JP2012004206A - Photoelectric conversion element and solar battery - Google Patents

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一国 西村
Kenichi Onaka
賢一 尾中
Hideya Miwa
英也 三輪
Kazuya Isobe
和也 磯部
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a photoelectric conversion element and a solar battery that can be stably manufactured and are excellent in photoelectric conversion efficiency and photoelectric conversion function.SOLUTION: In a photoelectric conversion element having a substrate, a first electrode, a photoelectric conversion layer containing a semiconductor material and sensitization dye, a hole transport layer and a second electrode which are successively provided in this order, the hole transport layer contains polymer A manufactured by polymerization using, as the polymerization unit, a component represented by the general formula (1), and the thickness of the hole transport layer is not less than 10 nm and not more than 200 nm.

Description

本発明は、色素増感型の光電変換素子、および該光電変換素子を用いて構成した太陽電池に関する。   The present invention relates to a dye-sensitized photoelectric conversion element and a solar cell configured using the photoelectric conversion element.

近年、環境問題などから、エネルギー源として、太陽光エネルギーが注目されている。   In recent years, solar energy has attracted attention as an energy source due to environmental problems.

そして、太陽光エネルギーの光、熱を活用して、利用し易いエネルギー形態である電気エネルギーに変換する方法が実用化されている。   And the method of converting into the electrical energy which is the energy form which is easy to utilize using the light and heat of sunlight energy is put into practical use.

これらの方法の中で、例えば太陽光を電気エネルギーに変換する方法は、代表的な例であり、この方法には、光電変換素子が用いられる。   Among these methods, for example, a method of converting sunlight into electric energy is a typical example, and a photoelectric conversion element is used in this method.

光電変換素子としては、単結晶シリコン、多結晶シリコン、アモルファスシリコン、テルル化カドミウムおよびセレン化インジウム銅等の無機系の材料を用いた光電変換素子が広く用いられ、所謂太陽電池に広く利用されている。   As photoelectric conversion elements, photoelectric conversion elements using inorganic materials such as single crystal silicon, polycrystalline silicon, amorphous silicon, cadmium telluride and indium copper selenide are widely used, and are widely used for so-called solar cells. Yes.

これらの無機系の材料を用いた光電変換素子を用いた太陽電池は、材料として用いるシリコンなどが高度な精製過程が必要な高純度品が求められる、多層pn接合による構造の為に製造工程が複雑でプロセス数が多く、製造コストが高いなどの問題点があった。   Solar cells using photoelectric conversion elements using these inorganic materials require a high-purity product such as silicon used as a material that requires an advanced refining process, and the manufacturing process is due to a structure with a multilayer pn junction. There were problems such as complexity, many processes, and high manufacturing costs.

一方、より簡素な素子として有機材料を用いた光電変換素子の研究も進められている。   On the other hand, research on photoelectric conversion elements using organic materials as simpler elements is also underway.

例えば、C.W.Tang:Applied Physics Letters,48,183(1986)に記載のような、n型の有機色素であるペリレンテトラカルボン酸誘導体とp型の有機色素である銅フタロシアニンを接合させた、pn接合型の有機光電変換素子が報告されている。   For example, C.I. W. Tang: A pn-junction organic material obtained by bonding a perylenetetracarboxylic acid derivative, which is an n-type organic dye, and copper phthalocyanine, which is a p-type organic dye, as described in Applied Physics Letters, 48, 183 (1986). A photoelectric conversion element has been reported.

有機光電変換素子において、弱点であると考えられている励起子拡散長の短さと空間電荷層の薄さを改良する為に、単に有機薄膜を積層するpn接合部の面積を大きく増大させ、電荷分離に関与する有機色素数を充分に確保しようという試みがその結果を出しつつある。   In an organic photoelectric conversion element, in order to improve the short exciton diffusion length and the thinness of the space charge layer, which are considered to be weak points, the area of the pn junction simply laminating the organic thin film is greatly increased. Attempts to ensure a sufficient number of organic dyes involved in the separation are producing results.

また、例えば、G.Yu, J.Gao, J.C.Humelen, F.Wudl and A.J.Heeger: Science, 270, 1789(1996)に記載のような、n型の電子伝導性の有機材料とp型の正孔伝導性ポリマーを膜中で複合させることによりpn接合部分を飛躍的に増大させて、膜中全体で電荷分離を行う手法である。Heegerらは1995年に共役高分子をp型の導電性ポリマーとし、電子伝導材料としてフラーレンを混合させた光電変換素子が提案されている。   Also, for example, G. Yu, J .; Gao, J .; C. Humelen, F.M. Wudl and A.W. J. et al. Heeger: As described in Science, 270, 1789 (1996), an n-type electron conductive organic material and a p-type hole conductive polymer are combined in a film to dramatically increase the pn junction portion. Thus, charge separation is performed throughout the film. In 1995, Heeger et al. Proposed a photoelectric conversion element in which a conjugated polymer is a p-type conductive polymer and fullerene is mixed as an electron conductive material.

これらの光電変換素子は次第にその特性を向上させてはいるが、高い変換効率のまま安定して挙動するとこまでには至っていない。   Although these photoelectric conversion elements are gradually improving their characteristics, they have not yet been able to behave stably with high conversion efficiency.

しかし、1991年にGratzelは、酸化チタン上に吸着した色素の増感光電流の膨大で詳細な実験の集大成として、酸化チタンを多孔質化し、その電荷分離の面積(電荷分離に寄与する分子数)を充分に確保することによって、安定動作し高い変換効率を有する光電変換素子の作製に成功(例えば、非特許文献1参照)した。   However, in 1991, Gratzel made porous titanium oxide as a compilation of enormous and detailed experiments on the sensitized photocurrent of the dye adsorbed on titanium oxide, and the area of charge separation (number of molecules contributing to charge separation). As a result, a photoelectric conversion element having a stable operation and a high conversion efficiency was successfully produced (for example, see Non-Patent Document 1).

この光電変換素子では、多孔質酸化チタン表面に吸着した色素が光励起され、色素から酸化チタンに電子注入され色素カチオンとなり、対極から正孔輸送層を通じて色素が電子を受け取るというサイクルを繰り返す。正孔輸送層としてはヨウ素を含む電解質を有機溶媒に溶解させた電解液が用いられている。   In this photoelectric conversion element, the dye adsorbed on the surface of the porous titanium oxide is photoexcited, electrons are injected from the dye into the titanium oxide to become dye cations, and the dye receives electrons from the counter electrode through the hole transport layer. As the hole transport layer, an electrolytic solution in which an electrolyte containing iodine is dissolved in an organic solvent is used.

この光電変換素子は酸化チタンの安定と相まって、優れた再現性を有しており、研究開発の裾野も大きく広がり、この光電変換素子も色素増感型太陽電池と呼ばれて、大きな期待と注目を浴びている。   This photoelectric conversion element, combined with the stability of titanium oxide, has excellent reproducibility, and the scope of research and development is greatly expanded. This photoelectric conversion element is also called a dye-sensitized solar cell and has great expectations and attention. Have been bathed.

この方式は、酸化チタン等の安価な金属化合物半導体を高純度まで精製する必要がなく、半導体としては安価なものを使用することができ、さらに利用できる光は広い可視光領域にまでわたっており、可視光成分の多い太陽光を有効に電気へ変換できるという利点を有する。   In this method, it is not necessary to purify an inexpensive metal compound semiconductor such as titanium oxide to a high purity, an inexpensive semiconductor can be used, and usable light extends over a wide visible light range. , It has the advantage that sunlight with a large amount of visible light components can be effectively converted into electricity.

しかし、光電変換層に資源的制約があるルテニウム錯体を用いるため、高価なルテニウム錯体を用いる必要がある、経時での安定性が充分でないなどの問題がある。   However, since a ruthenium complex having a resource limitation is used for the photoelectric conversion layer, there is a problem that it is necessary to use an expensive ruthenium complex, and stability over time is not sufficient.

また、更なる問題点として、色素増感型太陽電池は先述のとおり電解液を用いて動作するために、電解液やヨウ素の保持や流出・散逸を防ぐ別の機構が必要となるなどの問題点を有していた。   In addition, as a further problem, since dye-sensitized solar cells operate using an electrolyte as described above, a separate mechanism is required to prevent the electrolyte and iodine from being retained, discharged, or dissipated. Had a point.

電解液を有する他の電気化学素子の代表例としては、鉛蓄電池やリチウム電池などが代表的ではあるが、コンパクトにモジュール化されたこれらの電気化学素子でさえ100%回収され、リサイクルされている訳ではなく、散逸した化学種が新たに環境に蓄積された場合に、二次的な問題を誘起するのは自明である。   Typical examples of other electrochemical elements having an electrolytic solution are lead-acid batteries and lithium batteries, but even these electrochemical elements that are modularized in a compact manner are recovered and recycled 100%. Not surprisingly, it is self-evident to induce secondary problems when dissipated species are newly accumulated in the environment.

このような電解液の問題を回避し、さらに色素増感型太陽電池の良さを引き継いだ、全固体色素増感型太陽電池の開発も進んでいる。   Development of an all-solid-state dye-sensitized solar cell that avoids the problem of the electrolyte and inherits the goodness of the dye-sensitized solar cell has been advanced.

この分野では、U.Bach,D.Lupo,P.Comte,J.E.Moser, F.Weissortel,J.Salbeck,H.Spreitzer and M.Gratzel,Nature,395,583(1998)に記載の、アモルファス性有機正孔移動剤を用いたものや、G.R.A.Kumara, S.Kaneko, M.kuya,A.Konno and K.Tennakone:Key Engineering Matterals,119,228(2002)に記載の正孔移動剤にヨウ化銅を用いたものなどが知られているが、正孔移動剤の伝導度が低いため未だ充分な光電変換効率を与えるには至っていない。   In this field, U.S. Bach, D.C. Lupo, P.M. Comte, J .; E. Moser, F.A. Weissortel, J. et al. Salbeck, H.M. Spreitzer and M.M. Gratzel, Nature, 395, 583 (1998), which uses an amorphous organic hole transfer agent, R. A. Kumara, S .; Kaneko, M .; kuya, A .; Konno and K.K. Tennakone: Key Engineering Materials, 119, 228 (2002), which uses copper iodide as the hole transfer agent is known. However, since the conductivity of the hole transfer agent is low, photoelectric conversion is still sufficient. It has not given efficiency.

さらに、伝導度の比較的高い正孔移動剤としてはポリチオフェン系材料が代表例としてあげられ、PEDOTを正孔移動剤として用いた全固体色素増感型太陽電池が報告されている(例えば、非特許文献2参照)。   Furthermore, a typical example of a hole transfer agent having a relatively high conductivity is a polythiophene-based material, and an all-solid dye-sensitized solar cell using PEDOT as a hole transfer agent has been reported (for example, non-conductive) Patent Document 2).

また、ポリチオフェン系材料としては、3,4アルキレンジオキシチオフェン誘導体から誘導される導電性ポリマーが知られている(特許文献1参照)。   As polythiophene-based materials, conductive polymers derived from 3,4 alkylene dioxythiophene derivatives are known (see Patent Document 1).

しかしながら、これらの材料を単に用いても色素増感型の太陽電池においては、光電変換効率、動作安定性が、まだ充分なものではなかった。   However, even if these materials are simply used, photoelectric conversion efficiency and operational stability are still not sufficient in a dye-sensitized solar cell.

特開2005−170942号公報JP 2005-170942 A

B.O’Regan and M.Gratzel: Nature, 353, 737(1991)B. O'Regan and M.M. Gratzel: Nature, 353, 737 (1991) J.Xia, N.Masaki, M.Lira−Cantu,Y.Kim,K.Jiang and S. Yanagida: Journal of the American Chemical Society, 130, 1258(2008)J. et al. Xia, N.A. Masaki, M .; Lira-Cantu, Y.M. Kim, K .; Jiang and S.J. Yanagida: Journal of the American Chemical Society, 130, 1258 (2008)

本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、その目的は、安定して製造することができ、光電変換効率、光電変換機能の安定性に優れる光電変換素子および太陽電池を提供することにある。   This invention is made | formed in view of the said subject, The objective is to provide the photoelectric conversion element and solar cell which can be manufactured stably and are excellent in photoelectric conversion efficiency and the stability of a photoelectric conversion function. is there.

本発明の上記目的は、以下の手段により達成することができる。   The above object of the present invention can be achieved by the following means.

1.基板、第一電極、半導体および増感色素を含有する光電変換層、正孔輸送層および第二電極を、この順に設置してなる光電変換素子において、該正孔輸送層は、下記一般式(1)で表される化合物を重合単位として用い重合により作製した重合体Aを含有し、該正孔輸送層の厚さが10nm以上、200nm以下であることを特徴とする光電変換素子。   1. In a photoelectric conversion element in which a substrate, a first electrode, a semiconductor and a photoelectric conversion layer containing a sensitizing dye, a hole transport layer and a second electrode are disposed in this order, the hole transport layer has the following general formula ( 1. A photoelectric conversion element comprising a polymer A produced by polymerization using the compound represented by 1) as a polymerization unit, wherein the hole transport layer has a thickness of 10 nm to 200 nm.

Figure 2012004206
Figure 2012004206

(式中、Arは、下記一般式(2)〜(5)のいずれかで示される部分構造の残基である。 (In the formula, Ar 1 is a residue of a partial structure represented by any of the following general formulas (2) to (5).

Figure 2012004206
Figure 2012004206

Ar〜Ar24は、それぞれ置換もしくは未置換のアリール基を表し、互いに連結して環状構造を形成しても良い。 Ar 2 to Ar 24 each represent a substituted or unsubstituted aryl group, and may be linked to each other to form a cyclic structure.

は下記一般式(6)〜(10)のいずれかで表される基の残基を表し、Xは酸素原子、硫黄原子またはセレン原子を表す。 T 1 represents a residue of a group represented by any one of the following general formulas (6) to (10), and X represents an oxygen atom, a sulfur atom, or a selenium atom.

Figure 2012004206
Figure 2012004206

1A〜R9AおよびR1B〜R9Bは、水素、アルコキシ基またはアルキルアミノ基を表し、隣接する基の組(R1A,R1B)〜(R9A,R9B)の各組の中で、少なくとも一方は、アルコキシ基またはアルキルアミノ基であり、各組の基は互いに環を形成していてもよい。 R 1A to R 9A and R 1B to R 9B represent hydrogen, an alkoxy group, or an alkylamino group, and in each of the groups of adjacent groups (R 1A , R 1B ) to (R 9A , R 9B ) , At least one is an alkoxy group or an alkylamino group, and each group of groups may form a ring with each other.

は2〜8の整数を表し、nは1または2である。 n 1 represents an integer of 2 to 8, and n 2 is 1 or 2.

炭素−炭素二重結合は、シス体、トランス体のどちらでもよい。)
2.前記nが3〜8の整数であることを特徴とする前記1に記載の光電変換素子。
The carbon-carbon double bond may be either a cis isomer or a trans isomer. )
2. 2. The photoelectric conversion element as described in 1 above, wherein n 1 is an integer of 3 to 8.

3.前記一般式(6)〜(9)におけるXが硫黄原子であることを特徴とする前記1または2に記載の光電変換素子。   3. X in said general formula (6)-(9) is a sulfur atom, The said photoelectric conversion element of 1 or 2 characterized by the above-mentioned.

4.前記一般式(6)〜(10)で表される化合物における隣接する置換基の組(R1A,R1B)〜(R9A,R9B)が互いにエチレンジオキシ環を形成していることを特徴とする前記1から3のいずれか1項に記載の光電変換素子。 4). The adjacent substituent groups (R 1A , R 1B ) to (R 9A , R 9B ) in the compounds represented by the general formulas (6) to (10) form an ethylenedioxy ring. 4. The photoelectric conversion element according to any one of 1 to 3, wherein the photoelectric conversion element is characterized.

5.前記重合体Aが、前記半導体上で、合成されたものであることを特徴とする前記1から4のいずれか1項に記載の光電変換素子。   5. 5. The photoelectric conversion element according to any one of 1 to 4, wherein the polymer A is synthesized on the semiconductor.

6.前記半導体が酸化チタンであることを特徴とする前記1から5のいずれか1項に記載の光電変換素子。   6). 6. The photoelectric conversion element according to any one of 1 to 5, wherein the semiconductor is titanium oxide.

7.前記1から6のいずれか1項に記載の光電変換素子を有することを特徴とする太陽電池。   7). A solar cell comprising the photoelectric conversion device according to any one of 1 to 6 above.

本発明の上記手段により、製造安定性に優れ、光電変換効率、光電変換機能の安定性に優れる光電変換素子および太陽電池が提供できる。   By the above means of the present invention, it is possible to provide a photoelectric conversion element and a solar cell which are excellent in production stability, excellent in photoelectric conversion efficiency and photoelectric conversion function.

本発明の光電変換素子の一例を示す模式断面図である。It is a schematic cross section which shows an example of the photoelectric conversion element of this invention.

本発明は、基板、第一電極、半導体および色素を含有する光電変換層、正孔輸送層および第二電極を、この順に設置してなる光電変換素子において、該正孔輸送層は、下記一般式(1)で表される化合物を重合単位として用い重合により作製した重合体Aを含有し、該正孔輸送層の厚さが10nm以上、200nm以下であることを特徴とする。   The present invention relates to a photoelectric conversion element comprising a substrate, a first electrode, a semiconductor and a photoelectric conversion layer containing a dye, a hole transport layer and a second electrode in this order. It contains a polymer A produced by polymerization using a compound represented by the formula (1) as a polymerization unit, and the thickness of the hole transport layer is from 10 nm to 200 nm.

本発明においては、特に正孔輸送層に上記特定の重合体Aを用い、正孔輸送層の膜厚を特定な厚さとすることで、光電変換効率、光電変換機能の安定性に優れる光電変換素子および太陽電池が提供できる。   In the present invention, in particular, the above-mentioned specific polymer A is used for the hole transport layer, and the film thickness of the hole transport layer is set to a specific thickness so that the photoelectric conversion efficiency and the stability of the photoelectric conversion function are excellent. Devices and solar cells can be provided.

(光電変換素子)
本発明の光電変換素子について、図1により説明する。
(Photoelectric conversion element)
The photoelectric conversion element of the present invention will be described with reference to FIG.

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

図1に示すように、光電変換素子10は、基板1、第一電極2、光電変換層6、正孔輸送層7および第二電極8をこの順に設置してなる。   As shown in FIG. 1, the photoelectric conversion element 10 includes a substrate 1, a first electrode 2, a photoelectric conversion layer 6, a hole transport layer 7, and a second electrode 8 arranged in this order.

光電変換層6は、半導体および色素を含有する。   The photoelectric conversion layer 6 contains a semiconductor and a pigment.

第一電極2と光電変換層6との間には、短絡防止、封止などの目的で、バリア層3を有することが好ましい。   Between the 1st electrode 2 and the photoelectric converting layer 6, it is preferable to have the barrier layer 3 for the purpose of a short circuit prevention, sealing, etc.

正孔輸送層の厚さとは、第二電極8と光電変換層6との間の膜厚dを指す。   The thickness of the hole transport layer refers to the film thickness d between the second electrode 8 and the photoelectric conversion layer 6.

太陽光は、図下方の矢印の方向から入る。   Sunlight enters from the direction of the arrow at the bottom of the figure.

本発明の光電変換素子の製造例を以下に示す。   The manufacture example of the photoelectric conversion element of this invention is shown below.

第一電極2を付けた基板1(導電性支持体とも言う)上に、バリヤ層3を付着して形成した後、バリア層3上に、半導体からなる半導体層を形成し、その半導体表面に増感色素を吸着させて光電変換層6を形成する。その後、光電変換層6の上に、正孔輸送層7を形成する。   After the barrier layer 3 is deposited and formed on the substrate 1 (also referred to as a conductive support) to which the first electrode 2 is attached, a semiconductor layer made of a semiconductor is formed on the barrier layer 3, and the semiconductor surface is formed on the semiconductor surface. A photoelectric conversion layer 6 is formed by adsorbing a sensitizing dye. Thereafter, the hole transport layer 7 is formed on the photoelectric conversion layer 6.

正孔輸送層7は、増感色素を担持した半導体からなる半導体層の上に存在し、その上に第二電極8が付着している。第一電極2および第二電極8に端子を付けて電流を取り出すことができる。   The hole transport layer 7 exists on a semiconductor layer made of a semiconductor carrying a sensitizing dye, and a second electrode 8 is attached thereon. Terminals can be attached to the first electrode 2 and the second electrode 8 to extract current.

(正孔輸送層)
正孔輸送層は、光吸収して電子を半導体に注入した後の増感色素の酸化体を迅速に還元し、色素との界面で注入された正孔を第二電極に輸送する機能を担う層である。
(Hole transport layer)
The hole transport layer has the function of rapidly reducing the oxidant of the sensitizing dye after absorbing light and injecting electrons into the semiconductor, and transporting the holes injected at the interface with the dye to the second electrode. Is a layer.

正孔輸送層は、下記一般式(1)で表される化合物を重合単位として用い重合により作製した重合体Aを含有し、当該正孔輸送層の厚さが10nm以上、200nm以下である。   The hole transport layer contains a polymer A prepared by polymerization using a compound represented by the following general formula (1) as a polymerization unit, and the thickness of the hole transport layer is 10 nm or more and 200 nm or less.

この正孔輸送層の厚さは、図1に示すように、第二電極8と光電変換層6との間の膜厚dを指す。具体的には、第二電極の最下部表面と光電変換層の最上部表面の平均距離で定義されるものであり、光電変換素子の断面を倍率25000倍の断面図SEM画像を用いて撮影し、電極平面方法に2μmの間で、第二電極の側輪郭と、光電変換層の正孔輸送層側輪郭表面の距離を0.1μm間隔で21点測定し、これらの点の値を算術平均することで導出した値である。   The thickness of the hole transport layer indicates a film thickness d between the second electrode 8 and the photoelectric conversion layer 6 as shown in FIG. Specifically, it is defined by the average distance between the lowermost surface of the second electrode and the uppermost surface of the photoelectric conversion layer. The distance between the side contour of the second electrode and the hole transport layer side contour surface of the photoelectric conversion layer was measured at 21 points at intervals of 0.1 μm, and the value of these points was arithmetically averaged between 2 μm in the electrode plane method. It is a value derived by doing.

(重合体A)
(一般式(1)で表される化合物)
上記一般式(1)中、Arは、上記一般式(2)〜(5)のいずれかで示される部分構造の残基である。
(Polymer A)
(Compound represented by the general formula (1))
In the general formula (1), Ar 1 is a residue having a partial structure represented by any one of the general formulas (2) to (5).

Ar〜Ar24は、それぞれ置換もしくは未置換のアリール基を表し、互いに連結して環状構造を形成しても良い。 Ar 2 to Ar 24 each represent a substituted or unsubstituted aryl group, and may be linked to each other to form a cyclic structure.

置換基としては、フッ素原子などのハロゲン基、炭素数1〜3の低級アルキル基などが挙げられる。   Examples of the substituent include a halogen group such as a fluorine atom, a lower alkyl group having 1 to 3 carbon atoms, and the like.

置換もしくは未置換のアリール基としては、フェニル基、ナフチル基、ビフェニル基、フルオレニル基、アンスリル基、ピレニル基、アズレニル基、アセナフチレニル基、ターフェニル基、フェナンスリル基等を挙げることができる。   Examples of the substituted or unsubstituted aryl group include a phenyl group, a naphthyl group, a biphenyl group, a fluorenyl group, an anthryl group, a pyrenyl group, an azulenyl group, an acenaphthylenyl group, a terphenyl group, and a phenanthryl group.

これらは互いに連結して環状構造を形成しても良い。   These may be connected to each other to form an annular structure.

は上記一般式(6)〜(10)のいずれかで表される基の残基を表し、Xは酸素原子、硫黄原子またはセレン原子を表す。 T 1 represents the residue of the group represented by any one of the above general formulas (6) to (10), and X represents an oxygen atom, a sulfur atom or a selenium atom.

1A〜R9AおよびR1B〜R9Bは、水素、アルコキシ基またはアルキルアミノ基を表し、隣接する基の組(R1A,R1B)〜(R9A,R9B)の各組の中で、少なくとも一方は、アルコキシ基またはアルキルアミノ基であり、各組の基は互いに環を形成していてもよい。 R 1A to R 9A and R 1B to R 9B represent hydrogen, an alkoxy group, or an alkylamino group, and in each of the groups of adjacent groups (R 1A , R 1B ) to (R 9A , R 9B ) , At least one is an alkoxy group or an alkylamino group, and each group of groups may form a ring with each other.

アルコキシ基としてはメトキシ基、エトキシ基、プロポキシ基、ブトキシ基等をあげることができ、アルキルアミノ基としては、ジメチルアミノ基、ジエチルアミノ基、メチルエチルアミノ基等を挙げることができる。   Examples of the alkoxy group include a methoxy group, an ethoxy group, a propoxy group, and a butoxy group. Examples of the alkylamino group include a dimethylamino group, a diethylamino group, and a methylethylamino group.

互いに環を形成している例としては、メチレンジオキシ環、エチレンジオキシ環、プロピレンジオキシ環等を挙げることができる。   Examples that mutually form a ring include a methylenedioxy ring, an ethylenedioxy ring, a propylenedioxy ring, and the like.

は2〜8の整数を表し、nは1または2である。 n 1 represents an integer of 2 to 8, and n 2 is 1 or 2.

炭素−炭素二重結合は、シス体、トランス体のどちらでもよい。   The carbon-carbon double bond may be either a cis isomer or a trans isomer.

一般式(1)で表される化合物は、Arのハロゲン体とTのハロゲン体とのグリニャール反応により、合成することができる。 The compound represented by the general formula (1) can be synthesized by a Grignard reaction between a halogen compound of Ar 1 and a halogen compound of T 1 .

合成例
合成例1(例示化合物A−1の合成)
Synthesis Example Synthesis Example 1 (Synthesis of Exemplified Compound A-1)

Figure 2012004206
Figure 2012004206

3,4−エチレンジオキシチオフェン3.95g(2.78×10−2モル)を窒素雰囲気下、脱水ジメチルホルムアミド10mlに溶解させた。この溶液に、N−ブロモスクシンイミド(NBS)2.49g(1.40×10−2モル)を脱水ジメチルホルムアミド(DMF)30mlに溶解させた溶液を室温(RT)で滴下し、そのまま室温で4時間撹拌した。反応溶液に水50mlとトルエン50mlを加え有機相を分取し、無水硫酸マグネシウムを加えて乾燥した後、減圧濃縮し、得られた残査をシリカゲルカラムにより精製して、2−ブロモ−3,4−エチレンジオキシチオフェンのトルエン溶液を2.49g得た(目的物8.4×10−3モル含有している)。重合してしまうため、これ以上の濃縮は行わなかった。 3.95 g (2.78 × 10 −2 mol) of 3,4-ethylenedioxythiophene was dissolved in 10 ml of dehydrated dimethylformamide under a nitrogen atmosphere. To this solution, a solution prepared by dissolving 2.49 g (1.40 × 10 −2 mol) of N-bromosuccinimide (NBS) in 30 ml of dehydrated dimethylformamide (DMF) was added dropwise at room temperature (RT), and the solution was directly added at room temperature. Stir for hours. 50 ml of water and 50 ml of toluene were added to the reaction solution, and the organic phase was separated, dried over anhydrous magnesium sulfate and then concentrated under reduced pressure. The resulting residue was purified with a silica gel column to give 2-bromo-3, 2.49 g of a toluene solution of 4-ethylenedioxythiophene was obtained (containing 8.4 × 10 −3 mol of the target product). Since it polymerized, no further concentration was performed.

前述の2−ブロモ−3,4−エチレンジオキシチオフェンのトルエン溶液1.11g(3.7×10−3モル)を脱水テトラヒドロフラン(THF)10mlに溶解させた溶液を、窒素雰囲気下、マグネシウム片110mg(4.52×10−3モル)に滴下し、1時間加熱還流を行った。別の窒素雰囲気下のフラスコに、トリス(4−ブロモフェニル)アミン481mg(9.99×10−4モル)、ビス(トリフェニルホスフィン)塩化パラジウム(II)21.7mg(3.1×10−5モル)を脱水テトラヒドロフラン3mlに懸濁させた。前述のグリニャール反応溶液をこの懸濁液に滴下し、反応溶液を4時間加熱還流した。冷却後、飽和食塩水15mlならびに酢酸エチル15mlを加え、有機相を分取し、無水硫酸マグネシウムを加えて乾燥した後、減圧濃縮し、得られた残査をシリカゲルカラムにより精製して、例示化合物A−1を89.4mg得た(1.34×10−4モル)。 A solution obtained by dissolving 1.11 g (3.7 × 10 −3 mol) of the above-mentioned toluene solution of 2-bromo-3,4-ethylenedioxythiophene in 10 ml of dehydrated tetrahydrofuran (THF) It was dripped at 110 mg (4.52 * 10 < -3 > mol), and heating-refluxing was performed for 1 hour. The flask under different nitrogen atmosphere, tris (4-bromophenyl) amine 481 mg (9.99 × 10 -4 mol), bis (triphenylphosphine) palladium chloride (II) 21.7mg (3.1 × 10 - 5 mol) was suspended in 3 ml of dehydrated tetrahydrofuran. The aforementioned Grignard reaction solution was added dropwise to this suspension, and the reaction solution was heated to reflux for 4 hours. After cooling, 15 ml of saturated brine and 15 ml of ethyl acetate are added, the organic phase is separated, dried over anhydrous magnesium sulfate, and concentrated under reduced pressure. The resulting residue is purified by a silica gel column to give exemplified compounds 89.4 mg of A-1 was obtained (1.34 × 10 −4 mol).

得られた例示化合物A−1のH−NMRのデータを以下に示す。 The 1 H-NMR data of Example Compound A-1 obtained are shown below.

HNMR(400MHz,CDCl):4.24(6H,t,OCH),4.30(6H,t,OCH),6.26(3H,s,チオフェン−H),7.08(6H,d,ar−H),7.57(6H,d,ar−H)
以下に一般式(1)で表される化合物の具体例を下記に示すが、本発明はこれらに限定されるものではない。
1 HNMR (400 MHz, CDCl 3 ): 4.24 (6H, t, OCH 2 ), 4.30 (6H, t, OCH 2 ), 6.26 (3H, s, thiophene-H), 7.08 ( 6H, d, ar-H), 7.57 (6H, d, ar-H)
Specific examples of the compound represented by the general formula (1) are shown below, but the present invention is not limited thereto.

Figure 2012004206
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重合体Aは、上記一般式(1)で表される化合物を重合単位として重合して得られる。   The polymer A is obtained by polymerizing the compound represented by the general formula (1) as a polymerization unit.

重合体Aは、上記一般式(1)で表される化合物を重合単位として重合して得られたものであるが、上記一般式(1)で表される化合物のみを用いたものでもよいし、他の重合性化合物との共重合体であってもよく、一般式(1)で表される化合物を10モル%以上用いた重合体であることが好ましい。   The polymer A is obtained by polymerizing the compound represented by the general formula (1) as a polymerization unit, but may be obtained using only the compound represented by the general formula (1). Further, it may be a copolymer with another polymerizable compound, and is preferably a polymer using 10 mol% or more of the compound represented by the general formula (1).

重合方法としては、重合触媒を用いる化学重合法、少なくとも作用極と対極とを備えて両電極間に電圧を印加することにより反応させる電解重合法、光照射単独あるいは重合触媒、加熱、電解等を組み合わせた光重合法等がある。   As the polymerization method, chemical polymerization using a polymerization catalyst, electrolytic polymerization using at least a working electrode and a counter electrode and reacting by applying a voltage between both electrodes, light irradiation alone or polymerization catalyst, heating, electrolysis, etc. There are combined photopolymerization methods and the like.

重合触媒を用いて化学重合を行う場合には、前記一般式(1)で表される化合物を重合させるものであれば特に制限はないが、塩化鉄(III)(iron(III)chloride)、トリス−p−トルエンスルホン酸鉄(III)(iron(III)tris−p−toluenesulfonate)、p−ドデシルベンゼンスルホン酸鉄(III)(iron(III)p−dodecylbenzenesulfonate)、メタンスルホン酸鉄(III)(iron(III)methanesulfonate)、p−エチルベンゼンスルホン酸鉄(III)(iron(III)p−ethylbenzenesulfonate)、ナフタレンスルホン酸鉄(III)(iron(III)naphthalenesulfonate)およびその水和物等が挙げられる。   When chemical polymerization is performed using a polymerization catalyst, there is no particular limitation as long as the compound represented by the general formula (1) is polymerized, but iron (III) chloride (iron (III) chloride), Iron (III) tris-p-toluenesulfonate (iron (III) tris-p-toluenesulfonate), iron (III) p-dodecylbenzenesulfonate (iron (III) p-dodecylbenzenesulfonate), iron (III) methanesulfonate (Iron (III) methanesulfonate), iron (III) p-ethylbenzenesulfonate (iron (III) p-ethylbenzenesulfonate), iron (III) naphthalenesulfonate (iron (III) naphthalenesulfonate) and hydrates thereof .

化学重合において用いられる重合速度調整剤としては、前記重合触媒における三価鉄イオンに対する弱い錯化剤であり、膜が形成できるように重合速度を低減するものであれば特に制限はないが、重合触媒が塩化鉄(III)およびその水和物である場合には、5−スルホサリチル酸(5−sulphosalicylic acid)の様な芳香族オキシスルホン酸などが挙げられ、また、重合触媒がトリス−p−トルエンスルホン酸鉄(III)、p−ドデシルベンゼンスルホン酸鉄(III)、メタンスルホン酸鉄(III)、p−エチルベンゼンスルホン酸鉄(III)、ナフタレンスルホン酸鉄(III)およびその水和物である場合には、イミダゾールなどが挙げられる。   The polymerization rate modifier used in the chemical polymerization is a weak complexing agent for trivalent iron ions in the polymerization catalyst, and is not particularly limited as long as it reduces the polymerization rate so that a film can be formed. When the catalyst is iron (III) chloride and its hydrate, aromatic oxysulfonic acid such as 5-sulfosalicylic acid can be used, and the polymerization catalyst can be tris-p- Iron (III) toluenesulfonate, iron (III) p-dodecylbenzenesulfonate, iron (III) methanesulfonate, iron (III) p-ethylbenzenesulfonate, iron (III) naphthalenesulfonate and hydrates thereof In some cases, such as imidazole.

重合体Aは、合成された後、重合体Aを含有する塗布液などに含有されて光電変換層上に供給されてもよいが、光電変換層上で重合により合成されることが好ましい態様である。   After the polymer A is synthesized, it may be contained in a coating solution containing the polymer A and supplied onto the photoelectric conversion layer, but it is preferably synthesized by polymerization on the photoelectric conversion layer. is there.

その場合、重合体Aを重合して合成するために、前記一般式(1)で表される化合物、前記重合触媒、前記重合速度調整剤およびその他の添加剤を含有する重合塗膜形成用溶液が用いられる。重合塗膜形成用溶液における、上記各成分の合計の濃度は、用いる前記一般式(1)で表される化合物、前記重合触媒、前記重合速度調整剤およびその他の添加剤のそれぞれの種類、その量比、塗布法に対する条件および望まれる重合後の膜厚により異なるが、概ねその質量濃度は、1〜50%の範囲である。   In that case, in order to synthesize and synthesize the polymer A, a solution for forming a polymer coating film containing the compound represented by the general formula (1), the polymerization catalyst, the polymerization rate modifier and other additives Is used. The total concentration of each of the above components in the solution for forming a polymer coating film is the type of the compound represented by the general formula (1) to be used, the polymerization catalyst, the polymerization rate regulator, and other additives, The mass concentration is generally in the range of 1 to 50%, although it varies depending on the quantitative ratio, the conditions for the coating method and the desired film thickness after polymerization.

前記重合塗膜形成用溶液を光電変換層上に塗布法により塗布した後、あるいは、光電反感層を前記重合塗膜形成用溶液に浸漬させたまま重合反応を行なう。   After the polymerization coating film forming solution is applied on the photoelectric conversion layer by a coating method, or while the photoelectric reaction layer is immersed in the polymerization coating film forming solution, a polymerization reaction is performed.

重合反応の条件は、用いる前記一般式(1)で表される化合物、前記重合触媒、および前記重合速度調整剤のそれぞれの種類、その量比、濃度、塗布した段階での液膜の厚み、望まれる重合速度により異なるが、好適な重合条件としては、空気中加熱の場合の加熱温度が25〜120℃の範囲、加熱時間が1分〜24時間の範囲が好ましい。   The conditions for the polymerization reaction are the compound represented by the general formula (1) to be used, the type of the polymerization catalyst, and the polymerization rate regulator, the amount ratio, the concentration, the thickness of the liquid film at the applied stage, Although it varies depending on the desired polymerization rate, preferable polymerization conditions include a range of heating temperature in the case of heating in air of 25 to 120 ° C. and a heating time of 1 minute to 24 hours.

電解重合法により前記正孔輸送層を形成する場合には、例えば次のようにして行われる。   In the case of forming the hole transport layer by an electrolytic polymerization method, for example, it is performed as follows.

前記一般式(1)で表される化合物を、をアセトニトリル、テトラヒドロフラン、プロピレンカーボネイト、ジクロロメタン、o−ジクロロベンゼン、ジメチルホルムアミドなどの溶媒に溶解し、これに支持電解質として過塩素酸リチウム、テトラフルオロホウ酸リチウム、過塩素酸テトラブチルアンモニウム、Li[(CFSON]などの塩類を添加して、電解重合用液を作製する。 The compound represented by the general formula (1) is dissolved in a solvent such as acetonitrile, tetrahydrofuran, propylene carbonate, dichloromethane, o-dichlorobenzene, dimethylformamide and the like as a supporting electrolyte. Salts such as lithium acid, tetrabutylammonium perchlorate, and Li [(CF 3 SO 2 ) 2 N] are added to prepare an electrolytic polymerization solution.

溶媒としては、支持電解質および前記正孔輸送材料を溶解できるものであれば特に限定されない。支持電解質としては、イオン電離可能なものが用いられ、特定のものに限定されない。   The solvent is not particularly limited as long as it can dissolve the supporting electrolyte and the hole transport material. As the supporting electrolyte, those capable of ionization are used, and the supporting electrolyte is not limited to a specific one.

特に、溶媒に対する溶解性が高く、酸化、還元を受けにくいものが好適に用いられる。   In particular, those having high solubility in a solvent and hardly undergoing oxidation and reduction are preferably used.

ついで、透明導電膜2、バリヤ層3および光電変換層6を形成した基板1をこの電解重合用液に浸し、光電変換層6を作用電極として、白金板などを対極として用い、また、参照極としてAg/AgClなどを用いて、直流電解する方法で行われる。電解重合用液中の前記正孔輸送材料の濃度は、0.1〜1000mmol/L程度が好適であり、支持電解質濃度は、0.1〜2mol/L程度が好適である。また、印加電流密度としては、0.01mA/cm〜1000mA/cmの範囲であることが望ましく、特に1mA/cm〜500mA/cmの範囲であることがより望ましい。電解重合用液の温度範囲は、その溶媒が固化・突沸しない範囲が適当であって一般に−30℃〜80℃である。電解電圧、電解電流、電解時間、温度等の条件は、使用する材料によって左右されるため、また、要求する膜厚に応じて適宜選択することができる。 Next, the substrate 1 on which the transparent conductive film 2, the barrier layer 3 and the photoelectric conversion layer 6 are formed is immersed in the electrolytic polymerization solution, the photoelectric conversion layer 6 is used as a working electrode, a platinum plate or the like is used as a counter electrode, and the reference electrode As a method of direct current electrolysis using Ag / AgCl or the like. The concentration of the hole transport material in the electrolytic polymerization solution is preferably about 0.1 to 1000 mmol / L, and the supporting electrolyte concentration is preferably about 0.1 to 2 mol / L. As the applied current density, it is more desirable is preferably in the range of 0.01mA / cm 2 ~1000mA / cm 2 , in particular in the range of 1mA / cm 2 ~500mA / cm 2 . The temperature range of the electropolymerization solution is suitably a range in which the solvent does not solidify or bump, and is generally -30 ° C to 80 ° C. Conditions such as electrolysis voltage, electrolysis current, electrolysis time, and temperature depend on the materials used, and can be appropriately selected according to the required film thickness.

重合体の重合度把握は、本願の化合物では困難であるが、重合した化合物の溶解性は大きく低下するため、重合した化合物かどうかの確認方法としては、モノマーである一般式(1)の化合物の溶解が可能な溶媒である、テトラヒドロフラン(THF)に浸漬させ、その溶解度で判断する。   Although it is difficult to determine the degree of polymerization of the polymer with the compound of the present application, the solubility of the polymerized compound is greatly reduced. It is soaked in tetrahydrofuran (THF), which is a solvent that can be dissolved, and the solubility is judged.

具体的には、25mlのサンプル瓶に化合物を10mgをとり、THF10mlに添加して、超音波を(25kHz、150W 超音波工業(株)COLLECTOR CURRENT1.5A超音波工業製150)5分間照射したときに、溶解している化合物が5mg以下の場合は重合していると規定する。   Specifically, 10 mg of a compound is taken in a 25 ml sample bottle, added to 10 ml of THF, and irradiated with ultrasonic waves (25 kHz, 150 W Ultrasonic Industry Co., Ltd., COLLECTOR CURRENT 1.5A Ultrasonic Industry 150) for 5 minutes. Further, when the dissolved compound is 5 mg or less, it is defined as polymerized.

重合体Aは、一般式(1)で表される化合物を重合単位として用いるが、当該化合物以外の重合単位を本発明の効果を損なわない範囲で併用して用いてもよい。これらの例としては、例えばチオフェン誘導体、ピロール誘導体あるいはフラン誘導体が挙げられる。   The polymer A uses a compound represented by the general formula (1) as a polymerization unit, but a polymerization unit other than the compound may be used in combination as long as the effects of the present invention are not impaired. Examples of these include thiophene derivatives, pyrrole derivatives, or furan derivatives.

一般式(1)で表される化合物の重合部位の例を、上記重合体Aの例示化合物A−1を用いて下記に例示する。*印の部分は重合部位同士が結合してできた単結合である。化合物Aは、このように下記に例示するように一般式(1)で表される化合物を重合単位として用いた重合体である。   Examples of the polymerization site of the compound represented by the general formula (1) are exemplified below using the exemplified compound A-1 of the polymer A. The part marked with * is a single bond formed by bonding the polymerization sites. The compound A is a polymer using the compound represented by the general formula (1) as a polymerization unit as exemplified below.

Figure 2012004206
Figure 2012004206

重合体Aのバンドギャップは、2eV以上であることが好ましく、さらに2.5eV以上であることが好ましい。   The band gap of the polymer A is preferably 2 eV or more, and more preferably 2.5 eV or more.

また、増感色素の酸化体を還元するためには、色素吸着電極イオン化ポテンシャルより小さいことが必要であり、使用する色素によって正孔輸送層に使用する重合体Aのイオン化ポテンシャルの好ましい範囲は異なってくるが、4.5eV以上5.5eV以下が好ましく、さらに4.7eV以上5.3eV以下が好ましい。   Moreover, in order to reduce the oxidized form of the sensitizing dye, it is necessary to be smaller than the dye adsorption electrode ionization potential, and the preferred range of the ionization potential of the polymer A used for the hole transport layer differs depending on the dye used. However, it is preferably 4.5 eV or more and 5.5 eV or less, and more preferably 4.7 eV or more and 5.3 eV or less.

正孔輸送層を、塗布により形成する場合は、一般式(1)を含有する塗布液を用いるが、この塗布液の溶媒としては、テトラヒドロフラン(THF)、ブチレンオキシド、クロロホルム、シクロヘキサノン、クロロベンゼン、アセトン、各種アルコールのような極性溶媒、ジメチルホルムアミド(DMF)、アセトニトリル、ジメトキシエタン、ジメチルスホキシド、ヘキサメチルリン酸トリアミドのような非プロトン性溶媒等の有機溶媒等が挙げられ、これらのうちの1種または2種以上を組み合わせて用いることができる。   When the hole transport layer is formed by coating, a coating solution containing the general formula (1) is used. As a solvent for this coating solution, tetrahydrofuran (THF), butylene oxide, chloroform, cyclohexanone, chlorobenzene, acetone , Polar solvents such as various alcohols, organic solvents such as aprotic solvents such as dimethylformamide (DMF), acetonitrile, dimethoxyethane, dimethyl sulfoxide, hexamethylphosphoric triamide, etc. Species or a combination of two or more can be used.

正孔輸送層には、必要に応じて、例えば、N(PhBr)SbCl、Li[(CFSON]等の各種添加剤を添加するようにしてもよい。 The hole transport layer, if necessary, for example, N (PhBr) 3 SbCl 6 , Li and [(CF 3 SO 2) 2 N] various additives such as may be added.

塗布する方法としては、ディッピング、滴下、ドクターブレード、スピンコート、刷毛塗り、スプレー塗装、ロールコーター等の各種塗布法を用いることができる。   As a coating method, various coating methods such as dipping, dropping, doctor blade, spin coating, brush coating, spray coating, and roll coater can be used.

また、このような塗布の操作を繰り返し行って積層するようにしてもよい。   Further, the coating may be repeated by repeating such coating operation.

正孔輸送層中の重合体Aの含有量は、50〜100質量%であることが好ましく、さらに90から100質量%であることが好ましい。   The content of the polymer A in the hole transport layer is preferably 50 to 100% by mass, and more preferably 90 to 100% by mass.

厚さが10nmから200nmである正孔輸送層は、半導体層上で重合する場合に用いる上記の重合塗膜形成用溶液の濃度の調整、電解重合における印加電圧、印加時間の調整により得ることができる。   A hole transport layer having a thickness of 10 nm to 200 nm can be obtained by adjusting the concentration of the above-mentioned solution for forming a polymer coating film used when polymerizing on a semiconductor layer, adjusting the applied voltage and applying time in electrolytic polymerization. it can.

印加電圧(参照電極に対して)としては、重合に用いる化合物により異なるが、概ね0.4V〜−0.4Vの範囲が好ましく用いられる。   The applied voltage (relative to the reference electrode) varies depending on the compound used for polymerization, but a range of about 0.4 V to -0.4 V is preferably used.

本発明における正孔輸送層を用いることで、製造安定性に優れ、光電変換効率、光電変換機能の安定性に優れる光電変換素子得られる理由は、明確ではないが以下のように推定される。   By using the hole transport layer in the present invention, the reason why a photoelectric conversion element excellent in production stability, photoelectric conversion efficiency and photoelectric conversion function is obtained is not clear, but is estimated as follows.

正孔輸送層が、重合体である重合体Aを含有することで、重合した分子鎖に沿っての分子内電荷移動による正孔輸送が寄与するので輸送効率が向上する。正孔輸送層の厚さが200nm以下と薄く、正孔輸送時の損失が少ないので変換効率の向上につながる。また、重合体Aは立体的な架橋構造を有しつつ分子鎖密度の高い構造を取り、かつ膜厚が10nm以上あるので、機械的な歪みに対して安定であり、短絡箇所の発生も少なくなり変換効率の減少を防いでいるものと推定される。   When the hole transport layer contains the polymer A, which is a polymer, hole transport due to intramolecular charge transfer along the polymerized molecular chain contributes to improve transport efficiency. Since the thickness of the hole transport layer is as thin as 200 nm or less and the loss during hole transport is small, the conversion efficiency is improved. In addition, the polymer A has a structure having a high molecular chain density while having a three-dimensional cross-linking structure, and has a film thickness of 10 nm or more. Therefore, the polymer A is stable against mechanical distortion and has few occurrences of short circuits. It is presumed that the reduction in conversion efficiency is prevented.

(基板)
基板は、光入射方向の側に設けられ、光電変換素子の光電変換効率の観点から、光透過率が10%以上であることが好ましく、更に好ましくは50%以上であり、特に80%〜100%であることが好ましい。
(substrate)
The substrate is provided on the light incident direction side, and from the viewpoint of photoelectric conversion efficiency of the photoelectric conversion element, the light transmittance is preferably 10% or more, more preferably 50% or more, and particularly 80% to 100%. % Is preferred.

光透過率とは、JIS K 7361−1(ISO 13468−1に対応)の「プラスチック−透明材料の全光線透過率の試験方法」に準拠した方法で測定した可視光波長領域における全光線透過率をいう。   The light transmittance is the total light transmittance in the visible light wavelength region measured by a method according to “Testing method of total light transmittance of plastic-transparent material” of JIS K 7361-1 (corresponding to ISO 13468-1). Say.

基板としては、その材料、形状、構造、厚み、硬度等については公知のものの中から適宜選択することができるが、上記のように高い光透過性を有していることが好ましい。   The material, shape, structure, thickness, hardness and the like of the substrate can be appropriately selected from known ones, but preferably have high light transmittance as described above.

基板としては、例えば、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、変性ポリエステル等のポリエステル系樹脂フィルム、ポリエチレン(PE)樹脂フィルム、ポリプロピレン(PP)樹脂フィルム、ポリスチレン樹脂フィルム、環状オレフィン系樹脂等のポリオレフィン類樹脂フィルム、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン等のビニル系樹脂フィルム、ポリビニルブチラール(PVB)等のポリビニルアセタール樹脂フィルム、ポリエーテルエーテルケトン(PEEK)樹脂フィルム、ポリサルホン(PSF)樹脂フィルム、ポリエーテルサルホン(PES)樹脂フィルム、ポリカーボネート(PC)樹脂フィルム、ポリアミド樹脂フィルム、ポリイミド樹脂フィルム、アクリル樹脂フィルム、トリアセチルセルロース(TAC)樹脂フィルム等を挙げることができる。これらの樹脂フィルムの他に無機ガラスフィルムを基板として用いてもよい。   Examples of the substrate include polyester resin films such as polyethylene terephthalate (PET), polyethylene naphthalate, and modified polyester, polyolefins such as polyethylene (PE) resin film, polypropylene (PP) resin film, polystyrene resin film, and cyclic olefin resin. Resin films, vinyl resin films such as polyvinyl chloride and polyvinylidene chloride, polyvinyl acetal resin films such as polyvinyl butyral (PVB), polyether ether ketone (PEEK) resin films, polysulfone (PSF) resin films, polyether sal Hong (PES) resin film, polycarbonate (PC) resin film, polyamide resin film, polyimide resin film, acrylic resin film, triacetyl cellulose Loin (TAC) resin film, and the like. In addition to these resin films, an inorganic glass film may be used as the substrate.

可視域の波長(380〜780nm)における透過率が80%以上である樹脂フィルムであれば、本発明に特に好ましく適用することができる。   Any resin film having a transmittance of 80% or more at a visible wavelength (380 to 780 nm) can be particularly preferably applied to the present invention.

中でも透明性、耐熱性、取り扱いやすさ、強度およびコストの点から、二軸延伸ポリエチレンテレフタレートフィルム、二軸延伸ポリエチレンナフタレートフィルム、ポリエーテルサルホンフィルム、ポリカーボネートフィルムであることが好ましく、二軸延伸ポリエチレンテレフタレートフィルム、二軸延伸ポリエチレンナフタレートフィルムであることがより好ましい。   Among them, from the viewpoint of transparency, heat resistance, ease of handling, strength and cost, it is preferably a biaxially stretched polyethylene terephthalate film, a biaxially stretched polyethylene naphthalate film, a polyethersulfone film, or a polycarbonate film, and biaxially stretched. More preferred are polyethylene terephthalate films and biaxially stretched polyethylene naphthalate films.

これらの基板には、塗布液の濡れ性や接着性を確保するために、表面処理を施すことや易接着層を設けることができる。   These substrates can be subjected to a surface treatment or an easy-adhesion layer in order to ensure wettability and adhesion of the coating solution.

表面処理や易接着層については従来公知の技術を使用できる。例えば、表面処理としては、コロナ放電処理、火炎処理、紫外線処理、高周波処理、グロー放電処理、活性プラズマ処理、レーザー処理等の表面活性化処理を挙げることができる。   A conventionally well-known technique can be used about a surface treatment or an easily bonding layer. For example, the surface treatment includes surface activation treatment such as corona discharge treatment, flame treatment, ultraviolet treatment, high frequency treatment, glow discharge treatment, active plasma treatment, and laser treatment.

また、易接着層としては、ポリエステル、ポリアミド、ポリウレタン、ビニル系共重合体、ブタジエン系共重合体、アクリル系共重合体、ビニリデン系共重合体、エポキシ系共重合体等を挙げることができる。   Examples of the easy adhesion layer include polyester, polyamide, polyurethane, vinyl copolymer, butadiene copolymer, acrylic copolymer, vinylidene copolymer, and epoxy copolymer.

基板の厚さとしては、1〜1000μmが好ましく、さらに10〜100μmであることが好ましい。   The thickness of the substrate is preferably 1 to 1000 μm, and more preferably 10 to 100 μm.

(第一電極)
第一電極は、基板と光電変換層との間に配置される。
(First electrode)
The first electrode is disposed between the substrate and the photoelectric conversion layer.

第一電極としては、その光透過率が80%以上、さらに90%以上のものが好まし用いられる。光透過率は、上記基板の説明の記載と同様のものである。   As the first electrode, one having a light transmittance of 80% or more, more preferably 90% or more is preferably used. The light transmittance is the same as that described in the description of the substrate.

第一電極は、基板の光入射方向に対して反対側となる一方の面上に設けられる。   The first electrode is provided on one surface that is opposite to the light incident direction of the substrate.

第一電極を形成する材料の例としては、金属(例えば、白金、金、銀、銅、アルミニウム、ロジウム、インジウム)あるいは金属酸化物を用いることが好ましく、例えば、SnO、CdO、ZnO、CTO系(CdSnO、CdSnO、CdSnO)、In、CdIn等が挙げられる。 As an example of the material for forming the first electrode, it is preferable to use a metal (for example, platinum, gold, silver, copper, aluminum, rhodium, indium) or a metal oxide, for example, SnO 2 , CdO, ZnO, CTO. Examples include CdSnO 3 , Cd 2 SnO 4 , CdSnO 4 , In 2 O 3 , CdIn 2 O 4, and the like.

金属として好ましくは、銀が挙げられ、光透過性を持たせるために、開口部を持つグリッドパターニングされた膜、あるいは微粒子やナノワイヤーを分散し塗布した膜が好ましく用いられる。   Silver is preferably used as the metal, and a grid-patterned film having openings or a film in which fine particles or nanowires are dispersed and applied is preferably used in order to impart light transmittance.

金属酸化物として好ましくは、上記の金属酸化物に、Sn、Sb、FおよびAlから選ばれる1種または2種以上を添加した複合(ドープ)材料が挙げられる。   The metal oxide is preferably a composite (dope) material obtained by adding one or more selected from Sn, Sb, F and Al to the above metal oxide.

中でも好ましいのは、SnをドープしたIn(ITO)、SbをドープしたSnO、FをドープしたSnO(FTO)等の導電性金属酸化物が好ましく用いられ、耐熱性の点からFTOが最も好ましい。 Of these, conductive metal oxides such as In 2 O 3 (ITO) doped with Sn, SnO 2 doped with Sb, and SnO 2 (FTO) doped with F are preferably used, from the viewpoint of heat resistance. FTO is most preferred.

第一電極を基板上に有するものを、ここでは導電性支持体と呼ぶ。   What has a 1st electrode on a board | substrate is called an electroconductive support body here.

導電性支持体の膜厚としては、0.1mm〜5mmの範囲が好ましい。   The film thickness of the conductive support is preferably in the range of 0.1 mm to 5 mm.

また、導電性支持体の表面抵抗は、50Ω/cm以下であることが好ましく、更に好ましくは、10Ω/cm以下である。 The surface resistance of the conductive support is preferably 50 Ω / cm 2 or less, and more preferably 10 Ω / cm 2 or less.

導電性支持体の光透過率の好ましい範囲は、上記基板の光透過率の好ましい範囲と同様である。   The preferable range of the light transmittance of the conductive support is the same as the preferable range of the light transmittance of the substrate.

(バリア層)
本発明の光電変換素子は、短絡防止手段として、膜状(層状)をなし、第一電極と半導体層との間に位置するバリヤ層を有することが好ましい。
(Barrier layer)
The photoelectric conversion element of the present invention preferably has a barrier layer positioned between the first electrode and the semiconductor layer as a short-circuit prevention means.

バリヤ層、光電変換層は、下述するように多孔質であることが好ましい態様であるが、この場合、バリヤ層の空孔率をC[%]とし、半導体層の空孔率をD[%]としたとき、D/Cが、例えば、1.1以上程度であるのが好ましく、5以上程度であるのがより好ましく、10以上程度であるのがさらに好ましい。   As described below, the barrier layer and the photoelectric conversion layer are preferably porous. In this case, the barrier layer has a porosity of C [%] and the semiconductor layer has a porosity of D [ %], The D / C is, for example, preferably about 1.1 or more, more preferably about 5 or more, and still more preferably about 10 or more.

これにより、バリヤ層と半導体層とは、それぞれ、それらの機能をより好適に発揮することができる。   Thereby, a barrier layer and a semiconductor layer can exhibit those functions more suitably, respectively.

より具体的には、バリヤ層の空孔率Cとしては、例えば、20%以下程度であるのが好ましく、5%以下程度であるのがより好ましく、2%以下程度であるのがさらに好ましい。すなわち、バリヤ層は、緻密層であるのが好ましい。これにより、前記効果をより向上することができる。   More specifically, the porosity C of the barrier layer is, for example, preferably about 20% or less, more preferably about 5% or less, and further preferably about 2% or less. That is, the barrier layer is preferably a dense layer. Thereby, the said effect can be improved more.

バリヤ層の平均厚さ(膜厚)としては、例えば、0.01〜10μm程度であるのが好ましく、0.03〜0.5μm程度であるのがより好ましい。これにより、前記効果をより向上することができる。   The average thickness (film thickness) of the barrier layer is, for example, preferably about 0.01 to 10 μm, and more preferably about 0.03 to 0.5 μm. Thereby, the said effect can be improved more.

このバリヤ層の構成材料としては、特に限定されないが、例えば、亜鉛、ニオブ、スズ、チタン、バナジウム、インジウム、タングステン、タンタル、ジルコニウム、モリブデン、マンガン、鉄、銅、ニッケル、イリジウム、ロジウム、クロム、ルテニウムまたはその酸化物、また、チタン酸ストロンチウム、チタン酸カルシウム、チタン酸バリウム、チタン酸マグネシウム、ニオブ酸ストロンチウムのようなペロブスカイト、あるいはこれらの複合酸化物または酸化物混合物、CdS、CdSe、TiC、Si、SiC、BNのような各種金属化合物等の1種または2種以上の組み合わせなども使用することができる。 The constituent material of this barrier layer is not particularly limited, for example, zinc, niobium, tin, titanium, vanadium, indium, tungsten, tantalum, zirconium, molybdenum, manganese, iron, copper, nickel, iridium, rhodium, chromium, Ruthenium or oxides thereof, and perovskites such as strontium titanate, calcium titanate, barium titanate, magnesium titanate, strontium niobate, or complex oxides or oxide mixtures thereof, CdS, CdSe, TiC, Si One kind or a combination of two or more kinds of various metal compounds such as 3 N 4 , SiC and BN can also be used.

特に正孔輸送層がp型半導体の場合、バリヤ層に金属を使用する場合には正孔輸送層よりも仕事関数の値が小さく、ショットキー型の接触をするものが用いられる。またバリヤ層に金属酸化物を用いる場合には、透明導電層とオーミックに接触し、かつ伝導帯のエネルギー準位が多孔質半導体層4よりも低いところにあるものが好ましい。   In particular, when the hole transport layer is a p-type semiconductor, a metal having a work function smaller than that of the hole transport layer and having a Schottky contact is used when a metal is used for the barrier layer. When a metal oxide is used for the barrier layer, it is preferable that the barrier layer is in ohmic contact with the transparent conductive layer and the energy level of the conduction band is lower than that of the porous semiconductor layer 4.

このとき、酸化物を選択することで多孔質半導体層(光電変換層)からバリヤ層への電子移動効率を向上させることもできる。   At this time, the efficiency of electron transfer from the porous semiconductor layer (photoelectric conversion layer) to the barrier layer can be improved by selecting an oxide.

この中でも、半導体層(光電変換層)と同等の電気伝導性を有するものであるのが好ましく、特に、酸化チタンを主とするものがより好ましい。   Among these, those having electrical conductivity equivalent to that of the semiconductor layer (photoelectric conversion layer) are preferable, and those mainly composed of titanium oxide are more preferable.

(光電変換層)
光電変換層は、半導体および増感色素を含有し、当該増感色素を担持した当該半導体を含有する半導体層からなる。
(Photoelectric conversion layer)
The photoelectric conversion layer includes a semiconductor and a sensitizing dye, and includes a semiconductor layer containing the semiconductor carrying the sensitizing dye.

(半導体)
半導体層に用いられる半導体としては、シリコン、ゲルマニウムのような単体、周期表(元素周期表ともいう)の第3族〜第5族、第13族〜第15族系の元素を有する化合物、金属のカルコゲニド(例えば、酸化物、硫化物、セレン化物等)、金属窒化物等を使用することができる。
(semiconductor)
As a semiconductor used for the semiconductor layer, silicon, germanium, a compound having a group 3 to group 5, group 13 to group 15 element of a periodic table (also referred to as an element periodic table), metal Chalcogenides (for example, oxides, sulfides, selenides, etc.), metal nitrides, and the like can be used.

好ましい金属のカルコゲニドとして、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、またはタンタルの酸化物、カドミウム、亜鉛、鉛、銀、アンチモンまたはビスマスの硫化物、カドミウムまたは鉛のセレン化物、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−ヒ素または銅−インジウムのセレン化物、銅−インジウムの硫化物、チタンの窒化物等が挙げられる。   Preferred 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 or Bismuth sulfide, cadmium or lead selenide, cadmium telluride and the like. Examples of other compound semiconductors include phosphides such as zinc, gallium, indium and cadmium, gallium-arsenic or copper-indium selenide, copper-indium sulfide, titanium nitride, and the like.

具体例としては、TiO、SnO、Fe、WO、ZnO、Nb、CdS、ZnS、PbS、Bi、CdSe、CdTe、GaP、InP、GaAs、CuInS、CuInSe、Ti等が挙げられるが、好ましく用いられるのは、TiO、ZnO、SnO、Fe、WO、Nb、CdS、PbSであり、好ましく用いられるのは、TiOまたはNbであるが、中でも特に好ましく用いられるのはTiO(酸化チタン)である。 Specific examples include TiO 2 , SnO 2 , Fe 2 O 3 , WO 3 , ZnO, Nb 2 O 5 , CdS, ZnS, PbS, Bi 2 S 3 , CdSe, CdTe, GaP, InP, GaAs, CuInS 2 , CuInSe 2 , Ti 3 N 4 and the like can be mentioned, but TiO 2 , ZnO, SnO 2 , Fe 2 O 3 , WO 3 , Nb 2 O 5 , CdS, and PbS are preferably used. Is TiO 2 or Nb 2 O 5 , among which TiO 2 (titanium oxide) is particularly preferably used.

半導体層に用いる半導体は、上述した複数の半導体を併用して用いてもよい。   As the semiconductor used for the semiconductor layer, a plurality of the above-described semiconductors may be used in combination.

例えば、上述した金属酸化物もしくは金属硫化物の数種類を併用することもできるし、また酸化チタン半導体に20質量%の窒化チタン(Ti)を混合して使用してもよい。 For example, several kinds of the metal oxides or metal sulfides described above can be used in combination, or 20% by mass of titanium nitride (Ti 3 N 4 ) may be mixed and used in the titanium oxide semiconductor.

また、J.Chem.Soc.Chem.Commun.,15(1999)に記載の酸化亜鉛/酸化錫複合としてもよい。このとき、半導体として金属酸化物もしくは金属硫化物以外に成分を加える場合、追加成分の金属酸化物もしくは金属硫化物半導体に対する質量比は30%以下であることが好ましい。   In addition, J.H. Chem. Soc. Chem. Commun. 15 (1999). At this time, when a component is added as a semiconductor in addition to the metal oxide or metal sulfide, the mass ratio of the additional component to the metal oxide or metal sulfide semiconductor is preferably 30% or less.

また、本発明に係る半導体は、有機塩基を用いて表面処理してもよい。前記有機塩基としては、ジアリールアミン、トリアリールアミン、ピリジン、4−t−ブチルピリジン、ポリビニルピリジン、キノリン、ピペリジン、アミジン等が挙げられるが、中でもピリジン、4−t−ブチルピリジン、ポリビニルピリジンが好ましい。   Further, the semiconductor according to the present invention may be surface-treated using an organic base. Examples of the organic base include diarylamine, triarylamine, pyridine, 4-t-butylpyridine, polyvinylpyridine, quinoline, piperidine, and amidine, among which pyridine, 4-t-butylpyridine, and polyvinylpyridine are preferable. .

上記の有機塩基が液体の場合はそのまま、固体の場合は有機溶媒に溶解した溶液を準備し、本発明に係る半導体を液体有機塩基または有機塩基溶液に浸漬することで、表面処理を実施できる。   Surface treatment can be carried out by preparing a solution dissolved in an organic solvent as it is when the organic base is liquid, or by immersing the semiconductor according to the present invention in a liquid organic base or organic base solution.

《半導体層の作製》
半導体層の作製方法について説明する。
<< Fabrication of semiconductor layer >>
A method for manufacturing the semiconductor layer will be described.

半導体層の半導体が粒子状の場合には、半導体を導電性支持体に塗布あるいは吹き付けて、半導体層を作製するのがよい。また、本発明に係る半導体が膜状であって、導電性支持体上に保持されていない場合には、半導体を導電性支持体上に貼合して半導体層を作製することが好ましい。   In the case where the semiconductor of the semiconductor layer is in the form of particles, the semiconductor layer is preferably manufactured by applying or spraying the semiconductor onto a conductive support. In the case where the semiconductor according to the present invention is in a film form and is not held on the conductive support, it is preferable to produce a semiconductor layer by bonding the semiconductor onto the conductive support.

半導体層の好ましい態様としては、上記導電性支持体上に半導体の微粒子を用いて焼成により形成する方法が挙げられる。   As a preferred embodiment of the semiconductor layer, a method of forming the semiconductor layer by firing using fine particles of semiconductor on the conductive support can be mentioned.

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

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

(半導体微粉末含有塗布液の調製)
まず、半導体の微粉末を含む塗布液を調製する。この半導体微粉末はその1次粒子径が微細な程好ましく、その1次粒子径は1〜5000nmが好ましく、さらに好ましくは2〜100nmである。半導体微粉末を含む塗布液は、半導体微粉末を溶媒中に分散させることによって調製することができる。
(Preparation of coating liquid containing semiconductor fine powder)
First, a coating solution containing fine semiconductor powder is prepared. The finer the primary particle diameter of the semiconductor fine powder, the better. The primary particle diameter is preferably 1 to 5000 nm, more preferably 2 to 100 nm. The coating liquid containing the semiconductor fine powder can be prepared by dispersing the semiconductor fine powder in a solvent.

溶媒中に分散された半導体微粉末は、その1次粒子状で分散する。溶媒としては半導体微粉末を分散し得るものであればよく、特に制約されない。   The semiconductor fine powder dispersed in the solvent is dispersed in the form of primary particles. The solvent is not particularly limited as long as it can disperse the semiconductor fine powder.

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

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

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

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

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

半導体層が、多孔質構造膜である場合には、正孔輸送層の正孔輸送物質などの成分は、この空隙にも存在することが好ましい態様である。   When the semiconductor layer is a porous structure film, it is preferable that components such as a hole transport material of the hole transport layer are also present in this void.

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

多孔質構造を有する焼成物膜になった半導体層の膜厚は、少なくとも10nm以上が好ましく、さらに好ましくは500〜30000nmである。   As for the film thickness of the semiconductor layer used as the baked material film | membrane which has a porous structure, 10 nm or more is preferable at least, More preferably, it is 500-30000 nm.

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

また、基板がプラスチック等で耐熱性に劣る場合には、200℃以上の焼成処理を行わずに、加圧により微粒子どうしおよび微粒子−基板間を固着させることもでき、あるいはマイクロ波により、基板は加熱せずに、半導体層のみを加熱処理することもできる。   In addition, when the substrate is made of plastic or the like and is inferior in heat resistance, the fine particles and the fine particle-substrate can be fixed by pressurization without performing a baking process at 200 ° C. or higher, or the substrate can be formed by microwaves. Only the semiconductor layer can be heat-treated without heating.

また、見かけ表面積に対する実表面積の比は、半導体微粒子の粒径および比表面積や焼成温度等によりコントロールすることができる。   The ratio of the actual surface area to the apparent surface area can be controlled by the particle size, specific surface area, firing temperature, etc. of the semiconductor fine particles.

また、加熱処理後、半導体粒子の表面積を増大させたり、半導体粒子近傍の純度を高めたりして、色素から半導体粒子への電子注入効率を高める目的で、例えば、四塩化チタン水溶液を用いた化学メッキや三塩化チタン水溶液を用いた電気化学的メッキ処理を行ってもよい。   In addition, after heat treatment, in order to increase the efficiency of electron injection from the dye to the semiconductor particles by increasing the surface area of the semiconductor particles or increasing the purity in the vicinity of the semiconductor particles, Plating or electrochemical plating using a titanium trichloride aqueous solution may be performed.

(増感色素)
本発明に係る増感色素は、下述するような半導体の増感処理により、半導体に担持されており、光照射時、光励起され起電力を生じ得るものである。増感色素としては、光電変換素子に用いられる公知の増感色素を用いることができる。
(Sensitizing dye)
The sensitizing dye according to the present invention is supported on a semiconductor by a semiconductor sensitization treatment as described below, and can be photoexcited to generate an electromotive force when irradiated with light. As the sensitizing dye, known sensitizing dyes used for photoelectric conversion elements can be used.

電荷の半導体への効率的な注入の観点から、増感色素はカルボキシル基を有することが好ましい。以下に、増感色素の具体例を示すが、本発明はこれらに限定されるものではない。   From the viewpoint of efficient injection of charges into the semiconductor, the sensitizing dye preferably has a carboxyl group. Although the specific example of a sensitizing dye is shown below, this invention is not limited to these.

Figure 2012004206
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(半導体の増感処理)
半導体層1m当たりの本発明の色素の総担持量は0.01〜100ミリモルの範囲が好ましく、さらに好ましくは0.1〜50ミリモルであり、特に好ましくは0.5〜20ミリモルである。
(Semiconductor sensitization treatment)
The total supported amount of the dye of the present invention per 1 m 2 of the semiconductor layer is preferably in the range of 0.01 to 100 mmol, more preferably 0.1 to 50 mmol, and particularly preferably 0.5 to 20 mmol.

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

特に、本発明の光電変換素子の用途が後述する太陽電池である場合には、光電変換の波長域をできるだけ広くして太陽光を有効に利用できるように吸収波長の異なる二種類以上の色素を混合して用いることが好ましい。   In particular, when the use of the photoelectric conversion element of the present invention is a solar cell to be described later, two or more types of dyes having different absorption wavelengths are used so that the wavelength range of photoelectric conversion can be made as wide as possible to effectively use sunlight. It is preferable to use a mixture.

半導体に増感色素を担持させるには、適切な溶媒(エタノール等)に溶解し、その溶液中によく乾燥した半導体を長時間浸漬する方法が一般的である。   In order to support a sensitizing dye on a semiconductor, a method in which a semiconductor which is dissolved in an appropriate solvent (ethanol or the like) and dried well in the solution is immersed for a long time is generally used.

増感色素を複数種併用したり、その他の色素を併用したりして増感処理する際には、各々の色素の混合溶液を調製して用いてもよいし、それぞれの色素について別々の溶液を用意して、各溶液に順に浸漬して作製することもできる。   When using multiple types of sensitizing dyes or other dyes for sensitizing treatment, a mixed solution of each dye may be prepared and used, or a separate solution for each dye Can be prepared and immersed in each solution in order.

各増感色素について別々の溶液を用意し、各溶液に順に浸漬して作製する場合は、半導体に増感色素等を含ませる順序がどのようであってもよい。   When preparing different solutions for each sensitizing dye and immersing them in each solution in order, the order in which the sensitizing dye and the like are included in the semiconductor may be whatever.

また、前記色素を単独で吸着させた半導体の微粒子を混合する等することにより作製してもよい。   Alternatively, it may be produced by mixing fine particles of semiconductor adsorbing the dye alone.

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

半導体の増感処理は、前述のように増感色素を適切な溶媒に溶解し、その溶液に前記半導体を焼成した基板を浸漬することによって行われる。   The semiconductor sensitization treatment is performed by dissolving the sensitizing dye in an appropriate solvent as described above and immersing the substrate obtained by firing the semiconductor in the solution.

その際には半導体層(半導体膜ともいう)を焼成により形成させた基板を、予め減圧処理したり加熱処理したりして膜中の気泡を除去しておくことが好ましい。このような処理により、増感色素が半導体層(半導体膜)内部深くに進入できるようになり、半導体層(半導体膜)が多孔質構造膜である場合には特に好ましい。   In that case, it is preferable that a substrate on which a semiconductor layer (also referred to as a semiconductor film) is formed by baking be subjected to pressure reduction treatment or heat treatment in advance to remove bubbles in the film. Such treatment allows the sensitizing dye to enter deep inside the semiconductor layer (semiconductor film), and is particularly preferable when the semiconductor layer (semiconductor film) is a porous structure film.

増感色素を溶解するのに用いる溶媒は、増感色素を溶解することができ、かつ半導体を溶解したり半導体と反応したりすることのないものであれば格別の制限はない。   The solvent used for dissolving the sensitizing dye is not particularly limited as long as it can dissolve the sensitizing dye and does not dissolve the semiconductor or react with the semiconductor.

しかしながら、溶媒に溶解している水分および気体が半導体膜に進入して、増感色素の吸着等の増感処理を妨げることを防ぐために、予め脱気および蒸留精製しておくことが好ましい。   However, in order to prevent moisture and gas dissolved in the solvent from entering the semiconductor film and hindering sensitizing treatment such as adsorption of a sensitizing dye, it is preferable to deaerate and purify in advance.

増感色素の溶解において、好ましく用いられる溶媒はアセトニトリル等のニトリル系溶媒、メタノール、エタノール、n−プロパノ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等のケトン系溶媒、ジエチルエーテル、ジイソプロピルエーテル、テトラヒドロフラン、1,4−ジオキサン等のエーテル系溶媒、塩化メチレン、1,1,2−トリクロロエタン等のハロゲン化炭化水素溶媒であり、複数の溶媒を混合してもよい。特に好ましくはアセトニトリル、アセトニトリル/メタノール混合溶媒、メタノール、エタノール、アセトン、メチルエチルケトン、テトラヒドロフラン、塩化メチレンである。   Solvents preferably used for dissolving the sensitizing dye include nitrile solvents such as acetonitrile, alcohol solvents such as methanol, ethanol and n-propanol, ketone solvents such as acetone and methyl ethyl ketone, diethyl ether, diisopropyl ether, tetrahydrofuran, 1 Ether solvents such as 1,4-dioxane and halogenated hydrocarbon solvents such as methylene chloride and 1,1,2-trichloroethane, and a plurality of solvents may be mixed. Particularly preferred are acetonitrile, acetonitrile / methanol mixed solvent, methanol, ethanol, acetone, methyl ethyl ketone, tetrahydrofuran and methylene chloride.

(増感処理の温度、時間)
半導体を焼成した基板を増感色素を含む溶液に浸漬する時間は、半導体層(半導体膜)に深く進入して吸着等を充分に進行させ、半導体を十分に増感させることが好ましい。
(Tensing temperature and time)
It is preferable that the time for immersing the substrate on which the semiconductor is baked in the solution containing the sensitizing dye penetrates deeply into the semiconductor layer (semiconductor film) to sufficiently advance adsorption and the like to sufficiently sensitize the semiconductor.

また、溶液中での色素の分解等により生成して分解物が色素の吸着を妨害することを抑制する観点から、25℃条件下では3〜48時間が好ましく、さらに好ましくは4〜24時間である。   In addition, from the viewpoint of suppressing degradation of the dye produced in the solution by decomposition or the like and hindering the adsorption of the dye, it is preferably 3 to 48 hours under 25 ° C., more preferably 4 to 24 hours. is there.

この効果は、特に半導体膜が多孔質構造膜である場合において顕著である。   This effect is particularly remarkable when the semiconductor film is a porous structure film.

ただし、浸漬時間については25℃条件での値であり、温度条件を変化させた場合には、上記の限りではない。   However, the immersion time is a value under the condition of 25 ° C., and is not limited to the above when the temperature condition is changed.

浸漬しておくに当たり本発明の色素を含む溶液は、前記色素が分解しない限りにおいて、沸騰しない温度にまで加熱して用いてもよい。好ましい温度範囲は5〜100℃であり、さらに好ましくは25〜80℃であるが、前記の通り溶媒が前記温度範囲で沸騰する場合はこの限りでない。   In soaking, the solution containing the dye of the present invention may be heated to a temperature that does not boil as long as the dye does not decompose. A preferable temperature range is 5 to 100 ° C., more preferably 25 to 80 ° C., but this is not the case when the solvent boils in the temperature range as described above.

(第二電極)
第二電極は導電性を有するものであればよく、任意の導電性材料が用いられる。絶縁性の物質でも、正孔輸送層に面している側に導電性物質層が設置されていれば、これも使用可能である。
(Second electrode)
The 2nd electrode should just have electroconductivity, and arbitrary electroconductive materials are used. Even an insulating material can be used if a conductive material layer is provided on the side facing the hole transport layer.

正孔輸送層との接触性が良いことが好ましい。また正孔輸送層との仕事関数の差が小さく、化学的に安定であることが好ましい。このような材料として金、銀、銅、アルミ、白金等の金属薄膜やカーボンブラック、導電性高分子等の有機導電体を用いることも出来る。   It is preferable that the contact property with the hole transport layer is good. Further, it is preferable that the work function difference with the hole transport layer is small and chemically stable. As such a material, a metal thin film such as gold, silver, copper, aluminum, or platinum, or an organic conductor such as carbon black or a conductive polymer can be used.

(太陽電池)
本発明の太陽電池は、上記本発明の光電変換素子を有する。
(Solar cell)
The solar cell of the present invention has the photoelectric conversion element of the present invention.

本発明の太陽電池は、本発明の光電変換素子を具備し、太陽光に最適の設計並びに回路設計が行われ、太陽光を光源として用いたときに最適な光電変換が行われるような構造を有する。   The solar cell of the present invention comprises the photoelectric conversion element of the present invention, has a structure in which optimal design and circuit design are performed for sunlight, and optimal photoelectric conversion is performed when sunlight is used as a light source. Have.

即ち、色素増感された半導体に太陽光が照射されうる構造となっている。本発明の太陽電池を構成する際には、前記光電変換層、正孔輸送層および第二電極をケース内に収納して封止するか、あるいはそれら全体を樹脂封止することが好ましい。   That is, the semiconductor is dye-sensitized and can be irradiated with sunlight. When configuring the solar cell of the present invention, it is preferable that the photoelectric conversion layer, the hole transport layer, and the second electrode are housed in a case and sealed, or the whole is resin-sealed.

本発明の太陽電池に太陽光または太陽光と同等の電磁波を照射すると、半導体に担持された増感色素は照射された光もしくは電磁波を吸収して励起する。   When the solar cell of the present invention is irradiated with sunlight or an electromagnetic wave equivalent to sunlight, the sensitizing dye supported on the semiconductor is excited by absorbing the irradiated light or electromagnetic wave.

励起によって発生した電子は半導体に移動し、次いで導電性支持体および外部負荷を経由して第二電極に移動して、正孔輸送層の正孔輸送性材料に供給される。   Electrons generated by excitation move to the semiconductor, and then move to the second electrode via the conductive support and the external load, and are supplied to the hole transporting material of the hole transporting layer.

一方、半導体に電子を移動させた増感色素は酸化体となっているが、第二電極から正孔輸送層の重合体Aを経由して電子が供給されることにより、還元されて元の状態に戻り、同時に正孔輸送層の重合体Aは酸化されて、再び第二電極から供給される電子により還元されうる状態に戻る。   On the other hand, the sensitizing dye that has moved electrons to the semiconductor is an oxidant, but is reduced by being supplied with electrons from the second electrode via the polymer A of the hole transport layer. At the same time, the polymer A in the hole transport layer is oxidized and returned to a state where it can be reduced again by the electrons supplied from the second electrode.

このようにして電子が流れ、本発明の光電変換素子を用いた太陽電池を構成することができる。   In this way, electrons flow, and a solar cell using the photoelectric conversion element of the present invention can be configured.

以下、実施例により本発明を説明するが、本発明はこれらに限定されない。   EXAMPLES Hereinafter, although an Example demonstrates this invention, this invention is not limited to these.

実施例
〔光電変換素子SC−1の作製(本発明)〕
基板として厚さ30μmの無機ガラスフィルムを用い、これの片面にスプレー熱分解法によりFTO(フッ素ドープされた酸化スズ)薄膜を設け、シート抵抗10Ω/□の透明導電膜を得て第一電極とした。この無機ガラスフィルムは、直径5cmの丸棒に巻き付けても破断およびクラックの発生は観測されなかった。
Example [Preparation of Photoelectric Conversion Element SC-1 (Invention)]
An inorganic glass film having a thickness of 30 μm is used as a substrate, and an FTO (fluorine-doped tin oxide) thin film is provided on one side by spray pyrolysis to obtain a transparent conductive film having a sheet resistance of 10Ω / □ and the first electrode. did. Even when this inorganic glass film was wound around a round bar having a diameter of 5 cm, the occurrence of breakage and cracks were not observed.

チタンテトライソプロポキシド4ml、水1ml、およびエタノール溶液40mlを混合し、さらに塩酸を加えてpH1に調整した。この酸化チタン前駆体溶液を、前述のFTOガラス基板上に、1000rpmでスピンコートした。これを、100℃で15分間加熱して乾燥した。さらに、450℃で10分間焼成を行って緻密な、厚み30〜50nmの酸化チタン薄膜からなるバリヤ層を形成した。   4 ml of titanium tetraisopropoxide, 1 ml of water, and 40 ml of ethanol solution were mixed, and further hydrochloric acid was added to adjust the pH to 1. This titanium oxide precursor solution was spin-coated at 1000 rpm on the aforementioned FTO glass substrate. This was dried by heating at 100 ° C. for 15 minutes. Further, it was baked at 450 ° C. for 10 minutes to form a dense barrier layer made of a titanium oxide thin film having a thickness of 30 to 50 nm.

酸化チタンペースト(アナターゼ型、1次平均粒径(顕微鏡観察平均)18nm、エチルセルロース分散)を、上記バリヤ層を形成したFTOガラス基板へスクリーン印刷法(塗布面積25mm)により塗布した。200℃で10分間および500℃で15分間焼成を行い、厚さ2.5μmの酸化チタン薄膜を得た。色素D−1をアセトニトリル:t−ブチルアルコール=1:1の混合溶媒に溶解し、5×10−4mol/lの溶液を調製した。上記酸化チタンを塗布焼結したFTOガラス基板を、この溶液に室温で3時間浸漬して色素の吸着処理を行い、光電変換層を形成し、半導体電極を得た。 Titanium oxide paste (anatase type, primary average particle size (microscope observation average) 18 nm, ethyl cellulose dispersion) was applied to the FTO glass substrate on which the barrier layer was formed by screen printing (application area 25 mm 2 ). Firing was performed at 200 ° C. for 10 minutes and at 500 ° C. for 15 minutes to obtain a titanium oxide thin film having a thickness of 2.5 μm. Dye D-1 was dissolved in a mixed solvent of acetonitrile: t-butyl alcohol = 1: 1 to prepare a solution of 5 × 10 −4 mol / l. The FTO glass substrate coated and sintered with the above titanium oxide was immersed in this solution at room temperature for 3 hours for dye adsorption treatment to form a photoelectric conversion layer to obtain a semiconductor electrode.

前記半導体電極を、一般式(1)で表される化合物A−1を1×10−3(モル/l)の割合で含有し、過塩素酸テトラブチルアンモニウムを0.1(モル/l)の割合で含有するアセトニトリル溶液(電解重合溶液)に浸漬した。作用極を前記半導体電極、対極を白金線、参照電極をAg/Ag(AgNO 0.01M)、保持電圧を−0.16Vとした。半導体層方向から光を照射しながら(キセノンランプ使用、光強度22mW/cm、430nm以下の波長をカット)30分間電圧を保持して、正孔輸送層を前記半導体電極表面に形成した。得られた半導体電極/正孔輸送層をアセトニトリルで洗浄、乾燥した。 The semiconductor electrode contains the compound A-1 represented by the general formula (1) at a ratio of 1 × 10 −3 (mol / l), and tetrabutylammonium perchlorate is 0.1 (mol / l). It was immersed in an acetonitrile solution (electropolymerization solution) contained at a ratio of The working electrode was the semiconductor electrode, the counter electrode was a platinum wire, the reference electrode was Ag / Ag + (AgNO 3 0.01M), and the holding voltage was −0.16V. While irradiating light from the semiconductor layer direction (using a xenon lamp, light intensity of 22 mW / cm 2 , cutting a wavelength of 430 nm or less), the voltage was maintained for 30 minutes to form a hole transport layer on the surface of the semiconductor electrode. The obtained semiconductor electrode / hole transport layer was washed with acetonitrile and dried.

なお、ここで得られた正孔輸送層は、溶媒には不溶の重合膜になっている。   The hole transport layer obtained here is a polymer film that is insoluble in the solvent.

その後、Li[(CFSON]を15×10−3(モル/l)、tert−ブチルピリジンを50×10−3(モル/l)の割合で含有するアセトニトリル溶液に10分間浸漬した。 After that, in acetonitrile solution containing Li [(CF 3 SO 2 ) 2 N] at a rate of 15 × 10 −3 (mol / l) and tert-butylpyridine at a rate of 50 × 10 −3 (mol / l) for 10 minutes. Soaked.

その後、半導体電極/正孔輸送層を自然乾燥後、さらに真空蒸着法により金を90nm蒸着し、第二電極を作製し、光電変換素子SC−1を得た。   Thereafter, the semiconductor electrode / hole transport layer was naturally dried, and then gold was deposited by 90 nm by a vacuum deposition method to produce a second electrode, thereby obtaining a photoelectric conversion element SC-1.

両面セパレータで挟持された厚み20μmのアクリル系透明粘着剤の一方のセパレータを剥離し、露出した粘着剤面を、厚さ40μmのポリエチレンテレフタレートフィルムの片面にゴムローラを用いて貼着した。   One separator of the acrylic transparent adhesive having a thickness of 20 μm sandwiched between the double-sided separators was peeled off, and the exposed adhesive surface was adhered to one side of a polyethylene terephthalate film having a thickness of 40 μm using a rubber roller.

この片面粘着フィルムを2つ用意し、先に作製した素子の両面にゴムローラを用いて貼着することにより太陽電池1を作製した。   Two single-sided adhesive films were prepared, and the solar cell 1 was produced by sticking on both surfaces of the element produced previously using a rubber roller.

光電変換素子SC−1と同様な光電変換素子を9サンプル作製し、それぞれ光電変換素子SC1−1〜SC1−10とした。以下のサンプルも同一サンプルを10サンプルずつ作製した。   Nine samples of photoelectric conversion elements similar to the photoelectric conversion element SC-1 were produced, and were designated as photoelectric conversion elements SC1-1 to SC1-10, respectively. Ten samples of the same sample were prepared for the following samples.

[光電変換素子SC−2〜SC−21、および太陽電池2〜21の作製]
光電変換素子1の作製において、増感色素として、表1に記載の増感色素を用い、正孔輸送層材料(一般式(1)で表される化合物)A−1を表1に記載の化合物に変更した以外は同様にして、光電変換素子SC−2〜21、および太陽電池2〜21を作製した。
[Production of Photoelectric Conversion Elements SC-2 to SC-21 and Solar Cells 2 to 21]
In preparation of the photoelectric conversion element 1, the sensitizing dye described in Table 1 is used as the sensitizing dye, and the hole transport layer material (compound represented by the general formula (1)) A-1 is described in Table 1. Photoelectric conversion elements SC-2 to 21 and solar cells 2 to 21 were produced in the same manner except that the compound was changed.

なお、光電変換素子SC−17では、電解重合溶液として、A−1とA−R2をそれぞれ5×10−4(モル/l)ずつ含むアセトニトリル溶液を用いた。 In the photoelectric conversion element SC-17, an acetonitrile solution containing 5 × 10 −4 (mol / l) each of A-1 and A-R2 was used as the electrolytic polymerization solution.

また、光電変換素子SC−18では、電解重合溶液として、A−1を1×10−4(モル/l)、A−R2を9×10−4(モル/l)含むアセトニトリル溶液を用いた。 In the photoelectric conversion element SC-18, an acetonitrile solution containing 1 × 10 −4 (mol / l) A-1 and 9 × 10 −4 (mol / l) A-R2 was used as the electrolytic polymerization solution. .

[光電変換素子SC−22の作製、太陽電池22の作製(比較例)]
太陽電池1の作製において、電解重合溶液として、A−1の変わりにA−R1を用いた他は太陽電池1の作製と同様にして、光電変換素子SC−22、および太陽電池22を作製した。
[Production of Photoelectric Conversion Element SC-22, Production of Solar Cell 22 (Comparative Example)]
In the production of the solar cell 1, the photoelectric conversion element SC-22 and the solar cell 22 were produced in the same manner as the production of the solar cell 1 except that A-R1 was used instead of A-1 as the electrolytic polymerization solution. .

[光電変換素子SC−23の作製、太陽電池23の作製(比較例)]
太陽電池1の作製において、電解時の保持電圧を+0.6Vに設定した以外は同様にして、光電変換素子SC−23、および太陽電池23を作製した。
[Production of Photoelectric Conversion Element SC-23, Production of Solar Cell 23 (Comparative Example)]
In the production of the solar cell 1, the photoelectric conversion element SC-23 and the solar cell 23 were produced in the same manner except that the holding voltage during electrolysis was set to + 0.6V.

[光電変換素子SC−24の作製、太陽電池24の作製(比較例)]
太陽電池1の作製において、電解時の保持電圧を−0.6Vに設定した以外は同様にして、光電変換素子SC−24、および太陽電池24を作製した。
[Production of Photoelectric Conversion Element SC-24, Production of Solar Cell 24 (Comparative Example)]
In the production of the solar cell 1, the photoelectric conversion element SC-24 and the solar cell 24 were produced in the same manner except that the holding voltage during electrolysis was set to -0.6V.

Figure 2012004206
Figure 2012004206

Figure 2012004206
Figure 2012004206

〔光電変換素子の評価〕
作製した太陽電池を、ソーラーシュミレータ(英弘精機製)を用い、AMフィルター(AM−1.5)を通したキセノンランプから100mW/cmの擬似太陽光を照射することにより行った。
[Evaluation of photoelectric conversion element]
The produced solar cell was irradiated with 100 mW / cm 2 pseudo-sunlight from a xenon lamp through an AM filter (AM-1.5) using a solar simulator (manufactured by Eiko Seiki).

即ち、光電変換素子を具備する太陽電池について、I−Vテスターを用いて室温にて電流−電圧特性を測定し、短絡電流(Jsc)、開放電圧(Voc)、および形状因子(F.F.)を求め、これらから光電変換効率(η(%))を求めた。なお、光電変換素子の変換効率(η(%))は下記式(A)に基づいて算出した。   That is, for a solar cell including a photoelectric conversion element, current-voltage characteristics are measured at room temperature using an IV tester, and a short circuit current (Jsc), an open circuit voltage (Voc), and a form factor (FF) are measured. ) And the photoelectric conversion efficiency (η (%)) was determined from these. In addition, the conversion efficiency ((eta) (%)) of the photoelectric conversion element was computed based on the following formula (A).

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

各太陽電池を直径7cmの丸棒に10分間巻き付けた後の光電変換効率を併せて測定し、曲げ前後の効率比を求め、変換効率の安定性の指標とした。   The photoelectric conversion efficiency after each solar cell was wound on a round bar having a diameter of 7 cm for 10 minutes was also measured, the efficiency ratio before and after bending was determined, and used as an index of stability of the conversion efficiency.

正孔輸送層の膜厚はSEMによる光電変換素子の断面図から求めた。表1に各光電変換素子の特性評価結果を示す。   The film thickness of the hole transport layer was determined from a sectional view of the photoelectric conversion element by SEM. Table 1 shows the result of characteristic evaluation of each photoelectric conversion element.

表に掲載した値は10個の光電変換素子の平均値である。製造安定性の指標として変換効率が平均値の±10%に収まった個数を併せて表1に掲載した。   The values listed in the table are average values of 10 photoelectric conversion elements. Table 1 shows the number of conversion efficiency within ± 10% of the average value as an index of production stability.

Figure 2012004206
Figure 2012004206

表1から、重合体Aを含有しかつ、その厚さが10nm〜200nmである正孔輸送層を有する本発明の光電変換素子(SC−1〜21)だけが、安定して製造することができ、光電変換効率、光電変換機能の安定性に優れることが分かる。   From Table 1, only the photoelectric conversion elements (SC-1 to 21) of the present invention having the hole transport layer containing the polymer A and having a thickness of 10 nm to 200 nm can be stably produced. It can be seen that the photoelectric conversion efficiency and the stability of the photoelectric conversion function are excellent.

1 基板
2 第一電極
3 バリヤ層
6 光電変換層
7 正孔輸送層
8 第二電極
10 光電変換素子
1 Substrate 2 First Electrode 3 Barrier Layer 6 Photoelectric Conversion Layer 7 Hole Transport Layer 8 Second Electrode 10 Photoelectric Conversion Element

Claims (7)

基板、第一電極、半導体および増感色素を含有する光電変換層、正孔輸送層および第二電極を、この順に設置してなる光電変換素子において、該正孔輸送層は、下記一般式(1)で表される化合物を重合単位として用い重合により作製した重合体Aを含有し、該正孔輸送層の厚さが10nm以上、200nm以下であることを特徴とする光電変換素子。
Figure 2012004206
(式中、Arは、下記一般式(2)〜(5)のいずれかで示される部分構造の残基である。
Figure 2012004206
Ar〜Ar24は、それぞれ置換もしくは未置換のアリール基を表し、互いに連結して環状構造を形成しても良い。
は下記一般式(6)〜(10)のいずれかで表される基の残基を表し、Xは酸素原子、硫黄原子またはセレン原子を表す。
Figure 2012004206
1A〜R9AおよびR1B〜R9Bは、水素、アルコキシ基またはアルキルアミノ基を表し、隣接する基の組(R1A,R1B)〜(R9A,R9B)の各組の中で、少なくとも一方は、アルコキシ基またはアルキルアミノ基であり、各組の基は互いに環を形成していてもよい。
は2〜8の整数を表し、nは1または2である。
炭素−炭素二重結合は、シス体、トランス体のどちらでもよい。)
In a photoelectric conversion element in which a substrate, a first electrode, a semiconductor and a photoelectric conversion layer containing a sensitizing dye, a hole transport layer and a second electrode are disposed in this order, the hole transport layer has the following general formula ( 1. A photoelectric conversion element comprising a polymer A produced by polymerization using the compound represented by 1) as a polymerization unit, wherein the hole transport layer has a thickness of 10 nm to 200 nm.
Figure 2012004206
(In the formula, Ar 1 is a residue of a partial structure represented by any of the following general formulas (2) to (5).
Figure 2012004206
Ar 2 to Ar 24 each represent a substituted or unsubstituted aryl group, and may be linked to each other to form a cyclic structure.
T 1 represents a residue of a group represented by any one of the following general formulas (6) to (10), and X represents an oxygen atom, a sulfur atom, or a selenium atom.
Figure 2012004206
R 1A to R 9A and R 1B to R 9B represent hydrogen, an alkoxy group, or an alkylamino group, and in each of the groups of adjacent groups (R 1A , R 1B ) to (R 9A , R 9B ) , At least one is an alkoxy group or an alkylamino group, and each group of groups may form a ring with each other.
n 1 represents an integer of 2 to 8, and n 2 is 1 or 2.
The carbon-carbon double bond may be either a cis isomer or a trans isomer. )
前記nが3〜8の整数であ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 n 1 is an integer of 3 to 8. 前記一般式(6)〜(9)におけるXが硫黄原子であることを特徴とする請求項1または2に記載の光電変換素子。   X in the said General formula (6)-(9) is a sulfur atom, The photoelectric conversion element of Claim 1 or 2 characterized by the above-mentioned. 前記一般式(6)〜(10)で表される化合物における隣接する置換基の組(R1A,R1B)〜(R9A,R9B)が互いにエチレンジオキシ環を形成していることを特徴とする請求項1から3のいずれか1項に記載の光電変換素子。 The adjacent substituent groups (R 1A , R 1B ) to (R 9A , R 9B ) in the compounds represented by the general formulas (6) to (10) form an ethylenedioxy ring. The photoelectric conversion element according to any one of claims 1 to 3, wherein the photoelectric conversion element is characterized in that 前記重合体Aが、前記半導体上で、合成されたものであることを特徴とする請求項1から4のいずれか1項に記載の光電変換素子。   The photoelectric conversion element according to any one of claims 1 to 4, wherein the polymer A is synthesized on the semiconductor. 前記半導体が酸化チタンであることを特徴とする請求項1から5のいずれか1項に記載の光電変換素子。   The photoelectric conversion element according to claim 1, wherein the semiconductor is titanium oxide. 請求項1から6のいずれか1項に記載の光電変換素子を有することを特徴とする太陽電池。   It has a photoelectric conversion element of any one of Claim 1 to 6, The solar cell characterized by the above-mentioned.
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