JP2010235908A - Dye, photoelectric conversion element using the same, and photoelectrochemical cell - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は色素、色素によって増感された光電変換素子、及びそれを用いた光電気化学電池(色素増感型太陽電池)に関する。 The present invention relates to a dye, a photoelectric conversion element sensitized with the dye, and a photoelectrochemical cell (a dye-sensitized solar cell) using the same.
光電変換素子は各種の光センサー、複写機、太陽電池等に用いられている。この光電変換素子には金属を用いたもの、半導体を用いたもの、有機顔料や色素を用いたもの、あるいはこれらを組み合わせたものなどの様々な方式が実用化されている。中でも、非枯渇性の太陽エネルギーを利用した太陽電池は燃料が不要であり、無尽蔵なクリーンエネルギーとして、その本格的な実用化が大いに期待されている。この点、シリコン系太陽電池は古くから研究開発が進められてきた。各国の政策的な配慮もあって普及が進んではいるが、シリコンは無機材料であり、スループット及び分子修飾には自ずと限界がある。 Photoelectric conversion elements are used in various optical sensors, copying machines, solar cells, and the like. Various types of photoelectric conversion elements have been put to practical use, such as those using metals, semiconductors, organic pigments and dyes, or combinations thereof. Above all, solar cells using non-depleting solar energy do not require fuel, and full-scale practical use is expected as inexhaustible clean energy. In this respect, silicon solar cells have been researched and developed for a long time. Despite the progress of popularization due to policy considerations in each country, silicon is an inorganic material, and its throughput and molecular modifications are naturally limited.
上記のような課題を解決する次世代の技術として色素増感型太陽電池の研究が精力的に行われている。とくに、スイスのローザンヌ工科大学のGreatzel等がポーラス酸化チタン薄膜の表面にルテニウム錯体からなる色素を固定した色素増感型太陽電池を開発し、アモルファスシリコン並の変換効率を実現したことにより、一躍世界の研究者から注目を集めるようになった。 Research on dye-sensitized solar cells has been vigorously conducted as a next-generation technology for solving the above-described problems. In particular, Greatzel et al. Of Lausanne University of Technology in Switzerland developed a dye-sensitized solar cell in which a dye composed of a ruthenium complex was fixed on the surface of a porous titanium oxide thin film, and realized a conversion efficiency comparable to that of amorphous silicon. Attracted attention from researchers.
特許文献1〜3には、この技術を応用した、色素によって増感された半導体微粒子を用いた色素増感光電変換素子が開示されている。これにより比較的簡単な工程で素子を製造することができるという利点を有する。しかしながら、増感色素に用いられるルテニウム錯体色素は極めて高価である。またルテニウムは供給性に懸念があり、次世代のクリーンエネルギーを支える技術として本格的に対応するにはまだ十分といえず、むしろ実用化に向けた研究開発はその緒に就いたばかりである。このような理由から、廉価かつ資源的制約の小さい有機材料によって増感され、かつ十分な変換効率を有する光電変換素子の開発が望まれており、有機色素を増感剤として用いたものが報告され始めている(特許文献4参照)。 Patent Documents 1 to 3 disclose dye-sensitized photoelectric conversion elements using semiconductor fine particles sensitized with a dye, to which this technique is applied. This has the advantage that the device can be manufactured in a relatively simple process. However, ruthenium complex dyes used as sensitizing dyes are extremely expensive. Ruthenium is also concerned about availability, and it is still not enough to respond in earnest as a technology to support the next generation of clean energy. R & D for practical use has just begun. For these reasons, it is desired to develop photoelectric conversion elements that are sensitized by inexpensive organic materials with low resource constraints and have sufficient conversion efficiency, and reports using organic dyes as sensitizers have been reported. (See Patent Document 4).
本発明の目的は、廉価な色素を用いて、変換効率の高い光電気化学電池を提供することである。 An object of the present invention is to provide a photoelectrochemical cell having high conversion efficiency using an inexpensive dye.
本発明者は、鋭意検討を重ねた結果、特定の色素が、変換効率に影響する因子である太陽光を広い波長領域で吸収する能力と、受光電極への高い電子注入効率のいずれか、あるいは両方を満たすこと、そしてこれを増感色素として用いることで変換効率の高い光電気化学電池を提供することができることを見出した。本発明はこの知見に基づきなされるに至ったものである。
本発明の課題は、以下の手段によって達成された。
As a result of intensive studies, the inventor has found that a specific dye absorbs sunlight in a wide wavelength region, which is a factor affecting conversion efficiency, and high electron injection efficiency into the light receiving electrode, or It has been found that a photoelectrochemical cell having high conversion efficiency can be provided by satisfying both of these conditions and using this as a sensitizing dye. The present invention has been made based on this finding.
The object of the present invention has been achieved by the following means.
<1>分子内に下記一般式(1)で表される構造を有することを特徴とする色素、
<2>前記一般式(1)で表される色素が、下記一般式(2)で表されることを特徴とする<1>記載の色素、
<3>前記一般式(2)中、Xがベンゼン環と連結して七員環の含窒素複素環を形成する非金属原子群であることを特徴とする<2>記載の色素、
<4>B1が下記一般式(3)または一般式(4)で表されることを特徴とする<1>〜<3>のいずれか1項に記載の色素、
一般式(4)におけるR10、R11は、それぞれ独立に、シアノ基又は酸性基を表し、互いに同一でも異なっていてもよい。一般式(4)における炭素−炭素二重結合は、E型又はZ型のいずれであってもよい。
一般式(5)におけるR12、R13は、それぞれ独立に、シアノ基又は酸性基を表し、互いに同一でも異なっていてもよい。一般式(5)における炭素−炭素二重結合は、E型Z型のいずれであってもよい。]
<5>前記一般式(3)で表される色素が、下記一般式(6)で表されることを特徴とする<4>記載の色素、
<6>前記B1が下記一般式(7)で表されることを特徴とする<1>〜<3>のいずれか1項に記載の色素、
<7>前記B1が下記一般式(8)で表されることを特徴とする<1>〜<3>のいずれか1項に記載の色素、
<9>受光電極と対極との間に絶縁性の多孔体を有することを特徴とする<8>記載の光電変換素子、
<10>γ−ブチロラクトンを電解液中に含む、<8>又は<9>記載の光電変換素子、及び
<11><8>〜<10>のいずれか1項に記載の光電変換素子を用いた光電気化学電池。
<1> a dye having a structure represented by the following general formula (1) in the molecule;
<2> The dye according to <1>, wherein the dye represented by the general formula (1) is represented by the following general formula (2):
<3> The dye according to <2>, wherein, in the general formula (2), X is a nonmetallic atom group that forms a seven-membered nitrogen-containing heterocycle by linking with a benzene ring,
<4> B 1 is represented by the following general formula (3) or by being represented by the general formula (4), characterized in <1> according to any one of to <3> dye,
R 10 and R 11 in the general formula (4) each independently represent a cyano group or an acidic group, and may be the same as or different from each other. The carbon-carbon double bond in the general formula (4) may be either E-type or Z-type.
R 12 and R 13 in the general formula (5) each independently represent a cyano group or an acidic group, and may be the same as or different from each other. The carbon-carbon double bond in the general formula (5) may be any of E type and Z type. ]
<5> The dye according to <4>, wherein the dye represented by the general formula (3) is represented by the following general formula (6):
<6> wherein B 1 is characterized by being represented by the following general formula (7) <1> according to any one of to <3> dye,
<7> The dye according to any one of <1> to <3>, wherein B 1 is represented by the following general formula (8):
<9> The photoelectric conversion element according to <8>, having an insulating porous body between the light receiving electrode and the counter electrode,
<10> The photoelectric conversion element according to <8> or <9>, which contains γ-butyrolactone in the electrolytic solution, and the photoelectric conversion element according to any one of <11>, <8> to <10>. Had a photoelectrochemical cell.
本発明の色素は、光電変換素子ないし光電気化学電池の増感色素として用いたときの光電変換効率が高く、良好な特性を有し、しかも増感色素にルテニウムを使用する必要がない。 The dye of the present invention has high photoelectric conversion efficiency when used as a sensitizing dye for a photoelectric conversion element or a photoelectrochemical cell, has good characteristics, and does not require the use of ruthenium as the sensitizing dye.
本発明者等は、鋭意検討を重ねた結果、以下の設計コンセプトを導入することで、光電変換効率が高く耐久性に優れた色素(色素化合物)を得ることができることを見出し、鋭意検討の結果、その色素によって増感される半導体微粒子を含有する光電変換素子及びその光電変換素子を備えて構成された光電気化学電池が、高い光電変換効率を有することを見出し、本発明を完成するに至った。
<設計コンセプト1>カチオンラジカルの非局在化を進めるために共役系の広がったドナー部位を導入することにより、色素の一電子酸化状態を安定化させた。
<設計コンセプト2>色素の吸収域を拡げ、色素からの酸化チタンへの電子注入効率を向上させることで、高い変換効率を得ることができると考えられる。そのために、吸収域拡大効果の高いアクセプター構造、電子注入効率の高いアクセプター構造のいずれか一方、または両構造を組み合わせたものを用いた。
<設計コンセプト3>従来色素は酸化チタン全表面積の1/3程度しか被覆していない可能性があり、吸着状態での色素配列を制御することにより吸着量を向上することが可能であると考えられる。そこで本発明者等は、色素のJ会合を積極的に促進する構造を導入した。J会合を積極的に促進する構造とは、COOH基などのアンカー部と反対側の位置に長鎖アルキル基やアリール基などの疎水性で電解質と親和性の高い基を配置する分子構造であることに加えて、色素分子の平面性が高く、分子共役平面の中央に立体的に平面から飛び出るような置換基を持つこと、もしくは分子のねじれなどによってこれと同様の効果をもたせることで、Brickstone構造、Staircase構造、もしくはLadder構造の配列を促進する構造を意味する。
As a result of intensive studies, the present inventors have found that a pigment (pigment compound) having high photoelectric conversion efficiency and excellent durability can be obtained by introducing the following design concept. The present inventors have found that a photoelectric conversion element containing semiconductor fine particles sensitized by the dye and a photoelectrochemical cell configured with the photoelectric conversion element have high photoelectric conversion efficiency, thereby completing the present invention. It was.
<Design concept 1> In order to promote delocalization of the cation radical, a one-electron oxidation state of the dye was stabilized by introducing a donor site having a wide conjugated system.
<Design concept 2> It is considered that high conversion efficiency can be obtained by expanding the absorption range of the dye and improving the efficiency of electron injection from the dye into titanium oxide. For this purpose, either an acceptor structure having a high absorption range expansion effect, an acceptor structure having a high electron injection efficiency, or a combination of both structures was used.
<
以下、本発明の色素について説明する。
前記一般式(1)中、A1は、ベンゼン環と連結して形成される六員環又は七員環の含窒素複素環である。A1で表される六員環又は七員環の含窒素複素環を形成する原子として、好ましくは窒素原子のほかに炭素原子、硫黄原子、および酸素原子から選ばれた少なくとも1種で形成される、六員環又は七員環の含窒素複素環を挙げることができる。さらに好ましくは、窒素原子のほかに炭素原子及び硫黄原子から選ばれた少なくとも1種で形成される六員環又は七員環の含窒素複素環を挙げることができる。特に好ましくは窒素原子のほかには炭素原子のみによって形成される7員環含窒素複素環を挙げることができる。A1は縮環していてもよく、置換されていてもよい。さらに置換基を有していてもよい。縮環されている例としてベンゼン環、ピリジン環、ピロール環、フラン環、チオフェン環等が挙げられる。
Hereinafter, the coloring matter of the present invention will be described.
In the general formula (1), A 1 is a six-membered or seven-membered nitrogen-containing heterocycle formed by linking with a benzene ring. The atom forming the six-membered or seven-membered nitrogen-containing heterocycle represented by A 1 is preferably formed of at least one selected from a carbon atom, a sulfur atom, and an oxygen atom in addition to a nitrogen atom. A 6-membered or 7-membered nitrogen-containing heterocycle. More preferred examples include a 6-membered or 7-membered nitrogen-containing heterocycle formed of at least one selected from a carbon atom and a sulfur atom in addition to a nitrogen atom. Particularly preferred are 7-membered nitrogen-containing heterocycles formed by only carbon atoms in addition to nitrogen atoms. A 1 may be condensed or may be substituted. Furthermore, you may have a substituent. Examples of the condensed ring include a benzene ring, a pyridine ring, a pyrrole ring, a furan ring, and a thiophene ring.
L1はチオフェン環、フラン環、ピロール環、セレノフェン環及びこれらが縮環した複素環の中から選ばれた少なくとも1種の複素環を含む電子伝達性連結基である。好ましくは、チオフェン環、ピロール環もしくはこれらが縮環した複素環の中から選ばれた少なくとも1種の複素環を含む電子伝達性連結基であり、さらに好ましくは、チオフェン環もしくはこれら縮環した複素環の中から選ばれた少なくとも1種の複素環を含む電子伝達性連結基である。縮環の例としてベンゼン環、ピリジン環、ピロール環、フラン環、チオフェン環等が挙げられる。 L 1 is an electron-transporting linking group containing at least one heterocyclic ring selected from a thiophene ring, a furan ring, a pyrrole ring, a selenophene ring, and a heterocyclic ring condensed with these. Preferably, it is an electron transfer linking group containing at least one heterocyclic ring selected from a thiophene ring, a pyrrole ring or a heterocyclic ring condensed with these, more preferably a thiophene ring or a condensed heterocyclic thereof. An electron transporting linking group containing at least one heterocyclic ring selected from the ring. Examples of the condensed ring include a benzene ring, a pyridine ring, a pyrrole ring, a furan ring, and a thiophene ring.
前記一般式(1)中、R1、R3はそれぞれ独立に、水素原子又は置換基を表す。好ましくは、R1、R3はそれぞれ独立に水素原子、アルキル基、アルコキシ基及びアリール基から選ばれた少なくとも1種の置換基を表す。さらに好ましくは、アルキル基、アルコキシ基、及びアリール基から選ばれた少なくとも1種である。特に好ましくは、アルキル基、及びアリール基から選ばれた少なくとも1種であり、さらに好ましくは、アルキル基である。
R1 、R3がアルキル基を表すとき、好ましいアルキル基としては、直鎖、分岐、環状の置換もしくは無置換のアルキル基を挙げることができる。それらは、アルキル基(好ましくは炭素数1から30のアルキル基、例えばメチル、エチル、n−プロピル、イソプロピル、t−ブチル、n−ヘキシル、n−オクチル、エイコシル、2−クロロエチル、2−シアノエチル、2―エチルヘキシル)、シクロアルキル基(好ましくは、炭素数3から30の置換または無置換のシクロアルキル基、例えば、シクロヘキシル、シクロペンチル、4−n−ドデシルシクロヘキシル)、ビシクロアルキル基(好ましくは、炭素数5から30の置換もしくは無置換のビシクロアルキル基、つまり、炭素数5から30のビシクロアルカンから水素原子を一個取り去った一価の基である。例えば、ビシクロ[1,2,2]ヘプタン−2−イル、ビシクロ[2,2,2]オクタン−3−イル)、さらに環構造が多いトリシクロ構造なども包含するものである。さらに好ましいアルキル基としては、炭素数1から30のアルキル基、(例えばメチル、エチル、n−プロピル、イソプロピル、t−ブチル、n−ヘキシル、n−オクチル、エイコシル、2−クロロエチル、2−シアノエチル、2―エチルヘキシル)、又は、シクロアルキル基(好ましくは、炭素数3から30の置換または無置換のシクロアルキル基、例えば、シクロヘキシル、シクロペンチル、4−n−ドデシルシクロヘキシル)であり、特に好ましくは、炭素数1から20のアルキル基、例えばメチル、エチル、n−プロピル、イソプロピル、t−ブチル、n−ヘキシル、n−オクチル、エイコシル、2−クロロエチル、2−シアノエチル、2―エチルヘキシルが挙げられる。
R1、R3がアリール基を表すとき、好ましいアリール基としては、フェニル、ナフチル、チエニル、フリル、ピリルもしくはこれらが縮環した基が挙げられ、特に好ましくは、フェニル、チエニルもしくはこれらが縮環した基が挙げられる。縮環の例としてベンゼン環、ピリジン環、ピロール環、フラン環、チオフェン環等が挙げられる。
R1、R3がアルコキシ基を表すとき、好ましいアルコキシ基としては、炭素数1から30の置換もしくは無置換のアルコキシ基、例えば、メトキシ、エトキシ、イソプロポキシ、t−ブトキシ、n−オクチルオキシ、2−メトキシエトキシが挙げられ、更に好ましくは、炭素数1から20の置換もしくは無置換のアルコキシ基、例えば、メトキシ、エトキシ、イソプロポキシ、t−ブトキシ、n−オクチルオキシ、2−メトキシエトキシが挙げられ、特に好ましくは、炭素数1から10の置換もしくは無置換のアルコキシ基が挙げられる。
In the general formula (1), R 1 and R 3 each independently represents a hydrogen atom or a substituent. Preferably, R 1 and R 3 each independently represents at least one substituent selected from a hydrogen atom, an alkyl group, an alkoxy group, and an aryl group. More preferably, it is at least one selected from an alkyl group, an alkoxy group, and an aryl group. Particularly preferred is at least one selected from an alkyl group and an aryl group, and more preferred is an alkyl group.
When R 1 and R 3 represent an alkyl group, preferred alkyl groups include linear, branched, and cyclic substituted or unsubstituted alkyl groups. They are alkyl groups (preferably alkyl groups having 1 to 30 carbon atoms such as methyl, ethyl, n-propyl, isopropyl, t-butyl, n-hexyl, n-octyl, eicosyl, 2-chloroethyl, 2-cyanoethyl, 2-ethylhexyl), a cycloalkyl group (preferably a substituted or unsubstituted cycloalkyl group having 3 to 30 carbon atoms, such as cyclohexyl, cyclopentyl, 4-n-dodecylcyclohexyl), a bicycloalkyl group (preferably a carbon number) 5 to 30 substituted or unsubstituted bicycloalkyl groups, that is, monovalent groups in which one hydrogen atom is removed from a bicycloalkane having 5 to 30 carbon atoms, for example, bicyclo [1,2,2] heptane-2 -Yl, bicyclo [2,2,2] octane-3-yl) and more ring structures Tricyclo structure is intended to encompass such. More preferable alkyl groups include alkyl groups having 1 to 30 carbon atoms (for example, methyl, ethyl, n-propyl, isopropyl, t-butyl, n-hexyl, n-octyl, eicosyl, 2-chloroethyl, 2-cyanoethyl, 2-ethylhexyl) or a cycloalkyl group (preferably a substituted or unsubstituted cycloalkyl group having 3 to 30 carbon atoms, such as cyclohexyl, cyclopentyl, 4-n-dodecylcyclohexyl), particularly preferably carbon. Examples thereof include an alkyl group of 1 to 20, for example, methyl, ethyl, n-propyl, isopropyl, t-butyl, n-hexyl, n-octyl, eicosyl, 2-chloroethyl, 2-cyanoethyl and 2-ethylhexyl.
When R 1 and R 3 represent an aryl group, preferred aryl groups include phenyl, naphthyl, thienyl, furyl, pyryl or a group in which these are condensed, and particularly preferably phenyl, thienyl or these in a condensed ring. Group. Examples of the condensed ring include a benzene ring, a pyridine ring, a pyrrole ring, a furan ring, and a thiophene ring.
When R 1 and R 3 represent an alkoxy group, preferred alkoxy groups include substituted or unsubstituted alkoxy groups having 1 to 30 carbon atoms such as methoxy, ethoxy, isopropoxy, t-butoxy, n-octyloxy, 2-methoxyethoxy is mentioned, More preferably, a C1-C20 substituted or unsubstituted alkoxy group, for example, methoxy, ethoxy, isopropoxy, t-butoxy, n-octyloxy, 2-methoxyethoxy is mentioned. Particularly preferred is a substituted or unsubstituted alkoxy group having 1 to 10 carbon atoms.
R2は水素原子又は置換基を表す。好ましくは、水素原子である。R2が置換基を表すとき、置換基としては、後述の置換基Wで表される基が挙げられるが、置換基として好ましくは、ハロゲン原子、アルキル基、アルケニル基、アルキニル基、芳香族基、ヘテロ環基、シアノ基、ヒドロキシル基、ニトロ基、カルボキシル基、アルコキシ基、アリールオキシ基、シリルオキシ基、ヘテロ環オキシ基、アシルオキシ基、カルバモイルオキシ基、アルコキシカルボニルオキシ基、アリールオキシカルボニルオキシ基、アミノ基、アシルアミノ基)、アミノカルボニルアミノ基、アルコキシカルボニルアミノ基)、アリールオキシカルボニルアミノ基、スルファモイルアミノ基、アルキル及びアリールスルホニルアミノ基、メルカプト基、アルキルチオ基、アリールチオ基)、ヘテロ環チオ基、スルファモイル基スルホ基、アルキル及びアリールスルフィニル基、アルキル及びアリールスルホニル基(アシル基、アリールオキシカルボニル基、アルコキシカルボニル基、カルバモイル基、アリール及びヘテロ環アゾ基、イミド基、ホスフィノ基、ホスフィニル基、ホスフィニルオキシ基、ホスフィニルアミノ基、シリル基であり、更に好ましくは、アルキル基、アルケニル基、アルキニル基、芳香族基、ヘテロ環基、シアノ基、ヒドロキシル基、ニトロ基、カルボキシル基、アルコキシ基、アリールオキシ基、アルキルチオ基、アリールチオ基、ヘテロ環チオ基、スルファモイル基スルホ基、アルキル及びアリールスルフィニル基、アルキル及びアリールスルホニル基、ホスフィノ基、ホスフィニル基、ホスフィニルオキシ基、ホスフィニルアミノ基、シリル基であり、特に好ましくは、アルキル基、アルケニル基、アルキニル基、芳香族基、ヘテロ環基、シアノ基、ヒドロキシル基、ニトロ基、カルボキシル基、アルコキシ基、アリールオキシ基、アルキルチオ基、アリールチオ基、ヘテロ環チオ基である。 R 2 represents a hydrogen atom or a substituent. Preferably, it is a hydrogen atom. When R 2 represents a substituent, examples of the substituent groups include groups represented by the substituent W described below, preferably as a substituent, a halogen atom, an alkyl group, an alkenyl group, an alkynyl group, an aromatic group , Heterocyclic group, cyano group, hydroxyl group, nitro group, carboxyl group, alkoxy group, aryloxy group, silyloxy group, heterocyclic oxy group, acyloxy group, carbamoyloxy group, alkoxycarbonyloxy group, aryloxycarbonyloxy group, Amino group, acylamino group), aminocarbonylamino group, alkoxycarbonylamino group), aryloxycarbonylamino group, sulfamoylamino group, alkyl and arylsulfonylamino group, mercapto group, alkylthio group, arylthio group), heterocyclic thio Group, sulfamoyl group Sulfo group, alkyl and arylsulfinyl group, alkyl and arylsulfonyl group (acyl group, aryloxycarbonyl group, alkoxycarbonyl group, carbamoyl group, aryl and heterocyclic azo group, imide group, phosphino group, phosphinyl group, phosphinyloxy group) Group, phosphinylamino group, silyl group, more preferably alkyl group, alkenyl group, alkynyl group, aromatic group, heterocyclic group, cyano group, hydroxyl group, nitro group, carboxyl group, alkoxy group, aryl Oxy group, alkylthio group, arylthio group, heterocyclic thio group, sulfamoyl group sulfo group, alkyl and arylsulfinyl group, alkyl and arylsulfonyl group, phosphino group, phosphinyl group, phosphinyloxy group, phosphinylamino group, Ryl group, particularly preferably alkyl group, alkenyl group, alkynyl group, aromatic group, heterocyclic group, cyano group, hydroxyl group, nitro group, carboxyl group, alkoxy group, aryloxy group, alkylthio group, arylthio group , A heterocyclic thio group.
B1は複素環酸性核、または電子求引性基で置換されたメチレン基を表し、B1は少なくとも一つの酸性基を有する。 複素環酸性核として、T.H.James著「The Theory of the photografic process. forth edition.」Macmillan publishing社、1977年刊の199ページに記載のものが挙げられる。複素環酸性核として好ましくは、ロダニン、ヒダントイン、チオヒダントイン、バルビツール酸、チオバルビツール酸、ピラゾリジンジオン、ピラゾロン、インダンジオン、イソオキサゾロン、さらに好ましくは、ロダニン、ヒダントイン、チオヒダントイン、バルビツール酸、チオバルビツール酸、特に好ましくはロダニンである。 B 1 represents a heterocyclic acidic nucleus or a methylene group substituted with an electron withdrawing group, and B 1 has at least one acidic group. As a heterocyclic acid nucleus, T.P. H. "The Theory of the photographic process. Forth edition." By James. The heterocyclic acid nucleus is preferably rhodanine, hydantoin, thiohydantoin, barbituric acid, thiobarbituric acid, pyrazolidinedione, pyrazolone, indandione, isoxazolone, more preferably rhodanine, hydantoin, thiohydantoin, barbitur Acid, thiobarbituric acid, particularly preferably rhodanine.
B1が電子吸引基で置換されたメチレン基の場合、電子吸引基としては以下の効果を持つ置換基が挙げられる。
一般に、電子吸引基は分子の特定の位置について電子密度を減弱させる。電子求引性あるいは電子供与性は単に電気陰性度の差だけでは説明できない。すなわち、誘起効果やメソメリー効果などが複合的に作用するので、芳香性や共役系の存在やトポロジー的な位置関係によって現れ方が変わってくる。これらの効果を、パラ及びメタ置換安息香酸の酸解離定数をもとに定量的に評価、予測する経験則としてハメット則が知られる。誘起効果の場合、電子求引性のものを−I効果、電子供与性のものを+I効果と表すが、炭素よりも電気陰性度の高い原子は−I効果を示す。また、アニオンは+I効果を、カチオンは−I効果を示す。メソメリー効果の場合は、電子求引性のものを−M効果、電子供与性のものを+M効果と表す。電子求引基の例として例えば以下のものが挙げられる。
誘起効果
(−I効果)
・−O+R2 > −N+R3
・−N+R3 > −P+R3 > …
・−O+R2 > −S+R2 > …
・−N+R3 > −NO2 > −SO2R > −SOR
・−SO2R > −SO3R
・−N+R3 > −NR2
・−O+R2 > −OR
・−S+R2 > −SR
・−F > −Cl > −Br > −I
・=O > =NR > =CR2
・=O > −OR
・≡N > ≡CR
・≡N > =NR > −NR2
・−C≡CR > −CR=CR2 > −CR2CR3
メソメリー効果
(−M効果)
・=N+R3 > =NR
・=O > =NR > =CR2・=S > =O > ≡N
When B 1 is a methylene group substituted with an electron withdrawing group, examples of the electron withdrawing group include substituents having the following effects.
In general, an electron withdrawing group attenuates the electron density at a specific position of the molecule. The electron withdrawing property or electron donating property cannot be explained simply by the difference in electronegativity. In other words, since the induced effect and the mesomery effect act in a complex manner, the appearance changes depending on the presence of aromaticity, conjugated system, and topological positional relationship. Hammett's rule is known as an empirical rule for quantitatively evaluating and predicting these effects based on the acid dissociation constants of para- and meta-substituted benzoic acids. In the case of an inductive effect, an electron withdrawing property is represented as an -I effect, and an electron donating property is represented as a + I effect. An atom having a higher electronegativity than carbon exhibits an -I effect. An anion shows a + I effect, and a cation shows a -I effect. In the case of the mesomery effect, the electron withdrawing property is represented as -M effect, and the electron donating property is represented as + M effect. Examples of electron withdrawing groups include the following.
Induced effect (-I effect)
· -O + R 2> -N +
· -N + R 3> -P +
· -O + R 2> -S + R 2> ...
· -N + R 3> -NO 2 > -SO 2 R> -SOR
· -SO 2 R> -SO 3 R
· -N + R 3> -NR 2
· -O + R 2> -OR
· -S + R 2> -SR
-F>-Cl>-Br> -I
・ = O> = NR> = CR 2
・ = O> -OR
・ ≡N> ≡CR
· ≡N> = NR> -NR 2
· -C≡CR> -CR = CR 2> -CR 2
Mesomery effect (-M effect)
· = N + R 3> = NR
・ = O> = NR> = CR 2・ = S> = O> ≡N
電子吸引基として、好ましくはシアノ基、ニトロ基、スルフォニル基、スルフォキシ基、アシル基、アルコキシカルボニル基、カルバモイル基であり、さらに好ましくはシアノ基、ニトロ基、スルフォニル基、特に好ましくはシアノ基である。 The electron withdrawing group is preferably a cyano group, a nitro group, a sulfonyl group, a sulfoxy group, an acyl group, an alkoxycarbonyl group or a carbamoyl group, more preferably a cyano group, a nitro group or a sulfonyl group, particularly preferably a cyano group. .
本発明において前記一般式(1)中、B1で表される、複素環酸性核又は電子吸引基で置換されたメチレン基には、少なくとも一つの酸性基を有する。酸性基とは、基を構成する最も酸性の水素原子のpKaが13以下の基である。酸性基の例として、例えばカルボン酸基、スルホン酸基、ホスホン酸基、フェノール性水酸基、アルキルスルフォニルカルバモイル基、リン酸基が挙げられ、好ましくはカルボン酸基、スルホン酸基、ホスホン酸基、フェノール性水酸基、さらに好ましくは、カルボン酸基、スルホン酸基、特に好ましくはカルボン酸基である。
前記一般式(1)中、n1は1〜12の整数を示す。n1として好ましくは、1〜10の整数、さらに好ましくは、2〜8の整数、特に好ましくは、2〜6の整数を表す。
In the present invention, in the general formula (1), the methylene group substituted with a heterocyclic acidic nucleus or an electron withdrawing group represented by B 1 has at least one acidic group. An acidic group is a group in which the pKa of the most acidic hydrogen atom constituting the group is 13 or less. Examples of acidic groups include carboxylic acid groups, sulfonic acid groups, phosphonic acid groups, phenolic hydroxyl groups, alkylsulfonylcarbamoyl groups, and phosphoric acid groups, preferably carboxylic acid groups, sulfonic acid groups, phosphonic acid groups, and phenols. A hydroxyl group, more preferably a carboxylic acid group or a sulfonic acid group, particularly preferably a carboxylic acid group.
In the general formula (1), n1 represents an integer of 1 to 12. n1 is preferably an integer of 1 to 10, more preferably an integer of 2 to 8, and particularly preferably an integer of 2 to 6.
前記一般式(1)は、一般式(2)で表されるときがより好ましい。
前記一般式(2)中、Xはベンゼン環と連結して六員環又は七員環の含窒素を形成するのに必要な非金属原子群を表す。ここで非金属原子群とは、炭素原子、酸素原子、窒素原子及び硫黄原子からなる群から選ばれた少なくとも1種が結合した原子群をいう。
Xで表される六員環又は七員環の含窒素複素環を形成する原子として、好ましくは窒素原子のほかに炭素原子、硫黄原子、及び酸素原子からなる群から選ばれた少なくとも1種で形成される六員環又は七員環の含窒素複素環を挙げることができる。さらに好ましくは、窒素原子のほかに炭素原子及び硫黄原子から選ばれた少なくとも1種の原子によって形成される六員環又は七員環の含窒素複素環を挙げることができる。特に好ましくは、窒素原子のほかに炭素原子及び硫黄原子から選ばれた少なくとも1種の原子によって形成される七員環の含窒素複素環を挙げることができる。さらに好ましくは窒素原子のほかに炭素原子及び硫黄原子で形成される七員環の含窒素複素環を挙げることができる。
Xは縮環していてもよく、置換されていてもよい。さらに置換基を有していてもよい。縮環の例としてベンゼン環、ピリジン環、ピロール環、フラン環、チオフェン環等が挙げられる。
The general formula (1) is more preferably represented by the general formula (2).
In the general formula (2), X represents a nonmetallic atom group necessary for forming a six-membered or seven-membered nitrogen-containing group by linking with a benzene ring. Here, the nonmetallic atom group refers to an atomic group in which at least one selected from the group consisting of a carbon atom, an oxygen atom, a nitrogen atom and a sulfur atom is bonded.
The atom forming the six-membered or seven-membered nitrogen-containing heterocycle represented by X is preferably at least one selected from the group consisting of a carbon atom, a sulfur atom, and an oxygen atom in addition to a nitrogen atom. Mention may be made of the six-membered or seven-membered nitrogen-containing heterocycle formed. More preferred examples include a six-membered or seven-membered nitrogen-containing heterocycle formed by at least one atom selected from a carbon atom and a sulfur atom in addition to a nitrogen atom. Particularly preferred is a seven-membered nitrogen-containing heterocyclic ring formed by at least one atom selected from a carbon atom and a sulfur atom in addition to a nitrogen atom. More preferred examples include a seven-membered nitrogen-containing heterocycle formed by a carbon atom and a sulfur atom in addition to a nitrogen atom.
X may be condensed or substituted. Furthermore, you may have a substituent. Examples of the condensed ring include a benzene ring, a pyridine ring, a pyrrole ring, a furan ring, and a thiophene ring.
前記一般式(2)中、R4〜R7は水素原子、アルキル基、アルコキシ基及びアリール基から選ばれる少なくとも1種の置換基を表す。R4〜R7として好ましくは、水素原子またはアルキル基である。
R4〜R7がアルキル基を表すとき、好ましいアルキル基としては、直鎖、分岐、環状の置換もしくは無置換のアルキル基を表す。それらは、アルキル基(好ましくは炭素数1から30のアルキル基、例えばメチル、エチル、n−プロピル、イソプロピル、t−ブチル、n−ヘキシル、n−オクチル、エイコシル、2−クロロエチル、2−シアノエチル、2―エチルヘキシル)、シクロアルキル基(好ましくは、炭素数3から30の置換または無置換のシクロアルキル基、例えば、シクロヘキシル、シクロペンチル、4−n−ドデシルシクロヘキシル)、ビシクロアルキル基(好ましくは、炭素数5から30の置換もしくは無置換のビシクロアルキル基、つまり、炭素数5から30のビシクロアルカンから水素原子を一個取り去った一価の基である。例えば、ビシクロ[1,2,2]ヘプタン−2−イル、ビシクロ[2,2,2]オクタン−3−イル)、更に環構造が多いトリシクロ構造なども包含するものである。さらに好ましいアルキル基としては、炭素数1から30のアルキル基、(例えばメチル、エチル、n−プロピル、イソプロピル、t−ブチル、n−ヘキシル、n−オクチル、エイコシル、2−クロロエチル、2−シアノエチル、2―エチルヘキシル)、又は、シクロアルキル基(好ましくは、炭素数3から30の置換または無置換のシクロアルキル基、例えば、シクロヘキシル、シクロペンチル、4−n−ドデシルシクロヘキシル)であり、特に好ましくは、炭素数1から20のアルキル基、例えばメチル、エチル、n−プロピル、イソプロピル、t−ブチル、n−ヘキシル、n−オクチル、エイコシル、2−クロロエチル、2−シアノエチル、2―エチルヘキシルが挙げられる。
R 3〜R 7がアリール基を表すとき、好ましいアリール基としては、フェニル、ナフチル、チエニル、フリル、ピリルもしくはこれらが縮環した基が挙げられ、特に好ましくは、フェニル、チエニルもしくはこれらが縮環した基が挙げられる。縮環の例としてベンゼン環、ピリジン環、ピロール環、フラン環、チオフェン環等が挙げられる。
R 3〜R 7がアルコキシ基を表すとき、好ましいアルコキシ基としては、炭素数1から30の置換もしくは無置換のアルコキシ基、例えば、メトキシ、エトキシ、イソプロポキシ、t−ブトキシ、n−オクチルオキシ、2−メトキシエトキシが挙げられ、更に好ましくは、炭素数1から20の置換もしくは無置換のアルコキシ基、例えば、メトキシ、エトキシ、イソプロポキシ、t−ブトキシ、n−オクチルオキシ、2−メトキシエトキシが挙げられ、特に好ましくは、炭素数1から10の置換もしくは無置換のアルコキシ基が挙げられる。
前記一般式(2)中、n2は1又は2の整数を示す。好ましくは、2である。
In the general formula (2), R 4 to R 7 represent at least one substituent selected from a hydrogen atom, an alkyl group, an alkoxy group, and an aryl group. R 4 to R 7 are preferably a hydrogen atom or an alkyl group.
When R 4 to R 7 represent an alkyl group, a preferred alkyl group represents a linear, branched, or cyclic substituted or unsubstituted alkyl group. They are alkyl groups (preferably alkyl groups having 1 to 30 carbon atoms such as methyl, ethyl, n-propyl, isopropyl, t-butyl, n-hexyl, n-octyl, eicosyl, 2-chloroethyl, 2-cyanoethyl, 2-ethylhexyl), a cycloalkyl group (preferably a substituted or unsubstituted cycloalkyl group having 3 to 30 carbon atoms, such as cyclohexyl, cyclopentyl, 4-n-dodecylcyclohexyl), a bicycloalkyl group (preferably a carbon number) 5 to 30 substituted or unsubstituted bicycloalkyl groups, that is, monovalent groups in which one hydrogen atom is removed from a bicycloalkane having 5 to 30 carbon atoms, for example, bicyclo [1,2,2] heptane-2 -Yl, bicyclo [2,2,2] octane-3-yl) and more ring structures Rishikuro structure is intended to encompass such. More preferable alkyl groups include alkyl groups having 1 to 30 carbon atoms (for example, methyl, ethyl, n-propyl, isopropyl, t-butyl, n-hexyl, n-octyl, eicosyl, 2-chloroethyl, 2-cyanoethyl, 2-ethylhexyl) or a cycloalkyl group (preferably a substituted or unsubstituted cycloalkyl group having 3 to 30 carbon atoms, such as cyclohexyl, cyclopentyl, 4-n-dodecylcyclohexyl), particularly preferably carbon. Examples thereof include an alkyl group of 1 to 20, for example, methyl, ethyl, n-propyl, isopropyl, t-butyl, n-hexyl, n-octyl, eicosyl, 2-chloroethyl, 2-cyanoethyl and 2-ethylhexyl.
When R 3 to R 7 represent an aryl group, preferred aryl groups include phenyl, naphthyl, thienyl, furyl, pyryl, or a group in which these are condensed, and particularly preferably phenyl, thienyl, or these in a condensed ring. Group. Examples of the condensed ring include a benzene ring, a pyridine ring, a pyrrole ring, a furan ring, and a thiophene ring.
When R 3 to R 7 represent an alkoxy group, preferred alkoxy groups include substituted or unsubstituted alkoxy groups having 1 to 30 carbon atoms such as methoxy, ethoxy, isopropoxy, t-butoxy, n-octyloxy, 2-methoxyethoxy is mentioned, More preferably, a C1-C20 substituted or unsubstituted alkoxy group, for example, methoxy, ethoxy, isopropoxy, t-butoxy, n-octyloxy, 2-methoxyethoxy is mentioned. Particularly preferred is a substituted or unsubstituted alkoxy group having 1 to 10 carbon atoms.
In the general formula (2), n2 represents an integer of 1 or 2. Preferably, 2.
前記一般式(1)及び(2)において、B1が上記一般式(3)又は一般式(4)で表される基であるときが好ましい。
前記一般式(3)中、R7、R9は、それぞれ独立に、脂肪族基、芳香族基又は複素環基である(少なくとも1つの官能基は前記の酸性基を有していてもよい)。好ましくは脂肪族基、芳香族基である。さらに好ましくは脂肪族基、芳香族基、特に好ましくは脂肪族基である。
脂肪族基として例えば、アルキル基(例えばメチル、エチル、n−プロピル、イソプロピル、t−ブチル、n−オクチル、エイコシル、2−クロロエチル、2−シアノエチル、2―エチルヘキシル)、シクロアルキル基(好ましくは、炭素数3から30の置換または無置換のシクロアルキル基、例えば、シクロヘキシル、シクロペンチル、4−n−ドデシルシクロヘキシル)が挙げられる。好ましい脂肪族基として、炭素数1から30の、更に好ましくは炭素数1から25の、特に好ましくは炭素数1から20のアルキル基、アルケニル基であり、置換基を有していても良い。
芳香族基として例えば、ベンゼン環、フラン環、ピロール環、ピリジン環、チオフェン環、イミダゾール環、オキサゾール環、チアゾール環、ピラゾール環、イソオキサゾール環、イソチアゾール環、ピリミジン環、ピラジン環もしくはこれらが縮環した環であり、これらは置換されていてもよい。好ましくはベンゼン環、ピロール環、ピリジン環、チオフェン環、さらに好ましくはベンゼン環、チオフェン環である。特に好ましくはベンゼン環である。これらは置換されていてもよい。
複素環基としては、3〜6員の置換もしくは無置換の複素環基、更に好ましくは5もしくは6員の無置換の複素環基、特に好ましくは6員環の複素環基(例えば、ピペリジン、モルフォリン)である。これらは置換基を有していてもよい。
前記一般式(3)中、mは0又は1を示す。好ましくは1である。
In the general formula (1) and (2), preferably when B 1 is a group represented by the above general formula (3) or general formula (4).
In the general formula (3), R 7 and R 9 are each independently an aliphatic group, an aromatic group or a heterocyclic group (at least one functional group may have the acidic group described above). ). An aliphatic group and an aromatic group are preferable. More preferred are aliphatic groups and aromatic groups, and particularly preferred are aliphatic groups.
Examples of the aliphatic group include an alkyl group (for example, methyl, ethyl, n-propyl, isopropyl, t-butyl, n-octyl, eicosyl, 2-chloroethyl, 2-cyanoethyl, 2-ethylhexyl), a cycloalkyl group (preferably A substituted or unsubstituted cycloalkyl group having 3 to 30 carbon atoms (eg, cyclohexyl, cyclopentyl, 4-n-dodecylcyclohexyl). Preferred aliphatic groups are alkyl groups and alkenyl groups having 1 to 30 carbon atoms, more preferably 1 to 25 carbon atoms, and particularly preferably 1 to 20 carbon atoms, which may have a substituent.
Examples of aromatic groups include benzene ring, furan ring, pyrrole ring, pyridine ring, thiophene ring, imidazole ring, oxazole ring, thiazole ring, pyrazole ring, isoxazole ring, isothiazole ring, pyrimidine ring, pyrazine ring or these condensed. These are cyclic rings, which may be substituted. A benzene ring, a pyrrole ring, a pyridine ring, and a thiophene ring are preferable, and a benzene ring and a thiophene ring are more preferable. Particularly preferred is a benzene ring. These may be substituted.
As the heterocyclic group, a 3- to 6-membered substituted or unsubstituted heterocyclic group, more preferably a 5- or 6-membered unsubstituted heterocyclic group, particularly preferably a 6-membered heterocyclic group (for example, piperidine, Morpholine). These may have a substituent.
In the general formula (3), m represents 0 or 1. Preferably it is 1.
一般式(3)における炭素−炭素二重結合は、E型又はZ型のいずれであってもよい。一般式(3)中のR8は硫黄原子または前記一般式(5)を表し、一般式(5)における炭素−炭素二重結合は、E型又はZ型のいずれであってもよい。一般式(5)におけるR12、R13は、それぞれ独立に、シアノ基又は酸性基を表し、互いに同一でも異なっていてもよい。また一般式(5)における炭素−炭素二重結合は、E型Z型のいずれであってもよい。 The carbon-carbon double bond in general formula (3) may be either E-type or Z-type. R 8 in the general formula (3) represents a sulfur atom or the general formula (5), and the carbon-carbon double bond in the general formula (5) may be either E type or Z type. R 12 and R 13 in the general formula (5) each independently represent a cyano group or an acidic group, and may be the same as or different from each other. Further, the carbon-carbon double bond in the general formula (5) may be any of E type and Z type.
前記一般式(4)におけるR10、R11は、それぞれ独立に、シアノ基又は酸性基を表し、互いに同一でも異なっていてもよい。一般式(4)における炭素−炭素二重結合は、E型又はZ型のいずれであってもよい。 R 10 and R 11 in the general formula (4) each independently represent a cyano group or an acidic group, and may be the same or different from each other. The carbon-carbon double bond in the general formula (4) may be either E-type or Z-type.
前記一般式(3)は前記一般式(6)で表されることが好ましい。一般式(6)においてR9は、脂肪族基、芳香族基または複素環基である(酸性基を有していてもよい)。 The general formula (3) is preferably represented by the general formula (6). In the general formula (6), R 9 is an aliphatic group, an aromatic group, or a heterocyclic group (which may have an acidic group).
前記一般式(1)又は(2)において、B1は前記一般式(7)で表されることが好ましい。一般式(7)においてR7は、脂肪族基、芳香族基または複素環基である(酸性基を有していてもよい)。
また前記一般式(1)又は(2)において、B1は前記一般式(8)で表されることが好ましい。
In the general formula (1) or (2), B 1 is preferably represented by the general formula (7). In the general formula (7), R 7 is an aliphatic group, an aromatic group or a heterocyclic group (which may have an acidic group).
In the general formula (1) or (2), B 1 is preferably represented by the general formula (8).
本発明における置換基(以下、置換基Wとする。)とは例えば下記に示すものを表すことができる。
・ハロゲン原子(例えば、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子)、
・アルキル基〔直鎖、分岐、環状の置換もしくは無置換のアルキル基を表す。それらは、アルキル基(好ましくは炭素数1から30のアルキル基、例えばメチル、エチル、n−プロピル、イソプロピル、t−ブチル、n−オクチル、エイコシル、2−クロロエチル、2−シアノエチル、2―エチルヘキシル)、シクロアルキル基(好ましくは、炭素数3から30の置換または無置換のシクロアルキル基、例えば、シクロヘキシル、シクロペンチル、4−n−ドデシルシクロヘキシル)、ビシクロアルキル基(好ましくは、炭素数5から30の置換もしくは無置換のビシクロアルキル基、つまり、炭素数5から30のビシクロアルカンから水素原子を一個取り去った一価の基である。例えば、ビシクロ[1,2,2]ヘプタン−2−イル、ビシクロ[2,2,2]オクタン−3−イル)、更に環構造が多いトリシクロ構造なども包含するものである。以下に説明する置換基の中のアルキル基(例えばアルキルチオ基のアルキル基)もこのような概念のアルキル基を表す。]、
・アルケニル基[直鎖、分岐、環状の置換もしくは無置換のアルケニル基を表す。それらは、アルケニル基(好ましくは炭素数2から30の置換または無置換のアルケニル基、例えば、ビニル、アリル、プレニル、ゲラニル、オレイル)、シクロアルケニル基(好ましくは、炭素数3から30の置換もしくは無置換のシクロアルケニル基、つまり、炭素数3から30のシクロアルケンの水素原子を一個取り去った一価の基である。例えば、2−シクロペンテン−1−イル、2−シクロヘキセン−1−イル)、ビシクロアルケニル基(置換もしくは無置換のビシクロアルケニル基、好ましくは、炭素数5から30の置換もしくは無置換のビシクロアルケニル基、つまり二重結合を一個持つビシクロアルケンの水素原子を一個取り去った一価の基である。例えば、ビシクロ[2,2,1]ヘプト−2−エン−1−イル、ビシクロ[2,2,2]オクト−2−エン−4−イル)を包含するものである。
・アルキニル基(好ましくは、炭素数2から30の置換または無置換のアルキニル基、例えば、エチニル、プロパルギル、トリメチルシリルエチニル基、アリール基(好ましくは炭素数6から30の置換もしくは無置換のアリール基、例えばフェニル、p−トリル、ナフチル、m−クロロフェニル、o−ヘキサデカノイルアミノフェニル)、
・芳香族基(例えば、ベンゼン環、フラン環、ピロール環、ピリジン環、チオフェン環、イミダゾール環、オキサゾール環、、チアゾール環、ピラゾール環、イソオキサゾール環、イソチアゾール環、ピリミジン環、ピラジン環もしくはこれらが縮環した環)
・ヘテロ環基(好ましくは5または6員の置換もしくは無置換の、芳香族もしくは非芳香族のヘテロ環化合物から一個の水素原子を取り除いた一価の基であり、更に好ましくは、炭素数3から30の5もしくは6員の芳香族のヘテロ環基である。例えば、2−フリル、2−チエニル、2−ピリミジニル、2−ベンゾチアゾリル)、
・シアノ基、・ヒドロキシル基、・ニトロ基、・カルボキシル基、
・アルコキシ基(好ましくは、炭素数1から30の置換もしくは無置換のアルコキシ基、例えば、メトキシ、エトキシ、イソプロポキシ、t−ブトキシ、n−オクチルオキシ、2−メトキシエトキシ)、
・アリールオキシ基(好ましくは、炭素数6から30の置換もしくは無置換のアリールオキシ基、例えば、フェノキシ、2−メチルフェノキシ、4−t−ブチルフェノキシ、3−ニトロフェノキシ、2−テトラデカノイルアミノフェノキシ)、
・シリルオキシ基(好ましくは、炭素数3から20のシリルオキシ基、例えば、トリメチルシリルオキシ、t−ブチルジメチルシリルオキシ)、
・ヘテロ環オキシ基(好ましくは、炭素数2から30の置換もしくは無置換のヘテロ環オキシ基、1−フェニルテトラゾールー5−オキシ、2−テトラヒドロピラニルオキシ)、
・アシルオキシ基(好ましくはホルミルオキシ基、炭素数2から30の置換もしくは無置換のアルキルカルボニルオキシ基、炭素数6から30の置換もしくは無置換のアリールカルボニルオキシ基、例えば、ホルミルオキシ、アセチルオキシ、ピバロイルオキシ、ステアロイルオキシ、ベンゾイルオキシ、p−メトキシフェニルカルボニルオキシ)、
・カルバモイルオキシ基(好ましくは、炭素数1から30の置換もしくは無置換のカルバモイルオキシ基、例えば、N,N−ジメチルカルバモイルオキシ、N,N−ジエチルカルバモイルオキシ、モルホリノカルボニルオキシ、N,N−ジ−n−オクチルアミノカルボニルオキシ、N−n−オクチルカルバモイルオキシ)、
・アルコキシカルボニルオキシ基(好ましくは、炭素数2から30の置換もしくは無置換アルコキシカルボニルオキシ基、例えばメトキシカルボニルオキシ、エトキシカルボニルオキシ、t−ブトキシカルボニルオキシ、n−オクチルカルボニルオキシ)、
・アリールオキシカルボニルオキシ基(好ましくは、炭素数7から30の置換もしくは無置換のアリールオキシカルボニルオキシ基、例えば、フェノキシカルボニルオキシ、p−メトキシフェノキシカルボニルオキシ、p−n−ヘキサデシルオキシフェノキシカルボニルオキシ)、
・アミノ基(好ましくは、アミノ基、炭素数1から30の置換もしくは無置換のアルキルアミノ基、炭素数6から30の置換もしくは無置換のアニリノ基、例えば、アミノ、メチルアミノ、ジメチルアミノ、アニリノ、N−メチル−アニリノ、ジフェニルアミノ)、
・アシルアミノ基(好ましくは、ホルミルアミノ基、炭素数1から30の置換もしくは無置換のアルキルカルボニルアミノ基、炭素数6から30の置換もしくは無置換のアリールカルボニルアミノ基、例えば、ホルミルアミノ、アセチルアミノ、ピバロイルアミノ、ラウロイルアミノ、ベンゾイルアミノ、3,4,5−トリ−n−オクチルオキシフェニルカルボニルアミノ)、
・アミノカルボニルアミノ基(好ましくは、炭素数1から30の置換もしくは無置換のアミノカルボニルアミノ、例えば、カルバモイルアミノ、N,N−ジメチルアミノカルボニルアミノ、N,N−ジエチルアミノカルボニルアミノ、モルホリノカルボニルアミノ)、
・アルコキシカルボニルアミノ基(好ましくは炭素数2から30の置換もしくは無置換アルコキシカルボニルアミノ基、例えば、メトキシカルボニルアミノ、エトキシカルボニルアミノ、t−ブトキシカルボニルアミノ、n−オクタデシルオキシカルボニルアミノ、N−メチルーメトキシカルボニルアミノ)、
・アリールオキシカルボニルアミノ基(好ましくは、炭素数7から30の置換もしくは無置換のアリールオキシカルボニルアミノ基、例えば、フェノキシカルボニルアミノ、p−クロロフェノキシカルボニルアミノ、m−n−オクチルオキシフェノキシカルボニルアミノ)、
・スルファモイルアミノ基(好ましくは、炭素数0から30の置換もしくは無置換のスルファモイルアミノ基、例えば、スルファモイルアミノ、N,N−ジメチルアミノスルホニルアミノ、N−n−オクチルアミノスルホニルアミノ)、
・アルキル及びアリールスルホニルアミノ基(好ましくは炭素数1から30の置換もしくは無置換のアルキルスルホニルアミノ、炭素数6から30の置換もしくは無置換のアリールスルホニルアミノ、例えば、メチルスルホニルアミノ、ブチルスルホニルアミノ、フェニルスルホニルアミノ、2,3,5−トリクロロフェニルスルホニルアミノ、p−メチルフェニルスルホニルアミノ)、
・メルカプト基、
・アルキルチオ基(好ましくは、炭素数1から30の置換もしくは無置換のアルキルチオ基、例えばメチルチオ、エチルチオ、n−ヘキサデシルチオ)、
・アリールチオ基(好ましくは炭素数6から30の置換もしくは無置換のアリールチオ、例えば、フェニルチオ、p−クロロフェニルチオ、m−メトキシフェニルチオ)、
・ヘテロ環チオ基(好ましくは炭素数2から30の置換または無置換のヘテロ環チオ基、例えば、2−ベンゾチアゾリルチオ、1−フェニルテトラゾール−5−イルチオ)、
・スルファモイル基(好ましくは炭素数0から30の置換もしくは無置換のスルファモイル基、例えば、N−エチルスルファモイル、N−(3−ドデシルオキシプロピル)スルファモイル、N,N−ジメチルスルファモイル、N−アセチルスルファモイル、N−ベンゾイルスルファモイル、N−(N‘−フェニルカルバモイル)スルファモイル)、
・スルホ基、
・アルキル及びアリールスルフィニル基(好ましくは、炭素数1から30の置換または無置換のアルキルスルフィニル基、6から30の置換または無置換のアリールスルフィニル基、例えば、メチルスルフィニル、エチルスルフィニル、フェニルスルフィニル、p−メチルフェニルスルフィニル)、
・アルキル及びアリールスルホニル基(好ましくは炭素数1から30の置換または無置換のアルキルスルホニル基、6から30の置換または無置換のアリールスルホニル基、例えば、メチルスルホニル、エチルスルホニル、フェニルスルホニル、p−メチルフェニルスルホニル)、
・アシル基(好ましくはホルミル基、炭素数2から30の置換または無置換のアルキルカルボニル基、炭素数7から30の置換もしくは無置換のアリールカルボニル基、炭素数4から30の置換もしくは無置換の炭素原子でカルボニル基と結合しているヘテロ環カルボニル基、例えば、アセチル、ピバロイル、2−クロロアセチル、ステアロイル、ベンゾイル、p−n−オクチルオキシフェニルカルボニル、2―ピリジルカルボニル、2―フリルカルボニル)、
・アリールオキシカルボニル基(好ましくは、炭素数7から30の置換もしくは無置換のアリールオキシカルボニル基、例えば、フェノキシカルボニル、o−クロロフェノキシカルボニル、m−ニトロフェノキシカルボニル、p−t−ブチルフェノキシカルボニル)、
・アルコキシカルボニル基(好ましくは、炭素数2から30の置換もしくは無置換アルコキシカルボニル基、例えば、メトキシカルボニル、エトキシカルボニル、t−ブトキシカルボニル、n−オクタデシルオキシカルボニル)、
・カルバモイル基(好ましくは、炭素数1から30の置換もしくは無置換のカルバモイル、例えば、カルバモイル、N−メチルカルバモイル、N,N−ジメチルカルバモイル、N,N−ジ−n−オクチルカルバモイル、N−(メチルスルホニル)カルバモイル)、
・アリール及びヘテロ環アゾ基(好ましくは炭素数6から30の置換もしくは無置換のアリールアゾ基、炭素数3から30の置換もしくは無置換のヘテロ環アゾ基、例えば、フェニルアゾ、p−クロロフェニルアゾ、5−エチルチオ−1,3,4−チアジアゾール−2−イルアゾ)、
・イミド基(好ましくは、N−スクシンイミド、N−フタルイミド)、
・ホスフィノ基(好ましくは、炭素数2から30の置換もしくは無置換のホスフィノ基、例えば、ジメチルホスフィノ、ジフェニルホスフィノ、メチルフェノキシホスフィノ)、
・ホスフィニル基(好ましくは、炭素数2から30の置換もしくは無置換のホスフィニル基、例えば、ホスフィニル、ジオクチルオキシホスフィニル、ジエトキシホスフィニル)、
・ホスフィニルオキシ基(好ましくは炭素数2から30の置換もしくは無置換のホスフィニルオキシ基、例えば、ジフェノキシホスフィニルオキシ、ジオクチルオキシホスフィニルオキシ)、
・ホスフィニルアミノ基(好ましくは、炭素数2から30の置換もしくは無置換のホスフィニルアミノ基、例えば、ジメトキシホスフィニルアミノ、ジメチルアミノホスフィニルアミノ)、
・シリル基(好ましくは、炭素数3から30の置換もしくは無置換のシリル基、例えば、トリメチルシリル、t−ブチルジメチルシリル、フェニルジメチルシリル)。
また、置換基は更に置換されていても良い。その際、置換基の例としては、上述の置換基Wを挙げることができる。
Examples of the substituent in the present invention (hereinafter referred to as “substituent W”) include those shown below.
・ Halogen atoms (for example, fluorine atom, chlorine atom, bromine atom, iodine atom),
-Alkyl group [Represents a linear, branched, or cyclic substituted or unsubstituted alkyl group. They are alkyl groups (preferably alkyl groups having 1 to 30 carbon atoms such as methyl, ethyl, n-propyl, isopropyl, t-butyl, n-octyl, eicosyl, 2-chloroethyl, 2-cyanoethyl, 2-ethylhexyl). A cycloalkyl group (preferably a substituted or unsubstituted cycloalkyl group having 3 to 30 carbon atoms, such as cyclohexyl, cyclopentyl, 4-n-dodecylcyclohexyl), a bicycloalkyl group (preferably having 5 to 30 carbon atoms). A substituted or unsubstituted bicycloalkyl group, that is, a monovalent group obtained by removing one hydrogen atom from a bicycloalkane having 5 to 30 carbon atoms, for example, bicyclo [1,2,2] heptan-2-yl, bicyclo [2,2,2] octane-3-yl), a tricyclo structure with more ring structures Domo is intended to cover. An alkyl group (for example, an alkyl group of an alkylthio group) in the substituents described below also represents such an alkyl group. ],
-Alkenyl group [Represents a linear, branched, or cyclic substituted or unsubstituted alkenyl group. They are alkenyl groups (preferably substituted or unsubstituted alkenyl groups having 2 to 30 carbon atoms, such as vinyl, allyl, prenyl, geranyl, oleyl), cycloalkenyl groups (preferably substituted or substituted groups having 3 to 30 carbon atoms). An unsubstituted cycloalkenyl group, that is, a monovalent group obtained by removing one hydrogen atom of a cycloalkene having 3 to 30 carbon atoms (for example, 2-cyclopenten-1-yl, 2-cyclohexen-1-yl), Bicycloalkenyl group (a substituted or unsubstituted bicycloalkenyl group, preferably a substituted or unsubstituted bicycloalkenyl group having 5 to 30 carbon atoms, that is, a monovalent group obtained by removing one hydrogen atom of a bicycloalkene having one double bond. For example, bicyclo [2,2,1] hept-2-en-1-yl, bicyclo 2,2,2] oct-2-en-4-yl).
An alkynyl group (preferably a substituted or unsubstituted alkynyl group having 2 to 30 carbon atoms, such as ethynyl, propargyl, trimethylsilylethynyl group, aryl group (preferably a substituted or unsubstituted aryl group having 6 to 30 carbon atoms, For example, phenyl, p-tolyl, naphthyl, m-chlorophenyl, o-hexadecanoylaminophenyl),
Aromatic groups (for example, benzene ring, furan ring, pyrrole ring, pyridine ring, thiophene ring, imidazole ring, oxazole ring, thiazole ring, pyrazole ring, isoxazole ring, isothiazole ring, pyrimidine ring, pyrazine ring or these A ring fused with
A heterocyclic group (preferably a monovalent group obtained by removing one hydrogen atom from a 5- or 6-membered substituted or unsubstituted aromatic or non-aromatic heterocyclic compound, more preferably a carbon number of 3 To 30- or 5-membered aromatic heterocyclic group such as 2-furyl, 2-thienyl, 2-pyrimidinyl, 2-benzothiazolyl),
・ Cyano group, ・ Hydroxyl group, ・ Nitro group, ・ Carboxyl group,
An alkoxy group (preferably a substituted or unsubstituted alkoxy group having 1 to 30 carbon atoms, such as methoxy, ethoxy, isopropoxy, t-butoxy, n-octyloxy, 2-methoxyethoxy),
An aryloxy group (preferably a substituted or unsubstituted aryloxy group having 6 to 30 carbon atoms, such as phenoxy, 2-methylphenoxy, 4-t-butylphenoxy, 3-nitrophenoxy, 2-tetradecanoylamino Phenoxy),
A silyloxy group (preferably a silyloxy group having 3 to 20 carbon atoms, such as trimethylsilyloxy, t-butyldimethylsilyloxy),
A heterocyclic oxy group (preferably a substituted or unsubstituted heterocyclic oxy group having 1 to 30 carbon atoms, 1-phenyltetrazole-5-oxy, 2-tetrahydropyranyloxy),
An acyloxy group (preferably a formyloxy group, a substituted or unsubstituted alkylcarbonyloxy group having 2 to 30 carbon atoms, a substituted or unsubstituted arylcarbonyloxy group having 6 to 30 carbon atoms, such as formyloxy, acetyloxy, Pivaloyloxy, stearoyloxy, benzoyloxy, p-methoxyphenylcarbonyloxy),
A carbamoyloxy group (preferably a substituted or unsubstituted carbamoyloxy group having 1 to 30 carbon atoms such as N, N-dimethylcarbamoyloxy, N, N-diethylcarbamoyloxy, morpholinocarbonyloxy, N, N-di -N-octylaminocarbonyloxy, Nn-octylcarbamoyloxy),
An alkoxycarbonyloxy group (preferably a substituted or unsubstituted alkoxycarbonyloxy group having 2 to 30 carbon atoms, such as methoxycarbonyloxy, ethoxycarbonyloxy, t-butoxycarbonyloxy, n-octylcarbonyloxy),
Aryloxycarbonyloxy group (preferably a substituted or unsubstituted aryloxycarbonyloxy group having 7 to 30 carbon atoms, such as phenoxycarbonyloxy, p-methoxyphenoxycarbonyloxy, pn-hexadecyloxyphenoxycarbonyloxy ),
Amino groups (preferably amino groups, substituted or unsubstituted alkylamino groups having 1 to 30 carbon atoms, substituted or unsubstituted anilino groups having 6 to 30 carbon atoms, such as amino, methylamino, dimethylamino, anilino N-methyl-anilino, diphenylamino),
Acylamino group (preferably formylamino group, substituted or unsubstituted alkylcarbonylamino group having 1 to 30 carbon atoms, substituted or unsubstituted arylcarbonylamino group having 6 to 30 carbon atoms, such as formylamino, acetylamino Pivaloylamino, lauroylamino, benzoylamino, 3,4,5-tri-n-octyloxyphenylcarbonylamino),
Aminocarbonylamino group (preferably substituted or unsubstituted aminocarbonylamino having 1 to 30 carbon atoms, such as carbamoylamino, N, N-dimethylaminocarbonylamino, N, N-diethylaminocarbonylamino, morpholinocarbonylamino) ,
An alkoxycarbonylamino group (preferably a substituted or unsubstituted alkoxycarbonylamino group having 2 to 30 carbon atoms such as methoxycarbonylamino, ethoxycarbonylamino, t-butoxycarbonylamino, n-octadecyloxycarbonylamino, N-methyl- Methoxycarbonylamino),
An aryloxycarbonylamino group (preferably a substituted or unsubstituted aryloxycarbonylamino group having 7 to 30 carbon atoms, such as phenoxycarbonylamino, p-chlorophenoxycarbonylamino, mn-octyloxyphenoxycarbonylamino) ,
A sulfamoylamino group (preferably a substituted or unsubstituted sulfamoylamino group having 0 to 30 carbon atoms, such as sulfamoylamino, N, N-dimethylaminosulfonylamino, Nn-octylaminosulfonyl amino),
Alkyl and arylsulfonylamino groups (preferably substituted or unsubstituted alkylsulfonylamino having 1 to 30 carbon atoms, substituted or unsubstituted arylsulfonylamino having 6 to 30 carbon atoms, such as methylsulfonylamino, butylsulfonylamino, Phenylsulfonylamino, 2,3,5-trichlorophenylsulfonylamino, p-methylphenylsulfonylamino),
・ Mercapto group,
An alkylthio group (preferably a substituted or unsubstituted alkylthio group having 1 to 30 carbon atoms, such as methylthio, ethylthio, n-hexadecylthio),
An arylthio group (preferably a substituted or unsubstituted arylthio having 6 to 30 carbon atoms, such as phenylthio, p-chlorophenylthio, m-methoxyphenylthio),
A heterocyclic thio group (preferably a substituted or unsubstituted heterocyclic thio group having 2 to 30 carbon atoms, such as 2-benzothiazolylthio, 1-phenyltetrazol-5-ylthio),
A sulfamoyl group (preferably a substituted or unsubstituted sulfamoyl group having 0 to 30 carbon atoms, such as N-ethylsulfamoyl, N- (3-dodecyloxypropyl) sulfamoyl, N, N-dimethylsulfamoyl, N -Acetylsulfamoyl, N-benzoylsulfamoyl, N- (N′-phenylcarbamoyl) sulfamoyl),
・ Sulfo group,
Alkyl and arylsulfinyl groups (preferably substituted or unsubstituted alkylsulfinyl groups having 1 to 30 carbon atoms, substituted or unsubstituted arylsulfinyl groups having 6 to 30 carbon atoms, such as methylsulfinyl, ethylsulfinyl, phenylsulfinyl, p -Methylphenylsulfinyl),
Alkyl and arylsulfonyl groups (preferably substituted or unsubstituted alkylsulfonyl groups having 1 to 30 carbon atoms, substituted or unsubstituted arylsulfonyl groups having 6 to 30 carbon atoms such as methylsulfonyl, ethylsulfonyl, phenylsulfonyl, p- Methylphenylsulfonyl),
Acyl group (preferably formyl group, substituted or unsubstituted alkylcarbonyl group having 2 to 30 carbon atoms, substituted or unsubstituted arylcarbonyl group having 7 to 30 carbon atoms, substituted or unsubstituted carbon group having 4 to 30 carbon atoms A heterocyclic carbonyl group bonded to a carbonyl group at a carbon atom, for example, acetyl, pivaloyl, 2-chloroacetyl, stearoyl, benzoyl, pn-octyloxyphenylcarbonyl, 2-pyridylcarbonyl, 2-furylcarbonyl),
Aryloxycarbonyl group (preferably a substituted or unsubstituted aryloxycarbonyl group having 7 to 30 carbon atoms, such as phenoxycarbonyl, o-chlorophenoxycarbonyl, m-nitrophenoxycarbonyl, pt-butylphenoxycarbonyl) ,
An alkoxycarbonyl group (preferably a substituted or unsubstituted alkoxycarbonyl group having 2 to 30 carbon atoms, such as methoxycarbonyl, ethoxycarbonyl, t-butoxycarbonyl, n-octadecyloxycarbonyl),
A carbamoyl group (preferably a substituted or unsubstituted carbamoyl having 1 to 30 carbon atoms such as carbamoyl, N-methylcarbamoyl, N, N-dimethylcarbamoyl, N, N-di-n-octylcarbamoyl, N- ( Methylsulfonyl) carbamoyl),
Aryl and heterocyclic azo groups (preferably substituted or unsubstituted arylazo groups having 6 to 30 carbon atoms, substituted or unsubstituted heterocyclic azo groups having 3 to 30 carbon atoms, such as phenylazo, p-chlorophenylazo, 5 -Ethylthio-1,3,4-thiadiazol-2-ylazo),
An imide group (preferably N-succinimide, N-phthalimide),
A phosphino group (preferably a substituted or unsubstituted phosphino group having 2 to 30 carbon atoms, such as dimethylphosphino, diphenylphosphino, methylphenoxyphosphino),
A phosphinyl group (preferably a substituted or unsubstituted phosphinyl group having 2 to 30 carbon atoms, such as phosphinyl, dioctyloxyphosphinyl, diethoxyphosphinyl),
A phosphinyloxy group (preferably a substituted or unsubstituted phosphinyloxy group having 2 to 30 carbon atoms, such as diphenoxyphosphinyloxy, dioctyloxyphosphinyloxy),
A phosphinylamino group (preferably a substituted or unsubstituted phosphinylamino group having 2 to 30 carbon atoms, such as dimethoxyphosphinylamino, dimethylaminophosphinylamino),
A silyl group (preferably a substituted or unsubstituted silyl group having 3 to 30 carbon atoms, for example, trimethylsilyl, t-butyldimethylsilyl, phenyldimethylsilyl).
In addition, the substituent may be further substituted. In that case, the above-mentioned substituent W can be mentioned as an example of a substituent.
以下に、本発明の色素(色素化合物)の好ましい具体例を示すが、本発明はこれらに限定されない。 Although the preferable specific example of the pigment | dye (dye compound) of this invention is shown below, this invention is not limited to these.
本発明の色素は、溶液における最大吸収波長が、好ましくは350〜1000nmの範囲であり、より好ましくは370〜700nmの範囲であり、特に好ましくは390〜650nmの範囲である。 The dye of the present invention has a maximum absorption wavelength in a solution of preferably 350 to 1000 nm, more preferably 370 to 700 nm, and particularly preferably 390 to 650 nm.
図1に示すように、本発明の光電変換素子の好ましい実施態様を、図面を参照して説明する。光電変換素子10は、導電性支持体1、導電性支持体上、に設置される色素により増感した半導体膜(感光層)2、正孔輸送層3及び対極4からなる。半導体膜(区別して図示せず)を設置した導電性支持体1は光電変換素子10において作用電極として機能する。この光電変換素子10を外部回路6で仕事をさせる電池用途に使用できるようにして、光電気化学電池(図示しない)として作動させることができる。
As shown in FIG. 1, the preferable embodiment of the photoelectric conversion element of this invention is demonstrated with reference to drawings. The photoelectric conversion element 10 includes a conductive support 1, a semiconductor film (photosensitive layer) 2 sensitized with a dye placed on the conductive support 2, a
受光電極5は、導電性支持体1および導電性支持体上に塗設される色素21の吸着した半導体微粒子22の層(感光層)2よりなる電極である。本実施形態においては受光電極5に電解質23を含むものとして示しているが、これを含まないものとしてみてもよい。感光層2は目的に応じて設計され、単層構成でも多層構成でもよい。一層の感光層中の色素は一種類でも多種の混合でもよいが、そのうちの少なくとも1種は、本発明の色素を用いる。感光層2に入射した光は色素を励起する。励起色素はエネルギーの高い電子を有しており、この電子が色素21から半導体微粒子22の伝導帯に渡され、さらに拡散によって導電性支持体1に到達する。このとき色素21の分子は酸化体となっているが、電極上の電子が外部回路で仕事をしながら色素酸化体に戻るのが光電気化学電池であり、受光電極5はこの電池の負極として働く。
本発明において光電変換素子及び光電気化学電池に用いられる材料及び各部材の作製方法については、この種のものにおける通常のものを採用すればよく、例えば米国特許第5463057号明細書、米国特許第5525440号明細書、特開平7−249790号公報、特開2004−220974号公報、特開2008−135197号公報を参照することができる。以下、主たる部材について概略を説明する。
The light receiving electrode 5 is an electrode composed of a conductive support 1 and a layer (photosensitive layer) 2 of semiconductor
In the present invention, the materials used for the photoelectric conversion element and the photoelectrochemical cell and the method for producing each member may be the usual ones of this type. For example, US Pat. No. 5,463,057, US Pat. No. 5,525,440, JP-A-7-249790, JP-A-2004-220974, and JP-A-2008-135197 can be referred to. Hereinafter, an outline of main members will be described.
次に、本発明の光電気化学電池について詳しく説明する。
本発明の光電気化学電池の構成は、透明基板及び対向基板を最外層とし、両基板の間に、透明基板の側から、透明導電膜、受光電極、電荷移動層、対極、導電層が配置されたものである。受光電極と対極との間の空間部分には、絶縁性の多孔体が充填されていることが好ましい。特に、受光電極と電荷移動層との間に絶縁性の多孔体で充填された層が設けられることが好ましい。Andreaus Key,Michael Greatzel著“Low cost photovoltaic modules based on dye sensitized nanocrystalline titanium dioxide and carbon powder”,Solar Energy Materials and Solar Cells,vol.44,Elsevier Science,1996,p.99−117.中で開示されている3層のモジュールでは、この絶縁性の多孔体で充填された層をセパレータと呼んでいる。
この空間充填剤もしくはセパレータとして用いられる絶縁性の多孔体は、例えばガラスビーズ、二酸化ケイ素(シリカ)などの粒子を用いることができる。好ましくは二酸化ケイ素粒子を焼結したものが好ましい。この絶縁性の多孔体は、コスト削減の観点から塗布及び焼結によって形成することが可能なものが好ましく、具体的には、シリカ粒子を焼結した絶縁性の多孔体が好ましい。シリカ粒子を焼結した多孔体が好ましい理由は、当該多孔体は屈折率が低く光散乱が小さいため、良好な透明性を有するためである。また、当該多孔体は、良好な透明性を確保するため、平均粒径が5〜150nmであることが好ましい。
Next, the photoelectrochemical cell of the present invention will be described in detail.
The configuration of the photoelectrochemical cell of the present invention comprises a transparent substrate and a counter substrate as an outermost layer, and a transparent conductive film, a light receiving electrode, a charge transfer layer, a counter electrode, and a conductive layer are disposed between the two substrates from the transparent substrate side. It has been done. The space portion between the light receiving electrode and the counter electrode is preferably filled with an insulating porous body. In particular, a layer filled with an insulating porous material is preferably provided between the light receiving electrode and the charge transfer layer. Andrew Key, Michael Greatzel, “Low cost photovoltaic moduls based on dyssensed titanium dioxide and carbon powder” by Andrew Greyzel. 44, Elsevier Science, 1996, p. 99-117. In the three-layer module disclosed therein, the layer filled with this insulating porous body is called a separator.
As the insulating porous material used as the space filler or the separator, for example, particles such as glass beads and silicon dioxide (silica) can be used. Preferably, sintered silicon dioxide particles are preferred. The insulating porous body is preferably one that can be formed by coating and sintering from the viewpoint of cost reduction. Specifically, an insulating porous body in which silica particles are sintered is preferable. The reason why a porous body obtained by sintering silica particles is preferable is that the porous body has good transparency because it has a low refractive index and low light scattering. The porous body preferably has an average particle size of 5 to 150 nm in order to ensure good transparency.
受光電極は、導電性支持体、および導電性支持体上に塗設される色素の吸着した半導体微粒子の層(感光層)よりなる電極である。感光層は目的に応じて設計され、単層構成でも多層構成でもよい。一層の感光層中の色素は一種類でも多種の混合でもよいが、そのうちの少なくとも1種は、前記一般式(I)〜(VII)のいずれかで表される構造を少なくとも1つ有する色素である。感光層に入射した光は色素を励起する。励起色素はエネルギーの高い電子を有しており、この電子が色素から半導体微粒子の伝導帯に渡され、さらに拡散によって導電性支持体に到達する。このとき色素分子は酸化体となっているが、電極上の電子が外部回路で仕事をしながら色素酸化体に戻るのが光電気化学電池であり、色素増感光電変換素子はこの電池の負極として働く。 The light receiving electrode is an electrode composed of a conductive support and a layer of semiconductor fine particles (photosensitive layer) adsorbed with a dye coated on the conductive support. The photosensitive layer is designed according to the purpose, and may be a single layer structure or a multilayer structure. The dyes in one photosensitive layer may be one kind or a mixture of various kinds, but at least one of them is a dye having at least one structure represented by any one of the general formulas (I) to (VII). is there. Light incident on the photosensitive layer excites the dye. The excited dye has electrons with high energy, and these electrons are transferred from the dye to the conduction band of the semiconductor fine particles, and further reach the conductive support by diffusion. At this time, the dye molecule is an oxidant, but the electrons on the electrode return to the dye oxidant while working in the external circuit, and the dye-sensitized photoelectric conversion element is the negative electrode of this battery. Work as.
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か、または表面に導電膜層を有するガラスもしくはプラスチックの支持体である。支持体としては、ガラス及びプラスチックの他、セラミック(特開2005−135902)、導電性樹脂(特開2001−160425)を用いても良い。支持体上には、表面に光マネージメント機能を施しても良く、例えば、特開2003−123859記載の高屈折膜及び低屈性率の酸化物膜を交互に積層した反射防止膜、特開2002−260746記載のライトガイド機能が上げられる。 The conductive support is a support made of glass or plastic having a conductive film layer on the surface, such as a metal having a conductive property in itself. As the support, in addition to glass and plastic, ceramic (Japanese Patent Laid-Open No. 2005-135902) or conductive resin (Japanese Patent Laid-Open No. 2001-160425) may be used. On the support, a surface may be provided with a light management function. For example, an antireflection film in which high refractive films and low refractive index oxide films described in JP-A-2003-123859 are alternately laminated, and JP-A-2002 The light guide function described in -260746 is raised.
支持体上には、紫外光を遮断する機能を持たせることが好ましい。例えば、特開2001−185242に記載の紫外光を可視光に変えることが出来る蛍光材料を透明支持体中または、透明支持体表面に存在させる方法が挙げられる。また、別の好ましい方法して、紫外線吸収剤を用いる方法も挙げられる。好ましい態様として例えば、特開平11−345991、特開2002−25634、特開2003−21769、特開2004−227843、特開2004−349129、特開2002−134178、及び特開2003−100358に開示のものが挙げられる。
支持体上には、特開平11−250944、特開2003−308892、及び特開2003−282163に記載の機能を付与しても良い。
It is preferable to provide a function of blocking ultraviolet light on the support. For example, the method of making the fluorescent material which can change the ultraviolet light of Unexamined-Japanese-Patent No. 2001-185242 into visible light exist in a transparent support body or the surface of a transparent support body is mentioned. Another preferred method is a method using an ultraviolet absorber. As preferred embodiments, for example, disclosed in JP-A-11-345991, JP-A-2002-25634, JP-A-2003-21769, JP-A-2004-227843, JP-A-2004-349129, JP-A-2002-134178, and JP-A-2003-1000035. Things.
The functions described in JP-A-11-250944, JP-A-2003-308892, and JP-A-2003-282163 may be provided on the support.
好ましい導電膜としては金属(例えば白金、金、銀、銅、アルミニウム、ロジウム、インジウム等)、炭素、もしくは導電性の金属酸化物(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等)が挙げられる。好ましい導電膜の態様及び製法としては、特開2003−151355、特開2004−311174、特開2004−311175、特開2004−311176、特開2005−85699、特開2005−85670、特開2005−116391、特開2003−323818、特開2004−165080、及び特開2005141981に記載のものが挙げられる。 Preferred conductive films include metals (eg, platinum, gold, silver, copper, aluminum, rhodium, indium, etc.), carbon, or conductive metal oxides (indium-tin composite oxide, tin oxide doped with fluorine, etc.) ). Examples of preferred conductive film modes and methods include JP-A No. 2003-151355, JP-A No. 2004-31174, JP-A No. 2004-31175, JP-A No. 2004-31176, JP-A No. 2005-85699, JP-A No. 2005-85670, and JP-A No. 2005. 116391, JP2003-323818, JP2004165080, and JP2005141981.
導電膜層の厚さは0.01〜30μmであることが好ましく、0.03〜25μmであることが更に好ましく、特に好ましくは0.05〜20μmである。
導電性支持体は表面抵抗が低い程よい。好ましい表面抵抗の範囲としては50Ω/cm2以下であり、さらに好ましくは10Ω/cm2以下である。この下限に特に制限はないが、通常0.1Ω/cm2程度である。
The thickness of the conductive film layer is preferably 0.01 to 30 μm, more preferably 0.03 to 25 μm, and particularly preferably 0.05 to 20 μm.
The lower the surface resistance of the conductive support, the better. The range of the surface resistance is preferably 50 Ω / cm 2 or less, more preferably 10 Ω / cm 2 or less. Although there is no restriction | limiting in particular in this lower limit, Usually, it is about 0.1 ohm / cm < 2 >.
導電膜の抵抗値はセル面積が大きくなると大きくなる為、集電電極を配置しても良い。好ましい集電電極の形状及び材質としては、特開平11−266028、特開2005−108467、特開2003−203681、特開2004−146425、特開2004−128267、特開2004−164970、特開2004−327226、特開2004−164950、特開2005−78857、特開2005−197176、特開2004−164950、特開2000−285977、特開2002−314108、及び特開2003−123858が挙げられる。 Since the resistance value of the conductive film increases as the cell area increases, a collecting electrode may be provided. Preferred shapes and materials of the current collecting electrodes are disclosed in JP-A-11-266028, JP-A-2005-108467, JP-A-2003-203681, JP-A-2004-146425, JP-A-2004-128267, JP-A-2004-164970, JP-A-2004. -327226, JP-A-2004-164950, JP-A-2005-78857, JP-A-2005-197176, JP-A-2004-164950, JP-A-2000-285777, JP-A-2002-314108, and JP-A-2003-123858.
特開2000−285974に記載のように、支持体と透明導電膜の間にガスバリヤー膜及び/又はイオン拡散防止膜を配置しても良い。ガスバリヤ層としては、樹脂膜(例えば、特開2000−282163、特開2005−142086)または、無機膜(特開2005−142086)のどちらでもよい。
また、特開2005−142084または2005−142085のように透明電極と多孔質半導体電極光触媒含有層を設けても良い。
As described in JP-A-2000-285974, a gas barrier film and / or an ion diffusion preventing film may be disposed between the support and the transparent conductive film. As the gas barrier layer, either a resin film (for example, Japanese Patent Laid-Open No. 2000-282163, Japanese Patent Laid-Open No. 2005-14086) or an inorganic film (Japanese Patent Laid-Open No. 2005-142886) may be used.
Moreover, you may provide a transparent electrode and a porous semiconductor electrode photocatalyst content layer like Unexamined-Japanese-Patent No. 2005-142084 or 2005-142085.
透明導電層は積層構造でも良く、好ましい方法としてたとえば、ITO上にFTOを積層する特開2003−323818に記載の方法の他、特開2005−44544、特開2005−142088、特開2005−19205、特開2004−241228、特開2004−319872が挙げられる。 The transparent conductive layer may have a laminated structure. As a preferable method, for example, in addition to the method described in JP-A No. 2003-323818 in which FTO is laminated on ITO, JP-A No. 2005-44544, JP-A No. 2005-142888, and JP-A No. 2005-19205. JP-A-2004-241228 and JP-A-2004-319872.
導電性支持体は実質的に透明であることが好ましい。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%以上であることが好ましく、80%以上が特に好ましい。透明導電性支持体としては、ガラスもしくはプラスチックに導電性の金属酸化物を塗設したものが好ましい。このときの導電性の金属酸化物の塗布量は、ガラスもしくはプラスチックの支持体1m2当たりの0.1〜100gが好ましい。透明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。 It is preferable that the conductive support is substantially transparent. Substantially transparent means that the light transmittance is 10% or more, preferably 50% or more, particularly preferably 80% or more. As the transparent conductive support, a glass or plastic coated with a conductive metal oxide is preferable. The coating amount of the conductive metal oxide at this time is preferably 0.1 to 100 g per 1 m 2 of a glass or plastic support. When a transparent conductive support is used, light is preferably incident from the support side.
半導体微粒子は、好ましくは金属のカルコゲニド(例えば酸化物、硫化物、セレン化物等)またはペロブスカイトの微粒子である。金属のカルコゲニドとしては、好ましくはチタン、スズ、亜鉛、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、もしくはタンタルの酸化物、硫化カドミウム、セレン化カドミウム等が挙げられる。ペロブスカイトとしては、好ましくはチタン酸ストロンチウム、チタン酸カルシウム等が挙げられる。これらのうち酸化チタン、酸化亜鉛、酸化スズ、酸化タングステンが特に好ましい。 The semiconductor fine particles are preferably metal chalcogenide (for example, oxide, sulfide, selenide, etc.) or perovskite fine particles. Preferred examples of the metal chalcogenide include titanium, tin, zinc, tungsten, zirconium, hafnium, strontium, indium, cerium, yttrium, lanthanum, vanadium, niobium, tantalum oxide, cadmium sulfide, cadmium selenide, and the like. . Preferred perovskites include strontium titanate and calcium titanate. Of these, titanium oxide, zinc oxide, tin oxide, and tungsten oxide are particularly preferable.
半導体微粒子の製造方法として、例えば、チタニアナノ粒子の製造方法として好ましくは、四塩化チタンの火炎加水分解による方法(特表平06−511113)、四塩化チタンの燃焼法(特開2003−327432)、安定なカルコゲナイド錯体の加水分解(特開2001−85076)、オルトチタン酸の加水分解(特開2004−161589、特開2004−238213)、可溶部と不溶部から半導体微粒子を形成後可溶部を溶解除去する方法(特開2002−246620)、過酸化物水溶液の水熱合成(特開2003−92154)、またはゾルゲル法によるコア/シェル構造の酸化チタン微粒子の製造方法(特開2004−10403)が挙げられる。 As a method for producing semiconductor fine particles, for example, preferably as a method for producing titania nanoparticles, a method by flame hydrolysis of titanium tetrachloride (Japanese Patent Publication No. 06-511113), a combustion method of titanium tetrachloride (Japanese Patent Laid-Open No. 2003-327432), Hydrolysis of stable chalcogenide complexes (Japanese Patent Laid-Open No. 2001-85076), hydrolysis of orthotitanic acid (Japanese Patent Laid-Open No. 2004-161589, Japanese Patent Laid-Open No. 2004-238213), soluble portion after formation of semiconductor fine particles from soluble portion and insoluble portion For dissolution and removal of water (JP 2002-246620), hydrothermal synthesis of an aqueous peroxide solution (JP 2003-92154), or manufacturing method of core / shell structure titanium oxide fine particles by sol-gel method (JP 2004-10403) ).
チタニアの結晶構造としては、アナターゼ型、ブルッカイト型、または、ルチル型があげられ、アナターゼ型、ブルッカイト型が好ましい。好ましい例として、特開平11−339867、特開2001−43907、特開2001−43907に記載の例が挙げられる。また、好ましい酸化チタンの物性としては、EP1338563、US2004/0161380、US6075203、US6444189、US6720202、CN1540772、特開2001−283942、及び特開2001−212457に記載の例などが挙げられる。 Examples of the crystal structure of titania include anatase type, brookite type, and rutile type, and anatase type and brookite type are preferable. Preferred examples include those described in JP-A Nos. 11-339867, 2001-43907, and 2001-43907. Further, examples of preferable physical properties of titanium oxide include the examples described in EP 1338563, US 2004/0161380, US 6075203, US 6444189, US 6720202, CN 1540772, JP 2001-283542, and JP 2001-212457.
チタニアナノチューブ・ナノワイヤー・ナノロッドをチタニア微粒子に混合するか、または半導体電極として用いても良く、好ましい例としては、特開2003−168495、特開2003−251194、特開2004−175586、特開2004−175587、特開2004−175588、特開2004−311354、特開2004−311355、特開2004−319661、及び特開2005−162584に記載の例が挙げられる。 Titania nanotubes, nanowires, and nanorods may be mixed with titania fine particles or used as a semiconductor electrode. Preferred examples include Japanese Patent Laid-Open Nos. 2003-168495, 2003-251194, 2004-175586, and 2004. Examples include those described in JP-A-175875, JP-A No. 2004-175588, JP-A No. 2004-31354, JP-A No. 2004-31355, JP-A No. 2004-319661, and JP-A No. 2005-162584.
チタニアは、非金属元素などによりドーピングされていても良い。好ましい例としては、特開2000−235874、特開2003−252624、特開2002−25637、特開2003−187881、特開2003−187882、特開2003−179244、特開2004−87148、特開2004−119279、特開2005−93944、特開2005−64493、特開2003−257507、及び特開2003−323920に記載の例などが挙げられる。チタニアへの添加剤としてド―パント以外に、ネッキングを改善する為のバインダーや逆電子移動防止の為に表面へ添加剤を用いても良い。好ましい添加剤の例としては、ITO、SnO粒子(特開平11−283682、特開2001−345125)、ウイスカー(特開2003−163037)、繊維状グラファイト・カーボンナノチューブ(特開2003−163037)、酸化亜鉛ネッキング結合子(特開2003−273381)、セルロース等の繊維状物質(特開2003−123861)、金属(特開2000−285975、特開2001−35551)、有機シリコン(特開2000−294304)、ドデシルベンゼンスルホン酸(特開2000−260493)、シラン化合物等の電荷移動結合分子(特開2000−323192、特開2001−102103)、及び電位傾斜型デンドリマー(特開2004−213908)などが挙げられる。 Titania may be doped with a nonmetallic element or the like. Preferred examples include JP-A 2000-235874, JP-A 2003-252624, JP-A 2002-25637, JP-A 2003-187881, JP-A 2003-187882, JP-A 2003-179244, JP-A 2004-87148, JP-A 2004. -119279, JP2005-93944, JP2005-64493, JP2003-257507, and JP2003-323920. In addition to the dopant, an additive to the titania may be used as a binder for improving necking or an additive on the surface for preventing reverse electron transfer. Examples of preferable additives include ITO, SnO particles (JP-A-11-283682, JP-A-2001-345125), whiskers (JP-A-2003-163037), fibrous graphite / carbon nanotubes (JP-A-2003-163037), oxidation Zinc necking binder (Japanese Patent Laid-Open No. 2003-273381), fibrous materials such as cellulose (Japanese Patent Laid-Open No. 2003-123861), metal (Japanese Patent Laid-Open No. 2000-285975, Japanese Patent Laid-Open No. 2001-35551), organic silicon (Japanese Patent Laid-Open No. 2000-294304) , Dodecylbenzenesulfonic acid (JP 2000-260493), charge transfer bonding molecules such as silane compounds (JP 2000-323192, JP 2001-102103), potential gradient dendrimers (JP 2004-213908), and the like. It is done.
チタニア上の表面欠陥を除去するなどの目的で、色素吸着前にチタニアを酸塩基又は酸化還元処理しても良い。酸塩基処理の例としては、例えば特開2000−101106、特開2002−293541、特開2003−297441、特開2003−297442、特開2004−235240などがあげらられる。また、特開平08−81222、特開2000−285980、特開2004−158243、及び特開2004−247104等に記載のようにエッチング、酸化処理、過酸化水素処理、脱水素処理、UV−オゾン、酸素プラズマなどで処理しても良い。 For the purpose of removing surface defects on titania, titania may be acid-base or redox treated before dye adsorption. Examples of acid-base treatment include, for example, JP 2000-101106 A, JP 2002-293541 A, JP 2003-297441 A, JP 2003-297442 A, JP 2004-235240 A, and the like. Further, as described in JP-A-08-81222, JP-A-2000-285980, JP-A-2004-158243, JP-A-2004-247104, etc., etching, oxidation treatment, hydrogen peroxide treatment, dehydrogenation treatment, UV-ozone, You may process by oxygen plasma etc.
半導体電極は酸化チタンと酸化スズ(TiO2/SnO2)などの複合電極を用いても良く、チタニアの混合電極として例えば、特開2000−113913、特開2004−95387、特開2001−155791、特開2003−272723、特開平05−504023、特開2000−114563、特開2002−75476、特開2002−8741、CN1350334 、特開2003−272724、特開2003−308891、特開2005−174934、特開2001−358348、特開2003−123862、特開2004−103420、特開2005−39013及び特開2003−317815が挙げられる。チタニア以外の混合電極として例えば、特開2001−185243、特開2003−282164、特開2003−289151、特開2003−321299、特開2002−93471、特開2002−141115、特開2002−184476、特開2002−356400、特開2002−246623、特開2002−246624、特開2002−261303、特開2003−243053、特開2004−6235、特開2003−323920、特開2004−277197、特開2004−210605、特開2005−135798、特開2005−135799、特開2001−196105、特開2002−100418、特開2002−100419、特開2002−280084、特開2003−272724、特開2004−124124、特開平09−237641、特開平11−273755、特開2004−247105が挙げられる。 As the semiconductor electrode, a composite electrode such as titanium oxide and tin oxide (TiO2 / SnO2) may be used. As a mixed electrode of titania, for example, JP 2000-119393, JP 2004-95387, JP 2001-155791, JP 2003-272723, JP 05-504023, JP 2000-114563, JP 2002-75476, JP 2002-8741, CN 1350334, JP 2003-272724, JP 2003-308891, JP 2005-174934, JP JP-A No. 2001-358348, JP-A No. 2003-123862, JP-A No. 2004-103420, JP-A No. 2005-39013, and JP-A No. 2003-317815. As mixed electrodes other than titania, for example, JP 2001-185243, JP 2003-282164, JP 2003-289151, JP 2003-321299, JP 2002-93471, JP 2002-141115, JP 2002-184476, JP 2002-356400, JP 2002-246623, JP 2002-246624, JP 2002-261303, JP 2003-243053, JP 2004-6235, JP 2003-323920, JP 2004-277197, JP 2004-210605, JP 2005-135798, JP 2005-135799, JP 2001-196105, JP 2002-100418, JP 2002-100419, JP 2002-280084, JP 2003-272. 24, JP 2004-124124, JP-A 09-237641, JP-A 11-273755, include JP 2004-247105.
半導体電極は、入射光の利用率を高めるなどのためにタンデム型にしても良い。好ましいタンデム型の構成例ととしては、特開2002−90989、特開2002−222971、特開2003−168496、特開2003−249275、2005−166313、特開平11−273753、特開2002−167808、特開2005−129259、特開2002−231324、特開2005−158620、特開2005−158621、特開2005−191137、特開2003−333757記載り例が挙げられる。 The semiconductor electrode may be a tandem type in order to increase the utilization rate of incident light. Examples of preferable tandem configuration examples include Japanese Patent Laid-Open No. 2002-90989, Japanese Patent Laid-Open No. 2002-222971, Japanese Patent Laid-Open No. 2003-168497, Japanese Patent Laid-Open No. 2003-249275, 2005-166313, Japanese Patent Laid-Open No. 11-273353, Japanese Patent Laid-Open No. 2002-167808, Examples described in JP-A-2005-129259, JP-A-2002-231324, JP-A-2005-158620, JP-A-2005-158621, JP-A-2005-191137, JP-A-2003-333757 are included.
これらの半導体微粒子の粒径は、投影面積を円に換算したときの直径を用いた平均粒径で1次粒子として0.001〜1μm、分散物の平均粒径として0.01〜100μmであることが好ましい。 The particle diameters of these semiconductor fine particles are 0.001 to 1 μm as primary particles, and 0.01 to 100 μm as the average particle diameter of the dispersion in terms of the average particle diameter when the projected area is converted into a circle. It is preferable.
半導体微粒子を導電性支持体上に塗設する方法としては、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、特許2664194に記載の半導体微粒子の前駆体を導電性支持体上に塗布し空気中の水分によって加水分解して半導体微粒子膜を得る方法などの(1)湿式法が一般的な方法として挙げられる。湿式法の製造方法としては、半導体微粒子の分散液を作成する方法としては乳鉢ですり潰す方法、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が、好ましくは、特開平11−144772、特開2005−100792、EP1300897、特開2002−324591、特開2002−145615、特開2003−176130、及び特開2004−79610が挙げられる。(1)湿式法の塗布液の分散媒としては水または各種の有機溶媒(例えばメタノール、エタノール、t−ブタノール、ジクロロメタン、アセトン、アセトニトリル、酢酸エチル等)が挙げられるが、好ましくは、特表平06−511113、CN144292、特開平11−11912、特開2000−294814、特開2000−319018、特開2000−319018、特開2000−319018、特開2002−145614、特開2002−75477、特開2004−193321、WO02/067357、特開2004−207205、特開2004−111348、特開2004−186144、特開2003−282162、特開2005−142011、特開2005−174695、特開2005−85500、特開平11−343118、特開平11−354169、特開2000−106222、特開2003−246621、特開2003−51345、特開2004−158551、特開2001−358348、特開2003−217693などが挙げられる。。分散の際、必要に応じてポリマー、界面活性剤、酸、もしくはキレート剤などを分散助剤として用いてもよい。 As a method of coating the semiconductor fine particles on the conductive support, a method of coating a dispersion or colloidal solution of semiconductor fine particles on the conductive support, or a method of coating the semiconductor fine particle precursor described in Japanese Patent No. 2664194 with the conductive support. As a general method, (1) a wet method such as a method for obtaining a semiconductor fine particle film by applying it on the surface and hydrolyzing with moisture in the air can be cited. As a manufacturing method of the wet method, as a method of preparing a dispersion of semiconductor fine particles, a method of pulverizing with a mortar, a method of dispersing while pulverizing using a mill, or a method of precipitating fine particles in a solvent when synthesizing a semiconductor Examples of the method are as follows. Preferably, JP-A Nos. 11-144772, JP-A 2005-1000079, EP 1300957, JP-A 2002-324591, JP-A 2002-145615, JP-A 2003-176130, and JP-A 2004-2004 are preferable. 79610. (1) As a dispersion medium of the coating liquid of the wet method, water or various organic solvents (for example, methanol, ethanol, t-butanol, dichloromethane, acetone, acetonitrile, ethyl acetate, etc.) can be mentioned. 06-511113, CN144292, JP11-11912, JP2000-294814, JP2000-319018, JP2000-319018, JP2000-319018, JP2002-145614, JP2002-75477, JP 2004-193321, WO02 / 067357, JP2004-207205, JP2004-111348, JP2004-186144, JP2003-282162, JP2005-142011, JP2005-174695, JP2005-8550. JP-A-11-343118, JP-A-11-354169, JP-A-2000-106222, JP-A-2003-246621, JP-A-2003-51345, JP-A-2004-158551, JP-A-2001-358348, JP-A-2003-217893, and the like. Can be mentioned. . During dispersion, a polymer, surfactant, acid, chelating agent, or the like may be used as a dispersion aid as necessary.
半導体微粒子を導電性支持体上に塗設する方法として、(1) 湿式法の他、(2)乾式法、(3)その他の方法が挙げられる。
(2)乾式法として好ましくは、特開2000−231943、特開2002−170602、特開2001−345124、特開2003−197280、特開2003−123854、特開2003−123852、特開2003−123853、特開2005−39013、特開2004−39286、特開2005−104760が挙げられる。
(3)その他の方法として、好ましくは、特開2002−134435、US2004/0123896、特開2004−327265、特開342397、特公表2003−500857、特開2005−85491、特開2003−98977、特開2002−299665、特開2003−243053、特開2004−253331、特開平11−310898、特開2003−257507、特開2003−323920、US2004/0084080、US2004/0121068、特開2004−319873、特開平10−112337、特開平11−6098、特開2000−178791、特開2000−178792、特開2004−103420、及び特開2003−301283が挙げられる。
Examples of the method for coating the semiconductor fine particles on the conductive support include (1) a wet method, (2) a dry method, and (3) other methods.
(2) Preferably, the dry method is disclosed in JP 2000-231943, JP 2002-170602, JP 2001-345124, JP 2003-197280, JP 2003-123854, JP 2003-123852, JP 2003-123853. JP-A-2005-39013, JP-A-2004-39286, JP-A-2005-104760.
(3) As other methods, preferably, JP-A No. 2002-134435, US 2004/0123896, JP-A No. 2004-327265, JP-A No. 342397, JP-A No. 2003-500787, JP-A No. 2005-85491, JP-A No. 2003-98977, JP JP 2002-299665, JP 2003-243053, JP 2004-253331, JP 11-310898, JP 2003-257507, JP 2003-323920, US 2004/0084080, US 2004/0121068, JP 2004-319873, Special Examples include Kaihei 10-112337, JP-A-11-6098, JP-A 2000-178791, JP-A 2000-178792, JP-A 2004-103420, and JP-A 2003-301283.
半導体電極層内部で光散乱。反射を効率的に行う光マネージメント機能を設けても良い。好ましくは、特開2002−93476、特開2004−296373、特開2002−352868、特開2003−142170、特開2003−59549、特開2002−289274、特開2002−222968、特開2003−217688、特開2004−172110、特開2003−303629、特開2004−343071、特開2005−116302、特開平09−259943、特開平10−255863、特開2003−142171、特開2002−110261、及び特開2004−311197が挙げられる。 Light scattering inside the semiconductor electrode layer. A light management function for efficiently performing reflection may be provided. Preferably, JP 2002-93476, JP 2004-296373, JP 2002-352868, JP 2003-142170, JP 2003-59549, JP 2002-289274, JP 2002-222968, JP 2003-217688. , JP 2004-172110, JP 2003-303629, JP 2004-343071, JP 2005-116302, JP 09-259943, JP 10-255863, JP 2003-142171, JP 2002-110261, and JP2004-311197 is mentioned.
透明導電膜と酸化物半導体層の間には、電解液と電極が直接接触することによる逆電流を防止する為、短絡防止層を形成することが好ましい。好ましい例としては、特開平06−507999、特開平06−51113、特開2000−178792、特開平11−312541、特開2000−285974、特開2000−285979、特開2001−143771、特開2001156314、特開2001−307785、特開2002−151168、特開2002−75471、特開2003−163359、特開2003−163360、特開2003−123856、WO03/038909、特開2002−289270、特開2002−319439、特開2003−297443、特開2004−87622、特開2003−331934、特開2003−243054、特開2004−319130、特開2004−363069、特開2005−71956、特開2005−108807、特開2005−108836、特開2005−142087が挙げられる。 It is preferable to form a short-circuit prevention layer between the transparent conductive film and the oxide semiconductor layer in order to prevent reverse current due to direct contact between the electrolyte and the electrode. Preferred examples include JP 06-507999, JP 06-51113, JP 2000-178792, JP 11-312541, JP 2000-285974, JP 2000-285799, JP 2001-143771, JP 2001156314. , JP 2001-307785, JP 2002-151168, JP 2002-75471, JP 2003-163359, JP 2003-163360, JP 2003-123856, WO 03/038909, JP 2002-289270, JP 2002. -393939, JP 2003-297443, JP 2004-87622, JP 2003-331934, JP 2003-243054, JP 2004-319130, JP 2004-36369, JP 2005-719. 6, JP 2005-108807, JP 2005-108836, include JP 2005-142087.
光電極と対極の接触を防ぐ為に、スペーサーやセパレータを用いることが好ましい。好ましい例としては、特開2001−283941、特開2003−187883、特開2000−294306、特開2002−175844、特開2002367686、特開2004−253333が挙げられる。 In order to prevent contact between the photoelectrode and the counter electrode, it is preferable to use a spacer or a separator. Preferable examples include JP-A-2001-283941, JP-A-2003-18783, JP-A-2000-294306, JP-A-2002-175844, JP-A-2002367686, and JP-A-2004-253333.
半導体微粒子は多くの色素を吸着することができるように表面積の大きいものが好ましい。例えば半導体微粒子を支持体上に塗設した状態で、その表面積が投影面積に対して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。この上限には特に制限はないが、通常5000倍程度である。好ましい半導体微粒子の構造としては、特開2001−93591、特開2001−257012、特開2001−196106、特開2001−273936、及びEP1207572が挙げられる。 The semiconductor fine particles preferably have a large surface area so that many dyes can be adsorbed. For example, in a state where the semiconductor fine particles are coated on the support, the surface area is preferably 10 times or more, more preferably 100 times or more the projected area. Although there is no restriction | limiting in particular in this upper limit, Usually, it is about 5000 times. Preferred examples of the structure of the semiconductor fine particles include JP 2001-93591 A, JP 2001-257010 A, JP 2001-196106 A, JP 2001-273936 A, and EP 1207572.
一般に、半導体微粒子の層の厚みが大きいほど単位面積当たりに担持できる色素の量が増えるため光の吸収効率が高くなるが、発生した電子の拡散距離が増すため電荷再結合によるロスも大きくなる。半導体微粒子層の好ましい厚みは素子の用途によって異なるが、典型的には0.1〜100μmである。光電気化学電池として用いる場合は1〜50μmであることが好ましく、3〜30μmであることがより好ましい。半導体微粒子は、支持体に塗布した後に粒子同士を密着させるために、100〜800℃の温度で10分〜10時間焼成してもよい。支持体としてガラスを用いる場合、製膜温度は400〜600℃が好ましい。
支持体としてプラスティックを用いる場合、300℃以下で製膜することが好ましく、200℃以下が更に好ましい。200℃以下で製膜する方法としては、(1)湿式法、(2)乾式法、(3)電気泳動法(電析法を含む)の何れでも良く、好ましくは、(1)湿式法、又は(2)乾式であり、更に好ましくは、(1)湿式法である。
In general, as the thickness of the semiconductor fine particle layer increases, the amount of dye that can be supported per unit area increases, so that the light absorption efficiency increases. However, the diffusion distance of the generated electrons increases, and the loss due to charge recombination also increases. The preferred thickness of the semiconductor fine particle layer varies depending on the use of the device, but is typically 0.1 to 100 μm. When using as a photoelectrochemical cell, it is preferable that it is 1-50 micrometers, and it is more preferable that it is 3-30 micrometers. The semiconductor fine particles may be fired at a temperature of 100 to 800 ° C. for 10 minutes to 10 hours in order to adhere the particles to each other after being applied to the support. When glass is used as the support, the film forming temperature is preferably 400 to 600 ° C.
When using a plastic as a support, it is preferable to form a film at 300 ° C. or lower, and more preferably 200 ° C. or lower. As a method for forming a film at 200 ° C. or lower, any of (1) wet method, (2) dry method, and (3) electrophoresis method (including electrodeposition method) may be used, preferably (1) wet method, Or (2) dry method, more preferably (1) wet method.
湿式法とは、半導体層又はその前駆体を湿式で塗布するなどして、プラスティックフイルム上に膜を形成しそれを更に活性化する方法であり、例えば、特開平10−290018に開示の半導体と導電性化合物の混合物を低温で加熱する方法、前駆体を用いる方法(前駆体として例えば、特開2001−110462開示の(NH4)2TiF6、特開2001−247314開示の過酸化チタン、特開平11−219734開示の金属アルコキシド・金属錯体・金属有機酸塩が挙げられる。)、
特表2005−520314開示の金属有機酸化物(アルコキシドなど)を共存させたスラリーを塗布し加熱処理、光処理などで半導体膜を形成する方法、特開2003−2819847開示の無機系前駆体を共存させたスラリー、及び特開2005−056627開示のスラリーのpHと分散させたチタニア粒子の性状を特定した方法が挙げられる。
これらスラリーには、バインダーを添加しても良く、バインダーとしては、例えば、特開2003−109678、または特開2003−123861開示のセルロース、特開2003−272722開示のフッ素ポリマー、特開2004−47261開示の架橋ゴム、特表2005−516365開示のポリブチルチタネート、及び特開2005−135798開示のカルボキシメチルセルロースなどが挙げられる。
The wet method is a method of forming a film on a plastic film by applying a semiconductor layer or a precursor thereof wet, etc., and further activating it. For example, a semiconductor disclosed in JP-A-10-290018 A method of heating a mixture of conductive compounds at a low temperature, a method using a precursor (for example, (NH4) 2TiF6 disclosed in JP-A-2001-110462, titanium peroxide disclosed in JP-A-2001-247314, JP-A-11- 219734 disclosed metal alkoxides, metal complexes, metal organic acid salts).
A method of applying a slurry containing a metal organic oxide (such as alkoxide) disclosed in JP 2005-520314 and forming a semiconductor film by heat treatment, light treatment, etc., and an inorganic precursor disclosed in JP 2003-28847A And the method of identifying the pH of the slurry and the properties of the dispersed titania particles disclosed in JP-A-2005-056627.
A binder may be added to these slurries. Examples of the binder include cellulose disclosed in JP2003-109678A or JP2003-123861A, fluoropolymer disclosed in JP2003-272722A, and JP2004-47261A. The disclosed crosslinked rubber, polybutyl titanate disclosed in JP-T-2005-516365, carboxymethyl cellulose disclosed in JP-A-2005-135798, and the like.
半導体又はその前駆体層の形成に関する技術としては、特開2003−308890開示のコロナ放電、プラズマ、UVなどの物理的な方法で親水化する方法、アルカリ(特開2004−119120)やポリエチレンジオキシチオフェンとポリスチレンスルホン酸(特開2005−169228)などによる化学処理、特開2003−297443開示のポリアニリンなどの接合用中間膜の形成などが挙げられる。 As a technique related to the formation of a semiconductor or a precursor layer thereof, there are a method of hydrophilizing by a physical method such as corona discharge, plasma, UV disclosed in JP-A No. 2003-308890, an alkali (JP-A No. 2004-119120) and polyethylene dioxy. Examples thereof include chemical treatment with thiophene and polystyrene sulfonic acid (Japanese Patent Laid-Open No. 2005-169228), and formation of an interlayer film for bonding such as polyaniline disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 2003-297443.
また、塗布後に処理する方法をとっても良く、好ましい方法として例えば、UV照射、加熱、プラズマ、マイクロ派、通電、赤外線照射、化学的処理などが挙げられる。塗布後に処圧力をかけても良く、圧力をかける方法としては、特表2003−500857、特開2002−93475、特開2003−282160、及び特開2004−214129が挙げられる。光照射の例としては、特開2001−357896、特開平11−219734、特開2004−314313、特開2005−142446、特開2001−247314が挙げられる。プラズマ・マイクロ派・通電の例としては、特開2002−353453、特開2003−308893、特開2004−265662、特開2004−327369、特開2004−342319、特開2005−116415、特開2005−139498、及び特開2004−273770が挙げられる。化学的処理としては、例えば特開2001−357896、特開2002−280327、特開2003−281947、特表2005−520314、特開2003−297442が挙げられる。 Moreover, the method of processing after application | coating may be taken and a preferable method includes UV irradiation, a heating, a plasma, a micro group, electricity supply, infrared irradiation, a chemical process etc., for example. Processing pressure may be applied after application, and examples of methods for applying pressure include JP-T-2003-500857, JP-A-2002-93475, JP-A-2003-282160, and JP-A-2004-214129. Examples of light irradiation include JP-A No. 2001-357896, JP-A No. 11-219734, JP-A No. 2004-314313, JP-A No. 2005-142446, and JP-A No. 2001-247314. Examples of plasma / micro / conduction include JP 2002-353453, JP 2003-308893, JP 2004-265562, JP 2004-327369, JP 2004-342319, JP 2005-116415, JP 2005. -139498, and JP-A-2004-273770. Examples of the chemical treatment include JP 2001-357896, JP 2002-280327, JP 2003-281947, JP 2005-520314, and JP 2003-297442.
乾式法としては、蒸着やスパッタリング、エアロゾルデポジション法などがあげられ、好ましくは、特開2005−39013、特開2004−074609、特許3265481、特開2003−100359、及び特開2004−39286開示の方法が挙げられる。
また、特開2002−100146、及び特開2004−311354開示の電気泳動法・電析法を用いても良い。
Examples of the dry method include vapor deposition, sputtering, and aerosol deposition method, and preferably disclosed in JP-A-2005-39013, JP-A-2004-074609, JP-A-32655481, JP-A-2003-100309, and JP-A-2004-39286. A method is mentioned.
Moreover, you may use the electrophoresis method and electrodeposition method of Unexamined-Japanese-Patent No. 2002-100146 and Unexamined-Japanese-Patent No. 2004-31354.
また、耐熱基盤上でDSCをいったん作成した後、プラスティックフイルムに転写する方法を用いても良い。好ましくは、特開2002−184475開示のEVAを介して転写する方法、特開2003−98977開示の紫外線、水系溶媒で除去可能な無機塩を含む犠牲基盤上に半導体層・導電層を形成後、有機基盤に転写後、犠牲基盤を除去する方法などが挙げられる。 Alternatively, a method in which a DSC is once created on a heat-resistant substrate and then transferred to a plastic film may be used. Preferably, after a semiconductor layer / conductive layer is formed on a sacrificial substrate containing an inorganic salt that can be removed with ultraviolet light and an aqueous solvent disclosed in JP-A-2002-184475, a method of transferring via EVA disclosed in JP-A-2002-184475, For example, a method of removing the sacrificial substrate after transfer to the organic substrate.
なお、半導体微粒子の支持体1m2当たりの塗布量は0.5〜500g、さらには5〜100gが好ましい。 The coating amount of the semiconductor fine particles per 1 m 2 of the support is preferably 0.5 to 500 g, more preferably 5 to 100 g.
半導体微粒子に色素を吸着させるには、色素溶液の中に、よく乾燥した半導体微粒子を長時間浸漬する方法が一般的である。色素溶液は必要に応じて50℃ないし100℃に加熱してもよい。色素の吸着は半導体微粒子の塗布前に行っても塗布後に行ってもよい。また、半導体微粒子と色素を同時に塗布して吸着させても良い。未吸着の色素は洗浄によって除去する。塗布膜の焼成を行う場合は色素の吸着は焼成後に行うことが好ましい。焼成後、塗布膜表面に水が吸着する前にすばやく色素を吸着させるのが特に好ましい。吸着する色素は1種類でもよいし、数種混合して用いてもよい。混合する場合、本発明の色素を混合してもよいし、米国特許4927721号、同4684537号、同5084365号、同5350644号、同5463057号、同5525440号の各明細書、および特開平7−249790号公報に記載の錯体色素と本発明の色素を混合してもよい。光電変換の波長域をできるだけ広くするように、混合する色素が選ばれる。 In order to adsorb the dye to the semiconductor fine particles, a method of immersing well-dried semiconductor fine particles in a dye solution for a long time is general. The dye solution may be heated to 50 ° C. to 100 ° C. as necessary. The adsorption of the dye may be performed before or after application of the semiconductor fine particles. Further, the semiconductor fine particles and the pigment may be applied and adsorbed simultaneously. Unadsorbed dye is removed by washing. When baking a coating film, it is preferable to adsorb | suck a pigment | dye after baking. It is particularly preferable that the dye is quickly adsorbed after the baking and before water adsorbs on the surface of the coating film. One type of dye may be adsorbed or a mixture of several types may be used. In the case of mixing, the dyes of the present invention may be mixed, U.S. Pat. Nos. 4,927,721, 4,684,537, 5,844,365, 5,350,644, 5,463,057, 5,525,440, and JP-A-7- You may mix the complex pigment | dye described in 249790 gazette, and the pigment | dye of this invention. The dye to be mixed is selected so as to make the wavelength range of photoelectric conversion as wide as possible.
色素の使用量は、全体で、支持体1m2当たり0.01〜100ミリモルが好ましく、より好ましくは0.1〜50ミリモル、特に好ましくは0.1〜10ミリモルである。この場合、本発明の色素の使用量は5モル%以上とすることが好ましい。 The total amount of the dye used is preferably 0.01 to 100 mmol, more preferably 0.1 to 50 mmol, and particularly preferably 0.1 to 10 mmol per 1 m 2 of the support. In this case, the amount of the dye of the present invention is preferably 5 mol% or more.
また、色素の半導体微粒子に対する吸着量は半導体微粒子1gに対して0.001〜1ミリモルが好ましく、より好ましくは0.1〜0.5ミリモルである。 Further, the adsorption amount of the dye to the semiconductor fine particles is preferably 0.001 to 1 mmol, more preferably 0.1 to 0.5 mmol, with respect to 1 g of the semiconductor fine particles.
このような色素量とすることによって、半導体における増感効果が十分に得られる。これに対し、色素量が少ないと増感効果が不十分となり、色素量が多すぎると、半導体に付着していない色素が浮遊し増感効果を低減させる原因となる。 By using such a dye amount, a sensitizing effect in a semiconductor can be sufficiently obtained. On the other hand, when the amount of the dye is small, the sensitizing effect is insufficient, and when the amount of the dye is too large, the dye not attached to the semiconductor floats and causes the sensitizing effect to be reduced.
また、会合など色素同士の相互作用を低減する目的で無色の化合物を共吸着させてもよい。共吸着させる疎水性化合物としてはカルボキシル基を有するステロイド化合物(例えばコール酸、ピバロイル酸)等が挙げられる。 Further, a colorless compound may be co-adsorbed for the purpose of reducing the interaction between dyes such as association. Examples of the hydrophobic compound to be co-adsorbed include steroid compounds having a carboxyl group (for example, cholic acid and pivaloyl acid).
色素を吸着した後に、アミン類を用いて半導体微粒子の表面を処理してもよい。好ましいアミン類としては4−tert−ブチルピリジン、ポリビニルピリジン等が挙げられる。これらは液体の場合はそのまま用いてもよいし有機溶媒に溶解して用いてもよい。 After adsorbing the dye, the surface of the semiconductor fine particles may be treated with amines. Preferred amines include 4-tert-butyl pyridine, polyvinyl pyridine and the like. These may be used as they are in the case of a liquid, or may be used by dissolving in an organic solvent.
以下、電荷移動層および対向電極について詳しく説明する。電荷移動層は、色素の酸化体に電子を補充する機能を有する層であり、受光電極と対極との間に設けられる。代表的な例としては、酸化還元対を有機溶媒に溶解した液体、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クスに含浸したいわゆるゲル電解質、酸化還元対を含有する溶融塩などが挙げられる。 Hereinafter, the charge transfer layer and the counter electrode will be described in detail. The charge transfer layer is a layer having a function of replenishing electrons to the oxidant of the dye, and is provided between the light receiving electrode and the counter electrode. Typical examples include a liquid in which a redox couple is dissolved in an organic solvent, a so-called gel electrolyte in which a polymer matrix is impregnated with a liquid in which a redox pair is dissolved in an organic solvent, and a molten salt containing the redox couple. .
酸化還元対としては、例えばヨウ素とヨウ化物(例えばヨウ化リチウム、ヨウ化テトラブチルアンモニウム、ヨウ化テトラプロピルアンモニウム等)との組み合わせ、アルキルビオローゲン(例えばメチルビオローゲンクロリド、ヘキシルビオローゲンブロミド、ベンジルビオローゲンテトラフルオロボレート)とその還元体との組み合わせ、ポリヒドロキシベンゼン類(例えばハイドロキノン、ナフトハイドロキノン等)とその酸化体との組み合わせ、2価と3価の鉄錯体(例えば赤血塩と黄血塩)の組み合わせ等が挙げられる。これらのうちヨウ素とヨウ化物との組み合わせが好ましい。これらを溶かす有機溶媒としては、非プロトン性の極性溶媒(例えばアセトニトリル、炭酸プロピレン、炭酸エチレン、ジメチルホルムアミド、ジメチルスルホキシド、スルホラン、1,3−ジメチルイミダゾリノン、3−メチルオキサゾリジノン等)、特開2002−110262開示の含水電解液、特開2000−36332、特開2000−243134、及び再公表WO/00−54361開示の電解質溶媒などが挙げられるが、アセトニトリル、メトキシプロピオニトリル、プロピレンカーボネート、γ−ブチロラクトンが好ましい。 Examples of the redox pair include a combination of iodine and iodide (for example, lithium iodide, tetrabutylammonium iodide, tetrapropylammonium iodide, etc.), alkyl viologen (for example, methyl viologen chloride, hexyl viologen bromide, benzyl viologen tetrafluoro). Borate) and its reduced form, a combination of polyhydroxybenzenes (for example, hydroquinone, naphthohydroquinone, etc.) and its oxidized form, a combination of divalent and trivalent iron complexes (for example, red blood salt and yellow blood salt) Etc. Of these, a combination of iodine and iodide is preferred. Examples of organic solvents for dissolving them include aprotic polar solvents (for example, acetonitrile, propylene carbonate, ethylene carbonate, dimethylformamide, dimethyl sulfoxide, sulfolane, 1,3-dimethylimidazolinone, 3-methyloxazolidinone, etc.) -110262-disclosed water-containing electrolyte, JP-A 2000-36332, JP-A 2000-243134, and re-published electrolyte solvent disclosed in WO / 00-54361, etc., include acetonitrile, methoxypropionitrile, propylene carbonate, γ- Butyrolactone is preferred.
電解質への添加物として、前述の4−tert−ブチルピリジンのほか、特開2003−331986開示のピリジン及びピリジン系化合物、特開2004−47229、特開2004−171821などに記載のアミノピリジン系化合物、特開2004−273272のベンズイミダゾール系化合物、特開2005−38711開示のアミノトリアゾール系化合物及びアミノチアゾール系化合物、特開2005−108663開示のイミダゾール系化合物、キノリン系化合物(特開2005−135782)、アミノトリアジン系化合物(特開2005−183166)、尿素誘導体(特開2003−168493)、アミド化合物(特開2004−103404)、ピリミジン系化合物(特開2004−247158)、及び窒素を含まない複素環(特開2005−166612、特開2005−166613、及び特開2005−16615)が挙げられる。 As an additive to the electrolyte, in addition to the aforementioned 4-tert-butylpyridine, pyridine and pyridine compounds disclosed in JP-A-2003-331986, aminopyridine-based compounds described in JP-A-2004-47229, JP-A-2004-171821, and the like Benzimidazole compounds disclosed in JP-A-2004-273272, aminotriazole-based compounds and aminothiazole-based compounds disclosed in JP-A-2005-38711, imidazole-based compounds disclosed in JP-A-2005-108663, quinoline-based compounds (JP-A-2005-135782) , An aminotriazine compound (JP 2005-183166), a urea derivative (JP 2003-168493), an amide compound (JP 2004-103404), a pyrimidine compound (JP 2004-247158), and nitrogen There heterocycle (JP 2005-166612, JP 2005-166613, and JP 2005-16615) can be mentioned.
また、効率を向上する為に、電解液の水分を制御する方法をとっても良い。水分を制御する好ましい方法としては、濃度を制御する方法(特開2000−323189、特開2001−76774)、脱水剤を共存させる方法(特開2002−237335、特開2002−237335)などが挙げられる。 In order to improve efficiency, a method of controlling the water content of the electrolytic solution may be used. Preferred methods for controlling the moisture include a method for controlling the concentration (JP 2000-323189 A, JP 2001-76774 A), a method in which a dehydrating agent is allowed to coexist (JP 2002-237335, JP 2002-237335), and the like. It is done.
特開2004−235011に開示のごとくヨウ素の毒性軽減のために、ヨウ素とシクロデキストリンの包摂化合物の使用してもよく、特開2003−25709開示のように逆に水分を常時補給する方法を用いても良い。特許3462115開示のように環状アミジンを用いても良く、酸化防止剤(特開2004−39292)、加水分解防止剤(特開2004−111276)、分解防止剤(特開2004−111277)、及びヨウ化亜鉛(特開2004−152613) As disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-235011, an inclusion compound of iodine and cyclodextrin may be used to reduce the toxicity of iodine. Conversely, as disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2003-25709, a method of constantly supplying water is used. May be. As disclosed in Japanese Patent No. 3462115, a cyclic amidine may be used, an antioxidant (Japanese Patent Laid-Open No. 2004-39292), a hydrolysis inhibitor (Japanese Patent Laid-Open No. 2004-111276), a decomposition inhibitor (Japanese Patent Laid-Open No. 2004-111277), and iodine. Zinc halide (JP 2004-152613 A)
電解質として溶融塩を用いても良く、好ましい溶融塩としては、イミダゾリウム又はトリアゾリウム型陽イオンを含むイオン性液体(特表平09−507334、特開平08−259543、特開2003−031270、特開2005−112733、特開2005−116367、特開2005−112733、特開2003−68374、特開2003−92153、特開2004−241378、特開2005−85587、特開2004−87387)、オキサゾリウム系(特開2000−53662)、ピリジニウム系(特開2000−58891、特開2001−23705、特開2001−167630、特開2001−256828、特開2001−266962)、グアニジウム系(特開2001−35253)、およびこれらの組み合わせ(特開2000−90991、特開2001−35552)が挙げられる。これらカチオン系に対して特定のアニオンと組み合わせても良く、例えば、特開2002−75442、特開2001−75443、特開2002−170426、特開2002−298913、特開2002−367426、特開2003−017148などが挙げられる。これらの溶融塩に対しては添加物を加えても良く好ましい添加物としては、特開2001−67931、特開2001−160427、特開2002−289267、特開2002−289268、特開2000−90991、特開2000−100485、特開2001−283943)などに記載のものなどが挙げられる。特開2002−319314又は特開2002−343440のごとく液晶性の置換基を持っていてもよい。また、特開2005−104845、特開2005−104846、特開2005−179254などに記載の四級アンモニウム塩系の溶融塩を用いても良い。 A molten salt may be used as the electrolyte, and preferable molten salts include ionic liquids containing imidazolium or triazolium type cations (Japanese Patent Application Laid-Open Nos. 09-507334, 08-259543, 2003-031270, and JP-A-2003-031270). 2005-112733, JP-A-2005-116367, JP-A-2005-112733, JP-A-2003-68374, JP-A-2003-92153, JP-A-2004-241378, JP-A-2005-85587, JP-A-2004-87387), oxazolium-based ( JP 2000-53662), Pyridinium (JP 2000-58891, JP 2001-23705, JP 2001-167630, JP 2001-256828, JP 2001-266862), Guanidium (JP 2001-35253) , And These combinations (JP 2000-90991, JP 2001-35552) can be mentioned. These cationic systems may be combined with specific anions. For example, JP 2002-75442, JP 2001-75443, JP 2002-170426, JP 2002-298913, JP 2002-367426, JP 2003 -01148 and the like. Additives may be added to these molten salts. Preferred additives include JP-A-2001-67931, JP-A-2001-160427, JP-A-2002-289267, JP-A-2002-289268, JP-A-2000-90991. , JP-A 2000-1000048, JP-A 2001-283943) and the like. You may have a liquid crystalline substituent like Unexamined-Japanese-Patent No. 2002-319314 or 2002-343440. Moreover, you may use the quaternary ammonium salt type molten salt as described in Unexamined-Japanese-Patent No. 2005-104845, Unexamined-Japanese-Patent No. 2005-104848, Unexamined-Japanese-Patent No. 2005-179254, etc.
これら以外の溶融塩としては、例えば特開2005−139100、特開2005−145927、及びヨウ化リチウムと他の少なくとも1種類のリチウム塩(例えば酢酸リチウム、過塩素酸リチウム等)にポリエチレンオキシドを混合することにより、室温での流動性を付与したもの等が挙げられる。この場合のポリマーの添加量は1〜50質量%である。また、γ−ブチロラクトンを電解液に含んでいてもよく、これによりヨウ化物イオンの拡散効率が高くなり変換効率が向上する。 As molten salts other than these, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2005-139100, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2005-145927, and lithium iodide and at least one other lithium salt (for example, lithium acetate, lithium perchlorate, etc.) are mixed with polyethylene oxide. By doing so, the thing which provided the fluidity | liquidity at room temperature etc. are mentioned. In this case, the amount of the polymer added is 1 to 50% by mass. Moreover, (gamma) -butyrolactone may be contained in electrolyte solution, and thereby the diffusion efficiency of iodide ion becomes high and conversion efficiency improves.
電解質と溶媒からなる電解液にゲル化剤を添加してゲル化させることにより、電解質を擬固体化しても良い。ゲル化剤としては、分子量1000以下の有機化合物(特開平11−185836、特開2000−36608、特開2000−58140)、分子量500−5000の範囲のSi含有化合物(特開2003−203520)、特定の酸性化合物と塩基性化合物から出来る有機塩(特開2003−203520)、ソルビトール誘導体(特開2003−346928)、ポリビニルピリジン(特開2004−227920、特開2005−093370)が挙げられる。 The electrolyte may be quasi-solidified by adding a gelling agent to an electrolyte solution composed of an electrolyte and a solvent for gelation. Examples of the gelling agent include organic compounds having a molecular weight of 1000 or less (Japanese Patent Laid-Open Nos. 11-185836, 2000-36608, 2000-58140), Si-containing compounds having a molecular weight in the range of 500-5000 (Japanese Patent Laid-Open No. 2003-203520), Specific examples include organic salts (Japanese Patent Laid-Open No. 2003-203520), sorbitol derivatives (Japanese Patent Laid-Open No. 2003-346828), and polyvinyl pyridine (Japanese Patent Laid-Open No. 2004-227920, Japanese Patent Laid-Open No. 2005-093370) made of a specific acidic compound and a basic compound.
また、マトリックス高分子、架橋型高分子化合物又はモノマー、架橋剤、電解質及び溶媒を高分子中に閉じ込める方法を用いても良い。
マトリックス高分子として好ましくは、含窒素複素環を主鎖あるいは側鎖の繰り返し単位中に持つ高分子及びこれらを求電子性化合物と反応させた架橋体(特開平11−126917、及び特開2000−86724など)、トリアジン構造を持つ高分子、ウレイド構造をもつ高分子(特開2000−251532)、液晶性化合物を含むもの(特開2000−319260、特開2002−246066)、エーテル結合を有する高分子(特開2000−150006、特開2002−63813、特開2001−338700、特開2002−75480)、ポリフッ化ビニリデン系(2003−303628)、メタクリレート・アクリレート系(特開2001−28276、特開2001−210390)、熱硬化性樹脂(特開2002−363414、特開2002−305041)、架橋ポリシロキサン(特開2002−216861)、PVA(特開2002−175841)、ポリアルキレングリールとデキストリンなどの包摂化合物(特開2004−327271)、含酸素または含硫黄高分子(特開2005−108845)を添加した系、天然高分子(特開2005−71688)などが挙げられる。これらにアルカリ膨潤型高分子(特開2002−175482)、一つの高分子内にカチオン部位とヨウ素との電荷移動錯体を形成できる化合物を持った高分子(特開2005−63791)などを添加しても良い。
マトリックスポリマーとして2官能以上のイソシアネートを一方の成分として、ヒドロキシル基、アミノ基、カルボキシル基などの官能基と反応させた架橋ポリマーを含む系を用いても良い。この例として例えば、特開2000−228234、特開2002−184478、特開2002−289271、及び特開2003−303630)が挙げられる。また、ヒドロシリル基と二重結合性化合物による架橋高分子(特開2003−59548)、ポリスルホン酸又はポリカルボン酸などを2価以上の金属イオン化合物と反応させる架橋方法(特開2003−86258)などを用いても良い。
Alternatively, a method of trapping a matrix polymer, a crosslinkable polymer compound or monomer, a crosslinking agent, an electrolyte, and a solvent in the polymer may be used.
The matrix polymer is preferably a polymer having a nitrogen-containing heterocyclic ring in the repeating unit of the main chain or side chain, and a crosslinked product obtained by reacting these with an electrophilic compound (Japanese Patent Laid-Open Nos. 11-126917 and 2000- 86724), a polymer having a triazine structure, a polymer having a ureido structure (Japanese Patent Laid-Open No. 2000-251532), a liquid crystal compound (Japanese Patent Laid-Open No. 2000-319260, Japanese Patent Laid-Open No. 2002-246066), a high polymer having an ether bond Molecules (JP 2000-150006, JP 2002-63813, JP 2001-338700, JP 2002-75480), polyvinylidene fluoride (2003-303628), methacrylate / acrylate (JP 2001-28276, JP 2001-210390), thermosetting resin 2-336314, JP 2002-305041), crosslinked polysiloxane (JP 2002-216861), PVA (JP 2002-175841), inclusion compounds such as polyalkylene glycol and dextrin (JP 2004-327271), Examples include a system to which oxygen or a sulfur-containing polymer (Japanese Patent Application Laid-Open No. 2005-108845) is added, a natural polymer (Japanese Patent Application Laid-Open No. 2005-71688), and the like. Alkali-swelling polymers (Japanese Patent Laid-Open No. 2002-175482), polymers having a compound capable of forming a charge transfer complex between a cation moiety and iodine in one polymer (Japanese Patent Laid-Open No. 2005-63791) and the like are added to these. May be.
As the matrix polymer, a system containing a cross-linked polymer obtained by reacting a functional group such as a hydroxyl group, an amino group, or a carboxyl group with one or more functional isocyanate as one component may be used. Examples thereof include JP 2000-228234, JP 2002-184478, JP 2002-289271, and JP 2003-303630). In addition, a crosslinking polymer (Japanese Patent Application Laid-Open No. 2003-86258) in which a cross-linked polymer composed of a hydrosilyl group and a double bond compound (Japanese Patent Application Laid-Open No. 2003-59548), polysulfonic acid, polycarboxylic acid, or the like is reacted with a divalent or higher-valent metal ion compound. May be used.
上記擬固体の電解質との組み合わせで好ましく用いることが出来る溶媒としては、特定のりん酸エステル(特開2000−100486、特開2003−16833)、エチレンカーボネートを含む混合溶媒(特開2004−87202)、特定の比誘電率を持つ溶媒(特開2004−335366)、及び特開2003−16833及び特開2003−264011に記載の溶媒などが挙げられる。 As a solvent that can be preferably used in combination with the above quasi-solid electrolyte, a specific phosphoric acid ester (JP 2000-1000048, JP 2003-16833), a mixed solvent containing ethylene carbonate (JP 2004-87202) And solvents having a specific dielectric constant (Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-335366), and solvents described in Japanese Patent Application Laid-Open Nos. 2003-16833 and 2003-264011.
固体電解質膜あるいはあるいは細孔に液体電解質溶液を保持させても良く、その方法として好ましくは、導電性高分子膜(特開平11−339866)、繊維状固体(特開2000−357544)、フィルタなどの布上固体(特開2001−345125)が挙げられる。
特開2003−157914開示のゲル電解質と導電性樹脂対極の特定の組み合わせを用いても良い。
The liquid electrolyte solution may be retained in the solid electrolyte membrane or in the pores, and preferably as a method therefor, a conductive polymer membrane (JP-A-11-339866), a fibrous solid (JP-A-2000-357544), a filter, etc. Solid on cloth (Japanese Patent Laid-Open No. 2001-345125).
A specific combination of the gel electrolyte and the conductive resin counter electrode disclosed in JP-A-2003-157914 may be used.
以上の液体電解質及び擬固体電解質の代わりにp型半導体あるいはホール輸送材料などの固体電荷輸送系を用いても良い。P型半導体として好ましくは、CuI(特開2001−156314、特開2001−185743、特開2001−185743、特開2001−230434、特開2003−273381、特開2003−234485、特開2003−243681、特開2003−234486)、CuSCN、及びp−SbAl(特開2003−258284)が挙げられる。これらホール輸送材料の製造方法としてこのましくは、特開2003−331938、特開2001−168359、特開2001−196612、特開2001−257370、特開2002−246623、特開2002−246624、及び特開2003−289151が挙げられる。 A solid charge transport system such as a p-type semiconductor or a hole transport material may be used instead of the liquid electrolyte and the quasi-solid electrolyte. As a P-type semiconductor, CuI (Japanese Patent Laid-Open No. 2001-156314, Japanese Patent Laid-Open No. 2001-185743, Japanese Patent Laid-Open No. 2001-185743, Japanese Patent Laid-Open No. 2001-230434, Japanese Patent Laid-Open No. 2003-234485, Japanese Patent Laid-Open No. 2003-234485, Japanese Patent Laid-Open No. 2003-243681 is preferable. , JP2003-234486), CuSCN, and p-SbAl (JP2003-258284). As a method for producing these hole transport materials, Japanese Patent Application Laid-Open Nos. 2003-331938, 2001-168359, 2001-196612, 2001-257370, 2002-246623, 2002-246624, and JP2003-289151A is mentioned.
固体電荷輸送層として有機ホール輸送材料を用いても良い。ホール輸送層として好ましくは、ポリチオフェン(特開2000−106223、特開2003−364304)、ポリアニリン(特開2003−264304)、ポリピロール(特開2000−106224、特開2003−264304)、及びポリシラン(特開2001−53555、特開2001−203377)などの導電性高分子、及び2個の環がC、Siなど四面体構造をとる中心元素を共有するスピロ化合物(特表平11−513522、特表2001−525108)、トリアリールアミンなどの芳香族アミン誘導体(特開平11−144773、特開平11−339868、特開2003−123856、特開2003−197942、特開2004−356281)、トリフェニレン誘導体(特開平11−176489)、含窒素複素環誘導体(特開2001−85077、特開2001−85713)、液晶性シアノ誘導体(特許3505381)が挙げられる。 An organic hole transport material may be used as the solid charge transport layer. As the hole transport layer, polythiophene (JP 2000-106223, JP 2003-364304), polyaniline (JP 2003-264304), polypyrrole (JP 2000-106224, JP 2003-264304), and polysilane (special Spiro compounds that share a central element with a tetrahedral structure such as C and Si, and conductive polymers such as KOKAI 2001-53555 and JP 2001-203377) (Special Tables H11-513522, Special Tables) 2001-525108), aromatic amine derivatives such as triarylamine (JP-A-11-144773, JP-A-11-339868, JP-A-2003-123856, JP-A-2003-197942, JP-A-2004-356281), triphenylene derivatives (special Kaihei 11-17648 ), Nitrogen-containing heterocyclic derivative (JP-2001-85077, JP-2001-85713), liquid crystalline cyano derivatives (patent 3,505,381) and the like.
酸化還元対は、電子のキャリアになるので、ある程度の濃度が必要である。好ましい濃度としては合計で0.01モル/l以上であり、より好ましくは0.1モル/lであり、特に好ましくは0.3モル/l以上である。この場合の上限には特に制限はないが、通常5モル/l程度である。 Since the redox couple becomes an electron carrier, a certain concentration is required. The preferred concentration is 0.01 mol / l or more in total, more preferably 0.1 mol / l, and particularly preferably 0.3 mol / l or more. The upper limit in this case is not particularly limited, but is usually about 5 mol / l.
対向電極は、光電気化学電池の正極として働くものである。対向電極は、通常前述の導電性支持体と同義であるが、強度が十分に保たれるような構成では支持体は必ずしも必要でない。ただし、支持体を有する方が密閉性の点で有利である。対向電極の材料としては、白金、カーボン、導電性ポリマー、などがあげられる。好ましい例としては、白金(特開2001−102102)、カーボン(特開2002−298936、特開2003−297446、特開2004−127849、特開2004−152747、特開2004−165015、特開2004−111216、特開2004−241228、特開2004−319872)、導電性ポリマー(特開2003−317814、特開2004−319131、特開2005−116301)が挙げられるが、特開2001−43908、特開2003−142168、特開2004−127849、特開2004−152747の例で示されるものを用いても良い。 The counter electrode functions as a positive electrode of the photoelectrochemical cell. The counter electrode is usually synonymous with the conductive support described above, but the support is not necessarily required in a configuration in which the strength is sufficiently maintained. However, having a support is advantageous in terms of hermeticity. Examples of the material for the counter electrode include platinum, carbon, conductive polymer, and the like. Preferred examples include platinum (Japanese Patent Laid-Open No. 2001-102102), carbon (Japanese Patent Laid-Open No. 2002-298936, Japanese Patent Laid-Open No. 2003-297446, Japanese Patent Laid-Open No. 2004-127747, Japanese Patent Laid-Open No. 2004-152747, Japanese Patent Laid-Open No. 2004-165015, Japanese Patent Laid-Open No. 2004-2004. 11112, JP2004-241228, JP2004-319872), and conductive polymers (JP2003-317814, JP2004-319131, JP2005-116301), JP2001-43908, JP You may use what is shown by the example of 2003-142168, Unexamined-Japanese-Patent No. 2004-127849, and Unexamined-Japanese-Patent No. 2004-152747.
対極の構造としては、集電効果が高い構造が好ましい。好ましい例としては、特開平10−505192、特開2004−296669、特開2005−11609、特開2005−141996、特開2005−142090、特開2005−158470、特開2000−348784、特開2005−158379、特開2000−294305、特開2001−243995、特開2004−241228、特開2004−296203、特開2004−319872、特開2005−197097の例などが挙げられる。 As the structure of the counter electrode, a structure having a high current collecting effect is preferable. Preferred examples include JP-A-10-505192, JP-A-2004-296669, JP-A-2005-11609, JP-A-2005-141996, JP-A-2005-142090, JP-A-2005-158470, JP-A-2000-348784, JP-A-2005. -158379, JP-A 2000-294305, JP-A 2001-243959, JP-A 2004-241228, JP-A 2004-296203, JP-A 2004-319872, and JP-A 2005-197097.
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か、または表面に導電膜層を有するガラスもしくはプラスチックの支持体である。支持体としては、ガラス及びプラスティックの他、セラミック(特開2005―135902)、導電性樹脂(特開2001―160425)を用いてもよい。支持体上には、表面に光マネージメント機能を施してもよく、例えば、特開2003―123859記載の高屈折膜及び低屈性率の酸化物膜を交互に積層した反射防止膜、特開2002―260746記載のライトガイド機能が上げられる。
導電性支持体は実質的に透明であることが好ましい。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%以上であることが好ましく、80%以上が特に好ましい。透明導電性支持体としては、ガラスもしくはプラスチックに導電性の金属酸化物を塗設したものが好ましい。このときの導電性の金属酸化物の塗布量は、ガラスもしくはプラスチックの支持体1m2当たりの0.1〜100gが好ましい。透明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 a support made of glass or plastic having a conductive film layer on the surface, such as a metal having a conductive property in itself. As the support, in addition to glass and plastic, ceramic (Japanese Patent Laid-Open No. 2005-135902) or conductive resin (Japanese Patent Laid-Open No. 2001-160425) may be used. On the support, the surface may be provided with a light management function. For example, an antireflection film in which high refractive films and low refractive index oxide films described in JP-A-2003-123859 are alternately laminated, and JP-A-2002 -The light guide function described in 260746 is raised.
It is preferable that the conductive support is substantially transparent. Substantially transparent means that the light transmittance is 10% or more, preferably 50% or more, particularly preferably 80% or more. As the transparent conductive support, a glass or plastic coated with a conductive metal oxide is preferable. The coating amount of the conductive metal oxide at this time is preferably 0.1 to 100 g per 1 m 2 of a glass or plastic support. When a transparent conductive support is used, light is preferably incident from the support side.
支持体と透明導電膜の間に、ガスバリヤー膜及び/又はイオン拡散防止膜を配置してもよい(特開2000−285974)。また、透明電極と多孔質半導体電極光触媒含有層を設けてもよい(特開2005−142084)。また透明導電層は積層構造でもよく、好ましい方法として例えば、特開2003−323818記載のITO(インジウム・スズ・オキサイド)膜上にFTO(フッ素ドープ酸化スズ)膜を積層してもよい。 A gas barrier film and / or an ion diffusion preventing film may be disposed between the support and the transparent conductive film (Japanese Patent Laid-Open No. 2000-285974). Moreover, you may provide a transparent electrode and a porous semiconductor electrode photocatalyst content layer (Unexamined-Japanese-Patent No. 2005-142084). The transparent conductive layer may have a laminated structure, and as a preferable method, for example, an FTO (fluorine-doped tin oxide) film may be laminated on an ITO (indium tin oxide) film described in JP-A-2003-323818.
導電性支持体上には、紫外光を遮断する機能を持たせることが好ましい。例えば、特開2001−185242記載の紫外光を可視光に変えることが出来る蛍光材料を透明支持体中または、透明支持体表面に存在させる方法などを採用することができる。好ましい導電膜としては金属(例えば白金、金、銀、銅、アルミニウム、ロジウム、インジウム等)、炭素、もしくは導電性の金属酸化物(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等)が挙げられる。好ましい導電膜の態様及び製法としては、特開2003−151355記載のものを挙げることができる。
導電膜層の厚さは0.01〜30μmであることが好ましく、0.03〜25μmであることが更に好ましく、特に好ましくは0.05〜20μmである。
It is preferable that the conductive support has a function of blocking ultraviolet light. For example, the method of making the fluorescent material which can change the ultraviolet light of Unexamined-Japanese-Patent No. 2001-185242 into visible light exist in a transparent support body or the surface of a transparent support body etc. is employable. Preferred conductive films include metals (eg, platinum, gold, silver, copper, aluminum, rhodium, indium, etc.), carbon, or conductive metal oxides (indium-tin composite oxide, tin oxide doped with fluorine, etc.) ). Examples of preferred conductive film modes and methods include those described in JP-A No. 2003-151355.
The thickness of the conductive film layer is preferably 0.01 to 30 μm, more preferably 0.03 to 25 μm, and particularly preferably 0.05 to 20 μm.
導電性支持体は表面抵抗が低い程よい。好ましい表面抵抗の範囲としては50Ω/cm2以下であり、さらに好ましくは10Ω/cm2以下である。この下限に特に制限はないが、通常0.1Ω/cm2程度である。
導電膜の抵抗値は電極面積が大きくなると大きくなる為、特開平11−266028記載の集電電極等を配置してもよい。
The lower the surface resistance of the conductive support, the better. The range of the surface resistance is preferably 50 Ω / cm 2 or less, more preferably 10 Ω / cm 2 or less. Although there is no restriction | limiting in particular in this lower limit, Usually, it is about 0.1 ohm / cm < 2 >.
Since the resistance value of the conductive film increases as the electrode area increases, a collecting electrode described in JP-A-11-266028 may be disposed.
半導体微粒子は、好ましくは金属のカルコゲニド(例えば酸化物、硫化物、セレン化物等)またはペロブスカイトの微粒子である。金属のカルコゲニドとしては、好ましくはチタン、スズ、亜鉛、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、もしくはタンタルの酸化物、硫化カドミウム、セレン化カドミウム等が挙げられる。ペロブスカイトとしては、好ましくはチタン酸ストロンチウム、チタン酸カルシウム等が挙げられる。これらのうち酸化チタン、酸化亜鉛、酸化スズ、酸化タングステンが特に好ましい。 The semiconductor fine particles are preferably metal chalcogenide (for example, oxide, sulfide, selenide, etc.) or perovskite fine particles. Preferred examples of the metal chalcogenide include titanium, tin, zinc, tungsten, zirconium, hafnium, strontium, indium, cerium, yttrium, lanthanum, vanadium, niobium, tantalum oxide, cadmium sulfide, cadmium selenide, and the like. . Preferred perovskites include strontium titanate and calcium titanate. Of these, titanium oxide, zinc oxide, tin oxide, and tungsten oxide are particularly preferable.
半導体微粒子の製造方法として、例えば、チタニアナノ粒子の製造方法として好ましくは、四塩化チタンの火炎加水分解による方法、四塩化チタンの燃焼法、安定なカルコゲナイド錯体の加水分解、オルトチタン酸の加水分解、可溶部と不溶部から半導体微粒子を形成後可溶部を溶解除去する方法、過酸化物水溶液の水熱合成、またはゾルゲル法によるコア/シェル構造の酸化チタン微粒子を製造する方法を挙げることができる。 As a method for producing semiconductor fine particles, for example, preferably as a method for producing titania nanoparticles, a method by flame hydrolysis of titanium tetrachloride, a combustion method of titanium tetrachloride, hydrolysis of a stable chalcogenide complex, hydrolysis of orthotitanic acid, Examples include a method in which semiconductor fine particles are formed from a soluble portion and an insoluble portion, and then the soluble portion is dissolved and removed, a hydrothermal synthesis of an aqueous peroxide solution, or a method of producing core / shell structured titanium oxide fine particles by a sol-gel method. it can.
チタニアの結晶構造としては、アナターゼ型、ブルッカイト型、または、ルチル型があげられ、アナターゼ型、ブルッカイト型が好ましい。好ましい例として、特開平11−339867記載の例を挙げることができる。チタニアナノチューブ・ナノワイヤー・ナノロッドをチタニア微粒子に混合するか、半導体電極として用いてもよい(特開2003−168495)。半導体電極は酸化チタンと酸化スズなどの複合電極を用いてもよく、チタニアの混合電極として例えば、特開2000−113913記載のものを挙げることができる。チタニア以外の混合電極として例えば、特開2001−185243記載のものを挙げることができる。半導体電極は、入射光の利用率を高めるなどのためにタンデム型にしてもよい。 Examples of the crystal structure of titania include anatase type, brookite type, and rutile type, and anatase type and brookite type are preferable. Preferred examples include those described in JP-A-11-339867. Titania nanotubes, nanowires, and nanorods may be mixed with titania fine particles or used as a semiconductor electrode (Japanese Patent Laid-Open No. 2003-168495). As the semiconductor electrode, a composite electrode such as titanium oxide and tin oxide may be used. Examples of the mixed electrode of titania include those described in JP-A-2000-119393. Examples of mixed electrodes other than titania include those described in JP-A-2001-185243. The semiconductor electrode may be a tandem type in order to increase the utilization rate of incident light.
チタニアは、非金属元素などによりドーピングされていてもよい。またチタニアへの添加剤としてド―パント以外に、ネッキングを改善する為のバインダーや逆電子移動防止のために、表面へ、ITO粒子や、SnO粒子、ウイスカー、繊維状グラファイト・カーボンナノチューブ、セルロース等の繊維状物質、金属、有機シリコン、ドデシルベンゼンスルホン酸等を加えることができる。
チタニア上の表面欠陥を除去するなどの目的で、色素吸着前にチタニアを酸塩基又は酸化還元処理してもよい(特開2000−101106)。また、エッチング、酸化処理、過酸化水素処理、脱水素処理、UV−オゾン、酸素プラズマなどで処理してもよい。
Titania may be doped with a nonmetallic element or the like. In addition to dopants to titania, ITO particles, SnO particles, whiskers, fibrous graphite / carbon nanotubes, cellulose, etc. to the surface to prevent necking and binders to prevent reverse electron transfer Fibrous materials, metals, organic silicon, dodecylbenzenesulfonic acid and the like can be added.
For the purpose of removing surface defects on titania, titania may be subjected to acid-base or oxidation-reduction treatment before dye adsorption (Japanese Patent Laid-Open No. 2000-101106). Further, etching, oxidation treatment, hydrogen peroxide treatment, dehydrogenation treatment, UV-ozone, oxygen plasma, or the like may be used.
半導体微粒子の粒径は、投影面積を円に換算したときの直径を用いた平均粒径で1次粒子として0.001〜1μm、分散物の平均粒径として0.01〜100μmであることが好ましい。 The particle diameters of the semiconductor fine particles are 0.001 to 1 μm as primary particles and 0.01 to 100 μm as the average particle diameter of the dispersion in terms of the average particle diameter when the projected area is converted into a circle. preferable.
半導体微粒子を導電性支持体上に塗設する方法としては、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、半導体微粒子の前駆体を導電性支持体上に塗布し空気中の水分によって加水分解して半導体微粒子膜を得る方法などの湿式法が挙げられる。半導体微粒子の分散液を作成する方法としては乳鉢ですり潰す方法、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。分散媒としては水または各種の有機溶媒(例えばメタノール、エタノール、ジクロロメタン、アセトン、アセトニトリル、酢酸エチル等)が挙げられる。分散の際、必要に応じてポリマー、界面活性剤、酸、もしくはキレート剤などを分散助剤として用いてもよい。
半導体微粒子を導電性支持体上に塗設後、さらに例えば、紫外線照射、加熱、プラズマ照射、マイクロ波照射、通電、赤外線照射、通電、化学的処理などを行うことができる。 また乾式法として、蒸着やスパッタリング、エアロゾルデポジション法などを挙げることができる。その他、電気泳動法や電析法を用いてもよい。
As a method of coating the semiconductor fine particles on the conductive support, a method of coating a dispersion or colloidal solution of the semiconductor fine particles on the conductive support, a method of coating the precursor of the semiconductor fine particles on the conductive support, and air. Examples include wet methods such as a method of obtaining a semiconductor fine particle film by hydrolysis with moisture in it. Examples of the method for preparing a dispersion of semiconductor fine particles include a method of pulverizing in a mortar, a method of dispersing while pulverizing using a mill, or a method of depositing fine particles in a solvent and using them as they are when a semiconductor is synthesized. . Examples of the dispersion medium include water or various organic solvents (for example, methanol, ethanol, dichloromethane, acetone, acetonitrile, ethyl acetate, etc.). During dispersion, a polymer, surfactant, acid, chelating agent, or the like may be used as a dispersion aid as necessary.
After coating the semiconductor fine particles on the conductive support, for example, ultraviolet irradiation, heating, plasma irradiation, microwave irradiation, energization, infrared irradiation, energization, chemical treatment, and the like can be performed. Examples of the dry method include vapor deposition, sputtering, and aerosol deposition method. In addition, an electrophoresis method or an electrodeposition method may be used.
また、耐熱基板上で半導体微粒子層をいったん作成した後、プラスチックフイルムに転写する方法(特開2002−184475)により、半導体微粒子を導電性支持体上に塗設することができる。また紫外線や水系溶媒で除去可能な無機塩を含む犠牲基板上に半導体微粒子層を形成後、有機基板に転写し、その後犠牲基板を除去する方法などが挙げられる(特開2003−98977)。 In addition, the semiconductor fine particles can be coated on the conductive support by a method (Japanese Patent Laid-Open No. 2002-184475) of once forming a semiconductor fine particle layer on a heat-resistant substrate and then transferring it to a plastic film. Another example is a method in which a semiconductor fine particle layer is formed on a sacrificial substrate containing an inorganic salt that can be removed with ultraviolet rays or an aqueous solvent, and then transferred to an organic substrate, and then the sacrificial substrate is removed (Japanese Patent Laid-Open No. 2003-98977).
透明導電膜と酸化物半導体層の間には、電解液と電極が直接接触することによる逆電流を防止するため、短絡防止層を形成することが好ましい。光電極と対極との接触を防ぐために、セパレータを用いることが好ましい。セパレータとしては、絶縁性の多孔体を使用することが好ましい。例えば、ガラスビーズ、二酸化ケイ素(シリカ)などの粒子を用いることができる。好ましくは二酸化ケイ素粒子を焼結したものが好ましい。この絶縁性の多孔体は、コスト削減の観点から塗布及び焼結によって形成することが可能なものが好ましく、具体的には、シリカ粒子を焼結した絶縁性の多孔体が好ましい。シリカ粒子を焼結した多孔体が好ましい理由は、当該多孔体は屈折率が低く光散乱が小さいため、良好な透明性を有するためである。また、当該多孔体は、良好な透明性を確保するため、平均粒径が5〜150nmであることが好ましい。 It is preferable to form a short-circuit prevention layer between the transparent conductive film and the oxide semiconductor layer in order to prevent reverse current due to direct contact between the electrolyte and the electrode. In order to prevent contact between the photoelectrode and the counter electrode, it is preferable to use a separator. As the separator, an insulating porous material is preferably used. For example, particles such as glass beads and silicon dioxide (silica) can be used. Preferably, sintered silicon dioxide particles are preferred. The insulating porous body is preferably one that can be formed by coating and sintering from the viewpoint of cost reduction. Specifically, an insulating porous body in which silica particles are sintered is preferable. The reason why a porous body obtained by sintering silica particles is preferable is that the porous body has good transparency because it has a low refractive index and low light scattering. The porous body preferably has an average particle size of 5 to 150 nm in order to ensure good transparency.
半導体微粒子は多くの色素を吸着することができるように表面積の大きいものが好ましい。例えば半導体微粒子を支持体上に塗設した状態で、その表面積が投影面積に対して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。この上限には特に制限はないが、通常5000倍程度である。一般に、半導体微粒子の層の厚みが大きいほど単位面積当たりに担持できる色素の量が増えるため光の吸収効率が高くなるが、発生した電子の拡散距離が増すため電荷再結合によるロスも大きくなる。半導体微粒子層の好ましい厚みは素子の用途によって異なるが、典型的には0.1〜100μmである。光電気化学電池として用いる場合は1〜50μmであることが好ましく、3〜30μmであることがより好ましい。半導体微粒子は、支持体に塗布した後に粒子同士を密着させるために、100〜800℃の温度で10分〜10時間焼成してもよい。
半導体微粒子の支持体1m2当たりの塗布量は0.5〜500g、さらには5〜100gが好ましい。
支持体としてガラスを用いる場合、製膜温度は400〜600℃が好ましい。支持体としてプラスチックを用いる場合、300℃以下で製膜することが好ましく、200℃以下が更に好ましい。200℃以下で製膜する方法としては、前述の湿式法、乾式法、電気泳動法(電析法を含む)の何れでもよいが、好ましくは、湿式法により行うことができる。
The semiconductor fine particles preferably have a large surface area so that many dyes can be adsorbed. For example, in a state where the semiconductor fine particles are coated on the support, the surface area thereof is preferably 10 times or more, more preferably 100 times or more the projected area. Although there is no restriction | limiting in particular in this upper limit, Usually, it is about 5000 times. In general, as the thickness of the semiconductor fine particle layer increases, the amount of dye that can be supported per unit area increases, so that the light absorption efficiency increases. However, the diffusion distance of the generated electrons increases, and the loss due to charge recombination also increases. The preferred thickness of the semiconductor fine particle layer varies depending on the use of the device, but is typically 0.1 to 100 μm. When using as a photoelectrochemical cell, it is preferable that it is 1-50 micrometers, and it is more preferable that it is 3-30 micrometers. The semiconductor fine particles may be fired at a temperature of 100 to 800 ° C. for 10 minutes to 10 hours in order to adhere the particles to each other after being applied to the support.
The coating amount of the semiconductor fine particles per 1 m 2 of the support is preferably 0.5 to 500 g, more preferably 5 to 100 g.
When glass is used as the support, the film forming temperature is preferably 400 to 600 ° C. When using a plastic as a support body, it is preferable to form into a film at 300 degrees C or less, and 200 degrees C or less is still more preferable. As a method for forming a film at 200 ° C. or lower, any of the above-described wet method, dry method, and electrophoresis method (including electrodeposition method) may be used, but a wet method is preferable.
半導体微粒子に色素を吸着させるには、色素溶液の中に、よく乾燥した半導体微粒子を長時間浸漬する方法が一般的である。色素溶液は必要に応じて50℃ないし100℃に加熱してもよい。色素の吸着は半導体微粒子の塗布前に行っても塗布後に行ってもよい。また、半導体微粒子と色素を同時に塗布して吸着させても良い。未吸着の色素は洗浄によって除去する。塗布膜の焼成を行う場合は色素の吸着は焼成後に行うことが好ましい。焼成後、塗布膜表面に水が吸着する前にすばやく色素を吸着させるのが特に好ましい。吸着する色素は1種類でもよいし、数種混合して用いてもよい。混合する場合、前記一般式(1)で表される構造を少なくとも1つ有する色素同士を混合してもよいし、米国特許4927721号、同4684537号の各明細書、および特開平7−249790号公報に記載の錯体色素と本発明の色素を混合してもよい。光電変換の波長域をできるだけ広くするように、混合する色素が選ばれる。 In order to adsorb the dye to the semiconductor fine particles, a method of immersing well-dried semiconductor fine particles in a dye solution for a long time is general. The dye solution may be heated to 50 ° C. to 100 ° C. as necessary. The adsorption of the dye may be performed before or after application of the semiconductor fine particles. Further, the semiconductor fine particles and the pigment may be applied and adsorbed simultaneously. Unadsorbed dye is removed by washing. When baking a coating film, it is preferable to adsorb | suck a pigment | dye after baking. It is particularly preferable that the dye is quickly adsorbed after the baking and before water adsorbs on the surface of the coating film. One type of dye may be adsorbed or a mixture of several types may be used. In the case of mixing, dyes having at least one structure represented by the general formula (1) may be mixed, US Pat. Nos. 4,927,721 and 4,684,537, and JP-A-7-249790. The complex dye described in the publication may be mixed with the dye of the present invention. The dye to be mixed is selected so as to make the wavelength range of photoelectric conversion as wide as possible.
色素の使用量は、全体で、支持体1m2当たり0.01〜100ミリモルが好ましく、より好ましくは0.1〜50ミリモル、特に好ましくは0.1〜10ミリモルである。この場合、本発明の色素の使用量は5モル%以上とすることが好ましい。また、色素の半導体微粒子に対する吸着量は半導体微粒子1gに対して0.001〜1ミリモルが好ましく、より好ましくは0.1〜0.5ミリモルである。このような色素量とすることによって、半導体における増感効果が十分に得られる。これに対し、色素量が少ないと増感効果が不十分となり、色素量が多すぎると、半導体に付着していない色素が浮遊し増感効果を低減させる原因となる。また、会合など色素同士の相互作用を低減する目的で無色の化合物を共吸着させてもよい。共吸着させる疎水性化合物としてはカルボキシル基を有するステロイド化合物(例えばコール酸、ピバロイル酸)等が挙げられる。 The total amount of the dye used is preferably 0.01 to 100 mmol, more preferably 0.1 to 50 mmol, and particularly preferably 0.1 to 10 mmol per 1 m 2 of the support. In this case, the amount of the dye of the present invention is preferably 5 mol% or more. Further, the adsorption amount of the dye to the semiconductor fine particles is preferably 0.001 to 1 mmol, more preferably 0.1 to 0.5 mmol, with respect to 1 g of the semiconductor fine particles. By using such a dye amount, a sensitizing effect in a semiconductor can be sufficiently obtained. On the other hand, when the amount of the dye is small, the sensitizing effect is insufficient, and when the amount of the dye is too large, the dye not attached to the semiconductor floats and causes the sensitizing effect to be reduced. Further, a colorless compound may be co-adsorbed for the purpose of reducing the interaction between dyes such as association. Examples of the hydrophobic compound to be co-adsorbed include steroid compounds having a carboxyl group (for example, cholic acid and pivaloyl acid).
色素を吸着した後に、アミン類を用いて半導体微粒子の表面を処理してもよい。好ましいアミン類としては4−tert−ブチルピリジン、ポリビニルピリジン等が挙げられる。これらは液体の場合はそのまま用いてもよいし有機溶媒に溶解して用いてもよい。電荷移動層は、色素の酸化体に電子を補充する機能を有する層であり、受光電極と対極との間に設けられる。代表的な例としては、酸化還元対を有機溶媒に溶解した液体、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クスに含浸したいわゆるゲル電解質、酸化還元対を含有する溶融塩などが挙げられる。 After adsorbing the dye, the surface of the semiconductor fine particles may be treated with amines. Preferred amines include 4-tert-butyl pyridine, polyvinyl pyridine and the like. These may be used as they are in the case of a liquid, or may be used by dissolving in an organic solvent. The charge transfer layer is a layer having a function of replenishing electrons to the oxidant of the dye, and is provided between the light receiving electrode and the counter electrode. Typical examples include a liquid in which a redox couple is dissolved in an organic solvent, a so-called gel electrolyte in which a polymer matrix is impregnated with a liquid in which a redox pair is dissolved in an organic solvent, and a molten salt containing the redox couple. .
酸化還元対としては、例えばヨウ素とヨウ化物(例えばヨウ化リチウム、ヨウ化テトラブチルアンモニウム、ヨウ化テトラプロピルアンモニウム等)との組み合わせ、アルキルビオローゲン(例えばメチルビオローゲンクロリド、ヘキシルビオローゲンブロミド、ベンジルビオローゲンテトラフルオロボレート)とその還元体との組み合わせ、ポリヒドロキシベンゼン類(例えばハイドロキノン、ナフトハイドロキノン等)とその酸化体との組み合わせ、2価と3価の鉄錯体(例えば赤血塩と黄血塩)の組み合わせ等が挙げられる。これらのうちヨウ素とヨウ化物との組み合わせが好ましい。これらを溶かす有機溶媒としては、非プロトン性の極性溶媒(例えばアセトニトリル、炭酸プロピレン、炭酸エチレン、ジメチルホルムアミド、ジメチルスルホキシド、スルホラン、1,3−ジメチルイミダゾリノン、3−メチルオキサゾリジノン等)が好ましい。ゲル電解質のマトリクスに使用されるポリマーとしては、例えばポリアクリロニトリル、ポリビニリデンフルオリド等が挙げられる。溶融塩としては、例えばヨウ化リチウムと他の少なくとも1種類のリチウム塩(例えば酢酸リチウム、過塩素酸リチウム等)にポリエチレンオキシドを混合することにより、室温での流動性を付与したもの等が挙げられる。この場合のポリマーの添加量は1〜50質量%である。また、γ−ブチロラクトンを電解液に含んでいてもよく、これによりヨウ化物イオンの拡散効率が高くなり変換効率が向上する。 Examples of the redox pair include a combination of iodine and iodide (for example, lithium iodide, tetrabutylammonium iodide, tetrapropylammonium iodide, etc.), alkyl viologen (for example, methyl viologen chloride, hexyl viologen bromide, benzyl viologen tetrafluoro). Borate) and its reduced form, a combination of polyhydroxybenzenes (for example, hydroquinone, naphthohydroquinone, etc.) and its oxidized form, a combination of divalent and trivalent iron complexes (for example, red blood salt and yellow blood salt) Etc. Of these, a combination of iodine and iodide is preferred. As the organic solvent for dissolving them, an aprotic polar solvent (for example, acetonitrile, propylene carbonate, ethylene carbonate, dimethylformamide, dimethyl sulfoxide, sulfolane, 1,3-dimethylimidazolinone, 3-methyloxazolidinone, etc.) is preferable. Examples of the polymer used for the matrix of the gel electrolyte include polyacrylonitrile and polyvinylidene fluoride. Examples of the molten salt include those imparted with fluidity at room temperature by mixing polyethylene oxide with lithium iodide and at least one other lithium salt (such as lithium acetate and lithium perchlorate). It is done. In this case, the amount of the polymer added is 1 to 50% by mass. Moreover, (gamma) -butyrolactone may be contained in electrolyte solution, and thereby the diffusion efficiency of iodide ion becomes high and conversion efficiency improves.
電解質への添加物として、前述の4−tert−ブチルピリジンのほか、アミノピリジン系化合物、ベンズイミダゾール系化合物、アミノトリアゾール系化合物及びアミノチアゾール系化合物、イミダゾール系化合物、アミノトリアジン系化合物、尿素誘導体、アミド化合物、ピリミジン系化合物及び窒素を含まない複素環を加えることができる。
また、効率を向上する為に、電解液の水分を制御する方法をとってもよい。水分を制御する好ましい方法としては、濃度を制御する方法や脱水剤を共存させる方法を挙げることができる。ヨウ素の毒性軽減のために、ヨウ素とシクロデキストリンの包摂化合物の使用してもよく、逆に水分を常時補給する方法を用いてもよい。また環状アミジンを用いてもよく、酸化防止剤、加水分解防止剤、分解防止剤、ヨウ化亜鉛を加えてもよい。
As an additive to the electrolyte, in addition to the aforementioned 4-tert-butylpyridine, an aminopyridine compound, a benzimidazole compound, an aminotriazole compound and an aminothiazole compound, an imidazole compound, an aminotriazine compound, a urea derivative, Amide compounds, pyrimidine-based compounds and nitrogen-free heterocycles can be added.
In order to improve efficiency, a method of controlling the water content of the electrolytic solution may be used. Preferred methods for controlling moisture include a method for controlling the concentration and a method in which a dehydrating agent is allowed to coexist. In order to reduce the toxicity of iodine, an inclusion compound of iodine and cyclodextrin may be used, and conversely, a method of constantly supplying water may be used. Cyclic amidine may be used, and an antioxidant, hydrolysis inhibitor, decomposition inhibitor, and zinc iodide may be added.
電解質として溶融塩を用いてもよく、好ましい溶融塩としては、イミダゾリウム又はトリアゾリウム型陽イオンを含むイオン性液体、オキサゾリウム系、ピリジニウム系、グアニジウム系およびこれらの組み合わせが挙げられる。これらカチオン系に対して特定のアニオンと組み合わせてもよい。これらの溶融塩に対しては添加物を加えてもよい。液晶性の置換基を持っていてもよい。また、四級アンモニウム塩系の溶融塩を用いてもよい。
これら以外の溶融塩としては、例えば、ヨウ化リチウムと他の少なくとも1種類のリチウム塩(例えば酢酸リチウム、過塩素酸リチウム等)にポリエチレンオキシドを混合することにより、室温での流動性を付与したもの等が挙げられる。
A molten salt may be used as the electrolyte, and preferred molten salts include ionic liquids containing imidazolium or triazolium type cations, oxazolium-based, pyridinium-based, guanidinium-based, and combinations thereof. These cationic systems may be combined with specific anions. Additives may be added to these molten salts. It may have a liquid crystal substituent. Further, a quaternary ammonium salt-based molten salt may be used.
As a molten salt other than these, for example, flowability at room temperature was imparted by mixing polyethylene oxide with lithium iodide and at least one other lithium salt (for example, lithium acetate, lithium perchlorate, etc.). And the like.
電解質と溶媒からなる電解液にゲル化剤を添加してゲル化させることにより、電解質を擬固体化してもよい。ゲル化剤としては、分子量1000以下の有機化合物、分子量500−5000の範囲のSi含有化合物、特定の酸性化合物と塩基性化合物から出来る有機塩、ソルビトール誘導体、ポリビニルピリジンが挙げられる。 The electrolyte may be quasi-solidified by adding a gelling agent to an electrolyte solution composed of an electrolyte and a solvent to cause gelation. Examples of the gelling agent include organic compounds having a molecular weight of 1000 or less, Si-containing compounds having a molecular weight in the range of 500 to 5000, organic salts made of specific acidic compounds and basic compounds, sorbitol derivatives, and polyvinylpyridine.
また、マトリックス高分子、架橋型高分子化合物又はモノマー、架橋剤、電解質及び溶媒を高分子中に閉じ込める方法を用いても良い。
マトリックス高分子として好ましくは、含窒素複素環を主鎖あるいは側鎖の繰り返し単位中に持つ高分子及びこれらを求電子性化合物と反応させた架橋体、トリアジン構造を持つ高分子、ウレイド構造をもつ高分子、液晶性化合物を含むもの、エーテル結合を有する高分子、ポリフッ化ビニリデン系、メタクリレート・アクリレート系、熱硬化性樹脂、架橋ポリシロキサン、PVA、ポリアルキレングリールとデキストリンなどの包摂化合物、含酸素または含硫黄高分子を添加した系、天然高分子などが挙げられる。これらにアルカリ膨潤型高分子、一つの高分子内にカチオン部位とヨウ素との電荷移動錯体を形成できる化合物を持った高分子などを添加しても良い。
マトリックスポリマーとして2官能以上のイソシアネートを一方の成分として、ヒドロキシル基、アミノ基、カルボキシル基などの官能基と反応させた架橋ポリマーを含む系を用いても良い。また、ヒドロシリル基と二重結合性化合物による架橋高分子、ポリスルホン酸又はポリカルボン酸などを2価以上の金属イオン化合物と反応させる架橋方法などを用いても良い。
Alternatively, a method of trapping a matrix polymer, a crosslinkable polymer compound or monomer, a crosslinking agent, an electrolyte, and a solvent in the polymer may be used.
As the matrix polymer, a polymer having a nitrogen-containing heterocyclic ring in the main chain or side chain repeating unit, a crosslinked product obtained by reacting these with an electrophilic compound, a polymer having a triazine structure, or having a ureido structure Polymers, liquid crystalline compounds, ether-bonded polymers, polyvinylidene fluorides, methacrylates / acrylates, thermosetting resins, crosslinked polysiloxanes, PVA, inclusion compounds such as polyalkylene glycol and dextrin, Examples include systems to which oxygen or sulfur-containing polymers are added, natural polymers, and the like. An alkali swelling polymer, a polymer having a compound capable of forming a charge transfer complex between a cation moiety and iodine in one polymer, or the like may be added to these.
As the matrix polymer, a system containing a cross-linked polymer obtained by reacting a functional group such as a hydroxyl group, an amino group, or a carboxyl group with one or more functional isocyanate as one component may be used. Further, a crosslinking method in which a crosslinked polymer composed of a hydrosilyl group and a double bond compound, polysulfonic acid, polycarboxylic acid, or the like is reacted with a divalent or higher-valent metal ion compound may be used.
上記擬固体の電解質との組み合わせで好ましく用いることが出来る溶媒としては、特定のりん酸エステル、エチレンカーボネートを含む混合溶媒、特定の比誘電率を持つ溶媒などが挙げられる。固体電解質膜あるいは細孔に液体電解質溶液を保持させても良く、その方法として好ましくは、導電性高分子膜、繊維状固体、フィルタなどの布状固体が挙げられる。 Examples of the solvent that can be preferably used in combination with the quasi-solid electrolyte include a specific phosphate ester, a mixed solvent containing ethylene carbonate, and a solvent having a specific dielectric constant. The liquid electrolyte solution may be held in a solid electrolyte membrane or pores, and preferred methods thereof include conductive polymer membranes, fibrous solids, and cloth solids such as filters.
以上の液体電解質及び擬固体電解質の代わりにp型半導体あるいはホール輸送材料などの固体電荷輸送層を用いてもよい。固体電荷輸送層として有機ホール輸送材料を用いても良い。ホール輸送層として好ましくは、ポリチオフェン、ポリアニリン(特開2003−264304)、ポリピロール、及びポリシランなどの導電性高分子、及び2個の環がC、Siなど四面体構造をとる中心元素を共有するスピロ化合物、トリアリールアミンなどの芳香族アミン誘導体、トリフェニレン誘導体、含窒素複素環誘導体、液晶性シアノ誘導体が挙げられる。 A solid charge transport layer such as a p-type semiconductor or a hole transport material may be used instead of the above liquid electrolyte and quasi-solid electrolyte. An organic hole transport material may be used as the solid charge transport layer. The hole transport layer is preferably a spiro, which is a conductive polymer such as polythiophene, polyaniline (Japanese Patent Laid-Open No. 2003-264304), polypyrrole, and polysilane, and two rings share a central element having a tetrahedral structure such as C and Si. Examples thereof include aromatic amine derivatives such as compounds, triarylamines, triphenylene derivatives, nitrogen-containing heterocyclic derivatives, and liquid crystalline cyano derivatives.
酸化還元対は、電子のキャリアになるので、ある程度の濃度が必要である。好ましい濃度としては合計で0.01モル/l以上であり、より好ましくは0.1モル/lであり、特に好ましくは0.3モル/l以上である。この場合の上限には特に制限はないが、通常5モル/l程度である。 Since the redox couple becomes an electron carrier, a certain concentration is required. The preferred concentration is 0.01 mol / l or more in total, more preferably 0.1 mol / l, and particularly preferably 0.3 mol / l or more. The upper limit in this case is not particularly limited, but is usually about 5 mol / l.
対向電極は、光電気化学電池の正極として働くものである。対向電極は、通常前述の導電性支持体と同義であるが、強度が十分に保たれるような構成では支持体は必ずしも必要でない。対向電極の材料としては、白金、カーボン、導電性ポリマー、などが挙げられる。対極の構造としては、集電効果が高い構造が好ましい。 The counter electrode functions as a positive electrode of the photoelectrochemical cell. The counter electrode is usually synonymous with the conductive support described above, but the support is not necessarily required in a configuration in which the strength is sufficiently maintained. Examples of the material for the counter electrode include platinum, carbon, and conductive polymer. As the structure of the counter electrode, a structure having a high current collecting effect is preferable.
感光層に光が到達するためには、前述の導電性支持体と対向電極との少なくとも一方は実質的に透明でなければならない。本発明の光電気化学電池においては、導電性支持体が透明であって太陽光を支持体側から入射させるのが好ましい。この場合、対向電極は光を反射する性質を有することがさらに好ましい。光電気化学電池の対向電極としては、金属もしくは導電性の酸化物を蒸着したガラス、またはプラスチックが好ましく、白金を蒸着したガラスが特に好ましい。光電気化学電池では、構成物の蒸散を防止するために、電池の側面をポリマーや接着剤等で密封することが好ましい。このようにして得られる本発明の光電気化学電池の特性は、一般的にはAM1.5Gで100mW/cm2のとき、開放電圧0.01〜1.5V、短絡電流密度0.001〜20mA/cm2、形状因子0.1〜0.9、変換効率0.001〜25%である。 In order for light to reach the photosensitive layer, at least one of the conductive support and the counter electrode must be substantially transparent. In the photoelectrochemical cell of the present invention, the conductive support is preferably transparent, and sunlight is preferably incident from the support side. In this case, it is more preferable that the counter electrode has a property of reflecting light. As the counter electrode of the photoelectrochemical cell, glass or plastic on which metal or conductive oxide is vapor-deposited is preferable, and glass on which platinum is vapor-deposited is particularly preferable. In the photoelectrochemical cell, it is preferable to seal the side surface of the cell with a polymer, an adhesive, or the like in order to prevent the constituents from evaporating. The characteristics of the photoelectrochemical cell of the present invention thus obtained are generally as follows. When the AM 1.5G is 100 mW / cm 2 , the open circuit voltage is 0.01 to 1.5 V, and the short circuit current density is 0.001 to 20 mA. / Cm 2 , form factor 0.1-0.9, conversion efficiency 0.001-25%.
以下、本発明を実施例に基づき更に詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。 EXAMPLES Hereinafter, although this invention is demonstrated in detail based on an Example, this invention is not limited to these.
(合成例)
(例示色素A−1の調製)
下記のスキームの方法に従って例示色素A−1を調製した。
(Preparation of Illustrative Dye A-1)
Exemplified dye A-1 was prepared according to the method of the following scheme.
(1)化合物A−1aの調製
10,11−ジヒドロ−5H−ジベンズ[b,f]アゼピン50.0gをDMF130mlに室温で攪拌溶解した後に氷冷し、50〜70%水素化ナトリウム18.4gを4分割添加して内温5℃以下で0.5時間攪拌した。そこへ1−ヨードエタン70.3gを20分かけて滴下し、DMF20mlで残量を洗い入れた。その後室温まで昇温し、2.5時間反応を行った。 反応終了後、反応液に水を滴下し、酢酸エチルを加えて抽出を行った。分液後、酢酸エチル層を1N塩酸、重曹水、水の順に洗浄し、無水硫酸ナトリウムで予備乾燥を行った。硫酸マグネシウムを除去後、濃縮し、粗生成物をカラムクロマトグラフィー(溶媒:ヘキサン)で精製することで化合物A−1a
41.7gを得た。
(1) Preparation of Compound A-1a 5,0.0 g of 10,11-dihydro-5H-dibenz [b, f] azepine was dissolved in 130 ml of DMF with stirring at room temperature and then ice-cooled, and 18.4 g of 50-70% sodium hydride. Was added in four portions and stirred at an internal temperature of 5 ° C. or lower for 0.5 hours. Thereto, 70.3 g of 1-iodoethane was dropped over 20 minutes, and the remaining amount was washed with 20 ml of DMF. Thereafter, the temperature was raised to room temperature, and the reaction was performed for 2.5 hours. After completion of the reaction, water was added dropwise to the reaction solution, followed by extraction with ethyl acetate. After separation, the ethyl acetate layer was washed with 1N hydrochloric acid, aqueous sodium bicarbonate, and water in that order, and pre-dried with anhydrous sodium sulfate. After removing magnesium sulfate, the mixture is concentrated, and the crude product is purified by column chromatography (solvent: hexane) to give compound A-1a.
41.7 g was obtained.
(2)化合物A−1bの調製
化合物A−1a 10.0gをDMF180mlに室温で攪拌溶解した後に氷冷した。この溶液へN−ブロモスクシンイミド10.1gを4分割添加し、そのまま1時間攪拌を行った。反応終了後、反応液へチオ硫酸ナトリウム水溶液および酢酸エチルを加えて抽出、分液を行った後、酢酸エチル層へ水を加えて洗浄した。分液後、酢酸エチル層を無水硫酸ナトリウムで予備乾燥して、濾過および濃縮を行った。粗生成物をカラムクロマトグラフィー(溶媒:ヘキサン)で粗精製後、さらに液体クロマトグラフィーにより精製し、A−1b
6.5gを得た。
(2) Preparation of Compound A-1b 10.0 g of Compound A-1a was stirred and dissolved in 180 ml of DMF at room temperature and then ice-cooled. To this solution, 10.1 g of N-bromosuccinimide was added in four portions and stirred as it was for 1 hour. After completion of the reaction, the reaction solution was extracted with an aqueous sodium thiosulfate solution and ethyl acetate, separated, and then washed with water added to the ethyl acetate layer. After separation, the ethyl acetate layer was pre-dried with anhydrous sodium sulfate, filtered and concentrated. The crude product was roughly purified by column chromatography (solvent: hexane) and further purified by liquid chromatography.
6.5 g was obtained.
(3)化合物A−1cの調製
化合物A−1b 1.21gおよび4−ヘキシル−2−ボロン酸エステル2.25g、炭酸ナトリウム10wt%溶液6mlをDME40mlへ溶解し、系内を窒素置換した。この溶液へテトラキス(トリフェニルホスフィン)パラジウム234mgを添加し、3.5時間加熱還流を行った。室温に冷却後、酢酸エチルで希釈し、有機層を水で2回洗浄し、硫酸マグネシウムで乾燥後、溶媒を減圧下で留去して粗生成物を得た。この粗生成物をカラムクロマトグラフィー(溶媒:酢酸エチル/ヘキサン=1/15)により精製し、A−1c 1.54gを得た。
(3) Preparation of Compound A-1c 1.21 g of Compound A-1b, 2.25 g of 4-hexyl-2-boronic acid ester, and 6 ml of a 10 wt% sodium carbonate solution were dissolved in 40 ml of DME, and the system was purged with nitrogen. To this solution, 234 mg of tetrakis (triphenylphosphine) palladium was added and heated under reflux for 3.5 hours. After cooling to room temperature, it was diluted with ethyl acetate, the organic layer was washed twice with water and dried over magnesium sulfate, and then the solvent was distilled off under reduced pressure to obtain a crude product. This crude product was purified by column chromatography (solvent: ethyl acetate / hexane = 1/15) to obtain 1.54 g of A-1c.
(4)化合物A−1dの調製
化合物A−1c 0.39gをDMF10mlに溶解し、氷冷した。この溶液へ、DMF1.32mlとオキシ塩化リン0.34mlより予め調整したVilsmeier試薬を滴下し、室温で1時間攪拌した。その後70℃へ昇温し、さらに1時間20分攪拌した。
反応終了後、反応液を14wt%酢酸ナトリウム水溶液中へ添加し、室温で30分攪拌した。この溶液を酢酸エチルで2回抽出し、酢酸エチル抽出液を併せて、水で洗浄した。硫酸マグネシウムで乾燥後、溶媒を減圧下で留去し組成生物を得た。この粗生成物をカラムクロマトグラフィー(溶媒:酢酸エチル/ヘキサン=1/10)で粗精製後、さらに液体クロマトグラフィーにより精製し、A−1d 0.28gを得た。
(4) Preparation of Compound A-1d 0.39 g of Compound A-1c was dissolved in 10 ml of DMF and cooled on ice. To this solution, a Vilsmeier reagent prepared in advance from 1.32 ml of DMF and 0.34 ml of phosphorus oxychloride was added dropwise and stirred at room temperature for 1 hour. Thereafter, the temperature was raised to 70 ° C., and further stirred for 1 hour and 20 minutes.
After completion of the reaction, the reaction solution was added into a 14 wt% sodium acetate aqueous solution and stirred at room temperature for 30 minutes. This solution was extracted twice with ethyl acetate, and the ethyl acetate extracts were combined and washed with water. After drying with magnesium sulfate, the solvent was distilled off under reduced pressure to obtain a compositional organism. This crude product was roughly purified by column chromatography (solvent: ethyl acetate / hexane = 1/10) and further purified by liquid chromatography to obtain 0.28 g of A-1d.
(5)化合物A−1の調製
化合物A−1d 0.20gをアセトニトリル3.5mlおよびトルエン3mlに溶解した。この溶液へシアノ酢酸81.5mg、ピペリジン2mlを添加し、70℃で8.5時間加熱攪拌した。冷却後、反応液へジクロロメタンを加え、有機層を希塩酸および水で2回洗浄し、硫酸ナトリウムにより乾燥した後、減圧下にて溶媒を留去して粗生成物を得た。粗生成物をメタノール/ジクロロメタンで再結晶し、粗精製を行った後、カラムクロマトグラフィー(溶媒:ジクロロメタン→ジクロロメタン/メタノール=10/1)により精製し、A−1
0.12gを得た。
この化合物のUV・VISスペクトルをエタノール溶液として測定したところ、最大吸収波長は437.5nmであった。
(5) Preparation of Compound A-1 0.20 g of Compound A-1d was dissolved in 3.5 ml of acetonitrile and 3 ml of toluene. To this solution, 81.5 mg of cyanoacetic acid and 2 ml of piperidine were added, followed by heating and stirring at 70 ° C. for 8.5 hours. After cooling, dichloromethane was added to the reaction solution, the organic layer was washed twice with dilute hydrochloric acid and water and dried over sodium sulfate, and then the solvent was distilled off under reduced pressure to obtain a crude product. The crude product was recrystallized from methanol / dichloromethane and subjected to crude purification, and then purified by column chromatography (solvent: dichloromethane → dichloromethane / methanol = 10/1).
0.12 g was obtained.
When the UV / VIS spectrum of this compound was measured as an ethanol solution, the maximum absorption wavelength was 437.5 nm.
(例示色素A−4の調製)
下記のスキームの方法に従って例示色素A−4を調製した。
Exemplified dye A-4 was prepared according to the method of the following scheme.
(6)化合物A−4aの調製
化合物A−1d 0.7gをDMF10mlに室温で攪拌溶解した後に氷冷した。この溶液へN−ブロモスクシンイミド0.265gを分割添加し、そのまま1時間攪拌を行った。反応終了後、反応液へチオ硫酸ナトリウム水溶液および酢酸エチルを加えて抽出、分液を行った後、酢酸エチル層へ水を加えて洗浄した。分液後、酢酸エチル層を無水硫酸ナトリウムで予備乾燥して、濾過および濃縮を行った。粗生成物をカラムクロマトグラフィー(溶媒:ヘキサン)で粗精製後、さらに液体クロマトグラフィーにより精製し、A−4d
0.51gを得た。
(6) Preparation of Compound A-4a 0.7 g of Compound A-1d was dissolved in 10 ml of DMF with stirring at room temperature and then cooled with ice. To this solution, 0.265 g of N-bromosuccinimide was added in portions and stirred as it was for 1 hour. After completion of the reaction, the reaction solution was extracted with an aqueous sodium thiosulfate solution and ethyl acetate, separated, and then washed with water added to the ethyl acetate layer. After separation, the ethyl acetate layer was pre-dried with anhydrous sodium sulfate, filtered and concentrated. The crude product was roughly purified by column chromatography (solvent: hexane) and then further purified by liquid chromatography. A-4d
0.51 g was obtained.
前記段落(0076)で示される鈴木カップリング反応及び前記段落(0079)で示される臭素化反応を繰り返すことにより、A−4bで表されるヘキシル置換チオフェン環が2個結合したアゼピン誘導体、A−4dで表されるヘキシル置換チオフェン環が3個結合したアゼピン誘導体、A−4fで表されるヘキシル置換チオフェン環が4個結合したアゼピン誘導体を合成することができる。 By repeating the Suzuki coupling reaction shown in the paragraph (0076) and the bromination reaction shown in the paragraph (0079), an azepine derivative in which two hexyl-substituted thiophene rings represented by A-4b are bonded, A- An azepine derivative in which three hexyl-substituted thiophene rings represented by 4d are bonded and an azepine derivative in which four hexyl-substituted thiophene rings represented by A-4f are bonded can be synthesized.
(7)化合物A−4の調製
化合物A−4g 0.21gをアセトニトリル3.5mlおよびベンゼン3ml、DMF0.2mlに溶解した。この溶液へシアノ酢酸42.1mg、ピペリジン0.6ml、酢酸アンモニウム42.5mgを添加し、Dean−Stark装置を付けて33時間加熱還流を行った。冷却後、反応液へジクロロメタンを加え、有機層を希塩酸および水で2回洗浄し、硫酸ナトリウムにより乾燥した後、減圧下にて溶媒を留去して粗生成物を得た。粗生成物をカラムクロマトグラフィー(溶媒:ジクロロメタン→ジクロロメタン/メタノール=20/1)により粗精製した後、液体クロマトグラフィーにより精製し、A−4
0.11gを得た。
この化合物のUV・VISスペクトルをエタノール/THF混合溶液(3:2、体積比)として測定したところ、最大吸収波長は450.5nmであった。
(7) Preparation of Compound A-4 0.21 g of Compound A-4g was dissolved in 3.5 ml of acetonitrile, 3 ml of benzene and 0.2 ml of DMF. To this solution, 42.1 mg of cyanoacetic acid, 0.6 ml of piperidine and 42.5 mg of ammonium acetate were added, and the mixture was heated to reflux for 33 hours with a Dean-Stark apparatus. After cooling, dichloromethane was added to the reaction solution, the organic layer was washed twice with dilute hydrochloric acid and water and dried over sodium sulfate, and then the solvent was distilled off under reduced pressure to obtain a crude product. The crude product was roughly purified by column chromatography (solvent: dichloromethane → dichloromethane / methanol = 20/1) and then purified by liquid chromatography. A-4
0.11 g was obtained.
When the UV / VIS spectrum of this compound was measured as an ethanol / THF mixed solution (3: 2, volume ratio), the maximum absorption wavelength was 450.5 nm.
その他の化合物についても同様に調製した。 Other compounds were prepared in the same manner.
(実施例1)
(光電変換素子の作製)
図1に示す光電変換素子を以下のようにして作製した。
ガラス基板上に、透明導電膜としてフッ素をドープした酸化スズをスパッタリングにより形成し、これをレーザーでスクライブして、透明導電膜を2つの部分に分割した。このうち一方の導電膜上にアナターゼ型酸化チタン粒子を焼結して受光電極を作製した。その後、受光電極上にシリカ粒子とルチルとを40:60(質量比)で含有する分散液を塗布及び焼結して絶縁性多孔体を形成した。次いで対極として炭素電極を形成させた。
次に、下記表1に記載された増感色素のエタノール溶液(3×10−4モル/l)に48時間浸漬した。増感色素の染着したガラスを4−tert−ブチルピリジンの10%エタノール溶液に30分間浸漬した後、エタノールで洗浄し自然乾燥させた。このようにして得られる感光層の厚さは10μmであり、半導体微粒子の塗布量は20g/m2とした。増感色素の塗布量は、増感色素の種類に応じ、適宜0.1〜10ミリモル/m2の範囲から選択した。
電解液は、ヨウ化ジメチルプロピルイミダゾリウム(0.5モル/l)、ヨウ素(0.1モル/l)のメトキシプロピオニトリル溶液を用いた。
Example 1
(Preparation of photoelectric conversion element)
The photoelectric conversion element shown in FIG. 1 was produced as follows.
On the glass substrate, tin oxide doped with fluorine was formed as a transparent conductive film by sputtering, and this was scribed with a laser to divide the transparent conductive film into two parts. Among these, anatase-type titanium oxide particles were sintered on one conductive film to produce a light receiving electrode. Thereafter, a dispersion containing silica particles and rutile in a ratio of 40:60 (mass ratio) was applied and sintered on the light receiving electrode to form an insulating porous body. Next, a carbon electrode was formed as a counter electrode.
Next, it was immersed in the ethanol solution (3 * 10 < -4 > mol / l) of the sensitizing dye described in Table 1 for 48 hours. The glass dyed with the sensitizing dye was immersed in a 10% ethanol solution of 4-tert-butylpyridine for 30 minutes, then washed with ethanol and naturally dried. The thickness of the photosensitive layer thus obtained was 10 μm, and the coating amount of semiconductor fine particles was 20 g / m 2 . The coating amount of the sensitizing dye was appropriately selected from the range of 0.1 to 10 mmol / m 2 according to the kind of the sensitizing dye.
As the electrolytic solution, a methoxypropionitrile solution of dimethylpropylimidazolium iodide (0.5 mol / l) and iodine (0.1 mol / l) was used.
(増感色素の最大吸収波長の測定)
用いた増感色素の最大吸収波長を測定した。分光光度計(U−4100,日立ハイテク製)によって行い、溶液はエタノールを用いた。
(Measurement of maximum absorption wavelength of sensitizing dye)
The maximum absorption wavelength of the sensitizing dye used was measured. A spectrophotometer (U-4100, manufactured by Hitachi High-Tech) was used, and ethanol was used as the solution.
(光電変換効率の測定)
500Wのキセノンランプ(ウシオ製)の光をAM1.5Gフィルター(Oriel社製)およびシャープカットフィルター(KenkoL−42、商品名)を通すことにより紫外線を含まない模擬太陽光を発生させた。この光の強度は89mW/cm2であった。作製した光電変換素子にこの光を照射し、発生した電気を電流電圧測定装置(ケースレー238型、商品名)にて測定した。これにより求められた光電気化学電池の変換効率を測定した結果を下記表1〜3に示した。結果は、変換効率が5%以上のものを◎、2%以上5%未満のものを○、0.5%以上2%未満のものを△、0.5%未満のものを×として評価した。
(Measurement of photoelectric conversion efficiency)
Simulated sunlight containing no ultraviolet rays was generated by passing the light of a 500 W xenon lamp (manufactured by Ushio) through an AM1.5G filter (manufactured by Oriel) and a sharp cut filter (KenkoL-42, trade name). The intensity of this light was 89 mW / cm 2 . The produced photoelectric conversion element was irradiated with this light, and the generated electricity was measured with a current-voltage measuring device (Caseley 238 type, trade name). The result of having measured the conversion efficiency of the photoelectrochemical cell calculated | required by this was shown to the following Tables 1-3. As a result, conversion efficiency of 5% or more was evaluated as ◎, 2% or more and less than 5% as ◯, 0.5% or more and less than 2% as △, and less than 0.5% as x. .
試料番号92として、WO2007/119525に記載の下記の増感色素Aを用いた。
本発明の色素を用いて作製された電気化学電池は、表1に示されているように、特に色素としてA3〜A6、B2〜B6、C3〜C6、D3〜D6、F1、F2、G1、M2〜M4、N1〜N4、O1、P1、Q1、R1〜R4、S1、S2、T2、T3、U1〜U3、V1、Z2〜Z4、α2〜α4、β2〜β4、γ2、γ3を使用した場合は、変換効率は5%以上と高い値を示した。色素としてその他の開示構造のものを使用した場合でも、変換効率は2%以上5%未満と、使用できるレベルであった。
それに対して、試料番号92の比較例は、変換効率は0.5%以上2%未満と、電気化学電池に使用するには不十分であった。
As shown in Table 1, the electrochemical cell produced using the dye of the present invention has A3-A6, B2-B6, C3-C6, D3-D6, F1, F2, G1, M2-M4, N1-N4, O1, P1, Q1, R1-R4, S1, S2, T2, T3, U1-U3, V1, Z2-Z4, α2-α4, β2-β4, γ2, γ3 were used. In the case, the conversion efficiency showed a high value of 5% or more. Even when a dye having another disclosed structure was used, the conversion efficiency was 2% or more and less than 5%, which was a usable level.
On the other hand, in the comparative example of sample number 92, the conversion efficiency was 0.5% or more and less than 2%, which was insufficient for use in an electrochemical cell.
(実施例2)
ガラス基板上にITO膜を作製し、その上にFTO膜を積層することにより、透明導電膜を作製した。その後透明導電膜上に酸化物半導体多孔質膜を形成することにより、透明電極板を得た。そしてその透明電極板を使用して光電気化学電池を作製し、変換効率を測定した。その方法は以下の(1)〜(5)の通りである。
(Example 2)
An ITO film was produced on a glass substrate, and an FTO film was laminated thereon to produce a transparent conductive film. Then, a transparent electrode plate was obtained by forming an oxide semiconductor porous film on the transparent conductive film. And the photoelectrochemical cell was produced using the transparent electrode plate, and conversion efficiency was measured. The method is as follows (1)-(5).
(1)ITO(インジウム・スズ・オキサイド)膜用原料化合物溶液の調製
塩化インジウム(III)四水和物5.58gと塩化スズ(II)二水和物0.23gとをエタノール100mlに溶解して、ITO膜用原料化合物溶液とした。
(1) Preparation of raw material solution for ITO (indium-tin-oxide) film Indium (III) tetrahydrate 5.58 g and tin (II) chloride dihydrate 0.23 g were dissolved in 100 ml of ethanol. Thus, a raw material compound solution for the ITO film was obtained.
(2)FTO(フッ素ドープ酸化スズ)膜用原料化合物溶液の調製
塩化スズ(IV)五水和物0.701gをエタノール10mlに溶解し、これにフッ化アンモニウム0.592gの飽和水溶液を加え、この混合物を超音波洗浄機に約20分間かけ、完全に溶解して、FTO膜用原料化合物溶液とした。
(2) Preparation of raw material solution for FTO (fluorine-doped tin oxide) film 0.701 g of tin (IV) chloride pentahydrate was dissolved in 10 ml of ethanol, and 0.592 g of a saturated aqueous solution of ammonium fluoride was added thereto. This mixture was subjected to an ultrasonic cleaning machine for about 20 minutes and completely dissolved to obtain a raw material compound solution for an FTO film.
(3)ITO/FTO透明導電膜の作製
厚さ2mmの耐熱ガラス板の表面を化学洗浄し、乾燥した後、このガラス板を反応器内に置き、ヒータで加熱した。ヒータの加熱温度が450℃になったところで、(1)で得られたITO膜用原料化合物溶液を、口径0.3mmのノズルから圧力0.06MPaで、ガラス板までの距離を400mmとして、25分間噴霧した。
このITO膜用原料化合物溶液の噴霧後、2分間(この間ガラス基板表面にエタノールを噴霧し続け、基板表面温度の上昇を抑えるようにした。)経過し、ヒータの加熱温度が530℃になった時に、(2)で得られたFTO膜用原料化合物溶液を同様の条件で2分30秒間噴霧した。これにより、耐熱ガラス板上に厚さ530nmのITO膜、厚さ170nmのFTO膜が順次形成された透明電極板が得られた。
比較のために、厚さ2mmの耐熱ガラス板上に同様に、厚さ530nmのITO膜のみを成膜した透明電極板と、同じく厚さ180nmのFTO膜のみを成膜した透明電極板とをそれぞれ作製した。
これら3種の透明電極板を加熱炉にて、450℃で2時間加熱した。
(3) Preparation of ITO / FTO transparent conductive film The surface of a heat-resistant glass plate having a thickness of 2 mm was chemically washed and dried, and then this glass plate was placed in a reactor and heated with a heater. When the heating temperature of the heater reached 450 ° C., the raw material compound solution for ITO film obtained in (1) was adjusted from a nozzle having a diameter of 0.3 mm to a pressure of 0.06 MPa and a distance to the glass plate of 400 mm, 25 Sprayed for a minute.
After the spraying of the raw material compound solution for ITO film, 2 minutes passed (ethanol was sprayed on the glass substrate surface during this period to suppress the rise of the substrate surface temperature), and the heating temperature of the heater became 530 ° C. Occasionally, the FTO membrane raw material compound solution obtained in (2) was sprayed for 2 minutes 30 seconds under the same conditions. As a result, a transparent electrode plate was obtained in which an ITO film having a thickness of 530 nm and an FTO film having a thickness of 170 nm were sequentially formed on the heat-resistant glass plate.
For comparison, similarly, a transparent electrode plate in which only a 530 nm thick ITO film is formed on a heat resistant glass plate having a thickness of 2 mm and a transparent electrode plate in which only a 180 nm thick FTO film is similarly formed are formed. Each was produced.
These three kinds of transparent electrode plates were heated in a heating furnace at 450 ° C. for 2 hours.
(4)光電気化学電池の作製
次に、上記3種の透明電極板を用いて、特許第4260494号中の図2に示した構造の光電気化学電池を作製した。酸化物半導体多孔質膜15の形成は、平均粒径約230nmの酸化チタン微粒子をアセトニトリルに分散してペーストとし、これを透明電極11上にバーコート法により厚さ15μmに塗布し、乾燥後450℃で1時間焼成して行い、この酸化物半導体多孔質膜15に表2記載の色素を担持した。
さらに、対極16には、ガラス板上にITO膜とFTO膜とを積層した導電性基板を使用し、電解質層17には、ヨウ素/ヨウ化物の非水溶液からなる電解液を用いた。光電気化学電池の平面寸法は25mm×25mmとした。
(4) Production of photoelectrochemical cell Next, a photoelectrochemical cell having the structure shown in FIG. 2 of Japanese Patent No. 4260494 was produced using the above three types of transparent electrode plates. The oxide semiconductor porous film 15 is formed by dispersing fine particles of titanium oxide having an average particle diameter of about 230 nm in acetonitrile to form a paste, applying the paste to the transparent electrode 11 to a thickness of 15 μm by a bar coating method, and drying 450 The oxide semiconductor porous film 15 was loaded with the dyes listed in Table 2 by baking at 1 ° C. for 1 hour.
Further, a conductive substrate in which an ITO film and an FTO film were laminated on a glass plate was used for the counter electrode 16, and an electrolytic solution made of a non-aqueous solution of iodine / iodide was used for the electrolyte layer 17. The planar dimension of the photoelectrochemical cell was 25 mm × 25 mm.
(5)光電気化学電池の評価
この光電気化学電池について、人工太陽光(AM1.5)を照射し、その発電効率を求めた。その結果を表4に示す。結果は、変換効率が5%以上のものを◎、2%以上5%未満のものを○、0.5%以上2%未満のものを△、0.5%未満のものを×として表示した。
増感色素Aを用いた試料No.11〜13では変換効率が低いのに対し、本発明の例示色素を使用した試料No.1〜9では良好な結果を示すことがわかった。透明電極板として、ITO膜とFTO膜とを積層したものを用いた光電気化学電池では、ITO膜のみもしくはFTO膜のみを成膜したものを用いた場合に比べ特に変換効率が高く、本発明の色素でその効果が高いことがわかった。
(5) Evaluation of photoelectrochemical cell About this photoelectrochemical cell, artificial sunlight (AM1.5) was irradiated and the electric power generation efficiency was calculated | required. The results are shown in Table 4. As a result, conversion efficiency of 5% or more was indicated as ◎, 2% or more and less than 5% as ◯, 0.5% or more and less than 2% as △, and less than 0.5% as x. .
Sample No. using sensitizing dye A In Samples 11 to 13, the conversion efficiency is low, whereas Sample No. using the exemplified dye of the present invention. It turned out that a favorable result is shown in 1-9. In a photoelectrochemical cell using a laminate of an ITO film and an FTO film as a transparent electrode plate, the conversion efficiency is particularly high as compared with the case of using only an ITO film or only an FTO film. This dye was found to be highly effective.
(実施例3)
FTO膜上に集電電極を配し、光電気化学電池を作製し、変換効率を評価した。評価は以下の通り、試験セル(i)と試験セル(iv)の2種類とした。
Example 3
A collecting electrode was arranged on the FTO film to produce a photoelectrochemical cell, and the conversion efficiency was evaluated. Evaluation was made into two types, test cell (i) and test cell (iv), as follows.
(試験セル(i))
100mm×100mm×2mmの耐熱ガラス板の表面を化学洗浄し、乾燥した後、このガラス板を反応器内に置き、ヒータで加熱した後、実施例2で使用したFTO(フッ素ドープ酸化スズ)膜用原料化合物溶液を、口径0.3mmのノズルから圧力0.06MPaで、ガラス板までの距離を400mmとして、25分間噴霧し、FTO膜付きガラス基板を用意した。その表面に、エッチング法により深さ5μmの溝を格子回路パターン状に形成した。フォトリソグラフでパターン形成した後に、フッ酸を用いてエッチングを行った。これに、めっき形成を可能とするためにスパッタ法により金属導電層(シード層)を形成し、更にアディティブめっきにより金属配線層3を形成した。金属配線層3は、透明基板2表面から凸レンズ状に3μm高さまで形成した。回路幅は60μmとした。この上から、遮蔽層5としてFTO膜を400nmの厚さでSPD法により形成して、電極基板(i)とした。なお、電極基板(i)の断面形状は、特開2004−146425中の図2に示すものとなっていた。
電極基板(i)上に平均粒径25nmの酸化チタン分散液を塗布・乾燥し、450℃で1時間加熱・焼結した。これを表3に示す色素のエタノール溶液中に40分間浸漬して色素担持した。50μm厚の熱可塑性ポリオレフィン樹脂シートを介して白金スパッタFTO基板と対向して配置し、樹脂シート部を熱溶融させて両極板を固定した。
なおあらかじめ白金スパッタ極側に開けておいた電解液の注液口から、0.5Mのヨウ化塩と0.05Mのヨウ素とを主成分に含むメトキシアセトニトリル溶液を注液し、電極間に満たした。さらに周辺部及び電解液注液口をエポキシ系封止樹脂を用いて本封止し、集電端子部に銀ペーストを塗布して試験セル(i)とした。AM1.5の疑似太陽光により、試験セル(i)の光電変換特性を評価した。その結果を表3に示した。
(Test cell (i))
The surface of a heat-resistant glass plate of 100 mm × 100 mm × 2 mm was chemically washed and dried, then placed in a reactor and heated with a heater, and then the FTO (fluorine-doped tin oxide) film used in Example 2 The raw material compound solution was sprayed from a nozzle having a diameter of 0.3 mm at a pressure of 0.06 MPa and a distance to the glass plate of 400 mm for 25 minutes to prepare a glass substrate with an FTO film. On the surface, grooves having a depth of 5 μm were formed in a lattice circuit pattern by an etching method. After pattern formation by photolithography, etching was performed using hydrofluoric acid. A metal conductive layer (seed layer) was formed thereon by sputtering in order to enable plating formation, and a
A titanium oxide dispersion having an average particle size of 25 nm was applied and dried on the electrode substrate (i), and heated and sintered at 450 ° C. for 1 hour. This was immersed in an ethanol solution of the dye shown in Table 3 for 40 minutes to carry the dye. It arrange | positioned facing a platinum sputter | spatter FTO board | substrate through a 50-micrometer-thick thermoplastic polyolefin resin sheet, the resin sheet part was heat-melted, and the bipolar plate was fixed.
A methoxyacetonitrile solution containing 0.5M iodide and 0.05M iodine as the main components was injected from the electrolyte solution inlet previously opened on the platinum sputter electrode side, and filled between the electrodes. It was. Further, the peripheral portion and the electrolyte solution injection port were finally sealed using an epoxy-based sealing resin, and a silver paste was applied to the current collecting terminal portion to obtain a test cell (i). The photoelectric conversion characteristics of the test cell (i) were evaluated using pseudo sunlight of AM1.5. The results are shown in Table 3.
(試験セル(iv))
試験セル(i)と同様の方法で100×100mmのFTO膜付きガラス基板を用意した。そのFTOガラス基板上に、アディティブめっき法により金属配線層3(金回路)を形成した。金属配線層3(金回路)は基板表面に格子状に形成し、回路幅50μm、回路厚5μmとした。この表面に厚さ300nmのFTO膜を遮蔽層5としてSPD法により形成して試験セル(iv)とした。電極基板(iv)の断面をSEM−EDXを用いて確認したところ、配線底部でめっきレジストの裾引きに起因すると思われる潜り込みがあり、影部分にはFTOが被覆されていなかった。
電極基板(iv)を用い、試験セル(i)と同様に、試験セル(iv)を作製した。AM1.5の疑似太陽光により試験セル(iv)の光電変換特性を評価し、結果を表5に示した。結果は、変換効率が5%以上のものを◎、2%以上5%未満のものを○、0.5%以上2%未満のものを△、0.5%未満のものを×として表示した。
(Test cell (iv))
A glass substrate with a 100 × 100 mm FTO film was prepared in the same manner as in the test cell (i). A metal wiring layer 3 (gold circuit) was formed on the FTO glass substrate by additive plating. The metal wiring layer 3 (gold circuit) was formed in a lattice shape on the substrate surface, and had a circuit width of 50 μm and a circuit thickness of 5 μm. On this surface, an FTO film having a thickness of 300 nm was formed as a shielding layer 5 by the SPD method to obtain a test cell (iv). When the cross section of the electrode substrate (iv) was confirmed using SEM-EDX, there was a sneaking in which seems to be caused by the skirting of the plating resist at the bottom of the wiring, and the shadow portion was not covered with FTO.
A test cell (iv) was produced in the same manner as the test cell (i) using the electrode substrate (iv). The photoelectric conversion characteristics of the test cell (iv) were evaluated by AM1.5 artificial sunlight, and the results are shown in Table 5. As a result, conversion efficiency of 5% or more was indicated as ◎, 2% or more and less than 5% as ◯, 0.5% or more and less than 2% as △, and less than 0.5% as x. .
表5より、本発明の色素を用いた場合は、試験セル(i)の場合の変換効率は5%以上と、高い値を示した。試験セル(iv)を用いた場合でも、増感色素Aを用いて試験セル(i)を用いた場合とほぼ同等の値を示した。 From Table 5, when the pigment | dye of this invention was used, the conversion efficiency in the case of test cell (i) showed a high value with 5% or more. Even when the test cell (iv) was used, the value was almost the same as when the test cell (i) was used with the sensitizing dye A.
(実施例4)
ペルオキソチタン酸及び酸化チタン微粒子を生成する方法、並びにそれを用いて酸化物半導体膜を作製する方法について試験を行い、光電気化学電池を作製し、評価した。
Example 4
Tests were conducted on a method for producing peroxotitanic acid and titanium oxide fine particles and a method for producing an oxide semiconductor film using the peroxotitanic acid and titanium oxide fine particles, and a photoelectrochemical cell was produced and evaluated.
(光電池セル(A))
(1)酸化物半導体膜形成用塗布液(A)の調製
5gの水素化チタンを1リットルの純水に懸濁し、5質量%の過酸化水素液400gを30分かけて添加し、ついで80℃に加熱して溶解してペルオキソチタン酸の溶液を調製した。この溶液の全量から90容積%を分取し、濃アンモニア水を添加してpH9に調整し、オートクレーブに入れ、250℃で5時間、飽和蒸気圧下で水熱処理を行ってチタニアコロイド粒子(A)を調製した。得られたチタニアコロイド粒子は、X線回折により結晶性の高いアナターゼ型酸化チタンであった。
次に、上記で得られたチタニアコロイド粒子(A)を10質量%まで濃縮し、前記ペルオキソチタン酸溶液を混合し、この混合液中のチタンをTiO2換算し、TiO2質量の30質量%となるように膜形成助剤としてヒドロキシプロピルセルロースを添加して半導体膜形成用塗布液を調製した。
(Photovoltaic cell (A))
(1) Preparation of coating solution (A) for forming an oxide semiconductor film 5 g of titanium hydride is suspended in 1 liter of pure water, 400 g of 5 mass% hydrogen peroxide solution is added over 30 minutes, and then 80 A solution of peroxotitanic acid was prepared by dissolution by heating to ° C. 90% by volume is taken from the total amount of this solution, adjusted to pH 9 by adding concentrated aqueous ammonia, placed in an autoclave, hydrothermally treated at 250 ° C. for 5 hours under saturated vapor pressure, and titania colloidal particles (A) Was prepared. The obtained titania colloidal particles were anatase type titanium oxide having high crystallinity by X-ray diffraction.
Next, the obtained titania colloidal particles (A) was concentrated to 10 wt%, the peroxotitanic acid solution were mixed, the titanium of the mixed solution TiO 2 terms, TiO 2 mass of 30 mass% Then, hydroxypropylcellulose was added as a film formation aid so that a coating solution for forming a semiconductor film was prepared.
(2)酸化物半導体膜(A)の作製
次いで、フッ素ドープした酸化スズが電極層として形成された透明ガラス基板上に前記塗布液を塗布し、自然乾燥し、引き続き低圧水銀ランプを用いて6000mJ/cm2の紫外線を照射してペルオキソ酸を分解させ、塗膜を硬化させた。塗膜を300℃で30分間加熱してヒドロキシプロピルセルロースの分解およびアニーリングを行って酸化物半導体膜(A)をガラス基板に形成した。
(2) Production of Oxide Semiconductor Film (A) Next, the coating solution was applied onto a transparent glass substrate on which fluorine-doped tin oxide was formed as an electrode layer, dried naturally, and subsequently 6000 mJ using a low-pressure mercury lamp. The peroxoacid was decomposed by irradiating with / cm 2 of ultraviolet rays, and the coating film was cured. The coating film was heated at 300 ° C. for 30 minutes to decompose and anneal the hydroxypropyl cellulose to form an oxide semiconductor film (A) on the glass substrate.
(3)酸化物半導体膜(A)への色素の吸着
次に、分光増感色素として本発明の色素の濃度3×10−4モル/リットルのエタノール溶液を調製した。この色素溶液を100rpmスピナーで、金属酸化物半導体膜(A)上へ塗布して乾燥した。この塗布および乾燥工程を5回行った。
(3) Adsorption of dye to oxide semiconductor film (A) Next, an ethanol solution having a concentration of 3 × 10 −4 mol / liter of the dye of the present invention was prepared as a spectral sensitizing dye. This dye solution was applied onto the metal oxide semiconductor film (A) with a 100 rpm spinner and dried. This coating and drying process was performed five times.
(4)電解質溶液の調製
アセトニトリルと炭酸エチレンとの体積比が1:5の混合溶媒に、テトラプロピルアンモニウムアイオダイドを0.46モル/リットル、ヨウ素を0.07モル/リットルの濃度となるように溶解して電解質溶液を調製した。
(4) Preparation of electrolyte solution In a mixed solvent having a volume ratio of acetonitrile and ethylene carbonate of 1: 5, tetrapropylammonium iodide is adjusted to a concentration of 0.46 mol / liter and iodine to a concentration of 0.07 mol / liter. To prepare an electrolyte solution.
(5)光電気セル(A)の作製
(2)で作製した、色素を吸着させた酸化物半導体膜(A)が形成されたガラス基板を一方の電極とし、他方の電極として、フッ素ドープした酸化スズを電極として形成しその上に白金を担持した透明ガラス基板を対向して配置し、側面を樹脂にてシールし、電極間に(4)の電解質溶液を封入し、さらに電極間をリード線で接続して光電気セル(A)を作製した。
(5) Production of photoelectric cell (A) The glass substrate produced in (2) on which the oxide semiconductor film (A) adsorbing the dye was formed was used as one electrode, and the other electrode was fluorine-doped. A transparent glass substrate formed with tin oxide as an electrode and carrying platinum on it is placed facing it, the sides are sealed with resin, the electrolyte solution (4) is sealed between the electrodes, and the electrodes are lead between Photoelectric cells (A) were prepared by connecting with wires.
(6)光電気セル(A)の評価
光電気セル(A)は、ソーラーシュミレーターで100W/m2の強度の光を照射して、η(変換効率)を測定し、その結果を表6に示した。
(6) Evaluation of Photoelectric Cell (A) Photoelectric cell (A) was irradiated with light of 100 W / m 2 with a solar simulator, measured η (conversion efficiency), and the results are shown in Table 6. Indicated.
(光電池セル(B))
紫外線を照射してペルオキソ酸を分解させ、膜を硬化させた後、Arガスのイオン照射(日新電気製:イオン注入装置、200eVで10時間照射)を行った以外は酸化物半導体膜(A)と同様にして酸化物半導体膜(B)を形成した。
酸化物半導体膜(A)と同様に、酸化物半導体膜(B)に色素の吸着を行った。
その後実施例1と同様の方法で光電気セル(B)を作成し、ηを測定した。その結果を表6に示した。
(Photovoltaic cell (B))
An oxide semiconductor film (A) except that after irradiation with ultraviolet rays decomposes the peroxo acid and hardens the film, ion irradiation with Ar gas (manufactured by Nissin Electric: ion implantation apparatus, irradiation with 200 eV for 10 hours) is performed. ), An oxide semiconductor film (B) was formed.
Similarly to the oxide semiconductor film (A), the dye was adsorbed to the oxide semiconductor film (B).
Thereafter, a photoelectric cell (B) was prepared in the same manner as in Example 1, and η was measured. The results are shown in Table 6.
(光電池セル(C))
18.3gの4塩化チタンを純水で希釈して、TiO2換算で1.0質量%含有する水溶液を得た。この水溶液を撹拌しながら、15質量%のアンモニア水を添加し、pH9.5の白色スラリーを得た。このスラリーを濾過洗浄し、TiO2換算で、10.2質量%の水和酸化チタンゲルのケーキを得た。このケーキと5質量%過酸化水素液400gを混合し、ついで80℃に加熱して溶解してペルオキソチタン酸の溶液を調製した。この溶液全量から90体積%を分取し、これに濃アンモニア水を添加してpH9に調整し、オートクレーブに入れ、250℃で5時間、飽和蒸気圧下で水熱処理を行ってチタニアコロイド粒子(C)を調製した。
次に、上記で得られたペルオキソチタン酸溶液とチタニアコロイド粒子(C)を使用して酸化物半導体膜(A)と同様にして酸化物半導体膜(C)を形成し、金属酸化物半導体膜(A)と同様にして、分光増感色素として本発明の色素の吸着を行った。
その後光電気セル(A)と同様の方法で光電気セル(C)を作成し、ηを測定した。その結果を表6に示した。
(Photovoltaic cell (C))
18.3 g of titanium tetrachloride was diluted with pure water to obtain an aqueous solution containing 1.0% by mass in terms of TiO 2 . While stirring this aqueous solution, 15% by mass of aqueous ammonia was added to obtain a white slurry having a pH of 9.5. This slurry was washed by filtration to obtain a 10.2% by mass hydrated titanium oxide gel cake in terms of TiO 2 . This cake was mixed with 400 g of a 5 mass% hydrogen peroxide solution, and then heated to 80 ° C. to dissolve to prepare a peroxotitanic acid solution. 90% by volume was taken from the total amount of this solution, and concentrated ammonia water was added to adjust the pH to 9, and the mixture was placed in an autoclave and subjected to hydrothermal treatment at 250 ° C. for 5 hours under saturated vapor pressure to conduct titania colloidal particles (C ) Was prepared.
Next, an oxide semiconductor film (C) is formed in the same manner as the oxide semiconductor film (A) using the peroxotitanic acid solution and titania colloidal particles (C) obtained above, and a metal oxide semiconductor film In the same manner as (A), the dye of the present invention was adsorbed as a spectral sensitizing dye.
Thereafter, a photoelectric cell (C) was prepared by the same method as that for the photoelectric cell (A), and η was measured. The results are shown in Table 6.
(光電池セル(D))
18.3gの4塩化チタンを純水で希釈してTiO2換算で1.0質量%含有する水溶液を得た。これを撹拌しながら、15質量%のアンモニア水を添加し、pH9.5の白色スラリーを得た。このスラリーを濾過洗浄した後、純水に懸濁してTiO2として0.6質量%の水和酸化チタンゲルのスラリーとし、これに塩酸を加えてpH2とした後、オートクレーブに入れ、180℃で5時間、飽和蒸気圧下で水熱処理を行ってチタニアコロイド粒子(D)を調製した。
次に、チタニアコロイド粒子(D)を10質量%まで濃縮し、これに、TiO2に換算して、30質量%となるように膜形成助剤としてヒドロキシプロピルセルロースを添加して、半導体膜形成用塗布液を調製した。次いで、フッ素ドープした酸化スズが電極層として形成された透明ガラス基板上に、前記塗布液を塗布し、自然乾燥し、引き続き低圧水銀ランプを用いて6000mJ/cm2の紫外線を照射し、膜を硬化させた。さらに、300℃で30分間加熱してヒドロキシプロピルセルロースの分解およびアニーリングを行い、酸化物半導体膜(D)を形成した。
次に、酸化物半導体膜(A)と同様にして分光増感色素として、本発明の色素の吸着を行った。 その後、光電気セル(A)と同様の方法で光電気セル(D)を作成し、ηを測定した。結果を表6に示した。結果は、変換効率が5%以上のものを◎、2%以上5%未満のものを○、0.5%以上2%未満のものを△、0.5%未満のものを×として表示した。
(Photovoltaic cell (D))
18.3 g of titanium tetrachloride was diluted with pure water to obtain an aqueous solution containing 1.0% by mass in terms of TiO 2 . While stirring this, 15% by mass of ammonia water was added to obtain a white slurry having a pH of 9.5. This slurry was filtered and washed, suspended in pure water to obtain a 0.6 mass% hydrated titanium oxide gel slurry as TiO 2 , adjusted to pH 2 by adding hydrochloric acid thereto, put in an autoclave, and stirred at 180 ° C. for 5 hours. The titania colloidal particles (D) were prepared by performing hydrothermal treatment for a period of time under saturated vapor pressure.
Next, titania colloidal particles (D) are concentrated to 10% by mass, and hydroxypropyl cellulose is added as a film forming aid so as to be 30% by mass in terms of TiO 2 to form a semiconductor film. A coating solution was prepared. Next, the coating solution is applied onto a transparent glass substrate on which fluorine-doped tin oxide is formed as an electrode layer, dried naturally, and subsequently irradiated with 6000 mJ / cm 2 of ultraviolet rays using a low-pressure mercury lamp to form a film. Cured. Furthermore, it heated at 300 degreeC for 30 minute (s), decomposed | disassembled and annealed hydroxypropyl cellulose, and formed the oxide semiconductor film (D).
Next, the dye of the present invention was adsorbed as a spectral sensitizing dye in the same manner as the oxide semiconductor film (A). Then, the photoelectric cell (D) was created by the method similar to a photoelectric cell (A), and (eta) was measured. The results are shown in Table 6. As a result, conversion efficiency of 5% or more was indicated as ◎, 2% or more and less than 5% as ◯, 0.5% or more and less than 2% as △, and less than 0.5% as x. .
表6より、本発明の色素の場合には、試験セル(A)〜(C)を使用した場合には特に変換効率が高いことがわかった。また試験セル(D)を使用した場合でも、本発明の色素を用いると、比較例の場合より高い変換効率を示した。 From Table 6, in the case of the pigment | dye of this invention, when test cell (A)-(C) was used, it turned out that conversion efficiency is especially high. Even when the test cell (D) was used, when the dye of the present invention was used, a higher conversion efficiency was shown than in the comparative example.
(実施例5)
方法を変えて酸化チタンの調製又は合成を行い、得られた酸化チタンから酸化物半導体膜を作製し、光電気化学電池とし、その評価を行った。
(Example 5)
Titanium oxide was prepared or synthesized by changing the method, an oxide semiconductor film was produced from the obtained titanium oxide, and a photoelectrochemical cell was evaluated.
(1)熱処理法による酸化チタンの調製
市販のアナターゼ型酸化チタン(石原産業(株)製、商品名ST−01)を用い、これを約900℃に加熱してブルーカイト型の酸化チタンに変換し、さらに約1,200℃に加熱してルチル型の酸化チタンとした。得られたブルーカイト型酸化チタンを酸化チタン1とした。
(1) Preparation of titanium oxide by heat treatment Using commercially available anatase-type titanium oxide (trade name ST-01, manufactured by Ishihara Sangyo Co., Ltd.), this is heated to about 900 ° C. and converted to blue-kite type titanium oxide. Further, it was heated to about 1,200 ° C. to obtain a rutile type titanium oxide. The obtained blue kite type titanium oxide was designated as titanium oxide 1.
(2)湿式法による酸化チタンの合成
(酸化チタン2(ブルーカイト型))
蒸留水954mlを還流冷却器付きの反応槽に装入し、95℃に加温する。撹拌速度を約200rpmに保ちながら、この蒸留水に四塩化チタン(Ti含有量:16.3質量%、比重1.59、純度99.9%)水溶液46mlを約5.0ml/minの速度で反応槽に滴下した。このとき、反応液の温度が下がらないように注意した。その結果、四塩化チタン濃度が0.25mol/リットル(酸化チタン換算2質量%)であった。反応槽中では反応液が滴下直後から、白濁し始めたがそのままの温度で保持を続け、滴下終了後さらに昇温し沸点付近(104℃)まで加熱し、この状態で60分間保持して完全に反応を終了した。
反応により、得られたゾルを濾過し、次いで60℃の真空乾燥器を用いて粉末とした。この粉末をX線回折法により定量分析した結果、(ブルーカイト型121面のピーク強度)/(三本が重なる位置でのピーク強度)比は0.38、(ルチル型のメインピーク強度)/(三本が重なる位置でのピーク強度)比は0.05であった。これらから求めると酸化チタンは、ブルーカイト型が約70.0質量%、ルチル型が約1.2質量%、アナターゼ型が約28.8質量%の結晶性であった。また、透過型電子顕微鏡でこの微粒子を観察したところ、1次粒子の平均粒径は0.015μmであった。
(2) Synthesis of titanium oxide by wet method (titanium oxide 2 (blue kite type))
954 ml of distilled water is charged into a reaction vessel equipped with a reflux condenser and heated to 95 ° C. While maintaining the stirring speed at about 200 rpm, 46 ml of an aqueous solution of titanium tetrachloride (Ti content: 16.3 mass%, specific gravity 1.59, purity 99.9%) was added to this distilled water at a speed of about 5.0 ml / min. It was dripped at the reaction tank. At this time, care was taken not to lower the temperature of the reaction solution. As a result, the titanium tetrachloride concentration was 0.25 mol / liter (2% by mass in terms of titanium oxide). In the reaction tank, the reaction liquid started to become cloudy immediately after dropping, but kept at the same temperature. After the dropping, the temperature was further raised and heated to near the boiling point (104 ° C.). The reaction was terminated.
The sol obtained by the reaction was filtered, and then powdered using a vacuum dryer at 60 ° C. As a result of quantitative analysis of this powder by X-ray diffractometry, the ratio of (peak intensity of the blue kite type 121 surface) / (peak intensity at the position where the three overlap) is 0.38, (rutile type main peak intensity) / The ratio (peak intensity at the position where the three lines overlap) was 0.05. From these, the titanium oxide had a crystallinity of about 70.0% by mass for the brookite type, about 1.2% by mass for the rutile type, and about 28.8% by mass for the anatase type. Further, when the fine particles were observed with a transmission electron microscope, the average particle diameter of the primary particles was 0.015 μm.
(酸化チタン3(ブルーカイト型))
三塩化チタン水溶液(Ti含有量:28質量%、比重1.5、純度99.9%)を蒸留水で希釈し、チタン濃度換算で0.25モル/Lの溶液とした。このとき、液温が上昇しないよう氷冷して、50℃以下に保った。次に、この溶液を還流冷却器付きの反応槽に500ml投入し、85℃に加温しながらオゾンガス発生装置から純度80%のオゾンガスを1L/minでバブリングし、酸化反応を行なった。この状態で2時間保持し、完全に反応を終了した。得られたゾルをろ過、真空乾燥し、粉末とした。この粉末をX線回折法により定量分析した結果、(ブルーカイト型121面のピーク強度)/(三本が重なる位置でのピーク強度)比は0.85、(ルチル型のメインピーク強度)/(三本が重なる位置でのピーク強度)比は0であった。これらから求めると二酸化チタンは、ブルーカイト型が約98質量%、ルチル型が0質量%、アナターゼ型が0質量%であり、約2%は無定形であった。また、透過型電子顕微鏡でこの微粒子を観察したところ、1次粒子の平均粒径は0.05μmであった。
(Titanium oxide 3 (Blue Kite type))
An aqueous solution of titanium trichloride (Ti content: 28% by mass, specific gravity 1.5, purity 99.9%) was diluted with distilled water to give a solution of 0.25 mol / L in terms of titanium concentration. At this time, it was ice-cooled so as not to increase the liquid temperature and kept at 50 ° C. or lower. Next, 500 ml of this solution was put into a reaction tank equipped with a reflux condenser, and ozone gas with a purity of 80% was bubbled from the ozone gas generator at 1 L / min while heating at 85 ° C. to carry out an oxidation reaction. This state was maintained for 2 hours to complete the reaction. The obtained sol was filtered and vacuum-dried to obtain a powder. As a result of quantitative analysis of this powder by X-ray diffractometry, the ratio of (peak intensity on the surface of the blue kite type 121) / (peak intensity at the position where the three overlap) is 0.85, (rutile main peak intensity) / The ratio (peak intensity at the position where the three lines overlap) was 0. From these, the titanium dioxide was about 98% by mass for the blue kite type, 0% by mass for the rutile type, 0% by mass for the anatase type, and about 2% was amorphous. Further, when the fine particles were observed with a transmission electron microscope, the average particle diameter of the primary particles was 0.05 μm.
(色素増感型光電変換素子の作製および評価)
上記の酸化チタン1〜3を半導体として特開2000−340269の図1に示す構成を有する光電変換素子を次のように作製した。
ガラス基板上にフッ素ドープの酸化スズをコートし、導電性透明電極とした。電極面上にそれぞれの酸化チタン粒子を原料としたペーストを作成し、バーコート法で厚さ50μmに塗布した後、500℃で焼成して膜厚約20μmの薄層を形成した。次にルテニウム錯体であるRuL2 (SCN)2 (L=2,2’−ビピリジル−4,4’−ジカルボキシレート)の3×10−4モル濃度のエタノール溶液を調製し、これに上記の酸化チタンの薄層を形成したガラス基板を浸漬し、12時間室温で保持した。その結果、酸化チタンの薄層上に上記錯体が付着された。
(Production and evaluation of dye-sensitized photoelectric conversion device)
A photoelectric conversion element having the configuration shown in FIG.
A glass substrate was coated with fluorine-doped tin oxide to form a conductive transparent electrode. A paste using each titanium oxide particle as a raw material was formed on the electrode surface, applied to a thickness of 50 μm by a bar coating method, and then baked at 500 ° C. to form a thin layer having a thickness of about 20 μm. Next, a 3 × 10 −4 molar ethanol solution of RuL 2 (SCN) 2 (L = 2,2′-bipyridyl-4,4′-dicarboxylate), which is a ruthenium complex, was prepared. A glass substrate on which a thin layer of titanium oxide was formed was immersed and held at room temperature for 12 hours. As a result, the complex was deposited on a thin layer of titanium oxide.
電解液としてテトラプロピルアンモニウムのヨウ素塩とヨウ化リチウムのアセトニトリル溶液を用い、白金を対極として特開2000−340269の図1に示す構成を有する光電変換素子を作製した。光電変換は160wの高圧水銀ランプの光(フィルターで赤外線部をカット)を上記の素子に照射し、その際の変換効率を測定した。結果を表7に示す。結果は、変換効率が5%以上のものを◎、2%以上5%未満のものを○、0.5%以上2%未満のものを△、0.5%未満のものを×として表示した。 A photoelectric conversion element having a configuration shown in FIG. 1 of JP-A-2000-340269 was prepared using an iodine salt of tetrapropylammonium as an electrolytic solution and an acetonitrile solution of lithium iodide and using platinum as a counter electrode. For photoelectric conversion, light from a 160-w high-pressure mercury lamp (the infrared part was cut by a filter) was applied to the above-mentioned element, and the conversion efficiency at that time was measured. The results are shown in Table 7. As a result, conversion efficiency of 5% or more was indicated as ◎, 2% or more and less than 5% as ◯, 0.5% or more and less than 2% as △, and less than 0.5% as x. .
表7より、本発明の色素は酸化チタンを変更しても変換効率が高いことがわかった。 From Table 7, it was found that the dye of the present invention has high conversion efficiency even when the titanium oxide is changed.
(実施例6)
粒径の異なる酸化チタンを用いて半導体電極として、光電気化学電池を作製し、その特性を評価した。
[ペーストの調製]
まず光電極を構成する半導体電極の半導体層又は光散乱層を形成するためのペーストを以下の手順で調製した。
(Example 6)
Photoelectrochemical cells were fabricated as semiconductor electrodes using titanium oxides having different particle sizes, and the characteristics were evaluated.
[Preparation of paste]
First, a paste for forming a semiconductor layer or a light scattering layer of a semiconductor electrode constituting the photoelectrode was prepared by the following procedure.
(ペースト1)
球形のTiO2粒子(アナターゼ型、平均粒径;25nm、以下、球形TiO2粒子1という)とを硝酸溶液に入れて撹拌することによりチタニアスラリーを調製した。次に、チタニアスラリーに増粘剤としてセルロース系バインダーを加え、混練してペーストを調製した。
(Paste 1)
A titania slurry was prepared by placing spherical TiO 2 particles (anatase type, average particle size: 25 nm, hereinafter referred to as spherical TiO 2 particles 1) in a nitric acid solution and stirring. Next, a cellulose binder as a thickener was added to the titania slurry and kneaded to prepare a paste.
(ペースト2)
球形TiO2粒子1と、球形のTiO2粒子(アナターゼ型、平均粒径;200nm、以下、球形TiO2粒子2という)とを硝酸溶液に入れて撹拌することによりチタニアスラリーを調製した。次に、チタニアスラリーに増粘剤としてセルロース系バインダーを加え、混練してペースト(TiO2粒子1の質量:TiO2粒子2の質量=30:70)を調製した。
(Paste 2)
A titania slurry was prepared by placing spherical TiO 2 particles 1 and spherical TiO 2 particles (anatase type, average particle size: 200 nm, hereinafter referred to as spherical TiO 2 particles 2) in a nitric acid solution and stirring. Next, a cellulose binder as a thickener was added to the titania slurry and kneaded to prepare a paste (mass of TiO 2 particles 1: mass of TiO 2 particles 2 = 30:70).
(ペースト3)
ペースト1に、棒状のTiO2粒子(アナターゼ型、直径;100nm、アスペクト比;5、以下、棒状TiO2粒子1という)を混合し、棒状TiO2粒子1の質量:ペースト1の質量=10:90のペーストを調製した。
(Paste 3)
The paste 1 is mixed with rod-like TiO 2 particles (anatase type, diameter: 100 nm, aspect ratio: 5, hereinafter referred to as rod-like TiO 2 particles 1), the mass of the rod-like TiO 2 particles 1: the mass of the paste 1 = 10: Ninety pastes were prepared.
(ペースト4)
ペースト1に、棒状TiO2粒子1を混合し、棒状TiO2粒子1の質量:ペースト1の質量=30:70のペーストを調製した。
(Paste 4)
The paste 1, a rod-shaped TiO 2 particles 1 were mixed, the mass rod-shaped TiO 2 particles 1: Paste 1 Mass = 30: 70 paste was prepared.
(ペースト5)
ペースト1に、棒状TiO2粒子1を混合し、棒状TiO2粒子1の質量:ペースト1の質量=50:50のペーストを調製した。
(Paste 5)
The paste 1, a rod-shaped TiO 2 particles 1 were mixed, the mass rod-shaped TiO 2 particles 1: Paste 1 Mass = 50: 50 paste was prepared.
(ペースト6)
ペースト1に、板状のマイカ粒子(直径;100nm、アスペクト比;6、以下、板状マイカ粒子1という)を混合し、板状マイカ粒子1の質量:ペースト1の質量=20:80のペーストを調製した。
(Paste 6)
The paste 1 is mixed with plate-like mica particles (diameter: 100 nm, aspect ratio: 6, hereinafter referred to as plate-like mica particles 1), and the mass of the plate-like mica particles 1: the mass of the paste 1 = 20: 80 paste. Was prepared.
(ペースト7)
ペースト1に、棒状のTiO2粒子(アナターゼ、直径;30nm、アスペクト比;6.3、以下、棒状TiO2粒子2という)を混合し、棒状TiO2粒子2の質量:ペースト1の質量=30:70のペーストを調製した。
(Paste 7)
The paste 1 is mixed with rod-like TiO 2 particles (anatase, diameter: 30 nm, aspect ratio: 6.3, hereinafter referred to as rod-like TiO 2 particles 2), the mass of the rod-like TiO 2 particles 2: the mass of the paste 1 = 30: 70 pastes were prepared.
(ペースト8)
ペースト1に、棒状のTiO2粒子(アナターゼ、直径;50nm、アスペクト比;6.1、以下、棒状TiO2粒子3という)を混合し、棒状TiO2粒子3の質量:ペースト1の質量=30:70のペーストを調製した。
(Paste 8)
The paste 1 is mixed with rod-like TiO 2 particles (anatase, diameter: 50 nm, aspect ratio: 6.1, hereinafter referred to as rod-like TiO 2 particles 3), and the mass of the rod-like TiO 2 particles 3: the mass of the paste 1 = 30. : 70 paste was prepared.
(ペースト9)
ペースト1に、棒状のTiO2粒子(アナターゼ、直径;75nm、アスペクト比;5.8、以下、棒状TiO2粒子4という)を混合し、棒状TiO2粒子4の質量:ペースト1の質量=30:70のペーストを調製した。
(Paste 9)
The paste 1 is mixed with rod-like TiO 2 particles (anatase, diameter: 75 nm, aspect ratio: 5.8, hereinafter referred to as rod-like TiO 2 particles 4), and the mass of the rod-like TiO 2 particles 4: the mass of the paste 1 = 30. : 70 paste was prepared.
(ペースト10)
ペースト1に、棒状のTiO2粒子(アナターゼ、直径;130nm、アスペクト比;5.2、以下、棒状TiO2粒子5という)を混合し、棒状TiO2粒子5の質量:ペースト1の質量=30:70のペーストを調製した。
(Paste 10)
The paste 1 is mixed with rod-like TiO 2 particles (anatase, diameter: 130 nm, aspect ratio: 5.2, hereinafter referred to as rod-like TiO 2 particles 5), and the mass of the rod-like TiO 2 particles 5: the mass of the paste 1 = 30. : 70 paste was prepared.
(ペースト11)
ペースト1に、棒状のTiO2粒子(アナターゼ、直径;180nm、アスペクト比;5、以下、棒状TiO2粒子6という)を混合し、棒状TiO2粒子6の質量:ペースト1の質量=30:70のペーストを調製した。
(Paste 11)
The paste 1 is mixed with rod-like TiO 2 particles (anatase, diameter: 180 nm, aspect ratio: 5, hereinafter referred to as rod-like TiO 2 particles 6), and the mass of the rod-like TiO 2 particles 6: the mass of the paste 1 = 30: 70. A paste was prepared.
(ペースト12)
ペースト1に、棒状のTiO2粒子(アナターゼ、直径;240nm、アスペクト比;5、以下、棒状TiO2粒子7という)を混合し、棒状TiO2粒子7の質量:ペースト1の質量=30:70のペーストを調製した。
(Paste 12)
The paste 1 is mixed with rod-like TiO 2 particles (anatase, diameter: 240 nm, aspect ratio: 5, hereinafter referred to as rod-like TiO 2 particles 7), the mass of the rod-like TiO 2 particles 7: the mass of the paste 1 = 30: 70. A paste was prepared.
(ペースト13)
ペースト1に、棒状のTiO2粒子(アナターゼ、直径;110nm、アスペクト比;4.1、以下、棒状TiO2粒子8という)を混合し、棒状TiO2粒子8の質量:ペースト1の質量=30:70のペーストを調製した。
(Paste 13)
The paste 1 is mixed with rod-like TiO 2 particles (anatase, diameter: 110 nm, aspect ratio: 4.1, hereinafter referred to as rod-like TiO 2 particles 8), and the mass of the rod-like TiO 2 particles 8: the mass of the paste 1 = 30. : 70 paste was prepared.
(ペースト14)
ペースト1に、棒状のTiO2粒子(アナターゼ、直径;105nm、アスペクト比;3.4、以下、棒状TiO2粒子9という)を混合し、棒状TiO2粒子9の質量:ペースト1の質量=30:70のペーストを調製した。
(Paste 14)
The paste 1 is mixed with rod-shaped TiO 2 particles (anatase, diameter: 105 nm, aspect ratio: 3.4, hereinafter referred to as rod-shaped TiO 2 particles 9), and the mass of the rod-shaped TiO 2 particles 9: the mass of the paste 1 = 30. : 70 paste was prepared.
(光電気化学電池1)
以下に示す手順により、特開2002−289274記載の図5に示した光電極12と同様の構成を有する光電極を作製し、更に、光電極を用いて、当該光電極以外は色素増感型太陽電池20と同様の構成を有する10×10mmのスケールの色素増感型太陽電池1を作製した。
(Photoelectrochemical cell 1)
A photoelectrode having the same configuration as the photoelectrode 12 shown in FIG. 5 described in JP-A-2002-289274 is prepared by the following procedure, and further, using the photoelectrode, a dye-sensitized type other than the photoelectrode is used. A 10 × 10 mm scale dye-sensitized solar cell 1 having the same configuration as that of the solar cell 20 was produced.
ガラス基板上にフッ素ドープされたSnO2導電膜(膜厚;500nm)を形成した透明電極を準備した。そして、このSnO2導電膜上に、上記のペースト2をスクリーン印刷し、次いで乾燥させた。その後、空気中、450℃の条件のもとで焼成した。更に、ペースト4を用いてこのスクリーン印刷と焼成とを繰り返すことにより、SnO2導電膜上に図5に示す半導体電極2と同様の構成の半導体電極(受光面の面積;10mm×10mm、層厚;10μm、半導体層の層厚;6μm、光散乱層の層厚;4μm、光散乱層に含有される棒状TiO2粒子1の含有率;30質量%)を形成し、増感色素を含有していない光電極を作製した。 A transparent electrode in which a fluorine-doped SnO 2 conductive film (film thickness: 500 nm) was formed on a glass substrate was prepared. Then, the paste 2 was screen-printed on the SnO 2 conductive film and then dried. Then, it baked on the conditions of 450 degreeC in the air. Further, by repeating this screen printing and baking using the paste 4, a semiconductor electrode having the same configuration as the semiconductor electrode 2 shown in FIG. 5 on the SnO 2 conductive film (area of light receiving surface; 10 mm × 10 mm, layer thickness) 10 μm, layer thickness of semiconductor layer; 6 μm, layer thickness of light scattering layer; 4 μm, content of rod-like TiO 2 particles 1 contained in the light scattering layer; 30% by mass), containing sensitizing dye A photoelectrode was prepared.
次に、半導体電極に色素を以下のようにして吸着させた。まずマグネシウムエトキシドで脱水した無水エタノールを溶媒として、これに本発明の色素を、その濃度が3×10−4mol/Lとなるように溶解し、色素溶液を調製した。次に、この溶液に半導体電極を浸漬し、これにより、半導体電極に色素が約1.5×10−7mol/cm2吸着し、光電極10を完成させた。 Next, the pigment | dye was made to adsorb | suck to a semiconductor electrode as follows. First, anhydrous ethanol dehydrated with magnesium ethoxide was used as a solvent, and the dye of the present invention was dissolved therein so that the concentration thereof was 3 × 10 −4 mol / L to prepare a dye solution. Next, the semiconductor electrode was immersed in this solution, whereby the dye was adsorbed to the semiconductor electrode by about 1.5 × 10 −7 mol / cm 2 to complete the photoelectrode 10.
次に、対極として上記の光電極と同様の形状と大きさを有する白金電極(Pt薄膜の厚さ;100nm)、電解質Eとして、ヨウ素及びヨウ化リチウムを含むヨウ素系レドックス溶液を調製した。更に、半導体電極の大きさに合わせた形状を有するデュポン社製のスペーサーS(商品名:「サーリン」)を準備し、特開2002−289274記載の図3に示すように、光電極10と対極CEとスペーサーSを介して対向させ、内部に上記の電解質を充填して光電気化学電池1を完成させた。 Next, a platinum electrode (thickness of Pt thin film; 100 nm) having the same shape and size as the above-described photoelectrode as a counter electrode, and an iodine redox solution containing iodine and lithium iodide as an electrolyte E were prepared. Furthermore, a spacer S (trade name: “Surlin”) manufactured by DuPont having a shape corresponding to the size of the semiconductor electrode is prepared. As shown in FIG. 3 of JP-A-2002-289274, the photoelectrode 10 and the counter electrode are prepared. The photoelectrochemical cell 1 was completed by facing the CE through the spacer S and filling the above electrolyte therein.
(光電気化学電池2)
半導体電極の製造を以下のようにして行ったこと以外は、光電気化学電池1と同様の手順により特開2002−289274記載の図1に示した光電極10及び特開2002−289274記載の図3に示した色素増感型太陽電池20と同様の構成を有する光電極及び光電気化学電池2を作製した。
(Photoelectrochemical cell 2)
The photoelectrode 10 shown in FIG. 1 described in JP-A No. 2002-289274 and the diagram described in JP-A No. 2002-289274 are the same as those of the photoelectrochemical cell 1 except that the semiconductor electrode is manufactured as follows. A photoelectrode and a photoelectrochemical cell 2 having the same configuration as the dye-sensitized solar cell 20 shown in FIG.
ペースト2を半導体層形成用ペーストとして使用した。そして、SnO2導電膜上に、ペースト2をスクリーン印刷し、次いで乾燥させた。その後、空気中、450℃の条件のもとで焼成し、半導体層を形成した。 Paste 2 was used as a semiconductor layer forming paste. Then, paste 2 was screen-printed on the SnO 2 conductive film and then dried. Then, it baked on the conditions of 450 degreeC in the air, and formed the semiconductor layer.
ペースト3を光散乱層の最内部の層形成用ペーストとして使用した。また、ペースト5を光散乱層の最外部の層形成用ペーストとして使用した。そして、色素増感太陽電池1と同様にして半導体層上に光散乱層を形成した。
そして、SnO2導電膜上に、特開2002−289274記載の図1に示す半導体電極2と同様の構成の半導体電極(受光面の面積;10mm×10mm、層厚;10μm、半導体層の層厚;3μm、最内部の層の層厚;4μm、最内部の層に含有される棒状TiO2粒子1の含有率;10質量%、最外部の層の層厚;3μm、最内部の層に含有される棒状TiO2粒子1の含有率;50質量%)を形成し、増感色素を含有していない光電極を作製した。光電気化学電池1と同様に、光電極と対極CEとスペーサーSを介して対向させ、内部に上記の電解質を充填して光電気化学電池2を完成させた。 Then, on the SnO 2 conductive film, a semiconductor electrode having the same configuration as the semiconductor electrode 2 shown in FIG. 1 described in JP-A-2002-289274 (light receiving surface area: 10 mm × 10 mm, layer thickness: 10 μm, layer thickness of the semiconductor layer) 3 μm, the thickness of the innermost layer; 4 μm, the content of rod-like TiO 2 particles 1 contained in the innermost layer; 10% by mass, the thickness of the outermost layer; 3 μm, contained in the innermost layer The content ratio of the rod-like TiO 2 particles 1 to be formed; 50% by mass) was formed, and a photoelectrode containing no sensitizing dye was produced. Similarly to the photoelectrochemical cell 1, the photoelectrochemical cell 2 was completed by making the photoelectrode, the counter electrode CE, and the spacer S face each other and filling the above electrolyte therein.
(光電気化学電池3)
半導体電極の製造に際して、ペースト1を半導体層形成用ペーストとして使用し、ペースト4を光散乱層形成用ペーストとして使用したこと以外は、光電気化学電池1と同様の手順により図5に示した光電極10及び特開2002−289274記載の図3に示した光電気化学電池20と同様の構成を有する光電極及び光電気化学電池3を作製した。なお、半導体電極は、受光面の面積;10mm×10mm、層厚;10μm、半導体層の層厚;5μm、光散乱層の層厚;5μm、光散乱層に含有される棒状TiO2粒子1の含有率;30質量%であった。
(Photoelectrochemical cell 3)
The light shown in FIG. 5 was prepared by the same procedure as that of the photoelectrochemical cell 1 except that the paste 1 was used as the semiconductor layer forming paste and the paste 4 was used as the light scattering layer forming paste when the semiconductor electrode was manufactured. A photoelectrode and
(光電気化学電池4)
半導体電極の製造に際して、ペースト2を半導体層形成用ペーストとして使用し、ペースト6を光散乱層形成用ペーストとして使用したこと以外は、光電気化学電池1と同様の手順により図5に示した光電極10及び特開2002−289274記載の図3に示した光電気化学電池20と同様の構成を有する光電極及び光電気化学電池4を作製した。なお、半導体電極は、受光面の面積;10mm×10mm、層厚;10μm、半導体層の層厚;6.5μm、光散乱層の層厚;3.5μm、光散乱層に含有される板状マイカ粒子1の含有率;20質量%であった。
(Photoelectrochemical cell 4)
In the production of the semiconductor electrode, the light shown in FIG. 5 was obtained by the same procedure as that of the photoelectrochemical cell 1 except that the paste 2 was used as the semiconductor layer forming paste and the paste 6 was used as the light scattering layer forming paste. A photoelectrode and a photoelectrochemical cell 4 having the same configuration as the electrode 10 and the photoelectrochemical cell 20 shown in FIG. 3 described in JP-A-2002-289274 were produced. The semiconductor electrode has a light receiving surface area: 10 mm × 10 mm, layer thickness: 10 μm, semiconductor layer thickness: 6.5 μm, light scattering layer thickness: 3.5 μm, plate-like contained in the light scattering layer The content of mica particles 1 was 20% by mass.
(光電気化学電池5)
半導体電極の製造に際して、ペースト2を半導体層形成用ペーストとして使用し、ペースト8を光散乱層形成用ペーストとして使用したこと以外は、光電気化学電池1と同様の手順により光電極及び光電気化学電池5を作製した。なお、半導体電極の光散乱層に含有される棒状TiO2粒子3の含有率;30質量%であった。
(Photoelectrochemical cell 5)
In the production of the semiconductor electrode, the photoelectrode and the photoelectrochemistry were prepared in the same procedure as in the photoelectrochemical cell 1 except that the paste 2 was used as the semiconductor layer forming paste and the paste 8 was used as the light scattering layer forming paste. Battery 5 was produced. The content ratio of the rod-shaped TiO 2 particles 3 contained in the light scattering layer of the semiconductor electrode; was 30 wt%.
(光電気化学電池6)
半導体電極の製造に際して、ペースト2を半導体層形成用ペーストとして使用し、ペースト9を光散乱層形成用ペーストとして使用したこと以外は、光電気化学電池1と同様の手順により光電極及び光電気化学電池6を作製した。なお、半導体電極の光散乱層に含有される棒状TiO2粒子4の含有率;30質量%であった。
(Photoelectrochemical cell 6)
In the production of the semiconductor electrode, the photoelectrode and the photoelectrochemical process were performed in the same manner as in the photoelectrochemical cell 1 except that the paste 2 was used as the semiconductor layer forming paste and the paste 9 was used as the light scattering layer forming paste. A battery 6 was produced. The content ratio of the rod-shaped TiO 2 particles 4 contained in the light scattering layer of the semiconductor electrode; was 30 wt%.
(光電気化学電池7)
半導体電極の製造に際して、ペースト2を半導体層形成用ペーストとして使用し、ペースト10を光散乱層形成用ペーストとして使用したこと以外は、光電気化学電池1と同様の手順により光電極及び光電気化学電池7を作製した。なお、半導体電極の光散乱層に含有される棒状TiO2粒子5の含有率;30質量%であった。
(Photoelectrochemical cell 7)
In the production of the semiconductor electrode, the photoelectrode and the photoelectrochemistry were prepared in the same procedure as in the photoelectrochemical cell 1 except that the paste 2 was used as the semiconductor layer forming paste and the paste 10 was used as the light scattering layer forming paste. Battery 7 was produced. The content ratio of the rod-shaped TiO 2 particles 5 contained in the light scattering layer of the semiconductor electrode; was 30 wt%.
(光電気化学電池8)
半導体電極の製造に際して、ペースト2を半導体層形成用ペーストとして使用し、ペースト11を光散乱層形成用ペーストとして使用したこと以外は、光電気化学電池1と同様の手順により光電極及び光電気化学電池8を作製した。なお、半導体電極の光散乱層に含有される棒状TiO2粒子6の含有率;30質量%であった。
(Photoelectrochemical cell 8)
In the production of the semiconductor electrode, the photoelectrode and the photoelectrochemistry were prepared in the same procedure as in the photoelectrochemical cell 1 except that the paste 2 was used as the semiconductor layer forming paste and the paste 11 was used as the light scattering layer forming paste. Battery 8 was produced. The content ratio of the rod-shaped TiO 2 particles 6 contained in the light scattering layer of the semiconductor electrode; was 30 wt%.
(光電気化学電池9)
半導体電極の製造に際して、ペースト2を半導体層形成用ペーストとして使用し、ペースト13を光散乱層形成用ペーストとして使用したこと以外は、光電気化学電池1と同様の手順により光電極及び光電気化学電池9を作製した。なお、半導体電極の光散乱層に含有される棒状TiO2粒子8の含有率;30質量%であった。
(Photoelectrochemical cell 9)
In the production of the semiconductor electrode, the photoelectrode and the photoelectrochemistry were prepared in the same procedure as in the photoelectrochemical cell 1 except that the paste 2 was used as the semiconductor layer forming paste and the paste 13 was used as the light scattering layer forming paste. A battery 9 was produced. The content ratio of the rod-shaped TiO 2 particles 8 contained in the light scattering layer of the semiconductor electrode; was 30 wt%.
(光電気化学電池10)
半導体電極の製造に際して、ペースト2を半導体層形成用ペーストとして使用し、ペースト14を光散乱層形成用ペーストとして使用したこと以外は、光電気化学電池1と同様の手順により光電極及び光電気化学電池10を作製した。なお、半導体電極の光散乱層に含有される棒状TiO2粒子9の含有率;30質量%であった。
(Photoelectrochemical cell 10)
In the production of the semiconductor electrode, the photoelectrode and the photoelectrochemical process were performed in the same manner as in the photoelectrochemical cell 1 except that the paste 2 was used as the semiconductor layer forming paste and the paste 14 was used as the light scattering layer forming paste. Battery 10 was produced. The content of the rod-like TiO 2 particles 9 contained in the light scattering layer of the semiconductor electrode was 30% by mass.
(光電気化学電池11)
半導体電極の製造に際して、ペースト2のみを用いて半導体層のみからなる半導体電極(受光面の面積;10mm×10mm、層厚;10μm、)を作製したこと以外は、光電気化学電池1と同様の手順により光電極及び比較光電気化学電池1を作製した。
(Photoelectrochemical cell 11)
Similar to the photoelectrochemical cell 1 except that a semiconductor electrode (light-receiving surface area: 10 mm × 10 mm, layer thickness: 10 μm) made of only the semiconductor layer using only the paste 2 was manufactured in the manufacture of the semiconductor electrode. A photoelectrode and a comparative photoelectrochemical cell 1 were prepared according to the procedure.
(電気化学電池12)
半導体電極の製造に際して、ペースト2を半導体層形成用ペーストとして使用し、ペースト7を光散乱層形成用ペーストとして使用したこと以外は、光電気化学電池1と同様の手順により光電極及び比較光電気化学電池2を作製した。なお、半導体電極の光散乱層に含有される棒状TiO2粒子2の含有率;30質量%であった。
(Electrochemical battery 12)
In the production of the semiconductor electrode, the photoelectrode and the comparative photoelectricity were prepared in the same procedure as in the photoelectrochemical cell 1 except that the paste 2 was used as the semiconductor layer forming paste and the paste 7 was used as the light scattering layer forming paste. A chemical battery 2 was produced. The content ratio of the rod-shaped TiO 2 particles 2 contained in the light scattering layer of the semiconductor electrode; was 30 wt%.
[電池特性試験]
電池特性試験を行ない、光電気化学電池1〜12について変換効率ηを測定した。電池特性試験は、ソーラーシミュレータ(WACOM製、WXS−85H)を用い、AM1.5フィルターを通したキセノンランプから1000W/m2の疑似太陽光を照射することにより行った。I−Vテスターを用いて電流−電圧特性を測定し、エネルギー変換効率(η/%)を求めた。その結果を表8に示す。結果は、変換効率が5%以上のものを◎、2%以上5%未満のものを○、0.5%以上2%未満のものを△、0.5%未満のものを×として表示した。
[Battery characteristics test]
A battery characteristic test was performed, and the conversion efficiency η was measured for the photoelectrochemical cells 1 to 12. The battery characteristic test was performed by irradiating 1000 W / m 2 of pseudo-sunlight from a xenon lamp through an AM1.5 filter using a solar simulator (manufactured by WACOM, WXS-85H). Current-voltage characteristics were measured using an IV tester, and energy conversion efficiency (η /%) was determined. The results are shown in Table 8. As a result, conversion efficiency of 5% or more was indicated as ◎, 2% or more and less than 5% as ◯, 0.5% or more and less than 2% as △, and less than 0.5% as x. .
表8の通り、本発明の色素は変換効率が高いことがわかった。 As shown in Table 8, the dye of the present invention was found to have high conversion efficiency.
(実施例7)
金属酸化物微粒子に金属アルコキシドを加えスラリー状としたものを導電性基板に塗布し、その後、UVオゾン照射、UV照射又は乾燥を行い、電極を作製した。その後、光電気化学電池を作製し、変換効率を測定した。
(Example 7)
A slurry obtained by adding metal alkoxide to metal oxide fine particles was applied to a conductive substrate, and then UV ozone irradiation, UV irradiation or drying was performed to produce an electrode. Then, the photoelectrochemical cell was produced and the conversion efficiency was measured.
(金属酸化物微粒子)
金属酸化物微粒子としては、酸化チタンを用いた。酸化チタンは、質量比で、30%ルチル型及び70%アナターゼ型、平均粒径25nmのP25粉末(Degussa社製、商品名)を用いた。
(金属酸化物微粒子粉末の前処理)
金属酸化物微粒子をあらかじめ熱処理することで表面の有機物と水分を除去した。酸化チタン微粒子の場合は450℃のオーブンで大気下、30分間加熱した。
(Metal oxide fine particles)
Titanium oxide was used as the metal oxide fine particles. As the titanium oxide, P25 powder (trade name, manufactured by Degussa) having a mass ratio of 30% rutile type and 70% anatase type and an average particle size of 25 nm was used.
(Pretreatment of metal oxide fine particle powder)
The metal oxide fine particles were previously heat-treated to remove surface organic substances and moisture. In the case of titanium oxide fine particles, the fine particles were heated in an oven at 450 ° C. in the atmosphere for 30 minutes.
(金属酸化物微粒子に含まれる水分量の測定)
温度26℃、湿度72%の環境に保存しておいた酸化チタン、P25粉末(Degussa社製、商品名)に含まれる水分量を、熱重量測定における重量減少、及び300℃に加熱したときに脱着した水分量のカールフィッシャー滴定により定量した。
(Measurement of water content in metal oxide fine particles)
When the moisture content contained in titanium oxide and P25 powder (trade name, manufactured by Degussa) stored in an environment of temperature 26 ° C. and humidity 72% is reduced by thermogravimetry and heated to 300 ° C. The amount of moisture desorbed was determined by Karl Fischer titration.
酸化チタン、P25粉末(Degussa社製、商品名)を300℃で加熱したときに脱着する水分量をカールフィッシャー滴定によって定量したところ、0.1033gの酸化チタン微粉末中に0.253mgの水が含まれていた。すなわち、酸化チタン微粉末は約2.5wt%の水分を含んでいたため、金属酸化物微粒子粉末は金属アルコキシドとの混合前に450℃のオーブンで30分間熱処理し、冷却後デシケーター中に保存して用いた。 When the amount of water desorbed when titanium oxide, P25 powder (trade name, manufactured by Degussa) was heated at 300 ° C. was quantified by Karl Fischer titration, 0.253 mg of water was contained in 0.1033 g of titanium oxide fine powder. It was included. That is, since the titanium oxide fine powder contained about 2.5 wt% of water, the metal oxide fine particle powder was heat-treated in an oven at 450 ° C. for 30 minutes before mixing with the metal alkoxide, and stored in a desiccator after cooling. Used.
(金属アルコキシドペーストの調製)
金属酸化物微粒子を結合する役割をする金属アルコキシドとしては、チタン原料としてはチタン(IV)テトライソプロポキシド(TTIP)、ジルコニウム原料としてはジルコニウム(IV)テトラn−プロポキシド、ニオブ原料としてはニオブ(V)ペンタエトキシド(全てAldrich社製)をそれぞれ用いた。
(Preparation of metal alkoxide paste)
The metal alkoxide that plays a role in bonding metal oxide fine particles includes titanium (IV) tetraisopropoxide (TTIP) as a titanium raw material, zirconium (IV) tetra n-propoxide as a zirconium raw material, and niobium as a niobium raw material. (V) Pentaethoxide (all manufactured by Aldrich) was used.
金属酸化物微粒子と金属アルコキシドのモル濃度比は、金属アルコキシドの加水分解によって生じるアモルファス層が過度に厚くならず、かつ粒子同士の結合が十分行えるように、金属酸化物微粒子径に応じて適宜調節した。なお、金属アルコキシドはすべて、0.1Mのエタノール溶液とした。酸化チタン微粒子とチタン(IV)テトライソプロポキシド(TTIP)とを混合する場合には、酸化チタン微粒子1gに対し、3.55gの0.1M TTIP溶液を混合した。このとき、得られたペースト中の酸化チタン濃度は約22質量%となり、塗布に適当な粘度となった。また、このときの酸化チタンとTTIPとエタノールは、質量比で1:0.127:3.42、モル比で1:0.036:5.92であった。
同様に、酸化チタン微粒子とTTIP以外のアルコキシドの混合ペーストについても微粒子濃度が22質量%となるように調製した。酸化亜鉛及び酸化スズ微粒子を用いたペーストでは16質量%とした。酸化亜鉛及び酸化スズの場合は、金属酸化物微粒子1gに対して、金属アルコキシド溶液5.25gの比で混合した。
The molar concentration ratio between the metal oxide fine particles and the metal alkoxide is appropriately adjusted according to the metal oxide fine particle diameter so that the amorphous layer generated by hydrolysis of the metal alkoxide is not excessively thick and the particles can be sufficiently bonded to each other. did. All metal alkoxides were 0.1M ethanol solutions. When mixing titanium oxide fine particles and titanium (IV) tetraisopropoxide (TTIP), 3.55 g of 0.1M TTIP solution was mixed with 1 g of titanium oxide fine particles. At this time, the titanium oxide concentration in the obtained paste was about 22% by mass, and the viscosity was appropriate for coating. Moreover, the titanium oxide, TTIP, and ethanol at this time were 1: 0.127: 3.42 by mass ratio, and 1: 0.036: 5.92 by molar ratio.
Similarly, a mixed paste of titanium oxide fine particles and an alkoxide other than TTIP was prepared so that the fine particle concentration was 22% by mass. In the paste using zinc oxide and tin oxide fine particles, the content was 16% by mass. In the case of zinc oxide and tin oxide, the metal alkoxide solution was mixed at a ratio of 5.25 g to 1 g of the metal oxide fine particles.
金属酸化物微粒子と金属アルコキシド溶液は、密閉容器中においてマグネチックスターラーによって2時間攪拌して均一なペーストを得た。導電性基板へのペーストの塗布方法は、ドクターブレード法、スクリーン印刷法、スプレー塗布法などを用いることが可能であり、適当なペースト粘度は塗布方法によって適宜選択した。ここでは簡便にガラス棒で塗布する方法(ドクターブレード法に類似)を用いた。この場合、適当なペースト粘度を与える金属酸化物微粒子の濃度は概ね5〜30質量%の範囲となった。 The metal oxide fine particles and the metal alkoxide solution were stirred for 2 hours with a magnetic stirrer in a sealed container to obtain a uniform paste. As a method for applying the paste to the conductive substrate, a doctor blade method, a screen printing method, a spray coating method, or the like can be used, and an appropriate paste viscosity is appropriately selected depending on the application method. Here, a method of applying simply with a glass rod (similar to the doctor blade method) was used. In this case, the concentration of the metal oxide fine particles giving an appropriate paste viscosity was approximately in the range of 5 to 30% by mass.
金属アルコキシドの分解によって生成するアモルファス金属酸化物のレイヤー厚さは本実施例では0.1〜0.6nm程度の範囲にある。概ね0.05〜1.3nm程度が本手法による室温製膜に適切な範囲となっていた。 In this embodiment, the layer thickness of the amorphous metal oxide produced by the decomposition of the metal alkoxide is in the range of about 0.1 to 0.6 nm. A range of about 0.05 to 1.3 nm was suitable for room temperature film formation by this method.
(導電性基板上へのペーストの塗布と風乾処理)
スズドープ酸化インジウム(ITO)導電膜付きポリエチレンテレフタレート(PET)フィルム基板(20Ω/cm2)又はフッ素ドープ酸化スズ(FTO)導電膜付きガラス基板(10Ω/cm2)に、スペーサーとして粘着テープ2枚を一定間隔で平行に貼り付け、上記の方法に従って調製した各ペーストを、ガラス棒を用いて均一に塗布した。
(Applying paste on conductive substrate and air-drying treatment)
Two adhesive tapes as spacers on a polyethylene terephthalate (PET) film substrate (20Ω / cm 2 ) with tin-doped indium oxide (ITO) conductive film or a glass substrate (10Ω / cm 2 ) with fluorine-doped tin oxide (FTO) conductive film The pastes were applied in parallel at regular intervals, and each paste prepared according to the above method was uniformly applied using a glass rod.
ペーストを塗布後、色素吸着前に、UVオゾン処理、UV照射処理、又は乾燥処理の有無について条件を変えて多孔質膜を作製した。
(乾燥処理)
導電性基板へ塗布した後の膜を大気中室温で2分程度で風乾した。この過程でペースト中の金属アルコキシドが大気中の水分によって加水分解を受け、Tiアルコキシド、Zrアルコキシド、Nbアルコキシドからそれぞれアモルファスの酸化チタン、酸化ジルコニウム、酸化ニオブが形成された。
生成したアモルファス金属酸化物が、金属酸化物微粒子同士及び膜と導電性基板を接着する役割を果たすため、風乾するのみで機械的強度と付着性に優れた多孔質膜が得られた。
After applying the paste and before dye adsorption, a porous film was prepared by changing the conditions for the presence or absence of UV ozone treatment, UV irradiation treatment, or drying treatment.
(Drying process)
The film after application to the conductive substrate was air-dried at room temperature in the atmosphere for about 2 minutes. During this process, the metal alkoxide in the paste was hydrolyzed by moisture in the atmosphere, and amorphous titanium oxide, zirconium oxide, and niobium oxide were formed from Ti alkoxide, Zr alkoxide, and Nb alkoxide, respectively.
Since the produced amorphous metal oxide plays a role of adhering metal oxide fine particles and the film to the conductive substrate, a porous film excellent in mechanical strength and adhesion was obtained only by air drying.
(UVオゾン処理)
UVオゾン処理には日本レーザー電子社製のNL−UV253 UVオゾンクリーナーを用いた。UV光源には185nmと254nmに輝線を持つ4.5W水銀ランプ3個を備えており、試料を光源から約6.5センチの距離に水平に配置した。チャンバー中に酸素気流を導入することでオゾンが発生する。本実施例においてはこのUVオゾン処理を2時間行なった。なお、このUVオゾン処理によるITO膜及びFTO膜の導電性の低下は全く見られなかった。
(UV ozone treatment)
NL-UV253 UV ozone cleaner manufactured by Nippon Laser Electronics Co., Ltd. was used for UV ozone treatment. The UV light source was equipped with three 4.5 W mercury lamps having emission lines at 185 nm and 254 nm, and the sample was placed horizontally at a distance of about 6.5 cm from the light source. Ozone is generated by introducing an oxygen stream into the chamber. In this example, this UV ozone treatment was performed for 2 hours. Note that no decrease in the conductivity of the ITO film and the FTO film due to this UV ozone treatment was observed.
(UV処理)
チャンバー中を窒素置換して処理を行う以外は同様に、前記UVオゾン処理と同様に、2時間処理を行った。このUV処理によるITO膜及びFTO膜の導電性の低下はまったく見られなかった。
(UV treatment)
Similarly to the UV ozone treatment, the treatment was performed for 2 hours, except that the inside of the chamber was replaced with nitrogen. No decrease in the conductivity of the ITO film and FTO film due to the UV treatment was observed.
(色素吸着)
増感色素には本発明の色素を用い、0.5mMのエタノール溶液を調製した。本実施例では上記のプロセスで作製した多孔質膜を100℃のオーブンで1時間乾燥した後に増感色素の溶液に浸漬し、そのまま室温で50分間放置して酸化チタン表面に増感色素を吸着した。増感色素吸着後の試料はエタノールで洗浄し、風乾した。
(Dye adsorption)
The dye of the present invention was used as a sensitizing dye, and a 0.5 mM ethanol solution was prepared. In this example, the porous film produced by the above process was dried in an oven at 100 ° C. for 1 hour, then immersed in a sensitizing dye solution, and allowed to stand at room temperature for 50 minutes to adsorb the sensitizing dye on the titanium oxide surface. did. The sample after adsorption of the sensitizing dye was washed with ethanol and air-dried.
(光電気化学電池の作製と電池特性評価)
色素吸着後の多孔質膜が形成された導電性基板を光電極とし、これと白金微粒子をスパッタリングにより修飾したITO/PETフィルム又はFTO/ガラス対極を対向させて、光電気化学電池を試作した。上記光電極の実効面積は約0.2cm2とした。電解質溶液には0.5MのLiI,0.05MのI2,0.5Mのt−ブチルピリジンを含む3−メトキシプロピオニトリルを用い、毛管現象によって両電極間のギャップに導入した。
(Production of photoelectrochemical cell and evaluation of battery characteristics)
A photoelectrochemical cell was fabricated by using a conductive substrate on which a porous film after dye adsorption was formed as a photoelectrode, and an ITO / PET film or FTO / glass counter electrode in which platinum fine particles were modified by sputtering. The effective area of the photoelectrode was about 0.2 cm 2 . As the electrolyte solution, 3-methoxypropionitrile containing 0.5 M LiI, 0.05 M I 2 and 0.5 M t-butylpyridine was introduced into the gap between the two electrodes by capillary action.
電池性能の評価は、一定フォトン数(1016cm−2)照射下での光電流作用スペクトル測定及びAM1.5擬似太陽光(100mW/cm2)照射下でのI−V測定により行なった。これらの測定には分光計器社製のCEP−2000型分光感度測定装置を用いた。
得られた出力特性値を表9にまとめた。結果は、変換効率が3%以上のものを◎、2%以上5%未満のものを○、0.5%以上2%未満のものを△、0.5%未満のものを×として表示した。
The battery performance was evaluated by photocurrent action spectrum measurement under irradiation with a constant number of photons (1016 cm −2 ) and IV measurement under irradiation with AM1.5 simulated sunlight (100 mW / cm 2 ). A CEP-2000 type spectral sensitivity measuring device manufactured by Spectrometer Co., Ltd. was used for these measurements.
The obtained output characteristic values are summarized in Table 9. As a result, conversion efficiency of 3% or more was indicated as ◎, 2% or more and less than 5% as ◯, 0.5% or more and less than 2% as △, and less than 0.5% as x. .
表9において、「UVオゾン」、「UV」、「乾燥」の欄はそれぞれ、多孔質膜の形成後、増感色素吸着前における、UVオゾン処理、UV照射処理、乾燥処理の有無を表す。処理したものが「○」であり、処理なしのものが「×」である。 In Table 9, the columns of “UV ozone”, “UV”, and “dry” indicate the presence / absence of UV ozone treatment, UV irradiation treatment, and drying treatment after formation of the porous film and before sensitizing dye adsorption, respectively. The processed one is “◯”, and the unprocessed one is “×”.
表9の「TiO2の前処理」の欄は、酸化チタン微粒子の前処理(450℃のオーブンで30分間熱処理)の有無を示す。試料6、14、22は、高TTIP濃度(酸化チタン:TTIPのモル比が1:0.356)のペーストを用いた試料を表す。他の試料(試料1〜5,7〜13,23,24)は全て酸化チタン:TTIP=1:0.0356のペーストを用いている。
The column “ Pretreatment of TiO 2 ” in Table 9 indicates the presence or absence of pretreatment of titanium oxide fine particles (heat treatment in an oven at 450 ° C. for 30 minutes).
表9に示す結果から、本発明の色素を使用した場合には、多孔質膜の形成後、増感色素吸着前における、UVオゾン処理、UV照射処理、乾燥処理の有無にかかわらず、光電気化学電池の変換効率が高いことがわかった。 From the results shown in Table 9, when the dye of the present invention was used, photoelectricity was observed regardless of the presence or absence of UV ozone treatment, UV irradiation treatment, and drying treatment after the formation of the porous film and before adsorption of the sensitizing dye. It was found that the conversion efficiency of the chemical battery was high.
(実施例8)
溶媒としてアセトニトリルを用い、ヨウ化リチウム0.1mol/l、ヨウ素0.05mol/l、ヨウ化ジメチルプロピルイミダゾリウム0.62mol/lを溶解した電解質溶液を調製した。ここに下記に示すNo.1〜No.8のベンズイミダゾール系化合物をそれぞれ濃度0.5mol/lになるように別々に添加し、溶解した。
(Example 8)
Using acetonitrile as a solvent, an electrolyte solution was prepared in which lithium iodide 0.1 mol / l, iodine 0.05 mol / l, and dimethylpropylimidazolium iodide 0.62 mol / l were dissolved. No. shown below. 1-No. 8 benzimidazole compounds were separately added and dissolved to a concentration of 0.5 mol / l.
No.1〜No.8のベンズイミダゾール系化合物電解液を、導電性ガラスに本発明の色素を担持した多孔質酸化チタン半導体薄膜(厚さ15μm)に滴下した。ここにポリエチレンフィルム製のフレーム型スペーサー(厚さ25μm)をのせ、白金対電極でこれを覆い、光電変換素子を作製した。
得られた光電変換素子に、Xeランプを光源として強度100mW/cm2の光を照射した。表10に得られた開放電圧と光電変換効率を示した。開放電圧は、7.0V以上のものを◎、6.5V以上7.0V未満のものを○、6.0V以上6.5V未満のものを△、6.0V未満のものを×として表示した。変換効率が3%以上のものを◎、2%以上5%未満のものを○、0.5%以上2%未満のものを△、0.5%未満のものを×として表示した。
なお、表10には、ベンズイミダゾール系化合物を加えていない電解液を用いた光電変換素子の結果も示した。
No. 1-No. Eight benzimidazole compound electrolyte solution was dripped at the porous titanium oxide semiconductor thin film (thickness 15 micrometers) which carry | supported the pigment | dye of this invention in electroconductive glass. A frame type spacer (thickness: 25 μm) made of a polyethylene film was placed thereon, and this was covered with a platinum counter electrode to produce a photoelectric conversion element.
The obtained photoelectric conversion element was irradiated with light having an intensity of 100 mW / cm 2 using a Xe lamp as a light source. Table 10 shows the obtained open circuit voltage and photoelectric conversion efficiency. The open circuit voltage is indicated as ◎ for those with 7.0 V or more, ◯ for those with 6.5 V or more but less than 7.0 V, △ for those with 6.0 V or more but less than 6.5 V, and × for those with 6.0 V or less. . A conversion efficiency of 3% or more was indicated as ◎, 2% or more and less than 5% as 未 満, 0.5% or more and less than 2% as Δ, and less than 0.5% as ×.
Table 10 also shows the results of photoelectric conversion elements using an electrolytic solution to which no benzimidazole compound was added.
表10の結果から、本発明の色素は変換効率が高いことがわかる。 From the results in Table 10, it can be seen that the dye of the present invention has high conversion efficiency.
(実施例9)
(光電気化学電池1)
以下に示す手順により、特開2004−152613記載の図1に示した光電極10と同様の構成を有する光電極(ただし、半導体電極2を2層構造とした。)を作製し、更に、この光電極を用いた以外は特開2004−152613記載の図1に示した色素増感型太陽電池20と同様の構成を有する光電気化学電池(半導体電極2の受光面F2の面積:1cm2)を作製した。なお、2層構造を有する半導体電極2の各層について、透明電極1に近い側に配置される層を「第1の層」、多孔体層PSに近い側に配置される層を「第2の層」という。
Example 9
(Photoelectrochemical cell 1)
According to the following procedure, a photoelectrode having the same configuration as the photoelectrode 10 shown in FIG. 1 described in JP-A No. 2004-152613 (however, the semiconductor electrode 2 has a two-layer structure) is manufactured. A photoelectrochemical cell having the same configuration as the dye-sensitized solar cell 20 shown in FIG. 1 described in JP-A-2004-152613 except that a photoelectrode is used (the area of the light receiving surface F2 of the semiconductor electrode 2 is 1 cm 2 ). Was made. For each layer of the semiconductor electrode 2 having a two-layer structure, the layer disposed on the side close to the transparent electrode 1 is referred to as “first layer”, and the layer disposed on the side close to the porous body layer PS is referred to as “second layer”. It is called “layer”.
まず、平均粒子径25nmP25粉末(Degussa社製、商品名)と、これと粒子径の異なる酸化チタン粒子、P200粉末(平均粒子径:200nm、Degussa社製、商品名)とを用い、P25とP200の合計の含有量が15質量%で、P25とP200との質量比が、P25:P200=30:70となるように、これらにアセチルアセトン、イオン交換水、界面活性剤(東京化成社製、商品名;「Triton−X」)を加え、混練して第2の層形成用のスラリー(以下、「スラリー1」とする)を調製した。 First, P25 and P200 using an average particle diameter of 25 nm P25 powder (trade name, manufactured by Degussa), titanium oxide particles having different particle diameters, and P200 powder (average particle diameter: 200 nm, product name, manufactured by Degussa). Of acetylacetone, ion-exchanged water, and surfactant (manufactured by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd., commercial product) so that the total content of P15 and P200 is 15% by mass and the mass ratio of P25 and P200 is P25: P200 = 30: 70 Name; “Triton-X”) was added and kneaded to prepare a slurry for forming a second layer (hereinafter referred to as “slurry 1”).
次に、P200を使用せず、P25のみを使用したこと以外は前述のスラリー1と同様の調製手順により第1の層形成用のスラリー(P1の含有量;15質量%、以下、「スラリー2」とする)を調製した。 Next, a slurry for forming a first layer (P1 content; 15 mass%; hereinafter, “slurry 2” is prepared by the same preparation procedure as that of the slurry 1 except that only P25 is used without using P200. Was prepared).
一方、ガラス基板(透明導電性ガラス)上にフッ素ドープされたSnO2導電膜(膜厚:700nm)を形成した透明電極(厚さ:1.1mm)を準備した。そして、このSnO2導電膜上に、上述のスラリー2をバーコーダで塗布し、次いで乾燥させた。その後、大気中、450℃で30分間焼成した。このようにして、透明電極上に、半導体電極2の第1の層を形成した。 On the other hand, a transparent electrode (thickness: 1.1 mm) in which a fluorine-doped SnO 2 conductive film (film thickness: 700 nm) was formed on a glass substrate (transparent conductive glass) was prepared. Then, the SnO 2 conductive film, the slurry 2 described above was coated with Bakoda, then dried. Then, it baked for 30 minutes at 450 degreeC in air | atmosphere. In this way, the first layer of the semiconductor electrode 2 was formed on the transparent electrode.
更に、スラリー1を用いて、上述と同様の塗布と焼成とを繰り返すことにより、第1の層上に、第2の層を形成した。このようにして、SnO2導電膜上に半導体電極2(受光面の面積;1.0cm2、第1層と第2層の合計厚さ:10μm(第1の層の厚さ:3μm、第2の層の厚さ:7μm))を形成し、増感色素を含有していない状態の光電極10を作製した。 Furthermore, the second layer was formed on the first layer by repeating the same application and firing as described above using the slurry 1. In this way, the semiconductor electrode 2 (light-receiving surface area; 1.0 cm 2 , the total thickness of the first layer and the second layer: 10 μm (the thickness of the first layer: 3 μm, the first layer) on the SnO 2 conductive film No. 2 layer thickness: 7 μm)), and a photoelectrode 10 containing no sensitizing dye was prepared.
次に、増感色素として本発明の色素のエタノール溶液(増感色素の濃度;3×10−4mol/L)を調製した。この溶液に前記光電極10を浸漬し、80℃の温度条件のもとで20時間放置した。これにより、半導体電極の内部に増感色素を約1.0×10−7mol/cm2吸着させた。その後、開放電圧Vocを向上させるために、ルテニウム錯体吸着後の半導体電極を4−tert−ブチルピリジンのアセトニトリル溶液に15分浸漬した後、25℃に保持した窒素気流中において乾燥させ、上記光電極10を完成させた。 Next, an ethanol solution of the dye of the present invention (sensitizing dye concentration; 3 × 10 −4 mol / L) was prepared as a sensitizing dye. The photoelectrode 10 was immersed in this solution and allowed to stand for 20 hours under a temperature condition of 80 ° C. As a result, a sensitizing dye was adsorbed by about 1.0 × 10 −7 mol / cm 2 inside the semiconductor electrode. Thereafter, in order to improve the open circuit voltage Voc, the semiconductor electrode after the adsorption of the ruthenium complex was immersed in an acetonitrile solution of 4-tert-butylpyridine for 15 minutes, and then dried in a nitrogen stream maintained at 25 ° C. 10 was completed.
次に、上記の光電極と同様の形状と大きさを有する対極CEを作製した。先ず、透明導電性ガラス上に、塩化白金酸六水和物のイソプロパノール溶液を滴下し、大気中で乾燥した後に450℃で30分焼成処理することにより、白金焼結対極CEを得た。なお、この対極CEには予め電解質Eの注入用の孔(直径1mm)を設けておいた。 Next, a counter electrode CE having the same shape and size as the above photoelectrode was produced. First, an isopropanol solution of chloroplatinic acid hexahydrate was dropped on a transparent conductive glass, dried in air, and then baked at 450 ° C. for 30 minutes to obtain a platinum sintered counter electrode CE. The counter electrode CE was previously provided with a hole for injection of the electrolyte E (diameter 1 mm).
次に、溶媒となるメトキシアセトニトリルに、ヨウ化亜鉛と、ヨウ化−1,2−ジメチル−3−プロピルイミダゾリウムと、ヨウ素と、4−tert−ブチルピリジンとを溶解させて液状電解質(ヨウ化亜鉛の濃度:10mmol/L、ヨウ化ジメチルプロピルイミダゾリウムの濃度:0.6mol/L、ヨウ素の濃度:0.05mol/L、4−tert−ブチルピリジン濃度:1mol/L)を調製した。 Next, zinc iodide, 1,2-dimethyl-3-propylimidazolium iodide, iodine, and 4-tert-butylpyridine are dissolved in methoxyacetonitrile as a solvent to form a liquid electrolyte (iodide). Zinc concentration: 10 mmol / L, dimethylpropylimidazolium iodide concentration: 0.6 mol / L, iodine concentration: 0.05 mol / L, 4-tert-butylpyridine concentration: 1 mol / L).
次に、半導体電極の大きさに合わせた形状を有する三井デュポンポリケミカル社製のスペーサS(商品名:「ハイミラン」,エチレン/メタクリル酸ランダム共重合体アイオノマーフィルム)を準備し、特開2004−152613記載の図1に示すように、光電極と対極とをスペーサを介して対向させ、それぞれを熱溶着により張り合わせて電池の筐体(電解質未充填)を得た。 Next, a spacer S (trade name: “HIMILAN”, ethylene / methacrylic acid random copolymer ionomer film) manufactured by Mitsui Dupont Polychemical Co., Ltd. having a shape matched to the size of the semiconductor electrode was prepared. As shown in FIG. 1 described in 15613, the photoelectrode and the counter electrode were opposed to each other through a spacer, and each was bonded by thermal welding to obtain a battery casing (no electrolyte filled).
次に、液状電解質を対極の孔から筐体内に注入した後、孔をスペーサと同素材の部材で塞ぎ、更に対極の孔にこの部材を熱溶着させて孔を封止し、光電気化学電池1を完成させた。 Next, after injecting the liquid electrolyte into the housing from the hole of the counter electrode, the hole is closed with a member made of the same material as the spacer, and this member is thermally welded to the hole of the counter electrode to seal the hole. 1 was completed.
(光電気化学電池2)
液状電解質におけるヨウ化亜鉛の濃度を50mmol/Lとしたこと以外は、光電気化学電池1と同様の手順及び条件で光電気化学電池2を作製した。
(Photoelectrochemical cell 2)
The photoelectrochemical cell 2 was produced in the same procedure and conditions as the photoelectrochemical cell 1 except that the concentration of zinc iodide in the liquid electrolyte was 50 mmol / L.
(光電気化学電池3)
液状電解質におけるヨウ化亜鉛の代わりにヨウ化リチウムを添加し、液状電解質におけるヨウ化リチウムの濃度を20mmol/Lとしたこと以外は、光電気化学電池1と同様の手順及び条件で光電気化学電池3を作製した。
(Photoelectrochemical cell 3)
The photoelectrochemical cell is the same as the photoelectrochemical cell 1 except that lithium iodide is added instead of zinc iodide in the liquid electrolyte and the concentration of lithium iodide in the liquid electrolyte is 20 mmol / L. 3 was produced.
(電気化学電池4)
液状電解質におけるヨウ化亜鉛の代わりにヨウ化リチウムを添加し、液状電解質におけるヨウ化リチウムの濃度を100mmol/Lとしたこと以外は、光電気化学電池1と同様の手順及び条件で光電気化学電池4を作製した。
(Electrochemical battery 4)
Photoelectrochemical cell in the same procedure and conditions as in photoelectrochemical cell 1 except that lithium iodide is added instead of zinc iodide in the liquid electrolyte and the concentration of lithium iodide in the liquid electrolyte is 100 mmol / L. 4 was produced.
(電池特性評価試験)
以下の手順により、光電気化学電池1〜4について、光電変換効率(η(%))を測定した。
(Battery characteristics evaluation test)
The photoelectric conversion efficiency (η (%)) was measured for the photoelectrochemical cells 1 to 4 by the following procedure.
電池特性評価試験は、ソーラーシミュレータ(ワコム製、商品名;「WXS−85−H型」)を用い、AMフィルター(AM1.5)を通したキセノンランプ光源からの疑似太陽光の照射条件を、100mW/cm2とする(いわゆる「1Sun」の照射条件)測定条件の下で行った。 The battery characteristic evaluation test uses a solar simulator (trade name; “WXS-85-H type”, manufactured by Wacom), and the irradiation conditions of pseudo-sunlight from a xenon lamp light source through an AM filter (AM1.5), The measurement was performed under measurement conditions of 100 mW / cm 2 (so-called “1Sun” irradiation conditions).
各光電気化学電池について、I−Vテスターを用いて室温にて電流−電圧特性を測定し、これらから光電変換効率η[%]を求めた。得られた結果を表11(1Sunの照射条件)の「fresh」として示す。また、60℃、1Sun照射で、10Ω負荷での作動条件で色素増感型太陽電池1〜4の光電変換効率η[%]の300時間経時後に調べた耐久性評価試験の結果も表11に示した。 About each photoelectrochemical cell, the current-voltage characteristic was measured at room temperature using the IV tester, and photoelectric conversion efficiency (eta) [%] was calculated | required from these. The obtained results are shown as “fresh” in Table 11 (1 Sun irradiation conditions). Table 11 also shows the results of durability evaluation tests examined after 300 hours of photoelectric conversion efficiency η [%] of the dye-sensitized solar cells 1 to 4 under operating conditions of 60 ° C., 1 Sun irradiation and 10Ω load. Indicated.
表11に示した結果から明らかなように、本発明の色素は電解質にヨウ化亜鉛を添加した場合でも優れたものであることがわかった。 As is apparent from the results shown in Table 11, the dye of the present invention was found to be excellent even when zinc iodide was added to the electrolyte.
(実施例10)
1.二酸化チタン分散液の調製
内側をフッ素樹脂コーティングした内容積200mlのステンレス製容器に二酸化チタン微粒子(日本アエロジル(株)製,Degussa P−25)15g、水45g、分散剤(アルドリッチ社製、Triron X−100)1g、直径0.5mmのジルコニアビーズ(ニッカトー社製)30gを入れ、サンドグラインダーミル(アイメックス社製)を用いて1500rpmで2時間分散処理した。得られた分散液からジルコニアビーズを濾別した。得られた分散液中の二酸化チタン微粒子の平均粒径は2.5μmであった。なお粒径はMALVERN社製のマスターサイザーにより測定した。
(Example 10)
1. Preparation of Titanium Dioxide Dispersion 15 g of titanium dioxide fine particles (Nippon Aerosil Co., Ltd., Degussa P-25), water 45 g, dispersant (Aldrich, Triron X −100) 1 g and 30 g of zirconia beads having a diameter of 0.5 mm (manufactured by Nikkato Co., Ltd.) were added, and dispersion treatment was performed at 1500 rpm for 2 hours using a sand grinder mill (manufactured by Imex). Zirconia beads were filtered off from the resulting dispersion. The average particle diameter of the titanium dioxide fine particles in the obtained dispersion was 2.5 μm. The particle size was measured with a master sizer manufactured by MALVERN.
2.色素を吸着した酸化チタン微粒子層(電極A)の作製
フッ素をドープした酸化スズを被覆した20mm×20mmの導電性ガラス板(旭ガラス(株)製,TCOガラス−U,表面抵抗:約30Ω/m2)を準備し、その導電層側の両端(端から3mmの幅の部分)にスペーサー用粘着テープを張った後で、導電層上にガラス棒を用いて上記分散液を塗布した。分散液の塗布後、粘着テープを剥離し、室温で1日間風乾した。次にこの半導体塗布ガラス板を電気炉(ヤマト科学(株)製マッフル炉FP−32型)に入れ、450℃で30分間焼成した。半導体塗布ガラス板を取り出し冷却した後、表10に示す色素のエタノール溶液(濃度:3×10−4mol/L)に3時間浸漬した。色素が吸着した半導体塗布ガラス板を4−tert−ブチルピリジンに15分間浸漬した後、エタノールで洗浄し、自然乾燥させた。このようにして得られた色素増感酸化チタン微粒子層の厚さは10μmであり、酸化チタン微粒子の塗布量は20g/m2であった。また色素の吸着量は、その種類に応じて0.1〜10mmol/m2の範囲内であった。
2. Preparation of Titanium Oxide Fine Particle Layer (Electrode A) Adsorbed with Dye 20 mm × 20 mm conductive glass plate coated with fluorine-doped tin oxide (Asahi Glass Co., Ltd., TCO glass-U, surface resistance: about 30Ω / m 2 ) was prepared, and an adhesive tape for spacers was applied to both ends of the conductive layer side (a portion having a width of 3 mm from the end), and then the dispersion was applied onto the conductive layer using a glass rod. After application of the dispersion, the adhesive tape was peeled off and air-dried at room temperature for 1 day. Next, this semiconductor-coated glass plate was placed in an electric furnace (muffle furnace FP-32 type manufactured by Yamato Scientific Co., Ltd.) and baked at 450 ° C. for 30 minutes. The semiconductor-coated glass plate was taken out and cooled, and then immersed in an ethanol solution of the dyes shown in Table 10 (concentration: 3 × 10 −4 mol / L) for 3 hours. The semiconductor-coated glass plate on which the dye was adsorbed was immersed in 4-tert-butylpyridine for 15 minutes, washed with ethanol, and air dried. The thickness of the thus obtained dye-sensitized titanium oxide fine particle layer is 10 [mu] m, the coating amount of titanium oxide fine particles was 20 g / m 2. Moreover, the adsorption amount of the pigment | dye was in the range of 0.1-10 mmol / m < 2 > according to the kind.
3.光電気化学電池1の作製
溶媒としては、アセトニトリルと3−メチル−2−オキサゾリジノンとの体積比90/10の混合物を用いた。この溶媒に、ヨウ素と電解質塩として1−メチル−3−ヘキシルイミダゾリウムのヨウ素塩を加えて、0.5mol/Lの電解質塩および0.05mol/Lのヨウ素を含んだ溶液を調製した。この溶液に、(溶媒+窒素含有高分子化合物+電解質塩)を100質量%として、表10記載の窒素含有高分子化合物(1−1)10%を加えた。さらに窒素含有高分子化合物の反応性窒素原子に対する求電子部位の1モルに対して、求電子剤(2−6)を0.1モル混合し、均一な反応溶液とした。
3. Production of Photoelectrochemical Battery 1 As a solvent, a mixture of acetonitrile and 3-methyl-2-oxazolidinone in a volume ratio of 90/10 was used. To this solvent, iodine and an iodine salt of 1-methyl-3-hexylimidazolium as an electrolyte salt were added to prepare a solution containing 0.5 mol / L electrolyte salt and 0.05 mol / L iodine. To this solution, (solvent + nitrogen-containing polymer compound + electrolyte salt) was added as 100% by mass, and 10% of the nitrogen-containing polymer compound (1-1) shown in Table 10 was added. Furthermore, 0.1 mol of the electrophile (2-6) was mixed with 1 mol of the electrophilic site with respect to the reactive nitrogen atom of the nitrogen-containing polymer compound to obtain a uniform reaction solution.
一方、導電性ガラス板上に形成された色素増感酸化チタン微粒子層の上にスペーサーを介して白金を蒸着したガラス板からなる対極の白金薄膜側を載置し、導電性ガラス板と白金蒸着ガラス板とを固定した。得られた組立体の開放端を上記電解質溶液に浸漬し、毛細管現象により色素増感酸化チタン微粒子層中に反応溶液を浸透させた。
次いで80℃で30分間加熱して、架橋反応を行った。このようにして、特開2000−323190号記載の図2に示す通り、導電性ガラス板10の導電層12上に、色素増感酸化チタン微粒子層20、電解質層30、および白金薄膜42およびガラス板41からなる対極40が順に積層された本発明の光電気化学電池1−1(サンプルNo.1)を得た。
また色素と電解質組成物の組成の組み合わせを表10に示すように変更した以外上記工程を繰り返すことにより、異なる感光層20および/または電荷移動層30を有する光電気化学電池1−2、1−3を得た。
On the other hand, on the dye-sensitized titanium oxide fine particle layer formed on the conductive glass plate, the platinum thin film side of the counter electrode made of a glass plate on which platinum is vapor-deposited through a spacer is placed. A glass plate was fixed. The open end of the obtained assembly was immersed in the electrolyte solution, and the reaction solution was infiltrated into the dye-sensitized titanium oxide fine particle layer by capillary action.
Subsequently, it heated at 80 degreeC for 30 minute (s), and the crosslinking reaction was performed. In this way, as shown in FIG. 2 of JP 2000-323190 A, the dye-sensitized titanium oxide fine particle layer 20, the electrolyte layer 30, the platinum thin film 42, and the glass are formed on the conductive layer 12 of the conductive glass plate 10. The photoelectrochemical cell 1-1 (sample No. 1) of the present invention in which the counter electrode 40 composed of the plate 41 was sequentially laminated was obtained.
Further, by repeating the above process except that the combination of the composition of the dye and the electrolyte composition is changed as shown in Table 10, photoelectrochemical cells 1-2, 1- having different photosensitive layers 20 and / or charge transfer layers 30 are obtained. 3 was obtained.
4.光電気化学電池A、Bの作製
(1)光電気化学電池A
前述のようにして本発明の色素により色素増感された酸化チタン微粒子層からなる電極A(20mm×20mm)を同じ大きさの白金蒸着ガラス板にスペーサーを介して重ねあわせた。次に両ガラス板の隙間に毛細管現象を利用して電解液(アセトニトリルと3−メチル−2−オキサゾリジノンとの体積比90/10の混合物を溶媒としたヨウ素0.05mol/L、ヨウ化リチウム0.5mol/Lの溶液)を浸透させて、光電気化学電池A−1を作製した。また色素を表10に示すように変更した以外上記工程を繰り返すことにより、光電気化学電池A−2、A−3を得た。
4). Production of photoelectrochemical cells A and B (1) Photoelectrochemical cell A
An electrode A (20 mm × 20 mm) composed of a titanium oxide fine particle layer dye-sensitized with the dye of the present invention as described above was superimposed on a platinum-deposited glass plate of the same size via a spacer. Next, an electrolyte solution (iodine 0.05 mol / L using a mixture of acetonitrile and 3-methyl-2-oxazolidinone in a volume ratio of 90/10 as a solvent using a capillary phenomenon in the gap between both glass plates, lithium iodide 0 .5 mol / L solution) was infiltrated to produce photoelectrochemical cell A-1. Photoelectrochemical cells A-2 and A-3 were obtained by repeating the above steps except that the dye was changed as shown in Table 10.
(2)光電気化学電池B(特開平9−27352号に記載の電解質)
前述のようにして本発明の色素により色素増感された酸化チタン微粒子層からなる電極A(20mm×20mm)上に、電解液を塗布し、含浸させた。なお電解液は、ヘキサエチレングリコールメタクリル酸エステル(日本油脂化学(株)製,ブレンマーPE−350)1gと、エチレングリコール1gと、重合開始剤として2−ヒドロキシ−2−メチル−1−フェニル−プロバン−1−オン(日本チバガイギー(株)製,ダロキュア1173)20mgを含有した混合液に、ヨウ化リチウム500mgを溶解し10分間真空脱気することにより得た。次に前記混合溶液を含浸させた多孔性酸化チタン層を減圧下に置くことにより、多孔性酸化チタン層中の気泡を除き、モノマーの浸透を促した後、紫外光照射により重合して高分子化合物の均一なゲルを多孔性酸化チタン層の微細空孔内に充填した。このようにして得られたものをヨウ素雰囲気に30分間曝して、高分子化合物中にヨウ素を拡散させた後、白金蒸着ガラス板を重ね合わせ、光電気化学電池B−1を得た。また色素を表10に示すように変更した以外上記工程を繰り返すことにより、光電気化学電池B−2、B−3を得た。
(2) Photoelectrochemical cell B (electrolyte described in JP-A-9-27352)
The electrolytic solution was applied and impregnated on the electrode A (20 mm × 20 mm) composed of the titanium oxide fine particle layer dye-sensitized with the dye of the present invention as described above. The electrolyte was 1 g of hexaethylene glycol methacrylate (manufactured by Nippon Oil & Fats Chemical Co., Ltd., Bremer PE-350), 1 g of ethylene glycol, and 2-hydroxy-2-methyl-1-phenyl-propane as a polymerization initiator. It was obtained by dissolving 500 mg of lithium iodide in a mixed solution containing 20 mg of -1-one (manufactured by Ciba Geigy Japan, Darocur 1173) and vacuum degassing for 10 minutes. Next, the porous titanium oxide layer impregnated with the mixed solution is placed under a reduced pressure to remove bubbles in the porous titanium oxide layer, promote penetration of the monomer, and then polymerize by irradiation with ultraviolet light. A uniform gel of the compound was filled into the fine pores of the porous titanium oxide layer. The product thus obtained was exposed to an iodine atmosphere for 30 minutes to diffuse iodine in the polymer compound, and then a platinum-deposited glass plate was overlaid to obtain a photoelectrochemical cell B-1. Photoelectrochemical cells B-2 and B-3 were obtained by repeating the above steps except that the dye was changed as shown in Table 10.
5.光電変換効率の測定
500Wのキセノンランプ(ウシオ電機(株)製)の光をAM1.5フィルター(Oriel社製)およびシャープカットフィルター(Kenko L−42)を通すことにより、紫外線を含まない模擬太陽光とした。光強度は89mW/cm2とした。
5). Measurement of photoelectric conversion efficiency Simulated sun which does not contain ultraviolet rays by passing light of 500W xenon lamp (made by USHIO INC.) Through AM1.5 filter (made by Oriel) and sharp cut filter (Kenko L-42) It was light. The light intensity was 89 mW / cm 2 .
前述の光電気化学電池の導電性ガラス板10と白金蒸着ガラス板40にそれぞれワニ口クリップを接続し、各ワニ口クリップを電流電圧測定装置(ケースレーSMU238型)に接続した。これに導電性ガラス板10側から模擬太陽光を照射し、発生した電気を電流電圧測定装置により測定した。これにより求められた光電気化学電池の変換効率(η)の初期値(fresh)と、300時間連続照射時の変換効率の低下率をまとめて表12に示す。 Alligator clips were connected to the conductive glass plate 10 and the platinum-deposited glass plate 40 of the above-described photoelectrochemical cell, and each alligator clip was connected to a current-voltage measuring device (Keutley SMU238 type). This was irradiated with simulated sunlight from the conductive glass plate 10 side, and the generated electricity was measured with a current-voltage measuring device. Table 12 summarizes the initial value (fresh) of the conversion efficiency (η) of the photoelectrochemical cell determined in this way and the rate of decrease in conversion efficiency during 300 hours of continuous irradiation.
(備考)
(1)色素の記号は本文中に記載の通りである。
(2)窒素含有高分子1−1は以下の化合物を示す。
(Remarks)
(1) Symbols of pigments are as described in the text.
(2) Nitrogen-containing polymer 1-1 represents the following compound.
(3)電解質塩
MHIm:1−メチル−3−ヘキシルイミダゾリウムのヨウ素塩
MBIm:1−ブチル−3−メチルイミダゾリウムのヨウ素塩
(4)溶媒
AN:アセトニトリル。
PC:プロピレンカーボネート。
NMO:3−メチル−2−オキサゾリジノン。
(5)求電子剤
(3) Electrolyte salt MHIm: 1-methyl-3-hexylimidazolium iodine salt MBIm: 1-butyl-3-methylimidazolium iodine salt (4) Solvent AN: acetonitrile.
PC: Propylene carbonate.
NMO: 3-methyl-2-oxazolidinone.
(5) Electrophile
表10に示した結果から明らかなように、本発明の色素はこの場合でも変換効率が高く、耐久性も高く優れたものであることがわかった。 As is apparent from the results shown in Table 10, it was found that the dye of the present invention has high conversion efficiency and high durability even in this case.
1 導電性支持体
2 感光層
21 色素化合物
22 半導体微粒子
23 電解質
3 正孔輸送層
4 対極
5 受光電極
6 回路
10 光電変換素子
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Conductive support body 2
Claims (11)
一般式(4)におけるR10、R11は、それぞれ独立に、シアノ基又は酸性基を表し、互いに同一でも異なっていてもよい。一般式(4)における炭素−炭素二重結合は、E型又はZ型のいずれであってもよい。
一般式(5)におけるR12、R13は、それぞれ独立に、シアノ基又は酸性基を表し、互いに同一でも異なっていてもよい。一般式(5)における炭素−炭素二重結合は、E型Z型のいずれであってもよい。] B 1 is the following general formula (3) or general formula (4) with a dye according to any one of claims 1 to 3, characterized by being represented.
R 10 and R 11 in the general formula (4) each independently represent a cyano group or an acidic group, and may be the same as or different from each other. The carbon-carbon double bond in the general formula (4) may be either E-type or Z-type.
R 12 and R 13 in the general formula (5) each independently represent a cyano group or an acidic group, and may be the same as or different from each other. The carbon-carbon double bond in the general formula (5) may be any of E type and Z type. ]
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