JP2014143118A - Composition for photoelectric conversion element, and photoelectric conversion element - Google Patents

Composition for photoelectric conversion element, and photoelectric conversion element Download PDF

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a photoelectric conversion element having a photoelectric conversion layer with a plurality of hues.SOLUTION: On a conductive substrate, an ink (a) containing a semiconductor (e.g., titanium oxide particles), ionic polymer (e.g., a fluorine-based resin having a sulfo group, and the like), and a first coloring matter, and an ink (b) containing a semiconductor, ionic polymers, and a second coloring matter different from the first coloring matter, are separately coated. Then, a photoelectric conversion layer having a photoelectric conversion portion (A) and a photoelectric conversion portion (B) is formed without sintering the semiconductor.

Description

本発明は、太陽電池(特に、色素増感太陽電池)などの光電変換素子を構成する光電変換層であって、複数の色相を有する光電変換層(多色型光電変換層)又はその積層体を形成するのに有用な組成物(インク、インクセット)、この組成物により形成される光電変換層又はその積層体(電極、光電極)およびこの光電変換層又はその積層体を備えた光電変換素子に関する。   The present invention is a photoelectric conversion layer constituting a photoelectric conversion element such as a solar cell (particularly a dye-sensitized solar cell), and a photoelectric conversion layer (multicolor photoelectric conversion layer) having a plurality of hues or a laminate thereof. Composition (ink, ink set) useful for forming a film, photoelectric conversion layer formed by this composition or a laminate thereof (electrode, photoelectrode), and photoelectric conversion provided with this photoelectric conversion layer or a laminate thereof It relates to an element.

太陽電池が環境負荷の小さいクリーンエネルギーとして注目され、実際に実用化されている。現在、結晶シリコンを用いた太陽電池が広く使用されているが、高純度なシリコンを用いるため発電コストが高い、また、室内など微弱光に対する変換効率が小さいなどの課題がある。   Solar cells are attracting attention as clean energy with a low environmental impact, and are practically used. At present, solar cells using crystalline silicon are widely used, but there are problems such as high power generation cost due to the use of high-purity silicon and low conversion efficiency for weak light such as indoors.

このような課題を解決するため、光電変換部位に有機材料を用いた太陽電池が広く開発されており、中でも色素増感太陽電池が注目されている。色素増感太陽電池は、スイス・ローザンヌ工科大学のGraetzelらにより開発されており[例えば、特許第2664194号公報(特許文献1)]、光電変換部位に金属酸化物半導体(酸化チタンなど)と増感色素とを用いたことに大きな特徴がある。   In order to solve such problems, solar cells using organic materials for photoelectric conversion sites have been widely developed, and dye-sensitized solar cells are particularly attracting attention. The dye-sensitized solar cell has been developed by Graetzel et al. Of Lausanne University of Technology [for example, Japanese Patent No. 2664194 (Patent Document 1)], and a metal oxide semiconductor (such as titanium oxide) is added to the photoelectric conversion site. A major feature is the use of dyes.

このような色素増感太陽電池において、光電変換は、金属酸化物半導体と増感色素との接触界面で生じるため、効率を上げるためには金属酸化物半導体の表面積を大きくするのが望ましい。このため、色素増感太陽電池では、ナノサイズの金属酸化物半導体を電極に用いることで、見かけ面積に対して実効面積を大きくしている。   In such a dye-sensitized solar cell, since photoelectric conversion occurs at the contact interface between the metal oxide semiconductor and the sensitizing dye, it is desirable to increase the surface area of the metal oxide semiconductor in order to increase efficiency. For this reason, in the dye-sensitized solar cell, the effective area is increased with respect to the apparent area by using a nano-sized metal oxide semiconductor for the electrode.

なお、金属酸化物ナノ粒子は、単純に基板に塗布しただけでは、僅かな衝撃で基板から容易に剥離し電極として機能しなくなる。また、粒子間の電気抵抗が大きいため、得られた電気を効率よく取り出すことが出来ず変換効率が低下する。このため、金属酸化物ナノ粒子を塗布した後、高温(500℃程度)で熱処理して金属酸化物ナノ粒子間を溶融接合させることで、上記課題を解決している。すなわち、このような色素増感太陽電池では、色素の熱分解を避けるため、焼結過程の後に、基板を色素を含む溶液に浸漬するなどして色素を吸着させて光電変換層を形成する。   Note that the metal oxide nanoparticles simply peel off from the substrate with a slight impact and do not function as an electrode simply by being applied to the substrate. Moreover, since the electrical resistance between particles is large, the obtained electricity cannot be taken out efficiently, and conversion efficiency falls. For this reason, after apply | coating a metal oxide nanoparticle, it heat-processes by high temperature (about 500 degreeC), and the said subject is solved by melt-bonding between metal oxide nanoparticles. That is, in such a dye-sensitized solar cell, in order to avoid thermal decomposition of the dye, the photoelectric conversion layer is formed by adsorbing the dye by, for example, immersing the substrate in a solution containing the dye after the sintering process.

一方、色素増感太陽電池は、色素の種類に応じた色相を有している。このような色相を利用して、色素増感太陽電池に、意匠性を付与することも想定できる。例えば、電極を所定のデザイン形状に形成し、この電極上に光電変換層を形成することで、デザイン形状部分に対応した色相(陰影)を有する太陽電池が得られる。   On the other hand, the dye-sensitized solar cell has a hue corresponding to the type of the dye. It can also be assumed that design properties are imparted to the dye-sensitized solar cell using such a hue. For example, by forming an electrode in a predetermined design shape and forming a photoelectric conversion layer on the electrode, a solar cell having a hue (shadow) corresponding to the design shape portion can be obtained.

しかし、従来の色素増感太陽電池では、上記のように、光電変換層の形成には、焼結処理と、焼結処理後の色素の吸着処理が必要となるので、現実的には、単一の色相を有するデザインしか形成できない。また、焼結過程を含めて全体的に煩雑なプロセスが必要であり、製造コスト上昇の要因ともなる。さらに、基板を高温に曝す必要があるため、実質的に使用できる基板がガラスなどの無機材料に限定されており、プラスチック基板を用いたフレキシブルな色素増感太陽電池を作製することができない。   However, in the conventional dye-sensitized solar cell, as described above, the formation of the photoelectric conversion layer requires a sintering process and an adsorption process of the dye after the sintering process. Only designs with one hue can be formed. In addition, a complicated process as a whole including the sintering process is required, which causes an increase in manufacturing cost. Furthermore, since it is necessary to expose the substrate to a high temperature, substrates that can be substantially used are limited to inorganic materials such as glass, and a flexible dye-sensitized solar cell using a plastic substrate cannot be produced.

特許第2664194号公報(特許請求の範囲)Japanese Patent No. 2664194 (Claims)

従って、本発明の目的は、複数の色相(又は色彩)を有する光電変換層を形成可能なインクセット(インク組成物、組み合わせインク、インク)、このインクセットにより形成された光電変換層を備えた積層体(電極)及びその製造方法、並びにこの積層体を備えた光電変換素子を提供することにある。   Accordingly, an object of the present invention includes an ink set (ink composition, combined ink, ink) capable of forming a photoelectric conversion layer having a plurality of hues (or colors), and a photoelectric conversion layer formed by the ink set. It is providing the laminated body (electrode), its manufacturing method, and a photoelectric conversion element provided with this laminated body.

本発明の他の目的は、長期に亘って光電変換特性を維持できる耐久性に優れた光電変換層を形成可能なインクセット、このインクセットにより形成された光電変換層を備えた積層体(電極)及びその製造方法、並びにこの積層体を備えた光電変換素子を提供することにある。   Another object of the present invention is to provide an ink set capable of forming a photoelectric conversion layer excellent in durability capable of maintaining photoelectric conversion characteristics over a long period of time, and a laminate (electrode) including a photoelectric conversion layer formed by this ink set. And a manufacturing method thereof, and a photoelectric conversion element provided with the laminate.

本発明のさらに他の目的は、基板に対して高い密着性を有する光電変換層を形成可能なインクセット、このインクセットにより形成された光電変換層を備えた積層体(電極)及びその製造方法、並びにこの積層体を備えた光電変換素子を提供することにある。   Still another object of the present invention is to provide an ink set capable of forming a photoelectric conversion layer having high adhesion to a substrate, a laminate (electrode) including the photoelectric conversion layer formed by this ink set, and a method for producing the same. And it is providing the photoelectric conversion element provided with this laminated body.

本発明者らは、前記課題を解決するため鋭意検討した結果、半導体(例えば、酸化チタン粒子など)と、イオン性ポリマー(例えば、強酸性イオン交換樹脂など)と、色素(増感色素)とを組み合わせた組成物(インク)を用いることで、意外にも、焼結しなくても、十分な光電変換特性(優れた半導体の導電性および優れた半導体−基板間の導電性)を有する光電変換層を形成できること、そして、このような焼結が不要であることを利用して、色素(又は色相)の種類が異なる複数のインクを組み合わせて個別に用いると(すなわち、インクセットとして用いると)、複数の色相を有する(多色性の)光電変換層を得ることができることを見出し、本発明を完成した。   As a result of intensive studies to solve the above problems, the present inventors have found that a semiconductor (for example, titanium oxide particles), an ionic polymer (for example, a strongly acidic ion exchange resin), a dye (sensitizing dye), Surprisingly, by using a composition (ink) that combines the above, a photoelectric having sufficient photoelectric conversion characteristics (excellent semiconductor conductivity and excellent semiconductor-substrate conductivity) without sintering. Using the ability to form a conversion layer and the fact that such sintering is unnecessary, when a plurality of inks having different types of pigments (or hues) are used in combination (ie, as an ink set) ) And found that a (polychromatic) photoelectric conversion layer having a plurality of hues can be obtained, and the present invention was completed.

すなわち、本発明のインクセット(組成物、インクセット組成物)は、複数の色相を有する光電変換層を形成するためのインクセットであって、半導体、イオン性ポリマーおよび第1の色素を含むインク(a)(又は組成物(a))と、半導体、イオン性ポリマーおよび第1の色素と異なる第2の色素を含むインク(b)(又は組成物(b))とを含む。   That is, the ink set (composition, ink set composition) of the present invention is an ink set for forming a photoelectric conversion layer having a plurality of hues, and includes an ink containing a semiconductor, an ionic polymer, and a first dye. (A) (or composition (a)) and an ink (b) (or composition (b)) containing a semiconductor, an ionic polymer, and a second dye different from the first dye.

このようなインクセットを構成するインク(a)およびインク(b)において、半導体は、例えば、金属酸化物(例えば、酸化チタン)であってもよい。半導体のサイズは、ナノサイズであってもよく、半導体の形状は粒子状又は繊維状であってもよい。好ましい半導体には、酸化チタンナノ粒子、酸化亜鉛ナノ粒子、酸化スズナノ粒子から選択された少なくとも1種が含まれる。   In the ink (a) and the ink (b) constituting such an ink set, the semiconductor may be, for example, a metal oxide (for example, titanium oxide). The size of the semiconductor may be nano-sized, and the shape of the semiconductor may be particulate or fibrous. Preferred semiconductors include at least one selected from titanium oxide nanoparticles, zinc oxide nanoparticles, and tin oxide nanoparticles.

また、インク(a)およびインク(b)において、イオン性ポリマーは、アニオン性ポリマー(特に、スルホ基を有するフッ素含有樹脂などの強酸性イオン交換樹脂)で構成してもよい。   In the ink (a) and the ink (b), the ionic polymer may be composed of an anionic polymer (particularly a strongly acidic ion exchange resin such as a fluorine-containing resin having a sulfo group).

インク(a)およびインク「(b)において、イオン性ポリマーの割合は、例えば、半導体1重量部に対して0.05〜20重量部程度であってもよい。   In the ink (a) and the ink “(b)”, the ratio of the ionic polymer may be, for example, about 0.05 to 20 parts by weight with respect to 1 part by weight of the semiconductor.

本発明の代表的なインクセットには、インク(a)およびインク(b)において、半導体が酸化チタンナノ粒子で構成され、イオン性ポリマーがスルホ基を有するフッ素含有樹脂で構成されたイオン性ポリマーであり、イオン性ポリマーの割合が半導体1重量部に対して0.05〜8重量部であるインクセットなどが含まれる。   A representative ink set of the present invention includes an ionic polymer in which the semiconductor is composed of titanium oxide nanoparticles and the ionic polymer is composed of a fluorine-containing resin having a sulfo group in the ink (a) and the ink (b). In addition, an ink set in which the ratio of the ionic polymer is 0.05 to 8 parts by weight with respect to 1 part by weight of the semiconductor is included.

なお、インク(a)およびインク(b)において、イオン性ポリマーは、25℃におけるpHが7未満のアニオン性ポリマーで構成されていてもよい。   In ink (a) and ink (b), the ionic polymer may be composed of an anionic polymer having a pH of less than 7 at 25 ° C.

また、インク(b)は、色素において異なる複数のインク(又はインクセット)で構成されていてもよい。すなわち、インク(b)は、インク(b1)、インク(b2)・・・、インク(bn)のn種のインクで構成され、かつ各インクに含まれる色素(第2の色素)がそれぞれ異なるインクであってもよい。このようなインク(b)とすることで、インクセットを、色相において異なる3以上のインクで構成できる(インク(a)と、2以上のインクを含むインク(b)との合計で3以上のインクを構成する)。そのため、このようなインクセットを用いると、後述するように、3以上の色相を有する光電変換層を形成することも可能である。   Further, the ink (b) may be composed of a plurality of inks (or ink sets) different in colorant. That is, the ink (b) is composed of n kinds of inks (ink (b1), ink (b2)..., Ink (bn)), and the coloring matter (second coloring matter) contained in each ink is different. Ink may be used. By using such an ink (b), the ink set can be composed of three or more inks having different hues (a total of three or more inks (a) and an ink (b) containing two or more inks). Make up ink). Therefore, when such an ink set is used, a photoelectric conversion layer having three or more hues can be formed as will be described later.

本発明には、前記組成物(又はインクセット)により形成される光電変換層が含まれる。このような光電変換層は、通常、基板(特に導電性基板)上に積層された積層体の形態で得られる。具体的には、積層体は、基板(特に導電性基板)と、この基板上に積層され、複数の色相を有する光電変換層とで構成された積層体であって、光電変換層が、インク(a)[すなわち、半導体、イオン性ポリマーおよび第1の色素を含むインク(a)(又は組成物(a))]で形成された光電変換部位(A)と、インク(b)(又は組成物(b))[すなわち、半導体、イオン性ポリマーおよび第1の色素と異なる第2の色素を含むインク(b)(又は組成物(b))]で形成された光電変換部位(B)とを含む積層体である。   The present invention includes a photoelectric conversion layer formed from the composition (or ink set). Such a photoelectric conversion layer is usually obtained in the form of a laminate laminated on a substrate (particularly a conductive substrate). Specifically, the stacked body is a stacked body including a substrate (particularly a conductive substrate) and a photoelectric conversion layer stacked on the substrate and having a plurality of hues, and the photoelectric conversion layer is an ink. (A) [i.e., the photoelectric conversion site (A) formed with the ink (a) (or composition (a)) containing the semiconductor, the ionic polymer and the first pigment] and the ink (b) (or composition) (B)) [i.e., a photoelectric conversion site (B) formed of an ink (b) (or composition (b)) containing a semiconductor, an ionic polymer, and a second dye different from the first dye] It is a laminated body containing.

このような積層体において、光電変換部位(A)および少なくとも一部の光電変換部位(B)は、導電性基板上に直接的に形成されていてもよい。   In such a laminate, the photoelectric conversion site (A) and at least a part of the photoelectric conversion site (B) may be directly formed on the conductive substrate.

前記積層体において、光電変換部位(B)は、色素において異なる複数のインクで構成されたインク(b)により形成してもよい。このような積層体では、光電変換部位(B)が、色相の異なる複数の光電変換部位を形成してもよい。この場合、光電変換層は、代表的には、3以上の色相を有してもよい。   In the laminate, the photoelectric conversion site (B) may be formed of an ink (b) composed of a plurality of inks different in colorant. In such a laminate, the photoelectric conversion sites (B) may form a plurality of photoelectric conversion sites having different hues. In this case, the photoelectric conversion layer may typically have three or more hues.

また、前記積層体において、光電変換層の厚みが、0.1〜100μm程度であってもよい。   In the laminate, the photoelectric conversion layer may have a thickness of about 0.1 to 100 μm.

本発明には、前記積層体を製造する方法も含まれる。すなわち、このような方法は、基板(特に導電性基板)上に、インク(a)(又は組成物(a))[すなわち、半導体、イオン性ポリマーおよび第1の色素を含むインク(a)(又は組成物(a))]と、インク(b)(又は組成物(b))[すなわち、半導体、イオン性ポリマーおよび第1の色素と異なる第2の色素を含むインク(b)(又は組成物(b))]とをコーティング(混合することなく別々にコーティング)し、半導体を焼結させることなく、光電変換部位(A)および光電変換部位(B)を有する光電変換層を形成し、前記積層体を製造する方法である。   The present invention also includes a method for producing the laminate. That is, such a method can be performed on a substrate (especially a conductive substrate) with an ink (a) (or composition (a)) [ie, an ink (a) (including a semiconductor, an ionic polymer and a first dye) ( Or composition (a))] and ink (b) (or composition (b)) [ie, ink (b) (or composition comprising a semiconductor, an ionic polymer and a second dye different from the first dye). (B))] and a photoelectric conversion layer having a photoelectric conversion site (A) and a photoelectric conversion site (B) without sintering the semiconductor, This is a method for producing the laminate.

本発明には、さらに、前記積層体(電極としての前記積層体)を備えた光電変換素子も含まれる。このような光電変換素子は、太陽電池(すなわち、色素増感太陽電池)であってもよい。このような色素増感太陽電池は、例えば、電極としての色素を含む光電変換層で構成された積層体と、この電極に対向して配置される対極と、これらの電極間に介在し、封止処理された電解質層とで構成されていてもよい。   The present invention further includes a photoelectric conversion element including the laminate (the laminate as an electrode). Such a photoelectric conversion element may be a solar cell (that is, a dye-sensitized solar cell). Such a dye-sensitized solar cell is, for example, a laminate composed of a photoelectric conversion layer containing a dye as an electrode, a counter electrode disposed to face the electrode, and interposed between these electrodes, and sealed. You may be comprised with the electrolyte layer by which the stop process was carried out.

なお、本明細書において、「複数の色相」とは、光電変換部位(A)と光電変換部位(B)との積層により得られる混色(又は混色の色相)も含まれる。   In the present specification, “a plurality of hues” includes a mixed color (or a mixed hue) obtained by stacking the photoelectric conversion site (A) and the photoelectric conversion site (B).

本発明では、焼結工程を経ることなく、光電変換層を形成できるため、互いに異なる色素を含む複数のインク(インクセット)を用いることで、複数の色相を有する光電変換層を形成できる。しかも、このような光電変換層は、焼結工程を経ないにもかかわらず、長期に亘って安定的な光電変換特性を有しており、耐久性にも優れている。また、基板に対して高い密着性も有している。そのため、本発明では、基板を高温に晒すことがなく、基板としてプラスチック基板を使用することも可能である。このようなプラスチック基板を用いると、フレキシブルな電極や光電変換素子を得ることができる。さらに、焼結工程を経ることがないため、光電変換層の製造プロセスを簡略化できる。このように本発明では、焼結工程を経ないにもかかわらず、光電変換特性を損なうことなく、容易に複数の色相を有する意匠性(デザイン性)に優れた光電変換層を形成でき、極めて有用性が高い。   In this invention, since a photoelectric converting layer can be formed without passing through a sintering process, the photoelectric converting layer which has several hues can be formed by using several ink (ink set) containing a mutually different pigment | dye. Moreover, such a photoelectric conversion layer has stable photoelectric conversion characteristics over a long period of time and does not have a sintering process, and is excellent in durability. It also has high adhesion to the substrate. Therefore, in the present invention, it is possible to use a plastic substrate as the substrate without exposing the substrate to a high temperature. When such a plastic substrate is used, a flexible electrode or a photoelectric conversion element can be obtained. Furthermore, since the sintering process is not performed, the manufacturing process of the photoelectric conversion layer can be simplified. Thus, in the present invention, it is possible to easily form a photoelectric conversion layer having a plurality of hues and having excellent design properties (design properties) without impairing the photoelectric conversion characteristics, even though the sintering process is not performed. Highly useful.

図1は、実施例で使用したマスク1および2を示す平面図である。FIG. 1 is a plan view showing masks 1 and 2 used in the embodiment. 図2は、実施例1〜4で得られた光電変換層を示す平面図である。FIG. 2 is a plan view showing the photoelectric conversion layers obtained in Examples 1 to 4. FIG. 図3は、実施例5で得られた光電変換層を示す平面図である。FIG. 3 is a plan view showing the photoelectric conversion layer obtained in Example 5. FIG. 図4は、実施例1〜5で得られた色素増感太陽電池の出力特性を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing output characteristics of the dye-sensitized solar cells obtained in Examples 1 to 5. 図5は、実施例5で得られた色素増感太陽電池の光照射前後の開放電圧を示す図である。FIG. 5 is a diagram showing the open-circuit voltage before and after light irradiation of the dye-sensitized solar cell obtained in Example 5.

[インクセット(光電変換層用組成物)]
本発明のインクセット(インク組成物、インクセット組成物)は、半導体、イオン性ポリマーおよび第1の色素を含むインク(a)(又は組成物(a))と、半導体、イオン性ポリマーおよび第1の色素と異なる第2の色素を含むインク(b)(又は組成物(b))とを少なくとも含む。このようなインクセットは、後述するように、特に、複数の色相を有する光電変換層(又は光電変換素子を構成する光電変換層)を形成するためのインク(インクセット)として有用である。すなわち、このようなインクセットの各インクを個別に用いることで、後述のように、複数の色相を有する光電変換層を形成できる。なお、インク(b)は、1種のインクである必要はなく、後述するように、色素(又は色相)において異なる複数のインク(又はインクセット)で構成してもよい。このようにインク(b)を複数のインク(又はインク)で構成する場合、3色(又は3種)以上の色相(又は色彩)を有する光電変換層を形成することができる。
[Ink set (composition for photoelectric conversion layer)]
The ink set (ink composition, ink set composition) of the present invention includes an ink (a) (or composition (a)) containing a semiconductor, an ionic polymer, and a first dye, and a semiconductor, an ionic polymer, and a first dye. And at least ink (b) (or composition (b)) containing a second dye different from the one dye. As described later, such an ink set is particularly useful as an ink (ink set) for forming a photoelectric conversion layer having a plurality of hues (or a photoelectric conversion layer constituting a photoelectric conversion element). That is, by using each ink of such an ink set individually, a photoelectric conversion layer having a plurality of hues can be formed as described later. The ink (b) does not have to be a single type of ink, and may be composed of a plurality of inks (or ink sets) that differ in color (or hue), as will be described later. As described above, when the ink (b) is composed of a plurality of inks (or inks), a photoelectric conversion layer having hues (or colors) of three colors (or three types) or more can be formed.

(半導体)
インク(a)(又は組成物(a)、第1のインク(a)、インク組成物(a)、以下同じ。)およびインク(b)(又は組成物(b)、第2のインク(b)、インク組成物(b)、以下同じ。)において、半導体としては、無機半導体、有機半導体に大別でき、本発明では、無機半導体を好適に用いることができる。無機半導体としては、半導体特性を有する無機物であればよく、用途に応じて適宜選択でき、例えば、金属単体、金属化合物(金属酸化物、金属硫化物、金属窒化物など)が挙げられる。
(semiconductor)
Ink (a) (or composition (a), first ink (a), ink composition (a), the same shall apply hereinafter) and ink (b) (or composition (b), second ink (b In the ink composition (b), the same shall apply hereinafter), the semiconductors can be broadly classified into inorganic semiconductors and organic semiconductors. In the present invention, inorganic semiconductors can be suitably used. The inorganic semiconductor may be an inorganic substance having semiconductor characteristics, and can be appropriately selected according to the application. Examples thereof include a metal simple substance and a metal compound (metal oxide, metal sulfide, metal nitride, etc.).

無機半導体を構成する金属としては、例えば、周期表第2族金属(例えば、カルシウム、ストロンチウムなど)、周期表第3族金属(例えば、スカンジウム、イットリウム、ランタノイドなど)、周期表第4族金属(例えば、チタン、ジルコニウム、ハフニウムなど)、周期表第5族金属(例えば、バナジウム、ニオブ、タンタルなど)、周期表第6族金属(例えば、クロム、モリブデン、タングステンなど)、周期表第7族金属(例えば、マンガンなど)、周期表第8族金属(例えば、鉄など)、周期表第9族金属(例えば、コバルトなど)、周期表第10族金属(例えば、ニッケルなど)、周期表第11族金属(例えば、銅など)、周期表第12族金属(例えば、亜鉛、カドミウムなど)、周期表第13族金属(例えば、アルミニウム、ガリウム、インジウム、タリウムなど)、周期表第14族金属(例えば、ゲルマニウム、スズなど)、周期表第15族金属(例えば、ヒ素、アンチモン、ビスマスなど)、周期表第16族金属(例えば、テルルなど)などが挙げられる。   Examples of the metal constituting the inorganic semiconductor include Group 2 metals (for example, calcium, strontium, etc.), Group 3 metals (for example, scandium, yttrium, lanthanoids, etc.), Group 4 metals (for example, scandium, yttrium, etc.). For example, titanium, zirconium, hafnium, etc.), periodic table group 5 metals (eg, vanadium, niobium, tantalum, etc.), periodic table group 6 metals (eg, chromium, molybdenum, tungsten, etc.), periodic table group 7 metals. (For example, manganese), periodic table group 8 metal (for example, iron), periodic table group 9 metal (for example, cobalt), periodic table group 10 metal (for example, nickel), periodic table 11th Group metal (eg, copper), Periodic Table Group 12 metal (eg, zinc, cadmium, etc.), Periodic Table Group 13 metal (eg, aluminum, Lithium, indium, thallium, etc.), periodic table group 14 metals (eg, germanium, tin, etc.), periodic table group 15 metals (eg, arsenic, antimony, bismuth, etc.), periodic table group 16 metals (eg, tellurium) Etc.).

半導体は、これらの金属を単独で含む化合物であってもよく、複数組み合わせて含む化合物であってもよい。例えば、半導体は、合金であってもよく、金属酸化物は複合酸化物であってもよい。また、半導体は、上記金属と、他の金属(アルカリ金属など)とを組み合わせて含んでいてもよい。   The semiconductor may be a compound containing these metals alone or a compound containing a combination of these metals. For example, the semiconductor may be an alloy, and the metal oxide may be a complex oxide. Further, the semiconductor may contain a combination of the above metal and another metal (such as an alkali metal).

具体的な半導体としては、例えば、金属酸化物{例えば、遷移金属酸化物[例えば、周期表第3族金属酸化物(酸化イットリウム、酸化セリウムなど)、周期表第4族金属酸化物(酸化チタン、酸化ジルコニウム、チタン酸カルシウム、チタン酸ストロンチウムなど)、周期表第5族金属酸化物(酸化バナジウム、酸化ニオブ、酸化タンタル(五酸化二タンタルなど)など)、周期表第6族金属酸化物(酸化クロム、酸化タングステンなど)、周期表第7族金属酸化物(酸化マンガンなど)、周期表第8族金属酸化物(酸化鉄、酸化ルテニウムなど)、周期表第9族金属酸化物(酸化コバルト、酸化イリジウム、コバルトとナトリウムとの複合酸化物など)、周期表第10族金属酸化物(酸化ニッケルなど)、周期表第11族金属酸化物(酸化銅など)、周期表第12族金属酸化物(酸化亜鉛など)など]、典型金属酸化物[例えば、周期表第2族金属酸化物(酸化ストロンチウムなど)、周期表第13族金属酸化物(酸化ガリウム、酸化インジウムなど)、周期表第14族金属酸化物(酸化ケイ素、酸化スズなど)、周期表第15族金属酸化物(酸化ビスマスなど)など]、これらの金属を複数含む複合酸化物[例えば、周期表第11族金属と遷移金属(周期表第11族金属以外の遷移金属)との複合酸化物(例えば、CuYOなどの銅と周期表第3族金属との複合酸化物)、周期表第11族金属と典型金属の複合酸化物(例えば、CuAlO、CuGaO、CuInOなどの銅と周期表第13族金属との複合酸化物;SrCuなどの銅と周期表第2族金属との複合酸化物;AgInOなどの銀と周期表第13族金属との複合酸化物など)など]、これらの複数の金属および酸素以外の周期表第16族元素を含む酸化物[例えば、周期表第11族金属と遷移金属(周期表第11族金属以外の遷移金属)との複合酸硫化物(例えば、LaCuOSなどの銅と周期表第3族金属との複合酸硫化物)、周期表第11族金属と遷移金属(周期表第11族金属以外の遷移金属)との複合酸セレン化物(例えば、LaCuOSeなどの銅と周期表第3族金属との複合酸セレン化物)など]など}、金属窒化物(窒化タリウムなど)、金属リン化物(InPなど)、金属硫化物{例えば、Cds、硫化銅(CuS、CuS)、複合硫化物[例えば、周期表第11族金属と典型金属との複合硫化物(例えば、CuGaS、CuInSなどの銅と周期表第13族金属との複合硫化物)など}、金属セレン化物(CdSe、ZnSeなど)、金属ハロゲン化物(CuCl、CuBrなど)、周期表第13族金属−第15族金属化合物(GaAs、InSbなど)、周期表第12族金属−第16族金属化合物(CdTeなど)などの金属化合物(又は合金);金属単体(例えば、パラジウム、白金、銀、金、ケイ素、ゲルマニウム)などが挙げられる。 Specific semiconductors include, for example, metal oxides {for example, transition metal oxides [for example, periodic table group 3 metal oxides (yttrium oxide, cerium oxide, etc.), periodic table group 4 metal oxides (titanium oxide]. , Zirconium oxide, calcium titanate, strontium titanate, etc.), periodic table group 5 metal oxides (vanadium oxide, niobium oxide, tantalum oxide (such as ditantalum pentoxide)), periodic table group 6 metal oxides ( Chromium oxide, tungsten oxide, etc.), periodic table group 7 metal oxides (manganese oxide, etc.), periodic table group 8 metal oxides (iron oxide, ruthenium oxide, etc.), periodic table group 9 metal oxides (cobalt oxide) , Iridium oxide, complex oxide of cobalt and sodium, etc.), periodic table group 10 metal oxides (such as nickel oxide), periodic table group 11 metal oxides (acid) Copper, etc.), periodic table group 12 metal oxides (such as zinc oxide)], typical metal oxides [for example, periodic table group 2 metal oxides (such as strontium oxide), periodic table group 13 metal oxides ( Gallium oxide, indium oxide, etc.), periodic table group 14 metal oxides (silicon oxide, tin oxide, etc.), periodic table group 15 metal oxides (such as bismuth oxide), etc.], complex oxides containing a plurality of these metals [For example, complex oxide of Group 11 metal of the periodic table and transition metal (transition metal other than Group 11 metal of the periodic table) (for example, complex oxide of copper such as CuYO 2 and Group 3 metal of the periodic table) , Complex oxides of Group 11 metals and typical metals of the periodic table (for example, complex oxides of Cu and Periodic Group 13 metals such as CuAlO 2 , CuGaO 2 , and CuInO 2 ; copper and periods such as SrCu 2 O 2 Table Group 2 metals Such as a composite oxide of silver and the periodic table group 13 metal such AgInO 2), etc.], the plurality of metals and oxides including periodic table Group 16 element other than oxygen [e.g., period; composite oxides Compound oxysulfide (for example, compound oxysulfide of copper and periodic table group 3 metal such as LaCuOS) of a group 11 metal and a transition metal (transition metal other than the group 11 metal of the periodic table), periodic table Compound acid selenide of Group 11 metal and transition metal (transition metal other than Group 11 metal of the periodic table) (for example, complex acid selenide of copper such as LaCuOSe and Group 3 metal of the periodic table) etc.] etc.} , Metal nitrides (such as thallium nitride), metal phosphides (such as InP), metal sulfides {for example, Cds, copper sulfide (CuS, Cu 2 S), composite sulfides [for example, periodic table Group 11 metals and typical Complex sulfides with metals (eg C complex sulfides of copper and group 13 metals of the periodic table such as uGaS 2 and CuInS 2 ), etc.}, metal selenides (CdSe, ZnSe, etc.), metal halides (CuCl, CuBr, etc.), group 13 metals of the periodic table -Metal compounds (or alloys) such as Group 15 metal compounds (GaAs, InSb, etc.), Periodic Table Group 12 metals-Group 16 metal compounds (CdTe, etc.); Metal simple substance (eg, palladium, platinum, silver, gold) , Silicon, germanium) and the like.

なお、半導体は、他の元素をドープした半導体であってもよい。   The semiconductor may be a semiconductor doped with other elements.

半導体は、n型半導体であってもよく、p型半導体であってもよい。   The semiconductor may be an n-type semiconductor or a p-type semiconductor.

上記例示の半導体(特に無機半導体)のうち、代表的なn型半導体としては、例えば、周期表第4族金属酸化物(酸化チタンなど)、周期表第5族金属酸化物(酸化ニオブ、酸化タンタルなど)、周期表第12族金属酸化物(酸化亜鉛など)、周期表第13族金属酸化物(酸化ガリウム、酸化インジウムなど)、周期表第14族金属酸化物(酸化スズなど)などが挙げられる。   Among the above-exemplified semiconductors (particularly inorganic semiconductors), typical n-type semiconductors include, for example, a periodic table group 4 metal oxide (such as titanium oxide) and a periodic table group 5 metal oxide (niobium oxide, oxide). Tantalum, etc.), periodic table group 12 metal oxides (such as zinc oxide), periodic table group 13 metal oxides (such as gallium oxide and indium oxide), periodic table group 14 metal oxides (such as tin oxide), etc. Can be mentioned.

また、代表的なp型半導体としては、例えば、周期表第6族金属酸化物(酸化クロムなど)、周期表第7族金属酸化物(酸化マンガンなど)、周期表第8族金属酸化物(酸化鉄など)、周期表第9族金属酸化物(酸化コバルト、酸化イリジウムなど)、周期表第10族金属酸化物(酸化ニッケルなど)、周期表第11族金属酸化物(酸化銅など)、周期表第15族金属酸化物(酸化ビスマスなど)、周期表第11族金属と遷移金属又は典型金属との複合酸化物(例えば、CuYO、CuAlO、CuGaO、CuInO、SrCu、AgInOなど)、周期表第11族金属と遷移金属との複合酸硫化物(例えば、LaCuOSなど)、周期表第11族金属と遷移金属との複合酸セレン化物(例えば、LaCuOSeなど)、周期表第11族金属と典型金属との複合硫化物(例えば、CuGaS、CuInSなど)などが挙げられる。 Typical p-type semiconductors include, for example, a periodic table group 6 metal oxide (such as chromium oxide), a periodic table group 7 metal oxide (such as manganese oxide), and a periodic table group 8 metal oxide (such as manganese oxide). Iron oxide), periodic table group 9 metal oxides (cobalt oxide, iridium oxide, etc.), periodic table group 10 metal oxides (such as nickel oxide), periodic table group 11 metal oxides (such as copper oxide), Periodic table Group 15 metal oxides (such as bismuth oxide), complex oxides of Group 11 metals and transition metals or typical metals (for example, CuYO 2 , CuAlO 2 , CuGaO 2 , CuInO 2 , SrCu 2 O 2). , AgInO 2, etc.), complex oxysulfides (for example, LaCuOS) of Group 11 metals and transition metals of the periodic table, and complex acid selenides (for example, LaCuOSe) of Group 11 metals of the periodic table and transition metals Etc.), and composite sulfides (for example, CuGaS 2 , CuInS 2, etc.) of Group 11 metals of the periodic table and typical metals.

これらの半導体は、単独で又は2種以上組み合わせてもよい。   These semiconductors may be used alone or in combination of two or more.

これらのうち、好ましい半導体には、金属酸化物が含まれ、特に透明金属酸化物(透明性を有する金属酸化物)が好ましい。このような金属酸化物としては、酸化チタン(TiO)、酸化亜鉛(ZnO)、酸化スズ(SnO)、酸化インジウム(In)、酸化ガリウム(Ga)、銅−アルミニウム酸化物(CuAlO)、酸化イリジウム(IrO)、酸化ニッケル(NiO)、これらの金属酸化物のドープ体などが挙げられる。これらの中でも、酸化チタン、酸化亜鉛、酸化スズなどが好ましい。 Among these, preferable semiconductors include metal oxides, and transparent metal oxides (transparent metal oxides) are particularly preferable. Examples of such metal oxides include titanium oxide (TiO 2 ), zinc oxide (ZnO), tin oxide (SnO 2 ), indium oxide (In 2 O 3 ), gallium oxide (Ga 2 O 3 ), and copper-aluminum. Examples thereof include oxides (CuAlO 2 ), iridium oxide (IrO), nickel oxide (NiO), and doped bodies of these metal oxides. Among these, titanium oxide, zinc oxide, tin oxide and the like are preferable.

また、半導体のうち、n型半導体を好適に使用してもよい。特に、本発明では、酸化チタン(TiO)などのn型の金属酸化物半導体を好適に使用してもよい。 Of the semiconductors, an n-type semiconductor may be preferably used. In particular, in the present invention, an n-type metal oxide semiconductor such as titanium oxide (TiO 2 ) may be preferably used.

酸化チタンの結晶形(結晶型)は、ルチル型(金紅石型)、アナターゼ型(鋭錐石型)、ブルッカイト型(板チタン石型)のいずれであってもよい。本発明では、ルチル型又はアナターゼ型酸化チタンを好適に用いることができる。アナターゼ型酸化チタンを用いると、長期にわたって基板に対する半導体の高い密着性を維持しやすい。一方、ルチル型酸化チタンは、配向しやすく、酸化チタン間の接触面積を比較的大きくできるため、導電性や耐久性の面から好適に用いてもよい。   The crystal form (crystal form) of titanium oxide may be any of a rutile type (goldenite type), anatase type (hypopyrite type), or brookite type (plate titanium stone type). In the present invention, rutile type or anatase type titanium oxide can be suitably used. When anatase type titanium oxide is used, it is easy to maintain high adhesion of the semiconductor to the substrate over a long period of time. On the other hand, rutile-type titanium oxide is easy to be oriented and can make a contact area between titanium oxides relatively large, and therefore may be suitably used from the viewpoint of conductivity and durability.

なお、酸化チタンは、他の元素をドープした酸化チタンであってもよい。   The titanium oxide may be titanium oxide doped with other elements.

半導体(例えば、酸化チタンなどの金属酸化物)の形状は、特に限定されず、粒子状、繊維状(又は針状又は棒状)、板状などであってもよい。好ましい形状は、粒子状又は針状であり、特に、粒子状の半導体(半導体粒子)が好ましい。   The shape of the semiconductor (for example, a metal oxide such as titanium oxide) is not particularly limited, and may be in the form of particles, fibers (or needles or rods), plates, and the like. A preferable shape is a particle shape or a needle shape, and a particulate semiconductor (semiconductor particle) is particularly preferable.

半導体粒子の平均粒径(平均一次粒子径)は、1〜1000nm(例えば、1〜700nm)程度の範囲から選択でき、通常、ナノサイズ(ナノメータサイズ)、例えば、1〜500nm(例えば、2〜400nm)、好ましくは3〜300nm(例えば、4〜200nm)、さらに好ましくは5〜100nm(例えば、6〜70nm)、特に50nm以下[例えば、1〜50nm(例えば、2〜40nm)、好ましくは3〜30nm(例えば、4〜25nm)、さらに好ましくは5〜20nm(例えば、6〜15nm)、通常10〜50nm]であってもよい。   The average particle size (average primary particle size) of the semiconductor particles can be selected from a range of about 1 to 1000 nm (for example, 1 to 700 nm), and is usually nano size (nanometer size), for example, 1 to 500 nm (for example, 2 to 2 nm). 400 nm), preferably 3 to 300 nm (eg 4 to 200 nm), more preferably 5 to 100 nm (eg 6 to 70 nm), especially 50 nm or less [eg 1 to 50 nm (eg 2 to 40 nm), preferably 3 To 30 nm (for example, 4 to 25 nm), more preferably 5 to 20 nm (for example, 6 to 15 nm, usually 10 to 50 nm).

また、針状(又は繊維状)の半導体において、平均繊維径は、例えば、1〜300nm、好ましくは10〜200nm、さらに好ましくは50〜100nm程度であってもよい。また、針状の半導体において、平均繊維長は、10〜2000nm、好ましくは50〜1000nm、さらに好ましくは100〜500nm程度であってもよい。針状の半導体において、アスペクト比は、例えば、2〜200、好ましくは5〜100、さらに好ましくは20〜40程度であってもよい。   In the needle-like (or fibrous) semiconductor, the average fiber diameter may be, for example, 1 to 300 nm, preferably 10 to 200 nm, and more preferably about 50 to 100 nm. In the needle-like semiconductor, the average fiber length may be about 10 to 2000 nm, preferably about 50 to 1000 nm, and more preferably about 100 to 500 nm. In an acicular semiconductor, the aspect ratio may be, for example, about 2 to 200, preferably about 5 to 100, and more preferably about 20 to 40.

半導体(例えば、繊維状又は粒子状の半導体)の比表面積は、形状などにもよるが、例えば、1〜600m/g、好ましくは2〜500m/g、さらに好ましくは3〜400m/g程度であってもよい。 Semiconductor (e.g., fibrous or particulate semiconductor) specific surface area of, depending to the shape, for example, 1~600m 2 / g, preferably 2~500m 2 / g, more preferably 3~400m 2 / It may be about g.

特に、半導体粒子の比表面積は、例えば、5〜600m/g(例えば、7〜550m/g)、好ましくは10〜500m/g(例えば、15〜450m/g)、さらに好ましくは20〜400m/g(例えば、30〜350m/g)、特に50m/g以上[例えば、50〜500m/g、好ましくは70〜450m/g、さらに好ましくは100〜400m/g、特に150〜350m/g(例えば、200〜350m/g)]であってもよい。 In particular, the specific surface area of the semiconductor particles is, for example, 5 to 600 m 2 / g (for example, 7 to 550 m 2 / g), preferably 10 to 500 m 2 / g (for example, 15 to 450 m 2 / g), and more preferably. 20 to 400 m 2 / g (e.g., 30~350m 2 / g), in particular 50 m 2 / g or more [e.g., 50~500m 2 / g, preferably 70~450m 2 / g, more preferably 100 to 400 m 2 / g, particularly 150 to 350 m 2 / g (for example, 200 to 350 m 2 / g)].

なお、繊維状又は針状の半導体の比表面積は、1〜100m/g、好ましくは2〜70m/g、さらに好ましくは3〜50m/g(例えば、4〜30m/g)程度であってもよい。 The specific surface area of the fibrous or needle-like semiconductor is about 1 to 100 m 2 / g, preferably 2 to 70 m 2 / g, and more preferably about 3 to 50 m 2 / g (for example, 4 to 30 m 2 / g). It may be.

なお、半導体(酸化チタンなど)は、分散液(水分散液など)として、イオン性ポリマー(および後述の色素)と混合してもよい。また、半導体は、市販品を利用してもよく、慣用の方法を利用して合成したものを使用してもよい。例えば、酸化チタンの分散液は、特許第4522886号公報などに記載の方法により得ることができる。   A semiconductor (such as titanium oxide) may be mixed with an ionic polymer (and a dye described later) as a dispersion (such as an aqueous dispersion). As the semiconductor, a commercially available product may be used, or a semiconductor synthesized using a conventional method may be used. For example, a dispersion of titanium oxide can be obtained by the method described in Japanese Patent No. 452886.

なお、インク(a)およびインク(b)において、半導体は同一であってもよく、異なっていてもよい。   Ink (a) and ink (b), the semiconductors may be the same or different.

(イオン性ポリマー)
本発明は、半導体とイオン性ポリマーとを組み合わせる(複合化する)ことに特徴を有している。このような組み合わせにより、焼結しなくても、光電変換特性に優れた光電変換層を形成できる。この理由は定かではないが、イオン性ポリマーと半導体[特に、ナノサイズの半導体粒子(半導体ナノ粒子)]との組み合わせにより、半導体の分散安定性を向上でき、半導体特性を有効に発現できることや、イオン性のポリマーの種類によってはイオン性ポリマー自体が光電変換により発生した電荷を輸送する電解質(固体電解質)としても機能することなどが考えられる。
(Ionic polymer)
The present invention is characterized by combining (compositing) a semiconductor and an ionic polymer. With such a combination, a photoelectric conversion layer having excellent photoelectric conversion characteristics can be formed without sintering. The reason for this is not clear, but the combination of an ionic polymer and a semiconductor [particularly nano-sized semiconductor particles (semiconductor nanoparticles)] can improve the dispersion stability of the semiconductor, and can effectively exhibit semiconductor characteristics, Depending on the type of ionic polymer, it may be considered that the ionic polymer itself also functions as an electrolyte (solid electrolyte) that transports charges generated by photoelectric conversion.

また、本発明では、イオン性ポリマーがバインダー的に作用するためか、このような光電変換特性を長期に亘って保持でき、光電変換層(又は半導体)の基板に対する十分な密着性も担保できる。   Moreover, in this invention, since an ionic polymer acts like a binder, such a photoelectric conversion characteristic can be hold | maintained over a long period of time, and sufficient adhesiveness with respect to the board | substrate of a photoelectric converting layer (or semiconductor) can also be ensured.

さらに、本発明では、光電変換機能と蓄電機能とを兼ね備えた光電変換層(いわゆる電気二重層又はキャパシタとしての機能を備えた光電変換層)を得ることもできる。このような蓄電機能を有する光電変換層を形成する場合、半導体の種類に応じて、イオン性ポリマーを選択してもよい。すなわち、(i)半導体が、n型半導体であるとき、アニオン性ポリマーで構成されたイオン性ポリマーを選択し、(ii)半導体がp型半導体であるとき、カチオン性ポリマーで構成されたイオン性ポリマーを選択してもよい。このような半導体とイオン性ポリマーとの組み合わせにより、理由は定かではないが、優れた蓄電機能を効率よく光電変換層に付与できる。   Furthermore, in the present invention, a photoelectric conversion layer having both a photoelectric conversion function and a power storage function (a so-called electric double layer or a photoelectric conversion layer having a function as a capacitor) can be obtained. When forming a photoelectric conversion layer having such a power storage function, an ionic polymer may be selected according to the type of semiconductor. That is, (i) when the semiconductor is an n-type semiconductor, an ionic polymer composed of an anionic polymer is selected, and (ii) when the semiconductor is a p-type semiconductor, an ionic polymer composed of a cationic polymer A polymer may be selected. By such a combination of a semiconductor and an ionic polymer, the reason is not clear, but an excellent power storage function can be efficiently imparted to the photoelectric conversion layer.

インク(a)およびインク(b)において、イオン性ポリマー(イオン性高分子)は、イオン性(電解質性)を有するポリマー(すなわち、高分子電解質)であればよく、アニオン性ポリマー、カチオン性ポリマー{例えば、アミノ基又は置換アミノ基を有する重合体[例えば、アリルアミン系重合体(ポリアリルアミンなど)など]、第4級アンモニウム塩基を有する重合体(例えば、スチレン−ジビニルベンゼンコポリマーに第4級アンモニウム塩基を導入したポリマーなど)など}、両性ポリマー(カルボキシル基とアミノ基の双方を有するポリマーなど)のいずれであってもよいが、本発明では、通常、アニオン性ポリマー、カチオン性ポリマー(特にアニオン性ポリマー)を好適に使用することができる。アニオン性ポリマー又はカチオン性ポリマーは、半導体(酸化チタンなど)の表面に対して結合(化学結合、水素結合など)して固定化されやいためか、バインダーとして好適に作用するようである。特に、イオン性ポリマーは、イオン交換樹脂(又はイオン交換体又は固体高分子電解質)であってもよい。   In the ink (a) and the ink (b), the ionic polymer (ionic polymer) may be a polymer having ionicity (electrolyte) (that is, a polymer electrolyte), and may be an anionic polymer or a cationic polymer. {For example, a polymer having an amino group or a substituted amino group [for example, an allylamine polymer (such as polyallylamine)], a polymer having a quaternary ammonium base (for example, a quaternary ammonium to a styrene-divinylbenzene copolymer) A polymer introduced with a base, etc.)} or an amphoteric polymer (such as a polymer having both a carboxyl group and an amino group). In the present invention, an anionic polymer, a cationic polymer (especially an anion) A suitable polymer). An anionic polymer or a cationic polymer seems to act suitably as a binder because it is likely to be immobilized by bonding (chemical bond, hydrogen bond, etc.) to the surface of a semiconductor (such as titanium oxide). In particular, the ionic polymer may be an ion exchange resin (or an ion exchanger or a solid polymer electrolyte).

アニオン性ポリマーは、通常、酸基[カルボキシル基、スルホ基(又はスルホン酸基)など]を有するポリマーである。アニオン性ポリマーは、酸基(又は酸性基)を単独で又は2種以上組み合わせて有していてもよい。なお、酸基は、その一部又は全部が中和されていてもよい。   The anionic polymer is usually a polymer having an acid group [carboxyl group, sulfo group (or sulfonic acid group, etc.)]. The anionic polymer may have an acid group (or acidic group) alone or in combination of two or more. In addition, the acid group may be partially or entirely neutralized.

代表的なアニオン性ポリマー[又は陽イオン交換樹脂(カチオン型イオン交換樹脂、酸型イオン交換樹脂)]としては、例えば、強酸性陽イオン交換樹脂、弱酸性陽イオン交換樹脂{例えば、カルボキシル基を有するイオン交換樹脂[例えば、(メタ)アクリル酸ポリマー(例えば、ポリ(メタ)アクリル酸;メタクリル酸−ジビニルベンゼンコポリマー、アクリル酸−ジビニルベンゼンコポリマーなどの(メタ)アクリル酸と他の共重合性単量体(架橋性モノマーなど)との共重合体など)、カルボキシル基を有するフッ素含有樹脂(パーフルオロカルボン酸樹脂)など]などが挙げられる。   As typical anionic polymers [or cation exchange resins (cationic ion exchange resins, acid ion exchange resins)], for example, strong acid cation exchange resins, weak acid cation exchange resins {for example, carboxyl groups An ion exchange resin [for example, (meth) acrylic acid polymer (for example, poly (meth) acrylic acid; (meth) acrylic acid such as methacrylic acid-divinylbenzene copolymer, acrylic acid-divinylbenzene copolymer, and other copolymerizable monomers A copolymer with a monomer (such as a crosslinkable monomer), a fluorine-containing resin having a carboxyl group (perfluorocarboxylic acid resin), and the like].

中でも、好ましいアニオン性ポリマーには、強酸性陽イオン交換樹脂が含まれる。強酸性イオン交換樹脂としては、例えば、スルホ基を有するフッ素含有樹脂{例えば、フルオロアルケンとスルホフルオロアルキル−フルオロビニルエーテルとの共重合体[例えば、テトラフルオロエチレン−[2−(2−スルホテトラフルオロエトキシ)ヘキサフルオロプロポキシ]トリフルオロエチレン共重合体(例えば、グラフト共重合体)など]などのフルオロスルホン酸樹脂(特に、パーフルオロスルホン酸樹脂)など}、スルホ基を有するスチレン系樹脂[例えば、ポリスチレンスルホン酸、架橋スチレン系重合体のスルホン化物(例えば、スチレン−ジビニルベンゼンコポリマーのスルホン化物など)など]などが挙げられる。   Among these, preferred anionic polymers include strongly acidic cation exchange resins. Examples of the strongly acidic ion exchange resin include a fluorine-containing resin having a sulfo group {for example, a copolymer of a fluoroalkene and a sulfofluoroalkyl-fluorovinyl ether [for example, tetrafluoroethylene- [2- (2-sulfotetrafluoro Ethoxy) hexafluoropropoxy] trifluoroethylene copolymer (for example, graft copolymer) etc.], etc.], styrene resin having a sulfo group [for example, Polystyrene sulfonic acid, a sulfonated product of a crosslinked styrene-based polymer (for example, a sulfonated product of a styrene-divinylbenzene copolymer), and the like.

なお、スルホ基を有するフッ素含有樹脂は、デュポン社から商品名「ナフィオン」シリーズなどとして入手可能である。   A fluorine-containing resin having a sulfo group is available from DuPont under the trade name “Nafion” series.

なお、イオン性ポリマーをアニオン性ポリマーで構成する場合、イオン性ポリマーをアニオン性ポリマーのみで構成してもよく、アニオン性ポリマーと他のイオン性ポリマー(例えば、両性ポリマーなど)とを組み合わせてもよい。このような場合、イオン性ポリマー全体に対するアニオン性ポリマーの割合は、例えば、30重量%以上(例えば、40〜99重量%)、好ましくは50重量%以上(例えば、60〜98重量%)、さらに好ましくは70重量%以上(例えば、80〜97重量%)であってもよい。   When the ionic polymer is composed of an anionic polymer, the ionic polymer may be composed of only an anionic polymer, or an anionic polymer may be combined with another ionic polymer (for example, an amphoteric polymer). Good. In such a case, the ratio of the anionic polymer to the whole ionic polymer is, for example, 30% by weight or more (for example, 40 to 99% by weight), preferably 50% by weight or more (for example, 60 to 98% by weight), It may be preferably 70% by weight or more (for example, 80 to 97% by weight).

カチオン性ポリマーは、通常、塩基性基(アルカリ性基)を有するポリマーである。塩基性基としては、例えば、アミノ基[例えば、アミノ基、置換アミノ基(例えば、ジメチルアミノ基などのモノ又はジアルキルアミノ基)などの第1級、第2級又は第3級アミノ基]、イミノ基(−NH−、−N<)、第4級アンモニウム塩基(例えば、トリメチルアンモニウム塩基などのトリアルキルアンモニウム塩基)などが挙げられる。カチオン性ポリマーは、これらの塩基性基を単独で又は2種以上組み合わせて有していてもよい。なお、塩基性基は、その一部又は全部が中和されていてもよい。   The cationic polymer is usually a polymer having a basic group (alkaline group). As the basic group, for example, an amino group [eg, primary, secondary or tertiary amino group such as amino group, substituted amino group (for example, mono or dialkylamino group such as dimethylamino group)], And imino groups (—NH—, —N <), quaternary ammonium bases (eg, trialkylammonium bases such as trimethylammonium base), and the like. The cationic polymer may have these basic groups alone or in combination of two or more. In addition, the basic group may be partially or completely neutralized.

代表的なカチオン性ポリマー[又は陰イオン交換樹脂(アニオン型イオン交換樹脂、塩基型イオン交換樹脂)]としては、例えば、アミン系ポリマー{例えば、アリルアミン系ポリマー[ポリアリルアミン、アリルアミン−ジメチルアリルアミン共重合体、ジアリルアミン−二酸化硫黄共重合体などのアリルアミン系単量体(例えば、アリルアミン、ジアリルアミン、ジアリルアルキルアミン(ジアリルメチルアミン、ジアリルエチルアミンなど)など)の単独又は共重合体(複数のアリルアミン系単量体の共重合体のみならず、アリルアミン系単量体と共重合性単量体との共重合体も含む、以下同様の表現において同じ)]、ビニルアミン系ポリマー(例えば、ポリビニルアミンなどのビニルアミン系単量体の単独又は共重合体)、アミノ基を有する(メタ)アクリル系ポリマー[例えば、アミノアルキル(メタ)アクリレート(例えば、N,N−ジメチルアミノエチル(メタ)アクリレート、N,N−ジメチルアミノプロピル(メタ)アクリレートなどのN−モノ又はジアルキルアミノC1−4アルキル(メタ)アクリレート)、アミノアルキル(メタ)アクリルアミド(例えば、N,N−ジメチルアミノエチル(メタ)アクリルアミドなどのN−モノ又はジアルキルアミノC1−4アルキル(メタ)アクリルアミド)などのアミノ基を有する(メタ)アクリル系単量体の単独又は共重合体など]、ヘテロ環式アミン系ポリマー[例えば、イミダゾール系ポリマー(例えば、ポリビニルイミダゾールなど)、ピリジン系ポリマー(例えば、ポリビニルピリジンなど)、ピロリドン系ポリマー(例えば、ポリビニルピロリドン)など]、アミン変性エポキシ樹脂、アミン変性シリコーン樹脂など}、イミン系ポリマー[例えば、ポリアルキレンイミン(例えば、ポリエチレンイミンなど)などのイミン系単量体の単独又は共重合体]、第4級アンモニウム塩基含有ポリマーなどが挙げられる。 Typical cationic polymers [or anion exchange resins (anion type ion exchange resins, base type ion exchange resins)] include, for example, amine polymers {eg, allylamine polymers [polyallylamine, allylamine-dimethylallylamine copolymer A single or copolymer of allylamine monomers (eg, allylamine, diallylamine, diallylalkylamine (diallylmethylamine, diallylethylamine, etc.)) such as a copolymer, diallylamine-sulfur dioxide copolymer, etc. Not only a copolymer of a polymer, but also a copolymer of an allylamine monomer and a copolymerizable monomer, the same shall apply hereinafter)], a vinylamine polymer (for example, a vinylamine such as polyvinylamine) Monomers or copolymers), amino (Meth) acrylic polymers having a [for example, N-mono or dialkyl such as aminoalkyl (meth) acrylate (for example, N, N-dimethylaminoethyl (meth) acrylate, N, N-dimethylaminopropyl (meth) acrylate) Amino C 1-4 alkyl (meth) acrylate), aminoalkyl (meth) acrylamide (for example, N-mono or dialkylamino C 1-4 alkyl (meth) acrylamide such as N, N-dimethylaminoethyl (meth) acrylamide) A (meth) acrylic monomer having an amino group such as a homopolymer or a copolymer], a heterocyclic amine polymer [for example, an imidazole polymer (for example, polyvinylimidazole), a pyridine polymer (for example, polyvinyl). Pyridine), pyrrolide Polymer such as polyvinyl pyrrolidone], amine-modified epoxy resin, amine-modified silicone resin, etc.], imine polymer [for example, polyalkyleneimine (eg, polyethyleneimine etc.) or other imine monomers alone or Copolymer] and a quaternary ammonium base-containing polymer.

第4級アンモニウム塩基含有ポリマーにおいて、塩としては、特に限定されず、例えば、ハロゲン化物塩(例えば、塩化物、臭化物、ヨウ化物など)、カルボン酸塩(例えば、酢酸塩などのアルカン酸塩)、スルホン酸塩などが挙げられる。   In the quaternary ammonium base-containing polymer, the salt is not particularly limited, and examples thereof include halide salts (for example, chloride, bromide, iodide, etc.), carboxylates (for example, alkane salts such as acetate). And sulfonates.

第4級アンモニウム塩基含有ポリマーとしては、例えば、上記例示のアミン系ポリマーやイミン系ポリマーのアミノ基やイミノ基を第4級アンモニウム塩基化したポリマー{例えば、N,N,N−トリアルキル−N−(メタ)アクリロイルオキシアルキルアンモニウム塩[例えば、トリメチル−2−(メタ)アクリロイルオキシエチルアンモニウムクロライド、N,N−ジメチル−N−エチル−2−(メタ)アクリロイルオキシエチルアンモニウムクロライドなどのトリC1−10アルキル(メタ)アクリロイルオキシC2−4アルキルアンモニウム塩]の単独又は共重合体}の他、ビニルアラルキルアンモニウム塩系ポリマー{例えば、ビニルアラルキルアンモニウム塩[例えば、N,N,N−トリアルキル−N−(ビニルアラルキル)アンモニウム塩(例えば、トリメチル−p−ビニルベンジルアンモニウムクロライド、N,N−ジメチル−N−エチル−p−ビニルベンジルアンモニウムクロライド、N,N−ジエチル−N−メチル−N−2−(4−ビニルフェニル)エチルアンモニウムクロライドなどのトリC1−10アルキル(ビニル−C6−10アリールC1−4アルキル)アンモニウム塩)、N,N−ジアルキル−N−アラルキル−N−(ビニルアラルキル)アンモニウム塩(例えば、N,N−ジメチル−N−ベンジル−p−ビニルベンジルアンモニウムクロライドなどのN,N−ジC1−10アルキル−N−C6−10アリールC1−4アルキル−N−(ビニル−C6−10アリールC1−4アルキル)アンモニウム塩)]の単独又は共重合体など}、カチオン化セルロース[例えば、ヒドロキシ基含有セルロース誘導体(例えば、ヒドロキシエチルセルロースなどのヒドロキシC2−4アルキルセルロース)と第4級アンモニウム塩基(例えば、トリアルキルアンモニウム塩基など)を有するエポキシ化合物(例えば、N,N,N−トリアルキル−N−グリシジルアンモニウム塩)との反応物]、スチレン−ジビニルベンゼンコポリマーに第4級アンモニウム塩基を導入したポリマーなどが挙げられる。 As the quaternary ammonium base-containing polymer, for example, a polymer obtained by quaternizing an amino group or imino group of the amine-based polymer or imine polymer exemplified above {for example, N, N, N-trialkyl-N -(Meth) acryloyloxyalkylammonium salts [for example, tri-C 1 such as trimethyl-2- (meth) acryloyloxyethylammonium chloride, N, N-dimethyl-N-ethyl-2- (meth) acryloyloxyethylammonium chloride, etc. -10 alkyl (meth) acryloyloxy C2-4 alkylammonium salt] or a copolymer}, vinylaralkylammonium salt-based polymer {for example, vinylaralkylammonium salt [for example, N, N, N-trialkyl -N- (vinyl aralkyl) Ammonium salts (for example, trimethyl-p-vinylbenzylammonium chloride, N, N-dimethyl-N-ethyl-p-vinylbenzylammonium chloride, N, N-diethyl-N-methyl-N-2- (4-vinylphenyl) ) Tri-C 1-10 alkyl (vinyl-C 6-10 aryl C 1-4 alkyl) ammonium salt such as ethylammonium chloride), N, N-dialkyl-N-aralkyl-N- (vinylaralkyl) ammonium salt (eg , N, N, such as N- dimethyl -N- benzyl -p- vinylbenzyl ammonium chloride, N- di C 1-10 alkyl -N-C 6-10 aryl C 1-4 alkyl -N- (vinyl -C 6 -10 aryl C 1-4 alkyl) a homo- or copolymer of an ammonium salt), etc.}, Kachio Cellulose [e.g., hydroxy group-containing cellulose derivatives (e.g., hydroxy C 2-4 alkyl cellulose such as hydroxyethyl cellulose) and the quaternary ammonium salt (e.g., trialkyl ammonium bases) epoxy compound having a (e.g., N, N , N-trialkyl-N-glycidylammonium salt), and polymers obtained by introducing a quaternary ammonium base into a styrene-divinylbenzene copolymer.

なお、カチオン性セルロース(カチオン化セルロース)は、(株)ダイセルから、商品名「ジェルナー」、ポリアリルアミンは、ニットーボーメディカル(株)から商品名「PAA」シリーズ、アミン変性シリコーン樹脂は、信越化学工業(株)から、商品名「KF」シリーズなどとして入手できる。   Cationic cellulose (cationized cellulose) is from Daicel Co., Ltd. under the trade name “Gerner”, polyallylamine is from Nito-Bo Medical Co., Ltd. under the trade name “PAA”, and amine-modified silicone resins are from Shin-Etsu Chemical Co., Ltd. It can be obtained from Co., Ltd. as the product name “KF” series.

好ましいカチオン性ポリマーは、第4級アンモニウム塩基含有ポリマーなどの強塩基性のカチオン性ポリマー(陰イオン交換樹脂)が挙げられる。   Preferred cationic polymers include strongly basic cationic polymers (anion exchange resins) such as quaternary ammonium base-containing polymers.

なお、イオン性ポリマーをカチオン性ポリマーで構成する場合、イオン性ポリマーをカチオン性ポリマーのみで構成してもよく、カチオン性ポリマーと他のイオン性ポリマー(例えば、両性ポリマーなど)とを組み合わせてもよい。このような場合、イオン性ポリマー全体に対するカチオン性ポリマーの割合は、例えば、30重量%以上(例えば、40〜99重量%)、好ましくは50重量%以上(例えば、60〜98重量%)、さらに好ましくは70重量%以上(例えば、80〜97重量%)であってもよい。   When the ionic polymer is composed of a cationic polymer, the ionic polymer may be composed of only a cationic polymer, or a combination of a cationic polymer and another ionic polymer (for example, an amphoteric polymer). Good. In such a case, the ratio of the cationic polymer to the whole ionic polymer is, for example, 30% by weight or more (for example, 40 to 99% by weight), preferably 50% by weight or more (for example, 60 to 98% by weight), It may be preferably 70% by weight or more (for example, 80 to 97% by weight).

イオン性ポリマーは、酸性、中性、アルカリ性のいずれであってもよく、そのpHは特に限定されない。なお、光電変換層に付与する所望の特性に応じて、イオン性ポリマーのpHを選択してもよい。例えば、色素の種類にもよるが、光電変換特性を長期に亘って効率よく維持できるという点では、比較的pHを小さくするのが好ましい。このような場合、例えば、イオン性ポリマーのpH(25℃)は、10以下(例えば、0.1〜8)の範囲から選択でき、例えば、7未満(例えば、0.15〜6.5)、好ましくは6以下(例えば、0.2〜5)、さらに好ましくは4以下(例えば、0.3〜3)、特に2以下(例えば、0.5〜1.5)、通常3以下(例えば、1〜3)であってもよい。なお、イオン性ポリマーとしてアニオン性ポリマー(又はアニオン性ポリマーで構成されたイオン性ポリマー)を選択すると、このような比較的小さいpHは、蓄電機能の付与の点でも好ましい。   The ionic polymer may be any of acidic, neutral and alkaline, and its pH is not particularly limited. In addition, you may select pH of an ionic polymer according to the desired characteristic provided to a photoelectric converting layer. For example, although depending on the type of the dye, it is preferable to relatively reduce the pH in that the photoelectric conversion characteristics can be efficiently maintained over a long period of time. In such a case, for example, the pH (25 ° C.) of the ionic polymer can be selected from a range of 10 or less (for example, 0.1 to 8), for example, less than 7 (for example, 0.15 to 6.5). , Preferably 6 or less (eg 0.2 to 5), more preferably 4 or less (eg 0.3 to 3), especially 2 or less (eg 0.5 to 1.5), usually 3 or less (eg 1 to 3). When an anionic polymer (or an ionic polymer composed of an anionic polymer) is selected as the ionic polymer, such a relatively low pH is preferable from the viewpoint of imparting a power storage function.

また、比較的pHが大きいイオン性ポリマーを用いるのが好ましい場合もある。比較的高いpHのイオン性ポリマーを用いることで、半導体の種類にもよるが、半導体(例えば、酸化チタンナノ粒子)の凝集を効率よく抑えることができるためか、光電変換特性をより一層向上できる場合がある。また、基板に対する密着性を効率よく向上できる場合もある。このようなイオン性ポリマーのpH(25℃)は、例えば、3以上(例えば、4〜14)、好ましくは5以上(例えば、6〜14)、さらに好ましくは7以上(例えば、7〜14)程度であってもよい。   It may be preferable to use an ionic polymer having a relatively high pH. Depending on the type of semiconductor, by using an ionic polymer with a relatively high pH, the aggregation of semiconductors (eg, titanium oxide nanoparticles) can be effectively suppressed, or the photoelectric conversion characteristics can be further improved. There is. Moreover, the adhesiveness with respect to a board | substrate may be improved efficiently. The pH (25 ° C.) of such an ionic polymer is, for example, 3 or more (for example, 4 to 14), preferably 5 or more (for example, 6 to 14), and more preferably 7 or more (for example, 7 to 14). It may be a degree.

特に、アニオン性ポリマー(例えば、強酸性イオン交換樹脂)又はアニオン性ポリマーで構成されたイオン性ポリマーのpH(25℃)は、例えば、3以上(例えば、4〜14)、好ましくは5以上(例えば、5〜13)、さらに好ましくは6以上(例えば、6.5〜12)、特に7以上(例えば、7〜12)であってもよく、通常6〜14(例えば、6.5〜11、好ましくは7〜9)程度であってもよい。   In particular, the pH (25 ° C.) of an anionic polymer (for example, a strongly acidic ion exchange resin) or an anionic polymer is 3 or more (for example, 4 to 14), preferably 5 or more ( For example, it may be 5 to 13), more preferably 6 or more (for example, 6.5 to 12), particularly 7 or more (for example, 7 to 12), and usually 6 to 14 (for example, 6.5 to 11). , Preferably about 7-9).

また、比較的pHを大きくする場合、カチオン性ポリマー(例えば、強塩基性陰イオン交換樹脂)又はカチオン性ポリマーで構成されたイオン性ポリマーのpH(25℃)は、5以上(例えば、6〜14)の範囲から選択でき、例えば、7以上(例えば、7.5〜14)、好ましくは8以上(例えば、8.5〜14)、さらに好ましくは9以上(例えば、9.5〜13.5)、特に10以上(例えば、10.5〜13)であってもよい。このように、イオン性ポリマーとして、pHが比較的大きいカチオン性ポリマー(又はアニオン性ポリマーで構成されたイオン性ポリマー)を選択すると、蓄電機能の付与の点でも好ましい。   When the pH is relatively large, the pH (25 ° C.) of the cationic polymer (for example, strongly basic anion exchange resin) or the ionic polymer composed of the cationic polymer is 5 or more (for example, 6 to 6). 14), for example, 7 or more (for example, 7.5 to 14), preferably 8 or more (for example, 8.5 to 14), and more preferably 9 or more (for example, 9.5 to 13). 5), especially 10 or more (for example, 10.5 to 13). As described above, when a cationic polymer having a relatively high pH (or an ionic polymer composed of an anionic polymer) is selected as the ionic polymer, it is also preferable from the viewpoint of imparting a power storage function.

なお、pHは、イオン性ポリマーの水溶液又は水分散液における値(又は水を含む溶媒中における値)であってもよい。なお、pHは、慣用の方法(例えば、酸基を適当な塩基で中和する方法や塩基性基を適当な酸基で中和する方法など)により調整することができる。なお、中和された酸基において、カウンターイオンとしては、特に限定されず、例えば、アルカリ金属(例えば、ナトリウム、カリウムなど)などであってもよい。   The pH may be a value in an aqueous solution or aqueous dispersion of an ionic polymer (or a value in a solvent containing water). The pH can be adjusted by a conventional method (for example, a method of neutralizing an acid group with an appropriate base or a method of neutralizing a basic group with an appropriate acid group). In the neutralized acid group, the counter ion is not particularly limited, and may be, for example, an alkali metal (for example, sodium, potassium, etc.).

なお、イオン性ポリマー(アニオン性ポリマーなど)は、架橋構造を有していてもよく(例えば、前記例示の(メタ)アクリル酸−ジビニルベンゼンコポリマーやスチレン系重合体のスルホン化物など)、架橋構造を有していなくてもよい。本発明では、特に、架橋構造を有していない(又は架橋度が非常に低い)イオン性ポリマーを好適に使用してもよい。   In addition, an ionic polymer (anionic polymer etc.) may have a crosslinked structure (for example, a sulfonated product of the above-mentioned (meth) acrylic acid-divinylbenzene copolymer or styrene polymer), and a crosslinked structure. May not be included. In the present invention, in particular, an ionic polymer having no crosslinked structure (or having a very low degree of crosslinking) may be suitably used.

イオン性ポリマー(イオン交換樹脂)において、イオン交換容量は、0.1〜5.0meq/g(例えば、0.15〜4.0meq/g)、好ましくは0.2〜3.0meq/g(例えば、0.3〜2.0meq/g)、さらに好ましくは0.4〜1.5meq/g、特に0.5〜1.0meq/g程度であってもよい。   In the ionic polymer (ion exchange resin), the ion exchange capacity is 0.1 to 5.0 meq / g (for example, 0.15 to 4.0 meq / g), preferably 0.2 to 3.0 meq / g ( For example, it may be 0.3 to 2.0 meq / g), more preferably 0.4 to 1.5 meq / g, particularly about 0.5 to 1.0 meq / g.

なお、イオン性ポリマーの分子量は、溶媒に対して溶解もしくは分散できる範囲であれば特に制限されない。   The molecular weight of the ionic polymer is not particularly limited as long as it can be dissolved or dispersed in the solvent.

イオン性ポリマーは、単独で又は2種以上組み合わせてもよい。   The ionic polymers may be used alone or in combination of two or more.

イオン性ポリマーの割合は、半導体1重量部に対して、0.01重量部以上(例えば、0.02〜100重量部)の範囲から選択でき、例えば、0.03重量部以上(例えば、0.04〜50重量部)、好ましくは0.05重量部以上(例えば、0.05〜20重量部)、さらに好ましくは0.07重量部以上(例えば、0.08〜15重量部)、通常0.03〜10重量部[例えば、0.05〜8重量部(例えば、0.06〜7重量部)、好ましくは0.07〜5重量部(例えば、0.08〜3重量部)、さらに好ましくは0.1〜2重量部(例えば、0.1〜1重量部)]程度であってもよい。上記のような割合で半導体とイオン性ポリマーとを組み合わせることにより、優れた光電変換特性を有する光電変換層を効率よく形成できる。また、組成物の粘度低減の点や、色彩を鮮やかにするという点でも好適である。なお、イオン性ポリマーの量が少なすぎると、半導体の分散性を向上できないことなども関連して十分な密着性が得られない場合がある。また、多すぎると、半導体間の接触を妨げやすくなり、かえって光電変換特性を低下させる虞がある。   The proportion of the ionic polymer can be selected from the range of 0.01 parts by weight or more (for example, 0.02 to 100 parts by weight) with respect to 1 part by weight of the semiconductor, for example, 0.03 parts by weight or more (for example, 0 0.04 to 50 parts by weight), preferably 0.05 parts by weight or more (eg 0.05 to 20 parts by weight), more preferably 0.07 parts by weight or more (eg 0.08 to 15 parts by weight), usually 0.03 to 10 parts by weight [eg, 0.05 to 8 parts by weight (eg, 0.06 to 7 parts by weight), preferably 0.07 to 5 parts by weight (eg, 0.08 to 3 parts by weight), More preferably, it may be about 0.1 to 2 parts by weight (for example, 0.1 to 1 part by weight)]. By combining the semiconductor and the ionic polymer at the above ratio, a photoelectric conversion layer having excellent photoelectric conversion characteristics can be efficiently formed. Moreover, the point of the viscosity reduction of a composition and the point of making a color vivid are also suitable. In addition, when there is too little quantity of an ionic polymer, sufficient adhesiveness may not be obtained in connection with the dispersibility of a semiconductor not being improved. On the other hand, if the amount is too large, contact between semiconductors tends to be hindered, and the photoelectric conversion characteristics may be deteriorated.

なお、インク(a)およびインク(b)において、イオン性ポリマーは同一であってもよく、異なっていてもよい。   In the ink (a) and the ink (b), the ionic polymers may be the same or different.

(色素)
インク(a)およびインク(b)において、色素(第1の色素、第2の色素)としては、増感剤(増感色素、光増感色素)として機能する成分(又は増感作用を示す成分)であれば特に限定されず、例えば、有機色素、無機色素(例えば、炭素系顔料、クロム酸塩系顔料、カドミウム系顔料、フェロシアン化物系顔料、金属酸化物系顔料、ケイ酸塩系顔料、リン酸塩系顔料など)などが挙げられる。色素は単独で又は2種以上組み合わせてもよい。
(Dye)
In the ink (a) and the ink (b), a component (or a sensitizing action) functioning as a sensitizer (sensitizing dye, photosensitizing dye) is used as the coloring matter (first coloring matter, second coloring matter). Component), for example, organic dyes, inorganic dyes (for example, carbon pigments, chromate pigments, cadmium pigments, ferrocyanide pigments, metal oxide pigments, silicate pigments) Pigments, phosphate pigments, etc.). The dyes may be used alone or in combination of two or more.

有機色素(有機染料又は有機顔料)としては、例えば、ルテニウム錯体色素{例えば、ルテニウムのビピリジン錯体[例えば、シス−ビス(イソチオシアナト)ビス(2,2’−ビピリジル−4,4’−ジカルボキシラト)ルテニウム(II)ビステトラブチルアンモニウム(別名:N719)、シス−ビス(イソチオシアナト)(2,2’−ビピリジル−4,4’−ジカルボキシラト)(2,2’−ビピリジル−4,4’−ジノニル)ルテニウム(II)、シス−ビス(イソチオシアナト)ビス(2,2’−ビピリジル−4,4’−ジカルボキシラト)ルテニウム(II)、シス−ビス(シアニド)(2,2’−ビピリジル−4,4’−ジカルボキシラト)ルテニウム(II)、トリス(2,2’−ビピリジル−4,4’−ジカルボキシラト)ルテニウム(II)ジクロリドなど]、ルテニウムのターピリジン錯体[例えば、トリス(イソチオシアナト)ルテニウム(II)−2,2’:6’,2’’−ターピリジン−4,4’,4’’−トリカルボン酸 トリステトラブチルアンモニウム塩など]などのルテニウムのピリジン系錯体}、オスミウム錯体色素、ポルフィリン系色素(マグネシウムポルフィリン、亜鉛ポルフィリンなど)、クロロフィル系色素(クロロフィルなど)、キサンテン系色素(ローダミンB、スルホローダミンB、エリスロシンなど)、シアニン系色素(メロシアニン、キノシアニン、クリプトシアニンなど)、フタロシアニン系色素、アゾ系色素、ペリレン系色素、ペリノン系色素、クマリン系色素、キノン系色素、アントラキノン系色素、スクアリリウム系色素、アゾメチン系色素、キノフタロン系色素、キナクリドン系色素、イソインドリン系色素、ニトロソ系色素、ピロロピロール系色素、キサンテン系色素、カルバゾール系色素、インドリン系色素、塩基性色素(メチレンブルー、ベーシックブルー12など)などが挙げられる。   Examples of organic dyes (organic dyes or organic pigments) include ruthenium complex dyes {for example, ruthenium bipyridine complexes [for example, cis-bis (isothiocyanato) bis (2,2′-bipyridyl-4,4′-dicarboxylate]. ) Ruthenium (II) bistetrabutylammonium (also known as N719), cis-bis (isothiocyanato) (2,2′-bipyridyl-4,4′-dicarboxylato) (2,2′-bipyridyl-4,4 ′) -Dinonyl) ruthenium (II), cis-bis (isothiocyanato) bis (2,2'-bipyridyl-4,4'-dicarboxylato) ruthenium (II), cis-bis (cyanide) (2,2'-bipyridyl -4,4'-dicarboxylato) ruthenium (II), tris (2,2'-bipyridyl-4,4'-dicarboxyla ) Ruthenium (II) dichloride, etc.], terpyridine complexes of ruthenium [e.g., tris (isothiocyanato) ruthenium (II) -2,2 ′: 6 ′, 2 ″ -terpyridine-4,4 ′, 4 ″ -tricarboxylic acid Ruthenium pyridine complex such as tristetrabutylammonium salt], osmium complex dye, porphyrin dye (magnesium porphyrin, zinc porphyrin etc.), chlorophyll dye (chlorophyll etc.), xanthene dye (rhodamine B, sulforhodamine B) Erythrosine), cyanine dyes (merocyanine, quinocyanine, cryptocyanine, etc.), phthalocyanine dyes, azo dyes, perylene dyes, perinone dyes, coumarin dyes, quinone dyes, anthraquinone dyes, squarily Um dyes, azomethine dyes, quinophthalone dyes, quinacridone dyes, isoindoline dyes, nitroso dyes, pyrrolopyrrole dyes, xanthene dyes, carbazole dyes, indoline dyes, basic dyes (methylene blue, basic blue) 12) and the like.

なお、第1の色素と第2の色素とは、互いに色相において異なる色素であればよい。色素の色相(又は色彩)としては、特に限定されず、例えば、黒、白、黄、青、赤、緑などのいずれであってもよい。また、第1の色素と第2の色素とが互いに色相において異なっていれば、第1の色素及び/又は第2の色素は、2種以上の色素で構成してもよい。単一の組成物(又はインク)において、2種以上の色素を使用する場合、混色とすることができる。   In addition, the 1st pigment | dye and the 2nd pigment | dye should just be a pigment | dye from which a hue mutually differs. The hue (or color) of the pigment is not particularly limited, and may be any of black, white, yellow, blue, red, green, and the like. Further, as long as the first dye and the second dye are different from each other in hue, the first dye and / or the second dye may be composed of two or more kinds of dyes. When two or more kinds of pigments are used in a single composition (or ink), they can be mixed colors.

さらに、第2の色素を複数の色素で構成する場合、インク(b)は、半導体、イオン性ポリマーおよび複数の色素を含む単一のインクであってもよく、色素ごとに異なる複数のインクであってもよい。例えば、第2の色素が、互いに色相において異なる色素1、色素2および色素3で構成されている場合、インク(b)は、半導体、イオン性ポリマーおよび色素1を含むインク(b1)、半導体、イオン性ポリマーおよび色素2を含むインク(b2)、半導体、イオン性ポリマーおよび色素3を含むインク(b3)の3種のインクで構成してもよい(又は3種のインクセットであってもよい)。このようにインク(b)を2以上のインクとすることで、インク(a)と合わせて、3以上の色相を有する光電変換層を形成できる。   Further, when the second pigment is composed of a plurality of pigments, the ink (b) may be a single ink containing a semiconductor, an ionic polymer, and a plurality of pigments, and a plurality of different inks for each pigment. There may be. For example, when the second dye is composed of dye 1, dye 2 and dye 3 that are different in hue from each other, the ink (b) is an ink (b1) containing a semiconductor, an ionic polymer and the dye 1, a semiconductor, The ink (b2) containing the ionic polymer and the dye 2 and the ink (b3) containing the semiconductor, the ionic polymer and the dye 3 may be used (or three ink sets may be used). ). Thus, by making the ink (b) two or more inks, a photoelectric conversion layer having three or more hues can be formed together with the ink (a).

なお、色素は、通常、半導体(又は半導体表面)に付着した(又は固定化された)形態で光電変換層(又は光電変換素子)に含まれる。付着(又は固定化)の態様としては、吸着(物理吸着)、化学結合などが挙げられる。そのため、色素は、半導体に対して付着しやすい色素を好適に選択してもよい。また、カルボキシル基、エステル基、スルホ基などの官能基を配位子として有する色素(例えば、N719などのカルボキシル基を有するルテニウム色素)も好ましい。このような配位子を有する色素は、酸化チタンなどの半導体表面と結合しやすく、脱離しにくいため好適である。   In addition, a pigment | dye is normally contained in a photoelectric converting layer (or photoelectric conversion element) with the form adhering (or fix | immobilized) to the semiconductor (or semiconductor surface). Examples of adhesion (or immobilization) include adsorption (physical adsorption) and chemical bonding. Therefore, the dye may be suitably selected as a dye that easily adheres to the semiconductor. A dye having a functional group such as a carboxyl group, an ester group, or a sulfo group as a ligand (for example, a ruthenium dye having a carboxyl group such as N719) is also preferable. A dye having such a ligand is preferable because it easily binds to a semiconductor surface such as titanium oxide and does not easily desorb.

色素の割合(付着又は吸着割合)は、特に限定されないが、例えば、半導体およびイオン性ポリマーと関連づけて、下記式の範囲となるように選択してもよい。   The ratio of the dye (adhesion or adsorption ratio) is not particularly limited, but may be selected so as to be in the range of the following formula in relation to the semiconductor and the ionic polymer, for example.

0<(I×I+D×D)/S≦1
(式中、Iはイオン性ポリマー中のイオン性基の数、Iはイオン性基1個あたりの占有面積、Dは色素(色素分子)の数、Dは色素1個あたりの占有面積、Sは、半導体の表面積を示す。)
上記式において、Iはイオン性基の総数であり、例えば、イオン性ポリマーのイオン交換容量(meq/g)にイオン性ポリマーの重量(g)及びアボガドロ数を掛けることで求めることができ、通常、I×I<Sである。I、Dは、それぞれ、イオン性基1つの占有面積(m)、色素1分子の占有面積(m)であり、面積が最大となるよう投影した時の値を用いることができる。
0 <(I A × I S + D A × D S) / S S ≦ 1
(Wherein, I A is the number of ionic groups in the ionic polymer, I S is the area occupied per one ionic group, D A dye (the number of dye molecules), D S is the per dye Occupied area, S S indicates the surface area of the semiconductor.)
In the above formula, I A is the total number of ionic groups, for example, can be determined by multiplying the weight (g) and Avogadro number of ionic polymer to the ion exchange capacity of the ionic polymer (meq / g), Usually, I A × I S <S S. I S, D S, respectively, an ionic group one occupied area (m 2), a occupation area of the dye molecule (m 2), may be a value when the area is projected to be the largest .

組成物(a)および組成物(b)において、具体的な色素(第1の色素、第2の色素)の割合は、半導体1重量部に対して、例えば、0.001〜1重量部、好ましくは0.005〜0.5重量部、さらに好ましくは0.01〜0.1重量部(例えば、0.02〜0.05重量部)程度であってもよい。   In the composition (a) and the composition (b), the ratio of specific dyes (first dye, second dye) is, for example, 0.001 to 1 part by weight with respect to 1 part by weight of the semiconductor. Preferably it may be about 0.005 to 0.5 parts by weight, more preferably about 0.01 to 0.1 parts by weight (for example, 0.02 to 0.05 parts by weight).

インク(a)およびインク(b)は、溶媒を含む組成物(コーティング組成物)であってもよい。溶媒としては、特に限定されず、有機溶媒[例えば、アルコール系溶媒(例えば、メタノール、エタノール、イソプロパノール、ブタノールなどのアルカノール類)、芳香族系溶媒(例えば、トルエン、キシレンなどの芳香族炭化水素類)、エステル系溶媒(例えば、酢酸エチル、酢酸ブチル、プロピレングリコールモノメチルエーテルモノアセテートなどの酢酸エステル類)、ケトン系溶媒(例えば、アセトンなどの鎖状ケトン類;シクロヘキサノンなどの環状ケトン類)、エーテル系溶媒(例えば、プロピレングリコールモノメチルエーテル、ジエチレングリコールジメチルエーテルなどの鎖状エーテル;ジオキサン、テトラヒドロフランなどの環状エーテル類)、ハロゲン系溶媒(例えば、ジクロロメタン、クロロホルムなどのハロアルカン類)、ニトリル系溶媒(例えば、アセトニトリル、ベンゾニトリルなど)、ニトロ系溶媒(例えば、ニトロベンゼンなど)など]、水などが挙げられる。溶媒は、単独で又は2種以上組み合わせてもよい。   The ink (a) and the ink (b) may be a composition containing a solvent (coating composition). The solvent is not particularly limited, and is an organic solvent [for example, alcohol solvents (for example, alkanols such as methanol, ethanol, isopropanol, butanol), aromatic solvents (for example, aromatic hydrocarbons such as toluene and xylene). ), Ester solvents (eg, acetate esters such as ethyl acetate, butyl acetate, propylene glycol monomethyl ether monoacetate), ketone solvents (eg, chain ketones such as acetone; cyclic ketones such as cyclohexanone), ether Solvents (for example, chain ethers such as propylene glycol monomethyl ether and diethylene glycol dimethyl ether; cyclic ethers such as dioxane and tetrahydrofuran), halogen solvents (for example, halogenated solvents such as dichloromethane and chloroform) Cans), nitrile solvents (e.g., acetonitrile, and benzonitrile), nitro solvents (e.g., nitrobenzene etc.), etc.], and water. The solvents may be used alone or in combination of two or more.

溶媒を含むインク(インク(a)及び/又はインク(b))において、固形分(又は不揮発性成分)の割合は、光電変換層を形成する際のコーティング方法などに応じて適宜選択でき、例えば、0.1〜90重量%(例えば、0.5〜70重量%)、好ましくは1〜50重量%(例えば、5〜40重量%)、さらに好ましくは10〜30重量%程度であってもよい。本発明では、比較的イオン性ポリマーの割合を大きくできるので、半導体を含む固形分が高濃度であっても、半導体の分散安定性を十分に担保できる。   In the ink containing the solvent (ink (a) and / or ink (b)), the ratio of the solid content (or the non-volatile component) can be appropriately selected according to the coating method when forming the photoelectric conversion layer, for example, 0.1 to 90% by weight (for example, 0.5 to 70% by weight), preferably 1 to 50% by weight (for example, 5 to 40% by weight), and more preferably about 10 to 30% by weight. Good. In the present invention, since the proportion of the ionic polymer can be relatively increased, the dispersion stability of the semiconductor can be sufficiently ensured even if the solid content including the semiconductor is high.

また、溶媒を含む組成物のpHは、特に限定されず、イオン性ポリマーのpHと同様の範囲から選択できる。所望の特性に応じて、イオン性ポリマーのpHと同様の範囲で溶媒を含む組成物のpHを調整してもよい。   Moreover, the pH of the composition containing a solvent is not specifically limited, It can select from the range similar to the pH of an ionic polymer. Depending on the desired properties, the pH of the composition containing the solvent may be adjusted in the same range as the pH of the ionic polymer.

なお、本発明のインクセットは、第1の色素を含むインク(a)と、第2の色素を含むインク(b)とを含んでいればよく、インク(b)は、前記のように、さらに互いに異なる色相の色素(第2の色素)を含む複数のインク(インクセット)であってもよい。   The ink set of the present invention only needs to contain the ink (a) containing the first pigment and the ink (b) containing the second pigment, and the ink (b) is as described above. Furthermore, it may be a plurality of inks (ink sets) including pigments (second pigments) of different hues.

すなわち、インク(b)が複数のインクである場合、各インクを構成する色素は、第1の色素と異なり、かつ互いに異なる色素である。なお、インク(b)を複数のインクで構成する場合、各インクにおいて、色素以外の成分(半導体、イオン性ポリマーなど)は同一であってもよく、異なっていてもよく、好適な態様(割合など)は各インクにおいて同様である。   That is, when the ink (b) is a plurality of inks, the coloring matter constituting each ink is different from the first coloring matter and different from each other. When the ink (b) is composed of a plurality of inks, in each ink, components other than the pigment (semiconductor, ionic polymer, etc.) may be the same or different, and a suitable mode (ratio) The same applies to each ink.

本発明のインクセットを構成する各インクは、それぞれ、構成成分(半導体、イオン性ポリマー、色素など)を混合することにより得ることができる。例えば、溶媒を含むインクは、構成成分を溶媒中で混合することで調製してもよく、予め構成成分(例えば、半導体、イオン性ポリマーおよび色素)を混合した後、溶媒に混合(又は分散)して調製してもよい。また、一部の構成成分(例えば、半導体およびイオン性ポリマー)を含む組成物(混合液)と、残部の構成成分(例えば、色素)を含む組成物(混合液)とを別途調製し、混合することで調製してもよい。なお、前記のように、インクのpHを調整する場合、pHの調整は適当な段階で行うことができ、例えば、半導体の分散液中のpHを予め前記範囲となるように調整して、イオン性ポリマーおよび色素と混合してもよく、半導体(又はその分散液)、イオン性ポリマーおよび色素の混合系において組成物のpHを調整してもよい。   Each ink constituting the ink set of the present invention can be obtained by mixing constituent components (semiconductor, ionic polymer, dye, etc.). For example, an ink containing a solvent may be prepared by mixing components in a solvent, and after mixing components (for example, a semiconductor, an ionic polymer, and a dye) in advance, the components are mixed (or dispersed) in the solvent. May be prepared. Also, a composition (mixture) containing some constituent components (eg, semiconductor and ionic polymer) and a composition (mixture solution) containing the remaining constituent components (eg, pigment) are separately prepared and mixed. May be prepared. As described above, when adjusting the pH of the ink, the pH can be adjusted at an appropriate stage. For example, the pH in the semiconductor dispersion is adjusted in advance to be within the above range, and the ion is adjusted. The composition may be mixed with an ionic polymer and a dye, and the pH of the composition may be adjusted in a mixed system of a semiconductor (or a dispersion thereof), an ionic polymer and a dye.

本発明のインクセットは、複数の色相を有する光電変換層(又は光電変換素子を構成する光電変換層)を形成するためのインクセットとして有用である。このような光電変換層は、通常、基板上に形成される。すなわち、光電変換層は、基板とともに積層体を構成する。以下に、光電変換層およびその製法について詳述する。   The ink set of the present invention is useful as an ink set for forming a photoelectric conversion layer having a plurality of hues (or a photoelectric conversion layer constituting a photoelectric conversion element). Such a photoelectric conversion layer is usually formed on a substrate. That is, the photoelectric conversion layer constitutes a laminate together with the substrate. Below, a photoelectric converting layer and its manufacturing method are explained in full detail.

[積層体およびその製造方法]
本発明の積層体は、基板と、この基板上に積層された光電変換層(前記インクセットで形成された光電変換層)とで構成される。そして、この光電変換層は、インク(a)で形成された光電変換部位(A)と、インク(b)で構成された光電変換部位(B)とを含んでおり、複数の色相(又は混色の色相)を有する。
[Laminated body and manufacturing method thereof]
The laminate of the present invention includes a substrate and a photoelectric conversion layer (a photoelectric conversion layer formed from the ink set) stacked on the substrate. The photoelectric conversion layer includes a photoelectric conversion site (A) formed of the ink (a) and a photoelectric conversion site (B) configured of the ink (b), and a plurality of hues (or mixed colors). Hue).

基板は、用途にもよるが、通常、導電性基板であってもよい。導電性基板は、導電体(又は導電体層)のみで構成してもよいが、通常、ベースとなる基板(ベース基板)上に導電体層(又は導電層又は導電膜)が形成された基板などが挙げられる。なお、このような場合、光電変換層は、導電体層上に形成される。   The substrate may be a conductive substrate, although it depends on the application. The conductive substrate may be composed of only a conductor (or a conductor layer), but usually a substrate in which a conductor layer (or a conductive layer or a conductive film) is formed on a base substrate (base substrate). Etc. In such a case, the photoelectric conversion layer is formed on the conductor layer.

導電体(導電剤)としては、用途に応じて適宜選択できるが、例えば、導電性金属酸化物[例えば、酸化スズ、酸化インジウム、酸化亜鉛、アンチモンドープ金属酸化物(アンチモンドープ酸化錫など)、錫ドープ金属酸化物(錫ドープ酸化インジウムなど)、アルミニウムドープ金属酸化物(アルミニウムドープ酸化亜鉛など)、ガリウムドープ金属酸化物(ガリウムドープ酸化亜鉛など)、フッ素ドープ金属酸化物(フッ素ドープ酸化スズなど)など]などの導電体が挙げられる。これらの導電体は、単独で又は2種以上組み合わせてもよい。なお、導電体は、通常、透明導電体であってもよい。   The conductor (conductive agent) can be appropriately selected depending on the application. For example, a conductive metal oxide [for example, tin oxide, indium oxide, zinc oxide, antimony-doped metal oxide (such as antimony-doped tin oxide), Tin-doped metal oxide (such as tin-doped indium oxide), aluminum-doped metal oxide (such as aluminum-doped zinc oxide), gallium-doped metal oxide (such as gallium-doped zinc oxide), fluorine-doped metal oxide (such as fluorine-doped tin oxide) ) And the like]. These conductors may be used alone or in combination of two or more. In addition, a transparent conductor may be sufficient as a conductor normally.

ベース基板としては、無機基板(例えば、ガラスなど)、有機基板[例えば、ポリエステル系樹脂(例えば、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート)、ポリカーボネート樹脂、シクロオレフィン系樹脂、ポリプロピレン系樹脂、セルロース系樹脂(セルローストリアセテートなど)、ポリエーテル系樹脂(ポリエーテルスルホンなど)、ポリスルフィド系樹脂(ポリフェニレンスルフィドなど)、ポリイミド樹脂などのプラスチックで形成された基板又はフィルム(プラスチック基板又はプラスチックフィルム)など]などが挙げられる。本発明では、半導体の焼結工程が不要であるため、ベース基板としてプラスチック基板(プラスチックフィルム)を用いることが可能である。   As the base substrate, an inorganic substrate (for example, glass), an organic substrate [for example, polyester resin (for example, polyethylene terephthalate, polyethylene naphthalate), polycarbonate resin, cycloolefin resin, polypropylene resin, cellulose resin (cellulose) Triacetate, etc.), polyether resins (polyethersulfone, etc.), polysulfide resins (polyphenylene sulfide, etc.), substrates or films (plastic substrates or plastic films) formed of plastics such as polyimide resins, etc.]. In the present invention, since a semiconductor sintering step is unnecessary, a plastic substrate (plastic film) can be used as the base substrate.

光電変換層は、インク(a)およびインク(b)を、それぞれ、基板(導電体層)上に塗布(又はコーティング)することにより形成できる。すなわち、インク(a)をコーティングした部位には、光電変換部位(A)が形成され、インク(b)をコーティングした部位には光電変換部位(B)が形成される。   The photoelectric conversion layer can be formed by applying (or coating) ink (a) and ink (b) on a substrate (conductor layer), respectively. That is, the photoelectric conversion site (A) is formed at the site coated with the ink (a), and the photoelectric conversion site (B) is formed at the site coated with the ink (b).

このような光電変換層は、光電変換部位(A)および光電変換部位(B)を所望のデザインに応じて(対応させて)形成できる。すなわち、光電変換層は、光電変換部位(A)と光電変換部位(B)とを含んでいれば(すなわち、光電変換部位(A)と光電変換部位(B)とで共に光電変換層を形成していれば)よく、基板上における、光電変換部位(A)と光電変換部位(B)との位置関係は特に限定されない。   Such a photoelectric conversion layer can form a photoelectric conversion site | part (A) and a photoelectric conversion site | part (B) according to a desired design (corresponding | compatible). That is, if the photoelectric conversion layer includes the photoelectric conversion site (A) and the photoelectric conversion site (B) (that is, the photoelectric conversion layer (A) and the photoelectric conversion site (B) together form a photoelectric conversion layer). The position relationship between the photoelectric conversion site (A) and the photoelectric conversion site (B) on the substrate is not particularly limited.

例えば、基板上に、光電変換部位(A)と光電変換部位(B)とは、互いに接触することなく基板上に形成(直接的に形成)されていてもよく、光電変換部位(A)の上に光電変換部位(B)を積層してもよく、これらを組み合わせてもよい。積層する場合、光電変換部位(A)の少なくとも一部に積層すればよく、光電変換部位(A)上に光電変換部位(B)全体を積層してもよく、基板および光電変換部位(A)の双方の上に(すなわちこれらの双方にまたがるように)積層してもよく、これらを組み合わせてもよい。なお、積層された部分は、第1の色素と第2の色素との混色の色相を有する。また、前記のように、インク(b)が複数である(インクセットである)場合、複数の光電変換部位(B)を形成できる。このような場合、それぞれの光電変換部位(B)の位置関係は、光電変換部位(A)と光電変換部位(B)との位置関係と同様に、デザインに応じて適宜選択できる。   For example, on the substrate, the photoelectric conversion site (A) and the photoelectric conversion site (B) may be formed (directly formed) on the substrate without contacting each other, and the photoelectric conversion site (A) A photoelectric conversion part (B) may be laminated | stacked on top, and these may be combined. In the case of stacking, it may be stacked on at least a part of the photoelectric conversion site (A), the entire photoelectric conversion site (B) may be stacked on the photoelectric conversion site (A), and the substrate and the photoelectric conversion site (A). May be stacked on top of each other (i.e., spanning both of them), or a combination thereof. Note that the stacked portion has a mixed color hue of the first dye and the second dye. As described above, when there are a plurality of inks (b) (an ink set), a plurality of photoelectric conversion sites (B) can be formed. In such a case, the positional relationship between the respective photoelectric conversion sites (B) can be appropriately selected according to the design, similarly to the positional relationship between the photoelectric conversion sites (A) and the photoelectric conversion sites (B).

本発明では、通常、光電変換部位(A)は基板上に直接的に形成される。特に、光電変換部位(A)および少なくとも一部の光電変換部位(B)が、基板上に直接的に形成される場合が多い。   In the present invention, usually, the photoelectric conversion site (A) is formed directly on the substrate. In particular, the photoelectric conversion site (A) and at least a part of the photoelectric conversion site (B) are often directly formed on the substrate.

なお、インク(a)およびインク(b)のコーティングの順序は、デザイン(又は光電変換部位(A)および(B)の位置関係)に対応させて適宜選択できる。例えば、少なくとも光電変換部位(A)を直接的に基板上に形成する場合には、基板上にインク(a)をコーティングして光電変換部位(A)を形成した後、(i)基板上の光電変換部位(A)が形成されていない部位、及び/又は(ii)光電変換部位(A)上の少なくとも一部に、インク(b)をコーティングし、光電変換部位(B)を形成してもよい。特に、インク(b)は、その少なくとも一部を、光電変化部位(A)が形成されていない部位にコーティングする場合が多い。   In addition, the coating order of the ink (a) and the ink (b) can be appropriately selected according to the design (or the positional relationship between the photoelectric conversion sites (A) and (B)). For example, when at least the photoelectric conversion site (A) is directly formed on the substrate, after coating the ink (a) on the substrate to form the photoelectric conversion site (A), (i) on the substrate The photoelectric conversion site (A) is not formed, and / or (ii) at least part of the photoelectric conversion site (A) is coated with ink (b) to form the photoelectric conversion site (B). Also good. In particular, in many cases, the ink (b) is coated at least on a portion where the photoelectric change portion (A) is not formed.

塗布方法としては、特に限定されず、例えば、エアーナイフコート法、ロールコート法、グラビアコート法、ブレードコート法、ドクターブレード法、スキージ法、ディップコート法、スプレー法、スピンコート法、インクジェット印刷法などが例示できる。塗布後、所定の温度(例えば、室温〜150℃程度)で乾燥させてもよい。   The coating method is not particularly limited, and for example, air knife coating method, roll coating method, gravure coating method, blade coating method, doctor blade method, squeegee method, dip coating method, spray method, spin coating method, inkjet printing method Etc. can be exemplified. After application, it may be dried at a predetermined temperature (for example, room temperature to about 150 ° C.).

なお、本発明では、組成物(a)および組成物(b)を基板上に塗布した後、半導体を焼結(又は焼成)させることなく[又は高温(例えば、500℃以上)で加熱処理することなく]、光電変換層を形成する。本発明では、このような焼結工程を経なくても、十分な光電変換特性(さらには、耐久性や基板に対する密着性)を有する光電変換層を形成できる。   In the present invention, the composition (a) and the composition (b) are applied on the substrate, and then the semiconductor is heated (or heated at a high temperature (eg, 500 ° C. or higher) without sintering (or firing) the semiconductor. Without] a photoelectric conversion layer is formed. In the present invention, a photoelectric conversion layer having sufficient photoelectric conversion characteristics (further, durability and adhesion to a substrate) can be formed without going through such a sintering step.

上記のようにして光電変換層が基板(導電性基板)上に形成され、積層体が得られる。光電変換層の厚み(光電変換部位(A)および(B)を積層する場合には総厚み)は、例えば、0.1〜100μm(例えば、0.3〜70μm)、好ましくは0.5〜50μm(例えば、1〜30)、さらに好ましくは3〜20μm程度であってもよい。   As described above, the photoelectric conversion layer is formed on the substrate (conductive substrate), and a laminate is obtained. The thickness of the photoelectric conversion layer (total thickness when the photoelectric conversion sites (A) and (B) are laminated) is, for example, 0.1 to 100 μm (for example, 0.3 to 70 μm), preferably 0.5 to It may be about 50 μm (for example, 1 to 30), more preferably about 3 to 20 μm.

上記のようにして得られる積層体は、導電体層と光電変換層とを有しており、光電変換素子を構成する電極として利用できる。以下、光電変換素子について詳述する。   The laminate obtained as described above has a conductor layer and a photoelectric conversion layer, and can be used as an electrode constituting the photoelectric conversion element. Hereinafter, the photoelectric conversion element will be described in detail.

[光電変換素子]
光電変換素子は、前記積層体(電極)を備えている。すなわち、光電変換素子は、電極としての積層体を備えている。代表的な光電変換素子の一例としては、太陽電池が挙げられる。特に、光電変換層が色素を含む場合、光電変換素子は、色素増感太陽電池を形成する。
[Photoelectric conversion element]
The photoelectric conversion element includes the laminate (electrode). That is, the photoelectric conversion element includes a laminate as an electrode. A solar cell is mentioned as an example of a typical photoelectric conversion element. In particular, when the photoelectric conversion layer contains a dye, the photoelectric conversion element forms a dye-sensitized solar cell.

太陽電池は、例えば、電極としての積層体と、この電極(電極の光電変換層側)に対向して配置される対極と、これらの電極間に介在し、封止処理された電解質層とで構成されている。すなわち、電解質層(又は電解質)は、両電極(又はその縁部)を封止材[例えば、熱可塑性樹脂(アイオノマー樹脂など)、熱硬化性樹脂(エポキシ樹脂、シリコーン樹脂など)などで構成された封止材]により封止処理することで形成された空間又は空隙内に介在している(又は封入される)。   A solar cell includes, for example, a laminate as an electrode, a counter electrode disposed to face the electrode (photoelectric conversion layer side of the electrode), and an electrolyte layer interposed between these electrodes and sealed. It is configured. That is, the electrolyte layer (or electrolyte) is composed of both electrodes (or edges thereof) made of a sealing material [for example, a thermoplastic resin (such as an ionomer resin) or a thermosetting resin (such as an epoxy resin or a silicone resin). It is interposed (or encapsulated) in the space or gap formed by the sealing process.

なお、対極は、電極(又は積層体)を構成する半導体の種類によって、正極又は負極となる。すなわち、半導体がn型半導体であるとき、対極は正極(積層体は負極)を形成し、半導体がp型半導体であるとき、対極は負極(積層体は正極)を形成する。   Note that the counter electrode is a positive electrode or a negative electrode depending on the type of semiconductor constituting the electrode (or laminate). That is, when the semiconductor is an n-type semiconductor, the counter electrode forms a positive electrode (a stacked body is a negative electrode), and when the semiconductor is a p-type semiconductor, the counter electrode forms a negative electrode (a stacked body is a positive electrode).

対極は、前記積層体と同様に、導電性基板と、この導電性基板上(又は導電性基板の導電体層上)に形成された触媒層(正極触媒層又は負極触媒層)とで構成される。なお、導電体層が導電性に加えて還元能力を有している場合、必ずしも触媒層を設ける必要はない。なお、対極は、導電体層又は触媒層の面を積層体(又は電極)と対向させる。対極において、導電性基板は、前記と同様の基板の他、後述のようにベース基板上に導電体層と触媒層とを兼ね備えた層(導電触媒層)を形成した基板などであってもよい。また、触媒層(正極触媒層又は負極触媒層)は、特に限定されず、導電性金属(金、白金など)、カーボンなどで形成できる。   The counter electrode is composed of a conductive substrate and a catalyst layer (positive electrode catalyst layer or negative electrode catalyst layer) formed on the conductive substrate (or on the conductive layer of the conductive substrate) in the same manner as the laminate. The In addition, when a conductor layer has a reducing ability in addition to conductivity, it is not always necessary to provide a catalyst layer. In addition, a counter electrode makes the surface of a conductor layer or a catalyst layer oppose a laminated body (or electrode). In the counter electrode, the conductive substrate may be a substrate in which a layer having both a conductive layer and a catalyst layer (conductive catalyst layer) is formed on a base substrate as described later, in addition to the same substrate as described above. . The catalyst layer (positive electrode catalyst layer or negative electrode catalyst layer) is not particularly limited, and can be formed of a conductive metal (such as gold or platinum), carbon, or the like.

触媒層(正極触媒層又は負極触媒層)は、非多孔質層(又は非多孔性層)であってもよく、多孔質構造を有する層(多孔質層)であってもよい。このような多孔質層(多孔質触媒層)は、多孔性触媒成分(多孔質触媒成分)で構成されていてもよく、多孔性成分(多孔質成分)とこの多孔性成分に担持された触媒成分とで構成してもよく、これらを組み合わせて構成してもよい。すなわち、多孔性触媒成分は、多孔性を有するとともに、触媒成分として機能する成分(多孔性と触媒機能とを兼ね備えた成分)である。なお、後者の態様において、多孔性成分は、触媒機能を備えていてもよい。   The catalyst layer (positive electrode catalyst layer or negative electrode catalyst layer) may be a non-porous layer (or non-porous layer) or a layer having a porous structure (porous layer). Such a porous layer (porous catalyst layer) may be composed of a porous catalyst component (porous catalyst component), and a porous component (porous component) and a catalyst supported on the porous component. You may comprise with a component and you may comprise combining these. That is, the porous catalyst component is a component that has porosity and functions as a catalyst component (a component having both porosity and catalyst function). In the latter embodiment, the porous component may have a catalytic function.

多孔性触媒成分としては、例えば、金属微粒子(例えば、白金黒など)、多孔質カーボン[活性炭、グラファイト、ケッチェンブラック、ファーネスブラック、アセチレンブラックなどのカーボンブラック(カーボンブラック集合体)、カーボンナノチューブ(カーボンナノチューブ集合体)など]などが挙げられる。これらの成分は、単独で又は2種以上組み合わせてもよい。多孔質触媒成分のうち、活性炭などを好適に用いることができる。   Examples of the porous catalyst component include metal fine particles (for example, platinum black), porous carbon [carbon black (carbon black aggregate) such as activated carbon, graphite, ketjen black, furnace black, acetylene black, carbon nanotube ( Carbon nanotube aggregate)) and the like. These components may be used alone or in combination of two or more. Among the porous catalyst components, activated carbon or the like can be suitably used.

多孔性成分としては、上記多孔質カーボンの他、金属化合物粒子[例えば、前記例示の導電性金属酸化物(例えば、錫ドープ酸化インジウムなど)の粒子(微粒子)など]などが挙げられる。これらの成分は単独で又は2種以上組み合わせてもよい。また、触媒成分としては、導電性金属(例えば、白金)などが挙げられる。   Examples of the porous component include metal compound particles [for example, particles (fine particles) of the above-described conductive metal oxide (for example, tin-doped indium oxide) and the like) in addition to the porous carbon. These components may be used alone or in combination of two or more. Examples of the catalyst component include a conductive metal (for example, platinum).

多孔性触媒成分および多孔性成分の形状(又は形態)は、特に限定されず、粒子状、繊維状などであってもよく、好ましくは粒子状である。   The shape (or form) of the porous catalyst component and the porous component is not particularly limited, and may be particulate or fibrous, and is preferably particulate.

このような粒子状の多孔性触媒成分及び多孔性成分(多孔性粒子)の平均粒径は、例えば、1〜1000μm(例えば、5〜700μm)、好ましくは10〜500μm(例えば、20〜400μm)、さらに好ましくは30〜300μm(例えば、40〜200μm)、特に50〜150μm(例えば、70〜100μm)程度であってもよい。   The average particle diameter of such a particulate porous catalyst component and porous component (porous particle) is, for example, 1 to 1000 μm (for example, 5 to 700 μm), preferably 10 to 500 μm (for example, 20 to 400 μm). More preferably, it may be about 30 to 300 μm (for example, 40 to 200 μm), particularly about 50 to 150 μm (for example, 70 to 100 μm).

多孔性触媒成分及び多孔性成分の比表面積は、例えば、1〜4000m/g(例えば、10〜3500m/g)、好ましくは20〜3000m/g(例えば、30〜2500m/g)、さらに好ましくは50〜2000m/g(例えば、100〜1500m/g)、特に200〜1000m/g(例えば、300〜500m/g)程度であってもよい。 The specific surface area of the porous catalyst component and the porous component is, for example, 1 to 4000 m 2 / g (for example, 10 to 3500 m 2 / g), preferably 20 to 3000 m 2 / g (for example, 30 to 2500 m 2 / g). , more preferably 50~2000m 2 / g (e.g., 100~1500m 2 / g), particularly 200~1000m 2 / g (e.g., 300~500m 2 / g) may be about.

なお、多孔質層(多孔質触媒層)は、必要に応じて、バインダー成分[例えば、樹脂成分[例えば、セルロース誘導体(メチルセルロース)などの熱可塑性樹脂;エポキシ樹脂などの熱硬化性樹脂]などを含んでいてもよい。   The porous layer (porous catalyst layer) may contain a binder component [for example, a resin component [for example, a thermoplastic resin such as cellulose derivative (methylcellulose); a thermosetting resin such as an epoxy resin] or the like. May be included.

バインダー成分の割合は、多孔質層(多孔質触媒層)全体に対して、例えば、0.1〜50重量%、好ましくは0.5〜40重量%、さらに好ましくは1〜30重量%(例えば、3〜20重量%)程度であってもよい。   The ratio of the binder component is, for example, 0.1 to 50% by weight, preferably 0.5 to 40% by weight, more preferably 1 to 30% by weight (for example, with respect to the entire porous layer (porous catalyst layer)). 3 to 20% by weight).

多孔質層を有する電極は、少なくとも多孔質層を備えていればよく、通常、少なくとも基板(導電性基板であってもよい基板)と多孔質触媒層とで少なくとも構成されている。代表的な多孔質層を有する電極としては、(i)導電性基板(ベース基板上に導電体層が形成された基板、前記例示の導電性基板など)と、この導電性基板(又は導電体層)上に形成され、多孔性触媒成分で構成された多孔質触媒層とで構成された電極(又は積層体)、(ii)ベース基板(前記例示のベース基板など)と、このベース基板上に形成され、多孔性成分および触媒成分(例えば、触媒成分が担持された多孔性成分)で構成された多孔質触媒層とで構成された電極(又は積層体)などが挙げられる。   The electrode having a porous layer only needs to have at least a porous layer, and is usually composed of at least a substrate (a substrate that may be a conductive substrate) and a porous catalyst layer. As an electrode having a typical porous layer, (i) a conductive substrate (a substrate in which a conductive layer is formed on a base substrate, the conductive substrate illustrated above), and the conductive substrate (or a conductive material) Layer) and an electrode (or laminate) composed of a porous catalyst layer composed of a porous catalyst component, (ii) a base substrate (such as the base substrate illustrated above), and the base substrate And an electrode (or laminate) formed with a porous catalyst layer formed of a porous component and a catalyst component (for example, a porous component on which the catalyst component is supported).

多孔質層(多孔質触媒層)の厚みは、例えば、0.1〜100μm(例えば、0.3〜70μm)、好ましくは0.5〜50μm(例えば、0.7〜40μm)、さらに好ましくは1〜30μm程度であってもよい。   The thickness of the porous layer (porous catalyst layer) is, for example, 0.1 to 100 μm (for example, 0.3 to 70 μm), preferably 0.5 to 50 μm (for example, 0.7 to 40 μm), and more preferably. It may be about 1 to 30 μm.

電解質層は、電解質と溶媒とを含む電解液で形成してもよく、電解質を含む固体層(又はゲル)で形成してもよい。電解液を構成する電解質としては、特に限定されず、汎用の電解質、例えば、ハロゲン(ハロゲン分子)とハロゲン化物塩との組み合わせ[例えば、臭素と臭化物塩との組み合わせ、ヨウ素とヨウ化物塩との組み合わせなど]などが挙げられる。ハロゲン化物塩を構成するカウンターイオン(カチオン)としては、金属イオン[例えば、アルカリ金属イオン(例えば、リチウムイオン、ナトリウムイオン、カリウムイオン、セシウムイオンなど)、アルカリ土類金属イオン(例えば、マグネシウムイオン、カルシウムイオンなど)など]、第4級アンモニウムイオン[テトラアルキルアンモニウム塩、ピリジニウム塩、イミダゾリウム塩(例えば、1,2−ジメチル−3−プロピルイミダゾリウム塩)など]などが挙げられる。電解質は、単独で又は2種以上組み合わせてもよい。   The electrolyte layer may be formed of an electrolyte solution containing an electrolyte and a solvent, or may be formed of a solid layer (or gel) containing an electrolyte. The electrolyte constituting the electrolytic solution is not particularly limited, and is a general-purpose electrolyte, for example, a combination of a halogen (halogen molecule) and a halide salt [for example, a combination of bromine and a bromide salt, an iodine and an iodide salt Combinations, etc.]. Counter ions (cations) constituting the halide salt include metal ions [for example, alkali metal ions (for example, lithium ions, sodium ions, potassium ions, cesium ions, etc.), alkaline earth metal ions (for example, magnesium ions, Quaternary ammonium ion [tetraalkylammonium salt, pyridinium salt, imidazolium salt (eg, 1,2-dimethyl-3-propylimidazolium salt)] and the like. The electrolytes may be used alone or in combination of two or more.

これらのうち、好ましい電解質には、ヨウ素とヨウ化物塩との組み合わせ、特に、ヨウ素とヨウ化金属塩[例えば、アルカリ金属塩(ヨウ化リチウム、ヨウ化ナトリウム、ヨウ化カリウムなど)、第4級アンモニウム塩など]との組み合わせが挙げられる。   Among these, preferable electrolytes include combinations of iodine and iodide salts, particularly iodine and metal iodide salts [for example, alkali metal salts (lithium iodide, sodium iodide, potassium iodide, etc.), quaternary Combination with ammonium salt and the like].

電解液を構成する溶媒としては、特に限定されず、汎用の溶媒を用いることができ、例えば、アルコール類(例えば、メタノール、エタノール、ブタノールなどのアルカノール類;エチレングリコール、ジエチレングリコール、ポリエチレングリコールなどのグリコール類)、ニトリル類(アセトニトリル、メトキシアセトニトリル、プロピオニトリル、3−メトキシプロピオニトリル、ベンゾニトリルなど)、カーボネート類(エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、ジエチルカーボネートなど)、ラクトン類(γ−ブチロラクトンなど)、エーテル類(1,2−ジメトキシエタン、ジメチルエーテル、ジエチルエーテルなどの鎖状エーテル類;テトラヒドロフラン、2−メチルテトラヒドロフラン、ジオキソラン、4−メチルジオキソランなどの環状エーテル類)、スルホラン類(スルホランなど)、スルホキシド類(ジメチルスルホキシドなど)、アミド類(N,N−ジメチルホルムアミド、N,N−ジメチルアセトアミドなど)、水、などが挙げられる。溶媒は単独で又は2種以上組み合わせてもよい。   The solvent constituting the electrolytic solution is not particularly limited, and a general-purpose solvent can be used. For example, alcohols (for example, alkanols such as methanol, ethanol and butanol; glycols such as ethylene glycol, diethylene glycol and polyethylene glycol) ), Nitriles (acetonitrile, methoxyacetonitrile, propionitrile, 3-methoxypropionitrile, benzonitrile, etc.), carbonates (ethylene carbonate, propylene carbonate, diethyl carbonate, etc.), lactones (gamma-butyrolactone, etc.), Ethers (chain ethers such as 1,2-dimethoxyethane, dimethyl ether and diethyl ether; tetrahydrofuran, 2-methyltetrahydrofuran, dioxolane, 4-methyl Cyclic ethers), sulfolane such as oxolane (such as sulfolane), sulfoxides (dimethyl sulfoxide, etc.), amides (N, N-dimethylformamide, N, N- dimethylacetamide, etc.), water, and the like. The solvents may be used alone or in combination of two or more.

なお、光電変換素子において、イオン性ポリマーと電解液とは接触する(又は電解液中にイオン性ポリマーが存在する)が、前記のように、イオン性ポリマーのpHを調整する場合、光電変換素子においてもイオン性ポリマーのpHを前記と同様の範囲となるように調整してもよい。このようなpH調整の観点から、電解液を構成する成分はpH調整に影響を及ぼさない成分を好適に使用してもよい。例えば、電解液として、中性溶媒又は非酸性溶媒(又は非プロトン性溶媒)を好適に使用してもよい。   In the photoelectric conversion element, the ionic polymer and the electrolytic solution are in contact (or the ionic polymer is present in the electrolytic solution). As described above, when the pH of the ionic polymer is adjusted, the photoelectric conversion element The pH of the ionic polymer may be adjusted to be in the same range as described above. From the viewpoint of such pH adjustment, a component that does not affect pH adjustment may be preferably used as the component constituting the electrolytic solution. For example, a neutral solvent or a non-acidic solvent (or an aprotic solvent) may be suitably used as the electrolytic solution.

なお、電解液において、電解質の濃度は、例えば、0.01〜10M、好ましくは0.03〜8M、さらに好ましくは0.05〜5M程度であってもよい。また、ハロゲン(ヨウ素など)とハロゲン化物塩(ヨウ化物塩など)とを組み合わせる場合、これらの割合は、ハロゲン/ハロゲン化物塩(モル比)=1/0.5〜1/100、好ましくは1/1〜1/50、さらに好ましくは1/2〜1/30程度であってもよい。   In the electrolytic solution, the concentration of the electrolyte may be, for example, about 0.01 to 10M, preferably about 0.03 to 8M, and more preferably about 0.05 to 5M. Further, when a halogen (iodine etc.) and a halide salt (iodide salt etc.) are combined, the ratio of these is halogen / halide salt (molar ratio) = 1 / 0.5 to 1/100, preferably 1. / 1 to 1/50, more preferably about 1/2 to 1/30.

また、電解質を含む固体層を構成する電解質としては、前記例示の電解質の他、固体状電解質{例えば、樹脂成分[例えば、チオフェン系重合体(例えば、ポリチオフェンなど)、カルバゾール系重合体(例えば、ポリ(N−ビニルカルバゾール)など)など]、低分子有機成分(例えば、ナフタレン、アントラセン、フタロシアニンなど)などの有機固体成分;ヨウ化銀などの無機固体成分など}などが挙げられる。これらの成分は、単独で又は2種以上組み合わせてもよい。   In addition to the electrolytes exemplified above, the electrolyte constituting the solid layer containing an electrolyte includes a solid electrolyte {eg, a resin component [eg, a thiophene polymer (eg, polythiophene)], a carbazole polymer (eg, Poly (N-vinylcarbazole), etc.], organic solid components such as low molecular organic components (eg, naphthalene, anthracene, phthalocyanine, etc .; inorganic solid components such as silver iodide, etc.). These components may be used alone or in combination of two or more.

なお、固体層は、前記電解質や電解液をゲル基材[例えば、熱可塑性樹脂(ポリエチレングリコール、ポリメチルメタクリレートなど)、熱硬化性樹脂(エポキシ樹脂など)など]に保持した固体層であってもよい。   The solid layer is a solid layer in which the electrolyte or electrolytic solution is held on a gel substrate [eg, thermoplastic resin (polyethylene glycol, polymethyl methacrylate, etc.), thermosetting resin (epoxy resin, etc.), etc.] Also good.

以下に、実施例に基づいて本発明をより詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例によって限定されるものではない。   Hereinafter, the present invention will be described in more detail based on examples, but the present invention is not limited to these examples.

(実施例1)
酸化チタン粒子(石原産業(株)製、「ST−01」、平均一次粒子径7nm、比表面積300m/g、アナターゼ型結晶)10重量部、アニオン性ポリマー(アルドリッチ社製「Nafion117」、5重量%の割合で含む1−プロパノール/2−プロパノール混合液、イオン交換容量0.9meq/g、pH(25℃)=1、1分子当たりの占有面積約0.024nm)25重量部(すなわち、アニオン性ポリマー1.25重量部)、および2−プロパノール(東京化成工業(株)製)65重量部を加え、1時間超音波攪拌して分散液を調製した。この分散液に、色素(N719、東京化成工業(株)製、分子量1188.57、1分子あたりの占有面積約1nm)を0.2重量部加え、さらに1時間超音波攪拌して、光電変換インク1(赤紫色)を調製した。
Example 1
Titanium oxide particles (manufactured by Ishihara Sangyo Co., Ltd., “ST-01”, average primary particle diameter 7 nm, specific surface area 300 m 2 / g, anatase type crystal) 10 parts by weight, anionic polymer (“Nafion 117” manufactured by Aldrich), 5 1-propanol / 2-propanol mixed solution containing at a ratio of% by weight, ion exchange capacity 0.9 meq / g, pH (25 ° C.) = 1, occupied area of about 0.024 nm 2 per molecule) 25 parts by weight (ie And 1.25 parts by weight of anionic polymer) and 65 parts by weight of 2-propanol (manufactured by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.) were added, and the mixture was ultrasonically stirred for 1 hour to prepare a dispersion. To this dispersion, 0.2 part by weight of a dye (N719, manufactured by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd., molecular weight: 1188.57, occupied area of about 1 nm 2 per molecule) was added, and the mixture was further ultrasonically stirred for 1 hour. Conversion ink 1 (red purple) was prepared.

また、色素をベーシックブルー12(東京化成工業(株)製)に変えるとともに、添加量を5重量部としたこと以外は、同様にして光電変換インク2(青色)を調製した。   Further, photoelectric conversion ink 2 (blue) was prepared in the same manner except that the dye was changed to Basic Blue 12 (manufactured by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.) and the addition amount was 5 parts by weight.

ITO付ガラス基板(Luminescence Technology社製、サイズ25mm×25mm、ITO層の厚み0.14μm)のITO層側に、図1のマスク1を介して光電変換インク1をスプレー塗布したのち、大気中70℃で乾燥させた。続けて、図1のマスク2を介して光電変換インク2をスプレー塗布したのち、大気中70℃で乾燥させて、図2に示す模様の光電変換層を形成した。(乾燥後の光電変換層の厚み2μm)   After the photoelectric conversion ink 1 is spray-coated on the ITO layer side of a glass substrate with ITO (Luminescence Technology, size 25 mm × 25 mm, ITO layer thickness 0.14 μm) through the mask 1 in FIG. Dry at 0C. Subsequently, the photoelectric conversion ink 2 was spray-coated through the mask 2 of FIG. 1 and then dried at 70 ° C. in the atmosphere to form a photoelectric conversion layer having the pattern shown in FIG. (The thickness of the photoelectric conversion layer after drying is 2 μm)

光電変化層が形成された電極のITO層側(色素吸着側)と、対極としてのITO層側に形成された白金薄膜(スパッタリング法により形成、厚み3nm)を備えたITO付ガラス基板(Luminescence Technology社製 サイズ25mm×25mm、ITO層の厚み0.14μm、対角線上に電解液注入口として1mm径の穴を二箇所設けたもの)のITO層側(白金薄膜側)とを50μmの間隔で対向させ、各基板(又は各電極又は各ITO層)の周囲を互いに結ぶように封止材又はスペーサ(三井・デュポンポリケミカル製、「ハイミラン」)で封止し、120℃で1時間熱処理することで、熱接着した。そして、電解液注入口を通じて両基板(又は両電極又は両ITO層)間に形成された空隙(又は封止材で封止された空間)内に電解液を充填したのち、電解液注入口をエポキシ樹脂(ニチバン(株)製、アラルダイトAR−R30)で塞ぎ、色素増感太陽電池を作製した。なお、電解液には、1,2−ジメチル−3−プロピルイミダゾリウムヨージドを0.5M、ヨウ化リチウムを0.1M、ヨウ素を0.05M含むアセトニトリル溶液を用いた。   A glass substrate with ITO (Luminescence Technology) comprising a platinum thin film (formed by sputtering method, thickness 3 nm) formed on the ITO layer side (dye adsorption side) of the electrode on which the photoelectric conversion layer is formed and the ITO layer side as a counter electrode Company size 25 mm x 25 mm, ITO layer thickness 0.14 μm, facing the ITO layer side (platinum thin film side) on the diagonal line with two 1 mm diameter holes as the electrolyte injection port at an interval of 50 μm Then, each substrate (or each electrode or each ITO layer) is sealed with a sealing material or a spacer (Mitsui / DuPont Polychemical, “High Milan”) so as to tie each other, and heat-treated at 120 ° C. for 1 hour. Then, it was thermally bonded. And after filling electrolyte solution in the space | gap (or the space sealed with the sealing material) formed between both board | substrates (or both electrodes or both ITO layers) through electrolyte solution injection port, electrolyte solution injection port is used. A dye-sensitized solar cell was prepared by covering with an epoxy resin (Naldibant AR-R30, manufactured by Nichiban Co., Ltd.). As the electrolytic solution, an acetonitrile solution containing 0.5M 1,2-dimethyl-3-propylimidazolium iodide, 0.1M lithium iodide and 0.05M iodine was used.

そして、得られた色素増感太陽電池をソーラーシミュレーター(三永電機製作所(株)製「XES-301S+EL-100」)を用い、AM 1.5、100mW/cm、25℃の条件で評価した。得られた太陽電池の出力特性を図4に示す。 Then, the obtained dye-sensitized solar cell was evaluated under conditions of AM 1.5, 100 mW / cm 2 and 25 ° C. using a solar simulator (“XES-301S + EL-100” manufactured by Mitsunaga Electric Co., Ltd.). . The output characteristics of the obtained solar cell are shown in FIG.

また、得られた太陽電池において、作成1週間後の出力特性を同様に測定したが、出力特性に変化はなかった。   Further, in the obtained solar cell, the output characteristics one week after the production were measured in the same manner, but there was no change in the output characteristics.

(実施例2)
実施例1において、スプレー塗布に変えて、インクジェット装置((株)アルバック製ID−225D)を用いて、図2に示す模様の光電変換層を形成したこと以外は、実施例1と同様にして、色素増感太陽電池を作製し、評価した。得られた出力特性を図4に示す。
(Example 2)
In Example 1, it replaced with spray application and it carried out similarly to Example 1 except having formed the pattern of photoelectric conversion layers of the pattern shown in FIG. 2 using the inkjet apparatus (ID-225D by ULVAC, Inc.). A dye-sensitized solar cell was prepared and evaluated. The obtained output characteristics are shown in FIG.

また、得られた太陽電池において、作成1週間後の出力特性を同様に測定したが、出力特性に変化はなかった。   Further, in the obtained solar cell, the output characteristics one week after the production were measured in the same manner, but there was no change in the output characteristics.

(実施例3)
実施例1において、光電変換層インク1および2における2−プロパノール量を10重量部とし、スプレー塗布に変えてスクリーン印刷機(ニューロング精密工業(株)製LS−150TV型スクリーン印刷機)を用いて、図2に示す模様の光電変換層を形成したこと以外は、実施例1と同様にして、色素増感太陽電池を作製し、評価した。得られた出力特性を図4に示す。
(Example 3)
In Example 1, the amount of 2-propanol in the photoelectric conversion layer inks 1 and 2 is 10 parts by weight, and instead of spray coating, a screen printer (LS-150TV type screen printer manufactured by Neurong Seimitsu Kogyo Co., Ltd.) is used. A dye-sensitized solar cell was prepared and evaluated in the same manner as in Example 1 except that the photoelectric conversion layer having the pattern shown in FIG. 2 was formed. The obtained output characteristics are shown in FIG.

また、得られた太陽電池において、作成1週間後の出力特性を同様に測定したが、出力特性に変化はなかった。   Further, in the obtained solar cell, the output characteristics one week after the production were measured in the same manner, but there was no change in the output characteristics.

(実施例4)
実施例1において、ITO付きガラス基板に変えて、ITO付ポリエチレンテレフタレート(PET)フィルム(アルドリッチ製、サイズ30×50mm、ITO層の厚み0.12μm)としたこと以外は実施例1と同様にして、色素増感太陽電池を作製し、評価した。得られた出力特性を図4に示す。
(Example 4)
In Example 1, it replaced with the glass substrate with ITO, and it carried out similarly to Example 1 except having set it as the polyethylene terephthalate (PET) film with ITO (The product made from Aldrich, size 30x50 mm, thickness of ITO layer 0.12 micrometer). A dye-sensitized solar cell was prepared and evaluated. The obtained output characteristics are shown in FIG.

また、得られた太陽電池において、作製1週間後の出力特性を同様に測定したが、出力特性に変化はなかった。   Further, in the obtained solar cell, the output characteristics after one week after production were measured in the same manner, but there was no change in the output characteristics.

(実施例5)
まず、実施例1において、色素をスルホローダミンB(東京化成工業(株)製)に変えるとともに、添加量を5重量部としたこと以外は、同様にして光電変換インク3(ピンク色)を調製した。そして、光電変換インク1,2および3を用い、図3に示す模様の光電変換層を形成したこと以外は、実施例2と同様にして、色素増感太陽電池を作製し、評価した。得られた出力特性を図4に示す。
(Example 5)
First, in Example 1, a photoelectric conversion ink 3 (pink) was prepared in the same manner except that the dye was changed to sulforhodamine B (manufactured by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.) and the addition amount was 5 parts by weight. did. And the dye-sensitized solar cell was produced and evaluated like Example 2 except having formed the photoelectric converting layer of the pattern shown in FIG. The obtained output characteristics are shown in FIG.

また、光照射前後(遮光前後)の開放電圧を図5に示す。なお、光照射後の遮光はソーラーシュミレータのランプを消すことで行った。図5から明らかなように、光電変換特性と蓄電機能を備えていることがわかった。   Moreover, the open circuit voltage before and after light irradiation (before and after light shielding) is shown in FIG. The light shielding after the light irradiation was performed by turning off the lamp of the solar simulator. As is apparent from FIG. 5, it was found that the device had photoelectric conversion characteristics and a power storage function.

本発明のインクセットは、複数の色相を有する光電変換層又は光電変換素子(色素増感太陽電池など)を形成するのに有用である。特に、本発明では焼結させることなく、慣用のコーティング法を適用できるので、単純なデザインはもちろんのこと、複雑なデザインであっても、所望のデザインに応じた優れた意匠性を有する光電変換層又は光電変換素子を容易に形成できる。   The ink set of the present invention is useful for forming a photoelectric conversion layer or a photoelectric conversion element (such as a dye-sensitized solar cell) having a plurality of hues. In particular, since the conventional coating method can be applied without sintering in the present invention, a photoelectric conversion having excellent design properties according to a desired design as well as a simple design. A layer or a photoelectric conversion element can be easily formed.

Claims (13)

導電性基板と、この基板上に積層され、複数の色相を有する光電変換層とで構成された積層体であって、光電変換層が、半導体、イオン性ポリマーおよび第1の色素を含むインク(a)で形成された光電変換部位(A)と、半導体、イオン性ポリマーおよび第1の色素と異なる第2の色素を含むインク(b)で形成された光電変換部位(B)とを含む積層体。   A laminated body composed of a conductive substrate and a photoelectric conversion layer stacked on the substrate and having a plurality of hues, wherein the photoelectric conversion layer includes an ink containing a semiconductor, an ionic polymer, and a first dye ( A laminate including the photoelectric conversion site (A) formed in a) and the photoelectric conversion site (B) formed of an ink (b) containing a semiconductor, an ionic polymer, and a second dye different from the first dye. body. インク(a)およびインク(b)において、半導体が、酸化チタンナノ粒子、酸化亜鉛ナノ粒子、酸化スズナノ粒子から選択された少なくとも1種である請求項1記載の積層体。   The laminate according to claim 1, wherein in the ink (a) and the ink (b), the semiconductor is at least one selected from titanium oxide nanoparticles, zinc oxide nanoparticles, and tin oxide nanoparticles. インク(a)およびインク(b)において、イオン性ポリマーが、スルホ基を有するフッ素含有樹脂で構成されている請求項1又は2記載の積層体。   The laminate according to claim 1 or 2, wherein in the ink (a) and the ink (b), the ionic polymer is composed of a fluorine-containing resin having a sulfo group. インク(a)およびインク(b)において、イオン性ポリマーの割合が、半導体1重量部に対して0.05〜20重量部である請求項1〜3のいずれかに記載の積層体。   The laminate according to any one of claims 1 to 3, wherein the ratio of the ionic polymer in the ink (a) and the ink (b) is 0.05 to 20 parts by weight with respect to 1 part by weight of the semiconductor. インク(a)およびインク(b)において、半導体が酸化チタンナノ粒子で構成され、イオン性ポリマーがスルホ基を有するフッ素含有樹脂で構成されたイオン性ポリマーであり、イオン性ポリマーの割合が半導体1重量部に対して0.05〜8重量部である請求項1〜4のいずれかに記載の積層体。   In the ink (a) and the ink (b), the semiconductor is composed of titanium oxide nanoparticles, the ionic polymer is composed of a fluorine-containing resin having a sulfo group, and the proportion of the ionic polymer is 1 weight of the semiconductor. It is 0.05-8 weight part with respect to a part, The laminated body in any one of Claims 1-4. 光電変換部位(A)および少なくとも一部の光電変換部位(B)が、導電性基板上に直接的に形成されている請求項1〜5のいずれかに記載の積層体。   The laminate according to any one of claims 1 to 5, wherein the photoelectric conversion site (A) and at least a part of the photoelectric conversion site (B) are directly formed on the conductive substrate. 光電変換部位(B)が、色素において異なる複数のインクで構成されたインク(b)により、色相の異なる複数の光電変換部位を形成し、光電変換層が3以上の色相を有する請求項1〜6のいずれかに記載の積層体。   The photoelectric conversion part (B) forms a plurality of photoelectric conversion parts having different hues by the ink (b) composed of a plurality of inks different in colorant, and the photoelectric conversion layer has three or more hues. The laminated body in any one of 6. 光電変換層の厚みが、0.1〜100μmである請求項1〜7のいずれかに記載の積層体。   The laminate according to any one of claims 1 to 7, wherein the photoelectric conversion layer has a thickness of 0.1 to 100 µm. 複数の色相を有する光電変換層を形成するためのインクセットであって、半導体、イオン性ポリマーおよび第1の色素を含むインク(a)と、半導体、イオン性ポリマーおよび第1の色素と異なる第2の色素を含むインク(b)とを含むインクセット。   An ink set for forming a photoelectric conversion layer having a plurality of hues, wherein the ink (a) includes a semiconductor, an ionic polymer, and a first dye, and is different from the semiconductor, the ionic polymer, and the first dye. And an ink set (b) containing two pigments. 導電性基板上に、半導体、イオン性ポリマーおよび第1の色素を含むインク(a)と、半導体、イオン性ポリマーおよび第1の色素と異なる第2の色素を含むインク(b)とをコーティングし、半導体を焼結させることなく、光電変換部位(A)および光電変換部位(B)を有する光電変換層を形成し、請求項1〜8のいずれかに記載の積層体を製造する方法。   An ink (a) containing a semiconductor, an ionic polymer and a first dye and an ink (b) containing a second dye different from the semiconductor, the ionic polymer and the first dye are coated on the conductive substrate. The method of forming the photoelectric conversion layer which has a photoelectric conversion site | part (A) and a photoelectric conversion site | part (B), without sintering a semiconductor, and manufacturing the laminated body in any one of Claims 1-8. 導電性基板上にインク(a)をコーティングして光電変換部位(A)を形成した後、少なくとも一部のインク(b)を導電性基板上の光電変換部位(A)が形成されていない部位にコーティングする請求項10記載の製造方法。   After the ink (a) is coated on the conductive substrate to form the photoelectric conversion site (A), at least a part of the ink (b) is not formed with the photoelectric conversion site (A) on the conductive substrate. The manufacturing method of Claim 10 which coats. 請求項1〜8のいずれかに記載の積層体を備えた光電変換素子。   The photoelectric conversion element provided with the laminated body in any one of Claims 1-8. 電極としての請求項1〜8のいずれかに記載の積層体と、この電極に対向して配置される対極と、これらの電極間に介在し、封止処理された電解質層とで構成された色素増感太陽電池である請求項12記載の光電変換素子。   It was comprised with the laminated body in any one of Claims 1-8 as an electrode, the counter electrode arrange | positioned facing this electrode, and the electrolyte layer which interposed between these electrodes and was sealed. The photoelectric conversion element according to claim 12, which is a dye-sensitized solar cell.
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