JPH11168229A - 光電変換材料 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明の目的は、太陽電池、光センサー等の
用途に有用である高い光電変換効率を有する光電変換材
料を提供することにある。 【解決手段】 本発明は、一般式（Ｉ） （式中、Ｒ¹ およびＲ² は、同一または異なってヒドロ
キシ、アルキルまたは水素原子を表し、Ｒ³ 、Ｒ⁴ およ
びＲ⁵ は、同一または異なってアルキル、置換もしくは
非置換のアリール、置換もしくは非置換のアラルキルま
たは水素原子を表す）で表される構造単位を有する化合
物を含有してなる光電変換材料を提供する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、太陽電池、光セン
サー等の用途に有用である高い光電変換効率を有する光
電変換材料に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、太陽光を電気エネルギーに変換す
る太陽電池は、エネルギー源として注目されており、特
にシリコン系を始めとする無機半導体系化合物を材料と
する研究が盛んに行われており、実用化もされている。
しかし、加工性等の問題点から、製造コストを低く抑え
ることが難しく、太陽電池における問題点の一つとなっ
ている。

【０００３】一方、可視光線を吸収する色素、例えば、
シアニン系色素、アゾ系色素、フタロシアニン系色素、
スクアリリウム系色素等は、太陽電池をはじめとする光
電変換素子等の機能材料として研究されている［特殊機
能色素、１９８８年、（株)シーエムシー（株) 出
版］。有機系色素は、無機系太陽電池材料に比べ、軽
量、安価、量産可能、製造、加工が容易という長所があ
る反面、従来の色素では光電変換効率が低いという欠点
がある（Ｃ．Ｗ．Ｔａｎｇ：Ａｐｐｌ. Ｐｈｙｓ. Ｌｅ
ｔｔ.,４８, １８３ (１９８６) 、講談社サイエンティ
フィク「機能性色素」１６７頁）。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、太陽
電池、光センサー等の用途に有用である高い光電変換効
率を有する光電変換材料を提供することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は、一般式（Ｉ）

【０００６】

【化３】

【０００７】（式中、Ｒ¹ およびＲ² は、同一または異
なってヒドロキシ、アルキルまたは水素原子を表し、Ｒ
³ 、Ｒ⁴ およびＲ⁵ は、同一または異なってアルキル、
置換もしくは非置換のアリール、置換もしくは非置換の
アラルキルまたは水素原子を表す）で表される構造単位
を有する化合物を含有してなる光電変換材料を提供す
る。

【０００８】

【発明の実施の形態】本発明の光電変換材料において、
その構成成分である一般式（Ｉ）で表される構造単位を
有する化合物としては、一般式（ＩＩ）

【０００９】

【化４】

【００１０】［式中、Ｒ¹ 、Ｒ² 、Ｒ³ 、Ｒ⁴ およびＲ
⁵ は、前記と同義であり、Ｒ⁶ はアルキル、アルコキシ
カルボニル、置換もしくは非置換のアリールオキシカル
ボニル、アルカノイル、アロイル、水素原子を表し、Ｒ
⁷ は、アルキル、置換もしくは非置換のアリール、置換
もしくは非置換のアラルキル、水素原子を表し、Ｒ
⁸ は、ヒドロキシ置換または非置換のアルキル、ヒドロ
キシ、メルカプト、ＣＨ₂ ＳＣＨ₃ 、カルボキシ、ＣＨ
₂ ＣＯ₂ Ｈ、（ＣＨ₂ ）₄ ＮＨ₂ 、（ＣＨ₂ ）₂ ＮＨＣ
（＝ＮＨ）ＮＨ₂ 、フェニル、４−ヒドロキシフェニ
ル、３−インドリル、５−イミダゾリルまたは水素原子
を表し、ｍおよびｎは、同一または異なって、０〜１０
の整数を表し、ｍが２以上の場合は、Ｒ⁸ は同一であっ
ても異なってもよく、ｎが２以上の場合は、Ｒ⁹ は同一
であっても異なってもよく、また、ｐは１〜１０の整数
を表し、ｐが２以上の場合はＲ¹ 、Ｒ² 、Ｒ³ 、Ｒ⁴ 、
Ｒ⁵ 、Ｒ⁸およびＲ⁹ は、同一であっても異なってもよ
い。以下、この化合物を化合物（ＩＩ）と表す。他の式
番号の化合物についても同様に表す。］で表される化合
物であるのが好ましい。

【００１１】一般式中の定義において、アルキルおよび
アルカノイル、アルコキシカルボニルのアルキル部分と
しては、直鎖または分枝状の炭素数１〜１０の、例え
ば、メチル、エチル、プロピル、イソプロピル、ブチ
ル、sec −ブチル、tert−ブチル、ペンチル、ネオペン
チル、ヘキシル、へプチル、オクチル、ノニル、デシル
等があげられる。アリールおよびアロイル、アリールオ
キシカルボニルのアリール部分としては、例えば、フェ
ニル、ナフチル等があげられる。アラルキルとしては、
炭素数７〜１５の例えば、ベンジル、フェネチル、ナフ
チルメチル等があげられる。置換アリールオキシカルボ
ニル、置換アリール、置換アラルキルの置換基として
は、同一または異なって、置換数１〜３の、例えば、ア
ルキル、アルコキシ、ハロゲン、ニトロ、ヒドロキシ等
があげられる。アルキルおよびアルコキシのアルキル部
分は、前記のアルキルと同義である。ハロゲンとして
は、フッ素、塩素、臭素、ヨウ素の各原子があげられ
る。また、ヒドロキシ置換のアルキルとしては、水酸基
が１〜２個置換された前記のアルキルがあげられる。

【００１２】次に、本発明の光電変換材料の製造法につ
いて説明する。 （１）化合物（Ｉ）および化合物（ＩＩ）の製造法 化合物（Ｉ）および化合物（ＩＩ）の原料または化合物
（Ｉ）および化合物（ＩＩ）そのものである一般式（Ｉ
ＩＩ）

【００１３】

【化５】

【００１４】（式中、Ｒ¹ 、Ｒ² 、Ｒ³ 、Ｒ⁴ 、Ｒ⁵ 、
Ｒ⁶ およびＲ⁷ は前記と同義である）で表されるアミノ
酸誘導体は、平成５年度新エネルギー・産業技術総合開
発機構委託「 先進バイオ材料の創製加工技術の研究開発
（ペプチド応用二酸化炭素固定化・有効利用技術）」 成
果報告書（第１巻）４４頁に記載の方法に準じて製造す
ることができる。

【００１５】さらに、化合物（Ｉ）および化合物（Ｉ
Ｉ）は、化合物（ＩＩＩ）を他のアミノ酸と公知の方
法、例えば、平成６年度新エネルギー・産業技術総合開
発機構委託「 先進バイオ材料の創製加工技術の研究開発
（ペプチド応用二酸化炭素固定化・有効利用技術）」 成
果報告書、６７頁記載の方法に準じて、縮合することに
より製造することができる。 （２）光電変換材料の製造法 本発明の光電変換材料は、ガラス版である第１層、金属
の蒸着膜である第２層、導電性高分子膜である第３層、
化合物（Ｉ）を含有してなる第４層、金属の蒸着膜であ
る第５層からなる構造を有するものが好ましい。

【００１６】本発明の光電変換材料は、ガラス基板（第
１層）上に金属（透明電極）を蒸着させ（第２層）、さ
らにその上に導電性高分子膜を形成させ（第３層）、さ
らにその上に化合物（Ｉ）を含有してなる膜を形成させ
（第４層）、さらにその上に金属（電極）を蒸着させる
（第５層）ことにより得ることができる。金属として
は、例えば、金、ＩＴＯ（酸化インジウムスズ）、ネサ
ガラス、銀、アルミニウム、マグネシウム等が例示され
る。金属の蒸着は、公知の方法、例えば、真空蒸着装置
等を使用して行うことができる。

【００１７】導電性高分子としては、例えば、ポリピロ
ール、ポリ（Ｎ−メチルピロール）、ポリ（Ｎ−ビニル
カルバゾール）、ポリ（３−メチルチオフェン）等が例
示される。導電性高分子膜は、「電気化学（５７巻、１
１２１頁、１９８９年）」に記載の方法に準じて作成す
ることができる。化合物（Ｉ）を含有してなる膜は、公
知の方法、例えば、「染料と薬品（３６巻、１１号、１
８頁、１９９１年）」に記載のミセル電解法等に準じて
作成される。

【００１８】上記の光電変換材料の両電極にリード線を
とりつけ、太陽光等の可視光を透明電極側から照射する
と電流が流れる。このため、本発明の光電変換材料は、
太陽電池、光センサー等の用途に有用である。また、本
発明の光電変換材料は、高い光電変換率を示す。以下
に、本発明の実施例を示すが、本発明は、これらの実施
例に限定されるものではない。

【００１９】

【実施例】

【００２０】実施例１ 原料である下記に示される化合物（ＩＶ）は、公知の方
法、例えば、平成５年度新エネルギー・産業技術総合開
発機構委託「 先進バイオ材料の創製加工技術の研究開発
（ペプチド応用二酸化炭素固定化・有効利用技術）」 成
果報告書（第１巻）４４頁に記載の方法に準じて合成す
ることができる。

【００２１】（１１−フェロセニル）ウンデシルトリデ
カエチレングリコールエーテル濃度２ｍＭ、化合物（Ｉ
Ｖ）濃度４．４ｍＭ、および硫酸リチウム濃度０．２Ｍ
の懸濁液に超音波を１５分間かけ、さらに、もう一度１
５分間かけた。その後、この懸濁液を遠心分離（１００
０ｒｐｍ、２０分間）にかけ、その上澄み液に、金およ
びポリ（３−メチルチオフェン）の膜を形成したガラス
基板（Ａ）（以下にその作成法を示す）を浸し、これを
作用電極として、白金電極を参照電極とし、両電極間に
０．６Ｖの電位を１時間かけた。その間、溶液は、スタ
ーラーで攪拌を行なった。これにより、金電極上にスク
アリリウム色素誘導体膜を作ることができた。この色素
膜上にアルミニウムを蒸着することにより、本発明の光
電変換材料を作成した。

【００２２】金およびポリ（３−メチルチオフェン）の
膜を形成したガラス基板（Ａ）の作成方法 （１）金電極の作成法 市販のスライドガラスの中央付近に金を２６ｍｍ×３０
ｍｍ大きさで膜厚約５０ｎｍにスパッタリングしたもの
を購入し、使用直前に真空蒸着装置（基板温度３５０
℃、圧力５×１０^-6torr）を用いて金をその上にさらに
約３０ｎｍ積層し、金電極を作成した。 （２）ポリ（３−メチルチオフェン）膜の形成 電解槽に、スライドガラス上に上記の方法で金を蒸着さ
せた金電極（３０ｍｍ×２６ｍｍ）を作用極とし、白金
板（３０ｍｍ×２５ｍｍ）を対極とし、０．３Ｍの３−
メチルチオフェンと０．１Ｍの過塩素酸テトラエチルア
ンモニウムとを含む炭酸プロピレン溶液を電解液として
仕込んだ。そして、加熱銅カラムを通して脱酸素した窒
素ガスを通気しながら、電解槽を水浴で１０℃付近まで
冷却した後、４〜５ｍＡ／ｃｍ² の電流密度による定電
流電解により電解重合を行ない、ポリ（３−メチルチオ
フェン）薄膜を作成した。得られたポリ（３−メチルチ
オフェン）薄膜を０．１Ｍの過塩素酸テトラエチルアン
モニウムの炭酸プロピレン溶液に浸し、−３Ｖの定電圧
を印加して脱ドーピング処理を行なった。そして、薄膜
を炭酸プロピレンで十分に洗浄した後、真空乾燥させ
た。これにより、膜厚約１２０ｎｍの高分子薄膜を金を
蒸着させたガラス版上に形成させた。 化合物（ＩＶ）

【００２３】

【化６】

【００２４】

【発明の効果】本発明により、太陽電池、光センサー等
の用途に有用である光電変換材料が提供される。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 一般式（Ｉ） 【化１】 （式中、Ｒ¹ およびＲ² は、同一または異なってヒドロ
   キシ、アルキルまたは水素原子を表し、Ｒ³ 、Ｒ⁴ およ
   びＲ⁵ は、同一または異なってアルキル、置換もしくは
   非置換のアリール、置換もしくは非置換のアラルキルま
   たは水素原子を表す）で表される構造単位を有する化合
   物を含有してなる光電変換材料。
2. 【請求項２】 一般式（Ｉ）で表される構造単位を有す
   る化合物が、一般式（ＩＩ） 【化２】 ［式中、Ｒ¹ 、Ｒ² 、Ｒ³ 、Ｒ⁴ およびＲ⁵ は、前記と
   同義であり、Ｒ⁶ はアルキル、アルコキシカルボニル、
   置換もしくは非置換のアリールオキシカルボニル、アル
   カノイル、アロイル、水素原子を表し、Ｒ⁷ は、アルキ
   ル、置換もしくは非置換のアリール、置換もしくは非置
   換のアラルキル、水素原子を表し、Ｒ⁸ は、ヒドロキシ
   置換または非置換のアルキル、ヒドロキシ、メルカプ
   ト、ＣＨ₂ ＳＣＨ₃ 、カルボキシ、ＣＨ₂ ＣＯ₂ Ｈ、
   （ＣＨ₂ ）₄ ＮＨ₂ 、（ＣＨ₂ ）₂ ＮＨＣ（＝ＮＨ）Ｎ
   Ｈ₂ 、フェニル、４−ヒドロキシフェニル、３−インド
   リル、５−イミダゾリルまたは水素原子を表し、ｍおよ
   びｎは、同一または異なって、０〜１０の整数を表し、
   ｍが２以上の場合は、Ｒ⁸ は同一であっても異なっても
   よく、ｎが２以上の場合は、Ｒ⁹ は同一であっても異な
   ってもよく、また、ｐは１〜１０の整数を表し、ｐが２
   以上の場合はＲ¹ 、Ｒ² 、Ｒ³ 、Ｒ⁴ 、Ｒ⁵ 、Ｒ⁸およ
   びＲ⁹ は、同一であっても異なってもよい。］で表され
   る化合物である請求項１記載の光電変換材料。
3. 【請求項３】 ガラス版である第１層、金属の蒸着膜で
   ある第２層、導電性高分子膜である第３層、一般式
   （Ｉ）で表される化合物を含有してなる第４層、金属の
   蒸着膜である第５層からなる構造を有する請求項１記載
   の光電変換材料。