JP6145407B2 - 新規化合物及びこの新規化合物を担持した担持体 - Google Patents

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Description

本発明は、新規化合物、該新規化合物を担体に担持した担持体、及び該担持体を用いた光電変換素子に関する。
従来、多様な技術分野において、色素が広く使用されている。一例を挙げると、太陽電池等の光電変換素子の分野では、光増感作用を有する色素が、色素増感型光電変換素子に用いられている。この色素増感型光電変換素子は、理論的に高い効率が期待でき、従来のシリコン半導体を用いた光電変換素子より、低コストで製造できると考えられている。
色素増感型光電変換素子は、色素の担体を用いた酸化物半導体を有する電極を有している。この色素増感型光電変換素子では、素子に入射した光を色素が吸収して励起され、励起された色素が担体に電子を注入することにより、光電変換が行われる。
色素増感型光電変換素子の変換効率及び耐久性を向上させる手法として、担体と色素の担持性向上の検討がなされている。つまり、物理的・化学的吸着性を向上させることで、色素の励起エネルギーを高効率で担体へ移動させることが可能となり、また、素子中へ色素が溶出する（具体的には、電解液等に溶出する）ことを抑止できる。担持性を向上させる手法として、色素分子にカルボン酸基をアミド結合させたもの（特許文献１）、トリアリールアミンに反応性シリル基を持たせたもの（特許文献２）などが開示されている。
色素増感型光電変換素子の主たる用途の一つである太陽電池においては、その用途の特性上高い耐久性が要求されており、公知の色素及び該色素を用いた光電変換素子では未だ十分な特性を得られていない。
特開２０１１−１２２０８８号公報 特開２０１１−１３２１６３号公報
従って、本発明の目的は、新規化合物、特に担体に対して高い吸着性を示す色素としての新規化合物、該新規化合物を担体に担持した担持体及び高効率・高耐久性の光電変換素子を提供することである。
本発明者らは、鋭意検討した結果、特定の構造を有する新規化合物を見出し、斯かる化合物が上記目的を達成し得ることを知見し、本発明に至った。
即ち、本発明は、下記一般式（１）で表される新規化合物を提供するものである。
（式中、Ｙは、基中に−ＣＯ−ＮＲ４−又は−ＳＯ2−ＮＲ４−を有する置換されていてもよい炭素原子数１〜２０の炭化水素基であり、Ｚは共役系の基であり、Ｒ１、Ｒ２及びＲ３は、置換されていてもよい炭化水素基又は置換されていてもよい炭化水素オキシ基を表し、Ｒ１、Ｒ２及びＲ３の少なくとも一つが置換されていてもよい炭化水素オキシ基であり、Ｒ４は、水素原子又は置換基を有していてもよい炭素原子数１〜２０の炭化水素基を表し、Ｒ４とＺは、互いに連結して環を形成してもよい。但し、Ｙは、下記の部分構造式（Ｙ−１１）及び（Ｙ−１２）で表わされる基を除く。）
（式中、Ｒ４は上記一般式（１）において説明したＲ４と同じであり、式中の水素原子は、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子、シアノ基、ニトロ基、−ＯＲ７基、−ＳＲ７基又は−ＮＲ７Ｒ８基により置換されていてもよく、式中のベンゼン環は炭素原子数１〜４の脂肪族炭化水素基により置換されていてもよい。）
また、本発明は、下記一般式（１）で表される化合物を担持した担持体を提供するものである。
（式中、Ｙは、基中に−ＣＯ−ＮＲ４−又は−ＳＯ2−ＮＲ４−を有する置換されていてもよい炭素原子数１〜２０の炭化水素基であり、Ｚは共役系の基であり、Ｒ１、Ｒ２及びＲ３は、置換されていてもよい炭化水素基又は置換されていてもよい炭化水素オキシ基を表し、Ｒ１、Ｒ２及びＲ３の少なくとも一つが置換されていてもよい炭化水素オキシ基であり、Ｒ４は、水素原子又は置換基を有していてもよい炭素原子数１〜２０の炭化水素基を表し、Ｒ４とＺは、互いに連結して環を形成してもよい。）
また、本発明は、上記担持体を有する電極を備えた光電変換素子を提供するものである。
本発明の新規化合物は、炭化水素オキシ基とＳｉとが結合したシリル基を有することで担体への吸着性に優れ、それゆえ、該新規化合物を担持した本発明の担持体は、色素の剥離を抑止したものであり、また、該担持体を用いた光電変換素子は、高効率、高耐久の素子であり、太陽電池等の高耐久性が求められる用途に好適なものである。
図１は、本発明の光電変換素子の一例の断面構成を示す模式図である。 図２は、図１に示した本発明の光電変換素子の主要部の拡大図である。
以下、本発明の新規化合物、本発明の担持体、及び該担持体を用いてなる光電変換素子について、好ましい実施形態に基づき説明する。尚、本発明の担持体が担持する化合物である上記〔化３〕に記載の一般式（１）で表される化合物としては、後述するように、Ｙが、前記部分構造式（Ｙ−１１）及び（Ｙ−１２）である化合物も、好ましい化合物として用いられる。
まず、本発明の新規化合物及び本発明の担持体について説明する。
本発明の担持体に用いられる材料（担体）としては、アクリル樹脂、フッ素樹脂等の有機樹脂、酸化チタン、酸化亜鉛、酸化アルミニウム等の金属酸化物、酸化ケイ素、ゼオライト、活性炭等が挙げられ、表面が多孔質であるものが好ましい。担持させる化合物としては、上記一般式（１）で表される化合物であることを特徴としている。該化合物は、炭化水素オキシ基とＳｉとが結合したシリル基を有することで、担体への吸着力が高い。該化合物を担体に担持させる方法としては、公知の気層吸着、液層吸着等の方法を用いることが可能であるが、例えば、液層吸着の例として、本発明の化合物を溶媒に溶解し、その溶液に上記担体を浸漬することで吸着させる方法が挙げられる。
上記担体の形状は、特に制限されず、例えば、膜状、粉状、粒状等の形状から、担持体の用途によって適宜選択すればよい。また、上記担体の大きさ及び本発明の担持体における本発明の化合物の担持量についても、特に制限されず、担持体の用途によって適宜選択すればよい。
上記一般式（１）におけるＹが表す基は、２価の基であり、−ＣＯ−ＮＲ４−又は−ＳＯ2−ＮＲ４−を有する置換されていてもよい炭素原子数１〜２０の炭化水素基である。
置換されていてもよい炭化水素基としては、脂肪族炭化水素基、無置換芳香族炭化水素基、脂肪族炭化水素基で置換された芳香族炭化水素基、無置換ヘテロ環基及び脂肪族炭化水素基で置換されたヘテロ環基が挙げられる。
２価の脂肪族炭化水素基としては、直鎖、分岐鎖及び環状の脂肪族炭化水素基であり、具体的には、メタン−１，１−ジイル、エタン−１，２−ジイル、１−メチルエタン−１，２−ジイル、プロパン−１，３−ジイル、ブタン−１，４−ジイル、２−メチルプロパン−１，３−ジイル、ペンタン−１，５−ジイル、ヘキサン−１，６−ジイル、ヘプタン−１，７−ジイル、オクタン−１，８−ジイル、ノナン−１，９−ジイル、デカン−１，１０−ジイル、シクロヘキサン−１，４−ジイル等が挙げられる。中でも、メタン−１，１−ジイル、エタン−１，２−ジイル、１−メチルエタン−１，２−ジイルは、後で説明する光電変換素子の変換効率が高くなるため好ましい。
２価の無置換芳香族炭化水素基としては、１，２−フェニレン、１，３−フェニレン、１，４−フェニレン等が挙げられる。
２価の無置換ヘテロ環基としては、フラン−２，５−ジイル、フラン−３，５−ジイル、チオフェン−２，５−ジイル、チオフェン−３，５−ジイル、２Ｈ−クロメン−３，７−ジイル、ベンゾチオフェン−２，６−ジイル、ベンゾチオフェン−２，５−ジイル等が挙げられる。
脂肪族炭化水素基で置換された２価の芳香族炭化水素基及び脂肪族炭化水素基で置換された２価のヘテロ環基としては、例えば、上記２価の無置換芳香族炭化水素基及び無置換ヘテロ環基の水素原子が炭素原子数１〜４の脂肪族炭化水素基で１〜３箇所置換されたものが挙げられる。
炭素原子数１〜４の脂肪族炭化水素基としては、例えば、メチル、エチル、プロピル、イソプロピル、ブチル、ｓ−ブチル、ｔ−ブチル、イソブチル、シクロプロピル、シクロブチル等の直鎖、分岐及び環状のアルキル基が挙げられ、炭素原子数１〜４の脂肪族炭化水素基は、−Ｏ−、−ＣＯＯ−、−ＯＣＯ−、−ＣＯ−、−Ｓ−、−ＳＯ−、−ＳＯ2−、−ＮＲ１２−、−Ｃ＝Ｃ−、−Ｃ≡Ｃ−で中断されていてもよく、Ｒ１２は炭素原子数１〜４の脂肪族炭化水素基であり、その例としては上記炭素原子数１〜４の脂肪族炭化水素基と同じであり、中断する基に炭素原子を含む場合、中断される基を含めた炭素原子数が１〜４である。
以上に挙げた脂肪族炭化水素基、芳香族炭化水素基又はヘテロ環基は、さらに置換されていてもよく、脂肪族炭化水素基、芳香族炭化水素基及びヘテロ環基を置換してもよい基としては、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子、シアノ基、ニトロ基、−ＯＲ７基、−ＳＲ７基、−ＮＲ７Ｒ８基等が挙げられる。Ｒ７及びＲ８は、後述する式（Ａ２−１）〜（Ａ２−１５）におけるＲ７及びＲ８と同様の基を表す。また、脂肪族炭化水素基、芳香族炭化水素基又はヘテロ環基中にメチレンを有する場合、二つの水素原子は同一の酸素原子で置換されカルボニルであってもよい。
本発明の新規化合物について、Ｙが表す基の好ましい具体例としては、下記部分構造式（Ｙ−１）〜（Ｙ−１０）で表されるものが挙げられる。本発明の担持体が担持する化合物について、Ｙが表す基の好ましい具体例としては、下記部分構造式（Ｙ−１）〜（Ｙ−１０）と共に、前述したように、下記部分構造式（Ｙ−１１）、（Ｙ−１２）で表されるものが挙げられる。下記式（Ｙ−１）〜（Ｙ−１０）及び（Ｙ−１１）、（Ｙ−１２）中、Ｒ４は、上記一般式（１）で説明したものと同じであり、式中、水素原子は、上記の脂肪族炭化水素基、芳香族炭化水素基及びヘテロ環基を置換してもよい基によって置換されていてもよく、式中のベンゼン環は、上記炭素原子数１〜４の脂肪族炭化水素基に置換されていてもよい。
Ｚはπ共役基であれば特に限定されず、置換基を有していてもよい。本発明においては、Ｚが表すπ共役基に窒素原子を含む又はＺを置換する基がアミノ基であることが好ましい。本発明において、π共役基とは、不飽和結合が連なって形成されていることを表し、Ｚが表すπ共役基の中でも、後に説明する光電変換素子の変換効率が高くなる点で、連なって形成されている不飽和結合の炭素数が４〜６０であることが好ましく、１２〜４０であることが更に好ましい。尚、Ｚが複数の窒素原子を有する場合、最も小さい不飽和結合炭素の連結数が上記好ましい範囲を表す。
また、Ｚが表すπ共役基の好ましい具体例としては、部分構造式（２）で表されるものが挙げられる。
（式中、Ａ１は置換されていてもよい芳香族炭化水素環基又は置換されていてもよい芳香族ヘテロ環基であり、Ａ２は直接結合又は下記式（Ａ２−１）〜（Ａ２−１５）で表される基から選ばれる基を１〜７個連結した基であり、Ｒ５及びＲ６は、置換されていてもよい炭化水素基を表し、Ｒ５及びＲ６は、互いに連結して環を形成してもよく、Ｒ５及びＲ６は互いに独立してＡ１と連結して環を形成してもよい。）
（式中、Ｘは、Ｓ、Ｏ、ＮＲを表し、Ｒは水素原子又は置換されていてもよい炭化水素基を表し、式中の水素原子は、フッ素原子、塩素原子、ヨウ素原子、シアノ基、ニトロ基、−ＯＲ７基、−ＳＲ７基、−ＮＲ７Ｒ８基又は置換されていてもよい脂肪族炭化水素基で置換されていてもよく、Ｒ７及びＲ８は、水素原子又は置換されていてもよい炭化水素基を表す。）
上記部分構造式（２）におけるＡ１が表す基は、２価の基であり、置換されていてもよい芳香族炭化水素環基又は置換されていてもよい芳香族ヘテロ環基である。
上記芳香族炭化水素環基としては、無置換芳香族炭化水素環基、脂肪族炭化水素基で置換された芳香族炭化水素環基等が挙げられ、上記芳香族ヘテロ環基としては、無置換芳香族ヘテロ環基、脂肪族炭化水素基で置換された芳香族ヘテロ環基等が挙げられる。
２価の無置換芳香族炭化水素環基としては、１，２−フェニレン、１，３−フェニレン、１，４−フェニレン、ナフタレン−１，２−ジイル、ナフタレン−１，３−ジイル、ナフタレン−１，４−ジイル、ナフタレン−１，５−ジイル、ナフタレン−１，６−ジイル、ナフタレン−１，７−ジイル、ナフタレン−１，８−ジイル、ナフタレン−２，３−ジイル、ナフタレン−２，６−ジイル、アントラセン−１，４−ジイル、アントラセン−１，５−ジイル、アントラセン−１，１０−ジイル、アントラセン−９，１０−ジイル、ペリレン−３−１０−ジイル、ペリレン−３，１０−ジイル、ピレン−１，６−ジイル、ピレン−２，７−ジイル等が挙げられる。
脂肪族炭化水素基で置換された２価の芳香族炭化水素環基としては、例えば、上記２価の無置換芳香族炭化水素環が炭素原子数１〜２０の脂肪族炭化水素基で１〜３箇所置換されたものが挙げられる。
炭素原子数１〜２０の脂肪族炭化水素基としては、例えば、メチル、エチル、プロピル、イソプロピル、ブチル、ｓ−ブチル、ｔ−ブチル、イソブチル、アミル、イソアミル、ｔ−アミル、ヘキシル、ヘプチル、イソヘプチル、ｔ−ヘプチル、ｎ−オクチル、イソオクチル、ｔ−オクチル、ノニル、シクロプロピル、シクロブチル、シクロペンチル、シクロヘキシル、シクロヘプチル、シクロオクチル、シクロノニル、シクロデシル等の直鎖、分岐及び環状のアルキル基が挙げられ、炭素原子数１〜２０の脂肪族炭化水素基は、−Ｏ−、−ＣＯＯ−、−ＯＣＯ−、−ＣＯ−、−Ｓ−、−ＳＯ−、−ＳＯ2−、−ＮＲ１３−、−Ｃ＝Ｃ−、−Ｃ≡Ｃ−で中断されていてもよく、Ｒ１３は炭素原子数１〜２０の脂肪族炭化水素基であり、その例としては上記炭素原子数１〜２０の脂肪族炭化水素基と同じであり、中断する基に炭素原子を含む場合、中断される基を含めた炭素原子数が１〜２０である。
２価の無置換芳香族ヘテロ環基としては、フラン−２，５−ジイル、フラン−３，５−ジイル、チオフェン−２，５−ジイル、チオフェン−３，５−ジイル、２Ｈ−クロメン−３，７−ジイル、ベンゾチオフェン−２，６−ジイル、ベンゾチオフェン−２，５−ジイル等が挙げられる。
脂肪族炭化水素基で置換された２価の芳香族ヘテロ環基としては、例えば、１−アルキル−ピロール−２，５−ジイル、１−アルキル−ピロール−３，５−ジイル、上記２価の無置換芳香族へテロ環基が炭素原子数１〜２０の脂肪族炭化水素基で１〜３箇所置換されたものが挙げられる。また、炭素原子数１〜２０の脂肪族炭化水素基は、上記と同様の基である。
以上に挙げた芳香族炭化水素環基又は芳香族ヘテロ環基は、さらに置換されていてもよく、芳香族炭化水素環基及び芳香族ヘテロ環基を置換してもよい基としては、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子、シアノ基、ニトロ基、水酸基、チオール基、−ＮＲ７Ｒ８基等が挙げられる。Ｒ７及びＲ８は、上記式（Ａ２−１）〜（Ａ２−１２）におけるＲ７及びＲ８と同様の基を表す。また、芳香族炭化水素環基又は芳香族ヘテロ環基中にメチレンを有する場合、二つの水素原子は同一の酸素原子で置換されカルボニルであってもよい。
上記部分構造式（２）におけるＡ２は、直接結合又は上記式（Ａ２−１）〜（Ａ２−１５）で表される基から選ばれる基を１〜７個連結した基であり、好ましくは２〜４個連結した基である。上記式（Ａ２−１）〜（Ａ２−１５）で表される基は、それぞれ連結する方向は自由である。尚、上記式（Ａ２−１）〜（Ａ２−１５）中の＊は、これらの式で表される基が、＊部分で、隣接する基と結合することを意味する（以下同様）。
上記式（Ａ２−１）〜（Ａ２−１５）において、Ｘは、Ｓ、Ｏ又はＮＲを表し、Ｒは水素原子又は置換されていてもよい炭化水素基を表す。Ｒで表される置換されていてもよい炭化水素基は、Ｒ１、Ｒ２及びＲ３で表される置換されていてもよい炭化水素基として後に挙げるものと同様である。
上記式（Ａ２−１）〜（Ａ２−１５）で表される基に含まれる水素原子は、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子、シアノ基、ニトロ基、−ＯＲ７基、−ＳＲ７基、−ＮＲ７Ｒ８基又は置換されていてもよい脂肪族炭化水素基で置換されていてもよく、Ｒ７及びＲ８は、水素原子又は置換されていてもよい炭化水素基を表す。これらＡ２を置換する基は互いに連結して環を形成してもよい。
上記の置換されていてもよい脂肪族炭化水素基としては、例えば前述の炭素原子数１〜２０の脂肪族炭化水素基が挙げられ、それらを置換してもよい置換基は、芳香族炭化水素環基及び芳香族ヘテロ環基を置換してもよい基として挙げたものと同様である。
Ｒ７及びＲ８で表される上記の置換されていてもよい炭化水素基は、Ｒ１、Ｒ２及びＲ３で表される置換されていてもよい炭化水素基として後に挙げるものと同様である。
上記部分構造式（２）におけるＡ１−Ａ２部分の構造の具体例としては、以下のＡ（１）〜（３６）が挙げられる。以下に示すＡ部分において、左端の環構造がＡ１であり、それ以外の部分がＡ２に該当する。
尚、以下には、置換基を有していないものを示しているが、上記の通り、Ａ１は置換基を有していてもよく、Ａ２中の水素原子は置換基で置換されていてもよい。また、以下のＡ（１６）〜（２３）において、複数の環にまたがって記載されている結合手は、それらの環を構成する炭素原子のいずれかに結合することを意味する（以下同様）。
上記一般式（１）におけるＲ１、Ｒ２及びＲ３で表される置換されていてもよい炭化水素基の炭化水素基としては、芳香族炭化水素基、脂肪族炭化水素で置換された芳香族炭化水素基、脂肪族炭化水素基等が挙げられる。
上記芳香族炭化水素基としては、フェニル、ナフチル、シクロヘキシルフェニル、ビフェニル、ターフェニル、フルオレイル、チオフェニルフェニル、フラニルフェニル、２’−フェニル−プロピルフェニル、ベンジル、ナフチルメチル等が挙げられ、上記脂肪族炭化水素基としては、例えばＡ１の説明で用いた炭素原子数１〜２０の脂肪族炭化水素基が挙げられ、上記脂肪族炭化水素基で置換された芳香族炭化水素基としては、上記脂肪族炭化水素基で置換されたフェニル、ナフチル、ベンジル等が挙げられる。
これらの炭化水素基を置換してもよい基としては、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子、シアノ基、ニトロ基、水酸基、チオール基、−ＮＲ７Ｒ８基等が挙げられ、Ｒ７及びＲ８が表す基は、Ａ２において説明したＲ７及びＲ８と同様である。
上記一般式（１）におけるＲ１、Ｒ２及びＲ３で表される置換されていてもよい炭化水素オキシ基とは、上記Ｒ１が表す置換されていてもよい炭化水素基とＳｉ原子との間が−Ｏ−で中断されるものである。
Ｒ１、Ｒ２及びＲ３が表す基は、少なくとも一つが置換されていてもよい炭化水素オキシ基である。後で説明する担体への吸着性が優れる点で、好ましくは、Ｒ１、Ｒ２及びＲ３の少なくとも一つが脂肪族炭化水素オキシ基又はＲ１、Ｒ２及びＲ３のすべてが置換されていてもよい炭化水素オキシ基である。更に好ましくは、Ｒ１、Ｒ２及びＲ３の２〜３個が直鎖又は分岐鎖脂肪族炭化水素オキシ基（特に炭素原子数１〜５のもの）であり、０〜１個が直鎖又は分岐鎖脂肪族炭化水素基（特に炭素原子数１〜５のもの）であり、最も好ましくは、Ｒ１、Ｒ２及びＲ３のすべてが直鎖又は分岐鎖脂肪族炭化水素オキシ基（特に炭素原子数１〜５のもの）である。
上記部分構造式（２）におけるＲ５及びＲ６で表される置換されていてもよい炭化水素基としては、Ｒ１の説明で用いた基が挙げられ、Ｒ５及びＲ６は、互いに連結して環を形成してもよく、Ｒ５及びＲ６は互いに独立してＡと連結して環を形成してもよい。
上記一般式（１）で表される化合物の中でも下記部分構造（３）が、下記部分構造（３−１）〜（３−１２）の何れかである化合物は、光電変換用途として特に良好な特性を示すため好ましい。特に下記部分構造（３−１）、（３−２）又は（３−１０）の骨格を有するものは、製造が容易であり、担体への電子注入効率が高いため好ましい。
尚、下記部分構造（３）及び（３−１）〜（３−１２）において、Ａ１からＡ２への結合手は記載を省略している。下記部分構造（３−１）〜（３−１２）においては、Ａ１からＡ２への結合手は、芳香族炭化水素環及び芳香族ヘテロ環を構成するいずれの炭素原子に付いていてもよい。
（式中、Ａ１、Ｒ５及びＲ６は上記部分構造式（２）と同じである。）
（式中、Ｒ５及びＲ６は上記部分構造式（２）と同じであり、Ｒ９、Ｒ１０及びＲ１１は、Ｍ２に配位する公知の配位子を表し、Ｍ１及びＭ２は金属元素を表し、式中の水素原子は、フッ素原子、塩素原子、ヨウ素原子、シアノ基、ニトロ基、−ＯＲ７基、−ＳＲ７基又は置換されていてもよい脂肪族炭化水素基で置換されていてもよく、Ｒ７及びＲ８は、水素原子又は置換されていてもよい炭化水素基を表す。）
上記部分構造（３）を表す（３−６）において、Ｍ１の金属元素としては、具体的には、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｓｃ、Ｙ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｓｎ、Ｙｂ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｔｈ、Ｕ、Ｍｎ、Ｃｕ、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｚｎ、Ｍｏ、Ｎｉ、Ｒｈ等が挙げられ、これらの中でも、Ｃｕ、Ｔｉ、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｚｎが好ましく、Ｃｕ又はＺｎがより好ましい。
上記部分構造（３）を表す（３−１１）及び（３−１２）において、Ｍ２の金属元素としては、４配位又は６配位が可能な金属が挙げられ、より好ましくはＲｕ、Ｆｅ、Ｏｓ、Ｃｕ、Ｗ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｎｉ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｃｏ、Ｉｒ、Ｒｈ、Ｒｅ、Ｍｎ、Ｚｎであり、更に好ましくはＲｕ、Ｆｅ、Ｏｓ、Ｃｕであり、特に好ましくはＲｕである。
上記部分構造（３）を表す（３−１１）及び（３−１２）において、Ｒ９、Ｒ１０及びＲ１１で表されるＭ２に配位する公知の配位子としては、単座、二座又は三座の配位子であり、また、配位子は中性配位子であっても陰イオン性の配位子であってもよい。具体的な配位子としては、特に限定されないが、好ましくはハロゲン原子、−ＮＣＳ、シュウ酸等が挙げられ、より好ましくはハロゲン原子、−ＮＣＳである。
上記一般式（１）で表される新規化合物の具体例としては、以下のＮｏ．１〜７３の化合物が挙げられるが、これらに限定されるものではない。尚、式中Ｍｅはメチル基、Ｅｔはエチル基、Ｐｒはプロピル基、Ｂｕはブチル基、Ｈｅｘはヘキシル基、Ｏｃｔはオクチル基、Ｎｏｎはノニル基、Ｄｅｃはデシル基、ＴＢＡはテトラブチルアンモニウム基を表す。
本発明の一般式（１）で表される化合物は、公知或いは周知一般の反応を利用した方法で得ることができ、その合成方法には特に限定されない。代表的な合成方法の一例を挙げると、カルボン酸基を有する共役体のカルボン酸を酸クロリドへ変換した後、シリル基を有する１級又は２級アミン化合物を反応させることにより、上記一般式（１）で表される化合物を合成することができる。尚、反応に用いる試薬は必要に応じて変更してもよく、また、カルボン酸の替わりにスルホン酸を用いた場合も同様に合成できる。
本発明の新規化合物を担持した本発明の担持体は、以下で説明する光電変換素子に好適に用いられるほか、触媒、トナー等にも用いることができる。
次に、本発明の光電変換素子について説明する。
本発明の光電変換素子は、色素増感型光電変換素子であり、色素として本発明の新規化合物を用いる点以外は、従来の色素増感型光電変換素子と同様とすることができる。以下、本発明の光電変換素子の代表的な構成例について、図１及び図２を参照して説明する。
図１は、本発明の光電変換素子の一例の断面構成を模式的に表すものであり、図２は、図１に示した光電変換素子の主要部を抜粋し拡大して表すものである。図１及び図２に示した光電変換素子は、いわゆる色素増感型太陽電池の主要部である。この光電変換素子は、作用電極１０と対向電極２０とが電解質含有層３０を介して対向配置されたものであり、作用電極１０及び対向電極２０のうちの少なくとも一方は、光透過性を有する電極である。
作用電極１０は、例えば、導電性基板１１と、その一方の面（対向電極２０の側の面）に設けられた金属酸化物半導体層１２と、金属酸化物半導体層１２に担持された色素１３とを有している。本発明の光電変換素子においては、色素１３が、上記一般式（１）で表される本発明の新規化合物であり、色素としての本発明の新規化合物と、それを担持する金属酸化物半導体層１２との複合体が、本発明の担持体である。
作用電極１０は、外部回路に対して、負極として機能するものである。導電性基板１１は、例えば、絶縁性の基板１１Ａの表面に導電層１１Ｂを設けたものである。
基板１１Ａの材料としては、例えば、ガラス、プラスチック等の絶縁性材料が挙げられる。プラスチックは、例えば透明ポリマーフィルムの形態で用いられ、透明ポリマーフィルムを形成するプラスチックとしては、例えば、テトラアセチルセルロース（ＴＡＣ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、シンジオタクチックポリスチレン（ＳＰＳ）、ポリフェニレンスルフィド（ＰＰＳ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリアリレート（ＰＡＲ）、ポリスルフォン（ＰＳＦ）、ポリエステルスルフォン（ＰＥＳ）、ポリエーテルイミド（ＰＥＩ）、環状ポリオレフィンあるいはブロム化フェノキシ等が挙げられる。
導電層１１Ｂとしては、例えば、酸化インジウム、酸化スズ、インジウム−スズ複合酸化物（ＩＴＯ）あるいは酸化スズにフッ素をドープしたもの（ＦＴＯ：Ｆ−ＳｎＯ2）等を含む導電性金属酸化物薄膜や、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）あるいは白金（Ｐｔ）等を含む金属薄膜及び金属メッシュ、導電性高分子等で形成されたもの等が挙げられる。
なお、導電性基板１１は、例えば、導電性を有する材料によって単層構造となるように構成されていてもよく、その場合、導電性基板１１の材料としては、例えば、酸化インジウム、酸化スズ、インジウム−スズ複合酸化物あるいは酸化スズにフッ素をドープしたもの等の導電性金属酸化物や、金、銀あるいは白金等の金属や、導電性高分子等が挙げられる。
金属酸化物半導体層１２は、色素１３を担持する担体であり、例えば、図２に示したように多孔質構造を有している。金属酸化物半導体層１２は、緻密層１２Ａと多孔質層１２Ｂとから形成されている。緻密層１２Ａは、導電性基板１１との界面において形成され、緻密で空隙の少ないものであることが好ましく、膜状であることがより好ましい。多孔質層１２Ｂは、電解質含有層３０と接する表面において形成され、空隙が多く、表面積の大きな構造であることが好ましく、特に、多孔質の微粒子が付着している構造であることがより好ましい。なお、金属酸化物半導体層１２は、例えば、膜状の単層構造となるように形成されていてもよい。本発明において、担持とは、色素１３が、多孔質層１２Ｂと化学的、物理的又は電気的に結合又は吸着している状態である。
金属酸化物半導体層１２に含まれる材料（金属酸化物半導体材料）としては、例えば、酸化チタン、酸化亜鉛、酸化スズ、酸化ニオブ、酸化インジウム、酸化ジルコニウム、酸化タンタル、酸化バナジウム、酸化イットリウム、酸化アルミニウムあるいは酸化マグネシウム等が挙げられる。中でも、金属酸化物半導体材料としては、高い変換効率が得られるため、酸化チタン及び酸化亜鉛が好ましい。また、これらの金属酸化物半導体材料は、いずれか１種を単独で用いてもよいが、２種以上を複合（混合、混晶、固溶体、表面被覆等）させて用いてもよく、例えば、酸化チタンと酸化亜鉛等の組み合わせで使用することもできる。
多孔質構造を有する金属酸化物半導体層１２の形成方法としては、例えば、電解析出法や、塗布法や、焼成法等が挙げられる。電解析出法により金属酸化物半導体層１２を形成する場合には、金属酸化物半導体材料の微粒子を含む電解浴液中において、導電性基板１１の導電層１１Ｂ上にその微粒子を付着させると共に金属酸化物半導体材料を析出させる。塗布法により金属酸化物半導体層１２を形成する場合には、金属酸化物半導体材料の微粒子を分散させた分散液（金属酸化物スラリー）を導電性基板１１の上に塗布したのち、分散液中の分散媒を除去するために乾燥させる。焼結法により金属酸化物半導体層１２を形成する場合には、塗布法と同様にして金属酸化物スラリーを導電性基板１１の上に塗布、乾燥したのち、焼成する。中でも、電解析出法あるいは塗布法により金属酸化物半導体層１２を形成すれば、基板１１Ａとして耐熱性が低いプラスチック材料やポリマーフィルム材料を用いることができるため、フレキシブル性の高い電極を作製することができる。
また、金属酸化物半導体層１２は、有機塩基、尿素誘導体、環状糖鎖を用いて処理してもよい。有機塩基としては、ジアリールアミン、トリアリールアミン、ピリジン、４−ｔ−ブチルピリジン、ポリビニルピリジン、キノリン、ピペリジン、アミジン等の有機塩基が挙げられる。該処理は、下記で説明する色素１３を吸着させる前でも後でもよい。処理方法としては浸漬処理が挙げられ、処理剤が固体の場合、有機溶媒に溶解した上で浸漬処理すればよい。
色素１３は、金属酸化物半導体層１２に対して、例えば吸着しており、光を吸収して励起されることにより、電子を金属酸化物半導体層１２へ注入することが可能な１種あるいは２種以上の色素（増感色素）を含んでいる。本発明の光電変換素子において、上記一般式（１）で表される本発明の新規化合物が色素１３に該当するものである。色素１３として本発明の新規化合物を用いると、色素１３全体として、照射された光量に対する金属酸化物半導体層１２への電子注入量の割合が高くなるため、変換効率が向上する。
色素１３は、上記一般式（１）で表される本発明の新規化合物を少なくとも一種含んでいればよく、他の色素を含んでいてもよい。他の色素としては有機色素（以下、他の有機色素という）及び有機金属錯体化合物が挙げられ、好ましくは、金属酸化物半導体層１２（担体）に吸着できる基を有する色素が好ましい。
他の有機色素としては、エオシンＹ、ジブロモフルオレセイン、フルオレセイン、ローダミンＢ 、ピロガロール、ジクロロフルオレセイン、エリスロシンＢ（エリスロシンは登録商標） 、フルオレシン、マーキュロクロム、シアニン系色素、メロシアニンジスアゾ系色素、トリスアゾ系色素、アントラキノン系色素、多環キノン系色素、インジゴ系色素、ジフェニルメタン系色素、トリメチルメタン系色素、キノリン系色素、ベンゾフェノン系色素、ナフトキノン系色素、ペリレン系色素、フルオレノン系色素、スクワリリウム系色素、アズレニウム系色素、ペリノン系色素、キナクリドン系色素、無金属フタロシアニン系色素、無金属ポルフィリン系色素又は無金属アザポルフィリン系色素等が挙げられる。
有機金属錯体化合物としては、芳香族複素環内にある窒素アニオンと金属カチオンとで形成されるイオン性の配位結合と、窒素原子又はカルコゲン原子と金属カチオンとの間に形成される非イオン性配位結合の両方を有する有機金属錯体化合物や、酸素アニオン又は硫黄アニオンと金属カチオンとで形成されるイオン性の配位結合と、窒素原子又はカルコゲン原子と金属カチオンとの間に形成される非イオン性配位結合の両方を有する有機金属錯体化合物等が挙げられる。具体的には、銅フタロシアニン、チタニルフタロシアニン、コバルトフタロシアニン、ニッケルフタロシアニン、鉄フタロシアニン等の金属フタロシアニン系色素、金属ナフタロシアニン系色素、金属ポルフィリン系色素、金属アザポルフィリン系色素ならびにルテニウム、鉄、オスミウムを用いたビピリジル金属錯体、ターピリジル金属錯体、フェナントロリン金属錯体、ビシンコニン酸金属錯体、アゾ金属錯体あるいはキノリノール金属錯体等のルテニウム錯体等が挙げられる。
また、色素１３は、上記した色素の他に、１種あるいは２種以上の添加剤を含んでいてもよい。この添加剤としては、例えば、色素中の化合物の会合を抑制する会合抑制剤が挙げられ、具体的には、化学式（１３）で表されるコール酸系化合物等である。これらは単独で用いてもよいし、複数種を混合して用いてもよい。
（式中、Ｒ９１は酸性基又はアルコキシシリル基を有するアルキル基である。Ｒ９２は化学式中のステロイド骨格を構成する炭素原子の何れかに結合する基を表し、水酸基、ハロゲン基、アルキル基、アルコキシ基、アリール基、複素環基、アシル基、アシルオキシ基、オキシカルボニル基、オキソ基、酸性基あるいはアルコキシシリル基又はそれらの誘導体であり、それらは同一であってもよいし異なっていてもよい。ｔは１以上５以下の整数である。化学式中のステロイド骨格を構成する炭素原子と炭素原子との間の結合は、単結合であってもよいし、二重結合であってもよい。）
対向電極２０は、例えば、導電性基板２１に導電層２２が設けられたものであり、外部回路に対して正極として機能するものである。導電性基板２１の材料としては、例えば、作用電極１０の導電性基板１１の基板１１Ａの材料と同様のものが挙げられる。導電層２２は、１種あるいは２種以上の導電材と、必要に応じて結着材を含んで構成されている。導電層２２に用いられる導電材としては、例えば、白金、金、銀、銅（Ｃｕ）、ロジウム（Ｒｈ）、ルテニウム（Ｒｕ）、アルミニウム（Ａｌ）、マグネシウム（Ｍｇ）あるいはインジウム（Ｉｎ）等の金属、炭素（Ｃ）、又は導電性高分子等が挙げられる。また、導電層２２に用いられる結着材としては、例えば、アクリル樹脂、ポリエステル樹脂、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、セルロース、メラミン樹脂、フロロエラストマー又はポリイミド樹脂等が挙げられる。なお、対向電極２０は、例えば、導電層２２の単層構造であってもよい。
電解質含有層３０は、例えば、酸化還元対を有するレドックス電解質を含んで構成されている。レドックス電解質としては、例えば、Ｉ-／Ｉ3 -系、Ｂｒ-／Ｂｒ3 -系、キノン／ハイドロキノン系、Ｃｏ錯体系又はニトロキシラジカル化合物系等が挙げられる。具体的には、ヨウ化物塩とヨウ素単体とを組み合わせたもの、又は臭化物塩と臭素とを組み合わせたもの等のハロゲン化物塩とハロゲン単体とを組み合わせたもの等である。このハロゲン化物塩としては、ハロゲン化セシウム、ハロゲン化四級アルキルアンモニウム類、ハロゲン化イミダゾリウム類、ハロゲン化チアゾリウム類、ハロゲン化オキサゾリウム類、ハロゲン化キノリニウム類あるいはハロゲン化ピリジニウム類等が挙げられる。具体的には、ヨウ化物塩としては、例えば、ヨウ化セシウムや、テトラエチルアンモニウムヨージド、テトラプロピルアンモニウムヨージド、テトラブチルアンモニウムヨージド、テトラペンチルアンモニウムヨージド、テトラヘキシルアンモニウムヨージド、テトラへプチルアンモニウムヨージドあるいはトリメチルフェニルアンモニウムヨージド等の４級アルキルアンモニウムヨージド類や、３−メチルイミダゾリウムヨージドあるいは１−プロピル−２，３−ジメチルイミダゾリウムヨージド等のイミダゾリウムヨージド類や、３−エチル−２−メチル−２−チアゾリウムヨージド、３−エチル−５−（２−ヒドロキシエチル）−４−メチルチアゾリウムヨージドあるいは３−エチル−２−メチルベンゾチアゾリウムヨージド等のチアゾリウムヨージド類や、３−エチル−２−メチル−ベンゾオキサゾリウムヨージド等のオキサゾリウムヨージド類や、１−エチル−２−メチルキノリニウムヨージド等のキノリニウムヨージド類や、ピリジニウムヨージド類等が挙げられる。また、臭化物塩としては、例えば、四級アルキルアンモニウムブロミド等が挙げられる。ハロゲン化物塩とハロゲン単体とを組み合わせたものの中でも、上記したヨウ化物塩のうちの少なくとも１種とヨウ素単体との組み合わせが好ましい。
また、レドックス電解質は、例えば、イオン性液体とハロゲン単体とを組み合わせたものでもよい。この場合には、さらに上記したハロゲン化物塩等を含んでいてもよい。イオン性液体としては、電池や太陽電池等において使用可能なものが挙げられ、例えば、「Ｉｎｏｒｇ．Ｃｈｅｍ」１９９６，３５，ｐ１１６８〜１１７８、「Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｓｔｒｙ」２００２，２，ｐ１３０〜１３６、特表平９−５０７３３４号公報、又は特開平８−２５９５４３号公報等に開示されているものが挙げられる。中でも、イオン性液体としては、室温（２５℃）より低い融点を有する塩、又は室温よりも高い融点を有していても他の溶融塩等と溶解することにより室温で液状化する塩が好ましい。このイオン性液体の具体例としては、以下に示したアニオン及びカチオン等が挙げられる。
イオン性液体のカチオンとしては、例えば、アンモニウム、イミダゾリウム、オキサゾリウム、チアゾリウム、オキサジアゾリウム、トリアゾリウム、ピロリジニウム、ピリジニウム、ピペリジニウム、ピラゾリウム、ピリミジニウム、ピラジニウム、トリアジニウム、ホスホニウム、スルホニウム、カルバゾリウム、インドリウム、又はそれらの誘導体が挙げられる。これらは単独で用いられてもよいし、複数種を混合して用いられてもよい。具体的には、１−メチル−３−プロピルイミダゾリウム、１−ブチル−３−メチルイミダゾリウム、１，２−ジメチル−３−プロピルイミダゾリウムあるいは１−エチル−３−メチルイミダゾリウム等が挙げられる。
イオン性液体のアニオンとしては、ＡｌＣｌ4 -あるいはＡｌ2Ｃｌ7 -等の金属塩化物や、ＰＦ6 -、ＢＦ4 -、ＣＦ3ＳＯ3 -、Ｎ（ＣＦ3ＳＯ2）2 -、Ｆ（ＨＦ）n -あるいはＣＦ3ＣＯＯ-等のフッ素含有物イオンや、ＮＯ3 -、ＣＨ3ＣＯＯ-、Ｃ6Ｈ11ＣＯＯ-、ＣＨ3ＯＳＯ3 -、ＣＨ3ＯＳＯ2 -、ＣＨ3ＳＯ3 -、ＣＨ3ＳＯ2 -、（ＣＨ3Ｏ）2ＰＯ2 -、Ｎ（ＣＮ）2 -あるいはＳＣＮ-等の非フッ素化合物イオンや、ヨウ化物イオンあるいは臭化物イオン等のハロゲン化物イオンが挙げられる。これらは単独で用いられてもよいし、複数種を混合して用いられてもよい。中でも、このイオン性液体のアニオンとしては、ヨウ化物イオンが好ましい。
電解質含有層３０には、上記したレドックス電解質を溶媒に対して溶解させた液状の電解質（電解液）を用いてもよいし、電解液を高分子物質中に保持させた固体高分子電解質を用いてもよい。また、電解液とカーボンブラック等の粒子状の炭素材料とを混合して含む擬固体状（ペースト状）の電解質を用いてもよい。なお、炭素材料を含む擬固体状の電解質では、炭素材料が酸化還元反応を触媒する機能を有するため、電解質中にハロゲン単体を含まなくてもよい。このようなレドックス電解質は、上記したハロゲン化物塩やイオン性液体等を溶解する有機溶媒のいずれか１種あるいは２種以上を含んでいてもよい。この有機溶媒としては、電気化学的に不活性なものが挙げられ、例えば、アセトニトリル、テトラヒドロフラン、プロピオニトリル、ブチロニトリル、メトキシアセトニトリル、３−メトキシプロピオニトリル、バレロニトリル、ジメチルカーボネート、エチルメチルカーボネート、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、Ｎ−メチルピロリドン、ペンタノール、キノリン、Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミド、γ−ブチロラクトン、ジメチルスルホキシドあるいは１，４−ジオキサン等が挙げられる。
また、電解質含有層３０には、光電変換素子の発電効率向上、耐久性向上等の目的で、非円環状糖類（特開２００５−０９３３１３号公報）、ピリジン系化合物（特開２００３−３３１９３６号公報）、尿素誘導体（特開２００３−１６８４９３号公報）等を添加してもよい。
この光電変換素子では、作用電極１０に担持された色素１３に対して光（太陽光又は、太陽光と同等の紫外光、可視光あるいは近赤外光）が照射されると、その光を吸収して励起した色素１３が電子を金属酸化物半導体層１２へ注入する。その電子が隣接した導電層１１Ｂに移動したのち外部回路を経由して、対向電極２０に到達する。一方、電解質含有層３０では、電子の移動に伴い酸化された色素１３を基底状態に戻す（還元する）ように、電解質が酸化される。この酸化された電解質が上記対向電極２０に到達した電子を受け取ることによって還元される。このようにして、作用電極１０及び対向電極２０の間における電子の移動と、これに伴う電解質含有層３０における酸化還元反応とが繰り返される。これにより、連続的な電子の移動が生じ、定常的に光電変換が行われる。
本発明の光電変換素子は、例えば、以下のように製造することができる。
まず、作用電極１０を作製する。最初に、導電性基板１１の導電層１１Ｂが形成されている面に多孔質構造を有する金属酸化物半導体層１２を電解析出法や焼成法により形成する。電解析出法により形成する場合には、例えば、金属酸化物半導体材料となる金属塩を含む電解浴を、酸素や空気によるバブリングを行いながら、所定の温度とし、その中に導電性基板１１を浸漬し、対極との間で一定の電圧を印加する。これにより、導電層１１Ｂ上に、多孔質構造を有するように金属酸化物半導体材料を析出させる。この際、対極は、電解浴中において適宜運動させるようにしてもよい。また、焼成法により形成する場合には、例えば、金属酸化物半導体材料の粉末を分散媒に分散させることにより調製した金属酸化物スラリーを導電性基板１１に塗布して乾燥させたのち焼成し、多孔質構造を有するようにする。続いて、有機溶媒に上記一般式（１）で表される本発明の新規化合物を含む色素１３を溶解した色素溶液を調製する。この色素溶液に金属酸化物半導体層１２が形成された導電性基板１１を浸漬することにより、金属酸化物半導体層１２に色素１３を担持させる。
上記色素溶液における本発明の新規化合物の濃度は、１．０×１０-5〜１．０×１０-3ｍｏｌ／ｄｍ3が好ましく、５．０×１０-5〜５．０×１０-4ｍｏｌ／ｄｍ3がより好ましい。上記色素溶液に用いる有機溶媒は、本発明の新規化合物を溶解できるものであれば特に制限はなく、具体例としては、トルエン、ベンゼン、キシレン等の炭化水素類；メタノール、エタノール、ｔ−ブタノール等のアルコール類；メチルセロソルブ、エチルセロソルブ、ブチルセロソルブ、ブチルジグリコール等のエーテルアルコール類；アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、シクロヘキサノン、ジアセトンアルコール等のケトン類；酢酸エチル、酢酸ブチル、酢酸メトキシエチル等のエステル類；アクリル酸エチル、アクリル酸ブチル等のアクリル酸エステル類；２，２，３，３−テトラフルオロプロパノール等のフッ化アルコール類；メチレンジクロライド、ジクロロエタン、クロロホルム等の塩素化炭化水素類；アセトニトリル、テトラヒドロフラン等が挙げられ、これらの有機溶媒を任意に混合してもよい。好ましくは、トルエン、アセトニトリルが挙げられる。
次に、導電性基板２１の片面に導電層２２を形成することにより、対向電極２０を作製する。導電層２２は、例えば、導電材をスパッタリングすることにより形成する。
最後に、作用電極１０の色素１３を担持した面と、対向電極２０の導電層２２を形成した面とが所定の間隔を保つと共に対向するように、封止剤等のスペーサ（図示せず）を介して貼り合わせ、例えば、電解質の注入口を除いて全体を封止する。続いて、作用電極１０と対向電極２０との間に、電解質を注入したのち注入口を封止することにより、電解質含有層３０を形成する。これにより図１及び図２に示した光電変換素子が完成する。
本発明の光電変換素子では、色素１３が上記一般式（１）で表される本発明の化合物を含むため、本発明の化合物とは異なる化合物を用いた場合と比較して、色素１３を担持させた担体（金属酸化物半導体層１２）から色素１３が電解質含有層３０へ溶出することが抑制できる。ついては、金属酸化物半導体層１２に担持した色素１３の量が低下しないため、色素１３から金属酸化物半導体層１２への電子注入量が低下しない。このような効果により、本発明の光電変換素子の耐久性を向上させることができる。
なお、上記した光電変換素子では、作用電極１０と対向電極２０との間に電解質含有層３０を設けた場合について説明したが、電解質含有層３０に代えて固体電荷移動層を設けてもよい。この場合、固体電荷移動層は、例えば、固体中のキャリアー移動が電気伝導にかかわる材料を有している。この材料としては、電子輸送材料や正孔（ホール）輸送材料等が好ましい。
正孔輸送材料としては、芳香族アミン類や、トリフェニレン誘導体類等が好ましく、例えば、オリゴチオフェン化合物、ポリピロール、ポリアセチレンあるいはその誘導体、ポリ（ｐ−フェニレン）あるいはその誘導体、ポリ（ｐ−フェニレンビニレン）あるいはその誘導体、ポリチエニレンビニレンあるいはその誘導体、ポリチオフェンあるいはその誘導体、ポリアニリンあるいはその誘導体、ポリトルイジンあるいはその誘導体等の有機導電性高分子等が挙げられる。
また、正孔輸送材料としては、例えば、ｐ型無機化合物半導体を用いてもよい。このｐ型無機化合物半導体は、バンドギャップが２ｅＶ以上であることが好ましく、さらに、２．５ｅＶ以上であることがより好ましい。また、ｐ型無機化合物半導体のイオン化ポテンシャルは色素の正孔を還元できる条件から、作用電極１０のイオン化ポテンシャルより小さいことが必要である。使用する色素によってｐ型無機化合物半導体のイオン化ポテンシャルの好ましい範囲は異なってくるが、そのイオン化ポテンシャルは、４．５ｅＶ以上５．５ｅＶ以下の範囲内であることが好ましく、さらに４．７ｅＶ以上５．３ｅＶ以下の範囲内であることがより好ましい。
ｐ型無機化合物半導体としては、例えば、１価の銅を含む化合物半導体等が挙げられる。１価の銅を含む化合物半導体の一例としては、ＣｕＩ、ＣｕＳＣＮ、ＣｕＩｎＳｅ2、Ｃｕ（Ｉｎ，Ｇａ）Ｓｅ2、ＣｕＧａＳｅ2、Ｃｕ2Ｏ、ＣｕＳ、ＣｕＧａＳ2、ＣｕＩｎＳ2、ＣｕＡｌＳｅ2等がある。このほかのｐ型無機化合物半導体としては、例えば、ＧａＰ、ＮｉＯ、ＣｏＯ、ＦｅＯ、Ｂｉ2Ｏ3、ＭｏＯ2又はＣｒ2Ｏ3等が挙げられる。
このような固体電荷移動層の形成方法としては、例えば、作用電極１０の上に直接、固体電荷移動層を形成する方法があり、そののち対向電極２０を形成付与してもよい。
有機導電性高分子を含む正孔輸送材料は、例えば、真空蒸着法、キャスト法、塗布法、スピンコート法、浸漬法、電解重合法又は光電解重合法等の手法により電極内部に導入することができる。無機固体化合物の場合も、例えば、キャスト法、塗布法、スピンコート法、浸漬法又は電解メッキ法等の手法により電極内部に導入することができる。このように形成される固体電荷移動層（特に、正孔輸送材料を有するもの）の一部は、金属酸化物半導体層１２の多孔質構造の隙間に部分的に浸透し、直接接触する形態となることが好ましい。
本発明の化合物は、電解質含有層３０に代えて固体電荷移動層を設けた光電変換素子においても、電解質含有層３０を設けた場合と同様に、変換効率を向上させることができる。
本発明の光電変換素子の使用用途は、前述した太陽電池の用途に限らず、他の用途であってもよい。他の用途としては、例えば、光センサ等が挙げられる。
本発明の新規化合物は、上述のように、担体に担持させて担持体の形態として、光電変換素子等の用途に好適に用いることができる。本発明の新規化合物は、その他に、光学記録材料、医薬品、農薬、香料、染料等の合成中間体；各種機能性材料、各種ポリマー原料；光電気化学電池、非線形光学装置、エレクトロクロミックディスプレイ、ホログラム、有機半導体、有機ＥＬ；ハロゲン化銀写真感光材料、光増感剤；印刷インキ、インクジェット、電子写真カラートナー、化粧料、プラスチック等に用いられる着色剤；タンパク質用染色剤、物質検出のための発光染料；合成石英原料、塗料、合成触媒、触媒担体、表面コート薄膜材料、シリコーンゴム架橋剤、粘結剤等の用途に用いることもできる。
以下、本発明の新規化合物の合成例、合成例で合成した化合物を用いた担持体（作用電極）の実施例及び比較例を挙げて、本発明を詳細に説明するが、本発明はこれらによって何ら限定されるものではない。
以下の合成例により、上記化合物Ｎｏ．１〜Ｎｏ．２４、６１、６２、７０〜７２を合成した。尚、前駆体であるカルボン酸体及びアミン化合物は、購入又は公知の方法により合成した。
（合成例１）化合物Ｎｏ．１の合成
ＭＫ−２ Ｄｙｅ（シグマアルドリッチ製、０．１０ｍｍｏｌ、９６ｍｇ）、塩化オキサリル（０．１１ｍｍｏｌ、１４ｍｇ）、ジメチルホルムアミド（０．０１ｍｌ）及びクロロホルム（２ｍｌ）をフラスコに仕込み、２５℃で１時間撹拌した。１０℃まで冷却した後、Ｎ，Ｎ−ジイソプロピルエチルアミン（０．２０ｍｍｏｌ、２６ｍｇ）及び（トリエトキシシリルメチル）ヘキシルアミン（０．１０ｍｍｏｌ、２８ｍｇ）を加えて、更に１時間撹拌した。反応液に水（２ｍｌ）を加え、油水分液を行った。得られた有機層をシリカゲルカラムクロマトグラフィー（移動相；クロロホルム）により精製することにより、紫色固体を１０８ｍｇ（収率８９％）得た。得られた固体が、化合物Ｎｏ．１であることをＵＶ−ＶＩＳ（λｍａｘ）、1Ｈ−ＮＭＲを用いて確認した。データを〔表１〕及び〔表２−１〕に示す。
（合成例２〜２９）化合物Ｎｏ．２〜Ｎｏ．２４、６１、６２、７０〜７２の合成
目的化合物に対応したカルボン酸又はスルホン酸を有する化合物及びアミン化合物を用いた以外は合成例１と同様の手法で化合物Ｎｏ．２〜Ｎｏ．２４、６１、６２、７０〜７２を合成した。得られた化合物の外観及び収率を〔表１〕に示す。合成した化合物が目的化合物であることは、合成例１と同様に確認した。データを〔表１〕、〔表２−１〕、〔表２−２〕及び〔表２−３〕に示す。
上記で合成した化合物を用いて、本発明の担持体を以下の手順により作製した。
（実施例１）化合物Ｎｏ．１を用いた担持体（作用電極）
まず、縦２．０ｃｍ×横１．５ｃｍ×厚さ１．１ｍｍの導電性ガラス基板（Ｆ−ＳｎＯ2）よりなる導電性基板１１を用意した。続いて、導電性基板１１に、縦０．５ｃｍ×横０．５ｃｍの四角形を囲むように厚さ７０μｍのマスキングテープを貼り、この部分に金属酸化物スラリー３ｃｍ3を一様の厚さとなるように塗布して乾燥させた。金属酸化物スラリーとしては、１０重量％となるように酸化チタン粉末（ＴｉＯ2、Ｓｏｌａｒｏｎｉｘ社製Ｔｉ−ＮａｎｏｘｉｄｅＤ）を、水に懸濁したものを用いた。続いて、導電性基板１１上のマスキングテープを剥がし取り、この基板を電気炉により４５０℃で焼成し、厚さ約５μｍの金属酸化物半導体層１２を形成した。続いて、化合物Ｎｏ．１を３×１０-4ｍｏｌ／ｄｍ3の濃度になるようにトルエンに溶解させて、色素溶液を調製した。続いて、金属酸化物半導体層１２が形成された導電性基板１１を上記の色素溶液に浸漬し、色素１３を担持させた作用電極１０を作製した。
作製した作用電極１０を２５℃、２４時間の条件で、剥離液（アセトニトリル：水＝９９：１）に浸漬した。剥離液浸漬前の色素担持量（色素のλｍａｘにおけるＡｂｓ．）を１００としたときの、剥離液浸漬後の色素担持量（剥離液浸漬前の色素担持量に対する割合）を、耐剥離性として〔表３〕に示した。剥離後の色素担持量が１００に近いほど耐剥離性が高いといえる。
（実施例２〜２９及び比較例１〜４）
化合物Ｎｏ．１を〔表３〕の化合物に替えた以外は実施例１と同様の操作により、各化合物を担持させた作用電極１０を作製し、色素の耐剥離性を求めた。結果を〔表３〕に示す。
〔表３〕の耐剥離性の結果の通り、上記一般式（１）で表される本発明の化合物は、吸着耐久性が高い。
次に、本発明の光電変換素子の実施例及び＜光電変換素子の変換効率評価＞を示す。
（実施例３０〜４２及び比較例５〜８）
図１に示すように、上記実施例１〜１１、２７〜２９及び比較例１〜４で作製した担持体（作用電極）を用いた作用電極１０と、導電性基板２１としてＩＴＯ電極（西野田電工（株）製）上に黒鉛微粒子（導電層２２）をコーティングして作製した対向電極２０とを、スペーサー（６３μｍ）を介して対向させ、それらの間に電解質含有層３０を配し、これらをクリップで固定し、電解質含有層３０に電解液〔アセトニトリルに対して、４−ｔ−ブチルピリジン(０．５ｍｏｌ／ｄｍ3)、ヨウ化リチウム（０．５ｍｏｌ／ｄｍ3）、ヨウ素（０．０５ｍｏｌ／ｄｍ3）を、それぞれ所定の濃度になるように混合したもの〕を浸透させ、光電変換素子を作製した。セル上部を開口部１ｃｍ2のマスクで覆い、ＡＭ−１．５（１０００Ｗ／ｍ2）のソーラーシミュレーターを用いて変換効率を測定した。結果を、〔表４〕に示す。
次に、金属酸化物半導体を変更した本発明の光電変換素子の実施例及び＜光電変換素子の変換効率評価＞を示す。
（実施例４３〜４５及び比較例９）
化合物Ｎｏ．１を〔表４Ａ〕の化合物に替え、酸化チタン粉末を酸化亜鉛（ＺｎＯ、ソーラー社製）に変更した以外は実施例１と同様の操作により、各化合物を担持させた作用電極１０を作製した。得られた作用電極１０を用いて、実施例３０と同様の操作により変換効率を測定した。結果を〔表４Ａ〕に示す。
上記光電変換素子の変換効率測定結果により、同様の化合物における比較（実施例３０〜３７及び４０〜４２と比較例５、６との比較、実施例３８、３９と比較例７との比較、実施例４３〜４５と比較例９との比較）において顕著なように、本発明の担持体、及び本発明の光電変換素子は高い変換効率を示すことが明らかである。
＜耐光性評価＞
上記実施例４、７及び比較例１、２で作製した担持体（作用電極）について耐光性評価を行った。評価は、該作用電極に５５０００ルクスの光を４時間照射し、ＵＶ吸収スペクトルのλｍａｘの変化を、照射前を１００として算出した。具体的には、λｍａｘにおける照射後のＡｂｓ．及び照射前のＡｂｓ．を測定し、「（照射後のＡｂｓ．／照射前のＡｂｓ．）×１００」を求め、耐光性の値とした。結果を〔表５〕に示す。
以上の結果より、本発明の担持体は、耐剥離性及び耐光性に優れ、更に光電変換素子として用いた場合には、高い変換効率を示すことが明らかなため有用である。

Claims (6)

  1. 下記一般式（１）で表される化合物。
    （式中、Ｙは、基中に−ＣＯ−ＮＲ４−又は−ＳＯ2−ＮＲ４−を有する置換されていてもよい炭素原子数１〜２０の炭化水素基であり、Ｚは下記部分構造式（２）で表される共役系の基であり、Ｒ１、Ｒ２及びＲ３は、メトキシ基又はエトキシ基を表し、Ｒ４は、水素原子又は置換基を有していてもよい炭素原子数１〜２０の炭化水素基を表し、Ｒ４とＺは、互いに連結して環を形成してもよい。
    但し、Ｙは、下記の部分構造式（Ｙ−１１）及び（Ｙ−１２）で表わされる基を除く。）
    （式中、Ａ１は置換されていてもよい芳香族炭化水素環基又は置換されていてもよい芳香族ヘテロ環基であり、Ａ２は下記式（Ａ２−１）、（Ａ２−３）、（Ａ２−５）、（Ａ２−６）、（Ａ２−９）、（Ａ２−１０）、（Ａ２−１３）、（Ａ２−１４）及び（Ａ２−１５）で表される基から選ばれる基を１〜７個連結した基であり、Ｒ５及びＲ６は、置換されていてもよい炭化水素基を表し、Ｒ５及びＲ６は、互いに連結して環を形成してもよく、Ｒ５及びＲ６は互いに独立してＡ１と連結して環を形成してもよい。）
    （式中、Ｘは、Ｓ、Ｏ、ＮＲを表し、Ｒは水素原子又は置換されていてもよい炭化水素基を表し、式中の水素原子は、フッ素原子、塩素原子、ヨウ素原子、シアノ基、ニトロ基、−ＯＲ７基、−ＳＲ７基、−ＮＲ７Ｒ８基又は置換されていてもよい脂肪族炭化水素基で置換されていてもよく、Ｒ７及びＲ８は、水素原子又は置換されていてもよい炭化水素基を表す。）
    （式中、Ｒ４は上記一般式（１）において説明したＲ４と同じであり、式中の水素原子は、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子、シアノ基、ニトロ基、−ＯＲ７基、−ＳＲ７基又は−ＮＲ７Ｒ８基により置換されていてもよい。Ｒ７及びＲ８は、水素原子又は置換されていてもよい炭化水素基を表す。）
  2. 上記一般式（１）におけるＹが、下記部分構造式（Ｙ−１）〜（Ｙ−１０）から選ばれる基である請求項１に記載の化合物。
    （式中、Ｒ４は上記一般式（１）において説明したＲ４と同じであり、式中の水素原子は、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子、シアノ基、ニトロ基、−ＯＲ７基、−ＳＲ７基又は−ＮＲ７Ｒ８基により置換されていてもよく、式中のベンゼン環は炭素原子数１〜４の脂肪族炭化水素基により置換されていてもよい。Ｒ７及びＲ８は、水素原子又は置換されていてもよい炭化水素基を表す。）
  3. 上記部分構造式（２）中の下記部分構造（３）が、下記部分構造（３−１）〜（３−４）及び（３−７）〜（３−１０）の何れかである請求項１又は２に記載の新規化合物。
    （式中、Ａ１、Ｒ５及びＲ６は上記部分構造式（２）と同じである。）
    （式中、Ｒ５及びＲ６は上記部分構造式（２）と同じであり、式中の水素原子は、フッ素原子、塩素原子、ヨウ素原子、シアノ基、ニトロ基、−ＯＲ７基、−ＳＲ７基又は置換されていてもよい脂肪族炭化水素基で置換されていてもよく、Ｒ７及びＲ８は、水素原子又は置換されていてもよい炭化水素基を表す。）
  4. 下記一般式（１’）で表される化合物。
    （式中、Ｙは、基中に−ＣＯ−ＮＲ４−又は−ＳＯ 2 −ＮＲ４−を有する置換されていてもよい炭素原子数１〜２０の炭化水素基であり、Ｒ１、Ｒ２及びＲ３は、メトキシ基又はエトキシ基を表し、Ｒ４は、水素原子又は置換基を有していてもよい炭素原子数１〜２０の炭化水素基を表し、Ｒ４とＺは、互いに連結して環を形成してもよい。Ｚは下記（３−５’）、（３−６’）、（３−１１’）及び（３−１２’）から選ばれる式で表される共役性基である。
    但し、Ｙは、下記の部分構造式（Ｙ−１１）及び（Ｙ−１２）で表わされる基を除く。）
    （式中、Ａ２は下記式（Ａ２−１）、（Ａ２−３）、（Ａ２−５）、（Ａ２−６）、（Ａ２−９）、（Ａ２−１０）、（Ａ２−１３）、（Ａ２−１４）及び（Ａ２−１５）で表される基から選ばれる基を１〜７個連結した基であり、Ｒ９、Ｒ１０及びＲ１１は、Ｍ２に配位する単座、二座又は三座の配位子を表し、Ｍ１及びＭ２は金属元素を表し、Ａ２は、（）内の基における芳香族炭化水素環及び芳香族ヘテロ環を構成するいずれかの炭素原子に結合している。）
    （式中、Ｘは、Ｓ、Ｏ、ＮＲを表し、Ｒは水素原子又は置換されていてもよい炭化水素基を表し、式中の水素原子は、フッ素原子、塩素原子、ヨウ素原子、シアノ基、ニトロ基、−ＯＲ７基、−ＳＲ７基、−ＮＲ７Ｒ８基又は置換されていてもよい脂肪族炭化水素基で置換されていてもよく、Ｒ７及びＲ８は、水素原子又は置換されていてもよい炭化水素基を表す。）
    （式中、Ｒ４は上記一般式（１’）において説明したＲ４と同じであり、式中の水素原子は、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子、シアノ基、ニトロ基、−ＯＲ７基、−ＳＲ７基又は−ＮＲ７Ｒ８基により置換されていてもよい。Ｒ７及びＲ８は、水素原子又は置換されていてもよい炭化水素基を表す。）
  5. 請求項１〜４の何れか１項に記載の化合物を担持した担持体。
  6. 請求項５に記載の担持体を有する電極を備えた光電変換素子。
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