JP2005085643A - Photoelectric conversion element - Google Patents

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武 羽生
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    • Y02E10/542Dye sensitized solar cells

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a photoelectric conversion element with excellent durability and transparency without photoelectric conversion performance deteriorated. <P>SOLUTION: In the photoelectric conversion element having a conductive layer, semiconductor nano-particle layer sensitized by dyes, charge transport layer and counter electrodes, the dyes are expressed in formula (1). <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明は、色素で増感された半導体ナノ粒子を用いた光電変換素子に関する。   The present invention relates to a photoelectric conversion element using semiconductor nanoparticles sensitized with a dye.

太陽光電池は単結晶シリコン、多結晶、アモルファスシリコン光電変換素子を応用した太陽光電池が実用化開発の対象となっているが、普及させる上で製造コスト、原材料確保、投資回収期間が長いなどの問題点を克服する必要がある。一方、大面積化や低価格化を指向した有機材料を用いた太陽光電池もこれまでにも多く提案されているが、変換効率が低く、耐久性も悪いという問題があった。かかる状況下で、色素によって増感された半導体ナノ粒子を用いた光電変換素子を作製するための材料および製造技術が開示され(例えば、非特許文献1及び特許文献1参照。)た。提案された素子は、ルテニウム錯体によって分光増感された二酸化チタン多孔質薄膜を作用電極とする湿式光電変換素子であった。この方式の第一の利点は二酸化チタン等の酸化物半導体を用いることができるため、安価な光電変換素子を提供できる点であり、第二の利点は用いられる色素の吸収が比較的広域なため、可視光線のほぼ全波長領域の光を電気に変換できることである。しかし、電荷輸送材料として、低沸点の有機溶剤を用いるため、その耐久性が懸念された。   Photovoltaic cells are the targets of practical development of solar cells that apply single-crystal silicon, polycrystal, or amorphous silicon photoelectric conversion elements. However, problems such as long manufacturing costs, securing raw materials, and long investment recovery periods are necessary for widespread use. It is necessary to overcome the point. On the other hand, many solar cells using organic materials aimed at increasing the area and reducing the cost have been proposed so far, but have the problems of low conversion efficiency and poor durability. Under such circumstances, materials and manufacturing techniques for producing a photoelectric conversion element using semiconductor nanoparticles sensitized with a dye have been disclosed (see, for example, Non-Patent Document 1 and Patent Document 1). The proposed device was a wet photoelectric conversion device using a porous titanium dioxide thin film spectrally sensitized with a ruthenium complex as a working electrode. The first advantage of this method is that an oxide semiconductor such as titanium dioxide can be used, so that an inexpensive photoelectric conversion element can be provided. The second advantage is that the absorption of the dye used is relatively wide. In other words, light in almost all wavelength regions of visible light can be converted into electricity. However, since an organic solvent having a low boiling point is used as the charge transport material, there is a concern about its durability.

そこで、種々の安定化した電荷輸送材料が提案された。例えば、経時したときの電解液の揮発や蒸散を防ぐため、ヨウ化銅やチオシアン化銅等無機正孔輸送材料を用いて固体化した光電変換素子が提案されている。しかし、これらのホール輸送材料を用いた光電変換素子は、短絡をおこしやすく、かつ経時劣化が激しいという問題があった。又、これらの方法は、ホール輸送層を作製する工程で、半導体に吸着させた色素が劣化する、即ち光電変換効率が低下するという問題があり、更に、経時によっても光電変換性能の劣化が大きいという問題があった。下記特許文献2には、フタロシアニン色素が提案されているが透過率が低く、使用上採光窓に添付して使用したい場合、透明性が犠牲になるという問題があった。
Nature:第353巻、第737〜740頁(1991年) 米国特許第4,927,721号明細書 特開2003−152208号公報 (第1頁〜6頁)
Therefore, various stabilized charge transport materials have been proposed. For example, in order to prevent volatilization and transpiration of the electrolyte solution over time, a photoelectric conversion element solidified using an inorganic hole transport material such as copper iodide or copper thiocyanide has been proposed. However, the photoelectric conversion elements using these hole transport materials have a problem that they are easily short-circuited and deteriorate with time. In addition, these methods have a problem that the dye adsorbed on the semiconductor is deteriorated in the step of forming the hole transport layer, that is, the photoelectric conversion efficiency is lowered, and further, the photoelectric conversion performance is greatly deteriorated with time. There was a problem. In Patent Document 2 below, a phthalocyanine dye is proposed, but the transmittance is low, and there is a problem that transparency is sacrificed when it is desired to use it attached to a daylighting window.
Nature: 353, 737-740 (1991) US Pat. No. 4,927,721 JP 2003-152208 A (pages 1 to 6)

本発明の目的は、光電変換性能を劣化させることなく、かつ、耐久性に優れた光電変換素子を提供することである。更には透明性のある光電変換素子を提供することにある。   The objective of this invention is providing the photoelectric conversion element excellent in durability, without deteriorating photoelectric conversion performance. Furthermore, it is providing the photoelectric conversion element with transparency.

本発明の上記目的は、以下の構成により達成することができる。
(請求項1)
導電層、色素により増感された半導体ナノ粒子層、電荷輸送層および対極を有する光電変換素子において、該色素が下記一般式(1)で示されることを特徴とする光電変換素子。
The above object of the present invention can be achieved by the following configuration.
(Claim 1)
A photoelectric conversion element having a conductive layer, a semiconductor nanoparticle layer sensitized with a dye, a charge transport layer, and a counter electrode, wherein the dye is represented by the following general formula (1).

Figure 2005085643
Figure 2005085643

(式中、Z1及びZ2はヘテロ原子を表し、それぞれR1、R2、R3、R4、R5、Y1、Y2、Y3、Y4、Y5及びY6は水素原子又は置換基を表す。Xは電荷を中和するに必要な対イオンを表す。nは、0または1を表し、分子内塩の場合は0である。)
(請求項2)
前記電荷輸送層中に多孔性の隔離層を設け、かつ、ホール輸送材料が非揮発性化合物であることを特徴とする請求項1に記載の光電変換素子。
(請求項3)
前記半導体ナノ粒子層がアナターゼ型酸化チタンであることを特徴とする請求項1又は2に記載の光電変換素子。
(請求項4)
前記導電層が3価又は5価の金属原子がドープされている酸化錫を主成分とす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素子。
(In the formula, Z 1 and Z 2 represent heteroatoms, and R 1 , R 2 , R 3 , R 4 , R 5 , Y 1 , Y 2 , Y 3 , Y 4 , Y 5 and Y 6 are each hydrogen. Represents an atom or a substituent, X represents a counter ion necessary for neutralizing the electric charge, n represents 0 or 1, and is 0 in the case of an inner salt.)
(Claim 2)
The photoelectric conversion element according to claim 1, wherein a porous isolation layer is provided in the charge transport layer, and the hole transport material is a non-volatile compound.
(Claim 3)
The photoelectric conversion element according to claim 1, wherein the semiconductor nanoparticle layer is anatase-type titanium oxide.
(Claim 4)
The photoelectric conversion element according to claim 1, wherein the conductive layer is mainly composed of tin oxide doped with a trivalent or pentavalent metal atom.

本発明により、光電変換性能を劣化させることなく、耐久性、透明性に優れた光電変換素子を提供することができた。   According to the present invention, a photoelectric conversion element having excellent durability and transparency can be provided without deteriorating photoelectric conversion performance.

本発明を更に詳しく説明する。本発明の光電変換素子は、少なくとも導電層、色素により増感された半導体ナノ粒子層、電荷輸送層および対極より構成される。
以下各層について詳細に説明する。
The present invention will be described in more detail. The photoelectric conversion element of the present invention comprises at least a conductive layer, a semiconductor nanoparticle layer sensitized with a dye, a charge transport layer, and a counter electrode.
Each layer will be described in detail below.

導電層は、導電層の単層、又は導電層および基板の複層からなる。単層の場合は、導電層として強度や密封性が充分に保持されるような材料が使用され、例えば、金属材料(白金、金、銀、銅、亜鉛、チタン、アルミニウム等又はこれらを含む合金)を用いることができる。複層の場合、感光層側に導電剤を含む導電層を有する基板を使用することができる。好ましい導電剤としては金属(例えば白金、金、銀、銅、亜鉛、チタン、アルミニウム、インジウム等又はこれらを含む合金)、炭素、カーボンナノチューブ、カーボンナノホーン又は導電性金属酸化物(インジウム−錫複合酸化物、酸化錫にフッ素又はアンチモン等の3価又は5価の金属原子をドープしたもの等)が挙げられる。導電層の厚さは10nm〜10μm程度が好ましい。   The conductive layer is composed of a single layer of a conductive layer or a multilayer of a conductive layer and a substrate. In the case of a single layer, a material that sufficiently retains strength and hermeticity is used as the conductive layer. For example, a metal material (platinum, gold, silver, copper, zinc, titanium, aluminum, etc. or an alloy containing these materials) ) Can be used. In the case of multiple layers, a substrate having a conductive layer containing a conductive agent on the photosensitive layer side can be used. Preferred conductive agents include metals (eg, platinum, gold, silver, copper, zinc, titanium, aluminum, indium, etc. or alloys containing these), carbon, carbon nanotubes, carbon nanohorns, or conductive metal oxides (indium-tin composite oxidation). And tin oxide doped with a trivalent or pentavalent metal atom such as fluorine or antimony). The thickness of the conductive layer is preferably about 10 nm to 10 μm.

導電層は表面抵抗が低い程よい。好ましい表面抵抗の範囲は50Ω/□以下であり、更に好ましくは20Ω/□以下である。導電層から光を照射する場合には、導電層側は実質的に透明であるのが好ましい。実質的に透明であるとは、可視〜近赤外領域(400〜750nm)の光の全域において透過率が10%以上であることを意味し、50%以上であるのが好ましく、80%以上がより好ましい。特に、感光層が感度を有する波長域の透過率が高いことが好ましい。   The conductive layer preferably has a lower surface resistance. The range of the surface resistance is preferably 50Ω / □ or less, more preferably 20Ω / □ or less. When irradiating light from the conductive layer, the conductive layer side is preferably substantially transparent. The term “substantially transparent” means that the transmittance is 10% or more in the entire range of light in the visible to near infrared region (400 to 750 nm), preferably 50% or more, and preferably 80% or more. Is more preferable. In particular, it is preferable that the transmittance in a wavelength region where the photosensitive layer is sensitive is high.

導電層を支える透明導電性支持体としては、ガラス又はプラスチック等の透明基板の表面に導電性金属酸化物からなる透明導電層を塗布又は蒸着等により形成したものが好ましい。透明導電層として好ましいものは、フッ素若しくはアンチモンをドーピングした二酸化錫或いはインジウム−錫酸化物である。透明基板には低コストと強度の点で有利なソーダガラス、アルカリ溶出の影響のない無アルカリガラス等のガラス基板のほか、透明ポリマーフィルムを用いることができる。透明ポリマーフィルムの材料としては、トリアセチルセルロース(TAC)、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリエチレンナフタレート(PEN)、シンジオタクチックポリスチレン(SPS)、ポリフェニレンスルフィド(PPS)、ポリカーボネート(PC)、ポリアリレート(PAr)、ポリスルフォン(PSF)、ポリエステルスルフォン(PES)、ポリイミド(PI)、ポリエーテルイミド(PEI)、環状ポリオレフィン、ブロム化フェノキシ樹脂等がある。十分な透明性を確保するために、導電性金属酸化物の塗布量はガラス又はプラスチックの支持体1m2当たり0.01〜100gとするのが好ましい。 As the transparent conductive support that supports the conductive layer, a transparent conductive layer made of a conductive metal oxide is preferably formed on the surface of a transparent substrate such as glass or plastic by coating or vapor deposition. Preferred as the transparent conductive layer is tin dioxide or indium-tin oxide doped with fluorine or antimony. As the transparent substrate, a transparent polymer film can be used in addition to a glass substrate such as soda glass which is advantageous in terms of low cost and strength, alkali-free glass which is not affected by alkali elution. Examples of transparent polymer film materials include triacetyl cellulose (TAC), polyethylene terephthalate (PET), polyethylene naphthalate (PEN), syndiotactic polystyrene (SPS), polyphenylene sulfide (PPS), polycarbonate (PC), polyarylate ( PAr), polysulfone (PSF), polyester sulfone (PES), polyimide (PI), polyetherimide (PEI), cyclic polyolefin, brominated phenoxy resin, and the like. In order to ensure sufficient transparency, the coating amount of the conductive metal oxide is preferably 0.01 to 100 g per 1 m 2 of the glass or plastic support.

透明導電性支持体の抵抗を下げる目的で金属リードを用いるのが好ましい。金属リードの材質は白金、金、ニッケル、チタン、アルミニウム、銅、銀、等の金属が好ましい。金属リードは透明基板に蒸着、スパッタリング等によって設置し、その上に導電性の酸化錫又は酸化亜鉛膜等の透明導電層を設けるのが好ましい。金属リードを設置することによる入射光量の低下は、好ましくは10%以内、より好ましくは1〜5%とする。   It is preferable to use a metal lead for the purpose of reducing the resistance of the transparent conductive support. The material of the metal lead is preferably a metal such as platinum, gold, nickel, titanium, aluminum, copper, or silver. The metal lead is preferably provided on a transparent substrate by vapor deposition, sputtering, or the like, and a transparent conductive layer such as a conductive tin oxide or zinc oxide film is provided thereon. The decrease in the amount of incident light due to the installation of the metal lead is preferably within 10%, more preferably 1 to 5%.

感光層において、半導体は感光体として作用し、光を吸収して電荷分離を行い、電子と正孔を生ずる。色素増感された半導体では、光吸収及びこれによる電子及び正孔の発生は主として色素において起こり、半導体ナノ粒子はこの電子(又は正孔)を受け取り、伝達する役割を担う。本発明で用いる半導体は、光励起下で伝導体電子がキャリアーとなり、アノード電流を与えるn型半導体であることが好ましい。   In the photosensitive layer, the semiconductor acts as a photoconductor, absorbs light, separates charges, and generates electrons and holes. In dye-sensitized semiconductors, light absorption and thus the generation of electrons and holes occurs mainly in the dye, and the semiconductor nanoparticles are responsible for receiving and transmitting these electrons (or holes). The semiconductor used in the present invention is preferably an n-type semiconductor in which conductor electrons become carriers under photoexcitation and give an anode current.

半導体半導体としては、シリコン、ゲルマニウムのような単体半導体、周期律表のIII〜V族元素の化合物半導体、金属のカルコゲナイド(例えば酸化物、硫化物、セレン化物、又はそれらの複合物等)、又はペロブスカイト構造を有する化合物(例えばチタン酸ストロンチウム、チタン酸カルシウム、チタン酸ナトリウム、チタン酸バリウム、ニオブ酸カリウム等)等を使用することができる。   Examples of semiconductor semiconductors include single semiconductors such as silicon and germanium, compound semiconductors of group III to V elements of the periodic table, metal chalcogenides (eg, oxides, sulfides, selenides, or composites thereof), or A compound having a perovskite structure (for example, strontium titanate, calcium titanate, sodium titanate, barium titanate, potassium niobate, etc.) can be used.

好ましい金属のカルコゲナイドとして、チタン、錫、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、又はタンタルの酸化物、亜鉛、銀、アンチモン又はビスマスの硫化物等が挙げられる。   Preferred metal chalcogenides include titanium, tin, zinc, iron, tungsten, zirconium, hafnium, strontium, indium, cerium, yttrium, lanthanum, vanadium, niobium, or tantalum oxide, zinc, silver, antimony or bismuth sulfide. Etc.

本発明に用いる半導体の好ましい具体例は、Si、TiO2、SnO2、ZnO、Nb25、CdS、ZnS、PbS、Bi23、CdSe、CdTe、SrTiO3、GaP、InP等であり、より好ましくはTiO2、ZnO、SnO2、WO3、Nb25、SrTiO3、InP、であり、特に好ましくはTiO2又はNb25であり、最も好ましくはTiO2である。TiO2は、アナターゼ型結晶を70%以上含むTiO2が好ましく、特に好ましくは100%アナターゼ型結晶のTiO2である。又、これらの半導体中の電子電導性を上げる目的で金属をドープすることも有効である。ドープする金属としては、3価及び5価の金属が好ましい。半導体から電荷輸送層へ逆電流が流れるのを防止する目的で、半導体にハロゲン原子をドープすることも有効である。 Preferred specific examples of the semiconductor used in the present invention are Si, TiO 2 , SnO 2 , ZnO, Nb 2 O 5 , CdS, ZnS, PbS, Bi 2 S 3 , CdSe, CdTe, SrTiO 3 , GaP, InP, and the like. TiO 2 , ZnO, SnO 2 , WO 3 , Nb 2 O 5 , SrTiO 3 , InP, more preferably TiO 2 or Nb 2 O 5 , most preferably TiO 2 . The TiO 2 is preferably TiO 2 containing 70% or more of anatase type crystals, particularly preferably 100% anatase type TiO 2 . It is also effective to dope metals for the purpose of increasing the electronic conductivity in these semiconductors. As the metal to be doped, trivalent and pentavalent metals are preferable. In order to prevent a reverse current from flowing from the semiconductor to the charge transport layer, it is also effective to dope the semiconductor with a halogen atom.

本発明に用いる半導体は、単結晶でも多結晶でもよいが、製造コスト、原材料確保、投資回収期間等の観点からは、半導体ナノ粒子からなる多孔質膜が特に好ましい。   The semiconductor used in the present invention may be single crystal or polycrystalline, but a porous film made of semiconductor nanoparticles is particularly preferable from the viewpoint of production cost, securing raw materials, investment recovery period, and the like.

半導体ナノ粒子の粒径は、一般に1nm〜1μmのレベルであるが、投影面積を円に換算したときの直径から求めた一次粒子の平均粒径は5〜200nmであるのが好ましく、8〜100nmがより好ましい。又分散液中の半導体ナノ粒子(二次粒子)の平均粒径は0.01〜30μmが好ましい。粒径分布の異なる2種類以上の微粒子を混合してもよく、この場合小さい粒子の平均サイズは25nm以下であるのが好ましく、より好ましくは10nm以下である。   The particle size of the semiconductor nanoparticles is generally at a level of 1 nm to 1 μm, but the average particle size of the primary particles obtained from the diameter when the projected area is converted into a circle is preferably 5 to 200 nm, preferably 8 to 100 nm. Is more preferable. The average particle size of the semiconductor nanoparticles (secondary particles) in the dispersion is preferably 0.01 to 30 μm. Two or more kinds of fine particles having different particle size distributions may be mixed. In this case, the average size of the small particles is preferably 25 nm or less, more preferably 10 nm or less.

半導体ナノ粒子は種類の異なる2種以上の混合であってもよい。2種以上の半導体ナノ粒子を混合して使用する場合、1種は、TiO2、ZnO、Nb25若しくはSrTiO3であることが好ましい。又もう1種としては、SnO2、WO3であることが好ましい。更に好ましい組み合わせとしては、ZnOとSnO2、ZnOとWO3又はZnO、SnO2とWO3等の組み合わせを挙げることができる。2種以上の半導体ナノ粒子を混合して用いる場合、それぞれの粒径が異なっていても良い。特に上記1種目として挙げた半導体ナノ粒子の粒径が大きく、2種目として挙げた半導体ナノ粒子が小さい組み合わせが好ましい。好ましくは、大きい粒径の粒子が100nm以上、例えば100〜500nmで、小さい粒径の粒子が15nm以下、例えば2〜15nmのサイズの粒子の組み合わせである。 The semiconductor nanoparticles may be a mixture of two or more different types. When two or more kinds of semiconductor nanoparticles are used in combination, one kind is preferably TiO 2 , ZnO, Nb 2 O 5 or SrTiO 3 . As another kind, SnO 2 and WO 3 are preferable. More preferred combinations include ZnO and SnO 2 , ZnO and WO 3 or ZnO, SnO 2 and WO 3, and the like. When mixing and using 2 or more types of semiconductor nanoparticles, each particle size may differ. Particularly preferred is a combination in which the semiconductor nanoparticles mentioned as the first type are large in particle size and the semiconductor nanoparticles mentioned as the second type are small. Preferably, a combination of particles having a large particle size of 100 nm or more, for example, 100 to 500 nm, and a small particle size of 15 nm or less, for example, 2 to 15 nm.

半導体ナノ粒子を導電性支持体上に塗布するには、半導体ナノ粒子の分散液又はコロイド溶液を導電性支持体上に塗布する方法の他に、ゾル−ゲル法等を使用することもできる。光電変換素子の量産化、半導体ナノ粒子液の物性、導電性支持体の融通性等を考慮した場合、湿式の製膜方法が比較的有利である。湿式の製膜方法としては、塗布法、印刷法、電解析出法及び電着法が代表的である。又、金属を酸化する方法、金属溶液から配位子交換等で液相にて析出させる方法、スパッタ等で蒸着する方法、或いは加温した基板上に熱分解する金属酸化物前駆体を吹き付けて金属酸化物を形成する方法を利用することもできる。   In order to apply the semiconductor nanoparticles on the conductive support, a sol-gel method or the like can be used in addition to a method of applying a dispersion or colloidal solution of the semiconductor nanoparticles on the conductive support. In consideration of mass production of photoelectric conversion elements, physical properties of a semiconductor nanoparticle liquid, flexibility of a conductive support, and the like, a wet film forming method is relatively advantageous. Typical examples of the wet film forming method include a coating method, a printing method, an electrolytic deposition method, and an electrodeposition method. Also, a method of oxidizing metal, a method of depositing in a liquid phase from a metal solution by exchanging ligands, a method of depositing by sputtering, etc., or spraying a metal oxide precursor that thermally decomposes on a heated substrate A method of forming a metal oxide can also be used.

半導体ナノ粒子の分散液を作製する方法としては、前述のゾル−ゲル法の他に、乳鉢ですり潰す方法、ミルを使って粉砕しながら分散する方法、或いは半導体を合成する際に溶媒中で微粒子として析出させそのまま使用する方法等が挙げられる。   In addition to the sol-gel method described above, a method of preparing a dispersion of semiconductor nanoparticles includes a method of grinding with a mortar, a method of dispersing while pulverizing using a mill, or a solvent when synthesizing a semiconductor. The method of depositing as a fine particle and using it as it is is mentioned.

分散媒としては、水又は各種の有機溶媒(例えばメタノール、エタノール、イソプロピルアルコール、シトロネロール、ターピネオール、ジクロロメタン、アセトン、アセトニトリル、酢酸エチル等)が挙げられる。分散の際、必要に応じて例えばポリエチレングリコール、ヒドロキシエチルセルロース、カルボキシメチルセルロースのようなポリマー、界面活性剤、酸、又はキレート剤等を分散助剤として用いてもよい。ポリエチレングリコールの分子量を変えることで、分散液の粘度が調節可能となり、更に剥がれにくい半導体層を形成したり、半導体層の空隙率をコントロールできるので、ポリエチレングリコールを添加することは好ましい。   Examples of the dispersion medium include water or various organic solvents (for example, methanol, ethanol, isopropyl alcohol, citronellol, terpineol, dichloromethane, acetone, acetonitrile, ethyl acetate, and the like). At the time of dispersion, for example, a polymer such as polyethylene glycol, hydroxyethyl cellulose, carboxymethyl cellulose, a surfactant, an acid, a chelating agent, or the like may be used as a dispersion aid. By changing the molecular weight of the polyethylene glycol, the viscosity of the dispersion can be adjusted, and a semiconductor layer that is difficult to peel off can be formed and the porosity of the semiconductor layer can be controlled. Therefore, it is preferable to add polyethylene glycol.

塗布方法としては、アプリケーション(塗布液適用)システムとしてローラ法、ディップ法等、メータリング(塗布量制御)システムとしてエアーナイフ法、ブレード法等、又アプリケーションとメータリングを同一部分で行うシステムとして、特公昭58−4589号公報に開示されているワイヤーバー法、米国特許2,681,294号、同2,761,419号、同2,761,791号等の各公報に記載のスライドホッパー法、エクストルージョン法及びカーテンコート法が好ましい。又、そのほかの汎用手段としてスピンコート法やスプレーコート法も好ましい。更に、湿式印刷方法も好ましく、凸版、オフセット及びグラビアの3大印刷法をはじめ、凹版、ゴム版、スクリーン印刷等が好ましい。これらの中から、液粘度やウェット厚さに応じて、好ましい製膜方法を選択できる。   As an application method, the roller method, dip method, etc. as an application (application liquid application) system, the air knife method, blade method, etc. as a metering (application amount control) system, and a system that performs application and metering in the same part, The wire bar method disclosed in Japanese Patent Publication No. 58-4589, the slide hopper method described in US Pat. Nos. 2,681,294, 2,761,419, 2,761,791, and the like. The extrusion method and the curtain coating method are preferred. In addition, spin coating and spray coating are also preferred as other general-purpose means. Furthermore, a wet printing method is also preferable, and intaglio, rubber plate, screen printing, etc. are preferable, including three major printing methods of letterpress, offset and gravure. From these, a preferred film forming method can be selected according to the liquid viscosity and the wet thickness.

半導体ナノ粒子の層は単層に限らず、粒径の違った半導体ナノ粒子の分散液を多層塗布したり、種類が異なる半導体ナノ粒子(或いは異なるバインダー、添加剤)を含有する塗布層を多層塗布したりすることもできる。一度の塗布で膜厚が不足の場合にも多層塗布は有効である。一般に半導体ナノ粒子層の厚さ(感光層の厚さと同じ)が厚くなるほど単位投影面積当たりの担持色素量が増えるため、光の捕獲率が高くなるが、生成した電子の拡散距離が増すため電荷再結合によるロスも大きくなる。したがって、半導体ナノ粒子層の好ましい厚さは0.05〜100μmである。光素子に用いる場合、半導体ナノ粒子層の厚さは1〜30μmが好ましく、2〜25μmがより好ましい。半導体ナノ粒子の支持体1m2当たり塗布量は0.5〜100gが好ましく、3〜50gがより好ましい。 The semiconductor nanoparticle layer is not limited to a single layer, but a multi-layer coating of a dispersion of semiconductor nanoparticles having different particle sizes, or a multi-layer coating layer containing different types of semiconductor nanoparticles (or different binders and additives). It can also be applied. Multi-layer coating is also effective when the film thickness is insufficient with a single coating. In general, as the thickness of the semiconductor nanoparticle layer (same as the photosensitive layer) increases, the amount of supported dye increases per unit projected area, so the light capture rate increases, but the diffusion distance of the generated electrons increases, resulting in a charge. Loss due to recombination also increases. Accordingly, the preferred thickness of the semiconductor nanoparticle layer is 0.05 to 100 μm. When used in an optical element, the thickness of the semiconductor nanoparticle layer is preferably 1 to 30 μm, and more preferably 2 to 25 μm. The coating amount per 1 m 2 of the semiconductor nanoparticle support is preferably 0.5 to 100 g, more preferably 3 to 50 g.

半導体ナノ粒子を導電性支持体上に塗布した後、半導体ナノ粒子同士を電子的に接触させるとともに、塗膜強度の向上や支持体との密着性を向上させるために、加熱又は加圧処理するのが好ましい。好ましい加熱温度の範囲は40℃以上900℃以下であり、より好ましくは130℃以上600℃以下である。又加熱時間は10分〜10時間程度である。ポリマーフィルムのように融点や軟化点の低い支持体を用いる場合、高温処理は支持体の劣化を招くため、好ましくない。又コストの観点からもできる限り低温(例えば60℃〜360℃)であるのが好ましい。加熱処理温度の低温化は、5nm以下の小さい半導体ナノ粒子を用いること、鉱酸、金属酸化物プレカーサーの存在下で加熱処理すること等により可能となり、又、紫外線、赤外線、マイクロ波等の照射を加えることや電界、超音波を印加することによって行うことができる。これらの各手段は、適宜組み合わせて用いることもできる。同時に不要な有機物等を除去する目的で、上記の照射や印加のほか加熱、減圧、酸素プラズマ処理、純水洗浄、溶剤洗浄、ガス洗浄等を適宜組み合わせて併用することが好ましい。半導体ナノ粒子から電荷輸送層へ逆電流が流れるのを防止する目的で、粒子表面に色素以外の電子電導性の低い有機物を吸着させることも有効である。吸着させる有機物としては疎水性基を持つ脂肪酸等の有機化合物が好ましい。   After applying the semiconductor nanoparticles on the conductive support, the semiconductor nanoparticles are brought into electronic contact with each other, and heated or pressurized to improve the coating strength and the adhesion to the support. Is preferred. The range of preferable heating temperature is 40 ° C. or higher and 900 ° C. or lower, more preferably 130 ° C. or higher and 600 ° C. or lower. The heating time is about 10 minutes to 10 hours. When using a support having a low melting point or softening point such as a polymer film, high temperature treatment is not preferable because it causes deterioration of the support. Moreover, it is preferable that it is as low as possible (for example, 60 degreeC-360 degreeC) also from a viewpoint of cost. The heat treatment temperature can be lowered by using small semiconductor nanoparticles of 5 nm or less, heat treatment in the presence of mineral acid, metal oxide precursor, etc., and irradiation with ultraviolet rays, infrared rays, microwaves, etc. Or by applying an electric field or ultrasonic waves. These means can be used in appropriate combination. At the same time, for the purpose of removing unnecessary organic substances and the like, it is preferable to use a combination of irradiation, application, heating, decompression, oxygen plasma treatment, pure water cleaning, solvent cleaning, gas cleaning and the like in combination as appropriate. For the purpose of preventing a reverse current from flowing from the semiconductor nanoparticles to the charge transport layer, it is also effective to adsorb an organic substance having a low electronic conductivity other than the dye on the particle surface. The organic substance to be adsorbed is preferably an organic compound such as a fatty acid having a hydrophobic group.

半導体ナノ粒子層は、多くの色素を吸着することができるように大きい表面積を有することが好ましい。半導体ナノ粒子の層を支持体上に塗布した状態での表面積は、投影面積に対して10倍以上であるのが好ましく、更に100倍以上であるのが好ましい。この上限は特に制限はないが、通常1000倍程度である。   The semiconductor nanoparticle layer preferably has a large surface area so that a large amount of dye can be adsorbed. The surface area of the semiconductor nanoparticle layer coated on the support is preferably 10 times or more, more preferably 100 times or more the projected area. This upper limit is not particularly limited, but is usually about 1000 times.

色素感光層に用いる増感色素は、一般式(1)で示される赤外色素が好ましく、可視域や近赤外域に吸収を有しない、或いは吸収の少ない半導体を増感しうる色素が最も好ましい。   The sensitizing dye used in the dye-sensitive layer is preferably an infrared dye represented by the general formula (1), and most preferably a dye that has no absorption in the visible region or near infrared region, or can sensitize a semiconductor with little absorption. .

上記一般式(1)中、Z1及びZ2は、同一でも異なっていてもよく、ヘテロ原子を表し、硫黄原子またはセレン原子が好ましい。 In the general formula (1), Z 1 and Z 2 may be the same or different, each represents a hetero atom, and preferably a sulfur atom or a selenium atom.

1及びY4は水素原子を表すほか、Y2が水素原子でない場合のY1、及びY5が水素原子でない場合のY4はメチル基、エチル基、ヒドロキシ基またはメトキシ基をも表す。Y2及びY5は水素原子、炭素数3以下の置換されていても良いアルキル基(より好ましくは、例えば、メチル基、エチル基、プロピル基、メトキシメチル基、ヒドロキシエチル基等。)、ヒドロキシ基、メトキシ基、エトキシ基、単環式アリール基(より好ましくは、例えば、フェニル基、トリル基、アニシル基、2−ピリジル基、4−ピリジル基、2−チエニル基、2−フリル基等)、アセチルアミノ基及びプロピオニルアミノ基を表すほか、Y2はY1とで、Y5はY4とで、それぞれ連結し、メチレンジオキシ基、トリメチレン基またはテトラメチレン基をも表す。Y3及びY6は水素原子を表すほか、Y3はY2と、Y6とY5とで、それぞれ連結し、メチレンジオキシ基、エチレンジオキシ基、トリメチレン基、テトラメチレン基、またはテトラデヒドロテトラメチレン基をも表す。 Y 1 and Y 4 each represent a hydrogen atom, Y 1 when Y 2 is not a hydrogen atom, and Y 4 when Y 5 is not a hydrogen atom also represent a methyl group, an ethyl group, a hydroxy group, or a methoxy group. Y 2 and Y 5 are a hydrogen atom, an optionally substituted alkyl group having 3 or less carbon atoms (more preferably, for example, a methyl group, an ethyl group, a propyl group, a methoxymethyl group, a hydroxyethyl group, etc.), hydroxy Group, methoxy group, ethoxy group, monocyclic aryl group (more preferably, for example, phenyl group, tolyl group, anisyl group, 2-pyridyl group, 4-pyridyl group, 2-thienyl group, 2-furyl group, etc.) In addition to acetylamino group and propionylamino group, Y 2 is connected to Y 1 and Y 5 is connected to Y 4 to represent a methylenedioxy group, trimethylene group or tetramethylene group. Y 3 and Y 6 each represent a hydrogen atom, and Y 3 is linked with Y 2 , Y 6 and Y 5 , respectively, to form a methylenedioxy group, ethylenedioxy group, trimethylene group, tetramethylene group, or tetra Also represents a dehydrotetramethylene group.

1及びR2は同一でも異なっていてもよく、総炭素数12以下の置換されていてもよいアルキル基又はアルケニル基を表す。アルキル基及びアルケニル基のより好ましい置換基としては、例えば、スルホ基、カルボキシ基、ハロゲン原子、ヒドロキシ基、炭素数6以下のアルコキシ基、炭素数12以下の置換されていてもよいアリール基(例えば、フェニル基、トリル基、スルホフェニル基、カルボキシフェニル基、ナフチル基、5−メチルナフチル基、4−スルホナフチル基等)、複素環基(例えば、フリル基、チエニル基等)、炭素数12以下の置換されていてもよいアリールオキシ基(例えば、クロロフェノキシ基、フェノキシ基、スルホフェノキシ基、ヒドロキシフェノキシ基、ナフチルオキシ基等)、炭素数8以下のアシル基(例えば、ベンゼンスルホニル基、メタンスルホニル基、アセチル基、プロピオニル基等)、炭素数6以下のアルコキシカルボニル基(例えば、エトキシカルボニル基、ブトキシカルボニル基等)、シアノ基、炭素数6以下のアルキルチオ基(例えば、メチルチオ基、エチルチオ基等)、炭素数8以下の置換されていてもよいアリールチオ基(例えば、フェニルチオ基、トリルチオ基等)、炭素数12以下の置換されていてもよいカルバモイル基(例えば、カルバモイル基、N−エチルカルバモイル基等)、炭素数12以下のアシルアミノ基(例えば、アセチルアミノ基、メタンスルホンアミノ基等)、炭素数8以下のアシルアミノカルボニル基(例えば、アセチルアミノカルボニル基、メタンスルホニルアミノカルボニル基等)、炭素数7以下のウレイド基(例えば、3−エチルウレイド基、3,3−ジメチルウレイド基等)等が挙げられる。置換基は、一個以上有していてもよい。 R 1 and R 2 may be the same or different and each represents an optionally substituted alkyl group or alkenyl group having a total carbon number of 12 or less. More preferable substituents for the alkyl group and alkenyl group include, for example, a sulfo group, a carboxy group, a halogen atom, a hydroxy group, an alkoxy group having 6 or less carbon atoms, and an optionally substituted aryl group having 12 or less carbon atoms (for example, Phenyl group, tolyl group, sulfophenyl group, carboxyphenyl group, naphthyl group, 5-methylnaphthyl group, 4-sulfonaphthyl group, etc.), heterocyclic group (for example, furyl group, thienyl group, etc.), carbon number 12 or less Optionally substituted aryloxy groups (for example, chlorophenoxy group, phenoxy group, sulfophenoxy group, hydroxyphenoxy group, naphthyloxy group, etc.), acyl groups having 8 or less carbon atoms (for example, benzenesulfonyl group, methanesulfonyl group) Group, acetyl group, propionyl group, etc.), alkoxycarbon having 6 or less carbon atoms Group (for example, ethoxycarbonyl group, butoxycarbonyl group, etc.), cyano group, alkylthio group having 6 or less carbon atoms (for example, methylthio group, ethylthio group, etc.), optionally substituted arylthio group having 8 or less carbon atoms (for example, , Phenylthio group, tolylthio group, etc.), an optionally substituted carbamoyl group having 12 or less carbon atoms (for example, carbamoyl group, N-ethylcarbamoyl group, etc.), an acylamino group having 12 or less carbon atoms (for example, acetylamino group, Methanesulfonamino group and the like), acylaminocarbonyl group having 8 or less carbon atoms (for example, acetylaminocarbonyl group and methanesulfonylaminocarbonyl group), ureido group having 7 or less carbon atoms (for example, 3-ethylureido group, 3, 3-dimethylureido group etc.). One or more substituents may be present.

4は、水素原子を表す他、R4はR3と、又はR5とそれぞれ連結して5員環または6員環をも形成出来ることを表す。R4は環を形成しない場合、置換されていても良い低級アルキル基を表す。 R 4 represents a hydrogen atom, and R 4 can be linked to R 3 or R 5 to form a 5- or 6-membered ring. When R 4 does not form a ring, it represents an optionally substituted lower alkyl group.

Xは、電荷を中和するに必要な対イオンを表す。nは、0または1を表し、分子内塩の場合は0である。   X represents a counter ion necessary for neutralizing the electric charge. n represents 0 or 1, and is 0 in the case of an inner salt.

1及びZ2がその構成原子群の一つとなって表される、前述の含窒素複素環核の具体例としては、例えば、ベンゾチアゾール、5−メチルベンゾチアゾール、5−エチルベンゾチアゾール、5−プロピルベンゾチアゾール、5,6−ジメチルベンゾチアゾール、5−メトキシベンゾチアゾール、5−エトキシベンゾチアゾール、5,6−ジメトキシベンゾチアゾール、5−メトキシ−6−メチルベンゾチアゾール、5−フェニルベンゾチアゾール、5−p−トリルベンゾチアゾール、5−アセチルアミノベンゾチアゾール、5−プロピオニルアミノベンゾチアゾール、5−ヒドロキシベンゾチアゾール、5−ヒドロキシ−6−メチルベンゾチアゾール、5,6−ジオキシメチレンベンゾチアゾール、4,5−ジオキシメチレンベンゾチアゾール、5,6−トリメチレンベンゾチアゾール、ナフト〔1,2−d〕チアゾール、−メチルナフト〔1,2−d〕チアゾール、8−メトキシナフト〔1,2−d〕チアゾール、8,9−ジヒドロナフトチアゾール、ベンゾセレナゾール、5−メチルベンゾセレナゾール、5−エチルベンゾセレナゾール、5−メトキシベンゾセレナゾール、5−エトキシベンゾセレナゾール、5,6−ジメチルベンゾセレナゾール、5−ヒドロキシベンゾセレナゾール、5−ヒドロキシ−6−メチルベンゾセレナゾール、ナフト〔1,2−d〕セレナゾール等が挙げられる。 Specific examples of the aforementioned nitrogen-containing heterocyclic nucleus in which Z 1 and Z 2 are represented as one of the constituent atomic groups include, for example, benzothiazole, 5-methylbenzothiazole, 5-ethylbenzothiazole, 5 -Propylbenzothiazole, 5,6-dimethylbenzothiazole, 5-methoxybenzothiazole, 5-ethoxybenzothiazole, 5,6-dimethoxybenzothiazole, 5-methoxy-6-methylbenzothiazole, 5-phenylbenzothiazole, 5 -P-tolylbenzothiazole, 5-acetylaminobenzothiazole, 5-propionylaminobenzothiazole, 5-hydroxybenzothiazole, 5-hydroxy-6-methylbenzothiazole, 5,6-dioxymethylenebenzothiazole, 4,5 -Dioxymethylene benzothiazo 5,6-trimethylenebenzothiazole, naphth [1,2-d] thiazole, -methylnaphth [1,2-d] thiazole, 8-methoxynaphth [1,2-d] thiazole, 8,9-dihydro Naphthothiazole, benzoselenazole, 5-methylbenzoselenazole, 5-ethylbenzoselenazole, 5-methoxybenzoselenazole, 5-ethoxybenzoselenazole, 5,6-dimethylbenzoselenazole, 5-hydroxybenzoselenazole , 5-hydroxy-6-methylbenzoselenazole, naphtho [1,2-d] selenazole and the like.

1及びR2が表す基の具体例としては、例えばメチル基、エチル基、プロピル基、アリル基、ペンチル基、ヘキシル基、メトキシエチル基、エトキシエチル基、フェネチル基、トリルエチル基、フェノキシエチル基、フェノキシプロピル基、ナフトキシエチル基、スルホフェネチル基、2,2,2−トリフルオロエチル基、2,2,3,3−テトラフルオロプロピル基、カルバモイルエチル基、ヒドロキシエチル基、2−(2−ヒドロキシエトキシ)エチル基、カルボキシメチル基、カルボキシエチル基、エトキシカルボニルメチル基、スルホエチル基、2−クロロ−3−スルホプロピル基、3−スルホプロピル基、2−ヒドロキシ−3−スルホプロピル基、3−スルホブチル基、4−スルホブチル基、2−(2,3−ジヒドロキシプロピルオキシ)エチル基、2−〔2−(3−スルホプロピルオキシ)エトキシ〕エチル基、アセチルアミノエチル基、メチルスルホニルアミノエチル基、メチルスルホニルアミノカルボニルエチル基、アセチルアニノカルボニルエチル基等が挙げられる。 Specific examples of the group represented by R 1 and R 2 include, for example, methyl group, ethyl group, propyl group, allyl group, pentyl group, hexyl group, methoxyethyl group, ethoxyethyl group, phenethyl group, tolylethyl group, phenoxyethyl group. Phenoxypropyl group, naphthoxyethyl group, sulfophenethyl group, 2,2,2-trifluoroethyl group, 2,2,3,3-tetrafluoropropyl group, carbamoylethyl group, hydroxyethyl group, 2- (2-hydroxy Ethoxy) ethyl group, carboxymethyl group, carboxyethyl group, ethoxycarbonylmethyl group, sulfoethyl group, 2-chloro-3-sulfopropyl group, 3-sulfopropyl group, 2-hydroxy-3-sulfopropyl group, 3-sulfobutyl Group, 4-sulfobutyl group, 2- (2,3-dihydroxypropyl) Examples include oxy) ethyl group, 2- [2- (3-sulfopropyloxy) ethoxy] ethyl group, acetylaminoethyl group, methylsulfonylaminoethyl group, methylsulfonylaminocarbonylethyl group, acetylaninocarbonylethyl group and the like.

4が表す置換されていても良い低級アルキル基の好ましい具体例としては、メチル基、エチル基、プロピル基またはベンジル基が挙げられ、R4が表す置換されていても良い低級アルキル基または置換されていても良いフェニル基が表す好ましい具体例としては、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、ベンジル基、フェニル基、p−メトキシフェニル基、p−トリル基等が挙げられる。 Preferred examples of a lower alkyl group which may be substituted R 4 represents a methyl group, an ethyl group, a propyl group or a benzyl group, a lower alkyl group or substituted optionally substituted R 4 represents Preferable specific examples represented by the optionally substituted phenyl group include methyl group, ethyl group, propyl group, butyl group, benzyl group, phenyl group, p-methoxyphenyl group, p-tolyl group and the like.

Xが表す対イオンの具体例としては、カチオンの場合にはカリウム、ナトリウム等のアルカリ金属イオン、トリエチルアンモニウム、N,N−ジメチルベンジルアンモニウム等のアンモニウムイオン、ピリジニウム等のインモニウムイオン等が挙げられ、アニオンの場合には塩素イオン、臭素イオン、沃素イオン等のハライドイオン、p−トルエンスルホナート、ベンゼンスルホナート等のスルホナートイオン、アセタート等のカルボキシラートイオン等が挙げられる。   Specific examples of the counter ion represented by X include alkali metal ions such as potassium and sodium, ammonium ions such as triethylammonium and N, N-dimethylbenzylammonium, and immonium ions such as pyridinium in the case of a cation. In the case of anions, halide ions such as chlorine ions, bromine ions and iodine ions, sulfonate ions such as p-toluenesulfonate and benzenesulfonate, carboxylate ions such as acetate and the like can be mentioned.

前記一般式(1)で表される増感色素に於て、より好ましい増感色素は、一般式(1)により表される増感色素のうち、Z1及びZ2のうちの少なくともいずれか一方が硫黄原子を表す場合であり、Y1及びY4は水素原子を表し、Y2及びY5がそれぞれ独立に水素原子、メチル基、エチル基、プロピル基、メトキシメチル基、ヒドロキシエチル基、ヒドロキシ基、メトキシ基、エトキシ基、フェニル基、アセチルアミノ基、アルキルチオ基(例えば、メチルチオ基、エチルチオ基等)、炭素数12以下のアシル基(例えば、ベンゾイル基、ベンゼンスルホニル基、メタンスルホニル基、メタンスルフィル基、アセチル基、プロピオニル基等)を表すほか、Y2はY3と、Y5とY6とで、それぞれ、メチレンジオキシ基、テトラメチレン基、またはテトラデヒドロテトラメチレン基を表す。 In the sensitizing dye represented by the general formula (1), a more preferable sensitizing dye is at least one of Z 1 and Z 2 among the sensitizing dyes represented by the general formula (1). One represents a sulfur atom, Y 1 and Y 4 represent a hydrogen atom, Y 2 and Y 5 each independently represent a hydrogen atom, a methyl group, an ethyl group, a propyl group, a methoxymethyl group, a hydroxyethyl group, Hydroxy group, methoxy group, ethoxy group, phenyl group, acetylamino group, alkylthio group (for example, methylthio group, ethylthio group, etc.), acyl group having 12 or less carbon atoms (for example, benzoyl group, benzenesulfonyl group, methanesulfonyl group, methanesulfonyl fill group, an acetyl group, in addition to representing a propionyl group, etc.), with a Y 2 is Y 3, and Y 5 and Y 6, respectively, methylenedioxy group, a tetramethylene group, or Represents a tetra-dehydroepiandrosterone tetramethylene group.

以下、感光層に用いる好ましい増感色素の具体例を示す。   Specific examples of preferable sensitizing dyes used in the photosensitive layer are shown below.

Figure 2005085643
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Figure 2005085643
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半導体ナノ粒子に色素を吸着させるには、色素の溶液中に良く乾燥した半導体ナノ粒子層を有する導電性支持体を浸漬するか、色素の溶液を半導体ナノ粒子層に塗布する方法を用いることができる。前者の場合、浸漬法、ディップ法、ローラ法、エアーナイフ法等が使用可能である。浸漬法の場合、色素の吸着は室温で行ってもよいし、特開平7−249790号に記載されているように加熱還流して行ってもよい。又後者の塗布方法としては、ワイヤーバー法、スライドホッパー法、エクストルージョン法、カーテン法、スピン法、スプレー法等がある。色素を溶解する溶媒として好ましいのは、例えば、アルコール類(メタノール、エタノール、t−ブタノール、ベンジルアルコールなど)、ニトリル類(アセトニトリル、プロピオニトリル、3−メトキシプロピオニトリルなど)、ニトロメタン、ハロゲン化炭化水素(ジクロロメタン、ジクロロエタン、クロロホルム、クロロベンゼン等)、エーテル類(ジエチルエーテル、テトラヒドロフラン等)、ジメチルスルホキシド、アミド類(N,N−ジメチルホルムアミド、N,N−ジメチルアセタミド等)、N−メチルピロリドン、1,3−ジメチルイミダゾリジノン、3−メチルオキサゾリジノン、エステル類(酢酸エチル、酢酸ブチル等)、炭酸エステル類(炭酸ジエチル、炭酸エチレン、炭酸プロピレン等)、ケトン類(アセトン、2−ブタノン、シクロヘキサノン等)、炭化水素(へキサン、石油エーテル、ベンゼン、トルエン等)やこれらの混合溶媒が挙げられる。   In order to adsorb the dye to the semiconductor nanoparticles, it is necessary to immerse a conductive support having a well-dried semiconductor nanoparticle layer in the dye solution or to apply the dye solution to the semiconductor nanoparticle layer. it can. In the former case, an immersion method, a dip method, a roller method, an air knife method or the like can be used. In the case of the immersion method, the adsorption of the dye may be performed at room temperature or may be performed by heating and refluxing as described in JP-A-7-249790. Examples of the latter application method include a wire bar method, a slide hopper method, an extrusion method, a curtain method, a spin method, and a spray method. Preferred solvents for dissolving the dye include, for example, alcohols (methanol, ethanol, t-butanol, benzyl alcohol, etc.), nitriles (acetonitrile, propionitrile, 3-methoxypropionitrile, etc.), nitromethane, halogenated compounds, etc. Hydrocarbon (dichloromethane, dichloroethane, chloroform, chlorobenzene, etc.), ethers (diethyl ether, tetrahydrofuran, etc.), dimethyl sulfoxide, amides (N, N-dimethylformamide, N, N-dimethylacetamide, etc.), N-methyl Pyrrolidone, 1,3-dimethylimidazolidinone, 3-methyloxazolidinone, esters (ethyl acetate, butyl acetate, etc.), carbonates (diethyl carbonate, ethylene carbonate, propylene carbonate, etc.), ketones (acetone, 2 Butanone, cyclohexanone), hydrocarbons (hexane, petroleum ether, benzene, toluene, etc.) or mixed solvents thereof.

色素の全吸着量は、多孔質半導体電極基板の単位表面積1m2当たり0.01〜100ミリモルが好ましい。又色素の半導体ナノ粒子に対する吸着量は、半導体ナノ粒子1g当たり0.01〜1ミリモルの範囲であるのが好ましい。このような色素の吸着量とすることにより半導体における増感効果が十分に得られる。これに対し、色素が少なすぎると増感効果が不十分となり、又色素が多すぎると半導体に付着していない色素が浮遊し、増感効果を低減させる原因となる。色素の吸着量を増大させるためには、吸着前に加熱処理を行うのが好ましい。加熱処理後、半導体ナノ粒子表面に水が吸着するのを避けるため、常温に戻さずに、半導体電極基板の温度が60〜150℃の間で素早く色素の吸着操作を行うのが好ましい。又、色素間の凝集等の相互作用を低減する目的で、無色の化合物を色素に添加し、半導体ナノ粒子に共吸着させてもよい。 The total adsorption amount of the dye is preferably 0.01 to 100 mmol per 1 m 2 of the unit surface area of the porous semiconductor electrode substrate. The amount of the dye adsorbed on the semiconductor nanoparticles is preferably in the range of 0.01 to 1 mmol per gram of semiconductor nanoparticles. By using such an amount of dye adsorbed, a sensitizing effect in a semiconductor can be sufficiently obtained. On the other hand, when the amount of the dye is too small, the sensitizing effect is insufficient, and when the amount of the dye is too large, the dye not attached to the semiconductor floats, which causes a reduction in the sensitizing effect. In order to increase the adsorption amount of the dye, it is preferable to perform a heat treatment before the adsorption. In order to avoid water adsorbing on the surface of the semiconductor nanoparticles after the heat treatment, it is preferable to perform the dye adsorption operation quickly when the temperature of the semiconductor electrode substrate is between 60 ° C. and 150 ° C. without returning to room temperature. Further, for the purpose of reducing the interaction such as aggregation between the dyes, a colorless compound may be added to the dye and co-adsorbed on the semiconductor nanoparticles.

未吸着の色素は、吸着後速やかに洗浄により除去するのが好ましい。洗浄は、湿式洗浄槽を使い、アセトニトリル等の極性溶剤、アルコール系溶剤のような有機溶媒で洗浄を行うのが好ましい。又、色素を吸着した後にアミン類や4級塩を用いて半導体ナノ粒子の表面を処理してもよい。好ましいアミン類としてはピリジン、4−t−ブチルピリジン、ポリビニルピリジン等が挙げられ、好ましい4級塩としてはテトロブチルアンモニウムヨージド、テトラヘキシルアンモニウムヨージド等が挙げられる。これらが液体の場合はそのまま用いてもよいし、有機溶媒に溶解して用いてもよい。   The unadsorbed dye is preferably removed by washing immediately after adsorption. The cleaning is preferably performed using a wet cleaning tank and a polar solvent such as acetonitrile or an organic solvent such as an alcohol solvent. Alternatively, the surface of the semiconductor nanoparticles may be treated with an amine or a quaternary salt after adsorbing the dye. Preferable amines include pyridine, 4-t-butylpyridine, polyvinylpyridine and the like, and preferable quaternary salts include tetrobutylammonium iodide, tetrahexylammonium iodide and the like. When these are liquids, they may be used as they are, or may be used after being dissolved in an organic solvent.

電荷輸送層は色素の酸化体に電子を補充する機能を有する電荷輸送材料を含有する層である。本発明で用いることのできる代表的な電荷輸送材料の例としては、酸化還元対のイオンが溶解した溶液、酸化還元対の溶液をポリマーマトリクスのゲルに含浸したいわゆるゲル電解質、酸化還元対イオンを含有する溶融塩電解質、更には固体電解質が挙げられ、これらの電解質を含む組成物を電荷輸送層に用いることができる。又、イオンがかかわる電荷輸送材料のほかに、固体中のキャリアー移動がかかわる電荷輸送材料として、電子輸送材料や正孔輸送材料を用いることもできる。これらの電荷輸送材料は、併用することができる。本発明においては、無機又は有機の正孔輸送材料を用いることが好ましい。   The charge transport layer is a layer containing a charge transport material having a function of replenishing electrons to the oxidant of the dye. Examples of typical charge transport materials that can be used in the present invention include a solution in which redox pair ions are dissolved, a so-called gel electrolyte in which a polymer matrix gel is impregnated with a redox pair solution, and a redox counter ion. Examples thereof include molten salt electrolytes and solid electrolytes, and compositions containing these electrolytes can be used for the charge transport layer. In addition to a charge transport material that involves ions, an electron transport material or a hole transport material can also be used as a charge transport material that involves carrier movement in a solid. These charge transport materials can be used in combination. In the present invention, it is preferable to use an inorganic or organic hole transport material.

溶融塩電解質溶融塩電解質は、光電変換効率と耐久性の両立という観点から好ましい。溶融塩電解質とは、室温において液状であるか、又は低融点の固体状の電解質であり、例えばWO95/18456号、特開平8−259543号などの各公報や電気化学,第65巻,11号,923頁(1997年)等に記載されているピリジニウム塩、イミダゾリウム塩、トリアゾリウム塩等の既知の電解質を挙げることができる。100℃以下、特に室温付近において液状となる溶融塩が好ましい。特にアルキルイミダゾリウム塩が好ましい。好ましいイミダゾリウム塩の具体例を下記に示す。   Molten salt electrolyte Molten salt electrolyte is preferable from the viewpoint of achieving both photoelectric conversion efficiency and durability. The molten salt electrolyte is a liquid electrolyte at room temperature or a solid electrolyte having a low melting point. For example, WO95 / 18456, JP-A-8-259543, etc., Electrochemistry, Vol. 65, No. 11 , P. 923 (1997), etc., and known electrolytes such as pyridinium salts, imidazolium salts, and triazolium salts. A molten salt that becomes liquid at 100 ° C. or lower, particularly near room temperature, is preferred. Alkyl imidazolium salts are particularly preferred. Specific examples of preferred imidazolium salts are shown below.

Figure 2005085643
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上記電解質組成物にはヨウ素を添加するのが好ましく、この場合、ヨウ素の含有量は、電解質組成物全体に対して0.1〜20質量%であるのが好ましく、0.5〜5質量%であるのがより好ましい。   It is preferable to add iodine to the electrolyte composition. In this case, the content of iodine is preferably 0.1 to 20% by mass, and 0.5 to 5% by mass with respect to the entire electrolyte composition. It is more preferable that

電解液電荷輸送層に電解液を使用する場合、電解液は電解質、溶媒、及び添加物から構成されることが好ましい。本発明の電解質はI2とヨウ化物の組み合わせ(ヨウ化物としてはLiI、NaI、KI、CsI、CaI2等の金属ヨウ化物、或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4級アンモニウム化合物のヨウ素塩等)、Br2と臭化物の組み合わせ(臭化物としてはLiBr、NaBr、KBr、CsBr、CaBr2等の金属臭化物、或いはテトラアルキルアンモニウムブロマイド、ピリジニウムブロマイド等4級アンモニウム化合物の臭素塩等)のほか、フェロシアン酸塩−フェリシアン酸塩やフェロセン−フェリシニウムイオン等の金属錯体、ポリ硫化ナトリウム、アルキルチオール−アルキルジスルフィド等のイオウ化合物、ビオロゲン色素、ヒドロキノン−キノン等を用いることができる。この中でもI2とLiIやピリジニウムヨーダイド、イミダゾリウムヨーダイド等4級アンモニウム化合物のヨウ素塩を組み合わせた電解質が好ましい。上述した電解質は混合して用いてもよい。 When an electrolytic solution is used for the electrolytic solution charge transport layer, the electrolytic solution is preferably composed of an electrolyte, a solvent, and an additive. The electrolyte of the present invention is a combination of I 2 and iodide (as iodide, metal iodide such as LiI, NaI, KI, CsI, CaI 2 , tetraalkylammonium iodide, pyridinium iodide, imidazolium iodide, etc. 4 Iodine salt of a quaternary ammonium compound), a combination of Br 2 and bromide (as bromide, bromide of a quaternary ammonium compound such as a metal bromide such as LiBr, NaBr, KBr, CsBr, CaBr 2 , tetraalkylammonium bromide, pyridinium bromide) In addition, metal complexes such as ferrocyanate-ferricyanate and ferrocene-ferricinium ions, sulfur compounds such as sodium polysulfide and alkylthiol-alkyldisulfides, viologen dyes, hydroquinone-quinones, etc. are used. Door can be. Among these, an electrolyte in which an iodine salt of a quaternary ammonium compound such as I 2 and LiI, pyridinium iodide, or imidazolium iodide is combined is preferable. The electrolytes described above may be used in combination.

好ましい電解質濃度は0.1モル以上10モル以下であり、更に好ましくは0.2モル以上4モル以下である。又、電解液にヨウ素を添加する場合の好ましいヨウ素の添加濃度は0.01モル以上0.5モル以下である。   The preferable electrolyte concentration is 0.1 mol or more and 10 mol or less, more preferably 0.2 mol or more and 4 mol or less. Further, when iodine is added to the electrolytic solution, a preferable concentration of iodine is 0.01 mol or more and 0.5 mol or less.

電解質に使用する溶媒は、粘度が低くイオン易動度を向上したり、もしくは誘電率が高く有効キャリアー濃度を向上したりして、優れたイオン伝導性を発現できる化合物であることが望ましい。このような溶媒としては、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート等のカーボネート化合物、3−メチル−2−オキサゾリジノン等の複素環化合物、ジオキサン、ジエチルエーテル等のエーテル化合物、エチレングリコールジアルキルエーテル、プロピレングリコールジアルキルエーテル、ポリエチレングリコールジアルキルエーテル、ポリプロピレングリコールジアルキルエーテル等の鎖状エーテル類、メタノール、エタノール、エチレングリコールモノアルキルエーテル、プロピレングリコールモノアルキルエーテル、ポリエチレングリコールモノアルキルエーテル、ポリプロピレングリコールモノアルキルエーテル等のアルコール類、エチレングリコール、プロピレングリコール、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール、グリセリン等の多価アルコール類、アセトニトリル、グルタロジニトリル、メトキシアセトニトリル、プロピオニトリル、ベンゾニトリル等のニトリル化合物、ジメチルスルフォキシド、スルフォラン等非プロトン極性物質、水等が挙げられ、これらを混合して用いることもできる。   The solvent used for the electrolyte is desirably a compound having a low viscosity and improving ion mobility, or having a high dielectric constant and an effective carrier concentration, thereby exhibiting excellent ion conductivity. Examples of such solvents include carbonate compounds such as ethylene carbonate and propylene carbonate, heterocyclic compounds such as 3-methyl-2-oxazolidinone, ether compounds such as dioxane and diethyl ether, ethylene glycol dialkyl ether, propylene glycol dialkyl ether, and polyethylene. Chain ethers such as glycol dialkyl ether and polypropylene glycol dialkyl ether, methanol, ethanol, ethylene glycol monoalkyl ether, alcohols such as propylene glycol monoalkyl ether, polyethylene glycol monoalkyl ether, polypropylene glycol monoalkyl ether, ethylene glycol, Propylene glycol, polyethylene glycol, polypropylene Examples include polyhydric alcohols such as coal and glycerol, nitrile compounds such as acetonitrile, glutarodinitrile, methoxyacetonitrile, propionitrile, and benzonitrile, aprotic polar substances such as dimethyl sulfoxide and sulfolane, and water. It can also be used as a mixture.

又、ポリマーの架橋反応により電解質をゲル化させる場合、架橋可能な反応性基を含有するポリマー及び架橋剤を併用することが望ましい。この場合、好ましい架橋可能な反応性基は、アミノ基、含窒素複素環(例えば、ピリジン環、イミダゾール環、チアゾール環、オキサゾール環、トリアゾール環、モルホリン環、ピペリジン環、ピペラジン環等)であり、好ましい架橋剤は、窒素原子に対して求電子反応可能な2官能以上の試薬、例えば、ハロゲン化アルキル類、ハロゲン化アラルキル類、スルホン酸エステル類、酸無水物、酸クロライド、イソシアネート化合物である。   When the electrolyte is gelled by a polymer crosslinking reaction, it is desirable to use a polymer containing a crosslinkable reactive group and a crosslinking agent in combination. In this case, preferred crosslinkable reactive groups are amino groups and nitrogen-containing heterocycles (for example, pyridine ring, imidazole ring, thiazole ring, oxazole ring, triazole ring, morpholine ring, piperidine ring, piperazine ring, etc.) Preferred cross-linking agents are bifunctional or higher functional reagents capable of electrophilic reaction with a nitrogen atom, for example, alkyl halides, halogenated aralkyls, sulfonic acid esters, acid anhydrides, acid chlorides, and isocyanate compounds.

本発明では、溶融塩等のイオン伝導性電解質の替わりに、有機又は無機或いはこの両者を組み合わせた固体の正孔輸送材料を使用することが好ましい。より好ましくは、無機正孔輸送材料を含有する電荷輸送層であり、更に好ましくは、1価の銅化合物を無機正孔輸送材料として含有する電荷輸送層である。   In the present invention, it is preferable to use a solid hole transport material that is organic or inorganic or a combination of both, instead of an ion conductive electrolyte such as a molten salt. A charge transport layer containing an inorganic hole transport material is more preferable, and a charge transport layer containing a monovalent copper compound as an inorganic hole transport material is still more preferable.

電荷輸送層の形成方法に関しては2通りの方法が考えられる。1つは感光層の上に先に対極を貼り合わせておき、その間隙に液状の電荷輸送層を挟み込む方法である。もう1つは感光層上に直接、電荷輸送層を付与する方法で、対極はその後付与する。本発明においては、後者の方法で電荷輸送層を付与することが好ましい。   There are two possible methods for forming the charge transport layer. One is a method in which a counter electrode is first bonded onto the photosensitive layer, and a liquid charge transport layer is sandwiched between the gaps. The other is a method in which a charge transport layer is provided directly on the photosensitive layer, and a counter electrode is subsequently provided. In the present invention, the charge transport layer is preferably provided by the latter method.

前者の場合、電荷輸送層の挟み込み方法として、浸漬等による毛管現象を利用する常圧プロセス、又は常圧より低い圧力にして間隙の気相を液相に置換する低圧プロセスを利用できる。   In the former case, as a method for sandwiching the charge transport layer, a normal pressure process using a capillary phenomenon due to immersion or the like, or a low pressure process in which the gas phase in the gap is replaced with a liquid phase at a pressure lower than normal pressure can be used.

感光層上に直接、電荷輸送層を付与する場合、湿式の電荷輸送層においては未乾燥のまま対極を付与し、エッジ部の液漏洩防止措置を施すことになる。又ゲル電解質の場合には湿式で塗布して重合等の方法により固体化する方法があり、その場合には乾燥、固定化した後に対極を付与することもできる。電解液のほか湿式有機正孔輸送材料やゲル電解質を付与する方法としては、前述の半導体ナノ粒子層や色素の付与と同様の方法を利用できる。固体電解質や固体の正孔輸送材料の場合には真空蒸着法やCVD法等のドライ成膜処理で電荷輸送層を形成し、その後対極を付与することもできる。有機正孔輸送材料は真空蒸着法,キャスト法,塗布法,スピンコート法、浸漬法、電解重合法、光電解重合法等の手法により電極内部に導入することができる。無機固体化合物の場合も、キャスト法,塗布法,スピンコート法、浸漬法、電解析出法、無電解メッキ法等の手法により電極内部に導入することができる。本発明において、正孔輸送材料として、1価の銅化合物を含有させる場合、電解めっき法、若しくは無電解めっき法を用いることが好ましい。   When the charge transport layer is provided directly on the photosensitive layer, the wet charge transport layer is provided with a counter electrode without being dried, and measures for preventing liquid leakage at the edge portion are taken. In the case of a gel electrolyte, there is a method in which it is applied in a wet state and solidified by a method such as polymerization. In this case, the counter electrode can be applied after drying and fixing. As a method for applying a wet organic hole transport material or a gel electrolyte in addition to the electrolytic solution, the same methods as those for the semiconductor nanoparticle layer and the dye can be used. In the case of a solid electrolyte or a solid hole transport material, a charge transport layer can be formed by a dry film forming process such as a vacuum deposition method or a CVD method, and then a counter electrode can be provided. The organic hole transport material can be introduced into the electrode by techniques such as vacuum deposition, casting, coating, spin coating, dipping, electrolytic polymerization, and photoelectrolytic polymerization. Also in the case of an inorganic solid compound, it can be introduced into the electrode by techniques such as casting, coating, spin coating, dipping, electrolytic deposition, and electroless plating. In the present invention, when a monovalent copper compound is contained as the hole transport material, it is preferable to use an electrolytic plating method or an electroless plating method.

対極導電層と支持基板から構成されていてもよい。対極導電層に用いる導電材としては、金属(例えば金、銀、銅、アルミニウム等)、炭素、カーボンナノチューブ、カーボンナノホーン又は導電性金属酸化物(インジウム−錫複合酸化物、フッ素ドープ酸化錫、等)が挙げられる。この中でもアルミニウム、マグネシウムを対極層として好ましく使用することができる。対極の好ましい支持基板の例は、ガラス又はプラスチックであり、これに上記の導電剤を塗布又は蒸着して用いる。対極導電層の厚さは特に制限されないが、2nm〜10μmが好ましい。対極層の表面抵抗は低い程よい。好ましい表面抵抗の範囲としては700Ω/□以下であり、更に好ましくは30Ω/□以下である。   You may be comprised from the counter electrode conductive layer and the support substrate. As the conductive material used for the counter electrode conductive layer, metal (for example, gold, silver, copper, aluminum, etc.), carbon, carbon nanotube, carbon nanohorn, or conductive metal oxide (indium-tin composite oxide, fluorine-doped tin oxide, etc.) ). Among these, aluminum and magnesium can be preferably used as the counter electrode layer. An example of a preferable support substrate for the counter electrode is glass or plastic, and the above-described conductive agent is applied or vapor-deposited on the glass or plastic. The thickness of the counter electrode conductive layer is not particularly limited, but is preferably 2 nm to 10 μm. The lower the surface resistance of the counter electrode layer, the better. The range of the surface resistance is preferably 700Ω / □ or less, more preferably 30Ω / □ or less.

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

対極は、電荷輸送層上に直接導電材を塗布、メッキ又は蒸着(PVD、CVD)するか、導電層を有する基板の導電層側を貼り付ければよい。又、導電性支持体の場合と同様に、特に対極が透明の場合には、対極の抵抗を下げる目的で金属リードを用いるのが好ましい。なお、好ましい金属リードの材質および設置方法、金属リード設置による入射光量の低下等は導電性支持体の場合と同じである。   The counter electrode may be formed by directly applying, plating, or vapor-depositing (PVD, CVD) a conductive material on the charge transport layer, or attaching the conductive layer side of the substrate having the conductive layer. As in the case of the conductive support, it is preferable to use a metal lead for the purpose of reducing the resistance of the counter electrode, particularly when the counter electrode is transparent. The preferable metal lead material and installation method, the reduction in the amount of incident light due to the metal lead installation, and the like are the same as those for the conductive support.

その他の層対極と導電性支持体の短絡を防止するため、予め導電性支持体と感光層の間に緻密な半導体の薄膜層を下塗り層として塗設しておくことが好ましく、電荷輸送層に電子輸送材料や正孔輸送材料を用いる場合は、特に有効である。下塗り層として好ましいのはTiO2、SnO2、ZnO、Nb25であり、更に好ましくはTiO2である。電極として作用する導電性支持体と対極の一方又は両方の外側表面、導電層と基板の間又は基板の中間に、保護層、反射防止層等の機能性層を設けても良い。これらの機能性層の形成には、その材質に応じて塗布法、蒸着法、貼り付け法等を用いることができる。光電変換素子の内部構造は、目的に合わせ様々な形態が可能であるが、大きく2つに分ければ、両面から光の入射が可能な構造と、片面からのみ可能な構造が可能である。 In order to prevent short circuit between the other layer counter electrode and the conductive support, it is preferable to coat a dense semiconductor thin film layer as an undercoat layer between the conductive support and the photosensitive layer in advance. This is particularly effective when an electron transport material or a hole transport material is used. Preferred as the undercoat layer is TiO 2 , SnO 2 , ZnO, or Nb 2 O 5 , and more preferably TiO 2 . A functional layer such as a protective layer or an antireflection layer may be provided on the outer surface of one or both of the conductive support and the counter electrode acting as an electrode, between the conductive layer and the substrate, or in the middle of the substrate. For forming these functional layers, a coating method, a vapor deposition method, a bonding method, or the like can be used depending on the material. The internal structure of the photoelectric conversion element can have various forms according to the purpose. However, if divided roughly into two, a structure that allows light to enter from both sides and a structure that allows only one side are possible.

導電性支持体及び対極にリードを介して接続される外部回路自体は公知のもので良い。本発明の光電変換素子を光電変換素子に適用する場合、そのセル内部の構造は基本的に上述した光電変換素子の構造と同じである。又、本発明の色素増感型光電変換素子は、従来の光電変換素子モジュールと基本的には同様のモジュール構造をとりうる。光電変換素子モジュールは、一般的には金属、セラミック等の支持基板の上にセルが構成され、その上を充填樹脂や保護ガラス等で覆い、支持基板の反対側から光を取り込む構造をとるが、支持基板に強化ガラス等の透明材料を用い、その上にセルを構成してその透明の支持基板側から光を取り込む構造とすることも可能である。例えば、アモルファスシリコン太陽電池等で用いられる基板一体型モジュール構造等が知られており、本発明の色素増感型光電変換素子も使用目的や使用場所及び環境により、適宜これらのモジュール構造を選択できる。   The external circuit itself connected to the conductive support and the counter electrode via a lead may be a known one. When the photoelectric conversion element of the present invention is applied to a photoelectric conversion element, the structure inside the cell is basically the same as the structure of the photoelectric conversion element described above. The dye-sensitized photoelectric conversion element of the present invention can basically have the same module structure as a conventional photoelectric conversion element module. The photoelectric conversion element module generally has a structure in which a cell is formed on a support substrate such as metal or ceramic, the cell is covered with a filling resin or protective glass, and light is taken in from the opposite side of the support substrate. A transparent material such as tempered glass can be used for the support substrate, and a cell can be formed thereon so that light is taken in from the transparent support substrate side. For example, a substrate-integrated module structure used in an amorphous silicon solar cell or the like is known, and the module structure of the dye-sensitized photoelectric conversion element of the present invention can be appropriately selected depending on the purpose of use, use place, and environment. .

以下、本発明を実施例によって具体的に説明する。   Hereinafter, the present invention will be specifically described by way of examples.

実施例
二酸化チタン分散液の調製:アナターゼ型微粒子が100%の酸化チタン分散物、pH=0.9、10gに分子量20,000のPEG(ポリエチレングリコール)0.20gを添加し、十分に溶解、分散し分散液とした。
Example Preparation of titanium dioxide dispersion: Titanium oxide dispersion with 100% anatase type fine particles, pH = 0.9, 0.20 g of PEG (polyethylene glycol) with a molecular weight of 20,000 was added to 10 g, and dissolved sufficiently. Dispersed to obtain a dispersion.

(色素を吸着したTiO2電極の作製)
比較導電層a:フッ素をドープした酸化錫をコーティングした導電性PEN(面積抵抗10Ω/□,25mm×25mm)の導電面側に二酸化チタン層(膜厚80nm)を形成した。この基板の一部(周囲の端から3mm)に粘着テープを貼ってスペーサーとし、この上にテフロン(R)棒を用いて上記の二酸化チタン分散液を塗布した。塗布後、粘着テープを剥離し、室温で30分間風乾した。次に、この塗布済みPENを乾燥箱に入れ、空気中180℃にて2分間加熱した。PENを取り出し、室温にまで冷却した後、比較色素として特開2003−152208号の実施例1の無置換フタロシアニン色素のガリウム錯体の脱水エタノール溶液(3×10-4モル/L)に60℃で2時間浸漬してPET上の二酸化チタンに吸着させた。前記色素吸着済み電極を脱水アセトニトリルで洗浄した後、自然乾燥し、25mm×25mm角に切断加工し、中心部10mm×10mm(受光部分)を残して下塗り層及び半導体層を除去して電極aを得た。このようにして得られた感光層(色素が吸着した二酸化チタン層)の塗布量は約5.0g/m2であった。
(Preparation of TiO 2 electrode adsorbed with dye)
Comparative conductive layer a: A titanium dioxide layer (thickness 80 nm) was formed on the conductive surface side of conductive PEN (area resistance 10Ω / □, 25 mm × 25 mm) coated with tin oxide doped with fluorine. Adhesive tape was applied to a part of this substrate (3 mm from the peripheral edge) as a spacer, and the above-mentioned titanium dioxide dispersion was applied thereon using a Teflon (R) rod. After application, the adhesive tape was peeled off and air-dried at room temperature for 30 minutes. Next, this coated PEN was put in a dry box and heated in air at 180 ° C. for 2 minutes. After taking out PEN and cooling to room temperature, it was added to a dehydrated ethanol solution (3 × 10 −4 mol / L) of a gallium complex of an unsubstituted phthalocyanine dye of Example 1 of JP-A-2003-152208 as a comparative dye at 60 ° C. It was immersed for 2 hours and adsorbed onto titanium dioxide on PET. The dye-adsorbed electrode is washed with dehydrated acetonitrile, then air-dried, cut into a 25 mm × 25 mm square, the undercoat layer and the semiconductor layer are removed leaving the central portion 10 mm × 10 mm (light receiving portion), and the electrode a is formed. Obtained. The coating amount of the photosensitive layer (titanium dioxide layer adsorbed with the dye) thus obtained was about 5.0 g / m 2 .

本発明の導電層:比較導電層と同様に作製したが、ここでは、具体例に示した本発明の色素を使用した。二酸化チタンの組成は表1に示した。又酸化錫のドーピング材料として表1記載の如くフッ素イオン、インジウム、アンチモン、リンをそれぞれドープした導電層も作製した。   Conductive layer of the present invention: Prepared in the same manner as the comparative conductive layer, but here, the dye of the present invention shown in the specific examples was used. The composition of titanium dioxide is shown in Table 1. As shown in Table 1, conductive layers doped with fluorine ions, indium, antimony, and phosphorus were prepared as tin oxide doping materials.

正孔輸送層の形成:正孔輸送層は下記塗布工程により作製した。   Formation of hole transport layer: The hole transport layer was prepared by the following coating process.

塗布工程:導電層面露出部分及び受光部の周辺1mm幅を保護し、100℃に過熱したホットプレートに載せて2分間放置した。溶融塩をアセトニトリル溶液に溶解し(表1記載のイミダゾリウム塩3.2質量%)0.2mlを10分程度かけて、アセトニトリルを揮発させながらゆっくり導電層に加え、更にヨウ素1g加え、塗布後、2分間ホットプレート上に放置して正孔輸送層を形成した。正孔輸送層は導電層の半導体ナノ粒子により形成されている多孔膜中にほぼ浸透していることが断面SEMより確認できた。   Coating process: 1 mm width around the exposed portion of the conductive layer surface and the light receiving portion was protected and placed on a hot plate heated to 100 ° C. for 2 minutes. Dissolve the molten salt in an acetonitrile solution (3.2% by mass of the imidazolium salt described in Table 1), slowly add 0.2 ml to the conductive layer while volatilizing acetonitrile over about 10 minutes, and then add 1 g of iodine. A hole transport layer was formed by leaving on a hot plate for 2 minutes. It was confirmed from the cross-sectional SEM that the hole transport layer substantially penetrated into the porous film formed of the semiconductor nanoparticles of the conductive layer.

セパレーター層のある正孔輸送層の作製:作製した正孔輸送層に、更に、10nmの細孔のある暑さ12μmのポリエチレン膜をラミネートした上に、上記と同様に同種、同量の溶融塩をアセトニトリル溶液に溶解し0.2mlを10分程度かけて、アセトニトリルを揮発させながらゆっくり導電層に加え、塗布後、2分間ホットプレート上に放置してセパレーター層のある正孔輸送層を形成した。   Preparation of hole transport layer having separator layer: The same kind and the same amount of molten salt as above, after laminating a polyethylene film having a thickness of 12 μm with pores of 10 nm on the prepared hole transport layer. Was dissolved in an acetonitrile solution and 0.2 ml was added to the conductive layer while volatilizing acetonitrile for about 10 minutes. After coating, the solution was left on a hot plate for 2 minutes to form a hole transport layer having a separator layer. .

光電変換素子の作製:上記のように電荷輸送層(正孔輸送層)を形成した比較用導電層a,と本発明の導電層のそれぞれと、同サイズのアルミニウム蒸着PEN(アルミニウム層の膜厚=10nm、PEN膜厚=200μm)とを重ね合わせた。(電極と正孔輸送層との組み合わせは表1の通り)受光部以外の重ね合わせ部分には、ポリ塩化ビニリデンの延伸フイルム(25μm厚み)を挟み125℃−30秒圧着加熱した。更に、重ね合わせ縁部分は、エポキシ樹脂系のシール剤を用いてシールを施した。   Production of photoelectric conversion element: Comparative conductive layer a in which the charge transport layer (hole transport layer) is formed as described above, and each of the conductive layers of the present invention, and aluminum deposition PEN of the same size (thickness of the aluminum layer) = 10 nm, PEN film thickness = 200 μm). (A combination of an electrode and a hole transport layer is as shown in Table 1.) A stretched film (25 μm thickness) of polyvinylidene chloride was sandwiched between the overlapping portions other than the light receiving portion, and heated at 125 ° C. for 30 seconds. Furthermore, the overlapping edge portion was sealed using an epoxy resin sealant.

光電変換効率の測定:600Wのキセノンランプ(東芝製)の光を分光フィルターを通すことにより模擬太陽光を発生させた。この光の強度は100mW/cm2であった。模擬太陽光を照射し、前述の光素子の導電性ガラスと対極層間に発生した電気を電流電圧測定装置にて測定した。短絡電流を表1に記載した。更に、光電変換素子を遮光、常温(25±5℃)、大気中24時間放置した後、同様にして測定を行った。経時後の短絡電流を表1に記載した。なお、表中の「経時無し」は、光電変換素子を製作したのち、経時させてない状態を意味する。 Measurement of photoelectric conversion efficiency: Simulated sunlight was generated by passing light from a 600 W xenon lamp (manufactured by Toshiba) through a spectral filter. The intensity of this light was 100 mW / cm 2 . Simulated sunlight was irradiated, and electricity generated between the conductive glass and the counter electrode layer of the optical element was measured with a current-voltage measuring device. The short circuit current is listed in Table 1. Further, the photoelectric conversion element was shielded from light, left at room temperature (25 ± 5 ° C.) and in the atmosphere for 24 hours, and then measured in the same manner. The short-circuit current after aging is shown in Table 1. In the table, “no aging” means a state in which the photoelectric conversion element is not aged after being manufactured.

可視光透過率の測定:400nm〜700nmまでの積分透過率を測定した。   Measurement of visible light transmittance: The integral transmittance from 400 nm to 700 nm was measured.

Figure 2005085643
Figure 2005085643

表1より、本発明の赤外色素を用い、正孔輸送材料を用いた本発明の光電変換素子は、比較例に比べ、経時後の短絡電流が大きく優位であることが分かる。セパレータの挿入は短絡電流を大きくすることがわかる。又可視光透過率が80%以上であり透明性が高い。   From Table 1, it can be seen that the photoelectric conversion element of the present invention using the infrared dye of the present invention and the hole transporting material has a great advantage in the short-circuit current after the lapse of time as compared with the comparative example. It can be seen that the insertion of the separator increases the short-circuit current. Further, the visible light transmittance is 80% or more, and the transparency is high.

Claims (4)

導電層、色素により増感された半導体ナノ粒子層、電荷輸送層および対極を有する光電変換素子において、該色素が下記一般式(1)で示されることを特徴とする光電変換素子。
Figure 2005085643
(式中、Z1及びZ2はヘテロ原子を表し、それぞれR1、R2、R3、R4、R5、Y1、Y2、Y3、Y4、Y5及びY6は水素原子又は置換基を表す。Xは電荷を中和するに必要な対イオンを表す。nは、0または1を表し、分子内塩の場合は0である。)
A photoelectric conversion element having a conductive layer, a semiconductor nanoparticle layer sensitized with a dye, a charge transport layer, and a counter electrode, wherein the dye is represented by the following general formula (1).
Figure 2005085643
(In the formula, Z 1 and Z 2 represent heteroatoms, and R 1 , R 2 , R 3 , R 4 , R 5 , Y 1 , Y 2 , Y 3 , Y 4 , Y 5 and Y 6 are each hydrogen. Represents an atom or a substituent, X represents a counter ion necessary for neutralizing the electric charge, n represents 0 or 1, and is 0 in the case of an inner salt.)
前記電荷輸送層中に多孔性の隔離層を設け、かつ、ホール輸送材料が非揮発性化合物であることを特徴とする請求項1に記載の光電変換素子。 The photoelectric conversion element according to claim 1, wherein a porous isolation layer is provided in the charge transport layer, and the hole transport material is a non-volatile compound. 前記半導体ナノ粒子層がアナターゼ型酸化チタンであることを特徴とする請求項1又は2に記載の光電変換素子。 The photoelectric conversion element according to claim 1, wherein the semiconductor nanoparticle layer is anatase-type titanium oxide. 前記導電層が3価又は5価の金属原子がドープされている酸化錫を主成分とす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素子。 The photoelectric conversion element according to claim 1, wherein the conductive layer is mainly composed of tin oxide doped with a trivalent or pentavalent metal atom.
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