TWI567082B - A photoelectric conversion element, a photoelectrochemical cell, and a metal complex pigment used therein - Google Patents

A photoelectric conversion element, a photoelectrochemical cell, and a metal complex pigment used therein Download PDF

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Description

光電變換元件、光電化學電池及其中使用的金屬絡合物色素
本發明係關於一種光電變換元件、光電化學電池及其中所用的金屬絡合物色素。
光電變換元件被用於各種光感測器、影印機、及太陽能電池等中。在實用化的該光電變換元件中,包括使用了金屬的、使用了半導體的、使用了有機顏料或色素的、或者將它們組合而成的等各種方式。利用非枯竭性的太陽能的太陽能電池作為不需要燃料、及利用取之不盡的清潔能量的裝置,其真正的實用化受到很大的期待。其中,矽系太陽能電池很久以前已進行了研究開發。各國也有政策上的考慮,正在推進普及。但由於矽屬於無機材料,在生產率及分子修飾方面自然受到限制。
所以,正在積極地進行色素敏化型太陽能電池的研究。尤其成為其契機的是瑞士洛桑工科大學的Graetzel等的研究成果。他們採用了在多孔氧化鈦薄膜的表面固定包含釕絡合物的色素的結構,實現了媲美無定形矽的變換效率。由此,色素敏化型太陽能電池就一躍而成為世界的研究者所關注的對象。
專利文獻1中,記載有應用該技術的:使用了 以釕絡合物色素敏化的半導體微粒的色素敏化光電變換元件。此外,其後為了適於提高光電變換效率,又繼續開發釕絡合物系敏化色素(參照專利文獻2)。
現有技術文獻
專利文獻
專利文獻1:美國專利第5,463,057號說明書。
專利文獻2:美國專利申請公開第2010/0258175號說明書。
三聯吡啶系的色素一般多使用N749。上述專利文獻2是對其加以改良的方案。在這些文獻中,短波長側的ε提高,而700nm以上的長波長側的ε很低。利用該ε的提高可以減少色素使用量,然而為了有效利用長波長側的光,700nm以上的長波長側的ε提高就成為課題。
有鑒於上述本技術領域的現狀,本發明的目的在於:提供可以提高長波長側的ε、實現高耐熱耐久性的光電變換元件、光化學電池、以及其中所用的色素。此外,本發明的目的另在於:使用上述色素,達成高光電變換效率,提供長波長下的ε與IPCE(Incident Photon-to-Current Efficiency,入射光子光轉換效率)高的光電變換元件、光電化學電池及它們中所用的金屬絡合物色素。
上述的問題可以利用以下的途徑解決。
<1>一種光電變換元件,是具有在導電性支承體上側配設了感光體層、電荷移動體層、和對電極的層疊結構的光電變換元件,其中上述感光體層具有吸附有色素的半導體微粒的層,該色素是以下述式(1)表示的金屬絡合物色素。
M1L1L2Z1 (1)
式(1)中,M1為金屬原子,Z1為單齒的配體。L1為以下述式(L1)表示的三齒的配體。L2為以下述式(L2)表示的二齒的配體。
式(L1)中,Za、Zb及Zc為形成五或六元環所必需的非金屬原子組。其中,Za、Zb及Zc所形成的環當中的至少1個具有酸性基。
式(L2)中,R1表示烷基、烷硫基、烷氧基、鹵素原子或芳香族基。m1表示0至3的整數。E以下述式(L2-1)至(L2-6)的任意一個表示。
式(L2-1)至(L2-6)中,R表示烷基、烷氧基、鹵素原子、芳香族基或雜環基。m表示0以上的整數。*表示與吡啶環的結合位置。G1以下述式(G1-1)至(G1-7)的任意一個表示。
式(G1-1)至(G1-7)中,X表示O原子、S原子、Se原子、NRA、CRA 2或SiRA 2。其中,RA為氫原子、烷基或芳香族基。na為0至3的整數。nb為1至3的整數。nc為0至2的整數。ma為0至4的整數。而且,式(G1-1)中na與nb的和為2以上。
Ra、Rb、Rd及Re各自獨立地為氫原子、烷基、烷氧基、烷硫基、或氨基。Rc為氫原子、烷基、鏈烯基、 炔基、烷氧基、烷硫基或氨基。
<2>根據<1>所述的光電變換元件,其中,所述M1為Ru。
<3>根據<1>或<2>所述的光電變換元件,其中,所述L1以下述式(L1-2)表示。
式(L1-2)中,R7、R8及R9各自獨立地為氫原子、烷基、雜芳基、芳基或酸性基。其中,R7、R8及R9當中的至少1個是酸性基。
<4>根據<1>至<3>中任一項所述的光電變換元件,其中,所述金屬絡合物色素以下述式(1-1)表示。
式(1-1)中,R7至R9與式(L1-2)中的同義。Z2為異硫氰酸酯基、異硒氰酸酯基、異氰酸酯基、鹵素原子或氰基。
G1與式(L2)中的同義;R10為氫原子、烷基、全氟烷基、芳香族基或雜環基。
<5>根據<4>所述的光電變換元件,其中,所述金屬絡合物色素以下述式(1-2)表示。
式(1-2)中,R7至R9與式(L1-2)中的同義。R10與式(1-1)中的同義。R11為氫原子、烷基、烷氧基或氨基。R12為烷基、烷氧基或烷硫基。n12為0至2的整數。
<6>根據<1>至<5>中任一項所述的光電變換元件,其中,含有以多種經色素敏化的半導體微粒。
<7>根據<6>所述的光電變換元件,其中,所述色素當中的至少一種的最大吸收波長在四丁基氫氧化銨甲醇溶液中為590nm以上。
<8>根據<1>至<7>中任一項所述的光電變換元件,其中,在所述感光體層的半導體微粒表面負載有具有1個以上的酸性基的共吸附劑。
<9>根據<8>所述的光電變換元件,其中,所述共吸附劑以下述式(3)表示。
式(3)中,Ac表示酸性基。Rg表示取代基。n為0以上的整數。
<10>一種色素敏化太陽能電池,其具有所述<1>至<9>中任一項所述的光電變換元件。
<11>一種金屬絡合物色素,其以下述式(1)表示。
M1L1L2Z1 (1)
式(1)中,M1為金屬原子,Z1為單齒的配體。L1為以下述式(L1)表示的三齒的配體。L2為以下述式(L2)表示的二齒的配體。
式(L1)中,Za、Zb及Zc為形成五或六元環所必需的非金屬原子組。其中,Za、Zb及Zc所形成的環當中的至少1個具有酸性基。
式(L2)中,R1為烷基、烷硫基、烷氧基、鹵素原子、芳香族基或雜環基。m1為0至3的整數。E以下述式(L2-1)至(L2-6)的任意一個表示。
式(L2-1)至(L2-6)中,R為烷基、烷氧基、鹵素原子、芳香族基或雜環基。m為0以上的整數。*為與吡啶環的結合位置。G1以下述式(G1-1)至(G1-7)的任意一個表示。
式(G1-1)至(G1-7)中,X為O原子、S原子、Se原子、NRA、CRA 2或SiRA 2。其中,RA為氫原子、烷基或芳香族基。na為0至3的整數。nb為1至3的整數。nc為0至2的整數。ma為0至4的整數。而且,式(G1- 1)中na與nb的和為2以上。
Ra、Rb、Rd及Re各自獨立地為氫原子、烷基、烷氧基、烷硫基或氨基。Rc為氫原子、烷基、鏈烯基、炔基、烷氧基、烷硫基或氨基。
本說明書中,所謂芳香環,表示包括芳香族環及雜環(芳香族雜環及並非芳香族的雜環),其既可以是單環,也可以是稠環。對於碳-碳雙鍵,在分子記憶體有E型及Z型的情況,無論是哪種情況都可以。在具有多個以特定的符號表示的取代基時,或者在將多個取代基或配體(包括取代基數)等同時或擇一地規定時,各個取代基或配體等彼此既可以相同也可以不同。另外,在多個取代基或配體靠近時,它們也可以彼此連結或縮合而形成環。
利用本發明的高光電變換元件、光化學電池及其中所用的金屬絡合物色素,可以提高長波長側的ε,並且實現高耐熱耐久性。此外,根據本發明,可以達成高光電變換效率,發揮出長波長下的ε和IPCE(Incident Photon-to-Current Efficiency)高的優異的元件性能。
對於本發明的上述及其他的特徵及優點,將適當地參照附圖由下述的記述進一步闡明。
1‧‧‧導電性支承體
2‧‧‧感光體層
21‧‧‧色素
22‧‧‧半導體微粒
45‧‧‧半導體層
46‧‧‧光散射層
40‧‧‧光電極
20‧‧‧色素敏化型太陽能電池
23‧‧‧CdSe量子點
3‧‧‧電荷移動體層
4‧‧‧對電極
5‧‧‧受光電極
6‧‧‧電路
10‧‧‧光電變換元件
100‧‧‧光電化學電池
M‧‧‧電動機(風扇)
41‧‧‧透明電極
42‧‧‧半導體電極
43‧‧‧透明導電膜
44‧‧‧基板
CE‧‧‧對電極
E‧‧‧電解質
S‧‧‧間隔件
51‧‧‧透明基板
52‧‧‧透明導電膜
53‧‧‧遮罩層
54‧‧‧n型半導體電極
55‧‧‧p型半導體層
56‧‧‧p型半導體膜
57‧‧‧對電極
57a‧‧‧突起部
圖1是示意性地表示本發明的光電變換元件的一個實施方式的剖面圖。
圖2是示意性地表示實施例1中製作的色素敏化型太陽 能電池的剖面圖。
圖3是示意性地表示實施例2中製作的色素敏化型太陽能電池的剖面圖。
圖4是示意性地表示實施例3中製作的色素敏化型太陽能電池中相對於圖1中所示的光電變換元件的變形例的放大部分(圓)的剖面圖。
本發明具有相對於中心金屬配位元的包含氮的三齒配體和包含氨的二齒配體的結構,這樣,在光電變換元件中,即使在超過700nm這樣的長波長區域中也會發揮出高IPCE,ε高,實現了高光電變換效率。
雖然其理由包含未解明的方面,然而可以推定出如下所示地說明。可以認為,本發明的色素包含含有雜環的配體的特定的結構係有助於擴大共軛體系,這樣就會提高長波長側的ε。特別是由乙烯基的導入帶來的共軛體系的擴大所造成的上述效果優良。另外如果導入亞炔基,則由於可以保持平面性,實現共軛伸長,因此ε提高的效果高。此外如果雜環是噻吩,則由於利用非定域化使單電子氧化狀態穩定化,因此可以期待耐久性提高的效果。以下將基於較佳的實施方式對本發明進行詳細說明。
〔元件的結構〕
參照附圖,對可以使用本發明的色素的光電變換元件的較佳的一個實施方式進行說明。如圖1所示,光電變換元件10由導電性支承體1、依次配置於導電性支承 體1上的感光體層2、電荷移動體層3、以及對電極4構成。利用所述導電性支承體1和感光體層2構成受光電極5。該感光體層2具有半導體微粒22和色素21,色素21在其至少一部分中吸附於半導體微粒22上(色素處於吸附平衡狀態,也可以一部分存在於電荷移動體層中)。形成有感光體層2的導電性支承體1在光電變換元件10中作為作用電極發揮作用。使該光電變換元件10在外部電路6中工作,就可以作為光電化學電池100工作。
受光電極5是由導電性支承體1及塗設於導電性支承體1上的包含吸附有色素21的半導體微粒22的感光體層(半導體膜)2構成的電極。射入感光體層(半導體膜)2的光將色素激發。激發色素為具有能量高的電子。所以該電子被從色素21轉移到半導體微粒22的導帶,再利用擴散到達導電性支承體1。此時色素21的分子就變為氧化體。受激發而氧化的色素會從電解質中的還原劑(例如I-)接收電子,以變回基態色素,從而使光電化學電池發揮作用。此時,受光電極5係用於使該電池的負極起作用。
本實施形態的光電變換元件在導電性支承體上具有感光體層,其具有吸附有後述的色素的半導體微粒的層。此時在色素中也可以局部地有在電解質中發生解離等的現象。感光體層可以根據目的而設計,既可以是單層結構,也可以是多層結構。本實施形態中的光電變換元件的感光體層中,含有吸附特定色素的半導體微粒,因此靈敏度高,在光電化學電池使用的情況下,可以獲得高光電 變換效率。
而且,雖然光電變換元件的上下沒有特別規定,然而在本說明書中,如果基於圖式的情況來說,將對電極4的一側設為上部(頂部)的方向,將成為受光側的支承體1的一側設為下部(底部)的方向。
〔以式(1)表示的色素〕
本發明的色素以下述式(1)表示。
M1L1L2Z1 (1)
<M1>
M1表示金屬原子。M1較佳可為4配位或6配位元的金屬,更佳為Ru、Fe、Os、Cu、W、Cr、Mo、Ni、Pd、Pt、Co、Ir、Rh、Re、Mn或Zn。再更佳為Ru、Os、Zn或Cu,最佳為Ru。
<L1>
L1以下述式(L1)表示。
Za、Zb、Zc:式(L1)中,Za、Zb及Zc各自獨立,表示形成五或六元環所必需的非金屬原子組。其中,Za、Zb及Zc所形成的環當中的至少1者具有酸性基。
由Za、Zb及Zc形成的五元環或六元環可以被取代也可以不被取代,既可以是單環,也可以是稠環。Za、 Zb及Zc的環構成原子較佳為選自碳原子、氮原子、氧原子、硫原子及磷原子中的原子,在該原子中也可以取代有包含氫原子、鹵素原子的取代基。
由Za、Zb及Zc形成的環更較佳為芳香族環。在五元環的情況下較佳形成咪唑環、噁唑環、噻唑環或三唑環,在六元環的情況下,較佳形成吡啶環、嘧啶環、噠嗪環或吡嗪環。其中更佳為咪唑環或吡啶環。
酸性基Ac:本發明中所謂酸性基,是具有解離性的質子的取代基,例如可為羧基、膦醯基、磷醯基、磺基、硼酸基等、或者具有它們的任意一種的基團,較佳為羧基或者具有它的基團。另外,酸性基還可以採用釋放出質子而解離的形式,也可以是鹽類。變為鹽類之抗衡離子沒有特別限定,例如,可以舉出下述抗衡離子CI中的正的離子的例子。如上所述本發明中,酸性基也可以是借助連結基結合的基團,例如可將羧基亞乙烯基、二羧基亞乙烯基、氰基羧基亞乙烯基、羧基苯基等作為較佳的例子而列舉出。而且,有時將舉出的酸性基及其較佳的範圍稱作酸性基Ac。
L1較佳以下述式(L1-1)表示。
‧A1、A2、A3
式(L1-1)中A1、A2、A3各自獨立地表示酸性基。作為A1、A2、A3較佳作為上述酸性基Ac舉出的例子。
R2至R4:R2至R4各自獨立表示之取代基。R2至R4的該取代基例如可以舉出後述的取代基T。作為R2至R4較佳為烷基、雜芳基、芳基、炔基、烷氧基、氨基,更較佳為烷基、雜芳基、芳基,特別較佳為雜芳基。
b1至b3、c1至c3:b1、b3及c1、c3各自獨立為0至4的整數,b2、c2各自獨立為0至3的整數。但是,沒有c1至c3全都為0的情況。
L1更較佳以下述式(L1-2)表示。
R7至R9:式(L1-2)中,R7、R8及R9各自獨立為氫原子、烷基、雜芳基、芳基或酸性基。R7、R8及R9當中的至少1者是酸性基,該酸性基較佳為前述之酸性基Ac。
L1的具體例可列舉如下述例子,然而本發明並不受其限定地解釋。
[化16]
<L2(式(L2))>
L2以下述式(L2)表示。
R1:R1為烷基、烷硫基、烷氧基、鹵素原子、芳香族基或雜環基。m1為2以上時多個R1既可以相同也可以不同,也可以彼此結合而形成環。
m1:m1為0至3的整數。
E:E係以下述式(L2-1)至(L2-6)的任意一個表示。
R為烷基、烷氧基、鹵素原子、芳香族基或雜環基。其中,在存在多個R的情況下,它們既可以相同也可以不同。m為0以上的整數。m的上限是各式中的可取代數,如果是式(L2-1)則為3。*表示與吡啶環的結合位 置。
它們當中較佳為(L2-1)、(L2-2)、(L2-4)、(L2-5)、(L2-6),更較佳為(L2-2)、(L2-4)、(L2-5),最較佳為(L2-2)。
G1:G1以下述式(G1-1)至(G1-7)的任意一者表示。
X為O原子、S原子、Se原子、NRA、CRA 2或SiRA 2。其中,RA為氫原子、烷基、或芳香族基。na為0至3的整數。nb為1至3的整數。nc為0至2的整數。ma為0至4的整數。而且,式(G1-1)中na與nb的和為2以上。
Ra、Rb、Rd、Re各自獨立為氫原子、烷基、烷氧基、烷硫基或氨基。Rc為氫原子、烷基、鏈烯基、炔基、烷氧基、烷硫基或氨基。
它們當中較佳為(G1-1)、(G1-2)、(G1-3)、(G1-5)、(G1-6)、(G1-7),更較佳為(G1-1)、(G1 -2)、(G1-3)、(G1-6),特別較佳為(G1-1)、(G1-2)。
作為X較佳為S原子、Se原子、O原子、CRA 2、SiRA 2,更較佳為S原子、O原子、CRA 2,特別較佳為S原子。
將L2的具體例表示如下,然而本發明並不受這些例子而限制。
<配體Z1>
Z1表示單齒的配體。Z1例如可以舉出選自醯氧基、醯硫基、硫代醯氧基、硫代醯硫基、醯胺基氧基、硫代氨基甲醯基、二硫代氨基甲醯基、硫代碳酸酯基、二硫代碳酸酯基、三硫代碳酸酯基、醯基、硫代氰酸酯基、異硫氰酸酯基、氰酸酯基、異氰酸酯基、硒酸酯基、異硒酸酯基、異硒氰酸酯基、氰基、烷硫基、芳硫基、烷氧基及芳氧基中的基配位的單齒的配體:或選自鹵素原子、膦配體、羰基、二烷基酮、碳醯胺、硫代碳醯胺及硫脲中的單齒的配體。作為Z1較佳為異硫氰酸酯基、異硒氰酸酯基、 異氰酸酯基、鹵素原子或氰基。而且在配體Z1包含烷基部位、鏈烯基部位、炔基部位、亞烷基部位等的情況下,它們既可以是直鏈狀也可以是支鏈狀,既可以被取代也可以無被取代。另外在包含芳基部位、雜環部位、環烷基部位等的情況下,它們既可以被取代也可以不被取代,既可以是單環也可以是稠環。
以下,給出本發明的以式(1)表示的金屬絡合物色素的具體例,然而本發明並不限定於它們。
而且,雖然將配體以與金屬原子配位元的狀態表示,也就是將以陰離子配位的原子用陰離子表示,然而不一定需要以陰離子配位元。
另外,金屬絡合物色素是,雖然省略了抗衡離子,然而並非不需要抗衡離子,而可以保持任意的抗衡離子的物質。作為抗衡離子可以舉出後述的式(2)中的CI。
在將本發明的金屬絡合物色素用於後述的光電變換元件中的情況下,既可以單獨使用,也可以與其他 的色素並用。這些色素當中的至少一種色素(用本發明的以式(1)表示的金屬絡合物色素以外的色素並用的色素)較佳最長波長側的最大吸收波長在0.34mmol/L四丁基氫氧化銨甲醇溶液中為590nm以上,更較佳為600nm以上。
通過與在比本發明的以式(1)表示的金屬絡合物色素更長波長側有效地進行光電變換的色素組合,就可以有效地對太陽光進行光電變換。作為所組合的色素,較佳為卟啉系色素、方酸系色素、酞菁色素,更佳為卟啉系色素、方酸系色素,再更佳為方酸系色素。卟啉系色素當中較佳為2核絡合物,方酸系色素當中較佳為具有2個方酸骨架的雙方酸。
(以式(2)表示的金屬絡合物色素)
在上述的色素以外,通過與金屬絡合物色素並用,可以控制彼此的吸附狀態,從而達成比各自更高的光電變換效率和耐久性。
作為其他的金屬絡合物色素,較佳為以下述式(2)表示的金屬絡合物色素。
MzL3 m3L4 m4YmY‧CI (2)
金屬原子Mz:Mz與式(1)中的M1同義。
*L3(式(L3))
L3表示以下述式(L3)表示的二齒的配體。
m3:m3為0至3的整數,m3較佳為1至3,更較佳為1。在m3為2以上時,多個L3彼此既可以相同也可以不同。
Ac:Ac為酸性基。在存在多個Ac的情況下,它們彼此既可以相同也可以不同。Ac與式(1)中定義的相同,較佳的範圍也相同。Ac取代在吡啶環上或者其取代基的哪個原子上都可以。
Ra:Ra為取代基,在存在多個Ra的情況下,它們彼此既可以相同也可以不同。
作為Ra的取代基,可以舉出後述的取代基T的取代基。Ra較佳為烷基、鏈烯基、環烷基、芳基、雜環基、烷氧基、芳氧基、烷氧基羰基、氨基、醯基、磺醯胺基、醯氧基、氨基甲醯基、醯胺基、氰基或鹵素原子,更佳為烷基、鏈烯基、芳基、雜環基、烷氧基、烷氧基羰基、氨基、醯胺基或鹵素原子,再更佳為烷基、鏈烯基、烷氧基、烷氧基羰基、氨基或醯胺基。
Rb:Rb為烷基或芳香環基。作為芳香環基,較佳為 碳原子數6至30的芳香環基,例如為苯基、取代苯基、萘基、取代萘基等。作為雜環(heterocyclo)基,較佳為碳原子數1至30的雜環基,例如為2-噻吩基、2-吡咯基、2-咪唑基、1-咪唑基、4-吡啶基、3-吲哚基及將它們組合2個以上而縮合或連結而成的基。更較佳舉出具有1至3個給電子基的雜環基,進一步較佳舉出噻吩基及將2個以上的噻吩基縮合或連結而成的基。
其中,上述的給電子基較佳為烷基、鏈烯基、炔基、環烷基、烷氧基、芳氧基、氨基、醯胺基或羥基,更佳為烷基、烷氧基、氨基或羥基,再更佳為烷基。
e1、e2:e1、e2各自獨立為0至5的整數,較佳0至3的整數,更較佳0至2的整數。
‧Lc及Ld
Lc及Ld各自獨立地為共軛鏈,例如由亞芳基、雜亞芳基、亞乙烯基及亞乙炔基的至少1個構成的共軛鏈。共軛鏈(亞芳基、雜亞芳基)既可以無被取代也可以具有取代基。在亞乙烯基具有取代基的情況下,該取代基較佳為烷基,更佳為甲基。Lc及Ld各自獨立,較佳為碳數2至6個的共軛鏈,更佳為噻吩二基、亞乙烯基、亞丁二烯基、亞乙炔基、亞丁二炔基、甲基亞乙烯基或二甲基亞乙烯基,再更佳為亞乙烯基或亞丁二烯基,最佳為亞乙烯基。Lc與Ld既可以相同也可以不同,然而較佳為相同。而且,在共軛鏈包含碳-碳雙鍵的情況下,各雙鍵既可以是E型也可 以是Z型,還可以是它們的混合物。
e3:e3為0或1。特別是在e3為0時,式(L3)中,紙面的右側的f較佳為1或2,在e3為1時,同樣地,紙面的右側的f較佳為0或1。f的總和較佳為0至2的整數。
g為0至3的整數,多個g彼此既可以相同也可以不同。g較佳為0至2的整數。
f:f為0至3的整數。存在有多個的f彼此既可以相同也可以不同。f的和為1以上,在配體L3具有至少1個酸性基時,式(2)中的m3較佳為2或3,更佳為2。在f為2以上時,存在有多個的Ac彼此既可以相同也可以不同。式(L3)中,紙面的左側的f較佳為0或1,同樣地,紙面的右側的f較佳為0至2的整數。
式(2)中的配體L3較佳為以下述通式(L3-1)、(L3-2)或(L3-3)表示的結構。
式中,Ac、Ra、f、g及e3與所述通式(L3)中的同義。其中,-N(Ra)(Ra)中的Ra也可以是氫原子。e4為0至4的整數。
*L4(式(L4))
L4表示以下述式(L4)表示的二齒或三齒的配體。
式(L4)中,Zd、Ze及Zf表示形成五或六元環所必需的非金屬原子組。h表示0或1。其中,Zd、Ze及Zf所形成的環當中的至少1個具有酸性基。
m4:m4為1至3的整數,較佳為1或2。在m4為2以上時,多個L4彼此既可以相同也可以不同。
Zd、Ze、Zf:Zd、Ze及Zf與式(1)的Za、Zb、Zc同義。
h:h表示0或1。h較佳為0,L4較佳為二齒配體。
配體L4較佳以下述式(L4-1)至(L4-8)中的任意一個表示,更佳以式(L4-1)、(L4-2)、(L4-4)、或(L4-6)表示,再更佳以式(L4-1)或(L4-2)表示,尤其是最佳以式(L4-1)表示。
式中,Ac表示酸性基或其鹽。Ac較佳作為所述的酸性基Ac舉出的。在i為2以上的情況下,存在有多個的Ac彼此既可以相同也可以不同。
式中,Ra與式(1)中的同義。其中,取代在N 位(上述的咪唑環的氮原子上)的Ra也可以是氫原子。
i表示0以上的可以取代的碳的位置的數(整數)。另外,存在有多個的i彼此既可以相同也可以不同。
而且,可取代數表示於式的編號的橫的( )中。在存在有多個Ra的情況下,它們也可以彼此連結、或者縮合而形成環。
而且,上述式L4-1至L4-8中,將結合鍵延伸到給定的芳香環地表示取代基Ra,然而並不限定於取代在該芳香環上。也就是說,例如,式L4-1中,是Ac、Ra取代在紙面的左側的吡啶環上的形態,然而也可以它們取代在紙面的右側的吡啶環上的形態。
*配體Y:式(2)中,Y表示單齒或二齒的配體。mY表示配體Y的數。mY表示0至2的整數,mY較佳為1或2。Y為單齒配體時,mY較佳為2,Y為二齒配體時,mY較佳為1。mY為2以上時,多個Y彼此既可以相同也可以不同,多個Y也可以彼此連結。
配體Y較佳為選自醯氧基、硫代醯硫基、醯胺基氧基、二硫代氨基甲醯基、二硫代碳酸酯基、三硫代碳酸酯基、硫代氰酸酯基、異硫氰酸酯基、氰酸酯基、異氰酸酯基、氰基、烷硫基、芳硫基、烷氧基及芳氧基中的基配位的配體、或者由鹵素原子、羰基、1,3-二酮或硫脲構成的配體。更佳為以選自醯氧基、醯胺基氧基、二硫代氨基甲醯基、硫代氰酸酯基、異硫氰酸酯基、氰酸酯基、 異氰酸酯基、氰基或芳硫基中的基配位的配體、或者由鹵素原子、1,3-二酮或硫脲構成的配體,再更佳為以選自二硫代氨基甲醯基、硫代氰酸酯基、異硫氰酸酯基、氰酸酯基及異氰酸酯基中的基配位的配體、或者由鹵素原子或1,3-二酮構成的配體,最佳為以選自二硫代氨基甲醯基、硫代氰酸酯基及異硫氰酸酯基中的基配位的配體、或者由1,3-二酮構成的配體。而且在配體Y包含烷基部位、鏈烯基部位、炔基部位、亞烷基部位等的情況下,它們既可以是直鏈狀也可以是支鏈狀,既可以被取代也可以無被取代。另外,在包含芳基部位、雜環部位、環烷基部位等的情況下,它們既可以被取代也可以無被取代,既可以是單環也可以是稠環。
Y為二齒配體時,Y較佳為以選自醯氧基、醯硫基、硫代醯氧基、硫代醯硫基、醯胺基氧基、硫代氨基甲醯基、二硫代氨基甲醯基、硫代碳酸酯基、二硫代碳酸酯基、三硫代碳酸酯基、醯基、烷硫基、芳硫基、烷氧基及芳氧基中的基配位的配體、或者由1,3-二酮、碳醯胺、硫代碳醯胺、或硫脲構成的配體。Y為單齒配體時,Y較佳為以選自硫代氰酸酯基、異硫氰酸酯基、氰酸酯基、異氰酸酯基、氰基、烷硫基、芳硫基中的基配位的配體、或者由鹵素原子、羰基、二烷基酮、硫脲構成的配體。
*抗衡離子CI:式(2)中的CI表示為將電荷中和而需要抗衡離子時的抗衡離子。一般來說,色素是陽離子還是陰離子, 或者是否具有實質性的離子電荷,取決於色素中的金屬、配體及取代基而定。
也可以通過使取代基具有解離性基等,使式(2)的色素解離而帶有負電荷。該情況下,式(2)的色素整體的電荷由於CI而為電中性。
在抗衡離子CI為正的抗衡離子的情況下,例如,抗衡離子CI為無機或有機的銨離子(例如四烷基銨離子、吡啶鎓離子等)、鹼金屬離子或質子。
在抗衡離子CI為負的抗衡離子的情況下,例如,抗衡離子CI既可以是無機陰離子也可以是有機陰離子。例如,可以舉出鹵素陰離子(例如氟化物離子、氯化物離子、溴化物離子、碘化物離子等)、取代芳基磺酸離子(例如對甲苯磺酸離子、對氯苯磺酸離子等)、芳基二磺酸離子(例如1,3-苯二磺酸離子、1,5-萘二磺酸離子、2,6-萘二磺酸離子等)、烷基硫酸離子(例如甲基硫酸離子等)、硫酸離子、硫氰酸離子、高氯酸離子、四氟硼酸離子、六氟磷酸鹽離子、苦味酸離子、乙酸離子、三氟甲磺酸離子等。此外,作為電荷均衡抗衡離子,也可以使用離子性聚合物或者具有與色素相反電荷的其他的色素,還可以使用金屬絡合離子(例如雙(苯-1,2-二硫代)鎳(III)等)。
*結合基:以式(2)表示的金屬絡合物色素較佳具有至少1個以上的結合或吸附在半導體微粒的表面的結合基(interlocking group)。更佳為在金屬絡合物色素中具有1 至6個該結合基,再更佳為具有1至4個。作為結合基可以舉出前面的Ac。
以下,給出本發明中較佳使用的係以式(2)表示的金屬絡合物色素的具體例,然而本發明並不限定於此。
而且,在下述具體例中的色素包含具有質子解離性基的配體的情況下,該配體也可以根據需要發生解離,釋放出質子(H+);本發明中也包含這些情況。
以所述式(2)表示的金屬絡合物色素可以用日本特開2001-291534號公報或該公報中引用的方法、或者依照這些方法的方法輕易地合成。
以式(2)表示的金屬絡合物色素在溶液中的極大吸收波長較佳為300至1000nm的範圍,更佳為350至950nm的範圍,再更佳為370至900nm的範圍。
本發明的光電變換元件及光電化學電池中,通過至少使用以所述式(1)表示的金屬絡合物色素、和以式(2)表示的金屬絡合物色素,利用寬範圍的波長的光,可以確保高變換效率。
對於以式(2)表示的金屬絡合物色素與以式(1)表示的金屬絡合物色素的配合比例,如果將前者設為R,將後者設為S,則以莫耳%的比計,為R/S=95/5至10/90,較佳為R/S=95/5至50/50,更佳為R/S=95/5至60/40,再更佳為R/S=95/5至65/35,最佳為R/S=95/5至70/30。
〔共吸附劑〕
本發明的光電變換元件中,較佳連同本發明的金屬絡合物色素或並用的色素一起使用共吸附劑。關於此種共吸附劑,較佳係具有羧基或其鹽的基的共吸附劑,關於該共吸附劑,可以舉出脂肪酸或具有甾類骨架的化合物。脂肪酸既可以是飽和脂肪酸也可以是不飽和脂肪酸,例如可以舉出丁酸、己酸、辛酸、癸酸、十六烷酸、十二烷酸、棕櫚酸、硬脂酸、油酸、亞油酸、亞麻酸等。
關於具有甾類骨架的化合物,可以舉出膽酸、 甘氨膽酸、鵝去氧膽酸、豬膽酸、去氧膽酸、石膽酸、熊去氧膽酸等。較佳為膽酸、去氧膽酸、鵝去氧膽酸,更佳為鵝去氧膽酸。
較佳的共吸附劑是以下述式(3)表示的化合物。
式中,Rg表示取代基。作為該取代基,可以舉出後述的取代基T的取代基。
Ac表示酸性基,與式(1)中的Ac同義。Ac較佳為具有酸性基的烷基。
n表示0以上的整數,在n為2以上時,多個Rg彼此既可以相同也可以不同。n較佳為2至4。
這些具體的化合物可以舉出作為上述的具有甾類骨架的化合物例示的化合物。
藉由使本發明的共吸附劑吸附在半導體微粒上,即會具有抑制色素之非有效的締合的效果,以及防止從半導體微粒表面向電解質中的氧化還原體系的逆電子移動的效果。共吸附劑的使用量沒有特別限定,然而從有效地體現出上述的作用的觀點考慮,相對於上述色素1莫耳,較佳為1至200莫耳,更佳為10至150莫耳,再更佳為20 至50莫耳。
<取代基T>
本說明書中對於化合物(包括絡合物、色素)係指除了用於該化合物本身以外,還用於包括其鹽、絡合物、其離子的意思。另外,在發揮所需的效果的範圍中,還有包括使特定的一部分變化而得的衍生物的意思。另外,關於本說明書中沒有明確標記取代和無被取代的取代基(對連結基及配體也相同),是也可以在該基中具有任意的取代基的意思。這對於沒有明確標記取代、無被取代的化合物也是同義。作為較佳的取代基,可以舉出下述取代基T。
另外,本說明書中,參照該取代基T的意思是記載為單純地只是作為取代基,另外,在僅記載有各個基(例如烷基)時,適用該取代基T所對應的基的較佳的範圍、具體例。
關於取代基T,可以舉出下述的例子。
可以舉出:烷基(較佳碳數1至20,例如甲基、乙基、異丙基、叔丁基、戊基、庚基、1-乙基戊基、苄基、2-乙氧基乙基、1-羧基甲基、三氟甲基等)、鏈烯基(較佳碳數2至20,例如乙烯基、烯丙基、油基等)、炔基(較佳碳數2至20,例如乙炔基、丁二炔基、苯基乙炔基等)、環烷基(較佳碳數3至20,例如環丙基、環戊基、環己基、4-甲基環己基等)、環鏈烯基(較佳碳數5至20的,例如 環戊烯基、環己烯基等)、芳基(較佳碳數6至26,例如苯基、1-萘基、4-甲氧基苯基、2-氯苯基、3-甲基苯基等)、雜環基(較佳碳數2至20,較佳具有至少1個氧原子、硫原子、氮原子的五或六元環的雜環基,例如2-吡啶基、4-吡啶基、2-咪唑基、2-苯並咪唑基、2-噻唑基、2-噁唑基等)、烷氧基(較佳碳數1至20,例如甲氧基、乙氧基、異丙氧基、苄氧基等)、鏈烯基氧基(較佳碳數2至20,例如乙烯基氧基、烯丙基氧基等)、炔基氧基(較佳碳數2至20,例如2-丙炔氧基、4-丁炔氧基等)、環烷基氧基(較佳碳數3至20,例如環丙基氧基、環戊基氧基、環己基氧基、4-甲基環己基氧基等)、芳氧基(較佳碳數6至26,例如苯氧基、1-萘基氧基、3-甲基苯氧基、4-甲氧基苯氧基等)、雜環氧基(例如咪唑基氧基、苯並咪唑基氧基、噻唑基氧基、苯並噻唑基氧基、三嗪基氧基、嘌呤基氧基)、烷氧基羰基(較佳碳數2至20的,例如乙氧基羰基、2-乙基己氧基羰基等)、環烷氧基羰基(較佳碳數4至20的,例如環丙基氧基羰基、環戊基氧基羰基、環己基氧基羰基等)、芳基氧基羰基(較佳碳數6至20,例如苯基氧基羰基、萘基氧基羰基等)、氨基(較佳碳數0至20,包括烷基氨基、鏈烯基氨基、炔基氨基、環烷基氨基、環鏈烯基氨基、芳基氨基、雜環氨基,例如氨基、N,N-二甲基氨基、N,N-二乙基氨基、N-乙基氨基、N-烯丙基氨基、N-(2-丙基)氨基、N-環己基氨基、N-環己烯基氨基、苯胺基、吡啶基氨基、咪唑基氨基、苯並咪唑基 氨基、噻唑基氨基、苯並噻唑基氨基、三嗪基氨基等)、氨磺醯基(較佳碳數0至20,較佳烷基、環烷基或芳基的氨磺醯基,例如N,N-二甲基氨磺醯基、N-環己基氨磺醯基、N-苯基氨磺醯基等)、醯基(較佳碳數1至20,例如乙醯基、環己基羰基、苯甲醯基等)、醯氧基(較佳碳數1至20,例如乙醯氧基、環己基羰基氧基、苯甲醯氧基等)、氨基甲醯基(較佳碳數1至20,較佳烷基、環烷基或芳基的氨基甲醯基,例如N,N-二甲基氨基甲醯基、N-環己基氨基甲醯基、N-苯基氨基甲醯基等)、醯胺基(較佳碳數1至20的醯胺基,例如乙醯基氨基、環己基羰基氨基、苯甲醯基氨基等)、磺醯胺基(較佳碳數0至20,較佳烷基、環烷基或芳基的磺醯胺基,例如甲磺醯胺、苯磺醯胺、N-甲基甲磺醯胺、N-環己基磺醯胺、N-乙基苯磺醯胺等)、烷硫基(較佳碳數1至20,例如甲硫基、乙硫基、異丙硫基、苄硫基等)、環烷硫基(較佳碳數3至20,例如環丙硫基、環戊硫基、環己硫基、4-甲基環己硫基等)、芳硫基(較佳碳數6至26,例如苯硫基、1-萘硫基、3-甲基苯硫基、4-甲氧基苯硫基等)、烷基、環烷基或芳基磺醯基(較佳碳數1至20,例如甲基磺醯基、乙基磺醯基、環己基磺醯基、苯磺醯基等)、甲矽烷基(較佳碳數1至20,較佳取代有烷基、芳基、烷氧基及芳基氧基的甲矽烷基,例如三乙基甲矽烷基、三苯基甲矽烷基、二乙基苄基甲矽烷基、二甲基苯基甲矽烷基等)、甲矽烷基氧基(較佳碳數1至20,較佳為取 代有烷基、芳基、烷氧基及芳基氧基的甲矽烷基氧基,例如三乙基甲矽烷基氧基、三苯基甲矽烷基氧基、二乙基苄基甲矽烷基氧基、二甲基苯基甲矽烷基氧基等)、羥基、氰基、硝基、鹵素原子(例如氟原子、氯原子、溴原子、碘原子等)、羧基、磺基、膦醯基、磷醯基、硼酸基,更佳為舉出烷基、鏈烯基、環烷基、芳基、雜環基、烷氧基、環烷氧基、芳氧基、烷氧基羰基、環烷氧基羰基、上述氨基、醯胺基、氰基或鹵素原子,再更佳為舉出烷基、鏈烯基、雜環基、烷氧基、烷氧基羰基、氨基、醯胺基或氰基。
在化合物或取代基等含有烷基、鏈烯基等時,它們既可以是直鏈狀也可以是支鏈狀,既可以被取代也可以無被取代。另外,在含有芳基、雜環基等時,它們既可以是單環也可以是稠環,既可以被取代也可以不被取代。
〔光電變換元件〕
(感光體層)
對於本發明的光電變換元件的較佳的一個實施方式已經以圖1進行了說明。本實施形態中感光體層2由多孔半導體層構成,其由吸附有本發明的色素的半導體微粒22的層構成。該色素也可以有一部分在電解質中發生瞭解離等的狀況。另外,感光體層2可以根據目的設計,也可以是由多層結構構成。
如上所述,在感光體層2中含有吸附有特定的色素的半導體微粒22,因此受光靈敏度高,在作為光電化學電池100使用的情況下,可以獲得高光電變換效率,此 外還具有高耐久性。
(電荷移動體層)
本發明的光電變換元件10中所用的電解質中,關於氧化還原對,例如可以舉出碘與碘化物(例如碘化鋰、碘化四丁基銨、碘化四丙基銨等)的組合、烷基紫精(例如甲基紫精氯化物、己基紫精溴化物、苄基紫精四氟硼酸鹽)與其還原體的組合、多羥基苯類(例如氫醌、萘氫醌等)與其氧化物的組合、2價與3價的鐵絡合物(例如赤血鹽與黃血鹽)、2價與3價的鈷絡合物的組合等。它們當中較佳碘與碘化物的組合。
在作為電解質使用碘與碘化物的組合的情況下,較佳還並用五元環或六元環的含氮芳香族陽離子的碘鹽。特別是,在以通式(1)表示的化合物並非碘鹽的情況下,較佳並用日本再公表WO95/18456號公報、日本特開平8-259543號公報、電化學第65卷11號第923頁(1997年)等中記載的吡啶鎓鹽、咪唑鎓鹽、三唑鎓鹽等碘鹽。
關於本發明的光電變換元件10中使用的電解質中的碘的含量,相對於電解質整體較佳為0.1至20質量%,更較佳為0.5至5質量%。
本發明的光電變換元件10中所用的電解質也可以含有溶劑。電解質中的溶劑含量較佳為電解質整體的50質量%以下,更較佳為30質量%以下,特別較佳為10質量%以下。
另外,關於本發明的電解質,也可以使用含有 空穴導體物質的電荷傳輸層。關於空穴導體物質,可以使用9,9’-螺二芴衍生物等。
另外,可以依次層疊電極層、感光體層(光電變換層)、電荷移動體層(空穴傳輸層)、傳導層、對電極層。可以將p型半導體發揮作用的空穴傳輸材料作為空穴傳輸層使用。關於較佳的空穴傳輸層,例如可以使用無機系或有機系的空穴傳輸材料。關於無機系空穴傳輸材料,可以舉出CuI、CuO、NiO等。另外,關於有機系空穴傳輸材料,可以舉出高分子系和低分子系的材料,關於高分子系的材料,例如可以舉出聚乙烯基哢唑、聚胺、有機聚矽烷等。另外,關於低分子系的材料,例如可以舉出三苯基胺衍生物、茋衍生物、腙衍生物、非那明衍生物等。其中,有機聚矽烷與以往的碳系高分子不同,沿著主鏈的Si被非定域化的σ電子參與光傳導,具有很高的空穴遷移率,因此較佳(Phys.Rev.B,35,2818(1987))。
(導電性支承體)
如圖1所示,本發明的光電變換元件中,在導電性支承體1上形成在多孔的半導體微粒22上吸附有色素21的感光體層2。如後所述,例如在將半導體微粒的分散液塗布在導電性支承體上並乾燥後,通過浸漬在本發明的色素溶液中,即可以製造出感光體層2。
關於導電性支承體1,可以使用像金屬那樣支承體本身具有導電性,或者使用在表面具有導電膜層的玻璃或高分子材料。導電性支承體1較佳實質上是透明的。 如果實質上是透明的,則意味著光的穿透率為10%以上,較佳為50%以上,再更佳為80%以上。關於導電性支承體1,可以使用在玻璃或高分子材料上塗設有導電性的金屬氧化物的材料。此時的導電性的金屬氧化物的塗布量較佳在每1m2的玻璃或高分子材料的支承體中為0.1至100g。在使用透明導電性支承體的情況下,較佳從支承體側射入光。關於較佳使用的高分子材料的一例,可以舉出三乙醯基纖維素(TAC)、聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)、間規聚苯乙烯(SPS)、聚苯硫醚(PPS)、聚碳酸酯(PC)、多芳基化合物(PAR)、聚碸(PSF)、聚酯碸(PES)、聚醚醯亞胺(PEI)、環狀聚烯烴、苯氧基溴等。在導電性支承體1上,也可以對表面施加光調整功能,例如可以舉出日本特開2003-123859記載的將高折射率膜及低折射率的氧化物膜交替層疊的防反射膜、日本特開2002-260746記載的導光功能。
除此之外,較佳還可以使用金屬支承體。作為其一例,可以舉出鈦、鋁、銅、鎳、鐵、不銹鋼、銅。這些金屬也可以是合金。更佳為鈦、鋁、銅,再更佳為鈦或鋁。
(半導體微粒)
如圖1所示,在本發明的光電變換元件10中,在導電性支承體1上形成在多孔的半導體微粒22上吸附有色素21的感光體層2。如後所述,例如在將半導體微粒22的分散液塗布在所述導電性支承體1上並乾燥後,通過浸 漬於上述的色素溶液中,就可以製造感光體層2。本發明中作為半導體微粒,適用使用所述的特定的表面活性劑製備的微粒。
(半導體微粒分散液)
本發明中,通過將半導體微粒以外的固體成分的含量為半導體微粒分散液整體的10質量%以下的半導體微粒分散液塗布在所述導電性支承體1上,適度地加熱,就可以獲得多孔半導體微粒塗布層。
關於製作半導體微粒分散液的方法,除了溶膠凝膠法以外,還可以舉出在合成半導體時在溶劑中使之作為微粒析出並原樣不變地使用的方法、對微粒照射超聲波等而粉碎為超微粒的方法、或使用磨機、乳缽等機械地粉碎磨碎的方法等。關於分散溶劑,可以使用水及各種有機溶劑中的一種以上。關於有機溶劑,可以舉出甲醇、乙醇、異丙醇、香茅醇、萜醇等醇類、丙酮等酮類、乙酸乙酯等酯類、二氯甲烷、乙腈等。
在分散時,也可以根據需要作為分散助劑少量地使用例如聚乙二醇、羥乙基纖維素、羧甲基纖維素之類的聚合物、表面活性劑、酸、或螯合劑等。但是,這些分散助劑較佳在嚮導電性支承體上制膜的工序之前,利用過濾法、使用分離膜的方法、或者離心分離法等將大部分先除去。半導體微粒分散液的半導體微粒以外的固體成分的含量可以設為分散液整體的10質量%以下。該濃度較佳為5質量%以下,更較佳為3質量%以下,特別較佳為1質量% 以下。進一步較佳為0.5質量%以下,特別較佳為0.2質量%以下。即,在半導體微粒分散液中,可以將溶劑和半導體微粒以外的固體成分設為半導體微分散液整體的10質量%以下。較佳實質上僅由半導體微粒和分散溶劑構成。
如果半導體微粒分散液的黏度過高,則分散液凝聚而無法製膜,反之如果半導體微粒分散液的黏度過低,則液會流動而有無法製膜的情況。所以,分散液的黏度較佳在25℃下為10至300N‧s/m2,更較佳在25℃下為50至200N‧s/m2
作為半導體微粒分散液的塗布方法,可以使用作為上料式的方法的輥塗法、浸漬法等常規塗布。另外,作為計量式的方法可以使用氣刀法、刮刀法等。
半導體微粒層整體的較佳的厚度為0.1μm至100μm。半導體微粒層的厚度更較佳為1μm至30μm,進一步較佳為2μm至25μm。半導體微粒的每1m2支承體的負載量較佳為0.5g至400g,更較佳為5g至100g。而且,塗布上述微粒分散液而制膜的方法沒有特別限定,只要適當地使用習知的方法即可。
敏化色素21的使用量在整體上較佳每1m2支承體為0.01毫摩至100毫摩,更較佳為0.1毫摩至50毫摩,特別較佳為0.1毫摩至10毫摩。該情況下,本發明中該色素21的使用量較佳設為5莫耳%以上。另外,色素21的相對於半導體微粒22的吸附量較佳相對於半導體微粒1g為0.001毫摩至1毫摩,更較佳為0.1至0.5毫摩。通過設為此 種色素量,可以充分地獲得半導體的敏化效果。如果與此不同,色素量少,則敏化效果不夠充分,色素量過多,則沒有附著在半導體上的色素就會懸浮,成為降低敏化效果的原因。
(對電極)
對電極4是作為光電化學電池的正極發揮作用的電極。對電極4通常與前述的導電性支承體1同義,然而如果是充分地保證強度的構成,則不一定需要對電極的支承體。但是,從密閉性的方面考慮具有支承體是有利的。作為對電極4的材料,可以舉出鉑、碳、導電性聚合物等。關於其較佳的例子,可以舉出鉑、碳、導電性聚合物。關於對電極4的結構,較佳集電效果高的結構。作為較佳的例子,可以舉出日本特開平10-505192號公報等。
(受光電極)
對於受光電極5,出於提高入射光的利用率等目的,也可以設為串聯型。作為較佳的串聯型的構成例,可以舉出日本特開2000-90989號公報、日本特開2002-90989號公報等中記載的例子。也可以在受光電極5的層內部設置有效地進行光散射、反射的光管理功能。較佳舉出日本特開2002-93476號公報中記載的例子。
在導電性支承體1與多孔半導體微粒層之間,為了防止由電解質與電極直接接觸造成的逆電流,較佳形成防短路層。關於其較佳的例子,可以舉出日本特開平06-507999號公報等。為了防止受光電極5與對電極4的接 觸,較佳使用間隔件或隔膜。作為較佳的例子,可以舉出日本特開2001-283941號公報。
關於單元電池、模組的密封方法,較佳為使用聚異丁烯系熱固化樹脂、線性酚醛樹脂、光固化性(甲基)丙烯酸酯樹脂、環氧樹脂、離聚物樹脂、玻璃粉、氧化鋁及鋁醇鹽的方法、將低熔點玻璃膏劑鐳射熔融的方法等。在使用玻璃粉的情況下,也可以是將粉末玻璃混合到成為黏合劑的丙烯酸樹脂中的材料。
[實施例]
以下將基於實施例對本發明進行更詳細的說明,然而本發明並不受其限定地解釋。
<色素的製備>
以下,利用實施例對本發明的色素的製備方法進行詳細說明,然而對於起始物質、色素中間體及製備路線並不受其限定。
(例示色素D-1-1a的製備)
依照下述的方案的方法製備出例示色素D-1-1a。
(i)化合物d-1-2的製備
將25g化合物d-1-1(2-乙醯基4-甲基吡啶)溶解於200ml的THF(四氫呋喃)中,在氮氣氣氛下,一邊在0℃下攪拌,一邊添加18.9g乙醇鈉,攪拌15分鐘。其後,滴加28.9g三氟乙酸乙酯,在外設70℃下攪拌20小時。回到室溫後,滴加氯化銨水溶液,分液,濃縮有機層, 得到72.6g粗提純物d-1-2。
(ii)化合物d-1-3的製備
將72.6g化合物d-1-2溶解於220ml乙醇中,在氮氣氣氛下,一邊在室溫下攪拌,一邊添加5.6ml肼單水合物,在外設90℃下加熱12小時。其後,添加5ml濃鹽酸,攪拌1小時。濃縮後,用150ml碳酸氫鈉水和150ml乙酸乙酯萃取並分液後,濃縮有機層。用乙腈重結晶後,得到31.5g化合物d-1-3。
(iii)化合物d-1-5的製備
一邊將4.1g二異丙基胺和30ml四氫呋喃在氮氣氣氛下在-40℃下攪拌,一邊滴加23.1ml的1.6M正丁基鋰己烷溶液後,攪拌2小時。其後,添加4.0g化合物d-1-3,在0℃下攪拌80分鐘後,滴加在15ml四氫呋喃中溶解有3.45g化合物d-1-4的溶液。其後,在0℃下攪拌80分鐘,在室溫下攪拌5小時。其後添加氯化銨溶液,用乙酸乙酯萃取分液。濃縮有機層,用矽膠柱色譜提純後,得到5.7g化合物d-1-5。
(iv)化合物d-1-6的製備
將5.0g化合物d-1-5和5.9g的PPTS(對甲苯磺酸吡啶鹽)加入50ml的甲苯中,在氮氣氣氛下加熱回流5小時。濃縮後,用飽和碳酸氫鈉水及二氯甲烷進行分液,濃縮有機層。將所得的晶體用甲醇及二氯甲烷重結晶後,得到4.3g化合物d-1-6。
利用MS(質譜)測定確認了所得的化合物d -1-6的結構。
MS-ESI m/z=404.2(M-H)+
(v)化合物d-1-9的製備
將1.22g化合物d-1-7、1.62g化合物d-1-6、加入150mlNMP(N-甲基吡咯烷酮),在氮氣氣氛下在70℃下攪拌3小時。其後加入1.63g化合物d-1-8,在160℃下加熱攪拌8小時。其後加入10.7g硫氰酸銨,在160℃下攪拌8小時。濃縮後,加入水並過濾。用矽膠柱色譜提純過濾物後,加入到丙酮30ml與1N氫氧化鈉水溶液40ml的混合溶劑中,在外設65℃下攪拌24小時。回到室溫,用鹽酸將pH調整為3,過濾析出物,得到3.3g粗提純物D-1-1a。
將其與TBAOH(氫氧化四丁基銨)一起溶解於甲醇溶液中,用SephadexLH-20柱提純。回收主層的餾分,濃縮後加入三氟甲磺酸0.1M溶液,調整為pH3,過濾析出物,得到2.4g例示色素D-1-1a。
利用MS測定確定了所得的例示色素D-1-1a的結構。
MS-ESI m/z=928.1(M-H)+
對所得的例示色素D-1-1a,用340μmol/l四丁基氫氧化銨甲醇溶劑以使色素濃度為17μmol/l的方式製備,進行了分光吸收測定,其結果是,最大吸收波長為521nm。
(例示色素D-1-5a的製備)
依照下述的方案的方法製備化合物d-2-2,以下將例示色素D-1-1a的化合物d-1-4變更為化合物d-2-2,與例示色素D-1-1a相同地製備出例示色素D-1-5a。
(例示色素D-1-6a的製備)
依照下述的方案的方法製備化合物d-3-3,以下將例示色素D-1-1a的化合物d-1-4變更為化合物 d-3-3,同樣地製備出例示色素D-1-6a。
(例示色素D-1-8a的製備)
依照下述的方案的方法製備化合物d-4-2,以下將例示色素D-1-1a的化合物d-1-4變更為化合物d-4-2,同樣地製備出例示色素D-1-8a。
(例示色素D-1-9a的製備)
依照下述的方案的方法製備化合物d-5-8,以下將例示色素D-1-1a的化合物d-1-6變更為化合物d-5-8,同樣地製備出例示色素D-1-9a。
(例示色素D-1-14a的製備)
將例示色素D-1-9a的化合物d-5-1變更為化合物d-6-1,同樣地製備出例示色素D-1-14a。
(例示色素D-1-13a的製備)
將例示色素D-1-9a的化合物d-5-1變更為化合物d-7-1,同樣地製備出例示色素D-1-13a。
(例示色素D-1-12a的製備)
將例示色素D-1-9a的化合物d-5-1變更為化合物d-7-2,同樣地製備出例示色素D-1-12a。
(例示色素D-1-2a的製備)
依照下述的方案的方法製備化合物d-8-2,將例示色素D-1-1a的化合物d-1-4變更為化合物d-8-2,同樣地製備出例示色素D-1-2a。
(例示色素D-1-23a的製備)
將例示色素D-1-9a的化合物d-5-1變更為化合物d-9-1,以下與例示色素D-1-1a相同地製備出例示色素D-1-23a。
(例示色素D-1-27a的製備)
將例示色素D-1-9a的化合物d-5-1變更為化合物d-10-1,以下與例示色素D-1-1a相同地製備出例示色素D-1-27a。
(例示色素D-1-7a的製備)
依照下述的方案的方法製備化合物d-11-1,將化合物d-5-4變更為化合物d-11-1,以下與例示色素D-1-9a相同地製備出例示色素D-1-7a。
(例示色素D-1-16a的製備)
將例示色素D-1-1a的化合物d-1-1變更為化合物d-14-1,以下與例示色素D-1-1a相同地製備出例示色素D-1-16a。
(例示色素D-1-26a的製備)
依照下述的方案的方法製備化合物d-13-3,以下與例示色素D-1-1a相同,將化合物d-1-3變更為化合物d-13-3而製備出例示色素D-1-26a。
(例示色素D-1-18a的製備)
與例示色素D-1-1a相同,將化合物d-1-1變更為化合物d-20-1而製備出例示色素D-1-18a。
[化47]
(例示色素D-3-1a的製備)
將例示色素D-1-1a的化合物d-1-7變更為化合物d-15-1,以下與例示色素D-1-1a相同,依照下述的方案的方法製備出例示色素D-3-1a。
(例示色素D-1-35a的製備)
依照下述的方案的方法製備化合物d-16-2,以下與例示色素D-1-1a相同,將化合物d-1-3變更為化合物d-16-2而製備出例示色素D-1-35a。
(例示色素D-1-36a的製備)
依照下述的方案的方法製備化合物d-17-3, 以下與例示色素D-1-1a相同,將化合物d-1-3變更為化合物d-17-3而製備出例示色素D-1-36a。
(例示色素D-1-37a的製備)
依照下述的方案的方法製備化合物d-18-1,以下與例示色素D-1-1a相同,將化合物d-1-3變更為化合物d-18-1而製備出例示色素D-1-37a。
(例示色素D-3-5a的製備)
以下與例示色素D-1-1a相同,將硫氰酸銨變更為化合物d-19-1而製備出例示色素D-3-5a。
利用MS測定確認了各色素的結構。
將各色素的MS測定結果、以及用340μmol/l四丁基氫氧化銨甲醇溶劑以使色素濃度為17μmol/l的方式 製備並用紫外線可見分光光度計(UV-2400-PC、島津製作所制)進行分光吸收測定的結果集中表示於下述表6中。
以所述的方法製備的金屬絡合物色素是:以下所示的物質以及它們的平衡陰離子為四丁基銨離子的物質。
(實施例1)
製備用於形成構成光電極的半導體電極的半導體層或光散射層的各種膏劑,使用該膏劑,製備出色素敏化太陽能電池。
〔膏劑的製備〕
首先,利用以下的表7的組成,製備出用於形成構成光電極的半導體電極的半導體層或光散射層的膏劑。而且以下的製備中通過將TiO2加入介質中攪拌而制備漿料,通過向其中加入增稠劑並混勻,而得到膏劑。
TiO2粒子1:銳鈦型、平均粒徑:25nm
TiO2粒子2:銳鈦型、平均粒徑:200nm
棒狀TiO2粒子S1:銳鈦型、直徑:100nm、縱橫比:5
棒狀TiO2粒子S2:銳鈦型、直徑:30nm、縱橫比:6.3
棒狀TiO2粒子S3:銳鈦型、直徑:50nm、縱橫比:6.1
棒狀TiO2粒子S4:銳鈦型、直徑:75nm、縱橫比:5.8
棒狀TiO2粒子S5:銳鈦型、直徑:130nm、縱橫比:5.2
棒狀TiO2粒子S6:銳鈦型、直徑:180nm、縱橫比:5
棒狀TiO2粒子S7:銳鈦型、直徑:240nm、縱橫比:5
棒狀TiO2粒子S8:銳鈦型、直徑:110nm、縱橫比:4.1
棒狀TiO2粒子S9:銳鈦型、直徑:105nm、縱 橫比:3.4
板狀雲母粒子P1:直徑:100nm、縱橫比:6
CB:纖維素系黏合劑
利用以下所示的步驟,製作具有與日本特開2002-289274號公報中記載的圖5中所示的光電極12相同結構的光電極,此外,使用光電極,製作出除了相同公報的圖3中所示的光電極以外具有與色素敏化型太陽能電池20相同的結構的10mm×10mm的規模的色素敏化型太陽能電池1。具體的結構表示於本案圖示的圖2中。在圖2中,41是透明電極,42是半導體電極,43是透明導電膜,44是基板,45是半導體層,46是光散射層,40是光電極,20是色素敏化型太陽能電池,CE是對電極,E是電解質,S是間隔件。
準備出在玻璃基板上形成有摻雜了氟的SnO2導電膜(膜厚:500nm)的透明電極。此後,在該SnO2導電膜上,絲網印刷上述的膏劑2,然而使之乾燥。其後,在空氣中,450℃的條件的基礎下進行了燒成。此外,通過使用膏劑4反覆進行該絲網印刷和燒成,而在SnO2導電膜上形成與圖2中所示的半導體電極42相同的結構的半導體電極A(受光面的面積:10mm×10mm、層厚:10μm、色素吸附層的層厚:6μm、光散射層的層厚:4μm、光散射層中所含的棒狀TiO2粒子1的含有率:30質量%)及半導體電極B(受光面的面積:10mm×10mm、層厚:19μm、色素吸附層 的層厚:12μm、光散射層的層厚:4μm、光散射層中所含的棒狀TiO2粒子1的含有率:30質量%),製作出不含有色素的光電極A及光電極B。
然後,在半導體電極A及B上分別如下所示地吸附色素。首先,以用乙醇鎂脫水了的無水乙醇作為溶劑,向其中溶解下述表8中記載的金屬絡合物色素,使其濃度達到3×10-4mol/L,製備出色素溶液。然後,向該溶液中浸漬半導體電極,由此在半導體電極上吸附約1.5×10-7mol/cm2的色素,完成了光電極40。
然後,作為對電極製備出具有與上述的光電極相同的形狀和大小的鉑電極(Pt薄膜的厚度:100nm),作為電解質E,製備出含有碘及碘化鋰的碘系氧化還原溶液。此外,準備具有與半導體電極的大小匹配的形狀的杜邦公司制的間隔件S(商品名:“Surlyn”),如日本特開2002-289274號公報中記載的圖3所示,使光電極40與對電極CE夾隔著間隔件S相面對,完成了在內部填充上述的電解質而使用了光電極A的色素敏化型太陽能電池(單元電池A)及使用了光電極B的色素敏化型太陽能電池(單元電池B)。評價了該太陽能電池的性能。將結果表示於下表8中。
(試驗方法)
進行電池特性試驗,對色素敏化太陽能電池,測定出變換效率η。電池特性試驗是通過使用太陽光模擬器(WACOM制、WXS-85H),從透過了AM1.5濾光片的氙燈照射1000W/m2的模擬太陽光而進行的。使用I-V測試 儀測定出電流-電壓特性,求出光電變換效率(η/%)。
另外,利用Peccel公司制的IPCE測定裝置測定出300至900nm的IPCE(量子收率)。將700nm及800nm的IPCE表示於下述的表8中。
ε的測定是用340μmol/l四丁基氫氧化銨甲醇溶劑以使色素濃度為17μmol/l的方式製備,進行了分光吸收測定。
[化55]
本發明由於700nm及800nm下的ε高,因此即使在與單元電池B相比下,氧化物半導體的膜厚度薄、色素吸附量少的單元電池A中,也可以有效地進行光捕集,所以可以推測,700nm及800nm下的IPCE也維持很高的數值。
此外,對上述膏劑2以外的膏劑1至14也同樣地進行了試驗,確認使用了本發明的金屬絡合物色素的都獲得良好的性能。
(實施例2)
利用以下所示的步驟,製成具有與日本特開2010-218770公報中記載的圖1中所示的電池相同的構成的色素敏化太陽能電池。具體的構成表示於附加在本申請圖面中的圖3中。本申請的圖3中,51是透明基板,52是透明導電膜,53是遮罩層,54是n型半導體電極,55是p型半導體層,56是p型半導體膜,57是對電極(57a是對電極的突起部)。
準備出在20mm×20mm×1mm的作為透明基板51的透明玻璃板上利用CVD形成了作為透明導電膜52的 SnO2:F(摻雜氟的氧化錫)的透明導電(Transparent Conductive Oxide:TCO)玻璃基板。
然後,將Ti〔OCH(CH3)24和水以容積比4:1混合,將所得的溶液5ml與用鹽酸鹽調整為pH1的乙醇溶液40ml混合,準備出TiO2前體的溶液。此後,將該溶液以1000rpm旋塗在TCO玻璃基板上,進行溶膠-凝膠合成後,在真空下以78℃加熱45分鐘,進行450℃、30分鐘的退火,形成由氧化鈦薄膜構成的遮罩層(53)。
另一方面,將平均粒徑18nm(粒徑:10nm至30nm)的銳鈦型型的氧化鈦粒子均勻地分散在乙醇及甲醇的混合溶劑(乙醇:甲醇=10:1(體積比))中而準備出氧化鈦的漿料。此時,氧化鈦粒子相對於混合溶劑100質量%為10質量%的比例,使用均化器均勻地分散。
然後,將在乙醇中以使濃度為10質量%的方式溶解有作為黏度調整劑的乙基纖維素的溶液、和醇系有機溶劑(萜醇)添加到上述製備的氧化鈦的漿料中,再次用均化器均勻地分散。之後,用蒸發器除去萜醇以外的醇,用攪拌器混合,準備出膏劑狀的含有氧化鈦粒子的組合物。而且,製備出的含有氧化鈦粒子的組合物的組成是,以含有氧化鈦粒子的組合物作為100質量%,氧化鈦粒子為20質量%,黏度調整劑為5質量%。
將如此製備的含有氧化鈦粒子的組合物利用絲網印刷以形成給定的圖案的方式塗布在上述形成的遮罩層53上,在150℃下乾燥後,在電爐內加熱到450℃,得到 在TCO玻璃基板上層疊了n型半導體電極54的層疊體。然後,將該層疊體在硝酸鋅(ZnNO3)的溶液中浸漬一晚後,在450℃、加熱45分鐘而進行了表面處理。之後,使用表8中所示的各種色素,將進行了表面處理的層疊體浸漬在該乙醇溶液(敏化色素的濃度:1×10-4mol/L)中,在25℃下放置24小時,在n型半導體電極54的內部吸附了色素。
接下來,向乙腈中添加CuI而製作飽和溶液,將其上清液取出6ml,向取出的溶液中添加15mg的1-甲基-3-乙基咪唑鎓硫氰酸鹽而製備出p型半導體的溶液。此後,在加熱到80℃的加熱平板上,配置在上述的n型半導體電極54中含有色素後的層疊體,用移液管向n型半導體電極54滴加塗布p型半導體的溶液而使之滲透,保持原樣地放置1分鐘而使之乾燥,製作出p型半導體層55。
然後,將厚1mm的銅板用1M濃度的鹽酸清洗、再用無水乙醇清洗後,在大氣中以500℃加熱4小時,製作出生長有最大直徑100nm、高10μm的CuO納米線(突起部57a)的銅板。將該銅板與碘晶體封入密閉容器內,在60℃的恒溫槽中加熱1小時,製作出在表面塗布了薄的CuI層(p型半導體膜56)的對電極57。此後,將該對電極57從p型半導體層55一側推壓而層疊在上述製作的層疊體上。
對如此製作的色素敏化型太陽能電池與實施例1相同地試驗了初期的變換效率。其結果是,確認如果利用本發明的色素,則都可以獲得良好的性能、改良效果。
(實施例3)
利用以下的方法,對光電極進行CdSe量子點化處理,使用採用了鈷絡合物的電解質,製成圖4中所示的色素敏化太陽能電池。
向FTO玻璃(1)(日本板硝子(株)公司制表面電阻:8Ωsq-1)表面噴霧16次雙(乙醯丙酮)二異丙氧基鈦(IV)的乙醇溶液,在450℃燒成30分鐘以上。在該基板上用20nm-TiO2絲網印刷約2.1μm的透明層、用60nm-TiO2(昭和鈦(株)公司制)絲網印刷約6.2μm的光散射層而層疊,用TiCl4水溶液進行後處理,製成FTO/TiO2薄膜2。
將該FTO/TiO2薄膜在不活潑氣體氣氛下的手套箱內在0.03M的Cd(NO3)2乙醇溶液中浸漬30秒後,相接連地在0.03M的硒化物乙醇溶液中浸漬30秒。其後,在乙醇中清洗1分鐘以上,除去過剩的前體而乾燥。將該浸漬→清洗→乾燥過程反覆進行5次而在氧化鈦層(22)中生長CdSe量子點(23),通過用CdTe進行表面穩定化處理,而製成進行了CdSe處理的光電極。
硒化物(Se2-)是通過在Ar或N2氣氛下、將0.068g的NaBH4(以達到0.060M的濃度的方式)加入0.030M的SeO2乙醇溶液中而在體系內製備的。
將進行了CdSe處理的光電極在色素溶液中浸漬4小時(ex.1=0.3mM的Z907Na乙腈/叔丁醇(1:1)溶液和ex.2=0.1mM的SQ1乙醇溶液)而在光電極中吸附色素(21)後,將該光電極和對電極(4、在FTO玻璃上將六 氯鉑酸2-丙醇溶液(0.05M)在400℃下以20分鐘化學析出Pt而得的電極)夾入25μm的厚度的Surlyn(杜邦(株)公司制)環地組裝,利用熱熔化進行了密封。將使用了鈷絡合物的電解質(0.75M Co(o-phen)3 2+、0.075M Co(o-phen)3 3+、0.20M LiClO4的乙腈/碳酸乙二酯(4:6/v:v)溶液)從在對電極側面預先開設的孔注入電極間的間隙3,其後將該孔用Bynel(杜邦(株)公司制)片和薄的玻璃的載片利用熱封閉,製作出色素敏化太陽能電池單元10。
加入到電解質中的鈷絡合物利用Chemical Communications、第46卷、第8788頁至8790頁(2010年)中記載的方法製備。
對如此製作的色素敏化型太陽能電池與實施例1相同地試驗了初期的光電變換效率。其結果是,確認如果利用本發明的色素,則都可以獲得良好的性能、改良效果。
AA:看到2%以上的上升的
A:看到1%以上且小於2%的上升的
B:看到0%以上且小於1%的上升的
C:看到性能的下降的
對於各共存色素,用340μmol/l四丁基氫氧化銨甲醇溶劑以使色素濃度為17μmol/l的方式製備,用紫外線可見分光光度計(UV-2400-PC、島津製作公司制)進行了分光吸收測定,其結果是,極大吸收波長是下述的數值。
S-4:478nm
R-3:590nm
S-5:768nm
從上述的結果可知,在本申請發明的光電變換元件中,通過使特定的共存色素或共吸附劑共存,可以顯現出明顯的改良效果。
可以認為,雖然對本發明基於其實施方式進行了說明,然而只要我們沒有特別指出,在說明的任何的細節都沒有意圖限定我們的發明,應當不與本案申請專利範圍中所示的發明的精神和範圍抵觸,寬範圍地解釋。
本申請主張基於2011年9月29日在日本申請的日本特願2011-214661及2012年9月25日在日本申請的日本特願2012-211587的優先權,將它們在其中作為參照而將其內容作為本說明書的記載的一部分納入。
100‧‧‧光電化學電池
10‧‧‧光電變換元件
1‧‧‧導電性支承體
2‧‧‧感光體層
21‧‧‧色素
M‧‧‧電動機(風扇)
22‧‧‧半導體微粒
3‧‧‧電荷移動體層
4‧‧‧電極
5‧‧‧受光電極
6‧‧‧外部電路

Claims (11)

  1. 一種光電變換元件,是具有在一導電性支承體上側配設了一感光體層、一電荷移動體層、和一對電極的一層疊結構的光電變換元件,其中該感光體層具有吸附有色素的一半導體微粒的層,其特徵在於,該色素是以下述式(1)表示的一金屬絡合物色素:M1L1L2Z1 (1)式(1)中,M1表示金屬原子,Z1表示單齒的配體;L1表示以下述式(L1)所示的三齒的配體;L2表示以下述式(L2)所示的二齒的配體; 式(L1)中,Za、Zb及Zc表示形成五或六元環所必需的非金屬原子組;其中,Za、Zb及Zc所形成的環當中的至少1個具有酸性基; 式(L2)中,R1為烷基、烷硫基、烷氧基、鹵素原子或芳香族基;m1為0至3的整數;E以下述式(L2-1)至(L2-6)的任意一個表示; 式(L2-1)至(L2-6)中,R為烷基、烷氧基、鹵素原子、芳香族基或雜環基;m為0以上的整數;*為與吡啶環的結合位置;G1以下述式(G1-1)至(G1-7)的任意一個表示; 式(G1-1)至(G1-7)中,X為O原子、S原子、Se原子、NRA、CRA 2或SiRA 2;其中,RA為氫原子、烷基或芳香族基;na為0至3的整數;nb為1至3的整數;nc為0至2的整數;ma為0至4的整數;而且,式(G1-1)中na與nb的和為2以上;以及Ra、Rb、Rd及Re係各自獨立地為氫原子、烷基、烷硫基、或氨基;Rc為氫原子、烷基、鏈烯基、炔基、烷氧基、烷硫基或氨基。
  2. 根據申請專利範圍第1項所述的光電變換元件,其中,該M1為Ru。
  3. 根據申請專利範圍第1或2項所述的光電變換元件,其中,該L1係以下述式(L1-2)表示: 式(L1-2)中,R7、R8及R9係各自獨立地為氫原子、烷基、雜芳基、芳基或酸性基;其中,R7、R8及R9當中的至少1個是酸性基。
  4. 根據申請專利範圍第1或2項所述的光電變換元件,其中,該金屬絡合物色素以下述式(1-1)表示: 式(1-1)中,R7至R9與式(L1-2)中的同義;Z2為異硫氰酸酯基、異硒氰酸酯基、異氰酸酯基、鹵素原子或氰基;且 G1與式(L2)中的同義;R10為氫原子、烷基、全氟烷基、芳香族基或雜環基。
  5. 根據申請專利範圍第4項所述的光電變換元件,其中,該金屬絡合物色素以下述式(1-2)表示: 式(1-2)中,R7至R9與式(L1-2)中的同義;R10與式(1-1)中的同義;R11為氫原子、烷基、烷氧基或氨基;R12為烷基、烷氧基或烷硫基;及n12為0至2的整數。
  6. 根據申請專利範圍第1或2所述的光電變換元件,其中,含有利用多種經色素敏化的半導體微粒。
  7. 根據申請專利範圍第6項所述的光電變換元件,其中,該色素當中,至少一種的最大吸收波長在四丁基氫氧化銨甲醇溶液中為590nm以上。
  8. 根據申請專利範圍第1或2項所述的光電變換元件,其中, 在該感光體層的該半導體微粒表面負載有具有1個以上的酸性基的一共吸附劑。
  9. 根據申請專利範圍第8項所述的光電變換元件,其中,該共吸附劑以下述式(3)表示: 式(3)中,Ac為酸性基;Rg為取代基;及n為0以上的整數。
  10. 一種色素敏化太陽能電池,其特徵在於,具有申請專利範圍第1至9項中任一項所述的光電變換元件。
  11. 一種以下述式(1)表示的金屬絡合物色素,M1L1L2Z1 (1)式(1)中,M1為金屬原子,Z1為單齒的配體;L1為以下述式(L1)表示的三齒的配體;L2為以下述式(L2)表示的二齒的配體; 式(L1)中,Za、Zb及Zc為形成五或六元環所必需的非金屬原子組;其中,Za、Zb及Zc所形成的環當中的至少1個具有酸性基; 式(L2)中,R1為烷基、烷硫基、烷氧基、鹵素原子、芳香族基或雜環基;m1為0至3的整數;E以下述式(L2-1)至(L2-6)的任意一個表示: 式(L2-1)至(L2-6)中,R為烷基、烷氧基、鹵素原子、芳香族基或雜環基;m為0以上的整數;*為與吡啶環的結合位置;G1以下述式(G1-1)至(G1-7)的任意一個表示: 式(G1-1)至(G1-7)中,X表示O原子、S原子、Se原子、NRA、CRA 2或SiRA 2;其中,RA為氫原子、烷基或芳香族基;na為0至3的整數;nb為1至3的整數;nc為示0至2的整數;ma為0至4的整數;而且,式(G1-1)中na與nb的和為2以上;且Ra、Rb、Rd及Re係各自獨立地為氫原子、烷基、烷硫基或氨基;Rc為氫原子、烷基、鏈烯基、炔基、烷氧基、烷硫基或氨基。
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