JP2000285978A - Coloring agent, photoelectric conversion element, and photoelectrochemical battery - Google Patents

Coloring agent, photoelectric conversion element, and photoelectrochemical battery

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JP2000285978A
JP2000285978A JP11092795A JP9279599A JP2000285978A JP 2000285978 A JP2000285978 A JP 2000285978A JP 11092795 A JP11092795 A JP 11092795A JP 9279599 A JP9279599 A JP 9279599A JP 2000285978 A JP2000285978 A JP 2000285978A
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JP
Japan
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group
dye
formula
photoelectric conversion
independently represent
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Japanese (ja)
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Hiroo Takizawa
裕雄 滝沢
Masaki Okazaki
正樹 岡崎
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Fuji Photo Film Co Ltd
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Publication date
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    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
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    • Y02E10/542Dye sensitized solar cells

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To increase transfer efficiency at a low cost by containing semiconductor micro particles sensitized by polymethine coloring matter. SOLUTION: A coloring matter for sensitizing semiconductor micro particles is represented by the formula. In the formula, R1 and R2 are each independently a substituted group; R3 is O-, S-, Se-, Te-, or -NR4-; R4 is a hydrogen atom, an alkyl group, or an aryl group. R1 and R2 may be interconnected to form a ring. P1 and P2 are each independently nonmetal atom group required for forming a polymethine coloring matter. W1 is a counter ion when the counter ion is required for neutralizing a charge. This coloring matter preferably has an acidic group, and the acidic group is a carboxy group, phosphate group, or a phosphate group, more preferably, is contained in R1 and R2. As the semiconductor micro particles to be used, titanium oxide micro particles are suitable.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は光電変換素子、これ
に用いる色素、およびこれを用いた光電気化学電池に関
し、詳しくは色素で増感された半導体微粒子を用いた光
電変換素子および光電気化学電池、ならびに色素に関す
る。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a photoelectric conversion device, a dye used therefor, and a photoelectrochemical cell using the same, and more particularly, to a photoelectric conversion device and a photoelectrochemical device using semiconductor fine particles sensitized with a dye. Batteries and dyes.

【0002】[0002]

【従来の技術】太陽光発電は単結晶シリコン太陽電池、
多結晶シリコン太陽電池、アモルファスシリコン太陽電
池、テルル化カドミウムやセレン化インジウム銅等の化
合物太陽電池が実用化もしくは主な研究開発の対象とな
っているが、普及させる上で製造コスト、原材料確保、
エネルギーペイバックタイムが長い等の問題点を克服す
る必要がある。一方、大面積化や低価格化を指向した有
機材料を用いた太陽電池もこれまでにも多く提案されて
いるが、変換効率が低く、耐久性も悪いという問題があ
った。
2. Description of the Related Art Photovoltaic power generation is a single-crystal silicon solar cell,
Polycrystalline silicon solar cells, amorphous silicon solar cells, and compound solar cells such as cadmium telluride and indium copper selenide have been put into practical use or subject to major research and development.
It is necessary to overcome problems such as a long energy payback time. On the other hand, there have been proposed many solar cells using an organic material intended to have a large area and a low price, but have a problem that conversion efficiency is low and durability is poor.

【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
変換素子および太陽電池、ならびにこれを作成するため
の材料および製造技術が開示された。提案された電池
は、ルテニウム錯体によって分光増感された二酸化チタ
ン多孔質薄膜を作用電極とする湿式太陽電池である。こ
の方式の第一の利点は二酸化チタン等の安価な酸化物半
導体を高純度に精製することなく用いることができるた
め、安価な光電変換素子を提供できる点であり、第二の
利点は用いられる色素の吸収がブロードなため、可視光
線のほぼ全ての波長領域の光を電気に変換できることで
ある。
Under these circumstances, Nature (Vol. 353,
737-740, 1991) and U.S. Pat.No. 4,492,721 disclose a photoelectric conversion element and a solar cell using semiconductor fine particles sensitized with a dye, and materials and manufacturing techniques for producing the same. . The proposed battery is a wet solar battery using a titanium dioxide porous thin film spectrally sensitized by a ruthenium complex as a working electrode. The first advantage of this method is that an inexpensive oxide semiconductor such as titanium dioxide can be used without purification to a high degree of purity, so that an inexpensive photoelectric conversion element can be provided. Since the absorption of the dye is broad, it is possible to convert light in almost all wavelength regions of visible light into electricity.

【0004】色素増感光電変換素子の改良が求められる
点の一つに増感色素として高価なルテニウム錯体色素を
用いることが挙げられ、安価な有機色素によって増感さ
れる光電変換素子の開発が望まれていた。このような例
としては特願平10−219774号、特願平10−2
19775号に記載の化合物などを用いる方法が知られ
ているが、近赤外〜赤外光で高い光電変換効率を得るこ
とはできていなかった。
One of the demands for improvement of dye-sensitized photoelectric conversion elements is to use expensive ruthenium complex dyes as sensitizing dyes, and the development of photoelectric conversion elements sensitized by inexpensive organic dyes has been developed. Was desired. As such examples, Japanese Patent Application No. 10-219774 and Japanese Patent Application No.
Although a method using a compound described in No. 19775 is known, high photoelectric conversion efficiency in near infrared to infrared light has not been obtained.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は近赤外
〜赤外域に吸収を有しかつ半導体微粒子を効率良く増感
し得る有機色素を用いることによって、安価かつ高い変
換効率を有する色素増感光電変換素子を提供することで
ある。また、これに用いる新規な色素およびこれを用い
た光電気化学電池を提供することである。
SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a dye having an inexpensive and high conversion efficiency by using an organic dye having absorption in the near infrared to infrared region and capable of efficiently sensitizing semiconductor fine particles. An object is to provide a sensitized photoelectric conversion element. It is another object of the present invention to provide a novel dye used for this and a photoelectrochemical cell using the same.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】上記課題は下記の本発明
を特定する事項および好ましい事項により解決された。 (1)下記式(I)で表される色素によって増感された
半導体微粒子を含むことを特徴とする光電変換素子。
The above objects have been attained by the following items which specify the present invention and preferable items. (1) A photoelectric conversion element comprising semiconductor fine particles sensitized by a dye represented by the following formula (I).

【0007】[0007]

【化4】 Embedded image

【0008】[式(I)中、R1およびR2はそれぞれ独
立に置換基を表し、R3はO-、S-、Se-、Te-また
は−NR4 -を表し、R4は水素、アルキル基またはアリ
ール基を表す。R1とR2とは互いに連結して環を形成し
てもよい。P1およびP2はそれぞれ独立にポリメチン色
素を形成するのに必要な非金属原子群を表す。W1は電
荷を中和させるのに対イオンが必要な場合の対イオンを
表す。] (2)式(I)にて表されるポリメチン色素がシアニン
色素、メロシアニン色素、ロダシアニン色素、3核メロ
シアニン色素、アロポーラー色素、ヘミシアニン色素お
よびスチリル色素のなかのいずれかである上記(1)の
光電変換素子。 (3)式(I)にて表されるポリメチン色素がシアニン
色素またはメロシアニン色素である上記(2)の光電変
換素子。 (4)式(I)にて表されるポリメチン色素がシアニン
色素である上記(3)の光電変換素子。 (5)式(I)で表される色素が下記式(II)で表され
るシアニン色素である上記(1)〜(4)のいずれかの
光電変換素子。
[0008] represents [In formula (I), R 1 and R 2 each independently represent a substituent, R 3 is O -, S -, Se - , Te - or -NR 4 - represents, R 4 is hydrogen , An alkyl group or an aryl group. R 1 and R 2 may be linked to each other to form a ring. P 1 and P 2 each independently represent a nonmetallic atomic group necessary for forming a polymethine dye. W 1 represents a counter ion when a counter ion is required to neutralize the charge. (2) The polymethine dye represented by the formula (I), wherein the polymethine dye is any one of a cyanine dye, a merocyanine dye, a rhodocyanine dye, a trinuclear merocyanine dye, an allopolar dye, a hemicyanine dye and a styryl dye. Photoelectric conversion element. (3) The photoelectric conversion device according to the above (2), wherein the polymethine dye represented by the formula (I) is a cyanine dye or a merocyanine dye. (4) The photoelectric conversion device according to the above (3), wherein the polymethine dye represented by the formula (I) is a cyanine dye. (5) The photoelectric conversion element according to any one of the above (1) to (4), wherein the dye represented by the formula (I) is a cyanine dye represented by the following formula (II).

【0009】[0009]

【化5】 Embedded image

【0010】[式(II)中、R1、R2、R3、R4および
1は式(I)と同義である。R11〜R14はそれぞれ独
立に水素、アルキル基、アリール基またはヘテロ環基を
表し、Y1およびY2はそれぞれ独立に酸素、硫黄、セレ
ン、テルル、−CR56−または−NR7−を表し、
5、R6およびR7はそれぞれ独立に水素、アルキル基
またはアリール基を表す。R15およびR16はそれぞれ独
立に置換基を表し、aおよびbはそれぞれ独立に0〜4
の整数を表す。aまたはbが2以上の時、R15またはR
16は互いに連結して環を形成してもよい。] (6)式(I)または(II)で表される色素においてR
1およびR2がそれぞれ独立にシアノ基、アルコキシカル
ボニル基、カルボキシル基、アシル基、アルキルスルホ
ニル基、アリールスルホニル基、スルホン酸基、カルバ
モイル基、アシルアミノ基、アルキル基、アルケニル
基、アリール基、アルコキシ基、アルキルチオ基、アリ
ールオキシ基、ヘテロ環基、ホスホニル基またはホスホ
リル基である上記(1)〜(5)のいずれかの光電変換
素子。 (7)式(I)または(II)にて表されるポリメチン色
素にてR3がO-である上記(1)〜(6)のいずれかの
光電変換素子。 (8)式(II)にて表されるシアニン色素にてR12およ
びR13が共に水素である上記(1)〜(7)のいずれか
の光電変換素子。 (9)式(II)にて表されるシアニン色素が下記式(II
I)にて表されることを特徴とする色素、または上記
(1)〜(8)のいずれかの光電変換素子。
[In the formula (II), R 1 , R 2 , R 3 , R 4 and W 1 have the same meaning as in the formula (I). R 11 to R 14 each independently represent hydrogen, an alkyl group, an aryl group or a heterocyclic group, and Y 1 and Y 2 each independently represent oxygen, sulfur, selenium, tellurium, —CR 5 R 6 — or —NR 7 Represents-
R 5 , R 6 and R 7 each independently represent hydrogen, an alkyl group or an aryl group. R 15 and R 16 each independently represent a substituent, and a and b each independently represent 0 to 4
Represents an integer. When a or b is 2 or more, R 15 or R
16 may be connected to each other to form a ring. (6) In the dye represented by the formula (I) or (II), R
1 and R 2 are each independently a cyano group, alkoxycarbonyl group, carboxyl group, acyl group, alkylsulfonyl group, arylsulfonyl group, sulfonic acid group, carbamoyl group, acylamino group, alkyl group, alkenyl group, aryl group, alkoxy group The photoelectric conversion device according to any one of the above (1) to (5), which is an alkylthio group, an aryloxy group, a heterocyclic group, a phosphonyl group or a phosphoryl group. (7) The photoelectric conversion element according to any one of the above (1) to (6), wherein R 3 is O in the polymethine dye represented by the formula (I) or (II). (8) The photoelectric conversion device according to any one of the above (1) to (7), wherein R 12 and R 13 are both hydrogen in the cyanine dye represented by the formula (II). (9) The cyanine dye represented by the formula (II) is represented by the following formula (II)
The dye represented by I), or the photoelectric conversion element according to any one of the above (1) to (8).

【0011】[0011]

【化6】 Embedded image

【0012】[式(III)中、R1、R2、R11、R14
1、Y2、W1は式(II)と同義である。R17〜R20
それぞれ独立にアルキル基、アリール基、アルコキシ
基、ヒドロキシル基、カルボキシル基、アルコキシカル
ボニル基、カルバモイル基、アシルアミノ基、ホスホニ
ル基、ホスホリル基、スルホン酸基、シアノ基またはハ
ロゲン原子を表す。cおよびdはそれぞれ独立に0また
は1を表し、e、f、gおよびhはそれぞれ独立に0〜
4の整数を表す。] (10)式(II)または(III)で表されるシアニン色
素にてR11およびR14が同じでも異なってもよいアルキ
ル基である上記(9)の色素、または上記(1)〜
(9)のいずれかの光電変換素子。 (11)式(I)〜(III)で表されるポリメチン色素
にてR1およびR2がそれぞれ独立にシアノ基、アルコキ
シカルボニル基、カルボキシル基、アシル基、アルキル
スルホニル基、アリールスルホニル基、スルホン酸基、
カルバモイル基、ヘテロ環基またはホスホニル基である
上記(9)もしくは(10)の色素、または上記(1)
〜(10)のいずれかの光電変換素子。 (12)R1およびR2がそれぞれ独立にシアノ基、アル
コキシカルボニル基、カルボキシル基またはホスホニル
基である上記(11)の色素、または上記(11)の光
電変換素子。 (13)式(I)または(II)で表される色素において
1とR2が互いに連結し環を形成する上記(9)もしく
は(10)の色素、または上記(1)〜(10)のいず
れかの光電変換素子。 (14)R1とR2が連結され形成される環が5または6
員環である上記(13)の色素、または上記(13)光
電変換素子。 (15)式(II)または(III)にてY1およびY2が酸
素、硫黄、−CR56−または−NR7−である上記
(9)〜(14)のいずれかの色素、または上記(1)
〜(14)のいずれかの光電変換素子。 (16)Y1およびY2が−CR56−であり、R5およ
びR6が共にアルキル基である上記(15)の色素、ま
たは上記(15)の光電変換素子。 (17)式(I)〜(III)で表される色素が、少なく
とも1つの酸性基を有する上記(9)〜(16)のいず
れかの色素、または上記(1)〜(16)のいずれかの
光電変換素子。 (18)酸性基がカルボキシル基、リン酸基、ホスホン
酸基、スルホン酸基またはヒドロキシル基である上記
(17)の色素、または上記(17)の光電変換素子。 (19)色素によって増感された半導体微粒子が酸化チ
タン微粒子である上記(1)〜(18)のいずれかの光
電変換素子。 (20)上記(19)の光電変換素子を用いる光電気化
学電池。
[In the formula (III), R 1 , R 2 , R 11 , R 14 ,
Y 1 , Y 2 and W 1 have the same meanings as in formula (II). R 17 to R 20 each independently represent an alkyl group, an aryl group, an alkoxy group, a hydroxyl group, a carboxyl group, an alkoxycarbonyl group, a carbamoyl group, an acylamino group, a phosphonyl group, a phosphoryl group, a sulfonic acid group, a cyano group or a halogen atom. Represent. c and d each independently represent 0 or 1, and e, f, g and h each independently represent 0 to
Represents an integer of 4. (10) The dye of the above (9), wherein R 11 and R 14 are the same or different alkyl groups in the cyanine dye represented by the formula (II) or (III), or the above (1) to
The photoelectric conversion element according to any one of (9). (11) In the polymethine dyes represented by the formulas (I) to (III), R 1 and R 2 are each independently a cyano group, an alkoxycarbonyl group, a carboxyl group, an acyl group, an alkylsulfonyl group, an arylsulfonyl group, a sulfone. Acid groups,
The dye of the above (9) or (10), which is a carbamoyl group, a heterocyclic group or a phosphonyl group, or the above (1)
To (10). (12) The dye of the above (11), wherein R 1 and R 2 are each independently a cyano group, an alkoxycarbonyl group, a carboxyl group or a phosphonyl group, or the photoelectric conversion element of the above (11). (13) In the dye represented by the formula (I) or (II), R 1 and R 2 are connected to each other to form a ring, or the dye of the above (9) or (10), or the above (1) to (10) Any one of the photoelectric conversion elements. (14) The ring formed by linking R 1 and R 2 is 5 or 6
The dye of the above (13), which is a membered ring, or the above (13) a photoelectric conversion element. (15) The dye according to any one of the above (9) to (14), wherein Y 1 and Y 2 in the formula (II) or (III) are oxygen, sulfur, —CR 5 R 6 — or —NR 7 — Or the above (1)
The photoelectric conversion element of any one of (14) to (14). (16) The dye according to (15), wherein Y 1 and Y 2 are —CR 5 R 6 —, and both R 5 and R 6 are alkyl groups, or the photoelectric conversion element according to (15). (17) The dye represented by any one of the above (9) to (16), wherein the dye represented by the formula (I) to (III) has at least one acidic group, or any of the above (1) to (16) Photoelectric conversion element. (18) The dye of the above (17), wherein the acidic group is a carboxyl group, a phosphoric acid group, a phosphonic acid group, a sulfonic acid group or a hydroxyl group, or the photoelectric conversion element of the above (17). (19) The photoelectric conversion device according to any one of (1) to (18), wherein the semiconductor fine particles sensitized by the dye are titanium oxide fine particles. (20) A photoelectrochemical cell using the photoelectric conversion element according to (19).

【0013】[0013]

【発明の実施の形態】本発明を詳細に説明する。以下に
式(I)で表される本発明の色素について詳しく説明す
る。なお、本発明の化合物がアルキル基、アルケニル
基、アルキニル基、アルキレン基等を含む時、それらは
直鎖状でも分岐鎖状でも良く、置換していても無置換で
も良い。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention will be described in detail. Hereinafter, the dye of the present invention represented by the formula (I) will be described in detail. When the compound of the present invention contains an alkyl group, an alkenyl group, an alkynyl group, an alkylene group, etc., they may be linear or branched, and may be substituted or unsubstituted.

【0014】また、本発明の化合物がアリール基、ヘテ
ロ環基、シクロアルキル基等を含む時、それらは置換し
ていても無置換でも良く、単環でも縮環していても良
い。
When the compound of the present invention contains an aryl group, a heterocyclic group, a cycloalkyl group, etc., they may be substituted or unsubstituted, and may be monocyclic or condensed.

【0015】式(I)中、P1、P2はそれぞれ独立にポ
リメチン色素を形成するのに必要な非金属原子群を表
す。P1、P2により、いかなるメチン色素を形成するこ
とも可能であるが、好ましくはシアニン色素、メロシア
ニン色素、ロダシアニン色素、3核メロシアニン色素、
アロポーラー色素、ヘミシアニン色素、スチリル色素な
どが挙げられ、好ましくはシアニン色素、メロシアニン
色素であり、より好ましくはシアニン色素である。この
際、シアニン色素には色素を形成するメチン鎖上の置換
基としてさらにスクアリウム環やクロコニウム環を形成
したものも含んでいる。これらの色素の詳細について
は、エフ・エム・ハーマー(F.M.Harmer)著「ヘテロサイ
クリック・コンパウンズーシアニンダイズ・アンド・リ
レィティド・コンパウンズ(Heterocyclic Compounds-Cy
anine Dyes and Related Compounds)」、ジョン・ウィ
リー・アンド・サンズ(John Wiley & Sons)社ーニュー
ヨーク、ロンドン、1964年刊、デー・エム・スター
マー(D.M.Sturmer)著「ヘテロサイクリック・コンパウ
ンズースペシャル・トピックス・イン・ヘテロサイクリ
ック・ケミストリー(Heterocyclic Compounds-Special
topics in heterocyclicchemistry)」、第18章、第1
4節、第482から515頁などに記載されている。シ
アニン色素、メロシアニン色素、ロダシアニン色素の一
般式は、米国特許第5340694号第21、22頁の
(XI)、(XII)、(XIII)に示されているも
のが好ましい。
In the formula (I), P 1 and P 2 each independently represent a nonmetallic atom group necessary for forming a polymethine dye. Although any methine dye can be formed by P 1 and P 2 , a cyanine dye, a merocyanine dye, a rhodacyanine dye, a trinuclear merocyanine dye,
Examples include allopolar dyes, hemicyanine dyes, styryl dyes, and the like, preferably cyanine dyes and merocyanine dyes, and more preferably cyanine dyes. At this time, the cyanine dyes include those in which a squarium ring or a croconium ring is further formed as a substituent on the methine chain forming the dye. For a detailed description of these dyes, see FM Harmer, Heterocyclic Compounds-Cysteine and Related Compounds.
anine Dyes and Related Compounds), John Wiley & Sons, New York, London, 1964, Heterocyclic Compound Special Topics by DMSturmer. In Heterocyclic Compounds-Special
topics in heterocyclicchemistry) ", Chapter 18, Chapter 1
Section 4, pages 482 to 515 and the like. The general formulas of the cyanine dye, merocyanine dye and rhodacyanine dye are preferably those shown in (XI), (XII) and (XIII) on pages 21 and 22 of US Pat. No. 5,340,694.

【0016】式(I)にてW1は電荷を中和させるのに
対イオンが必要な場合の対イオンを表す。
In the formula (I), W 1 represents a counter ion when a counter ion is required to neutralize the charge.

【0017】ある色素が陽イオン、陰イオンであるか、
あるいは正味のイオン電荷を持つかどうかは、その助色
団および、置換基に依存する。置換基が解離性基を有す
る場合、解離して負電荷を持っても良く、この場合にも
分子全体の電荷はW1によって中和される。典型的な陽
イオンは無機または有機のアンモニウムイオン(例えば
テトラアルキルアンモニウムイオン、ピリジニウムイオ
ン)およびアルカリ金属イオンであり、一方、陰イオン
は具体的に無機陰イオンあるいは有機陰イオンのいずれ
であってもよく、例えば、ハロゲン陰イオン、(例え
ば、フッ化物イオン、塩化物イオン、臭化物イオン、ヨ
ウ化物イオン)、置換アリールスルホン酸イオン(例え
ば、p−トルエンスルホン酸イオン、p−クロロベンゼ
ンスルホン酸イオン)、アリールジスルホン酸イオン
(例えば、1,3−ベンゼンジスルホン酸イオン、1,
5−ナフタレンジスルホン酸イオン、2,6−ナフタレ
ンジスルホン酸イオン)、アルキル硫酸イオン(例え
ば、メチル硫酸イオン)、硫酸イオン、チオシアン酸イ
オン、過塩素酸イオン、テトラフルオロホウ酸イオン、
ピクリン酸イオン、酢酸イオン、トリフルオロメタンス
ルホン酸イオンが挙げられる。
Whether a certain dye is a cation or an anion,
Alternatively, the presence or absence of a net ionic charge depends on the auxiliary chromophore and the substituent. When the substituent has a dissociable group, it may dissociate and have a negative charge, and in this case also, the charge of the entire molecule is neutralized by W 1 . Typical cations are inorganic or organic ammonium ions (eg, tetraalkylammonium ions, pyridinium ions) and alkali metal ions, while the anions are specifically either inorganic or organic anions. Well, for example, halogen anions (eg, fluoride, chloride, bromide, iodide), substituted arylsulfonates (eg, p-toluenesulfonate, p-chlorobenzenesulfonate), Aryl disulfonate ion (for example, 1,3-benzenedisulfonate ion, 1,
5-naphthalenedisulfonic acid ion, 2,6-naphthalenedisulfonic acid ion), alkyl sulfate ion (for example, methyl sulfate ion), sulfate ion, thiocyanate ion, perchlorate ion, tetrafluoroborate ion,
Picric acid ion, acetate ion, and trifluoromethanesulfonic acid ion.

【0018】さらに電荷均衡対イオンとしてイオン性ポ
リマーあるいは、色素と逆電荷を有する他の色素を用い
てもよいし、金属錯イオン(例えば、ビスベンゼン−
1,2−ジチオラトニッケル(III) )も可能である。
Further, an ionic polymer or another dye having a charge opposite to that of the dye may be used as the charge balancing counter ion, or a metal complex ion (for example, bisbenzene-
1,2-dithiolatonickel (III)) is also possible.

【0019】式(I)にてR3はO-、S-、Se-、Te
-、−NR4 -を表し、R4は水素、アルキル基(好ましく
は炭素原子数(以下C数という)1〜12、例えばメチ
ル、エチル、i−プロピル、t−ブチル、n−ブチ
ル)、アリール基(好ましくはC数6〜20、例えばフ
ェニル、2−ナフチル)を表す。R3としては好ましく
はO-、S-、−NR4 -であり、より好ましくはO-であ
る。
[0019] Formula in (I) R 3 is O -, S -, Se - , Te
, —NR 4 , wherein R 4 is hydrogen, an alkyl group (preferably having 1 to 12 carbon atoms (hereinafter referred to as C number), for example, methyl, ethyl, i-propyl, t-butyl, n-butyl), Represents an aryl group (preferably having 6 to 20 carbon atoms, such as phenyl and 2-naphthyl). R 3 is preferably O , S , and —NR 4 , and more preferably O .

【0020】式(I)にてR1、R2はそれぞれ独立に置
換基を表し、好ましくはシアノ基、アルコキシカルボニ
ル基(好ましくはC数2〜20、例えばエトキシカルボ
ニル、ブトキシカルボニル、2−エチルヘキシルオキシ
カルボニル、ヘキサデシルオキシカルボニル、オクタデ
シルオキシカルボニル、シクロヘキシルオキシカルボニ
ル)、カルボキシル基、アシル基(好ましくはC数1〜
20、例えばアセチル、t−バレリル、ベンゾイル)、
アルキルスルホニル基(好ましくはC数1〜20、例え
ばメタンスルホニル、i−ブタンスルホニル)、アリー
ルスルホニル基(好ましくはC数6〜26、例えばベン
ゼンスルホニル、4−メトキシベンゼンスルホニル)、
スルホン酸基(−SO3H)、カルバモイル基(好まし
くはC数1〜20、例えばN,N−ジメチルカルバモイ
ル、N−フェニルカルバモイル)、アシルアミノ基(好
ましくはC数1〜20、例えばアセチルアミノ、ベンゾ
イルアミノ)、アルキル基(好ましくはC数1〜20、
例えばメチル、エチル、i−プロピル、t−ブチル)、
アルケニル基(好ましくはC数2〜20、例えばビニ
ル、アリル、オレイル)、アリール基(好ましくはC数
6〜26、例えばフェニル、1−ナフチル、4−メトキ
シフェニル、2−クロロフェニル、3−メチルフェニ
ル)、アルコキシ基(好ましくはC数1〜20、例えば
メトキシ、i−プロポキシ)、アルキルチオ基(好まし
くはC数1〜20、例えばメチルチオ)、アリールオキ
シ基(好ましくはC数6〜26、例えばフェノキシ、2
−ナフチルオキシ)、ヘテロ環基(好ましくはC数2〜
20、例えば2−チアゾリル、2−ベンゾチアゾリル、
2−オキサゾリル)、ホスホニル基(例えばC数0〜2
0、例えば−PO(OH)2、−PO(OC252)、
ホスホリル基(好ましくはC数0〜20、例えば−OP
O(OH)2、−OPO(OC252)を表し、好まし
くはシアノ基、アルコキシカルボニル基、カルボキシル
基、アシル基、アルキルスルホニル基、アリールスルホ
ニル基、スルホン酸基、カルバモイル基、アシルアミノ
基、アルキル基、アルケニル基、アリール基、アルコキ
シ基、アルキルチオ基、アリールオキシ基、ヘテロ環
基、ホスホニル基またはホスホリル基を表し、より好ま
しくはシアノ基、アルコキシカルボニル基、カルボキシ
ル基、アシル基、アルキルスルホニル基、アリールスル
ホニル基、スルホン酸基、カルバモイル基、ヘテロ環
基、ホスホニル基を表し、さらに好ましくはシアノ基、
アルコキシカルボニル基、カルボキシル基、ホスホニル
基を表す。なお、R1、R2は同じでも異なってもよい。
In the formula (I), R 1 and R 2 each independently represent a substituent, preferably a cyano group or an alkoxycarbonyl group (preferably having 2 to 20 carbon atoms, for example, ethoxycarbonyl, butoxycarbonyl, 2-ethylhexyl) Oxycarbonyl, hexadecyloxycarbonyl, octadecyloxycarbonyl, cyclohexyloxycarbonyl), carboxyl group, acyl group (preferably having 1 to 1 carbon atoms)
20, for example, acetyl, t-valeryl, benzoyl),
An alkylsulfonyl group (preferably having 1 to 20 carbon atoms, such as methanesulfonyl, i-butanesulfonyl), an arylsulfonyl group (preferably having 6 to 26 carbon atoms, such as benzenesulfonyl, 4-methoxybenzenesulfonyl),
A sulfonic acid group (—SO 3 H), a carbamoyl group (preferably having 1 to 20, for example, N, N-dimethylcarbamoyl, N-phenylcarbamoyl), an acylamino group (preferably having 1 to 20, for example, acetylamino) Benzoylamino), an alkyl group (preferably having a C number of 1 to 20,
For example, methyl, ethyl, i-propyl, t-butyl),
Alkenyl group (preferably having 2 to 20 carbon atoms, for example, vinyl, allyl, oleyl), aryl group (preferably having 6 to 26 carbon atoms, for example, phenyl, 1-naphthyl, 4-methoxyphenyl, 2-chlorophenyl, 3-methylphenyl ), An alkoxy group (preferably having 1 to 20, for example, methoxy, i-propoxy), an alkylthio group (preferably having 1 to 20, for example, methylthio), an aryloxy group (preferably having 6 to 26, for example, phenoxy) , 2
-Naphthyloxy), a heterocyclic group (preferably having 2 to 2 carbon atoms)
20, for example 2-thiazolyl, 2-benzothiazolyl,
2-oxazolyl), a phosphonyl group (for example, C number 0 to 2)
0, for example, -PO (OH) 2, -PO ( OC 2 H 5) 2),
A phosphoryl group (preferably having 0 to 20 carbon atoms, such as -OP
O (OH) 2, represents -OPO (OC 2 H 5) 2 ), preferably a cyano group, an alkoxycarbonyl group, a carboxyl group, an acyl group, an alkylsulfonyl group, an arylsulfonyl group, a sulfonic acid group, a carbamoyl group, an acylamino Group, alkyl group, alkenyl group, aryl group, alkoxy group, alkylthio group, aryloxy group, heterocyclic group, phosphonyl group or phosphoryl group, more preferably cyano group, alkoxycarbonyl group, carboxyl group, acyl group, alkyl group Represents a sulfonyl group, an arylsulfonyl group, a sulfonic acid group, a carbamoyl group, a heterocyclic group, a phosphonyl group, more preferably a cyano group,
Represents an alkoxycarbonyl group, a carboxyl group, or a phosphonyl group. Note that R 1 and R 2 may be the same or different.

【0021】R1、R2は互いに連結して環を形成しても
よい。その際5または6員環を形成することが好まし
く、ピラゾリジンジオン環、バルビツール酸環、チオバ
ルビツール酸環、イソオキサゾロン環、ピラゾロン環、
ピリドン環、ロダニン環、ピロロトリアゾール環、ピラ
ゾロトリアゾール環等を形成することが好ましい。さら
に好ましくは、ピラゾリジンジオン環またはロダニン環
である。
R 1 and R 2 may be linked to each other to form a ring. In that case, it is preferable to form a 5- or 6-membered ring, and a pyrazolidinedione ring, a barbituric acid ring, a thiobarbituric acid ring, an isoxazolone ring, a pyrazolone ring,
It is preferable to form a pyridone ring, a rhodanin ring, a pyrrolotriazole ring, a pyrazolotriazole ring or the like. More preferably, it is a pyrazolidinedione ring or a rhodanin ring.

【0022】R1C(=)R2のR1とR2が連結して形成
される環として好ましい例を具体的に示す。
Preferred examples of the ring formed by linking R 1 and R 2 of R 1 C (=) R 2 are specifically described below.

【0023】[0023]

【化7】 Embedded image

【0024】式(I)で表される色素は好ましくは式
(II)で表されるシアニン色素である。式(II)にて、
1、R2、R3、R4は式(I)と同義である。
The dye represented by the formula (I) is preferably a cyanine dye represented by the formula (II). In equation (II),
R 1 , R 2 , R 3 and R 4 have the same meanings as in formula (I).

【0025】R11〜R14はそれぞれ独立に水素、アルキ
ル基、アリール基、ヘテロ環基を表す(好ましい例はR
1と同じ)。R11、R14は同じでも異なってもよく、ア
ルキル基であることが好ましい。R12、R13は同じでも
異なってもよいが、共に水素であることが好ましい。
R 11 to R 14 each independently represent hydrogen, an alkyl group, an aryl group, or a heterocyclic group (preferred examples are R
Same as 1 ). R 11 and R 14 may be the same or different and are preferably an alkyl group. R 12 and R 13 may be the same or different, but both are preferably hydrogen.

【0026】Y1、Y2はそれぞれ独立に酸素、硫黄、セ
レン、テルル、−CR56−、−NR7−を表し、R5
6、R7はそれぞれ独立に水素、アルキル基、アリール
基を表す(好ましい例はR4と同じ)。Y1、Y2は同じ
でも異なってもよく、酸素、硫黄、−CR56−が好ま
しく、−CR56−がさらに好ましい。その際、R5
6は共にアルキル基であることが好ましい。
[0026] Y 1, Y 2 are each independently oxygen, sulfur, selenium, tellurium, -CR 5 R 6 -, - NR 7 - represents, R 5,
R 6 and R 7 each independently represent hydrogen, an alkyl group, or an aryl group (preferable examples are the same as R 4 ). Y 1 and Y 2 may be the same or different, and are preferably oxygen, sulfur, and —CR 5 R 6 —, and more preferably —CR 5 R 6 —. At that time, R 5 ,
Preferably, both R 6 are alkyl groups.

【0027】R15、R16はそれぞれ独立に置換基を表
し、好ましくはアルキル基、アリール基、アルコキシ
基、ヒドロキシル基、カルボキシル基、アルコキシカル
ボニル基、カルバモイル基、アシルアミノ基、ホスホニ
ル基、ホスホリル基、スルホン酸基、シアノ基(以上好
ましい例はR1と同じ)、ハロゲン原子(好ましくはフ
ッ素、塩素、臭素、ヨウ素)であり、より好ましくはア
ルキル基、アルコキシ基、ヒドロキシル基、カルボキシ
ル基、アルコキシカルボニル基、ホスホニル基、ホスホ
リル基、ハロゲン原子である。
R 15 and R 16 each independently represent a substituent, preferably an alkyl group, an aryl group, an alkoxy group, a hydroxyl group, a carboxyl group, an alkoxycarbonyl group, a carbamoyl group, an acylamino group, a phosphonyl group, a phosphoryl group, A sulfonic acid group, a cyano group (the preferred examples are the same as R 1 ), and a halogen atom (preferably fluorine, chlorine, bromine, iodine), and more preferably an alkyl group, an alkoxy group, a hydroxyl group, a carboxyl group, or an alkoxycarbonyl group. Group, phosphonyl group, phosphoryl group and halogen atom.

【0028】a、bはそれぞれ独立に0〜4の整数を表
し、好ましくは0〜2である。aまたはbが2以上の
時、R15またはR16は互いに連結して環を形成してもよ
く、その際に形成する環としてはベンゼン環が好まし
い。
A and b each independently represent an integer of 0 to 4, preferably 0 to 2. When a or b is 2 or more, R 15 or R 16 may be linked to each other to form a ring, and the ring formed at that time is preferably a benzene ring.

【0029】さらに式(II)にて表されるシアニン色素
は好ましくは下記式(III)にて表される。
Further, the cyanine dye represented by the formula (II) is preferably represented by the following formula (III).

【0030】式(III)中、R1、R2、R11、R14
1、Y2は式(II)と同義である。R1 7〜R20はそれぞ
れ独立にアルキル基、アリール基、アルコキシ基、ヒド
ロキシル基、カルボキシル基、アルコキシカルボニル
基、カルバモイル基、アシルアミノ基、ホスホニル基、
ホスホリル基、スルホン酸基、シアノ基、ハロゲン原子
を表す。c、dはそれぞれ独立に0または1を表す。
e,f、g,hはそれぞれ独立に0〜4の整数を表し、
0〜2が好ましい。
In the formula (III), R 1 , R 2 , R 11 , R 14 ,
Y 1 and Y 2 have the same meanings as in formula (II). R 1 7 to R 20 each independently represent an alkyl group, an aryl group, an alkoxy group, a hydroxyl group, a carboxyl group, an alkoxycarbonyl group, a carbamoyl group, an acylamino group, a phosphonyl group,
Represents a phosphoryl group, a sulfonic acid group, a cyano group, or a halogen atom. c and d each independently represent 0 or 1.
e, f, g, and h each independently represent an integer of 0 to 4,
0 to 2 is preferred.

【0031】式(I)〜(III)で表される色素は、半
導体微粒子の表面に対する適当な結合基(interlocking
group)を少なくともひとつ以上有していることが好ま
しい。好ましい結合基としては、カルボキシル(COOH)
基、スルホン酸(SO3H)基、ホスホン酸(-P(O)(OH)2
基、リン酸(-OP(O)(OH)2)基、ヒドロキシル基等の酸
性基(解離性のプロトンを有する置換基)であり、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。
The dyes represented by the formulas (I) to (III) are suitable for interlocking with the surface of the semiconductor fine particles.
group) is preferable. Preferred linking groups include carboxyl (COOH)
Group, sulfonic acid (SO 3 H) group, phosphonic acid (-P (O) (OH) 2 )
An acid group (substituent having a dissociable proton) such as a phosphoric acid (-OP (O) (OH) 2 ) group or a hydroxyl group, or an oxime, dioxime, hydroxyquinoline, salicylate and α-keto enolate Chelating groups having such π conductivity are exemplified. These groups may form a salt with an alkali metal or the like, or may form an intramolecular salt.

【0032】式(I)〜(III)で表される色素は、酸
性基を有していることがより好ましく、カルボキシル
基、リン酸基、ホスホン酸基を有していることがさらに
好ましい。これらの酸性基はR1、R2、R11、R14、R
15〜R20のいずれかに含まれていることが好ましい。
The dyes represented by formulas (I) to (III) more preferably have an acidic group, and more preferably have a carboxyl group, a phosphoric acid group or a phosphonic acid group. These acidic groups are represented by R 1 , R 2 , R 11 , R 14 , R
It is preferably contained in any one of 15 to R 20.

【0033】以下に本発明の式(I)で表される化合物
の具体例を示すが、本発明がこれに限定されるものでは
ない。また、ここに記載した色素の構造式はいくつも取
りうる共鳴構造のうちの1つの極限構造にすぎない。
Specific examples of the compound represented by the formula (I) of the present invention are shown below, but the present invention is not limited thereto. In addition, the structural formula of the dye described herein is only the ultimate structure of one of many possible resonance structures.

【0034】[0034]

【化8】 Embedded image

【0035】[0035]

【化9】 Embedded image

【0036】[0036]

【化10】 Embedded image

【0037】[0037]

【化11】 Embedded image

【0038】[0038]

【化12】 Embedded image

【0039】[0039]

【化13】 Embedded image

【0040】[0040]

【化14】 Embedded image

【0041】[0041]

【化15】 Embedded image

【0042】[0042]

【化16】 Embedded image

【0043】[0043]

【化17】 Embedded image

【0044】[0044]

【化18】 Embedded image

【0045】[0045]

【化19】 Embedded image

【0046】[0046]

【化20】 Embedded image

【0047】本発明に用いられる式(I)で表される化
合物の合成は、Ukrainskii Khimicheskii Zhurnal 第40
巻3号253〜258頁ならびに特願平10−2780
22号およびこれらの文献中に引用された文献の記載を
参考にして行える。
The synthesis of the compound represented by the formula (I) used in the present invention is carried out according to Ukrainskii Khimicheskii Zhurnal No. 40.
Volume 3, pages 253-258 and Japanese Patent Application No. 10-2780
No. 22 and the references cited in these documents can be referred to.

【0048】本発明の色素の一般的な合成法を以下に示
すが、本発明はこれに限定されるものではない。
The general method for synthesizing the dye of the present invention is shown below, but the present invention is not limited thereto.

【0049】[0049]

【化21】 Embedded image

【0050】本発明の式(I)で表される色素を合成す
る際は原料としてR1CH22を用いる方法が好まし
く、これらは一般に活性メチレン化合物と呼ばれ反応原
料として種類が豊富であり好ましい。さらに、銀塩写真
で公知であるいわゆる「4当量カプラー」も用いること
ができ好ましい。
When synthesizing the dye represented by the formula (I) of the present invention, it is preferable to use R 1 CH 2 R 2 as a raw material, which is generally called an active methylene compound and has a wide variety of raw materials. Yes and preferred. Further, a so-called "4-equivalent coupler" known in silver salt photography can also be used, which is preferable.

【0051】本発明の色素は一般に、4級塩1とスクア
リン酸ジエチル2をトリエチルアミン等塩基存在化エタ
ノール等溶媒中にて反応させることにより合成した末端
スクアリン酸3と、活性メチレン化合物R1CH22
を当量以上のナトリウムメトキシド、カリウムt−ブト
キサイド、トリエチルアミン、炭酸カリウム等の塩基存
在下、ブタノール、エタノール等溶媒中で反応させるこ
とにより収率良く5を得ることを経由し、5を4級塩6
またはメチレンベース7と反応させることにより容易に
得ることができる。なおX1、X2は対アニオンを示す。
The dye of the present invention generally has a terminal squaric acid 3 synthesized by reacting a quaternary salt 1 with diethyl squarate 2 in a solvent such as ethanol in the presence of a base such as triethylamine, and an active methylene compound R 1 CH 2. R 2 4
Is reacted in a solvent such as butanol or ethanol in the presence of a base such as sodium methoxide, potassium t-butoxide, triethylamine, potassium carbonate or the like in an equivalent amount or more to obtain 5 in a high yield, thereby converting 5 to a quaternary salt. 6
Alternatively, it can be easily obtained by reacting with methylene base 7. X 1 and X 2 each represent a counter anion.

【0052】本発明の色素の吸収極大波長λmax(メタノ
ール中)は300〜1000nmであることが好まし
く、400〜900nmであることがより好ましい。
The maximum absorption wavelength λmax (in methanol) of the dye of the present invention is preferably from 300 to 1,000 nm, more preferably from 400 to 900 nm.

【0053】以下に本発明の光電変換素子および光電気
化学電池の構成と材料について詳述する。
Hereinafter, the constitution and materials of the photoelectric conversion element and the photoelectrochemical cell of the present invention will be described in detail.

【0054】本発明において色素増感した光電変換素子
は導電性支持体、導電性支持体上に設置される色素によ
り増感した半導体膜(感光層)、電荷移動層および対極
からなる。この光電変換素子を外部回路で仕事をさせる
電池用途に使用できるようにしたものが光電気化学電池
である。感光層は目的に応じて設計され、単層構成でも
多層構成でもよい。感光層に入射した光は色素を励起す
る。励起色素はエネルギーの高い電子を有しており、こ
の電子が色素から半導体微粒子の伝導帯に渡され、さら
に拡散によって導電性支持体に到達する。この時色素分
子は酸化体となっている。光電気化学電池においては導
電性支持体上の電子が外部回路で仕事をしながら対極お
よび電荷移動層を経て色素酸化体に戻り、色素が再生す
る。半導体膜はこの電池の負極として働く。なお、本発
明ではそれぞれの層の境界において(たとえば、導電性
支持体の導電層と感光層の境界、感光層と電荷移動層の
境界、電荷移動層と対極の境界など)、これらの成分が
相互に拡散して混合していてもよい。
In the present invention, the dye-sensitized photoelectric conversion element comprises a conductive support, a semiconductor film (photosensitive layer) sensitized by a dye provided on the conductive support, a charge transfer layer, and a counter electrode. A photoelectrochemical cell that can use this photoelectric conversion element for a battery that works in an external circuit is used. The photosensitive layer is designed according to the purpose, and may have a single-layer structure or a multilayer structure. Light incident on the photosensitive layer excites the dye. The excited dye has high-energy electrons, which are transferred from the dye to the conduction band of the semiconductor fine particles and reach the conductive support by diffusion. At this time, the dye molecule is in an oxidized form. In a photoelectrochemical cell, the electrons on the conductive support return to the oxidized dye via the counter electrode and the charge transfer layer while working in an external circuit, and the dye is regenerated. The semiconductor film functions as a negative electrode of this battery. In the present invention, at the boundary of each layer (for example, the boundary between the conductive layer and the photosensitive layer of the conductive support, the boundary between the photosensitive layer and the charge transfer layer, the boundary between the charge transfer layer and the counter electrode, etc.), these components are They may be mutually diffused and mixed.

【0055】本発明において、半導体はいわゆる感光体
であり、光を吸収して電荷分離を行い電子と正孔を生ず
る役割を担う。色素増感された半導体では、光吸収およ
びこれによる電子および正孔の発生は主として色素にお
いて起こり、半導体はこの電子を受け取り、伝達する役
割を担う。
In the present invention, the semiconductor is a so-called photoreceptor, and plays a role of absorbing light to separate electric charges to generate electrons and holes. In a dye-sensitized semiconductor, light absorption and the resulting generation of electrons and holes mainly occur in the dye, and the semiconductor is responsible for receiving and transmitting the electrons.

【0056】半導体としてはシリコン、ゲルマニウムの
ような単体半導体の他に、金属のカルコゲニド(例えば
酸化物、硫化物、セレン化物等)に代表されるいわゆる
化合物半導体またはペロブスカイト構造を有する化合物
等を使用することができる。金属のカルコゲニドとして
好ましくはチタン、スズ、亜鉛、鉄、タングステン、ジ
ルコニウム、ハフニウム、ストロンチウム、インジウ
ム、セリウム、イットリウム、ランタン、バナジウム、
ニオブ、もしくはタンタルの酸化物、カドミウム、亜
鉛、鉛、銀、アンチモン、ビスマスの硫化物、カドミウ
ム、鉛のセレン化物、カドミウムのテルル化物等が挙げ
られる。他の化合物半導体としては亜鉛、ガリウム、イ
ンジウム、カドミウム等のリン化物、ガリウムヒ素、銅
−インジウム−セレン化物、銅−インジウム−硫化物等
が挙げられる。
As the semiconductor, a so-called compound semiconductor represented by a metal chalcogenide (eg, oxide, sulfide, selenide, etc.) or a compound having a perovskite structure is used in addition to a simple semiconductor such as silicon and germanium. be able to. Preferably as a metal chalcogenide titanium, tin, zinc, iron, tungsten, zirconium, hafnium, strontium, indium, cerium, yttrium, lanthanum, vanadium,
Examples include niobium or tantalum oxide, cadmium, zinc, lead, silver, antimony, bismuth sulfide, cadmium, selenide of lead, and telluride of cadmium. Other compound semiconductors include phosphides such as zinc, gallium, indium and cadmium, gallium arsenide, copper-indium-selenide, copper-indium-sulfide and the like.

【0057】また、ペロブスカイト構造を有する化合物
として好ましくはチタン酸ストロンチウム、チタン酸カ
ルシウム、チタン酸ナトリウム、チタン酸バリウム、ニ
オブ酸カリウムが挙げられる。
The compound having a perovskite structure is preferably strontium titanate, calcium titanate, sodium titanate, barium titanate, or potassium niobate.

【0058】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、CdTe、GaP、I
nP、GaAs、CuInS2、CuInSe2が挙げられる。さらに好ま
しくはTiO2、ZnO、SnO2、Fe2O3、WO3、Nb2O5、CdS、Pb
S、CdSe、InP、GaAs、CuInS2、CuInSe2であり、最も好
ましくはTiO2である。
More preferably, the semiconductor used in the present invention is specifically Si, TiO 2 , SnO 2 , Fe 2 O 3 , WO 3 , Zn
O, Nb 2 O 5 , CdS, ZnS, PbS, Bi 2 S 3 , CdSe, CdTe, GaP, I
nP, GaAs, CuInS 2 , and CuInSe 2 are mentioned. More preferably TiO 2, ZnO, SnO 2, Fe 2 O 3, WO 3, Nb 2 O 5, CdS, Pb
S, CdSe, InP, GaAs, CuInS 2 , CuInSe 2 , most preferably TiO 2 .

【0059】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。
The semiconductor used in the present invention may be single crystal or polycrystal. Although a single crystal is preferable as the conversion efficiency, a polycrystal is preferable in terms of manufacturing cost, securing of raw materials, energy payback time, and the like, and a fine particle semiconductor having a nanometer to micrometer size is particularly preferable.

【0060】これらの半導体微粒子の粒径は、投影面積
を円に換算したときの直径を用いた平均粒径で一次粒子
として5〜200nmであることが好ましく、特に8〜1
00nmであることが好ましい。また、分散物中の半導体
微粒子(二次粒子)の平均粒径としては0.01〜10
0μmであることが好ましい。
The particle diameter of these semiconductor fine particles is preferably 5 to 200 nm as primary particles, and particularly preferably 8 to 1 nm, as an average particle diameter using a diameter when the projected area is converted into a circle.
Preferably it is 00 nm. The average particle size of the semiconductor fine particles (secondary particles) in the dispersion is 0.01 to 10
It is preferably 0 μm.

【0061】また、2種類以上の粒子サイズ分布の異な
る微粒子を混合して用いてもよく、この場合、小さい粒
子の平均サイズは5nm以下であることが好ましい。ま
た、入射光を散乱させて光捕獲率を向上させる目的で、
粒子サイズの大きな、例えば300nm程度の半導体粒子
を混合してもよい。
Further, two or more kinds of fine particles having different particle size distributions may be mixed and used. In this case, the average size of the small particles is preferably 5 nm or less. Also, in order to improve the light capture rate by scattering incident light,
Semiconductor particles having a large particle size, for example, about 300 nm may be mixed.

【0062】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。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。
As the conductive support, a support such as metal having conductivity can be used, or a glass or plastic support having a conductive agent layer on its surface can be used. In the latter case, preferred conductive agents include metals (eg, platinum, gold, silver, copper, aluminum, rhodium,
Indium, etc.), carbon, or a conductive metal oxide (indium-tin composite oxide, tin oxide doped with fluorine, and the like). The conductive agent layer preferably has a thickness of about 0.02 to 10 μm.

【0063】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。
The lower the surface resistance of the conductive support, the better. The preferred range of the surface resistance is 100 Ω / cm 2 or less, and more preferably 40 Ω / cm 2 or less. The lower limit is not particularly limited, but is usually about 0.1 Ω / cm 2 .

【0064】導電性支持体は実質的に透明であることが
好ましい。実質的に透明であるとは光の透過率が10%
以上であることを意味し、50%以上であることが好ま
しく、70%以上が特に好ましい。透明導電性支持体と
してはガラスもしくはプラスチックに導電性の金属酸化
物を塗設したものが好ましい。この中でもフッ素をドー
ピングした二酸化スズからなる導電層を低コストのソー
ダ石灰フロートガラスでできた透明基板上に堆積した導
電性ガラスが特に好ましい。また、低コストでフレキシ
ブルな光電変換素子または太陽電池には、透明ポリマー
フィルムに上記導電層を設けたものを用いるのがよい。
透明ポリマーフィルムには、テトラアセチルセルロース
(TAC)、ポリエチレンテレフタレート(PET),
ポリエチレンナフタレート(PEN)、シンジオクタチ
ックポリステレン(SPS)、ポリフェニレンスルフィ
ド(PPS)、ポリカーボネート(PC)、ポリアクレ
ート(PAr)、ポリスルフォン(PSF)、ポリエス
テルスルフォン(PES)、ポリエーテルイミド(PE
I)、環状ポリオレフィン、ブロム化フェノキシ等があ
る。透明導電性支持体を用いる場合、光はその支持体側
から入射させることが好ましい。この場合、電性金属酸
化物の塗布量はガラスもしくはプラスチックの支持体1
m2当たり0.01〜100gが好ましい。
Preferably, the conductive support is substantially transparent. Substantially transparent means that light transmittance is 10%
The above means that it is preferably at least 50%, particularly preferably at least 70%. As the transparent conductive support, glass or plastic coated with a conductive metal oxide is preferable. Among them, conductive glass in which a conductive layer made of tin dioxide doped with fluorine is deposited on a transparent substrate made of low-cost soda-lime float glass is particularly preferable. In addition, for a low-cost and flexible photoelectric conversion element or solar cell, a transparent polymer film provided with the above conductive layer is preferably used.
Transparent polymer films include tetraacetyl cellulose (TAC), polyethylene terephthalate (PET),
Polyethylene naphthalate (PEN), syndioctatic polysterene (SPS), polyphenylene sulfide (PPS), polycarbonate (PC), polyacrylate (PAr), polysulfone (PSF), polyester sulfone (PES), polyetherimide (PE
I), cyclic polyolefins, brominated phenoxy and the like. When a transparent conductive support is used, it is preferable that light be incident from the support side. In this case, the coating amount of the conductive metal oxide is a glass or plastic support 1.
m 2 per 0.01~100g are preferred.

【0065】半導体微粒子を導電性支持体上に(導電層
を有する支持体の場合は、その導電層側に)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。
As a method for coating semiconductor fine particles on a conductive support (or on the conductive layer side in the case of a support having a conductive layer), a dispersion or colloid solution of semiconductor fine particles is coated on the conductive support. And a method in which a precursor of semiconductor fine particles is coated on a conductive support and hydrolyzed by moisture in the air to obtain a semiconductor fine particle film (sol-gel method). In addition to the sol-gel method described above, a method of preparing a dispersion of semiconductor fine particles, a method of grinding in a mortar, a method of dispersing while crushing using a mill, or a method of depositing fine particles in a solvent when synthesizing a semiconductor. And a method of using it as it is. Examples of the dispersion medium include water and various organic solvents (eg, methanol, ethanol, isopropyl alcohol, dichloromethane, acetone, acetonitrile, ethyl acetate, etc.). At the time of dispersion, a polymer, a surfactant, an acid, a chelating agent, or the like may be used as a dispersing aid, if necessary.

【0066】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、
2〜25μmであることがより好ましい。半導体微粒子
の支持体1m2当たりの塗布量は0.5〜400g、さら
には5〜100gが好ましい。
Generally, as the thickness of the layer containing semiconductor fine particles increases, the amount of dye carried per unit projected area increases, so that the light capture rate increases. However, the diffusion distance of generated electrons increases, so that the loss due to charge recombination also increases. growing. Therefore, the semiconductor fine particle layer has a preferable thickness, but typically has a thickness of 0.1 to 100 μm. When used as a photoelectrochemical cell, the thickness is preferably 1 to 30 μm,
More preferably, it is 2 to 25 μm. The coating amount per support 1 m 2 of the semiconductor fine particles 0.5~400G, more 5~100g is preferred.

【0067】半導体微粒子は導電性支持体に塗布した後
に粒子同士を電子的にコンタクトさせるため、および塗
膜強度の向上や支持体との密着性を向上させるために加
熱処理することが好ましい。好ましい加熱処理温度の範
囲は40℃以上700℃未満であり、より好ましくは1
00℃以上600℃以下である。また加熱処理時間は1
0分〜10時間程度である。ポリマーフィルムなど融点
や軟化点の低い支持体を用いる場合は、高温処理は支持
体の劣化を招くため、好ましくない。また、コストの観
点からもできる限り低温であることが好ましい。低温化
は、先に述べた5nm以下の小さい半導体微粒子の併用や
鉱酸の存在下での加熱処理等により可能である。
The semiconductor fine particles are preferably subjected to a heat treatment in order to bring the particles into electronic contact after being applied to the conductive support and to improve the strength of the coating film and the adhesion to the support. A preferred range of the heat treatment temperature is 40 ° C. or more and less than 700 ° C., more preferably 1 ° C.
It is not less than 00 ° C and not more than 600 ° C. The heat treatment time is 1
It is about 0 minutes to 10 hours. When a support having a low melting point or softening point, such as a polymer film, is used, high-temperature treatment is not preferable because the support is deteriorated. Further, it is preferable that the temperature is as low as possible from the viewpoint of cost. The lowering of the temperature can be achieved by the above-mentioned combination of small semiconductor particles having a size of 5 nm or less, heat treatment in the presence of a mineral acid, and the like.

【0068】また、加熱処理後、半導体粒子の表面積を
増大させたり、半導体粒子近傍の純度を高め、色素から
半導体粒子への電子注入効率を高める目的で、例えば四
塩化チタン水溶液を用いた化学メッキや三塩化チタン水
溶液を用いた電気化学的メッキ処理を行ってもよい。
After the heat treatment, chemical plating using, for example, an aqueous solution of titanium tetrachloride for the purpose of increasing the surface area of the semiconductor particles, increasing the purity near the semiconductor particles, and increasing the efficiency of injecting electrons from the dye into the semiconductor particles. Alternatively, electrochemical plating using an aqueous solution of titanium trichloride may be performed.

【0069】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。
The semiconductor fine particles preferably have a large surface area so that many dyes can be adsorbed. For this reason, the surface area in the state where the semiconductor fine particle layer is coated on the support is preferably at least 10 times, more preferably at least 100 times the projected area. The upper limit is not particularly limited, but is usually about 1000 times.

【0070】半導体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し、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が、塗布後の半導体
微粒子膜に吸着させるのが好ましい。半導体微粒子膜を
加熱処理する場合の色素吸着は加熱処理後に行うことが
好ましく、加熱処理後、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。未吸着の
色素は洗浄によって除去することが望ましい。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。
また、本発明のポリメチン色素と公知の色素、例えばル
テニウム錯体色素等を併用して用いてもよい。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。
For adsorbing a dye on a semiconductor, a method of immersing well-dried semiconductor fine particles in a dye solution for several hours is generally used. The dye may be adsorbed at room temperature or may be heated and refluxed as described in JP-A-7-249790. The adsorption of the dye may be performed before or after the application of the semiconductor fine particles, or the semiconductor fine particles and the dye may be simultaneously applied and adsorbed. preferable. The dye adsorption in the heat treatment of the semiconductor fine particle film is preferably performed after the heat treatment, and it is particularly preferable that the dye is quickly adsorbed after the heat treatment and before water is adsorbed on the surface of the coating film. It is desirable that unadsorbed dye be removed by washing. The dye to be adsorbed may be one kind or a mixture of several kinds.
Further, the polymethine dye of the present invention may be used in combination with a known dye such as a ruthenium complex dye. When the application is a photoelectrochemical cell, a dye to be mixed can be selected so as to make the wavelength range of photoelectric conversion as wide as possible.

【0071】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。
The amount of the dye used is preferably 0.01 to 100 mmol per 1 m 2 of the support. The amount of the dye adsorbed on the semiconductor fine particles is preferably 0.01 to 1 mmol per 1 g of the semiconductor fine particles.

【0072】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。
By using such a dye amount, a sufficient sensitizing effect in a semiconductor can be obtained. In contrast,
If the amount of the dye is small, the sensitizing effect becomes insufficient, and if the amount of the dye is too large, the dye not adhering to the semiconductor floats and causes a reduction in the sensitizing effect.

【0073】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。
A colorless compound may be co-adsorbed for the purpose of reducing interaction between dyes such as association. Examples of the hydrophobic compound to be co-adsorbed include steroid compounds having a carboxyl group (for example, cholic acid).

【0074】また、余分な色素の除去を促進する目的
で、色素を吸着した後にアミン類を用いて半導体微粒子
の表面を処理してもよい。好ましいアミン類としてはピ
リジン、4−tert−ブチルピリジン、ポリビニルピリジ
ン等が挙げられる。これらが液体の場合はそのまま用い
てもよいし有機溶媒に溶解して用いてもよい。
For the purpose of promoting the removal of excess dye, the surface of the semiconductor fine particles may be treated with amines after the dye is adsorbed. Preferred amines include pyridine, 4-tert-butylpyridine, polyvinylpyridine and the like. When these are liquids, they may be used as they are or may be used by dissolving them in an organic solvent.

【0075】以下、電荷移動層と対極について詳しく説
明する。電荷移動層は色素の酸化体に電子を補充する機
能を有する層である。代表的な例としては酸化還元対を
有機溶媒に溶解した液体(電解液)、酸化還元対を有機
溶媒に溶解した液体をポリマーマトリクスに含浸したい
わゆるゲル電解質、酸化還元対を含有する溶融塩などが
挙げられる。さらには固体電解質やホール輸送材料を用
いることもできる。
Hereinafter, the charge transfer layer and the counter electrode will be described in detail. The charge transfer layer is a layer having a function of replenishing the oxidized dye with electrons. Typical examples are a liquid (electrolytic solution) in which a redox couple is dissolved in an organic solvent, a so-called gel electrolyte in which a liquid in which a redox couple is dissolved in an organic solvent is impregnated in a polymer matrix, and a molten salt containing a redox couple. Is mentioned. Further, a solid electrolyte or a hole transport material can be used.

【0076】本発明の電解液に用いられる電解質はI2
と各種のヨウ化物(例えば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な
ど)、Br2と各種の臭化物(例えばLiBr、NaB
r、KBr、CsBr、CaBr2などの金属臭化物、
テトラアルキルアンモニウムブロマイドやピリジニウム
ブロマイドなど4級アンモニウム化合物の臭素塩な
ど)、フェロシアン酸塩−フェリシアン酸塩やフェロセ
ン−フェリシニウムイオンなどの金属錯体の組み合わ
せ、ポリ硫化ナトリウム、アルキルチオール−アルキル
ジスルフィドなどのイオウ化合物の組み合わせ、アルキ
ルビオローゲン(例えばメチルビオローゲンクロリド、
ヘキシルビオローゲンブロミド、ベンジルビオローゲン
テトラフルオロボレート)とその還元体の組み合わせ、
ポリヒドロキシベンゼン類(例えばハイドロキノン、ナ
フトハイドロキノン等)とその酸化体の組み合わせなど
を用いることができる。この中では、LiI、NaI、
KI、CsI、CaI2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
ウ素塩またはテトラアルキルアンモニウム化合物のヨウ
素塩とI2の組み合わせが好ましい。
The electrolyte used in the electrolytic solution of the present invention is I 2
And various iodides (eg, LiI, NaI, KI, Cs
Metal iodides such as I and CaI 2 , iodine salts of quaternary imidazolium compounds, iodine salts of quaternary pyridinium compounds, iodine salts of tetraalkylammonium compounds, etc., Br 2 and various bromides (eg, LiBr, NaB)
metal bromides such as r, KBr, CsBr, CaBr 2 ,
Bromine salts of quaternary ammonium compounds such as tetraalkylammonium bromide and pyridinium bromide), combinations of metal complexes such as ferrocyanate-ferricyanate and ferrocene-ferricinium ions, sodium polysulfide, alkylthiol-alkyldisulfide, etc. Combinations of sulfur compounds, alkyl viologens (eg methyl viologen chloride,
Hexyl viologen bromide, benzyl viologen tetrafluoroborate) and its reduced form in combination,
A combination of polyhydroxybenzenes (eg, hydroquinone, naphthohydroquinone, etc.) and oxidized products thereof can be used. Among them, LiI, NaI,
KI, CsI, the metal iodide CaI 2, iodine salt of a quaternary imidazolium compound, a combination of iodine salt and I 2 of the iodide salt or a tetraalkyl ammonium compound of the quaternary pyridinium compound.

【0077】電解液に用いる有機溶媒は、沸点が高けれ
ば電解液揮発による劣化を防ぐことができる。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、
有機溶媒の粘度が低く、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。具体的な有機溶媒としては非プロトン性の極
性溶媒(例えばアセトニトリル、炭酸プロピレン、炭酸
エチレン、ジメチルホルムアミド、ジメチルスルホキシ
ド、スルホラン、1,3−ジメチルイミダゾリノン、N
−メチル−2−オキサゾリジノン等)が挙げられる。ゲ
ル電解質のマトリクスに使用されるポリマーとしては例
えばポリアクリロニトリル、ポリビニリデンフルオリド
等が挙げられる。
As long as the organic solvent used for the electrolytic solution has a high boiling point, deterioration due to volatilization of the electrolytic solution can be prevented. In addition, from the viewpoint of the short-circuit current density and the conversion efficiency of the photoelectric conversion element,
Preferably, the viscosity of the organic solvent is low and the dielectric constant is high. That is, if the viscosity is low, an effect of improving the ion mobility can be obtained, and if the dielectric constant is large, an effect of improving the effective carrier concentration can be obtained. Specific organic solvents include aprotic polar solvents (for example, acetonitrile, propylene carbonate, ethylene carbonate, dimethylformamide, dimethyl sulfoxide, sulfolane, 1,3-dimethylimidazolinone, N
-Methyl-2-oxazolidinone). Examples of the polymer used for the matrix of the gel electrolyte include polyacrylonitrile and polyvinylidene fluoride.

【0078】酸化還元対は電子のキャリアになるのであ
る程度の濃度が必要である。液体あるいはゲル電解質と
して用いる場合の溶液中の好ましい濃度としては合計で
0.01モル/l以上であり、より好ましくは0.1モ
ル/l以上であり、特に好ましくは0.3モル/l以上
である。この場合の上限には特に制限はないが、通常5
モル/l程度である。
The redox couple needs to have a certain concentration since it becomes an electron carrier. When used as a liquid or gel electrolyte, the total concentration in the solution is preferably at least 0.01 mol / l, more preferably at least 0.1 mol / l, particularly preferably at least 0.3 mol / l. It is. The upper limit in this case is not particularly limited, but is usually 5
It is about mol / l.

【0079】溶融塩としては例えば、1−ブチル−3−
メチルピリジニウムヨ−ジド、1−ブチル−3−メチル
イミダゾリウムヨージド、沃化リチウムと他の少なくと
も1種類のリチウム塩(例えば酢酸リチウム、過塩素酸
リチウム等)が挙げられ、これらにポリエチレンオキシ
ド等のポリマーを混合することにより、室温での流動性
を高めてもよい。この場合のポリマーの添加量は1〜5
0wt%である。
As the molten salt, for example, 1-butyl-3-
Methylpyridinium iodide, 1-butyl-3-methylimidazolium iodide, lithium iodide and at least one other lithium salt (eg, lithium acetate, lithium perchlorate, etc.), and polyethylene oxide and the like , The fluidity at room temperature may be increased. In this case, the amount of the polymer to be added is 1 to 5
0 wt%.

【0080】ホール(正孔)輸送材料としては芳香族アミ
ン類、ポリピロール、ポリチオフェン等が挙げられる。
Examples of the hole (hole) transporting material include aromatic amines, polypyrrole, polythiophene and the like.

【0081】対極は、光電変換素子を光電気化学電池と
したとき、光電気化学電池の正極として働くものであ
る。対極は通常前述の導電性支持体と同義であるが、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。
The counter electrode functions as a positive electrode of the photoelectrochemical cell when the photoelectric conversion element is a photoelectrochemical cell. The counter electrode is usually synonymous with the conductive support described above, but the support is not necessarily required in a configuration that maintains sufficient strength. However, having a support is advantageous in terms of hermeticity.

【0082】感光層に光が到達するためには、前述の導
電性支持体と対極の少なくとも一方は実質的に透明でな
ければならない。本発明の光電気化学電池においては、
導電性支持体が透明であって太陽光を支持体側から入射
させるのが好ましい。この場合対極は光を反射する性質
を有することがさらに好ましい。
In order for light to reach the photosensitive layer, at least one of the conductive support and the counter electrode must be substantially transparent. In the photoelectrochemical cell of the present invention,
It is preferable that the conductive support is transparent and sunlight is incident from the support side. In this case, it is more preferable that the counter electrode has a property of reflecting light.

【0083】光電気化学電池の対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極とするこ
とが好ましい。
As the counter electrode of the photoelectrochemical cell, glass or plastic on which a metal or a conductive oxide is deposited can be used, and the metal thin film is formed so as to have a thickness of 5 μm or less, preferably 5 nm to 3 μm. It can also be formed by forming by a method such as vapor deposition or sputtering. In the present invention, it is preferable to use glass on which platinum is deposited or a metal thin film formed by deposition or sputtering as a counter electrode.

【0084】本発明の光電気化学電池では構成物の劣化
や内容物の揮散を防止するために電池の側面をポリマー
や接着剤等で密封するのが好ましい。
In the photoelectrochemical cell of the present invention, it is preferable to seal the side surface of the cell with a polymer, an adhesive or the like in order to prevent deterioration of components and volatilization of contents.

【0085】[0085]

【実施例】以下、本発明を実施例によって具体的に説明
する。 実施例1:D−1、D−2、D−54の合成例
The present invention will be specifically described below with reference to examples. Example 1: Synthesis example of D-1, D-2, and D-54

【0086】[0086]

【化22】 Embedded image

【0087】[0087]

【化23】 Embedded image

【0088】(1)D−1の合成 インドレニン4級塩11、7.92g(20mmo
l)、スクアリン酸ジエチル3.44g(20mmo
l)、トリエチルアミン4.2g(40mmol)をエ
タノール50mlに溶解し4時間還流(reflux)した。冷
却後結晶をろ別してエタノールで洗浄し、末端スクアリ
ン酸12の黄色結晶5.7g(収率82%)を得た。
(1) Synthesis of D-1 Indolenine quaternary salt 11, 7.92 g (20 mmol)
l), 3.44 g of diethyl squarate (20 mmol)
1) 4.2 g (40 mmol) of triethylamine was dissolved in 50 ml of ethanol and refluxed for 4 hours. After cooling, the crystals were separated by filtration and washed with ethanol to obtain 5.7 g (yield 82%) of yellow crystals of terminal squaric acid 12.

【0089】末端スクアリン酸12、1.04g(3m
mol)、マロノニトリル0.22g(3.3mmo
l)、ナトリウムメトキシド・メタノール28%溶液
0.69g(3.6mmol)をブタノール20mlに
溶解し2時間還流した。塩酸を加えてpH3としたのち
冷却した。結晶をろ別してエタノールで洗浄し、13の
オレンジ色結晶0.66g(収率60%)を得た。
Terminal squaric acid 12, 1.04 g (3 m
mol), 0.22 g of malononitrile (3.3 mmol)
l), 0.69 g (3.6 mmol) of a 28% solution of sodium methoxide / methanol was dissolved in 20 ml of butanol and refluxed for 2 hours. The pH was adjusted to 3 by adding hydrochloric acid, and the mixture was cooled. The crystals were separated by filtration and washed with ethanol to obtain 13 orange crystals (0.66 g, yield 60%).

【0090】13、0.18g(0.5mmol)、イ
ンドレニン4級塩14、0.21g(0.5mmol)
をブタノール10mlに溶解し8時間還流した。
13, 0.18 g (0.5 mmol), indolenine quaternary salt 14, 0.21 g (0.5 mmol)
Was dissolved in 10 ml of butanol and refluxed for 8 hours.

【0091】濃縮後シリカゲルカラムクロマトグラフィ
ー(展開溶媒:塩化メチレン:酢酸エチル=4:1→
1:1→メタノール10%添加)にて精製し、さらにメ
タノールから再結晶して目的のD−1の緑色結晶0.1
1g(収率35%)を得た。構造はNMRスペクトルお
よびMS(マス)スペクトルにて確認した。
After concentration, silica gel column chromatography (developing solvent: methylene chloride: ethyl acetate = 4: 1 →
1: 1 → 10% methanol addition), and further recrystallized from methanol to obtain the target green crystal of D-1 0.1
1 g (35% yield) was obtained. The structure was confirmed by NMR spectrum and MS (mass) spectrum.

【0092】(2)D−2の合成 13の合成にて、マロノニトリルのかわりにシアノ酢酸
ブチルを等モル用いた以外は全く同様にして15の黄色
結晶を得た。収量1.09g(収率82%)。
(2) Synthesis of D-2 15 yellow crystals were obtained in exactly the same manner as in the synthesis of 13, except that equimolar butyl cyanoacetate was used instead of malononitrile. Yield 1.09 g (82% yield).

【0093】さらにD−1の合成にて13のかわりに1
5を等モル用いた以外は全く同様にしてD−2の緑色結
晶0.10g(収率29%)を得た。構造はNMRスペ
クトルおよびMSスペクトルにて確認した。
Further, in the synthesis of D-1, 1 was used instead of 13.
Except for using an equimolar 5, 0.10 g (yield 29%) of green crystals of D-2 was obtained in the same manner. The structure was confirmed by NMR spectrum and MS spectrum.

【0094】D−54の合成 13の合成にて、マロノニトリルのかわりにピラゾリジ
ンジオン16を用いた以外は全く同様にして17のオレ
ンジ色結晶1.00g(収率60%)を得た。
Synthesis of D-54 In the same manner as in the synthesis of 13, except that pyrazolidinedione 16 was used instead of malononitrile, 1.00 g (yield: 60%) of orange crystals of 17 was obtained.

【0095】17、0.28g(0.5mmol)、イ
ンドレニン4級塩0.40g(10mmol)をブタノ
ール10mlに溶解し30分還流した。水を加えた後濃
縮し、シリカゲルカラムクロマトグラフィー(展開溶
媒:塩化メチレン:酢酸エチル=4:1→1:1→メタ
ノール25%添加)にて精製し、さらにメタノールから
再結晶して目的のD−54の緑色結晶0.094g(収
率24%)を得た。構造はNMRスペクトルおよびMS
スペクトルにて確認した。
17, 0.28 g (0.5 mmol) and 0.40 g (10 mmol) of indolenine quaternary salt were dissolved in 10 ml of butanol and refluxed for 30 minutes. After adding water, the mixture is concentrated, purified by silica gel column chromatography (developing solvent: methylene chloride: ethyl acetate = 4: 1 → 1: 1 → addition of methanol 25%), and recrystallized from methanol to obtain the desired D 0.094 g (yield 24%) of green crystals of -54 was obtained. Structure is NMR spectrum and MS
The spectrum was confirmed.

【0096】実施例2:吸収スペクトルの測定 D−1、D−2、D−4、D−18、D−19、D−2
2、D−34、D−35、D−54、D−55、および
比較色素1についてメタノール中の吸収スペクトルを測
定した。吸収極大波長を表1に記す。
Example 2: Measurement of absorption spectrum D-1, D-2, D-4, D-18, D-19, D-2
2, D-34, D-35, D-54, D-55, and Comparative Dye 1 were measured for absorption spectra in methanol. Table 1 shows the absorption maximum wavelength.

【0097】[0097]

【表1】 [Table 1]

【0098】いずれも比較色素1より長波長化し、光化
学電池として用いる際にはより長波長の光まで分光増感
して光電流に変換できるため大変好ましい。
In any case, the wavelength is longer than that of Comparative Dye 1, and when used as a photochemical battery, it is very preferable because light of longer wavelength can be spectrally sensitized and converted into a photocurrent.

【0099】実施例3:二酸化チタン分散液の調製 内側をテフロン(登録商標)コーティングした内容積2
00ml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 Degussa P−25)15g、水4
5g、分散剤(アルドリッチ社製、Triton X−
100)1g、直径0.5mmのジルコニアビーズ(ニッ
カトー社製)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1500rpmにて2時
間分散した。分散物からジルコニアビーズをろ過して除
いた。この場合の二酸化チタンの平均粒径は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。
Example 3 Preparation of Titanium Dioxide Dispersion Internal Volume 2 Teflon Coated Inside
15 g of titanium dioxide (Degussa P-25, Nippon Aerosil Co., Ltd.) and water 4 in a 00 ml stainless steel vessel
5 g, dispersant (Triton X-, manufactured by Aldrich)
100) 1 g and 30 g of zirconia beads having a diameter of 0.5 mm (manufactured by Nikkato Co., Ltd.) were added, and dispersed at 1500 rpm for 2 hours using a sand grinder mill (manufactured by Imex). The zirconia beads were removed by filtration from the dispersion. The average particle size of titanium dioxide in this case is 2.5 μm
Met. The particle size at this time was measured with a master sizer manufactured by MALVERN.

【0100】実施例4:色素を吸着した二酸化チタン電
極の作成 フッ素をドープした酸化スズをコーティングした透明導
電性ガラス(日本板硝子製、表面抵抗は約10Ω/cm2
の導電面側にこの塗布液をドクターブレードで140μmの
厚みで塗布し、25℃で30分間乾燥した後、電気炉(ヤマ
ト科学製マッフル炉FP−32型)で450℃にて30
分間焼成した。二酸化チタンの塗布量は15g/m2であり、
膜厚は10μmであった。
Example 4 Preparation of Titanium Dioxide Electrode Adsorbing Dye Transparent conductive glass coated with fluorine-doped tin oxide (manufactured by Nippon Sheet Glass, surface resistance is about 10 Ω / cm 2 )
This coating solution was applied to the conductive surface side of the sample with a doctor blade to a thickness of 140 μm, dried at 25 ° C. for 30 minutes, and then dried at 450 ° C. for 30 minutes in an electric furnace (Yamato Scientific muffle furnace FP-32).
Bake for a minute. The coating amount of titanium dioxide is 15 g / m 2,
The film thickness was 10 μm.

【0101】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−tert−ブ
チルピリジンに15分間浸漬した後、エタノールで洗浄
し自然乾燥させた。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。
After the glass was taken out and cooled, it was immersed in an ethanol solution of the dye shown in Table 2 (3 × 10 -4 mol / l) for 3 hours. The glass on which the dye was dyed was immersed in 4-tert-butylpyridine for 15 minutes, washed with ethanol and air-dried. The coating amount of the dye was appropriately selected from the range of 0.1 to 10 mmol / m 2 according to the type of the dye.

【0102】実施例5:光電気化学電池の作成 上述のようにして作成した色増感されたTiO2電極基
板(2cm×2cm)をこれと同じ大きさの白金蒸着ガラス
と重ね合わせた(図1参照)。次に、両ガラスの隙間に
毛細管現象を利用して電解液(アセトニトリル:N−メ
チル2−オキサゾリジノン=8:2)に支持電解質(1
−ブチル−3−メチルイミダゾリウムヨージド)0.6
5モル/リットル,ヨウ素0.05モル/リットルを加
えたもの)をしみこませ、TiO2電極中に導入し、光
電気化学電池を得た。この工程を色素を表2に記載され
ているように変更して行った。
Example 5: Preparation of a photoelectrochemical cell The color-sensitized TiO 2 electrode substrate (2 cm × 2 cm) prepared as described above was superimposed on a platinum-deposited glass of the same size as that shown in FIG. 1). Next, the supporting electrolyte (1) was added to the electrolytic solution (acetonitrile: N-methyl 2-oxazolidinone = 8: 2) by utilizing the capillary phenomenon in the gap between the two glasses.
-Butyl-3-methylimidazolium iodide) 0.6
5 mol / l and iodine 0.05 mol / l) were impregnated and introduced into a TiO2 electrode to obtain a photoelectrochemical cell. This step was performed with the dyes modified as described in Table 2.

【0103】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、電解液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。
According to the present embodiment, as shown in FIG. 1, conductive glass 1 (a conductive agent layer 2 is provided on glass), TiO 2 electrode 3, dye layer 4, electrolytic solution 5, platinum layer 6
Thus, a photoelectrochemical cell in which the glass and the glass 7 were sequentially laminated was produced.

【0104】実施例6:光電変換波長と光電変換効率の
測定 本発明の光電変換素子の光電変換能をオプテル社製のIP
CE(Incident Photon toCurrent Conversion Efficienc
y)測定装置によって測定した。それぞれの色素を用いた
光化学電池が最大変換能を示す波長とその単色光での光
電変換効率を表2にまとめた。
Example 6: Measurement of Photoelectric Conversion Wavelength and Photoelectric Conversion Efficiency The photoelectric conversion capability of the photoelectric conversion element of the present invention was measured using an Optel IP.
CE (Incident Photon to Current Conversion Efficienc
y) Measured by a measuring device. Table 2 summarizes the wavelength at which the photochemical cell using each dye exhibits the maximum conversion capability and the photoelectric conversion efficiency of the monochromatic light.

【0105】[0105]

【表2】 [Table 2]

【0106】本発明のいずれの色素も近赤外〜赤外域に
高い光電変換特性が認められる。さらに700nmより
長波の赤外域でも高い光電変換能を有することができ
る。
All of the dyes of the present invention have high photoelectric conversion characteristics in the near infrared to infrared region. Further, it can have high photoelectric conversion ability even in an infrared region longer than 700 nm.

【0107】[0107]

【発明の効果】本発明により近赤外〜赤外域に高い光電
変換特性を有する色素増感光電変換素子が提供された。
これにより光電気化学電池を構成することができる。
According to the present invention, a dye-sensitized photoelectric conversion device having high photoelectric conversion characteristics in the near infrared to infrared region is provided.
Thereby, a photoelectrochemical cell can be configured.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】実施例で作成した光電気化学電池の構成を示す
断面図である。
FIG. 1 is a cross-sectional view illustrating a configuration of a photoelectrochemical cell prepared in an example.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 導電性ガラス 2 導電剤層 3 TiO2電極 4 色素層 5 電解液 6 白金層 7 ガラスDESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Conductive glass 2 Conductive agent layer 3 TiO 2 electrode 4 Dye layer 5 Electrolyte 6 Platinum layer 7 Glass

フロントページの続き Fターム(参考) 4H056 CA03 CA05 CB01 CC05 CC08 CE03 CE06 DD03 5F051 AA14 AA20 GA03 5H032 AA06 AS16 CC11 EE16 EE17 EE20 Continued on the front page F term (reference) 4H056 CA03 CA05 CB01 CC05 CC08 CE03 CE06 DD03 5F051 AA14 AA20 GA03 5H032 AA06 AS16 CC11 EE16 EE17 EE20

Claims (9)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 下記式(I)で表される色素によって増
感された半導体微粒子を含むことを特徴とする光電変換
素子。 【化1】 [式(I)中、R1およびR2はそれぞれ独立に置換基を
表し、R3はO-、S-、Se-、Te-または−NR4 -
表し、R4は水素、アルキル基またはアリール基を表
す。R1とR2とは互いに連結して環を形成してもよい。
1およびP2はそれぞれ独立にポリメチン色素を形成す
るのに必要な非金属原子群を表す。W1は電荷を中和さ
せるのに対イオンが必要な場合の対イオンを表す。]
1. A photoelectric conversion element comprising semiconductor fine particles sensitized by a dye represented by the following formula (I). Embedded image [In the formula (I), R 1 and R 2 each independently represent a substituent, R 3 represents O , S , Se , Te or —NR 4 , and R 4 represents hydrogen or an alkyl group. Or an aryl group. R 1 and R 2 may be linked to each other to form a ring.
P 1 and P 2 each independently represent a nonmetallic atomic group necessary for forming a polymethine dye. W 1 represents a counter ion when a counter ion is required to neutralize the charge. ]
【請求項2】 式(I)で表される色素が下記式(II)
で表されるシアニン色素である請求項1に記載の光電変
換素子。 【化2】 [式(II)中、R1およびR2はそれぞれ独立に置換基を
表し、R3はO-、S-、Se-、Te-または−NR4 -
表し、R4は水素、アルキル基またはアリール基を表
す。R1とR2とは互いに連結して環を形成してもよい。
11〜R14はそれぞれ独立に水素、アルキル基、アリー
ル基またはヘテロ環基を表し、Y1およびY2はそれぞれ
独立に酸素、硫黄、セレン、テルル、−CR56−また
は−NR7−を表し、R5、R6およびR7はそれぞれ独立
に水素、アルキル基またはアリール基を表す。R15およ
びR16はそれぞれ独立に置換基を表し、aおよびbはそ
れぞれ独立に0〜4の整数を表す。aまたはbが2以上
の時、R15またはR16は互いに連結して環を形成しても
よい。W1は電荷を中和させるのに対イオンが必要な場
合の対イオンを表す。]
2. The dye represented by the formula (I) is represented by the following formula (II):
The photoelectric conversion device according to claim 1, which is a cyanine dye represented by the following formula: Embedded image [In the formula (II), R 1 and R 2 each independently represent a substituent, R 3 represents O , S , Se , Te or —NR 4 , and R 4 represents a hydrogen or an alkyl group. Or an aryl group. R 1 and R 2 may be linked to each other to form a ring.
R 11 to R 14 each independently represent hydrogen, an alkyl group, an aryl group or a heterocyclic group, and Y 1 and Y 2 each independently represent oxygen, sulfur, selenium, tellurium, —CR 5 R 6 — or —NR 7 And R 5 , R 6 and R 7 each independently represent hydrogen, an alkyl group or an aryl group. R 15 and R 16 each independently represent a substituent, and a and b each independently represent an integer of 0 to 4. When a or b is 2 or more, R 15 or R 16 may be linked to each other to form a ring. W 1 represents a counter ion when a counter ion is required to neutralize the charge. ]
【請求項3】 式(I)中または式(II)中のR1およ
びR2がそれぞれ独立にシアノ基、アルコキシカルボニ
ル基、カルボキシル基、アシル基、アルキルスルホニル
基、アリールスルホニル基、スルホン酸基、カルバモイ
ル基、アシルアミノ基、アルキル基、アルケニル基、ア
リール基、アルコキシ基、アルキルチオ基、アリールオ
キシ基、ヘテロ環基、ホスホニル基またはホスホリル基
である請求項1または2に記載の光電変換素子。
3. R 1 and R 2 in formula (I) or (II) each independently represent a cyano group, an alkoxycarbonyl group, a carboxyl group, an acyl group, an alkylsulfonyl group, an arylsulfonyl group, a sulfonic acid group. The photoelectric conversion device according to claim 1, wherein the compound is a carbamoyl group, an acylamino group, an alkyl group, an alkenyl group, an aryl group, an alkoxy group, an alkylthio group, an aryloxy group, a heterocyclic group, a phosphonyl group, or a phosphoryl group.
【請求項4】 式(I)または式(II)で表される色素
が少なくとも1つの酸性基を有する請求項1〜3のいず
れかに記載の光電変換素子。
4. The photoelectric conversion device according to claim 1, wherein the dye represented by the formula (I) or the formula (II) has at least one acidic group.
【請求項5】下記式(III)で表されることを特徴とする
色素。 【化3】 [式(III)中、R1およびR2はそれぞれ独立に置換基
を表し、R11およびR1 4はそれぞれ独立に水素、アルキ
ル基、アリール基またはヘテロ環基を表し、Y1および
2はそれぞれ独立に酸素、硫黄、セレン、テルル、−
CR56−、または−NR7−を表し、R5,R6および
7はそれぞれ独立に水素、アルキル基またはアリール
基を表す。R17〜R20はそれぞれ独立にアルキル基、ア
リール基、アルコキシ基、ヒドロキシル基、カルボキシ
ル基、アルコキシカルボニル基、カルバモイル基、アシ
ルアミノ基、ホスホニル基、ホスホリル基、スルホン酸
基、シアノ基またはハロゲン原子を表す。cおよびdは
それぞれ独立に0または1を表し、e、f、gおよびh
はそれぞれ独立に0〜4の整数を表す。W1は電荷を中
和させるのに対イオンが必要な場合の対イオンを表
す。]
5. A dye represented by the following formula (III): Embedded image [In formula (III), R 1 and R 2 each independently represents a substituent, R 11 and R 1 4 are each independently hydrogen, an alkyl group, an aryl group or a heterocyclic group, Y 1 and Y 2 Is independently oxygen, sulfur, selenium, tellurium,-
CR 5 R 6 — or —NR 7 —, and R 5 , R 6 and R 7 each independently represent hydrogen, an alkyl group or an aryl group. R 17 to R 20 each independently represent an alkyl group, an aryl group, an alkoxy group, a hydroxyl group, a carboxyl group, an alkoxycarbonyl group, a carbamoyl group, an acylamino group, a phosphonyl group, a phosphoryl group, a sulfonic acid group, a cyano group or a halogen atom. Represent. c and d each independently represent 0 or 1, and e, f, g and h
Each independently represents an integer of 0 to 4; W 1 represents a counter ion when a counter ion is required to neutralize the charge. ]
【請求項6】 式(III)で表される色素が少なくとも
1つの酸性基を有する請求項5に記載の色素。
6. The dye according to claim 5, wherein the dye represented by the formula (III) has at least one acidic group.
【請求項7】 請求項5または6の色素によって増感さ
れた半導体微粒子を含む光電変換素子。
7. A photoelectric conversion element comprising semiconductor fine particles sensitized by the dye of claim 5 or 6.
【請求項8】 色素によって増感された半導体微粒子が
酸化チタン微粒子である請求項1、2,3,4または7
に記載の光電変換素子。
8. The fine particles of semiconductor sensitized by a dye are fine particles of titanium oxide.
3. The photoelectric conversion element according to item 1.
【請求項9】 請求項8に記載の光電変換素子を用いる
光電気化学電池。
9. A photoelectrochemical cell using the photoelectric conversion element according to claim 8.
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