JP2003017146A - Dye sensitized photoelectric conversion element - Google Patents

Dye sensitized photoelectric conversion element

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JP2003017146A
JP2003017146A JP2001197864A JP2001197864A JP2003017146A JP 2003017146 A JP2003017146 A JP 2003017146A JP 2001197864 A JP2001197864 A JP 2001197864A JP 2001197864 A JP2001197864 A JP 2001197864A JP 2003017146 A JP2003017146 A JP 2003017146A
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JP
Japan
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group
dye
photoelectric conversion
salt
conversion element
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Application number
JP2001197864A
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Japanese (ja)
Inventor
Masaaki Ikeda
征明 池田
Koichiro Shigaki
晃一郎 紫垣
Teruhisa Inoue
照久 井上
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Nippon Kayaku Co Ltd
Original Assignee
Nippon Kayaku Co Ltd
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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 photoelectric conversion element with excellent conversion efficiency and low cost, and to provide a solar cell. SOLUTION: The photoelectric conversion element uses oxide semiconductor particles sensitized by the dye having a structure expressed by the formula (1). The oxide semiconductor particles include titanium dioxide as an essential component. In the formula, R1 -R5 and Rx represent hydrogen atom or substituent respectively, X represents an atom and an atomic group, or an organic residue with two valence.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【本発明の属する技術分野】本発明は、一般式(1)構造
を有する色素によって増感された半導体微粒子を用いる
ことを特徴とする光電変換素子及びそれを利用した太陽
電池に関する。
TECHNICAL FIELD The present invention relates to a photoelectric conversion element characterized by using semiconductor fine particles sensitized by a dye having the structure of the general formula (1) and a solar cell using the photoelectric conversion element.

【0002】[0002]

【従来の技術】石油、石炭等の化石燃料に代わるエネル
ギー資源として太陽光を利用する太陽電池が注目されて
いる。現在、結晶またはアモルファスのシリコンを用い
たシリコン太陽電池、あるいはガリウム、ヒ素等を用い
た化合物半導体太陽電池等について盛んに高効率化な
ど、開発検討がなされている。しかしそれらは製造に要
するエネルギー及びコストが高いため、汎用的に使用す
るのが困難であるという問題点がある。また色素で増感
した半導体微粒子を用いた光電変換素子、あるいはこれ
を用いた太陽電池も知られ、これを作成する材料、製造
技術が開示されている。(B.O'Regan and M.Gratzel Nat
ure, 353, 737 (1991), M.K.Nazeeruddin, A.Kay, I.Ro
dicio, R.Humphry-Baker, E.Muller, P.Liska, N.Vlach
opoulos, M.Gratzel, J.Am.Chem.Soc., 115, 6382 (199
3) e.t.c.) この光電変換素子は酸化チタン等の比較的
安価な酸化物半導体を用いて製造され、従来のシリコン
等を用いた太陽電池に比べコストの安い光電変換素子が
得られる可能性があり注目を集めている。しかし変換効
率の高い素子を得るために増感色素としてルテニウム系
の錯体を使用されており、色素自体のコストが高く、ま
たその供給にも問題が残っている。また増感色素として
有機色素を用いる試みも既に行われているが、変換効率
が低いなどまだ実用化には至らない現状にある。
2. Description of the Related Art Solar cells that use sunlight as an energy resource to replace fossil fuels such as petroleum and coal are drawing attention. Currently, silicon solar cells using crystalline or amorphous silicon, compound semiconductor solar cells using gallium, arsenic, and the like are being actively studied for development such as high efficiency. However, since they require high energy and cost for production, they are difficult to use for general purpose. A photoelectric conversion element using semiconductor fine particles sensitized with a dye, or a solar cell using the same is also known, and materials and manufacturing techniques for producing the same are disclosed. (B.O'Regan and M. Gratzel Nat
ure, 353, 737 (1991), MKNazeeruddin, A.Kay, I.Ro
dicio, R. Humphry-Baker, E. Muller, P. Liska, N. Vlach
opoulos, M. Gratzel, J. Am. Chem. Soc., 115, 6382 (199
3) etc) This photoelectric conversion element is manufactured using a relatively inexpensive oxide semiconductor such as titanium oxide, and there is a possibility that a photoelectric conversion element with a lower cost than a solar cell using conventional silicon etc. can be obtained. It is getting attention. However, in order to obtain a device with high conversion efficiency, a ruthenium-based complex is used as a sensitizing dye, the cost of the dye itself is high, and there is still a problem in its supply. Further, although attempts have already been made to use organic dyes as sensitizing dyes, the conversion efficiency is low and they are not yet in practical use.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】有機色素増感半導体を
用いた光電変換素子において、安価な有機色素を用い、
変換効率が高く、かつ実用性の高い光電変換素子の開発
が求められている。
In a photoelectric conversion element using an organic dye-sensitized semiconductor, an inexpensive organic dye is used,
It is required to develop a photoelectric conversion element having high conversion efficiency and high practicality.

【課題を解決するための手段】本発明者等は上記の課題
を解決するために鋭意努力した結果、一般式(1)構造を
有する色素を用いて半導体微粒子を増感し、光電変換素
子を作成する事により変換効率の高い光電変換素子が得
られることを見出し、本発明を完成させるに至った。す
なわち本発明は
Means for Solving the Problems As a result of diligent efforts to solve the above-mentioned problems, the present inventors sensitized semiconductor fine particles with a dye having a general formula (1) structure to obtain a photoelectric conversion element. It was found that a photoelectric conversion element having a high conversion efficiency can be obtained by making it, and the present invention has been completed. That is, the present invention

【0004】(1) 一般式(1)の構造を有する色素により増感
された酸化物半導体微粒子を用いることを特徴とする光
電変換素子、
(1) A photoelectric conversion element characterized by using oxide semiconductor fine particles sensitized by a dye having the structure of general formula (1),

【0005】[0005]

【化2】 [Chemical 2]

【0006】(一般式(1)中のR1〜R5およびRxは、それぞ
れ水素原子または置換基を表す。また、Xは2価の原子お
よび原子団または有機残基を表す。) (2) 一般式(1)の構造を有する色素が分子内にカルボ
キシル基、エステル基、アミド基等のカルボニル基、水
酸基、スルホン酸基、リン酸基のうち少なくとも1つ以
上有することを特徴とする(1)記載の光電変換素子、 (3)少なくとも(1)ないし(2)記載の色素(1)を
1つ以上と他の金属錯体および他の構造の構造を有する
有機色素によりなる群から選ばれた化合物のうち、あわ
せて2つ以上の化合物により増感された酸化物半導体を
用いることを特徴とする光電変換素子。 (4)酸化物半導体微粒子が二酸化チタンを必須成分とし
て含有する(1)ないし(3)記載の光電変換素子、 (5)酸化物半導体微粒子に包摂化合物の存在下、色素を
担持させた(1)ないし(4)記載の光電変換素子、 (6)(1)ないし(5)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、に関する。
(R1 to R5 and Rx in the general formula (1) each represent a hydrogen atom or a substituent, and X represents a divalent atom, atomic group or organic residue.) (2) General The dye having the structure of formula (1) is characterized in that it has at least one or more of a carbonyl group such as a carboxyl group, an ester group, an amide group, a hydroxyl group, a sulfonic acid group, and a phosphoric acid group in the molecule (1) The photoelectric conversion element described in (3), a compound selected from the group consisting of at least one or more of the dye (1) described in (1) or (2), another metal complex, and an organic dye having a structure of another structure. Among them, a photoelectric conversion element using an oxide semiconductor sensitized by two or more compounds in total. (4) The photoelectric conversion device according to (1) to (3), wherein the oxide semiconductor fine particles contain titanium dioxide as an essential component, (5) The dye is supported on the oxide semiconductor fine particles in the presence of an inclusion compound (1 ) To (4), and (6) A solar cell using the photoelectric conversion element of (1) to (5).

【発明の実施の形態】以下に本発明を詳細に説明する。
本発明の光電変換素子は一般式(1)の構造を有する色素
よって増感された酸化物半導体を用いる。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION The present invention is described in detail below.
The photoelectric conversion device of the present invention uses an oxide semiconductor sensitized with a dye having the structure of general formula (1).

【0007】[0007]

【化3】 [Chemical 3]

【0008】一般式(1)中のR1〜R5およびRxは、それぞれ
水素原子または置換基を表す。Rxは一般式(1)に対しR1
〜R5、X、及び酸素原子以外の部位に置換しうる単数ま
たは複数の置換基を示す。また、Xは2価の原子および原
子団または有機残基を表す。
[0008] In the general formula (1), R1 to R5 and Rx each represent a hydrogen atom or a substituent. Rx is R1 compared to general formula (1)
~ R5, X, and a single or plural substituents which can be substituted at a site other than oxygen atom. X represents a divalent atom or atomic group or an organic residue.

【0009】R1およびR2は、互いに同一でも異なっていても
良く、それぞれ水素原子、酸素原子、置換されてもよい
飽和あるいは不飽和の炭化水素基、置換されてもよい芳
香族基または複素環基をそれぞれ表す。飽和炭化水素基
としてはC1〜C22炭素数1〜22の直鎖、分鎖または環状の
アルキル基で、メチル基、エチル基、プロピル基、オク
チル基、オクタデシル基、イソプロピル基、シクロヘキ
シル基等が挙げられる。不飽和炭化水素基としてはC2〜
C22炭素数2〜22の直鎖、分鎖または環状のアルケニル基
およびアルキニル基で、ビニル基、プロペニル基、ペン
チニル基、ブテニル基、ヘキセニル基、ヘキサジエニル
基、イソプロペニル基、イソへキセニル基、シクロへキ
セニル基、シクロペンタジエニル基、エチニル基、プロ
ピニル基、ペンチニル基、へキシニル基、イソへキシニ
ル基、シクロへキシニル基等が挙げられる。また、芳香
族基としてはC6〜C40炭素数6〜40の芳香環、複素環基と
してはC4〜C40炭素数4〜40の複素環で、芳香環としては
フェニル基、ナフチル基、アントラセニル基等が、複素
環としてはピリジン基、ビピリジン基、インドール基、
ベンゾチアゾール基、ベンゾチアジアゾール基、ベンゾ
イミダゾール基、ベンゾオキサゾール基等それぞれ挙げ
られる。さらにこれらに置換しうる置換基としては、ヨ
ウ素・臭素・塩素等のハロゲン原子、アクリロイルアル
キル基、メタクリロイルアルキル基、アクリロイル基、
メタクリロイル基、カルボキシアルキル基、カルボキシ
ル基、エステル基、カルバモイル基、アルデヒド基、ア
シル基、アシルアミノ基、アミド基、アルキルアミド
基、芳香族アミド基、等のカルボニル基、アルキル基、
ハロゲン化アルキル基、シアノアルキル基、ヒドロキシ
アルキル基、ビニルアルキル基、シクロアルキル基、ア
ルコキシアルキル基、フェノキシアルキル基、フェニル
基、フェノキシ基、ビニル基、アルコキシ基、アルコキ
シアルコキシ基、水酸基、スルホン酸基、スルホン酸エ
ステル基、スルホアミド基、リン酸基、リン酸エステル
基、メルカプト基、トシル基、シアノ基、イソシアノ
基、チオシアナト基、イソチオシアナト基、ニトロ基、
ニトロシル基、アミノ基、アルキル置換アミノ基、芳香
族置換アミノ基、トシル基、ビフェニル基、アリール基
等が挙げられる。これらの置換基は、炭化水素基、芳香
族基に対して単独あるいは複数で置換してよい。R1及び
R2として好ましいものは、水酸基、アルコキシ基、シア
ノ基、フェニル基、カルボキシル基、アミノ基、ヨウ素
・臭素・塩素等のハロゲン原子、等で置換されたアルキ
ル基ならびにフェニル基、水素原子、メチル基、エチル
基、プロピル基、オクチル基、オクタデシル基、アルコ
キシアルキル基、ヒドロキシアルコキシアルキル基、フ
ェニル基等が挙げられる。置換基が酸性基または水酸基
の場合は、塩を形成してもよい。ここでの塩とは、リチ
ウム塩、ナトリウム塩、カリウム塩等の金属塩、テトラ
メチルアンモニウム塩、テトラブチルアンモニウム塩、
イミダゾリウム塩等の有機塩を示す。
R1 and R2 may be the same or different from each other, and each is a hydrogen atom, an oxygen atom, a saturated or unsaturated hydrocarbon group which may be substituted, an aromatic group which may be substituted or a heterocyclic group which may be substituted. Respectively. The saturated hydrocarbon group is a C1 to C22 linear, branched or cyclic alkyl group having 1 to 22 carbon atoms, and examples thereof include a methyl group, an ethyl group, a propyl group, an octyl group, an octadecyl group, an isopropyl group and a cyclohexyl group. To be As an unsaturated hydrocarbon group, C2 ~
C22 is a linear, branched or cyclic alkenyl group and alkynyl group having 2 to 22 carbon atoms, vinyl group, propenyl group, pentynyl group, butenyl group, hexenyl group, hexadienyl group, isopropenyl group, isohexenyl group, cyclo Examples thereof include a hexenyl group, a cyclopentadienyl group, an ethynyl group, a propynyl group, a pentynyl group, a hexynyl group, an isohexynyl group and a cyclohexynyl group. Further, as an aromatic group, a C6 to C40 aromatic ring having 6 to 40 carbon atoms, a heterocyclic group is a C4 to C40 heterocyclic ring having 4 to 40 carbon atoms, and as the aromatic ring, a phenyl group, a naphthyl group, an anthracenyl group, etc. However, as the heterocycle, a pyridine group, a bipyridine group, an indole group,
Examples thereof include a benzothiazole group, a benzothiadiazole group, a benzimidazole group, and a benzoxazole group. Further, as the substituent which may be substituted with these, a halogen atom such as iodine, bromine and chlorine, an acryloylalkyl group, a methacryloylalkyl group, an acryloyl group,
Carbonyl groups such as methacryloyl group, carboxyalkyl group, carboxyl group, ester group, carbamoyl group, aldehyde group, acyl group, acylamino group, amide group, alkylamide group, aromatic amide group, alkyl group,
Halogenated alkyl group, cyanoalkyl group, hydroxyalkyl group, vinylalkyl group, cycloalkyl group, alkoxyalkyl group, phenoxyalkyl group, phenyl group, phenoxy group, vinyl group, alkoxy group, alkoxyalkoxy group, hydroxyl group, sulfonic acid group , Sulfonic acid ester group, sulfoamide group, phosphoric acid group, phosphoric acid ester group, mercapto group, tosyl group, cyano group, isocyano group, thiocyanato group, isothiocyanato group, nitro group,
Examples thereof include a nitrosyl group, an amino group, an alkyl-substituted amino group, an aromatic-substituted amino group, a tosyl group, a biphenyl group and an aryl group. These substituents may substitute for the hydrocarbon group and the aromatic group alone or in combination. R1 and
Preferred as R2 are a hydroxyl group, an alkoxy group, a cyano group, a phenyl group, a carboxyl group, an amino group, a halogen atom such as iodine, bromine and chlorine, and an alkyl group substituted with a phenyl group, a hydrogen atom, a methyl group, Examples thereof include ethyl group, propyl group, octyl group, octadecyl group, alkoxyalkyl group, hydroxyalkoxyalkyl group and phenyl group. When the substituent is an acidic group or a hydroxyl group, it may form a salt. The salt here is a lithium salt, a sodium salt, a metal salt such as a potassium salt, a tetramethylammonium salt, a tetrabutylammonium salt,
An organic salt such as an imidazolium salt is shown.

【0010】R3、R5、およびRxは互いに同一でも異なってい
ても良い置換基を表す。また、Rxは分子中に同一または
異なる置換基として複数存在してもよい。置換基の具体
例としては、アクリロイルアルキル基、メタクリロイル
アルキル基、アクリロイル基、メタクリロイル基、カル
ボキシアルキル基、カルボキシル基、エステル基、カル
バモイル基、アルデヒド基、アシル基、アミド基、アル
キルアミド基、芳香族アミド基、等のカルボニル基、水
素原子、アルキル基、ハロゲン原子、ハロゲン化アルキ
ル基、シアノアルキル基、ヒドロキシアルキル基、ビニ
ルアルキル基、シクロアルキル基、アルコキシアルキル
基、フェノキシアルキル基、フェニル基、フェノキシ
基、ビニル基、アルコキシ基、水酸基、スルホン酸基、
スルホン酸エステル基、スルホアミド基、リン酸基、リ
ン酸エステル基、メルカプト基、トシル基、シアノ基、
イソシアノ基、チオシアナト基、イソチオシアナト基、
アシルアミノ基、ニトロ基、ニトロシル基、アミノ基、
アルキル置換アミノ基、芳香族置換アミノ基、ビフェニ
ル基、アリール基等が挙げられ、カルボキシアルキル
基、カルボキシル基、エステル基、カルバモイル基、ア
シル基、アミド基、アルキルアミド基、芳香族アミド
基、水素原子、アルキル基、ハロゲン原子、シアノアル
キル基、アルコキシアルキル基、フェニル基、アルコキ
シ基、水酸基、スルホン酸基、スルホン酸エステル基、
リン酸基、リン酸エステル基、シアノ基、イソシアノ
基、チオシアナト基、イソチオシアナト基、アルキル置
換アミノ基、芳香族置換アミノ基等が好ましく、カルボ
キシアルキル基、カルボキシル基、エステル基、カルバ
モイル基、アミド基、アルキルアミド基、芳香族アミド
基、水素原子、アルキル基、アルコキシアルキル基、フ
ェニル基、アルコキシ基、水酸基、スルホン酸基、スル
ホン酸エステル基、シアノ基、イソシアノ基、チオシア
ナト基、イソチオシアナト基、アルキル置換アミノ基、
芳香族置換アミノ基等がさらに好ましい。また、置換基
が酸性基または水酸基の場合は、塩を形成してもよい。
ここでの塩とは、リチウム塩、ナトリウム塩、カリウム
塩等の金属塩、テトラメチルアンモニウム塩、テトラブ
チルアンモニウム塩、イミダゾリウム塩等の有機塩を示
す。
[0010] R3, R5, and Rx represent substituents which may be the same or different from each other. Further, a plurality of Rx may be present in the molecule as the same or different substituents. Specific examples of the substituent include an acryloylalkyl group, a methacryloylalkyl group, an acryloyl group, a methacryloyl group, a carboxyalkyl group, a carboxyl group, an ester group, a carbamoyl group, an aldehyde group, an acyl group, an amide group, an alkylamide group, and an aromatic group. Amido group, carbonyl group such as hydrogen atom, alkyl group, halogen atom, halogenated alkyl group, cyanoalkyl group, hydroxyalkyl group, vinylalkyl group, cycloalkyl group, alkoxyalkyl group, phenoxyalkyl group, phenyl group, phenoxy Group, vinyl group, alkoxy group, hydroxyl group, sulfonic acid group,
Sulfonic acid ester group, sulfamido group, phosphoric acid group, phosphoric acid ester group, mercapto group, tosyl group, cyano group,
Isocyanato group, thiocyanato group, isothiocyanato group,
Acylamino group, nitro group, nitrosyl group, amino group,
Examples thereof include an alkyl-substituted amino group, an aromatic-substituted amino group, a biphenyl group and an aryl group, and a carboxyalkyl group, a carboxyl group, an ester group, a carbamoyl group, an acyl group, an amide group, an alkylamide group, an aromatic amide group, hydrogen. Atom, alkyl group, halogen atom, cyanoalkyl group, alkoxyalkyl group, phenyl group, alkoxy group, hydroxyl group, sulfonic acid group, sulfonic acid ester group,
Phosphoric acid group, phosphoric acid ester group, cyano group, isocyano group, thiocyanato group, isothiocyanato group, alkyl-substituted amino group, aromatic-substituted amino group and the like are preferable, and carboxyalkyl group, carboxyl group, ester group, carbamoyl group, amide group , Alkylamide group, aromatic amide group, hydrogen atom, alkyl group, alkoxyalkyl group, phenyl group, alkoxy group, hydroxyl group, sulfonic acid group, sulfonate ester group, cyano group, isocyano group, thiocyanato group, isothiocyanato group, alkyl A substituted amino group,
An aromatic substituted amino group and the like are more preferable. Further, when the substituent is an acidic group or a hydroxyl group, it may form a salt.
The salt here refers to metal salts such as lithium salt, sodium salt and potassium salt, and organic salts such as tetramethylammonium salt, tetrabutylammonium salt and imidazolium salt.

【0011】また、この他に置換基Rxの例としては、以下の
ようなものも挙げられる。
In addition to the above, examples of the substituent Rx include the followings.

【0012】[0012]

【化4】 [Chemical 4]

【0013】上記RはR1およびR2と同じ意味を表す。また、
置換基がカルボキシル基、スルホン酸基、リン酸基等の
酸性基または水酸基の場合は塩を形成してもよい。ここ
での塩とは、リチウム塩、ナトリウム塩、カリウム塩等
の金属塩、テトラメチルアンモニウム塩、テトラブチル
アンモニウム塩、イミダゾリウム塩等の有機塩を示す。
The above R has the same meaning as R1 and R2. Also,
When the substituent is an acidic group such as a carboxyl group, a sulfonic acid group, a phosphoric acid group or a hydroxyl group, it may form a salt. The salt here refers to metal salts such as lithium salt, sodium salt and potassium salt, and organic salts such as tetramethylammonium salt, tetrabutylammonium salt and imidazolium salt.

【0014】さらに、これらの中でも以下の置換基Rxがより
好ましい。
Further, among these, the following substituents Rx are more preferable.

【0015】[0015]

【化5】 [Chemical 5]

【0016】上記RはR1およびR2と同じ意味を表す。また、
置換基がカルボキシル基、スルホン酸基、リン酸基等の
酸性基または水酸基の場合は塩を形成してもよい。ここ
での塩とは、リチウム塩、ナトリウム塩、カリウム塩等
の金属塩、テトラメチルアンモニウム塩、テトラブチル
アンモニウム塩、イミダゾリウム塩等の有機塩を示す。
The above R has the same meaning as R1 and R2. Also,
When the substituent is an acidic group such as a carboxyl group, a sulfonic acid group, a phosphoric acid group or a hydroxyl group, it may form a salt. The salt here refers to metal salts such as lithium salt, sodium salt and potassium salt, and organic salts such as tetramethylammonium salt, tetrabutylammonium salt and imidazolium salt.

【0017】R4は、水素原子、ニトロ基、カルボキシル基、
エステル基、シアノ基、イソシアノ基、チオシアナト
基、イソチオシアナト基、アシル基、アシルアミノ基等
が挙げられ、ニトロ基、カルボキシル基、エステル基、
シアノ基、イソシアノ基、チオシアナト基、イソチオシ
アナト基等が好ましく、カルボキシル基、エステル基、
シアノ基がさらに好ましい。また、置換基が酸性基の場
合は塩を形成してもよい。ここでの塩とは、リチウム
塩、ナトリウム塩、カリウム塩等の金属塩、テトラメチ
ルアンモニウム塩、テトラブチルアンモニウム塩、イミ
ダゾリウム塩等の有機塩を示す。
R4 is a hydrogen atom, a nitro group, a carboxyl group,
Ester group, cyano group, isocyano group, thiocyanato group, isothiocyanato group, acyl group, acylamino group and the like, nitro group, carboxyl group, ester group,
Cyano group, isocyanato group, thiocyanato group, isothiocyanato group and the like are preferable, carboxyl group, ester group,
A cyano group is more preferred. Further, when the substituent is an acidic group, it may form a salt. The salt here refers to metal salts such as lithium salt, sodium salt and potassium salt, and organic salts such as tetramethylammonium salt, tetrabutylammonium salt and imidazolium salt.

【0018】また、R1とR5、R2とR3、R1とR2はそれぞれ環を
形成してもよい。R1とR5、R2とR3で形成される環として
は例えば、飽和あるいは不飽和の置換されていてもよい
5員環や6員環が挙げられる。5員環としては、イミダゾ
ール環、チアゾール環、ジチアゾリウム環、オキサゾー
ル環、ピロール環、ピロリドン環、ピリドン環、ピラジ
ノン環、ピラゾール環等が、6員環としては、ピリジン
環、ピラジン環、ピペリドン環、ピペリジン環、ピリミ
ジン環、ピリダジン環、モルホリン環、インドリジン環
等がそれぞれ挙げられる。また、R1とR11、R2とR3の両
方が6員環を形成したジュロリジン、テトラメチルジュ
ロリジンのようなものも好ましい。
[0018] R1 and R5, R2 and R3, and R1 and R2 may form a ring. The ring formed by R1 and R5 or R2 and R3 may be, for example, saturated or unsaturated and may be substituted.
Examples include a 5-membered ring and a 6-membered ring. As the 5-membered ring, an imidazole ring, a thiazole ring, a dithiazolium ring, an oxazole ring, a pyrrole ring, a pyrrolidone ring, a pyridone ring, a pyrazinone ring, a pyrazole ring and the like, a 6-membered ring, a pyridine ring, a pyrazine ring, a piperidone ring, Examples thereof include a piperidine ring, a pyrimidine ring, a pyridazine ring, a morpholine ring and an indolizine ring. Also preferred are julolidine and tetramethyljulolidine in which both R1 and R11 and R2 and R3 form a 6-membered ring.

【0019】R1とR2で形成される環としては例えば、飽和あ
るいは不飽和の置換されていてもよい5員環、6員環、7
員環が挙げられる。5員環の例としては、カルバゾール
環、インドール環等が、6員環の例としては、ピリジン
環、ピラジン環、ピペリドン環、ピペリジン環、ピリミ
ジン環、ピリダジン環、モルホリン環、インドリジン環
等が、7員環の例としてはアゼピン環等がそれぞれ挙げ
られる。
[0019] Examples of the ring formed by R1 and R2 include a saturated or unsaturated 5-membered ring which may be substituted, 6-membered ring, and 7
A member ring is mentioned. Examples of 5-membered ring include carbazole ring and indole ring, and examples of 6-membered ring include pyridine ring, pyrazine ring, piperidone ring, piperidine ring, pyrimidine ring, pyridazine ring, morpholine ring and indolizine ring. Examples of the 7-membered ring include an azepine ring and the like.

【0020】Xは、2価の原子および原子団または有機残基を
表す。具体的には酸素原子、硫黄原子、セレン原子、イ
ミノ基、アルキル置換イミノ基、フェニル置換イミノ基
等や、二重結合を介した構造(=X)として以下のようなも
のも挙げられる。
[0020] X represents a divalent atom and atomic group or an organic residue. Specific examples include an oxygen atom, a sulfur atom, a selenium atom, an imino group, an alkyl-substituted imino group, a phenyl-substituted imino group and the like, and the following as a structure (= X) via a double bond.

【0021】[0021]

【化6】 [Chemical 6]

【0022】Xに置換しうるRはR1およびR2と同様で良い。ま
た、Xがカルボキシル基、スルホン酸基、リン酸基等の
酸性基または水酸基を有する場合は塩を形成してもよ
い。ここでの塩とは、リチウム塩、ナトリウム塩、カリ
ウム塩等の金属塩、テトラメチルアンモニウム塩、テト
ラブチルアンモニウム塩、イミダゾリウム塩等の有機塩
を示す。
R that may be substituted for X may be the same as R1 and R2. Further, when X has an acidic group such as a carboxyl group, a sulfonic acid group, a phosphoric acid group or a hydroxyl group, it may form a salt. The salt here refers to metal salts such as lithium salt, sodium salt and potassium salt, and organic salts such as tetramethylammonium salt, tetrabutylammonium salt and imidazolium salt.

【0023】さらにこれらの中でもXは酸素原子、硫黄原
子、イミノ基および以下のものであることがより好まし
い。
[0023] Further, among these, X is more preferably an oxygen atom, a sulfur atom, an imino group and the following.

【0024】[0024]

【化7】 [Chemical 7]

【0025】上記RはR1およびR2と同じ意味を表す。また、X
がカルボキシル基、スルホン酸基、リン酸基等の酸性基
または水酸基を有する場合は塩を形成してもよい。ここ
での塩とは、リチウム塩、ナトリウム塩、カリウム塩等
の金属塩、テトラメチルアンモニウム塩、テトラブチル
アンモニウム塩、イミダゾリウム塩等の有機塩を示す。
The above R has the same meaning as R1 and R2. Also, X
When has an acidic group such as a carboxyl group, a sulfonic acid group, a phosphoric acid group or a hydroxyl group, a salt may be formed. The salt here refers to metal salts such as lithium salt, sodium salt and potassium salt, and organic salts such as tetramethylammonium salt, tetrabutylammonium salt and imidazolium salt.

【0026】一般式(1)の構造を有する色素に代表される
ベンゾピラン系色素は、例えば次式で示される方法によ
って製造される ( 西ドイツ特許出願公開1619567号およ
び日本特許公報昭54−13257号)。また、ベンゾピラン構
造を形成した後に、例えばスルホン化等の置換基導入反
応を行うことにより置換基を導入することも可能であ
る。
The benzopyran dye represented by the dye having the structure of the general formula (1) is produced, for example, by the method represented by the following formula (West German Patent Application Publication No. 1619567 and Japanese Patent Publication No. 54-13257). . It is also possible to introduce a substituent by forming a benzopyran structure and then performing a substituent introduction reaction such as sulfonation.

【0027】[0027]

【化8】 [Chemical 8]

【0028】さらに、一般式(1)の構造を有する色素は、4級
化することにより窒素原子に置換基RYを、対イオンにア
ニオンを持った化合物を得ることも可能であり、この色
素を光電変換素子に用いることもできる。
[0028] Furthermore, the dye having the structure of the general formula (1) can be quaternized to obtain a compound having a substituent RY on the nitrogen atom and an anion on the counter ion. It can also be used for a photoelectric conversion element.

【0029】[0029]

【化9】 [Chemical 9]

【0030】ここでの置換基RyはR1及びR2と同様でよく、そ
の具体例としては、水素原子、メチル基、エチル基、プ
ロピル基、へキシル基、オクチル基、オクタデシル基、
イソプロピル基、t-ブチル基等のアルキル基、メトキシ
エチル基、エトキシエチル基、フェニル基、あるいはメ
チル基、エチル基、t-ブチル基、アミノ基等で置換され
たフェニル基等が挙げられ、この中でもメチル基、エチ
ル基、プロピル基、へキシル基、オクチル基、t-ブチル
基、フェニル基等が好ましく、メチル基、エチル基、プ
ロピル基、フェニル基等がさらに好ましい。
The substituent Ry here may be the same as R1 and R2, and specific examples thereof include a hydrogen atom, a methyl group, an ethyl group, a propyl group, a hexyl group, an octyl group, an octadecyl group,
Examples include isopropyl group, alkyl group such as t-butyl group, methoxyethyl group, ethoxyethyl group, phenyl group, or phenyl group substituted with methyl group, ethyl group, t-butyl group, amino group, and the like. Of these, a methyl group, an ethyl group, a propyl group, a hexyl group, an octyl group, a t-butyl group, a phenyl group and the like are preferable, and a methyl group, an ethyl group, a propyl group and a phenyl group are more preferable.

【0031】また、Aはアニオンを示す。その具体例として
は、F-,Cl-,Br-,I-,ClO4-,BF4-,PF6-,OH-,CH3SO3-,C6H5
SO3-, p-CH3C6H5SO3-等が挙げられ、Br-,I-,ClO4-,BF4
-,PF6- ,C6H5SO3-, p-CH3C6H5SO3-等が好ましく、I-, B
r-, C6H5SO3-, p-CH3C6H5SO3-等がさらに好ましい。ま
た、分子内あるいは2分子間で塩基性基等により中和さ
れる場合はAを持たなくともよい。
[0031] A represents an anion. Specific examples thereof include F-, Cl-, Br-, I-, ClO4-, BF4-, PF6-, OH-, CH3SO3-, C6H5.
SO3-, p-CH3C6H5SO3- and the like, Br-, I-, ClO4-, BF4
-, PF6-, C6H5SO3-, p-CH3C6H5SO3-, etc. are preferred, and I-, B
r-, C6H5SO3-, p-CH3C6H5SO3- and the like are more preferable. Further, when neutralized intramolecularly or between two molecules with a basic group or the like, A may not be present.

【0032】以下に一般式(1)の構造を有する色素の具体例
を列挙する(一般式(1)中の置換基RxをR6〜R11と割り付
けし、一般式(2)と例示する)。
Specific examples of the dye having the structure of the general formula (1) are listed below (the substituents Rx in the general formula (1) are assigned to R6 to R11, and are exemplified as the general formula (2)).

【0033】[0033]

【化10】 [Chemical 10]

【0034】表中Meはメチル基、Etはエチル基、proはプロ
ピル基、Buはブチル基、Hexはヘキシル基、Phはフェニ
ル基をそれぞれ示す。
In the table, Me is a methyl group, Et is an ethyl group, pro is a propyl group, Bu is a butyl group, Hex is a hexyl group, and Ph is a phenyl group.

【0035】[0035]

【表1】 【table 1】

【0036】表1の続き[0036] Continuation of Table 1

【0037】 [0037]

【0038】これらの他の色素の具体例としては、たとえば
以下のようなものが挙げられる。
[0038] Specific examples of these other dyes include the followings.

【0039】[0039]

【化11】 [Chemical 11]

【0040】 [0040]

【0041】 [0041]

【0042】 また、これらの色素が酸性基または水酸基を有している
場合は塩を形成してもよい。ここでの塩とは、リチウム
塩、ナトリウム塩、カリウム塩等の金属塩、テトラメチ
ルアンモニウム塩、テトラブチルアンモニウム塩、イミ
ダゾリウム塩等の有機塩を示す。
[0042] When these dyes have an acidic group or a hydroxyl group, they may form a salt. The salt here refers to metal salts such as lithium salt, sodium salt and potassium salt, and organic salts such as tetramethylammonium salt, tetrabutylammonium salt and imidazolium salt.

【0043】本発明の色素増感光電変換素子は例えば酸化物
半導体微粒子を用いて基板上に酸化物半導体の薄膜を製
造し、次いでこの薄膜に色素を担持させたものである。
酸化物半導体の微粒子としては金属酸化物が好ましく、
その具体例としてはチタン、スズ、亜鉛、タングステ
ン、ジルコニウム、ガリウム、インジウム、イットリウ
ム、ニオブ、タンタル、バナジウムなどの酸化物が挙げ
られる。これらの中でもチタン、スズ、亜鉛、ニオブ、
タングステン等の酸化物が好ましく、これらのうち酸化
チタンが最も好ましい。これらの酸化物半導体は単一で
使用することも出来るが、混合して使用することも出来
る。また酸化物半導体の微粒子の粒径は平均粒径とし
て、通常1〜500nmで、好ましくは5〜100nmである。また
この酸化物半導体の微粒子は大きな粒径のものと小さな
粒径のものを混合して使用することも可能である。酸化
物半導体薄膜は酸化物半導体微粒子をスプレー噴霧等で
直接基板上に薄膜として形成する方法、基板を電極とし
て電気的に半導体微粒子薄膜を析出させる方法、後記の
半導体微粒子のスラリーを基板上に塗布した後、乾燥、
硬化もしくは焼成することによって製造することが出来
る。酸化物半導体電極の性能上、スラリーを用いる方法
等が好ましい。この方法の場合、スラリーは2次凝集し
ている酸化物半導体微粒子を定法により分散媒中に平均
1次粒子径が1〜200nmになるように分散させることによ
り得られる。スラリーを分散させる分散媒としては半導
体微粒子を分散させ得るものであれば何でも良く、水あ
るいはエタノール等のアルコール、アセトン、アセチル
アセトン等のケトンもしくはヘキサン等の炭化水素等の
有機溶媒が用いられ、これらは混合して用いても良く、
また水を用いることはスラリーの粘度変化を少なくする
という点で好ましい。スラリーを塗布した基板の焼成温
度はおおむね基材の融点(軟化点)以下であり、通常上
限は900℃であり、好ましくは600℃以下である。また焼
成時間には特に限定はないがおおむね4時間以内が好ま
しい。基板上の薄膜の厚みは通常1〜200μmで好ましく
は5〜50μmである。
The dye-sensitized photoelectric conversion element of the present invention is one in which, for example, oxide semiconductor fine particles are used to produce a thin film of an oxide semiconductor on a substrate, and then the thin film is loaded with a dye.
As the oxide semiconductor fine particles, a metal oxide is preferable,
Specific examples thereof include oxides of titanium, tin, zinc, tungsten, zirconium, gallium, indium, yttrium, niobium, tantalum, vanadium and the like. Among these, titanium, tin, zinc, niobium,
Oxides such as tungsten are preferred, of which titanium oxide is most preferred. These oxide semiconductors can be used alone or in a mixture. The average particle size of the fine particles of the oxide semiconductor is usually 1 to 500 nm, preferably 5 to 100 nm. It is also possible to use a mixture of fine particles having a large particle diameter and fine particles having a small particle diameter. The oxide semiconductor thin film is a method of directly forming oxide semiconductor fine particles as a thin film on a substrate by spray spraying, a method of electrically depositing a semiconductor fine particle thin film using the substrate as an electrode, and applying a slurry of semiconductor fine particles described below on the substrate. And then dry,
It can be manufactured by curing or baking. From the performance of the oxide semiconductor electrode, a method using a slurry or the like is preferable. In the case of this method, the slurry is obtained by dispersing secondary-aggregated oxide semiconductor fine particles in a dispersion medium by an ordinary method so that the average primary particle diameter becomes 1 to 200 nm. The dispersion medium for dispersing the slurry may be any as long as it can disperse the semiconductor fine particles, and water or alcohols such as ethanol, ketones such as acetone and acetylacetone, or organic solvents such as hydrocarbons such as hexane are used. You may mix and use,
The use of water is preferable in that the viscosity change of the slurry is reduced. The firing temperature of the substrate coated with the slurry is generally lower than the melting point (softening point) of the base material, and usually the upper limit is 900 ° C, preferably 600 ° C or lower. The firing time is not particularly limited, but is preferably within 4 hours. The thickness of the thin film on the substrate is usually 1 to 200 μm, preferably 5 to 50 μm.

【0044】酸化物半導体薄膜に2次処理を施してもよい。
すなわち例えば半導体と同一の金属のアルコキサイド、
塩化物、硝化物、硫化物等の溶液に直接、基板ごと薄膜
を浸積させて乾燥もしくは再焼成することにより半導体
薄膜の性能を向上させることもできる。金属アルコキサ
イドとしてはチタンエトキサイド、チタンイソプロポキ
サイド、チタンt-ブトキサイド、n-ジブチル-ジアセチ
ルスズ等が挙げられ、そのアルコール溶液が用いられ
る。塩化物としては例えば四塩化チタン、四塩化スズ、
塩化亜鉛等が挙げられ、その水溶液が用いられる。
[0044] The oxide semiconductor thin film may be subjected to a secondary treatment.
That is, for example, alkoxide of the same metal as the semiconductor,
It is also possible to improve the performance of the semiconductor thin film by directly immersing the thin film together with the substrate in a solution of chloride, nitrate, sulfide or the like and drying or rebaking. Examples of the metal alkoxide include titanium ethoxide, titanium isopropoxide, titanium t-butoxide, n-dibutyl-diacetyltin and the like, and an alcohol solution thereof is used. Examples of chlorides include titanium tetrachloride, tin tetrachloride,
Examples thereof include zinc chloride and the aqueous solution thereof is used.

【0045】次に酸化物半導体薄膜に色素を担持させる方法
について説明する。前記の色素を担持させる方法として
は、色素を溶解しうる溶媒にて色素を溶解して得た溶
液、又は溶解性の低い色素にあっては色素を分散せしめ
て得た分散液に上記酸化物半導体薄膜の設けられた基板
を浸漬する方法が挙げられる。溶液又は分散液中の濃度
は色素によって適宜決める。その溶液中に基板上に作成
した半導体薄膜を浸す。浸積時間はおおむね常温から溶
媒の沸点までであり、また浸積時間は1時間から48時間
程度である。色素を溶解させるのに使用しうる溶媒の具
体例として、例えば、メタノール、エタノール、アセト
ニトリル、ジメチルスルホキサイド、ジメチルホルムア
ミド等が挙げられる。溶液の色素濃度は通常1×10-6M〜
1Mが良く、好ましくは1×10-4M〜1×10-1Mである。この
様にして一般式(1)の構造を有する色素で増感した酸化
物半導体微粒子薄膜の光電変換素子が得られる。担持す
る色素は1種類でも良いし、数種類混合しても良い。混
合する場合は本発明の一般式(1)の構造を有する色素同
士でも良いし、他の色素や金属錯体色素を混合しても良
い。特に吸収波長の異なる色素同士を混合することによ
り、幅広い吸収波長を用いることが出来、変換効率の高
い太陽電池が得られる。金属錯体の例としては特に制限
は無いが J.Am.Chem.Soc., 115, 6382 (1993)や特開2
000−26487に示されているルテニウム錯体やフ
タロシアニン、ポルフィリンなどが好ましく、有機色素
としては無金属のフタロシアニン、ポルフィリンやシア
ニン、メロシアニン、オキソノール、トリフェニルメタ
ン系などのメチン系色素や、キサンテン系、アゾ系、ア
ンスラキノン系等の色素が挙げられる。好ましくはルテ
ニウム錯体やメロシアニン等のメチン系色素が挙げられ
る。酸化物半導体微粒子の薄膜に一般式(1)の構造を有
する色素を担持する際、色素同士の会合を防ぐために包
摂化合物の共存下、色素を担持することが効果的であ
る。ここで包摂化合物としてはコール酸等のステロイド
系化合物、クラウンエーテル、シクロデキストリン、ポ
リエチレンオキサイドなどが挙げられるが、好ましいも
のはコール酸、ポリエチレンオキサイド等である。また
色素を担持させた後、4-t-ブチルピリジン等のアミン化
合物で半導体電極表面を処理しても良い。処理の方法は
例えばアミンのエタノール溶液に色素を担持した半導体
微粒子薄膜の設けられた基板を浸す方法等が採られる。
[0045] Next, a method for supporting a dye on the oxide semiconductor thin film will be described. As a method of supporting the dye, a solution obtained by dissolving the dye in a solvent capable of dissolving the dye, or, in the case of a dye having low solubility, a dispersion obtained by dispersing the dye, the above oxide A method of immersing a substrate provided with a semiconductor thin film can be mentioned. The concentration in the solution or dispersion is appropriately determined depending on the dye. The semiconductor thin film formed on the substrate is immersed in the solution. Immersion time is generally from room temperature to the boiling point of the solvent, and immersion time is about 1 to 48 hours. Specific examples of the solvent that can be used to dissolve the dye include methanol, ethanol, acetonitrile, dimethyl sulfoxide, dimethylformamide and the like. The dye concentration of the solution is usually 1 × 10 -6 M ~
1M is preferable, and 1 × 10 −4 M to 1 × 10 −1 M is preferable. In this way, a photoelectric conversion device of a thin film of oxide semiconductor fine particles sensitized with the dye having the structure of the general formula (1) is obtained. The dye to be carried may be one kind or a mixture of several kinds. When mixed, the dyes having the structure of the general formula (1) of the present invention may be mixed with each other, or other dyes or metal complex dyes may be mixed. In particular, by mixing dyes having different absorption wavelengths, a wide absorption wavelength can be used, and a solar cell with high conversion efficiency can be obtained. There is no particular limitation on the example of the metal complex, but J. Am. Chem. Soc., 115, 6382 (1993) and JP-A-2.
The ruthenium complex shown in 000-26487, phthalocyanine, porphyrin and the like are preferable, and as the organic dye, metal-free phthalocyanine, porphyrin and cyanine, methine dye such as merocyanine, oxonol and triphenylmethane, xanthene dye, azo dye and the like. Examples thereof include dyes of the system type and anthraquinone type. Preferred are methine dyes such as ruthenium complex and merocyanine. When the dye having the structure of the general formula (1) is carried on the thin film of the oxide semiconductor fine particles, it is effective to carry the dye in the coexistence of the inclusion compound in order to prevent the dyes from associating with each other. Examples of the inclusion compound include steroid compounds such as cholic acid, crown ether, cyclodextrin, polyethylene oxide, and the like, with preference given to cholic acid and polyethylene oxide. Further, the surface of the semiconductor electrode may be treated with an amine compound such as 4-t-butylpyridine after supporting the dye. As a treatment method, for example, a method of immersing a substrate provided with a semiconductor fine particle thin film carrying a dye in an ethanol solution of amine is used.

【0046】本発明の太陽電池は上記酸化物半導体薄膜に一
般式(1)の構造を有する色素を担持させた光電変換素子
電極と対極とレドックス電解質または正孔輸送材料等か
ら構成される。レドックス電解質としては、酸化還元対
を溶媒中に溶解させた溶液や、ポリマーマトリックスに
含浸させたゲル電解質、また溶融塩のような固体電解質
であっても良い。また、正孔輸送材料としては、アミン
誘導体やポリアセチレン、ポリアニリン、ポリチオフェ
ン等の導電性高分子、ポリフェニレン等のディスコティ
ック液晶相を用いるものなどが挙げられる。用いる対極
としては導電性を持っており、レドックス電解質の還元
反応を触媒的に作用するものが好ましい。例えばガラ
ス、もしくは高分子フィルムに白金、カーボン、ロジウ
ム、ルテニウム等を蒸着したり、導電性微粒子を塗り付
けたものが用いうる。本発明の太陽電池に用いるレドッ
クス電解質としてはハロゲンイオンを対イオンとするハ
ロゲン化合物及びハロゲン分子からなるハロゲン酸化還
元系電解質、フェロシアン酸塩−フェリシアン酸塩やフ
ェロセン−フェリシニウムイオンなどの金属錯体等の金
属酸化還元系電解質、アルキルチオール−アルキルジス
ルフィド、ビオロゲン色素、ヒドロキノン−キノン等の
芳香族酸化還元系電解質などをあげることができるが、
ハロゲン酸化還元系電解質が好ましい。ハロゲン化合物
−ハロゲン分子からなるハロゲン酸化還元系電解質にお
けるハロゲン分子としては、例えばヨウ素分子や臭素分
子等があげられ、ヨウ素分子が好ましい。また、ハロゲ
ンイオンを対イオンとするハロゲン化合物としては、例
えばLiI、NaI、KI、CsI、CaI2等のハロゲン化金属塩あ
るい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ハロ
ゲンの有機4級アンモニウム塩等があげられるが、ヨウ
素イオンを対イオンとする塩類化合物が好ましい。ヨウ
素イオンを対イオンとする塩類化合物としては、例えば
ヨウ化リチウム、ヨウ化ナトリウム、ヨウ化カリウム、
ヨウ化トリメチルアンモニウム塩等が挙げられる。
The solar cell of the present invention is composed of a photoelectric conversion element electrode in which the dye having the structure of the general formula (1) is carried on the above oxide semiconductor thin film, a counter electrode, a redox electrolyte or a hole transport material. The redox electrolyte may be a solution in which a redox couple is dissolved in a solvent, a gel electrolyte impregnated in a polymer matrix, or a solid electrolyte such as a molten salt. Examples of the hole transport material include materials using an amine derivative, a conductive polymer such as polyacetylene, polyaniline and polythiophene, and a discotic liquid crystal phase such as polyphenylene. The counter electrode used is preferably one having conductivity and catalytically acting on the reduction reaction of the redox electrolyte. For example, glass, or a polymer film obtained by vapor deposition of platinum, carbon, rhodium, ruthenium, or the like, or by coating conductive fine particles can be used. As the redox electrolyte used in the solar cell of the present invention, a halogen redox electrolyte composed of a halogen compound and a halogen molecule having a halogen ion as a counter ion, a metal complex such as ferrocyanate-ferricyanate or ferrocene-ferricinium ion. Metal redox electrolytes such as, alkylthiol-alkyl disulfide, viologen dyes, aromatic redox electrolytes such as hydroquinone-quinone, and the like,
Halogen redox based electrolytes are preferred. Examples of the halogen molecule in the halogen redox electrolyte composed of a halogen compound-halogen molecule include iodine molecules and bromine molecules, and iodine molecules are preferred. Further, as the halogen compound having a halogen ion as a counter ion, for example, a metal halide such as LiI, NaI, KI, CsI, CaI2 or a tetraalkylammonium iodide, pyridinium iodide, an organic halogen such as imidazolium iodide. Examples thereof include quaternary ammonium salts, and salt compounds having an iodine ion as a counter ion are preferable. Examples of the salt compound having an iodine ion as a counter ion include lithium iodide, sodium iodide, potassium iodide,
Examples include trimethylammonium iodide salt and the like.

【0047】また、レドックス電解質はそれを含む溶液の形
で構成されている場合、その溶媒には電気化学的に不活
性なものが用いられる。例えばアセトニトリル、プロピ
レンカーボネート、エチレンカーボネート、3-メトキシ
プロピオニトリル、メトキシアセトニトリル、エチレン
グリコール、プロピレングリコール、ジエチレングリコ
ール、トリエチレングリコール、γ-ブチロラクトン、
ジメトキシエタン、ジエチルカーボネート、ジエチルエ
ーテル、ジエチルカーボネート、ジメチルカーボネー
ト、1,2-ジメトキシエタン、ジメチルホルムアミド、ジ
メチルスルホキサイド、1,3-ジオキソラン、メチルフォ
ルメート、2-メチルテトラヒドロフラン、3-メトキシ-
オキサジリジン-2-オン、スルホラン、テトラヒドロフ
ラン、水等が挙げられ、これらの中でも、特に、アセト
ニトリル、プロピレンカーボネート、エチレンカーボネ
ート、3-メトキシプロピオニトリル、メトキシアセトニ
トリル、エチレングリコール、3-メトキシオキサジリジ
ン-2-オン等が好ましい。これらは単独もしくは2種以
上組み合わせて用いても良い。ゲル電解質の場合はマト
リックスとして、ポリアクリレートやポリメタクリレー
ト樹脂などを使用したものが挙げられる。レドックス電
解質の濃度は通常0.01〜99重量%で好ましくは0.1〜90
重量%程度である。基板上の酸化物半導体薄膜に色素を
担持した光電変換素子の電極に、それを挟むように対極
を配置する。その間にレドックス電解質を含んだ溶液を
充填することにより本発明の太陽電池が得られる。
When the redox electrolyte is formed in the form of a solution containing the redox electrolyte, an electrochemically inactive one is used as the solvent. For example, acetonitrile, propylene carbonate, ethylene carbonate, 3-methoxypropionitrile, methoxyacetonitrile, ethylene glycol, propylene glycol, diethylene glycol, triethylene glycol, γ-butyrolactone,
Dimethoxyethane, diethyl carbonate, diethyl ether, diethyl carbonate, dimethyl carbonate, 1,2-dimethoxyethane, dimethylformamide, dimethyl sulfoxide, 1,3-dioxolane, methyl formate, 2-methyltetrahydrofuran, 3-methoxy-
Oxaziridin-2-one, sulfolane, tetrahydrofuran, water and the like, among them, especially, acetonitrile, propylene carbonate, ethylene carbonate, 3-methoxypropionitrile, methoxyacetonitrile, ethylene glycol, 3-methoxyoxaziridine- 2-on and the like are preferable. You may use these individually or in combination of 2 or more types. In the case of a gel electrolyte, a matrix using a polyacrylate or polymethacrylate resin may be used. The concentration of the redox electrolyte is usually 0.01 to 99% by weight, preferably 0.1 to 90%.
It is about% by weight. The counter electrode is arranged so as to sandwich the electrode of the photoelectric conversion element in which the dye is carried on the oxide semiconductor thin film on the substrate. A solar cell of the present invention can be obtained by filling a solution containing a redox electrolyte in the meantime.

【0048】[0048]

【実施例】以下の実施例に基づき、本発明を更に具体的
に説明するが、本発明がこれらの実施例に限定されるも
のではない。実施例中、部は特に限定しない限り重量部
を示す。 合成例1 3-ベンゾイミダゾリル-(2')-7-ジエチルアミノ-2-イミ
ノクマリン5部及びマロン酸ジ二トリル1部を、グリコー
ルモノエチルエーテル45部中で2時間還流し、次いで5℃
に冷却し生成した沈殿物を吸引ろ過、さらにメタノール
10部で洗浄して、70℃真空乾燥し、化合物(117)3.4部を
得た。 合成例1 化合物(117)200部を、25%発煙硫酸20部中で2時間60℃
で加熱し、次いで室温まで冷却し、反応液を水200部に
あけた。生成した沈殿物を吸引ろ過、さらに冷水10部、
冷メタノール5部で洗浄して、70℃真空乾燥し、化合物
(24)180部を得た(λmax=520nm(H2O))。
EXAMPLES The present invention will be described more specifically based on the following examples, but the present invention is not limited to these examples. In the examples, parts are parts by weight unless otherwise specified. Synthesis Example 1 3-benzimidazolyl- (2 ')-7-diethylamino-2-iminocoumarin 5 parts and dinitril malonate 1 part were refluxed for 2 hours in 45 parts of glycol monoethyl ether, and then at 5 ° C.
The precipitate formed is cooled by suction filtration with suction, and methanol is added.
It was washed with 10 parts and vacuum dried at 70 ° C. to obtain 3.4 parts of the compound (117). Synthesis Example 1 200 parts of compound (117) in 20 parts of 25% fuming sulfuric acid for 2 hours at 60 ° C.
The reaction solution was poured into 200 parts of water. The precipitate formed is suction filtered, 10 parts of cold water,
Wash with 5 parts cold methanol and vacuum dry at 70 ° C
(24) 180 parts were obtained (λmax = 520 nm (H 2 O)).

【0049】[0049]

【化12】 [Chemical 12]

【0050】実施例 一般式(1)の構造を有する色素7種を3×10-4〜5×10-4M
になるようにEtOHに溶解した。この溶液中に多孔質基板
(透明導電性ガラス電極上に多孔質酸化チタンを焼結し
た半導体薄膜電極)を室温で3時間から一晩浸漬し多孔
質基板に色素を担持せしめ、溶剤で洗浄し、乾燥させ、
色素増感した半導体薄膜の光電変換素子を得た。また実
施例5及び8,9においては半導体薄膜電極の酸化チタン薄
膜部分に0.2M四塩化チタン水溶液を滴下し、室温にて24
時間静置後、水洗して、再度450度にて30分焼成して得
た、四塩化チタン処理半導体薄膜電極を用いて色素を同
様に担持した。さらに実施例4については色素の担持時
に包摂化合物としてコール酸を3×10-2Mとなるように加
えて先の色素溶液を調製し、半導体薄膜に担持して、コ
ール酸処理色素増感半導体薄膜を得た。これと挟むよう
に表面を白金でスパッタされた導電性ガラスを固定して
その空隙に電解質を含む溶液を注入した。電解質を含む
溶液は3種類用意した。Aの電解液は3-メトキシプロピ
オニトリルにヨウ素/ヨウ化リチウム/1,2-ジメチル-3
-n-プロピルイミダゾリウムアイオダイド/t-ブチルピ
リジンをそれぞれ0.1M/0.1M/0.6M/1Mになるように溶
解したもの、Bの電解液はエチレンカーボネートとアセ
トニトリルの6対4の溶液にヨウ素/テトラ-n-プロピル
アンモニウムアイオーダイドを0.02M/0.5Mになるよう
に溶解して調製した。測定する電池の大きさは実行部分
を0.25cm2とした。光源は500Wキセノンランプを用い
て、AM1.5フィルターを通して100mW/cm2とした。短絡電
流、解放電圧、変換効率、形状因子はポテンシオ・ガル
バノスタットを用いて測定した。
[0050] Example 7 dyes having the structure of the general formula (1) 3 × 10 -4 ~ 5 × 10 -4 M
Dissolved in EtOH. A porous substrate (semiconductor thin film electrode obtained by sintering porous titanium oxide on a transparent conductive glass electrode) is immersed in this solution at room temperature for 3 hours to overnight to support the dye on the porous substrate, and then washed with a solvent. , Dried,
A dye-sensitized semiconductor thin film photoelectric conversion device was obtained. Further, in Examples 5 and 8, 9 0.2M titanium tetrachloride aqueous solution was added dropwise to the titanium oxide thin film portion of the semiconductor thin film electrode, and at room temperature 24
The dye was similarly loaded using the titanium tetrachloride-treated semiconductor thin film electrode obtained by rinsing at 450 ° C. for 30 minutes after standing still for a period of time. Furthermore, in Example 4, when the dye was loaded, cholic acid was added as an inclusion compound so that the concentration of the dye was 3 × 10 −2 M to prepare the above dye solution, and the dye solution was loaded on a semiconductor thin film, and the cholic acid-treated dye-sensitized semiconductor was loaded. A thin film was obtained. A conductive glass, the surface of which was sputtered with platinum, was fixed so as to sandwich it, and a solution containing an electrolyte was injected into the void. Three types of solutions containing electrolytes were prepared. The electrolyte of A is 3-methoxypropionitrile, iodine / lithium iodide / 1,2-dimethyl-3.
-n-Propylimidazolium iodide / t-butyl pyridine dissolved to 0.1M / 0.1M / 0.6M / 1M respectively, B electrolyte is a solution of ethylene carbonate and acetonitrile 6: 4 iodine / Tetra-n-propylammonium iodide was dissolved at 0.02M / 0.5M to prepare. The size of the battery to be measured was 0.25 cm 2 in the actual part. A 500 W xenon lamp was used as a light source, and 100 mW / cm 2 was passed through an AM1.5 filter. Short-circuit current, release voltage, conversion efficiency, and form factor were measured using potentio galvanostat.

【0051】[0051]

【表2】 [Table 2]

【0052】[0052]

【発明の効果】本発明の色素増感光電変換素子におい
て、一般式(1)の構造を有する色素を用いることによ
り、変換効率の高い太陽電池を提供することが出来た。
INDUSTRIAL APPLICABILITY In the dye-sensitized photoelectric conversion element of the present invention, by using the dye having the structure of the general formula (1), a solar cell having high conversion efficiency can be provided.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 5F051 AA09 AA14 FA01 FA30 GA03 5H032 AA06 AS16 CC17 EE16 EE17   ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continued front page    F-term (reference) 5F051 AA09 AA14 FA01 FA30 GA03                 5H032 AA06 AS16 CC17 EE16 EE17

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】一般式(1)の構造を有する色素により増感
された酸化物半導体微粒子を用いることを特徴とする光
電変換素子。 【化1】 (一般式(1)中のR1〜R5およびRxは、それぞれ水素原
子または置換基を表す。また、Xは2価の原子および原子
団または有機残基を表す。)
1. A photoelectric conversion device comprising oxide semiconductor fine particles sensitized with a dye having a structure of general formula (1). [Chemical 1] (R1 to R5 and Rx in the general formula (1) each represent a hydrogen atom or a substituent, and X represents a divalent atom, atomic group or organic residue.)
【請求項2】一般式(1)の構造を有する色素が分子内に
カルボキシル基、エステル基、アミド基等のカルボニル
基、水酸基、スルホン酸基、リン酸基のうち少なくとも
1つ以上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 dye having the structure of the general formula (1) has at least one or more of a carbonyl group such as a carboxyl group, an ester group and an amide group, a hydroxyl group, a sulfonic acid group and a phosphoric acid group in the molecule. The photoelectric conversion element according to claim 1, which is characterized in that.
【請求項3】少なくとも請求項1ないし2記載の色素
(1)を1つ以上と他の金属錯体および他の構造の構造
を有する有機色素によりなる群から選ばれた化合物のう
ち、あわせて2つ以上の化合物により増感された酸化物
半導体を用いることを特徴とする光電変換素子。
3. A compound selected from the group consisting of at least one or more of the dyes (1) according to claims 1 and 2, another metal complex and an organic dye having a structure of another structure, in total 2 A photoelectric conversion element comprising an oxide semiconductor sensitized with one or more compounds.
【請求項4】酸化物半導体微粒子が二酸化チタンを必須
成分として含有する請求項1ないし3記載の光電変換素
子。
4. The photoelectric conversion device according to claim 1, wherein the oxide semiconductor fine particles contain titanium dioxide as an essential component.
【請求項5】酸化物半導体微粒子に包摂化合物の存在
下、色素を担持させた請求項1ないし4記載の光電変換
素子。
5. The photoelectric conversion device according to claim 1, wherein the dye is carried on the oxide semiconductor fine particles in the presence of the inclusion compound.
【請求項6】請求項1ないし5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。
6. A solar cell using the photoelectric conversion element according to claim 1.
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Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2007007671A1 (en) 2005-07-07 2007-01-18 Nippon Kayaku Kabushiki Kaisha Sealing agent for photoelectric converter and photoelectric converter using same
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KR20190057057A (en) 2016-09-27 2019-05-27 호도가야 가가쿠 고교 가부시키가이샤 A sensitizing dye, a sensitizing dye for photoelectric conversion, a photoelectric conversion element using the sensitizing dye, and a dye-sensitized solar cell

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