JP2000322932A - Gel electrolyte, photoelectric transfer element, and photoelectric chemical battery - Google Patents

Gel electrolyte, photoelectric transfer element, and photoelectric chemical battery

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JP2000322932A JP11134941A JP13494199A JP2000322932A JP 2000322932 A JP2000322932 A JP 2000322932A JP 11134941 A JP11134941 A JP 11134941A JP 13494199 A JP13494199 A JP 13494199A JP 2000322932 A JP2000322932 A JP 2000322932A
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide good durability by containing reaction products of compound having a plurality of nitrogen containing heterocyclic groups and compound containing a plurality of electrophilic substituted groups. SOLUTION: Reaction products of compound having nitrogen containing heterocyclic groups represented by two or more formulas I and compound having electrophilic substituted groups represented by two or more formulas II are preferably formed by reacting them in a solvent dissolving salt. In the formulas I, Z is a nitrogen containing heterocyclic group, L is an organic group, p1 is the number of nitrogen containing heterocyclic groups bonded to the organic group L and integer of 2-8. In the formulas II, Y is an electrophilic substituted group, L' is an organic group, p2 is the number of electrophilic substituted groups bonded to the organic group L' and integer of 2-8. As the nitrogen containing heterocyclic group, at least one kind selected from a group comprising a pyridine ring, an imidazole ring, a thiazole ring, an oxazole ring, a thothiazole ring, a morpholine ring, a piperidine ring, and a piperazine ring.

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、電池、キャパシタ
ー、センサー、表示素子、記録素子等の電気化学的素子
に用いるのに好適なゲル電解質、ならびにこのゲル電解
質と半導体感光剤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。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a gel electrolyte suitable for use in electrochemical devices such as batteries, capacitors, sensors, display devices, recording devices, and the like, and to a photovoltaic device using this gel electrolyte and a semiconductor photosensitive agent. The present invention relates to a conversion element and a photoelectrochemical cell.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来から電池、キャパシター、センサ
ー、表示素子、記録素子等の電気化学的素子の電解質と
して液状電解質が用いられてきた。しかし、液状電解質
は長期間の使用や保存の間に液漏れが発生することがあ
り、信頼性に欠けていた。
2. Description of the Related Art Conventionally, liquid electrolytes have been used as electrolytes for electrochemical devices such as batteries, capacitors, sensors, display devices, and recording devices. However, the liquid electrolyte sometimes leaks during long-term use or storage, and thus lacks reliability.

【0003】例えばNature(第353巻、第737〜740頁、1
991年)および米国特許4927721号等は色素により増感さ
れた半導体粒子を用いた光電変換素子(以下「色素増感
光電変換素子」という)およびこれを用いた光電気化学
電池を開示しているが、これらにおいても電荷輸送層に
液状電解質を用いているため、長期にわたる使用により
電解液が漏洩または枯渇し、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。
[0003] For example, Nature (Vol. 353, pp. 737-740, 1
991) and U.S. Pat. No. 4,492,721 disclose a photoelectric conversion element using semiconductor particles sensitized with a dye (hereinafter, referred to as "dye-sensitized photoelectric conversion element") and a photoelectrochemical cell using the same. However, also in these, since the liquid electrolyte is used for the charge transport layer, there is a concern that the electrolyte solution leaks or depletes due to long-term use, which significantly lowers the photoelectric conversion efficiency or stops functioning as an element.

【0004】このような欠点を克服するため、国際特許
93/20565号は固体電解質を用いた光電変換素子を提案し
ており、また特開平7-2881142号、Solid State Ionic
s,89, 263(1986)および特開平9-27352号は、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を提案している。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のみなら
ず、耐久性も十分なレベルにないことが分かった。
In order to overcome such disadvantages, an international patent
No. 93/20565 proposes a photoelectric conversion element using a solid electrolyte, and JP-A-7-2881142, Solid State Ionic
s, 89, 263 (1986) and JP-A-9-27352 propose a photoelectric conversion element solidified using a crosslinked polyethylene oxide-based polymer solid electrolyte. However, it has been found that the photoelectric conversion elements using these solid electrolytes have not only an insufficient level of photoelectric conversion characteristics, particularly a short-circuit current density, but also an insufficient level of durability.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】従って本発明の目的
は、従来の液状電解質および固体電解質の問題点を解決
する耐久性の優れたゲル電解質を提供することである。
本発明のもう1つの目的は、このゲル電解質を用いたた
めに優れた光電変換特性および耐久性を有する光電変換
素子、およびかかる光電変換素子を有する光電気化学電
池を提供することである。
SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, an object of the present invention is to provide a gel electrolyte having excellent durability which can solve the problems of the conventional liquid electrolyte and solid electrolyte.
Another object of the present invention is to provide a photoelectric conversion element having excellent photoelectric conversion characteristics and durability due to the use of the gel electrolyte, and a photoelectrochemical cell having such a photoelectric conversion element.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】上記目的に鑑み鋭意研究
の結果、2つ以上の含窒素複素環基を有する化合物と2
つ以上の求電子性置換基を有する化合物との反応生成物
を使用することにより耐久性の優れたゲル電解質が得ら
れることを発見し、本発明に想到した。
DISCLOSURE OF THE INVENTION In view of the above object, as a result of intensive studies, it has been found that a compound having two or more nitrogen-containing heterocyclic
The present inventors have found that a gel electrolyte having excellent durability can be obtained by using a reaction product with a compound having one or more electrophilic substituents, and reached the present invention.

【0007】すなわち本発明のゲル電解質は、2つ以上
の含窒素複素環基を有する化合物と2つ以上の求電子性
置換基を有する化合物との反応生成物を含むことを特徴
とする。
That is, the gel electrolyte of the present invention is characterized by containing a reaction product of a compound having two or more nitrogen-containing heterocyclic groups and a compound having two or more electrophilic substituents.

【0008】また本発明の光電変換素子は、導電性支持
体、感光層、電荷移動層および対極の順に積層されてお
り、電荷移動層が上記ゲル電解質を含むことを特徴とす
る。
The photoelectric conversion element of the present invention is characterized in that a conductive support, a photosensitive layer, a charge transfer layer and a counter electrode are laminated in this order, and the charge transfer layer contains the above-mentioned gel electrolyte.

【0009】さらに本発明の光電気化学電池は、上記光
電変換素子を有することを特徴とする。
Further, a photoelectrochemical cell of the present invention is characterized by having the above-mentioned photoelectric conversion element.

【0010】本発明はまた下記条件を満たすことによ
り、一層優れた耐久性を有するゲル電解質、光電変換素
子および光電気化学電池が得られる。 (1)2つ以上の含窒素複素環基を有する化合物は、下記
式(I) :
In the present invention, a gel electrolyte, a photoelectric conversion element and a photoelectrochemical cell having more excellent durability can be obtained by satisfying the following conditions. (1) The compound having two or more nitrogen-containing heterocyclic groups is represented by the following formula (I):

【化3】 (ただしZは含窒素複素環基を表し、Lは有機基を表
し、p1は有機基Lに結合した含窒素複素環基の数を表
し、2〜8の整数である。)により表されるものが好ま
しい。 (2) 式(I) において、含窒素複素環基Zはピリジン環、
イミダゾール環、チアゾール環、オキサゾール環、トリ
アゾール環、モルホリン環、ピペリジン環およびピペラ
ジン環からなる群から選ばれた少なくとも一種であるの
が好ましい。またp1は2〜4の整数であるのが好まし
い。 (3)2つ以上の求電子性置換基を有する化合物は、下記
式(II):
Embedded image (Where Z represents a nitrogen-containing heterocyclic group, L represents an organic group, p 1 represents the number of nitrogen-containing heterocyclic groups bonded to the organic group L, and is an integer of 2 to 8). Are preferred. (2) In the formula (I), the nitrogen-containing heterocyclic group Z is a pyridine ring,
It is preferably at least one selected from the group consisting of an imidazole ring, a thiazole ring, an oxazole ring, a triazole ring, a morpholine ring, a piperidine ring and a piperazine ring. Also, p 1 is preferably an integer of 2 to 4. (3) The compound having two or more electrophilic substituents has the following formula (II):

【化4】 (ただしYは求電子性置換基を表し、L’は有機基を表
し、p2は有機基L’に結合した求電子性置換基の数を表
し、2〜8の整数である。)により表されるものが好ま
しい。 (4) 式(II)において、求電子性置換基Yはハロゲン原
子、アシルオキシ基およびスルホニルオキシ基からなる
群から選ばれた少なくとも一種であるのが好ましい。ま
たp2は2〜4の整数であるのが好ましい。 (5)2つ以上の含窒素複素環基を有する化合物と2つ以
上の求電子性置換基を有する化合物との反応生成物は、
塩を溶解した溶媒中で反応させて得られるものであるの
が好ましい。 (6)上記の光電変換素子において、電荷移動層は上記(1)
〜(5) のいずれかのゲル電解質を含むのが好ましい。 (7)上記光電変換素子において、感光層は色素により増
感された半導体微粒子と、前記色素増感半導体微粒子の
間の空隙に充填されたゲル電解質とからなるのが好まし
い。半導体微粒子としては二酸化チタン微粒子が好まし
い。また色素は金属錯体色素、フタロシアニン色素また
はポリメチン色素であるのが好ましい。
Embedded image (However, Y represents an electrophilic substituent, L ′ represents an organic group, p 2 represents the number of electrophilic substituents bonded to the organic group L ′, and is an integer of 2 to 8.) Those represented are preferred. (4) In the formula (II), the electrophilic substituent Y is preferably at least one selected from the group consisting of a halogen atom, an acyloxy group and a sulfonyloxy group. Further, p 2 is preferably an integer of 2 to 4. (5) a reaction product of a compound having two or more nitrogen-containing heterocyclic groups and a compound having two or more electrophilic substituents,
It is preferably obtained by reacting in a solvent in which a salt is dissolved. (6) In the above photoelectric conversion element, the charge transfer layer is (1)
It is preferable to include the gel electrolyte according to any one of (1) to (5). (7) In the above photoelectric conversion element, it is preferable that the photosensitive layer is composed of semiconductor fine particles sensitized by a dye and a gel electrolyte filled in voids between the dye-sensitized semiconductor fine particles. As the semiconductor fine particles, titanium dioxide fine particles are preferable. The dye is preferably a metal complex dye, a phthalocyanine dye or a polymethine dye.

【0011】[0011]

【発明の実施の形態】本発明の光電変換素子および光電
気化学電池は、2つ以上の含窒素複素環基を有する化合
物と2つ以上の求電子性置換基を有する化合物との反応
生成物をマトリックスとしてゲル化した電解質を用いる
ことを特徴とする。これにより、光電変換特性に優れ、
かつ特性の経時劣化を防止した光電変換素子および光電
気化学電池が得られる。これに対し、従来のアセトニト
リル等の溶媒を用いた液状電解質を用いると特性の経時
劣化が著しくなり、光電変換特性が悪くなる。またゲル
電解質であっても本発明とは異なる化合物(例えば、特
開平9-27352号に記載の架橋ポリエチレンオキサイド系
高分子固体電解質)を用いると、光電変換特性が悪いの
みならず、特性の経時劣化も大きい。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION The photoelectric conversion element and the photoelectrochemical cell of the present invention are a reaction product of a compound having two or more nitrogen-containing heterocyclic groups and a compound having two or more electrophilic substituents. Is characterized in that a gelled electrolyte is used as a matrix. Thereby, excellent photoelectric conversion characteristics,
Further, a photoelectric conversion element and a photoelectrochemical cell in which deterioration of characteristics over time is prevented can be obtained. On the other hand, when a conventional liquid electrolyte using a solvent such as acetonitrile is used, deterioration of characteristics over time becomes remarkable, and photoelectric conversion characteristics deteriorate. Even if a gel electrolyte is used, a compound different from that of the present invention (for example, a crosslinked polyethylene oxide-based polymer solid electrolyte described in JP-A-9-27352) not only has poor photoelectric conversion characteristics, but also has a property with time. Deterioration is also large.

【0012】[1] ゲル電解質 本発明のゲル電解質は、(A)2つ以上の含窒素複素環基
を有する化合物と、(B)2つ以上の求電子性置換基を有
する化合物との反応により得られる。以下これらの化合
物および反応条件について詳述する。
[1] Gel Electrolyte The gel electrolyte of the present invention comprises a reaction between (A) a compound having two or more nitrogen-containing heterocyclic groups and (B) a compound having two or more electrophilic substituents. Is obtained by Hereinafter, these compounds and reaction conditions will be described in detail.

【0013】(A)2つ以上の含窒素複素環基を有する化
合物 含窒素複素環基とは、求電子剤により4級アルキル化さ
れうる置換基を意味する。好ましい含窒素複素環基を含
む化合物としては、下記式(I) :
(A) Compound Having Two or More Nitrogen-Containing Heterocyclic Groups The nitrogen-containing heterocyclic group means a substituent that can be quaternarily alkylated by an electrophile. Preferred compounds containing a nitrogen-containing heterocyclic group include the following formula (I):

【化5】 (ただしZは含窒素複素環基を表し、Lは有機基を表
し、p1は前記有機基Lに結合した前記含窒素複素環基の
数を表し、2〜8の整数である。)により表される化合
物が挙げられる。
Embedded image (However, Z represents a nitrogen-containing heterocyclic group, L represents an organic group, p 1 represents the number of the nitrogen-containing heterocyclic group bonded to the organic group L, and is an integer of 2 to 8.) And the compounds represented.

【0014】Zにより表される含窒素複素環基中の含窒
素複素環は、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、トリアゾール環等が挙げられる。また飽
和複素環としては、モルホリン環、ピペリジン環、ピペ
ラジン環等が挙げられる。好ましい含窒素複素環は不飽
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等で置換されていてもよ
い。
The nitrogen-containing heterocyclic ring in the nitrogen-containing heterocyclic group represented by Z may be an unsaturated ring or a saturated ring, and may have an atom other than a nitrogen atom. As an unsaturated heterocyclic ring,
For example, a pyridine ring, an imidazole ring, a thiazole ring, an oxazole ring, a triazole ring and the like can be mentioned. Examples of the saturated heterocycle include a morpholine ring, a piperidine ring, and a piperazine ring. Preferred nitrogen-containing heterocycles are unsaturated heterocycles, more preferably pyridine rings or imidazole rings. These are preferably unsubstituted, but may be substituted with an alkyl group such as a methyl group.

【0015】有機基Lは2〜8個の含窒素複素環基Zが
結合し得るボンドを有していれば特に限定されない。ボ
ンドの数に応じて有機基Lを2〜8価と呼ぶことにす
る。有機基Lが2〜8価の各々の場合において、好まし
い構造は以下の通りである。
The organic group L is not particularly limited as long as it has a bond to which 2 to 8 nitrogen-containing heterocyclic groups Z can bind. The organic group L is called divalent to octavalent according to the number of bonds. In each case where the organic group L is divalent to octavalent, preferred structures are as follows.

【0016】Lが2価の有機基である場合、C、O、Nお
よびSからなる群から選ばれた少なくとも一種の原子を
有する2価の有機基なら何でもよいが、アルキレン基、
アリーレン基、-CR111=CR112-、-CR111=N-、-N=N-、-N
(O)=N-、-CO-、-O-、-S-、-NR12 1-、-(C≡C)13-、ま
たはこれらの有機基(単位)の組み合わせにより構成さ
れる有機基(例えば、-COO-、−COS-、-CONR121-、-COC
H2-、-OCH2-、-OCH2CH2-、-O(CH2)312-、-CH2NR
121-、-CR111=CR121-CO-、-OCOO-等)、あるいはこれら
の有機基単位を複数有するものが好ましい。これらのう
ちより好ましいのは、アルキレン基、アリーレン基、-C
O-、またはオキシアルキレン基(アルキレン基と-O-に
より構成される)を含む有機基であり、オキシアルキレ
ン基を含む有機基が特に好ましく、-OCH2CH2-を含む有
機基が最も好ましい。ただしR111、R112およびR121はそ
れぞれ水素原子またはアルキル基を表す。
When L is a divalent organic group, any divalent organic group having at least one atom selected from the group consisting of C, O, N and S can be used.
Arylene group, -CR 111 = CR 112 -, - CR 111 = N -, - N = N -, - N
(O) = N -, - CO -, - O -, - S -, - NR 12 1 -, - (C≡C) 1 ~ 3 - or constituted by a combination of these organic groups (units), an organic group (e.g., -COO -, - COS -, - CONR 121 -, - COC
H 2 -, - OCH 2 - , - OCH 2 CH 2 -, - O (CH 2) 3 ~ 12 -, - CH 2 NR
121 -, - CR 111 = CR 121 -CO -, - OCOO- , etc.), or preferably one having a plurality of these organic groups units. Of these, more preferred are an alkylene group, an arylene group, and -C
O- or an organic group containing an oxyalkylene group (constituted by an alkylene group and -O-), an organic group containing an oxyalkylene group is particularly preferred, and an organic group containing -OCH 2 CH 2- is most preferred. . However, R 111 , R 112 and R 121 each represent a hydrogen atom or an alkyl group.

【0017】Lが3価の有機基である場合、下記の基本
構造:
When L is a trivalent organic group, the following basic structure:

【化6】 (ただしR10は水素原子または炭素数1〜8のアルキル
基である。)により表される3価の有機基、またはそれ
らのいずれかと上記2価の有機基との組み合わせにより
構成される3価の有機基が好ましい。
Embedded image (Wherein R 10 is a hydrogen atom or an alkyl group having 1 to 8 carbon atoms), or a trivalent organic group represented by a combination of any of them and the above-described divalent organic group. Are preferred.

【0018】Lが4価の有機基である場合、下記の基本
構造:
When L is a tetravalent organic group, the following basic structure:

【化7】 により表される4価の有機基、あるいはそれらのいずれ
かと1つ以上の上記2価の有機基との組み合わせ、2つ
の上記3価の有機基の組み合わせ、または2つの3価の
有機基と1つ以上の2価の有機基の組み合わせにより構
成される有機基が好ましい。
Embedded image Or a combination of any of them and one or more of the above-mentioned divalent organic groups, a combination of two of the above-mentioned trivalent organic groups, or two of the above-mentioned trivalent organic groups and An organic group composed of a combination of two or more divalent organic groups is preferred.

【0019】Lが5〜8価の有機基である場合、上記3
価の有機基および/または4価の有機基を組み合わせた
構成、あるいはこれに2価の有機基を加えた構成の有機
基を用いることができる。
When L is a 5- to 8-valent organic group,
An organic group having a configuration in which a valent organic group and / or a tetravalent organic group is combined, or an organic group having a configuration in which a divalent organic group is added thereto can be used.

【0020】上記有機基Lに結合する含窒素複素環基Z
の数p1は2以上の整数であれば何でもよいが、一般には
2〜8が好ましく、2、3または4であるのがより好ま
しい。p1が2未満であると求電子性置換基を有する化合
物との反応生成物がポリマーとならず、また8を超える
とゲル電解質のキャリアーイオンの移動度が低下するの
で好ましくない。
The nitrogen-containing heterocyclic group Z bonded to the organic group L
The number p 1 may be any integer as long as it is an integer of 2 or more, but is generally preferably 2 to 8, more preferably 2, 3 or 4. When p 1 is less than 2, the reaction product with the compound having an electrophilic substituent does not become a polymer, and when p 1 exceeds 8, the mobility of carrier ions in the gel electrolyte is undesirably reduced.

【0021】上記有機基Lは置換基を有していてもよ
く、好ましい置換基の例としては下記のものが挙げられ
る。 (a) 置換または無置換のアルキル基(直鎖状でも分岐鎖
状でもよい) 炭素数1〜24のものが好ましく、アルキル基に結合し得
る置換基としては、ハロゲン原子、シアノ基、アルコキ
シ基、アルコキシカルボニル基、アリール基、複素環基
等が好ましい。このような置換または無置換のアルキル
基の好ましい具体例としては、例えばメチル、エチル、
i-プロピル、ブチル、t-ブチル、オクチル、2-エチルヘ
キシル、トリフルオロメチル、シアノメチル、ベンジ
ル、3-(1-オクチルピリジニウム-4- イル)プロピル、3
-(1-ブチル-3- メチルピリジニウム-4- イル)プロピ
ル、2-メトキシエチル、プロポキシエチル、エトキシカ
ルボニルメチル等が挙げられる。 (b) 置換または無置換のアルケニル基(直鎖状でも分岐
鎖状でもよい) 炭素数2〜24のものが好ましく、例えばビニル基、アリ
ル基等が挙げられる。 (c) 置換していても縮環していてもよいアリール基 炭素数6〜24のものが好ましく、アリール基に結合し得
る置換基としては、ハロゲン原子、シアノ基、アルキル
基等が好ましい。このような置換または無置換のアリー
ル基の好ましい具体例としては、例えばフェニル、4-メ
チルフェニル、3-シアノフェニル、2-クロロフェニル、
2-ナフチル等が挙げられる。 (d) 置換していても縮環していてもよい複素環基 含窒素複素環基のときは環中の窒素が4級化していても
よい。好ましくは炭素数2〜24であり、複素環基に結合
し得る置換基としては、ハロゲン原子、シアノ基、アル
キル基等が好ましい。このような置換または無置換の複
素環基の好ましい具体例としては、例えば4-ピリジル、
2-ピリジル、1-オクチルピリジニウム-4-イル、2-ピリ
ミジル、2-イミダゾリル、2-チアゾリル等が挙げられ
る。 (e) アルコキシ基 好ましくは炭素数1〜24であり、アルコキシ基に結合し
得る置換基としては、ハロゲン原子、シアノ基、アルキ
ル基等が好ましい。このような置換または無置換のアル
コキシ基の好ましい具体例としては、例えばメトキシ、
エトキシ、ブトキシ、オクチルオキシ等が挙げられる。 (f) アシルオキシ基 好ましくは炭素数1〜24であり、例えばアセチルオキ
シ、ベンゾイルオキシ等が挙げられる。 (g) 置換または無置換のアルコキシカルボニル基 好ましくは炭素数2〜24であり、アルコキシカルボニル
基に結合し得る置換基としては、ハロゲン原子、シアノ
基、アルキル基等が好ましい。このような置換または無
置換のアルコキシカルボニル基の好ましい具体例として
は、例えばメトキシカルボニル、エトキシカルボニル等
が挙げられる。 (h) その他 シアノ基、ハロゲン(例えば塩素、臭素)等が挙げられ
る。
The organic group L may have a substituent, and examples of preferred substituents include the following. (a) a substituted or unsubstituted alkyl group (which may be linear or branched) preferably has 1 to 24 carbon atoms, and the substituent capable of bonding to the alkyl group includes a halogen atom, a cyano group, an alkoxy group , An alkoxycarbonyl group, an aryl group, a heterocyclic group and the like. Preferred specific examples of such a substituted or unsubstituted alkyl group include, for example, methyl, ethyl,
i-propyl, butyl, t-butyl, octyl, 2-ethylhexyl, trifluoromethyl, cyanomethyl, benzyl, 3- (1-octylpyridinium-4-yl) propyl, 3
-(1-butyl-3-methylpyridinium-4-yl) propyl, 2-methoxyethyl, propoxyethyl, ethoxycarbonylmethyl and the like. (b) A substituted or unsubstituted alkenyl group (which may be linear or branched) preferably has 2 to 24 carbon atoms, such as a vinyl group and an allyl group. (c) Aryl group which may be substituted or condensed, preferably has 6 to 24 carbon atoms, and the substituent capable of bonding to the aryl group is preferably a halogen atom, a cyano group, an alkyl group or the like. Preferred specific examples of such a substituted or unsubstituted aryl group include, for example, phenyl, 4-methylphenyl, 3-cyanophenyl, 2-chlorophenyl,
2-naphthyl and the like. (d) Heterocyclic group which may be substituted or condensed In the case of a nitrogen-containing heterocyclic group, the nitrogen in the ring may be quaternized. The substituent having preferably 2 to 24 carbon atoms and capable of bonding to the heterocyclic group is preferably a halogen atom, a cyano group, an alkyl group or the like. Preferred specific examples of such a substituted or unsubstituted heterocyclic group include, for example, 4-pyridyl,
2-pyridyl, 1-octylpyridinium-4-yl, 2-pyrimidyl, 2-imidazolyl, 2-thiazolyl and the like. (e) Alkoxy group Preferably, it has 1 to 24 carbon atoms, and the substituent capable of bonding to the alkoxy group is preferably a halogen atom, a cyano group, an alkyl group, or the like. Preferred specific examples of such a substituted or unsubstituted alkoxy group include, for example, methoxy,
Ethoxy, butoxy, octyloxy and the like can be mentioned. (f) Acyloxy group Preferably it has 1 to 24 carbon atoms, for example, acetyloxy, benzoyloxy and the like. (g) Substituted or unsubstituted alkoxycarbonyl group preferably has 2 to 24 carbon atoms, and as the substituent capable of bonding to the alkoxycarbonyl group, a halogen atom, a cyano group, an alkyl group, or the like is preferable. Preferred specific examples of such a substituted or unsubstituted alkoxycarbonyl group include methoxycarbonyl, ethoxycarbonyl and the like. (h) Others A cyano group, a halogen (eg, chlorine, bromine) and the like can be mentioned.

【0022】含窒素複素環基を有する化合物の好ましい
具体例を以下に例示するが、本発明はこれらに限定され
るものではない。
Preferred specific examples of the compound having a nitrogen-containing heterocyclic group are shown below, but the present invention is not limited thereto.

【0023】[0023]

【化8】 Embedded image

【0024】[0024]

【化9】 Embedded image

【0025】[0025]

【化10】 Embedded image

【0026】[0026]

【化11】 Embedded image

【0027】(B)2つ以上の求電子性置換基を有する化
合物 2つ以上の求電子性置換基を有する化合物とは、含窒素
複素環を4級アルキル化しうる2官能以上のアルキル化
剤であり、求電子性置換基としてはアルキル化の際に脱
離基となりうる置換基であれば特に限定はない。好まし
い求電子性置換基を有する化合物としては、下記式(I
I):
(B) Compound Having Two or More Electrophilic Substituents A compound having two or more electrophilic substituents is a bifunctional or more functional alkylating agent capable of quaternary alkylating a nitrogen-containing heterocycle. And the electrophilic substituent is not particularly limited as long as it can be a leaving group at the time of alkylation. Preferred compounds having an electrophilic substituent include compounds represented by the following formula (I
I):

【化12】 (ただしYは求電子性置換基を表し、L’は有機基を表
し、p2は前記有機基L’に結合した前記求電子性置換基
の数を表し、2〜8の整数である。)により表される化
合物が挙げられる。
Embedded image (However, Y represents an electrophilic substituent, L ′ represents an organic group, and p 2 represents the number of the electrophilic substituent bonded to the organic group L ′, and is an integer of 2 to 8. )).

【0028】Yの例としては、ハロゲン原子(塩素、臭
素、ヨウ素)、置換または無置換のアシルオキシ基(置
換基としてはハロゲン原子、アルキル基等が好ましく、
具体例としてはアセトキシ、トリフルオロアセチルオキ
シ、トリクロロアセチルオキシ等が挙げられる。)、ス
ルホニルオキシ基(メチルスルホニルオキシ、トリルス
ルホニルオキシ、トリフルオロメチルスルホニルオキシ
等が挙げられる。)等が挙げられるが、ハロゲン原子が
好ましく、特にヨウ素が好ましい。
Examples of Y include a halogen atom (chlorine, bromine, iodine) and a substituted or unsubstituted acyloxy group (substituents are preferably a halogen atom, an alkyl group, etc.
Specific examples include acetoxy, trifluoroacetyloxy, trichloroacetyloxy and the like. ), A sulfonyloxy group (eg, methylsulfonyloxy, tolylsulfonyloxy, trifluoromethylsulfonyloxy, etc.), and the like, with a halogen atom being preferred and iodine being particularly preferred.

【0029】式(II)中のL’およびp2は、それぞれ式
(I) のLおよびp1で記載したのと同じでよい。
L ′ and p 2 in the formula (II) are
It may be the same as those described in L and p 1 of (I).

【0030】2つ以上の電子吸引性置換基を有する化合
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。
Preferred specific examples of the compound having two or more electron-withdrawing substituents are shown below, but the present invention is not limited thereto.

【0031】[0031]

【化13】 Embedded image

【0032】[0032]

【化14】 Embedded image

【0033】[0033]

【化15】 Embedded image

【0034】(C)ゲル化反応 式(I) により表される化合物と式(II)により表される化
合物の組み合わせにおいて、p1とp2の少なくともいずれ
かは3以上であるのが好ましい。p1とp2の両方とも3未
満であるとゲル化しにくいので好ましくない。
(C) Gelation Reaction In the combination of the compound represented by the formula (I) and the compound represented by the formula (II), at least one of p 1 and p 2 is preferably 3 or more. p 1 and p 2 of both unfavorably difficult to gelation is less than 3.

【0035】ゲル化反応は、前述の2つ以上の含窒素複
素環基を有する化合物および2つ以上の求電子性置換基
を有する化合物の他に、塩が共存する状態で行うことが
好ましい。本発明のゲル電解質において、塩は電解質と
して必須である。ゲル化後に塩を添加することもできる
が、この場合ゲル中に塩を均一に分散させるのが困難と
なるので好ましくない。
The gelation reaction is preferably carried out in the presence of a salt in addition to the compound having two or more nitrogen-containing heterocyclic groups and the compound having two or more electrophilic substituents. In the gel electrolyte of the present invention, a salt is essential as an electrolyte. A salt can be added after gelation, but this is not preferred because it becomes difficult to uniformly disperse the salt in the gel.

【0036】塩としては、(a) I2とヨウ化物(LiI, Na
I, KI, CsI, CaI2 等の金属ヨウ化物、またはテトラア
ルキルアンモニウムヨーダイド、ピリジニウムヨーダイ
ド、イミダゾリウムヨーダイド等の4級アンモニウム化
合物のヨウ素塩等)との組み合わせ、(b) Br2と臭化物
(LiBr, NaBr, KBr, CsBr, CaBr2 等の金属臭化物、ま
たはテトラアルキルアンモニウムブロマイド、ピリジニ
ウムブロマイド等の4級アンモニウム化合物の臭素塩
等)との組み合わせ、(c)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等の金属
錯体、(d)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等のイオウ化合物、(e) ビオロゲン
色素、ヒドロキノン−キノン等を用いることができる。
なかでも、I2とLiIやピリジニウムヨーダイド、イミダ
ゾリウムヨーダイド等の4級アンモニウム化合物のヨウ
素塩とを組み合わせた電解質が好ましい。上記塩は混合
して用いてもよい。
The salts include (a) I 2 and iodide (LiI, Na
A metal iodide such as I, KI, CsI, CaI 2 or a quaternary ammonium compound such as tetraalkylammonium iodide, pyridinium iodide, imidazolium iodide, etc.), and (b) Br 2 bromide combination of (LiBr, NaBr, KBr, CsBr , CaBr 2 , etc. of a metal bromide or tetraalkylammonium bromide, bromine salts of quaternary ammonium compounds such as pyridinium bromide), (c) ferrocyanate - ferricyanide Metal complexes such as acid salts and ferrocene-ferricinium ions, (d) sulfur compounds such as sodium polysulfide and alkylthiol-alkyl disulfide, (e) viologen dyes, hydroquinone-quinone, and the like can be used.
Among them, I 2 and LiI or pyridinium iodide, electrolyte obtained by combining the iodine salt of imidazolium iodide quaternary ammonium compounds such as id are preferred. The above salts may be used as a mixture.

【0037】上記2つ以上の含窒素複素環基を有する化
合物および2つ以上の求電子性置換基を有する化合物お
よび塩を共通溶媒に溶解して電解質溶液とする。またEP
718288、WO95/18456、J. Electrochem. Soc.,Vol.143,
No.10, 3099(1996)、Inorg.Chem., 35, 1168〜1178(1
996)に記載された室温で溶融状態の塩(溶融塩)を使
用する場合、溶媒は使用しなくても構わない。
The compound having two or more nitrogen-containing heterocyclic groups and the compound and salt having two or more electrophilic substituents are dissolved in a common solvent to form an electrolyte solution. Also EP
718288, WO95 / 18456, J. Electrochem. Soc., Vol.143,
No. 10, 3099 (1996), Inorg.Chem., 35, 1168-1178 (1
When a salt in a molten state at room temperature (molten salt) described in 996) is used, a solvent need not be used.

【0038】溶媒としては、低粘度でイオン移動度が高
いか、高誘電率で有効キャリアー濃度が高めるか、ある
いはその両方であるために、優れたイオン伝導性を発現
できる化合物を使用するのが望ましい。このような溶媒
の例として、例えば下記のものが挙げられる。
As the solvent, it is preferable to use a compound which can exhibit excellent ionic conductivity because it has a low viscosity and a high ion mobility, or has a high dielectric constant and a high effective carrier concentration, or both. desirable. Examples of such solvents include, for example, the following.

【0039】(a) 炭酸エステル類 例えばエチレンカーボネート、プロピレンカーボネー
ト、ビニレンカーボネート、ブチレンカーボネート、ジ
メチルカーボネート、ジエチルカーボネート、メチルエ
チルカーボネート、ジプロピルカーボネート等が好まし
い。
(A) Carbonates Esters such as ethylene carbonate, propylene carbonate, vinylene carbonate, butylene carbonate, dimethyl carbonate, diethyl carbonate, methyl ethyl carbonate and dipropyl carbonate are preferred.

【0040】(b) ラクトン類 例えばγ−ブチロラクトン、γ−バレロラクトン、γ−
カプリロラクトン、クロトラクトン、γ−カプロラクト
ン、δ−バレロラクトン等が好ましい。
(B) Lactones For example, γ-butyrolactone, γ-valerolactone, γ-
Caprylolactone, crotlactone, γ-caprolactone, δ-valerolactone and the like are preferred.

【0041】(c)エーテル類 例えばエチルエーテル、1,2-ジメトキシエタン、ジエト
キシエタン、トリメトキシメタン、エチレングリコール
ジメチルエーテル、ポリエチレングリコールジメチルエ
ーテル、1,3-ジオキソラン、1,4-ジオキサン等が好まし
い。
(C) Ethers For example, ethyl ether, 1,2-dimethoxyethane, diethoxyethane, trimethoxymethane, ethylene glycol dimethyl ether, polyethylene glycol dimethyl ether, 1,3-dioxolan, 1,4-dioxane and the like are preferable.

【0042】(d)アルコール類 例えばメタノール、エタノール、エチレングリコールモ
ノメチルエーテル、プロピレングリコールモノエチルエ
ーテル、ポリエチレングリコールモノアルキルエーテ
ル、ポリプロピレングリコールモノアルキルエーテル等
が好ましい。
(D) Alcohols For example, methanol, ethanol, ethylene glycol monomethyl ether, propylene glycol monoethyl ether, polyethylene glycol monoalkyl ether, polypropylene glycol monoalkyl ether and the like are preferable.

【0043】(e) グリコール類 例えばエチレングリコール、プロピレングリコール、ポ
リエチレングリコール、ポリプロピレングリコール、グ
リセリン等が好ましい。
(E) Glycols For example, ethylene glycol, propylene glycol, polyethylene glycol, polypropylene glycol, glycerin and the like are preferable.

【0044】(f)テトラヒドロフラン類 例えばテトラヒドロフラン、2-メチルテトラヒドロフラ
ン等が好ましい。
(F) Tetrahydrofurans For example, tetrahydrofuran, 2-methyltetrahydrofuran and the like are preferable.

【0045】(g)ニトリル類 例えばアセトニトリル、グルタロジニトリル、プロピオ
ニトリル、メトキシアセトニトリル、ベンゾニトリル等
が好ましい。
(G) Nitriles: For example, acetonitrile, glutarodinitrile, propionitrile, methoxyacetonitrile, benzonitrile and the like are preferable.

【0046】(h) カルボン酸エステル類 例えばギ酸メチル、酢酸メチル、酢酸エチル、プロピオ
ン酸メチル等が好ましい。
(H) Carboxylic esters Esters such as methyl formate, methyl acetate, ethyl acetate and methyl propionate are preferred.

【0047】(i)リン酸トリエステル類 例えばリン酸トリメチル、リン酸トリエチル等が好まし
い。
(I) Phosphoric acid triesters For example, trimethyl phosphate, triethyl phosphate and the like are preferable.

【0048】(j)複素環化合物類 例えばN-メチルピロリドン、4-メチル-1,3-ジオキサ
ン、2-メチル-1,3-ジオキソラン、3-メチル-2-オキサゾ
リジノン、1,3-プロパンサルトン、スルホラン等が好ま
しい。
(J) Heterocyclic compounds For example, N-methylpyrrolidone, 4-methyl-1,3-dioxane, 2-methyl-1,3-dioxolan, 3-methyl-2-oxazolidinone, 1,3-propanesal Ton, sulfolane and the like are preferred.

【0049】(k)その他 ジメチルスルホキシド、ホルムアミド、N,N-ジメチルホ
ルムアミド、ニトロメタン等の非プロトン性有機溶媒、
水等が好ましい。
(K) Other aprotic organic solvents such as dimethyl sulfoxide, formamide, N, N-dimethylformamide, nitromethane, etc.
Water and the like are preferred.

【0050】これらの中では、炭酸エステル系、ニトリ
ル系、複素環化合物系の溶媒が好ましい。これらの溶媒
は必要に応じて二種以上を混合して用いてもよい。
Among these, carbonate-based, nitrile-based and heterocyclic compound-based solvents are preferred. These solvents may be used as a mixture of two or more as necessary.

【0051】電解質溶液中の含窒素複素環基を有する化
合物の濃度は、0.1〜1mol/Lであるのが好ましく、0.2
〜0.6mol/Lがより好ましい。含窒素複素環基を有する化
合物が0.1mol/L未満であるとゲル強度が不充分であり、
また1mol/Lを超えるとキャリアの移動度が低下するの
で好ましくない。なお含窒素複素環基を有する化合物は
単独で用いても2種以上を併用してもよい。
The concentration of the compound having a nitrogen-containing heterocyclic group in the electrolyte solution is preferably 0.1 to 1 mol / L,
~ 0.6 mol / L is more preferred. If the compound having a nitrogen-containing heterocyclic group is less than 0.1 mol / L, the gel strength is insufficient,
On the other hand, if it exceeds 1 mol / L, the mobility of carriers is undesirably reduced. The compound having a nitrogen-containing heterocyclic group may be used alone or in combination of two or more.

【0052】電解質溶液中の求電子性置換基を有する化
合物の量は、含窒素複素環を有する化合物中の反応性窒
素原子に対する求電子性置換基のモル比が0.01〜2とな
るように設定するのが好ましく、0.05〜1.5になるよう
にするのがより好ましい。なお求電子性置換基を有する
化合物は単独で用いても2種以上を併用してもよい。
The amount of the compound having an electrophilic substituent in the electrolyte solution is set so that the molar ratio of the electrophilic substituent to the reactive nitrogen atom in the compound having a nitrogen-containing heterocycle is 0.01 to 2. It is more preferable to make it be 0.05 to 1.5. The compound having an electrophilic substituent may be used alone or in combination of two or more.

【0053】電解質溶液中の塩の濃度は0.05〜2mol/L
とするのが好ましく、0.1〜1.5mol/Lとするのがより好
ましい。また本発明の電解質にヨウ素(臭素塩のときは
臭素)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ヨウ素または臭素の添
加濃度は0.01〜0.3mol/Lである。
The concentration of the salt in the electrolyte solution is 0.05 to 2 mol / L.
And more preferably 0.1 to 1.5 mol / L. In addition, iodine (bromine in the case of a bromine salt) may be added to the electrolyte of the present invention to generate a redox couple in advance. In this case, the preferred concentration of iodine or bromine is 0.01 to 0.3 mol / L. It is.

【0054】ゲル電解質層は、キャスト法、塗布法、浸
漬法、含浸法、浸透法等により電極上に本発明のゲル電
解質の溶液からなる層を形成し、次いで加熱反応により
ゲル化せしめることにより、製造することができる。
The gel electrolyte layer is formed by forming a layer comprising a solution of the gel electrolyte of the present invention on the electrode by a casting method, a coating method, an immersion method, an impregnation method, a permeation method, etc., and then gelling by a heating reaction. , Can be manufactured.

【0055】塗布法により電解質層を形成する場合、レ
ベリング剤のような塗布性改良剤等の添加剤を添加した
均一な電解質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、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号および同2761791号に記載の多層同時塗
布方法等の方法により塗布し、次いで加熱してゲル化さ
せる。加熱温度は色素の耐熱温度等により適当に選択す
るが、好ましくは10℃以上200℃以下であり、さらに好
ましくは30℃以上150℃以下である。また加熱時間は加
熱温度等に依存するが、5分〜72時間程度であれば良
い。
When the electrolyte layer is formed by a coating method, a uniform electrolyte solution to which an additive such as a coating property improving agent such as a leveling agent is added is coated by a spin coating method, a dip coating method, an air knife coating method, a curtain coating method. Roller coating method, wire bar coating method, gravure coating method, extrusion coating method using a hopper described in U.S. Patent No. 2,681,294, or U.S. Patent No. 2,761,418
No. 3,508,947 and No. 2,276,791 are applied by a method such as the multi-layer simultaneous coating method, and then heated to gel. The heating temperature is appropriately selected depending on the heat resistance temperature of the dye, etc., but is preferably from 10 ° C to 200 ° C, more preferably from 30 ° C to 150 ° C. The heating time depends on the heating temperature and the like, but may be about 5 minutes to 72 hours.

【0056】酸化還元対を生成させるために電解質にヨ
ウ素等を導入する場合、前述の電解質溶液に添加する
他、電解質層の形成後にこれをヨウ素等と共に密閉容器
内に置き、電解質中に拡散させる手法等を採用すること
もできる。またヨウ素等は後述の対極に塗布あるいは蒸
着する方法により、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。
When iodine or the like is introduced into the electrolyte in order to generate a redox couple, it is added to the above-mentioned electrolyte solution, and after the formation of the electrolyte layer, it is placed in a closed container together with the iodine and diffused into the electrolyte. A method or the like can be adopted. In addition, iodine or the like can be introduced into the electrolyte layer when the photoelectric conversion element is assembled by a method of applying or vapor-depositing a counter electrode described later.

【0057】[2] 光電変換素子 本発明の光電変換素子は、導電性支持体、感光層、前述
のゲル電解質を含む電荷移動層および対極の順に積層し
たものである。好ましくは、図1に示すように、導電性
支持体10、感光層20、電荷移動層30および対極40の順に
積層し、前記導電性支持体層10を基材11及び導電層12か
ら構成し、前記感光層20を色素22によって増感された半
導体微粒子21と当該半導体微粒子21の間の空隙に充填さ
れた前記ゲル電解質30とから構成する。また図2に示す
ように、対極40として導電層42が形成された基板41を使
用しても良い。それぞれの層の境界(例えば導電性支持
体の導電層12と感光層20との境界、感光層20と電荷移動
層30との境界、電荷移動層30と対極40との境界等)で
は、各層の構成成分同士が相互に拡散混合していてもよ
い。各層の組成および構造について以下詳述する。
[2] Photoelectric Conversion Element The photoelectric conversion element of the present invention is obtained by laminating a conductive support, a photosensitive layer, a charge transfer layer containing the aforementioned gel electrolyte, and a counter electrode in this order. Preferably, as shown in FIG. 1, a conductive support 10, a photosensitive layer 20, a charge transfer layer 30, and a counter electrode 40 are laminated in this order, and the conductive support layer 10 is composed of a base material 11 and a conductive layer 12. The photosensitive layer 20 is composed of the semiconductor fine particles 21 sensitized by the dye 22 and the gel electrolyte 30 filled in the space between the semiconductor fine particles 21. Further, as shown in FIG. 2, a substrate 41 on which a conductive layer 42 is formed may be used as the counter electrode 40. At the boundaries of the respective layers (for example, the boundary between the conductive layer 12 and the photosensitive layer 20 of the conductive support, the boundary between the photosensitive layer 20 and the charge transfer layer 30, the boundary between the charge transfer layer 30 and the counter electrode 40, etc.) May be mutually diffused and mixed. The composition and structure of each layer will be described below in detail.

【0058】(I) 電荷移動層 電荷移動層は、感光層中の色素の酸化体に電子を補充す
る機能を有する層である。電荷移動層に本発明のゲル電
解質を用いるが、さらに固体電解質や正孔(ホール)輸
送材料を併用することもできる。
(I) Charge Transfer Layer The charge transfer layer is a layer having a function of replenishing oxidized dyes in the photosensitive layer with electrons. Although the gel electrolyte of the present invention is used for the charge transfer layer, a solid electrolyte or a hole transport material can be used in combination.

【0059】電荷移動層を形成するには、上記と同様
に、キャスト法、塗布法、浸漬法、含浸法等により感光
層上に電解質溶液を塗布し、次いで加熱反応によりゲル
化すればよい。好ましい態様によれば、図1に示すよう
に、感光層20中の空隙を完全に埋める量より多い電解質
を含有する溶液を塗布するので、得られるゲル電解質層
は実質的に導電性支持体の導電層12との境界から対極40
との境界までの間に存在すると言える。ここで色素増感
半導体を含む感光層20との境界から対極40との境界まで
の間に存在するゲル電解質層を電荷移動層30とすると、
その厚さは0.001〜200μmが好ましく、0.1〜100μm が
より好ましい。電荷移動層30が0.001μmより薄いと感光
層中の半導体微粒子21が対極40に接触するおそれがあ
り、また200μmより厚いと電荷の移動距離が大きくなり
すぎ、素子の抵抗が大きくなる。なお感光層20+電荷移
動層30の厚さ(実質的にゲル電解質の厚さに等しい)に
ついては、0.1〜300μmが好ましく、1〜130μm がより
好ましい。
In order to form the charge transfer layer, an electrolyte solution may be applied on the photosensitive layer by a casting method, a coating method, an immersion method, an impregnation method, or the like, and then gelled by a heating reaction in the same manner as described above. According to a preferred embodiment, as shown in FIG. 1, a solution containing more electrolyte than the amount that completely fills the voids in the photosensitive layer 20 is applied, so that the resulting gel electrolyte layer is substantially a conductive support. Counter electrode 40 from boundary with conductive layer 12
It can be said that it exists between the borders. Here, assuming that the gel electrolyte layer existing between the boundary with the photosensitive layer 20 containing the dye-sensitized semiconductor and the boundary with the counter electrode 40 is the charge transfer layer 30,
The thickness is preferably from 0.001 to 200 μm, more preferably from 0.1 to 100 μm. If the charge transfer layer 30 is thinner than 0.001 μm, the semiconductor fine particles 21 in the photosensitive layer may come into contact with the counter electrode 40. If the charge transfer layer 30 is thicker than 200 μm, the charge transfer distance becomes too large, and the resistance of the element increases. The thickness (substantially equal to the thickness of the gel electrolyte) of the photosensitive layer 20 and the charge transfer layer 30 is preferably 0.1 to 300 μm, more preferably 1 to 130 μm.

【0060】(II)感光層 感光層は、半導体を有する層であり、半導体が光を吸収
して電荷分離を行い電子と正孔を生ずる役割を担う。感
光層は、図1に示すように、色素22により増感した(色
素22を吸着担持した)半導体微粒子21の層の空隙にゲル
電解質が充填された構造を有する層20とするのが好まし
い。図1の場合、入射した光は色素22等を励起し、励起
された色素22等中の高エネルギーの電子が半導体微粒子
21の伝導帯に渡され、さらに拡散により導電性支持体10
に到達する。この時色素22等の分子は酸化体となってい
る。光電気化学電池においては、導電性支持体10中の電
子が外部回路で仕事をしながら対極40および電荷移動層
を経て色素22等の酸化体に戻り、色素22が再生する。感
光層に好ましく用いることのできる半導体微粒子および
色素について、以下詳述する。
(II) Photosensitive Layer The photosensitive layer is a layer having a semiconductor, and has a role of absorbing electrons and separating charges by generating light to generate electrons and holes. As shown in FIG. 1, the photosensitive layer is preferably a layer 20 having a structure in which a gel electrolyte is filled in voids of a layer of semiconductor fine particles 21 sensitized by the dye 22 (the dye 22 is adsorbed and carried). In the case of FIG. 1, the incident light excites the dyes 22 and the like, and the high-energy electrons in the excited dyes 22 and the like generate semiconductor fine particles.
Passed through the conduction band of 21 and further diffused into the conductive support 10
To reach. At this time, molecules such as the dye 22 are oxidized. In the photoelectrochemical cell, the electrons in the conductive support 10 return to an oxidant such as the dye 22 through the counter electrode 40 and the charge transfer layer while working in an external circuit, and the dye 22 is regenerated. Semiconductor fine particles and dyes that can be preferably used for the photosensitive layer will be described in detail below.

【0061】(A) 半導体微粒子 半導体微粒子は光電気化学電池の負極として作用する。
色素増感された半導体微粒子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微粒子では、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、半導体微粒子はこの電子を受け取り、伝達す
る役割を担う。
(A) Semiconductor fine particles Semiconductor fine particles act as a negative electrode of a photoelectrochemical cell.
The dye-sensitized semiconductor fine particles are so-called photoconductors,
It plays a role of absorbing light to separate charges and generate electrons and holes. In the dye-sensitized semiconductor fine particles, light absorption and the resulting generation of electrons and holes mainly occur in the dye, and the semiconductor fine particles have a role of receiving and transmitting the electrons.

【0062】半導体微粒子としては、シリコン、ゲルマ
ニウムのような単体半導体、III-V系化合物半導体、金
属のカルコゲニド(例えば酸化物、硫化物、セレン化物
等)、またはペロブスカイト構造を有する化合物(例え
ば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)等を使用することができる。
Examples of the semiconductor fine particles include simple semiconductors such as silicon and germanium, III-V compound semiconductors, metal chalcogenides (eg, oxides, sulfides, selenides, etc.), and compounds having a perovskite structure (eg, titanate) Strontium, calcium titanate, sodium titanate, barium titanate, potassium niobate, etc.) can be used.

【0063】好ましい金属のカルコゲニドとして、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、またはタ
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。
Preferred metal chalcogenides include titanium, tin, zinc, iron, tungsten, zirconium, hafnium, strontium, indium, cerium, yttrium, lanthanum, vanadium, niobium or tantalum oxide, cadmium, zinc, lead and silver. , Antimony, bismuth sulfide, cadmium, lead selenide,
And cadmium telluride. Other compound semiconductors include phosphides such as zinc, gallium, indium and cadmium, gallium arsenide, copper-indium-selenide, copper-indium-sulfide and the like.

【0064】本発明に用いる半導体の好ましい具体例
は、Si、TiO2、SnO2、Fe2O3、WO3、ZnO、Nb2O5、CdS、Z
nS、PbS、Bi2S3、CdSe、CdTe、GaP、InP、GaAs、CuIn
S2、CuInSe2等であり、さらに好ましくはTiO2、ZnO、Sn
O2、Fe2O3 、WO3、Nb2O5、CdS、PbS、CdSe、InP、GaA
s、CuInS2、CuInSe2であり、特に好ましくは、TiO2また
はNb 2O5であり、最も好ましくはTiO2である。
Preferred specific examples of the semiconductor used in the present invention
Is Si, TiOTwo, SnOTwo, FeTwoOThree, WOThree, ZnO, NbTwoOFive, CdS, Z
nS, PbS, BiTwoSThree, CdSe, CdTe, GaP, InP, GaAs, CuIn
STwo, CuInSeTwoAnd more preferably TiOTwo, ZnO, Sn
OTwo, FeTwoOThree, WOThree, NbTwoOFive, CdS, PbS, CdSe, InP, GaA
s, CuInSTwo, CuInSeTwoAnd particularly preferably, TiOTwoAlso
Is Nb TwoOFiveAnd most preferably TiOTwoIt is.

【0065】本発明に用いる半導体は単結晶でも多結晶
でもよい。変換効率の観点から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
等の観点からは多結晶が好ましい。
The semiconductor used in the present invention may be single crystal or polycrystal. From the viewpoint of conversion efficiency, a single crystal is preferable,
Polycrystal is preferred from the viewpoints of production cost, securing of raw materials, energy payback time and the like.

【0066】半導体微粒子の粒径は一般にnm〜μmのオ
ーダーであるが、投影面積を円に換算したときの直径か
ら求めた一次粒子の平均粒径は5〜200nmであるのが好
ましく、8〜100nmがより好ましい。また分散液中の半
導体微粒子(二次粒子)の平均粒径は0.01〜100μmが好
ましい。
The particle size of the semiconductor fine particles is generally on the order of nm to μm, but the average particle size of the primary particles obtained from the diameter when the projected area is converted into a circle is preferably from 5 to 200 nm, and from 8 to 200 nm. 100 nm is more preferred. The average particle size of the semiconductor fine particles (secondary particles) in the dispersion is preferably 0.01 to 100 μm.

【0067】粒径分布の異なる2種類以上の微粒子を混
合してもよく、この場合小さい粒子の平均サイズは5nm
以下であるのが好ましい。入射光を散乱させて光捕獲率
を向上させる目的で、粒径の大きな、例えば300nm程度
の半導体粒子を混合してもよい。
Two or more types of fine particles having different particle size distributions may be mixed. In this case, the average size of the small particles is 5 nm.
It is preferred that: For the purpose of improving the light capture rate by scattering incident light, semiconductor particles having a large particle size, for example, about 300 nm may be mixed.

【0068】半導体微粒子の作製法としては、作花済夫
の「ゾル−ゲル法の科学」アグネ承風社(1998年)、技
術情報協会の「ゾル−ゲル法による薄膜コーティング技
術」(1995年)等に記載のゾル−ゲル法、杉本忠夫の
「新合成法ゲル−ゾル法による単分散粒子の合成とサイ
ズ形態制御」,「まてりあ」,第35巻,第9号,1012〜
1018頁(1996年)に記載のゲル−ゾル法が好ましい。ま
たDegussa社が開発した塩化物を酸水素塩中で高温加水
分解により酸化物を作製する方法も好ましい。
As a method for producing semiconductor fine particles, Sakuhana Shizuo's "Sol-Gel Method Science" Agne Shofusha (1998), Technical Information Association "Sol-Gel Method for Thin Film Coating" (1995 ), Tadao Sugimoto, "Synthesis of Monodisperse Particles and Size Morphology Control by New Synthetic Gel-Sol Method", "Materia", Vol. 35, No. 9, 1012-
The gel-sol method described on page 1018 (1996) is preferred. Further, a method of producing an oxide by high-temperature hydrolysis of a chloride in an oxyhydrogen salt developed by Degussa is also preferable.

【0069】半導体微粒子が酸化チタンの場合、上記ゾ
ル-ゲル法、ゲル−ゾル法、塩化物の酸水素塩中での高
温加水分解法はいずれも好ましいが、さらに清野学の
「酸化チタン 物性と応用技術」技報堂出版(1997年)
に記載の硫酸法および塩素法を用いることもできる。さ
らにゾル-ゲル法として、バーブ等の「ジャーナル・オ
ブ・アメリカン・セラミック・ソサエティー」, 第80
巻、第12号、3157〜3171頁(1997年)に記載の方法や、
バーンサイド等の「ケミカル・マテリアルズ」,第10
巻,第9号,2419〜2425頁に記載の方法も好ましい。
When the semiconductor fine particles are titanium oxide, any of the above-mentioned sol-gel method, gel-sol method, and high-temperature hydrolysis method in chloride oxyhydrogen salt are preferred. Applied Technology "Gihodo Publishing (1997)
The sulfuric acid method and the chlorine method described in (1) can also be used. Furthermore, as a sol-gel method, Barb et al., Journal of American Ceramic Society, No. 80
Vol. 12, No. 3, pp. 3157-3171 (1997),
"Chemical Materials", Burnside, 10th
Vol. 9, No. 9, pages 2419 to 2425 are also preferable.

【0070】半導体微粒子を導電性支持体上に塗布する
には、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の他に、前述のゾル-ゲル法
等を使用することもできる。光電変換素子の量産化、半
導体微粒子液の物性、導電性支持体の融通性等を考慮し
た場合、湿式の製膜方法が比較的有利である。湿式の製
膜方法としては、塗布法、印刷法が代表的である。
In order to coat the semiconductor fine particles on the conductive support, in addition to the method of applying a dispersion or colloid solution of the semiconductor fine particles on the conductive support, the above-mentioned sol-gel method or the like is used. Can also. In consideration of mass production of photoelectric conversion elements, physical properties of semiconductor fine particle liquid, flexibility of a conductive support, and the like, a wet film forming method is relatively advantageous. As a wet film forming method, a coating method and a printing method are typical.

【0071】半導体微粒子の分散液を作製する方法とし
ては、前述のゾル-ゲル法の他に、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。
As a method of preparing a dispersion of semiconductor fine particles, in addition to the above-mentioned sol-gel method, a method of grinding in a mortar, a method of dispersing while pulverizing using a mill, or a method of preparing a solvent when synthesizing a semiconductor. A method of precipitating fine particles in the solution and using it as it is, may be mentioned.

【0072】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、またはキレート剤等を分散助
剤として用いてもよい。
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.

【0073】塗布方法としては、アプリケーション系と
してローラ法、ディップ法、メータリング系としてエア
ーナイフ法、ブレード法等、またアプリケーションとメ
ータリングを同一部分でできるものとして、特公昭58-4
589号に開示されているワイヤーバー法、米国特許26812
94号、同2761419号、同2761791号等に記載のスライドホ
ッパ法、エクストルージョン法、カーテン法等が好まし
い。また汎用機としてスピン法やスプレー法も好まし
い。また湿式印刷方法としては、凸版、オフセットおよ
びグラビアの3大印刷法をはじめ、凹版、ゴム版、スク
リーン印刷等が好ましい。これらの中から、液粘度やウ
ェット厚さに応じて、好ましい製膜方法を選択する。
The application method includes a roller method and a dip method as an application system, an air knife method and a blade method as a metering system, and a method in which application and metering can be performed in the same part.
No. 589, the wire bar method disclosed in U.S. Pat.
The slide hopper method, extrusion method, curtain method and the like described in JP-A Nos. 94, 2761419 and 2761791 are preferable. As a general-purpose machine, a spin method or a spray method is also preferable. As the wet printing method, intaglio printing, rubber printing, screen printing and the like are preferable, including three major printing methods of letterpress, offset and gravure. From these, a preferable film forming method is selected according to the liquid viscosity and the wet thickness.

【0074】半導体微粒子の分散液の粘度は半導体微粒
子の種類や分散性、使用溶媒種、界面活性剤やバインダ
ー等の添加剤により大きく左右される。高粘度液(例え
ば0.01〜500Poise)ではエクストルージョン法や、キャ
スト法や、スクリーン印刷法等が好ましい。また低粘度
液(例えば0.1Poise以下)ではスライドホッパー法、ワ
イヤーバー法またはスピン法が好ましく、均一な膜にす
ることが可能である。なおある程度の塗布量があれば低
粘度液の場合でもエクストルージョン法による塗布は可
能である。このように塗布液の粘度、塗布量、支持体、
塗布速度等に応じて、適宜湿式製膜方法を選択すればよ
い。
The viscosity of the dispersion of semiconductor fine particles is greatly affected by the type and dispersibility of the semiconductor fine particles, the type of solvent used, and additives such as a surfactant and a binder. For a high viscosity liquid (for example, 0.01 to 500 Poise), an extrusion method, a casting method, a screen printing method, or the like is preferable. For a low-viscosity liquid (for example, 0.1 Poise or less), a slide hopper method, a wire bar method, or a spin method is preferable, and a uniform film can be formed. If a certain amount of coating is used, application by the extrusion method is possible even in the case of a low-viscosity liquid. Thus, the viscosity of the coating solution, the amount of coating, the support,
A wet film forming method may be appropriately selected according to the coating speed and the like.

【0075】半導体微粒子の層は単層に限らず、粒径の
違った半導体微粒子の分散液を多層塗布したり、種類が
異なる半導体微粒子(あるいは異なるバインダー、添加
剤)を含有する塗布層を多層塗布したりすることもでき
る。一度の塗布で膜厚が不足の場合にも多層塗布は有効
である。多層塗布には、エクストルージョン法またはス
ライドホッパー法が適している。また多層塗布をする場
合は同時に多層を塗布しても良く、数回から十数回順次
重ね塗りしてもよい。さらに順次重ね塗りであればスク
リーン印刷法も好ましく使用できる。
The layer of semiconductor fine particles is not limited to a single layer, but a multi-layer coating of a dispersion of semiconductor fine particles having different particle diameters, or a coating layer containing semiconductor fine particles of different types (or different binders and additives) may be formed in multiple layers. It can also be applied. Multilayer coating is effective even when the film thickness is insufficient by one coating. The extrusion method or slide hopper method is suitable for multi-layer coating. In the case of multi-layer coating, multi-layer coating may be performed at the same time, or several to dozens of times may be sequentially applied. Furthermore, a screen printing method can also be preferably used in the case of successive coating.

【0076】一般に半導体微粒子層の厚さ(感光層の厚
さと同じ)が厚くな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、半導体微粒子層の好ましい厚さは
0.1〜100μmである。光電気化学電池に用いる場合、半
導体微粒子層の厚さは1〜30μmが好ましく、2〜25μm
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が好ましく、5〜100gがより好ましい。
In general, as the thickness of the semiconductor fine particle layer (same as the thickness of the photosensitive layer) becomes larger, the amount of dye carried per unit projected area increases, so that the light capture rate increases, but the diffusion distance of generated electrons increases. Therefore, the loss due to charge recombination also increases. Therefore, the preferred thickness of the semiconductor fine particle layer is
It is 0.1-100 μm. When used in a photoelectrochemical cell, the thickness of the semiconductor fine particle layer is preferably 1 to 30 μm, and 2 to 25 μm.
Is more preferred. The coating amount per support 1 m 2 of the semiconductor fine particles is preferably 0.5~400g, 5~100g is more preferable.

【0077】半導体微粒子を導電性支持体上に塗布した
後で半導体微粒子同士を電子的に接触させるとともに、
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、加熱処理するのが好ましい。好ましい加熱温度の範
囲は40℃以上700℃未満であり、より好ましくは100℃以
上600℃以下である。また加熱時間は10分〜10時間程度
である。ポリマーフィルムのように融点や軟化点の低い
支持体を用いる場合、高温処理は支持体の劣化を招くた
め、好ましくない。またコストの観点殻もできる限り低
温であるのが好ましい。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、可能となる。
After coating the semiconductor fine particles on the conductive support, the semiconductor fine particles are brought into electronic contact with each other,
Heat treatment is preferably performed to improve the strength of the coating film and the adhesion to the support. A preferred heating temperature range is from 40 ° C to less than 700 ° C, more preferably from 100 ° C to 600 ° C. The heating time is about 10 minutes to 10 hours. When a support having a low melting point or softening point such as a polymer film is used, high-temperature treatment is not preferable because it causes deterioration of the support. Further, it is preferable that the temperature of the shell is as low as possible from the viewpoint of cost. The lowering of the temperature can be attained by the above-mentioned combined use of small semiconductor particles of 5 nm or less, heat treatment in the presence of a mineral acid, and the like.

【0078】加熱処理後半導体微粒子の表面積を増大さ
せたり、半導体微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水溶液を用い
た電気化学的メッキ処理を行ってもよい。
For the purpose of increasing the surface area of the semiconductor fine particles after the heat treatment, increasing the purity in the vicinity of the semiconductor fine particles, and increasing the efficiency of electron injection from the dye to the semiconductor particles, for example, chemical plating using an aqueous solution of titanium tetrachloride or trichloride. Electrochemical plating using an aqueous solution may be performed.

【0079】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
め半導体微粒子の層を支持体上に塗布した状態での表面
積は、投影面積に対して10倍以上であるのが好ましく、
さらに100倍以上であるのが好ましい。この上限は特に
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. Therefore, the surface area in a state where the layer of semiconductor fine particles is coated on the support is preferably 10 times or more the projected area,
Further, it is preferably 100 times or more. The upper limit is not particularly limited, but is usually about 1000 times.

【0080】(B) 色素 感光層に使用する色素は金属錯体色素、フタロシアニン
系の色素またはメチン色素が好ましい。光電変換の波長
域をできるだけ広くし、かつ変換効率を上げるため、二
種類以上の色素を混合することができる。また目的とす
る光源の波長域と強度分布に合わせるように、混合する
色素とその割合を選ぶことができる。こうした色素は半
導体微粒子の表面に対する適当な結合基(interlocking
group)を有しているのが好ましい。好ましい結合基と
しては、COOH基、SO3H基、シアノ基、-P(O)(OH)2基、-O
P(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。な
かでも、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。
(B) Dye The dye used in the photosensitive layer is preferably a metal complex dye, a phthalocyanine dye or a methine dye. Two or more dyes can be mixed in order to widen the wavelength range of photoelectric conversion as much as possible and to increase the conversion efficiency. The dyes to be mixed and their proportions can be selected so as to match the wavelength range and intensity distribution of the desired light source. These dyes are suitable for interlocking to the surface of the semiconductor particles.
group). Preferred linking groups include a COOH group, a SO 3 H group, a cyano group, a —P (O) (OH) 2 group, a —O
P (O) (OH) 2 groups or chelating groups having π conductivity such as oximes, dioximes, hydroxyquinolines, salicylates and α-ketoenolates. Among them, a COOH group, -P (O) (OH) 2 group, and -OP (O) (OH) 2 group are particularly preferable. These groups may form a salt with an alkali metal or the like, or may form an intramolecular salt. In the case of a polymethine dye, if the methine chain contains an acidic group as in the case of forming a squarylium ring or a croconium ring, this portion may be used as a bonding group.

【0081】感光層に用いるのが好ましい色素を以下具
体的に説明する。色素が金属錯体色素の場合、ルテニウ
ム錯体色素が好ましく、さらに下記式(III): (A1)pRuBabc (III) により表される色素が好ましい。ただし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。A1
はCl、SCN、H2O、Br、I、CN、NCOおよびSeCNからなる群
から選ばれた少なくとも一種の配位子である。また
a、Bb、Bcはそれぞれ独立に下記のB-1〜B-8からな
る群から選ばれた少なくとも一種の有機配位子であり、
同一でも異なっていても良い。
The dyes preferably used in the photosensitive layer will be specifically described below. If the dye is a metal complex dye, a ruthenium complex dye are preferred, and the following formula (III): (A 1) dyes represented by p RuB a B b B c ( III) are preferred. However, p is 0-2, preferably 2. Ru represents ruthenium. A 1
Is at least one ligand selected from the group consisting of Cl, SCN, H 2 O, Br, I, CN, NCO and SeCN. B a , B b , and B c are each independently at least one organic ligand selected from the group consisting of B-1 to B-8 below,
They may be the same or different.

【0082】[0082]

【化16】 Embedded image

【0083】ここで、Raは水素原子、ハロゲン原子、
炭素数1〜12の置換または無置換のアルキル基、炭素数
7〜12の置換または無置換のアラルキル基、または炭素
数6〜12の置換または無置換のアリール基を表す。上記
アルキル基、アラルキル基のアルキル部分は直鎖状でも
分岐状でもよく、またアリール基およびアラルキル基の
アリール部分は単環でも多環(縮合環、環集合)でもよ
い。
Here, Ra is a hydrogen atom, a halogen atom,
Represents a substituted or unsubstituted alkyl group having 1 to 12 carbon atoms, a substituted or unsubstituted aralkyl group having 7 to 12 carbon atoms, or a substituted or unsubstituted aryl group having 6 to 12 carbon atoms. The alkyl part of the alkyl group and the aralkyl group may be linear or branched, and the aryl group and the aryl part of the aralkyl group may be monocyclic or polycyclic (condensed ring, ring assembly).

【0084】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
に記載の錯体色素が挙げられる。
Examples of the ruthenium complex dyes include, for example, US Pat. Nos. 4,492,721, 4,845,537, 5,084,365 and 5,350,644.
And complex dyes described in JP-A Nos. 5463057 and 5525440 and JP-A-7-249790.

【0085】金属錯体色素の好ましい具体例を以下に示
すが、本発明はこれらに限定されるものではない。
Preferred specific examples of the metal complex dye are shown below, but the present invention is not limited thereto.

【0086】[0086]

【化17】 Embedded image

【0087】[0087]

【化18】 Embedded image

【0088】[0088]

【化19】 Embedded image

【0089】色素がメチン色素である場合、下記式(I
V)、式(V)、式(VI)または式(VII)で表される色素
が好ましい。
When the dye is a methine dye, the following formula (I
Dyes represented by formula (V), formula (V), formula (VI) or formula (VII) are preferred.

【0090】(1) 式(IV)により表される色素(1) Dye represented by formula (IV)

【化20】 ただし、RbおよびRfは各々水素原子、アルキル基、ア
リール基または複素環基を表し、Rc〜Reは各々水素原
子または置換基を表す。Rb〜Rfは互いに結合して環を
形成してもよい。X11およびX12は各々窒素、酸素、硫
黄、セレン、テルルを表す。n11およびn13は各々0〜
2の整数を表し、n12は1〜6の整数を表す。式(IV)
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。
Embedded image However, each hydrogen atom is R b and R f, an alkyl group, an aryl group or a heterocyclic group, R c to R e each represent a hydrogen atom or a substituent. R b to R f may combine with each other to form a ring. X 11 and X 12 each represent nitrogen, oxygen, sulfur, selenium, or tellurium. n 11 and n 13 are each 0
2 represents an integer, and n 12 represents an integer of 1 to 6. Formula (IV)
The compound represented by may have a counter ion depending on the charge of the whole molecule.

【0091】上記アルキル基、アリール基および複素環
基は置換基を有していてもよい。アルキル基は直鎖であ
っても分岐鎖であってもよく、またアリール基および複
素環基は、単環でも、多環(縮合環、環集合)でもよ
い。またRb〜Rfにより形成される環は置換基を有して
いてもよく、また単環でも縮合環でもよい。
The above alkyl group, aryl group and heterocyclic group may have a substituent. The alkyl group may be linear or branched, and the aryl group and the heterocyclic group may be monocyclic or polycyclic (condensed ring, ring assembly). The ring formed by R b to R f may have a substituent, and may be a single ring or a condensed ring.

【0092】(2) 式(V)により表される色素(2) Dye represented by formula (V)

【化21】 ただし、Zaは含窒素複素環を形成するに必要な非金属
原子群を表す。Rgはアルキル基またはアリール基であ
る。Qaは式(V)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
るのに必要な電荷均衡対イオンX13の当量を表し、0〜
10の数である。
Embedded image However, Z a represents a non-metallic atomic group necessary for forming a nitrogen-containing heterocyclic ring. R g is an alkyl group or an aryl group. Q a represents a methine group or a polymethine group necessary for the compound represented by the formula (V) to form a methine dye. X 13
Represents a charge-balancing counter ion, n 14 represents the equivalent of a charge-balancing counter ion X 13 required to neutralize the charge of the molecule,
Number 10

【0093】上記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。またアルキル基およびアリール基は置換基を有
していてもよく、アルキル基は直鎖でも分岐鎖でもよ
く、またアリール基は単環でも多環(縮合環、環集合)
でもよい。
[0093] nitrogen-containing heterocyclic ring formed by the Z a may have a substituent, may be a condensed ring may be a single ring. The alkyl group and the aryl group may have a substituent, the alkyl group may be linear or branched, and the aryl group may be monocyclic or polycyclic (condensed ring, ring assembly).
May be.

【0094】式(V)により表される色素のうち、下記式
(V-a)〜(V-d)で表される色素が好ましい。
Among the dyes represented by the formula (V), the following formula
Dyes represented by (Va) to (Vd) are preferred.

【化22】 ただし、R11〜R15、R21〜R24、R31〜R33、および
41〜R43はそれぞれ独立に水素原子、アルキル基、ア
リール基または複素環基を表し、Y11、Y12、Y21、Y
22、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、−CR1617−または−N
18−を表す。R16〜R18はそれぞれ独立に水素原子、
アルキル基、アリール基または複素環基を表す。Y23
O‐、S‐、Se‐、Te‐または−NR18‐を表す。
Embedded image However, R 11 to R 15 , R 21 to R 24 , R 31 to R 33 , and R 41 to R 43 each independently represent a hydrogen atom, an alkyl group, an aryl group or a heterocyclic group, and Y 11 , Y 12 , Y 21 , Y
22 , Y 31 to Y 35 and Y 41 to Y 46 each independently represent oxygen, sulfur, selenium, tellurium, —CR 16 R 17 — or —N
R 18 - represents a. R 16 to R 18 each independently represent a hydrogen atom,
Represents an alkyl group, an aryl group or a heterocyclic group. Y 23 is
O-, S-, Se-, Te- or -NR 18 - represents a.

【0095】V11、V12、V21、V22、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n41
はそれぞれ独立に1〜6の整数を表す。式(V-a)〜(V-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。
V11, V12, Vtwenty one, Vtwenty two, V31And V41
Each independently represents a substituent, and n 15, N31And n41
Each independently represents an integer of 1 to 6. Formulas (V-a) to (V-d)
Is a counter ion depending on the charge of the whole molecule.
May be provided.

【0096】上記アルキル基、アリール基および複素環
基は置換基を有していてもよく、またアルキル基は直鎖
でも分岐鎖でもよく、さらにアリール基および複素環基
は単環でも多環(縮合環、環集合)でもよい。
The above-mentioned alkyl group, aryl group and heterocyclic group may have a substituent, the alkyl group may be linear or branched, and the aryl group and heterocyclic group may be monocyclic or polycyclic ( Condensed ring, ring assembly).

【0097】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著のOrgani
c Colorants(Elsevier)等に詳しく記載されている。
Specific examples of the above polymethine dyes include:
Organi by M. Okawara, T. Kitao, T. Hirasima, M. Matuoka
c It is described in detail in Colorants (Elsevier) and the like.

【0098】(3) 式(VI)により表される色素(3) Dye represented by formula (VI)

【化23】 ただし、Qbは5員または6員の含窒素ヘテロ環を完成
するために必要な原子団を表し、Qbは縮環していても
よく、また置換基を有していてもよい。
Embedded image However, Q b represents an atomic group necessary to complete a nitrogen-containing heterocyclic ring of 5- or 6-membered, Q b may be a condensed ring, and may have a substituent.

【0099】Qbで完成される含窒素ヘテロ環の好まし
い例としては、ベンゾチアゾール核、ベンゾオキサゾー
ル核、ベンゾセレナゾール核、ベンゾテルラゾール核、
2-キノリン核、4-キノリン核、ベンゾイミダゾール核、
チアゾリン核、インドレニン核、オキサジアゾール核、
チアゾール核、イミダゾール核が挙げられる、さらに好
ましくはベンゾチアゾール核、ベンゾオキサゾール核、
ベンズイミダゾール核、ベンゾセレナゾール核、2-キノ
リン核、4-キノリン核、インドレニン核であり、特に好
ましくはベンゾチアゾール核、ベンゾオキサゾール核、
2-キノリン核、4-キノリン核、インドレニン核である。
含窒素ヘテロ環上の置換基としては、カルボン酸基、ホ
スホン酸基、スルホン酸基、ハロゲン原子(F,Cl,B
r,I)、シアノ基、アルコキシ基(メトキシ、エトキ
シ、メトキシエトキシ等)、アリーロキシ基(フェノキ
シ等)、アルキル基(メチル、エチル、シクロプロピ
ル、シクロへキシル、トリフルオロメチル、メトキシエ
チル、アリル、ベンジル等)、アルキルチオ基(メチル
チオ、エチルチオ等)、アルケニル基(ビニル、1-プロ
ペニル等)、アリール基ないし複素環基(フェニル、チ
エニル、トルイル、クロロフェニル等)等が挙げられ
る。
Preferred examples of the nitrogen-containing heterocyclic ring completed by Q b include a benzothiazole nucleus, a benzoxazole nucleus, a benzoselenazole nucleus, a benzotellurazole nucleus,
2-quinoline nucleus, 4-quinoline nucleus, benzimidazole nucleus,
Thiazoline nucleus, indolenine nucleus, oxadiazole nucleus,
A thiazole nucleus, an imidazole nucleus, more preferably a benzothiazole nucleus, a benzoxazole nucleus,
Benzimidazole nucleus, benzoselenazole nucleus, 2-quinoline nucleus, 4-quinoline nucleus, indolenine nucleus, particularly preferably benzothiazole nucleus, benzoxazole nucleus,
They are a 2-quinoline nucleus, a 4-quinoline nucleus and an indolenine nucleus.
Examples of the substituent on the nitrogen-containing hetero ring include a carboxylic acid group, a phosphonic acid group, a sulfonic acid group, and a halogen atom (F, Cl, B
r, I), a cyano group, an alkoxy group (e.g., methoxy, ethoxy, methoxyethoxy), an aryloxy group (e.g., phenoxy), an alkyl group (methyl, ethyl, cyclopropyl, cyclohexyl, trifluoromethyl, methoxyethyl, allyl, Benzyl, etc.), alkylthio groups (methylthio, ethylthio, etc.), alkenyl groups (vinyl, 1-propenyl, etc.), aryl groups and heterocyclic groups (phenyl, thienyl, toluyl, chlorophenyl, etc.).

【0100】Zbは3〜9員環を完成するのに必要な原
子団であって、炭素原子、酸素原子、窒素原子、硫黄原
子および水素原子から選ばれる原子により構成される。
bにより完成される環として好ましくは4〜6個の炭
素により骨格が形成される環であり、より好ましくは以
下の(ア)〜(オ)で表されるものであり、最も好ましくは
(ア)である。
Z b is an atomic group necessary for completing a 3- to 9-membered ring, and is constituted by an atom selected from a carbon atom, an oxygen atom, a nitrogen atom, a sulfur atom and a hydrogen atom.
Preferably the ring completed by Z b is a ring skeleton is formed by 4-6 carbons, more preferably those represented by the following (a) to (e), most preferably
(A).

【0101】[0101]

【化24】 Embedded image

【0102】L1、L2、L3、L4およびL5はそれぞれ
独立に置換基を有していてもよいメチン基を表す。置換
基としては、置換または無置換のアルキル基(好ましく
は炭素数1〜12、さらに好ましくは1〜7のものであ
り、例えばメチル、エチル、プロピル、イソプロピル、
シクロプロピル、ブチル、2-カルボキシエチル、ベンジ
ル等)、置換または無置換のアリール基(好ましくは炭
素数6ないし10、さらに好ましくは6ないし8のもので
あり、例えばフェニル、トルイル、クロロフェニル、o-
カルボキシフェニル等)、複素環基(例えばピリジル、
チエニル、フラニル、ピリジル、バルビツール酸等)、
ハロゲン原子(例えば塩素、臭素)、アルコキシ基(例
えばメトキシ、エトキシ等)、アミノ基(好ましくは炭
素数1〜12、さらに好ましくは6〜12のものであり、例
えばジフェニルアミノ、メチルフェニルアミノ、4-アセ
チルピペラジン-1-イル等)、オキソ基等が挙げられ
る。これらのメチン基上の置換基は互いに連結してシク
ロペンテン環、シクロヘキセン環、スクアリリウム環等
の環を形成してもよく、あるいは助色団と環を形成して
も良い。なお-L2=L3-の数を表すn51は0〜4の整数であ
り、好ましくは0〜3である。また -L4=L5-の数を表す
n52は0または1である。
L 1 , L 2 , L 3 , L 4 and L 5 each independently represent a methine group which may have a substituent. As the substituent, a substituted or unsubstituted alkyl group (preferably having 1 to 12 carbon atoms, more preferably 1 to 7 carbon atoms, such as methyl, ethyl, propyl, isopropyl,
A cyclopropyl, butyl, 2-carboxyethyl, benzyl, etc.) or substituted or unsubstituted aryl group (preferably having 6 to 10 carbon atoms, more preferably 6 to 8 carbon atoms, such as phenyl, toluyl, chlorophenyl, o-
Carboxyphenyl, etc.), a heterocyclic group (eg, pyridyl,
Thienyl, furanyl, pyridyl, barbituric acid, etc.),
A halogen atom (eg, chlorine, bromine), an alkoxy group (eg, methoxy, ethoxy, etc.), an amino group (preferably having 1 to 12 carbon atoms, more preferably 6 to 12 carbon atoms, such as diphenylamino, methylphenylamino, -Acetylpiperazin-1-yl etc.), oxo group and the like. These substituents on the methine group may be linked to each other to form a ring such as a cyclopentene ring, a cyclohexene ring, a squarylium ring, or a ring with an auxochrome. N 51 representing the number of -L2 = L3- is an integer of 0 to 4, preferably 0 to 3. Also represents the number of -L4 = L5-
n 52 is 0 or 1.

【0103】R5は置換基を表す。好ましい置換基は芳
香族基(置換基を有してもよい)、または脂肪族基(置
換基を有してもよい)であり、芳香族基の炭素数は好ま
しくは1〜16、さらに好ましくは5〜6である。脂肪族
基の炭素数は好ましくは1〜10、さらに好ましくは1〜
6である。無置換の脂肪族基および芳香族基としては、
メチル基、エチル基、n-プロピル基、n-ブチル基、フェ
ニル基、ナフチル基等が挙げられる。
R 5 represents a substituent. Preferred substituents are an aromatic group (which may have a substituent) or an aliphatic group (which may have a substituent), and the aromatic group preferably has 1 to 16 carbon atoms, more preferably Is 5-6. The carbon number of the aliphatic group is preferably 1 to 10, more preferably 1 to
6. As the unsubstituted aliphatic group and aromatic group,
Examples include a methyl group, an ethyl group, an n-propyl group, an n-butyl group, a phenyl group, and a naphthyl group.

【0104】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。色素が陽イオンまたは陰イ
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、解離して負電荷を有しても良く、
この場合にも分子全体の電荷はW1により中和される。
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
ニウムイオン等)およびアルカリ金属イオンであり、一
方、陰イオンは無機または有機の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
等)、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
ン等)、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等)、アル
キル硫酸イオン(例えばメチル硫酸イオン等)、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等が挙げられる。
W 1 represents a counter ion when a counter ion is required to neutralize the charge. Whether a dye is a cation or anion, or has a net ionic charge, depends on its auxochrome and substituents. When the substituent has a dissociable group, it may dissociate and have a negative charge,
Also in this case, the charge of the whole molecule is neutralized by W 1 .
Typical cations are inorganic or organic ammonium ions (eg, tetraalkylammonium ions, pyridinium ions, etc.) and alkali metal ions, while the anions may be either inorganic or organic anions, eg, Halogen anion (eg, fluoride ion, chloride ion, bromide ion, iodide ion, etc.), substituted arylsulfonate ion (eg, p-toluenesulfonate ion, p-chlorobenzenesulfonate ion, etc.), aryldisulfonate ion (eg, For example, 1,3-benzenedisulfonate ion, 1,5-naphthalenedisulfonic acid ion, 2,6-naphthalenedisulfonic acid ion, etc., alkyl sulfate ion (eg, methyl sulfate ion, etc.), sulfate ion, thiocyanate ion, perchlorine Acid ion, tetrafluoroborate ion, Citrate ion, acetate ion,
Trifluoromethanesulfonic acid ion and the like can be mentioned.

【0105】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、例えばビスベンゼン-1,2-ジチオラトニ
ッケル(III)のような金属錯イオンを使用してもよい。
Further, as the charge-balancing counter ion, an ionic polymer or another dye having a charge opposite to that of the dye may be used, or a metal complex such as bisbenzene-1,2-dithiolatonickel (III) may be used. Ions may be used.

【0106】(4) 式(VII)により表される色素(4) Dye represented by formula (VII)

【化25】 Embedded image

【0107】ただし、Dは少なくとも4官能以上の芳香
族基を表し、X1、X2はそれぞれ硫黄原子、セレン原子
またはCR6364(ただしR63およびR64はそれぞれ水
素原子またはアルキル基である。)であって、同一でも
異なっていも良く、好ましくは硫黄原子またはCR63
64であり、より好ましくはCR6364である。またR 61
およびR62はそれぞれアルキル基または芳香族基を表
し、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。W2は電荷を中
和させるのに対イオンが必要な場合の対イオンを表す。
Wherein D is at least a tetrafunctional or more aromatic
X represents a group1, XTwoAre sulfur and selenium, respectively
Or CR63R64(However, R63And R64Is water
A hydrogen atom or an alkyl group. ) And the same
May be different, preferably a sulfur atom or CR63R
64And more preferably CR63R64It is. Also R 61
And R62Represents an alkyl group or an aromatic group, respectively.
Then P1And PTwoIndependently form polymethine dyes
Represents the group of non-metallic atoms required to form. WTwoMedium charge
It represents a counter ion when a counter ion is necessary for summing.

【0108】少なくとも4官能以上の芳香族基Dの例と
しては、ベンゼン、ナフタレン、アントラセン、フェナ
ントレン等の芳香族炭化水素から誘導されるものや、ア
ントラキノン、カルバゾール、ピリジン、キノリン、チ
オフェン、フラン、キサンテン、チアントレン等の芳香
族へテロ環から誘導されるものが挙げられ、これらは連
結部分以外に置換基を有していても良い。Dで表される
芳香族基は好ましくは芳香族炭化水素の誘導基であり、
さらに好ましくはベンゼンまたはナフタレンの誘導基で
ある。
Examples of the aromatic group D having at least four or more functional groups include those derived from aromatic hydrocarbons such as benzene, naphthalene, anthracene and phenanthrene, anthraquinone, carbazole, pyridine, quinoline, thiophene, furan and xanthene. And those derived from aromatic heterocycles such as thianthrene, and these may have a substituent other than the linking portion. The aromatic group represented by D is preferably a derivative group of an aromatic hydrocarbon,
More preferably, it is a derivative group of benzene or naphthalene.

【0109】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。P1
よび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、スチリル色素等が挙げ
られる。シアニン色素には色素を形成するメチン鎖上の
置換基がスクアリリウム環やクロコニウム環を形成した
ものも含まれる。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)著の「ヘテロサイクリッ
ク・コンパウンズ−シアニンダイズ・アンド・リレィテ
ィド・コンパウンズ(Heterocyclic Compounds-Cyanine
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.Sturme r)著の「ヘテロサイクリック・コンパウンズ
−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 Topi
cs in Heterocyclic Chemistry)」、第18章、第14節、4
82〜515頁等に記載されている。またシアニン色素、メ
ロシアニン色素およびロダシアニン色素は、米国特許第
5,340,694号,第21〜22頁の(XI), (XII), (XIII)に示さ
れているものが好ましい。またP1およびP2により形成
されるポリメチン色素の少なくともいずれか一方のメチ
ン鎖部分にスクアリリウム環を有するものが好ましく、
両方に有するものがさらに好ましい。
P 1 and P 2 each independently represent a group of nonmetallic atoms necessary to form a polymethine dye. Although any methine dye can be formed by P 1 and P 2 , preferred examples include a cyanine dye, a merocyanine dye, a rhodocyanine dye, a trinuclear merocyanine dye, an allopolar dye, a hemicyanine dye, and a styryl dye. Cyanine dyes include those in which the substituent on the methine chain forming the dye forms a squarylium ring or a croconium ring. For more information on these dyes, see FM Harmer, Heterocyclic Compounds-Cyanine and Cyanine Soybeans and Related Compounds.
Dyes and Related Compounds), John Willie
John Wiley & Sons, New York, London, 1964, D.M.
M. Sturmer), Heterocyclic Compounds-Special Topi in Heterocyclic Compounds
cs in Heterocyclic Chemistry), Chapter 18, Section 14, 4
It is described on pages 82 to 515 and the like. Cyanine dyes, merocyanine dyes and rhodocyanine dyes are described in U.S. Pat.
No. 5,340,694, pages 21 to 22, (XI), (XII) and (XIII) are preferred. Further, those having a squarylium ring in at least one methine chain portion of the polymethine dye formed by P 1 and P 2 are preferable,
Those having both are more preferred.

【0110】R61およびR62は芳香族基または脂肪族基
であり、これらは置換基を有していてもよい。芳香族基
の炭素原子数は好ましくは5〜16、さらに好ましくは5
〜6である。脂肪族基の炭素原子数は好ましくは1〜1
0、さらに好ましくは1〜6である。無置換の脂肪族
基、芳香族基としては、メチル基、エチル基、n-プロピ
ル基、n-ブチル基、フェニル基、ナフチル基等が挙げら
れる。
R 61 and R 62 are an aromatic group or an aliphatic group, and these may have a substituent. The number of carbon atoms in the aromatic group is preferably 5 to 16, more preferably 5 to 16.
~ 6. The number of carbon atoms of the aliphatic group is preferably 1 to 1.
0, more preferably 1 to 6. Examples of the unsubstituted aliphatic group and aromatic group include a methyl group, an ethyl group, an n-propyl group, an n-butyl group, a phenyl group, and a naphthyl group.

【0111】R61、R62、P1およびP2のうち少なくと
も一つは酸性基を有するのが好ましい。ここで酸性基と
は解離性のプロトンを有する置換基であり、例としては
カルボン酸基、ホスホン酸基、スルホン酸基、ホウ酸基
等が挙げられ、好ましくはカルボン酸基である。またこ
のような酸性基はプロトンを放出して解離した形を採っ
ていても良い。なおW2は式(VI)のW1と同義である。
It is preferable that at least one of R 61 , R 62 , P 1 and P 2 has an acidic group. Here, the acidic group is a substituent having a dissociable proton, and examples thereof include a carboxylic acid group, a phosphonic acid group, a sulfonic acid group, and a boric acid group, and a carboxylic acid group is preferable. Further, such an acidic group may be in a form of dissociating by releasing a proton. W 2 has the same meaning as W 1 in formula (VI).

【0112】式(IV)〜(VII)により表されるポリメ
チン色素の好ましい具体例を以下に示すが、本発明はこ
れらに限定されるものではない。
Preferred specific examples of the polymethine dyes represented by the formulas (IV) to (VII) are shown below, but the present invention is not limited thereto.

【0113】[0113]

【化26】 Embedded image

【0114】[0114]

【化27】 Embedded image

【0115】[0115]

【化28】 Embedded image

【0116】[0116]

【化29】 Embedded image

【0117】[0117]

【化30】 Embedded image

【0118】[0118]

【化31】 Embedded image

【0119】[0119]

【化32】 Embedded image

【0120】[0120]

【化33】 Embedded image

【0121】[0121]

【化34】 Embedded image

【0122】[0122]

【化35】 Embedded image

【0123】[0123]

【化36】 Embedded image

【0124】[0124]

【化37】 Embedded image

【0125】[0125]

【化38】 Embedded image

【0126】[0126]

【化39】 Embedded image

【0127】[0127]

【化40】 Embedded image

【0128】[0128]

【化41】 Embedded image

【0129】[0129]

【化42】 Embedded image

【0130】[0130]

【化43】 Embedded image

【0131】[0131]

【化44】 Embedded image

【0132】[0132]

【化45】 Embedded image

【0133】[0133]

【化46】 Embedded image

【0134】式(IV)および式(V)で表される化合物
は、エフ・エム・ハーマー(F.M.Harmer)著の「ヘテロサ
イクリック・コンパウンズ−シアニンダイズ・アンド・
リレィティド・コンパウンズ( Heterocyclic Compounds
-Cyanine 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)著の「ヘテロサイクリック・コンパウ
ンズ−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 Heterocyclic Chemistry)」、第18章、第14
節、第482〜515頁、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、197
7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 Compound
s)」, 2nd.Ed. vol.IV, partB, 1977刊,第15章,第369〜
422頁、エルセビア・サイエンス・パブリック・カンパ
ニー・インク(Elsevier SciencePublishing Company In
c.)社刊、ニューヨーク、英国特許第1,077,611号等に記
載の方法に基づいて合成することができる。
The compounds represented by the formulas (IV) and (V) are described in "Heterocyclic Compounds-Cyanine Soybeans &Co.," by FM Harmer.
Related Compounds (Heterocyclic Compounds
-Cyanine Dyes and Related Compounds), John Wiley & Sons, Inc.- New York, London, 1964, DMSturmer, `` Heterocyclic Compounds-Special Topics in Heterocyclic Compounds-Special
Topics in Heterocyclic Chemistry), Chapters 18, 14
Verse, pp. 482-515, John Willy and Sons
(John Wiley & Sons)-New York, London, 197
7th year, `` Rodd's Chemistry of Carbon Compound
s) '', 2nd.Ed.vol.IV, partB, 1977, Chapter 15, Chapter 369-
P. 422, Elsevier Science Publishing Company In
c.) It can be synthesized based on the method described in New York, UK Patent No. 1,077,611, etc.

【0135】式(VI)により表される化合物は、Dyes a
nd Pigments,第21巻,227〜234頁等の記載を参考にし
て合成することができる。また式(VII)により表され
る化合物は、Ukrainskii Khimicheskii Zhurnal,第40
巻,第3号,第253〜258頁、Dyes and Pigments,第21
巻,第227〜234頁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合成することができる。
The compound represented by the formula (VI) is
The compound can be synthesized with reference to the description of nd Pigments, Vol. 21, pages 227 to 234 and the like. The compound represented by the formula (VII) is described in Ukrainskii Khimicheskii Zhurnal, No. 40
Vol. 3, No. 253-258, Dyes and Pigments, No. 21
Pp. 227-234 and the references cited in these documents.

【0136】(C) 半導体微粒子への色素の吸着 半導体微粒子に色素を吸着させるには、色素の溶液中に
良く乾燥した半導体微粒子層を有する導電性支持体を浸
漬するか、色素の溶液を半導体微粒子層に塗布する方法
を用いることができる。前者の場合、浸漬法、ディップ
法、ローラ法、エアーナイフ法等が使用可能である。な
お浸漬法の場合、錯体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。また後者の塗布方法としては、ワイ
ヤーバー法、スライドホッパ法、エクストルージョン
法、カーテン法、スピン法、スプレー法等があり、印刷
方法としては、凸版、オフセット、グラビア、スクリー
ン印刷等がある。溶媒は、色素の溶解性に応じて適宜選
択できる。例えば、アルコール類(メタノール、エタノ
ール、t-ブタノール、ベンジルアルコール等)、ニトリ
ル類(アセトニトリル、プロピオニトリル、3-メトキシ
プロピオニトリル等)、ニトロメタン、ハロゲン化炭化
水素(ジクロロメタン、ジクロロエタン、クロロホル
ム、クロロベンゼン等)、エーテル類(ジエチルエーテ
ル、テトラヒドロフラン等)、ジメチルスルホキシド、
アミド類(N,N-ジメチルホルムアミド、N,N-ジメチルア
セタミド等)、N-メチルピロリドン、1,3-ジメチルイミ
ダゾリジノン、3-メチルオキサゾリジノン、エステル類
(酢酸エチル、酢酸ブチル等)、炭酸エステル類(炭酸
ジエチル、炭酸エチレン、炭酸プロピレン等)、ケトン
類(アセトン、2-ブタノン、シクロヘキサノン等)、炭
化水素(へキサン、石油エーテル、ベンゼン、トルエン
等)やこれらの混合溶媒が挙げられる。
(C) Adsorption of Dye on Semiconductor Fine Particles The dye is adsorbed on the semiconductor fine particles by immersing a conductive support having a well-dried semiconductor fine particle layer in a dye solution or by dissolving the dye solution in a semiconductor solution. A method of applying to the fine particle layer can be used. In the former case, a dipping method, a dipping method, a roller method, an air knife method, or the like can be used. In the case of the immersion method, the complex dye may be adsorbed at room temperature or may be heated and refluxed as described in JP-A-7-249790. The latter coating method includes a wire bar method, a slide hopper method, an extrusion method, a curtain method, a spin method, a spray method, and the like, and a printing method includes letterpress, offset, gravure, screen printing, and the like. The solvent can be appropriately selected according to the solubility of the dye. For example, alcohols (methanol, ethanol, t-butanol, benzyl alcohol, etc.), nitriles (acetonitrile, propionitrile, 3-methoxypropionitrile, etc.), nitromethane, halogenated hydrocarbons (dichloromethane, dichloroethane, chloroform, chlorobenzene) ), Ethers (diethyl ether, tetrahydrofuran, etc.), dimethyl sulfoxide,
Amides (N, N-dimethylformamide, N, N-dimethylacetamide, etc.), N-methylpyrrolidone, 1,3-dimethylimidazolidinone, 3-methyloxazolidinone, esters (ethyl acetate, butyl acetate, etc.) , Carbonates (diethyl carbonate, ethylene carbonate, propylene carbonate, etc.), ketones (acetone, 2-butanone, cyclohexanone, etc.), hydrocarbons (hexane, petroleum ether, benzene, toluene, etc.) and mixed solvents thereof. Can be

【0137】色素の溶液の粘度についても、半導体微粒
子層の形成時と同様に、高粘度液(例えば0.01〜500Poi
se)ではエクストルージョン法の他に各種印刷法が適当
であり、また低粘度液(例えば0.1Poise以下)ではスラ
イドホッパー法、ワイヤーバー法またはスピン法が適当
であり、いずれも均一な膜にすることが可能である。
As for the viscosity of the solution of the dye, a high-viscosity liquid (for example, 0.01 to 500
For se), various printing methods other than the extrusion method are suitable, and for low-viscosity liquids (for example, 0.1 Poise or less), the slide hopper method, the wire bar method, or the spin method are suitable. It is possible.

【0138】このように色素の塗布液の粘度、塗布量、
導電性支持体、塗布速度等に応じて、適宜色素の吸着方
法を選択すればよい。塗布後の色素吸着に要する時間
は、量産化を考えた場合、なるべく短い方がよい。
As described above, the viscosity of the coating solution of the dye, the coating amount,
The method for adsorbing the dye may be appropriately selected according to the conductive support, the coating speed, and the like. The time required for dye adsorption after coating should be as short as possible in consideration of mass production.

【0139】未吸着の色素の存在は素子性能の外乱にな
るため、吸着後速やかに洗浄により除去するのが好まし
い。湿式洗浄槽を使い、アセトニトリル等の極性溶剤、
アルコール系溶剤のような有機溶媒で洗浄を行うのが好
ましい。また色素の吸着量を増大させるため、吸着前に
加熱処理を行うのが好ましい。加熱処理後、半導体微粒
子表面に水が吸着するのを避けるため、常温に戻さずに
40〜80℃の間で素早く色素を吸着させるのが好ましい。
Since the presence of unadsorbed dye causes disturbance of device performance, it is preferable to remove the dye by washing immediately after adsorption. Using a wet cleaning tank, polar solvents such as acetonitrile,
It is preferable to perform washing with an organic solvent such as an alcohol solvent. Further, in order to increase the adsorption amount of the dye, it is preferable to perform a heat treatment before the adsorption. After the heat treatment, do not return to room temperature to avoid water adsorbing on the surface of the semiconductor fine particles.
Preferably, the dye is adsorbed quickly between 40 and 80 ° C.

【0140】色素の全使用量は、導電性支持体の単位表
面積(1m2)当たり0.01〜100mmolが好ましい。また色
素の半導体微粒子に対する吸着量は、半導体微粒子の1
g当たり0.01〜1mmolであるのが好ましい。このような
色素の吸着量とすることにより、半導体における増感効
果が十分に得られる。これに対し、色素が少なすぎると
増感効果が不十分となり、また色素が多すぎると、半導
体に付着していない色素が浮遊し、増感効果を低減させ
る原因となる。
The total amount of the dye used is preferably from 0.01 to 100 mmol per unit surface area (1 m 2 ) of the conductive support. The amount of dye adsorbed on the semiconductor fine particles is 1
It is preferably 0.01 to 1 mmol per g. By using such a dye adsorption amount, a sufficient sensitizing effect in a semiconductor can be obtained. On the other hand, if the amount of the dye is too small, the sensitizing effect becomes insufficient, and if the amount of the dye is too large, the dye not adhering to the semiconductor floats, which causes a reduction in the sensitizing effect.

【0141】会合のような色素同士の相互作用を低減す
る目的で、無色の化合物を半導体微粒子に共吸着させて
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(例えばケノデオキシコ
ール酸)等が挙げられる。また紫外線吸収剤を併用する
こともできる。
For the purpose of reducing the interaction between dyes such as association, a colorless compound may be co-adsorbed on the semiconductor fine particles. Examples of the hydrophobic compound to be co-adsorbed include a steroid compound having a carboxyl group (for example, chenodeoxycholic acid). Further, an ultraviolet absorber can be used in combination.

【0142】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 accelerating the removal of excess dye, the surface of the semiconductor fine particles may be treated with an amine after adsorbing the dye. Preferred amines are pyridine,
4-tert-butylpyridine, polyvinylpyridine and the like. When these are liquids, they may be used as they are, or may be used after being dissolved in an organic solvent.

【0143】(III)導電性支持体 導電性支持体としては、金属のように支持体そのものに
導電性があるものか、図1に示すように感光層側に導電
剤を含む導電層12を有するガラスまたはプラスチック製
の基板11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、または導
電性金属酸化物(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。導電層
12の厚さは0.02〜10μm程度が好ましい。
(III) Conductive Support The conductive support may be a conductive support such as metal or a conductive layer 12 containing a conductive agent on the photosensitive layer side as shown in FIG. A glass or plastic substrate 11 can be used. In the latter case, preferred conductive agents include metals (eg, platinum, gold, silver, copper, aluminum, rhodium, indium, etc.), carbon, or conductive metal oxides (indium-tin composite oxide, tin oxide doped with fluorine). And the like). Conductive layer
The thickness of 12 is preferably about 0.02 to 10 μm.

【0144】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は100Ω/□以下であり、さらに
好ましくは40Ω/□以下である。表面抵抗の下限には特
に制限はないが、通常0.1Ω/□程度である。
The lower the surface resistance of the conductive support, the better. A preferred range of the surface resistance is 100 Ω / □ or less, more preferably 40 Ω / □ or less. The lower limit of the surface resistance is not particularly limited, but is usually about 0.1Ω / □.

【0145】導電性支持体側から光を照射する場合に
は、導電性支持体は光電気化学的に実質的に透明である
のが好ましい。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%以上であるのが好まし
く、70%以上が特に好ましい。透明導電性支持体として
は、ガラスまたはプラスチック等の透明基板の表面に導
電性金属酸化物からなる透明導電層を塗布または蒸着等
により形成したものが好ましい。なかでもフッ素をドー
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とするには、透明ポリマー
フィルムに導電層を設けたものを用いるのがよい。透明
ポリマーフィルムには、テトラアセチルセルロース(TA
C)、ポリエチレンテレフタレート(PET),ポリエチレ
ンナフタレート(PEN)、シンジオクタチックポリステ
レン(SPS)、ポリフェニレンスルフィド(PPS)、ポリ
カーボネート(PC)、ポリアリレート(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(PEI)、環状ポリオレフィン、ブロ
ム化フェノキシ等がある。十分な透明性を確保するため
に、導電性金属酸化物の塗布量はガラスまたはプラスチ
ックの支持体1m2当たり0.01〜100gとするのが好まし
い。
When light is irradiated from the conductive support side, it is preferable that the conductive support is substantially transparent electrochemically. Substantially transparent means that light transmittance is 10
% Or more, preferably 50% or more, particularly preferably 70% or more. As the transparent conductive support, it is preferable that a transparent conductive layer made of a conductive metal oxide is formed on the surface of a transparent substrate such as glass or plastic by coating or vapor deposition. Of these, 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 preferable. For a low-cost and flexible photoelectric conversion element or solar cell, a transparent polymer film provided with a conductive layer is preferably used. For the transparent polymer film, tetraacetyl cellulose (TA
C), polyethylene terephthalate (PET), polyethylene naphthalate (PEN), syndioctatic polysterene (SPS), polyphenylene sulfide (PPS), polycarbonate (PC), polyarylate (PAr), polysulfone (PSF), polyester sulfone (PES), polyetherimide (PEI), cyclic polyolefin, brominated phenoxy, and the like. In order to ensure sufficient transparency, the amount of the conductive metal oxide applied is preferably 0.01 to 100 g per 1 m 2 of a glass or plastic support.

【0146】透明導電性支持体の抵抗を下げる目的で金
属リードを用いるのが好ましい。金属リードの材質はア
ルミニウム、銅、銀、金、白金、ニッケル等の金属が好
ましく、特にアルミニウムおよび銀が好ましい。金属リ
ードは透明基板に蒸着、スパッタリング等で設置し、そ
の上にフッ素をドープした酸化スズ、またはITO膜か
らなる透明導電層を設けるのが好ましい。また透明導電
層を透明基板に設けた後、透明導電層上に金属リードを
設置するのも好ましい。金属リード設置による入射光量
の低下は10%以内、より好ましくは1〜5%である。
It is preferable to use a metal lead for the purpose of lowering the resistance of the transparent conductive support. The material of the metal lead is preferably a metal such as aluminum, copper, silver, gold, platinum, and nickel, and particularly preferably aluminum and silver. The metal lead is preferably provided on a transparent substrate by vapor deposition, sputtering, or the like, and a transparent conductive layer made of tin oxide doped with fluorine or an ITO film is preferably provided thereon. It is also preferable to provide a metal lead on the transparent conductive layer after providing the transparent conductive layer on the transparent substrate. The decrease in the amount of incident light due to the installation of the metal leads is within 10%, more preferably 1 to 5%.

【0147】(IV)対極 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作用するものである。対極と
しては、通常導電性支持体と同様に導電層を有する基板
を用いることもできるが、強度や密封性が十分に保たれ
るような金属板を使用すれば、基板は必ずしも必要でな
い。対極に用いる導電材としては、金属(例えば白金、
金、銀、銅、アルミニウム、ロジウム、インジウム
等)、炭素、または導電性金属酸化物(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。好ましい対極の例は、ガラスまたはプラ
スチックに塗布または蒸着した金属または導電性金属酸
化物の薄膜である。対極の厚さは特に制限されないが、
3nm〜10μmが好ましい。導電層が金属製である場合
は、その厚さは好ましくは5μm以下であり、さらに好
ましくは5nm〜3μmの範囲である。
(IV) Counter electrode When the photoelectric conversion element is a photoelectrochemical cell, the counter electrode functions as a positive electrode of the photoelectrochemical cell. As the counter electrode, a substrate having a conductive layer can be used as in the case of the conductive support. However, the substrate is not necessarily required if a metal plate having sufficient strength and sealing property is used. As the conductive material used for the counter electrode, a metal (for example, platinum,
Gold, silver, copper, aluminum, rhodium, indium, etc.), carbon, or conductive metal oxide (indium-tin composite oxide, tin oxide doped with fluorine, etc.)
Is mentioned. An example of a preferred counter electrode is a metal or conductive metal oxide thin film applied or deposited on glass or plastic. The thickness of the counter electrode is not particularly limited,
3 nm to 10 μm is preferred. When the conductive layer is made of metal, its thickness is preferably 5 μm or less, more preferably in the range of 5 nm to 3 μm.

【0148】導電性支持体と対極のいずれか一方または
両方から光を照射して良いので、感光層に光が到達する
ためには、導電性支持体と対極の少なくとも一方が実質
的に透明であれば良い。発電効率の向上の観点からは、
導電性支持体を透明にして、光を導電性支持体側から入
射させるのが好ましい。この場合対極は光を反射する性
質を有するのが好ましい。このような対極としては、金
属または導電性の酸化物を蒸着したガラスまたはプラス
チック、あるいは金属薄膜を使用できる。
Since light may be emitted from one or both of the conductive support and the counter electrode, in order for light to reach the photosensitive layer, at least one of the conductive support and the counter electrode is substantially transparent. I just want it. From the viewpoint of improving power generation efficiency,
It is preferable that the conductive support is made transparent and light is incident from the conductive support side. In this case, the counter electrode preferably has a property of reflecting light. As such a counter electrode, glass or plastic on which a metal or a conductive oxide is deposited, or a metal thin film can be used.

【0149】対極を設ける手順としては、(イ)電荷移動
層を形成した後でその上に設ける場合と、(ロ)色素増感
半導体微粒子の層の上にスペーサーを介して対極を配置
した後でその空隙に電解質溶液を充填し、架橋する場合
の2通りある。(イ)の場合、電荷移動層上に直接導電材
を塗布、メッキまたは蒸着(PVD、CVD)するか、
導電層を有する基板の導電層側を貼り付ける。また(ロ)
の場合、色素増感半導体微粒子層の上にスペーサーを介
して対極を組み立てて固定し、得られた組立体の開放端
を電解質溶液に浸漬し、毛細管現象または減圧を利用し
て色素増感半導体微粒子層と対極との空隙に電解質溶液
を浸透させ、次いで加熱により架橋させる。
The procedure for providing the counter electrode is as follows: (a) when the charge transfer layer is formed and then provided thereon; and (b) when the counter electrode is disposed on the layer of the dye-sensitized semiconductor fine particles via a spacer. Then, the space is filled with an electrolyte solution and crosslinked. In the case of (a), a conductive material is applied directly on the charge transfer layer, plated or deposited (PVD, CVD), or
The conductive layer side of a substrate having a conductive layer is attached. Also (b)
In the case of, a counter electrode is assembled and fixed via a spacer on the dye-sensitized semiconductor fine particle layer, the open end of the obtained assembly is immersed in an electrolyte solution, and the dye-sensitized semiconductor The electrolyte solution is permeated into the space between the fine particle layer and the counter electrode, and then crosslinked by heating.

【0150】(V)その他の層 電極として作用する導電性支持体および対極の一方また
は両方に、保護層、反射防止膜等の機能性層を設けても
良い。このような機能性層を多層に形成する場合、同時
多層塗布法や逐次塗布法を利用できるが、生産性の観点
からは同時多層塗布法が好ましい。同時多層塗布法で
は、生産性および塗膜の均一性を考えた場合、スライド
ホッパー法やエクストルージョン法が適している。これ
らの機能性層の形成には、その材質に応じて蒸着法や貼
り付け法等を用いることができる。
(V) Other Layers A functional layer such as a protective layer or an antireflection film may be provided on one or both of the conductive support serving as an electrode and the counter electrode. When such a functional layer is formed in multiple layers, a simultaneous multilayer coating method or a sequential coating method can be used, but from the viewpoint of productivity, the simultaneous multilayer coating method is preferable. In the simultaneous multi-layer coating method, a slide hopper method or an extrusion method is suitable in consideration of productivity and uniformity of a coating film. In forming these functional layers, an evaporation method, a sticking method, or the like can be used depending on the material.

【0151】[3] 光電気化学電池 本発明の光電気化学電池は、上記光電変換素子に外部回
路で仕事をさせるようにしたものである。光電気化学電
池は構成物の劣化や内容物の揮散を防止するために、側
面をポリマーや接着剤等で密封するのが好ましい。導電
性支持体および対極にリードを介して接続される外部回
路自体は公知のもので良い。
[3] Photoelectrochemical Battery The photoelectrochemical battery of the present invention is one in which the above-mentioned photoelectric conversion element is made to work in an external circuit. It is preferable that the side surface of the photoelectrochemical cell is sealed with a polymer, an adhesive, or the like in order to prevent deterioration of components and volatilization of the contents. The external circuit itself connected to the conductive support and the counter electrode via a lead may be a known one.

【0152】[0152]

【実施例】本発明を以下の実施例および比較例によりさ
らに詳しく説明するが、本発明は実施例に限定されるも
のではない。
The present invention will be described in more detail with reference to the following examples and comparative examples, but the present invention is not limited to the examples.

【0153】1.二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
レス製容器に二酸化チタン微粒子(日本アエロジル
(株)製,Degussa 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1500rpm
で2時間分散処理した。得られた分散液からジルコニア
ビーズを濾別した。得られた分散液中の二酸化チタン微
粒子の平均粒径は2.5μm であった。なお粒径はMALVERN
社製のマスターサイザーにより測定した。
1. Preparation of Titanium Dioxide Dispersion 15 g of titanium dioxide fine particles (Degussa P-25, manufactured by Nippon Aerosil Co., Ltd.), 45 g of water and a dispersant (Aldrich, Triron X- 100) 1 g and 30 g of zirconia beads (manufactured by Nikkato) having a diameter of 0.5 mm are put in, and 1500 rpm using a sand grinder mill (manufactured by Imex).
For 2 hours. The zirconia beads were separated by filtration from the obtained dispersion. The average particle size of the titanium dioxide fine particles in the obtained dispersion was 2.5 μm. The particle size is MALVERN
It was measured by a master sizer manufactured by the company.

【0154】2.色素を吸着したTiO2微粒子層(電極
A)の作製 フッ素をドープした酸化スズを被覆した20mm×20mmの導
電性ガラス板(旭ガラス(株)製,TCOガラス-U,表面
抵抗:約30Ω/□)を準備し、その導電層側の両端(端
から3mmの幅の部分)にスペーサー用粘着テープを張っ
た後で、導電層上にガラス棒を用いて上記分散液を塗布
した。分散液の塗布後、粘着テープを剥離し、室温で1
日間風乾した。次にこの半導体塗布ガラス板を電気炉
(ヤマト科学(株)製マッフル炉FP-32型)に入れ、450
℃で30分間焼成した。半導体塗布ガラス板を取り出し冷
却した後、表1に示す色素のエタノール溶液(濃度:3
×10 -4mol/L)に3時間浸漬した。色素が吸着した半導
体塗布ガラス板を4-tert-ブチルピリジンに15分間浸漬
した後、エタノールで洗浄し、自然乾燥させた。このよ
うにして得られた色素増感TiO2微粒子層の厚さは10μm
であり、TiO2微粒子の塗布量は20g/m2であった。また色
素の吸着量は、その種類に応じて0.1〜10mモル/m 2の範
囲内であった。
[0154] 2. TiO with adsorbed dyeTwoFine particle layer (electrode
Production of A) 20 mm x 20 mm conductor coated with tin oxide doped with fluorine
Electrical glass plate (Asahi Glass Co., Ltd., TCO glass-U, surface
Resistance: about 30Ω / □) and prepare both ends (ends) on the conductive layer side.
3mm width part) with adhesive tape for spacer
After that, apply the above dispersion using a glass rod on the conductive layer
did. After application of the dispersion, the adhesive tape was peeled off, and
Air dried for days. Next, this semiconductor coated glass plate is
(Yamato Scientific Co., Ltd. muffle furnace FP-32), 450
Baking for 30 minutes at ° C. Take out the semiconductor coated glass plate and cool
After rejection, the dye solution shown in Table 1 in ethanol (concentration: 3)
× 10 -Fourmol / L) for 3 hours. Semiconductor with dye adsorbed
Body-coated glass plate in 4-tert-butylpyridine for 15 minutes
After that, it was washed with ethanol and dried naturally. This
Dye-sensitized TiO thus obtainedTwoFine particle layer thickness is 10μm
And TiOTwo20g / m application amount of fine particlesTwoMet. Also color
The adsorption amount of element is 0.1 to 10 mmol / m depending on the type. TwoRange of
It was in the enclosure.

【0155】3.光電気化学電池の作製 表1に示す溶媒を使用して、電解質塩として0.5mol/Lの
1-メチル-3-ヘキシルイミダゾリウムのヨウ素塩および
0.05mol/Lのヨウ素を含んだ溶液を調製した。この溶液
に、表1に示すモル濃度で2つ以上の含窒素複素環基を
有する化合物A(1-1)と求電子性置換基を有する化合物
B(2-10)を混合し、均一な電解質溶液とした。
[0155] 3. Preparation of photoelectrochemical cell Using the solvents shown in Table 1, 0.5 mol / L of electrolyte salt was used.
Iodine salt of 1-methyl-3-hexylimidazolium and
A solution containing 0.05 mol / L iodine was prepared. Compound A (1-1) having two or more nitrogen-containing heterocyclic groups and compound B (2-10) having an electrophilic substituent at a molar concentration shown in Table 1 were mixed with this solution, and the mixture was mixed uniformly. An electrolyte solution was used.

【0156】一方、導電性ガラス板上に形成された色素
増感TiO2微粒子層の上にスペーサーを介して白金を蒸着
したガラス板からなる対極の白金薄膜側を載置し、導電
性ガラス板と白金蒸着ガラス板とを固定した。得られた
組立体の開放端を上記電解質溶液に浸漬し、毛細管現象
により色素増感TiO2微粒子層中に電解質溶液を浸透させ
た。次いで80℃で30分間加熱して、架橋反応を行うこと
により電解質をゲル化した。このようにして、図2に示
す通り、導電性ガラス板10の導電層12上に、色素増感Ti
O2微粒子層20、ゲル電解質層30、および白金薄膜42およ
びガラス板41からなる対極が順に積層された本発明の光
電気化学電池(サンプルNo. 1)を得た。
On the other hand, on the dye-sensitized TiO 2 fine particle layer formed on the conductive glass plate, a platinum thin film side of a glass plate on which platinum is vapor-deposited via a spacer is placed, and the conductive glass plate is placed. And a platinum-deposited glass plate were fixed. The open end of the obtained assembly was immersed in the above electrolyte solution, and the electrolyte solution was permeated into the dye-sensitized TiO 2 fine particle layer by capillary action. Next, the mixture was heated at 80 ° C. for 30 minutes to perform a crosslinking reaction, thereby gelling the electrolyte. In this manner, as shown in FIG. 2, the dye-sensitized Ti is placed on the conductive layer 12 of the conductive glass plate 10.
A photoelectrochemical cell (Sample No. 1) of the present invention was obtained in which the O 2 fine particle layer 20, the gel electrolyte layer 30, and the counter electrode composed of the platinum thin film 42 and the glass plate 41 were sequentially laminated.

【0157】また色素と電解質の組成の組み合わせを表
1に示すように変更した以外上記工程を繰り返すことに
より、異なる感光層20および/または電荷移動層30を有
する本発明の光電気化学電池(サンプルNo. 2〜29)を
得た。
By repeating the above steps except that the combination of the composition of the dye and the electrolyte was changed as shown in Table 1, the photoelectrochemical cell (sample) of the present invention having different photosensitive layers 20 and / or charge transfer layers 30 was obtained. Nos. 2-29) were obtained.

【0158】[0158]

【表1】 注:(1) 色素の記号は上記[2](II)(B)の色素の欄に記載
のものと同じ。 (2) 化合物Aの記号は上記[1](A)の2つ以上の含窒素複
素環基を有する化合物の欄に記載のものと同じ。 (3) 化合物Bの記号は上記[1](B)の2つ以上の求電子性
置換基を化合物の欄に記載のものと同じ。 (4) 溶媒 AN:アセトニトリル。 PC:プロピレンカーボネート。 DME:ジメトキシエタン。 NMO:3-メチル-2-オキサゾリジノン。
[Table 1] Note: (1) The symbols of the dyes are the same as those described in the dye column in [2] (II) (B) above. (2) The symbol of the compound A is the same as that described in the column of the compound having two or more nitrogen-containing heterocyclic groups in the above [1] (A). (3) The symbol of compound B is the same as that described in the column of compound for two or more electrophilic substituents in the above [1] (B). (4) Solvent AN: acetonitrile. PC: propylene carbonate. DME: dimethoxyethane. NMO: 3-methyl-2-oxazolidinone.

【0159】4.比較用光電気化学電池A、Bの作製 (1) 比較用光電気化学電池A 前述のようにして色素R-1により色素増感されたTiO2
粒子層からなる電極A(20mm×20mm)を同じ大きさの白
金蒸着ガラス板にスペーサーを介して重ねあわせた。次
に両ガラス板の隙間に毛細管現象を利用して電解液(ア
セトニトリルと3-メチル-2-オキサゾリジノンとの体積
比90/10の混合物を溶媒としたヨウ素0.05mol/L、ヨウ化
リチウム0.5mol/Lの溶液)を浸透させて、比較用光電気
化学電池Aを作成した。
4. Preparation of Comparative Photoelectrochemical Cells A and B (1) Comparative Photoelectrochemical Battery A An electrode A (20 mm × 20 mm) composed of a TiO 2 fine particle layer dye-sensitized with the dye R-1 as described above was used. They were superposed on a platinum-evaporated glass plate of the same size via a spacer. Next, an electrolytic solution (a mixture of acetonitrile and 3-methyl-2-oxazolidinone in a volume ratio of 90/10, i.e., 0.05 mol / L of iodine and 0.5 mol of lithium iodide was used as a solvent in the gap between the two glass plates by using a capillary phenomenon. / L solution) to make photoelectrochemical cell A for comparison.

【0160】(2)比較用光電気化学電池B(特開平9-273
52号に記載の電解質) 前述のようにして色素R-1により色素増感されたTiO2
粒子層からなる電極A(20mm×20mm)上に、電解液を塗
布し、含浸させた。なお電解液は、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(株)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(株)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分間真空脱気することにより得た。次
に前記混合溶液を含浸させた多孔性TiO2層を減圧下に置
くことにより、多孔性TiO2層中の気泡を除き、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TiO2層の微細空孔内に充填し
た。このようにして得られたものをヨウ素雰囲気に30分
間曝して、高分子化合物中にヨウ素を拡散させた後、白
金蒸着ガラス板を重ね合わせ、比較用光電気化学電池B
を得た。
(2) Photoelectrochemical cell B for comparison (JP-A-9-273)
Electrolyte described in No. 52) Electrolyte was applied and impregnated on electrode A (20 mm × 20 mm) composed of a TiO 2 fine particle layer dye-sensitized with dye R-1 as described above. The electrolyte was hexaethylene glycol methacrylate (manufactured by NOF CORPORATION).
1 g of Blemmer PE-350) and 1 g of ethylene glycol
And 20 mg of 2-hydroxy-2-methyl-1-phenyl-propan-1-one (manufactured by Ciba-Geigy Japan, Darocure 1173) as a polymerization initiator, and lithium iodide was added to the mixture.
It was obtained by dissolving 500 mg and degassing in vacuum for 10 minutes. Next, by placing the porous TiO 2 layer impregnated with the mixed solution under reduced pressure to remove bubbles in the porous TiO 2 layer and to promote the penetration of the monomer, the polymer was polymerized by irradiation with ultraviolet light to polymerize. a uniform gel compounds was filled into a porous TiO 2 layer in the fine pores. The thus obtained product was exposed to an iodine atmosphere for 30 minutes to diffuse iodine into the polymer compound, and then laminated with a platinum-deposited glass plate.
I got

【0161】5.光電変換効率の測定 500Wのキセノンランプ(ウシオ電機(株)製)の光をA
M1.5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
まない模擬太陽光とした。光強度は60mW/cm2に調整し
た。
5. Measurement of photoelectric conversion efficiency A 500 W xenon lamp (Ushio Inc.)
Simulated sunlight containing no ultraviolet light was obtained by passing through an M1.5 filter (manufactured by Oriel) and a sharp cut filter (Kenko L-42). The light intensity was adjusted to 60 mW / cm 2 .

【0162】前述の光電気化学電池の導電性ガラス板10
と白金蒸着ガラス板40にそれぞれワニ口クリップを接続
し、各ワニ口クリップを電流電圧測定装置(ケースレー
SMU238型)に接続した。これに導電性ガラス板10側から
模擬太陽光を照射し、発生した電気を電流電圧測定装置
により測定した。これにより求められた光電気化学電池
の開放電圧(Voc)、短絡電流密度(Jsc)、形状因子
(FF)、変換効率(η)、および240時間連続照射時の
短絡電流密度および短絡電流密度の低下率をまとめて表
2に示す。
The above-described conductive glass plate 10 of the photoelectrochemical cell
And alligator clips are connected to the platinum-deposited glass plate 40, and each alligator clip is connected to a current-voltage measuring device (Keithley).
SMU238). This was irradiated with simulated sunlight from the conductive glass plate 10 side, and the generated electricity was measured by a current / voltage measuring device. The calculated open-circuit voltage (Voc), short-circuit current density (Jsc), form factor (FF), conversion efficiency (η), and short-circuit current density and short-circuit current density during continuous irradiation for 240 hours Table 2 summarizes the reduction rates.

【0163】[0163]

【表2】 [Table 2]

【0164】表2の結果から、比較用光電気化学電池A
と比べ、本発明の光電気化学電池では光電変換特性の劣
化が少ないことが分かる。また比較用光電気化学電池B
と比べ、本発明の光電気化学電池は短絡電流密度が大き
く、光電変換特性に優れていることが分かる。
From the results in Table 2, it can be seen that the comparative photoelectrochemical cell A
In comparison with the photoelectrochemical cell of the present invention, it can be seen that the photoelectric conversion characteristics are less deteriorated. Also, a photoelectrochemical battery B for comparison
In comparison, it can be seen that the photoelectrochemical cell of the present invention has a high short-circuit current density and is excellent in photoelectric conversion characteristics.

【0165】[0165]

【発明の効果】以上詳述したように、2つ以上の含窒素
複素環基を有する化合物と2つ以上の求電子性置換基を
有する化合物との反応により得られる本発明のゲル電解
質を用いることにより、光電変換特性に優れかつ特性の
経時劣化を防止した光電変換素子および光電気化学電池
を得ることができる。
As described in detail above, the gel electrolyte of the present invention obtained by reacting a compound having two or more nitrogen-containing heterocyclic groups with a compound having two or more electrophilic substituents is used. This makes it possible to obtain a photoelectric conversion element and a photoelectrochemical cell having excellent photoelectric conversion characteristics and preventing deterioration of the characteristics over time.

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

【図1】 本発明の好ましい一実施例による光電変換素
子の構造を示す部分断面図である。
FIG. 1 is a partial cross-sectional view illustrating a structure of a photoelectric conversion device according to a preferred embodiment of the present invention.

【図2】 本発明の好ましい他の実施例による光電気化
学電池の構造を示す部分断面図である。
FIG. 2 is a partial cross-sectional view illustrating a structure of a photoelectrochemical cell according to another preferred embodiment of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10・・・導電性支持体 11・・・基板 12・・・導電層 20・・・感光層 21・・・半導体微粒子 22・・・色素 30・・・ゲル電解質層 40・・・対極 41・・・基板 42・・・導電層 10 conductive support 11 substrate 12 conductive layer 20 photosensitive layer 21 fine semiconductor particles 22 dye 30 gel electrolyte layer 40 counter electrode 41 ..Substrate 42 ... Conductive layer

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) // H01L 31/04 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (51) Int.Cl. 7 Identification code FI Theme coat ゛ (Reference) // H01L 31/04

Claims (11)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 2つ以上の含窒素複素環基を有する化合
物と2つ以上の求電子性置換基を有する化合物との反応
生成物を含むことを特徴とするゲル電解質。
1. A gel electrolyte comprising a reaction product of a compound having two or more nitrogen-containing heterocyclic groups and a compound having two or more electrophilic substituents.
【請求項2】 請求項1に記載のゲル電解質において、
前記2つ以上の含窒素複素環基を有する化合物が下記式
(I) : 【化1】 (ただしZは含窒素複素環基を表し、Lは有機基を表
し、p1は前記有機基Lに結合した前記含窒素複素環基の
数を表し、2〜8の整数である。)により表されること
を特徴とするゲル電解質。
2. The gel electrolyte according to claim 1, wherein
The compound having two or more nitrogen-containing heterocyclic groups is represented by the following formula:
(I): (However, Z represents a nitrogen-containing heterocyclic group, L represents an organic group, p 1 represents the number of the nitrogen-containing heterocyclic group bonded to the organic group L, and is an integer of 2 to 8.) A gel electrolyte characterized by being represented.
【請求項3】 請求項1または2に記載のゲル電解質に
おいて、前記含窒素複素環基が含窒素不飽和5〜6員環
であることを特徴とするゲル電解質。
3. The gel electrolyte according to claim 1, wherein the nitrogen-containing heterocyclic group is a nitrogen-containing unsaturated 5- to 6-membered ring.
【請求項4】 請求項1〜3のいずれかに記載のゲル電
解質において、前記含窒素複素環基がピリジン環または
イミダゾール環であることを特徴とするゲル電解質。
4. The gel electrolyte according to claim 1, wherein the nitrogen-containing heterocyclic group is a pyridine ring or an imidazole ring.
【請求項5】 請求項1〜4のいずれかに記載のゲル電
解質において、前記2つ以上の求電子性置換基を有する
化合物が下記式(II): 【化2】 (ただしYは求電子性置換基を表し、L’は有機基を表
し、p2は前記有機基L’に結合した前記求電子性置換基
の数を表し、2〜8の整数である。)により表されるこ
とを特徴とするゲル電解質。
5. The gel electrolyte according to claim 1, wherein the compound having two or more electrophilic substituents has the following formula (II): (However, Y represents an electrophilic substituent, L ′ represents an organic group, and p 2 represents the number of the electrophilic substituent bonded to the organic group L ′, and is an integer of 2 to 8. A gel electrolyte characterized by being represented by:
【請求項6】 請求項1〜5のいずれかに記載のゲル電
解質において、前記求電子性置換基がハロゲン原子、ア
シルオキシ基およびスルホニルオキシ基からなる群から
選ばれた少なくとも一種であることを特徴とするゲル電
解質。
6. The gel electrolyte according to claim 1, wherein the electrophilic substituent is at least one selected from the group consisting of a halogen atom, an acyloxy group and a sulfonyloxy group. Gel electrolyte.
【請求項7】 請求項1〜6のいずれかに記載のゲル電
解質において、前記2つ以上の含窒素複素環基を有する
化合物と2つ以上の求電子性置換基を有する化合物とを
塩を溶解した溶媒中で反応させて得られたことを特徴と
するゲル電解質。
7. The gel electrolyte according to claim 1, wherein the compound having two or more nitrogen-containing heterocyclic groups and the compound having two or more electrophilic substituents are salted. A gel electrolyte obtained by reacting in a dissolved solvent.
【請求項8】 導電性支持体、感光層、電荷移動層およ
び対極の順に積層された光電変換素子において、前記電
荷移動層が請求項1〜7のいずれかに記載のゲル電解質
を含むことを特徴とする光電変換素子。
8. A photoelectric conversion element laminated in the order of a conductive support, a photosensitive layer, a charge transfer layer and a counter electrode, wherein the charge transfer layer contains the gel electrolyte according to any one of claims 1 to 7. Characteristic photoelectric conversion element.
【請求項9】 請求項8に記載の光電変換素子におい
て、前記感光層が色素により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。
9. The photoelectric conversion device according to claim 8, wherein the photosensitive layer contains semiconductor fine particles sensitized by a dye.
【請求項10】 請求項8または9に記載の光電変換素子
において、前記感光層が、半導体微粒子と当該半導体微
粒子の間の空隙に充填された前記ゲル電解質とからなる
ことを特徴とする光電変換素子。
10. The photoelectric conversion device according to claim 8, wherein the photosensitive layer is composed of semiconductor fine particles and the gel electrolyte filled in a space between the semiconductor fine particles. element.
【請求項11】 請求項8〜10のいずれかに記載の光電変
換素子を有することを特徴とする光電気化学電池。
A photoelectrochemical cell comprising the photoelectric conversion element according to any one of claims 8 to 10.
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