JP5096700B2 - Photoelectric conversion element - Google Patents

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Description

本発明は、導電性透明基板上の光電極としての色素担持多孔質半導体層,電荷輸送層,対電極,及び基板からなる光電変換素子に関する。   The present invention relates to a photoelectric conversion element comprising a dye-carrying porous semiconductor layer as a photoelectrode on a conductive transparent substrate, a charge transport layer, a counter electrode, and a substrate.

太陽電池に代表される光電変換素子は、クリーンなエネルギー源として期待されており、シリコン系のpn接合型太陽電池が既に実用化されている。しかしながら、シリコン系の太陽電池は、高純度材料を原料としたり、製造の際に1000[℃]程度の高温プロセスや真空プロセス等の高エネルギープロセスを必要としたりすることから、製造コストを低減することが大きな課題となっている。   A photoelectric conversion element typified by a solar cell is expected as a clean energy source, and a silicon-based pn junction solar cell has already been put into practical use. However, silicon-based solar cells use high-purity materials as raw materials or require high-energy processes such as a high-temperature process of about 1000 [° C.] or a vacuum process during manufacturing, thereby reducing manufacturing costs. This is a big issue.

このような背景から、近年、高純度材料や高エネルギープロセスを必要としない、固液界面に生じる電位勾配を利用して電荷分離を行う湿式太陽電池が注目を集めている。特に、半導体電極の表面に光を吸収する増感色素を吸着させ、半導体電極のバンドギャップ幅よりも長波長の可視光を増感色素で吸収させることにより変換効率の向上を狙った、いわゆる色素増感型の光電変換素子に関する研究が盛んに行われている(特許文献1,2及び非特許文献1参照)。
特許2664194号公報 特開2005−93313号公報 2002年電気化学学会秋期大会講演要旨集第141頁,2E27
Against this background, in recent years, wet solar cells, which do not require high-purity materials or high-energy processes and perform charge separation using a potential gradient generated at a solid-liquid interface, have attracted attention. In particular, a so-called dye that aims to improve conversion efficiency by adsorbing a sensitizing dye that absorbs light on the surface of the semiconductor electrode and absorbing visible light having a wavelength longer than the band gap width of the semiconductor electrode with the sensitizing dye. Research on sensitized photoelectric conversion elements has been actively conducted (see Patent Documents 1 and 2 and Non-Patent Document 1).
Japanese Patent No. 2664194 JP 2005-93313 A Abstracts of Annual Meeting of the Electrochemical Society of Japan 2002, 141, 2E27

しかしながら、従来の色素増感型の光電変換素子の変換効率は1%程度とシリコン系の太陽電池と比較すると低いことから、変換効率の向上が急務となっている。   However, since the conversion efficiency of a conventional dye-sensitized photoelectric conversion element is about 1%, which is lower than that of a silicon-based solar cell, it is an urgent need to improve the conversion efficiency.

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、その目的は、変換効率を向上可能な光電変換素子を提供することにある。   The present invention has been made to solve the above problems, and an object thereof is to provide a photoelectric conversion element capable of improving the conversion efficiency.

本願発明の発明者らは、精力的な研究を重ねてきた結果、ヨウ素イオンを含む電荷輸送層を有する光電変換素子において、電荷輸送層に、有機溶媒又はイオン性液体と、シアノエチル化された糖類とを共に含有させることにより、変換効率、特に開放電圧値,短絡電流値,形状因子が向上することを知見した。   As a result of intensive research, the inventors of the present invention have, as a result, in a photoelectric conversion element having a charge transport layer containing iodine ions, an organic solvent or an ionic liquid and a cyanoethylated saccharide in the charge transport layer. It has been found that the conversion efficiency, particularly the open-circuit voltage value, the short-circuit current value, and the shape factor are improved by the inclusion of both.

開放電圧値の向上に関しては、シアノエチル化アミロース等の糖類が電解液中に存在する場合、ヨウ素イオンI3−が糖類の螺旋構造中に捕捉され、半導体中の電子の逆電子移動先である半導体電極近傍の電解液中のヨウ素イオン濃度が見かけ上低下することによって、開放電圧が向上することが考えられる。 Regarding the improvement of the open circuit voltage value, when a saccharide such as cyanoethylated amylose is present in the electrolyte, the iodine ion I 3− is trapped in the helical structure of the saccharide, and the semiconductor that is the reverse electron transfer destination of the electron in the semiconductor It is conceivable that the open-circuit voltage is improved by apparently lowering the iodine ion concentration in the electrolyte solution in the vicinity of the electrode.

短絡電流値の向上に関しては、糖類の添加によって電解質の誘電率等の物性が変化し、光照射時の光電荷分離に有効に作用することによって、電流値が向上する可能性が考えられる。また、多糖類等の糖類高分子で電解質を増粘させる場合であっても、ゲル化させる程度の添加量であれば、電解質の電荷移動に影響しない程度の糖類のネットワーク構築にとどまるので、電荷輸送層の電荷輸送効率を低下させることはない。つまり、糖類のゲル化による増粘が短絡電流値の低下を引き起こすことはない。   Regarding the improvement of the short-circuit current value, the addition of saccharides may change the physical properties such as the dielectric constant of the electrolyte, and the current value may be improved by effectively acting on the photocharge separation during light irradiation. Even if the electrolyte is thickened with a saccharide polymer such as a polysaccharide, the amount of gel added will not affect the charge transfer of the electrolyte, so long as the amount of gel is added. The charge transport efficiency of the transport layer is not reduced. That is, thickening due to saccharide gelation does not cause a decrease in the short-circuit current value.

形状因子向上に関しては、電荷輸送層中で糖類がヨウ素イオンI3−を捕捉している場合、糖類が螺旋構造をとって直線状にヨウ素イオンI3−を並べることが考えられる。この作用により、ヨウ素イオンI3−間の電荷のホッピング等が起こり、電荷輸送層の抵抗成分の減少による素子の直流抵抗成分減少が考えられ、それが形状因子向上に作用することが考えられる。 Regarding the improvement of the shape factor, when the saccharide captures the iodine ion I 3- in the charge transport layer, it is considered that the saccharide takes a helical structure and arranges the iodine ion I 3- in a linear shape. This action causes charge hopping between the iodine ions I 3- and the like, and a decrease in the direct current resistance component of the element due to a decrease in the resistance component of the charge transport layer can be considered, which may contribute to an improvement in the shape factor.

なお、有機溶媒は、アセトニトリル、メトキシアセトニトリル、3−メトキシプロピオニトリル、及びγ−ブチロラクトンのいずれかを含むことが望ましい。また、電荷輸送層中におけるアミロース、アミロペクチン、及びデキストリンの含有量は1[wt%]以上50[wt%]以下の範囲内にあることが望ましい。   The organic solvent desirably contains any one of acetonitrile, methoxyacetonitrile, 3-methoxypropionitrile, and γ-butyrolactone. The content of amylose, amylopectin, and dextrin in the charge transport layer is preferably in the range of 1 [wt%] to 50 [wt%].

以下、図面を参照して、本発明の実施形態となる光電変換素子の製造方法について説明する。   Hereinafter, with reference to drawings, the manufacturing method of the photoelectric conversion element used as embodiment of this invention is demonstrated.

本発明の実施形態となる光電変換素子1は、図1に示すように、基板2(第1の基板)と基板3(第2の基板)により電荷輸送層4を挟持した構成を有し、電荷輸送層4の外周部は封止材により封止されている。基板2は、基材6と、基材6の表面上に形成された電極層7(第1の電極)と、電極層7の表面上に形成された多孔質の半導体層8とを有し、半導体層8側において基板3と対向している。また基板3は、基材9と、基材9表面上に形成された電極層10(第2の電極,対電極)とを有し、電極層10側において基板2と対向している。   As shown in FIG. 1, a photoelectric conversion element 1 according to an embodiment of the present invention has a configuration in which a charge transport layer 4 is sandwiched between a substrate 2 (first substrate) and a substrate 3 (second substrate). The outer periphery of the charge transport layer 4 is sealed with a sealing material. The substrate 2 includes a base material 6, an electrode layer 7 (first electrode) formed on the surface of the base material 6, and a porous semiconductor layer 8 formed on the surface of the electrode layer 7. The semiconductor layer 8 faces the substrate 3. The substrate 3 has a base material 9 and an electrode layer 10 (second electrode, counter electrode) formed on the surface of the base material 9 and faces the substrate 2 on the electrode layer 10 side.

電荷輸送層4は、有機溶媒又はイオン性液体を主な媒体とするヨウ素系電解質溶液により形成され、ヨウ素系電解質溶液には後述する変性したアミロース,アミロペクチン,及びデキストリンのうちの少なくとも一つが含有されている。アミロース,アミロペクチン,及びデキストリンはデンプンの構成成分であり、デンプンはヨウ素と反応して呈色する、いわゆるヨウ素−デンプン反応を引き起こす。この反応は、分子レベルではデンプンを構成するアミロースとヨウ素原子の相互作用に起因し、構造の詳細やヨウ素とアミロースの相互作用に関してはいまだ不明な点が残されているものの、アミロースが形成する螺旋構造の内部にヨウ素原子が一列に取り込まれることに起因することが知られている。以上の観点から、色素増感型の太陽電池の電荷輸送層には、糖類と酸化還元種との相互作用が変換効率の向上に寄与するのであれば、酸化還元種としてヨウ素が含まれることが望ましい。   The charge transport layer 4 is formed of an iodine-based electrolyte solution containing an organic solvent or an ionic liquid as a main medium, and the iodine-based electrolyte solution contains at least one of modified amylose, amylopectin, and dextrin, which will be described later. ing. Amylose, amylopectin, and dextrin are constituents of starch, and starch reacts with iodine to cause a so-called iodine-starch reaction. This reaction is due to the interaction between starch and amylose and iodine atoms at the molecular level, and the details of the structure and the interaction between iodine and amylose remain unclear, but the spiral formed by amylose. It is known that iodine atoms are taken in one row inside the structure. From the above viewpoint, the charge transport layer of the dye-sensitized solar cell may contain iodine as the redox species if the interaction between the saccharide and the redox species contributes to the improvement of the conversion efficiency. desirable.

ヨウ素が含まれるヨウ素化合物としては、ヨウ化リチウム,ヨウ化カリウム等の金属ヨウ化物等を用いてもよいが、テトラプロピルアンモニウムヨージド等に代表されるテトラアルキルアンモニウムヨージド,エチルトリプロピルアンモニウムヨージドやジエチルジブチルアンモニウムヨージド等の非対称なアルキルアンモニウムヨージド,ピリジニウムヨージド等のヨウ化4級アンモニウム塩化合物,ジメチルプロピルイミダゾリウムヨージド等のヨウ化イミダゾリウム化合物等を用いることが特に好ましい。また添加されるヨウ化物の量は任意であるが0.01〜1[M]の範囲内とすることが望ましい。また、添加されるヨウ素の量は任意であるが、0.1[M]以下とすることが望ましい。ヨウ素量の下限値は特に指定はないが、光学的に定量可能な下限値として0.1[nM]程度が妥当である。   As iodine compounds containing iodine, metal iodides such as lithium iodide and potassium iodide may be used. Tetraalkylammonium iodide, ethyltripropylammonium iodide represented by tetrapropylammonium iodide and the like may be used. It is particularly preferable to use asymmetric alkylammonium iodides such as dimethyl and diethyldibutylammonium iodide, quaternary ammonium iodide compounds such as pyridinium iodide, and imidazolium iodide compounds such as dimethylpropylimidazolium iodide. The amount of iodide added is arbitrary, but is preferably in the range of 0.01 to 1 [M]. Moreover, although the quantity of the iodine added is arbitrary, it is desirable to set it as 0.1 [M] or less. The lower limit of the amount of iodine is not particularly specified, but about 0.1 [nM] is appropriate as the lower limit that can be optically quantified.

アミロースとヨウ素が相互作用する際、アミロースの構成単位であるグルコースが6ユニットでヨウ素を包接する。従って、デキストリンやシクロデキストリン等、比較的分子量が小さい糖類であっても、複数でヨウ素原子と相互作用する可能性が考えられるため、電荷輸送層4に加える糖類は、多糖類以外であってもよいし、重合量が10000を超える高分子であってもよい。重合量が多い場合、糖類はゲル化剤として機能し、有機溶剤の場合、電荷輸送層4は揮発しにくくなり、素子の耐久性を向上させることができる。また、電荷輸送層4にピリジン誘導体,イミダゾール誘導体等を添加してもよい。例えば、4-tert-ブチルピリジン,N-メチルベンゾイミダゾール等は、素子の開放電圧を向上させる点で有効である。   When amylose and iodine interact, 6 units of glucose, which is a constituent unit of amylose, includes iodine. Accordingly, even if the sugar has a relatively small molecular weight, such as dextrin and cyclodextrin, a plurality of sugars may interact with iodine atoms. Therefore, the sugar added to the charge transport layer 4 may be other than polysaccharides. Alternatively, a polymer having a polymerization amount exceeding 10,000 may be used. When the polymerization amount is large, the saccharide functions as a gelling agent, and in the case of an organic solvent, the charge transport layer 4 is less likely to volatilize and the durability of the device can be improved. Further, a pyridine derivative, an imidazole derivative, or the like may be added to the charge transport layer 4. For example, 4-tert-butylpyridine, N-methylbenzimidazole, etc. are effective in improving the open circuit voltage of the device.

また、電荷輸送層4には電解質を用いることもできる。この場合、電解質を溶解するために使用される溶媒は、酸化還元系構成物質を溶解してイオン伝導性に優れた化合物が好ましい。溶媒としては、水性溶媒及び有機溶媒のいずれも使用することができるが、酸化還元系構成物質をより安定化させるために、有機溶媒を用いることが望ましい。例えば、ジメチルカーボネート,ジエチルカーボネート,メチルエチルカーボネート,エチレンカーボネート,プロピレンカーボネート等のカーボネート化合物、酢酸メチル,プロピオン酸メチル,γ−ブチロラクトン等のエステル化合物、ジエチルエーテル,1,2−ジメトキシエタン,1,3−ジオキソシラン,テトラヒドロフラン,2−メチル−テトラヒドロフラン等のエーテル化合物、3−メチル−2−オキサゾジリノン,2−メチルピロリドン等の複素環化合物、アセトニトリル,メトキシアセトニトリル,プロピオニトリル等のニトリル化合物、スルフォラン,ジジメチルスルフォキシド,ジメチルホルムアミド等の非プロトン性極性化合物等を例示することができる。これらはそれぞれ単独で用いることもできるし、2種類以上を混合して併用することもできる。中でも、エチレンカーボネート,プロピレンカーボネート等のカーボネート化合物、γ−ブチロラクトン、3−メチル−2−オキサゾジリノン,2−メチルピロリドン等の複素環化合物、アセトニトリル,メトキシアセトニトリル,プロピオニトリル、3−メトキシプロピオニトリル,吉草酸ニトリル等のニトリル化合物が好ましい。   An electrolyte can also be used for the charge transport layer 4. In this case, the solvent used for dissolving the electrolyte is preferably a compound that dissolves the redox constituent and is excellent in ion conductivity. As the solvent, any of an aqueous solvent and an organic solvent can be used, but it is desirable to use an organic solvent in order to further stabilize the redox constituent. For example, carbonate compounds such as dimethyl carbonate, diethyl carbonate, methyl ethyl carbonate, ethylene carbonate and propylene carbonate, ester compounds such as methyl acetate, methyl propionate and γ-butyrolactone, diethyl ether, 1,2-dimethoxyethane, 1,3 -Ether compounds such as dioxosilane, tetrahydrofuran, 2-methyl-tetrahydrofuran, heterocyclic compounds such as 3-methyl-2-oxazodilinone, 2-methylpyrrolidone, nitrile compounds such as acetonitrile, methoxyacetonitrile, propionitrile, sulfolane, didimethyl Examples include aprotic polar compounds such as sulfoxide and dimethylformamide. These can be used alone or in combination of two or more. Among them, carbonate compounds such as ethylene carbonate and propylene carbonate, heterocyclic compounds such as γ-butyrolactone, 3-methyl-2-oxazodilinone and 2-methylpyrrolidone, acetonitrile, methoxyacetonitrile, propionitrile, 3-methoxypropionitrile, Nitrile compounds such as valeric nitrile are preferred.

また、電荷輸送層4にイオン性液体を用いることも不揮発性,難燃性等の観点から有効である。なおこの場合、公知のイオン性液体全般を用いることができるが、イミダゾリウム系,ピリジン系,脂環式アミン系,脂肪族アミン系,及びアゾニウムアミン系のイオン性液体や、文献(欧州特許第718288号公報、国際特許出願95/18456号公報、電気化学第65巻11号923頁(1997年)、J.Electrochem.Soc.143巻,10号,3099頁(1996年)、Inorg.Chem.35巻,1168頁(1996年))に記載されたイオン性液体を用いることが望ましい。   It is also effective to use an ionic liquid for the charge transport layer 4 from the viewpoints of non-volatility and flame retardancy. In this case, known ionic liquids in general can be used, but imidazolium-based, pyridine-based, alicyclic amine-based, aliphatic amine-based, and azonium amine-based ionic liquids, literature (European patents) No. 718288, International Patent Application No. 95/18456, Electrochemical Vol. 65, No. 11, 923 (1997), J. Electrochem. Soc. 143, 10, 3099 (1996), Inorg. Chem. .35, 1168 (1996)) is preferably used.

また、電荷輸送層4に電解質を用いる場合、ゲル化電解質又は高分子電解質を使用することもできる。ゲル化剤としては、ポリマー,ポリマー架橋反応等の手法を用いるゲル化剤,重合可能な多官能ポリマーによるゲル化剤,オイルゲル化剤等を例示することができる。ゲル化電解質及び高分子電解質としては、一般的に用いられているものを利用することができるが、ポリフッ化ビニリデン等のフッ化ビリニデン系重合体,ポリアクリル酸等のアクリル酸系重合体,ポリアクリロニトリル等のアクリロニトリル系重合体,ポリエチレンオキシド等のポリエーテル系重合体,構造中にアミド構造を有する化合物を用いることが好ましい。   Further, when an electrolyte is used for the charge transport layer 4, a gelled electrolyte or a polymer electrolyte can be used. Examples of the gelling agent include a gelling agent using a technique such as a polymer and a polymer crosslinking reaction, a gelling agent based on a polymerizable polyfunctional polymer, and an oil gelling agent. Commonly used gelling electrolytes and polymer electrolytes can be used, such as polyvinylidene fluoride polymers such as polyvinylidene fluoride, acrylic acid polymers such as polyacrylic acid, poly It is preferable to use an acrylonitrile polymer such as acrylonitrile, a polyether polymer such as polyethylene oxide, or a compound having an amide structure in the structure.

また、電荷輸送層4中の糖類又は糖類誘導体の量は1〜50[wt%]の範囲内にすることが好ましい。下限値は特に問わないが、1[wt%]以下では量が少なすぎるために糖類添加の効果が発現しにくい。逆に50[wt%]以上では過剰の添加になり、アミロペクチンの場合には、飽和溶解度の問題や電荷輸送層の増粘の問題から好ましくない。1〜50[wt%]の範囲内にあれば、糖類又は糖類誘導体の分子量,置換基を制御することにより、素子の変換効率のみならず所望の硬さのゲル化電荷輸送層を構築することができる。   Moreover, it is preferable to make the quantity of the saccharide | sugar or saccharide derivative in the electric charge transport layer 4 into the range of 1-50 [wt%]. The lower limit is not particularly limited, but if it is 1 [wt%] or less, the amount is too small, and the effect of adding saccharides is difficult to be exhibited. On the contrary, if it is 50 [wt%] or more, it is excessively added, and in the case of amylopectin, it is not preferable from the problem of saturation solubility and the problem of thickening of the charge transport layer. If it is in the range of 1 to 50 [wt%], by controlling the molecular weight and substituent of the saccharide or saccharide derivative, a gelled charge transport layer having not only the conversion efficiency of the device but also the desired hardness is constructed. Can do.

また、電荷輸送層4中に含まれるアミロース,アミロペクチン,又はデキストリンは有機溶媒又はイオン性液体に可溶に変性されている。可溶化たらしめる部位は構成単位であるグルコース骨格中に存在する3箇所の水酸基である。またその置換率は有機溶媒又はイオン性液体に対する溶解性を付与できる置換率であれば特に限定はないが、50[%]以上であれば置換基導入の効果がより得られやすいので有効である。また、有機溶媒やイオン性液体への溶解性の観点から置換基はシアノエチル基等のシアノアルキル基が好ましい。このシアノエチル化により、有機溶媒又はイオン性液体に溶解性を有するようになり、このような溶媒又は液体とシアノエチル化された糖類の組み合わせによって変換効率、特に開放電圧値,短絡電流値,及び形状因子が優れた光電変換素子となる。また以下の置換基のいずれかが存在していてもよい。   Further, amylose, amylopectin, or dextrin contained in the charge transport layer 4 is modified so as to be soluble in an organic solvent or an ionic liquid. The solubilized sites are the three hydroxyl groups present in the glucose skeleton, which is a structural unit. The substitution rate is not particularly limited as long as the substitution rate can provide solubility in an organic solvent or ionic liquid, but if it is 50% or more, it is effective because the effect of introducing substituents can be more easily obtained. . Further, from the viewpoint of solubility in an organic solvent or ionic liquid, the substituent is preferably a cyanoalkyl group such as a cyanoethyl group. This cyanoethylation makes it soluble in organic solvents or ionic liquids, and the conversion efficiency, particularly open-circuit voltage value, short-circuit current value, and form factor, by the combination of such solvent or liquid and cyanoethylated saccharides Becomes an excellent photoelectric conversion element. Any of the following substituents may be present.

すなわち、誘導体化するためにエーテル化,エステル化,架橋,グラフト化,酵素変性,酸化,酸処理等の処理が施されたヒドロキシプロピル化デンプン,カルボキシメチル化デンプン,酢酸デンプン,カチオンデンプン,オクテニルコハク酸デンプン,リン酸デンプン,リン酸ジデンプン,グリセロールジデンプン,グラフト化デンプン,有色デキストリン,マルトデキストリンが存在していもよい。また誘導化する場合、好ましい置換基としては、置換していても直鎖状でも分岐鎖状でもよいメチル,エチル,i-プロピル,ブチル,t-ブチル,オクチル,2−エチルヘキシル,2−メトキシエチル,ベンジル,トリフルオロメチル,シアノメチル,エトキシカルボニルメチル,プロポキシエチル,3−(1−オクチルピリジニウム−4−イル)プロピル,3−(1−ブチル−3−メチルピリジニウム−4−イル)プロピル等のアルキル基、置換していても直鎖状でも分岐鎖状でもよいビニルやアリル等のアルケニル基、置換していても縮環していてもよいフェニル,4−メチルフェニル,3−シアノフェニル,2−クロロフェニル,2−ナフチル等のアリール基、置換していても縮環していてもよい4−ピリジル,2−ピリジル,1−オクチルピリジニウム−4−イル,2−ピリミジル,2−イミダゾリル,2−チアゾリル等の複素環基、含窒素複素環基、窒素が4級化している窒素複素環基、メトキシ,エトキシ,ブトキシ,オクチルオキシ等のアルコキシ基、アセチルオキシ,ベンゾイルオキシ等のアシルオキシ基、メトキシカルボニルやエトキシカルボニル等のアルコキシカルボニル基、シアノ基、塩素や臭素等のハロゲンが好ましく、より好ましくは、アルキル基,アルケニル基,アルコキシカルボニル基,シアノ基,シアノアルキル基,ハロゲンである。またさらに好ましくは、アルキル基,アルケニル基,アルコキシカルボニル基,シアノ基,シアノアルキル基であり、最も好ましくはシアノアルキル基である。   That is, hydroxypropylated starch, carboxymethylated starch, acetate starch, cationic starch, octenyl succinic acid that has been subjected to etherification, esterification, crosslinking, grafting, enzyme modification, oxidation, acid treatment, etc. for derivatization Starch, phosphate starch, phosphate distarch, glycerol distarch, grafted starch, colored dextrin, maltodextrin may be present. In the case of derivatization, preferred substituents include methyl, ethyl, i-propyl, butyl, t-butyl, octyl, 2-ethylhexyl, 2-methoxyethyl which may be substituted, linear or branched. , Benzyl, trifluoromethyl, cyanomethyl, ethoxycarbonylmethyl, propoxyethyl, 3- (1-octylpyridinium-4-yl) propyl, alkyl such as 3- (1-butyl-3-methylpyridinium-4-yl) propyl Groups, alkenyl groups such as vinyl and allyl, which may be substituted or linear or branched, phenyl, 4-methylphenyl, 3-cyanophenyl, 2- Aryl groups such as chlorophenyl and 2-naphthyl, 4-pyridyl, 2-pyridyl, 1-octyl which may be substituted or condensed Heterocyclic groups such as rupyridinium-4-yl, 2-pyrimidyl, 2-imidazolyl, 2-thiazolyl, nitrogen-containing heterocyclic groups, nitrogen heterocyclic groups in which nitrogen is quaternized, methoxy, ethoxy, butoxy, octyloxy Preferred are alkoxy groups such as acetyloxy and benzoyloxy, alkoxycarbonyl groups such as methoxycarbonyl and ethoxycarbonyl, cyano groups, halogens such as chlorine and bromine, more preferably alkyl groups, alkenyl groups and alkoxycarbonyl. Group, cyano group, cyanoalkyl group and halogen. Still more preferred are an alkyl group, an alkenyl group, an alkoxycarbonyl group, a cyano group, and a cyanoalkyl group, and most preferred is a cyanoalkyl group.

基材6の材質としてはガラスやフィルムが使用されるが、可撓性のあるフィルムを使用した方が半導体層8に圧力を掛けやすいので好ましい。また、基材6は光入射基板として機能するので透明であることが好ましい。透明なフィルムとしては、再生セルロースフィルム,ジアセテートセルロースフィルム,トリアセテートセルロースフィルム,テトラアセチルセルロースフィルム,ポリエチレンフィルム,ポリプロピレンフィルム,ポリ塩化ビニルフィルム,ポリ塩化ビニリデンフィルム,ポリビニルアルコールフィルム,ポリエチレンテレフタレートフィルム,ポリカーボネートフィルム,ポリエチレンナフタレートフィルム,ポリエーテルサルフォンフィルム,ポリエーテルケトンフィルム,ポリスルフォンフィルム,ポリエーテルイミドフィルム,ポリイミドフィルム,ポリアリレートフィルム,シクロオレフィンポリマーフィルム,ノルボルネン樹脂フィルム,ポリスチレンフィルム,塩酸ゴムフィルム,ナイロンフィルム,ポリアクリレートフィルム,ポリフッ化ビニルフィルム,ポリ四フッ化エチレンフィルム等を例示することができる。中でも、ポリエチレンテレフタレートフィルム,ポリエチレンナフタレートフィルム,ポリエーテルサルフォンフィルム,ポリイミドフィルム,ポリアリレートフィルム,シクロオレフィンポリマーフィルム,ノルボルネン樹脂フィルムは強靱性、且つ、耐熱性に優れているので好ましい。また基材9を光入射基板として機能させるのであれば、基材6のフィルムとしてニッケル,亜鉛,チタン等の金属箔を使用することができる。可撓性フィルムを基材6として用いた場合、圧力を加えることで半導体層8を形成することができる。加圧の際に用いるプレスの種類については、平板プレスやロールプレス等、特に限定されることはないが、導電フィルムを基材6に用いた場合には、ロールプレスはロール・トゥ・ロールで連続生産できるので好ましい。   Glass or film is used as the material of the substrate 6, but it is preferable to use a flexible film because it is easy to apply pressure to the semiconductor layer 8. Moreover, since the base material 6 functions as a light-incidence board | substrate, it is preferable that it is transparent. Transparent films include recycled cellulose film, diacetate cellulose film, triacetate cellulose film, tetraacetyl cellulose film, polyethylene film, polypropylene film, polyvinyl chloride film, polyvinylidene chloride film, polyvinyl alcohol film, polyethylene terephthalate film, polycarbonate film , Polyethylene naphthalate film, polyethersulfone film, polyetherketone film, polysulfone film, polyetherimide film, polyimide film, polyarylate film, cycloolefin polymer film, norbornene resin film, polystyrene film, hydrochloric acid rubber film, nylon Film, polyacrylate film Arm, polyvinyl fluoride film, polytetrafluoroethylene film, and the like can be exemplified. Among these, a polyethylene terephthalate film, a polyethylene naphthalate film, a polyether sulfone film, a polyimide film, a polyarylate film, a cycloolefin polymer film, and a norbornene resin film are preferable because they are tough and have excellent heat resistance. Moreover, if the base material 9 is made to function as a light-incidence board | substrate, metal foil, such as nickel, zinc, titanium, can be used as a film of the base material 6. FIG. When a flexible film is used as the substrate 6, the semiconductor layer 8 can be formed by applying pressure. The type of press used at the time of pressurization is not particularly limited, such as a flat plate press or a roll press, but when a conductive film is used for the substrate 6, the roll press is a roll-to-roll. This is preferable because continuous production is possible.

電極層7の表面抵抗は、低い程よく、好ましくは200[Ω/□]以下、より好ましくは50[Ω/□]以下である。下限は特に制限しないが通常0.1[Ω/□]である。電極層7の光透過率は、高い程よく、好ましくは50[%]以上、より好ましくは80[%]以上である。電極層7の膜厚は0.1〜10[μm]の範囲内にあることが望ましい。この範囲内であれば、均一な膜厚の電極膜を形成することができると共に、光透過性が低下せず、十分な光を半導体層8に入射させることができる。電極層7が透明である場合、光は増感色素が担持された半導体層8が被着される側の電極層7から入射させることが好ましい。   The surface resistance of the electrode layer 7 is preferably as low as possible, preferably 200 [Ω / □] or less, more preferably 50 [Ω / □] or less. The lower limit is not particularly limited, but is usually 0.1 [Ω / □]. The light transmittance of the electrode layer 7 is preferably as high as possible, preferably 50 [%] or more, more preferably 80 [%] or more. The film thickness of the electrode layer 7 is preferably in the range of 0.1 to 10 [μm]. Within this range, an electrode film having a uniform thickness can be formed, and light transmittance is not lowered, and sufficient light can be incident on the semiconductor layer 8. When the electrode layer 7 is transparent, light is preferably incident from the electrode layer 7 on the side where the semiconductor layer 8 carrying the sensitizing dye is deposited.

半導体層8を構成する半導体粒子の粒径は、5〜1000[nm]、より好ましくは10〜100[nm]の範囲内にあることが望ましい。この範囲内であれば、半導体層8の細孔径が適切な孔径になり、半導体層8の中に電解質が十分に浸透して優れた光電変換特性を得ることができる。また、半導体層8の膜厚は、0.1〜100[μm]、より好ましくは1〜50[μm]、特に好ましくは5〜30[μm]、最も好ましくは10〜20[μm]の範囲内にあることが望ましい。この範囲内であれば、十分な光電変換効果が得られ、また可視光及び近赤外光に対する透過性が悪化することがない。半導体層8は、ドクターブレードやバーコータ等を用いる塗布方法,スプレー法,ディップコーティング法,スクリーン印刷法,スピンコート法等の公知の方法を用いて半導体粒子とバインダーの混合溶液を電極層7の表面に塗布した後、基材6がガラス基板であれば500[℃]前後で加熱焼成し、基材6がフィルム基板であればプレス機で圧力を加えることにより形成することができる。   The particle size of the semiconductor particles constituting the semiconductor layer 8 is desirably in the range of 5 to 1000 [nm], more preferably 10 to 100 [nm]. Within this range, the pore size of the semiconductor layer 8 becomes an appropriate pore size, and the electrolyte sufficiently penetrates into the semiconductor layer 8 to obtain excellent photoelectric conversion characteristics. The film thickness of the semiconductor layer 8 is in the range of 0.1 to 100 [μm], more preferably 1 to 50 [μm], particularly preferably 5 to 30 [μm], and most preferably 10 to 20 [μm]. It is desirable to be within. Within this range, a sufficient photoelectric conversion effect can be obtained, and the transmittance for visible light and near-infrared light does not deteriorate. The semiconductor layer 8 is formed by applying a mixed solution of semiconductor particles and a binder to the surface of the electrode layer 7 using a known method such as a coating method using a doctor blade or a bar coater, a spray method, a dip coating method, a screen printing method, or a spin coating method. If the base material 6 is a glass substrate, it is fired at around 500 [° C.], and if the base material 6 is a film substrate, it can be formed by applying pressure with a press.

半導体材料としては、Cd,Zn,In,Pb,Mo,W,Sb,Bi,Cu,Hg,Ti,Ag,Mn,Fe,V,Sn,Zr,Sr,Ga,Si,Cr等の金属元素の酸化物、SrTiO,CaTiO等のペロブスカイト、CdS,ZnS,In,PbS,MoS,WS,Sb,Bi,ZnCdS,CuS等の硫化物、CdSe,InSe,WSe,HgS,PbSe,CdTe等の金属カルコゲナイド、GaAs、Si、Se、Cd、Zn、InP、AgBr、PbI、HgI、BiIを例示することができる。また、上記半導体材料から得らばれる少なくとも一種以上を含む複合体、例えば、CdS/TiO,CdS/AgI,AgS/AgI,CdS/ZnO,CdS/HgS,CdS/PbS,ZnO/ZnS,CdS/HgS,CdS/CdSe1−x,CdS/Te1−x,CdSe/Te1−x,ZnS/CdSe,ZnSe/CdSe,CdS/ZnS,TiO/Cd,CdS/CdSe/CdZn1−yS,CdS/HgS/Cds等を例示することができる。中でもTiOは、電解液中への光溶解の回避と高い光電変換特性の点で好ましい。 Semiconductor materials include metal elements such as Cd, Zn, In, Pb, Mo, W, Sb, Bi, Cu, Hg, Ti, Ag, Mn, Fe, V, Sn, Zr, Sr, Ga, Si, and Cr. oxides, SrTiO 3, CaTiO 3 or the like of the perovskite, CdS, ZnS, in 2 S 3, PbS, Mo 2 S, WS 2, Sb 2 S 3, Bi 2 S 3, ZnCdS 2, Cu 2 S sulfides such as Metal chalcogenides such as CdSe, In 2 Se 3 , WSe 2 , HgS, PbSe, CdTe, GaAs, Si, Se, Cd 2 P 3 , Zn 2 P 3 , InP, AgBr, PbI 2 , HgI 2 , BiI 3 Can be illustrated. In addition, a composite containing at least one or more obtained from the semiconductor material, for example, CdS / TiO 2 , CdS / AgI, Ag 2 S / AgI, CdS / ZnO, CdS / HgS, CdS / PbS, ZnO / ZnS, CdS / HgS, CdS x / CdSe 1-x, CdS x / Te 1-x, CdSe x / Te 1-x, ZnS / CdSe, ZnSe / CdSe, CdS / ZnS, TiO 2 / Cd 3 P 2, CdS / Examples thereof include CdSe / Cd y Zn 1-y S, CdS / HgS / Cds, and the like. Among these, TiO 2 is preferable in terms of avoiding photodissolution in the electrolytic solution and high photoelectric conversion characteristics.

半導体層8が担持する増感色素としては、従来の色素増感型光電変換素子において常用されている色素であれば全て使用することができる。具体的には、RuL(HO)タイプのルテニウム−シス−ジアクア−ビピリジル錯体、ルテニウム−トリス(RuL),ルテニウム−ビス(RuL),オスニウム−トリス(OsL),オスニウム−ビス(OsL)タイプの遷移金属錯体、亜鉛−テトラ(4−カルボキシフェニル)ポルフィリン、鉄−エキサシアニド錯体、フタロシアニン等を例示することができる。また、有機色素としては、9−フェニルキサンテン系色素,クマリン系色素,アクリジン系色素,トリフェニルメタン系色素,テトラフェニルメタン系色素,キノン系色素,アゾ色素,インジゴ系色素,シアニン系色素,メロシアニン系色素,キサンテン色素等を例示することができる。中でも、ルテニウム−ビス(RuL)誘導体は可視光域で広い吸収スペクトルを有するため特に好ましい。 As the sensitizing dye carried by the semiconductor layer 8, any dye that is commonly used in conventional dye-sensitized photoelectric conversion elements can be used. Specifically, RuL 2 (H 2 O) 2 type ruthenium-cis-diaqua-bipyridyl complex, ruthenium-tris (RuL 3 ), ruthenium-bis (RuL 2 ), osnium-tris (OsL 3 ), osnium- Examples thereof include a bis (OsL 2 ) type transition metal complex, zinc-tetra (4-carboxyphenyl) porphyrin, iron-exocyanide complex, and phthalocyanine. Organic dyes include 9-phenylxanthene dyes, coumarin dyes, acridine dyes, triphenylmethane dyes, tetraphenylmethane dyes, quinone dyes, azo dyes, indigo dyes, cyanine dyes, merocyanine Examples thereof include system dyes and xanthene dyes. Among them, a ruthenium-bis (RuL 2 ) derivative is particularly preferable because it has a wide absorption spectrum in the visible light region.

半導体層8に増感色素を担持させる方法としては、例えば増感色素を溶かした溶液に基板2を侵漬させる方法が挙げられる。この溶液の溶媒としては、水,アルコール,トルエン,ジメチルホルムアミド等、増感色素を溶解可能なものであれば全て使用することができる。また侵漬方法として、増感色素溶液に基板2を一定時間侵漬させている時に加熱環流したり、超音波を印加したりすることもできる。半導体層8への色素担持後、担持せずに半導体層8に残ってしまった増感色素を取り除くために、アルコールで洗浄又は加熱環流することが望ましい。半導体層8への増感色素の担持量は、1×10−8〜1×10−6[mol/cm]、より好ましくは0.1×10−7〜9.0×10−7[mol/cm]の範囲内にあることが望ましい。この範囲内であれば、経済的、且つ、十分に光電変換効率向上を期待することができる。 Examples of the method of supporting the sensitizing dye on the semiconductor layer 8 include a method of immersing the substrate 2 in a solution in which the sensitizing dye is dissolved. As the solvent of this solution, any solvent that can dissolve the sensitizing dye, such as water, alcohol, toluene, dimethylformamide, and the like can be used. As the immersion method, heating and refluxing or applying ultrasonic waves can be performed while the substrate 2 is immersed in the sensitizing dye solution for a certain period of time. In order to remove the sensitizing dye remaining on the semiconductor layer 8 without being supported after the dye is supported on the semiconductor layer 8, it is desirable to wash with alcohol or reflux with heating. The amount of the sensitizing dye supported on the semiconductor layer 8 is 1 × 10 −8 to 1 × 10 −6 [mol / cm 2 ], more preferably 0.1 × 10 −7 to 9.0 × 10 −7 [ mol / cm 2 ] is desirable. If it is within this range, it is possible to expect a sufficient improvement in photoelectric conversion efficiency economically.

基材9は、基材6と同じ材料を使用することができる。基材9の透明性は透明,不透明のいずれでもよいが、両側の基板から光を入射させることができる点で透明であることが望ましい。基材6のフィルムとして金属箔を使用した場合には、基材9は前述の透光性のあるフィルムであることが望ましい。基材6の一方の表面に成膜される電極層7は、光電変換素子1の負極として機能し、金属で形成されるか、フィルム上に導電材層を積層することにより形成される。導電材としては、白金,金,銀,銅,アルミニウム,ロジウム,インジウム等の金属、炭素、インジウム−スズ複合酸化物,アンチモンをドープした酸化スズ,フッ素をドープした酸化スズ等の導電性金属酸化物、これら酸化物の複合体、これら酸化物上に酸化シリコン,酸化スズ,酸化チタン,酸化ジルコニウム,酸化アルミニウム等をコートした材料を例示することができる。   The base material 9 can use the same material as the base material 6. The transparency of the base material 9 may be either transparent or opaque. However, it is desirable that the base material 9 is transparent in that light can be incident from the substrates on both sides. When a metal foil is used as the film of the substrate 6, the substrate 9 is desirably the above-described translucent film. The electrode layer 7 formed on one surface of the substrate 6 functions as a negative electrode of the photoelectric conversion element 1 and is formed of metal or formed by laminating a conductive material layer on a film. Conductive metal oxides such as metals such as platinum, gold, silver, copper, aluminum, rhodium, and indium, carbon, indium-tin composite oxide, tin oxide doped with antimony, tin oxide doped with fluorine, etc. And composites of these oxides, and materials obtained by coating these oxides with silicon oxide, tin oxide, titanium oxide, zirconium oxide, aluminum oxide or the like.

電極層10は光電変換素子1の正極として機能し、増感色素が担持された半導体層8が被着される側の電極層7と同様に形成することができる。電極層10としては、光電変換素子1の正極として効率よく作用させるために、電解質の還元体に電子を与える触媒作用を有する素材を使用することが望ましい。このような素材としては、白金,金,銀,銅、アルミニウム,ロジウム,インジウム等の金属、グラファイト,カーボンナノチューブ,白金を担持したカーボン等の炭素材料、インジウム−スズ複合酸化物,アンチモンをドープした酸化スズ,フッ素をドープした酸化スズ等の導電性金属酸化物、ポリエチレンジオキシチオフェン,ポリピロール,ポリアニリン等の導電性高分子を例示することができ、中でも、白金,グラファイト,ポリエチレンジオキシチオフェン等が特に好ましい。なお、基材9の電極層10が被着されている表面側に透明導電膜を設けてもよく、透明導電膜は電極層7と同じ材料から成膜することができる。この場合、電極層10も透明であることが望ましく、電極層10が透明であれば、電極層10側又は両側から光を照射してもよい。これは、反射光等の影響によって光電変換素子1の表裏面両側から光照射が期待される場合有効である。   The electrode layer 10 functions as a positive electrode of the photoelectric conversion element 1 and can be formed in the same manner as the electrode layer 7 on the side where the semiconductor layer 8 carrying the sensitizing dye is deposited. As the electrode layer 10, it is desirable to use a material having a catalytic action to give electrons to the electrolyte reductant in order to efficiently act as the positive electrode of the photoelectric conversion element 1. As such materials, metals such as platinum, gold, silver, copper, aluminum, rhodium and indium, graphite, carbon nanotubes, carbon materials such as carbon carrying platinum, indium-tin composite oxide, antimony doped Examples include conductive metal oxides such as tin oxide and fluorine-doped tin oxide, and conductive polymers such as polyethylenedioxythiophene, polypyrrole, and polyaniline. Among them, platinum, graphite, polyethylenedioxythiophene, etc. Particularly preferred. In addition, a transparent conductive film may be provided on the surface side of the base material 9 on which the electrode layer 10 is deposited, and the transparent conductive film can be formed from the same material as the electrode layer 7. In this case, it is desirable that the electrode layer 10 is also transparent. If the electrode layer 10 is transparent, light may be irradiated from the electrode layer 10 side or both sides. This is effective when light irradiation is expected from both the front and back surfaces of the photoelectric conversion element 1 due to the influence of reflected light or the like.

次に、本発明に係る光電変換素子を実施例に基づき具体的に説明する。   Next, the photoelectric conversion element according to the present invention will be specifically described based on examples.

〔実施例1〕
実施例1では、始めに、平均1次粒子径が20[nm]の高純度酸化チタン粉末をエチルセルロース中に分散させることによりスクリーン印刷用のペーストを第1のペーストとして作製した。次に、平均1次粒子径が20[nm]と平均1次粒子径が400[nm]の高純度酸化チタン粉末をエチルセルロース中に分散させることによりスクリーン印刷用のペーストを第2のペーストとして作製した。次に、第1のペーストを厚さ1[mm]の導電性ガラス基板(旭硝子製,F−SnO,表面抵抗10[Ω/□])上に塗布,乾燥し、得られた乾燥物を500[℃]で30分間空気中で焼成することにより、基板上に厚さ10[μm]の多孔質酸化チタン膜を形成した。次に、多孔質酸化チタン膜上に第2のペーストを塗布,乾燥し、得られた乾燥物を500[℃]で30分間空気中で焼成することにより、多孔質酸化チタン膜上に厚さ4[μm]の酸化チタン膜を形成した。次に、基板を[Ru(4,4’−ジカルボキシル−2,2’−ピピリジン)−(NCS)]で表される増感色素溶液中に浸漬し、室温で24時間暗所下静置することにより色素吸着処理を行い、基板2を形成した。次に、導電性ガラス基板(旭硝子製,フッ素ドープSnO,表面抵抗10[Ω/□])表面上に白金をスパッタ法により取り付けることにより基板3を形成した。次に、基板2の酸化チタン膜の周囲を囲うように切られた封止材としての熱溶融性接着剤ハイミランを基板3の白金上に配置した後、その上部にダイヤモンドドリルで孔をあけた基板3をのせ、加熱しながら加圧して基板2と基板3を貼り合わせた。次に、基板3の孔から電荷輸送層4として0.5[mol/dm3]のジメチルプロピルイミダゾリウムヨージド,0.01[mol/dm3]のヨウ化リチウム,0.02[mol/dm3]のヨウ素,0.5[mol/dm3]の4-tert-プチルピリジン,及び糖類としてのアミロース(アミロペクチン混在、シアノエチル化置換率80[%]以上)10[wt%]を含むアセトニトリルを用いた電解液を注入した後、孔を封止することにより、実施例1の光電変換素子を作製した。
[Example 1]
In Example 1, a high-purity titanium oxide powder having an average primary particle size of 20 [nm] was first dispersed in ethyl cellulose to produce a screen printing paste as the first paste. Next, a high-purity titanium oxide powder having an average primary particle size of 20 [nm] and an average primary particle size of 400 [nm] is dispersed in ethyl cellulose to produce a screen printing paste as a second paste. did. Next, the first paste is applied onto a 1 mm thick conductive glass substrate (Asahi Glass, F-SnO 2 , surface resistance 10 [Ω / □]) and dried. By baking in air at 500 [° C.] for 30 minutes, a porous titanium oxide film having a thickness of 10 [μm] was formed on the substrate. Next, the second paste is applied and dried on the porous titanium oxide film, and the obtained dried product is baked in the air at 500 [° C.] for 30 minutes to obtain a thickness on the porous titanium oxide film. A 4 [μm] titanium oxide film was formed. Next, the substrate was dipped in a sensitizing dye solution represented by [Ru (4,4′-dicarboxyl-2,2′-pipyridine) 2- (NCS) 2 ] and was kept in the dark at room temperature for 24 hours. The pigment | dye adsorption process was performed by leaving still and the board | substrate 2 was formed. Next, the substrate 3 was formed by attaching platinum on the surface of a conductive glass substrate (manufactured by Asahi Glass, fluorine-doped SnO 2 , surface resistance 10 [Ω / □]) by sputtering. Next, after placing a hot-melt adhesive Himiran as a sealing material cut so as to surround the periphery of the titanium oxide film of the substrate 2 on the platinum of the substrate 3, a hole was drilled with a diamond drill on the top thereof. The substrate 3 was placed and pressed while heating to bond the substrate 2 and the substrate 3 together. Next, 0.5 [mol / dm 3 ] dimethylpropylimidazolium iodide, 0.01 [mol / dm 3 ] lithium iodide, 0.02 [mol / dm] as the charge transport layer 4 from the holes of the substrate 3. dm 3 ] iodine, 0.5 [mol / dm 3 ] 4-tert-butylpyridine, and amylose as a saccharide (mixed with amylopectin, cyanoethylated substitution rate of 80 [%] or more) acetonitrile containing 10 wt% After injecting the electrolyte solution using, the hole was sealed to produce the photoelectric conversion element of Example 1.

〔実施例2〕
実施例2では、0.5[mol/dm3]のジメチルプロピルイミダゾリウムヨージド,0.01[mol/dm3]のヨウ化リチウム,0.03[mol/dm3]のヨウ素,0.5[mol/dm3]の4-tert-プチルピリジン,及びシアノエチル化デンプン(VISGUM12)3[wt%]を含むγ−ブチロラクトンを用いた電解液を電荷輸送層4とした以外は実施例1と同じ処理を行うことにより実施例2の光電変換素子を作製した。
[Example 2]
In Example 2, 0.5 [mol / dm 3 ] dimethylpropylimidazolium iodide, 0.01 [mol / dm 3 ] lithium iodide, 0.03 [mol / dm 3 ] iodine, Example 1 except that an electrolyte using γ-butyrolactone containing 5 [mol / dm 3 ] of 4-tert-butylpyridine and cyanoethylated starch (VISGUM12) 3 [wt%] was used as the charge transport layer 4. The photoelectric conversion element of Example 2 was produced by performing the same process.

〔実施例3〕
実施例3では、0.5[mol/dm3]のジメチルプロピルイミダゾリウムヨージド,0.01[mol/dm3]のヨウ化リチウム,0.03[mol/dm3]のヨウ素,0.5[mol/dm3]の4-tert-プチルピリジン,及びシアノエチル化デンプン(VISGUM12)30[wt%]を含むγ−ブチロラクトンを用いた電解液を電荷輸送層4とした以外は実施例1と同じ処理を行うことにより実施例3の光電変換素子を作製した。
Example 3
In Example 3, 0.5 [mol / dm 3 ] dimethylpropylimidazolium iodide, 0.01 [mol / dm 3 ] lithium iodide, 0.03 [mol / dm 3 ] iodine, Example 1 except that an electrolyte using γ-butyrolactone containing 5 [mol / dm 3 ] of 4-tert-butylpyridine and cyanoethylated starch (VISGUM12) 30 [wt%] was used as the charge transport layer 4. The photoelectric conversion element of Example 3 was produced by performing the same process.

〔実施例4〕
実施例4では、0.5[mol/dm3]のジメチルプロピルイミダゾリウムヨージド,0.01[mol/dm3]のヨウ化リチウム,0.03[mol/dm3]のヨウ素,0.5[mol/dm3]の4-tert-プチルピリジン,及びシアノエチル化デンプン(VISGUM12)10[wt%]を含むγ−ブチロラクトンを用いた電解液を電荷輸送層4とした以外は実施例1と同じ処理を行うことにより実施例4の光電変換素子を作製した。
Example 4
In Example 4, 0.5 [mol / dm 3 ] dimethylpropylimidazolium iodide, 0.01 [mol / dm 3 ] lithium iodide, 0.03 [mol / dm 3 ] iodine, Example 1 except that an electrolyte using γ-butyrolactone containing 5 [mol / dm 3 ] of 4-tert-butylpyridine and cyanoethylated starch (VISGUM12) 10 [wt%] was used as the charge transport layer 4. The photoelectric conversion element of Example 4 was produced by performing the same process.

〔比較例1〕
比較例1では、0.5[mol/dm3]のジメチルプロピルイミダゾリウムヨージド,0.01[mol/dm3]のヨウ化リチウム,0.02[mol/dm3]のヨウ素,0.5[mol/dm3]の4-tert-プチルピリジン,及びデンプン(和光純薬工業株式会社製)2[wt%]を含むアセトニトリルを用いた電解液を電荷輸送層4とした以外は実施例1と同じ処理を行うことにより比較例1の光電変換素子を作製した。
[Comparative Example 1]
In Comparative Example 1, 0.5 [mol / dm 3 ] dimethylpropylimidazolium iodide, 0.01 [mol / dm 3 ] lithium iodide, 0.02 [mol / dm 3 ] iodine, Example except that electrolyte solution using 5 [mol / dm 3 ] 4-tert-butylpyridine and starch (made by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) 2 [wt%] was used as the charge transport layer 4 The photoelectric conversion element of the comparative example 1 was produced by performing the same process as 1.

〔比較例2〕
比較例2では、0.5[mol/dm3]のジメチルプロピルイミダゾリウムヨージド,0.01[mol/dm3]のヨウ化リチウム,0.02[mol/dm3]のヨウ素,及び0.5[mol/dm3]の4-tert-プチルピリジンを含むアセトニトリルを用いた電解液を電荷輸送層4とした以外は実施例1と同じ処理を行うことにより比較例2の光電変換素子を作製した。
[Comparative Example 2]
In Comparative Example 2, 0.5 [mol / dm 3 ] dimethylpropylimidazolium iodide, 0.01 [mol / dm 3 ] lithium iodide, 0.02 [mol / dm 3 ] iodine, and 0 The photoelectric conversion element of Comparative Example 2 was obtained by carrying out the same treatment as in Example 1 except that the electrolytic solution using acetonitrile containing 5- [mol / dm 3 ] 4-tert-butylpyridine was used as the charge transport layer 4. Produced.

〔比較例3〕
比較例3では、0.5[mol/dm3]のヨウ化カリウム,0.02[mol/dm3]のヨウ素,及びデンプン(和光純薬工業株式会社製)2[wt%]を含むアセトニトリルを用いた電解液を電荷輸送層4とした以外は実施例1と同じ処理を行うことにより比較例3の光電変換素子を作製した。
[Comparative Example 3]
In Comparative Example 3, acetonitrile containing 0.5 [mol / dm 3 ] potassium iodide, 0.02 [mol / dm 3 ] iodine, and starch (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) 2 [wt%] The photoelectric conversion element of the comparative example 3 was produced by performing the same process as Example 1 except having made the electrolyte solution using this into the electric charge transport layer 4.

〔太陽電池出力の評価〕
実施例1〜4及び比較例1〜3の光電変換素子に対し、キセノンランプ(擬似太陽光スペクトル,AM1.5)を用いて1[mW/cm2]の照度の光を照射し、その時の太陽電池出力を測定した。そして、比較例2の光電変換素子の太陽電池出力を100とした時の各光電変換素子の太陽電池出力の相対値を算出した。算出結果を表1に示す。

Figure 0005096700
[Evaluation of solar cell output]
The photoelectric conversion elements of Examples 1 to 4 and Comparative Examples 1 to 3 were irradiated with light having an illuminance of 1 [mW / cm 2 ] using a xenon lamp (pseudo sunlight spectrum, AM1.5). The solar cell output was measured. And the relative value of the solar cell output of each photoelectric conversion element when the solar cell output of the photoelectric conversion element of the comparative example 2 was set to 100 was computed. The calculation results are shown in Table 1.
Figure 0005096700

表1から明らかなように、比較例1〜3の光電変換素子の太陽電池出力よりも実施例1〜4の光電変換素子の太陽電池出力の方が相対的に大きいことがわかる。このことから、アセトニトリルやγ−ブチロラクトン等の有機溶媒を用い、糖類を電荷輸送層に加えることにより、糖類が加わっていない系、又は水系電解液に糖類を加えた系に比べて高い出力特性が得られることが明らかになった。   As is apparent from Table 1, it can be seen that the solar cell outputs of the photoelectric conversion elements of Examples 1 to 4 are relatively larger than the solar cell outputs of the photoelectric conversion elements of Comparative Examples 1 to 3. From this, by using an organic solvent such as acetonitrile or γ-butyrolactone, by adding saccharides to the charge transport layer, a higher output characteristic is obtained compared to a system in which saccharides are not added or a system in which saccharides are added to an aqueous electrolyte solution. It became clear that it was obtained.

以上、本発明者らによってなされた発明を適用した実施の形態について説明したが、この実施の形態による本発明の開示の一部をなす論述及び図面により本発明は限定されることはない。すなわち、上記実施の形態に基づいて当業者等によりなされる他の実施の形態、実施例及び運用技術等は全て本発明の範疇に含まれることは勿論であることを付け加えておく。   As mentioned above, although the embodiment to which the invention made by the present inventors was applied has been described, the present invention is not limited by the description and the drawings that form part of the disclosure of the present invention according to this embodiment. That is, it should be added that other embodiments, examples, operation techniques, and the like made by those skilled in the art based on the above embodiments are all included in the scope of the present invention.

本発明の実施形態となる光電変換素子の構成を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of the photoelectric conversion element used as embodiment of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

1:光電変換素子
2,3:基板
4:電荷輸送層
6,9:基材
7,10:電極層
8:半導体層
11:加熱装置
12:冷却装置
1: Photoelectric conversion element 2, 3: Substrate 4: Charge transport layer 6, 9: Base material 7, 10: Electrode layer 8: Semiconductor layer 11: Heating device 12: Cooling device

Claims (3)

増感色素が担持された半導体を付着した第1の電極と、前記半導体に対向配置された第2の電極と、前記第1の電極と前記第2の電極により挟持されたヨウ素を含む電荷輸送層とを有する光電変換素子であって、
前記電荷輸送層は、有機溶媒とイオン性液体の少なくとも一方を含み、且つ、水酸基末端の少なくとも一部がシアノエチル化され、液体可溶性に変性したアミロース及びアミロペクチンのうちの少なくとも一つを含むことを特徴とする光電変換素子。
Charge transport including a first electrode to which a semiconductor carrying a sensitizing dye is attached, a second electrode opposed to the semiconductor, and iodine sandwiched between the first electrode and the second electrode A photoelectric conversion element having a layer,
The charge transport layer contains at least one of an organic solvent and an ionic liquid, and contains at least one of amylose and amylopectin modified to be liquid soluble by cyanoethylating at least a part of the hydroxyl terminal. A photoelectric conversion element.
請求項1に記載の光電変換素子であって、前記有機溶媒が、アセトニトリル、メトキシアセトニトリル、3−メトキシプロピオニトリル、及びγ−ブチロラクトンのうちのいずれかを含むことを特徴とする光電変換素子。   2. The photoelectric conversion element according to claim 1, wherein the organic solvent includes any one of acetonitrile, methoxyacetonitrile, 3-methoxypropionitrile, and γ-butyrolactone. 請求項1又は請求項2に記載の光電変換素子であって、前記電荷輸送層中における前記変性したアミロース及びアミロペクチンの含有量が1[wt%]以上50[wt%]以下の範囲内にあることを特徴とする光電変換素子。 3. The photoelectric conversion device according to claim 1, wherein the content of the modified amylose and amylopectin in the charge transport layer is in a range of 1 [wt%] to 50 [wt%]. The photoelectric conversion element characterized by the above-mentioned.
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