JP2012053983A - Photoelectric converter and photoelectrochemical cell - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a photoelectric converter and a photoelectrochemical cell which achieve a high conversion efficiency and excellent durability.SOLUTION: A photoelectric converter 10 comprises a conductive support member 1, a photoreceptor layer 2 including a porous semiconductor layer containing a coloring matter, a charge mobile body layer, and a counter electrode 4. The photoreceptor layer 2 includes a multilayer structure and the porous semiconductor layer is intensified by at least one coloring matter represented as the following general formula and a haze ratio of the porous semiconductor layer at a visible light wavelength is 60% and over. Mz(LL)(LL)(X)×CI (where M represents a metal atom, LLrepresents trans-bidentatable or trans-tridentatable specific ligand coordinates to a metal atom by a nitrogen atom, LLrepresents another trans-bidentatable or trans-tridentatable ligand coordinates by a nitrogen atom, X represents monodentate or bidentate ligand coordinates by a specific group, m1 represents integers 0-3 and m2 represents integers 0-2 but either one of m1 or m2 represents integers equal to or larger than 1, m3 represents integers 0-2 and CI represents a counter ion for electrical charge neutralization).

Description

本発明は、変換効率が高く、耐久性に優れた光電変換素子及び光電気化学電池に関する。   The present invention relates to a photoelectric conversion element and a photoelectrochemical cell having high conversion efficiency and excellent durability.

光電変換素子は各種の光センサー、複写機、光電気化学電池(例えば太陽電池)等に用いられている。この光電変換素子には金属を用いたもの、半導体を用いたもの、有機顔料や色素を用いたもの、あるいはこれらを組み合わせたものなどの様々な方式が実用化されている。中でも、非枯渇性の太陽エネルギーを利用した太陽電池は、燃料が不要であり、無尽蔵なクリーンエネルギーを利用したものとして、その本格的な実用化が大いに期待されている。この中でも、シリコン系太陽電池は古くから研究開発が進められてきた。各国の政策的な配慮もあって普及が進んでいる。しかし、シリコンは無機材料であり、スループット及び分子修飾には自ずと限界がある。   Photoelectric conversion elements are used in various optical sensors, copying machines, photoelectrochemical cells (for example, solar cells), and the like. Various types of photoelectric conversion elements have been put to practical use, such as those using metals, semiconductors, organic pigments and dyes, or combinations thereof. Above all, a solar cell using non-depleting solar energy does not require fuel, and its full-scale practical use is expected greatly as it uses inexhaustible clean energy. Among these, silicon solar cells have been researched and developed for a long time. It is spreading due to the policy considerations of each country. However, silicon is an inorganic material, and its throughput and molecular modification are naturally limited.

そこで色素増感型太陽電池の研究が精力的に行われている。特に、スイスのローザンヌ工科大学のGraetzel等がポーラス酸化チタン薄膜の表面にルテニウム錯体からなる色素を固定した色素増感型太陽電池を開発し、アモルファスシリコン並の変換効率を実現した。これにより、色素増感型太陽電池が一躍世界の研究者から注目を集めるようになった。   Therefore, research on dye-sensitized solar cells has been vigorously conducted. In particular, Graetzel et al. Of Lausanne University of Technology in Switzerland developed a dye-sensitized solar cell in which a dye composed of a ruthenium complex was fixed on the surface of a porous titanium oxide thin film, and realized conversion efficiency comparable to amorphous silicon. As a result, dye-sensitized solar cells have attracted a great deal of attention from researchers around the world.

特許文献1には、この技術を応用し、ルテニウム錯体色素によって増感された半導体微粒子を用いた色素増感光電変換素子が記載されている。また、廉価な有機色素を増感剤として用いた光電変換素子が報告されている。しかし、変換効率の高い光電変換素子を得るという点については十分といえない。   Patent Document 1 describes a dye-sensitized photoelectric conversion element using semiconductor fine particles sensitized with a ruthenium complex dye by applying this technique. In addition, a photoelectric conversion element using an inexpensive organic dye as a sensitizer has been reported. However, it is not sufficient to obtain a photoelectric conversion element with high conversion efficiency.

そこで、感光体層を多層構造とし、該感光体層の可視光領域の波長におけるヘイズ率を特定の値以上とすることで、光電変換効率を向上させる技術が提案されている(例えば、特許文献2参照)。   In view of this, a technique has been proposed for improving the photoelectric conversion efficiency by making the photosensitive layer into a multilayer structure and setting the haze ratio at a wavelength in the visible light region of the photosensitive layer to a specific value or more (for example, Patent Documents). 2).

ところで、光電変換素子には、初期の変換効率が高く、使用後も変換効率の低下が少なく耐久性に優れることが必要とされる。しかし耐久性という点では、特許文献2記載の光電変換素子では十分とはいえない。   By the way, the photoelectric conversion element is required to have high initial conversion efficiency, low decrease in conversion efficiency even after use, and excellent durability. However, in terms of durability, the photoelectric conversion element described in Patent Document 2 is not sufficient.

米国特許第5463057号明細書US Pat. No. 5,463,057 特開2003−217688号公報JP 2003-217688 A

本発明の課題は、変換効率が高く、さらに耐久性に優れた光電変換素子及び光電気化学電池を提供することにある。   An object of the present invention is to provide a photoelectric conversion element and a photoelectrochemical cell having high conversion efficiency and excellent durability.

本発明者等は、鋭意検討を重ねた結果、感光体層を多層構造とし、特定の構造の色素を含有する感光体層のヘイズ率を特定の値以上とすることにより、高めた入射光利用率を大きく向上することができ、変換効率が高く、耐久性に優れる光電変換素子及び光電気化学電池を提供することができることを見出した。本発明はこの知見に基づきなされたものである。   As a result of intensive studies, the present inventors have made the photoreceptor layer a multi-layered structure, and increased the use of incident light by setting the haze ratio of the photoreceptor layer containing a dye having a specific structure to a specific value or more. It has been found that a photoelectric conversion element and a photoelectrochemical cell that can greatly improve the rate, have high conversion efficiency, and excellent durability can be provided. The present invention has been made based on this finding.

本発明の課題は、以下の手段によって達成された。   The object of the present invention has been achieved by the following means.

<1> 導電性支持体と、色素を含む多孔質半導体層で構成された感光体層と、電荷移動体層と、対極とからなる光電変換素子であって、
該感光体層が多層構造を有し、該多孔質半導体層が下記一般式(1)で表される少なくとも1つの色素を含有し、該多孔質半導体層の可視光領域の波長におけるヘイズ率が60%以上であることを特徴とする光電変換素子。
<1> A photoelectric conversion element comprising a conductive support, a photosensitive layer composed of a porous semiconductor layer containing a dye, a charge transfer layer, and a counter electrode,
The photoreceptor layer has a multilayer structure, the porous semiconductor layer contains at least one dye represented by the following general formula (1), and the haze ratio at a wavelength in the visible light region of the porous semiconductor layer is A photoelectric conversion element characterized by being 60% or more.

Mz(LLm1(LLm2(X)m3・CI ・・・(1)
[ Mzは金属原子を表し、LLは下記一般式(2)で表される2座又は3座の配位子であり、LLは下記一般式(3)で表される置換基を有していてもよい2座又は3座の配位子である。
Mz (LL 1 ) m1 (LL 2 ) m2 (X) m3 · CI (1)
[Mz represents a metal atom, LL 1 is a bidentate or tridentate ligand represented by the following general formula (2), and LL 2 has a substituent represented by the following general formula (3). It may be a bidentate or tridentate ligand.

m1は0〜3の整数を表し、m1が2以上のときLL1は同じでも異なっていてもよい。m2は0〜2の整数を表し、m2が2のときLLは同じでも異なっていてもよい。ただし、m1とm2のいずれか一方は1以上の整数である。m3は0〜3の整数を表す。 m1 represents an integer of 0 to 3, and when m1 is 2 or more, LL1 may be the same or different. m2 represents an integer of 0 to 2, LL 2 when m2 is 2 may be the same or different. However, one of m1 and m2 is an integer of 1 or more. m3 represents an integer of 0 to 3.

Xは配位子を表し、アシルオキシ基、アシルチオ基、チオアシルオキシ基、チオアシルチオ基、アシルアミノオキシ基、チオカルバメート基、ジチオカルバメート基、チオカルボネート基、ジチオカルボネート基、トリチオカルボネート基、アシル基、チオシアネート基、イソチオシアネート基、シアネート基、イソシアネート基、シアノ基、アルキルチオ基、アリールチオ基、アルコキシ基及びアリールオキシ基からなる群から選ばれた基で配位する1座又は2座の配位子、あるいはハロゲン原子、カルボニル、ジアルキルケトン、1,3−ジケトン、カルボンアミド、チオカルボンアミド又はチオ尿素からなる1座又は2座の配位子を表す。]   X represents a ligand, an acyloxy group, an acylthio group, a thioacyloxy group, a thioacylthio group, an acylaminooxy group, a thiocarbamate group, a dithiocarbamate group, a thiocarbonate group, a dithiocarbonate group, a trithiocarbonate group, A monodentate or bidentate arrangement coordinated by a group selected from the group consisting of an acyl group, a thiocyanate group, an isothiocyanate group, a cyanate group, an isocyanate group, a cyano group, an alkylthio group, an arylthio group, an alkoxy group, and an aryloxy group. A ligand or a monodentate or bidentate ligand composed of a halogen atom, carbonyl, dialkyl ketone, 1,3-diketone, carbonamide, thiocarbonamide or thiourea. ]

Figure 2012053983
[ 一般式(2)において、R101及びR102はそれぞれ独立に、カルボキシル基、スルホン酸基、ヒドロキシル基、ヒドロキサム酸基、ホスホリル基又はホスホニル基を表す。R103及びR104はそれぞれ独立に置換基を表し、R105及びR106はそれぞれ独立にアルキル基、アリール基及びヘテロ環基のうちの一つ以上の基を表す。
Figure 2012053983
[In General Formula (2), R 101 and R 102 each independently represent a carboxyl group, a sulfonic acid group, a hydroxyl group, a hydroxamic acid group, a phosphoryl group, or a phosphonyl group. R 103 and R 104 each independently represent a substituent, and R 105 and R 106 each independently represent one or more groups of an alkyl group, an aryl group, and a heterocyclic group.

及びLはそれぞれ独立に、エテニレン基及び/又はエチニレン基からなる共役鎖を表す。 L 1 and L 2 each independently represents a conjugated chain composed of an ethenylene group and / or an ethynylene group.

a1及びa2はそれぞれ独立に0〜3の整数を表し、a1が2以上のときR101は同じでも異なっていてもよく、a2が2以上のときR102は同じでも異なっていてもよく、b1及びb2はそれぞれ独立に0〜3の整数を表す。b1が2以上のときRは同じでも異なっていてもよく、Rは互いに連結して環を形成してもよく、b2が2以上のときR4は同じでも異なっていてもよく互いに連結して環を形成してもよく、b1及びb2が共に1以上のときR103とR104とが連結して環を形成してもよく、d1及びd2はそれぞれ独立に0〜5の整数を表し、d3は0又は1を表す。] a1 and a2 each independently represent an integer of 0 to 3, R 101 may be the same or different when a1 is 2 or more, and R 102 may be the same or different when a2 is 2 or more, b1 And b2 each independently represents an integer of 0 to 3. When b1 is 2 or more, R 3 may be the same or different, R 3 may be connected to each other to form a ring, and when b2 is 2 or more, R 4 may be the same or different and are connected to each other. may form a ring Te may be 1 or more when b1 and b2 are both linked and the R 103 and R 104 form a ring, d1 and d2 each independently represent an integer of 0 to 5 , D3 represents 0 or 1. ]

Figure 2012053983
[ 一般式(3)において、Za、Zb及びZcはそれぞれ独立に、5又は6員環を形成しうる非金属原子群を表し、cは0又は1を表す。]
<2> 前記一般式(1)中のMがRu、Fe、Os又はCuであることを特徴とする<1>に記載の光電変換素子。
<3> 前記一般式(1)中のMがRuであることを特徴とすることを特徴とする<2>に記載の光電変換素子。
<4> 前記一般式(1)中のLLが下記一般式(4−1)、(4−2)又は(4−3)により表される2座又は3座の配位子であることを特徴とする<1>〜<3>のいずれか1項に記載の光電変換素子。
Figure 2012053983
[In General Formula (3), Za, Zb, and Zc each independently represent a nonmetallic atom group that can form a 5- or 6-membered ring, and c represents 0 or 1. ]
<2> The photoelectric conversion element according to <1>, wherein M in the general formula (1) is Ru, Fe, Os, or Cu.
<3> The photoelectric conversion element according to <2>, wherein M in the general formula (1) is Ru.
<4> LL 1 in the general formula (1) is a bidentate or tridentate ligand represented by the following general formula (4-1), (4-2), or (4-3). <1>-<3> characterized by these. The photoelectric conversion element of any one of <1>.

Figure 2012053983
[ R101、R102及びR107はそれぞれ独立にカルボキシル基、スルホン酸基、ヒドロキシル基、ヒドロキサム酸基、ホスホリル基又はホスホニル基を表す。R103、R104、R108、R125、R126、R127及びR128はそれぞれ独立に置換基を表す。R121〜R124はそれぞれ独立に水素、アルキル基、アルケニル基又はアリール基を表す。R121とR122並びにR123とR124はそれぞれ互いに連結して環を形成してもよい。a1、a2及びa3はそれぞれ独立に0〜3の整数を表す。a1が2以上のときR101は同じでも異なっていてもよい。a2が2以上のときR102は同じでも異なっていてもよい。a3が2以上のときR107は同じでも異なっていてもよい。b1及びb2はそれぞれ独立に0〜3の整数を表す。b1が2以上のときR103は同じでも異なっていてもよく、互いに連結して環を形成してもよい。b2が2以上のときR104は同じでも異なっていてもよく、互いに連結して環を形成してもよい。b3は0〜5の整数を表し、b3が2以上のときR108は同じでも異なっていてもよく、互いに連結して環を形成してもよい。
Figure 2012053983
[R 101 , R 102 and R 107 each independently represent a carboxyl group, a sulfonic acid group, a hydroxyl group, a hydroxamic acid group, a phosphoryl group or a phosphonyl group. R 103 , R 104 , R 108 , R 125 , R 126 , R 127 and R 128 each independently represent a substituent. R 121 to R 124 each independently represent hydrogen, an alkyl group, an alkenyl group, or an aryl group. R 121 and R 122 and R 123 and R 124 may be connected to each other to form a ring. a1, a2 and a3 each independently represents an integer of 0 to 3; When a1 is 2 or more, R 101 may be the same or different. a2 is R 102 when 2 or more may be the same or different. a3 is the R 107 when two or more may be the same or different. b1 and b2 each independently represents an integer of 0 to 3. When b1 is 2 or more, R 103 may be the same or different, and may be linked to each other to form a ring. When b2 is 2 or more, R 104 may be the same or different and may be connected to each other to form a ring. b3 represents an integer of 0 to 5, and when b3 is 2 or more, R 108 may be the same or different, and may be connected to each other to form a ring.

一般式(4−1)中のb1及びb2が共に1以上のときR103とR104が連結して環を形成してもよい。一般式(4−2)中のb1及びb3が共に1以上のときR103とR108が連結して環を形成してもよい。d1及びd2はそれぞれ独立に0〜4の整数を表す。d1が1以上のときR125はR121及びR122のどちらか一方又は両方と連結して環を形成してもよく、d1が2以上のときR125は同じでも異なっていてもよく、互いに連結して環を形成してもよい。d2が1以上のときR126はR123及びR124のどちらか一方又は両方と連結して環を形成してもよく、d2が2以上のときR126は同じでも異なっていてもよく、互いに連結して環を形成してもよい。d3は0又は1を表す。]
<5> 前記一般式(4−1)及び(4−2)中のR121及びR122のどちらか一方又は両方が、アルコキシ基が置換したアルキル基であることを特徴とする<1>〜<4>のいずれか1項に記載の光電変換素子。
<6> 前記一般式(1)中のLLが下記一般式(5−1)〜(5−8)のいずれかにより表される2座又は3座の配位子であることを特徴とする<1>〜<5>のいずれか1項に記載の光電変換素子。
When b1 and b2 in the general formula (4-1) are both 1 or more, R 103 and R 104 may be linked to form a ring. When b1 and b3 in the general formula (4-2) are both 1 or more, R 103 and R 108 may be linked to form a ring. d1 and d2 each independently represents an integer of 0 to 4. When d1 is 1 or more, R 125 may be linked to one or both of R 121 and R 122 to form a ring, and when d1 is 2 or more, R 125 may be the same or different, and They may be linked to form a ring. When d2 is 1 or more, R 126 may be linked to one or both of R 123 and R 124 to form a ring, and when d2 is 2 or more, R 126 may be the same or different, and They may be linked to form a ring. d3 represents 0 or 1. ]
<5> Either one or both of R 121 and R 122 in the general formulas (4-1) and (4-2) are alkyl groups substituted with an alkoxy group. The photoelectric conversion element of any one of <4>.
<6> LL 2 in the general formula (1) is a bidentate or tridentate ligand represented by any one of the following general formulas (5-1) to (5-8): The photoelectric conversion element according to any one of <1> to <5>.

Figure 2012053983
[ R151〜R158はそれぞれ独立にカルボキシル基、スルホン酸基、ヒドロキシル基、ヒドロキサム酸基、ホスホリル基又はホスホニル基を表し、R159〜R165はそれぞれ独立に置換基を表し、R151〜R166は環上のどの位置に結合していてもよく、R167〜R171はそれぞれ独立に水素、アルキル基、アルケニル基又はアリール基を表す。e1〜e8、e13、e14及びe16はそれぞれ独立に0〜4の整数を表し、e9〜e12及びe15はそれぞれ独立に0〜6の整数を表し、e1〜e8が2以上のとき、R151〜R158はそれぞれ同じでも異なっていてもよく、e9〜e16が2以上のとき、R159〜R166はそれぞれ同じでも異なっていてもよく互いに連結して環を形成してもよい。]
<7> 前記一般式(1)中のm1が1であり、m2が1であり、m3が1又は2であり、LLが前記一般式(5−1)により表される2座又は3座の配位子であることを特徴とする<1>〜<6>のいずれか1項に記載の光電変換素子。
<8> 前記金属錯体色素がカルボキシル基、スルホン酸基、ヒドロキシル基、ヒドロキサム酸基、ホスホリル基及びホスホニル基からなる群から選ばれた少なくとも1種を有することを特徴とする<1>〜<7>のいずれか1項に記載の光電変換素子。
<9> 前記感光体を構成する半導体微粒子が酸化チタン微粒子であることを特徴とする<1>〜<8>のいずれか1項に記載の光電変換素子。
<10> 前記多層構造の感光体層の各層を形成する半導体微粒子が異なる平均粒径を有していることを特徴とする<1>〜<9>のいずれか1項に記載の光電変換素子。
<11> 前記多層構造の感光体層の受光面側の半導体微粒子層の平均粒径を該半導体微粒子層の平均粒径よりも小さくすることを特徴とする<1>〜<10>のいずれか1項に記載の光電変換素子。
<12> 前記多層構造の感光体層の多孔質半導体層の受光面側に位置する多孔質半導体層が、粒度分布の変動係数が10以下の半導体微粒子によって形成されていることを特徴とする<1>〜<11>のいずれか1項に記載の光電変換素子。
<13> 前記多層構造の感光体層の多孔質半導体層が、吸収スペクトルにおける最大感度波長領域を短波長側に有する層から吸収スペクトルにおける最大感度波長領域を長波長側に有する層の順で受光面側から配置されていることを特徴とする<1>〜<12>のいずれか1項に記載の光電変換素子。
<14> <1>〜<13>のいずれか1項に記載の光電変換素子を備えることを特徴とする光電気化学電池。
Figure 2012053983
[R 151 to R 158 each independently represent a carboxyl group, a sulfonic acid group, a hydroxyl group, a hydroxamic acid group, a phosphoryl group or a phosphonyl group, R 159 to R 165 each independently represent a substituent, and R 151 to R 158 166 may be bonded to any position on the ring, and R 167 to R 171 each independently represent hydrogen, an alkyl group, an alkenyl group, or an aryl group. e1 to e8, e13, e14 and e16 each independently represents an integer of 0 to 4, e9 to e12 and e15 each independently represents an integer of 0 to 6, and when e1 to e8 is 2 or more, R 151 to R 158 may be the same as or different from each other. When e9 to e16 are 2 or more, R 159 to R 166 may be the same or different from each other and may be linked to each other to form a ring. ]
<7> is m1 is 1 in the general formula (1), m2 is 1, m3 is 1 or 2, LL 2 is the formula (5-1) by bidentate or 3 represented The photoelectric conversion element according to any one of <1> to <6>, wherein the photoelectric conversion element is a ligand of a locus.
<8> The metal complex dye has at least one selected from the group consisting of a carboxyl group, a sulfonic acid group, a hydroxyl group, a hydroxamic acid group, a phosphoryl group, and a phosphonyl group. <1> to <7 > The photoelectric conversion element of any one of.
<9> The photoelectric conversion element according to any one of <1> to <8>, wherein the semiconductor fine particles constituting the photoconductor are titanium oxide fine particles.
<10> The photoelectric conversion element according to any one of <1> to <9>, wherein the semiconductor fine particles forming each layer of the multi-layered photosensitive layer have different average particle diameters .
<11> Any one of <1> to <10>, wherein an average particle diameter of the semiconductor fine particle layer on the light-receiving surface side of the photosensitive layer having the multilayer structure is made smaller than an average particle diameter of the semiconductor fine particle layer. Item 1. The photoelectric conversion element according to item 1.
<12> The porous semiconductor layer positioned on the light-receiving surface side of the porous semiconductor layer of the multi-layered photosensitive layer is formed of semiconductor fine particles having a variation coefficient of particle size distribution of 10 or less < The photoelectric conversion element according to any one of 1> to <11>.
<13> The porous semiconductor layer of the multilayered photosensitive layer receives light in the order of a layer having the maximum sensitivity wavelength region in the absorption spectrum on the short wavelength side to a layer having the maximum sensitivity wavelength region in the absorption spectrum on the long wavelength side. It is arrange | positioned from the surface side, The photoelectric conversion element of any one of <1>-<12> characterized by the above-mentioned.
<14> A photoelectrochemical cell comprising the photoelectric conversion element according to any one of <1> to <13>.

本発明により、変換効率が高く、耐久性に優れた光電変換素子及び光電気化学電池を提供することができる。   According to the present invention, it is possible to provide a photoelectric conversion element and a photoelectrochemical cell having high conversion efficiency and excellent durability.

本発明によって製造される光電変換素子の一実施態様について模式的に示した断面図である。It is sectional drawing shown typically about one embodiment of the photoelectric conversion element manufactured by this invention.

本発明者等は、鋭意検討を重ねた結果、特定の構造を有する色素を含有する感光体層のヘイズ率を特定の値以上とすることにより、変換効率が高く、耐久性に優れた光電変換素子及び光電気化学電池とすることができることを見出した。本発明はこの知見に基づきなされたものである。   As a result of intensive studies, the present inventors have made the photoelectric conversion with high conversion efficiency and excellent durability by setting the haze ratio of the photosensitive layer containing a dye having a specific structure to a specific value or more. It discovered that it could be set as an element and a photoelectrochemical cell. The present invention has been made based on this finding.

本発明の光電変換素子の好ましい実施態様を、図1の模式的断面図を参照して説明する。   A preferred embodiment of the photoelectric conversion element of the present invention will be described with reference to the schematic cross-sectional view of FIG.

図1に示すように、光電変換素子10は、導電性支持体1、導電性支持体1上にその順序で配された、感光体層2、電荷移動体層3、及び対極4からなる。上記導電性支持体1と感光体層2とにより受光電極5を構成している。その感光体層2は半導体微粒子22と増感色素(以下、単に、色素ともいう。)21とを有している。増感色素21はその少なくとも一部において半導体微粒子22に吸着している(増感色素21は吸着平衡状態になっており、一部電荷移動体層3に存在していてもよい。)。電荷移動体層3は、例えば正孔(ホール)を輸送する正孔輸送層として機能する。感光体層2が形成された導電性支持体1は、光電変換素子10において作用電極として機能する。この光電変換素子10を外部回路6で仕事をさせるようにして、光電気化学電池100として作動させることができる。   As shown in FIG. 1, the photoelectric conversion element 10 includes a conductive support 1, a photosensitive layer 2, a charge transfer layer 3, and a counter electrode 4 arranged in that order on the conductive support 1. The conductive support 1 and the photoreceptor layer 2 constitute a light receiving electrode 5. The photoreceptor layer 2 has semiconductor fine particles 22 and a sensitizing dye (hereinafter also simply referred to as a dye) 21. At least a part of the sensitizing dye 21 is adsorbed on the semiconductor fine particles 22 (the sensitizing dye 21 is in an adsorption equilibrium state and may be partially present in the charge transfer layer 3). The charge transfer body layer 3 functions as, for example, a hole transport layer that transports holes. The conductive support 1 on which the photoreceptor layer 2 is formed functions as a working electrode in the photoelectric conversion element 10. The photoelectric conversion element 10 can be operated as the photoelectrochemical cell 100 by causing the external circuit 6 to work.

上記受光電極5は、導電性支持体1及び導電性支持体1上に塗設される増感色素21の吸着した半導体微粒子22の感光体層2(半導体膜)よりなる電極である。感光体層2(半導体膜)に入射した光は色素を励起する。励起色素はエネルギーの高い電子を有している。そこでこの電子が増感色素21から半導体微粒子22の伝導帯に渡され、さらに拡散によって導電性支持体1に到達する。このとき増感色素21の分子は酸化体となっている。電極上の電子が外部回路6で仕事をしながら酸化体に戻ることにより、光電気化学電池100として作用する。この際、受光電極5はこの電池の負極として働く。   The light receiving electrode 5 is an electrode composed of a conductive support 1 and a photosensitive layer 2 (semiconductor film) of semiconductor fine particles 22 adsorbed by a sensitizing dye 21 coated on the conductive support 1. Light incident on the photoreceptor layer 2 (semiconductor film) excites the dye. The excited dye has high energy electrons. Therefore, the electrons are transferred from the sensitizing dye 21 to the conduction band of the semiconductor fine particles 22 and reach the conductive support 1 by diffusion. At this time, the molecule of the sensitizing dye 21 is an oxidant. The electrons on the electrode return to the oxidant while working in the external circuit 6, thereby acting as the photoelectrochemical cell 100. At this time, the light receiving electrode 5 functions as a negative electrode of the battery.

上記感光体層2は、後述の色素が吸着された半導体微粒子22の層からなる多孔質半導体層で構成されている。この色素は一部電解質中に解離したもの等があってもよい。感光体層2は目的に応じて設計され、多層構造からなる。   The photoreceptor layer 2 is composed of a porous semiconductor layer composed of a layer of semiconductor fine particles 22 to which a dye described later is adsorbed. This dye may be partially dissociated in the electrolyte. The photoreceptor layer 2 is designed according to the purpose and has a multilayer structure.

上述したように感光体層2には、特定の色素が吸着した半導体微粒子22を含むことから、受光感度が高く、光電気化学電池100として使用する場合に、高い光電変換効率を得ることができ、さらに高い耐久性を有する。   As described above, since the photosensitive layer 2 includes the semiconductor fine particles 22 on which a specific dye is adsorbed, the light receiving sensitivity is high, and when used as the photoelectrochemical cell 100, high photoelectric conversion efficiency can be obtained. Furthermore, it has high durability.

(A)色素
上記感光体層2では、多孔質半導体層が下記一般式(1)で表される少なくとも1つの色素21で増感されている。一般式(1)において、Mzは金属原子を表す。
Mz(LLm1(LLm2(X)m3・CI ・・・一般式(1)
(A) Dye In the photoreceptor layer 2, the porous semiconductor layer is sensitized with at least one dye 21 represented by the following general formula (1). In the general formula (1), Mz represents a metal atom.
Mz (LL 1 ) m1 (LL 2 ) m2 (X) m3 · CI (1)

(A1)金属原子Mz
Mzは金属原子を表す。Mzは好ましくは4配位又は6配位が可能な金属であり、より好ましくはRu、Fe、Os、Cu、W、Cr、Mo、Ni、Pd、Pt、Co、Ir、Rh、Re、Mn又はZnである。特に好ましくは、Ru、Os、Zn又はCuであり、最も好ましくはRuである。
(A1) Metal atom Mz
Mz represents a metal atom. Mz is preferably a metal capable of tetracoordinate or hexacoordinate, and more preferably Ru, Fe, Os, Cu, W, Cr, Mo, Ni, Pd, Pt, Co, Ir, Rh, Re, Mn Or it is Zn. Particularly preferred is Ru, Os, Zn or Cu, and most preferred is Ru.

(A2)配位子LL
配位子LLは、下記一般式(2)により表される2座又は3座の配位子であり、好ましくは2座配位子である。配位子LLの数を表すm1は0〜3の整数であり、1〜3であるのが好ましく、1であるのがより好ましい。m1が2以上のとき、配位子LLは同じでも異なっていてもよい。ただし、m1と、後述の配位子LLの数を表すm2のうち少なくとも一方は1以上の整数である。したがって金属原子に、配位子LL及び配位子LLのどちらか一方又は両方が配位している。
(A2) Ligand LL 1
The ligand LL 1 is a bidentate or tridentate ligand represented by the following general formula (2), preferably a bidentate ligand. M1 representing the number of the ligand LL 1 is an integer of 0 to 3, preferably 1 to 3, and more preferably 1. When m1 is 2 or more, ligands LL 1 may be the same or different. However, the m1, at least one of m2 representing the number of ligands LL 2 below is an integer of 1 or more. Accordingly, either one or both of the ligand LL 1 and the ligand LL 2 are coordinated to the metal atom.

Figure 2012053983
Figure 2012053983

一般式(2)中のR101及びR102はそれぞれ独立に酸性基を表し、例えばカルボキシル基、スルホン酸基、ヒドロキシル基、ヒドロキサム酸基(好ましくは炭素原子数1〜20のヒドロキサム酸基、例えば、―CONHOH、―CONCHOH等)、ホスホリル基(例えば―OP(O)(OH)等)及びホスホニル基(例えば―P(O)(OH)等)が挙げられ、好ましくはカルボキシル基、ホスホニル基であり、より好ましくはカルボキシル基が挙げられる。R101及びR102はピリジン環上のどの炭素原子に置換してもよい。 R 101 and R 102 in the general formula (2) each independently represent an acidic group, for example, a carboxyl group, a sulfonic acid group, a hydroxyl group, a hydroxamic acid group (preferably a hydroxamic acid group having 1 to 20 carbon atoms, for example, , —CONHOH, —CONCH 3 OH, etc.), phosphoryl groups (eg —OP (O) (OH) 2 etc.) and phosphonyl groups (eg —P (O) (OH) 2 etc.), preferably carboxyl groups A phosphonyl group, more preferably a carboxyl group. R 101 and R 102 may be substituted on any carbon atom on the pyridine ring.

一般式(2)中、R103、R104はそれぞれ独立に置換基を表し、好ましくはアルキル基(好ましくは炭素原子数1〜20のアルキル基、例えばメチル、エチル、イソプロピル、t−ブチル、ペンチル、ヘプチル、1−エチルペンチル、ベンジル、2−エトキシエチル、1−カルボキシメチル等)、アルケニル基(好ましくは炭素原子数2〜20のアルケニル基、例えば、ビニル、アリル、オレイル等)、アルキニル基(好ましくは炭素原子数2〜20のアルキニル基、例えば、エチニル、ブタジイニル、フェニルエチニル等)、シクロアルキル基(好ましくは炭素原子数3〜20のシクロアルキル基、例えば、シクロプロピル、シクロペンチル、シクロヘキシル、4−メチルシクロヘキシル等)、アリール基(好ましくは炭素原子数6〜26のアリール基、例えば、フェニル、1−ナフチル、4−メトキシフェニル、2−クロロフェニル、3−メチルフェニル等)、ヘテロ環基(好ましくは炭素原子数2〜20のヘテロ環基、例えば、2−ピリジル、4−ピリジル、2−イミダゾリル、2−ベンゾイミダゾリル、2−チアゾリル、2−オキサゾリル等)、アルコキシ基(好ましくは炭素原子数1〜20のアルコキシ基、例えば、メトキシ、エトキシ、イソプロピルオキシ、ベンジルオキシ等)、アリールオキシ基(好ましくは炭素原子数6〜26のアリールオキシ基、例えば、フェノキシ、1−ナフチルオキシ、3−メチルフェノキシ、4−メトキシフェノキシ等)、アルコキシカルボニル基(好ましくは炭素原子数2〜20のアルコキシカルボニル基、例えば、エトキシカルボニル、2−エチルヘキシルオキシカルボニル等)、アミノ基(好ましくは炭素原子数0〜20のアミノ基、例えば、アミノ、N,N−ジメチルアミノ、N,N−ジエチルアミノ、N−エチルアミノ、アニリノ等)、スルホンアミド基(好ましくは炭素原子数0〜20のスルホンアミド基、例えば、N,N−ジメチルスルホンアミド、N−フェニルスルホンアミド等)、アシルオキシ基(好ましくは炭素原子数1〜20のアシルオキシ基、例えば、アセチルオキシ、ベンゾイルオキシ等)、カルバモイル基(好ましくは炭素原子数1〜20のカルバモイル基、例えば、N,N−ジメチルカルバモイル、N−フェニルカルバモイル等)、アシルアミノ基(好ましくは炭素原子数1〜20のアシルアミノ基、例えば、アセチルアミノ、ベンゾイルアミノ等)、シアノ基、又はハロゲン原子(例えばフッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子等)であり、より好ましくはアルキル基、アルケニル基、アリール基、ヘテロ環基、アルコキシ基、アリールオキシ基、アルコキシカルボニル基、アミノ基、アシルアミノ基、シアノ基又はハロゲン原子であり、特に好ましくはアルキル基、アルケニル基、ヘテロ環基、アルコキシ基、アルコキシカルボニル基、アミノ基、アシルアミノ基又はシアノ基である。 In the general formula (2), R 103 and R 104 each independently represent a substituent, preferably an alkyl group (preferably an alkyl group having 1 to 20 carbon atoms, such as methyl, ethyl, isopropyl, t-butyl, pentyl. , Heptyl, 1-ethylpentyl, benzyl, 2-ethoxyethyl, 1-carboxymethyl, etc.), an alkenyl group (preferably an alkenyl group having 2 to 20 carbon atoms, such as vinyl, allyl, oleyl, etc.), an alkynyl group ( Preferably an alkynyl group having 2 to 20 carbon atoms such as ethynyl, butadiynyl, phenylethynyl and the like, a cycloalkyl group (preferably a cycloalkyl group having 3 to 20 carbon atoms such as cyclopropyl, cyclopentyl, cyclohexyl, 4 -Methylcyclohexyl, etc.), aryl groups (preferably the number of carbon atoms To 26 aryl groups such as phenyl, 1-naphthyl, 4-methoxyphenyl, 2-chlorophenyl, 3-methylphenyl, etc., heterocyclic groups (preferably having 2 to 20 carbon atoms, such as 2 -Pyridyl, 4-pyridyl, 2-imidazolyl, 2-benzimidazolyl, 2-thiazolyl, 2-oxazolyl, etc.), an alkoxy group (preferably an alkoxy group having 1 to 20 carbon atoms such as methoxy, ethoxy, isopropyloxy, benzyl Oxy, etc.), aryloxy groups (preferably aryloxy groups having 6 to 26 carbon atoms, such as phenoxy, 1-naphthyloxy, 3-methylphenoxy, 4-methoxyphenoxy, etc.), alkoxycarbonyl groups (preferably carbon atoms) A number 2 to 20 alkoxycarbonyl group such as ethoxy Rubonyl, 2-ethylhexyloxycarbonyl, etc.), amino group (preferably an amino group having 0-20 carbon atoms, such as amino, N, N-dimethylamino, N, N-diethylamino, N-ethylamino, anilino, etc.) A sulfonamide group (preferably a sulfonamide group having 0 to 20 carbon atoms, such as N, N-dimethylsulfonamide, N-phenylsulfonamide, etc.), an acyloxy group (preferably an acyloxy group having 1 to 20 carbon atoms) For example, acetyloxy, benzoyloxy, etc.), carbamoyl groups (preferably carbamoyl groups having 1 to 20 carbon atoms, such as N, N-dimethylcarbamoyl, N-phenylcarbamoyl etc.), acylamino groups (preferably carbon atoms) 1-20 acylamino groups such as acetylamino, benzoy A cyano group, a cyano group, or a halogen atom (for example, a fluorine atom, a chlorine atom, a bromine atom, an iodine atom, etc.), more preferably an alkyl group, an alkenyl group, an aryl group, a heterocyclic group, an alkoxy group, an aryloxy group. , Alkoxycarbonyl group, amino group, acylamino group, cyano group or halogen atom, particularly preferably alkyl group, alkenyl group, heterocyclic group, alkoxy group, alkoxycarbonyl group, amino group, acylamino group or cyano group.

配位子LLがアルキル基、アルケニル基等を含むとき、これらは直鎖状でも分岐状でもよく、置換されていても無置換でもよい。また配位子LLがアリール基、ヘテロ環基等を含むとき、それらは単環でも縮環でもよく、置換されていても無置換でもよい。 When the ligand LL 1 contains an alkyl group, an alkenyl group or the like, these may be linear or branched, and may be substituted or unsubstituted. Further, when the ligand LL 1 contains an aryl group, a heterocyclic group or the like, they may be monocyclic or condensed and may be substituted or unsubstituted.

一般式(2)中、R105及びR106はそれぞれ独立に、芳香族基(好ましくは炭素原子数6〜30の芳香族基、例えば、フェニル、置換フェニル、ナフチル、置換ナフチル等)、又はヘテロ環基(好ましくは炭素原子数1〜30のヘテロ環基、例えば、2−チエニル、2−ピロリル、2−イミダゾリル、1−イミダゾリル、4−ピリジル、3−インドリル)であり、好ましくは1〜3個の電子供与基を有するヘテロ環基であり、より好ましくはチエニルが挙げられる。該電子供与基はアルキル基、アルケニル基、アルキニル基、シクロアルキル基、アルコキシ基、アリールオキシ基、アミノ基、アシルアミノ基(以上好ましい例はR101及びR102の場合と同様)又はヒドロキシル基であるのが好ましく、アルキル基、アルコキシ基、アミノ基又はヒドロキシル基であるのがより好ましく、アルキル基であるのが特に好ましい。R103とR104は同じであっても異なっていてもよいが、同じであるのが好ましい。 In General Formula (2), R 105 and R 106 are each independently an aromatic group (preferably an aromatic group having 6 to 30 carbon atoms, such as phenyl, substituted phenyl, naphthyl, substituted naphthyl, etc.), or hetero A cyclic group (preferably a heterocyclic group having 1 to 30 carbon atoms, such as 2-thienyl, 2-pyrrolyl, 2-imidazolyl, 1-imidazolyl, 4-pyridyl, 3-indolyl), preferably 1 to 3 A heterocyclic group having one electron donating group, more preferably thienyl. The electron donating group is an alkyl group, an alkenyl group, an alkynyl group, a cycloalkyl group, an alkoxy group, an aryloxy group, an amino group, an acylamino group (preferred examples are the same as those for R 101 and R 102 ) or a hydroxyl group. And more preferably an alkyl group, an alkoxy group, an amino group or a hydroxyl group, and particularly preferably an alkyl group. R 103 and R 104 may be the same or different, but are preferably the same.

105とR106は、直接ベンゼン環に結合していてもよい。R105とR106は、L及びLのどちらか一方又は両方を介してベンゼン環に結合していてもよい。 R 105 and R 106 may be directly bonded to the benzene ring. R 105 and R 106 may be bonded to the benzene ring via one or both of L 1 and L 2 .

ここでL及びLはそれぞれ独立に、エテニレン基及び/又はエチニレン基からなる共役鎖を表す。エテニレン基が置換基を有する場合、該置換基はアルキル基であるのが好ましく、メチルであるのがより好ましい。L及びLはそれぞれ独立に、炭素原子数2〜6個の共役鎖であるのが好ましく、エテニレン、ブタジエニレン、エチニレン、ブタジイニレン、メチルエテニレン又はジメチルエテニレンがより好ましく、エテニレン又はブタジエニレンが特に好ましく、エテニレンが最も好ましい。LとLは同じであっても異なっていてもよいが、同じであるのが好ましい。なお、共役鎖が炭素―炭素二重結合を含む場合、各二重結合はトランス体であってもシス体であってもよく、これらの混合物であってもよい。 Here, L 1 and L 2 each independently represent a conjugated chain composed of an ethenylene group and / or an ethynylene group. When the ethenylene group has a substituent, the substituent is preferably an alkyl group, and more preferably methyl. L 1 and L 2 are each independently preferably a conjugated chain having 2 to 6 carbon atoms, more preferably ethenylene, butadienylene, ethynylene, butadienylene, methylethenylene or dimethylethenylene, particularly ethenylene or butadienylene. Preferably, ethenylene is most preferred. L 1 and L 2 may be the same or different, but are preferably the same. When the conjugated chain contains a carbon-carbon double bond, each double bond may be a trans isomer, a cis isomer, or a mixture thereof.

d3は0又は1であり、a1及びa2はそれぞれ独立に0〜3の整数を表す。a1が2以上のときR101は同じでも異なっていてもよく、a2が2以上のときR102は同じでも異なっていてもよい。a1は0又は1であるのが好ましく、a2は0〜2の整数であるのが好ましい。特に、d3が0のときa2は1又は2であるのが好ましく、d3が1のときa2は0又は1であるのが好ましい。a1とa2の和は0〜2の整数であるのが好ましい。 d3 is 0 or 1, and a1 and a2 each independently represent an integer of 0 to 3. a1 is R 101 when 2 or more may be the same or different, a2 is 2 or more when R 102 may be the same or different. a1 is preferably 0 or 1, and a2 is preferably an integer of 0 to 2. In particular, when d3 is 0, a2 is preferably 1 or 2, and when d3 is 1, a2 is preferably 0 or 1. The sum of a1 and a2 is preferably an integer of 0-2.

b1及びb2はそれぞれ独立に0〜3の整数を表し、0〜2の整数であるのが好ましい。b1が2以上のとき、R103は同じでも異なっていてもよく、互いに連結して環を形成していてもよい。b2が2以上のとき、R104は同じでも異なっていてもよく、互いに連結して環を形成していてもよい。またb1及びb2がともに1以上のとき、R103とR104が連結して環を形成していてもよい。形成する環の好ましい例としては、ベンゼン環、ピリジン環、チオフェン環、ピロール環、シクロヘキサン環、シクロペンタン環等が挙げられる。 b1 and b2 each independently represent an integer of 0 to 3, preferably an integer of 0 to 2. When b1 is 2 or more, R 103 may be the same or different and may be connected to each other to form a ring. When b2 is 2 or more, R 104 may be the same or different, and may be connected to each other to form a ring. When b1 and b2 are both 1 or more, R 103 and R 104 may be linked to form a ring. Preferable examples of the ring to be formed include a benzene ring, a pyridine ring, a thiophene ring, a pyrrole ring, a cyclohexane ring, a cyclopentane ring and the like.

a1とa2の和が1以上であって、配位子LLが酸性基を少なくとも1個有するときは、一般式(2)中のm1は2又は3であるのが好ましく、2であるのがより好ましい。
一般式(2)における配位子LLとして好ましくは、R105またはR106が、フェニル基、チエニル基、フリル基、ピリル基を表し、且つ置換基として炭素数2以上のアルキル基を含む場合である。
一般式(2)における配位子LLとしてより好ましくは、R105またはR106が、フェニル基、チエニル基、フリル基、ピリル基を表し、且つ置換基として炭素数2以上のアルキル基を含み、且つa1、a2がどちらも0である場合である。
一般式(2)における配位子LLとして更に好ましくは、R105またはR106が、フェニル基、チエニル基を表し、且つ置換基として炭素数3以上のアルキル基を含み、且つa1、a2、b1およびb2が全て0である場合である。
When the sum of a1 and a2 is 1 or more and the ligand LL 1 has at least one acidic group, m1 in the general formula (2) is preferably 2 or 3, and preferably 2. Is more preferable.
The ligand LL 1 in the general formula (2) is preferably a case where R105 or R106 represents a phenyl group, a thienyl group, a furyl group, or a pyryl group, and contains an alkyl group having 2 or more carbon atoms as a substituent. .
More preferably as the ligand LL 1 in the general formula (2), R105 or R106 represents a phenyl group, a thienyl group, a furyl group, a pyryl group, and contains an alkyl group having 2 or more carbon atoms as a substituent, and This is a case where both a1 and a2 are 0.
More preferably, as the ligand LL 1 in the general formula (2), R105 or R106 represents a phenyl group, a thienyl group, and an alkyl group having 3 or more carbon atoms as a substituent, and a1, a2, b1 and This is a case where b2 is all zero.

一般式(2)における配位子LLは、下記一般式(4−1)、(4−2)又は(4−3)で表されるものがさらに好ましい。 The ligand LL 1 in the general formula (2) is more preferably represented by the following general formula (4-1), (4-2) or (4-3).

Figure 2012053983
Figure 2012053983

上記一般式(4−1)〜(4−3)中、R101〜R104、a1、a2、b1、b2及びd3は一般式(14)におけるものと同義である。 In the general formulas (4-1) to (4-3), R 101 to R 104 , a1, a2, b1, b2, and d3 have the same meanings as those in the general formula (14).

一般式(4−2)中、R107は酸性基を表し、好ましくはカルボキシル基、スルホン酸基、ヒドロキシル基、ヒドロキサム酸基、ホスホリル基及びホスホニル基であり、より好ましくはカルボキシル基又はホスホリル基であり、特に好ましくはカルボキシル基である。 In General Formula (4-2), R 107 represents an acidic group, preferably a carboxyl group, a sulfonic acid group, a hydroxyl group, a hydroxamic acid group, a phosphoryl group, or a phosphonyl group, more preferably a carboxyl group or a phosphoryl group. Yes, particularly preferably a carboxyl group.

一般式(4−2)中、R108は置換基を表し、好ましくはアルキル基、アルケニル基、アルキニル基、シクロアルキル基、アルコキシ基、アリールオキシ基、アミノ基又はアシルアミノ基(以上好ましい例は、一般式(2)における上記R103及びR104の場合と同様)であり、より好ましくはアルキル基、アルコキシ基、アミノ基又はアシルアミノ基である。 In the general formula (4-2), R 108 represents a substituent, preferably an alkyl group, an alkenyl group, an alkynyl group, a cycloalkyl group, an alkoxy group, an aryloxy group, an amino group or an acylamino group (above preferred examples are R 103 and R 104 in the general formula (2)), and more preferably an alkyl group, an alkoxy group, an amino group, or an acylamino group.

一般式(4−1)及び(4−2)中、R121〜R124はそれぞれ独立に、水素、アルキル基、アルケニル基又はアリール基を表す。R121〜R124の好ましい例は、一般式(2)における上記R103及びR104の好ましい例と同様である。R121〜R124はさらに好ましくは、アルキル基又はアリール基であり、より好ましくはアルキル基である。R121〜R124がアルキル基である場合はさらに置換基を有していてもよく、該置換基としてはアルコキシ基、シアノ基、アルコキシカルボニル基又はカルボンアミド基が好ましく、アルコキシ基が特に好ましい。R121とR122ならびにR123とR124はそれぞれ互いに連結して環を形成していてもよい。形成する環としてはピロリジン環、ピペリジン環、ピペラジン環、又はモルホリン環等が好ましい。 In general formulas (4-1) and (4-2), R 121 to R 124 each independently represents hydrogen, an alkyl group, an alkenyl group, or an aryl group. Preferred examples of R 121 to R 124 are the same as the preferred examples of R 103 and R 104 in formula (2). R 121 to R 124 are more preferably an alkyl group or an aryl group, and more preferably an alkyl group. When R 121 to R 124 are alkyl groups, they may further have a substituent, and the substituent is preferably an alkoxy group, a cyano group, an alkoxycarbonyl group or a carbonamido group, particularly preferably an alkoxy group. R 121 and R 122 and R 123 and R 124 may be connected to each other to form a ring. As the ring to be formed, a pyrrolidine ring, a piperidine ring, a piperazine ring, a morpholine ring or the like is preferable.

一般式(4−1)〜(4−3)中、R125、R126、R127及びR128はそれぞれ独立に置換基を表し、好ましくはアルキル基、アルケニル基、アルキニル基、シクロアルキル基、アルコキシ基、アリールオキシ基、アミノ基、アシルアミノ基(以上好ましい例は上記一般式(2)におけるR101の場合と同様である。)又はヒドロキシル基であり、より好ましくはアルキル基、アルケニル基、アルキニル基、アルコキシ基、アミノ基又はアシルアミノ基であり、特に好ましくはアルキル基、アルキニル基である。 In General Formulas (4-1) to (4-3), R 125 , R 126 , R 127 and R 128 each independently represent a substituent, preferably an alkyl group, an alkenyl group, an alkynyl group, a cycloalkyl group, An alkoxy group, an aryloxy group, an amino group, an acylamino group (preferred examples are the same as those for R 101 in the general formula (2)) or a hydroxyl group, more preferably an alkyl group, an alkenyl group, and an alkynyl group. Group, an alkoxy group, an amino group or an acylamino group, particularly preferably an alkyl group or an alkynyl group.

一般式(4−2)中、a3は0〜3の整数を表し、好ましくは0〜2の整数を表す。d3が0のときa3は1又は2であるのが好ましく、d3が1のときa3は0又は1であるのが好ましい。a3が2以上のときR107は同じでも異なっていてもよい。 In general formula (4-2), a3 represents the integer of 0-3, Preferably the integer of 0-2 is represented. When d3 is 0, a3 is preferably 1 or 2, and when d3 is 1, a3 is preferably 0 or 1. a3 is the R 107 when two or more may be the same or different.

一般式(4−1)及び(4−2)中、d1及びd2はそれぞれ独立に0〜4の整数を表す。d1が1以上のときR125は、R121及びR122のどちらか一方又は両方と連結して環を形成していてもよい。形成される環はピペリジン環又はピロリジン環であるのが好ましい。d1が2以上のときR125は同じでも異なっていてもよく、互いに連結して環を形成していてもよい。d2が1以上のときR126は、R123及びR124のどちらか一方又は両方と連結して環を形成していてもよい
形成される環はピペリジン環又はピロリジン環であるのが好ましい。d2が2以上のときR126は同じでも異なっていてもよく、互いに連結して環を形成していてもよい。
In general formulas (4-1) and (4-2), d1 and d2 each independently represent an integer of 0 to 4. When d1 is 1 or more, R 125 may be linked to one or both of R 121 and R 122 to form a ring. The ring formed is preferably a piperidine ring or a pyrrolidine ring. When d1 is 2 or more, R 125 may be the same or different, and may be linked to each other to form a ring. When d2 is 1 or more, R 126 may be linked to one or both of R 123 and R 124 to form a ring. The ring formed is preferably a piperidine ring or a pyrrolidine ring. When d2 is 2 or more, R 126 may be the same or different, and may be linked to each other to form a ring.

(A3)配位子LL
一般式(1)中、配位子LLは2座又は3座の配位子を表す。配位子LLの数を表すm2は0〜2の整数であり、0又は1であるのが好ましい。m2が2のとき配位子LLは同じでも異なっていてもよい。ただし、m2と、前述の配位子LLの数を表すm1のうち少なくとも一方は1以上の整数である。
(A3) Ligand LL 2
In the general formula (1), the ligand LL 2 represents a bidentate or tridentate ligand. M2 representing the number of ligands LL 2 is an integer of 0 to 2, and is preferably 0 or 1. m2 is the ligand LL 2 when the two may be the same or different. However, the m2, at least one of which is an integer of 1 or more of the m1 representing the number of ligands LL 1 above.

配位子LLは、下記一般式(3)で表される2座又は3座の配位子である。 Ligand LL 2 is a bidentate or tridentate ligand represented by the following general formula (3).

Figure 2012053983
一般式(3)中、Za、Zb及びZcはそれぞれ独立に、5員環又は6員環を形成しうる非金属原子群を表す。形成される5員環又は6員環は置換されていても無置換でもよく、単環でも縮環していてもよい。
Figure 2012053983
In General Formula (3), Za, Zb, and Zc each independently represent a nonmetallic atom group that can form a 5-membered ring or a 6-membered ring. The formed 5-membered or 6-membered ring may be substituted or unsubstituted, and may be monocyclic or condensed.

Za、Zb及びZcには、炭素原子、窒素原子、酸素原子、硫黄原子、リン原子を有する5員環又は6員環であることが好ましく、5員環又は6員環には、水素原子やハロゲン原子を有していてもよい。Za、Zb又はZcは芳香族環であることが好ましい。5員環の場合はイミダゾール環、オキサゾール環、チアゾール環又はトリアゾール環を形成するのが好ましく、6員環の場合はピリジン環、ピリミジン環、ピリダジン環又はピラジン環を形成するのが好ましい。なかでもイミダゾール環又はピリジン環がより好ましい。   Za, Zb, and Zc are each preferably a 5-membered or 6-membered ring having a carbon atom, a nitrogen atom, an oxygen atom, a sulfur atom, or a phosphorus atom. It may have a halogen atom. Za, Zb or Zc is preferably an aromatic ring. In the case of a 5-membered ring, an imidazole ring, an oxazole ring, a thiazole ring or a triazole ring is preferably formed. In the case of a 6-membered ring, a pyridine ring, a pyrimidine ring, a pyridazine ring or a pyrazine ring is preferably formed. Of these, an imidazole ring or a pyridine ring is more preferable.

一般式(15)中、cは0又は1を表す。cは0であるのが好ましく、配位子LLは2座配位子であるのが好ましい。 In general formula (15), c represents 0 or 1. c is preferably 0, and the ligand LL 2 is preferably a bidentate ligand.

配位子LLは、下記一般式(5−1)〜(5−8)のいずれかにより表されるのが好ましく、一般式(5−1)、(5−2)、(5−4)又は(5−6)により表されるのがより好ましく、一般式(5−1)又は(5−2)により表されるのが特に好ましく、一般式(5−1)により表されるのが最も好ましい。 Ligand LL 2 is preferably represented by any of the following general formula (5-1) to (5-8), the formula (5-1), (5-2), (5-4 ) Or (5-6), more preferably represented by formula (5-1) or (5-2), and represented by formula (5-1). Is most preferred.

Figure 2012053983
なお、一般式(5−1)〜(5−8)中のR151〜R166は図示の都合上1つの環上に置換したように描写しているが、その環上にあっても、または図示されたものとは異なる環状に置換していてもよい。
Figure 2012053983
In addition, although R 151 to R 166 in the general formulas (5-1) to (5-8) are depicted as substituted on one ring for the convenience of illustration, Alternatively, it may be substituted with a different ring from that shown.

一般式(5−1)〜(5−8)中、R151〜R158はそれぞれ独立に酸性基を表す。R151〜R158は、例えば、カルボキシル基、スルホン酸基、ヒドロキシル基、ヒドロキサム酸基(好ましくは炭素原子数1〜20のヒドロキサム酸基、例えば―CONHOH、―CONCHOH等)、ホスホリル基(例えば―OP(O)(OH)等)又はホスホニル基(例えば―P(O)(OH)等)を表す。R151〜R158は、好ましくはカルボキシル基、ホスホリル基又はホスホニル基等、さらに好ましくはカルボキシル基又はホスホニル基であり、より好ましくはカルボキシル基である。 In general formulas (5-1) to (5-8), R 151 to R 158 each independently represent an acidic group. R 151 to R 158 are, for example, a carboxyl group, a sulfonic acid group, a hydroxyl group, a hydroxamic acid group (preferably a hydroxamic acid group having 1 to 20 carbon atoms, such as —CONHOH, —CONCH 3 OH, etc.), a phosphoryl group ( For example, —OP (O) (OH) 2 etc.) or a phosphonyl group (eg —P (O) (OH) 2 etc.) is represented. R 151 to R 158 are preferably a carboxyl group, a phosphoryl group, or a phosphonyl group, more preferably a carboxyl group or a phosphonyl group, and more preferably a carboxyl group.

一般式(5−1)〜(5−8)中、R159〜R166はそれぞれ独立に置換基を表し、好ましくはアルキル基、アルケニル基、シクロアルキル基、アリール基、ヘテロ環基、アルコキシ基、アリールオキシ基、アルコキシカルボニル基、アミノ基、アシル基、スルホンアミド基、アシルオキシ基、カルバモイル基、アシルアミノ基、シアノ基又はハロゲン原子(以上好ましい例は、一般式(14)におけるR103及びR104の場合と同様)であり、より好ましくはアルキル基、アルケニル基、アリール基、ヘテロ環基、アルコキシ基、アルコキシカルボニル基、アミノ基、アシルアミノ基又はハロゲン原子であり、特に好ましくはアルキル基、アルケニル基、アルコキシ基、アルコキシカルボニル基、アミノ基又はアシルアミノ基である。 In general formulas (5-1) to (5-8), R 159 to R 166 each independently represent a substituent, preferably an alkyl group, an alkenyl group, a cycloalkyl group, an aryl group, a heterocyclic group, or an alkoxy group. , An aryloxy group, an alkoxycarbonyl group, an amino group, an acyl group, a sulfonamide group, an acyloxy group, a carbamoyl group, an acylamino group, a cyano group, or a halogen atom (above preferred examples are R 103 and R 104 in the general formula (14)) More preferably an alkyl group, an alkenyl group, an aryl group, a heterocyclic group, an alkoxy group, an alkoxycarbonyl group, an amino group, an acylamino group or a halogen atom, particularly preferably an alkyl group or an alkenyl group. , Alkoxy group, alkoxycarbonyl group, amino group or acylamino group A.

一般式(5−1)〜(5−8)中、R167〜R171はそれぞれ独立に水素原子、脂肪族基、芳香族基、炭素原子で結合するヘテロ環基を表し。好ましくは、脂肪族基、芳香族基であり。より好ましくはカルボキシル基を有する脂肪族基である。配位子LLがアルキル基、アルケニル基等を含むとき、それらは直鎖状でも分岐状でもよく、置換されていても無置換でもよい。また、配位子LLがアリール基、ヘテロ環基等を含むとき、それらは単環でも縮環でもよく、置換されていても無置換でもよい。 In general formulas (5-1) to (5-8), R 167 to R 171 each independently represent a hydrogen atom, an aliphatic group, an aromatic group, or a heterocyclic group bonded with a carbon atom. Of these, an aliphatic group and an aromatic group are preferable. More preferably, it is an aliphatic group having a carboxyl group. When the ligand LL 2 contains an alkyl group, an alkenyl group or the like, they may be linear or branched and may be unsubstituted substituted. Also, when the ligand LL 2 contains an aryl group, a heterocyclic group, they may be a condensed ring may be monocyclic or be unsubstituted substituted.

一般式(5−1)〜(5−8)中、R151〜R166は環上のどの位置に結合していてもよい。またe1〜e6はそれぞれ独立に0〜4の整数を表し、好ましくは1〜2の整数を表す。e7及びe8はそれぞれ独立に0〜4の整数を表し、好ましくは1〜3の整数を表す。e9〜e12及びe15はそれぞれ独立に0〜6の整数を表し、e13、e14及びe16はそれぞれ独立に0〜4の整数を表す。e9〜e16はそれぞれ独立に0〜3の整数であるのが好ましい。 In general formulas (5-1) to (5-8), R 151 to R 166 may be bonded to any position on the ring. E1 to e6 each independently represents an integer of 0 to 4, preferably an integer of 1 to 2. e7 and e8 each independently represents an integer of 0 to 4, preferably an integer of 1 to 3. e9 to e12 and e15 each independently represents an integer of 0 to 6, and e13, e14 and e16 each independently represents an integer of 0 to 4. e9 to e16 are each independently preferably an integer of 0 to 3.

e1〜e8が2以上のとき、R151〜R158はそれぞれ同じでも異なっていてもよく、e9〜e16が2以上のとき、R159〜R166はそれぞれ同じでも異なっていてもよく、互いに連結して環を形成していてもよい。 When e1 to e8 is 2 or more, R 151 to R 158 may be the same or different. When e9 to e16 is 2 or more, R 159 to R 166 may be the same or different and are connected to each other. To form a ring.

(A4)配位子X
一般式(1)中、配位子Xは1座又は2座の配位子を表す。配位子Xの数を表すm3は0〜2の整数を表し、m3は好ましくは1又は2である。配位子Xが1座の配位子のとき、m3は2であるのが好ましく、配位子Xが2座配位子のとき、m3は1であるのが好ましい。m3が2のとき、配位子Xは同じでも異なっていてもよく、配位子X同士が連結していてもよい。
(A4) Ligand X
In the general formula (1), the ligand X represents a monodentate or bidentate ligand. M3 representing the number of ligands X represents an integer of 0 to 2, and m3 is preferably 1 or 2. When the ligand X is a monodentate ligand, m3 is preferably 2. When the ligand X is a bidentate ligand, m3 is preferably 1. When m3 is 2, the ligands X may be the same or different, and the ligands X may be linked to each other.

配位子Xは、アシルオキシ基(好ましくは炭素原子数1〜20のアシルオキシ基、例えば、アセチルオキシ、ベンゾイルオキシ、サリチル酸、グリシルオキシ、N,N−ジメチルグリシルオキシ、オキザリレン(―OC(O)C(O)O―)等)、アシルチオ基(好ましくは炭素原子数1〜20のアシルチオ基、例えば、アセチルチオ、ベンゾイルチオ等)、チオアシルオキシ基(好ましくは炭素原子数1〜20のチオアシルオキシ基、例えば、チオアセチルオキシ基(CHC(S)O―)等))、チオアシルチオ基(好ましくは炭素原子数1〜20のチオアシルチオ基、例えば、チオアセチルチオ(CHC(S)S―)、チオベンゾイルチオ(PhC(S)S―)等))、アシルアミノオキシ基(好ましくは炭素原子数1〜20のアシルアミノオキシ基、例えば、N−メチルベンゾイルアミノオキシ(PhC(O)N(CH)O―)、アセチルアミノオキシ(CHC(O)NHO―)等))、チオカルバメート基(好ましくは炭素原子数1〜20のチオカルバメート基、例えば、N,N−ジエチルチオカルバメート等)、ジチオカルバメート基(好ましくは炭素原子数1〜20のジチオカルバメート基、例えば、N−フェニルジチオカルバメート、N,N−ジメチルジチオカルバメート、N,N−ジエチルジチオカルバメート、N,N−ジベンジルジチオカルバメート等)、チオカルボネート基(好ましくは炭素原子数1〜20のチオカルボネート基、例えば、エチルチオカルボネート等)、ジチオカルボネート(好ましくは炭素原子数1〜20のジチオカルボネート、例えば、エチルジチオカルボネート(COC(S)S―)等)、トリチオカルボネート基(好ましくは炭素原子数1〜20のトリチオカルボネート基、例えば、エチルトリチオカルボネート(CSC(S)S−)等)、アシル基(好ましくは炭素原子数1〜20のアシル基、例えば、アセチル、ベンゾイル等)、チオシアネート基、イソチオシアネート基、シアネート基、イソシアネート基、シアノ基、アルキルチオ基(好ましくは炭素原子数1〜20のアルキルチオ基、例えばメタンチオ、エチレンジチオ等)、アリールチオ基(好ましくは炭素原子数6〜20のアリールチオ基、例えば、ベンゼンチオ、1,2−フェニレンジチオ等)、アルコキシ基(好ましくは炭素原子数1〜20のアルコキシ基、例えばメトキシ等)及びアリールオキシ基(好ましくは炭素原子数6〜20のアリールオキシ基、例えばフェノキシ、キノリン−8−ヒドロキシル等)からなる群から選ばれた基で配位された1座又は2座の配位子、もしくはハロゲン原子(好ましくは塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子等)、カルボニル(…CO)、ジアルキルケトン(好ましくは炭素原子数3〜20のジアルキルケトン、例えばアセトン((CHCO…)等)、1,3−ジケトン(好ましくは炭素原子数3〜20の1,3−ジケトン、例えば、アセチルアセトン(CHC(O…)CH=C(O―)CH)、トリフルオロアセチルアセトン(CFC(O…)CH=C(O―)CH)、ジピバロイルメタン(tCC(O…)CH=C(O―)t−C)、ジベンゾイルメタン(PhC(O…)CH=C(O―)Ph)、3−クロロアセチルアセトン(CHC(O…)CCl=C(O―)CH)等)、カルボンアミド(好ましくは炭素原子数1〜20のカルボンアミド、例えば、CHN=C(CH)O―、―OC(=NH)―C(=NH)O―等)、チオカルボンアミド(好ましくは炭素原子数1〜20のチオカルボンアミド、例えば、CHN=C(CH)S―等)、又はチオ尿素(好ましくは炭素原子数1〜20のチオ尿素、例えば、NH(…)=C(S―)NH、CHN(…)=C(S―)NHCH、(CHN―C(S…)N(CH等)からなる配位子を表す。なお、「…」は配位結合を示す。 The ligand X is an acyloxy group (preferably an acyloxy group having 1 to 20 carbon atoms, such as acetyloxy, benzoyloxy, salicylic acid, glycyloxy, N, N-dimethylglycyloxy, oxalylene (—OC (O) C (O) O-), etc.), an acylthio group (preferably an acylthio group having 1 to 20 carbon atoms, such as acetylthio, benzoylthio, etc.), a thioacyloxy group (preferably a thioacyloxy group having 1 to 20 carbon atoms, For example, a thioacetyloxy group (CH 3 C (S) O—) and the like)), a thioacylthio group (preferably a thioacylthio group having 1 to 20 carbon atoms, such as thioacetylthio (CH 3 C (S) S—) , Thiobenzoylthio (PhC (S) S—) and the like)), an acylaminooxy group (preferably an aryl having 1 to 20 carbon atoms) Silaminooxy group, for example, N-methylbenzoylaminooxy (PhC (O) N (CH 3 ) O—), acetylaminooxy (CH 3 C (O) NHO—), etc.)), thiocarbamate group (preferably A thiocarbamate group having 1 to 20 carbon atoms, such as N, N-diethylthiocarbamate, etc., a dithiocarbamate group (preferably a dithiocarbamate group having 1 to 20 carbon atoms, such as N-phenyldithiocarbamate, N, N-dimethyldithiocarbamate, N, N-diethyldithiocarbamate, N, N-dibenzyldithiocarbamate, etc.), a thiocarbonate group (preferably a thiocarbonate group having 1 to 20 carbon atoms, such as ethylthiocarbonate) Etc.), dithiocarbonate (preferably dithiocarbonate having 1 to 20 carbon atoms) Such as ethyl dithiocarbonate (C 2 H 5 OC (S) S—), etc., trithiocarbonate group (preferably a trithiocarbonate group having 1 to 20 carbon atoms, such as ethyl trithiocarbonate sulphonate (C 2 H 5 SC (S ) S-) and the like), an acyl group (preferably an acyl group having 1 to 20 carbon atoms, e.g., acetyl, benzoyl, etc.), a thiocyanate group, an isothiocyanate group, a cyanate group, an isocyanate Group, cyano group, alkylthio group (preferably an alkylthio group having 1 to 20 carbon atoms such as methanethio, ethylenedithio, etc.), arylthio group (preferably an arylthio group having 6 to 20 carbon atoms such as benzenethio, 1, 2 -Phenylenedithio etc.), an alkoxy group (preferably an alkoxy group having 1 to 20 carbon atoms, such as metho A monodentate or bidentate coordinated with a group selected from the group consisting of an aryloxy group (preferably an aryloxy group having 6 to 20 carbon atoms, such as phenoxy, quinoline-8-hydroxyl, etc.) A ligand, or a halogen atom (preferably a chlorine atom, a bromine atom, an iodine atom, etc.), a carbonyl (... CO), a dialkyl ketone (preferably a dialkyl ketone having 3 to 20 carbon atoms, such as acetone ((CH 3 ) 2 ). CO ...), etc.), 1,3-diketone (preferably having 3 to 20 carbon atoms 1,3-diketones, for example, acetylacetone (CH 3 C (O ...) CH = C (O-) CH 3), tri fluoro acetylacetone (CF 3 C (O ...) CH = C (O-) CH 3), dipivaloylmethane (tC 4 H 9 C (O ...) CH = C (O-) tC 4 H ), Dibenzoylmethane (PhC (O ...) CH = C (O-) Ph), 3- chloro-acetylacetone (CH 3 C (O ...) CCl = C (O-) CH 3) , etc.), carbonamido (preferably Is a carbonamide having 1 to 20 carbon atoms, such as CH 3 N═C (CH 3 ) O—, —OC (═NH) —C (═NH) O—, etc.), thiocarbonamide (preferably having carbon atoms 1 to 20 thiocarbonamides, such as CH 3 N═C (CH 3 ) S—, or thiourea (preferably thioureas having 1 to 20 carbon atoms, such as NH (...) = C (S— ) NH 2 , CH 3 N (...) = C (S—) NHCH 3 , (CH 3 ) 2 N—C (S...) N (CH 3 ) 2, etc.) "..." indicates a coordination bond.

配位子Xは、好ましくはアシルオキシ基、チオアシルチオ基、アシルアミノオキシ基、ジチオカルバメート基、ジチオカルボネート基、トリチオカルボネート基、チオシアネート基、イソチオシアネート基、シアネート基、イソシアネート基、シアノ基、アルキルチオ基、アリールチオ基、アルコキシ基及びアリールオキシ基からなる群から選ばれた基で配位する配位子、あるいはハロゲン原子、カルボニル、1,3−ジケトン又はチオ尿素からなる配位子であり、より好ましくはアシルオキシ基、アシルアミノオキシ基、ジチオカルバメート基、チオシアネート基、イソチオシアネート基、シアネート基、イソシアネート基、シアノ基又はアリールチオ基からなる群から選ばれた基で配位する配位子、あるいはハロゲン原子、1,3−ジケトン又はチオ尿素からなる配位子であり、特に好ましくはジチオカルバメート基、チオシアネート基、イソチオシアネート基、シアネート基及びイソシアネート基からなる群から選ばれた基で配位する配位子、あるいはハロゲン原子又は1,3−ジケトンからなる配位子であり、最も好ましくは、ジチオカルバメート基、チオシアネート基及びイソチオシアネート基からなる群から選ばれた基で配位する配位子、あるいは1,3−ジケトンからなる配位子である。なお配位子Xがアルキル基、アルケニル基、アルキニル基、アルキレン基等を含む場合、それらは直鎖状でも分岐状でもよく、置換されていても無置換でもよい。またアリール基、ヘテロ環基、シクロアルキル基等を含む場合、それらは置換されていても無置換でもよく、単環でも縮環していてもよい。   The ligand X is preferably an acyloxy group, a thioacylthio group, an acylaminooxy group, a dithiocarbamate group, a dithiocarbonate group, a trithiocarbonate group, a thiocyanate group, an isothiocyanate group, a cyanate group, an isocyanate group, a cyano group, A ligand coordinated by a group selected from the group consisting of an alkylthio group, an arylthio group, an alkoxy group and an aryloxy group, or a ligand consisting of a halogen atom, carbonyl, 1,3-diketone or thiourea, More preferably, a ligand coordinated with a group selected from the group consisting of acyloxy group, acylaminooxy group, dithiocarbamate group, thiocyanate group, isothiocyanate group, cyanate group, isocyanate group, cyano group or arylthio group, or Halogen atom, 1,3-dike Or a thiourea ligand, particularly preferably a ligand coordinated by a group selected from the group consisting of a dithiocarbamate group, a thiocyanate group, an isothiocyanate group, a cyanate group and an isocyanate group, or a halogen atom Or a ligand consisting of a 1,3-diketone, most preferably a ligand coordinated with a group selected from the group consisting of a dithiocarbamate group, a thiocyanate group and an isothiocyanate group, or a 1,3-diketone A ligand consisting of In addition, when the ligand X contains an alkyl group, an alkenyl group, an alkynyl group, an alkylene group or the like, these may be linear or branched, and may be substituted or unsubstituted. Moreover, when an aryl group, a heterocyclic group, a cycloalkyl group, etc. are included, they may be substituted or unsubstituted, and may be monocyclic or condensed.

配位子Xが2座配位子のとき、配位子Xはアシルオキシ基、アシルチオ基、チオアシルオキシ基、チオアシルチオ基、アシルアミノオキシ基、チオカルバメート基、ジチオカルバメート基、チオカルボネート基、ジチオカルボネート基、トリチオカルボネート基、アシル基、アルキルチオ基、アリールチオ基、アルコキシ基及びアリールオキシ基からなる群から選ばれた基で配位する配位子、あるいは1,3−ジケトン、カルボンアミド、チオカルボンアミド、又はチオ尿素からなる配位子であるのが好ましい。配位子Xが1座配位子のとき、配位子Xはチオシアネート基、イソチオシアネート基、シアネート基、イソシアネート基、シアノ基、アルキルチオ基、アリールチオ基からなる群から選ばれた基で配位する配位子、あるいはハロゲン原子、カルボニル、ジアルキルケトン、チオ尿素からなる配位子であるのが好ましい。   When the ligand X is a bidentate ligand, the ligand X is an acyloxy group, acylthio group, thioacyloxy group, thioacylthio group, acylaminooxy group, thiocarbamate group, dithiocarbamate group, thiocarbonate group, dithio group. A ligand coordinated by a group selected from the group consisting of carbonate group, trithiocarbonate group, acyl group, alkylthio group, arylthio group, alkoxy group and aryloxy group, or 1,3-diketone, carbonamide , A thiocarbonamide, or a thiourea ligand is preferred. When the ligand X is a monodentate ligand, the ligand X is coordinated with a group selected from the group consisting of a thiocyanate group, an isothiocyanate group, a cyanate group, an isocyanate group, a cyano group, an alkylthio group, and an arylthio group. Or a ligand comprising a halogen atom, carbonyl, dialkyl ketone, or thiourea.

(A5)対イオンCI
一般式(2)中のCIは電荷を中和させるのに対イオンが必要な場合の対イオンを表す。一般に、色素が陽イオン又は陰イオンであるか、あるいは正味のイオン電荷を有するかどうかは、色素中の金属、配位子及び置換基に依存する。
(A5) Counter ion CI
CI in the general formula (2) represents a counter ion when a counter ion is required to neutralize the charge. In general, whether a dye is a cation or an anion, or has a net ionic charge, depends on the metal, ligand and substituent in the dye.

置換基が解離性基を有することなどにより、一般式(2)の色素は解離して負電荷を持ってもよい。この場合、一般式(2)の色素全体の電荷は対イオンCIにより電気的に中性とされる。   The dye of the general formula (2) may be dissociated and have a negative charge because the substituent has a dissociable group. In this case, the entire charge of the dye of the general formula (2) is electrically neutralized by the counter ion CI.

対イオンCIが正の対イオンの場合、例えば、対イオンCIは、無機又は有機のアンモニウムイオン(例えばテトラアルキルアンモニウムイオン、ピリジニウムイオン等)、アルカリ金属イオン又はプロトンである。   When the counter ion CI is a positive counter ion, for example, the counter ion CI is an inorganic or organic ammonium ion (for example, tetraalkylammonium ion, pyridinium ion, etc.), an alkali metal ion, or a proton.

対イオンCIが負の対イオンの場合、例えば、対イオンCIは、無機陰イオンでも有機陰イオンでもよい。例えば、ハロゲン陰イオン(例えば、フッ化物イオン、塩化物イオン、臭化物イオン、ヨウ化物イオン等)、置換アリールスルホン酸イオン(例えばp−トルエンスルホン酸イオン、p−クロロベンゼンスルホン酸イオン等)、アリールジスルホン酸イオン(例えば1,3−ベンゼンジスルホン酸イオン、1,5−ナフタレンジスルホン酸イオン、2,6−ナフタレンジスルホン酸イオン等)、アルキル硫酸イオン(例えばメチル硫酸イオン等)、硫酸イオン、チオシアン酸イオン、過塩素酸イオン、テトラフルオロホウ酸イオン、ヘキサフルオロホスフェートイオン、ピクリン酸イオン、酢酸イオン、トリフルオロメタンスルホン酸イオン等が挙げられる。さらに電荷均衡対イオンとして、イオン性ポリマーあるいは色素と逆電荷を有する他の色素を用いてもよく、金属錯イオン(例えばビスベンゼン−1,2−ジチオラトニッケル(III)等)も使用可能である。   When the counter ion CI is a negative counter ion, for example, the counter ion CI may be an inorganic anion or an organic anion. For example, halogen anions (eg, fluoride ions, chloride ions, bromide ions, iodide ions, etc.), substituted aryl sulfonate ions (eg, p-toluene sulfonate ions, p-chlorobenzene sulfonate ions, etc.), aryl disulfones Acid ion (for example, 1,3-benzenedisulfonic acid ion, 1,5-naphthalenedisulfonic acid ion, 2,6-naphthalenedisulfonic acid ion, etc.), alkyl sulfate ion (for example, methyl sulfate ion, etc.), sulfate ion, thiocyanate ion Perchlorate ion, tetrafluoroborate ion, hexafluorophosphate ion, picrate ion, acetate ion, trifluoromethanesulfonate ion and the like. Further, as the charge balance counter ion, an ionic polymer or another dye having a charge opposite to that of the dye may be used, and a metal complex ion (for example, bisbenzene-1,2-dithiolatonickel (III)) can also be used. is there.

(A6)結合基
一般式(1)で表される構造を有する色素は、半導体微粒子の表面に対する適当な結合基(interlocking group)を少なくとも1つ以上有するのが好ましい。この結合基を色素中に1〜6個有するのがより好ましく、1〜4個有するのが特に好ましい。カルボキシル基、スルホン酸基、ヒドロキシル基、ヒドロキサム酸基(例えば―CONHOH等)、ホスホリル基(例えば―OP(O)(OH)等)、ホスホニル基(例えば―P(O)(OH)等)等の酸性基(解離性のプロトンを有する置換基)を色素中に有することが好ましい。
(A6) Bonding Group The dye having the structure represented by the general formula (1) preferably has at least one suitable bonding group (interlocking group) for the surface of the semiconductor fine particles. It is more preferable to have 1 to 6 bonding groups in the dye, and it is particularly preferable to have 1 to 4 bonding groups. Carboxyl group, sulfonic acid group, hydroxyl group, hydroxamic acid group (for example, —CONHOH), phosphoryl group (for example, —OP (O) (OH) 2, etc.), phosphonyl group (for example, —P (O) (OH) 2, etc.) It is preferable that the dye has an acidic group (substituent having a dissociable proton).

一般式(1)で表される色素は、溶液中における極大吸収波長が、500〜700nmの範囲であり、より好ましくは500〜650nmの範囲である。   The dye represented by the general formula (1) has a maximum absorption wavelength in the solution in the range of 500 to 700 nm, and more preferably in the range of 500 to 650 nm.

一般式(1)で表される色素は、特開2001−291534号公報を参考に、従来の方法で調製することができる。   The dye represented by the general formula (1) can be prepared by a conventional method with reference to JP-A No. 2001-291534.

本発明で用いる一般式(1)で表される構造を有する色素の具体例を以下に示すが、本発明はこれらに限定されるものではない。なお、下記具体例における色素がプロトン解離性基を有する配位子を含む場合、該配位子は必要に応じて解離しプロトンを放出してもよい。   Specific examples of the dye having the structure represented by the general formula (1) used in the present invention are shown below, but the present invention is not limited thereto. In addition, when the pigment | dye in the following specific example contains the ligand which has a proton dissociable group, this ligand may dissociate as needed and may discharge | release a proton.

Figure 2012053983
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(B)電荷移動体
本発明の光電変換素子10に用いられる電解質組成物には、酸化還元対として、例えばヨウ素とヨウ化物(例えばヨウ化リチウム、ヨウ化テトラブチルアンモニウム、ヨウ化テトラプロピルアンモニウム等)との組み合わせ、アルキルビオローゲン(例えばメチルビオローゲンクロリド、ヘキシルビオローゲンブロミド、ベンジルビオローゲンテトラフルオロボレート)とその還元体との組み合わせ、ポリヒドロキシベンゼン類(例えばハイドロキノン、ナフトハイドロキノン等)とその酸化体との組み合わせ、2価と3価の鉄錯体(例えば赤血塩と黄血塩)の組み合わせ等が挙げられる。これらのうちヨウ素とヨウ化物との組み合わせが好ましい。
(B) Charge transfer body In the electrolyte composition used for the photoelectric conversion element 10 of the present invention, as an oxidation-reduction pair, for example, iodine and iodide (for example, lithium iodide, tetrabutylammonium iodide, tetrapropylammonium iodide, etc.) ), Combinations of alkyl viologens (eg methyl viologen chloride, hexyl viologen bromide, benzyl viologen tetrafluoroborate) and their reduced forms, combinations of polyhydroxybenzenes (eg hydroquinone, naphthohydroquinone, etc.) and their oxidants Examples thereof include combinations of divalent and trivalent iron complexes (for example, red blood salt and yellow blood salt). Of these, a combination of iodine and iodide is preferred.

ヨウ素塩のカチオンは5員環又は6員環の含窒素芳香族カチオンであるのが好ましい。特に、一般式(1)により表される化合物がヨウ素塩でない場合は、再公表WO95/18456号公報、特開平8−259543号公報、電気化学,第65巻,11号,923頁(1997年)等に記載されているピリジニウム塩、イミダゾリウム塩、トリアゾリウム塩等のヨウ素塩を併用するのが好ましい。   The cation of the iodine salt is preferably a 5-membered or 6-membered nitrogen-containing aromatic cation. In particular, when the compound represented by the general formula (1) is not an iodine salt, republished WO95 / 18456, JP-A-8-259543, Electrochemistry, Vol.65, No.11, p.923 (1997) It is preferable to use iodine salts such as pyridinium salts, imidazolium salts, and triazolium salts described in the above.

本発明の光電変換素子10に使用される電解質組成物中には、ヘテロ環4級塩化合物と共にヨウ素を含有するのが好ましい。ヨウ素の含有量は電解質組成物全体に対して0.1〜20質量%であるのが好ましく、0.5〜5質量%であるのがより好ましい。   The electrolyte composition used for the photoelectric conversion element 10 of the present invention preferably contains iodine together with the heterocyclic quaternary salt compound. The iodine content is preferably 0.1 to 20% by mass, and more preferably 0.5 to 5% by mass with respect to the entire electrolyte composition.

本発明の光電変換素子10に用いられる電解質組成物は溶媒を含んでいてもよい。電解質組成物中の溶媒含有量は組成物全体の50質量%以下であるのが好ましく、30質量%以下であるのがより好ましく、10質量%以下であるのが特に好ましい。   The electrolyte composition used for the photoelectric conversion element 10 of the present invention may contain a solvent. The content of the solvent in the electrolyte composition is preferably 50% by mass or less, more preferably 30% by mass or less, and particularly preferably 10% by mass or less based on the entire composition.

溶媒としては低粘度でイオン移動度が高いか、高誘電率で有効キャリアー濃度を高めることができるか、又はその両方であるために優れたイオン伝導性を発現できるものが好ましい。このような溶媒としてカーボネート化合物(エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート等)、複素環化合物(3−メチル−2−オキサゾリジノン等)、エーテル化合物(ジオキサン、ジエチルエーテル等)、鎖状エーテル類(エチレングリコールジアルキルエーテル、プロピレングリコールジアルキルエーテル、ポリエチレングリコールジアルキルエーテル、ポリプロピレングリコールジアルキルエーテル等)、アルコール類(メタノール、エタノール、エチレングリコールモノアルキルエーテル、プロピレングリコールモノアルキルエーテル、ポリエチレングリコールモノアルキルエーテル、ポリプロピレングリコールモノアルキルエーテル等)、多価アルコール類(エチレングリコール、プロピレングリコール、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール、グリセリン等)、ニトリル化合物(アセトニトリル、グルタロジニトリル、メトキシアセトニトリル、プロピオニトリル、ベンゾニトリル、ビスシアノエチルエーテル等)、エステル類(カルボン酸エステル、リン酸エステル、ホスホン酸エステル等)、非プロトン性極性溶媒(ジメチルスルホキシド(DMSO)、スルフォラン等)、水、特開2002−110262記載の含水電解液、特開2000−36332号公報、特開2000−243134号公報、及び再公表WO/00−54361号公報記載の電解質溶媒などが挙げられる。これらの溶媒は二種以上を混合して用いてもよい。   As the solvent, those having a low viscosity and high ion mobility, a high dielectric constant and capable of increasing the effective carrier concentration, or both are preferable because they can exhibit excellent ion conductivity. As such a solvent, carbonate compounds (ethylene carbonate, propylene carbonate, etc.), heterocyclic compounds (3-methyl-2-oxazolidinone, etc.), ether compounds (dioxane, diethyl ether, etc.), chain ethers (ethylene glycol dialkyl ether, Propylene glycol dialkyl ether, polyethylene glycol dialkyl ether, polypropylene glycol dialkyl ether, etc.), alcohols (methanol, ethanol, ethylene glycol monoalkyl ether, propylene glycol monoalkyl ether, polyethylene glycol monoalkyl ether, polypropylene glycol monoalkyl ether, etc.), Polyhydric alcohols (ethylene glycol, propylene glycol, polyethylene glycol Nitrile compounds (acetonitrile, glutarodinitrile, methoxyacetonitrile, propionitrile, benzonitrile, biscyanoethyl ether, etc.), esters (carboxylic esters, phosphate esters, phosphonates, etc.) ), Aprotic polar solvent (dimethyl sulfoxide (DMSO), sulfolane, etc.), water, hydrous electrolyte described in JP-A No. 2002-110262, JP-A No. 2000-36332, JP-A No. 2000-243134, and republication Examples include electrolyte solvents described in WO / 00-54361. These solvents may be used as a mixture of two or more.

また、電解質溶媒として、室温において液体状態であり、及び室温よりも低い融点を有する電気化学的に不活性な塩を用いても良い。例えば、1−エチルー3−メチルイミダゾリウムトリフルオロメタンスルホネート、1−ブチルー3−メチルイミダゾリウムトリフルオロメタンスルホネート等にイミダゾリウム塩、ピリジニウム塩などの含窒素ヘテロ環四級塩化合物、又はテトラアルキルアンモニウム塩などが挙げられる。   Further, as the electrolyte solvent, an electrochemically inert salt which is in a liquid state at room temperature and has a melting point lower than room temperature may be used. For example, 1-ethyl-3-methylimidazolium trifluoromethanesulfonate, 1-butyl-3-methylimidazolium trifluoromethanesulfonate, etc., nitrogen-containing heterocyclic quaternary salt compounds such as imidazolium salts and pyridinium salts, or tetraalkylammonium salts Is mentioned.

本発明の光電変換素子に用いられる電解質組成物には、ポリマーやオイルゲル化剤を添加したり、多官能モノマー類の重合やポリマーの架橋反応等の手法によりゲル化(固体化)してもよい。   The electrolyte composition used in the photoelectric conversion element of the present invention may be added with a polymer or an oil gelling agent, or may be gelled (solidified) by a technique such as polymerization of polyfunctional monomers or polymer crosslinking reaction. .

ポリマーを添加することにより電解質組成物をゲル化させる場合、Polymer Electrolyte Reviews−1及び2(J. R. MacCallumとC. A. Vincentの共編、ELSEVIER APPLIED SCIENCE)に記載された化合物等を添加することができる。この場合、ポリアクリロニトリル又はポリフッ化ビニリデンを用いるのが好ましい。   When the electrolyte composition is gelled by adding a polymer, a compound described in Polymer Electrolyte Reviews-1 and 2 (J.R. MacCallum and CA Vincent, co-edited by ELSEVIER APPLIED SCIENCE) is added. be able to. In this case, it is preferable to use polyacrylonitrile or polyvinylidene fluoride.

オイルゲル化剤を添加することにより電解質組成物をゲル化させる場合は、オイルゲル化剤としてJ. Chem. Soc. Japan, Ind. Chem. Soc., 46779 (1943)、J. Am. Chem. Soc., 111, 5542 (1989)、J. Chem. Soc., Chem. Commun., 390 (1993)、Angew. Chem. Int.Ed. Engl., 35, 1949 (1996)、Chem. Lett., 885, (1996)、J. Chem. Soc., Chem. Commun., 545, (1997)等に記載された化合物を使用することができ、アミド構造を有する化合物を用いるのが好ましい。   When the electrolyte composition is gelled by adding an oil gelling agent, J.I. Chem. Soc. Japan, Ind. Chem. Soc. , 46779 (1943); Am. Chem. Soc. 111, 5542 (1989); Chem. Soc. Chem. Commun. , 390 (1993), Angew. Chem. Int. Ed. Engl. , 35, 1949 (1996), Chem. Lett. , 885 (1996), J. Am. Chem. Soc. Chem. Commun. , 545, (1997) and the like, and a compound having an amide structure is preferably used.

多官能モノマー類の重合によって電解質組成物をゲル化する場合は、多官能モノマー類、重合開始剤、電解質及び溶媒から溶液を調製し、キャスト法、塗布法、浸漬法、含浸法等の方法により色素を担持した電極上にゾル状の電解質層を形成し、その後多官能モノマーのラジカル重合によってゲル化させる方法が好ましい。多官能モノマー類はエチレン性不飽和基を2個以上有する化合物であることが好ましく、ジビニルベンゼン、エチレングリコールジアクリレート、エチレングリコールジメタクリレート、ジエチレングリコールジアクリレート、ジエチレングリコールジメタクリレート、トリエチレングリコールジアクリレート、トリエチレングリコールジメタクリレート、ペンタエリスリトールトリアクリレート、トリメチロールプロパントリアクリレート等が好ましい。   When gelling the electrolyte composition by polymerization of polyfunctional monomers, prepare a solution from the polyfunctional monomers, polymerization initiator, electrolyte and solvent, and use methods such as casting, coating, dipping, and impregnation. A method in which a sol-like electrolyte layer is formed on an electrode carrying a dye and then gelled by radical polymerization of a polyfunctional monomer is preferred. The polyfunctional monomers are preferably compounds having two or more ethylenically unsaturated groups, such as divinylbenzene, ethylene glycol diacrylate, ethylene glycol dimethacrylate, diethylene glycol diacrylate, diethylene glycol dimethacrylate, triethylene glycol diacrylate, triethylene glycol Ethylene glycol dimethacrylate, pentaerythritol triacrylate, trimethylolpropane triacrylate and the like are preferable.

ゲル電解質は上記多官能モノマー類の他に単官能モノマーを含む混合物の重合によって形成してもよい。単官能モノマーとしては、アクリル酸又はα−アルキルアクリル酸(アクリル酸、メタクリル酸、イタコン酸等)或いはそれらのエステル又はアミドやビニルエステル類(酢酸ビニル等)、マレイン酸又はフマル酸又はそれらから誘導されるエステル類(マレイン酸ジメチル、マレイン酸ジブチル、フマル酸ジエチル等)、p−スチレンスルホン酸のナトリウム塩、アクリロニトリル、メタクリロニトリル、ジエン類(ブタジエン、シクロペンタジエン、イソプレン等)、芳香族ビニル化合物(スチレン、p−クロロスチレン、t−ブチルスチレン、α−メチルスチレン、スチレンスルホン酸ナトリウム等)、N−ビニルホルムアミド、N−ビニル−N−メチルホルムアミド、N−ビニルアセトアミド、N−ビニル−N−メチルアセトアミド、ビニルスルホン酸、ビニルスルホン酸ナトリウム、アリルスルホン酸ナトリウム、メタクリルスルホン酸ナトリウム、ビニリデンフルオライド、ビニリデンクロライド、ビニルアルキルエーテル類(メチルビニルエーテル等)、エチレン、プロピレン、ブテン、イソブテン、N−フェニルマレイミド等が使用可能である。   The gel electrolyte may be formed by polymerization of a mixture containing a monofunctional monomer in addition to the above polyfunctional monomers. Monofunctional monomers include acrylic acid or α-alkyl acrylic acid (acrylic acid, methacrylic acid, itaconic acid, etc.) or their esters or amides or vinyl esters (vinyl acetate, etc.), maleic acid or fumaric acid or their derivatives. Esters (dimethyl maleate, dibutyl maleate, diethyl fumarate, etc.), sodium salt of p-styrenesulfonic acid, acrylonitrile, methacrylonitrile, dienes (butadiene, cyclopentadiene, isoprene, etc.), aromatic vinyl compounds (Styrene, p-chlorostyrene, t-butylstyrene, α-methylstyrene, sodium styrenesulfonate, etc.), N-vinylformamide, N-vinyl-N-methylformamide, N-vinylacetamide, N-vinyl-N- Methylacetamide, Vinyl sulfonic acid, sodium vinyl sulfonate, sodium allyl sulfonate, sodium methacryl sulfonate, vinylidene fluoride, vinylidene chloride, vinyl alkyl ethers (such as methyl vinyl ether), ethylene, propylene, butene, isobutene, N-phenylmaleimide, etc. It can be used.

多官能モノマーの配合量は、モノマー全体に対して0.5〜70質量%とすることが好ましく、1.0〜50質量%であるのがより好ましい。上述のモノマーは、大津隆行・木下雅悦共著「高分子合成の実験法」(化学同人)や大津隆行「講座重合反応論1ラジカル重合(I)」(化学同人)に記載された一般的な高分子合成法であるラジカル重合によって重合することができる。本発明で使用するゲル電解質用モノマーは加熱、光又は電子線によって、或いは電気化学的にラジカル重合させることができるが、特に加熱によってラジカル重合させるのが好ましい。この場合、好ましく使用できる重合開始剤は2,2’−アゾビスイソブチロニトリル、2,2’−アゾビス(2,4−ジメチルバレロニトリル)、ジメチル2,2’−アゾビス(2−メチルプロピオネート)、ジメチル2,2’−アゾビスイソブチレート等のアゾ系開始剤、ラウリルパーオキシド、ベンゾイルパーオキシド、t−ブチルパーオクトエート等の過酸化物系開始剤等である。重合開始剤の好ましい添加量はモノマー総量に対し0.01〜20質量%であり、より好ましくは0.1〜10質量%である。   The blending amount of the polyfunctional monomer is preferably 0.5 to 70% by mass and more preferably 1.0 to 50% by mass with respect to the whole monomer. The above-mentioned monomers are the same as those described in Takayuki Otsu and Masaaki Kinoshita "Experimental Methods for Polymer Synthesis" (Chemical Doujin) and Takatsu Otsu "Lecture Polymerization Reaction Theory 1 Radical Polymerization (I)" (Chemical Doujin). Polymerization can be performed by radical polymerization which is a polymer synthesis method. The monomer for gel electrolyte used in the present invention can be radically polymerized by heating, light or electron beam, or electrochemically, and is particularly preferably radically polymerized by heating. In this case, preferably used polymerization initiators are 2,2′-azobisisobutyronitrile, 2,2′-azobis (2,4-dimethylvaleronitrile), dimethyl 2,2′-azobis (2-methylpropyl). Pionate), azo initiators such as dimethyl 2,2′-azobisisobutyrate, peroxide initiators such as lauryl peroxide, benzoyl peroxide, and t-butyl peroctoate. The preferable addition amount of a polymerization initiator is 0.01-20 mass% with respect to the monomer total amount, More preferably, it is 0.1-10 mass%.

ゲル電解質に占めるモノマーの重量組成範囲は0.5〜70質量%であるのが好ましい
。より好ましくは1.0〜50質量%である。ポリマーの架橋反応により電解質組成物をゲル化させる場合は、組成物に架橋可能な反応性基を有するポリマー及び架橋剤を添加するのが好ましい。好ましい反応性基はピリジン環、イミダゾール環、チアゾール環、オキサゾール環、トリアゾール環、モルホリン環、ピペリジン環、ピペラジン環等の含窒素複素環であり、好ましい架橋剤は窒素原子が求核攻撃できる官能基を2つ以上有する化合物(求電子剤)であり、例えば2官能以上のハロゲン化アルキル、ハロゲン化アラルキル、スルホン酸エステル、酸無水物、酸クロライド、イソシアネート等である。
The weight composition range of the monomer in the gel electrolyte is preferably 0.5 to 70% by mass. More preferably, it is 1.0-50 mass%. When the electrolyte composition is gelled by a polymer crosslinking reaction, it is preferable to add a polymer having a reactive group capable of crosslinking to the composition and a crosslinking agent. Preferred reactive groups are nitrogen-containing heterocycles such as pyridine ring, imidazole ring, thiazole ring, oxazole ring, triazole ring, morpholine ring, piperidine ring, piperazine ring, and the preferred crosslinking agent is a functional group capable of nucleophilic attack by the nitrogen atom. Is a compound (electrophile) having two or more of, for example, a bifunctional or higher functional alkyl halide, halogenated aralkyl, sulfonic acid ester, acid anhydride, acid chloride, isocyanate and the like.

本発明の電解質組成物には、金属ヨウ化物(LiI、NaI、KI、CsI、CaI等)、金属臭化物(LiBr、NaBr、KBr、CsBr、CaBr 2等)、4級アンモニウム臭素塩(テトラアルキルアンモニウムブロマイド、ピリジニウムブロマイド等)、金属錯体(フェロシアン酸塩−フェリシアン酸塩、フェロセン−フェリシニウムイオン等)、イオウ化合物(ポリ硫化ナトリウム、アルキルチオール−アルキルジスルフィド等)、ビオロゲン色素、ヒドロキノン−キノン等を添加してよい。これらは混合して用いてもよい。 The electrolyte composition of the present invention, metal iodides (LiI, NaI, KI, CsI , CaI 2 , etc.), a metal bromide (LiBr, NaBr, KBr, CsBr , CaBr 2 , etc.), quaternary ammonium bromine salt (tetraalkylammonium Ammonium bromide, pyridinium bromide, etc.), metal complexes (ferrocyanate-ferricyanate, ferrocene-ferricinium ion, etc.), sulfur compounds (sodium polysulfide, alkylthiol-alkyldisulfides, etc.), viologen dye, hydroquinone-quinone Etc. may be added. These may be used as a mixture.

また、本発明ではJ. Am. Ceram. Soc., 80, (12), 3157−3171 (1997)に記載のt−ブチルピリジンや、2−ピコリン、2,6−ルチジン等の塩基性化合物を添加してもよい。塩基性化合物を添加する場合の好ましい濃度範囲は0.05〜2Mである。   Further, in the present invention, J.P. Am. Ceram. Soc. 80, (12), 3157-3171 (1997), and basic compounds such as 2-picoline and 2,6-lutidine may be added. A preferable concentration range in the case of adding a basic compound is 0.05 to 2M.

また、本発明の電解質としては、正孔導体物質を含む電荷輸送層を用いても良い。正孔導体物質として、9,9’−スピロビフルオレン誘導体などを用いることができる。   Further, as the electrolyte of the present invention, a charge transport layer containing a hole conductor material may be used. As the hole conductor material, a 9,9'-spirobifluorene derivative or the like can be used.

また、電極層、感光体層(光電変換層)、電荷移動体層(ホール輸送層)、伝導層、対極層を順次に積層することができる。p型半導体として機能するホール輸送材料をホール輸送層として用いることができる。好ましいホール輸送層としては、例えば無機系又は有機系のホール輸送材料を用いることができる。無機系ホール輸送材料としては、CuI、CuO,NiO等が挙げられる。また、有機系ホール輸送材料としては、高分子系と低分子系のものが挙げられ、高分子系のものとしては、例えばポリビニルカルバゾール、ポリアミン、有機ポリシラン等が挙げられる。また、低分子系のものとしては、例えばトリフェニルアミン誘導体、スチルベン誘導体、ヒドラゾン誘導体、フェナミン誘導体等が挙げられる。この中でも有機ポリシランは、従来の炭素系高分子と異なり、主鎖のSiに沿って非局化されたσ電子が光伝導に寄与し、高いホール移動度を有するため、好ましい(Phys. Rev. B, 35, 2818(1987))。   In addition, an electrode layer, a photoreceptor layer (photoelectric conversion layer), a charge transfer layer (hole transport layer), a conductive layer, and a counter electrode layer can be sequentially stacked. A hole transport material that functions as a p-type semiconductor can be used as the hole transport layer. As a preferred hole transport layer, for example, an inorganic or organic hole transport material can be used. Examples of the inorganic hole transport material include CuI, CuO, and NiO. Examples of the organic hole transport material include high molecular weight materials and low molecular weight materials, and examples of the high molecular weight materials include polyvinyl carbazole, polyamine, and organic polysilane. Moreover, as a low molecular weight thing, a triphenylamine derivative, a stilbene derivative, a hydrazone derivative, a phenamine derivative etc. are mentioned, for example. Among these, organic polysilanes are preferable because, unlike conventional carbon-based polymers, σ electrons delocalized along the main chain Si contribute to photoconductivity and have high hole mobility (Phys. Rev.). B, 35, 2818 (1987)).

上記伝導層は、導電性のよいものであれば特に限定されないが、例えば無機導電性材料、有機導電性材料、導電性ポリマー、分子間電荷移動錯体等が挙げられる。中でもドナー材料とアクセプター材料とから形成された分子間電荷移動錯体が好ましい。この中でも、有機ドナーと有機アクセプターとから形成されたものを好ましく用いることができる。
この伝導層の厚みは、特に限定されないが、多孔質を完全に埋めることができる程度が好ましい。
The conductive layer is not particularly limited as long as it has good conductivity, and examples thereof include inorganic conductive materials, organic conductive materials, conductive polymers, and intermolecular charge transfer complexes. Among them, an intermolecular charge transfer complex formed from a donor material and an acceptor material is preferable. Among these, what was formed from the organic donor and the organic acceptor can be used preferably.
The thickness of this conductive layer is not particularly limited, but is preferably such that the porous layer can be completely filled.

上記ドナー材料は、分子構造内で電子がリッチなものが好ましい。例えば、有機ドナー材料としては、分子のπ電子系に、アミン基、水酸基、エーテル基、セレン又は硫黄原子を有するものが挙げられ、具体的には、フェニルアミン系、トリフェニルメタン系、カルバゾール系、フェノール系、テトラチアフルバレン系材料が挙げられる。アクセプター材料としては、分子構造内で電子不足なものが好ましい。例えば、有機アクセプター材料としては、フラーレン、分子のπ電子系にニトロ基、シアノ基、カルボキシル基又はハロゲン基等の置換基を有するものが挙げられ、具体的にはPCBM、ベンゾキノン系、ナフトキノン系等のキノン系、フロオレノン系、クロラニル系、ブロマニル系、テトラシアノキノジメタン系、テトラシアノンエチレン系等が挙げられる。   The donor material is preferably a material rich in electrons in the molecular structure. For example, organic donor materials include those having an amine group, hydroxyl group, ether group, selenium or sulfur atom in the π-electron system of the molecule, specifically, phenylamine-based, triphenylmethane-based, carbazole-based , Phenol-based materials, and tetrathiafulvalene-based materials. As the acceptor material, those lacking electrons in the molecular structure are preferable. For example, organic acceptor materials include fullerenes, those having a substituent such as a nitro group, a cyano group, a carboxyl group or a halogen group in the π-electron system of the molecule, specifically, PCBM, benzoquinone, naphthoquinone, etc. Quinone, fluoroenone, chloranil, bromanyl, tetracyanoquinodimethane, tetracyanoethylene and the like.

(C)導電性支持体
図1に示すように、本発明の光電変換素子には、導電性支持体1上には多孔質の半導体微粒子22に増感色素21が吸着された感光体層2が形成されている。後述する通り、例えば、半導体微粒子の分散液を導電性支持体に塗布・乾燥後、本発明の色素溶液に浸漬することにより、感光体層2を製造することができる。
(C) Conductive Support As shown in FIG. 1, in the photoelectric conversion element of the present invention, a photosensitive layer 2 in which a sensitizing dye 21 is adsorbed on porous semiconductor fine particles 22 on a conductive support 1. Is formed. As will be described later, for example, the photoreceptor layer 2 can be produced by immersing the dispersion of semiconductor fine particles in the dye solution of the present invention after coating and drying on a conductive support.

導電性支持体1としては、金属のように支持体そのものに導電性があるものか、又は表面に導電膜層を有するガラスや高分子材料を使用することができる。導電性支持体1は実質的に透明であることが好ましい。実質的に透明であるとは光の透過率が10%以上であることを意味し、50%以上であることが好ましく、80%以上が特に好ましい。導電性支持体1としては、ガラスや高分子材料に導電性の金属酸化物を塗設したものを使用することができる。このときの導電性の金属酸化物の塗布量は、ガラスや高分子材料の支持体1m2当たり、0.1〜100gが好ましい。透明導電性支持体を用いる場合、光は支持体側から入射させることが好ましい。好ましく使用される高分子材料の一例として、テトラアセチルセルロース(TAC)、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリエチレンナフタレート(PEN)、シンジオタクチックポリスチレン(SPS)、ポリフェニレンスルフィド(PPS)、ポリカーボネート(PC)、ポリアリレート(PAR)、ポリスルフォン(PSF)、ポリエステルスルフォン(PES)、ポリエーテルイミド(PEI)、環状ポリオレフィン、ブロム化フェノキシ等を挙げることができる。導電性支持体1上には、表面に光マネージメント機能を施してもよく、例えば、特開2003−123859記載の高屈折膜及び低屈性率の酸化物膜を交互に積層した反射防止膜、特開2002−260746記載のライトガイド機能が上げられる。 As the conductive support 1, glass or a polymer material having a conductive film on the surface can be used as the support itself, such as metal. The conductive support 1 is preferably substantially transparent. Substantially transparent means that the light transmittance is 10% or more, preferably 50% or more, particularly preferably 80% or more. As the conductive support 1, a glass or polymer material coated with a conductive metal oxide can be used. The coating amount of the conductive metal oxide at this time is preferably 0.1 to 100 g per 1 m 2 of the support of glass or polymer material. When a transparent conductive support is used, light is preferably incident from the support side. Examples of polymer materials that are preferably used include tetraacetyl cellulose (TAC), polyethylene terephthalate (PET), polyethylene naphthalate (PEN), syndiotactic polystyrene (SPS), polyphenylene sulfide (PPS), polycarbonate (PC), Examples include polyarylate (PAR), polysulfone (PSF), polyester sulfone (PES), polyetherimide (PEI), cyclic polyolefin, and brominated phenoxy. On the conductive support 1, the surface may be provided with a light management function. For example, an antireflection film in which high refractive films and low refractive index oxide films described in JP-A-2003-123859 are alternately laminated, The light guide function described in JP-A-2002-260746 is improved.

この他にも、金属支持体も好ましく使用することができる。その一例としては、チタン、アルミニウム、銅、ニッケル、鉄、ステンレス、銅を挙げることができる。これらの金属は合金であってもよい。さらに好ましくは、チタン、アルミニウム、銅が好ましく、特に好ましくは、チタンやアルミニウムである。   In addition to this, a metal support can also be preferably used. Examples thereof include titanium, aluminum, copper, nickel, iron, stainless steel, and copper. These metals may be alloys. More preferably, titanium, aluminum, and copper are preferable, and titanium and aluminum are particularly preferable.

導電性支持体1上には、紫外光を遮断する機能を持たせることが好ましい。例えば、紫外光を可視光に変えることが出来る蛍光材料を透明支持体中又は、透明支持体表面に存在させる方法や紫外線吸収剤を用いる方法も挙げられる。   It is preferable that the conductive support 1 has a function of blocking ultraviolet light. For example, a method in which a fluorescent material capable of changing ultraviolet light into visible light is present in the transparent support or on the surface of the transparent support, or a method using an ultraviolet absorber is also included.

導電性支持体1上には、さらに特開平11−250944号公報等に記載の機能を付与してもよい。   On the conductive support 1, a function described in JP-A-11-250944 may be further provided.

好ましい導電膜としては金属(例えば白金、金、銀、銅、アルミニウム、ロジウム、インジウム等)、炭素、もしくは導電性の金属酸化物(インジウム−スズ複合酸化物、酸化スズにフッ素をドープしたもの等)が挙げられる。   Preferred conductive films include metals (eg, platinum, gold, silver, copper, aluminum, rhodium, indium, etc.), carbon, or conductive metal oxides (indium-tin composite oxide, tin oxide doped with fluorine, etc.) ).

導電膜の厚さは0.01〜30μmであることが好ましく、0.03〜25μmであることが更に好ましく、特に好ましくは0.05〜20μmである。   The thickness of the conductive film is preferably 0.01 to 30 μm, more preferably 0.03 to 25 μm, and particularly preferably 0.05 to 20 μm.

導電性支持体1は表面抵抗が低い程よい。好ましい表面抵抗の範囲としては50Ω/cm2以下であり、さらに好ましくは10Ω/cm2以下である。この下限に特に制限はないが、通常0.1Ω/cm2程度である。 The conductive support 1 preferably has a lower surface resistance. The range of the surface resistance is preferably 50 Ω / cm 2 or less, more preferably 10 Ω / cm 2 or less. This lower limit is not particularly limited, but is usually about 0.1 Ω / cm 2 .

導電膜の抵抗値はセル面積が大きくなると大きくなる為、集電電極を配置してもよい。導電性支持体1と透明導電膜の間にガスバリア膜及びイオン拡散防止膜のどちらか一方又は両方を配置しても良い。ガスバリア層としては、樹脂膜や無機膜を使用することができる。   Since the resistance value of the conductive film increases as the cell area increases, a collecting electrode may be disposed. One or both of a gas barrier film and an ion diffusion preventing film may be disposed between the conductive support 1 and the transparent conductive film. As the gas barrier layer, a resin film or an inorganic film can be used.

また、透明電極と多孔質半導体電極光触媒含有層を設けてもよい。透明導電膜は積層構造でも良く、好ましい方法としてたとえば、ITO上にFTOを積層することができる。   Moreover, you may provide a transparent electrode and a porous semiconductor electrode photocatalyst content layer. The transparent conductive film may have a laminated structure, and as a preferable method, for example, FTO can be laminated on ITO.

(D)半導体微粒子
図1に示すように、本発明の光電変換素子10には、導電性支持体1上には多孔質の半導体微粒子22に増感色素21が吸着された感光体層2が形成されている。後述する通り、例えば、半導体微粒子22の分散液を前記導電性支持体1に塗布・乾燥後、上述の色素溶液に浸漬することにより、感光体層2を製造することができる。
(D) Semiconductor Fine Particle As shown in FIG. 1, the photoelectric conversion element 10 of the present invention has a photosensitive layer 2 in which a sensitizing dye 21 is adsorbed on a porous semiconductor fine particle 22 on a conductive support 1. Is formed. As will be described later, for example, the photoreceptor layer 2 can be produced by immersing the dispersion of the semiconductor fine particles 22 on the conductive support 1 and then immersing it in the above dye solution.

半導体微粒子22としては、好ましくは金属のカルコゲニド(例えば酸化物、硫化物、セレン化物等)又はペロブスカイトの微粒子が用いられる。金属のカルコゲニドとしては、好ましくはチタン、スズ、亜鉛、タングステン、ジルコニウム、ハフニウム、ストロンチウム、インジウム、セリウム、イットリウム、ランタン、バナジウム、ニオブ、もしくはタンタルの酸化物、硫化カドミウム、セレン化カドミウム等が挙げられる。ペロブスカイトとしては、好ましくはチタン酸ストロンチウム、チタン酸カルシウム等が挙げられる。これらのうち酸化チタン、酸化亜鉛、酸化スズ、酸化タングステンが特に好ましい。   As the semiconductor fine particles 22, metal chalcogenides (for example, oxides, sulfides, selenides, etc.) or perovskite fine particles are preferably used. Preferred examples of the metal chalcogenide include titanium, tin, zinc, tungsten, zirconium, hafnium, strontium, indium, cerium, yttrium, lanthanum, vanadium, niobium, tantalum oxide, cadmium sulfide, cadmium selenide, and the like. . Preferred perovskites include strontium titanate and calcium titanate. Of these, titanium oxide, zinc oxide, tin oxide, and tungsten oxide are particularly preferable.

半導体には伝導に関わるキャリアーが電子であるn型とキャリアーが正孔であるp型が存在するが、本発明の素子ではn型を用いることが変換効率の点で好ましい。n型半導体には、不純物準位をもたず伝導帯電子と価電子帯正孔によるキャリアーの濃度が等しい固有半導体(例えば真性半導体)の他に、不純物に由来する構造欠陥により電子キャリアー濃度の高いn型半導体が存在する。本発明で好ましく用いられるn型の無機半導体は、TiO、TiSrO、ZnO、Nb、SnO、WO、Si、CdS、CdSe、V、ZnS、ZnSe、SnSe、KTaO、FeS、PbS、InP、GaAs、CuInS、CuInSeなどである。これらのうち最も好ましいn型半導体はTiO、ZnO、SnO、WO、ならびにNbである。また、これらの半導体の複数を複合させた半導体材料も好ましく用いられる。 In semiconductors, there are an n-type in which carriers involved in conduction are electrons and a p-type in which carriers are holes. In the element of the present invention, n-type is preferable in terms of conversion efficiency. In n-type semiconductors, in addition to intrinsic semiconductors (for example, intrinsic semiconductors) having no impurity level and equal carrier concentration due to conduction band electrons and valence band holes, the electron carrier concentration is reduced by structural defects derived from impurities. There are high n-type semiconductors. The n-type inorganic semiconductor preferably used in the present invention is TiO 2 , TiSrO 3 , ZnO, Nb 2 O 3 , SnO 2 , WO 3 , Si, CdS, CdSe, V 2 O 5 , ZnS, ZnSe, SnSe, KTaO. 3 , FeS 2 , PbS, InP, GaAs, CuInS 2 , CuInSe 2 and the like. Of these, the most preferred n-type semiconductors are TiO 2 , ZnO, SnO 2 , WO 3 , and Nb 2 O 3 . A semiconductor material in which a plurality of these semiconductors are combined is also preferably used.

半導体微粒子22の粒径は、半導体微粒子分散液の粘度を高く保つ目的で、一次粒子の平均粒径が2nm以上50nm以下であることが好ましく、また一次粒子の平均粒径が2nm以上30nm以下の超微粒子であることがより好ましい。粒径分布の異なる2種類以上の微粒子を混合してもよく、この場合小さい粒子の平均サイズは5nm以下であるのが好ましい。また、入射光を散乱させて光捕獲率を向上させる目的で、上記の超微粒子に対して平均粒径が50nmを越える大きな粒子を、低含率で添加、又は別層塗布することもできる。この場合、大粒子の含率は、平均粒径が50nm以下の粒子の質量の50%以下であることが好ましく、20%以下であることがより好ましい。上記の目的で添加混合する大粒子の平均粒径は、100nm以上が好ましく、250nm以上がより好ましい。また、大粒子の平均粒径の上限値は、光の散乱効果を有効に利用するという観点から500nmとすることが好ましい。上記のように平均粒径を制御することでヘイズ率を60%以上とすることができる。   The particle size of the semiconductor fine particles 22 is preferably such that the average particle size of the primary particles is 2 nm or more and 50 nm or less for the purpose of keeping the viscosity of the semiconductor fine particle dispersion high, and the average particle size of the primary particles is 2 nm or more and 30 nm or less. More preferably, it is an ultrafine particle. Two or more kinds of fine particles having different particle size distributions may be mixed. In this case, the average size of the small particles is preferably 5 nm or less. In addition, for the purpose of scattering incident light and improving the light capture rate, large particles having an average particle size exceeding 50 nm can be added to the ultrafine particles at a low content, or another layer can be applied. In this case, the content of the large particles is preferably 50% or less, more preferably 20% or less of the mass of particles having an average particle size of 50 nm or less. The average particle size of the large particles added and mixed for the above purpose is preferably 100 nm or more, and more preferably 250 nm or more. The upper limit value of the average particle size of the large particles is preferably 500 nm from the viewpoint of effectively utilizing the light scattering effect. By controlling the average particle size as described above, the haze ratio can be 60% or more.

本発明ではヘイズ率60%以上の半導体膜に本発明の一般式(1)で表される色素を用いることで、驚くべきことに変換効率と耐久性が向上することがわかった。   In the present invention, it was surprisingly found that conversion efficiency and durability were improved by using the dye represented by the general formula (1) of the present invention for a semiconductor film having a haze ratio of 60% or more.

感光体層は、多孔質光電変換層が2層以上の多層構造からなる場合が好ましい。感光体層2の多孔質半導体層を形成する半導体微粒子22は、各層で異なる平均粒径を有している。さらに多層構造の感光体層2の多孔質半導体層が、平均粒径の小さい半導体微粒子22によって形成された層から平均粒径の大きい半導体微粒子22によって形成された層の順で受光面側から配置されていることが好ましい。
さらにまた、多層構造の感光体層2における多孔質半導体層の受光面側に位置する多孔質半導体層は、粒度分布の変動係数が10以下の半導体微粒子22によって形成されていることが好ましい。変動係数として好ましくは、0.1〜10、より好ましくは、0.2〜8、さらに好ましくは0.3〜7である。
加えて、多層構造の感光体層2の多孔質半導体層は、吸収スペクトルにおける最大感度波長領域を短波長側に有する層から吸収スペクトルにおける最大感度波長領域を長波長側に有する層の順で受光面側から配置されていることが好ましい。例えば、多層構造の感光体層2は、受光部側から、最大感度波長が400nm〜500nmである、後述するメロシアニン系色素S−2を吸着させた第1の半導体微粒子層、最大感度波長が500nm〜700nmである前記一般式(1)で表される、例えば色素A−1〜A−7、A−9、A−11、A−13〜A−17のいずれかを吸着させた第2の半導体微粒子層の順に積層されている。
本発明において、半導体微粒子の平均粒径は、島津製作所株式会社製レーザー回折式粒度分布測定装置SALD−3100を用いて測定された値をいう。また、粒度分布の変動係数は、得られた平均値と標準偏差のデータを用いて以下の式より求めた。
変動係数=(標準偏差)÷(平均値)
The photoreceptor layer preferably has a multilayer structure in which the porous photoelectric conversion layer has two or more layers. The semiconductor fine particles 22 forming the porous semiconductor layer of the photoreceptor layer 2 have different average particle sizes in the respective layers. Furthermore, the porous semiconductor layer of the photoreceptor layer 2 having a multilayer structure is arranged from the light receiving surface side in the order of the layer formed by the semiconductor fine particles 22 having a small average particle diameter to the layer formed by the semiconductor fine particles 22 having a large average particle diameter. It is preferable that
Furthermore, the porous semiconductor layer located on the light-receiving surface side of the porous semiconductor layer in the multilayered photosensitive layer 2 is preferably formed of semiconductor fine particles 22 having a variation coefficient of particle size distribution of 10 or less. The coefficient of variation is preferably 0.1 to 10, more preferably 0.2 to 8, and further preferably 0.3 to 7.
In addition, the porous semiconductor layer of the photoreceptor layer 2 having a multilayer structure receives light in the order of the layer having the maximum sensitivity wavelength region in the absorption spectrum on the short wavelength side to the layer having the maximum sensitivity wavelength region in the absorption spectrum on the long wavelength side. It is preferable to arrange from the surface side. For example, the photosensitive layer 2 having a multilayer structure has, from the light receiving portion side, a first semiconductor fine particle layer having a maximum sensitivity wavelength of 400 nm to 500 nm adsorbed with a merocyanine dye S-2 described later, and a maximum sensitivity wavelength of 500 nm. Represented by the above general formula (1) which is ˜700 nm, for example, a second one in which any one of the dyes A-1 to A-7, A-9, A-11, A-13 to A-17 is adsorbed The semiconductor fine particle layers are stacked in this order.
In the present invention, the average particle diameter of the semiconductor fine particles refers to a value measured using a laser diffraction particle size distribution analyzer SALD-3100 manufactured by Shimadzu Corporation. The variation coefficient of the particle size distribution was obtained from the following equation using the obtained average value and standard deviation data.
Coefficient of variation = (standard deviation) ÷ (average value)

光散乱用の平均粒径の大きな粒子を用いることで、ヘイズ率60%以上となることが好ましい。ヘイズ率とは(拡散透過率)÷(全光透過率)で表される。なお、ヘイズ率を制御するには、半導体微粒子の分散時間を変化させる方法や、多孔質半導体層と同一もしくは異種材料で大きな粒径を持つ粒子を混在させる方法などが挙げられる。   It is preferable to use a haze ratio of 60% or more by using particles having a large average particle diameter for light scattering. The haze ratio is expressed by (diffuse transmittance) / (total light transmittance). In order to control the haze ratio, there are a method of changing the dispersion time of the semiconductor fine particles, a method of mixing particles having the same or different material as the porous semiconductor layer and having a large particle diameter.

多層構造の感光体層は以下(a)〜(d)の工程を含む方法で作成することが好ましい。
(a)平均粒径が5nm〜50nmの半導体微粒子を含む分散液A(コロイド液場合も含む)を作成する工程、
(b)平均粒径が100nm〜500nmの半導体微粒子を含む分散液B(コロイド液場合も含む)を作成する工程、
(c)前記分散液Aにより第1層目の感光体層を形成する工程、
(d)及び前記分散液Bにより第2層目の感光体層を形成する工程。
The photoreceptor layer having a multilayer structure is preferably prepared by a method including the following steps (a) to (d).
(A) a step of preparing a dispersion A (including a colloidal liquid) containing semiconductor fine particles having an average particle diameter of 5 nm to 50 nm;
(B) creating a dispersion B (including colloidal liquid) containing semiconductor fine particles having an average particle diameter of 100 nm to 500 nm;
(C) forming a first photoreceptor layer from the dispersion A,
(D) and a step of forming a second photosensitive layer from the dispersion B.

(b)工程では、作成される分散液Bは平均粒径が100nm〜500nmの半導体微粒子の他、平均粒径が5nm〜50nmの半導体微粒子を5質量%〜90質量%含んでも良い。分散液B中の平均粒径が5nm〜50nmの半導体微粒子の好ましい含有量は半導体微粒子全含有量のうちの5質量%〜50質量%である。
半導体微粒子の大きさは、散乱の大きさに影響し、粒子サイズが大きいと光の回折角が大きく、多孔質光電変換層を透過する光の量が減少し、利用される光が多くなる。これまで使用されてきた色素に比べ、一般式(1)で表される色素は散乱されやすい長波長側で吸光係数が大きいことから散乱された光の利用効率が高くなったと考えられる。
In the step (b), the prepared dispersion B may contain 5% by mass to 90% by mass of semiconductor fine particles having an average particle size of 5 nm to 50 nm in addition to the semiconductor fine particles having an average particle size of 100 nm to 500 nm. A preferable content of the semiconductor fine particles having an average particle diameter of 5 nm to 50 nm in the dispersion B is 5% by mass to 50% by mass of the total content of the semiconductor fine particles.
The size of the semiconductor fine particles affects the size of the scattering. If the particle size is large, the diffraction angle of light is large, the amount of light transmitted through the porous photoelectric conversion layer is reduced, and more light is used. Compared to the dyes used so far, the dye represented by the general formula (1) is considered to have increased the efficiency of use of scattered light because of its large extinction coefficient on the long wavelength side where it is easily scattered.

半導体微粒子22の作製法としては、作花済夫の「ゾル・ゲル法の科学」アグネ承風社(1998年)等に記載のゲル・ゾル法が好ましい。またDegussa社が開発した塩化物を酸水素塩中で高温加水分解により酸化物を作製する方法も好ましい。半導体微粒子22が酸化チタンの場合、上記ゾル・ゲル法、ゲル・ゾル法、塩化物の酸水素塩中での高温加水分解法はいずれも好ましいが、さらに清野学の「酸化チタン 物性と応用技術」技報堂出版(1997年)に記載の硫酸法及び塩素法を用いることもできる。さらにゾル・ゲル法として、バルべ等のジャーナル・オブ・アメリカン・セラミック・ソサエティー,第80巻,第12号,3157〜3171頁(1997年)に記載の方法や、バーンサイドらのケミストリー・オブ・マテリアルズ,第10巻,第9号,2419〜2425頁に記載の方法も好ましい。   The method for producing the semiconductor fine particles 22 is preferably the gel-sol method described in Sakuo Sakuo's “Science of Sol-Gel Method”, Agne Jofu Co., Ltd. (1998). Also preferred is a method of producing an oxide by high-temperature hydrolysis of chloride developed by Degussa in an oxyhydrogen salt. When the semiconductor fine particles 22 are titanium oxide, the sol-gel method, the gel-sol method, and the high-temperature hydrolysis method in oxyhydrogen salt of chloride are all preferable. It is also possible to use the sulfuric acid method and the chlorine method described in Gihodo Publishing (1997). Further, as the sol-gel method, the method described in Journal of American Ceramic Society, Vol. 80, No. 12, 3157-3171 (1997), or the chemistry of Burnside et al. The method described in Materials, Vol. 10, No. 9, pages 2419-2425 is also preferable.

この他に、半導体微粒子の製造方法として、例えば、チタニアナノ粒子の製造方法として好ましくは、四塩化チタンの火炎加水分解による方法、四塩化チタンの燃焼法、安定なカルコゲナイド錯体の加水分解、オルトチタン酸の加水分解、可溶部と不溶部から半導体微粒子を形成後に可溶部を溶解除去する方法、過酸化物水溶液の水熱合成、又はゾル・ゲル法によるコア/シェル構造の酸化チタン微粒子の製造方法が挙げられる。   In addition to this, as a method for producing semiconductor fine particles, for example, as a method for producing titania nanoparticles, preferably, a method by flame hydrolysis of titanium tetrachloride, a combustion method of titanium tetrachloride, hydrolysis of a stable chalcogenide complex, orthotitanic acid Hydrolysis of the soluble part, formation of fine semiconductor particles from soluble and insoluble parts, dissolution and removal of soluble part, hydrothermal synthesis of peroxide aqueous solution, or production of core / shell structured titanium oxide fine particles by sol-gel method A method is mentioned.

チタニアの結晶構造としては、アナターゼ型、ブルッカイト型、又は、ルチル型があげられ、アナターゼ型、ブルッカイト型が好ましい。   Examples of the crystal structure of titania include anatase type, brookite type, and rutile type, and anatase type and brookite type are preferable.

チタニアナノチューブ・ナノワイヤー・ナノロッドをチタニア微粒子に混合してもよい。   Titania nanotubes, nanowires, and nanorods may be mixed with titania fine particles.

チタニアは、非金属元素などによりドーピングされていても良い。チタニアへの添加剤としてドーパント以外に、ネッキングを改善する為のバインダーや逆電子移動防止の為に表面へ添加剤を用いても良い。好ましい添加剤の例としては、ITO、SnO粒子、ウイスカー、繊維状グラファイト・カーボンナノチューブ、酸化亜鉛ネッキング結合子、セルロース等の繊維状物質、金属、有機シリコン、ドデシルベンゼンスルホン酸、シラン化合物等の電荷移動結合分子、及び電位傾斜型デンドリマーなどが挙げられる。   Titania may be doped with a nonmetallic element or the like. In addition to the dopant as an additive to titania, an additive may be used on the surface to improve the necking or to prevent reverse electron transfer. Examples of preferred additives include ITO, SnO particles, whiskers, fibrous graphite / carbon nanotubes, zinc oxide necking binders, fibrous materials such as cellulose, metals, organic silicon, dodecylbenzenesulfonic acid, silane compounds, etc. Examples thereof include a mobile binding molecule and a potential gradient dendrimer.

チタニア上の表面欠陥を除去するなどの目的で、色素吸着前にチタニアを酸塩基又は酸化還元処理しても良い。エッチング、酸化処理、過酸化水素処理、脱水素処理、UV−オゾン、酸素プラズマなどで処理してもよい。   For the purpose of removing surface defects on titania, titania may be acid-base or redox treated before dye adsorption. Etching, oxidation treatment, hydrogen peroxide treatment, dehydrogenation treatment, UV-ozone, oxygen plasma, or the like may be used.

(E)半導体微粒子分散液
本発明においては、半導体微粒子以外の固形分の含量が、半導体微粒子分散液全体の10質量%以下よりなる半導体微粒子分散液を前記導電性支持体1に塗布し、適度に加熱することにより、多孔質半導体微粒子塗布層を得ることができる。
(E) Semiconductor fine particle dispersion In the present invention, a semiconductor fine particle dispersion in which the solid content other than the semiconductor fine particles is 10% by mass or less of the entire semiconductor fine particle dispersion is applied to the conductive support 1, A porous semiconductor fine particle coating layer can be obtained by heating to a high temperature.

半導体微粒子分散液を作製する方法としては、前述のゾル・ゲル法の他に、半導体を合成する際に溶媒中で微粒子として析出させそのまま使用する方法、微粒子に超音波などを照射して超微粒子に粉砕する方法、又はミルや乳鉢などを使って機械的に粉砕しすり潰す方法、等が挙げられる。分散溶媒としては、水及び各種の有機溶媒のうちの一つ以上を用いることができる。有機溶媒としては、メタノール,エタノール,イソプロピルアルコール,シトロネロール,ターピネオールなどのアルコール類、アセトンなどのケトン類、酢酸エチルなどのエステル類、ジクロロメタン、アセトニトリル等が挙げられる。   In addition to the sol-gel method described above, a method of preparing a semiconductor fine particle dispersion is a method of depositing fine particles in a solvent and using them as they are when synthesizing a semiconductor. Ultrafine particles are irradiated with ultrasonic waves. Or a method of mechanically pulverizing and grinding using a mill or a mortar. As the dispersion solvent, one or more of water and various organic solvents can be used. Examples of the organic solvent include alcohols such as methanol, ethanol, isopropyl alcohol, citronellol and terpineol, ketones such as acetone, esters such as ethyl acetate, dichloromethane, acetonitrile and the like.

分散の際、必要に応じて例えばポリエチレングリコール、ヒドロキシエチルセルロース、カルボキシメチルセルロースのようなポリマー、界面活性剤、酸、又はキレート剤等を分散助剤として少量用いてもよい。しかし、これらの分散助剤は、導電性支持体上へ製膜する工程の前に、ろ過法や分離膜を用いる方法、あるいは遠心分離法などによって大部分を除去しておくことが好ましい。半導体微粒子分散液は、半導体微粒子以外の固形分の含量が分散液全体の10質量%以下とすることができる。この濃度は好ましくは5%以下であり、さらに好ましくは3%以下であり、特に好ましくは1%以下である。さらに好ましくは0.5%以下であり、特に好ましくは0.2%である。すなわち、半導体微粒子分散液中に、溶媒と半導体微粒子以外の固形分を半導体微分散液全体の10質量%以下とすることができる。実質的に半導体微粒子と分散溶媒のみからなることが好ましい。   At the time of dispersion, a small amount of, for example, a polymer such as polyethylene glycol, hydroxyethyl cellulose, carboxymethyl cellulose, a surfactant, an acid, or a chelating agent may be used as a dispersion aid. However, most of these dispersing aids are preferably removed by a filtration method, a method using a separation membrane, a centrifugal method or the like before the step of forming a film on a conductive support. In the semiconductor fine particle dispersion, the solid content other than the semiconductor fine particles can be 10% by mass or less of the total dispersion. This concentration is preferably 5% or less, more preferably 3% or less, and particularly preferably 1% or less. More preferably, it is 0.5% or less, and particularly preferably 0.2%. That is, in the semiconductor fine particle dispersion, the solid content other than the solvent and the semiconductor fine particles can be 10% by mass or less of the entire semiconductor fine dispersion. It is preferable to consist essentially of semiconductor fine particles and a dispersion solvent.

半導体微粒子分散液の粘度が高すぎると分散液が凝集してしまい製膜することができず、逆に半導体微粒子分散液の粘度が低すぎると液が流れてしまい製膜することができないことがある。したがって分散液の粘度は、25℃で10〜300N・s/mが好ましい。さらに好ましくは、25℃で50〜200N・s/mである。 If the viscosity of the semiconductor fine particle dispersion is too high, the dispersion will aggregate and cannot be formed into a film. Conversely, if the viscosity of the semiconductor fine particle dispersion is too low, the liquid will flow and cannot be formed into a film. is there. Therefore, the viscosity of the dispersion is preferably 10 to 300 N · s / m 2 at 25 ° C. More preferably, it is 50 to 200 N · s / m 2 at 25 ° C.

半導体微粒子分散液の塗布方法としては、アプリケーション系の方法としてローラ法、ディップ法等を使用することができる。またメータリング系の方法としてエアーナイフ法、ブレード法等を使用することができる。またアプリケーション系の方法とメータリング系の方法を同一部分にできるものとして、特公昭58−4589号に開示されているワイヤーバー法、米国特許2681294号明細書等に記載のスライドホッパー法、エクストルージョン法、カーテン法等が好ましい。また汎用機を使用してスピン法やスプレー法で塗布するのも好ましい。湿式印刷方法としては、凸版、オフセット及びグラビアの3大印刷法をはじめ、凹版、ゴム版、スクリーン印刷等が好ましい。これらの中から、液粘度やウェット厚さに応じて、好ましい製膜方法を選択する。また本発明の半導体微粒子分散液は粘度が高く、粘稠性を有するため、凝集力が強いことがあり、塗布時に支持体とうまく馴染まない場合がある。このような場合に、UVオゾン処理で表面のクリーニングと親水化を行うことにより、塗布した半導体微粒子分散液と導電性支持体1表面の結着力が増し、半導体微粒子分散液の塗布が行い易くなる。   As a method for applying the semiconductor fine particle dispersion, a roller method, a dip method, or the like can be used as an application method. Moreover, an air knife method, a blade method, etc. can be used as a metering method. Further, the application system method and the metering system method can be made the same part. The wire bar method disclosed in Japanese Patent Publication No. 58-4589, the slide hopper method described in US Pat. No. 2,681,294, etc., the extrusion The method and the curtain method are preferable. It is also preferable to apply by a spin method or a spray method using a general-purpose machine. As the wet printing method, intaglio, rubber plate, screen printing and the like are preferred, including the three major printing methods of letterpress, offset and gravure. From these, a preferred film forming method is selected according to the liquid viscosity and the wet thickness. Further, since the semiconductor fine particle dispersion of the present invention has a high viscosity and has a viscous property, it may have a strong cohesive force and may not be well adapted to the support during coating. In such a case, by performing cleaning and hydrophilization of the surface by UV ozone treatment, the binding force between the applied semiconductor fine particle dispersion and the surface of the conductive support 1 is increased, and it becomes easy to apply the semiconductor fine particle dispersion. .

半導体微粒子層全体の好ましい厚さは0.1μm〜100μmである。半導体微粒子層の厚さはさらに1μm〜30μmが好ましく、2μm〜25μmがより好ましい。半導体微粒子の支持体1m当りの担持量は0.5g〜400gが好ましく、5g〜100gがより好ましい。 The preferred thickness of the entire semiconductor fine particle layer is 0.1 μm to 100 μm. The thickness of the semiconductor fine particle layer is further preferably 1 μm to 30 μm, and more preferably 2 μm to 25 μm. The amount of the semiconductor fine particles supported per 1 m 2 of the support is preferably 0.5 g to 400 g, and more preferably 5 g to 100 g.

塗布した半導体微粒子の層に対し、半導体微粒子同士の電子的接触の強化と、支持体との密着性の向上のため、また塗布した半導体微粒子分散液を乾燥させるために、加熱処理が施される。この加熱処理により多孔質半導体微粒子層を形成することができる。   The applied semiconductor fine particle layer is subjected to heat treatment in order to enhance the electronic contact between the semiconductor fine particles and to improve the adhesion to the support and to dry the applied semiconductor fine particle dispersion. . By this heat treatment, a porous semiconductor fine particle layer can be formed.

また、加熱処理に加えて光のエネルギーを用いることもできる。例えば、半導体微粒子22として酸化チタンを用いた場合に、紫外光のような半導体微粒子22が吸収する光を与えることで表面を活性化してもよいし、レーザー光などで半導体微粒子22表面のみを活性化することができる。半導体微粒子22に対して該微粒子が吸収する光を照射することで、粒子表面に吸着した不純物が粒子表面の活性化によって分解され、上記の目的のために好ましい状態とすることができる。加熱処理と紫外光を組み合わせる場合は、半導体微粒子22に対して該微粒子が吸収する光を照射しながら、加熱が100℃以上250℃以下あるいは好ましくは100℃以上150℃以下で行われることが好ましい。このように、半導体微粒子22を光励起することによって、微粒子層内に混入した不純物を光分解により洗浄するとともに、微粒子の間の物理的接合を強めることができる。   In addition to heat treatment, light energy can also be used. For example, when titanium oxide is used as the semiconductor fine particles 22, the surface may be activated by applying light absorbed by the semiconductor fine particles 22 such as ultraviolet light, or only the surface of the semiconductor fine particles 22 is activated by laser light or the like. Can be By irradiating the semiconductor fine particles 22 with light absorbed by the fine particles, the impurities adsorbed on the particle surfaces are decomposed by the activation of the particle surfaces, and can be brought into a preferable state for the above purpose. When the heat treatment and ultraviolet light are combined, the heating is preferably performed at 100 ° C. or higher and 250 ° C. or lower, or preferably 100 ° C. or higher and 150 ° C. or lower, while irradiating the semiconductor fine particles 22 with light absorbed by the fine particles. . Thus, by photoexciting the semiconductor fine particles 22, impurities mixed in the fine particle layer can be washed by photolysis, and physical bonding between the fine particles can be strengthened.

また、半導体微粒子分散液を前記導電性支持体1に塗布し、加熱や光を照射する以外に他の処理を行ってもよい。好ましい方法として例えば、通電、化学的処理などが挙げられる。   In addition, the semiconductor fine particle dispersion may be applied to the conductive support 1, and other treatments may be performed in addition to heating and light irradiation. Examples of preferred methods include energization and chemical treatment.

塗布後に圧力をかけても良く、圧力をかける方法としては、特表2003−500857号公報等が挙げられる。光照射の例としては、特開2001−357896号公報等が挙げられる。プラズマ・マイクロ波・通電の例としては、特開2002−353453号公報等が挙げられる。化学的処理としては、例えば特開2001−357896号公報が挙げられる。   A pressure may be applied after application, and examples of a method for applying pressure include Japanese Patent Application Publication No. 2003-500857. Examples of light irradiation include JP-A No. 2001-357896. Examples of plasma, microwave, and energization include JP-A-2002-353453. Examples of the chemical treatment include JP-A-2001-357896.

上述の半導体微粒子22を導電性支持体1上に塗設する方法は、上述の半導体微粒子分散液を導電性支持体1上に塗布する方法のほか、特許第2664194号公報に記載の半導体微粒子22の前駆体を導電性支持体1上に塗布し空気中の水分によって加水分解して半導体微粒子膜を得る方法などの方法を使用することができる。   As the method for coating the semiconductor fine particles 22 on the conductive support 1, the semiconductor fine particles 22 described in Japanese Patent No. 2664194 can be used in addition to the method of applying the semiconductor fine particle dispersion on the conductive support 1. It is possible to use a method such as a method in which the precursor is applied on the conductive support 1 and hydrolyzed with moisture in the air to obtain a semiconductor fine particle film.

前駆体として例えば、(NHTiF、過酸化チタン、金属アルコキシド・金属錯体・金属有機酸塩等が挙げられる。 Examples of the precursor include (NH 4 ) 2 TiF 6 , titanium peroxide, metal alkoxide / metal complex / metal organic acid salt, and the like.

また、金属有機酸化物(アルコキシドなど)を共存させたスラリーを塗布し加熱処理、光処理などで半導体膜を形成する方法、無機系前駆体を共存させたスラリー、スラリーのpHと分散させたチタニア粒子の性状を特定した方法が挙げられる。これらスラリーには、少量であればバインダーを添加しても良く、バインダーとしては、セルロース、フッ素ポリマー、架橋ゴム、ポリブチルチタネート、カルボキシメチルセルロースなどが挙げられる。   Also, a method of forming a semiconductor film by applying a slurry in which a metal organic oxide (such as an alkoxide) coexists, and heat treatment, light treatment, etc., a slurry in which an inorganic precursor coexists, titania dispersed in the pH of the slurry The method which specified the property of particle | grains is mentioned. A binder may be added to these slurries in a small amount, and examples of the binder include cellulose, fluoropolymer, crosslinked rubber, polybutyl titanate, carboxymethyl cellulose and the like.

半導体微粒子22又はその前駆体層の形成に関する技術としては、コロナ放電、プラズマ、UVなどの物理的な方法で親水化する方法、アルカリやポリエチレンジオキシチオフェンとポリスチレンスルホン酸などによる化学処理、ポリアニリンなどの接合用中間膜の形成などが挙げられる。   Examples of the technology relating to the formation of the semiconductor fine particles 22 or the precursor layer thereof include a method of hydrophilizing by a physical method such as corona discharge, plasma, and UV, a chemical treatment with alkali, polyethylenedioxythiophene and polystyrenesulfonic acid, polyaniline, etc. Forming an intermediate film for bonding.

半導体微粒子22を導電性支持体1上に塗設する方法として、上述の(1)湿式法とともに、(2)乾式法、(3)その他の方法を併用しても良い。(2)乾式法として好ましくは、特開2000−231943号公報等が挙げられる。(3)その他の方法として、好ましくは、特開2002−134435号公報等が挙げられる。   As a method of coating the semiconductor fine particles 22 on the conductive support 1, (2) dry method and (3) other methods may be used in combination with the above (1) wet method. (2) As a dry method, JP 2000-231943 A is preferable. (3) As other methods, JP-A-2002-134435 is preferable.

乾式法としては、蒸着やスパッタリング、エアロゾルデポジション法などが挙げられる。また、電気泳動法・電析法を用いても良い。   Examples of the dry method include vapor deposition, sputtering, and aerosol deposition method. Further, electrophoresis or electrodeposition may be used.

また、耐熱基板上でいったん塗膜を作製した後、プラスチック等のフィルムに転写する方法を用いても良い。好ましくは、特開2002−184475号公報記載のEVAを介して転写する方法、特開2003−98977号公報記載の紫外線、水系溶媒で除去可能な無機塩を含む犠牲基板上に半導体層・導電層を形成後、有機基板に転写後、犠牲基板を除去する方法などが挙げられる。   Moreover, after producing a coating film once on a heat-resistant board | substrate, you may use the method of transferring to films, such as a plastics. Preferably, a method for transferring via EVA described in JP-A No. 2002-184475, a semiconductor layer / conductive layer on a sacrificial substrate containing an inorganic salt that can be removed with ultraviolet rays and an aqueous solvent described in JP-A No. 2003-98977 And a method of removing the sacrificial substrate after transfer to an organic substrate.

半導体微粒子22は多くの増感色素21を吸着することができるように表面積の大きいものが好ましい。例えば半導体微粒子22を導電性支持体1上に塗設した状態で、その表面積が投影面積に対して10倍以上であることが好ましく、100倍以上であることがより好ましい。この上限には特に制限はないが、通常5000倍程度である。好ましい半導体微粒子22の構造としては、特開2001−93591号公報等が挙げられる。   The semiconductor fine particles 22 preferably have a large surface area so that many sensitizing dyes 21 can be adsorbed. For example, in a state where the semiconductor fine particles 22 are coated on the conductive support 1, the surface area thereof is preferably 10 times or more, more preferably 100 times or more the projected area. Although there is no restriction | limiting in particular in this upper limit, Usually, it is about 5000 times. As a preferable structure of the semiconductor fine particles 22, JP 2001-93591 A and the like can be mentioned.

一般に、半導体微粒子層の厚みが大きいほど単位面積当たりに担持できる増感色素21の量が増えるため光の吸収効率が高くなるが、発生した電子の拡散距離が増すため電荷再結合によるロスも大きくなる。半導体微粒子層の好ましい厚みは素子の用途によって異なるが、典型的には0.1μm〜100μmである。光電気化学電池として用いる場合は1μm〜50μmであることが好ましく、3μm〜30μmであることがより好ましい。半導体微粒子は、支持体に塗布した後に粒子同士を密着させるために、100℃〜800℃の温度で10分〜10時間加熱してもよい。支持体としてガラスを用いる場合、製膜温度は400℃〜600℃が好ましい。   In general, as the thickness of the semiconductor fine particle layer increases, the amount of the sensitizing dye 21 that can be carried per unit area increases, so that the light absorption efficiency increases. However, the loss due to charge recombination increases because the diffusion distance of the generated electrons increases. Become. The preferred thickness of the semiconductor fine particle layer varies depending on the use of the device, but is typically 0.1 μm to 100 μm. When used as a photoelectrochemical cell, the thickness is preferably 1 μm to 50 μm, more preferably 3 μm to 30 μm. The semiconductor fine particles may be heated at a temperature of 100 ° C. to 800 ° C. for 10 minutes to 10 hours in order to bring the particles into close contact after being applied to the support. When glass is used as the support, the film forming temperature is preferably 400 ° C to 600 ° C.

支持体として高分子材料を用いる場合、250℃以下で製膜後に加熱することが好ましい。その場合の製膜方法としては、(1)湿式法、(2)乾式法、(3)電気泳動法(電析法を含む)の何れでも良く、好ましくは、(1)湿式法、又は(2)乾式であり、更に好ましくは、(1)湿式法である。   When a polymer material is used as the support, it is preferable to heat after film formation at 250 ° C. or lower. In this case, the film forming method may be any one of (1) a wet method, (2) a dry method, and (3) an electrophoresis method (including an electrodeposition method), preferably (1) a wet method, or ( 2) A dry method, more preferably (1) a wet method.

なお、半導体微粒子22の支持体1m当たりの塗布量は0.5g〜500g、さらには5g〜100gが好ましい。 The coating amount of the semiconductor fine particles 22 per 1 m 2 of the support is preferably 0.5 g to 500 g, more preferably 5 g to 100 g.

半導体微粒子22に増感色素21を吸着させるには、溶液と本発明にかかる色素よりなる色素吸着用色素溶液の中に、よく乾燥した半導体微粒子22を長時間浸漬するのが好ましい。色素吸着用色素溶液に使用される溶液は、本発明にかかる増感色素21が溶解できる溶液なら特に制限なく使用することができる。例えば、エタノール、メタノール、イソプロパノール、トルエン、t-ブタノール、アセトニトリル、アセトン、n−ブタノールなどを使用することができる。その中でも、エタノール、トルエンを好ましく使用することができる。   In order to adsorb the sensitizing dye 21 to the semiconductor fine particles 22, it is preferable to immerse the well-dried semiconductor fine particles 22 in a dye adsorbing dye solution comprising the solution and the dye according to the present invention for a long time. The solution used for the dye solution for dye adsorption can be used without particular limitation as long as it can dissolve the sensitizing dye 21 according to the present invention. For example, ethanol, methanol, isopropanol, toluene, t-butanol, acetonitrile, acetone, n-butanol and the like can be used. Among these, ethanol and toluene can be preferably used.

溶液と本発明の色素よりなる色素吸着用色素溶液は必要に応じて50℃ないし100℃に加熱してもよい。増感色素21の吸着は半導体微粒子22の塗布前に行っても塗布後に行ってもよい。また、半導体微粒子22と増感色素21を同時に塗布して吸着させてもよい。未吸着の増感色素21は洗浄によって除去する。塗布膜の焼成を行う場合は増感色素21の吸着は焼成後に行うことが好ましい。焼成後、塗布膜表面に水が吸着する前にすばやく増感色素21を吸着させるのが特に好ましい。吸着する増感色素21は上記の色素A1の1種類でもよいし、さらにほかの色素を混合してもよい。光電変換の波長域をできるだけ広くするように、混合する色素が選ばれる。色素を混合する場合は、すべての色素が溶解するようにして、色素吸着用色素溶液とすることが好ましい。   The dye solution for dye adsorption comprising the solution and the dye of the present invention may be heated to 50 ° C. to 100 ° C. as necessary. Adsorption of the sensitizing dye 21 may be performed before or after the application of the semiconductor fine particles 22. Alternatively, the semiconductor fine particles 22 and the sensitizing dye 21 may be applied and adsorbed simultaneously. Unadsorbed sensitizing dye 21 is removed by washing. When baking a coating film, it is preferable to adsorb | suck the sensitizing dye 21 after baking. It is particularly preferable that the sensitizing dye 21 is quickly adsorbed after baking and before water is adsorbed on the coating film surface. The sensitizing dye 21 to be adsorbed may be one kind of the dye A1 described above, or may be mixed with another dye. The dye to be mixed is selected so as to make the wavelength range of photoelectric conversion as wide as possible. When mixing the dyes, it is preferable to prepare a dye solution for dye adsorption by dissolving all the dyes.

増感色素21の使用量は、全体で、支持体1m当たり0.01ミリモル〜100ミリモルが好ましく、より好ましくは0.1ミリモル〜50ミリモル、特に好ましくは0.1ミリモル〜10ミリモルである。この場合、本発明にかかる増感色素21の使用量は5モル%以上とすることが好ましい。 The total amount of the sensitizing dye 21 used is preferably from 0.01 mmol to 100 mmol, more preferably from 0.1 mmol to 50 mmol, and particularly preferably from 0.1 mmol to 10 mmol, per 1 m 2 of the support. . In this case, the amount of the sensitizing dye 21 according to the present invention is preferably 5 mol% or more.

また、増感色素21の半導体微粒子22に対する吸着量は半導体微粒子1gに対して0.001ミリモル〜1ミリモルが好ましく、より好ましくは0.1〜0.5ミリモルである。   Further, the adsorption amount of the sensitizing dye 21 to the semiconductor fine particles 22 is preferably 0.001 mmol to 1 mmol, more preferably 0.1 to 0.5 mmol, with respect to 1 g of the semiconductor fine particles.

このような色素量とすることによって、半導体における増感効果が十分に得られる。これに対し、色素量が少ないと増感効果が不十分となり、色素量が多すぎると、半導体に付着していない色素が浮遊し増感効果を低減させる原因となる。   By using such a dye amount, a sensitizing effect in a semiconductor can be sufficiently obtained. On the other hand, when the amount of the dye is small, the sensitizing effect is insufficient, and when the amount of the dye is too large, the dye not attached to the semiconductor floats and causes the sensitizing effect to be reduced.

また、会合など色素同士の相互作用を低減する目的で無色の化合物を共吸着させてもよい。共吸着させる疎水性化合物としてはカルボキシル基を有するステロイド化合物(例えばコール酸、ピバロイル酸)等が挙げられる。   Further, a colorless compound may be co-adsorbed for the purpose of reducing the interaction between dyes such as association. Examples of the hydrophobic compound to be co-adsorbed include steroid compounds having a carboxyl group (for example, cholic acid and pivaloyl acid).

増感色素21を吸着した後に、アミン類を用いて半導体微粒子22の表面を処理してもよい。好ましいアミン類としては4−tert−ブチルピリジン、ポリビニルピリジン等が挙げられる。これらは液体の場合はそのまま用いてもよいし有機溶媒に溶解して用いてもよい。   After adsorbing the sensitizing dye 21, the surface of the semiconductor fine particles 22 may be treated with amines. Preferred amines include 4-tert-butyl pyridine, polyvinyl pyridine and the like. These may be used as they are in the case of a liquid, or may be used by dissolving in an organic solvent.

対極4は、光電気化学電池の正極として働くものである。対極4は、通常前述の導電性支持体1と同義であるが、強度が十分に保たれるような構成では対極の支持体は必ずしも必要でない。ただし、支持体を有する方が密閉性の点で有利である。対極4の材料としては、白金、カーボン、導電性ポリマー、などがあげられる。好ましい例としては、白金、カーボン、導電性ポリマーが挙げられる。   The counter electrode 4 functions as a positive electrode of the photoelectrochemical cell. The counter electrode 4 is usually synonymous with the conductive support 1 described above, but a support for the counter electrode is not necessarily required in a configuration in which the strength is sufficiently maintained. However, having a support is advantageous in terms of hermeticity. Examples of the material for the counter electrode 4 include platinum, carbon, and conductive polymer. Preferable examples include platinum, carbon, and conductive polymer.

対極4の構造としては、集電効果が高い構造が好ましい。好ましい例としては、特開平10−505192号公報などが挙げられる。   The structure of the counter electrode 4 is preferably a structure having a high current collecting effect. Preferable examples include JP-A-10-505192.

受光電極5は酸化チタンと酸化スズ(TiO/SnO)などの複合電極を用いても良く、チタニアの混合電極として例えば、特開2000−113913号公報等が挙げられる。チタニア以外の混合電極として例えば、特開2001−185243号公報、特開2003−282164号公報等が挙げられる。 A composite electrode such as titanium oxide and tin oxide (TiO 2 / SnO 2 ) may be used as the light receiving electrode 5, and as a mixed electrode of titania, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-119393 may be cited. Examples of mixed electrodes other than titania include JP-A Nos. 2001-185243 and 2003-282164.

また、光電変換素子の構成としては、第1電極層、第1光電変換層、導電層、第2光電変換層、第2電極層を順次積層した構造を有していても良い。この場合、第1光電変換層と第2光電変換層に用いる色素は同一又は異なっていてもよく、異なっている場合には、吸収スペクトルが異なっていることが好ましいい。   The photoelectric conversion element may have a structure in which a first electrode layer, a first photoelectric conversion layer, a conductive layer, a second photoelectric conversion layer, and a second electrode layer are sequentially stacked. In this case, the dyes used for the first photoelectric conversion layer and the second photoelectric conversion layer may be the same or different, and if they are different, it is preferable that the absorption spectra are different.

受光電極5は、入射光の利用率を高めるなどのためにタンデム型にしても良い。好ましいタンデム型の構成例としては、特開2000−90989、特開2002−90989号公報等に記載の例が挙げられる。   The light receiving electrode 5 may be a tandem type in order to increase the utilization rate of incident light. Preferred examples of the tandem type configuration include those described in JP-A Nos. 2000-90989 and 2002-90989.

受光電極5の層内部で光散乱、反射を効率的に行う光マネージメント機能を設けてもよい。好ましくは、特開2002−93476号公報に記載のものが挙げられる。   A light management function for efficiently performing light scattering and reflection inside the layer of the light receiving electrode 5 may be provided. Preferably, the thing of Unexamined-Japanese-Patent No. 2002-93476 is mentioned.

導電性支持体1と多孔質半導体微粒子層の間には、電解液と電極が直接接触することによる逆電流を防止する為、短絡防止層を形成することが好ましい。好ましい例としては、特開平06−507999号公報等が挙げられる。   It is preferable to form a short-circuit prevention layer between the conductive support 1 and the porous semiconductor fine particle layer in order to prevent a reverse current due to direct contact between the electrolyte and the electrode. Preferable examples include Japanese Patent Application Laid-Open No. 06-507999.

受光電極5と対極4の接触を防ぐ為に、スペーサーやセパレータを用いることが好ましい。好ましい例としては、特開2001−283941号公報が挙げられる。   In order to prevent contact between the light receiving electrode 5 and the counter electrode 4, it is preferable to use a spacer or a separator. A preferable example is JP-A No. 2001-283941.

セル、モジュールの封止法としては、ポリイソブチレン系熱硬化樹脂、ノボラック樹脂、光硬化性(メタ)アクリレート樹脂、エポキシ樹脂、アイオノマー樹脂、ガラスフリット、アルミナにアルミニウムアルコキシドを用いる方法、低融点ガラスペーストをレーザー溶融する方法などが好ましい。ガラスフリットを用いる場合、粉末ガラスをバインダーとなるアクリル樹脂に混合したものでもよい。   Cell and module sealing methods include polyisobutylene thermosetting resin, novolak resin, photo-curing (meth) acrylate resin, epoxy resin, ionomer resin, glass frit, method using aluminum alkoxide for alumina, low melting point glass paste It is preferable to use a laser melting method. When glass frit is used, powder glass mixed with acrylic resin as a binder may be used.

以下、本発明を実施例に基づきさらに詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。   EXAMPLES Hereinafter, although this invention is demonstrated further in detail based on an Example, this invention is not limited to these.

(色素の調製)
前記具体例に示した一般式(1)の色素A−1〜A−7を、特開2001−291534号公報記載の方法により調製した。
(Preparation of dye)
The dyes A-1 to A-7 of the general formula (1) shown in the specific examples were prepared by the method described in JP-A No. 2001-291534.

(色素の極大吸収波長の測定)
色素A−1〜A−7の極大吸収波長を測定した。その結果を表1に示す。測定は、分光光度計(U−4100(商品名)、日立ハイテク社製)によって行い、溶液はTHF:エタノール=1:1を用い、濃度が2μMになるように調整した。
(Measurement of maximum absorption wavelength of dye)
The maximum absorption wavelengths of the dyes A-1 to A-7 were measured. The results are shown in Table 1. The measurement was performed with a spectrophotometer (U-4100 (trade name), manufactured by Hitachi High-Tech), and the solution was adjusted to a concentration of 2 μM using THF: ethanol = 1: 1.

Figure 2012053983
Figure 2012053983

[実験1]
(1)受光面側の半導体微粒子層(第1の半導体微粒子層)の形成
チタンイソプロポキシド125mlを0.1M−硝酸水溶液(キシダ化学株式会社製)750mlに滴下し、80℃で8時間加熱して、加水分解反応をさせることにより、ゾル液を調製した。得られたゾル液をチタン製オートクレーブにて250℃で15時間保持し、粒子成長させ、その後、超音波分散を30分間行うことにより、平均一次粒径20nmの酸化チタン粒子を含むコロイド溶液を得た。
[Experiment 1]
(1) Formation of semiconductor fine particle layer (first semiconductor fine particle layer) on the light receiving surface side 125 ml of titanium isopropoxide was dropped into 750 ml of 0.1M nitric acid aqueous solution (manufactured by Kishida Chemical Co., Ltd.) and heated at 80 ° C. for 8 hours. Then, a sol solution was prepared by a hydrolysis reaction. The obtained sol solution is kept at 250 ° C. for 15 hours in a titanium autoclave for particle growth, and then subjected to ultrasonic dispersion for 30 minutes to obtain a colloidal solution containing titanium oxide particles having an average primary particle size of 20 nm. It was.

得られた酸化チタン粒子を含むコロイド溶液を、エバポレーターにて、酸化チタンが10wt%の濃度になるまでゆっくりと濃縮した後、ポリエチレングリコール(キシダ化学株式会社製、重量平均分子量:200000)を酸化チタンに対する重量比で40%添加し、攪拌することにより、酸化チタン粒子が分散した懸濁液Aを得た。   The obtained colloidal solution containing titanium oxide particles is slowly concentrated with an evaporator until the titanium oxide has a concentration of 10 wt%, and then polyethylene glycol (manufactured by Kishida Chemical Co., Ltd., weight average molecular weight: 200000) is added to the titanium oxide. Suspension A in which titanium oxide particles were dispersed was obtained by adding 40% by weight to the mixture and stirring.

透明導電膜としてSnO膜を形成したガラス基板(導電性支持体1)の透明導電膜側に、調製した酸化チタン懸濁液をドクターブレード法で塗布し、面積10mm×10mm程度の塗膜を得た。この塗膜を120℃で30分間予備乾燥し、さらに酸素雰囲気下、500℃で30分間焼成し、膜厚が10μm程度の受光面側の半導体微粒子層を形成した。 The prepared titanium oxide suspension is applied to the transparent conductive film side of the glass substrate (conductive support 1) on which the SnO 2 film is formed as the transparent conductive film by a doctor blade method, and a coating film having an area of about 10 mm × 10 mm is formed. Obtained. This coating film was preliminarily dried at 120 ° C. for 30 minutes and further baked at 500 ° C. for 30 minutes in an oxygen atmosphere to form a semiconductor fine particle layer on the light receiving surface side having a thickness of about 10 μm.

(2)第2の半導体微粒子層の形成
次に、市販の酸化チタン微粒子(テイカ社製、製品名:TITANIX JA−1、粒径約180nm)4.0gと酸化マグネシウム粉末(キシダ化学株式会社製)0.4gを蒸留水20mlに入れ、塩酸でpH=1に調整した。さらに、ジルコニアビーズを加え、この混合溶液をペイントシェイカーで8時間分散処理した。その後、ポリエチレングリコール(キシダ化学株式会社製、重量平均分子量:200000)を酸化チタンに対する重量比で40%添加し、攪拌することにより、酸化チタン粒子が分散した懸濁液Bを得た。
(2) Formation of Second Semiconductor Fine Particle Layer Next, commercially available titanium oxide fine particles (manufactured by Teika, product name: TITANIX JA-1, particle size of about 180 nm) and magnesium oxide powder (manufactured by Kishida Chemical Co., Ltd.) ) 0.4 g was added to 20 ml of distilled water and adjusted to pH = 1 with hydrochloric acid. Further, zirconia beads were added, and this mixed solution was subjected to a dispersion treatment with a paint shaker for 8 hours. Then, 40% of polyethylene glycol (manufactured by Kishida Chemical Co., Ltd., weight average molecular weight: 200000) was added in a weight ratio with respect to titanium oxide and stirred to obtain suspension B in which titanium oxide particles were dispersed.

(1)で作製したガラス基板に形成された受光面側の半導体微粒子層上に、前記の酸化チタン懸濁液Bをドクターブレード法で塗布し、塗膜を得た。この塗膜を80℃で20分間予備乾燥し、さらに酸素雰囲気下、約500℃で60分間焼成し、膜厚が22μm程度の第2の半導体微粒子層を形成した。第1の半導体微粒子層上に第2の半導体微粒子層が形成された層(T1とする。)のへイズ率を測定したところ、84%であった。ヘイズ率は、株式会社村上色彩技術研究所製ヘーズ・透過率・反射率計HR−100を用いて、JIS K7105に準拠して測定した。ヘイズ率の測定は、ほかの試料の場合も同様の方法で測定した。   The titanium oxide suspension B was applied on the light-receiving surface side semiconductor fine particle layer formed on the glass substrate prepared in (1) by the doctor blade method to obtain a coating film. This coating film was preliminarily dried at 80 ° C. for 20 minutes and further baked at about 500 ° C. for 60 minutes in an oxygen atmosphere to form a second semiconductor fine particle layer having a thickness of about 22 μm. When the haze ratio of the layer (referred to as T1) in which the second semiconductor fine particle layer was formed on the first semiconductor fine particle layer was measured, it was 84%. The haze ratio was measured according to JIS K7105 using a haze / transmittance / reflectometer HR-100 manufactured by Murakami Color Research Laboratory. The haze ratio was measured by the same method for other samples.

また、(1)で作製したガラス基板に形成された受光面側の半導体微粒子層上に、懸濁液Aと懸濁液Bを特定の比率で混合した懸濁液AB2(A:B=2:8)、懸濁液AB3(A:B=4:6)、懸濁液AB4(A:B=6:4)、および懸濁液AB5(A:B=8:2)をT1と同様の方法で第2の半導体微粒子層を形成した酸化チタン2層膜のサンプルをT2〜T5とした。   Also, the suspension AB2 (A: B = 2) in which the suspension A and the suspension B are mixed at a specific ratio on the light-receiving surface side semiconductor fine particle layer formed on the glass substrate prepared in (1). : Suspension AB3 (A: B = 4: 6), Suspension AB4 (A: B = 6: 4), and Suspension AB5 (A: B = 8: 2) are the same as T1 Samples of the titanium oxide bilayer film on which the second semiconductor fine particle layer was formed by the method described above were designated as T2 to T5.

(3)光電気化学電池の作製
吸収スペクトルにおける最大感度吸収波長領域を短波長側に有する色素(第1色素)として、下記のメロシアニン系色素S−2をエタノールに溶解して、濃度3×10−4モル/リットルの第1色素の吸着用色素溶液を調製した。
(3) Production of photoelectrochemical cell As a dye (first dye) having a maximum sensitivity absorption wavelength region in the absorption spectrum on the short wavelength side, the following merocyanine dye S-2 is dissolved in ethanol to a concentration of 3 × 10 A dye solution for adsorption of -4 mol / liter of the first dye was prepared.

Figure 2012053983
Figure 2012053983

透明導電膜と半導体微粒子層(第1の半導体微粒子層上に第2の半導体微粒子層が形成されたもの;T1〜T5)を具備したガラス基板(G1〜G5とする。)を、約50℃に加温した第1色素の吸着用色素溶液に10分間浸漬させて、多孔質半導体層に第1色素を吸着させた。その後、ガラス基板を無水エタノールで数回洗浄し、約60℃で約20分間乾燥させた。次いで、ガラス基板を0.5N−塩酸に約10分間浸漬させ、第2層多孔質半導体層に第1色素を吸着させた。その後エタノールで洗浄して、過剰な第1色素を取り除いた。さらに、ガラス基板を約60℃で約20分間乾燥させた。   A glass substrate (referred to as G1 to G5) provided with a transparent conductive film and a semiconductor fine particle layer (in which a second semiconductor fine particle layer is formed on the first semiconductor fine particle layer; T1 to T5) is about 50 ° C. The first dye was adsorbed on the porous semiconductor layer by immersing in a dye solution for adsorbing the first dye heated to 10 minutes. Thereafter, the glass substrate was washed several times with absolute ethanol and dried at about 60 ° C. for about 20 minutes. Next, the glass substrate was immersed in 0.5N hydrochloric acid for about 10 minutes, and the first dye was adsorbed on the second porous semiconductor layer. Thereafter, the excess was washed with ethanol to remove excess first dye. Furthermore, the glass substrate was dried at about 60 ° C. for about 20 minutes.

次に、吸収スペクトルにおける最大感度吸収波長領域を長波長側に有する色素(第2色素)として、本発明の色素A−1をエタノールに溶解して、濃度3×10−4モル/リットルの第2色素の吸着用色素溶液を調製した。 Next, as the dye having the maximum sensitivity absorption wavelength region in the absorption spectrum (second dye) on the long wavelength side, the dye A-1 of the present invention is dissolved in ethanol, and the concentration is 3 × 10 −4 mol / liter. A dye solution for adsorption of two dyes was prepared.

透明導電膜と多孔質半導体層を具備したガラス基板(G1)を、室温、常圧で第2色素の吸着用色素溶液に15分間浸漬させて、多孔質半導体層に第2色素を吸着させた。その後、ガラス基板を無水エタノールで数回洗浄し、約60℃で約20分間乾燥させた。ここで多孔質半導体層のへイズ率を測定したところ、85%であった。G2〜G5についても同様な操作を行い、ヘイズ率を測定した結果を表2に示した。   The glass substrate (G1) provided with the transparent conductive film and the porous semiconductor layer was immersed in the dye solution for adsorbing the second dye at room temperature and normal pressure for 15 minutes to adsorb the second dye on the porous semiconductor layer. . Thereafter, the glass substrate was washed several times with absolute ethanol and dried at about 60 ° C. for about 20 minutes. Here, the haze ratio of the porous semiconductor layer was measured and found to be 85%. The same operation was performed for G2 to G5, and the results of measuring the haze ratio are shown in Table 2.

次に、3−メトキシプロピオニトリル溶媒に、ジメチルプロピルイミダゾリウムヨージドが濃度0.5モル/リットル、ヨウ化リチウムが濃度0.1モル/リットル、ヨウ素が濃度0.05モル/リットルになるように溶解させて、酸化還元性電解液を調製した。第1色素と第2色素を吸着させた多孔質半導体層を具備したガラス基板の多孔質半導体層側と、対極として白金を具備したITOガラスからなる対極側支持体の白金側とが対向するように設置し、その間に調製した酸化還元性電解液を注入し、周囲をエポキシ系樹脂の封止材により封止して、試料1−1の光電気化学電池を作製した。   Next, in 3-methoxypropionitrile solvent, dimethylpropylimidazolium iodide has a concentration of 0.5 mol / liter, lithium iodide has a concentration of 0.1 mol / liter, and iodine has a concentration of 0.05 mol / liter. Thus, a redox electrolyte solution was prepared. The porous semiconductor layer side of the glass substrate provided with the porous semiconductor layer on which the first dye and the second dye are adsorbed is opposed to the platinum side of the counter electrode support made of ITO glass having platinum as a counter electrode. The redox electrolyte prepared in the meantime was injected, and the periphery was sealed with an epoxy resin sealing material to prepare a photoelectrochemical cell of Sample 1-1.

G1をG2〜G5に変えたことと、第2色素を表2記載の色素に変更した以外は同様にして、試料番号1−2〜1−18の光電気化学電池を作製した。これら光電気化学電池に用いた半導体微粒子層のヘイズ率を測定した結果を表2に示した。   Photoelectrochemical cells of sample numbers 1-2 to 1-18 were prepared in the same manner except that G1 was changed to G2 to G5 and the second dye was changed to the dye described in Table 2. The results of measuring the haze ratio of the semiconductor fine particle layer used in these photoelectrochemical cells are shown in Table 2.

また、第2の半導体微粒子層と第1の半導体微粒子層を同じものを用いて半導体微粒子層を形成した。すなわち、前記試料番号1−1で第1の半導体微粒子層を形成するのに用いた酸化チタン懸濁液Aを用いて、第1の半導体微粒子層と第2の半導体微粒子層を形成した(この多層構造の半導体微粒子層をT6とする)。T2を使用すること以外は、同様にして、表2に示すように第2色素を変更して、試料番号1−21〜1−22の光電気化学電池を作製した。   Further, a semiconductor fine particle layer was formed using the same second semiconductor fine particle layer and first semiconductor fine particle layer. That is, the first semiconductor fine particle layer and the second semiconductor fine particle layer were formed using the titanium oxide suspension A used for forming the first semiconductor fine particle layer in the sample number 1-1 (this A semiconductor fine particle layer having a multilayer structure is designated as T6). Except for using T2, the second dye was changed in the same manner as shown in Table 2 to prepare photoelectrochemical cells of sample numbers 1-21 to 1-22.

得られた太陽電池を測定条件:AM−1.5(100mW/cm2)で評価した結果を表2に変換効率で示した。また、暗所での80℃、85%RHで200時間経時後に調べた変換効率の低下率を表2に示した。結果は、変換効率の低下率3%未満のものを◎、3%以上5%未満のものを○、5%以上10%未満のものを△、10%以上のものを×として示した。   The results of evaluating the obtained solar cell under measurement conditions: AM-1.5 (100 mW / cm 2) are shown in Table 2 in terms of conversion efficiency. Table 2 shows the reduction rate of the conversion efficiency examined after aging for 200 hours at 80 ° C. and 85% RH in a dark place. As a result, the conversion efficiency decrease rate of less than 3% was indicated as ◎, 3% or more and less than 5% as 、 5, 5% or more and less than 10% as Δ, or 10% or more as x.

Figure 2012053983
Figure 2012053983

本発明の光電変換素子及び光電気化学電池は、多孔質光電変換層が多層構造を有し、かつ多孔質半導体層の可視光領域の波長におけるヘイズ率が60%以上であるので、電流密度の向上により、変換効率が高く耐久性に優れた光電変換素子及び光電気化学電池を得ることができる。   In the photoelectric conversion element and the photoelectrochemical cell of the present invention, the porous photoelectric conversion layer has a multilayer structure, and the haze ratio at a wavelength in the visible light region of the porous semiconductor layer is 60% or more. By the improvement, a photoelectric conversion element and a photoelectrochemical cell having high conversion efficiency and excellent durability can be obtained.

また、受光面側に位置する第1層多孔質半導体層の形成に平均粒径の小さい半導体微粒子22を用いて、長波長光の散乱を低減することにより、第2層以後の多孔質半導体層に到達する光を多くすることができ、光電変換素子として高い光電変換効率を得ることができる。また、受光面側に位置する多孔質半導体層が、粒度分布の変動係数が10以下の半導体微粒子によって形成されていることで、光電変換効率がより高くなるという効果が得られる。   Further, by using the semiconductor fine particles 22 having a small average particle diameter to form the first porous semiconductor layer located on the light receiving surface side, and reducing the scattering of long wavelength light, the porous semiconductor layers after the second layer are formed. As a photoelectric conversion element, high photoelectric conversion efficiency can be obtained. Further, since the porous semiconductor layer located on the light receiving surface side is formed of semiconductor fine particles having a variation coefficient of the particle size distribution of 10 or less, an effect that the photoelectric conversion efficiency is further improved can be obtained.

さらに、第2層以後の多孔質半導体層において光を散乱させることにより、光電変換素子として優れた光電変換効率を得ることができる。そして、多層構造の多孔質半導体層を、吸収スペクトルにおける最大感度波長領域を短波長側に有する層から吸収スペクトルにおける最大感度波長領域を長波長側に有する層の順で受光面側から配置することにより、吸収されやすい短波長の光を受光面側で光電変換することができ、多層構造の内部まで到達できる長波長の光を内部側で光電変換することができるので、吸収可能な波長領域が広がり、有効に太陽光を利用することができ、電流密度の向上により、光電変換素子として高い光電変換効率を得ることができる。   Furthermore, the photoelectric conversion efficiency excellent as a photoelectric conversion element can be obtained by scattering light in the porous semiconductor layer after the second layer. And the porous semiconductor layer having a multilayer structure is arranged from the light receiving surface side in the order of the layer having the maximum sensitivity wavelength region in the absorption spectrum on the short wavelength side and the layer having the maximum sensitivity wavelength region in the absorption spectrum on the long wavelength side. Therefore, it is possible to photoelectrically convert short-wavelength light that is easily absorbed on the light-receiving surface side, and to convert long-wavelength light that can reach the inside of the multilayer structure on the inner side. It can spread and use sunlight effectively, and high photoelectric conversion efficiency can be obtained as a photoelectric conversion element by improving current density.

1 導電性支持体
2 感光体層
21 増感色素
22 半導体微粒子
3 電荷移動体層
4 対極
5 受光電極
6 外部回路
10 光電変換素子
100 光電気化学電池
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Conductive support body 2 Photosensitive layer 21 Sensitizing dye 22 Semiconductor fine particle 3 Charge transfer body layer 4 Counter electrode 5 Photosensitive electrode 6 External circuit 10 Photoelectric conversion element 100 Photoelectrochemical cell

Claims (14)

導電性支持体と、色素を含む多孔質半導体層で構成された感光体層と、電荷移動体層と、対極とからなる光電変換素子であって、
該感光体層が多層構造を有し、該多孔質半導体層が下記一般式(1)で表される少なくとも1つの色素を含有し、該多孔質半導体層の可視光領域の波長におけるヘイズ率が60%以上であることを特徴とする光電変換素子。
Mz(LLm1(LLm2(X)m3・CI ・・・(1)
[ Mzは金属原子を表し、LLは下記一般式(2)で表される2座又は3座の配位子であり、LLは下記一般式(3)で表される置換基を有していてもよい2座又は3座の配位子である。
m1は0〜3の整数を表し、m1が2以上のときLL1は同じでも異なっていてもよい。m2は0〜2の整数を表し、m2が2のときLLは同じでも異なっていてもよい。ただし、m1とm2のいずれか一方は1以上の整数である。m3は0〜3の整数を表す。
Xは配位子を表し、アシルオキシ基、アシルチオ基、チオアシルオキシ基、チオアシルチオ基、アシルアミノオキシ基、チオカルバメート基、ジチオカルバメート基、チオカルボネート基、ジチオカルボネート基、トリチオカルボネート基、アシル基、チオシアネート基、イソチオシアネート基、シアネート基、イソシアネート基、シアノ基、アルキルチオ基、アリールチオ基、アルコキシ基及びアリールオキシ基からなる群から選ばれた基で配位する1座又は2座の配位子、あるいはハロゲン原子、カルボニル、ジアルキルケトン、1,3−ジケトン、カルボンアミド、チオカルボンアミド又はチオ尿素からなる1座又は2座の配位子を表す。]
Figure 2012053983
[ 一般式(2)において、R101及びR102はそれぞれ独立に、カルボキシル基、スルホン酸基、ヒドロキシル基、ヒドロキサム酸基、ホスホリル基又はホスホニル基を表す。R103及びR104はそれぞれ独立に置換基を表し、R105及びR106はそれぞれ独立にアルキル基、アリール基及びヘテロ環基のうちの一つ以上を表す。
及びLはそれぞれ独立に、エテニレン基及びエチニレン基からなる共役鎖を表す。
a1及びa2はそれぞれ独立に0〜3の整数を表し、a1が2以上のときR101は同じでも異なっていてもよく、a2が2以上のときR102は同じでも異なっていてもよく、b1及びb2はそれぞれ独立に0〜3の整数を表す。b1が2以上のときRは同じでも異なっていてもよく、Rは互いに連結して環を形成してもよく、b2が2以上のときR4は同じでも異なっていてもよく互いに連結して環を形成してもよく、b1及びb2が共に1以上のときR103とR104とが連結して環を形成してもよく、d1及びd2はそれぞれ独立に0〜5の整数を表し、d3は0又は1を表す。]
Figure 2012053983
[ 一般式(3)において、Za、Zb及びZcはそれぞれ独立に、5又は6員環を形成しうる非金属原子群を表し、cは0又は1を表す。]
A photoelectric conversion element comprising a conductive support, a photosensitive layer composed of a porous semiconductor layer containing a dye, a charge transfer layer, and a counter electrode,
The photoreceptor layer has a multilayer structure, the porous semiconductor layer contains at least one dye represented by the following general formula (1), and the haze ratio at a wavelength in the visible light region of the porous semiconductor layer is A photoelectric conversion element characterized by being 60% or more.
Mz (LL 1 ) m1 (LL 2 ) m2 (X) m3 · CI (1)
[Mz represents a metal atom, LL 1 is a bidentate or tridentate ligand represented by the following general formula (2), and LL 2 has a substituent represented by the following general formula (3). It may be a bidentate or tridentate ligand.
m1 represents an integer of 0 to 3, and when m1 is 2 or more, LL1 may be the same or different. m2 represents an integer of 0 to 2, LL 2 when m2 is 2 may be the same or different. However, one of m1 and m2 is an integer of 1 or more. m3 represents an integer of 0 to 3.
X represents a ligand, an acyloxy group, an acylthio group, a thioacyloxy group, a thioacylthio group, an acylaminooxy group, a thiocarbamate group, a dithiocarbamate group, a thiocarbonate group, a dithiocarbonate group, a trithiocarbonate group, A monodentate or bidentate arrangement coordinated by a group selected from the group consisting of an acyl group, a thiocyanate group, an isothiocyanate group, a cyanate group, an isocyanate group, a cyano group, an alkylthio group, an arylthio group, an alkoxy group, and an aryloxy group. A ligand or a monodentate or bidentate ligand composed of a halogen atom, carbonyl, dialkyl ketone, 1,3-diketone, carbonamide, thiocarbonamide or thiourea. ]
Figure 2012053983
[In General Formula (2), R 101 and R 102 each independently represent a carboxyl group, a sulfonic acid group, a hydroxyl group, a hydroxamic acid group, a phosphoryl group, or a phosphonyl group. R 103 and R 104 each independently represent a substituent, and R 105 and R 106 each independently represent one or more of an alkyl group, an aryl group, and a heterocyclic group.
L 1 and L 2 each independently represent a conjugated chain composed of an ethenylene group and an ethynylene group.
a1 and a2 each independently represent an integer of 0 to 3, R 101 may be the same or different when a1 is 2 or more, and R 102 may be the same or different when a2 is 2 or more, b1 And b2 each independently represents an integer of 0 to 3. When b1 is 2 or more, R 3 may be the same or different, R 3 may be connected to each other to form a ring, and when b2 is 2 or more, R 4 may be the same or different and are connected to each other. may form a ring Te may be 1 or more when b1 and b2 are both linked and the R 103 and R 104 form a ring, d1 and d2 each independently represent an integer of 0 to 5 , D3 represents 0 or 1. ]
Figure 2012053983
[In General Formula (3), Za, Zb, and Zc each independently represent a nonmetallic atom group that can form a 5- or 6-membered ring, and c represents 0 or 1. ]
前記一般式(1)中のMがRu、Fe、Os又はCu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 M in the general formula (1) is Ru, Fe, Os, or Cu. 前記一般式(1)中のMがRuであることを特徴とすることを特徴とする請求項2に記載の光電変換素子。   3. The photoelectric conversion element according to claim 2, wherein M in the general formula (1) is Ru. 前記一般式(1)中のLLが下記一般式(4−1)、(4−2)又は(4−3)により表される2座又は3座の配位子であることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の光電変換素子。
Figure 2012053983
[ R101、R102及びR107はそれぞれ独立にカルボキシル基、スルホン酸基、ヒドロキシル基、ヒドロキサム酸基、ホスホリル基又はホスホニル基を表す。R103、R104、R108、R125、R126、R127及びR128はそれぞれ独立に置換基を表す。R121〜R124はそれぞれ独立に水素、アルキル基、アルケニル基又はアリール基を表す。R121とR122並びにR123とR124はそれぞれ互いに連結して環を形成してもよい。a1、a2及びa3はそれぞれ独立に0〜3の整数を表す。a1が2以上のときR101は同じでも異なっていてもよい。a2が2以上のときR102は同じでも異なっていてもよい。a3が2以上のときR107は同じでも異なっていてもよい。b1及びb2はそれぞれ独立に0〜3の整数を表す。b1が2以上のときR103は同じでも異なっていてもよく、互いに連結して環を形成してもよい。b2が2以上のときR104は同じでも異なっていてもよく、互いに連結して環を形成してもよい。b3は0〜5の整数を表し、b3が2以上のときR108は同じでも異なっていてもよく、互いに連結して環を形成してもよい。
一般式(4−1)中のb1及びb2が共に1以上のときR103とR104が連結して環を形成してもよい。一般式(4−2)中のb1及びb3が共に1以上のときR103とR108が連結して環を形成してもよい。d1及びd2はそれぞれ独立に0〜4の整数を表す。d1が1以上のときR125はR121及びR122のどちらか一方又は両方と連結して環を形成してもよく、d1が2以上のときR125は同じでも異なっていてもよく、互いに連結して環を形成してもよい。d2が1以上のときR126はR123及びR124のどちらか一方又は両方と連結して環を形成してもよく、d2が2以上のときR126は同じでも異なっていてもよく、互いに連結して環を形成してもよい。d3は0又は1を表す。]
LL 1 in the general formula (1) is a bidentate or tridentate ligand represented by the following general formula (4-1), (4-2) or (4-3), The photoelectric conversion element according to any one of claims 1 to 3.
Figure 2012053983
[R 101 , R 102 and R 107 each independently represent a carboxyl group, a sulfonic acid group, a hydroxyl group, a hydroxamic acid group, a phosphoryl group or a phosphonyl group. R 103 , R 104 , R 108 , R 125 , R 126 , R 127 and R 128 each independently represent a substituent. R 121 to R 124 each independently represent hydrogen, an alkyl group, an alkenyl group, or an aryl group. R 121 and R 122 and R 123 and R 124 may be connected to each other to form a ring. a1, a2 and a3 each independently represents an integer of 0 to 3; When a1 is 2 or more, R 101 may be the same or different. a2 is R 102 when 2 or more may be the same or different. a3 is the R 107 when two or more may be the same or different. b1 and b2 each independently represents an integer of 0 to 3. When b1 is 2 or more, R 103 may be the same or different, and may be linked to each other to form a ring. When b2 is 2 or more, R 104 may be the same or different and may be connected to each other to form a ring. b3 represents an integer of 0 to 5, and when b3 is 2 or more, R 108 may be the same or different, and may be connected to each other to form a ring.
When b1 and b2 in the general formula (4-1) are both 1 or more, R 103 and R 104 may be linked to form a ring. When b1 and b3 in the general formula (4-2) are both 1 or more, R 103 and R 108 may be linked to form a ring. d1 and d2 each independently represents an integer of 0 to 4. When d1 is 1 or more, R 125 may be linked to one or both of R 121 and R 122 to form a ring, and when d1 is 2 or more, R 125 may be the same or different, and They may be linked to form a ring. When d2 is 1 or more, R 126 may be linked to one or both of R 123 and R 124 to form a ring, and when d2 is 2 or more, R 126 may be the same or different, and They may be linked to form a ring. d3 represents 0 or 1. ]
前記一般式(4−1)及び(4−2)中のR121及びR122のどちらか一方又は両方が、アルコキシ基が置換したアルキル基であることを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載の光電変換素子。 Either one or both of R 121 and R 122 in the general formulas (4-1) and (4-2) is an alkyl group substituted with an alkoxy group. The photoelectric conversion element of Claim 1. 前記一般式(1)中のLLが下記一般式(5−1)〜(5−8)のいずれかにより表される2座又は3座の配位子であることを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載の光電変換素子。
Figure 2012053983
[ R151〜R158はそれぞれ独立にカルボキシル基、スルホン酸基、ヒドロキシル基、ヒドロキサム酸基、ホスホリル基又はホスホニル基を表し、R159〜R165はそれぞれ独立に置換基を表し、R151〜R166は環上のどの位置に結合していてもよく、R167〜R171はそれぞれ独立に水素、アルキル基、アルケニル基又はアリール基を表す。e1〜e8、e13、e14及びe16はそれぞれ独立に0〜4の整数を表し、e9〜e12及びe15はそれぞれ独立に0〜6の整数を表し、e1〜e8が2以上のとき、R151〜R158はそれぞれ同じでも異なっていてもよく、e9〜e16が2以上のとき、R159〜R166はそれぞれ同じでも異なっていてもよく互いに連結して環を形成してもよい。]
The LL 2 in the general formula (1) is a bidentate or tridentate ligand represented by any one of the following general formulas (5-1) to (5-8). The photoelectric conversion element of any one of 1-5.
Figure 2012053983
[R 151 to R 158 each independently represent a carboxyl group, a sulfonic acid group, a hydroxyl group, a hydroxamic acid group, a phosphoryl group or a phosphonyl group, R 159 to R 165 each independently represent a substituent, and R 151 to R 158 166 may be bonded to any position on the ring, and R 167 to R 171 each independently represent hydrogen, an alkyl group, an alkenyl group, or an aryl group. e1 to e8, e13, e14 and e16 each independently represents an integer of 0 to 4, e9 to e12 and e15 each independently represents an integer of 0 to 6, and when e1 to e8 is 2 or more, R 151 to R 158 may be the same as or different from each other. When e9 to e16 are 2 or more, R 159 to R 166 may be the same or different from each other and may be linked to each other to form a ring. ]
前記一般式(1)中のm1が1であり、m2が1であり、m3が1又は2であり、LLが前記一般式(5−1)により表される2座又は3座の配位子であることを特徴とする請求項1〜6のいずれか1項に記載の光電変換素子。 In the general formula (1), m1 is 1, m2 is 1, m3 is 1 or 2, and LL 2 is a bidentate or tridentate arrangement represented by the general formula (5-1). It is a ligand, The photoelectric conversion element of any one of Claims 1-6 characterized by the above-mentioned. 前記色素がカルボキシル基、スルホン酸基、ヒドロキシル基、ヒドロキサム酸基、ホスホリル基及びホスホニル基からなる群から選ばれた少なくとも1種を有することを特徴とする請求項1〜7のいずれか1項に記載の光電変換素子。   The said pigment | dye has at least 1 sort (s) chosen from the group which consists of a carboxyl group, a sulfonic acid group, a hydroxyl group, a hydroxamic acid group, a phosphoryl group, and a phosphonyl group, In any one of Claims 1-7 characterized by the above-mentioned. The photoelectric conversion element as described. 前記感光体を構成する半導体微粒子が酸化チタン微粒子であることを特徴とする請求項1〜8のいずれか1項に記載の光電変換素子。   The photoelectric conversion element according to claim 1, wherein the semiconductor fine particles constituting the photoconductor are titanium oxide fine particles. 前記多層構造の感光体層の各層を形成する半導体微粒子が異なる平均粒径を有していることを特徴とする請求項1〜9のいずれか1項に記載の光電変換素子。   10. The photoelectric conversion device according to claim 1, wherein the semiconductor fine particles forming each layer of the multi-layered photosensitive layer have different average particle sizes. 前記多層構造の感光体層の受光面側の半導体微粒子層の平均粒径を該半導体微粒子層の平均粒径よりも小さくすることを特徴とする請求項1〜10のいずれか1項に記載の光電変換素子。   11. The average particle diameter of the semiconductor fine particle layer on the light receiving surface side of the photosensitive layer having the multilayer structure is made smaller than the average particle diameter of the semiconductor fine particle layer. Photoelectric conversion element. 前記多層構造の感光体層の多孔質半導体層の受光面側に位置する多孔質半導体層が、粒度分布の変動係数が10以下の半導体微粒子によって形成されていることを特徴とする請求項1〜11のいずれか1項に記載の光電変換素子。   The porous semiconductor layer located on the light-receiving surface side of the porous semiconductor layer of the multilayered photosensitive layer is formed of semiconductor fine particles having a variation coefficient of particle size distribution of 10 or less. 11. The photoelectric conversion element according to any one of 11 above. 前記多層構造の感光体層の多孔質半導体層が、吸収スペクトルにおける最大感度波長領域を短波長側に有する層から吸収スペクトルにおける最大感度波長領域を長波長側に有する層の順で受光面側から配置されていることを特徴とする請求項1〜12のいずれか1項に記載の光電変換素子。   The porous semiconductor layer of the multi-layered photosensitive layer is formed from the light receiving surface side in the order of the layer having the maximum sensitivity wavelength region in the absorption spectrum on the short wavelength side and the layer having the maximum sensitivity wavelength region in the absorption spectrum on the long wavelength side. It is arrange | positioned, The photoelectric conversion element of any one of Claims 1-12 characterized by the above-mentioned. 請求項1〜13のいずれか1項に記載の光電変換素子を備えることを特徴とする光電気化学電池。   A photoelectrochemical cell comprising the photoelectric conversion device according to claim 1.
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