有机色素材料及使用其的色素敏化型太阳能电池的制作方法
【专利摘要】本发明提供不使用高价的稀有金属、此外也不需要使用强的吸电子性基团的低成本且高性能的色素化合物。在包含与碳的双键的含杂原子π电子系骨架中导入硼取代基，制成使用在分子内具有与硼的配位键的骨架作为π电子接受性骨架的化合物。
【专利说明】有机色素材料及使用其的色素敏化型太阳能电池
【技术领域】
[0001 ] 本发明涉及有机色素材料及使用其的色素敏化型太阳能电池。
【背景技术】
[0002]有机色素敏化太阳能电池作为下一代型的太阳能电池正被活跃地进行研究。迄今为止，虽然使用钌络合物色素使光电转换效率达成11%，但是面向实用化，需要进一步高的光电转换效率的实现，此外，钌络合物中，使用钼族的钌，由于高价，所以期望开发低成本且高性能的色素。
[0003]另一方面，也存在不使用钌络合物的有机色素，但迄今为止报道的色素大部分是在以往的给电子性色素中导入氰基丙烯酸基等强的吸电子性基团作为二氧化钛上的锚固单元的物质。
[0004]用于实现高的光电转换效率的最主要的战略是使作为有机色素材料的化合物吸收长波长的光。其中，该化合物具有适当的HOMO的能级(HOMO能级)及LUMO的能级(LUM0能级)很重要。
[0005]但是，上述的不使用钌络合物的以往的有机色素中，由于通过在给电子性的骨架中导入强的吸电子性的氰基丙烯基，从而强制地降低LUMO能级来实现长波长吸收，所以为了得到高的光电转换效率，必须导入该单元。因此，研究了其它的官能团作为锚固单元，且谋求电荷注入效率的提高及色素吸附的稳定性的提高很困难。
[0006]现有技术文献
[0007]非专利文献
[0008]非专利文献1:Amaresh Mishra, Markus K.R.Fischer, and Peter Bauerle,Angew.Chem.1nt.Ed.2009，48，2474-2499.
【发明内容】
[0009]发明所要解决的问题
[0010]本发明是鉴于上述问题而完成的，主要目的是提供不使用高价的稀有金属、并且也不需要使用强的吸电子性基团的低成本且高性能的色素化合物。
[0011]用于解决问题的方法
[0012]本
【发明者】们作为具有高的光电转换效率的新型的有机色素材料的分子设计的概念，提出下面的方案。
[0013](I)将π跃迁与分子内电荷转移跃迁组合。
[0014]由此，实现下面的效果。
[0015](a)不仅吸收可见光区域的太阳光，也吸收近红外区域的太阳光。
[0016](b)通过迅速的电荷转移来抑制电荷的重组。
[0017](2)使轨道具有等级。
[0018]由此，实现下面的效果。[0019](a)高的光吸收效率
[0020](b)高的电荷分离效率
[0021](3)扩大共轭。
[0022]由此，使π-Ji*跃迁进一步向长波长区域位移。
[0023](4 )能够选择锚固骨架。
[0024]由此，实现下面的效果。
[0025](a)实现电荷注入效率的提高。
[0026](b)使化合物在氧化钛上的吸附力提高，实现色素及设备的长寿命化。
[0027](5)被覆共轭骨架。
[0028]由此，实现下面的效果。
[0029](a)自身聚集化的抑制
[0030](b)电荷重组的抑制
[0031]为了达成上述的目的进行了深入研究，结果本
【发明者】发现，通过在包含碳与杂原子的双键的含杂原子η电子系骨架中导入硼取代基，制成使用分子内具有与硼的配位键的骨架作为η电子接受性骨架的化合物，能够解决上述的课题。基于所述见解，进一步反复研究，结果完成本发明。
[0032]即，本发明提供下述的化合物。
[0033]项1.一种色素敏化太阳能电池用的色素，其包含具有能够与有机太阳能电池的半导体电极结合的锚固部位A、及与该锚固部位结合且具有π共轭骨架受体部位T的化合物，
[0034]所述π共轭骨架具有式=K-X1) (-X2)(式中，X1及X2独立地为取代基。)所示的含硼取代基，并且所述η共轭骨架在该锚固骨架侧的末端区域内形成与碳的双键，且具有与上述含硼取代基的硼配位键合的杂原子作为构成原子。
[0035]项2.根据项I所述的色素，其中，上述化合物为下述通式(I)所示的具有受体部位T及锚固部位A的化合物。
[0036]A-T(I)
[0037](式(I)中，T包含下述化学式(2a)或(2b)所示的具有与硼的分子内配位键的部分结构I个以上，上述部分结构为2个以上时，邻接的上述部分结构在各连接中可以独立地以选自Ar1-Ar^Ar1-Ar1Jr2-Ar2中的任一种键合方式直接键合。
[0038][化学式I]
【权利要求】
1.一种色素敏化太阳能电池用的色素，其包含具有能够与有机太阳能电池的半导体电极键合的锚固部位A、及与该锚固部位键合且具有π共轭骨架的受体部位T的化合物， 所述η共轭骨架具有式cBGX1) (-X2)所示的含硼取代基，并且所述η共轭骨架在该锚固骨架侧的末端区域内形成与碳的双键，且具有与所述含硼取代基的硼配位键合的杂原子作为构成原子，式中，X1及X2独立地为取代基。
2.根据权利要求1所述的色素，其中，所述化合物为下述通式(I)所示的具有受体部位T及锚固部位A的化合物， A-T (I) 式(I)中，T包含下述化学式(2a)或(2b)所示的与硼具有分子内配位键的部分结构I个以上，所述部分结构为2个以上时，邻接的所述部分结构在各连接中可以独立地以选自Ar1-Ar2、Ar1-Ar1、Ar2-Ar2中的任一种键合方式直接键合， [化学式I]
3.根据权利要求1或2所述的色素，其中，所述式(I)中的受体部位T在与锚固部位A相反侧的末端含有具有给电子性骨架的施体部位D。
4.根据权利要求3所述的色素，其中，所述施体部位D为选自由三芳基胺衍生物、咔唑衍生物、取代或未取代的芳基、取代或未取代的氨基、取代或未取代的芳基烷氧基、取代或未取代的芳基硫代烷氧基组成的组中的至少I种。
5.根据权利要求3或4所述的色素，其中，所述式(I)中的受体部位T在与所述施体部位D之间含有具有Ji共轭骨架的间隔部位Q。
6.根据权利 要求5所述的色素，其中，所述间隔部位Q为选自由链烯基、炔基、取代或未取代的苯、取代或未取代的杂环戊二烯、取代或未取代的杂环戊二烯氧化物、取代或未取代的苯并杂环戊二烯、取代或未取代的苯并杂环戊二烯氧化物、取代或未取代的二苯并杂环戊二烯、取代或未取代的二苯并杂环戊二烯氧化物、取代或未取代的芴衍生物、取代或未取代的二噻吩并杂环戊二烯、取代或未取代的二噻吩并杂环戊二烯氧化物、取代或未取代的噻吩并杂环戊二烯、取代或未取代的噻吩并杂环戊二烯氧化物、取代或未取代的苯并二杂环戊二烯、取代或未取代 的苯并二杂环戊二烯氧化物、取代或未取代的并苯、取代或未取代的噻唑、取代或未取代的噁唑、取代或未取代的苯并噻二唑、取代或未取代的咪唑、取代或未取代的吡唑、取代或未取代的吡啶、取代或未取代的嘧啶、取代或未取代的哒嗪、取代或未取代的喹啉、取代或未取代的异喹啉组成的组中的至少I种，此外，Q上的取代基彼此也可以键合而形成环。
7.一种光发电方法，其包括将化合物暴露在光中的步骤， 所述化合物具有能够与有机太阳能电池的半导体电极键合的锚固骨架、及 与该锚固骨架键合、且包含I个以上的硼作为构成原子的η共轭骨架， 其中，所述η共轭骨架在所述锚固骨架侧的末端区域内包含与硼的分子内配位键。
8.一种化合物，其为下述通式(I)所示的具有受体部位T及锚固部位A， A-T (I) 式(I)中，T包含下述化学式(2a)或(2b)所示的与硼具有分子内配位键的部分结构I个以上，所述部分结构为2个以上时，邻接的所述部分结构在各连接中可以独立地以选自Ar1-Ar2、Ar1-Ar1、Ar2-Ar2中的任一种键合方式直接键合， [化学式2]
9.根据权利要求8所述的化合物，其中，所述式(I)中的受体部位T在与锚固部位A相反侧的末端含有具有给电子性骨架的施体部位D。
10.根据权利要求9所述的化合物，其中，所述施体部位D为选自由三芳基胺衍生物、咔唑衍生物、取代或未取代的芳基、取代或未取代的氨基、取代或未取代的芳基烷氧基、取代或未取代的芳基硫代烷氧基组成的组中的至少I种。
11.根据权利要求9或10所述的化合物，其中，所述式(I)中的受体部位T在与所述施体部位D之间含有具有Ji共轭骨架的间隔部位Q。
12.根据权利要求11所述的化合物，其中，所述间隔部位Q为选自由链烯基、炔基、取代或未取代的苯、取代或未取代的杂环戊二烯、取代或未取代的杂环戊二烯氧化物、取代或未取代的苯并杂环戊二烯、取代或未取代的苯并杂环戊二烯氧化物、取代或未取代的二苯并杂环戊二烯、取代或未取代的二苯并杂环戊二烯氧化物、取代或未取代的芴衍生物、取代或未取代的二噻吩并杂环戊二烯、取代或未取代的二噻吩并杂环戊二烯氧化物、取代或未取代的噻吩并杂环戊二烯、取代或未取代的噻吩并杂环戊二烯氧化物、取代或未取代的苯并二杂环戊二烯、取代或未取代的苯并二杂环戊二烯氧化物、取代或未取代的并苯、取代或未取代的噻唑、取代或未取代的噁唑、取代或未取代的苯并噻二唑、取代或未取代的咪唑、取代或未取代的吡唑、取代或未取代的吡啶、取代或未取代的嘧啶、取代或未取代的哒嗪、取代或未取代的喹啉、取代或未取代的异喹啉组成的组中的至少I种，此外，Q上的取代基彼此也可以键合而形成环。
13.—种色素，其包含权利要求8~12中任一项所述的化合物。
14.一种色素敏化太阳能电池，其特征在于，其包含第I电极、 形成于所述第I电极的一个面上的光吸收层、 与形成有所述光吸收层的第I电极相对配置的第2电极、和 位于所述第I电极与所述第2电极间的电荷输送材料， 其中，所述光吸收层包含金属氧化物及权利要求13所述的色素。
【文档编号】H01L31/04GK103534868SQ201280012413
【公开日】2014年1月22日 申请日期:2012年3月9日 优先权日:2011年3月10日
【发明者】若宫淳志, 谷口拓弘, 村田靖次郎, 乔安妮·丁·迪, 濑川浩司 申请人:国立大学法人京都大学