[发明专利]双核钌络合物染料、钌-锇络合物染料、具有该络合物染料的光电变换元件及光化学电池

说明书

技术领域

本发明涉及双核钌络合物染料以及钌-锇络合物染料。本发明也涉及具有该络合物染料的光电变换元件，以及使用该光电变换元件的光化学电池。

背景技术

太阳电池一直都被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电池和包含化合物(如碲化镉和铜铟硒化物)的太阳电池实际应用的研究。然而，对于作为家用电源的太阳电池的普及而言，任何电池都要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，已提出使用有机材料的太阳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等人在1991年公开了光电变换元件和使用染料敏化半导体粒子的太阳电池，并公开了生产该太阳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)。该电池是包括作为工作电极的钌染料敏化多孔二氧化钛薄膜的湿式太阳电池。该电池具有可以低价提供光电变换元件的优势，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，必须进一步提高转换效率。

因此，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。

专利文献2公开了含有联吡啶配位体的单核金属络合物，其是可用于光电变换元件的金属络合物染料。此外，非专利文献2公开了多核β-二酮络合物染料。

同时，专利文献3公开了含有多元金属和多元配位体的多核络合物，其中配位到多元金属的桥式配位体(BL)具有带有共轭杂环的配位结构和不带有共轭杂环的配位结构，该多核络合物被认为是一种在接收来自活性光线如光的能量时具有优秀的放射电子光电变换功能的新型多核络合物。

专利文献4公开了具有带有共轭杂环的配位结构的双核金属配合物，其是金属配位染料，可用于得到具有更高光电变换效率的光电变换元件。

特别地，对钌-锇络合物染料而言，为了实际用途，必须进一步地提高其在更长波长范围的光吸收能力。然而，在能吸收更长波长光的钌-锇络合物染料中，染料的HOMO-LUMO(最高已占分子轨道-最低未占分子轨道)往往同TiO₂(CB)或碘氧化还原剂，以及通常使用的周边材料[半导体粒子和电解质(氧化还原电对)]的能级错配，因此电子转移未必有效地发生。因此，需要络合物染料能吸收更长波长的光且具有与周边材料相称的能级的钌-锇络合物染料。

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2003-261536号公报

专利文献3：特开2004-359677号公报

专利文献4：WO 2006/038587号公报

非专利文献

非专利文献1：自然(Nature)，Vol.353，p.737，1991

非专利文献2：“染料敏化太阳电池方面的当今技术”(CMC Co.，LTD.，2001年5月25日公开，p.117)

发明内容

本发明所要解决的技术问题

本发明的第一个目的是提供一种双核钌络合物染料用于获得光电变换元件和光化学电池，该光电变换元件和光化学电池可以通过在短时间内将该双核钌络合物染料吸附至半导体粒子上来制备，并展现出高光电变换效率。

本发明的第二目的是提供一种能够吸收更长波长光的双核钌络合物染料，用于获得光电变换元件和光化学电池，该光电变换元件和光化学电池可以在宽波长范围内将太阳光转换成电，并展现出高光电变换效率。

本发明的第三个目的是提供一种双核钌络合物染料，其含有作为配位体的具有疏水取代基的1，10-菲咯啉；特别地，提供一种用于获得光电变换元件和光化学电池的双核钌络合物染料，即使使用水溶性电解液时，该光电变换元件和光化学电池也可以在全钌络合物染料(per-ruthenium-complex-dye)的基础上展现高光电变换效率。

本发明的第四个目的是提供一种钌-锇络合物染料，其能够吸收更长波长的光并具有与TiO₂(CB)和碘氧化还原剂(I^-/I₃^-)的能级相匹配的HOMO-LUMO能级。

解决技术问题的手段

本发明涉及如下内容：

1、一种由以下通式(1-1)表示的双核钌络合物染料：