JP2009021116A - Photoelectric conversion element, and solar cell - Google Patents

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英也 三輪
Fumitaka Mochizuki
文貴 望月
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一国 西村
Hidekazu Kawasaki
秀和 川▲崎▼
Akihiko Itami
明彦 伊丹
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a photoelectric conversion element having high efficiency, and to provide a solar cell using the same. <P>SOLUTION: A compound having a structure represented by general formula (1) is contained between counter electrodes. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は光電変換素子に関し、特に色素増感型光電素子及びそれを用いた太陽電池に関する。   The present invention relates to a photoelectric conversion element, and more particularly to a dye-sensitized photoelectric element and a solar cell using the same.

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及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。   In recent years, the use of sunlight, which is infinite and does not generate harmful substances, has been energetically studied. What is currently put into practical use as solar energy, 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の欠点としては、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、製造コストが高いことが挙げられる。   However, the disadvantages of these inorganic solar cells include, for example, that silicon is required to have a very high purity, and naturally, the purification process is complicated, the number of processes is large, and the manufacturing cost is high.

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. The organic material has advantages such as low cost and easy area enlargement, but there are many problems that the conversion efficiency is as low as 1% or less and the 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)。提案された電池は色素増感型太陽電池であり、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金属化合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). The proposed battery is a dye-sensitized solar cell, which 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 inexpensive metal compound semiconductors such as titanium oxide to high purity, and therefore, the light that is inexpensive and can be used extends over a wide visible light region. 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で有ることと、経時での安定性に問題があり、安価で安定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。   On the other hand, ruthenium complexes with limited resources are used, so when this solar cell is put to practical use, the supply of ruthenium complexes is in danger. In addition, the ruthenium complex is expensive and has problems with stability over time. If the ruthenium complex can be changed to an inexpensive and stable organic dye, this problem can be solved.

この電池の色素としてトリフェニルアミン構造を有する化合物を用いると光電変換効率が高い素子が得られることが開示されている(特許文献1参照。)。しかしながら、これらの色素は短波長領域のみ吸収があり、モル吸光係数が低く、また、耐久性にも問題があることがわかった。
特開2005−123033号公報 Nature,353,737(1991),B.O’ReganとM.Gratzel
It is disclosed that when a compound having a triphenylamine structure is used as a dye of the battery, an element having high photoelectric conversion efficiency can be obtained (see Patent Document 1). However, it has been found that these dyes absorb only in the short wavelength region, have a low molar extinction coefficient, and have problems with durability.
JP 2005-123033 A Nature, 353, 737 (1991), B.R. O'Regan and M.M. Gratzel

本発明の目的は、増感色素型光電変換素子に用いられる、新規で、高耐久性の増感色素を提供すること、高効率の光電変換素子及びそれを用いた太陽電池を提供することにある。   An object of the present invention is to provide a novel and highly durable sensitizing dye used for a sensitizing dye type photoelectric conversion element, to provide a highly efficient photoelectric conversion element and a solar cell using the same. is there.

上記課題は、以下の構成により解決することができた。   The above problem could be solved by the following configuration.

1.対向電極間に、下記一般式(1)の構造を有する化合物を含有することを特徴とする光電変換素子。   1. A photoelectric conversion element comprising a compound having a structure represented by the following general formula (1) between opposing electrodes.

Figure 2009021116
Figure 2009021116

〔式中、R1〜R8は、各々独立して水素原子、ハロゲン原子、ニトロ基、シアノ基、置換されても良い、アルキル基、アルケニル基、アルキニル基、アルコキシ基、チオアルキル基、アミノ基、アリール基、水酸基、カルボニル基、チオール基、複素環基を表す。R1〜R8は、直接或いは他の結合原子を介して環状構造、縮環構造を成しても良い。
1〜R8のうち少なくとも2つ以上は水素以外の置換基を有する。
Mは2個の水素原子を表すか、或いは、酸素、ハロゲン原子、その他の配位子を有していても良い2価、3価、4価の金属原子を表す。〕
2.前記一般式(1)の構造を有する化合物が、酸性基を含んでいることを特徴とする前記1に記載の光電変換素子。
[Wherein R 1 to R 8 are each independently a hydrogen atom, a halogen atom, a nitro group, a cyano group, an alkyl group, an alkenyl group, an alkynyl group, an alkoxy group, a thioalkyl group, an amino group, which may be substituted. Represents an aryl group, a hydroxyl group, a carbonyl group, a thiol group, or a heterocyclic group. R 1 to R 8 may form a cyclic structure or a condensed ring structure directly or via another bonding atom.
At least two or more of R 1 to R 8 have a substituent other than hydrogen.
M represents two hydrogen atoms, or represents a divalent, trivalent, or tetravalent metal atom that may have an oxygen, halogen atom, or other ligand. ]
2. 2. The photoelectric conversion element as described in 1 above, wherein the compound having the structure of the general formula (1) contains an acidic group.

3.前記一般式(1)において、R1〜R8は嵩高い構造を有する置換基を少なくとも1つ有する化合物であることを特徴とする前記1又は2に記載の光電変換素子。 3. In the general formula (1), R 1 to R 8 are compounds having at least one substituent having a bulky structure.

4.前記一般式(1)において、MがCu、Ni、Zn、Pd、VO、Co、Mg、H2のうちいずれかであることを特徴とする前記1〜3のいずれか1項に記載の光電変換素子。 4). In the general formula (1), M is any one of Cu, Ni, Zn, Pd, VO, Co, Mg, and H 2. Conversion element.

5.対向電極間に、少なくとも半導体層及び電解質層とが設けられている色素増感型の光電変換素子において、前記一般式(1)の構造を有する化合物を担持させてなる半導体層と電解質層が設けられていることを特徴とする前記1〜4の何れか1項に記載の光電変換素子。   5). In the dye-sensitized photoelectric conversion element in which at least a semiconductor layer and an electrolyte layer are provided between the counter electrodes, a semiconductor layer and an electrolyte layer in which the compound having the structure of the general formula (1) is supported are provided. 5. The photoelectric conversion element as described in any one of 1 to 4 above, wherein the photoelectric conversion element is formed.

6.前記半導体層を形成する半導体が酸化チタンであることを特徴とする前記1〜5の何れか1項に記載の光電変換素子。   6). 6. The photoelectric conversion element as described in any one of 1 to 5, wherein the semiconductor forming the semiconductor layer is titanium oxide.

7.前記半導体層を形成する半導体が酸化スズであることを特徴とする前記1〜5の何れか1項に記載の光電変換素子。   7. 6. The photoelectric conversion element as described in any one of 1 to 5, wherein the semiconductor forming the semiconductor layer is tin oxide.

8.前記1〜7の何れか1項に記載の光電変換素子を有することを特徴とする太陽電池。   8). A solar cell comprising the photoelectric conversion element according to any one of 1 to 7 above.

本発明により、変換効率が高く、安定で、耐久性の高い光電変換素子及び太陽電池を提供することができた。   According to the present invention, a photoelectric conversion element and a solar cell having high conversion efficiency, stability, and durability can be provided.

以下、本発明を更に詳細に説明する。   Hereinafter, the present invention will be described in more detail.

本発明の光電変換素子について、図をもって説明する。   The photoelectric conversion element of the present invention will be described with reference to the drawings.

図1は、本発明の光電変換素子の一例を示す構成断面図である。   FIG. 1 is a cross-sectional view showing an example of the photoelectric conversion element of the present invention.

図1に示すように、基板1、1′、透明導電膜2、7、金属化合物半導体3、増感色素4、電解質5、隔壁9等から構成されている。   As shown in FIG. 1, it is comprised from the board | substrates 1, 1 ', the transparent conductive films 2 and 7, the metal compound semiconductor 3, the sensitizing dye 4, the electrolyte 5, and the partition 9.

光電極として、透明導電膜2を付けた基板1(導電性支持体とも言う。)上に、金属化合物半導体3の粒子を焼結して形成した空孔を有する半導体層を有し、その空孔表面に増感色素4を吸着させたものが用いられる。   As a photoelectrode, a semiconductor layer having pores formed by sintering particles of a metal compound semiconductor 3 is provided on a substrate 1 (also referred to as a conductive support) to which a transparent conductive film 2 is attached. What adsorb | sucked the sensitizing dye 4 to the hole surface is used.

対向電極6としては、基板1′上に透明導電膜7が形成され、その上に白金8を蒸着したものが用いられ、両極間には電解質層として電解質5が充填されている。   As the counter electrode 6, a transparent conductive film 7 formed on a substrate 1 ′ and platinum 8 deposited thereon is used, and an electrolyte 5 is filled between both electrodes as an electrolyte layer.

本発明はこの光電変換素子に用いられる新規の増感色素に関するものである。   The present invention relates to a novel sensitizing dye used for this photoelectric conversion element.

発電時において増感色素は光酸化反応を繰り返すことにより電流を発生させており、耐久性向上には酸化反応に強い色素が求められる。   At the time of power generation, the sensitizing dye generates a current by repeating the photooxidation reaction, and a dye resistant to the oxidation reaction is required to improve durability.

前記一般式(1)で表される化合物(以下、本発明の増感色素とも言う。)は、耐久性に優れ、高いモル吸光係数を有し、また、およそ500〜900nmの広範囲で主吸収波長帯を制御できることから、長波長領域の光吸収ができる、或いは、任意の色制御が行えて意匠性の高いセル設計が行うことができる。   The compound represented by the general formula (1) (hereinafter also referred to as the sensitizing dye of the present invention) has excellent durability, a high molar extinction coefficient, and main absorption in a wide range of about 500 to 900 nm. Since the wavelength band can be controlled, light absorption in a long wavelength region can be performed, or arbitrary color control can be performed to design a cell with high designability.

以下に、前記一般式(1)で表される化合物について説明する。   Below, the compound represented by the said General formula (1) is demonstrated.

前記一般式(1)において、R1〜R8で表されるハロゲン原子としては塩素原子、臭素原子、フッ素原子、沃素原子等が挙げられ、アルキル基としては、例えば、メチル基、エチル基、ブチル基、オクチル基、ノニル基、オクタデシル基等であり、アルケニル基としては、例えばビニル基、アリル基等であり、アルキニル基としては、例えばエテニル基等であり、アルコキシ基としては、例えばメトキシ基、エトキシ基、ブトキシ基等であり、アルキルチオ基としては、例えばメチルチオ基、エチルチオ基、オクチルチオ基等であり、アミノ基としては、例えばメチルアミノ基、エチルアミノ基、ジメチルアミノ基等であり、アリール基としては、例えばフェニル基、ナフチル基等であり、水酸基、カルボニル基、チオール基、複素環基としては、例えば、窒素、硫黄、酸素等を含む3〜8員の複素環を挙げることができる。これらの基には更に置換基を有していても良い。R1〜R8は、直接或いは他の結合原子を介して環状構造、縮環構造を成しても良い。 In the general formula (1), examples of the halogen atom represented by R 1 to R 8 include a chlorine atom, a bromine atom, a fluorine atom, and an iodine atom. Examples of the alkyl group include a methyl group, an ethyl group, A butyl group, an octyl group, a nonyl group, an octadecyl group, etc., an alkenyl group is, for example, a vinyl group, an allyl group, etc., an alkynyl group is, for example, an ethenyl group, and an alkoxy group is, for example, a methoxy group , An ethoxy group, a butoxy group, and the like. Examples of the alkylthio group include a methylthio group, an ethylthio group, and an octylthio group. Examples of the amino group include a methylamino group, an ethylamino group, and a dimethylamino group. Examples of the group include a phenyl group and a naphthyl group, and include a hydroxyl group, a carbonyl group, a thiol group, and a heterocyclic group. Te, for example, may be mentioned nitrogen, sulfur, a 3-8 membered heterocyclic ring containing oxygen or the like. These groups may further have a substituent. R 1 to R 8 may form a cyclic structure or a condensed ring structure directly or via another bonding atom.

本発明においては、R1〜R8は嵩高い構造を有する置換基を少なくとも1つ有する化合物であることが好ましく、嵩高い構造としては、例えば炭素数4以上の基であり、更には分岐したアルキル基であることが好ましく、例えば、t−ブチル基、t−ペンチル基、i−ペンチル基、ヘキシル基、シクロヘキシル基、オクチル基、t−オクチル基、ノニル基、フェニル基、ナフチル基、トリル基、オクチルフェニル基等を挙げることができる。 In the present invention, R 1 to R 8 are preferably compounds having at least one substituent having a bulky structure. The bulky structure is, for example, a group having 4 or more carbon atoms, and further branched. An alkyl group is preferable, for example, t-butyl group, t-pentyl group, i-pentyl group, hexyl group, cyclohexyl group, octyl group, t-octyl group, nonyl group, phenyl group, naphthyl group, tolyl group. And octylphenyl group.

以下に、前記一般式(1)で表される化合物の具体的に示すが、本発明はこれらの化合物に限定されるものではない。   Specific examples of the compound represented by the general formula (1) are shown below, but the present invention is not limited to these compounds.

Figure 2009021116
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Figure 2009021116
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本発明の前記一般式(1)で表される増感色素は、一般的な合成法により調製することができる。   The sensitizing dye represented by the general formula (1) of the present invention can be prepared by a general synthesis method.

例えば、酸性基を含むテトラアザポルフィリン誘導体は、酸性基を含むマレオニトリル、フマロニトリル、オルトジシアノベンゼン等の誘導体を用いて合成することが出来る。または、酸性基に置換することの出来る官能基を有するマレオニトリル、フマロニトリル、オルトジシアノベンゼン等の誘導体を用いて、テトラアザポルフィリン誘導体を合成した後、酸性基を導入することも出来る。或いは、テトラアザポルフィリン誘導体を合成した後、官能基を導入し、酸性基に置換することも出来る。   For example, a tetraazaporphyrin derivative containing an acidic group can be synthesized using derivatives such as maleonitrile, fumaronitrile, orthodicyanobenzene containing an acidic group. Alternatively, a tetraazaporphyrin derivative can be synthesized using a derivative such as maleonitrile, fumaronitrile, or orthodicyanobenzene having a functional group that can be substituted with an acidic group, and then an acidic group can be introduced. Alternatively, after synthesizing a tetraazaporphyrin derivative, a functional group can be introduced and substituted with an acidic group.

例えば、化合物例1は以下のように合成した。   For example, Compound Example 1 was synthesized as follows.

V.N.Kopranenkov,L.S.Gonschrova,and E.A.Luk’yanets,J.Gen.Chem.USSR.(Engl.Transl.),47,1954(1977)に従って合成し、モノブロモ−テトラ−t−ブチルテトラアザポルフィリン無金属体を得た。   V. N. Koplanenkov, L.M. S. Gonschlova, and E.G. A. Luk'yanets, J. et al. Gen. Chem. USSR. (Engl. Transl.), 47, 1954 (1977) to obtain a monobromo-tetra-t-butyltetraazaporphyrin metal-free product.

次に、モノブロモ−テトラ−t−ブチルテトラアザポルフィリン無金属体を酢酸亜鉛とともにDMF中で加熱撹拌することで、モノブロモ−テトラ−t−ブチルテトラアザポルフィリン亜鉛体を得た。   Next, the monobromo-tetra-t-butyltetraazaporphyrin non-metal was heated and stirred in DMF together with zinc acetate to obtain a monobromo-tetra-t-butyltetraazaporphyrin zinc.

上記化合物を、アクリル酸、酢酸パラジウム、炭酸カリウム、臭化テトラブチルアンモニウムとともにDMF中で加熱撹拌することで、化合物例1を得た。   The compound was heated and stirred in DMF together with acrylic acid, palladium acetate, potassium carbonate, and tetrabutylammonium bromide to obtain Compound Example 1.

このようにして得られた本発明の増感色素は、半導体に含むことにより増感し、本発明に記載の効果を奏することが可能となる。ここで、半導体に増感色素を含むとは半導体表面への吸着、半導体が多孔質などのポーラスな構造を有する場合には、半導体の多孔質構造に前記増感色素を充填する等の種々の態様が挙げられる。   The sensitizing dye of the present invention thus obtained is sensitized by being contained in a semiconductor, and the effects described in the present invention can be achieved. Here, the inclusion of the sensitizing dye in the semiconductor means that the semiconductor is adsorbed on the surface of the semiconductor, and when the semiconductor has a porous structure such as a porous structure, the semiconductor has a porous structure filled with the sensitizing dye. An embodiment is mentioned.

また、半導体層1m2あたりの本発明の増感色素の総含有量は0.01ミリモル〜100ミリモルの範囲が好ましく、更に好ましくは0.1ミリモル〜50ミリモルであり、特に好ましくは0.5ミリモル〜20ミリモルである。 The total content of the sensitizing dye of the present invention per 1 m 2 of the semiconductor layer is preferably in the range of 0.01 mmol to 100 mmol, more preferably 0.1 mmol to 50 mmol, particularly preferably 0.5. Mmol to 20 mmol.

本発明の増感色素を用いて増感処理を行う場合、前記増感色素を単独で用いてもよいし、複数を併用してもよく、又他の化合物(例えば、米国特許第4,684,537号明細書、同4,927,721号明細書、同5,084,365号明細書、同5,350,644号明細書、同5,463,057号明細書、同5,525,440号明細書、特開平7−249790号公報、特開2000−150007号公報等に記載の化合物)と混合して用いることもできる。   When the sensitizing treatment is performed using the sensitizing dye of the present invention, the sensitizing dye may be used alone or in combination, and other compounds (for example, US Pat. No. 4,684). No. 5,537, No. 4,927,721, No. 5,084,365, No. 5,350,644, No. 5,463,057, No. 5,525. , 440, JP-A-7-249790, JP-A-2000-150007, etc.) can also be used as a mixture.

特に、本発明の光電変換素子を太陽電池として用いる場合には、光電変換の波長域をできるだけ広くして太陽光を有効に利用できるように吸収波長の異なる二種類以上の色素を用いることが好ましいく、本発明の増感色素を少なくとも1つの光電変換素子に用いることが必要である。   In particular, when the photoelectric conversion element of the present invention is used as a solar cell, it is preferable to use two or more kinds of dyes having different absorption wavelengths so that the wavelength range of photoelectric conversion can be made as wide as possible to effectively use sunlight. In addition, it is necessary to use the sensitizing dye of the present invention for at least one photoelectric conversion element.

半導体層に本発明の増感色素を含ませるには、増感色素を適切な溶媒(エタノールなど)に溶解し、その溶液中によく乾燥した半導体層を長時間浸漬する方法が一般的である。   In order to include the sensitizing dye of the present invention in the semiconductor layer, a method in which the sensitizing dye is dissolved in an appropriate solvent (such as ethanol) and the well-dried semiconductor layer is immersed in the solution for a long time is generally used. .

本発明の増感色素を複数種類併用したり、その他の増感色素とを併用して増感処理する際には、各々の増感色素の混合溶液を調製して用いてもよいし、それぞれの増感色素について別々の溶液を用意して、各溶液に順に浸漬して作製することもできる。各増感色素について別々の溶液を用意し、各溶液に順に浸漬して作製する場合は、半導体層に増感色素等を含ませる順序がどのようであっても本発明に記載の効果を得ることができる。また、前記増感色素を単独で吸着させた半導体微粒子を混合する等することにより作製してもよい。   When using a plurality of sensitizing dyes of the present invention in combination, or in combination with other sensitizing dyes, a sensitizing dye mixed solution may be prepared and used. It is also possible to prepare separate solutions for these sensitizing dyes and immerse them in each solution in turn. When preparing a separate solution for each sensitizing dye and immersing in each solution in order, the effect described in the present invention can be obtained regardless of the order in which the sensitizing dye is included in the semiconductor layer. be able to. Further, it may be produced by mixing semiconductor fine particles adsorbed with the sensitizing dye alone.

また、本発明に係る半導体層の増感処理の詳細については、後述する光電変換素子のところで具体的に説明する。   The details of the sensitization treatment of the semiconductor layer according to the present invention will be specifically described in the photoelectric conversion element described later.

また、空隙率の高い半導体層の場合には、空隙に水分、水蒸気などにより水が半導体薄膜上、並びに半導体薄膜内部の空隙に吸着する前に、増感色素等の吸着処理を完了することが好ましい。   In the case of a semiconductor layer with a high porosity, the adsorption treatment of sensitizing dye or the like may be completed before water is adsorbed on the semiconductor thin film and in the voids inside the semiconductor thin film due to moisture, water vapor, etc. preferable.

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

また導電性支持体は実質的に透明であることが好ましく、実質的に透明であるとは光の透過率が10%以上であることを意味し、50%以上であることが更に好ましく、80%以上であることが最も好ましい。透明な導電性支持体を得るためには、ガラス板またはプラスチックフイルムの表面に、導電性金属酸化物からなる導電性層を設けることが好ましい。透明な導電性支持体を用いる場合、光は支持体側から入射させることが好ましい。   The conductive support is preferably substantially transparent, and substantially transparent means that the light transmittance is 10% or more, more preferably 50% or more, and 80 % Or more is most preferable. In order to obtain a transparent conductive support, it is preferable to provide a conductive layer made of a conductive metal oxide on the surface of a glass plate or a plastic film. When a transparent conductive support is used, light is preferably incident from the support side.

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

《光電極の作製》
本発明に係る光電極の作製方法について説明する。
<< Production of photoelectrode >>
A method for producing a photoelectrode according to the present invention will be described.

本発明に係る光電極の金属化合物半導体が粒子状の場合には、金属化合物半導体を導電性支持体に塗布あるいは吹き付けて、光電極を作製するのがよい。また、本発明に係る金属化合物半導体が膜状であって、導電性支持体上に保持されていない場合には、酸化物半導体を導電性支持体上に貼合して光電極を作製することが好ましい。   When the metal compound semiconductor of the photoelectrode according to the present invention is in the form of particles, the photoelectrode may be produced by applying or spraying the metal compound semiconductor onto a conductive support. In addition, when the metal compound semiconductor according to the present invention is in a film form and is not held on the conductive support, an oxide semiconductor is bonded onto the conductive support to produce a photoelectrode. Is preferred.

本発明に係る光電極の好ましい態様としては、上記導電性支持体上に半導体の微粒子を用いて焼成により形成する方法が挙げられる。   As a preferred embodiment of the photoelectrode according to the present invention, a method of forming a semiconductor fine particle on the conductive support by firing is exemplified.

本発明に係る半導体が焼成により作製される場合には、増感色素を用いての該半導体の増感(吸着、多孔質層への充填等)処理は、焼成後に実施することが好ましい。焼成後、半導体に水が吸着する前に素早く化合物の吸着処理を実施することが特に好ましい。   When the semiconductor according to the present invention is produced by firing, the sensitizing treatment (adsorption, filling into the porous layer, etc.) of the semiconductor using a sensitizing dye is preferably performed after firing. It is particularly preferable to perform the compound adsorption treatment quickly after the firing and before the water is adsorbed to the semiconductor.

以下、本発明に好ましく用いられる、光電極を半導体微粉末を用いて焼成により形成する方法について詳細に説明する。   Hereinafter, a method for forming a photoelectrode by firing using semiconductor fine powder, which is preferably used in the present invention, will be described in detail.

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

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

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

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

このようにして導電性支持体等の導電層上に形成された半導体微粒子層は、導電性支持体との結合力や微粒子相互の結合力が弱く、機械的強度の弱いものであることから、機械的強度を高め、基板に強く固着した半導体層とするため前記半導体微粒子層の焼成処理が行われる。   Thus, the semiconductor fine particle layer formed on the conductive layer such as the conductive support is weak in bonding strength with the conductive support and fine particles, and has low mechanical strength. The semiconductor fine particle layer is baked to increase the mechanical strength and form a semiconductor layer that is strongly fixed to the substrate.

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

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

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

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

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

(半導体の増感処理)
金属化合物半導体の増感処理は、前述のように本発明の増感色素を適切な溶媒に溶解し、その溶液に前記半導体を焼成した基板を浸漬することによって行われる。その際には半導体層(半導体膜ともいう)を焼成により形成させた基板を、予め減圧処理したり加熱処理したりして膜中の気泡を除去しおくことが好ましい。このような処理により、本発明の増感色素が半導体層(半導体膜)内部深くに進入できるようになり、半導体層(半導体膜)が多孔質構造膜である場合には特に好ましい。
(Semiconductor sensitization treatment)
As described above, the sensitizing treatment of the metal compound semiconductor is performed by dissolving the sensitizing dye of the present invention in an appropriate solvent and immersing the substrate obtained by firing the semiconductor in the solution. In that case, it is preferable that a substrate on which a semiconductor layer (also referred to as a semiconductor film) is formed by baking is subjected to pressure reduction treatment or heat treatment in advance to remove bubbles in the film. Such treatment allows the sensitizing dye of the present invention to enter deep inside the semiconductor layer (semiconductor film), and is particularly preferable when the semiconductor layer (semiconductor film) is a porous structure film.

本発明の増感色素を溶解するのに用いる溶媒は、前記化合物を溶解することができ、且つ半導体を溶解したり半導体と反応したりすることのないものであれば格別の制限はない。しかしながら、溶媒に溶解している水分及び気体が半導体膜に進入して、前記化合物の吸着等の増感処理を妨げることを防ぐために、予め脱気及び蒸留精製しておくことが好ましい。   The solvent used for dissolving the sensitizing dye of the present invention is not particularly limited as long as it can dissolve the compound and does not dissolve the semiconductor or react with the semiconductor. However, in order to prevent moisture and gas dissolved in the solvent from entering the semiconductor film and hindering the sensitization treatment such as adsorption of the compound, it is preferable to deaerate and purify in advance.

前記化合物の溶解において、好ましく用いられる溶媒はメタノール、エタノール、n−プロパノールなどのアルコール系溶媒、アセトン、メチルエチルケトンなどのケトン系溶媒、ジエチルエーテル、ジイソプロピルエーテル、テトラヒドロフラン、1,4−ジオキサンなどのエーテル系溶媒、塩化メチレン、1,1,2−トリクロロエタンなどのハロゲン化炭化水素溶媒であり、特に好ましくはメタノール、エタノール、アセトン、メチルエチルケトン、テトラヒドロフラン、塩化メチレンである。   Solvents preferably used in dissolving the compound are alcohol solvents such as methanol, ethanol and n-propanol, ketone solvents such as acetone and methyl ethyl ketone, ether solvents such as diethyl ether, diisopropyl ether, tetrahydrofuran and 1,4-dioxane. Solvents and halogenated hydrocarbon solvents such as methylene chloride and 1,1,2-trichloroethane, particularly preferably methanol, ethanol, acetone, methyl ethyl ketone, tetrahydrofuran and methylene chloride.

(増感処理の温度、時間)
金属化合物半導体を焼成した基板を本発明の増感色素を含む溶液に浸漬する時間は、半導体層(半導体膜)に前記化合物が深く進入して吸着等を充分に進行させ、半導体を十分に増感させることが好ましい。また、溶液中での前記化合物の分解等により生成して分解物が化合物の吸着を妨害することを抑制する観点から、25℃条件下では3〜48時間が好ましく、更に好ましくは4〜24時間である。この効果は、特に半導体膜が多孔質構造膜である場合において顕著である。但し、浸漬時間については25℃条件での値であり、温度条件を変化させた場合には、上記の限りではない。
(Tensing temperature and time)
The time for immersing the substrate on which the metal compound semiconductor is baked in the solution containing the sensitizing dye of the present invention is sufficient for the compound to penetrate deeply into the semiconductor layer (semiconductor film) to sufficiently advance adsorption and the like to sufficiently increase the semiconductor. It is preferable to make it feel. In addition, from the viewpoint of suppressing degradation of the compound in the solution and preventing the decomposition product from interfering with the adsorption of the compound, it is preferably 3 to 48 hours, more preferably 4 to 24 hours, at 25 ° C. It is. This effect is particularly remarkable when the semiconductor film is a porous structure film. However, the immersion time is a value under the condition of 25 ° C., and is not limited to the above when the temperature condition is changed.

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

《電解質》
本発明に用いられる電解質について説明する。
"Electrolytes"
The electrolyte used in the present invention will be described.

本発明の光電変換素子においては、対向電極間に電解質が充填され、電解質層が形成される。電解質としてはレドックス電解質が好ましく用いられる。ここで、レドックス電解質としては、I-/I3-系や、Br-/Br3-系、キノン/ハイドロキノン系等が挙げられる。このようなレドックス電解質は従来公知の方法によって得ることができ、例えば、I-/I3-系の電解質は、ヨウ素のアンモニウム塩とヨウ素を混合することによって得ることができる。電解質層はこれらレドックス電解質の分散物で構成され、それら分散物は溶液である場合に液体電解質、常温において固体である高分子中に分散させた場合に固体高分子電解質、ゲル状物質に分散された場合にゲル電解質と呼ばれる。電解質層として液体電解質が用いられる場合、その溶媒としては電気化学的に不活性なものが用いられ、例えば、アセトニトリル、炭酸プロピレン、エチレンカーボネート等が用いられる。固体高分子電解質の例としては特開2001−160427号公報記載の電解質が、ゲル電解質の例としては「表面科学」21巻、第5号288〜293頁に記載の電解質が挙げられる。 In the photoelectric conversion element of the present invention, an electrolyte is filled between the counter electrodes to form an electrolyte layer. A redox electrolyte is preferably used as the electrolyte. Here, examples of the redox electrolyte include I / I 3− , Br / Br 3 , and quinone / hydroquinone. Such a redox electrolyte can be obtained by a conventionally known method. For example, an I / I 3− type electrolyte can be obtained by mixing iodine ammonium salt and iodine. The electrolyte layer is composed of dispersions of these redox electrolytes. These dispersions are dispersed in liquid electrolytes when they are solutions, solid polymer electrolytes and gel substances when dispersed in polymers that are solid at room temperature. It is called a gel electrolyte. When a liquid electrolyte is used as the electrolyte layer, an electrochemically inert solvent is used as the solvent, for example, acetonitrile, propylene carbonate, ethylene carbonate, or the like is used. Examples of the solid polymer electrolyte include the electrolyte described in JP-A No. 2001-160427, and examples of the gel electrolyte include the electrolyte described in “Surface Science” Vol. 21, No. 5, pages 288 to 293.

《対向電極》
本発明に用いられる対向電極について説明する。
《Counter electrode》
The counter electrode used in the present invention will be described.

対向電極は導電性を有するものであればよく、任意の導電性材料が用いられるが、I3-イオン等の酸化や他のレドックスイオンの還元反応を充分な速さで行わせる触媒能を持ったものの使用が好ましい。このようなものとしては、白金電極、導電材料表面に白金めっきや白金蒸着を施したもの、ロジウム金属、ルテニウム金属、酸化ルテニウム、カーボン等が挙げられる。 The counter electrode only needs to have conductivity, and any conductive material can be used, but it has a catalytic ability to oxidize I 3− ions and other redox ions at a sufficiently high rate. Is preferably used. Examples of such a material include a platinum electrode, a surface of a conductive material subjected to platinum plating or platinum deposition, rhodium metal, ruthenium metal, ruthenium oxide, and carbon.

〔太陽電池〕
本発明の太陽電池について説明する。
[Solar cell]
The solar cell of the present invention will be described.

本発明の太陽電池は、本発明の光電変換素子の一態様として、太陽光に最適の設計並びに回路設計が行われ、太陽光を光源として用いたときに最適な光電変換が行われるような構造を有する。即ち、色素増感された金属化合物半導体に太陽光が照射されうる構造となっている。本発明の太陽電池を構成する際には、前記光電極、電解質層及び対向電極をケース内に収納して封止するか、あるいはそれら全体を樹脂封止することが好ましい。   The solar cell of the present invention has a structure in which optimum design and circuit design for sunlight are performed as one aspect of the photoelectric conversion element of the present invention, and optimal photoelectric conversion is performed when sunlight is used as a light source. Have That is, it has a structure in which sunlight can be applied to a dye-sensitized metal compound semiconductor. When constituting the solar cell of the present invention, it is preferable that the photoelectrode, the electrolyte layer and the counter electrode are housed in a case and sealed, or the whole is sealed with resin.

本発明の太陽電池に太陽光または太陽光と同等の電磁波を照射すると、金属化合物半導体に吸着された本発明に係る増感色素は照射された光もしくは電磁波を吸収して励起する。励起によって発生した電子は金属化合物半導体に移動し、次いで導電性支持体を経由して対向電極に移動して、電荷移動層のレドックス電解質を還元する。一方、半導体に電子を移動させた本発明に係る増感色素は酸化体となっているが、対向電極から電解質層のレドックス電解質を経由して電子が供給されることにより、還元されて元の状態に戻り、同時に電荷移動層のレドックス電解質は酸化されて、再び対向電極から供給される電子により還元されうる状態に戻る。このようにして電子が流れ、本発明の光電変換素子を用いた太陽電池を構成することができる。   When the solar cell of the present invention is irradiated with sunlight or an electromagnetic wave equivalent to sunlight, the sensitizing dye according to the present invention adsorbed on the metal compound semiconductor absorbs the irradiated light or electromagnetic wave and excites it. Electrons generated by excitation move to the metal compound semiconductor, and then move to the counter electrode via the conductive support, thereby reducing the redox electrolyte of the charge transfer layer. On the other hand, the sensitizing dye according to the present invention in which electrons are transferred to a semiconductor is an oxidant, but is reduced by the supply of electrons from the counter electrode via the redox electrolyte of the electrolyte layer, and the original sensitizing dye is reduced. At the same time, the redox electrolyte of the charge transfer layer is oxidized and returned to a state where it can be reduced again by the electrons supplied from the counter electrode. In this way, electrons flow, and a solar cell using the photoelectric conversion element of the present invention can be configured.

実施例1〜12
市販の酸化チタンペースト(粒径18nm)をフッ素ドープ酸化スズ(FTO)導電性ガラス基板へドクターブレード法により焼結後の膜厚が約5μmとなるように塗布し、60℃で10分間加熱してペーストを乾燥させ、500℃で30分間焼成を行った。次に色素をエタノールに溶解させ、3×10-4Mの溶液を作製した。酸化チタンを塗布焼結させたFTOガラス基板を、この溶液に室温で16時間浸漬させて、色素の吸着処理を行ッた後、アセトニトリルで洗浄、乾燥し、光電変換電極とした。電解液にはヨウ化リチウム0.4M、ヨウ素0.05M、4−(t−ブチル)ピリジン0.5Mを含む3−メチルプロピオニトリル溶液を用いた。対極に白金板を用い、先に作製した光電変換電極ならびに電解液とクランプセルで組み立てることにより光電変換セルを得た。
Examples 1-12
A commercially available titanium oxide paste (particle size 18 nm) was applied to a fluorine-doped tin oxide (FTO) conductive glass substrate by a doctor blade method so that the film thickness after sintering was about 5 μm, and heated at 60 ° C. for 10 minutes. The paste was dried and baked at 500 ° C. for 30 minutes. Next, the dye was dissolved in ethanol to prepare a 3 × 10 −4 M solution. The FTO glass substrate coated with titanium oxide was immersed in this solution at room temperature for 16 hours to perform dye adsorption treatment, then washed with acetonitrile and dried to obtain a photoelectric conversion electrode. As the electrolytic solution, a 3-methylpropionitrile solution containing 0.4 M lithium iodide, 0.05 M iodine, and 0.5 M 4- (t-butyl) pyridine was used. A platinum plate was used as a counter electrode, and a photoelectric conversion cell was obtained by assembling the photoelectric conversion electrode prepared earlier, an electrolyte, and a clamp cell.

比較例1,2
実施例1において、例示色素の代わりに、化合物Aあるいは化合物Bを用いる他は実施例1と同様にしてセルを作製した。
Comparative Examples 1 and 2
In Example 1, a cell was produced in the same manner as in Example 1 except that Compound A or Compound B was used instead of the exemplified dye.

Figure 2009021116
Figure 2009021116

実施例13
実施例1において半導体層をSnO2とした以外は実施例1と同様にして光電変換セルを作製した。
Example 13
A photoelectric conversion cell was produced in the same manner as in Example 1 except that the semiconductor layer was SnO 2 in Example 1.

比較例3
実施例13において色素を化合物Bとした以外は実施例1と同様にして光電変換セルを作製した。
Comparative Example 3
A photoelectric conversion cell was produced in the same manner as in Example 1 except that the dye was changed to Compound B in Example 13.

評価
この様にして得られた光電変換電極を13ppmのオゾン雰囲気下で20分間曝露させた後同様にして組み立てた光電変換セルの発電特性の変化を比較した。増感色素には表1に示す化合物を用いた。
Evaluation The photoelectric conversion electrodes thus obtained were exposed in a 13 ppm ozone atmosphere for 20 minutes, and the changes in the power generation characteristics of the photoelectric conversion cells assembled in the same manner were compared. The compounds shown in Table 1 were used as sensitizing dyes.

評価は、強度100mW/cm2のキセノンランプ照射下、酸化物半導体電極に5×5mm2のマスクをかけた条件下で光電変換特性の測定を行った。即ち、実施例の光電変換素子について、I−Vテスターを用いて室温にて電流−電圧特性を測定し、短絡電流(Jsc)、開放電圧(Voc)、及び形状因子(F.F.)を求め、これらから光電変換効率(η(%))を求めた。なお、太陽電池の光電変換効率(η(%))は、下記式(A)に基づいて算出した。 In the evaluation, photoelectric conversion characteristics were measured under conditions where a 5 × 5 mm 2 mask was put on the oxide semiconductor electrode under irradiation of a xenon lamp having an intensity of 100 mW / cm 2 . That is, for the photoelectric conversion element of the example, current-voltage characteristics were measured at room temperature using an IV tester, and a short circuit current (Jsc), an open circuit voltage (Voc), and a form factor (FF) were measured. The photoelectric conversion efficiency (η (%)) was determined from these. In addition, the photoelectric conversion efficiency ((eta) (%)) of the solar cell was computed based on the following formula (A).

η=100×(Voc×Jsc×F.F.)/P・・・(A)
ここで、Pは入射光強度[mW/cm-2]、Vocは開放電圧[V]、Jscは短絡電流密度[mA・cm-2]、F.F.は形状因子を示す。
η = 100 × (Voc × Jsc × FF) / P (A)
Here, P is the incident light intensity [mW / cm −2 ], Voc is the open circuit voltage [V], Jsc is the short circuit current density [mA · cm −2 ], F. Indicates a form factor.

表1にオゾン曝露の有無での特性評価を示す。   Table 1 shows the characteristics evaluation with and without ozone exposure.

Figure 2009021116
Figure 2009021116

実施例の色素は比較例に比べ、オゾンに対する安定性に優れ、良好な変換効率を示すことがわかる。   It turns out that the pigment | dye of an Example is excellent in stability with respect to ozone compared with a comparative example, and shows favorable conversion efficiency.

本発明に用いられる光電変換素子の一例を示す構成断面図である。It is a structure sectional view showing an example of a photoelectric conversion element used for the present invention.

符号の説明Explanation of symbols

1,1′ 基板
2,7 透明導電膜
3 金属化合物半導体
4 増感色素
5 電解質
6 対向電極
8 白金(Pt)
1, 1 'substrate 2, 7 transparent conductive film 3 metal compound semiconductor 4 sensitizing dye 5 electrolyte 6 counter electrode 8 platinum (Pt)

Claims (8)

対向電極間に、下記一般式(1)の構造を有する化合物を含有することを特徴とする光電変換素子。
Figure 2009021116
〔式中、R1〜R8は、各々独立して水素原子、ハロゲン原子、ニトロ基、シアノ基、置換されても良い、アルキル基、アルケニル基、アルキニル基、アルコキシ基、チオアルキル基、アミノ基、アリール基、水酸基、カルボニル基、チオール基、複素環基を表す。R1〜R8は、直接或いは他の結合原子を介して環状構造、縮環構造を成しても良い。
1〜R8のうち少なくとも2つ以上は水素以外の置換基を有する。
Mは2個の水素原子を表すか、或いは、酸素、ハロゲン原子、その他の配位子を有していても良い2価、3価、4価の金属原子を表す。〕
A photoelectric conversion element comprising a compound having a structure represented by the following general formula (1) between opposing electrodes.
Figure 2009021116
[Wherein R 1 to R 8 are each independently a hydrogen atom, a halogen atom, a nitro group, a cyano group, an alkyl group, an alkenyl group, an alkynyl group, an alkoxy group, a thioalkyl group, an amino group, which may be substituted. Represents an aryl group, a hydroxyl group, a carbonyl group, a thiol group, or a heterocyclic group. R 1 to R 8 may form a cyclic structure or a condensed ring structure directly or via another bonding atom.
At least two or more of R 1 to R 8 have a substituent other than hydrogen.
M represents two hydrogen atoms, or represents a divalent, trivalent, or tetravalent metal atom that may have an oxygen, halogen atom, or other ligand. ]
前記一般式(1)の構造を有する化合物が、酸性基を含んでいることを特徴とする請求項1に記載の光電変換素子。 The photoelectric conversion element according to claim 1, wherein the compound having the structure of the general formula (1) contains an acidic group. 前記一般式(1)において、R1〜R8は嵩高い構造を有する置換基を少なくとも1つ有する化合物であることを特徴とする請求項1又は2に記載の光電変換素子。 In Formula (1), the photoelectric conversion element according to claim 1 or 2 R 1 to R 8 is characterized in that it is a compound having at least one substituent having a bulky structure. 前記一般式(1)において、MがCu、Ni、Zn、Pd、VO、Co、Mg、H2のうちいずれかであることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の光電変換素子。 The general formula (1), wherein M is any one of Cu, Ni, Zn, Pd, VO, Co, Mg, and H 2 . Photoelectric conversion element. 対向電極間に、少なくとも半導体層及び電解質層とが設けられている色素増感型の光電変換素子において、前記一般式(1)の構造を有する化合物を担持させてなる半導体層と電解質層が設けられていることを特徴とする請求項1〜4の何れか1項に記載の光電変換素子。 In the dye-sensitized photoelectric conversion element in which at least a semiconductor layer and an electrolyte layer are provided between the counter electrodes, a semiconductor layer and an electrolyte layer in which the compound having the structure of the general formula (1) is supported are provided. The photoelectric conversion element according to any one of claims 1 to 4, wherein the photoelectric conversion element is formed. 前記半導体層を形成する半導体が酸化チタンであることを特徴とする請求項1〜5の何れか1項に記載の光電変換素子。 The photoelectric conversion element according to claim 1, wherein the semiconductor forming the semiconductor layer is titanium oxide. 前記半導体層を形成する半導体が酸化スズであることを特徴とする請求項1〜5の何れか1項に記載の光電変換素子。 The photoelectric conversion element according to claim 1, wherein the semiconductor forming the semiconductor layer is tin oxide. 請求項1〜7の何れか1項に記載の光電変換素子を有することを特徴とする太陽電池。 It has a photoelectric conversion element of any one of Claims 1-7, The solar cell characterized by the above-mentioned.
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JP2012072228A (en) * 2010-09-28 2012-04-12 Yamamoto Chem Inc Acrylic acid-based compound, and dye-sensitized solar cell using the compound

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