JP2011065751A - Photoelectric conversion element - Google Patents

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Tamotsu Horiuchi
保 堀内
Eiko Hibino
栄子 日比野
Hisamitsu Kamezaki
久光 亀崎
Nariyuki Harada
成之 原田
Masashi Torii
昌史 鳥居
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Ricoh Co Ltd
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Ricoh Co Ltd
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a complete solid photoelectric conversion element superior in long-time stability and productivity. <P>SOLUTION: In the photoelectric conversion element provided with a first electrode with an electron transport compound covered, a second electrode facing the electron transport compound of the first electrode, and a hole transport layer composed of a hole transport material between the electron transport compound of the first electrode and the second electrode, the hole transport layer is laminated with a compound having different molecular weight, and a hole transport material near a second electrode side is a polymer. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は光電変換素子に関するものである。   The present invention relates to a photoelectric conversion element.

太陽電池にはいくつかの種類があるが、実用化されているものはシリコン半導体の接合を利用したダイオード型のものがほとんどである。これらの太陽電池は現状では製造コストが高く、このことが普及を妨げる要因となっている。   There are several types of solar cells, but most of them are diode type using silicon semiconductor junctions. These solar cells are currently expensive to manufacture, which is a factor that hinders their spread.

最近、低コスト化の可能性として、スイスローザンヌ工科大学のGraetzelらが高効率の太陽電池を発表したことにより、実用化への期待が高まっている(例えば、特許文献1、非特許文献1、2参照)。
この高効率太陽電池の構造は、透明導電性ガラス基板上に多孔質な金属酸化物半導体を設け、その表面に吸着した色素と、酸化還元対を有する電解質と、対向電極とからなる。
Graetzelらは、酸化チタン等の金属酸化物半導体電極を多孔質化して表面積を大きくしたこと、並びに色素としてルテニウム錯体を単分子吸着させたことにより光電変換効率を著しく向上させた。
しかしながら、これらの太陽電池はアセトニトリル等の蒸気圧の高い電解液を用いているため、電解液の揮発や漏れに問題があった。
Recently, Graetzel et al. Of Lausanne University of Technology, Switzerland, announced the possibility of lowering costs, and the expectation for practical use has increased (for example, Patent Document 1, Non-Patent Document 1, 2).
The structure of this high-efficiency solar cell includes a porous metal oxide semiconductor provided on a transparent conductive glass substrate, a dye adsorbed on the surface thereof, an electrolyte having a redox pair, and a counter electrode.
Graetzel et al. Significantly improved the photoelectric conversion efficiency by making a metal oxide semiconductor electrode such as titanium oxide porous to increase the surface area, and by adsorbing a ruthenium complex as a dye on a single molecule basis.
However, since these solar cells use an electrolytic solution having a high vapor pressure such as acetonitrile, there is a problem in volatilization and leakage of the electrolytic solution.

この欠点を補うものとして、次に示されるような完全固体型色素増感型太陽電池の発表が行なわれている。
1)無機半導体を用いたもの(例えば、非特許文献3、4参照)
2)低分子有機ホール輸送材料を用いたもの(例えば、特許文献2、非特許文献5、6参照)
3)導電性高分子を用いたもの(例えば、特許文献3、非特許文献7参照)
In order to compensate for this drawback, the following completely solid dye-sensitized solar cell has been announced.
1) Using an inorganic semiconductor (for example, see Non-Patent Documents 3 and 4)
2) A material using a low molecular weight organic hole transport material (for example, see Patent Document 2, Non-Patent Documents 5 and 6)
3) Using conductive polymer (for example, see Patent Document 3 and Non-Patent Document 7)

非特許文献3記載の太陽電池では、p型半導体層の構成材料としてヨウ化銅が用いられている。
しかしながら、ヨウ化銅の結晶粒の増大等を理由とする劣化により、発生電流が低下する問題があった。
そこで、非特許文献4に記載の太陽電池においては、イミダゾリニウム塩を加えることによってヨウ化銅の結晶化を抑制しているが、長期安定性に欠け、更なる耐久性向上が求められている。
In the solar cell described in Non-Patent Document 3, copper iodide is used as a constituent material of the p-type semiconductor layer.
However, there is a problem that the generated current is reduced due to deterioration due to an increase in crystal grains of copper iodide.
Therefore, in the solar cell described in Non-Patent Document 4, the crystallization of copper iodide is suppressed by adding an imidazolinium salt. However, long-term stability is lacking, and further improvement in durability is required. Yes.

非特許文献5に記載の有機ホール輸送材料を用いたタイプの固体型太陽電池は、Hagenらによって報告され、Graetzelらによって改良されている(非特許文献6)。
しかしながら、液体電解質に比べて変換効率は非常に低く、また、特許文献2に記載のトリフェニルアミン化合物を用いた固体型太陽電池は、トリフェニルアミン化合物を真空蒸着して電荷輸送層を形成している。そのため、多孔質半導体の内部空孔へトリフェニルアミン化合物が到達できず、やはり低い変換効率しか得られていない。
A solid type solar cell using the organic hole transport material described in Non-Patent Document 5 has been reported by Hagen et al. And improved by Graetzel et al. (Non-Patent Document 6).
However, the conversion efficiency is very low as compared with the liquid electrolyte, and the solid solar cell using the triphenylamine compound described in Patent Document 2 forms a charge transport layer by vacuum-depositing the triphenylamine compound. ing. For this reason, the triphenylamine compound cannot reach the internal pores of the porous semiconductor, and only low conversion efficiency is obtained.

導電性高分子を用いたタイプの固体型太陽電池として、大阪大学柳田らがポリピロールを用いたものを報告(非特許文献7参照)している。
しかしながら、これらにおいても変換効率は低く、特許文献3に記載のポリチオフェン誘導体を用いた固体型太陽電池は、色素を吸着した多孔質酸化チタン電極上で、電解重合法を用いて電荷移動層を設けているが、色素が酸化チタンから脱着したり、あるいは色素の分解が生じたりする問題がある。また、ポリチオフェン誘導体は耐久性に非常に問題がある。
以上、これまでに検討されてきた完全固体型の光電変換素子は、何れも満足いく特性のものが得られていないのが現状である。
As a solid-state solar cell of a type using a conductive polymer, Osaka University Yanagida et al. Have reported that using polypyrrole (see Non-Patent Document 7).
However, even in these cases, the conversion efficiency is low, and the solid solar cell using the polythiophene derivative described in Patent Document 3 is provided with a charge transfer layer using an electrolytic polymerization method on a porous titanium oxide electrode adsorbed with a dye. However, there is a problem that the pigment is desorbed from the titanium oxide or the pigment is decomposed. Further, the polythiophene derivative has a very problem in durability.
As described above, none of the perfect solid-state photoelectric conversion elements that have been studied so far have been obtained with satisfactory characteristics.

本発明の課題は、このような上記問題点を解決し、従来と比較して長期安定性に優れ、生産性にも優れた完全固体型の光電変換素子を提供することにある。   An object of the present invention is to solve the above-described problems, and to provide a complete solid-state photoelectric conversion element that is excellent in long-term stability and productivity as compared with the conventional one.

上記課題を解決するために鋭意検討した結果、高性能な光電変換素子を提供できることを見出し本発明に到達した。
上記課題は、本発明の下記(1)〜(9)によって解決される。
(1)「電子輸送性化合物が被覆された第一電極と、前記第一電極の電子輸送性化合物と対峙する第二の電極と、前記第一電極の電子輸送性化合物と前記第二の電極との間にホール輸送性材料からなるホール輸送層を具備した光電変換素子において、ホール輸送層が分子量の異なる化合物で積層されており、第二電極側に近いホール輸送材料が高分子であることを特徴とする光電変換素子」、
(2)「前期電子輸送性化合物が、光増感剤で被覆されていることを特徴とする前記第(1)項に記載の光電変換素子」、
(3)「ホール輸送層と第二電極の間に金属酸化物が存在することを特徴とする前記第(1)項又は第(2)項に記載の光電変換素子」、
(4)「前記金属酸化物層が、酸化モリブデンを含有することを特徴とする前記第(3)項に記載の光電変換素子」、
(5)「前記ホール輸送層に、金属化合物あるいはイオン液体の少なくとも何れか一方を含有することを特徴とする前記第(1)項乃至第(4)項のいずれかに記載の光電変換素子」、
(6)「金属化合物がハロゲン化金属、チオシアン化金属、アミド化金属の何れか1種以上であることを特徴とする前記第(5)項に記載の光電変換素子」、
(7)「イオン液体が、イミダゾリニウム化合物であることを特徴とする前記第(6)項に記載の光電変換素子」、
(8)「前記電子輸送性化合物が、n型酸化物半導体であることを特徴とする前記第(1)項乃至第(7)項のいずれかに記載の光電変換素子」、
(9)「前記酸化物半導体が、酸化チタン、酸化亜鉛、酸化スズ、酸化ニオブの少なくとも1種以上から選ばれたことを特徴とする前記第(8)項に記載の光電変換素子」。
As a result of intensive studies to solve the above problems, it has been found that a high-performance photoelectric conversion element can be provided, and the present invention has been achieved.
The said subject is solved by following (1)-(9) of this invention.
(1) “a first electrode coated with an electron transporting compound, a second electrode facing the electron transporting compound of the first electrode, an electron transporting compound of the first electrode, and the second electrode In the photoelectric conversion element having a hole transport layer made of a hole transport material between the two layers, the hole transport layer is laminated with compounds having different molecular weights, and the hole transport material close to the second electrode side is a polymer. Photoelectric conversion element characterized by
(2) "The photoelectric conversion element according to (1) above, wherein the electron transporting compound is coated with a photosensitizer",
(3) "The photoelectric conversion element according to (1) or (2), wherein a metal oxide is present between the hole transport layer and the second electrode",
(4) "The photoelectric conversion element according to (3), wherein the metal oxide layer contains molybdenum oxide",
(5) "The photoelectric conversion element according to any one of (1) to (4) above, wherein the hole transport layer contains at least one of a metal compound and an ionic liquid" ,
(6) "The photoelectric conversion element according to (5) above, wherein the metal compound is one or more of a metal halide, a metal thiocyanide, and an amidation metal"
(7) "The photoelectric conversion element according to (6) above, wherein the ionic liquid is an imidazolinium compound",
(8) "The photoelectric conversion element according to any one of (1) to (7) above, wherein the electron transporting compound is an n-type oxide semiconductor",
(9) “The photoelectric conversion element according to (8), wherein the oxide semiconductor is selected from at least one of titanium oxide, zinc oxide, tin oxide, and niobium oxide”.

本発明の前記(1)〜(4)の構成により、コストパフォーマンスに優れ、良好な変換効率を示す光電変換素子が提供される。
前記(5)〜(7)の構成により、ホール輸送層のホール移動が効率的となり、更に優れた変換効率を示す光電変換素子が提供される。
前記(8)、(9)の構成により、電子輸送層にn型酸化物半導体を用いることで、電子移動が効率的となり、更に優れた変換効率を示す光電変換素子が提供される。
According to the configurations (1) to (4) of the present invention, a photoelectric conversion element having excellent cost performance and good conversion efficiency is provided.
According to the configurations (5) to (7), hole movement of the hole transport layer becomes efficient, and a photoelectric conversion element exhibiting further excellent conversion efficiency is provided.
With the configurations of (8) and (9) above, by using an n-type oxide semiconductor for the electron transport layer, electron transfer becomes efficient, and a photoelectric conversion element exhibiting excellent conversion efficiency is provided.

本発明の光電変換素子によれば、ホール輸送材料を積層し、かつホール輸送性化合物層と第二の電極の間に金属酸化物層を設けることにより、良好な特性の光電変換素子を得ることが可能である。   According to the photoelectric conversion element of the present invention, a photoelectric conversion element having good characteristics can be obtained by laminating a hole transport material and providing a metal oxide layer between the hole transport compound layer and the second electrode. Is possible.

本発明に係る光電変換素子の構造を表わす一例の概略図である。It is the schematic of an example showing the structure of the photoelectric conversion element which concerns on this invention. 本発明に係る光電変換素子の構造を表わす他の一例の概略図である。It is the schematic of another example showing the structure of the photoelectric conversion element which concerns on this invention.

以下本発明を詳細に説明する。
光電変換素子の構成について図1、図2に基づいて説明する。
なお、図1、図2は光電変換素子の断面図である。
図1に示す態様においては、基板(1)上に電極(3)が設けられ、緻密な電子輸送層(6)、粒状の電子輸送層(7)からなる電子輸送層(5)、次いで第一のホール輸送材料層(9)と高分子材料である第二のホール輸送材料層(10)からなるホール輸送層(8)が積層され、金属酸化物層(11)、電極(3)、基板(1)が順次設けられた構成をとっている。
図2に示す態様においては、基板(1)上に電極(3)が設けられ、緻密な電子輸送層(6)、粒状の電子輸送層(7)からなる電子輸送層(5)、次いで第一のホール輸送材料層(9)ポリマーである第二のホール輸送材料層(10)とからなるホール輸送層(8)が積層され、電極(3)、基板(1)が順次設けられた構成をとっている。
光電変換素子は一般に電子集電電極、電子受容体兼電子輸送層(以下単に電子輸送層と称す)、電子供与体兼ホール輸送層(以下単にホール輸送層と称す)、ホール集電電極から構成される。
The present invention will be described in detail below.
The structure of the photoelectric conversion element will be described with reference to FIGS.
1 and 2 are cross-sectional views of the photoelectric conversion element.
In the embodiment shown in FIG. 1, an electrode (3) is provided on a substrate (1), an electron transport layer (5) comprising a dense electron transport layer (6), a granular electron transport layer (7), and then the first A hole transport layer (8) composed of one hole transport material layer (9) and a second hole transport material layer (10) which is a polymer material is laminated, and a metal oxide layer (11), an electrode (3), The substrate (1) is sequentially provided.
In the embodiment shown in FIG. 2, an electrode (3) is provided on a substrate (1), an electron transport layer (5) comprising a dense electron transport layer (6), a granular electron transport layer (7), and then the first A structure in which a hole transport layer (8) composed of one hole transport material layer (9) and a second hole transport material layer (10) which is a polymer is laminated, and an electrode (3) and a substrate (1) are sequentially provided. Have taken.
A photoelectric conversion element generally comprises an electron collector electrode, an electron acceptor / electron transport layer (hereinafter simply referred to as an electron transport layer), an electron donor / hole transport layer (hereinafter simply referred to as a hole transport layer), and a hole current collector electrode. Is done.

本発明に用いられる電子集電電極(4)としては、可視光に対して透明な導電性物質であれば特に限定されるものではなく、通常の光電変換素子、あるいは液晶パネル等に用いられる公知のものを使用できる。
例えば、インジウム・スズ酸化物(以下、ITOと称す)、フッ素ドープ酸化スズ(以下、FTOと称す)等が挙げられる。これらの内、FTOが好ましい。
電子集電電極の厚さは5nm〜100μmが好ましく、50nm〜10μmが更に好ましい。
また電子集電電極は一定の硬性を維持するため、可視光に透明な材質からなる基板上に設けることが好ましく、例えば、ガラス、透明プラスチック板、透明プラスチック膜、無機物透明結晶体などが用いられる。
The electron collecting electrode (4) used in the present invention is not particularly limited as long as it is a conductive material transparent to visible light, and is known for use in ordinary photoelectric conversion elements or liquid crystal panels. Can be used.
For example, indium tin oxide (hereinafter referred to as ITO), fluorine-doped tin oxide (hereinafter referred to as FTO), and the like can be given. Of these, FTO is preferred.
The thickness of the electron collector electrode is preferably 5 nm to 100 μm, more preferably 50 nm to 10 μm.
In addition, the electron collector electrode is preferably provided on a substrate made of a material transparent to visible light in order to maintain a certain hardness. For example, glass, a transparent plastic plate, a transparent plastic film, an inorganic transparent crystal, or the like is used. .

電子集電電極と基板が一体となっている公知のものを用いることもでき、例えば、FTOコートガラス、ITOコートガラス、酸化亜鉛:アルミニウムコートガラス、FTOコート透明プラスチック膜、ITOコート透明プラスチック膜等が挙げられる。
また、酸化スズや酸化インジウムに原子価の異なる陽イオン若しくは陰イオンをドープした透明電極、メッシュ状、ストライプ状など光が透過できる構造にした金属電極をガラス基板等の基板上に設けたものでもよい。これらは単独あるいは2種以上の混合、または積層したものでも構わない。
また基板(1)の抵抗を下げる目的で、金属リード線等を用いてもよい。
金属リード線の材質はアルミニウム、銅、銀、金、白金、ニッケル等の金属が挙げられる。金属リード線は、基板に蒸着、スパッタリング、圧着等で設置し、その上にITOやFTOを設ける方法が挙げられる。
For example, FTO coated glass, ITO coated glass, zinc oxide: aluminum coated glass, FTO coated transparent plastic film, ITO coated transparent plastic film, etc. can be used. Is mentioned.
In addition, a transparent electrode obtained by doping cations or anions with different valences into tin oxide or indium oxide, or a metal electrode having a structure capable of transmitting light, such as a mesh shape or a stripe shape, provided on a substrate such as a glass substrate Good. These may be used singly or as a mixture of two or more kinds or laminated ones.
Further, a metal lead wire or the like may be used for the purpose of reducing the resistance of the substrate (1).
Examples of the material of the metal lead wire include metals such as aluminum, copper, silver, gold, platinum, and nickel. For example, the metal lead wire may be provided on the substrate by vapor deposition, sputtering, pressure bonding, or the like, and ITO or FTO may be provided thereon.

本発明の光電変換素子は、上記の電子集電電極(4)上に、電子輸送層(5)として、半導体からなる薄膜を形成する。
この電子輸送層(5)は、電子集電電極(4)上に緻密な電子輸送層(6)を形成し、更にその上に多孔質状の電子輸送層(7)を形成する積層構造であることが好ましい。
この緻密な電子輸送層(6)は、電子集電電極(4)とホール輸送層(8)との電子的コンタクトを防ぐ目的で形成するものである。従って、電子集電電極とホール輸送層が物理的に接触しなければ、ピンホールやクラック等が形成されていても構わない。
また、この緻密な電子輸送層の膜厚に制限はないが、10nm〜1μmが好ましく、20nm〜700nmがより好ましい。
なお、電子輸送層(6)の「緻密」とは、電子輸送層(7)中の半導体微粒子の充填密度より高密度で無機酸化物半導体が充填されていることを意味する。
The photoelectric conversion element of this invention forms the thin film which consists of semiconductors as an electron carrying layer (5) on said electron current collection electrode (4).
The electron transport layer (5) has a laminated structure in which a dense electron transport layer (6) is formed on the electron collector electrode (4), and a porous electron transport layer (7) is further formed thereon. Preferably there is.
The dense electron transport layer (6) is formed for the purpose of preventing electronic contact between the electron collector electrode (4) and the hole transport layer (8). Therefore, if the electron current collecting electrode and the hole transport layer are not in physical contact, pinholes, cracks, or the like may be formed.
Moreover, although there is no restriction | limiting in the film thickness of this precise | minute electron carrying layer, 10 nm-1 micrometer are preferable and 20 nm-700 nm are more preferable.
The “dense” of the electron transport layer (6) means that the inorganic oxide semiconductor is filled at a higher density than the packing density of the semiconductor fine particles in the electron transport layer (7).

緻密な電子輸送層(6)上に形成する多孔質状の電子輸送層(7)は、単層であっても多層であってもよい。
多層の場合、粒径の異なる半導体微粒子の分散液を多層塗布することも、種類の異なる半導体や、樹脂、添加剤の組成が異なる塗布層を多層塗布することもできる。
一度の塗布で膜厚が不足する場合には、多層塗布は有効な手段である。
一般的に、電子輸送層の膜厚が増大するほど単位投影面積当たりの担持光増感化合物量も増えるため光の捕獲率が高くなるが、注入された電子の拡散距離も増えるため電荷の再結合によるロスも大きくなってしまう。従って、電子輸送層の膜厚は100nm〜100μmが好ましい。
The porous electron transport layer (7) formed on the dense electron transport layer (6) may be a single layer or multiple layers.
In the case of multiple layers, a dispersion of semiconductor fine particles having different particle diameters can be applied in multiple layers, or different types of semiconductors, and application layers having different compositions of resins and additives can be applied in multiple layers.
Multi-layer coating is an effective means when the film thickness is insufficient with a single coating.
In general, as the film thickness of the electron transport layer increases, the amount of the photosensitized compound carried per unit projected area increases, so that the light capture rate increases. Loss due to coupling also increases. Therefore, the film thickness of the electron transport layer is preferably 100 nm to 100 μm.

半導体としては特に限定されるものではなく、公知のものを使用することができる。
具体的には、シリコン、ゲルマニウムのような単体半導体、あるいは金属のカルコゲニドに代表される化合物半導体、またはペロブスカイト構造を有する化合物等を挙げることができる。
金属のカルコゲニドとしてはチタン、スズ、亜鉛、鉄、タングステン、ジルコニウム、ハフニウム、ストロンチウム、インジウム、セリウム、イットリウム、ランタン、バナジウム、ニオブ、あるいはタンタルの酸化物、カドミウム、亜鉛、鉛、銀、アンチモン、ビスマスの硫化物、カドミウム、鉛のセレン化物、カドミウムのテルル化物等が挙げられる。
他の化合物半導体としては亜鉛、ガリウム、インジウム、カドミウム、等のリン化物、ガリウム砒素、銅−インジウム−セレン化物、銅−インジウム−硫化物等が好ましい。
また、ペロブスカイト構造を有する化合物としては、チタン酸ストロンチウム、チタン酸カルシウム、チタン酸ナトリウム、チタン酸バリウム、ニオブ酸カリウム等が好ましい。
これらの中でも酸化物半導体が好ましく、特に酸化チタン、酸化亜鉛、酸化スズ、酸化ニオブが好ましく、単独、あるいは2種以上の混合で使用しても構わない。これらの半導体の結晶型は特に限定されるものではなく、単結晶でも多結晶でも、あるいは非晶質でも構わない。
半導体微粒子のサイズに特に制限はないが、一次粒子の平均粒径は1〜100nmが好ましく、5〜50nmがより好ましい。
また、より大きい平均粒径の半導体微粒子を混合し、入射光を散乱させる効果により、効率を向上させることも可能である。この場合の半導体の平均粒径は50〜500nmが好ましい。
The semiconductor is not particularly limited, and a known semiconductor can be used.
Specifically, a single semiconductor such as silicon or germanium, a compound semiconductor typified by a metal chalcogenide, a compound having a perovskite structure, or the like can be given.
Metal chalcogenides include titanium, tin, zinc, iron, tungsten, zirconium, hafnium, strontium, indium, cerium, yttrium, lanthanum, vanadium, niobium, or tantalum oxides, cadmium, zinc, lead, silver, antimony, bismuth. Sulfide, cadmium, lead selenide, cadmium telluride and the like.
Other compound semiconductors are preferably phosphides such as zinc, gallium, indium, cadmium, gallium arsenide, copper-indium-selenide, copper-indium-sulfide, and the like.
As the compound having a perovskite structure, strontium titanate, calcium titanate, sodium titanate, barium titanate, potassium niobate and the like are preferable.
Among these, an oxide semiconductor is preferable, and titanium oxide, zinc oxide, tin oxide, and niobium oxide are particularly preferable, and they may be used alone or in combination of two or more. The crystal type of these semiconductors is not particularly limited, and may be single crystal, polycrystal, or amorphous.
Although there is no restriction | limiting in particular in the size of a semiconductor fine particle, 1-100 nm is preferable and, as for the average particle diameter of a primary particle, 5-50 nm is more preferable.
It is also possible to improve efficiency by mixing semiconductor fine particles having a larger average particle diameter and scattering incident light. In this case, the average particle size of the semiconductor is preferably 50 to 500 nm.

電子輸送層の作製方法には特に制限はなく、スパッタリング等の真空中で薄膜を形成する方法や湿式製膜法が挙げられる。
製造コスト等を考慮した場合、特に湿式製膜法が好ましく、半導体微粒子の粉末あるいはゾルを分散したペーストを調製し、電子集電電極基板上に塗布する方法が好ましい。
この湿式製膜法を用いた場合、塗布方法は特に制限はなく、公知の方法に従って行なうことができる。
例えば、ディップ法、スプレー法、ワイヤーバー法、スピンコート法、ローラーコート法、ブレードコート法、グラビアコート法、また、湿式印刷方法として、凸版、オフセット、グラビア、凹版、ゴム版、スクリーン印刷等様々な方法を用いることができる。
There is no restriction | limiting in particular in the preparation methods of an electron carrying layer, The method of forming a thin film in vacuum, such as sputtering, and the wet film forming method are mentioned.
In view of the manufacturing cost and the like, a wet film forming method is particularly preferable, and a method in which a paste in which semiconductor fine particle powder or sol is dispersed is prepared and applied onto an electron collecting electrode substrate is preferable.
When this wet film-forming method is used, the coating method is not particularly limited, and can be performed according to a known method.
For example, dip method, spray method, wire bar method, spin coating method, roller coating method, blade coating method, gravure coating method, and wet printing methods such as relief printing, offset, gravure, intaglio printing, rubber printing, screen printing, etc. Can be used.

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

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

半導体微粒子の分散液、あるいはゾル−ゲル法等によって得られた半導体微粒子のペーストは、粒子の再凝集を防ぐため、塩酸、硝酸、酢酸等の酸、ポリオキシエチレン(10)オクチルフェニルエーテル等の界面活性剤、アセチルアセトン、2−アミノエタノール、エチレンジアミン等のキレート化剤等を添加することができる。
また、製膜性を向上させる目的で増粘剤を添加することも有効な手段である。
この時加える増粘剤としては、ポリエチレングリコール、ポリビニルアルコール等の高分子、エチルセルロース等の増粘剤等が挙げられる。
In order to prevent re-aggregation of particles, a paste of semiconductor fine particles obtained by a dispersion of semiconductor fine particles or a sol-gel method is used, such as acids such as hydrochloric acid, nitric acid, acetic acid, polyoxyethylene (10) octylphenyl ether, etc. Surfactants, chelating agents such as acetylacetone, 2-aminoethanol, and ethylenediamine can be added.
It is also an effective means to add a thickener for the purpose of improving the film forming property.
Examples of the thickener added at this time include polymers such as polyethylene glycol and polyvinyl alcohol, and thickeners such as ethyl cellulose.

半導体微粒子は、塗布した後に粒子同士を電子的にコンタクトさせ、膜強度の向上や基板との密着性を向上させるために焼成、マイクロ波照射、電子線照射、レーザー光照射、あるいはプレス処理を行なうことが好ましい。これらの処理は単独で行なってもあるいは二種類以上組み合わせて行なってもよい。
焼成する場合、焼成温度の範囲に特に制限はないが、温度を上げ過ぎると基板の抵抗が高くなったり、溶融することもあるため、30〜700℃が好ましく、100〜600℃がより好ましい。また、焼成時間にも特に制限はないが、10分〜10時間が好ましい。
焼成後、半導体微粒子の表面積の増大や、光増感化合物から半導体微粒子への電子注入効率を高める目的で、例えば四塩化チタンの水溶液や有機溶剤との混合溶液を用いた化学メッキや三塩化チタン水溶液を用いた電気化学的メッキ処理を行なってもよい。
マイクロ波照射は、電子輸送層形成側から照射しても、裏側から照射しても構わない。
照射時間には特に制限がないが、1時間以内で行なうことが好ましい。
プレス処理は、100kg/cm以上が好ましく、1000kg/cmが更に好ましい。プレスする時間は特に制限がないが、1時間以内で行なうことが好ましい。また、プレス処理時に熱を加えても構わない。
After the semiconductor fine particles are applied, the particles are brought into electronic contact with each other, and firing, microwave irradiation, electron beam irradiation, laser light irradiation, or press treatment is performed in order to improve film strength and adhesion to the substrate. It is preferable. These processes may be performed alone or in combination of two or more.
When firing, the range of the firing temperature is not particularly limited, but if the temperature is raised too much, the resistance of the substrate may be increased or the substrate may be melted. Moreover, although there is no restriction | limiting in particular also in baking time, 10 minutes-10 hours are preferable.
For the purpose of increasing the surface area of the semiconductor fine particles after firing and increasing the efficiency of electron injection from the photosensitizing compound to the semiconductor fine particles, for example, chemical plating using titanium tetrachloride aqueous solution or mixed solution with organic solvent, titanium trichloride Electrochemical plating using an aqueous solution may be performed.
Microwave irradiation may be performed from the electron transport layer forming side or from the back side.
Although there is no restriction | limiting in particular in irradiation time, It is preferable to carry out within 1 hour.
The press treatment is preferably 100 kg / cm 2 or more, more preferably 1000 kg / cm 2 . There is no particular limitation on the pressing time, but it is preferably within 1 hour. Further, heat may be applied during the pressing process.

直径が数十nmの半導体微粒子を焼結等によって積層した膜は、多孔質状態を形成する。
このナノ多孔構造は、非常に高い表面積を持ち、その表面積はラフネスファクターを用いて表わすことができる。
このラフネスファクターは、基板に塗布した半導体微粒子の面積に対する多孔質内部の実面積を表わす数値である。従って、ラフネスファクターは大きいほど好ましいが、電子輸送層の膜厚との関係もあり、本発明においては20以上が好ましい。
A film in which semiconductor fine particles having a diameter of several tens of nanometers are stacked by sintering or the like forms a porous state.
This nanoporous structure has a very high surface area, which can be expressed using a roughness factor.
The roughness factor is a numerical value representing the actual area inside the porous body relative to the area of the semiconductor fine particles applied to the substrate. Accordingly, the roughness factor is preferably as large as possible, but it is also related to the film thickness of the electron transport layer, and is preferably 20 or more in the present invention.

光変換効率のさらなる向上のため、電子輸送層に重ねて光増感化合物(12)を吸着させた方が好ましい。
光増感化合物(12)は使用される励起光により光励起される化合物であれば特に限定されないが、具体的には以下の化合物が挙げられる。
特表平7−500630号公報、特開平10−233238号公報、特開2000−26487号公報、特開2000−323191号公報、特開2001−59062号公報等に記載の金属錯体化合物、特開平10−93118号公報、特開2002−164089号公報、特開2004−95450号公報、J. Phys. Chem. C, 7224, Vol.111(2007)等に記載のクマリン化合物、同特開2004−95450号公報、Chem. Commun., 4887(2007)等に記載のポリエン化合物、特開2003−264010号公報、特開2004−63274号公報、特開2004−115636号公報、特開2004−200068号、特開2004−235052号公報、J. Am. Chem. Soc., 12218, Vol.126(2004)、Chem. Commun., 3036(2003)、Angew. Chem. Int. Ed., 1923, Vol.47(2008)等に記載のインドリン化合物、J. Am. Chem. Soc., 16701, Vol.128(2006)、J. Am. Chem. Soc., 14256, Vol.128(2006)等に記載のチオフェン化合物、特開平11−86916号公報、特開平11−214730号公報、特開2000−106224号公報、特開2001−76773号公報、特開2003−7359号公報等に記載のシアニン色素、特開平11−214731号公報、特開平11−238905号公報、特開2001−52766号公報、特開2001−76775号公報、特開2003−7360号等に記載メロシアニン色素、特開平10−92477号公報、特開平11−273754号公報、特開平11−273755号公報、特開2003−31273号等に記載の9−アリールキサンテン化合物、特開平10−93118号公報、特開2003−31273号等に記載のトリアリールメタン化合物、特開平9−199744号公報、特開平10−233238号公報、特開平11−204821号公報、特開平11−265738号、J. Phys. Chem., 2342, Vol.91(1987)、J. Phys. Chem. B, 6272, Vol.97(1993)、Electroanal. Chem., 31, Vol.537(2002)、特開2006−032260号公報、J. Porphyrins Phthalocyanines, 230, Vol.3(1999)、Angew. Chem. Int. Ed., 373, Vol.46(2007)、Langmuir, 5436, Vol.24(2008)等に記載のフタロシアニン化合物、ポルフィリン化合物等を挙げることができる。
特にこの中で、金属錯体化合物、クマリン化合物、ポリエン化合物、インドリン化合物、チオフェン化合物を用いることが好ましい。
In order to further improve the light conversion efficiency, it is preferable to adsorb the photosensitizing compound (12) on the electron transport layer.
The photosensitizing compound (12) is not particularly limited as long as it is a compound that is photoexcited by the excitation light used, and specific examples thereof include the following compounds.
The metal complex compounds described in JP 7-500630 A, JP 10-233238 A, JP 2000-26487 A, JP 2000-323191 A, JP 2001-59062 A, etc. 10-93118, JP-A No. 2002-164089, JP-A No. 2004-95450, J. Phys. Chem. C, 7224, Vol. 111 (2007), and the like. No. 95450, Chem. Commun., 4887 (2007), etc., JP 2003-264010 A, JP 2004-63274 A, JP 2004-115636 A, JP 2004-200068 A. J. Am. Chem. Soc., 12218, Vol. 126 (2004), Chem. Commun., 3036 (2003), Angew. Chem. Int. Ed., 1923, Vol. 47 (2008) etc. Compounds, J. Am. Chem. Soc., 16701, Vol. 128 (2006), thiophene compounds described in J. Am. Chem. Soc., 14256, Vol. 128 (2006), etc., JP-A-11-86916 Cyanine dyes described in JP-A-11-214730, JP-A-2000-106224, JP-A-2001-76773, JP-A-2003-7359, etc., JP-A-11-214731, Merocyanine dyes described in Kaihei 11-238905, JP-A-2001-52766, JP-A-2001-76775, JP-A-2003-7360, etc., JP-A-10-92477, JP-A-11-273754 , 9-arylxanthene compounds described in JP-A-11-273755, JP-A-2003-3273, etc., JP-A-10-93118, JP-A-2003-31273, etc. The described triarylmethane compounds, JP-A-9-199744, JP-A-10-233238, JP-A-11-204821, JP-A-11-265738, J. Phys. Chem., 2342, Vol.91 (1987), J. Phys. Chem. B, 6272, Vol. 97 (1993), Electroanal. Chem., 31, Vol. 537 (2002), JP 2006-032260, J. Porphyrins Phthalocyanines, 230, Examples include phthalocyanine compounds and porphyrin compounds described in Vol. 3 (1999), Angew. Chem. Int. Ed., 373, Vol. 46 (2007), Langmuir, 5436, Vol. 24 (2008), etc. .
Among these, it is particularly preferable to use metal complex compounds, coumarin compounds, polyene compounds, indoline compounds, and thiophene compounds.

電子輸送層(7)に光増感化合物(12)を吸着させる方法としては、光増感化合物溶液中あるいは分散液中に半導体微粒子を含有する電子集電電極を浸漬する方法、溶液あるいは分散液を電子輸送層に塗布して吸着させる方法を用いることができる。
前者の場合、浸漬法、ディップ法、ローラ法、エアーナイフ法等を用いることができ、後者の場合は、ワイヤーバー法、スライドホッパー法、エクストルージョン法、カーテン法、スピン法、スプレー法等を用いることができる。
また、二酸化炭素などを用いた超臨界流体中で吸着させても構わない。
As a method of adsorbing the photosensitizing compound (12) to the electron transport layer (7), a method of immersing an electron current collecting electrode containing semiconductor fine particles in a photosensitizing compound solution or dispersion, solution or dispersion Can be applied to the electron transport layer and adsorbed onto the electron transport layer.
In the former case, dipping method, dipping method, roller method, air knife method, etc. can be used, and in the latter case, wire bar method, slide hopper method, extrusion method, curtain method, spin method, spray method, etc. Can be used.
Further, it may be adsorbed in a supercritical fluid using carbon dioxide or the like.

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

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

また、光増感化合物は、その種類によっては化合物間の凝集を抑制した方がより効果的に働くものが存在するため、凝集解離剤を併用しても構わない。
凝集解離剤としてはコール酸、ケノデオキシコール酸などのステロイド化合物、長鎖アルキルカルボン酸または長鎖アルキルホスホン酸が好ましく、用いる色素に対して適宜選ばれる。これら凝集解離剤の添加量は、色素1質量部に対して0.01〜500質量部が好ましく、0.1〜100質量部がより好ましい。
In addition, depending on the type of photosensitizing compound, there are compounds that work more effectively when aggregation between the compounds is suppressed, and therefore, an aggregation dissociator may be used in combination.
The aggregating / dissociating agent is preferably a steroid compound such as cholic acid or chenodeoxycholic acid, a long-chain alkyl carboxylic acid or a long-chain alkyl phosphonic acid, and is appropriately selected according to the dye used. The addition amount of these aggregating and dissociating agents is preferably 0.01 to 500 parts by mass, more preferably 0.1 to 100 parts by mass with respect to 1 part by mass of the dye.

これらを用い、光増感化合物、あるいは光増感化合物と凝集解離剤を吸着する際の温度としては、−50℃以上、200℃以下が好ましい。
また、この吸着は静置しても攪拌しながら行なっても構わない。
攪拌する場合の方法としては、スターラー、ボールミル、ペイントコンディショナー、サンドミル、アトライター、ディスパーザー、あるいは超音波分散等が挙げられるが、これらに限定されるものではない。
吸着に要する時間は、5秒以上、1000時間以下が好ましく、10秒以上、500時間以下がより好ましく、1分以上、150時間が更に好ましい。
また、吸着は暗所で行なうことが好ましい。
The temperature at which these are used to adsorb the photosensitizing compound or the photosensitizing compound and the aggregation / dissociation agent is preferably −50 ° C. or more and 200 ° C. or less.
Moreover, this adsorption may be carried out while standing or stirring.
Examples of the stirring method include, but are not limited to, a stirrer, a ball mill, a paint conditioner, a sand mill, an attritor, a disperser, and ultrasonic dispersion.
The time required for adsorption is preferably 5 seconds or more and 1000 hours or less, more preferably 10 seconds or more and 500 hours or less, and further preferably 1 minute or more and 150 hours.
Adsorption is preferably performed in a dark place.

本発明におけるホール輸送層(8)は、異なるホール輸送材料層(9、10)を積層する構造であり、第二電極(3)に近いホール輸送材料層(10)に高分子材料を用いている。
製膜性に優れる高分子材料を用いることで多孔質状の電子輸送層の表面をより平滑化することができ、光電変換特性を向上することができるためである。
また、高分子は多孔質状の電子輸送層内部へ浸透することが困難であるため、逆に多孔質状の電子輸送層表面の被覆にも優れ、電極を設ける際の短絡防止にも効果を発揮するため、より高い性能を得ることが可能となる。
The hole transport layer (8) in the present invention has a structure in which different hole transport material layers (9, 10) are laminated, and a polymer material is used for the hole transport material layer (10) close to the second electrode (3). Yes.
This is because the surface of the porous electron transport layer can be further smoothed and the photoelectric conversion characteristics can be improved by using a polymer material having excellent film forming properties.
In addition, since it is difficult for the polymer to penetrate into the porous electron transport layer, it is excellent in covering the surface of the porous electron transport layer, and also effective in preventing a short circuit when an electrode is provided. As a result, higher performance can be obtained.

第二電極(3)に近いホール輸送層(10)に用いられるホール輸送性化合物としては、公知のホール輸送性化合物が用いられ、その具体例としては特公昭34−5466号公報等に示されているオキサジアゾール化合物、特公昭45−555号公報等に示されているトリフェニルメタン化合物、特公昭52−4188号公報等に示されているピラゾリン化合物、特公昭55−42380号公報等に示されているヒドラゾン化合物、特開昭56−123544号公報等に示されているオキサジアゾール化合物、特開昭54−58445号公報に示されているテトラアリールベンジジン化合物、特開昭58−65440号公報あるいは特開昭60−98437号公報に示されているスチルベン化合物等を挙げることができる。   As the hole transporting compound used in the hole transporting layer (10) close to the second electrode (3), known hole transporting compounds are used, and specific examples thereof are shown in JP-B No. 34-5466. Oxadiazole compounds, triphenylmethane compounds shown in JP-B-45-555, pyrazoline compounds shown in JP-B-52-4188, JP-B-55-42380, etc. Hydrazone compounds shown, oxadiazole compounds shown in JP-A-56-123544, tetraarylbenzidine compounds shown in JP-A-54-58445, JP-A-58-65440 And stilbene compounds disclosed in JP-A-60-98437.

第二電極(3)に近いホール輸送層(10)に用いられる高分子材料としては、公知のホール輸送性高分子材料が用いられ、その具体例としては、ポリ(3−n−ヘキシルチオフェン)、ポリ(3−n−オクチルオキシチオフェン)、ポリ(9,9‘−ジオクチル−フルオレン−コ−ビチオフェン)、ポリ(3,3’’’−ジドデシル−クォーターチオフェン)、ポリ(3,6−ジオクチルチエノ[3,2−b]チオフェン)、ポリ(2,5−ビス(3−デシルチオフェン−2−イル)チエノ[3,2−b]チオフェン)、ポリ(3,4−ジデシルチオフェン−コ−チエノ[3,2−b]チオフェン)、ポリ(3,6−ジオクチルチエノ[3,2−b]チオフェン−コ−チエノ[3,2−b]チオフェン)、ポリ(3,6−ジオクチルチエノ[3,2−b]チオフェン−コ−チオフェン)、ポリ(3.6−ジオクチルチエノ[3,2−b]チオフェン−コ−ビチオフェン)等のポリチオフェン化合物、ポリ[2−メトキシー5−(2−エチルヘキシルオキシ)−1,4−フェニレンビニレン]、ポリ[2−メトキシー5−(3,7−ジメチルオクチルオキシ)−1,4−フェニレンビニレン]、ポリ[(2−メトキシ−5−(2−エチルフェキシルオキシ)−1,4−フェニレンビニレン)−コ−(4,4’−ビフェニレンービニレン)]等のポリフェニレンビニレン化合物、ポリ(9,9‘−ジドデシルフルオレニル−2,7−ジイル)、ポリ[(9,9−ジオクチル−2,7−ジビニレンフルオレン)−alt−コ−(9,10−アントラセン)]、ポリ[(9,9−ジオクチル−2,7−ジビニレンフルオレン)−alt−コ−(4,4‘−ビフェニレン)]、ポリ[(9,9−ジオクチル−2,7−ジビニレンフルオレン)−alt−コ−(2−メトキシ−5−(2−エチルヘキシルオキシ)−1,4−フェニレン)]、ポリ[(9,9−ジオクチル−2,7−ジイル)−コ−(1,4−(2,5−ジヘキシルオキシ)ベンゼン)]等のポリフルオレン化合物、ポリ[2,5−ジオクチルオキシ−1,4−フェニレン]、ポリ[2,5−ジ(2−エチルヘキシルオキシー1,4−フェニレン]等のポリフェニレン化合物、ポリ[(9,9−ジオクチルフルオレニル−2,7−ジイル)−alt−コ−(N,N’−ジフェニル)−N,N‘−ジ(p−ヘキシルフェニル)−1,4−ジアミノベンゼン]、ポリ[(9,9−ジオクチルフルオレニル−2,7−ジイル)−alt−コ−(N,N’−ビス(4−オクチルオキシフェニル)ベンジジン−N,N‘−(1,4−ジフェニレン)]、ポリ[(N,N’−ビス(4−オクチルオキシフェニル)ベンジジン−N,N‘−(1,4−ジフェニレン)]、ポリ[(N,N’−ビス(4−(2−エチルヘキシルオキシ)フェニル)ベンジジン−N,N‘−(1,4−ジフェニレン)]、ポリ[フェニルイミノ−1,4−フェニレンビニレン−2,5−ジオクチルオキシ−1,4−フェニレンビニレン−1,4−フェニレン]、ポリ[p−トリルイミノ−1,4−フェニレンビニレン−2,5−ジ(2−エチルヘキシルオキシ)−1,4−フェニレンビニレン−1,4−フェニレン]、ポリ[4−(2−エチルヘキシルオキシ)フェニルイミノ−1,4−ビフェニレン]等のポリアリールアミン化合物、ポリ[(9,9−ジオクチルフルオレニル−2,7−ジイル)−alt−コ−(1,4−ベンゾ(2,1’,3)チアジアゾール]、ポリ(3,4−ジデシルチオフェン−コ−(1,4−ベンゾ(2,1’,3)チアジアゾール)等のポリチアジアゾール化合物を挙げることができる。
この中で、キャリア移動度やイオン化ポテンシャルを考慮するとポリチオフェン化合物とポリアリールアミン化合物が特に好ましい。
As the polymer material used for the hole transport layer (10) close to the second electrode (3), a known hole transport polymer material is used, and specific examples thereof include poly (3-n-hexylthiophene). , Poly (3-n-octyloxythiophene), poly (9,9′-dioctyl-fluorene-co-bithiophene), poly (3,3 ′ ″-didodecyl-quarterthiophene), poly (3,6-dioctyl) Thieno [3,2-b] thiophene), poly (2,5-bis (3-decylthiophen-2-yl) thieno [3,2-b] thiophene), poly (3,4-didecylthiophene-co -Thieno [3,2-b] thiophene), poly (3,6-dioctylthieno [3,2-b] thiophene-co-thieno [3,2-b] thiophene), poly (3,6-dioctylthieno [3 2-b] thiophene-co-thiophene), poly (3.6-dioctylthieno [3,2-b] thiophene-co-bithiophene) and other polythiophene compounds, poly [2-methoxy-5- (2-ethylhexyloxy) -1,4-phenylene vinylene], poly [2-methoxy-5- (3,7-dimethyloctyloxy) -1,4-phenylene vinylene], poly [(2-methoxy-5- (2-ethylphenyloxy) ) -1,4-phenylene vinylene) -co- (4,4′-biphenylene-vinylene)], poly (9,9′-didodecylfluorenyl-2,7-diyl), poly [(9,9-dioctyl-2,7-divinylenefluorene) -alt-co- (9,10-anthracene)], poly [(9,9-dioctyl-2, -Divinylenefluorene) -alt-co- (4,4'-biphenylene)], poly [(9,9-dioctyl-2,7-divinylenefluorene) -alt-co- (2-methoxy-5- ( 2-ethylhexyloxy) -1,4-phenylene)], poly [(9,9-dioctyl-2,7-diyl) -co- (1,4- (2,5-dihexyloxy) benzene)] and the like Polyfluorene compounds, poly [2,5-dioctyloxy-1,4-phenylene], poly [2,5-di (2-ethylhexyloxy-1,4-phenylene] and other polyphenylene compounds, poly [(9,9- Dioctylfluorenyl-2,7-diyl) -alt-co- (N, N′-diphenyl) -N, N′-di (p-hexylphenyl) -1,4-diaminobenzene], poly [(9 , 9-Diocti Rufluorenyl-2,7-diyl) -alt-co- (N, N′-bis (4-octyloxyphenyl) benzidine-N, N ′-(1,4-diphenylene)], poly [(N, N ′ -Bis (4-octyloxyphenyl) benzidine-N, N ′-(1,4-diphenylene)], poly [(N, N′-bis (4- (2-ethylhexyloxy) phenyl) benzidine-N, N '-(1,4-diphenylene)], poly [phenylimino-1,4-phenylenevinylene-2,5-dioctyloxy-1,4-phenylenevinylene-1,4-phenylene], poly [p-tolylimino- 1,4-phenylenevinylene-2,5-di (2-ethylhexyloxy) -1,4-phenylenevinylene-1,4-phenylene], poly [4- (2-ethylhexyloxy) phenyl Polyarylamine compounds such as mino-1,4-biphenylene], poly [(9,9-dioctylfluorenyl-2,7-diyl) -alt-co- (1,4-benzo (2,1 ′, And polythiadiazole compounds such as poly (3,4-didecylthiophene-co- (1,4-benzo (2,1 ′, 3) thiadiazole)).
Of these, polythiophene compounds and polyarylamine compounds are particularly preferred in consideration of carrier mobility and ionization potential.

また、本発明の光電変換素子においては、上記に示したホール輸送化合物に各種添加剤を加えても構わない。
添加剤としては、ヨウ素、ヨウ化リチウム、ヨウ化ナトリウム、ヨウ化カリウム、ヨウ化セシウム、ヨウ化カルシウム、ヨウ化銅、ヨウ化鉄、ヨウ化銀等の金属ヨウ化物、ヨウ化テトラアルキルアンモニウム、ヨウ化ピリジニウム等の4級アンモニウム塩、臭化リチウム、臭化ナトリウム、臭化カリウム、臭化セシウム、臭化カルシウム等の金属臭化物、臭化テトラアルキルアンモニウム、臭化ピリジニウム等の4級アンモニウム化合物の臭素塩、塩化銅、塩化銀等の金属塩化物、酢酸銅、酢酸銀、酢酸パラジウム等の酢酸金属塩、硫酸銅、硫酸亜鉛等の金属硫酸塩、フェロシアン酸塩−フェリシアン酸塩、フェロセン−フェリシニウムイオン等の金属錯体、ポリ硫化ナトリウム、アルキルチオール−アルキルジスルフィド等のイオウ化合物、ビオロゲン色素、ヒドロキノン等、ヨウ化1,2−ジメチル−3−n−プロピルイミダゾイニウム塩、ヨウ化1−メチル−3−n−ヘキシルイミダゾリニウム塩、1,2−ジメチル−3−エチルイミダゾリウムトリフロオロメタンスルホン酸塩、1−メチル−3−ブチルイミダゾリウムノナフルオロブチルスルホン酸塩、1−メチル−3−エチルイミダゾリウムビス(トリフルオロメチル)スルホニルイミド等のInorg. Chem. 35 (1996) 1168に記載のイオン液体、ピリジン、4−t−ブチルピリジン、ベンズイミダゾール等の塩基性化合物、リチウムトリフルオロメタンスルホニルイミド、リチウムジイソプロピルイミド等のリチウム化合物を挙げることができる。
Moreover, in the photoelectric conversion element of this invention, you may add various additives to the hole transport compound shown above.
Additives include iodine, lithium iodide, sodium iodide, potassium iodide, cesium iodide, calcium iodide, copper iodide, iron iodide, silver iodide and other metal iodides, tetraalkylammonium iodide, Quaternary ammonium salts such as pyridinium iodide, metal bromides such as lithium bromide, sodium bromide, potassium bromide, cesium bromide and calcium bromide, quaternary ammonium compounds such as tetraalkylammonium bromide and pyridinium bromide Metal chlorides such as bromine salts, copper chloride and silver chloride, metal acetates such as copper acetate, silver acetate and palladium acetate, metal sulfates such as copper sulfate and zinc sulfate, ferrocyanate-ferricyanate, ferrocene -Sulfur compounds such as metal complexes such as ferricinium ions, sodium polysulfide, alkylthiol-alkyl disulfides Viologen dye, hydroquinone, 1,2-dimethyl-3-n-propylimidazolinium iodide, 1-methyl-3-n-hexylimidazolinium iodide, 1,2-dimethyl-3-ethylimidazo Inorg. Chem. 35 (1996) such as 1-methyl-3-butylimidazolium nonafluorobutylsulfonate, 1-methyl-3-ethylimidazolium bis (trifluoromethyl) sulfonylimide, and the like. The ionic liquid according to 1168, basic compounds such as pyridine, 4-t-butylpyridine and benzimidazole, and lithium compounds such as lithium trifluoromethanesulfonylimide and lithium diisopropylimide can be exemplified.

また導電性を向上させる目的で、ホール輸送化合物の一部をラジカルカチオンにするための酸化剤を添加しても構わない。
その酸化剤としては、ヘキサクロロアンチモン酸トリス(4−ブロモフェニル)アミニウム、ヘキサフルオロアンチモネート銀、ニトロソニウムテトラフルオボラート等が好ましい。
この酸化剤の添加によって全てのホール輸送材料が酸化される必要はなく、一部のみが酸化されていればよい。また添加した酸化剤は添加した後、系外に取り出しても、取り出さなくてもよい。
Moreover, you may add the oxidizing agent for making a part of hole transport compound into a radical cation for the purpose of improving electroconductivity.
As the oxidizing agent, tris (4-bromophenyl) aminium hexachloroantimonate, silver hexafluoroantimonate, nitrosonium tetrafluorate and the like are preferable.
It is not necessary for all hole transport materials to be oxidized by the addition of the oxidizing agent, and only a part of the hole transporting material needs to be oxidized. The added oxidizing agent may be taken out of the system after the addition or may not be taken out.

ホール輸送層(8)は光増感化合物を担持した電子輸送層(7)の上に、直接ホール輸送層(9、10)を形成する。
ホール輸送層の作製方法には特に制限はなく、スパッタリング等の真空中で薄膜を形成する方法や湿式製膜法が挙げられる。
製造コスト等を考慮した場合、特に湿式製膜法が好ましく、電子輸送層上に塗布する方法が好ましい。
この湿式製膜法を用いた場合、塗布方法は特に制限はなく、公知の方法に従って行なうことができる。例えば、ディップ法、スプレー法、ワイヤーバー法、スピンコート法、ローラーコート法、ブレードコート法、グラビアコート法、また、湿式印刷方法として、凸版、オフセット、グラビア、凹版、ゴム版、スクリーン印刷等様々な方法を用いることができる。また、超臨界流体あるいは亜臨界流体中で注入してもよい。
The hole transport layer (8) forms the hole transport layer (9, 10) directly on the electron transport layer (7) carrying the photosensitizing compound.
There is no restriction | limiting in particular in the preparation methods of a hole transport layer, The method of forming a thin film in vacuum, such as sputtering, and the wet film forming method are mentioned.
In consideration of the manufacturing cost and the like, a wet film forming method is particularly preferable, and a method of coating on the electron transport layer is preferable.
When this wet film-forming method is used, the coating method is not particularly limited, and can be performed according to a known method. For example, dip method, spray method, wire bar method, spin coating method, roller coating method, blade coating method, gravure coating method, and wet printing methods such as relief printing, offset, gravure, intaglio printing, rubber printing, screen printing, etc. Can be used. Moreover, you may inject | pour in a supercritical fluid or a subcritical fluid.

超臨界流体としては、気体と液体が共存できる限界(臨界点)を超えた温度・圧力領域において非凝集性高密度流体として存在し、圧縮しても凝集せず、臨界温度以上、かつ臨界圧力以上の状態にある流体である限り特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、臨界温度が低いものが好ましい。
この超臨界流体は、例えば、一酸化炭素、二酸化炭素、アンモニア、窒素、水、メタノール、エタノール、n−ブタノールなどのエルコール系溶媒、エタン、プロパン、2,3−ジメチルブタン、ベンゼン、トルエンなどの炭化水素系溶媒、塩化メチレン、クロロトリフロロメタンなどのハロゲン系溶媒、ジメチルエーテルなどのエーテル系溶媒が好適である。
これらの中でも、二酸化炭素は、臨界圧力7.3MPa、臨界温度31℃であることから、容易に超臨界状態をつくり出せるともに、不燃性で取扱いが容易であり、特に好ましい。
また、これらの流体は、単独であっても二種以上の混合であっても構わない。
亜臨界流体としては、臨界点近傍の温度及び圧力領域において、高圧液体として存在する限り特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。
上述した超臨界流体として挙げられる化合物は、亜臨界流体としても好適に使用することができる。
超臨界流体の臨界温度及び臨界圧力は特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、臨界温度としては、−273℃以上300℃以下が好ましく、0℃以上200℃以下が特に好ましい。
As a supercritical fluid, it exists as a non-aggregating high-density fluid in a temperature and pressure range that exceeds the limit (critical point) at which gas and liquid can coexist, and does not aggregate even when compressed. The fluid is not particularly limited as long as it is in the above state, and can be appropriately selected according to the purpose. However, a fluid having a low critical temperature is preferable.
This supercritical fluid includes, for example, carbon monoxide, carbon dioxide, ammonia, nitrogen, water, methanol, ethanol, ercol solvents such as n-butanol, ethane, propane, 2,3-dimethylbutane, benzene, toluene and the like. Hydrocarbon solvents, halogen solvents such as methylene chloride and chlorotrifluoromethane, and ether solvents such as dimethyl ether are preferred.
Among these, carbon dioxide is particularly preferable because it has a critical pressure of 7.3 MPa and a critical temperature of 31 ° C., so that it can easily create a supercritical state and is nonflammable and easy to handle.
These fluids may be used alone or in combination of two or more.
The subcritical fluid is not particularly limited as long as it exists as a high-pressure liquid in the temperature and pressure regions near the critical point, and can be appropriately selected according to the purpose.
The compound mentioned as a supercritical fluid mentioned above can be used conveniently also as a subcritical fluid.
The critical temperature and critical pressure of the supercritical fluid are not particularly limited and can be appropriately selected according to the purpose. However, the critical temperature is preferably −273 ° C. or more and 300 ° C. or less, particularly 0 ° C. or more and 200 ° C. or less. preferable.

さらに、上述の超臨界流体及び亜臨界流体に加え、有機溶媒やエントレーナーを併用することもできる。
有機溶媒及びエントレーナーの添加により、超臨界流体中での溶解度の調整をより容易に行なうことができる。
このような有機溶媒としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、例えば、アセトン、メチルエチルケトン、あるいはメチルイソブチルケトン等のケトン系溶媒、ギ酸エチル、酢酸エチル、あるいは酢酸n−ブチル等のエステル系溶媒、ジイソプロピルエーテル、ジメトキシエタン、テトラヒドロフラン、ジオキソラン、あるいはジオキサン等のエーテル系溶媒、N,N−ジメチルホルムアミド、N,N−ジメチルアセトアミド、あるいはN−メチル−2−ピロリドン等のアミド系溶媒、ジクロロメタン、クロロホルム、ブロモホルム、ヨウ化メチル、ジクロロエタン、トリクロロエタン、トリクロロエチレン、クロロベンゼン、o−ジクロロベンゼン、フルオロベンゼン、ブロモベンゼン、ヨードベンゼン、あるいは1−クロロナフタレン等のハロゲン化炭化水素系溶媒、n−ペンタン、n−ヘキサン、n−オクタン、1,5−ヘキサジエン、シクロヘキサン、メチルシクロヘキサン、シクロヘキサジエン、ベンゼン、トルエン、o−キシレン、m−キシレン、p−キシレン、エチルベンゼン、あるいはクメン等の炭化水素系溶媒などが挙げられる。
Furthermore, in addition to the above supercritical fluid and subcritical fluid, an organic solvent or an entrainer can be used in combination.
By adding an organic solvent and an entrainer, the solubility in the supercritical fluid can be adjusted more easily.
Such an organic solvent is not particularly limited and may be appropriately selected depending on the intended purpose. Examples thereof include ketone solvents such as acetone, methyl ethyl ketone, and methyl isobutyl ketone, ethyl formate, ethyl acetate, and n acetate. Ester solvents such as -butyl, ether solvents such as diisopropyl ether, dimethoxyethane, tetrahydrofuran, dioxolane, or dioxane, N, N-dimethylformamide, N, N-dimethylacetamide, or N-methyl-2-pyrrolidone Amide solvents, dichloromethane, chloroform, bromoform, methyl iodide, dichloroethane, trichloroethane, trichloroethylene, chlorobenzene, o-dichlorobenzene, fluorobenzene, bromobenzene, iodobenzene Is a halogenated hydrocarbon solvent such as 1-chloronaphthalene, n-pentane, n-hexane, n-octane, 1,5-hexadiene, cyclohexane, methylcyclohexane, cyclohexadiene, benzene, toluene, o-xylene, m- Examples thereof include hydrocarbon solvents such as xylene, p-xylene, ethylbenzene, and cumene.

本発明における、ホール輸送化合物と第二電極に間に挿入してもよい金属酸化物としては、酸化モリブデン、酸化タングステン、酸化バナジウム、酸化ニッケルを挙げることができ、特に酸化モリブデンが好ましい。   In the present invention, examples of the metal oxide that may be inserted between the hole transport compound and the second electrode include molybdenum oxide, tungsten oxide, vanadium oxide, and nickel oxide, and molybdenum oxide is particularly preferable.

これら金属酸化物をホール輸送材料上に設ける方法としては特に制限はなく、スパッタリングや真空蒸着等の真空中で薄膜を形成する方法や湿式製膜法が挙げることができる。
湿式製膜法においては、金属酸化物の粉末あるいはゾルを分散したペーストを調製し、ホール輸送層上に塗布する方法が好ましい。
この湿式製膜法を用いた場合、塗布方法は特に制限はなく、公知の方法に従って行なうことができる。
例えば、ディップ法、スプレー法、ワイヤーバー法、スピンコート法、ローラーコート法、ブレードコート法、グラビアコート法、また、湿式印刷方法として、凸版、オフセット、グラビア、凹版、ゴム版、スクリーン印刷等様々な方法を用いることができる。膜厚としては0.1〜50nmが好ましく、1〜10nmがより好ましい。
There is no restriction | limiting in particular as a method of providing these metal oxides on a hole transport material, The method of forming a thin film in vacuum, such as sputtering and vacuum evaporation, and the wet film-forming method can be mentioned.
In the wet film forming method, it is preferable to prepare a paste in which a metal oxide powder or sol is dispersed and apply the paste onto the hole transport layer.
When this wet film-forming method is used, the coating method is not particularly limited, and can be performed according to a known method.
For example, dip method, spray method, wire bar method, spin coating method, roller coating method, blade coating method, gravure coating method, and wet printing methods such as relief printing, offset, gravure, intaglio printing, rubber printing, screen printing, etc. Can be used. The film thickness is preferably from 0.1 to 50 nm, more preferably from 1 to 10 nm.

ホール集電電極は、ホール輸送層形成後あるいは上述の金属酸化物上に新たに付与する。
またホール集電電極は、通常前述の電子集電電極と同様のものを用いることができ、強度や密封性が充分に保たれるような構成では支持体は必ずしも必要ではない。
ホール集電電極材料の具体例としては、白金、金、銀、銅、アルミニウム等の金属、グラファイト、フラーレン、カーボンナノチューブ等の炭素系化合物、ITO、FTO等の導電性金属酸化物、ポリチオフェン、ポリアニリン等の導電性高分子が挙げられる。
ホール集電電極層の膜厚には特に制限はなく、また単独あるいは2種以上の混合で用いても構わない。
ホール集電電極の塗設については、用いられる材料の種類やホール輸送層の種類により、適宜ホール輸送層上に塗布、ラミネート、蒸着、CVD、貼り合わせ等の手法により形成可能である。
The hole collecting electrode is newly applied after the hole transport layer is formed or on the metal oxide.
In addition, the hole collecting electrode can be usually the same as the above-described electron collecting electrode, and the support is not necessarily required in a configuration in which the strength and the sealing performance are sufficiently maintained.
Specific examples of hole collecting electrode materials include metals such as platinum, gold, silver, copper, and aluminum, carbon compounds such as graphite, fullerene, and carbon nanotubes, conductive metal oxides such as ITO and FTO, polythiophene, and polyaniline. And conductive polymers such as
There is no restriction | limiting in particular in the film thickness of a hole current collection electrode layer, and you may use individually or in mixture of 2 or more types.
The hole collecting electrode can be applied by a method such as coating, laminating, vapor deposition, CVD, and bonding on the hole transport layer as appropriate depending on the type of material used and the type of hole transport layer.

光電変換素子として動作するためには、電子集電電極とホール集電電極の少なくとも一方は実質的に透明でなければならない。
本発明の光電変換素子においては、電子集電電極側が透明であり、太陽光を電子集電電極側から入射させる方法が好ましい。この場合、ホール集電電極側には光を反射させる材料を使用することが好ましく、金属、導電性酸化物を蒸着したガラス、プラスチック、あるいは金属薄膜が好ましい。
また、太陽光の入射側に反射防止層を設けることも有効な手段である。
In order to operate as a photoelectric conversion element, at least one of the electron collector electrode and the hole collector electrode must be substantially transparent.
In the photoelectric conversion element of the present invention, a method in which the electron collecting electrode side is transparent and sunlight is incident from the electron collecting electrode side is preferable. In this case, it is preferable to use a material that reflects light on the side of the hole collecting electrode, and a metal, glass, plastic, or metal thin film on which a conductive oxide is deposited is preferable.
It is also effective to provide an antireflection layer on the sunlight incident side.

本発明の光電変換素子は、太陽電池及び太陽電池を用いた電源装置に応用できる。
応用例としては、従来から太陽電池やそれを用いた電源装置を利用している機器類であれば、いずれのものでも可能である。
例えば電子卓上計算機や腕時計用の太陽電池に用いてもよいが、本発明の光電変換素子の特徴を活用する一例として、携帯電話、電子手帳、電子ペーパー等の電源装置が挙げられる。また充電式や乾電池式の電気器具の連続使用時間を長くするための補助電源として用いることもできる。
The photoelectric conversion element of the present invention can be applied to a solar cell and a power supply device using the solar cell.
As an application example, any device can be used as long as it has conventionally used a solar cell or a power supply device using the solar cell.
For example, although it may be used for an electronic desk calculator or a solar cell for a wristwatch, examples of utilizing the characteristics of the photoelectric conversion element of the present invention include power supply devices such as a mobile phone, an electronic notebook, and electronic paper. It can also be used as an auxiliary power source for extending the continuous use time of a rechargeable or dry battery type electric appliance.

以下、実施例により本発明を具体的に説明するが、本発明の実施の形態はこれらの実施例に限定されるものではない。   EXAMPLES Hereinafter, although an Example demonstrates this invention concretely, embodiment of this invention is not limited to these Examples.

(酸化チタン半導体電極の作製)
チタニウムテトラ−n−プロポキシド2ml、酢酸4ml、イオン交換水1ml、2−プロパノール40mlを混合し、FTOガラス基板上にスピンコートし、室温で乾燥後、空気中450℃で30分間焼成した。再度同一溶液を用いて、得た電極上に膜厚100nmになるようにスピンコートで塗布し、空気中450℃で30分間焼成して緻密な電子輸送層を形成した。
酸化チタン(石原産業社製ST−21)3g、アセチルアセトン0.2g、界面活性剤(和光純薬社製ポリオキシエチレンオクチルフェニルエーテル)0.3gを水5.5g、エタノール1.0gと共にビーズミル処理を12時間施した。
得られた分散液にポリエチレングリコール(#20,000)1.2gを加えてペーストを作製した。
このペーストを、上記緻密な電子輸送層上に膜厚2μmになるように塗布し、室温で乾燥後、空気中500℃で30分間焼成し、多孔質状の電子輸送層を形成した。
(Production of titanium oxide semiconductor electrode)
Titanium tetra-n-propoxide (2 ml), acetic acid (4 ml), ion exchange water (1 ml), and 2-propanol (40 ml) were mixed, spin-coated on an FTO glass substrate, dried at room temperature, and baked at 450 ° C. for 30 minutes in air. Using the same solution again, it was applied on the obtained electrode by spin coating so as to have a film thickness of 100 nm, and baked in air at 450 ° C. for 30 minutes to form a dense electron transport layer.
Bead mill treatment with 3 g of titanium oxide (ST-21 manufactured by Ishihara Sangyo Co., Ltd.), 0.2 g of acetylacetone, and 0.3 g of surfactant (polyoxyethylene octylphenyl ether manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) together with 5.5 g of water and 1.0 g of ethanol For 12 hours.
1.2 g of polyethylene glycol (# 20,000) was added to the obtained dispersion to prepare a paste.
This paste was applied onto the dense electron transport layer so as to have a film thickness of 2 μm, dried at room temperature, and then baked in air at 500 ° C. for 30 minutes to form a porous electron transport layer.

(光電変換素子の作製)
上記酸化チタン半導体電極を、ルテニウム錯体として0.5mMに調整したN719色素[シス−ビス(イソチオシアナート)ビス(2,2’−ビピリジル−4,4’−ジカルボキシレート)ルテニウム(II)−ビス−テトラ−n−ブチルアンモニウム、Solaronix社製]のアセトニトリル/t−ブタノール(体積比1:1)混合溶液中に室温で2日間、暗所にて静置して光増感化合物を吸着させた。
(Preparation of photoelectric conversion element)
N719 dye [cis-bis (isothiocyanato) bis (2,2′-bipyridyl-4,4′-dicarboxylate) ruthenium (II) −] prepared by adjusting the titanium oxide semiconductor electrode to 0.5 mM as a ruthenium complex. Bis-tetra-n-butylammonium, manufactured by Solaronix] in a mixed solution of acetonitrile / t-butanol (1: 1 by volume) at room temperature for 2 days to adsorb the photosensitizing compound. It was.

Figure 2011065751
Figure 2011065751

Figure 2011065751
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光増感剤を担持した半導体電極上に、上記化合物(1)を溶解したクロロベンゼン(固形分10%)溶液にトリフルオロメタンスルホニルイミドリチウム(27mM)、4−t−ブチルピリジン(0.11M)を加えて得た溶液を、光増感剤を担持した半導体電極上に滴下して自然乾燥した。
更に、上記化合物(2)を溶解したクロロベンゼン(固形分2%)に、トリフルオロメタンスルホニルイミドリチウム(27mM)、4−t−ブチルピリジン(0.11M)を加えて得た溶液をこのホール輸送層上にスピンコートにて製膜し、酸化モリブデンを5.0nm、銀を50.0nmそれぞれ真空蒸着して光電変換素子を作製した。この光電変換素子の疑似太陽光照射下(AM1.5、100mW/cm)における光電変換効率は、開放電圧=0.85V、短絡電流密度3.9mA/cm、形状因子=0.60、変換効率=1.99%という優れた特性を示した。
On a semiconductor electrode carrying a photosensitizer, trifluoromethanesulfonylimide lithium (27 mM) and 4-t-butylpyridine (0.11 M) were added to a chlorobenzene (solid content 10%) solution in which the compound (1) was dissolved. The solution obtained in addition was dropped on a semiconductor electrode carrying a photosensitizer and dried naturally.
Further, a solution obtained by adding trifluoromethanesulfonylimide lithium (27 mM) and 4-t-butylpyridine (0.11 M) to chlorobenzene (2% solids) in which the compound (2) was dissolved was obtained as a hole transport layer. A film was formed thereon by spin coating, and molybdenum oxide (5.0 nm) and silver (50.0 nm) were vacuum-deposited to produce a photoelectric conversion element. The photoelectric conversion efficiency of this photoelectric conversion element under pseudo-sunlight irradiation (AM1.5, 100 mW / cm 2 ) is as follows: open-circuit voltage = 0.85V, short-circuit current density 3.9 mA / cm 2 , form factor = 0.60, The conversion efficiency = 1.99% was excellent.

Figure 2011065751
Figure 2011065751

N719を、Chem.Commun.,3036(2003)に記載の方法に従って合成した上記化合物(3)に代えた以外は実施例1と同様にして素子を作製し、光電変換特性を測定した。
その結果、開放電圧=0.80V、短絡電流密度4.2mA/cm、形状因子=0.60、変換効率=2.02%という優れた特性を示した。
A device was prepared in the same manner as in Example 1 except that N719 was replaced with the compound (3) synthesized according to the method described in Chem. Commun., 3036 (2003), and the photoelectric conversion characteristics were measured.
As a result, it showed excellent characteristics of an open circuit voltage = 0.80 V, a short circuit current density of 4.2 mA / cm 2 , a form factor = 0.60, and a conversion efficiency = 2.02%.

トリフルオロメタンスルホニルイミドリチウム(27mM)を、1−メチル−3−エチルイミダゾリウムビス(トリフルオロメチル)スルホニルイミド(27mM)に代えた以外は実施例1と同様にして素子を作製し、光電変換特性を測定した。
その結果、開放電圧=0.82V、短絡電流密度3.6mA/cm、形状因子=0.59、変換効率=1.74%という優れた特性を示した。
A device was produced in the same manner as in Example 1 except that trifluoromethanesulfonylimide lithium (27 mM) was replaced with 1-methyl-3-ethylimidazolium bis (trifluoromethyl) sulfonylimide (27 mM), and photoelectric conversion characteristics were obtained. Was measured.
As a result, the excellent characteristics of an open circuit voltage = 0.82 V, a short circuit current density of 3.6 mA / cm 2 , a form factor = 0.59, and a conversion efficiency = 1.74% were exhibited.

Figure 2011065751
Figure 2011065751

化合物(2)を上記化合物(4)に代えた以外は実施例1と同様にして素子を作製し、光電変換特性を測定した。
その結果、開放電圧=0.83V、短絡電流密度3.8mA/cm、形状因子=0.59、変換効率=1.86%という優れた特性を示した。
A device was prepared in the same manner as in Example 1 except that the compound (2) was replaced with the compound (4), and the photoelectric conversion characteristics were measured.
As a result, excellent characteristics of an open circuit voltage = 0.83 V, a short circuit current density of 3.8 mA / cm 2 , a form factor = 0.59, and a conversion efficiency = 1.86% were exhibited.

Figure 2011065751
Figure 2011065751

化合物(1)を上記化合物(5)に代えた以外は実施例1と同様にして素子を作製し、光電変換特性を測定した。
その結果、開放電圧=0.83V、短絡電流密度4.2mA/cm、形状因子=0.59、変換効率=2.06%という優れた特性を示した。
A device was prepared in the same manner as in Example 1 except that the compound (1) was replaced with the compound (5), and the photoelectric conversion characteristics were measured.
As a result, the excellent characteristics of an open circuit voltage = 0.83 V, a short circuit current density of 4.2 mA / cm 2 , a form factor = 0.59, and a conversion efficiency = 2.06% were exhibited.

Figure 2011065751
Figure 2011065751

化合物(1)を上記化合物(6)に代えた以外は実施例1と同様にして素子を作製し、光電変換特性を測定した。
その結果、開放電圧=0.78V、短絡電流密度3.9mA/cm、形状因子=0.59、変換効率=1.79%という優れた特性を示した。
A device was prepared in the same manner as in Example 1 except that the compound (1) was replaced with the compound (6), and the photoelectric conversion characteristics were measured.
As a result, excellent characteristics of an open circuit voltage = 0.78 V, a short circuit current density of 3.9 mA / cm 2 , a form factor = 0.59, and a conversion efficiency = 1.79% were exhibited.

酸化モリブデンを酸化タングステンに代えた以外は実施例1と同様にして素子を作製し、光電変換特性を測定した。
その結果、開放電圧=0.75V、短絡電流密度3.8mA/cm、形状因子=0.61、変換効率=1.74%という優れた特性を示した。
A device was prepared in the same manner as in Example 1 except that molybdenum oxide was replaced with tungsten oxide, and the photoelectric conversion characteristics were measured.
As a result, excellent characteristics of an open circuit voltage = 0.75 V, a short circuit current density of 3.8 mA / cm 2 , a form factor = 0.61, and a conversion efficiency = 1.74% were exhibited.

酸化モリブデンを酸化バナジウムに代えた以外は実施例1と同様にして素子を作製し、光電変換特性を測定した。
その結果、開放電圧=0.78V、短絡電流密度3.5mA/cm、形状因子=0.61、変換効率=1.67%という優れた特性を示した。
A device was prepared in the same manner as in Example 1 except that molybdenum oxide was replaced with vanadium oxide, and photoelectric conversion characteristics were measured.
As a result, excellent characteristics of an open circuit voltage = 0.78 V, a short circuit current density of 3.5 mA / cm 2 , a form factor = 0.61, and a conversion efficiency = 1.67% were exhibited.

実施例1における化合物(1)のクロロベンゼン溶液に、ヘキサクロロアンチモン酸トリス(4−ブロモフェニル)アミニウム(0.2mM)を加えた以外は実施例1と同様にして素子を作製し、光電変換特性を測定した。
その結果、開放電圧=0.74V、短絡電流密度4.8mA/cm、形状因子=0.58、変換効率=2.06%という優れた特性を示した。
A device was prepared in the same manner as in Example 1 except that tris (4-bromophenyl) aminium hexachloroantimonate (0.2 mM) was added to the chlorobenzene solution of the compound (1) in Example 1, and the photoelectric conversion characteristics were obtained. It was measured.
As a result, excellent characteristics of an open circuit voltage = 0.74 V, a short circuit current density of 4.8 mA / cm 2 , a form factor = 0.58, and a conversion efficiency = 2.06% were exhibited.

ヘキサクロロアンチモン酸トリス(4−ブロモフェニル)アミニウムを、ヘキサフルオロアンチモネート銀に代えた以外は実施例9と同様にして素子を作製し、光電変換特性を測定した。
その結果、開放電圧=0.76V、短絡電流密度4.7mA/cm、形状因子=0.58、変換効率=2.07%という優れた特性を示した。
An element was prepared in the same manner as in Example 9 except that tris (4-bromophenyl) aminium hexachloroantimonate was replaced with silver hexafluoroantimonate, and photoelectric conversion characteristics were measured.
As a result, excellent characteristics of an open circuit voltage = 0.76 V, a short circuit current density of 4.7 mA / cm 2 , a form factor = 0.58, and a conversion efficiency = 2.07% were exhibited.

実施例3における化合物(1)のクロロベンゼン溶液に、ヨウ素(2.5mM)を加えた以外は実施例1と同様にして素子を作製し、光電変換特性を測定した。
その結果、開放電圧=0.81V、短絡電流密度4.4mA/cm、形状因子=0.58、変換効率=2.07%という優れた特性を示した。
A device was prepared in the same manner as in Example 1 except that iodine (2.5 mM) was added to the chlorobenzene solution of the compound (1) in Example 3, and the photoelectric conversion characteristics were measured.
As a result, it showed excellent characteristics of an open circuit voltage = 0.81 V, a short-circuit current density of 4.4 mA / cm 2 , a form factor = 0.58, and a conversion efficiency = 2.07%.

実施例11における銀(50nm)を、金(50nm)に代えた以外は実施例11と同様にして素子を作製し、光電変換特性を測定した。
その結果、開放電圧=0.83V、短絡電流密度4.3mA/cm、形状因子=0.59、変換効率=2.11%という優れた特性を示した。
An element was produced in the same manner as in Example 11 except that silver (50 nm) in Example 11 was replaced with gold (50 nm), and photoelectric conversion characteristics were measured.
As a result, excellent characteristics of an open circuit voltage = 0.83 V, a short-circuit current density of 4.3 mA / cm 2 , a form factor = 0.59, and a conversion efficiency = 2.11% were exhibited.

酸化モリブデン(5.0nm)を設けなかった以外は実施例1と同様にして素子を作製し、光電変換特性を測定した。
その結果、開放電圧=0.86V、短絡電流密度3.4mA/cm、形状因子=0.59、変換効率=1.73%という優れた特性を示した。
A device was prepared in the same manner as in Example 1 except that molybdenum oxide (5.0 nm) was not provided, and the photoelectric conversion characteristics were measured.
As a result, it showed excellent characteristics of an open circuit voltage = 0.86 V, a short circuit current density of 3.4 mA / cm 2 , a form factor = 0.59, and a conversion efficiency = 1.73%.

Figure 2011065751
Figure 2011065751

化合物(1)を上記化合物(7)に代えた以外は実施例4同様にして素子を作製し、光電変換特性を測定した。
その結果、開放電圧=0.80V、短絡電流密度3.6mA/cm、形状因子=0.59、変換効率=1.70%という優れた特性を示した。
A device was prepared in the same manner as in Example 4 except that the compound (1) was replaced with the compound (7), and the photoelectric conversion characteristics were measured.
As a result, the excellent characteristics of an open circuit voltage = 0.80 V, a short circuit current density of 3.6 mA / cm 2 , a form factor = 0.59, and a conversion efficiency = 1.70% were exhibited.

化合物(1)を、ポリ(3−n−ヘキシルチオフェン)に代えた以外は実施例1と同様にして素子を作製し、光電変換特性を測定した。
その結果、開放電圧=0.82V、短絡電流密度4.3mA/cm、形状因子=0.60、変換効率=2.12%という優れた特性を示した。
A device was prepared in the same manner as in Example 1 except that the compound (1) was replaced with poly (3-n-hexylthiophene), and the photoelectric conversion characteristics were measured.
As a result, it showed excellent characteristics of an open circuit voltage = 0.82 V, a short circuit current density of 4.3 mA / cm 2 , a form factor = 0.60, and a conversion efficiency = 2.12%.

<比較例1>
実施例1における化合物(2)からなるホール輸送層を設けなかった以外は実施例1と同様にして素子を作製した。
得られた素子を実施例1と同様にして光電変換特性を測定したところ、開放電圧=0.57V、短絡電流密度2.4mA/cm、形状因子=0.44、変換効率=0.62%という結果であり、本発明に比較して低い特性であった。
<Comparative Example 1>
A device was produced in the same manner as in Example 1 except that the hole transport layer comprising the compound (2) in Example 1 was not provided.
When the photoelectric conversion characteristics of the obtained device were measured in the same manner as in Example 1, the open circuit voltage = 0.57 V, the short-circuit current density 2.4 mA / cm 2 , the form factor = 0.44, and the conversion efficiency = 0.62. %, Which is a characteristic lower than that of the present invention.

<比較例2>
実施例5における化合物(2)からなるホール輸送層を設けなかった以外は実施例1と同様にして素子を作製した。
得られた素子を実施例1と同様にして光電変換特性を測定したところ、開放電圧=0.55V、短絡電流密度2.2mA/cm、形状因子=0.47、変換効率=0.57%という結果であり、本発明に比較して低い特性であった。
<Comparative Example 2>
A device was produced in the same manner as in Example 1 except that the hole transport layer comprising the compound (2) in Example 5 was not provided.
When the photoelectric conversion characteristics of the obtained device were measured in the same manner as in Example 1, the open circuit voltage = 0.55 V, the short-circuit current density 2.2 mA / cm 2 , the form factor = 0.47, and the conversion efficiency = 0.57. %, Which is a characteristic lower than that of the present invention.

以上明らかなように、本発明の光電変換素子は、実施例1〜15で分かるように高分子からなるホール輸送層を設けることで高い効率を示すことがわかる。
実施例9、10に示されるように、ホール輸送材へ金属化合物を添加するとより高い効率が得られ、実施例3、4、11、12に示されるように、リチウム化合物の代わりにイオン液体を用いても高い効率を示すことがわかる。
また実施例13に示すように、ホール輸送層の上に金属酸化物層を挿入しなくとも高い変換効率を示すが、挿入することでより高い効率を得られる。
As apparent from the above, it can be seen that the photoelectric conversion element of the present invention exhibits high efficiency by providing a hole transport layer made of a polymer, as can be seen in Examples 1-15.
As shown in Examples 9 and 10, higher efficiency was obtained when a metal compound was added to the hole transport material, and an ionic liquid was used instead of the lithium compound as shown in Examples 3, 4, 11, and 12. It can be seen that even when used, it shows high efficiency.
Moreover, as shown in Example 13, although high conversion efficiency is shown even if a metal oxide layer is not inserted on the hole transport layer, higher efficiency can be obtained by insertion.

特許第2664194号Japanese Patent No. 2664194 特開平11−144773号公報Japanese Patent Laid-Open No. 11-144773 特開2000−106223号公報JP 2000-106223 A

Nature, 353 (1991) 737Nature, 353 (1991) 737 J. Am. Chem. Soc., 115 (1993) 6382J. Am. Chem. Soc., 115 (1993) 6382 Semicond. Sci. Technol., 10 (1995) 1689Semicond. Sci. Technol., 10 (1995) 1689 Electrochemistry, 70 (2002) 432Electrochemistry, 70 (2002) 432 Synthetic Metals, 89 (1997) 215Synthetic Metals, 89 (1997) 215 Nature, 398 (1998) 583Nature, 398 (1998) 583 Chem. Lett., (1997) 471Chem. Lett., (1997) 471

Claims (9)

電子輸送性化合物が被覆された第一電極と、前記第一電極の電子輸送性化合物と対峙する第二の電極と、前記第一電極の電子輸送性化合物と前記第二の電極との間にホール輸送性材料からなるホール輸送層を具備した光電変換素子において、ホール輸送層が分子量の異なる化合物で積層されており、第二電極側に近いホール輸送材料が高分子であることを特徴とする光電変換素子。   A first electrode coated with an electron transporting compound; a second electrode facing the electron transporting compound of the first electrode; and between the electron transporting compound of the first electrode and the second electrode In a photoelectric conversion element having a hole transport layer made of a hole transport material, the hole transport layer is laminated with compounds having different molecular weights, and the hole transport material close to the second electrode side is a polymer. Photoelectric conversion element. 前期電子輸送性化合物が、光増感剤で被覆されていることを特徴とする請求項1に記載の光電変換素子。   The photoelectric conversion element according to claim 1, wherein the electron transporting compound is coated with a photosensitizer. ホール輸送層と第二電極の間に金属酸化物が存在することを特徴とする請求項1又は2に記載の光電変換素子。   The photoelectric conversion element according to claim 1, wherein a metal oxide is present between the hole transport layer and the second electrode. 前記金属酸化物層が、酸化モリブデンを含有することを特徴とする請求項3に記載の光電変換素子。   The photoelectric conversion element according to claim 3, wherein the metal oxide layer contains molybdenum oxide. 前記ホール輸送層に、金属化合物あるいはイオン液体の少なくとも何れか一方を含有することを特徴とする請求項1乃至4のいずれかに記載の光電変換素子。   5. The photoelectric conversion element according to claim 1, wherein the hole transport layer contains at least one of a metal compound and an ionic liquid. 金属化合物がハロゲン化金属、チオシアン化金属、アミド化金属の何れか1種以上であることを特徴とする請求項5に記載の光電変換素子。   6. The photoelectric conversion element according to claim 5, wherein the metal compound is at least one of a metal halide, a metal thiocyanide, and an amidated metal. イオン液体が、イミダゾリニウム化合物であることを特徴とする請求項6に記載の光電変換素子。   The photoelectric conversion element according to claim 6, wherein the ionic liquid is an imidazolinium compound. 前記電子輸送性化合物が、n型酸化物半導体であることを特徴とする請求項1乃至7のいずれかに記載の光電変換素子。   The photoelectric conversion element according to claim 1, wherein the electron transporting compound is an n-type oxide semiconductor. 前記酸化物半導体が、酸化チタン、酸化亜鉛、酸化スズ、酸化ニオブの少なくとも1種以上から選ばれたことを特徴とする請求項8に記載の光電変換素子。   The photoelectric conversion element according to claim 8, wherein the oxide semiconductor is selected from at least one of titanium oxide, zinc oxide, tin oxide, and niobium oxide.
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