JP2000235874A - Photoelectric conversion element and photo electrochemical battery - Google Patents
Photoelectric conversion element and photo electrochemical batteryInfo
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は色素により増感され
た半導体微粒子を用いた光電変換素子に関する。更に
は、これを用いた光電気化学電池に関する。The present invention relates to a photoelectric conversion element using semiconductor fine particles sensitized by a dye. Further, the present invention relates to a photoelectrochemical cell using the same.
【0002】[0002]
【従来の技術】太陽光発電は単結晶シリコン太陽電池、
多結晶シリコン太陽電池、アモルファスシリコン太陽電
池、テルル化カドミウムやセレン化インジウム銅等の化
合物太陽電池が実用化もしくは主な研究開発の対象とな
っているが、普及させる上で製造コスト、原材料確保、
エネルギーペイバックタイムが長い等の問題点を克服す
る必要がある。一方、大面積化や低価格化を指向した有
機材料を用いた太陽電池もこれまでにも多く提案されて
いるが、変換効率が低く、耐久性も悪いという問題があ
った。こうした状況の中で、Nature(第353巻、第737〜
740頁、1991年)および米国特許4927721号等に、色素に
よって増感された半導体微粒子を用いた光電変換素子お
よび太陽電池、ならびにこれを作成するための材料およ
び製造技術が開示された。提案された電池は、ルテニウ
ム錯体によって分光増感された二酸化チタン多孔質薄膜
を作用電極とする湿式太陽電池である。この方式の第一
の利点は二酸化チタン等の安価な原料を用いるため、安
価な光電変換素子を提供できる点であり、第二の利点は
用いられる色素の吸収がブロードなため、可視光線のか
なりの波長領域の光を電気に変換できることである。し
かし太陽電池として実用するにはまだまだ変換効率が低
く、さらに変換効率を向上させなければならないという
問題点があった。2. Description of the Related Art Photovoltaic power generation is a single-crystal silicon solar cell,
Polycrystalline silicon solar cells, amorphous silicon solar cells, and compound solar cells such as cadmium telluride and indium copper selenide have been put into practical use or subject to major research and development.
It is necessary to overcome problems such as a long energy payback time. On the other hand, many solar cells using an organic material intended to have a large area and a low price have been proposed so far, but have a problem that conversion efficiency is low and durability is poor. Under these circumstances, Nature (Vol.353, 737-
(Pp. 740, 1991) and U.S. Pat. No. 4,492,721 disclose a photoelectric conversion element and a solar cell using semiconductor fine particles sensitized by a dye, as well as materials and manufacturing techniques for producing the same. The proposed battery is a wet solar battery using a titanium dioxide porous thin film spectrally sensitized by a ruthenium complex as a working electrode. The first advantage of this method is that an inexpensive raw material such as titanium dioxide can be used, so that an inexpensive photoelectric conversion element can be provided. In this wavelength range can be converted into electricity. However, there is a problem that the conversion efficiency is still low for practical use as a solar cell, and the conversion efficiency must be further improved.
【0003】[0003]
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、変換
効率が優れた色素増感光電変換素子および光電気化学電
池を提供することである。SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a dye-sensitized photoelectric conversion element and a photoelectrochemical cell having excellent conversion efficiency.
【0004】[0004]
【課題を解決するための手段】本発明の課題は本発明を
特定する下記の事項およびその好ましい態様により達成
された。 (1)導電性支持体、この導電性支持体上に塗設された
色素を吸着した半導体微粒子含有層、電荷移動層および
対極を有する色素増感された光電変換素子において、該
半導体微粒子がイオウを0.0001wt%以上0.3
wt%以下含有し、かつ、リンを0.00001wt%
以上0.01wt%以下含有することを特徴とする光電
変換素子。 (2)前記半導体微粒子がイオウを0.005wt%以
上0.2wt%以下含有し、かつ、リンを0.0000
1wt%以上0.001wt%以下含有する上記(1)
の光電変換素子。 (3)前記半導体微粒子が酸化チタンおよび/または酸
化ニオブである上記(1)または(2)の光電変換素
子。 (4)前記半導体微粒子が酸化チタンであり、そのアナ
ターセ含率が80〜100%である上記(1)または
(2)の光電変換素子。 (5)前記半導体微粒子がルテニウム錯体色素、フタロ
シアニン系色素およびポリメチン色素の少なくともいず
れか1つの色素を吸着した半導体微粒子である上記
(1)〜(4)のいずれかの光電変換素子。 (6)前記半導体微粒子が少なくとも下記a)、b)の
2種類の色素を吸着した半導体微粒子である上記(1)
〜(5)のいずれかの光電変換素子。 a)単独で半導体微粒子に吸着させたとき、波長範囲4
50nm以上600nm未満に対入射光量子収率の最大
値を有する色素 b)単独で半導体微粒子に吸着させたとき、波長範囲6
00nm以上850nm以下に対入射光量子収率の最大
値を有する色素 (7)上記(1)〜(6)のいずれかの光電変換素子を
用いた光電気化学電池。The object of the present invention has been attained by the following items which specify the present invention and preferred embodiments thereof. (1) In a conductive support, a dye-sensitized photoelectric conversion element having a dye-adsorbed layer containing a dye coated on the conductive support, a charge transfer layer, and a counter electrode, the semiconductor fine particles contain sulfur. Not less than 0.0001 wt% 0.3
wt% or less, and 0.00001 wt% of phosphorus
A photoelectric conversion element characterized by containing at least 0.01 wt% or less. (2) The semiconductor fine particles contain at least 0.005 wt% and no more than 0.2 wt% of sulfur, and at least 0.00000 of phosphorus.
The above (1) containing 1 wt% or more and 0.001 wt% or less.
Photoelectric conversion element. (3) The photoelectric conversion element according to the above (1) or (2), wherein the semiconductor fine particles are titanium oxide and / or niobium oxide. (4) The photoelectric conversion element according to the above (1) or (2), wherein the semiconductor fine particles are titanium oxide, and the anatase content is 80 to 100%. (5) The photoelectric conversion element according to any one of (1) to (4), wherein the semiconductor fine particles are semiconductor fine particles adsorbing at least one of a ruthenium complex dye, a phthalocyanine dye, and a polymethine dye. (6) The above (1), wherein the semiconductor fine particles are semiconductor fine particles adsorbing at least two kinds of dyes a) and b) below.
To (5). a) The wavelength range of 4
A dye having a maximum value of the incident light quantum yield of 50 nm or more and less than 600 nm; b) a wavelength range of 6
Dye having a maximum value of the incident light quantum yield of not less than 00 nm and not more than 850 nm (7) A photoelectrochemical cell using the photoelectric conversion element of any of the above (1) to (6).
【0005】[0005]
【発明の実施の形態】以下に本発明について詳細に説明
する。まず、本発明の光電変換素子および光電気化学電
池の構成と材料について詳述する。本発明において色素
増感した光電変換素子は導電性支持体、導電性支持体上
に設置される色素等により増感した半導体膜(感光
層)、電荷移動層および対極からなる。この光電変換素
子を外部回路で仕事をさせる電池用途に使用できるよう
にしたものが光電気化学電池である。感光層は目的に応
じて設計され、単層構成でも多層構成でもよい。感光層
に入射した光は色素等を励起する。励起された色素等は
エネルギーの高い電子を有しており、この電子が色素等
から半導体微粒子の伝導帯に渡され、さらに拡散によっ
て導電性支持体に到達する。この時色素等の分子は酸化
体となっている。光電気化学電池においては導電性支持
体上の電子が外部回路で仕事をしながら対極および電荷
移動層を経て色素等の酸化体に戻り、色素等が再生す
る。半導体膜はこの電池の負極として働く。なお、本発
明ではそれぞれの層の境界において(例えば、導電性支
持体の導電層と感光層の境界、感光層と電荷移動層の境
界、電荷移動層と対極の境界など)、各層の構成成分同
士が相互に拡散して混合していてもよい。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The present invention will be described below in detail. First, the configurations and materials of the photoelectric conversion element and the photoelectrochemical cell of the present invention will be described in detail. In the present invention, the dye-sensitized photoelectric conversion element includes a conductive support, a semiconductor film (photosensitive layer) sensitized by a dye or the like provided on the conductive support, a charge transfer layer, and a counter electrode. A photoelectrochemical cell that can use this photoelectric conversion element for a battery that works in an external circuit is used. The photosensitive layer is designed according to the purpose, and may have a single-layer structure or a multilayer structure. Light incident on the photosensitive layer excites dyes and the like. The excited dye or the like has high-energy electrons, which are transferred from the dye or the like to the conduction band of the semiconductor fine particles and reach the conductive support by diffusion. At this time, molecules such as dyes are oxidized. In a photoelectrochemical cell, electrons on a conductive support return to an oxidant such as a dye via a counter electrode and a charge transfer layer while working in an external circuit, and the dye or the like is regenerated. The semiconductor film functions as a negative electrode of this battery. In the present invention, at the boundaries between the layers (for example, the boundary between the conductive layer and the photosensitive layer of the conductive support, the boundary between the photosensitive layer and the charge transfer layer, the boundary between the charge transfer layer and the counter electrode, etc.) They may be mutually diffused and mixed.
【0006】本発明において、半導体はいわゆる感光体
であり、光を吸収して電荷分離を行い電子と正孔を生ず
る役割を担う。色素増感された半導体では、光吸収およ
びこれによる電子および正孔の発生は主として色素にお
いて起こり、半導体はこの電子を受け取り、伝達する役
割を担う。半導体としてはシリコン、ゲルマニウムのよ
うな単体半導体の他に、金属のカルコゲニド(例えば酸
化物、硫化物、セレン化物等)に代表されるいわゆる化
合物半導体またはペロブスカイト構造を有する化合物等
を使用することができる。金属のカルコゲニドとして好
ましくはチタン、スズ、亜鉛、鉄、タングステン、ジル
コニウム、ハフニウム、ストロンチウム、インジウム、
セリウム、イットリウム、ランタン、バナジウム、ニオ
ブ、もしくはタンタルの酸化物、カドミウム、亜鉛、
鉛、銀、アンチモン、ビスマスの硫化物、カドミウム、
鉛のセレン化物、カドミウムのテルル化物等が挙げられ
る。他の化合物半導体としては亜鉛、ガリウム、インジ
ウム、カドミウム等のリン化物、ガリウムヒ素、銅−イ
ンジウム−セレン化物、銅−インジウム−硫化物等が挙
げられる。また、ペロブスカイト構造を有する化合物と
して好ましくはチタン酸ストロンチウム、チタン酸カル
シウム、チタン酸ナトリウム、チタン酸バリウム、ニオ
ブ酸カリウムが挙げられる。本発明に用いられる半導体
としてより好ましくは、具体的にはSi、TiO2、SnO2、Fe
2O3 、WO3 、ZnO、Nb2O5 、CdS、ZnS、PbS、Bi2S3 、Cd
Se、CdTe、GaP、InP、GaAs、CuInS2、CuInSe2 が挙げら
れる。さらに好ましくはTiO2、ZnO、SnO2、Fe2O3 、WO
3 、Nb2O5 、CdS、PbS、CdSe、InP、GaAs、CuInS2、CuI
nSe2 であり、特に好ましくはTiO2またはNb2O5 であ
り、最も好ましくはTiO2である。In the present invention, the semiconductor is a so-called photoreceptor, which plays a role of absorbing light to separate electric charges to generate electrons and holes. In a dye-sensitized semiconductor, light absorption and the resulting generation of electrons and holes mainly occur in the dye, and the semiconductor is responsible for receiving and transmitting the electrons. As the semiconductor, besides a simple semiconductor such as silicon or germanium, a so-called compound semiconductor represented by a metal chalcogenide (for example, oxide, sulfide, selenide, or the like) or a compound having a perovskite structure can be used. . Preferably as a metal chalcogenide titanium, tin, zinc, iron, tungsten, zirconium, hafnium, strontium, indium,
Cerium, yttrium, lanthanum, vanadium, niobium or tantalum oxide, cadmium, zinc,
Lead, silver, antimony, bismuth sulfide, cadmium,
Examples include lead selenide and cadmium telluride. Other compound semiconductors include phosphides such as zinc, gallium, indium and cadmium, gallium arsenide, copper-indium-selenide, copper-indium-sulfide and the like. Further, as the compound having a perovskite structure, strontium titanate, calcium titanate, sodium titanate, barium titanate, and potassium niobate are preferably exemplified. More preferably, as the semiconductor used in the present invention, specifically, Si, TiO 2 , SnO 2 , Fe
2 O 3 , WO 3 , ZnO, Nb 2 O 5 , CdS, ZnS, PbS, Bi 2 S 3 , Cd
Se, CdTe, GaP, InP, GaAs, CuInS 2 , and CuInSe 2 are mentioned. More preferably TiO 2, ZnO, SnO 2, Fe 2 O 3, WO
3, Nb 2 O 5, CdS , PbS, CdSe, InP, GaAs, CuInS 2, CuI
a nSe 2, particularly preferably TiO 2 or Nb 2 O 5, and most preferably TiO 2.
【0007】本発明に用いられる半導体は、単結晶で
も、多結晶でもよい。変換効率としては単結晶が好まし
いが、製造コスト、原材料確保、エネルギーペイバック
タイム等の点では多結晶が好ましく、特にナノメートル
からマイクロメートルサイズの微粒子半導体が好まし
い。これらの半導体微粒子の粒径は、投影面積を円に換
算したときの直径を用いた平均粒径で一次粒子として5
〜200nmであることが好ましく、特に8〜100nmで
あることが好ましい。また、分散物中の半導体微粒子
(二次粒子)の平均粒径としては0.01〜100μm
であることが好ましい。また、2種類以上の粒子サイズ
分布の異なる微粒子を混合して用いてもよく、この場
合、小さい粒子の平均サイズは5nm以下であることが好
ましい。また、入射光を散乱させて光捕獲率を向上させ
る目的で、粒子サイズの大きな、例えば300nm程度の
半導体粒子を混合してもよい。これらの半導体微粒子は
イオウを0.0001wt%以上0.3wt%以下含有
することが好ましく、さらに0.001wt%以上0.
2wt%以下が好ましく、特に0.005wt%以上
0.2wt%以下含有することが好ましい。またこれら
の半導体微粒子はリンを0.00001wt%以上0.
01wt%以下含有することが好ましく、さらに0.0
0001wt%以上0.001wt%以下含有すること
が好ましい。イオウやリンの含有量が多すぎると色素の
吸着阻害を起こしやすくなるため好ましくなく、また、
必要以上に少なくするには、二酸化チタンの製造におい
てコストがかかるので好ましくない。これらのイオウと
リンの定量は蛍光X線分析法またはICP−AESもし
くはICP−MS分析法等で行うことができる。The semiconductor used in the present invention may be single crystal or polycrystal. Although a single crystal is preferable as the conversion efficiency, a polycrystal is preferable in terms of manufacturing cost, securing of raw materials, energy payback time, and the like, and a fine particle semiconductor having a nanometer to micrometer size is particularly preferable. The particle diameter of these semiconductor fine particles is an average particle diameter using the diameter when the projected area is converted into a circle, and is 5% as a primary particle.
It is preferably from 200 to 200 nm, particularly preferably from 8 to 100 nm. The average particle size of the semiconductor fine particles (secondary particles) in the dispersion is 0.01 to 100 μm.
It is preferred that Further, two or more kinds of fine particles having different particle size distributions may be mixed and used, and in this case, the average size of the small particles is preferably 5 nm or less. In addition, semiconductor particles having a large particle size, for example, about 300 nm may be mixed for the purpose of improving the light capture rate by scattering incident light. These semiconductor fine particles preferably contain sulfur in the range of 0.0001% to 0.3% by weight, and more preferably 0.001% to 0.3% by weight.
The content is preferably 2 wt% or less, particularly preferably 0.005 wt% or more and 0.2 wt% or less. In addition, these semiconductor fine particles contain phosphorus in an amount of 0.00001 wt% or more.
It is preferably contained in an amount of 0.01 wt% or less, and more preferably 0.0
It is preferable to contain 0001 wt% or more and 0.001 wt% or less. If the content of sulfur or phosphorus is too large, it is easy to cause inhibition of dye adsorption, which is not preferable.
It is not preferable to reduce the amount more than necessary because the cost is increased in the production of titanium dioxide. These sulfur and phosphorus can be quantified by fluorescent X-ray analysis, ICP-AES or ICP-MS analysis.
【0008】半導体微粒子の作製法は、作花済夫の「ゾ
ル−ゲル法の科学」アグネ承風社(1988年)、技術
情報協会の「ゾル−ゲル法による薄膜コーティング技
術」(1995)等に記載のゾル−ゲル法、杉本忠夫の
「新合成法ゲル−ゾル法による単分散粒子の合成とサイ
ズ形態制御」 まてりあ、第35巻、第9号 1012
頁から1018頁(1996)記載のゲル−ゾル法が好
ましい。またDegussa社が開発した塩化物を酸水
素炎中で高温加水分解により酸化物を作製する方法も好
ましい。また酸化チタンの場合は上記のゾル−ゲル法、
ゲル−ゾル法、塩化物を酸水素炎中で高温加水分解法が
いずれも好ましいが、さらに清野学の「酸化チタン物性
と応用技術」技報堂出版(1997)に記載の硫酸法、
塩素法を用いることもできる。酸化チタンの場合は上記
のゾル−ゲル法のうち特にバーブ等の「ジャーナル・オ
ブ・アメリカン・セラミック・ソサエティー 第80
巻、第12号、3157ページから3171ページ(1
997)」記載のものと、バーンサイド等の「ケミカル
・マテリアルズ 第10巻 第9号、2419ページか
ら2425ページ」記載の方法が好ましい。The method for producing semiconductor fine particles is described in "Sol-Gel Method Science" by Agao Shofusha (1988) by Sakubana Sakuhana, "Thin Film Coating Technology by Sol-Gel Method" (1995) by Technical Information Association, etc. Tadao Sugimoto, "Synthesis of Monodisperse Particles and Size Morphology Control by New Synthetic Gel-Sol Method", Materia, Vol. 35, No. 9, 1012
The gel-sol method described on pages 10 to 1018 (1996) is preferred. Further, a method of producing an oxide by hydrolyzing a chloride in an oxyhydrogen flame at a high temperature developed by Degussa is also preferable. In the case of titanium oxide, the above sol-gel method,
The gel-sol method and the high-temperature hydrolysis method of chloride in an oxyhydrogen flame are all preferable. Further, the sulfuric acid method described in Manabu Kiyono's "Titanium oxide physical properties and applied technology" Gihodo Shuppan (1997).
The chlorine method can also be used. In the case of titanium oxide, among the sol-gel methods described above, in particular, Barb et al., "Journal of American Ceramic Society No. 80
Vol. 12, No. 3, pp. 3157 to 3171 (1
997) ”and the method described in“ Chemical Materials Vol. 10, No. 9, pages 2419 to 2425 ”by Burnside et al.
【0009】酸化チタンは主としてアナターゼ型とルチ
ル型の2種類の結晶型があり、その製法や熱履歴によ
り、いずれの型もとりうるし、しばしば両者の混合物と
して得られる。本発明の酸化チタンは、アナターゼ含率
が高い方が好ましく、具体的には80%以上であること
が好ましい。アナターゼはルチルよりも光吸収の長波端
波長が短く、紫外線による光電変換素子の損傷が少な
い。なお、アナターゼ含率は、X線回折法により求める
ことができ、アナターゼおよびルチルに由来する回折ピ
ーク強度の比率から求めることができる。Titanium oxide mainly has two types of crystal forms, anatase type and rutile type. Depending on the production method and heat history, any type can be used, and often it is obtained as a mixture of both. The titanium oxide of the present invention preferably has a high anatase content, and specifically preferably has a content of 80% or more. Anatase has a shorter long-wavelength wavelength of light absorption than rutile, and has less damage to the photoelectric conversion element due to ultraviolet rays. The anatase content can be determined by an X-ray diffraction method, and can be determined from the ratio of diffraction peak intensities derived from anatase and rutile.
【0010】導電性支持体は、金属のように支持体その
ものに導電性があるものか、または表面に導電剤を含む
導電層(導電剤層)を有するガラスもしくはプラスチッ
クの支持体を使用することができる。後者の場合好まし
い導電剤としては金属(例えば白金、金、銀、銅、アル
ミニウム、ロジウム、インジウム等)、炭素、もしくは
導電性の金属酸化物(インジウム−スズ複合酸化物、酸
化スズにフッ素をドープしたもの等)が挙げられる。上
記導電剤層の厚さは、0.02〜10μm程度であるこ
とが好ましい。導電性支持体は表面抵抗が低い程よい。
好ましい表面抵抗の範囲としては100Ω/cm2以下で
あり、さらに好ましくは40Ω/cm2以下である。この
下限には特に制限はないが、通常0.1Ω/cm2程度で
ある。導電性支持体は実質的に透明であることが好まし
い。実質的に透明であるとは光の透過率が10%以上で
あることを意味し、50%以上であることが好ましく、
70%以上が特に好ましい。透明導電性支持体としては
ガラスもしくはプラスチックに導電性の金属酸化物を塗
設したものが好ましい。この中でもフッ素をドーピング
した二酸化スズからなる導電層を低コストのソーダ石灰
フロートガラスでできた透明基板上に堆積した導電性ガ
ラスが特に好ましい。また、低コストでフレキシブルな
光電変換素子または太陽電池には、透明ポリマーフィル
ムに上記導電層を設けたものを用いるのがよい。透明ポ
リマーフィルムには、テトラアセチルセルロース(TA
C)、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリエ
チレンナフタレート(PEN)、シンジオクタチックポ
リステレン(SPS)、ポリフェニレンスルフィド(P
PS)、ポリカーボネート(PC)、ポリアクレート
(PAr)、ポリスルフォン(PSF)、ポリエステル
スルフォン(PES)、ポリエーテルイミド(PE
I)、環状ポリオレフィン、ブロム化フェノキシ等があ
る。透明導電性支持体を用いる場合、光はその支持体側
から入射させることが好ましい。この場合、導電性金属
酸化物の塗布量はガラスもしくはプラスチックの支持体
1m2当たり0.01〜100gが好ましい。As the conductive support, use is made of a support such as a metal which has conductivity, or a glass or plastic support having a conductive layer (conductive agent layer) containing a conductive agent on the surface. Can be. In the latter case, a preferable conductive agent is a metal (for example, platinum, gold, silver, copper, aluminum, rhodium, indium, etc.), carbon, or a conductive metal oxide (indium-tin composite oxide, tin oxide doped with fluorine). And the like). The conductive agent layer preferably has a thickness of about 0.02 to 10 μm. The lower the surface resistance of the conductive support, the better.
The preferred range of the surface resistance is 100 Ω / cm 2 or less, and more preferably 40 Ω / cm 2 or less. The lower limit is not particularly limited, but is usually about 0.1 Ω / cm 2 . Preferably, the conductive support is substantially transparent. Substantially transparent means that the light transmittance is 10% or more, preferably 50% or more,
70% or more is particularly preferred. As the transparent conductive support, glass or plastic coated with a conductive metal oxide is preferable. Among them, conductive glass in which a conductive layer made of tin dioxide doped with fluorine is deposited on a transparent substrate made of low-cost soda-lime float glass is particularly preferable. In addition, for a low-cost and flexible photoelectric conversion element or solar cell, a transparent polymer film provided with the above conductive layer is preferably used. For the transparent polymer film, tetraacetyl cellulose (TA
C), polyethylene terephthalate (PET), polyethylene naphthalate (PEN), syndioctatic polysterene (SPS), polyphenylene sulfide (P
PS), polycarbonate (PC), polyacrylate (PAr), polysulfone (PSF), polyestersulfone (PES), polyetherimide (PE)
I), cyclic polyolefins, brominated phenoxy and the like. When a transparent conductive support is used, it is preferable that light be incident from the support side. In this case, the coating amount of the conductive metal oxide is preferably 0.01 to 100 g per 1 m 2 of a glass or plastic support.
【0011】透明導電性基板の抵抗を下げる目的で金属
リードを用いることも好ましい。金属リードの材質はア
ルミニウム、銅、銀、金、白金、ニッケル等の金属が好
ましく、特にアルミニウム、銀が好ましい。金属リード
は透明基板に蒸着、スッパタリング等で設置し、その上
にフッ素をドープした酸化スズ、またはITO膜からな
る透明導電層を設けることが好ましい。また上記の透明
導電層を透明基板に設けたあと、透明導電層上に金属リ
ードを設置することも好ましい。金属リード設置による
入射光量の低下は1〜10%、より好ましくは1〜5%
である。It is also preferable to use metal leads for the purpose of lowering the resistance of the transparent conductive substrate. The material of the metal lead is preferably a metal such as aluminum, copper, silver, gold, platinum and nickel, and particularly preferably aluminum and silver. It is preferable that the metal lead is provided on a transparent substrate by vapor deposition, sputtering, or the like, and a transparent conductive layer made of tin oxide doped with fluorine or an ITO film is provided thereon. It is also preferable to provide a metal lead on the transparent conductive layer after providing the transparent conductive layer on a transparent substrate. The decrease in the amount of incident light due to the installation of metal leads is 1 to 10%, more preferably 1 to 5%.
It is.
【0012】半導体微粒子を導電性支持体上に塗設する
方法としては、半導体微粒子の分散液またはコロイド溶
液を導電性支持体上に塗布する方法、前述のゾル−ゲル
法などが挙げられる。光電変換素子の量産化、液物性や
支持体の融通性を考えた場合、湿式の膜付与方式が比較
的有利である。湿式の膜付与方式としては、塗布法、印
刷法が代表的である。半導体微粒子の分散液を作成する
方法としては前述のゾル−ゲル法の他、乳鉢ですり潰す
方法、ミルを使って粉砕しながら分散する方法、あるい
は半導体を合成する際に溶媒中で微粒子として析出させ
そのまま使用する方法等が挙げられる。分散媒としては
水または各種の有機溶媒(例えばメタノール、エタノー
ル、イソプロピルアルコール、ジクロロメタン、アセト
ン、アセトニトリル、酢酸エチル等)が挙げられる。分
散の際、必要に応じてポリマー、界面活性剤、酸、もし
くはキレート剤などを分散助剤として用いてもよい。塗
布方法としては、アプリケーション系としてローラ法、
ディップ法、メータリング系としてエアーナイフ法、ブ
レード法等、またアプリケーションとメータリングを同
一部分でできるものとして、特公昭58−4589号公
報に開示されているワイヤーバー法、米国特許2681
294号、同2761419号、同2761791号等
に記載のスライドホッパ法、エクストルージョン法、カ
ーテン法等が好ましい。また汎用機としてスピン法やス
プレー法も好ましく用いられる。湿式印刷方法として
は、従来から凸版、オフセット、グラビアの3大印刷法
をはじめ、凹版、ゴム版、スクリーン印刷等が好まし
い。前記方法の中から、液粘度やウェット厚みにより好
ましい膜付与方式を選択する。Examples of the method of applying the semiconductor fine particles on the conductive support include a method of applying a dispersion or colloidal solution of the semiconductor fine particles on the conductive support, and the above-mentioned sol-gel method. In consideration of mass production of photoelectric conversion elements, liquid physical properties, and flexibility of a support, a wet film forming method is relatively advantageous. As a wet type film applying method, a coating method and a printing method are typical. In addition to the sol-gel method described above, a method of preparing a dispersion of semiconductor fine particles, a method of grinding in a mortar, a method of dispersing while grinding using a mill, or a method of precipitating as fine particles in a solvent when synthesizing a semiconductor. And a method of using it as it is. Examples of the dispersion medium include water and various organic solvents (eg, methanol, ethanol, isopropyl alcohol, dichloromethane, acetone, acetonitrile, ethyl acetate, etc.). At the time of dispersion, a polymer, a surfactant, an acid, a chelating agent, or the like may be used as a dispersing aid, if necessary. As a coating method, a roller method as an application system,
Dip method, air knife method, blade method and the like as metering system, and wire bar method disclosed in JP-B-58-4589, U.S. Pat.
The slide hopper method, the extrusion method, the curtain method, and the like described in JP-A Nos. 294, 2761419, and 2761791 are preferable. As a general-purpose machine, a spin method or a spray method is also preferably used. As a wet printing method, intaglio, rubber printing, screen printing, and the like are conventionally preferable, including three major printing methods of letterpress, offset, and gravure. From the above methods, a preferable film-forming method is selected according to the liquid viscosity and the wet thickness.
【0013】液粘度は半導体微粒子の種類や分散性、使
用溶媒種、界面活性剤やバインダー等の添加剤により大
きく左右される。高粘度液(例えば0.01〜500Po
ise)ではエクストルージョン法やキャスト法が好まし
く、低粘度液(例えば0.1Poise以下)ではスライド
ホッパー法もしくはワイヤーバー法もしくはスピン法が
好ましく、均一な膜にすることが可能である。なお、エ
クストルージョン法による低粘度液の塗布の場合でも塗
布量がある程度の量あれば塗布は可能である。また半導
体微粒子の高粘度ペーストの塗設にはしばしばスクリー
ン印刷が用いられており、この手法を使うこともでき
る。このように塗布液の液粘度、塗布量、支持体、塗布
速度等のパラメータに対応して、適宜ウェット膜の付与
方式を選択すればよい。The liquid viscosity is greatly affected by the type and dispersibility of the semiconductor fine particles, the type of solvent used, and additives such as a surfactant and a binder. High viscosity liquid (for example, 0.01 to 500 Po
In ise), an extrusion method or a casting method is preferable, and in a low-viscosity liquid (for example, 0.1 Poise or less), a slide hopper method, a wire bar method, or a spin method is preferable, and a uniform film can be formed. It should be noted that even in the case of applying a low-viscosity liquid by the extrusion method, the application is possible as long as the application amount is a certain amount. Screen printing is often used for applying a high-viscosity paste of semiconductor fine particles, and this method can also be used. As described above, a method of applying a wet film may be appropriately selected according to parameters such as the liquid viscosity of the coating liquid, the coating amount, the support, and the coating speed.
【0014】さらに、半導体微粒子層は単層と限定する
必要はない。微粒子の粒径の違った分散液を多層塗布す
ることも可能であり、また半導体の種類が異なる、ある
いはバインダー、添加剤の組成が異なる塗布層を多層塗
布することもでき、また一度の塗布で膜厚が不足の場合
にも多層塗布は有効である。多層塗布には、エクストル
ージョン法またはスライドホッパー法が適している。ま
た多層塗布をする場合は同時に多層を塗布しても良く、
数回から十数回順次重ね塗りしてもよい。さらに順次重
ね塗りであればスクリーン印刷法も好ましく使用でき
る。Further, the semiconductor fine particle layer need not be limited to a single layer. It is also possible to apply a multi-layer coating of dispersions having different particle diameters of fine particles.Also, it is possible to apply a multi-layer coating of different types of semiconductors or different coating compositions of binders and additives. Even when the film thickness is insufficient, the multilayer coating is effective. The extrusion method or slide hopper method is suitable for multi-layer coating. In the case of multi-layer coating, multiple layers may be coated at the same time,
It may be applied several times to several tens of times sequentially. Furthermore, a screen printing method can also be preferably used in the case of successive coating.
【0015】一般に、半導体微粒子含有層の厚みが増大
するほど単位投影面積当たりの担持色素量が増えるため
光の捕獲率が高くなるが、生成した電子の拡散距離が増
すため電荷再結合によるロスも大きくなる。したがっ
て、半導体微粒子含有層には好ましい厚さが存在する
が、典型的には0.1〜100μmである。光電気化学
電池として用いる場合は1〜30μmであることが好ま
しく、2〜25μmであることがより好ましい。半導体
微粒子の支持体1m2当たりの塗布量は0.5〜400
g、さらには5〜100gが好ましい。半導体微粒子は導
電性支持体に塗布した後に粒子同士を電子的にコンタク
トさせるため、および塗膜強度の向上や支持体との密着
性を向上させるために加熱処理することが好ましい。好
ましい加熱処理温度の範囲は40℃以上700℃未満で
あり、より好ましくは100℃以上600℃以下であ
る。また加熱処理時間は10分〜10時間程度である。
ポリマーフィルムなど融点や軟化点の低い支持体を用い
る場合は、高温処理は支持体の劣化を招くため、好まし
くない。また、コストの観点からもできる限り低温であ
ることが好ましい。低温化は、先に述べた5nm以下の小
さい半導体微粒子の併用や鉱酸の存在下での加熱処理等
により可能である。また、加熱処理後、半導体粒子の表
面積を増大させたり、半導体粒子近傍の純度を高め、色
素から半導体粒子への電子注入効率を高める目的で、例
えば四塩化チタン水溶液を用いた化学メッキや三塩化チ
タン水溶液を用いた電気化学的メッキ処理を行ってもよ
い。半導体微粒子は多くの色素を吸着することができる
ように表面積の大きいものが好ましい。このため半導体
微粒子層を支持体上に塗設した状態での表面積は、投影
面積に対して10倍以上であることが好ましく、さらに
100倍以上であることが好ましい。この上限には特に
制限はないが、通常1000倍程度である。Generally, as the thickness of the layer containing semiconductor fine particles increases, the amount of dye carried per unit projected area increases, so that the light capture rate increases. However, the diffusion distance of generated electrons increases, so that the loss due to charge recombination also increases. growing. Therefore, the semiconductor fine particle-containing layer has a preferable thickness, but typically has a thickness of 0.1 to 100 μm. When used as a photoelectrochemical cell, the thickness is preferably 1 to 30 μm, and more preferably 2 to 25 μm. The coating amount of the semiconductor fine particles per 1 m 2 of the support is 0.5 to 400.
g, more preferably 5 to 100 g. The semiconductor fine particles are preferably subjected to a heat treatment in order to electronically contact the particles after being applied to the conductive support, and to improve the strength of the coating film and the adhesion to the support. A preferred range of the heat treatment temperature is 40 ° C. or more and less than 700 ° C., and more preferably 100 ° C. or more and 600 ° C. or less. The heat treatment time is about 10 minutes to 10 hours.
When a support having a low melting point or softening point, such as a polymer film, is used, high-temperature treatment is not preferable because the support is deteriorated. Further, it is preferable that the temperature is as low as possible from the viewpoint of cost. The lowering of the temperature can be achieved by the above-mentioned combination of small semiconductor particles having a size of 5 nm or less, heat treatment in the presence of a mineral acid, and the like. Further, after the heat treatment, for example, chemical plating or trichloride using an aqueous solution of titanium tetrachloride for the purpose of increasing the surface area of the semiconductor particles, increasing the purity in the vicinity of the semiconductor particles, and increasing the efficiency of electron injection from the dye into the semiconductor particles. Electrochemical plating using an aqueous titanium solution may be performed. The semiconductor fine particles preferably have a large surface area so that many dyes can be adsorbed. For this reason, the surface area in the state where the semiconductor fine particle layer is coated on the support is preferably at least 10 times, more preferably at least 100 times the projected area. The upper limit is not particularly limited, but is usually about 1000 times.
【0016】本発明に使用する色素は金属錯体色素、フ
タロシアニン系色素またはポリメチン色素が好ましい。
本発明では、光電変換の波長域をできるだけ広くし、か
つ変換効率を上げるため、二種類以上の色素を混合する
ことが好ましい。そして、目的とする光源の波長域と強
度分布に合わせるように混合する色素とその割合を選ぶ
ことができる。こうした色素は半導体微粒子の表面に対
する適当な結合基(interlocking group)を有している
ことが好ましい。好ましい結合基としては、COOH基、SO
3H基、シアノ基、-P(O)(OH)2基、-OP(O)(OH)2 基、また
は、オキシム、ジオキシム、ヒドロキシキノリン、サリ
チレートおよびα−ケトエノレートのようなπ伝導性を
有するキレート化基が挙げられる。この中でもCOOH基、
-P(O)(OH)2基、-OP(O)(OH)2 基が特に好ましい。これら
の基はアルカリ金属等と塩を形成していてもよく、また
分子内塩を形成していてもよい。また、ポリメチン色素
の場合、メチン鎖がスクアリリウム環やクロコニウム環
を形成する場合のように酸性基を含有するなら、この部
分を結合基としてもよい。The dye used in the present invention is preferably a metal complex dye, a phthalocyanine dye or a polymethine dye.
In the present invention, it is preferable to mix two or more types of dyes in order to widen the wavelength range of the photoelectric conversion as much as possible and increase the conversion efficiency. Dyes to be mixed and their proportions can be selected so as to match the intended wavelength range and intensity distribution of the light source. Such a dye preferably has an appropriate interlocking group for the surface of the semiconductor fine particles. Preferred linking groups include COOH groups, SO
3 H group, a cyano group, -P (O) (OH) 2 group, -OP (O) (OH) 2 group, or, oxime, dioxime, hydroxyquinoline, a π conductivity, such as salicylate and α- ketoenolate Chelating groups. Among them, COOH group,
Particularly preferred are -P (O) (OH) 2 groups and -OP (O) (OH) 2 groups. These groups may form a salt with an alkali metal or the like, or may form an intramolecular salt. In the case of a polymethine dye, if the methine chain contains an acidic group as in the case of forming a squarylium ring or a croconium ring, this portion may be used as a bonding group.
【0017】本発明に使用する色素が金属錯体色素の場
合、ルテニウム錯体色素が好ましく、さらに下記式
(I)で表される色素が好ましい。 式(I) (A1)p RuBa Bb Bc 式中、pは0〜2であり、好ましくは2である。Ruは
ルテニウムを表す。A 1 はCl、SCN、H2 O、B
r、I、CN、NCOおよびSeCNから選択される配
位子である。Ba 、Bb 、Bc はそれぞれ独立に以下の
B−1〜B−8から選択される有機配位子である。The dye used in the present invention is a metal complex dye.
Are preferably ruthenium complex dyes, and
The dye represented by (I) is preferred. Formula (I) (A1)pRuBaBbBc In the formula, p is 0 to 2, preferably 2. Ru is
Represents ruthenium. A 1Is Cl, SCN, HTwoO, B
r, I, CN, NCO and SeCN
It is a child. Ba, Bb, BcAre each independently
It is an organic ligand selected from B-1 to B-8.
【0018】[0018]
【化1】 Embedded image
【0019】[0019]
【化2】 Embedded image
【0020】ここで、Raは水素原子、ハロゲン原子、
炭素原子数(以下C数という)1〜12個で置換もしく
は無置換のアルキル基、C数7〜12個で置換もしくは
無置換のアラルキル基、またはC数6〜12個で置換も
しくは無置換のアリール基を表す。上記のアルキル基、
アラルキル基のアルキル部分は直鎖状であっても分岐状
であってもよく、アリール基、アラルキル基のアリール
部分は単環であっても多環(縮合環、環集合)であって
もよい。本発明に用いられるルテニウム錯体色素として
は、例えば、米国特許4927721号、同4684537号、同5084
365号、同5350644号、同5463057号、同5525440号および
特開平7-249790号明細書に記載の錯体色素が挙げられ
る。以下に本発明に使用する金属錯体色素およびフタロ
シアニン系色素の好ましい具体例を示すが、本発明はこ
れらに限定されるものではない。Here, Ra is a hydrogen atom, a halogen atom,
A substituted or unsubstituted alkyl group having 1 to 12 carbon atoms (hereinafter referred to as C number), an aralkyl group substituted or unsubstituted with 7 to 12 carbon atoms, or a substituted or unsubstituted with 6 to 12 carbon atoms Represents an aryl group. The above alkyl group,
The alkyl portion of the aralkyl group may be linear or branched, and the aryl portion of the aralkyl group may be monocyclic or polycyclic (condensed ring, ring assembly). . Examples of the ruthenium complex dye used in the present invention include, for example, U.S. Pat.Nos. 4,492,721, 4,684,537 and 5,084.
And complex dyes described in JP-A Nos. 365, 5350644, 5463057, 5525440 and JP-A-7-249790. Preferred specific examples of the metal complex dye and the phthalocyanine dye used in the present invention are shown below, but the present invention is not limited thereto.
【0021】[0021]
【化3】 Embedded image
【0022】[0022]
【化4】 Embedded image
【0023】[0023]
【化5】 Embedded image
【0024】本発明に使用する色素がポリメチン色素で
ある場合、下記式(II)または式(III)で表される色素
が好ましい。When the dye used in the present invention is a polymethine dye, a dye represented by the following formula (II) or (III) is preferred.
【0025】[0025]
【化6】 Embedded image
【0026】式中、RbおよびRfは各々水素原子、アル
キル基、アリール基、または複素環基を表し、Rc〜Re
は各々水素原子または置換基を表す。Rb〜Rfは互いに
結合して環を形成してもよい。X11およびX12は各々窒
素、酸素、硫黄、セレン、テルルを表す。m11およびm
13は各々0〜2の整数を表し、m12は1〜6の整数を表
す。式(II) で表される化合物は分子全体の電荷に応じ
て対イオンを有してもよい。上記におけるアルキル基、
アリール基、複素環基は、置換基を有していてもよい。
アルキル基は直鎖であっても分岐鎖であってもよく、ア
リール基、複素環基は、単環でも、多環(縮合環、環集
合)であってもよい。またRb〜Rfによって形成される
環は、置換基を有していてもよく、単環であっても縮合
環であってもよい。[0026] In the formula, each represents a hydrogen atom R b and R f, an alkyl group, an aryl group or a heterocyclic group,, R c to R e
Represents a hydrogen atom or a substituent. R b to R f may combine with each other to form a ring. X 11 and X 12 each represent nitrogen, oxygen, sulfur, selenium, or tellurium. m 11 and m
13 represents an integer of 0 to 2, and m 12 represents an integer of 1 to 6. The compound represented by the formula (II) may have a counter ion depending on the charge of the whole molecule. The alkyl group in the above,
The aryl group and the heterocyclic group may have a substituent.
The alkyl group may be linear or branched, and the aryl group and the heterocyclic group may be monocyclic or polycyclic (condensed ring, ring assembly). The ring formed by R b to R f may have a substituent and may be a single ring or a condensed ring.
【0027】[0027]
【化7】 Embedded image
【0028】式中、Zaは含窒素複素環を形成するに必
要な非金属原子群を表す。Rgはアルキル基またはアリ
ール基である。Qaは式(III)で表される化合物がメチ
ン色素を形成するのに必要なメチン基またはポリメチン
基を表す。X13は電荷均衡対イオンを表し、m14は分子
の電荷を中和するのに必要な0以上10以下の整数を表
す。上記のZaで形成される含窒素複素環は置換基を有
していてもよく、単環であっても縮合環であってもよ
い。また、アルキル基、アリール基は置換基を有してい
てもよく、アルキル基は直鎖であっても分岐鎖であって
もよく、アリール基は単環であっても多環(縮合環、環
集合)であってもよい。式(III)で表される色素は、下
記式(III−a)〜(III−d)で表される色素であること
が好ましい。[0028] In the formula, Z a represents a non-metallic atomic group necessary for forming a nitrogen-containing heterocyclic ring. R g is an alkyl group or an aryl group. Q a represents a methine group or a polymethine group necessary for compounds of the formula (III) to form a methine dye. X 13 represents a charge balancing counter ion, and m 14 represents an integer of 0 or more and 10 or less necessary for neutralizing the charge of the molecule. Nitrogen-containing heterocyclic ring formed by the above Z a may have a substituent, it may be a condensed ring may be a single ring. Further, the alkyl group and the aryl group may have a substituent, the alkyl group may be linear or branched, and the aryl group may be monocyclic or polycyclic (condensed ring, Ring set). The dye represented by the formula (III) is preferably a dye represented by the following formulas (III-a) to (III-d).
【0029】[0029]
【化8】 Embedded image
【0030】式(III−a)〜(III−d)中、Ra1〜
Ra5、Rb1〜Rb4、Rc1〜Rc3、およびRd1〜Rd3はそ
れぞれ独立に水素原子、アルキル基、アリール基、また
は複素環基を表し、Y11、Y12、Y21、Y22、Y31〜Y
35およびY41〜Y46はそれぞれ独立に酸素、硫黄、セレ
ン、テルル、−CRe1Re2−、または−NRe3−を表
す。Y23はO-、S-、Se-、Te-、またはNRe4 -を
表す。Re1〜Re4はそれぞれ独立に水素原子、アルキル
基、アリール基、または複素環基を表す。V11、V12、
V21、V22、V31およびV41はそれぞれ独立に置換基を
表し、m15、m31およびm41はそれぞれ独立に1〜6の
整数を表す。上記におけるアルキル基、アリール基、複
素環基は置換基を有していてもよく、アルキル基は直鎖
であっても分岐鎖であってもよく、アリール基、複素環
基は単環であっても多環(縮合環、環集合)であっても
よい。以上のようなポリメチン色素の具体例はM.Okawar
a,T.Kitao,T.Hirasima, M.Matuoka著Organic Colorants
(Elsevier)等に詳しく記載されている。In the formulas (III-a) to (III-d), R a1 to
R a5 , R b1 to R b4 , R c1 to R c3 , and R d1 to R d3 each independently represent a hydrogen atom, an alkyl group, an aryl group, or a heterocyclic group, and Y 11 , Y 12 , Y 21 , Y 22, Y 31 ~Y
35 and Y 41 to Y 46 each independently represent oxygen, sulfur, selenium, tellurium, -CR e1 R e2 - represents a -, or -NR e3. Y 23 represents O − , S − , Se − , Te − , or NR e4 − . R e1 to R e4 each independently represent a hydrogen atom, an alkyl group, an aryl group, or a heterocyclic group. V 11, V 12,
V 21 , V 22 , V 31 and V 41 each independently represent a substituent, and m 15 , m 31 and m 41 each independently represent an integer of 1 to 6. The alkyl group, aryl group and heterocyclic group in the above may have a substituent, the alkyl group may be linear or branched, and the aryl group and heterocyclic group may be monocyclic. Or polycyclic (condensed ring, ring assembly). Specific examples of such polymethine dyes are described in M. Okawar
a, T.Kitao, T.Hirasima, M.Matuoka by Organic Colorants
(Elsevier) and the like.
【0031】[0031]
【化9】 Embedded image
【0032】式(IV)中、Qbは5員または6員の含窒
素ヘテロ環を完成するために必要な原子団を表し、Qb
は縮環していてもよく、また置換基を有していてもよ
い。Qbで完成されるヘテロ環の好ましい例としては、
ベンゾチアゾール核、ベンゾオキサゾール核、ベンゾセ
レナゾール核、ベンゾテルラゾール核、2−キノリン
核、4−キノリン核、ベンゾイミダゾール核、チアゾリ
ン核、インドレニン核、オキサジアゾール核、チアゾー
ル核、イミダゾール核が挙げられるが、さらに好ましく
はベンゾチアゾール核、ベンゾオキサゾール核、ベンズ
イミダゾール核、ベンゾセレナゾール核、2−キノリン
核、4-キノリン核、インドレニン核であり、特に好まし
くはベンゾチアゾール核、ベンゾオキサゾール核、2−
キノリン核、4-キノリン核、インドレニン核である。環
上の置換基としては、カルボン酸、ホスホン酸、スルホ
ン酸、ハロゲン原子(F、Cl、Br、I)、シアノ、
アルコキシ基(メトキシ、エトキシ、メトキシエトキシ
など)、アリーロキシ基(フェノキシなど)、アルキル
基(メチル、エチル、シクロプロピル、シクロへキシ
ル、トリフルオロメチル、メトキシエチル、アリル、ベ
ンジルなど)、アルキルチオ基(メチルチオ、エチルチ
オなど)、アルケニル基(ビニル、1−プロペニルな
ど)、アリール基ないし複素環基(フェニル、チエニ
ル、トルイル、クロロフェニルなど)などが挙げられ
る。The formula (IV), Q b represents an atomic group necessary to complete a nitrogen-containing heterocyclic ring of 5- or 6-membered, Q b
May be condensed, and may have a substituent. Preferred examples of the heterocycle completed by Q b include:
Benzothiazole nucleus, benzoxazole nucleus, benzoselenazole nucleus, benzotellurazole nucleus, 2-quinoline nucleus, 4-quinoline nucleus, benzimidazole nucleus, thiazoline nucleus, indolenine nucleus, oxadiazole nucleus, thiazole nucleus, imidazole nucleus Among them, benzothiazole nucleus, benzoxazole nucleus, benzimidazole nucleus, benzoselenazole nucleus, 2-quinoline nucleus, 4-quinoline nucleus and indolenine nucleus are more preferable, and benzothiazole nucleus and benzoxazole nucleus are particularly preferable. , 2-
They are a quinoline nucleus, a 4-quinoline nucleus and an indolenine nucleus. Examples of the substituent on the ring include carboxylic acid, phosphonic acid, sulfonic acid, halogen atom (F, Cl, Br, I), cyano,
Alkoxy group (methoxy, ethoxy, methoxyethoxy, etc.), aryloxy group (phenoxy, etc.), alkyl group (methyl, ethyl, cyclopropyl, cyclohexyl, trifluoromethyl, methoxyethyl, allyl, benzyl, etc.), alkylthio group (methylthio, etc.) , Ethylthio, etc.), alkenyl groups (vinyl, 1-propenyl, etc.), aryl groups and heterocyclic groups (phenyl, thienyl, toluyl, chlorophenyl, etc.).
【0033】Zbは炭素原子、酸素原子、窒素原子、硫
黄原子および水素原子から選ばれる原子により構成され
た、3ないし9員環を完成するために必要な原子団を表
す。Zによって完成される環として好ましくは4ないし
6個の炭素によって骨格が形成される環であり、より好
ましくは以下の(ア)〜(オ)で表されるものであり、
最も好ましくは(ア)である。Z b represents an atomic group composed of atoms selected from a carbon atom, an oxygen atom, a nitrogen atom, a sulfur atom and a hydrogen atom, which is necessary for completing a 3- to 9-membered ring. The ring completed by Z is preferably a ring in which a skeleton is formed by 4 to 6 carbons, and is more preferably a ring represented by the following (A) to (E):
Most preferably, (a).
【0034】[0034]
【化10】 Embedded image
【0035】L1 、L2 、L3 、L4 およびL5 はそれ
ぞれ独立に置換基を有していてもよいメチン基を表す。
置換基としては、置換または無置換のアルキル基(好ま
しくは炭素原子数1ないし12、さらに好ましくは1な
いし7のものであり、例えばメチル、エチル、プロピ
ル、イソプロピル、シクロプロピル、ブチル、2−カル
ボキシエチル、ベンジルなど)、置換または無置換のア
リール基(好ましくは炭素原子数6ないし10、さらに
好ましくは6ないし8のものであり、例えば、フェニ
ル、トルイル、クロロフェニル、o−カルボキシフェニ
ル)、複素環基(例えば、ピリジル、チエニル、フラニ
ル、ピリジル、バルビツール酸)、ハロゲン原子(例え
ば、塩素、臭素)、アルコキシ基(例えば、メトキシ、
エトキシ)、アミノ基(好ましくは炭素原子数1ないし
12、さらに好ましくは6ないし12のものであり、例
えば、ジフェニルアミノ、メチルフェニルアミノ、4−
アセチルピペラジン−1−イル)、オキソ基などが挙げ
られる。これらのメチン基上の置換基は互いに連結して
シクロペンテン環、シクロヘキセン環、スクアリリウム
環などの環を形成してもよく、あるいは助色団と環を形
成することもできる。L 1 , L 2 , L 3 , L 4 and L 5 each independently represent a methine group which may have a substituent.
As the substituent, a substituted or unsubstituted alkyl group (preferably having 1 to 12 carbon atoms, more preferably 1 to 7 carbon atoms, for example, methyl, ethyl, propyl, isopropyl, cyclopropyl, butyl, 2-carboxy) Ethyl, benzyl, etc.), a substituted or unsubstituted aryl group (preferably having 6 to 10 carbon atoms, more preferably 6 to 8 carbon atoms, for example, phenyl, toluyl, chlorophenyl, o-carboxyphenyl), a heterocyclic ring Groups (eg, pyridyl, thienyl, furanyl, pyridyl, barbituric acid), halogen atoms (eg, chlorine, bromine), alkoxy groups (eg, methoxy,
Ethoxy), an amino group (preferably having 1 to 12, more preferably 6 to 12 carbon atoms, such as diphenylamino, methylphenylamino,
Acetylpiperazin-1-yl), oxo group and the like. These substituents on the methine group may be linked to each other to form a ring such as a cyclopentene ring, a cyclohexene ring, a squarylium ring, or a ring with an auxochrome.
【0036】m51は0から4までの整数を表し、好まし
くは0から3である。m52は0または1である。M 51 represents an integer of 0 to 4, preferably 0 to 3. m 52 is 0 or 1.
【0037】Rhは置換基を表す。置換基として好まし
くは置換基を有してもよい芳香族基または置換基を有し
ていてもよい脂肪族基であり、芳香族基の炭素原子数は
好ましくは1ないし16、さらに好ましくは5ないし6
である。脂肪族基の炭素原子数は好ましくは1ないし1
0、さらに好ましくは1ないし6である。無置換の脂肪
族基および芳香族基としては、メチル基、エチル基、n
−プロピル基、n−ブチル基、フェニル基、ナフチル基
等が挙げられる。R h represents a substituent. The substituent is preferably an aromatic group which may have a substituent or an aliphatic group which may have a substituent. The number of carbon atoms of the aromatic group is preferably 1 to 16, more preferably 5 to 16. Or 6
It is. The aliphatic group preferably has 1 to 1 carbon atoms.
0, more preferably 1 to 6. Examples of the unsubstituted aliphatic group and aromatic group include a methyl group, an ethyl group, n
-Propyl group, n-butyl group, phenyl group, naphthyl group and the like.
【0038】W1 は電荷を中和させるのに対イオンが必
要な場合の対イオンを表す。ある色素が陽イオン、陰イ
オンであるか、あるいは正味のイオン電荷を持つかどう
かは、その助色団及び、置換基に依存する。置換基が解
離性基を有する場合、解離して負電荷を持っても良く、
この場合にも分子全体の電荷はW1 によって中和され
る。典型的な陽イオンは無機または有機のアンモニウム
イオン(例えばテトラアルキルアンモニウムイオン、ピ
リジニウムイオン)およびアルカリ金属イオンであり、
一方、陰イオンは具体的に無機陰イオンあるいは有機陰
イオンのいずれであってもよく、例えば、ハロゲン陰イ
オン、(例えば、フッ化物イオン、塩化物イオン、臭化
物イオン、ヨウ化物イオン)、置換アリールスルホン酸
イオン(例えば、p−トルエンスルホン酸イオン、p−
クロロベンゼンスルホン酸イオン)、アリールジスルホ
ン酸イオン(例えば、1,3−ベンゼンジスルホン酸イ
オン、1,5−ナフタレンジスルホン酸イオン、2,6
−ナフタレンジスルホン酸イオン)、アルキル硫酸イオ
ン(例えば、メチル硫酸イオン)、硫酸イオン、チオシ
アン酸イオン、過塩素酸イオン、テトラフルオロホウ酸
イオン、ピクリン酸イオン、酢酸イオン、トリフルオロ
メタンスルホン酸イオンが挙げられる。さらに電荷均衡
対イオンとしてイオン性ポリマーあるいは、色素と逆電
荷を有する他の色素を用いてもよいし、金属錯イオン
(例えば、ビスベンゼン−1,2−ジチオラトニッケル
(III))も可能である。W 1 represents a counter ion when a counter ion is required to neutralize the charge. Whether a dye is a cation, an anion, or has a net ionic charge depends on its auxochrome and substituents. When the substituent has a dissociable group, it may dissociate and have a negative charge,
Also in this case, the charge of the whole molecule is neutralized by W 1 . Typical cations are inorganic or organic ammonium ions (eg, tetraalkylammonium ions, pyridinium ions) and alkali metal ions,
On the other hand, the anion may specifically be either an inorganic anion or an organic anion, such as a halogen anion (for example, a fluoride ion, a chloride ion, a bromide ion, or an iodide ion), or a substituted aryl. Sulfonate ion (for example, p-toluenesulfonate ion, p-
Chlorobenzenesulfonic acid ion), aryldisulfonic acid ion (for example, 1,3-benzenedisulfonic acid ion, 1,5-naphthalenedisulfonic acid ion, 2,6
-Naphthalenedisulfonic acid ion), alkyl sulfate ion (for example, methyl sulfate ion), sulfate ion, thiocyanate ion, perchlorate ion, tetrafluoroborate ion, picrate ion, acetate ion, trifluoromethanesulfonic acid ion. Can be Further, an ionic polymer or another dye having a charge opposite to that of the dye may be used as the charge-balancing counter ion, or a metal complex ion (for example, bisbenzene-1,2-dithiolatonic nickel) may be used.
(III)) is also possible.
【0039】[0039]
【化11】 Embedded image
【0040】式(V)においてDは少なくとも4官能以
上の芳香族基を示し、X1 、X2 はそれぞれ独立に硫黄
原子、セレン原子、CRkRlまたはCRm=CRnを表
す。ここでRk〜Rnはそれぞれ水素原子またはアルキル
基である。Ri、Rjはそれぞれ脂肪族基または芳香族基
であり、P1 、P2 はそれぞれ独立にポリメチン色素を
形成するのに必要な非金属原子群を表す。W2 は電荷を
中和させるのに対イオンが必要な場合の対イオンを示
す。式(V)について更に詳しく説明する。式(V)
中、Dは少なくとも四官能以上の芳香族基を示す。この
ような芳香族基の例としては、これらの基が誘導される
芳香族炭化水素としてベンゼン、ナフタレン、アントラ
セン、フェナントレンなどが挙げられ、芳香族へテロ環
としてはアントラキノン、カルバゾール、ピリジン、キ
ノリン、チオフェン、フラン、キサンテン、チアントレ
ンなどが挙げられ、これらは連結部分以外に置換基を有
していても良い。Dで表される芳香族基として好ましく
は芳香族炭化水素の誘導体であり、さらに好ましくはベ
ンゼンまたはナフタレンの誘導体である。In the formula (V), D represents an aromatic group having at least four or more functional groups, and X 1 and X 2 each independently represent a sulfur atom, a selenium atom, CR k R l or CR m = CR n . Here, R k to R n are each a hydrogen atom or an alkyl group. R i and R j are each an aliphatic group or an aromatic group, and P 1 and P 2 each independently represent a group of nonmetallic atoms necessary for forming a polymethine dye. W 2 represents a counter ion when a counter ion is required to neutralize the charge. Formula (V) will be described in more detail. Equation (V)
In the formula, D represents at least a tetrafunctional or higher aromatic group. Examples of such aromatic groups include benzene, naphthalene, anthracene, and phenanthrene as aromatic hydrocarbons from which these groups are derived, and aromatic heterocycles as anthraquinone, carbazole, pyridine, quinoline, and the like. Examples thereof include thiophene, furan, xanthene, and thianthrene, and these may have a substituent other than the connecting portion. The aromatic group represented by D is preferably a derivative of an aromatic hydrocarbon, and more preferably a derivative of benzene or naphthalene.
【0041】X1 、X2 は、それぞれ好ましくは硫黄原
子またはCRkRlであり、最も好ましくはCRkRlであ
る。[0041] X 1, X 2 are each preferably a sulfur atom or a CR k R l, and most preferably from CR k R l.
【0042】P1 、P2 はそれぞれ独立にポリメチン色
素を形成するのに必要な非金属原子群を表す。P1 、P
2 により、いかなるメチン色素を形成することも可能で
あるが、好ましくはシアニン色素、メロシアニン色素、
ロダシアニン色素、3核メロシアニン色素、アロポーラ
ー色素、ヘミシアニン色素、スチリル色素などが挙げら
れる。この際、シアニン色素には色素を形成するメチン
鎖上の置換基がスクアリウム環やクロコニウム環を形成
したものも含んでいる。これらの色素の詳細について
は、エフ・エム・ハーマー(F.M.Harmer)著「ヘテロサイ
クリック・コンパウンズ−シアニンダイズ・アンド・リ
レィティド・コンパウンズ(HeterocyclicCompounds-Cya
nine Dyes and Related Compounds)」、ジョン・ウィリ
ー・アンド・サンズ(John Wiley & Sons)社−ニューヨ
ーク、ロンドン、1964年刊、デー・エム・スターマ
ー(D.M.Sturmer)著「ヘテロサイクリック・コンパウン
ズースペシャル・トピックス・イン・ヘテロサイクリッ
ク・ケミストリー(Heterocyclic Compounds-Special to
pics in heterocyclic chemistry)」、第18章、第1
4節、第482から515項などに記載されている。シ
アニン色素、メロシアニン色素、ロダシアニン色素の式
は、米国特許第5,340,694号第21、22頁の
(XI)、(XII)、(XIII) に示されているものが好まし
い。また、P 1 およびP2 によって形成されるポリメチ
ン色素の少なくともいずれか一方のメチン鎖部分にスク
アリリウム環を有するものが好ましく、両方に有するも
のがさらに好ましい。P1, PTwoAre independently polymethine colors
Represents the group of non-metallic atoms necessary to form element. P1, P
TwoCan form any methine dye
There is preferably a cyanine dye, a merocyanine dye,
Rhodacyanine dye, trinuclear merocyanine dye, allopolar
-Dyes, hemicyanine dyes, styryl dyes, etc.
It is. At this time, methine which forms the dye
Substituents on the chain form squarium and croconium rings
Also includes those that have done. For more information on these dyes
Is a `` heterocycling '' by FM Harmer.
Click Compounds-Cyanine Soybean & Re
Heterocyclic Compounds-Cya
nine Dyes and Related Compounds), John Willi
-John Wiley & Sons
Talk, London, 1964, D.M.
ー (D.M.Sturmer), Heterocyclic Compound
Zoo Special Topics in Heterocyclic
K Chemistry (Heterocyclic Compounds-Special to
pics in heterocyclic chemistry), Chapter 18, Chapter 1
Section 4, 482 to 515, etc. Shi
Formulas of anine dyes, merocyanine dyes, rhodacyanine dyes
Is described in U.S. Pat. No. 5,340,694 at pages 21 and 22.
(XI), (XII) and (XIII) are preferred
No. Also, P 1And PTwoPolymethi formed by
At least one of the methine chains
Those having an allylium ring are preferable, and those having both
Is more preferred.
【0043】Ri、Rjは芳香族基または脂肪族基であ
り、これらは置換基を有していてもよい。芳香族基の炭
素原子数は好ましくは5ないし16、さらに好ましくは
5ないし6である。脂肪族基の炭素原子数は好ましくは
1ないし10、さらに好ましくは1ないし6である。無
置換の脂肪族基、芳香族基としては、メチル基、エチル
基、n−プロピル基、n−ブチル基、フェニル基、ナフ
チル基等が挙げられる。R i and R j are an aromatic group or an aliphatic group, and these may have a substituent. The number of carbon atoms of the aromatic group is preferably 5 to 16, more preferably 5 to 6. The number of carbon atoms in the aliphatic group is preferably 1 to 10, more preferably 1 to 6. Examples of the unsubstituted aliphatic group and aromatic group include a methyl group, an ethyl group, an n-propyl group, an n-butyl group, a phenyl group, and a naphthyl group.
【0044】式(V)はRi、Rj、P1 、P2 のうち少
なくともひとつに酸性基を有することが好ましい。ここ
で酸性基とは、解離性のプロトンを有する置換基であ
り、例としてはカルボン酸、ホスホン酸、スルホン酸、
ホウ酸などが挙げられ、好ましくはカルボン酸である。
またこのような酸性基はプロトンを放出して解離した形
を採っていても良い。In the formula (V), it is preferred that at least one of R i , R j , P 1 and P 2 has an acidic group. Here, the acidic group is a substituent having a dissociable proton, for example, carboxylic acid, phosphonic acid, sulfonic acid,
Boric acid and the like are preferable, and carboxylic acid is preferable.
Further, such an acidic group may be in a form of dissociating by releasing a proton.
【0045】W2 は式(IV)のW1 と同義である。W 2 has the same meaning as W 1 in the formula (IV).
【0046】以下に式(II)〜(V)で表されるポリメ
チン色素の好ましい具体例を示すが、本発明はこれらに
限定されるものではない。Preferred specific examples of the polymethine dyes represented by formulas (II) to (V) are shown below, but the present invention is not limited thereto.
【0047】[0047]
【化12】 Embedded image
【0048】[0048]
【化13】 Embedded image
【0049】[0049]
【化14】 Embedded image
【0050】[0050]
【化15】 Embedded image
【0051】[0051]
【化16】 Embedded image
【0052】[0052]
【化17】 Embedded image
【0053】[0053]
【化18】 Embedded image
【0054】[0054]
【化19】 Embedded image
【0055】[0055]
【化20】 Embedded image
【0056】[0056]
【化21】 Embedded image
【0057】式(II)および式(III)で表される化合物
は、エフ・エム・ハーマー(F.M.Harmer)著「複素サイク
リック・コンパウンズ−シアニンダイズ・アンド・リレ
ィティド・コンパウンズ(Heterocyclic Compounds-Cyan
ine Dyes and Related Compounds)」、ジョン・ウィリ
ー・アンド・サンズ(John Wiley & Sons)社−ニューヨ
ーク、ロンドン、1964年刊、デー・エム・スターマ
ー(D.M.Sturmer)著「複素サイクリック・コンパウンズ
ースペシャル・トピックス・イン・複素サイクリック・
ケミストリー(Heterocyclic Compounds-Special topics
in heterocyclicchemistry)」、第18章、第14節、
第482から515項、ジョン・ウィリー・アンド・サ
ンズ(John Wiley & Sons)社−ニューヨーク、ロンド
ン、1977年刊、「ロッズ・ケミストリー・オブ・カ
ーボン・コンパウンズ(Rodd's Chemistry of Carbon Co
mpounds)」2nd.Ed.vol.IV,partB,1977刊、第15
章、第369から422項、エルセビア・サイエンス・
パブリック・カンパニー・インク(Elsevier Science Pu
blishing Company Inc.)社刊、ニューヨーク、英国特許
第1,077,611号などに記載の方法に基づいて合成するこ
とができる。本発明に用いられる式(IV)で表される化
合物の合成は、Dyes and Pigments第21巻227〜23
4頁などの文献の記載を参考にして行える。また、式
(V)で表される化合物の合成は、Ukrainskii Khimich
eskii Zhurnal 第40巻3号253〜258頁、Dyes and
Pigments 第21巻227〜234頁およびこれらの文
献中に引用された文献の記載等を参考にして行える。The compounds represented by the formulas (II) and (III) are described in FM Harmer, "Heterocyclic Compounds-Cyan
ine Dyes and Related Compounds), John Wiley & Sons, Inc.- New York, London, 1964, DMSturmer, Complex Cyclic Compounds Special Topics. In complex cyclic
Chemistry (Heterocyclic Compounds-Special topics
in heterocyclic chemistry) ", Chapter 18, Section 14,
482-515, John Wiley & Sons, Inc.-New York, London, 1977, "Rodd's Chemistry of Carbon Co.
mpounds) "2nd.Ed.vol.IV, partB, 1977, No.15
Chapters, 369-422, Elsevier Science
Public Company, Inc. (Elsevier Science Pu
blishing Company Inc.), New York, UK Patent No. 1,077,611, and the like. The synthesis of the compound represented by the formula (IV) used in the present invention is described in Dyes and Pigments Vol. 21, 227 to 23.
This can be done by referring to the description of documents such as four pages. The synthesis of the compound represented by the formula (V) is described in Ukrainskii Khimich
eskii Zhurnal Vol. 40, No. 3, pp. 253-258, Dyes and
Pigments, Vol. 21, pp. 227 to 234 and the descriptions of the documents cited in these documents can be referred to.
【0058】本発明では、吸着する色素は光電変換の波
長域をできるだけ広くし、また光電変換効率を上げるた
めに二種以上混合して用いることができる。光電変換素
子に二種の色素を吸着させる場合、それぞれ単独で半導
体微粒子含有層に吸着させたとき、一種の色素が300
nm以上600nm未満に対入射光量子収率の最大値を
有し、かつ、一種の色素が600nm以上850nm以
下に対入射光量子収率の最大値を有する色素を用いるこ
とが好ましく、更に好ましくは、一種の色素が450n
m以上600nm未満に対入射光量子収率の最大値を有
し、かつ、一種の色素が600nm以上850nm以下
に対入射光量子収率の最大値を有する色素を用いる。こ
こで、対入射光量子収率(略称IPCE)は、光電変換
能を示すパラメータであり、ある波長の(またはある波
長範囲の)光を照射したときに発生した光電子数を照射
した光子数で割った値であり、更に詳しく説明すると
(色素の吸収した光子数)×(色素から半導体への電子
注入の量子収率)/(照射した光子数)×100であ
り、単位は%である。色素としては300nm以上60
0nm未満に対入射光量子収率の最大値を有する色素と
して好ましくは式(I)に示したルテニウム錯体または
式(II)、(III)、(IV)あるいは(V)に示したポリ
メチン色素であり、更に好ましくはルテニウム錯体また
は式(III−b)あるいは(IV)に示したスクアリン酸由
来の部分構造を有するポリメチン色素である。600n
m以上850nm以下に対入射光量子収率の最大値を有
する色素は式(I)に示したルテニウム錯体または式
(II)、(III)、(IV)もしくは(V)に示したポリメ
チン色素であることが好ましく、更に好ましくは式(III
−b)のポリメチン色素あるいは式(IV)または(V)
で表されるポリメチン色素のうち、スクアリン酸由来の
部分構造を有するポリメチン色素である。In the present invention, two or more kinds of dyes to be adsorbed can be used in combination to increase the photoelectric conversion wavelength range as much as possible and to increase the photoelectric conversion efficiency. When two types of dyes are adsorbed on the photoelectric conversion element, when each type of the dyes is independently adsorbed on the semiconductor fine particle-containing layer, one type of dye is 300
It is preferable to use a dye having a maximum value of the incident light quantum yield of at least 600 nm and less than 600 nm, and one kind of dye having a maximum value of the incident light quantum yield of at least 600 nm and not more than 850 nm. Is 450n
A dye having a maximum value of the incident light quantum yield in the range of m to less than 600 nm and one kind of dye having a maximum value of the incident light quantum yield in the range of 600 nm to 850 nm is used. Here, the incident light quantum yield (abbreviation: IPCE) is a parameter indicating the photoelectric conversion ability, and is obtained by dividing the number of photoelectrons generated when light of a certain wavelength (or a certain wavelength range) is irradiated by the number of irradiated photons. In more detail, (the number of photons absorbed by the dye) × (the quantum yield of electron injection from the dye into the semiconductor) / (the number of irradiated photons) × 100, and the unit is%. 300 nm or more as dye 60
The dye having a maximum value of the incident light quantum yield of less than 0 nm is preferably a ruthenium complex represented by the formula (I) or a polymethine dye represented by the formula (II), (III), (IV) or (V). And more preferably a ruthenium complex or a polymethine dye having a partial structure derived from squaric acid represented by formula (III-b) or (IV). 600n
The dye having the maximum value of the incident light quantum yield in the range from m to 850 nm is a ruthenium complex represented by the formula (I) or a polymethine dye represented by the formula (II), (III), (IV) or (V). It is more preferable that the formula (III)
-B) a polymethine dye of formula (IV) or (V)
Is a polymethine dye having a partial structure derived from squaric acid among the polymethine dyes represented by
【0059】吸着する色素を3種以上用いる場合、それ
ぞれ単独で半導体微粒子含有層に吸着した時に、少なく
とも一種の色素が300nm以上550nm未満に対入
射光量子収率の最大値を有し、かつ、少なくとも一種の
色素が550nm以上700nm未満に対入射光量子収
率の最大値を有し、かつ、少なくとも一種の色素が70
0nm以上850nm以下に対入射光量子収率の最大値
を有する色素を用いることが好ましく、更に好ましくは
少なくとも一種の色素が400nm以上550nm未満
に対入射光量子収率の最大値を有し、かつ、少なくとも
一種の色素が550nm以上700nm未満に対入射光
量子収率の最大値を有し、かつ、少なくとも一種の色素
が700nm以上850nm以下に対入射光量子収率の
最大値を有する色素を用いることである。色素としては
300nm以上550nm未満に対入射光量子収率の最
大値を有する色素として好ましくは式(I)に示したル
テニウム錯体または式(II)、(III)、(IV)あるいは
(V)に示したポリメチン色素であり、更に好ましくは
ルテニウム錯体または式(III−b)に示したポリメチン
色素あるいは式(IV)に示したポリメチン色素で表され
るポリメチン色素のうち、スクアリン酸由来の部分構造
を有するポリメチン色素である。550nm以上700
nm未満に対入射光量子収率の最大値を有する色素は式
(I)に示したルテニウム錯体あるいは式(II)、(II
I)、(IV)または(V)に示したポリメチン色素である
ことが好ましく、更に好ましくはルテニウム錯体または
式(III−b)に示したポリメチン色素あるいは式(IV)
で表されるポリメチン色素のうち、スクアリン酸由来の
部分構造を有するポリメチン色素である。700nm以
上850nm以下に対入射光量子収率の最大値を有する
色素は式(I)に示したルテニウム錯体または式(I
I)、(III) 、(IV) あるいは(V)に示したポリメチン
色素であることが好ましく、更に好ましくは式(III−
b)に示したポリメチン色素あるいは式(IV)または
(V)で表されるポリメチン色素のうち、スクアリン酸
由来の部分構造を有するポリメチン色素である。When three or more dyes to be adsorbed are used, when each dye alone is adsorbed to the semiconductor fine particle containing layer, at least one of the dyes has a maximum value of the incident light quantum yield of 300 nm or more and less than 550 nm, and at least One kind of dye has a maximum value of incident light quantum yield of 550 nm or more and less than 700 nm, and at least one kind of dye
It is preferable to use a dye having a maximum value of incident light quantum yield of 0 nm or more and 850 nm or less, more preferably at least one kind of dye has a maximum value of incident light quantum yield of 400 nm or more and less than 550 nm, and One type of dye has a maximum value of the incident light quantum yield at 550 nm or more and less than 700 nm, and at least one type of dye has a maximum value of the incident light quantum yield of 700 nm or more and 850 nm or less. As the dye, a dye having a maximum value of the incident light quantum yield of 300 nm or more and less than 550 nm is preferably a ruthenium complex represented by the formula (I) or a compound represented by the formula (II), (III), (IV) or (V). And more preferably a ruthenium complex or a polymethine dye represented by the formula (III-b) or the polymethine dye represented by the formula (IV), having a partial structure derived from squaric acid It is a polymethine dye. 550nm or more 700
The dye having the maximum value of the incident light quantum yield of less than nm is a ruthenium complex represented by the formula (I) or a compound represented by the formula (II) or (II)
It is preferably a polymethine dye represented by I), (IV) or (V), more preferably a ruthenium complex or a polymethine dye represented by formula (III-b) or a formula (IV)
Is a polymethine dye having a partial structure derived from squaric acid among the polymethine dyes represented by The dye having the maximum value of the incident light quantum yield at 700 nm or more and 850 nm or less is the ruthenium complex represented by the formula (I) or the formula (I)
It is preferably a polymethine dye represented by (I), (III), (IV) or (V), more preferably a formula (III-
Among the polymethine dyes shown in b) or the polymethine dyes represented by the formulas (IV) or (V), the polymethine dyes have a partial structure derived from squaric acid.
【0060】二種以上の色素を吸着した光電変換素子に
おいて、該素子の対入射光量子収率の波長依存性を測定
すると使用した色素に応じて、300〜850nmの範
囲の中に複数の極大値(ピーク)が観測されるが、その
最大の極大値と最小の極大値の比(極大の最小値/極大
の最大値)が0.05以上1以下であることが好まし
く、さらに好ましくは0.1以上1以下であり、特に好
ましくは0.3以上1以下である。また、二種以上の色
素を吸着した光電変換素子の対入射光量子収率の最大値
が40%以上であることが好ましく、さらに好ましくは
50%以上であり、特に好ましくは60%以上である。In a photoelectric conversion element having two or more kinds of dyes adsorbed thereon, the wavelength dependence of the incident light quantum yield of the element is measured. (Peak) is observed, and the ratio of the maximum maximum value to the minimum maximum value (minimum maximum value / maximum maximum value) is preferably 0.05 or more and 1 or less, more preferably 0.1 or less. It is 1 or more and 1 or less, particularly preferably 0.3 or more and 1 or less. Also, the maximum value of the incident light quantum yield of the photoelectric conversion element adsorbing two or more dyes is preferably 40% or more, more preferably 50% or more, and particularly preferably 60% or more.
【0061】色素を半導体に吸着するに当たり、用いる
色素を全て溶解して単一の吸着液として用いてもよい
し、それぞれ単独に吸着液を作製し順々に吸着してもよ
い。また、三種以上の色素を用いる場合には、二種の色
素を混合したものに吸着させた後、一種の色素を吸着さ
せるなどという組み合わせを用いることができる。In adsorbing the dye onto the semiconductor, all the dyes to be used may be dissolved and used as a single adsorbent, or the adsorbents may be prepared individually and adsorbed sequentially. When three or more types of dyes are used, a combination of two types of dyes adsorbed and then a type of dye may be adsorbed can be used.
【0062】色素を半導体微粒子に吸着させるには色素
等の溶液中によく乾燥した半導体微粒子を数時間浸漬す
る方法が一般的である。色素の吸着は室温で行ってもよ
いし、特開平7-249790号に記載されているように加熱還
流して行ってもよい。色素の吸着は半導体微粒子を導電
性支持体に塗設する前に行っても塗設後に行ってもよい
し、半導体微粒子と色素等を同時に塗設して吸着させて
も良いが、塗設後の半導体微粒子膜に吸着させるのが好
ましい。導電性支持体に塗設した半導体微粒子膜に色素
を吸着させる方法は色素溶液中によく乾燥した半導体微
粒子膜を浸漬するか、もしくは色素溶液を半導体微粒子
膜上に塗布して吸着させる方法を用いることができる。
前者の場合、浸漬法、ディップ法、ローラ法、エアーナ
イフ法などが使える。後者の塗布方法としては、ワイヤ
ーバー法、スライドホッパ法、エクストルージョン法、
カーテン法、スピン法、スプレー法があり、印刷方法と
しては、凸版、オフセット、グラビア、スクリーン印刷
等がある。In order to adsorb a dye to semiconductor fine particles, a method of immersing well-dried semiconductor fine particles in a solution of a dye or the like for several hours is general. The dye may be adsorbed at room temperature or may be heated and refluxed as described in JP-A-7-249790. The dye may be adsorbed before or after coating the semiconductor fine particles on the conductive support, or the semiconductor fine particles and the dye may be simultaneously coated and adsorbed. Is preferably adsorbed on the semiconductor fine particle film. The method of adsorbing the dye on the semiconductor fine particle film coated on the conductive support is performed by immersing the dried semiconductor fine particle film in the dye solution or by applying the dye solution onto the semiconductor fine particle film and adsorbing the dye solution. be able to.
In the former case, a dipping method, a dipping method, a roller method, an air knife method, or the like can be used. As the latter coating method, a wire bar method, a slide hopper method, an extrusion method,
There are a curtain method, a spin method, and a spray method, and examples of the printing method include letterpress, offset, gravure, and screen printing.
【0063】液粘度も半導体微粒子層の形成時と同様
に、高粘度液(例えば0.01〜500Poise)ではエ
クストルージョン法の他、各種印刷法が、低粘度液(例
えば0.1Poise以下)ではスライドホッパー法もしく
はワイヤーバー法もしくはスピン法が適していて、均一
な膜にすることが可能である。As in the case of the formation of the semiconductor fine particle layer, the liquid viscosity can be determined by various printing methods besides the extrusion method for a high-viscosity liquid (for example, 0.01 to 500 Poise) and the low-viscosity liquid (for example, 0.1 Poise or less). A slide hopper method, a wire bar method, or a spin method is suitable, and a uniform film can be obtained.
【0064】このように色素塗布液の液粘度、塗布量、
支持体、塗布速度等のパラメータに対応して、適宜付与
方式を選択すればよい。塗布後の色素吸着に要する時間
は、量産化を考えた場合、なるべく短い方がよい。As described above, the viscosity of the dye coating solution, the coating amount,
An application method may be appropriately selected according to parameters such as a support and a coating speed. The time required for dye adsorption after coating should be as short as possible in consideration of mass production.
【0065】未吸着の色素の存在は素子性能の外乱にな
るため、吸着後速やかに洗浄によって除去することが好
ましい。湿式洗浄槽を使い、アセトニトリル等の極性溶
剤、アルコール系溶剤のような有機溶媒で洗浄を行うの
がよい。また、吸着色素量を増大させるため、加熱処理
を吸着前に行うことが好ましい。加熱処理後、半導体微
粒子表面に水が吸着するのを避けるため、常温に戻さず
40〜80℃の間で素早く色素を吸着させることも好ま
しい。Since the presence of unadsorbed dye causes disturbance of device performance, it is preferable to remove the dye by washing immediately after adsorption. It is preferable to perform cleaning with a polar solvent such as acetonitrile and an organic solvent such as an alcohol solvent using a wet cleaning tank. In order to increase the amount of the adsorbed dye, it is preferable to perform the heat treatment before the adsorption. After the heat treatment, in order to avoid adsorption of water on the surface of the semiconductor fine particles, it is also preferable to quickly adsorb the dye at 40 to 80 ° C. without returning to normal temperature.
【0066】色素の使用量は、全体で、支持体1m2当
たり0.01〜100ミリモルが好ましい。また、色素
の半導体微粒子に対する吸着量は半導体微粒子1gに対
して0.01〜1ミリモルが好ましい。このような色素
量とすることによって、半導体における増感効果が十分
に得られる。これに対し、色素量が少ないと増感効果が
不十分となり、色素量が多すぎると、半導体に付着して
いない色素が浮遊し増感効果を低減させる原因となる。The total amount of the dye used is preferably 0.01 to 100 mmol per 1 m 2 of the support. The amount of the dye adsorbed on the semiconductor fine particles is preferably 0.01 to 1 mmol per 1 g of the semiconductor fine particles. With such an amount of the dye, a sensitizing effect in the semiconductor can be sufficiently obtained. On the other hand, if the amount of the dye is small, the sensitizing effect becomes insufficient, and if the amount of the dye is too large, the dye not adhering to the semiconductor floats and causes a reduction in the sensitizing effect.
【0067】また、会合など色素同士の相互作用を低減
する目的で無色の化合物を共吸着させてもよい。共吸着
させる疎水性化合物としてはカルボキシル基を有するス
テロイド化合物(例えばコール酸)等が挙げられる。ま
た、余分な色素の除去を促進する目的で、色素を吸着し
た後にアミン類を用いて半導体微粒子の表面を処理して
もよい。好ましいアミン類としてはピリジン、4−tert
−ブチルピリジン、ポリビニルピリジン等が挙げられ
る。これらが液体の場合はそのまま用いてもよいし有機
溶媒に溶解して用いてもよい。A colorless compound may be co-adsorbed for the purpose of reducing the interaction between dyes such as association. Examples of the hydrophobic compound to be co-adsorbed include steroid compounds having a carboxyl group (for example, cholic acid). Further, for the purpose of promoting the removal of excess dye, the surface of the semiconductor fine particles may be treated with an amine after the dye is adsorbed. Preferred amines are pyridine, 4-tert
-Butylpyridine, polyvinylpyridine and the like. When these are liquids, they may be used as they are or may be used by dissolving them in an organic solvent.
【0068】以下、電荷移動層と対極について詳しく説
明する。電荷移動層は色素の酸化体に電子を補充する機
能を有する層である。本発明で用いることのできる代表
的な電荷移動層の例としては酸化還元対を有機溶媒に溶
解した液体(電解液)、酸化還元対を有機溶媒に溶解し
た液体をポリマーマトリクスに含浸したいわゆるゲル電
解質、酸化還元対を含有する溶融塩などが挙げられる。
さらには固体電解質や正孔(ホール)輸送材料を用いる
こともできる。Hereinafter, the charge transfer layer and the counter electrode will be described in detail. The charge transfer layer is a layer having a function of replenishing the oxidized dye with electrons. Examples of typical charge transfer layers that can be used in the present invention include a liquid (electrolytic solution) in which a redox couple is dissolved in an organic solvent, and a so-called gel in which a liquid in which a redox couple is dissolved in an organic solvent is impregnated in a polymer matrix. Examples include an electrolyte and a molten salt containing a redox couple.
Further, a solid electrolyte or a hole transporting material can be used.
【0069】本発明で使用する電解液は電解質、溶媒、
および添加物から構成されることが好ましい。本発明の
電解質はI2とヨウ化物の組み合わせ(ヨウ化物として
はLiI、NaI、KI、CsI、CaI2 などの金属
ヨウ化物、あるいはテトラアルキルアンモニウムヨーダ
イド、ピリジニウムヨーダイド、イミダゾリウムヨーダ
イドなど4級アンモニウム化合物のヨウ素塩など)、B
r2と臭化物の組み合わせ(臭化物としてはLiBr、
NaBr、KBr、CsBr、CaBr2 などの金属臭
化物、あるいはテトラアルキルアンモニウムブロマイ
ド、ピリジニウムブロマイドなど4級アンモニウム化合
物の臭素塩など)のほか、フェロシアン酸塩−フェリシ
アン酸塩やフェロセン−フェリシニウムイオンなどの金
属錯体、ポリ硫化ナトリウム、アルキルチオール−アル
キルジスルフィドなどのイオウ化合物、ビオロゲン色
素、ヒドロキノン−キノンなどを用いることができる。
この中でもI2とLiIやピリジニウムヨーダイド、イ
ミダゾリウムヨーダイドなど4級アンモニウム化合物の
ヨウ素塩を組み合わせた電解質が本発明では好ましい。
上述した電解質は混合して用いてもよい。また、電解質
はEP-718288号、WO95/18456号、J. Electrochem. Soc
0., Vol.143,No.10,3099(1996)、Inorg. Chem0.1996,
35,1168-1178に記載された室温で溶融状態の塩(溶融
塩)を使用することもできる。溶融塩を電解質として使
用する場合、溶媒は使用しなくても構わない。The electrolyte used in the present invention comprises an electrolyte, a solvent,
And additives. The electrolyte of the present invention comprises a combination of I 2 and iodide (for example, metal iodide such as LiI, NaI, KI, CsI, and CaI 2 , or tetraalkylammonium iodide, pyridinium iodide, imidazolium iodide and the like). Iodine salts of secondary ammonium compounds), B
Combination of r 2 and bromide (bromide is LiBr,
NaBr, KBr, CsBr, metal bromide such as CaBr 2, or tetraalkylammonium bromide, pyridinium bromine salts of di-bromide and quaternary ammonium compounds). In addition, ferrocyanate - ferricyanide or ferrocene - ferricinium ion such as Metal complex, sodium polysulfide, sulfur compounds such as alkylthiol-alkyldisulfide, viologen dyes, hydroquinone-quinone, and the like.
I 2 and LiI or pyridinium iodide Among these, an electrolyte that combines iodine salt of imidazolium iodide and quaternary ammonium compounds are preferred in the present invention.
The above-mentioned electrolytes may be used as a mixture. The electrolyte is EP-718288, WO95 / 18456, J. Electrochem. Soc
Vol.143, No.10, 3099 (1996), Inorg.
A salt in a molten state at room temperature (molten salt) described in 35, 1168-1178 can also be used. When a molten salt is used as an electrolyte, a solvent need not be used.
【0070】好ましい電解質濃度は0.1M以上15M以
下であり、さらに好ましくは0.2 M以上10M以下であ
る。また、電解質にヨウ素を添加する場合の好ましいヨ
ウ素の添加濃度は0.01M以上0.5M以下である。The preferred electrolyte concentration is 0.1M or more and 15M or less, more preferably 0.2M or more and 10M or less. When iodine is added to the electrolyte, a preferable concentration of iodine is 0.01 M or more and 0.5 M or less.
【0071】本発明で電解質に使用する溶媒は、粘度が
低くイオン易動度を向上したり、もしくは誘電率が高く
有効キャリアー濃度を向上したりして、優れたイオン伝
導性を発現できる化合物であることが望ましい。このよ
うな溶媒としては、エチレンカーボネート(EC)、プ
ロピレンカーボネート(PC)などのカーボネート化合
物、3−メチル−2−オキサゾリジノン(NMO)など
の複素環化合物、ジオキサン、ジエチルエーテル、ジメ
トキシエタン(DME)などのエーテル化合物、エチレ
ングリコールジアルキルエーテル、プロピレングリコー
ルジアルキルエーテル、ポリエチレングリコールジアル
キルエーテル、ポリプロピレングリコールジアルキルエ
ーテルなどの鎖状エーテル類、メタノール、エタノー
ル、エチレングリコールモノアルキルエーテル、プロピ
レングリコールモノアルキルエーテル、ポリエチレング
リコールモノアルキルエーテル、ポリプロピレングリコ
ールモノアルキルエーテルなどのアルコール類、エチレ
ングリコール、プロピレングリコール、ポリエチレング
リコール、ポリプロピレングリコール、グリセリンなど
の多価アルコール類、アセトニトリル(AN)、グルタ
ロジニトリル、メトキシアセトニトリル、プロピオニト
リル、ベンゾニトリルなどのニトリル化合物、ジメチル
スルフォキシド(DMSO)、スルフォランなど非プロ
トン極性物質、水などを用いることができる。The solvent used for the electrolyte in the present invention is a compound capable of exhibiting excellent ionic conductivity by increasing the ionic mobility or increasing the effective carrier concentration with a low viscosity. Desirably. Examples of such a solvent include carbonate compounds such as ethylene carbonate (EC) and propylene carbonate (PC), heterocyclic compounds such as 3-methyl-2-oxazolidinone (NMO), dioxane, diethyl ether, and dimethoxyethane (DME). Ether compounds, chain ethers such as ethylene glycol dialkyl ether, propylene glycol dialkyl ether, polyethylene glycol dialkyl ether, polypropylene glycol dialkyl ether, methanol, ethanol, ethylene glycol monoalkyl ether, propylene glycol monoalkyl ether, polyethylene glycol monoalkyl Ethers, alcohols such as polypropylene glycol monoalkyl ether, ethylene glycol Polyhydric alcohols such as propylene glycol, polyethylene glycol, polypropylene glycol, and glycerin; nitrile compounds such as acetonitrile (AN), glutarodinitrile, methoxyacetonitrile, propionitrile, and benzonitrile; dimethyl sulfoxide (DMSO); An aprotic polar substance, water, or the like can be used.
【0072】また、本発明では、J. Am. Ceram. Soc.,8
0 (12)3157-3171(1997)に記載されているようなter-ブ
チルピリジンや、2−ピコリン、2,6−ルチジン等の
塩基性化合物を添加することもできる。塩基性化合物を
添加する場合の好ましい濃度範囲は0.05M以上2M以下で
ある。Further, according to the present invention, J. Am. Ceram. Soc., 8
0 (12) Basic compounds such as ter-butylpyridine, 2-picoline and 2,6-lutidine as described in 3157-3171 (1997) can also be added. A preferred concentration range when a basic compound is added is 0.05M or more and 2M or less.
【0073】本発明では、電解質はポリマー添加、オイ
ルゲル化剤添加、多官能モノマー類を含む重合、ポリマ
ーの架橋反応等の手法によりゲル化(固体化)させて使
用することもできる。ポリマー添加によりゲル化させる
場合は、"Polymer Electrolyte Reviews-1および2"(J.
R.MacCallumとC.A. Vincentの共編、ELSEVIER APPLIEDS
CIENCE)に記載された化合物を使用することができる
が、特にポリアクリロニトリル、ポリフッ化ビニリデン
を好ましく使用することができる。オイルゲル化剤添加
によりゲル化させる場合はJ. Chem Soc. Japan, Ind. C
hem.Soc., 46779(1943), J. Am. Chem. Soc., 111,5542
(1989), J. Chem. Soc., Chem. Commun.,1993, 390, An
gew. Chem. Int. Ed. Engl., 35,1949(1996), Chem. Le
tt., 1996, 885, J. Chm. Soc., Chem. Commun., 1997,
545に記載されている化合物を使用することができる
が、好ましい化合物は分子構造中にアミド構造を有する
化合物である。In the present invention, the electrolyte can be gelled (solidified) by a method such as addition of a polymer, addition of an oil gelling agent, polymerization containing a polyfunctional monomer, or crosslinking reaction of a polymer. In the case of gelation by adding a polymer, "Polymer Electrolyte Reviews-1 and 2" (J.
R.MacCallum and CA Vincent co-edited, ELSEVIER APPLIEDS
CIENCE), and polyacrylonitrile and polyvinylidene fluoride can be particularly preferably used. When gelling by adding an oil gelling agent, use J. Chem Soc. Japan, Ind. C
hem. Soc., 46779 (1943), J. Am. Chem. Soc., 111,5542.
(1989), J. Chem. Soc., Chem. Commun., 1993, 390, An
gew. Chem. Int. Ed. Engl., 35, 1949 (1996), Chem. Le
tt., 1996, 885, J. Chm. Soc., Chem. Commun., 1997,
Although the compounds described in 545 can be used, preferred compounds are compounds having an amide structure in the molecular structure.
【0074】ゲル電解質を多官能モノマー類の重合によ
って形成する場合、多官能モノマー類、重合開始剤、電
解質、溶媒から溶液を調製し、キャスト法,塗布法,浸
漬法、含浸法などの方法により色素を担持した電極上に
ゾル状の電解質層を形成し、その後ラジカル重合するこ
とによってゲル化させる方法が好ましい。多官能性モノ
マーはエチレン性不飽和基を2個以上有する化合物であ
ることが好ましく、例えばジビニルベンゼン、エチレン
グリコールジメタクリレート、エチレングリコールジア
クリレート、エチレングリコールジメタクリレート、ジ
エチレングリコールジアクリレート、ジエチレングリコ
ールジメタクリレート、トリエチレングリコールジアク
リレート、トリエチレングリコールジメタクリレート、
ペンタエリスリトールトリアクリレート、トリメチロー
ルプロパントリアクリレートが好ましい例として挙げら
れる。ゲル電解質を構成するモノマー類はこの他に単官
能モノマーを含んでいてもよく、アクリル酸またはα−
アルキルアクリル酸(例えばメタクリル酸など)類から
誘導されるエステル類もしくはアミド類(例えば、N−
iso−プロピルアクリルアミド、アクリルアミド、2−
アクリルアミド−2−メチルプロパンスルホン酸、アク
リルアミドプロピルトリメチルアンモニウムクロライ
ド、メチルアクリレート、ヒドロキシエチルアクリレー
ト、n−プロピルアクリレート、n−ブチルアクリレー
ト、2−メトキシエチルアクリレート、シクロヘキシル
アクリレートなど)、ビニルエステル類(例えば酢酸ビ
ニル)、マレイン酸またはフマル酸から誘導されるエス
テル類(例えばマレイン酸ジメチル、マレイン酸ジブチ
ル、フマル酸ジエチルなど)、マレイン酸、フマル酸、
p−スチレンスルホン酸のナトリウム塩、アクリロニト
リル、メタクリロニトリル、ジエン類(例えばブタジエ
ン、シクロペンタジエン、イソプレン)、芳香族ビニル
化合物(例えばスチレン、p−クロルスチレン、スチレ
ンスルホン酸ナトリウム)、含窒素複素環を有するビニ
ル化合物、4級アンモニウム塩を有するビニル化合物、
N−ビニルホルムアミド、N−ビニル−N−メチルホル
ムアミド、ビニルスルホン酸、ビニルスルホン酸ナトリ
ウム、ビニリデンフルオライド、ビニリデンクロライ
ド、ビニルアルキルエーテル類(例えばメチルビニルエ
ーテル)、エチレン、プロピレン、1−ブテン、イソブ
テン、N−フェニルマレイミド等を好ましく使用するこ
とができる。モノマー全量に占める多官能性モノマーの
好ましい重量組成範囲は0.5重量%以上70重量%以下であ
ることが好ましく、さらに好ましくは1.0重量%以上50
重量%以下である。When the gel electrolyte is formed by polymerization of a polyfunctional monomer, a solution is prepared from the polyfunctional monomer, a polymerization initiator, an electrolyte and a solvent, and the solution is prepared by a method such as a casting method, a coating method, a dipping method, and an impregnation method. A method in which a sol-like electrolyte layer is formed on an electrode supporting a dye and then gelled by radical polymerization is preferable. The polyfunctional monomer is preferably a compound having two or more ethylenically unsaturated groups, for example, divinylbenzene, ethylene glycol dimethacrylate, ethylene glycol diacrylate, ethylene glycol dimethacrylate, diethylene glycol diacrylate, diethylene glycol dimethacrylate, triethylene glycol dimethacrylate. Ethylene glycol diacrylate, triethylene glycol dimethacrylate,
Preferred examples include pentaerythritol triacrylate and trimethylolpropane triacrylate. The monomers constituting the gel electrolyte may contain a monofunctional monomer in addition thereto, and may include acrylic acid or α-
Esters or amides derived from alkylacrylic acids (such as methacrylic acid) (for example, N-
iso-propylacrylamide, acrylamide, 2-
Acrylamide-2-methylpropanesulfonic acid, acrylamidopropyltrimethylammonium chloride, methyl acrylate, hydroxyethyl acrylate, n-propyl acrylate, n-butyl acrylate, 2-methoxyethyl acrylate, cyclohexyl acrylate, etc.), vinyl esters (for example, vinyl acetate) ), Esters derived from maleic acid or fumaric acid (eg, dimethyl maleate, dibutyl maleate, diethyl fumarate, etc.), maleic acid, fumaric acid,
p-styrenesulfonic acid sodium salt, acrylonitrile, methacrylonitrile, dienes (eg, butadiene, cyclopentadiene, isoprene), aromatic vinyl compound (eg, styrene, p-chlorostyrene, sodium styrenesulfonate), nitrogen-containing heterocycle A vinyl compound having a quaternary ammonium salt,
N-vinylformamide, N-vinyl-N-methylformamide, vinyl sulfonic acid, sodium vinyl sulfonate, vinylidene fluoride, vinylidene chloride, vinyl alkyl ethers (eg, methyl vinyl ether), ethylene, propylene, 1-butene, isobutene, N-phenylmaleimide and the like can be preferably used. The preferred weight composition range of the polyfunctional monomer in the total amount of the monomers is preferably from 0.5% by weight to 70% by weight, more preferably from 1.0% by weight to 50% by weight.
% By weight or less.
【0075】上述のモノマーは、大津隆行・木下雅悦共
著:高分子合成の実験法(化学同人)や大津隆行:講座
重合反応論1ラジカル重合(I)(化学同人)に記載さ
れた一般的な高分子合成法であるラジカル重合によって
重合することができる。本発明で使用できるゲル電解質
用モノマーは、加熱、光、電子線、また電気化学的にラ
ジカル重合することができるが、特に加熱によってラジ
カル重合させることが好ましい。架橋高分子が加熱によ
り形成される場合に好ましく使用される重合開始剤は、
例えば、2,2′−アゾビスイソブチロニトリル、2,
2′−アゾビス(2,4−ジメチルバレロニトリル)、
ジメチル2,2′−アゾビス(2−メチルプロピオネー
ト)(ジメチル2,2′−アゾビスイソブチレート)な
どのアゾ系開始剤、ベンゾイルパーオキシドなどの過酸
化物系開始剤等である。重合開始剤の好ましい添加量は
モノマー総量に対し0.01重量%以上20重量%以下
であり、さらに好ましくは0.1重量%以上10重量%
以下である。ゲル電解質に占めるモノマー類の重量組成
範囲は0.5重量%以上70重量%以下であることが好まし
く、さらに好ましくは1.0重量%以上50重量%以下であ
る。また、ポリマーの架橋反応により電解質をゲル化さ
せる場合、架橋可能な反応性基を含有するポリマーおよ
び架橋剤を併用することが望ましい。この場合、好まし
い架橋可能な反応性基は、含窒素複素環(例えば、ピリ
ジン環、イミダゾール環、チアゾール環、オキサゾール
環、トリアゾール環、モルホリン環、ピペリジン環、ピ
ペラジン環など)であり、好ましい架橋剤は、窒素原子
に対して求電子反応可能な2官能以上の試薬(例えば、
ハロゲン化アルキル、ハロゲン化アラルキル、スルホン
酸エステル、酸無水物、酸クロライド、イソシアネート
など)である。The above-mentioned monomers are generally described in Takatsu Otsu and Masayoshi Kinoshita: Experimental Methods for Polymer Synthesis (Chemical Doujin) and Takatsu Otsu: Lecture Polymerization Reaction Theory 1 Radical Polymerization (I) (Chemical Doujin) It can be polymerized by radical polymerization which is a simple polymer synthesis method. The monomer for gel electrolyte that can be used in the present invention can be radically polymerized by heating, light, electron beam, or electrochemically, but it is particularly preferable to radically polymerize by heating. The polymerization initiator preferably used when the crosslinked polymer is formed by heating,
For example, 2,2'-azobisisobutyronitrile, 2,2
2'-azobis (2,4-dimethylvaleronitrile),
Azo initiators such as dimethyl 2,2'-azobis (2-methylpropionate) (dimethyl 2,2'-azobisisobutyrate); and peroxide initiators such as benzoyl peroxide. The preferable addition amount of the polymerization initiator is 0.01% by weight or more and 20% by weight or less, more preferably 0.1% by weight or more and 10% by weight based on the total amount of the monomers.
It is as follows. The weight composition range of the monomers in the gel electrolyte is preferably from 0.5% by weight to 70% by weight, more preferably from 1.0% by weight to 50% by weight. When the electrolyte is gelled by a crosslinking reaction of the polymer, it is preferable to use a polymer containing a crosslinkable reactive group and a crosslinking agent together. In this case, a preferable crosslinkable reactive group is a nitrogen-containing heterocyclic ring (for example, a pyridine ring, an imidazole ring, a thiazole ring, an oxazole ring, a triazole ring, a morpholine ring, a piperidine ring, a piperazine ring, etc.), and a preferable crosslinking agent. Is a bifunctional or higher functional reagent capable of electrophilic reaction with a nitrogen atom (for example,
Alkyl halide, aralkyl halide, sulfonic ester, acid anhydride, acid chloride, isocyanate, etc.).
【0076】本発明では、電解質の替わりに有機または
無機あるいはこの両者を組み合わせた正孔輸送材料を使
用することができる。本発明に適用可能な有機正孔輸送
材料としては、N,N'-ジフエニル-N、N'-ビス(4-メト
キシフェニル)-(1,1'-ビフェニル)-4,4'-ジアミン
(J.Hagen et al.,Synthetic Metal 089(1997)215-22
0)、2,2',7,7'-テトラキス(N,N-ジ-p-メトキシフェニ
ルアミン)9,9'-スピロビフルオレン(Nature,Vol.395,
8 Oct. 1998,p583-585およびWO97/10617)、1,1-ビス
{4-(ジ-P-トリルアミノ)フェニル}シクロヘキサン
の3級芳香族アミンユニットを連結した芳香族ジアミン
化合物(特開昭59−194393号公報)、4,4,‐ビス
〔(N-1-ナフチル)‐N-フェニルアミノ〕ビフェニルで
代表される2個以上の3級アミンを含み2個以上の縮合
芳香族環が窒素原子に置換した芳香族アミン(特開平5
−234681号公報)、トリフェニルベンゼンの誘導体でス
ターバースト構造を有する芳香族トリアミン(米国特許
第4,923,774号、特開平4−308688号公報)、N,N'-ジ
フエニル-N、N'-ビス(3-メチルフェニル)-(1,1'-ビ
フェニル)-4,4'-ジアミン等の芳香族ジアミン(米国
特許第4,764,625号)、α,α,α',α'-テトラメチ
ル-α,α'-ビス(4-ジ-p-トリルアミノフェニル)-p-
キシレン(特開平3−269084号公報)、p-フェニレンジ
アミン誘導体、分子全体として立体的に非対称なトリフ
ェニルアミン誘導体(特開平4−129271号公報)、ピレ
ニル基に芳香族ジアミノ基が複数個置換した化合物(特
開平4−175395号公報)、エチレン基で3級芳香族アミン
ユニツトを連結した芳香族ジアミン(特開平4−264189
号公報)、スチリル構造を有する芳香族ジアミン(特開
平4−290851号公報)、ベンジルフェニル化合物(特開
平4−364153号公報)、フルオレン基で3級アミンを連結
したもの(特開平5−25473号公報)、トリアミン化合物
(特開平5−239455号公報)、ピスジピリジルアミノビ
フェニル(特開平5−320634号公報)、N,N,N−トリフ
ェニルアミン誘導体(特開平6−1972号公報)、フェノ
キザジン構造を有する芳香族ジアミン(特願平5−29072
8号)、ジアミノフエニルフエナントリジン誘導体(特
願平6−45669号)等に示される芳香族アミン類、α-オ
クチルチオフェンおよびα,ω-ジヘキシル-α-オクチル
チオフェン(Adv. Mater. 1997,9,N0.7,p557)、ヘキサ
ドデシルドデシチオフェン(Angew. Chem. Int. Ed. En
gl. 1995, 34, No.3,p303-307) 、2,8-ジヘキシルアン
スラ〔2,3-b:6,7-b'〕ジチオフェン(JACS,Vol120, N0.
4,1998,p664-672)等のオリゴチオフェン化合物、ポリピ
ロール(K. Murakoshi et al.,;Chem. Lett. 1997, p47
1)、" Handbook of Organic Conductive Molecules an
d Polymers Vol.1,2,3,4"(NALWA著、WILEY出版)に記
載されているポリアセチレンおよびその誘導体、ポリ(p
-フェニレン) およびその誘導体、ポリ(p-フェニレンビ
ニレン) およびその誘導体、ポリチエニレンビニレンお
よびその誘導体、ポリチオフェンおよびその誘導体、ポ
リアニリンおよびその誘導体、ポリトルイジンおよびそ
の誘導体等の導電性高分子を好ましく使用することがで
きる。また、有機正孔輸送材料にはNature,Vol.395, 8
Oct. 1998,p583-585に記載されているようにドーパント
レベルをコントロールするためにトリス(4-ブロモフ
ェニル)アミニウムヘキサクロロアンチモネートのよう
なカチオンラジカルを含有する化合物を添加したり、酸
化物半導体表面のポテンシャル制御(空間電荷層の補
償)を行うためにLi〔(CF3SO2)2N〕のような塩を添加し
ても構わない。有機正孔輸送材料は真空蒸着法,キャス
ト法,塗布法,スピンコート法、浸漬法、電解重合法、
光電解重合法等の手法により電極内部に導入することが
できる。また、正孔輸送材料を電解液の替わりに使用す
るときは短絡防止のためElectorochim. Acta 40, 643-6
52(1995)に記載されているスプレーパイロリシス等の手
法を用いて二酸化チタン薄層を下塗り層として塗設する
ことが好ましい。In the present invention, an organic or inorganic hole transporting material or a combination thereof can be used in place of the electrolyte. Organic hole transport materials applicable to the present invention include N, N'-diphenyl-N, N'-bis (4-methoxyphenyl)-(1,1'-biphenyl) -4,4'-diamine
(J. Hagen et al., Synthetic Metal 089 (1997) 215-22
0), 2,2 ', 7,7'-tetrakis (N, N-di-p-methoxyphenylamine) 9,9'-spirobifluorene (Nature, Vol. 395,
8 Oct. 1998, p583-585 and WO97 / 10617), aromatic diamine compounds linked to tertiary aromatic amine units of 1,1-bis {4- (di-P-tolylamino) phenyl} cyclohexane No. 59-194393), two or more fused aromatic rings containing two or more tertiary amines represented by 4,4-bis [(N-1-naphthyl) -N-phenylamino] biphenyl Aromatic amine substituted with a nitrogen atom
-234681), an aromatic triamine having a starburst structure as a derivative of triphenylbenzene (US Pat. No. 4,923,774, JP-A-4-308688), N, N'-diphenyl-N, N Aromatic diamines such as' -bis (3-methylphenyl)-(1,1'-biphenyl) -4,4'-diamine (US Pat. No. 4,764,625), α, α, α ′, α '-Tetramethyl-α, α'-bis (4-di-p-tolylaminophenyl) -p-
Xylene (JP-A-3-269084), p-phenylenediamine derivative, triphenylamine derivative which is sterically asymmetric as a whole molecule (JP-A-4-129271), and a pyrenyl group substituted with a plurality of aromatic diamino groups (JP-A-4-175395) and an aromatic diamine in which a tertiary aromatic amine unit is linked by an ethylene group (JP-A-4-264189).
JP-A-5-25473, an aromatic diamine having a styryl structure (JP-A-4-290851), a benzylphenyl compound (JP-A-4-364153), and a tertiary amine linked by a fluorene group (JP-A-5-25473). Japanese Patent Application Laid-Open No. 5-197455), triamine compounds (Japanese Patent Application Laid-Open No. 5-239455), pisdipyridylaminobiphenyl (Japanese Patent Application Laid-Open No. 5-320634), N, N, N-triphenylamine derivatives (Japanese Patent Application Laid-Open No. 6-1972) Aromatic diamine having a phenoxazine structure (Japanese Patent Application No. 5-29072)
No. 8), diaminophenylphenanthridine derivatives (Japanese Patent Application No. 6-45669), aromatic amines such as α-octylthiophene and α, ω-dihexyl-α-octylthiophene (Adv. Mater. 1997) , 9, N0.7, p557), hexadodecyldodecithiophene (Angew. Chem. Int. Ed. En.
gl.1995, 34, No.3, p303-307), 2,8-dihexylanthra [2,3-b: 6,7-b '] dithiophene (JACS, Vol120, N0.
Oligothiophene compounds such as polypyrrole (K. Murakoshi et al., Chem. Lett. 1997, p47).
1), "Handbook of Organic Conductive Molecules an
d Polymers Vol. 1, 2, 3, 4 "(NALWA, published by WILEY), polyacetylene and its derivatives, poly (p
-Phenylene) and its derivatives, poly (p-phenylenevinylene) and its derivatives, polythienylenevinylene and its derivatives, polythiophene and its derivatives, polyaniline and its derivatives, polytoluidine and its conductive polymers are preferably used. can do. Nature, Vol. 395, 8
As described in Oct. 1998, p583-585, a compound containing a cation radical such as tris (4-bromophenyl) aminium hexachloroantimonate is added to control the dopant level, or an oxide semiconductor is used. A salt such as Li [(CF 3 SO 2 ) 2 N] may be added for controlling the potential of the surface (compensating the space charge layer). Organic hole transport materials include vacuum deposition, casting, coating, spin coating, dipping, electrolytic polymerization,
It can be introduced into the inside of the electrode by a method such as photoelectrolytic polymerization. When a hole transport material is used in place of the electrolyte, Electorochim. Acta 40, 643-6
52 (1995), it is preferable to apply a thin layer of titanium dioxide as an undercoat layer using a technique such as spray pyrolysis.
【0077】無機固体化合物を電解質の替わりに使用す
る場合、ヨウ化銅(p-CuI)(J. Phys. D:Appl. Phys. 31
(1998)1492-1496)、チオシアン化銅(Thin Solid Film
s 261(1995)307-310、J. Appl. Phys. 80(8),15 Octobe
r 1996, p4749-4754、Chem.Mater. 1998, 10, 1501-150
9、Semicond. Sci. Technol. 10, 1689-1693)等をキャ
スト法,塗布法,スピンコート法、浸漬法、電解メッキ
法等の手法により電極内部に導入することができる。When an inorganic solid compound is used instead of the electrolyte, copper iodide (p-CuI) (J. Phys. D: Appl. Phys. 31
(1998) 1492-1496), copper thiocyanate (Thin Solid Film)
s 261 (1995) 307-310, J. Appl. Phys. 80 (8), 15 Octobe
r 1996, p4749-4754, Chem. Mater. 1998, 10, 1501-150.
9, Semicond. Sci. Technol. 10, 1689-1693) can be introduced into the inside of the electrode by a method such as a casting method, a coating method, a spin coating method, a dipping method, and an electrolytic plating method.
【0078】電荷移動層の形成方法に関しては2通りの
方法が考えられる。1つは増感色素を担持させた半導体
微粒子含有層の上に先に対極を貼り合わせておき、その
間隙に液状の電荷移動層を挟み込む方法である。もう1
つは半導体微粒子含有層上に直接電荷移動層を付与する
方法で、対極はその後付与することになる。前者の場合
の電荷移動層の挟み込み方法として、浸漬等による毛管
現象を利用する常圧プロセスと常圧より低い圧力にして
気相を液相に置換する真空プロセスが利用できる。後者
の場合、湿式の電荷移動層においては未乾燥のまま対極
を付与し、エッジ部の液漏洩防止措置も施すことにな
る。またゲル電解質の場合には湿式で塗布して重合等の
方法により固体化する方法もあり、その場合には乾燥、
固定化した後に対極を付与することもできる。電解液の
ほか湿式有機正孔輸送材料やゲル電解質を付与する方法
としては、半導体微粒子含有層や色素の付与と同様に、
浸漬法、ローラ法、ディップ法、エアーナイフ法、エク
ストルージョン法、スライドホッパー法、ワーヤーバー
法、スピン法、スプレー法、キャスト法、各種印刷法等
が考えられる。固体電解質や固体の正孔輸送材料の場合
には真空蒸着法やCVD法等のドライ成膜処理で電荷移
動層を形成し、その後対極を付与することもできる。There are two methods for forming the charge transfer layer. One is a method in which a counter electrode is first adhered to a semiconductor fine particle-containing layer carrying a sensitizing dye, and a liquid charge transfer layer is sandwiched between the counter electrodes. Another one
The first is a method in which the charge transfer layer is directly provided on the semiconductor fine particle-containing layer, and the counter electrode is subsequently provided. As the method of sandwiching the charge transfer layer in the former case, a normal pressure process utilizing a capillary phenomenon due to immersion or the like and a vacuum process of replacing the gas phase with a liquid phase at a pressure lower than normal pressure can be used. In the latter case, the wet charge transfer layer is provided with a counter electrode in an undried state, and measures are taken to prevent liquid leakage at the edge. In the case of a gel electrolyte, there is also a method of solidifying by a method such as polymerization by coating in a wet manner, in which case drying,
A counter electrode may be provided after immobilization. As a method of applying a wet organic hole transport material or a gel electrolyte in addition to the electrolytic solution, as in the case of providing the semiconductor fine particle-containing layer and the dye,
An immersion method, a roller method, a dipping method, an air knife method, an extrusion method, a slide hopper method, a wire bar method, a spin method, a spray method, a casting method, various printing methods, and the like can be considered. In the case of a solid electrolyte or a solid hole transport material, the charge transfer layer can be formed by a dry film forming process such as a vacuum evaporation method or a CVD method, and then a counter electrode can be provided.
【0079】量産化を考える場合、固体化できない電解
液や湿式の正孔輸送材料の場合には、塗設後速やかにエ
ッジ部分を封止することで対応も可能であるが、固体化
可能な正孔輸送材料の場合は湿式付与により正孔輸送層
を膜形成した後、例えば光重合や熱ラジカル重合等の方
法により固体化することがより好ましい。このように膜
付与方式は液物性や工程条件により適宜選択すればよ
い。In consideration of mass production, in the case of an electrolyte that cannot be solidified or a wet hole transport material, it is possible to cope by sealing the edge portion immediately after coating, but it is possible to solidify. In the case of a hole transport material, it is more preferable to solidify the film by a method such as photopolymerization or thermal radical polymerization after forming the hole transport layer by wet application. As described above, the film application method may be appropriately selected depending on the physical properties of the liquid and the process conditions.
【0080】なお、電荷移動層中の水分としては10,
000ppm以下が好ましく、さらに好ましくは2,0
00ppm以下であり、特に好ましくは100ppm以
下である。The water content in the charge transfer layer was 10,
2,000 ppm or less, more preferably 2,0 ppm
It is at most 00 ppm, particularly preferably at most 100 ppm.
【0081】対極は、光電変換素子を光電気化学電池と
したとき、光電気化学電池の正極として働くものであ
る。対極は通常前述の導電性支持体と同様に導電性層を
有する支持体を用いることもできるが、強度や密封性が
十分に保たれるような構成では支持体は必ずしも必要で
ない。具体的に対極に用いる導電性の材料としては金属
(例えば白金、金、銀、銅、アルミニウム、ロジウム、
インジウム等)、炭素、または導電性の金属酸化物(イ
ンジウム−スズ複合酸化物、酸化スズにフッ素をドープ
したもの等)が挙げられる。対極の厚さは、特に制限は
ないが、3nm以上10μm以下であることが好まし
い。金属材料である場合は、その膜厚は好ましくは5μ
m以下であり、さらに好ましくは5nm以上3μm以下
の範囲である。感光層に光が到達するためには、前述の
導電性支持体と対極の少なくとも一方は実質的に透明で
なければならない。本発明の光電気化学電池において
は、導電性支持体が透明であって太陽光を支持体側から
入射させるのが好ましい。この場合対極は光を反射する
性質を有することがさらに好ましい。本発明において対
極としては金属または導電性の酸化物を蒸着したガラス
またはプラスチック、あるいは金属薄膜を使用できる。The counter electrode functions as a positive electrode of the photoelectrochemical cell when the photoelectric conversion element is a photoelectrochemical cell. As the counter electrode, a support having a conductive layer can be used as in the case of the above-described conductive support. However, the support is not necessarily required in a configuration in which the strength and the sealing property are sufficiently maintained. Specifically, as the conductive material used for the counter electrode, a metal (for example, platinum, gold, silver, copper, aluminum, rhodium,
Indium, etc.), carbon, or a conductive metal oxide (indium-tin composite oxide, tin oxide doped with fluorine, or the like). The thickness of the counter electrode is not particularly limited, but is preferably 3 nm or more and 10 μm or less. If it is a metal material, its thickness is preferably 5 μm.
m, more preferably 5 nm or more and 3 μm or less. In order for light to reach the photosensitive layer, at least one of the conductive support and the counter electrode described above must be substantially transparent. In the photoelectrochemical cell of the present invention, it is preferable that the conductive support is transparent and sunlight is incident from the support side. In this case, it is more preferable that the counter electrode has a property of reflecting light. In the present invention, as the counter electrode, glass or plastic on which a metal or a conductive oxide is deposited, or a metal thin film can be used.
【0082】対極の塗設については電荷移動層の付与で
記したように、電荷移動層の上に付与する場合と先に半
導体微粒子含有層上に付与する場合の2通りある。いず
れの場合も、対極材の種類や電荷移動層の種類により、
適宜、電荷移動層上または半導体微粒子含有層上に対極
材を塗布、ラミネート、蒸着、貼り合わせなどの方法に
より形成可能である。例えば、対極を貼り合わせる場合
は、上記の導電性材料を塗布、蒸着、CVD等の手法に
より導電層として設けられた基板を貼り合わせることが
できる。また、電荷移動層が固体の場合には、その上に
直接、前述の導電性材料を塗布、メッキ、PVD、CV
D等の手法で対極を形成することができる。As described in the application of the charge transfer layer, the counter electrode is applied on the charge transfer layer or first on the semiconductor fine particle containing layer. In either case, depending on the type of counter electrode material and the type of charge transfer layer,
The counter electrode material can be appropriately formed on the charge transfer layer or the semiconductor fine particle-containing layer by a method such as coating, laminating, vapor deposition, or bonding. For example, in the case of attaching a counter electrode, a substrate provided as a conductive layer can be attached by a method such as application, evaporation, or CVD of the above conductive material. When the charge transfer layer is solid, the above-mentioned conductive material is directly applied thereon, plated, PVD, CV
The counter electrode can be formed by a technique such as D.
【0083】さらに、作用電極の導電性支持体または対
極に保護層、反射防止膜など、必要な他の機能の層を設
けることも可能である。このような層を多層にて機能分
離させる場合、同時多層塗布や逐次で塗布することが可
能であるが、生産性を優先させると同時多層塗布がより
好ましい。同時多層塗布では、生産性および膜付与均一
性を考えた場合、スライドホッパー法やエクストルージ
ョン法が適している。また、これらの機能層はその材料
により、蒸着や貼り付けなどの手法を用いて設けること
もできる。Further, a layer having other necessary functions such as a protective layer and an antireflection film can be provided on the conductive support or the counter electrode of the working electrode. When such layers are separated in function by multiple layers, simultaneous multilayer coating and sequential coating can be performed, but simultaneous multilayer coating is more preferable in terms of productivity. In the simultaneous multi-layer coating, the slide hopper method and the extrusion method are suitable in consideration of productivity and uniformity of film formation. In addition, these functional layers can be provided by a technique such as vapor deposition or pasting depending on the material.
【0084】本発明の光電気化学電池では構成物の劣化
や内容物の揮散を防止するために電池の側面をポリマー
や接着剤等で密封するのが好ましい。In the photoelectrochemical cell of the present invention, it is preferable to seal the side surface of the cell with a polymer, an adhesive or the like in order to prevent deterioration of components and volatilization of contents.
【0085】次に本発明の光電変換素子をいわゆる太陽
電池に適用する場合のセル構造およびモジュール構造に
ついて説明する。色素増感型太陽電池のセル内部の構造
は、基本的には上述した光電変換素子や光電気化学電池
と同じであるが、図2または図3に示すように目的に合
わせ様々な形態が可能である。大きく二つに分ければ、
両面から光の入射が可能な構造〔図2(a)(d)、図
3(g)〕と、片面からのみ可能なタイプ〔図2(b)
(c)、図3(e)(f)(h)〕である。図2(a)
は、2枚の透明導電層12間に色素吸着半導体微粒子層
であるTiO2層10と電荷移動層11とを介在させた
構造である。図2(b)は、透明基板13上に一部金属
リード9を設け、さらに透明導電層12を設け、下塗り
層14、色素吸着TiO2層10、電荷移動層11およ
び金属層8をこの順で設け、さらに支持基板15を配置
した構造である。図2(c)は支持基板15上に金属層
8を有し、下塗り層14を介して色素吸着TiO2層1
0を設け、さらに電荷移動層11と透明導電層12とを
設け、一部に金属リード9を設けた透明基板13を金属
リード9を内側にして配置した構造である。図2(d)
は、透明基板13上に一部金属リード9を設け、これと
透明導電層12との間に下塗り層14と色素吸着TiO
2層10と電荷移動層11とを介在させた構造である。
図3(e)は、透明基板13上に透明導電層12を有
し、下塗り層14を介して色素吸着TiO2層10を設
け、さらに電荷移動層11および金属層8を設け、この
上に支持基板15を配置した構造である。図3(f)
は、支持基板15上に金属層8を有し、下塗り層14を
介して色素吸着TiO2層10を設け、さらに電荷移動
層11および透明導電層12を設け、この上に透明基板
13を配置した構造である。図3(g)は、透明導電層
12を有する透明基板13間に、透明導電層12を内側
にして下塗り層14、色素吸着TiO2層10および電
荷移動層11を介在させた構造である。図3(h)は、
支持基板15上に金属層8を設け、下塗り層14を介し
て色素吸着TiO2層10を設け、さらに固体の電荷移
動層16を設け、この上に一部金属層8または金属リー
ド9を有する構造である。Next, a cell structure and a module structure when the photoelectric conversion element of the present invention is applied to a so-called solar cell will be described. The structure inside the cell of the dye-sensitized solar cell is basically the same as that of the above-mentioned photoelectric conversion element or photoelectrochemical cell, but various forms are possible according to the purpose as shown in FIG. 2 or FIG. It is. If it is roughly divided into two,
A structure that allows light to enter from both sides [FIGS. 2 (a) (d) and 3 (g)] and a type that allows light from only one side [FIG. 2 (b)
(C) and FIGS. 3 (e) (f) (h)]. FIG. 2 (a)
Has a structure in which a TiO 2 layer 10 as a dye-adsorbing semiconductor fine particle layer and a charge transfer layer 11 are interposed between two transparent conductive layers 12. FIG. 2 (b) shows that a metal lead 9 is partially provided on a transparent substrate 13, a transparent conductive layer 12 is further provided, and an undercoat layer 14, a dye-adsorbed TiO 2 layer 10, a charge transfer layer 11 and a metal layer 8 are arranged in this order. And a support substrate 15 is further disposed. FIG. 2C shows a metal layer 8 on a support substrate 15, and a dye-adsorbed TiO 2 layer 1 via an undercoat layer 14.
0, a charge transfer layer 11 and a transparent conductive layer 12 are further provided, and a transparent substrate 13 partially provided with a metal lead 9 is arranged with the metal lead 9 inside. FIG. 2 (d)
A metal lead 9 is partially provided on a transparent substrate 13, an undercoat layer 14 and a dye-adsorbed TiO 2 are provided between the metal lead 9 and the transparent conductive layer 12.
This is a structure in which two layers 10 and a charge transfer layer 11 are interposed.
FIG. 3 (e) has a transparent conductive layer 12 on a transparent substrate 13, a dye-adsorbed TiO 2 layer 10 is provided via an undercoat layer 14, and a charge transfer layer 11 and a metal layer 8 are further provided thereon. This is a structure in which a support substrate 15 is arranged. FIG. 3 (f)
Has a metal layer 8 on a support substrate 15, a dye-adsorbed TiO 2 layer 10 is provided via an undercoat layer 14, a charge transfer layer 11 and a transparent conductive layer 12 are further provided, and a transparent substrate 13 is disposed thereon. It is the structure which did. FIG. 3G shows a structure in which an undercoat layer 14, a dye-adsorbed TiO 2 layer 10, and a charge transfer layer 11 are interposed between a transparent substrate 13 having a transparent conductive layer 12 with the transparent conductive layer 12 inside. FIG. 3 (h)
A metal layer 8 is provided on a support substrate 15, a dye-adsorbed TiO 2 layer 10 is provided via an undercoat layer 14, a solid charge transfer layer 16 is further provided, and a metal layer 8 or a metal lead 9 is partially provided thereon. Structure.
【0086】本発明の色素増感型太陽電池のモジュール
構造は、従来の太陽電池モジュールと基本的には同様の
構造をとりうる。一般的には、金属・セラミック等の支
持基板の上にセルが構成され、その上を充填樹脂や保護
ガラス等で覆い、支持基板の反対側から光を取り込む構
造とすることができるが、支持基板に強化ガラス等の透
明材料を用い、その上にセルを構成してその透明の支持
基板側から光を取り込むことも可能である。具体的に
は、スーパーストレートタイプ、サブストレートタイ
プ、ポッティングタイプと呼ばれるモジュール構造ある
いはアモルファスシリコン太陽電池などで用いられる基
板一体型などのモジュール構造が可能である。これらの
モジュール構造は使用目的や使用場所(環境)により適
宜選択できる。本発明の素子を基板一体型でモジュール
化した例を図4に示す。図4の構造は、透明基板13の
一方の面上に透明導電層12を有し、この上にさらに色
素吸着TiO2層10、固体の電荷移動層16および金
属層8を設けたセルをモジュール化したものであり、透
明基板13の他方の面には反射防止層17が設けられて
いる。この場合、入射光の利用効率を高めるため、感光
部である色素吸着TiO2層10の面積比率(光の入射
面である透明基板13側から見たときの面積比率)を大
きくした方が好ましい。The module structure of the dye-sensitized solar cell of the present invention can have basically the same structure as a conventional solar cell module. In general, a cell is formed on a supporting substrate such as a metal or ceramic, and the cell is covered with a filling resin or a protective glass, etc., so that light can be taken in from the opposite side of the supporting substrate. It is also possible to use a transparent material such as tempered glass for the substrate, form a cell thereon, and take in light from the transparent support substrate side. Specifically, a module structure called a superstrate type, a substrate type, or a potting type, or a module structure such as a substrate integrated type used in an amorphous silicon solar cell or the like is possible. These module structures can be appropriately selected depending on the purpose of use and the place of use (environment). FIG. 4 shows an example in which the element of the present invention is formed into a module with an integrated substrate. The module shown in FIG. 4 has a transparent conductive layer 12 on one side of a transparent substrate 13 and a cell in which a dye-adsorbed TiO 2 layer 10, a solid charge transfer layer 16 and a metal layer 8 are further provided thereon. An antireflection layer 17 is provided on the other surface of the transparent substrate 13. In this case, in order to increase the utilization efficiency of incident light, it is preferable to increase the area ratio of the dye-adsorbed TiO 2 layer 10 as the photosensitive portion (the area ratio when viewed from the transparent substrate 13 side which is the light incident surface). .
【0087】スーパーストレートタイプやサブストレー
トタイプの代表的な構造は、片側または両側が透明で反
射防止処理を施された支持基板の間に、一定間隔にセル
が配置され、隣り合うセル間が金属リードまたはフレキ
シブル配線等によって接続されており、外縁部に集電電
極を配置して、発生した電力を外部に取り出す構造にな
っている。基板とセルの間には、セルの保護や集電効率
アップのため、目的に応じ、エチレンビニルアセテート
(EVA)等様々な種類のプラスチック材料をフイルム
または充填樹脂の形で用いることができる。また、外部
からの衝撃が少ないところなど表面を硬い素材で覆う必
要のない場所に使う場合には、表面保護層を透明プラス
チックフイルムで構成したり、または、上記充填・封止
材料を硬化させることによって保護機能を付与し、片側
の支持基板を無くすことも可能である。支持基板の周囲
は、内部の密封およびモジュールの剛性確保のため、金
属製のフレームでサンドイッチ状に固定し、支持基板と
フレームの間は封止材で密封シールする。A typical structure of a superstrate type or a substrate type is that cells are arranged at regular intervals between supporting substrates which are transparent on one or both sides and have been subjected to antireflection treatment, and metal leads or adjacent cells are provided between adjacent cells. They are connected by a flexible wiring or the like, and have a structure in which current collecting electrodes are arranged on the outer edge to take out generated power to the outside. Various types of plastic materials such as ethylene vinyl acetate (EVA) can be used between the substrate and the cell in the form of a film or a filling resin, depending on the purpose, in order to protect the cell and increase current collection efficiency. When using in places where it is not necessary to cover the surface with a hard material, such as places where there is little external impact, make the surface protective layer a transparent plastic film or cure the above-mentioned filling and sealing material. It is also possible to provide a protective function and eliminate the support substrate on one side. The periphery of the support substrate is fixed in a sandwich shape with a metal frame in order to seal the inside and ensure the rigidity of the module, and the space between the support substrate and the frame is hermetically sealed with a sealing material.
【0088】また、セルそのものや支持基板、充填材お
よび封止部材に可撓性の素材を用いれば、曲面の上に太
陽電池を構成することもできる。このように、使用目的
や使用環境に合わせて様々な形状・機能を持つ太陽電池
を製作することができる。If a flexible material is used for the cell itself, the support substrate, the filler and the sealing member, a solar cell can be formed on a curved surface. In this way, solar cells having various shapes and functions according to the purpose of use and environment of use can be manufactured.
【0089】スーパーストレートタイプの太陽電池モジ
ュールは、例えば、基板供給装置から送り出されたフロ
ント基板をベルトコンベヤ等で搬送しながら、その上に
セルを封止材・セル間接続用リード線・背面封止材等と
共に順次積層した後、背面基板または背面カバーを乗
せ、外縁部にフレームをセットして作ることができる。
一方、サブストレートタイプの場合、基板供給装置から
送り出された支持基板をベルトコンベヤ等で搬送しなが
ら、その上にセルをセル間接続用リード線・封止材等と
共に順次積層した後、フロントカバーを乗せ、周縁部に
フレームをセットして作製することができる。The super-straight type solar cell module, for example, conveys a front substrate sent from a substrate supply device by a belt conveyor or the like, and seals the cells thereon with a sealing material, inter-cell connection lead wires, and back surface sealing. After laminating sequentially with materials and the like, a back substrate or a back cover can be placed, and a frame can be set on the outer edge portion to make it.
On the other hand, in the case of the substrate type, while the support substrate sent from the substrate supply device is conveyed by a belt conveyor or the like, the cells are sequentially laminated thereon with lead wires for cell connection, sealing material, etc. It can be manufactured by placing a frame on the periphery.
【0090】図4に示した構造のモジュールは、支持基
板上に透明電極・感光層・電荷移動層・裏面電極等が立
体的かつ一定間隔で配列されるように、選択メッキ・選
択エッチング・CVD・PVDといった半導体プロセス
技術、あるいはパターン塗布または広幅で塗布した後に
レーザースクライビングやプラズマCVM(Solar Ener
gy Materials and Solar Cells, 48, p373-381等に記
載)または研削等の機械的手法などの方法でパターニン
グすることができ、これらにより所望のモジュール構造
を得ることができる。The module having the structure shown in FIG. 4 is formed by selective plating, selective etching, and CVD so that transparent electrodes, photosensitive layers, charge transfer layers, back electrodes, and the like are arranged three-dimensionally at regular intervals on a supporting substrate.・ Laser scribing or plasma CVM (Solar Ener) after semiconductor process technology such as PVD, or pattern application or wide application
gy Materials and Solar Cells, 48, p373-381) or a mechanical method such as grinding or the like, and a desired module structure can be obtained.
【0091】以下にその他の部材や工程について詳述す
る。封止材料としては、液状のEVA(エチレンビニル
アセテート)やフッ化ビニリデン共重合体とアクリル樹
脂混合物フイルム状のEVA等、耐候性付与・電気絶縁
性付与・集光効率向上・セル保護性(耐衝撃性)向上等
の目的に応じ様々な素材が使用可能である。これらを、
セル上に固定する方法としては、封止材の物性に合わ
せ、フイルム状の素材ではロール加圧後加熱密着や真空
加圧後加熱密着、液またはペースト状の材料ではロール
コート、バーコート、スプレーコート、スクリーン印刷
等の様々な方法がある。また、透明フィラーを封止材に
混入して強度を上げたり、光透過率を上げることができ
る。モジュール外縁と周縁を囲むフレームとの間は、耐
候性・防湿性が高い樹脂を使って封止するとよい。The other members and steps will be described below in detail. Examples of the sealing material include liquid-state EVA (ethylene vinyl acetate) and EVA in the form of a film of a mixture of vinylidene fluoride copolymer and an acrylic resin. Various materials can be used according to the purpose of improving (impact). these,
Depending on the properties of the encapsulant, the film can be fixed on the cell according to the physical properties of the encapsulant. There are various methods such as coating and screen printing. In addition, a transparent filler can be mixed into the sealing material to increase the strength or increase the light transmittance. The space between the outer periphery of the module and the frame surrounding the periphery may be sealed with a resin having high weather resistance and moisture resistance.
【0092】支持基板としてPET・PEN等の可撓性
素材を用いる場合は、ロール状の支持体を繰り出してそ
の上にセルを構成した後、上記の方法で連続して封止層
を積層する事ができ、生産性の高い工程を造ることがで
きる。When a flexible material such as PET or PEN is used as the support substrate, a roll-shaped support is drawn out to form a cell thereon, and then the sealing layer is continuously laminated by the above method. And a highly productive process can be created.
【0093】発電効率を上げるため、モジュールの光取
り込み側の基板(一般的には強化ガラス)の表面には反
射防止処理が施される。これには、反射防止膜をラミネ
ートする方法、反射防止層をコーティングする方法があ
る。また、セルの表面をグルービングまたはテクスチャ
リング等の方法で処理することによって入射した光の利
用効率を高めることが可能である。In order to increase the power generation efficiency, the surface of the substrate (generally tempered glass) on the light intake side of the module is subjected to an antireflection treatment. This includes a method of laminating an antireflection film and a method of coating an antireflection layer. In addition, it is possible to increase the utilization efficiency of incident light by treating the surface of the cell with a method such as grooving or texturing.
【0094】発電効率を上げるためには、光を損失無く
モジュール内に取り込むことが最重要だが、光電変換層
を透過してその内側迄到達した光を反射させて光電変換
層側に効率良く戻すことも重要である。この為には、支
持基板面を鏡面研磨した後、AgやAl等を蒸着または
メッキする方法、セルの最下層にAl−MgまたはAl
−Tiなどの合金層を反射層として設ける方法、あるい
は、アニール処理によって最下層にテクスチャー構造を
作り反射率を高める方法等がある。In order to increase the power generation efficiency, it is most important that the light is introduced into the module without loss. It is also important. For this purpose, a support substrate surface is mirror-polished, and then Ag or Al is deposited or plated. Al-Mg or Al is added to the lowermost layer of the cell.
There is a method of providing an alloy layer of -Ti or the like as a reflective layer, or a method of forming a texture structure in the lowermost layer by annealing to increase the reflectance.
【0095】発電効率を上げる為には、セル間接続抵抗
を小さくすることが、内部電圧降下を抑える意味で重要
である。ワイヤーボンディングや導電性のフレキシブル
シートで接続するのが一般的だが、導電性粘着テープや
導電性接着剤を使ってセルの固定機能と電気的な接続機
能を兼ねる方法、導電性ホットメルトを所望の位置にパ
ターン塗布する方法等がある。In order to increase the power generation efficiency, it is important to reduce the connection resistance between cells in order to suppress the internal voltage drop. It is common to connect with wire bonding or conductive flexible sheet. There is a method of applying a pattern to a position.
【0096】ポリマーフィルムなどのフレキシブル支持
体を使った太陽電池では、ロール状の支持体を送り出し
ながら半導体の塗設の説明で示した方法によって、順
次、セルを形成・所望のサイズに切断した後、周縁部を
フレキシブルで防湿性の有る素材でシールして、電池本
体を作製できる。また、Solar Energy Materials and S
olar Cells, 48, p383-391記載の「SCAF」とよばれ
るモジュール構造とすることもできる。フレキシブル支
持体の太陽電池では、更にこれを曲面ガラス等に接着固
定して使用することもできる。In the case of a solar cell using a flexible support such as a polymer film, cells are sequentially formed and cut into a desired size by the method described in the description of the application of the semiconductor while feeding the roll-shaped support. In addition, the periphery can be sealed with a flexible and moisture-proof material to produce a battery body. Also, Solar Energy Materials and S
A module structure called “SCAF” described in olar Cells, 48, p383-391 can also be used. In a solar cell having a flexible support, it can be further used by bonding it to a curved glass or the like.
【0097】[0097]
1.二酸化チタン分散液の調製 二酸化チタンSSP−Mを25g(堺化学社製、粒子径
15nm、アナターゼ)を1000mlの純水で洗浄
し、ろ過した。これを10回繰り返し、二酸化チタンA
を得た。内側をテフロンコーティングした内容積200
mlのステンレス製ベッセルに二酸化チタンA15g、水
45g、分散剤(アルドリッチ社製、Triton X
−100)1g、直径0.5mmのジルコニアビーズ(ニ
ッカトー社製)450gを入れ、サンドグラインダーミ
ル(アイメックス社製)を用いて1500rpmにて2
時間分散した。分散物からジルコニアビーズをろ過して
除いた。この場合の二酸化チタンの平均粒径は0.3μ
mであった。このときの粒径はMALVERN社製マス
ターサイザーにて測定したものである。二酸化チタンA
のイオウ、リン含量を蛍光X線分析装置で測定した。含
量はそれぞれ0.08、0.001wt%であった。ま
たX線回折装置(対陰極はCu)を用いて、2θ=2
5.2度付近(アナターゼ)、27.3度付近(ルチ
ル)のピーク強度比よりアナターゼ化率を求めた。二酸
化チタンAはアナターゼ化率100%であった。1. Preparation of Titanium Dioxide Dispersion 25 g of titanium dioxide SSP-M (manufactured by Sakai Chemical Co., particle size: 15 nm, anatase) was washed with 1000 ml of pure water and filtered. This is repeated 10 times, and titanium dioxide A
I got Teflon-coated inner volume 200
15 g of titanium dioxide A, 45 g of water, and a dispersant (Triton X, manufactured by Aldrich) in a ml stainless steel vessel.
-100) 1 g and 450 g of zirconia beads (manufactured by Nikkato Corporation) having a diameter of 0.5 mm are put in the container, and the mixture is mixed at 1500 rpm using a sand grinder mill (manufactured by Imex Corporation).
Time dispersed. The zirconia beads were removed by filtration from the dispersion. The average particle size of titanium dioxide in this case is 0.3μ
m. The particle size at this time was measured with a master sizer manufactured by MALVERN. Titanium dioxide A
Was measured with a fluorescent X-ray analyzer. The contents were 0.08 and 0.001 wt%, respectively. Also, using an X-ray diffractometer (the counter cathode is Cu), 2θ = 2
The anatase conversion was determined from the peak intensity ratio around 5.2 degrees (anatase) and around 27.3 degrees (rutile). Titanium dioxide A had an anatase conversion of 100%.
【0098】2.色素を吸着したTiO2 電極の作製 フッ素をドープした酸化スズをコーティングした導電性
ガラス(日本板硝子製TCOガラス、サイズ25mm×1
00mm)の導電面側にクリアランス150μmのアプリ
ケーターを用いて上記の分散液を塗布した。塗布後室温
で1時間風乾した後、電気炉(ヤマト科学製マッフル炉
FP−32型)で450℃にて30分間焼成し、TiO
2 電極を得た。この電極を取り出し冷却した後、色素化
合物S−30と色素化合物S−32を共にDMSO/エ
タノール(体積比2.5/97.5、コール酸40mM
を添加)に溶かした溶液(いずれの色素も3×10-4モ
ル/リットル)に15時間浸漬した。色素の染着したT
iO2 電極を4−tert−ブチルピリジンに15分間浸漬
した後、エタノールで洗浄し自然乾燥させた。このよう
にして得られる感光層の厚さは10μmであり、半導体
微粒子の塗布量は20g/m2とした。なお、導電性ガラス
の表面抵抗は10Ω/cm2であった。2. Preparation of TiO 2 electrode adsorbing dyes Conductive glass coated with fluorine-doped tin oxide (TCO glass manufactured by Nippon Sheet Glass, size 25 mm × 1
(00 mm) was applied to the conductive surface side using an applicator having a clearance of 150 μm. After air-drying at room temperature for 1 hour after coating, the mixture was baked at 450 ° C. for 30 minutes in an electric furnace (muffle furnace FP-32 manufactured by Yamato Scientific Co., Ltd.), and TiO 2 was used.
Two electrodes were obtained. After taking out the electrode and cooling, both the dye compound S-30 and the dye compound S-32 were mixed in DMSO / ethanol (volume ratio 2.5 / 97.5, cholic acid 40 mM).
) Was immersed for 15 hours in a solution (3 × 10 −4 mol / l for each dye). T dyed with dye
After iO 2 electrode was dipped 4-tert-butylpyridine for 15 minutes, washed with ethanol and air-dried. The thickness of the photosensitive layer thus obtained was 10 μm, and the coating amount of the semiconductor fine particles was 20 g / m 2 . The surface resistance of the conductive glass was 10Ω / cm 2 .
【0099】3.光電気化学電池作製 上述のようにして作製した色増感されたTiO2 電極基
板(2cm×2cm)をこれと同じ大きさの白金蒸着ガラス
と重ね合わせた)。次に、両ガラスの隙間に毛細管現象
を利用して電解液(1-メチル-3-ヘキシルイミダゾリウ
ムのヨウ素塩0.65mol/リットル、ヨウ素0.0
5mol/リットルを含有したメトキシプロピオニトリ
ル溶液)をしみこませ、TiO2 電極中に導入し、光電
気化学電池を得た。本実施例により、図1に示したとお
り、導電性ガラス1(ガラス上に導電剤層2が設層され
たもの)、TiO2 層3、色素層4、電解液5、白金層
6およびガラス7を順に積層しエポキシ系封止剤で封止
された光電気化学電池E−1が作製された。3. Preparation of Photoelectrochemical Cell The color-sensitized TiO 2 electrode substrate (2 cm × 2 cm) prepared as described above was overlaid with platinum-evaporated glass of the same size. Next, an electrolytic solution (1-methyl-3-hexylimidazolium iodine salt 0.65 mol / l, iodine 0.0
A methoxypropionitrile solution containing 5 mol / l) was impregnated and introduced into a TiO 2 electrode to obtain a photoelectrochemical cell. According to the present embodiment, as shown in FIG. 1, conductive glass 1 (having a conductive agent layer 2 provided on glass), TiO 2 layer 3, dye layer 4, electrolytic solution 5, platinum layer 6, and glass 7 were laminated in order, and a photoelectrochemical cell E-1 sealed with an epoxy-based sealing agent was produced.
【0100】4.光電変換波長と光電変換効率の測定 本発明の光電変換素子の光電変換効率は次のようにして
測定した。500Wのキセノンランプ(ウシオ製)の光
を分光フィルター(Oriel社製AM1.5)およびシ
ャープカットフィルター(KenkoL−42)を通す
ことにより紫外線を含まない模擬太陽光を発生させた。
この光の強度は86mW/cm2であった。作製した光電気化
学電池に模擬太陽光を照射し、発生した電気を電流電圧
測定装置(ケースレーSMU238型)にて測定した。こ
れにより求められた光電気化学電池の変換効率(η)を
表1に記載した。4. Measurement of photoelectric conversion wavelength and photoelectric conversion efficiency The photoelectric conversion efficiency of the photoelectric conversion element of the present invention was measured as follows. Simulated sunlight containing no ultraviolet light was generated by passing light of a 500 W xenon lamp (made by Ushio) through a spectral filter (AM1.5 made by Oriel) and a sharp cut filter (Kenko L-42).
The intensity of this light was 86 mW / cm 2 . The produced photoelectrochemical cell was irradiated with simulated sunlight, and the generated electricity was measured with a current / voltage measuring device (Keithley SMU238). Table 1 shows the conversion efficiency (η) of the photoelectrochemical cell thus obtained.
【0101】〔比較例1、2〕下記に示す二酸化チタン
B、Cを用いた以外は実施例1と同様にして色素を組み
合わせ、比較用光電気化学電池RE−1およびRE−2
を作製した。変換効率(η)を表1に記載した。 二酸化チタンB 一次粒径15nmの硫酸チタニア法二酸
化チタン 二酸化チタンC 一次粒径60nmの硫酸チタニア法二酸
化チタンComparative Examples 1 and 2 Dyes were combined in the same manner as in Example 1 except that titanium dioxides B and C shown below were used, and comparative photoelectrochemical cells RE-1 and RE-2 were used.
Was prepared. The conversion efficiency (η) is shown in Table 1. Titanium dioxide B Titania sulfate titanium dioxide with a primary particle size of 15 nm Titanium dioxide C Titanium sulfate titanium dioxide with a primary particle size of 60 nm
【0102】[0102]
【表1】 [Table 1]
【0103】本発明の二酸化チタンAを用いた電気化学
電池E−1は、比較例の二酸化チタンB、Cを用いた電
池より変換効率が高く好ましかった。The electrochemical cell E-1 using the titanium dioxide A of the present invention had a higher conversion efficiency than the cells using the titanium dioxides B and C of the comparative example, and was preferred.
【0104】〔実施例2および比較例3、4〕色素化合
物S−31とS−34を用いた以外は実施例1および比
較例1、2と同様にそれぞれ光電気化学電池E−2、R
E−3、RE−4を作製し、同様にして変換効率を求め
た結果を表2に示した。Example 2 and Comparative Examples 3 and 4 Photoelectrochemical cells E-2 and R were respectively used in the same manner as in Example 1 and Comparative Examples 1 and 2, except that the dye compounds S-31 and S-34 were used.
E-3 and RE-4 were prepared, and the conversion efficiency was similarly obtained. The results are shown in Table 2.
【0105】[0105]
【表2】 [Table 2]
【0106】本発明の二酸化チタンAを用いた光電気化
学電池E−2は、比較例の二酸化チタンB、Cを用いた
電池より変換効率が高く好ましかった。The photoelectrochemical cell E-2 using the titanium dioxide A of the present invention had a higher conversion efficiency than the cells using the titanium dioxides B and C of the comparative example, and was preferred.
【0107】〔実施例3、4〕二酸化チタンAを750
℃2時間焼成し二酸化チタンDを、850℃2時間焼成
し二酸化チタンEをそれぞれ得た。両者のイオウおよび
リンの含有量は焼成前と有意差がなかった。これら二酸
化チタンDおよびEをそれぞれ用いた以外は実施例1と
同様の操作で光電気化学電池E−3およびE−4を作製
した。実施例1と同様にして求めた変換効率を表3に示
す。[Examples 3 and 4] Titanium dioxide A was added to 750
C. for 2 hours to obtain titanium dioxide D, and 850.degree. C. for 2 hours to obtain titanium dioxide E. The contents of sulfur and phosphorus in both were not significantly different from those before firing. Photoelectrochemical cells E-3 and E-4 were produced in the same manner as in Example 1 except that these titanium dioxides D and E were used, respectively. Table 3 shows the conversion efficiencies obtained in the same manner as in Example 1.
【0108】[0108]
【表3】 [Table 3]
【0109】アナターゼ率が83%の二酸化チタンDを
用いた光電気化学電池E−3は、変換効率が高く好まし
いが、二酸化チタンEを用いた電池E−4は表1および
2の比較例の電池よりは高い変換効率を示すが、不十分
であり、アナターゼ化率が高いほど変換効率が高いこと
がわかった。A photoelectrochemical cell E-3 using titanium dioxide D having an anatase rate of 83% has a high conversion efficiency and is preferable. Although the conversion efficiency was higher than that of the battery, it was insufficient, and it was found that the conversion efficiency was higher as the anatase conversion was higher.
【0110】[0110]
【発明の効果】本発明により、光電変換効率の優れた光
電変換素子および光電気化学電池が得られた。According to the present invention, a photoelectric conversion element and a photoelectrochemical cell having excellent photoelectric conversion efficiency can be obtained.
【図1】実施例で作成した光電気化学電池の構成を示す
断面図である。FIG. 1 is a cross-sectional view illustrating a configuration of a photoelectrochemical cell prepared in an example.
【図2】光電気化学電池の基本的な構成例を示す断面図
である。FIG. 2 is a cross-sectional view showing a basic configuration example of a photoelectrochemical cell.
【図3】光電気化学電池の基本的な構成例を示す断面図
である。FIG. 3 is a cross-sectional view illustrating a basic configuration example of a photoelectrochemical cell.
【図4】基板一体型のモジュール構成例を示す断面図で
ある。FIG. 4 is a cross-sectional view showing an example of a module configuration of a substrate integrated type.
1 導電性ガラス 2 導電剤層 3 TiO2 層 4 色素層 5 電解液 6 白金層 7 ガラス 8 金属層 9 金属リード 10 色素吸着TiO2 層 11 電荷移動層 12 透明導電層 13 透明基板 14 下塗り層 15 支持基板 16 固体の電荷移動層 17 反射防止層REFERENCE SIGNS LIST 1 conductive glass 2 conductive agent layer 3 TiO 2 layer 4 dye layer 5 electrolytic solution 6 platinum layer 7 glass 8 metal layer 9 metal lead 10 dye-adsorbed TiO 2 layer 11 charge transfer layer 12 transparent conductive layer 13 transparent substrate 14 undercoat layer 15 Support substrate 16 Solid charge transfer layer 17 Antireflection layer
Claims (4)
設された色素を吸着した半導体微粒子含有層、電荷移動
層および対極を有する色素増感された光電変換素子にお
いて、該半導体微粒子がイオウを0.0001wt%以
上0.3wt%以下含有し、かつ、リンを0.0000
1wt%以上0.01wt%以下含有することを特徴と
する光電変換素子。1. A dye-sensitized photoelectric conversion element having a conductive support, a layer containing semiconductor fine particles adsorbed with a dye, a charge transfer layer, and a counter electrode coated on the conductive support, wherein the semiconductor fine particles are used. Contains 0.0001% to 0.3% by weight of sulfur and 0.00000% of phosphorus.
A photoelectric conversion element containing 1 wt% or more and 0.01 wt% or less.
または酸化ニオブである請求項1の光電変換素子。2. The method according to claim 1, wherein the semiconductor fine particles are titanium oxide and / or titanium oxide.
2. The photoelectric conversion element according to claim 1, which is niobium oxide.
かつ、そのアナターゼ含率が80%以上100%以下で
ある請求項1の光電変換素子。3. The semiconductor fine particles are titanium oxide,
2. The photoelectric conversion device according to claim 1, wherein the anatase content is 80% or more and 100% or less.
を用いた光電気化学電池。4. A photoelectrochemical cell using the photoelectric conversion element according to claim 1.
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