(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光電変換装置のための感光性のポルフィリン系染料であって、構造式(I), (II), (VII) 及び(VIII)から成るグループから選択する構造式を有する感光性のポルフィリン系染料。
0006106217.tif 000025
Ｄは以下から成るグループから選択された電子供与体ユニットを示しており、
0006106217.tif 000026
0006106217.tif 000027
ここで、R=CnH2n+1 又は OCnH2n+1, n=0〜16 及びm=0〜5であり、
Ａは以下から成るグループから選択された電子授与体ユニットを示しており、
0006106217.tif 000028
0006106217.tif 000029
0006106217.tif 000030
Ｐは以下から成るグループから選択された遮断ユニットを示しており、
0006106217.tif 000031
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0006106217.tif 000034
【請求項４】
前記遮断ユニットＰが以下の１つである、請求項１記載の感光性のポルフィリン系染料。
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0006106217.tif 000037
【請求項６】
光電変換装置のための感光性のポルフィリン系染料であって、構造式(I)~(XII)から成るグループから選択する構造式を有する感光性のポルフィリン系染料。
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0006106217.tif 000039
Ｄは以下から成るグループから選択された電子供与体ユニットを示しており、
0006106217.tif 000040
ここで、R=CnH2n+1 又はOCnH2n+1, n=0〜16 及びm=0〜5であり、
前記構造式(III)~(VI) 及び(IX)~(XII)の１の構造式での２つの電子供与体ユニットＤは同一又は異なるものとなり、
Ａは以下から成るグループから選択された電子授与体ユニットを示しており、
0006106217.tif 000041
0006106217.tif 000042
前記構造式(V), (VI), (XI)及び(XII)の１つの構造式での２つの電子授与体ユニットＡは同一又は異なるものとなり、
Ｐは以下から成るグループから選択された遮断ユニットを示しており、
0006106217.tif 000043
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【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願発明は、感光性のポルフィリン系染料に関し、特に、光電変換装置のための感光性のポルフィリン系染料に関する。本願発明は、また、色素増感太陽電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、環境保護の意識が増加し、再生可能エネルギーの要求が増えている。様々な再生可能エネルギー源から、太陽エネルギーは化石燃料にとって代わる新たなエネルギー源として期待されており、というもの、枯渇のないクリーンエネルギーを供給するからである。太陽エネルギーは、汚染を生ずることなしに電気エネルギーに変換される。言い換えると、太陽エネルギーは最も有望な再生可能エネルギー源である。
【０００３】
一般に、太陽電池は、太陽エネルギーを電気エネルギーに変換するために使用される。従来の太陽電池は半導体材料より成る。特に、シリコンを用いる太陽電池は、市場の主流である。太陽電池の光電変換効率や対費用効果は徐々に改善される。しかしながら、従来の太陽電池の光電変換効率や対費用効果は未だ充分とは言えない。結果として、多くの学術施設及び製造業者が多くの努力を元の太陽電池の外形を改善することにつぎ込み、また、パフォーマンスを高め製造原価を減らすために新たな太陽電池の外形を探すことにつぎ込んでいる。例えば、色素増感太陽電池（ＤＳＳＣ）は、候補の太陽電池の一つであり、というのも、色素増感太陽電池の製造原価は、従来のシリコンを用いる太陽電池の製造原価の１／１０から１／５と低いためである。さらに、色素増感太陽電池を高圧の真空環境で製造する必要がないため、色素増感太陽電池の製造環境は従来の色素増感太陽電池より厳しくない。
【０００４】
色素増感太陽電池は、化学反応から生じる光電流を生成するための染料を用いた光増感剤の光励起を使うフォト電気化学システムである。一般的に、色素増感太陽電池は、基板、透明導電性フィルム、半導体フィルム、染料、電解質及び対電極を備える。動作原理は以下である。最初に、二酸化チタン又は酸化亜鉛の半導体フィルムが特別な光吸収染料を用いて塗布される。染料が日光に照らされるとき、染料の電子が基底状態から励起状態に励起される。励起電子は、自由電子となるために半導体フィルムの伝導体に挿入される。これらの自由電子は、半導体フィルムに接続された導電ガラス又は導電プラスティック（導電ポリマー）を通して流れ出る。その結果、電流が生成される。電解質は、染料とは別側に配置される。電子を失った染料の分子は、その元の状態に復帰するため、電解質から電子を受ける。それから、染料から流れ出る電子が経路を通り、電解質に接触する白金電極に至る。その結果、電解質はこれらの自由電子を受け取り、完全なループが形成される。色素増感太陽電池では、感光性の染料の塗布方法や構造が、光電変換効率及び色素増感太陽電池の安定性に影響するだろう。さらに、感光性の染料の選択は、色素増感太陽電池のコストに大いに関連し、太陽電池の発展の潜在性にも関連する。
【０００５】
有機の感光性の染料は、その高い吸収率、安易な修正、調節可能な光物理特性によって太陽電池の発展に貢献している。発明者は、ＵＳ出願の2010/0125136 A1において、感光性のポルフィリン系染料を記述した。ポルフィリンは、人工葉緑素と見なされる。葉緑素は、植物で見つけられる緑色素であり、例えば、二酸化炭素と水から酸素と炭水化物を生成する光合成を開始するために植物が光を吸収できるようにする。ポルフィリンは色素増感太陽電池の中で同じような役割を果たし、例えば、可視光や近赤外光のエネルギーを電気エネルギーに変換する。色素増感太陽電池の中でポルフィリン分子を使う利点は、二酸化チタンの利用、日光の幅広い吸収帯域、及び励起電子のより長い寿命に、励起電子の適切なエネルギーレベルを含む。しかしながら、ポルフィリンを使う従来の太陽電池は、充分な利点を得ていない。ポルフィリン分子は容易に集約され光電変換効率に影響することが分かっている。
【０００６】
従って、本願発明に示す貴重な感光性のポルフィリン系染料は、色素増感太陽電池のような光電変換装置のための感光性染料の特性を改善するために発展される。光電変換効率、太陽電池の安定性、合成の簡易性、コスト効果の間のバランスは色素増感太陽電池の商業的競争力を強化する。
【発明の概要】
【０００７】
色素増感太陽電池のような光電変換装置のための感光性のポルフィリン系染料が供される。感光性のポルフィリン系染料は以下の構造式を有する。
0006106217.tif 000002
Ｄは以下の構造式の電子供与体ユニットを示す。
0006106217.tif 000003
ここで、R=CnH2n+1 又は OCnH2n+1, n=0〜16 及びm=0〜5である。同じ構造式での２つの電子授与体ユニットＤは同一又は異なるものとなる。Ａは以下の構造式の電子授与体ユニットを示す。
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同じ構造式での２つの電子授与体ユニットＡは同一又は異なるものとなる。Ｐは以下の構造式を有する選択的な遮断ユニットを示す。
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【００１０】
実施形態において、遮断ユニットＰは、
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