TW200849618A - Photoelectric conversion element - Google Patents
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Description
200849618 九、發明說明: 【發明所屬之技術領域】 本發明係有關於一種使用色料而成的光電轉換元件。 【先前技術】 先前,將太陽光等的光能變換成爲電能之太陽電池等 光電轉換元件,已知有使具有氧化物半導體層之電極負載 色料而使其敏化之色料敏化型光電轉換元件。認爲該色料 f 敏化型光電轉換元件在理論上能夠期待高效率,且藉由使 用一般而言已普及的矽半導體之光電轉換元件,在成本上 係非常有利的。因此,作爲下一代的光電轉換元件而受到 注目,正進行朝向實用化之開發。 關於該色料敏化型光電轉換元件所使用的色料,已知 有一種使用花青苷系色料等有機色料之技術(例如,參照專 利文獻1 ),係以提高轉換效率爲目的。又,認爲因爲色料 分子具有電子吸引性基,提高轉換效率係有效的。 ([專利文獻1]特開2000-294303號公報 【發明內容】 [發明所欲解決之課題] 但是’先前之使用色料的光電轉換元件,無法得到充 分的轉換效率,希望能夠更加提高。 本發明係鑒於如此的問題點而進行,本發明的目的係 提供一種能夠提升轉換效率之光電轉換元件。 [解決課題之手段] 本發明之第1光電轉換元件,其係具備電極(具有色料 200849618 有錨 ,錨 及負載該色料之載體)之光電轉換元件,該色料含有具 固基(anchoring group)且由化學式1所示之化合物,又 固基係指能夠與載體化學性鍵結之電子吸引性基。 [化學式1]
(R1及R2係取代基’各自可以互相相同或不同,亦 相鍵結而形成環狀結構。r3及r4係取代基,各自可 相相同或不同,亦可互相鍵結而形成環狀結構。R5及 係取代基’各自可以互相相同或不同。環A及環b係 或蔡環。R7及R8係取代基,具有2個以上的R7或R8 各自可以互相相同或不同。具有鄰接2個以上的R7写 時’各自可互相鍵結而形成環狀結構。其中,由r 1、 K3、R4、R5、R6、R7及R8所組成的群組中之至少1 具有環狀或分枝結構之取代基。又,R1、R2、r3、R4、 R 6 R 7及R 8所組成的群組中之至少一個亦可包含 基。m係〇以上的整數。^係〇以上的整數)。 在本發明的第1光電轉換元件,因爲色料係含有 錨固基且如化學式丨所示之化合物,能夠抑制在載體 之色料的結晶化。藉此,在載體表面所負載的色料能 率良好地吸收光線。吸收光線後的色料會將電子注 體’藉此能夠進行光電轉換。 可互 以互 R6 苯環 時, ^ R8 R2、 個係 R5、 錨固 具有 表面 夠效 入載 200849618 又,在本發明的第1光電轉換元件,化學式1所示之 具有環狀或分枝結構之取代基係以具有環狀或分枝結構之 烷基及具有芳香族環之烷基的任一者爲佳,以苄基、苄基 衍生物或第三丁基爲佳。而且,化學式1所示之R1、R2、 R3及R4所組成的群組中之至少1個係以具有上述環狀或 分枝結構之取代基爲佳。藉此,能夠更抑制在載體表面之 色料的結晶化。 又,在本發明的第1光電轉換元件,錨固基亦可以是 羧基。又,在由化學式1所示之R5及R6中之至少1個係 以具有錨固基之基爲佳。藉此,色料被負載在載體表面, 同時能夠抑制在其表面之色料的結晶化。 而且,在本發明的第1光電轉換元件,化學式1所示 之η係以3以下爲佳。又,載體係以含有氧化鋅及氧化鈦 中之至少1種爲佳。藉此,在載體表面所負載的色料會吸 收光線,且吸收光線後的色料將電子注入載體變爲容易。 本發明之第2光電轉換元件,其係具備電極(具有色料 及負載該色料之載體)之光電轉換元件,該色料含有具有錨 固基且由化學式2所示之化合物, [化學式2]
200849618 (R11及R12係取代基,各自可以互相相同或不同,亦可互 相鍵結而形成環狀結構。R丨3及R丨4係取代基,各自可以 互相相同或不同,亦可互相鍵結而形成環狀結構。Rl 5及 R 1 ό係取代基,各自可以互相相同或不同。環c及環D係 苯環或萘環。R17及R18係取代基,具有2個以上的R17 或R1 8時,各自可以互相相同或不同,具有鄰接2個以上 的R1 7或R18時,各自可互相鍵結而形成環狀結構。其中, 由 Rll、R12、R13、R14、R15、R16、R17 及 R18 所組成 的群組中之至少1個係具有環狀結構或分枝結構之取代 基。R19係氫基或取代基,各自可以互相相同或不同,具 有鄰接2個以上的R丨9時,各自可互相鍵結而形成環狀結 構。R 2 0係氫基或是鹵素除外的取代基,具有2個以上的 R20時’各自可以互相相同或不同,具有鄰接2個以上的 R20時’各自可互相鍵結而形成環狀結構。其中;^丨9及r2 〇 中之至少1個係取代基。又,R11、R12、R13、R14、R15、 R 1 6、R 1 7、R 1 8、R 1 9及R2 0所組成的群組中之至少一個 亦可包含錨固基。X係〇以上的整數。y係0以上的整數)。 在本發明的第2光電轉換元件,因爲色料係含有具有 錨固基且如化學式2所示之化合物,能夠抑制在載體表面 之色料的結晶化。藉此,在載體表面所負載的色料能夠效 率良好地吸收光線。吸收光線後的色料會將電子注入載 體,藉此能夠進行光電轉換。 又,在本發明的第2光電轉換元件,化學式2所示之 具有環狀或分枝結構之取代基可以是具有環狀或分枝結構 200849618 之烷基及具有芳香族環之烷基的任一者,亦可以是千基或 第三丁基。又,由化學式2所示之Rll、R12、R13及R14 所組成的群組中之至少1個可以是具有上述環狀或分枝結 構之取代基。 又,在本發明的第2光電轉換元件’錨固基亦可以是 殘基。又,化學式2所示之R15及R16中之至少1個可以 是具有錨固基之基。而且,在本發明的第3光電轉換元件, 化學式3所示之y可以是3以下。
而且,在本發明的第2光電轉換元件,載體係以含有 氧化鋅及氧化鈦中之至少1種爲佳。藉此,在載體表面所 負載的色料會吸收光線,且吸收光線後的色料將電子注入 載體變爲容易。 本發明之第3光電轉換元件,其係具備電極(具有色料 及負載該色料之載體)之光電轉換元件,該色料含有具有錨 固基且由化學式3所示之化合物, [化學式3]
(R2 1及R22係取代基,各自可以互相相同或不同,亦可 互相鍵結而形成環狀結構。R2 3及R24係取代基,各自可 以互相相同或不同,亦可互相鍵結而形成環狀結構。$ 及R26係取代基,各自可以互相相同或不同。環e及環ρ
200849618 係苯環或萘環。R2 7及R28係取代基,具有2個以上白, 或R28時,各自可以互相相同或不同,具有鄰接2個 的R2 7或R2 8時’各自可互相鍵結而形成環狀結構。j 由 R21 、 R22 、 R23 、 R24 、 R25 、 R26 、 R27 及 R28 所 的群組中之至少1個係具有環狀結構之取代基。R2 9 基或取代基’各自可以互相相同或不同,具有鄰接2 上的R29時,各自可互相鍵結而形成環狀結構。R3 〇 基或鹵素基,具有鄰接2個以上的R3〇時,各自可以 相同或不同。其中R30中之至少1個係鹵素基。又, R22、R23、R24、R25、R26、R27、R28 及 R29 所組成 組中之至少一個亦可包含錨固基。p係0以上的整數 〇以上的整數)。 在本發明的第3光電轉換元件,因爲色料係含 錨固基且如化學式3所示之化合物,能夠抑制在載 之色料的結晶化。藉此,在載體表面所負載的色料 率良好地吸收光線。吸收光線後的色料會將電子 體,藉此能夠進行光電轉換。 又,在本發明的第3光電轉換元件,化學式3 具有環狀或分枝結構之取代基可以是具有環狀結構 及具有芳香族環之烷基的任一者,亦可以是苄基。 化學式3所示之R21、R22、R23及R24所組成的群 至少1個可以是具有上述環狀結構之取代基。 又,在本發明的第3光電轉換元件,錨固基亦 羧基。又,化學式3所示之R25及R26中之至少1 ]R27 以上 $中, 組成 係氫 個以 係氫 互相 R21、 ,的群 。q係 ‘具有 丨表面 :夠效 入載 ί示之 .院基 ‘,由 【中之 「以是 ϋ可以 -10- 200849618 是具有錨固基之基。而且,在本發明的第3光電轉換元件’ 化學式3所示之η可以是3以下。 而且,在本發明的第3光電轉換元件,載體係以含有 氧化鋅及氧化鈦中之至少1種爲佳。藉此,在載體表面所 負載的色料會吸收光線,且吸收光線後的色料將電子注入 載體變爲容易。 [發明之效果] , 依照本發明的第1光電轉換元件,因爲具備電極(具有 \ 色料及負載該色料之載體)之光電轉換元件,且該色料含有 具有錨固基且由化學式1所示之化合物,所以能夠提轉換 效率。 又’若是色料含有如化學式1所示之具有環狀或分枝 結構之取代基係具有環狀或分枝結構之烷基及具有芳香族 環之烷基之任一者之化合物,或是該取代基係苄基、节基 的衍生物或第三丁基之化合物,或是由如化學式1所示之 f R 1、R 2、R 3及R 4所組成群組中之至少1個係具有環狀或 分枝結構之取代基之化合物時,能夠得到更高的轉換效率。 又,若是色料含有如化學式1所示之R5及R6中之至 少1個係具有該錨固基之基之化合物,或是化學式1所示 之η係3以下之化合物時,能夠得到更高的轉換效率。 而且,在載體含有氧化鈦及氧化鋅中之至少1種時, 能夠得到更高的轉換效率。 依照本發明的第2光電轉換元件,因爲具備電極(具有 色料及負載該色料之載體)之光電轉換元件,且該色料含有 -11- 200849618 具有錨固基且由化學式2所示之化合物,所以能夠提高轉 換效率。 又,若是色料含有如化學式2所示之具有環狀或分枝 結構之取代基係具有環狀或分枝結構之烷基及具有芳香族 環之烷基之任一者之化合物,或是該取代基係苄基或第三 丁基之化合物,或是由如化學式2所示之Rll、R12、R13 及R 1 4所組成群組中之至少1個係具有環狀或分枝結構之 ^ 取代基之化合物時,能夠得到更高的轉換效率。又,若是 色料含有如化學式2所示之y係3以下之化合物時,能夠 得到更高的轉換效率。 而且,在載體含有氧化鈦及氧化鋅中之至少1種時, 能夠得到更高的轉換效率。 依照本發明的第3光電轉換元件,因爲具備電極(具有 色料及負載該色料之載體)之光電轉換元件,且該色料含有 具有錨固基且由化學式3所示之化合物,所以能夠提轉換 效率。 又’若是色料含有如化學式3所示之具有環狀之取代 基係具有環狀之烷基及具有芳香族環之烷基之任一者之化 合物,或是該取代基係苄基之化合物,或是由如化學式3 所示之R21、R22、R23及R24所組成群組中之至少i個係 具有環狀結構之取代基之化合物時,能夠得到更高的轉換 效率。又,若是色料含有如化學式3所示之q係3以下之 化合物時,能夠得到更高的轉換效率。 而且’在載體含有氧化鋅及氧化鈦中之至少1種時, -12- 200849618 能夠得到更高的轉換效率。 【實施方式】 以下’參照圖示,詳細地說明用以實施本發明的最佳 形態(以下,簡稱爲實施形態)。 [第1實施形態] 第1圖係本發明的一個實施形態之光電轉換元件的構 成之剖面圖,第2圖摘錄並放大第1圖所示光電轉換元件 的主要部分之剖面圖。在第1圖及第2圖所示之光電轉換 Π 元件係所謂色料敏化型光電轉換元件的主要部分。該光電 轉換元件係使電解質含有體3 0介於中間而相向地配置有 作用電極10及相向電極20而成,作用電極10及相向電極 20中至少一方係具有光透射性之電極。 作用電極1 0係例如具有以下的結構,即在導電性基板 11設置有金屬氧化物半導體層12,並將該金屬氧化物半導 體層1 2作爲載體用以負載色料1 4。該作用電極1 0對於外 f 部電路係作爲負極之功能。導電性基板1 1係例如在絕緣性 的基板11A的表面設置導電層11B而成者。 基板1 1 A的材料係可舉出例如玻璃、塑膠、透明聚合 物薄膜等的絕緣性材料。透明聚合物薄膜可舉出例如四乙 醯纖維素(TAC)、聚對酞酸乙二酯(PET)、聚萘二甲酸乙二 酯(PEN)、間規聚苯乙烯(SPS)、聚苯硫醚(PPS)、聚碳酸酯 (PC)、聚烯丙酯(PA〇、聚颯(PSF)、聚酯颯(PES)、聚醚醯 亞胺(PEI)、環狀聚烯烴或溴化苯氧基等。 導電層1 1 B可舉出例如氧化銦、氧化錫、銦-錫複合氧 -13- 200849618 化物(ITO)或在氧化錫摻雜氟而成者(FTO : F-Sn02)等的導 電性金屬氧化物薄膜、或金(Au)、銀(Ag)或鉑(Pt)等的金屬 薄膜、或由導電性高分子等所形成者等。 又,導電性基板1 1係例如能夠使用具有導電性的材料 並以單層結構的方式構成,此時,導電性基板11的材料可 舉出例如氧化銦、氧化錫、銦-錫複合氧化物或在氧化錫摻 雜氟而成者等的導電性金屬氧化物薄膜、或金、銀或鉑等 的金屬、或導電性高分子等。 金屬氧化物半導體層1 2係例如由緻密層1 2 A及多孔質 層1 2 B所形成。在與導電性基板1 1的界面形成緻密層 1 2 A,該緻密層1 2 A係以緻密且空隙少爲佳,以膜狀爲更 佳。在與電解質含有體30接觸的表面形成多孔質層12B, 該多孔質層1 2B係以空隙多且表面積大的結構爲佳,特別 是以黏附有多孔質的微粒子之結構爲更佳。又,金屬氧化 物半導體層1 2係例如可以膜狀的單層結構的方式形成。 金屬氧化物半導體的材料可舉出例如氧化鈦、氧化 鋅、氧化錫、氧化鈮、氧化銦、氧化锆、氧化鉬、氧化釩、 氧化纟乙、氧化銘或氧化鎂等。其中,因爲能夠得到高轉換 效率,金屬氧化物半導體的材料以含有氧化鈦及氧化鋅中 至少1種爲佳,以含有氧化鋅爲更佳。又,該等金屬氧化 物半導體可單獨使用任1種,亦可複合(混合、混晶、固溶 體等)使用2種以上。例如亦可組合氧化鋅與氧化錫、氧化 鈦與氧化鈮等而使用。 被金屬氧化物半導體層12負載之色料14係含有具有 -14- 200849618 錨固基且由化學式1所示之化合物(以下簡稱化學式1所示 之化合物)。因爲含有該化合物,係含有具有立體尺寸較大 的環狀或分枝結構的取代基之化合物。因此,能夠抑制在 載體表面的結晶化,能夠得到優良的轉換效率。 錨固基係能夠與金屬氧化物半導體層1 2化學性鍵結 之電子吸引性的取代基,亦可被由化學式1所示之R 1、R2、 R3、R4、R5、R6、R7及R8所組成的群組中之至少1個包 含。該錨固基可舉出例如羧酸基(-COOH)、磷酸基(-P〇3H2、 -Ρ04Η2)、磺酸基(-S03H)、硼酸基(-B(OHh)、或該等的衍 生物等。其中,因爲能夠得到更高的轉換效率,以羧酸基 爲佳。又,因爲能夠得到更高的效果,錨固基係例如以透 過伸烷基等導入化學式1所示之R5及R6中之至少1個爲 佳。 化學式1所示之具有環狀或分枝結構之取代基,可舉 出例如以下的取代基。亦即,具有環狀結構之取代基可舉 出例如具有芳香族環之基、或是具有環烷結構之基。具有 芳香族環之可舉出例如- C6H5(苯基)、或- CH2-C6H5(苄基)、 或-CH2-CH2-C6H5(苯乙基)、在苄基的苯環導入甲基而成的 基之_CH2_C6H4-CH3、具有萘環的基之- CH2-C1GH7或是具有 聯苯骨架的基之-CH2-CH6H4-C6H5等苄基的衍生物。具有環 烷結構的基可舉出例如-c4H7(環丁基)、具有環丁基結構的 基、-C6HM(環己基)或具有環己基結構的基等。又,具有分 枝結構之取代基可舉出例如_CH(CH3)2、-CH2-CH(CH3)2、 -CH2-CH2-CH(CH3)2、-CH2-CH(CH3) (c2h5)、-c(ch3)3、 200849618 -ch2-c(ch3)3、-c(ch3)2-ch2-c (ch3)3、或-ch2-ch=ch(ch3)2 等。因爲能夠得到更高的轉換效率,該具有環狀或分枝結 構之取代基係以具有環狀或分枝結構之烷基及具有芳香族 環之烷基之任一者爲佳,以苄基、苄基的衍生物或第三丁 基爲更佳。又,因爲能夠得到更高的轉換效率,具有環狀 或分枝結構之取代基係以作爲由化學式1所式之R 1、R2、 R3及R4所組成群組中之至少1個的方式導入爲佳。而且, 若是具有環狀或分枝結構之取代基時,當然不必說,未限 f \ k 定於上述的取代基。 化學式1所示之η係以3以下爲佳,因爲η爲4以上 時難以得到充分的轉換效率。其中,η以〇以上、2以下爲 佳。藉此,能夠得到更高的轉換效率且敏化波長(顏色變 化;color variation)能夠適應從紫色至紅色之寬廣的波長 範圍。 該化學式1所示之化合物可舉出例如化學式4〜化學 式Π所示之一系列的化合物等。該等可單獨使用,亦可混 合使用複數種。其中,因爲能夠得到良好的特性,以化學 式4〜化學式8所示之化合物爲佳。 -16- 200849618 [化學式4]
⑶
⑷ -17- 200849618 [化學式5]
⑵
HOOC CIO 4" COOH
⑷ cr
(HO)2B B(OH) 2 200849618 [化學式6]
HOOC COOH 200849618 [化學式7]
HOOC COOH
COOH ⑴
⑶ -20 - 200849618
[化學式8]
HOOC ⑶
COOH 200849618 [化學式9 ]
COOH HOOC
COOH HOOC -22 - 200849618 [化學式10]
Η,
CH: COOH HOOC ⑴
200849618 [化學式11]
ch3 h3c
⑵
HOOC
COOH
又,具有錨固劑且由化學式l所示結構之化合物時, 當然不必說,未限定於化學式4〜化學式1 1所示之化合物。 又,色料1 4係除了化學式1所示之化合物以外,亦可 -24 - 200849618 含有其他的色料。其他的色料係以具有能夠與金屬氧化物 半導體層1 2化學性鍵結之電子吸引性的取代基之色料爲 佳。其他的色料可舉出例如曙紅γ、二溴螢光素、螢光素、 若丹明B、五倍子酚、二氯螢光素、紅黴素B(ErythrocinB; Erythrocin係§主冊商標)、二氫螢光素、紅录、花青音系色 料、部花青素雙偶氮系色料、三唑系色料、蒽醌系色料、 多環醌系色料、靛藍系色料、二苯基甲烷系色料、三甲基 甲烷系色料、喹啉系色料、二苯甲酮系色料、萘醌系色料、 北系色料、莽酮系色料、方形鐵(squarilium)系色料、甘 菊環鐵(azulenium)系色料、紫環酮(perinone)系色料、喹口丫 酮、無金屬酞菁系色料或無金屬卟啉系色料等的有機色料 等。 又’其他的色料亦可舉出例如有機金屬錯合化合物。 可舉出例如具有由在芳香族雜環內的氮陰離子與金屬陽離 子所形成的之離子性的配位鍵、及在氮原子或硫屬原子與 金屬陽離子之間所形成的非離子性配位鍵的雙方之有機金 屬錯合化合物;或由氧陰離子或硫陰離子與金屬陽離子所t 形成的離子性的配位鍵、及在氮原子或硫屬原子與金屬陽 離子之間所形成的非離子性配位鍵的雙方之有機金屬錯合 化合物等。具體上,可舉出銅酞菁、鈦氧基酞菁等的金屬 酞菁系色料、金屬萘酞青系色料、金屬卩卜啉系色料、及聯 二吡啶基釕錯合物、第三吡啶基釕錯合物、雙辛可寧酸 (B i c i n c h ο n i n i c a c i d )釕錯合物、偶氮釕錯合物或喹啉酚釕 錯合物等的釕錯合物。 -25 - 200849618 # @電極20係例如在導電性基板2 1設置導電層20而 成。該相向電極20對於外部電路係作爲正極之功能。導電 性基板21的材料可舉出例如與作用電極1 〇的導電性基板 1 1同樣的材料。導電層22所使用的導電材可舉出例如鉑、 金、銀、銅(Cu)、铑(Rh)、釕(Ru)、鋁(A1)、鎂(Mg)、或銦 (In)等的金屬、碳(c)、或導電性高分子等。該等導電材可 單獨使用’亦可混合使用複數種。又,亦可按照必要例如 使用丙嫌酸樹脂、聚酯樹脂、酚樹脂、環氧樹脂、纖維素、 三聚氰胺樹脂、氟彈性體或聚醯亞胺樹脂等作爲黏合劑。 又’相向電極2 0亦可以是例如導電層2 2的單層結構。 電解質含有體30可舉出例如含有氧化還原電解質者 等。氧化還原電解質可舉出例如Ι·/Ι3·系、Br_/Br3·系或醌/ 氫ΘΙ系等。此種氧化還原電解質能夠使用例如選自鹵化 鉋、鹵化四級烷基銨類、鹵化咪唑鑰類、鹵化噻唑鑰類、 鹵化噚唑鑰類、鹵化喹啉鐡類、鹵化吡啶鑰類之1種以上 與鹵素單體之組合等。具體上,能夠使用選自碘化鉋;或 碘化四級烷基銨類之碘化四乙銨、碘化四丙銨、碘化四丁 銨、碘化四戊銨、碘化四己銨、碘化四庚銨或碘化三甲銨; 或碘化咪唑鑰類之碘化3-甲基咪唑鑰或碘化1-丙基- 2,3-二 甲基咪哩鐡;或碘化噻π坐鑰類之姚化3 *乙基-2 -甲基-2 -噻口坐 鑰、碘化3 -乙基-5 - 2 -羥乙基)-4 ·甲基噻D坐鑰或3 _乙基—2 _甲 基-苯并噻唑鐵;或碘化噚唑鑰類之3 -乙基-2-甲基·曙唑 鑰;或碘化化喹啉鑰類之碘化乙基甲基嗤啉鑰;或碘 化吡π定鐵類之1種以上與鹵素之組合’或者’亦能夠使用 -26 - 200849618 漠化四級院基錢與溴之組合等。電解質含有體3 〇可以是液 體電解質’亦可以是使其含有在高分子物質中而成的固體 闻分子電解質。液體電解質的溶劑能夠使用對電化學爲惰 性者’可舉出例如乙腈、碳酸丙烯酯或碳酸乙烯酯等。 又’電解質含有體3 〇係例如亦可以設置固體電解質等 固體電荷移動層來代替氧化還原電解質。固體電荷移動層 係例如具有與固體中的載體移動導電有密切關係之材料。 δ亥材料以電子輸送材料或電洞(h 〇丨e )輸送材料爲佳。 電洞輸入材料以芳香族胺類、三鄰亞苯衍生物類等爲 佳’可舉出例如低聚噻吩化合物、聚吡咯、聚乙炔或其衍 生物、聚(對伸苯基)或其衍生物、聚(對伸苯伸乙烯基)或其 衍生物、聚伸噻吩伸乙烯基或其衍生物、聚噻吩或其衍生 物、聚苯胺或其衍生物、聚甲苯胺或其衍生物等的有機導 電性高分子等。 又’電洞輸送材料亦可使用例如P型無機化合物半導 體。該P型無機化合物半導體之能帶隙(band gap)以2eV 以上爲佳’而且,以2 · 5 eV以上爲更佳。又,從p型無機 化合物半導體的電離勢係能夠還原色料的電洞之條件而 言,必須比作用電極1 0的電離勢小。依照所使用的色料, P型無機化合物半導體的電離勢通常以在4.5eV以上、 5 · 5 e V以下的範圍內爲佳,以在4 · 7 e V以上、5 · 3 e V以下的 範圍內爲更佳。 p型無機化合物半導體可舉出例如含銅之化合物半導 體等。含有1價銅之化合物半導體可舉出例如Cul、 -27- 200849618
CuSCN、CuInSe2、Cu(In、Ga)Se2、CuGaSe2、Cu2〇、CuS、 CuGaS2、CuInS2、CuAlSe2等。此外,p型無機化合物可舉 出例如 GaP、NiO、c〇0、FeO、Bi20 3、1^1〇〇2或 Cr203 等。 此種固體電荷移動層的形成方法係例如有在作用電極 1 〇上直接形成固體電荷移動層之方法,隨後,亦可形成賦 予相向電極2 0。 含有有機導電性高分子之電洞輸送材料係例如能夠藉 由真空蒸鍍法、鑄塑法、塗布法、旋轉塗布法、浸漬法、 電解聚合法或光電解聚合法等手法來導入至電極內部。無 機固體化合物時亦能夠藉由鑄塑法、塗布法、旋轉塗布法、 浸漬法或電解聚合法等手法來導入至電極內部。 如此所形成的固體電荷移動層(特別是具有電洞輸送 材料者)的一部分係以部分地滲透金屬氧化物半導體層i 2 的多孔質結構的間隙,來直接接觸之形態爲佳。 該光電轉換元件係例如能夠如以下所述的方法製造。 首先,例如藉由在導電性基板11之形成有多孔質層 1 1 B的面形成金屬氧化物半導體層1 2,並使金屬氧化物半 導體層12負載色料14,來製造作用電極1〇。在形成該金 屬氧化物半導體層1 2時,藉由使金屬氧化物半導體的粉末 分散在金屬氧化物半導體的溶膠液,而成爲金屬氧化物漿 體,將該金屬氧化物漿體塗布在導電性基板n並乾燥後, 進行焙燒。又,金屬氧化物半導體層1 2係例如能夠藉由電 解析出等來形成。將形成有該金屬氧化物半導體層12之導 電性基板1 1,浸漬於在有機溶劑溶解上述色料1 4而成的 -28 - 200849618 色料溶液,來使其負載色料1 4。 接著’藉由在導電性基板2 :!的一面形成導電層22, 來形成相向電極20。導電層22係例如藉由濺鍍導電材來 形成。 接著,將作用電極1 0之負載色料1 4的面與相向電極 2〇之形成有導電層22的面保持規定間隔,同時相向地配 置。在該作用電極1 0與相向電極2 0之間注入電解質含有 〔. 體3 0並將整體密封。藉此,完成如第丨.圖及第2圖所示之 ^ 光電轉換元件。 該光電轉換元件若使被作用電極1 〇負載之色料1 4接 觸光線(太陽光或與太陽光同等的可見光)時,吸收光線而 激發的色料1 4會將電子注入金屬氧化物半導體層1 2。藉 此,在與相向電極2 0之間產生電位差,且電流在兩極間流 動來進行光電轉換。 依照第1實施形態之光電轉換元件,具備作用電極 F 1 0,該作用電極1 0具有:色料1 4 ;及負載該色料i 4之金 L - 屬氧化物半導體層12,因爲該色料14具有錨固基且含有 如化學式1所示之化合物,所以能夠抑制在金屬氧化物半 導體層1 2的表面之色料1 4的結晶化。藉此,色料1 4與含 有化學式1 2所示之化合物時比較,能夠提高轉換效率。 -29- 200849618 [化學式12]
-30- 200849618 又,在色料14含有如化學式1所示之具有環狀或分枝 結構之取代基係具有環狀或分枝結構之院基及具有芳香族 環之烷基之任一者之化合物’或是該取代基係苄基、节基 的衍生物或第三丁基之化合物’或是如由化學式1所示之 R 1、R2、R3及R4所組成群組中之至少1個係具有環狀或 分枝結構之取代基之化合物時’治夠得到更高的轉換效率。 又,若是色料14含有如化學式1所示之R5及R6中 之至少1個係具有該錨固基之基之化合物,或是化學式1 f') 所示之η係3以下之化合物時’能夠得到更高的轉換效率。 而且,在載體含有氧化鋅及氧化鈦中之至少1種時, 能夠得到更高的轉換效率。 [第2實施形態] 接著,說明第2實施形態,關於與第1實施形態同一 構成要素,係賦予相同符號而省略其說明。第2實施形態 除了色料係含有錨固基且由化學式2所示之化合物(以下, 簡稱化學式2所示之化合物);及含有錨固基且由化學式3 所示之化合物(以下,簡稱化學式3所示之化合物)中至少1 種以外,能夠依照與第1實施形態同樣的構成及同一順序 來製造。 因爲色料1 4係含有如化學式2所示之化合物或化學式 3所示之化合物,係含有具有立體尺寸較大的環狀或分枝 結構的取代基之化合物。因此,能夠抑制在載體表面的結 晶化,能夠得到優良的轉換效率。 如化學式2所示之化合物所具有的錨固基係與化學式 -31- 200849618 1所示之化合物所具有的錨固基同樣。該錨固 化學式 2 所示之 Rll、R12、R13、R14、R15、 R 1 8、R 1 9及R2 0所組成的群組中之至少1個包 夠得到更高的轉換效率,以羧酸基爲佳。又, 到更高的效果,錨固基係例如亦可透過伸烷基 式2所示之R15及R16中之至少1個,又,亦 苯環,而以作爲R19或R20的方式導入。 如化學式2所示之具有環狀或分枝結構之 I 舉出例如與化學式1所示之具有環狀或分枝結 同樣者。因爲能夠得到更高的轉換效率,該具 枝結構之取代基係以具有環狀或分枝結構之烷 香族環之院基的任一者爲佳,以节基、节基衍 丁基爲佳。又,因爲能夠得到更高的轉換效率 或分枝結構之取代基,係以導入由如化學式2戶, R 1 2、R 1 3及R 1 4所組成群組中之至少1個爲包 < 化學式2所示之R19係氫基(-H)或取代基 基或除了鹵素基以外的取代基,R 1 9及R2 0中 取代基。亦即化學式2所示之化合物係化學式 合物的衍生物。具體上,在化學式1,係將連; 哚骨架之次甲基鏈所具有氫的一部分或全部取 構。鍵結於該R 1 9之取代基的種類係任意,但 2個R 1 9係互相鍵結而使次甲基鏈成爲爲環的 式含有之環狀結構爲佳。該使次甲基鏈成爲爲 的方式含有之環狀結構可舉出例如化學式1 3 基亦可被由 R1 6、R17、 含。因爲能 因爲能夠得 等導入化學 可透過硫及 取代基,可 構之取代基 有環狀或分 基及具有芳 生物或第三 ’具有環狀 吁示之R 1 1、 r 〇 ,R20係氫 至少1個係 1所示之化 接2個假吲 代而成之結 是以鄰接的 一部分的方 環的一部分 听示之(1 )的 -32- 200849618 環戊烯結構或(2)的環己烯結構等。當然,r 1 9在具有使次 甲基鏈成爲爲環的一部分的方式含有之環狀結構的情況, 亦可在該環狀結構更鍵結有取代基。又,R 1 9亦可以是鹵 素基,該鹵素基可舉出例如氟基、氯基、溴基或碘基。在 R 1 〇所鍵結的取代基之種類係任意,可以是與R 1 9同樣地, 鄰接的2個R20係互相鍵結而使次甲基鏈成爲爲環的一部 分的方式含有之環狀結構,R20係次甲基鏈成爲爲環的一 部分的方式含有之環狀結構時,亦可在該環狀結構更鍵結 取代基。 [化學式13]
化學式所示之y係以3以下爲佳,因爲y爲4以上時 難以得到充分的轉換效率。其中,y以0以上、2以下爲佳。 藉此,能夠得到更高的轉換效率且敏化波長(顏色變化; color variation)能夠適應從紫色至紅色之寬廣的波長範 圍。 該化學式2所示之化合物可舉出例如化學式! 4所示之 一系列的化合物等。該等可單獨使用,亦可混合使用複數 種。其中,因爲能夠得到良好的特性,以化學式1 4 (1 )所示 之化合物爲佳。 -33 - 200849618 [化學式14]
COOH
又,具有錨固基且如化學式2所示結構之化合物時, 當然不必說,未限定於化合物1 4所示之化合物。 如化學式3所示之化合物所具有的錨固基係與化學式 1所示之化合物所具有的鋪固基同樣。該錨固基亦可被由 化學式 3 所示之 R21、R22、R23、R24、R25、R26、R27、 R2 8及R29所組成的群組中之至少1個包含。因爲能夠得 -34- 200849618 到更高的轉換效率,以羧酸基爲佳。又,因爲能夠得到更 高的效果,錨固基係例如亦可透過伸烷基等導入化學式3 所示之R25及R26中之至少1個, 如化學式3所示之具有環狀結構之取代基,因爲藉由 含有具有立體尺寸較大的環狀結構的取代基,能夠抑制在 載體表面的結晶化,因爲變更爲具有環狀結構之取代基能 夠得到比具有分枝結構之取代基時更高的效果。化學式3 所示之具有環狀結構之取代基可舉出與化學式1之具有環 ί ' 狀結構之取代基同樣物。該具有環狀結構之取代基,以具 有5哀狀結構之院基及具有芳香族環之院基之任一者爲佳, 以苄基或苄基的衍生物爲更佳。又,因爲能夠得到更高的 轉換效率,具有環狀或分枝結構之取代基係以作爲由化學 式3所示之R2 1、R22、R23及R24所組成群組中之至少1 個的方式導入爲佳。 化學式3所示之R29係氫基或取代基,R30係氫基或 # 鹵素基,R30中至少1個係氟基、氯基、溴基或碘基等的 ^ - 鹵素基。亦即化學式3所示之化合物係與化學式2同樣地 係化學式1所示之化合物的衍生物。鍵結於該R2 9之取代 基的種類係任意,但是以鹵素基、或鄰接的2個R29係互 相鍵結而使次甲基鏈成爲爲環的一部分的方式含有之環狀 結構爲佳。該使次甲基鏈成爲爲環的一部分的方式含有之 環狀結構可舉出例如化學式1 3所示之結構。當然,R2 9在 具有使次甲基鏈成爲爲環的一部分的方式含有之環狀結構 的情況,亦可在該環狀結構更鍵結取代基。 -35 - 200849618 化學式3所示之q係以1、2或3爲佳,因爲q爲4以 上時難以得到充分的轉換效率。其中,q以1或2爲佳。 藉此,能夠得到更高的轉換效率且敏化波長(顏色變化; color variation)能夠適應從紫色至紅色之寬廣的波長範 圍。 該化學式3所示之化合物可舉出例如化學式1 5所示之 化合物等。 [化學式1 5]
又’具有錨固劑且由化學式3所示結構之化合物時, 當然不必說,未限定於化學式1 5所示之化合物。 又’色料1 4係除了化學式2所示之化合物及化學式3 所示之化合物中至少1種以外,亦可含有化學式1所示之 化合物,亦可含有其他的色料。在此,其他的色料係與在 第1實施形態之其他的色料同樣。 該光電轉換元件若使被作用電極1 〇負載之色料1 4接 觸光線(太陽光或與太陽光同等的可見光)時,吸收光線而 激發的色料1 4會將電子注入金屬氧化物半導體層1 2。藉 -36- 200849618 此,在與相向電極2 0之間產生電位差,且電流在兩極 動來進行光電轉換。 依照第2實施形態之光電轉換元件,具備作用 10,該作用電極10具有:色料14;及負載該色料14 屬氧化物半導體層12,因爲該色料14具有錨固基且 如化學式2所示之化合物,及具有錨固基且含有如化 3所示之化合物中至少1種,所以能夠抑制在金屬氧 半導體層1 2的表面之色料1 4的結晶化。藉此,色料 含有化學式1 2所示之化合物時,或與含有化學式1 6 之化合物時比較,能夠提高轉換效率。 [化學式1 6 ] 間流 電極 之金 含有 學式 化物 14與 所示
又,在色料14含有如化學式2所示之具有環狀或 結構之取代基係具有環狀或分枝結構之烷基及具有芳 ϊ哀之院基之任一者之化合物,或是該取代基係节基或 丁基之化合物,或是如由化學式2所示之Rll、R12、 及R 1 4所組成群組中之至少i個係具有環狀或分枝結 取代基之化合物時,能夠得到更高的轉換效率。 分枝 香族 第三 R1 3 構之 -37 - 200849618 又,若是色料含有如化學式2所示之R15及R16 至少1個係具有該錨固基之基之化合物,或是化學式 示之y係3以下之化合物時,能夠得到更高的轉換效2 又,在色料14含有如化學式3所示之具有環狀之 基係具有環狀結構之烷基及具有芳香族環之烷基之任 之化合物,或是該取代基係节基之化合物,或是由如 式3所示之R21、R22、R23及R24所組成群組中之至 個係具有環狀結構之取代基之化合物時,能夠得到更 轉換效率。 又,若是色料14含有如化學式3所示之R25及 中之至少1個係具有該錨固基之基之化合物,或是化 2所示之q係3以下之化合物時,能夠得到更高的轉 率。 而且,含有氧化鈦及氧化鋅中至少1種作爲金屬 物半導體的材料時,能夠得到更高的轉換效率。 , [實施例] C ·' 以下詳細地說明本發明之具體的實施例。 (實施例1 -1) 在上述實施形態所說明的光電轉換元件之具體例 依照以下順序,來製造使用氧化鈦作爲金屬氧化物半 的材料而成的色料敏化型太陽電池,及使用氧化鋅而 色料敏化型太陽電池。 首先’製造使用氧化鈦的色料敏化型太陽電池之 電極10。邊攪拌750立方公分之0.1 m〇i/dm3硝酸水溶 中之 2所 ^ 〇 取代 化擧 少1 高的 R26 學式 換效 氧化 ,係 導體 成的 作用 :液, -38 - 200849618 邊添加1 2 5立方公分異丙氧基鈦,並在8 0 °C激烈攪拌8小 時。將所得到的液體在特夫綸(Teflon ;註冊商標)製的壓力 容器內使用高壓釜於2 3 0 °C處理1 6小時。隨後,藉由攪拌 使含有沈澱物之溶膠再懸浮。接著,藉由吸引過濾來除去 未再次懸浮的沈澱物,並使用蒸發器將溶膠液濃縮至氧化 鈦濃度爲11質量%爲止。添加1滴Triton X-100(Triton係 註冊商標)用以提升對基板的潤濕性。接著,對該氧化鈦溶 膠液以整體氧化鈦的含有率爲3 3質量%的方式添加氧化鈦 的粉末P_25,並使用利用自轉公轉之離心攪拌進行分散1 小時,來調整氧化鈦液,並作爲金屬氧化物漿體。 接著,在由縱向2.0公分X横向1.5公分X厚度1.1毫米 的導電性玻璃基板(F-Sn02)所構成的導電性基板11,以包 圍縱向〇 . 5公分X横向0.5公分的四方形的方式黏貼厚度7 0 微米的護條,並在該部分以成爲同樣厚度的方式塗布3立 方公分金屬氧化物漿體並乾燥後,將該護條剝下。接著, 使用電爐以5 0 0 °C焙燒該基板,來形成厚度約1 〇微米金屬 氧化物半導體層12。將該形成有氧化鈦半導體層作爲金屬 氧化物半導體層1 2之導電性基板1 1浸漬於如化學式4 (1 ) 所示之化合物的無水乙醇溶液(3x1 0_4 mol/dm3),來負載色 料14。 接著,藉由在由縱向2.0公分X横向1.5公分X厚度1.1 毫米的導電性玻璃基板(F-Sn02)所構成的導電性基板21的 一面,藉由使用濺鍍形成由鉑所構成之1 00奈米厚度的導 電層22,來製造相向電極20。預先在導電性基板21開穿 -39 - 200849618 2個電解質含有體30注入用的孔穴(Φ1毫米)。電解質含有 體 30係相對於乙腈,以碘化二甲基己基咪唑_爲0.6 mol/dm3、碘化鋰爲 0.1 mol/dm3、碘爲 0.05 mol/dm3 及水 爲1 mol/dm3的濃度之方式來調製。 接著,將作用電極1 0之承載色料1 4的面與相向電極 2 0之形成導電性基板2 2的面,使用以保持規定間隔之厚 度爲5 0微米的間隔物介於中間而貼合。此時,間隔物係以 包圍金屬氧化物半導體層12的周圍之方式配置。接著,從 π 相向電極20之預先開穿的孔穴注入調整後的電解質含有 體3 0,來得到色料敏化型太陽電池。 又,除了在金屬氧化物半導體的材料使用氧化鋅作爲 作用電極1 〇以外,依照與上述同樣的順序,來製造色料敏 化型太陽電池。此時,作用電極1 〇係如以下的順序製造。 首先,在由縱向2.0公分X横向1.5公分X厚度1.1毫米的導 電性玻璃基板(F-Sn02)所構成的導電性基板11上,藉由電 解析出來形成由氧化鋅所構成的金屬氧化物半導體層1 2。 電解析出係使用以相對於水,曙紅Y爲30 μιηοΐ/dm3、氯化 鋅爲5mmol/dm3、氯化鉀爲〇·〇9 mol/dm3的濃度之方式所 調製的電解浴液4 0毫升、由鋅板所構成的對電極、及由銀 /氯化銀電極所構成的參照電極。首先,使用氧氣使該電解 浴起泡1 5分鐘後,使溫度爲7 0 °C,並邊使電位-1 . 〇 V的定 電位電解起泡,邊在導電性基板1 1表面製膜。未使該基板 乾燥並將其浸漬於氫氧化鉀水溶液(PH 1 1 ),隨後藉由水洗 來使曙紅Y解吸。接著’藉由在1 5 〇 °C使其乾燥3 0分鐘來 -40 - 200849618 形成金屬氧化物半導體層12。接著’浸漬於5 mmol/dm3 之化學式4(1)所示化合物的無水乙醇溶液,藉由使其負載 色料14來製造作用電極10。 (實施例1-2〜1-17) 除了色料係使用化學式(2)(實施例1-2)、化學式 4(3)(實施例1-3)、化學式4(4)(實施例1-4)、化學式5(1)(貫 施例1 - 5 )、化學式5 (2 )(實施例1 - 6)、化學式5 ( 3 )(實施例 1-7)、化學式5(4)(實施例1-8)、化學式6(1)(實施例1-9)、 … 化學式6(2)(實施例1-10)、化學式6(3)(實施例1-11)、化 學式7(1)(實施例1-12)、化學式7(2)(實施例1-13)、化學 式7(3)(實施例1-14)、化學式8(1)(實施例1-15)、化學式 8(2)(實施例1-1 6)或化學式8(3)(實施例1-1 7)所示之化合 物來代替化學式4 ( 1 )所示之化合物以外,經由與實施例1 - 1 同樣的順序。 (比較例1 - 2〜1 - 1 7 ) 除了色料係使用化學式1 2( 1)(比較例1 -1 )或化學式 12(2)(比較例1-2)所示之化合物來代替化學式4(1)所示之 化合物以外,經由與實施例1 - 1同樣的順序。 該等實施例1 -1〜1 -1 7及比較例1 - 1及1 - 2的色料敏化 型太陽電池調查轉換效率時,得到如表1的結果。 轉換效率係將AM 1.5 ( 1 000 W/m2)的太陽光模擬器使用 於光源,並依照以下的計算方式來求取。首先,使用電源 電錶(source 掃描色料敏化型太陽電池來測定響應 電流。藉此,將電壓與電流的積之最大輸出功率除以每1 -41 - 200849618 平方公分的光強度所得到値乘以1 〇〇而得到的百分比表示 値作爲轉換效率(77 : %)。亦即,轉換效率係以(最大輸出 功率/1平方公分的光強度)χ100表示。 [表1] 色料 金屬氧化物半導體 種類 η 氧化鈦 氧化鋅 轉換效率(%) 實施例Μ 化學式4(1) 2 1.7 1.9 實施例1-2 化學式4(2) 2 0.7 0.9 實施例Μ 化學式4(3) 2 0.6 0.7 實施例1-4 化學式4(4) 0 2.5 3.4 實施例1-5 化學式5(1) 1 0.7 0.9 實施例1-6 化學式5(2) 1 3.5 4.7 實施例1-7 化學式5(3) 1 3.9 5.9 實施例1-8 化學式5(4) 3 0.2 0.4 實施例1·9 化學式6(1) 1 3.0 4.8 實施例Μ0 化學式6(2) 1 3.2 5.0 實施例Ml 化學式6(3) 1 3.3 5.1 實施例M2 化學式7(1) 2 1.3 2.6 實施例M3 化學式7(2) 2 1.1 2.6 實施例M4 化學式7(3) 2 1.3 2.7 實施例M5 化學式8(1) 2 0.9 2.7 實施例M6 化學式8(2) 2 1.1 3.2 實施例M7 化學式8(3) 2 1.5 3.4 比較例1-1 化學式12(1) 0.1 0.2 比較例1-2 化學式12(2) - 0.09 0.01 -42- 200849618 如表1所示,色料14係含有化學式4〜化學式8所示 化合物之實施例1 - 1〜1〜1 7,轉換效率比未含有該等化合 物之比較例1 -1及1 -2高。亦即,確認色料1 4藉由含有具 有環狀或分枝結構的取代基之化學式4〜化學式8所示化 合物,與含有具有直鏈狀的取代基之化學式1 2時(比較例 1-1及1-2)比較時,能夠提升轉換效率。 在此,著眼於錨固基時,係以具有羧酸基作爲錨固基 之實施例1-1、1-2、1-4、1-9〜1-17,其轉換效率比具有磷 ί' 酸基、磺酸基、硼酸基之實施例1 - 3、1 - 5、1 - 8高。又,從 比較實施例1 -1與實施例1 -2,確認錨固基被包含於化學式 1所示之R5或R6時,能夠得到較高的轉換效率。 又,著眼於具有環狀或分枝結構的取代基之結構時, 從比較實施例1 -1〜1 -1 7,確認具有環狀或分枝結構之取代 基係具有環狀或分枝結構之烷基及具有芳香族環之烷基 時,能夠得到局轉換效率,其中,若是第三丁基、节基或 苄基的衍生物時,能夠得到更高的轉換效率。又,確認該 ^ 取代基被導入的位置係以作爲化學式1所式之Rl、R2、R3 及R4所組成群組中之至少1個的方式導入時,能夠得到更 高的轉換效率。而且,從實施例1 _ 9〜丨_丨丨的比較,及實 施例1 - 1 2〜1 - 1 7的比較,即便具有萘環之基或是具有聯苯 結構之基的情況,亦能夠得到與具有苄基時幾乎同等的轉 換效率,且具有苄基的數目越多,顯示能夠得到更高的轉 換效率之傾向。 又,著眼於化學式1所示之η時,轉換效率係n = 〇之 -43 - 200849618 貫施例1-4時爲2·5〜3.4°/。,η=ι之實施例丨乃〜^及u 〜1-11時爲0.7〜5.9%,n = 2之實施例卜丨〜卜3及1-12〜 1-17時爲0.6〜3.4%, n = 3之實施例卜8時爲〇·2〜〇.4%。 亦即’能夠得到充分的轉換效率之η的範圍爲〇以上、3 以下,其中,確認0以上、2以下時能夠得到優良的轉換 效率。特別是鋪固基爲羧酸基時,確認能夠得到比η爲1 時更優良的轉換效率。 而且’著眼於金屬氧化物半導體時,在實施例丨〜 1 - 1 7,使用氧化鋅時其轉換效率比使用氧化鈦時高。 由此,能夠確認色料1 4藉由含有具有錨固基且化學式 1所示之化合物’能夠提高轉換效率。此時,確認藉由使 具有化學式1所示之環狀或分枝結構之取代基係具有環狀 或分枝結構之烷基及具有芳香族環之烷基之任一者,能夠 得到高轉換效率,其中,以使用第三丁基、苄基或苄基的 衍生物,能夠得到更高的轉換效率。又,確認將化學式1 所式之由R1、R 2、R 3及R 4所組成群組中之至少1個,作 " 爲具有環狀或分枝結構之取代基,能夠得到更高的轉換效 率。又,確認使錨固基爲羧酸基時能夠得到高轉換效率, 且藉由使R5及R6中至少1個爲具有錨固基之基,能夠得 到高轉換效率,而且,確認化學式1所示之η爲0以上、3 以下爲佳,其中,0以上、2以下時能夠得到更高的轉換效 率。又,確認金屬氧化物半導體的材料以氧化鈦及氧化鋅 中至少1種爲更佳,特別是藉由使用氧化鋅,能夠得到更 高的轉換效率。 -44 - 200849618 (實施例2-1、2-2) 除了色料係使用具有錨固基且化學式2所示之化合物 之化學式14(1)所示之化合物(實施例2-1)、或是具有錨固 基且化學式3所示之化合物之化學式1 5所示之化合物(實 施例2 - 2 )來代替化學式4 (1 )所示之化合物以外,經由與實 施例1 - 1同樣的順序。 (比較例2) 除了色料係使用化學式1 6所示之化合物來代替化學 式15所示之化合物以外,經由與實施例2-2同樣的順序。 對該實施例2-1、2-2及比較例2之色料敏化型太陽電 池,與實施例1 - 1同樣地進行調查轉換效率時,得到如表2 所示之結果。又,表2係一倂顯示比較例1 -1、1 -2的結果。 [表 2] _ 金屬氧化物半導體 色料 氧化鈦 氧化鋅 轉換效率(%) 實施例2-1 化學式14(1) 0.2 0.5 實施例2-2 化學式15 _ 0.4 **=***=»--- 0.9 比較例2 化學式16 0.04 _________ 0.1 比較例Μ 化學式12(1) _ 0.1 0.2 比較例1-2 化學式12(2) 0.09 0.01 如表2所示,色料係使用化學式2所示之化合物時’ 亦能夠得到與表1所示的結果同樣的結果。亦即’色料14 -45 - 200849618 係含有化學式1 4 ( 1 )所示化合物之實施例2 -1,其轉換效率 比未含有該化合物之比較例1 -1、1 -2及比較例2高。 又,雖然在本實施例未顯示,確認藉由使化學式2由 所示之R 1 1〜R 1 4所組成群組中至少一個,係第三丁基或 苄基,能夠得到比以其他具有環狀或分枝結構之取代基更 高的轉換效率。又,確認藉由使錨固基爲羧酸基,能夠提 高轉換效率,且藉由使R 1 5及R 1 6中至少一個爲具有錨固 基之基,能夠得到更高的轉換效率。而且,確認化學式2 Γ 所示之y爲〇以上、3以下爲佳,其中,〇以上、2以下時 能夠得到更高的轉換效率。 由此,確認色料敏化型太陽電池藉由色料1 4含有具有 錨固基且由含有由化學式2所示之化合物,能夠提高轉換 效率。特別是藉由使用氧化鋅作爲作用電極1 〇的金屬氧化 物半導體的材料,能夠得到更高的轉換效率。 又,色料1 4係使用化學式3所示之化合物時,亦能夠 得到與表1所示的結果同樣的結果。亦即,色料1 4係含有 化學式15所示化合物之實施例2-2,其轉換效率比未含有 該化合物之比較例1 - 1、1 - 2及比較例2高。從該結果,化 學式3所示之化合物時,R30係具有鹵素基,且R29係形 成環狀結構,且具有使次甲基鏈成爲爲環的一部分的方式 含有之環狀結構時,具有環狀結構之取代基比具有分枝結 構之取代基,更能夠有效地抑制色料1 4在載體表面之結晶 化。 而且’雖然在本實施例未顯示,確認藉由使由化學式 -46- 200849618 3所示之R21〜R24所組成群組中至少一個係苄基,能夠得 到比以其他具有環狀之取代基更高的轉換效率。又,確認 藉由使錨固基爲羧酸基,能夠提高轉換效率,且藉由使R2 5 及R2 6中至少一個爲具有錨固基之基,能夠得到更高的轉 換效率。而且,亦確認化學式3所示之q爲1以上、3以 下爲佳,其中,1或2時能夠得到更高的轉換效率。 由此,確認色料敏化型太陽電池藉由色料1 4含有具有 錨固基且由含有由化學式3所示之化合物,能夠提高轉換 效率。特別是藉由使用氧化鋅作爲作用電極1 0的金屬氧化 物半導體的材料,能夠得到更高的轉換效率。 以上,舉出實施形態及實施例來說明了本發明,但是 本發明未限定於此等上述的實施形態及實施例所說明的態 樣,而能夠有各種的變形。例如,本發明的光電轉換元件 的使用用途未必係已說明的用途,亦能夠是其他的用途。 其他的用途可舉出例如光敏化器等。 【圖式簡單說明】 第1圖係本發明的一個實施形態之光電轉換元件的構 成之剖面圖。 第2圖摘錄並放大第1圖所示光電轉換元件的主要部 分之剖面圖。 【元件符號說明】 ^ 1° 作用電極 11 導電性基板 1 1 A 基板 -47- 200849618 1 1 B 導電層 12 金屬氧化物半導體層 1 2 A 緻密層 12B 多孔質層 14 色料 2 0 相向電極 21 導電性基板 22 導電層
30 電解質含有體 -48 -
Claims (1)
- 200849618 十、申請專利範圍: 1 · 一種光電轉換兀件’其知*徵係具備具有色料及售載該色 料之載體的電極之光電轉換元件’該色料含有具有錨固 基(anchoring group)且由化學式1所示之化合物, [化學式1](Rl、R2、R3、R4、R5、R6、R7 及 R8 係取代基,環 A 及環B係苯環或萘環,其中,由Rl、R2、R3、R4、R5、 R6、R7及R8所組成的群組中之至少1個係具有環狀或 分枝結構之取代基,πι及η係0以上的整數)。 2 .如申請專利範圍第1項之光電轉換元件,其中該具有環 狀或分枝結構之取代基係具有環狀或分枝結構之烷基及 具有芳香族環之烷基之任一者。 3 ·如申請專利範圍第1或2項之光電轉換元件,其中由該 化學式1所示之Rl、R2、R3及R4所組成的群組中之至 少1個係具有該環狀或分枝結構之取代基。 4 ·如申請專利範圍第1至3項中任一項之光電轉換元件’ 其中該具有環狀或分枝結構之取代基係苄基、节基衍生 物或第三丁基。 5 ·如申請專利範圍第1至4項中任一項之光電轉換兀件’ 其中該錨固基係羧酸基。 -49 -200849618 6 ·如申請專利範圍第1至5項中任一項之光電轉換 其中該化學式1所示之R5及R6中之至少1個係 錨固基之基。 7 .如申請專利範圍第1至6項中任一項之光電轉換 其中該化學式1所示之η係3以下。 8 ·如申請專利範圍第1至7項中任一項之光電轉換 其中該載體係含有氧化鋅及氧化鈦中之至少1種 9. 一種光電轉換元件,其特徵係具備具有色料及負 料之載體的電極之光電轉換元件,該色料含有具 基且由化學式2所示之化合物, [化學式2] 元件, 具有該 元件, 元件, 〇 載該色 有錨固(Rll、 R12、 R13、 R14、 R15、 R16、 R17 及 R18 基,環C及環D係苯環或萘環。其中,由R11、R12 R14、R15、R16、R17及R18所組成的群組中之 個係具有環狀或分枝結構之取代基,r丨9係氫基 基,亦可互相鍵結而形成環狀結構,R20係氫基或 素基以外之取代基,其中R19及R20中之至少1 代基,X及y係〇以上的整數)。 1 0 ·如申請專利範圍第9項之光電轉換元件,其中該 狀或分枝結構之取代基係具有環狀或分枝結構之 係取代 、R1 3、 至少1 或取代 除了 _ 個係取 具有壤 院基及 -50- 200849618 具有芳香族環之烷基之任一者。 11.如申請專利範圍第9或10項之光電 化學式2所示之R11、R12、R13及 之至少1個係具有該環狀或分枝結才 1 2 .如申請專利範圍第9至1 1項中任一 其中該具有環狀或分枝結構之取代 基。 1 3 .如申請專利範圍第9至1 2項中任一 其中該錨固基係羧酸基。 1 4.如申請專利範圍第9至1 3項中任一 其中該化學式2所示之R15及R16 該錨固基之基。 1 5 .如申請專利範圍第9至1 4項中任一 其中該化學式2所示之y係3以下 1 6.如申請專利範圍第9至1 5項中任一 其中該載體係含有氧化鋅及氧化鈦 1 7 . —種光電轉換元件,其特徵係具備 料之載體的電極之光電轉換元件, 基且由化學式3所示之化合物, [化學式3 ] 轉換元件,其中該由 R 1 4所組成的群組中 _之取代基。 項之光電轉換元件, 基係苄基、或第三丁 項之光電轉換元件, 項之光電轉換元件, 中之至少1個係具有 項之光電轉換元件, 〇 項之光電轉換元件, 中之至少1種。 具有色料及負載該色 該色料含有具有錨固200849618 (R21、 R22、 R23 > R24 > R25 > R26 > R27 及 R28 係取代 基,環E及環F係苯環或萘環,其中,由R21、R22、r23、 R24、R25、R26、R27及R28所組成的群組中之至少i 個係具有環狀結構之取代基,R2 9係氫基或取代基,亦可 互相鍵結而形成環狀結構,R3 0係氫基或鹵素基,其中 R3 0中之至少1個係鹵素基,p係0以上的整數,q係1 以上的整數)。 1 8 .如申請專利範圍第1 7項之光電轉換元件,其中該具有環 〇 狀結構之取代基係具有環狀結構之烷基及具有芳香族環 之院基之任一者。 1 9 .如申請專利範圍第1 7或1 8項之光電轉換元件,其中由 該化學式3所示之R21、R22、R23及R24所組成的群組 中之至少1個係具有該環狀結構之取代基。 2 0 .如申請專利範圍第1 7至1 9項中任一項之光電轉換元 件,其中該具有環狀之取代基係苄基。 2 1.如申請專利範圍第17至20項中任一項之光電轉換元 I 件,其中該錨固基係羧酸基。 2 2 .如申請專利範圍第1 7至2 1項中任一項之光電轉換元 件,其中由該化學式3所示之R2 5及R26之至少1個係 具有該錯固基之基。 2 3 .如申請專利範圍第1 7至2 2項中任一項之光電轉換元 件,其中該化學式3所示之q係3以下。 2 4 .如申請專利範圍第1 7至2 3項中任一項之光電轉換元 件,其中該載體係含有氧化鋅及氧化鈦中之至少1種。 -52-
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