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フラーレン誘導体を含む光電変換材料 コモンズ

国内特許コード P110004276
整理番号 E079P24
掲載日 2011年7月11日
出願番号 特願2008-514530
登録番号 特許第5062765号
出願日 平成19年5月2日(2007.5.2)
登録日 平成24年8月17日(2012.8.17)
国際出願番号 JP2007059810
国際公開番号 WO2007129767
国際出願日 平成19年5月2日(2007.5.2)
国際公開日 平成19年11月15日(2007.11.15)
優先権データ
  • 特願2006-129854 (2006.5.9) JP
発明者
  • 中村 栄一
  • 松尾 豊
  • 金井塚 勝彦
出願人
  • 国立研究開発法人科学技術振興機構
発明の名称 フラーレン誘導体を含む光電変換材料 コモンズ
発明の概要 60(R(R)[式中、Rはそれぞれ独立して置換基を有する有機基を示し、Rは水素原子、または、置換基を有してもよいC~C30炭化水素基を示す。]で表されるフラーレン誘導体を含む、光電変換材料を提供する。また、この光電変換材料が自己組織化された単分子膜を有する光電変換素子、および、当該素子を有する太陽電池を提供する。
従来技術、競合技術の概要


炭素原子が球状またはラグビーボール状に配置して形成される炭素クラスター(以下、「フラーレン」ともいう)の合成法が確立されて以来、フラーレンに関する研究が精力的に展開されている。その結果、数多くのフラーレン誘導体が合成されてきた。



一般的に、フラーレン誘導体は広く拡張したπ電子系を有する。そしてフラーレン誘導体はHOMO-LUMOギャップが比較的小さく(1.5~2.0eV程度)、かつ、幅広い波長域での光吸収特性と高効率なSinglet-to-Triplet項間交差を経由した発光特性とを有することが特徴的である。また、フラーレンは炭素原子のみで構成されていながら、多段階の可逆な酸化還元反応(6電子還元)を示す。このような特性から、フラーレン誘導体の応用の可能性は大変幅広く、たとえば、FET、有機EL、太陽電池、触媒等の利用が考えられている。



フラーレン金属錯体の光吸収特性を利用した光電変換素子に関しては、フラーレンの高い電子アクセプター能の性質を利用した人工光合成構築の研究が報告されている。具体的には、フェロセン(電子ドナー)-ポルフィリン(光吸収中心)-フラーレン(電子アクセプター)を用いて化学結合を介して連結した分子を金電極上に作製した単分子膜の湿式太陽電池[Eur. J. Org. Chem. 2445. (1999)(非特許文献1)]や、フラーレン金属錯体とポルフィリンを連結した分子をITO電極上に固定した湿式太陽電池[J. Am. Chem. Soc. 127, 2380, (2005)](非特許文献2)]などが報告されている。
しかしながら、これらの太陽電池において、その光電変換素子に用いるフラーレン誘導体の合成が煩雑であることに加えて、所望の特性を充分に発揮できないという問題点があった。



上記の状況の下、たとえば、光電流発生の量子効率が極めて高いフラーレン誘導体が求められている。光電流発生の量子効率が極めて高く、かつ、合成が容易なフラーレン誘導体が求められている。また、発電効率の高い太陽電池が求められている。

産業上の利用分野


本発明はフラーレン誘導体を含む光電変換材料、光電変換材料が自己組織化された単分子膜を有する光電変換素子、および、当該光電変換素子を有する太陽電池に関する。

特許請求の範囲 【請求項1】
下記式(1)
【化1】


[式中、はそれぞれ独立してカルボン酸基、リン酸基、またはホスホン酸基を有する、C~C30アルキル基、C~C30アルケニル基、C~C30アルキニル基、C~C30アルキルジエニル基、C~C18アリール基、C~C30アルキルアリール基、C~C30アリールアルキル基、C~C30シクロアルキル基またはC~C30シクロアルケニル基を示し;Rは水素原子またはC~C30アルキル基を示す。]
で表されるフラーレン誘導体を含む、光電変換材料。

【請求項2】
下記式(10)
【化3】


[式中、Rは水素原子またはC~C30アルキル基を示し;Rはそれぞれ独立して下記式(
【化4】


(式中、Xはカルボン酸基、リン酸基、またはホスホン酸基を示す。)で表される基である。]
で表されるフラーレン誘導体を含む、光電変換材料。

【請求項3】
下記式(11)
【化5】


[式中、Rは水素原子またはC~C30アルキル基を示し、Rはそれぞれ独立して下記式(
【化6】


(式中、Xはカルボン酸基、リン酸基、またはホスホン酸基を示す。
で表されるフラーレン誘導体を含む、光電変換材料。

【請求項4】
請求項1~3のいずれかに記載の光電変換材料が自己組織化された単分子膜を有する、光電変換素子。

【請求項5】
自己組織化された請求項1~4のいずれかに記載の光電変換材料の単分子膜が形成されたITO電極を有する、光電変換素子。

【請求項6】
請求項4または5に記載の光電変換素子を有する、太陽電池。

【請求項7】
下記式(1)
【化7】


[式中、はそれぞれ独立してチオール基またはジスルフィド基を有する、C~C30アルキル基、C~C30アルケニル基、C~C30アルキニル基、C~C30アルキルジエニル基、C~C18アリール基、C~C30アルキルアリール基、C~C30アリールアルキル基、C~C30シクロアルキル基またはC~C30シクロアルケニル基を示し;Rは水素原子またはC~C30アルキル基を示す。]
で表されるフラーレン誘導体を含む、光電変換材料。

【請求項8】
請求項に記載の光電変換材料が自己組織化された単分子膜を有する、光電変換素子。

【請求項9】
自己組織化された請求項に記載の光電変換材料の単分子膜が形成された金電極を有する、光電変換素子。

【請求項10】
請求項8または9に記載の光電変換素子を有する、太陽電池。
国際特許分類(IPC)
Fターム
画像

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JP2008514530thum.jpg
出願権利状態 登録
参考情報 (研究プロジェクト等) ERATO 中村活性炭素クラスタープロジェクト 領域
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