JP2005538519A - N-type metal oxide semiconductor spectrally sensitized with cationic spectral sensitizer - Google Patents

N-type metal oxide semiconductor spectrally sensitized with cationic spectral sensitizer Download PDF

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Abstract

2.7eVより大きいバンドギャップを有するナノ−多孔質n−型金属酸化物半導体の層、吸着されたカチオン系分光増感剤およびn−型金属酸化物半導体上のカチオン系分光増感剤の吸着を促進させうる共吸着剤を含んでなる層構成、並びに2.7eVより大きいバンドギャップを有するナノ−多孔質n−型金属酸化物半導体の層を準備し、ナノ−多孔質n−型金属酸化物半導体層上に共吸着剤を吸着させそしてナノ−多孔質n−型金属酸化物半導体層上にカチオン系分光増感剤を吸着させる段階を含んでなる上記層構成の製造方法。Nano-porous n-type metal oxide semiconductor layer having a band gap greater than 2.7 eV, adsorbed cationic spectral sensitizer and adsorption of cationic spectral sensitizer on n-type metal oxide semiconductor And a layer of nano-porous n-type metal oxide semiconductor having a layer structure comprising a co-adsorbent capable of promoting oxygen and a band gap greater than 2.7 eV, and preparing a nano-porous n-type metal oxide A method for producing the layer structure comprising the steps of adsorbing a co-adsorbent on a physical semiconductor layer and adsorbing a cationic spectral sensitizer on a nano-porous n-type metal oxide semiconductor layer.

Description

本発明は、カチオン系分光増感剤で分光増感されたナノ−多孔質n−型金属酸化物半導体に関する。   The present invention relates to a nano-porous n-type metal oxide semiconductor spectrally sensitized with a cationic spectral sensitizer.

光エネルギー転換用の電気化学的手段としての染料で増感された半導体の基礎は1970年代に提示され[非特許文献1参照]そして電極に対する染料で増感されたフィルムの応用に発展した[非特許文献2参照]。染料吸着に利用可能な大きな表面積を有する半導体微粒子の集合体の使用がかなり改良された光捕獲効率をもたらすことが提唱され、それにより染料で増感された半導体を湿潤タイプ太陽電池に適用することが実行可能になった。特に、動作電極(work electrode)の如き染料で増感された二酸化チタン半導体粒子のナノ−多孔質フィルムを有する湿潤タイプ太陽電池は転換効率および価格において非晶質珪素太陽電池より優れていることが期待された。これらの基礎技術は非特許文献3並びに特許文献1、特許文献2および特許文献3に開示されている。太陽電池の太陽転換効率をさらに増加させるためには、光電流光効率を増加させることが重要である。1つの方式は、半導体層上の染料増感剤の吸着を改良することである。   The basis of dye-sensitized semiconductors as electrochemical means for light energy conversion was presented in the 1970s [see Non-Patent Document 1] and developed into the application of dye-sensitized films for electrodes [non- See Patent Document 2]. It has been proposed that the use of aggregates of semiconductor particles with a large surface area available for dye adsorption results in significantly improved light capture efficiency, thereby applying dye-sensitized semiconductors to wet-type solar cells Is now executable. In particular, a wet type solar cell having a nanoporous film of titanium dioxide semiconductor particles sensitized with a dye such as a working electrode is superior to an amorphous silicon solar cell in conversion efficiency and cost. Expected. These basic technologies are disclosed in Non-Patent Document 3, Patent Document 1, Patent Document 2, and Patent Document 3. In order to further increase the solar conversion efficiency of the solar cell, it is important to increase the photocurrent photoefficiency. One way is to improve the adsorption of the dye sensitizer on the semiconductor layer.

特許文献4は、好ましくは式(I):
−(Ar)−L−SO (I)
[式中、Rは水素原子または置換されたもしくは未置換のアルキル基を表わし、Arは置換されたもしくは未置換のアリーレン基を表わし、mは0または1を表わし、Lは単結合または2価結合基を表わし、そしてMはカチオンを表わし、但し、Rとしての水素原子、mとしての0、および単結合Lの組み合わせは除外される]
により、または式(II):
−Ph−O−(CHCHO)−L−SO (II)
[式中、Rは直鎖状もしくは分枝鎖状のアルキル基を表わし、Phはフェニレン基を表わし、nは0〜50の整数を表わし、Lは単結合、置換されたもしくは未置換のアルキレン基または置換されたもしくは未置換のアルキレンオキシ基を表わし、そしてMはカチオンを表わす]
により表示される、アニオン系スルホン酸誘導体の存在下でそれにより吸着される染料を有する半導体粒子を開示している。
Patent document 4 preferably has formula (I):
R 1 - (Ar) m -L 1 -SO 3 - M + (I)
[Wherein, R 1 represents a hydrogen atom or a substituted or unsubstituted alkyl group, Ar represents a substituted or unsubstituted arylene group, m represents 0 or 1, and L 1 represents a single bond or Represents a divalent linking group, and M + represents a cation, except that a combination of a hydrogen atom as R 1 , 0 as m, and a single bond L 1 is excluded.
Or by formula (II):
R 2 -Ph-O- (CH 2 CH 2 O) n -L 2 -SO 3 - M + (II)
[In the formula, R 2 represents a linear or branched alkyl group, Ph represents a phenylene group, n represents an integer of 0 to 50, and L 2 represents a single bond, a substituted or an unsubstituted group. Represents an alkylene group or a substituted or unsubstituted alkyleneoxy group, and M + represents a cation.]
Discloses semiconductor particles having a dye adsorbed thereby in the presence of an anionic sulfonic acid derivative.

特許文献5は、吸着が一般式(I):R−L−Z[式中、Rは場合により置換されていてもよいアルキル、アルケニルまたはアリール基であり、Lは単結合または2価結合基であり、そしてZは酸性基(これはプロトンを解離する)である]により表示される化合物Aまたはそのアルカリ金属塩により補助される顔料または染料で増感された半導体を含有する光−電気転換物質を開示している。さらに、この光−電気転換物質は一般式(II):   Patent Document 5 discloses that adsorption is represented by the general formula (I): RLZ [wherein R is an optionally substituted alkyl, alkenyl or aryl group, and L is a single bond or a divalent linking group. And Z is an acidic group (which dissociates a proton)] containing a semiconductor sensitized with a pigment or dye assisted by a compound A or an alkali metal salt thereof. The substance is disclosed. Further, this photo-electric conversion material has the general formula (II):

Figure 2005538519
Figure 2005538519

[式中、Xは水素原子またはC1−4アルキル基であり、Yは単結合または2価結合基であり、Eはエチレン系不飽和を有する化合物から誘導される繰り返し単位であり、Zは酸性基(これはプロトンを解離する)であり、そしてj、kは繰り返し単位の重量組成比である]により表示される高分子量重合体Bまたはそのアルカリ金属塩を含有することもできる。プロトンを解離する好ましい酸性基はカルボン酸およびスルホン基であるが、ホウ酸、フェノール酸およびヒドロキシ基も挙げられる。特許文献5に開示された式(I)に従う全ての具体的化合物はプロトンを解離するそれらの酸性基としてカルボキシ基を有しそして数種の化合物は1個より多いカルボキシ基を有する。 [Wherein, X is a hydrogen atom or a C 1-4 alkyl group, Y is a single bond or a divalent linking group, E is a repeating unit derived from a compound having ethylenic unsaturation, and Z is It can also contain a high molecular weight polymer B or an alkali metal salt thereof represented by an acidic group (which dissociates protons, and j and k are weight composition ratios of repeating units). Preferred acidic groups that dissociate protons are carboxylic acid and sulfone groups, but also boric acid, phenolic acid and hydroxy groups. All the specific compounds according to formula (I) disclosed in US Pat. No. 5,637,097 have carboxy groups as their acidic groups that dissociate protons, and some compounds have more than one carboxy group.

非特許文献4には、カテコールがナノ結晶性二酸化チタンフィルムをベースとした太陽電池に対するルテニウム−ポリピリジン感光剤の付着用の有効な固定基であることが報告されており、水性媒体中での表面チタン−カテコレート複合体の生成がこれまでに報告されており(非特許文献5および非特許文献6参照)、そしてカテコールと二酸化チタン粒子との間の界面電荷移送複合体の生成はこれまでに報告されていた(非特許文献7参照)。さらに、1993年 Redmondは、透明なナノ結晶性二酸化チタンフィルムの表面上でのピロカテコールの吸着が最初に適用された電位に対する蓄積に関する速度定数の依存性を帯域内(intraband)表面状態のエネルギー促進に一致する方法で、ナノ結晶性二酸化チタンフィルムの表面における不完全に配位されたTi原子と関連づけて伝導帯中で変えたことを立証した。   Non-Patent Document 4 reports that catechol is an effective anchoring group for the attachment of ruthenium-polypyridine photosensitizers to solar cells based on nanocrystalline titanium dioxide films, and surface in aqueous media. The formation of titanium-catecholate complexes has been reported so far (see Non-Patent Document 5 and Non-Patent Document 6), and the formation of interfacial charge transfer complexes between catechol and titanium dioxide particles has been reported so far. (See Non-Patent Document 7). In addition, 1993 Redmond demonstrated the dependence of the rate constant on the accumulation of potential on the surface to which the adsorption of pyrocatechol on the surface of a transparent nanocrystalline titanium dioxide film was first applied. In a manner consistent with that in the conduction band in relation to incompletely coordinated Ti atoms at the surface of the nanocrystalline titanium dioxide film.

ナノ−多孔質二酸化チタンをベースとした光電池装置の重要な特徴はそれらの分光増感であり、それがそれらの効率を大きく決める。有機金属複合染料(好ましくはルテニウムを包含する)は一般に二酸化チタン半導体中で光励起時に非常に速い電子注入を示す。純粋なアニオン系有機染料化合物(例えば、メロシアニン類)もTiO半導体中で光励起時に非常に速い電子注入を示す。カチオン系染料増感剤を用いる二酸化チタン半導体の分光増感は、我々の認識では知られていない。 An important feature of photovoltaic devices based on nano-porous titanium dioxide is their spectral sensitization, which greatly determines their efficiency. Organometallic complex dyes (preferably including ruthenium) generally exhibit very fast electron injection upon photoexcitation in titanium dioxide semiconductors. Pure anionic organic dye compounds (eg, merocyanines) also exhibit very fast electron injection upon photoexcitation in TiO 2 semiconductors. Spectral sensitization of titanium dioxide semiconductors using cationic dye sensitizers is not known to our knowledge.

従って、n−型金属酸化物半導体の促進された分光染料増感並びに染料を用いてナノ−多孔質n−型金属酸化物半導体の促進された分光増感を達成する方法に関する要望がある。さらに、n−型金属酸化物半導体の増感用にカチオン系染料増感剤を使用する手段に関する要望もある。
米国特許第4,927,721号明細書 米国特許第5,350,644号明細書 特開平第05−504023号公報 欧州特許出願公開第1137022号明細書 特開2001−024252号公報 Gerischer,Photochem.Photobiol.,16巻、243−260頁(1972) T.Miyasaka et al.,Nature,277巻、638−640頁(1979) Graetzel et al.,Nature,353巻、737−740頁、1991 Rice et al.,the New Journal of Chemistry,24巻、651−652頁、2000 Borgiaset al.,Inorganic Chemistry,23巻、1009(1984) Rodriguez et al.,J.Colloidal and Interface Science,177巻、122−131(1996) Liu et al.,J.Phys.Chem.B,103巻、2480−2486頁(1999)
Accordingly, there is a need for an enhanced spectral dye sensitization of n-type metal oxide semiconductors and a method for achieving enhanced spectral sensitization of nano-porous n-type metal oxide semiconductors using dyes. There is also a need for a means of using cationic dye sensitizers for sensitization of n-type metal oxide semiconductors.
US Pat. No. 4,927,721 US Pat. No. 5,350,644 Japanese Patent Laid-Open No. 05-504023 European Patent Application No. 1137022 JP 2001-024252 A Gerischer, Photochem. Photobiol. 16, pp. 243-260 (1972) T.A. Miyasaka et al. , Nature, 277, 638-640 (1979). Graetzel et al. , Nature, 353, 737-740, 1991. Rice et al. , The New Journal of Chemistry, 24, 651-652, 2000. Borgiaset al. , Inorganic Chemistry, Volume 23, 1009 (1984). Rodriguez et al. , J .; Colloidal and Interface Science, 177, 122-131 (1996). Liu et al. , J .; Phys. Chem. B, 103, 2480-2486 (1999)

従って、本発明の一局面はn−型金属酸化物半導体層をカチオン系染料増感剤で効率的に分光増感された層構成を提供することである。   Accordingly, one aspect of the present invention is to provide a layer structure in which an n-type metal oxide semiconductor layer is efficiently spectrally sensitized with a cationic dye sensitizer.

本発明の別の局面はカチオン系染料増感剤を用いてn−型金属酸化物半導体の効率的な分光増感を達成する方法を提供することである。   Another aspect of the present invention is to provide a method for achieving efficient spectral sensitization of an n-type metal oxide semiconductor using a cationic dye sensitizer.

本発明の一局面は、また、高い短路電流を達成するカチオン系染料で増感された光電池装置を提供することである。   One aspect of the present invention is also to provide a photovoltaic device sensitized with a cationic dye that achieves a high short circuit current.

本発明の一局面は、また、高い転換効率を達成するカチオン系染料で増感された太陽電池を提供することである。   One aspect of the present invention is also to provide a solar cell sensitized with a cationic dye that achieves high conversion efficiency.

本発明の別の局面および利点は以下の記述から明らかになるであろう。   Other aspects and advantages of the invention will become apparent from the following description.

発明の要旨
カチオン系染料増感剤をある種のオルト−ジヒドロキシ−ベンゼン化合物、例えば、3,4,5−トリヒドロキシ−ベンゾニトリルおよび3,4−ジヒドロキシ−ベンゾニトリルと共にナノ−多孔質n−型金属酸化物半導体上で共吸着させることにより、カチオン系染料の吸着がそれらの増感効率と一緒に促進されることが、驚くべきことに見出された。これは、最初にオルト−ジヒドロキシ−ベンゼン化合物を吸着させそして次にカチオン系増感剤を吸着させることによりまたはオルト−ジヒドロキシ−ベンゼン化合物およびカチオン系染料増感剤を同時に吸着させることにより達成しうる。
SUMMARY OF THE INVENTION Cationic dye sensitizers are combined with certain ortho-dihydroxy-benzene compounds such as 3,4,5-trihydroxy-benzonitrile and 3,4-dihydroxy-benzonitrile in nano-porous n-type It has been surprisingly found that co-adsorption on metal oxide semiconductors promotes the adsorption of cationic dyes along with their sensitization efficiency. This can be achieved by first adsorbing the ortho-dihydroxy-benzene compound and then adsorbing the cationic sensitizer or by simultaneously adsorbing the ortho-dihydroxy-benzene compound and the cationic dye sensitizer. .

本発明の局面は、2.7eVより大きいバンドギャップ(band−gap)を有するナノ−多孔質n−型金属酸化物半導体の層、吸着されたカチオン系分光増感剤、およびn−型金属酸化物半導体上のカチオン系分光増感剤の吸着を促進させうる共吸着剤(coadsorber)を含んでなる層構成(layer configuration)により実現される。   Aspects of the present invention include a layer of nano-porous n-type metal oxide semiconductor having a band-gap greater than 2.7 eV, an adsorbed cationic spectral sensitizer, and n-type metal oxidation It is realized by a layer configuration including a coadsorbent capable of promoting adsorption of a cationic spectral sensitizer on a physical semiconductor.

本発明の局面は、また、上記の層構成を含んでなる光電池装置(photovoltaic device)によって実現される。   Aspects of the present invention are also realized by a photovoltaic device comprising the above-described layer configuration.

本発明の局面は、また、上記の層構成を含んでなる太陽電池によって実現される。   Aspects of the present invention are also realized by a solar cell comprising the above layer configuration.

本発明の局面は、また、2.7eVより大きいバンドギャップを有するナノ−多孔質n−型金属酸化物半導体の層を準備し、ナノ−多孔質n−型金属酸化物半導体層上に共吸着剤を吸着させそしてn−型金属酸化物半導体層上にカチオン系分光増感剤を吸着させる段階を含んでなる、上記の層構成の製造方法によって実現される。   Aspects of the present invention also provide a layer of nano-porous n-type metal oxide semiconductor having a band gap greater than 2.7 eV and coadsorbed on the nano-porous n-type metal oxide semiconductor layer It is realized by the above-described method for producing a layer structure comprising the steps of adsorbing an agent and adsorbing a cationic spectral sensitizer on the n-type metal oxide semiconductor layer.

好ましい態様は従属請求項に開示されている。
発明の詳細な記述
非連続層という用語は、単一面が支持体の全領域を被覆せず且つ必ずしも支持体と直接接触する必要のない層をさす。
Preferred embodiments are disclosed in the dependent claims.
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The term non-continuous layer refers to a layer where a single surface does not cover the entire area of the support and need not necessarily be in direct contact with the support.

ナノ−多孔質金属酸化物半導体
本発明の局面は、2.7eVより大きいバンドギャップを有するナノ−多孔質n−型金属酸化物半導体の層、吸着されたカチオン系分光増感剤、およびn−型金属酸化物半導体上のカチオン系分光増感剤の吸着を促進させうる共吸着剤を含んでなる層構成により提供される。
Nano-Porous Metal Oxide Semiconductor Aspects of the invention include a layer of a nano-porous n-type metal oxide semiconductor having a band gap greater than 2.7 eV, an adsorbed cationic spectral sensitizer, and n- Provided by a layer structure comprising a co-adsorbent capable of promoting adsorption of a cationic spectral sensitizer on the metal oxide semiconductor.

本発明に従う層構成の第一の態様によると、n−型金属酸化物半導体は酸化チタン類、酸化錫類、酸化二オブ類、酸化タンタル類および酸化亜鉛類よりなる群から選択される。   According to a first embodiment of the layer configuration according to the invention, the n-type metal oxide semiconductor is selected from the group consisting of titanium oxides, tin oxides, niobium oxides, tantalum oxides and zinc oxides.

本発明に従う層構成の第二の態様によると、n−型金属酸化物半導体は二酸化チタンである。   According to a second embodiment of the layer configuration according to the invention, the n-type metal oxide semiconductor is titanium dioxide.

効率的な太陽電池に関すると、5〜8%までの動力転換効率を発生するのに充分な光吸収を有するためには、ナノ−多孔質TiOのコーティングは8〜12μmの間でなければならない。二酸化チタンコーティングが厚くなればなるほど、電荷(電子)を電荷収集電極に移送すべき通路が長くなりそして生じた動力転換効率損失で起きる再結合の確率が大きくなる。この問題を回避するためには、比較的大きい比表面積(specific surface)を有しそしてその結果として同じ光吸収値でより薄い層を実現可能な比較的小さい二酸化チタンナノ−粒子を使用することができる。この方法で、電荷収集電極までの電子により横切られる道がより短いことのために再結合の確率が減少する事実によって、より高い効率を有する光電池が得られうる。 For efficient solar cells, the nano-porous TiO 2 coating must be between 8-12 μm in order to have sufficient light absorption to generate power conversion efficiencies up to 5-8%. . The thicker the titanium dioxide coating, the longer the path for charge (electrons) to be transferred to the charge collection electrode and the greater the probability of recombination that occurs with the resulting loss of power conversion efficiency. In order to avoid this problem, it is possible to use relatively small titanium dioxide nanoparticles that have a relatively large specific surface area and consequently can achieve a thinner layer with the same light absorption value. . In this way, a photovoltaic cell with higher efficiency can be obtained due to the fact that the probability of recombination is reduced due to the shorter path traversed by electrons to the charge collection electrode.

本発明に従う方法で使用される2.7eVより大きいバンドギャップを有する金属酸化物半導体ナノ−粒子は、湿潤沈殿および非湿潤沈殿法により製造することができる。非湿潤沈殿法は、デグッサ(DEGUSSA)により実施されている火炎熱分解の如き方法を包含する。湿潤化学法に従い製造される二酸化チタンナノ−粒子は、グラエッツエル(Graetzel)−タイプ光電池の製造においてn−型半導体ナノ−粒子としてしばしば使用されている13nmの平均粒子寸法および120m/gの比表面積を有するナノ−寸法二酸化チタンであるTi−ナノキシド(Ti−Nanoxide)TMTとしておよび9nmの平均粒子寸法および165m/gの比表面積を有するナノ−寸法二酸化チタンであるTi−ナノキシドTMHTとしてソラロニックス(SOLARONIX)SAから市販されているか、または1997年にバルベ(Barbe)他により引用することにより本発明の内容となるthe Journal of the American Ceramic Society、80(12)巻、3157−3171頁に開示されているようなかなり直接的な沈殿技術を用いて容易に合成することができる。 Metal oxide semiconductor nanoparticles having a band gap greater than 2.7 eV used in the method according to the present invention can be produced by wet precipitation and non-wet precipitation methods. Non-wet precipitation methods include methods such as flame pyrolysis carried out by DEGUSSA. Titanium dioxide nanoparticles produced according to wet chemical methods have an average particle size of 13 nm and a specific surface area of 120 m 2 / g, which are often used as n-type semiconductor nanoparticles in the manufacture of Graetzel-type photovoltaic cells. Solaronics (as Ti-Nanoxide T, which is a nano-sized titanium dioxide with Ti-Nanoxide HT, and Ti-Nanoxide TM HT, which is a nano-sized titanium dioxide with an average particle size of 9 nm and a specific surface area of 165 m 2 / g The Journal of the American Ceramic Society, 80 (12), which is commercially available from SOLARONIX SA, or which is incorporated herein by reference by Barbe et al. In 1997. ), Pages 3157-3171 and can be readily synthesized using fairly direct precipitation techniques.

本発明に従う層構成の第三の態様によると、金属酸化物は非湿潤沈殿法により製造される二酸化チタンである。   According to a third embodiment of the layer configuration according to the invention, the metal oxide is titanium dioxide produced by a non-wet precipitation method.

カチオン系分光増感剤
本発明の局面は、2.7eVより大きいバンドギャップを有するナノ−多孔質n−型金属酸化物半導体の層、吸着されたカチオン系分光増感剤およびn−型金属酸化物半導体上のカチオン系分光増感剤の吸着を促進させうる共吸着剤を含んでなる層構成により提供される。
Cationic Spectral Sensitizer Aspects of the present invention include a nano-porous n-type metal oxide semiconductor layer having a band gap greater than 2.7 eV, an adsorbed cationic spectral sensitizer and n-type metal oxidation. Provided by a layer structure comprising a co-adsorbent capable of promoting adsorption of a cationic spectral sensitizer on a physical semiconductor.

本発明に従う層構成の第四の態様によると、カチオン系分光増感剤はシアニン染料である。   According to a fourth embodiment of the layer configuration according to the invention, the cationic spectral sensitizer is a cyanine dye.

本発明における使用に適するカチオン系分光増感剤は下記のものを包含する:   Cationic spectral sensitizers suitable for use in the present invention include:

Figure 2005538519
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共吸着剤
本発明の局面は、2.7eVより大きいバンドギャップを有するナノ−多孔質n−型金属酸化物半導体の層、吸着されたカチオン系分光増感剤およびn−型金属酸化物半導体上のカチオン系分光増感剤の吸着を促進させうる共吸着剤を含んでなる層構成により提供される。
Coadsorbent Aspects of the present invention include a nano-porous n-type metal oxide semiconductor layer having a band gap greater than 2.7 eV, an adsorbed cationic spectral sensitizer and an n-type metal oxide semiconductor Provided by a layer structure comprising a co-adsorbent capable of promoting the adsorption of the cationic spectral sensitizer.

本発明に従う層構成の第五の態様によると、共吸着剤はオルト−ジヒドロキシ−ベンゼン化合物である。   According to a fifth embodiment of the layer configuration according to the invention, the coadsorbent is an ortho-dihydroxy-benzene compound.

本発明に従う層構成の第六の態様によると、共吸着剤は少なくとも0.60であり且つ1.00より低いハンメット(Hammett)σ値を有する基を有するオルト−ジヒドロキシ−ベンゼン化合物である。   According to a sixth embodiment of the layer configuration according to the invention, the coadsorbent is an ortho-dihydroxy-benzene compound having a group having a Hammett σ value of at least 0.60 and lower than 1.00.

本発明に従う層構成の第七の態様によると、共吸着剤は少なくとも0.60であり且つ1.00より低いハンメットσ値を有する基を有するオルト−ジヒドロキシ−ベンゼン化合物であり、ここでオルト−ジヒドロキシ−ベンゼン化合物はオルト−ジヒドロキシ−基および少なくとも0.60であり且つ1.00より低いハンメットσ値を有する基を同一ベンゼン環上に有する。   According to a seventh embodiment of the layer configuration according to the invention, the coadsorbent is an ortho-dihydroxy-benzene compound having a group having a Hammett σ value of at least 0.60 and lower than 1.00, wherein ortho- The dihydroxy-benzene compound has an ortho-dihydroxy-group and a group on the same benzene ring that has a Hammett σ value of at least 0.60 and lower than 1.00.

本発明に従う層構成の第八の態様によると、共吸着剤はオルト−ジヒドロキシ−基と同じベンゼン環上に置換されたニトリル基を有するオルト−ジヒドロキシ−ベンゼン化合物である。   According to an eighth aspect of the layer configuration according to the invention, the coadsorbent is an ortho-dihydroxy-benzene compound having a nitrile group substituted on the same benzene ring as the ortho-dihydroxy-group.

本発明に従う層構成の第九の態様によると、共吸着剤は2,3−ジヒドロキシ−ベンゾニトリル、3,4−ジヒドロキシ−ベンゾニトリル、3,4,5−トリヒドロキシ−ベンゾニトリル、3,4−ジヒドロキシ−4’−シアノ−ベンゾフェノン、4−ニトロ−カテコール、(3,4−ジヒドロキシ−フェニル)メチル−スルホン、1,2−ジヒドロキシ−アントラキノン、3,4−ジヒドロキシ−アントラキノン−2−スルホン酸、4,5−ジヒドロキシ−ベンゼン−1,3−ジスルホン酸、6,7−ジヒドロキシ−ナフタレン−2−スルホン酸、3,4−ジヒドロキシ−安息香酸およびカテコールよりなる群から選択される。   According to a ninth embodiment of the layer configuration according to the invention, the coadsorbent is 2,3-dihydroxy-benzonitrile, 3,4-dihydroxy-benzonitrile, 3,4,5-trihydroxy-benzonitrile, 3,4 -Dihydroxy-4'-cyano-benzophenone, 4-nitro-catechol, (3,4-dihydroxy-phenyl) methyl-sulfone, 1,2-dihydroxy-anthraquinone, 3,4-dihydroxy-anthraquinone-2-sulfonic acid, Selected from the group consisting of 4,5-dihydroxy-benzene-1,3-disulfonic acid, 6,7-dihydroxy-naphthalene-2-sulfonic acid, 3,4-dihydroxy-benzoic acid and catechol.

本発明に従う層構成の第十の態様によると、共吸着剤は3,4−ジヒドロキシ−ベンゾニトリル、3,4,5−トリヒドロキシ−ベンゾニトリル、1,2−ジヒドロキシ−アントラキノン、(3,4−ジヒドロキシ−フェニル)メチル−スルホン、4,5−ジヒドロキシ−ベンゼン−1,3−ジスルホン酸およびカテコールよりなる群から選択される。   According to a tenth aspect of the layer configuration according to the invention, the coadsorbent is 3,4-dihydroxy-benzonitrile, 3,4,5-trihydroxy-benzonitrile, 1,2-dihydroxy-anthraquinone, (3,4 -Dihydroxy-phenyl) methyl-sulfone, selected from the group consisting of 4,5-dihydroxy-benzene-1,3-disulfonic acid and catechol.

本発明における使用に適する共吸着剤は下記のものを包含する:   Suitable coadsorbents for use in the present invention include:

Figure 2005538519
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CA−10 2,3−ジヒドロキシ−ベンゾニトリル
CA−11 3,4,5−トリヒドロキシ−ベンゾニトリル
CA−12 3,4−ジヒドロキシ−4’−シアノ−ベンゾフェノン
CA−13 4−ニトロ−カテコール
CA−14 (3,4−ジヒドロキシ−フェニル)メチルスルホン
CA−15 3,4−ジヒドロキシ−安息香酸
CA−16 カテコール
層構成の製造方法
本発明の局面は、2.7eVより大きいバンドギャップを有するナノ−多孔質n−型金属酸化物半導体の層を準備し、ナノ−多孔質n−型金属酸化物半導体層上に共吸着剤を吸着しそしてナノ−多孔質n−型金属酸化物半導体層上にカチオン系分光増感剤を吸着する段階を含んでなる本発明に従う層構成の製造方法により実現される。
CA-10 2,3-dihydroxy-benzonitrile CA-11 3,4,5-trihydroxy-benzonitrile CA-12 3,4-dihydroxy-4'-cyano-benzophenone CA-13 4-nitro-catechol CA- 14 (3,4-Dihydroxy-phenyl) methylsulfone CA-15 3,4-dihydroxy-benzoic acid CA-16 catechol
Method of manufacturing a layer configuration An aspect of the present invention provides a layer of a nano-porous n-type metal oxide semiconductor having a band gap greater than 2.7 eV, on the nano-porous n-type metal oxide semiconductor layer And a method for producing a layer structure according to the present invention comprising the steps of adsorbing a co-adsorbent and adsorbing a cationic spectral sensitizer on a nano-porous n-type metal oxide semiconductor layer.

本発明に従う層構成の製造方法の第一の態様によると、ナノ−多孔質n−型金属酸化物半導体上のカチオン系分光増感剤の吸着はナノ−多孔質n−型金属酸化物半導体層上の共吸着剤の吸着と同時に行われる。同じ溶液から適用される場合には、ナノ−多孔質n−型金属酸化物半導体層上の吸着前に共吸着剤とカチオン系分光増感剤との間で複合体生成が起きること、すなわち二成分が個別でなく複合体が吸着されること、がありうる。   According to the first aspect of the method for producing a layer structure according to the present invention, the adsorption of the cationic spectral sensitizer on the nano-porous n-type metal oxide semiconductor is the nano-porous n-type metal oxide semiconductor layer. It is performed simultaneously with the adsorption of the upper co-adsorbent. When applied from the same solution, complex formation occurs between the co-adsorbent and the cationic spectral sensitizer before adsorption on the nano-porous n-type metal oxide semiconductor layer, i.e. two It is possible that the components are not individual and the complex is adsorbed.

本発明に従う層構成の製造方法の第二の態様によると、ナノ−多孔質n−型金属酸化物半導体層上のカチオン系分光増感剤の吸着はナノ−多孔質n−型金属酸化物半導体層上の共吸着剤の吸着後に行われる。   According to the second aspect of the method for producing a layer structure according to the present invention, the adsorption of the cationic spectral sensitizer on the nano-porous n-type metal oxide semiconductor layer is performed by nano-porous n-type metal oxide semiconductor. This is done after adsorption of the coadsorbent on the layer.

支持体
本発明に従う使用のための支持体は、場合により処理されてもよく、下塗り層または露光差動可能部品に対する接着を助けるための他の接着促進手段が備えられていてもよい、重合体フィルム、珪素、セラミックス、酸化物、ガラス、重合体フィルム強化ガラス、ガラス/プラスチックラミネート、金属/プラスチックラミネート、紙および積層紙を包含する。適する重合体フィルムは、場合によりコロナ放電もしくはグロー放電により処理されてもよくまたは下塗り層が備えられていてもよい、ポリ(エチレンテレフタレート)、ポリ(エチレンナフタレート)、ポリスチレン、ポリエーテルスルホン、ポリカーボネート、ポリアクリレート、ポリアミド、ポリイミド類、三酢酸セルロース、ポリオレフィン類およびポリ(塩化ビニル)である。
Supports Supports for use in accordance with the present invention may be optionally processed polymers, which may be provided with a subbing layer or other adhesion promoting means to aid adhesion to the exposure-differentiable component. Includes film, silicon, ceramics, oxide, glass, polymer film tempered glass, glass / plastic laminate, metal / plastic laminate, paper and laminated paper. Suitable polymer films are optionally treated by corona discharge or glow discharge or may be provided with an undercoat layer, poly (ethylene terephthalate), poly (ethylene naphthalate), polystyrene, polyethersulfone, polycarbonate , Polyacrylates, polyamides, polyimides, cellulose triacetate, polyolefins and poly (vinyl chloride).

光電池装置
本発明の局面は、本発明に従うかまたは本発明に従う方法に従い製造される層構成を含んでなる光電池装置によっても実現される。
Photovoltaic Device Aspects of the present invention are also realized by a photovoltaic device comprising a layer configuration according to the present invention or manufactured according to a method according to the present invention.

本発明に従う分光増感されたナノ−多孔質n−型金属酸化物半導体を組み入れた光電池装置は、2つのタイプ:光を電力に転換させて実質的な化学変化を残さずに電流担持電子が陽極に移送されそして外部回路および正孔(hole)が陰極に移送されそれらが外部回路からの電子により酸化される再生タイプ、並びに1つが半導体電極の表面で正孔と反応しそして1つが逆電極に入る電子と反応し、例えば、水が半導体光陽極で酸化されそして陰極で水素に還元されるような2つのレドックスシステムがある光合成タイプ、でありうる。グラエッツエル電池により例示される光電池の再生タイプの場合には、正孔移送媒体はレドックス反応を助ける液体電解質、レドックス反応を助けるゲル電解質、低分子量物質、例えば2,2’,7,7’−テトラキス(N,N−ジ−p−メトキシフェニル−アミン)9,9’−スピロビフルオレン(OMeTAD)もしくはトリフェニルアミン化合物または重合体、例えばPPV−誘導体、ポリ(N−ビニルカルバゾール)などでありうる有機正孔移送物質、または無機半導体、例えばCuI、CuSCNなどでありうる。電荷移送方法は、例えば、液体電解質もしくはゲル電解質の場合のようにイオン性であることができ、または、例えば、有機もしくは無機正孔移送物質の場合のように電子性であることもできる。   Photovoltaic devices incorporating spectrally sensitized nano-porous n-type metal oxide semiconductors according to the present invention have two types: current-carrying electrons that convert light into electrical power and leave no substantial chemical changes. Regenerative type that is transferred to the anode and external circuit and holes are transferred to the cathode and they are oxidized by electrons from the external circuit, and one reacts with holes on the surface of the semiconductor electrode and one is the reverse electrode It can be a photosynthetic type that has two redox systems that react with electrons entering it, for example water is oxidized at the semiconductor photoanode and reduced to hydrogen at the cathode. In the case of the photovoltaic cell regeneration type exemplified by the Graetzel cell, the hole transport medium is a liquid electrolyte that aids the redox reaction, a gel electrolyte that aids the redox reaction, a low molecular weight material such as 2,2 ′, 7,7′-tetrakis. (N, N-di-p-methoxyphenyl-amine) 9,9'-spirobifluorene (OMeTAD) or a triphenylamine compound or polymer, such as PPV-derivative, poly (N-vinylcarbazole), etc. It can be an organic hole transport material or an inorganic semiconductor such as CuI, CuSCN, and the like. The charge transfer method can be ionic, for example, as is the case with liquid or gel electrolytes, or it can be electronic, as is the case with organic or inorganic hole transport materials, for example.

そのような再生光電池装置は最終用途に従い種々の内部構造を有することができる。考えられる形態は大よそ2つのタイプ:光を両面から受ける構造および光を一面から受けるもの、に分類される。前者の例は、透明な伝導層、例えばITO−層もしくはPEDOT/PSS−含有層および透明な逆電極電気伝導性層、例えば間に挟まれた感光層および電荷移送層を有するITO−層もしくはPEDOT/PSS−含有層から製造される構造である。そのような装置は好ましくは、内部物質の劣化または揮発を防止するために重合体、接着剤などで封着されたそれらの側面を有する。電気伝導性基質および逆電極とそれぞれの導線により連結された外部回路は既知である。   Such a regenerative photovoltaic cell device can have various internal structures according to the end use. The possible forms are roughly classified into two types: structures that receive light from both sides and those that receive light from one side. Examples of the former are transparent conductive layers, such as ITO-layers or PEDOT / PSS-containing layers and transparent reverse electrode electrically conductive layers, such as ITO-layers or PEDOTs having a sandwiched photosensitive layer and charge transport layer This is a structure manufactured from a / PSS-containing layer. Such devices preferably have their sides sealed with polymers, adhesives, etc. to prevent degradation or volatilization of internal materials. External circuits connected to the electrically conductive substrate and the counter electrode by respective conductors are known.

或いは、本発明に従う分光増感されたナノ−多孔質n−型金属酸化物半導体を例えば1991年にグラエッツエル他によりNature、353巻、737−740頁に、1998年にU.バッハ(Bach)他により[Nature、395巻、583−585頁(1998)参照]、そして2002年にW.U.ヒューン(Huynh)他により[Science、295巻、2425−2427頁(2002)参照]記載されたようなハイブリッド光電池組成物中に組み込むことができる。全てのこれらの場合には、成分(光吸収剤、電子移送剤または正孔移送剤)の少なくとも1種は無機性(例えば、電子移送剤としてのナノ−TiO、光吸収剤および電子移送剤としてのCdSe)でありそして成分の少なくとも1種は有機性(例えば、正孔移送剤としてのトリフェニルアミンまたは正孔移送剤としてのポリ(3−ヘキシルチオフェン))である。 Alternatively, a spectrally sensitized nano-porous n-type metal oxide semiconductor according to the present invention can be obtained, for example, by Graetzel et al. In Nature, 353, 737-740, and in 1998 by U.S. Pat. Bach et al. [Nature, 395, 583-585 (1998)] and in 2002 by W. Bach et al. U. It can be incorporated into a hybrid photovoltaic cell composition as described by Huynh et al. [See Science 295, 2425-2427 (2002)]. In all these cases, at least one of the components (light absorber, electron transfer agent or hole transfer agent) is inorganic (eg nano-TiO 2 as electron transfer agent, light absorber and electron transfer agent) And at least one of the components is organic (eg, triphenylamine as a hole transfer agent or poly (3-hexylthiophene) as a hole transfer agent).

工業用途
本発明に従う層構成は光電池装置および太陽電池の中で使用することができる。
Industrial application The layer structure according to the invention can be used in photovoltaic devices and solar cells.

本発明を以下で参考用および本発明の発光装置により説明する。これらの実施例に示された百分率および比は断らない限り重量による。
比較実験で使用されるアニオン系分光増感剤:
The present invention will be described below for reference and the light emitting device of the present invention. The percentages and ratios indicated in these examples are by weight unless otherwise indicated.
Anionic spectral sensitizers used in comparative experiments:

Figure 2005538519
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Figure 2005538519
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実施例1
ナノ−多孔質TiO層上の染料の吸着
ガラス基質(フラヒグラス(FLACHGLAS)AG)をエタノール中で5分間にわたり超音波洗浄しそして次に乾燥した。ナノ−TiO分散液(ソラロニックスSA)からのTi−ナノキシドHT)の層をガラス基質にドクターブレードコーターを用いて適用した。この二酸化チタンでコーティングされたガラスを450℃に30分間にわたり加熱した。これが、高度に透明なナノ−多孔質TiO層を生じた。レーザー輪郭法により(デクトラク(DEKTRAK)TM輪郭計)、ダイヤモンド先端プローブ(ペリソメーター(Perthometer))で機械的に、そして干渉法により確かめられた1.5μm、3μmまたは5μmの乾燥層厚さが、使用するドクターブレードナイフによって、得られた。
Example 1
Nano - adsorption glass substrate of the dye on the porous TiO 2 layer (Furahigurasu (FLACHGLAS) AG) was ultrasonically cleaned in ethanol for 5 minutes and then dried. A layer of nano-TiO 2 dispersion (Ti-nanoxide HT from Solaronics SA) was applied to the glass substrate using a doctor blade coater. The titanium dioxide coated glass was heated to 450 ° C. for 30 minutes. This is highly transparent nano - resulted porous TiO 2 layer. Using dry contour thickness of 1.5 μm, 3 μm or 5 μm confirmed by laser contouring (DEKTRAK TM contour meter), mechanically with a diamond tip probe (Persometer) and by interferometry Obtained by a doctor blade knife.

この焼結段階後に、二酸化チタンでコーティングされたガラス板を150℃のホットプレート上に10分間にわたり置くことによりそれを冷却しそして次に場合によりオルト−ジヒドロキシ−ベンゼン化合物を含有してもよい染料−含有溶液の中に直ちに浸漬し、そこで15〜17時間にわたり保った。染料溶液中への浸漬後に、二酸化チタン層をアセトニトリルですすいで吸着されなかった染料を除去しそして次に50℃で数時間にわたり乾燥した。   After this sintering step, the titanium dioxide-coated glass plate is cooled by placing it on a hot plate at 150 ° C. for 10 minutes and then optionally containing an ortho-dihydroxy-benzene compound Immersed immediately in the containing solution, where it was kept for 15-17 hours. After immersion in the dye solution, the titanium dioxide layer was rinsed with acetonitrile to remove unadsorbed dye and then dried at 50 ° C. for several hours.

ヒューレット−パッカード(Hewlett−Packard)ダイオード−アレイ分光計HP8452Aを用いて、200〜800nmの間の吸収スペクトルが得られた。結果をカチオン系染料の吸着およびアセトニトリル中の染料の基準スペクトルに関して表1に示す。   Absorption spectra between 200-800 nm were obtained using a Hewlett-Packard diode-array spectrometer HP8452A. The results are shown in Table 1 with respect to the adsorption of the cationic dye and the reference spectrum of the dye in acetonitrile.

Figure 2005538519
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カチオン系染料であるDC−01〜DC−17のアセトニトリル中2×10−4M溶液の中への焼結したての二酸化チタン層の浸漬で、アセトニトリルを用いる洗浄後に検出可能な染料吸着を生じなかった。 Immersion of a freshly sintered titanium dioxide layer in a 2 × 10 −4 M solution of the cationic dyes DC-01 to DC-17 in acetonitrile results in detectable dye adsorption after washing with acetonitrile. There wasn't.

本発明に従うオルト−ジヒドロキシ−ベンゼン化合物と一緒のカチオン系染料の共吸着に関する吸収結果を表2に示す。   The absorption results for co-adsorption of cationic dyes with ortho-dihydroxy-benzene compounds according to the present invention are shown in Table 2.

Figure 2005538519
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Figure 2005538519
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アセトニトリル中の2×10−4Mカチオン系染料(DC−01〜DC−17)および2×10−4M共吸着剤化合物CA−01〜CA−09、CA−11、C−14〜C−16の溶液中への焼結したての二酸化チタン層の浸漬はそれぞれ検出可能な染料吸着を生じた。共吸着剤CA−01、CA−03、CA−04、CA−11、CA−14およびCA−15と一緒にカチオン系染料を用いると、特に強い吸着が観察された。 2 × 10 −4 M cationic dye (DC-01 to DC-17) and 2 × 10 −4 M coadsorbent compounds CA-01 to CA-09, CA-11, C-14 to C— in acetonitrile Each immersion of the freshly sintered titanium dioxide layer in 16 solutions resulted in detectable dye adsorption. Particularly strong adsorption was observed when cationic dyes were used with the co-adsorbents CA-01, CA-03, CA-04, CA-11, CA-14 and CA-15.

共吸着剤CA−01を二酸化チタン層上にCA−01の2×10−4Mアセトニトリル溶液から上記のように15〜17時間にわたる浸漬により吸着し、DC−01、DC−02およびDC−11の2×10−4Mアセトニトリル溶液中への浸漬前に50℃で乾燥し、アセトニトリルで洗浄しそして最後に50℃で数分間にわたり乾燥する場合には染料吸着における差が観察されなかったことにも注目すべきである。 The co-adsorbent CA-01 was adsorbed on a titanium dioxide layer from a 2 × 10 −4 M acetonitrile solution of CA-01 by immersion for 15-17 hours as described above, and DC-01, DC-02 and DC-11. No difference in dye adsorption was observed when dried at 50 ° C. prior to immersion in 2 × 10 −4 M acetonitrile solution, washed with acetonitrile and finally dried at 50 ° C. for several minutes. Also should be noted.

参考用に、5種のアニオン系染料をTiO−表面(1.5μm厚さ):DA−01、DA−02、DA−03、DC−04およびDC−05、の上にカチオン系染料と同じ工程を用いて吸着した。これらの吸着実験の結果を表4に示す。 For reference, five anionic dyes were added to the TiO 2 -surface (1.5 μm thickness): DA-01, DA-02, DA-03, DC-04 and DC-05 with cationic dyes. Adsorption was performed using the same process. The results of these adsorption experiments are shown in Table 4.

表4に示された結果から、本発明に従う共吸着剤と組み合わされたカチオン系分光増感剤を用いるとナノ−多孔質二酸化チタン上でアニオン系分光増感剤で得られうるものに匹敵する光吸収が得られうることを結論づけうる。   From the results shown in Table 4, it is comparable to what can be obtained with anionic spectral sensitizers on nano-porous titanium dioxide when using cationic spectral sensitizers in combination with a co-adsorbent according to the present invention. It can be concluded that light absorption can be obtained.

Figure 2005538519
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実施例2
TiO上での吸着された分光増感剤の吸収に対する共吸着剤対カチオン系分光増感剤のモル比の影響
DC−16、DC−17およびCA−01の濃度を表5に示されたように変動させたこと以外は、本発明の実験41〜50は本発明の実験16および17に関して記載された通りにして行われた。
Example 2
Effect of molar ratio of co-adsorbent to cationic spectral sensitizer on absorption of adsorbed spectral sensitizer on TiO 2 The concentrations of DC-16, DC-17 and CA-01 are shown in Table 5. Except as varied, experiments 41-50 of the present invention were performed as described for experiments 16 and 17 of the present invention.

Figure 2005538519
Figure 2005538519

表5に示された結果は、CA−01の存在下におけるカチオン系染料の吸着はDC−16およびDC−17の両者に関してはCA−01濃度につれて強く増加したこと、すなわち5×10−5Mの染料濃度および1.5×10−4MのCA−01濃度においては1×10−4Mの染料濃度および1×10−4MのCA−01濃度におけるものより高い二酸化チタン上の吸収が観察されたこと、を示す。
実施例3
光電池装置中の評価
光電池1〜8を以下の通りにして製造した:
前面電極の製造
約15オーム/平方の表面導電率を有する導電性SnO:F(ピルキングトン(Pilkington)TEC15/3)でコーティングされたガラス板(2×7cm)をイソプロパノール中で5分間にわたり超音波洗浄しそして次に乾燥した。
The results shown in Table 5 indicate that the adsorption of cationic dyes in the presence of CA-01 increased strongly with CA-01 concentration for both DC-16 and DC-17, ie 5 × 10 −5 M. At a dye concentration of 1.5 × 10 −4 M and a CA-01 concentration of 1.5 × 10 −4 M, the absorption on titanium dioxide is higher than that at 1 × 10 −4 M dye concentration and 1 × 10 −4 M CA-01 concentration. It is observed.
Example 3
Evaluation photovoltaic cells 1-8 in the photovoltaic device were manufactured as follows:
Manufacture of Front Electrode A glass plate (2 × 7 cm 2 ) coated with conductive SnO 2 : F (Pilkington TEC 15/3) having a surface conductivity of about 15 ohms / square for 5 minutes in isopropanol. Sonicated and then dried.

電極を境界でテープ除去しそして中央(0.7×4.5cm)で上記のTiOのソラロニックス分散液を用いてドクターブレード−コーティングして、電池の匹敵する光吸収を確保するために、焼結後に1.8または5μmの層厚さを与えた。共吸着剤の存在下における焼結工程およびカチオン系分光増感剤吸着工程は実施例1に記載された通りであった。それにより前面電極が製造され、それを直ちに電池の組み立てで使用した。
電池組み立て品
(電解質の還元に触媒作用を与えるための白金と共に蒸発させたSnO:Fガラス(プルキングトンTEC15/3)よりなる)背面電極を前面電極と一緒に、間にある2つのスルリン(Surlyn)(R)(デュポン(DuPont))(2×7cm、中央で1×6cmが除去されていた)を用いて、封着した。これは100℃のすぐ上の温度においてホットプレート上で行われた。封着が完了したらすぐに、電池を25℃に冷却しそして電解質を逆電極内の正孔を通して加えた。使用された電解質は、0.5MのLiI、0.05MのIおよび0.4Mのt−ブチルピリジンのアセトニトリル中溶液でありそして電池組み立て中に電池内に注入された。正孔を次にスルリン(R)およびガラスの薄い片で封着した。導電性テープを電池の2つの長辺に付着して測定中に電気を集めた。
装置特性
電池に、金属ハライド1AM光源を有するステウエルナゲル・ソラー・コンスタント(Steuernagel Solar Constant)575太陽刺激剤を照射した。刺激剤は約1の日光当量に調節された。発生した電気をキースレー(Keithley)電位計(タイプ2400SMU)を用いて記録した。発生した電気の量から計算された光電池の開路電圧(Voc)、短路電流密度(Isc)および充填因子(Fill Factor)(FF)を表6に示す。
Electrodes were tape removed in the boundary and the doctor blade at the center (0.7 × 4.5cm 2) using Soraronikkusu the above dispersion of TiO 2 - coated, in order to ensure a comparable light absorption of the battery, A layer thickness of 1.8 or 5 μm was given after sintering. The sintering step and cationic spectral sensitizer adsorption step in the presence of the co-adsorbent were as described in Example 1. This produced a front electrode that was immediately used in the assembly of the battery.
Battery assembly (consisting of SnO 2 : F glass (purkington TEC15 / 3) evaporated with platinum to catalyze the reduction of the electrolyte) back electrode together with the front electrode and two sulrins in between Sealed with (Surlyn) (R) (DuPont) (2 × 7 cm 2 , 1 × 6 cm 2 removed in the center). This was done on a hot plate at a temperature just above 100 ° C. As soon as sealing was complete, the battery was cooled to 25 ° C. and electrolyte was added through the holes in the reverse electrode. The electrolyte used was, 0.5M of LiI, an acetonitrile solution of t- butylpyridine I 2 and 0.4M of 0.05M and was poured into the battery during battery assembly. The holes were then sealed with sullin (R) and a thin piece of glass. A conductive tape was attached to the two long sides of the battery to collect electricity during the measurement.
Device Characteristics The cells were irradiated with a Steuernagel Solar Constant 575 solar stimulant with a metal halide 1AM light source. The stimulant was adjusted to about 1 daylight equivalent. The electricity generated was recorded using a Keithley electrometer (type 2400 SMU). The open circuit voltage (V oc ), short circuit current density (I sc ) and fill factor (FF) of the photovoltaic cell calculated from the amount of electricity generated are shown in Table 6.

Figure 2005538519
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表6の結果は、特に染料が可視スペクトルの赤色領域で吸収する場合には、アニオン系染料増感で得られうるものに匹敵する短路電流[Isc]が共吸着剤の存在下においてカチオン系染料増感で実現されうることを示している。
実施例4
カチオン系分光増感剤の混合物を用いる分光増感
カチオン系分光増感剤をその吸着を促進させうる共吸着剤と共に用いてナノ−多孔質二酸化チタンの分光増感に基づく光電池装置のスペクトル応答を広げるために、カチオン系染料の混合物を共吸着剤CA−01と一緒に使用した。
The results in Table 6 show that, especially when the dye absorbs in the red region of the visible spectrum, a short circuit current [I sc ] comparable to that obtained with anionic dye sensitization can be obtained in the presence of a coadsorbent in the presence of a cationic system. It shows that it can be realized by dye sensitization.
Example 4
Spectral Sensitization Using Mixtures of Cationic Spectral Sensitizers Spectral Response of Photovoltaic Devices Based on Spectral Sensitization of Nano-Porous Titanium Dioxide Using Cationic Spectral Sensitizers with Coadsorbents That Can Promote Its Adsorption For spreading, a mixture of cationic dyes was used with the coadsorbent CA-01.

光電池を実施例3に記載されている通りにして、カチオン系分光増感剤を別個に用いてそしてカチオン系分光増感剤の混合物を用いて、製造した。これらの実験に関しては、湿潤沈殿法により製造されたナノ−二酸化チタンであるソラロニックスからのTi−ナノキシドHTの代わりに非湿潤沈殿法により、すなわち火炎熱分解により、製造されたナノ−二酸化チタンであるデグッサ(Degussa)P25 TiOナノ−コロイドを使用し、5gのデグッサP25が15mLの水に加えられ、1mLのトリトン(Triton)X−100が引き続き加えられた。生じた二酸化チタンコロイド分散液を氷中で冷却しそして5分間にわたり超音波処理した。この二酸化チタンコロイド分散液を次にTi−ナノキシドHT分散液に関して以上で記載された通りにしてさらに使用した。 Photocells were prepared as described in Example 3, using a cationic spectral sensitizer separately and using a mixture of cationic spectral sensitizers. For these experiments, nano-titanium dioxide produced by non-wet precipitation, i.e. by flame pyrolysis, instead of Ti-nanoxide HT from Solaronix, which is nano-titanium dioxide produced by wet precipitation. Using Degussa P25 TiO 2 nano-colloid, 5 g of Degussa P25 was added to 15 mL of water followed by 1 mL of Triton X-100. The resulting titanium dioxide colloidal dispersion was cooled in ice and sonicated for 5 minutes. This titanium dioxide colloidal dispersion was then further used as described above for the Ti-nanoxide HT dispersion.

染料吸着は3種のカチオン系分光増感剤に関しては1×10−4Mのカチオン系分光増感剤濃度および1×10−4MのCA−1濃度でそして0.5×10−4MのCA−01、0.3×10−4MのDC−01、0.7×10−4MのDC−15および0.5×10−4MのDC−02の混合物を用いて行われた。同量の3種の染料が使用される場合には、カチオン系分光増感剤の吸着強度における差によって不均一なスペクトルが生じた。従って染料の相対量を調節して可視スペクトル全体にわたり均一な吸収を実現させた。 Dye adsorption is at 1 × 10 −4 M cationic spectral sensitizer concentration and 1 × 10 −4 M CA-1 concentration and 0.5 × 10 −4 M for the three cationic spectral sensitizers. CA-01, 0.3 × 10 −4 M DC-01, 0.7 × 10 −4 M DC-15 and 0.5 × 10 −4 M DC-02. It was. When the same amount of the three dyes was used, a non-uniform spectrum was generated due to the difference in the adsorption intensity of the cationic spectral sensitizer. Therefore, the relative amount of dye was adjusted to achieve uniform absorption throughout the visible spectrum.

それにより製造された光電池にキセノンアーク放出灯(Xenon Arc Discharge lamp)を用いて100mW/cmの出力で照射した。発生した電流をキースレイ電位計(タイプ2420)を用いて記録した。発生した電流の量から計算された光電池の開路電圧(Voc)、短路電流密度(Isc)および充填因子(FF)を表7に示す。 The photovoltaic cell produced thereby was irradiated with a power of 100 mW / cm 2 using a Xenon Arc Discharge lamp. The current generated was recorded using a Keithley electrometer (type 2420). Table 7 shows the open circuit voltage (V oc ), short circuit current density (I sc ), and packing factor (FF) of the photovoltaic cell calculated from the amount of current generated.

Figure 2005538519
Figure 2005538519

表7からわかるように、染料混合物に関する吸収値は別個に吸着された染料に関する値の半分であるが、より広いスペクトル応答によって匹敵するかもしくはそれより高い短路電流値が得られた。   As can be seen from Table 7, the absorption value for the dye mixture is half that for the separately adsorbed dye, but a comparable short-circuit current value was obtained with a broader spectral response.

本発明は、ここにそれとなくまたは明瞭に開示されたいずれかの特徴もしくは特徴の組み合わせまたはそれがここで特許請求されている発明に関連するかどうかに無関係のいずれかの一般的事項を包括しうる。以上の記述に鑑みて、種々の改変を発明の範囲内で行い得ることは当業者に明らかであろう。   The invention may encompass any general matter whether or not related to any feature or combination of features explicitly or explicitly disclosed herein or whether it relates to the claimed invention. . In view of the foregoing description it will be evident to a person skilled in the art that various modifications may be made within the scope of the invention.

Claims (11)

2.7eVより大きいバンドギャップ(band−gap)を有するナノ−多孔質n−型金属酸化物半導体の層、吸着されたカチオン系分光増感剤およびn−型金属酸化物半導体上のカチオン系分光増感剤の吸着を促進させうる共吸着剤(coadsorber)を含んでなる層構成。   Nano-porous n-type metal oxide semiconductor layer having a band-gap greater than 2.7 eV, adsorbed cationic spectral sensitizer and cationic spectroscopy on the n-type metal oxide semiconductor A layer structure comprising a coadsorbent capable of promoting adsorption of a sensitizer. 該共吸着剤がオルト−ジヒドロキシ−ベンゼン化合物である請求項1に記載の層構成。   The layer structure according to claim 1, wherein the co-adsorbent is an ortho-dihydroxy-benzene compound. 該ベンゼン化合物が該オルト−ジヒドロキシ−基と同じベンゼン環上に置換されたニトリル基を有する請求項2に記載の層構成。   The layer structure according to claim 2, wherein the benzene compound has a nitrile group substituted on the same benzene ring as the ortho-dihydroxy group. 該共吸着剤が2,3−ジヒドロキシ−ベンゾニトリル、3,4−ジヒドロキシ−ベンゾニトリル、3,4,5−トリヒドロキシ−ベンゾニトリル、3,4−ジヒドロキシ−4’−シアノ−ベンゾフェノン、4−ニトロ−カテコール、(3,4−ジヒドロキシ−フェニル)メチル−スルホン、1,2−ジヒドロキシ−アントラキノン、3,4−ジヒドロキシ−アントラキノン−2−スルホン酸、4,5−ジヒドロキシ−ベンゼン−1,3−ジスルホン酸、6,7−ジヒドロキシ−ナフタレン−2−スルホン酸、3,4−ジヒドロキシ−安息香酸およびカテコールよりなる群から選択される請求項1に記載の層構成。   The co-adsorbent is 2,3-dihydroxy-benzonitrile, 3,4-dihydroxy-benzonitrile, 3,4,5-trihydroxy-benzonitrile, 3,4-dihydroxy-4′-cyano-benzophenone, 4- Nitro-catechol, (3,4-dihydroxy-phenyl) methyl-sulfone, 1,2-dihydroxy-anthraquinone, 3,4-dihydroxy-anthraquinone-2-sulfonic acid, 4,5-dihydroxy-benzene-1,3- The layer structure of claim 1 selected from the group consisting of disulfonic acid, 6,7-dihydroxy-naphthalene-2-sulfonic acid, 3,4-dihydroxy-benzoic acid and catechol. 該共吸着剤が3,4−ジヒドロキシ−ベンゾニトリル、3,4,5−トリヒドロキシ−ベンゾニトリル、1,2−ジヒドロキシ−アントラキノン、(3,4−ジヒドロキシ−フェニル)メチルスルホン、4,5−ジヒドロキシ−ベンゼン−1,3−ジスルホン酸およびカテコールよりなる群から選択される請求項1に記載の層構成。   The co-adsorbent is 3,4-dihydroxy-benzonitrile, 3,4,5-trihydroxy-benzonitrile, 1,2-dihydroxy-anthraquinone, (3,4-dihydroxy-phenyl) methylsulfone, 4,5- The layer structure according to claim 1 selected from the group consisting of dihydroxy-benzene-1,3-disulfonic acid and catechol. 該カチオン系分光増感剤がシアニン染料である請求項1に記載の層構成。   The layer structure according to claim 1, wherein the cationic spectral sensitizer is a cyanine dye. 2.7eVより大きいバンドギャップを有するナノ−多孔質n−型金属酸化物半導体の層、吸着されたカチオン系分光増感剤およびn−型金属酸化物半導体上のカチオン系分光増感剤の吸着を促進させうる共吸着剤を含んでなる層構成を含んでなる光電池装置。   Nano-porous n-type metal oxide semiconductor layer having a band gap greater than 2.7 eV, adsorbed cationic spectral sensitizer and adsorption of cationic spectral sensitizer on n-type metal oxide semiconductor A photovoltaic device comprising a layer structure comprising a co-adsorbent capable of promoting the adhesion. 2.7eVより大きいバンドギャップを有するナノ−多孔質n−型金属酸化物半導体の層、吸着されたカチオン系分光増感剤およびn−型金属酸化物半導体上のカチオン系分光増感剤の吸着を促進させうる共吸着剤を含んでなる層構成を含んでなる太陽電池。   Nano-porous n-type metal oxide semiconductor layer having a band gap greater than 2.7 eV, adsorbed cationic spectral sensitizer and adsorption of cationic spectral sensitizer on n-type metal oxide semiconductor A solar cell comprising a layer structure comprising a co-adsorbent capable of promoting the adhesion. 2.7eVより大きいバンドギャップを有するナノ−多孔質n−型金属酸化物半導体の層を準備し、該ナノ−多孔質n−型金属酸化物半導体層上に共吸着剤を吸着させそして該ナノ−多孔質n−型金属酸化物半導体層上にカチオン系分光増感剤を吸着させる段階を含んでなる、2.7eVより大きいバンドギャップを有するナノ−多孔質n−型金属酸化物半導体の層、吸着されたカチオン系分光増感剤およびn−型金属酸化物半導体上のカチオン系分光増感剤の吸着を促進させうる共吸着剤を含んでなる層構成の製造方法。   A layer of nano-porous n-type metal oxide semiconductor having a band gap greater than 2.7 eV is provided, a co-adsorbent is adsorbed on the nano-porous n-type metal oxide semiconductor layer, and the nano A layer of nano-porous n-type metal oxide semiconductor having a band gap greater than 2.7 eV comprising adsorbing a cationic spectral sensitizer on the porous n-type metal oxide semiconductor layer And a method for producing a layer structure comprising an adsorbed cationic spectral sensitizer and a co-adsorbent capable of promoting adsorption of the cationic spectral sensitizer on the n-type metal oxide semiconductor. 該ナノ−多孔質n−型金属酸化物半導体層上の該カチオン系分光増感剤の該吸着を該ナノ−多孔質n−型金属酸化物半導体層上の該共吸着剤の該吸着と同時に行う請求項9に記載の方法。   Simultaneously with the adsorption of the co-adsorbent on the nano-porous n-type metal oxide semiconductor layer, the adsorption of the cationic spectral sensitizer on the nano-porous n-type metal oxide semiconductor layer The method according to claim 9, which is performed. 該ナノ−多孔質n−型金属酸化物半導体層上の該カチオン系分光増感剤の該吸着を該ナノ−多孔質n−型金属酸化物半導体層上の該共吸着剤の該吸着後に行う請求項9に記載の方法。   The adsorption of the cationic spectral sensitizer on the nano-porous n-type metal oxide semiconductor layer is performed after the adsorption of the co-adsorbent on the nano-porous n-type metal oxide semiconductor layer. The method of claim 9.
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