JP2007095664A - Photoelectric transfer device and dye-sensitized solar cell - Google Patents

Photoelectric transfer device and dye-sensitized solar cell Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a dye-sensitized solar cell having a high transfer efficiency while being a total solid type and with superior durability by applying in combination an organic charge transporting substance and an antioxidant in the charge transporting layer of a solar cell. <P>SOLUTION: The photoelectric transfer element and the solar cell have a dye-sensitized semiconductor electrode, a charge transporting layer, and a counter electrode on a conductive support body. The charge transporting layer contains a charge transporting substance and an antioxidant in this photoelectric transfer element. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、光電変換素子及び色素増感太陽電池に関し、さらに詳しくは、電荷輸送物質と酸化防止剤を含有する色素増感型の光電変換素子及び色素増感太陽電池に関する。   The present invention relates to a photoelectric conversion element and a dye-sensitized solar cell, and more particularly to a dye-sensitized photoelectric conversion element and a dye-sensitized solar cell containing a charge transport material and an antioxidant.

太陽光発電は単結晶シリコン太陽電池、多結晶シリコン太陽電池、アモルファスシリコン太陽電池、テルル化カドミウムやセレン化インジウム銅等の化合物太陽電池が実用化若しくは主な研究開発の対象となっているが、実用面では製造コスト、原材料確保などの課題を克服する必要がある。一方、大面積化や低価格化を指向した有機材料を用いた太陽電池も多く提案されているが、変換効率が低く、耐久性が悪いといった問題があった。このような状況の中、色素によって増感された半導体微粒子を用いた光電変換素子及び太陽電池並びにこれを作製するための材料及び製造技術が開示され(例えば、非特許文献1、特許文献1参照。)た。提案された太陽電池は、ルテニウム錯体により分光増感された酸化チタン多孔質薄膜を作用電極とする湿式太陽電池である。この方式の第一の利点は、酸化チタン等の安価な酸化物半導体を高純度に精製することなく用いることができるため、安価な光電変換素子を提供できる点である。第二の利点は、用いられる色素の吸収がブロードなため、可視光のほぼ全ての波長領域の光を電気に変換できることである。   For solar power generation, single crystal silicon solar cells, polycrystalline silicon solar cells, amorphous silicon solar cells, compound solar cells such as cadmium telluride and indium copper selenide have been put into practical use or the main research and development targets. In practical terms, it is necessary to overcome problems such as manufacturing costs and securing raw materials. On the other hand, many solar cells using organic materials aimed at increasing the area and reducing the cost have been proposed, but have problems such as low conversion efficiency and poor durability. Under such circumstances, a photoelectric conversion element and a solar cell using semiconductor fine particles sensitized with a dye, and a material and a manufacturing technique for producing the photoelectric conversion element are disclosed (for example, see Non-Patent Document 1 and Patent Document 1). .) The proposed solar cell is a wet solar cell using a titanium oxide porous thin film spectrally sensitized with a ruthenium complex as a working electrode. The first advantage of this method is that an inexpensive oxide semiconductor such as titanium oxide can be used without being purified with high purity, so that an inexpensive photoelectric conversion element can be provided. A second advantage is that light in almost all wavelength regions of visible light can be converted into electricity because the absorption of the dye used is broad.

しかしながら提案された太陽電池ではセル中の電解質としてヨウ素イオンを含む電解質溶液が用いられている。このようのな液体電解質は枯渇しやすく、太陽電池としての安定性に劣り、寿命が短いという問題を有していた。更に液体であることから、製造過程における加工性が悪く、プラスチック基板のようなフレキシブルな太陽電池への応用も困難と考えられていた。これに対し、固体電解質(電荷輸送層)を用いることにより、太陽電池の安定性、加工性を向上させる試みもなされている。例えば、導電性支持体とその上に塗設された色素を吸着した半導体微粒子を含む半導体電極、電荷輸送層及び対極を有する光電変換素子において、電荷輸送層がp型無機化合物半導体及び溶融塩電解質を含有することを特徴とする光電変換素子が記載されて(例えば、特許文献2参照。)いる。また、電荷輸送層が透明性を有するポリマーに有機電荷輸送物質を含有させる素子が提案されて(例えば、特許文献3参照。)いる。しかしながらp型無機化合物半導体では光電変換効率が著しく低下し、また有機電荷輸送物質は酸化劣化による耐久性の課題を克服できていないのが現状である。
米国特許4,927,721号明細書 特開2001−230434号公報 特開2004−356281号公報 Nature(第353巻、737〜740ページ、1991年)
However, in the proposed solar battery, an electrolyte solution containing iodine ions is used as the electrolyte in the cell. Such a liquid electrolyte has a problem that it is easily depleted, has poor stability as a solar cell, and has a short lifetime. Furthermore, since it is a liquid, the processability in a manufacturing process is bad, and it was thought that the application to a flexible solar cell like a plastic substrate was also difficult. In contrast, attempts have been made to improve the stability and workability of solar cells by using a solid electrolyte (charge transport layer). For example, in a photoelectric conversion element having a conductive support and a semiconductor electrode including semiconductor fine particles adsorbing a dye coated thereon, a charge transport layer, and a counter electrode, the charge transport layer is a p-type inorganic compound semiconductor and a molten salt electrolyte Has been described (see, for example, Patent Document 2). In addition, an element in which an organic charge transport material is contained in a polymer having a charge transport layer having transparency has been proposed (see, for example, Patent Document 3). However, in the p-type inorganic compound semiconductor, the photoelectric conversion efficiency is remarkably lowered, and the organic charge transport material is not able to overcome the durability problem due to oxidative degradation.
US Pat. No. 4,927,721 JP 2001-230434 A JP 2004-356281 A Nature (Vol. 353, pages 737-740, 1991)

本発明の目的は、太陽電池の電荷輸送層に有機電荷輸送物質と酸化防止剤を組み合わせ適用することにより、全固体型でありながら高い変換効率を有し、且つ耐久性に優れた色素増感太陽電池を提供することにある。   The object of the present invention is to apply a combination of an organic charge transport material and an antioxidant to a charge transport layer of a solar cell, thereby providing a dye sensitization having high conversion efficiency and excellent durability while being an all-solid type. It is to provide a solar cell.

本発明の上記目的は、以下の構成により達成することができる。   The above object of the present invention can be achieved by the following configuration.

1.導電性支持体上に、色素増感された半導体電極、電荷輸送層及び対向電極を有する光電変換素子において、該電荷輸送層が電荷輸送物質と酸化防止剤を含有することを特徴とする光電変換素子。   1. A photoelectric conversion device having a dye-sensitized semiconductor electrode, a charge transport layer, and a counter electrode on a conductive support, wherein the charge transport layer contains a charge transport material and an antioxidant. element.

2.前記酸化防止剤がヒンダードアミン化合物若しくはヒンダードフェノール化合物であることを特徴とする前記1に記載の光電変換素子。   2. 2. The photoelectric conversion element as described in 1 above, wherein the antioxidant is a hindered amine compound or a hindered phenol compound.

3.前記酸化防止剤の含有量が電荷輸送層の質量に対して、0.01〜20質量%であることを特徴とする前記1又は2に記載の光電変換素子。   3. 3. The photoelectric conversion element as described in 1 or 2 above, wherein the content of the antioxidant is 0.01 to 20% by mass with respect to the mass of the charge transport layer.

4.前記電荷輸送層が分子量750〜100,000の電荷輸送物質を含有することを特徴とする特徴とする前記1〜3のいずれか1項に記載の光電変換素子。   4). 4. The photoelectric conversion element according to any one of 1 to 3, wherein the charge transport layer contains a charge transport material having a molecular weight of 750 to 100,000.

5.該電荷輸送層が高分子電荷輸送物質と酸化防止剤を含有し、且つバインダー樹脂を含まないことを特徴とする前記1〜4のいずれか1項に記載の光電変換素子。   5. 5. The photoelectric conversion element as described in any one of 1 to 4 above, wherein the charge transport layer contains a polymer charge transport material and an antioxidant and does not contain a binder resin.

6.前記高分子電荷輸送物質が導電性高分子であることを特徴とする前記5に記載の光電変換素子。   6). 6. The photoelectric conversion element as described in 5 above, wherein the polymer charge transport material is a conductive polymer.

7.前記導電性支持体上と前記色素増感された半導体電極の間に更に絶縁体層または半導体からなるブロッキング層を有することを特徴とする前記1〜6のいずれか1項に記載の光電変換素子。   7). 7. The photoelectric conversion device as described in any one of 1 to 6 above, further comprising an insulating layer or a blocking layer made of a semiconductor between the conductive support and the dye-sensitized semiconductor electrode. .

8.前記半導体電極の膜厚が100〜10000nmであることを特徴とする前記1〜7のいずれか1項に記載の光電変換素子。   8). The film thickness of the said semiconductor electrode is 100-10000 nm, The photoelectric conversion element of any one of said 1-7 characterized by the above-mentioned.

9.前記電荷輸送層の膜厚が0.1〜20μmであることを特徴とする前記1〜8のいずれか1項に記載の光電変換素子。   9. 9. The photoelectric conversion element according to any one of 1 to 8, wherein the charge transport layer has a thickness of 0.1 to 20 μm.

10.前記1〜9のいずれか1項に記載の光電変換素子を用いて構成したことを特徴とする色素増感太陽電池。   10. A dye-sensitized solar cell comprising the photoelectric conversion element according to any one of 1 to 9 above.

本発明により、太陽電池の電荷輸送層に有機電荷輸送物質と酸化防止剤を組み合わせ適用することにより、全固体型でありながら高い変換効率を有し、且つ耐久性に優れた色素増感太陽電池を提供することができた。特に有機電荷輸送物質としては分子量750〜100,000の高分子量電荷輸送物質、更にはオリゴマー、ポリマー型電荷層物質は、先願には記載されていないが電荷輸送物質としては特に高い電荷移動度を有し、全固体型の太陽電池の電解質として好ましい。   According to the present invention, by applying a combination of an organic charge transport material and an antioxidant to a charge transport layer of a solar cell, the dye-sensitized solar cell having high conversion efficiency and excellent durability while being an all solid type Could be provided. In particular, as organic charge transport materials, high molecular weight charge transport materials having a molecular weight of 750 to 100,000, as well as oligomers and polymer type charge layer materials, which are not described in the prior application, are particularly high as charge transport materials. It is preferable as an electrolyte for an all solid-state solar cell.

本発明を更に詳しく説明する。本発明は、導電性支持体上に、色素増感された半導体電極および電荷輸送層、対向電極を有する光電変換素子において、有機電荷輸送物質を含む電荷輸送層を有する光電変換素子に酸化防止剤を含有させることにより、素子寿命を大幅に改善するとともに、環境変動にも強い光電変換素子が得られることを見出した。   The present invention will be described in more detail. The present invention relates to a photoelectric conversion device having a dye-sensitized semiconductor electrode, a charge transport layer, and a counter electrode on a conductive support, and an antioxidant for the photoelectric conversion device having a charge transport layer containing an organic charge transport material. It has been found that a photoelectric conversion element that can significantly improve the element life and is resistant to environmental fluctuations can be obtained by containing the element.

本願の光電変換素子は基本構造として、図1に示すように、導電性支持体4、半導体電極3(本発明において、色素増感される)、電荷輸送層2、対向電極1を積層して構成された光電変換素子である。導電性支持体4としては受光する光の吸収、散乱の少ない透明導電層が好ましく、具体的にはITO、アンチモンドープ酸化錫、酸化亜鉛等が用いられる。また本発明の光電変換素子は適宜上記基本構成の他に、任意に付加層を形成してもよい。例えば、導電性支持体4と色素増感された半導体電極3の間に不要なリークを抑制するためにブロッキング層として絶縁層あるいは半導電層を追加してもよい。ブロッキング層としてはブロッキング効果ばかりでなく、支持体との接着性を向上させる効果も狙って特定の吸着基を有する金属酸化物を用いてもよい。あるいは色素増感された半導体電極3と電荷輸送層2の間にブロッキング層を設けてもよい。   As shown in FIG. 1, the photoelectric conversion element of the present application has a conductive support 4, a semiconductor electrode 3 (dye sensitized in the present invention), a charge transport layer 2, and a counter electrode 1 as shown in FIG. It is the comprised photoelectric conversion element. The conductive support 4 is preferably a transparent conductive layer that absorbs less light and scatters light. Specifically, ITO, antimony-doped tin oxide, zinc oxide, or the like is used. In addition to the above basic structure, the photoelectric conversion element of the present invention may arbitrarily form an additional layer. For example, an insulating layer or a semiconductive layer may be added as a blocking layer in order to suppress unnecessary leakage between the conductive support 4 and the dye-sensitized semiconductor electrode 3. As the blocking layer, a metal oxide having a specific adsorbing group may be used for the purpose of improving not only the blocking effect but also the adhesion to the support. Alternatively, a blocking layer may be provided between the dye-sensitized semiconductor electrode 3 and the charge transport layer 2.

次に、本発明に用いることのできる、半導体電極について説明する。本発明の光電変換素子の半導体電極に用いられる半導体としては、シリコン、ゲルマニウムのような単体、周期表(元素周期表ともいう)の第3族〜第5族、第13族〜第15族系の元素を有する化合物、金属のカルコゲニド(例えば酸化物、硫化物、セレン化物等)、金属窒化物等を使用することができる。   Next, a semiconductor electrode that can be used in the present invention will be described. As a semiconductor used for the semiconductor electrode of the photoelectric conversion element of the present invention, a simple substance such as silicon or germanium, a group 3 to a group 5 or a group 13 to a group 15 of a periodic table (also referred to as an element periodic table). Compounds having these elements, metal chalcogenides (for example, oxides, sulfides, selenides, etc.), metal nitrides, and the like can be used.

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

本発明の光電変換素子に係る半導体の具体例としては、TiO2、SnO2、Fe23、WO3、ZnO、Nb25、CdS、ZnS、PbS、Bi23、CdSe、CdTe、GaP、InP、GaAs、CuInS2、CuInSe2、Ti34等が挙げられるが、好ましく用いられるのは、TiO2、ZnO、SnO2、Fe23、WO3、Nb25、CdS、PbSであり、好ましく用いられるのは、これらのうち金属酸化物もしくは金属硫化物半導体である。これらのうち更に好ましく用いられるのは、金属酸化物半導体であり、なかでもTiO2またはNb25であり、より好ましく用いられるのはTiO2である。 Specific examples of the semiconductor according to the photoelectric conversion element of the present invention include TiO 2 , SnO 2 , Fe 2 O 3 , WO 3 , ZnO, Nb 2 O 5 , CdS, ZnS, PbS, Bi 2 S 3 , CdSe, CdTe. , GaP, InP, GaAs, CuInS 2 , CuInSe 2 , Ti 3 N 4, etc., but TiO 2 , ZnO, SnO 2 , Fe 2 O 3 , WO 3 , Nb 2 O 5 , Among these, CdS and PbS are preferably used as metal oxides or metal sulfide semiconductors. Of these, a metal oxide semiconductor is more preferably used, and among them, TiO 2 or Nb 2 O 5 is used, and TiO 2 is more preferably used.

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

本発明に係る半導体を分光増感しうるものならばいずれの色素も用いることができる。光電変換の波長域をできるだけ広く、かつ変換効率を上げるため、二種類以上の色素を混合することが好ましい。また、目的とする光源の波長域と強度分布に合わせるように、混合する色素とその割合を選ぶことができる。   Any dye can be used as long as it can spectrally sensitize the semiconductor according to the present invention. In order to increase the wavelength range of photoelectric conversion as much as possible and increase the conversion efficiency, it is preferable to mix two or more kinds of dyes. Moreover, the pigment | dye to mix and its ratio can be selected so that it may match with the wavelength range and intensity distribution of the target light source.

本発明に係る化合物と併用して用いることの出来る色素としては、光電子移動反応活性、光耐久性、光化学的安定性等の総合的な観点から、金属錯体色素、フタロシアニン系色素、ポルフィリン系色素、ポリメチン系色素、又は顔料を構成する母体骨格に溶媒可溶性を促進させる保護基が導入された溶媒可溶性顔料誘導体(ラテントピグメント)が好ましく用いられる。   Examples of the dye that can be used in combination with the compound according to the present invention include metal complex dyes, phthalocyanine dyes, porphyrin dyes, from a comprehensive viewpoint such as photoelectron transfer reaction activity, photo durability, and photochemical stability. A polymethine dye or a solvent-soluble pigment derivative (latent pigment) in which a protecting group that promotes solvent solubility is introduced into the base skeleton constituting the pigment is preferably used.

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

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

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

本発明の光電変換素子は、上述した色素のいずれかにより増感し、本発明に記載の効果を奏することが可能となる。ここで、色素による増感処理とは、半導体表面への色素の吸着、半導体が多孔質などのポーラスな構造を有する場合には、半導体の多孔質構造に色素が入りこむ等の種々の態様が挙げられる。   The photoelectric conversion element of the present invention can be sensitized by any of the dyes described above, and can achieve the effects described in the present invention. Here, the sensitizing treatment with the dye includes various modes such as adsorption of the dye to the semiconductor surface, and when the semiconductor has a porous structure such as a porous structure, the dye enters the porous structure of the semiconductor. It is done.

また、半導体層(半導体電極)1m2あたりの色素の総含有量は0.01ミリモル〜100ミリモルの範囲が好ましく、更に好ましくは、0.1ミリモル〜50ミリモルであり、特に好ましくは、0.5ミリモル〜20ミリモルである。 In addition, the total content of the dye per 1 m 2 of the semiconductor layer (semiconductor electrode) is preferably in the range of 0.01 mmol to 100 mmol, more preferably 0.1 mmol to 50 mmol, and particularly preferably 0. 5 to 20 mmol.

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

半導体に、色素を適切な溶媒(エタノールなど)に溶解し、その溶液中によく乾燥した半導体を長時間浸漬する方法が一般的である。   A general method is to dissolve a dye in a suitable solvent (such as ethanol) in a semiconductor and immerse a well-dried semiconductor in the solution for a long time.

色素を複数種類併用した光電変換素子を作製する際には、各々の化合物の混合溶液を調製して用いてもよいし、それぞれの化合物について溶液を用意して、各溶液に順に浸漬して作製することもできる。各化合物について別々の溶液を用意し、各溶液に順に浸漬して作製する場合は、半導体に前記化合物や増感色素等を含ませる順序がどのようであっても本発明に記載の効果を得ることができる。また、前記化合物を単独で吸着させた半導体微粒子を混合する等により作製してもよい。   When preparing a photoelectric conversion element using a combination of a plurality of dyes, a mixed solution of each compound may be prepared and used, or a solution is prepared for each compound and prepared by sequentially immersing in each solution. You can also When preparing a separate solution for each compound and immersing in each solution in order, the effects described in the present invention can be obtained regardless of the order in which the semiconductor, the sensitizing dye, and the like are included in the semiconductor. be able to. Further, it may be produced by mixing semiconductor fine particles on which the compound is adsorbed alone.

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

また、空隙率の高い半導体薄膜を有する光電変換素子の場合には、空隙に水分、水蒸気などにより水が半導体薄膜上、並びに半導体薄膜内部の空隙に吸着する前に、色素の吸着処理(光電変換素子の増感処理)を完了することが好ましい。   In the case of a photoelectric conversion element having a semiconductor thin film with a high porosity, a dye adsorption process (photoelectric conversion) is performed before water is adsorbed on the semiconductor thin film and in the voids inside the semiconductor thin film by moisture, water vapor, or the like. It is preferable to complete the element sensitization process.

本発明の光電変換素子は、有機塩基を用いて表面処理してもよい。有機塩基としては、ジアリールアミン、トリアリールアミン、ピリジン、4−t−ブチルピリジン、ポリビニルピリジン、キノリン、ピペリジン、アミジン等が挙げられるが、中でも、ピリジン、4−t−ブチルピリジン、ポリビニルピリジンが好ましい。   The photoelectric conversion element of the present invention may be surface-treated using an organic base. Examples of the organic base include diarylamine, triarylamine, pyridine, 4-t-butylpyridine, polyvinylpyridine, quinoline, piperidine, amidine, and the like, among which pyridine, 4-t-butylpyridine, and polyvinylpyridine are preferable. .

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

また、本発明では、導電性支持体上と前記色素増感された半導体電極の間に更に絶縁体層または半導体からなるブロッキング層を有してもよい。ブロッキング層としては、その後に形成する半導体層、キャリア輸送層の製膜条件で、分解劣化しないことが好ましく、例えば、ゾルゲル法にて形成される、金属酸化物層や、窒化珪素層が好ましい。ここで用いられる金属酸化物とは、Si、Ti、Zr等の酸化物が挙げられる。   Moreover, in this invention, you may have a blocking layer which consists of an insulator layer or a semiconductor further on the electroconductive support body and the said dye-sensitized semiconductor electrode. The blocking layer is preferably not decomposed and deteriorated under the conditions for forming the semiconductor layer and the carrier transport layer to be formed thereafter. For example, a metal oxide layer or a silicon nitride layer formed by a sol-gel method is preferable. Examples of the metal oxide used here include oxides such as Si, Ti, and Zr.

これらの金属酸化物層は、前駆体としてのアルコキシ金属のゾルゲル反応して得られる塗膜が均一な薄膜を形成できることから好ましい。より好ましくは反応が少し進んだオリゴマー体を出発物質として使用することにより、反応率が高まり、より緻密な膜が形成され好ましい。   These metal oxide layers are preferable because a coating film obtained by sol-gel reaction of an alkoxy metal as a precursor can form a uniform thin film. More preferably, an oligomer having a slightly advanced reaction is used as a starting material, so that the reaction rate is increased and a denser film is formed.

次に、電荷輸送層について説明する。本発明の電荷輸送層とは、常温で固体で、電荷を輸送する化合物を含有している層をいい、低分子の電荷輸送性物質(CTMともいう)をバインダー層に分散、混合させてなる層で形成された場合や、バインダー自体が電荷輸送能を有する高分子電荷輸送物質である場合が考えられる。これらの層は、たとえば電荷輸送性物質と、バインダーを溶媒に溶解させ、これを塗布、乾燥して形成することができる。あるいは、異なる質量平均分子量を有する高分子電荷輸送物質を主成分とし、高分子電荷輸送物質を適当な溶剤に溶解ないし分散し、これを塗布、乾燥することにより形成することができる。本願の電荷輸送層と、例えば従来知られている電解質とは異なり、イオン解離した電解質ではない。電解質は、通常イオン解離の必要から溶媒あるいは液体が必要となり、本願の光電変換素子に比べ安定性にかける。   Next, the charge transport layer will be described. The charge transport layer of the present invention is a layer that is solid at room temperature and contains a compound that transports charges, and is formed by dispersing and mixing a low molecular charge transport material (also referred to as CTM) in a binder layer. It is conceivable that the layer is formed of layers, or the binder itself is a polymer charge transport material having charge transport ability. These layers can be formed, for example, by dissolving a charge transporting substance and a binder in a solvent, and applying and drying the same. Alternatively, it can be formed by using a polymer charge transport material having different mass average molecular weights as a main component, dissolving or dispersing the polymer charge transport material in an appropriate solvent, and applying and drying it. Unlike the charge transport layer of the present application and, for example, a conventionally known electrolyte, it is not an ion-dissociated electrolyte. The electrolyte usually requires a solvent or a liquid because of the need for ion dissociation, and is more stable than the photoelectric conversion element of the present application.

電荷輸送性物質としては、分子量的な観点から、低分子量電荷輸送性物質、大分子量電荷輸送性物質、高分子量電荷輸送性物質に分けることができる。低分子量とは、分子量として、750未満の低分子量分子であり、大分子量電荷輸送性物質とは、分子量750以上の分子量を有し、分子構造として特定可能で、せいぜい数種類の異性体あるいは数種類の分子構造の異なる化合物を含有する化合物群であるものをいい、高分子量電荷輸送性物質とは、分子構造の一義的な特定は難しく、分子量分布により化合物の集団を特定できる様な電荷輸送性化合物である。分子量測定法としては低分子、大分子化合物では公知のFDMAS法により測定できる。   The charge transporting substance can be classified into a low molecular weight charge transporting substance, a large molecular weight charge transporting substance, and a high molecular weight charge transporting substance from the viewpoint of molecular weight. The low molecular weight is a low molecular weight molecule having a molecular weight of less than 750, and the large molecular weight charge transporting substance has a molecular weight of 750 or more and can be specified as a molecular structure, and at most several kinds of isomers or several kinds It is a group of compounds containing compounds with different molecular structures. High molecular weight charge transporting substances are difficult to uniquely identify molecular structures, and charge transporting compounds that can identify a group of compounds by molecular weight distribution. It is. The molecular weight can be measured by a well-known FDMAS method for low molecular weight and large molecular compounds.

低分子量であれば、NMR、IR、MASスペクトルを使用して分子構造を特定して計算してもよい。高分子CTMの場合は、分子量の測定方法がいくつかあるが、本願ではGPCによるスチレン換算の数平均分子量で規定した。   If the molecular weight is low, the molecular structure may be specified and calculated using NMR, IR, and MAS spectra. In the case of polymer CTM, there are several methods for measuring the molecular weight, but in this application, it is defined by the number average molecular weight in terms of styrene by GPC.

GPCの測定条件は、試料1mgに対してTHFを1ml加え、室温下にてマグネチックスターラーを用いて撹拌を行い、十分に溶解させる。次いでポアサイズ0.45〜0.50μmのメンブランフィルターで濾過した後に、GPCへ注入する。GPCの測定条件は、40℃にてカラムを安定化させ、THFを毎分1mlの流速で添加し、1mg/mlの濃度の試料を約100μl注入して測定する。カラムとしては、東ソー社製のTSK−GEL SUPER HZM−M 4.6×150、ガードラム TSK guardcolomn Super HZ−Lで測定した。   GPC measurement conditions are as follows: 1 ml of THF is added to 1 mg of a sample, and the mixture is stirred at room temperature using a magnetic stirrer and sufficiently dissolved. Next, after filtration through a membrane filter having a pore size of 0.45 to 0.50 μm, the solution is injected into GPC. The measurement conditions of GPC are measured by stabilizing the column at 40 ° C., adding THF at a flow rate of 1 ml / min, and injecting about 100 μl of a sample having a concentration of 1 mg / ml. As the column, TSK-GEL SUPER HZM-M 4.6 × 150 manufactured by Tosoh Corporation, and Gardrum TSK guardcolumn super HZ-L were used.

検出器としては、屈折率検出器(IR検出器)、あるいはUV検出器が好ましく用いられる。試料の分子量測定では、試料の有する分子量分布を単分散のポリスチレン標準粒子を用いて作成した検量線を用いて算出する。検量線作成用のポリスチレンとしては10点程度用いることが好ましい。   As the detector, a refractive index detector (IR detector) or a UV detector is preferably used. In the measurement of the molecular weight of a sample, the molecular weight distribution of the sample is calculated using a calibration curve created using monodisperse polystyrene standard particles. About 10 points are preferably used as polystyrene for preparing a calibration curve.

低分子量電荷輸送性物質の例としては、下記、一般式〔I〕、〔II〕、〔III〕で表されるトリフェニルアミン化合物や、一般式〔III′〕で表されるベンジジン化合物があげられる。   Examples of the low molecular weight charge transporting material include triphenylamine compounds represented by the following general formulas [I], [II] and [III], and benzidine compounds represented by the general formula [III ′]. It is done.

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式中、Ar1及びAr2はそれぞれアルキル基又はアリール基を表し、Ar3はフェニレン基を表し、Ar1、Ar2の一方とAr3とが結合して環を形成してもよい。R1、R2およびR3はそれぞれ水素原子、アルキル基またはアリール基を表し、R2とR3が結合して環を形成してもよい。以下に一般式〔I〕の代表的な具体例を示すが、本発明はこれらに限定されるものではない。 In the formula, Ar 1 and Ar 2 each represent an alkyl group or an aryl group, Ar 3 represents a phenylene group, and one of Ar 1 and Ar 2 may be bonded to Ar 3 to form a ring. R 1 , R 2 and R 3 each represent a hydrogen atom, an alkyl group or an aryl group, and R 2 and R 3 may combine to form a ring. Although the typical example of general formula [I] is shown below, this invention is not limited to these.

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式中、Ar4はアルキル基又はアリール基を表し、Ar5はフェニレン基を表す。R4およびR5はそれぞれ水素原子、アルキル基またはアリール基を表し、R4とR5が結合して環を形成してもよい。以下に一般式〔II〕の代表的な具体例を示すが、本発明はこれらに限定されるものではない。 In the formula, Ar 4 represents an alkyl group or an aryl group, and Ar 5 represents a phenylene group. R 4 and R 5 each represent a hydrogen atom, an alkyl group or an aryl group, and R 4 and R 5 may be bonded to form a ring. Although the typical example of general formula [II] is shown below, this invention is not limited to these.

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式中、Ar6及びAr7はそれぞれアルキル基又はアリール基を表し、Ar3はフェニレン基を表し、Ar6、Ar7の一方と窒素原子に結合しているフェニレン基とが結合して環を形成してもよい。R6は水素原子、アルキル基またはアリール基を表し、R7は水素原子、アルキル基、アルコキシ基またはハロゲン原子を表す。 In the formula, Ar 6 and Ar 7 each represents an alkyl group or an aryl group, Ar 3 represents a phenylene group, and one of Ar 6 and Ar 7 and a phenylene group bonded to a nitrogen atom are bonded to form a ring. It may be formed. R 6 represents a hydrogen atom, an alkyl group or an aryl group, and R 7 represents a hydrogen atom, an alkyl group, an alkoxy group or a halogen atom.

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式中、R11はアルキル基、アルコキシ基またはハロゲン原子を表し。R12、R13はそれぞれ独立に水素原子、アルキル基、アルコキシ基、ハロゲン原子、アルコキシカルボニル基または置換アミノ基を表す。 In the formula, R 11 represents an alkyl group, an alkoxy group or a halogen atom. R 12 and R 13 each independently represents a hydrogen atom, an alkyl group, an alkoxy group, a halogen atom, an alkoxycarbonyl group or a substituted amino group.

大分子量電荷輸送物質の例としては、例えば一般式〔IV〕で表されるアミン化合物が挙げられる。   Examples of large molecular weight charge transport materials include amine compounds represented by general formula [IV].

Figure 2007095664
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式中、Ar11は置換、無置換の芳香族基、Ar12は2価の置換、無置換の芳香族基、2価の複素環基、又は下記一般式〔IV2〕を表し、R20は置換、無置換のアルキル基、1価の置換、無置換の芳香族基を表す。但し、複数のAr11、Ar12、R20は互いに異なっていてもよい。nは整数を表す。 In the formula, Ar 11 represents a substituted or unsubstituted aromatic group, Ar 12 represents a divalent substituted, unsubstituted aromatic group, divalent heterocyclic group, or the following general formula [IV2], and R 20 represents A substituted, unsubstituted alkyl group, monovalent substituted, or unsubstituted aromatic group is represented. However, the plurality of Ar 11 , Ar 12 , and R 20 may be different from each other. n represents an integer.

Figure 2007095664
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式中、Yは酸素原子、硫黄原子、−CH=CH−、または−CH2−CH2−である。但し、R21、R22は水素原子又は炭素数1〜4のアルキル基である。以下に前記一般式〔IV〕の代表的な化合物の化学構造を挙げる。下記のそれぞれの化学構造で、連鎖構造の数nが異なる化合物の混合物を電荷輸送物質として用いてもよい。 In the formula, Y is an oxygen atom, a sulfur atom, —CH═CH—, or —CH 2 —CH 2 —. However, R < 21 >, R < 22 > is a hydrogen atom or a C1-C4 alkyl group. The chemical structures of typical compounds of the general formula [IV] are listed below. A mixture of compounds having different numbers n of chain structures in each of the following chemical structures may be used as the charge transport material.

Figure 2007095664
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高分子量電荷輸送物質の例としては、一般式〔V〕、一般式〔VI〕、一般式〔VII1〕〜〔VII3〕で表される樹脂、化合物〔VIII1〕〜〔VIII8〕で表される樹脂、ポリ−N−ビニルカルバゾール、ポリシリレン重合体等が挙げられる。特に一般式〔V〕で表される化合物のうち化合物〔V1〕は分子が自己組織化機能を有し、層内での参加防止剤の効果的な配置を引き起こし、好適である。更に一般式〔V〕の樹脂は不均一なリークによる変換効率の低下が発生する比率が低く、長期にわたり安定した変換効率を有する点でも好適である。   Examples of the high molecular weight charge transport material include resins represented by general formulas [V], [VI], general formulas [VII1] to [VII3], and compounds [VIII1] to [VIII8]. , Poly-N-vinylcarbazole, polysilylene polymer and the like. In particular, among the compounds represented by the general formula [V], the compound [V1] is suitable because the molecule has a self-organizing function and causes effective placement of the participation inhibitor in the layer. Furthermore, the resin represented by the general formula [V] is preferable in that it has a low conversion efficiency due to non-uniform leakage and has a stable conversion efficiency over a long period of time.

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式中、Rは置換又は非置換の炭化水素基を、n11は繰り返し単位の数を表す。   In the formula, R represents a substituted or unsubstituted hydrocarbon group, and n11 represents the number of repeating units.

Figure 2007095664
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式中、R′、R′′、R′′′は水素、低級アルキル基、低級アルコキシ基、ハロゲンを表す。   In the formula, R ′, R ″ and R ′ ″ represent hydrogen, a lower alkyl group, a lower alkoxy group and a halogen.

一般式〔VI〕で表されるスチルベン基含有単量体単位としては具体的には次のような単量体単位が挙げられる。   Specific examples of the stilbene group-containing monomer unit represented by the general formula [VI] include the following monomer units.

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一般式〔VII1〕〜〔VII3〕中、R31、R32、R33、R34およびR35は各々アルキル基又はアルコキシ基を表し、n1およびn3は各々1〜5の整数を表し、n2、n4及びn5は各々1〜4の整数を表す。また、l、m、及びpはそれぞれ0より大きく、1以下の数を表す。以下に、一般式〔VII1〕〜〔VII3〕の高分子化合物の具体例を例示する。 In the general formulas [VII1] to [VII3], R 31 , R 32 , R 33 , R 34 and R 35 each represent an alkyl group or an alkoxy group, n1 and n3 each represent an integer of 1 to 5, n2, n4 and n5 each represent an integer of 1 to 4. L, m, and p each represent a number that is greater than 0 and less than or equal to 1. Specific examples of the polymer compounds represented by the general formulas [VII1] to [VII3] are shown below.

Figure 2007095664
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本発明において、高い変換効率と耐久性の高い構成としては、電荷輸送物質の分子量あるいは平均分子量がは750〜100,000が好ましく、1,000〜50,000がより好ましい。この理由は、電荷の移動が高速で、層途中で効率低下を引き起こす電荷トラップサイトの形成がしにくいためである。   In the present invention, as a structure having high conversion efficiency and high durability, the molecular weight or average molecular weight of the charge transport material is preferably 750 to 100,000, more preferably 1,000 to 50,000. The reason for this is that the charge movement site is fast and it is difficult to form charge trap sites that cause a reduction in efficiency in the middle of the layer.

電荷輸送層に用いることのできるバインダー樹脂としては、ポリカーボネート(ビスフェノールAタイプ、ビスフェノールZタイプ)、ポリエステル、メタゥリル樹脂、アクリル樹脂、塩化ビニル、ポリスチレン、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、ポリウレタン、ポリ塩化ビニリデン、アルキッド樹脂、シリコーン樹脂、ポリビニルカルバゾール、ポリビニルブチラール、ポリビニルホルマール、ポリアクリレート、ポリアクリルアミド、フェノキシ樹脂、などが用いられる。これらのバインダーは、単独又は2種以上の混合物として用いることができ、その使用量は、電荷輸送物質100質量部に対して0〜30質量部程度が適当である。   Binder resins that can be used for the charge transport layer include polycarbonate (bisphenol A type, bisphenol Z type), polyester, methanol resin, acrylic resin, vinyl chloride, polystyrene, phenol resin, epoxy resin, polyurethane, polyvinylidene chloride, alkyd. Resin, silicone resin, polyvinyl carbazole, polyvinyl butyral, polyvinyl formal, polyacrylate, polyacrylamide, phenoxy resin, and the like are used. These binders can be used alone or as a mixture of two or more, and the amount used is suitably about 0 to 30 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the charge transport material.

本願の電荷輸送層の膜厚は0.1〜20μmであることが好ましい。   The thickness of the charge transport layer of the present application is preferably 0.1 to 20 μm.

本願の光電変換素子の特徴は,前記電荷輸送層に酸加防止剤を含有することである。電荷輸送層に用いることのできる酸化防止剤としては、下記の化合物を挙げることができる。   A feature of the photoelectric conversion element of the present application is that the charge transport layer contains an acid additive. Examples of the antioxidant that can be used in the charge transport layer include the following compounds.

(1)ラジカル連鎖禁止剤
フェノール系酸化防止剤(ヒンダードフェノール系)
アミン系酸化防止剤(ヒンダードアミン系、ジアリルジアミン系、ジアリルアミン系)
ハイドロキノン系酸化防止剤
(2)過酸化物分解剤
硫黄系酸化防止剤(チオエーテル類)
燐酸系酸化防止剤(亜燐酸エステル類)
上記酸化防止剤のうちでは、(1)のラジカル連鎖禁止剤が良く、特にヒンダードフェノール系或いはヒンダードアミン系酸化防止剤が好ましい。又、2種以上のものを併用してもよく、例えば(1)のヒンダードフェノール系酸化防止剤と(2)のチオエーテル類の酸化防止剤との併用も良い。更に、分子中に上記構造単位、例えばヒンダードフェノール構造単位とヒンダードアミン構造単位を含んでいるものでも良い。
(1) Radical chain inhibitor Phenol antioxidant (hindered phenol)
Amine-based antioxidants (hindered amines, diallyldiamines, diallylamines)
Hydroquinone antioxidant (2) Peroxide decomposer Sulfur antioxidant (thioethers)
Phosphoric acid antioxidants (phosphites)
Among the above antioxidants, the radical chain inhibitor (1) is good, and a hindered phenol-based or hindered amine-based antioxidant is particularly preferable. Two or more types may be used in combination, for example, a combination of (1) a hindered phenol antioxidant and (2) a thioether antioxidant. Furthermore, the above-mentioned structural unit, for example, a hindered phenol structural unit and a hindered amine structural unit may be included in the molecule.

ヒンダードフェノール系或いはヒンダードアミン系酸化防止剤の含有量は電荷輸送層の質量に対して0.01〜20質量%が好ましい。0.01質量%未満だと耐久による変換効率の低下が顕著となり、20質量%より多い含有量では初期から光電変換効率の低下がおこり、またその後の変換効率の低下も発生してくる。   The content of the hindered phenol-based or hindered amine-based antioxidant is preferably 0.01 to 20% by mass with respect to the mass of the charge transport layer. When the content is less than 0.01% by mass, the conversion efficiency is significantly reduced due to durability. When the content is more than 20% by mass, the photoelectric conversion efficiency is decreased from the beginning, and the subsequent conversion efficiency is also decreased.

ここでヒンダードフェノールとはフェノール化合物の水酸基に対しオルト位置に分岐アルキル基を有する化合物類及びその誘導体を云う(但し、水酸基がアルコキシに変成されていても良い。)。   Here, hindered phenol refers to compounds having a branched alkyl group at the ortho position relative to the hydroxyl group of the phenol compound and derivatives thereof (however, the hydroxyl group may be converted to alkoxy).

ヒンダードアミン系とはN原子近傍にかさ高い有機基を有する化合物である。かさ高い有機基としては分岐状アルキル基があり、例えばt−ブチル基が好ましい。   The hindered amine system is a compound having a bulky organic group near the N atom. The bulky organic group includes a branched alkyl group, for example, a t-butyl group is preferable.

ヒンダードフェノール部分構造を持つ酸化防止剤の例を以下に挙げるが、本発明はこれらに限定されない。   Examples of the antioxidant having a hindered phenol partial structure are listed below, but the present invention is not limited thereto.

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ヒンダードアミン部分構造を持つ酸化防止剤の例を以下に挙げるが、本発明はこれらに限定されない。   Examples of the antioxidant having a hindered amine partial structure are listed below, but the present invention is not limited thereto.

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有機リン化合物としては、例えば、一般式:RO−P(OR)−ORで表される化合物である。尚、ここにおいてRは水素原子、各々置換もしくは未置換のアルキル基、アルケニル基又はアリール基を表す。   As an organic phosphorus compound, it is a compound represented, for example by general formula: RO-P (OR) -OR. Here, R represents a hydrogen atom, each substituted or unsubstituted alkyl group, alkenyl group or aryl group.

有機硫黄系化合物としては、例えば、一般式:R−S−Rで表される化合物である。尚、ここにおいてRは水素原子、各々置換もしくは未置換のアルキル基、アルケニル基又はアリール基を表す。   The organic sulfur compound is, for example, a compound represented by the general formula: R—S—R. Here, R represents a hydrogen atom, each substituted or unsubstituted alkyl group, alkenyl group or aryl group.

又、製品化されている酸化防止剤としては以下のような化合物、例えばヒンダードフェノール系として「イルガノックス1076」、「イルガノックス1010」、「イルガノックス1098」、「イルガノックス245」、「イルガノックス1330」、「イルガノックス3114」、「イルガノックス1076」、「3,5−ジ−t−ブチル−4−ヒドロキシビフェニル」、ヒンダードアミン系として「サノールLS2626」、「サノールLS765」、「サノールLS770」、「サノールLS744」、「チヌビン144」、「チヌビン622LD」、「マークLA57」、「マークLA67」、「マークLA62」、「マークLA68」、「マークLA63」が挙げられ、チオエーテル系として「スミライザーTPS」、「スミライザーTP−D」が挙げられ、ホスファイト系として「マーク2112」、「マークPEP−8」、「マークPEP−24G」、「マークPEP−36」、「マーク329K」、「マークHP−10」が挙げられる。   Further, as the antioxidants that have been commercialized, the following compounds, for example, “Irganox 1076”, “Irganox 1010”, “Irganox 1098”, “Irganox 245”, “Irganox” as hindered phenols, are used. Knox 1330 "," Irganox 3114 "," Irganox 1076 "," 3,5-di-t-butyl-4-hydroxybiphenyl ", hindered amine series" Sanol LS2626 "," Sanol LS765 "," Sanol LS770 " , “Sanol LS744”, “Tinuvin 144”, “Tinuvin 622LD”, “Mark LA57”, “Mark LA67”, “Mark LA62”, “Mark LA68”, “Mark LA63”, and “Sumilyzer TPS” , "Sumi Iser TP-D ", and the phosphite system is" Mark 2112 "," Mark PEP-8 "," Mark PEP-24G "," Mark PEP-36 "," Mark 329K "," Mark HP-10 " Is mentioned.

また、必要により電荷輸送層には、可塑剤、紫外線吸収剤等の低分子化合物、及びレベリング剤を適量添加することもできる。   In addition, if necessary, an appropriate amount of a low-molecular compound such as a plasticizer and an ultraviolet absorber and a leveling agent can be added to the charge transport layer.

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

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

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

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

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

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

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

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

半導体微粉末含有塗布液の塗布方法としては、ローラーコーティング、スピンコーティング、ディッピングなどが挙げられる。   Examples of the method for applying the semiconductor fine powder-containing coating solution include roller coating, spin coating, and dipping.

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

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

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

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

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

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

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

半導体の増感処理は、上記のように、色素を適切な溶媒に溶解し、その溶液に前記半導体を焼成した導電性支持体を浸漬することによって行われる。その際には半導体層(半導体膜ともいう)を焼成により形成させた導電性支持体を、あらかじめ減圧処理したり加熱処理したりして膜中の気泡を除去し、色素が半導体層(半導体膜)内部深くに進入できるようにしておくことが好ましく、半導体層(半導体膜)が多孔質構造膜である場合には特に好ましい。   As described above, the semiconductor sensitization treatment is performed by dissolving the dye in an appropriate solvent and immersing the conductive support obtained by firing the semiconductor in the solution. In that case, a conductive support formed by firing a semiconductor layer (also referred to as a semiconductor film) is preliminarily subjected to reduced pressure treatment or heat treatment to remove bubbles in the film, and the dye is formed in the semiconductor layer (semiconductor film). ) It is preferable to be able to enter deep inside, and it is particularly preferable when the semiconductor layer (semiconductor film) is a porous structure film.

半導体を焼成した導電性支持体に色素を含む溶液に浸漬する時間は、半導体層(半導体膜)に前記化合物が深く進入して吸着等を充分に進行させ、半導体を十分に増感し、且つ、溶液中のでの前記化合物の分解等により生成した分解物が化合物の吸着を妨害することを抑制する観点から、25℃条件下では、3時間〜48時間が好ましく、更に好ましくは、4時間〜24時間である。この効果は、特に、半導体膜が多孔質構造膜である場合において顕著である。但し、浸漬時間については、25℃条件での値であり、温度条件を変化させて場合には、上記の限りではない。   The time for immersing the conductive support obtained by baking the semiconductor in the solution containing the dye is such that the compound penetrates deeply into the semiconductor layer (semiconductor film) to sufficiently advance adsorption and the like, and the semiconductor is sufficiently sensitized, and From the viewpoint of suppressing the decomposition product generated by decomposition of the compound in the solution from interfering with the adsorption of the compound, it is preferably 3 hours to 48 hours under the condition of 25 ° C., more preferably 4 hours to 24 hours. This effect is particularly remarkable when the semiconductor film is a porous structure film. However, the immersion time is a value under the condition of 25 ° C., and is not limited to the above when the temperature condition is changed.

浸漬しておくにあたり色素を含む溶液は、色素が分解しないかぎりにおいて、沸騰しない温度にまで加熱して用いてもよい。好ましい温度範囲は10℃〜100℃であり、更に好ましくは25℃〜80℃であるが、前記のとおり溶媒が前記温度範囲で沸騰する場合はこの限りでない。   In soaking, the solution containing the dye may be heated to a temperature that does not boil as long as the dye does not decompose. A preferable temperature range is 10 ° C to 100 ° C, and more preferably 25 ° C to 80 ° C. However, as described above, this is not the case when the solvent boils in the temperature range.

色素の導電性支持体の浸漬が終了した後、乾燥を行う。乾燥温度は特に制限がないが、室温〜100℃の間で行うことが好ましく、50℃前後で行うことがより好ましい。   After the immersion of the conductive support of the dye is completed, drying is performed. Although there is no restriction | limiting in particular in drying temperature, It is preferable to carry out between room temperature and 100 degreeC, and it is more preferable to carry out at around 50 degreeC.

本発明は、上記半導体層を形成する前に、ブロッキング層を設置してもよい。ブロッキング層としては、その後の半導体層の形成時に分解、劣化しにくいように、ブロッキング層の材質及びその後の焼成温度を選択することが好ましい。   In the present invention, a blocking layer may be provided before forming the semiconductor layer. As the blocking layer, it is preferable to select the material of the blocking layer and the subsequent firing temperature so that the semiconductor layer is not easily decomposed or deteriorated during the subsequent formation of the semiconductor layer.

本発明の光電変換素子は導電性支持体の上に、上述した色素を吸着した半導体の層(色素増感された半導体電極)を設け、その上に電荷輸送物質と酸化防止剤を含有する電荷移動層を設ける。電荷輸送層の上に、対向電極を設ける。   The photoelectric conversion element of the present invention is provided with a semiconductor layer (a dye-sensitized semiconductor electrode) adsorbing the above-described dye on a conductive support, and a charge containing a charge transport material and an antioxidant on the layer. A moving layer is provided. A counter electrode is provided on the charge transport layer.

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

また導電性支持体は実質的に透明であることが好ましく、実質的に透明であるとは光の透過率が10%以上であることを意味し、50%以上であることがさらに好ましく、80%以上であることが最も好ましい。透明な導電性支持体を得るためには、ガラス板またはプラスチックフイルムの表面に、導電性金属酸化物からなる導電性層を設けることが好ましい。透明プラスチックフイルムの材料としては、テトラアセチルセルロース(TAC)、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリエチレンナフタレート(PEN)、シンジオタクチックポリステレン(SPS)、ポリフェニレンスルフィド(PPS)、ポリカーボネート(PC)、ポリアリレート(PAr)、ポリスルフォン(PSF)、ポリエステルスルフォン(PES)、ポリエーテルイミド(PEI)、環状ポリオレフィン、ブロム化フェノキシ等がある。十分な透明性を確保するために、導電性金属酸化物の塗布量はガラスまたはプラスチックの支持体1m2当たり0.01〜100gとするのが好ましい。透明な導電性支持体を用いる場合、光は支持体側から入射させることが好ましい。 The conductive support is preferably substantially transparent, and substantially transparent means that the light transmittance is 10% or more, more preferably 50% or more, and 80 % Or more is most preferable. In order to obtain a transparent conductive support, it is preferable to provide a conductive layer made of a conductive metal oxide on the surface of a glass plate or a plastic film. Transparent plastic film materials include tetraacetylcellulose (TAC), polyethylene terephthalate (PET), polyethylene naphthalate (PEN), syndiotactic polyester (SPS), polyphenylene sulfide (PPS), polycarbonate (PC), polyarylate. (PAr), polysulfone (PSF), polyester sulfone (PES), polyetherimide (PEI), cyclic polyolefin, brominated phenoxy and the like. In order to ensure sufficient transparency, the coating amount of the conductive metal oxide is preferably 0.01 to 100 g per 1 m 2 of glass or plastic support. When a transparent conductive support is used, light is preferably incident from the support side.

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

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

実施例1
光電変換素子の作製
フッ素をドープした二酸化スズをコーティングした透明導電性ガラス(表面抵抗10Ω/□)の導電面側に酸化チタン(P−25;日本アエロジル社製)の分散液を塗布し、室温で30分間乾燥した後450℃で60分間焼成を行い、膜厚約10μmの電極を作製した。この電極を冷却した後、エオシンY色素のエタノール溶液(3×10-4モル/dm3)中で30分間加熱還流を行い、色素を吸着させた。
Example 1
Production of photoelectric conversion element A dispersion of titanium oxide (P-25; manufactured by Nippon Aerosil Co., Ltd.) was applied to the conductive surface side of transparent conductive glass (surface resistance 10 Ω / □) coated with fluorine-doped tin dioxide, and room temperature was applied. After drying for 30 minutes, firing was performed at 450 ° C. for 60 minutes to produce an electrode having a thickness of about 10 μm. After this electrode was cooled, it was refluxed for 30 minutes in an ethanol solution of eosin Y dye (3 × 10 −4 mol / dm 3 ) to adsorb the dye.

次に表1に従い、電荷輸送層としてCTM(表1記載の化合物を4部)、酸化防止剤(表1に記載)、バインダーとしてビスフェノールZ型ポリカーボネート(1部)又は無添加(表1に記載)、チタンテトライソプロポキソド(1部)をジクロロメタン(100部)に溶解した液を乾燥後の膜厚が2μmになるように塗布した後、100℃で60分間乾燥し、試料No.1〜16を得た。   Next, according to Table 1, CTM (4 parts of the compounds shown in Table 1), antioxidant (described in Table 1) as the charge transport layer, bisphenol Z-type polycarbonate (1 part) or no additive as the binder (described in Table 1) ), A solution obtained by dissolving titanium tetraisopropoxide (1 part) in dichloromethane (100 parts) was applied so that the film thickness after drying was 2 μm, and then dried at 100 ° C. for 60 minutes. 1-16 were obtained.

次に、CTM−4−1〜CTM−4−4の分子量の変化サンプルは以下のようにして合成した。   Next, the change sample of the molecular weight of CTM-4-1 to CTM-4-4 was synthesized as follows.

(1)200mlのフラスコに、N−N’−ビス(3,4ジメチルフェニル)−3、3’−ジメチルビフェニル−4,4’ジアミン10.0g、4−エトキシカルボニルエチル−4’−ヨードフェニル24.0g、炭酸カリウム11g、硫酸銅5水和物1.0g及びn−トリデカン30mlを入れて、これを窒素気流下に230℃で1時間反応させた。この反応の終了後、室温まで冷却してトルエン10mlに溶解させ、その不溶物をろ過し、得られたろ液をトルエンを用いるシリカゲルカラムクロマトグラフィーにより精製した。これにより、油状のN−N’−ビス(3,4ジメチルフェニル)−N−N’−ビス−4−エトキシカルボニルエチルフェニル−〔1−1’−ビフェニル〕−4,4’ジアミン15.2gを得た。次に、得られた上記のエステル基を持つジアミン10gを100mlのフラスコに入れ、これに水酸化カリウム2gをエチレングリコール50mlに溶解させた溶液を加え、窒素気流下に150℃で1時間加熱反応した。この反応の終了後、反応生成液を室温に冷却し、酸性になるまで塩酸を加え、生成した沈殿をろ過し、これを蒸留水で十分に洗浄し、これを乾燥させることによりCTM−4の前駆体で2個のカルボキシル基を持つ電荷輸送性化合物4’を8.1g得た。   (1) In a 200 ml flask, 10.0 g of NN′-bis (3,4-dimethylphenyl) -3,3′-dimethylbiphenyl-4,4′diamine, 4-ethoxycarbonylethyl-4′-iodophenyl 24.0 g, 11 g of potassium carbonate, 1.0 g of copper sulfate pentahydrate and 30 ml of n-tridecane were added, and this was reacted at 230 ° C. for 1 hour under a nitrogen stream. After the completion of the reaction, the reaction mixture was cooled to room temperature and dissolved in 10 ml of toluene, the insoluble matter was filtered, and the obtained filtrate was purified by silica gel column chromatography using toluene. This gave 15.2 g of oily NN′-bis (3,4-dimethylphenyl) -N—N′-bis-4-ethoxycarbonylethylphenyl- [1-1′-biphenyl] -4,4′diamine. Got. Next, 10 g of the obtained diamine having an ester group is placed in a 100 ml flask, and a solution obtained by dissolving 2 g of potassium hydroxide in 50 ml of ethylene glycol is added thereto, and the reaction is heated at 150 ° C. for 1 hour in a nitrogen stream. did. After the completion of this reaction, the reaction product liquid is cooled to room temperature, hydrochloric acid is added until it becomes acidic, the formed precipitate is filtered, washed thoroughly with distilled water, and dried to give CTM-4. As a precursor, 8.1 g of charge transporting compound 4 ′ having two carboxyl groups was obtained.

(2)次に化合物4’を7g、エチレングリコール1g、トルエン10g、イソプロパノール30gに溶解し、触媒として硫酸0.5gを添加し、窒素で溶媒を置換しながら80℃、60分反応させた。その後へキサン中に反応液を開けた後、メタノールで2回洗浄し、CTM−4−2を得た。このCTM−4−2の分子量を求めたところ、数平均分子量は20000であった(スチレン換算)。同様にして、反応時間を120分にしてCTM−4−3を得た。数平均分子量は50000であった(スチレン換算)。さらに反応温度を90℃に上げ、反応時間120分反応させCTM−4−4を得た。数平均分子量は120000であった。次に反応温度を70℃に落とし、45分反応させCTM−4−1を得た。数平均分子量は5000であった(スチレン換算)。上記のCTM−4−1〜4−4を用い、表1の試料No.17〜21を作製した。   (2) Next, Compound 4 'was dissolved in 7 g, 1 g of ethylene glycol, 10 g of toluene, and 30 g of isopropanol, 0.5 g of sulfuric acid was added as a catalyst, and the reaction was performed at 80 ° C. for 60 minutes while replacing the solvent with nitrogen. Thereafter, the reaction solution was opened in hexane and then washed twice with methanol to obtain CTM-4-2. When the molecular weight of this CTM-4-2 was determined, the number average molecular weight was 20000 (in terms of styrene). Similarly, CTM-4-3 was obtained with a reaction time of 120 minutes. The number average molecular weight was 50000 (in terms of styrene). Furthermore, reaction temperature was raised to 90 degreeC and reaction time was made to react for 120 minutes and CTM-4-4 was obtained. The number average molecular weight was 120,000. Next, the reaction temperature was lowered to 70 ° C. and reacted for 45 minutes to obtain CTM-4-1. The number average molecular weight was 5000 (in terms of styrene). Using the above CTM-4-1 to 4-4, the sample No. 17-21 were produced.

CTM−5の合成法は、乾燥した後アルゴンで置換した容器に、2,5−ジブロモ−3−ヘキシルチオフェン0.3472gおよび内部標準物質としてナフタレン0.0447gを加え、もう一度アルゴンで置換した後、N2気流下、乾燥させたシリンジを用いて乾燥THF5mlを加え0℃に冷却した。N2気流下、イソプロピルマグネシウムクロライド−THF溶液(2.0mol/l)を乾燥させたシリンジを用いて0.53ml(1.1mmol、1.0eq)加え、0℃で30分間撹拌した。次に別の容器を乾燥し、アルゴンで置換した。これに、1,3−ビスジフェニルホスフィノプロパン塩化ニッケル(II)0.0030g(0.006mmol:モノマーに対して0.50mol%)と蒸留トルエン適量を加えて、減圧下共沸させ1,3−ビスジフェニルホスフィノプロパン塩化ニッケル(II)を乾燥させた。そこに、乾燥させたシリンジを用いN2気流下、乾燥THF3mlを加え、これをGrignard試薬によりモノメタル化したチオフェン溶液に加えて室温(約20℃)で10時間撹拌した。反応溶液のサンプリングはN2気流下、乾燥させたシリンジを用いて行った。反応終了後、水を加えてからクロロホルムで抽出し、有機相を水で洗浄した後に無水硫酸マグネシウムで乾燥した。減圧下溶媒を留去後、黒色固体を得た。数平均分子量は45000であった(スチレン換算)。得られたCTM−5を用い表1の試料No.22を作製した。 CTM-5 was synthesized by adding 0.3472 g of 2,5-dibromo-3-hexylthiophene and 0.0447 g of naphthalene as an internal standard substance to a container which had been dried and then replaced with argon, and substituted with argon once again. Under a stream of N 2 , 5 ml of dry THF was added using a dried syringe and cooled to 0 ° C. Under a stream of N 2 , 0.53 ml (1.1 mmol, 1.0 eq) was added using a syringe dried with isopropylmagnesium chloride-THF solution (2.0 mol / l), and the mixture was stirred at 0 ° C. for 30 minutes. Another container was then dried and replaced with argon. To this, 0.0030 g (0.006 mmol: 0.50 mol% with respect to the monomer) of 1,3-bisdiphenylphosphinopropane nickel chloride (II) and an appropriate amount of distilled toluene were added and azeotroped under reduced pressure. -Nickel (II) chloride of bisdiphenylphosphinopropane was dried. Thereto, 3 ml of dry THF was added under a stream of N 2 using a dried syringe, and this was added to a thiophene solution monometallic with Grignard reagent and stirred at room temperature (about 20 ° C.) for 10 hours. Sampling of the reaction solution was performed using a dried syringe under a N 2 stream. After completion of the reaction, water was added, followed by extraction with chloroform. The organic phase was washed with water and then dried over anhydrous magnesium sulfate. After evaporating the solvent under reduced pressure, a black solid was obtained. The number average molecular weight was 45,000 (in terms of styrene). Using the obtained CTM-5, sample No. 22 was produced.

上記電荷輸送層の上に、フッ素をドープした酸化スズをコートし、さらにその上に白金を担持した導電剤をガラス表面にコートした透明導電性ガラス板(FTO)を用い対向電極として光電変換素子1〜22を作製した。   A photoelectric conversion element as a counter electrode using a transparent conductive glass plate (FTO) in which a tin oxide doped with fluorine is coated on the charge transport layer and a conductive agent supporting platinum is coated on the glass surface. 1-22 were produced.

光電変換素子23
試料No.2で用いた透明導電性ガラスと酸化チタンの分散液を塗布する前に下記構成の塗布液でブロッキング層を形成した以外が光電変換素子2と同様にして光電変換素子23を作製した。
Photoelectric conversion element 23
Sample No. A photoelectric conversion element 23 was produced in the same manner as the photoelectric conversion element 2 except that the blocking layer was formed with a coating liquid having the following constitution before applying the transparent conductive glass and titanium oxide dispersion liquid used in 2.

塗布液
エチルシリケートオリゴマー(シリケート40 多摩化学工業(株)社製)
100質量部
テトラエトキシシラン 50質量部
イオン交換水 20質量部
上記塗布液をスピンコーターにて1000rpmで塗布し、150℃で20分1次乾燥した。この時点でのブロッキング層の膜厚は0.2μmであった。
Coating solution Ethyl silicate oligomer (Silicate 40, manufactured by Tama Chemical Industry Co., Ltd.)
100 parts by mass Tetraethoxysilane 50 parts by mass Ion-exchanged water 20 parts by mass The above coating solution was applied by a spin coater at 1000 rpm, and primary dried at 150 ° C. for 20 minutes. At this time, the thickness of the blocking layer was 0.2 μm.

太陽電池の作製
光電変換素子1〜23の側面を樹脂で封入した後、リード線を取り付けて、本発明の太陽電池1〜23を各々3ロットずつ作製した。
Production of Solar Cell After the side surfaces of the photoelectric conversion elements 1 to 23 were encapsulated with resin, lead wires were attached to produce 3 lots of the solar cells 1 to 23 of the present invention.

太陽電池の光電変換効率の評価
上記で得られた太陽電池1〜23の各々にソーラーシミュレーター(JASCO(日本分光)製、低エネルギー分光感度測定装置CEP−25)により100mW/m2の強度の光を照射した時の光電変換効率を測定し表1に示した。示した値は、同じ構成および作製方法の太陽電池3つについての測定結果の平均値とした。
Evaluation of photoelectric conversion efficiency of solar cell Each of the solar cells 1 to 23 obtained above was irradiated with light having an intensity of 100 mW / m 2 by a solar simulator (manufactured by JASCO (JASCO), low energy spectral sensitivity measuring device CEP-25). Table 1 shows the photoelectric conversion efficiency when irradiated. The indicated value was the average value of the measurement results for three solar cells having the same configuration and production method.

光電変換効率(エネルギー変換効率)の評価
上述の太陽電池1〜23について、それぞれの光電変換効率(エネルギー変換効率η)を評価すべく試験を行った。この評価試験は、ソーラーシミュレータ(ワコム電創株式会社製、商品名;「WXS−85−H型」)を用い、AMフィルター(AM−1.5)を通したキセノンランプから100mW/cm2の疑似太陽光を照射することにより以下の手順で行った。
Evaluation of photoelectric conversion efficiency (energy conversion efficiency) About the above-mentioned solar cells 1-23, it tested so that each photoelectric conversion efficiency (energy conversion efficiency (eta)) might be evaluated. This evaluation test was conducted using a solar simulator (trade name: “WXS-85-H type” manufactured by Wacom Denso Co., Ltd.) and 100 mW / cm 2 from a xenon lamp that passed through an AM filter (AM-1.5). The following procedure was performed by irradiating simulated sunlight.

完成直後の各太陽電池について、I−Vテスターを用いて、室温にて電流−電圧特性を測定し、短絡電流(Jsc)、開放電圧(Voc)、及び曲線因子(F.F.)を求め、これらから光電変換効率(η(%))を求めた。なお、太陽電池の光電変換効率(η(%))は、下記式(A)に基づいて算出した。   For each solar cell immediately after completion, the current-voltage characteristics were measured at room temperature using an IV tester, and the short circuit current (Jsc), the open circuit voltage (Voc), and the fill factor (FF) were obtained. From these, the photoelectric conversion efficiency (η (%)) was determined. In addition, the photoelectric conversion efficiency ((eta) (%)) of the solar cell was computed based on the following formula (A).

η=100×(Voc×Jsc×F.F.)/P・・・(A)
ここで、Pは入射光強度[mW/cm-2]、Vocは開放電圧[V]、Jscは短絡電流密度[mA・cm-2]、F.F.は曲線因子を示す。これによって得た光電変換効率の結果を表1に示す。
η = 100 × (Voc × Jsc × FF) / P (A)
Here, P is the incident light intensity [mW / cm −2 ], Voc is the open circuit voltage [V], Jsc is the short-circuit current density [mA · cm −2 ], F.V. F. Indicates a fill factor. Table 1 shows the photoelectric conversion efficiency results thus obtained.

耐久性の評価
ソーラーシミュレーターによる100mW/m2の光照射100時間後の低下率を表1に示す。
Durability Evaluation Table 1 shows the rate of decrease after 100 hours of light irradiation with a solar simulator at 100 mW / m 2 .

Figure 2007095664
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Figure 2007095664
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表1より、本発明の太陽電池は高い光電変換特性を示し、光電変換効率の低下が認められず、安定性に優れていることがわかる。   From Table 1, it can be seen that the solar cell of the present invention exhibits high photoelectric conversion characteristics, no reduction in photoelectric conversion efficiency is observed, and excellent stability.

本発明の光電変換素子の基本構成を表す概略図である。It is the schematic showing the basic composition of the photoelectric conversion element of the present invention.

符号の説明Explanation of symbols

1 対向電極
2 電荷輸送層
3 半導体電極
4 導電性支持体
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Counter electrode 2 Charge transport layer 3 Semiconductor electrode 4 Conductive support body

Claims (10)

導電性支持体上に、色素増感された半導体電極、電荷輸送層及び対向電極を有する光電変換素子において、該電荷輸送層が電荷輸送物質と酸化防止剤を含有することを特徴とする光電変換素子。 A photoelectric conversion device having a dye-sensitized semiconductor electrode, a charge transport layer, and a counter electrode on a conductive support, wherein the charge transport layer contains a charge transport material and an antioxidant. element. 前記酸化防止剤がヒンダードアミン化合物若しくはヒンダードフェノール化合物であることを特徴とする請求項1に記載の光電変換素子。 The photoelectric conversion device according to claim 1, wherein the antioxidant is a hindered amine compound or a hindered phenol compound. 前記酸化防止剤の含有量が電荷輸送層の質量に対して、0.01〜20質量%であることを特徴とする請求項1又は2に記載の光電変換素子。 3. The photoelectric conversion element according to claim 1, wherein the content of the antioxidant is 0.01 to 20% by mass with respect to the mass of the charge transport layer. 前記電荷輸送層が分子量750〜100,000の電荷輸送物質を含有することを特徴とする特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の光電変換素子。 The photoelectric conversion element according to claim 1, wherein the charge transport layer contains a charge transport material having a molecular weight of 750 to 100,000. 該電荷輸送層が高分子電荷輸送物質と酸化防止剤を含有し、且つバインダー樹脂を含まないことを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載の光電変換素子。 The photoelectric conversion element according to any one of claims 1 to 4, wherein the charge transport layer contains a polymer charge transport material and an antioxidant and does not contain a binder resin. 前記高分子電荷輸送物質が導電性高分子であることを特徴とする請求項5に記載の光電変換素子。 The photoelectric conversion element according to claim 5, wherein the polymer charge transport material is a conductive polymer. 前記導電性支持体上と前記色素増感された半導体電極の間に更に絶縁体層または半導体からなるブロッキング層を有することを特徴とする請求項1〜6のいずれか1項に記載の光電変換素子。 The photoelectric conversion according to any one of claims 1 to 6, further comprising a blocking layer made of an insulator layer or a semiconductor between the conductive support and the dye-sensitized semiconductor electrode. element. 前記半導体電極の膜厚が100〜10000nmであることを特徴とする請求項1〜7のいずれか1項に記載の光電変換素子。 The film thickness of the said semiconductor electrode is 100-10000 nm, The photoelectric conversion element of any one of Claims 1-7 characterized by the above-mentioned. 前記電荷輸送層の膜厚が0.1〜20μmであることを特徴とする請求項1〜8のいずれか1項に記載の光電変換素子。 The photoelectric conversion element according to claim 1, wherein the charge transport layer has a thickness of 0.1 to 20 μm. 請求項1〜9のいずれか1項に記載の光電変換素子を用いて構成したことを特徴とする色素増感太陽電池。 It comprised using the photoelectric conversion element of any one of Claims 1-9, The dye-sensitized solar cell characterized by the above-mentioned.
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