[发明专利]光电转换元件

说明书

技术领域

本发明涉及将光转换为电或将电转换为光的光电转换元件。

背景技术

近年来，使用光伏转换的能量生成器件如光伏电池和太阳能电池，发光器件如有机EL器件，光学显示器件如电致变色显示器器件和电子纸，感测如温度和光的传感器器件以及其他器件采用光电转换元件。

在它们之中，太阳能电池和其他器件中的光电转换元件实际上采用pn结器件，并且已经研究了多种光电转换元件用于光电化学器件(例如，参见专利文献1)。光电转换元件包括具有电子输送层的电极、对电极，以及插入在电极之间的作为空穴输送层的电解质和其他层。电子输送层典型地负载作为光学增感剂的染料，并且这样一种结构使得能够将该元件用作染料敏化的太阳能电池。将光施加至电子输送层使得电子输送层产生电荷；电荷移动穿过空穴输送层；并且可以将电从作为负电极的具有电子输送层的电极和从作为正电极的对电极抽取到外面。

对于包括这种光电转换元件的光电化学器件，开发了设置自由基化合物与电子输送层接触的方法(例如，参见专利文献2)。在该方法中，由至电子输送层的光照射产生的载流子(电子或空穴)参与自由基化合物的氧化还原反应(氧化-还原反应)。自由基化合物经历电化学氧化或还原以成为氧化还原对。这加速对至电子输送层的光照射的响应速度并且这种器件获得出色的稳定性和再现性。

引用列表

专利文献

专利文献1：日本专利号2664194

专利文献2：JP-A号2003-100360

发明概述

技术问题

以上方法不幸地在作为氧化还原对的自由基化合物与光学增感剂之间获得低效率的反应性。这种低效率的反应性导致光学增感剂与自由基化合物之间的结合界面处低效率的电荷分离和穿过自由基化合物的低效率的电荷输送，导致低效率的光伏转换效率。

考虑到以上情况，本发明具有提供具有高光伏转换效率的光电转换元件的目的。

问题的解决方案

本发明的光电转换元件包括第一电极；第二电极，所述第二电极与所述第一电极相对安置；电子输送层，所述电子输送层设置在所述第一电极的一个面上，所述面与所述第二电极相对；光学增感剂，所述光学增感剂负载在所述电子输送层上；和空穴输送层，所述空穴输送层插入在所述第一电极与所述第二电极之间，并且所述电子输送层含有[化学式1]的苝二酰亚胺衍生物。

[化学式1]

优选的是苝二酰亚胺衍生物具有[化学式2]的结构，并且取代基R是烷基。

[化学式2]

(R是烷基)

优选的是取代基R是具有支化结构的烷基。

发明的有益效果

本发明可以抑制电荷分离之后在电荷分离界面处电荷的复合从而提高空穴输送层中的电荷输送特性并且因此可以提供在光与电之间的转换效率上出色的光电转换元件。

附图简述

图1是显示本发明的实施方案的一个实例的示意性截面图。

实施方案详述

在下文中将描述用于进行本发明的实施方案。

图1显示本发明的光电转换元件的一个实例。一对基板6和7彼此相对安置。在一个基板6的内表面上，设置第一电极2；在另一个基板7的内表面上，设置第二电极3；并且第一电极2和第二电极3彼此相对。在第一电极2的与基板6相反的表面上，设置电子输送层1；并且在基板6与7之间，设置空穴输送层4。空穴输送层4可以设置在第二电极3的与基板7相反的表面上。

在一对基板6和7中，附着设置有电子输送层1的第一电极2的基板6可以由光学透明的玻璃或膜或处理从而是光学透明的金属形成。例如，从经济益处的角度归因于材料成本上的降低，金属优选具有直线(条纹)图案、波形线图案、网格(网眼)图案、冲孔金属形式，或粒子聚集体形式，因为光可以穿过开口并且不需要透明导电材料。从元件的耐久性的角度，具有这种形式的基板可以与结构材料如塑料和玻璃组合使用。

对于其中另一个基板7充当光入射基板的元件，基板6可以采用光学不透明材料。这种基板可以是导电的或不是导电的。然而，作为电极工作的基板优选采用导电材料。该材料的可用实例包括碳、铝、钛、铁、镍、铜、铑、铟、锡、锌、铂、金，以及含有这些材料中的至少一种的合金，如不锈钢。在本发明中，与卤素离子和后面描述的其他物质比较，自由基化合物不容易腐蚀金属，并且因此基板6和7、第一电极2和第二电极3可以采用通常使用的金属。