JP5939573B2 - ドナー―π―アクセプター型化合物及び色素増感太陽電池用色素 - Google Patents
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Description
本発明は、ドナー―π―アクセプター型化合物及び色素増感太陽電池用色素に関する。
太陽光発電には、これまでシリコンを利用した結晶シリコン太陽電池が使用されている。しかし、シリコンは価格が高く、生産量を確保しにくい。このため、シリコンを使用せず、結晶シリコン太陽電池を製造する際に使用される大型な製造装置を必要とせず、低コストで製造でき、フレキシブルで多彩な色素増感太陽電池が注目されている。
色素増感太陽電池は、一般的に、図６に示すように、ガラス基板１１の一面に透明導電膜１２が積層され、透明導電膜１２の他面に色素が吸着された酸化チタン等の半導体微粒子である金属酸化物層１３が形成されている第１電極１と、白金等の金属からなる第２電極２とが、電解質溶液層３を介して対向するように配置されて構成されている。
色素増感太陽電池に光照射をすると、まず第１電極１の金属酸化物に化学吸着している色素が光励起し、色素から金属酸化物への電子注入が起こり、色素が酸化される。電子を失った色素は、やがて電解質溶液層１３中のヨウ素等から電子を奪って還元され、ヨウ素等は第２電極２から電子を受け取り元に戻る。このようにして色素増感太陽電池は作動する。
従って、有機色素は金属酸化物へ容易に且つ強固に吸着しており、電子金属酸化物へより多くの電子を注入できることが好ましい。電子供与基であるドナーと電子吸引基であるアクセプターがπ共役構造を有するπ共役構造部を介して結合しており、可視領域に強い吸収帯を有するドナー―π―アクセプター型色素（以下、「Ｄ―π―Ａ型色素」という。）は、色素増感太陽電池用色素として注目されている。そして、π共役構造が分岐しておらず光電変換効率が良好なＤ―π―Ａ型色素がある（非特許文献１、２）。
Yousuke Ooyama, Shogo Inoue, Tomoya Nagano, Kohei Kushimoto, Joji Ohshita, Ichiro Imae, Kenji Komaguchi, and Yutaka Harima; "Dye-Sensitized Solar Cells Based On Donor-Acceptor π-Conjugated Fluorescent Dyes with a Pyridine Ring as an Electron-Withdrawing Anchoring Group"; Angewandte Chemie International Edition, 2011, 50, 7429-7433
Yousuke Ooyama, Tomoya Nagano, Shogo Inoue, Ichiro Imae, Kenji Komaguchi, Joji Ohshita, and Yutaka Harima; "Dye-Sensitized Solar Cells Based on Donar-π-Acceptor Fluorescent Dyes with a Pyridine Ring as an Electron-Withdrawing-Infecting Anchoring Group", Chemistry A European Journal 2011, 17, 14837-14843
非特許文献１、２のＤ―π―Ａ型色素は、良好な光電変換効率を示すが、更なる光電変換効率の向上を図るべく、金属酸化物への色素吸着量を向上させる余地がある。
本発明は上記問題点に鑑みてなされたものであり、金属酸化物への吸着量を向上し得るドナー―π―アクセプター型化合物及び色素増感太陽電池用色素を提供することを目的とする。
本発明の第一の観点に係るドナー−π−アクセプター型化合物は、
式３１で表される、
（式３１中、Ｄはアルキル基、ｎは０〜３の整数を表す。）
ことを特徴とする。
式３１で表される、
（式３１中、Ｄはアルキル基、ｎは０〜３の整数を表す。）
ことを特徴とする。
また、下記化合物３で表されることが好ましい。
本発明の第二の観点に係る色素増感太陽電池用色素は、
本発明の第一の観点に係るドナー―π―アクセプター型化合物を含有する、
ことを特徴とする。
本発明の第一の観点に係るドナー―π―アクセプター型化合物を含有する、
ことを特徴とする。
本発明に係るドナー−π−アクセプター型化合物は、金属酸化物に吸着可能なピリジン含有基及びピリジニウム環含有基からなる群から選択される１種であるアクセプターを二つ備えている。このため、金属酸化物への色素吸着量を向上し得る。
（ドナー−π−アクセプター型化合物）
本実施の形態に係るドナー−π−アクセプター型化合物（以下、Ｄ−π−Ａ型化合物ともいう）は、金属酸化物への吸着能を有するアクセプターを一分子中に二つ有している。そして、図１に示すように、ドナー及びπを共有し、π共役構造が分岐していないドナー−π−アクセプター構造を二つ備えている。
本実施の形態に係るドナー−π−アクセプター型化合物（以下、Ｄ−π−Ａ型化合物ともいう）は、金属酸化物への吸着能を有するアクセプターを一分子中に二つ有している。そして、図１に示すように、ドナー及びπを共有し、π共役構造が分岐していないドナー−π−アクセプター構造を二つ備えている。
アクセプターは、電子受容能を有する基であるとともに、金属酸化物への電子注入性及び金属酸化物への吸着能を兼ね備える基である。アクセプターはピリジン含有基及びピリジニウム環含有基からなる群から選択される１種であり、金属酸化物に吸着する機能の高いピリジン含有基が好ましい。ピリジン含有基、ピリジン含有基の窒素が金属酸化物と配位結合する。Ｄ−π−Ａ型化合物は、吸着能を備えるアクセプターを二つ有しているため、金属酸化物への吸着量を向上し得る。
上述のピリジン含有基としては、例えば、式１１〜１５で表されるピリジン含有基が挙げられる。なお、式１１、１２中、Ｒ１〜Ｒ６は水素又は炭素数１〜１２の分岐していてもよいアルキル基であり、同一であってよいし、異なっていてもよい。
πは、エテニル基、ベンゼン環や窒素、酸素、硫黄等を含む複素環の縮合環化合物であって、π共役構造が分岐していない２価のπ共役構造部である。π共役構造の幅が広いと、ドナーからアクセプター方向に電子が移動する際にπ共役構造が分岐してしまい、一部分のπ共役構造しか電子の移動に寄与しなくなり光電変換効率が低いと推測される。このため、ドナーからアクセプターへの電子移動に関与するπ共役構造が分岐していないことが好ましく、ベンゼン環や窒素、酸素、硫黄等を含む複素環が略直線状に縮合環化したものであることが好ましい。
πは、π共役構造を有する基であれば特に限定されないが、カルバゾールイル基が好ましい。カルバゾールイル基はピロール環の両側に対称にベンゼン環が縮合された構造である。カルバゾールイル基の場合、Ｄ−π−Ａ型化合物は、両ベンゼン環の末端にそれぞれアクセプターが結合する。
ドナーは、電子供与基であれば、特に限定されないが、電子を押し出すドナー特性の高いアミノ基を有する基が好ましい。例えば、式２１〜式２３で表される基が挙げられる。
上記式中、Ｒ７、Ｒ８、Ｒ９、Ｒ１０、Ｒ１１及びＲ１２は水素、炭素数１〜１２の分岐していてもよいアルキル基又は炭素数１〜１２の分岐していてもよいアルコキシ基であり、同一であってよいし、異なっていてもよい。また、Ｒ７、Ｒ８、Ｒ９及びＲ１０がアルキル基又はアルコキシ基の場合はそれぞれ３個以下であり、アルキル基及びアルコキシ基は同一であってよいし、異なっていてもよい。
また、πがカルバゾールイル基のようにピロール環にアミノ基を有している場合では、このアミノ基がドナーとして機能する。このような場合では、別途、上記のドナーを備えていなくてもよい。
また、πとそれぞれのアクセプターとの間に、π共役構造が分岐していない２価の有機基が結合されてもよい。２価の有機基は、１〜３個直鎖状に連結していることが好ましい。２価の有機基が２個又は３個結合している場合は同一の有機基が連結していてもよいし、異なる有機基が連結していてもよい。
２価の有機基が結合していると、Ｄ−π−Ａ型化合物を金属酸化物に吸着させる際、立体障害が緩和され、双方のピリジニウム環含有基等のアクセプターの窒素が、同一方向を向きやすくなる。これにより、双方のアクセプターの窒素が平面状の金属酸化物の方を向くようになり、配位結合によって吸着しやすくなる。
また、２価の有機基が結合しているとより長波長側の光を吸収して励起されやすく、色素増感太陽電池の素材として用いる際に好適である。
２価の有機基はπ共役構造が分岐しておらず略直線状なので、πと結合されると、πのπ共役構造と２価の有機基のπ共役構造は略直線状になり、π共役構造が分岐しないので光電変換効率がより優れる。
２価の有機基としては、π共役構造が略直線状の２価の有機基であれば特に限定されないが、チエニレン基、フリレン基、ピリジレン基、フェニレン基、カルバゾールイル基、エチレン基及びエチニレン基からなる群から選ばれた有機基を含有する有機基が好ましい。
上記チエニレン基、フリレン基、ピリジレン基、フェニレン基、カルバゾールイル基、エチレン基及びエチニレン基からなる群から選ばれた有機基を含有する有機基とは、チエニレン基、フリレン基、ピリジレン基、フェニレン基、カルバゾールイル基、エチレン基、エチニレン基及びこれらの有機基が縮環された基であり、チエニレン基が好ましい。
Ｄ―π―Ａ型化合物の好ましい化合物の具体例として、式３１で表される化合物があげられる。
式３１中、Ｄは、下式４１〜４３で表される基のほか、水素、アルキル基、ヘキシル基、ベンジル基などである。また、ｎは０〜３の整数である。
式４１〜４３中、Ａｒは、π共役構造が略直線状の２価の有機基である。この２価の有機基としては、チエニレン基、フリレン基、ピリジレン基、フェニレン基、エチレン基及びエチニレン基からなる群から選ばれた有機基を含有する有機基であることが好ましい。また、Ｒ７、Ｒ８、Ｒ９、Ｒ１０、Ｒ１１及びＲ１２は、上述の式２１〜２３と同義である。
（色素増感太陽電池用色素化合物）
本実施の形態に係る色素増感太陽電池用色素化合物は上述のＤ―π―Ａ型化合物からなる。Ｄ―π―Ａ型化合物においては、ドナー及びπを共有する二つのＤ−π−Ａ構造であり、いずれのＤ−π−Ａ構造においてもπ共役構造が構造上分岐しておらず直線状であるので、ドナーからアクセプター方向に効率よく電子が流れるとともに、アクセプター中の窒素により金属酸化物に容易且つ強固に吸着することができる。このため、Ｄ―π―Ａ型化合物は色素増感太陽電池用色素化合物として好適に使用できる。
本実施の形態に係る色素増感太陽電池用色素化合物は上述のＤ―π―Ａ型化合物からなる。Ｄ―π―Ａ型化合物においては、ドナー及びπを共有する二つのＤ−π−Ａ構造であり、いずれのＤ−π−Ａ構造においてもπ共役構造が構造上分岐しておらず直線状であるので、ドナーからアクセプター方向に効率よく電子が流れるとともに、アクセプター中の窒素により金属酸化物に容易且つ強固に吸着することができる。このため、Ｄ―π―Ａ型化合物は色素増感太陽電池用色素化合物として好適に使用できる。
なお、上記色素増感太陽電池用色素化合物の金属酸化物への吸着は、公知の任意の方法を用い得る。例えば、色素増感太陽電池用色素化合物をメタノール、エタノール、テトラヒドロフラン、アセトニトリル、ジメチルスルホキド、ジメチルホルムアミド、アセトン等の有機溶剤に溶解させた溶液又は分散させた分散液に金属酸化物粒子又は金属酸化物粒子層が形成されたガラス基板を浸漬・乾燥する方法が挙げられる。上記溶液又は分散液の色素増感太陽電池用色素化合物濃度は一般的に１×１０−６Ｍ〜１Ｍであり、浸漬時間は１分〜４８時間である。又、浸漬温度は常温〜溶媒の沸点の間である。
図２に、Ｄ―π―Ａ型化合物の一例が、金属酸化物（酸化チタン）に吸着している様子を示している。二つのアクセプターが酸化チタンと配位結合している。Ｄ―π―Ａ型化合物が光照射を受けると、光励起し、破線で示すように、ドナーからアクセプター方向に効率よく電子が流れ、アクセプターから酸化チタンに電子が注入される。
なお、アクセプターであるピリジン環含有基等の窒素は、水素結合によっても金属酸化物に吸着し得る。水素結合によって吸着した場合、金属酸化物への電子注入が阻害される。本実施の形態に係るＤ―π―Ａ型化合物では、ピリジン環含有基等のアクセプターを二つ備えているので、ピリジン環含有基等のアクセプターが一つの場合に比べて、配位結合によるアクセプターと金属酸化物との吸着の割合が高まる。また、いずれか一方のアクセプターが配位結合により吸着すれば、金属酸化物への電子注入が可能である。このため、吸着したＤ―π―Ａ型化合物から金属酸化物への電子注入が損なわれにくく、光電変換効率の向上にも資するものと考えられる。
次に、本発明の実施例を説明するが、本発明は実施例に限定されるものではない。尚、核磁気共鳴（ＮＭＲ）は核磁気共鳴装置（バリアン社製、４００ＭＲ）で測定し、マススペクトル（ＭＳ）は二重収束質量分析装置（日本電子社製、ＳＸ１０２型）で測定した。
（化合物１の合成）
下記反応式に示すようにして化合物１を合成した。
下記反応式に示すようにして化合物１を合成した。
３，６−ジブロモ−９−エチルカルバゾール（５００ｍｇ，１．４２ｍｍｏｌ）、４−４−ピリジンボロン酸（４３５ｍｇ，３．５４ｍｍｏｌ）及びテトラキス（トリフェニルフォスフィン）パラジウムＰｄ（ＰＰｈ３）４（１６４ｍｇ，０．１４ｍｍｏｌ）を三つ口フラスコに入れ、Ａｒ雰囲気にし、１Ｍ Ｎａ２ＣＯ３ａｑ（５ｍｌ）、ＤＭＦ（Ｎ，Ｎ−ｄｉｍｅｔｈｙｌｆｏｒｍａｍｉｄｅ）（１５ｍｌ）を加え、１００℃で１１時間反応させた。
反応溶液を乾燥後、ジクロロメタンと水で有機層を抽出した。カラムクロマトグラフィー（展開溶媒 ジクロロメタン：ＭｅＯＨ＝４：１）、再沈殿（良溶媒：ジクロロメタン、貧溶媒：ヘキサン）、再結晶（良溶媒：ジクロロメタン、貧溶媒：ヘキサン）の順に精製を行った。
薄黄色の針状結晶８０ｍｇ（収率１６％）を得た。１ＨＮＭＲ、ＨＲＭＳスペクトルより、化合物１であることを確認した。
反応溶液を乾燥後、ジクロロメタンと水で有機層を抽出した。カラムクロマトグラフィー（展開溶媒 ジクロロメタン：ＭｅＯＨ＝４：１）、再沈殿（良溶媒：ジクロロメタン、貧溶媒：ヘキサン）、再結晶（良溶媒：ジクロロメタン、貧溶媒：ヘキサン）の順に精製を行った。
薄黄色の針状結晶８０ｍｇ（収率１６％）を得た。１ＨＮＭＲ、ＨＲＭＳスペクトルより、化合物１であることを確認した。
得られた化合物１のＮＭＲとＭＳの測定結果は以下の通りであった。
1H-NMR スペクトル(500MHz) Acetone-d6 / TMS
σ=8.82(2H, d, J=1.9 Hz), σ=8.65(4H, dd, J1=4.4 Hz, J2=1.7 Hz), σ=7.95 (2H, dd, J1=8.6 Hz, J2=1.9 Hz),σ=7.82 Hz (4H, dd, J1=4.4 Hz, J2=1.7 Hz), σ=7.78 (2H, d, J=8.6 Hz), σ=4.61 (2H, q, J=7.20 Hz), σ=1.49 (3H, t, J=7.20 Hz)
HRMS スペクトル：HRMS(ESI) : m/z=350.1653 [M+H]+ ; calcd. For C24H20N3: 350.1652
mp. 243-244℃
1H-NMR スペクトル(500MHz) Acetone-d6 / TMS
σ=8.82(2H, d, J=1.9 Hz), σ=8.65(4H, dd, J1=4.4 Hz, J2=1.7 Hz), σ=7.95 (2H, dd, J1=8.6 Hz, J2=1.9 Hz),σ=7.82 Hz (4H, dd, J1=4.4 Hz, J2=1.7 Hz), σ=7.78 (2H, d, J=8.6 Hz), σ=4.61 (2H, q, J=7.20 Hz), σ=1.49 (3H, t, J=7.20 Hz)
HRMS スペクトル：HRMS(ESI) : m/z=350.1653 [M+H]+ ; calcd. For C24H20N3: 350.1652
mp. 243-244℃
（化合物３の合成）
下記反応式に示すように、化合物２の合成を経由し、化合物３を合成した。
下記反応式に示すように、化合物２の合成を経由し、化合物３を合成した。
まず、以下のようにして、化合物２を合成した。
３，６−ジブロモカルバゾール（５００ｍｇ，１．４２ｍｍｏｌ）をＤＭＦ（１０ｍｌ）に溶解させ、水素化ナトリウム（１０２ｍｇ，４．２５ｍｍｏｌ）を少量ずつ加えていくと溶液が透明から黄色へと変化した。
次に１−ヨードブタン（０．８ｍｌ，７．０８ｍｍｏｌ）を加えると溶液の色はしだいに透明になった。
２時間後、反応を終了し、溶媒をロータリーエバポレーターで除去した。
その後、０．１Ｍ ＮａＯＨ水溶液、ジクロロメタンを加え、有機層を抽出した。
有機層を濃縮、乾燥後、透明で粘性のある固体（７６５ｍｇ）を得た。
１ＨＮＭＲ、ＨＲＭＳスペクトルより、化合物２であることを確認した。なお、化合物２の精製は行わずに、化合物３の合成に用いた。
３，６−ジブロモカルバゾール（５００ｍｇ，１．４２ｍｍｏｌ）をＤＭＦ（１０ｍｌ）に溶解させ、水素化ナトリウム（１０２ｍｇ，４．２５ｍｍｏｌ）を少量ずつ加えていくと溶液が透明から黄色へと変化した。
次に１−ヨードブタン（０．８ｍｌ，７．０８ｍｍｏｌ）を加えると溶液の色はしだいに透明になった。
２時間後、反応を終了し、溶媒をロータリーエバポレーターで除去した。
その後、０．１Ｍ ＮａＯＨ水溶液、ジクロロメタンを加え、有機層を抽出した。
有機層を濃縮、乾燥後、透明で粘性のある固体（７６５ｍｇ）を得た。
１ＨＮＭＲ、ＨＲＭＳスペクトルより、化合物２であることを確認した。なお、化合物２の精製は行わずに、化合物３の合成に用いた。
得られた化合物２のＮＭＲとＭＳの測定結果は以下の通りであった。
1H-NMR スペクトル(500MHz)
Acetone-d6 / TMS
σ=8.20 (2H, s), σ=7.44 (2H, d, J=8.7 Hz), σ=7.36 (2H, d, J=8.7 Hz), σ=4.20 (2H, t, J=7.0 Hz), σ=1.65 (2H, m), σ=1.21 (2H, m), σ=0.77 (3H, t, J=7.5 Hz)
MS スペクトル：MS(APCI) : m/z=378.9567 [M+H]+; calcd. For C16H15Br2N1: 378.9566
1H-NMR スペクトル(500MHz)
Acetone-d6 / TMS
σ=8.20 (2H, s), σ=7.44 (2H, d, J=8.7 Hz), σ=7.36 (2H, d, J=8.7 Hz), σ=4.20 (2H, t, J=7.0 Hz), σ=1.65 (2H, m), σ=1.21 (2H, m), σ=0.77 (3H, t, J=7.5 Hz)
MS スペクトル：MS(APCI) : m/z=378.9567 [M+H]+; calcd. For C16H15Br2N1: 378.9566
続いて、化合物２を用い、以下のようにして、化合物３を合成した。
化合物２（１．００ｇ，２．６２ｍｍｏｌ）、４−（５−トリブチルスタニル−２−チオフェニル）ピリジン（２．５０ｇ，５．５５ｍｍｏｌ）およびテトラキス（トリフェニルフォスフィン）パラジウムＰｄ（ＰＰｈ３）４（１５１ｍｇ，０．１３ｍｍｏｌ）をＤＭＦ（３０ｍｌ）に溶解させ、９０°Ｃ、Ａｒ雰囲気下で２時間攪拌した。
反応終了後、反応溶液を水（２００ｍｌ）に注ぎ、析出した固体をろ過した。
ろ物を乾燥後、シリカゲルカラムクロマトグラフィー（展開溶媒 ＣＨ２Ｃｌ２：ＭｅＯＨ＝２０：１）により分離精製し、その後にジクロロメタンで再結晶を行った。
１ＨＮＭＲ、ＨＲＭＳスペクトルより、化合物３であることを確認した。収量は５３７ｍｇ（収率３８％）であった。
化合物２（１．００ｇ，２．６２ｍｍｏｌ）、４−（５−トリブチルスタニル−２−チオフェニル）ピリジン（２．５０ｇ，５．５５ｍｍｏｌ）およびテトラキス（トリフェニルフォスフィン）パラジウムＰｄ（ＰＰｈ３）４（１５１ｍｇ，０．１３ｍｍｏｌ）をＤＭＦ（３０ｍｌ）に溶解させ、９０°Ｃ、Ａｒ雰囲気下で２時間攪拌した。
反応終了後、反応溶液を水（２００ｍｌ）に注ぎ、析出した固体をろ過した。
ろ物を乾燥後、シリカゲルカラムクロマトグラフィー（展開溶媒 ＣＨ２Ｃｌ２：ＭｅＯＨ＝２０：１）により分離精製し、その後にジクロロメタンで再結晶を行った。
１ＨＮＭＲ、ＨＲＭＳスペクトルより、化合物３であることを確認した。収量は５３７ｍｇ（収率３８％）であった。
得られた化合物３のＮＭＲとＭＳの測定結果は以下の通りであった。
1H-NMR スペクトル(500MHz) Dimethyl Sulfoxide-d6 / TMS
σ=8.27 (2H, d J=1.8 Hz), σ=8.15 (4H, dd, J1=4.5 Hz, J2=1.6 Hz), σ=4.44 (2H, d, J=3.9 Hz), σ=7.42(2H, dd, J1=8.8 Hz, J2=1.8 Hz), σ=7.27 (2H, d, J=8.8 Hz), σ=7.24 (4H, dd, J1=4.5 Hz, J2=1.6 Hz), σ=7.23 (2H, d, J=3.9 Hz), σ=4.01 (2H, t, J=7.0 Hz), σ=1.34 (2H, m), σ=0.87(2H, m), σ=0.44 (3H, t,J=7.4 Hz)
MS スペクトル：HRMS (ESI) : m/z= 542.1716 [M+H]+ ; calcd. For C34H28N3S2: 542.1719
mp. 236-237℃
1H-NMR スペクトル(500MHz) Dimethyl Sulfoxide-d6 / TMS
σ=8.27 (2H, d J=1.8 Hz), σ=8.15 (4H, dd, J1=4.5 Hz, J2=1.6 Hz), σ=4.44 (2H, d, J=3.9 Hz), σ=7.42(2H, dd, J1=8.8 Hz, J2=1.8 Hz), σ=7.27 (2H, d, J=8.8 Hz), σ=7.24 (4H, dd, J1=4.5 Hz, J2=1.6 Hz), σ=7.23 (2H, d, J=3.9 Hz), σ=4.01 (2H, t, J=7.0 Hz), σ=1.34 (2H, m), σ=0.87(2H, m), σ=0.44 (3H, t,J=7.4 Hz)
MS スペクトル：HRMS (ESI) : m/z= 542.1716 [M+H]+ ; calcd. For C34H28N3S2: 542.1719
mp. 236-237℃
得られた化合物１、３をそれぞれ１，４−ジオキサンに溶解して、それぞれ濃度:２×１０−５Ｍの吸光度測定用試料を得た。得られたそれぞれの吸光度測定用試料を紫外可視分光光度計（島津製作所社製、ＵＶ−３１５０）に供給して吸光スペクトルを測定した。
また、得られた化合物１、３をそれぞれ１，４−ジオキサンに溶解して、それぞれ濃度２×１０−６Ｍの蛍光測定用試料を得た。得られたそれぞれの蛍光測定用試料を蛍光分光光度計（日立ハイテクノロジーズ社製、Ｆ−４５００）に供給し、蛍光スペクトルを測定した。
化合物１、３の吸光スペクトル及び蛍光スペクトルを図３（Ａ）、（Ｂ）にそれぞれ示す。
また、得られたそれぞれの蛍光測定用試料を蛍光量子収率測定装置（浜松ホトニクス社製、Ｃ−９９２０−０１）に供給して蛍光量子収率を測定した。得られた蛍光量子収率と上記吸収スペクトル及び蛍光から読み取った吸収極大波長（モル吸収係数）及び蛍光極大波長を表１に示した。
得られた化合物３をテトラヒドロフランに溶解して濃度１×１０−４Ｍの溶液を作製した。得られた溶液に酸化チタンを添加し、２５℃で１６時間浸漬した後、酸化チタンを取り出し乾燥して赤外線スペクトル（ＩＲ）測定用試料を得た。得られた化合物３と、化合物３を用いて得られた試料を用いて、フーリエ変換赤外分光光度計（パーキンエルマー社製、Ｓｐｅｃｔｒｕｍ−Ｏｎｅ）で赤外線（ＩＲ）スペクトルを測定して結果を図４に示した。
また、参考例として、図５に、下式に示したアクセプターとしてピリジン環含有基を一分子中に一つのみ有するＤ−π−Ａ型化合物である化合物ＮＩ３、ＮＩ４について、酸化チタンへの吸着前後のＩＲスペクトルを示している。この化合物ＮＩ３、ＮＩ４のＩＲスペクトルは、非特許文献１から引用したものである。
図４のＩＲスペクトルに示されているように、化合物３が酸化チタンに吸着すると、１６００ｃｍ−１付近の吸収ピークが高波数側にシフトしており、これはピリジン環の窒素原子と酸化チタンのチタン原子の間で強固な配位結合を形成していることを示している。従って、このＩＲスペクトルから、化合物３が酸化チタンに対し、ほぼ配位結合によって強固に吸着していることを示している。
一方、化合物ＮＩ３及びＮＩ４では、図５に示すように、１６００ｃｍ−１の吸収ピークが一部高波数側にシフトせず残っている（破線円で囲っている箇所）ことがわかる。この吸収ピークは、配位結合していないことに起因して現れるピークであり、水素結合によるものと考えられる。図４の化合物３の場合では、化合物ＮＩ３、ＮＩ４における上記の吸収ピークはほぼ見受けられないことから、化合物３においては、アクセプターを２つ備えたことにより、ほぼ配位結合によって吸着することがわかった。
続いて、化合物１及び化合物３を用いて色素増感太陽電池を作成し、色素吸着量及び光電変換効率を評価した。
ＦＴＯガラス板（日本板硝子社製、１３Ω／ｃｍ２）の一面にドクターブレードを用いて酸化チタンペースト（日揮触媒化成社製、ＰＳＴ−１８ＮＲ）を塗布し、４５０℃で５０分間焼成して厚さ９μｍの酸化チタン層を形成した。次に、化合物１及び３を、濃度:１×１０−４Ｍのテトラヒドロフラン溶液に２５℃で１６時間浸漬した後、取り出し、乾燥して第１電極を得た。第１電極の酸化チタン層に電解質溶液（０．１Ｍヨウ化リチウム、０．０５Ｍヨウ素及び０．６Ｍ１，２−ジメチル−３−プロピルイミダゾリウムヨードジドのアセトニトリル溶液）を数滴たらし、パラフィルムスペーサーを介して第２電極である白金蒸着ガラス板を積層し、両端をクリップで固定して、第１電極と第２電極の間に電解質溶液層を形成して色素増感太陽電池セルを得た。
得られた色素増感太陽電池セルにソーラーシミレータ（旭スペクトラ社製、ＨＡＬ−３０２）でＡＭ１．５、１００ｍＷｃｍ−２の疑似太陽光を照射（照射面積０．２５ｃｍ２）し、ポテンシオスタガット／ガルバノスタット（北斗電工社製、ＨＡ−５０１Ｇ）で電流−電圧曲線を測定した。得られた電流−電圧曲線から短絡電流及び開放光起電圧を読み取り、結果を表２に示した。また、短絡電流及び開放光起電圧からフィルファクター及び光電変換効率を計算して結果を表２に示した。
また、表２には、参考例として、上述した化合物ＮＩ３、ＮＩ４の色素吸着量のデータを掲載している。これらは非特許文献１から引用したものである。
化合物３の色素吸着量が１０．８×１０１６であり、化合物ＮＩ３、ＮＩ４に比べて２倍以上であり、吸着量が大幅に増大していることがわかる。
なお、化合物１の色素吸着量は、ＮＩ３及びＮＩ４よりもやや少ない結果となった。化合物１では、カルバゾールイル基の両端にピリジン環が直接結合し、結合間距離が短いことから、両方のピリジン環の窒素が同じ方向、即ち、酸化チタン層を向きにくいことによる影響と考えらえる。
本発明に係るドナー―π―アクセプター型化合物は、金属酸化物への吸着能を有するアクセプターを二つ備えているので、金属酸化物への吸着量を向上し得る。このため、色素増感太陽電池への応用が期待される。
１ 第１電極
２ 第２電極
３ 電解質溶液層
１１ ガラス基板
１２ 透明導電膜
１３ 金属酸化物層
２ 第２電極
３ 電解質溶液層
１１ ガラス基板
１２ 透明導電膜
１３ 金属酸化物層
Claims (3)
- 式３１で表される、
（式３１中、Ｄはアルキル基、ｎは０〜３の整数を表す。）
ことを特徴とするドナー―π―アクセプター型化合物。 - 下記化合物３で表される、
ことを特徴とする請求項１に記載のドナー―π―アクセプター型化合物。 - 請求項１又は２に記載のドナー―π―アクセプター型化合物を含有する、
ことを特徴とする色素増感太陽電池用色素。
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