JP2007131767A - Optically functional material - Google Patents

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弾生 八木
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    • Y02E10/542Dye sensitized solar cells

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a photoelectric conversion sensitizing pigment which does not use exhaustible raw materials such as ruthenium, and is useful for stable pigment sensitization type photoelectric conversion cells having high solar energy conversion efficiency. <P>SOLUTION: This optically functional material represented by the general formula (1) [R<SP>1</SP>and R<SP>2</SP>are each independently a 6 to 30C alkyl; R<SP>3</SP>to R<SP>8</SP>are each independently H or a 1 to 2C alkyl; R<SP>3</SP>and R<SP>4</SP>, R<SP>5</SP>and R<SP>6</SP>, and R<SP>7</SP>and R<SP>8</SP>may each independently together form a ring; R<SP>9</SP>is a functional group represented by the general formula (2); X<SP>1</SP>is O, S or N which may be substituted with an alkyl] is disclosed. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は光機能材料に関する。当該光機能材料は、光電変換材料、光発光材料または光吸収材料などに使用できる。また、本発明は、この光機能材料を用いた光電変換材料、光電変換電極、およびこれを用いた光電変換セルに関する。   The present invention relates to an optical functional material. The optical functional material can be used as a photoelectric conversion material, a light emitting material, a light absorbing material, or the like. The present invention also relates to a photoelectric conversion material using this optical functional material, a photoelectric conversion electrode, and a photoelectric conversion cell using the same.

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などの化合物太陽電池が実用化、もしくは研究開発対象となっているが、普及させる上で製造コスト、原材料確保、エネルギーペイバックタイムが長い等の問題点を克服する必要がある。一方、大面積化や低価格を指向した有機材料を用いた太陽電池もこれまでに多く提案されているが変換効率が低く、耐久性も悪いという問題があった。   For solar power generation, single crystal silicon solar cells, polycrystalline silicon solar cells, amorphous silicon solar cells, and compound solar cells such as cadmium telluride and indium copper selenide have been put into practical use or are subject to research and development. It is necessary to overcome problems such as manufacturing cost, securing raw materials, and long energy payback time. On the other hand, many solar cells using organic materials aimed at increasing the area and cost have been proposed, but there is a problem that conversion efficiency is low and durability is poor.

こうした状況の中で、色素によって増感された半導体微多孔質体を用いた光電変換電極および光電変換セル、ならびにこれを作成するための材料および製造技術が開示された(非特許文献1および特許文献1参照)。開示された電池は、ルテニウム錯体色素によって分光増感された酸化チタン多孔質薄層を作用電極としヨウ素を主体とする電解質層および対電極から成る色素増感型の光電変換セルである。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用いるため、安価な光電変換素子を提供できる点であり、第二の利点は用いられるルテニウム錯体色素が可視光域に幅広く吸収を有していることから比較的高い変換効率が得られる点である。   Under such circumstances, a photoelectric conversion electrode and a photoelectric conversion cell using a semiconductor microporous material sensitized with a dye, and a material and a manufacturing technique for producing the photoelectric conversion electrode have been disclosed (Non-patent Document 1 and Patents). Reference 1). The disclosed battery is a dye-sensitized photoelectric conversion cell comprising a titanium oxide porous thin layer spectrally sensitized with a ruthenium complex dye, an electrolyte layer mainly composed of iodine, and a counter electrode. The first advantage of this method is that an inexpensive oxide semiconductor such as titanium oxide is used, so that an inexpensive photoelectric conversion element can be provided. The second advantage is that the ruthenium complex dye used is widely absorbed in the visible light range. Therefore, relatively high conversion efficiency can be obtained.

このような色素増感型光電変換セルの問題点のひとつとして、色素の原料にルテニウムを用いていることが挙げられる。ルテニウムはクラーク数が0.01ppmと白金やパラジウムに匹敵する量しか地球に現存せず、大量に使われると枯渇が免れない。さらにルテニウム錯体色素の価格も高価な物となり、光電変換セルの大量普及の妨げとなる。 One of the problems of such a dye-sensitized photoelectric conversion cell is that ruthenium is used as a raw material for the dye. Ruthenium has a Clarke number of 0.01 ppm, which is comparable to platinum and palladium, and is only present on the earth. Furthermore, the price of the ruthenium complex dye becomes expensive, which hinders mass diffusion of photoelectric conversion cells.

最近、色素増感型太陽電池における増感色素として、非ルテニウム錯体色素の研究が盛んに行なわれている。その例としてはフェニルキサンテン系色素、フタロシアニン系色素、クマリン系色素、シアニン形色素、ポルフィリン系色素、アゾ系色素等があげられる。これらの有機色素はルテニウム錯体に比較して吸光係数が大きく、分子設計の自由度も大きいため、高い光電変換効率が期待されている。しかしながら、色素の光吸収領域がせまかったり、酸化チタンへの電荷の注入が非効率的である等の理由から、良い有機増感色素はなかった。   Recently, non-ruthenium complex dyes have been actively studied as sensitizing dyes in dye-sensitized solar cells. Examples thereof include phenylxanthene dyes, phthalocyanine dyes, coumarin dyes, cyanine dyes, porphyrin dyes, azo dyes, and the like. These organic dyes are expected to have high photoelectric conversion efficiency because they have a large extinction coefficient and a large degree of freedom in molecular design as compared with ruthenium complexes. However, there are no good organic sensitizing dyes because the light absorption region of the dye is clogged or charge injection into titanium oxide is inefficient.

これらの問題を解決するため、酸化チタンとの吸着末端に特徴をもたせた増感色素として、置換アクリル酸部位を持つ増感色素が比較的高い変換効率を有することが開示されている(特許文献2、3参照)。これらの増感色素に特徴的な点はアクリル酸末端のカルボン酸基が結合する炭素原子が同時にシアノ基を代表とする電子吸引性置換基を有することによりアクリル酸末端の電子吸引効果を増大させている点にある。増感色素は末端のカルボン酸基で酸化チタン等の無機酸化物半導体表面に結着し、増感色素が光吸収することによって生じた励起電子をカルボン酸基を通して無機酸化物側へ注入しているが、この部位の電子吸引効果が強くなることによって電子注入効果が促進され、ひいては高い変換効率を実現している。代表的な例としては、クマリン骨格とシアノ基を有するアクリル酸末端とを組み合わせた増感色素で、5%以上の高い変換効率を実現している(非特許文献2参照)。また、ポリエン構造とアミノ基を組み合わせた発色団に同様のアクリル酸末端を導入した増感色素においても5%以上の高い変換効率が達成されている(非特許文献3参照)。   In order to solve these problems, it has been disclosed that a sensitizing dye having a substituted acrylic acid moiety has a relatively high conversion efficiency as a sensitizing dye characterized by an adsorption terminal with titanium oxide (Patent Document). 2 and 3). A characteristic feature of these sensitizing dyes is that the carbon atom to which the carboxylic acid group at the end of acrylic acid is bonded simultaneously has an electron-withdrawing substituent typified by a cyano group, thereby increasing the electron withdrawing effect at the end of acrylic acid. There is in point. A sensitizing dye is bonded to the surface of an inorganic oxide semiconductor such as titanium oxide with a terminal carboxylic acid group, and excited electrons generated by light absorption of the sensitizing dye are injected into the inorganic oxide side through the carboxylic acid group. However, the electron injecting effect at this part is strengthened, so that the electron injecting effect is promoted, thereby realizing high conversion efficiency. As a typical example, a sensitizing dye combining a coumarin skeleton and an acrylic acid terminal having a cyano group achieves a high conversion efficiency of 5% or more (see Non-Patent Document 2). In addition, a high conversion efficiency of 5% or more is achieved even with a sensitizing dye in which a similar acrylic acid terminal is introduced into a chromophore in which a polyene structure and an amino group are combined (see Non-Patent Document 3).

しかしクマリン骨格等の吸収波長領域は可視光領域の中で比較的短波長側に寄っているため、この骨格を基に長波長化を図ろうとすれば長鎖の二重結合部位(ポリエン構造)などを導入することになる。長鎖の二重結合部位は活性酸素等に酸化されやすいことや熱安定性が低い等、耐久性の弱い性質を有している。同様の理由で、非特許文献3に記載のポリエン構造を有する増感色素も耐久性に問題があることが予想される。また、増感色素として機能するシアニン系色素等も長鎖二重結合部位を有し、耐久性の弱い色素の一例である。   However, the absorption wavelength region such as coumarin skeleton is closer to the shorter wavelength side in the visible light region, so if you try to make the wavelength longer based on this skeleton, the long double bond site (polyene structure) Etc. will be introduced. Long-chain double bond sites have low durability properties such as being easily oxidized to active oxygen or the like and having low thermal stability. For the same reason, it is expected that the sensitizing dye having a polyene structure described in Non-Patent Document 3 also has a problem in durability. In addition, cyanine dyes that function as sensitizing dyes are examples of dyes that have long-chain double bond sites and have low durability.

長鎖二重結合部位等のように耐久性の弱い部位の導入にたよらず、耐久性の強い骨格構造を有し、さらに、安価で枯渇性の原料を使用せず、高い変換効率特性を有した光電変換セルを提供できる増感色素が求められていた。   It does not rely on the introduction of weakly durable sites such as long-chain double bond sites, has a highly durable skeletal structure, and does not use inexpensive, depleting raw materials, and has high conversion efficiency characteristics. There has been a demand for a sensitizing dye capable of providing a photoelectric conversion cell.

Nature(第353巻、第737−740頁、1991年)Nature (Vol. 353, 737-740, 1991) Chem.commun.(第569−570頁、2001年)Chem. Commun. (569-570, 2001) Chem.commun.(第252−253頁、2003年)Chem. Communi. (Pp. 252-253, 2003) 米国特許4927721号明細書US Pat. No. 4,927,721 特開2002‐164089号公報JP 2002-164089 A WO 02/11213号パンフレットWO 02/11213 pamphlet

本発明の目的はルテニウム等の枯渇性原料を使用せず、耐久性の強い骨格構造を有し、安価で高い変換効率性能を有する色素増感型光電変換セル用の増感色素を提供することである。さらにはこの増感色素を無機半導体多孔質体表面に連結させた光電変換材料、および光電変換材料を電導性表面を有する透明基材の電導面に積層して成る光電変換電極、および光電変換電極を電解質層を介して導電性対極を組み合わせて成る光電変換セルを提供することである。   An object of the present invention is to provide a sensitizing dye for a dye-sensitized photoelectric conversion cell that does not use a depleting raw material such as ruthenium, has a highly durable skeleton structure, is inexpensive and has high conversion efficiency performance. It is. Furthermore, a photoelectric conversion material in which this sensitizing dye is connected to the surface of the inorganic semiconductor porous body, a photoelectric conversion electrode formed by laminating the photoelectric conversion material on the conductive surface of a transparent substrate having a conductive surface, and a photoelectric conversion electrode Is to provide a photoelectric conversion cell in which a conductive counter electrode is combined through an electrolyte layer.

本発明者は、前記課題を解決すべく鋭意研究を重ねた結果、特定の増感色素を透明導電性基板上に積層させた無機酸化物半導体表面に連結させ、良好な光電変換セルを作成することに成功し、本発明に至った。   As a result of intensive studies to solve the above problems, the present inventor connects a specific sensitizing dye to the surface of an inorganic oxide semiconductor layered on a transparent conductive substrate to produce a good photoelectric conversion cell. In particular, the present invention has been achieved.

すなわち、本発明は、下記一般式(1)で示される光機能材料に関する。
一般式(1)

Figure 2007131767
That is, the present invention relates to an optical functional material represented by the following general formula (1).
General formula (1)
Figure 2007131767

(式(1)中、RおよびRは、それぞれ独立に、炭素数6〜30のアルキル基を表す。
〜Rは、それぞれ独立に、水素原子、または、炭素数1〜2のアルキル基を表し、RとR、RとR、RとRは、それぞれ独立に、一体となって環を形成してもよい。
は、下記一般式(2)で示される官能基を表す。
は、酸素原子、硫黄原子、アルキル基で置換されてもよい窒素原子を表す。)
(In the formula (1), R 1 and R 2 each independently represent an alkyl group having 6 to 30 carbon atoms.
R 3 to R 8 each independently represents a hydrogen atom or an alkyl group having 1 to 2 carbon atoms, and R 3 and R 4 , R 5 and R 6 , R 7 and R 8 are each independently A ring may be formed integrally.
R 9 represents a functional group represented by the following general formula (2).
X 1 represents an oxygen atom, a sulfur atom, or a nitrogen atom that may be substituted with an alkyl group. )

一般式(2)

Figure 2007131767
General formula (2)
Figure 2007131767

(式(2)中、R10は、結合手を表し、kは0〜2の整数を表す。
11およびR12は、それぞれ独立に、あるいは、一体となって電子吸引基を表す。
は、酸素原子、硫黄原子、アルキル基で置換されてもよい窒素原子を表す。)
(In the formula (2), R 10 represents a bond, and k represents an integer of 0 to 2.
R 11 and R 12 each independently or integrally represent an electron withdrawing group.
X 2 represents an oxygen atom, a sulfur atom, or a nitrogen atom that may be substituted with an alkyl group. )

また、本発明は、RおよびRが、1,1,4,4−テトラメチルブチル基である請求項1記載の光機能材料に関する。 The present invention also relates to the optical functional material according to claim 1 , wherein R 1 and R 2 are 1,1,4,4-tetramethylbutyl groups.

また、本発明は、R11が、シアノ基であり、かつ、R12が、電子吸引基である酸性官能基もしくはその誘導体である請求項1または2記載の光機能材料に関する。 The present invention also relates to the optical functional material according to claim 1 or 2, wherein R 11 is a cyano group, and R 12 is an acidic functional group or a derivative thereof which is an electron withdrawing group.

また、本発明は、上記光機能材料を含んでなる光電変換用増感色素に関する。   The present invention also relates to a sensitizing dye for photoelectric conversion comprising the optical functional material.

また、本発明は、さらに、一般式(1)で表される以外の増感色素を含んでなる上記増感色素に関する。   The present invention further relates to the above sensitizing dye comprising a sensitizing dye other than that represented by the general formula (1).

また、本発明は、上記増感色素と、無機半導体多孔質体とを連結させてなる光電変換材料に関する。   Moreover, this invention relates to the photoelectric conversion material formed by connecting the said sensitizing dye and an inorganic semiconductor porous body.

また、本発明は、上記光電変換材料を透明電極に積層させてなる光電変換電極に関する。   Moreover, this invention relates to the photoelectric conversion electrode formed by laminating | stacking the said photoelectric conversion material on a transparent electrode.

また、本発明は、上記光電変換電極、電解質層、および導電性対極を含んでなる光電変換セルに関する。   The present invention also relates to a photoelectric conversion cell comprising the photoelectric conversion electrode, an electrolyte layer, and a conductive counter electrode.

本発明において一般式(1)の増感色素を用い、枯渇性のない材料でかつ高い光電変換効率を有する光電変換セルを提供することができた。また、一般式(1)の増感色素と併用増感色素を組み合わせることにより各々の色素を単独で用いるより太陽光に対して幅広い波長領域で光電変換機能を発現でき、高効率な光電変換材料、光電変換電極および光電変換セルを作成することができた。さらに、色素にポリエン構造を有しないため、電池製造時の劣化を防ぐことができ、また、光劣化や熱劣化等が起きにくく電池の長期安定性に高い効果が期待できる。   In the present invention, it was possible to provide a photoelectric conversion cell using a sensitizing dye of the general formula (1) and having a high photoelectric conversion efficiency with a material that is not depleted. Further, by combining the sensitizing dye of the general formula (1) and the combined sensitizing dye, the photoelectric conversion function can be expressed in a wider wavelength range with respect to sunlight than using each dye alone, and a highly efficient photoelectric conversion material A photoelectric conversion electrode and a photoelectric conversion cell could be prepared. Furthermore, since the dye does not have a polyene structure, deterioration during battery production can be prevented, and high effects on the long-term stability of the battery can be expected because light deterioration and heat deterioration are unlikely to occur.

以下、詳細にわたって本発明を説明する。まずはじめに、本発明の光機能材料は、一般式(1)で表される化合物であることが挙げられる。
本発明において光機能材料とは光を吸収することによって新たに増感効果、発熱効果、発色効果、退色効果、蓄光効果、相変化効果、光電変換効果、光磁気効果、光触媒効果、光変調効果、光記録効果、ラジカル発生効果等の機能を発現する材料、あるいは逆にこれらの効果を受けて発光機能を有する材料のことをさす。当該光機能材料は、例として光電変換材料、発光材料、光記録材料、画像形成材料、フォトクロミック材料、エレクトロルミネッセンス材料、光導電材料、二色性材料、ラジカル発生材料、酸発生材料、塩基発生材料、蓄光材料、非線形光学材料、第2高調波発生材料、第3高調波発生材料、感光材料、光吸収材料、近赤外吸収材料、フォトケミカルホールバーニング材料、光センシング材料、光マーキング材料、光化学治療用増感材料、光相変化記録材料、光焼結記録材料、光磁気記録材料、光線力学療法用色素、光触媒水分解用増感色素および光電変換用増感色素等に幅広く用いることができる。
Hereinafter, the present invention will be described in detail. First, the optical functional material of the present invention is a compound represented by the general formula (1).
In the present invention, the optical functional material newly absorbs light to newly enhance a sensitizing effect, heat generation effect, coloring effect, fading effect, phosphorescent effect, phase change effect, photoelectric conversion effect, photomagnetic effect, photocatalytic effect, and light modulation effect. In addition, it refers to a material that exhibits functions such as an optical recording effect and a radical generation effect, or conversely, a material having a light emitting function that receives these effects. Examples of the photofunctional material include a photoelectric conversion material, a light emitting material, an optical recording material, an image forming material, a photochromic material, an electroluminescent material, a photoconductive material, a dichroic material, a radical generating material, an acid generating material, and a base generating material. , Phosphorescent material, nonlinear optical material, second harmonic generation material, third harmonic generation material, photosensitive material, light absorption material, near infrared absorption material, photochemical hole burning material, optical sensing material, optical marking material, photochemistry It can be widely used for therapeutic sensitizing materials, optical phase change recording materials, photosintered recording materials, magneto-optical recording materials, photodynamic therapy dyes, photocatalytic water-decomposing sensitizing dyes, and photoelectric conversion sensitizing dyes. .

本明細書においては一般式(1)で表される光機能材料を主として光電変換用増感色素として用いるので、この材料を主として光電変換用増感色素あるいは増感色素として呼称するが、前記の幅広い応用を否定するものではない。   In the present specification, since the optical functional material represented by the general formula (1) is mainly used as a sensitizing dye for photoelectric conversion, this material is mainly referred to as a sensitizing dye for photoelectric conversion or a sensitizing dye. It does not deny a wide range of applications.

色素増感型太陽電池の動作機構としては、太陽光を吸収した増感色素が光励起された後、励起状態の増感色素から酸化チタン等の無機半導体の伝導帯へ電子が注入される過程と、無機半導体に電子を注入して酸化された増感色素へ、ヨウ素をはじめとするレドックス系からの電子注入による還元からなる。   The operation mechanism of the dye-sensitized solar cell is a process in which electrons are injected from the excited sensitizing dye into the conduction band of an inorganic semiconductor such as titanium oxide after the sensitizing dye that has absorbed sunlight is photoexcited. It consists of reduction by injecting electrons from a redox system such as iodine into a sensitizing dye that is oxidized by injecting electrons into the inorganic semiconductor.

したがって、光電変換用増感色素に必要な機能としては、色素が広い吸収領域を有して太陽光の発光を効率的に吸収できることや、酸化チタン等の無機半導体に効率よく電荷を注入できることが挙げられる。   Therefore, as a function necessary for the sensitizing dye for photoelectric conversion, the dye has a wide absorption region and can efficiently absorb sunlight, and can efficiently inject charges into an inorganic semiconductor such as titanium oxide. Can be mentioned.

一般式(1)の増感色素は、特定の構造であるため、これらの部位をもって増感色素の吸収領域を調節し広域化することが可能である。従来の増感色素は、主にシアニン系色素やChem.commun.第252−253頁、2003年に記載されているようなポリエン構造を用いて色素の吸収領域を広域化している。この手法を用いた場合、ポリエン構造は活性酸素による酸化を受けやすかったり、光劣化を起こしやすい。また、熱安定性が低いことも懸念される。一般式(1)の増感色素では、二重結合部位は必ず、アリーレンもしくはヘテロアリーレンで挟まれた構造を有し、ポリエン構造をとることはないためこのような問題を解決できることが期待できる。   Since the sensitizing dye of the general formula (1) has a specific structure, the absorption region of the sensitizing dye can be adjusted and broadened with these sites. Conventional sensitizing dyes broaden the absorption region of the dye mainly using cyanine dyes or a polyene structure as described in Chem. Comm., Pages 252-253, 2003. When this method is used, the polyene structure is susceptible to oxidation by active oxygen and is liable to undergo photodegradation. There is also concern that the thermal stability is low. In the sensitizing dye of the general formula (1), the double bond site always has a structure sandwiched between arylenes or heteroarylenes and does not take a polyene structure, so that it can be expected that such problems can be solved.

また、一般式(1)の増感色素は、末端に酸性官能基もしくはその誘導体を有していて、酸化チタン等の無機半導体表面へエステル結合等を介して結合することができるため、酸化チタン等の無機半導体への電子注入が効率的に起こる。
また、一般式(2)の構造をとることにより、第一に、酸性官能基と電子吸引性基が同一炭素上に位置することでこの部位が非常に強いアクセプターとなり、第二にこの強いアクセプターが二重結合を介して一般式(1)の骨格と結合しているため、励起電子がπ共役系を通って酸化チタン等の無機半導体へ非常に効率的に注入される。このような効果は一般式(2)の構造をとってはじめて達成できるものである。
Further, the sensitizing dye of the general formula (1) has an acidic functional group or a derivative thereof at the terminal and can be bonded to an inorganic semiconductor surface such as titanium oxide via an ester bond or the like. Electron injection into inorganic semiconductors such as these occurs efficiently.
Moreover, by taking the structure of the general formula (2), first, the acidic functional group and the electron-withdrawing group are located on the same carbon, so that this site becomes a very strong acceptor, and secondly, this strong acceptor. Is bonded to the skeleton of the general formula (1) through a double bond, so that excited electrons are injected into an inorganic semiconductor such as titanium oxide through the π-conjugated system very efficiently. Such an effect can be achieved only by taking the structure of the general formula (2).

また、一般式(1)の骨格は、ジフェニルアミノ基を有するので、ドナー性の有機残基を有し、酸性官能基を有する部位と、分子全体でドナーアクセプター系を構築し、吸収領域を広域化し、かつ、酸化チタン等の無機半導体への電子注入の効率化を期待できる。   In addition, since the skeleton of the general formula (1) has a diphenylamino group, a donor acceptor system is constructed with a portion having an organic functional group having a donor property and an acidic functional group, and an absorption region. It can be expected to increase the efficiency of electron injection into an inorganic semiconductor such as titanium oxide with a wider area.

さらに、一般式(1)の化学構造の特徴としては、アクセプター部位と、ドナー部位を、二重結合が分割し、かつπ共役系でつなぐ構造をとっている。この構造は、基底状態では電子がドナー側に局在化し、励起状態では電子がアクセプター側に局在化する構造をより取りやすくするため、アクセプターから酸化チタン等の無機半導体への電子注入を非常に効果的に行なうことができる。   Further, the chemical structure of the general formula (1) has a structure in which an acceptor site and a donor site are separated by a double bond and connected by a π-conjugated system. In this structure, electrons are localized on the donor side in the ground state, and electrons are localized on the acceptor side in the excited state. Can be carried out effectively.

すなわち、一般式(1)の構造は、高い光電変換効率と高い安定性を達成しうる構造であることがいえる。   That is, it can be said that the structure of the general formula (1) is a structure that can achieve high photoelectric conversion efficiency and high stability.

次に、一般式(1)中の各官能基の説明をする。   Next, each functional group in the general formula (1) will be described.

一般式(1)中のRおよびRのアルキル基としては、炭素数1〜30の置換基を有しても良い直鎖、分岐及び環状の炭化水素基があげられる。特に、1,1,4,4−テトラメチルブチル基が挙げられる。このアルキル基は、溶解性と安定性を有し、また、嵩高い置換基であるがゆえ、分子同士のスタッキングを防止する効果が高く、増感色素として、高い性能を達成できる。 Examples of the alkyl group represented by R 1 and R 2 in the general formula (1) include linear, branched and cyclic hydrocarbon groups which may have a substituent having 1 to 30 carbon atoms. In particular, a 1,1,4,4-tetramethylbutyl group is mentioned. Since this alkyl group has solubility and stability and is a bulky substituent, it has a high effect of preventing stacking between molecules, and can achieve high performance as a sensitizing dye.

また、R〜Rは、それぞれ独立に、水素原子、または、メチル基、エチル基を表し、RとR、RとR、RとRは、それぞれ独立に、一体となって−CH−基、−CH−CH−基、−CH=CH−基となって、環を形成してもよい。
は、−O−、−S−、−NH−、−NR−を表し、窒素原子置換したアルキル基であるRは、炭素数1〜30の置換基を有しても良い直鎖、分岐及び環状の炭化水素基があげられる。)
R 3 to R 8 each independently represents a hydrogen atom, a methyl group, or an ethyl group, and R 3 and R 4 , R 5 and R 6 , and R 7 and R 8 are each independently integrated. May be a —CH 2 — group, —CH 2 —CH 2 — group, or —CH═CH— group to form a ring.
X 1 represents —O—, —S—, —NH—, —NR—, and R, which is an alkyl group substituted with a nitrogen atom, is a straight chain that may have a substituent having 1 to 30 carbon atoms, Examples thereof include branched and cyclic hydrocarbon groups. )

酸性官能基としては、特に制限はないが、好ましくはカルボン酸基、ホスホン酸基、スルホン酸基、ホスフィン酸基、ヒドロキシ基、ヒドロキサム酸基、ボロン酸基、スクアリン酸基等があげられる。これらの酸性官能基は、その誘導体であってもよい。誘導体としては特に制限はないが、例えば、エステル体やアミド体、陽イオンをカウンターイオンとする塩が挙げられる。   Although there is no restriction | limiting in particular as an acidic functional group, Preferably a carboxylic acid group, a phosphonic acid group, a sulfonic acid group, a phosphinic acid group, a hydroxy group, a hydroxamic acid group, a boronic acid group, a squaric acid group etc. are mention | raise | lifted. These acidic functional groups may be derivatives thereof. The derivative is not particularly limited, and examples thereof include esters, amides, and salts having cations as counter ions.

酸性官能基とエステル体を形成する官能基としては、上記の酸性基とエステルを形成するものであれば特に制限はないが、例としては、アルキル基、アリール基、アルコキシアルキル基、アシル基、アルキルシリル基、アリールシリル基等があげられる。   The functional group that forms an ester with an acidic functional group is not particularly limited as long as it forms an ester with the above acidic group, but examples include an alkyl group, an aryl group, an alkoxyalkyl group, an acyl group, Examples thereof include an alkylsilyl group and an arylsilyl group.

酸性官能基とエステル体を形成する官能基のうち、好ましいものとしては、メチル基、エチル基、イソプロピル基、t‐ブチル基といった炭素数1‐20のアルキル基や、フェニル基、トリル基、ベンジル基、フェナシル基、メトキシメチル基、テトラヒドロピラニル基、テトラヒドロフラニル基、トリメチルシリル基、t‐ブチルジメチルシリル基、フェニルジメチルシリル基等が挙げられる。   Among the functional groups that form an ester with an acidic functional group, preferred are alkyl groups having 1-20 carbon atoms such as methyl, ethyl, isopropyl, and t-butyl, phenyl, tolyl, and benzyl. Group, phenacyl group, methoxymethyl group, tetrahydropyranyl group, tetrahydrofuranyl group, trimethylsilyl group, t-butyldimethylsilyl group, phenyldimethylsilyl group and the like.

酸性官能基とアミド体を形成する官能基としては、上記の酸性官能基とアミドを形成するものであれば特に制限はないが、例としては、ジメチルアミノ基、ジエチルアミノ基、ジイソプロピルアミノ基、ジフェニルアミノ基、ピロリジニル基、ピペリジニル基、7−ニトロインドリル基、8−ニトロテトラヒドロキノリル基等があげられる。   The functional group that forms an amide with an acidic functional group is not particularly limited as long as it forms an amide with the above acidic functional group. Examples include dimethylamino group, diethylamino group, diisopropylamino group, diphenyl. Examples thereof include an amino group, a pyrrolidinyl group, a piperidinyl group, a 7-nitroindolyl group, and an 8-nitrotetrahydroquinolyl group.

酸性官能基と塩を形成する場合の陽イオンとしては、上記の酸性基と塩を形成する陽イオンであれば特に制限はないが、たとえば、リチウム、ナトリウム、カリウム、マグネシウム、カルシウム等の金属イオンやテトラブチルアンモニウム、ピリジニウム、イミダゾリウム等の4級アンモニウムイオンがあげられる。   The cation for forming a salt with an acidic functional group is not particularly limited as long as it is a cation that forms a salt with the above acidic group. For example, metal ions such as lithium, sodium, potassium, magnesium, and calcium And quaternary ammonium ions such as tetrabutylammonium, pyridinium, and imidazolium.

また、本発明の光電変換用増感色素を酸化チタン等の無機半導体に吸着させて使用する場合には、酸性官能基は、4級アンモニウム塩やフリーの酸性官能基であることが好ましいが、これら以外であっても何ら問題なく使用することができる。例えば、酸性官能基がエステル体の場合には、エステル体を無機半導体に吸着させる時に、適当な触媒等を用いて系中で加水分解をしながら吸着させることもできる。   In addition, when the sensitizing dye for photoelectric conversion of the present invention is used by adsorbing to an inorganic semiconductor such as titanium oxide, the acidic functional group is preferably a quaternary ammonium salt or a free acidic functional group, Even if it is other than these, it can be used without any problem. For example, when the acidic functional group is an ester, it can be adsorbed while being hydrolyzed in the system using an appropriate catalyst or the like when the ester is adsorbed to an inorganic semiconductor.

11およびR12は、それぞれ独立に、あるいは、一体となって電子吸引基を表す。好ましくは、R11が、シアノ基などの電子吸引基であり、R12が、酸性官能基もしくはその誘導体である電子吸引基であることが好ましい。
本発明における電子吸引性基とは、ハメットの置換基定数σが0より大きい官能基を表し、これらの官能基としては、特に制限はないが、前述の酸性官能基のほか、シアノ基、カルボキシル基、ニトロ基、アシル基、アルキルオキシカルボニル基、アリールオキシカルボニル基、アルキルスルホニル基、アリールスルホニル基、置換基を有しても良いアミド基、ペルフルオロアルキル基、ペルフルオロアルキルチオ基、ペルフルオロアルキルカルボニル基、置換基を有してもよいスルホンアミド基、4−シアノフェニル基、ハロゲン原子等があげられる。
R 11 and R 12 each independently or integrally represent an electron withdrawing group. Preferably, R 11 is an electron-withdrawing group such as a cyano group, and R 12 is an electron-withdrawing group that is an acidic functional group or a derivative thereof.
The electron-withdrawing group in the present invention represents a functional group having a Hammett's substituent constant σ of greater than 0. These functional groups are not particularly limited, but include the above-mentioned acidic functional group, cyano group, carboxyl group. Group, nitro group, acyl group, alkyloxycarbonyl group, aryloxycarbonyl group, alkylsulfonyl group, arylsulfonyl group, amide group which may have a substituent, perfluoroalkyl group, perfluoroalkylthio group, perfluoroalkylcarbonyl group, Examples thereof include a sulfonamide group, a 4-cyanophenyl group and a halogen atom which may have a substituent.

上記の電子吸引性基のうち、アシル基、アルキルオキシカルボニル基、アリールオキシカルボニル基、置換基を有しても良いアミド基、ハロゲン原子としては、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子が挙げられる。   Among the above electron-withdrawing groups, examples of the acyl group, alkyloxycarbonyl group, aryloxycarbonyl group, amide group which may have a substituent, and halogen atom include a chlorine atom, a bromine atom and an iodine atom.

また、アルキルスルホニル基としては、メシル基、エチルスルホニル基、プロピルスルホニル基等が挙げられる。   Examples of the alkylsulfonyl group include a mesyl group, an ethylsulfonyl group, and a propylsulfonyl group.

また、アリールスルホニル基としては、ベンゼンスルホニル基、トルエンスルホニル基等が挙げられる。   Examples of the arylsulfonyl group include a benzenesulfonyl group and a toluenesulfonyl group.

また、ペルフルオロアルキル基としては、トリフルオロメチル基、ペンタフルオロエチル基等が挙げられる。   Examples of the perfluoroalkyl group include a trifluoromethyl group and a pentafluoroethyl group.

また、ペルフルオロアルキルチオ基としては、トリフルオロメチルチオ基、ペンタフルオロエチルチオ基等が挙げられる。   Examples of the perfluoroalkylthio group include a trifluoromethylthio group and a pentafluoroethylthio group.

また、ペルフルオロアルキルカルボニル基としては、トリフルオロアセチル基、ペンタフルオロエチルカルボニル基等が挙げられる。   Examples of the perfluoroalkylcarbonyl group include a trifluoroacetyl group and a pentafluoroethylcarbonyl group.

また、置換基を有しても良いスルホンアミド基としては、スルホンアミド基、ジメチルアミノスルホニル基、ジエチルアミノスルホニル基、ジフェニルアミノスルホニル基等が挙げられる。   Examples of the sulfonamide group that may have a substituent include a sulfonamide group, a dimethylaminosulfonyl group, a diethylaminosulfonyl group, and a diphenylaminosulfonyl group.

以上に挙げた電子吸引性基のうち、好ましいものとしては、シアノ基、スルホニル基、ペルフルオロアルキルカルボニル基が挙げられる。   Of the electron-withdrawing groups listed above, preferred are a cyano group, a sulfonyl group, and a perfluoroalkylcarbonyl group.

さて、当該発明の化合物は、二重結合を有するため、シス体、トランス体などの構造異性体を種々とりえるが、特に限定されず、いずれも光電変換用増感色素としては、良好に使用することができる。さらに、置換基等に二重結合を有した場合にも同様のことがいえる。   Now, since the compound of the present invention has a double bond, it can take various structural isomers such as a cis isomer and a trans isomer, but is not particularly limited, and any of them can be used well as a sensitizing dye for photoelectric conversion. can do. Further, the same can be said when a substituent or the like has a double bond.

表(1)に本発明の光電変換用増感色素として用いることができる化合物の代表例を示すが、本発明は、なんらこれらに限定されるものではない。   Table (1) shows representative examples of compounds that can be used as the sensitizing dye for photoelectric conversion of the present invention, but the present invention is not limited to these.

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また、一般式(1)で表される化合物は、例えば、式(3)に示すような方法で合成することができる。   Moreover, the compound represented by General formula (1) is compoundable by the method as shown, for example to Formula (3).

式(3)

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Formula (3)
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式(3)中、触媒としては、ピペリジン、酢酸アンモニウム等を用いることができるが、特にこれに限定されず、例えば、Organic Reactions Volume15 Chapter2に記載の触媒を使用することができる。   In the formula (3), piperidine, ammonium acetate or the like can be used as the catalyst, but is not particularly limited thereto. For example, a catalyst described in Organic Reactions Volume 15 Chapter 2 can be used.

また、式(3)中の溶媒としては、エタノール、テトラヒドロフラン等を用いることができるが、特にこれに限定されず、Organic Reactions Volume15 Chapter2に記載の溶媒を使用することができる。   Moreover, as a solvent in Formula (3), ethanol, tetrahydrofuran, etc. can be used, However It does not specifically limit, The solvent as described in Organic Reactions Volume15 Chapter2 can be used.

さらに、反応が進行しにくい場合には、溶媒を用いず反応させることが有効な場合もある。   Furthermore, when the reaction is difficult to proceed, it may be effective to perform the reaction without using a solvent.

また、通常、反応温度は室温でかまわないが、必要に応じて加熱して反応させることもできる。   Moreover, although reaction temperature may be room temperature normally, it can also be made to react by heating as needed.

酸性官能基もしくはその誘導体を合成する際に、酸性官能基のエステル誘導体等を用い
ると反応が進行しやすい。例えば、酸性官能基としてカルボン酸を合成したい場合は、そのエステル誘導体を最初に合成し、これを適当な条件で加水分解すると所望の化合物が高収率で得られる。
When an acidic functional group or a derivative thereof is synthesized, the reaction easily proceeds if an ester derivative of an acidic functional group is used. For example, when it is desired to synthesize a carboxylic acid as an acidic functional group, the ester derivative is first synthesized and hydrolyzed under suitable conditions to obtain the desired compound in high yield.

ところで、本発明において用いられる光電変換用増感色素は、一般式(1)で表される増感色素がカバーしきれない領域の太陽光吸収を補うために他の増感色素と組み合わせて用いる事ができる。ここにおいて他の増感色素としてはアゾ系色素、キナクリドン系色素、ジケトピロロピロール系色素、スクワリリウム系色素、シアニン系色素、メロシアニン系色素、トリフェニルメタン系色素、キサンテン系色素、ポルフィリン系色素、クロロフィル系色素、ルテニウム錯体系色素、インジゴ系色素、ペリレン系色素、ジオキサジン系色素、アントラキノン系色素、フタロシアニン系色素、ナフタロシアニン系色素等、およびその誘導体等があげられる。これらの増感色素はその構造中に無機半導体多孔質体表面に連結することができるような官能基を有していると望ましい。その理由としては、光励起された色素の励起電子を無機半導体多孔質体の電導帯に迅速に伝えることができることがあげられる。ここでいう、官能基とは、前述の酸性官能基等があげられるが、無機半導体多孔質体表面に増感色素を連結し、色素の励起電子を無機半導体多孔質体の電導帯に迅速に伝える役割を有する置換基であればこれに限らない。   By the way, the sensitizing dye for photoelectric conversion used in the present invention is used in combination with other sensitizing dyes in order to supplement sunlight absorption in a region that cannot be covered by the sensitizing dye represented by the general formula (1). I can do things. Other sensitizing dyes here include azo dyes, quinacridone dyes, diketopyrrolopyrrole dyes, squarylium dyes, cyanine dyes, merocyanine dyes, triphenylmethane dyes, xanthene dyes, porphyrin dyes, Examples thereof include chlorophyll dyes, ruthenium complex dyes, indigo dyes, perylene dyes, dioxazine dyes, anthraquinone dyes, phthalocyanine dyes, naphthalocyanine dyes, and derivatives thereof. It is desirable that these sensitizing dyes have a functional group that can be linked to the surface of the porous inorganic semiconductor body in the structure. The reason is that the excited electrons of the photoexcited dye can be quickly transmitted to the conduction band of the inorganic semiconductor porous body. The functional group mentioned here includes the above-mentioned acidic functional group, etc., and a sensitizing dye is connected to the surface of the inorganic semiconductor porous body, and the excited electrons of the dye are rapidly transferred to the conduction band of the inorganic semiconductor porous body. The substituent is not limited to this as long as it has a role of communicating.

以下、本発明で使用される光電変換用増感色素以外の材料について説明する。   Hereinafter, materials other than the sensitizing dye for photoelectric conversion used in the present invention will be described.

(無機酸化物)
本発明において用いられる光電変換用増感色素は連結基を介して無機半導体多孔質体表面に連結することによって無機半導体多孔質体が増感された光電変換材料を形成する。無機半導体は一般的に一部の領域の光に対して光電変換機能を有しているが、この表面が増感色素を連結することによって可視光および/又は近赤外光領域までの光電変換が可能となる。無機半導体多孔質体の材質としては主に無機酸化物が用いられるが、増感色素を連結することによって光電変換機能を有する無機半導体多孔質体ならこれに限らない。無機半導体としてはシリコン、ゲルマニウム、III族‐V族系半導体、金属カルコゲニド等が
あげられる。本発明で用いられる無機酸化物半導体多孔質体としては、酸化チタン、酸化スズ、酸化タングステン、酸化亜鉛、酸化インジウム、酸化ニオブ、酸化鉄、酸化ニッケル、酸化コバルト、酸化ストロンチウム、酸化タンタル、酸化アンチモン、酸化ランタノイド、酸化イットリウム、酸化バナジウム等の多孔質体をあげることができるが、これらの表面が増感色素を連結することによって可視光および/又は近赤外光領域までの光電変換が可能となるものであればこれに限らない。無機酸化物半導体多孔質体表面が増感色素によって増感されるためには無機酸化物の電導帯が増感色素の光励起順位から電子を受け取りやすい位置に存在することが望ましい。このため前記無機酸化物半導体多孔質体の中でも酸化チタン、酸化スズ、酸化亜鉛、酸化ニオブ等が特に用いられる。さらに、価格や環境衛生性等の点から、酸化チタンが特に用いられる。本発明においては前記無機酸化物半導体多孔質体から一種又は複数の種類を選択して組み合わせることができる。
(Inorganic oxide)
The photoelectric conversion sensitizing dye used in the present invention forms a photoelectric conversion material in which the inorganic semiconductor porous body is sensitized by connecting to the surface of the inorganic semiconductor porous body through a linking group. Inorganic semiconductors generally have a photoelectric conversion function for light in a part of the region, but this surface is connected to a sensitizing dye to photoelectric conversion to the visible light and / or near infrared light region. Is possible. As the material of the inorganic semiconductor porous body, an inorganic oxide is mainly used, but the inorganic semiconductor porous body having a photoelectric conversion function by connecting a sensitizing dye is not limited thereto. Examples of inorganic semiconductors include silicon, germanium, III-V group semiconductors, and metal chalcogenides. Examples of the inorganic oxide semiconductor porous material used in the present invention include titanium oxide, tin oxide, tungsten oxide, zinc oxide, indium oxide, niobium oxide, iron oxide, nickel oxide, cobalt oxide, strontium oxide, tantalum oxide, and antimony oxide. , Lanthanoid oxides, yttrium oxides, vanadium oxides, and other porous materials, but these surfaces can be combined with a sensitizing dye to enable photoelectric conversion to the visible light and / or near infrared light region. If it becomes, it will not restrict to this. In order for the surface of the inorganic oxide semiconductor porous body to be sensitized by the sensitizing dye, it is desirable that the conduction band of the inorganic oxide be present at a position where electrons are easily received from the photoexcitation order of the sensitizing dye. For this reason, titanium oxide, tin oxide, zinc oxide, niobium oxide, etc. are particularly used among the inorganic oxide semiconductor porous bodies. Further, titanium oxide is particularly used from the viewpoint of price and environmental hygiene. In the present invention, one or more kinds can be selected and combined from the inorganic oxide semiconductor porous body.

(無機酸化物の多孔質化)
無機半導体多孔質体は多量の増感色素をその表面に連結し、ひいては高効率な光電変換能力を有する目的で、多孔質化することにより広い表面積を有している。多孔質化の方法としては、粒子径が数から数十ナノメートルの酸化チタン等の無機酸化物粒子をペースト化した後に焼結する方法が広く知られているが、多孔質化して広い表面積を得る方法であればこれに限らない。
(Porous inorganic oxide)
The inorganic semiconductor porous body has a large surface area by making it porous for the purpose of linking a large amount of sensitizing dye to the surface and thus having a highly efficient photoelectric conversion capability. As a porous method, a method of sintering inorganic oxide particles such as titanium oxide having a particle diameter of several to several tens of nanometers and then sintering the paste is widely known. If it is a method to obtain, it will not restrict to this.

(光電変換電極)
本発明において用いられる光電変換材料は電導性表面を有する透明基材の電導面に積層することによって光電変換電極を形成する。
(Photoelectric conversion electrode)
The photoelectric conversion material used in this invention forms a photoelectric conversion electrode by laminating | stacking on the conductive surface of the transparent base material which has an electroconductive surface.

(電導性表面)
用いられる電導性表面としては、太陽光の可視から近赤外領域に対して光吸収が少ない導電材料なら特に限定されないが、ITO(インジウム−スズ酸化物)や酸化スズ(フッ素等がドープされた物を含む)、酸化亜鉛等の電導性の良好な金属酸化物が好適である。
(Conductive surface)
The conductive surface used is not particularly limited as long as it is a conductive material that absorbs less light from the visible to the near infrared region of sunlight, but ITO (indium-tin oxide) or tin oxide (fluorine or the like is doped) Metal oxides having good electrical conductivity such as zinc oxide are preferable.

(透明基材)
用いられる透明基材としては太陽光の可視から近赤外領域に対して光り吸収が少ない材料であれば特に限定されない。石英、並ガラス、BK7、鉛ガラス等のガラス基材、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、ポリイミド、ポリエステル、ポリエチレン、ポリカーボネート、ポリビニルブチラート、ポリプロピレン、テトラアセチルセルロース、シンジオクタチックポリスチレン、ポリフェニレンスルフィド、ポリアリレート、ポリスルフォン、ポリエステルスルフォン、ポリエーテルイミド、環状ポリオレフィン、ブロム化フェノキシ、塩化ビニール等の樹脂基材等を用いることができる。
(Transparent substrate)
The transparent substrate to be used is not particularly limited as long as it is a material that absorbs less light in the visible to near infrared region of sunlight. Glass substrates such as quartz, ordinary glass, BK7, lead glass, polyethylene terephthalate, polyethylene naphthalate, polyimide, polyester, polyethylene, polycarbonate, polyvinyl butyrate, polypropylene, tetraacetylcellulose, syndioctane polystyrene, polyphenylene sulfide, polyarylate Resin base materials such as polysulfone, polyester sulfone, polyetherimide, cyclic polyolefin, brominated phenoxy, and vinyl chloride can be used.

(積層方法)
本発明において用いられる光電変換材料を電導性表面を有する透明基材の電導面に積層する方法としては、電導面にペースト化した無機酸化物粒子を塗布後乾燥又は焼結させて無機酸化物半導体多孔質体を形成し、これを透明基材ごと増感色素を溶解させた溶液中に浸すことにより無機多孔質表面と増感色素の連結器の親和性を利用して増感色素を無機多孔質表面に結合させる方法が一般的であるが、この方法に限定されない。無機酸化物粒子をペースト化させるためには無機酸化物粒子を水又は適当な有機溶剤中に分散させる。均質で表面積が大きい無機多孔質表面として積層させるには分散性の良いペーストにすることが大切なので、必要に応じて、硝酸やアセチルアセトン等の酸やポリエチレングリコール、トリトンX−100等の分散剤をペースト成分に混合し、ペイントシェーカー等を用いてペースト化する。ペーストを透明基材の電導面に塗布する方法としてはスピンコーターによる塗布方法やスクリーン印刷法、スキージーを用いた塗布方法、ディップ法、吹き付け法、ローラー法等が用いられる。塗布された無機酸化物ペーストは乾燥又は焼成後ペースト中の揮発成分が除去され透明基材の電導面上に無機酸化物半導体多孔質体を形成する。乾燥又は焼成の条件としてはたとえば400℃から500℃の温度で30分〜1時間程度の熱エネルギーを与える方法が一般的であるが、透明基材の電導面に密着性を有し、太陽光照射時に良好な起電力が得られる乾燥又は焼成方法であるならこれに限らない。
(Lamination method)
As a method of laminating the photoelectric conversion material used in the present invention on the conductive surface of a transparent substrate having a conductive surface, the inorganic oxide semiconductor is coated with inorganic oxide particles pasted on the conductive surface and then dried or sintered. A porous body is formed and immersed in a solution in which the sensitizing dye is dissolved together with the transparent base material, so that the sensitizing dye is made porous by utilizing the affinity between the inorganic porous surface and the sensitizing dye coupler. A method of bonding to a material surface is common, but is not limited to this method. In order to paste the inorganic oxide particles, the inorganic oxide particles are dispersed in water or a suitable organic solvent. Since it is important to make a paste with good dispersibility in order to laminate as an inorganic porous surface with a uniform and large surface area, an acid such as nitric acid or acetylacetone, or a dispersant such as polyethylene glycol or Triton X-100 is used as necessary. Mix into paste components and paste using a paint shaker or the like. As a method for applying the paste to the conductive surface of the transparent substrate, an application method using a spin coater, a screen printing method, an application method using a squeegee, a dipping method, a spraying method, a roller method, or the like is used. After the applied inorganic oxide paste is dried or baked, volatile components in the paste are removed, and an inorganic oxide semiconductor porous body is formed on the conductive surface of the transparent substrate. As a drying or firing condition, for example, a method of applying a thermal energy of about 30 minutes to 1 hour at a temperature of 400 ° C. to 500 ° C. is generally used. If it is the drying or baking method which can obtain a favorable electromotive force at the time of irradiation, it will not restrict to this.

増感色素を溶解させた溶液を作るためには、溶剤としてエタノールベンジルアルコールなどのアルコール系溶剤、アセトニトリル、プロピオニトリルなどのニトリル系溶剤、クロロホルム、ジクロロメタン、クロロベンゼン等のハロゲン系溶剤、ジエチルエーテル、テトラヒドロフラン等のエーテル系溶剤、酢酸エチル、サクサンブチル等のエステル系溶剤、アセトン、メチルエチルケトン、シクロヘキサノン等のケトン系溶剤、炭酸ジエチル、炭酸プロピレン等の炭酸エステル系溶剤、ヘキサン、オクタン、ベンゼン、トルエン等の炭水化物系位溶剤、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、ジメチルスルホキシド、1,3‐ジメチルイミダゾリノン、Nメチルピロリドン、水等を用いることができ
るがこれに限らない。
In order to make a solution in which a sensitizing dye is dissolved, alcohol solvents such as ethanolbenzyl alcohol, nitrile solvents such as acetonitrile and propionitrile, halogen solvents such as chloroform, dichloromethane and chlorobenzene, diethyl ether, Ether solvents such as tetrahydrofuran, ester solvents such as ethyl acetate and succinbutyl, ketone solvents such as acetone, methyl ethyl ketone and cyclohexanone, carbonate solvents such as diethyl carbonate and propylene carbonate, hexane, octane, benzene and toluene A carbohydrate-based solvent, dimethylformamide, dimethylacetamide, dimethylsulfoxide, 1,3-dimethylimidazolinone, N-methylpyrrolidone, water and the like can be used, but are not limited thereto.

透明基材の電導面上に形成される無機酸化物半導体多孔質体の膜厚は0.5μm以上200μm以下であることが望ましい。膜厚がこの範囲未満である場合有効な変換効率が得られない。又膜厚がこの範囲より厚い場合成膜時に割れや剥がれが生じる等作成が困難になるうえ、無機酸化物半導体多孔質体表層と電導面との距離が増えるために発生電荷が電導面に有効に伝えられなくなるので、良好な変換効率を得にくくなる。   The thickness of the inorganic oxide semiconductor porous body formed on the conductive surface of the transparent substrate is desirably 0.5 μm or more and 200 μm or less. When the film thickness is less than this range, effective conversion efficiency cannot be obtained. If the film thickness is greater than this range, it will be difficult to create such as cracking and peeling during film formation, and the distance between the surface of the inorganic oxide semiconductor porous body and the conductive surface will increase, so the generated charge will be effective on the conductive surface. Therefore, it becomes difficult to obtain good conversion efficiency.

(光電変換セル)
本発明において用いられる光電変換電極は、電解質層を介して導電性対極を組み合わせることによって光電変換セルを形成する。
(Photoelectric conversion cell)
The photoelectric conversion electrode used in the present invention forms a photoelectric conversion cell by combining a conductive counter electrode through an electrolyte layer.

(電解質層)
本発明で用いられる電解質層は電解質、媒体、および添加物から構成されることが好ましい。本発明の電解質はI2とヨウ化物(例としてLiI、NaI、KI、CsI、Mg
2、CaI2、CuI、テトラアルキルアンモニウムヨーダイド、ピリジニウムヨーダイド、イミダゾリウムヨーダイド等)の混合物、Br2と臭化物(例としてLiBr等)の
混合物、Inorganic Chemistry 1996,35,1168‐1178に記載の溶融塩等を用いることができるがこの限りではない。この中でもI2とヨウ化物の組み合わせとしてLiI、ピリジニウムヨーダイド、イミダゾリウムヨーダイド等を混合した電解質が本発明では好ましいがこの組み合わせ方に限らない。
好ましい電解質濃度は媒体中I2が0.01M以上0.5M以下でありヨウ化物の混合物が0.1M以上15M以下である。
(Electrolyte layer)
The electrolyte layer used in the present invention is preferably composed of an electrolyte, a medium, and an additive. The electrolyte of the present invention comprises I 2 and iodide (for example, LiI, NaI, KI, CsI, Mg
A mixture of I 2 , CaI 2 , CuI, tetraalkylammonium iodide, pyridinium iodide, imidazolium iodide, etc., a mixture of Br 2 and bromide (eg LiBr, etc.), Inorganic Chemistry 1996, 35, 1168-1178. The molten salt described can be used, but not limited thereto. Among these, an electrolyte in which LiI, pyridinium iodide, imidazolium iodide, or the like is mixed as a combination of I 2 and iodide is preferable in the present invention, but is not limited to this combination.
The preferable electrolyte concentration is 0.01 M to 0.5 M in the medium I 2 and 0.1 M to 15 M in the iodide mixture.

本発明で電解質層に用いられる媒体は、良好なイオン電導性を発現できる化合物であることが望ましい。溶液状の媒体としては、ジオキサン、ジエチルエーテルなどのエーテル化合物、エチレングリコールジアルキルエーテル、プロピレングリコールジアルキルエーテル、ポリエチレングリコールジアルキルエーテル、ポリプロピレングリコールジアルキルエーテルなどの鎖状エーテル類、メタノール、エタノール、エチレングリコールモノアルキルエーテル、プロピレングリコールモノアルキルエーテル、ポリエチレングリコールモノアルキルエーテル、ポリプロピレングリコールモノアルキルエーテルなどのアルコール類、エチレングリコール、プロピレングリコール、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール、グリセリンなどの多価アルコール類、アセトニトリル、グルタロジニトリル、メトキシアセトニトリル、プロピオニトリル、ベンゾニトリルなどのニトリル化合物、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネートなどのカーボネート化合物、3‐メチル‐2‐オキサゾリジノンなどの複素環化合物、ジメチルスルホキシド、スルホランなど非プロトン極性物質、水などを用いることができる。   The medium used for the electrolyte layer in the present invention is desirably a compound that can exhibit good ionic conductivity. Solution media include ether compounds such as dioxane and diethyl ether, chain ethers such as ethylene glycol dialkyl ether, propylene glycol dialkyl ether, polyethylene glycol dialkyl ether, and polypropylene glycol dialkyl ether, methanol, ethanol, and ethylene glycol monoalkyl. Alcohols such as ether, propylene glycol monoalkyl ether, polyethylene glycol monoalkyl ether, polypropylene glycol monoalkyl ether, polyhydric alcohols such as ethylene glycol, propylene glycol, polyethylene glycol, polypropylene glycol, glycerin, acetonitrile, glutarodinitrile, Methoxyacetonitrile, propioni Lil, nitrile compounds such as benzonitrile, ethylene carbonate, carbonate compounds such as propylene carbonate, 3-methyl-2-oxazolidinone heterocyclic compounds such as dimethyl sulfoxide, can be used aprotic polar substances such as sulfolane, water, and the like.

又、固体状(ゲル状を含む)の媒体を用いる目的で、ポリマーを含ませることもできる。この場合、ポリアクリロニトリル、ポリフッ化ビニリデン等のポリマーを前記溶液状媒体中に添加したり、エチレン性不飽和基を有した多官能性モノマーを前記溶液状媒体中で重合させて媒体を固体状にする。   In addition, a polymer can be included for the purpose of using a solid (including gel) medium. In this case, a polymer such as polyacrylonitrile or polyvinylidene fluoride is added to the solution-like medium, or a polyfunctional monomer having an ethylenically unsaturated group is polymerized in the solution-like medium to make the medium solid. To do.

電解質層としてはこの他、CuI、CuSCN媒体を必要としない電解質および、Nature,Vol.395, 8 Oct. 1998,p583‐585記載の2,2',7,7'‐テトラキス(N, N‐ジ‐p‐メトキシフェニルアミン)‐9,9'‐スピロビフ
ルオレンのような正孔輸送材料を用いることができる。
As the electrolyte layer, an electrolyte that does not require a CuI or CuSCN medium, and Nature, Vol. 395, 8 Oct. Use of a hole transport material such as 2,2 ', 7,7'-tetrakis (N, N-di-p-methoxyphenylamine) -9,9'-spirobifluorene described in 1998, p583-585. Can do.

本発明に用いられる電解質層には光電変換セルの電気的出力を向上させたり、耐久性を向上させる働きをする添加物を添加することができる。電気的出力を向上させる添加物として4‐t‐ブチルピリジンや、2‐ピコリン、2,6‐ルチジン等があげられる。耐久性を向上させる添加物としてMgI等があげられる。   The electrolyte layer used in the present invention may contain an additive that functions to improve the electrical output of the photoelectric conversion cell or improve the durability. Examples of additives that improve electrical output include 4-t-butylpyridine, 2-picoline, and 2,6-lutidine. MgI etc. are mention | raise | lifted as an additive which improves durability.

(導電性対極)
本発明で用いられる電導性対極は光電変換セルの正極として機能するものである。具体的に対極に用いる導電性の材料としては金属(例えば白金、金、銀、銅、アルミニウム、ロジウム、インジウム等)、金属酸化物(ITO(インジウム‐スズ酸化物)や酸化スズ(フッ素等がドープされた物を含む)、酸化亜鉛)、または炭素等があげられる。対極の膜厚は、特に制限はないが、5nm以上10μm以下であることが好ましい。
(Conductive counter electrode)
The conductive counter electrode used in the present invention functions as a positive electrode of the photoelectric conversion cell. Specific examples of conductive materials used for the counter electrode include metals (for example, platinum, gold, silver, copper, aluminum, rhodium, indium, etc.), metal oxides (ITO (indium-tin oxide), tin oxide (fluorine, etc.)). Including doped materials), zinc oxide), or carbon. The thickness of the counter electrode is not particularly limited, but is preferably 5 nm or more and 10 μm or less.

(組み立て方)
前記の光電変換電極と導電性対極を電解質層を介して組み合わせることによって光電変換セルを形成する。必要に応じて電解質層の漏れや揮発を防ぐために、光電変換セルの周囲に封止を行う。封止には熱可塑性樹脂、光硬化性樹脂、ガラスフリット等を封止材料として用いることができる。光電変換セルは必要に応じて小面積の光電変換セルを連結させて作る。光電変換セルを直列に組み合わせることによって起電圧を高くすることができる。
(How to assemble)
A photoelectric conversion cell is formed by combining the photoelectric conversion electrode and the conductive counter electrode through an electrolyte layer. In order to prevent leakage and volatilization of the electrolyte layer as necessary, sealing is performed around the photoelectric conversion cell. For sealing, a thermoplastic resin, a photocurable resin, glass frit, or the like can be used as a sealing material. The photoelectric conversion cell is made by connecting small-area photoelectric conversion cells as necessary. The electromotive voltage can be increased by combining the photoelectric conversion cells in series.

以下に実施例を具体的に示すが本発明は以下に限定されるものではない。なお、特に断らない限り、数字は重量基準を表す。   Examples will be specifically shown below, but the present invention is not limited to the following examples. In addition, unless otherwise indicated, a number represents a weight standard.

光電変換用増感色素の評価方法として、増感色素を用いて光電変換セルを組み立て、光電変換セルの変換効率を測定する方法について、光電変換セルの試験サンプルを表した図1を参照しつつ説明する。   As a method for evaluating a sensitizing dye for photoelectric conversion, a method for assembling a photoelectric conversion cell using a sensitizing dye and measuring the conversion efficiency of the photoelectric conversion cell, with reference to FIG. 1 showing a test sample of the photoelectric conversion cell explain.

透明電極
フッ素ドープ型酸化スズ層(透明電極層)付ガラス基板3(旭ガラス社製、タイプU−TCO)を使用した。
Transparent electrode The glass substrate 3 with a fluorine dope type tin oxide layer (transparent electrode layer) (Asahi Glass Co., Ltd. type U-TCO) was used.

導電性対極
フッ素ドープ型酸化スズ層付ガラス基板3(旭ガラス社製、タイプU−TCO)の導電層上に、スパッタリング法により白金層(白金電極層)(厚み150nm)を積層した導電性対極4を用いた。
Conductive counter electrode A conductive counter electrode in which a platinum layer (platinum electrode layer) (thickness 150 nm) was laminated by sputtering on the conductive layer of a glass substrate 3 with fluorine-doped tin oxide layer (type U-TCO, manufactured by Asahi Glass Co., Ltd.) 4 was used.

酸化チタンペーストの調製
下記の処方でジルコニアビーズと混合し、ペイントシェーカーを用いて分散して酸化チタンペーストを得た(「部」は重量部をあらわす)。
酸化チタン(日本アエロジル社製 P25 粒子径21nm) 6 部
水(硝酸添加でpH2に調整) 14 部
アセチルアセトン 0.6 部
界面活性剤(ICN社製 TritonX−100) 0.04 部
PEG‐#500,000 0.3 部
Preparation of Titanium Oxide Paste The following formulation was mixed with zirconia beads and dispersed using a paint shaker to obtain a titanium oxide paste (“part” represents part by weight).
Titanium oxide (Nippon Aerosil Co., Ltd., P25 particle size 21 nm) 6 parts Water (adjusted to pH 2 by adding nitric acid) 14 parts Acetylacetone 0.6 parts Surfactant (ICN Triton X-100) 0.04 parts PEG- # 500, 000 0.3 parts

酸化チタン多孔質層の作成
透明電極の導電面(透明電極層3)に厚さ60μmのメンディングテープを張り、1cm角のテープを除去することでマスクを作り、空いた部分に上記酸化チタンペーストを数滴たらした後に、スキージで余分なペーストを除去した。風乾後、全てのマスクを除去し、450℃のオーブンで1時間焼成して、有効面積1cm2の酸化チタン多孔質層を有する酸化チタン電極を得た。
Preparation of porous titanium oxide layer A 60μm thick mending tape is applied to the conductive surface (transparent electrode layer 3) of the transparent electrode, and a mask is made by removing the 1cm square tape. After dropping several drops, excess paste was removed with a squeegee. After air drying, all the masks were removed and baked in an oven at 450 ° C. for 1 hour to obtain a titanium oxide electrode having a titanium oxide porous layer having an effective area of 1 cm 2 .

増感色素の吸着
光電変換用増感色素をテトラヒドロフラン:アセトニトリル=1:1(体積比)に溶解(濃度0.6mmol/L)し、メンブランフィルターで不溶分を除去し、この色素溶液に上記酸化チタン電極を浸し、室温で24時間放置した。浸漬時間は、実際にセルを作成して変換効率を求め、その変換効率が最大となるように設定した。
着色した電極表面を、溶解に使用した溶剤およびアルコールで洗浄した後、4‐t‐ブチルピリジンの2mol%アルコール溶液に30分浸した後、乾燥させて、増感色素の吸着した酸化チタン多孔質層1を有する光電変換電極を得た。
Adsorption of sensitizing dye The sensitizing dye for photoelectric conversion is dissolved in tetrahydrofuran: acetonitrile = 1: 1 (volume ratio) (concentration 0.6 mmol / L), insoluble matter is removed with a membrane filter, and the above-mentioned oxidation solution is added to this dye solution. The titanium electrode was immersed and left at room temperature for 24 hours. The immersion time was set so that the conversion efficiency was maximized by actually creating a cell and obtaining the conversion efficiency.
The colored electrode surface was washed with the solvent and alcohol used for dissolution, then immersed in a 2 mol% alcohol solution of 4-t-butylpyridine for 30 minutes, and then dried to form a porous titanium oxide adsorbed with a sensitizing dye. A photoelectric conversion electrode having the layer 1 was obtained.

電解質溶液の調製
下記処方の電解質溶液を調製した。溶媒にはメトキシアセトニトリルを用いた。
LiI 0.1M
0.05M
4‐t‐ブチルピリジン 0.5M
1‐プロピル‐2,3‐ジメチルイミダゾリウムヨージド 0.6M
Preparation of electrolyte solution An electrolyte solution having the following formulation was prepared. Methoxyacetonitrile was used as the solvent.
LiI 0.1M
I 2 0.05M
4-t-butylpyridine 0.5M
1-propyl-2,3-dimethylimidazolium iodide 0.6M

光電変換セルの組み立て
図1に示すように、光電変換セルの試験サンプルを組み立てた。すなわち、上記のようにして光電変換用増感色素を吸着させた酸化チタン多孔質層1が形成された上記透明電極(フッ素ドープ型酸化スズ層付ガラス基板3)と、フッ素ドープ型酸化スズ層付ガラス基板の導電層上に白金層が積層された導電性対極4とを、樹脂フィルム製スペーサー6(三井・デュポンポリケミカル社製「ハイミラン」フィルム(25μm厚))を挟んで固定し、その空隙に上記電解質溶液を注入して電解質溶液層2を形成した。ガラス基板3及び白金対極層には、それぞれ変換効率測定用の導線7を固定した。
Assembly of Photoelectric Conversion Cell As shown in FIG. 1, a test sample of the photoelectric conversion cell was assembled. That is, the transparent electrode (the glass substrate 3 with fluorine-doped tin oxide layer) on which the titanium oxide porous layer 1 on which the sensitizing dye for photoelectric conversion is adsorbed as described above is formed, and the fluorine-doped tin oxide layer The conductive counter electrode 4 in which a platinum layer is laminated on the conductive layer of the attached glass substrate is fixed with a spacer 6 made of resin film (“High Milan” film (25 μm thickness) made by Mitsui DuPont Polychemical Co., Ltd.) interposed therebetween, The electrolyte solution layer 2 was formed by injecting the electrolyte solution into the gap. Conductive wires 7 for measuring conversion efficiency were fixed to the glass substrate 3 and the platinum counter electrode layer, respectively.

変換効率の測定方法
ORIEL社製ソーラーシュミレーター(#8116)をエアマスフィルターと組み合わせ、光量計で100mW/cm2 の光量に調整して測定用光源とし、光電変換セルの試験サンプルに光照射をしながら、KEITHLEY MODEL2400ソースメーターを使用してI‐Vカーブ特性を測定した。変換効率ηは、I‐Vカーブ特性測定から得られたVoc(開放電圧値)、Isc(短絡電流値)、ff(フィルファクター値)を用いて下記式により算出した。

Figure 2007131767
Measurement method of conversion efficiency A solar simulator (# 8116) manufactured by ORIEL is combined with an air mass filter, adjusted to a light amount of 100 mW / cm 2 with a light meter to obtain a measurement light source, and irradiating a test sample of a photoelectric conversion cell with light irradiation The IV curve characteristics were measured using a KEITHLEY MODEL 2400 source meter. The conversion efficiency η was calculated by the following equation using Voc (open circuit voltage value), Isc (short circuit current value), and ff (fill factor value) obtained from the IV curve characteristic measurement.
Figure 2007131767

実施例1−7
表1に記載の化合物を増感色素として用い、セルを組み立て評価を行なった。
Example 1-7
Using the compounds listed in Table 1 as sensitizing dyes, the cells were assembled and evaluated.

得られた結果を表2にまとめた。   The results obtained are summarized in Table 2.

Figure 2007131767


a)光電変換電極を作成し、これを蛍光灯下3000luxの条件で24時間照射した後、セルを組み立て、変換効率を測定し、光暴露保存安定性を調べた。
b)光暴露を行なわない光電変換電極を封止して、100時間擬似太陽光を照射した場合の光電変換効率。
Figure 2007131767


a) A photoelectric conversion electrode was prepared and irradiated for 24 hours under the condition of 3000 lux under a fluorescent lamp. Then, a cell was assembled, the conversion efficiency was measured, and the light exposure storage stability was examined.
b) Photoelectric conversion efficiency when a photoelectric conversion electrode that is not exposed to light is sealed and irradiated with simulated sunlight for 100 hours.

図1は、光電変換セル試験サンプルを表す。FIG. 1 represents a photoelectric conversion cell test sample.

符号の説明Explanation of symbols

1.酸化チタン多孔質層(光電変換用増感色素が吸着済)
2.電解質溶液層
3.透明電極層(フッ素ドープ型酸化スズ)
4.Pt電極層
5.ガラス基盤
6.樹脂フィルム製スペーサー
7.変換効率測定用導線
1. Titanium oxide porous layer (photosensitive sensitizing dye already adsorbed)
2. 2. Electrolyte solution layer Transparent electrode layer (fluorine-doped tin oxide)
4). 4. Pt electrode layer 5. Glass substrate 6. Resin film spacer Conversion efficiency measurement lead

Claims (8)

下記一般式(1)で示される光機能材料。
一般式(1)
Figure 2007131767


(式(1)中、RおよびRは、それぞれ独立に、炭素数6〜30のアルキル基を表す。
〜Rは、それぞれ独立に、水素原子、または、炭素数1〜2のアルキル基を表し、RとR、RとR、RとRは、それぞれ独立に、一体となって環を形成してもよい。
は、下記一般式(2)で示される官能基を表す。
は、酸素原子、硫黄原子、アルキル基で置換されてもよい窒素原子を表す。)
一般式(2)
Figure 2007131767

(式(2)中、R10は、結合手を表し、kは0〜2の整数を表す。
11およびR12は、それぞれ独立に、あるいは、一体となって電子吸引基を表す。
は、酸素原子、硫黄原子、アルキル基で置換されてもよい窒素原子を表す。)
An optical functional material represented by the following general formula (1).
General formula (1)
Figure 2007131767


(In the formula (1), R 1 and R 2 each independently represent an alkyl group having 6 to 30 carbon atoms.
R 3 to R 8 each independently represents a hydrogen atom or an alkyl group having 1 to 2 carbon atoms, and R 3 and R 4 , R 5 and R 6 , R 7 and R 8 are each independently A ring may be formed integrally.
R 9 represents a functional group represented by the following general formula (2).
X 1 represents an oxygen atom, a sulfur atom, or a nitrogen atom that may be substituted with an alkyl group. )
General formula (2)
Figure 2007131767

(In the formula (2), R 10 represents a bond, and k represents an integer of 0 to 2.
R 11 and R 12 each independently or integrally represent an electron withdrawing group.
X 2 represents an oxygen atom, a sulfur atom, or a nitrogen atom that may be substituted with an alkyl group. )
およびRが、1,1,4,4−テトラメチルブチル基である請求項1記載の光機能材料。 The optical functional material according to claim 1, wherein R 1 and R 2 are 1,1,4,4-tetramethylbutyl groups. 11が、シアノ基であり、かつ、R12が、電子吸引基である酸性官能基もしくはその誘導体である請求項1または2記載の光機能材料。 The optical functional material according to claim 1, wherein R 11 is a cyano group, and R 12 is an acidic functional group or a derivative thereof that is an electron-withdrawing group. 請求項1〜3いずれか記載の光機能材料を含んでなる光電交換用増感色素。 A sensitizing dye for photoelectric exchange, comprising the optical functional material according to claim 1. さらに、一般式(1)で示される以外の増感色素以外を含んでなる請求項4記載の増感色素。 The sensitizing dye according to claim 4, further comprising a sensitizing dye other than that represented by the general formula (1). 請求項4または5記載の増感色素と、無機半導体多孔質体とを連結させてなる光電変換材料。 A photoelectric conversion material obtained by linking the sensitizing dye according to claim 4 or 5 and an inorganic semiconductor porous body. 請求項6記載の光電変換材料を透明電極に積奏されてなる光電変換電極。 A photoelectric conversion electrode obtained by stacking the photoelectric conversion material according to claim 6 on a transparent electrode. 請求項7記載の光電変換材料、電解質層、および導電性対極を含んでなる光電変換セル。 A photoelectric conversion cell comprising the photoelectric conversion material according to claim 7, an electrolyte layer, and a conductive counter electrode.
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