光吸收材料和光电转换元件制造技术

本发明专利技术提供通过应用于光电转换元件而能发挥高光电转换效率的光吸收材料。本发明专利技术的光吸收材料具有下述式(1)表示的结构。X-Y??…(1)X表示光吸收部位，Y表示在氧化状态和还原状态中的至少一种状态下为自由基且能重复氧化还原的自由基部位。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及适用于太阳能电池等光电转换元件的光吸收材料以及具备该光吸收材料的光电转换元件。
技术介绍
太阳能电池等光电转换元件作为绿色能源而非常受期待，pn接合型硅系太阳能电池已经实用化。但是，为了制造硅系太阳能电池需要高纯度的原材料，另外，在制造硅系太阳能电池时需要1000°c左右的高温工艺、真空工艺。因此，光电转换元件制造成本的降低是很大的课题。在这种状况下，近年来，集中关注由固液界面产生的电位梯度而发生电荷分离的湿式太阳能电池。对于湿式太阳能电池，高纯度的原材料的必要性、高能工艺的必要性低于硅系太阳能电池。尤其是近年，广泛进行与具备担载有吸收光的增感色素的半导体电极的、所谓的色素增感太阳能电池相关的研究。对于色素增感太阳能电池，增感色素吸收较半导体电极的带隙为长波长的可见光，由此生成的光激发电子被注入到半导体电极中，从而提高光电转换效率。以往的色素增感太阳能电池中，仅单层担载于半导体电极表面的增感色素向半导体电极注入电子。对此，如特许第2664194号公报所述，GrMtzel等提出了通过使用多孔的氧化钛电极作为半导体电极，使增感色素担载于该氧化钛电极上，从而显著增大增感色素与氧化钛电极间的界面面积。多孔的氧化钛电极通过溶胶 凝胶法来制造。该氧化钛电极的孔隙率约为50%左右，具有实际表面积非常大的纳米多孔性结构。例如，如果该氧化钛电极的厚度为8μπι，则氧化钛电极的粗糙度系数(实际表面积与投影面积的比例)达到约 720。该氧化钛电极的增感色素担载量以几何学计算时达到1.2Xl(Tm0l/Cm2，实际上在最大吸收波长可吸收入射光的约98%。这个也被称为GrMtzel电池的新型色素增感太阳能电池的重要特征是通过上述氧化钛电极的多孔化从而飞跃性地增大了增感色素的担载量，而且开发出太阳光的吸收效率高且电子注入半导体的速度很快的增感色素。GrMtzel等开发出双(联吡啶)Ru(n)配合物作为用于色素增感太阳能电池的增感色素。该RU配合物具有顺式_)(2双0，2’_联吡啶-4，4’_ 二羧酸)Ru(II)的结构。X 是C1-、CN-、SCN-。对于这些增感色素，进行了与荧光吸收、可见光吸收、电化学行为以及光氧化还原行为相关的系统性研究。在这些增感色素中，顺式_( 二异氰酸酯)_双0，2’_联吡啶-4，4’ - 二羧酸)Ru (II)显示出作为用于色素增感太阳能电池的增感色素具有格外优异的性能。该增感色素的可见光吸收是基于从金属向配位体的电荷移动迁移。通过增感色素中的配位体羧基与氧化钛电极表面的Ti离子直接配位，从而在增感色素和氧化钛电极之间产生紧密的电子的接触。通过该电子的接触，从而电子从增感色素向氧化钛导带的注入3以1皮秒以下的极快速度发生、增感色素对注入到该氧化钛导带中的电子的再捕获以微秒级的速度发生。该速度差是产生光激发电子移动的方向性、以极高效率产生电荷分离的原因。这样，这就是与通过pn接合面的电位梯度而产生电荷分离的pn接合型太阳能电池的区别，是GrMtzel电池的本质特征。在色素增感型的光电转换元件中，使用Ru配合物、部花青等作为增感色素(参照专利文献1)。现有技术文献专利文献专利文献1 特许第408(^88号公报
技术实现思路
但是，色素增感型的光电转换元件的性能不及以往的硅太阳能电池，是不充分的。 作为其原因，可举出因光照射而分离的电荷的复合。即，可举出氧化钛电极中的光激发电子与增感色素反应、或该光激发电子与应当还原增感色素的电荷输送层中的空穴反应，因而电荷无法被取出到外部。对于上述Ru配合物、部花青色素，在其化学结构内存在起到给出电子的功能的供体部位、起到接受电子的作用的受体部位，虽然通过使用这些色素抑制了电荷的复合，但是不充分。本专利技术鉴于上述问题而完成，目的在于提供通过应用于光电转换元件而能发挥高光电转换效率的光吸收材料以及具备该光吸收材料的光电转换元件。本专利技术的光吸收材料具有下述式(1)表示的结构。X-Y ... (1)X表示光吸收部位，Y表示在氧化状态或还原状态中的至少一种状态下为自由基且能重复氧化还原的自由基部位。在本专利技术中，所述式⑴中的Y可以是X的电子供体。在本专利技术中，所述式(1)中的Y可以是硝基氧自由基。在本专利技术中，所述式(1)中的Y可以是X的电子受体。在本专利技术中，所述式⑴中的Y可包含联吡啶锱基、具有取代基的联吡啶锡基、加尔万氧基自由基和具有取代基的加尔万氧基自由基中的任一种。在本专利技术中，所述式(1)中的X可具有下述通式(A) (C)中任一通式表示的结构。权利要求1.一种光吸收材料，其具有下述式(1)表示的结构， X-Y …(1)X表示光吸收部位，Y表示在氧化状态或还原状态中的至少一种状态下为自由基且能重复氧化还原的自由基部位。2.如权利要求1所述的光吸收材料，其中，所述式(1)中的Y是X的电子供体。3.如权利要求2所述的光吸收材料，其中，所述式(1)中的Y是硝基氧自由基。4.如权利要求1所述的光吸收材料，其中，所述式(1)中的Y是X的电子受体。5.如权利要求4所述的光吸收材料，其中，所述式(1)中的Y包含联吡啶锡基、具有取代基的联吡啶镨基、加尔万氧基自由基以及具有取代基的加尔万氧基自由基中的任一种。6.如权利要求4所述的光吸收材料，其中，所述式(1)中的X具有下述通式(A) (C) 中任一通式表示的结构，P7. 一种光电转换元件，其具备权利要求1所述的光吸收材料、电子输送层、和空穴输送层。全文摘要本专利技术提供通过应用于光电转换元件而能发挥高光电转换效率的光吸收材料。本专利技术的光吸收材料具有下述式(1)表示的结构。X-Y …(1)X表示光吸收部位，Y表示在氧化状态和还原状态中的至少一种状态下为自由基且能重复氧化还原的自由基部位。文档编号C09B47/00GK102439092SQ20108002214公开日2012年5月2日 申请日期2010年5月21日 优先权日2009年5月22日专利技术者关口隆史, 加藤文昭, 小柳津研一, 山木健之, 神户伸吾(已逝), 西出宏之, 铃鹿理生 申请人:学校法人早稻田大学, 松下电工株式会社本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：神户伸吾已逝，关口隆史，西出宏之，铃鹿理生，山木健之，小柳津研一，加藤文昭，
申请(专利权)人：松下电工株式会社，学校法人早稻田大学，
类型：发明
国别省市：