JP2012221778A - Photoelectric conversion element, method for manufacturing photoelectric conversion element, and solar cell - Google Patents

Photoelectric conversion element, method for manufacturing photoelectric conversion element, and solar cell Download PDF

Info

Publication number
JP2012221778A
JP2012221778A JP2011087037A JP2011087037A JP2012221778A JP 2012221778 A JP2012221778 A JP 2012221778A JP 2011087037 A JP2011087037 A JP 2011087037A JP 2011087037 A JP2011087037 A JP 2011087037A JP 2012221778 A JP2012221778 A JP 2012221778A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
photoelectric conversion
conversion element
hole transport
group
compound
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP2011087037A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP5696571B2 (en
Inventor
Kazuya Isobe
和也 磯部
Kenichi Onaka
賢一 尾中
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Konica Minolta Business Technologies Inc
Original Assignee
Konica Minolta Business Technologies Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Konica Minolta Business Technologies Inc filed Critical Konica Minolta Business Technologies Inc
Priority to JP2011087037A priority Critical patent/JP5696571B2/en
Publication of JP2012221778A publication Critical patent/JP2012221778A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP5696571B2 publication Critical patent/JP5696571B2/en
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50Photovoltaic [PV] energy
    • Y02E10/542Dye sensitized solar cells
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50Photovoltaic [PV] energy
    • Y02E10/549Organic PV cells
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02PCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a dye-sensitized photoelectric conversion element using an electroconductive polymer as a hole transport material and stably maintaining the photoelectric conversion efficiency at a high level.SOLUTION: The photoelectric conversion element comprises at least a substrate, a first electrode, a photoelectric conversion layer containing a semiconductor and a sensitizing dye, a hole transport layer containing a solid hole transport material, a second electrode, and a region which absorbs light with wavelengths of 380 nm or shorter. The solid hole transport material in the hole transport layer is an electroconductive polymer.

Description

本発明は、光のエネルギーを電気エネルギーに変換する機能を有する光電変換素子に関し、特に、正孔輸送材料に固体材料を用いた色素増感型の光電変換素子に関する。   The present invention relates to a photoelectric conversion element having a function of converting light energy into electric energy, and more particularly to a dye-sensitized photoelectric conversion element using a solid material as a hole transport material.

太陽電池に代表される光電変換素子は、光のエネルギーを電気エネルギーに変換して各種機器に電力を供給する素子で、シリコンに代表される無機系材料を使用する光電変換素子の開発が従来より検討されてきた。無機系材料には、単結晶シリコンやアモルファスシリコン、セレン化インジウム銅等があるが、無機系材料を用いた光電変換素子は高純度の無機系材料を形成する精製工程や多層pn接合構造を作製する製造工程が必要になる等、生産性に課題を有していた。また、インジウム等のレアメタルを用いるものであることから、原材料の安定供給体制に対する課題も有していた。   Photoelectric conversion elements typified by solar cells are elements that convert light energy into electrical energy and supply power to various devices. Development of photoelectric conversion elements that use inorganic materials typified by silicon has traditionally been developed. Has been studied. Inorganic materials include single crystal silicon, amorphous silicon, indium copper selenide, etc., but photoelectric conversion elements using inorganic materials produce a purification process or multilayer pn junction structure that forms high-purity inorganic materials. There is a problem in productivity, such as the need for a manufacturing process. In addition, since a rare metal such as indium is used, there is a problem with a stable supply system of raw materials.

一方、合成により安定供給を可能にする有機材料を用いた光電変換素子も検討され、たとえば、電子伝導性(n型)のペリレンテトラカルボン酸と正孔伝導性(p型)の銅フタロシアニンを接合させた有機光電変換素子が報告された(たとえば、非特許文献1参照)。この様な有機光電変換素子では、励起子拡散長と空間電荷層の改良が必要であることが判明し、その対応策としてn型有機材料とp型有機材料で形成されるpn接合部の面積を増大させて光電変換を効率よく行える様にする方法が提案された。具体的には、n型の電子電導性材料とp型の正孔伝導性ポリマーを膜中で複合化させてpn接合部分を増大させることにより、膜中全体で光電変換を行う技術が提案された(たとえば、非特許文献2参照)。そして、正孔伝導性ポリマーである共役高分子と電子電導性材料であるフラーレンを膜中で複合化させる技術も提案された。   On the other hand, photoelectric conversion elements using organic materials that can be stably supplied by synthesis have also been studied, for example, bonding of electron-conductive (n-type) perylenetetracarboxylic acid and hole-conductive (p-type) copper phthalocyanine. A reported organic photoelectric conversion element has been reported (for example, see Non-Patent Document 1). In such an organic photoelectric conversion element, it has been found that the exciton diffusion length and the space charge layer need to be improved. As a countermeasure, the area of the pn junction formed by the n-type organic material and the p-type organic material is used. There has been proposed a method for increasing photoelectric conversion so that photoelectric conversion can be performed efficiently. Specifically, a technique has been proposed in which an n-type electron conductive material and a p-type hole conductive polymer are combined in the film to increase the pn junction portion, thereby performing photoelectric conversion throughout the film. (For example, see Non-Patent Document 2). A technique has also been proposed in which a conjugated polymer as a hole conducting polymer and a fullerene as an electron conducting material are combined in a film.

ところで、上記有機光電変換素子は、無機系材料を用いたものに比べて光電変換効率が低いものであったため、光電変換効率の向上が検討され、これを解消する技術として色素増感型の光電変換素子が注目された。具体的には、多孔質酸化チタンを使用して半導体表面積を増大させて有機増感色素の吸着量を増やすことにより、光電変換効率の向上を図ろうとする技術が提案された(たとえば、非特許文献3参照)。この技術では、多孔質酸化チタン表面に吸着させた有機増感色素が光励起され、色素より酸化チタンへ電子が注入されて色素カチオンが形成される。そして、この色素カチオンの存在により、素子内ではヨウ素含有電解質を有機溶媒に溶解させた電解液を有する正孔輸送層を経由して対極より電子の授受のサイクルが繰り返され、光電変換効率の向上を実現させている。また、この技術では、半導体として使用される酸化チタンは高純度に精製したものではないことや、光電変換可能な可視光領域を拡大させており、色素増感型の光電変換素子の可能性を高めるものでもあった。その一方で、正孔輸送層に電解液を使用しているので、液漏れによる化学種の散逸を防ぐ配慮が必要なものであった。   By the way, since the organic photoelectric conversion element has a lower photoelectric conversion efficiency than that using an inorganic material, improvement of the photoelectric conversion efficiency has been studied, and as a technique for solving this, a dye-sensitized photoelectric conversion device is used. The conversion element attracted attention. Specifically, a technique for improving the photoelectric conversion efficiency by increasing the adsorption amount of the organic sensitizing dye by increasing the surface area of the semiconductor using porous titanium oxide has been proposed (for example, non-patented). Reference 3). In this technique, an organic sensitizing dye adsorbed on the porous titanium oxide surface is photoexcited, and electrons are injected from the dye into titanium oxide to form a dye cation. The presence of this dye cation repeats the electron transfer cycle from the counter electrode via the hole transport layer having an electrolyte solution in which an iodine-containing electrolyte is dissolved in an organic solvent, thereby improving the photoelectric conversion efficiency. Is realized. In addition, with this technology, titanium oxide used as a semiconductor is not purified to a high purity, and the visible light region where photoelectric conversion is possible has been expanded, and the possibility of a dye-sensitized photoelectric conversion element has been expanded. It was also something to raise. On the other hand, since an electrolytic solution is used for the hole transport layer, consideration must be given to prevent the dissipation of chemical species due to liquid leakage.

この課題に対して、正孔輸送材料にアモルファス性有機正孔材料やヨウ化銅等の固体材料を用いる全固体色素増感型光電変換素子に関する技術が提案された(たとえば、非特許文献4、5参照)。これら固体の正孔輸送材料の中に、その構造から高い光電変換効率が得られると期待されるものの1つに、PEDOT(ポリエチレンジオキシチオフェン)等に代表される導電性高分子があり検討が行われていた(たとえば、特許文献1、2、非特許文献6参照)。   In order to solve this problem, a technique related to an all-solid dye-sensitized photoelectric conversion element using a solid material such as an amorphous organic hole material or copper iodide as a hole transport material has been proposed (for example, Non-Patent Document 4, 5). Among these solid hole transport materials, one that is expected to obtain high photoelectric conversion efficiency due to its structure is a conductive polymer represented by PEDOT (polyethylenedioxythiophene) and the like, and has been studied. (For example, refer to Patent Documents 1 and 2 and Non-Patent Document 6).

たとえば、特許文献1には、導電性高分子の1つであるポリチオフェン類を正孔輸送物質に使用し、電解重合法や塗布法により、色素を吸着させた半導体微粒子含有層の上に正孔輸送層を形成する技術が開示されている。また、特許文献2には、ポリチオフェン類の1つであるポリエチレンジオキシチオフェンを含有する塗布液を第1電極上に塗布して太陽電池ユニットを作製する技術が開示されている。   For example, in Patent Document 1, polythiophene, which is one of conductive polymers, is used as a hole transport material, and holes are formed on a semiconductor fine particle-containing layer on which a dye is adsorbed by an electrolytic polymerization method or a coating method. A technique for forming a transport layer is disclosed. Patent Document 2 discloses a technique for producing a solar cell unit by applying a coating solution containing polyethylenedioxythiophene, which is one of polythiophenes, onto a first electrode.

特開2000−106223号公報JP 2000-106223 A 特開2011−009419号公報JP 2011-009419 A

C.W.Tang:Applied Physics Letters,48,183(1986)C. W. Tang: Applied Physics Letters, 48, 183 (1986) G.Yu,J.Gao,J.C.Humelen,F.Wudl and A.J.Heeger:Science,270,1789(1996)G. Yu, J .; Gao, J .; C. Humelen, F.M. Wudl and A.W. J. et al. Heeger: Science, 270, 1789 (1996). B.O’Regan,M.Gratzel,Nature,353,737(1991)B. O'Regan, M.M. Gratzel, Nature, 353, 737 (1991) U.Bach,D.Lupo,P.Comte,J.E.Moser,F.Weissortel,J.Salbeck,H.Spreitzer and M.Gratzel,Nature,395,583(1998)U. Bach, D.C. Lupo, P.M. Comte, J .; E. Moser, F.A. Weissortel, J. et al. Salbeck, H.M. Spreitzer and M.M. Gratzel, Nature, 395, 583 (1998) G.R.A.Kumara,S.Kaneko,M.Kuya,A.Konno and K.Tennakone:Key Engineerinng Matterals,119,228(2002)G. R. A. Kumara, S .; Kaneko, M .; Kuya, A .; Konno and K.K. Tennakone: Key Engineering Materials, 119, 228 (2002) J.Xia,N.Masaki,M.Lira−Cantu,Y.Kim,K.Jiang and S.Yanagida:Journal of the American Chemical Society,130,1258(2008)J. et al. Xia, N .; Masaki, M .; Lira-Cantu, Y.M. Kim, K .; Jiang and S.J. Yanagida: Journal of the American Chemical Society, 130, 1258 (2008)

上記の様に、導電性高分子を正孔輸送材料に用いた光電変換素子の開発が検討されていたが、検討を進めていくと、導電性高分子を用いても期待していた高いレベルの光電変換効率が必ずしも得られるものではないことが判明してきた。すなわち、導電性高分子を正孔輸送物質に用いると、正孔輸送層で電荷の再結合が発生し易くなり、光電変換効率の向上を阻害させる要因になっていたのである。また、初期段階では高い光電変換効率が得られていたものの経時で低下するものもあり、光電変換効率を長期にわたり安定維持することにも課題があることも分かってきた。   As described above, the development of photoelectric conversion elements using conductive polymers as hole transport materials has been studied. As the study progressed, the high level expected even when using conductive polymers was studied. It has been found that the photoelectric conversion efficiency is not always obtained. That is, when a conductive polymer is used as the hole transport material, charge recombination is likely to occur in the hole transport layer, which is a factor that hinders improvement in photoelectric conversion efficiency. In addition, although high photoelectric conversion efficiency was obtained in the initial stage, some of the photoelectric conversion efficiency decreased with time, and it has been found that there is a problem in maintaining the photoelectric conversion efficiency stably over a long period of time.

本発明は、上記課題を鑑みてなされたものであり、正孔輸送材料に導電性高分子を使用し、高い光電変換効率が得られるとともに、当該光電変換効率を高レベルで安定維持させることが可能な色素増感型光電変換素子を提供することを目的とするものである。   The present invention has been made in view of the above-mentioned problems, and it is possible to obtain a high photoelectric conversion efficiency by using a conductive polymer as a hole transport material, and to stably maintain the photoelectric conversion efficiency at a high level. An object of the present invention is to provide a possible dye-sensitized photoelectric conversion element.

本発明者は、上記課題が下記に記載のいずれかの構成により解消されるものであることを見出した。すなわち、請求項1に記載の発明は、
『少なくとも、基体、第1電極、半導体及び増感色素を含有する光電変換層、固体の正孔輸送物質を含有する正孔輸送層、第2電極を有する光電変換素子であって、
光が入射する表面から該表面側に位置する電極までに380nm以下の波長光を吸収する領域を有するとともに、
前記正孔輸送層に含有される固体の正孔輸送物質が、下記一般式(1)〜(3)のいずれかで表される構造の化合物を重合して形成される導電性高分子であることを特徴とする光電変換素子。
The present inventor has found that the above-described problem can be solved by any of the configurations described below. That is, the invention described in claim 1
“At least a substrate, a first electrode, a photoelectric conversion layer containing a semiconductor and a sensitizing dye, a hole transport layer containing a solid hole transport material, and a photoelectric conversion element having a second electrode,
While having a region that absorbs light of a wavelength of 380 nm or less from the surface on which light is incident to the electrode located on the surface side,
The solid hole transport material contained in the hole transport layer is a conductive polymer formed by polymerizing a compound having a structure represented by any one of the following general formulas (1) to (3). The photoelectric conversion element characterized by the above-mentioned.

Figure 2012221778
Figure 2012221778

(式中、R〜Rは、水素原子、ハロゲン原子、アルキル基、シクロアルキル基、アルコキシ基、アリール基のいずれかを表し、R〜Rは同じものであっても異なるものであってもよい。) (In the formula, R 1 to R 4 represent any one of a hydrogen atom, a halogen atom, an alkyl group, a cycloalkyl group, an alkoxy group, and an aryl group, and R 1 to R 4 are the same or different. May be.)

Figure 2012221778
Figure 2012221778

(式中、Rは、水素原子、ハロゲン原子、アルキル基、アルコキシ基、アリール基のいずれかを表し、nは1または2の整数を、mは0〜2n+4の整数を表す。) (In the formula, R 5 represents any one of a hydrogen atom, a halogen atom, an alkyl group, an alkoxy group, and an aryl group, n represents an integer of 1 or 2, and m represents an integer of 0 to 2n + 4.)

Figure 2012221778
Figure 2012221778

(式中、R〜Rは、水素原子、ハロゲン原子、アルキル基、アルコキシ基、アリール基のいずれかを表し、R〜Rは同じものであっても異なるものであってもよい。)』というものである。 (In the formula, R 6 to R 9 represent any one of a hydrogen atom, a halogen atom, an alkyl group, an alkoxy group, and an aryl group, and R 6 to R 9 may be the same or different. .) ”.

請求項2に記載の発明は、
『前記一般式(1)で表される構造を有する化合物中のR〜Rの少なくとも1つが、
炭素原子数6以上14個以下のアルキル基またはシクロアルキル基、炭素原子数6以上のアリール基、オキシエチレン基を有するアルキル基のいずれかであり、
前記一般式(2)で表される構造を有する化合物中のRが炭素原子数6以上のアリール基またはオキシエチレン基を有するアルキル基のいずれかで、かつ、前記nの値が1であり、
前記一般式(3)で表される構造を有する化合物中のR〜Rの少なくとも1つが、
炭素原子数6以上のアルキル基、炭素原子数6以上のアリール基、オキシエチレン基を有するアルキル基のいずれか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。』というものである。
The invention described in claim 2
“At least one of R 1 to R 4 in the compound having the structure represented by the general formula (1) is
An alkyl group having 6 to 14 carbon atoms or a cycloalkyl group, an aryl group having 6 or more carbon atoms, or an alkyl group having an oxyethylene group,
R 5 in the compound having the structure represented by the general formula (2) is either an aryl group having 6 or more carbon atoms or an alkyl group having an oxyethylene group, and the value of n is 1. ,
At least one of R 6 to R 9 in the compound having a structure represented by the general formula (3) is:
2. The photoelectric conversion element according to claim 1, wherein the photoelectric conversion element is any one of an alkyl group having 6 or more carbon atoms, an aryl group having 6 or more carbon atoms, and an alkyl group having an oxyethylene group. ].

請求項3に記載の発明は、
『前記光電変換素子は、
少なくとも、前記光電変換層と前記正孔輸送層を形成した後に加熱処理を施す工程を経て作製されるものであることを特徴とする請求項1または2に記載の光電変換素子。』というものである。
The invention according to claim 3
"The photoelectric conversion element
3. The photoelectric conversion element according to claim 1, wherein the photoelectric conversion element is manufactured through a step of performing a heat treatment after forming the photoelectric conversion layer and the hole transport layer. ].

請求項4に記載の発明は、
『前記光電変換層と前記正孔輸送層を形成した後に行う前記加熱処理の処理温度が70℃以上150℃以下であることを特徴とする請求項3に記載の光電変換素子。』というものである。
The invention according to claim 4
The process temperature of the heat treatment performed after forming the photoelectric conversion layer and the hole transport layer is 70 ° C. or higher and 150 ° C. or lower. ].

請求項5に記載の発明は、
『前記380nm以下の波長光を吸収する領域は、前記基体に設けられているもの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。』というものである。
The invention described in claim 5
[5] The photoelectric conversion element according to any one of claims 1 to 4, wherein the region that absorbs light having a wavelength of 380 nm or less is provided in the base. ].

請求項6に記載の発明は、
『前記380nm以下の波長光を吸収する領域は、
ベンゾフェノン系化合物、ベンゾトリアゾール系化合物、ベンゾエート系化合物、トリアジン系化合物のいずれかを含有するもの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。』というものである。
The invention described in claim 6
“A region that absorbs light having a wavelength of 380 nm or less is
6. The photoelectric conversion device according to claim 1, comprising any one of a benzophenone compound, a benzotriazole compound, a benzoate compound, and a triazine compound. ].

請求項7に記載の発明は、
『前記380nm以下の波長光を吸収する領域は、
酸化亜鉛または酸化チタンのいずれかを含有するもの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。』というものである。
The invention described in claim 7
“A region that absorbs light having a wavelength of 380 nm or less is
The photoelectric conversion element according to any one of claims 1 to 5, which contains either zinc oxide or titanium oxide. ].

請求項8に記載の発明は、
『前記光電変換層が、多孔質構造の酸化チタンを含有するものであ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。』というものである。
The invention according to claim 8 provides:
The photoelectric conversion element according to any one of claims 1 to 7, wherein the photoelectric conversion layer contains titanium oxide having a porous structure. ].

請求項9に記載の発明は、
『少なくとも、第1電極、半導体及び増感色素を含有する光電変換層、固体の正孔輸送物質を含有する正孔輸送層、第2電極、及び、380nm以下の波長光を吸収する領域を基体上に有する光電変換素子の製造方法であって、
前記光電変換素子の製造方法は、少なくとも、
光が入射する表面から該表面側に位置する電極までに前記380nm以下の波長光を吸収する領域を設けるとともに、
下記一般式(1)〜(3)のいずれかで表される構造の化合物を重合して正孔輸送層を形成する工程を有するものであることを特徴とする光電変換素子の製造方法。
The invention according to claim 9 is:
“At least a first electrode, a photoelectric conversion layer containing a semiconductor and a sensitizing dye, a hole transport layer containing a solid hole transport material, a second electrode, and a region that absorbs light having a wavelength of 380 nm or less. A method for producing a photoelectric conversion element having the above,
The manufacturing method of the photoelectric conversion element is at least:
A region for absorbing light having a wavelength of 380 nm or less is provided from the surface on which light is incident to the electrode located on the surface side, and
A method for producing a photoelectric conversion element comprising a step of polymerizing a compound having a structure represented by any one of the following general formulas (1) to (3) to form a hole transport layer.

Figure 2012221778
Figure 2012221778

(式中、R〜Rは、水素原子、ハロゲン原子、アルキル基、シクロアルキル基、アルコキシ基、アリール基のいずれかを表し、R〜Rは同じものであっても異なるものであってもよい。) (In the formula, R 1 to R 4 represent any one of a hydrogen atom, a halogen atom, an alkyl group, a cycloalkyl group, an alkoxy group, and an aryl group, and R 1 to R 4 are the same or different. May be.)

Figure 2012221778
Figure 2012221778

(式中、Rは、水素原子、ハロゲン原子、アルキル基、アルコキシ基、アリール基のいずれかを表し、nは1または2の整数を、mは0〜2n+4の整数を表す。) (In the formula, R 5 represents any one of a hydrogen atom, a halogen atom, an alkyl group, an alkoxy group, and an aryl group, n represents an integer of 1 or 2, and m represents an integer of 0 to 2n + 4.)

Figure 2012221778
Figure 2012221778

(式中、R〜Rは、水素原子、ハロゲン原子、アルキル基、アルコキシ基、アリール基のいずれかを表し、R〜Rは同じものであっても異なるものであってもよい。)』というものである。 (In the formula, R 6 to R 9 represent any one of a hydrogen atom, a halogen atom, an alkyl group, an alkoxy group, and an aryl group, and R 6 to R 9 may be the same or different. .) ”.

請求項10に記載の発明は、
『前記一般式(1)で表される構造を有する化合物中のR〜Rの少なくとも1つが、炭素原子数6以上14個以下のアルキル基またはシクロアルキル基、炭素原子数6以上のアリール基、オキシエチレン基を有するアルキル基のいずれかであり、
前記一般式(2)で表される構造を有する化合物中のRが炭素原子数6以上のアリール基またはオキシエチレン基を有するアルキル基のいずれかで、かつ、前記nの値が1であり、
前記一般式(3)で表される構造を有する化合物中のR〜Rの少なくとも1つが、炭素原子数6以上のアルキル基、炭素原子数6以上のアリール基、オキシエチレン基を有するアルキル基のいずれかであることを特徴とする請求項9に記載の光電変換素子の製造方法。』というものである。
The invention according to claim 10 is:
“At least one of R 1 to R 4 in the compound having the structure represented by the general formula (1) is an alkyl or cycloalkyl group having 6 to 14 carbon atoms, or aryl having 6 or more carbon atoms. Group, an alkyl group having an oxyethylene group,
R 5 in the compound having the structure represented by the general formula (2) is either an aryl group having 6 or more carbon atoms or an alkyl group having an oxyethylene group, and the value of n is 1. ,
An alkyl having at least one of R 6 to R 9 in the compound having the structure represented by the general formula (3) having an alkyl group having 6 or more carbon atoms, an aryl group having 6 or more carbon atoms, or an oxyethylene group The method for producing a photoelectric conversion element according to claim 9, wherein the method is any one of groups. ].

請求項11に記載の発明は、
『前記光電変換素子の製造方法は、前記光電変換層と前記正孔輸送層を形成した後、加熱処理を施す工程を有するものであることを特徴とする請求項9または10に記載の光電変換素子の製造方法。』というものである。
The invention according to claim 11
[The photoelectric conversion device according to claim 9 or 10, wherein the method for manufacturing the photoelectric conversion element includes a step of performing a heat treatment after the photoelectric conversion layer and the hole transport layer are formed. Device manufacturing method. ].

請求項12に記載の発明は、
『前記光電変換層と前記正孔輸送層を形成した後に行う前記加熱処理の処理温度が70℃以上150℃以下であることを特徴とする請求項11に記載の光電変換素子の製造方法。』というものである。
The invention according to claim 12
“The method for producing a photoelectric conversion element according to claim 11, wherein a temperature of the heat treatment performed after forming the photoelectric conversion layer and the hole transport layer is 70 ° C. or higher and 150 ° C. or lower. ].

請求項13に記載の発明は、
『請求項1〜8のいずれか1項に記載の光電変換素子または請求項9〜12のいずれか1項に記載の光電変換素子の製造方法により製造された光電変換素子を有することを特徴とする太陽電池。』というものである。
The invention according to claim 13
[A photoelectric conversion element according to any one of claims 1 to 8 or a photoelectric conversion element manufactured by the method for manufacturing a photoelectric conversion element according to any one of claims 9 to 12] Solar cell. ].

本発明では、正孔輸送層に導電性高分子を含有する光電変換素子に対して380nm以下の波長光を吸収する領域を設けることにより、導電性高分子を用いた際に生じ易い電荷再結合の発生を抑制して光電変換効率を高いレベルで安定維持することを可能にした。   In the present invention, charge recombination that is likely to occur when a conductive polymer is used by providing a region that absorbs light with a wavelength of 380 nm or less for a photoelectric conversion element containing a conductive polymer in a hole transport layer. It has become possible to stably maintain the photoelectric conversion efficiency at a high level by suppressing the occurrence of the above.

本発明に係る光電変換素子の一例を示す模式断面図である。It is a schematic cross section which shows an example of the photoelectric conversion element which concerns on this invention. 「形状係数FF」の数値と「電圧−電流特性グラフ」の形状との関係を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the relationship between the numerical value of "shape factor FF", and the shape of a "voltage-current characteristic graph."

本発明は、半導体表面に有機増感色素を吸着させた色素増感型の光電変換素子に関し、特に、正孔輸送物質に導電性高分子を用いた色素増感型の光電変換素子に関する。   The present invention relates to a dye-sensitized photoelectric conversion element in which an organic sensitizing dye is adsorbed on a semiconductor surface, and more particularly to a dye-sensitized photoelectric conversion element using a conductive polymer as a hole transport material.

以下、本発明について詳細に説明する。なお、本発明でいう「一般式(1)〜(3)のいずれかで表される構造を有する化合物を重合して形成される導電性高分子」は、二重結合と単結合が交互に並んだポリエン構造と呼ばれる共役型の主鎖構造を有する重合体である。この重合体は、ドナーやアクセプターの添加により付与された電荷がπ共役構造の主鎖を移動することにより導電性を発現するものである。そして、「一般式(1)〜(3)のいずれかで表される構造を有する化合物を重合して形成される導電性高分子」は、具体的には、主鎖中にイオウ原子を含有する複素環構造を有し、一般に「ポリチオフェン系高分子」あるいは「ポリチオフェン類」と呼ばれるものである。   Hereinafter, the present invention will be described in detail. The “conductive polymer formed by polymerizing a compound having a structure represented by any of the general formulas (1) to (3)” in the present invention has double bonds and single bonds alternately. It is a polymer having a conjugated main chain structure called a lined polyene structure. This polymer exhibits conductivity by the charge imparted by the addition of a donor or acceptor moving through the main chain of the π-conjugated structure. The “conductive polymer formed by polymerizing a compound having a structure represented by any of the general formulas (1) to (3)” specifically contains a sulfur atom in the main chain. It is generally called “polythiophene polymer” or “polythiophenes”.

また、本発明に係る光電変換素子は、「光が入射する表面から該表面側に位置する電極までに380nm以下の波長光を吸収する領域」を有するものである。ここで、「光が入射する表面から該表面側に位置する電極まで」とは、光電変換素子の光入射側表面より該表面側に位置する電極までの領域をいう。たとえば、後述する図1に示す光電変換素子1の様に、第1電極側表面より光が入射する場合は、基体1、第1電極2及び紫外線吸収層3が設けられている領域が「光が入射する表面から該表面側に位置する電極まで」に該当するものである。また、光が第2電極側表面から入射する場合は、第2電極からその入射光側の表面に存在する層が設けられている領域が「光が入射する表面から該表面側に位置する電極まで」に該当するものである。   In addition, the photoelectric conversion element according to the present invention has a “region that absorbs light having a wavelength of 380 nm or less from a surface on which light is incident to an electrode positioned on the surface side”. Here, “from the light incident surface to the electrode positioned on the surface side” refers to a region from the light incident side surface of the photoelectric conversion element to the electrode positioned on the surface side. For example, when light is incident from the surface on the first electrode side as in the photoelectric conversion element 1 shown in FIG. 1 to be described later, the region where the substrate 1, the first electrode 2, and the ultraviolet absorption layer 3 are provided is “light Corresponds to “from the surface on which the light is incident to the electrode positioned on the surface side”. When light is incident from the surface on the second electrode side, the region where the layer existing on the surface on the incident light side from the second electrode is provided is “the electrode positioned on the surface side from the surface on which light is incident. It corresponds to "to".

さらに、本発明の好ましい形態として「380nm以下の波長光を吸収する領域が基体に設けられている」ものがある。この「380nm以下の波長光を吸収する領域が基体に設けられている」とは、380nm以下の波長光を吸収するものを含有する塗布液やフィルムを基体へ塗布あるいは貼付したものや基体そのものがこの性質を有するものである場合を意味するものである。   Furthermore, as a preferred embodiment of the present invention, there is a "a region that absorbs light having a wavelength of 380 nm or less is provided in the substrate". “The region where light having a wavelength of 380 nm or less is absorbed is provided on the substrate” means that a coating solution or film containing a material that absorbs light having a wavelength of 380 nm or less is applied or pasted to the substrate, or the substrate itself. It means a case having this property.

最初に、本発明に係る光電変換素子の構造について図1を用いて説明する。図1は本発明に係る光電変換素子の構造の一例を模式的に示した断面図である。   First, the structure of the photoelectric conversion element according to the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing an example of the structure of a photoelectric conversion element according to the present invention.

図1に示す光電変換素子10は、基板1、第1電極2、紫外線吸収層3、光電変換層6、正孔輸送層7及び第2電極8、隔壁9等より構成され、図の矢印で示す様に、光電変換層6に対して基板1や第1電極2が配置されている側より光を入射させるものである。また、光電変換層6は半導体5と増感色素4を含有するものであり、正孔輸送層7は後述する化合物に代表される導電性高分子を正孔輸送物質として含有するものである。さらに、基板1には本発明でいう「380nm以下の波長光を吸収する領域」に該当する紫外線吸収層3が設けられている。   A photoelectric conversion element 10 shown in FIG. 1 includes a substrate 1, a first electrode 2, an ultraviolet absorption layer 3, a photoelectric conversion layer 6, a hole transport layer 7, a second electrode 8, a partition wall 9, and the like. As shown, light is incident on the photoelectric conversion layer 6 from the side where the substrate 1 and the first electrode 2 are disposed. The photoelectric conversion layer 6 contains the semiconductor 5 and the sensitizing dye 4, and the hole transport layer 7 contains a conductive polymer represented by a compound described later as a hole transport material. Further, the substrate 1 is provided with an ultraviolet absorbing layer 3 corresponding to “a region that absorbs light having a wavelength of 380 nm or less” in the present invention.

光電変換素子10は、以下の手順で光電変換が行われて、電池として機能するものである。すなわち、
(1)第1電極2に光が照射されると、光電変換層6に含有される増感色素が光を吸収して電子を放出する。このとき、増感色素は酸化物となる。
(2)増感色素により放出された電子は、光電変換層6内の半導体に移動し、さらに、半導体より第1電極2へ移動する。
(3)第1電極2へ移動した電子は、対極である第2電極8へ回り、第2電極で正孔輸送物質を還元する。
(4)前述の増感色素酸化物は、還元された正孔輸送物質より電子を受け取り、元の状態(増感色素)に戻る。
(5)上記(1)〜(4)を繰り返すことにより、第1電極2より第2電極8へ電子の移動が繰り返し行われて電気が流れる。
The photoelectric conversion element 10 is subjected to photoelectric conversion by the following procedure and functions as a battery. That is,
(1) When the first electrode 2 is irradiated with light, the sensitizing dye contained in the photoelectric conversion layer 6 absorbs the light and emits electrons. At this time, the sensitizing dye becomes an oxide.
(2) Electrons emitted by the sensitizing dye move to the semiconductor in the photoelectric conversion layer 6 and further move from the semiconductor to the first electrode 2.
(3) The electrons that have moved to the first electrode 2 travel to the second electrode 8 that is the counter electrode, and reduce the hole transport material at the second electrode.
(4) The aforementioned sensitizing dye oxide receives electrons from the reduced hole transport material and returns to the original state (sensitizing dye).
(5) By repeating the above (1) to (4), the movement of electrons from the first electrode 2 to the second electrode 8 is repeated, and electricity flows.

この様に、図1の光電変換素子10では、光照射により増感色素が励起状態となり電子を放出し、放出された電子は半導体を経由して第1電極2へ達して外部へ流れる。一方、電子を放出して酸化物となった増感色素は、第2電極8より供給される電子を正孔輸送層より受け取り元の状態に戻る、という仕組みで電子が移動して電池として機能する。   As described above, in the photoelectric conversion element 10 of FIG. 1, the sensitizing dye is excited by light irradiation to emit electrons, and the emitted electrons reach the first electrode 2 through the semiconductor and flow to the outside. On the other hand, the sensitizing dye that has become an oxide by emitting electrons functions as a battery by moving the electrons supplied from the second electrode 8 from the hole transport layer and returning to the original state. To do.

前述した様に、色素増感型光電変換素子の技術では、光電変換効率を向上させるために導電性高分子を正孔輸送物質に使用する技術が検討されていたが、光電変換効率を高いレベルで安定的に維持させることが困難であるという課題を有していた。本発明者は、導電性高分子を正孔輸送層に含有する光電変換素子が光電変換効率を高いレベルで安定維持することが困難な理由について以下の様に推測した。   As described above, in the technique of the dye-sensitized photoelectric conversion element, a technique of using a conductive polymer as a hole transport material has been studied in order to improve the photoelectric conversion efficiency. Therefore, it has been difficult to maintain stably. The present inventor presumed the reason why it is difficult for the photoelectric conversion element containing the conductive polymer in the hole transport layer to stably maintain the photoelectric conversion efficiency at a high level.

先ず、光電変換素子に正孔輸送物質として使用される導電性高分子はドーパントが高濃度に付与されていることにより、半導体で形成された電荷が正孔輸送層を移動し易くなっている状態になっているものと考えられる。光電変換層では、通常、多孔質酸化チタン等の半導体表面に吸着させた有機増感色素が光励起し、有機増感色素より半導体へ電子が注入されて色素カチオンが形成される。そして、この色素カチオンを外部回路と正孔輸送層経由で還元することにより光電流を取り出している。外部回路へ光電流を効率よく取り出すためには、半導体に注入された電子と正孔輸送層中の正孔とが結合する電荷再結合を発生させない様にすることが重要であり、そのためには半導体と正孔輸送層が電気的に絶縁状態になっていることが求められる。   First, the conductive polymer used as the hole transport material in the photoelectric conversion element is in a state where the charge formed by the semiconductor is easily moved through the hole transport layer because the dopant is applied at a high concentration. It is considered that. In the photoelectric conversion layer, an organic sensitizing dye adsorbed on a semiconductor surface such as porous titanium oxide is usually photoexcited, and electrons are injected from the organic sensitizing dye into the semiconductor to form a dye cation. Then, the photocurrent is taken out by reducing the dye cation via an external circuit and a hole transport layer. In order to efficiently extract photocurrent to an external circuit, it is important not to generate charge recombination in which electrons injected into the semiconductor and holes in the hole transport layer are combined. The semiconductor and the hole transport layer are required to be electrically insulated.

しかしながら、ドーパントが高濃度に付与された導電性高分子を用いた場合、半導体と正孔輸送層の間に電気的絶縁状態を形成、維持することは非常に難しくなるものと考えられた。また、熱の発生や酸化還元反応の繰り返しにより、半導体や正孔輸送層を構成する分子の変形が起こり易くなることも考えられ、この様な影響も両者間での電気的絶縁状態を維持する上で障壁になっていた。   However, it was considered that it is very difficult to form and maintain an electrically insulating state between the semiconductor and the hole transport layer when a conductive polymer provided with a high concentration of dopant is used. In addition, it is possible that the molecules constituting the semiconductor and the hole transport layer are likely to be deformed by the generation of heat and the redox reaction, and this effect also maintains the electrical insulation between them. It was a barrier above.

本発明者は、上記推測より半導体と正孔輸送層間での電荷再結合の発生を抑制することが光電変換効率を高いレベルで安定維持させる上で重要であると考えた。具体的には、半導体と正孔輸送層間で電気的絶縁状態を形成するために380nm以下の波長光を除去した光で照射すれば、半導体の光励起による導電性の向上が抑制され、光電変換効率を高いレベルで安定維持させることが可能になると考えたのである。また、熱の発生や酸化還元反応が繰り返されても、変形の小さな導電性高分子を用いて物理的な接触を抑制することで光電変換効率を高いレベルで安定維持することが可能になることも考えた。そして、検討を重ねた結果、上記構成の光電変換素子が前述の課題を解消するものであることを見出したのである。   The present inventor considered that it is important to suppress the occurrence of charge recombination between the semiconductor and the hole transport layer from the above estimation in order to stably maintain the photoelectric conversion efficiency at a high level. Specifically, irradiation with light from which light having a wavelength of 380 nm or less is removed in order to form an electrically insulating state between the semiconductor and the hole transporting layer suppresses improvement in conductivity due to photoexcitation of the semiconductor, and photoelectric conversion efficiency. I thought it would be possible to maintain a stable level at a high level. In addition, even if heat generation and redox reactions are repeated, it is possible to stably maintain the photoelectric conversion efficiency at a high level by suppressing physical contact using a conductive polymer with small deformation. Also thought. As a result of repeated studies, it has been found that the photoelectric conversion element having the above configuration solves the above-described problems.

本発明に係る光電変換素子10は、「380nm以下の波長光を吸収する領域」を有するものであり、かつ、正孔輸送層7に正孔輸送物質として固体材料である「導電性高分子」を含有するものである。以下、本発明に係る光電変換素子を構成する「固体の正孔輸送物質として導電性高分子を含有する正孔輸送層」と「380nm以下の波長光を吸収する領域」について説明する。   The photoelectric conversion element 10 according to the present invention has a “region that absorbs light having a wavelength of 380 nm or less” and a “conductive polymer” that is a solid material as a hole transport material in the hole transport layer 7. It contains. Hereinafter, the “hole transport layer containing a conductive polymer as a solid hole transport material” and the “region that absorbs light having a wavelength of 380 nm or less” constituting the photoelectric conversion element according to the present invention will be described.

最初に、固体材料である「導電性高分子」を正孔輸送物質として含有する正孔輸送層について説明する。図1に示す光電変換素子10に設けられている正孔輸送層7は、光を吸収して電子を放出して励起状態になった増感色素より正孔を第2電極8へ向けて移動させることにより、増感色素を還元して安定化させるものである。言い換えると、前述した様に、正孔輸送層7は第2電極8より電子を受け取り、受け取った電子を励起状態になっている光電変換層6の増感色素へ渡して増感色素を光照射前の状態に戻すものである。   First, a hole transport layer containing a “conductive polymer” that is a solid material as a hole transport material will be described. The hole transport layer 7 provided in the photoelectric conversion element 10 shown in FIG. 1 moves holes toward the second electrode 8 from the sensitizing dye that has been excited by absorbing light and releasing electrons. By doing so, the sensitizing dye is reduced and stabilized. In other words, as described above, the hole transport layer 7 receives electrons from the second electrode 8, passes the received electrons to the sensitizing dye of the photoelectric conversion layer 6 in an excited state, and irradiates the sensitizing dye with light. It returns to the previous state.

本発明では、後述する導電性高分子を正孔輸送物質に使用することから、正孔輸送物質に電解液を使用する光電変換素子で懸念されていた液漏れの発生がないものである。また、構造的に電子が移動し易い導電性高分子を正孔輸送材料に用いているので、正孔輸送層では第2電極から励起状態の増感色素への電子の授受が安定的に行え、高い光電変換効率の発現に寄与している。特に、本発明では、後述する一般式(1)〜(3)で表される化合物を重合して形成された導電性高分子を用いることで、分子間相互作用により正孔輸送効率が改善され、その結果、光電変換効率を改善させているものと考えられる。   In the present invention, since the conductive polymer described later is used for the hole transport material, there is no occurrence of liquid leakage, which has been a concern for photoelectric conversion elements using an electrolyte as the hole transport material. In addition, since a conductive polymer that easily moves electrons structurally is used for the hole transport material, the hole transport layer can stably transfer electrons from the second electrode to the excited sensitizing dye. This contributes to the development of high photoelectric conversion efficiency. In particular, in the present invention, the hole transport efficiency is improved by the intermolecular interaction by using a conductive polymer formed by polymerizing the compounds represented by the general formulas (1) to (3) described later. As a result, it is considered that the photoelectric conversion efficiency is improved.

下記一般式(1)〜(3)で表される構造を有する化合物を重合して形成される導電性高分子は、主鎖中にイオウ原子を含有する複素環構造(含イオウ複素環構造)を有するポリチオフェン類と呼ばれる重合体に属するものである。下記一般式(1)〜(3)で表される構造を有する化合物を重合して形成される重合体は、ポリチオフェン類の中でも電荷移動に寄与する二重結合と単結合が交互に並んだ共役型の主鎖構造に加え、側鎖構造を有するものである。この側鎖構造の存在が、分子の結晶性を改善し、光電変換効率の向上に寄与しているものと考えられる。すなわち、分子構造中に分子間相互作用を発現することが可能な部位が存在することにより、形成された導電性高分子が規則的に配列し、熱によるセグメント運動を起こしにくくして安定した構造の正孔輸送層を形成するものと考えられる。また、分子間相互作用の発現により、半導体と正孔輸送層とが接近する機会も低減させているものと考えられる。   The conductive polymer formed by polymerizing compounds having the structures represented by the following general formulas (1) to (3) is a heterocyclic structure containing a sulfur atom in the main chain (a sulfur-containing heterocyclic structure). It belongs to a polymer called polythiophene having the following. Polymers formed by polymerizing compounds having structures represented by the following general formulas (1) to (3) are conjugates in which double bonds and single bonds that contribute to charge transfer are alternately arranged among polythiophenes. In addition to the main chain structure of the mold, it has a side chain structure. The presence of this side chain structure is considered to improve the crystallinity of the molecule and contribute to the improvement of photoelectric conversion efficiency. In other words, the presence of a site capable of expressing intermolecular interactions in the molecular structure ensures that the formed conductive polymer is regularly arranged and is less likely to cause segmental motion due to heat, thus providing a stable structure. This is considered to form a positive hole transport layer. Moreover, it is considered that the opportunity for the semiconductor and the hole transport layer to approach each other is reduced due to the expression of the intermolecular interaction.

Figure 2012221778
Figure 2012221778

このうち、上記一般式(1)で表される構造中のR〜Rは、水素原子、ハロゲン原子、アルキル基、シクロアルキル基、アルコキシ基、アリール基のいずれかを表すものである。 Among these, R < 1 > -R < 4 > in the structure represented by the said General formula (1) represents either a hydrogen atom, a halogen atom, an alkyl group, a cycloalkyl group, an alkoxy group, and an aryl group.

また、上記一般式(2)で表される構造中のRは、水素原子、ハロゲン原子、アルキル基、アルコキシ基、アリール基のいずれかを表すものである。また、構造中のnは1または2の整数を表し、mは0〜2n+4の整数を表すものである。 R 5 in the structure represented by the general formula (2) represents any one of a hydrogen atom, a halogen atom, an alkyl group, an alkoxy group, and an aryl group. Moreover, n in the structure represents an integer of 1 or 2, and m represents an integer of 0 to 2n + 4.

さらに、一般式(3)で表される構造中のR〜Rは、水素原子、ハロゲン原子、アルキル基、アルコキシ基、アリール基のいずれかを表すものである。 Furthermore, R 6 to R 9 in the structure represented by the general formula (3) represent any of a hydrogen atom, a halogen atom, an alkyl group, an alkoxy group, and an aryl group.

上記一般式(1)で表される構造中のR〜R、一般式(2)で表される構造中のR、及び、一般式(3)で表される構造中のR〜Rで表されるハロゲン原子としては、塩素原子、臭素原子、フッ素原子等が挙げられる。また、アルキル基としては、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、tert−ブチル基、ペンチル基、ペンチル基、ヘキシル基、オクチル基、ドデシル基、トリデシル基、テトラデシル基、ペンタデシル基等が挙げられる。 R 1 to R 4 in the structure represented by the general formula (1), R 5 in the structure represented by the general formula (2), and R 6 in the structure represented by the general formula (3). Examples of the halogen atom represented by to R 9, a chlorine atom, a bromine atom and a fluorine atom. Examples of the alkyl group include methyl, ethyl, propyl, isopropyl, tert-butyl, pentyl, pentyl, hexyl, octyl, dodecyl, tridecyl, tetradecyl, pentadecyl and the like. It is done.

また、一般式(1)で表される構造中のR〜Rで表されるシクロアルキル基としては、シクロペンチル基、シクロヘキシル基等が挙げられ、メトキシエトキシ基やメトキシエトキシエトキシ基等のオキシエチレン基を有するアルキル基もある。 In addition, examples of the cycloalkyl group represented by R 1 to R 4 in the structure represented by the general formula (1) include a cyclopentyl group, a cyclohexyl group, and the like, and an oxy group such as a methoxyethoxy group or a methoxyethoxyethoxy group. Some alkyl groups have an ethylene group.

また、上記一般式(1)で表される構造中のR〜R、一般式(2)で表される構造中のR、及び、一般式(3)で表される構造中のR〜Rで表されるアルコキシ基としては、メトキシ基、エトキシ基、プロポキシ基、ブトキシ基等が挙げられる。アリール基としては、フェニル基、ナフチル基、アントラセニル基等が挙げられる。 Further, R 1 to R 4 in the structure represented by the general formula (1), R 5 in the structure represented by the general formula (2), and the structure represented by the general formula (3) Examples of the alkoxy group represented by R 6 to R 9 include a methoxy group, an ethoxy group, a propoxy group, and a butoxy group. Examples of the aryl group include a phenyl group, a naphthyl group, and an anthracenyl group.

上記一般式(1)で表される化合物の具体例を以下に示すが、本発明で使用可能な一般式(1)で表される化合物は以下のものに限定されるものではない。   Specific examples of the compound represented by the general formula (1) are shown below, but the compound represented by the general formula (1) usable in the present invention is not limited to the following.

Figure 2012221778
Figure 2012221778

Figure 2012221778
Figure 2012221778

また、上記一般式(2)で表される化合物の具体例を以下に示すが、本発明で使用可能な一般式(2)で表される化合物は以下のものに限定されるものではない。   Moreover, although the specific example of a compound represented by the said General formula (2) is shown below, the compound represented by General formula (2) which can be used by this invention is not limited to the following.

Figure 2012221778
Figure 2012221778

さらに、上記一般式(3)で表される化合物の具体例を以下に示すが、本発明で使用可能な一般式(3)で表される化合物は以下のものに限定されるものではない。   Furthermore, although the specific example of a compound represented by the said General formula (3) is shown below, the compound represented by General formula (3) which can be used by this invention is not limited to the following.

Figure 2012221778
Figure 2012221778

本発明では、ポリチオフェン類と呼ばれる導電性高分子を形成する上記一般式(1)〜(3)で表される化合物の中でも、以下の官能基を有する化合物が好ましく用いられる。   In the present invention, among the compounds represented by the general formulas (1) to (3) that form a conductive polymer called polythiophenes, compounds having the following functional groups are preferably used.

上記一般式(1)で表される構造を有する化合物中のR〜Rの少なくとも1つが、炭素原子数6以上14個以下のアルキル基またはシクロアルキル基、炭素原子数6以上のアリール基、オキシエチレン基を有するアルキル基のいずれかであるもの
上記一般式(2)で表される構造を有する化合物中のRが炭素原子数6以上のアリール基またはオキシエチレン基を有するアルキル基のいずれかで、かつ、nの値が1であるもの
上記一般式(3)で表される構造を有する化合物中のR〜Rの少なくとも1つが、炭素原子数6以上のアルキル基、炭素原子数6以上のアリール基、オキシエチレン基を有するアルキル基のいずれかであるもの。
In the compound having the structure represented by the general formula (1), at least one of R 1 to R 4 is an alkyl group or cycloalkyl group having 6 to 14 carbon atoms, or an aryl group having 6 or more carbon atoms. Or an alkyl group having an oxyethylene group R 5 in the compound having a structure represented by the general formula (2) is an aryl group having 6 or more carbon atoms or an alkyl group having an oxyethylene group Any one and the value of n is 1. At least one of R 6 to R 9 in the compound having the structure represented by the general formula (3) is an alkyl group having 6 or more carbon atoms, carbon One of an aryl group having 6 or more atoms and an alkyl group having an oxyethylene group.

これら好ましいとされる化合物を用いて形成された導電性高分子を正孔輸送材料に用いる光電変換素子は、後述する実施例の結果からも確認される様に、高い光電変換効率が得られる傾向を有している。これは、側鎖にとりわけ分子間相互作用を助長し得る官能基が存在することにより、形成された導電性高分子は規則的な分子配列を形成し易くなり、熱的に安定な分子構造をより得られ易くなるためと考えられる。したがって、熱等の影響を受けても分子間相互作用により分子鎖のセグメント運動はより強く抑制され、酸化チタン等に代表される半導体と正孔輸送層間の電荷再結合を抑制し得る環境が形成されて高い光電変換効率が確実に得られる様になるものと考えられる。   A photoelectric conversion element using a conductive polymer formed using these preferred compounds as a hole transport material tends to have high photoelectric conversion efficiency as confirmed from the results of Examples described later. have. This is because the conductive polymer formed tends to form a regular molecular arrangement due to the presence of functional groups that can promote intermolecular interactions in the side chain. This is considered to be easier to obtain. Therefore, even under the influence of heat, etc., the molecular chain segmental motion is more strongly suppressed by the intermolecular interaction, and an environment that can suppress charge recombination between the semiconductor represented by titanium oxide and the hole transport layer is formed. Therefore, it is considered that high photoelectric conversion efficiency can be surely obtained.

上記一般式(1)〜(3)で表される化合物を重合する方法は、たとえば、J.R.Reynolds他:Adv.Mater.,11,1379(1999)に記載の方法等、公知の方法が挙げられる。   The method of polymerizing the compounds represented by the general formulas (1) to (3) is described in, for example, J. Org. R. Reynolds et al .: Adv. Mater. , 11, 1379 (1999), and the like.

また、上記一般式(1)〜(3)で表される化合物を用いて形成した導電性高分子を固体の正孔輸送物質として含有する正孔輸送層は、公知の方法により作製が可能である。具体的には、重合体を含有する塗布液を調製し、当該塗布液を光電変換層上に公知の方法で塗布して形成する方法がある。正孔輸送層の形成に使用される塗布方法としては、たとえば、ディッピング法、滴下法、ドクターブレード法、スピンコート法、刷毛塗り法、スプレー塗布法、ロールコータ法等がある。また、塗布液用の溶媒としては、たとえば、以下の極性溶媒や非プロトン性溶媒に該当する有機溶媒を用いることができる。すなわち、極性溶媒には、たとえば、テトラヒドロフラン(THF)、ブチレンオキサイド、クロロホルム、シクロヘキサノン、クロロベンゼン、アセトン、各種アルコール等がある。また、非プロトン性溶媒には、たとえば、ジメチルホルムアミド(DMF)、アセトニトリル、ジメトキシエタン、ジメチルスルホキシド、ヘキサメチルリン酸トリアミド等がある。   In addition, a hole transport layer containing a conductive polymer formed using the compounds represented by the general formulas (1) to (3) as a solid hole transport material can be manufactured by a known method. is there. Specifically, there is a method in which a coating solution containing a polymer is prepared, and the coating solution is formed on a photoelectric conversion layer by a known method. Examples of the coating method used for forming the hole transport layer include a dipping method, a dropping method, a doctor blade method, a spin coating method, a brush coating method, a spray coating method, and a roll coater method. Moreover, as a solvent for coating liquid, the organic solvent applicable to the following polar solvents and aprotic solvents can be used, for example. That is, examples of the polar solvent include tetrahydrofuran (THF), butylene oxide, chloroform, cyclohexanone, chlorobenzene, acetone, and various alcohols. Examples of the aprotic solvent include dimethylformamide (DMF), acetonitrile, dimethoxyethane, dimethyl sulfoxide, hexamethylphosphoric triamide and the like.

また、重合体を含有する塗布液を用いて形成する方法の他に、一般式(1)〜(3)で表される化合物、重合触媒や重合速度調整剤等を含有する溶液を光電変換層上に塗布あるいは浸漬させて重合反応を行って正孔輸送層を形成する方法もある。重合反応の条件は、一般式(1)〜(3)で表される化合物や重合触媒、重合速度調整剤等の種類や比率、形成する層厚等により異なるが、空気中で加熱して行う場合、加熱温度を25℃から120℃、加熱時間を1分から24時間に設定して行うことが好ましい。   In addition to the method of forming using a coating solution containing a polymer, a solution containing a compound represented by general formulas (1) to (3), a polymerization catalyst, a polymerization rate adjusting agent, or the like is used as a photoelectric conversion layer. There is also a method in which a hole transport layer is formed by applying or dipping it onto the surface and performing a polymerization reaction. The conditions for the polymerization reaction vary depending on the types and ratios of the compounds represented by the general formulas (1) to (3), the polymerization catalyst, the polymerization rate regulator, the layer thickness to be formed, etc. In this case, the heating temperature is preferably set to 25 ° C. to 120 ° C. and the heating time is set to 1 minute to 24 hours.

なお、本発明に係る光電変換素子の製造方法については後で詳細に説明する。   In addition, the manufacturing method of the photoelectric conversion element which concerns on this invention is demonstrated in detail later.

次に、本発明に係る光電変換素子に設けられる「380nm以下の波長光を吸収する領域」について説明する。図1に示す光電変換素子10は、本発明でいう「380nm以下の波長光を吸収する領域」に該当する紫外線吸収層3を基板1上に有するものである。   Next, the “region that absorbs light having a wavelength of 380 nm or less” provided in the photoelectric conversion element according to the present invention will be described. A photoelectric conversion element 10 shown in FIG. 1 has an ultraviolet absorption layer 3 corresponding to the “region that absorbs light having a wavelength of 380 nm or less” in the present invention on a substrate 1.

図1に示す光電変換素子10は、基板1や第1電極2が配置されている側から光電変換層6に向かって光を入射させるもので、基板1と光電変換層6の間に紫外線吸収層3が設けられている。すなわち、本発明では光電変換層6に対して光を入射させる側に380nm以下の波長光を吸収する領域(紫外線吸収層3)を設けるものである。   A photoelectric conversion element 10 shown in FIG. 1 makes light incident on the photoelectric conversion layer 6 from the side where the substrate 1 and the first electrode 2 are arranged, and absorbs ultraviolet rays between the substrate 1 and the photoelectric conversion layer 6. Layer 3 is provided. That is, in this invention, the area | region (ultraviolet absorption layer 3) which absorbs light with a wavelength of 380 nm or less is provided in the light incident side with respect to the photoelectric converting layer 6.

380nm以下の波長光を吸収する領域(紫外線吸収層3)は、紫外線吸収剤として使用されるベンゾフェノン系化合物やベンゾトリアゾール系化合物等の公知の有機化合物や無機化合物を用いた市販の紫外線吸収フィルムや紫外線吸収塗料により形成することが可能である。紫外線吸収剤として使用される化合物は、紫外線を吸収するといったん励起状態となり、吸収した光エネルギーを熱として放出することによりもとの状態に戻る性質を示すものである。   The region (ultraviolet absorption layer 3) that absorbs light having a wavelength of 380 nm or less is a commercially available ultraviolet absorption film using a known organic compound or inorganic compound such as a benzophenone compound or a benzotriazole compound used as an ultraviolet absorber. It is possible to form with an ultraviolet absorbing paint. A compound used as an ultraviolet absorber exhibits a property that once it is excited when it absorbs ultraviolet rays, it returns to its original state by releasing the absorbed light energy as heat.

紫外線吸収層3を形成する際に紫外線吸収剤として使用可能な有機化合物には、たとえば、ベンゾフェノン系化合物、ベンゾトリアゾール系化合物、ベンゾエート系化合物、トリアジン系化合物が挙げられる。ここでは、紫外線吸収剤として好ましく使用されるこれら化合物に対して「系化合物」という用語を用いているが、下記各構造を有することを総称して「系化合物」ということにした。   Examples of organic compounds that can be used as the ultraviolet absorber when forming the ultraviolet absorbing layer 3 include benzophenone compounds, benzotriazole compounds, benzoate compounds, and triazine compounds. Here, although the term “system compound” is used for these compounds that are preferably used as ultraviolet absorbers, the term “system compound” is used generically to have the following structures.

Figure 2012221778
Figure 2012221778

また、ベンゾフェノン系化合物、ベンゾトリアゾール系化合物、ベンゾエート系化合物、トリアジン系化合物の具体例を以下に示すが、これら化合物は以下のものに限定されるものではない。すなわち、
(1)ベンゾフェノン系化合物
2,4−ジヒドロキシベンゾフェノン、2−ヒドロキシ−4−メトキシベンゾフェノン、2−ヒドロキシ−4−n−オクトキシベンゾフェノン等
(2)ベンゾトリアゾール系化合物
2−(2H−ベンゾトリアゾール−2−イル)−4−t−ブチルフェノール
2−(2′−ヒドロキシ−5′−メチルフェニル)ベンゾトリアゾール、2−(2′−ヒドロキシ−5′−t−オクチルフェニル)ベンゾトリアゾール、2−(3′−t−ブチル−2′−ヒドロキシ−5′−メチルフェニル)−5−クロロベンゾトリアゾール
2−(2′−ヒドロキシ−3′,5′−ジ−t−アミルフェニル)ベンゾトリアゾール、2−(2′−ヒドロキシ−3′,5′−ジ−t−ブチルフェニル)ベンゾトリアゾール 2−〔2′−ヒドロキシ−3,5−ジ(1,1−ジメチルベンジル)フェニル〕−2H−ベンゾトリアゾール、2,2′−メチレンビス〔6−(2H−ベンゾトリアゾール−2−イル)−4−(1,1,3,3−テトラメチルブチル)フェノール〕等
(3)ベンゾエート系化合物
2,4−ジ−t−ブチルフェニル−3,5−ジ−t−ブチル−4−ヒドロキシベンゾエート等
(4)トリアジン系化合物
2−〔4,6−ビス(2,4−ジメチルフェニル)−1,3,5−トリアジン−2−イル〕−5−〔(オクチル)オキシ〕フェノール、2−〔4,6−ジフェニル−1,3,5−トリアジン−2−イル〕−5−〔(ヘキシル)オキシ〕フェノール等
紫外線吸収剤として使用可能な上記有機化合物は、溶剤に完全に溶解するので透明度の高い紫外線吸収層を形成する上で有利である。
Specific examples of benzophenone compounds, benzotriazole compounds, benzoate compounds, and triazine compounds are shown below, but these compounds are not limited to the following. That is,
(1) Benzophenone compounds 2,4-dihydroxybenzophenone, 2-hydroxy-4-methoxybenzophenone, 2-hydroxy-4-n-octoxybenzophenone, etc. (2) Benzotriazole compounds 2- (2H-benzotriazole-2 -Yl) -4-t-butylphenol 2- (2'-hydroxy-5'-methylphenyl) benzotriazole, 2- (2'-hydroxy-5'-t-octylphenyl) benzotriazole, 2- (3 '-T-butyl-2'-hydroxy-5'-methylphenyl) -5-chlorobenzotriazole 2- (2'-hydroxy-3 ', 5'-di-t-amylphenyl) benzotriazole, 2- (2 '-Hydroxy-3', 5'-di-t-butylphenyl) benzotriazole 2- [2'-H Roxy-3,5-di (1,1-dimethylbenzyl) phenyl] -2H-benzotriazole, 2,2'-methylenebis [6- (2H-benzotriazol-2-yl) -4- (1,1, 3,3-tetramethylbutyl) phenol] and the like (3) benzoate compounds 2,4-di-t-butylphenyl-3,5-di-t-butyl-4-hydroxybenzoate and the like (4) triazine compounds 2 -[4,6-bis (2,4-dimethylphenyl) -1,3,5-triazin-2-yl] -5-[(octyl) oxy] phenol, 2- [4,6-diphenyl-1, 3,5-triazin-2-yl] -5-[(hexyl) oxy] phenol, etc. The above organic compounds that can be used as UV absorbers are completely dissolved in a solvent, so that a highly transparent UV absorbing layer is formed. This is advantageous.

また、紫外線吸収層3を形成する際に、紫外線吸収剤として使用可能な無機化合物としては、たとえば、酸化亜鉛、酸化チタン、酸化鉄、酸化セシウム、酸化ジルコニウム等がある。これらの中でも、酸化亜鉛と酸化チタンが好ましく、酸化亜鉛は無機化合物の中でも高い透明度の紫外線吸収層を形成することが可能なので特に好ましい。また、酸化チタンは優れた紫外線カット性能を有するが、酸化亜鉛を用いたときの様な高い透明度の紫外線吸収層を形成することが困難になる傾向がある。   Examples of inorganic compounds that can be used as the ultraviolet absorber when forming the ultraviolet absorbing layer 3 include zinc oxide, titanium oxide, iron oxide, cesium oxide, and zirconium oxide. Among these, zinc oxide and titanium oxide are preferable, and zinc oxide is particularly preferable among inorganic compounds because it can form a highly transparent ultraviolet absorbing layer. Titanium oxide has an excellent UV-cutting performance, but it tends to be difficult to form a UV-absorbing layer with high transparency as when zinc oxide is used.

上記有機化合物や無機化合物を用いて形成した紫外線吸収層は、400nm以上の可視光については90%以上透過することが可能であり、その一方で400nm以下の波長光をよくカットすることが可能である。   The ultraviolet absorbing layer formed using the organic compound or the inorganic compound can transmit 90% or more of visible light of 400 nm or more, and can well cut light having a wavelength of 400 nm or less. is there.

本発明でいう「380nm以下の波長光を吸収する領域」は、前述した様に、紫外線吸収フィルムの貼付や紫外線吸収塗料の塗布等の公知の方法で形成することが可能である。本発明で使用可能な市販の紫外線吸収フィルムには、たとえば、住友スリーエム株式会社製の「スコッチテントウィンドフィルム RE87CLIS」等がある。また、市販の紫外線吸収塗料としては、たとえば、AGCコーテック株式会社製のフッ素樹脂コーティング材「オブリガード」等がある。さらに、紫外線吸収性能を有する市販の樹脂板やガラス板を使用することも可能で、たとえば、旭硝子株式会社製の紫外線カットガラス「UVベール」等がある。   As described above, the “region that absorbs light having a wavelength of 380 nm or less” in the present invention can be formed by a known method such as application of an ultraviolet absorbing film or application of an ultraviolet absorbing paint. Examples of the commercially available ultraviolet absorbing film that can be used in the present invention include “Scotch Tent Window Film RE87CLIS” manufactured by Sumitomo 3M Limited. Moreover, as a commercially available ultraviolet absorbing paint, for example, there is a fluororesin coating material “Obligard” manufactured by AGC Co-Tech Co., Ltd. Furthermore, it is also possible to use a commercially available resin plate or glass plate having ultraviolet absorption performance, for example, an ultraviolet cut glass “UV veil” manufactured by Asahi Glass Co., Ltd.

本発明でいう「380nm以下の波長光」とは、いわゆる紫外線のことで波長範囲が10nmから380nmと可視光線よりも短くX線よりも長い電磁波で、光のスペクトルで紫よりも外側にあるので紫外線と呼ばれるものである。図1に示す光電変換素子10は、入射光を紫外線吸収層3に透過させることにより、380nm以下の波長光を除去した光を用いて光電変換を行うものである。紫外線吸収層3で吸収される紫外線は、主に波長領域が200nmから380nmのものである。   In the present invention, “light having a wavelength of 380 nm or less” is so-called ultraviolet light, which is an electromagnetic wave having a wavelength range of 10 nm to 380 nm, which is shorter than visible light and longer than X-rays. This is called ultraviolet light. The photoelectric conversion element 10 shown in FIG. 1 performs photoelectric conversion using light from which light having a wavelength of 380 nm or less is removed by transmitting incident light through the ultraviolet absorption layer 3. The ultraviolet light absorbed by the ultraviolet absorbing layer 3 is mainly in the wavelength region of 200 nm to 380 nm.

紫外線は、波長により近紫外線、遠紫外線等に分類することができる。すなわち、波長領域が200nmから380nmのものを近紫外線、波長領域が10nmから200nmのものを遠紫外線、波長領域が1nmから10nmのものを極紫外線と分類することができる。また、人間の健康や環境への影響の観点から、波長領域が315nmから380nmのものをUVA、280nmから315nmのものをUVB、280nm未満のものをUVCと分類することもできる。   Ultraviolet rays can be classified into near ultraviolet rays, far ultraviolet rays and the like according to wavelengths. That is, those having a wavelength region of 200 nm to 380 nm can be classified as near ultraviolet rays, those having a wavelength region of 10 nm to 200 nm can be classified as far ultraviolet rays, and those having a wavelength region of 1 nm to 10 nm can be classified as extreme ultraviolet rays. Further, from the viewpoint of human health and environmental impact, those having a wavelength region of 315 nm to 380 nm can be classified as UVA, those having a wavelength range of 280 nm to 315 nm can be classified as UVB, and those having a wavelength less than 280 nm can be classified as UVC.

光電変換素子10の紫外線吸収層3は、主に波長領域が200nmから380nmのものを吸収すると前述したが、これは地表に到達する太陽光線には200nm未満の紫外線をほとんど含んでいないことによる。すなわち、太陽光線に含まれる紫外線はもともとUVA、UVB、UVCを含んでいるが、UVCはオゾン層や大気中に著しく吸収され易く、地表に到達する紫外線は波長領域が200〜380nmのものになる。   As described above, the ultraviolet absorption layer 3 of the photoelectric conversion element 10 mainly absorbs light having a wavelength region of 200 nm to 380 nm. This is because the sun rays reaching the ground surface hardly contain ultraviolet rays of less than 200 nm. That is, the ultraviolet rays contained in the sun rays originally contain UVA, UVB, and UVC, but UVC is remarkably absorbed in the ozone layer and the atmosphere, and the ultraviolet rays that reach the ground surface have a wavelength range of 200 to 380 nm. .

図1に示す光電変換素子についてさらに説明する。   The photoelectric conversion element shown in FIG. 1 will be further described.

基体1は、光電変換素子10の光入射方向側に設けられ、光電変換素子に強度を付与し、かつ、良好な光電変換効率を確保する観点から、ガラスや透明樹脂材料等の光透過性の材質で形成されるものである。また、本発明では基体1の近傍に380nm以下の波長光を吸収する領域3を設けることが好ましく、基体1の近傍に設けられた領域3を通過した光が光電変換層6に到達する様にしている。   The substrate 1 is provided on the light incident direction side of the photoelectric conversion element 10, and from the viewpoint of imparting strength to the photoelectric conversion element and ensuring good photoelectric conversion efficiency, the substrate 1 is made of light transmissive materials such as glass and transparent resin material. It is made of material. In the present invention, it is preferable to provide a region 3 that absorbs light having a wavelength of 380 nm or less in the vicinity of the substrate 1 so that light that has passed through the region 3 provided in the vicinity of the substrate 1 reaches the photoelectric conversion layer 6. ing.

基体1の光透過率は、特に限定されるものではないが、10%以上であることが好ましく、より好ましくは50%以上、80%から100%が特に好ましいものである。ここで、「光透過率」とは、JIS K 7361−1(ISO 13468−1に対応)の「プラスチック−透明材料の全光線透過率の試験方法」に準拠した方法で測定される可視光波長領域における全光線透過率」のことをいうものである。   The light transmittance of the substrate 1 is not particularly limited, but is preferably 10% or more, more preferably 50% or more, and particularly preferably 80% to 100%. Here, the “light transmittance” is a visible light wavelength measured by a method based on “Testing method of total light transmittance of plastic-transparent material” of JIS K 7361-1 (corresponding to ISO 13468-1). It means the “total light transmittance in a region”.

本発明で使用可能な基体1は、公知のものから適宜選択が可能で、石英やガラス等の透明無機材料や以下に挙げる公知の透明樹脂材料が挙げられる。   The substrate 1 usable in the present invention can be appropriately selected from known ones, and examples thereof include transparent inorganic materials such as quartz and glass and the following known transparent resin materials.

透明樹脂材料の具体例としては、たとえば、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリエチレンナフタレート(PEN)、ポリフェニレンサルファイド(PPS)、ポリイミド(PI)、ポリカーボネート(PC)、ポリスチレン(PS)、ポリプロピレン(PP)、ポリブチレンテレフタレート(PBT)、トリメチレンテレフタレート、ポリブチレンナフタレート、ポリアミドイミド、シクロオレフィン重合体、スチレンブタジエン共重合体等がある。上記透明樹脂材料の中でも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)、ポリフェニレンサルファイド(PPS)、ポリイミド(PI)等は可撓性を有するものが市販され、フレキシブルな光電変換素子を作製する上で好ましい。   Specific examples of the transparent resin material include, for example, polyethylene terephthalate (PET), polyethylene naphthalate (PEN), polyphenylene sulfide (PPS), polyimide (PI), polycarbonate (PC), polystyrene (PS), polypropylene (PP), Examples include polybutylene terephthalate (PBT), trimethylene terephthalate, polybutylene naphthalate, polyamideimide, cycloolefin polymer, and styrene butadiene copolymer. Among the transparent resin materials, polyethylene terephthalate (PET), polyethylene naphthalate (PEN), polyphenylene sulfide (PPS), polyimide (PI), and the like having a flexibility are commercially available to produce a flexible photoelectric conversion element. Is preferable.

また、基体1の厚さは材料や用途等により適宜設定が可能で、たとえば、ガラス等の透明無機材料の様な硬質材料で構成する場合、その平均厚さは0.1mm〜1.5mmが好ましく、0.8mm〜1.2mmがより好ましい。また、透明樹脂材料を使用する場合も前記透明無機材料と同じ平均厚さとしてもよいが、可撓性を有する透明樹脂材料を使用する場合は0.5〜150μmが好ましく、10〜75μmがより好ましい。   Further, the thickness of the substrate 1 can be appropriately set depending on the material and application. For example, when the substrate 1 is made of a hard material such as a transparent inorganic material such as glass, the average thickness is 0.1 mm to 1.5 mm. Preferably, 0.8 mm to 1.2 mm is more preferable. Moreover, when using a transparent resin material, it may be the same average thickness as the transparent inorganic material, but when using a transparent resin material having flexibility, 0.5 to 150 μm is preferable, and 10 to 75 μm is more preferable. preferable.

次に、第1電極2は基板1と光電変換層6の間に配置され、光電変換層6へ光を効率よく供給するために、好ましくは80%以上、より好ましくは90%以上の光到達率を有するものが用いられる。   Next, the first electrode 2 is disposed between the substrate 1 and the photoelectric conversion layer 6, and preferably 80% or more, more preferably 90% or more of light reaches the photoelectric conversion layer 6 in order to efficiently supply light. Those having a rate are used.

第1電極2は、公知の金属材料や金属酸化物により形成され、金属材料の具体例には、たとえば、白金、金、銀、銅、アルミニウム等があり、光透過性を発現し易い形状に加工したものが多く供給されていることから銀が好ましい。たとえば、開口部を有するグリッドパターン膜、微粒子やナノワイヤを分散させた膜等が多く供給されている。また、金属酸化物の具体例としては、たとえば、SnO、ZnO、CdO、CTO系、In、CdIn等があり、上記金属酸化物にSn、Sb、F、Alから選ばれる1種または2種以上の原子をドープしたものが好ましく用いられる。その中でも、ITOと呼ばれるInにSnをドープしたもの、SnOにSbをドープしたもの、FTOと呼ばれるSnOにFをドープした導電性金属酸化物が好ましく、耐熱性の観点からFTOが特に好ましい。なお、前記CTO系の金属酸化物には、たとえば、CdSnO、CdSnO、CdSnOがある。 The first electrode 2 is formed of a known metal material or metal oxide, and specific examples of the metal material include platinum, gold, silver, copper, aluminum, etc., and have a shape that easily develops light transmittance. Silver is preferable because many processed products are supplied. For example, many grid pattern films having openings and films in which fine particles and nanowires are dispersed are supplied. Specific examples of the metal oxide include SnO 2 , ZnO, CdO, CTO series, In 2 O 3 , CdIn 2 O 4, etc., and the metal oxide is selected from Sn, Sb, F, and Al. Those doped with one or more atoms are preferably used. Among them, doped with Sn to In 2 O 3, called ITO, doped with Sb to SnO 2, conductive metal oxides doped with F to SnO 2 is preferably called FTO, FTO in terms of heat resistance Is particularly preferred. Examples of the CTO-based metal oxide include CdSnO 3 , Cd 2 SnO 4 , and CdSnO 4 .

また、第1電極2は前述の基板1上に設けることも可能であり、基板上に第1電極2を設けたものは導電性支持体と呼ばれ、導電性支持体の厚さは0.1mmから5mmとすることが好ましい。また、導電性支持体の表面抵抗は50Ω/cm以下であることが好ましく、10Ω/cm以下がより好ましい。 The first electrode 2 can also be provided on the substrate 1 described above, and the first electrode 2 provided on the substrate is called a conductive support, and the thickness of the conductive support is 0. The thickness is preferably 1 mm to 5 mm. It is preferable that the surface resistance of the conductive support is 50 [Omega / cm 2 or less, 10 [Omega / cm 2 or less being more preferred.

次に、光電変換層6について説明する。図1に示す光電変換素子10は、前述した第1電極2に隣接させて太陽光等の光エネルギーを電気エネルギーに変換する光電変換層6を有する。光電変換層6は、増感色素を吸着させた半導体を含有するものであり、前述した第1電極2を通過した光を受ける個所で、第1電極2との間で電子の授受が行われる。   Next, the photoelectric conversion layer 6 will be described. A photoelectric conversion element 10 shown in FIG. 1 has a photoelectric conversion layer 6 that is adjacent to the first electrode 2 described above and converts light energy such as sunlight into electric energy. The photoelectric conversion layer 6 contains a semiconductor to which a sensitizing dye is adsorbed, and exchanges electrons with the first electrode 2 where the light that has passed through the first electrode 2 is received. .

光電変換層6における光エネルギーの電気エネルギーへの変換は、以下の様な手順で行われるものである。先ず、第1電極2を通過した光が光電変換層6に進入し、進入した光が半導体と衝突する。半導体に衝突した光は、任意の方向に乱反射して光電変換層6内に拡散し、拡散した光が増感色素に接触することにより電子と正孔(ホール)を発生し、発生した電子は第1電極2に向かって移動する。この様な仕組みで、光電変換層6は光エネルギーを電気エネルギーに変換している。   Conversion of light energy into electric energy in the photoelectric conversion layer 6 is performed in the following procedure. First, light that has passed through the first electrode 2 enters the photoelectric conversion layer 6, and the light that has entered collides with the semiconductor. The light colliding with the semiconductor is diffusely reflected in an arbitrary direction and diffused in the photoelectric conversion layer 6, and the diffused light comes into contact with the sensitizing dye to generate electrons and holes, and the generated electrons are It moves toward the first electrode 2. With such a mechanism, the photoelectric conversion layer 6 converts light energy into electric energy.

光電変換層6の厚さは、特に限定されるものではないが、具体的には0.1μm〜50μm程度が好ましく、より好ましくは0.5μm〜25μm程度、特に好ましくは1μm〜10μm程度である。なお、光電変換層6の厚さは、含有される半導体の厚さにほぼ一致するものであり、素子の小型化や製造コストの低減化を実現する観点から層状の形態を有する半導体を用いることが好ましい。   The thickness of the photoelectric conversion layer 6 is not particularly limited, but specifically, is preferably about 0.1 μm to 50 μm, more preferably about 0.5 μm to 25 μm, and particularly preferably about 1 μm to 10 μm. . In addition, the thickness of the photoelectric conversion layer 6 is substantially the same as the thickness of the contained semiconductor, and a semiconductor having a layered form is used from the viewpoint of realizing miniaturization of the element and reduction in manufacturing cost. Is preferred.

光電変換層6に使用される半導体5には、シリコンやゲルマニウム等の単体、元素周期表の第3族(3A族)〜第5族(5A族)、第13族(3B族)〜第15族(5B族)に属する原子を有する化合物、金属カルコケニド、金属窒化物等が使用可能である。ここで、金属カルコゲニドとは、カルコゲン元素と呼ばれる酸素原子や硫黄原子等の元素周期表の第16族(6B族)に属する原子と金属原子とで構成される化合物のことで、金属酸化物や金属硫化物、金属セレン化物、金属テルル化物等が該当する。   The semiconductor 5 used for the photoelectric conversion layer 6 includes a simple substance such as silicon or germanium, Group 3 (Group 3A) to Group 5 (Group 5A), Group 13 (Group 3B) to Group 15 of the periodic table of elements. Compounds having atoms belonging to the group (Group 5B), metal chalcokeides, metal nitrides and the like can be used. Here, the metal chalcogenide is a compound composed of metal atoms and atoms belonging to Group 16 (Group 6B) of the periodic table of elements such as oxygen atoms and sulfur atoms called chalcogen elements. Metal sulfide, metal selenide, metal telluride and the like are applicable.

金属カルコゲニドの具体例としては、たとえば、以下のものがある。
(1)金属酸化物
TiO、TiO、Ti、SnO、Fe、WO、ZnO、Nb
(2)金属硫化物
CdS、ZnS、PbS、Bi、CuInS
(3)金属セレン化物、金属テルル化物
CdSe、PbSe、CuInSe、CdTe
上記金属カルケニドの中でも、TiO、SnO、Fe、WO、ZnO、Nb、CdS、PbSが好ましく用いられ、その中でも、TiOとNbがより好ましく、二酸化チタンTiOが特に好ましい。二酸化チタンは、良好な電子輸送性を有する他に、光に対して高い感受性を有しており、二酸化チタン自体が光を受けて直接電子を発生する等、高い光電変換効率が期待できることから特に好ましいとされる。また、二酸化チタンは、安定した結晶構造を有するので、過酷な環境下で光照射が行われても経時による劣化が起こりにくく、所定性能を長期にわたり安定して発現可能である。
Specific examples of metal chalcogenides include the following.
(1) Metal oxides TiO, TiO 2 , Ti 2 O 3 , SnO 2 , Fe 2 O 3 , WO 3 , ZnO, Nb 2 O 5, etc. (2) Metal sulfides CdS, ZnS, PbS, Bi 2 S 3 , CuInS 2, etc. (3) metal selenides, metal tellurides CdSe, PbSe, CuInSe 2, CdTe
Among the above metal carkenides, TiO 2 , SnO 2 , Fe 2 O 3 , WO 3 , ZnO, Nb 2 O 5 , CdS, and PbS are preferably used, and among them, TiO 2 and Nb 2 O 5 are more preferable, and dioxide dioxide Titanium TiO 2 is particularly preferred. In addition to having good electron transport properties, titanium dioxide has high sensitivity to light, and titanium dioxide itself receives light to generate electrons directly. Preferred. In addition, since titanium dioxide has a stable crystal structure, even if light irradiation is performed in a harsh environment, deterioration with time hardly occurs, and predetermined performance can be stably expressed over a long period of time.

ところで、二酸化チタンの結晶構造には、アナターゼ型とルチル型があり、光電変換素子用の半導体材料は、アナターゼ型の結晶構造を主とするもの、ルチル型の結晶構造を主とするもの、両者の混合物を主とするもののいずれも使用が可能である。このうち、アナターゼ型の結晶構造を有する二酸化チタンは、効率のよい電子輸送を行うことができる。また、アナターゼ型とルチル型を混合して使用する場合、アナターゼ型のものとルチル型のものの混合比は特に限定されるものではなく、アナターゼ型:ルチル型=95:5〜5:95とすることが可能で、80:20〜20:80とすることが好ましい。   By the way, there are anatase type and rutile type in the crystal structure of titanium dioxide, and semiconductor materials for photoelectric conversion elements are mainly those of anatase type crystal structure, those mainly of rutile type crystal structure, both Any of those based on the above mixture can be used. Among these, titanium dioxide having an anatase type crystal structure can perform efficient electron transport. When anatase type and rutile type are used in combination, the mixing ratio of the anatase type and rutile type is not particularly limited, and anatase type: rutile type = 95: 5 to 5:95. It is possible, and it is preferable to set it as 80: 20-20: 80.

また、半導体に使用可能な金属窒化物としては、たとえば、Tiが代表的なものであり、さらに、GaPやInP等の金属リン化合物、GaAs等の化合物も半導体として使用可能なものである。 Further, as a metal nitride that can be used for a semiconductor, for example, Ti 3 N 4 is representative, and a metal phosphorus compound such as GaP or InP or a compound such as GaAs can also be used as a semiconductor. is there.

光電変換層6に使用される半導体は、上記化合物を単独で使用するものの他に複数を併用することも可能である。複数の化合物を併用する具体例としては、たとえば、TiOにTiを20質量%混合させた形態のものや、J.Chem.Soc.Chem.Commun.,15(1999)に開示のZnOとSnOの複合体等がある。また、金属酸化物もしくは金属硫化物と前記酸化物もしくは硫化物以外の化合物を併用する場合は、当該化合物の含有量を30質量%以下にすることが好ましい。 A plurality of semiconductors used in the photoelectric conversion layer 6 can be used in combination with the semiconductor using the above compound alone. Specific examples in which a plurality of compounds are used in combination include, for example, those in which 20% by mass of Ti 3 N 4 is mixed with TiO 2 , Chem. Soc. Chem. Commun. 15 (1999), there are ZnO and SnO 2 composites. Further, when a metal oxide or metal sulfide and a compound other than the oxide or sulfide are used in combination, the content of the compound is preferably 30% by mass or less.

また、光電変換層6に使用される半導体には、有機塩基を用いて表面処理を施したものを使用することが可能である。半導体の表面処理は、有機塩基を含有する液槽に半導体を浸漬して行う方法が主に採られ、有機塩基が液体の場合にはそのまま使用し、固体の場合には有機溶媒に溶解させた溶液を使用する。表面処理に使用される有機塩基は、たとえば、ジアリールアミン、トリアリールアミン、ピリジン、4−t−ブチルピリジン、ポリビニルピリジン、キノリン、アミジン等があり、これらの中でも、ピリジン、4−t−ブチルピリジン、ポリビニルピリジンが好ましい。   Moreover, as the semiconductor used for the photoelectric conversion layer 6, it is possible to use a semiconductor that has been surface-treated with an organic base. The surface treatment of the semiconductor is mainly carried out by immersing the semiconductor in a liquid bath containing an organic base. When the organic base is liquid, it is used as it is, and when it is solid, it is dissolved in an organic solvent. Use the solution. Examples of the organic base used for the surface treatment include diarylamine, triarylamine, pyridine, 4-t-butylpyridine, polyvinylpyridine, quinoline, amidine and the like. Among these, pyridine, 4-t-butylpyridine Polyvinylpyridine is preferred.

また、半導体材料は、衝突した光の乱反射と拡散を促進させて光電変換効率を向上させる観点から、その表面に複数の微細な孔(細孔)を有するものが好ましく、前述の二酸化チタンは表面に細孔を有するので高い光電変換効率を期待することができる。半導体材料の細孔は、たとえば、空孔率と呼ばれる半導体粒子表面の単位面積あたりに占める孔の面積の比率で規定することができる。すなわち、適度な空孔率を有する半導体材料は、光の乱反射と拡散を促進させる他に、細孔による表面積の増大に伴って半導体材料の外面及び細孔の内面に吸着している増感色素の吸着面積も増大しており光電変換効率のさらなる向上が行える。半導体材料の空孔率は、特に限定されるものではないが、たとえば、二酸化チタンの場合、5%〜90%が好ましく、より好ましくは15%〜80%、特に好ましくは25%〜70%である。   In addition, the semiconductor material preferably has a plurality of fine pores (pores) on the surface from the viewpoint of improving the photoelectric conversion efficiency by promoting the diffuse reflection and diffusion of the colliding light. Therefore, high photoelectric conversion efficiency can be expected. The pores of the semiconductor material can be defined by, for example, the ratio of the area of the pores per unit area of the surface of the semiconductor particles called porosity. In other words, the semiconductor material having an appropriate porosity promotes diffuse reflection and diffusion of light, and in addition, the sensitizing dye adsorbed on the outer surface of the semiconductor material and the inner surface of the pore as the surface area increases due to the pore. The adsorption area is also increased, and the photoelectric conversion efficiency can be further improved. The porosity of the semiconductor material is not particularly limited. For example, in the case of titanium dioxide, 5% to 90% is preferable, more preferably 15% to 80%, and particularly preferably 25% to 70%. is there.

また、半導体5の平均粒径は、特に限定されるものではないが、通常、1nmから1μmのものが好ましく、5nmから50nmのものがより好ましい。半導体材料の平均粒径を上記範囲内にすると、ゾル液を形成したときに半導体材料の均一性を向上させ易くなり、均一性の向上により半導体材料の比表面積が揃い、各半導体材料へ増感色素が同等レベルに吸着するので発電効率の向上に寄与する。   Further, the average particle diameter of the semiconductor 5 is not particularly limited, but is usually preferably 1 nm to 1 μm, and more preferably 5 nm to 50 nm. When the average particle size of the semiconductor material is within the above range, it becomes easier to improve the uniformity of the semiconductor material when the sol solution is formed. As the dye is adsorbed to the same level, it contributes to the improvement of power generation efficiency.

さらに、半導体5は光増感色素を吸着させた構造を有するものであるが、半導体材料と光増感色素との間で形成される吸着は、たとえば、分子間引力や静電引力等の物理的作用、あるいは、共有結合や配位結合等の化学結合により実現されるものである。光増感色素は、受光により電子と正孔(ホール)を発生するもので、光電変換層6内で光エネルギーを電気エネルギーに実際に変換するものである。すなわち、光電変換層6において、光増感色素が存在している領域が電子と正孔を発生する受光領域として機能する場であり、前述した様に、増感色素4は半導体5の外面や孔内面に沿って吸着している。そして、増感色素4により発生した電子は、増感色素4と結合している半導体5に移動し、半導体5より第1電極2に向かって移動する。   Further, the semiconductor 5 has a structure in which a photosensitizing dye is adsorbed, but the adsorption formed between the semiconductor material and the photosensitizing dye is, for example, physical such as intermolecular attractive force or electrostatic attractive force. It is realized by a chemical bond such as a covalent bond or a coordinate bond. The photosensitizing dye generates electrons and holes by receiving light, and actually converts light energy into electric energy in the photoelectric conversion layer 6. That is, in the photoelectric conversion layer 6, the region where the photosensitizing dye is present functions as a light receiving region for generating electrons and holes. As described above, the sensitizing dye 4 is formed on the outer surface of the semiconductor 5. Adsorbed along the inner surface of the hole. The electrons generated by the sensitizing dye 4 move to the semiconductor 5 bonded to the sensitizing dye 4 and move from the semiconductor 5 toward the first electrode 2.

増感色素4は、公知の方法による増感処理で半導体5へ担持されているもので、光照射に励起して電子を放出するものである。本発明では、光電変換素子に使用可能な公知の増感色素を使用することが可能である。光電変換素子に使用可能な増感色素には、公知の有機顔料や炭素系顔料、無機顔料、有機あるいは無機の染料がある。   The sensitizing dye 4 is carried on the semiconductor 5 by a sensitizing process by a known method, and is excited by light irradiation to emit electrons. In this invention, it is possible to use the well-known sensitizing dye which can be used for a photoelectric conversion element. Sensitizing dyes that can be used in the photoelectric conversion element include known organic pigments, carbon-based pigments, inorganic pigments, and organic or inorganic dyes.

先ず、増感色素用の有機顔料には、たとえば、以下に示す様なフタロシアニン系顔料やアゾ系顔料、アントラキノン系顔料、キナクリドン系顔料、ペリレン系顔料がある。
(1)フタロシアニン系顔料;フタロシアニングリーン、フタロシアニンブルー等
(2)アゾ系顔料;ファストイエロー、ジスアゾイエロー、縮合アゾイエロー、ベンゾイミダゾロンイエロー、ジニトロアニリンオレンジ、ベンズイミダゾロンオレンジ、トルイジンレッド、パーマネントカーミン、パーマネントレッド、ナフトールレッド、縮合アゾレッド、ベンズイミダゾロンカーミン、ベンズイミダゾロンブラウン等
(3)アントラキノン系顔料;アントラピリミジンイエロー、アントラキノニルレッド等
(4)キナクリドン系顔料;キナクリドンマゼンタ、キナクリドンマルーン、キナクリドンスカーレット、キナクリドンレッド等
(5)ペリレン系顔料;ペリレンレッド、ペリレンマルーン等。
First, examples of organic pigments for sensitizing dyes include phthalocyanine pigments, azo pigments, anthraquinone pigments, quinacridone pigments, and perylene pigments as shown below.
(1) Phthalocyanine pigments; phthalocyanine green, phthalocyanine blue, etc. (2) Azo pigments: Fast yellow, disazo yellow, condensed azo yellow, benzimidazolone yellow, dinitroaniline orange, benzimidazolone orange, toluidine red, permanent carmine, Permanent red, naphthol red, condensed azo red, benzimidazolone carmine, benzimidazolone brown, etc. (3) anthraquinone pigments; anthrapyrimidine yellow, anthraquinonyl red, etc. (4) quinacridone pigments; quinacridone magenta, quinacridone maroon, quinacridone scarlet (5) Perylene pigments such as perylene red and perylene maroon.

また、上記有機顔料の他に、以下に示す有機顔料も使用可能である。すなわち、
銅アゾメチンイエロー等のアゾメチン系顔料、キノフタロンイエロー等のキノフタロン系顔料、イソインドリンイエロー等のイソインドリン系顔料、ニッケルジオキシムイエロー等のニトロソ系顔料
ペリノンオレンジ等のペリノン系顔料、ジケトピロロピロールレッド等のピロロピロール系顔料、ジオキサジンバイオレット等のジオキサジン系顔料等。
In addition to the above organic pigments, the following organic pigments can also be used. That is,
Azomethine pigments such as copper azomethine yellow, quinophthalone pigments such as quinophthalone yellow, isoindoline pigments such as isoindoline yellow, nitroso pigments such as nickel dioxime yellow, perinone pigments such as perinone orange, diketopyrrolopyrrole red Pyrrolopyrrole pigments such as dioxazine pigments such as dioxazine violet.

また、炭素系顔料には、たとえば、カーボンブラック、ランプブラック、ファーネスブラック、アイボリーブラック、黒鉛、フラーレン等がある。   Carbon-based pigments include, for example, carbon black, lamp black, furnace black, ivory black, graphite, fullerene and the like.

さらに、光増感色素に使用可能な染料の具体例としては、たとえば、RuLCl、RuL(CN)、ルテニウム535−bisTBA(Solaronics社製)、〔Ru(NCS)O等の金属錯体色素がある。ここで、RuLClとRuL(CN)のLは、2,2−bipyridine、または、その誘導体を表す。また、前記金属錯体色素の他に、シアン系色素、アゾ系色素等の有機色素や、ハイビスカス色素、ブラックベリー色素、ラズベリー色素、ザクロ果汁色素、クロロフィル色素等の天然物由来の有機色素を使用することも可能である。 Furthermore, specific examples of dyes that can be used for the photosensitizing dye include, for example, RuL 2 Cl 2 , RuL 2 (CN) 2 , ruthenium 535-bisTBA (manufactured by Solaronics), [Ru 2 (NCS) 2 ] 2. There are metal complex dyes such as H 2 O. Here, L in RuL 2 Cl 2 and RuL 2 (CN) 2 represents 2,2-bipyridine or a derivative thereof. In addition to the metal complex dyes, organic dyes such as cyan dyes and azo dyes, and organic dyes derived from natural products such as hibiscus dyes, blackberry dyes, raspberry dyes, pomegranate juice dyes, and chlorophyll dyes are used. It is also possible.

なお、増感色素4による半導体5への増感処理の具体的な説明は後述する「光電変換層の作製」の項で説明する。   A specific description of the sensitizing treatment of the semiconductor 5 with the sensitizing dye 4 will be described in the section “Preparation of Photoelectric Conversion Layer” described later.

次に、第2電極8について説明する。第2電極8は、正孔輸送層7に隣接して層状(平板状)に形成され、その平均厚さは材料や用途等により適宜設定され、特に限定されるものではない。第2電極8は、公知の導電性材料や半導電性材料を用いて形成することが可能である。導電性材料としては、たとえば、各種イオン導電性材料や、アルミニウム、ニッケル、コバルト、白金、銀、金、銅、モリブデン、チタン、タンタル等の金属またはこれらを含む合金、あるいは、黒鉛等の各種炭素材料等が挙げられる。また、半導電性材料としては、たとえば、トリフェニルジアミン(モノマー、ポリマー等)、ポリアニリン、ポリピロール、ポリチオフェン、フタロシアニン化合物(たとえば、銅フタロシアニン等)等またはこれらの誘導体等のp型半導体材料が挙げられる。これら導電性材料や半導電性材料を1種または2種以上組み合わせて第2電極8を形成することが可能である。   Next, the second electrode 8 will be described. The second electrode 8 is formed in a layer shape (flat plate shape) adjacent to the hole transport layer 7, and the average thickness is appropriately set depending on the material, use, etc., and is not particularly limited. The second electrode 8 can be formed using a known conductive material or semiconductive material. Examples of the conductive material include various ion conductive materials, metals such as aluminum, nickel, cobalt, platinum, silver, gold, copper, molybdenum, titanium, and tantalum, alloys containing these, and various carbons such as graphite. Materials and the like. Examples of the semiconductive material include p-type semiconductor materials such as triphenyldiamine (monomers, polymers, etc.), polyaniline, polypyrrole, polythiophene, phthalocyanine compounds (eg, copper phthalocyanine, etc.), and derivatives thereof. . The second electrode 8 can be formed by combining one or more of these conductive materials and semiconductive materials.

図1に示す光電変換素子10は、第1電極2と光電変換層6の間にバリア層11を有するもので、バリア層11は短絡の発生を防止するものである。バリア層11を設ける場合、その厚さは、たとえば、0.01μmから10μm程度であり、酸化亜鉛(ZnO)等の公知の金属酸化物等を用いて形成される。   The photoelectric conversion element 10 shown in FIG. 1 has a barrier layer 11 between the first electrode 2 and the photoelectric conversion layer 6, and the barrier layer 11 prevents the occurrence of a short circuit. When the barrier layer 11 is provided, the thickness thereof is, for example, about 0.01 μm to 10 μm and is formed using a known metal oxide such as zinc oxide (ZnO).

次に、本発明に係る光電変換素子の製造方法について一例を挙げて説明する。本発明に係る光電変換素子は、たとえば、以下に示す〔1〕〜〔6〕の手順により作製が可能である。本発明に係る光電変換素子の作製方法は、以下に示す工程を経て作製されるものに限定されるものではなく、他の公知の方法で作製することも可能である。なお、本発明では、〔6〕で説明する加熱処理を経て光電変換素子を作製することが好ましいものである。   Next, an example is given and demonstrated about the manufacturing method of the photoelectric conversion element which concerns on this invention. The photoelectric conversion element according to the present invention can be manufactured, for example, by the following procedures [1] to [6]. The method for producing the photoelectric conversion element according to the present invention is not limited to the one produced through the following steps, and can be produced by other known methods. In addition, in this invention, it is preferable to produce a photoelectric conversion element through the heat processing demonstrated by [6].

〔1〕第1電極の形成
均一な厚さを有し、かつ、光透過性を有するガラス製あるいは耐熱性に優れた樹脂製の基体を用意し、パルスレーザ蒸着法等の公知の製膜装置等を用いて当該基体上に第1電極2を形成する。なお、耐熱性に優れた有機材料としては、たとえば、ポリエチレンナフタレート(PEN)樹脂やポリイミド樹脂等がある。
[1] Formation of the first electrode A known film-forming apparatus such as a pulsed laser vapor deposition method is prepared by preparing a glass substrate having a uniform thickness and having a light transmission property or a resin substrate having excellent heat resistance. Etc., the first electrode 2 is formed on the substrate. Examples of the organic material having excellent heat resistance include polyethylene naphthalate (PEN) resin and polyimide resin.

〔2〕光電変換層の形成
次に、第1電極の上面に半導体材料を用いて光電変換層6を形成する。光電変換層6は、たとえば、半導体が粒子状の場合には第1電極を形成した基体へ半導体を塗布あるいは吹き付けることで形成が可能である。また、膜状の半導体の場合には第1電極を形成した基体へ半導体を貼り合せることで形成が可能である。光電変換層6を形成する際の好ましい態様の1つに半導体粒子を焼成して形成する方法が挙げられる。半導体粒子を焼成して光電変換層6を形成する場合、半導体へ行う増感処理は焼成の後に実施することが好ましく、特に、焼成実施後、半導体に水が吸着する前に行うことが好ましい。以下、半導体粒子を焼成して光電変換層6を形成する方法について説明する。
[2] Formation of Photoelectric Conversion Layer Next, the photoelectric conversion layer 6 is formed on the upper surface of the first electrode using a semiconductor material. For example, when the semiconductor is in the form of particles, the photoelectric conversion layer 6 can be formed by coating or spraying the semiconductor on the substrate on which the first electrode is formed. In the case of a film-like semiconductor, it can be formed by bonding the semiconductor to the substrate on which the first electrode is formed. One preferred embodiment for forming the photoelectric conversion layer 6 is a method of firing and forming semiconductor particles. When the photoelectric conversion layer 6 is formed by firing the semiconductor particles, the sensitization treatment performed on the semiconductor is preferably performed after the firing, and particularly preferably performed after the firing and before water is adsorbed to the semiconductor. Hereinafter, a method for forming the photoelectric conversion layer 6 by baking the semiconductor particles will be described.

半導体粒子を焼成して光電変換層6を形成する方法は、たとえば、以下の手順を経て行われるものである。すなわち、
(1)半導体粒子を含有する塗布液の調製
(2)半導体粒子を含有する塗布液の塗布と焼成処理
(3)半導体への増感色素吸着処理
以下、これらについて説明する。
A method of firing the semiconductor particles to form the photoelectric conversion layer 6 is performed, for example, through the following procedure. That is,
(1) Preparation of coating solution containing semiconductor particles (2) Application and baking treatment of coating solution containing semiconductor particles (3) Sensitizing dye adsorption treatment to semiconductor The following describes these.

(1)半導体粒子を含有する塗布液の調製
この工程は、半導体粒子を公知の溶媒中へ投入、分散させることにより、塗布液を調製するものである。塗布液中の半導体粒子の濃度は、たとえば、0.1質量%から70質量%が好ましく、0.1質量%から30質量%がより好ましい。半導体粒子は、粒径の小さなものが好ましく、たとえば、平均1次粒径が1nmから5000nmのものが好ましく用いられ、2nmから100nmのものがより好ましく使用される。
(1) Preparation of coating solution containing semiconductor particles In this step, the coating solution is prepared by introducing and dispersing semiconductor particles in a known solvent. The concentration of the semiconductor particles in the coating solution is preferably, for example, from 0.1% by mass to 70% by mass, and more preferably from 0.1% by mass to 30% by mass. The semiconductor particles preferably have a small particle size, for example, those having an average primary particle size of 1 nm to 5000 nm are preferably used, and those having a particle size of 2 nm to 100 nm are more preferably used.

また、半導体粒子を分散させる溶媒は、半導体粒子を凝集させずに分散させることが可能なものであれば特に限定されるものでなく、水や公知の有機溶媒、あるいは水と有機溶媒の混合液が挙げられる。有機溶媒の具体例としては、たとえば、メタノールやエタノール等のアルコール類、アセトン、メチルエチルケトン、アセチルアセトン等のケトン類、n−ヘキサンやシクロヘキサン等の炭化水素類等がある。   The solvent for dispersing the semiconductor particles is not particularly limited as long as the semiconductor particles can be dispersed without aggregating the semiconductor particles. Water, a known organic solvent, or a mixture of water and an organic solvent is not limited. Is mentioned. Specific examples of the organic solvent include alcohols such as methanol and ethanol, ketones such as acetone, methyl ethyl ketone and acetylacetone, and hydrocarbons such as n-hexane and cyclohexane.

また、塗布液中には、必要に応じて公知の界面活性剤や粘度調整剤を添加することも可能で、粘度調整剤の具体例としては、ポリエチレングリコール等の多価アルコールが代表的なものとして挙げられる。   In addition, known surfactants and viscosity modifiers can be added to the coating solution as necessary. Specific examples of viscosity modifiers include polyhydric alcohols such as polyethylene glycol. As mentioned.

(2)半導体粒子を含有する塗布液の塗布と焼成処理
この工程は、前述の半導体粒子を溶媒中へ分散させて形成した塗布液を第1電極が形成されている基体へ塗布し乾燥させて半導体粒子の層を形成する。そして、空気中あるいは不活性ガス雰囲気下で焼成処理を行うことにより前記基体上へ層状に半導体5を固着させる。この層状に形成された半導体5は半導体層とも呼ばれるものである。塗布により基体上に形成された半導体粒子の層は、支持体との結合力や半導体粒子同士の結合力が弱いものであるが、焼成処理を行うことにより、基体との結合力あるいは半導体粒子同士の結合力が向上して耐久性のある強固な層になる。焼成処理により形成される半導体層の厚さは、少なくとも、10nm以上が好ましく、500nmから30μmがより好ましい。
(2) Application of coating liquid containing semiconductor particles and baking treatment In this step, the coating liquid formed by dispersing the above-described semiconductor particles in a solvent is applied to the substrate on which the first electrode is formed and dried. A layer of semiconductor particles is formed. Then, the semiconductor 5 is fixed in a layered manner on the substrate by performing a baking process in the air or in an inert gas atmosphere. The semiconductor 5 formed in this layer shape is also called a semiconductor layer. The layer of semiconductor particles formed on the substrate by coating is weak in bonding force with the support or bonding force between the semiconductor particles. As a result, the bond strength is improved and the layer becomes durable and strong. The thickness of the semiconductor layer formed by the baking treatment is preferably at least 10 nm or more, and more preferably from 500 nm to 30 μm.

また、焼成処理により半導体層は強固な多孔質構造を形成し、多孔質構造を構成する空隙に正孔輸送物質を存在させることにより光電変換効率を向上させる。この様に、多孔質構造の半導体層は、見かけの表面積に対して実際の表面積が大きなものになっているので、光電変換効率をはじめとする各種性能を向上させる上で非常に有効なものである。半導体層の空隙率は、たとえば、1体積%から90体積%が好ましく、より好ましくは10体積%から80体積%、20体積%から70体積%が特に好ましい。半導体層内に形成される空隙は、層の厚み方向に対して貫通性を有しており、公知の方法による空隙率の測定が可能である。空隙率の代表的な測定手段としては、たとえば、市販の水銀ポロシメータ「島津ポアサイザー9220型(島津製作所社製)」等がある。   In addition, the semiconductor layer forms a strong porous structure by the baking treatment, and the photoelectric conversion efficiency is improved by making the hole transport material exist in the voids constituting the porous structure. In this way, the porous semiconductor layer has a larger actual surface area than the apparent surface area, so it is very effective in improving various performances including photoelectric conversion efficiency. is there. For example, the porosity of the semiconductor layer is preferably 1% to 90% by volume, more preferably 10% to 80% by volume, and particularly preferably 20% to 70% by volume. The void formed in the semiconductor layer has penetrability in the thickness direction of the layer, and the porosity can be measured by a known method. As a typical means for measuring the porosity, for example, there is a commercially available mercury porosimeter “Shimadzu Pore Sizer 9220 (manufactured by Shimadzu Corporation)”.

また、焼成処理を行う際の温度は、上記空隙率の多孔質構造を形成させる観点から、1000℃よりも低い温度範囲とすることが好ましく、200℃から800℃の温度範囲がより好ましく、さらに300℃から800℃の温度範囲が特に好ましいものである。ところで、樹脂製の基体上に焼成処理した半導体層を形成する場合は、あえて200℃以上で焼成処理を行う必要はなく、代わりに加圧処理を施すことにより半導体粒子同士の固着や基体への固着が可能である。また、マイクロ波を使用して、基体を加熱させることなく半導体層のみを加熱し、焼成処理を行うことも可能である。   In addition, the temperature during the baking treatment is preferably a temperature range lower than 1000 ° C., more preferably a temperature range of 200 ° C. to 800 ° C., from the viewpoint of forming a porous structure having the above porosity. A temperature range of 300 ° C. to 800 ° C. is particularly preferred. By the way, when forming a baked semiconductor layer on a resin substrate, it is not necessary to perform a baking treatment at 200 ° C. or higher. Instead, by applying a pressure treatment, the semiconductor particles can be fixed to each other or bonded to the substrate. Fixing is possible. In addition, it is possible to perform a baking process by heating only the semiconductor layer without heating the substrate using microwaves.

さらに、後述する増感色素による半導体層への電子注入を効率よく行える様にするため、焼成処理により形成された半導体層へ公知の化学的あるいは電気化学的方法でめっき処理を施すことも可能である。   Furthermore, in order to efficiently perform electron injection into the semiconductor layer by a sensitizing dye described later, it is possible to perform a plating process on the semiconductor layer formed by the baking process by a known chemical or electrochemical method. is there.

(3)半導体5への増感色素吸着
半導体5への増感処理は、増感色素を溶解させた溶液へ半導体を層状に形成した光電変換層(半導体層)が設けられている基体を浸漬して行うものである。光電変換層6への増感色素4の総担持量は0.01〜100ミリモル/mが好ましく、0.1〜50ミリモル/mがより好ましく、0.5〜20ミリモル/mが特に好ましい。
(3) Sensitizing dye adsorption to semiconductor 5 The sensitizing treatment to semiconductor 5 involves immersing a substrate provided with a photoelectric conversion layer (semiconductor layer) in which a semiconductor is formed in a layer form in a solution in which a sensitizing dye is dissolved. It is what you do. The total supported amount of the sensitizing dye 4 to the photoelectric conversion layer 6 is preferably from 0.01 to 100 mmole / m 2, more preferably 0.1 to 50 mmol / m 2, 0.5 to 20 mmol / m 2 Particularly preferred.

増感処理は、単独の種類の増感色素を使用する方法と複数種類の増感色素を併用する方法のいずれの方法も可能で、たとえば、太陽電池用の光電変換素子は光電変換可能な波長域を広く確保するため、吸収波長の異なる複数の色素を併用する方法が好ましい。   The sensitizing treatment can be performed by any of a method using a single type of sensitizing dye and a method using a combination of a plurality of types of sensitizing dyes. For example, a photoelectric conversion element for a solar cell can be converted into a wavelength capable of photoelectric conversion. In order to ensure a wide range, a method of using a plurality of dyes having different absorption wavelengths is preferable.

増感色素を溶解させる溶媒は、増感色素を溶解する一方で、半導体を溶解させたり反応するものでなければよく、公知の有機溶媒の使用が可能である。この様な有機溶媒としては、たとえば、以下に挙げるニトリル系溶媒、アルコール系溶媒、ケトン系溶媒、エーテル系溶媒、ハロゲン化炭化水素系溶媒等がある。これらの溶媒を単独あるいは複数種類併用することが可能である。
(a)ニトリル系溶媒;アセトニトリル等
(b)アルコール系溶媒;メタノール、エタノール、n−プロパノール等
(c)ケトン系溶媒;アセトン、メチルエチルケトン等
(d)エーテル系溶媒;ジエチルエーテル、ジイソプロピルエーテル、テトラヒドロフラン、1,4−ジオキサン等
(e)ハロゲン化炭化水素系溶媒;塩化メチレン、1,1,2−トリクロロエタン等
上記溶媒の中でも、アセトニトリル、アセトニトリル/メタノール混合溶媒、メタノール、エタノール、アセトン、メチルエチルケトン、テトラヒドロフラン、塩化メチレンが好ましい。
The solvent for dissolving the sensitizing dye may be any solvent that does not dissolve or react with the semiconductor while dissolving the sensitizing dye, and a known organic solvent can be used. Examples of such organic solvents include the following nitrile solvents, alcohol solvents, ketone solvents, ether solvents, halogenated hydrocarbon solvents, and the like. These solvents can be used alone or in combination.
(A) Nitrile solvents; acetonitrile and the like (b) Alcohol solvents; methanol, ethanol, n-propanol and the like (c) Ketone solvents; Acetone, methyl ethyl ketone and the like (d) Ether solvents; Diethyl ether, diisopropyl ether, tetrahydrofuran, (E) halogenated hydrocarbon solvents such as 1,4-dioxane; methylene chloride, 1,1,2-trichloroethane, etc. Among the above solvents, acetonitrile, acetonitrile / methanol mixed solvent, methanol, ethanol, acetone, methyl ethyl ketone, tetrahydrofuran, Methylene chloride is preferred.

増感色素を含有する溶液への浸漬時間は、半導体層に溶液を深く進入させて半導体への吸着を十分に進行させて半導体を十分に増感させるため、たとえば、25℃の温度下で3時間から48時間行うことが好ましく、4時間から24時間行うことがより好ましい。また、含有する増感色素が分解しない限り溶液を加熱することも可能で、たとえば、溶液の温度を25℃から80℃に設定して行うことも可能である。   The immersion time in the solution containing the sensitizing dye is, for example, 3 ° C. at a temperature of 25 ° C. in order to sufficiently sensitize the semiconductor by allowing the solution to penetrate deeply into the semiconductor layer and sufficiently adsorbing the semiconductor. The time is preferably 48 hours, more preferably 4 to 24 hours. Further, the solution can be heated as long as the sensitizing dye contained therein is not decomposed. For example, the temperature of the solution can be set to 25 ° C. to 80 ° C.

以上の手順により光電変換層6を作製することが可能である。   The photoelectric conversion layer 6 can be manufactured by the above procedure.

〔3〕正孔輸送層の形成
本発明では、前述した方法により、正孔輸送物質として導電性高分子を含有する正孔輸送層7を形成することが可能であり、形成された正孔輸送層7は、光電変換層6に浸透する様に形成されている。
[3] Formation of Hole Transport Layer In the present invention, the hole transport layer 7 containing a conductive polymer as a hole transport material can be formed by the above-described method. The layer 7 is formed so as to penetrate into the photoelectric conversion layer 6.

〔4〕第2電極の形成
第2電極は、正孔輸送層の上面に形成される。第2電極は、たとえば、金等で構成される第2電極材料を、蒸着法、スパッタリング法、印刷法等の公知の方法を用いて形成することが可能である。
[4] Formation of Second Electrode The second electrode is formed on the upper surface of the hole transport layer. The second electrode can be formed by using a known method such as a vapor deposition method, a sputtering method, a printing method, or the like, for example, from a second electrode material made of gold or the like.

〔5〕紫外線吸収層の形成
本発明では、光電変換層6に対して光を入射させる側に380nm以下の波長光を吸収させる紫外線吸収層3を設けるもので、ここでいう「光が入射する側」とは基体1や第1電極2が設けられている側のことである。紫外線吸収層3を設ける具体的な方法としては、たとえば、基体1に380nm以下の波長光を吸収する領域を設ける方法がある。すなわち、市販の紫外線吸収フィルムを基体1へ貼付する方法や基体1へ市販の紫外線吸収塗料を塗布する方法により形成が可能である。また、紫外線を吸収する性質を有するベンゾフェノン系化合物やベンゾトリアゾール系化合物、ベンゾエート系化合物、トリアジン系化合物を含有させたセルロースアセテート樹脂等の透明性を有する樹脂溶液を基体1に塗布することで形成することも可能である。
[5] Formation of UV-absorbing layer In the present invention, the UV-absorbing layer 3 that absorbs light having a wavelength of 380 nm or less is provided on the side on which light is incident on the photoelectric conversion layer 6. The “side” is the side on which the substrate 1 and the first electrode 2 are provided. As a specific method of providing the ultraviolet absorbing layer 3, for example, there is a method of providing a region that absorbs light having a wavelength of 380 nm or less in the substrate 1. That is, it can be formed by a method of sticking a commercially available ultraviolet absorbing film to the substrate 1 or a method of applying a commercially available ultraviolet absorbing paint to the substrate 1. Further, it is formed by applying a transparent resin solution such as a cellulose acetate resin containing a benzophenone compound, a benzotriazole compound, a benzoate compound, or a triazine compound having a property of absorbing ultraviolet rays to the substrate 1. It is also possible.

〔6〕加熱処理の実施
本発明に係る光電変換素子を作製する際の好ましい形態として、「少なくとも、光電変換層と正孔輸送層を形成した後に加熱処理を施して光電変換素子を作製する方法」が挙げられる。この加熱処理を行って作製された光電変換素子は、光電変換効率の経時低下が発生せず、光電変換効率を長期にわたり安定維持することを可能にしている。
[6] Implementation of heat treatment As a preferred mode for producing the photoelectric conversion device according to the present invention, “at least a method for producing a photoelectric conversion device by performing a heat treatment after forming a photoelectric conversion layer and a hole transport layer”. ". The photoelectric conversion element manufactured by performing this heat treatment does not cause a decrease in photoelectric conversion efficiency over time, and makes it possible to stably maintain the photoelectric conversion efficiency over a long period of time.

上記加熱処理を施した光電変換素子が、初期の光電変換効率を長期にわたり安定維持する様になる理由は明らかではないが、以下の様に考えられる。すなわち、加熱処理時の熱エネルギーにより、正孔輸送層を形成する導電性高分子鎖同士はより一層緻密な配列状態を形成するものと考えられる。そして、導電性高分子鎖が高密度配列していることにより、太陽光を受ける機会が長くなっても導電性高分子鎖の分子運動抑制が維持されているので、初期の光電変換効率が長期にわたり安定維持されるものと考えられる。また、導電性高分子鎖の密度が高くなっていることにより正孔輸送層の強度も向上していることも、光電変換効率の長期安定維持に寄与しているものと考えられる。   The reason why the photoelectric conversion element subjected to the heat treatment stably maintains the initial photoelectric conversion efficiency over a long period is not clear, but is considered as follows. That is, it is considered that the conductive polymer chains forming the hole transport layer form a denser arrangement state by the heat energy during the heat treatment. Since the conductive polymer chains are arranged in high density, the suppression of molecular motion of the conductive polymer chains is maintained even when the opportunity to receive sunlight is long, so the initial photoelectric conversion efficiency is long-term. It is thought that it is maintained stably over time. Moreover, it is thought that the fact that the strength of the hole transport layer is improved by increasing the density of the conductive polymer chain also contributes to the long-term stable maintenance of the photoelectric conversion efficiency.

なお、当該加熱処理を行う際の処理温度は、70℃以上150℃以下にすることが好ましく、80℃以上120℃以下の温度範囲が特に好ましいものである。   In addition, it is preferable that the process temperature at the time of performing the said heat processing shall be 70 to 150 degreeC, and the temperature range of 80 to 120 degreeC is especially preferable.

以上の工程を経て、本発明に係る光電変換素子を作製することが可能である。   Through the above steps, the photoelectric conversion element according to the present invention can be manufactured.

以下、実施例を挙げて本発明を具体的に説明するが、本発明は以下の実施例のみに限定されるものではない。なお、下記文中に記載の「部」は「質量部」を表すものである。   EXAMPLES Hereinafter, although an Example is given and this invention is demonstrated concretely, this invention is not limited only to a following example. In the following text, “part” represents “part by mass”.

1.「光電変換素子1〜35」、「比較用光電変換素子1〜7」の作製
1−1.「光電変換素子1」の作製
以下の手順により、図1に示す構成を有する「光電変換素子1」を作製した。
1. 1. Production of “photoelectric conversion elements 1 to 35” and “comparative photoelectric conversion elements 1 to 7” 1-1. Production of “Photoelectric Conversion Element 1” “Photoelectric conversion element 1” having the configuration shown in FIG. 1 was produced by the following procedure.

(1)基体の用意
縦30mm、横35mm、厚さ2.5mmの市販のソーダガラス基体を用意し、当該基体を硫酸と過酸化水素水の混合液よりなる85℃の洗浄液に浸漬して洗浄処理を行うことにより、その表面を清浄化した。
(1) Preparation of substrate A commercially available soda glass substrate having a length of 30 mm, a width of 35 mm, and a thickness of 2.5 mm is prepared, and the substrate is immersed in a cleaning solution of 85 ° C. made of a mixed solution of sulfuric acid and hydrogen peroxide solution for cleaning. The surface was cleaned by performing the treatment.

(2)第1電極とバリア層の形成
公知の蒸着法の製膜装置を用い、前記ソーダガラス基体上に、縦30mm、横35mm、厚さ1μm、シート抵抗20Ω/□のFTO(フッ素ドープ酸化スズ)よりなる第1電極を形成した。第1電極を形成した基板上にテトラキスイソポロポキシチタン1.2ml及びアセチルアセトン0.8mlをエタノール18mlに溶解した溶液を滴下し、スピンコート法により製膜後、450℃で8分間加熱して、第1電極上に厚さ40nmの酸化チタン製のバリア層を形成した。
(2) Formation of first electrode and barrier layer Using a known deposition apparatus, an FTO (fluorine-doped oxidation) having a length of 30 mm, a width of 35 mm, a thickness of 1 μm, and a sheet resistance of 20 Ω / □ is formed on the soda glass substrate. A first electrode made of tin) was formed. A solution prepared by dissolving 1.2 ml of tetrakisisoporopoxytitanium and 0.8 ml of acetylacetone in 18 ml of ethanol was dropped on the substrate on which the first electrode was formed, and after film formation by spin coating, heated at 450 ° C. for 8 minutes, A barrier layer made of titanium oxide having a thickness of 40 nm was formed on the first electrode.

(3)光電変換層の形成
次に、前記バリア層とFTO薄膜の第1電極の上面に以下の手順で酸化チタンからなる光電変換層を形成した。すなわち、
先ず、アナターゼ型二酸化チタンペースト(平均1次粒径18nm(顕微鏡観察平均)、エチルセルロース分散)を、上記バリア層と第1電極を形成した前記ソーダガラス基体上へ塗布面積が25mmとなる様にスクリーン印刷法により塗布した。塗布後、200℃で10分間及び500℃で15分間焼成処理を行い、厚さ2.5μmの二酸化チタン薄膜を形成した。当該二酸化チタン薄膜は空隙を有する多孔質構造のものであった。
(3) Formation of photoelectric conversion layer Next, a photoelectric conversion layer made of titanium oxide was formed on the upper surface of the barrier layer and the first electrode of the FTO thin film by the following procedure. That is,
First, an anatase-type titanium dioxide paste (average primary particle size 18 nm (microscope observation average), dispersion of ethyl cellulose) is applied onto the soda glass substrate on which the barrier layer and the first electrode are formed so that the coating area becomes 25 mm 2 . It was applied by screen printing. After the coating, a baking treatment was performed at 200 ° C. for 10 minutes and at 500 ° C. for 15 minutes to form a titanium dioxide thin film having a thickness of 2.5 μm. The titanium dioxide thin film had a porous structure having voids.

次に、増感色素として、下記構造を有するD149色素(三菱製紙(株)製)をアセトニトリル:t−ブチルアルコール=1:1の混合溶媒に溶解させて5×10−4モル/リットルの溶液を調製した。 Next, as a sensitizing dye, a D149 dye (manufactured by Mitsubishi Paper Industries Co., Ltd.) having the following structure is dissolved in a mixed solvent of acetonitrile: t-butyl alcohol = 1: 1 to give a solution of 5 × 10 −4 mol / liter. Was prepared.

Figure 2012221778
Figure 2012221778

上記二酸化チタンを塗布、焼結した前記ガラス基体を上記溶液に室温で3時間浸漬して上記色素を吸着させて増感処理を行った。この様にして光電変換層を形成した。   The glass substrate coated with titanium dioxide and sintered was immersed in the solution at room temperature for 3 hours to adsorb the dye and subjected to sensitization treatment. In this way, a photoelectric conversion layer was formed.

(4)正孔輸送層の形成
前記光電変換層を形成したガラス基体を、
M1−1 0.01モル/リットル
Li〔(CFSON〕 0.1モル/リットル
のアセトニトリル溶液に浸漬し、電解重合を行うことにより、前記光電変換層上に溶媒に不溶の導電性高分子を含有する正孔輸送層を形成した。
(4) Formation of hole transport layer A glass substrate on which the photoelectric conversion layer is formed,
M1-1 0.01 mol / L Li [(CF 3 SO 2 ) 2 N] It is insoluble in a solvent on the photoelectric conversion layer by dipping in a 0.1 mol / L acetonitrile solution and conducting electrolytic polymerization. A hole transport layer containing a conductive polymer was formed.

上記電解重合は、作用極に前記第1電極、対極に白金線、参照電極にAg/Ag(AgNO 0.01モル)を使用し、保持電圧を−0.16Vとした。そして、光電変換層方向より光照射(光源にキセノンランプ使用、光強度22mW/cm、430nm以下の波長光をカット)を行いながら、30分間電圧を保持するものである。 In the electrolytic polymerization, the working electrode was the first electrode, the counter electrode was a platinum wire, the reference electrode was Ag / Ag + (AgNO 3 0.01 mol), and the holding voltage was −0.16V. The voltage is held for 30 minutes while irradiating light from the photoelectric conversion layer direction (using a xenon lamp as a light source, cutting light having a light intensity of 22 mW / cm 2 and a wavelength of 430 nm or less).

上記手順で正孔輸送層を形成後、前記ガラス基体をアセトニトリルで洗浄、乾燥処理した。その後、
Li〔(CFSON〕 1.5×10−2モル/リットル
t−ブチルピリジン 5×10−2モル/リットル
を含有するアセトニトリル溶液に10分間浸漬処理した後、自然乾燥させて正孔輸送層を作製した。
After forming the hole transport layer by the above procedure, the glass substrate was washed with acetonitrile and dried. after that,
Li [(CF 3 SO 2 ) 2 N] 1.5 × 10 −2 mol / L t-Butylpyridine 5 × 10 −2 mol / L An acetonitrile solution containing 10 minutes of immersion treatment and then air-dried A hole transport layer was prepared.

(5)第2電極と紫外線吸収層の形成
次に、前記正孔輸送層上へ真空蒸着法により金を厚さ60nmとなる様に蒸着させて第2電極を形成した。さらに、前記ガラス基体の第1電極を形成していない側の面に市販の紫外線吸収フィルム「スコッチテントウィンドフィルム RE87CLIS(住友スリーエム株式会社製)」(JIS A5759測定による紫外線透過率0%)を貼付して紫外線吸収層を形成した。以上の手順により、図1に示す構造を有する「光電変換素子1」を作製した。
(5) Formation of 2nd electrode and ultraviolet absorption layer Next, gold was vapor-deposited by the vacuum evaporation method on the said positive hole transport layer so that it might become thickness 60nm, and the 2nd electrode was formed. Further, a commercially available ultraviolet absorbing film “Scotch Tent Window Film RE87CLIS (manufactured by Sumitomo 3M Limited)” (UV transmittance 0% as measured by JIS A5759) is pasted on the surface of the glass substrate where the first electrode is not formed. Thus, an ultraviolet absorbing layer was formed. By the above procedure, “photoelectric conversion element 1” having the structure shown in FIG. 1 was produced.

1−2.「光電変換素子2〜35」の作製
(1)「光電変換素子2〜27」の作製
前記「光電変換素子1」の作製で、正孔輸送層を形成する際に使用した化合物「M1−1」に代えて、下記表1に示す化合物を使用して正孔輸送層を形成した他は同じ手順で「光電変換素子2〜27」を作製した。
1-2. Preparation of “Photoelectric Conversion Elements 2 to 35” (1) Preparation of “Photoelectric Conversion Elements 2 to 27” The compound “M1-1” used for forming the hole transport layer in the preparation of the “photoelectric conversion elements 1”. "Photoelectric conversion elements 2 to 27" were prepared in the same procedure except that a hole transport layer was formed using the compounds shown in Table 1 below.

(2)「光電変換素子28、29」の作製
また、前記「光電変換素子3」の作製で、前記ガラス基体へ紫外線吸収フィルムを貼付せず、紫外線カット機能を有する市販のフッ素樹脂コーティング材「オブリガード(AGCコーテック(株)製)」を塗布して紫外線吸収層を形成した。その他は同じ手順を採り「光電変換素子28」を作製した。また、前記「光電変換素子1」の作製で、前述のソーダガラス製の基体に代えて市販の紫外線カットガラス「UVベール(旭硝子(株)製)」を用い、その他は同じ手順を採り「光電変換素子29」を作製した。
(2) Production of “photoelectric conversion elements 28 and 29” In addition, in the production of “photoelectric conversion element 3”, a commercially available fluororesin coating material having an ultraviolet cut function without attaching an ultraviolet absorbing film to the glass substrate “ “Obligard (manufactured by AGC Co-Tech Co., Ltd.)” was applied to form an ultraviolet absorbing layer. Otherwise, the same procedure was followed to produce “photoelectric conversion element 28”. In addition, in the production of the “photoelectric conversion element 1”, a commercially available ultraviolet cut glass “UV veil (manufactured by Asahi Glass Co., Ltd.)” was used instead of the above-mentioned soda glass base, and the other procedures were the same as “Photoelectric conversion element 1”. A conversion element 29 "was produced.

(3)「光電変換素子30〜35」の作製
また、前記「光電変換素子3」の作製で、前記ガラス基体へ紫外線吸収フィルムを貼付せず、当該個所へ下記化合物を含有する塗布液を塗布、乾燥させて、前記紫外線吸収フィルムと同じ厚さの紫外線吸収層を設けた。その他は同じ手順を採り、アセテートフィルム中にベンゾフェノン系化合物の1つである2−ヒドロキシ−4−メトキシベンゾフェノンを含有する紫外線吸収層を有する「光電変換素子30」を作製した。
(3) Production of “photoelectric conversion elements 30 to 35” In addition, in the production of the “photoelectric conversion element 3”, an ultraviolet absorbing film was not applied to the glass substrate, and a coating solution containing the following compound was applied to the relevant part. And dried to provide an ultraviolet absorbing layer having the same thickness as the ultraviolet absorbing film. Otherwise, the same procedure was followed to produce “photoelectric conversion element 30” having an ultraviolet absorption layer containing 2-hydroxy-4-methoxybenzophenone, which is one of the benzophenone compounds, in the acetate film.

塗布液組成
セルローストリアセテート(酸化度61.0%) 100質量部
トリフェニルホスフェート 12質量部
2−ヒドロキシ−4−メトキシベンゾフェノン 1質量部
メチレンクロライド 430質量部
メタノール 90質量部
上記塗布液は上記組成物を密閉容器に投入し、加圧下で80℃に保温し、撹伴しながら完全に溶解させた後、ろ過処理を行って形成したものである。
Coating liquid composition Cellulose triacetate (oxidation degree 61.0%) 100 parts by weight Triphenyl phosphate 12 parts by weight 2-hydroxy-4-methoxybenzophenone 1 part by weight Methylene chloride 430 parts by weight Methanol 90 parts by weight It is formed by putting it into a closed container, keeping it at 80 ° C. under pressure, completely dissolving it with stirring, and then performing a filtration treatment.

また、前記「光電変換素子30」の作製で、上記塗布液の作製で使用した2−ヒドロキシ−4−メトキシベンゾフェノンを2−(2H−ベンゾトリアゾール−2−イル)−4−t−ブチルフェノールに変更して塗布液を作製した。その他は同じ手順を採り、アセテートフィルム中にベンゾトリアゾール系化合物の1つである2−(2H−ベンゾトリアゾール−2−イル)−4−t−ブチルフェノールを含有する紫外線吸収層を設けた「光電変換素子31」を作製した。   Further, in the production of the “photoelectric conversion element 30”, the 2-hydroxy-4-methoxybenzophenone used in the production of the coating solution was changed to 2- (2H-benzotriazol-2-yl) -4-t-butylphenol. Thus, a coating solution was prepared. Others took the same procedure, and provided an ultraviolet absorption layer containing 2- (2H-benzotriazol-2-yl) -4-t-butylphenol, which is one of the benzotriazole compounds, in the acetate film. Element 31 "was produced.

また、前記「光電変換素子30」の作製で、上記塗布液の作製で使用した2−ヒドロキシ−4−メトキシベンゾフェノンを2,4−ジ−t−ブチルフェニル−3,5−ジ−t−ブチル−4−ヒドロキシベンゾエートに変更して塗布液を作製した。その他は同じ手順を採り、アセテートフィルム中にベンゾエート系化合物の1つである2,4−ジ−t−ブチルフェニル−3,5−ジ−t−ブチル−4−ヒドロキシベンゾエートを含有する紫外線吸収層を設けた「光電変換素子32」を作製した。   Further, in the production of the “photoelectric conversion element 30”, the 2-hydroxy-4-methoxybenzophenone used in the production of the coating solution was replaced with 2,4-di-t-butylphenyl-3,5-di-t-butyl. A coating solution was prepared by changing to -4-hydroxybenzoate. Others adopt the same procedure, and an ultraviolet absorbing layer containing 2,4-di-t-butylphenyl-3,5-di-t-butyl-4-hydroxybenzoate, which is one of benzoate compounds, in an acetate film A “photoelectric conversion element 32” provided with the above was produced.

また、前記「光電変換素子30」の作製で、上記塗布液の作製で使用した2−ヒドロキシ−4−メトキシベンゾフェノンを2−〔4,6−ジフェニル−1,3,5−トリアジン−2−イル〕−5−〔(ヘキシル)オキシ〕フェノールに変更して塗布液を作製した。その他は同じ手順を採り、アセテートフィルム中にトリアジン系化合物の1つである2−〔4,6−ジフェニル−1,3,5−トリアジン−2−イル〕−5−〔(ヘキシル)オキシ〕フェノールを含有する紫外線吸収層を設けた「光電変換素子33」を作製した。   Further, in the production of the “photoelectric conversion element 30”, 2-hydroxy-4-methoxybenzophenone used in the production of the coating solution was replaced with 2- [4,6-diphenyl-1,3,5-triazin-2-yl. ] -5-[(hexyl) oxy] phenol was used to prepare a coating solution. Otherwise, the same procedure was followed, and 2- [4,6-diphenyl-1,3,5-triazin-2-yl] -5-[(hexyl) oxy] phenol, one of the triazine compounds in the acetate film "Photoelectric conversion element 33" provided with an ultraviolet absorbing layer containing benzene was produced.

また、前記「光電変換素子30」の作製で、上記塗布液の作製で使用した2−ヒドロキシ−4−メトキシベンゾフェノンに代えて、市販の酸化亜鉛粒子「FINEX−30S−LP2(堺化学工業(株)製)」を用いて塗布液を作製した。その他は同じ手順を採り、アセテートフィルム中に酸化亜鉛を含有する紫外線吸収層を設けた「光電変換素子34」を作製した。   In addition, instead of 2-hydroxy-4-methoxybenzophenone used in the preparation of the coating solution in the preparation of the “photoelectric conversion element 30”, commercially available zinc oxide particles “FINEX-30S-LP2 (Sakai Chemical Industry Co., Ltd.) ))) ”Was used to prepare a coating solution. Otherwise, the same procedure was followed to produce “photoelectric conversion element 34” in which an ultraviolet absorption layer containing zinc oxide was provided in an acetate film.

さらに、前記「光電変換素子30」の作製で、上記塗布液の作製で使用した2−ヒドロキシ−4−メトキシベンゾフェノンに代えて、市販の酸化チタン粒子「STR−60C−LP(堺化学工業(株)製)」を用いて塗布液を作製した。その他は同じ手順を採り、アセテートフィルム中に酸化チタンを含有する紫外線吸収層を設けた「光電変換素子35」を作製した。   Further, in the production of the “photoelectric conversion element 30”, instead of 2-hydroxy-4-methoxybenzophenone used in the production of the coating solution, commercially available titanium oxide particles “STR-60C-LP (Sakai Chemical Industry Co., Ltd.) ))) ”Was used to prepare a coating solution. Otherwise, the same procedure was followed to produce “photoelectric conversion element 35” in which an ultraviolet absorption layer containing titanium oxide was provided in the acetate film.

1−3.「比較用光電変換素子1〜7」の作製
(1)「比較用光電変換素子1〜3」の作製
前記「光電変換素子1」の作製で、正孔輸送層の形成を以下の手順で行った他は同じ手順を採り、「比較用光電変換素子1」を作製した。すなわち、正孔輸送物質に下記に示す「芳香族アミン化合物A2」を用い、これをテトラヒドロフランに溶解させて正孔輸送層形成用塗布液を調製しておく。次に、当該正孔輸送層形成用塗布液を、前述した光電変換層の上面にスピンコート法により塗布し、10分間真空乾燥処理を行うことにより、テトラヒドロフランを除去して正孔輸送層を形成する。なお、前記正孔輸送層形成用塗布液の塗布はスピンコートの回転数を500rpmに設定して行った。
1-3. Production of “Comparative Photoelectric Conversion Elements 1 to 7” (1) Production of “Comparative Photoelectric Conversion Elements 1 to 3” In the production of the “photoelectric conversion element 1”, the hole transport layer was formed by the following procedure. Otherwise, the same procedure was taken to produce “Comparative Photoelectric Conversion Element 1”. That is, the “aromatic amine compound A2” shown below is used as the hole transport material, and this is dissolved in tetrahydrofuran to prepare a coating solution for forming a hole transport layer. Next, the hole transport layer forming coating solution is applied to the upper surface of the photoelectric conversion layer by the spin coating method and subjected to vacuum drying for 10 minutes to remove tetrahydrofuran and form a hole transport layer. To do. The coating liquid for forming the hole transport layer was applied by setting the spin coating speed to 500 rpm.

Figure 2012221778
Figure 2012221778

また、上記「比較用光電変換素子1」の作製で、正孔輸送層形成用塗布液を調製する際に使用する「芳香族アミン化合物A2」を下記に示す「芳香族アミン化合物A22」に変更した他は同じ手順を採り「比較用光電変換素子2」を作製した。さらに、正孔輸送層形成用塗布液を調製する際に使用する「芳香族アミン化合物A2」を下記に示す「芳香族アミン化合物A26」に変更した他は同じ手順を採り「比較用光電変換素子3」を作製した。なお「化合物A26」は2,2′,7,7′−テトラキス(N,N−ジ−p−メトキシフェニルアミン)9,9′−スピロビフルオレンと呼ばれるものである。   In addition, the “aromatic amine compound A2” used when preparing the coating liquid for forming the hole transport layer in the production of the “comparative photoelectric conversion element 1” is changed to the “aromatic amine compound A22” shown below. Otherwise, the same procedure was followed to produce “Comparative Photoelectric Conversion Element 2”. Furthermore, the same procedure was followed except that the “aromatic amine compound A2” used in preparing the hole transport layer forming coating solution was changed to the “aromatic amine compound A26” shown below. 3 "was produced. “Compound A26” is called 2,2 ′, 7,7′-tetrakis (N, N-di-p-methoxyphenylamine) 9,9′-spirobifluorene.

Figure 2012221778
Figure 2012221778

(2)「比較用光電変換素子4」の作製
前記「光電変換素子1」の作製で、正孔輸送層を形成する際に使用した化合物「M1−1」に代えて下記に示す化合物T1を使用して正孔輸送層を形成した他は同じ手順で「比較用光電変換素子4」を作製した。なお、「比較用光電変換素子4」の正孔輸送層は化合物T1を重合して下記構造の重合体を含有するものである。
(2) Production of “Comparative Photoelectric Conversion Element 4” In the production of the “photoelectric conversion element 1”, a compound T1 shown below was used instead of the compound “M1-1” used in forming the hole transport layer. “Comparative photoelectric conversion element 4 for comparison” was produced in the same procedure except that the hole transport layer was formed by using it. The hole transport layer of “Comparative Photoelectric Conversion Element 4” is obtained by polymerizing Compound T1 and containing a polymer having the following structure.

Figure 2012221778
Figure 2012221778

(3)「比較用光電変換素子5〜7」の作製
前記「光電変換素子1、10、19」を作製する際、前記ガラス基体への前記紫外線吸収フィルムを貼付しない他は同じ手順で「比較用光電変換素子5〜7」を作製した。
(3) Production of “Comparative Photoelectric Conversion Elements 5-7” When producing the “photoelectric conversion elements 1, 10, 19”, the “comparison” was performed in the same procedure except that the ultraviolet absorbing film was not attached to the glass substrate. Photoelectric conversion elements 5 to 7 ”were prepared.

以上の手順により、「光電変換素子1〜35」と「比較用光電変換素子1〜7」を作製した。なお。上記各光電変換素子と比較用光電変換素子を作製する際に使用した正孔輸送材料用化合物と紫外線吸収層形成方法を下記表1に示す。   By the above procedure, “photoelectric conversion elements 1 to 35” and “comparative photoelectric conversion elements 1 to 7” were produced. Note that. Table 1 below shows the compound for hole transport material and the method for forming the ultraviolet absorbing layer used when the above photoelectric conversion elements and comparative photoelectric conversion elements were prepared.

Figure 2012221778
Figure 2012221778

2.評価実験
上記手順で作製した「光電変換素子1〜35」と「比較用光電変換素子1〜7」について、光電変換効率の安定維持性能を以下の様に評価した。すなわち、上記各光電変換素子の光電変換効率ηを下記方法により測定、算出する。次に、当該各光電変換素子を85℃に加熱しオーブン内へ投入し、5時間放置して加熱処理を施す。そして、加熱処理実施後の各光電変換素子の光電変換効率η′を測定、算出し、前記加熱処理前後における光電変換効率ηの低下率を算出して評価する。
2. Evaluation Experiment With respect to “photoelectric conversion elements 1 to 35” and “comparative photoelectric conversion elements 1 to 7” produced by the above procedure, the stability maintaining performance of photoelectric conversion efficiency was evaluated as follows. That is, the photoelectric conversion efficiency η of each photoelectric conversion element is measured and calculated by the following method. Next, each photoelectric conversion element is heated to 85 ° C., placed in an oven, and left to stand for 5 hours for heat treatment. Then, the photoelectric conversion efficiency η ′ of each photoelectric conversion element after the heat treatment is measured and calculated, and the reduction rate of the photoelectric conversion efficiency η before and after the heat treatment is calculated and evaluated.

ここで、上記手順により加熱処理前後に光電変換効率ηを測定し、光電変換効率ηの低下率を算出したものを「実施例1〜33」及び「比較例1〜7」とした。また、「光電変換素子2」を用い、加熱処理温度を70℃、120℃、150℃、170℃の加熱処理温度で処理を行ったものを「実施例34〜37」とした。   Here, the photoelectric conversion efficiency η was measured before and after the heat treatment according to the above procedure, and the reduction rate of the photoelectric conversion efficiency η was calculated as “Examples 1 to 33” and “Comparative Examples 1 to 7”. Moreover, what carried out the process at the heat processing temperature of 70 degreeC, 120 degreeC, 150 degreeC, and 170 degreeC using the "photoelectric conversion element 2" was set as "Examples 34-37."

各光電変換素子の光電変換効率η及びη′は以下の手順で測定、算出する。すなわち、
市販のソーラシミュレータ「WXS−85−H((株)ワコム電創製)」により形成される照射強度100mW/cmの擬似太陽光を室温環境(温度20℃)下で各光電変換素子に照射する。前記擬似太陽光は、前記ソーラシミュレータによりキセノンランプ光をAMフィルタ(AM1.5)に通過させて形成されるものである。
The photoelectric conversion efficiency η and η ′ of each photoelectric conversion element is measured and calculated according to the following procedure. That is,
Each photoelectric conversion element is irradiated with pseudo-sunlight with an irradiation intensity of 100 mW / cm 2 formed by a commercially available solar simulator “WXS-85-H (manufactured by Wacom Denso Co., Ltd.)” in a room temperature environment (temperature 20 ° C.). . The simulated sunlight is formed by passing xenon lamp light through an AM filter (AM1.5) by the solar simulator.

ここで、前記擬似太陽光照射時における各光電変換素子の電流−電圧特性を市販のI−Vテスタを用いて測定し、短絡電流値Iscと開放電圧Voc、及び、電流−電圧特性グラフより形状係数FFを算出する。これらの値を後述する計算式に代入することにより光電変換効率ηが算出される。なお、前記加熱処理はオーブン内を暗所にして行う。   Here, the current-voltage characteristic of each photoelectric conversion element at the time of the artificial sunlight irradiation was measured using a commercially available IV tester, and the shape was determined based on the short-circuit current value Isc, the open-circuit voltage Voc, and the current-voltage characteristic graph. The coefficient FF is calculated. The photoelectric conversion efficiency η is calculated by substituting these values into the calculation formula described later. Note that the heat treatment is performed in a dark place in the oven.

なお、上記「開放電圧Voc」とは、光電変換素子に電圧負荷をかけて電流が流れなくなるときの電圧値のことであり、上記「短絡電流値Isc」とは、光電変換素子に電圧負荷をかけていない状態の時に流れる電流値のことである。また、上記「形状係数FF」は、後述する光電変換効率を測定する際に得られる電圧−電流特性グラフに示される軌跡を数値で示したもので、照射強度Pmaxを短絡電流値Iscと開放電圧Vocの積で除して得られる値である。図2に形状係数FFの算出式、形状係数FFが1.00のとき及び1.00未満のときの電圧−電流特性グラフの軌跡の例を示す。   The “open circuit voltage Voc” is a voltage value when a current is not applied by applying a voltage load to the photoelectric conversion element, and the “short-circuit current value Isc” is a voltage load applied to the photoelectric conversion element. It is the value of the current that flows when it is not applied. Further, the “shape factor FF” is a numerical value indicating the locus shown in the voltage-current characteristic graph obtained when measuring the photoelectric conversion efficiency described later. The irradiation intensity Pmax is the short-circuit current value Isc and the open-circuit voltage. It is a value obtained by dividing by the product of Voc. FIG. 2 shows an example of a locus of the voltage-current characteristic graph when the shape factor FF is calculated and when the shape factor FF is 1.00 and less than 1.00.

また、光電変換効率ηは、下記式より算出されるものである。すなわち、照射強度Pmax、各光電変換素子の短絡電流をIsc(mA/cm)、開放電圧をVoc(V)、形状係数をFFとすると、光電変換効率η(%)は下記式より算出される。すなわち、
η(%)=〔(Isc×Voc×FF)/Pmax〕×100
となる。加熱処理後の光電変換効率η′も同様に上記式より算出される。
The photoelectric conversion efficiency η is calculated from the following formula. That is, assuming that the irradiation intensity Pmax, the short-circuit current of each photoelectric conversion element is Isc (mA / cm 2 ), the open circuit voltage is Voc (V), and the shape factor is FF, the photoelectric conversion efficiency η (%) is calculated from the following equation. The That is,
η (%) = [(Isc × Voc × FF) / Pmax] × 100
It becomes. Similarly, the photoelectric conversion efficiency η ′ after the heat treatment is calculated from the above formula.

なお、本評価では、前記ソーラシミュレータより照射強度Pmaxが100mW/cmの疑似太陽光を照射している。 In this evaluation, simulated solar light with an irradiation intensity Pmax of 100 mW / cm 2 is irradiated from the solar simulator.

そして、加熱処理前後での光電変換効率の低下率Δη(%)は下記式より算出される。すなわち、
Δη(%)=〔(η−η′)/η〕×100
本評価では、加熱処理前の光電変換効率η及び加熱処理後の光電変換効率η′がいずれも4.00%以上であり、かつ、光電変換効率の低下率Δηが0.50%以下であるものを合格とした。以上の結果を下記表2に示す。
And the reduction | decrease rate (DELTA) (eta) (%) of the photoelectric conversion efficiency before and behind heat processing is computed from a following formula. That is,
Δη (%) = [(η−η ′) / η] × 100
In this evaluation, the photoelectric conversion efficiency η before the heat treatment and the photoelectric conversion efficiency η ′ after the heat treatment are both 4.00% or more, and the decrease rate Δη of the photoelectric conversion efficiency is 0.50% or less. Things were accepted. The above results are shown in Table 2 below.

Figure 2012221778
Figure 2012221778

表2に示す様に、正孔輸送材料に導電性高分子を用いるとともに380nm以下の波長光吸収領域を有する光電変換素子を評価した「実施例1〜35」は、いずれも高い光電変換効率を有するものであることが確認された。特に、嵩高な側鎖を有する化合物を重合して形成したポリチオフェン類を正孔輸送物質として用いているものは特に高い光電変換効率を発現するものであることが確認された。また、85℃の加熱処理を実施した後も高い光電変換効率を発現し、光電変換効率を高レベルで安定維持するものであることが確認された。さらに、「実施例36〜39」からも加熱処理の実施により光電変換効率を高レベルで安定維持するものであることが確認された。   As shown in Table 2, “Examples 1 to 35” in which a photoelectric conversion element using a conductive polymer as a hole transport material and having a light absorption region with a wavelength of 380 nm or less was evaluated, all had high photoelectric conversion efficiency. It was confirmed that it had. In particular, it has been confirmed that those using polythiophenes formed by polymerizing a compound having bulky side chains as a hole transport material exhibit particularly high photoelectric conversion efficiency. Further, it was confirmed that high photoelectric conversion efficiency was exhibited even after the heat treatment at 85 ° C., and the photoelectric conversion efficiency was stably maintained at a high level. Furthermore, from “Examples 36 to 39”, it was confirmed that the photoelectric conversion efficiency was stably maintained at a high level by carrying out the heat treatment.

一方、本発明で規定する正孔輸送物質よりも分子量の小さな固体の正孔輸送物質を用いた「比較例1〜3」は、初期は良好な光電変換効率が得られるが加熱処理後は光電変換効率が大幅に低下した。また、本発明で規定する構造を有さないポリチオフェンを正孔輸送物質に用いた「比較例4」は、「実施例1〜39」に比べて光電変換効率が大幅に低いものになった。さらに、紫外線吸収層を有さない「比較例5〜7」は、同じ正孔輸送物質を使用した「実施例1、10、19」で得られるレベルの光電変換効率を得ることができなかった。   On the other hand, “Comparative Examples 1 to 3” using a solid hole transport material having a molecular weight smaller than that of the hole transport material defined in the present invention can obtain good photoelectric conversion efficiency in the initial stage, but after the heat treatment, Conversion efficiency was greatly reduced. In addition, “Comparative Example 4” in which polythiophene having no structure defined in the present invention was used as the hole transport material had significantly lower photoelectric conversion efficiency than “Examples 1 to 39”. Furthermore, “Comparative Examples 5 to 7” having no ultraviolet absorbing layer could not obtain the photoelectric conversion efficiency of the level obtained in “Examples 1, 10, and 19” using the same hole transport material. .

1 基体
2 第1電極
3 紫外線吸収層(380nm以下の波長光を吸収する領域)
4 半導体
5 増感色素
6 光電変換層
7 正孔輸送層
8 第2電極
9 隔壁
10 光電変換素子
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Base | substrate 2 1st electrode 3 Ultraviolet absorption layer (area | region which absorbs light with a wavelength of 380 nm or less)
4 Semiconductor 5 Sensitizing dye 6 Photoelectric conversion layer 7 Hole transporting layer 8 Second electrode 9 Partition 10 Photoelectric conversion element

Claims (13)

少なくとも、基体、第1電極、半導体及び増感色素を含有する光電変換層、固体の正孔輸送物質を含有する正孔輸送層、第2電極を有する光電変換素子であって、
光が入射する表面から該表面側に位置する電極までに380nm以下の波長光を吸収する領域を有するとともに、
前記正孔輸送層に含有される固体の正孔輸送物質が、下記一般式(1)〜(3)のいずれかで表される構造の化合物を重合して形成される導電性高分子であることを特徴とする光電変換素子。
Figure 2012221778
(式中、R〜Rは、水素原子、ハロゲン原子、アルキル基、シクロアルキル基、アルコキシ基、アリール基のいずれかを表し、R〜Rは同じものであっても異なるものであってもよい。)
Figure 2012221778
(式中、Rは、水素原子、ハロゲン原子、アルキル基、アルコキシ基、アリール基のいずれかを表し、nは1または2の整数を、mは0〜2n+4の整数を表す。)
Figure 2012221778
(式中、R〜Rは、水素原子、ハロゲン原子、アルキル基、アルコキシ基、アリール基のいずれかを表し、R〜Rは同じものであっても異なるものであってもよい。)
A photoelectric conversion element having at least a substrate, a first electrode, a semiconductor and a photoelectric conversion layer containing a sensitizing dye, a hole transport layer containing a solid hole transport material, and a second electrode,
While having a region that absorbs light of a wavelength of 380 nm or less from the surface on which light is incident to the electrode located on the surface side,
The solid hole transport material contained in the hole transport layer is a conductive polymer formed by polymerizing a compound having a structure represented by any one of the following general formulas (1) to (3). The photoelectric conversion element characterized by the above-mentioned.
Figure 2012221778
(In the formula, R 1 to R 4 represent any one of a hydrogen atom, a halogen atom, an alkyl group, a cycloalkyl group, an alkoxy group, and an aryl group, and R 1 to R 4 are the same or different. May be.)
Figure 2012221778
(In the formula, R 5 represents any one of a hydrogen atom, a halogen atom, an alkyl group, an alkoxy group, and an aryl group, n represents an integer of 1 or 2, and m represents an integer of 0 to 2n + 4.)
Figure 2012221778
(In the formula, R 6 to R 9 represent any one of a hydrogen atom, a halogen atom, an alkyl group, an alkoxy group, and an aryl group, and R 6 to R 9 may be the same or different. .)
前記一般式(1)で表される構造を有する化合物中のR〜Rの少なくとも1つが、炭素原子数6以上14個以下のアルキル基またはシクロアルキル基、炭素原子数6以上のアリール基、オキシエチレン基を有するアルキル基のいずれかであり、
前記一般式(2)で表される構造を有する化合物中のRが炭素原子数6以上のアリール基またはオキシエチレン基を有するアルキル基のいずれかで、かつ、前記nの値が1であり、
前記一般式(3)で表される構造を有する化合物中のR〜Rの少なくとも1つが、炭素原子数6以上のアルキル基、炭素原子数6以上のアリール基、オキシエチレン基を有するアルキル基のいずれか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。
In the compound having the structure represented by the general formula (1), at least one of R 1 to R 4 is an alkyl group or cycloalkyl group having 6 to 14 carbon atoms, or an aryl group having 6 or more carbon atoms. Any of alkyl groups having an oxyethylene group,
R 5 in the compound having the structure represented by the general formula (2) is either an aryl group having 6 or more carbon atoms or an alkyl group having an oxyethylene group, and the value of n is 1. ,
An alkyl having at least one of R 6 to R 9 in the compound having the structure represented by the general formula (3) having an alkyl group having 6 or more carbon atoms, an aryl group having 6 or more carbon atoms, or an oxyethylene group The photoelectric conversion element according to claim 1, wherein the photoelectric conversion element is any one of groups.
前記光電変換素子は、
少なくとも、前記光電変換層と前記正孔輸送層を形成した後に加熱処理を施す工程を経て作製されるものであることを特徴とする請求項1または2に記載の光電変換素子。
The photoelectric conversion element is
3. The photoelectric conversion element according to claim 1, wherein the photoelectric conversion element is manufactured through a step of performing a heat treatment after forming the photoelectric conversion layer and the hole transport layer.
前記光電変換層と前記正孔輸送層を形成した後に行う前記加熱処理の処理温度が70℃以上150℃以下であることを特徴とする請求項3に記載の光電変換素子。   The photoelectric conversion element according to claim 3, wherein a treatment temperature of the heat treatment performed after forming the photoelectric conversion layer and the hole transport layer is 70 ° C. or more and 150 ° C. or less. 前記380nm以下の波長光を吸収する領域は、前記基体に設けられているもの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。   The photoelectric conversion element according to claim 1, wherein the region that absorbs light having a wavelength of 380 nm or less is provided on the base. 前記380nm以下の波長光を吸収する領域は、
ベンゾフェノン系化合物、ベンゾトリアゾール系化合物、ベンゾエート系化合物、トリアジン系化合物のいずれかを含有するもの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。
The region that absorbs light having a wavelength of 380 nm or less is:
6. The photoelectric conversion device according to claim 1, comprising any one of a benzophenone compound, a benzotriazole compound, a benzoate compound, and a triazine compound.
前記380nm以下の波長光を吸収する領域は、
酸化亜鉛または酸化チタンのいずれかを含有するもの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。
The region that absorbs light having a wavelength of 380 nm or less is:
The photoelectric conversion element according to any one of claims 1 to 5, which contains either zinc oxide or titanium oxide.
前記光電変換層が、多孔質構造の酸化チタンを含有するものであ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 photoelectric conversion element according to claim 1, wherein the photoelectric conversion layer contains titanium oxide having a porous structure. 少なくとも、第1電極、半導体及び増感色素を含有する光電変換層、固体の正孔輸送物質を含有する正孔輸送層、第2電極、及び、380nm以下の波長光を吸収する領域を基体上に有する光電変換素子の製造方法であって、
前記光電変換素子の製造方法は、少なくとも、
光が入射する表面から該表面側に位置する電極までに前記380nm以下の波長光を吸収する領域を設けるとともに、
下記一般式(1)〜(3)のいずれかで表される構造の化合物を重合して正孔輸送層を形成する工程を有するものであることを特徴とする光電変換素子の製造方法。
Figure 2012221778
(式中、R〜Rは、水素原子、ハロゲン原子、アルキル基、シクロアルキル基、アルコキシ基、アリール基のいずれかを表し、R〜Rは同じものであっても異なるものであってもよい。)
Figure 2012221778
(式中、Rは、水素原子、ハロゲン原子、アルキル基、アルコキシ基、アリール基のいずれかを表し、nは1または2の整数を、mは0〜2n+4の整数を表す。)
Figure 2012221778
(式中、R〜Rは、水素原子、ハロゲン原子、アルキル基、アルコキシ基、アリール基のいずれかを表し、R〜Rは同じものであっても異なるものであってもよい。)
At least a first electrode, a photoelectric conversion layer containing a semiconductor and a sensitizing dye, a hole transport layer containing a solid hole transport material, a second electrode, and a region that absorbs light having a wavelength of 380 nm or less on the substrate A process for producing a photoelectric conversion element comprising:
The manufacturing method of the photoelectric conversion element is at least:
A region for absorbing light having a wavelength of 380 nm or less is provided from the surface on which light is incident to the electrode located on the surface side, and
A method for producing a photoelectric conversion element comprising a step of polymerizing a compound having a structure represented by any one of the following general formulas (1) to (3) to form a hole transport layer.
Figure 2012221778
(In the formula, R 1 to R 4 represent any one of a hydrogen atom, a halogen atom, an alkyl group, a cycloalkyl group, an alkoxy group, and an aryl group, and R 1 to R 4 are the same or different. May be.)
Figure 2012221778
(In the formula, R 5 represents any one of a hydrogen atom, a halogen atom, an alkyl group, an alkoxy group, and an aryl group, n represents an integer of 1 or 2, and m represents an integer of 0 to 2n + 4.)
Figure 2012221778
(In the formula, R 6 to R 9 represent any one of a hydrogen atom, a halogen atom, an alkyl group, an alkoxy group, and an aryl group, and R 6 to R 9 may be the same or different. .)
前記一般式(1)で表される構造を有する化合物中のR〜Rの少なくとも1つが、炭素原子数6以上14個以下のアルキル基またはシクロアルキル基、炭素原子数6以上のアリール基、オキシエチレン基を有するアルキル基のいずれかであり、
前記一般式(2)で表される構造を有する化合物中のRが炭素原子数6以上のアリール基またはオキシエチレン基を有するアルキル基のいずれかで、かつ、前記nの値が1であり、
前記一般式(3)で表される構造を有する化合物中のR〜Rの少なくとも1つが、炭素原子数6以上のアルキル基、炭素原子数6以上のアリール基、オキシエチレン基を有するアルキル基のいずれかであることを特徴とする請求項9に記載の光電変換素子の製造方法。
In the compound having the structure represented by the general formula (1), at least one of R 1 to R 4 is an alkyl group or cycloalkyl group having 6 to 14 carbon atoms, or an aryl group having 6 or more carbon atoms. Any of alkyl groups having an oxyethylene group,
R 5 in the compound having the structure represented by the general formula (2) is either an aryl group having 6 or more carbon atoms or an alkyl group having an oxyethylene group, and the value of n is 1. ,
An alkyl having at least one of R 6 to R 9 in the compound having the structure represented by the general formula (3) having an alkyl group having 6 or more carbon atoms, an aryl group having 6 or more carbon atoms, or an oxyethylene group The method for producing a photoelectric conversion element according to claim 9, wherein the method is any one of groups.
前記光電変換素子の製造方法は、前記光電変換層と前記正孔輸送層を形成した後、加熱処理を施す工程を有するものであることを特徴とする請求項9または10に記載の光電変換素子の製造方法。   11. The photoelectric conversion element according to claim 9, wherein the method for manufacturing the photoelectric conversion element includes a step of performing a heat treatment after forming the photoelectric conversion layer and the hole transport layer. Manufacturing method. 前記光電変換層と前記正孔輸送層を形成した後に行う前記加熱処理の処理温度が70℃以上150℃以下であることを特徴とする請求項11に記載の光電変換素子の製造方法。   The method for producing a photoelectric conversion element according to claim 11, wherein a treatment temperature of the heat treatment performed after forming the photoelectric conversion layer and the hole transport layer is 70 ° C. or more and 150 ° C. or less. 請求項1〜8のいずれか1項に記載の光電変換素子または請求項9〜12のいずれか1項に記載の光電変換素子の製造方法により製造された光電変換素子を有することを特徴とする太陽電池。   It has the photoelectric conversion element manufactured by the manufacturing method of the photoelectric conversion element of any one of Claims 1-8, or the photoelectric conversion element of any one of Claims 9-12, It is characterized by the above-mentioned. Solar cell.
JP2011087037A 2011-04-11 2011-04-11 Photoelectric conversion element, method for manufacturing photoelectric conversion element, solar cell Expired - Fee Related JP5696571B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2011087037A JP5696571B2 (en) 2011-04-11 2011-04-11 Photoelectric conversion element, method for manufacturing photoelectric conversion element, solar cell

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2011087037A JP5696571B2 (en) 2011-04-11 2011-04-11 Photoelectric conversion element, method for manufacturing photoelectric conversion element, solar cell

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2012221778A true JP2012221778A (en) 2012-11-12
JP5696571B2 JP5696571B2 (en) 2015-04-08

Family

ID=47273058

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2011087037A Expired - Fee Related JP5696571B2 (en) 2011-04-11 2011-04-11 Photoelectric conversion element, method for manufacturing photoelectric conversion element, solar cell

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP5696571B2 (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103903865A (en) * 2012-12-27 2014-07-02 中国科学院上海硅酸盐研究所 Dye-sensitized solar cell
JP2018113437A (en) * 2017-01-12 2018-07-19 株式会社リコー Photoelectric conversion element and solar battery
CN114920910A (en) * 2022-06-29 2022-08-19 中国人民解放军96901部队25分队 Solution-processable yellow-blue electrochromic polymer and preparation method and application thereof

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH11345991A (en) * 1998-06-02 1999-12-14 Ricoh Co Ltd Solar battery
JP2000106223A (en) * 1998-09-29 2000-04-11 Fuji Photo Film Co Ltd Photoelectric conversion element
JP2000223167A (en) * 1999-01-28 2000-08-11 Fuji Photo Film Co Ltd Photoelectric conversion element, and photoelectric chemical battery
JP2001185242A (en) * 1999-12-24 2001-07-06 Fuji Photo Film Co Ltd Photoelectric transducer element and photocell
JP2004227843A (en) * 2003-01-21 2004-08-12 Mitsubishi Rayon Co Ltd Acrylic resin film for protecting dye-sensitized solar cell
JP2005216505A (en) * 2004-01-27 2005-08-11 Toppan Printing Co Ltd Dye-sensitized solar cell
JP2008112704A (en) * 2006-10-31 2008-05-15 Kubota Matsushitadenko Exterior Works Ltd Dye-sensitization solar cell and construction board provided with solar cell

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH11345991A (en) * 1998-06-02 1999-12-14 Ricoh Co Ltd Solar battery
JP2000106223A (en) * 1998-09-29 2000-04-11 Fuji Photo Film Co Ltd Photoelectric conversion element
JP2000223167A (en) * 1999-01-28 2000-08-11 Fuji Photo Film Co Ltd Photoelectric conversion element, and photoelectric chemical battery
JP2001185242A (en) * 1999-12-24 2001-07-06 Fuji Photo Film Co Ltd Photoelectric transducer element and photocell
JP2004227843A (en) * 2003-01-21 2004-08-12 Mitsubishi Rayon Co Ltd Acrylic resin film for protecting dye-sensitized solar cell
JP2005216505A (en) * 2004-01-27 2005-08-11 Toppan Printing Co Ltd Dye-sensitized solar cell
JP2008112704A (en) * 2006-10-31 2008-05-15 Kubota Matsushitadenko Exterior Works Ltd Dye-sensitization solar cell and construction board provided with solar cell

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
JPN6014044560; Wei ZHANG, Yueming CHENG, Xiong Yin, Bin LIU: 'Solid-State Dye-Sensitized Solar Cells with Conjugated Polymers as Hole-Transporting Materials' Macromolecular Chemistry and Physics Volue 212, Issue 1, 20110104, Pages 15-23 *
JPN6014044563; A. J. MOZERA, Y. WADA, K. J JIANG, S. N. MORI: 'Efficient dye-sensitized solar cells based on a 2-thiophen-2-yl-vinylconjugatedruthenium photosensit' APPLIED PHYSICS LETTERS Volume 89, Issue 4, 20060727, Page 043509 *

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103903865A (en) * 2012-12-27 2014-07-02 中国科学院上海硅酸盐研究所 Dye-sensitized solar cell
JP2018113437A (en) * 2017-01-12 2018-07-19 株式会社リコー Photoelectric conversion element and solar battery
JP7069687B2 (en) 2017-01-12 2022-05-18 株式会社リコー Photoelectric conversion element and solar cell
CN114920910A (en) * 2022-06-29 2022-08-19 中国人民解放军96901部队25分队 Solution-processable yellow-blue electrochromic polymer and preparation method and application thereof
CN114920910B (en) * 2022-06-29 2023-06-13 中国人民解放军96901部队25分队 Solution processable yellow-blue electrochromic polymer and preparation method and application thereof

Also Published As

Publication number Publication date
JP5696571B2 (en) 2015-04-08

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Sum et al. Spectral features and charge dynamics of lead halide perovskites: origins and interpretations
Abdi-Jalebi et al. Impact of a mesoporous titania–perovskite interface on the performance of hybrid organic–inorganic perovskite solar cells
Kamat et al. Quantum dot solar cells: hole transfer as a limiting factor in boosting the photoconversion efficiency
Jung et al. Dye sensitized solar cells for economically viable photovoltaic systems
Feng et al. Three-dimensional TiO2/ZnO hybrid array as a heterostructured anode for efficient quantum-dot-sensitized solar cells
Hao et al. Efficient semiconductor-sensitized solar cells based on poly (3-hexylthiophene)@ CdSe@ ZnO core− shell nanorod arrays
Zhong et al. Improving the performance of CdS/P3HT hybrid inverted solar cells by interfacial modification
Zhu et al. Impact of high charge-collection efficiencies and dark energy-loss processes on transport, recombination, and photovoltaic properties of dye-sensitized solar cells
KR101223558B1 (en) Photosensitizer for photovoltaic cell, and photovoltaic cell prepared from same
Shalom et al. Design rules for high-efficiency quantum-dot-sensitized solar cells: a multilayer approach
Zarazúa et al. Photovoltaic conversion enhancement of CdSe quantum dot-sensitized TiO2 decorated with Au nanoparticles and P3OT
Bonomo et al. Beneficial effect of electron-withdrawing groups on the sensitizing action of squaraines for p-type dye-sensitized solar cells
Englman et al. High open circuit voltage in Sb2S3/metal oxide-based solar cells
JP5682189B2 (en) Photoelectric conversion element, method for producing photoelectric conversion element, and solar cell
JP5751100B2 (en) Dye-sensitized solar cell and manufacturing method
JP5621405B2 (en) Photoelectric conversion element, method for producing photoelectric conversion element, and solar cell
Venkatesan et al. Indoor dye-sensitized solar cells with efficiencies surpassing 26% using polymeric counter electrodes
JP2013077549A (en) Photoelectric conversion element, method for producing photoelectric conversion element, and solar cell
Khannam et al. An efficient quasi-solid state dye sensitized solar cells based on graphene oxide/gelatin gel electrolyte with NiO supported TiO2 photoanode
Roy et al. Realization of poly (methyl methacrylate)-encapsulated solution-processed carbon-based solar cells: an emerging candidate for buildings’ comfort
Alavi et al. Improvement of power conversion efficiency of quantum dot-sensitized solar cells by doping of manganese into a ZnS passivation layer and cosensitization of zinc-porphyrin on a modified graphene oxide/nitrogen-doped TiO2 photoanode
Wagalgave et al. Aggregation induced emission (AIE) materials based on diketopyrrolopyrrole chromophore for CdS nanowire solar cell applications
JP5696571B2 (en) Photoelectric conversion element, method for manufacturing photoelectric conversion element, solar cell
JP2012004206A (en) Photoelectric conversion element and solar battery
Kokal et al. Quantum Dot Donor–Polymer Acceptor Architecture for a FRET-Enabled Solar Cell

Legal Events

Date Code Title Description
A711 Notification of change in applicant

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A712

Effective date: 20130415

A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20131021

RD02 Notification of acceptance of power of attorney

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7422

Effective date: 20140130

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20141028

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20141212

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20150113

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20150126

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 5696571

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees