JP2012043639A - Photoelectric conversion element and dye-sensitized solar cell - Google Patents

Photoelectric conversion element and dye-sensitized solar cell Download PDF

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Hideya Miwa
英也 三輪
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a photoelectric conversion element and a solar cell which are excellent in photoelectric conversion efficiency.SOLUTION: The photoelectric conversion element comprises a substrate, a first electrode, a photoelectric conversion layer formed of a semiconductor layer containing a dye and a semiconductor, a hole transport layer, and a second electrode, in this order. The dye is a compound represented by the following general formula (1).

Description

本発明は、光電変換素子およびそれを用いた太陽電池に関し、詳しくは色素増感型光電変換素子およびそれを用いた色素増感型太陽電池に関する。   The present invention relates to a photoelectric conversion element and a solar cell using the same, and more particularly to a dye-sensitized photoelectric conversion element and a dye-sensitized solar cell using the same.

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。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。   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. 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。さらに、この色素としてローダニン骨格含有アミン構造を有する化合物を用いると光電変換効率が高い素子が得られることが開示されている(特許文献1参照)。   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. Furthermore, it is disclosed that when a compound having a rhodanine skeleton-containing amine structure is used as the dye, an element having high photoelectric conversion efficiency can be obtained (see Patent Document 1).

また、トリアリールアミン構造を有する特定の色素を用いる技術(特許文献2参照)が知られている。   Further, a technique using a specific dye having a triarylamine structure (see Patent Document 2) is known.

しかしながら、これらの色素を用いた場合でも比較的変換効率が低く、さらに光電変換効率が高い光電変換素子が求められており、そのような光電変換素子を形成するための増感色素が求められている。   However, even when these dyes are used, there is a demand for photoelectric conversion elements having relatively low conversion efficiency and high photoelectric conversion efficiency, and there is a need for sensitizing dyes for forming such photoelectric conversion elements. Yes.

特開2005−63833号公報Japanese Patent Laid-Open No. 2005-63833 特開2009−269987号公報JP 2009-269987 A

B.O’Regan and M.Gratzel:Nature,353,737(1991)B. O'Regan and M.M. Gratzel: Nature, 353, 737 (1991)

本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、その目的は光電変換効率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 are excellent in photoelectric conversion efficiency.

本発明の上記目的は、以下の構成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 configuration.

1.基板、第一電極、色素および半導体を含有する半導体層からなる光電変換層、正孔輸送層および第二電極をこの順に有する光電変換素子であって、該色素が下記一般式(1)で表される化合物であることを特徴とする光電変換素子。   1. A photoelectric conversion element comprising a substrate, a first electrode, a dye and a semiconductor layer comprising a semiconductor layer containing a semiconductor, a hole transport layer and a second electrode in this order, wherein the dye is represented by the following general formula (1) A photoelectric conversion element characterized by being a compound to be produced.

Figure 2012043639
Figure 2012043639

(式中、Ar、Arは、置換基を有してもよい2価の、芳香族炭化水素残基、複素環残基、鎖状炭化水素残基、または環状炭化水素残基を表す。 (In the formula, Ar 1 and Ar 2 represent a divalent aromatic hydrocarbon residue, heterocyclic residue, chain hydrocarbon residue, or cyclic hydrocarbon residue which may have a substituent. .

Arは、置換基を有してもよい2価の、芳香族炭化水素残基、または複素環残基を表す。 Ar 3 represents a divalent aromatic hydrocarbon residue or heterocyclic residue which may have a substituent.

、Xは各々独立に、水素原子または電子吸引性基を表わし、X、Xのうち少なくとも1つは電子吸引性基である。 X 0 and X 1 each independently represents a hydrogen atom or an electron-withdrawing group, and at least one of X 0 and X 1 is an electron-withdrawing group.

Ar、ArおよびArは互いに連結して環状構造を形成してもよい。 Ar 1 , Ar 2 and Ar 3 may be connected to each other to form a cyclic structure.

は水素原子、ハロゲン原子、シアノ基または置換基を有してもよい、アルキル基、アルケニル基、アルキニル基、アルコキシ基、アミノ基、アリール基もしくは複素環基を表す。 R 1 represents a hydrogen atom, a halogen atom, a cyano group, or an optionally substituted alkyl group, alkenyl group, alkynyl group, alkoxy group, amino group, aryl group or heterocyclic group.

は水素原子、置換基を有してもよい、アルキル基、アルケニル基、アルキニル基、アリール基もしくは複素環基を表す。 R 2 represents a hydrogen atom, an alkyl group, an alkenyl group, an alkynyl group, an aryl group or a heterocyclic group, which may have a substituent.

は、Zで表される置換基を有する、アルキル基、アルケニル基、アルキニル基、アルコキシ基、アルキルチオ基、アルキルセレノ基、アミノ基、アリール基または複素環基を表す。 R 3 represents an alkyl group, alkenyl group, alkynyl group, alkoxy group, alkylthio group, alkylseleno group, amino group, aryl group or heterocyclic group having a substituent represented by Z.

Zで表される置換基は、酸性基であり、mは1以上、7以下の整数を表す。m≧2の場合、Zは同じでも異なってもよい。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.前記一般式(1)における電子吸引性基が、ハロゲン原子またはトリハロメチル基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 substituent represented by Z is an acidic group, and m represents an integer of 1 or more and 7 or less. When m ≧ 2, Z may be the same or different. 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 the electron-withdrawing group in the general formula (1) is a halogen atom or a trihalomethyl group.

3.前記一般式(1)における−R−が、下記一般式(A)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. -R < 3 >-in the said General formula (1) is the following general formula (A), The said photoelectric conversion element of 1 or 2 characterized by the above-mentioned.

Figure 2012043639
Figure 2012043639

(Yは、硫黄原子、酸素原子またはセレン原子を表す。 (Y represents a sulfur atom, an oxygen atom or a selenium atom.

、Rは、水素原子、ハロゲン原子、水酸基、チオール基、シアノ基、または置換基を有してもよい、アルキル基、アルケニル基、アルキニル基、アルコキシ基、アミノ基、アリール基もしくは複素環基を表し、互いに連結して環状構造を形成してもよい。nは0以上、14以下の整数を表し、n≧2の場合、R、Rは同じでも異なってもよい。)
4.前記一般式(A)におけるYがS(硫黄原子)であることを特徴とする前記3に記載の光電変換素子。
R 4 and R 5 are a hydrogen atom, a halogen atom, a hydroxyl group, a thiol group, a cyano group, or an alkyl group, an alkenyl group, an alkynyl group, an alkoxy group, an amino group, an aryl group, or a heterocyclic group, which may have a substituent. It represents a cyclic group and may be connected to each other to form a cyclic structure. n represents an integer of 0 or more and 14 or less, and when n ≧ 2, R 4 and R 5 may be the same or different. )
4). Y in said general formula (A) is S (sulfur atom), The said photoelectric conversion element of 3 characterized by the above-mentioned.

5.前記一般式(1)におけるRが、水素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 R 2 in the general formula (1) is hydrogen.

6.前記1から5のいずれか1項に記載の光電変換素子を具備することを特徴とする色素増感型太陽電池。   6). 6. A dye-sensitized solar cell comprising the photoelectric conversion device according to any one of 1 to 5 above.

本発明の上記構成により、光電変換効率に優れる光電変換素子および太陽電池が提供できる。   With the above configuration of the present invention, a photoelectric conversion element and a solar cell that are excellent in photoelectric conversion efficiency can be provided.

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

本発明は、基板、第一電極、色素および半導体を含有する半導体層からなる光電変換層、正孔輸送層および第二電極をこの順に有する光電変換素子であって、該色素が上記一般式(1)で表される化合物であることを特徴とする。   The present invention is a photoelectric conversion element having a substrate, a first electrode, a dye and a photoelectric conversion layer comprising a semiconductor layer containing a semiconductor, a hole transport layer, and a second electrode in this order, wherein the dye is represented by the above general formula ( It is a compound represented by 1).

本発明では、特に半導体に上記一般式(1)で表される特定の化合物を担持させることで光電変換効率が高い光電変換素子が得られる。   In the present invention, a photoelectric conversion element having high photoelectric conversion efficiency can be obtained by supporting a specific compound represented by the general formula (1) on a semiconductor.

(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。図1は、光電変換素子の一例を示す模式断面図である。
(Photoelectric conversion element)
The photoelectric conversion element of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 1 is a schematic cross-sectional view illustrating an example of a photoelectric conversion element.

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。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、バリヤ層3を有することが好ましい。太陽光は、図下方の矢印の方向から入る。   The photoelectric conversion layer 6 contains a semiconductor and a pigment. 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. 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。第一電極2を付けた基板1(導電性支持体ともいう)上に、バリヤ層3を付着して形成した後、バリヤ層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。   The manufacture example of the photoelectric conversion element of this invention is shown below. After the barrier layer 3 is deposited and formed on the substrate 1 (also referred to as a conductive support) provided with the first electrode 2, a semiconductor layer made of a semiconductor is formed on the barrier layer 3, and the semiconductor surface is formed on the surface of the semiconductor. The photoelectric conversion layer 6 is formed by adsorbing the 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.

(光電変換層)
本発明に係る光電変換層は、半導体および色素を含有し、当該色素を担持した当該半導体を含有する半導体層からなり、当該色素が上記一般式(1)で表される化合物である。
(Photoelectric conversion layer)
The photoelectric conversion layer according to the present invention comprises a semiconductor layer containing a semiconductor that contains a semiconductor and a dye and carries the dye, and the dye is a compound represented by the general formula (1).

(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。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。
<< Fabrication of semiconductor layer >>
A method for manufacturing the semiconductor layer will be described. 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。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。   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. 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。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。   The semiconductor layer may have any structure, but is preferably a porous structure film (also referred to as a porous layer having voids). 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.

(色素)
本発明に係る色素は、上記一般式(1)で表される化合物であり、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。色素が半導体に担持されている態様としては、半導体表面へ吸着されている態様、また半導体が多孔質等のポーラスな構造を有する場合には、半導体の多孔質構造に色素が充填されている態様が挙げられる。
(Dye)
The dye according to the present invention is a compound represented by the above general formula (1), and is supported on a semiconductor by a semiconductor sensitization treatment as described below, and is photoexcited to generate an electromotive force when irradiated with light. To get. As an aspect in which the dye is supported on the semiconductor, an aspect in which the dye is adsorbed on the semiconductor surface, or an aspect in which the semiconductor porous structure is filled with the dye when the semiconductor has a porous structure such as a porous structure. Is mentioned.

《一般式(1)で表される化合物》
一般式(1)において、Ar、Arは、置換基を有してもよい2価の、芳香族炭化水素残基、複素環残基、鎖状炭化水素残基、または環状炭化水素残基を表す。
<< Compound Represented by Formula (1) >>
In the general formula (1), Ar 1 and Ar 2 are divalent aromatic hydrocarbon residues, heterocyclic residues, chain hydrocarbon residues, or cyclic hydrocarbon residues which may have a substituent. Represents a group.

Arは、置換基を有してもよい2価の、芳香族炭化水素残基、または複素環残基を表す。 Ar 3 represents a divalent aromatic hydrocarbon residue or heterocyclic residue which may have a substituent.

、Xは各々独立に、水素原子または電子吸引性基を表わし、X、Xのうち少なくとも1つは電子吸引性基である。本発明において、電子吸引性基とはハメットの置換基定数σpが正の値である置換基である。例えば、ハロゲン、シアノ基、ニトロ基、ハロゲン化アルキル基等がある。 X 0 and X 1 each independently represents a hydrogen atom or an electron-withdrawing group, and at least one of X 0 and X 1 is an electron-withdrawing group. In the present invention, the electron-withdrawing group is a substituent having a positive Hammett's substituent constant σp. For example, there are halogen, cyano group, nitro group, halogenated alkyl group and the like.

Ar、ArおよびArは互いに連結して環状構造を形成してもよい。 Ar 1 , Ar 2 and Ar 3 may be connected to each other to form a cyclic structure.

は水素原子、ハロゲン原子、シアノ基、置換基を有してもよい、アルキル基、アルケニル基、アルキニル基、アルコキシ基、アミノ基、アリール基または複素環基を表す。 R 1 represents a hydrogen atom, a halogen atom, a cyano group, or an optionally substituted alkyl group, alkenyl group, alkynyl group, alkoxy group, amino group, aryl group or heterocyclic group.

は水素原子、置換基を有してもよい、アルキル基、アルケニル基、アルキニル基、アリール基または複素環基を表す。 R 2 represents a hydrogen atom, an alkyl group, an alkenyl group, an alkynyl group, an aryl group or a heterocyclic group which may have a substituent.

は、Zで表される置換基を有する、アルキル基、アルケニル基、アルキニル基、アルコキシ基、アルキルチオ基、アルキルセレノ基、アミノ基、アリール基または複素環基を表す。Rは、Z以外の置換基を有してもよい。 R 3 represents an alkyl group, alkenyl group, alkynyl group, alkoxy group, alkylthio group, alkylseleno group, amino group, aryl group or heterocyclic group having a substituent represented by Z. R 3 may have a substituent other than Z.

Zで表される置換基は、酸性基であり、mは1以上4以下の整数を表す。m≧2の場合、Zは同じでも異なってもよい。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 substituent represented by Z is an acidic group, and m represents an integer of 1 or more and 4 or less. When m ≧ 2, Z may be the same or different. The carbon-carbon double bond may be either a cis isomer or a trans isomer.

Ar〜Arで表される、置換基を有してもよい2価の芳香族炭化水素残基としては、ベンゼン環、ナフタレン環、アントラセン環、アズレン環、アセナフチレン環、フルオレン環、フェナンスレン環、インデン環、ピレン環、等から水素原子を除いた2価の基が挙げられる。 Examples of the divalent aromatic hydrocarbon residue represented by Ar 1 to Ar 3 which may have a substituent include a benzene ring, a naphthalene ring, an anthracene ring, an azulene ring, an acenaphthylene ring, a fluorene ring, and a phenanthrene ring. A divalent group in which a hydrogen atom is removed from an indene ring, a pyrene ring, and the like.

2価の芳香族炭化水素残基は、置換基により更に置換されていても良い。   The divalent aromatic hydrocarbon residue may be further substituted with a substituent.

置換基としては、アルキル基(例えば、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、tert−ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基、オクチル基、ドデシル基、トリデシル基、テトラデシル基、ペンタデシル基等)、シクロアルキル基(例えば、シクロペンチル基、シクロヘキシル基等)、アルケニル基(例えば、ビニル基、アリル基等)、アルキニル基(例えば、エチニル基、プロパルギル基等)、アリール基(例えば、フェニル基、ナフチル基等)、芳香族複素環基(例えば、フリル基、チエニル基、インドリル基、クマリニル基、ピリジル基、ピリダジニル基、ピリミジニル基、ピラジニル基、トリアジニル基、イミダゾリル基、ピラゾリル基、チアゾリル基、キナゾリニル基、カルバゾリル基、カルボリニル基、ジアザカルバゾリル基(前記カルボリニル基のカルボリン環を構成する任意の炭素原子の一つが窒素原子で置き換わったものを示す)、フタラジニル基等)、飽和の複素環基(例えば、ピロリジル基、イミダゾリジル基、モルホリル基、オキサゾリジル基等)、アルコキシ基(例えば、メトキシ基、エトキシ基、プロピルオキシ基、ペンチルオキシ基、ヘキシルオキシ基、オクチルオキシ基、ドデシルオキシ基等)、シクロアルコキシ基(例えば、シクロペンチルオキシ基、シクロヘキシルオキシ基等)、アリールオキシ基(例えば、フェノキシ基、ナフチルオキシ基等)、アルキルチオ基(例えば、メチルチオ基、エチルチオ基、プロピルチオ基、ペンチルチオ基、ヘキシルチオ基、オクチルチオ基、ドデシルチオ基等)、シクロアルキルチオ基(例えば、シクロペンチルチオ基、シクロヘキシルチオ基等)、アリールチオ基(例えば、フェニルチオ基、ナフチルチオ基等)、アルコキシカルボニル基(例えば、メチルオキシカルボニル基、エチルオキシカルボニル基、ブチルオキシカルボニル基、オクチルオキシカルボニル基、ドデシルオキシカルボニル基等)、アリールオキシカルボニル基(例えば、フェニルオキシカルボニル基、ナフチルオキシカルボニル基等)、スルファモイル基(例えば、アミノスルホニル基、メチルアミノスルホニル基、ジメチルアミノスルホニル基、ブチルアミノスルホニル基、ヘキシルアミノスルホニル基、シクロヘキシルアミノスルホニル基、オクチルアミノスルホニル基、ドデシルアミノスルホニル基、フェニルアミノスルホニル基、ナフチルアミノスルホニル基、2−ピリジルアミノスルホニル基等)、アシル基(例えば、アセチル基、エチルカルボニル基、プロピルカルボニル基、ペンチルカルボニル基、シクロヘキシルカルボニル基、オクチルカルボニル基、2−エチルヘキシルカルボニル基、ドデシルカルボニル基、フェニルカルボニル基、ナフチルカルボニル基、ピリジルカルボニル基等)、アシルオキシ基(例えば、アセチルオキシ基、エチルカルボニルオキシ基、ブチルカルボニルオキシ基、オクチルカルボニルオキシ基、ドデシルカルボニルオキシ基、フェニルカルボニルオキシ基等)、アミド基(例えば、メチルカルボニルアミノ基、エチルカルボニルアミノ基、ジメチルカルボニルアミノ基、プロピルカルボニルアミノ基、ペンチルカルボニルアミノ基、シクロヘキシルカルボニルアミノ基、2−エチルヘキシルカルボニルアミノ基、オクチルカルボニルアミノ基、ドデシルカルボニルアミノ基、フェニルカルボニルアミノ基、ナフチルカルボニルアミノ基等)、カルバモイル基(例えば、アミノカルボニル基、メチルアミノカルボニル基、ジメチルアミノカルボニル基、プロピルアミノカルボニル基、ペンチルアミノカルボニル基、シクロヘキシルアミノカルボニル基、オクチルアミノカルボニル基、2−エチルヘキシルアミノカルボニル基、ドデシルアミノカルボニル基、フェニルアミノカルボニル基、ナフチルアミノカルボニル基、2−ピリジルアミノカルボニル基等)、ウレイド基(例えば、メチルウレイド基、エチルウレイド基、ペンチルウレイド基、シクロヘキシルウレイド基、オクチルウレイド基、ドデシルウレイド基、フェニルウレイド基ナフチルウレイド基、2−ピリジルアミノウレイド基等)、スルフィニル基(例えば、メチルスルフィニル基、エチルスルフィニル基、ブチルスルフィニル基、シクロヘキシルスルフィニル基、2−エチルヘキシルスルフィニル基、ドデシルスルフィニル基、フェニルスルフィニル基、ナフチルスルフィニル基、2−ピリジルスルフィニル基等)、アルキルスルホニル基(例えば、メチルスルホニル基、エチルスルホニル基、ブチルスルホニル基、シクロヘキシルスルホニル基、2−エチルヘキシルスルホニル基、ドデシルスルホニル基等)、アリールスルホニル基またはヘテロアリールスルホニル基(例えば、フェニルスルホニル基、ナフチルスルホニル基、2−ピリジルスルホニル基等)、アミノ基(例えば、アミノ基、エチルアミノ基、ジメチルアミノ基、ブチルアミノ基、シクロペンチルアミノ基、2−エチルヘキシルアミノ基、ドデシルアミノ基、アニリノ基、ナフチルアミノ基、2−ピリジルアミノ基等)、ハロゲン原子(例えば、フッ素原子、塩素原子、臭素原子等)、フッ化炭化水素基(例えば、フルオロメチル基、トリフルオロメチル基、ペンタフルオロエチル基、ペンタフルオロフェニル基等)、シアノ基、ニトロ基、ヒドロキシ基、メルカプト基、シリル基(例えば、トリメチルシリル基、トリイソプロピルシリル基、トリフェニルシリル基、フェニルジエチルシリル基等)等が挙げられる。   Examples of the substituent include an alkyl group (for example, methyl group, ethyl group, propyl group, isopropyl group, tert-butyl group, pentyl group, hexyl group, octyl group, dodecyl group, tridecyl group, tetradecyl group, pentadecyl group, etc.), A cycloalkyl group (eg, cyclopentyl group, cyclohexyl group, etc.), an alkenyl group (eg, vinyl group, allyl group, etc.), an alkynyl group (eg, ethynyl group, propargyl group, etc.), an aryl group (eg, phenyl group, naphthyl group). Etc.), aromatic heterocyclic group (for example, furyl group, thienyl group, indolyl group, coumarinyl group, pyridyl group, pyridazinyl group, pyrimidinyl group, pyrazinyl group, triazinyl group, imidazolyl group, pyrazolyl group, thiazolyl group, quinazolinyl group, Carbazolyl group, carbolinyl group, diazacar A zolyl group (in which one of the carbon atoms constituting the carboline ring of the carbolinyl group is replaced by a nitrogen atom), a phthalazinyl group, etc., a saturated heterocyclic group (for example, a pyrrolidyl group, an imidazolidyl group, a morpholyl group) , Oxazolidyl group, etc.), alkoxy group (eg, methoxy group, ethoxy group, propyloxy group, pentyloxy group, hexyloxy group, octyloxy group, dodecyloxy group, etc.), cycloalkoxy group (eg, cyclopentyloxy group, cyclohexyl). Oxy group etc.), aryloxy group (eg phenoxy group, naphthyloxy group etc.), alkylthio group (eg methylthio group, ethylthio group, propylthio group, pentylthio group, hexylthio group, octylthio group, dodecylthio group etc.), cycloalkylthio Group (example For example, cyclopentylthio group, cyclohexylthio group, etc.), arylthio group (eg, phenylthio group, naphthylthio group, etc.), alkoxycarbonyl group (eg, methyloxycarbonyl group, ethyloxycarbonyl group, butyloxycarbonyl group, octyloxycarbonyl group) , Dodecyloxycarbonyl group etc.), aryloxycarbonyl group (eg phenyloxycarbonyl group, naphthyloxycarbonyl group etc.), sulfamoyl group (eg aminosulfonyl group, methylaminosulfonyl group, dimethylaminosulfonyl group, butylaminosulfonyl group) Hexylaminosulfonyl group, cyclohexylaminosulfonyl group, octylaminosulfonyl group, dodecylaminosulfonyl group, phenylaminosulfonyl group, naphthylaminos Sulfonyl group, 2-pyridylaminosulfonyl group, etc.), acyl group (for example, acetyl group, ethylcarbonyl group, propylcarbonyl group, pentylcarbonyl group, cyclohexylcarbonyl group, octylcarbonyl group, 2-ethylhexylcarbonyl group, dodecylcarbonyl group, phenyl) Carbonyl group, naphthylcarbonyl group, pyridylcarbonyl group, etc.), acyloxy group (eg, acetyloxy group, ethylcarbonyloxy group, butylcarbonyloxy group, octylcarbonyloxy group, dodecylcarbonyloxy group, phenylcarbonyloxy group, etc.), amide Groups (for example, methylcarbonylamino group, ethylcarbonylamino group, dimethylcarbonylamino group, propylcarbonylamino group, pentylcarbonylamino group, cyclohexyl group) Rubonylamino group, 2-ethylhexylcarbonylamino group, octylcarbonylamino group, dodecylcarbonylamino group, phenylcarbonylamino group, naphthylcarbonylamino group, etc.), carbamoyl group (for example, aminocarbonyl group, methylaminocarbonyl group, dimethylaminocarbonyl) Group, propylaminocarbonyl group, pentylaminocarbonyl group, cyclohexylaminocarbonyl group, octylaminocarbonyl group, 2-ethylhexylaminocarbonyl group, dodecylaminocarbonyl group, phenylaminocarbonyl group, naphthylaminocarbonyl group, 2-pyridylaminocarbonyl group, etc. ), Ureido groups (eg, methylureido group, ethylureido group, pentylureido group, cyclohexylureido group, octylureido) , Dodecylureido group, phenylureido group, naphthylureido group, 2-pyridylaminoureido group, etc.), sulfinyl group (for example, methylsulfinyl group, ethylsulfinyl group, butylsulfinyl group, cyclohexylsulfinyl group, 2-ethylhexylsulfinyl group, dodecylsulfinyl group) , Phenylsulfinyl group, naphthylsulfinyl group, 2-pyridylsulfinyl group, etc.), alkylsulfonyl group (for example, methylsulfonyl group, ethylsulfonyl group, butylsulfonyl group, cyclohexylsulfonyl group, 2-ethylhexylsulfonyl group, dodecylsulfonyl group, etc.) Arylsulfonyl group or heteroarylsulfonyl group (for example, phenylsulfonyl group, naphthylsulfonyl group, 2-pyridylsulfonyl group, etc.), Mino group (for example, amino group, ethylamino group, dimethylamino group, butylamino group, cyclopentylamino group, 2-ethylhexylamino group, dodecylamino group, anilino group, naphthylamino group, 2-pyridylamino group), halogen atom (For example, fluorine atom, chlorine atom, bromine atom, etc.), fluorinated hydrocarbon group (for example, fluoromethyl group, trifluoromethyl group, pentafluoroethyl group, pentafluorophenyl group, etc.), cyano group, nitro group, hydroxy Group, mercapto group, silyl group (for example, trimethylsilyl group, triisopropylsilyl group, triphenylsilyl group, phenyldiethylsilyl group, etc.).

尚、これらの置換基は、上記の置換基によってさらに置換されていてもよい。また、これらの置換基は複数が互いに結合して環を形成していてもよい。   These substituents may be further substituted with the above substituents. In addition, a plurality of these substituents may be bonded to each other to form a ring.

複素環残基としては、フラン環、チオフェン環、ピリジン環、ピリダジン環、ピリミヂン環、ピラジン環、トリアジン環、イミダゾール環、ピラゾール環、チアゾール環、キナゾリン環、カルバゾール環、カルボリン環、ジアザカルボリン環(前記カルボリン環のカルボリン環を構成する任意の炭素原子の一つが窒素原子で置き換わったものを示す)、1,10−フェナントロリン環、フタラジン環、インドール環、クマリン環、ローダニン環、チオヒダントイン環、ピロール環、モルホリン環、オキサゾゾール環、グリシン無水物環等から水素原子を除いた2価の基が挙げられる。   Heterocyclic residues include furan ring, thiophene ring, pyridine ring, pyridazine ring, pyrimidine ring, pyrazine ring, triazine ring, imidazole ring, pyrazole ring, thiazole ring, quinazoline ring, carbazole ring, carboline ring, diazacarboline ring (In which one of the carbon atoms constituting the carboline ring is replaced by a nitrogen atom), 1,10-phenanthroline ring, phthalazine ring, indole ring, coumarin ring, rhodanine ring, thiohydantoin ring, Examples thereof include a divalent group obtained by removing a hydrogen atom from a pyrrole ring, a morpholine ring, an oxazozole ring, a glycine anhydride ring and the like.

複素環残基は置換基により更に置換されていても良い。置換基としては、上記と同様の置換基が挙げられる。   The heterocyclic residue may be further substituted with a substituent. Examples of the substituent include the same substituents as described above.

Ar、Arで表される、置換基を有してもよい2価の鎖状炭化水素残基としては、炭素数が1〜10の鎖状の飽和又は不飽和炭化水素から、水素原子を除いた2価の基が挙げられる。 Examples of the divalent chain hydrocarbon residue which may have a substituent represented by Ar 1 and Ar 2 include a hydrogen atom from a chain saturated or unsaturated hydrocarbon having 1 to 10 carbon atoms. And divalent groups excluding.

Ar、Arで表される、置換基を有してもよい2価の環状炭化水素残基としては、炭素が3〜10のシクロアルキル環から、水素原子を除いた2価の基が挙げられる。 Examples of the divalent cyclic hydrocarbon residue represented by Ar 1 and Ar 2 which may have a substituent include divalent groups in which a hydrogen atom is removed from a cycloalkyl ring having 3 to 10 carbon atoms. Can be mentioned.

、Xで表される電子吸引性基としては、ハロゲン基、トリハロメチル基、ニトロ基、シアノ基、アルデヒド基、カルボキシ基、置換もしくは未置換のアルキルケト基、アルキルオキシカルボニル基等が挙げられる。 Examples of the electron-withdrawing group represented by X 0 and X 1 include a halogen group, a trihalomethyl group, a nitro group, a cyano group, an aldehyde group, a carboxy group, a substituted or unsubstituted alkylketo group, and an alkyloxycarbonyl group. It is done.

置換基としては、Ar〜Arで挙げられた置換基が挙げられる。 Examples of the substituent include the substituents exemplified in Ar 1 to Ar 3 .

ハロゲン基としては、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子等が挙げられる。   Examples of the halogen group include a fluorine atom, a chlorine atom, a bromine atom, and an iodine atom.

トリハロメチル基としてはトリフルオロエチル基、トリクロロメチル基、トリブロモメチル基、クロロジフルオロメチル基、ジクロロフルオロメチル基、ブロモジクロロメチル基、ジブロモクロロメチル基等が挙げられる。   Examples of the trihalomethyl group include a trifluoroethyl group, a trichloromethyl group, a tribromomethyl group, a chlorodifluoromethyl group, a dichlorofluoromethyl group, a bromodichloromethyl group, and a dibromochloromethyl group.

アルキルケト基としては、メチルケト基(アセチル基)、エチルケト基、プロピルケト基、ブチルケト基、tert−ブチルケト基等が挙げられ、アルキルオキシカルボニル基としては、メトキシケト基、エトキシケト基、プロポキシケト基、ブトキシケト基、tert−ブトキシケト基等が挙げられる。   Examples of the alkylketo group include a methylketo group (acetyl group), an ethylketo group, a propylketo group, a butylketo group, and a tert-butylketo group. Examples of the alkyloxycarbonyl group include a methoxyketo group, an ethoxyketo group, a propoxyketo group, a butoxyketo group, Examples thereof include a tert-butoxyketo group.

で表されるハロゲン原子としては、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子等が挙げられる。 Examples of the halogen atom represented by R 1 include a fluorine atom, a chlorine atom, a bromine atom, and an iodine atom.

で表されるアルキル基としては、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、ブチル基、tert−ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基、オクチル基、ドデシル基、トリデシル基、テトラデシル基、ペンタデシル基、等が挙げられる。 Examples of the alkyl group represented by R 1 include methyl, ethyl, propyl, isopropyl, butyl, tert-butyl, pentyl, hexyl, octyl, dodecyl, tridecyl, tetradecyl, pentadecyl. Group, and the like.

これらの基は置換基により更に置換されていても良い。   These groups may be further substituted with a substituent.

で表されるアルケニル基としては、ビニル基、アリル基、ブテニル基、オクテニル基、等が挙げられる。これらの基は置換基により更に置換されていても良い。 Examples of the alkenyl group represented by R 1 include a vinyl group, an allyl group, a butenyl group, and an octenyl group. These groups may be further substituted with a substituent.

で表されるアルキニル基としては、プロパルギル基、3−ペンチニル基等が挙げられる。 Examples of the alkynyl group represented by R 1 include a propargyl group and a 3-pentynyl group.

で表される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、ブトキシ基等が挙げられる。 Examples of the alkoxy group represented by R 1 include a methoxy group, an ethoxy group, a propoxy group, and a butoxy group.

で表されるアミノ基としては、アミノ基、エチルアミノ基、ジメチルアミノ基、ブチルアミノ基、シクロペンチルアミノ基等が挙げられる。 Examples of the amino group represented by R 1 include an amino group, an ethylamino group, a dimethylamino group, a butylamino group, and a cyclopentylamino group.

で表されるアリール基としては、フェニル基、ナフチル基、アントラセニル基等が挙げられる。 Examples of the aryl group represented by R 1 include a phenyl group, a naphthyl group, and an anthracenyl group.

で表される複素環基としては、フラニル基、チエニル基、イミダゾリル基、チアゾリル基、モルホニル基等が挙げられる。 Examples of the heterocyclic group represented by R 1 include a furanyl group, a thienyl group, an imidazolyl group, a thiazolyl group, a morphonyl group, and the like.

で表される、置換基を有してもよい、アルキル基、アルケニル基、アルキニル基、アリール基または複素環基としては、Rに用いられるものと同様のものを用いることができる。 Represented by R 2, which may have a substituent, an alkyl group, an alkenyl group, an alkynyl group, the aryl group or heterocyclic group may be the same as those used in R 1.

で表されるアルキル基、アルケニル基、アルキニル基、アルコキシ基、アミノ基、アリール基、複素環基としては、R、Rで挙げた基と同様のものを用いることができる。 As the alkyl group, alkenyl group, alkynyl group, alkoxy group, amino group, aryl group and heterocyclic group represented by R 3 , the same groups as those described for R 1 and R 2 can be used.

で表されるアルキルチオ基としては、メチルチオ基、エチルチオ基、プロピルチオ基、イソプロピルチオ基、ブチルチオ基、tert−ブチルチオ基、ヘキシルチオ基等が挙げられ、アルキルセレノ基としては、メチルセレノ基、エチルセレノ基、プロピルセレノ基、ブチルセレノ基、ヘキシルセレノ基等が挙げられる。 Examples of the alkylthio group represented by R 3 include a methylthio group, an ethylthio group, a propylthio group, an isopropylthio group, a butylthio group, a tert-butylthio group, and a hexylthio group. The alkylseleno group includes a methylseleno group and an ethylseleno group. Propylseleno group, butylseleno group, hexylseleno group and the like.

上記Rで表されるアルキル基、アルケニル基、アルキニル基、アルコキシ基、アルキルチオ基、アルキルセレノ基、アミノ基、アリール基または複素環基にZが置換する。 Z substitutes for the alkyl group, alkenyl group, alkynyl group, alkoxy group, alkylthio group, alkylseleno group, amino group, aryl group or heterocyclic group represented by R 3 above.

Zは酸性基を表し、酸性基としては、カルボキシル基、スルホ基、スルフィノ基、スルフィニル基、ホスホリル基、ホスフィニル基、ホスホノ基、ホスホニル基、スルホニル基および、それらの塩等が挙げられる。これらの中でもカルボキシル基、ホスホニウム基、スルホニウム基が好ましい。   Z represents an acidic group, and examples of the acidic group include a carboxyl group, a sulfo group, a sulfino group, a sulfinyl group, a phosphoryl group, a phosphinyl group, a phosphono group, a phosphonyl group, a sulfonyl group, and salts thereof. Among these, a carboxyl group, a phosphonium group, and a sulfonium group are preferable.

mは、1以上、7以下の整数を表すが、1〜4であることが好ましく、1〜2が特に好ましい。   m represents an integer of 1 or more and 7 or less, preferably 1 to 4, and particularly preferably 1 to 2.

尚、R〜Rが表す、置換基を有してもよい基に使用できる、置換基としては、アルキル基(メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、tert−ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基、オクチル基、ドデシル基、トリデシル基、テトラデシル基、ペンタデシル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基)、アルケニル基(例えば、ビニル基、1−プロペニル基、2−プロペニル基、2−ブテニル基、アリル基等)、アリール基(例えば、フェニル基、ナフチル基、アントラセニル基等)、水酸基、アミノ基、チオール基、シアノ基、ハロゲン原子(例えば、塩素原子、臭素原子、フッ素原子等)または複素環基(例えば、ピロリジル基、イミダゾリジル基、モルホリル基、オキサゾリジル基、2−テトラヒドロフラニル基、2−テトラヒドロチエニル基、2−テトラヒドロピラニル基、3−テトラヒドロピラニル基等)が挙げられる。また、これらの置換基は複数が互いに結合して環を形成していてもよい。 In addition, as a substituent which can be used for the group which may have a substituent represented by R 1 to R 3 , an alkyl group (methyl group, ethyl group, propyl group, isopropyl group, tert-butyl group, pentyl group) Hexyl group, octyl group, dodecyl group, tridecyl group, tetradecyl group, pentadecyl group, cyclopentyl group, cyclohexyl group), alkenyl group (for example, vinyl group, 1-propenyl group, 2-propenyl group, 2-butenyl group, allyl group) Group), aryl group (eg phenyl group, naphthyl group, anthracenyl group etc.), hydroxyl group, amino group, thiol group, cyano group, halogen atom (eg chlorine atom, bromine atom, fluorine atom etc.) or heterocyclic group (For example, pyrrolidyl group, imidazolidyl group, morpholyl group, oxazolidyl group, 2-tetrahydrofuranyl group, 2 Tetrahydrothienyl group, 2-tetrahydropyranyl group, 3-tetrahydropyranyl group, etc.). In addition, a plurality of these substituents may be bonded to each other to form a ring.

本発明においては、一般式(1)で表される化合物の中でも、一般式(1)における電子吸引性基が、ハロゲン原子またはトリハロメチル基であるものが、光電変換効率の面から、特に好ましい。   In the present invention, among the compounds represented by the general formula (1), those in which the electron withdrawing group in the general formula (1) is a halogen atom or a trihalomethyl group are particularly preferable from the viewpoint of photoelectric conversion efficiency. .

また、一般式(1)における−R−が、上記一般式(A)であるもの、さらに一般式(A)のYが、硫黄原子であるものが、光電変換効率の面から好ましい。 In addition, it is preferable from the viewpoint of photoelectric conversion efficiency that -R 3- in the general formula (1) is the above general formula (A) and that Y in the general formula (A) is a sulfur atom.

一般式(A)において、Yは、硫黄原子、酸素原子またはセレン原子を表す。   In general formula (A), Y represents a sulfur atom, an oxygen atom or a selenium atom.

、Rは、は水素原子、ハロゲン原子、水酸基、チオール基、シアノ基、または置換基を有してもよい、アルキル基、アルケニル基、アルキニル基、アルコキシ基、アミノ基、アリール基もしくは複素環基を表し、互いに連結して環状構造を形成してもよい。nは0以上、14以下の整数を表し、n≧2の場合、R、Rは同じでも異なってもよい。 R 4 and R 5 each represents a hydrogen atom, a halogen atom, a hydroxyl group, a thiol group, a cyano group, or an alkyl group, an alkenyl group, an alkynyl group, an alkoxy group, an amino group, an aryl group, or a substituent. It represents a heterocyclic group and may be linked together to form a cyclic structure. n represents an integer of 0 or more and 14 or less, and when n ≧ 2, R 4 and R 5 may be the same or different.

一般式(A)におけるR、Rで表されるハロゲン原子、置換または未置換のアルキル基、アリール基、アルケニル基、アルキニル基、アルコキシ基、アミノ基または複素環基は、一般式(1)においてRで表されるハロゲン原子、置換または未置換のアルキル基、アリール基、アルケニル基、アルキニル基、アルコキシ基、アミノ基または複素環基と同義である。 In the general formula (A), the halogen atom represented by R 4 and R 5 , a substituted or unsubstituted alkyl group, an aryl group, an alkenyl group, an alkynyl group, an alkoxy group, an amino group or a heterocyclic group is represented by the general formula (1 ) Is the same as the halogen atom represented by R 1 , a substituted or unsubstituted alkyl group, an aryl group, an alkenyl group, an alkynyl group, an alkoxy group, an amino group, or a heterocyclic group.

nは、0以上、14以下の整数を表すが、0〜9であることが好ましく、0〜4が特に好ましい。   n represents an integer of 0 or more and 14 or less, preferably 0 to 9, and particularly preferably 0 to 4.

さらに、一般式(1)におけるRが水素である化合物が光電変換効率の面から好ましく、用いることができる。 Furthermore, the compound whose R < 2 > in General formula (1) is hydrogen is preferable from the surface of photoelectric conversion efficiency, and can be used.

(一般式(1)で表される化合物の合成)
一般式(1)で表される化合物は、一般的な合成法により合成することができる。
(Synthesis of the compound represented by the general formula (1))
The compound represented by the general formula (1) can be synthesized by a general synthesis method.

以下に、本発明に係る一般式(1)で表される化合物の合成例を示す。   Below, the synthesis example of the compound represented by General formula (1) based on this invention is shown.

《合成例》
合成例1(下記例示化合物2の合成)
<Synthesis example>
Synthesis Example 1 (Synthesis of Exemplified Compound 2 below)

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4,4′−ジホルミルトリフェニルアミンのDMF溶液に、2.5当量のdiethyl(4−chlorophenyl)(phenyl)methylphosphonate、3当量のNa−Ot−ブチルを加え、120℃で1.5時間攪拌した。反応液に水を加えた後、酢酸エチルで抽出、水洗、硫酸マグネシウムで乾燥後、ロータリーエバポレータにて濃縮乾固し、シリカカラムで処理し化合物Aを得た。   To a DMF solution of 4,4'-diformyltriphenylamine, 2.5 equivalents of diethyl (4-chlorophenyl) (phenyl) methylphosphonate, 3 equivalents of Na-Ot-butyl were added and stirred at 120 ° C for 1.5 hours. did. Water was added to the reaction solution, extracted with ethyl acetate, washed with water, dried over magnesium sulfate, concentrated to dryness on a rotary evaporator, and treated with a silica column to obtain compound A.

化合物Aのトルエン溶液に、1.2当量のオキシ塩化リン、3当量のDMFを加え、60℃で1時間攪拌した。反応液に冷水を加え、室温にて1時間攪拌した後、酢酸エチルで抽出、水洗、硫酸マグネシウムで乾燥後、ロータリーエバポレータにて濃縮乾固し、シリカカラムで処理し化合物Bを得た。   To a toluene solution of Compound A, 1.2 equivalents of phosphorus oxychloride and 3 equivalents of DMF were added and stirred at 60 ° C. for 1 hour. Cold water was added to the reaction mixture, and the mixture was stirred at room temperature for 1 hour, extracted with ethyl acetate, washed with water, dried over magnesium sulfate, concentrated to dryness on a rotary evaporator, and treated with a silica column to obtain compound B.

化合物B、チオヒダントイン1.2当量、酢酸アンモニウム3当量を加えた酢酸溶液を120℃で4時間攪拌した。反応液に水を加えた後に1時間撹拌し、酢酸エチルで抽出、水洗、硫酸マグネシウムで乾燥後、ロータリーエバポレータにて濃縮乾固し、シリカカラムで処理し化合物Cを得た。   An acetic acid solution containing Compound B, 1.2 equivalents of thiohydantoin and 3 equivalents of ammonium acetate was stirred at 120 ° C. for 4 hours. Water was added to the reaction mixture, and the mixture was stirred for 1 hour, extracted with ethyl acetate, washed with water, dried over magnesium sulfate, concentrated to dryness on a rotary evaporator, and treated with a silica column to obtain compound C.

化合物Cのエタノール溶液に、1.1当量のブロモ酢酸、4当量の水酸化カリウムを加え、70℃で4時間攪拌した。ロータリーエバポレータにて濃縮乾固した後、水、酢酸エチルを加え分液ロート酢酸にて有機層を除去した。水槽に1mol/l塩酸を過剰量加え5分間攪拌した後、酢酸エチルにて抽出、水洗、硫酸マグネシウムで乾燥後、ロータリーエバポレータにて濃縮乾固し、シリカカラムで処理し化合物2を得た。   To an ethanol solution of Compound C, 1.1 equivalents of bromoacetic acid and 4 equivalents of potassium hydroxide were added and stirred at 70 ° C. for 4 hours. After concentrating and drying with a rotary evaporator, water and ethyl acetate were added, and the organic layer was removed with a separatory funnel acetic acid. An excess amount of 1 mol / l hydrochloric acid was added to the water tank, and the mixture was stirred for 5 minutes, extracted with ethyl acetate, washed with water, dried over magnesium sulfate, concentrated to dryness with a rotary evaporator, and treated with a silica column to obtain compound 2.

化合物2は、核磁気共鳴スペクトルおよびマススペクトルで構造を確認した。他の化合物も同様にして合成することができる。   The structure of Compound 2 was confirmed by nuclear magnetic resonance spectrum and mass spectrum. Other compounds can be synthesized in the same manner.

このようにして得られた本発明の色素を半導体、好ましくは酸化物半導体(以下、単に半導体ともいう)に担持させることにより増感し、本発明に記載の効果を奏することが可能となる。ここで、半導体に色素を担持させるとは、半導体表面への吸着、半導体が多孔質等のポーラスな構造を有する場合には、半導体の多孔質構造に前記色素を充填する等の種々の態様が挙げられる。   The dye of the present invention thus obtained is sensitized by supporting it on a semiconductor, preferably an oxide semiconductor (hereinafter also simply referred to as a semiconductor), and the effects described in the present invention can be achieved. Here, loading a dye on a semiconductor means various modes such as adsorption onto the surface of the semiconductor, and when the semiconductor has a porous structure such as a porous structure, the semiconductor porous structure is filled with the dye. Can be mentioned.

以下に、一般式(1)で表される化合物の具体例を示すが、本発明はこれらに限定されるものではない。この表で、部分構造の波線が付いている部分は、一般式で結合している結合部分を表す。   Although the specific example of a compound represented by General formula (1) below is shown, this invention is not limited to these. In this table, the part with the wavy line of the partial structure represents a bonded part bonded by a general formula.

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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。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。   Alternatively, it may be produced by mixing fine particles of semiconductor adsorbing the dye alone. 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。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。   This effect is particularly remarkable when the semiconductor film is a porous structure film. However, the immersion time is a value under the condition of 25 ° C., and is not limited to the above when the temperature condition is changed.

浸漬しておくに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.

(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色素の酸化体を還元し、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 is a layer responsible for the function of reducing the oxidized form of the 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.

本発明に係る正孔輸送層は、レドックス電解質の分散物或いは正孔輸送材料としてのp型化合物半導体(電荷輸送剤)を主機能成分として含有し、必要に応じてバインダー等の製膜部材を含有する。   The hole transport layer according to the present invention contains a redox electrolyte dispersion or a p-type compound semiconductor (charge transport agent) as a hole transport material as a main functional component, and if necessary, a film forming member such as a binder. contains.

レドックス電解質としては、I/I 系や、Br/Br 系、キノン/ハイドロキノン系等が挙げられる。 Examples of the redox electrolyte include I / I 3 system, Br / Br 3 system, and quinone / hydroquinone system.

このようなレドックス電解質は従来公知の方法によって得ることができ、例えば、I/I 系の電解質は、ヨウ素のアンモニウム塩とヨウ素を混合することによって得ることができる。 Such redox electrolyte can be obtained by a conventionally known method, for example, I - / I 3 - system electrolyte can be obtained by mixing an ammonium salt of iodine and iodine.

これらの分散物は溶液である場合に液体電解質、常温において固体である高分子中に分散させた場合に固体高分子電解質、ゲル状物質に分散された場合にゲル電解質と呼ばれる。   These dispersions are called liquid electrolytes when they are in solution, solid polymer electrolytes when dispersed in a polymer that is solid at room temperature, and gel electrolytes when dispersed in a gel-like substance.

電荷輸送層として液体電解質が用いられる場合、その溶媒としては電気化学的に不活性なものが用いられ、例えば、アセトニトリル、炭酸プロピレン、エチレンカーボネート等が用いられる。   When a liquid electrolyte is used as the charge transport layer, an electrochemically inert solvent is used as the solvent, for example, acetonitrile, propylene carbonate, ethylene carbonate, or the like is used.

固体高分子電解質の例としては特開2001−160427号公報記載の電解質が、ゲル電解質の例としては「表面科学」21巻、第5号288〜293頁に記載の電解質が挙げられる。   Examples of the solid polymer electrolyte include the electrolyte described in JP-A No. 2001-160427, and examples of the gel electrolyte include the electrolyte described in “Surface Science” Vol. 21, No. 5, pages 288 to 293.

電荷輸送剤としては、色素吸収を妨げないために大きいバンドギャップを持つことが好ましい。電荷輸送剤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 charge transfer agent preferably has a large band gap so as not to prevent dye absorption. The band gap of the charge transfer agent is preferably 2 eV or more, and more preferably 2.5 eV or more.

また、電荷輸送剤のイオン化ポテンシャルは色素ホール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る。   Further, the ionization potential of the charge transport agent needs to be smaller than the dye adsorption electrode ionization potential in order to reduce the dye hole.

使用する色素によって電荷輸送層に使用する電荷輸送剤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、一般に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。   Although the preferable range of the ionization potential of the charge transport agent used in the charge transport layer varies depending on the dye used, it is generally 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.

電荷輸送剤としては、正孔の輸送能力が優れている芳香族アミン誘導体が好ましい。   As the charge transport agent, an aromatic amine derivative having an excellent hole transport capability is preferable.

電荷輸送層を主として芳香族アミン誘導体で構成することにより、光電変換効率をより向上させることができる。   By constituting the charge transport layer mainly with an aromatic amine derivative, the photoelectric conversion efficiency can be further improved.

芳香族アミン誘導体としては、特に、トリフェニルジアミン誘導体を用いるのが好ましい。トリフェニルジアミン誘導体は、芳香族アミン誘導体の中でも、特に正孔の輸送能力が優れている。また、このような芳香族アミン誘導体は、モノマー、オリゴマー、プレポリマー、ポリマーのいずれを用いてもよく、これらを混合して用いてもよい。   As the aromatic amine derivative, it is particularly preferable to use a triphenyldiamine derivative. Triphenyldiamine derivatives are particularly excellent in the ability to transport holes among aromatic amine derivatives. Moreover, such an aromatic amine derivative may use any of a monomer, an oligomer, a prepolymer, and a polymer, and may mix and use these.

また、モノマー、オリゴマーやプレポリマーは、比較的低分子量であることから、有機溶媒等の溶媒への溶解性が高い。   Monomers, oligomers, and prepolymers have a relatively low molecular weight, and thus have high solubility in solvents such as organic solvents.

このため、電荷輸送層を塗布法により形成する場合に、電荷輸送層材料の調製をより容易に行うことができるという利点がある。   For this reason, when forming a charge transport layer by the apply | coating method, there exists an advantage that preparation of charge transport layer material can be performed more easily.

このうち、オリゴマーとしては、ダイマーまたはトリマーを用いるのが好ましい。   Among these, it is preferable to use a dimer or a trimer as the oligomer.

具体的な芳香族第3級アミン化合物としては、N,N,N′,N′−テトラフェニル−4,4′−ジアミノフェニル;N,N′−ジフェニル−N,N′−ビス(3−メチルフェニル)−〔1,1′−ビフェニル〕−4,4′−ジアミン(TPD);2,2−ビス(4−ジ−p−トリルアミノフェニル)プロパン;1,1−ビス(4−ジ−p−トリルアミノフェニル)シクロヘキサン;N,N,N′,N′−テトラ−p−トリル−4,4′−ジアミノビフェニル;1,1−ビス(4−ジ−p−トリルアミノフェニル)−4−フェニルシクロヘキサン;ビス(4−ジメチルアミノ−2−メチルフェニル)フェニルメタン;ビス(4−ジ−p−トリルアミノフェニル)フェニルメタン;N,N′−ジフェニル−N,N′−ジ(4−メトキシフェニル)−4,4′−ジアミノビフェニル;N,N,N′,N′−テトラフェニル−4,4′−ジアミノジフェニルエーテル;4,4′−ビス(ジフェニルアミノ)クオードリフェニル;N,N,N−トリ(p−トリル)アミン;4−(ジ−p−トリルアミノ)−4′−〔4−(ジ−p−トリルアミノ)スチリル〕スチルベン;4−N,N−ジフェニルアミノ−(2−ジフェニルビニル)ベンゼン;3−メトキシ−4′−N,N−ジフェニルアミノスチルベンゼン;N−フェニルカルバゾール、さらには米国特許第5,061,569号明細書に記載されている2個の縮合芳香族環を分子内に有するもの、例えば、4,4′−ビス〔N−(1−ナフチル)−N−フェニルアミノ〕ビフェニル(NPD)、特開平4−308688号公報に記載されているトリフェニルアミンユニットが3つスターバースト型に連結された4,4′,4″−トリス〔N−(3−メチルフェニル)−N−フェニルアミノ〕トリフェニルアミン(MTDATA)等が挙げられる。   Specific aromatic tertiary amine compounds include N, N, N ′, N′-tetraphenyl-4,4′-diaminophenyl; N, N′-diphenyl-N, N′-bis (3- Methylphenyl)-[1,1′-biphenyl] -4,4′-diamine (TPD); 2,2-bis (4-di-p-tolylaminophenyl) propane; 1,1-bis (4-di) -P-tolylaminophenyl) cyclohexane; N, N, N ', N'-tetra-p-tolyl-4,4'-diaminobiphenyl; 1,1-bis (4-di-p-tolylaminophenyl)- 4-phenylcyclohexane; bis (4-dimethylamino-2-methylphenyl) phenylmethane; bis (4-di-p-tolylaminophenyl) phenylmethane; N, N′-diphenyl-N, N′-di (4 -Methoxyphenyl -4,4'-diaminobiphenyl; N, N, N ', N'-tetraphenyl-4,4'-diaminodiphenyl ether; 4,4'-bis (diphenylamino) quadriphenyl; N, N, N- Tri (p-tolyl) amine; 4- (di-p-tolylamino) -4 '-[4- (di-p-tolylamino) styryl] stilbene; 4-N, N-diphenylamino- (2-diphenylvinyl) Benzene; 3-methoxy-4'-N, N-diphenylaminostilbenzene; N-phenylcarbazole, and two fused aromatic rings described in US Pat. No. 5,061,569 For example, 4,4'-bis [N- (1-naphthyl) -N-phenylamino] biphenyl (NPD), described in JP-A-4-308688 That triphenylamine units are linked to three starburst 4,4 ', 4 "- tris [N- (3- methylphenyl) -N- phenylamino] triphenylamine (MTDATA) and the like.

さらにこれらの材料を高分子鎖に導入した、またはこれらの材料を高分子の主鎖としたp型半導体高分子材料を用いることもできる。   Furthermore, a p-type semiconductor polymer material in which these materials are introduced into a polymer chain or these materials are used as a polymer main chain can also be used.

芳香族アミン誘導体以外の電荷輸送剤としては、チオフェン誘導体、ピロール誘導体、スチルベン誘導体等が挙げられる。   Examples of charge transport agents other than aromatic amine derivatives include thiophene derivatives, pyrrole derivatives, stilbene derivatives, and the like.

正孔輸送層は上記電荷輸送剤または前述のp型半導体高分子化合物を含有する塗布液を塗布、乾燥して形成されるか、または、上記レドックス電解質を含有する分散物を、光電変換層に供給し、正孔輸送層(電荷輸送層)用スペースに充填して形成される。   The hole transport layer is formed by applying and drying the coating liquid containing the charge transport agent or the p-type semiconductor polymer compound, or the dispersion containing the redox electrolyte is applied to the photoelectric conversion layer. It is formed by filling the space for the hole transport layer (charge transport layer).

(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.

(バリヤ層)
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.

(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。
(Second electrode)
The 2nd electrode should just have electroconductivity, and arbitrary electroconductive materials are used.

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。   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)
本発明の色素増感型太陽電池は、上記の光電変換素子を有する。
(Solar cell)
The dye-sensitized solar cell of the present invention has the photoelectric conversion element described above.

本発明の色素増感型太陽電池は、上記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 dye-sensitized solar cell of the present invention comprises the above-described photoelectric conversion element, is optimally designed and circuit designed for sunlight, and is optimally photoelectrically converted when sunlight is used as a light source. It has a structure.

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 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正孔輸送材料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正孔輸送材料は酸化されて、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。このようにして電子が流れ、本発明の太陽電池を構成することができる。   On the other hand, the dye that has moved electrons to the semiconductor is an oxidant, but is reduced by the supply of electrons from the second electrode via the hole transport material of the hole transport layer, and the original state is reduced. At the same time, the hole transport material of 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. In this way, electrons flow and the solar cell 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1の作製〕
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、ポリエチレングリコール分散)を、フッ素ドープ酸化スズ(FTO、第一の電極)導電性ガラス基板へスクリーン印刷法(塗布面積5×5mm)により塗布した。塗布および乾燥(120℃で3分間)を3回繰り返し、200℃で10分間および500℃で15分間焼成を行い、厚さ15μmの酸化チタン薄膜を得た。この薄膜上に、さらに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)400nm、ポリエチレングリコール分散)を同様の方法で塗布および焼成し、厚さ1.5μmの酸化チタン薄膜を形成した。
Example [Production of Photoelectric Conversion Element 1]
Titanium oxide paste (anatase type, primary average particle size (microscope observation average) 18 nm, polyethylene glycol dispersion) is applied to fluorine-doped tin oxide (FTO, first electrode) conductive glass substrate by screen printing (coating area 5 × 5 mm 2 ). Coating and drying (at 120 ° C. for 3 minutes) were repeated three times, followed by baking at 200 ° C. for 10 minutes and at 500 ° C. for 15 minutes to obtain a titanium oxide thin film having a thickness of 15 μm. On this thin film, a titanium oxide paste (anatase type, primary average particle size (microscope observation average) 400 nm, polyethylene glycol dispersion) is further applied and fired in the same manner to form a titanium oxide thin film having a thickness of 1.5 μm. did.

本発明の化合物2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、半導体層からなる光電変換層を形成し、基材、第一の電極、光電変換層を有する半導体電極を得た。 Compound 2 of the present invention 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 is immersed in this solution at room temperature for 3 hours to perform dye adsorption treatment to form a photoelectric conversion layer composed of a semiconductor layer. A semiconductor electrode having a conversion layer was obtained.

電荷輸送層(正孔輸送層)(電解液)にはヨウ化1−メチル−3−ブチルイミダゾリウム0.6mol/l、グアニジンチオシアネート0.1mol/l、ヨウ素0.05mol/l、4−(t−ブチル)ピリジン0.5mol/lを含むアセトニトリル:バレロニトリル=85:15の溶液を用いた。対極に白金およびクロム(第二の電極)を蒸着したガラス板を用い、先に作製した半導電極と、電荷輸送層とをクランプセルで組み立てることにより光電変換素子1を作製した。   The charge transport layer (hole transport layer) (electrolyte) includes 1-methyl-3-butylimidazolium iodide 0.6 mol / l, guanidine thiocyanate 0.1 mol / l, iodine 0.05 mol / l, 4- ( A solution of acetonitrile: valeronitrile = 85: 15 containing 0.5 mol / l of t-butyl) pyridine was used. The photoelectric conversion element 1 was produced by assembling the semiconductive electrode produced previously and the charge transport layer with a clamp cell, using a glass plate on which platinum and chromium (second electrode) were deposited on the counter electrode.

〔光電変換素子2〜42の作製〕
光電変換素子1の作製において、化合物2を表1に記載の色素に変更した以外は同様にして、光電変換素子2〜42を作製した。
[Production of photoelectric conversion elements 2 to 42]
In the production of the photoelectric conversion element 1, photoelectric conversion elements 2 to 42 were produced in the same manner except that the compound 2 was changed to the dye described in Table 1.

〔光電変換素子43の作製〕
光電変換素子1の作製において、化合物2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た5×10−4mol/lの溶液の代わりに、化合物2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た5×10−4mol/lの溶液および下記化合物301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た5×10−4mol/lの溶液を1:1の比で混合した色素溶液に変更した以外は同様にして、光電変換素子43を作製した。
[Preparation of Photoelectric Conversion Element 43]
In preparation of the photoelectric conversion element 1, instead of a solution of 5 × 10 −4 mol / l in which the compound 2 was dissolved in a mixed solvent of acetonitrile: t-butyl alcohol = 1: 1, the compound 2 was converted into acetonitrile: t-butyl alcohol. = 1: 1 solution of 5 × 10 -4 mol / l dissolved in a mixed solvent and acetonitrile following compounds 301: t-butyl alcohol = 1: 10-4 mol / l 5 × dissolved in a mixed solvent of 1 A photoelectric conversion element 43 was produced in the same manner except that the solution was changed to a dye solution mixed at a ratio of 1: 1.

Figure 2012043639
Figure 2012043639

〔光電変換素子44の作製〕
光電変換素子1の作製において、化合物2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た5×10−4mol/lの溶液の代わりに、化合物4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た5×10−4mol/lの溶液および化合物126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た5×10−4mol/lの溶液を1:1の比で混合した色素溶液に変更した以外は同様にして、光電変換素子44を作製した。
[Production of Photoelectric Conversion Element 44]
In preparation of the photoelectric conversion element 1, instead of a 5 × 10 −4 mol / l solution in which the compound 2 was dissolved in a mixed solvent of acetonitrile: t-butyl alcohol = 1: 1, the compound 4 was converted to acetonitrile: t-butyl alcohol. = 1: 5 × 10 -4 mol / l of solution and compound 126 mixture was dissolved in a solvent 1 acetonitrile: t-butyl alcohol = 1: a solution of 5 × 10 -4 mol / l dissolved in a mixed solvent of 1 A photoelectric conversion element 44 was produced in the same manner except that the dye solution was mixed in a 1: 1 ratio.

〔光電変換素子45(比較例)の作製〕
光電変換素子1の作製において、化合物2を化合物401に変更し、電荷移動層(電解液)にはヨウ化1−メチル−3−ブチルイミダゾリウム0.6mol/l、ヨウ化リチウム0.1mol/l、ヨウ素0.05mol/l、4−(t−ブチル)ピリジン0.5mol/lを含む3−メトキシプロピオニトリルの溶液を用いた以外は同様にして、光電変換素子45を作製した。
[Production of Photoelectric Conversion Element 45 (Comparative Example)]
In the production of the photoelectric conversion element 1, the compound 2 is changed to the compound 401, and the charge transfer layer (electrolytic solution) is 1-methyl-3-butylimidazolium iodide 0.6 mol / l, lithium iodide 0.1 mol / l. A photoelectric conversion element 45 was produced in the same manner except that a solution of 3-methoxypropionitrile containing l, iodine 0.05 mol / l, 4- (t-butyl) pyridine 0.5 mol / l was used.

〔光電変換素子46(比較例)の作製〕
光電変換素子45の作製において、化合物401を化合物402に変更した以外は同様にして、光電変換素子46を作製した。
[Production of Photoelectric Conversion Element 46 (Comparative Example)]
Photoelectric conversion element 46 was produced in the same manner except that compound 401 was changed to compound 402 in the production of photoelectric conversion element 45.

〔光電変換素子47の作製〕
市販の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、ポリエチレングリコール分散)を、フッ素ドープ酸化スズ(FTO)導電性ガラス基板へスクリーン印刷法(塗布面積5×5mm)により塗布し200℃で10分間および450℃で15分間焼成を行い、厚さ2μmの酸化チタン薄膜を得た。
[Preparation of Photoelectric Conversion Element 47]
A commercially available titanium oxide paste (anatase type, primary average particle diameter (microscope observation average) 18 nm, polyethylene glycol dispersion) is screen printed onto a fluorine-doped tin oxide (FTO) conductive glass substrate (application area 5 × 5 mm 2 ). Was applied at 200 ° C. for 10 minutes and 450 ° C. for 15 minutes to obtain a titanium oxide thin film having a thickness of 2 μm.

本発明の化合物2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(化合物2)の吸着処理を行い、半導体電極とした。 Compound 2 of the present invention 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 with titanium oxide and sintered was immersed in this solution at room temperature for 3 hours to perform a dye (compound 2) adsorption treatment to obtain a semiconductor electrode.

次いで、クロロベンゼン:アセトニトリル=19:1混合溶媒に、正孔輸送材料である芳香族アミン誘導体2,2′,7,7′−テトラキス(N,N′−ジ(4−メトキシフェニル)アミン)−9,9′−スピロビフルオレン(Spiro−OMeTAD)を0.17mol/l、ホールドーピング剤としてN(PhBr)SbClを0.33mmol/l、Li[(CFSON]を15mmol/l、t−Butylpyridineを50mmol/lとなるように溶解した正孔輸送層形成用塗布液を調製した。そして、当該正孔輸送層形成用塗布液を、前記色素を吸着、結合させた半導体層の上面にスピンコート法により塗布し、正孔輸送層を形成した。さらに真空蒸着法により金を90nm蒸着し、対極電極(第二の電極)を作製し、光電変換素子47を作製した。前述したスピンコート法による塗布ではスピンコートの回転数を500rpmに設定して行った。 Subsequently, the aromatic amine derivative 2,2 ′, 7,7′-tetrakis (N, N′-di (4-methoxyphenyl) amine) −, which is a hole transport material, is mixed in a mixed solvent of chlorobenzene: acetonitrile = 19: 1. 9,9′-spirobifluorene (Spiro-OMeTAD) 0.17 mol / l, N (PhBr) 3 SbCl 6 0.33 mmol / l, Li [(CF 3 SO 2 ) 2 N] as a hole doping agent A coating solution for forming a hole transport layer in which 15 mmol / l and t-Butylpyridine were dissolved to 50 mmol / l was prepared. Then, the hole transport layer forming coating solution was applied to the upper surface of the semiconductor layer on which the dye was adsorbed and bonded by spin coating to form a hole transport layer. Furthermore, 90 nm of gold was vapor-deposited by a vacuum vapor deposition method, a counter electrode (second electrode) was produced, and a photoelectric conversion element 47 was produced. In the application by the spin coating method described above, the rotation speed of the spin coating was set to 500 rpm.

〔光電変換素子48(比較例)の作製〕
光電変換素子47の化合物2を化合物401に変更した以外は、光電変換素子46と同様にして光電変換素子48を作製した。
[Production of Photoelectric Conversion Element 48 (Comparative Example)]
A photoelectric conversion element 48 was produced in the same manner as the photoelectric conversion element 46 except that the compound 2 of the photoelectric conversion element 47 was changed to the compound 401.

〔発電特性の評価〕
上記光電変換素子1〜48を、太陽電池1〜48として、以下の評価を行った。
[Evaluation of power generation characteristics]
The following evaluation was performed using the photoelectric conversion elements 1 to 48 as solar cells 1 to 48.

評価試験は、ソーラーシミュレータ(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。各光電変換素子について、I−Vテスターを用いて、室温にて電流−電圧特性を測定し、短絡電流(Isc)、開放電圧(Voc)を求めた。 The evaluation test was performed by irradiating 100 mW / cm 2 of simulated sunlight from a xenon lamp through an AM filter (AM-1.5) using a solar simulator (manufactured by Eiko Seiki). About each photoelectric conversion element, the current-voltage characteristic was measured at room temperature using the IV tester, and the short circuit current (Isc) and the open circuit voltage (Voc) were calculated | required.

変換効率ηとは、光電変換効率ηと同意であり、太陽電池により光エネルギー(W)が電気エネルギー(W)に変換される効率を意味する。光電変換効率(η(%))は、下記式(A)に基づいて算出した。   The conversion efficiency η is the same as the photoelectric conversion efficiency η, and means the efficiency at which light energy (W) is converted into electrical energy (W) by the solar cell. The photoelectric conversion efficiency (η (%)) was calculated based on the following formula (A).

式(A) η=100×(Voc×Jsc×F.F.)/P
(Jsc(mA・cm−2)=Isc(mA)/酸化物半導体層表面積(cm))
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。
Formula (A) η = 100 × (Voc × Jsc × FF) / P
(Jsc (mA · cm −2 ) = Isc (mA) / oxide semiconductor layer surface area (cm 2 ))
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.V. F. Indicates a form factor.

評価結果を表1に示す。   The evaluation results are shown in Table 1.

Figure 2012043639
Figure 2012043639

Figure 2012043639
Figure 2012043639

表1より、本発明の複素環基にイミダゾリン−5−オンが連結した骨格を有する色素を用いた光電変換素子1〜44および47は、比較の色素を用いた光電変換素子45、46、48に比べ、光電変換効率が高いことが分かる。   From Table 1, photoelectric conversion elements 1 to 44 and 47 using dyes having a skeleton in which imidazolin-5-one is linked to the heterocyclic group of the present invention are photoelectric conversion elements 45, 46, and 48 using comparative dyes. It can be seen that the photoelectric conversion efficiency is higher than that.

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 (6)

基板、第一電極、色素および半導体を含有する半導体層からなる光電変換層、正孔輸送層および第二電極をこの順に有する光電変換素子であって、該色素が下記一般式(1)で表される化合物であることを特徴とする光電変換素子。
Figure 2012043639
(式中、Ar、Arは、置換基を有してもよい2価の、芳香族炭化水素残基、複素環残基、鎖状炭化水素残基、または環状炭化水素残基を表す。
Arは、置換基を有してもよい2価の、芳香族炭化水素残基、または複素環残基を表す。
、Xは各々独立に、水素原子または電子吸引性基を表わし、X、Xのうち少なくとも1つは電子吸引性基である。
Ar、ArおよびArは互いに連結して環状構造を形成してもよい。
は水素原子、ハロゲン原子、シアノ基または置換基を有してもよい、アルキル基、アルケニル基、アルキニル基、アルコキシ基、アミノ基、アリール基もしくは複素環基を表す。
は水素原子、置換基を有してもよい、アルキル基、アルケニル基、アルキニル基、アリール基もしくは複素環基を表す。
は、Zで表される置換基を有する、アルキル基、アルケニル基、アルキニル基、アルコキシ基、アルキルチオ基、アルキルセレノ基、アミノ基、アリール基または複素環基を表す。
Zで表される置換基は、酸性基であり、mは1以上、7以下の整数を表す。m≧2の場合、Zは同じでも異なってもよい。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。)
A photoelectric conversion element comprising a substrate, a first electrode, a dye and a semiconductor layer comprising a semiconductor layer containing a semiconductor, a hole transport layer and a second electrode in this order, wherein the dye is represented by the following general formula (1) A photoelectric conversion element characterized by being a compound to be produced.
Figure 2012043639
(In the formula, Ar 1 and Ar 2 represent a divalent aromatic hydrocarbon residue, heterocyclic residue, chain hydrocarbon residue, or cyclic hydrocarbon residue which may have a substituent. .
Ar 3 represents a divalent aromatic hydrocarbon residue or heterocyclic residue which may have a substituent.
X 0 and X 1 each independently represents a hydrogen atom or an electron-withdrawing group, and at least one of X 0 and X 1 is an electron-withdrawing group.
Ar 1 , Ar 2 and Ar 3 may be connected to each other to form a cyclic structure.
R 1 represents a hydrogen atom, a halogen atom, a cyano group, or an optionally substituted alkyl group, alkenyl group, alkynyl group, alkoxy group, amino group, aryl group or heterocyclic group.
R 2 represents a hydrogen atom, an alkyl group, an alkenyl group, an alkynyl group, an aryl group or a heterocyclic group, which may have a substituent.
R 3 represents an alkyl group, alkenyl group, alkynyl group, alkoxy group, alkylthio group, alkylseleno group, amino group, aryl group or heterocyclic group having a substituent represented by Z.
The substituent represented by Z is an acidic group, and m represents an integer of 1 or more and 7 or less. When m ≧ 2, Z may be the same or different. The carbon-carbon double bond may be either a cis isomer or a trans isomer. )
前記一般式(1)における電子吸引性基が、ハロゲン原子またはトリハロメチル基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 electron-withdrawing group in the general formula (1) is a halogen atom or a trihalomethyl group. 前記一般式(1)における−R−が、下記一般式(A)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。
Figure 2012043639
(Yは、硫黄原子、酸素原子またはセレン原子を表す。
、Rは、水素原子、ハロゲン原子、水酸基、チオール基、シアノ基、または置換基を有してもよい、アルキル基、アルケニル基、アルキニル基、アルコキシ基、アミノ基、アリール基もしくは複素環基を表し、互いに連結して環状構造を形成してもよい。nは0以上、14以下の整数を表し、n≧2の場合、R、Rは同じでも異なってもよい。)
-R < 3 >-in the said General formula (1) is the following general formula (A), The photoelectric conversion element of Claim 1 or 2 characterized by the above-mentioned.
Figure 2012043639
(Y represents a sulfur atom, an oxygen atom or a selenium atom.
R 4 and R 5 are a hydrogen atom, a halogen atom, a hydroxyl group, a thiol group, a cyano group, or an alkyl group, an alkenyl group, an alkynyl group, an alkoxy group, an amino group, an aryl group, or a heterocyclic group, which may have a substituent. It represents a cyclic group and may be connected to each other to form a cyclic structure. n represents an integer of 0 or more and 14 or less, and when n ≧ 2, R 4 and R 5 may be the same or different. )
前記一般式(A)におけるYがS(硫黄原子)であることを特徴とする請求項3に記載の光電変換素子。   The photoelectric conversion element according to claim 3, wherein Y in the general formula (A) is S (sulfur atom). 前記一般式(1)におけるRが、水素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。 5. The photoelectric conversion element according to claim 1, wherein R 2 in the general formula (1) is hydrogen. 請求項1から5のいずれか1項に記載の光電変換素子を具備することを特徴とする色素増感型太陽電池。   A dye-sensitized solar cell comprising the photoelectric conversion element according to any one of claims 1 to 5.
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