JP2007231171A - Sensitizing dye monomer, sensitizing dye polymer, photoelectric conversion material, semiconductor electrode and photoelectric transducer - Google Patents

Sensitizing dye monomer, sensitizing dye polymer, photoelectric conversion material, semiconductor electrode and photoelectric transducer Download PDF

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    • Y02E10/50Photovoltaic [PV] energy
    • Y02E10/542Dye sensitized solar cells

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a sensitizing dye with excellent sensitizing effect and adsorption stability, and a high performance photoelectric transducer using it. <P>SOLUTION: A sensitizing dye polymer synthesized using a sensitizing dye monomer shown by general formula (1) is used as the sensitizing dye of the photoelectric transducer material (wherein R<SB>1</SB>represents H or the like, X represents a bivalent connecting group such as -O-, HTU represents a bivalent charge transporting group and SDU represents a univalent sensitizing dye). <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、増感色素単量体、増感色素重合体、光電変換材料、半導体電極及び光電変換素子に関するものである。   The present invention relates to a sensitizing dye monomer, a sensitizing dye polymer, a photoelectric conversion material, a semiconductor electrode, and a photoelectric conversion element.

大量の化石燃料の使用で引き起こされるCO2濃度増加による地球温暖化、更に人口増加に伴うエネルギー需要の増大は、人類の存亡にまで関わる問題と認識されている。そのため近年、無限で有害物質を発生しない太陽光の利用が精力的に検討されている。このクリーンエネルギー源である太陽光利用として現在実用化されているものは住宅用の単結晶シリコン、多結晶シリコン、アモルファスシリコンおよびテルル化カドミウムやセレン化インジウム銅等の無機系太陽電池が挙げられる。 Global warming due to the increase in CO 2 concentration caused by the use of a large amount of fossil fuel, and the increase in energy demand accompanying population increase are recognized as problems related to the existence of human beings. For this reason, in recent years, the use of sunlight that is infinite and does not generate harmful substances has been energetically studied. What is currently put into practical use as sunlight, which is a clean energy source, includes residential single crystal silicon, polycrystalline silicon, amorphous silicon, and inorganic solar cells such as cadmium telluride and indium copper selenide.

しかしながら、これらの無機系太陽電池にも欠点がある。例えばシリコン系では、非常に純度の高いものが要求され、当然精製の工程は複雑でプロセス数が多く、製造コストが高い。それ以外にも軽量化等の要求もあり、特に、ユーザーへのペイバックが長い点でも不利であり、普及には問題があった。   However, these inorganic solar cells also have drawbacks. For example, a silicon system is required to have a very high purity. Naturally, the purification process is complicated, the number of processes is large, and the manufacturing cost is high. In addition, there is a demand for weight reduction and the like, and in particular, it is disadvantageous in that payback to the user is long, and there is a problem in the spread.

その一方で、有機材料を使う太陽電池も多く提案されている。有機太陽電池としては、p型有機半導体と仕事関数の小さい金属を接合させるショットキー型光電変換素子、p型有機半導体とn型無機半導体、あるいはp型有機半導体と電子受容性有機化合物を接合させるヘテロ接合型光電変換素子等があり、利用される有機半導体は、クロロフィル、ペリレン等の合成色素や顔料、ポリアセチレン等の導電性高分子材料、またはそれらの複合材料等である。これらを真空蒸着法、キャスト法、またはディッピング法等により、薄膜化し電池材料が構成されている。有機材料は低コスト、大面積化が容易等の長所もあるが、変換効率は1%以下と低いものが多く、また耐久性も悪いという問題もあった。   On the other hand, many solar cells using organic materials have been proposed. As an organic solar cell, a Schottky photoelectric conversion element that joins a p-type organic semiconductor and a metal having a low work function, a p-type organic semiconductor and an n-type inorganic semiconductor, or a p-type organic semiconductor and an electron-accepting organic compound are joined. There are heterojunction photoelectric conversion elements and the like, and organic semiconductors used are synthetic dyes and pigments such as chlorophyll and perylene, conductive polymer materials such as polyacetylene, or composite materials thereof. These are thinned by a vacuum deposition method, a casting method, a dipping method, or the like to form a battery material. Although organic materials have advantages such as low cost and easy area enlargement, there are many problems in that conversion efficiency is low at 1% or less, and durability is poor.

こうした状況の中で、良好な特性を示す太陽電池がスイスのグレッツェル博士らによって報告された(非特許文献1参照)。この文献には電池作製に必要な材料および製造技術も開示されている。提案された電池は色素増感型太陽電池、あるいはグレッツェル型太陽電池と呼ばれ、ルテニウム錯体で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。この方式の利点は酸化チタン等の安価な酸化物半導体を高純度まで精製する必要がないこと、従って安価で、更に利用できる光は広い可視光領域にまでわたっており、可視光成分の多い太陽光を有効に電気へ変換できることである。   Under such circumstances, a solar cell exhibiting good characteristics has been reported by Dr. Gretzell of Switzerland (see Non-Patent Document 1). This document also discloses materials and manufacturing techniques necessary for battery fabrication. The proposed battery is called a dye-sensitized solar cell or a Gretzel solar cell, and is a wet solar cell using a titanium oxide porous thin film spectrally sensitized with a ruthenium complex as a working electrode. The advantage of this method is that it is not necessary to purify an inexpensive oxide semiconductor such as titanium oxide to high purity, and therefore, it is inexpensive and more usable light extends over a wide visible light region, so that a solar with a large amount of visible light components is used. It is that light can be effectively converted into electricity.

反面、資源的制約があるルテニウム錯体が増感色素として使われているため、この太陽電池が実用化された場合に、ルテニウム錯体の供給が危ぶまれている。また、このルテニウム錯体は高価なため、安価な有機色素へ変更することが出来れば、この問題は解決出来る。この電池の色素としてメロシアニン色素、シアニン色素、9−フェニルキサンテン系色素が報告されている(例えば、特許文献1〜3参照)。しかしながら、これらの増感色素は高い増感効果が得られず、また、酸化チタンへの吸着安定性が低いことなどから、経時安定性にも問題がある。
特開平11−238905号公報 特開2001−76773号公報 特開平10−92477号公報 Nature,353,737(1991)
On the other hand, ruthenium complexes with limited resources are used as sensitizing dyes, so when this solar cell is put to practical use, the supply of ruthenium complexes is in danger. Moreover, since this ruthenium complex is expensive, this problem can be solved if it can be changed to an inexpensive organic dye. Merocyanine dyes, cyanine dyes, and 9-phenylxanthene dyes have been reported as dyes for this battery (see, for example, Patent Documents 1 to 3). However, these sensitizing dyes do not provide a high sensitizing effect, and also have a problem in stability over time due to low adsorption stability to titanium oxide.
JP 11-238905 A JP 2001-76773 A Japanese Patent Laid-Open No. 10-92477 Nature, 353, 737 (1991)

本発明の目的は増感効果及び吸着安定性に優れた増感色素と、それを用いた高性能の光電変換素子を提供することである。   An object of the present invention is to provide a sensitizing dye excellent in sensitizing effect and adsorption stability, and a high-performance photoelectric conversion element using the same.

本発明者らは上記目的を達成すべく鋭意検討した結果、一般式(1)で表される増感色素単量体より導かれる、一般式(10)で表される構成単位を含む増感色素重合体、あるいは一般式(10)で表される構成単位と、一般式(11)で表される構成単位を含む増感色素重合体の少なくとも1種を、増感色素として用いることにより、目的を達成する事が出来た。   As a result of intensive studies to achieve the above object, the present inventors have conducted sensitization including a structural unit represented by the general formula (10) derived from a sensitizing dye monomer represented by the general formula (1). By using as a sensitizing dye at least one of a dye polymer or a sensitizing dye polymer containing a structural unit represented by the general formula (10) and a structural unit represented by the general formula (11), I was able to achieve my purpose.

Figure 2007231171
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一般式(1)において、R1は水素原子または低級アルキル基を示し、Xは二価の接続基を表し、HTU(「Hole Transfer Unit」の略)は電荷輸送性の二価の基を示し、SDU(「Sensitizing Dye Unit」の略)は一価の増感色素基を示す。 In the general formula (1), R 1 represents a hydrogen atom or a lower alkyl group, X represents a divalent connecting group, and HTU (abbreviation of “Hole Transfer Unit”) represents a charge transporting divalent group. , SDU (abbreviation of “Sensitizing Dye Unit”) represents a monovalent sensitizing dye group.

Figure 2007231171
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一般式(2)〜(6)において、R2〜R8は水素原子、低級アルキル基、低級アルコキシ基、またはハロゲン原子を表す。 In the general formulas (2) to (6), R 2 to R 8 represent a hydrogen atom, a lower alkyl group, a lower alkoxy group, or a halogen atom.

Figure 2007231171
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一般式(7)〜(9)において、A1〜A6は酸素原子、硫黄原子、またはNR15を表し、R15は置換基を有していても良いアルキル基を表す。B1〜B9は酸素原子または硫黄原子を表す。R9〜R14は置換基を有していても良いアルキル基を表し、またR9はカルボン酸基を置換基として有し、R10とR11のうちで1個以上のカルボン酸基を置換基として有し、R12〜R14のうちで1個以上のカルボン酸基を置換基として有する。 In the general formulas (7) to (9), A 1 to A 6 represent an oxygen atom, a sulfur atom, or NR 15 , and R 15 represents an alkyl group that may have a substituent. B 1 to B 9 represent an oxygen atom or a sulfur atom. R 9 to R 14 represent an alkyl group which may have a substituent, R 9 has a carboxylic acid group as a substituent, and one or more carboxylic acid groups among R 10 and R 11 It has as a substituent and has at least one carboxylic acid group as a substituent among R 12 to R 14 .

Figure 2007231171
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一般式(10)において、R1、X、HTU、およびSDUは、一般式(1)の場合と同じものを表す。 In the general formula (10), R 1 , X, HTU, and SDU represent the same as in the general formula (1).

Figure 2007231171
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一般式(11)において、R16は水素原子または低級アルキル基を表し、Yは水酸基、または置換基を有していても良いアルキル基、アルコキシ基、アミノ基を表す。 In the general formula (11), R 16 represents a hydrogen atom or a lower alkyl group, and Y represents a hydroxyl group, an alkyl group which may have a substituent, an alkoxy group or an amino group.

光電変換材料とは、例えば導電性支持体を構成する材料、半導体電極を構成する材料、電解質、対極を構成する材料等、光を電気エネルギーに変換する素子を構成する全ての部分の事を意味する。可視領域に光電変換能を持たない半導体電極上に可視領域の光を吸収する色素を吸着担持させる事により、半導体電極の光電変換能を可視領域にまで拡大する事が出来るが、このような目的で使用される色素は増感色素と呼ばれる。本発明中において単に色素と記載されている場合も、この増感色素と同等のものを意味する。   The photoelectric conversion material means all parts constituting an element that converts light into electric energy, such as a material constituting a conductive support, a material constituting a semiconductor electrode, an electrolyte, and a material constituting a counter electrode. To do. By adsorbing and supporting a dye that absorbs light in the visible region on a semiconductor electrode that does not have photoelectric conversion capability in the visible region, the photoelectric conversion capability of the semiconductor electrode can be expanded to the visible region. The dye used in is called a sensitizing dye. In the present invention, the term “dye” simply means the same as this sensitizing dye.

本発明に記載の一般式(1)の増感色素単量体より導かれる、一般式(10)で表される構成単位を含む増感色素重合体、または一般式(10)で表される構成単位と、一般式(11)で表される構成単位とを含む増感色素重合体を用いることにより、優れた変換効率を示し、かつ半導体電極に対する増感色素の吸着安定性に優れた光電変換素子を得ることが出来る。   A sensitizing dye polymer containing a structural unit represented by the general formula (10) derived from the sensitizing dye monomer represented by the general formula (1) according to the present invention, or represented by the general formula (10). By using a sensitizing dye polymer containing a structural unit and the structural unit represented by the general formula (11), photoelectric conversion that exhibits excellent conversion efficiency and is excellent in adsorption stability of the sensitizing dye to the semiconductor electrode. A conversion element can be obtained.

一般式(1)及び一般式(10)におけるR1の具体例としては、水素原子またはメチル基、エチル基、ブチル基等の低級アルキル基が挙げられる。一般式(1)及び一般式(10)における二価の接続基Xの具体例としては、酸素原子、硫黄原子、NR17(R17は水素原子またはメチル基、エチル基、ブチル基等の低級アルキル基を表す)、1,4−フェニレン基、4,4′−ビフェニレン基、1,6−ピレニレン基、1,8−ピレニレン基等のアリーレン基、メチレン基、エチレン基、プロピレン基等のアルキレン基、あるいは、これらの基を組み合わせて出来るオキシエチレン基、エチレンジオキシ基、3−チアペンタン−1,5−ジイル基、1,2−ジフェニルエチレン−4,4′−ジイル基、1,2−ジフェノキシエチレン−4,4′−ジイル基、トランススチルベン−4,4′−ジイル基、1,4−キシリレン基、1,3−キシリレン基等の二価基が挙げられる。 Specific examples of R 1 in the general formulas (1) and (10) include a hydrogen atom or a lower alkyl group such as a methyl group, an ethyl group, and a butyl group. Specific examples of the divalent connecting group X in the general formula (1) and the general formula (10) include an oxygen atom, a sulfur atom, and NR 17 (R 17 is a hydrogen atom or a lower group such as a methyl group, an ethyl group, or a butyl group). Represents an alkyl group), 1,4-phenylene group, 4,4'-biphenylene group, 1,6-pyrenylene group, arylene group such as 1,8-pyrenylene group, alkylene such as methylene group, ethylene group, propylene group Oxyethylene group, ethylenedioxy group, 3-thiapentane-1,5-diyl group, 1,2-diphenylethylene-4,4'-diyl group, 1,2- Examples thereof include divalent groups such as diphenoxyethylene-4,4′-diyl group, transstilbene-4,4′-diyl group, 1,4-xylylene group, and 1,3-xylylene group.

一般式(1)及び一般式(10)における電荷輸送性の二価の基、HTUの具体例としては、電子写真感光体の分野で通常「電荷輸送材料」(Charge Transport Material=CTM)として知られている化合物から、水素原子を2個除いて出来る二価の基が挙げられ、より具体的には、一般式(2)〜(6)で表される二価の基等が挙げられる。ここで一般式(2)〜(6)における置換基R2〜R8の具体例としては、水素原子、メチル基、エチル基、ブチル基等の低級アルキル基、メトキシ基、エトキシ基、プロピルオキシ基等の低級アルコキシ基、またはフッ素原子、塩素原子、臭素原子等のハロゲン原子が挙げられる。 Specific examples of the charge transporting divalent group, HTU in the general formulas (1) and (10), are generally known as “charge transport materials” (Charge Transport Material = CTM) in the field of electrophotographic photoreceptors. Examples thereof include divalent groups formed by removing two hydrogen atoms from the compound, and more specifically, divalent groups represented by general formulas (2) to (6). Here, specific examples of the substituents R 2 to R 8 in the general formulas (2) to (6) include a hydrogen atom, a lower alkyl group such as a methyl group, an ethyl group, and a butyl group, a methoxy group, an ethoxy group, and a propyloxy group. And a lower alkoxy group such as a group, or a halogen atom such as a fluorine atom, a chlorine atom or a bromine atom.

一般式(1)及び一般式(10)における一価の増感色素基、SDUの具体例としては、写真化学の分野で「メロシアニン増感色素」として知られている化合物の骨格の一部の二価の炭素原子にメチン基を介して得られる一価の基、より具体的には、一般式(7)〜(9)で表される一価の基等が挙げられる。一般式(7)〜(9)におけるA1〜A6は酸素原子、硫黄原子、またはNR15を表し、R15は、メチル基、エチル基、t−ブチル基、n−オクチル基、メトキシメチル基、2−シアノエチル基、カルボキシメチル基、2−カルボキシエチル基、3−フェノキシプロピル基等の、置換基を有していても良いアルキル基を表す。B1〜B9は酸素原子または硫黄原子を表す。R9〜R14はメチル基、エチル基、t−ブチル基、n−オクチル基、メトキシメチル基、2−シアノエチル基、カルボキシメチル基、2−カルボキシエチル基、3−カルボキシプロピル基、3−フェノキシプロピル基、4−クロロブチル基等の、置換基を有していても良いアルキル基を表し、またR9はカルボン酸基を置換基として有し、R10とR11のうちで1個以上のカルボン酸基を置換基として有し、R12〜R14のうちで1個以上のカルボン酸基を置換基として有する。 Specific examples of the monovalent sensitizing dye group and SDU in the general formulas (1) and (10) include a part of the skeleton of a compound known as “merocyanine sensitizing dye” in the field of photochemistry. A monovalent group obtained via a methine group on a divalent carbon atom, more specifically, a monovalent group represented by general formulas (7) to (9), and the like. In the general formulas (7) to (9), A 1 to A 6 represent an oxygen atom, a sulfur atom, or NR 15 , and R 15 represents a methyl group, an ethyl group, a t-butyl group, an n-octyl group, or a methoxymethyl. Represents an alkyl group which may have a substituent, such as a group, 2-cyanoethyl group, carboxymethyl group, 2-carboxyethyl group, 3-phenoxypropyl group. B 1 to B 9 represent an oxygen atom or a sulfur atom. R 9 to R 14 are methyl group, ethyl group, t-butyl group, n-octyl group, methoxymethyl group, 2-cyanoethyl group, carboxymethyl group, 2-carboxyethyl group, 3-carboxypropyl group, 3-phenoxy group. Represents an alkyl group which may have a substituent, such as propyl group and 4-chlorobutyl group, and R 9 has a carboxylic acid group as a substituent, and one or more of R 10 and R 11 It has a carboxylic acid group as a substituent, and has one or more carboxylic acid groups as substituents among R 12 to R 14 .

一般式(11)におけるR16の具体例としては、水素原子またはメチル基、エチル基、ブチル基等の低級アルキル基が挙げられる。またYの具体例としては、水酸基、またはメチル基、エチル基、ブチル基、オクチル基、ドデシル基、イソペンチル基、2−メトキシエチル基、シクロヘキシル基、3−クロロプロピル基、4−ヒドロキシブチル基等のアルキル基、メトキシ基、エトキシ基、プロピルオキシ基、2−メトキシエトキシ基、2−(4−クロロブトキシ)エトキシ基等のアルコキシ基、アミノ基、メチルアミノ基、エチルアミノ基、イソプロピルアミノ基、フェニルアミノ基、4−メトキシフェニルアミノ基等のアミノ基を表す。 Specific examples of R 16 in the general formula (11) include a hydrogen atom or a lower alkyl group such as a methyl group, an ethyl group, or a butyl group. Specific examples of Y include hydroxyl group, methyl group, ethyl group, butyl group, octyl group, dodecyl group, isopentyl group, 2-methoxyethyl group, cyclohexyl group, 3-chloropropyl group, 4-hydroxybutyl group and the like. Alkyl groups, methoxy groups, ethoxy groups, propyloxy groups, 2-methoxyethoxy groups, 2- (4-chlorobutoxy) ethoxy groups and other alkoxy groups, amino groups, methylamino groups, ethylamino groups, isopropylamino groups, An amino group such as a phenylamino group or 4-methoxyphenylamino group is represented.

次に、本発明の一般式(1)の増感色素単量体の具体例を挙げるが、本発明はこれらに限定されるものではない。   Next, although the specific example of the sensitizing dye monomer of General formula (1) of this invention is given, this invention is not limited to these.

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また、本発明の一般式(10)で表される構成単位を含む増感色素重合体の例としては、上記一般式(1)の増感色素単量体を数個ないし数百個重合して得られる増感色素重合体が挙げられ、より具体的には下記の増感色素重合体が挙げられるが、本発明はこれらに限定されるものではない。   Examples of the sensitizing dye polymer containing the structural unit represented by the general formula (10) of the present invention include polymerizing several to several hundred sensitizing dye monomers of the general formula (1). The following sensitizing dye polymers may be mentioned as specific examples, but the present invention is not limited to these.

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さらに、本発明の一般式(10)で表される構成単位と、一般式(11)で表される構成単位とを含む増感色素重合体の例としては、上記一般式(1)の増感色素単量体と、下記一般式(12)で表される単量体とを、数個ないし数百個共重合して得られる増感色素重合体が挙げられる。これらの重合体はブロック重合体あるいはランダム重合体のいずれのタイプでも良い。また、一般式(1)の増感色素単量体と共重合させる相手の単量体としては、一般式(12)で表される単量体に限らず、十分な反応性を有する二重結合含有モノマーであれば、いずれのものでも用いることが出来る。   Furthermore, examples of the sensitizing dye polymer containing the structural unit represented by the general formula (10) and the structural unit represented by the general formula (11) of the present invention include those of the above general formula (1). Examples thereof include a sensitizing dye polymer obtained by copolymerizing several to several hundreds of a dye-sensitive monomer and a monomer represented by the following general formula (12). These polymers may be either a block polymer or a random polymer. Further, the other monomer to be copolymerized with the sensitizing dye monomer of the general formula (1) is not limited to the monomer represented by the general formula (12), and a double monomer having sufficient reactivity. Any monomer containing a bond can be used.

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一般式(12)におけるR16およびYは、一般式(11)の場合と同じものを表す。 R 16 and Y in the general formula (12) represent the same as in the general formula (11).

本発明の一般式(10)で表される構成単位と、一般式(11)で表される構成単位からなる増感色素重合体の具体例としては、下記の増感色素重合体が挙げられるが、本発明はこれらに限定されるものではない。   The following sensitizing dye polymer is mentioned as a specific example of the sensitizing dye polymer which consists of a structural unit represented by General formula (10) of this invention, and a structural unit represented by General formula (11). However, the present invention is not limited to these.

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本発明の光電変換素子は、導電性支持体と、その導電性表面上を被覆した半導体層と、その半導体層の表面に吸着した色素からなる半導体電極、電荷移動層及び対極からなる。半導体層は単層構成でも積層構成でもよく、目的に応じて設計される。また、導電性支持体の導電層と半導体層の境界、半導体層と移動層の境界等、この素子における境界においては、各層の構成成分は相互に拡散、または混合していてもよい。   The photoelectric conversion element of the present invention comprises a conductive support, a semiconductor layer coated on the conductive surface, a semiconductor electrode made of a dye adsorbed on the surface of the semiconductor layer, a charge transfer layer, and a counter electrode. The semiconductor layer may be a single layer structure or a stacked structure, and is designed according to the purpose. In addition, at the boundary of this element such as the boundary between the conductive layer and the semiconductor layer of the conductive support, the boundary between the semiconductor layer and the moving layer, the constituent components of each layer may be diffused or mixed with each other.

導電性支持体は、金属のように支持体そのものに導電性があるもの、または表面に導電剤を含む導電層を有するガラスあるいはプラスチックの支持体を用いることができる。後者の場合、導電剤としては白金、金、銀、銅、アルミニウム等の金属、炭素、あるいはインジウム−スズ複合酸化物(以降「ITO」と略記する)、フッ素をドーピングした酸化スズ等の金属酸化物(以降「FTO」と略記する)等が挙げられる。導電性支持体は、光を10%以上透過する透明性を有していることが好ましく、50%以上透過することがより好ましい。この中でも、ITOやFTOからなる導電層をガラス上に堆積した導電性ガラスが特に好ましい。   As the conductive support, there can be used a support made of glass or plastic having a conductive layer containing a conductive agent on its surface, such as a metal having a conductive property in itself. In the latter case, the conductive agent is a metal oxide such as platinum, gold, silver, copper, aluminum or the like, carbon or indium-tin composite oxide (hereinafter abbreviated as “ITO”), fluorine-doped tin oxide or the like. (Hereinafter abbreviated as “FTO”) and the like. The conductive support preferably has a transparency that transmits light of 10% or more, and more preferably transmits 50% or more. Among these, conductive glass in which a conductive layer made of ITO or FTO is deposited on glass is particularly preferable.

透明導電性支持体の抵抗を下げる目的で、金属リード線を用いてもよい。金属リード線の材質はアルミニウム、銅、銀、金、白金、ニッケル等の金属が挙げられる。金属リード線は、透明支持体に蒸着、スパッタリング、圧着等で設置し、その上にITOやFTOを設ける方法、あるいは透明導電層上に金属リード線を設置する。   For the purpose of reducing the resistance of the transparent conductive support, a metal lead wire may be used. Examples of the material of the metal lead wire include metals such as aluminum, copper, silver, gold, platinum, and nickel. A metal lead wire is installed on a transparent support by vapor deposition, sputtering, pressure bonding, or the like, and a method of providing ITO or FTO thereon, or a metal lead wire on a transparent conductive layer.

半導体としては、シリコン、ゲルマニウムのような単体半導体、あるいは金属のカルコゲニドに代表される化合物半導体、またはペロブスカイト構造を有する化合物等を使用することができる。金属のカルコゲニドとしてはチタン、スズ、亜鉛、鉄、タングステン、ジルコニウム、ハフニウム、ストロンチウム、インジウム、セリウム、イットリウム、ランタン、バナジウム、ニオブ、あるいはタンタルの酸化物、カドミウム、亜鉛、鉛、銀、アンチモン、ビスマスの硫化物、カドミウム、鉛のセレン化物、カドミウムのテルル化物等が挙げられる。他の化合物半導体としては亜鉛、ガリウム、インジウム、カドミウム、等のリン化物、ガリウム砒素、銅−インジウム−セレン化物、銅−インジウム−硫化物等が好ましい。また、ペロブスカイト構造を有する化合物としては、チタン酸ストロンチウム、チタン酸カルシウム、チタン酸ナトリウム、チタン酸バリウム、ニオブ酸カリウム等が好ましい。   As the semiconductor, a single semiconductor such as silicon or germanium, a compound semiconductor typified by a metal chalcogenide, a compound having a perovskite structure, or the like can be used. Metal chalcogenides include titanium, tin, zinc, iron, tungsten, zirconium, hafnium, strontium, indium, cerium, yttrium, lanthanum, vanadium, niobium, or tantalum oxide, cadmium, zinc, lead, silver, antimony, bismuth. Sulfide, cadmium, lead selenide, cadmium telluride and the like. Other compound semiconductors are preferably phosphides such as zinc, gallium, indium, cadmium, gallium arsenide, copper-indium-selenide, copper-indium-sulfide, and the like. As the compound having a perovskite structure, strontium titanate, calcium titanate, sodium titanate, barium titanate, potassium niobate and the like are preferable.

本発明に用いられる半導体は、単結晶でも多結晶でもよい。変換効率としては単結晶が好ましいが、製造コスト、原材料確保等の点では多結晶が好ましく、その半導体の粒径は2nm以上、1μm以下であることが好ましい。   The semiconductor used in the present invention may be single crystal or polycrystalline. As the conversion efficiency, a single crystal is preferable, but a polycrystal is preferable in terms of manufacturing cost, securing raw materials, and the like, and the particle size of the semiconductor is preferably 2 nm or more and 1 μm or less.

導電性支持体上に半導体層を形成する方法としては、半導体微粒子の分散液またはコロイド溶液を導電性支持体上に塗布する方法、ゾル−ゲル法等がある。その分散液の作製方法としては、前述のゾル−ゲル法、乳鉢等で機械的に粉砕する方法、ミルを使って粉砕しながら分散する方法、あるいは半導体を合成する際に溶媒中で微粒子として析出させ、そのまま使用する方法等が挙げられる。   As a method for forming a semiconductor layer on a conductive support, there are a method of applying a dispersion or colloidal solution of semiconductor fine particles on a conductive support, a sol-gel method, and the like. The dispersion can be prepared by the above-mentioned sol-gel method, a method of mechanically pulverizing with a mortar, etc., a method of dispersing while pulverizing using a mill, or a fine particle in a solvent when synthesizing a semiconductor. And a method of using it as it is.

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

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

得られた分散液の塗布方法としては、ローラ法、ディップ法、エアーナイフ法、ブレード法、ワイヤーバー等、スライドホッパー法、エクストルージョン法、カーテン法、スピン法、あるいはスプレー法を挙げることができる。   Examples of a method for applying the obtained dispersion include a roller method, a dip method, an air knife method, a blade method, a wire bar, a slide hopper method, an extrusion method, a curtain method, a spin method, and a spray method. .

更に半導体層は、単層であっても多層であってもよい。多層の場合、粒径の異なる半導体微粒子の分散液を多層塗布したり、種類の異なる半導体や、樹脂、添加剤の組成が異なる塗布層を多層塗布することもできる。また、一度の塗布で膜厚が不足する場合には多層塗布は有効な手段である。   Furthermore, the semiconductor layer may be a single layer or multiple layers. In the case of multiple layers, a dispersion of semiconductor fine particles having different particle diameters can be applied in multiple layers, or different types of semiconductors, and application layers having different compositions of resins and additives can be applied in multiple layers. In addition, when the film thickness is insufficient with a single coating, the multilayer coating is an effective means.

一般的に、半導体層の膜厚が増大するほど単位投影面積当たりの担持色素量も増えるため光の捕獲率が高くなるが、生成した電子の拡散距離も増えるために電荷の再結合も多くなってしまう。従って、半導体層の膜厚は0.1〜100μmが好ましく、1〜30μmがより好ましい。   In general, as the thickness of the semiconductor layer increases, the amount of supported dye increases per unit projected area and the light capture rate increases. However, the diffusion distance of the generated electrons also increases, and the recombination of charges also increases. End up. Therefore, the film thickness of the semiconductor layer is preferably 0.1 to 100 μm, and more preferably 1 to 30 μm.

半導体微粒子は導電性支持体上に塗布した後、加熱処理してもしなくともよいが、粒子同士の電子的コンタクト及び塗膜強度の向上や支持体との密着性向上の点から、加熱処理をした方が好ましい。更に、マイクロ波照射、プレス処理あるいは電子線照射を行ってもよく、これらの処理は単独で行っても二種類以上行っても構わない。加熱処理の際、加熱温度は40〜700℃が好ましく、80〜600℃がより好ましい。また、加熱時間は5分〜50時間が好ましく、10分〜20時間がより好ましい。マイクロ波照射は、半導体電極の半導体層形成側から照射しても、裏側から照射しても構わない。照射時間には特に制限が無いが、1時間以内で行うことが好ましい。プレス処理は、107N以上が好ましく、108Nが更に好ましい。プレスする時間は特に制限が無いが、1時間以内で行うことが好ましい。 The semiconductor fine particles may or may not be heat-treated after being coated on the conductive support. However, from the viewpoint of improving the electronic contact between the particles and the strength of the coating film and the adhesion to the support, the heat treatment is performed. Is preferable. Furthermore, microwave irradiation, press treatment, or electron beam irradiation may be performed, and these treatments may be performed alone or in combination of two or more. In the heat treatment, the heating temperature is preferably 40 to 700 ° C, more preferably 80 to 600 ° C. The heating time is preferably 5 minutes to 50 hours, and more preferably 10 minutes to 20 hours. The microwave irradiation may be performed from the semiconductor layer forming side of the semiconductor electrode or from the back side. Although there is no restriction | limiting in particular in irradiation time, It is preferable to carry out within 1 hour. The press treatment is preferably 10 7 N or more, more preferably 10 8 N. There is no particular limitation on the pressing time, but it is preferably performed within 1 hour.

半導体微粒子は多くの増感色素を吸着できるように表面積の大きなものが好ましい。このため半導体層を支持体上に塗設した状態での表面積は、投影面積に対して10倍以上であることが好ましく、100倍以上であることがより好ましい。   The semiconductor fine particles preferably have a large surface area so that many sensitizing dyes can be adsorbed. For this reason, it is preferable that the surface area in the state which coated the semiconductor layer on the support body is 10 times or more with respect to a projection area, and it is more preferable that it is 100 times or more.

本発明の光電変換素子は、一般式(10)で表される構成単位を含む増感色素重合体、または一般式(10)で表される構成単位と一般式(11)で表される構成単位とを含む増感色素重合体を、増感色素として半導体層に吸着させて増感させた半導体層を、光電変換材料として用いる。   The photoelectric conversion element of the present invention is a sensitizing dye polymer containing a structural unit represented by the general formula (10), or a structural unit represented by the general formula (10) and the structural unit represented by the general formula (11). A semiconductor layer in which a sensitizing dye polymer containing a unit is adsorbed and sensitized as a sensitizing dye to a semiconductor layer is used as a photoelectric conversion material.

半導体層に増感色素を吸着させる方法としては、色素溶液中あるいは色素分散液中に半導体微粒子を含有する作用電極を浸漬する方法、色素溶液あるいは分散液を半導体層に塗布して吸着させる方法を用いることができる。前者の場合、浸漬法、ディップ法、ローラ法、エアーナイフ法等を用いることができ、後者の場合は、ワイヤーバー法、スライドホッパー法、エクストルージョン法、カーテン法、スピン法、スプレー法等を用いることができる。   As a method of adsorbing a sensitizing dye to a semiconductor layer, a method of immersing a working electrode containing semiconductor fine particles in a dye solution or a dye dispersion, a method of applying a dye solution or a dispersion to a semiconductor layer and adsorbing the semiconductor layer. Can be used. In the former case, dipping method, dipping method, roller method, air knife method, etc. can be used, and in the latter case, wire bar method, slide hopper method, extrusion method, curtain method, spin method, spray method, etc. Can be used.

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

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

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

本発明では、一般式(10)で表される構成単位を含む増感色素重合体、または一般式(10)で表される構成単位と一般式(11)で表される構成単位とを含む増感色素重合体を吸着する際、ステロイド系化合物を併用しても構わない。   In this invention, the sensitizing dye polymer containing the structural unit represented by General formula (10), or the structural unit represented by General formula (10) and the structural unit represented by General formula (11) is included. When adsorbing the sensitizing dye polymer, a steroidal compound may be used in combination.

そのステロイド化合物の具体例としては、(S−1)〜(S−10)に示すものが挙げられる。ステロイド系化合物の量は、色素1質量部に対して0.01〜1000質量部が好ましく、0.1〜100質量部がより好ましい。   Specific examples of the steroid compound include those shown in (S-1) to (S-10). 0.01-1000 mass parts is preferable with respect to 1 mass part of pigment | dyes, and, as for the quantity of a steroid type compound, 0.1-100 mass parts is more preferable.

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増感色素を吸着した後、あるいは増感色素と上記ステロイド系化合物を共吸着した後、t−ブチルピリジン、2−ピコリン、2,6−ルチジン等の塩基性化合物、あるいはリン酸、リン酸エステル、アルキルリン酸、酢酸、プロピオン酸等の酸性化合物を含有する有機溶媒に浸漬処理しても構わない。   After adsorbing the sensitizing dye, or after co-adsorbing the sensitizing dye and the steroid compound, a basic compound such as t-butylpyridine, 2-picoline, 2,6-lutidine, or phosphoric acid or phosphate ester Further, it may be dipped in an organic solvent containing an acidic compound such as alkyl phosphoric acid, acetic acid or propionic acid.

本発明の電荷移動層としては、酸化還元対を有機溶媒に溶解した電解液、酸化還元対を有機溶媒に溶解した液体をポリマーマトリックスに含浸したゲル電解質、酸化還元対を含有する溶融塩、固体電解質、有機正孔輸送材料等を用いることができる。   As the charge transfer layer of the present invention, an electrolytic solution in which a redox couple is dissolved in an organic solvent, a gel electrolyte in which a liquid in which the redox couple is dissolved in an organic solvent is impregnated in a polymer matrix, a molten salt containing the redox couple, a solid An electrolyte, an organic hole transport material, or the like can be used.

本発明で使用される電解液は、電解質、溶媒、及び添加物から構成されることが好ましい。好ましい電解質はヨウ化リチウム、ヨウ化ナトリウム、ヨウ化カリウム、ヨウ化セシウム、ヨウ化カルシウム等の金属ヨウ化物−ヨウ素の組み合わせ、テトラアルキルアンモニウムヨ−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4級アンモニウム化合物のヨウ素塩−ヨウ素の組み合わせ、臭化リチウム、臭化ナトリウム、臭化カリウム、臭化セシウム、臭化カルシウム等の金属臭化物−臭素の組み合わせ、テトラアルキルアンモニウムブロマイド、ピリジニウムブロマイド等の4級アンモニウム化合物の臭素塩−臭素の組み合わせ、フェロシアン酸塩−フェリシアン酸塩、フェロセン−フェリシニウムイオン等の金属錯体、ポリ硫化ナトリウム、アルキルチオール−アルキルジスルフィド等のイオウ化合物、ビオロゲン色素、ヒドロキノン−キノン等が挙げられる。上述の電解質は単独の組み合わせであっても混合であってもよい。また、電解質として、室温で溶融状態の溶融塩を用いることもできる。この溶融塩を用いた場合は、特に溶媒を用いなくても構わない。   The electrolytic solution used in the present invention is preferably composed of an electrolyte, a solvent, and an additive. Preferred electrolytes include metal iodide-iodine combinations such as lithium iodide, sodium iodide, potassium iodide, cesium iodide, calcium iodide, tetraalkylammonium iodide, pyridinium iodide, imidazolium iodide, and the like. Iodine salts of quaternary ammonium compounds-iodine combinations, metal bromides such as lithium bromide, sodium bromide, potassium bromide, cesium bromide, calcium bromide-bromine combinations, quaternary compounds such as tetraalkylammonium bromide, pyridinium bromide Bromine-bromine combinations of ammonium compounds, metal complexes such as ferrocyanate-ferricyanate, ferrocene-ferricinium ion, sulfur compounds such as sodium polysulfide, alkylthiol-alkyldisulfide, viologen Dye, hydroquinone - quinones, and the like. The above-mentioned electrolytes may be a single combination or a mixture. Further, a molten salt in a molten state at room temperature can also be used as the electrolyte. When this molten salt is used, it is not necessary to use a solvent.

電解液における電解質濃度は、0.05〜20Mが好ましく、0.1〜15Mが更に好ましい。電解液に用いる溶媒としては、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート等のカーボネート系溶媒、3−メチル−2−オキサゾリジノン等の複素環化合物、ジオキサン、ジエチルエーテル、エチレングリコールジアルキルエーテル等のエーテル系溶媒、メタノール、エタノール、ポリプロピレングリコールモノアルキルエーテル等のアルコール系溶媒、アセトニトリル、ベンゾニトリル等のニトリル系溶媒、ジメチルスルホキシド、スルホラン等の非プロトン性極性溶媒等が好ましい。また、t−ブチルピリジン、2−ピコリン、2,6−ルチジン等の塩基性化合物を併用しても構わない。   The electrolyte concentration in the electrolytic solution is preferably 0.05 to 20M, and more preferably 0.1 to 15M. Solvents used for the electrolyte include carbonate solvents such as ethylene carbonate and propylene carbonate, heterocyclic compounds such as 3-methyl-2-oxazolidinone, ether solvents such as dioxane, diethyl ether and ethylene glycol dialkyl ether, methanol, ethanol Alcohol solvents such as polypropylene glycol monoalkyl ether, nitrile solvents such as acetonitrile and benzonitrile, aprotic polar solvents such as dimethyl sulfoxide and sulfolane are preferred. Further, basic compounds such as t-butylpyridine, 2-picoline, and 2,6-lutidine may be used in combination.

本発明では、電解質はポリマー添加、オイルゲル化剤添加、多官能モノマー類を含む重合、ポリマーの架橋反応等の手法によりゲル化させることもできる。ポリマー添加によりゲル化させる場合の好ましいポリマーとしては、ポリアクリロニトリル、ポリフッ化ビニリデン等を挙げることができる。オイルゲル化剤添加によりゲル化させる場合の好ましいゲル化剤としては、ジベンジルデン−D−ソルビトール、コレステロール誘導体、アミノ酸誘導体、トランス−(1R,2R)−1,2−シクロヘキサンジアミンのアルキルアミド誘導体、アルキル尿素誘導体、N−オクチル−D−グルコンアミドベンゾエート、双頭型アミノ酸誘導体、4級アンモニウム誘導体等を挙げることができる。   In the present invention, the electrolyte can be gelled by a technique such as addition of a polymer, addition of an oil gelling agent, polymerization including polyfunctional monomers, or a crosslinking reaction of the polymer. Preferable polymers in the case of gelation by polymer addition include polyacrylonitrile, polyvinylidene fluoride and the like. Preferred gelling agents for gelation by adding an oil gelling agent include dibenzylden-D-sorbitol, cholesterol derivatives, amino acid derivatives, alkylamide derivatives of trans- (1R, 2R) -1,2-cyclohexanediamine, alkylureas Derivatives, N-octyl-D-gluconamide benzoate, double-headed amino acid derivatives, quaternary ammonium derivatives and the like can be mentioned.

多官能モノマーによって重合する場合の好ましいモノマーとしては、ジビニルベンゼン、エチレングルコールジメタクリレート、エチレングリコールジアクリレート、ジエチレングリコールジメタクリレート、トリエチレングリコールジメタクリレート、ペンタエリスリトールトリアクリレート、トリメチロールプロパントリアクリレート等を挙げることができる。更に、アクリルアミド、メチルアクリレート等のアクリル酸やα−アルキルアクリル酸から誘導されるエステル類やアミド類、マレイン酸ジメチル、フマル酸ジエチル等のマレイン酸やフマル酸から誘導されるエステル類、ブタジエン、シクロペンタジエン等のジエン類、スチレン、p−クロロスチレン、スチレンスルホン酸ナトリウム等の芳香族ビニル化合物、ビニルエステル類、アクリロニトリル、メタクリロニトリル、含窒素複素環を有するビニル化合物、4級アンモニウム塩を有するビニル化合物、N−ビニルホルムアミド、ビニルスルホン酸、ビニリデンフルオライド、ビニルアルキルエーテル類、N−フェニルマレイミド等の単官能モノマーを含有してもよい。モノマー全量に占める多官能性モノマーは、0.5〜70質量%が好ましく、1.0〜50質量%がより好ましい。   Preferred monomers for polymerization with a polyfunctional monomer include divinylbenzene, ethylene glycol dimethacrylate, ethylene glycol diacrylate, diethylene glycol dimethacrylate, triethylene glycol dimethacrylate, pentaerythritol triacrylate, trimethylolpropane triacrylate, and the like. be able to. Furthermore, esters and amides derived from acrylic acid such as acrylamide and methyl acrylate and α-alkyl acrylic acid, esters derived from maleic acid and fumaric acid such as dimethyl maleate and diethyl fumarate, butadiene, cyclohexane and the like. Dienes such as pentadiene, aromatic vinyl compounds such as styrene, p-chlorostyrene and sodium styrene sulfonate, vinyl esters, acrylonitrile, methacrylonitrile, vinyl compounds having a nitrogen-containing heterocyclic ring, vinyl having a quaternary ammonium salt A monofunctional monomer such as a compound, N-vinylformamide, vinylsulfonic acid, vinylidene fluoride, vinyl alkyl ethers, N-phenylmaleimide may be contained. 0.5-70 mass% is preferable and the polyfunctional monomer which occupies for the monomer whole quantity has more preferable 1.0-50 mass%.

上述のモノマーは、ラジカル重合によって重合することができる。本発明で使用できるゲル電解質用モノマーは、加熱、光、電子線あるいは電気化学的にラジカル重合することができる。架橋高分子が加熱によって形成される場合に使用される重合開始剤は、2,2′−アゾビスイソブチロニトリル、2,2′−アゾビス(2,4−ジメチルバレロニトリル)、ジメチル−2,2′−アゾビス(2−メチルプロピオネート)等のアゾ系開始剤、ベンゾイルパーオキシド等の過酸化物系開始剤等が好ましい。これらの重合開始剤の添加量は、モノマー総量に対して、0.01〜20質量%が好ましく、0.1〜10質量%がより好ましい。   The above-mentioned monomers can be polymerized by radical polymerization. The monomer for gel electrolyte that can be used in the present invention can be radically polymerized by heating, light, electron beam or electrochemical. The polymerization initiator used when the crosslinked polymer is formed by heating is 2,2'-azobisisobutyronitrile, 2,2'-azobis (2,4-dimethylvaleronitrile), dimethyl-2 An azo initiator such as 2,2'-azobis (2-methylpropionate) and a peroxide initiator such as benzoyl peroxide are preferable. The addition amount of these polymerization initiators is preferably 0.01 to 20% by mass and more preferably 0.1 to 10% by mass with respect to the total amount of monomers.

ポリマーの架橋反応により電解質をゲル化させる場合、架橋反応に必要な反応性基を含有するポリマー及び架橋剤を併用することが望ましい。架橋可能な反応性基に好ましい例としては、ピリジン、イミダゾール、チアゾール、オキサゾール、トリアゾール、モルフォリン、ピペリジン、ピペラジン等の含窒素複素環を挙げることができ、好ましい架橋剤は、ハロゲン化アルキル、ハロゲン化アラルキル、スルホン酸エステル、酸無水物、酸クロリド、イソシアネート等の窒素原子に対して求電子反応可能な2官能以上の試薬を挙げることができる。   When the electrolyte is gelled by a polymer crosslinking reaction, it is desirable to use a polymer containing a reactive group necessary for the crosslinking reaction and a crosslinking agent in combination. Preferable examples of the crosslinkable reactive group include nitrogen-containing heterocycles such as pyridine, imidazole, thiazole, oxazole, triazole, morpholine, piperidine, piperazine, etc. Preferred crosslinking agents include alkyl halides, halogens Bifunctional or higher functional reagents capable of electrophilic reaction with nitrogen atoms such as aralkyl fluoride, sulfonic acid ester, acid anhydride, acid chloride, and isocyanate can be exemplified.

無機固体化合物を電解質の代わりに用いる場合、ヨウ化銅、チオシアン化銅等をキャスト法、塗布法、スピンコート法、浸漬法、電解メッキ等の手法により電極内部に導入することができる。   When an inorganic solid compound is used instead of the electrolyte, copper iodide, copper thiocyanide, or the like can be introduced into the electrode by a casting method, a coating method, a spin coating method, a dipping method, electrolytic plating, or the like.

また、本発明では電解質の代わりに有機電荷輸送物質を用いることができる。電荷輸送物質には正孔輸送物質と電子輸送物質がある。前者の例としては、例えば特公昭34−5466号公報等に示されているオキサジアゾール類、特公昭45−555号公報等に示されているトリフェニルメタン類、特公昭52−4188号公報等に示されているピラゾリン類、特公昭55−42380号公報等に示されているヒドラゾン類、特開昭56−123544号公報等に示されているオキサジアゾール類、特開昭54−58445号公報に示されているテトラアリールベンジジン類、特開昭58−65440号公報、あるいは特開昭60−98437号公報に示されているスチルベン類等を挙げることができる。その中でも、本発明に使用される電荷輸送物質としては、特開昭60−24553号公報、特開平2−96767号公報、特開平2−183260号公報、並びに特開平2−226160号公報に示されているヒドラゾン類、特開平2−51162号公報、並びに特開平3−75660号公報に示されているスチルベン類が特に好ましい。また、これらは単独、あるいは2種以上の混合物として用いることができる。   In the present invention, an organic charge transport material can be used instead of the electrolyte. Charge transport materials include hole transport materials and electron transport materials. Examples of the former include, for example, oxadiazoles disclosed in Japanese Patent Publication No. 34-5466, triphenylmethanes disclosed in Japanese Patent Publication No. 45-555, and Japanese Patent Publication No. 52-4188. Pyrazolines shown in the above, hydrazones shown in JP-B-55-42380, oxadiazoles shown in JP-A-56-123544, etc., JP-A-54-58445 And tetrasylbenzidines disclosed in JP-A No. 58-65440, and stilbenes disclosed in JP-A No. 60-98437. Among them, examples of the charge transport material used in the present invention are shown in JP-A-60-24553, JP-A-2-96767, JP-A-2-183260, and JP-A-2-226160. Particularly preferred are the hydrazones described, and the stilbenes shown in JP-A-2-51162 and JP-A-3-75660. Moreover, these can be used individually or in mixture of 2 or more types.

一方、電子輸送物質としては、例えばクロラニル、テトラシアノエチレン、テトラシアノキノジメタン、2,4,7−トリニトロ−9−フルオレノン、2,4,5,7−テトラニトロ−9−フルオレノン、2,4,5,7−テトラニトロキサントン、2,4,8−トリニトロチオキサントン、1,3,7−トリニトロジベンゾチオフェン、あるいは1,3,7−トリニトロジベンゾチオフェン−5,5−ジオキシド等がある。これらの電子輸送物質は単独、あるいは2種以上の混合物として用いることができる。   On the other hand, examples of the electron transport material include chloranil, tetracyanoethylene, tetracyanoquinodimethane, 2,4,7-trinitro-9-fluorenone, 2,4,5,7-tetranitro-9-fluorenone, 2,4 , 5,7-tetranitroxanthone, 2,4,8-trinitrothioxanthone, 1,3,7-trinitrodibenzothiophene, 1,3,7-trinitrodibenzothiophene-5,5-dioxide, etc. . These electron transport materials can be used alone or as a mixture of two or more.

また、更に増感効果を増大させる増感剤として、ある種の電子吸引性化合物を添加することもできる。この電子吸引性化合物としては例えば、2,3−ジクロロ−1,4−ナフトキノン、1−ニトロアントラキノン、1−クロロ−5−ニトロアントラキノン、2−クロロアントラキノン、フェナントレンキノン等のキノン類、4−ニトロベンズアルデヒド等のアルデヒド類、9−ベンゾイルアントラセン、インダンジオン、3,5−ジニトロベンゾフェノン、あるいは3,3′,5,5′−テトラニトロベンゾフェノン等のケトン類、無水フタル酸、4−クロロナフタル酸無水物等の酸無水物、テレフタラルマロノニトリル、9−アントリルメチリデンマロノニトリル、4−ニトロベンザルマロノニトリル、あるいは4−(p−ニトロベンゾイルオキシ)ベンザルマロノニトリル等のシアノ化合物、3−ベンザルフタリド、3−(α−シアノ−p−ニトロベンザル)フタリド、あるいは3−(α−シアノ−p−ニトロベンザル)−4,5,6,7−テトラクロロフタリド等のフタリド類等を挙げることができる。   Further, as a sensitizer that further increases the sensitizing effect, a certain kind of electron-withdrawing compound can be added. Examples of the electron-withdrawing compound include quinones such as 2,3-dichloro-1,4-naphthoquinone, 1-nitroanthraquinone, 1-chloro-5-nitroanthraquinone, 2-chloroanthraquinone, and phenanthrenequinone, 4-nitro Aldehydes such as benzaldehyde, ketones such as 9-benzoylanthracene, indandione, 3,5-dinitrobenzophenone, or 3,3 ', 5,5'-tetranitrobenzophenone, phthalic anhydride, 4-chloronaphthalic anhydride Acid anhydrides such as terephthalalmalononitrile, 9-anthrylmethylidenemalononitrile, 4-nitrobenzalmalononitrile, or cyano compounds such as 4- (p-nitrobenzoyloxy) benzalmalononitrile, 3-benzalphthalide , 3- (α-cyano- - Nitorobenzaru) phthalide, or 3- (alpha-cyano -p- Nitorobenzaru) -4,5,6,7 can be mentioned phthalides such as tetrachloro phthalide like.

これらの電荷輸送材料を用いて電荷移動層を形成する場合、樹脂を併用しても構わない。樹脂を併用する場合にはポリスチレン樹脂、ポリビニルアセタール樹脂、ポリスルホン樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリエステル樹脂、ポリフェニレンオキサイド樹脂、ポリアリレート樹脂、アクリル樹脂、メタクリル樹脂、フェノキシ樹脂等が挙げられる。これらの中でも、ポリスチレン樹脂、ポリビニルアセタール樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリエステル樹脂、ポリアリレート樹脂が好ましい。これらの樹脂は、単独あるいは共重合体として2種以上を混合しても構わない。   When forming a charge transfer layer using these charge transport materials, a resin may be used in combination. When resin is used in combination, polystyrene resin, polyvinyl acetal resin, polysulfone resin, polycarbonate resin, polyester resin, polyphenylene oxide resin, polyarylate resin, acrylic resin, methacrylic resin, phenoxy resin and the like can be mentioned. Among these, polystyrene resin, polyvinyl acetal resin, polycarbonate resin, polyester resin, and polyarylate resin are preferable. These resins may be used alone or as a copolymer in combination of two or more.

電荷移動層の形成方法は大きく2通りの方法が挙げられる。1つは増感色素を担持した半導体層の上に、先に対極を貼り合わせ、その隙間に液状の電荷移動層を挟み込む方法、もう一つは、半導体層の上に直接電荷移動層を付与する方法である。後者の場合、電荷移動層の上に対極を新たに付与することになる。   There are two main methods for forming the charge transfer layer. One is a method in which a counter electrode is first pasted on a semiconductor layer carrying a sensitizing dye, and a liquid charge transfer layer is sandwiched in the gap, and the other is a method in which a charge transfer layer is provided directly on the semiconductor layer. It is a method to do. In the latter case, a counter electrode is newly provided on the charge transfer layer.

前者の場合、電荷移動層の挟み込み方法として、浸漬等による毛管現象を利用する常圧プロセスと常圧より低い圧力にして気相を液相に置換する真空プロセスが挙げられる。後者の場合、湿式の電荷移動層においては未乾燥のまま対極を付与し、エッジ部の液漏洩防止を施す必要がある。また、ゲル電解液の場合においては、湿式で塗布して重合等の方法により固体化する方法もある。その場合、乾燥、固定化した後に対極を付与してもよい。電解液の他、有機電荷輸送材料の溶解液やゲル電解質を付与する方法としては、半導体層への色素の付与と同様に、浸漬法、ローラ法、ディップ法、エアーナイフ法、エクストルージョン法、スライドホッパー法、ワイヤーバー法、スピン法、スプレー法、キャスト法、各種印刷法等が挙げられる。   In the former case, examples of the method for sandwiching the charge transfer layer include a normal pressure process using a capillary phenomenon due to immersion and a vacuum process in which the gas phase is replaced with a liquid phase at a pressure lower than normal pressure. In the latter case, in the wet charge transfer layer, it is necessary to provide a counter electrode without being dried to prevent liquid leakage at the edge portion. In the case of a gel electrolyte, there is a method in which it is applied in a wet manner and solidified by a method such as polymerization. In that case, you may provide a counter electrode after drying and fixing. In addition to the electrolytic solution, as a method of applying a solution or gel electrolyte of an organic charge transport material, as in the case of applying a dye to a semiconductor layer, a dipping method, a roller method, a dipping method, an air knife method, an extrusion method, Examples thereof include a slide hopper method, a wire bar method, a spin method, a spray method, a casting method, and various printing methods.

対極は、前述の導電性支持体と同様に導電性層を有する支持体上に用いることができるが、導電性層自体が強度や密封性を十分有する場合は必ずしも支持体は必要ではない。対極に用いる材料の具体例としては、白金、金、銀、銅、アルミニウム、ロジウム、インジウム等の金属、炭素系化合物、ITO、FTO等の導電性金属酸化物等が挙げられる。対極の厚さには特に制限はない。   The counter electrode can be used on a support having a conductive layer in the same manner as the conductive support described above, but the support is not necessarily required when the conductive layer itself has sufficient strength and sealing properties. Specific examples of the material used for the counter electrode include metals such as platinum, gold, silver, copper, aluminum, rhodium and indium, carbon compounds, and conductive metal oxides such as ITO and FTO. There is no particular limitation on the thickness of the counter electrode.

増感色素を吸着させて増感させた半導体層に光が到達するためには、半導体層を保持した導電性支持体と対極の少なくとも一方は実質的に透明でなければならない。本発明の光電変換素子においては、半導体層を保持した導電性支持体が透明であり、太陽光を導電性支持体側から入射させる方法が好ましい。この場合、対極には光を反射させる材料を使用することが好ましく、金属、導電性酸化物を蒸着したガラス、プラスチック、あるいは金属薄膜が好ましい。   In order for light to reach the sensitized semiconductor layer by adsorbing the sensitizing dye, at least one of the conductive support holding the semiconductor layer and the counter electrode must be substantially transparent. In the photoelectric conversion element of the present invention, a method in which the conductive support holding the semiconductor layer is transparent and sunlight is incident from the conductive support side is preferable. In this case, a material that reflects light is preferably used for the counter electrode, and a metal, glass, plastic, or metal thin film on which a conductive oxide is deposited is preferable.

対極の塗設については前述の通り、電荷移動層の上に付与する場合と半導体層上に付与する場合の2通りがある。何れの場合も対極材料の種類や電荷移動層の種類により、適宜、電荷移動層上または半導体層上に対極材料を塗布、ラミネート、蒸着、貼り合わせ等の手法により形成可能である。また、電荷移動層が固体の場合には、その上に直接、前述の導電性材料を塗布、蒸着、CVD等の手法で対極を形成することができる。   As described above, there are two types of coating of the counter electrode: when applied on the charge transfer layer and when applied on the semiconductor layer. In any case, the counter electrode material can be appropriately formed on the charge transfer layer or the semiconductor layer by a technique such as coating, laminating, vapor deposition, or bonding depending on the type of the counter electrode material or the type of the charge transfer layer. When the charge transfer layer is solid, the counter electrode can be formed directly on the charge transfer layer by a technique such as coating, vapor deposition, or CVD.

次に本発明を実施例により更に詳細に説明するが、本発明はこれらに何ら限定されるものではない。   EXAMPLES Next, although an Example demonstrates this invention still in detail, this invention is not limited to these at all.

(実施例1)
酸化チタン(日本アエロジル社製P−25)2g、アセチルアセトン0.2g、界面活性剤(アルドリッチ社製Triton X−100)0.3gを水6.5gと共にペイントコンディショナー(レッドデビル社製)で6時間分散処理を施した。更に、この分散液4.0gに対して濃硝酸0.2ml、エタノール0.4ml、ポリエチレングリコール(#20,000)1.2gを加えてペーストを作製した。このペーストをFTOガラス基板上に膜厚12μmになるように塗布し、室温で乾燥後、100℃で1時間、更に550℃で1時間焼成した。
Example 1
2 hours of titanium oxide (P-25 manufactured by Nippon Aerosil Co., Ltd.), 0.2 g of acetylacetone, and 0.3 g of surfactant (Triton X-100 manufactured by Aldrich) together with 6.5 g of water in a paint conditioner (manufactured by Red Devil) for 6 hours. Dispersion treatment was performed. Further, 0.2 g of concentrated nitric acid, 0.4 ml of ethanol, and 1.2 g of polyethylene glycol (# 20,000) were added to 4.0 g of this dispersion to prepare a paste. This paste was applied onto an FTO glass substrate so as to have a film thickness of 12 μm, dried at room temperature, and then fired at 100 ° C. for 1 hour and further at 550 ° C. for 1 hour.

本発明に例示の増感色素重合体(AP−2)をt−ブタノール/アセトニトリル(1/1)の混合溶液に溶解し、0.3mMの濃度の色素溶液を作製した。この色素溶液に、先に作製した半導体電極を室温で15時間浸漬して吸着処理を施した。電解液はヨウ化リチウム0.1M、ヨウ素0.05M、ヨウ化1,2−ジメチル−3−n−プロピルイミダゾリウム0.5Mの3−メトキシアセトニトリル溶液、対極にはチタニウム板上に白金をスパッタリングしたものを使用した。   The sensitizing dye polymer (AP-2) exemplified in the present invention was dissolved in a mixed solution of t-butanol / acetonitrile (1/1) to prepare a dye solution having a concentration of 0.3 mM. In this dye solution, the previously produced semiconductor electrode was immersed at room temperature for 15 hours for adsorption treatment. The electrolyte is a lithium iodide 0.1M, iodine 0.05M, 1,2-dimethyl-3-n-propylimidazolium iodide 0.5M 3-methoxyacetonitrile solution, and the counter electrode is sputtered with platinum on a titanium plate. We used what we did.

両電極間に電解液を浸して光電変換素子を作製した。ここに、作用電極側から光源としてソーラーシミュレーター(AM1.5G、照射強度100mW/cm2)から発生した擬似太陽光を照射し、ソーラートロン社製電気化学測定装置(SI−1280B)を用いて評価を行った。その結果、開放電圧0.59V、短絡電流密度9.35mA/cm2、形状因子0.61、変換効率3.37%と良好な値を示した。 An electrolytic solution was immersed between both electrodes to produce a photoelectric conversion element. Here, pseudo-sunlight generated from a solar simulator (AM1.5G, irradiation intensity 100 mW / cm 2 ) is irradiated as a light source from the working electrode side, and evaluation is performed using an electrochemical measurement apparatus (SI-1280B) manufactured by Solartron. Went. As a result, an open circuit voltage of 0.59 V, a short circuit current density of 9.35 mA / cm 2 , a shape factor of 0.61, and a conversion efficiency of 3.37% were shown.

更に、半導体電極に対する増感色素の吸着安定性を評価した。本発明に例示の増感色素重合体(AP−2)をt−ブタノール/アセトニトリル(1/1)の混合溶液に溶解し、0.3mMの濃度の色素溶液を作製した。この色素溶液に、先に作製した半導体電極を室温で15時間浸漬して吸着処理を施した。次いでこの色素を吸着した半導体電極を電解質の溶媒である3−メトキシアセトニトリル中に浸漬し、遮光、密閉かつ室温下で10日間保存した。保存した後の半導体電極上における色素の担持状態を目視で観察した。その結果を表3に示す。   Furthermore, the adsorption stability of the sensitizing dye to the semiconductor electrode was evaluated. The sensitizing dye polymer (AP-2) exemplified in the present invention was dissolved in a mixed solution of t-butanol / acetonitrile (1/1) to prepare a dye solution having a concentration of 0.3 mM. In this dye solution, the previously produced semiconductor electrode was immersed at room temperature for 15 hours for adsorption treatment. Next, the semiconductor electrode adsorbed with the dye was immersed in 3-methoxyacetonitrile, which is an electrolyte solvent, and stored for 10 days under light shielding, sealing, and room temperature. The state of dye support on the semiconductor electrode after storage was visually observed. The results are shown in Table 3.

Figure 2007231171
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(実施例2〜13)
本発明に例示の増感色素重合体(AP−2)を、表1に示す例示の増感色素重合体に変更した以外は実施例1と同様にして素子を作製し評価した。その結果を表1に示す。更に、(AP−2)を、表1に示す例示の増感色素重合体に変更した以外は実施例1と同様にして半導体電極に対する色素の吸着安定性を評価した。その結果を表3に示す。
(Examples 2 to 13)
A device was prepared and evaluated in the same manner as in Example 1 except that the sensitizing dye polymer (AP-2) exemplified in the present invention was changed to the exemplified sensitizing dye polymer shown in Table 1. The results are shown in Table 1. Furthermore, the adsorption stability of the dye to the semiconductor electrode was evaluated in the same manner as in Example 1 except that (AP-2) was changed to the exemplified sensitizing dye polymer shown in Table 1. The results are shown in Table 3.

Figure 2007231171
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(実施例14)
本発明に例示の増感色素重合体(ACP−3)をt−ブタノール/アセトニトリル(1/1)の混合溶液に溶解し、0.3mMの濃度の色素溶液を作製した。この色素溶液に、ステロイド化合物(S−1)を0.6mMの濃度で溶解した。次いで、この色素溶液に、実施例1で作製した半導体電極を室温で15時間浸漬して吸着処理を施した。電解液はヨウ化リチウム0.1M、ヨウ素0.05M、ヨウ化1,2−ジメチル−3−n−プロピルイミダゾリウム0.5Mの3−メトキシアセトニトリル溶液、対極にはチタニウム板上に白金をスパッタリングしたものを使用した。
(Example 14)
The sensitizing dye polymer (ACP-3) exemplified in the present invention was dissolved in a mixed solution of t-butanol / acetonitrile (1/1) to prepare a dye solution having a concentration of 0.3 mM. The steroid compound (S-1) was dissolved in this dye solution at a concentration of 0.6 mM. Subsequently, the semiconductor electrode produced in Example 1 was immersed in this dye solution at room temperature for 15 hours to perform an adsorption treatment. The electrolyte is a lithium iodide 0.1M, iodine 0.05M, 1,2-dimethyl-3-n-propylimidazolium iodide 0.5M 3-methoxyacetonitrile solution, and the counter electrode is sputtered with platinum on a titanium plate. We used what we did.

両電極間に電解液を浸して光電変換素子を作製した。ここに、作用電極側から光源としてソーラーシミュレーター(AM1.5G、照射強度100mW/cm2)から発生した擬似太陽光を照射し、ソーラートロン社製電気化学測定装置(SI−1280B)を用いて評価を行った。その結果、開放電圧0.58V、短絡電流密度9.21mA/cm2、形状因子0.58、変換効率3.10%と良好な値を示した。 An electrolytic solution was immersed between both electrodes to produce a photoelectric conversion element. Here, pseudo-sunlight generated from a solar simulator (AM1.5G, irradiation intensity 100 mW / cm 2 ) is irradiated as a light source from the working electrode side, and evaluation is performed using an electrochemical measurement apparatus (SI-1280B) manufactured by Solartron. Went. As a result, an open circuit voltage of 0.58 V, a short circuit current density of 9.21 mA / cm 2 , a form factor of 0.58, and a conversion efficiency of 3.10% were shown.

(実施例15〜25)
本発明に例示の増感色素重合体(ACP−3)を、表2に示す例示の増感色素重合体に変更し、ステロイド化合物(S−1)を表3に示す例示化合物に変更した以外は実施例14と同様にして素子を作製し評価した。その結果を表2に示す。
(Examples 15 to 25)
The sensitizing dye polymer (ACP-3) exemplified in the present invention was changed to the exemplified sensitizing dye polymer shown in Table 2, and the steroid compound (S-1) was changed to the exemplified compound shown in Table 3. Were fabricated and evaluated in the same manner as in Example 14. The results are shown in Table 2.

Figure 2007231171
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Figure 2007231171
Figure 2007231171

(比較例1)
本発明に例示の増感色素重合体(AP−2)を、(R−1)に示す化合物に変更した以外は実施例1と同様にして素子を作製し、評価した。その結果、開放電圧0.43V、短絡電流密度7.71mA/cm2、形状因子0.55、変換効率1.82%と本発明の色素に比較して低い値であった。更に、(AP−2)を(R−1)に示す化合物に変更した以外は実施例1と同様にして、色素の半導体電極に対する吸着安定性を評価した。その結果を表3に示す。
(Comparative Example 1)
A device was prepared and evaluated in the same manner as in Example 1 except that the sensitizing dye polymer (AP-2) exemplified in the present invention was changed to the compound shown in (R-1). As a result, the open circuit voltage was 0.43 V, the short-circuit current density was 7.71 mA / cm 2 , the shape factor was 0.55, and the conversion efficiency was 1.82%, which were lower than the dye of the present invention. Further, the adsorption stability of the dye to the semiconductor electrode was evaluated in the same manner as in Example 1 except that (AP-2) was changed to the compound shown in (R-1). The results are shown in Table 3.

(比較例2)
(AP−2)を、(R−2)に示す化合物に変更した以外は実施例1と同様にして素子を作製し、評価した。その結果、開放電圧0.45V、短絡電流密度7.81mA/cm2、形状因子0.52、変換効率1.83%と本発明の色素に比較して低い値であった。更に、(AP−2)を、(R−2)に示す化合物に変更した以外は実施例1と同様にして、色素の半導体電極に対する吸着安定性を評価した。その結果を表3に示す。
(Comparative Example 2)
A device was prepared and evaluated in the same manner as in Example 1 except that (AP-2) was changed to the compound shown in (R-2). As a result, the open circuit voltage was 0.45 V, the short-circuit current density was 7.81 mA / cm 2 , the shape factor was 0.52, and the conversion efficiency was 1.83%, which were low values compared to the dye of the present invention. Further, the adsorption stability of the dye to the semiconductor electrode was evaluated in the same manner as in Example 1 except that (AP-2) was changed to the compound shown in (R-2). The results are shown in Table 3.

(比較例3)
(AP−2)を、(R−3)に示す化合物に変更した以外は実施例14と同様にして素子を作製し、評価した。その結果、開放電圧0.52V、短絡電流密度8.11mA/cm2、形状因子0.53、変換効率2.23%と本発明の色素に比較して低い値であった。更に、(AP−2)を、(R−3)に示す化合物に変更した以外は実施例1と同様にして、色素の半導体電極に対する吸着安定性を評価した。その結果を表3に示す。
(Comparative Example 3)
A device was prepared and evaluated in the same manner as in Example 14 except that (AP-2) was changed to the compound shown in (R-3). As a result, the open-circuit voltage was 0.52 V, the short-circuit current density was 8.11 mA / cm 2 , the shape factor was 0.53, and the conversion efficiency was 2.23%, which were low values compared to the dye of the present invention. Further, the adsorption stability of the dye to the semiconductor electrode was evaluated in the same manner as in Example 1 except that (AP-2) was changed to the compound shown in (R-3). The results are shown in Table 3.

(比較例4)
(AP−2)を、(R−4)に示す化合物に変更した以外は実施例1と同様にして素子を作製し、評価した。その結果、開放電圧0.55V、短絡電流密度6.88mA/cm2、形状因子0.59、変換効率2.23%と本発明の色素に比較して低い値であった。更に、(AP−2)を、(R−4)に示す化合物に変更した以外は実施例1と同様にして、色素の半導体電極に対する吸着安定性を評価した。その結果を表3に示す。
(Comparative Example 4)
A device was prepared and evaluated in the same manner as in Example 1 except that (AP-2) was changed to the compound shown in (R-4). As a result, the open circuit voltage was 0.55 V, the short-circuit current density was 6.88 mA / cm 2 , the shape factor was 0.59, and the conversion efficiency was 2.23%, which were low values compared to the dye of the present invention. Furthermore, the adsorption stability of the dye to the semiconductor electrode was evaluated in the same manner as in Example 1 except that (AP-2) was changed to the compound shown in (R-4). The results are shown in Table 3.

以上のように、本発明の一般式(1)の増感色素単量体を用いて合成した、本発明の一般式(10)で表される構成単位を含む増感色素重合体、または、一般式(10)で表される構成単位と、一般式(11)で表される構成単位とを含む増感色素重合体を、光電変換材料の増感色素として用いた場合、従来の材料と比較して、変換効率が高く、また吸着安定性に優れる等の、極めて優れた特性を有する事を見いだした。   As described above, a sensitizing dye polymer containing a structural unit represented by the general formula (10) of the present invention, synthesized using the sensitizing dye monomer of the general formula (1) of the present invention, or When a sensitizing dye polymer including the structural unit represented by the general formula (10) and the structural unit represented by the general formula (11) is used as a sensitizing dye of a photoelectric conversion material, In comparison, it has been found that it has extremely excellent characteristics such as high conversion efficiency and excellent adsorption stability.

本発明の活用例として、太陽電池等の光電変換素子に加えて、特定波長の光に感応する光センサー等が挙げられる。   Examples of utilization of the present invention include photosensors that are sensitive to light of a specific wavelength, in addition to photoelectric conversion elements such as solar cells.

Claims (9)

一般式(1)で表される増感色素単量体。
Figure 2007231171
(一般式(1)において、R1は水素原子または低級アルキル基を示し、Xは二価の接続基を表し、HTUは電荷輸送性の二価の基を示し、SDUは一価の増感色素基を示す。)
A sensitizing dye monomer represented by the general formula (1).
Figure 2007231171
(In the general formula (1), R 1 represents a hydrogen atom or a lower alkyl group, X represents a divalent connecting group, HTU represents a charge transporting divalent group, and SDU represents a monovalent sensitization. Indicates a dye group.)
一般式(1)においてHTUが一般式(2)〜(6)で表される基から選ばれる少なくとも1つの基を含むことを特徴とする請求項1に記載の増感色素単量体。
Figure 2007231171
(一般式(2)〜(6)において、R2〜R8は水素原子、低級アルキル基、低級アルコキシ基、またはハロゲン原子を表す。)
The sensitizing dye monomer according to claim 1, wherein in the general formula (1), HTU contains at least one group selected from the groups represented by the general formulas (2) to (6).
Figure 2007231171
(In the general formulas (2) to (6), R 2 to R 8 represent a hydrogen atom, a lower alkyl group, a lower alkoxy group, or a halogen atom.)
一般式(1)においてSDUが一般式(7)〜(9)で表される増感色素基から選ばれる少なくとも1つの基を含むことを特徴とする請求項1に記載の増感色素単量体。
Figure 2007231171
(一般式(7)〜(9)において、A1〜A6は酸素原子、硫黄原子、またはNR15を表し、R15は置換基を有していても良いアルキル基を表す。B1〜B9は酸素原子または硫黄原子を表す。R9〜R14は置換基を有していても良いアルキル基を表し、またR9はカルボン酸基を置換基として有し、R10とR11のうちで1個以上のカルボン酸基を置換基として有し、R12〜R14のうちで1個以上のカルボン酸基を置換基として有する。)
The sensitizing dye unit amount according to claim 1, wherein the SDU contains at least one group selected from sensitizing dye groups represented by the general formulas (7) to (9) in the general formula (1). body.
Figure 2007231171
(In the general formula (7) ~ (9), A 1 ~A 6 is an oxygen atom, a sulfur atom or NR 15,, R 15 is .B 1 ~ representing an alkyl group which may have a substituent B 9 represents an oxygen atom or a sulfur atom, R 9 to R 14 represent an alkyl group which may have a substituent, R 9 has a carboxylic acid group as a substituent, and R 10 and R 11 And one or more carboxylic acid groups as substituents, and one or more carboxylic acid groups among R 12 to R 14 as substituents.)
請求項1〜3のいずれか1項に記載の増感色素単量体より導かれる、一般式(10)で表される構成単位を含む増感色素重合体。
Figure 2007231171
(一般式(10)において、R1、X、HTU、およびSDUは、一般式(1)の場合と同じものを表す。)
The sensitizing dye polymer containing the structural unit represented by General formula (10) induced | guided | derived from the sensitizing dye monomer of any one of Claims 1-3.
Figure 2007231171
(In General Formula (10), R 1 , X, HTU, and SDU represent the same as in General Formula (1).)
請求項1〜3のいずれか1項に記載の増感色素単量体より導かれる、一般式(10)で表される構成単位と、一般式(11)で表される構成単位とを含む増感色素重合体。
Figure 2007231171
(一般式(11)において、R16は水素原子または低級アルキル基を表し、Yは水酸基、または置換基を有していても良いアルキル基、アルコキシ基、アミノ基を表す。)
The structural unit represented by General formula (10) and the structural unit represented by General formula (11) derived from the sensitizing dye monomer of any one of Claims 1-3 are included. Sensitizing dye polymer.
Figure 2007231171
(In the general formula (11), R 16 represents a hydrogen atom or a lower alkyl group, and Y represents a hydroxyl group or an optionally substituted alkyl group, alkoxy group or amino group.)
請求項4〜5のいずれか1項記載の増感色素重合体を少なくとも1種用いることを特徴とする光電変換材料。   A photoelectric conversion material comprising at least one sensitizing dye polymer according to any one of claims 4 to 5. 導電性支持体と、その導電性表面上に被覆された半導体層と、その半導体層の表面に吸着した増感色素からなる半導体電極において、増感色素として請求項4〜5のいずれか1項記載の増感色素重合体を少なくとも一種以上含有することを特徴とする半導体電極。   6. A semiconductor electrode comprising a conductive support, a semiconductor layer coated on the conductive surface, and a sensitizing dye adsorbed on the surface of the semiconductor layer, as a sensitizing dye. A semiconductor electrode comprising at least one of the sensitizing dye polymers described above. 前記半導体が、チタン、スズ、亜鉛、鉄、銅、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、タンタル、カドミウム、鉛、銀、アンチモン、ビスマス、モリブデン、アルミニウム、ガリウム、クロム、コバルト、ニッケルから選ばれる金属カルコゲニドを少なくとも1種含むことを特徴とする請求項7記載の半導体電極。   The semiconductor is titanium, tin, zinc, iron, copper, tungsten, zirconium, hafnium, strontium, indium, cerium, yttrium, lanthanum, vanadium, niobium, tantalum, cadmium, lead, silver, antimony, bismuth, molybdenum, aluminum, 8. The semiconductor electrode according to claim 7, comprising at least one metal chalcogenide selected from gallium, chromium, cobalt, and nickel. 請求項7あるいは請求項8記載の半導体電極を用いることを特徴とする光電変換素子。   A photoelectric conversion element using the semiconductor electrode according to claim 7 or 8.
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