專利名稱：色素增感型太陽能電池用色素、半導(dǎo)體電極及色素增感型太陽能電池的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及色素增感型太陽能電池用色素、半導(dǎo)體電極及色素增感型太陽能電池。
背景技術(shù)：
大量化石燃料的使用引起的二氧化碳濃度增加所致的地球溫室化、以及伴隨人口增加的能量需求的增大已被認(rèn)識為與人類存亡相關(guān)的問題。因此，近年來用心研究無限且不產(chǎn)生有害物質(zhì)的太陽光的利用。作為該綠色能源即太陽光的利用，目前實(shí)用化的是住宅用的單晶硅、多晶硅、非晶硅及碲化鎘或硒化銦銅等無機(jī)系太陽能電池。然而，上述無機(jī)系太陽能電池也有缺點(diǎn)。例如對于硅系而言，要求非常高的純度， 自然提純工序復(fù)雜且加工量大、制造成本高。此外還有輕量化等的要求，特別是在用戶回收成本長的方面不利，在普及上存在問題。另另一方面面，也大量提出了使用有機(jī)材料的太陽能電池。作為有機(jī)太陽能電池， 包括使P型有機(jī)半導(dǎo)體與功函小的金屬接合的khottky型光電轉(zhuǎn)換元件、ρ型有機(jī)半導(dǎo)體與η型無機(jī)半導(dǎo)體、或使P型有機(jī)半導(dǎo)體與受電子性有機(jī)化合物接合的異質(zhì)結(jié)型光電轉(zhuǎn)換元件等，所利用的有機(jī)半導(dǎo)體為葉綠素、二萘嵌苯等合成色素或顏料、聚乙炔等導(dǎo)電性高分子材料、或它們的復(fù)合材料等。將它們通過真空蒸鍍法、流延法或浸漬法等薄膜化而構(gòu)成電池材料。有機(jī)材料雖具有低成本、容易大面積化等優(yōu)點(diǎn)，但光電轉(zhuǎn)換效率低，多為1%以下， 而且還存在耐久性差的問題。鑒于上述狀況，瑞士的Gi^tzel博士等報道了顯示良好特性的太陽能電池(例如， 參照非專利文獻(xiàn)1)。該文獻(xiàn)中，公開了制作電池所需的材料及制造技術(shù)。該太陽能電池被稱為色素增感型太陽能電池或Gi^tzel型太陽能電池，是以經(jīng)釕(Ru)絡(luò)合物分光增感的氧化鈦多孔薄膜為工作電極的濕式太陽能電池。該方式的優(yōu)點(diǎn)是氧化鈦等廉價的半導(dǎo)體不必提純至高純度，因而與前述無機(jī)系太陽能電池相比可降低制造成本，而且由于可利用的光寬泛地包括可見光區(qū)域，故可將可見光區(qū)域的能量強(qiáng)度高的太陽光有效地轉(zhuǎn)換為電。然而，由于使用存在資源性制約的貴金屬Ru，故在色素增感型太陽能電池實(shí)用化時，Ru絡(luò)合物的穩(wěn)定供給可能產(chǎn)生問題。此外，由于該資源性制約，Ru絡(luò)合物本身就昂貴， 大量制造時還可能產(chǎn)生成本方面的問題。為了解決這類問題，以將Ru絡(luò)合物的至少一部分改變?yōu)楦畠r的有機(jī)色素為目的，提出了各種方案。作為其實(shí)例，公開了各種份菁色素、 菁色素、9 一苯基咕噸系色素、香豆素系色素等，它們在光電轉(zhuǎn)換效率上要比Ru絡(luò)合物差得多。此外，還在對半導(dǎo)體的吸附穩(wěn)定性上存在問題，大都缺乏實(shí)用性(例如，參照專利文獻(xiàn) 1 4)。最近，作為色素增感型太陽能電池用色素，公開了具有匹敵于Ru絡(luò)合物的光電轉(zhuǎn)換效率的有機(jī)色素(例如，參照專利文獻(xiàn)5、6及11)。該有機(jī)色素是分類為份菁色素的化合物。份菁色素具有用共軛雙鍵連結(jié)具有供電子性取代基的單元(以下，稱為“供電子單元”)與具有受電子性取代基的單元(以下，稱為“受電子單元”)的結(jié)構(gòu)。將份菁色素作為色素增感型太陽能電池用色素使用時，通常在受電子單元上導(dǎo)入促進(jìn)與半導(dǎo)體的吸附性的酸性基團(tuán)。但是，對于專利文獻(xiàn)5、6及11中記載的有機(jī)色素而言，從實(shí)用性見地來看，該吸附性并不充分。因此，在色素增感型太陽能電池經(jīng)時保存時，大都具有色素再溶解于電解液中的問題。公開了通過改良對半導(dǎo)體的吸附穩(wěn)定性，而解決該再溶解的問題，提高經(jīng)時穩(wěn)定性(耐久性)的嘗試(例如，參照專利文獻(xiàn)7 10、12)。專利文獻(xiàn)7中，通過在供電子單元部分結(jié)合兩分子份菁色素、形成色素二聚體，而改良吸附穩(wěn)定性。但是，色素二聚體在有機(jī)溶劑中的溶解性非常低、難以提純色素，此外，光電轉(zhuǎn)換效率也不充分。專利文獻(xiàn)8中，提出了在受電子單元的特定位置具有兩個促進(jìn)吸附性的酸性基團(tuán)的份菁色素，但具有兩個酸性基團(tuán)的受電子單元的合成煩雜、難以大量制造。專利文獻(xiàn)9中，提出了在供電子單元與受電子單元兩者上各具有一個促進(jìn)吸附性的酸性基團(tuán)的份菁色素。但是，由于供電子性取代基的附近共存酸性基團(tuán)，故從光激發(fā)的份菁色素向半導(dǎo)體注入電子的效率降低，光電轉(zhuǎn)換效率不充分。專利文獻(xiàn)10中，提出了對1個供電子單元結(jié)合兩個受電子單元的份菁色素。但是，由于分子的對稱性低、從光激發(fā)的份菁色素向半導(dǎo)體注入電子的效率降低，故存在光電轉(zhuǎn)換效率不太高的缺點(diǎn)。專利文獻(xiàn)12中，通過在受電子單元的部分結(jié)合兩分子份菁色素、形成色素二聚體來改良吸附穩(wěn)定性。該色素二聚體雖然對半導(dǎo)體的吸附穩(wěn)定性和光電轉(zhuǎn)換效率兩者均良好，但色素中間體的合成非常煩雜，難以大量制造色素。所以，從制造更實(shí)用的太陽能電池的觀點(diǎn)出發(fā)，對于光電轉(zhuǎn)換效率、耐久性及制造的簡便性要求進(jìn)一步改良。[現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)] [專利文獻(xiàn)]日本特開平11 - 238905號公報 [專利文獻(xiàn)2]日本特開2001 - 76773號公報 [專利文獻(xiàn)3]日本特開平10 - 92477號公報 [專利文獻(xiàn)4]國際公開第2002/045199號小冊子 [專利文獻(xiàn)5]國際公開第2004/011555號小冊子 [專利文獻(xiàn)6]日本特開2005 - 19252號公報 [專利文獻(xiàn)7]日本特開2006 - 286609號公報 [專利文獻(xiàn)8]日本特開2007 - 48672號公報 [專利文獻(xiàn)9]日本特開2007 - 48680號公報 [專利文獻(xiàn)10]日本特開2007 - 95584號公報 [專利文獻(xiàn)11]日本特開2007 - 115673號公報 [專利文獻(xiàn)12]日本特開2008 - 16383號公報 [非專利文獻(xiàn)]Nature，353，737 (1991)。

發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明要解決的課題
本發(fā)明的課題在于提供具有優(yōu)異光電轉(zhuǎn)換效率及耐久性、且能夠加簡單地制造的色素增感型太陽能電池用色素、被該色素增感型太陽能電池用色素增感的半導(dǎo)體電極及使用半導(dǎo)體電極而成的色素增感型太陽能電池。用于解決課題的手段
本發(fā)明人等為了實(shí)現(xiàn)上述課題進(jìn)行了深入研究，結(jié)果通過通式[I]、[II]、[III]或 [IV]所示的色素增感型太陽能電池用色素(以下，成為“色素”)、被該色素增感的半導(dǎo)體電極及使用半導(dǎo)體電極而成的色素增感型太陽能電池，可解決課題。[化1]
權(quán)利要求
1.下述通式[I]、[II]、[III]或[IV]所示的色素增感型太陽能電池用色素， [化1]
2.半導(dǎo)體電極，經(jīng)權(quán)利要求1所述的色素增感型太陽能電池用色素增感。
3.色素增感型太陽能電池，使用權(quán)利要求2所述的半導(dǎo)體電極而成。
全文摘要
分類為份菁色素的化合物的、具有用共軛雙鍵連結(jié)供電子單元和受電子單元的結(jié)構(gòu)的本發(fā)明的色素增感型太陽能電池用色素具有優(yōu)異的光電轉(zhuǎn)換、且耐久性優(yōu)異，根據(jù)本發(fā)明，可以提供使用經(jīng)該色素增感的半導(dǎo)體電極及半導(dǎo)體電極而成的色素增感型太陽能電池。
文檔編號H01L31/04GK102171885SQ200980139499
公開日2011年8月31日 申請日期2009年8月5日 優(yōu)先權(quán)日2008年8月6日
發(fā)明者住岡孝一, 香西孝章, 高田昌和 申請人:三菱制紙株式會社