JP2015065061A - Interface complex-type organic solar battery, and method for manufacturing the same - Google Patents

Interface complex-type organic solar battery, and method for manufacturing the same Download PDF

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an interface complex-type organic solar battery having a high efficiency.SOLUTION: An interface complex-type organic solar battery is a photoelectric conversion element comprising: a first electrode covered with an interface complex formed from dicyanomethylene expressed by the general formula (1) below, and a titanium oxide; and a second electrode opposed to the first electrode; and an electrolytic layer between the first and second electrodes. The interface complex is formed under supercritical carbon dioxide fluid in a pressure range of 10-60 MPa and in a temperature range of 35-150°C. (In the formula, X represents a substituted or unsubstituted divalent organic group.)

Description

本発明は界面錯体型有機太陽電池及びその製造方法に関するものである。   The present invention relates to an interface complex organic solar cell and a method for producing the same.

近年、化石燃料の代替エネルギーとして、また地球温暖化対策として太陽電池の重要性が高鳴っている。しかし、シリコン系太陽電池に代表される現行の太陽電池は、現状ではコストが高く、普及を妨げる要因となっている。
そのため、各種低コスト型の太陽電池の研究開発が進められており、その中でもスイスローザンヌ工科大学のGraetzelらが発表した色素増感太陽電池は、実用化への期待が高まっている(例えば、特許文献1、非特許文献1、2参照)。この太陽電池の構造は、透明導電性ガラス基板上に多孔質な金属酸化物半導体を設け、その表面に吸着した増感色素と、酸化還元対を有する電解質と、対向電極とからなる。Graetzelらは、酸化チタン等の金属酸化物半導体電極を多孔質化して表面積を大きくしたこと、並びに色素としてルテニウム錯体を単分子吸着させたことにより光電変換効率を著しく向上させた。
In recent years, the importance of solar cells has been increasing as an alternative energy to fossil fuels and as a countermeasure against global warming. However, current solar cells typified by silicon-based solar cells are expensive at present and are factors that hinder their spread.
Therefore, various low-cost solar cells are being researched and developed, and among them, dye-sensitized solar cells announced by Graetzel et al. Of Lausanne University of Technology in Switzerland are expected to be put to practical use (for example, patents). Reference 1, Non-Patent Documents 1 and 2). This solar cell has a porous metal oxide semiconductor provided on a transparent conductive glass substrate, and is composed of a sensitizing dye adsorbed on the surface thereof, an electrolyte having a redox couple, and a counter electrode. Graetzel et al. Significantly improved the photoelectric conversion efficiency by making a metal oxide semiconductor electrode such as titanium oxide porous to increase the surface area, and by adsorbing a ruthenium complex as a dye on a single molecule basis.

しかしながら、増感色素に用いられているルテニウム錯体は、希少金属であり、資源的な制約が存在する。そのためより資源的制約の無い有機色素の開発が求められている。既に提案されている増感色素としては、エオシンYなどのキサンテン系色素(非特許文献3参照)、ペリレン系色素(非特許文献4参照)、シアニン色素(特許文献2参照)、メロシアニン色素(特許文献3参照)、クマリン色素(非特許文献5参照)、ポリエン色素(非特許文献6参照)、ポルフィリン色素(非特許文献7参照)、フタロシアニン色素(非特許文献8参照)などが報告されている。   However, the ruthenium complex used for the sensitizing dye is a rare metal and has resource limitations. Therefore, there is a demand for the development of organic dyes that are less resource-constrained. As sensitizing dyes already proposed, xanthene dyes such as eosin Y (see Non-patent Document 3), perylene dyes (see Non-Patent Document 4), cyanine dyes (see Patent Document 2), merocyanine dyes (patents) Reference 3), coumarin dye (see Non-patent document 5), polyene dye (see Non-patent document 6), porphyrin dye (see Non-patent document 7), phthalocyanine dye (see Non-patent document 8) and the like have been reported. .

エオシンYなどのキサンテン系色素やペリレン系色素は吸収波長領域が600nm程度までしか有しておらず、変換効率が低いのが欠点である。シアニン色素、メロシアニン色素、ポリエン色素、クマリン色素などは共役二重結合を多く有しているため、光照射によるシス−トランス異性化が起きやすく、耐久性が非常に低いのが欠点である。ポルフィリン系色素やフタロシアニン系色素は溶解性が低く、酸化チタンへの吸着力が低いことが欠点であり、酸化チタンから脱着しやすい。また、フタロシアニン色素はエネルギーレベルを酸化チタンに適合することが難しい。   Xanthene dyes and perylene dyes such as eosin Y have an absorption wavelength region of only about 600 nm, and have a disadvantage of low conversion efficiency. Since cyanine dyes, merocyanine dyes, polyene dyes, coumarin dyes and the like have many conjugated double bonds, cis-trans isomerization is likely to occur due to light irradiation, and their durability is very low. Porphyrin dyes and phthalocyanine dyes are disadvantageous in that they have low solubility and low adsorption power to titanium oxide, and are easily desorbed from titanium oxide. Also, it is difficult for phthalocyanine dyes to match the energy level with titanium oxide.

近年、正孔輸送性化合物を含有するプッシュプル型のポルフィリン錯体(非特許文献9参照)が非常に高い変換効率が報告されているが、吸収波長領域は750nm程度であり、更なる長波長吸収化による高変換効率化が求められている。   In recent years, a push-pull type porphyrin complex containing a hole transporting compound (see Non-Patent Document 9) has been reported to have a very high conversion efficiency, but the absorption wavelength region is about 750 nm, and further long wavelength absorption is achieved. There is a need for higher conversion efficiency through conversion.

また、このグレッツェルタイプ色素増感太陽電池で用いられているRu金属錯体は、希少金属であるRuを含むため、高性能かつ低コストである色素の開発が望まれてきた。一般には、酸化チタンなどの金属酸化物表面のOH基を利用して、色素を化学吸着させる方法を用いるため、色素にはCOOH基やPOOH基といった官能基の導入が必要となり、色素合成のステップが増えるため、合成コスト増につながる場合もあった。   Further, since the Ru metal complex used in the Gretzel type dye-sensitized solar cell contains Ru, which is a rare metal, development of a dye having high performance and low cost has been desired. In general, since a method of chemically adsorbing a dye using OH groups on the surface of a metal oxide such as titanium oxide is used, it is necessary to introduce a functional group such as a COOH group or a POOH group to the dye. In some cases, this increases the cost of synthesis.

また、ジシアノメチレン化合物と金属酸化物との複合材料を用いた太陽電池(特許文献4、5参照)があるが、ジシアノメチレン化合物の溶解液に金属酸化物を吸着させる時間が長い。更に、高効率化の為には、凝集抑制剤との併用吸着が必要であり、色素吸着量は少なく、金属酸化物層の膜厚は厚くする必要があり、デバイス作製のコスト増につながる。   In addition, there is a solar cell using a composite material of a dicyanomethylene compound and a metal oxide (see Patent Documents 4 and 5), but it takes a long time to adsorb the metal oxide to the dicyanomethylene compound solution. Furthermore, for higher efficiency, combined adsorption with an aggregation inhibitor is necessary, the amount of dye adsorption is small, and the thickness of the metal oxide layer needs to be increased, leading to an increase in the cost of device fabrication.

超臨界二酸化炭素を用い、半導体微粒子表面に対する特に好ましい結合基としてCOOH基、−P(O)(OH)基、―OP(O)(OH)基等を有する特定の色素を吸着させることで、吸着時間の短縮や吸着量増加(特許文献6参照)の報告がある。しかし、ジシアノメチレン化合物を、分解させることなく、速やかに吸着させるための超臨界条件を開示するものではない。
以上、これまでに検討されてきた色素増感太陽電池の増感色素は、何れも満足いく特性のものが得られていないのが現状である。
Use supercritical carbon dioxide to adsorb specific dyes having COOH groups, —P (O) (OH) 2 groups, —OP (O) (OH) 2 groups, etc. as particularly preferred bonding groups to the surface of the semiconductor fine particles. There are reports of shortening the adsorption time and increasing the adsorption amount (see Patent Document 6). However, it does not disclose supercritical conditions for quickly adsorbing a dicyanomethylene compound without decomposing it.
As described above, none of the sensitizing dyes of dye-sensitized solar cells that have been studied so far has been obtained with satisfactory characteristics.

本発明の課題は、このような上記問題点を解決するため、高効率な界面錯体型有機太陽電池を提供することにある。   An object of the present invention is to provide a highly efficient interface complex type organic solar cell in order to solve the above-mentioned problems.

本発明者らは、鋭意研究を重ねた結果、ジシアノメチレン基を有する有機分子と金属酸化物などとからなる界面複合体が従来の溶液浸漬による吸着だけではなく、超臨界二酸化炭素中においても、界面複合体が形成されることを見出した。
更に、トリアリールアミン基を有する立体構造がバルキーである化合物においては、従来の溶液浸漬では界面複合体を形成できないが、本件超臨界二酸化炭素中においては、界面複合体を得ることができた。トリアリールアミン基を有することで、吸光係数が高くなり、光電変換特性向上が可能となった。
As a result of intensive research, the present inventors have not only adsorbed an interface complex composed of an organic molecule having a dicyanomethylene group and a metal oxide by conventional solution immersion, but also in supercritical carbon dioxide, It was found that an interfacial complex was formed.
Further, in a compound having a triarylamine group and having a bulky steric structure, an interface complex cannot be formed by conventional solution immersion, but an interface complex can be obtained in the supercritical carbon dioxide. By having a triarylamine group, the extinction coefficient was increased, and photoelectric conversion characteristics could be improved.

高効率な界面錯体型有機太陽電池を提供できることを見出し、本発明に到達した。すなわち、以下の[1]に記載する発明によって上記課題が解決されることを見出し本発明に至った。
[1]:「下記一般式(1)で表されるジシアノメチレンと酸化チタンから形成される界面錯体により被覆された第一電極と、前記第一電極と対峙する第二電極と、前記第一電極と第二電極との間に電解質層を具備した光電変換素子である界面錯体型有機太陽電池において、前記界面錯体は、10から60MPaの圧力範囲かつ35から150℃の温度範囲で超臨界二酸化炭素流体下により形成されたものであることを特徴とする界面錯体型有機太陽電池;
The present inventors have found that a highly efficient interface complex organic solar cell can be provided, and have reached the present invention. That is, the inventors have found that the above problems can be solved by the invention described in [1] below, and have reached the present invention.
[1]: “A first electrode covered with an interface complex formed of dicyanomethylene and titanium oxide represented by the following general formula (1); a second electrode facing the first electrode; In the interfacial complex type organic solar cell which is a photoelectric conversion element having an electrolyte layer between the electrode and the second electrode, the interfacial complex is supercritical dioxide in a pressure range of 10 to 60 MPa and a temperature range of 35 to 150 ° C. An interfacial complex organic solar cell formed under a carbon fluid;

Figure 2015065061
(式中、Xは置換又は無置換の2価有機基を表す。)」
Figure 2015065061
(In the formula, X represents a substituted or unsubstituted divalent organic group.)

以下の詳細かつ具体的な説明から理解されるように、本発明によれば、高効率な界面錯体型有機太陽電池が提供されるという極めて優れた効果が発揮される。   As will be understood from the following detailed and specific description, according to the present invention, an extremely excellent effect of providing a highly efficient interface complex organic solar cell is exhibited.

本発明に係る色素増感太陽電池の構造を表わす断面図の一例である。It is an example of sectional drawing showing the structure of the dye-sensitized solar cell which concerns on this invention. 本実施形態の合成例1化合物の赤外吸収スペクトル図である。It is an infrared absorption spectrum figure of the synthesis example 1 compound of this embodiment. 本実施形態の合成例2化合物の赤外吸収スペクトル図である。It is an infrared absorption spectrum figure of the synthesis example 2 compound of this embodiment. 吸収スペクトル図である。It is an absorption spectrum figure.

上記のように、本発明は前記[1]記載の「界面錯体型有機太陽電池」に係るものであるが、この「界面錯体型有機太陽電池」は、つぎの[2]〜[6]に記載のような「界面錯体型有機太陽電池」を包含する。また、本発明はつぎの[7]〜[12]に記載のような「界面錯体型有機太陽電池の製造方法」をも提供する。
[2]:「前記界面錯体が示す紫外から近赤外領域に観測される吸収スペクトルが、前記一般式(1)で表されるジシアノメチレンの吸収スペクトルと異なる波長領域に観測されることを特徴とする前記[1]に記載の界面錯体型有機太陽電池。」
[3]:「前記一般式(1)で表されるジシアノメチレンが、つぎの構造式(2)〜一般式(7)の1種以上のジシアノメチレンからなるものであることを特徴とする前記[1]または[2]のいずれかに記載の界面錯体型有機太陽電池;
As described above, the present invention relates to the “interface complex organic solar cell” described in [1]. The “interface complex organic solar cell” includes the following [2] to [6]. It includes “interface complex organic solar cells” as described. The present invention also provides “a method for producing an interface complex organic solar cell” as described in the following [7] to [12].
[2]: “The absorption spectrum observed from the ultraviolet to the near-infrared region indicated by the interface complex is observed in a wavelength region different from the absorption spectrum of dicyanomethylene represented by the general formula (1)” The interface complex organic solar cell according to [1] above.
[3]: “The dicyanomethylene represented by the general formula (1) is composed of one or more dicyanomethylenes of the following structural formulas (2) to (7): [1] or an interface complex organic solar cell according to any one of [2];

Figure 2015065061
Figure 2015065061

[4]:「前記一般式(7)で表されるジシアノメチレンが、下記一般式(8)で表されるものであることを特徴とする前記[3]に記載の界面錯体型有機太陽電池; [4]: “The interface complex organic solar cell according to [3], wherein the dicyanomethylene represented by the general formula (7) is represented by the following general formula (8): ;

Figure 2015065061
(式中、Ar2は、炭素数が6から18の芳香族炭化水素基を表す。Ar3は、アルキル基を置換基として有しても良い炭素数が6から20の芳香族炭化水素基を表す。)」
Figure 2015065061
(In the formula, Ar2 represents an aromatic hydrocarbon group having 6 to 18 carbon atoms. Ar3 represents an aromatic hydrocarbon group having 6 to 20 carbon atoms which may have an alkyl group as a substituent. .) "

[5]:「前記一般式(8)で表されるジシアノメチレンが、下記一般式(9)で表されるものであることを特徴とする前記[4]に記載の界面錯体型有機太陽電池; [5]: “The interface complex organic solar cell according to the above [4], wherein the dicyanomethylene represented by the general formula (8) is represented by the following general formula (9): ;

Figure 2015065061
(式中、Ar4は、フェニル基、ビフェニル基を表す。)」
Figure 2015065061
(In the formula, Ar4 represents a phenyl group or a biphenyl group.)

[6]:「前記一般式(7)で表されるジシアノメチレン化合物が、下記一般式(10)で表されることを特徴とする前記[3]乃至[5]のいずれかに記載の界面錯体型有機太陽電池; [6]: The interface according to any one of [3] to [5], wherein the dicyanomethylene compound represented by the general formula (7) is represented by the following general formula (10): Complex organic solar cells;

Figure 2015065061
(式中、nは0、1、2のいずれかであり、Rはアルキル基を表す)」
Figure 2015065061
(In the formula, n is 0, 1, or 2, and R represents an alkyl group) "

[7]:「界面錯体型有機太陽電池の製造方法であって、該有機太陽電池は下記一般式(1)で表されるジシアノメチレンと酸化チタンから形成される界面錯体により被覆された第一電極と、前記第一電極と対峙する第二電極と、前記第一電極と第二電極との間に電解質層を具備した光電変換素子であり、10から60MPaの圧力範囲かつ35から150℃の温度範囲で、超臨界二酸化炭素流体下により前記界面錯体化合物を形成する工程を含むことを特徴とする界面錯体型有機太陽電池の製造方法; [7]: “A method for producing an interfacial complex organic solar cell, wherein the organic solar cell is coated with an interfacial complex formed from dicyanomethylene and titanium oxide represented by the following general formula (1): A photoelectric conversion element comprising an electrode, a second electrode facing the first electrode, and an electrolyte layer between the first electrode and the second electrode, and having a pressure range of 10 to 60 MPa and a temperature of 35 to 150 ° C. A method for producing an interfacial complex organic solar cell, comprising a step of forming the interfacial complex compound under a supercritical carbon dioxide fluid in a temperature range;

Figure 2015065061
(式中、Xは置換又は無置換の2価有機基を表す。)」
Figure 2015065061
(In the formula, X represents a substituted or unsubstituted divalent organic group.)

[8]:「前記界面錯体が示す紫外から近赤外領域に観測される吸収スペクトルが、前記一般式(1)で表されるジシアノメチレンの吸収スペクトルと異なる波長領域に観測されることを特徴とする前記[7]に記載の界面錯体型有機太陽電池。」
[9]:「前記一般式(1)で表されるジシアノメチレンが、つぎの構造式(2)〜一般式(7)の1種以上のジシアノメチレンからなるものであることを特徴とする前記[7]または[8]のいずれかに記載の界面錯体型有機太陽電池の製造方法;
[8]: “The absorption spectrum observed from the ultraviolet to the near-infrared region indicated by the interface complex is observed in a wavelength region different from the absorption spectrum of dicyanomethylene represented by the general formula (1)” The interfacial complex type organic solar cell according to [7].
[9]: “The dicyanomethylene represented by the general formula (1) is composed of one or more dicyanomethylenes of the following structural formulas (2) to (7): [7] or a method for producing an interface complex organic solar cell according to any one of [8];

Figure 2015065061
Figure 2015065061

[10]:「前記一般式(7)で表されるジシアノメチレンが、下記一般式(8)で表されるものであることを特徴とする前記[9]に記載の界面錯体型有機太陽電池の製造方法; [10]: “The interface complex organic solar cell according to [9], wherein the dicyanomethylene represented by the general formula (7) is represented by the following general formula (8): Manufacturing method of

Figure 2015065061
(式中、Ar2は、炭素数が6から18の芳香族炭化水素基を表す。Ar3は、アルキル基を置換基として有しても良い炭素数が6から20の芳香族炭化水素基を表す。)」
Figure 2015065061
(In the formula, Ar2 represents an aromatic hydrocarbon group having 6 to 18 carbon atoms. Ar3 represents an aromatic hydrocarbon group having 6 to 20 carbon atoms which may have an alkyl group as a substituent. .) "

[11]:「前記一般式(8)で表されるジシアノメチレンが、下記一般式(9)で表されるものであることを特徴とする前記[10]に記載の界面錯体型有機太陽電池の製造方法; [11]: “The interface complex organic solar cell according to [10], wherein the dicyanomethylene represented by the general formula (8) is represented by the following general formula (9): Manufacturing method of

Figure 2015065061
(式中、Ar4は、フェニル基、ビフェニル基を表す。)」
Figure 2015065061
(In the formula, Ar4 represents a phenyl group or a biphenyl group.)

[12]:「前記一般式(7)で表されるジシアノメチレン化合物が、下記一般式(10)で表されることを特徴とする前記[9]乃至[11]のいずれかに記載の界面錯体型有機太陽電池の製造方法; [12]: The interface according to any one of [9] to [11], wherein the dicyanomethylene compound represented by the general formula (7) is represented by the following general formula (10): A method for producing a complex organic solar cell;

Figure 2015065061
(式中、nは0、1、2のいずれかであり、Rはアルキル基を表す)」
Figure 2015065061
(In the formula, n is 0, 1, or 2, and R represents an alkyl group) "

以下本発明を詳細に説明する。
界面型有機太陽電池の構成について図1に基づいて説明する。なお、図1は界面型有機太陽電池の断面図である。
図1に示す態様においては、基板(1)上に第一電極(2)が設けられ、粒状の電子輸送材料からなる電子輸送層(3)、電子輸送材料上に光増感剤(4)が吸着し、第二電極(6)との間に電荷移動層(5)を挟み込んだ構成をとっている。
The present invention will be described in detail below.
The configuration of the interface type organic solar cell will be described with reference to FIG. In addition, FIG. 1 is sectional drawing of an interface type organic solar cell.
In the embodiment shown in FIG. 1, a first electrode (2) is provided on a substrate (1), an electron transport layer (3) made of a granular electron transport material, and a photosensitizer (4) on the electron transport material. Is adsorbed and the charge transfer layer (5) is sandwiched between the second electrode (6).

<第一電極>
本発明に用いられる第一電極(2)としては、可視光に対して透明な導電性物質であれば特に限定されるものではなく、通常の光電変換素子、あるいは液晶パネル等に用いられる公知のものを使用できる。
例えば、インジウム・スズ酸化物(以下、ITOと称す)、フッ素ドープ酸化スズ(以下、FTOと称す)、アンチモンドープ酸化スズ(以下、ATOと称す)、インジウム・亜鉛酸化物、ニオブ・チタン酸化物、グラフェン等が挙げられ、これらが単独あるいは複数積層されていてもよい。
第一電極の厚さは5nm〜100μmが好ましく、50nm〜10μmが更に好ましい。
また第一電極は一定の硬性を維持するため、可視光に透明な材質からなる基板上に設けることが好ましく、例えば、ガラス、透明プラスチック板、透明プラスチック膜、無機物透明結晶体などが用いられる。
<First electrode>
The first electrode (2) used in the present invention is not particularly limited as long as it is a conductive material that is transparent to visible light, and is a known one used in ordinary photoelectric conversion elements or liquid crystal panels. Things can be used.
For example, indium / tin oxide (hereinafter referred to as ITO), fluorine-doped tin oxide (hereinafter referred to as FTO), antimony-doped tin oxide (hereinafter referred to as ATO), indium / zinc oxide, niobium / titanium oxide , Graphene and the like, and these may be used alone or in a plurality of layers.
The thickness of the first electrode is preferably 5 nm to 100 μm, and more preferably 50 nm to 10 μm.
The first electrode is preferably provided on a substrate made of a material transparent to visible light in order to maintain a certain hardness. For example, glass, a transparent plastic plate, a transparent plastic film, an inorganic transparent crystal, or the like is used.

第一電極と基板が一体となっている公知のものを用いることもでき、例えば、FTOコートガラス、ITOコートガラス、酸化亜鉛:アルミニウムコートガラス、FTOコート透明プラスチック膜、ITOコート透明プラスチック膜等が挙げられる。
また、酸化スズや酸化インジウムに原子価の異なる陽イオン若しくは陰イオンをドープした透明電極、メッシュ状、ストライプ状など光が透過できる構造にした金属電極をガラス基板等の基板上に設けたものでもよい。これらは単独あるいは2種以上の混合、または積層したものでも構わない。また抵抗を下げる目的で、金属リード線等を併用してもよい。
金属リード線の材質はアルミニウム、銅、銀、金、白金、ニッケル等の金属が挙げられる。金属リード線は、基板に蒸着、スパッタリング、圧着等で設置し、その上にITOやFTOを設ける方法が挙げられる。
A known one in which the first electrode and the substrate are integrated can also be used, for example, FTO coated glass, ITO coated glass, zinc oxide: aluminum coated glass, FTO coated transparent plastic film, ITO coated transparent plastic film, etc. Can be mentioned.
In addition, a transparent electrode obtained by doping cations or anions with different valences into tin oxide or indium oxide, or a metal electrode having a structure capable of transmitting light, such as a mesh shape or a stripe shape, provided on a substrate such as a glass substrate Good. These may be used singly or as a mixture of two or more kinds or laminated ones. Further, for the purpose of reducing the resistance, a metal lead wire or the like may be used in combination.
Examples of the material of the metal lead wire include metals such as aluminum, copper, silver, gold, platinum, and nickel. For example, the metal lead wire may be provided on the substrate by vapor deposition, sputtering, pressure bonding, or the like, and ITO or FTO may be provided thereon.

<電子輸送層>
本発明の色素増感太陽電池は、上記の第一電極(2)上に、電子輸送層(3)として、半導体からなる薄膜を形成する。
この電子輸送層層(3)は、第一電極(2)上に緻密な電子輸送層を形成し、更にその上に多孔質状の電子輸送層(3)を形成する積層構造であっても構わない。
この緻密な電子輸送層は、第一電極(2)と電荷移動層(5)との電子的コンタクトを防ぐ目的で形成するものである。従って、第一電極(2)と電荷移動層(5)が物理的に接触しなければ、ピンホールやクラック等が形成されていても構わない。
また、この緻密な電子輸送層(3)の膜厚に制限はないが、10nm〜1μmが好ましく、20nm〜700nmがより好ましい。
なお、電子輸送層(3)の「緻密」とは、電子輸送層中の半導体微粒子の充填密度より高密度で無機酸化物半導体が充填されていることを意味する。
緻密な電子輸送層上に形成する多孔質状の電子輸送層(3)は、単層であっても多層であってもよい。
多層の場合、粒径の異なる半導体微粒子の分散液を多層塗布することも、種類の異なる半導体や、樹脂、添加剤の組成が異なる塗布層を多層塗布することもできる。
一度の塗布で膜厚が不足する場合には、多層塗布は有効な手段である。
<Electron transport layer>
In the dye-sensitized solar cell of the present invention, a thin film made of a semiconductor is formed as the electron transport layer (3) on the first electrode (2).
The electron transport layer (3) has a laminated structure in which a dense electron transport layer is formed on the first electrode (2) and a porous electron transport layer (3) is further formed thereon. I do not care.
This dense electron transport layer is formed for the purpose of preventing electronic contact between the first electrode (2) and the charge transfer layer (5). Therefore, if the first electrode (2) and the charge transfer layer (5) are not in physical contact, pinholes, cracks, or the like may be formed.
Moreover, although there is no restriction | limiting in the film thickness of this precise | minute electron carrying layer (3), 10 nm-1 micrometer are preferable and 20 nm-700 nm are more preferable.
The “dense” of the electron transport layer (3) means that the inorganic oxide semiconductor is filled at a higher density than the packing density of the semiconductor fine particles in the electron transport layer.
The porous electron transport layer (3) formed on the dense electron transport layer may be a single layer or multiple layers.
In the case of multiple layers, a dispersion of semiconductor fine particles having different particle diameters can be applied in multiple layers, or different types of semiconductors, and application layers having different compositions of resins and additives can be applied in multiple layers.
Multi-layer coating is an effective means when the film thickness is insufficient with a single coating.

一般的に、電子輸送層の膜厚が増大するほど単位投影面積当たりの担持光増感化合物量も増えるため光の捕獲率が高くなるが、注入された電子の拡散距離も増えるため電荷の再結合によるロスも大きくなってしまう。従って、電子輸送層の膜厚は100nm〜100μmが好ましい。   In general, as the film thickness of the electron transport layer increases, the amount of the photosensitized compound carried per unit projected area increases, so that the light capture rate increases. Loss due to coupling also increases. Therefore, the film thickness of the electron transport layer is preferably 100 nm to 100 μm.

半導体としては特に限定されるものではなく、公知のものを使用することができる。
具体的には、シリコン、ゲルマニウムのような単体半導体、あるいは金属のカルコゲニドに代表される化合物半導体、またはペロブスカイト構造を有する化合物等を挙げることができる。
金属のカルコゲニドとしてはチタン、スズ、亜鉛、鉄、タングステン、ジルコニウム、ハフニウム、ストロンチウム、インジウム、セリウム、イットリウム、ランタン、バナジウム、ニオブ、あるいはタンタルの酸化物、カドミウム、亜鉛、鉛、銀、アンチモン、ビスマスの硫化物、カドミウム、鉛のセレン化物、カドミウムのテルル化物等が挙げられる。
他の化合物半導体としては亜鉛、ガリウム、インジウム、カドミウム、等のリン化物、ガリウム砒素、銅−インジウム−セレン化物、銅−インジウム−硫化物等が好ましい。
また、ペロブスカイト構造を有する化合物としては、チタン酸ストロンチウム、チタン酸カルシウム、チタン酸ナトリウム、チタン酸バリウム、ニオブ酸カリウム等が好ましい。
これらの中でも酸化物半導体が好ましく、特に酸化チタン、酸化亜鉛、酸化スズ、酸化ニオブが好ましく、単独、あるいは2種以上の混合で使用しても構わない。これらの半導体の結晶型は特に限定されるものではなく、単結晶でも多結晶でも、あるいは非晶質でも構わない。
The semiconductor is not particularly limited, and a known semiconductor can be used.
Specifically, a single semiconductor such as silicon or germanium, a compound semiconductor typified by a metal chalcogenide, a compound having a perovskite structure, or the like can be given.
Metal chalcogenides include titanium, tin, zinc, iron, tungsten, zirconium, hafnium, strontium, indium, cerium, yttrium, lanthanum, vanadium, niobium, or tantalum oxides, cadmium, zinc, lead, silver, antimony, bismuth. Sulfide, cadmium, lead selenide, cadmium telluride and the like.
Other compound semiconductors are preferably phosphides such as zinc, gallium, indium, cadmium, gallium arsenide, copper-indium-selenide, copper-indium-sulfide, and the like.
As the compound having a perovskite structure, strontium titanate, calcium titanate, sodium titanate, barium titanate, potassium niobate and the like are preferable.
Among these, an oxide semiconductor is preferable, and titanium oxide, zinc oxide, tin oxide, and niobium oxide are particularly preferable, and they may be used alone or in combination of two or more. The crystal type of these semiconductors is not particularly limited, and may be single crystal, polycrystal, or amorphous.

半導体微粒子のサイズに特に制限はないが、一次粒子の平均粒径は1〜100nmが好ましく、5〜50nmがより好ましい。
また、より大きい平均粒径の半導体微粒子を混合あるいは積層して入射光を散乱させる効果により、効率を向上させることも可能である。この場合の半導体の平均粒径は50〜500nmが好ましい。
Although there is no restriction | limiting in particular in the size of a semiconductor fine particle, 1-100 nm is preferable and, as for the average particle diameter of a primary particle, 5-50 nm is more preferable.
Further, the efficiency can be improved by the effect of scattering incident light by mixing or laminating semiconductor fine particles having a larger average particle diameter. In this case, the average particle size of the semiconductor is preferably 50 to 500 nm.

電子輸送層の作製方法には特に制限はなく、スパッタリング等の真空中で薄膜を形成する方法や湿式製膜法が挙げられる。
製造コスト等を考慮した場合、特に湿式製膜法が好ましく、半導体微粒子の粉末あるいはゾルを分散したペーストを調製し、電子集電電極基板上に塗布する方法が好ましい。
この湿式製膜法を用いた場合、塗布方法は特に制限はなく、公知の方法に従って行なうことができる。
例えば、ディップ法、スプレー法、ワイヤーバー法、スピンコート法、ローラーコート法、ブレードコート法、グラビアコート法、また、湿式印刷方法として、凸版、オフセット、グラビア、凹版、ゴム版、スクリーン印刷等様々な方法を用いることができる。
機械的粉砕、あるいはミルを使用して分散液を作製する場合、少なくとも半導体微粒子単独、あるいは半導体微粒子と樹脂の混合物を水あるいは有機溶剤に分散して形成される。
There is no restriction | limiting in particular in the preparation methods of an electron carrying layer, The method of forming a thin film in vacuum, such as sputtering, and the wet film forming method are mentioned.
In view of the manufacturing cost and the like, a wet film forming method is particularly preferable, and a method in which a paste in which semiconductor fine particle powder or sol is dispersed is prepared and applied onto an electron collecting electrode substrate is preferable.
When this wet film-forming method is used, the coating method is not particularly limited, and can be performed according to a known method.
For example, dip method, spray method, wire bar method, spin coating method, roller coating method, blade coating method, gravure coating method, and wet printing methods such as relief printing, offset, gravure, intaglio printing, rubber printing, screen printing, etc. Can be used.
When a dispersion is prepared by mechanical pulverization or using a mill, it is formed by dispersing at least semiconductor fine particles alone or a mixture of semiconductor fine particles and a resin in water or an organic solvent.

この時に使用される樹脂としては、スチレン、酢酸ビニル、アクリル酸エステル、メタクリル酸エステル等によるビニル化合物の重合体や共重合体、シリコン樹脂、フェノキシ樹脂、ポリスルホン樹脂、ポリビニルブチラール樹脂、ポリビニルホルマール樹脂、ポリエステル樹脂、セルロースエステル樹脂、セルロースエーテル樹脂、ウレタン樹脂、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリアリレート樹脂、ポリアミド樹脂、ポリイミド樹脂等が挙げられる。   As the resin used at this time, polymers and copolymers of vinyl compounds such as styrene, vinyl acetate, acrylic acid ester, methacrylic acid ester, silicon resin, phenoxy resin, polysulfone resin, polyvinyl butyral resin, polyvinyl formal resin, Examples include polyester resin, cellulose ester resin, cellulose ether resin, urethane resin, phenol resin, epoxy resin, polycarbonate resin, polyarylate resin, polyamide resin, polyimide resin, and the like.

半導体微粒子を分散する溶媒としては、水、メタノール、エタノール、イソプロピルアルコール、α−テルピネオール等のアルコール系溶媒、アセトン、メチルエチルケトン、あるいはメチルイソブチルケトン等のケトン系溶媒、ギ酸エチル、酢酸エチル、あるいは酢酸n−ブチル等のエステル系溶媒、ジエチルエーテル、ジメトキシエタン、テトラヒドロフラン、ジオキソラン、あるいはジオキサン等のエーテル系溶媒、N,N−ジメチルホルムアミド、N,N−ジメチルアセトアミド、あるいはN−メチル−2−ピロリドン等のアミド系溶媒、ジクロロメタン、クロロホルム、ブロモホルム、ヨウ化メチル、ジクロロエタン、トリクロロエタン、トリクロロエチレン、クロロベンゼン、o−ジクロロベンゼン、フルオロベンゼン、ブロモベンゼン、ヨードベンゼン、あるいは1−クロロナフタレン等のハロゲン化炭化水素系溶媒、n−ペンタン、n−ヘキサン、n−オクタン、1,5−ヘキサジエン、シクロヘキサン、メチルシクロヘキサン、シクロヘキサジエン、ベンゼン、トルエン、o−キシレン、m−キシレン、p−キシレン、エチルベンゼン、あるいはクメン等の炭化水素系溶媒を挙げることができる。これらは単独、あるいは2種以上の混合溶媒として用いることができる。   Solvents for dispersing the semiconductor fine particles include water, alcohol solvents such as methanol, ethanol, isopropyl alcohol, and α-terpineol, ketone solvents such as acetone, methyl ethyl ketone, and methyl isobutyl ketone, ethyl formate, ethyl acetate, and n acetate. Ester solvents such as butyl, ether solvents such as diethyl ether, dimethoxyethane, tetrahydrofuran, dioxolane, or dioxane, N, N-dimethylformamide, N, N-dimethylacetamide, or N-methyl-2-pyrrolidone Amide solvents, dichloromethane, chloroform, bromoform, methyl iodide, dichloroethane, trichloroethane, trichloroethylene, chlorobenzene, o-dichlorobenzene, fluorobenzene, bromo Halogenated hydrocarbon solvents such as benzene, iodobenzene or 1-chloronaphthalene, n-pentane, n-hexane, n-octane, 1,5-hexadiene, cyclohexane, methylcyclohexane, cyclohexadiene, benzene, toluene, o Examples thereof include hydrocarbon solvents such as xylene, m-xylene, p-xylene, ethylbenzene, and cumene. These can be used alone or as a mixed solvent of two or more.

半導体微粒子の分散液、あるいはゾル−ゲル法等によって得られた半導体微粒子のペーストは、粒子の再凝集を防ぐため、塩酸、硝酸、酢酸等の酸、ポリオキシエチレン(10)オクチルフェニルエーテル等の界面活性剤、アセチルアセトン、2−アミノエタノール、エチレンジアミン等のキレート化剤等を添加することができる。   In order to prevent re-aggregation of particles, a paste of semiconductor fine particles obtained by a dispersion of semiconductor fine particles or a sol-gel method is used, such as acids such as hydrochloric acid, nitric acid and acetic acid, Surfactants, chelating agents such as acetylacetone, 2-aminoethanol, and ethylenediamine can be added.

また、製膜性を向上させる目的で増粘剤を添加することも有効な手段である。
この時加える増粘剤としては、ポリエチレングリコール、ポリビニルアルコール等の高分子、エチルセルロース等の増粘剤等が挙げられる。
It is also an effective means to add a thickener for the purpose of improving the film forming property.
Examples of the thickener added at this time include polymers such as polyethylene glycol and polyvinyl alcohol, and thickeners such as ethyl cellulose.

半導体微粒子は、塗布した後に粒子同士を電子的にコンタクトさせ、膜強度の向上や基板との密着性を向上させるために焼成、マイクロ波照射、電子線照射、あるいはレーザー光照射を行なうことが好ましい。これらの処理は単独で行なってもあるいは二種類以上組み合わせて行なってもよい。
焼成する場合、焼成温度の範囲に特に制限はないが、温度を上げ過ぎると基板の抵抗が高くなったり、溶融することもあるため、30〜700℃が好ましく、100〜600℃がより好ましい。また、焼成時間にも特に制限はないが、10分〜10時間が好ましい。
焼成後、半導体微粒子の表面積の増大や、光増感化合物から半導体微粒子への電子注入効率を高める目的で、例えば四塩化チタンの水溶液や有機溶剤との混合溶液を用いた化学メッキや三塩化チタン水溶液を用いた電気化学的メッキ処理を行なってもよい。
The semiconductor fine particles are preferably subjected to firing, microwave irradiation, electron beam irradiation, or laser beam irradiation in order to bring the particles into electronic contact with each other after coating and to improve film strength and adhesion to the substrate. . These processes may be performed alone or in combination of two or more.
When firing, the range of the firing temperature is not particularly limited, but if the temperature is raised too much, the resistance of the substrate may be increased or the substrate may be melted, so 30 to 700 ° C is preferable, and 100 to 600 ° C is more preferable. Moreover, although there is no restriction | limiting in particular also in baking time, 10 minutes-10 hours are preferable.
For the purpose of increasing the surface area of the semiconductor fine particles after firing and increasing the efficiency of electron injection from the photosensitizing compound to the semiconductor fine particles, for example, chemical plating using titanium tetrachloride aqueous solution or mixed solution with organic solvent, titanium trichloride Electrochemical plating using an aqueous solution may be performed.

マイクロ波照射は、電子輸送層形成側から照射しても、裏側から照射しても構わない。照射時間には特に制限がないが、1時間以内で行なうことが好ましい。直径が数十nmの半導体微粒子を焼結等によって積層した膜は、多孔質状態を形成する。
このナノ多孔構造は、非常に高い表面積を持ち、その表面積はラフネスファクターを用いて表わすことができる。このラフネスファクターは、基板に塗布した半導体微粒子の面積に対する多孔質内部の実面積を表わす数値である。従って、ラフネスファクターは大きいほど好ましいが、電子輸送層の膜厚との関係もあり、本発明においては20以上が好ましい。
Microwave irradiation may be performed from the electron transport layer forming side or from the back side. Although there is no restriction | limiting in particular in irradiation time, It is preferable to carry out within 1 hour. A film in which semiconductor fine particles having a diameter of several tens of nanometers are stacked by sintering or the like forms a porous state.
This nanoporous structure has a very high surface area, which can be expressed using a roughness factor. The roughness factor is a numerical value representing the actual area inside the porous body relative to the area of the semiconductor fine particles applied to the substrate. Accordingly, the roughness factor is preferably as large as possible, but it is also related to the film thickness of the electron transport layer, and is preferably 20 or more in the present invention.

<光増感化合物>
本発明では変換効率の更なる向上のため、光増感化合物を電子輸送性半導体の表面に吸着させる。本発明における光増感化合物は一般式(1)に示すものを用いる。
以下に一般式(1)における具体的な例示化合物を記すが、何らこれらに限定されるものではない。
<Photosensitizing compound>
In the present invention, in order to further improve the conversion efficiency, the photosensitizing compound is adsorbed on the surface of the electron transporting semiconductor. As the photosensitizing compound in the present invention, one represented by the general formula (1) is used.
Although the specific exemplary compound in General formula (1) is described below, it is not limited to these at all.

Figure 2015065061
Figure 2015065061

電子輸送層(3)に光増感化合物(4)を吸着させる方法としては、一般的には、光増感化合物溶液中あるいは分散液中に半導体微粒子を含有する電子集電電極を浸漬する方法、溶液あるいは分散液を電子輸送層に塗布して吸着させる方法を用いることができる。前者の場合、浸漬法、ディップ法、ローラ法、エアーナイフ法等を用いることができ、後者の場合は、ワイヤーバー法、スライドホッパー法、エクストルージョン法、カーテン法、スピン法、スプレー法等を用いることができる。   As a method of adsorbing the photosensitizing compound (4) to the electron transport layer (3), generally, a method of immersing an electron current collecting electrode containing semiconductor fine particles in a photosensitizing compound solution or a dispersion liquid Alternatively, a method in which a solution or dispersion is applied to the electron transport layer and adsorbed can be used. In the former case, dipping method, dipping method, roller method, air knife method, etc. can be used, and in the latter case, wire bar method, slide hopper method, extrusion method, curtain method, spin method, spray method, etc. Can be used.

本発明においては、二酸化炭素などを用いた超臨界流体中で吸着させることで、ケノデオキシコール酸等のステロイド化合物や、長鎖アルキルカルボン酸または長鎖アルキルホスホン酸等の共吸着剤(凝集解離剤)を併用することなく、化合物間の凝集を抑制することができる。
超臨界二酸化炭素を用いて、ジシアノメチレン化合物と酸化チタンから形成される界面錯体化合物を形成させる時間は、1分以上1000時間以下が好ましく、5分以上500時間以下がより好ましく、10分以上100時間以下が更に好ましい。
In the present invention, by adsorbing in a supercritical fluid using carbon dioxide or the like, a steroid compound such as chenodeoxycholic acid or a coadsorbent (aggregation dissociator) such as a long-chain alkyl carboxylic acid or a long-chain alkyl phosphonic acid Aggregation between compounds can be suppressed without using together.
The time for forming the interfacial complex compound formed from the dicyanomethylene compound and titanium oxide using supercritical carbon dioxide is preferably 1 minute to 1000 hours, more preferably 5 minutes to 500 hours, and more preferably 10 minutes to 100 hours. More preferably, the time is less than the time.

また、超臨界二酸化炭素を用いて、ジシアノメチレンと酸化チタンから形成される界面錯体を形成させる圧力は、10MPa以上60MPa以下が好ましく、15MPa以上50MPa以下がより好ましく、20MPa以上40MPa以下が更に好ましい。   Further, the pressure for forming an interface complex formed from dicyanomethylene and titanium oxide using supercritical carbon dioxide is preferably 10 MPa or more and 60 MPa or less, more preferably 15 MPa or more and 50 MPa or less, and further preferably 20 MPa or more and 40 MPa or less.

更に、超臨界二酸化炭素を用いて、ジシアノメチレンと酸化チタンから形成される界面錯体を形成させる温度は、35℃以上150℃以下が好ましく、40℃以上135℃以下がより好ましく、50℃以上120℃以下が更に好ましい。   Furthermore, the temperature at which the interface complex formed from dicyanomethylene and titanium oxide is formed using supercritical carbon dioxide is preferably 35 ° C. or higher and 150 ° C. or lower, more preferably 40 ° C. or higher and 135 ° C. or lower, and 50 ° C. or higher and 120 ° C. or lower. More preferably, it is not higher than ° C.

<電解移動層>
本発明の電荷移動層としては、酸化還元対を有機溶媒に溶解した電解液、酸化還元対を有機溶媒に溶解した液体をポリマーマトリックスに含浸したゲル電解質、酸化還元対を含有する溶融塩、固体電解質、無機ホール輸送材料、有機ホール輸送材料等を用いることができる。
本発明で使用される電解液は、電解質、溶媒、及び添加物から構成されることが好ましい。好ましい電解質はヨウ化リチウム、ヨウ化ナトリウム、ヨウ化カリウム、ヨウ化セシウム、ヨウ化カルシウム等の金属ヨウ化物−ヨウ素の組合せ、テトラアルキルアンモニウムヨーダイド、ピリジニウムヨーダイド、イミダゾリウムヨーダイド等の4級アンモニウム化合物のヨウ素塩−ヨウ素の組合せ、臭化リチウム、臭化ナトリウム、臭化カリウム、臭化セシウム、臭化カルシウム等の金属臭化物−臭素の組合せ、テトラアルキルアンモニウムブロマイド、ピリジニウムブロマイド等の4級アンモニウム化合物の臭素塩−臭素の組合せ、フェロシアン酸塩−フェリシアン酸塩、フェロセン−フェリシニウムイオン等の金属錯体、ポリ硫化ナトリウム、アルキルチオール−アルキルジスルフィド等のイオウ化合物、ビオロゲン色素、ヒドロキノン−キノン、コバルトなどの金属錯体、ニトロキシドラジカル化合物等が挙げられる。
上述の電解質は単独の組合せであっても混合であってもよい。また、イミダゾリニウムヨーダイドなどのイオン液体を用いた場合は、特に溶媒を用いなくても構わない。
<Electrolytic transfer layer>
As the charge transfer layer of the present invention, an electrolytic solution in which a redox couple is dissolved in an organic solvent, a gel electrolyte in which a liquid in which the redox couple is dissolved in an organic solvent is impregnated in a polymer matrix, a molten salt containing the redox couple, a solid An electrolyte, an inorganic hole transport material, an organic hole transport material, or the like can be used.
The electrolytic solution used in the present invention is preferably composed of an electrolyte, a solvent, and an additive. Preferred electrolytes are metal iodide-iodine combinations such as lithium iodide, sodium iodide, potassium iodide, cesium iodide, and calcium iodide, and quaternary compounds such as tetraalkylammonium iodide, pyridinium iodide, and imidazolium iodide. Iodine salt of ammonium compound-iodine combination, metal bromide-bromine combination such as lithium bromide, sodium bromide, potassium bromide, cesium bromide, calcium bromide, quaternary ammonium such as tetraalkylammonium bromide, pyridinium bromide Bromine-bromine combinations of compounds, metal complexes such as ferrocyanate-ferricyanate, ferrocene-ferricinium ion, sodium compounds such as polysulfide, alkylthiol-alkyldisulfide, viologen dyes, hydroxy Down - quinones, metal complexes such as cobalt, include the nitroxide radical compounds.
The above electrolytes may be a single combination or a mixture. Further, when an ionic liquid such as imidazolinium iodide is used, it is not particularly necessary to use a solvent.

電解液における電解質濃度は、0.05〜20Mが好ましく、0.1〜15Mが更に好ましい。電解液に用いる溶媒としては、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート等のカーボネート系溶媒、3−メチル−2−オキサゾリジノン等の複素環化合物、ジオキサン、ジエチルエーテル、エチレングリコールジアルキルエーテル等のエーテル系溶媒、メタノール、エタノール、ポリプロピレングリコールモノアルキルエーテル等のアルコール系溶媒、アセトニトリル、ベンゾニトリル等のニトリル系溶媒、ジメチルスルホキシド、スルホラン等の非プロトン性極性溶媒等が好ましく、また、t−ブチルピリジン、2−ピコリン、2,6−ルチジン等の塩基性化合物を併用しても構わない。   The electrolyte concentration in the electrolytic solution is preferably 0.05 to 20M, and more preferably 0.1 to 15M. Solvents used for the electrolyte include carbonate solvents such as ethylene carbonate and propylene carbonate, heterocyclic compounds such as 3-methyl-2-oxazolidinone, ether solvents such as dioxane, diethyl ether and ethylene glycol dialkyl ether, methanol, ethanol , Alcohol solvents such as polypropylene glycol monoalkyl ether, nitrile solvents such as acetonitrile and benzonitrile, aprotic polar solvents such as dimethyl sulfoxide and sulfolane, etc. are preferable, and t-butylpyridine, 2-picoline, 2, A basic compound such as 6-lutidine may be used in combination.

本発明では、電解質はポリマー添加、オイルゲル化剤添加、多官能モノマー類を含む重合、ポリマーの架橋反応等の手法によりゲル化させることもできる。ポリマー添加によりゲル化させる場合の好ましいポリマーとしては、ポリアクリロニトリル、ポリフッ化ビニリデン等を挙げることができる。オイルゲル化剤添加によりゲル化させる場合の好ましいゲル化剤としては、ジベンジルデン−D−ソルビトール、コレステロール誘導体、アミノ酸誘導体、トランス−(1R,2R)−1,2−シクロヘキサンジアミンのアルキルアミド誘導体、アルキル尿素誘導体、N−オクチル−D−グルコンアミドベンゾエート、双頭型アミノ酸誘導体、4級アンモニウム誘導体等を挙げることができる。   In the present invention, the electrolyte can be gelled by a technique such as addition of a polymer, addition of an oil gelling agent, polymerization including polyfunctional monomers, or a crosslinking reaction of the polymer. Preferable polymers in the case of gelation by polymer addition include polyacrylonitrile, polyvinylidene fluoride and the like. Preferred gelling agents for gelation by adding an oil gelling agent include dibenzylden-D-sorbitol, cholesterol derivatives, amino acid derivatives, alkylamide derivatives of trans- (1R, 2R) -1,2-cyclohexanediamine, alkylureas Derivatives, N-octyl-D-gluconamide benzoate, double-headed amino acid derivatives, quaternary ammonium derivatives and the like can be mentioned.

多官能モノマーによって重合する場合の好ましいモノマーとしては、ジビニルベンゼン、エチレングルコールジメタクリレート、エチレングリコールジアクリレート、ジエチレングリコールジメタクリレート、トリエチレングリコールジメタクリレート、ペンタエリスリトールトリアクリレート、トリメチロールプロパントリアクリレート等を挙げることができる。更に、アクリルアミド、メチルアクリレート等のアクリル酸やα−アルキルアクリル酸から誘導されるエステル類やアミド類、マレイン酸ジメチル、フマル酸ジエチル等のマレイン酸やフマル酸から誘導されるエステル類、ブタジエン、シクロペンタジエン等のジエン類、スチレン、p−クロロスチレン、スチレンスルホン酸ナトリウム等の芳香族ビニル化合物、ビニルエステル類、アクリロニトリル、メタクリロニトリル、含窒素複素環を有するビニル化合物、4級アンモニウム塩を有するビニル化合物、N−ビニルホルムアミド、ビニルスルホン酸、ビニリデンフルオライド、ビニルアルキルエーテル類、N−フェニルマレイミド等の単官能モノマーを含有してもよい。   Preferred monomers for polymerization with a polyfunctional monomer include divinylbenzene, ethylene glycol dimethacrylate, ethylene glycol diacrylate, diethylene glycol dimethacrylate, triethylene glycol dimethacrylate, pentaerythritol triacrylate, trimethylolpropane triacrylate, and the like. be able to. Furthermore, esters and amides derived from acrylic acid such as acrylamide and methyl acrylate and α-alkyl acrylic acid, esters derived from maleic acid and fumaric acid such as dimethyl maleate and diethyl fumarate, butadiene, cyclohexane and the like. Dienes such as pentadiene, aromatic vinyl compounds such as styrene, p-chlorostyrene and sodium styrene sulfonate, vinyl esters, acrylonitrile, methacrylonitrile, vinyl compounds having a nitrogen-containing heterocyclic ring, vinyl having a quaternary ammonium salt A monofunctional monomer such as a compound, N-vinylformamide, vinylsulfonic acid, vinylidene fluoride, vinyl alkyl ethers, N-phenylmaleimide may be contained.

モノマー全量に占める多官能性モノマーは、0.5〜70質量%が好ましく、1.0〜50質量%がより好ましい。
上述のモノマーは、ラジカル重合によって重合することができる。本発明で使用できるゲル電解質用モノマーは、加熱、光、電子線あるいは電気化学的にラジカル重合することができる。架橋高分子が加熱によって形成される場合に使用される重合開始剤は、2,2´−アゾビスイソブチロニトリル、2,2´−アゾビス(2,4−ジメチルバレロニトリル)、ジメチル−2,2´−アゾビス(2−メチルプロピオネート)等のアゾ系開始剤、ベンゾイルパーオキシド等の過酸化物系開始剤等が好ましい。これらの重合開始剤の添加量は、モノマー総量に対して、0.01〜20質量%が好ましく、0.1〜10質量%がより好ましい。
0.5-70 mass% is preferable and the polyfunctional monomer which occupies for the monomer whole quantity has more preferable 1.0-50 mass%.
The above-mentioned monomers can be polymerized by radical polymerization. The monomer for gel electrolyte that can be used in the present invention can be radically polymerized by heating, light, electron beam or electrochemical. The polymerization initiator used when the crosslinked polymer is formed by heating is 2,2′-azobisisobutyronitrile, 2,2′-azobis (2,4-dimethylvaleronitrile), dimethyl-2. Azo initiators such as 2,2′-azobis (2-methylpropionate) and peroxide initiators such as benzoyl peroxide are preferable. The addition amount of these polymerization initiators is preferably 0.01 to 20% by mass and more preferably 0.1 to 10% by mass with respect to the total amount of monomers.

ポリマーの架橋反応により電解質をゲル化させる場合、架橋反応に必要な反応性基を含有するポリマー及び架橋剤を併用することが望ましい。架橋可能な反応性基に好ましい例としては、ピリジン、イミダゾール、チアゾール、オキサゾール、トリアゾール、モルフォリン、ピペリジン、ピペラジン等の含窒素複素環を挙げることができ、好ましい架橋剤は、ハロゲン化アルキル、ハロゲン化アラルキル、スルホン酸エステル、酸無水物、酸クロリド、イソシアネート等の窒素原子に対して求電子反応可能な2官能以上の試薬を挙げることができる。   When the electrolyte is gelled by a polymer crosslinking reaction, it is desirable to use a polymer containing a reactive group necessary for the crosslinking reaction and a crosslinking agent in combination. Preferable examples of the crosslinkable reactive group include nitrogen-containing heterocycles such as pyridine, imidazole, thiazole, oxazole, triazole, morpholine, piperidine, piperazine, etc. Preferred crosslinking agents include alkyl halides, halogens Bifunctional or higher functional reagents capable of electrophilic reaction with nitrogen atoms such as aralkyl fluoride, sulfonic acid ester, acid anhydride, acid chloride, and isocyanate can be exemplified.

<第二電極>
本発明において、電荷移動層の形成方法は大きく2通りの方法が挙げられる。
1つは増感色素を担持した半導体微粒子含有層の上に、先に対極(図1では第二電極)を貼り合わせ、その隙間に液状の電荷移動層を挟み込む方法、もう一つは、半導体微粒子含有層の上に直接電荷移動層を付与する方法である。後者の場合、対極はその後新たに付与することになる。
前者の場合、電荷移動層の挟み込み方法として、浸漬等による毛管現象を利用する常圧プロセスと常圧より低い圧力にして気相を液相に置換する真空プロセスが挙げられる。後者の場合、湿式の電荷移動層においては未乾燥のまま対極を付与し、エッジ部の液漏洩防止を施す必要がある。また、ゲル電解液の場合においては、湿式で塗布して重合等の方法により固体化する方法もある。その場合、乾燥、固定化した後に対極を付与してもよい。電解液の他、有機電荷輸送材料の溶解液やゲル電解質を付与する方法としては、半導体微粒子含有層や色素の付与と同様に、浸漬法、ローラ法、ディップ法、エアーナイフ法、エクストルージョン法、スライドホッパー法、ワイヤーバー法、スピン法、スプレー法、キャスト法、各種印刷法等が挙げられる。
<Second electrode>
In the present invention, there are roughly two methods for forming the charge transfer layer.
One is a method in which a counter electrode (second electrode in FIG. 1) is first pasted on a semiconductor fine particle-containing layer carrying a sensitizing dye, and a liquid charge transfer layer is sandwiched between the two, and the other is a semiconductor. In this method, the charge transfer layer is directly provided on the fine particle-containing layer. In the latter case, the counter electrode is newly added thereafter.
In the former case, examples of the method for sandwiching the charge transfer layer include a normal pressure process using a capillary phenomenon due to immersion and a vacuum process in which the gas phase is replaced with a liquid phase at a pressure lower than normal pressure. In the latter case, in the wet charge transfer layer, it is necessary to provide a counter electrode without being dried to prevent liquid leakage at the edge portion. In the case of a gel electrolyte, there is a method in which it is applied in a wet manner and solidified by a method such as polymerization. In that case, you may provide a counter electrode after drying and fixing. In addition to the electrolyte solution, the organic charge transport material solution and the gel electrolyte can be applied in the same manner as the semiconductor fine particle-containing layer and the dye, as in the immersion method, roller method, dipping method, air knife method, and extrusion method. , Slide hopper method, wire bar method, spin method, spray method, casting method, various printing methods, and the like.

対極は通常前述の導電性支持体と同様に導電性層を有する支持体を用いることもできるが、強度や密封性が十分に保たれるような構成では支持体は必ずしも必要ではない。
対極に用いる材料の具体例としては、白金、金、銀、銅、アルミニウム、ロジウム、インジウム等の金属、炭素、ITO、FTO等の導電性金属酸化物等が挙げられる。
対極の厚さには特に制限はない。
As the counter electrode, a support having a conductive layer can be used in the same manner as the conductive support described above, but the support is not necessarily required in a configuration in which the strength and the sealing performance are sufficiently maintained.
Specific examples of the material used for the counter electrode include metals such as platinum, gold, silver, copper, aluminum, rhodium, and indium, and conductive metal oxides such as carbon, ITO, and FTO.
There is no particular limitation on the thickness of the counter electrode.

電荷移動層に無機ホール輸送材料、有機ホール輸送材料を用いた場合、ホール集電電極(図1では第二電極)は、個体ホール輸送層形成後あるいは上述の金属酸化物上に新たに付与する。ホール集電電極は、通常前述の電子集電電極(図1中の第一電極)と同様のものを用いることができ、強度や密封性が充分に保たれるような構成では支持体は必ずしも必要ではない。ホール集電電極材料の具体例としては、白金、金、銀、銅、アルミニウム等の金属、グラファイト、フラーレン、カーボンナノチューブ等の炭素系化合物、ITO、FTO等の導電性金属酸化物、ポリチオフェン、ポリアニリン等の導電性高分子が挙げられる。
ホール集電電極層の膜厚には特に制限はなく、また単独あるいは2種以上の混合で用いても構わない。ホール集電電極の塗設については、用いられる材料の種類やホール輸送層の種類により、適宜ホール輸送層上に塗布、ラミネート、蒸着、CVD、貼り合わせ等の手法により形成可能である。
When an inorganic hole transport material or an organic hole transport material is used for the charge transfer layer, the hole current collecting electrode (second electrode in FIG. 1) is newly applied after the formation of the solid hole transport layer or on the above metal oxide. . As the hole collecting electrode, the same one as the above-described electron collecting electrode (first electrode in FIG. 1) can be usually used, and the support is not necessarily used in a configuration in which the strength and the sealing performance are sufficiently maintained. Not necessary. Specific examples of hole collecting electrode materials include metals such as platinum, gold, silver, copper, and aluminum, carbon compounds such as graphite, fullerene, and carbon nanotubes, conductive metal oxides such as ITO and FTO, polythiophene, and polyaniline. And conductive polymers such as
There is no restriction | limiting in particular in the film thickness of a hole current collection electrode layer, and you may use individually or in mixture of 2 or more types. The hole collecting electrode can be applied by a method such as coating, laminating, vapor deposition, CVD, and bonding on the hole transport layer as appropriate depending on the type of material used and the type of hole transport layer.

光電変換素子として動作するためには、電子集電電極とホール集電電極の少なくとも一方は実質的に透明でなければならない。
本発明の光電変換素子においては、電子集電電極側が透明であり、太陽光を電子集電電極側から入射させる方法が好ましい。この場合、ホール集電電極側には光を反射させる材料を使用することが好ましく、金属、導電性酸化物を蒸着したガラス、プラスチック、あるいは金属薄膜が好ましい。
また、太陽光の入射側に反射防止層を設けることも有効な手段である。
In order to operate as a photoelectric conversion element, at least one of the electron collector electrode and the hole collector electrode must be substantially transparent.
In the photoelectric conversion element of the present invention, a method in which the electron collecting electrode side is transparent and sunlight is incident from the electron collecting electrode side is preferable. In this case, it is preferable to use a material that reflects light on the side of the hole collecting electrode, and a metal, glass, plastic, or metal thin film on which a conductive oxide is deposited is preferable.
It is also effective to provide an antireflection layer on the sunlight incident side.

<用途>
本発明の光電変換素子は、太陽電池及び太陽電池を用いた電源装置に応用できる。
応用例としては、従来からの太陽電池やそれを用いた電源装置を利用している機器類であれば、いずれのものでも可能である。
例えば電子卓上計算機や腕時計用の太陽電池に用いてもよいが、本発明の色素増感太陽電池の特徴を活用する一例として、携帯電話、電子手帳、電子ペーパー等の電源装置が挙げられる。また充電式や乾電池式の電気器具の連続使用時間を長くするための補助電源として用いることもできる。
<Application>
The photoelectric conversion element of the present invention can be applied to a solar cell and a power supply device using the solar cell.
As an application example, any device using a conventional solar cell or a power supply device using the solar cell can be used.
For example, although it may be used for an electronic desk calculator or a solar cell for a wristwatch, examples of utilizing the features of the dye-sensitized solar cell of the present invention include a power supply device such as a mobile phone, an electronic notebook, and electronic paper. It can also be used as an auxiliary power source for extending the continuous use time of a rechargeable or dry battery type electric appliance.

以下、実施例により本発明を具体的に説明するが、本発明の実施の形態はこれらの実施例に限定されるものではない。   EXAMPLES Hereinafter, although an Example demonstrates this invention concretely, embodiment of this invention is not limited to these Examples.

[合成例]
[合成例1;例示化合物6の合成]
[Synthesis example]
[Synthesis Example 1; Synthesis of Exemplified Compound 6]

Figure 2015065061
Figure 2015065061

2−ブロモ−9,10−アントラキノン(0.91g、3.1mmol)、[4’−[bis(4−methylphenyl)amino][1,1’−phenyl]−4−yl]−Boronic acid,(1.20g、3.80mmol)、Pd(PPh3)4(0.28グラム,0.25mmol),KCO水溶液(2M,10ml),トルエン(10ml)をアルゴン気流下にて5時間還流した。室温まで冷却した後、メタノールを加え沈殿を析出させた。沈殿をろ取し、メタノールで洗浄し、紫色固体の中間体化合物を0.9g(収率60.5%)得た。
中間体化合物(0.50g,1.04mmol),ジシアノメチレン(0.30g、4.6mmol),ジクロロメタン(10ml)を0℃にて攪拌した。そこに四塩化チタン(2ml)を徐々に加え、ついで、ピリジン(5ml)を徐々に加えた。加え終わった後、室温にて2時間攪拌した。トルエンにて抽出し、有機層を取り出し、溶媒を減圧下にて留去した。カラムクロマトグラフィー(eluent:トルエン)にて精製し、さらにサイズ排除クロマトグラフィーにより精製し、目的物である濃緑色粉末を95mg得た(収率15%)。図2に、得られた例示化合物No.6の同定資料としての赤外吸収スペクトル図を示す。
2-Bromo-9,10-anthraquinone (0.91 g, 3.1 mmol), [4 ′-[bis (4-methylphenyl) amino] [1,1′-phenyl] -4-yl] -Boronic acid, ( 1.20 g, 3.80 mmol), Pd (PPh 3) 4 (0.28 g, 0.25 mmol), K 2 CO 3 aqueous solution (2M, 10 ml), and toluene (10 ml) were refluxed under an argon stream for 5 hours. . After cooling to room temperature, methanol was added to precipitate a precipitate. The precipitate was collected by filtration and washed with methanol to obtain 0.9 g (yield 60.5%) of an intermediate compound as a purple solid.
The intermediate compound (0.50 g, 1.04 mmol), dicyanomethylene (0.30 g, 4.6 mmol), and dichloromethane (10 ml) were stirred at 0 ° C. Titanium tetrachloride (2 ml) was gradually added thereto, and then pyridine (5 ml) was gradually added. After the addition was complete, the mixture was stirred at room temperature for 2 hours. Extraction was performed with toluene, the organic layer was taken out, and the solvent was distilled off under reduced pressure. The product was purified by column chromatography (eluent: toluene), and further purified by size exclusion chromatography to obtain 95 mg of the objective dark green powder (yield 15%). In FIG. 6 shows an infrared absorption spectrum as identification data for No. 6.

[合成例2;例示化合物11の合成] [Synthesis Example 2; Synthesis of Exemplified Compound 11]

Figure 2015065061
Figure 2015065061

2−ブロモ−9,10−アントラキノン(0.91g、3.1mmol)、[4’−[bis(4−methylphenyl)amino][1,1’−biphenyl]−4−yl]−Boronic acid,(1.50g、3.80mmol)、Pd(PPh3)4(0.28g,0.25mmol),KCO水溶液(2M,10ml),トルエン(10ml)をアルゴン気流下にて5時間還流した。室温まで冷却した後、メタノールを加え沈殿を析出させた。沈殿をろ取し、メタノールで洗浄し、紫色固体の中間体化合物を1.0g(収率82%)得た。
中間体化合物(0.50g,0.92mmol),ジシアノメチレン(0.30g、4.6mmol),ジクロロメタン(10ml)を0℃にて攪拌した。そこに四塩化チタン(2ml)を徐々に加え、ついで、ピリジン(5ml)を徐々に加えた。加え終わった後、室温にて2時間攪拌した。トルエンにて抽出し、有機層を取り出し、溶媒を減圧下にて留去した。カラムクロマトグラフィー(eluent:トルエン)にて精製し、さらにサイズ排除クロマトグラフィーにより精製し、目的物である濃緑色粉末を100mg得た(収率16%)。図3に、得られた例示化合物No.11の同定資料としての赤外吸収スペクトル図を示す。
2-bromo-9,10-anthraquinone (0.91 g, 3.1 mmol), [4 ′-[bis (4-methylphenyl) amino] [1,1′-biphenyl] -4-yl] -Boronic acid, ( 1.50 g, 3.80 mmol), Pd (PPh 3) 4 (0.28 g, 0.25 mmol), K 2 CO 3 aqueous solution (2M, 10 ml), and toluene (10 ml) were refluxed under an argon stream for 5 hours. After cooling to room temperature, methanol was added to precipitate a precipitate. The precipitate was collected by filtration and washed with methanol to obtain 1.0 g of a purple solid intermediate compound (yield 82%).
The intermediate compound (0.50 g, 0.92 mmol), dicyanomethylene (0.30 g, 4.6 mmol), and dichloromethane (10 ml) were stirred at 0 ° C. Titanium tetrachloride (2 ml) was gradually added thereto, and then pyridine (5 ml) was gradually added. After the addition was complete, the mixture was stirred at room temperature for 2 hours. Extraction was performed with toluene, the organic layer was taken out, and the solvent was distilled off under reduced pressure. Purification by column chromatography (eluent: toluene) and further purification by size exclusion chromatography gave 100 mg of the target dark green powder (yield 16%). In FIG. The infrared absorption spectrum figure as 11 identification data is shown.

[実施例1]
(酸化チタン半導体電極の作製)
チタニウムテトラ−n−プロポキシド2ml、酢酸4ml、イオン交換水1ml、2−プロパノール40mlを混合し、FTOガラス基板上にスピンコートし、室温で乾燥後、空気中450℃で30分間焼成した。再度同一溶液を用いて、得た電極上に膜厚100nmになるようにスピンコートで塗布し、空気中450℃で30分間焼成して緻密な電子輸送層を形成した。
酸化チタン(日本アエロジル社製P−25)3g、アセチルアセトン0.3gを水5.5g、エタノール1.2gと共にビーズミル処理を12時間施した。
得られた分散液に界面活性剤(和光純薬社製ポリオキシエチレンオクチルフェニルエーテル)0.3g、ポリエチレングリコール(#20,000)1.2gを加えてペーストを作製した。
このペーストを、上記緻密な電子輸送層上に膜厚10μmになるように塗布し、室温で乾燥後、空気中500℃で30分間焼成し、多孔質状の電子輸送層を形成した。
上記酸化チタン半導体電極を、3mMに調整した例示化合物1(テトラシアノエチレン、東京化成社製)に示される光増感化合物のアセトン溶液と、超臨界流体色素吸着システム(SCF−220、ISCO社製)を用いて、50℃40MPaの超臨界二酸化炭素下において20分間放置することで、光増感化合物を吸着させ、界面錯体を形成させた。
[Example 1]
(Production of titanium oxide semiconductor electrode)
Titanium tetra-n-propoxide (2 ml), acetic acid (4 ml), ion exchange water (1 ml), and 2-propanol (40 ml) were mixed, spin-coated on an FTO glass substrate, dried at room temperature, and baked at 450 ° C. for 30 minutes in air. Using the same solution again, it was applied on the obtained electrode by spin coating so as to have a film thickness of 100 nm, and baked in air at 450 ° C. for 30 minutes to form a dense electron transport layer.
A bead mill treatment was performed for 12 hours with 3 g of titanium oxide (P-25 manufactured by Nippon Aerosil Co., Ltd.) and 0.3 g of acetylacetone together with 5.5 g of water and 1.2 g of ethanol.
A paste was prepared by adding 0.3 g of a surfactant (polyoxyethylene octylphenyl ether manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) and 1.2 g of polyethylene glycol (# 20,000) to the obtained dispersion.
This paste was applied onto the dense electron transport layer so as to have a film thickness of 10 μm, dried at room temperature, and then baked in air at 500 ° C. for 30 minutes to form a porous electron transport layer.
An acetone solution of a photosensitizing compound shown in Exemplified Compound 1 (tetracyanoethylene, manufactured by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.) prepared by adjusting the titanium oxide semiconductor electrode to 3 mM, and a supercritical fluid dye adsorption system (SCF-220, manufactured by ISCO) ) Was allowed to stand under supercritical carbon dioxide at 50 ° C. and 40 MPa for 20 minutes to adsorb the photosensitizing compound and form an interface complex.

(色素増感太陽電池の作製と評価)
電解液としては、ヨウ素0.05M、リチウムヨーダイド0.1M、1,3−ジメチル−2−イミダゾリニウムヨーダイド0.6Mをアセトニトリル/バレロニトリル=17/3の混合液に溶解したものを使用した。対極にはFTO上に白金をスパッタリングしたものを使用した。厚さ30μmのスペーサーを両電極間に挟み込み、電解液を注入して色素増感太陽電池を作製した。ここに、作用電極側からソーラーシミュレーター(AM1.5、100mW/cm)から発生した疑似太陽光を照射して、太陽電池特性を評価した。その結果、開放電圧0.53V、短絡電流密度5.3mA/cm、形状因子0.65、変換効率1.31%と良好な値を示した。
(Production and evaluation of dye-sensitized solar cells)
As an electrolytic solution, 0.05M iodine, 0.1M lithium iodide, 0.6M 1,3-dimethyl-2-imidazolinium iodide dissolved in a mixed solution of acetonitrile / valeronitrile = 17/3 used. As the counter electrode, platinum sputtered on FTO was used. A spacer having a thickness of 30 μm was sandwiched between both electrodes, and an electrolyte was injected to prepare a dye-sensitized solar cell. Here, pseudo solar light generated from a solar simulator (AM1.5, 100 mW / cm 2 ) was irradiated from the working electrode side to evaluate solar cell characteristics. As a result, an open circuit voltage of 0.53 V, a short-circuit current density of 5.3 mA / cm 2 , a form factor of 0.65, and a conversion efficiency of 1.31% were shown.

[実施例2]
実施例1における例示化合物1を、表2に示す例示化合物に変更し、超臨界二酸化炭素下における温度と圧力と時間を変更した以外は実施例1と同様にして太陽電池を作製し評価した。その結果を表2に示す。何れも良好な値を示した。
[Example 2]
Exemplified compound 1 in Example 1 was changed to the exemplified compound shown in Table 2, and a solar cell was prepared and evaluated in the same manner as in Example 1 except that the temperature, pressure and time under supercritical carbon dioxide were changed. The results are shown in Table 2. All showed good values.

Figure 2015065061
Figure 2015065061

[実施例3]
実施例1における例示化合物1を、表2に示す例示化合物No.03に変更し、超臨界二酸化炭素下における温度と圧力と時間を表2記載のようなものとした以外は実施例1と同様にして太陽電池を作製し評価した。その結果を表2に示す。良好な値を示した。
[Example 3]
Exemplified Compound 1 in Example 1 was replaced with Exemplified Compound No. 1 shown in Table 2. The solar cell was prepared and evaluated in the same manner as in Example 1 except that the temperature, pressure, and time under supercritical carbon dioxide were changed to those shown in Table 2. The results are shown in Table 2. Good value was shown.

[実施例4]
実施例1における例示化合物1を、表2に示す例示化合物No.04に変更し、超臨界二酸化炭素下における温度と圧力と時間を表2記載のようなものとした以外は実施例1と同様にして太陽電池を作製し評価した。その結果を表2に示す。良好な値を示した。
[Example 4]
Exemplified Compound 1 in Example 1 was replaced with Exemplified Compound No. 1 shown in Table 2. The solar cell was prepared and evaluated in the same manner as in Example 1 except that the temperature, pressure, and time under supercritical carbon dioxide were changed to those shown in Table 2. The results are shown in Table 2. Good value was shown.

[実施例5]
実施例1における例示化合物1を、表2に示す例示化合物No.05に変更し、超臨界二酸化炭素下における温度と圧力と時間を表2記載のようなものとした以外は実施例1と同様にして太陽電池を作製し評価した。その結果を表2に示す。良好な値を示した。
[Example 5]
Exemplified Compound 1 in Example 1 was replaced with Exemplified Compound No. 1 shown in Table 2. The solar cell was produced and evaluated in the same manner as in Example 1 except that the temperature, pressure, and time under supercritical carbon dioxide were changed to those shown in Table 2. The results are shown in Table 2. Good value was shown.

[実施例6]
実施例1における例示化合物1を、表2に示す例示化合物No.06に変更し、超臨界二酸化炭素下における温度と圧力と時間を表2記載のようなものとした以外は実施例1と同様にして太陽電池を作製し評価した。その結果を表2に示す。良好な値を示した。
[Example 6]
Exemplified Compound 1 in Example 1 was replaced with Exemplified Compound No. 1 shown in Table 2. The solar cell was prepared and evaluated in the same manner as in Example 1 except that the temperature, pressure, and time under supercritical carbon dioxide were changed as shown in Table 2. The results are shown in Table 2. Good value was shown.

[実施例7]
実施例1における例示化合物1を、表2に示す例示化合物No.11に変更し、超臨界二酸化炭素下における温度と圧力と時間を表2記載のようなものとした以外は実施例1と同様にして太陽電池を作製し評価した。その結果を表2に示す。良好な値を示した。
[Example 7]
Exemplified Compound 1 in Example 1 was replaced with Exemplified Compound No. 1 shown in Table 2. The solar cell was prepared and evaluated in the same manner as in Example 1 except that the temperature, pressure and time under supercritical carbon dioxide were changed to those shown in Table 2. The results are shown in Table 2. Good value was shown.

[実施例8]
実施例1における例示化合物1を、表2に示す例示化合物No.15に変更し、超臨界二酸化炭素下における温度と圧力と時間を表2記載のようなものとした以外は実施例1と同様にして太陽電池を作製し評価した。その結果を表2に示す。良好な値を示した。
[Example 8]
Exemplified Compound 1 in Example 1 was replaced with Exemplified Compound No. 1 shown in Table 2. The solar cell was prepared and evaluated in the same manner as in Example 1 except that the temperature, pressure and time under supercritical carbon dioxide were changed to those shown in Table 2. The results are shown in Table 2. Good value was shown.

[実施例9]
実施例1における例示化合物1を、表2に示す例示化合物No.02に変更し、超臨界二酸化炭素下における温度と圧力と時間を表2記載のようなものとした以外は実施例1と同様にして太陽電池を作製し評価した。その結果を表2に示す。良好な値を示した。
[Example 9]
Exemplified Compound 1 in Example 1 was replaced with Exemplified Compound No. 1 shown in Table 2. The solar cell was prepared and evaluated in the same manner as in Example 1 except that the temperature, pressure, and time under supercritical carbon dioxide were changed to those shown in Table 2. The results are shown in Table 2. Good value was shown.

[実施例10]
実施例1における例示化合物1を、表2に示す例示化合物No.02に変更し、超臨界二酸化炭素下における温度と圧力と時間を表2記載のようなものとした以外は実施例1と同様にして太陽電池を作製し評価した。その結果を表2に示す。良好な値を示した。
[Example 10]
Exemplified Compound 1 in Example 1 was replaced with Exemplified Compound No. 1 shown in Table 2. The solar cell was prepared and evaluated in the same manner as in Example 1 except that the temperature, pressure, and time under supercritical carbon dioxide were changed to those shown in Table 2. The results are shown in Table 2. Good value was shown.

[実施例11]
実施例1における例示化合物1を、表2に示す例示化合物No.02に変更し、超臨界二酸化炭素下における温度と圧力と時間を表2記載のようなものとした以外は実施例1と同様にして太陽電池を作製し評価した。その結果を表2に示す。良好な値を示した。
[Example 11]
Exemplified Compound 1 in Example 1 was replaced with Exemplified Compound No. 1 shown in Table 2. The solar cell was prepared and evaluated in the same manner as in Example 1 except that the temperature, pressure, and time under supercritical carbon dioxide were changed to those shown in Table 2. The results are shown in Table 2. Good value was shown.

[実施例12]
実施例1における例示化合物1を、表2に示す例示化合物No.02に変更し、超臨界二酸化炭素下における温度と圧力と時間を表2記載のようなものとした以外は実施例1と同様にして太陽電池を作製し評価した。その結果を表2に示す。良好な値を示した。
[Example 12]
Exemplified Compound 1 in Example 1 was replaced with Exemplified Compound No. 1 shown in Table 2. The solar cell was prepared and evaluated in the same manner as in Example 1 except that the temperature, pressure, and time under supercritical carbon dioxide were changed to those shown in Table 2. The results are shown in Table 2. Good value was shown.

[実施例13]
実施例1における例示化合物1を、表2に示す例示化合物No.02に変更し、超臨界二酸化炭素下における温度と圧力と時間を表2記載のようなものとした以外は実施例1と同様にして太陽電池を作製し評価した。その結果を表2に示す。良好な値を示した。
[Example 13]
Exemplified Compound 1 in Example 1 was replaced with Exemplified Compound No. 1 shown in Table 2. The solar cell was prepared and evaluated in the same manner as in Example 1 except that the temperature, pressure, and time under supercritical carbon dioxide were changed to those shown in Table 2. The results are shown in Table 2. Good value was shown.

[実施例14]
実施例1における例示化合物1を、表2に示す例示化合物No.02に変更し、超臨界二酸化炭素下における温度と圧力と時間を表2記載のようなものとした以外は実施例1と同様にして太陽電池を作製し評価した。その結果を表2に示す。良好な値を示した。
[Example 14]
Exemplified Compound 1 in Example 1 was replaced with Exemplified Compound No. 1 shown in Table 2. The solar cell was prepared and evaluated in the same manner as in Example 1 except that the temperature, pressure, and time under supercritical carbon dioxide were changed to those shown in Table 2. The results are shown in Table 2. Good value was shown.

[実施例15]
実施例1における例示化合物1を、表2に示す例示化合物No.02に変更し、超臨界二酸化炭素下における温度と圧力と時間を表2記載のようなものとした以外は実施例1と同様にして太陽電池を作製し評価した。その結果を表2に示す。良好な値を示した。
[Example 15]
Exemplified Compound 1 in Example 1 was replaced with Exemplified Compound No. 1 shown in Table 2. The solar cell was prepared and evaluated in the same manner as in Example 1 except that the temperature, pressure, and time under supercritical carbon dioxide were changed to those shown in Table 2. The results are shown in Table 2. Good value was shown.

[実施例16]
実施例1における例示化合物1を、表2に示す例示化合物No.02に変更し、超臨界二酸化炭素下における温度と圧力と時間を表2記載のようなものとした以外は実施例1と同様にして太陽電池を作製し評価した。その結果を表2に示す。良好な値を示した。
[Example 16]
Exemplified Compound 1 in Example 1 was replaced with Exemplified Compound No. 1 shown in Table 2. The solar cell was prepared and evaluated in the same manner as in Example 1 except that the temperature, pressure, and time under supercritical carbon dioxide were changed to those shown in Table 2. The results are shown in Table 2. Good value was shown.

[実施例17]
実施例1における例示化合物1を、表2に示す例示化合物No.06に変更し、超臨界二酸化炭素下における温度と圧力と時間を表2記載のようなものとした以外は実施例1と同様にして太陽電池を作製し評価した。その結果を表2に示す。良好な値を示した。
[Example 17]
Exemplified Compound 1 in Example 1 was replaced with Exemplified Compound No. 1 shown in Table 2. The solar cell was prepared and evaluated in the same manner as in Example 1 except that the temperature, pressure, and time under supercritical carbon dioxide were changed as shown in Table 2. The results are shown in Table 2. Good value was shown.

[実施例18]
実施例1における例示化合物1を、表2に示す例示化合物No.06に変更し、超臨界二酸化炭素下における温度と圧力と時間を表2記載のようなものとした以外は実施例1と同様にして太陽電池を作製し評価した。その結果を表2に示す。良好な値を示した。
[Example 18]
Exemplified Compound 1 in Example 1 was replaced with Exemplified Compound No. 1 shown in Table 2. The solar cell was prepared and evaluated in the same manner as in Example 1 except that the temperature, pressure, and time under supercritical carbon dioxide were changed as shown in Table 2. The results are shown in Table 2. Good value was shown.

[実施例19]
実施例1における例示化合物1を、表2に示す例示化合物No.06に変更し、超臨界二酸化炭素下における温度と圧力と時間を表2記載のようなものとした以外は実施例1と同様にして太陽電池を作製し評価した。その結果を表2に示す。良好な値を示した。
[Example 19]
Exemplified Compound 1 in Example 1 was replaced with Exemplified Compound No. 1 shown in Table 2. The solar cell was prepared and evaluated in the same manner as in Example 1 except that the temperature, pressure, and time under supercritical carbon dioxide were changed as shown in Table 2. The results are shown in Table 2. Good value was shown.

[実施例20]
実施例1における例示化合物1を、表2に示す例示化合物No.06に変更し、超臨界二酸化炭素下における温度と圧力と時間を表2記載のようなものとした以外は実施例1と同様にして太陽電池を作製し評価した。その結果を表2に示す。良好な値を示した。
[Example 20]
Exemplified Compound 1 in Example 1 was replaced with Exemplified Compound No. 1 shown in Table 2. The solar cell was prepared and evaluated in the same manner as in Example 1 except that the temperature, pressure, and time under supercritical carbon dioxide were changed as shown in Table 2. The results are shown in Table 2. Good value was shown.

[実施例21]
実施例1における例示化合物1を、表2に示す例示化合物No.06に変更し、超臨界二酸化炭素下における温度と圧力と時間を表2記載のようなものとした以外は実施例1と同様にして太陽電池を作製し評価した。その結果を表2に示す。良好な値を示した。
[Example 21]
Exemplified Compound 1 in Example 1 was replaced with Exemplified Compound No. 1 shown in Table 2. The solar cell was prepared and evaluated in the same manner as in Example 1 except that the temperature, pressure, and time under supercritical carbon dioxide were changed as shown in Table 2. The results are shown in Table 2. Good value was shown.

[実施例22]
実施例1における例示化合物1を、表2に示す例示化合物No.11に変更し、超臨界二酸化炭素下における温度と圧力と時間を表2記載のようなものとした以外は実施例1と同様にして太陽電池を作製し評価した。その結果を表2に示す。良好な値を示した。
[Example 22]
Exemplified Compound 1 in Example 1 was replaced with Exemplified Compound No. 1 shown in Table 2. The solar cell was prepared and evaluated in the same manner as in Example 1 except that the temperature, pressure and time under supercritical carbon dioxide were changed to those shown in Table 2. The results are shown in Table 2. Good value was shown.

[実施例23]
実施例1における例示化合物1を、表2に示す例示化合物No.11に変更し、超臨界二酸化炭素下における温度と圧力と時間を表2記載のようなものとした以外は実施例1と同様にして太陽電池を作製し評価した。その結果を表2に示す。良好な値を示した。
[Example 23]
Exemplified Compound 1 in Example 1 was replaced with Exemplified Compound No. 1 shown in Table 2. The solar cell was prepared and evaluated in the same manner as in Example 1 except that the temperature, pressure and time under supercritical carbon dioxide were changed to those shown in Table 2. The results are shown in Table 2. Good value was shown.

[実施例24]
実施例1における例示化合物1を、表2に示す例示化合物No.11に変更し、超臨界二酸化炭素下における温度と圧力と時間を表2記載のようなものとした以外は実施例1と同様にして太陽電池を作製し評価した。その結果を表2に示す。良好な値を示した。
[Example 24]
Exemplified Compound 1 in Example 1 was replaced with Exemplified Compound No. 1 shown in Table 2. The solar cell was prepared and evaluated in the same manner as in Example 1 except that the temperature, pressure and time under supercritical carbon dioxide were changed to those shown in Table 2. The results are shown in Table 2. Good value was shown.

[実施例25]
実施例1における例示化合物1を、表2に示す例示化合物No.11に変更し、超臨界二酸化炭素下における温度と圧力と時間を表2記載のようなものとした以外は実施例1と同様にして太陽電池を作製し評価した。その結果を表2に示す。良好な値を示した。
[Example 25]
Exemplified Compound 1 in Example 1 was replaced with Exemplified Compound No. 1 shown in Table 2. The solar cell was prepared and evaluated in the same manner as in Example 1 except that the temperature, pressure and time under supercritical carbon dioxide were changed to those shown in Table 2. The results are shown in Table 2. Good value was shown.

[比較例1]
実施例2の超臨界二酸化炭素下における温度と圧力を変更した以外は実施例2と同様にして太陽電池を作製し評価した。その結果を表3に示す。
[Comparative Example 1]
A solar cell was prepared and evaluated in the same manner as in Example 2 except that the temperature and pressure under supercritical carbon dioxide in Example 2 were changed. The results are shown in Table 3.

[比較例2]
実施例2の超臨界二酸化炭素下における温度と圧力を変更した以外は実施例2と同様にして太陽電池を作製し評価した。その結果を表3に示す。
[Comparative Example 2]
A solar cell was prepared and evaluated in the same manner as in Example 2 except that the temperature and pressure under supercritical carbon dioxide in Example 2 were changed. The results are shown in Table 3.

[比較例3]
実施例2の超臨界二酸化炭素下における温度と圧力を変更した以外は実施例2と同様にして太陽電池を作製し評価した。その結果を表3に示す。
[Comparative Example 3]
A solar cell was prepared and evaluated in the same manner as in Example 2 except that the temperature and pressure under supercritical carbon dioxide in Example 2 were changed. The results are shown in Table 3.

[比較例4]
実施例2の超臨界二酸化炭素下における温度と圧力を変更した以外は実施例2と同様にして太陽電池を作製し評価した。その結果を表3に示す。
[Comparative Example 4]
A solar cell was prepared and evaluated in the same manner as in Example 2 except that the temperature and pressure under supercritical carbon dioxide in Example 2 were changed. The results are shown in Table 3.

Figure 2015065061
Figure 2015065061

何れも低い変換効率であった。比較例1は二酸化炭素の臨界温度以下であり、比較例2は二酸化炭素の臨界圧力以下であり、共に十分な光増感剤が吸着できていなかったことが低い変換効率の要因であると考えられる。比較例3は高い圧力下における酸化チタン層の剥がれ等が低い変換効率の要因であると考えられる。また、比較例4は高い温度下における光増感剤の劣化が低い変換効率の要因であると考えられる。   All had low conversion efficiency. Comparative Example 1 is below the critical temperature of carbon dioxide, and Comparative Example 2 is below the critical pressure of carbon dioxide, both of which were considered to be factors of low conversion efficiency because sufficient photosensitizers could not be adsorbed. It is done. In Comparative Example 3, peeling of the titanium oxide layer under high pressure is considered to be a factor of low conversion efficiency. In Comparative Example 4, it is considered that deterioration of the photosensitizer at a high temperature is a factor of low conversion efficiency.

[比較例5]
実施例2における酸化チタン半導体電極を、3mMに調整した例示化合物2に示される光増感化合物のアセトン溶液中に室温で15時間、暗所にて静置して光増感化合物を吸着させた以外は、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。その結果、開放電圧=0.35V、短絡電流密度4.8mA/cm、形状因子=0.62、変換効率=1.04%と低い変換効率であった。
[Comparative Example 5]
The titanium oxide semiconductor electrode in Example 2 was allowed to stand in a dark place for 15 hours at room temperature in an acetone solution of the photosensitized compound shown in Exemplary Compound 2 adjusted to 3 mM to adsorb the photosensitized compound. Except for the above, a dye-sensitized solar cell was prepared and evaluated in the same manner as in Example 1. As a result, the open circuit voltage = 0.35V, the short circuit current density 4.8 mA / cm 2 , the form factor = 0.62, and the conversion efficiency = 1.04%.

[比較例6]
実施例6における酸化チタン半導体電極を、3mMに調整した例示化合物6に示される光増感化合物のアセトン溶液中に室温で15時間、暗所にて静置して光増感化合物を吸着させた以外は、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。その結果、開放電圧=0.39V、短絡電流密度1.2mA/cm、形状因子=0.63、変換効率=0.29%と低い変換効率であった。
[Comparative Example 6]
The titanium oxide semiconductor electrode in Example 6 was allowed to stand in a dark place at room temperature for 15 hours in an acetone solution of the photosensitized compound shown in Exemplified Compound 6 adjusted to 3 mM to adsorb the photosensitized compound. Except for the above, a dye-sensitized solar cell was prepared and evaluated in the same manner as in Example 1. As a result, the open circuit voltage = 0.39V, the short circuit current density 1.2 mA / cm 2 , the form factor = 0.63, and the conversion efficiency = 0.29%.

(吸収スペクトル)
実施例1記載の酸化チタン半導体電極の膜厚を5μmに調整した実施例1の界面錯体を形成した酸化チタン半導体電極と、例示化合物2の粉体を日立製作所製UV3100にて吸収スペクトルを計測し、図4に示す。
(Absorption spectrum)
The absorption spectrum of the titanium oxide semiconductor electrode formed with the interface complex of Example 1 in which the film thickness of the titanium oxide semiconductor electrode described in Example 1 was adjusted to 5 μm and the powder of the exemplified compound 2 was measured with UV3100 manufactured by Hitachi, Ltd. As shown in FIG.

特許第2664194号Japanese Patent No. 2664194 特開平11−86916号公報Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-86916 特開平11−238925号公報Japanese Patent Laid-Open No. 11-238925 特願2008−58818号明細書Japanese Patent Application No. 2008-58818 WO2009110618号公報WO200910618 publication 特開2001−223037号公報JP 2001-223037 A

Nature,Vol.353(1991)737Nature, Vol. 353 (1991) 737 J.Am.Chem.Soc.,Vol.115(1993)6382J. et al. Am. Chem. Soc. , Vol. 115 (1993) 6382 Chem.Lett.,753(1998)Chem. Lett. , 753 (1998) J.Phys.Chem.B,Vol.101,4490(1997)J. et al. Phys. Chem. B, Vol. 101, 4490 (1997) Chem.Commun.,569(2001)Chem. Commun. , 569 (2001) Chem.Commun.,252(2003)Chem. Commun. 252 (2003) J.Phys.Chem.,Vol.91,2342(1987)J. et al. Phys. Chem. , Vol. 91,342 (1987) Thin.Solid.Films.,Vol.257,144(1995)Thin. Solid. Films. , Vol. 257, 144 (1995) J.Phys.Chem.,Vol.113,20990(2009)J. et al. Phys. Chem. , Vol. 113, 20990 (2009)

Claims (7)

下記一般式(1)で表されるジシアノメチレンと酸化チタンから形成される界面錯体により被覆された第一電極と、前記第一電極と対峙する第二電極と、前記第一電極と第二電極との間に電解質層を具備した光電変換素子である界面錯体型有機太陽電池において、前記界面錯体は、10から60MPaの圧力範囲かつ35から150℃の温度範囲で超臨界二酸化炭素流体下により形成されたものであることを特徴とする界面錯体型有機太陽電池。
Figure 2015065061
(式中、Xは置換又は無置換の2価有機基を表す。)
A first electrode coated with an interface complex formed of dicyanomethylene and titanium oxide represented by the following general formula (1); a second electrode facing the first electrode; and the first electrode and the second electrode The interfacial complex type organic solar cell, which is a photoelectric conversion element having an electrolyte layer therebetween, is formed by a supercritical carbon dioxide fluid in a pressure range of 10 to 60 MPa and a temperature range of 35 to 150 ° C. An interfacial complex organic solar cell characterized by being made.
Figure 2015065061
(In the formula, X represents a substituted or unsubstituted divalent organic group.)
前記界面錯体が示す紫外から近赤外領域に観測される吸収スペクトルが、前記一般式(1)で表されるジシアノメチレンの吸収スペクトルと異なる波長領域に観測されることを特徴とする請求項1記載の界面錯体型有機太陽電池。   The absorption spectrum observed from the ultraviolet region to the near infrared region indicated by the interface complex is observed in a wavelength region different from the absorption spectrum of dicyanomethylene represented by the general formula (1). The interface complex organic solar cell described. 前記一般式(1)で表されるジシアノメチレンが、つぎの構造式(2)〜一般式(7)の1種以上のジシアノメチレンからなるものであることを特徴とする請求項1または2のいずれかに記載の界面錯体型有機太陽電池。
Figure 2015065061
The dicyanomethylene represented by the general formula (1) is composed of one or more dicyanomethylenes of the following structural formulas (2) to (7). The interface complex type organic solar cell according to any one of the above.
Figure 2015065061
前記一般式(7)で表されるジシアノメチレンが、下記一般式(8)で表されるものであることを特徴とする請求項3に記載の界面錯体型有機太陽電池。
Figure 2015065061
(式中、Ar2は、炭素数が6から18の芳香族炭化水素基を表す。Ar3は、アルキル基を置換基として有しても良い炭素数が6から20の芳香族炭化水素基を表す。)
4. The interface complex organic solar cell according to claim 3, wherein the dicyanomethylene represented by the general formula (7) is represented by the following general formula (8).
Figure 2015065061
(In the formula, Ar2 represents an aromatic hydrocarbon group having 6 to 18 carbon atoms. Ar3 represents an aromatic hydrocarbon group having 6 to 20 carbon atoms which may have an alkyl group as a substituent. .)
前記一般式(8)で表されるジシアノメチレンが、下記一般式(9)で表されるものであることを特徴とする請求項4に記載の界面錯体型有機太陽電池。
Figure 2015065061
(式中、Ar4は、フェニル基、ビフェニル基を表す。)
The interface complex organic solar cell according to claim 4, wherein the dicyanomethylene represented by the general formula (8) is represented by the following general formula (9).
Figure 2015065061
(In the formula, Ar4 represents a phenyl group or a biphenyl group.)
前記一般式(7)で表されるジシアノメチレン化合物が、下記一般式(10)で表されることを特徴とする請求項3乃至5のいずれかに記載の界面錯体型有機太陽電池。
Figure 2015065061
(式中、nは0、1、2のいずれかであり、Rはアルキル基を表す)
The interface complex organic solar cell according to any one of claims 3 to 5, wherein the dicyanomethylene compound represented by the general formula (7) is represented by the following general formula (10).
Figure 2015065061
(In the formula, n is 0, 1, or 2, and R represents an alkyl group)
界面錯体型有機太陽電池の製造方法であって、該有機太陽電池は下記一般式(1)で表されるジシアノメチレンと酸化チタンから形成される界面錯体により被覆された第一電極と、前記第一電極と対峙する第二電極と、前記第一電極と第二電極との間に電解質層を具備した光電変換素子であり、10から60MPaの圧力範囲かつ35から150℃の温度範囲で、超臨界二酸化炭素流体下により前記界面錯体化合物を形成する工程を含むことを特徴とする界面錯体型有機太陽電池の製造方法。
Figure 2015065061
(式中、Xは置換又は無置換の2価有機基を表す。)
A method for producing an interfacial complex type organic solar cell, wherein the organic solar cell is a first electrode coated with an interfacial complex formed from dicyanomethylene and titanium oxide represented by the following general formula (1): A photoelectric conversion element comprising a second electrode facing one electrode, and an electrolyte layer between the first electrode and the second electrode, in a pressure range of 10 to 60 MPa and a temperature range of 35 to 150 ° C., The manufacturing method of the interface complex type organic solar cell characterized by including the process of forming the said interface complex compound under a critical carbon dioxide fluid.
Figure 2015065061
(In the formula, X represents a substituted or unsubstituted divalent organic group.)
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