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(In Japanese)フラーレン誘導体を含む光電変換材料 commons

Patent code P110004277
File No. E079P25
Posted date Jul 11, 2011
Application number P2008-514531
Patent number P5062766
Date of filing May 2, 2007
Date of registration Aug 17, 2012
International application number JP2007059811
International publication number WO2007129768
Date of international filing May 2, 2007
Date of international publication Nov 15, 2007
Priority data
  • P2006-129857 (May 9, 2006) JP
Inventor
  • (In Japanese)中村 栄一
  • (In Japanese)松尾 豊
  • (In Japanese)金井塚 勝彦
Applicant
  • (In Japanese)国立研究開発法人科学技術振興機構
Title (In Japanese)フラーレン誘導体を含む光電変換材料 commons
Abstract (In Japanese)本発明は、C60(R15(MLn)[式中、R1はそれぞれ独立して置換基を有する有機基を示し、Mは金属原子を示し、LはMの配位子であり、nはLの数である。]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。
Outline of related art and contending technology (In Japanese)


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。

Field of industrial application (In Japanese)


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。

Scope of claims (In Japanese)
【請求項1】
 
下記式(1)
【化1】
 


[式中、R1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、C1~C30アルキル基、C2~C30アルケニル基、C2~C30アルキニル基、C4~C30アルキルジエニル基、C6~C18アリール基、C7~C30アルキルアリール基、C7~C30アリールアルキル基、C4~C30シクロアルキル基またはC4~C30シクロアルケニル基を示し、
Mは8~10族の遷移金属原子を示し、
LはMの配位子であって、水素原子、ハロゲン原子、アルコキシ基、アルキル基、カルボニル基、アルキン基またはシクロペンタジエニル基であり、
nはLの数である。]
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2】
 
請求項1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3】
 
請求項2に記載の光電変換素子を有する、太陽電池。

【請求項4】
 
下記式(10)
【化2】
 


[式中、R1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、C1~C30アルキル基、C2~C30アルケニル基、C2~C30アルキニル基、C4~C30アルキルジエニル基、C6~C18アリール基、C7~C30アルキルアリール基、C7~C30アリールアルキル基、C4~C30シクロアルキル基またはC4~C30シクロアルケニル基を示し
Mは8~10族の遷移金属原子を示す。]
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5】
 
下記式(11)
【化3】
 


[式中、R2はそれぞれ独立して下記式(a)
【化4】
 


(式中、X1はカルボン酸基、リン酸基、またはホスホン酸基を示。)で表される基であり、Mは8~10族の遷移金属原子を示す。]
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6】
 
下記式(12)
【化5】
 


[式中、R3はそれぞれ独立して下記式(b)
【化6】
 


(式中、X1はカルボン酸基、リン酸基、またはホスホン酸基を示す。)で表される基であり、Mは8~10族の遷移金属原子を示す。]
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7】
 
MがFeまたはRuを示す請求項4~6のいずれかに記載の光電変換材料。

【請求項8】
 
請求項4~7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9】
 
自己組織化された請求項4~7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。

【請求項11】
 
下記式(10)
【化7】
 


[式中、R1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、C1~C30アルキル基、C2~C30アルケニル基、C2~C30アルキニル基、C4~C30アルキルジエニル基、C6~C18アリール基、C7~C30アルキルアリール基、C7~C30アリールアルキル基、C4~C30シクロアルキル基またはC4~C30シクロアルケニル基を示し、
Mは8~10族の遷移金属原子を示す。]
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12】
 
請求項11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13】
 
自己組織化された請求項11または12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14】
 
請求項12または13に記載の光電変換素子を有する、太陽電池。
IPC(International Patent Classification)
F-term
Drawing

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JP2008514531thum.jpg
State of application right Registered
Reference ( R and D project ) ERATO NAKAMURA Functional Carbon Cluster AREA
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