[发明专利]光敏染料

说明书

技术领域

本发明涉及一种作为在广泛的光谱区域具有强吸收、且稳定性优异的新型光敏染料的过渡金属络合物，含有其的氧化物半导体电极和染料敏化太阳能电池。 

背景技术

伴随化工石油燃料的枯竭和由其燃烧导致的地球变暖，替代其的新能源的开发成为当务之急。太阳能为支持新生代的可持续发展，是具有足够潜力的绿色、环境友好的能源。作为将太阳能转化为电能的方法，开发了二氧化硅系的半导体太阳能电池。不过这里使用的二氧化硅需要非常高的纯度，在该纯化工序中，因消耗很多能量和复杂的工序而需要高的制造成本。 

染料敏化太阳能电池具有比较高的转换效率，与以往型的太阳能电池相比，由于成本低，所以现在受到学术界或工业界的广泛关注。特别是，1991年Graetzel等人报告了该染料敏化太阳能电池的光电转换效率达到10～110％，其通过在纳米钛粒子表面吸附染料，可以作为吸收可见光区域的光，染料的任务由于具有捕集光的作用，所以特别重要。作为这样的染料，至今被开发的有：被称为N3的顺-双(异硫氰基)-双(2，2′-联吡啶基-4，4′-羧酸酯)钌(II)、被称作N719的顺-双(异硫氰基)-双(2，2′-联吡啶基-4，4′-羧酸酯)钌(II)双(四正丁基铵)和被称作Z907的顺-双(异硫氰基)-(2，2′-联吡啶基-4，4′-羧酸酯)-(2，2′-联吡啶基-4，4′-二壬基)钌(II)。N3和N719的染料显示出高的光电转换效率，不过在比较高的温度存在耐久性的问题。这是由于受到水分子等攻击，染料分子从二氧化 钛颗粒表面脱离下来造成的，对此，Z907因为是一种两亲性的钌染料，所以是稳定性优异的染料。不过，与N3和N719比，有在紫外可见区吸收光谱强度低，因而光电转换效率低的缺点。 

另外，作为最近公开的钌染料，有吡啶喹啉衍生物作为配体的钌络合物(专利文献1)，或三联吡啶衍生物作为配体的钌络合物(专利文献2～4)等。但任何一种都不能使光电转换效率和耐久性同时提高。 

进而，如最近Graetzel等人报告了具有2，2′-联吡啶基配体特定结构的光敏染料(专利文献5和6、非专利文献3)。但依然是在可见紫外区域的吸收光谱强度并不能认为是充分的，和在氧化还原电位的相互关系中，由于光电转换效率低，所以希望进一步提高光电转换效率。 

另外，即使是在专利文献7中，也报告了广范围的具有2，2′-联吡啶配体的特定结构的光敏染料。不过认为，具体地所列出的染料的稳定性需要进一步改良。 

于是，希望作为在更广的光谱区域具有强的吸收光谱且稳定性优异的新型光敏染料的钌络合物等过渡金属络合物被开发出来。 

专利文献1：日本特开2003-272721号公报 

专利文献2：日本特开2003-212851号公报 

专利文献3：日本特开2005-47857号公报 

专利文献4：日本特开2005-120042号公报 

专利文献5：欧洲专利申请公开1622178号 

专利文献6：国际公开2006/010290号小册子 

专利文献7：日本特开2001-291534号公报 

非专利文献1：J.Phys.Chem.B2003，107，14336-144337 

非专利文献2：nature Material，p402，Vol.2，2003 

非专利文献3：J.Am.Chem.Soc.2005，127，808-809 

发明内容

本发明的目的在于提供一种作为光电转换效率和耐久性共同提高的光敏染料有用的新型过渡金属络合物，将此吸附到氧化物半导体上的氧化物半导体电极、和具有该氧化物半导体电极的染料敏化太阳能电池。 

在本发明中，合成包括如下所述的配体的二价过渡金属络合物时，通过将其用于染料敏化太阳能电池的光敏染料，成功地提供一种具有优异的耐久性和高的光电变换特性的光电转换元件，(i)作为二氧化钛颗粒表面的吸附位点，为二羧酸联吡啶基(dcbpy)配体等联吡啶基多元酸配体，(ii)选自可以作为长波长的吸收激发·电荷传输的异硫氰基、异氰基和异硒氰基的配体，进而，(iii)具有使钌络合物等过渡金属络合物的吸光度提高且使吸收的深色效果提高的、赋予了光敏染料的亲核试剂稳定性的烷基，优选具有长链烷基，共轭键合有噻吩亚乙烯基等联吡啶(bpy)配体。