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JP2003147329A - 吸光組成物 - Google Patents

吸光組成物

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JP2003147329A
JP2003147329A JP2001347286A JP2001347286A JP2003147329A JP 2003147329 A JP2003147329 A JP 2003147329A JP 2001347286 A JP2001347286 A JP 2001347286A JP 2001347286 A JP2001347286 A JP 2001347286A JP 2003147329 A JP2003147329 A JP 2003147329A
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秀夫 大高
Hirofumi Mitekura
裕文 見手倉
Kentaro Yano
賢太郎 矢野
Fumio Matsui
文雄 松井
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Hayashibara Biochemical Laboratories Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 太陽電池などの光電変換素子において改善さ
れた光電変換効率を与える吸光組成物とその用途を提供
することを課題とする。 【解決手段】 可視領域及び／又は紫外領域の光を吸収
し、その吸収光より長波長の光を発光する第一の有機化
合物と、第一の有機化合物の発光を吸収する第二の有機
化合物とを含んでなる吸光組成物と、斯かる吸光組成物
により増感された半導体電極と、斯かる吸光組成物を用
いる光電変換素子及び太陽電池を提供することによって
前記課題を解決する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は光吸収材料に関す
るものであり、とりわけ、太陽電池などの光電変換素子
において有用な吸光組成物に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】エコロジー重点文明が喧伝される昨今、
太陽光発電が火力発電や原子力発電に代わるクリーンな
発電手段としてにわかに脚光を浴びるようになった。半
導体を光照射すると起電力が生じるという太陽光発電の
原理は古くから知られ、この原理を利用する太陽電池と
して、すでに、単結晶シリコン太陽電池、多結晶シリコ
ン太陽電池、アモルファス太陽電池、化合物半導体太陽
電池、無機太陽電池、有機太陽電池、光電気化学太陽電
池（湿式太陽電池）などが考案されている。これらの太
陽電池は、周知のとおり、その一部がすでに実用化さ
れ、起電力は小さくても、軽量にして長寿命な電源とし
て携帯機器や一般家庭などにおける簡易発電手段として
急速に普及しつつある。
【０００３】太陽電池の開発における焦眉の急は、火力
発電をはじめとする既存の発電手段を代替するに足る発
電コストの低減、特に、電池モジュールの大面積化と低
廉化である。上記した太陽電池のうちで、光電気化学太
陽電池は、半導体を電解液に浸漬するだけで接合が形成
でき、しかも、多結晶材料を用いても比較的高い光電変
換効率が期待できるなどの理由により、潜在的に優れた
太陽電池であると考えられている。
【０００４】光電気化学太陽電池の多くは、一対の電極
のうちの少なくとも一方が光を吸収して起電力を生じる
方式を採用しており、特に、二酸化チタンの電極を用い
るものは著しく高効率であると言われている。斯かる電
極とともに光電気化学太陽電池を構成する光増感剤につ
いては、例えば、荒川裕則ら『太陽エネルギー』、第２
３巻、第４号、１１乃至１８頁（１９９７年）、北村隆
之ら『表面化学』、第２１巻、第５号、２８８乃至２９
３頁（２０００年）などに報告されているように、ビピ
リジンルテニウム錯体をはじめとして、これまでにもい
くつかの吸光性有機化合物が提案されている。
【０００５】ところが、吸光性有機化合物は、一般に、
吸光域が太陽電池による光電変換の対象となる波長域に
比べて狭いことから、単独で用いたのでは、太陽光を満
遍なく有効に利用することができない。さりとて、斯か
る有機化合物を複数組み合わせたとしても、組成物全体
としての吸光特性が組成物を構成する吸光性有機化合物
のうちの吸光特性に劣るものによって支配されることと
なり、いずれにしても、光電気化学太陽電池の光電変換
効率を改善するのが困難な状況にあった。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】斯かる状況に鑑み、こ
の発明は、太陽電池などの光電変換素子において改善さ
れた光電変換効率を与える吸光組成物とその用途を提供
することを課題とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明者が発光性有機化
合物を含めた諸種の有機化合物の組合わせについて鋭意
研究し、検索したところ、紫外領域乃至可視領域の光を
吸収し、その吸収光より長波長の光を発光する発光性有
機化合物と、その発光を吸収する吸光性有機化合物とを
組み合わせて光電変換素子へ適用すると、後者の吸光性
有機化合物のみによっては容易に達成し得ない有意に高
い光電変換効率が達成されることを見出した。
【０００８】すなわち、この発明は、紫外領域乃至可視
領域の光を吸収し、その吸収光より長波長の光を発光す
る第一の有機化合物と、第一の有機化合物の発光を吸収
する第二の有機化合物とを含んでなる吸光組成物を提供
することによって前記課題を解決するものである。
【０００９】さらに、この発明は、斯かる吸光組成物に
より増感された半導体電極を提供することによって前記
課題を解決するものである。
【００１０】さらに、この発明は、斯かる吸光組成物を
用いる光電変換素子を提供することによって前記課題を
解決するものである。
【００１１】さらに、この発明は、斯かる吸光組成物を
用いる太陽電池を提供することによって前記課題を解決
するものである。
【００１２】
【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の形態につ
いて説明すると、既述のとおり、この発明は、紫外領域
乃至可視領域の光を吸収し、その吸収光より長波長の光
を発光する第一の有機化合物と、第一の有機化合物の発
光を吸収する第二の有機化合物とを含んでなる吸光組成
物に関するものである。
【００１３】この発明による吸光組成物を構成する第一
の有機化合物としては、通常、８００ｎｍより短波長の
紫外領域乃至可視領域の光を吸収し、かつ、４００ｎｍ
より長波長の可視領域乃至赤外領域において蛍光や燐光
などを発光するものが選択される。第一の有機化合物は
単一の化合物である必要はなく、吸光組成物の用途や、
組み合わせて用いる第二の有機化合物の吸光特性などを
勘案しながら、必要に応じて、発光域が異なる複数の発
光性有機化合物を適宜組み合わせて用いてもよい。第二
の有機化合物としては、第一の有機化合物の発光を実質
的に吸収し得る吸光性有機化合物が選択され、吸光組成
物の用途によっては、必要に応じて、第一の有機化合物
による発光に対する感度が所望のレベルになるように、
吸光域が異なる複数の吸光性有機化合物を適宜組み合わ
せて用いてもよい。
【００１４】第一の有機化合物の具体例としては、例え
ば、紫外領域乃至青色領域の光を吸収し、波長４００乃
至５００ｎｍ付近の青色領域で蛍光や燐光を発光するオ
キサゾール化合物やクマリン化合物、波長５００乃至６
００ｎｍ付近の緑色領域で蛍光や燐光を発光するペリレ
ン化合物、波長６００ｎｍより長波長の赤色領域で蛍光
や燐光を発光する有機金属錯体などの発光性有機化合物
が挙げられ、既述のとおり、必要に応じて、これらは適
宜組み合わせて用いられる。吸光組成物の用途にもよる
けれども、光電気化学太陽電池などの光電変換素子にお
ける光増感剤として用いる場合には、例えば、エル・ア
ール・メルビーら『ザ・ジャーナル・オブ・ジ・アメリ
カン・ケミカル・ソサエティー』、第８６巻、第２３
号、５，１１７乃至５，１２５頁（１９６４年）、マサ
ヒロ・ウエカワら『ブレティン・オブ・ザ・ケミカル・
ソサエティー・オブ・ジャパン』、第７１巻、第９号、
２，２５３乃至２，２５８頁（１９９８年）、セルゲイ
・ラマンスキーら『ザ・ジャーナル・オブ・ジ・アメリ
カン・ケミカル・ソサエティー』、１２３巻、第１８
号、４，３０４乃至４，３１２頁（２００１年）及びセ
ルゲイ・ラマンスキーら『インオーガニック・ケミスト
リー』、第４０巻、１，７０４乃至１，７１１頁（２０
０１年）などに記載された、イリジウム、亜鉛、アルミ
ニウムなどの周期律表における第９族乃至第１３族の金
属元素若しくは遷移元素か、あるいは、ユウロピウムな
どのランタン系列の希土類元素を中心原子とする有機金
属錯体が好ましく、そのうちでも、発光がシャープで、
しかも、発光域が配位子の影響を受け難い点で、中心原
子としてのユウロピウムと、ユウロピウムへ配位する３
乃至４分子のエンジオン化合物からなるエンジオンジオ
ラート錯体が特に好ましい。
【００１５】第二の有機化合物としては、光増感剤とし
て光電気化学太陽電池の分野において汎用される吸光性
有機化合物を単用するか、斯かる吸光性有機化合物の複
数を適宜組み合わせて用いる。第二の有機化合物として
用い得る吸光性有機化合物の具体例としては、例えば、
アズレニウム色素、オキソノール色素、シアニン色素、
スクアリリウム色素、スチリル色素、チオピリリウム色
素、ピリリウム色素、フェナントレン色素、フタロシア
ニン系色素、メロシアニン色素などのポリメチン系色
素、さらには、アクリジン系色素、アザアヌレン系色
素、アゾ系色素、アントラキノン系色素、インジゴ系色
素、インダンスレン系色素、オキサジン系色素、キサン
テン系色素、クマリン系色素、ジオキサジン系色素、チ
アジン系色素、チオインジゴ系色素、テトラポルフィラ
ジン系色素、トリフェニルメタン系色素、トリフェノチ
アジン系色素、ナフトキノン系色素、フタロシアニン系
色素、ベンゾキノン系色素、ベンゾピラン系色素、ベン
ゾフラノン系色素、ポルフィリン系色素、ローダミン系
色素、ピロメテン系色素などが挙げられ、必要に応じ
て、これらは適宜組み合わせて用いられる。好ましいの
は、シアニン色素などのポリメチン系色素及びクマリン
系色素であり、とりわけ、半導体電極に付着させても吸
光特性が変化し難い点で、同じ特許出願人が特願２００
１−１８５６６６号明細書（発明の名称「エチレン化合
物」）に開示した、エチレン骨格における１位の炭素原
子へ結合する各水素原子が、それぞれ、可視光を吸収し
得る原子団及び炭化水素基により置換され、かつ、エチ
レン骨格における２位の炭素原子へ結合する水素原子の
一つが非共有電子対を有する原子を含んでなる原子団に
より置換されてなるクマリン系色素及びポリメチン系色
素が特に好ましい。
【００１６】斯かる有機化合物を組み合わせて用いるこ
の発明の吸光組成物においては、第一の有機化合物の発
光量子効率と第二の有機化合物の分子吸光係数（以下、
分子吸光係数を「ε」と略記することがある。）にもよ
るけれども、第二の有機化合物１モルに対して、通常、
第一の有機化合物を０．１モル以上、好ましくは、０．
５モル以上配合する。敢えて断るまでもないことである
が、この発明でいう第一及び第二の有機化合物は、既述
のとおり、それぞれが単一の有機化合物である必要性は
全くなく、吸光組成物の用途などを勘案しながら、その
一方又は両方を複数の有機化合物を適宜組み合わせて構
成してもよい。さらに、この発明の吸光組成物は、特定
の吸光域や発光域を有する有機化合物からなるものに決
して限定されてはならず、組成物が全体として所望の吸
光特性を具備するように、第一及び第二の有機化合物に
加えて、例えば、紫外領域、可視領域及び／又は赤外領
域の光を吸収する他の吸光性有機化合物の１又は複数を
適宜配合することを妨げない。
【００１７】この発明による吸光組成物の用途について
説明すると、この発明の吸光組成物は、紫外領域から可
視領域における所望の波長域に吸光能を持たせ得ること
から、吸光性材料を必要とする諸分野において極めて有
用である。とりわけ、半導体との親和性に優れたこの発
明による吸光組成物は、太陽電池、詳細には、光電気化
学太陽電池などの光電変換素子へ適用される半導体電極
を増感するための材料として極めて有用である。
【００１８】そこで、この発明の吸光組成物の用途に関
連して、この発明の吸光組成物により増感された半導体
電極と、その半導体電極を用いる光電変換素子及び光電
気化学太陽電池について順次説明すると、この発明によ
る半導体電極は、光電気化学太陽電池などに汎用される
半導体電極を、この発明による吸光組成物を用いて増感
することによって得ることができる。斯かる半導体電極
は、用途に応じた所望の形状、例えば、板状、円柱状、
角柱状、ネット状などに形成した電気伝導性透明電極の
一部又は全体に半導体層を形成し、その半導体層へこの
発明による吸光組成物を吸着させることによって得るこ
とができる。透明電極としては、それが電気伝導性を有
するものであるかぎり、特に制限はなく、例えば、紫外
領域から赤外領域までの所望の波長域において実質的に
透明なガラス、セラミック、プラスチックなどによる基
板へ、例えば、弗素若しくはアンチモンを微量混入させ
た酸化錫（ＮＥＳＡ）、錫を微量混入させた酸化インジ
ウム（ＩＴＯ）、酸化亜鉛などの実質的に透明な半導体
を薄膜状に塗布してなるものが挙げられ、このうち、弗
素を微量混入させた酸化錫を薄膜状に塗布したものが特
に好ましい。
【００１９】斯かる半導体層は、通常、汎用の方法によ
り、電気伝導性透明電極に対して、平均粒子径５乃至５
００ｎｍの多孔質構造を有する半導体のナノ粒子を０．
１乃至１００μｍ、好ましくは、１乃至５０μｍの厚さ
に付着させた後、焼結することによって形成することが
できる。半導体層を構成する半導体の具体例としては、
斯界において汎用される化合物半導体一般、とりわけ、
酸化セリウム、酸化チタン、酸化ジルコニウム、酸化バ
ナジウム、酸化ニオブ、酸化タングステン、酸化鉄、酸
化ニッケル、酸化インジウム、酸化錫、酸化ビスマスな
どの金属酸化物、チタン酸ストロンチウム、チタン酸バ
リウム、ニオブ酸カリウム、タンタル酸ナトリウムなど
の複合金属酸化物、沃化銀、沃化銅、臭化銅などの金属
ハロゲン化合物、硫化亜鉛、硫化チタン、硫化インジウ
ム、硫化ビスマス、硫化カドミウム、硫化ジルコニウ
ム、硫化タンタル、硫化銀、硫化銅、硫化錫、硫化タン
グステン、硫化モリブデンなどの金属硫化物、セレン化
カドミウム、セレン化ジルコニウム、セレン化亜鉛、セ
レン化チタン、セレン化インジウム、セレン化タングス
テン、セレン化モリブデン、セレン化ビスマス、テルル
化カドミウム、テルル化タングステン、テルル化モリブ
デン、テルル化亜鉛、テルル化ビスマスなどのカルコゲ
ナイド化合物が挙げられ、必要に応じて、これらは適宜
組み合わせて用いられる。特に、同じ特許出願人による
特願２０００−１１１３３１号明細書（名称「半導体
層、これを用いる太陽電池及びそれらの製造方法並びに
用途」）に記載された、粒度分布において複数のピーク
を有する半導体粒子群からなる化合物半導体は、この発
明による半導体電極において極めて有用である。なお、
これらの半導体は単なる例示であって、この発明で用い
る半導体は決してこれらに限定されてはならず、発明の
目的を逸脱しない範囲で、ｐ型半導体及びｎ型半導体の
うちから適宜のものを選択すればよい。
【００２０】斯くして得られる半導体電極を増感するに
は、例えば、この発明による吸光組成物を濃度０．０１
ｍＭから飽和濃度、好ましくは、０．１乃至０．５ｍＭ
になるように適宜溶剤に溶解し、その溶液に半導体電極
を浸漬した状態で、周囲温度か周囲温度を上回る温度で
１分間以上、好ましくは、１２乃至４８時間静置するこ
とによって吸着させればよい。溶剤としては、吸光組成
物が溶解するかぎり特に制限がなく、例えば、メタノー
ル、エタノール、２，２，２−トリフルオロエタノー
ル、１−プロパノール、２−プロパノール、１−ブタノ
ール、２−ブタノール、イソブチルアルコール、イソペ
ンチルアルコール、シクロヘキサノールなどのアルコー
ル類、ベンゼン、トルエン、キシレンなどの炭化水素
類、アセトニトリル、プロピオニトリル、スクシノニト
リルなどのニトリル類、ジエチルエーテル、ジイソプロ
ピルエーテル、テトラヒドロフラン、テトラヒドロピラ
ン、１，４−ジオキサンなどのエーテル類を、必要に応
じて、適宜組み合わせて用いる。これらの溶剤のうち、
溶解度の点で、メタノール、エタノールなどのアルコー
ル類、アセトニトリルなどのニトリル類及びこれらの混
液が好ましい。
【００２１】この発明の吸光組成物により増感された半
導体電極は、光電変換素子における半導体電極として極
めて有用である。この発明は、当該吸光組成物を用いる
光電変換素子をも提供するものであり、この発明による
光電変換素子は、好ましくは、当該吸光組成物により増
感された半導体電極と、その対極と、それらの電極へ接
触するレドックス電解液とを含んでなる。
【００２２】図１はこの発明による光電変換素子の一例
を示す模式図であり、図１において、１は半導体電極で
あり、既述のとおり、透明電極２ａの一部又は全体へ化
合物半導体などの半導体を層状に付着させた後、その半
導体層３へ吸光組成物を吸着させて増感することによっ
て得ることができる。
【００２３】４は対極であり、通常、半導体電極１にお
けると同様に、電気伝導性を有する透明電極２ｂの一部
又は全体へ、例えば、真空蒸着、化学蒸着、スパッタリ
ング、原子層エピタクシー、塗布、浸漬などの汎用の方
法により、鉄、ルテニウム、コバルト、ロジウム、ニッ
ケル、白金、銅、銀、金、亜鉛、アルミニウム、錫など
の金属か、あるいは、炭素若しくは半導体電極１におけ
ると同様の半導体を適宜厚さの層状に付着せしめること
によって得ることができる。
【００２４】５はレドックス電解液であり、溶液におい
て、例えば、沃素レドックス系、鉄レドックス系、錫レ
ドックス系、クロミウムレドックス系、バナジウムレド
ックス系、硫化物イオンレドックス系、アントラキノン
レドックス系などのレドックス系を与える、例えば、沃
化イミダゾリウム誘導体、沃化リチウム、沃化カリウ
ム、沃化テトラアルキルアンモニウム塩などの沃素化合
物と沃素との混合物、臭化イミダゾリウム誘導体、臭化
リチウム、臭化カリウム、臭化テトラアルキルアンモニ
ウム塩などの臭素化合物と臭素との混合物がレドックス
電解質として配合される。
【００２５】レドックス電解液５における溶剤として
は、取扱い易く、安定であって、レドックス電解質を実
質的に溶解するものであるかぎり、特に制限がない。斯
かる溶剤の具体例としては、例えば、アセトニトリル、
メトキシアセトニトリル、プロピオニトリル、メトキシ
プロピオニトリル、スクシノニトリルなどのニトリル
類、炭酸エチレン、炭酸プロピレンなどのエステル類、
Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミド、Ｎ，Ｎ−ジメチルアセ
トアミド、ヘキサメチル燐酸トリアミドなどのアミド
類、テトラヒドロフラン、テトラヒドロピラン、１，４
−ジオキサン、ジシクロヘキシル−１８−クラウン−６
などのエーテル類、ピリジンなどのアミン類、ニトロメ
タンなどのニトロ化合物、ジメチルスルホキシドなどの
含硫化合物が挙げられ、必要に応じて、これらは適宜組
み合わせて用いられる。なお、この発明による光電変換
素子におけるレドックス電解液は液状のものに決して限
定されてはならず、電解液へ、ゲル化剤によりゲル化し
た擬固体電解質を添加しても、電解液に代えて、ポリエ
チレンオキシド誘導体などのポリマーによる固体電解質
を用いてもよい。
【００２６】この発明による光電変換素子は、必要に応
じて、半導体電極１と対極４との物理的接触を防ぐため
のスペーサーを設けることを妨げない。スペーサーの材
質としては、例えば、ポリエステル、ポリカーボネー
ト、ポリスルホン、ポリメチルポリアクリレート、ポリ
プロピレン、ポリエチレンなどのプラスチックや、石英
ガラス、ソーダ石灰ガラス、アルミノ珪酸塩ガラス、ア
ルミノ硼珪酸ガラス、硼珪酸ガラス、バリウム珪酸ガラ
ス、バリウム硼珪酸ガラスなどのガラス、石英、陶器な
どのセラミックをはじめとする非電気伝導性材料が挙げ
られ、これらを単用するか適宜組み合わせて厚さ１μｍ
以上、好ましくは、１０乃至５０μｍの膜状、フィルム
状又はシート状に形成する。なお、光電気化学太陽電池
などにおいて、光電変換素子を収容するセルが両電極の
物理的接触を防ぐ構造を有している場合には、スペーサ
ーを省略することができる。
【００２７】この発明による光電変換素子の動作につい
て説明すると、図１に示す光電変換素子において、半導
体電極１へ光ｈνが入射すると、半導体電極１上の第一
の有機化合物Ｆ／Ｆがその光を吸収し、エネルギー準位
Ｅがより高いＦ／Ｆ＊に励起される。励起された第一の
有機化合物Ｆ／Ｆ＊は、その吸収光より長波長の蛍光、
燐光などの光ｈν´を発光し、第二の有機化合物Ｓ／Ｓ
はその発光ｈν´を吸収し、励起されてＳ／Ｓ＊とな
る。励起された第二の有機化合物Ｓ／Ｓ＊における励起
電子ｅは半導体層３の伝導帯準位へ注入され、半導体電
極１中を移動して、バックコンタクトである透明電極２
ａへ到達する。一方、電子ｅを失った第二の有機化合物
Ｓ／Ｓは、レドックス電解液５中の、例えば、Ｉ−イオ
ンなどのレドックスイオンＲ／Ｒから電子ｅを受け取
り、還元される。Ｉ３−イオンなどのレドックスイオン
における対イオンは、対極４上で再度還元され、沃素イ
オンが再生される。斯かる電子ｅの流れにより、透明電
極２ａと対極４との間に起電力Ｖが発生し、外部負荷６
へ電流が印可されることとなる。
【００２８】この発明の吸光組成物は、紫外領域乃至可
視領域の光により発光性有機化合物を励起させ、励起状
態の発光性有機化合物から放出される発光を吸光性有機
化合物に吸収させることによって、後者の吸光性有機化
合物の吸光能が、あたかも、その吸光性有機化合物が本
来光を吸収しない波長域にまで延展したかのごとく拡張
し得るという知見に基づくものである。斯かる吸光組成
物を光増感剤として用いるこの発明の光電変換素子にお
いては、吸光性有機化合物単独では有効に利用し得なか
った、例えば、紫外領域や近紫外領域の光まで簡便にし
て効果的に利用できるので、その結果として、光電変換
素子の光電変換効率が有意に改善されることとなる。
【００２９】さらに、この発明の吸光組成物は、上述し
たごとき光電変換素子における光増感剤としての用途に
加えて、重合性化合物を可視光へ露光させることによっ
て重合させるための材料、光学フィルターの色度を調節
するための材料、さらには、諸種の衣料を染色するため
の材料として多種多様の用途を有する。例えば、アルゴ
ンイオンレーザー、クリプトンイオンレーザーなどの気
体レーザー、ＣｄＳ系レーザーなどの半導体レーザー、
分布帰還型若しくは分布ブラッグ反射型Ｃｄ−ＹＡＧレ
ーザーなどの固体レーザーをはじめとする汎用のレーザ
ーにおける発振線（４００乃至５５０ｎｍ）に近接する
吸光域を有するこの発明の吸光組成物は、斯かるレーザ
ーを露出光源とする光重合性組成物における光増感剤と
して、ファクシミリ、複写機、プリンターなどの情報記
録の分野、フレキソ製版、グラビア印刷などの印刷の分
野、さらには、フォトレジストなどの印刷回路の分野に
おいて極めて有利に用いることができる。
【００３０】また、第一及び第二の有機化合物ととも
に、必要に応じて、紫外領域、可視領域又は赤外領域の
光を吸収する他の吸光性材料の１又は複数を適宜配合し
てなるこの発明の吸光組成物は、衣料一般や、衣料以外
の、例えば、ドレープ、レース、ケースメント、プリン
ト、ベネシャンブラインド、ロールスクリーン、シャッ
ター、のれん、毛布、布団、布団地、布団カバー、布団
綿、シーツ、座布団、枕、枕カバー、クッション、マッ
ト、カーペット、寝袋、テント、自動車を含む車輌の内
装材、ウインドガラス、窓ガラスなどの建寝装用品、紙
おむつ、おむつカバー、眼鏡、モノクル、ローネットな
どの保健用品、靴の中敷、鞄の内張地、鞄地、風呂敷、
傘地、パラソル、ぬいぐるみ、照明装置や、例えば、ブ
ラウン管ディスプレー、液晶ディスプレー、電界発光デ
ィスプレー、プラズマディスプレーなどを用いるテレビ
ジョン受像機やパーソナルコンピューターなどの情報表
示装置用のフィルター類、パネル類及びスクリーン類、
サングラス、サンルーフ、サンバイザー、ＰＥＴボト
ル、貯蔵庫、ビニールハウス、寒冷紗、光ファイバー、
プリペイドカード、電子レンジ、オーブンなどの覗き
窓、さらには、これらの物品を包装、充填又は収容する
ための包装用材、充填用材、容器などへ用いるときに
は、生物や物品における自然光や人工光などの環境光に
よる障害や不都合を防止したり低減することができるだ
けではなく、物品の色度、色調、色彩、風合などを整え
たり、物品から反射したり透過する光を所望の色バラン
スに整えることができる。
【００３１】以下、この発明の実施の形態につき、実施
例に基づいて説明する。
【００３２】
【実施例１】〈吸光組成物〉第一の有機化合物として、
化学式１で表されるエンジオンジオラート錯体（吸収極
大波長３４６ｎｍ、蛍光極大波長６１３ｎｍ）と、第二
の有機化合物として、化学式２で表されるポリメチン系
色素（吸収極大波長５９８ｎｍ、ε＝１．５×１０５）
とを１：１のモル比で均一に混合することによって、紫
外領域から赤橙色領域の光に対して増感能を発揮する吸
光組成物を得た。
【００３３】
【化１】化学式１：
【００３４】
【化２】化学式２：
【００３５】本例の吸光組成物は、太陽電池などの光電
変換素子における半導体電極を光増感するための材料
や、光化学的重合において重合性化合物を光増感するた
めの材料などとして有用である。
【００３６】
【実施例２】〈吸光組成物〉第一の有機化合物として、
化学式３で表されるオキサゾール化合物（吸収極大波長
３８０ｎｍ、蛍光極大波長４３０ｎｍ）と、第二の有機
化合物として、化学式４で表されるクマリン系色素（吸
収極大波長４４３ｎｍ、ε＝３．９×１０４）とを２：
１のモル比で均一に混合することによって、紫外領域か
ら青色領域の光に対して増感能を発揮する吸光組成物を
得た。
【００３７】
【化３】化学式３：
【００３８】
【化４】化学式４：
【００３９】本例の吸光組成物は、太陽電池などの光電
変換素子をにおける半導体電極を光増感するための材料
や、光化学的重合において重合性化合物を光増感するた
めの材料などとして有用である。
【００４０】
【実施例３】〈吸光組成物〉第一の有機化合物として、
化学式５で表されるアルミニウムキノリノラート錯体
（吸収極大波長３８７ｎｍ、ε＝６．６×１０３、蛍光
極大波長５１４ｎｍ）と、第二の有機化合物として、化
学式６で表されるポリメチン系色素（吸収極大波長５２
５ｎｍ、ε＝１．１×１０５）とを１：１のモル比で均
一に混合することによって、紫外領域から緑色領域の光
に対して増感能を発揮する吸光組成物を得た。
【００４１】
【化５】化学式５：
【００４２】
【化６】化学式６：
【００４３】本例の吸光組成物は、太陽電池などの光電
変換素子における半導体電極を光増感するための材料
や、光化学的重合における重合性化合物を光増感するた
めの材料などとして有用である。
【００４４】
【実施例４】〈吸光組成物〉第一の有機化合物として、
化学式７で表されるイリジウム錯体（吸収極大波長３４
０ｎｍ、ε＝１．３×１０４、燐光極大波長６１２ｎ
ｍ）と、第二の有機化合物として、化学式８で表される
ポリメチン系色素（吸収極大波長６２９ｎｍ、ε＝２．
６×１０５）とを２：１のモル比で均一に混合すること
によって、紫外領域から赤色領域の光に対して増感能を
発揮する吸光組成物を得た。
【００４５】
【化７】化学式７：
【００４６】
【化８】化学式８：
【００４７】本例の吸光組成物は、太陽電池などの光電
変換素子における半導体電極を光増感するための材料
や、光化学的重合における重合性化合物を光増感するた
めの材料などとして有用である。
【００４８】
【実施例５】〈吸光組成物〉実施例１乃至実施例４の方
法により得た４種類の吸光組成物をそれぞれ、１：３：
２：１の重量比で均一に混合して、紫外領域から赤色領
域の光に対して増感能を発揮する吸光組成物を得た。
【００４９】本例の吸光組成物は、太陽電池などの光電
変換素子における半導体電極を増感するための材料や、
光化学的重合における自由合成化合物を光増感するため
の材料などとして有用である。
【００５０】
【実施例６】〈半導体電極〉平均粒子径２３ｎｍの酸化
チタンのナノ粒子と、平均粒子径１２ｎｍの酸化チタン
のナノ粒子とを重量比４：１の割合で混合し、２０％
（ｗ／ｗ）ポリエチレングリコール水溶液に分散させた
後、電気伝導性を有する汎用のガラス基板の片面に約１
０μｍの厚さで塗布し、乾燥させた後、４５０℃で３０
分間焼結して半導体電極を得た。
【００５１】別途、実施例１の方法で得た吸光組成物を
有機化合物全体の濃度が１×１０− ４Ｍになるようにエ
タノールに溶解した。この溶液に上記で得られた半導体
電極を浸漬し、室温下で１２時間静置した後、溶液から
取り出し、乾燥させて、この発明の光吸収剤により増感
された半導体電極を得た。
【００５２】本例の半導体電極は、例えば、光電気化学
太陽電池などの光電変換素子を構成する半導体電極とし
て極めて有用である。
【００５３】
【実施例７】〈光電変換素子〉実施例６の方法により得
た半導体電極と、常法にしたがって、弗素を微量混入さ
せた酸化錫層を有する電気伝導性ガラス基板へ白金を厚
さ１００ｎｍになるようにスパッタリングして得た対極
とをセル内部へ取り付けるとともに、半導体電極と対極
とが物理的に接触しないようにセル内の適所へ汎用のア
イオノマー樹脂（商品名『ハイミラン』、三井・デュポ
ンポリケミカル株式会社製造）によるスペーサーを取り
付けた。その後、セル内へレドックス電解液（４５ｍＭ
沃素、３０ｍＭ沃化リチウム、３３０ｍＭジメチルヘキ
シルイミダゾリウム＝アイオダイド及び０．１ｍＭ ４
−ｔｅｒｔ−ブチルピリジンを含有するアセトニトリル
溶液）を注入して光電変換素子を得た。
【００５４】
【実施例８】〈光電変換素子の光電変換特性〉実施例７
の方法により得た光電変換素子につき、常法にしたがっ
て光電変換特性を調べた。光源には、キセノンランプと
バンドパスフィルターを組み合わせた汎用のソーラーシ
ミュレーター（エアマス１．５、照度９４，５００ｌｕ
ｘ、輻射エネルギー密度８２ｍＷ／ｃｍ２）を用いた。
併行して、化学式１で表される有機金属錯体を省略した
以外は同様にして作製した光電変換素子につき、上記と
同様にして光電変換特性を調べた。結果を表１に示す。
【００５５】
【表１】
【００５６】表１の結果から明らかなように、この発明
による光電変換素子は、短絡電流密度及び光電変換効率
において、化学式１で表される有機金属錯体を省略した
対照の光電変換素子を凌駕していた。すなわち、対照の
光電変換素子の短絡電流及び光電変換効率が、それぞ
れ、７．３ｍＡ／ｃｍ２及び１．３％であったのに対し
て、この発明による光電変換素子の短絡電流及び光電変
換効率は、それぞれ、７．８ｍＡ／ｃｍ２及び１．６％
であり、対照の光電変換素子と比較して有意に高かっ
た。加えて、この発明による光電変換素子の最大出力
は、１．６ｍＷ／ｃｍ ２と、対照の光電変換素子の最大
出力である１．３ｍＷ／ｃｍ２の１．２倍を上回ってい
た。ちなみに、化学式１及び化学式２で表される有機化
合物は、図２に見られるがごとき吸光域と発光域を有し
ている。化学式１で表される有機化合物は、その吸収極
大波長である波長３４６ｎｍ付近の紫外領域乃至紫外領
域の光が照射されると、励起されて、波長６１３ｎｍ付
近の橙色域に蛍光を発する。図２に見られるとおり、化
学式１で表される有機化合物の発光域は化学式２で表さ
れる有機化合物の吸収域に重なり合っていることから、
両有機化合物が混在すると、化学式１で表される有機化
合物の発光は化学式２で表される有機化合物に実質的に
吸収されることとなる。勿論、照射光に波長６００ｎｍ
付近の成分が存在すれば、化学式２で表される有機化合
物がその成分を直接吸収する。なお、図２における各吸
収ピーク及び発光ピークは、有機化合物間のエネルギー
移動を説明するために模式的に示したものであり、した
がって、各ピークの高さは吸収や発光の強度を正確に反
映したものではない。
【００５７】これらの実験結果は、この発明にしたがっ
て発光性有機化合物と吸光性有機化合物とを組み合わせ
て光電変換素子へ適用し、従来の光電変換素子において
は有効に利用されていなかった紫外領域乃至近紫外領域
の光をより長波長の可視領域乃至赤外領域の光に変換す
ることによって、吸光性有機化合物単独では容易に達成
できない高い光電変換効率が得られることを物語ってい
る。
【００５８】
【実施例９】〈光電変換素子〉実施例１の方法により得
た吸光組成物に代えて実施例５の方法により得た吸光組
成物を用いた以外は実施例６及び実施例７におけると同
様にして光電変換素子を作製した。
【００５９】光電変換効率に優れた本例の光電変換素子
は、光電気化学太陽電池の基本要素として極めて有用で
ある。
【００６０】
【発明の効果】以上説明したとおり、この発明の吸光組
成物は、紫外領域乃至可視領域の光により発光性有機化
合物を励起させ、励起状態の発光性有機化合物から放出
される発光を吸光性有機化合物に吸収させることによっ
て、後者の吸光性有機化合物の吸光能が、あたかも、そ
の吸光性有機化合物が本来光を吸収しない波長域にまで
延展したかのごとく拡張し得るという知見に基づくもの
である。斯かる発光性有機化合物と吸光性有機化合物と
を組み合わせて用いるこの発明の吸光組成物は、紫外領
域から可視領域における所望の波長域に吸光能を持たせ
得ることから、光増感能を有する吸光性材料を必要とす
る、例えば、光電変換素子や光化学的重合をはじめとす
る諸分野において極めて有用である。
【００６１】とりわけ、半導体に対する親和性に優れた
この発明の吸光組成物は、太陽電池、とりわけ、光電気
化学太陽電池などの光電変換素子に用いることによっ
て、吸光性有機化合物単独では有効に利用し得なかっ
た、例えば、紫外領域や近紫外領域の光まで簡便にして
効果的に利用できるので、その結果として、光電変換素
子の光電変換効率が有意に改善されることとなる。
【００６２】斯くも顕著な効果を奏するこの発明は、斯
界に貢献すること誠に多大な、意義のある発明であると
言える。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明による光電変換素子の模式図である。
【図２】この発明の実施例で用いる第一及び第二の有機
化合物の吸光域と発光域を示す模式図である。
【符号の説明】
１ 半導体電極 ２ａ、２ｂ 透明電極 ３ 半導体膜 ４ 対極 ５ レドックス電解液 ６ 外部負荷
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 松井 文雄 岡山県岡山市下石井１丁目２番３号 株式 会社林原生物化学研究所内 Ｆターム(参考） 5F051 AA14 FA01 FA03 GA03 5H032 AA06 AS01 AS16 HH07

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 紫外領域乃至可視領域の光を吸収し、そ
    の吸収光より長波長の光を発光する第一の有機化合物
    と、第一の有機化合物の発光を吸収する第二の有機化合
    物とを含んでなる吸光組成物。
  2. 【請求項２】 光増感剤としての請求項１に記載の吸光
    組成物。
  3. 【請求項３】 請求項１又は２に記載の吸光組成物によ
    り増感された半導体電極。
  4. 【請求項４】 請求項１又は２に記載の吸光組成物を用
    いる光電変換素子。
  5. 【請求項５】 請求項１又は２に記載の吸光組成物を用
    いる太陽電池。
  6. 【請求項６】 光電気化学太陽電池としての請求項５に
    記載の太陽電池。
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