JP2001076773A - Photoelectric transfer element, photoelectrochemical cell, and new squalenium cyanine dye - Google Patents

Photoelectric transfer element, photoelectrochemical cell, and new squalenium cyanine dye

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JP2001076773A
JP2001076773A JP24655899A JP24655899A JP2001076773A JP 2001076773 A JP2001076773 A JP 2001076773A JP 24655899 A JP24655899 A JP 24655899A JP 24655899 A JP24655899 A JP 24655899A JP 2001076773 A JP2001076773 A JP 2001076773A
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photoelectric conversion
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layer
integer
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Japanese (ja)
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Jiro Tsukahara
次郎 塚原
Tadahiko Kubota
忠彦 窪田
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Fujifilm Holdings Corp
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Fuji Photo Film Co Ltd
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    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01GCAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES OR LIGHT-SENSITIVE DEVICES, OF THE ELECTROLYTIC TYPE
    • H01G9/00Electrolytic capacitors, rectifiers, detectors, switching devices, light-sensitive or temperature-sensitive devices; Processes of their manufacture
    • H01G9/20Light-sensitive devices
    • H01G9/2027Light-sensitive devices comprising an oxide semiconductor electrode
    • H01G9/2031Light-sensitive devices comprising an oxide semiconductor electrode comprising titanium oxide, e.g. TiO2
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10KORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
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    • H10K85/60Organic compounds having low molecular weight
    • H10K85/649Aromatic compounds comprising a hetero atom
    • H10K85/652Cyanine dyes
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
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    • Y02E10/549Organic PV cells

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To widen an absorbed wavelength region and to increase photoelectric transfer efficiency by containing semiconductor fine grains sensitized by a squalenium cyanine dye in a photosensitive layer on a conductive carrier. SOLUTION: The photosensitive layer of a photoelectric transfer element having the photosensitive layer contains semiconductor fine grains sensitized by a squalenium cyanine dye expressed by equation, where R11-R16 each indicates a hydrogen atom, a substitutional or nonsubstitutional alkyl group or aryl group, A11 and A12 each indicates a substitutional group, EDG indicates an electron donating group, n11 indicates an integer of 1-4, n12 indicates an integer of 0-3, and n13 indicates an integer of 0-4. The EDG is an amino group or a diaryl amino group preferably. The dye has at least one acid group preferably. The acid group is selected from a carboxyl group, a hydroxy group, a phosphonyl group, and a phosphoryl group. The thickness of the photosensitive layer is preferably set to 9 μm or below. A photoelectrochemical battery made of this element is useful for a solar battery.

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、吸収波長領域の広
い新規シアニン色素、かかる色素によって増感された半
導体微粒子を用いた光電変換効率の高い光電変換素子、
ならびにそれからなる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 novel cyanine dye having a wide absorption wavelength region, a photoelectric conversion element having high photoelectric conversion efficiency using semiconductor fine particles sensitized by such a dye,
And an electrochemical cell comprising the same.

【0002】[0002]

【従来の技術】光電変換素子は各種の光センサー、複写
機、光発電装置に用いられている。光電変換素子には金
属を用いたもの、半導体を用いたもの、有機顔料や色素
を用いたもの、あるいはこれらを組み合わせたものなど
の様々な方式が実用化されている。
2. Description of the Related Art Photoelectric conversion elements are used in various optical sensors, copying machines, and photovoltaic devices. Various types of photoelectric conversion elements have been put into practical use, such as those using metals, those using semiconductors, those using organic pigments and dyes, and those combining these.

【0003】米国特許4927721号、同4684537号、同5084
365号、同5350644号、同5463057号、同5525440号の各明
細書および特開平7-249790号公報には、色素によって増
感された半導体微粒子を用いた光電変換素子(以後、色
素増感光電変換素子と略す)、もしくはこれを作成する
ための材料および製造技術が開示されている。この方式
の利点は、二酸化チタン等の安価な酸化物半導体を高純
度に精製することなく用いることができるため、比較的
安価な光電変換素子を提供できる点にある。
U.S. Pat.Nos. 4,492,721, 4,684,537 and 5,084
Nos. 365, 5350644, 5463057, 5525440 and JP-A-7-249790 describe a photoelectric conversion element using semiconductor fine particles sensitized by a dye (hereinafter referred to as a dye-sensitized photoconductive element). A conversion element), or a material and a manufacturing technique for producing the same are disclosed. The advantage of this method is that an inexpensive oxide semiconductor such as titanium dioxide can be used without purification to a high degree of purity, so that a relatively inexpensive photoelectric conversion element can be provided.

【0004】欧州特許第911841号、およびソーラーエナ
ジーマテリアルズアンドソーラーセルズ第58巻173〜183
頁(1999年)にはスクアリリウムシアニン色素を用いた
色素増感光電変換素子が開示されている。スクアリリウ
ムシアニン色素を用いる利点として、色素の吸光係数が
高い事、色素が安価である事、単色光変換効率が高い事
などが挙げられる。しかしながらスクアリリウムシアニ
ン色素は吸収がシャープであるため、作用スペクトルも
これに対応してシャープであり、可視光線の広い波長領
域にわたって光電変換することができない。このため太
陽エネルギーを電気に変換することを目的とした光電変
換素子(いわゆる太陽電池)にはスクアリリウムシアニ
ン色素は必ずしも適当でなかった。このような理由か
ら、作用スペクトルがブロードで太陽光に対する光電変
換効率の高い色素の開発が望まれていた。
[0004] European Patent No. 911841, and Solar Energy Materials and Solar Cells, Vol. 58, 173-183
Page (1999) discloses a dye-sensitized photoelectric conversion element using a squarylium cyanine dye. Advantages of using a squarylium cyanine dye include a high absorption coefficient of the dye, a low cost of the dye, and a high monochromatic light conversion efficiency. However, since the squarylium cyanine dye has sharp absorption, its action spectrum is correspondingly sharp, and photoelectric conversion cannot be performed over a wide wavelength range of visible light. For this reason, squarylium cyanine dyes have not always been suitable for photoelectric conversion elements (so-called solar cells) intended to convert solar energy into electricity. For these reasons, development of a dye having a broad action spectrum and high photoelectric conversion efficiency with respect to sunlight has been desired.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、吸収
波長領域の広いスクアリリウムシアニン色素、およびこ
れを用いた変換効率の高い光電変換素子もしくは光電気
化学電池を提供することである。
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a squarylium cyanine dye having a wide absorption wavelength region, and a photoelectric conversion element or a photoelectrochemical cell using the dye, which has a high conversion efficiency.

【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、本発明者等は、下記一般式(1):
Means for Solving the Problems As a result of intensive studies in view of the above object, the present inventors have found that the following general formula (1):

【化4】 (一般式(1)中、R11〜R16はそれぞれ水素原子、置換
または無置換のアルキル基またはアリール基を、A11
よびA12は置換基を、EDGは電子供与性基を、n11は1〜
4の整数を、n12は0〜3の整数を、およびn13は0〜4
の整数を表す。)により表されるスクアリリウムシアニ
ン色素は、広い波長領域にわたって光を吸収するため半
導体微粒子を効率良く増感しうること、及びかかる色素
を用いた光電変換素子は、高い光電変換効率を示し、良
好な光電気化学電池となりうることを見出し、本発明に
想到した。
Embedded image (In the general formula (1), R 11 to R 16 each represent a hydrogen atom, a substituted or unsubstituted alkyl group or an aryl group, A 11 and A 12 represent a substituent, EDG represents an electron donating group, and n11 represents 1 to
An integer of 4, n12 is an integer of 0 to 3, and n13 is 0 to 4
Represents an integer. The squarylium cyanine dye represented by the formula (1) absorbs light over a wide wavelength range and can efficiently sensitize semiconductor fine particles. A photoelectric conversion element using such a dye exhibits high photoelectric conversion efficiency and has a good photoelectric conversion efficiency. The present inventors have found that a photoelectrochemical cell can be used, and have reached the present invention.

【0007】本発明は、また下記条件を満たすことによ
り、光電変換効率の一層優れた光電変換素子及び光電気
化学電池が得られる。
According to the present invention, a photovoltaic cell and a photoelectrochemical cell having more excellent photoelectric conversion efficiency can be obtained by satisfying the following conditions.

【0008】(1) 一般式(1)におけるEDGはアミノ基
である事が好ましい。
(1) EDG in the general formula (1) is preferably an amino group.

【0009】(2) 一般式(1)におけるEDGはジアリー
ルアミノ基である事が好ましい。
(2) EDG in the general formula (1) is preferably a diarylamino group.

【0010】(3) 前記一般式(1)におけるR13〜R
16は、いずれも炭素数1〜4のアルキル基である事が好
ましい。
(3) R 13 to R in the general formula (1)
16 is preferably an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms.

【0011】(4) 一般式(1)により表される色素は、
少なくとも1つの酸性基を有する事が好ましい。
(4) The dye represented by the general formula (1) is
It is preferred to have at least one acidic group.

【0012】(5) 前記酸性基は、カルボキシル基、ヒド
ロキシ基、ホスホニル基、およびホスホリル基からなる
群より選ばれた少なくとも1つの基である事が好まし
い。
(5) The acidic group is preferably at least one group selected from the group consisting of a carboxyl group, a hydroxy group, a phosphonyl group, and a phosphoryl group.

【0013】(6) 一般式(1)においてA12は酸性基ま
たは酸性基を有する置換基であり、n13は1以上の整数
である事が好ましい。
(6) In the general formula (1), A 12 is an acidic group or a substituent having an acidic group, and n 13 is preferably an integer of 1 or more.

【0014】(7) 一般式(1)により表されるスクアリ
リウムシアニン色素は、下記一般式(2):
(7) The squarylium cyanine dye represented by the general formula (1) is represented by the following general formula (2):

【化5】 (一般式(2)中、R21〜R26はそれぞれ炭素数1〜6の
置換または無置換のアルキル基を、R27及びR28は置換基
を、Xはカルボキシル基またはホスホニル基を、n21およ
びn22はそれぞれ0〜3の整数を表す。) により表され
ることが好ましい。
Embedded image (In the general formula (2), R 21 to R 26 each represent a substituted or unsubstituted alkyl group having 1 to 6 carbon atoms, R 27 and R 28 represent substituents, X represents a carboxyl group or a phosphonyl group, and n 21 And n22 each represent an integer of 0 to 3.)

【0015】(8) 感光層の厚みは9μm以下であること
が好ましい。
(8) The thickness of the photosensitive layer is preferably 9 μm or less.

【0016】 〔発明の詳細な説明〕[Detailed Description of the Invention]

【0017】[0017]

【発明の実施の形態】以下、本発明を詳細に説明する。
本発明の光電変換素子は、導電性支持体上に感光層を有
するものであり、感光層にはスクアリリウムシアニン色
素によって増感された半導体微粒子を含有している。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, the present invention will be described in detail.
The photoelectric conversion device of the present invention has a photosensitive layer on a conductive support, and the photosensitive layer contains semiconductor fine particles sensitized by a squarylium cyanine dye.

【0018】〔1〕スクアリリウムシアニン色素 本発明に用いるスクアリリウムシアニン色素は、下記一
般式(1)で表される化合物である。
[1] Squarylium cyanine dye The squarylium cyanine dye used in the present invention is a compound represented by the following general formula (1).

【化6】 Embedded image

【0019】一般式(1)において、R11〜R16は好まし
くは、水素原子、総炭素数1〜20の置換もしくは無置換
のアルキル基(例えばメチル、エチル、イソブチル、n-
ドデシル、シクロヘキシル、ビニル、アリル、ベンジル
等)、または総炭素数6〜20の置換もしくは無置換のア
リール基(例えばフェニル、トリル、ナフチル等)を表
す。置換基の例としてはハロゲン原子(例えば、フッ
素、塩素、臭素)、アルコキシ基(例えばメトキシ、エ
トキシ、ベンジルオキシ等)、アリールオキシ基(例え
ばフェノキシ等)、アルキルチオ基(例えばメチルチ
オ、エチルチオ等)、アリールチオ基(例えばフェニル
チオ等)、ヒドロキシ基および酸素陰イオン、ニトロ
基、シアノ基、アミド基(例えばアセチルアミノ、ベン
ゾイルアミノ等)、スルホンアミド基(例えばメタンス
ルホニルアミノ、ベンゼンスルホニルアミノ等)、ウレ
イド基(例えば、3-フェニルウレイド等)、ウレタン基
(例えばイソブトキシカルボニルアミノ、カルバモイル
オキシ等)、エステル基(例えばアセトキシ、ベンゾイ
ルオキシ、メトキシカルボニル、フェノキシカルボニル
等)、カルバモイル基(例えばN-メチルカルバモイル、
N,N-ジフェニルカルバモイル等)、スルファモイル基
(例えばN-フェニルスルファモイル等)、アシル基(例
えばアセチル、ベンゾイル等)、アミノ基(アミノ、メ
チルアミノ、ジメチルアミノ、アニリノ、N-メチルアニ
リノ、ジフェニルアミノ等)、スルホニル基(例えばメ
チルスルホニル等)等が挙げられる。置換基の炭素原子
上にはさらに上記の置換基があっても良い。R13とR14
R15とR16は互いに結合して3〜8員環を形成しても良
い。
In the general formula (1), R 11 to R 16 are preferably a hydrogen atom, a substituted or unsubstituted alkyl group having 1 to 20 carbon atoms (for example, methyl, ethyl, isobutyl, n-
Represents a dodecyl, cyclohexyl, vinyl, allyl, benzyl, etc.) or substituted or unsubstituted aryl group having a total of 6 to 20 carbon atoms (eg, phenyl, tolyl, naphthyl, etc.). Examples of the substituent include a halogen atom (eg, fluorine, chlorine, bromine), an alkoxy group (eg, methoxy, ethoxy, benzyloxy, etc.), an aryloxy group (eg, phenoxy, etc.), an alkylthio group (eg, methylthio, ethylthio, etc.), Arylthio group (eg, phenylthio etc.), hydroxy group and oxygen anion, nitro group, cyano group, amide group (eg, acetylamino, benzoylamino etc.), sulfonamide group (eg, methanesulfonylamino, benzenesulfonylamino, etc.), ureido group (Eg, 3-phenylureido), urethane group (eg, isobutoxycarbonylamino, carbamoyloxy, etc.), ester group (eg, acetoxy, benzoyloxy, methoxycarbonyl, phenoxycarbonyl, etc.), carbamoyl group (eg, N- methylcarbamoyl,
N, N-diphenylcarbamoyl, etc.), sulfamoyl group (eg, N-phenylsulfamoyl, etc.), acyl group (eg, acetyl, benzoyl, etc.), amino group (amino, methylamino, dimethylamino, anilino, N-methylanilino, diphenyl Amino) and a sulfonyl group (eg, methylsulfonyl). The above substituent may be further present on the carbon atom of the substituent. R 13 and R 14,
R 15 and R 16 may combine with each other to form a 3- to 8-membered ring.

【0020】R11〜R16は置換もしくは無置換のアルキル
基が好ましく、炭素数1〜6のアルキル基がさらに好ま
しい。R13〜R16は炭素数1〜4の置換もしくは無置換の
アルキル基が特に好ましい。
R 11 to R 16 are preferably a substituted or unsubstituted alkyl group, more preferably an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms. R 13 to R 16 are particularly preferably a substituted or unsubstituted alkyl group having 1 to 4 carbon atoms.

【0021】EDGは電子供与性基を表す。「電子供与性
基」とは、ハメットのシグマ値が0より小さい基を意味
する。ハメットのシグマ値は有機化学の分野では広く認
知されており、例えば稲本直樹著「ハメット則」(丸
善)等多くの参考文献が知られている。電子供与性基の
中では、アルコキシ基、アルキルチオ基、アミノ基、1-
ピロリジノ基、1-ピペリジノ基、4-モルホリノ基、2-ア
ルコキシビニル基、2-アミノビニル基(例えば2-ジメチ
ルアミノビニル、2-ジフェニルアミノビニル等)、4-ア
ルコキシフェニル基、4-アミノフェニル基が好ましく、
このうちアミノ基が特に好ましい。アミノ基の中ではジ
アリールアミノ基(たとえばジフェニルアミノ、ジトリ
ルアミノ、4,4'-ジメトキシジフェニルアミノ等)が最
も好ましい。n11は1〜4の整数を表す。
EDG represents an electron donating group. "Electron donating group" means a group having a Hammett sigma value of less than 0. Hammett's sigma value is widely recognized in the field of organic chemistry, and many references are known, such as "Hammet's Rule" (Maruzen) by Naoki Inamoto. Among the electron donating groups, alkoxy groups, alkylthio groups, amino groups, 1-
Pyrrolidino group, 1-piperidino group, 4-morpholino group, 2-alkoxyvinyl group, 2-aminovinyl group (eg, 2-dimethylaminovinyl, 2-diphenylaminovinyl, etc.), 4-alkoxyphenyl group, 4-aminophenyl Groups are preferred,
Of these, an amino group is particularly preferred. Among the amino groups, a diarylamino group (eg, diphenylamino, ditolylamino, 4,4′-dimethoxydiphenylamino, etc.) is most preferred. n11 represents an integer of 1 to 4.

【0022】A11およびA12は置換基を表す。置換基の例
は前述のR11〜R16の置換基と同様である。n12は0〜3
の整数を、およびn13は0〜4の整数を表す。n12が2以
上のとき複数のA11は同じでも異なっていても良く、複
数のA11同士が互いに結合して環を形成しても良い。ま
た、A11とEDGが互いに結合して環を形成しても良い。n1
3が2以上のとき複数のA12は同じでも異なっていても良
く、複数のA12同士が互いに結合して環を形成しても良
い。
A 11 and A 12 represent a substituent. Examples of the substituent are the same as the substituents of R 11 to R 16 described above. n12 is 0-3
And n13 represents an integer of 0 to 4. n12 is the plurality of A 11 when two or more may be the same or different, may be bonded to each other plurality of A 11 with each other to form a ring. Also, A 11 and EDG may be bonded to each other to form a ring. n1
3 is a plurality of A 12 when two or more may be the same or different, may be bonded to 12 to each other a plurality of A each other to form a ring.

【0023】一般式(1)で表される化合物は半導体微
粒子に吸着させて用いるので、分子内に少なくとも1個
の酸性基を有するのが好ましい。「酸性基」とは水−テ
トラヒドロフラン混合溶媒(体積比50対50)中のpKaが1
0以下のブレンステッド酸を有する基のことであって、
好ましくはカルボキシル基、ヒドロキシ基、ホスホニル
基、ホスホリル基である。このうちカルボキシル基が最
も好ましい。これらの基はアルカリ金属等と塩を形成し
たものであってもよい。また分子内塩を形成していても
よい。
Since the compound represented by the general formula (1) is used by being adsorbed on semiconductor fine particles, it preferably has at least one acidic group in the molecule. An “acidic group” is defined as having a pKa of 1 in a mixed solvent of water and tetrahydrofuran (volume ratio of 50 to 50).
A group having a Bronsted acid of 0 or less,
Preferred are a carboxyl group, a hydroxy group, a phosphonyl group and a phosphoryl group. Of these, a carboxyl group is most preferred. These groups may form a salt with an alkali metal or the like. Further, an inner salt may be formed.

【0024】酸性基の置換位置としては一般式(1)に
おけるR11、R12、A11、A12上にあるか、A11、A12そのも
のが酸性基であることが好ましい。酸性基がA12上にあ
るかA 12そのものが酸性基であることが最も好ましい。
The substitution position of the acidic group is represented by the following general formula (1).
R11, R12, A11, A12Above or A11, A12That too
Is preferably an acidic group. The acidic group is A12On top
Ruka A 12Most preferably, it is an acidic group.

【0025】一般式(1)で表されるスクアリリウムシ
アニン色素のうち、最も好ましいものは、下記一般式
(2)で表される。
Among the squarylium cyanine dyes represented by the general formula (1), the most preferable one is represented by the following general formula (2).

【0026】[0026]

【化7】 Embedded image

【0027】一般式(2)において、R21〜R26はそれぞ
れ独立に炭素数1〜6の置換または無置換のアルキル基
を、R27およびR28は置換基を、Xはカルボキシル基また
はホスホニル基を、n21およびn22は0〜3の整数を表
す。R27、R28の例としては前述のR11〜R16の置換基と同
様の基が挙げられ、好ましくは炭素数1〜6のアルキル
基、または炭素数1〜6のアルコキシ基である。Xはカ
ルボキシル基が好ましい。n21およびn22は0または1が
好ましい。
In the general formula (2), R 21 to R 26 are each independently a substituted or unsubstituted alkyl group having 1 to 6 carbon atoms, R 27 and R 28 are substituents, X is a carboxyl group or a phosphonyl group. And n21 and n22 represent an integer of 0 to 3. Examples of R 27 and R 28 include the same groups as the substituents of R 11 to R 16 described above, and are preferably an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms or an alkoxy group having 1 to 6 carbon atoms. X is preferably a carboxyl group. n21 and n22 are preferably 0 or 1.

【0028】一般式(1)および(2)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。
また分子内塩を形成していてもよい。対イオンとしては
特に制限はなく有機、無機のいずれでもよい。代表的な
例としてはハロゲンイオン(フッ素イオン、塩素イオ
ン、臭素イオン、ヨウ素イオン)、水酸イオン、過塩素
酸イオン、テトラフルオロホウ酸イオン、ヘキサフルオ
ロリン酸イオン、酢酸イオン、トリフルオロ酢酸イオ
ン、メタンスルホン酸イオン、パラトルエンスルホン酸
イオン、トリフルオロメタンスルホン酸イオン等のアニ
オン、アルカリ金属(リチウム、ナトリウム、カリウム
等)、アルカリ土類金属(マグネシウム、カルシウム
等)、アンモニウム、アルキルアンモニウム(例えばジ
エチルアンモニウム、テトラブチルアンモニウム等)、
ピリジニウム、アルキルピリジニウム(例えばメチルピ
リジニウム)、グアニジニウム、テトラアルキルホスホ
ニウム等のカチオンが挙げられる。
The compounds represented by the general formulas (1) and (2) may have a counter ion depending on the charge of the whole molecule.
Further, an inner salt may be formed. The counter ion is not particularly limited and may be either organic or inorganic. Representative examples include halogen ions (fluorine ions, chloride ions, bromine ions, and iodine ions), hydroxide ions, perchlorate ions, tetrafluoroborate ions, hexafluorophosphate ions, acetate ions, and trifluoroacetate ions. Anions such as methanesulfonate ion, paratoluenesulfonate ion, trifluoromethanesulfonate ion, alkali metals (lithium, sodium, potassium, etc.), alkaline earth metals (magnesium, calcium, etc.), ammonium, alkylammonium (eg, diethyl Ammonium, tetrabutylammonium, etc.),
Examples include cations such as pyridinium, alkylpyridinium (eg, methylpyridinium), guanidinium, and tetraalkylphosphonium.

【0029】なお、一般式(1)および(2)におい
て、各結合はすべて共有結合(―で表す)として表記さ
れているが、置換基の種類によって配位結合を意味する
場合もあり、当該表記法は絶対的なものではない。
In the general formulas (1) and (2), each bond is represented as a covalent bond (represented by-), but it may mean a coordination bond depending on the type of the substituent. Notation is not absolute.

【0030】以下に一般式(1)および(2)で表され
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 compounds represented by formulas (1) and (2) are shown below, but the present invention is not limited thereto.

【0031】[0031]

【化8】 Embedded image

【0032】[0032]

【化9】 Embedded image

【0033】[0033]

【化10】 [Formula 10]

【0034】[0034]

【化11】 [Formula 11]

【0035】〔2〕光電変換素子 本発明の光電変換素子は、感光層に上記スクアリリウム
シアニン色素によって増感された半導体微粒子を有する
ものである。好ましくは図1に示すように、導電層10、
感光層20、電荷移動層30、対極導電層40の順に積層し、
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電解質
23とから構成する。電解質23は、電荷移動層30に用いる
材料と同じ成分からなる。また光電変換素子に強度を付
与するため、導電層10側および/または対極導電層40側
に、基板50を設けてもよい。以下本発明では、導電層10
および任意で設ける基板50からなる層を「導電性支持
体」、対極導電層40および任意で設ける基板50からなる
層を「対極」と呼ぶ。この光電変換素子を外部回路に接
続して仕事をさせるようにしたものが光電気化学電池で
ある。なお、図1中の導電層10、対極導電層40、基板50
は、それぞれ透明導電層10a、透明対極導電層40a、透明
基板50aであっても良い。
[2] Photoelectric Conversion Device The photoelectric conversion device of the present invention has a photosensitive layer having semiconductor fine particles sensitized by the squarylium cyanine dye. Preferably, as shown in FIG.
Laminated in the order of the photosensitive layer 20, the charge transfer layer 30, and the counter electrode conductive layer 40,
Semiconductor fine particles sensitized to the photosensitive layer 20 by a dye 22
Electrolyte filled in the gap between 21 and the semiconductor fine particles 21
23. The electrolyte 23 is composed of the same components as the material used for the charge transfer layer 30. Further, a substrate 50 may be provided on the conductive layer 10 side and / or the counter electrode conductive layer 40 side in order to impart strength to the photoelectric conversion element. Hereinafter, in the present invention, the conductive layer 10
The layer composed of the optionally provided substrate 50 is referred to as a “conductive support”, and the layer composed of the counter electrode conductive layer 40 and the optionally provided substrate 50 is referred to as a “counter electrode”. A photoelectrochemical cell in which the photoelectric conversion element is connected to an external circuit to perform a work is provided. The conductive layer 10, the counter electrode conductive layer 40, and the substrate 50 in FIG.
May be a transparent conductive layer 10a, a transparent counter electrode conductive layer 40a, and a transparent substrate 50a, respectively.

【0036】図1に示す本発明の光電変換素子におい
て、スクアリリウムシアニン色素22により増感された半
導体微粒子21を含む感光層20に入射した光は色素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
電層10に到達する。このとき色素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、導電層10中の
電子が外部回路で仕事をしながら対極導電層40および電
荷移動層30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20は負極として働く。それぞれの層の境
界(例えば導電層10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と対極導電層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。以下各層について詳細に説明する。
In the photoelectric conversion device of the present invention shown in FIG. 1, the light incident on the photosensitive layer 20 containing the semiconductor fine particles 21 sensitized by the squarylium cyanine dye 22 excites the dye 22, etc., and the excited dye 22, etc. The high-energy electrons in the inside are passed to the conduction band of the semiconductor fine particles 21 and further reach the conductive layer 10 by diffusion. At this time, molecules such as the dye 22 are oxidized. In the photoelectrochemical cell, the electrons in the conductive layer 10 return to an oxidant such as the dye 22 via the counter electrode conductive layer 40 and the charge transfer layer 30 while working in an external circuit, and the dye 22 is regenerated. The photosensitive layer 20 functions as a negative electrode. At the boundary of each layer (for example, the boundary between the conductive layer 10 and the photosensitive layer 20, 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 conductive layer 40, etc.), They may be mutually diffused and mixed. Hereinafter, each layer will be described in detail.

【0037】(A)導電性支持体 導電性支持体は、(1)導電層の単層、または(2)導
電層および基板の2層からなる。強度や密封性が十分に
保たれるような導電層を使用すれば、基板は必ずしも必
要でない。
(A) Conductive Support The conductive support comprises (1) a single layer of a conductive layer or (2) two layers of a conductive layer and a substrate. A substrate is not necessarily required if a conductive layer that maintains sufficient strength and sealing properties is used.

【0038】(1)の場合、導電層として金属のように
十分な強度が得られ、かつ導電性があるものを用いる。
In the case of (1), a conductive layer having sufficient strength, such as metal, and having conductivity is used as the conductive layer.

【0039】(2)の場合、感光層側に導電剤を含む導
電層を有する基板を使用することができる。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。導電層の厚
さは0.02〜10μm程度が好ましい。
In the case of (2), a substrate having a conductive layer containing a conductive agent on the photosensitive layer side can be used. Preferred conductive agents are metals (for example, platinum, gold, silver, copper, aluminum, rhodium, indium, etc.), carbon, or conductive metal oxides (indium-tin composite oxide, tin oxide doped with fluorine, etc.). Is mentioned. The thickness of the conductive layer is preferably about 0.02 to 10 μm.

【0040】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. The 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 / □.

【0041】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。
When light is irradiated from the conductive support side, the conductive support is preferably substantially transparent.
Substantially transparent means that the light transmittance is 10% or more, preferably 50% or more, and particularly preferably 70% or more.

【0042】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
の材料としては、テトラアセチルセルロース(TAC)、
ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリエチレンナ
フタレート(PEN)、シンジオクタチックポリスチレン
(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。
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. Transparent polymer film materials include tetraacetyl cellulose (TAC),
Polyethylene terephthalate (PET), polyethylene naphthalate (PEN), syndiotactic polystyrene (SPS), polyphenylene sulfide (PPS), polycarbonate (PC), polyarylate (PAr), polysulfone (PSF), polyester sulfone (PES), Examples include polyetherimide (PEI), cyclic polyolefin, and brominated phenoxy. To ensure sufficient transparency,
The coating amount of the conductive metal oxide is preferably a support 1 m 2 per 0.01~100g of glass or plastic.

【0043】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
低下は好ましくは10%以内、より好ましくは1〜5%と
する。
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 preferably within 10%, more preferably 1 to 5%.

【0044】(B)感光層 本発明のスクアリリウムシアニン色素により増感された
半導体微粒子を含む感光層において、半導体微粒子はい
わゆる感光体として作用し、光を吸収して電荷分離を行
い、電子と正孔を生ずる。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。
(B) Photosensitive Layer In the photosensitive layer containing the semiconductor fine particles sensitized by the squarylium cyanine dye of the present invention, the semiconductor fine particles act as a so-called photoreceptor, absorb light to separate electric charges, and form electrons and positive electrons. Creates a hole. 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.

【0045】(1)半導体微粒子 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。
(1) Semiconductor Fine Particles Semiconductor fine particles include a simple semiconductor such as silicon or germanium, a III-V compound semiconductor, a metal chalcogenide (eg, oxide, sulfide, selenide, etc.), or a perovskite structure. Compounds (for example, strontium titanate, calcium titanate, sodium titanate, barium titanate, potassium niobate, etc.) can be used.

【0046】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
ンまたはビスマスの硫化物、カドミウムまたは鉛のセレ
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−ヒ素または銅−イン
ジウムのセレン化物、銅−インジウムの硫化物等が挙げ
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 or bismuth sulfide, cadmium or lead selenide, cadmium telluride and the like. Other compound semiconductors include phosphides such as zinc, gallium, indium and cadmium, selenides of gallium-arsenic or copper-indium, and sulfides of copper-indium.

【0047】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、より好ましくはTiO2、ZnO、Sn
O2、Fe2O3、WO3、Nb2O5、CdS、PbS、CdSe、InP、GaAs、
CuInS2または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, CuInSeTwoEtc., more preferably TiOTwo, ZnO, Sn
OTwo, FeTwoOThree, WOThree, NbTwoOFive, CdS, PbS, CdSe, InP, GaAs,
CuInSTwoOr CuInSeTwoAnd particularly preferably TiOTwoAlso
Is Nb TwoOFiveAnd most preferably TiOTwoIt is.

【0048】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.

【0049】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.

【0050】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 which 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.

【0051】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De
gussa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, 1012-1018.
The gel-sol method described on page (1996) is preferred. Also De
Also preferred is a method developed by Gussa to produce oxides by high temperature hydrolysis of chlorides in oxyhydrogen salts.

【0052】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、バーブらのジャーナル・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
サイドらのケミカル・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 a chloride oxyhydrogen salt is preferable. Applied Technology "Gihodo Publishing (1997)
The sulfuric acid method and the chlorine method described in (1) can also be used. Further, the sol-gel method is described in Barb et al., Journal of American Ceramic Society, Vol.
No. 12, pages 3157-3171 (1997), and Burnside et al., Chemical Materials, Vol. 10, No. 9,
The method described on pages 2419 to 2425 is also preferred.

【0053】(2)半導体微粒子層 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。
(2) Semiconductor fine particle layer In order to coat the semiconductor fine particles on the conductive support, in addition to the method of coating a dispersion or colloid solution of the semiconductor fine particles on the conductive support, the above-mentioned sol-gel is used. A method can also be used. 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.

【0054】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 for 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.

【0055】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.

【0056】塗布方法としては、アプリケーション系と
してローラ法、ディップ法等、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にできるものとして、特公昭58
-4589号に開示されているワイヤーバー法、米国特許268
1294号、同2761419号、同2761791号等に記載のスライド
ホッパー法、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。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 dipping method as an application system, an air knife method and a blade method as a metering system.
-4589, the wire bar method, US Patent 268
The slide hopper method, extrusion method, curtain method, and the like described in Nos. 1294, 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.

【0057】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、キャス
ト法、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 greatly depends on 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 for 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.

【0058】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 used. It can also be applied. Multilayer coating is effective even when the film thickness is insufficient by one coating. The extrusion method or the slide hopper method is suitable for multilayer 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.

【0059】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、2〜9μm
がより好ましい。半導体微粒子の支持体1m2当たり塗布
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 9 μm.
Is more preferred. The coating amount of the semiconductor fine particles per m 2 of the support is preferably 0.5 to 400 g, more preferably 5 to 100 g.

【0060】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。またコストの観点からもできる限り
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. It is preferable that the temperature be 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.

【0061】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チタン水溶液
を用いた電気化学的メッキ処理を行ってもよい。
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 injecting electrons from the dye into the semiconductor particles, for example, chemical plating using an aqueous solution of titanium tetrachloride or trichloride. Electrochemical plating using an aqueous titanium solution may be performed.

【0062】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.

【0063】(3)半導体微粒子への色素の吸着 半導体微粒子にスクアリリウムシアニン色素を吸着させ
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、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、スライドホッパー法、
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)、水やこれらの混合溶媒が
挙げられる。
(3) Adsorption of Dye on Semiconductor Fine Particles The squarylium cyanine 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. To the semiconductor fine particle layer. 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 dye may be adsorbed at room temperature or may be heated and refluxed as described in JP-A-7-249790. In addition, as the latter coating method, a wire bar method, a slide hopper method,
There are extrusion method, curtain method, spin method, spray method and the like. Printing methods include 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.), water and mixed solvents of these No.

【0064】スクアリリウムシアニン色素の溶液の粘度
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0.01〜500Poise)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 squarylium cyanine dye solution, various printing methods other than the extrusion method are suitable for a high-viscosity liquid (for example, 0.01 to 500 Poise), as in the formation of the semiconductor fine particle layer. Liquid (for example,
In the case of 0.1 Poise or less), a slide hopper method, a wire bar method, or a spin method is appropriate, and any of them can form a uniform film.

【0065】このようにスクアリリウムシアニン色素の
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 method of adsorbing the squarylium cyanine dye may be appropriately selected according to the viscosity of the coating solution of the squarylium cyanine dye, the coating amount, 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.

【0066】未吸着のスクアリリウムシアニン色素の存
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。またスクアリリウムシ
アニン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 squarylium cyanine dye causes disturbance of device performance, it is preferable to remove the squarylium cyanine dye by washing immediately after adsorption. It is preferable to perform washing with a polar solvent such as acetonitrile and an organic solvent such as an alcohol solvent using a wet washing tank. In order to increase the adsorption amount of the squarylium cyanine dye, it is preferable to perform a heat treatment before the adsorption. After the heat treatment, do not return to normal temperature to avoid 40-80
It is preferred that the dye be adsorbed quickly between ° C.

【0067】スクアリリウムシアニン色素の全使用量
は、導電性支持体の単位表面積(1m2)当たり0.01〜10
0mmolが好ましい。またスクアリリウムシアニン色素の
半導体微粒子に対する吸着量は、半導体微粒子1g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 squarylium cyanine dye used is 0.01 to 10 per unit surface area (1 m 2 ) of the conductive support.
0 mmol is preferred. The amount of the squarylium cyanine dye adsorbed on the semiconductor fine particles is preferably 0.01 to 1 mmol per 1 g of the semiconductor fine particles. 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 and causes a reduction in the sensitizing effect.

【0068】光電変換の波長域をできるだけ広くすると
ともに変換効率を上げるため、二種類以上の色素を混合
することもできる。この場合、光源の波長域と強度分布
に合わせるように、混合する色素およびその割合を選ぶ
のが好ましい。
In order to widen the wavelength range of photoelectric conversion as much as possible and to increase the conversion efficiency, two or more dyes can be mixed. In this case, it is preferable to select the dyes to be mixed and the ratio thereof so as to match the wavelength range and the intensity distribution of the light source.

【0069】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 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.

【0070】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-t-ブチルピリジン、ポリビニルピリジン等が挙げられ
る。これらが液体の場合はそのまま用いてもよいし、有
機溶媒に溶解して用いてもよい。
For the purpose of promoting the removal of excess dye, the surface of the semiconductor fine particles may be treated with an amine after adsorbing the dye. Preferred amines are pyridine,
4-t-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.

【0071】(C)電荷移動層 電荷移動層は金属錯体色素の酸化体に電子を補充する機
能を有する層である。電荷移動層に用いることのできる
代表的な材料として、酸化還元対を有機溶媒に溶解した
液体(電解液)、酸化還元対を有機溶媒に溶解した液体
をポリマーマトリクスに含浸したいわゆるゲル電解質、
酸化還元対を含有する溶融塩等が挙げられる。さらに固
体電解質や正孔(ホール)輸送材料を用いることもでき
る。
(C) Charge Transfer Layer The charge transfer layer is a layer having a function of replenishing the oxidized metal complex dye with electrons. Typical materials that can be used for the charge transfer layer include a liquid (electrolytic solution) in which a redox couple is dissolved in an organic solvent, a so-called gel electrolyte in which a liquid in which a redox couple is dissolved in an organic solvent is impregnated in a polymer matrix,
Molten salts containing a redox couple may be mentioned. Further, a solid electrolyte or a hole transporting material can be used.

【0072】本発明で使用する電解液は電解質、溶媒お
よび添加物からなるのが好ましい。電解質としては、
(a)I2とヨウ化物(LiI、NaI、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、CaB
r2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硫黄化合
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。上記電解質は混合して用いてもよい。また電解質
EP718288、WO95/18456、J. Electrochem. Soc., Vol.14
3,No.10, 3099 (1996)、Inorg. Chem., 35, 1168〜1178
(1996)に記載された室温で溶融状態の塩(溶融塩)を使
用することもできる。溶融塩を電解質として使用する場
合、溶媒は使用しなくても構わない。
The electrolyte used in the present invention preferably comprises an electrolyte, a solvent and an additive. As the electrolyte,
(a) I 2 and an iodide (LiI, NaI, KI, CsI, metal iodide such as CaI 2 or tetraalkylammonium iodide, pyridinium iodide, imidazolium iodide, etc. iodine salt such as quaternary ammonium compounds ), And (b) Br 2 and bromide (LiBr, NaBr, KBr, CsBr, CaB
r 2 of a metal such as bromide or tetraalkylammonium bromide, a combination of a bromine salt, etc.) of the quaternary ammonium compounds such as pyridinium bromide, (c) ferrocyanate - ferricyanide or ferrocene - such as ferricinium ion Metal complexes, (d) sulfur compounds such as sodium polysulfide, alkylthiol-alkyldisulfide, (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 electrolytes may be used as a mixture. Also electrolyte
EP718288, WO95 / 18456, J. Electrochem.Soc., Vol.14
3, No. 10, 3099 (1996), Inorg. Chem., 35, 1168-1178.
The salt in a molten state at room temperature (molten salt) described in (1996) can also be used. When a molten salt is used as an electrolyte, a solvent need not be used.

【0073】好ましい電解質濃度0.1〜15Mであり、さら
に好ましくは0.2〜10Mである。また電解質にヨウ素を添
加する場合の好ましいヨウ素の添加濃度は0.01〜0.5Mで
ある。
The electrolyte concentration is preferably 0.1 to 15M, more preferably 0.2 to 10M. When iodine is added to the electrolyte, the preferred concentration of iodine is 0.01 to 0.5M.

【0074】電解質用溶媒としては、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を高める
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 for the electrolyte, a compound that can exhibit excellent ionic conductivity because it has low viscosity and high ion mobility, or has high dielectric constant and increases the effective carrier concentration, or both are used. It is desirable. Examples of such solvents include, for example, the following.

【0075】(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.

【0076】(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-caprolactone, crotlactone, γ-caprolactone, δ-valerolactone and the like are preferable.

【0077】(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.

【0078】(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, and polypropylene glycol monoalkyl ether are preferred.

【0079】(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.

【0080】(f)グリコールエーテル類 例えばエチレングリコールジアルキルエーテル、プロピ
レングリコールジアルキルエーテル、ポリエチレングリ
コールジアルキルエーテル、ポリプロピレングリコール
ジアルキルエーテル等が好ましい。
(F) Glycol ethers Preferred are, for example, ethylene glycol dialkyl ether, propylene glycol dialkyl ether, polyethylene glycol dialkyl ether, polypropylene glycol dialkyl ether and the like.

【0081】(g)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。
(G) Tetrahydrofurans For example, tetrahydrofuran, 2-methyltetrahydrofuran and the like are preferable.

【0082】(h)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。
(H) Nitriles For example, acetonitrile, glutarodinitrile, propionitrile, methoxyacetonitrile, benzonitrile and the like are preferable.

【0083】(i)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。
(I) Carboxylic esters Esters such as methyl formate, methyl acetate, ethyl acetate and methyl propionate are preferred.

【0084】(j)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。
(J) Phosphoric acid triesters For example, trimethyl phosphate, triethyl phosphate and the like are preferable.

【0085】(k)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。
(K) 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.

【0086】(l)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。
(L) Other aprotic organic solvents such as dimethyl sulfoxide, formamide, N, N-dimethylformamide, nitromethane, etc.
Water and the like are preferred.

【0087】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.

【0088】また本発明では、J. Am. Ceram. Soc., 80
(12), 3157〜3171(1997)に記載されているようなt-ブチ
ルピリジンや、2-ピコリン、2,6-ルチジン等の塩基性化
合物を添加することもできる。塩基性化合物を添加する
場合の好ましい濃度範囲は0.05〜2Mである。
In the present invention, J. Am. Ceram. Soc., 80
(12), basic compounds such as t-butylpyridine, 2-picoline and 2,6-lutidine as described in 3157-3171 (1997) can also be added. A preferred concentration range when adding a basic compound is 0.05 to 2M.

【0089】電解質はポリマーやオイルゲル化剤の添
加、共存する多官能モノマー類の重合、ポリマーとの架
橋反応等の方法により、ゲル化(固体化)させて使用す
ることもできる。ポリマーの添加によりゲル化させる場
合は、"Polymer Electrolyte Reviews-1,2" (J. R. Mac
CaLLumとC. A. Vincentの共編、ELSEIVER APPLIED SCIE
NCE) に記載された化合物を使用することができるが、
特にポリアクリロニトリル、ポリフッ化ビニリデンを使
用するのが好ましい。オイルゲル化剤の添加によりゲル
化させる場合は、J. Chem. Soc. Japan, Ind. Chem. Se
c., 46,779 (1943),J. Am. Chem. Soc., 111, 5542 (19
89), J. Chem. Soc., Chem. Commun., 1993, 390, Ange
w. Chem. Int. Ed. Engl., 35,1949 (1996), Chem. Let
t., 1996,885, J. Chem. Soc., Chem. Commun., 545(19
97)に記載されている化合物を使用することができる。
なかでも好ましい化合物は分子構造中にアミド構造を有
する化合物である。
The electrolyte can be gelled (solidified) by a method such as addition of a polymer or an oil gelling agent, polymerization of coexisting polyfunctional monomers, and crosslinking reaction with the polymer. When gelling by adding a polymer, use "Polymer Electrolyte Reviews-1,2" (JR Mac
ELSEIVER APPLIED SCIE co-edited by CaLLum and CA Vincent
NCE) can be used,
In particular, it is preferable to use polyacrylonitrile and polyvinylidene fluoride. When gelation is performed by adding an oil gelling agent, use J. Chem. Soc. Japan, Ind. Chem. Se.
c., 46,779 (1943), J. Am. Chem. Soc., 111, 5542 (19
89), J. Chem. Soc., Chem. Commun., 1993, 390, Ange
w. Chem. Int. Ed. Engl., 35, 1949 (1996), Chem. Let.
t., 1996, 885, J. Chem. Soc., Chem. Commun., 545 (19
The compounds described in 97) can be used.
Among these, preferred are compounds having an amide structure in the molecular structure.

【0090】電解質に共存させた多官能モノマー類の重
合によりゲル電解質を形成する場合、多官能モノマー
類、重合開始剤、電解質および溶媒から溶液を調製し、
キャスト法、塗布法、浸漬法、含浸法等の方法により色
素増感半導体微粒子層(感光層20)上に塗布する。図1
に示すように、色素増感半導体微粒子21間の空隙にゾル
状電解質を充填するとともに、感光層20上にゾル状電解
質層を形成し、その後ラジカル重合することによりゲル
化させる方法が好ましい。
When a gel electrolyte is formed by polymerization of polyfunctional monomers coexisting in the electrolyte, a solution is prepared from the polyfunctional monomers, polymerization initiator, electrolyte and solvent,
Coating is performed on the dye-sensitized semiconductor fine particle layer (photosensitive layer 20) by a method such as a casting method, a coating method, a dipping method, and an impregnation method. FIG.
As shown in (2), it is preferable to fill the voids between the dye-sensitized semiconductor fine particles 21 with a sol-like electrolyte, form a sol-like electrolyte layer on the photosensitive layer 20, and then gel it by radical polymerization.

【0091】多官能性モノマーはエチレン性不飽和基を
2個以上有する化合物であるのが好ましく、例えばジビ
ニルベンゼン、エチレングリコールジメタクリレート、
エチレングリコールジアクリレート、エチレングリコー
ルジメタクリレート、ジエチレングリコールジアクリレ
ート、ジエチレングリコールジメタクリレート、トリエ
チレングリコールジアクリレート、トリエチレングリコ
ールジメタクリレート、ペンタエリスリトールトリアク
リレート、トリメチロールプロパントリアクリレート等
が好ましい。
The polyfunctional monomer has an ethylenically unsaturated group.
It is preferably a compound having two or more, for example, divinylbenzene, ethylene glycol dimethacrylate,
Preferred are ethylene glycol diacrylate, ethylene glycol dimethacrylate, diethylene glycol diacrylate, diethylene glycol dimethacrylate, triethylene glycol diacrylate, triethylene glycol dimethacrylate, pentaerythritol triacrylate, trimethylolpropane triacrylate, and the like.

【0092】ゲル電解質は、上記多官能性モノマー以外
に単官能モノマーを含んでいてもよい。単官能モノマー
としては、アクリル酸またはα-アルキルアクリル酸
(例えばメタクリル酸等)類から誘導されるエステル類
またはアミド類(例えばN-イソプロピルアクリルアミ
ド、アクリルアミド、2-アクリルアミド-2-メチルプロ
パンスルホン酸、アクリルアミドプロピルトリメチルア
ンモニウムクロライド、メチルアクリレート、ヒドロキ
シエチルアクリレート、N-プロピルアクリレート、N-ブ
チルアクリレート、2-メトキシエチルアクリレート、シ
クロヘキシルアクリレート等)、ビニルエステル類(例
えば酢酸ビニル)、マレイン酸またはフマル酸から誘導
されるエステル類(例えばマレイン酸ジメチル、マレイ
ン酸ジブチル、フマル酸ジエチル等)、有機酸塩類(例
えばマレイン酸、フマル酸、p-スチレンスルホン酸のナ
トリウム塩等)、ニトリル類(アクリロニトリル、メタ
クリロニトリル等)、ジエン類(例えばブタジエン、シ
クロペンタジエン、イソプレン等)、芳香族ビニル化合
物類(例えばスチレン、p-クロルスチレン、スチレンス
ルホン酸ナトリウム等)、含窒素複素環を有するビニル
化合物類、4級アンモニウム塩を有するビニル化合物
類、N-ビニルホルムアミド、N-ビニル-N-メチルホルム
アミド、ビニルスルホン酸、ビニルスルホン酸ナトリウ
ム、ビニリデンフルオライド、ビニリデンクロライド、
ビニルアルキルエーテル類(例えばメチルビニルエーテ
ル等)、オレフィン類(エチレン、プロピレン、1-ブテ
ン、イソブテン等)、N-フェニルマレイミド等が好まし
い。モノマー全量に対する多官能性モノマーの割合は0.
5〜70重量%であるのが好ましく、さらに好ましくは1.0
〜50重量%である。
The gel electrolyte may contain a monofunctional monomer in addition to the above polyfunctional monomer. Examples of the monofunctional monomer include esters or amides derived from acrylic acid or α-alkylacrylic acid (eg, methacrylic acid) (eg, N-isopropylacrylamide, acrylamide, 2-acrylamido-2-methylpropanesulfonic acid, Derived from acrylamidopropyltrimethylammonium chloride, methyl acrylate, hydroxyethyl acrylate, N-propyl acrylate, N-butyl acrylate, 2-methoxyethyl acrylate, cyclohexyl acrylate, etc., vinyl esters (eg vinyl acetate), maleic acid or fumaric acid Esters (eg, dimethyl maleate, dibutyl maleate, diethyl fumarate, etc.) and organic acid salts (eg, maleic acid, fumaric acid, sodium salt of p-styrenesulfonic acid, etc.) Nitriles (acrylonitrile, methacrylonitrile, etc.), dienes (eg, butadiene, cyclopentadiene, isoprene, etc.), aromatic vinyl compounds (eg, styrene, p-chlorostyrene, sodium styrenesulfonate, etc.), and nitrogen-containing heterocycles Vinyl compounds having, quaternary ammonium salt-containing vinyl compounds, N-vinylformamide, N-vinyl-N-methylformamide, vinylsulfonic acid, sodium vinylsulfonate, vinylidene fluoride, vinylidene chloride,
Preferred are vinyl alkyl ethers (eg, methyl vinyl ether), olefins (ethylene, propylene, 1-butene, isobutene, etc.), N-phenylmaleimide, and the like. The ratio of the polyfunctional monomer to the total amount of the monomer is 0.
It is preferably 5-70% by weight, more preferably 1.0%
~ 50% by weight.

【0093】上記ゲル電解質用モノマーは、大津隆行・
木下雅悦共著の「高分子合成の実験法」(化学同人)
や、大津隆行著の「講座重合反応論1ラジカル重合
(I)」(化学同人)に記載された一般的な高分子合成
法であるラジカル重合法により重合することができる。
ゲル電解質用モノマーのラジカル重合は加熱、光、紫外
線、電子線によりまたは電気化学的に行うことができる
が、特に加熱によりラジカル重合させるのが好ましい。
The above-mentioned monomers for gel electrolytes are described in Takatsu Otsu,
Masayoshi Kinoshita, "Experimental Methods for Polymer Synthesis" (Chemical Doujin)
Alternatively, it can be polymerized by a radical polymerization method, which is a general polymer synthesis method described in "Lecture Polymerization Theory 1 Radical Polymerization (I)" by Takatsu Otsu (Chemical Doujinshi).
The radical polymerization of the monomer for the gel electrolyte can be carried out by heating, light, ultraviolet rays, an electron beam or electrochemically, but it is particularly preferable to carry out the radical polymerization by heating.

【0094】加熱により架橋高分子を形成する場合、好
ましい重合開始剤は、例えば2,2'-アゾビス(イソブチ
ロニトリル)、2,2'-アゾビス(ジメチルバレロニトリ
ル)、ジメチル-2,2'-アゾビス(2-メチルプロピオネー
ト)等のアゾ系開始剤、ベンゾイルパーオキシド等の過
酸化物系開始剤等である。重合開始剤の好ましい添加量
は、モノマー総量に対して0.01〜20重量%であり、さら
に好ましくは0.1〜10重量%である。
When a crosslinked polymer is formed by heating, preferred polymerization initiators are, for example, 2,2′-azobis (isobutyronitrile), 2,2′-azobis (dimethylvaleronitrile), dimethyl-2,2 Azo-based initiators such as' -azobis (2-methylpropionate); and peroxide-based initiators such as benzoyl peroxide. The preferable addition amount of the polymerization initiator is 0.01 to 20% by weight, more preferably 0.1 to 10% by weight, based on the total amount of the monomers.

【0095】ゲル電解質に占めるモノマー類の重量組成
範囲は0.5〜70重量%であるのが好ましく、さらに好ま
しくは1.0〜50重量%である。
The weight composition of the monomers in the gel electrolyte is preferably 0.5 to 70% by weight, more preferably 1.0 to 50% by weight.

【0096】ポリマーの架橋反応により電解質をゲル化
させる場合、架橋性反応基を有するポリマーおよび架橋
剤を併用するのが望ましい。好ましい架橋性反応基は、
含窒素複素環(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、モルホ
リン環、ピペリジン環、ピペラジン環等)であり、また
好ましい架橋剤は、窒素原子に対して求電子反応可能な
2官能性以上の試薬(例えばハロゲン化アルキル、ハロ
ゲン化アラルキル、スルホン酸エステル、酸無水物、酸
クロライド、イソシアネート等)である。
When the electrolyte is gelled by a crosslinking reaction of the polymer, it is desirable to use a polymer having a crosslinking reactive group and a crosslinking agent together. Preferred crosslinkable reactive groups are
It is a nitrogen-containing heterocyclic ring (for example, a pyridine ring, an imidazole ring, a thiazole ring, an oxazole ring, a triazole ring, a morpholine ring, a piperidine ring, a piperazine ring, etc.), and a preferable crosslinking agent is capable of electrophilic reaction with a nitrogen atom. Reagents having two or more functionalities (eg, alkyl halides, aralkyl halides, sulfonic acid esters, acid anhydrides, acid chlorides, isocyanates, etc.).

【0097】電解質の代りに有機および/または無機の
正孔輸送材料を使用することもできる。本発明に好まし
く用いることのできる有機正孔輸送材料としては、以下
のものが挙げられる。
Organic and / or inorganic hole transport materials can be used in place of the electrolyte. Examples of the organic hole transporting material that can be preferably used in the present invention include the following.

【0098】(a)芳香族アミン類 N,N'-ジフェニル-N,N'-ビス(4-メトキシフェニル)-
(1,1'-ビフェニル)-4,4'-ジアミン(J. Hagen et a
l., Synthetic Metal 89, 2153〜220, (1997) )、2,
2',7,7'-テトラキス(N,N-ジ-p-メトキシフェニルアミ
ン)−9,9'-スピロビフルオレン(Nature, Vol.395, 8
Oct. 1998, pp. 583-585 およびWO97/10617)、1,1-ビ
ス{4-(ジ-p- トリルアミノ)フェニル}シクロヘキサ
ンの3 級芳香族アミンユニットを連結した芳香族ジアミ
ン化合物(特開昭59-194393号)、4,4'-ビス[(N-1-ナ
フチル)-N-フェニルアミノ]ビフェニルのように、2
個以上の3級アミンを含み、2個以上の縮合芳香族環が
窒素原子に結合した芳香族アミン(特開平5-234681
号)、トリフェニルベンゼンの誘導体でスターバースト
構造を有する芳香族トリアミン(米国特許第4,923,774
号、特開平4-308688号)、N,N'-ジフェニル-N,N'-ビス
(3-メチルフェニル)-(1,1'-ビフェニル)-4,4'-ジアミン
等の芳香族ジアミン(米国特許第4,764,625号)、α,
α,α',α'-テトラメチル-α,α'-ビス{4-(ジ-p-トリ
ルアミノ)フェニル}-p-キシレン(特開平3-269084
号)、p-フェニレンジアミン誘導体、分子全体が立体的
に非対称なトリフェニルアミン誘導体(特開平4-129271
号)、ピレニル基に芳香族ジアミノ基が複数個置換した
化合物(特開平4-175395号)、エチレン基で3 級芳香族
アミン単位を連結した芳香族ジアミン(特開平4-264189
号)、スチリル構造を有する芳香族ジアミン(特開平4-
290851号)、ベンジルフェニル化合物(特開平4-364153
号)、フルオレン基で3 級アミンを連結したもの(特開
平5-25473号)、トリアミン化合物(特開平5-239455
号)、ビス(ジピリジルアミノ)ビフェニル(特開平5-
320634号)、N,N,N-トリフェニルアミン誘導体(特開平
6-1972号)、フェノキザジン構造を有する芳香族ジアミ
ン(特願平5-290728号)、ジアミノフェニルフエナント
リジン誘導体(特願平6-45669号)等。
(A) Aromatic amines N, N'-diphenyl-N, N'-bis (4-methoxyphenyl)-
(1,1'-biphenyl) -4,4'-diamine (J. Hagen et a
l., Synthetic Metal 89, 2153-220, (1997)), 2,
2 ', 7,7'-tetrakis (N, N-di-p-methoxyphenylamine) -9,9'-spirobifluorene (Nature, Vol. 395, 8
Oct. 1998, pp. 583-585 and WO97 / 10617), aromatic diamine compounds linked with tertiary aromatic amine units of 1,1-bis {4- (di-p-tolylamino) phenyl} cyclohexane No. 59-194393) and 2,4'-bis [(N-1-naphthyl) -N-phenylamino] biphenyl
Aromatic amines containing two or more tertiary amines and two or more condensed aromatic rings bonded to a nitrogen atom (JP-A-5-234681
), An aromatic triamine having a starburst structure as a derivative of triphenylbenzene (US Pat. No. 4,923,774)
No., JP-A-4-308688), N, N'-diphenyl-N, N'-bis
Aromatic diamines such as (3-methylphenyl)-(1,1′-biphenyl) -4,4′-diamine (US Pat. No. 4,764,625), α,
α, α ', α'-Tetramethyl-α, α'-bis {4- (di-p-tolylamino) phenyl} -p-xylene (JP-A-3-269084
), A p-phenylenediamine derivative, and a triphenylamine derivative whose entire molecule is sterically asymmetric (JP-A-4-129271)
), A compound in which a pyrenyl group is substituted with a plurality of aromatic diamino groups (JP-A-4-175395), and an aromatic diamine in which a tertiary aromatic amine unit is linked by an ethylene group (JP-A-4-264189).
No.), aromatic diamine having a styryl structure (Japanese Unexamined Patent Publication No.
No. 290851), benzylphenyl compound (JP-A-4-364153)
Tertiary amine linked by a fluorene group (JP-A-5-25473), triamine compound (JP-A-5-239455)
No.), bis (dipyridylamino) biphenyl (Japanese Unexamined Patent Publication No.
320634), N, N, N-triphenylamine derivatives (Japanese Unexamined Patent Application Publication
6-1972), aromatic diamines having a phenoxazine structure (Japanese Patent Application No. 5-290728), diaminophenylphenanthridine derivatives (Japanese Patent Application No. 6-45669) and the like.

【0099】(b)オリゴチオフェン化合物 α-オクチルチオフェンおよびα,ω-ジヘキシル-α-オ
クチルチオフェン(Adv. Mater.,Vol.9, No.7, 5578(19
97))、ヘキサドデシルドデシチオフェン(Angew. Chem.
Int. Ed. Engl., 34, No.3, 303-307 (1995)) 、2,8-
ジヘキシルアンスラ[2,3-b:6,7-b']ジチオフェン(JACS,
Vol.120, N0.4,664〜672 (1998)) 等。
(B) Oligothiophene compounds α-octylthiophene and α, ω-dihexyl-α-octylthiophene (Adv. Mater., Vol. 9, No. 7, 5578 (19
97)), hexadodecyldodecithiophene (Angew. Chem.
Int. Ed. Engl., 34, No. 3, 303-307 (1995)), 2, 8-
Dihexyl anthra [2,3-b: 6,7-b '] dithiophene (JACS,
Vol.120, N0.4,664-672 (1998)).

【0100】(c) 導電性高分子 ポリピロール(K. Murakoshi et al., Chem. Lett. 199
7, p.471)、およびポリアセチレンおよびその誘導体、
ポリ(p-フェニレン)およびその誘導体、ポリ(p-フェニ
レンビニレン)およびその誘導体、ポリチエニレンビニ
レンおよびその誘導体、ポリチオフェンおよびその誘導
体、ポリアニリンおよびその誘導体、およびポリトルイ
ジンおよびその誘導体等(それぞれ「Handbook of Orga
nic Conductive Molecules and Polymers」,Vol.1〜4
(NALWA 著、WILEY出版)に記載されている)。
(C) Conducting Polymer Polypyrrole (K. Murakoshi et al., Chem. Lett. 199
7, p.471), and polyacetylene and its derivatives,
Poly (p-phenylene) and its derivatives, poly (p-phenylenevinylene) and its derivatives, polythienylenevinylene and its derivatives, polythiophene and its derivatives, polyaniline and its derivatives, and polytoluidine and its derivatives (each “Handbook” of Orga
nic Conductive Molecules and Polymers, ”Vol. 1-4
(Written by NALWA, published by WILEY).

【0101】有機正孔(ホール)輸送材料に、Nature,
Vol.395, 8 Oct. 583〜585(1998)に記載されているよう
に、ドーパントレベルをコントロールするためにトリス
(4-ブロモフェニル)アミニウムヘキサクロロアンチモネ
ートのようなカチオンラジカルを含有する化合物を添加
したり、酸化物半導体表面のポテンシャル制御(空間電
荷層の補償)を行うためにLi[(CF3SO2)2N]のような塩を
添加しても良い。
Organic, hole-transporting materials include Nature,
Vol. 395, 8 Oct. 583-585 (1998).
To add a compound containing a cation radical such as (4-bromophenyl) aminium hexachloroantimonate, or to control the potential of the oxide semiconductor surface (compensate for the space charge layer), use Li [(CF 3 SO 2 ) 2 N].

【0102】有機正孔輸送材料は真空蒸着法,キャスト
法,塗布法,スピンコート法、浸漬法、電解重合法、光
電解重合法等の手法により電極内部に導入することがで
きる。また正孔輸送材料を電解液の替わりに使用すると
きは、短絡防止のためElectorochem. Acta 40, 643〜65
2 (1995)に記載されているスプレーパイロリシス等の手
法を用いて、二酸化チタン薄層を下塗り層として塗設す
るのが好ましい。
The organic hole transporting material can be introduced into the inside of the electrode by a method such as a vacuum evaporation method, a casting method, a coating method, a spin coating method, an immersion method, an electrolytic polymerization method, and a photoelectrolytic polymerization method. When a hole transport material is used instead of the electrolyte, use Electrochem. Acta 40, 643-65 to prevent short circuits.
2 (1995), it is preferable to apply a thin layer of titanium dioxide as an undercoat layer using a technique such as spray pyrolysis.

【0103】無機固体化合物を電解質の代りに使用する
場合、ヨウ化銅(p-CuI)(J. Phys.D:Appl. Phys. 31, 1
492〜1496(1998))、チオシアン化銅(Thin Solid Film
s 261 (1995), 307〜310、J. Appl. Phys. 80(8),15 Oc
tober 1996, 4749〜4754、Chem. Mater. 1998, 10, 150
1〜1509、SemiCond. Sci. Technol. 10, 1689〜1693)
等を、キャスト法、塗布法、スピンコート法、浸漬法、
電解メッキ法等の手法により電極内部に導入することが
できる。
When an inorganic solid compound is used in place of the electrolyte, copper iodide (p-CuI) (J. Phys. D: Appl. Phys. 31, 1
492-1496 (1998)), copper thiocyanate (Thin Solid Film)
s 261 (1995), 307-310, J. Appl. Phys. 80 (8), 15 Oc.
tober 1996, 4749-4754, Chem. Mater. 1998, 10, 150.
1-1509, SemiCond. Sci. Technol. 10, 1689-1693)
Etc., casting method, coating method, spin coating method, dipping method,
It can be introduced into the electrode by a technique such as an electrolytic plating method.

【0104】電荷移動層を形成するには以下の2通りの
方法を利用できる。1つは、色素増感した半導体微粒子
層の上にスペーサーを介して対極を貼り合わせておき、
両者の開放端を電解質溶液に浸漬することにより、半導
体微粒子層内および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る方法である。もう1つは、半導体
微粒子層に電解質溶液を塗布することにより、半導体微
粒子層内に電解質溶液を浸透させるとともに、半導体微
粒子層上に電荷移動層を形成し、最後に対極を設ける方
法である。
To form the charge transfer layer, the following two methods can be used. One is to attach a counter electrode via a spacer on the dye-sensitized semiconductor fine particle layer,
This is a method in which the open ends of both are immersed in an electrolyte solution to allow the electrolyte solution to penetrate into the semiconductor fine particle layer and the gap between the semiconductor fine particle layer and the counter electrode. The other is a method in which an electrolyte solution is applied to the semiconductor fine particle layer so that the electrolyte solution penetrates into the semiconductor fine particle layer, a charge transfer layer is formed on the semiconductor fine particle layer, and finally a counter electrode is provided.

【0105】前者の場合、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る方法として、毛管現象を利
用する常圧法と、半導体微粒子層と対極との上部開放端
(電解質溶液に浸漬していない方の開放端)から吸い上
げる減圧法がある。
In the former case, as a method of infiltrating the electrolyte solution into the gap between the semiconductor fine particle layer and the counter electrode, a normal pressure method utilizing capillary action, and an upper open end of the semiconductor fine particle layer and the counter electrode (dipping into the electrolyte solution). There is a decompression method that sucks from the open end that does not exist.

【0106】後者の場合、湿式の電荷移動層のときには
未乾燥のまま対極を付与し、エッジ部の液漏洩防止措置
を施す。またゲル電解質の場合には、湿式で塗布して重
合等の方法により固体化した後に対極を設けてもよい
し、対極を設けた後に固体化してもよい。電解液の他に
湿式有機正孔輸送材料やゲル電解質の層を形成する方法
としては、半導体微粒子層の形成や色素吸着の場合と同
様に、浸漬法、ローラ法、ディップ法、エアーナイフ
法、エクストルージョン法、スライドホッパー法、ワー
ヤーバー法、スピン法、スプレー法、キャスト法、各種
印刷法等を利用できる。固体電解質や固体の正孔(ホー
ル)輸送材料の場合には、真空蒸着法やCVD法等のドラ
イ成膜処理で電荷移動層を形成し、その後対極を設けて
も良い。
In the latter case, in the case of a wet type charge transfer layer, a counter electrode is provided in an undried state to take measures to prevent liquid leakage at the edge portion. In the case of a gel electrolyte, a counter electrode may be provided after being wet-coated and solidified by a method such as polymerization, or a solid may be provided after the counter electrode is provided. As a method of forming a layer of a wet organic hole transport material or a gel electrolyte in addition to the electrolytic solution, as in the case of forming a semiconductor fine particle layer and dye adsorption, a dipping method, a roller method, a dipping method, an air knife method, The extrusion method, slide hopper method, wire bar method, spin method, spray method, casting method, various printing methods and the like can be used. In the case of a solid electrolyte or a solid hole (hole) transport material, the charge transfer layer may be formed by a dry film forming process such as a vacuum evaporation method or a CVD method, and then a counter electrode may be provided.

【0107】固体化できない電解液や湿式の正孔輸送材
料の場合には塗布後速やかにエッジ部分を封止するのが
好ましく、また固体化可能な正孔輸送材料の場合には湿
式付与により正孔輸送層を膜形成した後、例えば光重合
や熱ラジカル重合等の方法により固体化するのが好まし
い。このように膜付与方式は電解液物性や工程条件によ
り適宜選択すればよい。
In the case of an electrolyte that cannot be solidified or a wet hole transport material, it is preferable to seal the edge portion immediately after application, and in the case of a hole transport material that can be solidified, the edge is sealed by wet application. After forming the hole transport layer, it is preferable to solidify the film by a method such as photopolymerization or thermal radical polymerization. As described above, the film application method may be appropriately selected depending on the physical properties of the electrolyte and the process conditions.

【0108】なお、電荷移動層中の水分量は10,000ppm
以下が好ましく、さらに好ましくは2,000ppm以下であ
り、特に好ましくは100ppm以下である。
The amount of water in the charge transfer layer was 10,000 ppm.
The following is preferred, more preferably 2,000 ppm or less, and particularly preferably 100 ppm or less.

【0109】(D)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。対極は
前記の導電性支持体と同様に、導電性材料からなる対極
導電層の単層構造でもよいし、対極導電層と支持基板か
ら構成されていてもよい。対極導電層に用いる導電材と
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。対極の好まし
い支持基板の例は、ガラスまたはプラスチックであり、
これに上記の導電剤を塗布または蒸着して用いる。対極
導電層の厚さは特に制限されないが、3nm〜10μmが好
ましい。対極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。
(D) Counter electrode The counter electrode functions as a positive electrode of a photoelectrochemical cell when the photoelectric conversion element is a photoelectrochemical cell. The counter electrode may have a single-layer structure of a counter electrode conductive layer made of a conductive material, or may be composed of a counter electrode conductive layer and a support substrate, similarly to the above-described conductive support. Examples of the conductive material used for the counter electrode conductive layer include metal (for example, platinum, gold, silver, copper, aluminum, rhodium, indium, and the like), carbon, and conductive metal oxide (indium-tin composite oxide, tin oxide with fluorine). And the like). Examples of preferred support substrates for the counter electrode are glass or plastic,
The above-mentioned conductive agent is applied or vapor-deposited on this. The thickness of the counter electrode conductive layer is not particularly limited, but is preferably 3 nm to 10 μm. When the counter electrode conductive layer is made of metal, its thickness is preferably 5 μm or less, more preferably 5 nm to
It is in the range of 3 μm.

【0110】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よいので、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 irradiated from one or both of the conductive support and the counter electrode, in order for the light to reach the photosensitive layer, at least one of the conductive support and the counter electrode is substantially transparent. I just need. 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.

【0111】(E)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、反射防止層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。
(E) Other Layers A functional layer such as a protective layer or an antireflection layer 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.

【0112】(F)光電変換素子の内部構造の具体例 上述のように、光電変換素子の内部構造は目的に合わせ
様々な形態が可能である。大きく2つに分ければ、両面
から光の入射が可能な構造と、片面からのみ可能な構造
が可能である。図2〜図8に本発明に好ましく適用でき
る光電変換素子の内部構造を例示する。
(F) Specific Example of Internal Structure of Photoelectric Conversion Element As described above, the internal structure of the photoelectric conversion element can take various forms according to the purpose. When roughly divided into two, a structure in which light can enter from both sides and a structure in which light can be entered only from one side are possible. 2 to 8 exemplify an internal structure of a photoelectric conversion element which can be preferably applied to the present invention.

【0113】図2は、透明導電層10aと透明対極導電層4
0aとの間に、感光層20と、電荷移動層30とを介在させた
ものであり、両面から光が入射する構造となっている。
図3は、透明基板50a上に一部金属リード11を設け、さ
らに透明導電層10aを設け、下塗り層60、感光層20、電
荷移動層30および対極導電層40をこの順で設け、さらに
支持基板50を配置したものであり、導電層側から光が入
射する構造となっている。図4は、支持基板50上にさら
に導電層10を有し、下塗り層60を介して感光層20を設
け、さらに電荷移動層30と透明対極導電層40aとを設
け、一部に金属リード11を設けた透明基板50aを、金属
リード11側を内側にして配置したものであり、対極側か
ら光が入射する構造である。図5は、透明基板50a上に
一部金属リード11を設け、さらに透明導電層10aを設け
たものの上に下塗り層60と感光層20と電荷移動層30とを
介在させたものであり、両面から光が入射する構造であ
る。図6は、透明基板50a上に透明導電層10aを有し、下
塗り層60を介して感光層20を設け、さらに電荷移動層30
および対極導電層40を設け、この上に支持基板50を配置
したものであり導電層側から光が入射する構造である。
図7は、支持基板50上に導電層10を有し、下塗り層60を
介して感光層20を設け、さらに電荷移動層30および透明
対極導電層40aを設け、この上に透明基板50aを配置した
ものであり、対極側から光が入射する構造である。図8
は、透明基板50a上に透明導電層10aを有し、下塗り層60
を介して感光層20を設け、さらに電荷移動層30および透
明対極導電層40aを設け、この上に透明基板50aを配置し
たものであり、両面から光が入射する構造となってい
る。
FIG. 2 shows the transparent conductive layer 10 a and the transparent counter electrode conductive layer 4.
The photosensitive layer 20 and the charge transfer layer 30 are interposed between the photosensitive layer 20a and the light transfer layer 0a, and have a structure in which light enters from both sides.
FIG. 3 shows that a metal lead 11 is partially provided on a transparent substrate 50a, a transparent conductive layer 10a is further provided, an undercoat layer 60, a photosensitive layer 20, a charge transfer layer 30, and a counter electrode conductive layer 40 are provided in this order. The substrate 50 is arranged, and has a structure in which light is incident from the conductive layer side. FIG. 4 shows that the conductive layer 10 is further provided on the supporting substrate 50, the photosensitive layer 20 is provided via the undercoat layer 60, the charge transfer layer 30 and the transparent counter electrode conductive layer 40a are provided, and the metal leads 11 are partially provided. Is disposed with the metal lead 11 side inside, and has a structure in which light is incident from the counter electrode side. FIG. 5 shows a structure in which a metal lead 11 is partially provided on a transparent substrate 50a, and a transparent conductive layer 10a is further provided on the transparent substrate 50a with an undercoat layer 60, a photosensitive layer 20, and a charge transfer layer 30 interposed therebetween. This is a structure from which light enters. FIG. 6 shows that a transparent conductive layer 10a is provided on a transparent substrate 50a, a photosensitive layer 20 is provided through an undercoat layer 60, and a charge transfer layer 30 is further provided.
In addition, a counter electrode conductive layer 40 is provided, and a support substrate 50 is disposed thereon, and has a structure in which light is incident from the conductive layer side.
FIG. 7 shows that the conductive layer 10 is provided on the supporting substrate 50, the photosensitive layer 20 is provided via the undercoat layer 60, the charge transfer layer 30 and the transparent counter electrode conductive layer 40a are provided, and the transparent substrate 50a is disposed thereon. This is a structure in which light is incident from the counter electrode side. FIG.
Has a transparent conductive layer 10a on a transparent substrate 50a,
And a charge transfer layer 30 and a transparent counter electrode conductive layer 40a, and a transparent substrate 50a is disposed thereon. Light is incident from both sides.

【0114】〔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 Cell The photoelectrochemical cell 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.

【0115】〔4〕色素増感型太陽電池 本発明の光電変換素子をいわゆる太陽電池に適用する場
合、そのセル内部の構造は基本的に上述した光電変換素
子の構造と同じである。以下、本発明の光電変換素子を
用いた太陽電池のモジュール構造について説明する。
[4] Dye-Sensitized Solar Cell When the photoelectric conversion element of the present invention is applied to a so-called solar cell, the structure inside the cell is basically the same as that of the above-described photoelectric conversion element. Hereinafter, a module structure of a solar cell using the photoelectric conversion element of the present invention will be described.

【0116】本発明の色素増感型太陽電池は、従来の太
陽電池モジュールと基本的には同様のモジュール構造を
とりうる。太陽電池モジュールは、一般的には金属、セ
ラミック等の支持基板の上にセルが構成され、その上を
充填樹脂や保護ガラス等で覆い、支持基板の反対側から
光を取り込む構造をとるが、支持基板に強化ガラス等の
透明材料を用い、その上にセルを構成してその透明の支
持基板側から光を取り込む構造とすることも可能であ
る。具体的には、スーパーストレートタイプ、サブスト
レートタイプ、ポッティングタイプと呼ばれるモジュー
ル構造、アモルファスシリコン太陽電池などで用いられ
る基板一体型モジュール構造等が知られている。本発明
の色素増感型太陽電池も使用目的や使用場所および環境
により、適宜これらのモジュール構造を選択できる。
The dye-sensitized solar cell of the present invention can have a module structure basically similar to a conventional solar cell module. The solar cell module generally has a structure in which cells are formed on a supporting substrate such as a metal and a ceramic, and the cells are covered with a filling resin or a protective glass or the like, and light is taken in from the opposite side of the supporting substrate. It is also possible to adopt a structure in which a transparent material such as tempered glass is used for the support substrate, a cell is formed thereon, and light is taken in from the transparent support substrate side. Specifically, a module structure called a superstrate type, a substrate type, or a potting type, a substrate-integrated module structure used in an amorphous silicon solar cell, and the like are known. The module structure of the dye-sensitized solar cell of the present invention can be appropriately selected depending on the purpose of use, the place of use, and the environment.

【0117】代表的なスーパーストレートタイプあるい
はサブストレートタイプのモジュールは、片側または両
側が透明で反射防止処理を施された支持基板の間に一定
間隔にセルが配置され、隣り合うセル同士が金属リード
またはフレキシブル配線等によって接続され、外縁部に
集電電極が配置されており、発生した電力を外部に取り
出される構造となっている。基板とセルの間には、セル
の保護や集電効率向上のため、目的に応じエチレンビニ
ルアセテート(EVA)等様々な種類のプラスチック材料
をフィルムまたは充填樹脂の形で用いてもよい。また、
外部からの衝撃が少ないところなど表面を硬い素材で覆
う必要のない場所において使用する場合には、表面保護
層を透明プラスチックフィルムで構成し、または上記充
填樹脂を硬化させることによって保護機能を付与し、片
側の支持基板をなくすことが可能である。支持基板の周
囲は、内部の密封およびモジュールの剛性を確保するた
め金属製のフレームでサンドイッチ状に固定し、支持基
板とフレームの間は封止材料で密封シールする。また、
セルそのものや支持基板、充填材料および封止材料に可
撓性の素材を用いれば、曲面の上に太陽電池を構成する
こともできる。
In a typical superstrate type or substrate type module, cells are arranged at fixed intervals between supporting substrates which are transparent on one or both sides and have been subjected to antireflection treatment, and adjacent cells are made of metal leads or flexible. It is connected by wiring or the like, and a current collecting electrode is arranged on the outer edge, so that generated power is taken out to the outside. Between the substrate and the cell, various kinds of plastic materials such as ethylene vinyl acetate (EVA) may be used in the form of a film or a filling resin, depending on the purpose, in order to protect the cell and improve current collection efficiency. Also,
When used in places where it is not necessary to cover the surface with a hard material, such as places where there is little external impact, the surface protective layer is made of a transparent plastic film, or a protective function is provided by curing the above-mentioned filling resin. It is possible to eliminate the support substrate on one side. The periphery of the support substrate is fixed in a sandwich shape with a metal frame in order to secure the inside sealing and the rigidity of the module, and the space between the support substrate and the frame is hermetically sealed with a sealing material. Also,
If a flexible material is used for the cell itself, the supporting substrate, the filling material, and the sealing material, a solar cell can be formed on a curved surface.

【0118】スーパーストレートタイプの太陽電池モジ
ュールは、例えば、基板供給装置から送り出されたフロ
ント基板をベルトコンベヤ等で搬送しながら、その上に
セルを封止材料−セル間接続用リード線、背面封止材料
等と共に順次積層した後、背面基板または背面カバーを
乗せ、外縁部にフレームをセットして作製することがで
きる。
[0118] The super straight type solar cell module is, for example, a method in which a front substrate sent from a substrate supply device is conveyed by a belt conveyor or the like, and a cell is formed thereon with a sealing material-cell connection lead wire and a back surface sealing. After laminating sequentially with materials and the like, a back substrate or a back cover can be placed, and a frame can be set on the outer edge to produce.

【0119】一方、サブストレートタイプの場合、基板
供給装置から送り出された支持基板をベルトコンベヤ等
で搬送しながら、その上にセルをセル間接続用リード
線、封止材料等と共に順次積層した後、フロントカバー
を乗せ、周縁部にフレームをセットして作製することが
できる。
On the other hand, in the case of the substrate type, while the support substrate sent out from the substrate supply device is conveyed by a belt conveyor or the like, the cells are sequentially laminated thereon with the inter-cell connection lead wire, the sealing material, and the like. It can be manufactured by placing a front cover and setting a frame on the periphery.

【0120】本発明の光電変換素子を基板一体型モジュ
ール化した構造の一例を図9に示す。図9は、透明な基
板50aの一方の面上に透明な導電層10aを有し、この上に
さらに色素吸着TiO2を含有した感光層20、電荷移動層30
および金属対極導電層40を設けたセルがモジュール化さ
れており、基板50aの他方の面には反射防止層70が設け
られている構造を表す。このような構造とする場合、入
射光の利用効率を高めるために、感光層20の面積比率
(光の入射面である基板50a側から見たときの面積比
率)を大きくした方が好ましい。
FIG. 9 shows an example of a structure in which the photoelectric conversion element of the present invention is formed into a module integrated with a substrate. FIG. 9 shows that a transparent conductive layer 10a is provided on one surface of a transparent substrate 50a, on which a photosensitive layer 20 containing dye-adsorbed TiO 2 and a charge transfer layer 30 are further provided.
In addition, the cell provided with the metal counter electrode conductive layer 40 is modularized, and the antireflection layer 70 is provided on the other surface of the substrate 50a. In the case of such a structure, it is preferable to increase the area ratio of the photosensitive layer 20 (the area ratio when viewed from the substrate 50a which is the light incident surface) in order to increase the utilization efficiency of incident light.

【0121】図9に示した構造のモジュールの場合、基
板上に透明導電層、感光層、電荷移動層、対極等が立体
的かつ一定間隔で配列されるように、選択メッキ、選択
エッチング、CVD、PVD等の半導体プロセス技術、あるい
はパターン塗布または広幅塗布後のレーザースクライビ
ング、プラズマCVM(Solar Energy Materials and Sola
r Cells, 48, p373-381等に記載)、研削等の機械的手
法等によりパターニングすることで所望のモジュール構
造を得ることができる。
In the case of the module having the structure shown in FIG. 9, selective plating, selective etching, and CVD are performed so that the transparent conductive layer, the photosensitive layer, the charge transfer layer, the counter electrode, and the like are arranged three-dimensionally at regular intervals on the substrate. , PVD and other semiconductor process technologies, laser scribing after pattern coating or wide coating, plasma CVM (Solar Energy Materials and Sola)
r Cells, 48, pp. 373-381), and a desired module structure can be obtained by patterning with a mechanical method such as grinding.

【0122】以下にその他の部材や工程について詳述す
る。
Hereinafter, other members and steps will be described in detail.

【0123】封止材料としては、耐候性付与、電気絶縁
性付与、集光効率向上、セル保護性(耐衝撃性)向上等
の目的に応じ液状EVA(エチレンビニルアセテート)、
フィルム状EVA、フッ化ビニリデン共重合体とアクリル
樹脂の混合物等、様々な材料が使用可能である。モジュ
ール外縁と周縁を囲むフレームとの間は、耐候性および
防湿性が高い封止材料を用いるのが好ましい。また、透
明フィラーを封止材料に混入して強度や光透過率を上げ
ることができる。
Examples of the sealing material include liquid EVA (ethylene vinyl acetate), depending on the purpose of imparting weather resistance, imparting electrical insulation, improving light-collecting efficiency, and improving cell protection (impact resistance).
Various materials such as a film-like EVA and a mixture of a vinylidene fluoride copolymer and an acrylic resin can be used. It is preferable to use a sealing material having high weather resistance and moisture resistance between the outer edge of the module and the frame surrounding the periphery. In addition, the strength and light transmittance can be increased by mixing a transparent filler into the sealing material.

【0124】封止材料をセル上に固定するときは、材料
の物性に合った方法を用いる。フィルム状の材料の場合
はロール加圧後加熱密着、真空加圧後加熱密着等、液ま
たはペースト状の材料の場合はロールコート、バーコー
ト、スプレーコート、スクリーン印刷等の様々な方法が
可能である。
When the sealing material is fixed on the cell, a method suitable for the physical properties of the material is used. In the case of film-like materials, various methods such as roll pressing, bar coating, spray coating, screen printing, etc. are possible. is there.

【0125】支持基板としてPET、PEN等の可撓性素材を
用いる場合は、ロール状の支持体を繰り出してその上に
セルを構成した後、上記の方法で連続して封止層を積層
することができ、生産性が高い。
When a flexible material such as PET or PEN is used as a support substrate, a roll-shaped support is drawn out to form cells thereon, and then a sealing layer is continuously laminated by the above-described method. Can be highly productive.

【0126】発電効率を上げるために、モジュールの光
取り込み側の基板(一般的には強化ガラス)の表面には
反射防止処理が施される。反射防止処理方法としては、
反射防止膜をラミネートする方法、反射防止層をコーテ
ィングする方法がある。
In order to increase the power generation efficiency, the surface of the substrate (generally tempered glass) on the light intake side of the module is subjected to an anti-reflection treatment. As the anti-reflection treatment method,
There are a method of laminating an antireflection film and a method of coating an antireflection layer.

【0127】また、セルの表面をグルービングまたはテ
クスチャリング等の方法で処理することによって、入射
した光の利用効率を高めることが可能である。
By treating the surface of the cell by a method such as grooving or texturing, it is possible to increase the utilization efficiency of incident light.

【0128】発電効率を上げるためには、光を損失なく
モジュール内に取り込むことが最重要であるが、光電変
換層を透過してその内側まで到達した光を反射させて光
電変換層側に効率良く戻すことも重要である。光の反射
率を高める方法としては、支持基板面を鏡面研磨した
後、AgやAl等を蒸着またはメッキする方法、セルの最下
層にAl−MgまたはAl−Tiなどの合金層を反射層として設
ける方法、アニール処理によって最下層にテクスチャー
構造を作る方法等がある。
In order to increase the power generation efficiency, it is most important that light is taken into the module without any loss. However, light transmitted through the photoelectric conversion layer and reaching the inside thereof is reflected, and the efficiency is reduced toward the photoelectric conversion layer. It is also important to return well. As a method of increasing the reflectance of light, after polishing the supporting substrate surface to a mirror surface, a method of depositing or plating Ag, Al, or the like, an alloy layer such as Al-Mg or Al-Ti is used as a reflection layer on the lowermost layer of the cell. There are a method of providing a texture structure and a method of forming a texture structure in the lowermost layer by annealing.

【0129】また、発電効率を上げるためにはセル間接
続抵抗を小さくすることが、内部電圧降下を抑える意味
で重要である。セル同士を接続する方法としては、ワイ
ヤーボンディング、導電性フレキシブルシートによる接
続が一般的であるが、導電性粘着テープや導電性接着剤
を用いてセルを固定すると同時に電気的に接続する方
法、導電性ホットメルトを所望の位置にパターン塗布す
る方法等もある。
In order to increase the power generation efficiency, it is important to reduce the inter-cell connection resistance from the viewpoint of suppressing the internal voltage drop. As a method of connecting the cells, wire bonding and connection using a conductive flexible sheet are generally used.However, a method of fixing the cells using a conductive adhesive tape or a conductive adhesive and simultaneously electrically connecting the cells, There is also a method of pattern-coating a conductive hot melt at a desired position.

【0130】ポリマーフィルム等のフレキシブル支持体
を用いた太陽電池の場合、ロール状の支持体を送り出し
ながら前述の方法によって順次セルを形成し、所望のサ
イズに切断した後、周縁部をフレキシブルで防湿性のあ
る素材でシールすることにより電池本体を作製できる。
また、Solar Energy Materials and Solar Cells, 48,
p383-391記載の「SCAF」とよばれるモジュール構造とす
ることもできる。更に、フレキシブル支持体を用いた太
陽電池は曲面ガラス等に接着固定して使用することもで
きる。
In the case of a solar cell using a flexible support such as a polymer film, cells are sequentially formed by the above-described method while feeding a roll-shaped support, and cut into a desired size. The battery body can be manufactured by sealing with a material having a property.
Also, Solar Energy Materials and Solar Cells, 48,
A module structure called “SCAF” described in p383-391 can also be used. Further, a solar cell using a flexible support can be used by being adhered and fixed to a curved glass or the like.

【0131】以上詳述したように、使用目的や使用環境
に合わせて様々な形状・機能を持つ太陽電池を製作する
ことができる。
As described in detail above, solar cells having various shapes and functions can be manufactured according to the purpose of use and the environment of use.

【0132】[0132]

【実施例】以下、実施例により本発明をさらに詳細に説
明するが、本発明はそれらに限定されるものではない。
EXAMPLES The present invention will be described in more detail with reference to the following Examples, but it should not be construed that the present invention is limited thereto.

【0133】1.スクアリリウムシアニン色素の合成 (A) スクアリリウムシアニン色素(D-4)の合成 下記の合成ルートにて本発明のスクアリリウムシアニン
色素(D-4)を合成した。
1. Synthesis of Squarylium Cyanine Dye (A) Synthesis of Squarylium Cyanine Dye (D-4) The squarylium cyanine dye (D-4) of the present invention was synthesized by the following synthesis route.

【0134】[0134]

【化12】 Embedded image

【0135】5-ブロモ-2,3,3-トリメチルインドレニン
(4a)20g、ジフェニルアミン16.5g、銅粉0.1g、ヨ
ウ素0.05g、オルトジクロロベンゼン50mlを混合し撹拌
しながら20時間還流した。反応液を濾過、溶媒を減圧で
留去した。残りをシリカゲルカラムクロマトグラフィー
(流出液はヘキサンと酢酸エチルの20:1混合物)によ
り精製し化合物(4b)16.3gを得た。
20 g of 5-bromo-2,3,3-trimethylindolenine (4a), 16.5 g of diphenylamine, 0.1 g of copper powder, 0.05 g of iodine and 50 ml of orthodichlorobenzene were mixed and refluxed for 20 hours with stirring. The reaction solution was filtered, and the solvent was distilled off under reduced pressure. The residue was purified by silica gel column chromatography (the effluent was a 20: 1 mixture of hexane and ethyl acetate) to obtain 16.3 g of compound (4b).

【0136】パラトルエンスルホン酸メチル20g、化合
物(4b)16.3gを混合し撹拌しながら120℃にて1時間加
熱撹拌した。反応液に酢酸エチルを加え、濾過し、得ら
れた固体(4c)を酢酸エチルで洗浄した。収量は20.4g
であった。化合物(4c)10.2g、酢酸エチル50ml、水50m
l、水酸化ナトリウム2gを混合し激しく撹拌したのち、
2層に分離した反応液の有機層を濃縮した。これに、定
法によって合成した化合物(4d)9.6g、1-ブタノール15
0ml、トルエン150mlを加え、120℃にて3時間加熱撹拌
した。溶媒を留去し、残りをシリカゲルカラムクロマト
グラフィー(流出液は塩化メチレンとメタノールの6:
1混合物)にて精製したのち、アセトニトリルから再結
晶し、本発明のスクアリリウムシアニン色素(D-4)3.5
gを得た。
20 g of methyl p-toluenesulfonate and 16.3 g of the compound (4b) were mixed and heated with stirring at 120 ° C. for 1 hour. Ethyl acetate was added to the reaction solution, the mixture was filtered, and the obtained solid (4c) was washed with ethyl acetate. Yield 20.4g
Met. Compound (4c) 10.2 g, ethyl acetate 50 ml, water 50 m
l, after mixing 2g of sodium hydroxide and stirring vigorously,
The organic layer of the reaction solution separated into two layers was concentrated. To this, 9.6 g of compound (4d) synthesized by a conventional method and 1-butanol 15
0 ml and toluene 150 ml were added, and the mixture was heated and stirred at 120 ° C. for 3 hours. The solvent was distilled off, and the residue was subjected to silica gel column chromatography (the effluent was methylene chloride and methanol 6:
1 mixture), and recrystallized from acetonitrile to obtain 3.5% of the squarylium cyanine dye (D-4) of the present invention.
g was obtained.

【0137】(B) スクアリリウムシアニン色素(D-5)
の合成 前記(D-4)の合成例において、ジフェニルアミン16.5gを
4,4'-ジメトキシジフェニルアミン18.2gに替える以外は
全く同様の方法にて、スクアリリウムシアニン色素(D-
5)2.2gを合成した。
(B) Squarylium cyanine dye (D-5)
In the synthesis example of (D-4), 16.5 g of diphenylamine was used.
A squarylium cyanine dye (D-D) was prepared in exactly the same manner except that 18.2 g of 4,4'-dimethoxydiphenylamine was used.
5) 2.2 g was synthesized.

【0138】(C) その他のスクアリリウムシアニン色素 上記以外の、本発明の一般式(1)により表されるスク
アリリウムシアニン色素も上記化合物と同様にして、容
易に合成できる。
(C) Other squarylium cyanine dyes Other than the above, squarylium cyanine dyes represented by the general formula (1) of the present invention can be easily synthesized in the same manner as the above compounds.

【0139】2.二酸化チタン粒子含有塗布液の作製 オートクレーブ温度を230℃にした以外はバルベらのジ
ャーナル・オブ・アメリカン・セラミック・ソサエティ
第80巻3157頁記載の方法と同様の方法でTiO2濃度11重
量%のTiO2分散物を得た。できた二酸化チタン粒子の平
均サイズは約10nmであった。この分散物にTiO2に対し30
重量%のポリエチレングリコール(分子量20000、和光
純薬製)を添加し、混合し塗布液を得た。
[0139] 2. Preparation of Coating Solution Containing Titanium Dioxide Particles Except that the autoclave temperature was set to 230 ° C., TiO 2 concentration of 11% by weight was obtained in the same manner as described in Barbe et al., Journal of American Ceramic Society, Vol. 80, p. 3157. Two dispersions were obtained. The average size of the resulting titanium dioxide particles was about 10 nm. This dispersion to TiO 2 30
By weight, polyethylene glycol (molecular weight: 20,000, manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) was added and mixed to obtain a coating solution.

【0140】3.色素を吸着した二酸化チタン電極(光
電変換素子)の作成 フッ素をドープした酸化スズをコーティングした透明導
電性ガラス(日本板硝子製、表面抵抗は約10Ω/□)の
導電面側にこの塗布液をドクターブレードで100μmの厚
みで塗布し、25℃で30分間乾燥した後、電気炉(ヤマト
科学製マッフル炉FP-32型)で450℃にて30分間焼成し
た。TiO2の塗布量は15.5g/m2であり、膜厚は8.3μmであ
った。ガラスを取り出し冷却した後、表1に示す色素(3
×10-5mol/L)とケノデオキシコール酸(0.04mol/L)の混
合溶液(溶媒はエタノールとジメチルスルホキシドの2
0:1混合物)に16時間浸漬した。比較例には、下記の
欧州特許第911841号に記載のスクアリリウムシアニン色
素(A)を用いた。
3. Preparation of dye-adsorbed titanium dioxide electrode (photoelectric conversion element) This coating solution is applied to the conductive surface of transparent conductive glass (made by Nippon Sheet Glass, surface resistance is about 10Ω / □) coated with fluorine-doped tin oxide. It was applied with a blade to a thickness of 100 μm, dried at 25 ° C. for 30 minutes, and baked at 450 ° C. for 30 minutes in an electric furnace (muffle furnace FP-32 manufactured by Yamato Scientific). The amount of TiO 2 applied was 15.5 g / m 2 and the film thickness was 8.3 μm. After removing the glass and cooling, the dyes (3
× 10 -5 mol / L) and a mixed solution of chenodeoxycholic acid (0.04 mol / L) (solvent is ethanol and dimethyl sulfoxide
(0: 1 mixture) for 16 hours. In Comparative Examples, a squarylium cyanine dye (A) described in European Patent No. 911841 described below was used.

【化13】 Embedded image

【0141】色素を染着したガラスをエタノール、アセ
トニトリルで順次洗浄し暗所、窒素気流下で乾燥させ
た。
The dyed glass was washed successively with ethanol and acetonitrile, and dried in a dark place under a stream of nitrogen.

【0142】4.光電気化学電池の作成 上述のようにして作成した色素増感したTiO2電極基板
(2cm×2cm)をこれと同じ大きさの白金蒸着ガラスと重
ね合わせた(図1参照)。次に、両ガラスの隙間に毛細
管現象を利用して電解液(ヨウ化テトラブチルアンモニ
ウム0.65mol/L,ヨウ素0.05mol/Lのアセトニトリル溶
液)をしみこませてTiO2電極中に導入することにより、
表1に示す光電気化学電池(実施例1〜4、比較例1)
を得た。
[0142] 4. Preparation of Photoelectrochemical Cell The dye-sensitized TiO 2 electrode substrate (2 cm × 2 cm) prepared as described above was overlaid on a platinum-deposited glass of the same size (see FIG. 1). Next, an electrolytic solution (tetrabutyl ammonium iodide 0.65 mol / L, iodine 0.05 mol / L acetonitrile solution) was impregnated into the gap between both glasses by capillary action, and introduced into the TiO 2 electrode.
Photoelectrochemical cells shown in Table 1 (Examples 1 to 4, Comparative Example 1)
I got

【0143】これにより、図1に示すように、導電性ガ
ラス(ガラス50a上に導電剤層10aが設層されたもの)、
感光層20、電解液30、白金層40およびガラス50aが順に
積層された光電気化学電池が作成された。
Thus, as shown in FIG. 1, conductive glass (a conductive agent layer 10a provided on glass 50a),
A photoelectrochemical cell in which the photosensitive layer 20, the electrolytic solution 30, the platinum layer 40, and the glass 50a were sequentially laminated was prepared.

【0144】5.作用スペクトルの測定 実施例1〜4及び比較例1の光電気化学電池をオプテル
社製IPCE測定装置を用いて400〜800nmの単色光変換効率
を10nm間隔で測定した。表1には実施例1〜4及び比較
例1におけるIPCEの最大値、および10%を越えるIPCEが
得られた波長範囲を示した。 IPCE(%)=(発生した電子数/照射された光子数)×
100
[0144] 5. Measurement of action spectrum The photoelectrochemical cells of Examples 1 to 4 and Comparative Example 1 were measured for monochromatic light conversion efficiencies of 400 to 800 nm at 10 nm intervals using an IPCE measuring device manufactured by Optel. Table 1 shows the maximum value of IPCE in Examples 1 to 4 and Comparative Example 1, and the wavelength range in which IPCE exceeding 10% was obtained. IPCE (%) = (number of generated electrons / number of irradiated photons) x
100

【0145】[0145]

【表1】 [Table 1]

【0146】本発明の色素を用いた実施例1〜4は、比
較用色素(A)を用いた比較例1に比べて、10%を超えるI
PCEを与える波長範囲が広い、すなわち作用スペクトル
がブロードであり、太陽光の捕獲率が高いことがわか
る。これは太陽光を光電変換するのに重要な特性であ
り、本発明の目的にかなうものである。
In Examples 1 to 4 using the dye of the present invention, compared to Comparative Example 1 using the dye (A) for comparison, the I value exceeded 10%.
It can be seen that the wavelength range in which PCE is given is wide, that is, the action spectrum is broad and the capture rate of sunlight is high. This is an important property for photoelectrically converting sunlight and meets the purpose of the present invention.

【0147】6.太陽光光電変換効率の測定 500Wのキセノンランプ(ウシオ製)の光を分光フィルタ
ー(Oriel社製AM1.5)を通すことにより模擬太陽光を発
生させた。この光の強度は垂直面において85mW/cm2であ
った。
6. Measurement of Solar Photoelectric Conversion Efficiency Simulated sunlight was generated by passing light of a 500 W xenon lamp (Ushio) through a spectral filter (Oriel AM1.5). The intensity of this light was 85 mW / cm 2 in the vertical plane.

【0148】光電気化学電池の導電性ガラスの端部に銀
ペーストを塗布して負極とし、この負極と白金蒸着ガラ
ス(正極)を電流電圧測定装置(ケースレーSMU238型)
に接続した。模擬太陽光を垂直に照射しながら、発生電
流を測定した。表2には実施例1〜4及び比較例1の光
電気化学電池の太陽電池特性を示した。
A silver paste was applied to the end of the conductive glass of the photoelectrochemical cell to form a negative electrode. The negative electrode and platinum-deposited glass (positive electrode) were connected to a current-voltage measuring device (Keisley SMU238 type).
Connected to. The generated current was measured while irradiating the simulated sunlight vertically. Table 2 shows the solar cell characteristics of the photoelectrochemical cells of Examples 1 to 4 and Comparative Example 1.

【0149】[0149]

【表2】 [Table 2]

【0150】本発明の色素を用いた実施例1〜4は、比
較用色素(A)を用いた比較例1に比べて、模擬太陽光に
対する光電変換効率が高い事がわかる。
It can be seen that Examples 1-4 using the dye of the present invention have a higher photoelectric conversion efficiency with respect to simulated sunlight than Comparative Example 1 using the dye (A) for comparison.

【0151】[0151]

【発明の効果】以上詳述したように、本発明の新規スク
アリリウムシアニン色素は吸収波長領域が広いため、当
該色素によって増感した光電変換素子は、光電変換効率
に優れている。かかる光電変換素子からなる光電気化学
電池は、太陽電池として極めて有用である。
As described above in detail, since the novel squarylium cyanine dye of the present invention has a wide absorption wavelength range, the photoelectric conversion device sensitized by the dye has excellent photoelectric conversion efficiency. A photoelectrochemical cell including such a photoelectric conversion element is extremely useful as a solar cell.

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

【図1】 本発明の好ましい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 sectional view showing the structure of a preferred photoelectric conversion element of the present invention.

【図2】 本発明の好ましい光電変換素子の構造を示す
部分断面図である。
FIG. 2 is a partial sectional view showing the structure of a preferred photoelectric conversion element of the present invention.

【図3】 本発明の好ましい光電変換素子の構造を示す
部分断面図である。
FIG. 3 is a partial sectional view showing the structure of a preferred photoelectric conversion element of the present invention.

【図4】 本発明の好ましい光電変換素子の構造を示す
部分断面図である。
FIG. 4 is a partial sectional view showing the structure of a preferred photoelectric conversion element of the present invention.

【図5】 本発明の好ましい光電変換素子の構造を示す
部分断面図である。
FIG. 5 is a partial sectional view showing the structure of a preferred photoelectric conversion element of the present invention.

【図6】 本発明の好ましい光電変換素子の構造を示す
部分断面図である。
FIG. 6 is a partial sectional view showing the structure of a preferred photoelectric conversion element of the present invention.

【図7】 本発明の好ましい光電変換素子の構造を示す
部分断面図である。
FIG. 7 is a partial sectional view showing the structure of a preferred photoelectric conversion element of the present invention.

【図8】 本発明の好ましい光電変換素子の構造を示す
部分断面図である。
FIG. 8 is a partial sectional view showing the structure of a preferred photoelectric conversion element of the present invention.

【図9】 本発明の光電変換素子を用いた基板一体型太
陽電池モジュールの構造の一例を示す部分断面図であ
る。
FIG. 9 is a partial cross-sectional view illustrating an example of the structure of a substrate-integrated solar cell module using the photoelectric conversion element of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10・・・導電層 10a・・・透明導電層 11・・・金属リード 20・・・感光層 21・・・半導体微粒子 22・・・色素 23・・・電解質 30・・・電荷移動層 40・・・対極導電層 40a・・・透明対極導電層 50・・・基板 50a・・・透明基板 60・・・下塗り層 70・・・反射防止層 10 conductive layer 10a transparent conductive layer 11 metal lead 20 photosensitive layer 21 fine semiconductor particles 22 dye 23 electrolyte 30 charge transfer layer 40 ..Counter electrode conductive layer 40a ... Transparent counter electrode conductive layer 50 ... Substrate 50a ... Transparent substrate 60 ... Undercoat layer 70 ... Anti-reflective layer

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 4H056 CA02 CA05 CB01 CC02 CC08 CE03 CE06 DD03 FA05 5F051 AA11 AA14 5H032 AA06 AS16 EE16 EE20 HH04 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page F term (reference) 4H056 CA02 CA05 CB01 CC02 CC08 CE03 CE06 DD03 FA05 5F051 AA11 AA14 5H032 AA06 AS16 EE16 EE20 HH04

Claims (11)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 少なくとも感光層を有する光電変換素子
であって、前記感光層が、下記一般式(1): 【化1】 (一般式(1)中、R11〜R16はそれぞれ水素原子、置換
または無置換のアルキル基またはアリール基を、A11
よびA12は置換基を、EDGは電子供与性基を、n11は1〜
4の整数を、n12は0〜3の整数を、およびn13は0〜4
の整数を表す。)により表されるスクアリリウムシアニ
ン色素によって増感された半導体微粒子を含有する事を
特徴とする光電変換素子。
1. A photoelectric conversion device having at least a photosensitive layer, wherein the photosensitive layer has the following general formula (1): (In the general formula (1), R 11 to R 16 each represent a hydrogen atom, a substituted or unsubstituted alkyl group or an aryl group, A 11 and A 12 represent a substituent, EDG represents an electron donating group, and n11 represents 1 to
An integer of 4, n12 is an integer of 0 to 3, and n13 is 0 to 4
Represents an integer. A photoelectric conversion device comprising semiconductor fine particles sensitized by a squarylium cyanine dye represented by the formula (1).
【請求項2】 請求項1に記載の光電変換素子におい
て、前記一般式(1)におけるEDGがアミノ基である事
を特徴とする光電変換素子。
2. The photoelectric conversion device according to claim 1, wherein EDG in the general formula (1) is an amino group.
【請求項3】 請求項1に記載の光電変換素子におい
て、前記一般式(1)におけるEDGがジアリールアミノ
基である事を特徴とする光電変換素子。
3. The photoelectric conversion device according to claim 1, wherein EDG in the general formula (1) is a diarylamino group.
【請求項4】 請求項1〜3のいずれかに記載の光電変
換素子において、前記一般式(1)におけるR13〜R
16が、置換または無置換のアルキル基である事を特徴と
する光電変換素子。
4. The photoelectric conversion element according to claim 1, wherein R 13 to R 13 in the general formula (1).
16. A photoelectric conversion element, wherein 16 is a substituted or unsubstituted alkyl group.
【請求項5】 請求項1〜4のいずれかに記載の光電変
換素子において、前記一般式(1)により表される色素
が、少なくとも1つの酸性基を有する事を特徴とする光
電変換素子。
5. The photoelectric conversion device according to claim 1, wherein the dye represented by the general formula (1) has at least one acidic group.
【請求項6】 請求項5に記載の光電変換素子におい
て、前記酸性基がカルボキシル基、ヒドロキシ基、ホス
ホニル基、およびホスホリル基からなる群より選ばれた
少なくとも1つの基である事を特徴とする光電変換素
子。
6. The photoelectric conversion device according to claim 5, wherein the acidic group is at least one group selected from the group consisting of a carboxyl group, a hydroxy group, a phosphonyl group, and a phosphoryl group. Photoelectric conversion element.
【請求項7】 請求項5または6に記載の光電変換素子
において、前記一般式(1)においてA12が酸性基また
は酸性基を有する置換基であり、n13が1以上の整数で
ある事を特徴とする光電変換素子。
7. The photoelectric conversion device according to claim 5, wherein in the general formula (1), A 12 is an acidic group or a substituent having an acidic group, and n 13 is an integer of 1 or more. Characteristic photoelectric conversion element.
【請求項8】 請求項1〜7のいずれかに記載の光電変
換素子において、前記感光層の厚みが9μm以下である
ことを特徴とする光電変換素子。
8. The photoelectric conversion element according to claim 1, wherein the thickness of the photosensitive layer is 9 μm or less.
【請求項9】 請求項1〜8のいずれかに記載の光電変
換素子を有する光電気化学電池。
9. A photoelectrochemical cell having the photoelectric conversion element according to claim 1. Description:
【請求項10】 下記一般式(1): 【化2】 (一般式(1)中、R11〜R16はそれぞれ水素原子、置換
または無置換のアルキル基またはアリール基を、A11
よびA12は置換基を、EDGは、アリールアミノ基、1-ピロ
リジノ基、1-ピペリジノ基、4-モルホリノ基、2-アルコ
キシビニル基、2-アミノビニル基、4-アルコキシフェニ
ル基または4-アミノフェニル基を、n11は1〜4の整数
を、n12は0〜3の整数を、およびn13は0〜4の整数を
表す。)により表されることを特徴とするスクアリリウ
ムシアニン色素。
10. The following general formula (1): (In the general formula (1), R 11 to R 16 each represent a hydrogen atom, a substituted or unsubstituted alkyl group or an aryl group, A 11 and A 12 represent a substituent, EDG represents an arylamino group, 1-pyrrolidino Group, 1-piperidino group, 4-morpholino group, 2-alkoxyvinyl group, 2-aminovinyl group, 4-alkoxyphenyl group or 4-aminophenyl group, n11 is an integer of 1 to 4, n12 is 0 to A squarylium cyanine dye, wherein n is an integer of 3 and n13 is an integer of 0 to 4.
【請求項11】 請求項10に記載のスクアリリウムシアニ
ン色素において、下記一般式(2): 【化3】 (一般式(2)中、R21〜R26はそれぞれ炭素数1〜6の
置換または無置換のアルキル基を、R27及びR28は置換基
を、Xはカルボキシル基またはホスホニル基を、n21およ
びn22はそれぞれ0〜3の整数を表す。) により表され
ることを特徴とするスクアリリウムシアニン色素。
11. The squarylium cyanine dye according to claim 10, wherein the squarylium cyanine dye has the following general formula (2): (In the general formula (2), R 21 to R 26 each represent a substituted or unsubstituted alkyl group having 1 to 6 carbon atoms, R 27 and R 28 represent substituents, X represents a carboxyl group or a phosphonyl group, and n 21 And n22 each represent an integer of 0 to 3.)
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