JP2011181286A - Dye-sensitized solar cell - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a dye-sensitized solar cell having improved optical absorption and photoelectric conversion characteristics. <P>SOLUTION: In the dye-sensitized solar cell, a dye supporting metal oxide electrode includes a sensitizing dye represented by general formula (1). In the formula (1), R1 and R2 are independently hydrogen atoms, terminal aryl groups, terminal alkyl groups, or terminal alkoxy groups, at least one of the R1 and R2 is the terminal aryl group, terminal alkyl group, or terminal alkoxy group, the R1 and R2 can be bonded to each other to form a ring. R3, R4 are independently anchor groups or alkyl groups, and at least one of them is the anchor group. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、複数種の増感色素を用いた色素増感型太陽電池に関する。   The present invention relates to a dye-sensitized solar cell using a plurality of sensitizing dyes.

近年、色素増感型太陽電池は、有機系太陽電池の中では高い光電変換効率を持ち、また、低価格で製造できるため、注目されている。色素増感型太陽電池の主な構成要素は、多孔質の金属酸化物半導体(金属酸化物層)、この金属酸化物半導体に担持された増感色素、電解質、及び、対向電極の4点である。   In recent years, dye-sensitized solar cells have attracted attention because they have high photoelectric conversion efficiency among organic solar cells and can be manufactured at low cost. The main components of the dye-sensitized solar cell are a porous metal oxide semiconductor (metal oxide layer), a sensitizing dye supported on the metal oxide semiconductor, an electrolyte, and a counter electrode. is there.

かかる色素増感型太陽電池の技術分野においては、従来、光電変換特性のさらなる向上を目的として、増感色素の設計変更を行うことにより光吸収率を高める試みがなされている。しかしながら、各々の増感色素が吸収できる波長領域は限られているため、増感色素の光吸収率の向上にはおのずと限界がある。   In the technical field of such dye-sensitized solar cells, attempts have been made to increase the light absorption rate by changing the design of the sensitizing dye for the purpose of further improving the photoelectric conversion characteristics. However, since the wavelength region in which each sensitizing dye can be absorbed is limited, there is a natural limit to improving the light absorption rate of the sensitizing dye.

そのため、特許文献1〜3には、吸収波長特性が互いに異なる複数種の増感色素を混合して用いることにより、光エネルギーの収集効率を高める試みがなされている。   Therefore, Patent Documents 1 to 3 attempt to increase the collection efficiency of light energy by using a mixture of a plurality of sensitizing dyes having different absorption wavelength characteristics.

特開2009−032547号公報JP 2009-032547 A 特開2007−234580号公報JP 2007-234580 A

Applied Physics Letters 94, 073308 (2009)Applied Physics Letters 94, 073308 (2009)

しかしながら、上記従来技術のように複数種の増感色素を混合して用いても、光エネルギーの収集効率を高めることが容易ではなく、実際には、色素増感型太陽電池の光電変換効率が低下する場合がほとんどであった。これは、複数種の増感色素の吸着状態や、増感色素間での電子移動等によって、量子収率が著しく低下するためと考えられる。そのため、光エネルギーの収集効率を高めるために複数種の増感色素を併用するにあたり、実用に耐え得る増感色素の組み合わせとその製造方法の確立が求められていた。   However, even if a plurality of types of sensitizing dyes are mixed and used as in the prior art, it is not easy to increase the collection efficiency of light energy. In fact, the photoelectric conversion efficiency of the dye-sensitized solar cell is not improved. In most cases, it decreased. This is presumably because the quantum yield is remarkably lowered by the adsorption state of plural kinds of sensitizing dyes, electron transfer between sensitizing dyes, and the like. Therefore, in order to increase the collection efficiency of light energy, in combination with a plurality of types of sensitizing dyes, it has been required to establish a combination of sensitizing dyes that can withstand practical use and a method for producing the same.

本発明は、かかる実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、光吸収率及び光電変換特性が高められた色素増感型太陽電池を提供することにある。また、本発明の他の目的は、複数種の増感色素が最適化した状態で金属酸化物層に担持(吸着)された作用電極を備える色素増感型太陽電池を提供することにある。   This invention is made | formed in view of this situation, The objective is to provide the dye-sensitized solar cell with which the light absorption rate and the photoelectric conversion characteristic were improved. Another object of the present invention is to provide a dye-sensitized solar cell including a working electrode supported (adsorbed) on a metal oxide layer in a state where a plurality of kinds of sensitizing dyes are optimized.

本発明者らは、鋭意研究を重ねた結果、化学構造と分光感度特性(IPCE)において波長感度領域の異なる複数種の増感色素を併用することにより、光吸収率及び光電変換特性が高められた色素増感型太陽電池が得られることを見出し、また、それらの増感色素が金属酸化物層に担持(吸着)された最適な条件を見出し、本発明を完成するに至った。   As a result of intensive studies, the inventors have improved light absorption and photoelectric conversion characteristics by using a plurality of sensitizing dyes having different wavelength sensitivity regions in chemical structure and spectral sensitivity characteristics (IPCE). In addition, the inventors have found that a dye-sensitized solar cell can be obtained, and have found the optimum conditions in which these sensitizing dyes are supported (adsorbed) on the metal oxide layer, thereby completing the present invention.

すなわち、本発明は、以下<1>〜<5>を提供する。
<1> 色素が金属酸化物層に担持された色素担持金属酸化電極を有する作用電極を備える色素増感型太陽電池であって、
前記色素担持金属酸化電極は、下記一般式(1)及び(2):
(式(1)中、R1及びR2は、それぞれ独立して、水素原子、末端アリール基、末端アルキル基、又は、末端アルコキシ基であり、R1及びR2の少なくとも一方は、末端アリール基、末端アルキル基、又は、末端アルコキシ基である。また、R1及びR2が結合して環を形成していてもよい。R3及びR4は、それぞれ独立して、アンカー基又はアルキル基であり、少なくとも1つはアンカー基である。)
(式(2)中、R5〜R8は、それぞれ独立して炭素数4〜20の直鎖状アルキル基であり、各々が同一であっても異なっていてもよく、R9及びR10は、それぞれ独立して、アルキル基又はアルコキシ基であり、各々が同一であっても異なっていてもよい。R11は、水素原子、アルキル基、ハロゲン元素、シアノ基のいずれかである。)
で表される増感色素を含むことを特徴とする、
色素増感型太陽電池。
<2> 前記色素担持金属酸化電極は、紫外可視吸収スペクトル測定において、前記一般式(2)で表される増感色素に由来する光吸収ピークの吸収極大強度が、前記一般式(2)で表される増感色素を前記金属酸化物層に単独で担持させた場合の前記一般式(2)で表される増感色素に由来する光吸収ピークの吸収極大強度に対して、50%以上90%未満の範囲内にある、
上記<1>に記載の色素増感型太陽電池。
<3> 前記金属酸化物層が、実質的に酸化亜鉛からなる層である、
上記<1>又<2>に記載の色素増感型太陽電池。
<4> 前記一般式(1)で表される増感色素が、下記一般式(3):
で表される増感色素であり、
前記一般式(2)で表される増感色素が、下記一般式(4):
で表される増感色素である、
上記<1>〜<3>のいずれか一項に記載の色素増感型太陽電池。
<5> さらに、前記作用電極の前記色素担持金属酸化電極と対向するように配設された対向電極と、前記作用電極及び前記対向電極の間に設けられた電解質と、を備える、
上記<1>〜<4>のいずれか一項に記載の色素増感型太陽電池。
That is, the present invention provides the following <1> to <5>.
<1> A dye-sensitized solar cell including a working electrode having a dye-supported metal oxide electrode in which a dye is supported on a metal oxide layer,
The dye-supported metal oxide electrode has the following general formulas (1) and (2):
(In Formula (1), R1 and R2 are each independently a hydrogen atom, a terminal aryl group, a terminal alkyl group, or a terminal alkoxy group, and at least one of R1 and R2 is a terminal aryl group, a terminal alkyl group. R1 and R2 may be bonded to form a ring, and R3 and R4 are each independently an anchor group or an alkyl group, and at least one of them is a group or a terminal alkoxy group. Anchor group.)
(In Formula (2), R5 to R8 are each independently a linear alkyl group having 4 to 20 carbon atoms, and each may be the same or different, and R9 and R10 are each independent. And each of them may be the same or different, and R 11 is any one of a hydrogen atom, an alkyl group, a halogen element, and a cyano group.)
Comprising a sensitizing dye represented by:
Dye-sensitized solar cell.
<2> In the ultraviolet-visible absorption spectrum measurement, the dye-supported metal oxide electrode has an absorption maximum intensity of a light absorption peak derived from the sensitizing dye represented by the general formula (2) according to the general formula (2). 50% or more with respect to the absorption maximum intensity of the light absorption peak derived from the sensitizing dye represented by the general formula (2) when the sensitizing dye represented on the metal oxide layer is supported alone. In the range of less than 90%,
The dye-sensitized solar cell according to <1> above.
<3> The metal oxide layer is a layer substantially made of zinc oxide.
The dye-sensitized solar cell according to <1> or <2> above.
<4> The sensitizing dye represented by the general formula (1) is represented by the following general formula (3):
A sensitizing dye represented by
The sensitizing dye represented by the general formula (2) is represented by the following general formula (4):
Is a sensitizing dye represented by
The dye-sensitized solar cell according to any one of <1> to <3> above.
<5> Further, a counter electrode disposed so as to face the dye-supported metal oxide electrode of the working electrode, and an electrolyte provided between the working electrode and the counter electrode,
The dye-sensitized solar cell according to any one of <1> to <4> above.

本発明によれば、光吸収率及び光電変換特性が高められた色素増感型太陽電池が実現される。また、限定された組み合わせの複数種の増感色素が、最適な吸着状態で金属酸化物層に担持(吸着)された作用電極を備える色素増感型太陽電池が実現される。したがって、増感色素を過剰に担持(吸着)させることによる光吸収率及び光電変換特性の低下を抑制することができる。また、増感色素の使用量が適切なので高コスト化が抑制される。   According to the present invention, a dye-sensitized solar cell with improved light absorption rate and photoelectric conversion characteristics is realized. In addition, a dye-sensitized solar cell including a working electrode in which a limited combination of a plurality of types of sensitizing dyes are supported (adsorbed) on a metal oxide layer in an optimal adsorption state is realized. Accordingly, it is possible to suppress a decrease in light absorption rate and photoelectric conversion characteristics due to excessive loading (adsorption) of the sensitizing dye. Moreover, since the usage-amount of a sensitizing dye is appropriate, cost increase is suppressed.

色素増感型太陽電池100の概略構成を示す断面図である。1 is a cross-sectional view showing a schematic configuration of a dye-sensitized solar cell 100. FIG. 実施例1〜実施例3及び比較例1〜2の色素増感型太陽電池の色素担持金属酸化物電極の紫外可視吸収スペクトル測定である。It is an ultraviolet-visible absorption spectrum measurement of the pigment | dye carrying | support metal oxide electrode of the dye-sensitized solar cell of Example 1- Example 3 and Comparative Examples 1-2. 実施例1、比較例1及び参考例の色素増感型太陽電池の分光感度特性である。It is a spectral sensitivity characteristic of the dye-sensitized solar cell of Example 1, Comparative Example 1, and Reference Example.

以下、本発明の実施の形態について説明する。なお、同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。また、上下左右等の位置関係は、特に断らない限り、図面に示す位置関係に基づくものとする。さらに、図面の寸法比率は、図示の比率に限定されるものではない。また、以下の実施の形態は、本発明を説明するための例示であり、本発明はその実施の形態のみに限定されない。   Embodiments of the present invention will be described below. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the same element and the overlapping description is abbreviate | omitted. Further, the positional relationship such as up, down, left and right is based on the positional relationship shown in the drawings unless otherwise specified. Furthermore, the dimensional ratios in the drawings are not limited to the illustrated ratios. The following embodiments are examples for explaining the present invention, and the present invention is not limited only to the embodiments.

図1は、本実施形態の色素増感型太陽電池の概略構成を示す断面図である。
色素増感型太陽電池100は、作用電極11と、対向電極21と、これら作用電極11及び対向電極21の間に設けられた電解質31とを備える。作用電極11及び対向電極21のうち少なくとも一方は、光透過性を有する電極となっている。作用電極11と対向電極21とは、スペーサ41を介して対向配置され、これら作用電極11、対向電極21及びスペーサ41並びに図示しない封止部材によって画成される封止空間内に電解質31が封入されている。
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a schematic configuration of the dye-sensitized solar cell of the present embodiment.
The dye-sensitized solar cell 100 includes a working electrode 11, a counter electrode 21, and an electrolyte 31 provided between the working electrode 11 and the counter electrode 21. At least one of the working electrode 11 and the counter electrode 21 is an electrode having optical transparency. The working electrode 11 and the counter electrode 21 are arranged to face each other via a spacer 41, and an electrolyte 31 is enclosed in a sealing space defined by the working electrode 11, the counter electrode 21, the spacer 41, and a sealing member (not shown). Has been.

作用電極11は、外部回路に対して、負極として機能する。作用電極11は、基体12の導電性表面12a上に金属酸化物を含有する多孔性の金属酸化物層13を備え、その金属酸化物層13に増感色素が担持(吸着)されることにより、色素担持金属酸化物電極14が形成されたものである。換言すれば、本実施形態の作用電極11は、増感色素が金属酸化物層13の金属酸化物表面に担持(吸着)された複合構造体が、基体12の導電性表面12a上に積層された構成(色素担持金属酸化物電極14)となっている。   The working electrode 11 functions as a negative electrode for the external circuit. The working electrode 11 includes a porous metal oxide layer 13 containing a metal oxide on the conductive surface 12 a of the base 12, and a sensitizing dye is supported (adsorbed) on the metal oxide layer 13. A dye-supported metal oxide electrode 14 is formed. In other words, the working electrode 11 of the present embodiment has a composite structure in which a sensitizing dye is supported (adsorbed) on the metal oxide surface of the metal oxide layer 13 laminated on the conductive surface 12a of the substrate 12. (Dye-supported metal oxide electrode 14).

基体12としては、少なくとも金属酸化物層13を支持可能なものであればその種類や寸法形状は特に制限されず、例えば、板状或いはシート状の物が好適に用いられる。その具体例としては、例えば、ガラス基板、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、テトラアセチルセルロース(TAC)、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリエチレンナフタレート(PEN)、シンジオタクチックポリスチレン(SPS)、ポリフェニレンスルフィド(PPS)、ポリカーボネート(PC)、ポリアリレート(PAR)、ポリスルフォン(PSF)、ポリエステルスルフォン(PES)、ポリエーテルイミド(PEI)、環状ポリオレフィンあるいはブロム化フェノキシ等のプラスチック基板、金属基板或いは合金基板、セラミックス基板又はこれらの積層体等が挙げられる。また、基体12は、透光性を有することが好ましく、可視光領域における透光性に優れるものがより好ましい。さらに、基体12は、可撓性を有することが好ましい。この場合、その可撓性を生かした種々の形態の構造物を提供できる。   The type and size of the substrate 12 are not particularly limited as long as at least the metal oxide layer 13 can be supported. For example, a plate-like or sheet-like material is preferably used. Specific examples thereof include glass substrates, polyethylene, polypropylene, polystyrene, tetraacetylcellulose (TAC), polyethylene terephthalate (PET), polyethylene naphthalate (PEN), syndiotactic polystyrene (SPS), and polyphenylene sulfide (PPS). , Polycarbonate (PC), polyarylate (PAR), polysulfone (PSF), polyester sulfone (PES), polyetherimide (PEI), cyclic polyolefin or brominated phenoxy plastic substrate, metal substrate or alloy substrate, ceramic substrate Or these laminated bodies etc. are mentioned. Moreover, it is preferable that the base | substrate 12 has translucency, and the thing excellent in the translucency in visible region is more preferable. Further, the base 12 is preferably flexible. In this case, it is possible to provide various types of structures utilizing the flexibility.

導電性表面12aは、例えば、導電性PETフィルムのように基体12上に透明導電膜を形成する等して、基体12に付与することができる。また、導電性を有する基体12を用いることで、基体12に導電性表面12aを付与する処理を省略することができる。透明導電膜の具体例としては、例えば、金(Au)、銀(Ag)あるいは白金(Pt)などを含む金属薄膜や、導電性高分子などで形成されたものの他、インジウム−スズ酸化物(ITO)、インジウム−亜鉛酸化物(IZO)、SnO2、InO3の他、SnO2にフッ素をドープしたFTO(F−SnO2)等が挙げられるが、これらに特に限定されない。これらは、各々を単独で用いても、複数を組み合わせて用いてもよい。透明導電膜の形成方法は、特に限定されず、例えば、蒸着法、CVD法、スプレー法、スピンコート法、或いは浸漬法等、公知の手法を適用できる。また、透明導電膜の膜厚は、適宜設定可能である。なお、基体12の導電性表面12aは、必要に応じて、適宜の表面改質処理が施されていてもよい。その具体的としては、例えば、界面活性剤、有機溶剤又はアルカリ性水溶液等による脱脂処理、機械的研磨処理、水溶液への浸漬処理、電解液による予備電解処理、水洗処理、乾燥処理等公知の表面処理が挙げられるが、これらに特に限定されない。 The conductive surface 12a can be applied to the base 12 by, for example, forming a transparent conductive film on the base 12 like a conductive PET film. Moreover, the process which provides the electroconductive surface 12a to the base | substrate 12 can be skipped by using the base | substrate 12 which has electroconductivity. Specific examples of the transparent conductive film include, for example, a metal thin film containing gold (Au), silver (Ag), platinum (Pt), or the like, or a conductive polymer, indium-tin oxide ( ITO), indium - zinc oxide (IZO), other SnO 2, InO 3, although FTO fluorine-doped SnO 2 (F-SnO 2), and the like, not particularly limited thereto. These may be used alone or in combination. The formation method of a transparent conductive film is not specifically limited, For example, well-known methods, such as a vapor deposition method, CVD method, a spray method, a spin coat method, or an immersion method, are applicable. Moreover, the film thickness of a transparent conductive film can be set suitably. The conductive surface 12a of the substrate 12 may be subjected to appropriate surface modification treatment as necessary. Specifically, for example, a known surface treatment such as a degreasing treatment with a surfactant, an organic solvent or an alkaline aqueous solution, a mechanical polishing treatment, an immersion treatment in an aqueous solution, a preliminary electrolytic treatment with an electrolytic solution, a water washing treatment, a drying treatment, etc. However, it is not particularly limited to these.

金属酸化物層13は、増感色素を担持する担持体である。金属酸化物層13は、一般的には、空隙が多く、表面積の大きな多孔質構造を有しているものが用いられ、緻密で空隙の少ないものであることが好ましく、膜状であることがより好ましい。特に、金属酸化物層13は、多孔質の微粒子が付着している構造であることがより好ましい。   The metal oxide layer 13 is a carrier that carries a sensitizing dye. The metal oxide layer 13 generally has a porous structure with many voids and a large surface area, and is preferably dense and has few voids, and preferably has a film shape. More preferred. In particular, the metal oxide layer 13 preferably has a structure in which porous fine particles are attached.

本実施形態の金属酸化物層13は、酸化チタン、酸化亜鉛、酸化スズ、酸化ニオブ、酸化インジウム、酸化ジルコニウム、酸化タンタル、酸化バナジウム、酸化イットリウム、酸化アルミニウム又は酸化マグネシウム等の金属酸化物を主成分とする多孔性の半導体層である。これらの金属酸化物は、1種のみを単独で用いても、2種以上を複合(混合、混晶、固溶体など)して用いてもよい。高い光電変換効率を得る観点から、金属酸化物層13は、実質的に酸化亜鉛からなる層であることが好ましい。ここで、「実質的に酸化亜鉛からなる」とは、酸化亜鉛を95wt%以上含むことを意味する。なお、金属酸化物層13は、チタン、スズ、亜鉛、鉄、タングステン、ジルコニウム、ストロンチウム、インジウム、セリウム、バナジウム、ニオブ、タンタル、カドミウム、鉛、アンチモン、ビスマス等の金属、これらの金属酸化物及びこれらの金属カルコゲニドを含んでいてもよい。なお、金属酸化物層13の厚みは、特に限定されないが、0.05〜50μmであることが好ましい。   The metal oxide layer 13 of this embodiment is mainly composed of a metal oxide such as titanium oxide, zinc oxide, tin oxide, niobium oxide, indium oxide, zirconium oxide, tantalum oxide, vanadium oxide, yttrium oxide, aluminum oxide, or magnesium oxide. It is a porous semiconductor layer as a component. These metal oxides may be used alone or in combination of two or more (mixed, mixed crystal, solid solution, etc.). From the viewpoint of obtaining high photoelectric conversion efficiency, the metal oxide layer 13 is preferably a layer substantially made of zinc oxide. Here, “consisting essentially of zinc oxide” means containing 95 wt% or more of zinc oxide. The metal oxide layer 13 is made of a metal such as titanium, tin, zinc, iron, tungsten, zirconium, strontium, indium, cerium, vanadium, niobium, tantalum, cadmium, lead, antimony, bismuth, these metal oxides and These metal chalcogenides may be included. In addition, although the thickness of the metal oxide layer 13 is not specifically limited, It is preferable that it is 0.05-50 micrometers.

金属酸化物層13の形成方法としては、例えば、金属酸化物の分散液を基体12の導電性表面12a上に付与した後に乾燥する方法、金属酸化物の分散液を基体12の導電性表面12a上に付与した後に高温焼結する方法、金属酸化物のペーストを基体12の導電性表面12a上に付与した後に50〜150℃程度の低温処理を行う方法の他、金属塩を含有する電解液から基体12の導電性表面12a上にカソード電析させる方法等が挙げられるが、これらに特に限定されない。ここで、高温焼結を必要としない方法を採用すると、基体12として耐熱性が低いプラスチック材料を用いることができる。   As a method for forming the metal oxide layer 13, for example, a method in which a metal oxide dispersion is applied to the conductive surface 12 a of the substrate 12 and then dried, or a metal oxide dispersion is applied to the conductive surface 12 a of the substrate 12. An electrolytic solution containing a metal salt in addition to a method of high-temperature sintering after being applied on top, a method of performing a low-temperature treatment at about 50 to 150 ° C. after applying a metal oxide paste onto the conductive surface 12a of the substrate 12 The method of carrying out cathode electrodeposition on the conductive surface 12a of the substrate 12 is not particularly limited. Here, if a method that does not require high-temperature sintering is employed, a plastic material having low heat resistance can be used as the substrate 12.

金属酸化物層13には、光を吸収して励起されることにより電子を金属酸化物へ注入することが可能な、増感色素が担持(吸着)されている。   The metal oxide layer 13 carries (adsorbs) a sensitizing dye capable of injecting electrons into the metal oxide by being excited by absorbing light.

本実施形態において、金属酸化物層13に担持される増感色素としては、下記一般式(1)で表されるものが必須とされる。かかる構成の増感色素は、嵩高い立体構造を有するにも関わらず、金属酸化物層13の金属酸化物表面への吸着性に優れるのみならず、金属酸化物への電子注入効率に優れる。これにより、下記一般式(1)で表される増感色素は、主に、光電変換効率の向上に寄与すると考えられる。   In the present embodiment, as the sensitizing dye supported on the metal oxide layer 13, one represented by the following general formula (1) is essential. Although the sensitizing dye having such a structure has a bulky steric structure, it not only has excellent adsorptivity to the metal oxide surface of the metal oxide layer 13, but also has excellent electron injection efficiency into the metal oxide. Thereby, it is thought that the sensitizing dye represented by the following general formula (1) mainly contributes to the improvement of photoelectric conversion efficiency.

(式(1)中、R1及びR2は、それぞれ独立して、水素原子、末端アリール基、末端アルキル基、又は、末端アルコキシ基であり、R1及びR2の少なくとも一方は、末端アリール基、末端アルキル基、又は、末端アルコキシ基である。また、R1及びR2が結合して環を形成していてもよい。R3及びR4は、それぞれ独立して、アンカー基又はアルキル基であり、少なくとも1つはアンカー基である。) (In Formula (1), R1 and R2 are each independently a hydrogen atom, a terminal aryl group, a terminal alkyl group, or a terminal alkoxy group, and at least one of R1 and R2 is a terminal aryl group, a terminal alkyl group. R1 and R2 may be bonded to form a ring, and R3 and R4 are each independently an anchor group or an alkyl group, and at least one of them is a group or a terminal alkoxy group. Anchor group.)

上記一般式(1)において、「末端アリール基」とは、末端がアリール基である1価の置換基を意味し、より具体的には、単結合、アルキレン基又はアルケニレン基等の連結基を介してアリール基が連結した1価の置換基を意味する。R1及びR2の末端アリール基の具体例としては、例えば、炭素数が6〜12の芳香族炭化水素(例えば、フェニル基、ナフチル基等)の他、これらの芳香族炭化水素がアルキレン基又はアルケニレン基等の連結基を介して連結したもの等(例えば、フェニルメチル基、ジフェニルエチル基、トリフェニルメチル基、1−フェニルエチレン基、1,1−ジフェニルエチレン基等)が挙げられるが、これらに特に限定されない。これらの中でも、フェニル基、ベンジル基、トリル基、キシリル基、1,1−ジフェニルエチレン基等が好ましく、1,1−ジフェニルエチレン基がより好ましい。   In the general formula (1), the “terminal aryl group” means a monovalent substituent whose terminal is an aryl group, and more specifically, a linking group such as a single bond, an alkylene group or an alkenylene group. Means a monovalent substituent in which an aryl group is connected via Specific examples of the terminal aryl group of R1 and R2 include, for example, aromatic hydrocarbons having 6 to 12 carbon atoms (for example, phenyl group, naphthyl group, etc.), and these aromatic hydrocarbons are alkylene groups or alkenylenes. Examples thereof include those linked via a linking group such as a group (for example, phenylmethyl group, diphenylethyl group, triphenylmethyl group, 1-phenylethylene group, 1,1-diphenylethylene group, etc.). There is no particular limitation. Among these, a phenyl group, a benzyl group, a tolyl group, a xylyl group, a 1,1-diphenylethylene group and the like are preferable, and a 1,1-diphenylethylene group is more preferable.

一般式(1)において、「末端アルキル基」とは、末端がアルキル基である1価の置換基を意味し、より具体的には、単結合、アリール基又はアルケニレン基等の連結基を介してアルキル基が連結した1価の置換基を意味する。R1及びR2の末端アルキル基の具体例としては、例えば、炭素数が1〜20の直鎖状、分枝状又は環状の炭化水素(例えば、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、n−ブチル基、イソブチル基、sec−ブチル基、tert−ブチル基、n−ペンチル基、イソペンチル基、tert−ペンチル基、n−ヘキシル基、イソヘキシル基、2−ヘキシル基、ジメチルブチル基、エチルブチル基、ヘプチル基、オクチル基、シクロプロピル基、シクロブチル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基等)の他、これらの炭化水素がアリール基又はアルケニレン基等の連結基を介して連結したもの等(メチルフェニル基、エチルフェニル基、ジメチルフェニル基等)が挙げられるが、これらに特に限定されない。これらの中でも、炭素数が1〜8の直鎖状又は分枝状のアルキル基等が好ましく、炭素数が1〜5の直鎖状アルキル基がより好ましい。   In the general formula (1), “terminal alkyl group” means a monovalent substituent whose terminal is an alkyl group, and more specifically, via a linking group such as a single bond, an aryl group or an alkenylene group. Means a monovalent substituent to which an alkyl group is linked. Specific examples of the terminal alkyl group of R1 and R2 include, for example, a linear, branched or cyclic hydrocarbon having 1 to 20 carbon atoms (for example, methyl group, ethyl group, propyl group, isopropyl group, n -Butyl group, isobutyl group, sec-butyl group, tert-butyl group, n-pentyl group, isopentyl group, tert-pentyl group, n-hexyl group, isohexyl group, 2-hexyl group, dimethylbutyl group, ethylbutyl group, In addition to heptyl group, octyl group, cyclopropyl group, cyclobutyl group, cyclopentyl group, cyclohexyl group, etc., these hydrocarbons are linked through a linking group such as aryl group or alkenylene group (methylphenyl group, ethyl group, etc.) Phenyl group, dimethylphenyl group and the like), but is not particularly limited thereto. Among these, a linear or branched alkyl group having 1 to 8 carbon atoms is preferable, and a linear alkyl group having 1 to 5 carbon atoms is more preferable.

一般式(1)において、「末端アルコキシ基」とは、末端がアルコキシ基である1価の置換基を意味し、より具体的には、単結合、アリール基又はアルケニレン基等の連結基を介してアルコキシ基が連結した1価の置換基を意味する。R1及びR2の末端アルコキシ基の具体例としては、例えば、炭素数が1〜20のアルコキシ基(例えば、メトキシ基、エトキシ基、プロポキシ基、イソプロポキシ基、イソブトキシ基、sec−ブトキシ基、tert−ブトキシ基、ヘキシロキシ基等)の他、これらのアルコキシ基がアリール基又はアルケニレン基等の連結基を介して連結したもの等(メトキシフェニル基、エトキシフェニル基、ジメトキシフェニル基、メトキシフェニルエチレン基、エトキシフェニルエチレン基等)が挙げられるが、これらに特に限定されない。これらの中でも、炭素数が1〜20の直鎖状又は分枝状の炭化水素(例えば、メトキシ基、エトキシ基、プロポキシ基、イソプロポキシ基、イソブトキシ基、sec−ブトキシ基、tert−ブトキシ基、ヘキシロキシ基等)が好ましく、メトキシ基、エトキシ基、n−プロポキシ基、イソプロポキシ基、n−ブトキシ基、イソブトキシ基、sec−ブトキシ基、tert−ブトキシ基、及び、−O−nC613がより好ましく、メトキシ基がさらに好ましい。 In the general formula (1), the “terminal alkoxy group” means a monovalent substituent whose terminal is an alkoxy group, and more specifically, via a linking group such as a single bond, an aryl group or an alkenylene group. Means a monovalent substituent to which an alkoxy group is linked. Specific examples of the terminal alkoxy group of R1 and R2 include, for example, an alkoxy group having 1 to 20 carbon atoms (for example, methoxy group, ethoxy group, propoxy group, isopropoxy group, isobutoxy group, sec-butoxy group, tert- In addition to butoxy group, hexyloxy group, etc., these alkoxy groups are linked via a linking group such as aryl group or alkenylene group (methoxyphenyl group, ethoxyphenyl group, dimethoxyphenyl group, methoxyphenylethylene group, ethoxy group) Phenylethylene group and the like), but is not particularly limited thereto. Among these, linear or branched hydrocarbons having 1 to 20 carbon atoms (for example, methoxy group, ethoxy group, propoxy group, isopropoxy group, isobutoxy group, sec-butoxy group, tert-butoxy group, hexyloxy group, etc.) are preferred, a methoxy group, an ethoxy group, n- propoxy group, isopropoxy group, n- butoxy group, isobutoxy group, sec- butoxy group, tert- butoxy group, and, are -O-nC 6 H 13 More preferred is a methoxy group.

一般式(1)において、R1及びR2は、結合して環を形成していてもよい。R1及びR2が結合して形成される環の具体例としては、例えば、ピラン、ジオキシン、ジオキサン等が挙げられるが、これらに特に限定されない。   In general formula (1), R1 and R2 may combine to form a ring. Specific examples of the ring formed by combining R1 and R2 include, but are not limited to, pyran, dioxin, dioxane and the like.

上記一般式(1)において、R3及びR4の「アンカー基」とは、担持体である金属酸化物層13の金属酸化物表面に対して、化学的或いは静電的な親和力又は結合能を有する置換基を意味する。このアンカー基の具体例としては、例えば、カルボキシル基、スルホン酸基及びリン酸基を有する置換基等が挙げられる。これらの中では、アンカー基としては、カルボキシメチル基及びカルボキシウンデシル基が好ましい。また、上記一般式(1)において、R3及びR4のアルキル基の具体例としては、例えば、R1及びR2において例示した炭素数が1〜8の直鎖状又は分枝状のアルキル基が挙げられる。これらの中では、炭素数が1〜5の直鎖状アルキル基が好ましい。   In the above general formula (1), the “anchor groups” of R3 and R4 have a chemical or electrostatic affinity or binding ability to the metal oxide surface of the metal oxide layer 13 as a support. Means a substituent. Specific examples of the anchor group include a substituent having a carboxyl group, a sulfonic acid group, and a phosphoric acid group. Among these, as the anchor group, a carboxymethyl group and a carboxyundecyl group are preferable. In the general formula (1), specific examples of the alkyl group represented by R3 and R4 include, for example, a linear or branched alkyl group having 1 to 8 carbon atoms exemplified in R1 and R2. . In these, a C1-C5 linear alkyl group is preferable.

上記の一般式(1)で表される増感色素の具体例としては、例えば、化学式(1−1)〜化学式(1−4)で表される化合物が挙げられる。   Specific examples of the sensitizing dye represented by the above general formula (1) include compounds represented by chemical formulas (1-1) to (1-4).

上記一般式(1)で表される増感色素としては、下記一般式(3)で表される増感色素が特に好ましい。
As the sensitizing dye represented by the general formula (1), a sensitizing dye represented by the following general formula (3) is particularly preferable.

また、本実施形態において、金属酸化物層13に担持される増感色素としては、下記一般式(2)で表されるものも必須とされる。かかる構成の増感色素は、立体的に嵩高い炭素数4〜20の直鎖状アルキル基がインドレニン骨格に導入されているので、分子全体として、立体的なサイズが大きいものとなっている。そのため、増感色素が会合体を形成し難く、金属酸化物層13の金属酸化物表面において、光電変換に寄与しにくい会合体の割合が減少する。そのため、下記一般式(2)で表される増感色素は、主に、光電変換に寄与しにくい会合体の形成を抑制することによる光吸収の増大に寄与すると考えられる。   Moreover, in this embodiment, as a sensitizing dye carry | supported by the metal oxide layer 13, what is represented by following General formula (2) is also essential. The sensitizing dye having such a structure has a large steric size as a whole molecule because a sterically bulky linear alkyl group having 4 to 20 carbon atoms is introduced into the indolenine skeleton. . Therefore, it is difficult for the sensitizing dye to form an aggregate, and the ratio of the aggregate that hardly contributes to photoelectric conversion is reduced on the metal oxide surface of the metal oxide layer 13. Therefore, it is considered that the sensitizing dye represented by the following general formula (2) mainly contributes to an increase in light absorption by suppressing the formation of an aggregate that does not easily contribute to photoelectric conversion.

(式(2)中、R5〜R8は、それぞれ独立して炭素数4〜20の直鎖状アルキル基であり、各々が同一であっても異なっていてもよく、R9及びR10は、それぞれ独立して、アルキル基又はアルコキシ基であり、各々が同一であっても異なっていてもよい。R11は、水素原子、アルキル基、ハロゲン元素、シアノ基のいずれかである。) (In Formula (2), R5 to R8 are each independently a linear alkyl group having 4 to 20 carbon atoms, and each may be the same or different, and R9 and R10 are each independent. And each of them may be the same or different, and R 11 is any one of a hydrogen atom, an alkyl group, a halogen element, and a cyano group.)

上記一般式(2)のR9及びR10におけるアルコキシ基の具体例としては、R1及びR2において例示した炭素数が1〜8の直鎖状又は分枝状のアルキル基等が好ましく、炭素数が1〜5の直鎖状アルキル基がより好ましい。   As a specific example of the alkoxy group in R9 and R10 of the general formula (2), a linear or branched alkyl group having 1 to 8 carbon atoms exemplified in R1 and R2 is preferable, and the carbon number is 1 A linear alkyl group of ˜5 is more preferred.

上記一般式(2)のR9及びR10におけるアルキル基の具体例としては、R1及びR2において例示した炭素数が1〜8の直鎖状又は分枝状のアルキル基が挙げられる。これらの中では、炭素数が1〜5の直鎖状アルキル基が好ましい。   Specific examples of the alkyl group in R9 and R10 in the general formula (2) include linear or branched alkyl groups having 1 to 8 carbon atoms exemplified in R1 and R2. In these, a C1-C5 linear alkyl group is preferable.

上記一般式(2)のR11におけるアルキル基の具体例としては、R1及びR2において例示した炭素数が1〜8の直鎖状又は分枝状のアルキル基が挙げられる。これらの中では、炭素数が1〜5の直鎖状アルキル基が好ましい。   Specific examples of the alkyl group in R11 of the general formula (2) include linear or branched alkyl groups having 1 to 8 carbon atoms exemplified in R1 and R2. In these, a C1-C5 linear alkyl group is preferable.

上記一般式(2)のR11におけるハロゲン元素の具体例としては、フッ素、塩素、 臭素、及び、ヨウ素が挙げられる。   Specific examples of the halogen element in R11 of the general formula (2) include fluorine, chlorine, bromine, and iodine.

上記の一般式(2)で表される増感色素の具体例としては、例えば、化学式(2−1)〜化学式(2−4)で表される化合物が挙げられる。   Specific examples of the sensitizing dye represented by the general formula (2) include, for example, compounds represented by the chemical formula (2-1) to the chemical formula (2-4).

上記一般式(2)で表される増感色素としては、下記一般式(4)で表される増感色素が特に好ましい。   As the sensitizing dye represented by the general formula (2), a sensitizing dye represented by the following general formula (4) is particularly preferable.

本発明者らの知見によれば、上記の一般式(1)及び一般式(2)で表される増感色素を併用した本実施形態の色素増感型太陽電池100は、同一条件で作製した金属酸化物層13に各々の増感色素を単独で使用したものと比較して、光電変換特性が高められていることが判明した。これは、光電変換効率の向上に寄与すると考えられる上記一般式(1)で表される増感色素と、光吸収の増大に寄与すると考えられる上記一般式(2)で表される増感色素とを、巧みに利用したことによるものと考えられる。   According to the knowledge of the present inventors, the dye-sensitized solar cell 100 of the present embodiment in which the sensitizing dyes represented by the general formula (1) and the general formula (2) are used together is manufactured under the same conditions. It was found that the photoelectric conversion characteristics were improved as compared with those obtained by using each sensitizing dye alone in the metal oxide layer 13. This is a sensitizing dye represented by the above general formula (1) that is considered to contribute to an improvement in photoelectric conversion efficiency, and a sensitizing dye represented by the above general formula (2) that is considered to contribute to an increase in light absorption. This is thought to be due to the skillful use of.

なお、増感色素として、上記一般式(1)及び(2)で表される増感色素の他に、他の色素を含んでいてもよい。色素増感型太陽電池に要求される性能に応じて、所望の光吸収帯・吸収スペクトルを有するものが適用可能である。   In addition to the sensitizing dyes represented by the general formulas (1) and (2), other dyes may be included as the sensitizing dye. Depending on the performance required for the dye-sensitized solar cell, one having a desired light absorption band / absorption spectrum can be applied.

他の色素の具体例としては、例えば、エオシンY、ジブロモフルオレセイン、フルオレセイン、ローダミンB、ピロガロール、ジクロロフルオレセイン、エリスロシンB(エリスロシンは登録商標)、フルオレシン、マーキュロクロム、シアニン系色素、メロシアニンジスアゾ系色素、トリスアゾ系色素、アントラキノン系色素、多環キノン系色素、インジゴ系色素、ジフェニルメタン系色素、トリメチルメタン系色素、キノリン系色素、ベンゾフェノン系色素、ナフトキノン系色素、ペリレン系色素、フルオレノン系色素、スクワリリウム系色素、アズレニウム系色素、ペリノン系色素、キナクリドン系色素、無金属フタロシアニン系色素または無金属ポルフィリン系色素などの有機色素等が挙げられる。また、これら他の色素は、金属酸化物と結合又は吸着することができるアンカー基(例えば、カルボキシル基、スルホン酸基或いはリン酸基等)を有することが好ましい。   Specific examples of other dyes include, for example, eosin Y, dibromofluorescein, fluorescein, rhodamine B, pyrogallol, dichlorofluorescein, erythrosine B (erythrocin is a registered trademark), fluorescin, mercurochrome, cyanine dye, merocyanine disazo dye, trisazo Dyes, anthraquinone dyes, polycyclic quinone dyes, indigo dyes, diphenylmethane dyes, trimethylmethane dyes, quinoline dyes, benzophenone dyes, naphthoquinone dyes, perylene dyes, fluorenone dyes, squarylium dyes, Examples thereof include organic dyes such as azulenium dyes, perinone dyes, quinacridone dyes, metal-free phthalocyanine dyes, and metal-free porphyrin dyes. These other dyes preferably have an anchor group (for example, a carboxyl group, a sulfonic acid group, or a phosphoric acid group) that can be bonded to or adsorbed to the metal oxide.

また、他の色素として、例えば、有機金属錯体化合物も使用可能である。有機金属錯体化合物の具体例としては、例えば、芳香族複素環内にある窒素アニオンと金属カチオンとで形成されるイオン性の配位結合と、窒素原子またはカルコゲン原子と金属カチオンとの間に形成される非イオン性配位結合の両方を有する有機金属錯体化合物や、酸素アニオンもしくは硫黄アニオンと金属カチオンとで形成されるイオン性の配位結合と、窒素原子またはカルコゲン原子と金属カチオンとの間に形成される非イオン性配位結合の両方を有する有機金属錯体化合物等が挙げられる。より具体的には、銅フタロシアニン、チタニルフタロシアニン等の金属フタロシアニン系色素、金属ナフタロシアニン系色素、金属ポルフィリン系色素、並びに、ビピリジルルテニウム錯体、ターピリジルルテニウム錯体、フェナントロリンルテニウム錯体、ビシンコニン酸ルテニウム錯体、アゾルテニウム錯体或いはキノリノールルテニウム錯体等のルテニウム錯体等が挙げられる。   In addition, for example, an organometallic complex compound can be used as the other dye. Specific examples of the organometallic complex compound include, for example, an ionic coordination bond formed between a nitrogen anion and a metal cation in an aromatic heterocyclic ring, and a nitrogen atom or a chalcogen atom formed between the metal cation. Between a nitrogen atom or a chalcogen atom and a metal cation, and an organometallic complex compound having both a nonionic coordinate bond and an ionic coordinate bond formed by an oxygen or sulfur anion and a metal cation. And organometallic complex compounds having both nonionic coordination bonds formed on the surface. More specifically, metal phthalocyanine dyes such as copper phthalocyanine and titanyl phthalocyanine, metal naphthalocyanine dyes, metal porphyrin dyes, bipyridyl ruthenium complexes, terpyridyl ruthenium complexes, phenanthroline ruthenium complexes, ruthenium bicinchonirate complexes, azo Examples include ruthenium complexes such as ruthenium complexes and quinolinol ruthenium complexes.

また、増感色素は、1種又は2種以上の添加剤を含んでいてもよい。この添加剤としては、例えば、増感色素の会合を抑制する会合抑制剤が挙げられ、具体的には、化学式(5)で表されるコール酸系化合物等である。これらは単独で用いもよいし、複数種を混合して用いてもよい。   The sensitizing dye may contain one or more additives. Examples of the additive include an association inhibitor that suppresses association of a sensitizing dye, and specifically, a cholic acid compound represented by the chemical formula (5). These may be used alone or in combination of two or more.

(上記式(5)中、R91は酸性基を有するアルキル基である。R92は化学式中のステロイド骨格を構成する炭素原子のいずれかに結合する基を表し、水酸基、ハロゲン基、アルキル基、アルコキシ基、アリール基、複素環基、アシル基、アシルオキシ基、オキシカルボニル基、オキソ基あるいは酸性基またはそれらの誘導体であり、それらは同一であってもよいし異なっていてもよい。tは1以上5以下の整数である。化学式中のステロイド骨格を構成する炭素原子と炭素原子との間の結合は、単結合であってもよいし、二重結合であってもよい。) (In the above formula (5), R91 represents an alkyl group having an acidic group. R92 represents a group bonded to any of the carbon atoms constituting the steroid skeleton in the chemical formula, and represents a hydroxyl group, a halogen group, an alkyl group, an alkoxy group. A group, an aryl group, a heterocyclic group, an acyl group, an acyloxy group, an oxycarbonyl group, an oxo group, an acidic group, or a derivative thereof, which may be the same or different, and t is 1 or more. (It is an integer of 5 or less. The bond between the carbon atoms constituting the steroid skeleton in the chemical formula may be a single bond or a double bond.)

増感色素を金属酸化物層13に担持させる方法は、特に限定されない。その具体例としては、例えば、増感色素を含む溶液に金属酸化物層13を浸漬する方法、増感色素を含む溶液を金属酸化物層13に塗布する方法等が挙げられる。ここで用いる増感色素含有溶液の溶媒は、使用する増感色素の溶解性又は相溶性等に応じて、例えば、水、エタノール系溶媒、ニトリル系溶媒、ケトン系溶媒等の公知の溶媒から適宜選定することができる。   The method for supporting the sensitizing dye on the metal oxide layer 13 is not particularly limited. Specific examples thereof include a method of immersing the metal oxide layer 13 in a solution containing a sensitizing dye, a method of applying a solution containing a sensitizing dye to the metal oxide layer 13 and the like. The solvent of the sensitizing dye-containing solution used here is appropriately selected from known solvents such as water, ethanol-based solvent, nitrile-based solvent, and ketone-based solvent, depending on the solubility or compatibility of the sensitizing dye to be used. Can be selected.

ここで、カソード電析法により金属酸化物層13を形成する場合、金属塩及び増感色素を含む電解液を用いることで、金属酸化物層13の形成と色素担持とを同時に行って、増感色素が金属酸化物層13の金属酸化物表面に担持(吸着)された色素担持金属酸化物電極14を直ちに形成することもできる。電解条件は、常法にしたがい、使用する材料の特性に応じて適宜設定すればよい。例えば、ZnOと増感色素からなる色素担持金属酸化物電極14を形成する場合には、還元電解電位は−0.8〜−1.2V(vs.Ag/AgCl)程度、pHは4〜9程度、電解液の浴温は0〜100℃程度が好ましい。また、電解液中の金属イオン濃度は、0.5〜100mM程度、電解液中の色素濃度は50〜500μM程度が好ましい。さらに、光電変換特性をより一層高めるために、増感色素が担持された金属酸化物層13から、一旦、増感色素を脱着し、その後に、他の増感色素を再吸着させてもよい。   Here, when the metal oxide layer 13 is formed by the cathodic electrodeposition method, the formation of the metal oxide layer 13 and the dye loading are simultaneously performed by using an electrolytic solution containing a metal salt and a sensitizing dye. It is also possible to immediately form the dye-supported metal oxide electrode 14 in which the dye-sensitive material is supported (adsorbed) on the metal oxide surface of the metal oxide layer 13. The electrolysis conditions may be appropriately set according to the characteristics of the material used in accordance with a conventional method. For example, when the dye-supported metal oxide electrode 14 made of ZnO and a sensitizing dye is formed, the reduction electrolysis potential is about -0.8 to -1.2 V (vs. Ag / AgCl), and the pH is 4 to 9. The bath temperature of the electrolyte solution is preferably about 0 to 100 ° C. Further, the metal ion concentration in the electrolytic solution is preferably about 0.5 to 100 mM, and the dye concentration in the electrolytic solution is preferably about 50 to 500 μM. Further, in order to further improve the photoelectric conversion characteristics, the sensitizing dye may be once desorbed from the metal oxide layer 13 on which the sensitizing dye is supported, and then another sensitizing dye may be re-adsorbed. .

なお、作用電極11(金属酸化物電極14)は、基体12の導電性表面12aと金属酸化物層13との間に、中間層を有していてもよい。中間層の材料は、特に限定されないが、例えば、上記の透明導電膜12aで説明した金属酸化物等が好ましい。中間層は、例えば、蒸着法、CVD法、スプレー法、スピンコート法、浸漬法或いは電析法等の公知の手法によって、基体12の導電性表面12aに金属酸化物を析出或いは堆積することで形成することができる。なお、中間層は、透光性を有することが好ましく、さらに導電性を有することが好ましい。また、中間層の厚みは、特に限定されるものではないが、0.1〜5μm程度が好ましい。   The working electrode 11 (metal oxide electrode 14) may have an intermediate layer between the conductive surface 12a of the base 12 and the metal oxide layer 13. Although the material of an intermediate | middle layer is not specifically limited, For example, the metal oxide etc. which were demonstrated by said transparent conductive film 12a are preferable. The intermediate layer is formed by depositing or depositing a metal oxide on the conductive surface 12a of the substrate 12 by a known method such as vapor deposition, CVD, spraying, spin coating, dipping, or electrodeposition. Can be formed. Note that the intermediate layer preferably has translucency, and more preferably has conductivity. The thickness of the intermediate layer is not particularly limited, but is preferably about 0.1 to 5 μm.

上記の一般式(1)及び一般式(2)で表される増感色素が担持(吸着)された金属酸化物層13(金属酸化物電極14)は、紫外可視吸収スペクトル(UV−visスペクトル)測定において、一般式(2)で表される増感色素に由来する光吸収ピークの吸収極大強度が、一般式(2)で表される増感色素を金属酸化物層に単独で担持(吸着)させた場合の一般式(2)で表される増感色素に由来する光吸収ピークの吸収極大強度に対して、50%以上90%未満の範囲内にあることが好ましい。一般式(1)及び一般式(2)で表される増感色素がこのような担持状態(吸着状態)にある金属酸化物電極14を用いることにより、各々の増感色素を単独で使用した場合と比較して、光電変換特性が高められた色素増感型太陽電池100を実現できる。   The metal oxide layer 13 (metal oxide electrode 14) on which the sensitizing dyes represented by the general formulas (1) and (2) are supported (adsorbed) has an ultraviolet-visible absorption spectrum (UV-vis spectrum). ) In the measurement, the absorption maximum intensity of the light absorption peak derived from the sensitizing dye represented by the general formula (2) is supported by the sensitizing dye represented by the general formula (2) alone on the metal oxide layer ( When adsorbed), the absorption maximum intensity of the light absorption peak derived from the sensitizing dye represented by the general formula (2) is preferably in the range of 50% or more and less than 90%. By using the metal oxide electrode 14 in which the sensitizing dyes represented by the general formulas (1) and (2) are in such a supported state (adsorption state), each sensitizing dye was used alone. Compared to the case, the dye-sensitized solar cell 100 with improved photoelectric conversion characteristics can be realized.

対向電極21は、外部回路に対して正極として機能する。対向電極21は、導電性表面22aを有する基体22からなり、その導電性表面21aが作用電極11の金属酸化物層13と対面するように対向配置されている。基体22及び導電性表面22aは、上述した基体12及び導電性表面12aと同様に、公知のものを適宜採用することができ、例えば、導電性を有する基体12の他、基体12上に透明導電膜12aを有するもの、基体12の透明導電膜12a上にさらに白金、金、銀、銅、アルミニウム、インジウム、モリブデン、チタン、ロジウム、ルテニウム或いはマグネシウム等の金属、カーボン、導電性ポリマー等の膜を形成したもの等を用いることができる。なお、上述したように、本実施形態では、対向電極に白金を使用しなくても優れた光電変換特性を奏し得る有機溶媒非含有電解質を採用しているため、導電性を有する基体12や、基体12上に透明導電膜12aを有するもの等の比較的廉価な対向電極を用いる場合に、従来技術に対する優位性が顕著となる。   The counter electrode 21 functions as a positive electrode for the external circuit. The counter electrode 21 includes a base body 22 having a conductive surface 22 a, and is disposed so as to face the metal oxide layer 13 of the working electrode 11. As the base body 22 and the conductive surface 22a, well-known ones can be appropriately employed as in the case of the base body 12 and the conductive surface 12a. For example, in addition to the base body 12 having conductivity, a transparent conductive material is formed on the base body 12. A film having a film 12a, and a film made of a metal such as platinum, gold, silver, copper, aluminum, indium, molybdenum, titanium, rhodium, ruthenium, or magnesium, carbon, or a conductive polymer is further formed on the transparent conductive film 12a of the substrate 12. What was formed can be used. Note that, as described above, in the present embodiment, since the organic solvent-free electrolyte that can exhibit excellent photoelectric conversion characteristics without using platinum for the counter electrode is employed, the conductive base 12 or When a relatively inexpensive counter electrode such as one having a transparent conductive film 12a on the substrate 12 is used, the advantage over the prior art becomes significant.

電解質31としては、酸化還元対を有するレドックス電解質やこれをゲル化した半固体電解質或いはp型半導体固体ホール輸送材料を成膜したもの等、一般に電池や太陽電池等において使用されているものを適宜用いることができる。   As the electrolyte 31, a redox electrolyte having a redox pair, a semi-solid electrolyte obtained by gelling the redox electrolyte, or a film formed of a p-type semiconductor solid hole transport material, or the like, which is generally used in batteries, solar cells, etc., is appropriately used. Can be used.

レドックス電解質としては、例えば、I-/I3 -系、Br-/Br3 -系、又は、キノン/ハイドロキノン系等が挙げられる。具体的には、ヨウ化物塩とヨウ素単体とを組み合わせたもの、又は、臭化物塩と臭素とを組み合わせたもの等、ハロゲン化物塩とハロゲン単体とを組み合わせたもの等である。 Examples of the redox electrolyte include I / I 3 system, Br / Br 3 system, and quinone / hydroquinone system. Specifically, a combination of an iodide salt and a simple substance of iodine, a combination of a bromide salt and bromine, a combination of a halide salt and a simple substance of halogen, or the like.

上記のハロゲン化物塩としては、例えば、ハロゲン化セシウム、ハロゲン化四級アルキルアンモニウム類、ハロゲン化イミダゾリウム類、ハロゲン化チアゾリウム類、ハロゲン化オキサゾリウム類、ハロゲン化キノリニウム類、又は、ハロゲン化ピリジニウム類等が挙げられる。より具体的には、これらのヨウ化物塩としては、例えば、ヨウ化セシウムや、テトラエチルアンモニウムヨージド、テトラプロピルアンモニウムヨージド、テトラブチルアンモニウムヨージド、テトラペンチルアンモニウムヨージド、テトラヘキシルアンモニウムヨージド、テトラへプチルアンモニウムヨージド或いはトリメチルフェニルアンモニウムヨージド等の4級アルキルアンモニウムヨージド類や、3−メチルイミダゾリウムヨージド或いは1−プロピル−2,3−ジメチルイミダゾリウムヨージド等のイミダゾリウムヨージド類や、3−エチル−2−メチル−2−チアゾリウムヨージド、3−エチル−5−(2−ヒドロキシエチル)−4−メチルチアゾリウムヨージド或いは3−エチル−2−メチルベンゾチアゾリウムヨージド等のチアゾリウムヨージド類や、3−エチル−2−メチル−ベンゾオキサゾリウムヨージド等のオキサゾリウムヨージド類や、1−エチル−2−メチルキノリニウムヨージド等のキノリニウムヨージド類や、ピリジニウムヨージド類等が挙げられる。また、臭化物塩としては、例えば、四級アルキルアンモニウムブロミド等が挙げられる。ハロゲン化物塩とハロゲン単体とを組み合わせたものの中でも、上記したヨウ化物塩のうちの少なくとも1種とヨウ素単体との組み合わせが好ましい。   Examples of the halide salts include cesium halides, quaternary alkyl ammonium halides, imidazolium halides, thiazolium halides, oxazolium halides, quinolinium halides, pyridinium halides, and the like. Is mentioned. More specifically, as these iodide salts, for example, cesium iodide, tetraethylammonium iodide, tetrapropylammonium iodide, tetrabutylammonium iodide, tetrapentylammonium iodide, tetrahexylammonium iodide, Quaternary alkylammonium iodides such as tetraheptylammonium iodide or trimethylphenylammonium iodide; imidazolium iodides such as 3-methylimidazolium iodide or 1-propyl-2,3-dimethylimidazolium iodide 3-ethyl-2-methyl-2-thiazolium iodide, 3-ethyl-5- (2-hydroxyethyl) -4-methylthiazolium iodide or 3-ethyl-2-methylbenzothia Zorium iodide, etc. Thiazolium iodides, oxazolium iodides such as 3-ethyl-2-methyl-benzoxazolium iodide, and quinolinium iodides such as 1-ethyl-2-methylquinolinium iodide And pyridinium iodides. Examples of the bromide salt include quaternary alkyl ammonium bromide. Among the combinations of halide salts and simple halogens, combinations of at least one of the above-described iodide salts and simple iodine are preferable.

また、レドックス電解質は、例えば、イオン性液体とハロゲン単体とを組み合わせたものでもよい。この場合には、さらに上記したハロゲン化物塩などを含んでいてもよい。イオン性液体は、一般に電池や太陽電池等において使用されているものを適宜用いることができ、特に限定されない。イオン性液体の具体例としては、例えば、「Inorg.Chem.」1996,35,p1168〜1178、「Electrochemistry」2002,2,p130〜136、特表平9−507334号公報、或いは、特開平8−259543号公報等に開示されているものが挙げられる。   The redox electrolyte may be, for example, a combination of an ionic liquid and a halogen simple substance. In this case, the above-described halide salt and the like may be further included. What is generally used in a battery, a solar cell, etc. can be used suitably as an ionic liquid, and it does not specifically limit. Specific examples of the ionic liquid include, for example, “Inorg. Chem.” 1996, 35, p 1168 to 1178, “Electrochemistry” 2002, 2, p 130 to 136, JP-A-9-507334, or JP-A-8 Examples disclosed in JP-A No. 259543.

イオン性液体は、室温(25℃)より低い融点を有する塩、又は、室温よりも高い融点を有していても他の溶融塩等と溶解することにより室温で液状化する塩が好ましい。このようなイオン性液体の具体例としては、以下に示したアニオン及びカチオン等が挙げられる。   The ionic liquid is preferably a salt having a melting point lower than room temperature (25 ° C.), or a salt that has a melting point higher than room temperature and liquefies at room temperature by dissolving with other molten salts. Specific examples of such an ionic liquid include the following anions and cations.

イオン性液体のカチオンとしては、例えば、アンモニウム、イミダゾリウム、オキサゾリウム、チアゾリウム、オキサジアゾリウム、トリアゾリウム、ピロリジニウム、ピリジニウム、ピペリジニウム、ピラゾリウム、ピリミジニウム、ピラジニウム、トリアジニウム、ホスホニウム、スルホニウム、カルバゾリウム、インドリウム及びそれらの誘導体が挙げられる。これらは、各々を単独で用いても、複数組み合わせて用いてもよい。具体的には、1−メチル−3−プロピルイミダゾリウム、1−ブチル−3−メチルイミダゾリウム、1,2−ジメチル−3−プロピルイミダゾリウム或いは1−エチル−3−メチルイミダゾリウム等が挙げられる。   Examples of the cation of the ionic liquid include ammonium, imidazolium, oxazolium, thiazolium, oxadiazolium, triazolium, pyrrolidinium, pyridinium, piperidinium, pyrazolium, pyrimidinium, pyrazinium, triazinium, phosphonium, sulfonium, carbazolium, indolium, and their Derivatives. These may be used alone or in combination. Specific examples include 1-methyl-3-propylimidazolium, 1-butyl-3-methylimidazolium, 1,2-dimethyl-3-propylimidazolium, 1-ethyl-3-methylimidazolium, and the like. .

イオン性液体のアニオンとしては、例えば、AlCl4 -或いはAl2Cl7 -等の金属塩化物や、PF6 -、BF4 -、CF3SO3 -、N(CF3SO22 -、F(HF)n -或いはCF3COO-等のフッ素含有物イオンや、NO3 -、CH3COO-、C611COO-、CH3OSO3 -、CH3OSO2 -、CH3SO3 -、CH3SO2 -、(CH3O)2PO2 -、N(CN)2 -或いはSCN-等の非フッ素化合物イオンや、ヨウ化物イオン或いは臭化物イオン等のハロゲン化物イオンが挙げられる。これらは、各々を単独で用いても、複数組み合わせて用いてもよい。これらの中でも、イオン性液体のアニオンとしては、ヨウ化物イオンが好ましい。 Examples of the anion of the ionic liquid include metal chlorides such as AlCl 4 or Al 2 Cl 7 , PF 6 , BF 4 , CF 3 SO 3 , N (CF 3 SO 2 ) 2 , Fluorine-containing ions such as F (HF) n or CF 3 COO , NO 3 , CH 3 COO , C 6 H 11 COO , CH 3 OSO 3 , CH 3 OSO 2 , CH 3 SO Non-fluorine compound ions such as 3 , CH 3 SO 2 , (CH 3 O) 2 PO 2 , N (CN) 2 or SCN , and halide ions such as iodide ions or bromide ions can be mentioned. . These may be used alone or in combination. Among these, iodide ions are preferable as the anions of the ionic liquid.

電解質31は、上記したレドックス電解質を溶媒に対して溶解、分散或いは懸濁させた液状の電解質(電解液)であっても、上記したレドックス電解質を高分子物質中に保持させた固体高分子電解質であってもよい。また、レドックス電解質とカーボンブラック等の粒子状の導電性炭素材料とを含む擬固体状(ペースト状)の電解質であってもよい。なお、導電性炭素材料を含む擬固体状の電解質では、導電性炭素材料が酸化還元反応を触媒する機能を有するため、電解質中にハロゲン単体を含まなくてもよい。   Even if the electrolyte 31 is a liquid electrolyte (electrolytic solution) in which the above-described redox electrolyte is dissolved, dispersed or suspended in a solvent, the solid polymer electrolyte in which the above-described redox electrolyte is held in a polymer substance. It may be. Further, it may be a quasi-solid (paste-like) electrolyte containing a redox electrolyte and a particulate conductive carbon material such as carbon black. Note that in a quasi-solid electrolyte containing a conductive carbon material, the conductive carbon material has a function of catalyzing the oxidation-reduction reaction, and therefore the halogen may not be contained in the electrolyte.

電解質31は、上記したハロゲン化物塩やイオン性液体等を溶解或いは分散する有機溶媒を含んでいてもよい。この有機溶媒としては、電気化学的に不活性なものが挙げられ、例えば、ヘキサン、ベンゼン、トルエン、キノリン、ジエチルエーテル、クロロホルム、酢酸エチル、テトラヒドロフラン、塩化メチレン、アセトン、アセトニトリル、メトキシアセトニトリル、プロピオニトリル、ブチロニトリル、ベンゾニトリル、3−メトキシプロピオニトリル、バレロニトリル、N,N−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、酢酸、ギ酸、メタノール、エタノール、1−プロパノール、2−プロパノール、1−ブタノール、ペンタノール、メチルエチルケトン、ジメチルカーボネート、エチルメチルカーボネート、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、エチレングリコールモノアルキルエーテル、プロピレングリコールモノアルキルエーテル、ポリエチレングリコールモノアルキルエーテル、ポリプロピレングリコールモノアルキルエーテル、エチレングリコール、プロピレングリコール、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール、グリセリン、ジオキサン、1,4−ジオキサン、エチレングリコールジアルキルエーテル、プロピレングリコールジアルキルエーテル、ポリエチレングリコールジアルキルエーテル、ポリプロピレングリコールジアルキルエーテル、N−メチルピロリドン、γ‐ブチロラクトン、α‐メチル‐γ‐ブチロラクトン、β‐メチル‐γ‐ブチロラクトン、γ‐バレロラクトン、3‐メチル‐γ‐バレロラクトン等が挙げられる。   The electrolyte 31 may include an organic solvent that dissolves or disperses the above-described halide salt, ionic liquid, and the like. Examples of the organic solvent include electrochemically inert solvents such as hexane, benzene, toluene, quinoline, diethyl ether, chloroform, ethyl acetate, tetrahydrofuran, methylene chloride, acetone, acetonitrile, methoxyacetonitrile, propio. Nitrile, butyronitrile, benzonitrile, 3-methoxypropionitrile, valeronitrile, N, N-dimethylformamide, dimethyl sulfoxide, sulfolane, acetic acid, formic acid, methanol, ethanol, 1-propanol, 2-propanol, 1-butanol, pen Tanol, methyl ethyl ketone, dimethyl carbonate, ethyl methyl carbonate, ethylene carbonate, propylene carbonate, ethylene glycol monoalkyl ether, propylene glycol Monoalkyl ether, polyethylene glycol monoalkyl ether, polypropylene glycol monoalkyl ether, ethylene glycol, propylene glycol, polyethylene glycol, polypropylene glycol, glycerin, dioxane, 1,4-dioxane, ethylene glycol dialkyl ether, propylene glycol dialkyl ether, polyethylene glycol Dialkyl ether, polypropylene glycol dialkyl ether, N-methylpyrrolidone, γ-butyrolactone, α-methyl-γ-butyrolactone, β-methyl-γ-butyrolactone, γ-valerolactone, 3-methyl-γ-valerolactone, etc. .

なお、電解質31は、要求性能に応じて各種添加剤を含んでいてもよい。添加剤は、一般に電池や太陽電池等において使用されているものを適宜用いることができる。その具体例としては、例えば、ポリアニリン、ポリアセチレン、ポリピロール、ポリチオフェン、ポリフェニレン、ポリフェニレンビニレン及びそれらの誘導体等のp型導電性ポリマー;イミダゾリウムイオン、ピリジニウムイオン、トリアゾリウムイオン及びそれらの誘導体とハロゲンイオンとの組み合わせからなる溶融塩;ゲル化剤;オイルゲル化剤;分散剤;界面活性剤;安定化剤等が挙げられるが、これらに特に限定されない。   The electrolyte 31 may contain various additives depending on the required performance. As the additive, those generally used in batteries, solar cells and the like can be appropriately used. Specific examples thereof include, for example, p-type conductive polymers such as polyaniline, polyacetylene, polypyrrole, polythiophene, polyphenylene, polyphenylene vinylene, and derivatives thereof; imidazolium ions, pyridinium ions, triazolium ions, derivatives thereof, and halogen ions. Examples include, but are not limited to, a molten salt comprising a combination of the following: a gelling agent; an oil gelling agent; a dispersant; a surfactant;

電解質31を作用電極11と対向電極21との間に配する方法は特に限定されず、各種公知の手法を用いて行うことができる。なお、電解質31は、1種を単独で用いても、2種以上を併用してもよい。   The method for disposing the electrolyte 31 between the working electrode 11 and the counter electrode 21 is not particularly limited, and can be performed using various known methods. In addition, the electrolyte 31 may be used individually by 1 type, or may use 2 or more types together.

この色素増感型太陽電池100は、作用電極11に対して光(太陽光、又は、太陽光と同等の紫外光、可視光或いは近赤外光)が照射されると、その光を吸収して励起した色素が電子を金属酸化物層13へ注入する。注入された電子は、隣接した導電性表面12aに移動したのち外部回路を経由して、対向電極21に到達する。一方、電解質31は、電子の移動にともなって酸化された色素を基底状態に戻す(還元する)ように、酸化される。この酸化された電解質31が上記の電子を受け取ることによって還元される。このように、作用電極11と対向電極21との間における電子の移動と、これにともなう電解質31の酸化還元反応とが繰り返されることにより、連続的な電子の移動が生じ、定常的に光電変換が行われる。   When the working electrode 11 is irradiated with light (sunlight or ultraviolet light, visible light, or near infrared light equivalent to sunlight), the dye-sensitized solar cell 100 absorbs the light. The excited dye injects electrons into the metal oxide layer 13. The injected electrons move to the adjacent conductive surface 12a and then reach the counter electrode 21 via an external circuit. On the other hand, the electrolyte 31 is oxidized so that the oxidized dye is returned to the ground state (reduced) as the electrons move. The oxidized electrolyte 31 is reduced by receiving the electrons. As described above, the movement of electrons between the working electrode 11 and the counter electrode 21 and the accompanying oxidation-reduction reaction of the electrolyte 31 are repeated, whereby continuous movement of electrons occurs, and photoelectric conversion is constantly performed. Is done.

以下、実施例及び比較例を挙げて、本発明を詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。   EXAMPLES Hereinafter, although an Example and a comparative example are given and this invention is demonstrated in detail, this invention is not limited to these.

(実施例1)
以下の手順により、上記実施の形態で説明した色素増感型太陽電池100を作製した。
Example 1
The dye-sensitized solar cell 100 described in the above embodiment was manufactured by the following procedure.

まず、以下の手順で、作用電極11を作製した。
最初に、導電性表面12aを有する基体12として、縦2.0cm×横1.5cm×厚さ1.1mmの導電性ガラス基板(FTO)を用意した。続いて、導電性表面12aに縦0.5cm×横0.5cmの四角形を囲むように厚さ70μmのマスキングテープを貼り、この部分に金属酸化物スラリー3cm3を一様の厚さとなるように塗布して乾燥させた。金属酸化物スラリーとしては、10重量%となるように酸化亜鉛粉末(平均粒径20nm;堺化学工業社製FINEX−50)を、非イオン性界面活性剤としてTriton X−100(Tritonは登録商標)を1滴添加した水に懸濁して調整したものを用いた。続いて、導電性表面12a上のマスキングテープを剥がし取り、金属酸化物スラリーを塗布した導電性ガラス基板を電気炉により450℃で焼成することにより、厚さ約2μmの金属酸化物層13を形成した。
First, the working electrode 11 was produced according to the following procedure.
First, a conductive glass substrate (FTO) having a length of 2.0 cm, a width of 1.5 cm, and a thickness of 1.1 mm was prepared as the base 12 having the conductive surface 12a. Subsequently, a masking tape having a thickness of 70 μm is applied to the conductive surface 12a so as to enclose a square of 0.5 cm in length × 0.5 cm in width, and 3 cm 3 of metal oxide slurry is uniformly formed on this portion. It was applied and dried. As the metal oxide slurry, zinc oxide powder (average particle size 20 nm; FINEX-50 manufactured by Sakai Chemical Industry Co., Ltd.) is used so as to be 10% by weight, and Triton X-100 (Triton is a registered trademark) as a nonionic surfactant. ) Was prepared by suspending in water to which 1 drop was added. Subsequently, the masking tape on the conductive surface 12a is peeled off, and the conductive glass substrate coated with the metal oxide slurry is baked at 450 ° C. in an electric furnace to form a metal oxide layer 13 having a thickness of about 2 μm. did.

続いて、上記式(3)で表される増感色素(D149、三菱製紙株式会社製)0.25mMと、上記式(4)で表される増感色素0.05mMと、デオキシコール酸3mMとを無水エタノールに溶解させ、実施例1の増感色素含有溶液を調製した。   Subsequently, the sensitizing dye represented by the above formula (3) (D149, manufactured by Mitsubishi Paper Industries, Ltd.) 0.25 mM, the sensitizing dye 0.05 mM represented by the above formula (4), and deoxycholic acid 3 mM. Were dissolved in absolute ethanol to prepare a sensitizing dye-containing solution of Example 1.

D149
D149

そして、上記の金属酸化物層13を、R.T.1h暗所にて上記実施例1の増感色素含有溶液に浸漬し、金属酸化物層13の金属酸化物表面に増感色素を担持させて金属酸化物電極14を形成した後、水洗及び乾燥することにより、作用電極11を得た。   And said metal oxide layer 13 is R.D. T.A. After immersing in the sensitizing dye-containing solution of Example 1 in the dark for 1 h to form a metal oxide electrode 14 by supporting the sensitizing dye on the metal oxide surface of the metal oxide layer 13, washing and drying are performed. As a result, the working electrode 11 was obtained.

次に、以下の手順で、対向電極21を作製した。
まず、導電性表面22aを有する基体22として、縦2.0cm×横1.5cm×厚さ1.1mmの導電性ガラス基板(FTO)を用意した。この導電性ガラス基板の導電性表面22a上に、スパッタリングにより白金よりなる100nmの厚さの導電層を形成することにより、対向電極21を得た。なお、導電性ガラス基板には、予め、電解液注入用の穴(φ1mm)を2つ形成しておいた。
Next, the counter electrode 21 was produced according to the following procedure.
First, a conductive glass substrate (FTO) having a length of 2.0 cm, a width of 1.5 cm, and a thickness of 1.1 mm was prepared as the base 22 having the conductive surface 22a. On the conductive surface 22a of this conductive glass substrate, a counter electrode 21 was obtained by forming a 100 nm thick conductive layer made of platinum by sputtering. In addition, two holes (φ1 mm) for injecting an electrolytic solution were formed in advance in the conductive glass substrate.

次いで、以下の手順で電解液を調整した。
ジメチルヘキシルイミダゾリウムヨージド(0.6mol/dm3)、ヨウ化リチウム(0.1mol/dm3)及びヨウ素(0.05mol/dm3)を、各々が所定の濃度となるように、アセトニトリルに添加して、電解液を調製した。
Subsequently, the electrolyte solution was adjusted in the following procedures.
Dimethylhexylimidazolium iodide (0.6 mol / dm 3 ), lithium iodide (0.1 mol / dm 3 ) and iodine (0.05 mol / dm 3 ) are added to acetonitrile so that each has a predetermined concentration. The electrolyte solution was prepared by adding.

その後、上記の作用電極11及び対向電極21並びに電解液を用いて、以下の手順で、色素増感型太陽電池100を作製した。
厚さ50μmのスペーサを色素担持金属酸化物電極14の周りを囲むように配置し、作用電極11の色素担持金属酸化物電極14が形成された面と、対向電極21の白金導電層を形成した面とを対向させ、作用電極11と対向電極21とをスペーサを介して貼り合わせた。次いで、対向電極21の注入口から上記の電解液を注入することにより、電解質31を形成した。最後に、全体を封止することにより、実施例1の色素増感型太陽電池100を得た。
Then, the dye-sensitized solar cell 100 was produced according to the following procedure using the working electrode 11, the counter electrode 21, and the electrolytic solution.
A spacer having a thickness of 50 μm was arranged so as to surround the dye-supported metal oxide electrode 14, and the surface of the working electrode 11 on which the dye-supported metal oxide electrode 14 was formed and the platinum conductive layer of the counter electrode 21 were formed. The working electrode 11 and the counter electrode 21 were bonded to each other through a spacer. Next, the electrolyte 31 was formed by injecting the above-described electrolytic solution from the injection port of the counter electrode 21. Finally, the whole was sealed to obtain the dye-sensitized solar cell 100 of Example 1.

(実施例2)
増感色素D149を0.5mM、上記式(4)で表される増感色素を0.15mMに変更すること以外は、実施例1と同様に処理して、実施例2の増感色素含有溶液を調整した。
この実施例2の増感色素含有溶液を用いること以外は、実施例1と同様に処理して、実施例2の色素増感型太陽電池100を得た。
(Example 2)
The sensitizing dye containing the sensitizing dye of Example 2 was processed in the same manner as in Example 1 except that the sensitizing dye D149 was changed to 0.5 mM and the sensitizing dye represented by the above formula (4) was changed to 0.15 mM. The solution was adjusted.
A dye-sensitized solar cell 100 of Example 2 was obtained in the same manner as in Example 1 except that the sensitizing dye-containing solution of Example 2 was used.

(実施例3)
増感色素D149を0.5mM、上記式(4)で表される増感色素を0.03mM、デオキシコール酸を0.5mMに変更すること以外は、実施例1と同様に処理して、実施例3の増感色素含有溶液を調整した。
この実施例3の増感色素含有溶液を用いること以外は、実施例1と同様に処理して、実施例3の色素増感型太陽電池100を得た。
(Example 3)
Except for changing the sensitizing dye D149 to 0.5 mM, the sensitizing dye represented by the above formula (4) to 0.03 mM, and deoxycholic acid to 0.5 mM, the same treatment as in Example 1 was carried out. The sensitizing dye-containing solution of Example 3 was prepared.
Except for using the sensitizing dye-containing solution of Example 3, the same treatment as in Example 1 was performed to obtain a dye-sensitized solar cell 100 of Example 3.

(比較例1)
上記式(4)で表される増感色素を省略し、デオキシコール酸を1mMに変更すること以外は、実施例1と同様に処理して、比較例1の増感色素含有溶液を調整した。
この比較例1の増感色素含有溶液を用いること以外は、実施例1と同様に処理して、比較例1の色素増感型太陽電池100を得た。
(Comparative Example 1)
The sensitizing dye-containing solution of Comparative Example 1 was prepared in the same manner as in Example 1 except that the sensitizing dye represented by the above formula (4) was omitted and deoxycholic acid was changed to 1 mM. .
A dye-sensitized solar cell 100 of Comparative Example 1 was obtained in the same manner as in Example 1 except that the sensitizing dye-containing solution of Comparative Example 1 was used.

(比較例2)
増感色素D149を省略すること以外は、実施例1と同様に処理して、比較例2の増感色素含有溶液を調整した。
この比較例2の増感色素含有溶液を用いること以外は、実施例1と同様に処理して、比較例2の色素増感型太陽電池100を得た。
(Comparative Example 2)
A sensitizing dye-containing solution of Comparative Example 2 was prepared in the same manner as in Example 1 except that the sensitizing dye D149 was omitted.
A dye-sensitized solar cell 100 of Comparative Example 2 was obtained in the same manner as in Example 1 except that the sensitizing dye-containing solution of Comparative Example 2 was used.

<光電変換特性の測定>
得られた実施例1〜実施例3及び比較例1〜2の色素増感型太陽電池の電池特性を、AM−1.5(1000W/m2)のソーラーシミュレーターを用いて測定した。電池特性は、短絡光電流(Jsc)、開放電圧(Voc)、形状因子(FF)、光電変換効率(η)の4項目を測定した。測定結果を表1に示す。
なお、短絡光電流(Jsc)は、色素増感型太陽電池の出力端子を短絡させたときの両端子間に流れる電流(mA/cm2あたり)を表す。また、開放電圧(Voc)は、太陽電池セル・モジュールの出力端子を開放したときの両端子間の電圧(V)を表す。さらに、形状因子(FF)は、最大出力Pmaxを開放電圧(Voc)と光電流密度(Jsc)の積で除した値(FF=Pmax/Voc・Jsc)であり、太陽電池としての電流電圧特性曲線の特性を表すパラメータである。一方、光電変換効率(η:%)は、色素増感型太陽電池の電圧をソースメーターにて掃引して応答電流を測定し、これにより得られた電圧と電流との積である最大出力を1cm2あたりの光強度で除した値を算出し、この算出結果に100を乗じてパーセント表示したものである。すなわち、光電変換効率(η)は、(最大出力/1cm2あたりの光強度)×100で表される。
<Measurement of photoelectric conversion characteristics>
The battery characteristics of the obtained dye-sensitized solar cells of Examples 1 to 3 and Comparative Examples 1 and 2 were measured using an AM-1.5 (1000 W / m 2 ) solar simulator. As battery characteristics, four items of short-circuit photocurrent (Jsc), open-circuit voltage (Voc), form factor (FF), and photoelectric conversion efficiency (η) were measured. The measurement results are shown in Table 1.
In addition, short circuit photocurrent (Jsc) represents the electric current (per mA / cm < 2 >) which flows between both terminals when the output terminal of a dye-sensitized solar cell is short-circuited. Moreover, the open circuit voltage (Voc) represents the voltage (V) between both terminals when the output terminal of a photovoltaic cell module is opened. Further, the form factor (FF) is a value (FF = Pmax / Voc · Jsc) obtained by dividing the maximum output Pmax by the product of the open circuit voltage (Voc) and the photocurrent density (Jsc), and the current-voltage characteristics as a solar cell. It is a parameter that represents the characteristic of the curve. On the other hand, the photoelectric conversion efficiency (η:%) is measured by measuring the response current by sweeping the voltage of the dye-sensitized solar cell with a source meter, and obtaining the maximum output that is the product of the voltage and current obtained by this. The value divided by the light intensity per 1 cm 2 is calculated, and this calculation result is multiplied by 100 and displayed as a percentage. That is, the photoelectric conversion efficiency (η) is represented by (maximum output / light intensity per 1 cm 2 ) × 100.

表1に示す結果から、実施例1〜3の色素増感型太陽電池は、比較例1及び2の色素増感型太陽電池と比較して、優れた光電変換効率を有することが確認された。以上のことから、一般式(1)で表される増感色素と一般式(2)で表される増感色素を併用することにより、各々を単独で使用した場合と比較して、光電変換特性が高められることが確認された。   From the results shown in Table 1, it was confirmed that the dye-sensitized solar cells of Examples 1 to 3 have excellent photoelectric conversion efficiency as compared with the dye-sensitized solar cells of Comparative Examples 1 and 2. . From the above, by using together the sensitizing dye represented by the general formula (1) and the sensitizing dye represented by the general formula (2), compared with the case where each is used alone, the photoelectric conversion It was confirmed that the characteristics were enhanced.

<紫外可視吸収スペクトルの測定>
得られた実施例1〜実施例3及び比較例1〜2の色素増感型太陽電池の色素担持金属酸化物電極の紫外可視吸収スペクトルを、島津製作所製UV−3101PCを用いてスリット幅5nmの条件下で測定した。測定結果を図2に示す。
<Measurement of UV-visible absorption spectrum>
The obtained UV-visible absorption spectra of the dye-supported metal oxide electrodes of the dye-sensitized solar cells of Examples 1 to 3 and Comparative Examples 1 and 2 were slit with a width of 5 nm using UV-3101PC manufactured by Shimadzu Corporation. Measured under conditions. The measurement results are shown in FIG.

図2に示す結果から、実施例1〜実施例3の色素増感型太陽電池は、色素担持金属酸化電極の紫外可視吸収スペクトル測定において、上記式(4)で表される増感色素由来する光吸収ピークの吸収極大強度が、比較例2の上記式(4)で表される増感色素に由来する光吸収ピークの吸収極大強度に対して50%以上90%未満の範囲内にあることが確認された。   From the results shown in FIG. 2, the dye-sensitized solar cells of Examples 1 to 3 are derived from the sensitizing dye represented by the above formula (4) in the UV-visible absorption spectrum measurement of the dye-supported metal oxide electrode. The absorption maximum intensity of the light absorption peak is in the range of 50% or more and less than 90% with respect to the absorption maximum intensity of the light absorption peak derived from the sensitizing dye represented by the above formula (4) in Comparative Example 2. Was confirmed.

また、図2に示す結果から、実施例1の色素増感型太陽電池は上述した条件A〜Cをすべて満たし、実施例2の色素増感型太陽電池は上述した条件B及びCを満たし、実施例3の色素増感型太陽電池は上述した条件A及びCを満たすことが確認された。   Further, from the results shown in FIG. 2, the dye-sensitized solar cell of Example 1 satisfies all the conditions A to C described above, the dye-sensitized solar cell of Example 2 satisfies the above-described conditions B and C, It was confirmed that the dye-sensitized solar cell of Example 3 satisfied the conditions A and C described above.

<分光感度特性及び短絡光電流(Jsc)の比較>
図3に、実施例1、比較例1及び参考例の色素増感型太陽電池100の分光感度特性(IPCE)を示す。なお、参考例の色素増感型太陽電池100は、R.T.3min暗所にて増感色素を担持させること以外は、比較例1と同様に処理して得たものである。
また、表2に、実施例1、比較例1及び参考例の色素増感型太陽電池の短絡光電流(Jsc)を示す。なお、この短絡光電流(Jsc)は、かかるIPCEの面積から算出した値である。
<Comparison of spectral sensitivity characteristics and short-circuit photocurrent (Jsc)>
FIG. 3 shows the spectral sensitivity characteristics (IPCE) of the dye-sensitized solar cells 100 of Example 1, Comparative Example 1, and Reference Example. In addition, the dye-sensitized solar cell 100 of the reference example has R.D. T.A. This was obtained by treating in the same manner as in Comparative Example 1 except that the sensitizing dye was supported in the dark for 3 minutes.
Table 2 shows the short-circuit photocurrent (Jsc) of the dye-sensitized solar cells of Example 1, Comparative Example 1, and Reference Example. The short-circuit photocurrent (Jsc) is a value calculated from the area of the IPCE.

図3及び表2に示す結果から、一般式(3)及び(4)で表される増感色素増感色素を併用することにより、それらを単独で使用するよりも、光電変換特性が向上することが確認された。とりわけ、参考例と比較例1との比較、及び、参考例と実施例1との比較を鑑みると、一般式(3)で表される増感色素を単独で用いて更なる特性向上を試みるよりも、一般式(3)及び(4)で表される増感色素増感色素を併用することが特に有効であることが確認された。   From the results shown in FIG. 3 and Table 2, the combined use of the sensitizing dye sensitizing dyes represented by the general formulas (3) and (4) improves the photoelectric conversion characteristics as compared to using them alone. It was confirmed. In particular, considering the comparison between the reference example and the comparative example 1 and the comparison between the reference example and the example 1, further improvement of characteristics is attempted by using the sensitizing dye represented by the general formula (3) alone. It was confirmed that it is particularly effective to use the sensitizing dye sensitizing dyes represented by the general formulas (3) and (4) together.

なお、上述したとおり、本発明は、上記実施形態及び実施例に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲内において適宜変更を加えることが可能である。   In addition, as above-mentioned, this invention is not limited to the said embodiment and Example, In the range which does not deviate from the summary, it can add suitably.

以上説明した通り、本発明は、色素増感型太陽電池に関わる電子・電気材料、電子・電気デバイス、及びそれらを備える各種機器、設備、システム等に広く且つ有効に利用可能である。また、本発明は、色素増感型太陽電池以外の他の用途、例えば、光センサ等の光電変換素子においても、広く且つ有効に利用可能である。   As described above, the present invention can be widely and effectively used in electronic / electrical materials, electronic / electrical devices related to dye-sensitized solar cells, and various devices, facilities, systems, and the like including them. Further, the present invention can be used widely and effectively in other applications other than the dye-sensitized solar cell, for example, in photoelectric conversion elements such as an optical sensor.

11…作用電極、12…基体、12a…導電性表面、13…金属酸化物層、14…色素担持金属酸化物電極、21…対向電極、22a…導電性表面、22…基体、31…電解質、41…スペーサ、100…光電変換素子。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 ... Working electrode, 12 ... Base | substrate, 12a ... Conductive surface, 13 ... Metal oxide layer, 14 ... Dye carrying | support metal oxide electrode, 21 ... Counter electrode, 22a ... Conductive surface, 22 ... Base | substrate, 31 ... Electrolyte, 41: spacer, 100: photoelectric conversion element.

Claims (5)

色素が金属酸化物層に担持された色素担持金属酸化物電極を有する作用電極を備える色素増感型太陽電池であって、
前記色素担持金属酸化電極は、下記一般式(1)及び(2):
(式(1)中、R1及びR2は、それぞれ独立して、水素原子、末端アリール基、末端アルキル基、又は、末端アルコキシ基であり、R1及びR2の少なくとも一方は、末端アリール基、末端アルキル基、又は、末端アルコキシ基である。また、R1及びR2が結合して環を形成していてもよい。R3及びR4は、それぞれ独立して、アンカー基又はアルキル基であり、少なくとも1つはアンカー基である。)
(式(2)中、R5〜R8は、それぞれ独立して炭素数4〜20の直鎖状アルキル基であり、各々が同一であっても異なっていてもよく、R9及びR10は、それぞれ独立して、アルキル基又はアルコキシ基であり、各々が同一であっても異なっていてもよい。R11は、水素原子、アルキル基、ハロゲン元素、シアノ基のいずれかである。)
で表される増感色素を含むことを特徴とする、
色素増感型太陽電池。
A dye-sensitized solar cell comprising a working electrode having a dye-supported metal oxide electrode in which a dye is supported on a metal oxide layer,
The dye-supported metal oxide electrode has the following general formulas (1) and (2):
(In Formula (1), R1 and R2 are each independently a hydrogen atom, a terminal aryl group, a terminal alkyl group, or a terminal alkoxy group, and at least one of R1 and R2 is a terminal aryl group, a terminal alkyl group. R1 and R2 may be bonded to form a ring, and R3 and R4 are each independently an anchor group or an alkyl group, and at least one of them is a group or a terminal alkoxy group. Anchor group.)
(In Formula (2), R5 to R8 are each independently a linear alkyl group having 4 to 20 carbon atoms, and each may be the same or different, and R9 and R10 are each independent. And each of them may be the same or different, and R 11 is any one of a hydrogen atom, an alkyl group, a halogen element, and a cyano group.)
Comprising a sensitizing dye represented by:
Dye-sensitized solar cell.
前記色素担持金属酸化電極は、紫外可視吸収スペクトル測定において、前記一般式(2)で表される増感色素に由来する光吸収ピークの吸収極大強度が、前記一般式(2)で表される増感色素を前記金属酸化物層に単独で担持させた場合の前記一般式(2)で表される増感色素に由来する光吸収ピークの吸収極大強度に対して、50%以上90%未満の範囲内にある、
請求項1に記載の色素増感型太陽電池。
In the dye-supported metal oxide electrode, the absorption maximum intensity of the light absorption peak derived from the sensitizing dye represented by the general formula (2) in the ultraviolet-visible absorption spectrum measurement is represented by the general formula (2). 50% or more and less than 90% with respect to the absorption maximum intensity of the light absorption peak derived from the sensitizing dye represented by the general formula (2) when the sensitizing dye is supported alone on the metal oxide layer. Within the range of
The dye-sensitized solar cell according to claim 1.
前記金属酸化物層が、実質的に酸化亜鉛からなる層である、
請求項1又は2に記載の色素増感型太陽電池。
The metal oxide layer is a layer substantially made of zinc oxide.
The dye-sensitized solar cell according to claim 1 or 2.
前記一般式(1)で表される増感色素が、下記一般式(3):
で表される増感色素であり、
前記一般式(2)で表される増感色素が、下記一般式(4):
で表される増感色素である、
請求項1〜3のいずれか一項に記載の色素増感型太陽電池。
The sensitizing dye represented by the general formula (1) is represented by the following general formula (3):
A sensitizing dye represented by
The sensitizing dye represented by the general formula (2) is represented by the following general formula (4):
Is a sensitizing dye represented by
The dye-sensitized solar cell according to any one of claims 1 to 3.
さらに、前記作用電極の前記色素担持金属酸化電極と対向するように配設された対向電極と、前記作用電極及び前記対向電極の間に設けられた電解質と、を備える、
請求項1〜4のいずれか一項に記載の色素増感型太陽電池。
And a counter electrode disposed to face the dye-supported metal oxide electrode of the working electrode, and an electrolyte provided between the working electrode and the counter electrode.
The dye-sensitized solar cell according to any one of claims 1 to 4.
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