JP2006339199A - Photoelectric conversion element and its manufacturing method, and solar cell using the photoelectric conversion element - Google Patents

Photoelectric conversion element and its manufacturing method, and solar cell using the photoelectric conversion element Download PDF

Info

Publication number
JP2006339199A
JP2006339199A JP2005158630A JP2005158630A JP2006339199A JP 2006339199 A JP2006339199 A JP 2006339199A JP 2005158630 A JP2005158630 A JP 2005158630A JP 2005158630 A JP2005158630 A JP 2005158630A JP 2006339199 A JP2006339199 A JP 2006339199A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
group
photoelectric conversion
conversion element
substituted
transport layer
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP2005158630A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP5025914B2 (en
Inventor
Shinichi Kawamura
慎一 河村
Tamotsu Horiuchi
保 堀内
Toshiya Kosaka
俊也 匂坂
Takashi Okada
崇 岡田
Masashi Torii
昌史 鳥居
Masaomi Sasaki
正臣 佐々木
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Ricoh Co Ltd
Original Assignee
Ricoh Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Ricoh Co Ltd filed Critical Ricoh Co Ltd
Priority to JP2005158630A priority Critical patent/JP5025914B2/en
Publication of JP2006339199A publication Critical patent/JP2006339199A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP5025914B2 publication Critical patent/JP5025914B2/en
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50Photovoltaic [PV] energy
    • Y02E10/542Dye sensitized solar cells
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02PCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a thoroughly solid-state photoelectric conversion element which exhibits proper photoelectric conversion characteristics and is superior in long-term stability and productivity, as well as to provide its manufacturing method, and to provide a solar cell that uses the photoelectric conversion element. <P>SOLUTION: An electron transport layer (for example, oxide semiconductor) is formed on a transparent electron collecting electrode, and a photosentitization compound is given to the electron transport layer. A solution, containing high polymer shown by general Formula (1), is used to coat and stack a hole transport layer by wet type film formation method, and a hole-collecting electrode is formed in contact with the Hall transport layer. The obtained photoelectric conversion element is used to form a solar cell. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、光電変換素子とその製造方法及び光電変換素子を用いた太陽電池に関するものである。   The present invention relates to a photoelectric conversion element, a method for producing the same, and a solar cell using the photoelectric conversion element.

太陽電池にはいくつかの種類があるが、実用化されているものはシリコン半導体の接合を利用したダイオード型のものがほとんどである。これらの太陽電池は現状では製造コストが高く、このことが普及を妨げる要因となっている。   There are several types of solar cells, but most of them are diode type using silicon semiconductor junctions. These solar cells are currently expensive to manufacture, which is a factor that hinders their spread.

最近、低コスト化の可能性としてスイスローザンヌ工科大学のGraetzelらが高効率の太陽電池を発表したことにより、実用化への期待が高まっている(例えば、特許文献1、非特許文献1、2参照。)。
この高効率太陽電池の構造は、透明導電性ガラス基板上に多孔質な金属酸化物半導体を設け、その表面に吸着した色素と、酸化還元対を有する電解質と、対向電極とからなる。Graetzelらは酸化チタン等の金属酸化物半導体電極を多孔質化して表面積を大きくしたこと、並びに色素としてルテニウム錯体を単分子吸着させたことにより光電変換効率を著しく向上させた。
Recently, Graetzel et al. Of Swiss Lausanne University of Technology announced the possibility of cost reduction, and the expectation for practical use has increased (for example, Patent Document 1, Non-Patent Documents 1 and 2). reference.).
The structure of this high-efficiency solar cell includes a porous metal oxide semiconductor provided on a transparent conductive glass substrate, a dye adsorbed on the surface thereof, an electrolyte having a redox pair, and a counter electrode. Graetzel et al. Significantly improved the photoelectric conversion efficiency by making the metal oxide semiconductor electrode such as titanium oxide porous to increase the surface area and adsorbing a ruthenium complex as a dye with a single molecule.

しかしながら、これらの太陽電池はアセトニトリル等の蒸気圧の高い電解液を用いているため、電解液の揮発や漏れに問題があった。この欠点を補うものとして、次に示されるような完全固体型色素増感型太陽電池の発表が行われている。
(1)無機半導体を用いたもの(例えば、非特許文献3、4参照。)
(2)低分子有機ホール輸送材料を用いたもの(例えば、特許文献2、非特許文献5、6参照。)
(3)導電性高分子を用いたもの(例えば、特許文献3、非特許文献7参照。)
However, since these solar cells use an electrolytic solution having a high vapor pressure such as acetonitrile, there is a problem in volatilization and leakage of the electrolytic solution. In order to compensate for this drawback, the following completely solid dye-sensitized solar cell has been announced.
(1) Using an inorganic semiconductor (for example, see Non-Patent Documents 3 and 4)
(2) A material using a low molecular organic hole transport material (see, for example, Patent Document 2 and Non-Patent Documents 5 and 6).
(3) Using a conductive polymer (for example, see Patent Document 3 and Non-Patent Document 7)

非特許文献3の太陽電池では、p型半導体層の構成材料としてヨウ化銅が用いられている。しかしながら、ヨウ化銅の結晶粒の増大等を理由とする劣化により発生電流が低下する問題があった。そこで、非特許文献4においては、イミダゾリニウム塩を加えることによってヨウ化銅の結晶化を抑制しているが、長期安定性に欠け、更なる耐久性向上が求められている。   In the solar cell of Non-Patent Document 3, copper iodide is used as a constituent material of the p-type semiconductor layer. However, there is a problem that the generated current decreases due to deterioration due to an increase in crystal grains of copper iodide. Therefore, in Non-Patent Document 4, although imidazolinium salt is added to suppress crystallization of copper iodide, it lacks long-term stability and further improvement in durability is required.

非特許文献5記載の有機ホール輸送材料を用いたタイプの固体型太陽電池はHagenらによって報告され、Graetzelらによって改良されている(非特許文献6参照。)。
しかしながら、液体電解質に比べて変換効率は非常に低く、また、特許文献2記載のトリフェニルアミン化合物を用いた固体型太陽電池は、トリフェニルアミン化合物を真空蒸着して電荷輸送層を形成している。そのため、多孔質半導体の内部空孔へトリフェニルアミン化合物が到達出来ず、やはり低い変換効率しか得られていない。
A solid type solar cell using the organic hole transport material described in Non-Patent Document 5 was reported by Hagen et al. And improved by Graetzel et al. (See Non-Patent Document 6).
However, the conversion efficiency is very low as compared with the liquid electrolyte, and the solid-type solar cell using the triphenylamine compound described in Patent Document 2 forms a charge transport layer by vacuum-depositing the triphenylamine compound. Yes. Therefore, the triphenylamine compound cannot reach the internal pores of the porous semiconductor, and only low conversion efficiency is obtained.

導電性高分子を用いたタイプの固体型太陽電池として、大阪大学柳田らがポリピロールを用いたもの(非特許文献7参照。)を報告している。
しかしながら、これらにおいても変換効率は低く、特許文献3記載のポリチオフェン誘導体を用いた固体型太陽電池は、色素を吸着した多孔質酸化チタン電極上で、電解重合法を用いて電荷移動層を設けているが、色素が酸化チタンから脱着したり、あるいは色素の分解が生じたりする問題がある。また、ポリチオフェン誘導体は耐久性に非常に問題がある。
以上、これまでに検討されてきた完全固体型の光電変換素子は、何れも特性として満足できるものが得られていないのが現状である。
なお、本出願人は先に特定の構造を有する高分子材料を含有する光起電力素子及びこれを備えた光センサーを提案した(例えば、特許文献4参照。)が、本発明の光電変換素子とは動作原理及び構成材料の異なるものである。
As a solid-type solar cell using a conductive polymer, Osaka University Yanagida et al. Reported a polypyrrole (see Non-Patent Document 7).
However, even in these cases, the conversion efficiency is low, and the solid-type solar cell using the polythiophene derivative described in Patent Document 3 is provided with a charge transfer layer using an electrolytic polymerization method on a porous titanium oxide electrode adsorbed with a dye. However, there is a problem that the pigment is desorbed from titanium oxide or the pigment is decomposed. Further, the polythiophene derivative has a very problem in durability.
As described above, none of the completely solid-state photoelectric conversion elements that have been studied so far have obtained satisfactory characteristics.
The present applicant has previously proposed a photovoltaic element containing a polymer material having a specific structure and an optical sensor provided with the photovoltaic element (see, for example, Patent Document 4), but the photoelectric conversion element of the present invention. Is different in operating principle and constituent materials.

特許第2664194号明細書Japanese Patent No. 2664194 特開平11−144773号公報Japanese Patent Laid-Open No. 11-144773 特開2000−106223号公報JP 2000-106223 A 特開2005−93572号公報JP 2005-93572 A Nature, 353 (1991) 737Nature, 353 (1991) 737 J. Am. Chem. Soc., 115 (1993) 6382J. Am. Chem. Soc., 115 (1993) 6382 Semicond. Sci. Technol., 10 (1995) 1689Semicond. Sci. Technol., 10 (1995) 1689 Electrochemistry, 70 (2002) 432Electrochemistry, 70 (2002) 432 Synthetic Metals, 89 (1997) 215Synthetic Metals, 89 (1997) 215 Nature, 398 (1998) 583Nature, 398 (1998) 583 Chem. Lett., (1997) 471Chem. Lett., (1997) 471

本発明は、上記問題点を解決し、従来と比較して良好な光電変換特性を示すと共に長期安定性に優れ、更に生産性にも優れた完全固体型の光電変換素子とその製造方法を提供することを目的とする。また、上記光電変換素子を用いた太陽電池を提供することを目的とする。   The present invention solves the above-mentioned problems, and provides a completely solid-state photoelectric conversion element that exhibits excellent photoelectric conversion characteristics as compared with the prior art, has excellent long-term stability, and also has excellent productivity, and a method for manufacturing the same. The purpose is to do. Moreover, it aims at providing the solar cell using the said photoelectric conversion element.

本発明者らは鋭意検討した結果、以下に記載する1)〜20)の発明により、上記課題が解決されることを見出し本発明に至った。以下、本発明について具体的に説明する。   As a result of intensive studies, the present inventors have found that the above problems can be solved by the inventions 1) to 20) described below, and have reached the present invention. Hereinafter, the present invention will be specifically described.

1) 少なくとも一方が透明な電子集電電極とホール集電電極間に、電子輸送層とホール輸送層が設けられた光電変換素子において、
前記ホール輸送層の構成物質が、下記一般式(1)で表される高分子材料を含有することを特徴とする光電変換素子。
1) In a photoelectric conversion element in which an electron transport layer and a hole transport layer are provided between an electron collector electrode and a hole collector electrode, at least one of which is transparent,
The constituent material of the hole transport layer contains a polymer material represented by the following general formula (1).

Figure 2006339199
Figure 2006339199

式中、Ar1は置換もしくは無置換の芳香族炭化水素基を表し、Ar2、Ar3はそれぞれ独立に置換もしくは無置換の、単環式、非縮合多環式または縮合多環式の芳香族炭化水素基から選択される2価基を表す。Ar4は置換もしくは無置換の、ベンゼン、チオフェン、ビフェニル、アントラセンもしくはナフタレンから選択される2価基を表す。 In the formula, Ar 1 represents a substituted or unsubstituted aromatic hydrocarbon group, and Ar 2 and Ar 3 each independently represents a substituted or unsubstituted monocyclic, non-fused polycyclic or fused polycyclic aromatic group. Represents a divalent group selected from group hydrocarbon groups. Ar 4 represents a substituted or unsubstituted divalent group selected from benzene, thiophene, biphenyl, anthracene or naphthalene.

2) 前記高分子材料が、下記一般式(2)で表される高分子材料であることを特徴とする上記1)に記載の光電変換素子。   2) The photoelectric conversion element as described in 1) above, wherein the polymer material is a polymer material represented by the following general formula (2).

Figure 2006339199
Figure 2006339199

式中、Ar1は置換もしくは無置換の芳香族炭化水素基を表し、Ar4は置換もしくは無置換の、ベンゼン、チオフェン、ビフェニル、アントラセンもしくはナフタレンから選択される2価基を表し、R7、R8はそれぞれ独立にハロゲン原子、置換もしくは無置換の、アルキル基またはアルコキシ基もしくはアルキルチオ基から選択される基を表し、x、yはそれぞれ独立に0から4の整数を表し、R7、R8が各々複数存在する場合には、同一でも別異でもよい。 In the formula, Ar 1 represents a substituted or unsubstituted aromatic hydrocarbon group, Ar 4 represents a substituted or unsubstituted divalent group selected from benzene, thiophene, biphenyl, anthracene or naphthalene, R 7 , R 8 each independently represents a halogen atom, a substituted or unsubstituted alkyl group, an alkoxy group or an alkylthio group, and x and y each independently represents an integer of 0 to 4, R 7 , R When a plurality of 8 are present, they may be the same or different.

3) 前記高分子材料が、下記一般式(3)で表される高分子材料であることを特徴とする上記1)に記載の光電変換素子。   3) The photoelectric conversion element as described in 1) above, wherein the polymer material is a polymer material represented by the following general formula (3).

Figure 2006339199
Figure 2006339199

式中、Ar4は置換もしくは無置換の、ベンゼン、チオフェン、ビフェニル、アントラセンもしくはナフタレンから選択される2価基を表し、R7、R8はそれぞれ独立にハロゲン原子、置換もしくは無置換の、アルキル基またはアルコキシ基もしくはアルキルチオ基から選択される基を表し、R9はハロゲン原子、置換もしくは無置換の、アルキル基、アルコキシ基、アルキルチオ基もしくはアリール基から選択される基を表す。zは0から5の整数を表し、x、yはそれぞれ独立に0から4の整数を表し、R7、R8、R9が各々複数存在する場合には、同一でも別異でもよい。 In the formula, Ar 4 represents a substituted or unsubstituted divalent group selected from benzene, thiophene, biphenyl, anthracene or naphthalene, and R 7 and R 8 are each independently a halogen atom, substituted or unsubstituted alkyl R 9 represents a group selected from a group, an alkoxy group or an alkylthio group, and R 9 represents a group selected from a halogen atom, a substituted or unsubstituted alkyl group, an alkoxy group, an alkylthio group or an aryl group. z represents an integer of 0 to 5, x and y each independently represents an integer of 0 to 4, and when a plurality of R 7 , R 8 and R 9 are present, they may be the same or different.

4) 前記高分子材料が、下記一般式(4)で表される高分子材料であることを特徴とする上記1)に記載の光電変換素子。   4) The photoelectric conversion element as described in 1) above, wherein the polymer material is a polymer material represented by the following general formula (4).

Figure 2006339199
Figure 2006339199

式中、Ar4は置換もしくは無置換の、ベンゼン、チオフェン、ビフェニル、アントラセンもしくはナフタレンから選択される2価基を表し、R、R8、R10、R11、R12、R13はそれぞれ独立にハロゲン原子、置換もしくは無置換の、アルキル基またはアルコキシ基もしくはアルキルチオ基から選択される基を表す。vは0から3の整数を表し、w、x、yはそれぞれ独立に0から4の整数を表し、R7、R8、R10、R11が各々複数存在する場合には、同一でも別異でもよい。 In the formula, Ar 4 represents a substituted or unsubstituted divalent group selected from benzene, thiophene, biphenyl, anthracene or naphthalene, and R 7 , R 8 , R 10 , R 11 , R 12 and R 13 are each represented by Independently represents a halogen atom, a substituted or unsubstituted alkyl group, an alkoxy group or an alkylthio group. v represents an integer of 0 to 3, w, x and y each independently represents an integer of 0 to 4, and when there are a plurality of R 7 , R 8 , R 10 and R 11 , they may be the same or different. It may be different.

5) 前記高分子材料が、下記一般式(5)で表される高分子材料であることを特徴とする上記1)に記載の光電変換素子。   5) The photoelectric conversion element as described in 1) above, wherein the polymer material is a polymer material represented by the following general formula (5).

Figure 2006339199
Figure 2006339199

式中、Ar1は置換もしくは無置換の芳香族炭化水素基を表し、Ar4は置換もしくは無置換の、ベンゼン、チオフェン、ビフェニル、アントラセンもしくはナフタレンから選択される2価基を表し、R14、R15、R16、R17 はそれぞれ独立にハロゲン原子、置換もしくは無置換の、アルキル基またはアルコキシ基もしくはアルキルチオ基から選択される基を表し、r、s、t、uはそれぞれ独立に0から4の整数を表し、R14、R15、R16、R17 が各々複数存在する場合には、同一でも別異でもよい。 In the formula, Ar 1 represents a substituted or unsubstituted aromatic hydrocarbon group, Ar 4 represents a substituted or unsubstituted divalent group selected from benzene, thiophene, biphenyl, anthracene or naphthalene, R 14 , R 15 , R 16 and R 17 each independently represents a halogen atom, a substituted or unsubstituted alkyl group, an alkoxy group or an alkylthio group, and r, s, t and u each independently represents 0 4 represents an integer of 4, and when there are a plurality of R 14 , R 15 , R 16 and R 17 , they may be the same or different.

6) 前記高分子材料が、下記一般式(6)で表される高分子材料であることを特徴とする上記1)に記載の光電変換素子。   6) The photoelectric conversion element as described in 1) above, wherein the polymer material is a polymer material represented by the following general formula (6).

Figure 2006339199
Figure 2006339199

式中、Ar4は置換もしくは無置換の、ベンゼン、チオフェン、ビフェニル、アントラセンもしくはナフタレンから選択される2価基を表し、R14、R15、R16、R17、R18 はそれぞれ独立にハロゲン原子、置換もしくは無置換の、アルキル基またはアルコキシ基もしくはアルキルチオ基から選択される基を表し、qは0から5の整数を表し、r、s、t、uはそれぞれ独立に0から4の整数を表し、R14、R15、R16、R17、R18が各々複数存在する場合には、同一でも別異でもよい。 In the formula, Ar 4 represents a substituted or unsubstituted divalent group selected from benzene, thiophene, biphenyl, anthracene or naphthalene, and R 14 , R 15 , R 16 , R 17 and R 18 are each independently halogen. Represents an atom, a substituted or unsubstituted group selected from an alkyl group, an alkoxy group, or an alkylthio group, q represents an integer of 0 to 5, and r, s, t, and u each independently represents an integer of 0 to 4 In the case where a plurality of R 14 , R 15 , R 16 , R 17 and R 18 are present, they may be the same or different.

7) 前記ホール輸送層の構成材料成分である前記一般式(1)〜(6)のいずれかで表される高分子材料が、ホール集電電極の構成材料として兼用されたことを特徴とする上記1)〜6)のいずれかに記載の光電変換素子。   7) The polymer material represented by any one of the general formulas (1) to (6), which is a constituent material component of the hole transport layer, is also used as a constituent material of the hole collector electrode. The photoelectric conversion element according to any one of 1) to 6) above.

8) 前記電子輸送層の構成材料が、酸化物半導体であることを特徴とする上記1)〜7)のいずれかに記載の光電変換素子。   8) The photoelectric conversion element as described in any one of 1) to 7) above, wherein the constituent material of the electron transport layer is an oxide semiconductor.

9) 前記酸化物半導体が、酸化チタン、酸化亜鉛、酸化スズ、酸化ニオブ、酸化ニッケルから選択される少なくとも1種であることを特徴とする上記8)に記載の光電変換素子。   9) The photoelectric conversion element as described in 8) above, wherein the oxide semiconductor is at least one selected from titanium oxide, zinc oxide, tin oxide, niobium oxide, and nickel oxide.

10) 前記ホール輸送層の構成材料として更に金属化合物を加えたことを特徴とする上記1)〜9)のいずれかに記載の光電変換素子。   10) The photoelectric conversion element as described in any one of 1) to 9) above, wherein a metal compound is further added as a constituent material of the hole transport layer.

11) 前記金属化合物が、ハロゲン化金属、チオシアン化金属もしくはアミド化金属から選択される少なくとも1種であることを特徴とする上記10)に記載の光電変換素子。   11) The photoelectric conversion element as described in 10) above, wherein the metal compound is at least one selected from a metal halide, a metal thiocyanide, or a metal amid.

12) 前記ホール輸送層の構成材料として更に常温溶融塩からなるイオン性液体を加えたことを特徴とする上記1)〜9)のいずれかに記載の光電変換素子。   12) The photoelectric conversion element as described in any one of 1) to 9) above, wherein an ionic liquid comprising a room temperature molten salt is further added as a constituent material of the hole transport layer.

13) 前記イオン性液体が、イミダゾリニウム化合物であることを特徴とする上記12)に記載の光電変換素子。   13) The photoelectric conversion element as described in 12) above, wherein the ionic liquid is an imidazolinium compound.

14) 前記電子輸送層に光増感化合物が担持されていることを特徴とする上記1)〜13)のいずれかに記載の光電変換素子。   14) The photoelectric conversion element as described in any one of 1) to 13) above, wherein a photosensitizing compound is supported on the electron transport layer.

15) 前記光増感化合物が、下記一般式(7)〜(11)で表される化合物から選択される少なくとも1種であることを特徴とする上記14)に記載の光電変換素子。   15) The photoelectric conversion element as described in 14) above, wherein the photosensitizing compound is at least one selected from compounds represented by the following general formulas (7) to (11).

Figure 2006339199
Figure 2006339199

式中、R1〜R4、20〜R22は、カルボキシル基、カルボキシル基の4級アンモニウム塩、酸性基を有するアルキル基、酸性基を有するアルケニル基、置換基を有していてもよいアルキル基を表し、同一でも別異でもよい。X1はハロゲン原子、シアノ基、チオシアン酸基、イソシアン酸基を表す。R23〜R25は、水素原子、アルキル基を表す。Ar7は、2価のビニレン基、置換基を有していてもよい2価のアリーレン基、置換基を有していてもよい2価のヘテロ環残基を表す。X2、X3は、シアノ基、ニトロ基、ハロゲン原子、置換基を有していてもよいアルキルスルホニル基、置換基を有していてもよいアリールスルホニル基を表す。R27、R30は、水素原子、4級アンモニウム塩を表す。R28、R29は置換基を有していてもよいアルキル基、置換基を有していてもよいアリール基、置換基を有していてもよいヘテロ環残基を表す。sは0〜2の整数を表す。R31、R32は置換基を有していてもよいアルキル基、置換基を有していてもよいアリール基、置換基を有していてもよいヘテロ環残基を表す。X4は酸素原子、硫黄原子、セレン原子を表し、X5は酸素原子、硫黄原子、置換基を有していてもよいローダニン環を表す。X6は窒素原子とベンゼン環で結合して環を形成する2価の置換基を表す。 In the formula, R 1 to R 4 and R 20 to R 22 may have a carboxyl group, a quaternary ammonium salt of a carboxyl group, an alkyl group having an acidic group, an alkenyl group having an acidic group, or a substituent. Represents an alkyl group, which may be the same or different. X 1 represents a halogen atom, a cyano group, a thiocyanate group, or an isocyanate group. R 23 to R 25 represent a hydrogen atom or an alkyl group. Ar 7 represents a divalent vinylene group, a divalent arylene group which may have a substituent, or a divalent heterocyclic residue which may have a substituent. X 2 and X 3 represent a cyano group, a nitro group, a halogen atom, an alkylsulfonyl group which may have a substituent, or an arylsulfonyl group which may have a substituent. R 27 and R 30 represent a hydrogen atom or a quaternary ammonium salt. R 28 and R 29 represent an alkyl group which may have a substituent, an aryl group which may have a substituent, and a heterocyclic residue which may have a substituent. s represents the integer of 0-2. R 31 and R 32 represent an alkyl group which may have a substituent, an aryl group which may have a substituent, and a heterocyclic residue which may have a substituent. X 4 represents an oxygen atom, a sulfur atom, or a selenium atom, and X 5 represents an oxygen atom, a sulfur atom, or a rhodanine ring that may have a substituent. X 6 represents a divalent substituent which forms a ring by bonding with a nitrogen atom and a benzene ring.

16) 前記電子輸送層が、非多孔質構造からなる層(以下、緻密構造からなる層と称する。)と多孔質構造からなる層の多層構造であることを特徴とする上記1)〜15)のいずれかに記載の光電変換素子。   16) The above-described 1) to 15), wherein the electron transport layer has a multilayer structure of a layer having a non-porous structure (hereinafter referred to as a layer having a dense structure) and a layer having a porous structure. The photoelectric conversion element in any one of.

17) 前記多孔質構造からなる層が、半導体微粒子を焼成処理して形成されたナノ多孔構造を有し、そのナノ多孔構造内部における半導体微粒子のラフネスファクターが20以上であることを特徴とする上記16)に記載の光電変換素子。   17) The layer having a porous structure has a nanoporous structure formed by baking semiconductor fine particles, and the roughness factor of the semiconductor fine particles inside the nanoporous structure is 20 or more. The photoelectric conversion element as described in 16).

18) 前記電子輸送層の膜厚が、100nm〜100μmであることを特徴とする上記1)〜17)のいずれかに記載の光電変換素子。   18) The photoelectric conversion element as described in any one of 1) to 17) above, wherein the thickness of the electron transport layer is from 100 nm to 100 μm.

19) 少なくとも一方が透明な電子集電電極とホール集電電極間に、電子輸送層とホール輸送層を設けてなる光電変換素子の製造方法において、
前記電子集電電極上に電子輸送層を形成し、該電子輸送層に光増感化合物を担持させ、次いで下記一般式(1)で表される高分子材料を含有する溶液を用いて湿式製膜法によりホール輸送層を塗布積層し、多孔化処理を施した後に該ホール輸送層に接してホール集電電極を形成することを特徴とする光電変換素子の製造方法。
19) In the method for producing a photoelectric conversion element comprising an electron transport layer and a hole transport layer provided between an electron collector electrode and a hole current collector electrode, at least one of which is transparent,
An electron transport layer is formed on the electron current collecting electrode, a photosensitizing compound is supported on the electron transport layer, and then wet film formation is performed using a solution containing a polymer material represented by the following general formula (1) A method for producing a photoelectric conversion element, comprising: applying and laminating a hole transport layer by a method, forming a hole collecting electrode in contact with the hole transport layer after performing a porous treatment.

Figure 2006339199
Figure 2006339199

式中、Ar1は置換もしくは無置換の芳香族炭化水素基を表し、Ar2、Ar3はそれぞれ独立に置換もしくは無置換の、単環式、非縮合多環式または縮合多環式の芳香族炭化水素基から選択される2価基を表す。Ar4は置換もしくは無置換の、ベンゼン、チオフェン、ビフェニル、アントラセンもしくはナフタレンから選択される2価基を表す。 In the formula, Ar 1 represents a substituted or unsubstituted aromatic hydrocarbon group, and Ar 2 and Ar 3 each independently represents a substituted or unsubstituted monocyclic, non-fused polycyclic or fused polycyclic aromatic group. Represents a divalent group selected from group hydrocarbon groups. Ar 4 represents a substituted or unsubstituted divalent group selected from benzene, thiophene, biphenyl, anthracene or naphthalene.

20) 上記1〜18のいずれか記載の光電変換素子を用いたことを特徴とする太陽電池。   20) A solar cell using the photoelectric conversion element as described in any one of 1 to 18 above.

本発明の上記1)の構成により、生産性が良好でしかも優れた光電変換特性(例えば、変換効率)を示すと共に長期安定性にも優れたコストパフォーマンスの良い完全固体型の光電変換素子が提供される。
また、上記2)〜6)の構成により、ホール輸送層に用いる高分子材料が適切に選択されることで、より優れた光電変換特性を示し、更にコストパフォーマンスの良い光電変換素子が提供可能となる。また、上記7)の構成とすれば一層コストパフォーマンスに優れた光電変換素子が提供可能となる。
さらに、上記8)、9)の電子輸送層に酸化物半導体を用いる構成とすれば、電子移動が効率的となり更に変換効率等の優れた光電変換特性を示す光電変換素子が提供される。
また、上記10)〜13)のホール輸送層に更に金属化合物もしくは常温溶融塩からなるイオン性液体を加えることにより、電子移動が効率的となり更に優れた光電変換特性を示す光電変換素子が提供される。
そして、上記14)、15)の電子輸送層に光増感化合物が担持された構成とすれば、光吸収効率が増し、より高い変換効率を示す光電変換素子が提供される。
さらに、上記16)、17)の電子輸送層を緻密構造からなる層と多孔質構造からなる層との多層構造とすれば、光増感化合物の担持量を増やすことができ光の捕獲率を向上させることができ、上記18)の膜厚調整によりさらに高い変換効率を示す光電変換素子が提供される。
また、上記19)の製造方法によれば、光電変換特性の優れた完全固体型の光電変換素子を生産性良く製造することができる。
そして、本発明の上記1)〜19)の光電変換素子を用いれば、優れた変換効率を示す太陽電池が提供される。このような太陽電池は、携帯電話、電子手帳、電子ペーパー等各種電子装置の電源や、充電式あるいは乾電池式の各種電気器具の補助電源として用いることができる。
According to the configuration 1) of the present invention, there is provided a complete solid-state photoelectric conversion element having good productivity and excellent photoelectric conversion characteristics (for example, conversion efficiency) and excellent long-term stability and good cost performance. Is done.
Moreover, the polymer materials used for the hole transport layer are appropriately selected according to the configurations of 2) to 6), so that it is possible to provide a photoelectric conversion element that exhibits more excellent photoelectric conversion characteristics and has better cost performance. Become. Moreover, if it is the structure of said 7), it will become possible to provide the photoelectric conversion element which was further excellent in cost performance.
Further, when an oxide semiconductor is used for the electron transport layers in the above 8) and 9), a photoelectric conversion element that provides efficient electron transfer and further exhibits excellent photoelectric conversion characteristics such as conversion efficiency is provided.
Further, by adding an ionic liquid composed of a metal compound or a room temperature molten salt to the hole transport layers of 10) to 13) above, a photoelectric conversion element is provided in which electron transfer becomes efficient and further excellent photoelectric conversion characteristics are provided. The
And if it is set as the structure by which the photosensitizing compound was carry | supported by the electron carrying layer of said 14) and 15), the light absorption efficiency will increase and the photoelectric conversion element which shows higher conversion efficiency will be provided.
Furthermore, if the electron transport layer of 16) and 17) is a multilayer structure of a layer having a dense structure and a layer having a porous structure, the amount of the photosensitizing compound supported can be increased and the light capture rate can be increased. The photoelectric conversion element which can be improved and shows still higher conversion efficiency by the film thickness adjustment of said 18) is provided.
Moreover, according to the manufacturing method of said 19), the perfect solid type photoelectric conversion element excellent in the photoelectric conversion characteristic can be manufactured with sufficient productivity.
And if the photoelectric conversion element of said 1) -19) of this invention is used, the solar cell which shows the outstanding conversion efficiency will be provided. Such a solar cell can be used as a power source for various electronic devices such as a mobile phone, an electronic notebook, and electronic paper, and as an auxiliary power source for various rechargeable or dry cell type electric appliances.

以下本発明を詳細に説明する。
光電変換素子は一般に電子集電電極、電子受容体兼電子輸送層(以下単に電子輸送層と称す)、電子供与体兼ホール輸送層(以下単にホール輸送層と称す)、ホール集電電極から構成される。本発明の光電変換素子は、特定の高分子材料からなるホール輸送物質をホール輸送層の構成物質として用いることを特徴としている。また、特徴の一つとして、必要によりホール輸送層の構成材料成分である高分子材料を、ホール集電電極にも兼用して用いることができる。
The present invention will be described in detail below.
A photoelectric conversion element generally comprises an electron collector electrode, an electron acceptor / electron transport layer (hereinafter simply referred to as an electron transport layer), an electron donor / hole transport layer (hereinafter simply referred to as a hole transport layer), and a hole current collector electrode. Is done. The photoelectric conversion element of the present invention is characterized by using a hole transport material made of a specific polymer material as a constituent material of the hole transport layer. In addition, as one of the features, a polymer material that is a constituent material component of the hole transport layer can be used also for the hole collector electrode if necessary.

以下、本発明の好適な実施の形態について図を参照して説明する。
本発明における光電変換素子は、例えば、図1の概略図に示すような構造を有する。
図1の光電変換素子では、透明な支持体(基板)(1a)に支持された透明な電子集電電極(2a)上に緻密構造からなる電子輸送層(3a)と、光増感化合物(5)を担持した多孔質構造からなる粒状の電子輸送層(3b)、ホール輸送層(4)、ホール集電電極(2b)、支持体である基板(1b)が積層されている。(3a)と(3b)により電子輸送層(3)が構成されている。なお、図1の構成図は本発明に係る光電変換素子の一構成例を示すものであり、本発明はこれに限定されるものではない。
Preferred embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
The photoelectric conversion element in the present invention has, for example, a structure as shown in the schematic diagram of FIG.
In the photoelectric conversion element of FIG. 1, an electron transport layer (3a) having a dense structure on a transparent electron collecting electrode (2a) supported by a transparent support (substrate) (1a), a photosensitizing compound ( A granular electron transport layer (3b) having a porous structure carrying 5), a hole transport layer (4), a hole current collecting electrode (2b), and a substrate (1b) as a support are laminated. The electron transport layer (3) is constituted by (3a) and (3b). In addition, the block diagram of FIG. 1 shows one structural example of the photoelectric conversion element according to the present invention, and the present invention is not limited to this.

すなわち、本発明の光電変換素子は、少なくとも一方が透明な電子集電電極とホール集電電極間に、電子輸送層とホール輸送層が設けられ、該ホール輸送層の構成物質が、前記一般式(1)〜(6)のいずれかで表される高分子材料を含有することを特徴とする。
上記高分子材料をホール輸送層とすることにより、変換効率など光電変換特性特が良好で長期安定性にも優れた完全固体型の光電変換素子が得られる。また、生産性が良好であるためコストパフォーマンスの良い光電変換素子とすることができる。
That is, in the photoelectric conversion element of the present invention, an electron transport layer and a hole transport layer are provided between an electron collector electrode and a hole collector electrode, at least one of which is transparent, and the constituent material of the hole transport layer is the above general formula. It contains the polymer material represented by any one of (1) to (6).
By using the polymer material as a hole transport layer, a completely solid photoelectric conversion element having excellent photoelectric conversion characteristics such as conversion efficiency and excellent long-term stability can be obtained. In addition, since the productivity is good, a photoelectric conversion element with good cost performance can be obtained.

以下、本発明において特徴とするホール輸送層に含有されるホール輸送物質である高分子材料について説明する。
前述のように、一般式(1)中、Ar1は置換もしくは無置換の芳香族炭化水素基を表し、Ar2、Ar3はそれぞれ独立に置換もしくは無置換の、単環式、非縮合多環式または縮合多環式の芳香族炭化水素基から選択される2価基を表す。Ar4は置換もしくは無置換の、ベンゼン、チオフェン、ビフェニル、アントラセンもしくはナフタレンから選択される2価基を表す。
Hereinafter, the polymer material which is a hole transport material contained in the hole transport layer, which is a feature of the present invention, will be described.
As described above, in general formula (1), Ar 1 represents a substituted or unsubstituted aromatic hydrocarbon group, and Ar 2 and Ar 3 are each independently substituted or unsubstituted, monocyclic, non-condensed polycyclic. Represents a divalent group selected from a cyclic or condensed polycyclic aromatic hydrocarbon group. Ar 4 represents a substituted or unsubstituted divalent group selected from benzene, thiophene, biphenyl, anthracene or naphthalene.

すなわち上記高分子材料は芳香環上に置換基を有していてもよく、置換基としては溶解性向上の観点から、アルキル基、アルコキシ基あるいはアルキルチオ基などが挙げられる。これら置換基の炭素数が増加すれば溶解性はより向上する。好適な置換基の例としては、炭素数が1〜25のアルキル基、アルコキシ基及びアルキルチオ基が挙げられる。更に好適には、炭素数が2〜18のアルキル基、アルコキシ基及びアルキルチオ基が挙げられる。これら置換基は同一のものを複数導入してもよいし、異なるものを複数導入してもよい。また、これらのアルキル基、アルコキシ基及びアルキルチオ基は、更にハロゲン原子、シアノ基、フェニル基、ヒドロキシル基、カルボキシル基または炭素数1〜12の直鎖、分岐鎖もしくは環状のアルキル基やアルコキシ基、アルキルチオ基で置換されたフェニル基を含有していてもよい。   That is, the polymer material may have a substituent on the aromatic ring, and examples of the substituent include an alkyl group, an alkoxy group, and an alkylthio group from the viewpoint of improving solubility. If the carbon number of these substituents increases, the solubility is further improved. Examples of suitable substituents include alkyl groups having 1 to 25 carbon atoms, alkoxy groups, and alkylthio groups. More preferable examples include an alkyl group having 2 to 18 carbon atoms, an alkoxy group, and an alkylthio group. A plurality of the same substituents may be introduced, or a plurality of different substituents may be introduced. In addition, these alkyl groups, alkoxy groups and alkylthio groups are further halogen atoms, cyano groups, phenyl groups, hydroxyl groups, carboxyl groups, or linear, branched or cyclic alkyl groups or alkoxy groups having 1 to 12 carbon atoms, It may contain a phenyl group substituted with an alkylthio group.

アルキル基として具体的には、メチル基、エチル基、n−プロピル基、i−プロピル基、t−ブチル基、s−ブチル基、n−ブチル基、i−ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基、ヘプチル基、オクチル基、ノニル基、デシル基、3,7−ジメチルオクチル基、2−エチルヘキシル基、トリフルオロメチル基、2−シアノエチル基、ベンジル基、4−クロロベンジル基、4−メチルベンジル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基等を一例として挙げることができ、アルコキシ基、アルキルチオ基としては上記アルキル基の結合位に酸素原子または硫黄原子を挿入してアルコキシ基、アルキルチオ基としたものが一例として挙げられる。   Specific examples of the alkyl group include methyl group, ethyl group, n-propyl group, i-propyl group, t-butyl group, s-butyl group, n-butyl group, i-butyl group, pentyl group, hexyl group, Heptyl, octyl, nonyl, decyl, 3,7-dimethyloctyl, 2-ethylhexyl, trifluoromethyl, 2-cyanoethyl, benzyl, 4-chlorobenzyl, 4-methylbenzyl, A cyclopentyl group, a cyclohexyl group, etc. can be mentioned as an example, As an alkoxy group and an alkylthio group, what made the alkoxy group and the alkylthio group by inserting an oxygen atom or a sulfur atom in the bond position of the said alkyl group is mentioned as an example. .

前記一般式(1)における置換もしくは無置換の芳香族炭化水素基Ar1としては、単環基、多環基(縮合多環基、非縮合多環基)のいずれでもよく、一例として以下のものを挙げることができる。例えば、フェニル基、ナフチル基、ピレニル基、フルオレニル基、アズレニル基、アントリル基、トリフェニレニル基、クリセニル基、ビフェニル基、ターフェニル基などが挙げられ、置換もしくは無置換の、単環式、非縮合多環式または縮合多環式芳香族炭化水素Ar2、Ar3としては、一例として上記芳香族基の二価基が挙げられる。 The substituted or unsubstituted aromatic hydrocarbon group Ar 1 in the general formula (1) may be either a monocyclic group or a polycyclic group (a condensed polycyclic group or a non-condensed polycyclic group). Things can be mentioned. Examples include phenyl group, naphthyl group, pyrenyl group, fluorenyl group, azulenyl group, anthryl group, triphenylenyl group, chrycenyl group, biphenyl group, terphenyl group, etc. Examples of the cyclic or condensed polycyclic aromatic hydrocarbons Ar 2 and Ar 3 include divalent groups of the above aromatic groups.

また、これら芳香族炭化水素基は以下に示す置換基を有していてもよい。
(1)ハロゲン原子、トリフルオロメチル基、シアノ基、ニトロ基。
(2)炭素数1〜25の直鎖または分岐鎖の、アルキル基またはアルコキシ基。これらは更にハロゲン原子、シアノ基、フェニル基、ヒドロキシル基、カルボキシル基、アルコキシ基、アルキルチオ基で置換されていてもよい。
(3)アリールオキシ基。(アリール基としてフェニル基、ナフチル基を有するアリールオキシ基が挙げられる。これらは、ハロゲン原子を置換基として含有してもよく、炭素数1〜25の直鎖または分岐鎖の、アルキル基またはアルコキシ基あるいはアルキルチオ基を含有してもよい。具体的には、フェノキシ基、1−ナフチルオキシ基、2−ナフチルオキシ基、4−メチルフェノキシ基、4−メトキシフェノキシ基、4−クロロフェノキシ基、6−メチル−2−ナフチルオキシ基等が挙げられる。)
(4)アルキルチオ基又はアリールチオ基。(アルキルチオ基またはアリールチオ基としては、具体的にはメチルチオ基、エチルチオ基、フェニルチオ基、p−メチルフェニルチオ基等が挙げられる。)
(5)アルキル置換アミノ基。(具体的には、ジエチルアミノ基、N−メチル−N−フェニルアミノ基、N,N−ジフェニルアミノ基、N,N−ジ(p−トリル)アミノ基、ジベンジルアミノ基、ピペリジノ基、モルホリノ基、ユロリジル基等が挙げられる)
(6)アシル基。(アシル基としては、具体的にはアセチル基、プロピオニル基、ブチリ
ル基、マロニル基、ベンゾイル基等が挙げられる。)
Moreover, these aromatic hydrocarbon groups may have a substituent shown below.
(1) Halogen atom, trifluoromethyl group, cyano group, nitro group.
(2) A linear or branched alkyl group or alkoxy group having 1 to 25 carbon atoms. These may be further substituted with a halogen atom, a cyano group, a phenyl group, a hydroxyl group, a carboxyl group, an alkoxy group, or an alkylthio group.
(3) Aryloxy group. (Examples include aryloxy groups having a phenyl group or a naphthyl group as the aryl group. These may contain a halogen atom as a substituent, and are a linear or branched alkyl group or alkoxy having 1 to 25 carbon atoms. A phenoxy group, 1-naphthyloxy group, 2-naphthyloxy group, 4-methylphenoxy group, 4-methoxyphenoxy group, 4-chlorophenoxy group, 6 -A methyl-2-naphthyloxy group etc. are mentioned.
(4) An alkylthio group or an arylthio group. (Specific examples of the alkylthio group or arylthio group include a methylthio group, an ethylthio group, a phenylthio group, and a p-methylphenylthio group.)
(5) An alkyl-substituted amino group. (Specifically, diethylamino group, N-methyl-N-phenylamino group, N, N-diphenylamino group, N, N-di (p-tolyl) amino group, dibenzylamino group, piperidino group, morpholino group And urolidyl group)
(6) Acyl group. (Specific examples of the acyl group include an acetyl group, a propionyl group, a butyryl group, a malonyl group, and a benzoyl group.)

上記一般式(1)に示されるくり返し単位を含む重合体のうち、より好ましい第一の態
様は下記一般式(2)で表される。
Of the polymers containing repeating units represented by the general formula (1), a more preferred first embodiment is represented by the following general formula (2).

Figure 2006339199
Figure 2006339199

式中、Ar1は置換もしくは無置換の芳香族炭化水素基を表し、Ar4は置換もしくは無置換の、ベンゼン、チオフェン、ビフェニル、アントラセンもしくはナフタレンから選択される2価基を表し、R7、R8はそれぞれ独立にハロゲン原子、置換もしくは無置換の、アルキル基またはアルコキシ基もしくはアルキルチオ基から選択される基を表し、x、yはそれぞれ独立に0から4の整数を表し、R7、R8が各々複数存在する場合には、同一でも別異でもよい。
ここで、アルキル基またはアルコキシ基もしくはアルキルチオ基への置換基については前記一般式(1)と同様である。
In the formula, Ar 1 represents a substituted or unsubstituted aromatic hydrocarbon group, Ar 4 represents a substituted or unsubstituted divalent group selected from benzene, thiophene, biphenyl, anthracene or naphthalene, R 7 , R 8 each independently represents a halogen atom, a substituted or unsubstituted alkyl group, an alkoxy group or an alkylthio group, and x and y each independently represents an integer of 0 to 4, R 7 , R When a plurality of 8 are present, they may be the same or different.
Here, the substituent on the alkyl group, alkoxy group or alkylthio group is the same as in the general formula (1).

上記一般式(1)に示されるくり返し単位を含む重合体のうち、より好ましい第二の態様は下記一般式(3)で表される。   Of the polymers containing repeating units represented by the general formula (1), a more preferred second embodiment is represented by the following general formula (3).

Figure 2006339199
Figure 2006339199

式中、Ar4は置換もしくは無置換の、ベンゼン、チオフェン、ビフェニル、アントラセンもしくはナフタレンから選択される2価基を表し、R7、R8はそれぞれ独立にハロゲン原子、置換もしくは無置換の、アルキル基またはアルコキシ基もしくはアルキルチオ基から選択される基を表し、R9はハロゲン原子、置換もしくは無置換の、アルキル基、アルコキシ基、アルキルチオ基もしくはアリール基から選択される基を表す。zは0から5の整数を表し、x、yはそれぞれ独立に0から4の整数を表し、R7、R8、R9が各々複数存在する場合には、同一でも別異でもよい。
アルキル基またはアルコキシ基もしくはアルキルチオ基への置換基については前記一般式(1)と同様である。
In the formula, Ar 4 represents a substituted or unsubstituted divalent group selected from benzene, thiophene, biphenyl, anthracene or naphthalene, and R 7 and R 8 are each independently a halogen atom, substituted or unsubstituted alkyl R 9 represents a group selected from a group, an alkoxy group or an alkylthio group, and R 9 represents a group selected from a halogen atom, a substituted or unsubstituted alkyl group, an alkoxy group, an alkylthio group or an aryl group. z represents an integer of 0 to 5, x and y each independently represents an integer of 0 to 4, and when a plurality of R 7 , R 8 and R 9 are present, they may be the same or different.
The substituent on the alkyl group, alkoxy group or alkylthio group is the same as in the general formula (1).

上記一般式(1)に示されるくり返し単位を含む重合体のうち、更に好ましい第一の態様は下記一般式(4)で表される。   Of the polymers containing repeating units represented by the general formula (1), a more preferred first embodiment is represented by the following general formula (4).

Figure 2006339199
Figure 2006339199

式中、Ar4は置換もしくは無置換の、ベンゼン、チオフェン、ビフェニル、アントラセンもしくはナフタレンから選択される2価基を表し、R、R8、R10、R11、R12、R13はそれぞれ独立にハロゲン原子、置換もしくは無置換の、アルキル基またはアルコキシ基もしくはアルキルチオ基から選択される基を表す。vは0から3の整数を表し、w、x、yはそれぞれ独立に0から4の整数を表し、R7、R8、R10、R11が各々複数存在する場合には、同一でも別異でもよい。
アルキル基またはアルコキシ基もしくはアルキルチオ基への置換基については前記一般式(1)と同様である。
In the formula, Ar 4 represents a substituted or unsubstituted divalent group selected from benzene, thiophene, biphenyl, anthracene or naphthalene, and R 7 , R 8 , R 10 , R 11 , R 12 and R 13 are each represented by Independently represents a halogen atom, a substituted or unsubstituted alkyl group, an alkoxy group or an alkylthio group. v represents an integer of 0 to 3, w, x and y each independently represents an integer of 0 to 4, and when there are a plurality of R 7 , R 8 , R 10 and R 11 , they may be the same or different. It may be different.
The substituent on the alkyl group, alkoxy group or alkylthio group is the same as in the general formula (1).

上記一般式(1)に示されるくり返し単位を含む重合体のうち、更に好ましい第二の態様は下記一般式(5)で表される。   Of the polymers containing repeating units represented by the general formula (1), a further preferred second embodiment is represented by the following general formula (5).

Figure 2006339199
Figure 2006339199

式中、Ar1は置換もしくは無置換の芳香族炭化水素基を表し、Ar4は置換もしくは無置換の、ベンゼン、チオフェン、ビフェニル、アントラセンもしくはナフタレンから選択される2価基を表し、R14、R15、R16、R17 はそれぞれ独立にハロゲン原子、置換もしくは無置換の、アルキル基またはアルコキシ基もしくはアルキルチオ基から選択される基を表し、r、s、t、uはそれぞれ独立に0から4の整数を表し、R14、R15、R16、R17 が各々複数存在する場合には、同一でも別異でもよい。
アルキル基またはアルコキシ基もしくはアルキルチオ基への置換基については前記一般式(1)と同様である。
In the formula, Ar 1 represents a substituted or unsubstituted aromatic hydrocarbon group, Ar 4 represents a substituted or unsubstituted divalent group selected from benzene, thiophene, biphenyl, anthracene or naphthalene, R 14 , R 15 , R 16 and R 17 each independently represents a halogen atom, a substituted or unsubstituted alkyl group, an alkoxy group or an alkylthio group, and r, s, t and u each independently represents 0 4 represents an integer of 4, and when there are a plurality of R 14 , R 15 , R 16 and R 17 , they may be the same or different.
The substituent on the alkyl group, alkoxy group or alkylthio group is the same as in the general formula (1).

上記一般式(1)に示されるくり返し単位を含む重合体のうち、更に好ましい第三の態様は下記一般式(6)で表される。   Of the polymers containing repeating units represented by the general formula (1), a further preferred third embodiment is represented by the following general formula (6).

Figure 2006339199
Figure 2006339199

式中、Ar4は置換もしくは無置換の、ベンゼン、チオフェン、ビフェニル、アントラセンもしくはナフタレンから選択される2価基を表し、R14、R15、R16、R17、R18 はそれぞれ独立にハロゲン原子、置換もしくは無置換の、アルキル基またはアルコキシ基もしくはアルキルチオ基から選択される基を表し、qは0から5の整数を表し、r、s、t、uはそれぞれ独立に0から4の整数を表し、R14、R15、R16、R17、R18が各々複数存在する場合には、同一でも別異でもよい。)
アルキル基またはアルコキシ基もしくはアルキルチオ基への置換基については前記一般式(1)と同様である。
In the formula, Ar 4 represents a substituted or unsubstituted divalent group selected from benzene, thiophene, biphenyl, anthracene or naphthalene, and R 14 , R 15 , R 16 , R 17 and R 18 are each independently halogen. Represents an atom, a substituted or unsubstituted group selected from an alkyl group, an alkoxy group, or an alkylthio group, q represents an integer of 0 to 5, and r, s, t, and u each independently represents an integer of 0 to 4 In the case where a plurality of R 14 , R 15 , R 16 , R 17 and R 18 are present, they may be the same or different. )
The substituent on the alkyl group, alkoxy group or alkylthio group is the same as in the general formula (1).

以下に、本発明で用いられる一般式(1)で表わされる高分子材料の具体例(化合物(I)〜(XIX))を列挙する。なおこれら具体例は本発明を制限的に提示しているものでも、限定する意図で開示しているものでもない。   Specific examples (compounds (I) to (XIX)) of the polymer material represented by the general formula (1) used in the present invention are listed below. It should be noted that these specific examples are not intended to limit the present invention, nor are they disclosed with the intention of limiting.

Figure 2006339199
Figure 2006339199

Figure 2006339199
Figure 2006339199

Figure 2006339199
Figure 2006339199

Figure 2006339199
Figure 2006339199

Figure 2006339199
Figure 2006339199

上記一般式(1)〜(6)に示される高分子材料の製造方法は、例えばアルデヒドとホスホネートを用いたWittig−Horner反応、アルデヒドとホスホニウム塩を用いたWittig反応、ビニル置換体とハロゲン化物を用いたHeck反応、アミンとハロゲン化物を用いたUllmann反応などを用いることができ、公知の方法により製造可能である。特にWittig−Horner反応及びWittig反応は反応操作の簡便さから有効である。   The production method of the polymer material represented by the general formulas (1) to (6) includes, for example, Wittig-Horner reaction using aldehyde and phosphonate, Wittig reaction using aldehyde and phosphonium salt, vinyl substitution product and halide. The Heck reaction used, the Ullmann reaction using an amine and a halide, and the like can be used, and they can be produced by a known method. In particular, the Wittig-Horner reaction and the Wittig reaction are effective because of the simplicity of the reaction operation.

一例としてWittig−Horner反応を用いた本発明における高分子材料の製造方法について説明する。
本発明で用いられる高分子材料は、下記の反応式(F1)で示されるように、ホスホン酸エステル化合物及びアルデヒド化合物が化学量論的に等しく存在する溶液と、その2倍モル量以上の塩基を混合させることにより重合反応が進行し、得ることができる。
As an example, a method for producing a polymer material in the present invention using a Wittig-Horner reaction will be described.
As shown in the following reaction formula (F1), the polymer material used in the present invention includes a solution in which the phosphonic acid ester compound and the aldehyde compound are present stoichiometrically, and a base more than twice the molar amount thereof. By mixing these, the polymerization reaction proceeds and can be obtained.

Figure 2006339199
Figure 2006339199

本発明で用いられる高分子材料を製造する場合には、例えば、Aとしてアリールアミン部位、BとしてAr4の組み合わせのモノマーを用いるか、またはAとしてAr4、Bとしてアリールアミン部位の組み合わせのモノマーを用いればよい。 In the production of polymeric materials used in the present invention, for example, an aryl amine moiety as A, or using a monomer combination of Ar 4 as B, or A as Ar 4, B as monomers a combination of aryl amine sites May be used.

上記ジアルデヒド化合物は、公知の種々の反応により合成することが可能である。例として下記反応式(F2)で示されるVilsmeier反応;   The dialdehyde compound can be synthesized by various known reactions. As an example, a Vilsmeier reaction represented by the following reaction formula (F2);

Figure 2006339199
Figure 2006339199

あるいは、下記反応式(F3)で示される、アリールリチウム化合物と、DMF、N−ホルミルモルホリン、N−ホルミルピペリジン等をはじめとするホルミル化剤との反応; Alternatively, the reaction of an aryllithium compound represented by the following reaction formula (F3) with a formylating agent such as DMF, N-formylmorpholine, N-formylpiperidine and the like;

Figure 2006339199
Figure 2006339199

あるいは、下記反応式(F4)で示されるGatterman反応; Alternatively, a Gatterman reaction represented by the following reaction formula (F4);

Figure 2006339199
Figure 2006339199

あるいは、下記反応式(F5)で示されるヒドロキシメチル化合物の各種酸化反応; Alternatively, various oxidation reactions of a hydroxymethyl compound represented by the following reaction formula (F5);

Figure 2006339199
Figure 2006339199

等を一例として挙げることができ、これら反応を用いてジアルデヒド化合物を合成することができる。 Can be cited as examples, and dialdehyde compounds can be synthesized using these reactions.

また、上記ホスホン酸ジエステル化合物についても、公知の種々の反応により合成することが可能であるが、下記反応式(F6)で示されるMichaelis−Arbuzov反応が特に容易である。   The phosphonic acid diester compound can also be synthesized by various known reactions, but the Michaelis-Arbuzov reaction represented by the following reaction formula (F6) is particularly easy.

Figure 2006339199
Figure 2006339199

なお、本発明で用いられる上記高分子材料の具体的な製造方法は、特開2004−18831号公報にその詳細が記載されている。
上記高分子材料は種々の一般的有機溶媒、例えばジクロロメタン、テトラヒドロフラン、クロロホルム、トルエン、ジクロロベンゼン及びキシレン等に対し良好な溶解性を示す。
In addition, the specific manufacturing method of the said polymer material used by this invention is described in the Unexamined-Japanese-Patent No. 2004-18831.
The polymer material exhibits good solubility in various common organic solvents such as dichloromethane, tetrahydrofuran, chloroform, toluene, dichlorobenzene and xylene.

また、本発明の光電変換素子においては、上記に示した高分子材料に各種添加剤を加えても構わない。添加剤としては、ヨウ素、ヨウ化リチウム、ヨウ化ナトリウム、ヨウ化カリウム、ヨウ化セシウム、ヨウ化カルシウム、ヨウ化銅、ヨウ化鉄、ヨウ化銀等の金属ヨウ化物、ヨウ化テトラアルキルアンモニウム、ヨウ化ピリジニウム等の4級アンモニウム塩、臭化リチウム、臭化ナトリウム、臭化カリウム、臭化セシウム、臭化カルシウム等の金属臭化物、臭化テトラアルキルアンモニウム、臭化ピリジニウム等の4級アンモニウム化合物の臭素塩、塩化銅、塩化銀等の金属塩化物、酢酸銅、酢酸銀、酢酸パラジウム等の酢酸金属塩、硫酸銅、硫酸亜鉛等の金属硫化物、フェロシアン酸塩−フェリシアン酸塩、フェロセン−フェリシニウムイオン等の金属錯体、ポリ硫化ナトリウム、アルキルチオール−アルキルジスルフィド等のイオウ化合物、ビオロゲン色素、ヒドロキノン等、あるいはヨウ化1,2−ジメチル−3−n−プロピルイミダゾリニウム塩、ヨウ化1−メチル−3−n−ヘキシルイミダゾリニウム塩等のInorg. Chem. 35 (1996) 1168に記載の常温溶融塩(イオン性液体)、ピリジン、4−t−ブチルピリジン、ベンズイミダゾール等の塩基性化合物、リチウムトリフルオロメタンスルホニルイミド、リチウムジイソプロピルイミド等のリチウム化合物を挙げることができる。
上記において好ましいものは金属化合物や常温溶融塩からなるイオン性液体である。特に好ましい金属化合物としては、ハロゲン化金属、チオシアン化金属もしくはアミド化金属が挙げられる。また、特に好ましい常温溶融塩からなるイオン性液体としてはイミダゾリニウム化合物が挙げられる。
このような金属化合物もしくは常温溶融塩からなるイオン性液体を加えることにより、電子移動が効率的となり更に優れた光電変換特性を示す光電変換素子とすることができる。
Moreover, in the photoelectric conversion element of this invention, you may add various additives to the polymeric material shown above. Additives include iodine, lithium iodide, sodium iodide, potassium iodide, cesium iodide, calcium iodide, copper iodide, iron iodide, silver iodide and other metal iodides, tetraalkylammonium iodide, Quaternary ammonium salts such as pyridinium iodide, metal bromides such as lithium bromide, sodium bromide, potassium bromide, cesium bromide and calcium bromide, quaternary ammonium compounds such as tetraalkylammonium bromide and pyridinium bromide Metal chlorides such as bromine salts, copper chloride and silver chloride, metal acetates such as copper acetate, silver acetate and palladium acetate, metal sulfides such as copper sulfate and zinc sulfate, ferrocyanate-ferricyanate, ferrocene -Sulfur compounds such as metal complexes such as ferricinium ions, sodium polysulfide, alkylthiol-alkyl disulfides Inorg. Chem. 35 (1996) such as viologen dye, hydroquinone, or the like, or 1,2-dimethyl-3-n-propylimidazolinium iodide, 1-methyl-3-n-hexylimidazolinium iodide, etc. Examples include ordinary temperature molten salts (ionic liquids) described in 1168, basic compounds such as pyridine, 4-t-butylpyridine, and benzimidazole, and lithium compounds such as lithium trifluoromethanesulfonylimide and lithium diisopropylimide.
Preferred in the above is an ionic liquid composed of a metal compound or a room temperature molten salt. Particularly preferred metal compounds include metal halides, thiocyanides or amidated metals. Moreover, an imidazolinium compound is mentioned as an ionic liquid which consists of especially preferable normal temperature molten salt.
By adding such an ionic liquid composed of a metal compound or a room temperature molten salt, the electron transfer becomes efficient, and a photoelectric conversion element exhibiting further excellent photoelectric conversion characteristics can be obtained.

また導電性を向上させる目的で、高分子材料の一部をラジカルカチオンにするための酸化剤を添加しても構わない。その酸化剤としては、ヘキサクロロアンチモン酸トリス(4−ブロモフェニル)アミニウム、ヘキサフルオロアンチモネート銀、ニトロソニウムテトラフルオボラート等が好ましい。この酸化剤の添加によって全ての高分子が酸化される必要はなく、一部のみが酸化されていればよい。また添加した酸化剤は添加した後、系外に取り出しても、取り出さなくてもよい。   Further, for the purpose of improving the conductivity, an oxidizing agent for making a part of the polymer material a radical cation may be added. As the oxidizing agent, tris (4-bromophenyl) aminium hexachloroantimonate, silver hexafluoroantimonate, nitrosonium tetrafluorate and the like are preferable. It is not necessary for all the polymers to be oxidized by the addition of the oxidizing agent, and only a part of the polymer needs to be oxidized. The added oxidizing agent may be taken out of the system after the addition or may not be taken out.

ホール輸送層は、後述する光増感化合物を担持した電子輸送層の上に形成される。ホール輸送層の作製方法には特に制限はなく、スパッタリング等の真空中で薄膜を形成する方法や湿式製膜法が挙げられる。製造コスト等を考慮した場合、特に湿式製膜法が好ましく、電子輸送層上に塗布する方法が好ましい。この湿式製膜法を用いた場合、塗布方法は特に制限はなく、公知の方法に従って行うことができる。例えば、ディップ法、スプレー法、ワイヤーバー法、スピンコート法、ローラーコート法、ブレードコート法、グラビアコート法、また、湿式印刷方法として、凸版、オフセット、グラビア、凹版、ゴム版、スクリーン印刷等様々な方法を用いることができる。   The hole transport layer is formed on an electron transport layer carrying a photosensitizing compound described later. There is no restriction | limiting in particular in the preparation methods of a hole transport layer, The method of forming a thin film in vacuum, such as sputtering, and the wet film forming method are mentioned. In consideration of the manufacturing cost and the like, a wet film forming method is particularly preferable, and a method of coating on the electron transport layer is preferable. When this wet film-forming method is used, the coating method is not particularly limited and can be performed according to a known method. For example, dip method, spray method, wire bar method, spin coating method, roller coating method, blade coating method, gravure coating method, and wet printing methods such as letterpress, offset, gravure, intaglio, rubber plate, screen printing, etc. Can be used.

前記ホール集電電極は、ホール輸送層形成後に新たに付与するか、あるいは本発明のホール輸送層の構成材料として用いられる高分子材料をホール集電電極に兼用してもよい。
ホール集電電極としては通常後述の電子集電電極と同様のものを用いることができ、強度や密封性が十分に保たれるような構成では支持体(図1に示した基板(1b))は必ずしも必要ではない。
ホール集電電極材料の具体例としては、白金、金、銀、銅、アルミニウム等の金属、グラファイト、フラーレン、カーボンナノチューブ等の炭素系化合物、インジウム・スズ酸化物(以下、ITOと称す)、フッ素ドープ酸化スズ(以下、FTOと称す)等の導電性金属酸化物、ポリチオフェン、ポリアニリン等の導電性高分子が挙げられる。ホール集電電極層の膜厚には特に制限はなく、また単独あるいは2種以上の混合で用いても構わない。
ホール集電電極の塗設については、用いられる材料の種類やホール輸送層の種類により、適宜ホール輸送層上に塗布、ラミネート、蒸着、CVD、貼り合わせ等の手法により形成可能である。
The hole collector electrode may be newly added after the hole transport layer is formed, or a polymer material used as a constituent material of the hole transport layer of the present invention may be used as the hole collector electrode.
As the hole current collecting electrode, the same one as an electron current collecting electrode described later can be usually used, and a support (the substrate (1b) shown in FIG. 1) is used in a configuration in which strength and sealability are sufficiently maintained. Is not necessarily required.
Specific examples of hole collecting electrode materials include metals such as platinum, gold, silver, copper, and aluminum, carbon compounds such as graphite, fullerene, and carbon nanotubes, indium tin oxide (hereinafter referred to as ITO), fluorine Examples thereof include conductive metal oxides such as doped tin oxide (hereinafter referred to as FTO), and conductive polymers such as polythiophene and polyaniline. There is no restriction | limiting in particular in the film thickness of a hole current collection electrode layer, and you may use individually or in mixture of 2 or more types.
The hole collecting electrode can be applied by a method such as coating, laminating, vapor deposition, CVD, and bonding on the hole transport layer as appropriate depending on the type of material used and the type of hole transport layer.

光電変換素子として動作するためには、ホール集電電極と後述の電子集電電極の少なくとも一方は実質的に透明でなければならない。本発明の光電変換素子においては、電子集電電極側が透明であり、太陽光を電子集電電極側から入射させる方法が好ましい。この場合、ホール集電電極側には光を反射させる材料を使用することが好ましく、金属、導電性酸化物を蒸着したガラス、プラスチック、あるいは金属薄膜が好ましい。また、太陽光の入射側に反射防止層を設けることも有効な手段である。   In order to operate as a photoelectric conversion element, at least one of the hole collecting electrode and the later-described electron collecting electrode must be substantially transparent. In the photoelectric conversion element of the present invention, a method in which the electron collecting electrode side is transparent and sunlight is incident from the electron collecting electrode side is preferable. In this case, it is preferable to use a material that reflects light on the side of the hole collecting electrode, and a metal, glass, plastic, or metal thin film on which a conductive oxide is deposited is preferable. It is also effective to provide an antireflection layer on the sunlight incident side.

本発明に用いられる電子集電電極としては可視光に対して、透明な導電性物質であれば特に限定されるものではなく、通常の光電変換素子、あるいは液晶パネル等に用いられる公知のものを使用できる。例えば、ITO、FTO等が挙げられる。これらの内、FTOが好ましい。電子集電電極の厚さは0.005〜1μmが好ましく、0.01〜0.1μmが更に好ましい。また電子集電電極は一定の硬性を維持するため、可視光に透明な材質からなる基板上に設けることが好ましく、例えば、ガラス、透明プラスチック板、透明プラスチック膜、無機物透明結晶体などが用いられる。   The electron collector electrode used in the present invention is not particularly limited as long as it is a conductive material that is transparent to visible light, and a known one used for a normal photoelectric conversion element, a liquid crystal panel, or the like. Can be used. For example, ITO, FTO, etc. are mentioned. Of these, FTO is preferred. The thickness of the electron collector electrode is preferably 0.005 to 1 μm, and more preferably 0.01 to 0.1 μm. In addition, the electron collector electrode is preferably provided on a substrate made of a material transparent to visible light in order to maintain a certain hardness. For example, glass, a transparent plastic plate, a transparent plastic film, an inorganic transparent crystal, or the like is used. .

電子集電電極と基板が一体となっている公知のものを用いることもでき、例えば、FTOコートガラス、ITOコートガラス、酸化亜鉛:アルミニウムコートガラス等が挙げられる。また、酸化スズや酸化インジウムに原子価の異なる陽イオン若しくは陰イオンをドープした透明電極、メッシュ状、ストライプ状など光が透過できる構造にした金属電極をガラス基板等の基板上に設けたものでもよい。これらは単独あるいは2種以上の混合、または積層したものでも構わない。   A well-known one in which the electron collector electrode and the substrate are integrated can also be used, and examples thereof include FTO-coated glass, ITO-coated glass, and zinc oxide: aluminum-coated glass. In addition, a transparent electrode obtained by doping cations or anions with different valences into tin oxide or indium oxide, or a metal electrode having a structure capable of transmitting light, such as a mesh shape or a stripe shape, provided on a substrate such as a glass substrate Good. These may be used singly or as a mixture of two or more kinds or laminated ones.

また、基板の抵抗を下げる目的で、金属リード線等を用いてもよい。金属リード線の材質はアルミニウム、銅、銀、金、白金、ニッケル等の金属が挙げられる。金属リード線は、基板に蒸着、スパッタリング、圧着等で設置し、その上にITOやFTOを設ける方法が挙げられる。   Moreover, a metal lead wire or the like may be used for the purpose of reducing the resistance of the substrate. Examples of the material of the metal lead wire include metals such as aluminum, copper, silver, gold, platinum, and nickel. For example, the metal lead wire may be provided on the substrate by vapor deposition, sputtering, pressure bonding, or the like, and ITO or FTO may be provided thereon.

本発明の光電変換素子は、上記の電子集電電極上に、電子輸送層として、半導体からなる薄膜を形成する。この電子輸送層は、電子集電電極上に緻密な電子輸送層を形成し、更にその上に多孔質状の電子輸送層を形成する積層構造であることが好ましい。この緻密な電子輸送層は、電子集電電極とホール輸送層との電子的コンタクトを防ぐ目的で形成するものである。従って、電子終電電極とホール輸送層が物理的に接触しなければ、ピンホールやクラック等が形成されていても構わない。また、この緻密な電子輸送層の膜厚に制限はないが、10nm〜1μmが好ましく、20nm〜700nmがより好ましい。   The photoelectric conversion element of this invention forms the thin film which consists of semiconductors as an electron carrying layer on said electron current collection electrode. This electron transport layer preferably has a laminated structure in which a dense electron transport layer is formed on an electron current collecting electrode, and a porous electron transport layer is further formed thereon. This dense electron transport layer is formed for the purpose of preventing electronic contact between the electron collector electrode and the hole transport layer. Therefore, if the electron final electrode and the hole transport layer are not in physical contact, pinholes, cracks, or the like may be formed. Moreover, although there is no restriction | limiting in the film thickness of this precise | minute electron carrying layer, 10 nm-1 micrometer are preferable and 20 nm-700 nm are more preferable.

すなわち、本発明における電子輸送層は、緻密構造からなる層と多孔質構造からなる層との多層構造であることが好ましい。
緻密な電子輸送層上に形成する多孔質状の電子輸送層は、単層であっても多層であってもよい。多孔質構造が多層であるものを形成する方法としては、粒径の異なる半導体微粒子の分散液を多層塗布することも、種類の異なる半導体や、樹脂、添加剤の組成が異なる塗布層を多層塗布することもできる。一度の塗布で膜厚が不足する場合には多層塗布は有効な手段である。一般的に、電子輸送層の膜厚が増大するほど単位投影面積当たりの担持光増感化合物量も増えるため光の捕獲率が高くなるが、注入された電子の拡散距離も増えるために電荷の再結合によるロスも大きくなってしまう。従って、電子輸送層の膜厚は100nm〜100μmが好ましい。
That is, the electron transport layer in the present invention preferably has a multilayer structure of a layer having a dense structure and a layer having a porous structure.
The porous electron transport layer formed on the dense electron transport layer may be a single layer or multiple layers. As a method of forming a porous structure having a multilayer structure, it is possible to apply a multilayer coating of a dispersion of semiconductor fine particles having different particle diameters, or to apply different types of semiconductors and coating layers having different compositions of resins and additives. You can also Multi-layer coating is an effective means when the film thickness is insufficient with a single coating. In general, as the thickness of the electron transport layer increases, the amount of supported photosensitizing compound per unit projected area increases, so that the light capture rate increases. Loss due to recombination also increases. Therefore, the film thickness of the electron transport layer is preferably 100 nm to 100 μm.

本発明における電子輸送層の構成材料としては、半導体が用いるのが好ましい。半導体としては特に限定されるものではなく、公知のものを使用することができる。
具体的には、シリコン、ゲルマニウムのような単体半導体、あるいは金属のカルコゲニドに代表される化合物半導体、またはペロブスカイト構造を有する化合物等を挙げることができる。
金属のカルコゲニドとしてはチタン、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、あるい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−硫化物等が好ましい。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、ニオブ酸カリウム等が好ましい。
これらの中でも酸化物半導体が好ましく、特に酸化チタン、酸化亜鉛、酸化スズ、酸化ニオブ、酸化ニッケルが好ましく、単独、あるいは2種以上の混合で使用しても構わない。これらの半導体の結晶型は特に限定されるものではなく、単結晶でも多結晶でも、あるいは非晶質でも構わない。
The constituent material of the electron transport layer in the present invention is preferably a semiconductor. The semiconductor is not particularly limited, and a known semiconductor can be used.
Specifically, a single semiconductor such as silicon or germanium, a compound semiconductor typified by a metal chalcogenide, a compound having a perovskite structure, or the like can be given.
Metal chalcogenides include titanium, tin, zinc, iron, tungsten, zirconium, hafnium, strontium, indium, cerium, yttrium, lanthanum, vanadium, niobium, or tantalum oxides, cadmium, zinc, lead, silver, antimony, bismuth. Sulfide, cadmium, lead selenide, cadmium telluride and the like. Other compound semiconductors are preferably phosphides such as zinc, gallium, indium, cadmium, gallium arsenide, copper-indium-selenide, copper-indium-sulfide, and the like. As the compound having a perovskite structure, strontium titanate, calcium titanate, sodium titanate, barium titanate, potassium niobate and the like are preferable.
Among these, an oxide semiconductor is preferable, and titanium oxide, zinc oxide, tin oxide, niobium oxide, and nickel oxide are particularly preferable, and they may be used alone or in combination of two or more. The crystal type of these semiconductors is not particularly limited, and may be single crystal, polycrystal, or amorphous.

上記半導体を微粒子状態で用いる場合の粒子サイズに特に制限は無いが、一次粒子の平均粒径は1〜100nmが好ましく、5〜50nmがより好ましい。また、より大きい平均粒径の半導体微粒子を混合し、入射光を散乱させる効果により、効率を向上させることも可能である。この場合の半導体の平均粒径は50〜500nmが好ましい。   Although there is no restriction | limiting in particular in the particle size in the case of using the said semiconductor in a fine particle state, 1-100 nm is preferable and, as for the average particle diameter of a primary particle, 5-50 nm is more preferable. It is also possible to improve efficiency by mixing semiconductor fine particles having a larger average particle diameter and scattering incident light. In this case, the average particle size of the semiconductor is preferably 50 to 500 nm.

電子輸送層の作製方法には特に制限は無く、スパッタリング等の真空中で薄膜を形成する方法や湿式製膜法が挙げられる。製造コスト等を考慮した場合、特に湿式製膜法が好ましく、半導体微粒子の粉末あるいはゾルを分散したペーストを調製し、電子集電電極基板上に塗布する方法が好ましい。この湿式製膜法を用いた場合、塗布方法は特に制限はなく、公知の方法に従って行うことができる。例えば、ディップ法、スプレー法、ワイヤーバー法、スピンコート法、ローラーコート法、ブレードコート法、グラビアコート法、また、湿式印刷方法として、凸版、オフセット、グラビア、凹版、ゴム版、スクリーン印刷等様々な方法を用いることができる。   There is no restriction | limiting in particular in the preparation methods of an electron carrying layer, The method of forming a thin film in vacuum, such as sputtering, and the wet film forming method are mentioned. In view of the manufacturing cost and the like, a wet film forming method is particularly preferable, and a method in which a paste in which semiconductor fine particle powder or sol is dispersed is prepared and applied onto an electron collecting electrode substrate is preferable. When this wet film-forming method is used, the coating method is not particularly limited and can be performed according to a known method. For example, dip method, spray method, wire bar method, spin coating method, roller coating method, blade coating method, gravure coating method, and wet printing methods such as relief printing, offset, gravure, intaglio printing, rubber printing, screen printing, etc. Can be used.

機械的粉砕、あるいはミルを使用して分散液を作製する場合、少なくとも半導体微粒子単独、あるいは半導体微粒子と樹脂の混合物を水あるいは有機溶剤に分散して形成される。この時に使用される樹脂としては、スチレン、酢酸ビニル、アクリル酸エステル、メタクリル酸エステル等によるビニル化合物の重合体や共重合体、シリコン樹脂、フェノキシ樹脂、ポリスルホン樹脂、ポリビニルブチラール樹脂、ポリビニルホルマール樹脂、ポリエステル樹脂、セルロースエステル樹脂、セルロースエーテル樹脂、ウレタン樹脂、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリアリレート樹脂、ポリアミド樹脂、ポリイミド樹脂等が挙げられる。   When a dispersion is prepared by mechanical pulverization or using a mill, it is formed by dispersing at least semiconductor fine particles alone or a mixture of semiconductor fine particles and a resin in water or an organic solvent. As the resin used at this time, polymers and copolymers of vinyl compounds such as styrene, vinyl acetate, acrylic acid ester, methacrylic acid ester, silicon resin, phenoxy resin, polysulfone resin, polyvinyl butyral resin, polyvinyl formal resin, Examples include polyester resin, cellulose ester resin, cellulose ether resin, urethane resin, phenol resin, epoxy resin, polycarbonate resin, polyarylate resin, polyamide resin, polyimide resin, and the like.

半導体微粒子を分散する溶媒としては、水、メタノール、エタノール、あるいはイソプロピルアルコール等のアルコール系溶媒、アセトン、メチルエチルケトン、あるいはメチルイソブチルケトン等のケトン系溶媒、ギ酸エチル、酢酸エチル、あるいは酢酸n−ブチル等のエステル系溶媒、ジエチルエーテル、ジメトキシエタン、テトラヒドロフラン、ジオキソラン、あるいはジオキサン等のエーテル系溶媒、N,N−ジメチルホルムアミド、N,N−ジメチルアセトアミド、あるいはN−メチル−2−ピロリドン等のアミド系溶媒、ジクロロメタン、クロロホルム、ブロモホルム、ヨウ化メチル、ジクロロエタン、トリクロロエタン、トリクロロエチレン、クロロベンゼン、o−ジクロロベンゼン、フルオロベンゼン、ブロモベンゼン、ヨードベンゼン、あるいは1−クロロナフタレン等のハロゲン化炭化水素系溶媒、n−ペンタン、n−ヘキサン、n−オクタン、1,5−ヘキサジエン、シクロヘキサン、メチルシクロヘキサン、シクロヘキサジエン、ベンゼン、トルエン、o−キシレン、m−キシレン、p−キシレン、エチルベンゼン、あるいはクメン等の炭化水素系溶媒を挙げることができる。これらは単独、あるいは2種以上の混合溶媒として用いることができる。   Solvents for dispersing the semiconductor fine particles include alcohol solvents such as water, methanol, ethanol, and isopropyl alcohol, ketone solvents such as acetone, methyl ethyl ketone, and methyl isobutyl ketone, ethyl formate, ethyl acetate, and n-butyl acetate. Ester solvents, diethyl ether, dimethoxyethane, tetrahydrofuran, dioxolane, or ether solvents such as dioxane, N, N-dimethylformamide, N, N-dimethylacetamide, or amide solvents such as N-methyl-2-pyrrolidone , Dichloromethane, chloroform, bromoform, methyl iodide, dichloroethane, trichloroethane, trichloroethylene, chlorobenzene, o-dichlorobenzene, fluorobenzene, bromobenzene, iodine Halogenated hydrocarbon solvents such as debenzene or 1-chloronaphthalene, n-pentane, n-hexane, n-octane, 1,5-hexadiene, cyclohexane, methylcyclohexane, cyclohexadiene, benzene, toluene, o-xylene, Examples thereof include hydrocarbon solvents such as m-xylene, p-xylene, ethylbenzene, and cumene. These can be used alone or as a mixed solvent of two or more.

半導体微粒子の分散液、あるいはゾル−ゲル法等によって得られた半導体微粒子のペーストは、粒子の再凝集を防ぐため、アセチルアセトン、塩酸、硝酸、酢酸等の酸、トリトンX−100等の界面活性剤、キレート剤等を添加することができる。また、製膜性を向上させる目的で増粘剤を添加することも有効な手段である。この時加える増粘剤としては、ポリエチレングリコール、ポリビニルアルコール等の高分子、エチルセルロース等の増粘剤等が挙げられる。   In order to prevent re-aggregation of particles, a dispersion of semiconductor particles or a paste of semiconductor particles obtained by a sol-gel method or the like, an acid such as acetylacetone, hydrochloric acid, nitric acid or acetic acid, or a surfactant such as Triton X-100 Chelating agents and the like can be added. It is also an effective means to add a thickener for the purpose of improving the film forming property. Examples of the thickener added at this time include polymers such as polyethylene glycol and polyvinyl alcohol, and thickeners such as ethyl cellulose.

半導体微粒子は、塗布した後に粒子同士を電子的にコンタクトさせ、膜強度の向上や基板との密着性を向上させるために焼成、マイクロ波照射、プレス処理あるいは電子線照射を行うことが好ましい。これらの処理は単独で行ってもあるいは二種類以上行ってもよい。焼成する場合、焼成温度の範囲に特に制限は無いが、温度を上げ過ぎると基板の抵抗が高くなり、溶融することもあるため、30〜700℃が好ましく、100〜600℃がより好ましい。また、焼成時間にも特に制限は無いが、10分〜10時間が好ましい。焼成後、半導体微粒子の表面積の増大や、光増感化合物から半導体微粒子への電子注入効率を高める目的で、例えば四塩化チタン水溶液を用いた化学メッキや三塩化チタン水溶液を用いた電気化学的メッキ処理を行ってもよい。   The semiconductor fine particles are preferably subjected to baking, microwave irradiation, press treatment or electron beam irradiation in order to bring the particles into electronic contact with each other after coating and to improve film strength and adhesion to the substrate. These treatments may be performed alone or in combination of two or more. In the case of firing, the range of the firing temperature is not particularly limited, but if the temperature is raised too much, the resistance of the substrate is increased and the substrate may melt, so 30 to 700 ° C is preferable, and 100 to 600 ° C is more preferable. Moreover, although there is no restriction | limiting in particular also in baking time, 10 minutes-10 hours are preferable. After firing, for example, chemical plating using titanium tetrachloride aqueous solution or electrochemical plating using titanium trichloride aqueous solution for the purpose of increasing the surface area of semiconductor fine particles or increasing the efficiency of electron injection from the photosensitizing compound to the semiconductor fine particles. Processing may be performed.

直径が数十nmの半導体微粒子を焼結等によって積層した膜は、多孔質状態を形成する。このナノ多孔構造は、非常に高い表面積を持ち、その表面積はラフネスファクターを用いて表すことができる。このラフネスファクターは、基板に塗布した半導体微粒子の面積に対する多孔質内部の実面積を表す数値である。従って、ラフネスファクターは大きいほど好ましいが、電子輸送層の膜厚との関係もあり、本発明においては20以上が好ましい。
すなわち、本発明における多孔質構造からなる層は、半導体微粒子を焼成処理して形成されたナノ多孔構造を有し、そのナノ多孔構造内部における半導体微粒子のラフネスファクターが20以上であることが好ましい。
A film in which semiconductor fine particles having a diameter of several tens of nanometers are stacked by sintering or the like forms a porous state. This nanoporous structure has a very high surface area, which can be expressed using a roughness factor. This roughness factor is a numerical value representing the actual area inside the porous body relative to the area of the semiconductor fine particles applied to the substrate. Accordingly, the roughness factor is preferably as large as possible, but it is also related to the film thickness of the electron transport layer, and is preferably 20 or more in the present invention.
That is, the layer having a porous structure in the present invention preferably has a nanoporous structure formed by firing semiconductor fine particles, and the roughness factor of the semiconductor fine particles inside the nanoporous structure is preferably 20 or more.

また、電子輸送層のインピーダンスを低減させる目的で導電助剤を添加してもよい。マイクロ波照射は、電子輸送層形成側から照射しても、裏側から照射しても構わない。照射時間には特に制限が無いが、1時間以内で行うことが好ましい。プレス処理は、100kg/cm2以上が好ましく、1000kg/cm2が更に好ましい。プレスする時間は特に制限が無いが、1時間以内で行うことが好ましい。また、プレス処理時に熱を加えても構わない。 Moreover, you may add a conductive support agent in order to reduce the impedance of an electron carrying layer. Microwave irradiation may be performed from the electron transport layer forming side or from the back side. Although there is no restriction | limiting in particular in irradiation time, It is preferable to carry out within 1 hour. The press treatment is preferably 100 kg / cm 2 or more, more preferably 1000 kg / cm 2 . There is no particular limitation on the pressing time, but it is preferably performed within 1 hour. Further, heat may be applied during the pressing process.

光変換効率の更なる向上のため、電子輸送層に光増感化合物を担持(物理吸着や化学的結合を含む)させてもよい。光増感化合物は使用される励起光により光励起される化合物であれば特に限定されないが、具体的には以下に記載の化合物が挙げられる。
特表平7−500630号公報、特開平10−233238号公報、特開2000−26487号公報、特開2000−323191号公報、特開2001−59062号公報等に記載の金属錯体化合物、特開平10−93118号公報、特開2002−164089号公報、特開2004−95450号公報に記載のクマリン化合物、同特開2004−95450号公報に記載のポリエン化合物、特開2003−264010号公報、特開2004−63274号公報、特開2004−115636号公報、特開2004−200068号、特開2004−235052号公報に記載のインドリン型化合物、特開平11−86916号公報、特開平11−214730号公報、特開2000−106224号公報、特開2001−76773号公報、特開2003−7359号公報等に記載のシアニン色素、特開平11−214731号公報、特開平11−238905号公報、特開2001−52766号公報、特開2001−76775号公報、特開2003−7360号等に記載メロシアニン色素、特開平10−92477号公報、特開平11−273754号公報、特開平11−273755号公報、特開2003−31273号等に記載の9−アリールキサンテン化合物、特開平10−93118号公報、特開2003−31273号等に記載のトリアリールメタン化合物、特開平9−199744号公報、特開平10−233238号公報、特開平11−204821号公報、特開平11−265738号公報等に記載のフタロシアニン化合物、ポルフィリン化合物等を挙げることができる。特にこの中で、金属錯体化合物、クマリン化合物、ポリエン化合物、インドリン化合物を用いることが好ましい。
更には下記一般式(7)〜(11)で表される光増感化合物がより好ましい。
In order to further improve the light conversion efficiency, a photosensitizing compound may be supported (including physical adsorption and chemical bonding) on the electron transport layer. The photosensitizing compound is not particularly limited as long as it is a compound that is photoexcited by the excitation light used, and specific examples thereof include the following compounds.
The metal complex compounds described in JP 7-500630 A, JP 10-233238 A, JP 2000-26487 A, JP 2000-323191 A, JP 2001-59062 A, etc. JP-A-10-93118, JP-A-2002-164089, JP-A-2004-95450, Coumarin compounds described in JP-A-2004-95450, polyene compounds described in JP-A-2003-264010, JP Indoline type compounds described in JP-A-2004-63274, JP-A-2004-115636, JP-A-2004-200068, JP-A-2004-235052, JP-A-11-86916, JP-A-11-214730 JP, 2000-106224, JP 2001-7777 Cyanine dyes described in JP-A No. 2003-7359, JP-A No. 11-214731, JP-A No. 11-238905, JP-A No. 2001-52766, JP-A No. 2001-76775, 9-arylxanthene compounds described in JP-A No. 2003-7360, JP-A-10-92477, JP-A-11-273754, JP-A-11-273755, JP-A-2003-31273, etc. , JP-A-10-93118, JP-A-2003-31273, etc., triarylmethane compounds, JP-A-9-199744, JP-A-10-233238, JP-A-11-204821, The phthalocyanine compounds and porphyrin compounds described in JP-A-11-265738 It can be mentioned. In particular, it is preferable to use a metal complex compound, a coumarin compound, a polyene compound, and an indoline compound.
Furthermore, photosensitized compounds represented by the following general formulas (7) to (11) are more preferable.

Figure 2006339199
Figure 2006339199

式中、R1〜R4、20〜R22は、カルボキシル基、カルボキシル基の4級アンモニウム塩、酸性基を有するアルキル基、酸性基を有するアルケニル基、置換基を有していてもよいアルキル基を表し、同一でも別異でもよい。X1はハロゲン原子、シアノ基、チオシアン酸基、イソシアン酸基を表す。R23〜R25は、水素原子、アルキル基を表す。Ar7は、2価のビニレン基、置換基を有していてもよい2価のアリーレン基、置換基を有していてもよい2価のヘテロ環残基を表す。X2、X3は、シアノ基、ニトロ基、ハロゲン原子、置換基を有していてもよいアルキルスルホニル基、置換基を有していてもよいアリールスルホニル基を表す。R27、R30は、水素原子、4級アンモニウム塩を表す。R28、R29は置換基を有していてもよいアルキル基、置換基を有していてもよいアリール基、置換基を有していてもよいヘテロ環残基を表す。sは0〜2の整数を表す。R31、R32は置換基を有していてもよいアルキル基、置換基を有していてもよいアリール基、置換基を有していてもよいヘテロ環残基を表す。X4は酸素原子、硫黄原子、セレン原子を表し、X5は酸素原子、硫黄原子、置換基を有していてもよいローダニン環を表す。X6は窒素原子とベンゼン環で結合して環を形成する2価の置換基を表す。 In the formula, R 1 to R 4 and R 20 to R 22 may have a carboxyl group, a quaternary ammonium salt of a carboxyl group, an alkyl group having an acidic group, an alkenyl group having an acidic group, or a substituent. Represents an alkyl group, which may be the same or different. X 1 represents a halogen atom, a cyano group, a thiocyanate group, or an isocyanate group. R 23 to R 25 represent a hydrogen atom or an alkyl group. Ar 7 represents a divalent vinylene group, a divalent arylene group which may have a substituent, or a divalent heterocyclic residue which may have a substituent. X 2 and X 3 represent a cyano group, a nitro group, a halogen atom, an alkylsulfonyl group which may have a substituent, or an arylsulfonyl group which may have a substituent. R 27 and R 30 represent a hydrogen atom or a quaternary ammonium salt. R 28 and R 29 represent an alkyl group which may have a substituent, an aryl group which may have a substituent, and a heterocyclic residue which may have a substituent. s represents the integer of 0-2. R 31 and R 32 represent an alkyl group which may have a substituent, an aryl group which may have a substituent, and a heterocyclic residue which may have a substituent. X 4 represents an oxygen atom, a sulfur atom, or a selenium atom, and X 5 represents an oxygen atom, a sulfur atom, or a rhodanine ring that may have a substituent. X 6 represents a divalent substituent which forms a ring by bonding with a nitrogen atom and a benzene ring.

一般式(7)〜(11)で表される光増感化合物の具体例は、下記一般式(12)〜(54):   Specific examples of the photosensitizing compounds represented by the general formulas (7) to (11) include the following general formulas (12) to (54):

Figure 2006339199
Figure 2006339199

Figure 2006339199
Figure 2006339199

Figure 2006339199
Figure 2006339199

Figure 2006339199
Figure 2006339199

に挙げることができ、具体例中の炭素−炭素二重結合は、E体、Z体のいずれであっても構わない。また、これらの色素は少なくとも1種、または2種以上の混合として用いることができる。 The carbon-carbon double bond in the specific examples may be either E-form or Z-form. Moreover, these pigment | dyes can be used as at least 1 type, or 2 or more types of mixture.

電子輸送層に光増感化合物を吸着させる方法としては、光増感化合物溶液中あるいは分散液中に半導体微粒子を含有する電子集電電極を浸漬する方法、溶液あるいは分散液を電子輸送層に塗布して吸着させる方法を用いることができる。前者の場合、浸漬法、ディップ法、ローラ法、エアーナイフ法等を用いることができ、後者の場合は、ワイヤーバー法、スライドホッパー法、エクストルージョン法、カーテン法、スピン法、スプレー法等を用いることができる。   As a method of adsorbing the photosensitizing compound to the electron transport layer, a method of immersing an electron current collecting electrode containing semiconductor fine particles in a photosensitizing compound solution or dispersion, or applying a solution or dispersion to the electron transport layer Thus, a method of adsorbing can be used. In the former case, dipping method, dipping method, roller method, air knife method, etc. can be used, and in the latter case, wire bar method, slide hopper method, extrusion method, curtain method, spin method, spray method, etc. Can be used.

光増感化合物を吸着させる際、縮合剤を併用してもよい。縮合剤は、無機物表面に物理的あるいは化学的に光増感化合物を結合すると思われる触媒的作用をするもの、または化学量論的に作用し、化学平衡を有利に移動させるものの何れであってもよい。更に、縮合助剤としてチオール、あるいはヒドロキシ化合物を添加してもよい。   When adsorbing the photosensitizing compound, a condensing agent may be used in combination. The condensing agent is either a catalytic agent that seems to physically or chemically bind the photosensitizing compound to the inorganic surface, or a stoichiometric agent that favorably moves the chemical equilibrium. Also good. Furthermore, a thiol or a hydroxy compound may be added as a condensation aid.

光増感化合物を溶解、あるいは分散する溶媒は、水、メタノール、エタノール、あるいはイソプロピルアルコール等のアルコール系溶媒、アセトン、メチルエチルケトン、あるいはメチルイソブチルケトン等のケトン系溶媒、ギ酸エチル、酢酸エチル、あるいは酢酸n−ブチル等のエステル系溶媒、ジエチルエーテル、ジメトキシエタン、テトラヒドロフラン、ジオキソラン、あるいはジオキサン等のエーテル系溶媒、N,N−ジメチルホルムアミド、N,N−ジメチルアセトアミド、あるいはN−メチル−2−ピロリドン等のアミド系溶媒、ジクロロメタン、クロロホルム、ブロモホルム、ヨウ化メチル、ジクロロエタン、トリクロロエタン、トリクロロエチレン、クロロベンゼン、o−ジクロロベンゼン、フルオロベンゼン、ブロモベンゼン、ヨードベンゼン、あるいは1−クロロナフタレン等のハロゲン化炭化水素系溶媒、n−ペンタン、n−ヘキサン、n−オクタン、1,5−ヘキサジエン、シクロヘキサン、メチルシクロヘキサン、シクロヘキサジエン、ベンゼン、トルエン、o−キシレン、m−キシレン、p−キシレン、エチルベンゼン、あるいはクメン等の炭化水素系溶媒を挙げることができ、これらは単独、あるいは2種以上の混合として用いることができる。   Solvents for dissolving or dispersing the photosensitizing compound are water, methanol, ethanol, alcohol solvents such as isopropyl alcohol, ketone solvents such as acetone, methyl ethyl ketone, or methyl isobutyl ketone, ethyl formate, ethyl acetate, or acetic acid. Ester solvents such as n-butyl, ether solvents such as diethyl ether, dimethoxyethane, tetrahydrofuran, dioxolane, or dioxane, N, N-dimethylformamide, N, N-dimethylacetamide, or N-methyl-2-pyrrolidone Amido solvents, dichloromethane, chloroform, bromoform, methyl iodide, dichloroethane, trichloroethane, trichloroethylene, chlorobenzene, o-dichlorobenzene, fluorobenzene, bromoben Halogenated hydrocarbon solvents such as ethylene, iodobenzene or 1-chloronaphthalene, n-pentane, n-hexane, n-octane, 1,5-hexadiene, cyclohexane, methylcyclohexane, cyclohexadiene, benzene, toluene, o Examples include hydrocarbon solvents such as -xylene, m-xylene, p-xylene, ethylbenzene, and cumene, and these can be used alone or as a mixture of two or more.

これらを用い、光増感化合物を吸着する際の温度としては、−50℃以上、200℃以下が好ましい。また、この吸着は攪拌しながら行っても構わない。攪拌する場合の方法としては、スターラー、ボールミル、ペイントコンディショナー、サンドミル、アトライター、ディスパーザー、あるいは超音波分散等が挙げられるが、これらに限定されるものではない。吸着に要する時間は、5秒以上、1000時間以下が好ましく、10秒以上、500時間以下がより好ましく、1分以上、150時間が更に好ましい。   The temperature at which the photosensitizing compound is adsorbed using these is preferably −50 ° C. or higher and 200 ° C. or lower. Further, this adsorption may be performed while stirring. Examples of the stirring method include, but are not limited to, a stirrer, a ball mill, a paint conditioner, a sand mill, an attritor, a disperser, and ultrasonic dispersion. The time required for adsorption is preferably 5 seconds or more and 1000 hours or less, more preferably 10 seconds or more and 500 hours or less, and further preferably 1 minute or more and 150 hours.

前述のように本発明の光電変換素子は、電子集電電極上に電子輸送層を形成し、該電子輸送層に光増感化合物を担持させ、次いで前記一般式(1)で表される高分子材料を含有する溶液を用いて湿式製膜法によりホール輸送層を塗布積層し、該ホール輸送層に接してホール集電電極を形成することにより、生産性良く製造することができる。   As described above, in the photoelectric conversion element of the present invention, an electron transport layer is formed on an electron current collecting electrode, a photosensitizing compound is supported on the electron transport layer, and then the polymer represented by the general formula (1) A hole transport layer is applied and laminated by a wet film-forming method using a solution containing a material, and a hole current collecting electrode is formed in contact with the hole transport layer, whereby production can be performed with high productivity.

本発明の光電変換素子は太陽電池及び太陽電池を用いた電源装置に応用できる。
応用例としては、従来から太陽電池やそれを用いた電源装置を利用している機器類であれば、いずれのものでも可能である。例えば、電子卓上計算機や腕時計用の太陽電池に用いてもよいが、本発明の光電変換素子の特徴を活用する一例として、携帯電話、電子手帳、電子ペーパー等の電源装置が挙げられる。また充電式や乾電池式の電気器具の連続使用時間を長くするための補助電源として用いることもできる。
The photoelectric conversion element of the present invention can be applied to a solar cell and a power supply device using the solar cell.
As an application example, any device can be used as long as it has conventionally used a solar cell or a power supply device using the solar cell. For example, although it may be used for an electronic desk calculator or a solar cell for a wristwatch, examples of utilizing the characteristics of the photoelectric conversion element of the present invention include a power supply device such as a mobile phone, an electronic notebook, and electronic paper. It can also be used as an auxiliary power source for extending the continuous use time of a rechargeable or dry battery type electric appliance.

以下、実施例により本発明を具体的に説明するが、本発明の実施の形態はこれらの実施例に限定されるものではない。   EXAMPLES Hereinafter, although an Example demonstrates this invention concretely, embodiment of this invention is not limited to these Examples.

(実施例1)
以下の条件で、酸化チタン半導体電極の作製、酸化チタン半導体への光増感化合物の担持、高分子化合物(重合体1)の合成を行い、これを用いて光電変換素子を作製した。
<酸化チタン半導体電極の作製>
チタニウムテトラ−n−プロポキシド2ml、酢酸4ml、イオン交換水1ml、ポリビニルピロリン0.8g、2−プロパノール40mlを混合し、FTOガラス基板上にスピンコートし、室温で乾燥後、空気中、450℃で1時間焼成した。焼成して得た電極上に再度、同一溶液を用いてスピンコートし、空気中、450℃で1時間焼成した。
次いで、酸化チタン(日本アエロジル社製P−25)3g、アセチルアセトン0.2g、界面活性剤(和光純薬製ポリオキシエチレンオクチルフェニルエーテル)0.3gを水5.5g、エタノール1.0gと共にビーズミル処理により12時間分散を施した。得られた分散液にポリエチレングリコール(#20,000)1.2gを加えてペーストを作製した。このペーストを、上記で得た電極上に膜厚3μmになるように塗布し、室温で乾燥後、空気中、500℃で1時間焼成した。
Example 1
Under the following conditions, a titanium oxide semiconductor electrode was produced, a photosensitizing compound was supported on the titanium oxide semiconductor, and a polymer compound (polymer 1) was synthesized. A photoelectric conversion element was produced using this.
<Production of titanium oxide semiconductor electrode>
Titanium tetra-n-propoxide 2 ml, acetic acid 4 ml, ion exchange water 1 ml, polyvinylpyrroline 0.8 g, 2-propanol 40 ml are mixed, spin-coated on an FTO glass substrate, dried at room temperature, and then in air at 450 ° C. For 1 hour. The electrode obtained by firing was spin-coated again using the same solution and fired in air at 450 ° C. for 1 hour.
Next, 3 g of titanium oxide (P-25 manufactured by Nippon Aerosil Co., Ltd.), 0.2 g of acetylacetone, and 0.3 g of surfactant (polyoxyethylene octylphenyl ether manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) together with 5.5 g of water and 1.0 g of ethanol are bead milled. Dispersion was carried out for 12 hours by treatment. 1.2 g of polyethylene glycol (# 20,000) was added to the obtained dispersion to prepare a paste. This paste was applied on the electrode obtained above so as to have a film thickness of 3 μm, dried at room temperature, and then fired in air at 500 ° C. for 1 hour.

<酸化チタン半導体への光増感化合物の担持>
上記酸化チタン半導体電極を、ルテニウム錯体であるN719色素[シス−ビス(イソチオシアナート)ビス(2,2‘−ビピリジル−4,4’−ジカルボキシレート)ルテニウム(II)−ビス−テトラ−n−ブチルアンモニウム]のアセトニトリル/t−ブタノール(体積比1:1)混合溶液中に室温で2日間、暗所にて静置して色素を吸着させた。
<Support of photosensitizing compound on titanium oxide semiconductor>
The titanium oxide semiconductor electrode was replaced with an N719 dye [cis-bis (isothiocyanato) bis (2,2′-bipyridyl-4,4′-dicarboxylate) ruthenium (II) -bis-tetra-n which is a ruthenium complex. -Butylammonium] in an acetonitrile / t-butanol (volume ratio 1: 1) mixed solution was allowed to stand in the dark at room temperature for 2 days to adsorb the dye.

<高分子化合物(重合体1)の合成>
下記反応式(F7)により高分子化合物(重合体1)を合成した。
<Synthesis of Polymer Compound (Polymer 1)>
A polymer compound (polymer 1) was synthesized according to the following reaction formula (F7).

Figure 2006339199
Figure 2006339199

すなわち、100ml四つ口フラスコに、上記のジアルデヒド0.852g(2.70mmol)及びジホスホネート1.525g(2.70mmol)を入れ、窒素置換してテトラヒドロフラン75mlを加えた。この溶液にカリウムt−ブトキシドの1.0mol・dm-3テトラヒドロフラン溶液6.75ml(6.75mmol)を滴下し室温で2時間撹拌した後、ベンジルホスホン酸ジエチル及びベンズアルデヒドを順次加え、更に2時間撹拌した。酢酸およそ1mlを加えて反応を終了し、溶液を水洗した。溶媒を減圧留去した後テトラヒドロフラン及びメタノールを用いて再沈澱による精製を行ない、高分子化合物(重合体1)を1.07g得た。収率73%であった。
元素分析値(計算値);C:84.25%(84.02%)、H:8.20%(7.93%)、N:2.33%(2.45%)。示差走査熱量測定から求めたガラス転移温度は116.9℃であった。ゲルろ過クロマトグラフィー(GPC)により測定したポリスチレン換算の数平均分子量は8500、重量平均分子量は20000であった。
That is, 0.852 g (2.70 mmol) of the above dialdehyde and 1.525 g (2.70 mmol) of diphosphonate were placed in a 100 ml four-necked flask, and nitrogen substitution was performed and 75 ml of tetrahydrofuran was added. To this solution, 6.75 ml (6.75 mmol) of a 1.0 mol · dm −3 tetrahydrofuran solution of potassium t-butoxide was added dropwise and stirred at room temperature for 2 hours, and then diethyl benzylphosphonate and benzaldehyde were sequentially added, followed by further stirring for 2 hours. did. About 1 ml of acetic acid was added to terminate the reaction, and the solution was washed with water. After the solvent was distilled off under reduced pressure, purification by reprecipitation was performed using tetrahydrofuran and methanol to obtain 1.07 g of a polymer compound (polymer 1). The yield was 73%.
Elemental analysis value (calculated value); C: 84.25% (84.02%), H: 8.20% (7.93%), N: 2.33% (2.45%). The glass transition temperature determined from differential scanning calorimetry was 116.9 ° C. The number average molecular weight in terms of polystyrene measured by gel filtration chromatography (GPC) was 8500, and the weight average molecular weight was 20000.

[光電変換素子の作製]
高分子化合物(重合体1)の塩化メチレン溶液(固形分濃度10%)にトリフルオロメタンスルホニルイミドリチウム(27mM)、トリス(4−ブロモフェニル)アミニウム(0.2mM)、4−t−ブチルピリジン(0.11M)を加え、得られた溶液をキャスト法により、先に作製した電極付の光増感化合物を担持した酸化チタン半導体上に導入した。室温で30分、次いで温風乾燥機で80℃、30分乾燥させた。この上に、対極として金を真空蒸着して光電変換素子を作製した。
[Production of photoelectric conversion element]
To a methylene chloride solution (solid content concentration 10%) of the polymer compound (polymer 1), trifluoromethanesulfonylimide lithium (27 mM), tris (4-bromophenyl) aminium (0.2 mM), 4-t-butylpyridine ( 0.11M) was added, and the obtained solution was introduced onto the titanium oxide semiconductor carrying the electrode-sensitized photosensitized compound prepared previously by a casting method. It was dried at room temperature for 30 minutes and then with a hot air dryer at 80 ° C. for 30 minutes. On top of this, gold was vacuum-deposited as a counter electrode to produce a photoelectric conversion element.

〔評価〕
上記により作製した光電変換素子について疑似太陽光照射下(AM1.5、100mW/cm2)で光電変換特性を評価した。その結果、光電変換特性は;開放電圧=0.85V、短絡電流密度3.3mA/cm2、形状因子=0.60、変換効率=1.68%という優れた特性を示した。
[Evaluation]
The photoelectric conversion characteristics of the photoelectric conversion element produced as described above were evaluated under simulated sunlight irradiation (AM1.5, 100 mW / cm 2 ). As a result, the photoelectric conversion characteristics were as follows; an open circuit voltage = 0.85 V, a short circuit current density of 3.3 mA / cm 2 , a form factor = 0.60, and a conversion efficiency = 1.68%.

(実施例2)
実施例1の重合体1に代えて、具体例(III)に示した構造式の高分子材料を用いた以外は、実施例1と同様の方法により、光電変換素子を作製した。
作製した光電変換素子の疑似太陽光照射下(AM1.5、100mW/cm2)における光電変換特性を実施例1と同様に評価した。その結果、光電変換特性は;開放電圧=0.82V、短絡電流密度3.5mA/cm2、形状因子=0.55、変換効率=1.58%という優れた特性を示した。
(Example 2)
A photoelectric conversion element was produced in the same manner as in Example 1 except that the polymer material having the structural formula shown in the specific example (III) was used in place of the polymer 1 in Example 1.
The photoelectric conversion characteristics of the produced photoelectric conversion element under pseudo-sunlight irradiation (AM1.5, 100 mW / cm 2 ) were evaluated in the same manner as in Example 1. As a result, the photoelectric conversion characteristics were as follows: open circuit voltage = 0.82V, short-circuit current density 3.5 mA / cm 2 , form factor = 0.55, conversion efficiency = 1.58%.

(実施例3)
実施例1の重合体1に代えて、具体例(VII)に示した構造式の高分子材料を用いた以外は、実施例1と同様の方法により、光電変換素子を作製した。
作製した光電変換素子の疑似太陽光照射下(AM1.5、100mW/cm2)における光電変換特性を実施例1と同様に評価した。その結果、光電変換特性は;開放電圧=0.88V、短絡電流密度3.7mA/cm2、形状因子=0.62、変換効率=2.02%という優れた特性を示した。
(Example 3)
A photoelectric conversion element was produced in the same manner as in Example 1 except that the polymer material having the structural formula shown in the specific example (VII) was used in place of the polymer 1 in Example 1.
The photoelectric conversion characteristics of the produced photoelectric conversion element under pseudo-sunlight irradiation (AM1.5, 100 mW / cm 2 ) were evaluated in the same manner as in Example 1. As a result, the photoelectric conversion characteristics were as follows; an open circuit voltage = 0.88 V, a short circuit current density of 3.7 mA / cm 2 , a form factor = 0.62, and a conversion efficiency = 2.02%.

(実施例4)
実施例1の重合体1に代えて、具体例(XII)に示した構造式の高分子材料を用いた以外は、実施例1と同様の方法により、光電変換素子を作製した。
作製した光電変換素子の疑似太陽光照射下(AM1.5、100mW/cm2)における光電変換特性を実施例1と同様に評価した。その結果、光電変換特性は;開放電圧=0.79V、短絡電流密度4.0mA/cm2、形状因子=0.57、変換効率=1.80%という優れた特性を示した。
Example 4
A photoelectric conversion element was produced in the same manner as in Example 1 except that the polymer material having the structural formula shown in the specific example (XII) was used in place of the polymer 1 in Example 1.
The photoelectric conversion characteristics of the produced photoelectric conversion element under pseudo-sunlight irradiation (AM1.5, 100 mW / cm 2 ) were evaluated in the same manner as in Example 1. As a result, the photoelectric conversion characteristics were as follows: open circuit voltage = 0.79 V, short-circuit current density 4.0 mA / cm 2 , form factor = 0.57, conversion efficiency = 1.80%.

(実施例5)
実施例1の重合体1に代えて、具体例(XIV)に示した構造式の高分子材料を用いた以外は、実施例1と同様の方法により、光電変換素子を作製した。
作製した光電変換素子の疑似太陽光照射下(AM1.5、100mW/cm2)における光電変換特性を実施例1と同様に評価した。その結果、光電変換特性は;開放電圧=0.84V、短絡電流密度3.9mA/cm2、形状因子=0.60、変換効率=1.97%という優れた特性を示した。
(Example 5)
A photoelectric conversion element was produced in the same manner as in Example 1 except that the polymer material having the structural formula shown in the specific example (XIV) was used in place of the polymer 1 in Example 1.
The photoelectric conversion characteristics of the produced photoelectric conversion element under pseudo-sunlight irradiation (AM1.5, 100 mW / cm 2 ) were evaluated in the same manner as in Example 1. As a result, the photoelectric conversion characteristics were as follows; open circuit voltage = 0.84 V, short circuit current density 3.9 mA / cm 2 , form factor = 0.60, conversion efficiency = 1.97%.

(比較例1)
実施例1の重合体1に代えて、PEDOT−PSSを用いた以外は、実施例1と同様の方法により、光電変換素子を作製した。
作製した光電変換素子の疑似太陽光照射下(AM1.5、100mW/cm2)における光電変換特性を実施例1と同様に評価した。その結果、光電変換特性は;開放電圧=0.45V、短絡電流密度1.1mA/cm、形状因子=0.48、変換効率=0.24%という結果であった。
(Comparative Example 1)
A photoelectric conversion element was produced in the same manner as in Example 1 except that PEDOT-PSS was used in place of the polymer 1 in Example 1.
The photoelectric conversion characteristics of the produced photoelectric conversion element under pseudo-sunlight irradiation (AM1.5, 100 mW / cm 2 ) were evaluated in the same manner as in Example 1. As a result, the photoelectric conversion characteristics were: open circuit voltage = 0.45V, short circuit current density 1.1 mA / cm 2 , form factor = 0.48, conversion efficiency = 0.24%.

以上の結果から明らかなように、ホール輸送層の構成物質として上記高分子材料を含有する本発明の光電変換素子は、比較例に比べていずれも優れた光電変換特性を示す。
すなわち、本発明の光電変換素子は、生産性にも優れ、完全固体型で高性能の光電変換特性を示すことから、太陽電池として用いることが可能であり、この太陽電池は、例えば、携帯電話、電子手帳、電子ペーパー等の電子機器の電源や、充電式あるいは乾電池式の電気器具の補助電源として応用することができる。
As is clear from the above results, the photoelectric conversion elements of the present invention containing the polymer material as a constituent material of the hole transport layer all exhibit superior photoelectric conversion characteristics as compared with the comparative example.
That is, the photoelectric conversion element of the present invention is excellent in productivity, and exhibits a completely solid type and high-performance photoelectric conversion characteristic. Therefore, the photoelectric conversion element can be used as a solar cell. It can be applied as a power source for electronic devices such as electronic notebooks and electronic papers, and as an auxiliary power source for rechargeable or dry-battery type electric appliances.

本発明における光電変換素子の構造の一構成例を示す概略図である。It is the schematic which shows one structural example of the structure of the photoelectric conversion element in this invention.

符号の説明Explanation of symbols

1a 基板
1b 基板
2a 電子集電電極
2b ホール集電電極
3 電子輸送層
3a 緻密構造からなる電子輸送層
3b 多孔質構造からなる粒状の電子輸送層
4 ホール輸送層
5 光増感化合物
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1a board | substrate 1b board | substrate 2a electron current collection electrode 2b hole current collection electrode 3 electron transport layer 3a electron transport layer which consists of dense structure 3b granular electron transport layer which consists of porous structure 4 hole transport layer 5 photosensitizing compound

Claims (20)

少なくとも一方が透明な電子集電電極とホール集電電極間に、電子輸送層とホール輸送層が設けられた光電変換素子において、
前記ホール輸送層の構成物質が、下記一般式(1)で表される高分子材料を含有することを特徴とする光電変換素子。
Figure 2006339199

(式中、Ar1は置換もしくは無置換の芳香族炭化水素基を表し、Ar2、Ar3はそれぞれ独立に置換もしくは無置換の、単環式、非縮合多環式または縮合多環式の芳香族炭化水素基から選択される2価基を表す。Ar4は置換もしくは無置換の、ベンゼン、チオフェン、ビフェニル、アントラセンもしくはナフタレンから選択される2価基を表す。)
In a photoelectric conversion element in which an electron transport layer and a hole transport layer are provided between an electron collector electrode and a hole current collector electrode, at least one of which is transparent,
The constituent material of the hole transport layer contains a polymer material represented by the following general formula (1).
Figure 2006339199

(In the formula, Ar 1 represents a substituted or unsubstituted aromatic hydrocarbon group, and Ar 2 and Ar 3 are each independently substituted or unsubstituted monocyclic, non-condensed polycyclic or condensed polycyclic Ar 4 represents a substituted or unsubstituted divalent group selected from benzene, thiophene, biphenyl, anthracene or naphthalene.)
前記高分子材料が、下記一般式(2)で表される高分子材料であることを特徴とする請求項1に記載の光電変換素子。
Figure 2006339199

(式中、Ar1は置換もしくは無置換の芳香族炭化水素基を表し、Ar4は置換もしくは無置換の、ベンゼン、チオフェン、ビフェニル、アントラセンもしくはナフタレンから選択される2価基を表し、R7、R8はそれぞれ独立にハロゲン原子、置換もしくは無置換の、アルキル基またはアルコキシ基もしくはアルキルチオ基から選択される基を表し、x、yはそれぞれ独立に0から4の整数を表し、R7、R8が各々複数存在する場合には、同一でも別異でもよい。)
The photoelectric conversion element according to claim 1, wherein the polymer material is a polymer material represented by the following general formula (2).
Figure 2006339199

(In the formula, Ar 1 represents a substituted or unsubstituted aromatic hydrocarbon group, Ar 4 represents a substituted or unsubstituted, benzene, thiophene, biphenyl, a divalent radical selected from anthracene or naphthalene, R 7 , R 8 each independently represents a halogen atom, a substituted or unsubstituted alkyl group, or an alkoxy group or an alkylthio group, and x and y each independently represents an integer of 0 to 4, R 7 , When there are a plurality of R 8 s , they may be the same or different.)
前記高分子材料が、下記一般式(3)で表される高分子材料であることを特徴とする請求項1に記載の光電変換素子。
Figure 2006339199

(式中、Ar4は置換もしくは無置換の、ベンゼン、チオフェン、ビフェニル、アントラセンもしくはナフタレンから選択される2価基を表し、R7、R8はそれぞれ独立にハロゲン原子、置換もしくは無置換の、アルキル基またはアルコキシ基もしくはアルキルチオ基から選択される基を表し、R9はハロゲン原子、置換もしくは無置換の、アルキル基、アルコキシ基、アルキルチオ基もしくはアリール基から選択される基を表す。zは0から5の整数を表し、x、yはそれぞれ独立に0から4の整数を表し、R7、R8、R9が各々複数存在する場合には、同一でも別異でもよい。)
The photoelectric conversion element according to claim 1, wherein the polymer material is a polymer material represented by the following general formula (3).
Figure 2006339199

(In the formula, Ar 4 represents a substituted or unsubstituted divalent group selected from benzene, thiophene, biphenyl, anthracene or naphthalene, and R 7 and R 8 are each independently a halogen atom, substituted or unsubstituted, R 9 represents an alkyl group or a group selected from an alkoxy group or an alkylthio group, and R 9 represents a halogen atom, a substituted or unsubstituted group selected from an alkyl group, an alkoxy group, an alkylthio group, or an aryl group, and z is 0. And x and y each independently represents an integer of 0 to 4, and when there are a plurality of R 7 , R 8 and R 9 , they may be the same or different.)
前記高分子材料が、下記一般式(4)で表される高分子材料であることを特徴とする請求項1に記載の光電変換素子。
Figure 2006339199

(式中、Ar4は置換もしくは無置換の、ベンゼン、チオフェン、ビフェニル、アントラセンもしくはナフタレンから選択される2価基を表し、R、R8、R10、R11、R12、R13はそれぞれ独立にハロゲン原子、置換もしくは無置換の、アルキル基またはアルコキシ基もしくはアルキルチオ基から選択される基を表す。vは0から3の整数を表し、w、x、yはそれぞれ独立に0から4の整数を表し、R7、R8、R10、R11が各々複数存在する場合には、同一でも別異でもよい。)
The photoelectric conversion element according to claim 1, wherein the polymer material is a polymer material represented by the following general formula (4).
Figure 2006339199

(In the formula, Ar 4 represents a substituted or unsubstituted divalent group selected from benzene, thiophene, biphenyl, anthracene or naphthalene, and R 7 , R 8 , R 10 , R 11 , R 12 , R 13 are Each independently represents a halogen atom, a substituted or unsubstituted alkyl group or an alkoxy group or an alkylthio group, v represents an integer of 0 to 3, and w, x, and y each independently represents 0 to 4 And when there are a plurality of R 7 , R 8 , R 10 and R 11 , they may be the same or different.)
前記高分子材料が、下記一般式(5)で表される高分子材料であることを特徴とする請求項1に記載の光電変換素子。
Figure 2006339199

(式中、Ar1は置換もしくは無置換の芳香族炭化水素基を表し、Ar4は置換もしくは無置換の、ベンゼン、チオフェン、ビフェニル、アントラセンもしくはナフタレンから選択される2価基を表し、R14、R15、R16、R17 はそれぞれ独立にハロゲン原子、置換もしくは無置換の、アルキル基またはアルコキシ基もしくはアルキルチオ基から選択される基を表し、r、s、t、uはそれぞれ独立に0から4の整数を表し、R14、R15、R16、R17 が各々複数存在する場合には、同一でも別異でもよい。)
The photoelectric conversion element according to claim 1, wherein the polymer material is a polymer material represented by the following general formula (5).
Figure 2006339199

(In the formula, Ar 1 represents a substituted or unsubstituted aromatic hydrocarbon group, Ar 4 represents a substituted or unsubstituted, benzene, thiophene, biphenyl, a divalent radical selected from anthracene or naphthalene, R 14 , R 15 , R 16 and R 17 each independently represents a halogen atom, a substituted or unsubstituted alkyl group, an alkoxy group or an alkylthio group, and r, s, t and u are each independently 0 Represents an integer of 1 to 4, and when there are a plurality of R 14 , R 15 , R 16 and R 17 , they may be the same or different.)
前記高分子材料が、下記一般式(6)で表される高分子材料であることを特徴とする請求項1に記載の光電変換素子。
Figure 2006339199

(式中、Ar4は置換もしくは無置換の、ベンゼン、チオフェン、ビフェニル、アントラセンもしくはナフタレンから選択される2価基を表し、R14、R15、R16、R17、R18 はそれぞれ独立にハロゲン原子、置換もしくは無置換の、アルキル基またはアルコキシ基もしくはアルキルチオ基から選択される基を表し、qは0から5の整数を表し、r、s、t、uはそれぞれ独立に0から4の整数を表し、R14、R15、R16、R17、R18が各々複数存在する場合には、同一でも別異でもよい。)
The photoelectric conversion element according to claim 1, wherein the polymer material is a polymer material represented by the following general formula (6).
Figure 2006339199

(Wherein Ar 4 represents a substituted or unsubstituted divalent group selected from benzene, thiophene, biphenyl, anthracene or naphthalene, and R 14 , R 15 , R 16 , R 17 and R 18 are each independently Represents a group selected from a halogen atom, a substituted or unsubstituted alkyl group, an alkoxy group, or an alkylthio group, q represents an integer of 0 to 5, and r, s, t, and u each independently represents 0 to 4 Represents an integer, and when there are a plurality of R 14 , R 15 , R 16 , R 17 and R 18 , they may be the same or different.)
前記ホール輸送層の構成材料成分である前記一般式(1)〜(6)のいずれかで表される高分子材料が、ホール集電電極の構成材料として兼用されたことを特徴とする請求項1〜6のいずれかに記載の光電変換素子。   The polymer material represented by any one of the general formulas (1) to (6), which is a constituent material component of the hole transport layer, is also used as a constituent material of a hole collecting electrode. The photoelectric conversion element in any one of 1-6. 前記電子輸送層の構成材料が、酸化物半導体であることを特徴とする請求項1〜7のいずれかに記載の光電変換素子。   The constituent material of the said electron carrying layer is an oxide semiconductor, The photoelectric conversion element in any one of Claims 1-7 characterized by the above-mentioned. 前記酸化物半導体が、酸化チタン、酸化亜鉛、酸化スズ、酸化ニオブ、酸化ニッケルから選択される少なくとも1種であることを特徴とする請求項8に記載の光電変換素子。   The photoelectric conversion element according to claim 8, wherein the oxide semiconductor is at least one selected from titanium oxide, zinc oxide, tin oxide, niobium oxide, and nickel oxide. 前記ホール輸送層の構成材料として更に金属化合物を加えたことを特徴とする請求項1〜9のいずれかに記載の光電変換素子。   The photoelectric conversion element according to claim 1, wherein a metal compound is further added as a constituent material of the hole transport layer. 前記金属化合物が、ハロゲン化金属、チオシアン化金属もしくはアミド化金属から選択される少なくとも1種であることを特徴とする請求項10に記載の光電変換素子。   The photoelectric conversion element according to claim 10, wherein the metal compound is at least one selected from a metal halide, a metal thiocyanide, or a metal amid. 前記ホール輸送層の構成材料として更に常温溶融塩からなるイオン性液体を加えたことを特徴とする請求項1〜9のいずれかに記載の光電変換素子。   The photoelectric conversion element according to claim 1, further comprising an ionic liquid composed of a room temperature molten salt as a constituent material of the hole transport layer. 前記イオン性液体が、イミダゾリニウム化合物であることを特徴とする請求項12に記載の光電変換素子。   The photoelectric conversion element according to claim 12, wherein the ionic liquid is an imidazolinium compound. 前記電子輸送層に光増感化合物が担持されていることを特徴とする請求項1〜13のいずれかに記載の光電変換素子。   The photoelectric conversion element according to claim 1, wherein a photosensitizing compound is supported on the electron transport layer. 前記光増感化合物が、下記一般式(7)〜(11)で表される化合物から選択される少なくとも1種であることを特徴とする請求項14に記載の光電変換素子。
Figure 2006339199

(式中、R1〜R4、20〜R22は、カルボキシル基、カルボキシル基の4級アンモニウム塩、酸性基を有するアルキル基、酸性基を有するアルケニル基、置換基を有していてもよいアルキル基を表し、同一でも別異でもよい。X1はハロゲン原子、シアノ基、チオシアン酸基、イソシアン酸基を表す。R23〜R25は、水素原子、アルキル基を表す。Ar7は、2価のビニレン基、置換基を有していてもよい2価のアリーレン基、置換基を有していてもよい2価のヘテロ環残基を表す。X2、X3は、シアノ基、ニトロ基、ハロゲン原子、置換基を有していてもよいアルキルスルホニル基、置換基を有していてもよいアリールスルホニル基を表す。R27、R30は、水素原子、4級アンモニウム塩を表す。R28、R29は置換基を有していてもよいアルキル基、置換基を有していてもよいアリール基、置換基を有していてもよいヘテロ環残基を表す。sは0〜2の整数を表す。R31、R32は置換基を有していてもよいアルキル基、置換基を有していてもよいアリール基、置換基を有していてもよいヘテロ環残基を表す。X4は酸素原子、硫黄原子、セレン原子を表し、X5は酸素原子、硫黄原子、置換基を有していてもよいローダニン環を表す。X6は窒素原子とベンゼン環で結合して環を形成する2価の置換基を表す。)
The photoelectric conversion element according to claim 14, wherein the photosensitizing compound is at least one selected from compounds represented by the following general formulas (7) to (11).
Figure 2006339199

(In the formula, R 1 to R 4 and R 20 to R 22 may have a carboxyl group, a quaternary ammonium salt of a carboxyl group, an alkyl group having an acidic group, an alkenyl group having an acidic group, or a substituent. X 1 represents a halogen atom, a cyano group, a thiocyanate group, or an isocyanate group, R 23 to R 25 represent a hydrogen atom or an alkyl group, and Ar 7 represents an alkyl group. A divalent vinylene group, a divalent arylene group which may have a substituent, and a divalent heterocyclic residue which may have a substituent, wherein X 2 and X 3 are a cyano group; , A nitro group, a halogen atom, an optionally substituted alkylsulfonyl group, and an optionally substituted arylsulfonyl group, R 27 and R 30 represent a hydrogen atom or a quaternary ammonium salt. R 28 and R 29 may have a substituent. Represents an alkyl group, an aryl group which may have a substituent, or a heterocyclic residue which may have a substituent, s represents an integer of 0 to 2. R 31 and R 32 represent a substituent. X 4 represents an oxygen atom, a sulfur atom, or a selenium atom, which may represent an alkyl group that may have a substituent, an aryl group that may have a substituent, or a heterocyclic residue that may have a substituent. represents, X 5 represents an oxygen atom, a sulfur atom, substituted represents also good rhodanine ring .X 6 is a divalent substituent which form a ring with the nitrogen atom and the benzene ring.)
前記電子輸送層が、非多孔質構造からなる層と多孔質構造からなる層の多層構造であることを特徴とする請求項1〜15のいずれかに記載の光電変換素子。   The photoelectric conversion element according to claim 1, wherein the electron transport layer has a multilayer structure of a layer having a non-porous structure and a layer having a porous structure. 前記多孔質構造からなる層が、半導体微粒子を焼成処理して形成されたナノ多孔構造を有し、そのナノ多孔構造内部における半導体微粒子のラフネスファクターが20以上であることを特徴とする請求項16に記載の光電変換素子。   The layer having the porous structure has a nanoporous structure formed by firing semiconductor fine particles, and the roughness factor of the semiconductor fine particles in the nanoporous structure is 20 or more. The photoelectric conversion element described in 1. 前記電子輸送層の膜厚が、100nm〜100μmであることを特徴とする請求項1〜17のいずれかに記載の光電変換素子。   The film thickness of the said electron carrying layer is 100 nm-100 micrometers, The photoelectric conversion element in any one of Claims 1-17 characterized by the above-mentioned. 少なくとも一方が透明な電子集電電極とホール集電電極間に、電子輸送層とホール輸送層を設けてなる光電変換素子の製造方法において、
前記電子集電電極上に電子輸送層を形成し、該電子輸送層に光増感化合物を担持させ、次いで下記一般式(1)で表される高分子材料を含有する溶液を用いて湿式製膜法によりホール輸送層を塗布積層し、多孔化処理を施した後に該ホール輸送層に接してホール集電電極を形成することを特徴とする光電変換素子の製造方法。
Figure 2006339199

(式中、Ar1は置換もしくは無置換の芳香族炭化水素基を表し、Ar2、Ar3はそれぞれ独立に置換もしくは無置換の、単環式、非縮合多環式または縮合多環式の芳香族炭化水素基から選択される2価基を表す。Ar4は置換もしくは無置換の、ベンゼン、チオフェン、ビフェニル、アントラセンもしくはナフタレンから選択される2価基を表す。)
In the method for producing a photoelectric conversion element in which an electron transport layer and a hole transport layer are provided between an electron collector electrode and a hole current collector electrode, at least one of which is transparent,
An electron transport layer is formed on the electron current collecting electrode, a photosensitizing compound is supported on the electron transport layer, and then wet film formation is performed using a solution containing a polymer material represented by the following general formula (1) A method for producing a photoelectric conversion element, comprising: applying and laminating a hole transport layer by a method, forming a hole collecting electrode in contact with the hole transport layer after performing a porous treatment.
Figure 2006339199

(In the formula, Ar 1 represents a substituted or unsubstituted aromatic hydrocarbon group, and Ar 2 and Ar 3 are each independently substituted or unsubstituted monocyclic, non-condensed polycyclic or condensed polycyclic Ar 4 represents a substituted or unsubstituted divalent group selected from benzene, thiophene, biphenyl, anthracene or naphthalene.)
請求項1〜18のいずれか記載の光電変換素子を用いたことを特徴とする太陽電池。
A solar cell using the photoelectric conversion element according to claim 1.
JP2005158630A 2005-05-31 2005-05-31 Dye-sensitized solar cell and method for producing the same Expired - Fee Related JP5025914B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2005158630A JP5025914B2 (en) 2005-05-31 2005-05-31 Dye-sensitized solar cell and method for producing the same

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2005158630A JP5025914B2 (en) 2005-05-31 2005-05-31 Dye-sensitized solar cell and method for producing the same

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2006339199A true JP2006339199A (en) 2006-12-14
JP5025914B2 JP5025914B2 (en) 2012-09-12

Family

ID=37559538

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2005158630A Expired - Fee Related JP5025914B2 (en) 2005-05-31 2005-05-31 Dye-sensitized solar cell and method for producing the same

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP5025914B2 (en)

Cited By (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007141473A (en) * 2005-11-14 2007-06-07 Nippon Oil Corp Photoelectric conversion element
JP2008098138A (en) * 2006-09-12 2008-04-24 Mitsubishi Paper Mills Ltd Photoelectric conversion material, semiconductor electrode and photoelectric conversion element using the same
JP2008186752A (en) * 2007-01-31 2008-08-14 Konica Minolta Business Technologies Inc Photoelectric conversion element and solar cell
JP2008186717A (en) * 2007-01-30 2008-08-14 Konica Minolta Business Technologies Inc Dye-sensitized photoelectric conversion element and dye-sensitized solar cell
JP2008243668A (en) * 2007-03-28 2008-10-09 Konica Minolta Business Technologies Inc Photoelectric conversion element and solar cell
JP2009043980A (en) * 2007-08-09 2009-02-26 Ricoh Co Ltd Photoelectric conversion element, method of manufacturing the same, and solar battery using the photoelectric conversion element
JP5802819B1 (en) * 2014-11-12 2015-11-04 株式会社フジクラ Electrolyte for dye-sensitized photoelectric conversion element for low illuminance, and dye-sensitized photoelectric conversion element for low illuminance using the same
JP2016174118A (en) * 2015-03-18 2016-09-29 株式会社東芝 Photoelectric conversion element and manufacturing method thereof
WO2021187373A1 (en) * 2020-03-16 2021-09-23 Ricoh Company, Ltd. Photoelectric conversion element, photoelectric conversion module, electronic device, and power supply module
CN113707815A (en) * 2021-08-03 2021-11-26 深圳市华星光电半导体显示技术有限公司 Perovskite device, preparation method thereof and perovskite layer precursor liquid

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002111019A (en) * 2000-07-06 2002-04-12 Mitsubishi Chemicals Corp Solid-state photoelectric converter, its manufacturing method, solar cell using solid state photoelectric converter and power source
JP2002515078A (en) * 1995-09-04 2002-05-21 ヘキスト・リサーチ・アンド・テクノロジー・ドイチュラント・ゲーエムベーハー・ウント・コンパニー・カーゲー Polymers containing triarylamine units as electroluminescent substances
JP2005093572A (en) * 2003-09-16 2005-04-07 Ricoh Co Ltd Photovoltaic element and photosensor provided therewith

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002515078A (en) * 1995-09-04 2002-05-21 ヘキスト・リサーチ・アンド・テクノロジー・ドイチュラント・ゲーエムベーハー・ウント・コンパニー・カーゲー Polymers containing triarylamine units as electroluminescent substances
JP2002111019A (en) * 2000-07-06 2002-04-12 Mitsubishi Chemicals Corp Solid-state photoelectric converter, its manufacturing method, solar cell using solid state photoelectric converter and power source
JP2005093572A (en) * 2003-09-16 2005-04-07 Ricoh Co Ltd Photovoltaic element and photosensor provided therewith

Cited By (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007141473A (en) * 2005-11-14 2007-06-07 Nippon Oil Corp Photoelectric conversion element
JP2008098138A (en) * 2006-09-12 2008-04-24 Mitsubishi Paper Mills Ltd Photoelectric conversion material, semiconductor electrode and photoelectric conversion element using the same
JP2008186717A (en) * 2007-01-30 2008-08-14 Konica Minolta Business Technologies Inc Dye-sensitized photoelectric conversion element and dye-sensitized solar cell
JP2008186752A (en) * 2007-01-31 2008-08-14 Konica Minolta Business Technologies Inc Photoelectric conversion element and solar cell
JP2008243668A (en) * 2007-03-28 2008-10-09 Konica Minolta Business Technologies Inc Photoelectric conversion element and solar cell
JP2009043980A (en) * 2007-08-09 2009-02-26 Ricoh Co Ltd Photoelectric conversion element, method of manufacturing the same, and solar battery using the photoelectric conversion element
JP5802819B1 (en) * 2014-11-12 2015-11-04 株式会社フジクラ Electrolyte for dye-sensitized photoelectric conversion element for low illuminance, and dye-sensitized photoelectric conversion element for low illuminance using the same
WO2016076161A1 (en) * 2014-11-12 2016-05-19 株式会社フジクラ Electrolyte for dye-sensitized photoelectric conversion elements for low luminance, and dye-sensitized photoelectric conversion element for low luminance using same
JP2016174118A (en) * 2015-03-18 2016-09-29 株式会社東芝 Photoelectric conversion element and manufacturing method thereof
US9935284B2 (en) 2015-03-18 2018-04-03 Kabushiki Kaisha Toshiba Photoelectric conversion element and method for manufacturing the same
WO2021187373A1 (en) * 2020-03-16 2021-09-23 Ricoh Company, Ltd. Photoelectric conversion element, photoelectric conversion module, electronic device, and power supply module
US20230352250A1 (en) * 2020-03-16 2023-11-02 Ricoh Company, Ltd. Photoelectric conversion element, photoelectric conversion module, electronic device, and power supply module
CN113707815A (en) * 2021-08-03 2021-11-26 深圳市华星光电半导体显示技术有限公司 Perovskite device, preparation method thereof and perovskite layer precursor liquid
CN113707815B (en) * 2021-08-03 2023-06-30 深圳市华星光电半导体显示技术有限公司 Perovskite device, preparation method thereof and perovskite layer precursor liquid

Also Published As

Publication number Publication date
JP5025914B2 (en) 2012-09-12

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP4855146B2 (en) Dye-sensitized solar cell and method for producing dye-sensitized solar cell
JP5025914B2 (en) Dye-sensitized solar cell and method for producing the same
JP2021005723A (en) Photoelectric conversion element and solar cell
EP2009064B1 (en) Organic dye, photoelectric transducing material, semiconductor electrode, and photoelectric transducing device
JP6447754B2 (en) Photoelectric conversion element
JP2004063274A (en) Photoelectric transducing material, semiconductor electrode, and photoelectric transducing element using it
JP2004200068A (en) Photoelectric conversion material, semiconductor electrode, and photoelectric conversion element using the same
JP2011065751A (en) Photoelectric conversion element
JP6119271B2 (en) Complete solid-state dye-sensitized solar cell
JP6579480B2 (en) Photoelectric conversion element and secondary battery
JP5096758B2 (en) Photoelectric conversion material, semiconductor electrode, and photoelectric conversion element using the same
JP5005467B2 (en) Method for manufacturing photoelectric conversion element
JP2017212368A (en) Hole transport material, photoelectric conversion element and solar cell
JP6850435B2 (en) Tertiary amine compounds, photoelectric conversion elements, and solar cells
JP2005019251A (en) Photoelectric transfer material, semiconductor electrode, and photoelectric transfer element using it
JP6432728B2 (en) Photoelectric conversion element, diketopyrrolopyrrole derivative, photosensitizing dye containing the diketopyrrolopyrrole derivative
JP5856915B2 (en) Dye for dye-sensitized solar cell, semiconductor electrode, and dye-sensitized solar cell
JP5375220B2 (en) Photoelectric conversion element
JP2020074416A (en) Photoelectric conversion element, solar battery, and synthesis method
JP6159654B2 (en) Dye for dye-sensitized solar cell, semiconductor electrode, and dye-sensitized solar cell
JP6899083B2 (en) Photoelectric conversion element and secondary battery
JPWO2018047498A1 (en) Photoelectric conversion device, dye-sensitized solar cell and dipyrromethene complex compound
JP2008091137A (en) Photoelectric conversion material, semiconductor electrode, and photoelectric conversion element using it
JP2005019250A (en) Photoelectric transfer material, semiconductor electrode, and photoelectric transfer element using it
JP2015088416A (en) Dye for dye-sensitized solar cell, semiconductor electrode, and dye-sensitized solar cell

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20080423

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20100511

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20100506

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20100712

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20110510

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20110706

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20120619

A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20120620

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20150629

Year of fee payment: 3

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 5025914

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees