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染料敏化的光電轉(zhuǎn)化器的制作方法

文檔序號(hào):7051495閱讀:222來源:國知局
專利名稱:染料敏化的光電轉(zhuǎn)化器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域
該發(fā)明是涉及用染料敏化的半導(dǎo)體細(xì)粒、用染料敏化的光電轉(zhuǎn)化器件和用染料敏化的太陽能電池,具體的講,涉及用偶氮染料敏化的半導(dǎo)體細(xì)粒,用偶氮染料敏化的光電轉(zhuǎn)化器件,和使用該器件的太陽能電池。
已需要開發(fā),使用有高轉(zhuǎn)化效率和高度實(shí)用性有機(jī)染料敏化的半導(dǎo)體的光電轉(zhuǎn)化器件。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明人已進(jìn)行了大量的努力以解決上述的問題,結(jié)果發(fā)現(xiàn)通過使用特定偶氮型染料敏化的半導(dǎo)粒子而獲得了有高轉(zhuǎn)化效率的光電轉(zhuǎn)化器,以及而后生產(chǎn)該光電轉(zhuǎn)換器實(shí)現(xiàn)本發(fā)明。即,本發(fā)明涉及(1)光電轉(zhuǎn)化器件,其特征在于包括使用一種氧化物半導(dǎo)體細(xì)粒,該細(xì)粒由如下通式(1)代表的用偶氮染料敏化 這里Ar1代表芳基,其至少有一個(gè)選自羧酸基、羥基、磷酸基、磷酸酯基和巰基的取代基,所述基團(tuán)直接地或者經(jīng)由交聯(lián)基與芳基連接;Ar2代表芳基,其至少有一個(gè)作為取代基的給電子基,其中Ar1和Ar2可以有除以上定義的取代基的其他取代基。
(2)以上(1)描述的光電轉(zhuǎn)換器,其中在以上描述(1)中提到的偶氮染料的Ar1含有至少選自羧酸基、羥基、磷酸基、磷酸酯基和巰基的2個(gè)取代基。
(3)以上(2)描述的光電轉(zhuǎn)換器,特征在于在以上描述(1)中提到的偶氮染料的Ar1上至少2個(gè)取代基選自羧酸基和羥基。
(4)在以上(2)或(3)描述中提到的光電轉(zhuǎn)化器,其中在以上描述(1)中提到的偶氮染料的Ar1上至少有2個(gè)取代基在同一芳環(huán)上任意2個(gè)相鄰的位置被取代。
(5)在以上描述的(1)到(4)的任意一個(gè)中提到的光電轉(zhuǎn)換器,其中在以上描述(1)中提到的偶氮染料的Ar2中給電子基是一個(gè)或二個(gè)或多個(gè)選自氨基、羥基和烷氧基的取代基,那些取代基可被進(jìn)一步取代。
(6)在以上描述的(1)到(5)的任意一個(gè)中提到的光電轉(zhuǎn)換器,其特征在于使用氧化物半導(dǎo)體細(xì)粒,其中細(xì)粒是在至少以上描述的(1)到(5)中的一種中提到的用偶氮染料敏化的細(xì)粒,和另外的金屬絡(luò)合物和/或另一有機(jī)染料。
(7)在以上描述的(1)到(6)的任意一個(gè)中提到的光電轉(zhuǎn)換器,其中氧化物半導(dǎo)體細(xì)粒含有作為必要組份的二氧化鈦。
(8)在以上描述的(1)到(6)的任意一個(gè)中提到的光電轉(zhuǎn)換器,其中在一包合物的存在下染料被吸附在氧化物半導(dǎo)體細(xì)粒上。
(9)太陽能電池,特征在于包括使用光電轉(zhuǎn)換器件,所述光電轉(zhuǎn)換器件是在以上描述的(1)到(8)中任一中所提到的,和(10)光電轉(zhuǎn)換器件,特征在于包括使用半導(dǎo)體器件薄膜,所述薄膜上吸附,由下式(1)代表偶氮染料的 其中Ar1表示芳基,其至少有一取代基選自羧酸基、羥基、磷酸基、磷酸酯基和巰基,所述基團(tuán)直接或經(jīng)由交聯(lián)基與芳基連接;和Ar2代表芳基,其至少有一給電子基作為取代基,所述的半導(dǎo)體薄膜由半導(dǎo)體細(xì)粒形成。
實(shí)施該發(fā)明的最好方式如下詳細(xì)描述該發(fā)明。本發(fā)明光電轉(zhuǎn)換器使用偶氮染料敏化的氧化物半導(dǎo)體。在該發(fā)明中使用的偶氮染料通過如下表示的通式(1)表征通式(1) 其中Ar1代表芳基,其至少有一個(gè)取代基選自羧基、羥基、磷酸基、磷酯基和巰基,所述基團(tuán)或直接或經(jīng)過一交聯(lián)基與芳基連接;和Ar2代表芳基,其至少有一個(gè)給電子基作為取代基。
在通式(1)中,Ar1表示芳基,該芳基至少有一個(gè)取代基選自羧基、羥基、磷酸基、磷酯基和巰基,所述基團(tuán)或直接或經(jīng)過一交聯(lián)基與芳基連接,并還可以有另外的取代基,以及Ar2表示芳基,該芳基至少有一給電子基作為一取代基。其次,Ar1和Ar2可能進(jìn)一步被除如上定義取代基外的其他取代基取代。
進(jìn)一步,這里使用的術(shù)語″芳基″是指一個(gè)取代的或非取代的芳環(huán)基團(tuán)被奪去一個(gè)氫原子后得到的基團(tuán);在這種情況下,象芳環(huán),提到的單環(huán)或稠環(huán)如苯環(huán)、萘環(huán)、蒽環(huán)、菲環(huán)、芘環(huán)、茚環(huán)、奧環(huán)、芴環(huán)和類似物。作為提到的優(yōu)選芳基是苯基或萘基。
在Ar1中必要的取代基選自羧基、羥基、磷酸基、磷酯基和巰基。作為提到的優(yōu)選基團(tuán)是羧基和羥基。進(jìn)一步,交聯(lián)基例如次甲基、亞甲基或類似物可能出現(xiàn)在這些取代基和芳基之間。盡管這些取代基的數(shù)目有必要是一個(gè)或多個(gè),但是優(yōu)選數(shù)目是2個(gè)或更多。當(dāng)含有以上描述的多個(gè)取代基時(shí),任一情形中包括一種類型的2個(gè)或多個(gè)取代基,含有的2個(gè)或多個(gè)取代基類型不同,同時(shí)含有同樣類型的2個(gè)或多個(gè)取代基和前述的不同類型的取代基和類似物是可能的。作為優(yōu)選組合,提到這樣一種組合如羧基和羥基。進(jìn)一步,磷酸基和羥基的組合是可能的。其次,當(dāng)含有同類型的多個(gè)取代基時(shí),提到了包括從2到4個(gè)羧酸基,包括從2到4個(gè)羥基以及類似物的情況。作為最優(yōu)選的情況,其中包括1個(gè)或多個(gè)羧酸基和1個(gè)或多個(gè)羥基。進(jìn)一步,這些取代基可以形成堿金屬鹽或季銨鹽或可以形成分子內(nèi)鹽。
Ar2至少有一個(gè)給電子基作為取代基。給電子基的具體例子包括可以被取代的氨基、羥基,可以被取代的烷氧基和類似物。在氨基中的取代基包括酯肪基如烷基或類似物,可以被取代或不取代的芳基如苯基、甲苯基、萘基或類似物、羥基、烷氧基、?;皖愃莆铩?br> Ar2的優(yōu)選的取代基包括氨基、單烷基氨基、雙烷基氨基、酰胺基如乙酰胺或類似物,芳香胺基、單芳香胺基、雙芳香胺基、羥基、烷氧基和烷氧基烷氧基。
進(jìn)一步,這里使用的術(shù)語″脂肪基″或″脂肪烴基″意思是由奪去一個(gè)取代或非取代的脂肪烴的一個(gè)氫原子而得到的基團(tuán),因此任意一個(gè)直鏈、支鏈和環(huán)型的飽和及不飽和基團(tuán)是可能的。只要該基團(tuán)有本發(fā)明的效果,并不特別限制其碳原子的數(shù)目,但是通常為從1到36。其中,作為優(yōu)選基團(tuán)提到的是直鏈烷基,具有1到20個(gè)碳原子,其可有取代基。重要的是,通常提到的基團(tuán)是具有1到4個(gè)碳原子的低級(jí)烷基。
Ar2取代基的數(shù)目就是給電子查數(shù)目,優(yōu)選為1到4個(gè),更優(yōu)選為1到2個(gè)。
進(jìn)一步,烷基、芳基、烷氧基或類似物,它是可被取代的氨基中的取代基,可被取代的烷氧基或類似物,可以被進(jìn)一步取代。這種取代基的例子包括鹵原子如碘、溴、氯或類似物,羧基如羧基、酯基、氨基甲?;?、醛基、?;Ⅴ0被?、酰胺基、烷氨基、芳氨基或類似物,苯基、苯氧基、烷氧基、烷氧基烷氧基、乙烯基、羥基、磺酸基、磺酸酯基、磺酰胺基、甲苯磺?;?、氰基、異氰基、氰硫基、異氰硫基、硝基和類似物。
Ar1和Ar2芳基每個(gè)可有除以上描述的取代基外的另外的取代基。除以上描述的那些取代基外的其它取代基的具體例子沒有特別限制,但是通常包括烷基環(huán)烷基、芳基、氰基、異氰基、氰硫基、異氰硫基、硝基、亞硝?;?、酰基、磺酸基、鹵原子和類似物。進(jìn)一步,羧基、羥基、磷酸基、磷酯基和巰基,這些是對(duì)Ar1必要的取代基例子,或氨基、單烷基氨基、雙烷基氨基、烷酰胺基、芳酰胺基、單芳酰氨基、雙芳酰氨基、羥基、烷氧基、烷氧基烷基、烷氧基烷基和類似物,這些是對(duì)Ar2必要的取代基例子,可作為其他取代基出現(xiàn)在其它的芳基中。許多這種另外的取代基數(shù)量沒有特別限制,但是在各個(gè)芳基中優(yōu)選為約0到約4個(gè)。
進(jìn)一步,在本發(fā)明中,在烷基中的烷基鏈、烷氧基、芳基或類似物可以是任意的有取代基的直鏈型、支鏈型和環(huán)型基團(tuán)。例如它們的碳原子數(shù)為1~36。作為優(yōu)選的烷基鏈提到的有飽和直鏈烷基,優(yōu)選的碳原子數(shù)為1~20,更優(yōu)選地為1~4,其中可以有取代基。
用合成偶氮化合物的通常方法能獲得通式(1)代表的化合物。即,由通式(2)表示的任一芳香胺被偶氮化,而后與由通式(3)表示的芳香偶合劑偶合獲得通式(1)的化合物。例如,用在鹽酸水溶液中的亞硝酸鈉偶氮化間氨基水楊酸,然后,與在乙酸水溶液中的N,N-二乙基橙偶合獲得由如下通式(4)表示的偶氮化合物 這種化合物的例子描述如下?;衔锶〈睦邮居诒?中,其中Ar1和Ar2兩個(gè)都是苯環(huán),如下面結(jié)構(gòu)式(5)表示的那樣。用在表1中的術(shù)語″甲苯基(tolyl)″和″苯基(ph)″是指甲苯基和苯基。

表1化合物 X1 X2 X3 X4 X5Y2Y4R1 R24 HCOOH OH HH H H C2H5 C2H510HH COOHHH H H C2H5 C2H511HCOOH OH HH OCH3 CH3 HH12HOH COOHHH H H C2H5 C2H513HCOOH OH HH OCH3 OCH3 HH14HCOOH OH HH OCH3 NHCOCH3 C2H5 C2H515HPO3H2 H HH OC2H5 OCH3 HH16HCOOH OH HH H H HH17HCOOH OH HH H OHC5H11C5H1118HCOOH OH HH H OHtolylC2H519HH COOHHH OCH3 NHCOCH3 C2H5 C2H520HH COOHHH H OHtolylC2H521HH COOHHH H OHC5H11C5H1122HCH2COOHH HH H H CH3 CH323NO2 CH2OH CH2OH HH H H C8H17C8H1724HCOOH H COOH H H CH3 CH2OC2H5 H25HOH COOHHH H H Ph Ph26HSH H HH H H C2H4CN C2H4CN27HPO(OH)OCH3 H HH OHH C2H4OCOPhC2H528HOH COOHHH ClOCH3 C2H4OH C2H4OH29CN H COOHHCNH H CH2COOCH3CH330Br H COOHHBrH H CH2OCOOCH3 CH331HOH OH HH OCH2OCH3 NHCOCH3 HH32HCOOH COOHOH H H H C2H5 C2H533HH OH HH H NHCOCH3 C2H4COOCH3 C2H4COOCH3
化合物取代基例子如表2和表3所示,其中Ar1是苯環(huán),Ar2是萘環(huán),由下面(6)和(7)結(jié)構(gòu)式所表示。進(jìn)一步,在這些化合物中,化合物45是Y15和Y16以環(huán)態(tài)互相鍵合形成萘二甲酰氨的化合物。

表2化合物 X6X7X8 X9Y5Y6 Y7Y8 Y9 Y10Y1134 OHH HClOHHH H H H H35 OHH NO2 H OHHH H H H H36 OHH HNO2 OHHH H H H H37 H COOH OH H H HH N(CH3)2 H H H38 H H COOH H OHCOOH H H H H H39 CH3 H N(CH3)2 H OHCOOH H H H H H40 SO3Na H NHCOCH3 H NH2 HH H H COOH OH41 CF3 H Cl H NH2 HH H SO3Na H OH42 H OHCOOH H H HN(C2H5)2 H H H H 表3化合物 X11X12X13 X14 Y11 Y13 Y14 Y15 Y16 Y1743 OH H NO2 HOH HNH-Ph-NH2 H HSO3Na44 COOH H H HOH HNH2 H HSO3Na45 H COOH OHHOH HH-CON(CH3)CO- H46 H PO3H2 H HNH2 NH2 H H HH
進(jìn)一步,作為Ar1和Ar2是萘環(huán)化合物,如下舉例說明結(jié)構(gòu)式(8)和(9)。進(jìn)一步,除了這些化合物,提到的是具有稠多環(huán)芳香族基的偶氮型染料。 例如,按照本發(fā)明的染料敏化的光電轉(zhuǎn)換器是這樣一種器件,其中通過使用氧化物半導(dǎo)體細(xì)粒,在基質(zhì)上形成氧化物半導(dǎo)體薄膜。而后使染料吸附在如此形成的薄膜上進(jìn)行敏化。作為氧化物半導(dǎo)體細(xì)粒,金屬氧化物是優(yōu)選的;這種金屬氧化物的具體例子包括鈦、錫、鋅、鎢、鋯、鎵、銦、鐿、鈮、鉭、釩和類似物。在這些氧化物中,鈦、錫、鋅、鈮、鎢和類似物是優(yōu)選的,重要的是氧化鈦是最優(yōu)選的。能夠以單獨(dú)或者混合物形式使用這些氧化物半導(dǎo)體。
氧化物半導(dǎo)體細(xì)粒的平均粒徑通常是從1nm到500nm,優(yōu)選從5nm到100nm,這些氧化物半導(dǎo)體細(xì)粒也可以大粒徑和較小粒徑的混合物形式使用。
用一方法可形成氧化物半導(dǎo)體薄膜,在所述方法中噴制氧化物半導(dǎo)體細(xì)?;蝾愃剖侄我灾苯釉诨|(zhì)上形成薄膜,方法中氧化物半導(dǎo)體薄膜通過使用手段作為電極的基質(zhì)被沉積,或是如下描述的半導(dǎo)體細(xì)粒漿液被施加在基質(zhì)上,干燥和固化或焙燒。從氧化物半導(dǎo)體電極性能的觀點(diǎn)看,使用漿液的方法是優(yōu)選的。在這一方法中,由分散氧化物半導(dǎo)體細(xì)粒獲得漿液,所述細(xì)粒是用通常的方法得到的二次聚集態(tài),這樣在分散介質(zhì)中,其平均初級(jí)粒徑為從1nm到200nm。
任何的漿液分散介質(zhì)是不穩(wěn)定的,只要它能夠分散半導(dǎo)體細(xì)粒,可使用水或有機(jī)溶劑如醇類如乙醇或類似物、酮類如丙酮、乙酰丙酮或類似物,或碳?xì)浠衔锶缂和榛蝾愃莆?,也可以混合物形式使用,以及進(jìn)一步,從抑制粘度變化的觀點(diǎn)看使用水有利。
焙燒已經(jīng)用漿液涂布基質(zhì)的溫度大約是不高于該基質(zhì)的熔點(diǎn)(軟化點(diǎn)),通常900℃為上限,優(yōu)選600℃或更低。進(jìn)一步,焙燒該基質(zhì)的時(shí)間段沒有具體限制,但是優(yōu)選在大約4小時(shí)內(nèi)。在該基質(zhì)上薄膜的厚度通常是從1μm到200μm,優(yōu)選從5μm到50μm。
氧化物半導(dǎo)體薄膜可以經(jīng)二次處理。即例如,薄膜可直接與該基質(zhì)一起浸漬在作為半導(dǎo)體的烷氧化物、氯化物、亞硝酸鹽、硫化物或同種金屬類似物的溶液中,然后再次干燥或焙燒以提高半導(dǎo)體薄膜的性能。這種金屬烷氧化物的例子包括乙氧基鈦、異丙氧基鈦、t-丁氧基鈦、正-二丁基-二乙基錫和類似物,及可使用的其醇溶液。這種氯化物的例子包括四氯化鈦、四氯化錫、氯化鋅和類似物,及可使用其水溶液。
下一步,解釋在氧化物半導(dǎo)體薄膜上吸附染料的方法。按照以上描述的在其上吸附染料的方法,提到的方法中基質(zhì)被浸漬在溶液或分散液體中,在此基質(zhì)上已經(jīng)提供了以上描述的氧化物半導(dǎo)體薄膜,所述溶液則是由在能夠溶解該染料的溶劑中溶解染料而得到,所述分散液體由分散一種具有低溶解度的染料而獲得。依賴于染料,可適當(dāng)確定溶液或分散液中染料的濃度。該基質(zhì)上形成的半導(dǎo)體薄膜被浸漬在溶液中。浸漬溫度大約是從常溫直到該溶劑的沸點(diǎn),浸漬的時(shí)間從約1小時(shí)到約48小時(shí)。在溶解染料中使用溶劑的具體例子包括甲醇、乙醇、乙腈、二甲亞砜、二甲酰胺和類似物。溶液中染料的有利濃度通常從1×10-6M到1M,優(yōu)選從1×10-4M到1×10-1M。用以上描述的這種方法可以得到氧化物半導(dǎo)體細(xì)粒薄膜的光電轉(zhuǎn)換器,其中薄膜已被偶氮染料敏化。吸附的染料可以由一種類型或幾種類型的混合物組成。在后者的情況下,本發(fā)明的偶氮染料在其中可被混合,或與其他有機(jī)染料和金屬絡(luò)合物染料混合。尤其是通過混合相互具有不同的吸收波長的染料,則可以利用較寬的吸收波長,結(jié)果可以獲得有高轉(zhuǎn)化效率的太陽能電池。
同時(shí)使用這種金屬絡(luò)合物的例子沒有特別限制,但是金屬絡(luò)合物例如釕絡(luò)合物已經(jīng)被公開,是優(yōu)選的(見J.Am.Chem.Soc.,115,6382(1993)或JP-A-2000-26487),酞箐染料、卟啉和類似物。
同時(shí)使用的其他有機(jī)染料例子包括不含金屬酞箐染料、卟啉、次甲基型染料如花青、部花青、氧雜菁、三苯甲烷型和類似物,染料如氧雜蒽型、除本發(fā)明通式(1)代表的類型外的其他偶氮型,蒽醌型及類似物。釕絡(luò)合物或次甲基型染料如花青、部花青及類似物是優(yōu)選的。
當(dāng)偶氮染料被吸附在氧化物半導(dǎo)體細(xì)粒薄膜上時(shí),在包合物存在下為防止染料相互締合吸附染料是有效的。包合物的例子包括類固醇型化合物如膽酸和類似物、冠醚、環(huán)糊精、杯芳烴、聚環(huán)氧乙烷和類似物。膽酸、聚環(huán)氧乙烷和類似物是優(yōu)選的。進(jìn)一步,染料被吸附在其上之后,半導(dǎo)體電極表面可以被胺化合物處理,如4-特-丁基吡啶或類似物。作為這種處理方法,例如半導(dǎo)體細(xì)粒的基質(zhì)被浸漬在胺的乙醇溶液中或采用類似的過程,其中基質(zhì)上提供有薄膜,在薄膜上吸附染料。
本發(fā)明的太陽能電池包括光電轉(zhuǎn)化器電極,計(jì)數(shù)器電極和氧化還原電極或孔穴轉(zhuǎn)移材料,其中轉(zhuǎn)化器電極中染料被吸附在以上描述的氧化物半導(dǎo)體薄膜上。氧化還原電解質(zhì)可以是溶液,其中氧化還原對(duì)被溶解在溶劑中,可以是膠體電解質(zhì),它是被氧化還原對(duì)或者固體電解質(zhì)如熔融鹽浸漬的聚合物基體。孔穴轉(zhuǎn)移材料的例子包括胺衍生物、導(dǎo)電聚合物如聚乙炔、聚苯胺、聚噻吩或類似物,材料使用碟狀液晶相如聚苯烯和類似物。使用的計(jì)數(shù)器電極是優(yōu)選的電極,該電極對(duì)氧化還原電解質(zhì)的還原反應(yīng)有導(dǎo)電和催化作用??梢允褂美玢K、碳、銠、釕或類似物氣相沉積在玻璃或聚合物膜上的材料,或者其上施加導(dǎo)電細(xì)粒的材料。
本發(fā)明的在太陽能電池中使用的氧化還原電解質(zhì)的例子包括鹵素氧化-還原型電解質(zhì),該電解質(zhì)包括鹵化合物,其中允許鹵素離子是一反離子和鹵素分子,金屬絡(luò)合物或類似物的金屬氧化還原型電解質(zhì)如亞鐵氰酸鹽-鐵氰酸鹽、二茂鐵-二茂鐵離子或類似物、烷基硫醇-烷基二硫化物、紫菁染料,芳香氧化還原型電解質(zhì)如氫醌-醌或者類似物等。在這些電解質(zhì)中,優(yōu)選鹵素氧化還原型電解質(zhì)。在鹵素氧化還原型電解質(zhì)中鹵素分子包括鹵素化合物-鹵素分子包含如碘分子、溴分子或類似物。碘分子是優(yōu)選的。進(jìn)一步,鹵離子作為反離子的鹵化物例子包括鹵化的金屬鹽如堿金屬碘化物,例如LiI、NaI、KI、CsI或者類似物,和堿土金屬碘化物,例如CaI2或類似物,和鹵素有機(jī)季銨鹽如烷基碘化銨,例如,四烷基碘化銨或類似物,以及含氮的5或6-元環(huán)化合物的季銨鹽,如,碘化咪唑鎓鹽、碘化吡啶鎓鹽或類似物。在這些化合物中,含有碘離子的鹽型化合物作為反離子是優(yōu)選的。優(yōu)選的含有碘離子作為反離子的鹽型化合物例子包括堿金屬碘化物如碘化鋰、碘化鈉或類似物和三烷基(C1到C4)碘化銨如三甲基碘化銨或類似物。
此外,當(dāng)氧化還原電解質(zhì)以含有本身的液態(tài)形式構(gòu)成時(shí),因此使用電惰性溶劑作為溶劑。這些溶劑的例子包括乙睛、碳酸異丙烯酯、碳酸亞乙酯、3-甲氧基丙腈、甲氧基乙腈、1,2-亞乙基二醇,丙二醇、二甘醇、三甘醇、α-丁內(nèi)酯、二甲氧基乙烷、碳酸二乙酯、二乙醚、碳酸二乙酯、碳酸二甲酯,1,2-二甲氧基乙烷、二甲基甲酰胺、二甲亞砜、1,3-二氧戊環(huán)、甲酸甲酯、2-甲基四氫呋喃、3-甲氧基-氧雜氮丙啶-2-酮、環(huán)丁砜、四氫呋喃、水等。在這些溶劑中,特別是乙腈、碳酸異丙烯酯、碳酸亞乙酯、3-甲氧基丙腈、甲氧基乙腈、1,2-亞乙基二醇,3-甲氧基-氧雜氮丙啶-2-酮和類似物是優(yōu)選的。這些溶劑可以單獨(dú)或以2種或更多種任意組合使用。在凝膠電解質(zhì)情形下,聚丙烯酸酯或聚甲基丙烯酸酯樹酯或類似物被用為凝膠電解質(zhì)基質(zhì)。氧化還原電解質(zhì)濃度通常是從由重量0.01%到重量99%,優(yōu)選從重量0.1%到約重量90%。
反電極相對(duì)著光電轉(zhuǎn)換器電極設(shè)置,其中在氧化物半導(dǎo)體薄膜中吸附染料,所述薄膜被設(shè)置在基質(zhì)上這樣光電轉(zhuǎn)換器電極可被插入。按照本發(fā)明通過在光電轉(zhuǎn)換器電極和反電極之間填充含有氧化還原電解質(zhì)的溶液可以獲得太陽能電池。
作為反電極,已經(jīng)由鉑濺射其表面的導(dǎo)電玻璃被這樣固定,從而可插入染料敏化的半導(dǎo)體薄膜,然后,其間的縫隙用含電解質(zhì)的溶液(電解質(zhì)溶液)B填充以制備太陽能電池(B溶液,通過在溶液中溶解碘/4-正-丙基碘化銨,而制備所述溶液由碳酸亞乙酯和乙腈按6∶4比例組成從而它們的濃度將分別為0.02M/0.5M)。有0.25cm2可施用部分的如此制備的太陽能電池用于電池性能的測量。
電池性能的測量光源使用500W氙燈經(jīng)AM1.5過濾器被設(shè)置為100mW/cm2。短路電流,斷路電壓,轉(zhuǎn)化效率和填充因子通過使用潛態(tài)電位電流計(jì)測量。結(jié)果見表4。
其次,電解質(zhì)溶液各自的組成如下電解質(zhì)溶液A碘/碘化鋰/1,2-二甲基-3-正-丙基咪唑鎓鹽碘化物/特-丁基吡啶溶解在3-甲氧基丙腈中,濃度分別為0.1M/0.1M/0.6M/1M。
電解質(zhì)溶液B碘/四-正-丙基碘化銨溶解在溶液中,濃度分別為0.02M/0.5M,該溶液由碳酸亞乙酯和乙腈以6∶4的比例組成。
電解質(zhì)溶液C碘/碘化鋰被溶解在碳酸異丙烯酯中,濃度分別為0.05M/0.55M。
以例2中相同的方式實(shí)施例6,不同之處是使用表4列出的染料和乙醇作為該染料溶劑。
在例8和11中使用了表4中列出的每一個(gè)染料,對(duì)該染料用乙醇為溶劑,加入濃度為3×10-2M作為在吸附染料時(shí)的包合物的膽酸,制備染料溶液,之后,如此制備的染料溶液被施用在半導(dǎo)體薄膜上獲得膽酸處理的染料敏化的半導(dǎo)體薄膜。除以上描述的那些步驟外其余與例1中相同的方式進(jìn)行。
在例子13中,使用了表4中列出的一種染料,二甲亞砜作為該染料的溶劑,使用以例2中相同的方式獲得的四氯化肽處理的半導(dǎo)體薄膜電極,以及以與例子8和11相同的步驟制備膽酸處理的染料敏化的半導(dǎo)體薄膜。除以上描述的步驟外,其余與例1中相同的方式進(jìn)行。
在例16和18中,在表4中列出的不同的2種染料被用于制備乙醇溶液,每一種的濃度為1.5×10-4M,然后,以例子1中相同的方式吸附2種染料獲得光電轉(zhuǎn)換器。除以上描述的那些步驟外,其它步驟以例子1中相同的方式進(jìn)行。
其次,在例子18中使用的第47號(hào)染料的結(jié)構(gòu)如下 進(jìn)一步,電池性能測量結(jié)果列于表4中。
表4

工業(yè)應(yīng)用性在本發(fā)明的染料敏化的光電轉(zhuǎn)換器中,通過使用特定的低成本的偶氮染料可以獲得具有高轉(zhuǎn)化效率的實(shí)用的太陽能電池。
權(quán)利要求
1.光電轉(zhuǎn)化器,特征在于包括使用氧化物半導(dǎo)體細(xì)粒,所述細(xì)粒由如下通式代表的偶氮染料敏化 其中Ar1代表芳基,其至少有一取代基選自羧基、羥基、磷酸基、磷酯基和巰基,所述基團(tuán)或直接或經(jīng)由交聯(lián)基與芳基相連;和Ar2代表芳基,其至少有一給電子基作為取代基。
2.按照權(quán)利要求1的光電轉(zhuǎn)化器,其中按照權(quán)利要求1中提出的偶氮染料的Ar1至少有2個(gè)取代基選自羧基、羥基、磷酸基、磷酯基和巰基。
3.按照權(quán)利要求2的光電轉(zhuǎn)化器,其特征在于按照權(quán)利要求1中提出的偶氮染料的Ar1上至少有2個(gè)取代基選自羧基和羥基。
4.按照權(quán)利要求2或3的光電轉(zhuǎn)化器,其中在權(quán)利要求1中提出的偶氮染料的Ar1上至少有2個(gè)取代基在同一芳環(huán)內(nèi)的任意兩相鄰位置被取代。
5.按照權(quán)利要求1到4任一項(xiàng)的光電轉(zhuǎn)化器,其中權(quán)利要求1中提出的偶氮染料的Ar2中的給電子基是1個(gè)或2個(gè)或多個(gè)取代基,可以進(jìn)一步被取代,它們選自氨基、羥基和烷氧基。
6.按照權(quán)利要求1到5任一項(xiàng)的光電轉(zhuǎn)化器,特征在于使用權(quán)利要求1到5至少一項(xiàng)中的偶氮染料敏化氧化物半導(dǎo)體細(xì)料,以及使用另外的金屬絡(luò)合物和/或另一有機(jī)染料。
7.按照權(quán)利要求1到6任一項(xiàng)的光電轉(zhuǎn)化器,其中氧化物半導(dǎo)體細(xì)粒包括作為必要組份的二氧化鈦。
8.按照權(quán)利要求1到7任一項(xiàng)的光電轉(zhuǎn)化器,其中在包合物存在下,染料被吸附在氧化物半導(dǎo)體細(xì)粒上。
9.太陽能電池,特征在于包括按照權(quán)利要求1到7任一項(xiàng)的光電轉(zhuǎn)換器。
10.光電轉(zhuǎn)化器,特征在于包括使用半導(dǎo)體薄膜,在其上吸附由如下通式(1)代表的偶氮染料 其中Ar1代表芳基,其至少有一取代基選自羧酸基、羥基、磷酸基、磷酸酯基和巰基,所述基團(tuán)或直接或經(jīng)由交聯(lián)基與芳基相連;Ar2代表芳基,其至少有一給電子基為取代基,所說的半導(dǎo)體薄膜由氧化物半導(dǎo)體細(xì)粒形成。
全文摘要
本發(fā)明目的在于開發(fā)低成本、具有有利轉(zhuǎn)換效率的光電轉(zhuǎn)換器和太陽能電池,因此涉及半導(dǎo)體細(xì)粒的光電轉(zhuǎn)換器,其粒子由有機(jī)染料敏化,其上吸附特定的由通式表示(1)的偶氮染料,其中Ar 1表示芳基,其至少有一個(gè)取代基選自羧酸基、羥基、磷酸基、磷酸酯基和巰基,所述基團(tuán)直接或經(jīng)由交聯(lián)基團(tuán)與芳基連接,Ar 2代表芳基,其至少有一個(gè)作為取代基的給電子基,也涉及使用光電轉(zhuǎn)換器的太陽能電池。
文檔編號(hào)H01M14/00GK1439181SQ01811909
公開日2003年8月27日 申請(qǐng)日期2001年6月26日 優(yōu)先權(quán)日2000年6月29日
發(fā)明者池田征明, 紫垣晃一郎, 井上照九, 柳田祥三 申請(qǐng)人:日本化藥株式會(huì)社, 柳田祥三
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