光电转换元件和太阳能电池制造技术

本发明专利技术公开了一种光电转换元件，包括导电载体和设置于其上的半导体层、电荷传输层和对电极，所述半导体层包括具有染料的半导体，其中所述染料是式（１）所示的化合物。式（１）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及光电转换元件以及使用该光电转换元件的太阳能电池，尤其涉及染料 敏化型光电转换元件(下文中也简称为“光电转换元件”)以及使用该染料敏化型光电转换 元件的染料敏化型太阳能电池。
技术介绍
近年来，不产生有害物质的无尽太阳光的应用已经被积极研究。对于目前实际将 太阳光作为清洁能源使用的应用而言，存在无机型太阳能电池，如民用的单晶硅、多晶硅、 非晶硅以及碲化镉和铜铟硒。但是，这些无机型太阳能电池存在缺点。例如，对于硅型太阳能电池而言，需要极 高的纯度，并且纯化过程复杂且包括很多步骤，从而导致高生产成本。另一方面，也已经提出了很多应用有机材料的太阳能电池。有机太阳能电池的实 例包括其中P型有机半导体和具有低功函的金属互相连接的肖特基(Schottky)型光电转 换元件；和其中P型有机半导体和n型无机半导体或者P型有机半导体和接受电子有机化 合物相连接的异质结型光电转换元件。所用的有机半导体是合成染料或颜料如叶绿素、茈 等；导电聚合物材料如聚乙炔等；及其复合材料等。这些材料通过真空蒸发法、铸造法、浸 渍法等薄层化以制备电池材料。有机材料的优点是廉价和易于获得大尺寸，但是问题在于 其中大部分表现出以下的低转化效率和差的耐久性。在这种情况下，Gratzel博士等人在瑞士报道了表现出有利特性的太阳能电池 (参见B. 0’ Regan和M. Gratzel，Nature，353，737 (1991))。所提出的电池是染料敏化型太 阳能电池，并且是将通过钌配合物进行光谱敏化的氧化钛多孔膜提供为功能电极的湿型太 阳能电池。该系统的优点是不必将廉价的氧化物半导体如氧化钛纯化至高纯度，并且可以 利用宽波长区域的可见光，从而可以将包含可见光部分的太阳光有效转化为电力。但是，该系统使用了资源不充足的钌配合物，因此当该系统实际应用于太阳能电 池时，钌配合物的供应是个问题。另外，钌配合物的问题还在于昂贵以及老化稳定性低，但 是如果可以用廉价且稳定的有机染料来替代钌配合物，则可以解决这个问题。日本专利0. P. I.公报No. 2005-63833公开了当将具有含绕丹宁核的胺结构作为 染料应用于太阳能电池时，获得具有高的光电转换效率的染料敏化型光电转换元件(有机 染料敏化型太阳能电池)。但是，这些在分子中具有多个促进光不稳定性的硫原子的化合物 预计具有较低的耐光性。因此，需要进一步改善敏化染料。
技术实现思路
针对以上问题进行了本专利技术。本专利技术的一个目的是提供一种具有高效率和高耐久性的光电转换元件，该光电转换元件使用用于染料敏化型光电转换元件中的具有高耐光性 和高转换效率的新型敏化染料(下文中也简称为染料)，以及应用所述光电转换元件的太 阳能电池。本专利技术的光电转换元件包括导电载体和设置于其上的半导体层、电荷传输层和对 电极，所述半导体层包括负载特定染料的半导体。附图说明图1是示出用于本专利技术的光电转换元件的一个实施例的示意截面图。 具体实施例方式本专利技术的上述目的可通过下述构造中的任意一项获得。1. 一种光电转换元件，包括导电载体和设置于其上的半导体层、电荷传输层和对 电极，所述半导体层包括具有染料的半导体，其中所述染料是式(1)所示的化合物，式(1) 其中Ar表示取代或未取代的芳烃环或者取代或未取代的芳杂环氓和R2独立地 表示取代或未取代的烷基、取代或未取代的烯基、取代或未取代的芳基、或取代或未取代的 杂环基，前提是队和R2和Ar中的至少两个可以互相结合而与氮原子一起成环；R3和R4独 立地表示氢原子、卤原子、氰基、取代或未取代的烷基、取代或未取代的烯基、取代或未取代 的芳基、取代或未取代的氨基、或取代或未取代的杂环基；Z表示硫原子、氧原子、硒原子、 取代或未取代的亚烷基、取代或未取代的芳烃环、或取代或未取代的杂环；Y表示取代或未 取代的亚烷基、取代或未取代的亚烯基、取代或未取代的芳烃环、或取代或未取代的杂环； 并且X表示羧酸基团、磺酸基团、硝酸基团或磷酸基团。2.上述项目1的光电转换元件，其中式(1)中的Ar为取代或未取代的芳烃环。3.上述项目2的光电转换元件，其中所述芳烃环为苯环。4.上述项目1的光电转换元件，其中式(1)中的礼和R2独立地表示取代或未取 代的烷基或者取代或未取代的芳基。5.上述项目1的光电转换元件，其中礼和&表示取代或未取代的芳基，该芳基为苯基。6.上述项目4的光电转换元件，其中礼和R2表示取代或未取代的芳基，所述芳基 为芪基。7.上述项目1的光电转换元件，其中式(1)中的R3和R4独立地表示氢原子或者 取代或未取代的烷基。8.上述项目1的光电转换元件，其中R3和R4表示氢原子。9.上述项目1的光电转换元件，其中式(1)中的Z表示硫原子或者取代或未取代 的杂环，所述杂环为绕丹宁环或乙内酰硫脲环。10.上述项目9的光电转换元件，其中Z表示硫原子。11.上述项目1的光电转换元件，其中式(1)中的Y表示取代或未取代的亚烷基。12.上述项目11的光电转换元件，其中所述亚烷基为亚甲基。13.上述项目1的光电转换元件，其中式(1)中的X表示羧酸基团、磺酸基团或磷酸基团。14.上述项目13的光电转换元件，其中X为羧酸基团。15.上述项目1 14中任一项的光电转换元件，其中所述半导体层是多孔半导体层。16.上述项目15的光电转换元件，其中所述多孔半导体层的孔隙率不大于10体积％。17.上述项目1 14中任一项的光电转换元件，其中所述半导体层的厚度为 0. 5 30iim。18.上述项目1 14中任一项的光电转换元件，其中所述半导体为氧化钛。19.上述项目1 14中任一项的光电转换元件，其中所述半导体层中的染料含量 为0. 01 100mmol/(lm2半导体层)。20.上述项目1 14中任一项的光电转换元件，其中所述导电载体是基本透明的。21. 一种使用光电转换元件的太阳能电池，所述光电转换元件包括导电载体和设 置于其上的半导体层、电荷传输层和对电极，所述半导体层包括具有染料的半导体，其中所 述染料是上述式(1)所示的化合物。专利技术效果本专利技术可提供使用用于染料敏化型光电转换元件的具有高耐光性和高转换效率 的新型敏化染料的具有高效率和高耐久性的光电转换元件，以及采用所述光电转换元件的 太阳能电池。使用式(1)所示的化合物作为敏化染料，可以获得具有与使用绕丹宁染料的光电 转换元件相同的转换效率和具有高耐光性的光电转换元件以及装配有所述光电转换元件 的太阳能电池。下面将详细解释本专利技术的优选实施方案，但是本专利技术并不限于此。本专利技术的特征在于，在光电转换元件中包括设置在导电载体上的半导体层、对电 极以及设置在半导体层和对电极之间的电荷传输层，所述半导体层包含具有染料的半导 体，所述染料包括上述式(1)所示的化合物。在本专利技术中，当将具有高耐光性和高转换效率的式(1)所示的化合物作为染料引 入含染料半导体层中时，可获得具有高效率和高耐久性的光电转换元件和使用该光电转换 元件的太阳能电池。下面将更详细解释本专利技术。在光电转换元件中，包括在导电载体上的含染料半导体的光电极与对电极通过电 荷传输层彼此对置。以下利用附图解释本专利技术的光电转换元件。6图1是示出本专利技术的光电转换元件的一个实施例的示意截面图。如图1中所示，光电转换元件的构本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种光电转换元件，包括导电载体和设置于其上的半导体层、电荷传输层和对电极，所述半导体层包括具有染料的半导体，其中所述染料是式（１）所示的化合物，式（１）＊＊＊其中Ａｒ表示取代或未取代的芳烃环或者取代或未取代的芳杂环；Ｒ↓［１］和Ｒ↓［２］独立地表示取代或未取代的烷基、取代或未取代的烯基、取代或未取代的芳基、或取代或未取代的杂环基，前提是Ｒ↓［１］和Ｒ↓［２］和Ａｒ中的至少两个可以互相结合而与氮原子一起成环；Ｒ↓［３］和Ｒ↓［４］独立地表示氢原子、卤原子、氰基、取代或未取代的烷基、取代或未取代的烯基、取代或未取代的芳基、取代或未取代的氨基、或取代或未取代的杂环基；Ｚ表示硫原子、氧原子、硒原子、取代或未取代的亚烷基、取代或未取代的芳烃环、或取代或未取代的杂环；Ｙ表示取代或未取代的亚烷基、取代或未取代的亚烯基、取代或未取代的芳烃环、或取代或未取代的杂环；并且Ｘ表示羧酸基团、磺酸基团、硝酸基团或磷酸基团。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：川崎秀和，伊丹明彦，矶部和也，三轮英也，西村一国，鹈城真优子，
申请(专利权)人：柯尼卡美能达商用科技株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]