氧化還原對(duì)及使用其的光電轉(zhuǎn)換元件制造技術(shù)

提供一種沒有如碘系氧化還原對(duì)那樣的在可見光區(qū)域中的強(qiáng)吸收、密封容易、且高性能的氧化還原對(duì)、及使用該氧化還原對(duì)的實(shí)用性高的光電轉(zhuǎn)換元件。使用包含下述通式(1)表示的化合物和通式(2)表示的化合物的氧化還原對(duì)。其中，通式(1)中，A表示Li、K或Na、或銨化合物、咪唑鎓化合物、或者吡咯烷鎓化合物。通式(1)及通式(2)中的R1表示碳原子數(shù)4～8的直鏈烷基，多個(gè)R1彼此相同、或者一部分不同或全部不同。

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
【國(guó)外來(lái)華專利技術(shù)】氧化還原對(duì)及使用其的光電轉(zhuǎn)換元件
本專利技術(shù)涉及有機(jī)氧化還原對(duì)、及使用其的光電轉(zhuǎn)換元件。
技術(shù)介紹
近年來(lái)，作為將光能轉(zhuǎn)化為電能的光電轉(zhuǎn)換元件，提出了各種太陽(yáng)能電池。其中，關(guān)于在1991年由瑞士的Lausanne大學(xué)的Gratzel等在“Nature”1991，353，p737-740等發(fā)表的染料敏化太陽(yáng)能電池，由于使用的材料/工藝廉價(jià)，因此期待其作為低成本太陽(yáng)能電池而實(shí)用化。染料敏化太陽(yáng)能電池通常由下述部分構(gòu)成：由導(dǎo)電性基材上吸附了染料的半導(dǎo)體形成的具有光電轉(zhuǎn)換層的半導(dǎo)體電極；與該半導(dǎo)體電極相對(duì)設(shè)置的在導(dǎo)電性基材上設(shè)置了催化劑層的對(duì)電極；以及保持在這些半導(dǎo)體電極與對(duì)電極之間的電解質(zhì)層。染料敏化太陽(yáng)能電池的電解質(zhì)，通常使用將碘系氧化還原對(duì)溶解于有機(jī)溶劑而成的電解質(zhì)。碘系氧化還原對(duì)的離子傳導(dǎo)率高、并且將氧化狀態(tài)的染料還原的速度快，另一方面，具有在工作電極的導(dǎo)電性玻璃表面、氧化鈦表面的反應(yīng)性低等優(yōu)異的性能。但是，在使用有碘系氧化還原對(duì)的情況下，由于碘的升華性高，所以難以元件密封，成為高溫條件下的元件耐久性下降的原因。另外，由于碘對(duì)于多數(shù)金屬具有高腐蝕性，因此元件基板中能夠使用的金屬受限，存在必須使用導(dǎo)電性玻璃等昂貴的基板等問題。另外，特別是大面積元件的情況，為了高性能化，多在基板上設(shè)置金屬集電線，但該情況下，為了防止金屬集電線的腐蝕，需要防止電解液與集電線的接觸等處理，作業(yè)工序繁雜，除此之外，產(chǎn)生元件的有效面積下降等問題。進(jìn)而，碘系氧化還原對(duì)在可見光區(qū)域具有強(qiáng)吸收，在使用了離子性液體等高粘度的溶劑時(shí)，為了作為太陽(yáng)能電池元件充分地工作，需要提高碘系氧化還原對(duì)濃度，由此，阻礙染料的光吸收，成為性能下降的原因，除此之外，在使用各種染料、強(qiáng)調(diào)太陽(yáng)能電池的全色性(colorful)的情況、特別是藍(lán)色元件的情況下，碘的顏色成為妨礙，在元件設(shè)計(jì)上也不能說(shuō)是適合的。如此，碘系氧化還原對(duì)雖然作為氧化還原對(duì)的性能高，但是也具有缺點(diǎn)，因此，尋求代替碘系的氧化還原對(duì)，正在進(jìn)行各種研究(例如，非專利文獻(xiàn)1～7、專利文獻(xiàn)1、2)。非專利文獻(xiàn)1～3中，提出了將鈷絡(luò)合物用于氧化還原對(duì)的方案。在微弱光條件下，有時(shí)顯示與碘系氧化還原對(duì)同等的性能，但由于分子尺寸大，因此氧化還原對(duì)的移動(dòng)速度慢，在模擬太陽(yáng)光照射條件下性能下降至一半左右。非專利文獻(xiàn)4中報(bào)道了通過(guò)使用將具有特定結(jié)構(gòu)的染料和鈷絡(luò)合物溶解于低粘度高揮發(fā)性有機(jī)溶劑而成的氧化還原對(duì)電解液，由此性能良好，但對(duì)于元件耐久性沒有提及，并且由于使用高揮發(fā)性有機(jī)溶劑，所以不能期望高耐久性，進(jìn)而相對(duì)于碘而言鈷絡(luò)合物昂貴，不能說(shuō)是實(shí)用的。非專利文獻(xiàn)5、6中提出了將(SCN)2/SCN-、(SeCN)2/SeCN-用于氧化還原對(duì)的方案。(SCN)2/SCN-雖然作為氧化還原對(duì)工作，但是若與碘系氧化還原對(duì)相比，則僅能獲得一半以下的性能。(SeCN)2/SeCN-與其相比顯示高性能，但安全性存在問題，不能說(shuō)實(shí)用性高。作為其它的碘以外的光電轉(zhuǎn)換元件中可使用的氧化還原對(duì)，可以舉出Br2/Br-、Fe(CN)64-/Fe(CN)63-、Fe2+/Fe3+、S2-/Sn2-、Se2-/Sen2-、V2+/V3+、醌/氫醌等，但是性能、穩(wěn)定性、安全性等存在問題，無(wú)法獲得與碘匹敵的性能。申請(qǐng)人等已明確如專利文獻(xiàn)1、2所公開的那樣，通過(guò)使用可見光區(qū)域的光吸收少的硫醚系化合物作為氧化還原對(duì)、使用導(dǎo)電性高分子作為對(duì)電極催化劑，從而作為光電轉(zhuǎn)換元件有效地工作。另外，非專利文獻(xiàn)7通過(guò)將硫醚系氧化還原對(duì)和有機(jī)溶劑用于電解液中，從而實(shí)現(xiàn)了高光電轉(zhuǎn)換性能。然而，作為染料敏化太陽(yáng)能電池的電解液，如非專利文獻(xiàn)7所公開的那樣使用乙腈、碳酸亞乙酯等揮發(fā)性的有機(jī)溶劑時(shí)，電解液的密封困難，難以獲得實(shí)用上的元件耐久性。因此，將揮發(fā)性非常低的離子液體用于電解液溶劑的例子很多，但離子液體與通常的揮發(fā)性有機(jī)溶劑相比粘度高，因此如專利文獻(xiàn)1記載的那樣，元件性能與有機(jī)溶劑電解液相比變低是個(gè)問題。另外，對(duì)于專利文獻(xiàn)1中記載的作為氧化還原對(duì)的具有噻二唑骨架的硫醚化合物，作為氧化還原對(duì)的氧化體的二硫醚化合物特別是在離子液體等電解液溶劑中的溶解性低，揮發(fā)性低，但使用粘度高的離子液體等溶劑時(shí)，存在元件性能下降這樣的問題。另外，提高氧化還原對(duì)的濃度時(shí)，還存在氧化還原自身的穩(wěn)定性下降這樣的問題。另外，對(duì)于專利文獻(xiàn)2中記載的作為氧化還原對(duì)的具有四唑骨架的硫醚化合物，與專利文獻(xiàn)1的硫醚化合物相比溶解度提高，太陽(yáng)能電池元件性能提高，但還存在氧化體的二硫醚化合物的溶解性尚不充分的問題。進(jìn)而，非專利文獻(xiàn)7中公開了將硫醚化合物的四甲基銨鹽用于氧化還原對(duì)的還原體，但該情況下，存在離子液體中的溶解性不充分、無(wú)法發(fā)揮出所滿足的元件性能的問題。因此，尋求不具有升華性、可見光區(qū)域光吸收性、電解液溶劑中的溶解度高、溶劑中穩(wěn)定且為高性能的替代碘的電解質(zhì)溶液。現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)專利文獻(xiàn)專利文獻(xiàn)1：日本特開2008-016442號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)2：WO2012/096170A1非專利文獻(xiàn)非專利文獻(xiàn)1：J.Phys.Chem.B,105,10461-10464(2001)非專利文獻(xiàn)2：Chem.Eur.J.9,3756-3763(2003)非專利文獻(xiàn)3：J.Am.Chem.Soc.,124,11215-11222(2002)非專利文獻(xiàn)4：Science334,629-634(2011)；,非專利文獻(xiàn)5：J.Phys.Chem.B.105,6867-6873(2001)非專利文獻(xiàn)6：J.Am.Chem.Soc.,126,7164-7165(2004)非專利文獻(xiàn)7：Nature.Chem.,2,385-389(2010)
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
專利技術(shù)要解決的問題本專利技術(shù)是鑒于以上內(nèi)容而完成的，其課題在于，提供一種與碘系氧化還原對(duì)相比透明性高即可見光區(qū)域的吸收少、密封容易、高性能的氧化還原對(duì)、及使用該氧化還原對(duì)的實(shí)用性高的光電轉(zhuǎn)換元件。用于解決問題的方案為了解決上述課題，本專利技術(shù)的氧化還原對(duì)包含通式(1)表示的化合物和通式(2)表示的化合物。通式(1)中，A表示Li、K或Na、或通式(3)所示的銨化合物、通式(4)所示的咪唑鎓化合物、或者通式(5)所示的吡咯烷鎓化合物。通式(1)及通式(2)中的R1表示碳原子數(shù)4～8的直鏈烷基，多個(gè)R1彼此相同、或者一部分不同或全部不同。通式(3)～(5)中，R2表示碳原子數(shù)1～12的烷基，R3表示H或甲基。多個(gè)R2彼此相同、或者一部分不同或全部不同。另外，本專利技術(shù)的光電轉(zhuǎn)換元件具有半導(dǎo)體電極、對(duì)電極、和保持在這兩極間的電解質(zhì)層，電解質(zhì)層含有上述本專利技術(shù)的氧化還原對(duì)，對(duì)電極含有對(duì)該氧化還原對(duì)具有催化活性的催化劑。上述光電轉(zhuǎn)換元件中，電解質(zhì)層可以含有具有下式(6)表示的具有雙(氟代磺酰)亞胺陰離子的離子液體。式(6)另外，上述對(duì)電極中含有的催化劑是包含3,4-亞乙基二氧噻吩或其衍生物的聚合物的導(dǎo)電性高分子。專利技術(shù)的效果本專利技術(shù)的光電轉(zhuǎn)換元件具有與使用了以往的碘系氧化還原對(duì)的元件相匹敵的光電轉(zhuǎn)換效率和穩(wěn)定性，同時(shí)能夠解決以往的碘系氧化還原對(duì)的弱點(diǎn)即著色的問題。具體而言，本專利技術(shù)的氧化還原對(duì)在可見光區(qū)域不具有強(qiáng)吸收，因此，不僅元件的設(shè)計(jì)性提高，而且高濃度地溶解于揮發(fā)性低的離子液體，所以即使在將離子液體用于溶劑本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種氧化還原對(duì)，其包含通式(1)表示的化合物和通式(2)表示的化合物，通式(1)中，A表示Li、K或Na、或通式(3)所示的銨化合物、通式(4)所示的咪唑鎓化合物、或者通式(5)所示的吡咯烷鎓化合物，通式(1)及通式(2)中的R1表示碳原子數(shù)4～8的直鏈烷基，多個(gè)R1彼此相同、或者一部分不同或全部不同，通式(3)～(5)中，R2表示碳原子數(shù)1～12的烷基，R3表示H或甲基，多個(gè)R2彼此相同、或者一部分不同或全部不同。

【技術(shù)特征摘要】
【國(guó)外來(lái)華專利技術(shù)】2012.11.15 JP 2012-2514121.一種電解質(zhì)層，其包含氧化還原對(duì)和具有下式(6)表示的雙(氟代磺酰)亞胺陰離子的離子液體，其中，所述氧化還原對(duì)包含通式(1)表示的化合物和通式(2)表示的化合物，通式(1)中，A表示Li、K或Na、或通式(3)所示的銨化合物、通式(4)所示的咪唑鎓化合物、或者通式(5)所示的吡咯烷鎓化合物，通式(1)及通式(2)中的R1表示碳原子數(shù)4～8的直鏈烷基，多個(gè)R1彼此...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：齊藤恭輝，日比野溫彥，船曳一正，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：國(guó)立大學(xué)法人岐阜大學(xué)，第一工業(yè)制藥株式會(huì)社，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：日本;JP