JP2005150278A - Electrode and functional element - Google Patents

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貴哉 久保
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剛 朝野
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a functional element having a sufficient characteristic for suppressing the deactivation of an element excitation state since the disappearance of the element excitation state on a granular interface deteriorates the characteristic of the functional element when the electrode material of the functional element is formed of an assembly of particulates. <P>SOLUTION: An electrode including a semiconductor having a nanotube structure and the functional element using the electrode are installed. The electrode is formed of an oxide including a transition metal. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明は、ナノチューブ構造を有する半導体を構成要素として含む電極およびそれを用いた機能性素子に関するものである。   The present invention relates to an electrode including a semiconductor having a nanotube structure as a constituent element and a functional element using the same.

従来の電気光学素子や光電気化学素子などの機能性素子においては、導電膜付き基板上へ半導体を成膜した機能性電極が用いられる。半導体は熱、光、温度などの外部刺激に応答し、環境に応じて電子およびフォノンあるいはそれらの複合体などが生成する。これらが半導体を伝播するときに、半導体層が半導体微粒子から構成されたものである場合、微粒子同士の粒塊での散乱などによりこれらの素励起状態が失活することが、機能性素子の性能の向上を図る上で問題であり、微粒子の粒塊での散乱などを低減することは重要課題である。   In a functional element such as a conventional electro-optical element or photoelectrochemical element, a functional electrode in which a semiconductor is formed on a substrate with a conductive film is used. A semiconductor responds to external stimuli such as heat, light, and temperature, and electrons and phonons or their composites are generated depending on the environment. When the semiconductor layer is composed of semiconductor fine particles when propagating through the semiconductor, the elementary excited state may be deactivated due to scattering of the fine particles between the particles. Therefore, it is an important issue to reduce scattering of fine particles in the agglomeration.

例えば、色素増感太陽電池において半導体材料として、酸化チタンが最も多く用いられている(例えば、非特許文献1参照。)。この太陽電池は数十ナノメートル程度の酸化チタン粒子を透明導電性基板上に成膜し、それに色素を吸着させた機能性電極を用いている。この機能性電極において酸化チタンの粒子形状、粒子同士の結合状態など酸化チタン層の構造に、光変換効率が大きく依存することが報告されている。酸化チタン粒子同士が結合している部分は、光生成された電子が酸化チタン層を透明導電性基板に向かって、移動する障害となる。このため、酸化チタン層を厚くし、多くの色素を吸着させ、太陽光利用効率を高めることに対して、十分な効果を得ることが出来ていない。この点を改善するために、酸化チタン層を構成する酸化チタン粒子自身の構造を制御する試みが行われている(例えば、非特許文献2〜9参照。)。しかし、粒子自身の構造を正確に制御することが困難であると同時に、生産性の向上も課題となる。   For example, titanium oxide is most frequently used as a semiconductor material in a dye-sensitized solar cell (see, for example, Non-Patent Document 1). This solar cell uses a functional electrode in which titanium oxide particles of about several tens of nanometers are formed on a transparent conductive substrate and a dye is adsorbed thereon. It has been reported that in this functional electrode, the light conversion efficiency greatly depends on the structure of the titanium oxide layer such as the particle shape of titanium oxide and the bonding state between the particles. The portion where the titanium oxide particles are bonded becomes an obstacle for photogenerated electrons to move through the titanium oxide layer toward the transparent conductive substrate. For this reason, sufficient effect cannot be acquired with respect to making a titanium oxide layer thick, adsorb | sucking many pigment | dyes, and improving sunlight utilization efficiency. In order to improve this point, attempts have been made to control the structure of the titanium oxide particles themselves constituting the titanium oxide layer (see, for example, Non-Patent Documents 2 to 9). However, it is difficult to accurately control the structure of the particles themselves, and at the same time, improving productivity is also an issue.

オレガン(B. O'Regan)、グレツェル(M.Gratzel),「ネイチャー(Nature)」,(英国),1991年,353巻,p.737B. O'Regan, M. Gratzel, “Nature” (UK), 1991, 353, p. 737 アダチ(M. Adachi )、ムラタ(Yusuke Murata)、ハラダ(Makoto Harada)、ヨシカワ(Susumu Yoshikawa),「ケミストリー・レターズ(Chemistry Letters)」,(米国),2000年,p.942M. Adachi, Yusuke Murata, Makoto Harada, Susumu Yoshikawa, “Chemistry Letters” (USA), 2000, p. 942 ウォン(M. S. Won)、イェン(Esther S. Jeng)、イン(Jackie Y. Ying),「ナノ・レターズ(Nano Letters)」,(米国),2001年,1巻,p.637W. M. S. Won, Esther S. Jeng, Jackie Y. Ying, “Nano Letters” (USA), 2001, Vol. 1, p. 637 オオタキ(M. Ohtaki)、外,「ジャーナル・オブ・アメリカン・ケミカル・ソーサイアティ(Journal of American Chemical Sciety)」,(米国),1998年,120巻,p.6832M. Ohtaki, et al., "Journal of American Chemical Sciety" (USA), 1998, 120, p. 6832 ヤタ(M. Yata)、ミハラ(M. Mihara)、モウリ(S. Mouri)、クロキ(M. Kuroki)、キジマ(T. Kijima),「アドヴァンスド・マテリアルズ(Advanced Materials)」,(米国),2002年,14巻,p.309M. Yata, M. Mihara, S. Mouri, M. Kuroki, T. Kijima, "Advanced Materials", (USA) 2002, volume 14, p. 309 ウラガッパン(N. Ulagappan)、ラオ(C. N. R. Rao),「ケミカル・コミュニケーションズ(Chemical Communications)」,(英国),1996年,p.1685N. Ulagappan, C. N. R. Rao, “Chemical Communications” (UK), 1996, p. 1685 ザオ(W. Zhao)、サン(Y. Sun)、マ(Q. Ma)、ファン(Y. Fang),「チャイニーズ・ジャーナル・オブ・キャタリシス(Chinese Journal of Catalysis)」,(中国),1999年,20巻,p.375W. Zhao, Y. Sun, Q. Ma, Y. Fang, “Chinese Journal of Catalysis” (China), 1999 , 20, p. 375 アントネリ(D. M. Antonelli),「ミクロポーラス・アンド・メソポーラス・マテリアルズ(Microporous and Mesoporous Materials)」,(米国),1999年,30巻,p.315D. M. Antonelli, “Microporous and Mesoporous Materials” (USA), 1999, 30, p. 315 イマイ(H. Imai)、タケイ(Yuko Takei)、シミズ(Kazuhiko Shimizu)、マツダ(Manabu Matsuda)、ヒラシマ(Hiroshi Hirashima),「ジャーナル・オブ・マテリアルズ・ケミストリー(Journal of Materials Chemistry)」,(英国),1999年,9巻,p.2971H. Imai, Yuko Takei, Kazuhiko Shimizu, Manabu Matsuda, Hiroshi Hirashima, "Journal of Materials Chemistry" (UK) ), 1999, vol. 9, p. 2971

本発明はこのような実状に鑑みて成されたものであり、その目的は、容易に構造制御することができるナノチューブ構造を有する半導体を用いて作製した電極を提供することである。また、その電極を用いて高効率な光電気化学素子などの機能性素子を提供することである。   The present invention has been made in view of such circumstances, and an object of the present invention is to provide an electrode manufactured using a semiconductor having a nanotube structure that can be easily structurally controlled. Another object is to provide a functional element such as a highly efficient photoelectrochemical element using the electrode.

本発明者らは上記のような従来の問題点を解決すべく鋭意研究を重ねた結果、鋳型に沿って目的とするナノチューブ構造を有する半導体を形成した後に、鋳型から剥離し、構造制御されたナノチューブ構造を有する半導体が取り出せること、このナノチューブ構造を有する半導体を用いることにより目的とする機能性電極を作製できることを見出し、本発明を完成するに至ったものである。   As a result of intensive research to solve the conventional problems as described above, the present inventors formed a semiconductor having a target nanotube structure along the template, and then peeled off the template to control the structure. The inventors have found that a semiconductor having a nanotube structure can be taken out, and that the intended functional electrode can be produced by using the semiconductor having the nanotube structure, and the present invention has been completed.

すなわち、本発明は、ナノチューブ構造を有する半導体を含む電極に関する。
前記半導体は、遷移金属を含む酸化物、周期律表第2B族〜第7B族元素、該元素を含む合金あるいはそれらの元素の酸化物、又は電子供与性を有する分子構造を含むユニットと電子受容性を有する分子構造を含むユニットとから少なくとも構成される高分子化合物からなることが好ましい。
ナノチューブ構造は鋳型により形成することが好ましく、また前記鋳型は、金属を電解液中で陽極酸化して得られる陽極酸化ポーラス材料で形成されることが好ましい。
That is, the present invention relates to an electrode including a semiconductor having a nanotube structure.
The semiconductor includes an oxide containing a transition metal, a Group 2B to Group 7B element in the periodic table, an alloy containing the element, an oxide of those elements, or a unit including a molecular structure having an electron donating property and electron acceptance. It is preferable that it consists of a high molecular compound comprised at least from the unit containing the molecular structure which has property.
The nanotube structure is preferably formed by a template, and the template is preferably formed by an anodized porous material obtained by anodizing a metal in an electrolytic solution.

また、本発明は前記電極を用いた機能性素子に関する。
前記機能性素子は光電変換特性を有することが好ましい。
前記機能性素子は、色素を吸着した酸化チタンからなるナノチューブ構造を有する半導体を含む電極と、白金あるいはカーボン材料を成膜した対向電極と、その間にヨウ素イオンを含む電解液を挟んだ構成を有することが好ましい。
The present invention also relates to a functional element using the electrode.
The functional element preferably has photoelectric conversion characteristics.
The functional element has a configuration in which an electrode including a semiconductor having a nanotube structure made of titanium oxide adsorbed with a dye, a counter electrode on which a platinum or carbon material is formed, and an electrolyte solution containing iodine ions therebetween. It is preferable.

以下、本発明について詳細に説明する。
本発明の電極は、基板および該基板上に形成されたナノチューブ構造を有する半導体(以下、半導体ナノチューブともいう。)からなる半導体層から構成される。
基板としては、特に限定されず、材質、厚さ、寸法、形状等は目的に応じて適宜選択することができる。基板には導電性があっても無くてもよく、金、白金などの金属のほか、例えば無色あるいは有色ガラス、網入りガラス、ガラスブロック等が用いられる。また、無色あるいは有色の透明性を有する樹脂でも良い。これらの樹脂としては、具体的には、ポリエチレンテレフタレートなどのポリエステル、ポリアミド、ポリスルホン、ポリエーテルサルホン、ポリエーテルエーテルケトン、ポリフェニレンサルファイド、ポリカーボネート、ポリイミド、ポリメチルメタクリレート、ポリスチレン、トリ酢酸セルロース、ポリメチルペンテンなどが挙げられる。本発明の電極に用いられる基板としては、特に透明導電性基板が好ましい。なお、本発明における基板は、常温において平滑な面を有するものであり、その面は平面あるいは曲面であってもよく、また応力によって変形するものであってもよい。また、基板に導電性を付与するために、表面には、例えば金、銀、クロム、銅、タングステンなどの金属薄膜、金属酸化物からなる導電膜を配しても良い。金属酸化物としては、例えば、錫や亜鉛などの金属酸化物に、他の金属元素を微量ドープしたIndium Tin Oxide(ITO(In23:Sn))、Fluorine doped Tin Oxide(FTO(SnO2:F))、Aluminum doped Zinc Oxide(AZO(ZnO:Al))などが好適なものとして用いられる。
Hereinafter, the present invention will be described in detail.
The electrode of the present invention includes a substrate and a semiconductor layer made of a semiconductor having a nanotube structure formed on the substrate (hereinafter also referred to as a semiconductor nanotube).
It does not specifically limit as a board | substrate, A material, thickness, a dimension, a shape, etc. can be suitably selected according to the objective. The substrate may or may not be conductive, and in addition to metals such as gold and platinum, for example, colorless or colored glass, meshed glass, glass blocks, and the like are used. Further, it may be a colorless or colored resin having transparency. Specific examples of these resins include polyesters such as polyethylene terephthalate, polyamide, polysulfone, polyether sulfone, polyether ether ketone, polyphenylene sulfide, polycarbonate, polyimide, polymethyl methacrylate, polystyrene, cellulose triacetate, and polymethyl. Examples include pentene. As the substrate used for the electrode of the present invention, a transparent conductive substrate is particularly preferable. In addition, the board | substrate in this invention has a smooth surface at normal temperature, The surface may be a plane or a curved surface, and may deform | transform by stress. In order to impart conductivity to the substrate, a conductive film made of a metal thin film or metal oxide such as gold, silver, chromium, copper, or tungsten may be disposed on the surface. Examples of the metal oxide include Indium Tin Oxide (ITO (In 2 O 3 : Sn)) obtained by doping a metal oxide such as tin or zinc with a small amount of other metal elements, or Fluorine doped Tin Oxide (FTO (SnO 2 )). : F)), Aluminum doped Zinc Oxide (AZO (ZnO: Al)) and the like are preferably used.

導電膜の膜厚は、通常10nm〜10μm、好ましくは100nm〜2μmであり、また表面抵抗(抵抗率)は、通常0.5〜500Ω/sq、好ましくは2〜50Ω/sqである。これらの導電膜は、真空蒸着法、イオンプレーティング法、CVD法、電子ビーム真空蒸着法、スパッタリング法等の公知の方法で基板上に作製することができる。   The thickness of the conductive film is usually 10 nm to 10 μm, preferably 100 nm to 2 μm, and the surface resistance (resistivity) is usually 0.5 to 500 Ω / sq, preferably 2 to 50 Ω / sq. These conductive films can be formed on a substrate by a known method such as a vacuum deposition method, an ion plating method, a CVD method, an electron beam vacuum deposition method, or a sputtering method.

本発明においてナノチューブ構造とは、中空の形状を有し、チューブ断面の外形は円形、楕円形、多角形などの形状を有するものをいい、長さは通常0.01μm〜2000μm、好ましくは0.1μm〜1500μm、さらに好ましくは1μm〜1000μmであり、チューブ断面の肉厚は通常5nm〜200nm、好ましくは10nm〜100nmであり、チューブ断面の外周の直径又は長径は通常1nm〜500nm、好ましくは10nm〜300nmのものである。
ナノチューブ構造は電子顕微鏡観察で確認することができる。
In the present invention, the nanotube structure has a hollow shape, and the outer shape of the cross section of the tube has a circular shape, an elliptical shape, a polygonal shape, etc., and the length is usually 0.01 μm to 2000 μm, preferably 0. 1 μm to 1500 μm, more preferably 1 μm to 1000 μm, the tube cross-section thickness is usually 5 nm to 200 nm, preferably 10 nm to 100 nm, and the outer diameter or major axis of the tube cross-section is usually 1 nm to 500 nm, preferably 10 nm to 300 nm.
The nanotube structure can be confirmed by electron microscope observation.

半導体ナノチューブの作成方法としては、固相法、液相法、気相法の何れかにより、直接合成する方法で、鋳型表面に半導体材料を蒸着やスパッタリングで成膜したり、析出あるいは合成する方法が挙げられる。
鋳型表面に半導体ナノチューブを形成する場合は、鋳型としては界面活性剤のような溶液中でミセルを形成する分子であれば良く、例えば、ドデシル硫酸ナトリウム及び尿素を含む水溶液中に形成される鋳型などを挙げることができる。
また、鋳型上に形成される材料としては、金属アルコキシドなど金属元素を含有する分子であれば良く、TiCl4、Ti(SO42やTi(OiPr)4などを挙げることができる。
Semiconductor nanotubes can be produced by directly synthesizing by any of the solid phase method, liquid phase method, and vapor phase method, and by depositing or synthesizing a semiconductor material on the mold surface by vapor deposition or sputtering. Is mentioned.
When forming semiconductor nanotubes on the template surface, the template may be any molecule that forms micelles in a solution such as a surfactant, such as a template formed in an aqueous solution containing sodium dodecyl sulfate and urea. Can be mentioned.
The material formed on the template may be a molecule containing a metal element such as a metal alkoxide, and examples thereof include TiCl 4 , Ti (SO 4 ) 2, and Ti (OiPr) 4 .

また、別の方法として、例えば、下記非特許文献10、11に記載の液相微粒子成長法と呼ばれる方法、非特許文献13〜15に記載の電気泳動法、非特許文献12〜14に記載の電着法、非特許文献15に記載の加圧法などの各種方法により作製することもできる。
(1)非特許文献10:シゲヒト(Shigehito Deki)、外3名,「ケミストリー・レターズ(Chemistry Letters)」,1996年,433巻
(2)非特許文献11:シミズ(Kazuhiko Shimizu)、外3名,「シィン・ソリッド・フィルムズ(Thin Solid Films)」,(英国),1999年,351巻,p.220
(3)非特許文献12:ミヤサカ(Tsutomu Miyasaka)、外4名,「ケミストリー・レターズ(Chemistry Letters)」,2003年,p.1250
(4)非特許文献13:カルプチャミ(S. Karuppuchamy)、外5名,「ケミストリー・レターズ(Chemistry Letters)」,2001年,p.78頁
(5)非特許文献14:シュレットバイン(D. Schlettwein)、外3名,「ジャーナル・オブ・エレクトロアナリチカル・ケミストリー(Journal of Electroanalytical Chemistry)」,(米国)、2000年,481巻,p.42頁
(6)非特許文献15:リンドストローム(H. Lindstrom)、外4名,「ジャーナル・オブ・フォトケミカル・フォトバイオケミカルAケミストリー(Journal of Photochemical and Photobiological A Chemistry)」,(英国),2001年,145巻,p.107
Further, as another method, for example, a method called a liquid phase microparticle growth method described in Non-Patent Documents 10 and 11 below, an electrophoresis method described in Non-Patent Documents 13 to 15, and a method described in Non-Patent Documents 12 to 14 It can also be produced by various methods such as an electrodeposition method and a pressure method described in Non-Patent Document 15.
(1) Non-Patent Document 10: Shigehito Deki, three others, “Chemistry Letters”, 1996, Vol. 433 (2) Non-patent Document 11: Kazuhiko Shimizu, three others "Thin Solid Films" (UK), 1999, 351, p. 220
(3) Non-Patent Document 12: Tsutomu Miyasaka, 4 others, “Chemistry Letters”, 2003, p. 1250
(4) Non-Patent Document 13: S. Karuppuchamy, 5 others, “Chemistry Letters”, 2001, p. P. 78 (5) Non-Patent Document 14: D. Schlettwein, 3 others, “Journal of Electroanalytical Chemistry” (USA), 2000, 481, p. 42 (6) Non-Patent Document 15: H. Lindstrom, 4 others, “Journal of Photochemical and Photobiological A Chemistry” (UK), 2001, 145, p. 107

さらには、より高性能な半導体ナノチューブの作製法として陽極酸化ポーラス材料を用いることもできる。例えば、下記非特許文献16にあるような、高規則性ナノポーラスアルミナを鋳型として用い、その細孔内に、上述した半導体層の作製方法を利用して、高規則性の半導体層を作製することもできる。また、下記非特許文献17、18のように、高規則性ナノポーラスアルミナを鋳型として用い、その細孔内に、別の鋳型材料を充填した後に、最初に作製した鋳型を除去し、新たな鋳型を作製し、これに、目的とする半導体材料を用いて光電変換特性を有する半導体層を作製することもできる。これら半導体材料を形成した後に、鋳型を除去し、半導体ナノチューブとする方法などが挙げられる(例えば、下記非特許文献17〜19)。   Furthermore, an anodized porous material can be used as a method for producing a higher-performance semiconductor nanotube. For example, as shown in Non-Patent Document 16 below, using a highly ordered nanoporous alumina as a template, a highly regular semiconductor layer is produced in the pores by using the above-described method for producing a semiconductor layer. You can also. Further, as described in Non-Patent Documents 17 and 18 below, a highly ordered nanoporous alumina is used as a template, and another template material is filled in the pores, and then the template prepared first is removed to obtain a new template. A semiconductor layer having photoelectric conversion characteristics can be manufactured using a target semiconductor material. Examples include a method of removing the template after forming these semiconductor materials to obtain semiconductor nanotubes (for example, Non-Patent Documents 17 to 19 below).

(1)非特許文献16:マスダ(Hideki Masuda)、フクダ(Kenji Fukuda),「サイエンス(Science)」,(米国),1995年,268巻,p.1466
(2)非特許文献17:ホイヤー(Patrick Hoyer)、マスダ(Hideki Masuda),「ジャーナル・オブ・マテリアル・サイエンス・レターズ(Journal of Material Science Letters)」,(オランダ),1996年,15巻,p.1228
(3)非特許文献18:ホイヤー(Patrick Hoyer),「ラングミュアー(Langmuir)」,(英国),1996年,12巻,p.1411
(4)非特許文献19:チュー(S.-Z. Chu)、外3名,「ケミストリー・オブ・マテリアルズ(Chemistry of Materials)」,(米国),2002年,14巻,p.266
(1) Non-Patent Document 16: Hideki Masuda, Kenji Fukuda, "Science", (USA), 1995, 268, p. 1466
(2) Non-Patent Document 17: Patrick Hoyer, Hideki Masuda, "Journal of Material Science Letters", (Netherlands), 1996, Vol. 15, p. . 1228
(3) Non-Patent Document 18: Patrick Hoyer, “Langmuir” (UK), 1996, Vol. 12, p. 1411
(4) Non-Patent Document 19: S.-Z. Chu, three others, “Chemistry of Materials” (USA), 2002, 14, p. 266

鋳型への製膜方法としてはスパッタリング法、MOCVD法、PLD法など以下の非特許文献20〜23に記載の方法を用いることができる。
(1)非特許文献20:コバヤシ(M. Komabayashi)、外2名,「ジャパン・ジャーナル・オブ・アプライド・サイエンス(Japan Journal of Applied Physics)」,1990年,29巻
(2)非特許文献21:リュー(Z. X. Liu)、外2名,「シィン・ソリッド・フィルムズ(Thin Solid Films)」,(英国),2001年,381巻,p.262
(3)非特許文献22:マエダ(Y. Maeda)、外3名,「プロシーディングス・オブ・エムアールエス(Proceedings of MRS)」,(米国),2000年,607巻,p.315
(4)非特許文献23:リベツニー(M. Libezny)、外6名,「プロシーディングス・オブ・サーティーンス・ヨーロピアン・フォトヴォルタイックス・ソーラー・エネルギー・コンフェレンス(Proc. of the 13th European Photovoltaics Solar Energy Conference)」,(フランス),1995年,p.1326
As a method for forming a film on a mold, the methods described in the following non-patent documents 20 to 23 such as a sputtering method, an MOCVD method, and a PLD method can be used.
(1) Non-Patent Document 20: M. Komabayashi, two others, “Japan Journal of Applied Physics”, 1990, Vol. 29 (2) Non-Patent Document 21 : ZX Liu, two others, “Thin Solid Films” (UK), 2001, 381, p. 262
(3) Non-Patent Document 22: Y. Maeda, three others, “Proceedings of MRS” (USA), 2000, 607, p. 315
(4) Non-Patent Document 23: M. Libezny, 6 others, “Proc. Of the 13th European Photovoltaics Solar Energy Conference) ", (France), 1995, p. 1326

また、鋳型表面に金属、半導体、絶縁体材料を積層する際に、その厚みは材料の種類により、また、目的とする機能により最適な値を選択することになる。例えば、非特許文献24、25に記載のSiやSiOなどの超格子構造が必要な場合は、それらの層の厚さは1〜10nmが好ましく、さらに好ましくは3〜7nmである。
(1)非特許文献24:ネルソン(J. Nelson),「クゥワンタムウエル・ストラクチャー・フォー・フォトヴォルタイック・エネルギー・コンヴァージョン(Quantum-well structures for photovoltaics energy conversion M. H. Francombe and J. L. Vossen eds., "Heterojunction and quantum-well infrared detector)」,(米国),アカデミック・プレス(Academic Press),1995年,p.311
(2)非特許文献25:グリーン(M. A. Green),「サード・ジェネレーション・フォトヴォルタイックス:ウルトラ・ハイ・エフィシェンシー・アット・ローコスト、プログレス・イン・フォトヴォルタイックス(Third Generation Photovoltaics: Ultra-high efficiency at low cost, Progress in Photovoltaics)」,(ドイツ),スプリンガー(Splinger),2001年,9巻,p.257
Further, when a metal, semiconductor, or insulator material is laminated on the mold surface, an optimum value is selected for the thickness depending on the type of material and the intended function. For example, when a superlattice structure such as Si or SiO described in Non-Patent Documents 24 and 25 is required, the thickness of these layers is preferably 1 to 10 nm, and more preferably 3 to 7 nm.
(1) Non-Patent Document 24: J. Nelson, “Quantum-well structures for photovoltaics energy conversion MH Francombe and JL Vossen eds.,” Heterojunction and quantum-well infrared detector), (USA), Academic Press, 1995, p. 311
(2) Non-Patent Document 25: MA Green, “Third Generation Photovoltaics: Ultra High Efficiency at Low Cost, Progress Generation Photovoltaics: Ultra-high efficiency at low cost, Progress in Photovoltaics), (Germany), Springer, 2001, Vol. 9, p. 257

前記基板上または基板上の導電膜上への半導体層の配置様式は特に制限されるものではなく、基板の全面に配置しても良く、また基板の一部、例えば、網目状、ストライプ状などとして配置しても良い。半導体層の厚さとしては、特に限定はないが、通常0.1μm〜1000μm、好ましくは1μm〜500μm、さらに好ましくは1μm〜100μmである。また、鋳型を用いてナノチューブ構造を作成する場合の鋳型の形状は、目的に応じて適宜選択されるが、チューブ断面の外形が円形、楕円径、多角形のものが好ましく用いられる。   The arrangement pattern of the semiconductor layer on the substrate or the conductive film on the substrate is not particularly limited, and may be arranged on the entire surface of the substrate, or a part of the substrate, for example, a mesh shape, a stripe shape, or the like. You may arrange as. The thickness of the semiconductor layer is not particularly limited, but is usually 0.1 μm to 1000 μm, preferably 1 μm to 500 μm, and more preferably 1 μm to 100 μm. In addition, the shape of the template when the nanotube structure is formed using the template is appropriately selected according to the purpose, but a tube having an outer shape of a circle, an ellipse, or a polygon is preferably used.

本発明において、半導体層を形成する半導体は必ずしも単一の半導体材料だけから構成されていなくても良い。例えば、図1に示すような半導体材料Aと半導体材料Bの構造などを挙げることができる。また、例えば、機能性素子として、光電変換素子、熱電素子、サーモフォトボルタイック素子などキャリア特性の異なる少なくとも2種類の材料の接合面が重要となる場合には、図1の半導体材料Aと半導体材料Bはそれぞれp型およびn型半導体など特性の異なる組み合わせが挙げられる。また、鋳型表面に少なくとも2種類以上の金属、半導体や絶縁体をスパッタリング法などにより交互に積層した後に、熱処理を行い、化合物半導体とすることもできる。   In the present invention, the semiconductor forming the semiconductor layer is not necessarily composed of only a single semiconductor material. For example, the structure of the semiconductor material A and the semiconductor material B as shown in FIG. Further, for example, when a bonding surface of at least two kinds of materials having different carrier characteristics such as a photoelectric conversion element, a thermoelectric element, and a thermophotovoltaic element is important as a functional element, the semiconductor material A and the semiconductor in FIG. Examples of the material B include combinations having different characteristics such as p-type and n-type semiconductors. Alternatively, a compound semiconductor can be obtained by performing heat treatment after alternately laminating at least two kinds of metals, semiconductors, and insulators on the mold surface by sputtering or the like.

また、本発明における半導体層は、半導体材料のみから構成されていてもよいが、本願発明の目的を損なわない限り、他の任意成分を含有しても良い。
例えば、半導体粒子同士の結合状態を改善させるためのバインダー等も好ましく使用することができる。該バインダーとしては、硬化後に電解質に対して不活性で電解しないものであれば特に制限されず、例えば、高分子固体電解質、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、メラミン樹脂、シリコーン樹脂、ポリテトラフロロエチレン、ポリスチロール、カルボキシメチルセルロース、ポリフッ化ビニリデン又はこれらの誘導体あるいは混合物などが用いられる。これらのバインダーを使用する場合の混合比は、半導体材料/バインダー(質量比)で通常10/90〜90/10、好ましくは20/80〜80/20の範囲が望ましい。あるいは、目的とする形状の半導体層を前記印刷法、ドクターブレード法などで成膜するための工程を可能にするペーストを得るために、バインダーあるいは増粘効果を賦与するためにポリエチレングリコールなどの第三成分を添加することも可能である。これらの任意成分は、半導体層を形成するために、熱処理や圧力処理をする際に除去できる物質が好ましい。
また、他の任意成分としては、電解質に腐食されない特性を有する金属微粒子や ITO、FTO、AZOなどの導電性酸化物半導体などを挙げることができる。
In addition, the semiconductor layer in the present invention may be composed of only a semiconductor material, but may contain other optional components as long as the object of the present invention is not impaired.
For example, a binder for improving the bonding state between the semiconductor particles can be preferably used. The binder is not particularly limited as long as it is inactive to the electrolyte after curing and does not electrolyze. For example, the polymer solid electrolyte, epoxy resin, acrylic resin, melamine resin, silicone resin, polytetrafluoroethylene, polytetrafluoroethylene Styrol, carboxymethyl cellulose, polyvinylidene fluoride, or derivatives or mixtures thereof are used. When these binders are used, the mixing ratio of the semiconductor material / binder (mass ratio) is usually 10/90 to 90/10, preferably 20/80 to 80/20. Alternatively, in order to obtain a paste that enables a process for forming a semiconductor layer of a desired shape by the printing method, doctor blade method, etc., a binder or a second layer such as polyethylene glycol to impart a thickening effect. It is also possible to add three components. These optional components are preferably substances that can be removed when heat treatment or pressure treatment is performed to form a semiconductor layer.
Other optional components include fine metal particles that do not corrode by the electrolyte and conductive oxide semiconductors such as ITO, FTO, and AZO.

半導体層の形成方法としては特に制限されなく、公知の方法を採用することができる。例えば、バインダーを使用する場合、一般的には、前記半導体材料およびバインダーを混合してペースト状とし基板表面にスクリーン印刷、平板印刷、グラビア印刷、凹版印刷、フレキソ印刷、凸版印刷、特殊印刷する方法、ドクターブレード法、基板上にあらかじめ溝を形成しておき、該溝に半導体材料およびバインダーを混合したペーストを充填した後、へら等で余剰のペーストを除去する方法等により製造することができる。ペーストを基板表面に配置した後、加熱等によって導電性や密着性を向上させても良い。加熱には、オーブンやマッフル炉、電気炉の他、赤外線加熱等を利用しても良い。焼成温度は、用いるペーストおよび基板材料によって異なるが、好ましくは50℃〜700℃、より好ましくは100℃〜600℃、さらに好ましくは200℃〜500℃である。また、必要に応じて窒素雰囲気下で焼成を行っても良い。   The method for forming the semiconductor layer is not particularly limited, and a known method can be employed. For example, when a binder is used, generally, the semiconductor material and the binder are mixed to form a paste, and then screen printing, flat printing, gravure printing, intaglio printing, flexographic printing, letterpress printing, and special printing are performed on the substrate surface. It can be manufactured by a doctor blade method, a method in which a groove is formed in advance on a substrate, a paste in which a semiconductor material and a binder are mixed is filled in the groove, and then the excess paste is removed with a spatula or the like. After disposing the paste on the substrate surface, the conductivity and adhesion may be improved by heating or the like. In addition to an oven, a muffle furnace, an electric furnace, infrared heating or the like may be used for heating. The firing temperature varies depending on the paste used and the substrate material, but is preferably 50 ° C to 700 ° C, more preferably 100 ° C to 600 ° C, and still more preferably 200 ° C to 500 ° C. Moreover, you may bake in nitrogen atmosphere as needed.

本発明に用いられるナノチューブ構造を有する半導体としては、機能性素子の電極として用いることのできる機能を示す材料から選ばれる。
例えば、遷移金属を含む酸化物を挙げることができる。それらの材料としては、Nb25、TiO2、WO3、V25、Ta25、MoO3、RhO2、NiO、FeO2、Cr23、IrO2、SrTiO3、MX3系化合物(M=Co、Rh、Ir;X=P、As、Sb)、RM412(M=Fe、Ru、Os;R=La、Ce、Pr、Nd、Eu)、NaCo24などを例示することができる。
The semiconductor having a nanotube structure used in the present invention is selected from materials exhibiting functions that can be used as electrodes of functional elements.
For example, an oxide containing a transition metal can be given. These materials include Nb 2 O 5 , TiO 2 , WO 3 , V 2 O 5 , Ta 2 O 5 , MoO 3 , RhO 2 , NiO, FeO 2 , Cr 2 O 3 , IrO 2 , SrTiO 3 , MX. 3 series compounds (M = Co, Rh, Ir; X = P, As, Sb), RM 4 X 12 (M = Fe, Ru, Os; R = La, Ce, Pr, Nd, Eu), NaCo 2 O 4 etc. can be illustrated.

また、Si、Ge、周期律表の第2B族から第7B族元素、および周期律表の第2B族から第7B族元素を含む合金あるいは酸化物から選ばれる材料を挙げることができる。これらの材料としては、ZnO、SiO2、Si、CdS、Fe1-xxSi2(x=0〜1、M=Co、Mn、Cr)、GaInAsP、GaAs、InP、GaSb、GaInAs、Ge、SiGe、CdTe、CuInGaSSe、CuInGaSe2、(ZnO)mIn23(m=4〜7、9、11)、Ba1-xSrxPbO3(x=0〜1)、Ni1-xLiO(x=0〜1)、Cd3TeO6、Cd3xxTeO6―δ(x=0〜1、δ=0〜0.8)、Zn1-xAlxO(x=0〜1)、Bi2Te3などを挙げることができる。さらに、Gd3Mg7、YHx(x=0〜3)、Y−Mg、Ni−Mg、Sm―Mg(m=0〜3)などの金属半導体転移挙動を示す合金などが挙げられる。
本発明に用いられる半導体は単結晶でも多結晶でも良い。特に酸化チタンの場合は結晶系としては、アナターゼ型、ルチル型、ブルッカイト型などが主に用いられるが、好ましくはアナターゼ型である。
In addition, examples include materials selected from Si, Ge, an alloy or an oxide containing Group 2B to Group 7B elements of the periodic table, and Group 2B to Group 7B elements of the periodic table. These materials, ZnO, SiO 2, Si, CdS, Fe 1-x M x Si 2 (x = 0~1, M = Co, Mn, Cr), GaInAsP, GaAs, InP, GaSb, GaInAs, Ge , SiGe, CdTe, CuInGaSSe, CuInGaSe 2, (ZnO) m In 2 O 3 (m = 4~7,9,11), Ba 1-x Sr x PbO 3 (x = 0~1), Ni 1-x LiO (x = 0~1), Cd 3 TeO 6, Cd 3 - x A x TeO 6 -δ (x = 0~1, δ = 0~0.8), Zn 1-x Al x O (x = 0-1), Bi 2 Te 3 and the like. Further, Gd 3 Mg 7, YH x (x = 0~3), Y-Mg, Ni-Mg, etc. S m -Mg (m = 0~3) alloy exhibiting metal-semiconductor transition behavior of and the like.
The semiconductor used in the present invention may be single crystal or polycrystalline. In particular, in the case of titanium oxide, anatase type, rutile type, brookite type, etc. are mainly used as the crystal system, but anatase type is preferred.

さらには、ポリフェニレンビニレン(PPV)、ポリチオフェンなどの共役系有機物、共役系物質が非共役鎖で結合した有機物質、電子供与性を有する分子や電子受容性を有する分子、さらには電子供与性を有する分子構造を含むユニットと電子受容性を有する分子構造を含むユニットとから少なくとも構成される高分子化合物(ブロック共重合体)が挙げられる。   Furthermore, conjugated organic substances such as polyphenylene vinylene (PPV) and polythiophene, organic substances in which conjugated substances are bonded by non-conjugated chains, molecules having electron donating properties, molecules having electron accepting properties, and electron donating properties Examples thereof include a polymer compound (block copolymer) composed at least of a unit including a molecular structure and a unit including a molecular structure having an electron accepting property.

前記の電子供与性を有する分子構造とは、イオン化ポテンシャルが小さく、他の分子に電子を供給して自らは正のイオンになりやすい性質を示す構造をいい、また電子受容性を有する分子構造とは、電子親和力が大きく、他の分子から電子を受け取って自らは負のイオン状態になりやすい性質を示す構造をいう。前記ブロック共重合体においては、電子供与性を有する分子構造を含むユニット(ポリマーユニット)と電子受容性を有する分子構造を含むユニット(ポリマーユニット)を組み合わせて用いるため、前記の電子受容性または電子供与性の性質は、用いるそれらの化合物間での相対的な関係により自ずと決まり、それらの性質を満たす化合物の組み合わせが適宜選択される。   The molecular structure having the electron donating property means a structure having a small ionization potential, a property of supplying electrons to other molecules and easily becoming positive ions, and a molecular structure having an electron accepting property. Refers to a structure having a high electron affinity and a property of receiving an electron from another molecule and easily becoming a negative ionic state. In the block copolymer, a unit containing a molecular structure having electron donating properties (polymer unit) and a unit containing a molecular structure having electron accepting properties (polymer unit) are used in combination. The donating property is naturally determined by the relative relationship between the compounds used, and a combination of compounds satisfying these properties is appropriately selected.

電子供与性を有する分子構造としては、当該分子構造部分において電子供与性を有しておれば特に限定されないが、ポリまたはオリゴアリーレンビニレン構造、ポリまたはオリゴアニリン連結構造、ポリまたはオリゴチオフェン連結構造、ポリまたはオリゴピロール連結構造、ポリまたはオリゴアミン連結構造、フタロシアニン構造、ナフタロシアニン構造等が挙げられる。   The molecular structure having an electron-donating property is not particularly limited as long as it has an electron-donating property in the molecular structure part, but a poly or oligoarylene vinylene structure, a poly or oligoaniline linked structure, a poly or oligothiophene linked structure, Examples thereof include a poly or oligopyrrole linking structure, a poly or oligoamine linking structure, a phthalocyanine structure, and a naphthalocyanine structure.

また、電子受容性を有する分子構造としては、電子受容性を有しておれば特に限定されないが、シアノ基等の電子吸引性基を含有したポリまたはオリゴアリーレンビニレン構造、シアノ基等の電子吸引性基を含有したポリまたはオリゴチオフェン構造、シアノ基等の電子吸引性基を含有したポリまたはオリゴピロール構造、ポリまたはオリゴフェニルキノリン、さらにはビオロゲン構造、ペリレン等の多環式芳香族構造、フラーレン構造等が挙げられる。
具体的な電子受容性分子構造の例としては下記式(1)〜(4)に示すものを、また電子供与性分子構造の例としては下記式(5)〜(11)に示すものを挙げることができる。
Further, the molecular structure having electron accepting property is not particularly limited as long as it has electron accepting property, but a poly or oligoarylene vinylene structure containing an electron withdrawing group such as cyano group, electron withdrawing such as cyano group, etc. Poly or oligothiophene structure containing a functional group, poly or oligopyrrole structure containing an electron withdrawing group such as cyano group, poly or oligophenylquinoline, viologen structure, polycyclic aromatic structure such as perylene, fullerene Examples include the structure.
Specific examples of the electron accepting molecular structure include those represented by the following formulas (1) to (4), and examples of the electron donating molecular structure include those represented by the following formulas (5) to (11). be able to.

一般式(1)〜(11)中、R1およびR4〜R8は各々同一でも異なっていてもよく、各々個別に、直鎖および分岐した炭素数1〜10のアルキル基、アルケニル基、アルコキシル基または炭素数6〜12のアリール基、アラルキル基、アリールオキシ基を示す。
2およびR3は、各々同一でも異なっていてもよく、各々個別に、直鎖および分岐した炭素数1〜10のアルキル基もしくはアルケニル基または炭素数6〜12のアリール基を示す。
なお、同一構造式中に、複数のR1〜R8が存在する場合、それらは同一でも異なってもよい。
In the general formulas (1) to (11), R 1 and R 4 to R 8 may be the same or different and are each independently a linear and branched alkyl group having 1 to 10 carbon atoms, an alkenyl group, An alkoxyl group or an aryl group having 6 to 12 carbon atoms, an aralkyl group, or an aryloxy group is shown.
R 2 and R 3 may be the same or different, and each independently represents a linear and branched alkyl group or alkenyl group having 1 to 10 carbon atoms or an aryl group having 6 to 12 carbon atoms.
In addition, when several R < 1 > -R < 8 > exists in the same structural formula, they may be the same or different.

前記アルキル基としては、例えば、メチル基、エチル基、プロピル基、i−プロピル基、ブチル基、s−ブチル基、t−ブチル基、ペンチル基、イソペンチル基、ネオペンチル基、t−ペンチル基、ヘキシル基、イソヘキシル基、ヘプチル基、オクチル基、ノニル基、デシル基などが挙げられ、アルケニル基としては、ビニル基、アリル基、イソプロペニル基、ブチレニル基、ペンチレニル基、ヘキセニル基などが挙げられ、アルコキシ基としては、メトキシ基、エトキシ基、プロポキシ基、i−プロポキシ基、ブトキシ基、s−ブトキシ基、t−ブトキシ基、ペントキシ基、イソペントキシ基、ネオペンチルオキシ基、t−ペンチルオキシ基、ヘキシルオキシ基、イソヘキシルオキシ基、ヘプチルオキシ基、オクチルオキシ基、ノニルオキシ基、デシルオキシ基等が挙げられ、アリール基としては、フェニル基、キシリル基、トリル基、クメニル基、ナフチル基等が、アラルキル基としては、ベンジル基、トリメチル基等が、アリールオキシ基としては、フェノキシ基、トリルオキシ基などが挙げられる。   Examples of the alkyl group include methyl group, ethyl group, propyl group, i-propyl group, butyl group, s-butyl group, t-butyl group, pentyl group, isopentyl group, neopentyl group, t-pentyl group, and hexyl. Group, isohexyl group, heptyl group, octyl group, nonyl group, decyl group and the like. Examples of the alkenyl group include vinyl group, allyl group, isopropenyl group, butyryl group, pentylenyl group, hexenyl group and the like. As the group, methoxy group, ethoxy group, propoxy group, i-propoxy group, butoxy group, s-butoxy group, t-butoxy group, pentoxy group, isopentoxy group, neopentyloxy group, t-pentyloxy group, hexyloxy Group, isohexyloxy group, heptyloxy group, octyloxy group, nonyloxy group Group, decyloxy group and the like, as aryl group, phenyl group, xylyl group, tolyl group, cumenyl group, naphthyl group and the like, as aralkyl group, benzyl group, trimethyl group and the like as aryloxy group, A phenoxy group, a tolyloxy group, etc. are mentioned.

一般式(1)〜(11)中、X-およびY-は、各々同一でも異なっていてもよく、各々個別に、ハロゲンアニオン、ClO4 -、BF4 -、PF6 -、CH3COO-、CH3(C64)SO3 -から選ばれる対アニオンを示す。また、m、nは、各々個別に、1〜1000、好ましくは2〜500の整数を表す。 In the general formulas (1) to (11), X and Y may be the same or different, and each independently represents a halogen anion, ClO 4 , BF 4 , PF 6 , CH 3 COO −. , CH 3 (C 6 H 4 ) SO 3 represents a counter anion. M and n each independently represent an integer of 1 to 1000, preferably 2 to 500.

これらの構造を有する共重合体としては、これらの構造を主鎖に有する共重合体、これらの構造を側鎖に有する共重合体のいずれでもよいが、好ましくは、これらの構造を主鎖に有する共重合体であることが望ましい。   The copolymer having these structures may be either a copolymer having these structures in the main chain or a copolymer having these structures in the side chain, but preferably these structures are in the main chain. It is desirable to have a copolymer.

また、これらの構造としては、電子受容性を有するか、または電子供与性を有するかのいずれかの性質を具備することが必須であるが、さらに、これらの構造がキャリア移動能を具備する構造であることが望ましい。これらの構造がキャリア移動能を有するか否かについては常法により容易に判別することができる。例えば、殆どがこれらの構造からなるホモポリマーを製造し、タイム・オブ・フライト法によりキャリア移動度を測定することにより判別することができる(例えば、Jpn. J. Appl. Phys., Vol.38, pp.L1188(1999)の測定例などを参照。)。通常、キャリア移動度が10-7〜103cm2/V・s、好ましくは10-6〜10cm2/V・s程度のものが望ましい。 Moreover, as these structures, it is essential to have either an electron-accepting property or an electron-donating property, and further, these structures have a carrier mobility. It is desirable that Whether or not these structures have carrier mobility can be easily determined by a conventional method. For example, it can be discriminated by producing a homopolymer mostly composed of these structures and measuring the carrier mobility by the time-of-flight method (for example, Jpn. J. Appl. Phys., Vol. 38). , pp.L1188 (1999) measurement examples). Usually, the carrier mobility of 10 -7 ~10 3 cm 2 / V · s, preferably desirably of about 10 -6 ~10cm 2 / V · s .

ブロック共重合体から形成される薄膜は、自己組織化により、電子供与性相と電子受容性相からなるミクロ相分離構造を形成するが、ここでいうミクロ相分離構造とは、電子供与性相あるいは電子受容性相からなる各相のドメインサイズが、数nm〜数百nm程度の相分離構造を有するものを言う。ドメインサイズは、電子顕微鏡や、走査型プローブ顕微鏡などにより測定するができる。さらには、ブロック共重合体から形成される薄膜では、ミクロ相分離構造のドメインサイズがエキシトン拡散長の10倍以内であることが好ましい。なお、エキシトン拡散長とは、光吸収により生成したエキシトンの量が1/eになる間に、エキシトンが拡散する距離のことである。その値は、ブロック共重合体を構成する各ユニットからなるポリマーもしくはオリゴマーのフォトルミネッセント消光を、その膜厚の関数として測定することで得ることができる。測定されたエキシトン拡散長は、電子供与性相と電子受容性相で異なる値を取るが、一般には数10nm程度の値を取る。   A thin film formed from a block copolymer forms a microphase separation structure composed of an electron donating phase and an electron accepting phase by self-organization. The microphase separation structure referred to here is an electron donating phase. Or the thing which has the phase-separation structure whose domain size of each phase which consists of an electron-accepting phase is about several nanometers-several hundred nanometers. The domain size can be measured with an electron microscope or a scanning probe microscope. Furthermore, in a thin film formed from a block copolymer, the domain size of the microphase separation structure is preferably within 10 times the exciton diffusion length. The exciton diffusion length is the distance that excitons diffuse while the amount of excitons generated by light absorption becomes 1 / e. The value can be obtained by measuring the photoluminescent quenching of a polymer or oligomer comprising each unit constituting the block copolymer as a function of its film thickness. The measured exciton diffusion length takes different values between the electron donating phase and the electron accepting phase, but generally takes a value of about several tens of nm.

本発明において用いることができるブロック共重合体として、より具体的には以下の一般式(12)〜(20)のようなものが挙げられる。   More specific examples of the block copolymer that can be used in the present invention include the following general formulas (12) to (20).

一般式(12)〜(20)中、A、A’は電子受容性を有する分子構造を含有する分子団、D、D’は電子供与性を有する分子構造を含有する分子団を表す。また、式(12)〜(20)におけるn、m、l、pとしては、各々の場合において、nは通常2〜10000、好ましくは3〜5000、さらに好ましくは4〜2000の範囲の整数であり、mは通常2〜10000、好ましくは3〜5000、さらに好ましくは4〜2000の範囲の整数である。lは通常2〜10000、好ましくは3〜5000、さらに好ましくは4〜2000の範囲の整数である。pは通常2〜10000、好ましくは3〜5000、さらに好ましくは4〜2000の範囲の整数である。また、Rはポリマー残基を表す。これら一般式(12)〜(20)で表されるブロック共重合体の具体例としては特に限定されないが、以下の一般式(21)〜(37)のようなものが挙げられる。   In general formulas (12) to (20), A and A ′ represent molecular groups containing a molecular structure having electron accepting properties, and D and D ′ represent molecular groups containing a molecular structure having electron donating properties. Moreover, as n, m, l, and p in the formulas (12) to (20), in each case, n is usually an integer in the range of 2 to 10000, preferably 3 to 5000, and more preferably 4 to 2000. M is an integer in the range of usually 2 to 10000, preferably 3 to 5000, and more preferably 4 to 2000. l is an integer in the range of usually 2 to 10,000, preferably 3 to 5000, more preferably 4 to 2000. p is usually an integer in the range of 2 to 10000, preferably 3 to 5000, and more preferably 4 to 2000. R represents a polymer residue. Specific examples of the block copolymers represented by the general formulas (12) to (20) are not particularly limited, but examples include the following general formulas (21) to (37).

一般式(21)〜(37)中、R10およびR11は、各々同一でも異なっていてもよく、各々個別に、水素または炭素数1〜5のアルキル基を示し、R9およびR12は、各々個別に、炭素数1〜10のアルキレン基、炭素数6〜12のアリーレン基、または酸素原子もしくは窒素原子を含む炭素数1〜10のアルキレン基、炭素数6〜12のアリーレン基を示す。アルキレン基としては、例えば、メチレン基、エチレン基、トリメチレン基、テトラメチレン基、イソプロピレン基などが挙げられ、アリーレン基としては、例えば、フェニレン基、トリーレン等が挙げられる。 In the general formulas (21) to (37), R 10 and R 11 may be the same or different, and each independently represents hydrogen or an alkyl group having 1 to 5 carbon atoms, and R 9 and R 12 are Each independently represents an alkylene group having 1 to 10 carbon atoms, an arylene group having 6 to 12 carbon atoms, or an alkylene group having 1 to 10 carbon atoms containing an oxygen atom or a nitrogen atom, or an arylene group having 6 to 12 carbon atoms. . Examples of the alkylene group include a methylene group, an ethylene group, a trimethylene group, a tetramethylene group, and an isopropylene group. Examples of the arylene group include a phenylene group and a tolylene group.

また、式(21)〜(37)におけるn、m、l、pとしては、各々の場合において、
nは通常2〜10000、好ましくは3〜5000、さらに好ましくは4〜2000の範囲の整数であり、mは通常2〜10000、好ましくは3〜5000、さらに好ましくは4〜2000の範囲の整数であり、lは通常2〜10000、好ましくは3〜5000、さらに好ましくは4〜2000の範囲の整数であり、pは通常2〜10000、好ましくは3〜5000、さらに好ましくは4〜2000の範囲の整数である。
Moreover, as n, m, l, and p in the formulas (21) to (37),
n is usually an integer in the range of 2 to 10000, preferably 3 to 5000, more preferably 4 to 2000, and m is an integer in the range of 2 to 10000, preferably 3 to 5000, more preferably 4 to 2000. Yes, l is usually an integer in the range of 2 to 10000, preferably 3 to 5000, more preferably 4 to 2000, and p is usually 2 to 10000, preferably 3 to 5000, more preferably 4 to 2000. It is an integer.

これらの共重合体の分子末端は、その製法により異なるが、通常、水素、炭素数1〜10のアルキル基、アルケニル基、アルコキシル基または炭素数6〜12のアリール基、アラルキル基、アリールオキシ基などの炭化水素である。
これらの共重合体は、公知の方法により容易に得ることが出来る。それらの製造方法としては特に限定されるものではなく、例えば、電子受容性を有する構造または電子供与性を有する構造を有するジハロゲン化合物の強塩基による縮合重合反応や、電子受容性有する構造または電子供与性を有する構造を有し、かつ各種重合性基を有するモノマー化合物を、ラジカル重合、アニオン重合、カチオン重合する方法が挙げられる。
The molecular terminals of these copolymers vary depending on the production method, but are usually hydrogen, an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms, an alkenyl group, an alkoxyl group, or an aryl group having 6 to 12 carbon atoms, an aralkyl group, and an aryloxy group. Such as hydrocarbons.
These copolymers can be easily obtained by a known method. The production method thereof is not particularly limited. For example, a condensation polymerization reaction of a dihalogen compound having an electron-accepting structure or an electron-donating structure with a strong base, or an electron-accepting structure or electron donating. And a method of radical polymerization, anionic polymerization, and cationic polymerization of a monomer compound having a structure having a property and having various polymerizable groups.

本発明の機能性素子は、上記のようにして得られたナノチューブ構造を有する半導体を含む電極を用いることを特徴とする。
本発明において機能性素子とは、光、電気、温度、ガスなどの刺激により、例えば、電気を発生したり、色や透過率を変化させたり、化学反応を進行させたりする素子の総称である。具体的には、エレクトロクロミック素子、フォトクロミック素子、ガソクロミック素子、光電変換素子、熱電変換素子、Thermophotovoltaic素子などを代表的に挙げることができる。
かかる機能性素子は、基本的には、透明導電性基板および該基板上に形成された半導体層からなる電極、および対向電極からなり、半導体層からなる電極と対向電極は直接接していてもよいし、両者の間に電解質層が配置されていても良い。電極間の間隔は、通常0.1μm以上、好ましくは1μm以上であり、また通常1mm以下、好ましくは0.5mm以下である。これらの機能性素子としては、例えば、図2のような構造を有するものを挙げることができる。
The functional element of the present invention is characterized by using an electrode including a semiconductor having a nanotube structure obtained as described above.
In the present invention, the functional element is a general term for elements that generate electricity, change color or transmittance, or cause a chemical reaction, for example, by stimulation of light, electricity, temperature, gas, or the like. . Specifically, an electrochromic element, a photochromic element, a gasochromic element, a photoelectric conversion element, a thermoelectric conversion element, a Thermophotovoltaic element, and the like can be typically given.
Such a functional element basically includes a transparent conductive substrate, an electrode made of a semiconductor layer formed on the substrate, and a counter electrode, and the electrode made of the semiconductor layer and the counter electrode may be in direct contact with each other. And the electrolyte layer may be arrange | positioned between both. The distance between the electrodes is usually 0.1 μm or more, preferably 1 μm or more, and usually 1 mm or less, preferably 0.5 mm or less. Examples of these functional elements include those having a structure as shown in FIG.

前記電解質層としては、特に限定されるものではなく、液体系でも固体系でもいずれでもよく、可逆な電気化学的酸化還元特性を示すものが望ましい。
電解質としては、イオン伝導度が、通常室温で1×10-7S/cm以上、好ましくは1×10-6S/cm以上、さらに好ましくは1×10-5S/cm以上であるものが望ましい。なお、イオン伝導度は、複素インピーダンス法などの一般的な手法で求めることができる。
また、電解質としては、酸化体の拡散係数が1×10-9cm2/s以上、好ましくは1×10-8cm2/s以上、さらに好ましくは1×10-7cm2/s以上を示すものが望ましい。なお、拡散係数は、イオン伝導性を示す一指標であり、定電位電流特性測定、サイクリックボルタモグラム測定などの一般的な手法で求めることができる。
The electrolyte layer is not particularly limited and may be either a liquid system or a solid system, and preferably exhibits a reversible electrochemical redox characteristic.
The electrolyte has an ionic conductivity of usually 1 × 10 −7 S / cm or more, preferably 1 × 10 −6 S / cm or more, more preferably 1 × 10 −5 S / cm or more at room temperature. desirable. The ionic conductivity can be obtained by a general method such as a complex impedance method.
As the electrolyte, the oxidant has a diffusion coefficient of 1 × 10 −9 cm 2 / s or more, preferably 1 × 10 −8 cm 2 / s or more, more preferably 1 × 10 −7 cm 2 / s or more. What is shown is desirable. The diffusion coefficient is an index indicating ion conductivity, and can be obtained by a general method such as constant potential current characteristic measurement or cyclic voltammogram measurement.

電解質層の厚さは、特に限定されないが、1μm以上であることが好ましく、より好ましくは10μm以上であり、また3mm以下が好ましく、より好ましくは1mm以下である。   The thickness of the electrolyte layer is not particularly limited, but is preferably 1 μm or more, more preferably 10 μm or more, and preferably 3 mm or less, more preferably 1 mm or less.

液体系の電解質としては特に限定されるものではなく、通常、溶媒、可逆な電気化学的酸化還元特性を示す物質(溶媒に可溶なもの)およびさらに必要に応じて支持電解質を基本的成分として構成される。
溶媒としては、一般に電気化学セルや電池に用いられる溶媒であればいずれも使用することができる。具体的には、無水酢酸、メタノール、エタノール、テトラヒドロフラン、プロピレンカーボネート、ニトロメタン、アセトニトリル、ジメチルホルムアミド、ジメチルスルホキシド、ヘキサメチルホスホアミド、エチレンカーボネート、ジメトキシエタン、γ−ブチロラクトン、γ−バレロラクトン、スルホラン、ジメトキシエタン、プロピオンニトリル、グルタロニトリル、アジポニトリル、メトキシアセトニトリル、ジメチルアセトアミド、メチルピロリジノン、ジメチルスルホキシド、ジオキソラン、スルホラン、リン酸トリメチル、リン酸トリエチル、リン酸トリプロピル、リン酸エチルジメチル、リン酸トリブチル、リン酸トリペンチル、リン酸トリへキシル、リン酸トリヘプチル、リン酸トリオクチル、リン酸トリノニル、リン酸トリデシル、リン酸トリス(トリフフロロメチル)、リン酸トリス(ペンタフロロエチル)、リン酸トリフェニルポリエチレングリコール、及びポリエチレングリコール等が使用可能である。特に、プロピレンカーボネート、エチレンカーボネート、ジメチルスルホキシド、ジメトキシエタン、アセトニトリル、γ−ブチロラクトン、スルホラン、ジオキソラン、ジメチルホルムアミド、ジメトキシエタン、テトラヒドロフラン、アジポニトリル、メトキシアセトニトリル、メトキシプロピオニトリル、ジメチルアセトアミド、メチルピロリジノン、ジメチルスルホキシド、ジオキソラン、スルホラン、リン酸トリメチル、リン酸トリエチルが好ましい。
The liquid electrolyte is not particularly limited. Usually, a solvent, a substance exhibiting reversible electrochemical redox characteristics (soluble in a solvent), and, if necessary, a supporting electrolyte as a basic component Composed.
Any solvent can be used as long as it is generally used in electrochemical cells and batteries. Specifically, acetic anhydride, methanol, ethanol, tetrahydrofuran, propylene carbonate, nitromethane, acetonitrile, dimethylformamide, dimethyl sulfoxide, hexamethylphosphoamide, ethylene carbonate, dimethoxyethane, γ-butyrolactone, γ-valerolactone, sulfolane, dimethoxy Ethane, propiononitrile, glutaronitrile, adiponitrile, methoxyacetonitrile, dimethylacetamide, methylpyrrolidinone, dimethyl sulfoxide, dioxolane, sulfolane, trimethyl phosphate, triethyl phosphate, tripropyl phosphate, ethyldimethyl phosphate, tributyl phosphate, phosphorus Tripentyl phosphate, trihexyl phosphate, triheptyl phosphate, trioctyl phosphate, trinonyl phosphate, phosphoric acid Tridecyl, tris phosphate (trifluoromethyl), tris phosphate (pentafluoroethyl), triphenyl polyethylene glycol phosphate, polyethylene glycol, and the like can be used. In particular, propylene carbonate, ethylene carbonate, dimethyl sulfoxide, dimethoxyethane, acetonitrile, γ-butyrolactone, sulfolane, dioxolane, dimethylformamide, dimethoxyethane, tetrahydrofuran, adiponitrile, methoxyacetonitrile, methoxypropionitrile, dimethylacetamide, methylpyrrolidinone, dimethylsulfoxide , Dioxolane, sulfolane, trimethyl phosphate and triethyl phosphate are preferred.

また、溶媒として常温溶融塩類も用いることができる。ここで、常温溶融塩とは、溶媒成分が含まれないイオン対のみからなる常温において溶融している(即ち液状の)イオン対からなる塩であり、通常、融点が20℃以下であり、20℃を越える温度で液状であるイオン対からなる塩を示すものである。   Moreover, room temperature molten salts can also be used as a solvent. Here, the room temperature molten salt is a salt made of an ion pair that is melted at room temperature (that is, in a liquid state) consisting of only an ion pair that does not contain a solvent component, and usually has a melting point of 20 ° C. or less. A salt composed of an ion pair that is in a liquid state at a temperature in excess of ° C.

常温溶融塩の例としては、例えば、以下のものが挙げられる。
Examples of the room temperature molten salt include the following.

(ここで、Rは炭素数2〜20、好ましくは2〜10のアルキル基を示し、X-はハロゲンイオンまたはSCN-を示す。) (Here, R represents an alkyl group having 2 to 20 carbon atoms, preferably 2 to 10 carbon atoms, and X represents a halogen ion or SCN ).

(ここで、R1およびR2は各々炭素数1〜10のアルキル基(好ましくはメチル基またはエチル基)、または炭素数7〜20、好ましくは7〜13のアラルキル基(好ましくはベンジル基)を示しており、互いに同一でも異なっても良い。また、X-はハロゲンイオンまたはSCN-を示す。) (Wherein R1 and R2 each represent an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms (preferably a methyl group or an ethyl group) or an aralkyl group having 7 to 20 carbon atoms, preferably 7 to 13 carbon atoms (preferably a benzyl group). And may be the same as or different from each other, and X represents a halogen ion or SCN .)

(ここで、R1、R2、R3およびR4は、各々個別に、炭素数1以上、好ましくは炭素数1〜6のアルキル基、炭素数6〜12のアリール基(フェニル基など)、またはメトキシメチル基などを示し、互いに同一でも異なってもよい。また、X-はハロゲンイオンまたはSCN-を示す。) (Here, R 1 , R 2 , R 3 and R 4 are each independently an alkyl group having 1 or more carbon atoms, preferably an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms, an aryl group having 6 to 12 carbon atoms (such as a phenyl group). Or a methoxymethyl group or the like, which may be the same or different from each other, and X represents a halogen ion or SCN .)

溶媒はその1種を単独で使用しても良いし、また2種以上を混合して使用しても良い。   The solvent may be used alone or in combination of two or more.

また、可逆な電気化学的酸化還元特性を示す物質は、通常、いわゆるレドックス材と称されるものが挙げられるが、特にその種類を制限するものではない。かかる物質としては、例えば、フェロセン、p−ベンゾキノン、7,7,8,8−テトラシアノキノジメタン、N,N,N’,N’−テトラメチル−p−フェニレンジアミン、テトラチアフルバレン、チアントラセン、p−トルイルアミン等を挙げることができる。また、LiI、NaI、KI、CsI、CaI2、4級イミダゾリウムのヨウ素塩、テトラアルキルアンモニウムのヨウ素塩、Br2とLiBr、NaBr、KBr、CsBr、CaBr2などの金属臭化物などが挙げられ、また、Br2とテトラアルキルアンモニウムブロマイド、ビピリジニウムブロマイド、臭素塩、フェロシアン酸―フェリシアン酸塩などの錯塩、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、ヒドロキノン−キノン、ビオロゲン色素などを挙げることができる。 In addition, examples of substances that exhibit reversible electrochemical oxidation-reduction characteristics include what are commonly referred to as so-called redox materials, but the type is not particularly limited. Examples of such substances include ferrocene, p-benzoquinone, 7,7,8,8-tetracyanoquinodimethane, N, N, N ′, N′-tetramethyl-p-phenylenediamine, tetrathiafulvalene, thi Anthracene, p-toluylamine, etc. can be mentioned. Further, LiI, NaI, KI, CsI , CaI 2, 4 quaternary imidazolium iodide salt, iodine tetraalkylammonium Motoshio, Br 2 and LiBr, NaBr, KBr, CsBr, and metal bromides, such as CaBr 2 and the like, In addition, Br 2 and tetraalkylammonium bromide, bipyridinium bromide, bromine salts, complex salts such as ferrocyanic acid-ferricyanate, sodium polysulfide, alkylthiol-alkyldisulfides, hydroquinone-quinones, viologen dyes and the like can be mentioned. .

レドックス材は、酸化体、還元体のどちらか一方のみを用いてもよいし、酸化体と還元体を適当なモル比で混合し、添加することもできる。また、電気化学的応答性を示すように、これら酸化還元対を添加するなどしても良い。そのような性質を示す材料としては、ハロゲンイオン、SCN-、ClO4 -、BF4 -、CF3SO3 -、(CF3SO22-、(C25SO22-、PF6 -、AsF6 -、CH3COO-、CH3(C64)SO3 -、および(C25SO23-から選ばれる対アニオンを有するフェロセニウムなどのメタロセニウム塩などのほか、ヨウ素、臭素、塩素などのハロゲン類を用いることもできる。 As the redox material, only one of an oxidant and a reductant may be used, or the oxidant and the reductant may be mixed and added at an appropriate molar ratio. Further, these redox pairs may be added so as to show electrochemical responsiveness. Materials exhibiting such properties include halogen ions, SCN , ClO 4 , BF 4 , CF 3 SO 3 , (CF 3 SO 2 ) 2 N , (C 2 F 5 SO 2 ) 2 N -, PF 6 -, AsF 6 -, CH 3 COO -, CH 3 (C 6 H 4) SO 3 -, and (C 2 F 5 SO 2) 3 C - , such as ferrocenium having a counter anion selected from metallocenium of In addition to salts, halogens such as iodine, bromine and chlorine can also be used.

また、可逆な電気化学的酸化還元特性を示す物質の他の例としては、ハロゲンイオンおよびSCN-から選ばれる対アニオン(X-)を有する塩が挙げられる。具体的には、(CH34+-、(C254+-、(n−C494+-、さらには、 Another example of a substance exhibiting reversible electrochemical redox characteristics is a salt having a counter anion (X ) selected from halogen ions and SCN . Specifically, (CH 3 ) 4 N + X , (C 2 H 5 ) 4 N + X , (n−C 4 H 9 ) 4 N + X ,

等の4級アンモニウム塩、(CH34+-、(C254+-、(C374+-、(C494+-等のホスホニウム塩が挙げられる。
もちろん、これらの混合物も好適に用いることができる。
Quaternary ammonium salts such as (CH 3 ) 4 P + X , (C 2 H 5 ) 4 P + X , (C 3 H 7 ) 4 P + X , (C 4 H 9 ) 4 P + Examples thereof include phosphonium salts such as X .
Of course, a mixture of these can also be used suitably.

また、可逆な電気化学的酸化還元特性を示す物質として、レドックス性常温溶融塩類も用いることができる。ここで、レドックス性常温溶融塩とは、溶媒成分が含まれないイオン対のみからなる常温において溶融している(即ち液状の)イオン対からなる塩であり、通常、融点が20℃以下であり、20℃を越える温度で液状であるイオン対からなる塩を示すものであって、かつ可逆的な電気化学的酸化還元反応を行うことができるものである。
レドックス性常温溶融塩はその1種を単独で使用することができ、また2種以上を混合しても使用することもできる。
In addition, redox room temperature molten salts can also be used as substances exhibiting reversible electrochemical redox properties. Here, the redox ambient temperature molten salt is a salt composed of ion pairs that are melted at room temperature (that is, in a liquid state) consisting only of ion pairs that do not contain a solvent component, and usually has a melting point of 20 ° C. or less. A salt composed of an ion pair that is in a liquid state at a temperature exceeding 20 ° C. and capable of performing a reversible electrochemical redox reaction.
The redox room temperature molten salt can be used alone or in combination of two or more.

レドックス性常温溶融塩の例としては、例えば、以下のものが挙げられる。
Examples of redox room temperature molten salts include the following.

(ここで、Rは炭素数2〜20、好ましくは2〜10のアルキル基を示す。X-は対アニオンを示し、具体的にはハロゲンイオンまたはSCN-などを示す。) (Here, R represents an alkyl group having 2 to 20 carbon atoms, preferably 2 to 10 carbon atoms. X represents a counter anion, specifically a halogen ion or SCN or the like.)

(ここで、R1およびR2は、各々個別に、炭素数1〜10のアルキル基(好ましくはメチル基またはエチル基)、または炭素数7〜20、好ましくは7〜13のアラルキル基(好ましくはベンジル基)を示しており、互いに同一でも異なっても良い。また、X-は対アニオンを示し、具体的にはハロゲンイオンまたはSCN-などを示す。) (Where R1 and R2 are each independently an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms (preferably a methyl group or an ethyl group) or an aralkyl group having 7 to 20 carbon atoms, preferably 7 to 13 carbon atoms (preferably benzyl). And X represents a counter anion, specifically a halogen ion or SCN ).

(ここで、R1、R2、R3およびR4は、各々個別に、炭素数1以上、好ましくは炭素数1〜6のアルキル基、炭素数6〜12のアリール基(フェニル基など)、またはメトキシメチル基などを示し、互いに同一でも異なってもよい。また、X-は対アニオンを示し、具体的にはハロゲンイオンまたはSCN-など示す。) (Here, R 1 , R 2 , R 3 and R 4 are each independently an alkyl group having 1 or more carbon atoms, preferably an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms, an aryl group having 6 to 12 carbon atoms (such as a phenyl group). Or a methoxymethyl group, etc., which may be the same or different from each other, and X represents a counter anion, specifically a halogen ion or SCN .

可逆な電気化学的酸化還元特性を示す物質の使用量は、溶媒に溶解する限りにおいては、特に限定されるものではないが、通常溶媒に対して、1質量%〜50質量%、好ましくは3質量%〜30質量%であることが望ましい。   The amount of the substance exhibiting reversible electrochemical redox characteristics is not particularly limited as long as it dissolves in the solvent, but is usually 1% by mass to 50% by mass, preferably 3% with respect to the solvent. It is desirable that it is mass%-30 mass%.

また、必要に応じて加えられる支持電解質としては、電気化学の分野又は電池の分野で通常使用される塩類、酸類、アルカリ類、常温溶融塩類が使用できる。
塩類としては、特に制限はなく、例えば、アルカリ金属塩、アルカリ土類金属塩等の無機イオン塩、4級アンモニウム塩、環状4級アンモニウム塩、4級ホスホニウム塩などが使用でき、特にLi塩が好ましい。
Further, as the supporting electrolyte added as necessary, salts, acids, alkalis, and room temperature molten salts that are usually used in the field of electrochemistry or the field of batteries can be used.
The salt is not particularly limited, and examples thereof include inorganic ion salts such as alkali metal salts and alkaline earth metal salts, quaternary ammonium salts, cyclic quaternary ammonium salts, and quaternary phosphonium salts. preferable.

塩類の具体例としては、ClO4 -、BF4 -、CF3SO3 -、(CF3SO22-、(C25SO22-、PF6 -、AsF6 -、CH3COO-、CH3(C64)SO3 -、および(C25SO23-から選ばれる対アニオンを有するLi塩、Na塩、あるいはK塩が挙げられる。また、ClO4 -、BF4 -、CF3SO3 -、(CF3SO22-、(C25SO22-、PF6 -、AsF6 -、CH3COO-、CH3(C64)SO3 -、および(C25SO23-から選ばれる対アニオンを有する4級アンモニウム塩、具体的には、(CH34NBF4、(C254NBF4、(n−C494NBF4、(C254NBr、(C254NClO4、(n−C494NClO4、CH3(C253NBF4、(CH32(C252NBF4、(CH34NSO3CF3、(C254NSO3CF3、(n−C494NSO3CF3、さらには、 Specific examples of the salts include ClO 4 , BF 4 , CF 3 SO 3 , (CF 3 SO 2 ) 2 N , (C 2 F 5 SO 2 ) 2 N , PF 6 and AsF 6 −. Li salt, Na salt, or K salt having a counter anion selected from CH 3 COO , CH 3 (C 6 H 4 ) SO 3 , and (C 2 F 5 SO 2 ) 3 C . Also, ClO 4 , BF 4 , CF 3 SO 3 , (CF 3 SO 2 ) 2 N , (C 2 F 5 SO 2 ) 2 N , PF 6 , AsF 6 , CH 3 COO A quaternary ammonium salt having a counter anion selected from CH 3 (C 6 H 4 ) SO 3 , and (C 2 F 5 SO 2 ) 3 C , specifically, (CH 3 ) 4 NBF 4 , (C 2 H 5 ) 4 NBF 4 , (n-C 4 H 9 ) 4 NBF 4 , (C 2 H 5 ) 4 NBr, (C 2 H 5 ) 4 NClO 4 , (n-C 4 H 9 ) 4 NClO 4 , CH 3 (C 2 H 5 ) 3 NBF 4 , (CH 3 ) 2 (C 2 H 5 ) 2 NBF 4 , (CH 3 ) 4 NSO 3 CF 3 , (C 2 H 5 ) 4 NSO 3 CF 3 , (n-C 4 H 9 ) 4 NSO 3 CF 3 ,

等が挙げられる。また、ClO4 -、BF4 -、CF3SO3 -、(CF3SO22-、(C25SO22-、PF6 -、AsF6 -、CH3COO-、CH3(C64)SO3 -、および(C25SO23-から選ばれる対アニオンを有するホスホニウム塩、具体的には、(CH34PBF4、(C254PBF4、(C374PBF4、(C494PBF4等が挙げられる。
また、これらの混合物も好適に用いることができる。
Etc. Also, ClO 4 , BF 4 , CF 3 SO 3 , (CF 3 SO 2 ) 2 N , (C 2 F 5 SO 2 ) 2 N , PF 6 , AsF 6 , CH 3 COO , A phosphonium salt having a counter anion selected from CH 3 (C 6 H 4 ) SO 3 , and (C 2 F 5 SO 2 ) 3 C , specifically, (CH 3 ) 4 PBF 4 , (C 2 H 5) 4 PBF 4, (C 3 H 7) 4 PBF 4, include (C 4 H 9) 4 PBF 4 and the like.
Moreover, these mixtures can also be used suitably.

酸類も特に限定されず、無機酸、有機酸などが使用でき、具体的には硫酸、塩酸、リン酸類、スルホン酸類、カルボン酸類などが使用できる。
アルカリ類も特に限定されず、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化リチウムなどがいずれも使用可能である。
The acids are not particularly limited, and inorganic acids and organic acids can be used. Specifically, sulfuric acid, hydrochloric acid, phosphoric acids, sulfonic acids, carboxylic acids and the like can be used.
The alkalis are not particularly limited, and any of sodium hydroxide, potassium hydroxide, lithium hydroxide and the like can be used.

常温溶融塩類も特に限定されることは無いが、本発明における常温溶融塩とは、溶媒成分が含まれないイオン対のみからなる常温において溶融している(即ち液状の)イオン対からなる塩であり、通常、融点が20℃以下であり、20℃を越える温度で液状であるイオン対からなる塩を示す。
常温溶融塩はその1種を単独で使用することができ、また2種以上を混合しても使用することもできる。
The room temperature molten salt is not particularly limited, but the room temperature molten salt in the present invention is a salt made of an ion pair that is melted at room temperature (that is, a liquid form) consisting of only an ion pair that does not contain a solvent component. In general, it indicates a salt composed of an ion pair having a melting point of 20 ° C. or lower and being liquid at a temperature exceeding 20 ° C.
The room temperature molten salt can be used alone or in combination of two or more.

常温溶融塩の例としては、例えば、以下のものが挙げられる。
Examples of the room temperature molten salt include the following.

(ここで、Rは炭素数2〜20、好ましくは2〜10のアルキル基を示す。X-はClO4 -、BF4 -、(CF3SO22-、(C25SO22-、PF6 -、AsF6 -、CH3COO-、CH3(C64)SO3 -、および(C25SO23-から選ばれる対アニオンを表す。) (Wherein R represents an alkyl group having 2 to 20 carbon atoms, preferably 2 to 10 carbon atoms. X represents ClO 4 , BF 4 , (CF 3 SO 2 ) 2 N , (C 2 F 5 SO 2 ) represents a counter anion selected from 2 N , PF 6 , AsF 6 , CH 3 COO , CH 3 (C 6 H 4 ) SO 3 , and (C 2 F 5 SO 2 ) 3 C .)

(ここで、R1およびR2は各々炭素数1〜10のアルキル基(好ましくはメチル基またはエチル基)、または炭素数7〜20、好ましくは7〜13のアラルキル基(好ましくはベンジル基)を示しており、互いに同一でも異なっても良い。また、X-はClO4 -、BF4 -、(CF3SO22-、(C25SO22-、PF6 -、AsF6 -、CH3COO-、CH3(C64)SO3 -、および(C25SO23-から選ばれる対アニオンを表す。) (Wherein R1 and R2 each represent an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms (preferably a methyl group or an ethyl group) or an aralkyl group having 7 to 20 carbon atoms, preferably 7 to 13 carbon atoms (preferably a benzyl group). X may be ClO 4 , BF 4 , (CF 3 SO 2 ) 2 N , (C 2 F 5 SO 2 ) 2 N , PF 6 , (It represents a counter anion selected from AsF 6 , CH 3 COO , CH 3 (C 6 H 4 ) SO 3 , and (C 2 F 5 SO 2 ) 3 C ).

(ここで、R1、R2、R3およびR4は、各々個別に、炭素数1以上、好ましくは炭素数1〜6のアルキル基、炭素数6〜12のアリール基(フェニル基など)、またはメトキシメチル基などを示し、互いに同一でも異なってもよい。また、X-はClO4 -、BF4 -、(CF3SO22-、(C25SO22-、PF6 -、AsF6 -、CH3COO-、CH3(C64)SO3 -、および(C25SO23-から選ばれる対アニオンを表す。) (Here, R 1 , R 2 , R 3 and R 4 are each independently an alkyl group having 1 or more carbon atoms, preferably an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms, or an aryl group having 6 to 12 carbon atoms (such as a phenyl group). Or a methoxymethyl group, etc., which may be the same or different from each other, and X is ClO 4 , BF 4 , (CF 3 SO 2 ) 2 N , (C 2 F 5 SO 2 ) 2 N -, PF 6 -, AsF 6 -, CH 3 COO -, CH 3 (C 6 H 4) SO 3 -, and (C 2 F 5 SO 2) 3 C - represents a counter anion selected from).

支持電解質の使用量については特に制限はなく、任意であるが、通常、電解質中に0.1質量%以上、好ましくは1質量%以上、さらに好ましくは10質量%以上であり、かつ70質量%以下、好ましくは60質量%以下、さらに好ましくは50質量%以下の量で含有させることができる。   The amount of the supporting electrolyte used is not particularly limited and is arbitrary, but is usually 0.1% by mass or more, preferably 1% by mass or more, more preferably 10% by mass or more, and 70% by mass in the electrolyte. Hereinafter, it can be contained in an amount of preferably 60% by mass or less, more preferably 50% by mass or less.

また、電解質としては、前記のような液体系でもよいが、全固体化が可能であるとの観点から、本発明においは高分子固体電解質(イオン伝導性フィルム)が特に好ましい。高分子固体電解質としては、特に好ましいものとして、(a)高分子マトリックス(成分(a))に、少なくとも(c)可逆な電気化学的酸化還元特性を示す物質(成分(c))を含有し、所望により(b)可塑剤(成分(b))をさらに含有するものが挙げられる。また、これらに加え、所望によりさらに(d)前記した支持電解質や(e)常温溶融塩などの他の任意成分を含有させてもよい。イオン伝導性フィルムとしては、前記成分(b)または、成分(b)と成分(c)、あるいはさらなる任意成分が、高分子マトリックス中に保持されることによって固体状態またはゲル状態が形成される。   In addition, the electrolyte may be a liquid type as described above, but a polymer solid electrolyte (ion conductive film) is particularly preferable in the present invention from the viewpoint that all solidification is possible. As the polymer solid electrolyte, it is particularly preferable that (a) the polymer matrix (component (a)) contains at least (c) a substance (component (c)) exhibiting reversible electrochemical redox characteristics. If desired, those further containing (b) a plasticizer (component (b)) may be mentioned. In addition to these, other optional components such as (d) the above-mentioned supporting electrolyte and (e) a room temperature molten salt may be further contained as desired. As an ion conductive film, the said component (b), a component (b) and a component (c), or a further arbitrary component is hold | maintained in a polymer matrix, and a solid state or a gel state is formed.

高分子マトリックスとして使用できる材料としては、高分子マトリックス単体で、あるいは可塑剤の添加や、支持電解質の添加、または可塑剤と支持電解質の添加によって固体状態またはゲル状態が形成されれば特に制限は無く、一般的に用いられるいわゆる高分子化合物を用いることができる。   The material that can be used as the polymer matrix is not particularly limited as long as a solid state or a gel state is formed by the polymer matrix alone, or by the addition of a plasticizer, the addition of a supporting electrolyte, or the addition of a plasticizer and a supporting electrolyte. In general, so-called polymer compounds that are generally used can be used.

上記高分子マトリックスとしての特性を示す高分子化合物としては、ヘキサフロロプロピレン、テトラフロロエチレン、トリフロロエチレン、エチレン、プロピレン、アクリロニトリル、塩化ビニリデン、アクリル酸、メタクリル酸、メチルアクリレート、エチルアクリレート、メチルメタクリレート、スチレン、フッ化ビニリデンなどのモノマーを重合または共重合して得られる高分子化合物を挙げることができる。またこれらの高分子化合物は単独で用いても良く、また混合して用いても良い。これらの中でも、特にポリフッ化ビニリデン系高分子化合物が好ましい。   Examples of the polymer compound exhibiting characteristics as the polymer matrix include hexafluoropropylene, tetrafluoroethylene, trifluoroethylene, ethylene, propylene, acrylonitrile, vinylidene chloride, acrylic acid, methacrylic acid, methyl acrylate, ethyl acrylate, and methyl methacrylate. And polymer compounds obtained by polymerizing or copolymerizing monomers such as styrene and vinylidene fluoride. These polymer compounds may be used alone or in combination. Among these, a polyvinylidene fluoride polymer compound is particularly preferable.

ポリフッ化ビニリデン系高分子化合物としては、フッ化ビニリデンの単独重合体、あるいはフッ化ビニリデンと他の重合性モノマー、好適にはラジカル重合性モノマーとの共重合体を挙げることができる。フッ化ビニリデンと共重合させる他の重合性モノマー(以下、共重合性モノマーという。)としては、具体的には、ヘキサフロロプロピレン、テトラフロロエチレン、トリフロロエチレン、エチレン、プロピレン、アクリロニトリル、塩化ビニリデン、アクリル酸、メタクリル酸、メチルアクリレート、エチルアクリレート、メチルメタクリレート、スチレンなどを例示することができる。
これらの共重合性モノマーは、モノマー全量に対して1〜50mol%、好ましくは1〜25mol%の範囲で使用することができる。
Examples of the polyvinylidene fluoride polymer compound include a homopolymer of vinylidene fluoride, or a copolymer of vinylidene fluoride and another polymerizable monomer, preferably a radical polymerizable monomer. Specific examples of other polymerizable monomers copolymerized with vinylidene fluoride (hereinafter referred to as copolymerizable monomers) include hexafluoropropylene, tetrafluoroethylene, trifluoroethylene, ethylene, propylene, acrylonitrile, vinylidene chloride. Acrylic acid, methacrylic acid, methyl acrylate, ethyl acrylate, methyl methacrylate, styrene and the like can be exemplified.
These copolymerizable monomers can be used in an amount of 1 to 50 mol%, preferably 1 to 25 mol%, based on the total amount of monomers.

共重合性モノマーとしては、好適にはヘキサフロロプロピレンが用いられる。本発明においては、特にフッ化ビニリデンにヘキサフロロプロピレンを1〜25mol%共重合させたフッ化ビニリデン−ヘキサフロロプロピレン共重合体を高分子マトリックスとするイオン伝導性フィルムとして好ましく用いることができる。また共重合比の異なる2種類以上のフッ化ビニリデン−ヘキサフロロプロピレン共重合体を混合して使用しても良い。   As the copolymerizable monomer, hexafluoropropylene is preferably used. In the present invention, in particular, it can be preferably used as an ion conductive film using a vinylidene fluoride-hexafluoropropylene copolymer obtained by copolymerizing 1 to 25 mol% of hexafluoropropylene with vinylidene fluoride as a polymer matrix. Two or more kinds of vinylidene fluoride-hexafluoropropylene copolymers having different copolymerization ratios may be mixed and used.

また、これらの共重合性モノマーを2種類以上用いてフッ化ビニリデンと共重合させることもできる。例えば、フッ化ビニリデン+ヘキサフロロプロピレン+テトラフロロエチレン、フッ化ビニリデン+ヘキサフロロプロピレン+アクリル酸、フッ化ビニリデン+テトラフロロエチレン+エチレン、フッ化ビニリデン+テトラフロロエチレン+プロピレンなどの組み合わせで共重合させて得られる共重合体を使用することもできる。   Further, two or more of these copolymerizable monomers can be used for copolymerization with vinylidene fluoride. For example, copolymerization with combinations of vinylidene fluoride + hexafluoropropylene + tetrafluoroethylene, vinylidene fluoride + hexafluoropropylene + acrylic acid, vinylidene fluoride + tetrafluoroethylene + ethylene, vinylidene fluoride + tetrafluoroethylene + propylene, etc. The copolymer obtained by making it also can be used.

さらに、高分子マトリックスとしてポリフッ化ビニリデン系高分子化合物に、ポリアクリル酸系高分子化合物、ポリアクリレート系高分子化合物、ポリメタクリル酸系高分子化合物、ポリメタクリレート系高分子化合物、ポリアクリロニトリル系高分子化合物およびポリエーテル系高分子化合物から選ばれる高分子化合物を1種類以上混合して使用することもできる。あるいはポリフッ化ビニリデン系高分子化合物に、上記した高分子化合物のモノマーを2種以上共重合させて得られる共重合体を1種類以上混合して使用することもできる。このときの単独重合体あるいは共重合体の配合割合は、ポリフッ化ビニリデン系高分子化合物100質量部に対して、通常200質量部以下とすることが好ましい。   Furthermore, as a polymer matrix, polyvinylidene fluoride polymer compound, polyacrylic acid polymer compound, polyacrylate polymer compound, polymethacrylic acid polymer compound, polymethacrylate polymer compound, polyacrylonitrile polymer One or more polymer compounds selected from a compound and a polyether polymer compound can be mixed and used. Alternatively, one or more kinds of copolymers obtained by copolymerizing two or more kinds of monomers of the above-described polymer compound with a polyvinylidene fluoride polymer compound may be used. In this case, the blending ratio of the homopolymer or copolymer is usually preferably 200 parts by mass or less with respect to 100 parts by mass of the polyvinylidene fluoride polymer compound.

ここで用いられるポリフッ化ビニリデン系高分子化合物の重量平均分子量は、通常10,000〜2,000,000、好ましくは100,000〜1,000,000の範囲のものが好適に使用することができる。   The weight-average molecular weight of the polyvinylidene fluoride polymer compound used here is preferably 10,000 to 2,000,000, preferably 100,000 to 1,000,000. it can.

可塑剤(成分(b))は、可逆な電気化学的酸化還元特性を示す物質に対する溶媒として作用する。かかる可塑剤としては、一般に電気化学セルや電池において電解質溶媒として使用され得るものであればいずれも使用することができ、具体的には液体系電解質において例示した各種溶媒を挙げることができる。特に、プロピレンカーボネート、エチレンカーボネート、ジメチルスルホキシド、ジメトキシエタン、アセトニトリル、γ−ブチロラクトン、スルホラン、ジオキソラン、ジメチルホルムアミド、ジメトキシエタン、テトラヒドロフラン、アジポニトリル、メトキシアセトニトリル、ジメチルアセトアミド、メチルピロリジノン、ジメチルスルホキシド、ジオキソラン、スルホラン、リン酸トリメチル、リン酸トリエチルが好ましい。また、液系電解質で用いた常温溶融塩類も用いることができる。溶媒はその1種を単独で使用しても良いし、また2種以上を混合して使用しても良い。   The plasticizer (component (b)) acts as a solvent for substances exhibiting reversible electrochemical redox properties. Any plasticizer can be used as long as it can be generally used as an electrolyte solvent in an electrochemical cell or battery, and specific examples thereof include various solvents exemplified in liquid electrolytes. In particular, propylene carbonate, ethylene carbonate, dimethyl sulfoxide, dimethoxyethane, acetonitrile, γ-butyrolactone, sulfolane, dioxolane, dimethylformamide, dimethoxyethane, tetrahydrofuran, adiponitrile, methoxyacetonitrile, dimethylacetamide, methylpyrrolidinone, dimethyl sulfoxide, dioxolane, sulfolane, Trimethyl phosphate and triethyl phosphate are preferred. Also, room temperature molten salts used in liquid electrolytes can be used. The solvent may be used alone or in combination of two or more.

可塑剤(成分(b))の使用量は特に制限はないが、通常、イオン伝導性材料中に20質量%以上、好ましくは50質量%以上、さらに好ましくは70質量%以上であり、かつ98質量%以下、好ましくは95質量%以下、さらに好ましくは90質量%以下の量で含有させることができる。   The amount of the plasticizer (component (b)) used is not particularly limited, but is usually 20% by mass or more, preferably 50% by mass or more, more preferably 70% by mass or more, and 98% by mass in the ion conductive material. It can be contained in an amount of not more than mass%, preferably not more than 95 mass%, more preferably not more than 90 mass%.

成分(c)は、可逆な電気化学的酸化還元反応を行うことができる化合物であって、通常レドックス性材料と称されるものが挙げられる。
かかる化合物しては、特にその種類を制限するものではないが、たとえば、フェロセン、p−ベンゾキノン、7,7,8,8−テトラシアノキノジメタン、N,N,N’,N’−テトラメチル−p−フェニレンジアミン、テトラチアフルバレン、アントラセン、p−トルイルアミン等を用いることができる。また、LiI、NaI、KI、CsI、CaI2、4級イミダゾリウムのヨウ素塩、テトラアルキルアンモニウムのヨウ素塩、Br2とLiBr、NaBr、KBr、CsBr、CaBr2などの金属臭化物などが挙げられる。
Component (c) is a compound that can perform a reversible electrochemical redox reaction, and includes what is usually referred to as a redox material.
The type of the compound is not particularly limited. For example, ferrocene, p-benzoquinone, 7,7,8,8-tetracyanoquinodimethane, N, N, N ′, N′-tetra Methyl-p-phenylenediamine, tetrathiafulvalene, anthracene, p-toluylamine and the like can be used. Further, LiI, NaI, KI, CsI, CaI 2 , quaternary imidazolium iodine salt, tetraalkylammonium iodine salt, Br 2 and LiBr, NaBr, KBr, CsBr, CaBr 2 and other metal bromides are listed.

また、Br2とテトラアルキルアンモニウムブロマイド、ビピリジニウムブロマイド、臭素塩、フェロシアン酸―フェリシアン酸塩などの錯塩、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、ヒドロキノン−キノン、ビオロゲンなどを用いることができる。レドックス材は、酸化体、還元体のどちらか一方のみを用いてもよいし、酸化
体と還元体を適当なモル比で混合し、添加することもできる。
Further, Br 2 and tetraalkylammonium bromide, bipyridinium bromide, bromine salts, complex salts such as ferrocyanic acid-ferricyanate, sodium polysulfide, alkylthiol-alkyldisulfides, hydroquinone-quinones, viologens, and the like can be used. As the redox material, only one of an oxidant and a reductant may be used, or the oxidant and the reductant may be mixed and added at an appropriate molar ratio.

また、成分(c)として、ハロゲンイオン、SCN-から選ばれる対アニオン(X-)を有する塩が挙げられる。カチオンとしては、4級アンモニウム塩として、具体的には、(CH34NX-、(C254NX-、(n−C494NX-、さらには、 Examples of the component (c) include a salt having a counter anion (X ) selected from halogen ions and SCN . As the cation, as a quaternary ammonium salt, specifically, (CH 3 ) 4 NX , (C 2 H 5 ) 4 NX , (n-C 4 H 9 ) 4 NX ,

等が挙げられる。対アニオン(X-)を有するホスホニウム塩、具体的には、(CH34PX-、(C254PX-、(C374PX-、(C494PX-等が挙げられる。
もちろん、これらの混合物も好適に用いることができる。
なお、これらの化合物の場合は、通常成分(b)と併用することが好ましい。
また、成分(c)として、液体系電解質用に用いたレドックス性常温溶融塩類も用いることができる。
Etc. A phosphonium salt having a counter anion (X ), specifically, (CH 3 ) 4 PX , (C 2 H 5 ) 4 PX , (C 3 H 7 ) 4 PX , (C 4 H 9 ) 4 PX- and the like.
Of course, a mixture of these can also be used suitably.
In addition, in the case of these compounds, it is preferable to use together with a normal component (b).
Moreover, the redox normal temperature molten salt used for liquid electrolytes can also be used as a component (c).

可逆な電気化学的酸化還元特性を示す物質(成分(c))の使用量については特に制限はなく、通常、高分子固体電解質中に0.1質量%以上、好ましくは1質量%以上、さらに好ましくは10質量%以上であり、かつ70質量%以下、好ましくは60質量%以下、さらに好ましくは50質量%以下の量で含有させることができる。   There is no particular limitation on the amount of the substance exhibiting reversible electrochemical oxidation-reduction characteristics (component (c)), usually 0.1% by mass or more, preferably 1% by mass or more in the polymer solid electrolyte. The amount is preferably 10% by mass or more and 70% by mass or less, preferably 60% by mass or less, and more preferably 50% by mass or less.

成分(c)を成分(b)と併用する場合、成分(c)は、成分(b)に溶解しかつ高分子固体電解質とした際にも析出等が起こらない混合比とすることが望ましく、好ましくは成分(c)/成分(b)が質量比で0.01〜0.5、さらに好ましくは0.03〜0.3の範囲である。
また、成分(a)に対しては、好ましくは成分(a)/(成分(b)+成分(c))質量比が1/20〜1/1、さらに好ましくは1/10〜1/2の範囲であることが望ましい。
When component (c) is used in combination with component (b), it is desirable that component (c) has a mixing ratio that dissolves in component (b) and does not cause precipitation even when a polymer solid electrolyte is obtained. Preferably, component (c) / component (b) is in the range of 0.01 to 0.5, more preferably 0.03 to 0.3 in terms of mass ratio.
For component (a), the mass ratio of component (a) / (component (b) + component (c)) is preferably 1/20 to 1/1, more preferably 1/10 to 1/2. It is desirable to be in the range.

高分子固体電解質における支持電解質(成分(d))の使用量については特に制限はなく、任意であるが、通常、高分子固体電解質中に0.1質量%以上、好ましくは1質量%以上、さらに好ましくは10質量%以上であり、かつ70質量%以下、好ましくは60質量%以下、さらに好ましくは50質量%以下の量で含有させることができる。
高分子固体電解質には、更に他の成分を含有させることができる。他の成分としては、紫外線吸収剤、アミン化合物などを挙げることができる。用いることができる紫外線吸収剤としては、特に限定されないが、ベンゾトリアゾール骨格を有する化合物、ベンゾフェノン骨格を有する化合物等の有機紫外線吸収剤が代表的なものとして挙げられる。
The amount of the supporting electrolyte (component (d)) used in the polymer solid electrolyte is not particularly limited and is arbitrary, but is usually 0.1% by mass or more, preferably 1% by mass or more in the polymer solid electrolyte. More preferably, it is 10% by mass or more and 70% by mass or less, preferably 60% by mass or less, and more preferably 50% by mass or less.
The polymer solid electrolyte may further contain other components. Examples of other components include ultraviolet absorbers and amine compounds. Although it does not specifically limit as a ultraviolet absorber which can be used, Organic UV absorbers, such as a compound which has a benzotriazole skeleton and a compound which has a benzophenone skeleton, are mentioned as a typical thing.

ベンゾトリアゾール骨格を有する化合物としては、例えば、下記の一般式(38)で表される化合物が好適に挙げられる。
As the compound having a benzotriazole skeleton, for example, a compound represented by the following general formula (38) is preferably exemplified.

一般式(38)において、R81は、水素原子、ハロゲン原子または炭素数1〜10、好ましくは1〜6のアルキル基を示す。ハロゲン原子としてはフッ素、塩素、臭素、ヨウ素を挙げることができる。アルキル基としては、例えば、メチル基、エチル基、プロピル基、i−プロピル基、ブチル基、t−ブチル基、シクロヘキシル基等を挙げることができる。R81の置換位置は、ベンゾトリアゾール骨格の4位または5位であるが、ハロゲン原子およびアルキル基は通常4位に位置する。R82は、水素原子または炭素数1〜10、好ましくは1〜6のアルキル基を示す。アルキル基としては、例えば、メチル基、エチル基、プロピル基、i−プロピル基、ブチル基、t−ブチル基、シクロヘキシル基等を挙げることができる。R83は、炭素数1〜10、好ましくは1〜3のアルキレン基またはアルキリデン基を示す。アルキレン基としては、例えば、メチレン基、エチレン基、トリメチレン基、プロピレン基等を挙げることができ、またアルキリデン基としては、例えば、エチリデン基、プロピリデン基等が挙げられる。 In the general formula (38), R 81 represents a hydrogen atom, a halogen atom or an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms, preferably 1 to 6 carbon atoms. Examples of the halogen atom include fluorine, chlorine, bromine and iodine. Examples of the alkyl group include a methyl group, an ethyl group, a propyl group, an i-propyl group, a butyl group, a t-butyl group, and a cyclohexyl group. The substitution position of R 81 is the 4-position or 5-position of the benzotriazole skeleton, but the halogen atom and the alkyl group are usually located at the 4-position. R 82 represents a hydrogen atom or an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms, preferably 1 to 6 carbon atoms. Examples of the alkyl group include a methyl group, an ethyl group, a propyl group, an i-propyl group, a butyl group, a t-butyl group, and a cyclohexyl group. R 83 represents an alkylene group or alkylidene group having 1 to 10 carbon atoms, preferably 1 to 3 carbon atoms. Examples of the alkylene group include a methylene group, an ethylene group, a trimethylene group, and a propylene group. Examples of the alkylidene group include an ethylidene group and a propylidene group.

一般式(38)で示される化合物の具体例としては、3−(5−クロロ−2H−ベンゾトリアゾール−2−イル)−5−(1,1−ジメチルエチル)−4−ヒドロキシ−ベンゼンプロパン酸、3−(2H−ベンゾトリアゾール−2−イル)−5−(1,1−ジメチルエチル)−4−ヒドロキシ−ベンゼンエタン酸、3−(2H−ベンゾトリアゾール−2−イル)−4−ヒドロキシベンゼンエタン酸、3−(5−メチル−2H−ベンゾトリアゾール−2−イル)−5−(1−メチルエチル)−4−ヒドロキシベンゼンプロパン酸、2−(2’−ヒドロキシ−5’−メチルフェニル)ベンゾトリアゾール、2−(2’−ヒドロキシ−3’,5’−ビス(α,α−ジメチルベンジル)フェニル)ベンゾトリアゾール、2−(2’−ヒドロキシ−3’,5’−ジ−t−ブチルフェニル)ベンゾトリアゾール、2−(2’−ヒドロキシ−3’−t−ブチル−5’−メチルフェニル)−5−クロロベンゾトリアゾール、3−(5−クロロ−2H−ベンゾトリアゾール−2−イル)−5−(1,1−ジメチルエチル)−4−ヒドロキシ−ベンゼンプロパン酸オクチルエステル等が挙げられる。   Specific examples of the compound represented by the general formula (38) include 3- (5-chloro-2H-benzotriazol-2-yl) -5- (1,1-dimethylethyl) -4-hydroxy-benzenepropanoic acid. 3- (2H-benzotriazol-2-yl) -5- (1,1-dimethylethyl) -4-hydroxy-benzeneethanoic acid, 3- (2H-benzotriazol-2-yl) -4-hydroxybenzene Ethanoic acid, 3- (5-methyl-2H-benzotriazol-2-yl) -5- (1-methylethyl) -4-hydroxybenzenepropanoic acid, 2- (2′-hydroxy-5′-methylphenyl) Benzotriazole, 2- (2′-hydroxy-3 ′, 5′-bis (α, α-dimethylbenzyl) phenyl) benzotriazole, 2- (2′-hydroxy-3 ′, 5'-di-t-butylphenyl) benzotriazole, 2- (2'-hydroxy-3'-t-butyl-5'-methylphenyl) -5-chlorobenzotriazole, 3- (5-chloro-2H- Benzotriazol-2-yl) -5- (1,1-dimethylethyl) -4-hydroxy-benzenepropanoic acid octyl ester and the like.

ベンゾフェノン骨格を有する化合物としては、例えば、下記の一般式(39)〜(41)で示される化合物が好適に挙げられる。
Preferred examples of the compound having a benzophenone skeleton include compounds represented by the following general formulas (39) to (41).

上記一般式(39)〜(41)において、R92、R93、R95、R96、R98、及びR99は、互いに同一もしくは異なる基であって、ヒドロキシル基、炭素数1〜10、好ましくは1〜6のアルキル基またはアルコキシ基を示す。アルキル基としては、例えば、メチル基、エチル基、プロピル基、i−プロピル基、ブチル基、t−ブチル基、及びシクロヘキシル基を挙げることができる。またアルコキシ基としては、例えば、メトキシ基、エトキシ基、プロポキシ基、i−プロポキシ基、及びブトキシ基を挙げることができる。
91、R94、及びR97は、炭素数1〜10、好ましくは1〜3のアルキレン基またはアルキリデン基を示す。アルキレン基としては、例えば、メチレン基、エチレン基、トリメチレン基、及びプロピレン基を挙げることができる。アルキリデン基としては、例えば、エチリデン基、及びプロピリデン基が挙げられる。
p1、p2、p3、q1、q2、及びq3は、それぞれ別個に0乃至3の整数を表す。
In the general formulas (39) to (41), R 92 , R 93 , R 95 , R 96 , R 98 , and R 99 are the same or different from each other, and are a hydroxyl group, 1 to 10 carbon atoms, Preferably 1-6 alkyl groups or alkoxy groups are shown. Examples of the alkyl group include a methyl group, an ethyl group, a propyl group, an i-propyl group, a butyl group, a t-butyl group, and a cyclohexyl group. Examples of the alkoxy group include a methoxy group, an ethoxy group, a propoxy group, an i-propoxy group, and a butoxy group.
R 91 , R 94 , and R 97 each represents an alkylene group or alkylidene group having 1 to 10 carbon atoms, preferably 1 to 3 carbon atoms. Examples of the alkylene group include a methylene group, an ethylene group, a trimethylene group, and a propylene group. Examples of the alkylidene group include an ethylidene group and a propylidene group.
p1, p2, p3, q1, q2, and q3 each independently represent an integer of 0 to 3.

上記一般式(39)〜(41)で表されるベンゾフェノン骨格を有する化合物の好ましい例としては、2−ヒドロキシ−4−メトキシベンゾフェノン−5−カルボン酸、2,2’−ジヒドロキシ−4−メトキシベンゾフェノン−5−カルボン酸、4−(2−ヒドロキシベンゾイル)−3−ヒドロキシベンゼンプロパン酸、2,4−ジヒドロキシベンゾフェノン、2−ヒドロキシ−4−メトキシベンゾフェノン、2−ヒドロキシ−4−メトキシベンゾフェノン−5−スルホン酸、2−ヒドロキシ−4−n−オクトキシベンゾフェノン、2、2’−ジヒドロキシ−4,4’−ジメトキシベンゾフェノン、2,2’,4,4’−テトラヒドロキシベンゾフェノン、2−ヒドロキシ−4−メトキシ−2’−カルボキシベンゾフェノン等が挙げられる。   Preferable examples of the compound having a benzophenone skeleton represented by the general formulas (39) to (41) include 2-hydroxy-4-methoxybenzophenone-5-carboxylic acid and 2,2′-dihydroxy-4-methoxybenzophenone. -5-carboxylic acid, 4- (2-hydroxybenzoyl) -3-hydroxybenzenepropanoic acid, 2,4-dihydroxybenzophenone, 2-hydroxy-4-methoxybenzophenone, 2-hydroxy-4-methoxybenzophenone-5-sulfone Acid, 2-hydroxy-4-n-octoxybenzophenone, 2,2′-dihydroxy-4,4′-dimethoxybenzophenone, 2,2 ′, 4,4′-tetrahydroxybenzophenone, 2-hydroxy-4-methoxy -2'-carboxybenzophenone and the like.

もちろん、これらを二種以上組み合わせて使用することができる。
紫外線吸収剤の使用は任意であり、また使用する場合の使用量も特に制限されるものではないが、使用する場合は電解質中に0.1質量%以上、好ましくは1質量%以上であり、20質量%以下、好ましくは10質量%以下の範囲の量で含有させることが望ましい。
Of course, two or more of these can be used in combination.
The use of the ultraviolet absorber is optional, and the amount used is not particularly limited, but when used, it is 0.1% by mass or more, preferably 1% by mass or more in the electrolyte. It is desirable to make it contain in the quantity of 20 mass% or less, Preferably the range of 10 mass% or less.

高分子固体電解質に含有させることができるアミン化合物としては、特に限定されず、各種脂肪族アミン、芳香族アミンが用いられるが、例えば、ピリジン誘導体、ビピリジン誘導体、キノリン誘導体などが代表的なものとして挙げられる。これらのアミン化合物を添加することで、開放電圧の向上が見込まれる。これらの化合物の具体例としては、4−t−ブチル−ピリジン、キノリン、イソキノリンなどが挙げられる。   The amine compound that can be contained in the polymer solid electrolyte is not particularly limited, and various aliphatic amines and aromatic amines are used. For example, pyridine derivatives, bipyridine derivatives, quinoline derivatives, and the like are representative. Can be mentioned. By adding these amine compounds, an improvement in open circuit voltage is expected. Specific examples of these compounds include 4-t-butyl-pyridine, quinoline, isoquinoline and the like.

なお、これらの高分子固体電解質は、前記成分(a)〜(c)および所望により配合される任意成分からなる混合物を、公知の方法によりフィルムに成形することにより得ることが出来る。この場合の成形方法としては特に限定されず、押出し成型、キャスト法によるフィルム状態で得る方法、スピンコート法、ディップコート法や、注入法、含浸法などを挙げることができる。   In addition, these polymer solid electrolytes can be obtained by forming a mixture of the components (a) to (c) and optional components blended as desired into a film by a known method. The molding method in this case is not particularly limited, and examples thereof include extrusion molding, a method obtained in a film state by a casting method, a spin coating method, a dip coating method, an injection method, and an impregnation method.

押出し成型については常法により行うことができ、前記混合物を過熱溶融した後、フィルム成型することが行われる。
キャスト法については、前記混合物をさらに適当な希釈剤にて粘度調整を行い、キャスト法に用いられる通常のコータにて塗布し、乾燥することで成膜することができる。コータとしては、ドクタコータ、ブレードコータ、ロッドコータ、ナイフコータ、リバースロールコータ、グラビアコータ、スプレイコータ、カーテンコータを用いることができ、粘度および膜厚により使い分けることができる。
スピンコート法については、前記混合物をさらに適当な希釈剤にて粘度調整を行い、市販のスピンコーターにて塗布し、乾燥することで成膜することができる。
ディップコート法については、前記混合物をさらに適当な希釈剤にて粘度調整を行って混合物溶液を作製し、適当な基盤を混合物溶液より引き上げた後、乾燥することで成膜することができる。
Extrusion molding can be performed by a conventional method, and after the mixture is melted by heating, film molding is performed.
Regarding the casting method, the mixture can be formed into a film by further adjusting the viscosity with an appropriate diluent, applying the mixture with a normal coater used in the casting method, and drying. As the coater, a doctor coater, a blade coater, a rod coater, a knife coater, a reverse roll coater, a gravure coater, a spray coater, and a curtain coater can be used, and they can be selectively used depending on the viscosity and the film thickness.
As for the spin coating method, the mixture can be formed into a film by further adjusting the viscosity with an appropriate diluent, applying the mixture with a commercially available spin coater, and drying.
As for the dip coating method, a film can be formed by adjusting the viscosity of the mixture with an appropriate diluent to prepare a mixture solution, pulling up an appropriate base from the mixture solution, and drying.

本発明においては、半導体層の光吸収効率を向上すること等を目的として、種々の色素を半導体層に吸着や含有させることが出来る。
本発明において用いることができる色素としては、半導体層の光吸収効率を向上させる色素であれば、特に制限されるものではなく、通常、各種の金属錯体色素や有機色素の一種または二種以上を用いることができる。また、半導体層への吸着性を付与するために、色素の分子中にカルボキシル基、ヒドロキシル基、スルホニル基、ホスホニル基、カルボキシルアルキル基、ヒドロキシアルキル基、スルホニルアルキル基、ホスホニルアルキル基などの官能基を有するものが好適に用いられる。
金属錯体色素としては、ルテニウム、オスミウム、鉄、コバルト、亜鉛の錯体や金属フタロシアニン、クロロフィル等を用いることができる。
本発明において用いられる金属錯体色素としては、以下のようなものが例示される。
In the present invention, various dyes can be adsorbed or contained in the semiconductor layer for the purpose of improving the light absorption efficiency of the semiconductor layer.
The dye that can be used in the present invention is not particularly limited as long as it is a dye that improves the light absorption efficiency of the semiconductor layer. Usually, one or more of various metal complex dyes and organic dyes are used. Can be used. In addition, in order to impart adsorptivity to the semiconductor layer, a functional group such as a carboxyl group, a hydroxyl group, a sulfonyl group, a phosphonyl group, a carboxylalkyl group, a hydroxyalkyl group, a sulfonylalkyl group, or a phosphonylalkyl group is included in the dye molecule. Those having a group are preferably used.
As the metal complex dye, ruthenium, osmium, iron, cobalt, zinc complex, metal phthalocyanine, chlorophyll and the like can be used.
Examples of the metal complex dye used in the present invention include the following.

(色素1)
(Dye 1)

ここでX1は、一価のアニオンを示すが、2つのX1は独立でも、架橋されていても良い。X1としては、例えば、次のようなものが例示される。
Here, X 1 represents a monovalent anion, but the two X 1 may be independent or cross-linked. Examples of X 1 include the following.

(色素2)
(Dye 2)

ここでXは、一価のアニオンを示す。例えば次のようなものが例示される。
Here, X represents a monovalent anion. For example, the following is exemplified.

Yは一価アニオンであって、ハロゲンイオン、SCN-、ClO4 -、BF4 -、CF3SO3 -、(CF3SO22-、(C25SO22-、PF6 -、AsF6 -、CH3COO-、CH3(C64)SO3 -、および(C25SO23-等を挙げることができる。 Y is a monovalent anion, which is a halogen ion, SCN , ClO 4 , BF 4 , CF 3 SO 3 , (CF 3 SO 2 ) 2 N , (C 2 F 5 SO 2 ) 2 N −. PF 6 , AsF 6 , CH 3 COO , CH 3 (C 6 H 4 ) SO 3 , (C 2 F 5 SO 2 ) 3 C − and the like.

(色素3)
(Dye 3)

ここでZは、非共有電子対を有する原子団であって、2つのZは独立でも、架橋されていていても良い。例えば、次のようなものが例示される。
Here, Z is an atomic group having an unshared electron pair, and the two Zs may be independent or bridged. For example, the following is exemplified.

Yは一価アニオンであって、ハロゲンイオン、SCN-、ClO4 -、BF4 -、CF3SO3 -、(CF3SO22-、(C25SO22-、PF6 -、AsF6 -、CH3COO-、CH3(C64)SO3 -、および(C25SO23-等を挙げることができる。 Y is a monovalent anion, which is a halogen ion, SCN , ClO 4 , BF 4 , CF 3 SO 3 , (CF 3 SO 2 ) 2 N , (C 2 F 5 SO 2 ) 2 N −. PF 6 , AsF 6 , CH 3 COO , CH 3 (C 6 H 4 ) SO 3 , (C 2 F 5 SO 2 ) 3 C − and the like.

(色素4)
(Dye 4)

また、有機色素としては、シアニン系色素、ヘミシアニン系色素、メロシアニン系色素、キサンテン系色素、トリフェニルメタン系色素、金属フリーフタロシアニン系色素を用いることができる。
本発明において用いる有機色素としては、以下のようなものが例示される。
As the organic dye, a cyanine dye, a hemicyanine dye, a merocyanine dye, a xanthene dye, a triphenylmethane dye, or a metal-free phthalocyanine dye can be used.
Examples of the organic dye used in the present invention are as follows.

色素を半導体層に吸着させる方法としては、溶媒に色素を溶解させた溶液を、半導体層上にスプレーコートやスピンコートなどにより塗布した後、乾燥する方法により形成することができる。この場合、適当な温度に基板を加熱しても良い。または半導体層を溶液に浸漬して吸着させる方法を用いることも出来る。浸漬する時間は色素が十分に吸着すれば特に制限されることはないが、好ましくは1〜30時間、特に好ましくは5〜20時間である。また、必要に応じて浸漬する際に溶媒や基板を加熱しても良い。好ましくは溶液にする場合の色素の濃度としては、1〜1000mM/L、好ましくは10〜500mM/L程度である。   As a method for adsorbing the dye to the semiconductor layer, a solution in which the dye is dissolved in a solvent is applied on the semiconductor layer by spray coating or spin coating and then dried. In this case, the substrate may be heated to an appropriate temperature. Alternatively, a method in which a semiconductor layer is immersed in a solution and adsorbed can be used. The immersion time is not particularly limited as long as the dye is sufficiently adsorbed, but is preferably 1 to 30 hours, particularly preferably 5 to 20 hours. Moreover, you may heat a solvent and a board | substrate when immersing as needed. Preferably, the concentration of the dye in the case of a solution is about 1 to 1000 mM / L, preferably about 10 to 500 mM / L.

用いる溶媒としては、色素を溶解しかつ半導体層を溶解しなければ特に制限されることはなく、メタノール、エタノール、1−プロパノール、2−プロパノール、1−ブタノール、2−ブタノール、t−ブタノールなどのアルコール、アセトニトリル、プロピオニトリル、メトキシプロピオニトリル、グルタロニトリルなどのニトリル系溶媒、ベンゼン、トルエン、o−キシレン、m−キシレン、p−キシレン、ペンタン、ヘプタン、ヘキサン、シクロヘキサン、ヘプタン、アセトン、メチルエチルケトン、ジエチルケトン、2−ブタノン、ジエチルエーテル、テトラヒドロフラン、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、ニトロメタン、ジメチルホルムアミド、ジメチルスルホキシド、ヘキサメチルホスホアミド、ジメトキシエタン、γ−ブチロラクトン、γ−バレロラクトン、スルホラン、ジメトキシエタン、アジポニトリル、メトキシアセトニトリル、ジメチルアセトアミド、メチルピロリジノン、ジメチルスルホキシド、ジオキソラン、スルホラン、リン酸トリメチル、リン酸トリエチル、リン酸トリプロピル、リン酸エチルジメチル、リン酸トリブチル、リン酸トリペンチル、リン酸トリへキシル、リン酸トリヘプチル、リン酸トリオクチル、リン酸トリノニル、リン酸トリデシル、リン酸トリス(トリフフロロメチル)、リン酸トリス(ペンタフロロエチル)、リン酸トリフェニルポリエチレングリコール、ポリエチレングリコール等が使用可能である。   The solvent to be used is not particularly limited as long as it does not dissolve the dye and does not dissolve the semiconductor layer, such as methanol, ethanol, 1-propanol, 2-propanol, 1-butanol, 2-butanol, and t-butanol. Nitrile solvents such as alcohol, acetonitrile, propionitrile, methoxypropionitrile, glutaronitrile, benzene, toluene, o-xylene, m-xylene, p-xylene, pentane, heptane, hexane, cyclohexane, heptane, acetone, Methyl ethyl ketone, diethyl ketone, 2-butanone, diethyl ether, tetrahydrofuran, ethylene carbonate, propylene carbonate, nitromethane, dimethylformamide, dimethyl sulfoxide, hexamethylphosphoamide, dimethoxy ester , Γ-butyrolactone, γ-valerolactone, sulfolane, dimethoxyethane, adiponitrile, methoxyacetonitrile, dimethylacetamide, methylpyrrolidinone, dimethylsulfoxide, dioxolane, sulfolane, trimethyl phosphate, triethyl phosphate, tripropyl phosphate, ethyl phosphate Dimethyl, tributyl phosphate, tripentyl phosphate, trihexyl phosphate, triheptyl phosphate, trioctyl phosphate, trinonyl phosphate, tridecyl phosphate, tris phosphate (trifluoromethyl), tris phosphate (pentafluoroethyl), Triphenyl polyethylene glycol phosphate, polyethylene glycol and the like can be used.

本発明のナノチューブ構造を有する半導体を電極として用いることで、従来の課題であった界面での素励起状態の失活を抑制することが可能となり、良好な特性を有する機能性素子を得ることができる。   By using the semiconductor having the nanotube structure of the present invention as an electrode, it is possible to suppress the deactivation of the elementary excited state at the interface, which was a conventional problem, and to obtain a functional element having good characteristics. it can.

以下に実施例を挙げ、本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらになんら制限されるものではない。   EXAMPLES The present invention will be specifically described below with reference to examples, but the present invention is not limited to these examples.

[実施例1]
Ti(OiPr)4とアセチルアセトン(ACA)を1:1で混合し,Ti(OiPr)4ACAを調製する。Ti(OiPr)4ACA、ドデシル硫酸ナトリウム、尿素およびH2Oをそれぞれのモル比が1:2:30:60となるように混合した。この混合溶液を80℃のオーブン内で95時間攪拌した。その後、水にて洗浄を5回実施した。この水溶液を遠心分離機に掛け、固形分を取り出し、80℃のオーブンで乾燥させた。図3に示す通り、X線回折により得られた粉末がアナターゼ型TiO2であることを確認した。
さらに、このチタニア半導体ナノチューブ(アナターゼ型TiO2)25gに酢酸0.4mlを加え、さらに水20mlを添加し、ジルコニアビーズ(直径6mmを20粒)を加え、3時間攪拌した。その後、界面活性剤(シグマケミカル社製Triton)5倍希釈液2mlを加え、脱泡混練機にて脱泡し、ビーズを分離し、チタニア半導体ナノチューブのペーストを得た。
表面抵抗値12Ω/sqの3cm角SnO2:Fガラス(ガラス基板上にSnO2:F膜を形成した透明導電性ガラス)上に前記チタニア半導体ナノチューブを含むペーストをバーコートして乾燥させた。バーコートの際には、膜厚が均一になるよう、透明導電性ガラスのサイド5mmにスコッチテープを貼り付けた。塗布した基板を、500℃で30分焼成した。焼成後のチタニア半導体ナノチューブ層の膜厚を触針式膜厚計で計測したところ12μmであることが分かった。これを下記式(42)で示されるルテニウム色素/エタノール溶液(3.0×10-4mol/L)に15時間浸し、色素層を形成した。得られた基板と表面抵抗値12Ω/sqの3cm角SnO2:Fガラス(ガラス基板上にSnO2:F膜を形成した透明導電性ガラス)上に膜厚30nmでPtを成膜した対向電極を合わせ、その間に0.3mol/Lのヨウ化リチウムと0.03mol/Lのヨウ素を含むプロピレンカーボネート溶液を毛細管現象によって染み込ませ、周辺をエポキシ接着剤で封止した。なお、透明導電基板の導電層部分と対向電極にはリード線を接続した。
このようにして得たセルに疑似太陽光(1kW/m2)を照射し、電流電圧特性を測定したところ、良好な光電変換特性(変換効率5.2%)が得られた。結果を表1に示す。
[Example 1]
Ti (OiPr) 4 and acetylacetone (ACA) are mixed 1: 1 to prepare Ti (OiPr) 4 ACA. Ti (OiPr) 4 ACA, sodium dodecyl sulfate, urea and H 2 O were mixed so that each molar ratio was 1: 2: 30: 60. This mixed solution was stirred in an oven at 80 ° C. for 95 hours. Thereafter, washing with water was performed 5 times. This aqueous solution was centrifuged and the solid content was taken out and dried in an oven at 80 ° C. As shown in FIG. 3, it was confirmed that the powder obtained by X-ray diffraction was anatase TiO 2 .
Furthermore, 0.4 ml of acetic acid was added to 25 g of this titania semiconductor nanotube (anatase type TiO 2 ), 20 ml of water was further added, zirconia beads (20 grains having a diameter of 6 mm) were added, and the mixture was stirred for 3 hours. Thereafter, 2 ml of a 5-fold diluted surfactant (Triton manufactured by Sigma Chemical Co.) was added, defoamed with a defoaming kneader, beads were separated, and a titania semiconductor nanotube paste was obtained.
The paste containing the titania semiconductor nanotubes was bar-coated on a 3 cm square SnO 2 : F glass (transparent conductive glass having a SnO 2 : F film formed on a glass substrate) having a surface resistance of 12 Ω / sq and dried. At the time of bar coating, a scotch tape was attached to the side 5 mm of the transparent conductive glass so that the film thickness was uniform. The coated substrate was baked at 500 ° C. for 30 minutes. When the thickness of the titania semiconductor nanotube layer after firing was measured with a stylus type thickness meter, it was found to be 12 μm. This was immersed in a ruthenium dye / ethanol solution (3.0 × 10 −4 mol / L) represented by the following formula (42) for 15 hours to form a dye layer. A counter electrode in which a Pt film was formed in a film thickness of 30 nm on the obtained substrate and a 3 cm square SnO 2 : F glass (transparent conductive glass having a SnO 2 : F film formed on a glass substrate) having a surface resistance of 12 Ω / sq. In the meantime, a propylene carbonate solution containing 0.3 mol / L lithium iodide and 0.03 mol / L iodine was impregnated by capillary action, and the periphery was sealed with an epoxy adhesive. A lead wire was connected to the conductive layer portion of the transparent conductive substrate and the counter electrode.
When the cell thus obtained was irradiated with pseudo-sunlight (1 kW / m 2 ) and the current-voltage characteristics were measured, good photoelectric conversion characteristics (conversion efficiency 5.2%) were obtained. The results are shown in Table 1.

[実施例2]
TiCl4、ドデシル硫酸ナトリウム、尿素およびH2Oをそれぞれのモル比が1:2:30:60となるように混合した。この混合溶液を80℃のオーブン内で95時間攪拌した。その後、水にて洗浄を5回実施した。この水溶液を遠心分離機に掛け、固形分を取り出し、80℃のオーブンで乾燥させた。図3に示す通り、X線回折により得られた粉末がアナターゼ型TiO2であることを確認した。
さらに、このチタニア半導体ナノチューブ25gに酢酸0.4mlを加え、さらに水20mlを添加し、ジルコニアビーズ(直径6mmを20粒)を加え、3時間攪拌した。その後、界面活性剤(シグマケミカル社製Triton)5倍希釈液2mlを加え、脱泡混練機にて脱泡し、ビーズを分離し、チタニア半導体ナノチューブのペーストを得た。
表面抵抗値12Ω/sqの3cm角SnO2:Fガラス(ガラス基板上にSnO2:F膜を形成した透明導電性ガラス)上に前記チタニア半導体ナノチューブを含むペーストをバーコートして乾燥させた。バーコートの際には、膜厚が均一になるよう、透明導電性ガラスのサイド5mmにスコッチテープを貼り付けた。塗布した基板を、500℃で30分焼成した。焼成後のチタニア半導体ナノチューブ層の膜厚を触針式膜厚計で計測したところ12μmであることが分かった。これを前記式(42)で示されるルテニウム色素/エタノール溶液(3.0×10-4mol/L)に15時間浸し、色素層を形成した。得られた基板と前記対向電極を合わせ、その間に0.3mol/Lのヨウ化リチウムと0.03mol/Lのヨウ素を含むプロピレンカーボネート溶液を毛細管現象によって染み込ませ、周辺をエポキシ接着剤で封止した。なお、透明導電基板の導電層部分と対向電極にはリード線を接続した。
このようにして得たセルに疑似太陽光(1kW/m2)を照射し、電流電圧特性を測定したところ、良好な光電変換特性(変換効率5.3%)が得られた。結果を表1に示す。
[Example 2]
TiCl 4 , sodium dodecyl sulfate, urea and H 2 O were mixed so that each molar ratio was 1: 2: 30: 60. This mixed solution was stirred in an oven at 80 ° C. for 95 hours. Thereafter, washing with water was performed 5 times. This aqueous solution was centrifuged and the solid content was taken out and dried in an oven at 80 ° C. As shown in FIG. 3, it was confirmed that the powder obtained by X-ray diffraction was anatase TiO 2 .
Furthermore, 0.4 ml of acetic acid was added to 25 g of the titania semiconductor nanotubes, 20 ml of water was further added, zirconia beads (20 grains having a diameter of 6 mm) were added, and the mixture was stirred for 3 hours. Thereafter, 2 ml of a 5-fold diluted surfactant (Triton manufactured by Sigma Chemical Co.) was added, defoamed with a defoaming kneader, beads were separated, and a titania semiconductor nanotube paste was obtained.
The paste containing the titania semiconductor nanotubes was bar-coated on a 3 cm square SnO 2 : F glass (transparent conductive glass having a SnO 2 : F film formed on a glass substrate) having a surface resistance of 12 Ω / sq and dried. At the time of bar coating, a scotch tape was attached to the side 5 mm of the transparent conductive glass so that the film thickness was uniform. The coated substrate was baked at 500 ° C. for 30 minutes. When the thickness of the titania semiconductor nanotube layer after firing was measured with a stylus type thickness meter, it was found to be 12 μm. This was immersed in a ruthenium dye / ethanol solution (3.0 × 10 −4 mol / L) represented by the formula (42) for 15 hours to form a dye layer. The obtained substrate and the counter electrode were combined, and a propylene carbonate solution containing 0.3 mol / L lithium iodide and 0.03 mol / L iodine was impregnated between them by capillary action, and the periphery was sealed with an epoxy adhesive. did. A lead wire was connected to the conductive layer portion of the transparent conductive substrate and the counter electrode.
When the cell thus obtained was irradiated with simulated sunlight (1 kW / m 2 ) and the current-voltage characteristics were measured, good photoelectric conversion characteristics (conversion efficiency 5.3%) were obtained. The results are shown in Table 1.

[実施例3]
Ti(SO42、ドデシル硫酸ナトリウム、尿素およびH2Oをそれぞれのモル比が1:2:30:60となるように混合した。この混合溶液を80℃のオーブン内で95時間攪拌した。その後、水にて洗浄を5回実施した。この水溶液を遠心分離機に掛け、固形分を取り出し、80℃のオーブンで乾燥させた。図3に示す通り、X線回折により得られた粉末がアナターゼ型TiO2であることを確認した。
さらに、このチタニア半導体ナノチューブ25gに酢酸0.4mlを加え、さらに水20mlを添加し、ジルコニアビーズ(直径6mmを20粒)を加え、3時間攪拌した。その後、界面活性剤(シグマケミカル社製Triton)5倍希釈液2mlを加え、脱泡混練機にて脱泡し、ビーズを分離し、チタニア半導体ナノチューブのペーストを得た。
表面抵抗値12Ω/sqの3cm角SnO2:Fガラス(ガラス基板上にSnO2:F膜を形成した透明導電性ガラス)上に前記チタニア半導体ナノチューブを含むペーストをバーコートして乾燥させた。バーコートの際には、膜厚が均一になるよう、透明導電性ガラスのサイド5mmにスコッチテープを貼り付けた。塗布した基板を、500℃で30分焼成した。焼成後のチタニア半導体ナノチューブ層の膜厚を触針式膜厚計で計測したところ12μmであることが分かった。これを前記式(42)で示されるルテニウム色素/エタノール溶液(3.0×10-4mol/L)に15時間浸し、色素層を形成した。得られた基板と前記対向電極を合わせ、その間に0.3mol/Lのヨウ化リチウムと0.03mol/Lのヨウ素を含むプロピレンカーボネート溶液を毛細管現象によって染み込ませ、周辺をエポキシ接着剤で封止した。なお、透明導電基板の導電層部分と対向電極にはリード線を接続した。
このようにして得たセルに疑似太陽光(1kW/m2)を照射し、電流電圧特性を測定したところ、良好な光電変換特性(変換効率5.3%)が得られた。結果を表1に示す。
[Example 3]
Ti (SO 4 ) 2 , sodium dodecyl sulfate, urea and H 2 O were mixed so that each molar ratio was 1: 2: 30: 60. This mixed solution was stirred in an oven at 80 ° C. for 95 hours. Thereafter, washing with water was performed 5 times. This aqueous solution was centrifuged and the solid content was taken out and dried in an oven at 80 ° C. As shown in FIG. 3, it was confirmed that the powder obtained by X-ray diffraction was anatase TiO 2 .
Furthermore, 0.4 ml of acetic acid was added to 25 g of the titania semiconductor nanotubes, 20 ml of water was further added, zirconia beads (20 grains having a diameter of 6 mm) were added, and the mixture was stirred for 3 hours. Thereafter, 2 ml of a 5-fold diluted surfactant (Triton manufactured by Sigma Chemical Co.) was added, defoamed with a defoaming kneader, beads were separated, and a titania semiconductor nanotube paste was obtained.
The paste containing the titania semiconductor nanotubes was bar-coated on a 3 cm square SnO 2 : F glass (transparent conductive glass having a SnO 2 : F film formed on a glass substrate) having a surface resistance of 12 Ω / sq and dried. At the time of bar coating, a scotch tape was attached to the side 5 mm of the transparent conductive glass so that the film thickness was uniform. The coated substrate was baked at 500 ° C. for 30 minutes. When the thickness of the titania semiconductor nanotube layer after firing was measured with a stylus type thickness meter, it was found to be 12 μm. This was immersed in a ruthenium dye / ethanol solution (3.0 × 10 −4 mol / L) represented by the formula (42) for 15 hours to form a dye layer. The obtained substrate and the counter electrode were combined, and a propylene carbonate solution containing 0.3 mol / L lithium iodide and 0.03 mol / L iodine was impregnated between them by capillary action, and the periphery was sealed with an epoxy adhesive. did. A lead wire was connected to the conductive layer portion of the transparent conductive substrate and the counter electrode.
When the cell thus obtained was irradiated with simulated sunlight (1 kW / m 2 ) and the current-voltage characteristics were measured, good photoelectric conversion characteristics (conversion efficiency 5.3%) were obtained. The results are shown in Table 1.

[実施例4]
0.2mol/Lの(NH42[TiF6]と0.4mol/LのH3BO3を30℃で同量混合した。この溶液にスルーホールアルミナ(Whatman、anodisk)を30℃で1時間浸漬した。1時間後にスルーホールアルミナを取り出し、0.1mol/Lの硝酸溶液に浸漬し、アルミナを完全に溶解させた後、水洗をし、図4に示す通り、チタニア半導体ナノチューブを得ることができた。
このチタニア半導体ナノチューブ25gに酢酸0.4mlを加え、さらに水20mlを添加し、ジルコニアビーズ(直径6mmを20粒)を加え、3時間攪拌した。その後、界面活性剤(シグマケミカル社製Triton)5倍希釈液2mlを加え、脱泡混練機にて脱泡し、ビーズを分離し、チタニア半導体ナノチューブのペーストを得た。
表面抵抗値12Ω/sqの3cm角SnO2:Fガラス(ガラス基板上にSnO2:F膜を形成した透明導電性ガラス)上に前記チタニア半導体ナノチューブを含むペーストをバーコートして乾燥させた。バーコートの際には、膜厚が均一になるよう、透明導電性ガラスのサイド5mmにスコッチテープを貼り付けた。塗布した基板を、500℃で30分焼成した。焼成後のチタニア半導体ナノチューブ層の膜厚を触針式膜厚計で計測したところ12μmであることが分かった。これを前記式(42)で示されるルテニウム色素/エタノール溶液(3.0×10-4mol/L)に15時間浸し、色素層を形成した。得られた基板と前記対向電極を合わせ、0.3mol/Lのヨウ化リチウムと0.03mol/Lのヨウ素を含むプロピレンカーボネート溶液を毛細管現象によって染み込ませ、周辺をエポキシ接着剤で封止した。なお、透明導電基板の導電層部分と対向電極にはリード線を接続した。
このようにして得たセルに疑似太陽光(1kW/m2)を照射し、電流電圧特性を測定したところ、良好な光電変換特性(変換効率5.1%)が得られた。結果を表1に示す。
[Example 4]
0.2 mol / L (NH 4 ) 2 [TiF 6 ] and 0.4 mol / L H 3 BO 3 were mixed in the same amount at 30 ° C. Through-hole alumina (Whatman, anodsk) was immersed in this solution at 30 ° C. for 1 hour. After 1 hour, the through-hole alumina was taken out and immersed in a 0.1 mol / L nitric acid solution to completely dissolve the alumina, and then washed with water. As shown in FIG. 4, titania semiconductor nanotubes could be obtained.
To 25 g of the titania semiconductor nanotubes, 0.4 ml of acetic acid was added, 20 ml of water was further added, zirconia beads (20 grains having a diameter of 6 mm) were added, and the mixture was stirred for 3 hours. Thereafter, 2 ml of a 5-fold diluted surfactant (Triton manufactured by Sigma Chemical Co.) was added, defoamed with a defoaming kneader, beads were separated, and a titania semiconductor nanotube paste was obtained.
The paste containing the titania semiconductor nanotubes was bar-coated on a 3 cm square SnO 2 : F glass (transparent conductive glass having a SnO 2 : F film formed on a glass substrate) having a surface resistance of 12 Ω / sq and dried. At the time of bar coating, a scotch tape was attached to the side 5 mm of the transparent conductive glass so that the film thickness was uniform. The coated substrate was baked at 500 ° C. for 30 minutes. When the thickness of the titania semiconductor nanotube layer after firing was measured with a stylus type thickness meter, it was found to be 12 μm. This was immersed in a ruthenium dye / ethanol solution (3.0 × 10 −4 mol / L) represented by the formula (42) for 15 hours to form a dye layer. The obtained substrate and the counter electrode were combined, and a propylene carbonate solution containing 0.3 mol / L lithium iodide and 0.03 mol / L iodine was impregnated by capillary action, and the periphery was sealed with an epoxy adhesive. A lead wire was connected to the conductive layer portion of the transparent conductive substrate and the counter electrode.
When the cell thus obtained was irradiated with pseudo-sunlight (1 kW / m 2 ) and the current-voltage characteristics were measured, good photoelectric conversion characteristics (conversion efficiency 5.1%) were obtained. The results are shown in Table 1.

[実施例5]
アルミニウム基板(東洋アルミニウム社製、純度99.99%)を硫酸−リン酸混合溶液(85%リン酸330mL、濃硫酸75mL、エチレングリコール15mL、水80mL)中、70℃でアルミニウムを陽極、黒鉛を陰極にして、250mA/cm2で5分間、定電流電解処理した後、水洗、乾燥した。このアルミニウム基板を陽極、黒鉛を陰極にして、0.5mol/Lシュウ酸水溶液中で、温度16℃、40V印加して、5時間陽極酸化処理を行った後、クロム酸−リン酸混合溶液(酸化クロム6g、リン酸20g、水300g)中に50℃で12時間浸漬後、水洗、乾燥した。この基板を、先ほどと同様の条件でさらに1時間、陽極酸化処理した。得られた陽極酸化基板を5%リン酸水溶液中で40分間口径拡大処理し、最終的に、膜厚約8μm、ピッチ100nm、孔径75nmの高規則性陽極酸化ポーラスアルミナ膜を得た。
上記陽極酸化基板を0.1mol/Lの(NH42TiF6と0.2mol/LのH3BO3との混合水溶液中に30℃で5分間浸漬し、陽極酸化ポーラスアルミナ膜の細孔中に酸化チタン皮膜を形成した後、550℃で30分焼成した。その後、ヨウ素・メタノール混合溶液と1mol/Lの硝酸溶液中で、それぞれアルミニウムおよびアルミナ膜を除去し、酸化チタン半導体ナノチューブを作製した。
この酸化チタン半導体ナノチューブ25gに酢酸0.4mlを加え、さらに水20mlを添加し、ジルコニアビーズ(直径6mmを20粒)を加え、3時間攪拌した。その後、界面活性剤(シグマケミカル社製Triton)5倍希釈液2mlを加え、脱泡混練機にて脱泡し、ビーズを分離し、チタニア半導体ナノチューブのペーストを得た。
光電変換素子の作製および評価は実施例4に記載方法で実施した。
このようにして得たセルに疑似太陽光(1kW/m2)を照射し、電流電圧特性を測定したところ、良好な光電変換特性(変換効率5.4%)が得られた。結果を表1に示す。
[Example 5]
An aluminum substrate (manufactured by Toyo Aluminum Co., Ltd., purity 99.99%) is mixed with a sulfuric acid-phosphoric acid mixed solution (85% phosphoric acid 330 mL, concentrated sulfuric acid 75 mL, ethylene glycol 15 mL, water 80 mL) at 70 ° C. with aluminum as the anode and graphite. The cathode was subjected to constant current electrolytic treatment at 250 mA / cm 2 for 5 minutes, then washed with water and dried. The aluminum substrate was used as an anode, graphite as a cathode, an anodizing treatment was performed in a 0.5 mol / L oxalic acid aqueous solution at a temperature of 16 ° C. and 40 V for 5 hours, and then a chromic acid-phosphoric acid mixed solution ( (6 g of chromium oxide, 20 g of phosphoric acid, 300 g of water) was immersed at 50 ° C. for 12 hours, washed with water and dried. This substrate was anodized for another hour under the same conditions as before. The obtained anodized substrate was subjected to a diameter expansion treatment in a 5% phosphoric acid aqueous solution for 40 minutes, and finally a highly ordered anodized porous alumina film having a film thickness of about 8 μm, a pitch of 100 nm, and a pore diameter of 75 nm was obtained.
The above anodized substrate is immersed in a mixed aqueous solution of 0.1 mol / L (NH 4 ) 2 TiF 6 and 0.2 mol / L H 3 BO 3 at 30 ° C. for 5 minutes to form a fine anodized porous alumina film. After forming a titanium oxide film in the hole, it was baked at 550 ° C. for 30 minutes. Thereafter, the aluminum and alumina films were removed in an iodine / methanol mixed solution and a 1 mol / L nitric acid solution, respectively, to produce titanium oxide semiconductor nanotubes.
To 25 g of the titanium oxide semiconductor nanotubes, 0.4 ml of acetic acid was added, 20 ml of water was further added, zirconia beads (20 grains having a diameter of 6 mm) were added, and the mixture was stirred for 3 hours. Thereafter, 2 ml of a 5-fold diluted surfactant (Triton manufactured by Sigma Chemical Co.) was added, defoamed with a defoaming kneader, beads were separated, and a titania semiconductor nanotube paste was obtained.
Production and evaluation of the photoelectric conversion element were carried out by the method described in Example 4.
When the cell thus obtained was irradiated with pseudo-sunlight (1 kW / m 2 ) and the current-voltage characteristics were measured, good photoelectric conversion characteristics (conversion efficiency 5.4%) were obtained. The results are shown in Table 1.

[実施例6]
アルミニウム基板(東洋アルミニウム社製、純度99.99%)を硫酸−リン酸混合溶液(85%リン酸330mL、濃硫酸75mL、エチレングリコール15mL、水80mL)中、70℃でアルミニウムを陽極、黒鉛を陰極にして、250mA/cm2で5分間、定電流電解処理した後、水洗、乾燥した。このアルミニウム基板を陽極、黒鉛を陰極にして、0.5mol/Lシュウ酸水溶液中で、温度16℃、40V印加して、5時間陽極酸化処理を行った後、クロム酸−リン酸混合溶液(酸化クロム6g、リン酸20g、水300g)中に50℃で12時間浸漬後、水洗、乾燥した。この基板を、先ほどと同様の条件でさらに1時間、陽極酸化処理した。得られた陽極酸化基板を5%リン酸水溶液中で40分間口径拡大処理し、最終的に、膜厚約8μm、ピッチ100nm、孔径75nmの高規則性陽極酸化ポーラスアルミナ膜を得た。
上記陽極酸化基板を0.1mol/Lの(NH42TiF6と0.2mol/LのH3BO3との混合水溶液中に30℃で5分間浸漬し、陽極酸化ポーラスアルミナ膜の細孔中に酸化チタン皮膜を形成した後、550℃で30分焼成した。その後、ヨウ素・メタノール混合溶液と1mol/Lの硝酸溶液中で、それぞれアルミニウムおよびアルミナ膜を除去し、酸化チタン半導体ナノチューブを作製した。
この酸化チタン半導体ナノチューブ25gに酢酸0.4mlを加え、さらに水20mlを添加し、ジルコニアビーズ(直径6mmを20粒)を加え、3時間攪拌した。その後、界面活性剤(シグマケミカル社製Triton)5倍希釈液2mlを加え、脱泡混練機にて脱泡し、ビーズを分離し、チタニア半導体ナノチューブのペーストを得た。
表面抵抗値12Ω/sqの3cm角SnO2:Fガラス(ガラス基板上にSnO2:F膜を形成した透明導電性ガラス)上に前記チタニア半導体ナノチューブを含むペーストをバーコートして乾燥させた。バーコートの際には、膜厚が均一になるよう、透明導電性ガラスのサイド5mmにスコッチテープを貼り付けた。塗布した基板を、500℃で30分焼成した。焼成後のチタニア半導体ナノチューブ層の膜厚を触針式膜厚計で計測したところ20μmであることが分かった。これを前記式(42)で示されるルテニウム色素/エタノール溶液(3.0×10-4mol/L)に15時間浸し、色素層を形成した。得られた基板と前記対向電極を合わせ、0.3mol/Lのヨウ化リチウムと0.03mol/Lのヨウ素を含むプロピレンカーボネート溶液を毛細管現象によって染み込ませ、周辺をエポキシ接着剤で封止した。なお、透明導電基板の導電層部分と対向電極にはリード線を接続した。
このようにして得たセルに疑似太陽光(1kW/m2)を照射し、電流電圧特性を測定したところ、良好な光電変換特性(変換効率6.5%)が得られた。結果を表1に示す。
[Example 6]
An aluminum substrate (manufactured by Toyo Aluminum Co., Ltd., purity 99.99%) is mixed with a sulfuric acid-phosphoric acid mixed solution (85% phosphoric acid 330 mL, concentrated sulfuric acid 75 mL, ethylene glycol 15 mL, water 80 mL) at 70 ° C. with aluminum as the anode and graphite. The cathode was subjected to constant current electrolytic treatment at 250 mA / cm 2 for 5 minutes, then washed with water and dried. The aluminum substrate was used as an anode, graphite as a cathode, an anodizing treatment was performed in a 0.5 mol / L oxalic acid aqueous solution at a temperature of 16 ° C. and 40 V for 5 hours, and then a chromic acid-phosphoric acid mixed solution ( (6 g of chromium oxide, 20 g of phosphoric acid, 300 g of water) was immersed at 50 ° C. for 12 hours, washed with water and dried. This substrate was anodized for another hour under the same conditions as before. The obtained anodized substrate was subjected to a diameter expansion treatment in a 5% phosphoric acid aqueous solution for 40 minutes, and finally a highly ordered anodized porous alumina film having a film thickness of about 8 μm, a pitch of 100 nm, and a pore diameter of 75 nm was obtained.
The above anodized substrate is immersed in a mixed aqueous solution of 0.1 mol / L (NH 4 ) 2 TiF 6 and 0.2 mol / L H 3 BO 3 at 30 ° C. for 5 minutes to form a fine anodized porous alumina film. After forming a titanium oxide film in the hole, it was baked at 550 ° C. for 30 minutes. Thereafter, the aluminum and alumina films were removed in an iodine / methanol mixed solution and a 1 mol / L nitric acid solution, respectively, to produce titanium oxide semiconductor nanotubes.
To 25 g of the titanium oxide semiconductor nanotubes, 0.4 ml of acetic acid was added, 20 ml of water was further added, zirconia beads (20 grains having a diameter of 6 mm) were added, and the mixture was stirred for 3 hours. Thereafter, 2 ml of a 5-fold diluted surfactant (Triton manufactured by Sigma Chemical Co.) was added, defoamed with a defoaming kneader, beads were separated, and a titania semiconductor nanotube paste was obtained.
The paste containing the titania semiconductor nanotubes was bar-coated on a 3 cm square SnO 2 : F glass (transparent conductive glass having a SnO 2 : F film formed on a glass substrate) having a surface resistance of 12 Ω / sq and dried. At the time of bar coating, a scotch tape was attached to the side 5 mm of the transparent conductive glass so that the film thickness was uniform. The coated substrate was baked at 500 ° C. for 30 minutes. When the thickness of the titania semiconductor nanotube layer after firing was measured with a stylus thickness meter, it was found to be 20 μm. This was immersed in a ruthenium dye / ethanol solution (3.0 × 10 −4 mol / L) represented by the formula (42) for 15 hours to form a dye layer. The obtained substrate and the counter electrode were combined, and a propylene carbonate solution containing 0.3 mol / L lithium iodide and 0.03 mol / L iodine was impregnated by capillary action, and the periphery was sealed with an epoxy adhesive. A lead wire was connected to the conductive layer portion of the transparent conductive substrate and the counter electrode.
When the cell thus obtained was irradiated with pseudo-sunlight (1 kW / m 2 ) and the current-voltage characteristics were measured, good photoelectric conversion characteristics (conversion efficiency 6.5%) were obtained. The results are shown in Table 1.

[実施例7]
電子供与体である式(43)のポリフェニレンビニレン(PPV)の前駆体をpキシレンビスジエチルスルフォニウムブロマイドを5℃のアルカリ水溶液中で攪拌し、合成した。
[Example 7]
A precursor of polyphenylene vinylene (PPV) of the formula (43), which is an electron donor, was synthesized by stirring p-xylenebisdiethylsulfonium bromide in an alkaline aqueous solution at 5 ° C.

ここで、R4はHである。
また、式(44)の構造式の電子受容体分子(CN−PPV)は市販品を用いた。
Here, R 4 is H.
A commercially available electron acceptor molecule (CN-PPV) having the structural formula of formula (44) was used.

ここで、R1はOC613である。 Here, R 1 is OC 6 H 13 .

アルミニウム基板(東洋アルミニウム社製、純度99.99%)を硫酸−リン酸混合溶液(85%リン酸330mL、濃硫酸75mL、エチレングリコール15mL、水80mL)中、70℃でアルミニウムを陽極、黒鉛を陰極にして、250mA/cm2で5分間、定電流電解処理した後、水洗、乾燥した。このアルミニウム基板を陽極、黒鉛を陰極にして、0.5mol/Lシュウ酸水溶液中で、温度16℃、40V印加して、5時間陽極酸化処理を行った後、クロム酸−リン酸混合溶液(酸化クロム6g、リン酸20g、水300g)中に50℃で12時間浸漬後、水洗、乾燥した。この基板を、先ほどと同様の条件でさらに1時間、陽極酸化処理した。得られた陽極酸化基板を5%リン酸水溶液中で40分間口径拡大処理し、最終的に、膜厚約8μm、ピッチ100nm、孔径75nmの高規則性陽極酸化ポーラスアルミナ膜を得た。
得られた高規則性陽極酸化ポーラスアルミナ膜をPPV前駆体の溶液に浸漬し、細孔の内部表面にPPV前駆体溶液を塗布した。その後、窒素雰囲気、220℃のオーブンで200分間放置し、式(43)で表される膜厚10nmのPPV膜を細孔内部表面に得た。その後、式(44)で表されるCN−PPVのクロロホルム溶液に浸漬し、細孔の内部に溶液を充填し、その後、60℃のオーブンで3時間乾燥させた。このように、細孔内部表面にPPVとCN−PPVを順じ積層した半導体ナノチューブが形成された。この半導体ナノチューブを含むポーラスアルミナ膜の一方の面に99.9999%のアルミペレットを抵抗加熱蒸着法で10-3Torr(0.133Pa)の雰囲気で、500nm成膜した。また、反対の面には10mol%のSnを含むIn23ターゲットとして、ArとO2を99:1の割合で成膜チャンバーに流し、作業圧力0.15Paで400nm成膜した。
このポーラスアルミナの両面成膜したアルミとSn:In23に直径50μmの金線を銀ペーストで接続し、光電変換素子を作成した。このようにして得たセルに疑似太陽光(1kW/m2)を照射し、電流電圧特性を測定したところ、変換効率1.1%を得た。
An aluminum substrate (manufactured by Toyo Aluminum Co., Ltd., purity 99.99%) is mixed with a sulfuric acid-phosphoric acid mixed solution (85% phosphoric acid 330 mL, concentrated sulfuric acid 75 mL, ethylene glycol 15 mL, water 80 mL) at 70 ° C. with aluminum as the anode and graphite. The cathode was subjected to constant current electrolytic treatment at 250 mA / cm 2 for 5 minutes, then washed with water and dried. The aluminum substrate was used as an anode, graphite as a cathode, an anodizing treatment was performed in a 0.5 mol / L oxalic acid aqueous solution at a temperature of 16 ° C. and 40 V for 5 hours, and then a chromic acid-phosphoric acid mixed solution ( (6 g of chromium oxide, 20 g of phosphoric acid, 300 g of water) was immersed at 50 ° C. for 12 hours, washed with water and dried. This substrate was anodized for another hour under the same conditions as before. The obtained anodized substrate was subjected to a diameter expansion treatment in a 5% phosphoric acid aqueous solution for 40 minutes, and finally a highly ordered anodized porous alumina film having a film thickness of about 8 μm, a pitch of 100 nm, and a pore diameter of 75 nm was obtained.
The obtained highly ordered anodized porous alumina film was immersed in a PPV precursor solution, and the PPV precursor solution was applied to the inner surface of the pores. Thereafter, the PPV film having a film thickness of 10 nm represented by the formula (43) was obtained on the inner surface of the pores by being left in an oven at 220 ° C. for 200 minutes in a nitrogen atmosphere. Then, it immersed in the chloroform solution of CN-PPV represented by Formula (44), the solution was filled in the pores, and then dried in an oven at 60 ° C. for 3 hours. Thus, the semiconductor nanotube which laminated | stacked PPV and CN-PPV in order on the pore internal surface was formed. On one surface of the porous alumina film containing the semiconductor nanotubes, 99.9999% aluminum pellets were formed to a thickness of 500 nm in an atmosphere of 10 −3 Torr (0.133 Pa) by resistance heating vapor deposition. On the other side, Ar and O 2 were flown into the film forming chamber at a ratio of 99: 1 as an In 2 O 3 target containing 10 mol% of Sn, and a film was formed to 400 nm at an operating pressure of 0.15 Pa.
A photoelectric conversion element was prepared by connecting a gold wire having a diameter of 50 μm to Sn: In 2 O 3 with silver paste on the both surfaces of this porous alumina film and Sn: In 2 O 3 . The cell thus obtained was irradiated with pseudo-sunlight (1 kW / m 2 ) and the current-voltage characteristics were measured. As a result, a conversion efficiency of 1.1% was obtained.

[実施例8]
アルミニウム基板(東洋アルミニウム社製、純度99.99%)を硫酸−リン酸混合溶液(85%リン酸330mL、濃硫酸75mL、エチレングリコール15mL、水80mL)中、70℃でアルミニウムを陽極、黒鉛を陰極にして、250mA/cm2で5分間、定電流電解処理した後、水洗、乾燥した。このアルミニウム基板を陽極、黒鉛を陰極にして、0.5mol/Lシュウ酸水溶液中で、温度16℃、40V印加して、5時間陽極酸化処理を行った後、クロム酸−リン酸混合溶液(酸化クロム6g、リン酸20g、水300g)中に50℃で12時間浸漬後、水洗、乾燥した。この基板を、先ほどと同様の条件でさらに1時間、陽極酸化処理した。得られた陽極酸化基板を5%リン酸水溶液中で40分間口径拡大処理し、最終的に、膜厚約1μm、ピッチ100nm、孔径75nmの高規則性陽極酸化ポーラスアルミナ膜を得た。
このポーラスアルミナ表面に無電解メッキ法によりNiの薄膜を200nm成膜した。この基板にナフテン酸銅塩とナフテン酸インジウム塩を銅とインジウムのモル比が3:5となるように混合し、上記金属薄膜を成膜したポーラスアルミナ表面にスピンコートした、これを500℃の窒素気流下で1時間焼成した。その後、銅−インジウム前駆体薄膜が形成されたポーラスアルミナとセレンをガラス管に真空封管し、550℃で2時間熱処理した。次に、この基板にナフテン酸銅塩とナフテン酸インジウム塩を銅とインジウムのモル比が5:4となるように混合した溶液を用いてスピンコートした後、500℃の窒素気流下で1時間焼成した。その後、銅−インジウム前駆体薄膜が形成されたポーラスアルミナとセレンをガラス管に真空封管し、550℃で2時間熱処理した。このようにして得られた異なる2種類の銅−インジウム−セレン(CIS)膜が積層したポーラスアルミナ上に透明導電性膜(ITO)を成膜した。この透明導電性膜は10mol%のSnを含むIn23ターゲットとして、ArとO2を99:1の割合で成膜チャンバーに流し、作業圧力0.15Paで400nm成膜した。
このポーラスアルミナのNi金属薄膜とITO部分にそれぞれ直径50μmの金線を銀ペーストで接続し、光電変換素子を作成した。このようにして得た素子は図1に示す異なる2種類の機能性材料が積層した半導体ナノチューブ材料から構成されている。この素子に疑似太陽光(1kW/m2)を照射し、電流電圧特性を測定したところ、変換効率1.0%を得た。
[Example 8]
An aluminum substrate (manufactured by Toyo Aluminum Co., Ltd., purity 99.99%) is mixed with a sulfuric acid-phosphoric acid mixed solution (85% phosphoric acid 330 mL, concentrated sulfuric acid 75 mL, ethylene glycol 15 mL, water 80 mL) at 70 ° C. with aluminum as the anode and graphite. The cathode was subjected to constant current electrolytic treatment at 250 mA / cm 2 for 5 minutes, then washed with water and dried. The aluminum substrate was used as an anode, graphite as a cathode, an anodizing treatment was performed in a 0.5 mol / L oxalic acid aqueous solution at a temperature of 16 ° C. and 40 V for 5 hours, and then a chromic acid-phosphoric acid mixed solution ( (6 g of chromium oxide, 20 g of phosphoric acid, 300 g of water) was immersed at 50 ° C. for 12 hours, washed with water and dried. This substrate was anodized for another hour under the same conditions as before. The obtained anodized substrate was subjected to a diameter expansion treatment in a 5% phosphoric acid aqueous solution for 40 minutes, and finally a highly ordered anodized porous alumina film having a film thickness of about 1 μm, a pitch of 100 nm, and a pore diameter of 75 nm was obtained.
A 200 nm Ni thin film was formed on the surface of the porous alumina by electroless plating. This substrate was mixed with copper naphthenate and indium naphthenate so that the molar ratio of copper and indium was 3: 5, and spin coated on the porous alumina surface on which the metal thin film was formed. Firing was performed under a nitrogen stream for 1 hour. Thereafter, porous alumina and selenium on which the copper-indium precursor thin film was formed were vacuum-sealed in a glass tube and heat-treated at 550 ° C. for 2 hours. Next, this substrate was spin-coated using a solution obtained by mixing copper naphthenate and indium naphthenate so that the molar ratio of copper to indium was 5: 4, and then for 1 hour under a nitrogen stream at 500 ° C. Baked. Thereafter, porous alumina and selenium on which the copper-indium precursor thin film was formed were vacuum-sealed in a glass tube and heat-treated at 550 ° C. for 2 hours. A transparent conductive film (ITO) was formed on porous alumina in which two different types of copper-indium-selenium (CIS) films thus obtained were laminated. This transparent conductive film was formed as an In 2 O 3 target containing 10 mol% of Sn by flowing Ar and O 2 into the film forming chamber at a ratio of 99: 1 and forming a film with a working pressure of 0.15 Pa to 400 nm.
A gold wire having a diameter of 50 μm was connected to the porous Ni metal thin film and the ITO portion with a silver paste to produce a photoelectric conversion element. The element thus obtained is composed of a semiconductor nanotube material in which two different types of functional materials shown in FIG. 1 are laminated. When this element was irradiated with pseudo-sunlight (1 kW / m 2 ) and the current-voltage characteristics were measured, a conversion efficiency of 1.0% was obtained.

[比較例1]
実施例1に記載のTiO2半導体ナノチューブで作製した電極と同様な膜厚を有する様に、TiO2微粒子(日本エアロジル社製P25)を含むペーストを調整し、実施例1と同様な方法で電極を作製した。
また、光電変換素子の作製も上記電極を用いた以外は、実施例1と同様に行った。この素子の特性を評価したところTiO2半導体ナノチューブで作製した電極を用いた場合と比較して、表1に示すとおり変換効率は低くなることが分かった。
[Comparative Example 1]
A paste containing TiO 2 fine particles (P25 manufactured by Nippon Aerosil Co., Ltd.) was prepared so as to have the same film thickness as that of the electrode made of the TiO 2 semiconductor nanotube described in Example 1, and the electrode was prepared in the same manner as in Example 1. Was made.
The photoelectric conversion element was also produced in the same manner as in Example 1 except that the above electrode was used. When the characteristics of the device were evaluated, it was found that the conversion efficiency was lower as shown in Table 1 than when an electrode made of TiO 2 semiconductor nanotubes was used.

[比較例2]
実施例1に記載のTiO2半導体ナノチューブで作製した電極と同様な膜厚を有する様に、TiO2微粒子(日本エアロジル社製P25)を含むペーストを調整し、実施例6と同様な方法で電極を作製した。
また、光電変換素子の作製も上記電極を用いた以外は、実施例6と同様に行った。この素子の特性を評価したところTiO2半導体ナノチューブで作製した電極を用いた場合と比較して、表1に示すとおり変換効率は低くなることが分かった。
[Comparative Example 2]
A paste containing TiO 2 fine particles (P25 manufactured by Nippon Aerosil Co., Ltd.) was prepared so as to have the same film thickness as that of the electrode made of the TiO 2 semiconductor nanotube described in Example 1, and the electrode was prepared in the same manner as in Example 6. Was made.
The photoelectric conversion element was also produced in the same manner as in Example 6 except that the above electrode was used. When the characteristics of the device were evaluated, it was found that the conversion efficiency was lower as shown in Table 1 than when an electrode made of TiO 2 semiconductor nanotubes was used.

[比較例3]
ガラス基板に10mol%のSnを含むIn23ターゲットとして、ArとO2を99:1の割合で成膜チャンバーに流し、作業圧力0.15Paで400nm成膜した。
この基板に実施例7で用いた式(43)で表されるPPVと式(44)で表されるCN−PPVを交互に4μm積層した。その上に99.9999%のアルミペレットを抵抗加熱蒸着法で10-3Torr(0.133Pa)の雰囲気で、500nm成膜した。
この基板のアルミとSn:In23に直径50μmの金線を銀ペーストで接続し、光電変換素子を作成した。このようにして得たセルに疑似太陽光(1kW/m2)を照射し、電流電圧特性を測定したところ、変換効率0.17%を得た。
[Comparative Example 3]
As an In 2 O 3 target containing 10 mol% of Sn on a glass substrate, Ar and O 2 were flowed in a deposition chamber at a ratio of 99: 1, and a film was formed to 400 nm at an operating pressure of 0.15 Pa.
On this substrate, PPV represented by the formula (43) used in Example 7 and CN-PPV represented by the formula (44) were alternately stacked by 4 μm. A 99.9999% aluminum pellet was formed thereon with a thickness of 500 nm by resistance heating vapor deposition in an atmosphere of 10 −3 Torr (0.133 Pa).
A gold wire having a diameter of 50 μm was connected to the aluminum of this substrate and Sn: In 2 O 3 with a silver paste to produce a photoelectric conversion element. The cell thus obtained was irradiated with pseudo-sunlight (1 kW / m 2 ) and the current-voltage characteristics were measured. As a result, a conversion efficiency of 0.17% was obtained.

[比較例4]
ナフテン酸銅塩とナフテン酸インジウム塩を銅とインジウムのモル比が3:5となるように混合し、スライドガラスにNi膜を200nm成膜した基板にスピンコートした、これを500℃の窒素気流下で1時間焼成した。焼成後の膜厚は3μmであった。その後、銅−インジウム前駆体薄膜が形成されたポーラスアルミナとセレンをガラス管に真空封管し、550℃で2時間熱処理した。次に、この基板にナフテン酸銅塩とナフテン酸インジウム塩を銅とインジウムのモル比が5:4となるように混合した溶液を用いてスピンコートした後、500℃の窒素気流下で1時間焼成した。焼成後の膜厚は3μmであった。その後、銅−インジウム前駆体薄膜が形成されたNi成膜ガラス基板とセレンをガラス管に真空封管し、550℃で2時間熱処理した。このようにして得られた異なる2種類の銅−インジウム−セレン(CIS)膜が積層したポーラスアルミナ上に透明導電性膜(ITO)を成膜した。この透明導電性膜は10mol%のSnを含むIn23ターゲットとして、ArとO2を99:1の割合で成膜チャンバーに流し、作業圧力0.15Paで400nm成膜した。
このNi成膜ガラス基板とITO部分にそれぞれ直径50μmの金線を銀ペーストで接続し、光電変換素子を作成した。この素子に疑似太陽光(1kW/m2)を照射し、電流電圧特性を測定したところ、変換効率0.07%を得た。なお、変換効率は成膜される銅−インジウム前駆体薄膜の厚さに依存するが、0.5μm以上では、膜厚依存性は確認できなかった。
[Comparative Example 4]
Naphthenic acid copper salt and naphthenic acid indium salt were mixed so that the molar ratio of copper to indium was 3: 5, and spin-coated on a substrate on which a Ni film was formed to 200 nm on a slide glass. Baked for 1 hour under. The film thickness after firing was 3 μm. Thereafter, porous alumina and selenium on which the copper-indium precursor thin film was formed were vacuum-sealed in a glass tube and heat-treated at 550 ° C. for 2 hours. Next, this substrate was spin-coated using a solution obtained by mixing copper naphthenate and indium naphthenate so that the molar ratio of copper to indium was 5: 4, and then for 1 hour under a nitrogen stream at 500 ° C. Baked. The film thickness after firing was 3 μm. Thereafter, the Ni film-formed glass substrate on which the copper-indium precursor thin film was formed and selenium were vacuum sealed in a glass tube and heat-treated at 550 ° C. for 2 hours. A transparent conductive film (ITO) was formed on porous alumina in which two different types of copper-indium-selenium (CIS) films thus obtained were laminated. This transparent conductive film was formed as an In 2 O 3 target containing 10 mol% of Sn by flowing Ar and O 2 into the film forming chamber at a ratio of 99: 1 and forming a film with a working pressure of 0.15 Pa to 400 nm.
A gold wire having a diameter of 50 μm was connected to the Ni film-formed glass substrate and the ITO portion with a silver paste to produce a photoelectric conversion element. When this element was irradiated with pseudo sunlight (1 kW / m 2 ) and the current-voltage characteristics were measured, a conversion efficiency of 0.07% was obtained. Although the conversion efficiency depends on the thickness of the copper-indium precursor thin film to be formed, the film thickness dependency could not be confirmed at 0.5 μm or more.

半導体ナノチューブの構成図を示す。The block diagram of a semiconductor nanotube is shown. 光電変換素子の断面の例である。It is an example of the cross section of a photoelectric conversion element. チタニア半導体ナノチューブのX線回折パターンを示す。2 shows an X-ray diffraction pattern of a titania semiconductor nanotube. チタニア半導体ナノチューブのSEM像を示す。The SEM image of a titania semiconductor nanotube is shown.

符号の説明Explanation of symbols

1 透明導電性基板
2 対向電極
3 半導体層
4 電解質
5 シール材




DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Transparent conductive substrate 2 Counter electrode 3 Semiconductor layer 4 Electrolyte 5 Sealing material




Claims (9)

ナノチューブ構造を有する半導体を含む電極。   An electrode including a semiconductor having a nanotube structure. 前記半導体が、遷移金属を含む酸化物からなることを特徴とする請求項1に記載の電極。   The electrode according to claim 1, wherein the semiconductor is made of an oxide containing a transition metal. 前記半導体が、周期律表第2B族〜第7B族元素、該元素を含む合金あるいはそれらの元素の酸化物からなることを特徴とする請求項1に記載の電極。   2. The electrode according to claim 1, wherein the semiconductor is made of a Group 2B to Group 7B element of the periodic table, an alloy containing the element, or an oxide of these elements. 前記半導体が、電子供与性を有する分子構造を含むユニットと電子受容性を有する分子構造を含むユニットとから少なくとも構成される高分子化合物からなることを特徴とする請求項1に記載の電極。   2. The electrode according to claim 1, wherein the semiconductor is made of a polymer compound composed of at least a unit including a molecular structure having an electron donating property and a unit including a molecular structure having an electron accepting property. 鋳型によりナノチューブ構造を形成することを特徴とする請求項1に記載の電極。   2. The electrode according to claim 1, wherein a nanotube structure is formed by a template. 鋳型が、金属を電解液中で陽極酸化して得られる陽極酸化ポーラス材料で形成されることを特徴とする請求項5に記載の電極。   6. The electrode according to claim 5, wherein the mold is formed of an anodized porous material obtained by anodizing a metal in an electrolytic solution. 請求項1〜6のいずれかの項に記載の電極を用いた機能性素子。   The functional element using the electrode of any one of Claims 1-6. 光電変換特性を有することを特徴とする請求項7に記載の機能性素子。   The functional element according to claim 7, wherein the functional element has photoelectric conversion characteristics. 色素を吸着した酸化チタンからなるナノチューブ構造を有する半導体を含む電極と、白金あるいはカーボン材料を成膜した対向電極と、その間にヨウ素イオンを含む電解液を挟んだ構成を有することを特徴とする請求項7または請求項8に記載の機能性素子。


An electrode including a semiconductor having a nanotube structure made of titanium oxide adsorbed with a dye, a counter electrode on which a platinum or carbon material is formed, and an electrolyte solution containing iodine ions interposed therebetween Item 9. The functional element according to Item 7 or Item 8.


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