JP2000100487A

JP2000100487A - 電解質、光電変換素子および光電気化学電池

Info

Publication number: JP2000100487A
Application number: JP10286007A
Authority: JP
Inventors: Koji Wariishi; 幸司割石; Hiroo Takizawa; 裕雄滝沢
Original assignee: Fuji Photo Film Co Ltd
Current assignee: Fujifilm Holdings Corp
Priority date: 1998-09-21
Filing date: 1998-09-21
Publication date: 2000-04-07

Abstract

(57)【要約】【課題】新規な電解質を提供し、これを用いて光電変
換特性および耐久性に優れた光電変換素子および光電気
化学電池を提供する。【解決手段】窒素含有高分子化合物に少なくとも２官
能性以上の求電子剤を反応させた架橋重合体、電解質塩
および特定の構造を有する高沸点化合物から電解質を作
成し、導電性支持体と、この導電性支持体上に塗設され
た半導体含有層と、電解質含有層と、対向電極とを有す
る光電変換素子により光電気化学電池を構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、新規な電解質、こ
の電解質と半導体とを用いた光電変換素子および光電気
化学電池に関する。

【０００２】

【従来の技術】太陽光発電は単結晶シリコン太陽電池、
多結晶シリコン太陽電池、アモルファス太陽電池、テル
ル化カドミウムやセレン化インジウム銅等の化合物太陽
電池が実用化もしくは主な研究開発の対象となっている
が、普及させる上で製造コスト、原材料確保、エネルギ
ーペイバックタイムが長い等の問題点を克服する必要が
ある。一方、大面積化や低価格化を指向した有機材料を
用いた太陽電池もこれまでにも多く提案されているが、
変換効率が低く、耐久性も悪いという問題があった。

【０００３】こうした状況の中で、Nature（第353巻、
第737〜740頁、1991年）および米国特許4927721号等
に、色素によって増感された半導体微粒子を用いた光電
変換素子（以後、色素増感光電変換素子と略す）、もし
くはこれを作成するための材料および製造技術が開示さ
れた。提案された素子は、ルテニウム錯体によって分光
増感された二酸化チタン多孔質薄膜を作用電極とする湿
式太陽電池である。この方式は安価で高いエネルギー変
換効率が得られる点で有望であるが、正孔輸送層に液体
の電解質を用いているため、長期にわたって使用すると
電解液の枯渇により光電変換効率が著しく低下したり、
素子として機能しなくなることが懸念されている。

【０００４】このような欠点を克服するため、国際特許
93/20565号には固体電解質を用いた光電変換素子が、ま
た、特開平7-288142号、Solid State Ionics.,89(1986)
263頁および特開平9-27352号公報には、架橋ポリエチレ
ンオキサイド系高分子固体電解質を用いて固体化した光
電変換素子が記載されている。しかしながら、これらの
固体電解質を用いた光電変換素子は検討の結果、光電変
換特性、特に短絡電流密度が不十分なレベルにあること
が判明した。また、耐久性も不十分なレベルであった。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、新規
な電解質を提供することである。また、光電変換特性お
よび耐久性に優れた光電変換素子および光電気化学電池
を提供することである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明者らが鋭意検討し
た結果、上記目的は、下記の手段（１）〜（６）によっ
て達成された。（１）下記式（Ｉ）で示される繰り返し単位を有する高
分子化合物に少なくとも２官能性以上の求電子剤を反応
させて得られる架橋重合体と、式（II）および（III）
で示される化合物群から選ばれる少なくとも１種とを含
有することを特徴とする電解質。

【０００７】

【化３】

【０００８】［式（Ｉ）中、Ｒ₁は水素原子または炭素
原子数が１から４個までのアルキル基を表す。Ｚは、窒
素原子を含有する複素環基を表す。Ａはエチレン性不飽
和基を含有する化合物から誘導される繰り返し単位を表
す。ｘおよびｙはそれぞれ独立に、繰り返し単位のモル
組成比を表し、ｘは５モル％以上１００モル％以下、ｙ
は０モル％以上９５モル％以下である。］

【０００９】

【化４】

【００１０】［式（II）中、Ｒ₂およびＲ₃はそれぞれ独
立にアルキル基、アルケニル基またはアリール基を表
す。Ｒ₄はシアノ基、アルコキシカルボニル基、アシル
オキシ基、カルボンアミド基、リン酸基、ホスホノ基、
ホスフィノ基、ホスホリル基、カルバモイル基、ウレタ
ン基、ウレア基、カーボネート基、スルホンアミド基、
スルファモイル基、スルホキシド基、スルホン基、スル
ホニル基、ニトロ基、アルコキシ基、アリーロキシ基ま
たはヒドロキシ基を表し、Ｅは単結合、アルキレン基、
アルケニレン基またはアリーレン基を表す。ａ、ｂおよ
びｃはそれぞれ独立に０または１である。式（III）
中、Ｒ₄はシアノ基、アルコキシカルボニル基、アシル
オキシ基、カルボンアミド基、リン酸基、ホスホノ基、
ホスフィノ基、ホスホリル基、カルバモイル基、ウレタ
ン基、ウレア基、カーボネート基、スルホンアミド基、
スルファモイル基、スルホキシド基、スルホン基、スル
ホニル基、ニトロ基、アルコキシ基、アリーロキシ基ま
たはヒドロキシ基を表し、Ｅは単結合、アルキレン基、
アルケニレン基またはアリーレン基を表す。Ｄは−Ｏ
−、−ＯＣ（Ｏ）−または−ＯＣ（Ｏ）Ｏ−を表す。Ｒ
₅は複素環基、または複素環基を有するアルキル基、ア
ルケニル基もしくはアリール基を表す。］（２）式（Ｉ）中のＺで表される複素環基中の複素環が
ピリジン環またはイミダゾール環である上記（１）に記
載の電解質。（３）２官能性以上の求電子剤が臭化アルキル化合物、
ヨウ化アルキル化合物およびスルホン酸エステル化合物
から選ばれる上記（１）または（２）に記載の電解質。（４）上記（１）〜（３）のいずれかに記載の電解質を
用い、導電性支持体と、この導電性支持体上に塗設され
た半導体含有層と、電解質含有層と、対向電極とを有す
る光電変換素子。（５）半導体が、色素によって増感された微粒子半導体
である上記（４）に記載の光電変換素子。（６）上記（４）または（５）に記載の光電変換素子を
用いる光電気化学電池。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下本発明について詳述する。本
発明の式（Ｉ）に示される繰り返し単位を有する高分子
化合物に少なくとも２官能性以上の求電子剤を反応させ
て得られる架橋重合体と、式（II）および（III）で示
される化合物から選ばれる化合物とを含む電解質は、種
々の電池に用いることができるが、好ましくはリチウム
イオン二次電池または下記の半導体を用いた光電変換素
子もしくは光電気化学電池に用いることがより好まし
い。

【００１２】本発明の上記架橋重合体を含む電解質は、
従来の固体電解質と比較して耐久性に優れたものである
ことが確認されたが、従来の溶媒、例えばアセトニトリ
ル等と組み合わせた場合は、その性能が十分ではないこ
とが判明した。これに対し、式（II）、（III）で表さ
れる溶媒と組み合わせた場合は、さらなる耐久性の改良
が達成できる。

【００１３】式（II）、（III）で表される化合物は高
沸点有機溶媒であり、式（Ｉ）に示される繰り返し単位
を有する高分子化合物に少なくとも２官能性以上の求電
子剤を反応させて得られる架橋重合体を有する電解質の
溶媒に用いたとき、溶媒の揮発による素子の性能劣化を
防止することができる。したがって、このような電解質
においては、短絡密度の経時劣化がないなど、耐久性に
優れた光電変換素子が得られる。

【００１４】式（Ｉ）について説明すると、式中、Ｒ₁
は、水素原子または炭素数１〜４のアルキル基を表わ
す。Ｒ₁としては水素原子またはメチル基が好ましい。

【００１５】Ｚで表わされる基中の窒素原子を含む複素
環は、不飽和環でも飽和環でもよく、窒素原子以外の原
子を有していてもよい。不飽和複素環としては、例え
ば、ピリジン環、イミダゾール環、チアゾール環、オキ
サゾール環、トリアゾール環などが挙げられる。飽和複
素環としては、モルホリン環、ピペリジン環、ピペラジ
ン環などが挙げられる。好ましくは、不飽和複素環であ
り、さらに好ましくは、ピリジン環またはイミダゾール
環である。これらは無置換である方が好ましいが、メチ
ル基等のアルキル基などで置換されていてもよい。

【００１６】Ｚを含有する繰り返し単位が架橋重合体に
占める好ましいモル組成範囲ｘは、５モル％以上１００
モル％以下、さらに好ましくは、１０モル％以上９５モ
ル％以下である。Ｚを含有する繰り返し単位は異なる窒
素原子を含有する複素環をそれぞれ含有する繰り返し単
位を組み合わせて構成しても構わない。

【００１７】次にＡで表わされる繰り返し単位について
説明する。Ａはエチレン性不飽和基を含有する化合物か
ら誘導される繰り返し単位を表わす。Ａで表わされる繰
り返し単位を誘導するエチレン性不飽和基を有する化合
物の好ましい例としては、アクリル酸またはα−アルキ
ルアクリル酸（例えばメタクリル酸など）類から誘導さ
れるエステル類もしくはアミド類（例えば、Ｎ−ｉｓｏ
−プロピルアクリルアミド、Ｎ−ｎ−ブチルアクリルア
ミド、Ｎ−ｔ−ブチルアクリルアミド、Ｎ，Ｎ−ジメチ
ルアクリルアミド、Ｎ−メチルメタクリルアミド、アク
リルアミド、２−アクリルアミド−２−メチルプロパン
スルホン酸、アクリルアミドプロピルトリメチルアンモ
ニウムクロライド、メタクリルアミド、ジアセトンアク
リルアミド、Ｎ−メチロールアクリルアミド、Ｎ−メチ
ロールメタクリルアミド、Ｎ−アクリルモルホリン、メ
チルアクリレート、エチルアクリレート、ヒドロキシエ
チルアクリレート、ｎ−プロピルアクリレート、ｉｓｏ
−プロピルアクリレート、２−ヒドロキシプロピルアク
リレート、２−メチル−２−ニトロプロピルアクリレー
ト、ｎ−ブチルアクリレート、ｉｓｏ−ブチルアクリレ
ート、ｔ−ブチルアクリレート、ｔ−ペンチルアクリレ
ート、２−メトキシエチルアクリレート、２−エトキシ
エチルアクリレート、２−メトキシエトキシエチルアク
リレート、２，２，２−トリフルオロエチルアクリレー
ト、２，２−ジメチルブチルアクリレート、３−メトキ
シブチルアクリレート、エチルカルビトールアクリレー
ト、フェノキシエチルアクリレート、ｎ−ペンチルアク
リレート、３−ペンチルアクリレート、オクタフルオロ
ペンチルアクリレート、ｎ−ヘキシルアクリレート、シ
クロヘキシルアクリレート、シクロペンチルアクリレー
ト、セチルアクリレート、ベンジルアクリレート、ｎ−
オクチルアクリレート、２−エチルヘキシルアクリレー
ト、４−メチル−２−プロピルペンチルアクリレート、
ヘプタデカフルオロデシルアクリレート、ｎ−オクタデ
シルアクリレート、メチルメタクリレート、２−メトキ
シエトキシエチルメタクリレート、２−（エトキシカル
ボニルオキシ）エチルメタクリレート、２，２，２−ト
リフルオロエチルメタクリレート、テトラフルオロプロ
ピルメタクリレート、ヘキサフルオロプロピルメタクリ
レート、ヒドロキシエチルメタクリレト、２−ヒドロキ
シプロピルメタクリレート、ｎ−ブチルメタクリレー
ト、ｉｓｏ−ブチルメタクリレート、ｔ−ブチルメタク
リレート、ｔ−ペンチルメタクリレート、２−メトキシ
エチルメタクリレート、２−エトキシエチルメタクリレ
ート、ベンジルメタクリレート、ヘプタデカフルオロデ
シルメタクリレート、ｎ−オクタデシルメタクリレー
ト、２−イソボルニルメタクリレート、２−ノルボルニ
ルメチルメタクリレート、５−ノルボルネン−２−イル
メチルメタクリレート、３−メチル−２−ノルボニルメ
チルメタクリレート、ジメチルアミノエチルメタクリレ
ートなど）、アクリル酸またはα−アルキルアクリル酸
（アクリル酸、メタクリル酸、イタコン酸など）、ビニ
ルエステル類（例えば、酢酸ビニルなど）、マレイン酸
またはフマル酸から誘導されるエステル類（マレイン酸
ジメチル、マレイン酸ジブチル、フマル酸ジエチルな
ど）、マレイン酸、フマル酸、ｐ−スチレンスルホン酸
のナトリウム塩、アクリロニトリル、メタクリロニトリ
ル、ジエン類（例えば、ブタジエン、シクロペンタジエ
ン，イソプレンなど）、芳香族ビニル化合物（例えば、
スチレン、ｐ−クロロスチレン、ｔ−ブチルスチレン、
α−メチルスチレン、スチレンスルホン酸ナトリウム、
１−（４−メトキシメチルフェニル）エチレンなど）、
Ｎ−ビニルホルムアミド、Ｎ−ビニルーＮ−メチルホル
ムアミド、Ｎ−ビニルアセトアミド、Ｎ−ビニル−Ｎ−
メチルアセトアミド、ビニルスルホン酸、ビニルスルホ
ン酸ナトリウム、アリルスルホン酸ナトリウム、メタリ
ルスルホン酸ナトリウム、ビニリデンフルオライド、ビ
ニリデンクロライド、ビニルアルキルエーテル類（例え
ば、メチルビニルエーテルなど）、エチレン、プロピレ
ン、１−ブテン、イソブテン、Ｎ−フェニルマレイミ
ド、ビニルピロリドン等が挙げられる。これらのエチレ
ン性不飽和基を有する化合物は組み合わせて使用しても
よい。これら以外のエチレン性不飽和基を有する化合物
はリサーチディスクロージャーNo.１９５５（１９８０
年、７月）に記載されているものを使用することができ
る。これらのエチレン性不飽和基を有する化合物が窒素
含有高分子に占めるモル組成範囲ｙは０モル％以上９モ
ル％以下であり、好ましくは０モル％以上７０モル％以
下である。

【００１８】このような窒素含有高分子化合物の重量平
均分子量は、１０００〜１００万が好ましい。より好ま
しくは、２０００〜１０万である。

【００１９】本発明の電解質を得る際に、好ましく用い
られる電解質溶液中における上記の窒素含有高分子化合
物の好ましい重量組成範囲は、１重量％以上８０重量％
以下であり、さらに好ましくは、３重量％以上７０重量
％以下である。これらの化合物は単独で用いても２種以
上を併用してもよい。

【００２０】以下に、式（Ｉ）で表される窒素含有高分
子化合物の好ましい具体例を示すが、本発明はこれらに
限定されるものではない。

【００２１】

【化５】

【００２２】

【化６】

【００２３】

【化７】

【００２４】

【化８】

【００２５】

【化９】

【００２６】本発明の高分子化合物は、大津隆行・木下
雅悦共著：高分子合成の実験法（化学同人）や大津隆
行：講座重合反応論１ラジカル重合（１）（化学同人）
に記載された一般的な高分子合成法であるラジカル重合
によって合成することができる。本発明の高分子化合物
は、光、電子線、また電気化学的にラジカル重合するこ
とができるが、特に加熱によってラジカル重合させるこ
とが好ましい。本発明の高分子化合物が加熱により形成
される場合に好ましく使用される重合開始剤は、例え
ば、２，２’−アゾビスイソブチロニトリル、２，２’
−アゾビス（２，４−ジメチルバレロニトリル）、ジメ
チル２，２’−アゾビス（２−メチルプロピオネー
ト）、ジメチル２，２’−アゾビスイソブチレートなど
のアゾ系開始剤、ラウリルパーオキシド、ペンゾイルパ
ーオキシド、tert−ブチルパーオクトエートなどの過酸
化物系開始剤等である。

【００２７】このような窒素含有高分子化合物と反応さ
せる２官能以上の求電子剤とは、窒素原子に対して求電
子反応可能な試薬であれば特に限定はないが、例えば、
ハロゲン化アルキル、ハロゲン化アラルキル、スルホン
酸エステル、酸無水物、酸クロライド、イソシアネート
などが挙げられる。好ましくは、ハロゲン化アルキル、
ハロゲン化アラルキルまたは、スルホン酸エステルであ
り、より好ましくは、ハロゲン化アルキル、ハロゲン化
アラルキルである。

【００２８】ハロゲン化アルキル（アラルキル）として
は、ヨウ化アルキル（アラルキル）、臭化アルキル（ア
ラルキル）、塩化アルキル（アラルキル）などが挙げら
れるが、好ましくは、ヨウ化アルキル（アラルキル）、
臭化アルキル（アラルキル）である。さらに好ましく
は、ヨウ化アルキル（アラルキル）であり、特にアルキ
レン（アラルキレン）鎖にエーテル結合を有するものが
好ましい。

【００２９】スルホン酸エステルとしては、メタンスル
ホン酸エステル、トリフルオロメタンスルホン酸エステ
ルなどのアルキルスルホン酸エステル、ｐ−トルエンス
ルホン酸エステルなどのアリールスルホン酸エステルな
どが挙げられる。

【００３０】これら求電子剤の窒素原子との反応可能な
部位の数は２以上１０以下であり、好ましくは、２以上
５以下である。さらに好ましくは２以上４以下である。

【００３１】このような求電子剤の使用量は、窒素含有
高分子における被反応性窒素原子のモル数に対して０．
０１当量以上２当量以下が好ましい。より好ましくは、
０．０５当量以上１．５当量以下である。さらに好まし
くは、０．１当量以上１当量以下である。求電子剤は単
独で用いても２種以上併用してもよい。

【００３２】以下に求電子剤の好ましい具体例を示す
が、本発明はこれらに限定されるものではない。

【００３３】

【化１０】

【００３４】

【化１１】

【００３５】

【化１２】

【００３６】次に本発明の式（II）または式（III）で
表される化合物について詳しく説明する。本発明の化合
物は電解質の溶媒に用いるものであり、沸点が高ければ
電解質揮発による電解質の劣化を防ぐことができる。よ
って本発明の化合物の沸点は２００℃以上であることが
より好ましく、２５０℃以上であることがさらに好まし
い。また光電変換素子の短絡電流密度、変換効率等の性
能上からは、この化合物の粘度が低く、誘電率が大きい
ことが好ましい。すなわち、粘度が低いことによって
は、イオン移動度を向上させたりする効果が得られ、誘
電率が大きいことによっては、有効キャリアー濃度を向
上させる効果が得られる。

【００３７】式（II）について説明すると、式（II）
中、Ｒ₂、Ｒ₃はそれぞれ独立に、置換もしくは無置換の
アルキル基（好ましくは炭素原子数（以下Ｃ数）が１〜
２０であり、直鎖状であっても分岐鎖であってもよく、
例えばメチル、エチル、プロピル、ブチル、ｉ−プロピ
ル、ヘキシル、ｔ−オクチル、ベンジル、２−エトキシ
エチル、２−ブトキシエチル）、置換もしくは無置換の
アルケニル基（好ましくはＣ数が２〜２０であり、直鎖
状であっても分岐鎖であってもよく、例えばビニル、ア
リル）、置換もしくは無置換のアリール基（好ましくは
Ｃ数が６〜２０であり、単環であっても多環であっても
よく、例えばフェニル、４−メトキシフェニル、４−シ
アノフェニル、１−ナフチル）を表し、好ましくはアル
キル基である。

【００３８】Ｒ₂とＲ₃とは同じでも異なってもよいが、
同じであることが好ましい。

【００３９】Ｒ₄はシアノ基、アルコキシカルボニル
基、アシルオキシ基、カルボンアミド基、リン酸基、ホ
スホノ基、ホスフィノ基、ホスホリル基、カルバモイル
基、ウレタン基、ウレア基、カーボネート基、スルホン
アミド基、スルファモイル基、スルホキシド基、スルホ
ン基、スルホニル基、ニトロ基、アルコキシ基、アリー
ロキシ基、ヒドロキシ基を表す。Ｅは単結合、アルキレ
ン基、アルケニレン基またはアリーレン基を表す。

【００４０】Ｒ₄で表される置換基は、さらに置換基を
有していてもよい。Ｅで表されるアルキレン基、アルケ
ニレン基は直鎖であっても分岐鎖であってもよく、また
置換基を有していてもよい。Ｅで表されるアリーレン基
は単環であっても多環であってもよく、さらには置換基
を有していてもよい。

【００４１】Ｅは、より好ましくはＣ数１〜８のアルキ
ル基を示し、さらに好ましくはＣ数１〜８の無置換のア
ルキレン基を示し、もっとも好ましくはメチレン基、エ
チレン基、プロピレン基、ブチレン基の末端にそれらが
置換した基を示す。

【００４２】なお、Ｒ₄としてより好ましくはシアノ
基、アルコキシカルボニル基、アシルオキシ基、リン酸
基、ホスホノ基、ホスフィノ基、ホスホリル基、カーボ
ネート基、スルホキシド基、スルホン基、アルコキシ
基、ヒドロキシ基であり、さらに好ましくはシアノ基、
アルコキシカルボニル基、アシルオキシ基、リン酸基、
ホスホリル基、カーボネート基、アルコキシ基であり、
もっとも好ましくはシアノ基である。

【００４３】ａ、ｂ、ｃはそれぞれ独立に０または１を
表し、好ましくは、ａは１、ｂは１、ｃは０を表す。

【００４４】式（III）中、Ｒ₄、Ｅは式（II）と同義で
ある。

【００４５】Ｄは−Ｏ−、−ＯＣ（Ｏ）−（向きは問わ
ない）、−ＯＣ（Ｏ）Ｏ−を表し、好ましくは−ＯＣ
（Ｏ）−または−ＯＣ（Ｏ）Ｏ−を表し、より好ましく
は−ＯＣ（Ｏ）−を表す。

【００４６】Ｒ₅は複素環基または複素環基を有するア
ルキル基、アルケニル基もしくはアリール基を表す。こ
こでの複素環基はさらに置換基を有していてもよく、単
環であっても多環であってもよい。また、上記のアルキ
ル基、アルケニル基は直鎖でも分岐鎖であってもよく、
上記のアリール基は単環であっても多環であってもよ
い。

【００４７】Ｒ₅として、好ましくは複素環基が末端に
置換したＣ数１〜８のアルキル基を表す。

【００４８】複素環基としては、好ましくは５または６
員環の飽和複素環基であり、より好ましくはこれらの基
中の複素環としてテトラヒドロフラン環、１，４−ジオ
キサン環、テトラヒドロピラン環、エチレンカーボネー
ト環、プロピレンカーボネート環、イミダゾリジノン
環、ピロリドン環、オキサゾリジノン環、テトラヒドロ
チオフェン環等であり、さらに好ましくはテトラヒドロ
フラン環、エチレンカーボネート環、ピロリドン環、オ
キサゾリジノン環である。また、これらの複素環が互い
に縮合したものも好ましい。

【００４９】式（II）、（III）で表される本発明の化
合物の中では、式（II）で表される化合物が好ましい。

【００５０】以下に本発明の式（II）、（III）で表さ
れる化合物の具体例を示すが、本発明はこれに限定され
るわけではない。

【００５１】

【化１３】

【００５２】

【化１４】

【００５３】

【化１５】

【００５４】これらの化合物は単独で用いても２種以上
併用してもよい。

【００５５】本発明の電解質に用いられる塩は、例え
ば、LiI、NaI、KI、CsI、CaI₂などの金属ヨウ化物、４
級イミダゾリウム化合物のヨウ素塩、4級ピリジニウム
化合物のヨウ素塩、テトラアルキルアンモニウム化合物
のヨウ素塩、Br₂とLiBr、NaBr、KBr、CsBr、CaBr₂など
の金属臭化物、あるいはＢr₂とテトラアルキルアンモニ
ウムブロマイド、ピリジニウムブロマイドなど４級アン
モニウム化合物の臭素塩、フェロシアン酸塩−フェリシ
アン酸塩やフェロセン−フェリシニウムイオンなどとい
った金属錯体、ポリ硫化ナトリウム、アルキルチオール
−アルキルジスルフイドなどのイオウ化合物、ビオロゲ
ン色素、ヒドロキノン−キノンなどを用いることができ
る。この中でも本発明の電解質は、LiI、NaI、KI、Cs
I、CaI₂などの金属ヨウ化物、４級イミダゾリウム化合
物のヨウ素塩、４級ピリジニウム化合物のヨウ素塩、テ
トラアルキルアンモニウム化合物のヨウ素塩が特に好ま
しい。これらは一種または二種以上を混合してもよい。
好ましい電解質の塩濃度は、０．０５モル／リットル以
上２モル／リットル以下である。特に０．１モル／リッ
トル以上１．５モル／リットル以下が好ましい。また、
本発明の電解質にヨウ素を添加して酸化還元対を予め生
成させておくこともできるが、その場合の好ましい添加
濃度は０．０１モル／リットル以上０．３モル／リット
ル以下である。これらの濃度はいずれも電解質溶液にお
いて高分子化合物を除いた溶媒中でのものである。

【００５６】本発明の電解質は、前述の窒素含有高分子
化合物、求電子剤、塩および溶媒から溶液を調製する
か、あるいは窒素含有高分子化合物を構成するモノマー
類、重合開始剤、求電子剤、塩および溶媒から溶液を調
製し、キャスト法、塗布法、浸漬法、含浸法などにより
電極上に電解質溶液層を形成し、その後加熱反応により
架橋し電解質層を形成させる方法によって製造すること
が好ましい。

【００５７】この反応により窒素含有高分子化合物のア
ルキル化、または４級化が可能な窒素原子において、一
部あるいは全部の求電子剤によるアルキル化、または４
級化が進行し架橋重合体が生成する。

【００５８】より好ましくは、前述の窒素含有高分子化
合物、求電子剤、塩および溶媒から溶液を調製して電解
質層を形成させる方法によって製造することである。

【００５９】塗布法によって電解質層を形成する場合、
窒素含有高分子、求電子剤、塩および溶媒からなる塗布
溶液にレベリング剤等の塗布性改良剤などの添加剤を添
加し調製した均一溶液をスピンコート法、ディップコー
ト法、エアーナイフコート法、カーテンコート法、ロー
ラーコート法、ワイヤーバーコート法、グラビアコート
法、あるいは、米国特許第２６８１２９４号記載のホッ
パーを使用するエクストルージョンコート法、または米
国特許第２７６１４１８号、同３５０８９４７号、同２
７６１７９１号記載の多層同時塗布方法等の方法により
塗布し、その後加熱して架橋反応させ、本発明の電解質
を形成することができる。加熱温度は色素の耐熱温度等
により適当に選択されるが、好ましくは、１０℃以上２
００℃以下であり、さらに好ましくは、３０℃以上１５
０℃以下である。また、その加熱時間は加熱温度等にも
よるが５分〜７２時間程度である。

【００６０】酸化還元対を生成させるために電解質にヨ
ウ素などを導入する場合、前述の電解質溶液に添加する
ほか、電解質層の形成後、これをヨウ素などと共に密閉
容器内に置き、電解質中に拡散させる手法等により導入
することができる。また、ヨウ素などは後述の対向電極
に塗布あるいは蒸着する方法により光電気化学電池とし
て用いる光電変換素子を組み立てたときに電解質層中に
導入することもできる。

【００６１】本発明の電解質において架橋重合体の占め
る割合は２〜８０重量％であることが好ましい。

【００６２】次に、本発明の電解質を用いた光電気化学
電池について詳細に説明する。光電気化学電池は、光電
変換素子を太陽電池としての用途に用いたものである。

【００６３】本発明の光電気化学電池として用いられる
光電変換素子は導電性支持体を有し、導電性支持体上に
塗設される半導体含有層（感光層）、本発明の電解質を
含有する電解質含有層、および対向電極から構成される
ことが好ましい。

【００６４】電解質含有層は電荷輸送の役割を担う。そ
の厚みは、０．００１〜２００μmが好ましく、０．１
〜１００μm であることがより好ましい。

【００６５】本発明において半導体はいわゆる感光体で
あり、光を吸収して電荷分離を行い電子と正孔を生ずる
役割を担う。

【００６６】半導体としてはシリコン、ゲルマニウムの
ような単体半導体の他に、金属のカルコゲニド（例えば
酸化物、硫化物、セレン化物等）に代表されるいわゆる
化合物半導体またはペロブスカイト等を使用することが
できる。金属のカルコゲニドとして好ましくはチタン、
スズ、亜鉛、鉄、タングステン、ジルコニウム、ハフニ
ウム、ストロンチウム、インジウム、セリウム、イット
リウム、ランタン、バナジウム、ニオブ、もしくはタン
タルの酸化物、カドミウム、亜鉛、鉛、銀、アンチモ
ン、ビスマス等の硫化物、カドミウム、鉛等のセレン化
物、カドミウムのテルル化物等が挙げられ、他の化合物
半導体としては亜鉛、カリウム、インジウム、カドミウ
ム等のリン化物、ガリウムヒ素、銅−インジウム−セレ
ン化物、銅−インジウム−硫化物等が挙げられる。

【００６７】また、ペロブスカイトとして好ましくはチ
タン酸ストロンチウム、チタン酸カルシウム、チタン酸
ナトリウム、チタン酸バリウム、ニオブ酸カリウム等が
挙げられる。

【００６８】本発明に用いられる半導体としてより好ま
しくは、具体的にはSi、TiO₂、SnO₂、Fe₂O₃、WO₃、Zn
O、Nb₂O₅、CdS、ZnS、PbS、Bi₂S₃、CdSe、GaP、InP、Ga
As、CdTe、CuInS₂、CuInSe₂等が挙げられ、さらに好ま
しくはTiO₂、ZnO、SnO₂、Fe₂O₃、WO₃、Nb₂O₅、CdS、Pb
S、CdSe、InP、GaAs、CuInS₂、CuInSe₂等である。

【００６９】本発明に用いられる半導体は、単結晶で
も、多結晶でもよい。変換効率としては単結晶が好まし
いが、製造コスト、原材料確保、エネルギーペイバック
タイム等の点では多結晶が好ましく、特にナノメートル
からマイクロメートルサイズの微粒子半導体が好まし
い。

【００７０】これらの半導体微粒子の粒径は、投影面積
を円に換算したときの直径を用いた平均粒径で１次粒子
として５〜２００nmであることが好ましく、特に８〜１
００nmであることが好ましい。また、分散物中の半導体
微粒子の平均粒径としては０．０１〜１００μmである
ことが好ましい。

【００７１】さらに微粒子半導体としては色素により増
感されて用いられることが好ましく、その際は金属酸化
物が好ましく、具体的にはTiO₂、ZnO、SnO₂、Fe₂O₃、WO
₃、Nb₂O₅が好ましく、TiO₂がより好ましい。

【００７２】以下に、色素で増感された半導体微粒子を
用いた本発明の光電変換素子、光電気化学電池について
詳しく調べる。

【００７３】導電性支持体は、金属のように支持体その
ものに導電性があるものか、または表面に導電剤層を有
するガラスもしくはプラスチックの支持体を使用するこ
とができる。後者の場合好ましい導電剤としては金属
（例えば白金、金、銀、銅、アルミニウム、ロジウム、
インジウム等）、炭素、もしくは導電性の金属酸化物
（インジウム−スズ複合酸化物、酸化スズにフッ素をド
ープしたもの等）が挙げられる。この中でもフッ素をド
ーピングした二酸化スズからなる導電剤層を、低コスト
のソーダ石灰フロートガラスでできた透明基板上に堆積
した導電性ガラスが特に好ましい。上記導電剤層の厚さ
は、０．０２〜１０μm程度であることが好ましい。

【００７４】導電性支持体は表面抵抗が低い程よい。好
ましい表面抵抗の範囲としては１００Ω／cm²以下であ
り、さらに好ましくは40Ω／cm²以下である。この下限
には特に制限はないが、通常０．１Ω／cm²程度であ
る。

【００７５】導電性支持体は実質的に透明であることが
好ましい。実質的に透明であるとは光の透過率が１０％
以上であることを意味し、５０％以上であることが好ま
しく、７０％以上が特に好ましい。透明導電性支持体と
してはガラスもしくはプラスチックに導電性の金属酸化
物を塗設したものが好ましい。このときの導電性の金属
酸化物の塗布量はガラスもしくはプラスチックの支持体
１m²当たり０．０１〜１００gが好ましい。透明導電性
支持体を用いる場合、光は支持体側から入射させること
が好ましい。

【００７６】半導体微粒子を導電性支持体上に塗設する
方法としては、半導体微粒子の分散液またはコロイド溶
液を導電性支持体上に塗布する方法、半導体微粒子の前
駆体を導電性支持体上に塗布し空気中の水分によって加
水分解して半導体微粒子膜を得る方法（ゾル-ゲル法）
などが挙げられる。半導体微粒子の分散液を作成する方
法としては前述のゾル-ゲル法の他、乳鉢ですり潰す方
法、ミルを使って粉砕しながら分散する方法、あるいは
半導体を合成する際に溶媒中で微粒子として析出させそ
のまま使用する方法等が挙げられる。分散媒としては水
または各種の有機溶媒（例えばメタノール、エタノー
ル、イソプロピルアルコール、ジクロロメタン、アセト
ン、アセトニトリル、酢酸エチル等）が挙げられる。分
散の際、必要に応じてポリマー、界面活性剤、酸、もし
くはキレート剤などを分散助剤として用いてもよい。

【００７７】半導体微粒子は多くの色素を吸着すること
ができるように表面積の大きいものが好ましい。このた
め半導体微粒子層を支持体上に塗設した状態での表面積
は、投影面積に対して１０倍以上であることが好まし
く、さらに１００倍以上であることが好ましい。この上
限には特に制限はないが、通常１０００倍程度である。

【００７８】一般に、半導体微粒子含有層の厚みが増大
するほど単位投影面積当たりの担持色素量が増えるため
光の捕獲率が高くなるが、生成した電子の拡散距離が増
すため電荷再結合によるロスも大きくなる。したがっ
て、半導体微粒子層には好ましい厚さが存在するが、典
型的には０．１〜１００μmである。光電気化学電池と
して用いる場合は１〜３０μmであることが好ましく、
３〜２０μmであることがより好ましい。半導体微粒子
は支持体に塗布した後に粒子同士を電子的にコンタクト
させ、塗膜強度の向上や基板との密着性を向上させるた
めに焼成することが好ましい。好ましい焼成温度の範囲
は４０℃以上７００℃未満であり、より好ましくは４０
℃以上６５０℃以下である。また焼成時間は１０分〜１
０時間程度である。

【００７９】また、焼成後、半導体粒子の表面積を増大
させたり、半導体粒子近傍の純度を高め色素から半導体
粒子への電子注入効率を高める目的で、例えば四塩化チ
タン水溶液を用いた化学メッキや三塩化チタン水溶液を
用いた電気化学的メッキ処理を行ってもよい。

【００８０】なお、半導体微粒子の支持体１m²当たりの
塗布量は０．５〜５００g、さらには５〜１００gが好ま
しい。

【００８１】本発明に使用する色素は、錯体色素、特に
金属錯体色素および／またはポリメチン色素が好まし
い。こうした色素は半導体微粒子の表面に対する適当な
結合基（interlocking group）を有していることが好ま
しい。好ましい結合基としては、COOH基、SO₃H基、シア
ノ基、-P(O)(OH)₂基、-OP(O)(OH)₂基、または、オキシ
ム、ジオキシム、ヒドロキシキノリン、サリチレートお
よびα−ケトエノレートのようなπ伝導性を有するキレ
ート化基が挙げられる。この中でもCOOH基、-P(O)(OH)₂
基、-OP(O)(OH)₂基が特に好ましい。これらの基はアル
カリ金属等と塩を形成していてもよく、また分子内塩を
形成していてもよい。また、ポリメチン色素の場合、メ
チン鎖がスクアリリウム環やクロコニウム環を形成する
場合のように酸性基を含有するなら、この部分を結合基
としてもよい。

【００８２】本発明に使用する色素が金属錯体色素の場
合、ルテニウム錯体色素である場合が好ましく、さらに
下記式（IV）で表される色素が好ましい。式（IV） (Ｙ₁)_pＲｕＢ_aＢ_bＢ_c 式中、ｐは０〜２であり、好ましくは２である。Ｒｕは
ルテニウムを表す。Ｙ₁はＣｌ、ＳＣＮ、Ｈ₂Ｏ、Ｂｒ、
Ｉ、ＣＮ、−ＮＣＯ、およびＳｅＣＮから選択される配
位子である。Ｂ_a、Ｂ_b、Ｂ_cはそれぞれ独立に以下のＢ-
１〜Ｂ-８から選択される有機配位子である。

【００８３】

【化１６】

【００８４】

【化１７】

【００８５】ここで、Ｒａは水素、ハロゲン、炭素原子
数（以下Ｃ数という）１〜１２個で置換もしくは無置換
のアルキル基、Ｃ数７〜１２個で置換もしくは無置換の
アラルキル基、またはＣ数６〜１２個で置換もしくは無
置換のアリール基を表す。上記のアルキル基、アラルキ
ル基のアルキル部分は直鎖状であっても分岐鎖状であっ
てもよく、アリール基、アラルキル基のアリール部分は
単環であっても多環（縮合環、環集合）であってもよ
い。

【００８６】本発明に用いられるルテニウム錯体色素と
しては、例えば、米国特許4927721号、同4684537号、同
5084365号、同5350644号、同5463057号、同5525440号お
よび特開平7-249790号明細書に記載の錯体色素が挙げら
れる。

【００８７】以下に本発明に使用する錯体色素の好まし
い具体例を示すが、本発明はこれらに限定されるもので
はない。

【００８８】

【表１】

【００８９】

【化１８】

【００９０】

【化１９】

【００９１】本発明に使用する色素がポリメチン色素で
ある場合、下記式（Ｖ）または式（VI）で表される色素
が好ましい。

【００９２】

【化２０】

【００９３】式中、ＲｂおよびＲｆは各々水素、アルキ
ル基、アリール基、または複素環基を表し、Ｒｃ〜Ｒｅ
は各々水素または置換基を表す。Ｒｂ〜Ｒｆは互いに結
合して環を形成してもよい。Ｘ₁₁およびＸ₁₂は各々窒
素、酸素、硫黄、セレン、テルルを表す。ｎ₁₁およびｎ
₁₃は各々０〜２の整数を表し、ｎ₁₂は１〜６の整数を表
す。式（Ｖ）で表される化合物は分子全体の電荷に応じ
て対イオンを有してもよい。

【００９４】上記におけるアルキル基、アリール基、複
素環基は、置換基を有していてもよい。アルキル基は直
鎖状であっても分岐鎖状であってもよく、アリール基、
複素環基は、単環でも、多環（縮合環、環集合）であっ
てもよい。またＲｂ〜Ｒｆによって形成される環は、置
換基を有していてもよく、単環であっても縮合環であっ
てもよい。

【００９５】

【化２１】

【００９６】式中、Ｚａは含窒素複素環を形成するに必
要な非金属原子群を表す。Ｒｇはアルキル基またはアリ
ール基である。Ｑは式（VI）で表される化合物がメチン
色素を形成するのに必要なメチン基またはポリメチン基
を表す。Ｘ₁₃は電荷均衡対イオンを表し、ｎ₁₄は分子の
電荷を中和するのに必要な０以上１０以下の数を表す。

【００９７】上記のＺａで形成される含窒素複素環は置
換基を有していてもよく、単環であっても縮合環であっ
てもよい。また、アルキル基、アリール基は置換基を有
していてもよく、アルキル基は直鎖状であっても分岐鎖
状であってもよく、アリール基は単環であっても多環
（縮合環、環集合）であってもよい。

【００９８】式（VI）で表される色素は、下記式（VII
−ａ）〜（VII−ｄ）で表される色素であることが好ま
しい。

【００９９】

【化２２】

【０１００】式（VII−ａ）〜（VII−ｄ）中、Ｒ₁₁〜Ｒ
₁₅、Ｒ₂₁〜Ｒ₂₄、Ｒ₃₁〜Ｒ₃₃、およびＲ₄₁〜Ｒ₄₃はそれ
ぞれ独立に水素、アルキル基、アリール基、または複素
環基を表し、Ｙ₁₁、Ｙ₁₂、Ｙ₂₁、Ｙ₂₂、Ｙ₃₁〜Ｙ₃₅およ
びＹ₄₁〜Ｙ₄₆はそれぞれ独立に酸素、硫黄、セレン、テ
ルル、−ＣＲ₁₆Ｒ₁₇−、または−ＮＲ₁₈−を表す。Ｒ₁₆
〜Ｒ₁₈はそれぞれ独立に水素、アルキル基、アリール
基、または複素環基を表す。Ｙ₂₃はＯ^-、Ｓ^-、Ｓｅ^-、
Ｔｅ^-、または−ＮＲ^- ₁₈を表す。Ｖ₁₁、Ｖ₁₂、Ｖ₂ ₁、Ｖ
₂₂、Ｖ₃₁およびＶ₄₁はそれぞれ独立に置換基を表し、ｎ
₁₅、ｎ₃₁およびｎ₄ ₁はそれぞれ独立に１〜６の整数を表
す。一般式（VII−ａ）〜（VII−ｄ）で表される化合物
は分子全体の電荷に応じて対イオンを有していてもよ
い。

【０１０１】上記におけるアルキル基、アリール基、複
素環基は置換基を有していてもよく、アルキル基は直鎖
状であっても分岐鎖状であってもよく、アリール基、複
素環基は単環であっても多環（縮合環、環集合）であっ
てもよい。

【０１０２】以上のようなポリメチン色素の具体例はM.
Okawara,T.Kitao,T.Hirasima, M.Matuoka著Organic Col
orants（Elsevier）等に詳しく記載されている。

【０１０３】以下に式（Ｖ）および（VI）で表されるポ
リメチン色素の好ましい具体例を示すが、本発明はこれ
らに限定されるものではない。

【０１０４】

【化２３】

【０１０５】

【化２４】

【０１０６】

【化２５】

【０１０７】

【化２６】

【０１０８】

【化２７】

【０１０９】

【化２８】

【０１１０】

【化２９】

【０１１１】

【化３０】

【０１１２】

【化３１】

【０１１３】式（Ｖ）および式（VI）で表される化合物
は、エフ・エム・ハーマー(F.M.Harmer)著「複素サイク
リック・コンパウンズ−シアニンダイズ・アンド・リレ
ィティド・コンパウンズ(Heterocyclic Compounds-Cyan
ine Dyes and Related Compounds)」、ジョン・ウィリ
ー・アンド・サンズ(John Wiley & Sons)社−ニューヨ
ーク、ロンドン、１９６４年刊、デー・エム・スターマ
ー(D.M.Sturmer)著「複素サイクリック・コンパウンズ
ースペシャル・トピックス・イン・複素サイクリック・
ケミストリー(Heterocyclic Compounds-Special topics
in heterocyclicchemistry)」、第１８章、第１４節、
第４８２から５１５項、ジョン・ウィリー・アンド・サ
ンズ(John Wiley & Sons)社−ニューヨーク、ロンド
ン、１９７７年刊、「ロッズ・ケミストリー・オブ・カ
ーボン・コンパウンズ(Rodd's Chemistry of Carbon Co
mpounds)」2nd.Ed.vol.IV,partB,１９７７刊、第１５
章、第３６９から４２２項、エルセビア・サイエンス・
パブリック・カンパニー・インク(Elsevier Science Pu
blishing Company Inc.)社刊、ニューヨーク、英国特許
第1,077,611号などに記載の方法に基づいて合成するこ
とができる。

【０１１４】半導体微粒子に色素を吸着させるには色素
溶液中によく乾燥した半導体微粒子を数時間浸漬する方
法が一般的である。色素の吸着は室温で行ってもよい
し、特開平7-249790号に記載されているように加熱還流
して行ってもよい。色素の吸着は半導体微粒子の塗布前
に行っても塗布後に行ってもよい。また、半導体微粒子
と色素を同時に塗布して吸着させても良い。未吸着の色
素は洗浄によって除去することが望ましい。塗布膜を焼
成する場合の色素吸着は焼成後に行うことが好ましい。
焼成後、塗布膜表面に水が吸着する前にすばやく色素を
吸着させるのが特に好ましい。吸着する色素は１種類で
もよいし、数種混合して用いてもよい。用途が光電気化
学電池である場合、光電変換の波長域をできるだけ広く
するように混合する色素が選ぶことができる。

【０１１５】色素の使用量は、全体で、支持体１m²当た
り０．０１〜１００mモルが好ましい。また、色素の半
導体微粒子に対する吸着量は半導体微粒子１gに対して
０．０１〜１mモルが好ましい。

【０１１６】このような色素量とすることによって、半
導体における増感効果が十分に得られる。これに対し、
色素量が少ないと増感効果が不十分となり、色素量が多
すぎると、半導体に付着していない色素が浮遊し増感効
果を低減させる原因となる。

【０１１７】また、会合など色素同士の相互作用を低減
する目的で無色の化合物を共吸着させてもよい。共吸着
させる疎水性化合物としてはカルボキシル基を有するス
テロイド化合物（例えばコール酸）等が挙げられる。

【０１１８】色素を吸着した後にアミン類を用いて半導
体微粒子の表面を処理してもよい。好ましいアミン類と
してはピリジン、４−tert−ブチルピリジン等が挙げら
れる。これらが液体の場合はそのまま用いてもよいし有
機溶媒に溶解して用いてもよい。

【０１１９】対向電極は、光電変換素子を光電気化学電
池としたとき、光電気化学電池の正極として働くもので
ある。対向電極は通常前述の導電性支持体と同義である
が、強度が十分に保たれるような構成では支持体は必ず
しも必要でない。ただし、支持体を有する方が密閉性の
点で有利である。

【０１２０】感光層に光が到達するためには、前述の導
電性支持体と対向電極の少なくとも一方は実質的に透明
でなければならない。本発明の光電気化学電池において
は、導電性支持体が透明であって太陽光を支持体側から
入射させるのが好ましい。この場合対向電極は光を反射
する性質を有することがさらに好ましい。

【０１２１】光電気化学電池の対向電極としては金属も
しくは導電性の酸化物を蒸着したガラス、またはプラス
チックを使用でき、また、金属薄膜を５μm以下、好ま
しくは５nm〜３μmの範囲の膜厚になるように、蒸着や
スパッタリングなどの方法により形成して作成すること
もできる。本発明では白金を蒸着したガラスもしくは蒸
着やスパッタリングによって形成した金属薄膜を対向電
極とすることが好ましい。

【０１２２】感光層は目的に応じて設計され単層構成で
も多層構成でもよい。一層の感光層中の色素は一種類で
も多種の混合でもよい。

【０１２３】また、本発明の光電気化学電池では構成物
の酸化劣化を防止するために電池の側面をポリマーや接
着剤等で密封してもよい。

【０１２４】

【実施例】以下に具体例を挙げ、本発明をさらに詳しく
説明するが、発明の主旨を超えない限り、本発明は実施
例に限定されるものではない。

【０１２５】実施例１１．二酸化チタン分散液の調製内側をテフロンコーティングした内容積２００mlのステ
ンレス製ベッセルに二酸化チタン（日本アエロジル社 D
egussa P-25）１５ｇ、水４５ｇ、分散剤（アルドリッ
チ社製、Triron X-100）１ｇ、直径０．５mmのジルコニ
アビーズ（ニッカトー社製）３０ｇを入れ、サンドグラ
インダーミル（アイメックス社製）を用いて１５００rp
mにて２時間分散した。分散物からジルコニアビーズを
ろ過して除いた。この場合の二酸化チタンの平均粒径
は、２．５μm であった。このときの粒径はMALVERN社
製マスターサイザーにて測定したものである。

【０１２６】２．色素を吸着したＴｉＯ₂電極（電極
Ａ）の作成フッ素をドープした酸化スズをコーティングした導電性
ガラス（旭ガラス製ＴＣＯガラス−Ｕを２０mm×２０mm
の大きさに切断加工したもの）の導電面側にガラス棒を
用いて上記の分散液を塗布した。この際導電面側の一部
（端から３mm）に粘着テープを張ってスペーサーとし、
粘着テープが両端に来るようにガラスを並べて一度に８
枚ずつ塗布した。塗布後、粘着テープを剥離し、室温で
１日間風乾した。次に、このガラスを電気炉（ヤマト科
学製マッフル炉ＦＰ−３２型）に入れ、４５０℃にて３
０分間焼成した。ガラスを取り出し冷却した後、表２に
示す色素のエタノール溶液（３×１０^-4モル／リット
ル）に３時間浸漬した。色素の染着したガラスを４−te
rt−ブチルピリジンに１５分間浸漬した後、エタノール
で洗浄し自然乾燥させた。このようにして得られる感光
層の厚さは１０μm であり、半導体微粒子の塗布量は２
０g/m²とした。色素の塗布量は、色素の種類に応じ、適
宜０．１〜１０mモル/m²の範囲から選択した。なお、導
電性ガラスの表面抵抗は約３０Ω／cm²であった。

【０１２７】３．電解質を含有する光電気化学電池の作
成表２に記載の溶媒で電解質塩０．５モル／リットル、ヨ
ウ素０．０５モル／リットルを含んだ溶液を調製した。
この溶液に表２に記載の重量組成比で窒素含有高分子化
合物（１−１）を加え、さらに、この高分子化合物の被
反応性窒素原子のモル数に対して表２に記載の当量比で
求電子剤（２−６）を混合し均一溶液とした。なお、表
中では窒素含有高分子化合物と上記溶液との合計が１０
０重量％となる組成比で示している。同溶液を、白金を
蒸着した対向電極とサンドイッチされた色素担持ＴｉＯ
₂電極中に浸透圧を用い導入した。この電極は、この
後、８０℃にて３０分間加熱して、架橋反応を行い、光
電気化学電池（サンプル）を得た。

【０１２８】上述の工程を色素と電解質組成物の組み合
わせを表２に記載されているように変更して行った。ま
た、比較用電池として同様に表２に記載されているよう
な構成成分にて電池を作成した。

【０１２９】本実施例により、図１に示したとおり、導
電性ガラス１（ガラス上に導電剤層２が設層されたも
の）、ＴｉＯ₂電極３、色素層４、電解質層５、白金層
６およびガラス７が順に積層された光電気化学電池が作
成された。

【０１３０】

【表２】

【０１３１】ＡＮ：アセトニトリル、ＤＭＥ：ジメトキ
シエタン、ＰＣ：プロピレンカーボネート、ＭＨＩｍ：１−メチル−３−ヘキシルイミダゾリウムの
ヨウ素塩、ＭＢＩｍ：１−メチル−３−ブチルイミダゾ
リウムのヨウ素塩

【０１３２】４．比較用光電気化学電池Ａの作成比較用光電気化学電池Ａ（特開平９−２７３５２号記載
の電解質）前述のようにして作成した色増感されたＴｉＯ₂電極基
板（電極Ａ：２cm×２cm）上に、ヘキサエチレングリコ
ールメタクリル酸エステル（日本油脂化学社製ブレンマ
ーＰＥ−３５０）１ｇと、エチレングリコール１ｇと、
重合開始剤として、２−ヒドロキシ−２−メチル−１−
フェニル−プロバン−１−オン（日本チバガイギー社製
ダロキュア１１７３）２０mgを含有した混合液に、ヨウ
化リチウム５００mgを溶解し１０分間真空脱気して、塗
布した。次に、前記の混合溶液を塗布した多孔性物質を
減圧下に置くことで、多孔性物質中の気泡を除きモノマ
ーの浸透を促した後、紫外光照射により重合して高分子
化合物の均一なゲルを多孔性物質の細孔内に存在させ
た。このようにして得られた物質をヨウ素雰囲気下に３
０分間曝して高分子化合物中にヨウ素を拡散させて比較
用光電気化学電池Ａを得た。

【０１３３】５．光電変換効率の測定５００Ｗのキセノンランプ（ウシオ製）の光をＡＭｌ．
５フィルター（Oriel社製）およびシャープカットフィ
ルター（Kenko L-42）を通すことにより紫外線を含まな
い模擬太陽光を発生させた。この光の強度は８６mW/cm²
であった。

【０１３４】前述の光電気化学電池の導電性ガラスと白
金蒸着ガラスにそれぞれ、ワニロクリップを接続し、模
擬太陽光を照射し、発生した電気を電流電圧測定装置
（ケースレーSMU238型）にて測定した。これにより求め
られた光電気化学電池の開放電圧（Voc）、短終電流密
度（Jsc）、形状因子（FF）、および変換効率（η）と
４８０時間連続照射の短絡電流密度および短終電流密度
の低下率を一括して表３に記載した。

【０１３５】

【表３】

【０１３６】比較用光電気化学電池と比べ本発明の光電
気化学電池では光電変換特性の劣化が少ないことがわか
る。

【０１３７】

【発明の効果】本発明により、電解質の材料となりうる
新規な架橋重合体を用いた電解質が得られ、光電変換特
性に優れ、経時での特性劣化が少ない光電変換素子およ
び光電気化学電池が得られた。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例で作成した光電気化学電池の構成を示す
断面図である。

【符号の説明】

１導電性ガラス２導電剤層３ＴｉＯ₂電極４色素層５電解質層６白金層７ガラス

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】下記式（Ｉ）で示される繰り返し単位を
有する高分子化合物に少なくとも２官能性以上の求電子
剤を反応させて得られる架橋重合体と、式（II）および
（III）で示される化合物群から選ばれる少なくとも１
種とを含有することを特徴とする電解質。【化１】［式（Ｉ）中、Ｒ₁は水素原子または炭素原子数が１か
ら４個までのアルキル基を表す。Ｚは、窒素原子を含有
する複素環基を表す。Ａはエチレン性不飽和基を含有す
る化合物から誘導される繰り返し単位を表す。ｘおよび
ｙはそれぞれ独立に、繰り返し単位のモル組成比を表
し、ｘは５モル％以上１００モル％以下、ｙは０モル％
以上９５モル％以下である。］【化２】［式（II）中、Ｒ₂およびＲ₃はそれぞれ独立にアルキル
基、アルケニル基またはアリール基を表す。Ｒ₄はシア
ノ基、アルコキシカルボニル基、アシルオキシ基、カル
ボンアミド基、リン酸基、ホスホノ基、ホスフィノ基、
ホスホリル基、カルバモイル基、ウレタン基、ウレア
基、カーボネート基、スルホンアミド基、スルファモイ
ル基、スルホキシド基、スルホン基、スルホニル基、ニ
トロ基、アルコキシ基、アリーロキシ基またはヒドロキ
シ基を表し、Ｅは単結合、アルキレン基、アルケニレン
基またはアリーレン基を表す。ａ、ｂおよびｃはそれぞ
れ独立に０または１である。式（III）中、Ｒ₄はシアノ
基、アルコキシカルボニル基、アシルオキシ基、カルボ
ンアミド基、リン酸基、ホスホノ基、ホスフィノ基、ホ
スホリル基、カルバモイル基、ウレタン基、ウレア基、
カーボネート基、スルホンアミド基、スルファモイル
基、スルホキシド基、スルホン基、スルホニル基、ニト
ロ基、アルコキシ基、アリーロキシ基またはヒドロキシ
基を表し、Ｅは単結合、アルキレン基、アルケニレン基
またはアリーレン基を表す。Ｄは−Ｏ−、−ＯＣ（Ｏ）
−または−ＯＣ（Ｏ）Ｏ−を表す。Ｒ₅は複素環基、ま
たは複素環基を有するアルキル基、アルケニル基もしく
はアリール基を表す。］
【請求項２】式（Ｉ）中のＺで表される複素環基中の
複素環がピリジン環またはイミダゾール環である請求項
１に記載の電解質。
【請求項３】２官能性以上の求電子剤が臭化アルキル
化合物、ヨウ化アルキル化合物およびスルホン酸エステ
ル化合物から選ばれる請求項１または２に記載の電解
質。
【請求項４】請求項１〜３のいずれかに記載の電解質
を用い、導電性支持体と、この導電性支持体上に塗設さ
れた半導体含有層と、電解質含有層と、対向電極とを有
する光電変換素子。
【請求項５】半導体が、色素によって増感された微粒
子半導体である請求項４に記載の光電変換素子。
【請求項６】請求項４または５に記載の光電変換素子
を用いる光電気化学電池。