[发明专利]包括经双核金属络合物染料敏化的半导体颗粒以及主要由离子液体组成的电解质溶液的光化学电池

说明书

技术领域

本发明涉及一种光化学电池，该光化学电池包括光电转换元件以及一种电解质溶液，该光电转换元件包括一种经双核钌络合物染料或钌-锇络合物染料敏化的半导体颗粒，该半导体颗粒具有高吸收系数和优良的电子移动特性，该电解质溶液包括离子液体作为主要成分。

背景技术

太阳能电池被非常期待来用作干净的可再生能源，并且已经进行了对基于单晶硅，多晶硅或非晶硅的太阳能电池和包含化合物(如碲化镉和铜铟硒化物)的太阳能电池实际应用的研究。然而，对于作为家用电源的太阳能电池的普及而言，所有这些太阳能电池都面临许多需要克服的问题，包括较高的生产费用，获取原材料的困难，再循环利用的困难，以及实现更大面积的困难。因此，已提出包含有机材料的太阳能电池以试图实现更大的面积和更低的价格。但是，任何这类电池的光电转换效率都大约为1％，这大大降低了其实用性。

在这种情况下，Graetzel等人公开了一种光电转换元件和一种包含经染料敏化的半导体颗粒的太阳能电池，并公开了生产该太阳能电池所需的材料和生产技术(例如参见非专利文献1和专利文献1)。该太阳能电池是包括经钌染料敏化的多孔二氧化钛薄膜作为工作电极的湿式太阳能电池。该电池具有可以低价提供光电转换元件的优势，因为其可以使用没有高度纯化的廉价材料，并且该太阳能电池可在宽可见光波长范围内将太阳光转换成电，因为其使用了具有宽吸收带的染料。然而，为了实际使用，必须进一步提高光电转换效率。因此，仍然存在对具有更高吸收系数和可吸收更长波长光的染料的需求。

同时，为了引用一个包括离子液体的电解质组合物的例子，专利文献2公开了一种包括离子液体和溶解在离子液体中的铜络合物的电解质组合物；一种包括该电解质组合物的光电转换元件；以及包括该电解质组合物的经染料敏化的太阳能电池。然而，该经染料敏化的太阳能电池没有显示高光电转换效率。

另外，专利文献3(本申请人的专利申请)公开了一种双核金属络合物染料(例如双核钌络合物染料)，其在以下方面较好：包括该染料的太阳能电池显示了高光电转换效率。然而，专利文献3没有启示包括作为电解质溶液的离子液体的光电转换元件与经双核金属络合物染料敏化的半导体颗粒的结合。因此，需要进行双核金属络合物染料与离子液体良好结合的研究，以便在光电转换效率和光化学电池的耐久性方面有所改进。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：特开平1-220380号公报

专利文献2：特开2006-107771号公报

专利文献3：WO 2006/038587号公报

非专利文献

非专利文献1：自然(Nature)，第353卷，p.737(1991)

发明内容

本发明所要解决的技术问题

本发明的目的是提供一种具有良好耐久性的光化学电池，其包括一种经双核钌络合物染料或钌-锇络合物染料敏化的半导体颗粒，该颗粒具有高吸收系数和优良的电子移动特性，以及一种电解质溶液，该溶液包括离子液体作为主要成分。

解决问题的技术手段

本发明涉及一种光化学电池，其包括：

经双核金属络合物染料敏化的半导体颗粒，该双核金属络合物染料由下列通式(1)表示：

其中，

M表示Ru或Os，X^N-表示作为抗衡离子的N^-价离子，其中N为1或2，

表示具有两个羧基基团的含氮双齿配体，

表示含氮四齿配体，

表示含氮双齿配体，n表示0～2的整数，p表示中和络合物电荷所需要的抗衡离子的数目，并且一个或多个羧基(-COOH)可经去质子化成羧基离子(-COO^-)；以及

电解质溶液，其包括含有(CN)₄B^-作为阴离子成分的离子液体，其中该离子液体是电解质溶液的主要成分。

技术效果

根据本发明，可提供一种具有高光电转换效率和良好的耐久性的光化学电池，其包括经双核金属络合物染料(双核钌络合物染料或钌-锇络合物染料)敏化的半导体颗粒，该颗粒具有高吸收系数和优良的电子移动特性，以及电解质溶液，该电解质溶液包括离子液体作为主要成分。包括以离子液体作为主要成分的电解质溶液的光化学电池一般具有高稳定性和高耐久性。然而，在同类电池中，本发明的光化学电池可具有显著高的耐久性。