JP2005340489A - Photoelectric conversion element, imaging device and photoelectric conversion method - Google Patents

Photoelectric conversion element, imaging device and photoelectric conversion method Download PDF

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Takanori Hioki
孝徳 日置
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a photoelectric conversion element with high quantum efficiency using organic color elements. <P>SOLUTION: This photoelectric conversion element is provided with at least one type of semiconductor, at least one type of organic pigment having a pigment coloring group and at least one electrode, wherein the multi-layered pigment coloring group is sucked to the semiconductor surface. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、光電変換素子、複数の光電変換素子が積層された撮像素子及び光電変換素子に印加する光電変換方法に関する。   The present invention relates to a photoelectric conversion element, an imaging element in which a plurality of photoelectric conversion elements are stacked, and a photoelectric conversion method applied to the photoelectric conversion element.

色素により増感された半導体を用いた受光素子及び該受光素子からなる光センサーは特許文献1〜3に記載されている。しかしながら、これらの文献には、色素増感時に色素を多層吸着させる半導体増感については記載がない。また、特許文献4には多層吸着色素による半導体増感された光電変換素子が記載されているが、この文献の光電変換素子は太陽エネルギーを電気に変換する光化学電池に用いることしか開示していない。光化学電池に用いる場合には、光電変換の波長域をできるだけ広くするように混合する色素が選ばれるため、撮像素子の青色域、緑色域および赤色域等のそれぞれ狭い増感波長域の増感は全く念頭におかれていないのが通常である。
一方、特許文献5〜8には光利用効率の高い撮像素子の構造が記載されているが、これらの文献には、多層吸着色素により半導体増感された受光素子については一切記載されていない。
Patent Documents 1 to 3 describe a light receiving element using a semiconductor sensitized with a dye and a photosensor including the light receiving element. However, these documents do not describe semiconductor sensitization in which a dye is multilayer-adsorbed during dye sensitization. Patent Document 4 describes a semiconductor-sensitized photoelectric conversion element using a multilayer adsorbing dye, but the photoelectric conversion element of this document only discloses use in a photochemical cell that converts solar energy into electricity. . When used in a photochemical battery, the dye to be mixed is selected so as to make the wavelength range of photoelectric conversion as wide as possible. Therefore, sensitization of narrow sensitized wavelength regions such as the blue region, green region, and red region of the image sensor is not possible. Usually it is not in mind at all.
On the other hand, Patent Documents 5 to 8 describe the structure of an image sensor with high light utilization efficiency, but these documents do not describe any light receiving element sensitized with a multilayer adsorbent dye.

有機色素を用いた光電変換素子は、有機色素の吸収波長制御の自由度から分光特性に優れ、撮像素子の受光素子として用いることができ、積層化により光利用効率の向上が見込まれる。しかし、該光電変換素子は、、従来の撮像素子に用いられている単結晶Siを用いた光電変換素子に比べて量子効率が低い。例えばよく知られた酸化チタン/金属錯体色素を感光体とするグレッツェル太陽電池は、比較的効率が高い素子であるものの、単結晶Si太陽電池に比べると効率が低いなどの欠点を持つ(非特許文献1及び2参照)。そのため、有機色素を用いた撮像素子の実用化のためにはその改良技術の開発が望まれていた。
特開2002−176191号公報 特開2002−299678号公報 特開2002−310793号公報 特開平11−167937号公報 特開昭58−103165号公報 特開昭58−103166号公報 特開2003−234460号公報 特開2003-158254号公報 R.Knadler et al; Solar energy materials and solar cells, vol.30, p277(1993) H.Hagfeldt et al; Chem. Rev. vol95, p49(1995)
A photoelectric conversion element using an organic dye is excellent in spectral characteristics due to the degree of freedom in controlling the absorption wavelength of the organic dye, and can be used as a light receiving element of an image pickup element. However, the photoelectric conversion element has a lower quantum efficiency than a photoelectric conversion element using single crystal Si used in a conventional imaging element. For example, although a well-known titanium oxide / metal complex dye as a photoreceptor is a Gretzel solar cell, although it is a relatively high-efficiency device, it has disadvantages such as low efficiency compared to a single crystal Si solar cell (non-patent) Reference 1 and 2). Therefore, development of an improved technique has been desired for practical use of an image sensor using an organic dye.
JP 2002-176191 A JP 2002-299678 A JP 2002-310793 A JP-A-11-167937 JP 58-103165 A JP 58-103166 A JP 2003-234460 A Japanese Patent Laid-Open No. 2003-158254 R. Knadler et al; Solar energy materials and solar cells, vol.30, p277 (1993) H. Hagfeldt et al; Chem. Rev. vol95, p49 (1995)

本発明の目的は有機色素を用いた量子効率の高い光電変換素子を提供する。また係る高効率の薄い光電変換素子を用いた撮像素子を提供することである。さらに係る光電変換素子に電圧を印加して高効率な光電変換方法を提供することである。   An object of the present invention is to provide a photoelectric conversion element having high quantum efficiency using an organic dye. It is another object of the present invention to provide an imaging device using such a highly efficient thin photoelectric conversion device. Furthermore, it is to provide a highly efficient photoelectric conversion method by applying a voltage to the photoelectric conversion element.

半導体の色素増感において、色素発色団を多層吸着させ分光増感することが本発明の特徴である。下記の手段によって上記の課題は解決された。
(1) 少なくとも1種の半導体、色素発色団を有する少なくとも1種の有機色素および少なくとも一つの電極を有する光電変換素子であって、該半導体表面に色素発色団が多層に吸着していることを特徴とする光電変換素子。
(2) さらに半導体に接する透明導電膜を有する(1)記載の光電変換素子。
(3) (1)または(2)の光電変換素子を有する撮像素子。
(4) 異なる波長の光を吸収する少なくとも2種の光電変換素子を有する(3)記載の撮像素子。
(5) 青色、緑色および赤色の光を吸収する少なくとも3種の光電変換素子を積層させた(3)記載の撮像素子。
(6) (1)に記載の光電変換素子の半導体に、前記一つの電極に対して正の電圧を印加する光電変換方法。
In the dye sensitization of semiconductors, it is a feature of the present invention that the dye chromophore is adsorbed in multiple layers for spectral sensitization. The above problems have been solved by the following means.
(1) A photoelectric conversion element having at least one semiconductor, at least one organic dye having a dye chromophore, and at least one electrode, wherein the dye chromophore is adsorbed in multiple layers on the semiconductor surface. A characteristic photoelectric conversion element.
(2) The photoelectric conversion element according to (1), further comprising a transparent conductive film in contact with the semiconductor.
(3) An imaging device having the photoelectric conversion device of (1) or (2).
(4) The imaging device according to (3), including at least two types of photoelectric conversion elements that absorb light of different wavelengths.
(5) The imaging device according to (3), wherein at least three types of photoelectric conversion elements that absorb blue, green, and red light are stacked.
(6) A photoelectric conversion method in which a positive voltage is applied to the semiconductor of the photoelectric conversion element according to (1) with respect to the one electrode.

本発明により、色素発色団を多層吸着させ分光増感された半導体を用いることにより、半導体の単位表面積あたりの光吸収量を向上させ、量子効率の高い光電変換素子が得られ、結果として、光電変換素子の厚さを大幅に薄くすることができ、これにより、優れた撮像素子が得られる。   According to the present invention, by using a semiconductor that is spectrally sensitized by multilayer adsorption of a dye chromophore, a light absorption amount per unit surface area of the semiconductor is improved, and a photoelectric conversion element with high quantum efficiency is obtained. The thickness of the conversion element can be greatly reduced, and an excellent image sensor can be obtained.

本発明の光電変換素子は、少なくとも一つの電極、少なくとも一つの有機色素、少なくとも一つの半導体を含んでなり、該有機色素は半導体に接触して配置されている。本発明は、該色素の発色団が半導体に二層以上の多層状態で吸着していることを特徴とする。これにより、半導体の単位表面積あたりの光吸収量を向上させ、光電変換素子の厚さを大幅に(例えば通常の色素増感時の2分の1程度)に薄くすることができる。   The photoelectric conversion element of the present invention comprises at least one electrode, at least one organic dye, and at least one semiconductor, and the organic dye is disposed in contact with the semiconductor. The present invention is characterized in that the chromophore of the dye is adsorbed on the semiconductor in a multilayer state of two or more layers. As a result, the amount of light absorption per unit surface area of the semiconductor can be improved, and the thickness of the photoelectric conversion element can be greatly reduced (for example, about one half of that during normal dye sensitization).

本発明に適用される半導体は、一般的な半導体の定義による半導体であり、通常、室温における電導度が103〜10-10S/cmの範囲の材料である。本発明において、半導体は、吸着する色素のLUMO(励起分子軌道)からの電子注入が可能である半導体であることが好ましい。好ましい半導体の材料としては、シリコン、ゲルマニウムのような単体半導体の他に、金属のカルコゲニドに代表されるような化合物半導体またはペロブスカイト構造を有する化合物等を使用することができる。金属のカルコゲニドとしては好ましくはチタン、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、ビスマスの硫化物、カドミウム、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、ガリウム砒素、銅−インジウム−セレン化物、銅−インジウム−硫化物等が挙げられる。また、ペロブスカイト構造を有する化合物としては、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、ニオブ酸カリウムなどを挙げることができる。もちろん、これらに限定されるものではない。特に、本発明に好ましい材料としては、TiO2、ZnO、SnO2、ITO(インジウム−錫酸化物)、ATO(アンチモン−酸化錫)、IZO(インジウム−亜鉛酸化物)、FTO(フッ素添加酸化錫)、SrTiO3、BaTiO2、Ge、Si、III−V族元素又はその化合物である半導体を挙げることができる。 The semiconductor applied to the present invention is a semiconductor according to a general semiconductor definition, and is usually a material having a conductivity in the range of 10 3 to 10 −10 S / cm at room temperature. In the present invention, the semiconductor is preferably a semiconductor that can inject electrons from the LUMO (excited molecular orbital) of the adsorbed dye. As a preferable semiconductor material, a compound semiconductor represented by metal chalcogenide or a compound having a perovskite structure can be used in addition to a single semiconductor such as silicon or germanium. Preferred metal chalcogenides are titanium, tin, zinc, iron, tungsten, zirconium, hafnium, strontium, indium, cerium, yttrium, lanthanum, vanadium, niobium or tantalum oxide, cadmium, zinc, lead, silver, antimony Bismuth sulfide, cadmium, lead selenide, cadmium telluride and the like. Examples of other compound semiconductors include phosphides such as zinc, gallium, indium, and cadmium, gallium arsenide, copper-indium selenide, copper-indium-sulfide, and the like. Examples of the compound having a perovskite structure include strontium titanate, calcium titanate, sodium titanate, barium titanate, and potassium niobate. Of course, it is not limited to these. Particularly preferable materials for the present invention include TiO 2 , ZnO, SnO 2 , ITO (indium-tin oxide), ATO (antimony-tin oxide), IZO (indium-zinc oxide), FTO (fluorine-added tin oxide). ), SrTiO 3 , BaTiO 2 , Ge, Si, III-V group elements or semiconductors thereof.

本発明において、色素発色団は、色素化合物の一部の部分構造として存在してもよいし、色素発色団のみで色素化合物を形成してもよい。後者の場合、色素発色団は色素化合物を表す。色素発色団を含む色素化合物を増感色素として用いることができる。   In the present invention, the dye chromophore may exist as a partial structure of the dye compound, or the dye compound may be formed only from the dye chromophore. In the latter case, the dye chromophore represents a dye compound. A dye compound containing a dye chromophore can be used as a sensitizing dye.

本発明における色素発色団について以下の発色団[1]で説明する。
発色団[1]
ここで述べた発色団とは、理化学辞典(第五版、岩波書店、1998年)、1052頁に記載されている分子の吸収帯の主な原因となる原子団を意味し、例えばC=C、N=Nなどの不飽和結合を持つ原子団など、いかなる原子団も可能である。
色素発色団として具体的には、例えば、シアニン色素、スチリル色素、ヘミシアニン色素、メロシアニン色素(ゼロメチンメロシアニン(シンプルメロシアニン)を含む)、3核メロシアニン色素、4核メロシアニン色素、ロダシアニン色素、コンプレックスシアニン色素、コンプレックスメロシアニン色素、アロポーラー色素、オキソノール色素、ヘミオキソノール色素、スクアリウム色素、クロコニウム色素、アザメチン色素、クマリン色素、アリーリデン色素、アントラキノン色素、トリフェニルメタン色素、アゾ色素、アゾメチン色素、スピロ化合物、メタロセン色素、フルオレノン色素、フルギド色素、ペリレン色素、フェナジン色素、フェノチアジン色素、キノン色素、インジゴ色素、ジフェニルメタン色素、ポリエン色素、アクリジン色素、アクリジノン色素、ジフェニルアミン色素、キナクリドン色素、キノフタロン色素、フェノキサジン色素、フタロペリレン色素、ポルフィリン色素、クロロフィル色素、フタロシアニン色素、金属錯体色素が挙げられる。 好ましくは、シアニン色素、スチリル色素、ヘミシアニン色素、メロシアニン色素、3核メロシアニン色素、4核メロシアニン色素、ロダシアニン色素、コンプレックスシアニン色素、コンプレックスメロシアニン色素、アロポーラー色素、オキソノール色素、ヘミオキソノール色素、スクアリウム色素、クロコニウム色素、アザメチン色素などのメチン色素発色団が挙げられる。さらに好ましくはシアニン色素、メロシアニン色素、3核メロシアニン色素、4核メロシアニン色素、ロダシアニン色素、オキソノール色素であり、さらに好ましくはシアニン色素、メロシアニン色素、ロダシアニン色素、オキソノール色素であり、特に好ましくはシアニン色素、メロシアニン色素であり、最も好ましくはシアニン色素である。
これらの色素の詳細については、下記の色素文献[2]に記載されている。
The dye chromophore in the present invention will be described in the following chromophore [1].
Chromophore [1]
The chromophore mentioned here means an atomic group which mainly causes the absorption band of the molecule described in the physics and chemistry dictionary (5th edition, Iwanami Shoten, 1998), page 1052, for example, C = C Any atomic group is possible, such as an atomic group having an unsaturated bond such as N = N.
Specific examples of the dye chromophore include, for example, cyanine dyes, styryl dyes, hemicyanine dyes, merocyanine dyes (including zero methine merocyanine (simple merocyanine)), trinuclear merocyanine dyes, tetranuclear merocyanine dyes, rhodacyanine dyes, and complex cyanine dyes. , Complex merocyanine dye, allopolar dye, oxonol dye, hemioxonol dye, squalium dye, croconium dye, azamethine dye, coumarin dye, arylidene dye, anthraquinone dye, triphenylmethane dye, azo dye, azomethine dye, spiro compound, metallocene dye , Fluorenone dye, fulgide dye, perylene dye, phenazine dye, phenothiazine dye, quinone dye, indigo dye, diphenylmethane dye, polyene dye, Lysine dyes, acridinone dyes, diphenylamine dyes, quinacridone dyes, quinophthalone dyes, phenoxazine dyes, phthaloperylene dyes, porphyrin dyes, chlorophyll dyes, phthalocyanine dyes and metal complex dyes. Preferably, cyanine dye, styryl dye, hemicyanine dye, merocyanine dye, trinuclear merocyanine dye, tetranuclear merocyanine dye, rhodacyanine dye, complex cyanine dye, complex merocyanine dye, allopolar dye, oxonol dye, hemioxonol dye, squalium dye, Examples include methine dye chromophores such as croconium dyes and azamethine dyes. More preferred are cyanine dyes, merocyanine dyes, trinuclear merocyanine dyes, quadruple merocyanine dyes, rhodacyanine dyes, and oxonol dyes, more preferred are cyanine dyes, merocyanine dyes, rhodacyanine dyes, and oxonol dyes, and particularly preferred are cyanine dyes, Merocyanine dyes, most preferably cyanine dyes.
Details of these dyes are described in the following dye literature [2].

色素文献[2]
エフ・エム・ハーマー(F.M.Harmer)著「ヘテロサイクリック・コンパウンズーシアニンダイズ・アンド・リレィティド・コンパウンズ(Heterocyclic Compounds−Cyanine Dyes andRelated Compounds)」、ジョン・ウィリー・アンド・サンズ(John Wiley & Sons)社ーニューヨーク、ロンドン、1964年刊、デー・エム・スターマー(D.M.Sturmer)著「ヘテロサイクリック・コンパウンズースペシャル・トピックス・イン・ヘテロサイクリック・ケミストリー(Heterocyclic Compounds−Special topics in heterocyclic chemistry)」、第18章、第14節、第482から515頁、ジョン・ウィリー・アンド・サンズ(John Wiley & Sons)社−ニューヨーク、ロンドン、1977年刊、「ロッズ・ケミストリー・オブ・カーボン・コンパウンズ(Rodd’s Chemistry of Carbon Compounds)」2nd.Ed.vol.IV,partB,1977刊、第15章、第369から422頁、エルセビア・サイエンス・パブリック・カンパニー・インク(Elsevier Science PublishingCompany Inc.)社刊、ニューヨーク、などに記載されている。
さらに説明を加えると、リサーチ・ディスクロージャ(RD)17643の23〜24頁、RD18716の648頁右欄〜649頁右欄、RD308119の996頁右欄〜998頁右欄、欧州特許第0565096A1号の第65頁7〜10行、に記載されているものを好ましく用いることができる。また、米国特許第5,747,236号(特に第30〜39頁)、米国特許第5,994,051号(特に第32〜43頁)、米国特許第5、340、694号(特に第21〜58頁、但し、(XI)、(XII)、(XIII)に示されている色素において、n12、n15、n17、n18の数は限定せず、0以上の整数(好ましくは4以下)とする。)に記載されている、一般式及び具体例で示された部分構造、又は構造を持つ色素も好ましく用いることができる。
Dye literature [2]
“FM Hemer”, “Heterocyclic Compounds-Cyanine Dies and Related Compounds”, John Willy and h & h. Sons, Inc.-New York, London, 1964, by D.M. Sturmer, "Heterocyclic Compounds in Heterocyclic Compounds-Special Topics in Heterocyclics" chemistry ", Chapter 18, Section 14, 482-51. Page, John Wiley & Sons (John Wiley & Sons), Inc. - New York, London, published in 1977, "Rods Chemistry of Carbon Konpaunzu (Rodd's Chemistry of Carbon Compounds)" 2nd. Ed. vol. IV, part B, 1977, Chapter 15, pages 369 to 422, published by Elsevier Science Publishing Company, New York, and the like.
Further description is made from Research Disclosure (RD) 17643, pages 23 to 24, RD18716, page 648, right column to page 649, right column, RD308119, page 996, right column to page 998, right column, European Patent No. 0565096A1. Those described on page 65, lines 7 to 10 can be preferably used. Also, U.S. Pat. No. 5,747,236 (especially pages 30-39), U.S. Pat. No. 5,994,051 (especially pages 32-43), U.S. Pat. No. 5,340,694 (especially 21 to 58, provided that the number of n 12 , n 15 , n 17 , n 18 is not limited in the dyes shown in (XI), (XII), (XIII), and is an integer of 0 or more (preferably 4 or less), and a dye having a partial structure or structure shown in the general formula and specific examples can also be preferably used.

さらに、特開平10−239789号、特開平11−133531号、特開2000−267216号、特開2000−275772号、特開2001−75222号、特開2001−75247号、特開2001−75221号、特開2001−75226号、特開2001−75223号、特開2001−255615号、特開2002−23294号、特開平10−171058号、特開平10−186559号、特開平10−197980号、特開2000−81678号、特開2001−5132号、特開2001−166413号、特開2002−49113号、特開昭64−91134号、特開平10−110107号、特開平10−171058号、特開平10−226758号、特開平10−307358号、特開平10−307359号、特開平10−310715号、特開2000−231174 号、特開2000−231172号、特開2000−231173号、特開2001−356442号、欧州特許出願公開第0985965A号、欧州特許出願公開第0985964A号、欧州特許出願公開第0985966A号、欧州特許出願公開第0985967A号、欧州特許出願公開第1085372A号、欧州特許出願公開第1085373A号、欧州特許出願公開第1172688A号、欧州特許出願公開第1199595A号、欧州特許出願公開第887700A1号、特開平10−239789号、特開2001−75222号、特開平10−171058号に記載されている、一般式及び具体例で示された部分構造、又は構造を持つ色素も好ましく用いることができる。   Furthermore, JP-A-10-239789, JP-A-11-133531, JP-A-2000-267216, JP-A-2000-275772, JP-A-2001-75222, JP-A-2001-75247, JP-A-2001-75221. JP-A-2001-75226, JP-A-2001-75223, JP-A-2001-255615, JP-A-2002-23294, JP-A-10-171058, JP-A-10-186559, JP-A-10-197980, JP-A-2000-81678, JP-A-2001-5132, JP-A-2001-166413, JP-A-2002-49113, JP-A-64-91134, JP-A-10-110107, JP-A-10-171058, JP-A-10-226758, JP-A-10-307358, JP-A-10 307359, JP-A-10-310715, JP-A-2000-231174, JP-A-2000-231172, JP-A-2000-231173, JP-A-2001-356442, European Patent Application Publication No. 0985965A, European Patent Application Publication No. 0985964A, European Patent Application Publication No. 0985966A, European Patent Application Publication No. 0985967A, European Patent Application Publication No. 1085372A, European Patent Application Publication No. 1085373A, European Patent Application Publication No. 1172688A, European Patent Application Publication No. 1199595A. , European Patent Application Publication No. 887700A1, Japanese Patent Application Laid-Open No. 10-239789, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2001-75222, Japanese Patent Application Laid-Open No. 10-171058, and the partial structures or structures shown in the general formulas and specific examples Dyes with good It can be used well.

次に、本発明における多層吸着について説明を加える。本発明において、多層吸着とは、半導体表面上に色素発色団が一層より多く吸着(別の表現をすると、積層)していることを意味する。   Next, explanation will be given on multilayer adsorption in the present invention. In the present invention, multilayer adsorption means that more dye chromophores are adsorbed (stacked in another way) on the semiconductor surface.

具体的には、例えば、分子間力を利用することで色素を半導体表面へ一層飽和被覆量より多く吸着させたり、複数の色素発色団からなる化合物(いわゆる多発色団色素化合物、又は連結型色素)(該化合物において複数の色素発色団は共役していない方が好ましい)を半導体表面に吸着させる方法などが挙げられる。   Specifically, for example, by using intermolecular force, the dye is adsorbed to the semiconductor surface more than the saturated coating amount, or a compound composed of a plurality of dye chromophores (so-called multichromophore dye compounds or linked dyes). ) (Preferably, a plurality of dye chromophores are not conjugated in the compound) is adsorbed on the semiconductor surface.

具体的には、以下に示したハロゲン化銀粒子の多層吸着関連特許[3]の中に記載されている方法を、本発明の半導体にも好ましく用いることができる。
多層吸着関連特許[3]
特開平10−239789号、特開平11−133531号、特開2000−267216号、特開2000−275772号、特開2001−75222号、特開2001−75247号、特開2001−75221号、特開2001−75226号、特開2001−75223号、特開2001−255615号、特開2002−23294号、特開平10−171058号、特開平10−186559号、特開平10−197980号、特開2000−81678号、特開2001−5132号、特開2001−166413号、特開2002−49113号、特開昭64−91134号、特開平10−110107号、特開平10−171058号、特開平10−226758号、特開平10−307358号、特開平10−307359号、特開平10−310715号、特開2000−231174号、特開2000−231172号、特開2000−231173号、特開2001−356442号、欧州特許出願公開第0985965A号、欧州特許出願公開第0985964A号、欧州特許出願公開第0985966A号、欧州特許出願公開第0985967A号、欧州特許出願公開第1085372A号、欧州特許出願公開第1085373A号、欧州特許出願公開第1172688A号、欧州特許出願公開第1199595A号、欧州特許出願公開第887700A1号。
Specifically, the method described in the multilayer adsorption-related patent [3] shown below can be preferably used for the semiconductor of the present invention.
Patent for multilayer adsorption [3]
JP-A-10-239789, JP-A-11-133531, JP-A-2000-267216, JP-A-2000-275772, JP-A-2001-75222, JP-A-2001-75247, JP-A-2001-75221, JP 2001-75226, JP 2001-75223, JP 2001-255615, JP 2002-23294, JP 10-171058, JP 10-186559, JP 10-197980, JP JP 2000-81678, JP 2001-5132, JP 2001-166413, JP 2002-49113, JP 64-91134, JP 10-110107, JP 10-171058, JP 10-226758, JP-A-10-307358, JP-A-10-307 59, JP-A-10-310715, JP-A-2000-231174, JP-A-2000-231172, JP-A-2000-231173, JP-A-2001-356442, European Patent Application Publication No. 0985965A, European Patent Application Publication No. 0985964A, European Patent Application Publication No. 0985966A, European Patent Application Publication No. 0985967A, European Patent Application Publication No. 1085372A, European Patent Application Publication No. 1085373A, European Patent Application Publication No. 1172688A, European Patent Application Publication No. 1199595A. No., European Patent Application Publication No. 887700 A1.

本発明において半導体表面上に色素発色団が多層吸着しているとは、半導体表面に色素発色団が一層より多く吸着した状態を指し、使用される色素のうち、半導体表面の色素占有面積が最も小さい色素によって到達する単位表面積あたりの飽和吸着量を一層飽和被覆量とし、この一層飽和被覆量に対して色素発色団の単位面積当たりの吸着量が多い状態をいう。また、吸着層数は一層飽和被覆量を基準とした時に単位粒子表面積あたりの色素発色団の吸着量を意味する。ここで、多発色団色素化合物の場合には、各々連結しない状態での個々の色素発色団を有する色素の色素占有面積を基準とすることができる。例えば、連結部位をアルキル基に変更した、一つの色素発色団を有する色素を挙げることができる。   In the present invention, the fact that the dye chromophore is multilayer adsorbed on the semiconductor surface means a state in which more dye chromophore is adsorbed on the semiconductor surface, and among the dyes used, the area occupied by the dye on the semiconductor surface is the most. The saturated adsorption amount per unit surface area reached by a small dye is defined as a saturated coating amount, and the adsorption amount per unit area of the dye chromophore is larger than the saturated coating amount. Further, the number of adsorbing layers means the adsorbing amount of the dye chromophore per unit particle surface area based on the saturated coating amount of one layer. Here, in the case of a multichromophore dye compound, the area occupied by a dye having an individual dye chromophore in an unconnected state can be used as a reference. For example, there can be mentioned a dye having one dye chromophore in which the linking site is changed to an alkyl group.

通常、用いられる色素の分子占有面積はほぼ80Å2付近であるので、簡易的にすべての色素について色素占有面積を80Å2としておおよその吸着層数を見積もることもできる。 Usually, the molecular occupation area of the dye used is approximately 80 2 , so that the approximate number of adsorbed layers can be estimated simply by setting the dye occupation area to 80 2 for all the dyes.

半導体表面への色素発色団の吸着は、好ましくは1.3層以上、さらに好ましくは1.5層以上、特に好ましくは1.7層以上である。なお、上限は特にないが、10層以下が好ましく、さらに好ましくは5層以下であり、特に好ましくは3層以下である。   Adsorption of the dye chromophore to the semiconductor surface is preferably 1.3 layers or more, more preferably 1.5 layers or more, and particularly preferably 1.7 layers or more. In addition, although there is no upper limit in particular, 10 layers or less are preferable, More preferably, it is 5 layers or less, Most preferably, it is 3 layers or less.

本発明において、色素発色団が一つである通常の色素の場合は、一層目色素とは半導体表面に隣接し内側に吸着している色素のことで、二層目以降の色素とは半導体表面に直接は吸着せず一層目色素に隣接した外側の色素のことである。多発色団色素化合物の場合は、一層目色素とは半導体表面に隣接し内側に吸着している色素発色団のことで、二層目以降の色素とは、該内側の色素発色団に隣接した外側の色素発色団のことである。   In the present invention, in the case of a normal dye having one dye chromophore, the first layer dye is a dye adsorbed on the inside adjacent to the semiconductor surface, and the second and subsequent layers are the semiconductor surface. It is an outer dye that does not adsorb directly to the first dye and is adjacent to the first dye. In the case of a multichromophore dye compound, the first layer dye is the dye chromophore adsorbed on the inner side adjacent to the semiconductor surface, and the second and subsequent layer dyes are adjacent to the inner dye chromophore. It is the outer dye chromophore.

本発明において、二層目以降の色素の吸収極大波長は一層目色素の吸収極大波長と同じか短波長であることが好ましく、両者の波長の間隔は好ましくは0nmから50nm、さらに好ましくは0nmから30nm、特に好ましくは0nmから20nmである。   In the present invention, the absorption maximum wavelength of the second and subsequent dyes is preferably the same or shorter than the absorption maximum wavelength of the first dye, and the distance between the two wavelengths is preferably from 0 nm to 50 nm, more preferably from 0 nm. 30 nm, particularly preferably 0 nm to 20 nm.

本発明において、一層目色素と二層目以降の色素の還元電位、及び酸化電位はいかなるものでも良いが、一層目色素の還元電位が二層目以降の色素の還元電位の値から0.2vを引いた値よりも、貴であることが好ましく、さらに好ましくは0.1Vを引いた値よりも貴であり、特に好ましくは一層目色素の還元電位が二層目以降の色素の還元電位よりも貴であることである。   In the present invention, any reduction potential and oxidation potential may be used for the first-layer dye and the second-layer and subsequent dyes. However, the reduction potential of the first-layer dye is 0.2 V from the value of the reduction potential of the second-layer and subsequent dyes. Is more preferable than the value obtained by subtracting 0.1 V, more preferably noble value than the value obtained by subtracting 0.1 V, and particularly preferably, the reduction potential of the first layer dye is lower than the reduction potential of the dyes in the second and subsequent layers. Is also noble.

還元電位、及び酸化電位の測定は、種々の方法が可能であるが、好ましくは、位相弁別式第二高調波交流ポーラログラフィーで行う場合であり、正確な値を求めることができる。なお、以上の位相弁別式第二高調波交流ポーラログラフィーによる電位の測定法はジャーナル・オブ・イメージング・サイエンス(Journal of Imaging Science)、第30巻、第27頁(1986年)に記載されている。   Various methods can be used to measure the reduction potential and the oxidation potential. Preferably, the reduction potential and the oxidation potential are measured by phase discrimination type second harmonic AC polarography, and an accurate value can be obtained. The method of measuring the potential by the above-described phase discrimination type second harmonic alternating current polarography is described in Journal of Imaging Science, Volume 30, Page 27 (1986). Yes.

また、二層目以降の色素は、発光性であることが好ましい。発光性色素の種類としては色素レーザー用に使用される色素の骨格構造を持つものが好ましい。これらは例えば、前田三男、レーザー研究、第8巻、694頁、803頁、958頁(1980年)及び第9巻、85頁(1981年)、及びF.Sehaefer著、「Dye Lasers」、Springer(1973年)の中に整理されている。
二層目色素部分のみの色素の発光収率は、好ましくは0.05以上であり、より好ましくは、0.1以上であり、さらに好ましくは0.2以上であり、特に好ましくは0.5以上である。
Moreover, it is preferable that the pigment | dye after the 2nd layer is luminescent. As the kind of the luminescent dye, those having a skeleton structure of a dye used for a dye laser are preferable. These include, for example, Maeda Mitsuo, Laser Research, Vol. 8, 694, 803, 958 (1980) and Vol. 9, 85 (1981), and F. Sehaefer, “Dye Lasers”, Springer. (1973).
The light emission yield of the dye only in the second layer dye part is preferably 0.05 or more, more preferably 0.1 or more, still more preferably 0.2 or more, and particularly preferably 0.5. That's it.

非平衡励起エネルギー移動機構で二層目以降の色素から一層目色素へのエネルギー伝達が起こる場合には、二層目色素部分のみの励起寿命は長い方が好ましい。この場合には二層目色素部分の発光収率は高くても低くても構わない。二層目色素部分のみの蛍光寿命は、好ましくは10ps以上、より好ましくは40ps以上、さらに好ましくは160ps以上である。二層目以降の色素の蛍光寿命に特に上限はないが、好ましくは1ms以下である。
二層目以降の色素の発光と一層目色素の吸収の重なりは大きいことが好ましい。二層目以降の色素の発光スペクトルをl(ν)、一層目色素の吸収スペクトルをa(ν)としたとき、それらの積l(ν)・ a(ν)は好ましくは0.001以上であり、より好ましくは0.01以上であり、さらに好ましくは0.1以上であり、特に好ましくは0.5以上である。ここでνは波数(cm-1)で、それぞれのスペクトルはスペクトル面積を1に規格化している。
In the case where energy transfer from the second and subsequent dyes to the first dye occurs by the non-equilibrium excitation energy transfer mechanism, it is preferable that the excitation life of only the second dye part is long. In this case, the light emission yield of the second layer dye portion may be high or low. The fluorescence lifetime of only the second-layer dye portion is preferably 10 ps or more, more preferably 40 ps or more, and further preferably 160 ps or more. Although there is no upper limit in particular in the fluorescence lifetime of the pigment | dye after the 2nd layer, Preferably it is 1 ms or less.
It is preferable that the overlap between the light emission of the second and subsequent dyes and the absorption of the first dye is large. When the emission spectrum of the second and subsequent dyes is l (ν) and the absorption spectrum of the first layer dye is a (ν), the product l (ν) · a (ν) is preferably 0.001 or more. Yes, more preferably 0.01 or more, still more preferably 0.1 or more, particularly preferably 0.5 or more. Here, ν is a wave number (cm −1 ), and each spectrum is normalized to a spectral area of 1.

二層目以降の色素の励起エネルギーの一層目色素へのエネルギー移動効率は、好ましくは10%以上、さらに好ましくは30%、特に好ましくは60%以上、最も好ましくは90%以上である。ここで二層目以降の色素の励起エネルギーとは、二層目以降の色素が光エネルギーを吸収して生成した励起状態の色素が有するエネルギーを指す。ある分子の持つ励起エネルギーが他の分子に移動する場合には励起電子移動機構、フェルスター型エネルギー移動機構(Forster Model)、デクスターエネルギー移動機構(Dextor Model)等を経て励起エネルギーが移動すると考えられているため、本研究の多層吸着系においても、これらの機構から考えられる効率よい励起エネルギー移動を起こすための条件を満たすことが好ましい。さらに、フェルスター型エネルギー移動機構を起こすための条件を満たすことが特に好ましい。フェルスター型のエネルギー移動効率を高めるためには、半導体表面近傍の屈折率を低下させることも有効である。
二層目色素の蛍光減衰速度解析や一層目色素の蛍光の立ち上がり速度等の光励起状態のダイナミクス解析によって二層目以降の色素から一層目色素へのエネルギー移動の効率を求めることができる。
また、二層目以降の色素から一層目色素へのエネルギー移動の効率は、二層目以降の色素励起時の分光増感効率/一層目色素励起時の分光増感効率としても求めることができる。
The energy transfer efficiency of the excitation energy of the second and subsequent dyes to the first dye is preferably 10% or more, more preferably 30%, particularly preferably 60% or more, and most preferably 90% or more. Here, the excitation energy of the dyes in the second and subsequent layers refers to the energy of the dye in the excited state generated by absorbing the light energy from the dyes in the second and subsequent layers. When the excitation energy of a molecule moves to another molecule, it is considered that the excitation energy moves via an excited electron transfer mechanism, a Forster model energy transfer mechanism (Forster Model), a Dexter energy transfer mechanism (Dextor Model), etc. Therefore, even in the multilayer adsorption system of this research, it is preferable that the conditions for causing efficient excitation energy transfer considered from these mechanisms are satisfied. Furthermore, it is particularly preferable to satisfy the conditions for causing the Forster-type energy transfer mechanism. In order to increase the Forster-type energy transfer efficiency, it is also effective to reduce the refractive index in the vicinity of the semiconductor surface.
The efficiency of energy transfer from the second and subsequent layer dyes to the first layer dye can be determined by analyzing the fluorescence decay rate of the second layer dye and analyzing the dynamics of the photoexcited state such as the rise rate of the fluorescence of the first layer dye.
In addition, the efficiency of energy transfer from the second and subsequent layer dyes to the first layer dye can also be obtained as the spectral sensitization efficiency at the second layer and subsequent dye excitation / the spectral sensitization efficiency at the first layer dye excitation. .

本発明においては、一層目に吸着している色素はJ会合体を形成していることが好ましい。また二層目以降の色素は単量体で吸着してもH会合体のような短波長会合を形成しても良いが、特に好ましくはJ会合体を形成して吸着することである。J会合体は吸光係数が高く、吸収も鋭い点で好ましいため通常の単層吸着での分光増感においても非常に有用であるが、二層目以降の色素としても上記分光特性を持つことは非常に好ましい。しかも蛍光収率が高く、ストークスシフトも小さいため、光吸収波長の接近した一層目色素へ二層目以降の色素の吸収した光エネルギーをフェルスター型のエネルギー移動で伝達するのにも好ましい。   In the present invention, the dye adsorbed in the first layer preferably forms a J aggregate. The dyes in the second and subsequent layers may adsorb with monomers or form short wavelength associations such as H-aggregates, but particularly preferably form J-aggregates and adsorb. J-aggregates have a high extinction coefficient and are preferable in terms of sharp absorption, so they are very useful for spectral sensitization in ordinary single-layer adsorption, but the dyes in the second and subsequent layers also have the above-mentioned spectral characteristics. Highly preferred. In addition, since the fluorescence yield is high and the Stokes shift is small, it is also preferable to transmit the light energy absorbed by the second and subsequent dyes to the first dye having a light absorption wavelength close by Förster energy transfer.

半導体に吸着している増感色素による分光吸収率の最大値Amax、および分光感度の最大値Smaxのそれぞれ50%を示す最も短波長と最も長波長の間隔は、好ましくは120nm以下であり、さらに好ましくは100nm以下であり、特に好ましくは80nm以下、最も好ましくは60nm以下である。
またAmaxおよびSmaxの80%を示す最も短波長と最も長波長の間隔は好ましくは20nm以上で、好ましくは100nm以下、さらに好ましくは80nm以下、特に好ましくは50nm以下である。
またAmaxおよびSmaxの20%を示す最も短波長と最も長波長の間隔は、好ましくは180nm以下、さらに好ましくは150nm以下、特に好ましくは120nm以下、最も好ましくは100nm以下である。
AmaxまたはSmaxの50%の分光吸収率を示す最も長波長は好ましくは460nmから510nm、または560nmから610nm、または640nmから730nmである。
The interval between the shortest wavelength and the longest wavelength, each showing 50% of the maximum value Amax of the spectral absorption rate due to the sensitizing dye adsorbed on the semiconductor and the maximum value Smax of the spectral sensitivity, is preferably 120 nm or less. The thickness is preferably 100 nm or less, particularly preferably 80 nm or less, and most preferably 60 nm or less.
Further, the interval between the shortest wavelength and the longest wavelength showing 80% of Amax and Smax is preferably 20 nm or more, preferably 100 nm or less, more preferably 80 nm or less, and particularly preferably 50 nm or less.
The interval between the shortest wavelength and the longest wavelength that represents 20% of Amax and Smax is preferably 180 nm or less, more preferably 150 nm or less, particularly preferably 120 nm or less, and most preferably 100 nm or less.
The longest wavelength exhibiting a spectral absorption of 50% of Amax or Smax is preferably 460 nm to 510 nm, or 560 nm to 610 nm, or 640 nm to 730 nm.

また、半導体表面の一層目の色素発色団による分光吸収率の最大値をA1max、二層目以降の色素発色団による分光吸収率の最大値をA2maxとしたとき、A1max及びA2maxが、400〜500nm、又は500〜600nm、又は600〜700nm、又は700〜1000nmの範囲にあることが好ましい。
さらに、半導体表面の一層目の色素発色団による分光感度の最大値をS1max、二層目以降の色素発色団による分光感度の最大値をS2maxとしたとき、S1max 及びS2maxが、400〜500nm、又は500〜600nm、又は600〜700nm、又は700〜1000nmの範囲にあることが好ましい。
Further, when the maximum value of the spectral absorptance due to the dye chromophore of the first layer on the semiconductor surface is A1max and the maximum value of the spectral absorptance due to the dye chromophore after the second layer is A2max, A1max and A2max are 400 to 500 nm. Or in the range of 500 to 600 nm, or 600 to 700 nm, or 700 to 1000 nm.
Furthermore, when the maximum value of spectral sensitivity due to the dye chromophore of the first layer on the semiconductor surface is S1max, and the maximum value of spectral sensitivity due to the dye chromophore after the second layer is S2max, S1max and S2max are 400 to 500 nm, or It is preferable to be in the range of 500 to 600 nm, or 600 to 700 nm, or 700 to 1000 nm.

本発明の色素の多層吸着において、色素同士が「共有結合以外の引力によって相互に結合している」場合について説明する。
共有結合以外の引力としてはいかなるものでも良いが、例えば、ファン・デル・ワールス(van der Waals)力(さらに細かくは、永久双極子−永久双極子間に働く配向力、永久双極子−誘起双極子間に働く誘起力、一時双極子−誘起双極子間に働く分散力に分けて表現できる。)、電荷移動力(CT)、クーロン力(静電力)、疎水結合力、水素結合力、配位結合力などが挙げられる。これらの結合力は、1つだけ利用することも、また任意のものを複数組み合わせて用いることもできる。
In the multilayer adsorption of the dye of the present invention, the case where the dyes are “bonded to each other by an attractive force other than a covalent bond” will be described.
Any attractive force other than a covalent bond may be used. For example, van der Waals force (more precisely, an orientation force acting between a permanent dipole and a permanent dipole, a permanent dipole-induced dipole) It can be expressed in terms of induced force acting between the children, dispersion force acting between the temporary dipole-induced dipole), charge transfer force (CT), Coulomb force (electrostatic force), hydrophobic bond force, hydrogen bond force, distribution For example, cohesive strength. Only one of these binding forces can be used, or a plurality of arbitrary binding forces can be used in combination.

好ましくは、ファン・デル・ワールス力、電荷移動力、クーロン力、疎水結合力、水素結合力であり、さらに好ましくはファン・デル・ワールス力、クーロン力、水素結合力であり、特に好ましくはファン・デル・ワールス力、クーロン力であり、最も好ましくはファン・デル・ワールス力である。   Preferred are van der Waals force, charge transfer force, coulomb force, hydrophobic bond force and hydrogen bond force, more preferred are van der Waals force, coulomb force and hydrogen bond force, and particularly preferred is fan. -Del Waals force and Coulomb force, most preferably van der Waals force.

相互に結合しているとは、これらの引力によって色素発色団が拘束されていることを意味する。別の表現で説明すると、引力のエネルギー(すなわち吸着エネルギー(ΔG))として好ましくは15kJ/mol以上、さらに好ましくは20kJ/mol以上、特に好ましくは40kJ/mol以上の場合である。上限は特にないが、好ましくは5000kJ/mol以下、さらに好ましくは1000kJ/mol以下である。   Being bonded to each other means that the dye chromophore is bound by these attractive forces. In other words, the attractive energy (ie, adsorption energy (ΔG)) is preferably 15 kJ / mol or more, more preferably 20 kJ / mol or more, and particularly preferably 40 kJ / mol or more. Although there is no upper limit in particular, it is preferably 5000 kJ / mol or less, more preferably 1000 kJ / mol or less.

具体的には、例えば、特開平10−239789号に記載されている芳香族基を持つ色素、又は芳香族基を持つカチオン色素とアニオン色素を併用する方法、特開平10−171058号に記載されている多価電荷を持つ色素を用いる方法、特開平10−186559号に記載されている疎水性基を持つ色素を用いる方法、特開平10−197980号に記載されている配位結合基を持つ色素を用いる方法、特開2001−5132号に記載されている3核性塩基性核を持つ色素を用いる方法、特開2001−13614号に記載されている特定の親疎水性を持つ色素を用いる方法、特開2001−75220号に記載されている特定の分子内塩基型の色素を用いる方法、特開2001−75221号に記載されているシアニン以外の特定の色素を用いる方法、特開2001−152038号に記載されている特定のpKaの酸解離性基を持つ色素を用いる方法、特開2001−166413号、特開2001−323180号、特開2001−337409号に記載されている特定の水素結合基を持つ色素を用いる方法、特開2001−209143号に記載されている特定の蛍光量子収率を持つ色素を用いる方法、特開2001−264913号に記載されている特定の消色する色素を用いる方法、特開2001−343720号に記載されているゲル状マトリックスに含まれる色素を用いる方法、特開2002−23294号に記載されている特定の赤外色素を用いる方法、特開2002−99053号に記載されている特定の電位を持つ色素を用いる方法、欧州特許第0985964号、同0985965号、同0985966号、同0985967号、同1085372号、同1085373号、同1172688号、同1199595号に記載されている特定のカチオン色素を用いる方法などが好ましく用いられる。   Specifically, for example, a dye having an aromatic group described in JP-A-10-239789, or a method in which a cationic dye having an aromatic group and an anion dye are used in combination, described in JP-A-10-171058. A method using a dye having a polyvalent charge, a method using a dye having a hydrophobic group described in JP-A-10-186559, and a coordination bond group described in JP-A-10-197980 A method using a dye, a method using a dye having a trinuclear basic nucleus described in JP-A No. 2001-5132, and a method using a dye having a specific hydrophilicity / hydrophobicity described in JP-A No. 2001-13614 , A method using a specific intramolecular basic dye described in JP-A No. 2001-75220, a specific method other than cyanine described in JP-A No. 2001-75221 A method using an element, a method using a dye having an acid-dissociable group having a specific pKa described in JP-A-2001-152038, JP-A-2001-166413, JP-A-2001-323180, JP-A-2001-337409 Described in JP-A No. 2001-264913, a method using a dye having a specific hydrogen bond group described in No. 1, a method using a dye having a specific fluorescence quantum yield described in JP-A No. 2001-209143, and JP-A No. 2001-264913 A method using a specific decoloring dye, a method using a dye contained in a gel matrix described in JP-A No. 2001-343720, a specific infrared described in JP-A No. 2002-23294 A method using a dye, a method using a dye having a specific potential described in JP-A-2002-99053, EP 0985 The methods using the specific cationic dyes described in US Pat. Nos. 964, 0985965, 0985966, 0985967, 1085372, 1085373, 1172688, and 1199595 are preferably used.

本発明の色素の多層吸着において、複数の色素発色団からなる化合物を用いることもできる。該多発色団色素化合物は、複数の色素発色団を含む色素化合物である。
該化合物において、複数の色素発色団は、共有結合、又は配位結合で連結されることが可能であるが、好ましくは共有結合で連結されている場合である。(なお、配位結合については、分子間力の一つの配位結合力とみなすこともできる。)また、該化合物において、共有結合、又は配位結合は予め形成されていても、半導体表面に色素を多層吸着させる過程で形成されていても良い。後者の方法については、例えば、特開2000−81678号に記載の方法などを利用することができる。好ましくは結合が予め形成されている場合である。
In the multilayer adsorption of the dye of the present invention, a compound comprising a plurality of dye chromophores can also be used. The multichromophore dye compound is a dye compound containing a plurality of dye chromophores.
In the compound, a plurality of dye chromophores can be linked by a covalent bond or a coordinate bond, but preferably it is a covalent bond. (Note that the coordination bond can also be regarded as one coordination bond force of intermolecular forces.) In the compound, a covalent bond or a coordinate bond is formed on the surface of the semiconductor even if it is formed in advance. The dye may be formed in the process of multilayer adsorption. As for the latter method, for example, the method described in JP-A No. 2000-81678 can be used. Preferably, the bond is formed in advance.

多発色団色素化合物における、色素発色団の数は少なくとも2つあればいかなる数でも良いが、好ましくは2〜7個、さらに好ましくは2〜5個、特に好ましくは2及び3個、最も好ましくは2個である。複数の色素発色団は同一でも異なってもよい。色素発色団としてはいかなるものでも良いが、好ましくは前述の発色団[1]で述べた色素発色団が挙げられ、同様なものが好ましい。   In the multichromophore dye compound, the number of dye chromophores may be any number as long as it is at least two, preferably 2-7, more preferably 2-5, particularly preferably 2 and 3, most preferably Two. The plurality of dye chromophores may be the same or different. Any dye chromophore may be used, but the dye chromophore described in the above-mentioned chromophore [1] is preferable, and the same are preferable.

多発色団色素化合物の例としては、例えば、特開平9−265144号に記載されているメチン鎖で連結された多発色団色素、特開平10−226758号に記載されているオキソノール染料が連結された多発色団色素、特開平10−110107号、同10−307358号、同10−307359号、同10−310715号に記載されているベンゾイミダゾール核等を持つ特定の多発色団色素、特開平9−265143号、特開2000−231172号、同2000−231173号、同2002−55406号、同2002−82403号、同2002−82404号、同2002−82405に記載されている特定の基で連結された多発色団色素、特開2000−81678号に記載されている反応性基を持つ色素を用い乳剤中で生成した多発色団色素、特開2000−231174号に記載されている特定のベンゾオキサゾール核を持つ特定の多発色団色素、特開2001−311015号に記載されている特定の特性又は解離基を持つ多発色団色素、特開2001−356442号に記載されている特定の特性を持つ多発色団色素、特開2002−90927号に記載されている特定のメロシアニンを持つ多発色団色素、特開2002−90928号、同2002−90929号に記載されている特定の解離基を持つ多発色団色素、などが挙げられる。   Examples of the multichromophore dye compound include a multichromophore dye linked by a methine chain described in JP-A-9-265144 and an oxonol dye described in JP-A-10-226758. Multichromophore dyes, specific multichromophore dyes having a benzimidazole nucleus described in JP-A-10-110107, JP-A-10-307358, JP-A-10-307359, and JP-A-10-310715, 9-265143, JP-A Nos. 2000-231172, 2000-231173, 2002-55406, 2002-82403, 2002-82404, and 2002-82405 Multi-chromophore dyes, and emulsions containing reactive group dyes described in JP-A-2000-81678 The produced multichromophore dye, the specific multichromophore dye having a specific benzoxazole nucleus described in JP-A No. 2000-231174, the specific characteristic or dissociation group described in JP-A No. 2001-31115 A multi-chromophore dye having a specific property described in JP-A No. 2001-356442, a multi-chromophore dye having a specific merocyanine described in JP-A No. 2002-90927, Examples thereof include multichromophore dyes having specific dissociation groups described in 2002-90928 and 2002-90929.

なお、本発明におけるその他の多層吸着を構成する色素として具体的には、上述の多層吸着関連特許[3]に記載された色素を用いることができる。
以下に、具体例を示すが、これらに限定されるものではない。
In addition, specifically, the dye described in the above-mentioned multilayer adsorption-related patent [3] can be used as the other dye constituting the multilayer adsorption.
Specific examples are shown below, but are not limited thereto.

Figure 2005340489
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Figure 2005340489
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本発明の色素は、エフ・エム・ハーマー(F.M.Harmer)著「ヘテロサイクリック・コンパウンズ−シアニンダイズ・アンド・リレィティド・コンパウンズ(Heterocyclic Compounds-Cyanine Dyes and Related Compounds) 」、ジョン・ウィリー・アンド・サンズ(JohnWiley & Sons)社−ニューヨーク、ロンドン、1964年刊、デー・エム・スターマー(D.M.Sturmer) 著「ヘテロサイクリック・コンパウンズ−スペシャル・トピックス・イン・ヘテロサイクリック・ケミストリー(Heterocyclic Compounds-Special topics in heterocyclic chemistry) 」、第18章、第14節、第482から515頁、ジョン・ウィリー・アンド・サンズ(John Wiley & Sons) 社−ニューヨーク、ロンドン、1977年刊、「ロッズ・ケミストリー・オブ・カーボン・コンパウンズ(Rodd's Chemistry of Carbon Compounds)」2nd.Ed.vol.IV,partB,1977刊、第15章、第369から422頁、エルセビア・サイエンス・パブリック・カンパニー・インク(Elsevier Science Publishing Company Inc.)社刊、ニューヨーク、などに記載の方法に基づいて合成することができる。   The dyes of the present invention are described by FM Harmer, “Heterocyclic Compounds-Cyanine Dyes and Related Compounds”, John Willy and Sons. (JohnWiley & Sons)-New York, London, 1964, DMSturmer, "Heterocyclic Compounds-Special topics in cyclic" chemistry) ", Chapter 18, Section 14, 482-515, John Wiley & Sons, Inc.-New York, London, 1977," Rods Chemistry of Carbon Compounds. " (Rodd's Chemistry of Carbon Compounds) ”2nd.Ed.vol.IV, partB, 1 77 published, Chapter 15, # 369 from 422 pages, can be synthesized by the processes described Elsevier Science Public Company Inc. (Elsevier Science Publishing Company Inc.) published by New York, and the like.

半導体に色素を吸着させるには、半導体を色素の溶液中に浸漬するか、色素の溶液を半導体に塗布する方法、あるいは半導体上に色素を蒸着する方法を用いることができる。異なる色素化合物を多層に吸着させる場合、これを繰り返すことにより色素を多層に吸着させることができる。   In order to adsorb the dye to the semiconductor, a method of immersing the semiconductor in the dye solution, a method of applying the dye solution to the semiconductor, or a method of depositing the dye on the semiconductor can be used. When different dye compounds are adsorbed in multiple layers, the dye can be adsorbed in multiple layers by repeating this.

次に、本発明の光電変換素子の好ましい構成に関して述べる。例えば、図1に示すように下方から半導体、有機色素、電極間材料、少なくとも一つの電極という構成である。また、図1中のDC電源記号のように半導体に正バイアスを印加できるようにするのが好ましい。また、図2のように半導体の下に、半導体に接触させてもう一つの電極を配置することも大変望ましい。このようにすると、有機色素から電子等が注入される半導体の特性と、電極特性を分離することができるためである。また、該半導体は表面積が大きい方が有機色素をたくさん配置しることができるため望ましいことが多く、表面積を大きくする処理がされていることが好ましい。例えば、粒子を焼結することによりポーラスな多孔質膜を作成することも好ましく、薄膜に孔を空けるなどの処理により表面積を増加させる処理をしても良い。
電極は導電性の材料であればどのようなものでもよいが、透明な透明導電膜であることが好ましい。また、該半導体が透明導電膜であることも非常に好ましく、その場合の該半導体は電極としての機能も有する。
Next, a preferable configuration of the photoelectric conversion element of the present invention will be described. For example, as shown in FIG. 1, a semiconductor, an organic dye, an interelectrode material, and at least one electrode are arranged from below. Further, it is preferable that a positive bias can be applied to the semiconductor as indicated by a DC power supply symbol in FIG. It is also very desirable to place another electrode in contact with the semiconductor under the semiconductor as shown in FIG. This is because the characteristics of the semiconductor into which electrons and the like are injected from the organic dye and the electrode characteristics can be separated. In addition, it is often desirable for the semiconductor to have a larger surface area because a large amount of organic dye can be arranged, and it is preferable that the surface area be increased. For example, it is also preferable to create a porous porous film by sintering particles, and the surface area may be increased by a process such as making holes in the thin film.
The electrode may be any conductive material, but is preferably a transparent transparent conductive film. It is also very preferable that the semiconductor is a transparent conductive film, and the semiconductor in that case also has a function as an electrode.

透明導電膜としては、公知のどのようなものを用いてもよいが、例えば、金属(薄膜)、合金(薄膜)、金属酸化物、有機導電性化合物、これらの混合物等が好適に挙げられ、具体例としては、酸化錫、酸化亜鉛、酸化インジウム、IZO(酸化インジウム亜鉛)、ITO(酸化インジウム錫)等の導電性金属酸化物、金、白金、銀、クロム、ニッケル等の金属、更にこれらの金属と導電性金属酸化物との混合物又は積層物、ヨウ化銅、硫化銅などの無機導電性物質、ポリアニリン、ポリチオフェン、ポリピロ−ル等の有機導電性材料、これらとITOとの積層物、などが挙げられる。また、沢田豊監修「透明導電膜の新展開」(シーエムシー刊、1999年)、日本学術振興会著「透明導電膜の技術」(オーム社、1999年)等に詳細に記載されているものを用いても良い。   As the transparent conductive film, any known one may be used. For example, a metal (thin film), an alloy (thin film), a metal oxide, an organic conductive compound, a mixture thereof, and the like are preferably exemplified. Specific examples include conductive metal oxides such as tin oxide, zinc oxide, indium oxide, IZO (indium zinc oxide), ITO (indium tin oxide), metals such as gold, platinum, silver, chromium, nickel, and the like. A mixture or laminate of a metal and a conductive metal oxide, an inorganic conductive material such as copper iodide or copper sulfide, an organic conductive material such as polyaniline, polythiophene or polypyrrole, a laminate of these and ITO, Etc. Also described in detail by Yutaka Sawada, "New development of transparent conductive film" (published by CMC, 1999), Japan Society for the Promotion of Science "Transparent conductive film technology" (Ohm, 1999), etc. May be used.

本発明において前記した半導体に接触させるもう一つの電極についても、どのようなものを用いても構わないが、上記透明導電膜が好ましい。もちろん、その他金属、酸化物、半導体何を用いても良く、例えば、Li、Na、Mg、K、Ca、Rb、Sr、Cs、Ba、Fr、Ra、Sc、Ti、Y、Zr、Hf、V、Nb、Ta、Cr、Mo、W、Mn、Tc、Re、Fe、Ru、Os、Co、Rh、Ir、Ni、Pd、Pt、Cu、Ag、Au、Zn、Cd、Al、Ga、In、Tl、Si、Ge、Sn、Pb、P、As、Sb、Bi、Se、Te、Po、Br、I、At、B、C、N、F、O、S、Nの中から選ばれる任意の組み合わせで良い。   In the present invention, any electrode may be used as the other electrode brought into contact with the semiconductor, but the transparent conductive film is preferable. Of course, any other metal, oxide, or semiconductor may be used. For example, Li, Na, Mg, K, Ca, Rb, Sr, Cs, Ba, Fr, Ra, Sc, Ti, Y, Zr, Hf, V, Nb, Ta, Cr, Mo, W, Mn, Tc, Re, Fe, Ru, Os, Co, Rh, Ir, Ni, Pd, Pt, Cu, Ag, Au, Zn, Cd, Al, Ga, In, Tl, Si, Ge, Sn, Pb, P, As, Sb, Bi, Se, Te, Po, Br, I, At, B, C, N, F, O, S, N Any combination is acceptable.

また、上記の電極間材料は、誘電体、導電体、無機半導体、有機半導体、電解質など何であっても構わないが、有機半導体や、電解質の中でも溶融塩電解質や固体電解質が好ましい。例えば有機半導体の例では、正孔輸送材料と電子輸送材料があり、正孔輸送材料としては、ポリ-N-ビニルカルバゾール誘導体、ポリフェニレンビニレン誘導体、ポリフェニレン、ポリチオフェン、ポリメチルフェニルシラン、ポリアニリン、トリアゾール誘導体、オキサジアゾール誘導体、イミダゾール誘導体、ポリアリールアルカン誘導体、ピラゾリン誘導体及びピラゾロン誘導体、フェニレンジアミン誘導体、アリールアミン誘導体、アミノ置換カルコン誘導体、オキサゾール誘導体、カルバゾール誘導体、スチリルアントラセン誘導体、フルオレノン誘導体、ヒドラゾン誘導体、スチルベン誘導体、ポリフィリン誘導体(フタロシアニン等)、芳香族三級アミン化合物及びスチリルアミン化合物、ブタジエン化合物、ベンジジン誘導体、ポリスチレン誘導体、トリフェニルメタン誘導体、テトラフェニルベンジン誘導体、スターバーストポリアミン誘導体等が使用可能である。また、電子輸送(有機)材料としては、オキサジアゾール誘導体、トリアゾール誘導体、トリアジン誘導体、ニトロ置換フルオレノン誘導体、チオピランジオキサイド誘導体、ジフェニルキノン誘導体、ペリレンテトラカルボキシル誘導体、アントラキノジメタン誘導体、フレオレニリデンメタン誘導体、アントロン誘導体、ペリノン誘導体、オキシン誘導体、キノリン錯体誘導体等が挙げられる。   The interelectrode material may be a dielectric, a conductor, an inorganic semiconductor, an organic semiconductor, an electrolyte, or the like, but a molten salt electrolyte or a solid electrolyte is preferable among the organic semiconductor and the electrolyte. For example, in the case of an organic semiconductor, there are a hole transport material and an electron transport material. As the hole transport material, poly-N-vinylcarbazole derivative, polyphenylene vinylene derivative, polyphenylene, polythiophene, polymethylphenylsilane, polyaniline, triazole derivative Oxadiazole derivatives, imidazole derivatives, polyarylalkane derivatives, pyrazoline derivatives and pyrazolone derivatives, phenylenediamine derivatives, arylamine derivatives, amino-substituted chalcone derivatives, oxazole derivatives, carbazole derivatives, styrylanthracene derivatives, fluorenone derivatives, hydrazone derivatives, stilbenes Derivatives, porphyrin derivatives (phthalocyanine, etc.), aromatic tertiary amine compounds and styrylamine compounds, butadiene compounds, benzidine derivatives Polystyrene derivatives, triphenylmethane derivatives, tetraphenyl benzene derivatives, starburst polyamine derivative or the like can be used. Electron transport (organic) materials include oxadiazole derivatives, triazole derivatives, triazine derivatives, nitro-substituted fluorenone derivatives, thiopyrandioxide derivatives, diphenylquinone derivatives, perylene tetracarboxyl derivatives, anthraquinodimethane derivatives, fluoreni. Examples thereof include redenemethane derivatives, anthrone derivatives, perinone derivatives, oxine derivatives, quinoline complex derivatives, and the like.

溶融塩電解質とは、室温において液状であるか、又は低融点の塩であり、例えば国際公開第(WO)95/18456号パンフレット、特開平8―259543号公報及び電気化学,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。   The molten salt electrolyte is a salt that is liquid at room temperature or has a low melting point. For example, International Publication (WO) 95/18456, JP-A-8-259543 and Electrochemistry, Vol. 65, 11 No., page 923 (1997) and the like, 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.

好ましく用いることのできる溶融塩としては、特開2002−299678号公報に記載された一般式(Y-a)、(Y-b)及び(Y-c)により表されるものおよびその例示化合物が挙げられる。   Examples of the molten salt that can be preferably used include those represented by the general formulas (Y-a), (Y-b), and (Y-c) described in JP-A-2002-299678 and exemplified compounds thereof.

上記溶融塩電解質は常温で溶融状態であるものが好ましく、溶媒を用いない方が好ましい。後述する溶媒を添加しても構わないが、溶融塩の含有量は電解質組成物全体に対して50質量%以上であるのが好ましく、90質量%以上であるのが特に好ましい。
また、ゲル電解質としては以下のようなことが挙げられる、ポリマー添加、オイルゲル化剤添加、多官能モノマー類を含む重合、ポリマーの架橋反応等の手法により、前述の溶融塩電解質や電解液をゲル化(固体化)させて使用することもできる。ポリマー添加によりゲル化させる場合は、“Polymer Electrolyte Reviews-1及び2”(J.R.MacCallumとC.A. Vincentの共編、ELSEVIER APPLIED SCIENCE)に記載された化合物を使用することができるが、特にポリアクリロニトリル、ポリフッ化ビニリデンを好ましく使用することができる。オイルゲル化剤添加によりゲル化させる場合はJ. Chem Soc. Japan, Ind. Chem.Sec.,46巻,779頁(1943), J. Am. Chem. Soc., 111巻,5542頁(1989), J. Chem. Soc., Chem. Commun., 1993、390頁, Angew. Chem. Int. Ed. Engl., 35巻,1949頁(1996), Chem. Lett., 1996, 885頁, J. Chm. Soc.,Chem. Commun., 1997,545頁に記載されている化合物を使用することができるが、好ましい化合物は分子構造中にアミド構造を有する化合物である。電解液をゲル化した例は特開平11-185863号公報に、溶融塩電解質をゲル化した例は特開2000-58140号公報に記載されており、本発明にも適用できる。
The molten salt electrolyte is preferably in a molten state at room temperature, and preferably does not use a solvent. Although the solvent described later may be added, the content of the molten salt is preferably 50% by mass or more, and particularly preferably 90% by mass or more with respect to the entire electrolyte composition.
In addition, the gel electrolyte can be prepared by adding polymer, oil gelling agent, polymerization containing polyfunctional monomers, polymer cross-linking reaction, etc. It can also be used after being solidified. When gelation is performed by adding a polymer, compounds described in “Polymer Electrolyte Reviews-1 and 2” (JRMacCallum and CA Vincent, ELSEVIER APPLIED SCIENCE) can be used. Can be preferably used. In the case of gelation by adding an oil gelling agent, J. Chem Soc. Japan, Ind. Chem. Sec., 46, 779 (1943), J. Am. Chem. Soc., 111, 5542 (1989) , J. Chem. Soc., Chem. Commun., 1993, 390, Angew. Chem. Int. Ed. Engl., 35, 1949 (1996), Chem. Lett., 1996, p. 885, J. Although compounds described in Chm. Soc., Chem. Commun., 1997, page 545 can be used, preferred compounds are compounds having an amide structure in the molecular structure. An example of gelling the electrolytic solution is described in JP-A No. 11-185863, and an example of gelling the molten salt electrolyte is described in JP-A No. 2000-58140, which can also be applied to the present invention.

また、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、ピペラジン環など)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、ハロゲン化アラルキル、スルホン酸エステル、酸無水物、酸クロライド、イソシアネート、α、β-不飽和スルホニル基、α、β-不飽和カルボニル基、α、β-不飽和ニトリル基など)であり、特開2000−17076号公報、同2000−86724号公報に記載されている架橋技術も適用できる。
次に、高分子化合物としては、高分子化合物自体が電解質塩を溶解してイオン伝導性を示すもの、或いは、高分子化合物自体は電解質塩を溶解できないものであっても電解質塩を溶解することができる溶媒を用いて、高分子化合物がイオン伝導性を示すようになるものを用いることができる。
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 reagents capable of electrophilic reaction with a nitrogen atom (for example, alkyl halide, halogenated aralkyl, sulfonate ester, acid anhydride, acid chloride, isocyanate, α, β-unsaturated). A sulfonyl group, an α, β-unsaturated carbonyl group, an α, β-unsaturated nitrile group, etc.), and the crosslinking techniques described in JP-A Nos. 2000-17076 and 2000-86724 can also be applied.
Next, as the polymer compound, the polymer compound itself dissolves the electrolyte salt and exhibits ionic conductivity, or the polymer compound itself dissolves the electrolyte salt even if it cannot dissolve the electrolyte salt. A solvent that can exhibit high ionic conductivity can be used using a solvent that can be used.

前者の高分子化合物としては、例えば、ポリエチレングリコール、主鎖にポリアクリル酸、ポリメタクリル酸、ポリエチレンオキシド、ポリプロピレンオキシド、ポリビニルアルコール、ポリフォスファゼン、ポリシラン等、また、それらの共重合体等の構造を有し、側鎖にポリオキシエチレン構造を有する高分子化合物等を用いることができる。これらの電解質塩を溶解できる高分子化合物であっても、前述の電解質塩を溶解することができる溶媒を併用することができる。   Examples of the former polymer compound include, for example, polyethylene glycol, polyacrylic acid, polymethacrylic acid, polyethylene oxide, polypropylene oxide, polyvinyl alcohol, polyphosphazene, polysilane, etc. in the main chain, and their copolymers. And a polymer compound having a polyoxyethylene structure in the side chain can be used. Even if it is a high molecular compound which can melt | dissolve these electrolyte salts, the solvent which can melt | dissolve the above-mentioned electrolyte salt can be used together.

これに対して、後者の高分子化合物としては、例えば、ポリ塩化ビニル、ポリアクリロニトリル、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエステル、ポリアクリレートまた、それらの共重合体等を用いることができる。なお、上述の高分子化合物は、架橋構造を有するものであっても良い。   On the other hand, as the latter polymer compound, for example, polyvinyl chloride, polyacrylonitrile, polyethylene, polypropylene, polyester, polyacrylate, or a copolymer thereof can be used. Note that the above-described polymer compound may have a crosslinked structure.

以下に本発明の撮像素子について説明する。
本発明において撮像素子は、基板上に少なくとも一つの前記光電変換素子を有する。本発明における、半導体に少なくとも一つの電極に対して正バイアスを印加するという意味は、例えば該一つの電極がグランドであれば、0より大きい電圧を該半導体に印加することであり、もちろん、該一つの電極が、負の電位を持てば、それよりも高い電位を該半導体に与えるということである。本発明におけるバイアス印加は、半導体に注入された光励起された色素の電子が色素正孔と再結合することを有効に防止する。
The image sensor of the present invention will be described below.
In the present invention, the image sensor has at least one photoelectric conversion element on a substrate. In the present invention, the meaning of applying a positive bias to at least one electrode in a semiconductor is, for example, applying a voltage higher than 0 to the semiconductor if the one electrode is ground. If one electrode has a negative potential, a higher potential is applied to the semiconductor. The bias application in the present invention effectively prevents the electrons of the photoexcited dye injected into the semiconductor from recombining with the dye holes.

また、本発明においては上記光電変換素子が、少なくとも2つ以上積層されていることが好ましく、より好ましくは3層以上である。なぜなら、そうすることにより光利用効率を高めることができるからである。加えて、少なくとも3つの光電変換素子が青色光電変換部位、緑色光電変換部位、赤色光電変換部位であれば、1ピクセルでフルカラー撮像素子として機能することができ、大変好ましい。このためには、それぞれの色に適した分光特性を有する色素を選択することができ、前記の分光吸収特性を有することが好ましい。もちろん、本発明の光電変換素子と従来の素子(特開昭58−103165や特開2003−234460号に記載の光電変換膜)の構成と併用することもできる。
また、本発明に用いる基板は、電荷転送デバイスを載せたSiウェハー、CMOSイメージセンサーの駆動回路を載せたSiウェハーなどのSi基板が最も好ましく、その他半導体基板、ガラス基板、プラスチック基板など何を用いても良い。図3にBGR積層構成の撮像素子の1画素分の断面模式図を示す。図3において、B膜、G膜、R膜は半導体とそれに多層吸着した色素を含み、それぞれの上下の電極と共に、本発明の光電変換素子を形成する。これ以外に、B、G、Rのうち、一層または二層を色素多層吸着した半導体膜とし、他の層を可視域に吸収を有する半導体層とする構成、あるいはB、G、Rの順序を変えた構成(例えば、G/B/Rの順やR/G/Bの順など)にも本発明は適用できる。
In the present invention, it is preferable that at least two photoelectric conversion elements are laminated, and more preferably, three or more layers. This is because the light utilization efficiency can be increased by doing so. In addition, if at least three photoelectric conversion elements are a blue photoelectric conversion site, a green photoelectric conversion site, and a red photoelectric conversion site, one pixel can function as a full-color imaging device, which is very preferable. For this purpose, it is possible to select a dye having spectral characteristics suitable for each color, and it is preferable to have the spectral absorption characteristics described above. Of course, the photoelectric conversion element of the present invention and a conventional element (photoelectric conversion films described in JP-A-58-103165 and JP-A-2003-234460) can be used in combination.
The substrate used in the present invention is most preferably a Si substrate such as a Si wafer on which a charge transfer device is mounted, a Si wafer on which a CMOS image sensor driving circuit is mounted, and any other substrate such as a semiconductor substrate, a glass substrate, or a plastic substrate is used. May be. FIG. 3 is a schematic cross-sectional view of one pixel of an image sensor having a BGR stacked configuration. In FIG. 3, a B film, a G film, and an R film contain a semiconductor and a dye adsorbed in multiple layers thereon, and together with the upper and lower electrodes, form the photoelectric conversion element of the present invention. Other than this, one or two layers of B, G, and R are semiconductor films that are adsorbed in a multilayer and other layers are semiconductor layers that absorb in the visible region, or the order of B, G, and R is The present invention can also be applied to changed configurations (for example, G / B / R order, R / G / B order, etc.).

[実施例]
さらに本発明を実施例を挙げて説明するが、本発明は勿論これらの例に限定されるものではない。
[Example]
Further, the present invention will be described with reference to examples, but the present invention is of course not limited to these examples.

特開2002−176191号の実施例1の受光素子P−110において、増感色素DR−1を吸着させた後、さらに、本発明の増感色素(S−1)と(S−2)を1:1の比率でTiO2微粒子表面を単分子層で被覆する量だけ吸着させたことを除き、受光素子P−110と同様に受光素子X−1を作成する。さらに、同様にして、増感色素DR−1を吸着させた後、本発明の増感色素(S−3)と(S−4)を1:3の比率でTiO2微粒子表面を単分子層で被覆する量だけ吸着させたことを除き、受光素子P−110と同様に受光素子X−2を作成する。X−1及びX−2の光応答電流は、TiO2微粒子表面の色素層が約2分子層分だけ吸着して光電変換に寄与することにより、P−110の約2倍に向上する。
また、上記の受光素子の電解質を特開2002−176191号の実施例3のE−302に変えた以外は同様の受光素子P−110A、X−1A、X−2Aを作成した。これらの受光素子は、定常型の光応答電流を示し、X−1A、X−2Aの応答電流はP−110Aの約2倍に向上する。
In the light receiving element P-110 of Example 1 of JP-A-2002-176191, after the sensitizing dye DR-1 is adsorbed, the sensitizing dyes (S-1) and (S-2) of the present invention are further added. A light receiving element X-1 is formed in the same manner as the light receiving element P-110 except that the surface of the TiO 2 fine particles is adsorbed in an amount of 1: 1 so as to cover the monomolecular layer. Further, after the sensitizing dye DR-1 is adsorbed in the same manner, the surface of the TiO 2 fine particles on the surface of the TiO 2 fine particles in the ratio of 1: 3 is added to the sensitizing dyes (S-3) and (S-4) of the present invention. The light receiving element X-2 is formed in the same manner as the light receiving element P-110 except that the amount covered with the is covered. The photoresponse currents of X-1 and X-2 are improved about twice that of P-110 by the adsorption of about 2 molecular layers on the surface of the TiO 2 fine particle surface to contribute to photoelectric conversion.
Further, similar light receiving elements P-110A, X-1A, and X-2A were prepared except that the electrolyte of the light receiving element was changed to E-302 in Example 3 of JP-A-2002-176191. These light receiving elements exhibit a stationary photoresponse current, and the response currents of X-1A and X-2A are improved to about twice that of P-110A.

特開2002−176191号の実施例2のイメージセンサーのBGR受光部において、実施例1と同様に、TiO2微粒子表面のBGR色素層を約2分子層分だけ吸着させることにより、光応答電流が約2倍になる。
なお、B受光部として、特開2002−176191号の実施例1の受光素子P−108において、増感色素DB−1を吸着させた後、さらに、本発明の増感色素(S−5)と(S−6)を1:3の比率でTiO2微粒子表面を単分子層で被覆する量だけ吸着させたことを除き、受光素子P−108と同様に受光素子を作成した。
G受光部として、特開2002−176191号の実施例1の受光素子P−109において、増感色素DG−1を吸着させた後、さらに、本発明の増感色素(S−7)と(S−8)を1:3の比率でTiO2微粒子表面を単分子層で被覆する量だけ吸着させたことを除き、受光素子P−109と同様に受光素子を作成した。
In the BGR light receiving part of the image sensor of Example 2 of JP-A No. 2002-176191, as in Example 1, the BGR dye layer on the surface of the TiO 2 fine particles is adsorbed by about two molecular layers, so that the photoresponse current is increased. Doubled.
In addition, after adsorbing the sensitizing dye DB-1 in the light receiving element P-108 of Example 1 of JP-A-2002-176191 as the B light receiving portion, the sensitizing dye (S-5) of the present invention is further added. And (S-6) in the ratio of 1: 3 was adsorbed in the same amount as that of the light receiving element P-108 except that the surface of the TiO 2 fine particles was adsorbed by an amount covering the monomolecular layer.
After the sensitizing dye DG-1 is adsorbed in the light receiving element P-109 of Example 1 of JP-A No. 2002-176191 as the G light receiving portion, the sensitizing dye (S-7) of the present invention is A light receiving element was prepared in the same manner as the light receiving element P-109, except that S-8) was adsorbed at a ratio of 1: 3 by an amount covering the surface of the TiO 2 fine particles with a monomolecular layer.

本発明の光電変換素子の構成の一態様を示す図である。It is a figure which shows the one aspect | mode of the structure of the photoelectric conversion element of this invention. 本発明の光電変換素子の第2の電極を付加した構成の一態様を示す図である。It is a figure which shows the one aspect | mode of the structure which added the 2nd electrode of the photoelectric conversion element of this invention. 本発明のBGR積層構成の撮像素子の1画素分の断面模式図である。It is a cross-sectional schematic diagram for 1 pixel of the image pick-up element of the BGR laminated structure of this invention.

Claims (6)

少なくとも1種の半導体、色素発色団を有する少なくとも1種の有機色素および少なくとも一つの電極を有する光電変換素子であって、該半導体表面に色素発色団が多層に吸着していることを特徴とする光電変換素子。   A photoelectric conversion element having at least one semiconductor, at least one organic dye having a dye chromophore, and at least one electrode, wherein the dye chromophore is adsorbed in multiple layers on the semiconductor surface Photoelectric conversion element. さらに半導体に接する透明導電膜を有する請求項1記載の光電変換素子。   Furthermore, the photoelectric conversion element of Claim 1 which has a transparent conductive film which touches a semiconductor. 請求項1または2の光電変換素子を有する撮像素子。   An imaging device comprising the photoelectric conversion device according to claim 1. 異なる波長の光を吸収する少なくとも2種の光電変換素子を有する請求項3記載の撮像素子。   The imaging device according to claim 3, comprising at least two types of photoelectric conversion elements that absorb light of different wavelengths. 青色、緑色および赤色の光を吸収する少なくとも3種の光電変換素子を積層させた請求項3記載の撮像素子。   The imaging device according to claim 3, wherein at least three types of photoelectric conversion elements that absorb blue, green, and red light are stacked. 請求項1に記載の光電変換素子の半導体に、前記一つの電極に対して正の電圧を印加する光電変換方法。   The photoelectric conversion method which applies a positive voltage with respect to said one electrode to the semiconductor of the photoelectric conversion element of Claim 1.
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