(0.2mmol,2eq.)の5‐(エチニル)‐3’,4’‐ジオクチル‐2,2’:5’,2’’‐ターチオフェン、1mLの蒸留されたトリエチルアミン、及び6.5mLの蒸留されたDMF、がシールド管に導入される。アルゴン雰囲気下で三回の脱気後、15mg(0.02mmol,0.2eq.)の[1,1’‐ビス(ジフェニルホスフィノ)フェロセン]ジクロロパラジウム、及び4mg(0.02mmol,0.2eq.)のヨウ化銅、及び96mg(0.1mmol,1eq.)の[4’‐ブロモ‐2,2’:6’,2’’‐ターピリジン][4’ジエトキシホスホニル‐2,2’:6’,2’’‐ターピリジン]ビス(テトラフルオロホウ酸)ルテニウム(II)が加えられる。混合物は90℃で16時間加熱される。中間物の冷却後、テトラフルオロホウ酸ナトリウムの飽和溶液を加えることで赤色の固体が沈殿され、ろ過される。赤色の固体を得るために、得られた生成物はシリカクロマトグラフィー(展開溶媒:アセトニトリル内の水及びKNO溶液の勾配(100:0:0から70:20:1 アセトン:HO:KNO))によって精製される。赤色の固体(m:50mg,収率:40%)を得るために、錯体は最小量のエタノールで溶解され、NaBFの飽和溶液を加えることで沈殿される。
H NMR:(CDCN内で300MHz,δppm)
9.0(d,2−P=13.5Hz,2H,H),8.93(s,2H,H2’),8.72及び8.57(2d,3−4及び3’−4’=7.8Hz,4H,H及びH3’),7.97(m,4H,H及びH4’),6.65(d,E−D=3.9Hz,1H,H),7.49及び7.38(m,4H,H及びH6’),7.30‐7.15(m,8H,H,H,H,H,H及びH5’),4.42(m,4H,OCHCH),2.77(t,4H CH alk at α),2.68(t,4H,CH alk at β),1.25‐1.67(m,26H,OCHCH及びCH alk),0.88(m,6H,CH alk)
13C NMR:(CDCN内で300MHz,δppm)
158.3;156.6;156.5;155.9;153.8;153.4;142.7;141.6;141.4;139.4;139.3;132.1;132.2;129.4;128.9;128.7;127.4;126.1;126.0;125.7;92.5;91.4;32.6;31.3;30.4;29.9;29.0;23.4;16.9;16.8;14.4
中間錯体C4bの合成:[4’‐(2‐(3’,4’‐ジオクチル‐2,2’:5’,2’’‐ターチオフェン‐5‐イル)エチル)‐2,2’:6,2’’‐ターピリジン]‐2,2’:6’,2’’‐ターピリジン‐4’‐ジエチルホスホン酸ビス(テトラフルオロホウ酸)ルテニウム(II)
12mLの蒸留されたメタノール内に80mg(0.06mmol,1eq.)の錯体C4aが、三口フラスコ内に導入される。アルゴン雰囲気下で脱気後、二水素の導入前に40mg(0.06mmol,3eq.)の20%パラジウム・オン・チャコールが加えられる。反応中間物は大気温度で14時間活発に撹拌される。中間物はセリット上でろ過され、それから溶液は減圧下で脱水される。オレンジレッドの固体(m:56mg,収率:70%)を得るために、残留物はSephadex LH20上で精製される。
H NMR:(CDCN及び1滴のMeOD内で300MHz,δppm)
8.93(d,2−P=13.5Hz,2H,H),8.62(d,3−4=7.8Hz,2H,H),8.57(s,2H,H2’),8.40(d,3’−4’=7.8Hz,4H,H3’),7.88(m,4H,H及びH4’),7.41(d,E−D=3.9Hz,1H,H),7.31及び7.27(m,4H,H及びH6’),7.13‐7.00(m,8H,H,H,H,H,H及びH5’),4.42(m,4H,OCHCH),3.5(m,4H,2CH2T),2.77(t,4H CH alk at α),2.68(t,4H,CH alk at β),1.25‐1.67(m,26H,OCHCH及びCH alk),0.88(m,6H,CH alk)
13C NMR:(CDCN及び1滴のMeOD内で300MHz,δppm)
158.6;158.3;156.5;155.0;153.6;152.8;144.2;141.0;139.1;138.8;128.5;128.1;127.4;127.0;126.7;125.8;125.1;64.4;38.2;32.3;31.1;30.1;29.7;28.4;23.1;16.9;16.8;14.2
錯体C4の最終合成
50mg(0.36mmol,1eq.)の錯体C4bが、シールド管内で3mLの新しく蒸留されたDMF内に導入され、290mg(2mmol,50eq.)の無水ブロモトリメチルシランがアルゴン雰囲気下で注意深く加えられる。反応中間物はアルゴン雰囲気の下、50℃で36時間加熱される。大気温度に戻した後、ジクロロメタンを加えることで固体を沈殿される。その固体はろ過され、ジクロロメタンで洗浄され、そして真空下で乾燥される。Sephadex LH20カラムで精製される赤色の固体(m:40mg,収率:90%)を得るために、錯体は最小量のメタノールで溶解され、NaBFの飽和溶液を加えることで沈殿される。
H NMR:(MeOD及び1滴のCDCN内で300MHz,δppm)
9.16(d,2H,2−P=13.5Hz,H),8.67(d,2H,3−4=7.8Hz,H),8.57(s,2H,H2’),8.40(d,4H,3’−4’=7.8Hz,H3’),7.83(m,4H,H及びH4’),7.39(d,E−D=3.9Hz,1H,H),7.33及び7.27(m,4H,H及びH6’),7.13‐7.00(m,8H,H,H,H,H,H及びH5’),3.5(m,4H,2CH),2.77(t,4H CH alk at α),2.68(t,4H,CH alk at β),1.25‐1.67(m,20H,CH alk),0.88(m,6H,CH alk)
[実施例5]
[太陽電池の製造]
高濃度TiO層が堆積された導体ガラスプレート(フッ素がドープされたSnO)は水で洗浄され、アセトン及びエタノールですすがれて、それから窒素流の下で乾燥される。Solaronix社によって提供された、二酸化チタン溶液のスピンコーティングによって、TiOナノ粒子の透明膜は堆積される。外気で5分乾燥された後、基板は450℃で30分加熱される。得られるTiO膜の厚さはおおよそ1.5μmである。
前記プレートは色素、錯体の溶液内(条件は以下のテーブル)に16時間浸され、同様の溶媒ですすがれ、そして乾燥される。
次に、トルエン内の35g・L−1のポリ(3‐オクチルチオフェン)の溶液がスピンコーティングにより堆積される。終わりに、電池はPVDによって200nmの金の層で被覆される。
太陽電池は、上で合成された他の錯体、及び述べられた他の試験色素、錯体と共に同様の方法で合成される。
[実施例6]
錯体5及び12’を備える太陽電池の性能
色素12’及び錯体5を基にした乾燥電池の光起電性能の結果は以下の表1で与えられる。
5つの独立した測定値の意味は、VOCは開路電圧、ISCはショート電流、ffは曲線因子である。
これらの測定は、太陽電池において、本発明による錯体5の場合のように増感基と導電性ポリマー鎖の間の化学結合を備える色素錯体の使用は、本発明に従わずに、増感基と導電性ポリマーの間に前記化学結合、例えばスペーサ、を備えない色素染料が用いられている太陽電池と比較して4倍の効果を得ることを可能にすることを示す。
出力電流、光ポテンシャル、及び曲線因子の三つとも本発明による錯体及び新しいハイブリッド材料を用いることにより促進される。
以下の実施例7及び8において、ビスターピリジン型増感体である化合物C1、C3、及びC4、及び、ビピリジンターピリジン型増感体である化合物C9、C12、C13(実施例1の化合物5)、を備える太陽電池の性能が述べられている。
比較のために、化合物C1及びC9が、化合物“C3及びC4”及び“C12及びC13”の接合されていない類似物としてそれぞれ用いられる。化合物C4及びC13はスペーサを備え、それ故本発明に従っている一方で、化合物C3及びC12はスペーサを備えていない。
[実施例7]
[ビスターピリジン型増感錯体、すなわち化合物C1、C3及びC4を備える太陽電池の性能]
C1は従来技術、すなわち、スピンコーティングによるポリマーの堆積、に従った電池を製造するために用いられる参照色素である。
非特許文献31で述べられているようなスペーサなしにポリチオフェンオリゴマーが上にグラフトされた錯体C3は、C1と比較して12.5%の効果が減少した。
スペーサを用いてポリチオフェンオリゴマーを上にグラフトした錯体C4は、C1と比較して25%の効果が上昇した。
[実施例8]
[ビピリジンターピリジン型増感錯体を備える光電池の性能]
増感体C9は従来技術、すなわち、スピンコーティングによるポリマーの堆積、に従った電池を製造するために用いられた参照色素である。
非特許文献31で述べられているようなスペーサなしにポリチオフェンオリゴマーが上にグラフトされた錯体C12は、C9と比較して47.7%の効果が減少した。
スペーサを用いてポリチオフェンオリゴマーを上にグラフトした本発明による錯体C13(5)は、C9と比較して107.6%の効果が上昇した。
実施例7及び8に関しては以下の評価がなされる。
C3及びC12はスペーサを備えていない。これらの物質に対する光起電効果は、それらがグラフトされていない同族体の物質より劣っている。これは、引用文献[31]で述べられたことに反して、直接のグラフトは有害であることを示している。
C4及びC13(5)はスペーサを備えている。これらの物質に対する光起電効果はそれらがグラフトされていない同族体の物質より優れており、その結果、スペーサを接合することの優位性を示している。
本発明の太陽電池の断面図 図1で示された電池の一部分の拡大図
符号の説明
1 太陽電池
3 ガラス支持体
5 表面
7 透明導電層
9 高濃度二酸化チタン層
11 半導性材料の層
13 導電性ポリマー層
15 金属層
17 表面
C 導電性ポリマー
共役スペーサ基
F 半導性多孔質酸化セラミックの基板に化学的なグラフトが可能である基
S 増感基

Claims (21)

  1. 化学式(I)の錯体であって
    ‐Fは半導性多孔質酸化セラミックの基板に化学的にグラフトすることが可能な一つまたはそれ以上の基を表し、
    ‐Sは半導性多孔質酸化セラミックに対する増感基を表し、
    ‐Cは導電性ポリマーであり、
    ‐Eは増感Sを導電性ポリマーから電気的に絶縁することを可能にする脱共役スペーサ基であって、以下の基、
    (R 及びR は同一または異なっていてもよく、1から24の炭素原子数を有するアルキル基群、及び1から24の炭素原子数を有するアルコキシ基群から選ばれ、pは1から20の整数である)
    から選ばれることを特徴とする錯体。
  2. 前記半導性多孔質酸化セラミックはワイドバンドギャップを有するn型またはp型半導性セラミックであることを特徴とする請求項1に記載の錯体。
  3. 前記半導性多孔質酸化セラミックに化学的なグラフトを可能にする前記基Fは、
    ‐COOR;(Rは水素原子、1から30の炭素原子数を備えるアルキル基、またはフェニル基を表している)
    ‐COCl;
    ‐COCHCO‐R;(Rは水素原子、1から30の炭素原子数を備えるアルキル基、またはフェニル基を表している)
    ‐PO(OH)、‐PO(OR)(OH)または‐PO(OR)(OR);(R及びRは同一であるか異なっていてもよく、1から30の炭素原子数を備えるアルキル基、またはフェニル基を表している)
    ‐CO(NHOH)と、
    ‐M(ORm−x;(xは1から(m−1)の範囲の整数、Mは金属または半金属、mは前記金属または半金属Mの酸化数、Rは水素原子、1から30の炭素原子を備えるアルキル基、フェニル基、一価の金属陽イオン、または化学式N の基(Rは水素原子、1から30の炭素原子を備えるアルキル基、またはフェニル基を表す)、を表し、Zは水素原子、1から30の炭素原子を備えるアルキル基、フェニル基、またはハロゲン原子を表している)
    ‐SOM’;(M’は水素原子、一価の金属陽イオン、または化学式N の基(Rは水素原子、1から30の炭素原子を備えるアルキル基またはフェニル基を表す)、を表している)
    ‐B(OM’);(M’は水素原子、一価の金属陽イオン、または化学式N の基(Rは水素原子、1から30の炭素原子を備えるアルキル基またはフェニル基を表す)、を表している)
    ‐OH;
    及びこれらの組み合わせ、であることを特徴とする請求項1または2に記載の錯体。
  4. 前記増感基Sは、遷移金属及び、フタロシアニン、クマリン、シアニンのような有機カチオンを有するポリピリジン錯体、から選ばれていることを特徴とする請求項1ないし3のいずれか一項に記載の錯体。
  5. 前記増感基S及び前記半導体多孔質酸化セラミックに化学的にグラフトすることが可能な基Fは化学式(II)
    または化学式(IIA)
    の基であることを特徴とする請求項4に記載の錯体。
  6. 前記導電性ポリマーCは、ポリ(アセチレン)、ポリ(p‐フェニレン)、ポリ(p‐フェニレン ビニレン)、ポリ(p‐フェニレン 硫化物)、ポリ(ピロール)、ポリ(チオフェン)、ポリ(アルキルチオフェン)、ポリ(ジアルキルチオフェン)、ポリ(フラン)、ポリ(アルコキシチオフェン)、ポリ(アズレン)、ポリ(アジン)、ポリ(アニリン)、ポリ(シアノフェニレン ビニレン)、ポリ(パラピリジル ビニレン)及びポリ(ジオキシチオフェン)(“PEDOT”)、及びこれらの混合物、及び/または組み合わせ、及び/または共重合体、から選択されることを特徴とする請求項1ないし5のいずれか一項に記載の錯体。
  7. 前記導電性ポリマーCは、レジオレギュラーポリマーであることを特徴とする請求項6に記載の錯体。
  8. 前記導電性ポリマーCは以下のポリマー
    (nは1から1000の整数であり、Rは1から24の炭素原子数を有するアルキル基(例えば、Rはn‐オクチル基)、及び1から24の炭素原子数を有するアルコキシ基から選ばれる基を表す)
    から選ばれていることを特徴とする請求項7に記載の錯体。
  9. 以下の化学式(III)または(IIIA)の錯体。
    (nは1から1000の整数を表し、Rは1から24の炭素原子数を有するアルキル基、または1から24の炭素原子を有するアルコキシ基を表し、及びEは以下の基群、
    及び‐(CH‐から選ばれ、
    及びRは同一または異なっていてもよく、1から24の炭素原子数を有するアルキル基群、及び1から24の炭素原子数を有するアルコキシ基群、から選ばれ、及びC1は
    または
    を表す
  10. Eが‐(CH‐、または
    である請求項に記載の化学式(III)の錯体を合成する工程であって、
    a)以下の化学式1
    または化学式12
    の化合物が以下の化学式2
    の化合物と反応する段階であって
    下の化学式3の化合物、
    または化学式13の化合物
    を得るため、DMF/THFの混合物において、ヨウ化銅[1,1’‐ビス(ジフェニルホスフィノ)フェロセン]ジクロロパラジウム(II)及びトリエチルアミンを備える触媒系の存在下において、薗頭(SONOGASHIRA)反応に従い、nは1から1000の整数を表し、R、R、R及びRは同一または異なっていてもよく、1から24の炭素原子数を有するアルキル基、または1から24の炭素原子数を有するアルコキシ基を表し、HALはハロゲン原子を表している段階と、
    b)以下の化学式4の化合物を得るために、化学式3の化合物をTHFにおいてパラジウム・オン・チャコールの存在下で水素と反応させる段階と、
    c)以下の化学式5の化合物
    または、化学式14の化合物
    を得るために、KCN/LiOHを有するTHF/HOの混合物において化学式4の化合物または化学式13の化合物が反応する段階と、を特徴とする化学式(III)の錯体を合成する工程。
  11. R、R 、R 、及びR は、Rに対して4から12、R 、R 、及びR に対して1から12の炭素原子数を有するアルキル基、またはRに対して4から12、R 、R 、及びR に対して1から12の炭素原子数を有するアルコキシ基を表すことを特徴とする請求項10に記載の工程。
  12. はエチル基であることを特徴とする請求項10または11に記載の工程。
  13. 化学式12の化合物は化学式10の化合物が、
    (ここで、HALはハロゲン原子を表す。)
    化学式11の化合物
    と反応することによって合成されることを特徴とする請求項10に記載の工程。
  14. 請求項1ないしのいずれか一項に記載の化学式(I)の錯体が化学的にグラフトされた多孔質酸化セラミックの基板を備えている無機/有機ハイブリッドpn型半導性材料。
  15. 前記多孔質酸化セラミックは、Ti,V,Cr,Mn,Fe,Co,Ni,Cu,Zn,Y,Zr,Nb,Mo,Ru,Rh,Pd,Ag,Cd,Hf,Ta,W,Re,Os,Ir,Ptから選ばれる遷移金属を基にしたセラミック、または、La,Ce,Pr,Nd,Sm,Eu,Gd,Tb,Dy,Er,及びYbのようなランタノイドを基にしたセラミック、または、Al、Ga,In及びTlから選ばれる元素周期表の第IIIA族の元素を基にしたセラミック、または、Si,Ge,Sn及びPbから選ばれる元素周期表の第IVA族の元素を基にしたセラミック、またはSe,Teから選ばれる元素周期表の第VIA族の元素を基にしたセラミック、から選ばれていることを特徴とする請求項14に記載の材料。
  16. 前記多孔質酸化セラミックはメソ多孔質セラミックであることを特徴とする請求項14または15に記載の半導性材料。
  17. 前記メソ多孔質セラミックはメソ構造体であることを特徴とする請求項16に記載の半導性材料。
  18. 前記セラミックは二酸化チタンTiOであることを特徴とする請求項14ないし17のいずれか一項に記載の半導性材料。
  19. 半導性多孔質酸化セラミックは、一つまたはそれ以上の化学式(I)の錯体を含む有機溶液に浸透されていることを特徴とする請求項14ないし18のいずれか一項に記載の前記無機/有機ハイブリッド型半導性材料の製造工程。
  20. 太陽電池であって、
    ‐電流収集第一電極(“作用電極”と呼ばれる)と、
    ‐第二電極(“カウンター電極”と呼ばれる)と、
    ‐請求項14ないし18のいずれか一項で規定される材料を含む半導性領域であって、前記領域は前記第一電極と前記第二電極の間に配置された半導性領域と、を備えることを特徴とする太陽電池。
  21. 前記脱共役スペーサ基Eが、‐(CH ‐であることを特徴とする請求項1に記載の錯体。
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