JP2002111019A - Solid-state photoelectric converter, its manufacturing method, solar cell using solid state photoelectric converter and power source - Google Patents

Solid-state photoelectric converter, its manufacturing method, solar cell using solid state photoelectric converter and power source

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JP2002111019A
JP2002111019A JP2001205662A JP2001205662A JP2002111019A JP 2002111019 A JP2002111019 A JP 2002111019A JP 2001205662 A JP2001205662 A JP 2001205662A JP 2001205662 A JP2001205662 A JP 2001205662A JP 2002111019 A JP2002111019 A JP 2002111019A
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JP
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compound
photoelectric conversion
solid
conjugated
conversion element
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Application number
JP2001205662A
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Japanese (ja)
Inventor
Masahiro Kobashi
昌浩 小橋
Noriyuki Aoshima
敬之 青島
Yuki Tanaka
由紀 田中
Shuichi Maeda
修一 前田
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Mitsubishi Chemical Corp
Original Assignee
Mitsubishi Chemical Corp
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Publication date
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    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
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    • Y02E10/50Photovoltaic [PV] energy
    • Y02E10/542Dye sensitized solar cells

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a solid-state photoelectric converter having a high energy conversion efficiency even in the case of a low light quantity, excellent long term stability, small restriction in element design, excellent in productivity, and suitable for reduction in size and weight, a method for manufacturing the same, a solar cell using the solid-state photoelectric converter and a power source. SOLUTION: The solid-state photoelectric converter comprises a transparent conductive electrode 5, an anatase-type titanium oxide 6, a photosensitizing compound 7, a hole transport layer, and a solid substance 8 used also as a hole collecting electrode.

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、固体物質を構成成
分とする固体光電変換素子およびその素子を用いてなる
太陽電池およびそれらの製造方法およびそれらを用いた
装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a solid-state photoelectric conversion element containing a solid substance as a component, a solar cell using the element, a method for manufacturing the same, and an apparatus using the same.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、石炭、石油、天然ガス等の化石燃
料資源の枯渇が懸念され、またそれらの使用によって起
こる二酸化炭素などの増加による地球温暖化等の地球環
境問題が明らかになってきている。クリーンなエネルギ
ー源である太陽電池を用いた太陽光発電はこれらの問題
を解決する有力な方法の一つであり、太陽電池の研究開
発が精力的に行われている。
2. Description of the Related Art In recent years, there has been concern about the depletion of fossil fuel resources such as coal, oil, and natural gas, and global environmental problems such as global warming due to an increase in carbon dioxide and the like caused by their use have become apparent. I have. Solar power generation using a solar cell, which is a clean energy source, is one of the leading methods for solving these problems, and research and development of solar cells are being vigorously conducted.

【0003】なかでもシリコンを用いた太陽電池におい
ては単結晶シリコン太陽電池において最大エネルギー変
換効率:約20%、多結晶シリコン太陽電池において最
大エネルギー変換効率:12〜17%、非晶質シリコン
太陽電池において最大エネルギー変換効率:10〜1
2.5%が達成されてきており大電力用への応用に向け
ての研究開発がより一層活発化している。
[0003] Above all, a solar cell using silicon has a maximum energy conversion efficiency of about 20% in a single crystal silicon solar cell, a maximum energy conversion efficiency of 12 to 17% in a polycrystalline silicon solar cell, and an amorphous silicon solar cell. Energy conversion efficiency: 10-1
2.5% has been attained, and research and development for application to high power applications has become even more active.

【0004】しかし現状におけるシリコン系太陽電池に
おいては、原料である金属シリコンを製造するために多
くのエネルギーを必要とするため製造コストが掛かり、
また製造するために必要なエネルギーを回収するのに必
要な期間(エネルギーペイバックタイム)が長いという
問題がある。さらに太陽電池用シリコンにおいては一般
に半導体用シリコンの製造過程の残材を使用しているた
め絶対量に限界があり半導体業界の需要動向に左右され
てしまう。また、非晶質シリコン太陽電池においてもそ
の製造過程で必要なシランガス供給の不足の問題が指摘
されている。これらの問題を解決するためにテルル化カ
ドミウムやセレン化インジウム銅といった化合物半導体
の研究が盛んになってきている。
[0004] However, in the current silicon-based solar cell, a large amount of energy is required to produce metal silicon as a raw material, so that the production cost is high.
Further, there is a problem that a period (energy payback time) required to recover energy required for manufacturing is long. Further, in silicon for solar cells, since the residual material from the process of manufacturing silicon for semiconductor is generally used, the absolute amount is limited and is influenced by demand trends in the semiconductor industry. In addition, it has been pointed out that an amorphous silicon solar cell has a shortage of silane gas supply required in the manufacturing process. In order to solve these problems, researches on compound semiconductors such as cadmium telluride and copper indium selenide have been actively conducted.

【0005】一方、有機物質を用いた有機系太陽電池、
有機物質・無機物質を組み合わせた有機・無機ハイブリ
ッド型太陽電池に対してもより安価で大面積な素子に期
待が持たれており活発に研究開発が行われている。近
年、酸化チタン微粒子を焼結させて作られる細孔構造を
有する電極表面にルテニウム錯体を担持させた光増感型
電極と電解質溶液、対極からなる湿式光化学電池におい
て、100mW/cm2の擬似太陽光の下でエネルギー
変換効率約10%が達成され(JOURNAL OF
AMERICAN CHEMICALSOCIETY
第115巻 第14号 6382〜6390頁、199
3年。 NATURE 第353巻、737〜740
頁、1991年。)、この形態の有機・無機ハイブリッ
ド型太陽電池に興味が持たれている。
On the other hand, an organic solar cell using an organic substance,
Organic-inorganic hybrid solar cells combining organic and inorganic substances are expected to be cheaper and have a larger area, and research and development are being actively conducted. In recent years, a 100 mW / cm 2 simulated solar cell has been developed for a wet photochemical cell comprising a photosensitized electrode having a ruthenium complex supported on an electrode surface having a pore structure formed by sintering titanium oxide fine particles, an electrolyte solution, and a counter electrode. Energy conversion efficiency of about 10% is achieved under light (JOURNAL OF
AMERICA CHEMICALSOCIETY
Vol. 115, No. 14, pp. 6382-6390, 199
3 years. NATURE Volume 353, 737-740
1991. ), This type of organic-inorganic hybrid solar cell is of interest.

【0006】しかしこの形態の太陽電池は湿式太陽電池
であるため、液漏れなどの点で長期安定性能に問題があ
る。この問題点を解決するために電解質溶液を、少量の
ポリマー成分によって電解質と溶媒が保持されたゲル電
解液に代えた擬固体色素増感型太陽電池も開発されては
いるが(S.Mikoshiba et al.,Th
e 16th European photovolta
ic solar energt conferenc
e and exhibition,(2000−
5),Glasgow,Scotland。)、あくま
で電解質を溶解する溶媒が必要であり長期安定性に関す
る点で問題がある。また、電解質溶液をイオン伝導性を
有する高分子固体電解質や電子伝導性を有するπ共役系
高分子を固体電解質として電解質溶液に置き換える試み
がなされてきている。π共役系高分子の例として、ドー
プしたポリピロールを固体電解質として用いる試みがな
されている(CHEMISTRY LETTERS 4
71〜472頁、1997年)。
However, since this type of solar cell is a wet type solar cell, there is a problem in long-term stable performance in terms of liquid leakage and the like. To solve this problem, a quasi-solid dye-sensitized solar cell in which the electrolyte solution is replaced with a gel electrolyte solution in which the electrolyte and the solvent are held by a small amount of a polymer component has been developed (S. Mikoshiba et al.). al., Th
e 16 th European photovolta
ic solar energy conference
e and exhibition, (2000-
5), Glasgow, Scotland. ), A solvent that dissolves the electrolyte is required, and there is a problem in terms of long-term stability. Attempts have been made to replace the electrolyte solution with a solid polymer electrolyte having ion conductivity or a π-conjugated polymer having electron conductivity as a solid electrolyte. As an example of a π-conjugated polymer, an attempt has been made to use doped polypyrrole as a solid electrolyte (CHEMISTRY LETTERS 4).
71-472, 1997).

【0007】しかしながら、これらの高分子を固体電解
質として用いる場合、光照射下での電解重合を行いかつ
ホール輸送能向上のためさらにカウンターアニオン(ド
ーパント)のドープ量を電気化学的に最適化しなければ
ならず、さらに対極として金等を蒸着して電極形成を行
うという製造工程において煩雑な過程を必要とする。さ
らに電気化学的重合において生成したドープされたπ共
役系高分子の固体中での電気的接続およびドープされた
π共役系高分子固体と金対極の電気的接続が不充分であ
る等の問題が存在する。
However, when these polymers are used as a solid electrolyte, it is necessary to perform electrochemical polymerization under light irradiation and to electrochemically optimize the doping amount of a counter anion (dopant) in order to improve hole transportability. In addition, a complicated process is required in the manufacturing process of forming an electrode by depositing gold or the like as a counter electrode. In addition, the electrical connection of the doped π-conjugated polymer formed in the electrochemical polymerization in the solid and the electrical connection between the doped π-conjugated polymer solid and the gold counter electrode are insufficient. Exists.

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、低光
量下でもエネルギー変換効率が高く、長期安定性に優
れ、素子設計上の制約が少なく、生産性に優れ、且つ、
小型軽量化に適した固体光電変換素子を提供することに
ある。本発明の別の目的は、上記固体光電変換素子を簡
便に製造することができる固体光電変換素子の製造方法
を提供することにある。
SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a high energy conversion efficiency even under a low light quantity, excellent long-term stability, less restrictions on element design, excellent productivity, and
An object of the present invention is to provide a solid-state photoelectric conversion element suitable for reduction in size and weight. Another object of the present invention is to provide a method for manufacturing a solid-state photoelectric conversion device that can easily manufacture the above-described solid-state photoelectric conversion device.

【0009】また、本発明の別の目的は、上記固体光電
変換素子を用いた太陽電池及び電源装置を提供すること
にある。
Another object of the present invention is to provide a solar cell and a power supply using the solid-state photoelectric conversion element.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】本発明者らは鋭意検討を
重ねた結果、固体電解質中での電気的接続が良好で充分
なホール輸送能を有しかつ固体電解質そのものの層を光
増感型電極の表面上部まで形成させることによりこの層
を対極として用いることができ、こうした構成の素子が
太陽電池などの光電変換素子として有用であることなど
を見いだして本発明を完成した。
Means for Solving the Problems As a result of intensive studies, the present inventors have found that the electrical connection in the solid electrolyte is good, the hole transport ability is sufficient, and the layer of the solid electrolyte itself is photosensitized. This layer can be used as a counter electrode by forming up to the upper part of the surface of the mold electrode, and the present invention has been completed by finding that an element having such a configuration is useful as a photoelectric conversion element such as a solar cell.

【0011】即ち本発明の第1の要旨は、ホール輸送層
とホール集電電極を兼用する固体物質を有する固体光電
変換素子に存する。本発明の第2の要旨は、金属酸化
物、光増感化合物及びπ共役系化合物を含有する固体物
質から形成され、該固体物質の最外表面の表面抵抗値が
103 Ω/□以下であることを特徴とする固体光電変換
素子に存する。本発明の第3の要旨は、単数又は複数の
単一セル素子から形成され、波長500nmの光を該単
一セル素子に照射した際の光の透過率が5%以上である
ことを特徴とする固体光電変換素子に存する。本発明の
第4の要旨は、単数又は複数の単一セル素子から形成さ
れ、該単一セル素子が電極平面上の少なくとも2軸に対
して可撓性を有することを特徴とする固体光電変換素子
に存する。本発明の別の要旨は、光増感化合物を表面に
有する金属酸化物の細孔内に、π共役系化合物及び/ま
たは共役系化合物と金属元素からなる錯化合物を含む溶
液を含浸させた後に溶媒を除去して、最外表面までπ共
役系化合物及び/または共役系化合物と金属元素からな
る錯化合物を含有する固体物質層を形成させることを特
徴とする光電変換素子の製造方法に存する。本発明の別
の要旨は、π共役系高分子を形成するモノマー、重合触
媒、重合速度を低減する化合物を含む溶液を光増感化合
物を表面に有する金属酸化物の細孔内に含浸させた後に
重合させ、最外表面までπ共役系高分子を含有する固体
物質層を形成させることを特徴とする光電変換素子の製
造方法に存する。
That is, a first gist of the present invention resides in a solid-state photoelectric conversion element having a solid substance which also functions as a hole transport layer and a hole current collecting electrode. A second gist of the present invention is that a solid material containing a metal oxide, a photosensitizing compound and a π-conjugated compound has a surface resistance of 10 3 Ω / □ or less on the outermost surface of the solid material. A solid-state photoelectric conversion element. A third aspect of the present invention is characterized in that the single cell element is formed from one or more single cell elements, and the light transmittance when the light having a wavelength of 500 nm is applied to the single cell element is 5% or more. The solid-state photoelectric conversion element. According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a solid-state photoelectric conversion device comprising a single cell or a plurality of single-cell elements, the single-cell element having flexibility with respect to at least two axes on an electrode plane. Exists in the element. Another gist of the present invention is that after impregnating a solution containing a π-conjugated compound and / or a complex compound composed of a conjugated compound and a metal element into pores of a metal oxide having a photosensitizing compound on its surface. There is provided a method for manufacturing a photoelectric conversion element, which comprises removing a solvent to form a solid substance layer containing a π-conjugated compound and / or a complex compound composed of a conjugated compound and a metal element up to the outermost surface. Another gist of the present invention is that a solution containing a monomer that forms a π-conjugated polymer, a polymerization catalyst, and a compound that reduces the polymerization rate is impregnated into pores of a metal oxide having a photosensitizing compound on its surface. There is provided a method for producing a photoelectric conversion element, characterized by forming a solid substance layer containing a π-conjugated polymer up to the outermost surface after polymerization.

【0012】また、本発明の別の要旨は、該固体光電変
換素子を用いた太陽電池及び該太陽電池を用いた電源装
置に存する。
Another aspect of the present invention resides in a solar cell using the solid-state photoelectric conversion element and a power supply using the solar cell.

【0013】[0013]

【発明の実施の形態】光電変換素子は、典型的には図1
に示すように、電子集電電極1、電子受容体兼電子輸送
層2、電子供与体兼ホール輸送層3、ホール集電電極4
から構成される。本発明の光電変換素子は電子供与体兼
ホール輸送層とホール集電電極が同一の固体物質であ
り、電子供与体兼ホール輸送層(以下、単にホール輸送
層と称す)とホール集電電極を兼用することを特徴とし
ている。図2は本発明の固体光電変換素子の一態様の模
式図を表すが、図2においてホール輸送層とホール集電
電極を兼用する固体物質は8で示されている。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS A photoelectric conversion element is typically constructed as shown in FIG.
As shown in FIG. 1, an electron collecting electrode 1, an electron acceptor / electron transporting layer 2, an electron donor / hole transporting layer 3, a hole collecting electrode 4
Consists of In the photoelectric conversion device of the present invention, the electron donor / hole transport layer and the hole current collecting electrode are the same solid substance, and the electron donor / hole transport layer (hereinafter, simply referred to as hole transport layer) and the hole current collecting electrode are combined. The feature is that they can also be used. FIG. 2 is a schematic view of one embodiment of the solid-state photoelectric conversion element of the present invention. In FIG. 2, a solid substance 8 which is also used as a hole transport layer and a hole current collecting electrode is indicated by reference numeral 8.

【0014】本発明に用いられる電子集電電極として
は、可視光に対して透明な導電性物質であれば公知のも
のをいずれでも用いることができ、例えば、インジウム
・スズ酸化物、フッ素ドープした酸化スズ等が挙げられ
るが、これらの内、フッ素ドープした酸化スズが好まし
い。電子集電電極の厚さは、0.005〜1μmが好ま
しく、0.01〜0.1μmが更に好ましい。
As the electron collecting electrode used in the present invention, any known conductive material which is transparent to visible light can be used. For example, indium tin oxide, fluorine-doped Tin oxide and the like can be mentioned, and among them, fluorine-doped tin oxide is preferable. The thickness of the electron collecting electrode is preferably from 0.005 to 1 μm, more preferably from 0.01 to 0.1 μm.

【0015】また、電子集電電極は、硬性を維持するた
め可視光に透明な材質からなる基板上に設けることが好
ましく、この基材の厚さは好ましくは0.01〜20m
mであり、更に好ましくは0.1〜5mmである。可視
光に透明な基板としては、例えば、ガラス、透明ポリマ
ーが用いられる。本発明に用いられる電子受容体兼電子
輸送層(以下、単に電子輸送層と称する)は、酸化物微
粒子を焼結させて成る電子輸送層が好ましく用いられ
る。電子輸送層に用いられる酸化物は可視光が透過し電
子輸送能を有する酸化物であれば特に限定されないが、
好ましくは酸化チタン、酸化ジルコニウム、酸化亜鉛、
酸化スズ、チタン酸バリウム等の金属酸化物が用いら
れ、更に好ましくは、アナターゼ型酸化チタンが用いら
れる。微粒子の大きさとしては5nm〜100nmが好
ましく、15nm〜50nmが更に好ましい。これら酸
化物粒子を焼結させた場合には、通常2〜20nmの細
孔径が形成される。
The electron collecting electrode is preferably provided on a substrate made of a material transparent to visible light in order to maintain hardness, and the thickness of the substrate is preferably 0.01 to 20 m.
m, more preferably 0.1 to 5 mm. As a substrate transparent to visible light, for example, glass or a transparent polymer is used. As the electron acceptor / electron transport layer used in the present invention (hereinafter simply referred to as an electron transport layer), an electron transport layer formed by sintering oxide fine particles is preferably used. The oxide used for the electron transport layer is not particularly limited as long as it is an oxide that transmits visible light and has an electron transport ability.
Preferably titanium oxide, zirconium oxide, zinc oxide,
Metal oxides such as tin oxide and barium titanate are used, and more preferably, anatase type titanium oxide is used. The size of the fine particles is preferably from 5 nm to 100 nm, more preferably from 15 nm to 50 nm. When these oxide particles are sintered, a pore diameter of usually 2 to 20 nm is formed.

【0016】また、電子輸送層の厚みとしては、0.0
1〜5μmが好ましく、0.1〜3μmが更に好まし
い。本発明の光電変換素子は、電子集電電極と、電子輸
送層との間に、必要に応じて電子集電電極とホール輸送
層との直接接触を避けるために、緻密な電子輸送層を設
けてもよい。該緻密な電子輸送層とは、実質的に細孔の
ない電子輸送層を意味し、酸化物微粒子を焼結して形成
する電子輸送層と同一の組成、結晶型を持つものであれ
ば特に制限されない。
The thickness of the electron transport layer is 0.0
It is preferably from 1 to 5 μm, more preferably from 0.1 to 3 μm. The photoelectric conversion element of the present invention is provided with a dense electron transporting layer between the electron collecting electrode and the electron transporting layer, if necessary, to avoid direct contact between the electron collecting electrode and the hole transporting layer. You may. The dense electron transporting layer refers to an electron transporting layer having substantially no pores, and particularly if it has the same composition and crystal type as an electron transporting layer formed by sintering oxide fine particles. Not restricted.

【0017】好ましい具体的としては例えば、電子集電
電極とアナターゼ型酸化チタン微粒子を焼結させて作成
する細孔構造を有する電子輸送層との間に、緻密なアナ
ターゼ型酸化チタンの膜設ける。該緻密なアナターゼ型
酸化チタンを作成する場合、ジイソプロポキシチタニウ
ムビスアセチルアセトネートのエタノール溶液を用い、
スプレードライ法にて形成する方法が挙げられる。
As a preferred specific example, for example, a dense anatase-type titanium oxide film is provided between an electron collecting electrode and an electron transport layer having a pore structure formed by sintering anatase-type titanium oxide fine particles. When preparing the dense anatase type titanium oxide, using an ethanol solution of diisopropoxytitanium bisacetylacetonate,
A method of forming by a spray drying method is exemplified.

【0018】本発明における各種酸化物微粒子を焼結さ
せた電子輸送層の表面には、光増感化合物を付着または
固着させて電荷分離層を形成する。電荷分離層として用
いられる光増感化合物は使用される励起光により光励起
される化合物であれば特に限定されないが、具体的には
(シス−ジ(チオシアン酸)−N,N'−ビス(2,2'
−ビピリジル−4,4'−ジカルボン酸)ルテニウム
(II)のようなルテニウム錯体系色素、ポルフィリン
やフタロシアニンの金属錯体、ペリレン系色素やエオシ
ン系色素のような有機色素が挙げられるが、これらに限
定される物ではない。また、付着または固着の態様は、
光増感化合物が、電子輸送層の表面に存在していればよ
いが、好ましくは化学吸着したものが好ましい。
In the present invention, a charge separation layer is formed by adhering or fixing a photosensitizing compound on the surface of the electron transport layer obtained by sintering various oxide fine particles. The photosensitizing compound used as the charge separation layer is not particularly limited as long as it is a compound that is photoexcited by the excitation light used. Specifically, (cis-di (thiocyanic acid) -N, N′-bis (2 , 2 '
-Bipyridyl-4,4'-dicarboxylic acid) ruthenium complex dyes such as ruthenium (II), metal complexes of porphyrins and phthalocyanines, and organic dyes such as perylene dyes and eosin dyes. It is not something to be done. In addition, the mode of adhesion or fixation is as follows:
It is sufficient that the photosensitizing compound is present on the surface of the electron transporting layer, but it is preferable that the compound is chemically adsorbed.

【0019】次に、本発明における電子供与体兼ホール
輸送層(以下、単にホール輸送層と称す)とホール集電
電極を兼用する固体物質としては、ホール輸送能が良好
である物質を用いる。この様な物質としては、π共役系
化合物がホール輸送能の観点から好ましく、π共役系化
合物は、共役を構成する炭素原子が少なくとも4個以
上、好ましくは6個以上、更に好ましくは8個以上あれ
ばよい。これらの内、オリゴチオフェン誘導体、オリゴ
パラフェニレン誘導体、オリゴピロール誘導体、オリゴ
パラフェニレンビニレン誘導体等のπ共役系オリゴマ
ー、ポリチオフェン誘導体、ポリパラフェニレン誘導
体、ポリピーロール誘導体、ポリパラフェニレンビニレ
ン誘導体等のπ共役系高分子が好ましいものとして挙げ
られるが、これらに限定される物ではない。
Next, as the solid substance which also serves as an electron donor and hole transport layer (hereinafter simply referred to as a hole transport layer) and a hole current collecting electrode in the present invention, a substance having good hole transport ability is used. As such a substance, a π-conjugated compound is preferable from the viewpoint of hole transporting ability, and the π-conjugated compound has at least 4 or more, preferably 6 or more, more preferably 8 or more carbon atoms constituting conjugate. I just need. Of these, π-conjugated oligomers such as oligothiophene derivatives, oligoparaphenylene derivatives, oligopyrrole derivatives, oligoparaphenylene vinylene derivatives, and π such as polythiophene derivatives, polyparaphenylene derivatives, polypyrrole derivatives, and polyparaphenylene vinylene derivatives Conjugated polymers are preferred, but not limited thereto.

【0020】これらの内、ホール輸送能及び製造上の観
点から、チオフェン骨格を構造単位として含有する化合
物が好ましく、なかでも、下記原子団(1)を有するオ
リゴマー又は高分子が更に好ましい。
Among these, compounds having a thiophene skeleton as a structural unit are preferable from the viewpoint of hole transporting ability and production, and among them, an oligomer or a polymer having the following atomic group (1) is more preferable.

【0021】[0021]

【化1】 Embedded image

【0022】(式(1)中、R1、R2は各々独立して、
水素原子、ハロゲン原子、アルキル基、アルコキシ基、
アルキルチオ基、アルキルアミノ基、ジアルキルアミノ
基を表し、これら置換基が互いに結合し、環状構造をと
っていても良い) R1、R2で表される置換基のうち、アルコキシ基が好ま
しく、中でもR1とR2の2つのアルコキシ基が結合して
環状構造をとっているものが更に好ましい。
(In the formula (1), R 1 and R 2 are each independently
Hydrogen atom, halogen atom, alkyl group, alkoxy group,
Represents an alkylthio group, an alkylamino group, or a dialkylamino group, and these substituents may be bonded to each other to form a cyclic structure) Of the substituents represented by R 1 and R 2 , an alkoxy group is preferable, and among them, More preferably, the two alkoxy groups of R 1 and R 2 are bonded to form a cyclic structure.

【0023】また下記一般式(2)で表される如く、上
述のπ共役系オリゴマーあるいはπ共役系高分子に、例
えば塩化鉄(III)、ヨウ素、トリス−p−トルエンスル
ホン酸鉄(III)等をドープしてなる化合物でも良い。
As represented by the following general formula (2), the above-mentioned π-conjugated oligomer or π-conjugated polymer may be, for example, iron (III) chloride, iodine, iron (III) tris-p-toluenesulfonate. And the like.

【0024】[0024]

【化2】 Embedded image

【0025】(一般式(2)中、A-は、ドーパントか
ら誘導される対アニオンを表す。) ドープしたπ共役系高分子を用いる場合、ドープ濃度に
対して特に限定はなく光増感電極細孔内におけるπ共役
系高分子と光増感電極表面上部におけるπ共役系高分子
でドープ濃度が異なっていてもかまわない。ただし、光
増感電極表面上部におけるπ共役系高分子においてはホ
ール集電電極として機能させるため高濃度ドープ状態が
良い。具体的にはドーパントの濃度がπ共役系高分子の
繰返し単位に対するドーパントのモル比で表した場合、
10:1より濃い濃度であるのが好ましくさらに好まし
くは5:1より濃い濃度である場合が良い。ここで、ド
ープしたπ共役系高分子とは、ドーパントの作用によっ
て、π共役系高分子の主鎖の一部にカチオン部位が存在
する高分子を意味する。
(In the general formula (2), A represents a counter anion derived from a dopant.) When a doped π-conjugated polymer is used, there is no particular limitation on the doping concentration, and the photosensitized electrode is fine. The doping concentration may be different between the π-conjugated polymer in the pore and the π-conjugated polymer in the upper part of the surface of the photosensitizing electrode. However, the π-conjugated polymer on the upper surface of the photosensitizing electrode is preferably in a highly doped state in order to function as a hole current collecting electrode. Specifically, when the concentration of the dopant is represented by the molar ratio of the dopant to the repeating unit of the π-conjugated polymer,
The concentration is preferably higher than 10: 1, and more preferably higher than 5: 1. Here, the doped π-conjugated polymer means a polymer having a cation site in a part of the main chain of the π-conjugated polymer due to the action of a dopant.

【0026】また、更に、下記式(3)で表される化合
物は、本発明に用いられるπ共役系化合物と金属元素か
らなる錯化合物を形成する構造単位の一例である。
Further, the compound represented by the following formula (3) is an example of a structural unit forming a complex compound comprising a π-conjugated compound and a metal element used in the present invention.

【0027】[0027]

【化3】 Embedded image

【0028】本発明の光電変換素子を製造する方法を以
下、説明する。本発明の光電変換素子を製造にあたり、
電子輸送層の細孔内及び電子輸送層の後側に、上述の固
体ホール輸送層兼ホール集電電極を導入する方法として
は、π共役系化合物または錯化合物を含む溶液を含浸さ
せるか、あるいはπ共役系高分子を形成するモノマー、
重合触媒、必要に応じて重合速度を低減する化合物を含
む混合溶液を含浸させた後に重合させ、溶媒を除去して
最外表面まで固体物質層を形成させる方法を用いること
ができる。
The method for producing the photoelectric conversion element of the present invention will be described below. In manufacturing the photoelectric conversion element of the present invention,
In the pores of the electron transport layer and on the back side of the electron transport layer, as a method of introducing the above-described solid hole transport layer and hole collecting electrode, impregnated with a solution containing a π-conjugated compound or complex compound, or a monomer forming a π-conjugated polymer,
A method of impregnating a mixed solution containing a polymerization catalyst and, if necessary, a compound for reducing the polymerization rate, followed by polymerization, and removing the solvent to form a solid substance layer up to the outermost surface can be used.

【0029】また、固体物質層を最外表面まで形成させ
るために、含浸、重合、溶媒除去の操作は、複数回繰り
返して行っても良い。なお、ここで最外表面まで形成さ
せるとは、電子輸送層である酸化物及び増感化合物が、
ホール輸送層兼ホール集電電極たる固体物質層で完全に
覆われるまで、該固体物質を形成させることを意味す
る。溶媒はπ共役系化合物及または錯化合物、またはπ
共役系高分子を形成するモノマー、重合触媒、重合速度
を調節する化合物を溶解するものであれば特に限定はさ
れない。好ましい溶媒としては、ブタノール、エタノー
ル、アセトニトリル等が挙げられる。
In order to form a solid material layer up to the outermost surface, the operations of impregnation, polymerization and solvent removal may be repeated a plurality of times. Here, to form up to the outermost surface means that the oxide and the sensitizing compound that are the electron transport layer are
This means that the solid substance is formed until it is completely covered with the solid substance layer which is also a hole transport layer and a hole current collecting electrode. The solvent is a π-conjugated compound or complex compound, or π
There is no particular limitation as long as it dissolves the monomer that forms the conjugated polymer, the polymerization catalyst, and the compound that controls the polymerization rate. Preferred solvents include butanol, ethanol, acetonitrile and the like.

【0030】該溶液または該混合溶液を減圧下で細孔内
に含浸させる場合、該溶液または該混合溶液に光増感電
極を浸した状態で減圧にするか、光増感電極上に該溶液
または該混合溶液を展開した後に減圧にすれば良い。減
圧時の真空度は該溶液または該混合溶液の粘度にもよ
り、大気圧以下であれば良いが、16000Pa以下で
あることが好ましく、さらに好ましくは1600Pa以
下である。真空度の下限は特にないが、製造上の簡便さ
を考慮すると100Pa以上が好ましい。
When impregnating the pores with the solution or the mixed solution under reduced pressure, the pressure is reduced while the photosensitizing electrode is immersed in the solution or the mixed solution, or the solution or the mixed solution is placed on the photosensitized electrode. The pressure may be reduced after the mixed solution is developed. The degree of vacuum at the time of pressure reduction may be at most atmospheric pressure, depending on the viscosity of the solution or the mixed solution, but is preferably 16,000 Pa or less, more preferably 1600 Pa or less. Although there is no particular lower limit for the degree of vacuum, it is preferably 100 Pa or more in view of the simplicity in production.

【0031】また、π共役系高分子の重合速度を低減す
る化合物はπ共役系高分子を形成するモノマーと直接反
応せず重合速度を低減するものであれば特に限定されな
い。具体的には、ルイス塩基性化合物が用いられ、なか
でも、ルイス塩基性窒素原子又はルイス塩基性硫黄原子
を有する化合物が好ましく、イミダゾール等のルイス塩
基性窒素原子を有する環状化合物が更に好ましい。
The compound that reduces the polymerization rate of the π-conjugated polymer is not particularly limited as long as it does not directly react with the monomer forming the π-conjugated polymer and reduces the polymerization rate. Specifically, a Lewis basic compound is used, and among them, a compound having a Lewis basic nitrogen atom or a Lewis basic sulfur atom is preferable, and a cyclic compound having a Lewis basic nitrogen atom such as imidazole is more preferable.

【0032】さらに、π共役系高分子を重合する場合は
減圧下室温で放置するか或いは加熱処理をしても良い。
電子輸送層の最外表面まで固体層を形成するには、前記
処理を繰り返し行えば良い。本発明において電子輸送層
である酸化物の細孔内に、π共役系化合物または錯化合
物を含む溶液、またはπ共役系高分子を形成するモノマ
ー、重合触媒、重合速度を低減する化合物を含む混合溶
液を酸化物の細孔内に超音波を加えながら含浸させる場
合、該溶液または該混合溶液中に酸化物を浸して超音波
を加えれば良いドープしたπ共役系オリゴマー又はπ共
役系高分子の製造はとしては、下記の如くチオフェン化
合物を、好ましくはアルコール系溶媒中、イミダゾール
等のルイス塩基性化合物の存在下、無水トリス−p−ト
ルエンスルホン酸鉄(III)のような強酸の金属化合物と
反応させることによって製造することができる。
Further, when polymerizing a π-conjugated polymer, the polymer may be left at room temperature under reduced pressure or may be subjected to a heat treatment.
In order to form a solid layer up to the outermost surface of the electron transport layer, the above treatment may be repeated. In the present invention, a solution containing a π-conjugated compound or a complex compound, or a mixture containing a monomer that forms a π-conjugated polymer, a polymerization catalyst, and a compound that reduces the polymerization rate are contained in the pores of the oxide that is the electron transport layer. When the solution is impregnated with ultrasonic waves in the pores of the oxide, the oxide may be immersed in the solution or the mixed solution and ultrasonic waves may be applied. For the production, a thiophene compound as described below, preferably in an alcoholic solvent, in the presence of a Lewis basic compound such as imidazole, with a metal compound of a strong acid such as anhydrous tris-p-toluenesulfonate (III). It can be produced by reacting.

【0033】[0033]

【化4】 Embedded image

【0034】本発明の固体光電変換素子の一実施態様を
図2に基づいて説明する。この態様において、本発明の
光電変換素子は、金属酸化物、光増感化合物及びπ共役
系化合物を含有する固体物質から形成され、特に金属酸
化物の表面に光増感化合物を有し、金属酸化物が細孔を
有すると共に、該細孔内の少なくとも一部にπ共役系化
合物を有することが好ましい。図2の例では、ガラス等
の基板上にコートした透明導電性電極(電子集電電極)
5に、酸化チタン等の金属酸化物からなる電子受容体兼
電子輸送層6が設けられており、この電子輸送層の一部
に光増感化合物7が化学吸着されている。そして、光増
感化合物7に接触し、さらに酸化チタン6の細孔に一部
進入する形で、ホール輸送層兼ホール集電電極である固
体物質(π共役系化合物)8が設けられている。
One embodiment of the solid-state photoelectric conversion device of the present invention will be described with reference to FIG. In this embodiment, the photoelectric conversion device of the present invention is formed from a solid material containing a metal oxide, a photosensitizing compound and a π-conjugated compound, and particularly has a photosensitizing compound on the surface of the metal oxide, It is preferable that the oxide has pores and at least a part of the pores has a π-conjugated compound. In the example of FIG. 2, a transparent conductive electrode (electron current collecting electrode) coated on a substrate such as glass is used.
5, an electron acceptor / electron transport layer 6 made of a metal oxide such as titanium oxide is provided, and a photosensitizing compound 7 is chemisorbed on a part of the electron transport layer. Then, a solid substance (π-conjugated compound) 8, which is a hole transport layer and a hole current collecting electrode, is provided so as to come into contact with the photosensitizing compound 7 and partially enter the pores of the titanium oxide 6. .

【0035】従って、本発明の光電変換素子を構成す
る、金属酸化物、光増感化合物及びπ共役系化合物を含
有する固体物質は、その固体物質の最外表面の表面抵抗
値が103 Ω/□以下とすることができる。該表面抵抗
値は100Ω/□以下が好ましく、更に50Ω/□以下
が好ましい。該表面抵抗値は小さい方が好ましいが、5
Ω/□以上となることが多い。
Therefore, the solid substance containing the metal oxide, the photosensitizing compound and the π-conjugated compound constituting the photoelectric conversion element of the present invention has a surface resistance of the outermost surface of the solid substance of 10 3 Ω. / □ or less. The surface resistance is preferably 100Ω / □ or less, more preferably 50Ω / □ or less. The smaller the surface resistance is, the better.
Often Ω / □ or more.

【0036】また、本発明の光電変換素子は、固体であ
りながらも、実施例に記載したように、材料の選定によ
って透明に形成することができる。太陽光の中でも強度
の高い波長500nmの光を該単一セル素子に照射した
場合、本発明の素子は、500nmの光の透過率を5%
以上とすることができる。特に、透明性を求める場合、
透過率は10%以上が好ましく、更には20%以上が好
ましい。透過率は高い方が好ましいが、光電変換するた
めに、実質量の光を吸収することが必要であるため、上
記透過率は95%以下が好ましく、特には80%以下が
好ましい。なお、本発明において「単一セル素子」と
は、電子集電電極とホール集電電極をそれぞれ一つずつ
有し、これらの電極が直列に接続していない光電変換機
能を有する素子のことをいう。更に、本発明の光電変換
素子は、上記の構成で有るため、材料の選定によって、
単一セル素子が電極表面上の少なくとも2軸に対して可
撓性を持たせることも可能である。なお、本発明におい
て、可撓性とは、単一セル素子を所望の軸を中心に5度
以上、特には10度以上、破断せずに折り曲げられるこ
とをいう。
Further, the photoelectric conversion element of the present invention can be formed transparent, though solid, by selecting a material as described in Examples. When the single-cell device is irradiated with light having a wavelength of 500 nm, which is high in sunlight, the device of the present invention has a transmittance of 5% of 500 nm light.
The above can be considered. In particular, when transparency is required,
The transmittance is preferably 10% or more, more preferably 20% or more. The transmittance is preferably higher, but it is necessary to absorb a substantial amount of light for photoelectric conversion. Therefore, the transmittance is preferably 95% or less, particularly preferably 80% or less. In the present invention, the term "single cell element" refers to an element having a photoelectric conversion function in which each electrode has one electron collecting electrode and one hole collecting electrode, and these electrodes are not connected in series. Say. Furthermore, since the photoelectric conversion element of the present invention has the above-described configuration, by selecting a material,
It is also possible for a single cell element to be flexible for at least two axes on the electrode surface. In the present invention, the term "flexible" means that a single cell element can be bent without breaking at least 5 degrees, particularly at least 10 degrees around a desired axis.

【0037】本発明は、ホール輸送層とホール集電電極
を兼用する固体物質を構成成分とする固体光電変換素子
であって、ホール輸送層とホール集電電極が兼用されて
いるためホール輸送層とホール集電電極界面の電気的接
合が良好であって、従来行われているようなホール輸送
層を形成させた後に高真空下で金等を蒸着してホール集
電電極を形成するような製造工程を回避できるなど簡便
かつ効率良く製造することができる。また、本発明はホ
ール輸送層とホール集電電極が兼用されている全固体の
素子であるために、素子設計上の制約が減少し自由な形
状の光電変換素子を製造でき、この素子は小型携帯型の
太陽電池、及び太陽電池を用いた電源装置に応用でき
る。
The present invention relates to a solid-state photoelectric conversion element comprising a solid substance which also functions as a hole transport layer and a hole current collecting electrode, and which is used as a hole transport layer and a hole current collecting electrode. Good electrical connection at the interface between the hole current collecting electrode and the hole current collecting electrode, such as forming a hole transport layer as conventionally performed, and then depositing gold or the like under high vacuum to form a hole current collecting electrode Simple and efficient manufacturing can be achieved, such as avoiding the manufacturing process. Further, since the present invention is an all-solid-state element in which the hole transport layer and the hole current collecting electrode are also used, restrictions on element design are reduced, and a photoelectric conversion element having a free shape can be manufactured. The present invention can be applied to a portable solar cell and a power supply device using the solar cell.

【0038】しかも、曇天下、蛍光灯下のような、光量
の少ない場所でも光変換効率が高いので、日照時間の短
い地域や、常時屋外では使用しないような機器への適用
にも優れている。応用例としては、従来より太陽電池や
それを用いた電源装置を利用している機器であれば、い
ずれのものでも可能であり、例えば、電子卓上計算機、
腕時計用の太陽電池に用いても良いが、上述した本発明
の光電変換素子の特徴を有利に活用する例としては、例
えば、携帯電話、携帯ラジオその他の携帯オーディオ機
器、カーアクセサリー、日照時間の短い地域で使用され
る道路標識等が挙げられる。また、充電式や乾電池式の
電気器具の連続使用時間を長くするための補助電源とし
て用いることもでき、特に二次電池充電用の電源装置と
して用いることが有効である。
Further, since the light conversion efficiency is high even in a place with a small amount of light, such as under cloudy weather or under a fluorescent lamp, the present invention is also excellently applied to an area where the sunshine time is short or a device which is not always used outdoors. . As an application example, any device that conventionally uses a solar cell or a power supply device using the same can be used. For example, an electronic desk calculator,
Although it may be used for a solar cell for a wristwatch, examples of advantageous use of the features of the above-described photoelectric conversion element of the present invention include, for example, mobile phones, portable radios and other portable audio devices, car accessories, and sunshine hours. Examples include road signs used in short areas. Further, it can be used as an auxiliary power supply for extending the continuous use time of a rechargeable or dry battery type electric appliance, and it is particularly effective to use it as a power supply device for charging a secondary battery.

【0039】[0039]

【実施例】以下、実施例により本発明を更に具体的に説
明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるもので
はない。 [実施例1]厚さ1mmの透明導電性ガラスに酸化チタン
微粒子(結晶系アナターゼ80%、粒子径約20nm)
の懸濁液を塗布し焼結した後、増感色素として(シス−
ジ(チオシアン酸)−N,N'−ビス(2,2'−ビピリ
ジル−4,4'−ジカルボン酸)ルテニウム(II)を化
学吸着させた光増感電極を3,4−エチレンジオキシチ
オフェン0.070g、無水トリス−パラ−トルエンス
ルホン酸鉄(III)0.547g、イミダゾール0.0
50gをメタノール2.000gに溶解させた混合溶液
に15分間浸漬した後110℃で5分間加熱し細孔内で
トリス−パラ−トルエンスルホン酸アニオンがドープさ
れたポリ(3,4−エチレンジオキシチオフェン)を重
合し充填した。
EXAMPLES The present invention will be described in more detail with reference to the following examples, but the present invention is not limited to these examples. [Example 1] Titanium oxide fine particles (crystal anatase 80%, particle diameter about 20 nm) on 1 mm thick transparent conductive glass
Is applied and sintered, and then used as a sensitizing dye (cis-
Di (thiocyanic acid) -N, N'-bis (2,2'-bipyridyl-4,4'-dicarboxylic acid) ruthenium (II) was chemically adsorbed on a photosensitizing electrode of 3,4-ethylenedioxythiophene. 0.070 g, anhydrous iron (III) tris-para-toluenesulfonate 0.547 g, imidazole 0.0
50 g was immersed in a mixed solution of 2.000 g of methanol for 15 minutes, and then heated at 110 ° C. for 5 minutes, and poly (3,4-ethylenedioxy) doped with tris-para-toluenesulfonic acid anion in the pores. Thiophene) was polymerized and filled.

【0040】その後室温まで冷却後メタノールで洗浄し
自然乾燥した。この操作により透明導電性ガラス上に形
成される膜の全厚みが約1μm、約2μmの物を作成し
た。表面のシート抵抗を4端針法で測定したところ20
Ω/□であり最表面まで形成されたトリス−パラ−トル
エンスルホン酸アニオンがドープされたポリ(3,4−
エチレンジオキシチオフェン)がホール集電電極として
働くことが確認された。また細孔内でトリス−パラ−ト
ルエンスルホン酸アニオンがドープされたポリ(3,4
−エチレンジオキシチオフェン)を重合し充填した物の
膜厚方向の電気伝導度は細孔内にトリス−パラ−トルエ
ンスルホン酸アニオンがドープされたポリ(3,4−エ
チレンジオキシチオフェン)が充填されていない場合の
膜厚方向の電気伝導度と比べ約9桁上昇しており、この
操作により作成した試料においては透明導電性ガラスと
トリス−パラ−トルエンスルホン酸アニオンがドープさ
れたポリ(3,4−エチレンジオキシチオフェン)が導
通していることが判った。
After cooling to room temperature, the product was washed with methanol and dried naturally. By this operation, a film having a total thickness of about 1 μm and about 2 μm was formed on the transparent conductive glass. When the sheet resistance of the surface was measured by the four-end needle method, it was 20.
Tris-para-toluenesulfonate anion-doped poly (3,4-
Ethylenedioxythiophene) was confirmed to work as a hole current collecting electrode. Also, poly (3,4) doped with tris-para-toluenesulfonic acid anion in the pores
-Ethylenedioxythiophene) is polymerized and filled, and the electrical conductivity in the thickness direction is filled with poly (3,4-ethylenedioxythiophene) doped with tris-para-toluenesulfonic acid anion in the pores. The electrical conductivity in the direction of the film thickness in the case of not being carried out is increased by about 9 orders of magnitude, and in the sample prepared by this operation, the transparent conductive glass and the poly (3) doped with the tris-para-toluenesulfonic acid anion were used. , 4-ethylenedioxythiophene) were found to be conducting.

【0041】膜の全厚みが約1μmの物に対して厚さ1
mmの透明導電性ガラスを含めた透過率は波長500n
mの照射光に対して44%、波長650nmの照射光に
対して74%であった。一方、膜の全厚みが約2μmの
物に対する厚さ1mmの透明導電性ガラスを含めた透過
率は波長500nmの照射光に対して44%、波長65
0nmの照射光に対して51%であった。
A film having a total thickness of about 1 μm has a thickness of 1 μm.
mm including transparent conductive glass with a wavelength of 500 n
m was 44% for irradiation light and 74% for irradiation light having a wavelength of 650 nm. On the other hand, the transmittance of a film having a total thickness of about 2 μm, including a transparent conductive glass having a thickness of 1 mm, is 44% with respect to irradiation light having a wavelength of 500 nm and 65%.
It was 51% with respect to the irradiation light of 0 nm.

【0042】[実施例2]厚さ1mmの透明導電性ガラ
スに酸化チタン微粒子(結晶系アナターゼ80%、粒子
径約20nm)の懸濁液を塗布し焼結した後、増感色素
として(シス−ジ(チオシアン酸)−N,N'−ビス
(2,2'−ビピリジル−4,4'−ジカルボン酸)ルテ
ニウム(II)を化学吸着させた光増感電極上に3,4−
エチレンジオキシチオフェン0.069g、無水トリス
−パラ−トルエンスルホン酸鉄(III)0.546g、
イミダゾール0.050gをノルマルブタノール2.0
00gに溶解させた混合溶液を滴下し展開し、1600
0Pa下5分間放置後大気圧下110℃で5分間加熱し
細孔内でトリス−パラ−トルエンスルホン酸アニオンが
ドープされたポリ(3,4−エチレンジオキシチオフェ
ン)を重合し充填した。
Example 2 A suspension of titanium oxide fine particles (crystal anatase 80%, particle diameter of about 20 nm) was applied to a transparent conductive glass having a thickness of 1 mm, and the suspension was sintered. 3,4-di (thiocyanic acid) -N, N'-bis (2,2'-bipyridyl-4,4'-dicarboxylic acid) on a photosensitized electrode on which ruthenium (II) is chemically adsorbed.
0.069 g of ethylenedioxythiophene, 0.546 g of anhydrous iron (III) tris-para-toluenesulfonate,
0.050 g of imidazole was added to normal butanol 2.0
The mixed solution dissolved in 00 g was dropped and developed.
After standing at 0 Pa for 5 minutes, the mixture was heated at 110 ° C. under atmospheric pressure for 5 minutes, and poly (3,4-ethylenedioxythiophene) doped with tris-para-toluenesulfonic acid anion was polymerized and filled in the pores.

【0043】その後室温まで冷却後ノルマルブタノール
で洗浄し自然乾燥した。混合溶液滴下展開、減圧下放
置、加熱、洗浄、自然乾燥の一連の処理を5回繰り返し
光増感電極光増感電極表面上部にトリス−パラ−トルエ
ンスルホン酸アニオンがドープされたポリ(3,4−エ
チレンジオキシチオフェン)の層を形成した。透明導電
性ガラス、光増感電極表面上部に形成したトリス−パラ
−トルエンスルホン酸アニオンがドープされたポリ
(3,4−エチレンジオキシチオフェン)の層にリード
線を取り付けて本発明の光電変換素子を得た。この場合
も実施例1におけると同様に透明導電性ガラスとトリス
−パラ−トルエンスルホン酸アニオンがドープされたポ
リ(3,4−エチレンジオキシチオフェン)は導通して
いた。この光電変換素子に、400nm以下および10
00nm以上の波長の光をカットしたキセノンランプを
光源とし強度1.34mW/cm2 の光を照射して短絡
電流を測定したところ、透明導電性ガラスとトリス−パ
ラ−トルエンスルホン酸アニオンがドープされたポリ
(3,4−エチレンジオキシチオフェン)が導通してい
るにもかかわらず図1に示すように光電流が観測され
た。以上のことから本発明の光電変換素子において、光
増感電極の細孔内に充填した固体物質はホール輸送層と
して働きかつ光増感電極表面上部の固体層と電気的に接
続が良好でホール集電電極として働いていることがわか
った。
After cooling to room temperature, the product was washed with normal butanol and dried naturally. A series of processes of drop development of the mixed solution, standing under reduced pressure, heating, washing, and natural drying was repeated five times, and the poly (3,4) was doped with tris-para-toluenesulfonate anion on the surface of the photosensitized electrode. -Ethylenedioxythiophene). The photoelectric conversion of the present invention by attaching a lead wire to a layer of poly (3,4-ethylenedioxythiophene) doped with a tris-para-toluenesulfonic acid anion formed on the surface of a transparent conductive glass and a photosensitizing electrode. An element was obtained. Also in this case, as in Example 1, the transparent conductive glass and the poly (3,4-ethylenedioxythiophene) doped with the tris-para-toluenesulfonic acid anion were conductive. 400 nm or less and 10
When a short-circuit current was measured by irradiating light of 1.34 mW / cm 2 with a xenon lamp that cuts light of a wavelength of 00 nm or more as a light source, the transparent conductive glass and the tris-para-toluenesulfonic acid anion were doped. Although the poly (3,4-ethylenedioxythiophene) was conducting, a photocurrent was observed as shown in FIG. From the above, in the photoelectric conversion element of the present invention, the solid substance filled in the pores of the photosensitizing electrode functions as a hole transporting layer and has good electrical connection with the solid layer on the photosensitizing electrode surface and has a good hole. It turned out to be working as a collecting electrode.

【0044】[0044]

【発明の効果】本発明により、低光量下でもエネルギー
変換効率が高く、長期安定性に優れ、素子設計上の制約
が少なく、生産性に優れ、且つ、小型軽量化に適した固
体光電変換素子及びそれを用いた太陽電池及び電源装置
を提供することができる。
According to the present invention, a solid-state photoelectric conversion element having high energy conversion efficiency even under a low light quantity, excellent long-term stability, less restrictions on element design, excellent productivity, and suitable for miniaturization and weight reduction. And a solar cell and a power supply device using the same.

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

【図1】 典型的な光電変換素子の模式図である。FIG. 1 is a schematic diagram of a typical photoelectric conversion element.

【図2】 本発明の固体光電変換素子の模式図である。FIG. 2 is a schematic view of the solid-state photoelectric conversion element of the present invention.

【図3】 実施例1で製造した光電変換素子による光電
流を示すグラフである。
FIG. 3 is a graph showing a photocurrent by a photoelectric conversion element manufactured in Example 1.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 電子集電電極 2 電子受容体兼電子輸送層 3 電子供与体兼ホール輸送層 4 ホール集電電極 5 ガラス基板上にコートした透明導電性電極(電子集
電電極) 6 アナターゼ型酸化チタン(電子受容体兼電子輸送
層) 7 光増感化合物(電荷分離層) 8 ホール輸送層兼ホール集電電極である固体物質
REFERENCE SIGNS LIST 1 electron collecting electrode 2 electron acceptor and electron transporting layer 3 electron donor and hole transporting layer 4 hole collecting electrode 5 transparent conductive electrode (electron collecting electrode) coated on glass substrate 6 anatase-type titanium oxide (electron (Acceptor and electron transport layer) 7 Photosensitizing compound (charge separation layer) 8 Solid substance which is both hole transport layer and hole current collecting electrode

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 田中 由紀 神奈川県横浜市青葉区鴨志田町1000番地 三菱化学株式会社内 (72)発明者 前田 修一 神奈川県横浜市青葉区鴨志田町1000番地 三菱化学株式会社内 Fターム(参考) 5F051 AA14  ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing from the front page (72) Inventor Yuki Tanaka 1000 Kamoshita-cho, Aoba-ku, Yokohama-shi, Kanagawa Prefecture Inside Mitsubishi Chemical Corporation (72) Inventor Shuichi Maeda 1000 Kamoshita-cho, Aoba-ku, Yokohama-shi, Kanagawa Mitsubishi Chemical Corporation F-term (reference) 5F051 AA14

Claims (15)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 ホール輸送層とホール集電電極を兼用す
る固体物質を有する固体光電変換素子。
1. A solid-state photoelectric conversion device having a solid substance which also serves as a hole transport layer and a hole current collecting electrode.
【請求項2】 固体物質がπ共役系化合物を含有するこ
とを特徴とする請求項1記載の光電変換素子。
2. The photoelectric conversion device according to claim 1, wherein the solid substance contains a π-conjugated compound.
【請求項3】 酸化物微粒子を焼結させた電子輸送層を
有し、該電子輸送層に光増感化合物を吸着させた電荷分
離層を有する請求項1又は2記載の光電変換素子。
3. The photoelectric conversion device according to claim 1, further comprising an electron transport layer in which oxide fine particles are sintered, and a charge separation layer in which a photosensitizing compound is adsorbed on the electron transport layer.
【請求項4】 金属酸化物、光増感化合物及びπ共役系
化合物を含有する固体物質から形成され、該固体物質の
最外表面の表面抵抗値が103 Ω/□以下であることを
特徴とする固体光電変換素子。
4. A solid material containing a metal oxide, a photosensitizing compound and a π-conjugated compound, wherein the surface resistance of the outermost surface of the solid material is 10 3 Ω / □ or less. Solid-state photoelectric conversion element.
【請求項5】 固体物質の最外表面の表面抵抗値が10
0Ω/□以下であることを特徴とする請求項4記載の光
電変換素子。
5. The surface resistance of the outermost surface of the solid substance is 10
The photoelectric conversion device according to claim 4, wherein the value is 0 Ω / □ or less.
【請求項6】 金属酸化物の表面に光増感化合物を有
し、金属酸化物が細孔を有すると共に、該細孔内の少な
くとも一部にπ共役系化合物を有することを特徴とする
請求項4又は5記載の光電変換素子。
6. The metal oxide has a photosensitizing compound on its surface, the metal oxide has pores, and at least a part of the pores has a π-conjugated compound. Item 6. The photoelectric conversion element according to item 4 or 5.
【請求項7】 π共役系化合物が、π共役系オリゴマー
又はπ共役系高分子であることを特徴とする請求項2、
4、5又は6記載の光電変換素子。
7. The method according to claim 2, wherein the π-conjugated compound is a π-conjugated oligomer or a π-conjugated polymer.
7. The photoelectric conversion element according to 4, 5, or 6.
【請求項8】 光増感化合物が、ルテニウム錯体系色
素、ポルフィリン化合物、フタロシアニン化合物、ペリ
レン系色素及びエオシン系色素からなる群から選ばれた
一種又は2種以上であることを特徴とする請求項3乃至
6のいずれか1記載の光電変換素子。
8. The photosensitizing compound is one or more selected from the group consisting of a ruthenium complex dye, a porphyrin compound, a phthalocyanine compound, a perylene dye, and an eosin dye. 7. The photoelectric conversion element according to any one of 3 to 6.
【請求項9】 単数又は複数の単一セル素子から形成さ
れ、波長500nmの光を該単一セル素子に照射した際
の光の透過率が5%以上であることを特徴とする固体光
電変換素子。
9. A solid-state photoelectric conversion device comprising a single cell or a plurality of single-cell devices, wherein the single-cell device has a light transmittance of 5% or more when the single-cell device is irradiated with light having a wavelength of 500 nm. element.
【請求項10】 単数又は複数の単一セル素子から形成
され、該単一セル素子が電極平面上の少なくとも2軸に
対して可撓性を有することを特徴とする固体光電変換素
子。
10. A solid-state photoelectric conversion element formed of one or more single-cell elements, wherein the single-cell element has flexibility in at least two axes on an electrode plane.
【請求項11】 光電変換素子が金属酸化物、光増感化
合物及びπ共役系化合物を含有する固体物質から形成さ
れることを特徴とする請求項9又は10記載の光電変換
素子。
11. The photoelectric conversion device according to claim 9, wherein the photoelectric conversion device is formed of a solid material containing a metal oxide, a photosensitizing compound, and a π-conjugated compound.
【請求項12】 光増感化合物を表面に有する金属酸化
物の細孔内に、π共役系化合物及び/または共役系化合
物と金属元素からなる錯化合物を含む溶液を含浸させた
後に溶媒を除去して、最外表面までπ共役系化合物及び
/または共役系化合物と金属元素からなる錯化合物を含
有する固体物質層を形成させることを特徴とする光電変
換素子の製造方法。
12. The solvent is removed after impregnating a solution containing a π-conjugated compound and / or a complex compound composed of a conjugated compound and a metal element into pores of a metal oxide having a photosensitizing compound on the surface. And forming a solid substance layer containing a π-conjugated compound and / or a complex compound composed of a conjugated compound and a metal element up to the outermost surface.
【請求項13】 π共役系高分子を形成するモノマー、
重合触媒、重合速度を低減する化合物を含む溶液を光増
感化合物を表面に有する金属酸化物の細孔内に含浸させ
た後に重合させ、最外表面までπ共役系高分子を含有す
る固体物質層を形成させることを特徴とする光電変換素
子の製造方法。
13. A monomer forming a π-conjugated polymer,
A solid substance containing a π-conjugated polymer up to the outermost surface, after being impregnated with a solution containing a polymerization catalyst and a compound that reduces the polymerization rate into pores of a metal oxide having a photosensitizing compound on its surface. A method for manufacturing a photoelectric conversion element, comprising forming a layer.
【請求項14】 減圧下で溶液を細孔内に含浸させるこ
とを特徴とする請求項12又は13に記載の光電変換素
子の製造方法。
14. The method according to claim 12, wherein the pores are impregnated with the solution under reduced pressure.
【請求項15】 請求項1乃至11のいずれか1記載の
光電変換素子を用いることを特徴とする太陽電池。
15. A solar cell using the photoelectric conversion element according to claim 1. Description:
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2004319705A (en) * 2003-04-15 2004-11-11 Univ Kanazawa Organic solar cell
JP2006339199A (en) * 2005-05-31 2006-12-14 Ricoh Co Ltd Photoelectric conversion element and its manufacturing method, and solar cell using the photoelectric conversion element
CN102881831A (en) * 2012-10-15 2013-01-16 青岛镭视光电科技有限公司 Novel environment-friendly transmission-type photoelectric detector
JP2017050341A (en) * 2015-08-31 2017-03-09 株式会社日本マイクロニクス Oxide semiconductor secondary battery, and manufacturing method therefor

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004319705A (en) * 2003-04-15 2004-11-11 Univ Kanazawa Organic solar cell
JP2006339199A (en) * 2005-05-31 2006-12-14 Ricoh Co Ltd Photoelectric conversion element and its manufacturing method, and solar cell using the photoelectric conversion element
CN102881831A (en) * 2012-10-15 2013-01-16 青岛镭视光电科技有限公司 Novel environment-friendly transmission-type photoelectric detector
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