[发明专利]金属络合物色素、光电转换元件、色素增感太阳能电池、色素增感太阳能电池用色素吸附组成液、色素增感太阳能电池用半导体电极和色素增感太阳能电池的制造方法

说明书

【技术领域】

本发明涉及金属络合物色素、光电转换元件、色素增感太阳能电池、色素增感太阳能电池用色素吸附组成液、色素增感太阳能电池用半导体电极和色素增感太阳能电池的制造方法。

【背景技术】

光电转换元件被用于各种光传感器、复印机、太阳能电池等中，人们研究了各种方式，并将它们实用化。例如，作为该光电转换材料，有使用金属的光电转换材料、使用半导体的光电转换材料、使用有机颜料或色素的光电转换材料等。在该背景下，可以举出，作为不需要化石燃料而利用取之不尽的清洁能源的装置，利用永不枯竭的太阳能的太阳能电池被人们期待。其中，人们很早就开始研究开发硅系太阳能电池。在各国政策性的照顾下，其得到了普及。但是，硅为无机材料，效能和分子修饰自然存在限度。

因此，人们正全力进行色素增感太阳能电池的研究。特别是，瑞士的洛桑工科大学的格兰泽尔(Graetzel)等人的研究成果成为了其契机。他们采用在多孔二氧化钛薄膜的表面固定了由钌络合物构成的色素的结构，实现了与非晶硅同样的转换效率。从而，色素增感太阳能电池一跃而受到全世界研究者的关注。

人们应用该技术，面向光电转换效率的提高，继续钌络合物系增感色素的开发，可以举出以N3、N749(黑色染料)、N719(红色染料)、PRT4、TF-3、TF-4的俗称为人所知的金属络合物(例如参见专利文献1、2；非专利文献1)。

另一方面，特别是最近太阳能电池作为代替原子力发电的能源所受到的关注和期待提高，要求进一步改良作为太阳能电池的性能。

【现有技术文献】

【专利文献】

专利文献1：美国专利申请公开第2010/0258175A1号说明书

专利文献2：日本专利第4298799号公报

【非专利文献】

非专利文献1：Angew.Chem.Int.Ed.,2011,50,2054-2058

【发明内容】

【发明所要解决的课题】

对太阳能电池所要求的性能水平逐年提高，而另一方面，其耐久性未必能令人满意，特别希望兼顾短路电流密度(Jsc)的提高和耐久性的提高。并且，在兼顾这两者时，要求有金属络合物色素对半导体微粒的吸附性(吸附力强、吸附速度快)，并且金属络合物色素的溶液稳定性也未必能令人满足，要求进一步的改良。此外，已知还在所制作的光电转换元件的批次间观测到性能波动。鉴于本技术领域中这样的现状，本发明的目的在于提供金属络合物色素、光电转换元件、色素增感太阳能电池、色素增感太阳能电池用色素吸附组成液、色素增感太阳能电池用半导体电极和色素增感太阳能电池的制造方法，其中显示出了光电转换效率(η)高等作为光电转换元件的电池特性优异的性能，并且兼顾短路电流密度(Jsc)的提高和耐久性的提高，吸附性提高，金属络合物色素的溶液稳定性得到改良，并且光电转换元件的批次间的性能差降低。

【解决课题的手段】

本发明人对于耐久性进行了各种研究，结果发现，如黑色染料(Black Dye)、红色染料(Red Dye)那样，现有钌金属络合物具有硫氰酸根离子([NCS]^-)作为供体配体，因而这样的配体受到水等的亲核攻击，耐久性降低。因此，对不具有这样的配体的金属络合物色素进行了各种研究，结果可知，供体和受体这两种配体为三齿配体的现有金属络合物色素具有光吸收光谱中的吸收的长波端蓝移而导致短路电流密度(Jsc)降低的问题。

另一方面，作为供体侧的配体，进行了给电子性、金属络合物色素的HOMO(最高被占轨道)、LUMO(最低空轨道)的调整，对各种金属络合物色素进行了合成和探索。例如，本发明人研究了在从供体配体侧向着受体配体的方向上的迁移偶极矩的增加以及在向着连接至与其垂直的三齿中央配位部分的左右配位部分的方向上的迁移偶极矩的增加，结果发现其短路电流密度(Jsc)提高，能够兼顾其与耐久性。最终通过受体侧配体的各种结构的探索进一步对其组合进行了研究，从而完成了本发明。

即，本发明的课题通过下述手段达成。

(1)一种金属络合物色素，其由下式(I)表示。

M(LD)(LA)·(Y)_mY  式(I)

式中，M表示Fe²⁺、Ru²⁺或Os²⁺。

LD表示下式(A)所示的三齿配体。

LA表示下式(B)所示的三齿配体。

Y表示需要中和电荷时的抗衡离子。mY表示0～2的整数。