JP2005078888A - Semiconductor for photoelectric conversion material, photoelectric conversion element and solar cell - Google Patents

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信也 大津
Koji Ofuku
幸司 大福
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    • Y02E10/542Dye sensitized solar cells

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a semiconductor for a photoelectric conversion material, a photoelectric conversion element, and a solar battery which exhibit high photoelectric conversion efficiency and superior stability. <P>SOLUTION: The semiconductor for the photoelectric conversion material contains a heterocyclic compound expressed by a general formula (1). In the formula (1), R<SB>1</SB>, R<SB>2</SB>expresses a hydrogen atom or a substituent separately. When n is 2 or more, in a cyclic unit, R<SB>1</SB>and R<SB>2</SB>may be different from each other, and R<SB>1</SB>and R<SB>2</SB>may form a ring. When n is 2 or more in an adjoining cyclic unit, R<SB>1</SB>and R<SB>1</SB>, or R<SB>2</SB>and R<SB>2</SB>may form a ring between them. R<SB>3</SB>expresses the hydrogen atom or the substituent, and R<SB>4</SB>expresses the hydrogen atom, an aliphatic group, an aromatic group or a heterocyclic group. Z<SB>1</SB>expresses a group of atoms needed to form aromatic carbocycles or heterocycles, and n expresses 1, 2, 3 or 4. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明は、光電変換材料用半導体、光電変換素子及び太陽電池に関する。   The present invention relates to a semiconductor for a photoelectric conversion material, a photoelectric conversion element, and a solar cell.

光電変換材料とは、電極間の電気化学反応を利用して光エネルギを電気エネルギに変換する材料である。光電変換材料に光を照射すると、一方の電極側で電子が発生し、対電極に移動する。対電極に移動した電子は、電解質中をイオンとして移動して一方の電極にもどる。   A photoelectric conversion material is a material that converts light energy into electrical energy using an electrochemical reaction between electrodes. When the photoelectric conversion material is irradiated with light, electrons are generated on one electrode side and move to the counter electrode. The electrons that have moved to the counter electrode move as ions in the electrolyte and return to one electrode.

すなわち、光電変換材料は光エネルギを電気エネルギとして連続して取り出せる材料であり、たとえば、太陽電池などに利用されている。太陽電池にはいくつかの種類があるが、住居設置用発電パネル、卓上計算機、時計、携帯用ゲーム機等に実用化されているものの大部分はシリコン太陽電池である。   That is, the photoelectric conversion material is a material that can continuously extract light energy as electric energy, and is used for, for example, a solar cell. There are several types of solar cells, but most of them are silicon solar cells that have been put to practical use in power generation panels for home installation, desk calculators, watches, portable game machines, and the like.

しかし、最近になって色素増感型太陽電池が注目され、実用化を目指して研究されている。色素増感型太陽電池は古くから研究されており、その基本構造は、具体的には金属酸化物半導体及びそこに吸着した色素、電解質溶液及び対向電極を構成として有するものである。   However, recently, dye-sensitized solar cells have attracted attention and are being studied for practical use. Dye-sensitized solar cells have been studied for a long time, and the basic structure specifically includes a metal oxide semiconductor, a dye adsorbed thereon, an electrolyte solution, and a counter electrode.

上記のような、従来の色素増感型太陽電池においては、光電変換材料は、半導体表面に可視光領域に吸収を持つ分光増感色素を吸着させたものが用いられている。例えば、金属酸化物半導体の表面に、遷移金属錯体などの分光増感色素層を有する太陽電池を記載しているもの(例えば、特許文献1参照。)、また、金属イオンでドープした酸化チタン半導体層の表面に、遷移金属錯体などの分光増感色素層を有する太陽電池を記載しているもの(例えば、特許文献2参照。)などが挙げられる。   In the conventional dye-sensitized solar cell as described above, a photoelectric conversion material in which a spectral sensitizing dye having absorption in the visible light region is adsorbed on the semiconductor surface is used. For example, a solar cell having a spectral sensitizing dye layer such as a transition metal complex on the surface of a metal oxide semiconductor is described (for example, see Patent Document 1), and a titanium oxide semiconductor doped with metal ions Examples include a solar cell having a spectral sensitizing dye layer such as a transition metal complex on the surface of the layer (for example, see Patent Document 2).

一方、光電変換能力を有する酸化物半導体電極としては、初期の頃は半導体の単結晶電極が用いられてきた。その種類としては、酸化チタン(TiO2)、酸化亜鉛(ZnO)、酸化スズ(SnO2)等がある。 On the other hand, as an oxide semiconductor electrode having photoelectric conversion ability, a semiconductor single crystal electrode has been used in the early days. The types include titanium oxide (TiO 2 ), zinc oxide (ZnO), tin oxide (SnO 2 ), and the like.

しかし、単結晶電極は色素の吸着量が少ないため効率は非常に低く、コストが高いというデメリットがあった。そこで考え出されてきたのが、微粒子を焼結して形成された多数の細孔を有する高表面積半導体電極である。   However, since the single crystal electrode has a small amount of dye adsorption, the efficiency is very low and the cost is high. Thus, a high surface area semiconductor electrode having a large number of pores formed by sintering fine particles has been devised.

例えば、坪村らによって有機色素を吸着した多孔質酸化亜鉛電極が非常に性能が高いことが報告されている(例えば、非特許文献1参照。)。   For example, it has been reported by Tsubomura et al. That a porous zinc oxide electrode adsorbing an organic dye has very high performance (for example, see Non-Patent Document 1).

その後は、色素にも改良がされるようになり、Graetzelらはルテニウム錯体系色素を多孔質酸化チタン電極に吸着させることで、現在、シリコン太陽電池並みの性能を有するまでになっている(例えば、非特許文献2参照。)。   After that, the dye has also been improved, and Graetzel et al. Have adsorbed the ruthenium complex dye on the porous titanium oxide electrode, so that it now has the same performance as a silicon solar cell (for example, Non-patent document 2).

しかし、シリコン太陽電池を代替する実用化のためには、今まで以上に高いエネルギ変換効率や、さらに高い短絡電流、開放電圧、形状因子が求められており、現在のところ、多孔質半導体電極で報告されている物質としてはZnO、TiO2、酸化ジルコニウム(ZrO2)、酸化ニオブ(Nb25)等を用いての技術開発が行われている。 However, for practical use to replace silicon solar cells, higher energy conversion efficiency, higher short-circuit current, open-circuit voltage, and form factor are required than ever before. Technological developments using reported materials such as ZnO, TiO 2 , zirconium oxide (ZrO 2 ), niobium oxide (Nb 2 O 5 ) and the like have been carried out.

また、色素増感型湿式太陽電池はシリコン太陽電池に比べ製造コストが非常に安いため、将来的には先述の種々の製品に用いられているシリコン太陽電池を代替する可能性があるが、その際には各々の製品に応じた太陽電池の特性が重要になる。太陽電池の特性には様々なものがあり中でも、下記に示す。   In addition, since dye-sensitized wet solar cells are much cheaper to manufacture than silicon solar cells, in the future, there is a possibility of replacing silicon solar cells used in the above-mentioned various products. In some cases, the characteristics of the solar cell according to each product are important. Various characteristics of solar cells are shown below.

1.短絡電流
2.開放電圧
3.形状因子
4.エネルギ変換効率
5.光吸収スペクトル
などが重要であるが、特に4.のエネルギ変換効率は太陽電池の最大の課題であり、その改良が強く望まれていた。その効率を左右する技術課題の一つとして、光励起された電子を効率的に半導体に移動する能力を有する増感色素が求められている。これまでに検討された種々の色素のうち、前記ルテニウム錯体系色素は比較的優れた特性を有することがわかっているが、色素が高価であること、および錯体の中心金属であるルテニウムが稀少元素であり将来にわたる安定的な供給に懸念がもたれることから、より安価で安定的に供給可能な有機色素がより好ましい。こうした要請からこれまでにも多くの有機色素(例えば、特許文献3、4、5参照。)が検討されていて、メロシアニン色素、キサンテン系色素、クマリン系色素、アクリジン系色素、フェニルメタン系色素等がよく知られている。また、それら以外の新たな色素母核の開発も行われている(例えば、特許文献6参照。)。しかし、それら光電変換効率は未だ充分なものではなく、さらに変換効率の高い光電変換素子を構成できる有機色素が待望されている。
特開平1−220380号公報 特表平5−504023号公報 特開平11−167937号公報 特開平11−214730号公報 特開平11−214731号公報 特開2001−76775号公報 Nature,261(1976)p.402 J.Am.Chem.Soc.115(1993)6382
1. Short circuit current 2. Open voltage Form factor 4. 4. Energy conversion efficiency The light absorption spectrum is important. The energy conversion efficiency of the solar cell is the biggest problem for solar cells, and its improvement has been strongly desired. As one of the technical problems affecting the efficiency, there is a demand for a sensitizing dye having the ability to efficiently transfer photoexcited electrons to a semiconductor. Of the various dyes studied so far, the ruthenium complex dyes have been found to have relatively excellent characteristics, but the dyes are expensive and ruthenium, the central metal of the complex, is a rare element. Therefore, organic dyes that can be supplied at a lower cost and more stably are more preferable. Many organic dyes (see, for example, Patent Documents 3, 4, and 5) have been studied so far, and merocyanine dyes, xanthene dyes, coumarin dyes, acridine dyes, phenylmethane dyes, and the like. Is well known. Further, other new dye mother nuclei have been developed (see, for example, Patent Document 6). However, these photoelectric conversion efficiencies are not yet sufficient, and there is a demand for organic dyes that can constitute a photoelectric conversion element with higher conversion efficiency.
Japanese Patent Laid-Open No. 1-220380 Japanese National Patent Publication No. 5-504023 JP-A-11-167937 Japanese Patent Laid-Open No. 11-214730 Japanese Patent Laid-Open No. 11-214731 JP 2001-76775 A Nature, 261 (1976) p. 402 J. et al. Am. Chem. Soc. 115 (1993) 6382

本発明の目的は、高い光電変換効率と優れた安定性とを示す光電変換材料用半導体、光電変換素子及び太陽電池を提供することである。   An object of the present invention is to provide a semiconductor for a photoelectric conversion material, a photoelectric conversion element, and a solar cell that exhibit high photoelectric conversion efficiency and excellent stability.

本発明の上記目的は、下記の構成により達成された。
(請求項1)
下記一般式(1)で表される複素環化合物を含むことを特徴とする光電変換材料用半導体。
The above object of the present invention has been achieved by the following constitution.
(Claim 1)
The semiconductor for photoelectric conversion materials characterized by including the heterocyclic compound represented by following General formula (1).

Figure 2005078888
Figure 2005078888

〔式中、R1、R2は各々独立に水素原子又は置換基を表し、nが2以上の場合、繰り返される単位においてR1とR2は各々異なってもよく、また、R1とR2は環を形成してもよく、nが2以上の場合、隣接する繰り返し単位において、R1とR1あるいは、R2とR2間で環を形成してもよく、R3は水素原子又は置換基を表し、R4は水素原子、脂肪族基、芳香族基又は複素環基を表し、Z1は芳香族炭素環または複素環を形成するのに必要な原子群を表し、nは1,2,3又は4を表す。〕
(請求項2)下記一般式(2)で表される複素環化合物を含むことを特徴とする光電変換材料用半導体。
[Wherein, R 1, R 2 represents a hydrogen atom or a substituent independently when n is 2 or more, R 1 and R 2 in a unit which is repeated may be different from each other, also, R 1 and R 2 may form a ring, and when n is 2 or more, R 1 and R 1 or R 2 and R 2 may form a ring in adjacent repeating units, and R 3 is a hydrogen atom Or a substituent, R 4 represents a hydrogen atom, an aliphatic group, an aromatic group or a heterocyclic group, Z 1 represents an atomic group necessary to form an aromatic carbocycle or a heterocyclic ring, and n is 1, 2, 3 or 4 is represented. ]
(Claim 2) A semiconductor for a photoelectric conversion material comprising a heterocyclic compound represented by the following general formula (2).

Figure 2005078888
Figure 2005078888

〔式中、R1、R2は各々独立に水素原子又は置換基を表し、nが2以上の場合、繰り返される単位においてR1とR2は各々異なってもよく、また、R1とR2は環を形成してもよく、nが2以上の場合、隣接する繰り返し単位において、R1とR1あるいは、R2とR2間で環を形成してもよく、R3は水素原子又は置換基を表し、R4は水素原子、脂肪族基、芳香族基又は複素環基を表し、R5、R6、R7は各々独立に水素原子又は置換基を表し、R8、R9は脂肪族基、芳香族基又は複素環基を表し、また、R6とR8、R7とR9、R8とR9は環を形成してもよく、nは1,2,3又は4を表す。〕
(請求項3)
前記一般式(1)、(2)において、R1とR2が環を形成し、形成した環構造がベンゼン環、フラン環、チオフェン環であることを特徴とする請求項1又は2に記載の光電変換材料用半導体。
(請求項4)
前記光電変換材料用半導体が、金属酸化物半導体または金属硫化物半導体であることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の光電変換材料用半導体。
(請求項5)
請求項1〜4のいずれか1項に記載の光電変換材料用半導体が導電性支持体上に設けられていることを特徴とする光電変換素子。
(請求項6)
請求項5に記載の光電変換素子と、電荷移動層および対向電極とを有することを特徴とする太陽電池。
[Wherein, R 1, R 2 represents a hydrogen atom or a substituent independently when n is 2 or more, R 1 and R 2 in a unit which is repeated may be different from each other, also, R 1 and R 2 may form a ring, and when n is 2 or more, R 1 and R 1 or R 2 and R 2 may form a ring in adjacent repeating units, and R 3 is a hydrogen atom Or R 4 represents a hydrogen atom, an aliphatic group, an aromatic group or a heterocyclic group, R 5 , R 6 and R 7 each independently represents a hydrogen atom or a substituent, and R 8 , R 9 represents an aliphatic group, an aromatic group or a heterocyclic group, and R 6 and R 8 , R 7 and R 9 , R 8 and R 9 may form a ring, and n is 1, 2, 3 or 4 is represented. ]
(Claim 3)
The general formulas (1) and (2), wherein R 1 and R 2 form a ring, and the formed ring structure is a benzene ring, a furan ring, or a thiophene ring. Semiconductor for photoelectric conversion material.
(Claim 4)
The said semiconductor for photoelectric conversion materials is a metal oxide semiconductor or a metal sulfide semiconductor, The semiconductor for photoelectric conversion materials of any one of Claims 1-3 characterized by the above-mentioned.
(Claim 5)
The photoelectric conversion element of any one of Claims 1-4 is provided on the electroconductive support body, The photoelectric conversion element characterized by the above-mentioned.
(Claim 6)
A solar cell comprising the photoelectric conversion element according to claim 5, a charge transfer layer, and a counter electrode.

本発明の一般式(1)、(2)で示される化合物を用いることにより、高い光電変換効率と優れた安定性とを示す光電変換材料用半導体、光電変換素子及び太陽電池を提供することが出来た。   By using the compounds represented by the general formulas (1) and (2) of the present invention, it is possible to provide a semiconductor for a photoelectric conversion material, a photoelectric conversion element, and a solar cell that exhibit high photoelectric conversion efficiency and excellent stability. done.

以下、本発明を詳細に説明する。   Hereinafter, the present invention will be described in detail.

本発明者等は上記の課題を解決するため鋭意検討を行った結果、請求項1〜6に各々記載されている、前記一般式(1)、(2)で表されるような特定構造を有する化合物を用いて増感した光電変換材料用半導体により、本発明に記載の効果、すなわち、高い光電変換効率と優れた安定性とを示す光電変換材料用半導体を得ることに成功した。   As a result of intensive studies to solve the above problems, the present inventors have found specific structures as represented by the general formulas (1) and (2) described in claims 1 to 6, respectively. The semiconductor for photoelectric conversion materials which sensitized using the compound which has it succeeded in obtaining the semiconductor for photoelectric conversion materials which shows the effect as described in this invention, ie, the high photoelectric conversion efficiency, and the outstanding stability.

《光電変換材料用半導体》
本発明の光電変換材料用半導体に用いられる半導体としては、シリコン、ゲルマニウムのような単体、周期表(元素周期表ともいう)の第3族〜第5族、第13族〜第15族系の元素を有する化合物、金属のカルコゲニド(例えば酸化物、硫化物、セレン化物等)、金属窒化物等を使用することができる。
<< Semiconductor for photoelectric conversion material >>
As a semiconductor used for the semiconductor for a photoelectric conversion material of the present invention, a simple substance such as silicon or germanium, a group 3 to group 5 of a periodic table (also referred to as an element periodic table), or a group 13 to group 15 system. A compound having an element, a metal chalcogenide (eg, an oxide, sulfide, selenide, etc.), a metal nitride, or the like can be used.

好ましい金属のカルコゲニドとして、チタン、スズ、亜鉛、鉄、タングステン、ジルコニウム、ハフニウム、ストロンチウム、インジウム、セリウム、イットリウム、ランタン、バナジウム、ニオブ、またはタンタルの酸化物、カドミウム、亜鉛、鉛、銀、アンチモンまたはビスマスの硫化物、カドミウムまたは鉛のセレン化物、カドミウムのテルル化物等が挙げられる。他の化合物半導体としては亜鉛、ガリウム、インジウム、カドミウム等のリン化物、ガリウム−ヒ素または銅−インジウムのセレン化物、銅−インジウムの硫化物、チタンの窒化物等が挙げられる。   Preferred metal chalcogenides include titanium, tin, zinc, iron, tungsten, zirconium, hafnium, strontium, indium, cerium, yttrium, lanthanum, vanadium, niobium or tantalum oxides, cadmium, zinc, lead, silver, antimony or Bismuth sulfide, cadmium or lead selenide, cadmium telluride and the like. Other compound semiconductors include phosphides such as zinc, gallium, indium and cadmium, gallium-arsenic or copper-indium selenide, copper-indium sulfide, titanium nitride, and the like.

本発明の光電変換材料用半導体に係る半導体の具体例としては、TiO2、SnO2、Fe23、WO3、ZnO、Nb25、CdS、ZnS、PbS、Bi23、CdSe、CdTe、GaP、InP、GaAs、CuInS2、CuInSe2、Ti34等が挙げられるが、好ましく用いられるのは、TiO2、ZnO、SnO2、Fe23、WO3、Nb25、CdS、PbSであり、更に好ましく用いられるのは、TiO2またはNb25であるが、中でも、好ましく用いられるのはTiO2である。 Specific examples of the semiconductor according to the semiconductor for photoelectric conversion material of the present invention include TiO 2 , SnO 2 , Fe 2 O 3 , WO 3 , ZnO, Nb 2 O 5 , CdS, ZnS, PbS, Bi 2 S 3 , CdSe. , CdTe, GaP, InP, GaAs, CuInS 2 , CuInSe 2 , Ti 3 N 4, etc., but TiO 2 , ZnO, SnO 2 , Fe 2 O 3 , WO 3 , Nb 2 O are preferably used. 5 , CdS, and PbS, and TiO 2 or Nb 2 O 5 is more preferably used, and TiO 2 is preferably used among them.

本発明の光電変換材料用半導体に用いる半導体は、上述した複数の半導体を併用して用いてもよい。例えば、上述した金属酸化物もしくは金属硫化物の数種類を併用することもできるし、また、酸化チタン半導体に20質量%の窒化チタン(Ti34)を混合して使用してもよい。また、J.Chem.Soc.,Chem.Commun.,15(1999)記載の酸化亜鉛/酸化錫複合としてもよい。このとき、半導体として金属酸化物もしくは金属硫化物以外に成分を加える場合、追加成分の金属酸化物もしくは金属硫化物半導体に対する質量比は30%以下であることが好ましい。 The semiconductor used for the photoelectric conversion material semiconductor of the present invention may be a combination of the above-described plurality of semiconductors. For example, several types of metal oxides or metal sulfides described above can be used in combination, or 20% by mass of titanium nitride (Ti 3 N 4 ) may be mixed and used in the titanium oxide semiconductor. In addition, J.H. Chem. Soc. , Chem. Commun. 15 (1999). At this time, when a component is added as a semiconductor in addition to the metal oxide or metal sulfide, the mass ratio of the additional component to the metal oxide or metal sulfide semiconductor is preferably 30% or less.

上記の光電変換材料用半導体を前記一般式(1)、(2)で表されるいずれか1種の化合物により増感処理することにより、本発明に記載の目的のひとつである、高い光電変換効率と優れた安定性とを示す、本発明の光電変換材料用半導体を得ることが出来る。   High photoelectric conversion, which is one of the objects described in the present invention, by sensitizing the semiconductor for photoelectric conversion material with any one compound represented by the general formulas (1) and (2) The semiconductor for photoelectric conversion materials of the present invention showing efficiency and excellent stability can be obtained.

以下、前記一般式(1)、(2)で表される複素環化合物について説明する。   Hereinafter, the heterocyclic compounds represented by the general formulas (1) and (2) will be described.

《一般式(1)で表される複素環化合物》
一般式(1)において、R1、R2は各々水素原子、置換基を表し、好ましい置換基としては、脂肪族基、芳香族基、複素環基、アルコキシ基、アミノ基、アリールオキシ基、シアノ基、ニトロ基、ハロゲン原子、カルボキシル基、ヒドロキシル基が挙げられる。R1、R2で表される置換基として好ましい脂肪族基としては、例えば、メチル基、エチル基、n−プロピル基、イソプロピル基、tert−ブチル基、n−オクチル基、n−デシル基、エイコシル基、2−クロロエチル基、2−シアノエチル基、2−エチルヘキシル基、ビニル基、アリル基、エチニル基、(4−ジメチルアミノ−フェニル)−ビニル基等が挙げられ、これらのうちで好ましいのは、メチル基、エチル基、ビニル基、アリル基、n−オクチル基、n−デシル基である。R1で表される置換基として好ましい芳香族基としては、例えばフェニル基、p−トリル基、ナフチル基、m−クロロフェニル基、4−ジメチルアミノフェニル基、o−ヘキサデカノイルアミノフェニル基等が挙げられ、これらのうちで好ましい位のは、フェニル基である。R1で表される置換基として好ましい複素環基としては、例えば、ピリジル基、チアゾリル基、2−ベンゾチアゾリル基、オキサゾリル基、イミダゾリル基、2−フリル基、2−チエニル基、ピロリル基、ピラジニル基、2−ピリミジニル基、ピリダジニル基、セレナゾリル基、スルホラニル基、ピペリジニル基、ピラゾリル基、テトラゾリル基、2−(5−ジメチルアミノ)チエニル基、2−(5−ジメチルアミノ)フリル基、2−[5−(4−ジメチルアミノ)−フェニル]チエニル基、2−[5−(4−ジメチルアミノ)−フェニル]フリル基、2−[5−(4−ジメチルアミノ−フェニル)−ビニル]チエニル基、2−[5−(4−ジメチルアミノ−フェニル)−ビニル]フリル基等が挙げられ、これらのうちで好ましいのは、ピリジル基、2−フリル基、2−チエニル基、ピロリル基である。R1で表される置換基として好ましいアルコキシ基としては、例えば、メトキシ基、エトキシ基、tert−ブトキシ基、2−クロロエトキシ基等が挙げられ、これらのうちで好ましいのは、メトキシ基、エトキシ基である。R1で表される置換基として好ましいアミノ基としては、例えば、メチルアミノ基、ジメチルアミノ基、ジエチルアミノ基、エチルメチルアミノ基、エチルブチルアミノ基、ジフェニルアミノ基、ピロリジル基、ピペリジル基、エチルオクチルアミノ基、ジオクチルアミノ基、ジドデシルアミノ基、ドデシルオクチルアミノ基、ビロリジウム基等が挙げられ、これらのうちで好ましいのは、ジメチルアミノ基、ジエチルアミノ基、エチルブチルアミノ基、ピロリジル基、エチルオクチルアミノ基、ジオクチルアミノ基である。R1で表される置換基として好ましいアリールオキシ基としては、例えば、フェノキシ基、ナフチルオキシ基が挙げられ、これらのうちで好ましいのは、フェノキシ基である。R1で表される置換基として好ましいハロゲン原子としては、例えば、沃素原子、臭素原子、塩素原子、フッ素原子が挙げられる。また、R1とR2は環を形成してもよく、形成される環としては、シクロヘキセン環、シクロペンテン環、ベンゼン環、ナフタレン環、ピロール環、チオフェン環、フラン環、ピリジン環、インドール環等が挙げられる。
<< Heterocyclic Compound Represented by General Formula (1) >>
In the general formula (1), R 1 and R 2 each represent a hydrogen atom and a substituent, and preferred substituents include an aliphatic group, an aromatic group, a heterocyclic group, an alkoxy group, an amino group, an aryloxy group, A cyano group, a nitro group, a halogen atom, a carboxyl group, and a hydroxyl group are mentioned. Preferred examples of the aliphatic group represented by R 1 and R 2 include a methyl group, an ethyl group, an n-propyl group, an isopropyl group, a tert-butyl group, an n-octyl group, an n-decyl group, Examples include eicosyl group, 2-chloroethyl group, 2-cyanoethyl group, 2-ethylhexyl group, vinyl group, allyl group, ethynyl group, (4-dimethylamino-phenyl) -vinyl group, and among these, preferred are Methyl group, ethyl group, vinyl group, allyl group, n-octyl group, and n-decyl group. Preferred examples of the aromatic group represented by R 1 include a phenyl group, p-tolyl group, naphthyl group, m-chlorophenyl group, 4-dimethylaminophenyl group, o-hexadecanoylaminophenyl group, and the like. Among them, the preferred position is a phenyl group. Preferred examples of the heterocyclic group represented by R 1 include a pyridyl group, a thiazolyl group, a 2-benzothiazolyl group, an oxazolyl group, an imidazolyl group, a 2-furyl group, a 2-thienyl group, a pyrrolyl group, and a pyrazinyl group. 2-pyrimidinyl group, pyridazinyl group, selenazolyl group, sulfolanyl group, piperidinyl group, pyrazolyl group, tetrazolyl group, 2- (5-dimethylamino) thienyl group, 2- (5-dimethylamino) furyl group, 2- [5 -(4-dimethylamino) -phenyl] thienyl group, 2- [5- (4-dimethylamino) -phenyl] furyl group, 2- [5- (4-dimethylamino-phenyl) -vinyl] thienyl group, 2 -[5- (4-dimethylamino-phenyl) -vinyl] furyl group and the like are mentioned, and among these, preferred is pyri Group, 2-furyl group, 2-thienyl group, a pyrrolyl group. Preferred examples of the alkoxy group represented by R 1 include a methoxy group, an ethoxy group, a tert-butoxy group, and a 2-chloroethoxy group. Among these, a methoxy group and an ethoxy group are preferred. It is a group. Preferred amino groups for the substituent represented by R 1 include, for example, methylamino group, dimethylamino group, diethylamino group, ethylmethylamino group, ethylbutylamino group, diphenylamino group, pyrrolidyl group, piperidyl group, ethyloctyl group. An amino group, a dioctylamino group, a didodecylamino group, a dodecyloctylamino group, a viololidium group, etc. are mentioned. Among these, a dimethylamino group, a diethylamino group, an ethylbutylamino group, a pyrrolidyl group, an ethyloctylamino group are preferable. Group, a dioctylamino group. Preferred examples of the aryloxy group represented by R 1 include a phenoxy group and a naphthyloxy group, and among these, a phenoxy group is preferable. Examples of the halogen atom preferable as the substituent represented by R 1 include an iodine atom, a bromine atom, a chlorine atom, and a fluorine atom. R 1 and R 2 may form a ring, and examples of the ring formed include a cyclohexene ring, a cyclopentene ring, a benzene ring, a naphthalene ring, a pyrrole ring, a thiophene ring, a furan ring, a pyridine ring, and an indole ring. Is mentioned.

また、R1、R2は、nが2以上の場合、繰り返される単位においてR1とR2は各々異なってもよく、また、R1とR2は環を形成してもよく、nが2以上の場合、隣接する繰り返し単位において、R1とR1あるいは、R2とR2間で環を形成してもよい。 Further, R 1, R 2, when n is 2 or more, or different each R 1 and R 2 in a unit to be repeated, also, R 1 and R 2 may form a ring, n is In the case of 2 or more, a ring may be formed between R 1 and R 1 or R 2 and R 2 in adjacent repeating units.

一般式(1)において、R3は水素原子、ヒドロキシ基以外の置換基を表し、好ましい置換基としては、脂肪族基、芳香族基、複素環基、アルコキシ基、アミノ基、アリールオキシ基、シアノ基、ニトロ基、ハロゲン原子、カルボキシル基が挙げられる。R3で表される脂肪族基、芳香族基、複素環基、アルコキシ基、アミノ基、アリールオキシ基、ハロゲン原子の例としては、R1で挙げた例を挙げられる。 In the general formula (1), R 3 represents a substituent other than a hydrogen atom or a hydroxy group, and preferred substituents include an aliphatic group, an aromatic group, a heterocyclic group, an alkoxy group, an amino group, an aryloxy group, A cyano group, a nitro group, a halogen atom, and a carboxyl group are mentioned. Examples of the aliphatic group, aromatic group, heterocyclic group, alkoxy group, amino group, aryloxy group, and halogen atom represented by R 3 include the examples given for R 1 .

一般式(1)において、R4は水素原子、脂肪族基、芳香族基又は複素環基であり、R4で表される脂肪族基、芳香族基、複素環基の例としては、R1で挙げた例を挙げられる。 In the general formula (1), R 4 is a hydrogen atom, an aliphatic group, an aromatic group, or a heterocyclic group. Examples of the aliphatic group, the aromatic group, and the heterocyclic group represented by R 4 include R The example mentioned in 1 is given.

一般式(1)において、Z1で表されるのは芳香族炭素環または複素環を形成するのに必要な原子群であり、形成される芳香族炭素環の例としては、フェニル基、ナフチル基、アントラセニル基が挙げられ、形成される複素環の例としては、フラン環、チオフェン環、ピリジン環、インドール環、キノリン環、ピロール環、カルバゾール環、ジュロリジン環、イミダゾール環、ベンゾフラン環、ベンゾチオフェン環、テトラヒドロキノリン環が挙げられ、これらうちで好ましいのは、フェニル環、フラン環、チオフェン環、ピロール環、ジュロリジン環であり、更にこれらは置換基を有しても良く、Z1で表される芳香族炭素環または複素環を形成するのに必要な原子群が有してもよい置換基の例としては、R1で挙げた例を挙げられ、これらうちで好ましいのは、ジメチルアミノ基、ジエトキシアミノ基、エチルブチルアミノ基、ピロリジル基、エチルオクチルアミノ基、ジオクチルアミノ基である。 In the general formula (1), Z 1 represents an atomic group necessary for forming an aromatic carbocycle or a heterocycle, and examples of the formed aromatic carbocycle include a phenyl group and naphthyl. Examples of the heterocyclic ring formed include a furan ring, a thiophene ring, a pyridine ring, an indole ring, a quinoline ring, a pyrrole ring, a carbazole ring, a julolidine ring, an imidazole ring, a benzofuran ring, and a benzothiophene. Ring, tetrahydroquinoline ring, and among them, a phenyl ring, a furan ring, a thiophene ring, a pyrrole ring, and a julolidine ring, which may have a substituent, are represented by Z 1. that examples of the atomic group substituent which may have needed to form an aromatic carbocyclic or heterocyclic ring, include the examples given in R 1, these Chide preferred are dimethylamino group, diethoxy amino group, an ethyl butylamino group, a pyrrolidyl group, an ethyl octyl amino group, a dioctylamino group.

一般式(1)において、nは1,2,3又は4を表す。   In general formula (1), n represents 1, 2, 3 or 4.

《一般式(2)で表される複素環化合物》
一般式(2)において、R1、R2で表されるのは、前記一般式(1)におけるR1、R2と同義である。
<< Heterocyclic Compound Represented by General Formula (2) >>
In the general formula (2), what is represented by R 1, R 2 has the same meaning as R 1, R 2 in the general formula (1).

一般式(2)において、R3で表されるのは、前記一般式(1)におけるR3と同義である。 In the general formula (2), what is represented by R 3 are the same as R 3 in Formula (1).

一般式(2)において、R4で表されるのは、前記一般式(1)におけるR4と同義である。 In the general formula (2), what is represented by R 4 has the same meaning as R 4 in the formula (1).

一般式(2)において、R5、R6、R7は各々独立に水素原子又は置換基を表し、好ましい置換基としては、脂肪族基、芳香族基、複素環基、アルコキシ基、アミノ基、アリールオキシ基、シアノ基、ニトロ基、ハロゲン原子、ヒドロキシル基、カルボキシル基であり、R5、R6、R7で表される脂肪族基、芳香族基、複素環基、アルコキシ基、アミノ基、アリールオキシ基、ハロゲン原子の例としては、R1で挙げた例を挙げられる。 In the general formula (2), R 5 , R 6 and R 7 each independently represents a hydrogen atom or a substituent, and preferred substituents include an aliphatic group, an aromatic group, a heterocyclic group, an alkoxy group, and an amino group. An aryloxy group, a cyano group, a nitro group, a halogen atom, a hydroxyl group, a carboxyl group, and an aliphatic group, aromatic group, heterocyclic group, alkoxy group, amino group represented by R 5 , R 6 , or R 7 Examples of the group, aryloxy group and halogen atom include the examples given for R 1 .

一般式(2)において、R8、R9は脂肪族基、芳香族基又は複素環基を表し、好ましい脂肪族基、芳香族基、複素環基の例としては、R1で挙げた例を挙げられる。 In the general formula (2), R 8 and R 9 represent an aliphatic group, an aromatic group or a heterocyclic group, and examples of preferred aliphatic group, aromatic group and heterocyclic group are the examples given for R 1. Can be mentioned.

また、R6とR8、R7とR9、R8とR9は環を形成してもよく、形成する環の例としては、ピペジジン環、ピロリジン環、ピリジン環、テトラヒドロピリジン環が挙げられる。 R 6 and R 8 , R 7 and R 9 , R 8 and R 9 may form a ring, and examples of the ring formed include a pipedidine ring, a pyrrolidine ring, a pyridine ring, and a tetrahydropyridine ring. It is done.

一般式(2)において、nは1,2,3又は4を表す。   In the general formula (2), n represents 1, 2, 3 or 4.

以下に本発明係る前記一般式(1)、(2)で表される複素環化合物の具体例を示すが、本発明は、これらに限定されない。   Specific examples of the heterocyclic compounds represented by the general formulas (1) and (2) according to the present invention are shown below, but the present invention is not limited thereto.

Figure 2005078888
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《合成例》
《例示化合物I−1の合成》
以下に記載の合成ルートに従い、例示化合物I−1を合成した。
<Synthesis example>
<< Synthesis of Exemplified Compound I-1 >>
Exemplified compound I-1 was synthesized according to the synthesis route described below.

Figure 2005078888
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100mlの三頭フラスコに中間体1 1.77g、中間体2 1.71g、ピリジン7ml、エタノール10ml、ピペリジン10滴を加え、100℃で2時間攪拌させた。その後放冷して、水で希釈すると結晶が沈殿してきた。この結晶を濾取し、シリカゲルカラム(展開溶媒 酢酸エチル)により目的物、例示化合物I−1を1.5g得た。   To a 100 ml three-headed flask were added 1.77 g of intermediate 1; 1.71 g of intermediate 2; 7 ml of pyridine; 10 ml of ethanol; and 10 drops of piperidine, and the mixture was stirred at 100 ° C. for 2 hours. Then, after cooling and diluting with water, crystals precipitated. The crystals were collected by filtration, and 1.5 g of the desired product, exemplified compound I-1, was obtained using a silica gel column (developing solvent: ethyl acetate).

《光電変換材料用半導体の増感処理》
本発明の光電変換材料用半導体は、前記一般式(1)、(2)で表されるいずれか1種の化合物を含むことにより増感し、本発明に記載の効果を奏することが可能となる。ここで、該化合物を含むとは、半導体表面への吸着、半導体が多孔質などのポーラスな構造を有する場合には、半導体の多孔質構造に前記化合物が入りこむ等の種々の態様が挙げられる。
<< Sensitivity treatment of semiconductor for photoelectric conversion material >>
The semiconductor for photoelectric conversion materials of the present invention is sensitized by containing any one compound represented by the general formulas (1) and (2), and can achieve the effects described in the present invention. Become. Here, including the compound includes various modes such as adsorption to the semiconductor surface, and when the semiconductor has a porous structure such as a porous structure, the compound enters the porous structure of the semiconductor.

また、半導体層(半導体でもよい)1m2あたりの前記一般式(1)、(2)で表される、各々の化合物の総含有量は0.01ミリモル〜100ミリモルの範囲が好ましく、更に好ましくは、0.1ミリモル〜50ミリモルであり、特に好ましくは、0.5ミリモル〜20ミリモルである。 The total content of each compound represented by the general formulas (1) and (2) per 1 m 2 of the semiconductor layer (which may be a semiconductor) is preferably in the range of 0.01 to 100 mmol, and more preferably Is from 0.1 to 50 mmol, particularly preferably from 0.5 to 20 mmol.

本発明に係る前記一般式(1)、(2)で表されるいずれか1種の化合物を用いて増感処理を行う場合、前記化合物を単独で用いてもよいし、複数を併用することも、本発明に係る前記一般式(1)、(2)で表されるいずれか1種の化合物と他の化合物(例えば米国特許第4,684,537号明細書、同第4,927,721号明細書、同第5,084,365号明細書、同第5,350,644号明細書、同第5,463,057号明細書、同第5,525,440号明細書等の各明細書、特開平7−249790号公報、特開2000−150007号公報等に記載の化合物)とを混合して用いることもできる。   When performing sensitization using any one of the compounds represented by the general formulas (1) and (2) according to the present invention, the compounds may be used alone or in combination. Any one of the compounds represented by the general formulas (1) and (2) according to the present invention and other compounds (for example, US Pat. No. 4,684,537, US Pat. No. 4,927, No. 721, No. 5,084,365, No. 5,350,644, No. 5,463,057, No. 5,525,440, etc. The compounds described in each specification, JP-A-7-249790, JP-A-2000-150007, and the like can also be used as a mixture.

特に、本発明の光電変換材料用半導体の用途が、後述する太陽電池である場合には、光電変換の波長域をできるだけ広くして太陽光を有効に利用できるように、吸収波長の異なる二種類以上の色素を混合して用いることが好ましい。   In particular, when the application of the semiconductor for photoelectric conversion material of the present invention is a solar cell described later, two types of absorption wavelengths are different so that the wavelength range of photoelectric conversion can be made as wide as possible to effectively use sunlight. It is preferable to use a mixture of the above dyes.

半導体に、前記一般式(1)、(2)で表されるいずれか1種の化合物を含ませるには、前記化合物を適切な溶媒(エタノールなど)に溶解し、その溶液中によく乾燥した半導体を長時間浸漬する方法が一般的である。   In order to include in the semiconductor any one of the compounds represented by the general formulas (1) and (2), the compound was dissolved in an appropriate solvent (such as ethanol) and dried well in the solution. A method of immersing a semiconductor for a long time is common.

前記一般式(1)、(2)で表されるいずれか1種の化合物を複数種類併用したり、その他の増感色素化合物とを併用した光電変換材料用半導体を作製する際には、各々の化合物の混合溶液を調製して用いてもよいし、それぞれの化合物について溶液を用意して、各溶液に順に浸漬して作製することもできる。各化合物について別々の溶液を用意し、各溶液に順に浸漬して作製する場合は、半導体に前記化合物や増感色素等を含ませる順序がどのようであっても本発明に記載の効果を得ることができる。また、前記化合物を単独で吸着させた半導体微粒子を混合する等することにより作製してもよい。   When producing a semiconductor for a photoelectric conversion material using a combination of any one of the compounds represented by the general formulas (1) and (2) or a combination with other sensitizing dye compounds, A mixed solution of these compounds may be prepared and used. Alternatively, a solution may be prepared for each compound and immersed in each solution in order. When preparing a separate solution for each compound and immersing in each solution in order, the effects described in the present invention can be obtained regardless of the order in which the semiconductor, the sensitizing dye, and the like are included in the semiconductor. be able to. Moreover, you may produce by mixing the semiconductor fine particle which adsorb | sucked the said compound independently.

吸着処理は半導体が粒子状の時に行ってもよいし、支持体上に膜を形成した後に行ってもよい。吸着処理に用いる化合物を溶解した溶液は、それを常温で用いてもよいし、該化合物が分解せず溶液が沸騰しない温度範囲で加熱して用いてもよい。また、後述する光電変換素子の製造のように、半導体微粒子の塗布後(感光層の形成後)に、前記化合物の吸着を実施してもよい。また、半導体微粒子と本発明の前記化合物とを同時に塗布することにより、前記化合物の吸着を実施してもよい。また、未吸着の化合物は洗浄によって除去することが出来る。   The adsorption treatment may be performed when the semiconductor is in the form of particles, or may be performed after forming a film on the support. The solution in which the compound used for the adsorption treatment is dissolved may be used at room temperature, or may be used by heating in a temperature range in which the compound does not decompose and the solution does not boil. Moreover, you may implement adsorption | suction of the said compound after application | coating of a semiconductor fine particle (after formation of a photosensitive layer) like manufacture of the photoelectric conversion element mentioned later. Moreover, you may implement adsorption | suction of the said compound by apply | coating a semiconductor fine particle and the said compound of this invention simultaneously. Unadsorbed compounds can be removed by washing.

また、本発明の光電変換材料用半導体の増感処理については、半導体を、前記一般式(1)、(2)で表されるいずれか1種の化合物を含むことにより増感処理が行われるが、増感処理の詳細については、後述する光電変換素子のところで具体的に説明する。   Moreover, about the sensitization process of the semiconductor for photoelectric conversion materials of this invention, a sensitization process is performed by including any 1 type of compounds represented by the said General formula (1), (2) about a semiconductor. However, the details of the sensitization process will be specifically described in the photoelectric conversion element described later.

また、空隙率の高い半導体薄膜を有する光電変換材料用半導体の場合には、空隙に水分、水蒸気などにより水が半導体薄膜上、並びに半導体薄膜内部の空隙に吸着する前に、前記化合物や増感色素化合物等の吸着処理(光電変換材料用半導体の増感処理)を完了することが好ましい。   Further, in the case of a semiconductor for a photoelectric conversion material having a semiconductor thin film with a high porosity, the above compound or sensitization is performed before water is adsorbed on the semiconductor thin film and in the voids inside the semiconductor thin film by moisture, water vapor, etc. It is preferable to complete the adsorption treatment (sensitization treatment of a semiconductor for a photoelectric conversion material) such as a dye compound.

本発明の光電変換材料用半導体は、有機塩基を用いて表面処理してもよい。前記有機塩基としては、ジアリールアミン、トリアリールアミン、ピリジン、4−t−ブチルピリジン、ポリビニルピリジン、キノリン、ピペリジン、アミジン等が挙げられるが、中でも、ピリジン、4−t−ブチルピリジン、ポリビニルピリジンが好ましい。   You may surface-treat the semiconductor for photoelectric conversion materials of this invention using an organic base. Examples of the organic base include diarylamine, triarylamine, pyridine, 4-t-butylpyridine, polyvinylpyridine, quinoline, piperidine, amidine, and the like. Among them, pyridine, 4-t-butylpyridine, and polyvinylpyridine are preferable. preferable.

上記の有機塩基が液体の場合はそのまま、固体の場合は有機溶媒に溶解した溶液を準備し、本発明の光電変換材料用半導体を液体アミンまたはアミン溶液に浸漬することで、表面処理を実施できる。   When the organic base is a liquid, it can be surface treated by preparing a solution dissolved in an organic solvent as it is, and immersing the semiconductor for a photoelectric conversion material of the present invention in a liquid amine or an amine solution. .

また、本発明に係る前記一般式(1)、(2)で表されるいずれか1種の化合物と併用して用いることの出来る色素としては、本発明に係る半導体を分光増感しうるものならばいずれの色素も用いることができる。光電変換の波長域をできるだけ広くし、かつ変換効率を上げるため、二種類以上の色素を混合することが好ましい。また、目的とする光源の波長域と強度分布に合わせるように、混合する色素とその割合を選ぶことができる。   In addition, as a dye that can be used in combination with any one of the compounds represented by the general formulas (1) and (2) according to the present invention, those that can spectrally sensitize the semiconductor according to the present invention. Any dye can be used. In order to make the wavelength range of photoelectric conversion as wide as possible and increase the conversion efficiency, it is preferable to mix two or more kinds of dyes. Moreover, the pigment | dye to mix and its ratio can be selected so that it may match with the wavelength range and intensity distribution of the target light source.

本発明に係る化合物と併用して用いることのできる色素としては、光電子移動反応活性、光耐久性、光化学的安定性等の総合的な観点から、金属錯体色素、フタロシアニン系色素、ポルフィリン系色素、ポリメチン系色素が好ましく用いられる。   As a dye that can be used in combination with the compound according to the present invention, a metal complex dye, a phthalocyanine dye, a porphyrin dye, from a comprehensive viewpoint such as photoelectron transfer reaction activity, light durability, and photochemical stability, Polymethine dyes are preferably used.

金属錯体色素の中では、特開2001−223037号、同2001−226607号、米国特許第4,927,721号、同第4,684,537号、同第5,084,365号、同第5,350,644号、同第5,463,057号、同第5,525,440号、特開平7−249750号、特表平10−504512号、世界特許989/50393号等に記載のルテニウム錯体色素が好ましく用いられる。   Among the metal complex dyes, JP-A Nos. 2001-223037, 2001-226607, US Pat. Nos. 4,927,721, 4,684,537, 5,084,365, 5,350,644, 5,463,057, 5,525,440, JP-A-7-249750, JP 10-504512, World Patent 989/50393, etc. Ruthenium complex dyes are preferably used.

ポルフィリン系色素、フタロシアニン系色素としては、特開2001−223037号に記載の色素が好ましい色素としてあげられる。   Examples of the porphyrin dye and the phthalocyanine dye include dyes described in JP-A No. 2001-223037 as preferable dyes.

ポリメチン系色素としては、従来公知のメチン系色素、特開平11−35836号公報、同11−158395号公報、同11−163378号公報、同11−214730号公報、同11−214731号公報、同10−093118号公報、同11−273754号公報、特開2000−106224号公報、同2000−357809号公報、同2001−052766号公報、欧州特許第892,411号、同911,841号等に記載のものが挙げられる。   Examples of the polymethine dye include conventionally known methine dyes, JP-A Nos. 11-35836, 11-158395, 11-163378, 11-214730, and 11-214731. 10-093118, 11-273754, JP-A-2000-106224, 2000-357809, 2001-052766, EP 892,411, 911,841, etc. Those described are mentioned.

《光電変換材料用半導体の作製方法》
本発明の光電変換材料用半導体の作製方法について説明する。
<< Method for Manufacturing Semiconductor for Photoelectric Conversion Material >>
A method for manufacturing a semiconductor for a photoelectric conversion material of the present invention will be described.

本発明の光電変換材料用半導体の一態様としては、導電性支持体上に上記の光電変換材料用半導体を焼成により形成する等の方法が挙げられる。   As one embodiment of the semiconductor for a photoelectric conversion material of the present invention, a method such as forming the above semiconductor for a photoelectric conversion material on a conductive support by firing is exemplified.

本発明の光電変換材料用半導体が焼成により作製される場合には、上記の化合物や増感色素を用いての該半導体の増感(吸着、多孔質への入り込み等)処理は、焼成後に実施することが好ましい。焼成後、半導体に水が吸着する前に、素早く化合物の吸着処理を実施することが特に好ましい。   When the semiconductor for a photoelectric conversion material of the present invention is produced by firing, the semiconductor is sensitized (adsorption, penetration into a porous layer, etc.) with the above-described compound or sensitizing dye after firing. It is preferable to do. It is particularly preferable to perform the compound adsorption treatment quickly after the firing and before the water is adsorbed to the semiconductor.

本発明の光電変換材料用半導体が粒子状の場合には、光電変換材料用半導体を導電性支持体に塗布あるいは吹き付けて、半導体電極を作製するのがよい。また、本発明の光電変換材料用半導体が膜状であって、導電性支持体上に保持されていない場合には、光電変換材料用半導体を導電性支持体上に貼合して半導体電極を作製することが好ましい。   When the semiconductor for photoelectric conversion materials of the present invention is in the form of particles, the semiconductor electrode is preferably prepared by applying or spraying the semiconductor for photoelectric conversion materials onto a conductive support. Moreover, when the semiconductor for photoelectric conversion materials of this invention is a film | membrane form, Comprising: It is not hold | maintained on an electroconductive support body, the semiconductor electrode for photoelectric conversion materials is bonded on an electroconductive support body, and a semiconductor electrode is attached. It is preferable to produce it.

以下、本発明の光電変換材料用半導体の作製工程を具体的に述べる。   Hereinafter, a process for producing a semiconductor for a photoelectric conversion material of the present invention will be specifically described.

《半導体微粉末含有塗布液の調製》
まず、半導体の微粉末を含む塗布液を調製する。この半導体微粉末は、その1次粒子径が微細な程好ましく、その1次粒子径は、1nm〜5000nmが好ましく、更に好ましくは2nm〜50nmである。半導体微粉末を含む塗布液は、半導体微粉末を溶媒中に分散させることによって調製することができる。溶媒中に分散された半導体微粉末は、その1次粒子状で分散する。溶媒としては、半導体微粉末を分散し得るものであればよく、特に制約されない。
<< Preparation of coating liquid containing semiconductor fine powder >>
First, a coating solution containing fine semiconductor powder is prepared. The semiconductor fine powder preferably has a finer primary particle diameter, and the primary particle diameter is preferably 1 nm to 5000 nm, and more preferably 2 nm to 50 nm. The coating liquid containing the semiconductor fine powder can be prepared by dispersing the semiconductor fine powder in a solvent. The semiconductor fine powder dispersed in the solvent is dispersed in the form of primary particles. The solvent is not particularly limited as long as it can disperse the semiconductor fine powder.

前記溶媒としては、水、有機溶媒、水と有機溶媒との混合液が包含される。有機溶媒としては、メタノールやエタノール等のアルコール、メチルエチルケトン、アセトン、アセチルアセトン等のケトン、ヘキサン、シクロヘキサン等の炭化水素等が用いられる。塗布液中には、必要に応じ、界面活性剤や粘度調節剤(ポリエチレングリコール等の多価アルコール等)を加えることができる。溶媒中の半導体微粉末濃度の範囲は、0.1質量%〜70質量%が好ましく、更に好ましくは0.1質量%〜30質量%である。   Examples of the solvent include water, an organic solvent, and a mixed solution of water and an organic solvent. As the organic solvent, alcohols such as methanol and ethanol, ketones such as methyl ethyl ketone, acetone and acetyl acetone, hydrocarbons such as hexane and cyclohexane, and the like are used. A surfactant and a viscosity modifier (polyhydric alcohol such as polyethylene glycol) can be added to the coating solution as necessary. The range of the semiconductor fine powder concentration in the solvent is preferably 0.1% by mass to 70% by mass, and more preferably 0.1% by mass to 30% by mass.

《半導体微粉末含有塗布液の塗布と形成された半導体層の焼成処理》
上記のようにして得られた半導体微粉末含有塗布液を導電性支持体上に塗布または吹きつけ、乾燥等を行った後、空気中または不活性ガス中で焼成して、導電性支持体上に半導体層(半導体膜)が形成される。
<< Application of Semiconductor Fine Powder-Containing Coating Liquid and Firing Process of Formed Semiconductor Layer >>
The semiconductor fine powder-containing coating solution obtained as described above is applied or sprayed onto a conductive support, dried, etc., and then baked in air or in an inert gas, on the conductive support. A semiconductor layer (semiconductor film) is formed.

導電性支持体上に塗布液を塗布、乾燥して得られる皮膜は、半導体微粒子の集合体からなるもので、その微粒子の粒径は使用した半導体微粉末の1次粒子径に対応するものである。   The film obtained by applying and drying the coating liquid on the conductive support is composed of an aggregate of semiconductor fine particles, and the particle size of the fine particles corresponds to the primary particle size of the semiconductor fine powder used. is there.

このようにして導電性支持体等の基板上に形成された半導体微粒子集合体膜は、導電性支持体との結合力や、微粒子相互の結合力が弱く、機械的強度の弱いものであることから、前記半導体微粒子集合体膜を焼成処理して機械的強度を高め、基板に強く固着した焼成物膜となるため好ましく行われる。   The semiconductor fine particle aggregate film formed on the substrate such as the conductive support in this way has a low bonding strength with the conductive support and a bonding strength between the fine particles and a low mechanical strength. From the above, the semiconductor fine particle aggregate film is preferably fired to increase the mechanical strength and to obtain a fired product film firmly fixed to the substrate.

本発明においては、この焼成物膜はどのような構造を有していても良いが、多孔質構造膜(空隙を有する、ポーラスな層ともいう)であることが好ましい。   In the present invention, the fired product film may have any structure, but is preferably a porous structure film (also referred to as a porous layer having voids).

ここで、本発明に係る半導体薄膜の空隙率は、10体積%以下が好ましく、更に好ましくは、8体積%以下であり、特に好ましくは、0.01体積%〜5体積%以下である。尚、半導体薄膜の空隙率は、誘電体の厚み方向に貫通性のある空隙率を意味し、水銀ポロシメーター(島津ポアライザー9220型)等の市販の装置を用いて測定することが出来る。   Here, the porosity of the semiconductor thin film according to the present invention is preferably 10% by volume or less, more preferably 8% by volume or less, and particularly preferably 0.01% by volume to 5% by volume. The porosity of the semiconductor thin film means a porosity that is penetrable in the thickness direction of the dielectric, and can be measured using a commercially available apparatus such as a mercury porosimeter (Shimadzu Polarizer 9220 type).

多孔質構造を有する焼成物膜になった、半導体層の膜厚は、少なくとも10nm以上が好ましく、更に好ましくは100nm〜10000nmである。   The film thickness of the semiconductor layer that is a fired product film having a porous structure is preferably at least 10 nm or more, more preferably 100 nm to 10,000 nm.

焼成処理時、焼成物膜の実表面積を適切に調整し、上記の空隙率を有する焼成物膜を得る観点から、焼成温度は1000℃より低いことが好ましく、更に好ましくは、200℃〜800℃の範囲であり、特に好ましくは300℃〜800℃の範囲である。   From the viewpoint of appropriately adjusting the actual surface area of the fired product film during the firing treatment and obtaining a fired product film having the above porosity, the firing temperature is preferably lower than 1000 ° C, more preferably 200 ° C to 800 ° C. It is the range of 300 degreeC, Most preferably, it is the range of 300 to 800 degreeC.

また、見かけ表面積に対する実表面積の比は、半導体微粒子の粒径及び比表面積や、焼成温度等によりコントロールすることができる。また、加熱処理後、半導体粒子の表面積を増大させたり、半導体粒子近傍の純度を高め、色素から半導体粒子への電子注入効率を高める目的で、例えば四塩化チタン水溶液を用いた化学メッキや三塩化チタン水溶液を用いた電気化学的メッキ処理を行ってもよい。   Further, the ratio of the actual surface area to the apparent surface area can be controlled by the particle diameter and specific surface area of the semiconductor fine particles, the firing temperature, and the like. In addition, after heat treatment, for example, chemical plating or aqueous trichloride using a titanium tetrachloride aqueous solution is used to increase the surface area of the semiconductor particles, increase the purity in the vicinity of the semiconductor particles, and increase the efficiency of electron injection from the dye into the semiconductor particles. Electrochemical plating using a titanium aqueous solution may be performed.

《半導体の増感処理》
半導体の増感処理は、上記のように、色素を適切な溶媒に溶解し、その溶液に前記半導体を焼成した基板を浸漬することによって行われる。その際には半導体層(半導体膜ともいう)を焼成により形成させた基板を、あらかじめ減圧処理したり加熱処理したりして膜中の気泡を除去し、前記一般式(1)、(2)のいずれか1種の化合物が半導体層(半導体膜)内部深くに進入できるようにしておくことが好ましく、半導体層(半導体膜)が多孔質構造膜である場合には特に好ましい。
<Semiconductor sensitization processing>
As described above, the semiconductor sensitization treatment is performed by dissolving the dye in an appropriate solvent and immersing the substrate obtained by firing the semiconductor in the solution. In that case, a substrate on which a semiconductor layer (also referred to as a semiconductor film) is formed by baking is subjected to pressure reduction treatment or heat treatment in advance to remove bubbles in the film, and the general formulas (1) and (2) It is preferable that any one of the above compounds can enter deep inside the semiconductor layer (semiconductor film), and it is particularly preferable when the semiconductor layer (semiconductor film) is a porous structure film.

《溶媒》
前記一般式(1)、(2)のいずれか1種の化合物を溶解するのに用いる溶媒は、前記化合物を溶解することができ、且つ、半導体を溶解したり半導体と反応したりすることのないものであれば格別の制限はないが、溶媒に溶解している水分および気体が半導体膜に進入して、前記化合物の吸着等の増感処理を妨げることを防ぐために、あらかじめ脱気および蒸留精製しておくことが好ましい。
"solvent"
The solvent used to dissolve the compound of any one of the general formulas (1) and (2) can dissolve the compound and can dissolve the semiconductor or react with the semiconductor. There is no particular limitation if it is not present, but in order to prevent moisture and gas dissolved in the solvent from entering the semiconductor film and hindering the sensitization treatment such as adsorption of the compound, degassing and distillation in advance. It is preferable to purify it.

前記化合物の溶解において、好ましく用いられる溶媒はメタノール、エタノール、n−プロパノールなどのアルコール系溶媒、アセトン、メチルエチルケトンなどのケトン系溶媒、ジエチルエーテル、ジイソプロピルエーテル、テトラヒドロフラン、1,4−ジオキサンなどのエーテル系溶媒、塩化メチレン、1,1,2−トリクロロエタンなどのハロゲン化炭化水素溶媒であり、特に好ましくはメタノール、エタノール、アセトン、メチルエチルケトン、テトラヒドロフラン、塩化メチレンである。   Solvents preferably used in dissolving the above compounds are alcohol solvents such as methanol, ethanol and n-propanol, ketone solvents such as acetone and methyl ethyl ketone, ether solvents such as diethyl ether, diisopropyl ether, tetrahydrofuran and 1,4-dioxane. Solvents and halogenated hydrocarbon solvents such as methylene chloride and 1,1,2-trichloroethane, particularly preferably methanol, ethanol, acetone, methyl ethyl ketone, tetrahydrofuran and methylene chloride.

《増感処理の温度、時間》
半導体を焼成した基板を、前記一般式(1)、(2)のいずれか1種の化合物を含む溶液に浸漬する時間は、半導体層(半導体膜)に前記化合物が深く進入して吸着等を充分に進行させ、半導体を十分に増感させ、且つ、溶液中のでの前記化合物の分解等により生成して分解物が化合物の吸着を妨害することを抑制する観点から、25℃条件下では、3時間〜48時間が好ましく、更に好ましくは、4時間〜24時間である。この効果は、特に、半導体膜が多孔質構造膜である場合において顕著である。但し、浸漬時間については、25℃条件での値であり、温度条件を変化させて場合には、上記の限りではない。
《Tensing temperature and time》
The time for immersing the substrate on which the semiconductor is baked in the solution containing any one of the compounds of the general formulas (1) and (2) is such that the compound deeply enters the semiconductor layer (semiconductor film) and adsorbs it. From the viewpoint of sufficiently proceeding, sufficiently sensitizing the semiconductor, and suppressing degradation of the compound, which is generated by decomposition of the compound in a solution and hinders adsorption of the compound, at 25 ° C., It is preferably 3 hours to 48 hours, more preferably 4 hours to 24 hours. This effect is particularly remarkable when the semiconductor film is a porous structure film. However, the immersion time is a value under the condition of 25 ° C., and is not limited to the above when the temperature condition is changed.

浸漬しておくにあたり前記一般式(1)、(2)のいずれか1種の化合物を含む溶液は、前記化合物が分解しないかぎりにおいて、沸騰しない温度にまで加熱して用いてもよい。好ましい温度範囲は10℃〜100℃であり、更に好ましくは25℃〜80℃であるが、前記のとおり溶媒が前記温度範囲で沸騰する場合はこの限りでない。   When immersed, the solution containing any one compound of the general formulas (1) and (2) may be used by heating to a temperature that does not boil as long as the compound does not decompose. A preferable temperature range is 10 ° C to 100 ° C, and more preferably 25 ° C to 80 ° C. However, as described above, this is not the case when the solvent boils in the temperature range.

《光電変換素子》
本発明の光電変換素子について、図1を用いて説明する。
<< Photoelectric conversion element >>
The photoelectric conversion element of this invention is demonstrated using FIG.

図1は、本発明の光電変換素子の構造の一例を示す部分断面図である。   FIG. 1 is a partial cross-sectional view showing an example of the structure of the photoelectric conversion element of the present invention.

1は導電性支持体、2は感光層、3は電荷移動層、4は対向電極を表す。尚、導電性支持体1と感光層2をあわせて半導体電極ともいう。   Reference numeral 1 denotes a conductive support, 2 denotes a photosensitive layer, 3 denotes a charge transfer layer, and 4 denotes a counter electrode. The conductive support 1 and the photosensitive layer 2 are also collectively referred to as a semiconductor electrode.

ここで、感光層2は本発明の光電変換材料用半導体を有する層であり、電荷移動層3は通常、レドックス電解質を含有し、導電性支持体1、感光層2、対向電極4に接触した形態で用いられる。   Here, the photosensitive layer 2 is a layer having the semiconductor for a photoelectric conversion material of the present invention, and the charge transfer layer 3 usually contains a redox electrolyte and is in contact with the conductive support 1, the photosensitive layer 2, and the counter electrode 4. Used in form.

《光電変換素子の製造方法》
図1を用いながら、光電変換素子の製造方法を説明する。
<< Method for Manufacturing Photoelectric Conversion Element >>
The manufacturing method of a photoelectric conversion element is demonstrated using FIG.

本発明の光電変換素子は、図1に示すような導電性支持体1上に、上記記載のように半導体薄膜を形成した後に、本発明に係る前記一般式(1)、(2)で表されるいずれか1種の化合物を吸着させるという工程を経て製造される。   The photoelectric conversion element of the present invention is represented by the general formulas (1) and (2) according to the present invention after forming a semiconductor thin film as described above on a conductive support 1 as shown in FIG. It is manufactured through a process of adsorbing any one kind of compound.

また、半導体薄膜の表面積を増大させたり、半導体薄膜表面の不純物などを除去して、半導体の純度を高め、前記一般式(1)、(2)で表されるいずれか1種の化合物から半導体への電子注入効率を高める目的で、例えば四塩化チタン水溶液を用いた化学メッキや三塩化チタン水溶液を用いた電気化学的メッキ処理を行ってもよい。   Further, the surface area of the semiconductor thin film is increased or impurities on the surface of the semiconductor thin film are removed to increase the purity of the semiconductor, and the semiconductor is formed from any one compound represented by the general formulas (1) and (2). For example, chemical plating using a titanium tetrachloride aqueous solution or electrochemical plating using a titanium trichloride aqueous solution may be performed for the purpose of increasing the efficiency of electron injection into the substrate.

導電性支持体1上に形成した半導体膜には上記記載の前記一般式(1)、(2)で表されるいずれか1種の化合物を吸着させ、半導体膜を増感させて感光層2を形成する。増感処理方法は先に説明したとおり、前記化合物を適切な溶媒に溶解し、導電性支持体1上に形成された半導体膜をその溶液に浸漬することによって行われる。その際には半導体膜は、あらかじめ減圧処理したり加熱処理したりして膜中の気泡を除去し、前記一般式(1)、(2)で表されるいずれか1種の化合物が半導体膜内部深くに進入できるようにしておくことが好ましい。   The semiconductor film formed on the conductive support 1 adsorbs any one of the compounds represented by the above general formulas (1) and (2) to sensitize the semiconductor film, thereby photosensitive layer 2. Form. As described above, the sensitizing treatment method is performed by dissolving the compound in an appropriate solvent and immersing the semiconductor film formed on the conductive support 1 in the solution. In that case, the semiconductor film is subjected to pressure reduction treatment or heat treatment in advance to remove bubbles in the film, and any one compound represented by the general formulas (1) and (2) is converted into the semiconductor film. It is preferable to be able to enter deep inside.

本発明に係る半導体に、前記一般式(1)、(2)で表されるいずれか1種の化合物を吸着させる際には、単独で用いてもよいし、複数を併用してもよい。さらに、従来公知の増感色素化合物(例えば、米国特許第4,684,537号、同第4,927,721号、同第5,084,365号、同第5,350,644号、同第5,463,057号、同第5,525,440号、特開平7−249790号、特開2000−150007号等に記載の化合物)とを混合して吸着させてもよい。   When any one compound represented by the general formulas (1) and (2) is adsorbed to the semiconductor according to the present invention, it may be used alone or in combination. Furthermore, conventionally known sensitizing dye compounds (for example, U.S. Pat. Nos. 4,684,537, 4,927,721, 5,084,365, 5,350,644, No. 5,463,057, 5,525,440, JP-A-7-249790, JP-A-2000-150007, etc.) may be mixed and adsorbed.

特に、半導体の用途が太陽電池である場合、光電変換の波長域を広くして太陽光を可能な限り有効に利用できるように、二種類以上の色素を混合して用いることが好ましい。   In particular, when the application of the semiconductor is a solar cell, it is preferable to use a mixture of two or more types of dyes so that the wavelength range of photoelectric conversion can be widened and sunlight can be used as effectively as possible.

上記記載の前記一般式(1)、(2)で表されるいずれか1種の化合物を複数種類併用して増感した光電変換材料用半導体は、併用する前記化合物を混合して調製した溶液に浸漬させて作製してもよいし、各々の化合物について溶液を調製し、各溶液に順に浸漬して作製することもできる。   The semiconductor for photoelectric conversion materials sensitized by using a plurality of compounds of any one of the general formulas (1) and (2) described above in combination is a solution prepared by mixing the compounds to be used together It may be prepared by immersing in a solution, or a solution may be prepared for each compound, and it may be prepared by immersing in each solution in turn.

各化合物について別々の溶液を用意し、各溶液に順に浸漬して作製する場合は、半導体に前記化合物や従来公知の増感色素を吸着させる順番がどのような順番であっても本発明の効果を得ることができる。   When preparing a separate solution for each compound and immersing in each solution in order, the effect of the present invention regardless of the order in which the compound or a conventionally known sensitizing dye is adsorbed to the semiconductor Can be obtained.

吸着処理は、前記化合物が溶解した溶液を常温で用いてもよいし、また、前記化合物に影響を与えない範囲の温度まで溶液を加熱して行っても良い。更に、吸着処理時に未吸着となった色素については溶媒等の洗浄処理により除去することが好ましい。   For the adsorption treatment, a solution in which the compound is dissolved may be used at room temperature, or the solution may be heated to a temperature that does not affect the compound. Furthermore, it is preferable to remove the dye that has not been adsorbed during the adsorption treatment by washing treatment with a solvent or the like.

導電性支持体1上に形成した半導体膜に色素を吸着させて感光層2を形成したら、該感光層2と向かい合うようにして対向電極4を配置する。さらに、半導体電極と対向電極4の間に電荷移動層であるレドックス電解質を注入して光電変換素子とする。   After the dye is adsorbed to the semiconductor film formed on the conductive support 1 to form the photosensitive layer 2, the counter electrode 4 is disposed so as to face the photosensitive layer 2. Further, a redox electrolyte as a charge transfer layer is injected between the semiconductor electrode and the counter electrode 4 to obtain a photoelectric conversion element.

《太陽電池》
本発明の太陽電池について説明する。
《Solar cell》
The solar cell of the present invention will be described.

本発明の太陽電池は、図1に示すような、本発明の光電変換素子の一態様として、太陽光に最適の設計並びに、回路設計が行われ、太陽光を光源として用いたときに最適な光電変換が行われるような構造を有する。即ち、光電変換材料用半導体に太陽光が照射されうる構造となっている。本発明の太陽電池を構成する際には、前記半導体電極、電荷移動層及び対向電極をケース内に収納して封止するか、あるいはそれら全体を樹脂封止することが好ましい。   As shown in FIG. 1, the solar cell of the present invention is optimally designed for sunlight and circuit design as one aspect of the photoelectric conversion element of the present invention, and is optimal when sunlight is used as a light source. It has a structure in which photoelectric conversion is performed. That is, the semiconductor for photoelectric conversion material has a structure that can be irradiated with sunlight. When constituting the solar cell of the present invention, it is preferable that the semiconductor electrode, the charge transfer layer and the counter electrode are housed in a case and sealed, or the whole is sealed with resin.

本発明の太陽電池に太陽光または太陽光と同等の電磁波を照射すると、光電変換材料用半導体に吸着された本発明の化合物は、照射された光もしくは電磁波を吸収して励起する。励起によって発生した電子は半導体に移動し、次いで導電性支持体1を経由して対向電極4に移動して、電荷移動層3のレドックス電解質を還元する。一方、半導体に電子を移動させた本発明の化合物は酸化体となっているが、対向電極4から電荷移動層3のレドックス電解質を経由して電子が供給されることにより、還元されて元の状態に戻り、同時に電荷移動層3のレドックス電解質は酸化されて、再び対向電極4から供給される電子により還元されうる状態に戻る。このようにして電子が流れ、本発明の光電変換素子を用いた太陽電池を構成することができる。   When the solar cell of the present invention is irradiated with sunlight or an electromagnetic wave equivalent to sunlight, the compound of the present invention adsorbed on the semiconductor for photoelectric conversion material absorbs the irradiated light or electromagnetic wave and excites it. Electrons generated by excitation move to the semiconductor, and then move to the counter electrode 4 via the conductive support 1 to reduce the redox electrolyte of the charge transfer layer 3. On the other hand, the compound of the present invention in which electrons are transferred to a semiconductor is an oxidant, but is reduced by the supply of electrons from the counter electrode 4 via the redox electrolyte of the charge transfer layer 3 and is reduced to the original. At the same time, the redox electrolyte of the charge transfer layer 3 is oxidized and returned to a state where it can be reduced again by the electrons supplied from the counter electrode 4. In this way, electrons flow, and a solar cell using the photoelectric conversion element of the present invention can be configured.

《導電性支持体》
本発明の光電変換素子や本発明の太陽電池に用いられる導電性支持体には、金属板のような導電性材料や、ガラス板やプラスチックフイルムのような非導電性材料に導電性物質を設けた構造のものを用いることができる。導電性支持体に用いられる材料の例としては金属(例えば白金、金、銀、銅、アルミニウム、ロジウム、インジウム)あるいは導電性金属酸化物(例えばインジウム−スズ複合酸化物、酸化スズにフッ素をドープしたもの)や炭素を挙げることができる。導電性支持体の厚さは特に制約されないが、0.3mm〜5mmが好ましい。
<Conductive support>
The conductive support used in the photoelectric conversion element of the present invention and the solar battery of the present invention is provided with a conductive material such as a conductive material such as a metal plate or a non-conductive material such as a glass plate or a plastic film. A structure having a different structure can be used. Examples of materials used for the conductive support include metal (for example, platinum, gold, silver, copper, aluminum, rhodium, indium) or conductive metal oxide (for example, indium-tin composite oxide, tin oxide doped with fluorine) And carbon). The thickness of the conductive support is not particularly limited, but is preferably 0.3 mm to 5 mm.

また導電性支持体は実質的に透明であることが好ましく、実質的に透明であるとは光の透過率が10%以上であることを意味し、50%以上であることがさらに好ましく、80%以上であることが最も好ましい。透明な導電性支持体を得るためには、ガラス板またはプラスチックフイルムの表面に、導電性金属酸化物からなる導電性層を設けることが好ましい。透明な導電性支持体1を用いる場合、光は支持体側から入射させることが好ましい。   The conductive support is preferably substantially transparent, and substantially transparent means that the light transmittance is 10% or more, more preferably 50% or more, and 80 % Or more is most preferable. In order to obtain a transparent conductive support, it is preferable to provide a conductive layer made of a conductive metal oxide on the surface of a glass plate or a plastic film. When the transparent conductive support 1 is used, light is preferably incident from the support side.

導電性支持体は表面抵抗は、50Ω/cm2以下であることが好ましく、10Ω/cm2以下であることがさらに好ましい。 The conductive support preferably has a surface resistance of 50 Ω / cm 2 or less, and more preferably 10 Ω / cm 2 or less.

《電荷移動層》
本発明に用いられる電荷移動層について説明する。
《Charge transfer layer》
The charge transfer layer used in the present invention will be described.

電荷移動層にはレドックス電解質が好ましく用いられる。ここで、レドックス電解質としては、I-/I3 -系や、Br-/Br3 -系、キノン/ハイドロキノン系等が挙げられる。このようなレドックス電解質は、従来公知の方法によって得ることができ、例えば、I-/I3 -系の電解質は、ヨウ素のアンモニウム塩とヨウ素を混合することによって得ることができる。電荷移動層はこれらレドックス電解質の分散物で構成され、それら分散物は溶液である場合に液体電解質、常温において固体である高分子中に分散させた場合に固体高分子電解質、ゲル状物質に分散された場合にゲル電解質と呼ばれる。電荷移動層として液体電解質が用いられる場合、その溶媒としては、電気化学的に不活性なものが用いられ、例えば、アセトニトリル、炭酸プロピレン、エチレンカーボネート等が用いられる。固体高分子電解質の例としては特開2001−160427記載の電解質が、ゲル電解質の例としては『表面科学』21巻、第5号288ページ〜293ページに記載の電解質が挙げられる。 A redox electrolyte is preferably used for the charge transfer layer. Here, examples of the redox electrolyte include I / I 3 system, Br / Br 3 system, and quinone / hydroquinone system. Such a redox electrolyte can be obtained by a conventionally known method. For example, an I / I 3 based electrolyte can be obtained by mixing iodine ammonium salt and iodine. The charge transfer layer is composed of dispersions of these redox electrolytes. These dispersions are liquid electrolytes when they are in solution, and are dispersed in solid polymer electrolytes and gel substances when dispersed in polymers that are solid at room temperature. When called, it is called a gel electrolyte. When a liquid electrolyte is used as the charge transfer layer, an electrochemically inert solvent is used as the solvent, for example, acetonitrile, propylene carbonate, ethylene carbonate, or the like is used. Examples of the solid polymer electrolyte include the electrolyte described in JP-A No. 2001-160427, and examples of the gel electrolyte include the electrolyte described in “Surface Science” Vol. 21, No. 5, pages 288 to 293.

《対向電極》
本発明に用いられる対向電極について説明する。
《Counter electrode》
The counter electrode used in the present invention will be described.

対向電極は、導電性を有するものであればよく、任意の導電性材料が用いられるが、I3 -イオン等の酸化や他のレドックスイオンの還元反応を充分な速さで行わせる触媒能を持ったものの使用が好ましい。このようなものとしては、白金電極、導電材料表面に白金めっきや白金蒸着を施したもの、ロジウム金属、ルテニウム金属、酸化ルテニウム、カーボン等が挙げられる。 Counter electrode, as long as it has conductivity, but any conductive material is used, I 3 - catalytic ability to perform fast enough the reduction reaction of oxidation and other redox ions such as ions It is preferable to use what you have. Examples of such a material include a platinum electrode, a surface of a conductive material subjected to platinum plating or platinum deposition, rhodium metal, ruthenium metal, ruthenium oxide, and carbon.

以下、実施例により本発明を説明するが、本発明はこれらに限定されない。   EXAMPLES Hereinafter, although an Example demonstrates this invention, this invention is not limited to these.

実施例1
《光電変換素子1の作製》
下記に記載のようにして、図1に示すような光電変換素子を作製した。
Example 1
<< Production of Photoelectric Conversion Element 1 >>
A photoelectric conversion device as shown in FIG. 1 was produced as described below.

チタンテトライソプロポキシド(和光純薬社製一級)62.5mlを純水375ml中に室温下、激しく攪拌しながら10分間で滴下し(白色の析出物が生成する)、次いで70%硝酸水を2.65ml加えて反応系を80℃に加熱した後、8時間攪拌を続けた。さらに該反応混合物の体積が約200mlになるまで減圧下に濃縮した後、純水を125ml、酸化チタン粉末(昭和タイタニウム社製スーパータイタニアF−6)140gを加えて酸化チタン懸濁液(約800ml)を調製した。フッ素をドープした酸化スズをコートした透明導電性ガラス板上に該酸化チタン懸濁液を塗布し、自然乾燥の後300℃で60分間焼成して、支持体上に膜状の酸化チタンを形成した。   62.5 ml of titanium tetraisopropoxide (first grade, manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) was dropped into 375 ml of pure water at room temperature with vigorous stirring for 10 minutes (a white precipitate was formed), and then 70% aqueous nitric acid was added. After 2.65 ml was added and the reaction system was heated to 80 ° C., stirring was continued for 8 hours. Furthermore, after concentrating under reduced pressure until the volume of the reaction mixture becomes about 200 ml, 125 ml of pure water and 140 g of titanium oxide powder (Super Titania F-6 manufactured by Showa Titanium Co., Ltd.) are added to a titanium oxide suspension (about 800 ml ) Was prepared. The titanium oxide suspension is applied onto a transparent conductive glass plate coated with fluorine-doped tin oxide, dried naturally and then fired at 300 ° C. for 60 minutes to form a film-like titanium oxide on the support. did.

ついで、メタノール溶液200ml中に、例示化合物I−1を5g溶解した溶液を調製し、上記膜状酸化チタン(光電変換材料用半導体層)を支持体ごと浸し、さらにトリフルオロ酢酸1gを加えて2時間超音波照射した。反応後膜状酸化チタン(光電変換材料用半導体層)をクロロホルムで洗浄し真空乾燥して、感光層2(光電変換材料用半導体)を作製した。   Next, a solution in which 5 g of Exemplified Compound I-1 was dissolved in 200 ml of methanol solution was prepared, the above-mentioned film-like titanium oxide (semiconductor layer for photoelectric conversion material) was immersed together with 1 g of trifluoroacetic acid, and 2 Ultrasonic irradiation for hours. After the reaction, the film-like titanium oxide (semiconductor layer for photoelectric conversion material) was washed with chloroform and vacuum dried to prepare a photosensitive layer 2 (semiconductor for photoelectric conversion material).

対向電極4として、フッ素をドープした酸化スズをコートし、さらにその上に白金を担持した透明導電性ガラス板を用い、前記導電性支持体1と前記対向電極4との間に体積比が1:4であるアセトニトリル/炭酸エチレンの混合溶媒に、テトラプロピルアンモニウムアイオダイドと沃素とを、それぞれの濃度が0.46モル/リットル、0.06モル/リットルとなるように溶解したレドックス電解質を入れた電荷移動層3を作製して、光電変換素子1を作製した。   As the counter electrode 4, a transparent conductive glass plate coated with fluorine-doped tin oxide and further carrying platinum thereon is used, and the volume ratio is 1 between the conductive support 1 and the counter electrode 4. : A redox electrolyte in which tetrapropylammonium iodide and iodine were dissolved in a mixed solvent of acetonitrile / ethylene carbonate of 4 to a concentration of 0.46 mol / liter and 0.06 mol / liter, respectively. The charge transfer layer 3 was produced, and the photoelectric conversion element 1 was produced.

《光電変換素子2〜18の作製》:本発明
光電変換素子1の作製において、例示化合物I−1を表1に記載の化合物に変更した以外は同様にして、光電変換素子2〜18を得た。
<< Preparation of Photoelectric Conversion Elements 2 to 18 >>: Present Invention In the preparation of photoelectric conversion element 1, except that Exemplified Compound I-1 was changed to the compounds shown in Table 1, photoelectric conversion elements 2 to 18 were obtained. It was.

《光電変換素子RA、RBの作製》:比較例
光電変換素子1の作製において、表1に記載の比較化合物RA、RBに変更した以外は同様にして、光電変換素子RA、RBを得た。
<< Preparation of Photoelectric Conversion Elements RA and RB >>: Comparative Example Photoelectric conversion elements RA and RB were obtained in the same manner as in the preparation of the photoelectric conversion element 1 except that the comparison compounds RA and RB shown in Table 1 were used.

Figure 2005078888
Figure 2005078888

《太陽電池SC−01〜SC−18の作製》:本発明
光電変換素子1の側面を樹脂で封入した後、リード線を取り付けて、本発明の太陽電池SC−01〜SC−18を各々3ロットずつ作製した。
<< Preparation of Solar Cells SC-01 to SC-18 >>: After the side surface of the photoelectric conversion element 1 of the present invention is encapsulated with a resin, lead wires are attached to each of the solar cells SC-01 to SC-18 of the present invention. Lots were made one by one.

《太陽電池SC−RA、SC−RBの作製》:比較例
上記の太陽電池SC−01の作製において、比較の光電変換素子RA、RBを各々用いた以外は同様にして、太陽電池SC−RA、SC−RBを各々3ロットずつ作製した。
<< Preparation of Solar Cells SC-RA and SC-RB >>: Comparative Example In the preparation of the above-described solar cell SC-01, solar cells SC-RA were similarly performed except that the comparative photoelectric conversion elements RA and RB were used. , 3 lots of SC-RB were prepared.

《太陽電池の光電変換特性評価》
上記で得られた太陽電池SC−01〜SC−18、及び太陽電池SC−RA、SC−RBの各々にソーラーシミュレーター(JASCO(日本分光)製、低エネルギー分光感度測定装置CEP−25)により100mW/m2の強度の光を照射した時の短絡電流密度Jsc(mA/cm2)および開放電圧値Voc(V)を測定し表1に示した。示した値は、同じ構成および作製方法の太陽電池3つについての測定結果の平均値とした。
<< Evaluation of photoelectric conversion characteristics of solar cells >>
Each of solar cells SC-01 to SC-18 obtained above and solar cells SC-RA and SC-RB is 100 mW by a solar simulator (manufactured by JASCO (JASCO), low energy spectral sensitivity measuring device CEP-25). Table 1 shows the short-circuit current density Jsc (mA / cm 2 ) and the open-circuit voltage value Voc (V) when irradiated with light having an intensity of / m 2 . The indicated value was the average value of the measurement results for three solar cells having the same configuration and production method.

Figure 2005078888
Figure 2005078888

表1より、比較に比べて、本発明の太陽電池は高い光電変換特性を示し、前記一般式(1)、(2)で表されるいずれか1種の化合物を用いることが有効であることがわかる。また、且つ、本発明の太陽電池SC−01〜SC−18は、ソーラーシミュレーターによる100mW/m2の光照射100時間を経ても光電変換効率の低下が認められず、安定性に優れていることが明らかになった。 From Table 1, compared with the comparison, the solar cell of the present invention exhibits high photoelectric conversion characteristics, and it is effective to use any one compound represented by the general formulas (1) and (2). I understand. Moreover, the solar cells SC-01 to SC-18 of the present invention are excellent in stability because no decrease in photoelectric conversion efficiency is observed even after 100 hours of light irradiation of 100 mW / m 2 by a solar simulator. Became clear.

本発明の光電変換素子の構造の一例を示す部分断面図である。It is a fragmentary sectional view which shows an example of the structure of the photoelectric conversion element of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

1 導電性支持体
2 感光層
3 電荷移動層
4 対向電極
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Conductive support body 2 Photosensitive layer 3 Charge transfer layer 4 Counter electrode

Claims (6)

下記一般式(1)で表される複素環化合物を含むことを特徴とする光電変換材料用半導体。
Figure 2005078888
〔式中、R1、R2は各々独立に水素原子又は置換基を表し、nが2以上の場合、繰り返される単位においてR1とR2は各々異なってもよく、また、R1とR2は環を形成してもよく、nが2以上の場合、隣接する繰り返し単位において、R1とR1あるいは、R2とR2間で環を形成してもよく、R3は水素原子又は置換基を表し、R4は水素原子、脂肪族基、芳香族基又は複素環基を表し、Z1は芳香族炭素環または複素環を形成するのに必要な原子群を表し、nは1,2,3又は4を表す。〕
The semiconductor for photoelectric conversion materials characterized by including the heterocyclic compound represented by following General formula (1).
Figure 2005078888
[Wherein, R 1, R 2 represents a hydrogen atom or a substituent independently when n is 2 or more, R 1 and R 2 in a unit which is repeated may be different from each other, also, R 1 and R 2 may form a ring, and when n is 2 or more, R 1 and R 1 or R 2 and R 2 may form a ring in adjacent repeating units, and R 3 is a hydrogen atom Or a substituent, R 4 represents a hydrogen atom, an aliphatic group, an aromatic group or a heterocyclic group, Z 1 represents an atomic group necessary to form an aromatic carbocycle or a heterocyclic ring, and n is 1, 2, 3 or 4 is represented. ]
下記一般式(2)で表される複素環化合物を含むことを特徴とする光電変換材料用半導体。
Figure 2005078888
〔式中、R1、R2は各々独立に水素原子又は置換基を表し、nが2以上の場合、繰り返される単位においてR1とR2は各々異なってもよく、また、R1とR2は環を形成してもよく、nが2以上の場合、隣接する繰り返し単位において、R1とR1あるいは、R2とR2間で環を形成してもよく、R3は水素原子又は置換基を表し、R4は水素原子、脂肪族基、芳香族基又は複素環基を表し、R5、R6、R7は各々独立に水素原子又は置換基を表し、R8、R9は脂肪族基、芳香族基又は複素環基を表し、また、R6とR8、R7とR9、R8とR9は環を形成してもよく、nは1,2,3又は4を表す。〕
The semiconductor for photoelectric conversion materials characterized by including the heterocyclic compound represented by following General formula (2).
Figure 2005078888
[Wherein, R 1, R 2 represents a hydrogen atom or a substituent independently when n is 2 or more, R 1 and R 2 in a unit which is repeated may be different from each other, also, R 1 and R 2 may form a ring, and when n is 2 or more, R 1 and R 1 or R 2 and R 2 may form a ring in adjacent repeating units, and R 3 is a hydrogen atom Or R 4 represents a hydrogen atom, an aliphatic group, an aromatic group or a heterocyclic group, R 5 , R 6 and R 7 each independently represents a hydrogen atom or a substituent, and R 8 , R 9 represents an aliphatic group, an aromatic group or a heterocyclic group, and R 6 and R 8 , R 7 and R 9 , R 8 and R 9 may form a ring, and n is 1, 2, 3 or 4 is represented. ]
前記一般式(1)、(2)において、R1とR2が環を形成し、形成した環構造がベンゼン環、フラン環、チオフェン環であることを特徴とする請求項1又は2に記載の光電変換材料用半導体。 The general formulas (1) and (2), wherein R 1 and R 2 form a ring, and the formed ring structure is a benzene ring, a furan ring, or a thiophene ring. Semiconductor for photoelectric conversion material. 前記光電変換材料用半導体が、金属酸化物半導体または金属硫化物半導体であることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の光電変換材料用半導体。 The said semiconductor for photoelectric conversion materials is a metal oxide semiconductor or a metal sulfide semiconductor, The semiconductor for photoelectric conversion materials of any one of Claims 1-3 characterized by the above-mentioned. 請求項1〜4のいずれか1項に記載の光電変換材料用半導体が導電性支持体上に設けられていることを特徴とする光電変換素子。 The photoelectric conversion element of any one of Claims 1-4 is provided on the electroconductive support body, The photoelectric conversion element characterized by the above-mentioned. 請求項5に記載の光電変換素子と、電荷移動層および対向電極とを有することを特徴とする太陽電池。 A solar cell comprising the photoelectric conversion element according to claim 5, a charge transfer layer, and a counter electrode.
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