JP2015141944A - Photoelectric conversion element and solar cell including the same - Google Patents

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秀和 川▲崎▼
Hidekazu Kawasaki
秀和 川▲崎▼
和也 磯部
Kazuya Isobe
和也 磯部
石川 貴之
Takayuki Ishikawa
貴之 石川
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a photoelectric conversion element capable of exhibiting a high short circuit current density.SOLUTION: A photoelectric conversion element of the present invention includes a substrate, a first electrode, an electron transport layer, a photoelectric conversion layer containing a pigment and a pigment supporting body, a hole transport layer and a second electrode. The pigment includes a compound represented by the following formula (1). (where, R-Reach independently represent a hydrogen atom, a substituted or unsubstituted linear or branched alkyl group having 1-6 carbon atoms, a substituted or unsubstituted cycloalkyl group having 3-6 carbon atoms, a polyethylene oxide group having a carbon number of 2-6, or a substituted or unsubstituted aromatic ring-containing group having 4-10 carbon atoms, while R-Rdo not represent a hydrogen atom at the same time; X-Xeach independently represent a halogen atom; and M represents an atom belonging to the 14 group in the periodic table or a transition metal.) The pigment supporting body includes an organic compound having an oxygen atom, a nitrogen atom or a sulfur atom and having a weight average molecular weight (Mw) of 500 or more.

Description

本発明は、光電変換素子およびこれを用いた太陽電池に関する。   The present invention relates to a photoelectric conversion element and a solar cell using the photoelectric conversion element.

近年、地球温暖化問題を解決する手段として、化石燃料を使用することなく再生可能エネルギーの一つである太陽エネルギーを使用する太陽光発電技術が注目されている。当該太陽光発電技術のなかでも、色素増感型太陽電池は、クロロフィル色素が行う光誘起電子移動と同様のメカニズムで発電するため、安価で高性能なルーフ・トップ型の次世代を担う太陽電池の一つとして脚光を浴びている。   In recent years, photovoltaic power generation technology that uses solar energy, which is one of renewable energies, without using fossil fuels has attracted attention as a means of solving the global warming problem. Among these solar power generation technologies, dye-sensitized solar cells generate electricity by the same mechanism as the photo-induced electron transfer performed by chlorophyll dyes, so they are the next generation of low-cost, high-performance roof-top solar cells. As one of the highlights.

このような色素増感型太陽電池の一般的な構成は、基板、第一電極、電子輸送層、増感色素が担持された半導体層(光電変換層)、正孔輸送層、および第二電極が順次積層されたものである。   The general structure of such a dye-sensitized solar cell includes a substrate, a first electrode, an electron transport layer, a semiconductor layer (photoelectric conversion layer) carrying a sensitizing dye, a hole transport layer, and a second electrode. Are sequentially stacked.

このような構成を有する光電変換素子に対して、基板の外側から光が照射されると、素子内部の光電変換層の増感色素が励起されて電子を放出する。励起された電子は第一電極に移動し、当該電子は、外部回路を通じて第二電極に移動して、正孔輸送層に供給される。そして、(電子を放出して)酸化された増感色素は、正孔輸送層から電子を受け取り、基底状態に戻る。このようなサイクルを繰り返すことで、光エネルギーが電気エネルギーに変換されるのである。   When the photoelectric conversion element having such a structure is irradiated with light from the outside of the substrate, the sensitizing dye in the photoelectric conversion layer inside the element is excited to emit electrons. The excited electrons move to the first electrode, and the electrons move to the second electrode through an external circuit and are supplied to the hole transport layer. The oxidized sensitizing dye (by releasing electrons) receives electrons from the hole transport layer and returns to the ground state. By repeating such a cycle, light energy is converted into electrical energy.

最近、色素(集光物質)としてペロブスカイト化合物を含む光電変換層を備えた光電変換素子(太陽電池)が相次いで発表されている。例えば、非特許文献1では、メソポーラス金属酸化物半導体層にCHNHPbX(X=Cl、Br、I)ペロブスカイト化合物を色素として使用した光電変換層を備える、光電変換素子が開示されている。また、非特許文献2では、金属酸化物半導体を用いずに、PbIとCHNHIとを共蒸着させることによりペロブスカイト化合物層を形成し、これを光電変換層として使用した光電変換素子が開示されている。 Recently, photoelectric conversion elements (solar cells) including a photoelectric conversion layer containing a perovskite compound as a dye (light condensing substance) have been announced one after another. For example, Non-Patent Document 1 discloses a photoelectric conversion element including a photoelectric conversion layer using a CH 3 NH 3 PbX 3 (X═Cl, Br, I) perovskite compound as a dye in a mesoporous metal oxide semiconductor layer. Yes. In Non-Patent Document 2, a perovskite compound layer is formed by co-evaporation of PbI 2 and CH 3 NH 3 I without using a metal oxide semiconductor, and a photoelectric conversion element using this as a photoelectric conversion layer Is disclosed.

Sequential deposition as a route to high−performance perovskite−sensitized solar cells,Nature 499,316−319(18 July 2013)Sequential deposition as a route to high-performance perovskite-sensitized solar cells, Nature 499, 316-319 (18 July 2013) Efficient planar heterojunction perovskite solar cells by vapour deposition,Nature 501,395-398(19 September 2013)Efficient planar heterojunction perovskite solar cells by vapor deposition, Nature 501, 395-398 (19 September 2013)

しかしながら、上記非特許文献1および2に記載の光電変換素子は、十分な短絡電流密度が得られず、さらなる改良が求められていた。   However, the photoelectric conversion elements described in Non-Patent Documents 1 and 2 cannot obtain a sufficient short-circuit current density, and further improvements have been demanded.

本発明は、上記事情を鑑みてなされたものであり、高い短絡電流密度を発揮できる光電変換素子を提供することを目的とする。   This invention is made | formed in view of the said situation, and it aims at providing the photoelectric conversion element which can exhibit a high short circuit current density.

本発明者らは、上記の課題を解決すべく、鋭意研究を行った。その過程で、ペロブスカイト化合物の支持体として、ペロブスカイト化合物と配位結合可能な酸素原子、窒素原子、または硫黄原子を有する有機化合物を用いて光電変換層を形成することにより、短絡電流密度が有意に向上することを見出し、本発明を完成させるに至った。   The present inventors have conducted intensive research to solve the above problems. In that process, the short-circuit current density is significantly increased by forming a photoelectric conversion layer using an organic compound having an oxygen atom, a nitrogen atom, or a sulfur atom that can coordinate with the perovskite compound as a support for the perovskite compound. The present invention has been found to be improved, and the present invention has been completed.

すなわち、本発明の光電変換素子は、基板、第一電極、電子輸送層、色素および色素支持体を含有する光電変換層、正孔輸送層、ならびに第二電極を有する。色素は、下記式(1)で表される化合物を含む。   That is, the photoelectric conversion element of the present invention has a substrate, a first electrode, an electron transport layer, a photoelectric conversion layer containing a dye and a dye support, a hole transport layer, and a second electrode. A pigment | dye contains the compound represented by following formula (1).

(ただし、R〜Rは、それぞれ独立して、水素原子、置換もしくは無置換の炭素原子数1〜6の直鎖もしくは分岐状のアルキル基、置換もしくは無置換の炭素原子数3〜6のシクロアルキル基、炭素原子数2〜6のポリエチレンオキシド基、または置換もしくは無置換の炭素原子数4〜10の芳香環含有基を表し、この際、R〜Rが同時に水素原子になることはなく;X〜Xは、それぞれ独立して、ハロゲン原子を表し;およびMは、周期表の第14族原子または遷移金属を表す。)そして、色素支持体は、酸素原子、窒素原子、または硫黄原子を有する、重量平均分子量(Mw)500以上の有機化合物を含むことを特徴とする。 (However, R 1 to R 4 are each independently a hydrogen atom, a substituted or unsubstituted linear or branched alkyl group having 1 to 6 carbon atoms, a substituted or unsubstituted carbon atom having 3 to 6 carbon atoms. A cycloalkyl group, a polyethylene oxide group having 2 to 6 carbon atoms, or a substituted or unsubstituted aromatic ring-containing group having 4 to 10 carbon atoms, wherein R 1 to R 4 are simultaneously hydrogen atoms. X 1 to X 3 each independently represents a halogen atom; and M represents a group 14 atom or transition metal of the periodic table.) And the dye support is an oxygen atom, nitrogen It includes an organic compound having an atom or a sulfur atom and having a weight average molecular weight (Mw) of 500 or more.

本発明によれば、高い短絡電流密度を発揮できる光電変換素子を提供することが可能となる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, it becomes possible to provide the photoelectric conversion element which can exhibit a high short circuit current density.

本発明の光電変換素子の一例を示す模式断面図である。It is a schematic cross section which shows an example of the photoelectric conversion element of this invention.

以下、本発明の実施の形態について説明する。本発明の光電変換素子は、基板、第一電極、電子輸送層、色素および色素支持体を含有する光電変換層、正孔輸送層、ならびに第二電極を有する。色素は、下記式(1)で表される化合物を含む。   Embodiments of the present invention will be described below. The photoelectric conversion element of the present invention has a substrate, a first electrode, an electron transport layer, a photoelectric conversion layer containing a dye and a dye support, a hole transport layer, and a second electrode. A pigment | dye contains the compound represented by following formula (1).

(ただし、R〜Rは、それぞれ独立して、水素原子、置換もしくは無置換の炭素原子数1〜6の直鎖もしくは分岐状のアルキル基、置換もしくは無置換の炭素原子数3〜6のシクロアルキル基、炭素原子数2〜6のポリエチレンオキシド基、または置換もしくは無置換の炭素原子数4〜10の芳香環含有基を表し、この際、R〜Rが同時に水素原子になることはなく;X〜Xは、それぞれ独立して、ハロゲン原子を表し;およびMは、周期表の第14族原子または遷移金属を表す。)そして、色素支持体は、酸素原子、窒素原子、または硫黄原子を有する、重量平均分子量(Mw)500以上の有機化合物を含むことを特徴とする。 (However, R 1 to R 4 are each independently a hydrogen atom, a substituted or unsubstituted linear or branched alkyl group having 1 to 6 carbon atoms, a substituted or unsubstituted carbon atom having 3 to 6 carbon atoms. A cycloalkyl group, a polyethylene oxide group having 2 to 6 carbon atoms, or a substituted or unsubstituted aromatic ring-containing group having 4 to 10 carbon atoms, wherein R 1 to R 4 are simultaneously hydrogen atoms. X 1 to X 3 each independently represents a halogen atom; and M represents a group 14 atom or transition metal of the periodic table.) And the dye support is an oxygen atom, nitrogen It includes an organic compound having an atom or a sulfur atom and having a weight average molecular weight (Mw) of 500 or more.

上述のように、色素としてペロブスカイト化合物を用いたこれまでの光電変換素子では、ペロブスカイト化合物を支持体である半導体層に担持させたものや、ペロブスカイト化合物を蒸着させたもの(支持体なし)を光電変換層としてきた。しかしながら、これらの光電変換層は、光電変換層中のペロブスカイト化合物の保持量が十分でないため、短絡電流密度が低いという問題点を有していた。   As described above, in the conventional photoelectric conversion element using a perovskite compound as a dye, a photoelectric conversion device in which a perovskite compound is supported on a semiconductor layer as a support or a material in which a perovskite compound is deposited (no support) is used. Has come as a conversion layer. However, these photoelectric conversion layers have a problem that the short-circuit current density is low because the amount of the perovskite compound in the photoelectric conversion layer is not sufficient.

本発明では、色素の支持体として、ペロブスカイト化合物を担持可能な有機化合物を用いる点に特徴を有する。本発明における有機化合物は、酸素原子、窒素原子、または硫黄原子を有する。これらの元素は、上記式(1)で表されるペロブスカイト化合物のM(周期表の第14族原子または遷移金属、例えばPb)と配位結合を形成する。よって、このような有機化合物を色素支持体として用いることにより、光電変換層に十分な量のペロブスカイト化合物を担持させることができ、その結果、短絡電流密度が向上するのである。   The present invention is characterized in that an organic compound capable of supporting a perovskite compound is used as a support for the dye. The organic compound in the present invention has an oxygen atom, a nitrogen atom, or a sulfur atom. These elements form a coordinate bond with M (group 14 atom or transition metal of the periodic table, for example, Pb) of the perovskite compound represented by the above formula (1). Therefore, by using such an organic compound as a dye support, a sufficient amount of perovskite compound can be supported on the photoelectric conversion layer, and as a result, the short-circuit current density is improved.

また、本発明における光電変換層は、色素支持体として有機化合物を用いるため、塗布法等による製膜が可能となる。したがって、本発明の光電変換素子は、製造工程において、従来のような半導体層の焼成やペロブスカイト化合物の蒸着といった工程が不要となるため、生産性の向上やコスト削減という点でも有利である。   Further, since the photoelectric conversion layer in the present invention uses an organic compound as a dye support, it can be formed by a coating method or the like. Therefore, the photoelectric conversion element of the present invention is advantageous in terms of productivity improvement and cost reduction because the conventional steps such as baking of the semiconductor layer and vapor deposition of the perovskite compound are unnecessary in the manufacturing process.

<光電変換素子>
本発明に係る光電変換素子の構成について、図1を参照しながら説明する。図1は、本発明の光電変換素子の一例を示す模式断面図である。図1に示すように、光電変換素子10は、基板1、第一電極2、電子輸送層3、光電変換層6、正孔輸送層7および対極である第二電極8により構成されている。ここで、光電変換層6は、色素として式(1)のペロブスカイト化合物4および色素支持体を含有する。なお、図1中では、太陽光は、図下方の矢印9の方向から入っているが、本発明は当該形態に限定されず、図上方から太陽光が入射してもよい。
<Photoelectric conversion element>
The structure of the photoelectric conversion element according to the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing an example of the photoelectric conversion element of the present invention. As shown in FIG. 1, the photoelectric conversion element 10 includes a substrate 1, a first electrode 2, an electron transport layer 3, a photoelectric conversion layer 6, a hole transport layer 7, and a second electrode 8 that is a counter electrode. Here, the photoelectric conversion layer 6 contains the perovskite compound 4 of the formula (1) and a dye support as the dye. In FIG. 1, sunlight enters from the direction of the arrow 9 at the bottom of the figure, but the present invention is not limited to this form, and sunlight may enter from the top of the figure.

以下、本発明に係る光電変換素子の各構成要素および本発明に係る光電変換素子の製造方法について説明する。   Hereinafter, each component of the photoelectric conversion element according to the present invention and a method for manufacturing the photoelectric conversion element according to the present invention will be described.

[基板]
本発明に係る基板は、光入射方向の側に設けられ、光電変換素子の光電変換効率の観点から、透明基板が好ましく、表面に第一電極が形成された透明導電性基板がより好ましい。基板は、光透過率が10%以上であることがさらに好ましく、更により好ましくは50%以上であり、特に80%〜100%であることが好ましい。
[substrate]
The substrate according to the present invention is provided on the light incident direction side, and from the viewpoint of photoelectric conversion efficiency of the photoelectric conversion element, a transparent substrate is preferable, and a transparent conductive substrate having a first electrode formed on the surface is more preferable. The substrate preferably has a light transmittance of 10% or more, still more preferably 50% or more, and particularly preferably 80% to 100%.

当該光透過率とは、JIS K 7361−1:1997(ISO 13468−1:1996に対応)の「プラスチック−透明材料の全光線透過率の試験方法」に準拠した方法で測定した可視光波長領域における全光線透過率をいう。   The light transmittance is a visible light wavelength region measured by a method in accordance with “Testing method of total light transmittance of plastic-transparent material” of JIS K 7361-1: 1997 (corresponding to ISO 13468-1: 1996). The total light transmittance at.

当該基板としては、その材料、形状、構造、厚み、硬度等については公知のものの中から適宜選択することができるが、上記のように高い光透過性を有していることが好ましい。   As the substrate, the material, shape, structure, thickness, hardness and the like can be appropriately selected from known materials, but preferably have high light transmittance as described above.

当該基板は、ガラス板、アクリル板等の剛性を有する基板と、フィルム基板のような可撓性を有する基板に大別することができる。前者の剛性を有する基板では、耐熱性の点でガラス板が好ましく、特にガラスの種類は問わない。基板の厚さとしては、0.1〜100mmが好ましく、さらに0.5〜10mmであることが好ましい。   The said board | substrate can be divided roughly into a board | substrate which has rigidity, such as a glass plate and an acrylic board, and a flexible board | substrate like a film substrate. In the former board | substrate which has rigidity, a glass plate is preferable at a heat resistant point, and the kind of glass in particular is not ask | required. The thickness of the substrate is preferably 0.1 to 100 mm, and more preferably 0.5 to 10 mm.

後者の可撓性を有する基板としては、例えば、ポリエチレンテレフタラート(PET)、ポリエチレンナフタラート、変性ポリエステル等のポリエステル系樹脂フィルム、ポリエチレン(PE)樹脂フィルム、ポリプロピレン(PP)樹脂フィルム、ポリスチレン樹脂フィルム、環状オレフィン系樹脂等のポリオレフィン類樹脂フィルム、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン等のビニル系樹脂フィルム、ポリビニルブチラール(PVB)等のポリビニルアセタール樹脂フィルム、ポリエーテルエーテルケトン(PEEK)樹脂フィルム、ポリサルホン(PSF)樹脂フィルム、ポリエーテルサルホン(PES)樹脂フィルム、ポリカーボネート(PC)樹脂フィルム、ポリアミド樹脂フィルム、ポリイミド樹脂フィルム、アクリル樹脂フィルム、トリアセチルセルロース(TAC)樹脂フィルム等を挙げることができる。これらの樹脂フィルムの他に無機ガラスフィルムを基板として用いてもよい。基板の厚さとしては、1〜1000μmが好ましく、さらに10〜100μmであることが好ましい。   Examples of the latter flexible substrate include polyester resin films such as polyethylene terephthalate (PET), polyethylene naphthalate, and modified polyester, polyethylene (PE) resin films, polypropylene (PP) resin films, and polystyrene resin films. , Polyolefin resin films such as cyclic olefin resins, vinyl resin films such as polyvinyl chloride and polyvinylidene chloride, polyvinyl acetal resin films such as polyvinyl butyral (PVB), polyether ether ketone (PEEK) resin films, polysulfone ( PSF) resin film, polyethersulfone (PES) resin film, polycarbonate (PC) resin film, polyamide resin film, polyimide resin film, acrylic resin film Arm, and tri-acetyl cellulose (TAC) resin film. In addition to these resin films, an inorganic glass film may be used as the substrate. The thickness of the substrate is preferably 1 to 1000 μm, and more preferably 10 to 100 μm.

可視域の波長(400〜700nm)における透過率が80%以上である樹脂フィルムであれば、本発明に特に好ましく適用することができる。   Any resin film having a transmittance of 80% or more at a visible wavelength (400 to 700 nm) can be particularly preferably applied to the present invention.

中でも透明性、耐熱性、取り扱いやすさ、強度およびコストの点から、二軸延伸ポリエチレンテレフタラートフィルム、二軸延伸ポリエチレンナフタラートフィルム、ポリエーテルサルホンフィルム、ポリカーボネートフィルムであることが好ましく、二軸延伸ポリエチレンテレフタラートフィルム、二軸延伸ポリエチレンナフタラートフィルムであることがより好ましい。   Among these, from the viewpoint of transparency, heat resistance, ease of handling, strength and cost, a biaxially stretched polyethylene terephthalate film, a biaxially stretched polyethylene naphthalate film, a polyethersulfone film, and a polycarbonate film are preferable. More preferred are a stretched polyethylene terephthalate film and a biaxially stretched polyethylene naphthalate film.

これらの基板には、塗布液の濡れ性や接着性を確保するために、表面処理を施すことや易接着層を設けることができる。表面処理や易接着層については従来公知の技術を使用できる。例えば、表面処理としては、コロナ放電処理、火炎処理、紫外線処理、高周波処理、グロー放電処理、活性プラズマ処理、レーザー処理等の表面活性化処理を挙げることができる。また、易接着層としては、ポリエステル、ポリアミド、ポリウレタン、ビニル系共重合体、ブタジエン系共重合体、アクリル系共重合体、ビニリデン系共重合体、エポキシ系共重合体等を挙げることができる。   These substrates can be subjected to a surface treatment or an easy-adhesion layer in order to ensure wettability and adhesion of the coating solution. A conventionally well-known technique can be used about a surface treatment or an easily bonding layer. For example, the surface treatment includes surface activation treatment such as corona discharge treatment, flame treatment, ultraviolet treatment, high frequency treatment, glow discharge treatment, active plasma treatment, and laser treatment. Examples of the easy adhesion layer include polyester, polyamide, polyurethane, vinyl copolymer, butadiene copolymer, acrylic copolymer, vinylidene copolymer, and epoxy copolymer.

[第一電極]
本発明に係る第一電極は、基板と光電変換層との間に配置される。ここで、第一電極は、基板の光入射方向に対して反対側となる一方の面上に設けられる。第一電極としては、その光透過率が80%以上、さらに90%以上(上限:100%)のものが好ましく用いられる。光透過率は、上記基板の説明の記載と同様のものである。
[First electrode]
The first electrode according to the present invention is disposed between the substrate and the photoelectric conversion layer. Here, the first electrode is provided on one surface which is opposite to the light incident direction of the substrate. As the first electrode, those having a light transmittance of 80% or more, more preferably 90% or more (upper limit: 100%) are preferably used. The light transmittance is the same as that described in the description of the substrate.

第一電極を形成する材料は、特に制限されず、公知の材料が使用できる。例えば、白金、金、銀、銅、アルミニウム、ロジウム、インジウム等の、金属;およびSnO、CdO、ZnO、CTO系(CdSnO、CdSnO、CdSnO)、In、CdIn等の、これらの金属酸化物などが挙げられる。これらのうち、金属として好ましくは、銀が挙げられ、光透過性を持たせるために、開口部を持つグリッドパターニングされた膜、あるいは微粒子やナノワイヤーを分散し塗布した膜が好ましく用いられる。また、金属酸化物として好ましくは、上記の金属酸化物に、Sn、Sb、FおよびAlから選ばれる1種または2種以上を添加した複合(ドープ)材料が挙げられる。より好ましくは、SnをドープしたIn(ITO)、SbをドープしたSnO、FをドープしたSnO(FTO)等の導電性金属酸化物が好ましく用いられ、耐熱性の点からFTOが最も好ましい。第一電極を形成する材料の基板への塗布量は、特に制限されないが、基板1m当たり、1〜100g程度であることが好ましい。 The material for forming the first electrode is not particularly limited, and a known material can be used. For example, metals such as platinum, gold, silver, copper, aluminum, rhodium, indium; and SnO 2 , CdO, ZnO, CTO (CdSnO 3 , Cd 2 SnO 4 , CdSnO 4 ), In 2 O 3 , CdIn 2 of O 4 or the like, and these metal oxides and the like. Among these, silver is preferably used as the metal, and a grid-patterned film having openings or a film in which fine particles or nanowires are dispersed and applied is preferably used in order to impart light transmittance. The metal oxide is preferably a composite (dope) material in which one or more selected from Sn, Sb, F and Al are added to the above metal oxide. More preferably, conductive metal oxides such as In 2 O 3 (ITO) doped with Sn, SnO 2 doped with Sb, and SnO 2 (FTO) doped with F are preferably used. Is most preferred. The amount of the material forming the first electrode applied to the substrate is not particularly limited, but is preferably about 1 to 100 g per 1 m 2 of the substrate.

なお、本発明に係る第一電極は、基板である透明基板の表面に設けられた透明導電性基板が好ましく、第一電極が表面に形成された基板を、ここでは透明導電性基板(または第一電極基板)とも称する。   The first electrode according to the present invention is preferably a transparent conductive substrate provided on the surface of a transparent substrate, which is a substrate. Here, the substrate on which the first electrode is formed is referred to as a transparent conductive substrate (or first conductive substrate). Also referred to as one electrode substrate).

透明導電性基板の平均厚さとしては、特に制限されないが、0.1mm〜5mmの範囲が好ましい。また、透明導電性基板の表面抵抗は、50Ω/□(square)以下であることが好ましく、20Ω/□(square)以下であることがより好ましく、更に好ましくは、10Ω/□(square)以下である。なお、透明導電性基板の表面抵抗の下限は、可能な限り低いことが好ましいため、特に規定する必要はないが、0.01Ω/□(square)以上であれば十分である。透明導電性基板の光透過率の好ましい範囲は、上記基板の光透過率の好ましい範囲と同様である。   Although it does not restrict | limit especially as average thickness of a transparent conductive substrate, The range of 0.1 mm-5 mm is preferable. The surface resistance of the transparent conductive substrate is preferably 50 Ω / □ (square) or less, more preferably 20 Ω / □ (square) or less, and still more preferably 10 Ω / □ (square) or less. is there. The lower limit of the surface resistance of the transparent conductive substrate is preferably as low as possible and need not be specified. However, 0.01Ω / □ (square) or more is sufficient. The preferable range of the light transmittance of the transparent conductive substrate is the same as the preferable range of the light transmittance of the substrate.

[電子輸送層]
本発明に係る光電変換素子において、電子輸送層が、短絡防止手段、封止手段及び整流作用として、膜状(層状)をなし、第一電極と光電変換層との間に配置される。また、電子輸送層は、光照射時に光電変換層との界面での電荷分離が起こると考えられる。なお、本明細書では、電子輸送層が基板上に形成された第一電極(透明導電性基板)上に形成されたものを、導電性基板とも称する。
[Electron transport layer]
In the photoelectric conversion element according to the present invention, the electron transport layer has a film shape (layer shape) as a short-circuit preventing unit, a sealing unit, and a rectifying function, and is disposed between the first electrode and the photoelectric conversion layer. The electron transport layer is considered to cause charge separation at the interface with the photoelectric conversion layer during light irradiation. In addition, in this specification, what formed the electron carrying layer on the 1st electrode (transparent conductive substrate) formed on the board | substrate is also called a conductive substrate.

本発明に係る電子輸送層は、多孔質であることが好ましい。より具体的には、電子輸送層の空孔率Cとしては、例えば、20%以下程度であるのが好ましく、5%以下程度であるのがより好ましく、2%以下程度であるのがさらに好ましい。すなわち、電子輸送層は、緻密層であるのが好ましい。これにより、短絡防止や整流作用といった効果をより向上することができる。ここで、電子輸送層の空孔率Cの下限は、可能な限り小さいことが好ましいため、特に規定する必要はないが、通常、0.05%以上程度である。   The electron transport layer according to the present invention is preferably porous. More specifically, the porosity C of the electron transport layer is, for example, preferably about 20% or less, more preferably about 5% or less, and still more preferably about 2% or less. . That is, the electron transport layer is preferably a dense layer. Thereby, effects, such as a short circuit prevention and a rectification | straightening effect | action, can be improved more. Here, since the lower limit of the porosity C of the electron transport layer is preferably as small as possible, it is not necessary to specify in particular, but it is usually about 0.05% or more.

当該電子輸送層の平均厚さ(膜厚)としては、例えば、0.001〜10μm程度であるのが好ましく、0.005〜0.5μm程度であるのがより好ましい。これにより、前記効果をより向上することができる。   The average thickness (film thickness) of the electron transport layer is, for example, preferably about 0.001 to 10 μm, and more preferably about 0.005 to 0.5 μm. Thereby, the said effect can be improved more.

本発明に係る電子輸送層の構成材料としては、特に限定されないが、n型半導体が使用できる。例えば、無機物の場合、亜鉛、ニオブ、スズ、チタン、バナジウム、インジウム、タングステン、タンタル、ジルコニウム、モリブデン、マンガン、鉄、銅、ニッケル、イリジウム、ロジウム、クロム、ルテニウムまたはその酸化物、また、チタン酸ストロンチウム、チタン酸カルシウム、チタン酸バリウム、チタン酸マグネシウム、ニオブ酸ストロンチウムのようなペロブスカイト、あるいはこれらの複合酸化物または酸化物混合物、CdS、CdSe、TiC、Si、SiC、BNのような各種金属化合物等の1種または2種以上の組み合わせなども使用することができる。また、有機物の場合、フラーレンもしくはその誘導体(例えば、フェニル−C61−酪酸メチルエステル([60]PCBM)、フェニル−C61−酪酸n−ブチルエステル([60]PCBnB)、フェニル−C61−酪酸イソブチルエステル([60]PCBiB)、フェニル−C61−酪酸n−ヘキシルエステル([60]PCBH)、フェニル−C61−酪酸n−オクチルエステル([60]PCBO)、ジフェニル−C62−ビス(酪酸メチルエステル)(ビス[60]PCBM)、フェニル−C71−酪酸メチルエステル([70]PCBM)、フェニル−C85−酪酸メチルエステル([84]PCBM)、チエニル−C61−酪酸メチルエステル([60]ThCBM)、C60ピロリジントリス酸、C60ピロリジントリス酸エチルエステル、N−メチルフラロピロリジン(MP−C60)、(1,2−メタノフラーレンC60)−61−カルボン酸、(1,2−メタノフラーレンC60)−61−カルボン酸t−ブチルエステル)、オクタアザポルフィリン等、p型有機半導体化合物の水素原子をフッ素原子に置換したパーフルオロ体(例えば、パーフルオロペンタセンやパーフルオロフタロシアニン)、ナフタレンテトラカルボン酸無水物、ナフタレンテトラカルボン酸ジイミド、ペリレンテトラカルボン酸無水物、ペリレンテトラカルボン酸ジイミド等の芳香族カルボン酸無水物やそのイミド化物を骨格として含む高分子化合物等を挙げることができる。 The constituent material of the electron transport layer according to the present invention is not particularly limited, but an n-type semiconductor can be used. For example, in the case of inorganic substances, zinc, niobium, tin, titanium, vanadium, indium, tungsten, tantalum, zirconium, molybdenum, manganese, iron, copper, nickel, iridium, rhodium, chromium, ruthenium or oxides thereof, and titanic acid Perovskites such as strontium, calcium titanate, barium titanate, magnesium titanate, strontium niobate, or their complex oxides or oxide mixtures, such as CdS, CdSe, TiC, Si 3 N 4 , SiC, BN 1 type, or 2 or more types of combinations, such as various metal compounds, can also be used. In the case of organic substances, fullerene or a derivative thereof (for example, phenyl-C61-butyric acid methyl ester ([60] PCBM), phenyl-C61-butyric acid n-butyl ester ([60] PCBnB), phenyl-C61-butyric acid isobutyl ester) ([60] PCBiB), phenyl-C61-butyric acid n-hexyl ester ([60] PCBH), phenyl-C61-butyric acid n-octyl ester ([60] PCBO), diphenyl-C62-bis (butyric acid methyl ester) ( Bis [60] PCBM), phenyl-C71-butyric acid methyl ester ([70] PCBM), phenyl-C85-butyric acid methyl ester ([84] PCBM), thienyl-C61-butyric acid methyl ester ([60] ThCBM), C60 Pyrrolidine tris acid, C60 pyrrolidine tri Acid ethyl ester, N-methylfulleropyrrolidine (MP-C60), (1,2-methanofullerene C60) -61-carboxylic acid, (1,2-methanofullerene C60) -61-carboxylic acid t-butyl ester) , Octaazaporphyrins, etc., perfluoro compounds in which hydrogen atoms of p-type organic semiconductor compounds are substituted with fluorine atoms (for example, perfluoropentacene or perfluorophthalocyanine), naphthalene tetracarboxylic anhydride, naphthalene tetracarboxylic diimide, perylene tetra Examples thereof include aromatic carboxylic acid anhydrides such as carboxylic acid anhydrides and perylene tetracarboxylic acid diimides, and polymer compounds containing the imidized product thereof as a skeleton.

特に正孔輸送層がp型半導体の場合、電子輸送層に金属を使用する場合には正孔輸送層よりも仕事関数の値が小さく、ショットキー型の接触をするものを用いることが好ましい。また、電子輸送層に金属酸化物を用いる場合には、透明導電層とオーミックに接触することが好ましい。このとき、酸化物を選択することで光電変換層から電子輸送層への電子移動効率を向上させることもできる。この中でも、光電変換層と同等の電気伝導性を有するものであるのが好ましく、特に、酸化チタンを主とするものがより好ましい。この場合、当該酸化チタン層は、アナターゼ型酸化チタンおよび誘電率が比較的高いルチル型の酸化チタンのいずれであってもよい。   In particular, when the hole transport layer is a p-type semiconductor, when a metal is used for the electron transport layer, it is preferable to use a material having a work function value smaller than that of the hole transport layer and having a Schottky contact. Moreover, when using a metal oxide for an electron carrying layer, it is preferable to contact a transparent conductive layer and ohmic. At this time, the efficiency of electron transfer from the photoelectric conversion layer to the electron transport layer can be improved by selecting an oxide. Among these, those having electrical conductivity equivalent to that of the photoelectric conversion layer are preferable, and those mainly composed of titanium oxide are more preferable. In this case, the titanium oxide layer may be either anatase-type titanium oxide or a rutile-type titanium oxide having a relatively high dielectric constant.

[光電変換層]
本発明に係る光電変換層は、色素および色素支持体を含有する。ここで、色素は、上記式(1)の色素(ペロブスカイト化合物)を含む。
[Photoelectric conversion layer]
The photoelectric conversion layer according to the present invention contains a dye and a dye support. Here, the dye includes the dye (perovskite compound) of the above formula (1).

(色素)
色素は、下記式(1):
(Dye)
The dye is represented by the following formula (1):

で示されるペロブスカイト化合物を含む。色素は、色素支持体に配位結合することにより担持され、かつ光照射時、光励起され起電力を生じ得る。上記式(1)のペロブスカイト化合物は、有機アンモニウム分子層(R〜R)と無機ハライド層(X〜X)とが交互に積層した超格子構造を形成し、無機ハライド(X〜X)の種類により低次元半導体、磁性体、発光体としての物性を示す。 A perovskite compound represented by: The dye is supported by coordinate bonding to the dye support, and can be photoexcited to generate an electromotive force when irradiated with light. The perovskite compound of the above formula (1) forms a superlattice structure in which organic ammonium molecular layers (R 1 to R 4 ) and inorganic halide layers (X 1 to X 3 ) are alternately stacked, and inorganic halide (X 1 ˜X 3 ) indicates physical properties as a low-dimensional semiconductor, a magnetic body, and a light emitter.

上記式(1)において、R〜Rは、それぞれ独立して、水素原子、置換もしくは無置換の炭素原子数1〜6の直鎖もしくは分岐状のアルキル基、置換もしくは無置換の炭素原子数3〜8のシクロアルキル基、炭素原子数2〜6のポリエチレンオキシド基、または置換もしくは無置換の炭素原子数4〜10の芳香環基を表す。ここで、R〜Rは、同じであっても、あるいは互いに異なるものであってもよいが、R〜Rが同時に水素原子になることはない。好ましくは、R〜Rのうち、2または3個が水素原子であり、3個が水素原子であることがより好ましい。 In the above formula (1), R 1 to R 4 each independently represent a hydrogen atom, a substituted or unsubstituted alkyl group having 1 to 6 carbon atoms, a substituted or unsubstituted alkyl group, or a substituted or unsubstituted carbon atom. A cycloalkyl group having 3 to 8 carbon atoms, a polyethylene oxide group having 2 to 6 carbon atoms, or a substituted or unsubstituted aromatic ring group having 4 to 10 carbon atoms. Here, R 1 to R 4 may be the same or different from each other, but R 1 to R 4 are not simultaneously hydrogen atoms. Preferably, among R 1 to R 4 , 2 or 3 are hydrogen atoms, and 3 are more preferably hydrogen atoms.

上記式(1)中におけるアルキル基は、炭素鎖長1〜6の直鎖もしくは分岐状のアルキル基である。例えば、メチル基、エチル基、n−プロピル基、イソプロピル基、n−ブチル基、イソブチル基、sec−ブチル基、tert−ブチル基、n−ペンチル基、イソペンチル基、tert−ペンチル基、ネオペンチル基、1,2−ジメチルプロピル基、n−ヘキシル基、イソヘキシル基、1,3−ジメチルブチル基、1−イソプロピルプロピル基、1,2−ジメチルブチル基などが挙げられる。これらのうち、ペロブスカイト構造の取りやすさ([(R)(R)(R)(R)N]の分子サイズ)などを考慮すると、炭素鎖長1〜4の直鎖もしくは分岐状のアルキル基が好ましく、炭素鎖長1〜3の直鎖のアルキル基がより好ましい。 The alkyl group in the above formula (1) is a linear or branched alkyl group having a carbon chain length of 1 to 6. For example, methyl group, ethyl group, n-propyl group, isopropyl group, n-butyl group, isobutyl group, sec-butyl group, tert-butyl group, n-pentyl group, isopentyl group, tert-pentyl group, neopentyl group, Examples include 1,2-dimethylpropyl group, n-hexyl group, isohexyl group, 1,3-dimethylbutyl group, 1-isopropylpropyl group, 1,2-dimethylbutyl group. Among these, taking into account the ease of taking a perovskite structure (molecular size of [(R 1 ) (R 2 ) (R 3 ) (R 4 ) N]), etc., straight chain or branched having a carbon chain length of 1 to 4 A straight chain alkyl group having a carbon chain length of 1 to 3 is more preferable.

また、上記式(1)中におけるシクロアルキル基は、炭素原子数3〜8のシクロアルキル基である。例えば、シクロプロピル基、シクロブチル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基などが挙げられる。これらのうち、炭素鎖長5〜7のシクロアルキル基が好ましい。   The cycloalkyl group in the above formula (1) is a cycloalkyl group having 3 to 8 carbon atoms. For example, a cyclopropyl group, a cyclobutyl group, a cyclopentyl group, a cyclohexyl group, etc. are mentioned. Among these, a cycloalkyl group having a carbon chain length of 5 to 7 is preferable.

炭素原子数2〜6のポリエチレンオキシド基は、式:−(CHCHO)Hまたは式:−(CHCHO)CHまたは式:−CH(OCHCHHで表わされる基であり、好ましくは式:−CH(OCHCHHで表わされる基である。上記式において、xは、1〜3の整数であり、1〜2であることが好ましい。 The polyethylene oxide group having 2 to 6 carbon atoms is represented by the formula: — (CH 2 CH 2 O) x H or the formula: — (CH 2 CH 2 O) x CH 3 or the formula: —CH 2 (OCH 2 CH 2 ). a group represented by x H, preferably of the formula: a group represented by -CH 2 (OCH 2 CH 2) x H. In the above formula, x is an integer of 1 to 3, and preferably 1 or 2.

炭素原子数4〜10の芳香環基は、特に制限されないが、置換もしくは無置換のフェニル基、ナフチル基、ピリジン、チオフェン、フラン等が挙げられる。これらのうち、フェニル基が好ましい。   The aromatic ring group having 4 to 10 carbon atoms is not particularly limited, and examples thereof include a substituted or unsubstituted phenyl group, naphthyl group, pyridine, thiophene, and furan. Of these, a phenyl group is preferred.

また、上記式(1)における「置換の」とは、上記例示したアルキル基、シクロアルキル基、芳香環基のうち、少なくとも1個以上の水素原子が他の置換基に置換されていることをいう。この際、置換基は、ペロブスカイト構造を損なわない限り、特に制限されず、アルキル基、アルコキシ基(例えば、メトキシ基、エトキシ基、プロポキシ基、イソプロポキシ基、ブトキシ基、イソブトキシ基、sec−ブトキシ基、tert−ブトキシ基等)などが挙げられる。上記置換基は、色素の他の構成要素、例えば、上記式(1)中の「M」や「X〜X」の大きさに応じて、適宜選択される。例えば、Mが鉛である場合には、ペロブスカイト構造の高い維持性を考慮すると、[(R)(R)(R)(R)N]の分子サイズが小さいことが好ましく、炭素原子数1〜3のアルキル基が好ましく、メチル基が置換基としてより好ましい。なお、場合によって存在する置換基は、置換する基と同じとなることはない。例えば、R〜Rがアルキル基の場合には、さらにアルキル基で置換されることはない。 In addition, the term “substituted” in the above formula (1) means that at least one hydrogen atom in the above exemplified alkyl group, cycloalkyl group, and aromatic ring group is substituted with another substituent. Say. In this case, the substituent is not particularly limited as long as the perovskite structure is not impaired, and an alkyl group or an alkoxy group (for example, methoxy group, ethoxy group, propoxy group, isopropoxy group, butoxy group, isobutoxy group, sec-butoxy group). , Tert-butoxy group, etc.). The substituent is appropriately selected depending on other components of the dye, for example, the size of “M” or “X 1 to X 3 ” in the above formula (1). For example, when M is lead, it is preferable that the molecular size of [(R 1 ) (R 2 ) (R 3 ) (R 4 ) N] is small, considering the high maintainability of the perovskite structure, An alkyl group having 1 to 3 atoms is preferable, and a methyl group is more preferable as a substituent. In addition, the substituent which exists depending on the case is not the same as the substituent. For example, when R 1 to R 4 are alkyl groups, they are not further substituted with an alkyl group.

上記R〜Rが水素原子でない場合の残りのR〜Rは、アルキル基、炭素原子数2〜6のポリエチレンオキシド基、芳香環基であることが好ましく、アルキル基、芳香環基であることがより好ましく、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基であることが特に好ましい。 In the case where R 1 to R 4 are not hydrogen atoms, the remaining R 1 to R 4 are preferably an alkyl group, a polyethylene oxide group having 2 to 6 carbon atoms, or an aromatic ring group, and may be an alkyl group or an aromatic ring group. And more preferably a methyl group, an ethyl group, a propyl group, or an isopropyl group.

具体的には、上記式(1)中の[(R)(R)(R)(R)N]部分は、メチルアンモニウム(CHNH)、エチルアンモニウム(CNH)、メチルエチルアンモニウム(CHNH)、プロピルアンモニウム(CNH)、イソプロピルアンモニウム((CHCHNH)、ブチルアンモニウム(CNH)、ペンチルアンモニウム(C11NH)、ヘキシルアンモニウム(C13NH);シクロヘキシルアンモニウム(CNH);シクロヘキセニルエチルアンモニウム(CNH);メトキシエチルアンモニウム(CHOCNH);エトキシメチルアンモニウム(COCHNH);フェネチルアンモニウム(CNH);ベンジルアンモニウム(CCHNH);ベンジルアミノアンモニウム(NHCHNH)、アニリニウム、ピリジルアンモニウムであることが好ましく、メチルアンモニウム(CHNH)、エチルアンモニウム(CNH)、メチルエチルアンモニウム(CHNH)、プロピルアンモニウム(CNH)、イソプロピルアンモニウム((CHCHNH)であることがより好ましい。 Specifically, the [(R 1 ) (R 2 ) (R 3 ) (R 4 ) N] moiety in the above formula (1) is methyl ammonium (CH 3 NH 3 ), ethyl ammonium (C 2 H 5 NH 3), methyl ethyl ammonium (CH 3 C 2 H 5 NH 2), propyl ammonium (C 3 H 7 NH 3) , isopropylammonium ((CH 3) 2 CHNH 3 ), tetrabutylammonium (C 4 H 9 NH 3 ), pentyl ammonium (C 5 H 11 NH 3) , hexyl ammonium (C 6 H 13 NH 3) ; cyclohexyl ammonium (C 6 H 5 NH 3) ; cyclohexenyl tetraethylammonium (C 6 H 9 C 2 H 4 NH 3 ); methoxyethyl ammonium (CH 3 OC 2 H 5 NH 3); ethoxymethyl ammonium (C 2 H 5 CH 2 NH 3); phenethylammonium (C 6 H 5 C 2 H 4 NH 3); benzylammonium (C 6 H 4 CH 2 NH 3); benzylamino ammonium (NH 2 C 6 H 4 CH 2 NH 3), Anilinium and pyridylammonium are preferable, and methylammonium (CH 3 NH 3 ), ethylammonium (C 2 H 5 NH 3 ), methylethylammonium (CH 3 C 2 H 5 NH 2 ), propylammonium (C 3 H 7 NH 3 ) and isopropyl ammonium ((CH 3 ) 2 CHNH 3 ) are more preferable.

上記式(1)において、X〜Xは、それぞれ独立して、ハロゲン原子を表す。ここで、X〜Xは、同じであっても、あるいは互いに異なるものであってもよい。ここで、ハロゲン原子としては、特に制限されないが、フッ素原子、塩素原子、臭素原子またはヨウ素原子がある。これらのうち、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子が好ましく、ヨウ素原子、臭素がより好ましい。 In the above formula (1), X 1 to X 3 each independently represent a halogen atom. Here, X 1 to X 3 may be the same or different from each other. Here, the halogen atom is not particularly limited, but includes a fluorine atom, a chlorine atom, a bromine atom or an iodine atom. Among these, a chlorine atom, a bromine atom, and an iodine atom are preferable, and an iodine atom and bromine are more preferable.

上記式(1)において、Mは、周期表の第14族原子または遷移金属を表す。これらのうち、ゲルマニウム(Ge)、スズ(Sn)、鉛(Pb)、クロム(Cr)、マンガン(Mn)、鉄(Fe)、コバルト(Co)、ニッケル(Ni)、銅(Cu)、パラジウム(Pd)、ユウロピウム(Eu)が好ましく、鉛(Pb)、スズ(Sn)がより好ましい。   In the above formula (1), M represents a group 14 atom or transition metal in the periodic table. Among these, germanium (Ge), tin (Sn), lead (Pb), chromium (Cr), manganese (Mn), iron (Fe), cobalt (Co), nickel (Ni), copper (Cu), palladium (Pd) and europium (Eu) are preferable, and lead (Pb) and tin (Sn) are more preferable.

すなわち、上記式(1)の色素の好ましい例としては、(CHNH)PbI、(CNH)PbI、(CHNH)PbI、(CNH)PbI、((CHCHNH)PbI、[(シクロプロピル)NH]PbI、[H(CHCHO)CH]PbI、[CNH]PbI、[(ピリジル)NH]PbI、[(ベンジル)NH]PbI、[(ベンジルアミノ)NH]PbI、(CHNH)PbI2.7Br0.3、(CNH)PbI2.7Br0.3、(CHNH)PbI2.7Br0.3、(CNH)PbI2.7Br0.3、((CHCHNH)PbI2.7Br0.3、[(シクロプロピル)NH]PbI2.7Br0.3、[H(CHCHO)CH]PbI2.7Br0.3、[CNH]PbI2.7Br0.3、[(ピリジル)NH]PbI2.7Br0.3、[(ベンジル)NH]PbI、[(ベンジルアミノ)NH]PbI2.7Br0.3、(CHNH)PbBr、(CNH)PbBr、(CHNH)PbBr、(CNH)PbBr、((CHCHNH)PbBr、[(シクロプロピル)NH]PbBr、[H(CHCHO)CH]PbBr、[CNH]PbBr、[(ピリジル)NH]PbBr、[(ベンジル)NH]PbBr、[(ベンジルアミノ)NH]PbBr、(CHNH)PbICl、(CNH)PbICl、(CHNH)PbICl、(CNH)PbICl、((CHCHNH)PbICl、[(シクロプロピル)NH]PbICl、[H(CHCHO)CH]PbICl、[CNH]PbPbICl、[(ピリジル)NH]PbICl、[(ベンジル)NH]PbICl、[(ベンジルアミノ)NH]PbIClが好ましく、(CHNH)PbI、(CHNH)PbI2.7Br0.3、(CHNH)PbBr、(CHNH)PbIClがより好ましい。 That is, preferable examples of the dye of the formula (1) include (CH 3 NH 3 ) PbI 3 , (C 2 H 5 NH 3 ) PbI 3 , (CH 3 C 2 H 5 NH 2 ) PbI 3 , (C 3 H 7 NH 3) PbI 3 , ((CH 3) 2 CHNH 3) PbI 3, [( cyclopropyl) NH 3] PbI 3, [ H (CH 2 CH 2 O) CH 2] PbI 3, [C 6 H 5 NH 3 ] PbI 3 , [(Pyridyl) NH 3 ] PbI 3 , [(Benzyl) NH 3 ] PbI 3 , [(Benzylamino) NH 3 ] PbI 3 , (CH 3 NH 3 ) PbI 2.7 Br 0.3 , (C 2 H 5 NH 3 ) PbI 2.7 Br 0.3 , (CH 3 C 2 H 5 NH 2 ) PbI 2.7 Br 0.3 , (C 3 H 7 NH 3 ) PbI 2 .7 Br 0.3, ((CH ) 2 CHNH 3) PbI 2.7 Br 0.3, [( cyclopropyl) NH 3] PbI 2.7 Br 0.3 , [H (CH 2 CH 2 O) CH 2] PbI 2.7 Br 0. 3 , [C 6 H 5 NH 3 ] PbI 2.7 Br 0.3 , [(pyridyl) NH 3 ] PbI 2.7 Br 0.3 , [(benzyl) NH 3 ] PbI 3 , [(benzylamino) NH 3 ] PbI 2.7 Br 0.3 , (CH 3 NH 3 ) PbBr 3 , (C 2 H 5 NH 3 ) PbBr 3 , (CH 3 C 2 H 5 NH 2 ) PbBr 3 , (C 3 H 7 NH 3 ) PbBr 3 , ((CH 3 ) 2 CHNH 3 ) PbBr 3 , [(cyclopropyl) NH 3 ] PbBr 3 , [H (CH 2 CH 2 O) CH 2 ] PbBr 3 , [C 6 H 5 NH 3 ] PbBr 3 , [(Pyridyl) NH 3 ] PbBr 3 , [(Benzyl) NH 3 ] PbBr 3 , [(Benzylamino) NH 3 ] PbBr 3 , (CH 3 NH 3 ) PbI 2 Cl, (C 2 H 5 NH 3 ) PbI 2 Cl, (CH 3 C 2 H 5 NH 2) PbI 2 Cl, (C 3 H 7 NH 3) PbI 2 Cl, ((CH 3) 2 CHNH 3) PbI 2 Cl, [( cyclopropyl) NH 3] PbI 2 Cl, [H (CH 2 CH 2 O) CH 2 ] PbI 2 Cl, [C 6 H 5 NH 3 ] PbPbI 2 Cl, [(pyridyl) NH 3 ] PbI 2 Cl, [(benzyl) NH 3 ] PbI 2 Cl, [(benzylamino) NH 3 ] PbI 2 Cl are preferred, (CH 3 NH 3 ) PbI 3 , (CH 3 NH 3 ) PbI 2.7 Br 0.3 , (CH 3 NH 3 ) PbBr 3 and (CH 3 NH 3 ) PbI 2 Cl are more preferred.

なお、本発明において、色素は、上記式(1)の色素を単独で用いてもよいし、上記式(1)の色素を複数併用してもよく、また他の化合物(例えば、米国特許第4,684,537号明細書、同4,927,721号明細書、同5,084,365号明細書、同5,350,644号明細書、同5,463,057号明細書、同5,525,440号明細書、特開平7−249790号公報、特開2000−150007号公報等に記載の化合物)と混合して用いることもできる。好ましくは、上記に記載した式(1)の色素のみを使用する。   In the present invention, as the dye, the dye of the above formula (1) may be used alone, a plurality of the dyes of the above formula (1) may be used in combination, or other compounds (for example, US Pat. 4,684,537, 4,927,721, 5,084,365, 5,350,644, 5,463,057, 5,525,440, JP-A-7-249790, JP-A-2000-150007, etc.) can also be used as a mixture. Preferably, only the dye of formula (1) described above is used.

なお、本発明の光電変換素子の用途が後述する太陽電池である場合には、光電変換の波長域をできるだけ広くして太陽光を有効に利用できるように吸収波長の異なる二種類以上の色素を併用してもよい。   In addition, when the use of the photoelectric conversion element of the present invention is a solar cell described later, two or more kinds of dyes having different absorption wavelengths are used so that the wavelength range of photoelectric conversion can be made as wide as possible to effectively use sunlight. You may use together.

本発明の光電変換素子に含まれる色素量は、特に制限はないが、光電変換効率等の観点から、光電変換素子の面積当たり、0.01〜100mmol/mであることが好ましく、0.03〜50mmol/mであることがより好ましく、0.05〜20mmol/mであることがさらに好ましい。 The amount of the dye contained in the photoelectric conversion element of the present invention is not particularly limited, but is preferably 0.01 to 100 mmol / m 2 per area of the photoelectric conversion element from the viewpoint of photoelectric conversion efficiency and the like. more preferably 03~50mmol / m 2, further preferably 0.05~20mmol / m 2.

(色素支持体)
色素支持体は、式(1)の色素(ペロブスカイト化合物)を担持し、かつ、光電変換層として製膜可能な有機化合物を含む。より詳細には、色素支持体は、式(1)の色素(ペロブスカイト化合物)のM(周期表の第14族原子または遷移金属、例えばPb)と配位結合可能な、酸素原子(O)、窒素原子(N)、または硫黄原子(S)の少なくとも1種を含み、重量平均分子量(Mw)が500以上である有機化合物を必須に含む。
(Dye support)
The dye support includes an organic compound that carries the dye of formula (1) (perovskite compound) and can be formed as a photoelectric conversion layer. More specifically, the dye support is an oxygen atom (O) capable of coordinating with M (group 14 atom or transition metal of the periodic table, eg Pb) of the dye of formula (1) (perovskite compound), An organic compound containing at least one of a nitrogen atom (N) or a sulfur atom (S) and having a weight average molecular weight (Mw) of 500 or more is essential.

上記有機化合物中に含まれる酸素原子(O)、窒素原子(N)、硫黄原子(S)の含有量は、特に制限されないが、有機化合物中の炭素原子の総数を1とした場合、酸素原子(O)、窒素原子(N)、および硫黄原子(S)の総数が0.1〜1であることが好ましく、0.33〜0.67であることがより好ましい。有機化合物が上記割合で酸素原子(O)、窒素原子(N)、硫黄原子(S)を含有することにより、式(1)の色素(ペロブスカイト化合物)が担持性が高まるため、短絡電流密度の向上に寄与しうる。   The content of oxygen atoms (O), nitrogen atoms (N), and sulfur atoms (S) contained in the organic compound is not particularly limited, but when the total number of carbon atoms in the organic compound is 1, oxygen atoms The total number of (O), nitrogen atoms (N), and sulfur atoms (S) is preferably 0.1 to 1, and more preferably 0.33 to 0.67. Since the organic compound contains an oxygen atom (O), a nitrogen atom (N), and a sulfur atom (S) in the above proportion, the support of the dye (perovskite compound) of the formula (1) is increased. Can contribute to improvement.

このような有機化合物は、特に制限されないが、ポリエーテル、ポリエステル、ポリリン酸エステル、ポリアミド、ポリイミド、ポリカーボネート、ポリチオエステル、ポリチオカーボネート、および含硫黄ポリイソプロピレン(加硫ゴム)からなる群から選択される少なくとも1種の高分子化合物であることが好ましい。   Such an organic compound is not particularly limited, but is selected from the group consisting of polyether, polyester, polyphosphate ester, polyamide, polyimide, polycarbonate, polythioester, polythiocarbonate, and sulfur-containing polyisopropylene (vulcanized rubber). It is preferable that at least one polymer compound is used.

ポリエーテルは、下記式(2)で表される繰り返し構造を有する。   The polyether has a repeating structure represented by the following formula (2).

ポリエステルは、下記式(3)で表される繰り返し構造を有する。   The polyester has a repeating structure represented by the following formula (3).

ポリアミドは、下記式(4)で表される繰り返し構造を有する。   Polyamide has a repeating structure represented by the following formula (4).

ポリアミドは、下記式(5)で表される繰り返し構造を有する。   Polyamide has a repeating structure represented by the following formula (5).

ポリカーボネートは、下記式(6)で表される繰り返し構造を有する。   Polycarbonate has a repeating structure represented by the following formula (6).

ポリチオエステルは、下記式(7)で表される繰り返し構造を有する。   The polythioester has a repeating structure represented by the following formula (7).

ポリチオカーボネートは、下記式(8)で表される繰り返し構造を有する。   The polythiocarbonate has a repeating structure represented by the following formula (8).

上記式(2)〜(6)中、R〜R、R10〜R13は、特に制限はないが、それぞれ独立して、置換もしくは無置換の炭素原子数1〜10の直鎖もしくは分岐鎖状のアルキレン基、置換もしくは無置換の炭素原子数3〜1のシクロアルキレン基、置換もしくは無置換の炭素原子数6〜16のアリーレン基、または、これらが複数連結した基、もしくは、これらが酸素原子、窒素原子、硫黄原子、リン原子、ホウ素原子を介して複数連結した基であることが好ましい。 In the above formulas (2) to (6), R 5 to R 8 and R 10 to R 13 are not particularly limited, but are each independently a substituted or unsubstituted straight chain having 1 to 10 carbon atoms or A branched alkylene group, a substituted or unsubstituted cycloalkylene group having 3 to 1 carbon atoms, a substituted or unsubstituted arylene group having 6 to 16 carbon atoms, a group in which a plurality of these are linked, or these Is preferably a group in which a plurality of are connected via an oxygen atom, a nitrogen atom, a sulfur atom, a phosphorus atom, or a boron atom.

上記アルキレン基としてはメチレン基、エチレン基、トリメチレン基、テトラメチレン基、プロピレン基、ペンタメチレン基、ヘキサメチレン基、ヘプタメチレン基、オクタメチレン基などが挙げられる。   Examples of the alkylene group include methylene group, ethylene group, trimethylene group, tetramethylene group, propylene group, pentamethylene group, hexamethylene group, heptamethylene group, octamethylene group and the like.

上記シクロアルキレン基としては、シシクロプロピル基、シクロブチル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基、シクロヘプチル基、シクロオクチル基、アダマンチル基などが挙げられる。   Examples of the cycloalkylene group include a cyclocyclopropyl group, a cyclobutyl group, a cyclopentyl group, a cyclohexyl group, a cycloheptyl group, a cyclooctyl group, and an adamantyl group.

上記アリーレン基としては、フェニレン基、ナフチレン基、ビフェニレン基、アントラセニレン基、フェナントレン基などが挙げられる。   Examples of the arylene group include a phenylene group, a naphthylene group, a biphenylene group, an anthracenylene group, and a phenanthrene group.

上記式(5)中、Rは、特に制限はないが、それぞれ独立して、置換もしくは無置換の炭素原子数6〜16の4価の芳香族基、例えば、ベンゼン、ナフタレン、アントラセンからそれぞれ4つの水素を除いた基であることが好ましい。 In the above formula (5), R 9 is not particularly limited, but each independently represents a substituted or unsubstituted tetravalent aromatic group having 6 to 16 carbon atoms such as benzene, naphthalene, and anthracene. A group in which four hydrogens are removed is preferable.

また、これらの基に場合によって存在する置換基としては、アルキル基、シクロアルキル基、アルケニル基、アルキニル基、アリール基、ヘテロアリール基、アシル基、アルコキシカルボニル基、(アルキル)アミノ基、アルコキシ基、シクロアルキルオキシ基、アリールオキシ基、アリールオキシカルボニル基、アルキルエステル基、エステル基、アシルアミノ基、アルコキシカルボニルアミノ基、アリールオキシカルボニルアミノ基、スルホニルアミノ基、スルファモイル基、カルバモイル基、アルキルチオ基、アリールチオ基、シリル基(−SiH)、スルホニル基、スルフィニル基、ウレイド基、リン酸アミド基、ハロゲン原子、ヒドロキシル基(−OH)、メルカプト基(−SH)、シアノ基(−CN)、スルホ基(−SOH)、カルボキシル基(−COOH)、ニトロ基(−NO)、ヒドロキサム酸基(−C(=O)−NH−OH)、スルフィノ基(−S(=O)OH)、ヒドラジノ基(−NHNH)、イミノ基などが挙げられる。 In addition, substituents optionally present in these groups include alkyl groups, cycloalkyl groups, alkenyl groups, alkynyl groups, aryl groups, heteroaryl groups, acyl groups, alkoxycarbonyl groups, (alkyl) amino groups, alkoxy groups. , Cycloalkyloxy group, aryloxy group, aryloxycarbonyl group, alkyl ester group, ester group, acylamino group, alkoxycarbonylamino group, aryloxycarbonylamino group, sulfonylamino group, sulfamoyl group, carbamoyl group, alkylthio group, arylthio Group, silyl group (—SiH 3 ), sulfonyl group, sulfinyl group, ureido group, phosphoric acid amide group, halogen atom, hydroxyl group (—OH), mercapto group (—SH), cyano group (—CN), sulfo group (-SO 3 H), carboxyl group (—COOH), nitro group (—NO 2 ), hydroxamic acid group (—C (═O) —NH—OH), sulfino group (—S (═O) OH), hydrazino group (— NHNH 2 ), imino group and the like.

具体的な有機化合物としては、ポリエチレングリコール、ポリトリメチレングリコール、ポリプロピレングリコール;ポリグリコール酸(ポリグリコライド)、ポリエチレンテレフタラート(PET)、ポリトリメチレンテレフタラート(PTT)、ポリブチレンテレフタラート(PBT)、ポリエチレンナフタラート(PEN)、ポリブチレンナフタラート(PBN);ナイロン6(カプロラクタムの重縮合体)、ナイロン11(ウンデカンラクタムの重縮合体)、ナイロン12(ラウリルラクタムの重縮合体)、ナイロン66(ヘキサメチレンジアミンとアジピン酸との共縮重合体)、ナイロン610(ヘキサメチレンジアミンセバシン酸との共縮重合体)、ナイロン6T(ヘキサメチレンジアミンとテレフタル酸との共縮重合体)、ナイロン6I(ヘキサメチレンジアミンとイソフタル酸との共縮重合体)、ナイロン9T(ノナンジアミンとテレフタル酸との共縮重合体)、ナイロンM5T(メチルペンタジアミンとテレフタル酸との共縮重合体)、ナイロン612(カプロラクタムとラウリルラクタム共縮重合体)。ケブラー(登録商標、poly−p−phenyleneterephthalamide)ノーメックス(登録商標、poly−m−phenyleneisophthalamide);カプトン(登録商標)H(ピロメリット酸二無水物と4,4’−ジアミノジフェニルエーテルの共縮重合体);ビスフェノールA型ポリカーボネート等が挙げられる。   Specific organic compounds include polyethylene glycol, polytrimethylene glycol, polypropylene glycol; polyglycolic acid (polyglycolide), polyethylene terephthalate (PET), polytrimethylene terephthalate (PTT), polybutylene terephthalate (PBT). ), Polyethylene naphthalate (PEN), polybutylene naphthalate (PBN); nylon 6 (polycondensate of caprolactam), nylon 11 (polycondensate of undecane lactam), nylon 12 (polycondensate of lauryl lactam), nylon 66 (co-condensation polymer of hexamethylene diamine and adipic acid), nylon 610 (co-condensation polymer of hexamethylene diamine sebacic acid), nylon 6T (co-condensation polymer of hexamethylene diamine and terephthalic acid), na Ron 6I (copolycondensation polymer of hexamethylenediamine and isophthalic acid), nylon 9T (copolycondensation polymer of nonanediamine and terephthalic acid), nylon M5T (copolycondensation polymer of methylpentadiamine and terephthalic acid), nylon 612 (caprolactam and lauryl lactam copolymer). Kevlar (registered trademark, poly-p-phenylene terephthalamide) Nomex (registered trademark, poly-m-phenyleneisophthalamide); Kapton (registered trademark) H (copolycondensate of pyromellitic dianhydride and 4,4'-diaminodiphenyl ether) Bisphenol A type polycarbonate and the like.

また、これ以外にも、核酸(DNA、RNA)、ポリペプチド、多糖などの生体高分子化合物を上記有機化合物として用いてもよい。   In addition, biopolymer compounds such as nucleic acids (DNA, RNA), polypeptides, and polysaccharides may be used as the organic compound.

これらの有機化合物のなかでも、式(1)の色素(ペロブスカイト化合物)のM(周期表の第14族原子または遷移金属、例えばPb)と、安定な5員環配位構造または6員環配位構造を形成し得る、O−C−C−OまたはO−C−C−C−Oの部分構造を有するものであることが好ましい。具体的には、ポリエチレングリコール、ポリトリメチレングリコール、ポリプロピレングリコール、ポリグリコール酸(ポリグリコライド)、ポリエチレンテレフタラート(PET)、ポリトリメチレンテレフタラート(PTT)、ポリエチレンナフタラート(PEN)などであることが好ましい。このような有機化合物は、色素の担持性に優れるため、短絡電流密度をより向上させることができる。   Among these organic compounds, M (group 14 atom or transition metal of the periodic table such as Pb) of the dye of the formula (1) (perovskite compound) and a stable 5-membered ring coordination structure or 6-membered ring coordination It preferably has a partial structure of O—C—C—O or O—C—C—C—O that can form a coordination structure. Specifically, polyethylene glycol, polytrimethylene glycol, polypropylene glycol, polyglycolic acid (polyglycolide), polyethylene terephthalate (PET), polytrimethylene terephthalate (PTT), polyethylene naphthalate (PEN), and the like. It is preferable. Since such an organic compound is excellent in the carrying | support property of a pigment | dye, it can improve a short circuit current density more.

上記有機化合物の重量平均分子量(MW)は、500以上を必須とし、500〜100、000であることが好ましく、2000〜10,000であることがより好ましい。当該重量平均分子量(MW)を上記範囲とすることにより、光電変換層の製膜性が向上しうる。なお、本明細書における重量平均分子量(MW)は、GPCを用いた標準ポリスチレン換算により測定される値を採用するものとする。   The weight average molecular weight (MW) of the organic compound is essentially 500 or more, preferably 500 to 100,000, and more preferably 2000 to 10,000. By making the said weight average molecular weight (MW) into the said range, the film forming property of a photoelectric converting layer can improve. In addition, the value measured by standard polystyrene conversion using GPC shall be employ | adopted for the weight average molecular weight (MW) in this specification.

本発明の光電変換層における、上記色素支持体の含有量は、特に制限はないが、上記色素の含有量100質量部に対し5〜400質量部であることが好ましく、10〜100質量部であることがより好ましく、10〜50質量部であることがより好ましい。色素支持体の含有量が5質量部以上であると、光電変換層の製膜を良好に行うことができる。一方、色素支持体の含有量が400質量部以下であると、色素の含有量が少なくなり過ぎず、十分な光電変換効率を発揮させることができる。   Although there is no restriction | limiting in particular in content of the said pigment | dye support body in the photoelectric converting layer of this invention, It is preferable that it is 5-400 mass parts with respect to 100 mass parts of content of the said pigment | dye, 10-100 mass parts More preferably, it is more preferably 10 to 50 parts by mass. When the content of the dye support is 5 parts by mass or more, the photoelectric conversion layer can be formed satisfactorily. On the other hand, when the content of the dye support is 400 parts by mass or less, the content of the dye does not decrease too much, and sufficient photoelectric conversion efficiency can be exhibited.

本発明において、光電変換層の厚みは、特に制限されないが、通常0.1〜20μmであり、0.5〜2μmであることが好ましい。このような範囲の膜厚であれば、十分に高い光電変換効率を発揮することができる。   In the present invention, the thickness of the photoelectric conversion layer is not particularly limited, but is usually 0.1 to 20 μm, and preferably 0.5 to 2 μm. When the film thickness is in such a range, a sufficiently high photoelectric conversion efficiency can be exhibited.

(光電変換層の作製方法)
本発明において、光電変換層の作製方法は、特に制限されないが、主に下記の3つの方法が挙げられる。以下、色素として(CHNH)PbIを用いた場合を例に挙げて光電変換層の作製方法を説明する。
(Method for producing photoelectric conversion layer)
In the present invention, the method for producing the photoelectric conversion layer is not particularly limited, but mainly includes the following three methods. Hereinafter, a method for producing a photoelectric conversion layer will be described by using as an example a case where (CH 3 NH 3 ) PbI 3 is used as a dye.

方法(1):色素前駆体を調製後、当該色素前駆体および色素支持体(有機化合物)を含む液を電子輸送層上に塗布し、熱処理/乾燥する方法(1段階塗布法)。   Method (1): A method in which after preparing a dye precursor, a liquid containing the dye precursor and the dye support (organic compound) is applied onto the electron transport layer, followed by heat treatment / drying (one-step application method).

方法(1)では、まず初めに色素前駆体を調製する。色素として(CHNH)PbIを用いる場合は、メチルアミンとヨウ化水素酸とを適当な溶媒に溶解させ、これを濃縮乾固することによりCHNHIを得ることができる。次にCHNHIとPbIとを適当な溶媒中で混合することにより、色素前駆体溶液を調製する。 In the method (1), a dye precursor is first prepared. When (CH 3 NH 3 ) PbI 3 is used as a dye, CH 3 NH 3 I can be obtained by dissolving methylamine and hydroiodic acid in a suitable solvent and concentrating and drying the solution. Next, a dye precursor solution is prepared by mixing CH 3 NH 3 I and PbI 2 in a suitable solvent.

続いて、上記色素前駆体と色素支持体を適当な溶媒中で混合し、色素前駆体溶液を電子輸送層上に塗布する。この際の塗布方法としては、特に制限されないが、滴下法、ディップ法、ドクターブレード法、スキージ法、スピンコート法、スクリーン印刷法、インクジェット法など公知の方法が挙げられる。   Subsequently, the dye precursor and the dye support are mixed in an appropriate solvent, and the dye precursor solution is applied onto the electron transport layer. The coating method in this case is not particularly limited, and examples thereof include known methods such as a dropping method, a dipping method, a doctor blade method, a squeegee method, a spin coating method, a screen printing method, and an ink jet method.

その後、塗布した色素前駆体溶液を熱処理/乾燥することにより、ペロブスカイト化合物を形成させる。熱処理/乾燥の際の条件は、特に制限されないが、好ましくは40〜500℃、より好ましくは60〜200℃に加熱した装置(例えば、ホットプレート)上に、好ましくは1〜300分間、より好ましくは5〜120分間、放置し、熱処理/乾燥する。これにより、色素支持体層中に色素が担持されてなる光電変換層が作製される。   Then, the perovskite compound is formed by heat-treating / drying the applied dye precursor solution. The conditions for the heat treatment / drying are not particularly limited, but preferably on an apparatus (for example, a hot plate) heated to 40 to 500 ° C., more preferably 60 to 200 ° C., and preferably 1 to 300 minutes. Leave for 5 to 120 minutes and heat treat / dry. Thereby, the photoelectric converting layer by which a pigment | dye is carry | supported in the pigment | dye support body layer is produced.

方法(2):色素支持体(有機化合物)とPbIとの混合溶液を電子輸送層上に塗布、乾燥させた後、これをCHNHIを含む溶液に浸漬し、熱処理/乾燥する方法(塗布+含浸法)。 Method (2): A mixed solution of a dye support (organic compound) and PbI 3 is applied on an electron transport layer and dried, and then immersed in a solution containing CH 3 NH 3 I, followed by heat treatment / drying. Method (coating + impregnation method).

方法(2)では、まず、色素支持体とPbIとを適当な溶媒に溶解させ、得られた溶液を電子輸送層上に塗布する。この際の塗布方法は、上述の方法(1)における塗布方法と同様である。そして、これを乾燥することにより、電子輸送層上に、色素支持体にPbIが担持された膜が形成される。なお、この際の乾燥条件は、特に制限されないが、好ましくは40〜150℃、より好ましくは60〜100℃に加熱した装置(例えば、ホットプレート)上に、好ましくは1〜120分間、より好ましくは5〜60分間、放置し、乾燥する。 In the method (2), first, the dye support and PbI 2 are dissolved in an appropriate solvent, and the obtained solution is applied onto the electron transport layer. The coating method at this time is the same as the coating method in the above method (1). Then, by drying this, a film in which PbI 2 is supported on the dye support is formed on the electron transport layer. In addition, the drying conditions in this case are not particularly limited, but preferably on an apparatus (for example, a hot plate) heated to 40 to 150 ° C., more preferably 60 to 100 ° C., and preferably 1 to 120 minutes. Leave for 5 to 60 minutes and dry.

次に、上記の電子輸送層上に形成された色素支持体にPbIが担持された膜を、CHNHIを含む溶液に浸漬し、熱処理/乾燥する。当該浸漬の際の条件は特に制限されないが、処理温度は、10〜100℃が好ましく、15〜40℃がより好ましい。また、処理時間は、5〜120秒が好ましく、5〜30秒がより好ましい。特に、室温(25℃)条件下で5〜30秒、特に10〜20秒、処理を行うことが好ましい。なお、浸漬後の熱処理/乾燥の際の条件は、上記方法(1)における熱処理/乾燥の条件と同様である。これにより、色素支持体に色素が担持されてなる光電変換層が作製される。 Next, the film in which PbI 2 is supported on the dye support formed on the electron transport layer is immersed in a solution containing CH 3 NH 3 I, and is heat-treated / dried. Although the conditions in the case of the said immersion are not restrict | limited in particular, 10-100 degreeC is preferable and the process temperature has more preferable 15-40 degreeC. The treatment time is preferably 5 to 120 seconds, more preferably 5 to 30 seconds. In particular, the treatment is preferably performed at room temperature (25 ° C.) for 5 to 30 seconds, particularly 10 to 20 seconds. The conditions for the heat treatment / drying after the immersion are the same as those for the heat treatment / drying in the above method (1). Thereby, the photoelectric converting layer formed by carrying | supporting a pigment | dye to a pigment | dye support body is produced.

方法(3):色素支持体を含む溶液を電子輸送層上に塗布、乾燥させ、色素支持体膜を形成させる。この上にPbIを含む溶液を塗布、乾燥させた後、さらにCHNHIを含む溶液に浸漬し、熱処理/乾燥する方法(2段階塗布+含浸法)。 Method (3): A solution containing a dye support is applied onto the electron transport layer and dried to form a dye support film. A method in which a solution containing PbI 2 is applied and dried thereon, and further immersed in a solution containing CH 3 NH 3 I, followed by heat treatment / drying (two-step application + impregnation method).

方法(3)では、色素支持体を適当な溶媒に溶解させ、得られた溶液を電子輸送層上に塗布し、乾燥させる。この際の塗布、乾燥方法は、上述の方法(1)と同様である。これにより、電子輸送層上に、色素支持体の膜が形成される。   In method (3), the dye support is dissolved in a suitable solvent, and the resulting solution is applied onto the electron transport layer and dried. The coating and drying method at this time is the same as the above method (1). Thereby, the film | membrane of a pigment | dye support body is formed on an electron carrying layer.

次に、PbIを含む溶液を、上記色素支持体の膜に塗布し、乾燥させる。この際の塗布、乾燥方法は、上述の方法(1)と同様である。これにより、色素支持体の膜にPbIが担持される。 Next, a solution containing PbI 2 is applied to the film of the dye support and dried. The coating and drying method at this time is the same as the above method (1). Thereby, PbI 2 is supported on the membrane of the dye support.

その後、上述の方法(2)と同様の方法で、上記のPbIが担持された色素支持体の膜をCHNHIを含む溶液に浸漬し、熱処理/乾燥する。これにより、色素支持体に色素が担持されてなる光電変換層が作製される。 Thereafter, in the same manner as in the above method (2), the above-mentioned dye support film carrying PbI 2 is dipped in a solution containing CH 3 NH 3 I and heat-treated / dried. Thereby, the photoelectric converting layer formed by carrying | supporting a pigment | dye to a pigment | dye support body is produced.

上記方法(1)〜(3)は、いずれの方法を採用しても構わないが、色素支持体へのペロブスカイト分子の充填度の観点から、方法(1)を採用することが好ましい。   Any of the methods (1) to (3) may be adopted, but the method (1) is preferably adopted from the viewpoint of the degree of filling of the perovskite molecules into the dye support.

上記方法(1)〜(3)において、色素原料や色素支持体等を溶解するのに用いる溶媒は、特に制限されないが、溶媒に溶解している水分および気体が色素の吸着等を妨げることを防ぐために、予め脱気および蒸留精製しておくことが好ましい。色素原料や色素支持体等の溶解において好ましく用いられる溶媒としては、アセトニトリル等のニトリル系溶媒、メタノール、エタノール、n−プロパノール、イソプロパノール、t−ブチルアルコール等のアルコール系溶媒、β−プロピオラクトン、γ−ブチロラクトン、δ−バレロラクトン等のラクトン系溶媒、アセトン、メチルエチルケトン等のケトン系溶媒、ジエチルエーテル、ジイソプロピルエーテル、テトラヒドロフラン、1,4−ジオキサン等のエーテル系溶媒、塩化メチレン、1,1,2−トリクロロエタン等のハロゲン化炭化水素溶媒、ジメチルホルムアミド、ジメチルスルホキシド等が上げられる。これらの溶媒は、単独で使用されてもあるいは2種以上を混合して使用してもよい。これらのうち、アセトニトリル、メタノール、エタノール、n−プロパノール、イソプロパノール、t−ブチルアルコール、γ−ブチロラクトン、アセトン、メチルエチルケトン、テトラヒドロフラン、塩化メチレン、ジメチルホルムアミドならびにこれらの混合溶媒、例えば、アセトニトリル/メタノール混合溶媒、アセトニトリル/エタノール混合溶媒、アセトニトリル/t−ブチルアルコール混合溶媒が好ましい。   In the above methods (1) to (3), the solvent used for dissolving the dye raw material, the dye support and the like is not particularly limited, but the moisture and gas dissolved in the solvent prevent the adsorption of the dye and the like. In order to prevent this, it is preferable to deaerate and purify in advance. Solvents preferably used in the dissolution of the dye material and dye support, etc. include nitrile solvents such as acetonitrile, alcohol solvents such as methanol, ethanol, n-propanol, isopropanol, and t-butyl alcohol, β-propiolactone, Lactone solvents such as γ-butyrolactone and δ-valerolactone, ketone solvents such as acetone and methyl ethyl ketone, ether solvents such as diethyl ether, diisopropyl ether, tetrahydrofuran and 1,4-dioxane, methylene chloride, 1,1,2 -Halogenated hydrocarbon solvents such as trichloroethane, dimethylformamide, dimethyl sulfoxide and the like. These solvents may be used alone or in combination of two or more. Among these, acetonitrile, methanol, ethanol, n-propanol, isopropanol, t-butyl alcohol, γ-butyrolactone, acetone, methyl ethyl ketone, tetrahydrofuran, methylene chloride, dimethylformamide and mixed solvents thereof such as acetonitrile / methanol mixed solvent, An acetonitrile / ethanol mixed solvent and an acetonitrile / t-butyl alcohol mixed solvent are preferable.

[正孔輸送層]
正孔輸送層は、光励起によって酸化された増感色素に電子を供給して還元し、増感色素との界面で生じた正孔を第二電極へ輸送する機能を有する。
[Hole transport layer]
The hole transport layer has a function of supplying electrons to the sensitizing dye oxidized by photoexcitation to reduce the hole, and transporting holes generated at the interface with the sensitizing dye to the second electrode.

本発明に係る正孔輸送層は、レドックス電解質の分散物や正孔輸送材料としてのp型化合物半導体(電荷輸送剤)を主成分として構成されている。   The hole transport layer according to the present invention is mainly composed of a redox electrolyte dispersion and a p-type compound semiconductor (charge transport agent) as a hole transport material.

レドックス電解質としては、I/I 系や、Br/Br 系、キノン/ハイドロキノン系等が挙げられる。このようなレドックス電解質は従来公知の方法によって得ることができ、例えば、I/I 系の電解質は、ヨウ素のアンモニウム塩とヨウ素を混合することによって得ることができる。これらの分散物は溶液である場合に液体電解質、常温において固体である高分子中に分散させた場合に固体高分子電解質、ゲル状物質に分散された場合にゲル電解質と呼ばれる。正孔輸送層として液体電解質が用いられる場合、その溶媒としては電気化学的に不活性なものが用いられ、例えば、アセトニトリル、バレロニトリル、炭酸プロピレン、エチレンカーボネート等が用いられる。固体高分子電解質の例としては特開2001−160427号公報記載の電解質が、ゲル電解質の例としては「表面科学」21巻、第5号288〜293頁に記載の電解質が挙げられる。 Examples of the redox electrolyte include I / I 3 system, Br / Br 3 system, and quinone / hydroquinone system. Such redox electrolyte can be obtained by a conventionally known method, for example, I - / I 3 - system electrolyte can be obtained by mixing an ammonium salt of iodine and iodine. These dispersions are called liquid electrolytes when they are in solution, solid polymer electrolytes when dispersed in a polymer that is solid at room temperature, and gel electrolytes when dispersed in a gel-like substance. When a liquid electrolyte is used as the hole transport layer, an electrochemically inert solvent is used as the solvent, for example, acetonitrile, valeronitrile, propylene carbonate, ethylene carbonate, or the like. Examples of the solid polymer electrolyte include the electrolyte described in JP-A No. 2001-160427, and examples of the gel electrolyte include the electrolyte described in “Surface Science” Vol. 21, No. 5, pages 288 to 293.

p型化合物としては、芳香族アミン誘導体、ピリジン誘導体、チオフェン誘導体、ピロール誘導体、およびスチルベン誘導体等のモノマー、並びに前記モノマーを含むオリゴマー(特に、ダイマーおよびトリマー)、およびポリマーが用いられうる。前記モノマーおよびオリゴマーは比較的に低分子量であることから有機溶媒等の溶媒への溶解性が高く、光電変換層への塗布が簡便となりうる。一方、ポリマーについては、光電変換層にプレポリマーの形態で塗布して、光電変換層上で重合してポリマーを形成する方法が簡便でありうる。当該重合方法としては、特に制限はなく、例えば、特開2000−106223号公報に記載の方法などの公知の重合方法が適用できる。具体的には、少なくとも作用極と対極とを備えて両電極間に電圧を印加することにより反応させる電解重合法、重合触媒を用いる化学重合法、光照射単独あるいは重合触媒、加熱、電解等を組み合わせた光重合法等が挙げられる。これらのうち、電解重合法を用いることが好ましい。電解重合によって得られたp型化合物を含む光電変換素子は、特に高い開放電圧(Voc)を有しうる。   As the p-type compound, monomers such as aromatic amine derivatives, pyridine derivatives, thiophene derivatives, pyrrole derivatives, and stilbene derivatives, and oligomers (particularly dimers and trimers) and polymers containing the monomers can be used. Since the monomer and oligomer have a relatively low molecular weight, they are highly soluble in a solvent such as an organic solvent, and can be easily applied to the photoelectric conversion layer. On the other hand, for the polymer, a method of applying the polymer in the form of a prepolymer to the photoelectric conversion layer and polymerizing the polymer on the photoelectric conversion layer may be simple. There is no restriction | limiting in particular as the said polymerization method, For example, well-known polymerization methods, such as the method of Unexamined-Japanese-Patent No. 2000-106223, are applicable. Specifically, an electropolymerization method comprising at least a working electrode and a counter electrode and reacting by applying a voltage between both electrodes, a chemical polymerization method using a polymerization catalyst, light irradiation alone or a polymerization catalyst, heating, electrolysis, etc. The combined photopolymerization method etc. are mentioned. Of these, the electrolytic polymerization method is preferably used. A photoelectric conversion element containing a p-type compound obtained by electrolytic polymerization can have a particularly high open circuit voltage (Voc).

上記p型化合物としてのモノマーおよびオリゴマーは、特に制限されず、公知の化合物が使用できる。例えば、芳香族アミン誘導体としては、例えば、N,N,N’,N’−テトラフェニル−4,4’−ジアミノビフェニル;N,N’−ジフェニル−N,N’−ビス(3−メチルフェニル)−[1,1’−ビフェニル]−4,4’−ジアミン(TPD);2,2−ビス(4−ジ−p−トリルアミノフェニル)プロパン;1,1−ビス(4−ジ−p−トリルアミノフェニル)シクロヘキサン;N,N,N’,N’−テトラ−p−トリル−4,4’−ジアミノビフェニル;1,1−ビス(4−ジ−p−トリルアミノフェニル)−4−フェニルシクロヘキサン;ビス(4−ジメチルアミノ−2−メチルフェニル)フェニルメタン;ビス(4−ジ−p−トリルアミノフェニル)フェニルメタン;N,N’−ジフェニル−N,N’−ジ(4−メトキシフェニル)−4,4’−ジアミノビフェニル;N,N,N’,N’−テトラフェニル−4,4’−ジアミノジフェニルエーテル;4,4’−ビス(ジフェニルアミノ)クオードリフェニル;N,N,N−トリ(p−トリル)アミン;4−(ジ−p−トリルアミノ)−4’−[4−(ジ−p−トリルアミノ)スチリル]スチルベン;4−N,N−ジフェニルアミノ−(2−ジフェニルビニル)ベンゼン;3−メトキシ−4’−N,N−ジフェニルアミノスチルベンゼン;N−フェニルカルバゾール;2,2’,7,7’−テトラキス(N,N’−ジ(4−メトキシフェニル)アミン)−9,9’−スピロビフルオレン(Spiro−OMeTAD)等が挙げられる。また、米国特許第5,061,569号明細書に記載の2つの縮合芳香族環を分子内に有する4,4’−ビス[N−(1−ナフチル)−N−フェニルアミノ]ビフェニル(NPD)、特開平4−308688号公報に記載のトリフェニルアミンユニットが3つスターバースト型に連結された4,4’,4”−トリス[N−(3−メチルフェニル)−N−フェニルアミノ]トリフェニルアミン(MTDATA)等を用いてもよい。これらのうち、正孔輸送能に優れる芳香族アミン誘導体モノマー、特にトリフェニルジアミン誘導体を用いることが好ましい。なお、上述の化合物を高分子鎖に導入した、または高分子の主鎖とした高分子材料を用いてもよい。   The monomer and oligomer as the p-type compound are not particularly limited, and known compounds can be used. For example, as an aromatic amine derivative, for example, N, N, N ′, N′-tetraphenyl-4,4′-diaminobiphenyl; N, N′-diphenyl-N, N′-bis (3-methylphenyl) )-[1,1′-biphenyl] -4,4′-diamine (TPD); 2,2-bis (4-di-p-tolylaminophenyl) propane; 1,1-bis (4-di-p) -Tolylaminophenyl) cyclohexane; N, N, N ', N'-tetra-p-tolyl-4,4'-diaminobiphenyl; 1,1-bis (4-di-p-tolylaminophenyl) -4- Bis (4-dimethylamino-2-methylphenyl) phenylmethane; bis (4-di-p-tolylaminophenyl) phenylmethane; N, N′-diphenyl-N, N′-di (4-methoxyphene); ) -4,4′-diaminobiphenyl; N, N, N ′, N′-tetraphenyl-4,4′-diaminodiphenyl ether; 4,4′-bis (diphenylamino) quadriphenyl; N, N, N-tri (p-tolyl) amine; 4- (di-p-tolylamino) -4 ′-[4- (di-p-tolylamino) styryl] stilbene; 4-N, N-diphenylamino- (2-diphenyl) Vinyl) benzene; 3-methoxy-4′-N, N-diphenylaminostilbenzene; N-phenylcarbazole; 2,2 ′, 7,7′-tetrakis (N, N′-di (4-methoxyphenyl) amine ) -9,9′-spirobifluorene (Spiro-OMeTAD) and the like. In addition, 4,4′-bis [N- (1-naphthyl) -N-phenylamino] biphenyl (NPD) having two condensed aromatic rings described in US Pat. No. 5,061,569 in the molecule. ), 4,4 ′, 4 ″ -tris [N- (3-methylphenyl) -N-phenylamino] in which three triphenylamine units described in JP-A-4-308688 are linked in a starburst type Triphenylamine (MTDATA), etc. may be used, and among these, it is preferable to use an aromatic amine derivative monomer excellent in hole transporting ability, particularly a triphenyldiamine derivative. A polymer material introduced or having a polymer main chain may be used.

電荷輸送剤としては、色素吸収を妨げないために大きいバンドギャップを持つことが好ましい。本発明で使用する電荷輸送剤のバンドギャップは、2eV以上であることが好ましく、さらに2.5eV以上であることが好ましい。また、電荷輸送剤のイオン化ポテンシャルは色素ホールを還元するためには、色素吸着電極イオン化ポテンシャルより小さいことが必要である。使用する色素によって正孔輸送層に使用する電荷輸送剤のイオン化ポテンシャルの好ましい範囲は異なってくるが、一般に4.5eV以上5.5eV以下が好ましく、さらに4.7eV以上5.3eV以下が好ましい。   The charge transfer agent preferably has a large band gap so as not to prevent dye absorption. The band gap of the charge transfer agent used in the present invention is preferably 2 eV or more, and more preferably 2.5 eV or more. Further, the ionization potential of the charge transport agent needs to be smaller than the dye adsorption electrode ionization potential in order to reduce the dye hole. Although the preferred range of the ionization potential of the charge transport agent used in the hole transport layer varies depending on the dye used, it is generally preferably 4.5 eV or more and 5.5 eV or less, and more preferably 4.7 eV or more and 5.3 eV or less.

電荷輸送剤としては、正孔の輸送能力が優れている芳香族アミン誘導体、導電性高分子が好ましい。このため、正孔輸送層を主として芳香族アミン誘導体、導電性高分子で構成することにより、光電変換効率をより向上させることができる。芳香族アミン誘導体としては、特に、トリフェニルアミン誘導体を用いるのが好ましい。トリフェニルアミン誘導体は、芳香族アミン誘導体の中でも、特に正孔の輸送能力が優れている。また、このような芳香族アミン誘導体は、モノマー、オリゴマー、プレポリマー、ポリマーのいずれを用いてもよく、これらを混合して用いてもよい。また、モノマー、オリゴマーやプレポリマーは、比較的低分子量であることから、有機溶媒等の溶媒への溶解性が高い。このため、正孔輸送層を塗布法により形成する場合に、正孔輸送層材料の調製をより容易に行うことができるという利点がある。このうち、オリゴマーとしては、ダイマーまたはトリマーを用いるのが好ましい。   As the charge transport agent, an aromatic amine derivative or a conductive polymer having excellent hole transport ability is preferable. For this reason, photoelectric conversion efficiency can be improved more by comprising a hole transport layer mainly with an aromatic amine derivative and a conductive polymer. As the aromatic amine derivative, it is particularly preferable to use a triphenylamine derivative. Triphenylamine derivatives are particularly excellent in the ability to transport holes among aromatic amine derivatives. Moreover, such an aromatic amine derivative may use any of a monomer, an oligomer, a prepolymer, and a polymer, and may mix and use these. Monomers, oligomers, and prepolymers have a relatively low molecular weight, and thus have high solubility in solvents such as organic solvents. For this reason, when forming a positive hole transport layer by the apply | coating method, there exists an advantage that preparation of a positive hole transport layer material can be performed more easily. Among these, it is preferable to use a dimer or a trimer as the oligomer.

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

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

導電性高分子は、下記化学式(A)で表される化合物または前記化合物の多量体を重合して形成される重合物(以下、単に「重合体」とも称する)を含有する。   The conductive polymer contains a compound represented by the following chemical formula (A) or a polymer formed by polymerizing a multimer of the compound (hereinafter also simply referred to as “polymer”).

上記化学式(A)中、
およびYは、水素原子、炭素数1〜24の直鎖もしくは分岐状のアルキル基、炭素数6〜24のアリール基、−OR14基、−SR15基、−SeR16基、または−TeR17基を表わす。なお、YおよびYは、同一であってもまたは異なるものであってもよい。R14〜R17は、水素原子または炭素数1〜24の直鎖もしくは分岐状のアルキル基を表す。ここで、YおよびYは、互いに結合して環構造を形成していてもよい。
In the above chemical formula (A),
Y 1 and Y 2 are each a hydrogen atom, a linear or branched alkyl group having 1 to 24 carbon atoms, an aryl group having 6 to 24 carbon atoms, —OR 14 group, —SR 15 group, —SeR 16 group, or -Represents a TeR 17 group. Y 1 and Y 2 may be the same or different. R 14 to R 17 represent a hydrogen atom or a linear or branched alkyl group having 1 to 24 carbon atoms. Here, Y 1 and Y 2 may be bonded to each other to form a ring structure.

上記Y、YおよびR14〜R17としての、炭素数1〜24の直鎖もしくは分岐状のアルキル基は、特に制限されず、上記化学式(1)におけるアルキル基と同様である。 The linear or branched alkyl group having 1 to 24 carbon atoms as Y 1 , Y 2 and R 14 to R 17 is not particularly limited, and is the same as the alkyl group in the chemical formula (1).

これらのうち、YおよびYとしては、炭素数6〜18の直鎖もしくは分岐状のアルキル基が好ましく、炭素数6〜18の直鎖のアルキル基がより好ましい。重合体が長鎖(例えば、炭素数6〜18の)アルキル基を有する場合には、当該アルキル基が自己凝集を阻害する官能基として作用して、自己凝集構造の形成を抑制できるため耐久性が向上できると推定される。 Of these, Y 1 and Y 2, preferably a linear or branched alkyl group having 6 to 18 carbon atoms, more preferably straight chain alkyl group having 6 to 18 carbon atoms. When the polymer has a long chain (for example, having 6 to 18 carbon atoms) alkyl group, the alkyl group acts as a functional group that inhibits self-aggregation and can suppress the formation of a self-aggregated structure. Is estimated to be improved.

また、R14〜R17としては、炭素数1〜5の直鎖もしくは分岐状のアルキル基が好ましく、炭素数1〜5の直鎖のアルキル基が好ましい。 As the R 14 to R 17, preferably a linear or branched alkyl group having 1 to 5 carbon atoms, preferably an alkyl group having a straight chain of 1 to 5 carbon atoms.

上記YおよびYとしての、炭素数6〜24のアリール基としては、特に制限されないが、例えば、フェニル基、ナフチル基、ビフェニル基、フルオレニル基、アンスリル基、ピレニル基、アズレニル基、アセナフチレニル基、ターフェニル基、フェナンスリル基などが挙げられる。これらのうち、フェニル基、ビフェニル基、フルオレニル基が好ましく、フェニル基、フルオレニル基がより好ましい。 As the Y 1 and Y 2, the aryl group having 6 to 24 carbon atoms is not particularly limited, for example, a phenyl group, a naphthyl group, a biphenyl group, a fluorenyl group, an anthryl group, pyrenyl group, azulenyl group, acenaphthylenyl group , Terphenyl group, phenanthryl group and the like. Among these, a phenyl group, a biphenyl group, and a fluorenyl group are preferable, and a phenyl group and a fluorenyl group are more preferable.

、YおよびR14〜R17において、「炭素数1〜24の直鎖もしくは分岐状のアルキル基」、「炭素数6〜24のアリール基」中の水素原子の少なくとも一つは置換基で置換されていてもよい。 In Y 1 , Y 2 and R 14 to R 17 , at least one of hydrogen atoms in the “linear or branched alkyl group having 1 to 24 carbon atoms” and the “aryl group having 6 to 24 carbon atoms” is substituted. It may be substituted with a group.

、YおよびR14〜R17において、置換基は、ハロゲン原子、各々置換もしくは非置換の、炭素数1〜24の直鎖もしくは分岐状のアルキル基、炭素数1〜24のヒドロキシアルキル基、炭素数1〜24のアルコキシ基、炭素数1〜24のアシル基、炭素数6〜24のアリール基、炭素数2〜24のアルケニル基、アミノ基、および炭素数2〜24のヘテロアリール基からなる群から選択される。 In Y 1 , Y 2 and R 14 to R 17 , the substituent is a halogen atom, each substituted or unsubstituted linear or branched alkyl group having 1 to 24 carbon atoms, or hydroxyalkyl having 1 to 24 carbon atoms. Group, an alkoxy group having 1 to 24 carbon atoms, an acyl group having 1 to 24 carbon atoms, an aryl group having 6 to 24 carbon atoms, an alkenyl group having 2 to 24 carbon atoms, an amino group, and a heteroaryl having 2 to 24 carbon atoms Selected from the group consisting of groups.

ここで、ハロゲン原子としは、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子がある。   Here, the halogen atom includes a fluorine atom, a chlorine atom, a bromine atom, and an iodine atom.

炭素数1〜24の直鎖もしくは分岐状のアルキル基は、特に制限されないが、例えば、メチル基、エチル基、n−プロピル基、イソプロピル基、n−ブチル基、イソブチル基、sec−ブチル基、tert−ブチル基、n−ペンチル基、イソペンチル基、tert−ペンチル基、ネオペンチル基、1,2−ジメチルプロピル基、n−ヘキシル基、イソヘキシル基、1,3−ジメチルブチル基、1−イソプロピルプロピル基、1,2−ジメチルブチル基、n−ヘプチル基、1,4−ジメチルペンチル基、3−エチルペンチル基、2−メチル−1−イソプロピルプロピル基、1−エチル−3−メチルブチル基、n−オクチル基、2−エチルヘキシル基、3−メチル−1−イソプロピルブチル基、2−メチル−1−イソプロピル基、1−t−ブチル−2−メチルプロピル基、n−ノニル基、3,5,5−トリメチルヘキシル基、n−デシル基、イソデシル基、n−ウンデシル基、1−メチルデシル基、n−ドデシル基、n−トリデシル基、n−テトラデシル基、n−ペンタデシル基、n−ヘキサデシル基、n−ヘプタデシル基、n−オクタデシル基、n−ノナデシル基、n−エイコシル基、n−ヘンエイコシル基、n−ドコシル基、n−トリコシル基、n−テトラコシル基などが挙げられる。これらのうち、炭素数4〜18の直鎖もしくは分岐状のアルキル基が好ましく、炭素数8〜12の直鎖もしくは分岐状のアルキル基がより好ましい。   The linear or branched alkyl group having 1 to 24 carbon atoms is not particularly limited, and examples thereof include a methyl group, an ethyl group, an n-propyl group, an isopropyl group, an n-butyl group, an isobutyl group, a sec-butyl group, tert-butyl group, n-pentyl group, isopentyl group, tert-pentyl group, neopentyl group, 1,2-dimethylpropyl group, n-hexyl group, isohexyl group, 1,3-dimethylbutyl group, 1-isopropylpropyl group 1,2-dimethylbutyl group, n-heptyl group, 1,4-dimethylpentyl group, 3-ethylpentyl group, 2-methyl-1-isopropylpropyl group, 1-ethyl-3-methylbutyl group, n-octyl Group, 2-ethylhexyl group, 3-methyl-1-isopropylbutyl group, 2-methyl-1-isopropyl group, 1-t-butyl 2-methylpropyl group, n-nonyl group, 3,5,5-trimethylhexyl group, n-decyl group, isodecyl group, n-undecyl group, 1-methyldecyl group, n-dodecyl group, n-tridecyl group, n -Tetradecyl group, n-pentadecyl group, n-hexadecyl group, n-heptadecyl group, n-octadecyl group, n-nonadecyl group, n-eicosyl group, n-heneicosyl group, n-docosyl group, n-tricosyl group, n -Tetracosyl group etc. are mentioned. Among these, a linear or branched alkyl group having 4 to 18 carbon atoms is preferable, and a linear or branched alkyl group having 8 to 12 carbon atoms is more preferable.

炭素数1〜24のヒドロキシアルキル基としは、特に制限されないが、例えば、ヒドロキシメチル基、ヒドロキシエチル基がある。   Although it does not restrict | limit especially as a C1-C24 hydroxyalkyl group, For example, there exist a hydroxymethyl group and a hydroxyethyl group.

炭素数1〜24のアルコキシ基は、直鎖または分岐状のどちらであってもよく、特に制限されないが、例えば、メトキシ基、エトキシ基、n−プロポキシ基、イソプロポキシ基、n−ブトキシ基、イソブトキシ基、sec−ブトキシ基、tert−ブトキシ基、n−ペンチルオキシ基、イソペンチルオキシ基、tert−ペンチルオキシ基、ネオペンチルオキシ基、1,2−ジメチルプロポキシ基、n−ヘキシルオキシ基、イソヘキシルオキシ基、1,3−ジメチルブトキシ基、1−イソプロピルプロポキシ基、1,2−ジメチルブトキシ基、n−ヘプチルオキシ基、1,4−ジメチルペンチルオキシ基、3−エチルペンチルオキシ基、2−メチル−1−イソプロピルプロポキシ基、1−エチル−3−メチルブトキシ基、n−オクチルオキシ基、2−エチルヘキシルオキシ基、3−メチル−1−イソプロピルブトキシ基、2−メチル−1−イソプロポキシ基、1−t−ブチル−2−メチルプロポキシ基、n−ノニルオキシ基、3,5,5−トリメチルヘキシルオキシ基、n−デシルオキシ基、イソデシルオキシ基、n−ウンデシルオキシ基、1−メチルデシルオキシ基、n−ドデシルオキシ基、n−トリデシルオキシ基、n−テトラデシルオキシ基、n−ペンタデシルオキシ基、n−ヘキサデシルオキシ基、n−ヘプタデシルオキシ基、n−オクタデシルオキシ基、n−ノナデシルオキシ基、n−エイコシルオキシ基、n−ヘンエイコシルオキシ基、n−ドコシルオキシ基、n−トリコシルオキシ基、n−テトラコシルオキシ基などが挙げられる。これらのうち、炭素数1〜8の直鎖もしくは分岐状のアルキル基が好ましく、メトキシ基、エトキシ基、n−ヘキシルオキシ基、n−オクタデシルオキシ基がより好ましい。   The alkoxy group having 1 to 24 carbon atoms may be linear or branched, and is not particularly limited. For example, methoxy group, ethoxy group, n-propoxy group, isopropoxy group, n-butoxy group, Isobutoxy group, sec-butoxy group, tert-butoxy group, n-pentyloxy group, isopentyloxy group, tert-pentyloxy group, neopentyloxy group, 1,2-dimethylpropoxy group, n-hexyloxy group, iso Hexyloxy group, 1,3-dimethylbutoxy group, 1-isopropylpropoxy group, 1,2-dimethylbutoxy group, n-heptyloxy group, 1,4-dimethylpentyloxy group, 3-ethylpentyloxy group, 2- Methyl-1-isopropylpropoxy group, 1-ethyl-3-methylbutoxy group, n-octyloxy 2-ethylhexyloxy group, 3-methyl-1-isopropylbutoxy group, 2-methyl-1-isopropoxy group, 1-t-butyl-2-methylpropoxy group, n-nonyloxy group, 3,5,5- Trimethylhexyloxy group, n-decyloxy group, isodecyloxy group, n-undecyloxy group, 1-methyldecyloxy group, n-dodecyloxy group, n-tridecyloxy group, n-tetradecyloxy group, n -Pentadecyloxy group, n-hexadecyloxy group, n-heptadecyloxy group, n-octadecyloxy group, n-nonadecyloxy group, n-eicosyloxy group, n-heneicosyloxy group, n-docosyloxy group , N-tricosyloxy group, n-tetracosyloxy group and the like. Among these, a linear or branched alkyl group having 1 to 8 carbon atoms is preferable, and a methoxy group, an ethoxy group, an n-hexyloxy group, and an n-octadecyloxy group are more preferable.

炭素数1〜24のアシル基としては、直鎖または分岐状のどちらであってもよく、特に制限されないが、例えば、ホルミル基、アセチル基、エチルカルボニル基、プロピルカルボニル基、ペンチルカルボニル基、シクロヘキシルカルボニル基、オクチルカルボニル基、2−エチルヘキシルカルボニル基、ドデシルカルボニル基、フェニルカルボニル基、ナフチルカルボニル基、ピリジルカルボニル基などが挙げられる。これらのうち、炭素数2〜18の直鎖もしくは分岐状のアシル基が好ましく、アセチル基がより好ましい。   The acyl group having 1 to 24 carbon atoms may be linear or branched, and is not particularly limited. For example, formyl group, acetyl group, ethylcarbonyl group, propylcarbonyl group, pentylcarbonyl group, cyclohexyl Examples include carbonyl group, octylcarbonyl group, 2-ethylhexylcarbonyl group, dodecylcarbonyl group, phenylcarbonyl group, naphthylcarbonyl group, pyridylcarbonyl group and the like. Among these, a C2-C18 linear or branched acyl group is preferable, and an acetyl group is more preferable.

炭素数6〜24のアリール基は、特に制限されず、上記YおよびYにおけるアリール基と同様の定義であるため、ここでは説明を省略する。 The aryl group having 6 to 24 carbon atoms is not particularly limited and has the same definition as the aryl group in Y 1 and Y 2 described above.

炭素数2〜24のアルケニル基としては、直鎖または分岐状のどちらであってもよく、特に制限されないが、例えば、ビニル基、アリル基、1−プロペニル基、イソプロペニル基、1−ブテニル基、2−ブテニル基、3−ブテニル基、1−ペンテニル基、2−ペンテニル基、3−ペンテニル基、1−ヘキセニル基、2−ヘキセニル基、3−ヘキセニル基、1−ヘプテニル基、2−ヘプテニル基、5−ヘプテニル基、1−オクテニル基、3−オクテニル基、5−オクテニル基などが挙げられる。これらのうち、炭素数2〜18の直鎖もしくは分岐状のアルケニル基が好ましく、1−プロペニル基がより好ましい。   The alkenyl group having 2 to 24 carbon atoms may be linear or branched and is not particularly limited. For example, a vinyl group, an allyl group, a 1-propenyl group, an isopropenyl group, and a 1-butenyl group. 2-butenyl group, 3-butenyl group, 1-pentenyl group, 2-pentenyl group, 3-pentenyl group, 1-hexenyl group, 2-hexenyl group, 3-hexenyl group, 1-heptenyl group, 2-heptenyl group , 5-heptenyl group, 1-octenyl group, 3-octenyl group, 5-octenyl group and the like. Among these, a linear or branched alkenyl group having 2 to 18 carbon atoms is preferable, and a 1-propenyl group is more preferable.

上記Y、YおよびR14〜R17の置換基は、好ましくは、炭素数6〜18の直鎖のアルキル基であり、より好ましくは、n−オクチル基である。 The substituent for Y 1 , Y 2 and R 14 to R 17 is preferably a linear alkyl group having 6 to 18 carbon atoms, and more preferably an n-octyl group.

上記化学式(A)で表される化合物の好ましい例としては、下記化合物(H1−1)〜(H1−7)が挙げられる。また、本発明では、導電性高分子として、下記化合物(H1−1)〜(H1−7)の部分構造を有する化合物が好ましく用いられる。ただし、本発明はこれらに限定されない。また、下記実施例において、導電性高分子を構成する重合体を下記記号にて規定する。   Preferable examples of the compound represented by the chemical formula (A) include the following compounds (H1-1) to (H1-7). In the present invention, compounds having partial structures of the following compounds (H1-1) to (H1-7) are preferably used as the conductive polymer. However, the present invention is not limited to these. Moreover, in the following Examples, the polymer which comprises a conductive polymer is prescribed | regulated by the following symbol.

上記重合体の末端は特に制限されず、使用される原料(単量体、二量体、多量体など)の種類によって適宜規定されるが、通常、水素原子である。ここで、本発明に使用される重合体は、上記化学式(A)で表される化合物のみから形成されていてもよいし、上記化学式(A)で表される化合物および他の単量体から形成されていてもよい。好ましくは、上記化学式(A)で表される化合物のみから形成される。また、その際、重合体は、上記化学式(A)で表される単一種の化合物のみから形成されていてもよいし、上記化学式(A)で表される複数種の化合物から形成されていてもよい。   The terminal of the polymer is not particularly limited and is appropriately defined depending on the type of raw material (monomer, dimer, multimer, etc.) used, and is usually a hydrogen atom. Here, the polymer used in the present invention may be formed only from the compound represented by the chemical formula (A), or from the compound represented by the chemical formula (A) and other monomers. It may be formed. Preferably, it is formed only from the compound represented by the chemical formula (A). In this case, the polymer may be formed only from a single type of compound represented by the chemical formula (A), or may be formed from a plurality of types of compounds represented by the chemical formula (A). Also good.

また、他の単量体としては、本発明に係る重合体の特性を阻害しないものであれば特に制限されず、公知の単量体が使用できる。具体的には、ピロール誘導体あるいはフラン誘導体、チアジアゾール等のモノマーやπ共役構造を有するモノマーなどが挙げられる。   Moreover, as another monomer, if it does not inhibit the characteristic of the polymer which concerns on this invention, it will not restrict | limit, A well-known monomer can be used. Specific examples include monomers such as pyrrole derivatives or furan derivatives and thiadiazole, and monomers having a π-conjugated structure.

本発明に使用される重合体は、上記化学式(A)で表される一種または二種以上の化合物またはこれらの化合物の多量体を、必要に応じて、その他のモノマーと共に、重合触媒としての金属錯体の存在下で、重合または共重合させる方法により、得ることができる。   The polymer used in the present invention comprises one or more compounds represented by the above chemical formula (A) or a multimer of these compounds together with other monomers, if necessary, as a metal as a polymerization catalyst. It can be obtained by polymerization or copolymerization in the presence of a complex.

ここで、上記化学式(A)で表される化合物としては、上記に例示した化合物(単量体)を使用することができる。上記に加えて、上記化学式(A)で表される化合物の二量体または三量体等の多量体化したもの(オリゴマー化した化合物;以後、一括して「多量体」とも称する)を、上記重合または共重合に使用しできる。   Here, the compound (monomer) illustrated above can be used as a compound represented by the said Chemical formula (A). In addition to the above, a multimerized compound such as a dimer or a trimer of the compound represented by the chemical formula (A) (oligomerized compound; hereinafter, collectively referred to as “multimer”), It can be used for the above polymerization or copolymerization.

例えば、上記化合物(H1−1)〜(H1−7)の二量体(H2−1)〜(H2〜7)が好ましく使用されうる。   For example, dimers (H2-1) to (H2-7) of the compounds (H1-1) to (H1-7) can be preferably used.

このように二量体等の多量体を用いると、単量体を用いる場合に比して、重合体形成時の酸化電位が小さくなり、重合体の合成速度が短縮されて好ましい。これらの単量体のオリゴマー化した化合物は、例えば、J.R.Reynolds et.al., Adv. Mater., 11, 1379 (1999)に記載の方法または当該方法を適宜修飾した方法によって、合成することができる。また、上記単量体の二量体は、T.M.Swager et.al., Journal of the American Chemical Society, 119, 12568 (1997)に記載の方法または当該方法を適宜修飾した方法によって、合成することができる。   Thus, it is preferable to use a multimer such as a dimer because the oxidation potential at the time of polymer formation is reduced and the synthesis rate of the polymer is shortened as compared with the case of using a monomer. The oligomerized compounds of these monomers are described in, for example, J. Org. R. Reynolds et. al. , Adv. Mater. , 11, 1379 (1999) or a method obtained by appropriately modifying the method. In addition, the monomer dimer is described in T.W. M.M. Swager et. al. , Journal of the American Chemical Society, 119, 12568 (1997), or a method obtained by appropriately modifying the method.

(重合体の重合法)
重合方法としては、特に制限されず、例えば、特開2000−106223号公報に記載の方法など、公知の重合方法が適用できる。具体的には、重合触媒を用いる化学重合法、少なくとも作用極と対極とを備えて両電極間に電圧を印加することにより反応させる電解重合法、光照射単独あるいは重合触媒、加熱、電解等を組み合わせた光重合法等が挙げられる。これらのうち、電解重合法を用いた重合法が好ましく、より好ましくは電解重合法と光照射を組み合わせた光重合法である。電解重合法と光を照射して重合する光重合法を組み合わせて使用することにより、酸化チタン表面に緻密に重合体の層を形成できる。
(Polymer polymerization method)
The polymerization method is not particularly limited, and for example, a known polymerization method such as the method described in JP-A No. 2000-106223 can be applied. Specifically, a chemical polymerization method using a polymerization catalyst, an electropolymerization method in which at least a working electrode and a counter electrode are provided and a reaction is performed by applying a voltage between both electrodes, light irradiation alone or a polymerization catalyst, heating, electrolysis, etc. The combined photopolymerization method etc. are mentioned. Among these, a polymerization method using an electrolytic polymerization method is preferable, and a photopolymerization method combining an electrolytic polymerization method and light irradiation is more preferable. By using a combination of an electropolymerization method and a photopolymerization method of polymerizing by irradiating light, a polymer layer can be densely formed on the titanium oxide surface.

電解重合法により重合体を得る場合は、重合体の合成がそのまま前記正孔輸送層の形成につながる。即ち、以下のような電解重合法が行われる。一般的には、重合体を構成するモノマー、支持電解質、および溶媒、ならびに必要に応じ添加剤を含む混合物を用いる。   When a polymer is obtained by an electrolytic polymerization method, the synthesis of the polymer directly leads to the formation of the hole transport layer. That is, the following electrolytic polymerization method is performed. In general, a mixture containing a monomer constituting the polymer, a supporting electrolyte, a solvent, and, if necessary, an additive is used.

上記p型化合物としてのポリマー及びポリマーの原料となるプレポリマーは、特に制限されず、公知の化合物が使用できる。プレポリマーを用いて光電変換層上で電解重合によりポリマーを形成する場合には、プレポリマーとともに支持電解質、溶媒、及び必要に応じて添加剤を含む混合物を用いて重合が行われうる。   The polymer as the p-type compound and the prepolymer that is a raw material of the polymer are not particularly limited, and known compounds can be used. When forming a polymer by electrolytic polymerization on a photoelectric conversion layer using a prepolymer, polymerization may be performed using a mixture containing a supporting electrolyte, a solvent, and, if necessary, an additive together with the prepolymer.

ここで、溶媒としては、支持電解質および上記単量体あるいはその多量体を溶解できるものであれば特に限定されないが、電位窓の比較的広い有機溶剤を使用することが好ましい。具体的には、テトラヒドロフラン(THF)、ブチレンオキシド、クロロホルム、シクロヘキサノン、クロロベンゼン、アセトン、各種アルコールのような極性溶媒、ジメチルホルムアミド(DMF)、アセトニトリル、ジメトキシエタン、ジメチルスホキシド、ヘキサメチルリン酸トリアミド、プロピレンカーボネイト、ジクロロメタン、o−ジクロロベンゼン、塩化メチレンのような非プロトン性溶媒等の有機溶媒などが挙げられる。または、上記溶媒に、必要に応じて水やその他の有機溶剤を加えて混合溶媒として使用してもよい。また、上記溶媒は、単独で使用されてもまたは2種以上の混合物の形態で使用されてもよい。   Here, the solvent is not particularly limited as long as it can dissolve the supporting electrolyte and the monomer or multimer thereof, but it is preferable to use an organic solvent having a relatively wide potential window. Specifically, polar solvents such as tetrahydrofuran (THF), butylene oxide, chloroform, cyclohexanone, chlorobenzene, acetone, various alcohols, dimethylformamide (DMF), acetonitrile, dimethoxyethane, dimethyl sulfoxide, hexamethylphosphoric triamide, And organic solvents such as aprotic solvents such as propylene carbonate, dichloromethane, o-dichlorobenzene, and methylene chloride. Alternatively, water or other organic solvents may be added to the above solvent as necessary to use as a mixed solvent. Moreover, the said solvent may be used independently or may be used with the form of a 2 or more types of mixture.

支持電解質としては、イオン電離可能なものが用いられ、特定のものに限定されないが、溶媒に対する溶解性が高く、酸化、還元を受けにくいものが好適に用いられる。具体的には、過塩素酸リチウム(LiClO)、テトラフルオロホウ酸リチウム、過塩素酸テトラブチルアンモニウム、Li[(CFSON]、(n−CNBF、(n−CNPF、p−トルエンスルホン酸塩、ドデシルベンゼンスルホン酸塩などの塩類が好ましく挙げられる。または、特開2000−106223号公報に記載されるポリマー電解質(例えば、同公報中のPA−1〜PA−10)を支持電解質として使用してもよい、また、上記支持電解質は、単独で使用されてもまたは2種以上の混合物の形態で使用されてもよい。 As the supporting electrolyte, those capable of ionization are used, and are not limited to specific ones, but those having high solubility in a solvent and being less susceptible to oxidation and reduction are preferably used. Specifically, lithium perchlorate (LiClO 4), lithium tetrafluoroborate, tetrabutylammonium perchlorate, Li [(CF 3 SO 2 ) 2 N], (n-C 4 H 9) 4 NBF 4 , (n-C 4 H 9 ) 4 NPF 4, p- toluenesulfonate, salts such as dodecylbenzene sulfonate may be preferably mentioned. Alternatively, a polymer electrolyte described in JP-A-2000-106223 (for example, PA-1 to PA-10 in the same publication) may be used as a supporting electrolyte, and the supporting electrolyte is used alone. Or may be used in the form of a mixture of two or more.

正孔輸送層に添加しうる添加剤としては、例えば、N(PhBr)SbCl、NOPF、SbCl、I、Br、HClO、(n−CClO、トリフルオロ酢酸、4−ドデシルベンゼンスルホン酸、1−ナフタレンスルホン酸、FeCl、AuCl、NOSbF、AsF、NOBF、LiBFH1−3[PMo1240]、7,7,8,8−テトラシアノキノジメタン(TCNQ)などのアクセプタードーピング剤、ジアリールアミン、トリアリールアミン、ピリジン、4−tert−ブチルピリジン、ポリビニルピリジン、キノリン、ピペリジン、アミジン等の有機塩基、ホールをトラップしにくいバインダー樹脂、レベリング剤等の塗布性改良剤等の各種添加剤が挙げられる。上記添加剤は、単独で使用されてもまたは2種以上の混合物の形態で使用されてもよい。 Examples of the additive that can be added to the hole transport layer include N (PhBr) 3 SbCl 6 , NOPF 6 , SbCl 5 , I 2 , Br 2 , HClO 4 , (n—C 4 H 9 ) 4 ClO 4 , Trifluoroacetic acid, 4-dodecylbenzenesulfonic acid, 1-naphthalenesulfonic acid, FeCl 3 , AuCl 3 , NOSbF 6 , AsF 5 , NOBF 4 , LiBF 4 H 1-3 [PMo 12 O 40 ], 7, 7, 8, Acceptor dopants such as 8-tetracyanoquinodimethane (TCNQ), diarylamine, triarylamine, pyridine, 4-tert-butylpyridine, polyvinylpyridine, quinoline, piperidine, amidine and other organic bases, trap holes Various additives such as hard-to-bond binder resins and leveling agents, etc. It is. The above additives may be used alone or in the form of a mixture of two or more.

次いで、第一電極(透明導電膜)、電子輸送層および光電変換層を形成した基板をこの電解重合溶液に浸し、光電変換層6を作用電極として、白金線や白金板などを対極として用い、また、参照極としてAg/AgClやAg/AgNOなどを用いて、直流電解する方法で行われる。電解重合溶液中の前記単量体あるいはその多量体の濃度は、特に制限されないが、0.1〜1000mmol/L程度が好適であり、0.5〜100mmol/L程度がより好ましく、1〜20mmol/L程度が特に好ましい。また、支持電解質濃度は、0.01〜10mol/L程度が好適であり、0.1〜2mol/L程度がより好ましい。また、印加電流密度としては、0.01mA/cm〜1000mA/cmの範囲であることが望ましく、特に1mA/cm〜500mA/cmの範囲であることがより望ましい。保持電圧は、−0.5〜+0.2Vであることが好ましく、−0.3〜0.0Vであることがより好ましい。電解重合溶液の温度範囲は、その溶媒が固化・突沸しない範囲が適当であって一般に−30℃〜80℃である。このように光照射を行いながら電解重合を行うことにより、光電変換層の表面に緻密に重合体の層を形成できる。なお、電解電圧、電解電流、電解時間、温度等の条件は、使用する材料によって左右されるため、また、要求する膜厚に応じて適宜選択することができる。 Next, the substrate on which the first electrode (transparent conductive film), the electron transport layer and the photoelectric conversion layer are formed is immersed in this electrolytic polymerization solution, the photoelectric conversion layer 6 is used as a working electrode, a platinum wire or a platinum plate is used as a counter electrode, Further, it is performed by a direct current electrolysis method using Ag / AgCl, Ag / AgNO 3 or the like as a reference electrode. The concentration of the monomer or its multimer in the electrolytic polymerization solution is not particularly limited, but is preferably about 0.1 to 1000 mmol / L, more preferably about 0.5 to 100 mmol / L, and more preferably 1 to 20 mmol. / L is particularly preferable. In addition, the supporting electrolyte concentration is preferably about 0.01 to 10 mol / L, and more preferably about 0.1 to 2 mol / L. As the applied current density, it is more desirable is preferably in the range of 0.01mA / cm 2 ~1000mA / cm 2 , in particular in the range of 1mA / cm 2 ~500mA / cm 2 . The holding voltage is preferably −0.5 to + 0.2V, and more preferably −0.3 to 0.0V. The temperature range of the electrolytic polymerization solution is suitably a range in which the solvent does not solidify or bump, and is generally -30 ° C to 80 ° C. By performing electrolytic polymerization while performing light irradiation in this manner, a polymer layer can be densely formed on the surface of the photoelectric conversion layer. Note that conditions such as electrolysis voltage, electrolysis current, electrolysis time, and temperature depend on the materials used, and can be appropriately selected according to the required film thickness.

重合体の重合度の把握は、電解重合で得られた重合体では困難であるが、重合後形成された正孔輸送層の溶媒溶解性は大きく低下するため、重合体かどうかの確認方法としては、化学式(A)の化合物もしくは前記化合物の多量体の溶解が可能な溶媒である、テトラヒドロフラン(THF)に正孔輸送層を浸漬させ、その溶解度で判断できる。具体的には、25mlのサンプル瓶に化合物(重合体)10mgをとり、THF 10mlを添加して、超音波(25kHz、150W 超音波工業(株)COLLECTOR CURRENT1.5A超音波工業製150)を5分間照射したときに、溶解している化合物が5mg以下の場合は重合していると規定する。好ましくは、テトラヒドロフラン(THF)に正孔輸送層を浸漬させた際の溶解度が0.1〜3mgである。   Ascertaining the degree of polymerization of a polymer is difficult with a polymer obtained by electrolytic polymerization, but the solvent solubility of the hole transport layer formed after polymerization is greatly reduced. Can be determined by immersing the hole transport layer in tetrahydrofuran (THF), which is a solvent capable of dissolving the compound of the chemical formula (A) or a multimer of the compound, and determining the solubility. Specifically, 10 mg of the compound (polymer) is taken into a 25 ml sample bottle, 10 ml of THF is added, and ultrasonic waves (25 kHz, 150 W, ultrasonic industry, COLLECTOR CURRENT 1.5A, made by ultrasonic industry 150) are added. When the compound dissolved is less than 5 mg when irradiated for 1 minute, it is defined as polymerized. Preferably, the solubility when the hole transport layer is immersed in tetrahydrofuran (THF) is 0.1 to 3 mg.

一方、プレポリマー(例えば、前記化学式(A)で表される単量体またはその多量体等)を用いて光電変換層上で化学重合によりポリマーを形成する場合には、プレポリマーとともに重合触媒、及び溶媒、並びに必要に応じて重合速度調整剤等の添加剤を含む混合物を用いて重合が行われうる。   On the other hand, when a polymer is formed by chemical polymerization on a photoelectric conversion layer using a prepolymer (for example, a monomer represented by the chemical formula (A) or a multimer thereof), a polymerization catalyst, Polymerization can be carried out using a mixture containing a solvent and an additive such as a polymerization rate adjusting agent, if necessary.

重合触媒は、特に制限されないが、例えば、塩化鉄(III)(iron(III) chloride)、トリス−p−トルエンスルホン酸鉄(III)(iron(III)tris−p−toluenesulfonate)、p−ドデシルベンゼンスルホン酸鉄(III)(iron(III)p−dodecylbenzenesulfonate)、メタンスルホン酸鉄(III)(iron(III)methanesulfonate)、p−エチルベンゼンスルホン酸鉄(III)(iron(III) p−ethylbenzenesulfonate)、ナフタレンスルホン酸鉄(III)(iron(III)naphthalenesulfonate)およびその水和物等が挙げられる。   The polymerization catalyst is not particularly limited, and examples thereof include iron (III) chloride (iron (III) chloride), iron (III) tris-p-toluenesulfonate (iron (III) tris-p-toluenesulfate), p-dodecyl. Iron (III) benzenesulfonate (iron (III) p-dedodecylbenzenesulfonate), iron (III) methanesulfonate (iron (III) methanesulfonate), iron (III) p-ethylbenzenesulfonate (iron (III) p-ethylbenzenesulfonate) And iron (III) naphthalene sulfonate (iron (III) naphthalenesulfonate) and hydrates thereof.

また、重合触媒に加えて、重合速度調整剤を化学重合に使用してもよい。重合速度調整剤としては、特に制限されないが、前記重合触媒における三価鉄イオンに対する弱い錯化剤があり、膜が形成できるように重合速度を低減するものであれば特に制限はない。例えば、重合触媒が塩化鉄(III)およびその水和物である場合には、5−スルホサリチル酸(5−sulphosalicylic acid)の様な芳香族オキシスルホン酸などが挙げられる。また、重合触媒がトリス−p−トルエンスルホン酸鉄(III)、p−ドデシルベンゼンスルホン酸鉄(III)、メタンスルホン酸鉄(III)、p−エチルベンゼンスルホン酸鉄(III)、ナフタレンスルホン酸鉄(III)およびその水和物である場合には、イミダゾールなどが挙げられる。   In addition to the polymerization catalyst, a polymerization rate modifier may be used for chemical polymerization. The polymerization rate adjusting agent is not particularly limited, but is not particularly limited as long as there is a weak complexing agent for trivalent iron ions in the polymerization catalyst and the polymerization rate is reduced so that a film can be formed. For example, when the polymerization catalyst is iron (III) chloride and its hydrate, aromatic oxysulfonic acid such as 5-sulfosalicylic acid can be used. In addition, the polymerization catalyst is iron (III) tris-p-toluenesulfonate, iron (III) p-dodecylbenzenesulfonate, iron (III) methanesulfonate, iron (III) p-ethylbenzenesulfonate, iron naphthalenesulfonate. Examples of (III) and hydrates thereof include imidazole.

上記化学重合の反応条件は、用いるプレポリマー、重合触媒、及び重合速度調整剤の種類、割合、濃度、塗布した段階での液膜の厚み、所望の重合速度によって異なるが、好適な重合条件としては、空気中で加熱する場合には、加熱温度は25〜120℃、加熱時間は1分〜24時間であることが好ましい。   The reaction conditions for the above-mentioned chemical polymerization vary depending on the type, ratio, and concentration of the prepolymer, polymerization catalyst, and polymerization rate regulator used, the thickness of the liquid film at the applied stage, and the desired polymerization rate. In the case of heating in air, the heating temperature is preferably 25 to 120 ° C. and the heating time is preferably 1 minute to 24 hours.

重合体は、合成された後、重合体を含有する塗布液などに含有されて光電変換層上に供給されてもよいが、光電変換層上で重合し、正孔輸送層を形成することが好ましい態様である。すなわち、単量体またはこれらの多量体の重合を、前記光電変換層上で行うことが好ましい。   After the polymer is synthesized, it may be contained in a coating solution containing the polymer and supplied onto the photoelectric conversion layer, but may be polymerized on the photoelectric conversion layer to form a hole transport layer. This is a preferred embodiment. That is, it is preferable to perform polymerization of monomers or their multimers on the photoelectric conversion layer.

この場合、上記化学式(A)の単量体またはその多量体等、支持電解質または重合触媒、重合速度調整剤、その他の添加剤、および溶媒を含有する正孔輸送層形成用溶液が用いられる。正孔輸送層形成用溶液の溶媒としては、電解重合溶液の溶剤として例示したものを使用することができる。   In this case, a hole transport layer forming solution containing a monomer of the chemical formula (A) or a multimer thereof, a supporting electrolyte or a polymerization catalyst, a polymerization rate adjusting agent, other additives, and a solvent is used. As the solvent for the hole transport layer forming solution, those exemplified as the solvent for the electrolytic polymerization solution can be used.

正孔輸送層形成用溶液における、上記各成分の合計の濃度は、用いる化学式(A)の単量体またはその多量体等、前記重合触媒、前記重合速度調整剤およびその他の添加剤のそれぞれの種類、その量比、塗布法に対する条件および望まれる重合後の膜厚により異なるが、概ねその質量濃度(固形分の濃度)は、1〜50重量%の範囲である。   In the solution for forming a hole transport layer, the total concentration of the above components is the monomer of the chemical formula (A) to be used or a multimer thereof, the polymerization catalyst, the polymerization rate adjusting agent, and other additives. The mass concentration (solid content concentration) is generally in the range of 1 to 50% by weight, although it varies depending on the type, the amount ratio, the conditions for the coating method and the desired film thickness after polymerization.

前記正孔輸送層形成用溶液を光電変換層上に塗布法により塗布した後、あるいは、光電反感層を前記正孔輸送層形成用溶液に浸漬させたまま、重合反応を行なう。   After the hole transport layer forming solution is applied onto the photoelectric conversion layer by a coating method, or while the photoelectric reaction layer is immersed in the hole transport layer forming solution, a polymerization reaction is performed.

重合反応の条件は、用いる上記化学式(A)の単量体またはその多量体等、前記重合触媒、および前記重合速度調整剤のそれぞれの種類、その量比、濃度、塗布した段階での液膜の厚み、望まれる重合速度により異なるが、好適な重合条件としては、空気中加熱の場合の加熱温度が25〜120℃の範囲、加熱時間が1分〜24時間の範囲が好ましい。   The conditions for the polymerization reaction are: the monomer of the above chemical formula (A) or its multimer, the type of the polymerization catalyst, and the polymerization rate modifier, the ratio, concentration, and the liquid film at the applied stage. As a preferable polymerization condition, the heating temperature in the case of heating in air is preferably in the range of 25 to 120 ° C., and the heating time is in the range of 1 minute to 24 hours.

塗布する方法としては、特に制限されず、公知の塗布方法が同様にしてまたは適宜修飾して使用できる。具体的には、ディッピング、滴下、ドクターブレード、スピンコート、刷毛塗り、スプレー塗装、ロールコーター、エアーナイフコート、カーテンコート、ワイヤーバーコート、グラビアコート、米国特許第2681294号記載のホッパーを使用するエクストルージョンコート、および米国特許第2761418号、同3508947号、同2761791号記載の多層同時塗布方法等の各種塗布法を用いることができる。また、このような塗布の操作を繰り返し行って積層するようにしてもよい。この場合の塗布回数は、特に制限されず、所望の正孔輸送層の厚みに応じて適宜選択できる。また、このような塗布の操作を繰り返し行って積層するようにしてもよい。この場合の塗布回数は、特に制限されず、所望の正孔輸送層の厚みに応じて適宜選択できる。この際、用いられうる溶媒としては、テトラヒドロフラン(THF)、ブチレンオキシド、クロロホルム、シクロヘキサノン、クロロベンゼン、アセトン、各種アルコールのような極性溶媒、ジメチルホルムアミド(DMF)、アセトニトリル、ジメトキシエタン、ジメチルスホキシド、ヘキサメチルリン酸トリアミドのような非プロトン性溶媒等の有機溶媒等が挙げられる。上記溶媒は、単独で使用されても又は2種以上の混合物の形態で使用されてもよい。   The coating method is not particularly limited, and a known coating method can be used similarly or appropriately modified. Specifically, dipping, dripping, doctor blade, spin coating, brush coating, spray coating, roll coater, air knife coating, curtain coating, wire bar coating, gravure coating, and an extension using a hopper described in US Pat. No. 2,681,294 Various coating methods such as a rouge coating and a multilayer simultaneous coating method described in U.S. Pat. Nos. 2,761,418, 3,508,947, and 2,761791 can be used. Further, the coating may be repeated by repeating such coating operation. The number of coatings in this case is not particularly limited, and can be appropriately selected according to the desired thickness of the hole transport layer. Further, the coating may be repeated by repeating such coating operation. The number of coatings in this case is not particularly limited, and can be appropriately selected according to the desired thickness of the hole transport layer. Solvents that can be used include tetrahydrofuran (THF), butylene oxide, chloroform, cyclohexanone, chlorobenzene, acetone, polar solvents such as various alcohols, dimethylformamide (DMF), acetonitrile, dimethoxyethane, dimethyl sulfoxide, hexa An organic solvent such as an aprotic solvent such as methylphosphoric triamide can be used. The said solvent may be used independently or may be used with the form of a 2 or more types of mixture.

正孔輸送層中の化学式(A)で表される化合物または前記化合物の多量体を重合して形成される重合物の含有量は、特に制限されない。正孔輸送特性、光電変換層の界面近傍で発生した励起子の消滅の抑制・防止能などを考慮すると、全単量体に対して、50〜100重量%であることが好ましく、さらに90〜100重量%であることが好ましい。   The content of the compound represented by the chemical formula (A) in the hole transport layer or a polymer formed by polymerizing a multimer of the compound is not particularly limited. Considering the hole transport characteristics and the ability to suppress / prevent the disappearance of excitons generated near the interface of the photoelectric conversion layer, it is preferably 50 to 100% by weight, more preferably 90 to It is preferably 100% by weight.

正孔輸送層の伝導度を高めるために、重合体は正孔ドープされることが好ましい。この際の、正孔ドープ量は、特に制限されないが、化学式(A)の化合物あたり、0.15〜0.66(個)であることが好ましい。   In order to increase the conductivity of the hole transport layer, the polymer is preferably doped with holes. The hole doping amount at this time is not particularly limited, but is preferably 0.15 to 0.66 (pieces) per compound of the chemical formula (A).

電解重合では、化学式(A)で表される化合物由来の構造を有する重合体に電場をかけて酸化することにより、正孔ドープされる。   In the electropolymerization, holes are doped by oxidizing a polymer having a structure derived from the compound represented by the chemical formula (A) by applying an electric field.

また、正孔輸送層には、必要に応じて、例えば、N(PhBr)SbCl、NOPF、SbCl、I、Br、HClO、(n−CClO、トリフルオロ酢酸、4−ドデシルベンゼンスルホン酸、1−ナフタレンスルホン酸、FeCl、AuCl、NOSbF、AsF、NOBF、LiBF、H[PMo1240]、7,7,8,8−テトラシアノキノジメタン(TCNQ)などのアクセプタードーピング剤、ホールをトラップしにくいバインダー樹脂、レベリング剤等の塗布性改良剤等の各種添加剤を添加するようにしてもよい。上記添加剤は、単独で使用しても、2種以上を混合して使用してもよい。 For the hole transport layer, for example, N (PhBr) 3 SbCl 6 , NOPF 6 , SbCl 5 , I 2 , Br 2 , HClO 4 , (n—C 4 H 9 ) 4 ClO 4 are used as necessary. , Trifluoroacetic acid, 4-dodecylbenzenesulfonic acid, 1-naphthalenesulfonic acid, FeCl 3 , AuCl 3 , NOSbF 6 , AsF 5 , NOBF 4 , LiBF 4 , H 3 [PMo 12 O 40 ], 7, 7, 8 Various additives such as acceptor doping agents such as, 8-tetracyanoquinodimethane (TCNQ), binder resins that do not easily trap holes, and coating improvers such as leveling agents may be added. The said additive may be used individually or may be used in mixture of 2 or more types.

正孔輸送層に含まれる材料は、増感色素による光吸収を妨げないように、大きいバンドギャップを持つことが好ましい。具体的には2eV以上のバンドキャップを有することが好ましく、2.5eV以上のバンドキャップを有することがさらに好ましい。また、正孔輸送層は、増感色素ホールを還元させるために低いイオン化ポテンシャルを有することが好ましい。適用する増感色素に応じてイオン化ポテンシャルの値は異なるが、通常、4.5〜5.5eVであることが好ましく、4.7〜5.3eVであることがより好ましい。   The material contained in the hole transport layer preferably has a large band gap so as not to prevent light absorption by the sensitizing dye. Specifically, it preferably has a band cap of 2 eV or more, and more preferably has a band cap of 2.5 eV or more. The hole transport layer preferably has a low ionization potential in order to reduce sensitizing dye holes. Although the value of the ionization potential varies depending on the sensitizing dye to be applied, it is usually preferably 4.5 to 5.5 eV, more preferably 4.7 to 5.3 eV.

また、可視光吸収率が低いと吸収による光の損失が少なく、光による劣化も抑えられることから、好ましい正孔輸送層としては吸光度が1.0以下が好ましい。また、重合体の重合度が高まると吸光度はやや高まり、好ましい正孔輸送能を有する重合度を出すためには、吸光度として、0.2以上の吸光度を示す重合度を有する正孔輸送層が好ましい。したがって、本発明に係る重合体は、400〜700nmでの吸光度(400〜700nmの波長領域での吸光度の平均値)(好ましくは、430nm以下の波長をカット)が0.2〜1.0であることが好ましい。   In addition, when the visible light absorptance is low, light loss due to absorption is small and deterioration due to light can be suppressed. Therefore, a preferable hole transport layer preferably has an absorbance of 1.0 or less. Further, when the degree of polymerization of the polymer is increased, the absorbance is slightly increased, and in order to obtain a degree of polymerization having a preferable hole transporting ability, a hole transport layer having a degree of polymerization having an absorbance of 0.2 or more is used as the absorbance. preferable. Therefore, the polymer according to the present invention has an absorbance at 400 to 700 nm (an average value of absorbance in a wavelength region of 400 to 700 nm) (preferably, a wavelength of 430 nm or less is cut) of 0.2 to 1.0. Preferably there is.

本明細書において、正孔輸送層(重合体)の吸光度は、電解重合前後での作用極の吸光度差を用いて規定され、この際、吸光度は、400〜700nmの波長領域での吸光度の平均値を意味する。吸光度は、分光光度計(JASCO V−530)を用いて測定される。作用極として、FTO導電性ガラス基板に形成した有効面積10×20mmの酸化チタン薄膜に色素を吸着したものを用い、前述の電解重合溶液と同組成の溶液に浸漬し、対極を白金線、参照電極をAg/Ag(AgNO 0.01M)、保持電圧を−0.16Vとして、光電変換層方向から光を照射しながら(キセノンランプ使用、光強度22mW/cm、430nm以下の波長をカット)30分間電圧を保持して、化学式(A)の繰り返し単位を有する重合体を前記作用極上に形成して測定する。膜厚のばらつきの影響を補正するために、サンプルの膜厚を測定し、膜厚(μm)で除した値を用いる。膜厚測定は、Dektak3030(SLOAN TECHNOLOGY Co.製)にて測定される。 In the present specification, the absorbance of the hole transport layer (polymer) is defined using the difference in absorbance of the working electrode before and after electrolytic polymerization. In this case, the absorbance is an average of absorbance in a wavelength region of 400 to 700 nm. Mean value. Absorbance is measured using a spectrophotometer (JASCO V-530). As a working electrode, a titanium oxide thin film having an effective area of 10 × 20 mm 2 formed on an FTO conductive glass substrate was adsorbed with a dye, immersed in a solution having the same composition as the electrolytic polymerization solution described above, and the counter electrode was a platinum wire, The reference electrode is Ag / Ag + (AgNO 3 0.01M), the holding voltage is −0.16 V, while irradiating light from the direction of the photoelectric conversion layer (using a xenon lamp, light intensity 22 mW / cm 2 , wavelength of 430 nm or less The polymer having the repeating unit of the chemical formula (A) is formed on the working electrode and measured while holding the voltage for 30 minutes. In order to correct the influence of the variation in film thickness, the film thickness of the sample is measured, and a value divided by the film thickness (μm) is used. The film thickness is measured by Dektak 3030 (manufactured by SLOAN TECHNOLOGY Co.).

正孔輸送層の形成方法は、上記方法に制限されず、公知の製造方法が同様にしてあるいは適宜修飾して適用できる。   The formation method of a positive hole transport layer is not restrict | limited to the said method, A well-known manufacturing method can apply similarly or suitably modified.

[第二電極]
本発明に係る第二電極は、導電性を有するものであればよく、任意の導電性材料が用いられる。絶縁性の物質でも、正孔輸送層に面している側に導電性物質層が設置されていれば、これも使用可能である。また、第二電極は、正孔輸送層との接触性が良いことが好ましい。第二電極は、正孔輸送層との仕事関数の差が小さく、化学的に安定であることも好ましい。このような材料としては、特に制限されないが、金、銀、銅、アルミニウム、白金、ロジウム、マグネシウム、インジウム等の金属薄膜、炭素、カーボンブラック、導電性高分子、導電性の金属酸化物(インジウム−スズ複合酸化物、酸化スズにフッ素をドープしたもの等)等の有機導電体などが挙げられる。また、第二電極の平均厚みもまた、特に制限されないが、10〜1000nmであることが好ましい。また、第二電極の表面抵抗は、特に制限されないが、低いことが好ましい。具体的には、第二電極の表面抵抗の範囲は、好ましくは80Ω/□(square)以下であり、さらに好ましくは20Ω/□(square)以下である。なお、第二電極の表面抵抗の下限は、可能な限り低いことが好ましいため、特に規定する必要はないが、0.01Ω/□(square)以上であれば十分である。
[Second electrode]
The 2nd electrode which concerns on this invention should just have electroconductivity, and arbitrary electroconductive materials are used. Even an insulating material can be used if a conductive material layer is provided on the side facing the hole transport layer. The second electrode preferably has good contact with the hole transport layer. The second electrode preferably has a small work function difference from the hole transport layer and is chemically stable. Such a material is not particularly limited, but is a metal thin film such as gold, silver, copper, aluminum, platinum, rhodium, magnesium, indium, carbon, carbon black, a conductive polymer, a conductive metal oxide (indium -Organic conductors such as tin composite oxide, tin oxide doped with fluorine, and the like. The average thickness of the second electrode is not particularly limited, but is preferably 10 to 1000 nm. The surface resistance of the second electrode is not particularly limited, but is preferably low. Specifically, the range of the surface resistance of the second electrode is preferably 80 Ω / □ (square) or less, and more preferably 20 Ω / □ (square) or less. The lower limit of the surface resistance of the second electrode is preferably as low as possible and need not be specified.

また、第二電極として、上記金属薄膜をガラス基板上に形成させたものを用いてもよい。   Moreover, you may use what formed the said metal thin film on the glass substrate as a 2nd electrode.

[その他の層]
本発明の光電変換素子は、上記の各部材(各層)の他に、光電変換効率の向上や、素子の寿命の向上のために、他の部材(他の層)をさらに設けてもよい。その他の部材としては、例えば、励起子ブロック層、UV吸収層、光反射層、波長変換層、平滑化層等が挙げられる。また、上層に偏在した金属酸化物微粒子をより安定にするため等にシランカップリング剤等の層を設けてもよい。さらに本発明の光電変換層に隣接して金属酸化物の層を積層してもよい。
[Other layers]
In addition to the above-described members (each layer), the photoelectric conversion device of the present invention may further include other members (other layers) for improving the photoelectric conversion efficiency and improving the lifetime of the device. Examples of other members include an exciton block layer, a UV absorption layer, a light reflection layer, a wavelength conversion layer, and a smoothing layer. Further, a layer such as a silane coupling agent may be provided in order to make the metal oxide fine particles unevenly distributed in the upper layer more stable. Further, a metal oxide layer may be laminated adjacent to the photoelectric conversion layer of the present invention.

また、本発明の光電変換素子は、太陽光のより効率的な受光を目的として、各種の光学機能層を有していてもよい。光学機能層としては、例えば、反射防止膜、マイクロレンズアレイ等の集光層、陰極で反射した光を散乱させて再度発電層に入射させることができるような光拡散層等が挙げられる。   Moreover, the photoelectric conversion element of this invention may have various optical function layers for the purpose of more efficient light reception of sunlight. Examples of the optical functional layer include a light condensing layer such as an antireflection film and a microlens array, and a light diffusion layer that can scatter light reflected by the cathode and enter the power generation layer again.

反射防止層としては、各種公知の反射防止層を設けることができるが、例えば、透明樹脂フィルムが二軸延伸ポリエチレンテレフタラートフィルムである場合は、フィルムに隣接する易接着層の屈折率を1.57〜1.63とすることで、フィルム基板と易接着層との界面反射を低減して透過率を向上させることができるのでより好ましい。屈折率を調整する方法としては、酸化スズゾルや酸化セリウムゾル等の比較的屈折率の高い酸化物ゾルとバインダー樹脂との比率を適宜調整して塗設することで実施できる。易接着層は単層でもよいが、接着性を向上させるためには2層以上の構成にしてもよい。   Various known antireflection layers can be provided as the antireflection layer. For example, when the transparent resin film is a biaxially stretched polyethylene terephthalate film, the refractive index of the easy adhesion layer adjacent to the film is 1. It is more preferable to set it to 57 to 1.63 because the interface reflection between the film substrate and the easy adhesion layer can be reduced and the transmittance can be improved. The method for adjusting the refractive index can be carried out by appropriately adjusting the ratio of the oxide sol having a relatively high refractive index such as tin oxide sol or cerium oxide sol and the binder resin. The easy adhesion layer may be a single layer, but may be composed of two or more layers in order to improve adhesion.

集光層としては、例えば、支持基板の太陽光受光側にマイクロレンズアレイ上の構造を設けるように加工したり、あるいは所謂集光シートと組み合わせたりすることにより特定方向からの受光量を高めたり、逆に太陽光の入射角度依存性を低減することができる。   As the condensing layer, for example, it is processed so as to provide a structure on the microlens array on the sunlight receiving side of the support substrate, or the amount of light received from a specific direction is increased by combining with a so-called condensing sheet. Conversely, the incident angle dependency of sunlight can be reduced.

マイクロレンズアレイの例としては、基板の光取り出し側に一辺が30μmでその頂角が90度となるような四角錐を2次元に配列する。一辺は10〜100μmが好ましい。これより小さくなると回折の効果が発生して色付き、大きすぎると厚みが厚くなり好ましくない。   As an example of the microlens array, quadrangular pyramids having a side of 30 μm and an apex angle of 90 degrees are two-dimensionally arranged on the light extraction side of the substrate. One side is preferably 10 to 100 μm. If it is smaller than this, the effect of diffraction is generated and colored.

また光散乱層としては、各種のアンチグレア層、金属または各種無機酸化物等のナノ粒子・ナノワイヤー等を無色透明なポリマーに分散した層等を挙げることができる。   Examples of the light scattering layer include various antiglare layers, layers in which nanoparticles or nanowires such as metals or various inorganic oxides are dispersed in a colorless and transparent polymer, and the like.

<太陽電池>
本発明の光電変換素子は、太陽電池に特に好適に使用できる。したがって、本発明の他の一形態によると、上記光電変換素子を有することを特徴とする太陽電池が提供される。
<Solar cell>
The photoelectric conversion element of this invention can be used especially suitably for a solar cell. Therefore, according to another embodiment of the present invention, there is provided a solar cell including the photoelectric conversion element.

本発明の太陽電池は、上記本発明の光電変換素子を有する。本発明の太陽電池は、本発明の光電変換素子を具備し、太陽光に最適の設計ならびに回路設計が行われ、太陽光を光源として用いたときに最適な光電変換が行われるような構造を有する。本発明の太陽電池を構成する際には、前記光電変換層、正孔輸送層および第二電極をケース内に収納して封止するか、あるいはそれら全体を樹脂封止することが好ましい。   The solar cell of the present invention has the photoelectric conversion element of the present invention. The solar cell of the present invention comprises the photoelectric conversion element of the present invention, and is designed so that optimum design and circuit design are performed for sunlight, and optimum photoelectric conversion is performed when sunlight is used as a light source. Have. When configuring the solar cell of the present invention, it is preferable that the photoelectric conversion layer, the hole transport layer, and the second electrode are housed in a case and sealed, or the whole is resin-sealed.

本発明の太陽電池に太陽光または太陽光と同等の電磁波を照射すると、色素支持体に担持された色素は照射された光もしくは電磁波を吸収して励起し、励起子(正孔・電子対)を生成する。励起によって発生した一部の励起子は電荷分離し、電子は電子輸送層、導電性支持体および外部負荷を経由して第二電極に移動して、正孔輸送層の電荷輸送性材料に供給される。また一部の励起子は、電子輸送層と色素との界面で電荷分離し、電子は電子輸送層に移動し、次いで導電性支持体および外部負荷を経由して第二電極に移動して、正孔輸送層の電荷輸送性材料に供給される。一方、電子輸送層に電子を移動させた色素は酸化体となっているが、第二電極から正孔輸送層の重合体を経由して電子が供給されることにより、還元されて元の状態に戻り、同時に正孔輸送層の重合体は酸化されて、再び第二電極から供給される電子により還元されうる状態に戻る。このようにして電子が流れ、本発明の光電変換素子を用いた太陽電池を構成することができる。   When the solar cell of the present invention is irradiated with sunlight or an electromagnetic wave equivalent to sunlight, the dye supported on the dye support is excited by absorbing the irradiated light or electromagnetic wave and excitons (hole / electron pairs). Is generated. Some excitons generated by excitation are separated by charge, and electrons move to the second electrode via the electron transport layer, conductive support and external load, and are supplied to the charge transport material of the hole transport layer. Is done. Some excitons are charge separated at the interface between the electron transport layer and the dye, the electrons move to the electron transport layer, and then move to the second electrode via the conductive support and external load, Supplied to the charge transport material of the hole transport layer. On the other hand, the dye that has moved electrons to the electron transport layer is an oxidant, but is reduced by the supply of electrons from the second electrode via the polymer of the hole transport layer, and the original state. At the same time, the polymer of the hole transport layer is oxidized and returned to a state where it can be reduced again by the electrons supplied from the second electrode. In this way, electrons flow, and a solar cell using the photoelectric conversion element of the present invention can be configured.

以下、実施例により本発明を詳細に説明するが、本発明の範囲はこれらに限定されない。なお、下記実施例において、特記しない限り、操作は室温(25℃)で行われた。また、特記しない限り、「%」および「部」は、それぞれ、「質量%」および「質量部」を意味する。   EXAMPLES Hereinafter, although an Example demonstrates this invention in detail, the scope of the present invention is not limited to these. In the following examples, the operation was performed at room temperature (25 ° C.) unless otherwise specified. Unless otherwise specified, “%” and “part” mean “% by mass” and “part by mass”, respectively.

(色素(CHNHPbI)前駆体溶液の作製)
24mLのメチルアミン(33質量% エタノール溶液)と10mLのヨウ化水素酸(57質量%水溶液)とを100mLのエタノールに溶かし、窒素雰囲気下、室温(25℃)にて攪拌した後、エバポレータにて濃縮乾固させ、ヨウ化メチルアンモニウム(CHNHI)を得た。次に、このヨウ化メチルアンモニウム(CHNHI)とヨウ化鉛(PbI)とを、1:1のモル比で、γ−ブチロラクトン(γ−butyrolactone)に溶かし、60℃で、12時間攪拌して、色素(CHNHPbI)前駆体溶液を作製した。
(Preparation of dye (CH 3 NH 3 PbI 3 ) precursor solution)
24 mL of methylamine (33% by mass ethanol solution) and 10 mL of hydroiodic acid (57% by mass aqueous solution) were dissolved in 100 mL of ethanol and stirred at room temperature (25 ° C.) in a nitrogen atmosphere. Concentration to dryness gave methylammonium iodide (CH 3 NH 3 I). Next, this methylammonium iodide (CH 3 NH 3 I) and lead iodide (PbI 2 ) were dissolved in γ-butyrolactone at a molar ratio of 1: 1, and at 60 ° C., 12 The mixture was stirred for a time to prepare a dye (CH 3 NH 3 PbI 3 ) precursor solution.

(実施例1:光電変換素子SC−1の製造)
1.基板/第一電極/電子輸送層の形成
表面抵抗9Ω/□(square)のフッ素ドープ酸化スズ(FTO)透明導電膜付ガラス基板(FTOの塗布量:7g/m基体、第一電極の厚み:0.9μm、導電性支持体の厚み:1.1mm)を導電性支持体とした。この導電性支持体に、電子輸送層として、TC100(マツモト交商製):チタンジイソプロポキシビス(アセチルアセトネート)をスピンコート法により塗布した。80℃で10分間加熱して乾燥させた後、450℃で10分間焼成を行い、膜厚100nmの酸化チタン層(空孔率C:1.0体積%)を電子輸送層として形成した。
(Example 1: Production of photoelectric conversion element SC-1)
1. Formation of substrate / first electrode / electron transport layer Fluorine-doped tin oxide (FTO) glass substrate with transparent conductive film having a surface resistance of 9Ω / □ (square) (FTO coating amount: 7 g / m 2 substrate, thickness of first electrode) : 0.9 μm, thickness of conductive support: 1.1 mm) was used as the conductive support. TC100 (manufactured by Matsumoto Kosho): titanium diisopropoxy bis (acetylacetonate) was applied to this conductive support as an electron transport layer by a spin coat method. After heating and drying at 80 ° C. for 10 minutes, baking was performed at 450 ° C. for 10 minutes to form a titanium oxide layer (porosity C: 1.0% by volume) having a thickness of 100 nm as an electron transporting layer.

2.光電変換層の形成
ポリエチレングリコール(重量平均分子量(Mw)4000)20質量%、上記色素(CHNHPbI)前駆体溶液20質量%(色素換算8重量%)、ジメチルホルムアミド(DMF)60質量%を混合した液を調製した。当該混合液100μLを上記電子輸送層上に滴下し、2000rpmで60秒間スピンコート製膜を行った。その後、100℃に加熱したホットプレート上に1時間放置し、乾燥させることにより、色素(CHNHPbI)および色素支持体を含む光電変換層(厚み約0.4μm)を電子輸送層上に形成した。
2. Formation of photoelectric conversion layer 20% by mass of polyethylene glycol (weight average molecular weight (Mw) 4000), 20% by mass of the dye (CH 3 NH 3 PbI 3 ) precursor solution (8% by weight in terms of dye), dimethylformamide (DMF) 60 A liquid mixed with mass% was prepared. 100 μL of the mixed solution was dropped onto the electron transport layer, and spin coating was performed at 2000 rpm for 60 seconds. Thereafter, the photoelectric conversion layer (thickness: about 0.4 μm) containing the dye (CH 3 NH 3 PbI 3 ) and the dye support is left to stand on a hot plate heated to 100 ° C. for 1 hour and dried to form an electron transport layer. Formed on top.

3.正孔輸送層の形成
芳香族アミン誘導体として0.17mol/Lの2,2’,7,7’−テトラキス(N,N’−ジ(4−メトキシフェニル)アミン)−9,9’−スピロビフルオレン(Spiro−OMeTAD)、アクセプタードーピング剤として0.33mmol/LのN(PhBr)SbCl、支持電解質として15mmol/LのLi[(CFSON]、有機塩基として50mmol/Lの4−tert−ブチルピリジンを含むモノクロロベンゼン:アセトニトリル=19:1溶液を調製し、1000rpmの回転数で光電変換層の上面にスピンコーティングし、層厚10μmの正孔輸送層を形成した。
3. Formation of hole transport layer 0.17 mol / L of 2,2 ′, 7,7′-tetrakis (N, N′-di (4-methoxyphenyl) amine) -9,9′-spiro as an aromatic amine derivative Bifluorene (Spiro-OMeTAD), 0.33 mmol / L N (PhBr) 3 SbCl 6 as acceptor doping agent, 15 mmol / L Li [(CF 3 SO 2 ) 2 N] as supporting electrolyte, 50 mmol as organic base A monochlorobenzene: acetonitrile = 19: 1 solution containing / L 4-tert-butylpyridine was prepared, and spin coating was performed on the upper surface of the photoelectric conversion layer at a rotation speed of 1000 rpm to form a hole transport layer having a layer thickness of 10 μm. .

4.第二電極の形成
得られた正孔輸送層上に、真空蒸着法で金を90nm蒸着して、第二電極を形成した。これにより、光電変換素子を完成させた。
4). Formation of the second electrode On the obtained hole transport layer, gold was deposited by 90 nm by a vacuum deposition method to form a second electrode. Thereby, the photoelectric conversion element was completed.

(実施例2:光電変換素子SC−2の製造)
上記実施例1の「2.光電変換層の形成」を以下のようにしたこと以外は、実施例1と同様の方法に従って、光電変換素子SC−2を作製した。
(Example 2: Production of photoelectric conversion element SC-2)
A photoelectric conversion element SC-2 was produced in the same manner as in Example 1 except that “2. Formation of photoelectric conversion layer” in Example 1 was as described below.

ポリエチレングリコール(重量平均分子量(Mw)4000)10質量%、上記色素(CHNHPbI)前駆体溶液30質量%(色素換算12重量%)、ジメチルホルムアミド(DMF)60質量%を混合した液を調製した。当該混合液100μLを上記電子輸送層上に滴下し、2000rpmで60秒間スピンコート製膜を行った。その後、100℃に加熱したホットプレート上に1時間放置し、乾燥させることにより、色素(CHNHPbI)および色素支持体を含む光電変換層(厚み約0.3μm)を電子輸送層上に形成した。 10% by mass of polyethylene glycol (weight average molecular weight (Mw) 4000), 30% by mass of the above dye (CH 3 NH 3 PbI 3 ) precursor solution (12% by weight in terms of dye), and 60% by mass of dimethylformamide (DMF) were mixed. A liquid was prepared. 100 μL of the mixed solution was dropped onto the electron transport layer, and spin coating was performed at 2000 rpm for 60 seconds. Then, the photoelectric conversion layer (thickness of about 0.3 μm) containing the dye (CH 3 NH 3 PbI 3 ) and the dye support is left to stand on a hot plate heated to 100 ° C. for 1 hour and dried to form an electron transport layer. Formed on top.

(実施例3:光電変換素子SC−3の製造)
上記実施例1の「2.光電変換層の形成」を以下のようにしたこと以外は、実施例1と同様の方法に従って、光電変換素子SC−3を作製した。
(Example 3: Production of photoelectric conversion element SC-3)
A photoelectric conversion element SC-3 was produced in the same manner as in Example 1 except that “2. Formation of photoelectric conversion layer” in Example 1 was as described below.

ポリエチレングリコール(重量平均分子量(Mw)4000)5質量%、上記色素(CHNHPbI)前駆体溶液35質量%(色素換算14重量%)、ジメチルホルムアミド(DMF)60質量%を混合した液を調製した。当該混合液100μLを上記電子輸送層上に滴下し、2000rpmで60秒間スピンコート製膜を行った。その後、100℃に加熱したホットプレート上に1時間放置し、乾燥させることにより、色素(CHNHPbI)および色素支持体を含む光電変換層(厚み約0.3μm)を電子輸送層上に形成した。 5% by mass of polyethylene glycol (weight average molecular weight (Mw) 4000), 35% by mass of the dye (CH 3 NH 3 PbI 3 ) precursor solution (14% by weight in terms of dye), and 60% by mass of dimethylformamide (DMF) were mixed. A liquid was prepared. 100 μL of the mixed solution was dropped onto the electron transport layer, and spin coating was performed at 2000 rpm for 60 seconds. Then, the photoelectric conversion layer (thickness of about 0.3 μm) containing the dye (CH 3 NH 3 PbI 3 ) and the dye support is left to stand on a hot plate heated to 100 ° C. for 1 hour and dried to form an electron transport layer. Formed on top.

(実施例4:光電変換素子SC−4の製造)
上記実施例1の「2.光電変換層の形成」を以下のようにしたこと以外は、実施例1と同様の方法に従って、光電変換素子SC−4を作製した。
(Example 4: Production of photoelectric conversion element SC-4)
A photoelectric conversion element SC-4 was produced in the same manner as in Example 1 except that “2. Formation of photoelectric conversion layer” in Example 1 was as described below.

ポリエチレングリコール(重量平均分子量(Mw)4000)1質量%、上記色素(CHNHPbI)前駆体溶液39質量%(色素換算16重量%)、ジメチルホルムアミド(DMF)60質量%を混合した液を調製した。当該混合液100μLを上記電子輸送層上に滴下し、2000rpmで60秒間スピンコート製膜を行った。その後、100℃に加熱したホットプレート上に1時間放置し、乾燥させることにより、色素(CHNHPbI)および色素支持体を含む光電変換層(厚み約0.2μm)を電子輸送層上に形成した。 1% by mass of polyethylene glycol (weight average molecular weight (Mw) 4000), 39% by mass of the dye (CH 3 NH 3 PbI 3 ) precursor solution (16% by weight in terms of dye), and 60% by mass of dimethylformamide (DMF) were mixed. A liquid was prepared. 100 μL of the mixed solution was dropped onto the electron transport layer, and spin coating was performed at 2000 rpm for 60 seconds. Then, the photoelectric conversion layer (thickness: about 0.2 μm) containing the dye (CH 3 NH 3 PbI 3 ) and the dye support is left to stand on a hot plate heated to 100 ° C. for 1 hour and dried. Formed on top.

(実施例5:光電変換素子SC−5の製造)
上記実施例1の「2.光電変換層の形成」を以下のようにしたこと以外は、実施例1と同様の方法に従って、光電変換素子SC−5を作製した。
(Example 5: Production of photoelectric conversion element SC-5)
A photoelectric conversion element SC-5 was produced in the same manner as in Example 1 except that “2. Formation of photoelectric conversion layer” in Example 1 was as described below.

ポリエチレングリコール(重量平均分子量(Mw)2000)5質量%、上記色素(CHNHPbI)前駆体溶液35質量%(色素換算14重量%)、ジメチルホルムアミド(DMF)60質量%を混合した液を調製した。当該混合液100μLを上記電子輸送層上に滴下し、2000rpmで60秒間スピンコート製膜を行った。その後、100℃に加熱したホットプレート上に1時間放置し、乾燥させることにより、色素(CHNHPbI)および色素支持体を含む光電変換層(厚み約0.2μm)を電子輸送層上に形成した。 5% by mass of polyethylene glycol (weight average molecular weight (Mw) 2000), 35% by mass of the above dye (CH 3 NH 3 PbI 3 ) precursor solution (14% by weight in terms of dye), and 60% by mass of dimethylformamide (DMF) were mixed. A liquid was prepared. 100 μL of the mixed solution was dropped onto the electron transport layer, and spin coating was performed at 2000 rpm for 60 seconds. Then, the photoelectric conversion layer (thickness: about 0.2 μm) containing the dye (CH 3 NH 3 PbI 3 ) and the dye support is left to stand on a hot plate heated to 100 ° C. for 1 hour and dried. Formed on top.

(実施例6:光電変換素子SC−6の製造)
上記実施例1の「2.光電変換層の形成」を以下のようにしたこと以外は、実施例1と同様の方法に従って、光電変換素子SC−6を作製した。
(Example 6: Production of photoelectric conversion element SC-6)
A photoelectric conversion element SC-6 was produced in the same manner as in Example 1 except that “2. Formation of photoelectric conversion layer” in Example 1 was as described below.

ポリエチレングリコール(重量平均分子量(Mw)10000)5質量%、上記色素(CHNHPbI)前駆体溶液35質量%(色素換算14重量%)、ジメチルホルムアミド(DMF)60質量%を混合した液を調製した。当該混合液100μLを上記電子輸送層上に滴下し、2000rpmで60秒間スピンコート製膜を行った。その後、100℃に加熱したホットプレート上に1時間放置し、乾燥させることにより、色素(CHNHPbI)および色素支持体を含む光電変換層(厚み約0.4μm)を電子輸送層上に形成した。 5% by mass of polyethylene glycol (weight average molecular weight (Mw) 10,000), 35% by mass of the dye (CH 3 NH 3 PbI 3 ) precursor solution (14% by weight in terms of dye), and 60% by mass of dimethylformamide (DMF) were mixed. A liquid was prepared. 100 μL of the mixed solution was dropped onto the electron transport layer, and spin coating was performed at 2000 rpm for 60 seconds. Thereafter, the photoelectric conversion layer (thickness: about 0.4 μm) containing the dye (CH 3 NH 3 PbI 3 ) and the dye support is left to stand on a hot plate heated to 100 ° C. for 1 hour and dried to form an electron transport layer. Formed on top.

(実施例7:光電変換素子SC−7の製造)
上記実施例1の「2.光電変換層の形成」を以下のようにしたこと以外は、実施例1と同様の方法に従って、光電変換素子SC−7を作製した。
(Example 7: Production of photoelectric conversion element SC-7)
A photoelectric conversion element SC-7 was produced in the same manner as in Example 1 except that “2. Formation of photoelectric conversion layer” in Example 1 was as described below.

ポリエチレングリコール(重量平均分子量(Mw)40、000)5質量%、上記色素(CHNHPbI)前駆体溶液35質量%(色素換算14重量%)、ジメチルホルムアミド(DMF)60質量%を混合した液を調製した。当該混合液100μLを上記電子輸送層上に滴下し、2000rpmで60秒間スピンコート製膜を行った。その後、100℃に加熱したホットプレート上に1時間放置し、乾燥させることにより、色素(CHNHPbI)および色素支持体を含む光電変換層(厚み約0.4μm)を電子輸送層上に形成した。 5% by mass of polyethylene glycol (weight average molecular weight (Mw) 40,000), 35% by mass of the dye (CH 3 NH 3 PbI 3 ) precursor solution (14% by weight in terms of dye), 60% by mass of dimethylformamide (DMF) A mixed solution was prepared. 100 μL of the mixed solution was dropped onto the electron transport layer, and spin coating was performed at 2000 rpm for 60 seconds. Thereafter, the photoelectric conversion layer (thickness: about 0.4 μm) containing the dye (CH 3 NH 3 PbI 3 ) and the dye support is left to stand on a hot plate heated to 100 ° C. for 1 hour and dried to form an electron transport layer. Formed on top.

(実施例8:光電変換素子SC−8の製造)
上記実施例1の「2.光電変換層の形成」を以下のようにしたこと以外は、実施例1と同様の方法に従って、光電変換素子SC−8を作製した。
(Example 8: Production of photoelectric conversion element SC-8)
A photoelectric conversion element SC-8 was produced in the same manner as in Example 1 except that “2. Formation of photoelectric conversion layer” in Example 1 was as described below.

ポリエチレンテレフタラート(重量平均分子量(Mw)6,000)5質量%、上記色素(CHNHPbI)前駆体溶液35質量%(色素換算14重量%)、ジメチルホルムアミド(DMF)30質量%、テトラヒドロフラン30質量%を混合した液を調製した。当該混合液100μLを上記電子輸送層上に滴下し、2000rpmで60秒間スピンコート製膜を行った。その後、100℃に加熱したホットプレート上に1時間放置し、乾燥させることにより、色素(CHNHPbI)および色素支持体を含む光電変換層(厚み約0.4μm)を電子輸送層上に形成した。 5% by mass of polyethylene terephthalate (weight average molecular weight (Mw) 6,000), 35% by mass of the dye (CH 3 NH 3 PbI 3 ) precursor solution (14% by weight in terms of dye), 30% by mass of dimethylformamide (DMF) A solution in which 30% by mass of tetrahydrofuran was mixed was prepared. 100 μL of the mixed solution was dropped onto the electron transport layer, and spin coating was performed at 2000 rpm for 60 seconds. Thereafter, the photoelectric conversion layer (thickness: about 0.4 μm) containing the dye (CH 3 NH 3 PbI 3 ) and the dye support is left to stand on a hot plate heated to 100 ° C. for 1 hour and dried to form an electron transport layer. Formed on top.

(実施例9:光電変換素子SC−9の製造)
上記実施例1の「2.光電変換層の形成」を以下のようにしたこと以外は、実施例1と同様の方法に従って、光電変換素子SC−9を作製した。
(Example 9: Production of photoelectric conversion element SC-9)
A photoelectric conversion element SC-9 was produced in the same manner as in Example 1 except that “2. Formation of photoelectric conversion layer” in Example 1 was as described below.

下記化学式で表されるポリカーボネート(重量平均分子量(Mw)21,000)5質量%、上記色素(CHNHPbI)前駆体溶液35質量%(色素換算14重量%)、ジメチルホルムアミド(DMF)60質量%を混合した液を調製した。当該混合液100μLを上記電子輸送層上に滴下し、2000rpmで60秒間スピンコート製膜を行った。その後、100℃に加熱したホットプレート上に1時間放置し、乾燥させることにより、色素(CHNHPbI)および色素支持体を含む光電変換層(厚み約0.8nm)を電子輸送層上に形成した。 5% by mass of polycarbonate (weight average molecular weight (Mw) 21,000) represented by the following chemical formula, 35% by mass of the dye (CH 3 NH 3 PbI 3 ) precursor solution (14% by weight in terms of dye), dimethylformamide (DMF) ) A liquid in which 60% by mass was mixed was prepared. 100 μL of the mixed solution was dropped onto the electron transport layer, and spin coating was performed at 2000 rpm for 60 seconds. Then, the photoelectric conversion layer (thickness: about 0.8 nm) containing the dye (CH 3 NH 3 PbI 3 ) and the dye support is left to stand on a hot plate heated to 100 ° C. for 1 hour and dried to form an electron transport layer. Formed on top.

(実施例10:光電変換素子SC−10の製造)
上記実施例1の「2.光電変換層の形成」を以下のようにしたこと以外は、実施例1と同様の方法に従って、光電変換素子SC−10を作製した。
(Example 10: Production of photoelectric conversion element SC-10)
A photoelectric conversion element SC-10 was produced in the same manner as in Example 1 except that “2. Formation of photoelectric conversion layer” in Example 1 was as described below.

ナイロン6(重量平均分子量(Mw)100,000)5質量%、上記色素(CHNHPbI)前駆体溶液35質量%(色素換算14重量%)、ジメチルホルムアミド(DMF)30質量%、テトラヒドロフラン30質量%を混合した液を調製した。当該混合液100μLを上記電子輸送層上に滴下し、2000rpmで60秒間スピンコート製膜を行った。その後、100℃に加熱したホットプレート上に1時間放置し、乾燥させることにより、色素(CHNHPbI)および色素支持体を含む光電変換層(厚み約0.3nm)を電子輸送層上に形成した。 5% by mass of nylon 6 (weight average molecular weight (Mw) 100,000), 35% by mass of the dye (CH 3 NH 3 PbI 3 ) precursor solution (14% by weight in terms of dye), 30% by mass of dimethylformamide (DMF), A liquid in which 30% by mass of tetrahydrofuran was mixed was prepared. 100 μL of the mixed solution was dropped onto the electron transport layer, and spin coating was performed at 2000 rpm for 60 seconds. Then, the photoelectric conversion layer (thickness of about 0.3 nm) containing the dye (CH 3 NH 3 PbI 3 ) and the dye support is dried by leaving it on a hot plate heated to 100 ° C. for 1 hour and drying. Formed on top.

(実施例11:光電変換素子SC−11の製造)
上記実施例1の「2.光電変換層の形成」を以下のようにしたこと以外は、実施例1と同様の方法に従って、光電変換素子SC−11を作製した。
(Example 11: Production of photoelectric conversion element SC-11)
A photoelectric conversion element SC-11 was produced in the same manner as in Example 1 except that “2. Formation of photoelectric conversion layer” in Example 1 was as described below.

ポリエチレングリコール(重量平均分子量(Mw)4000)1質量%、ヨウ化鉛(PbI)39質量%、ジメチルホルムアミド(DMF)60質量%を混合した液を調製した。当該混合液100μLを上記電子輸送層上に滴下し、2000rpmで60秒間スピンコート製膜を行った。その後、100℃に加熱したホットプレート上に1時間放置し、乾燥させた。次いでこれをヨウ化メチルアンモニウム(CHNHI)の2−プロパノール溶液(濃度0.06mol/L)に浸漬後、80℃に加熱したホットプレート上で1時間放置し、乾燥させた。これにより色素支持体を含む光電変換層(厚み約0.2nm)を電子輸送層上に形成した。 A liquid in which 1% by mass of polyethylene glycol (weight average molecular weight (Mw) 4000), 39% by mass of lead iodide (PbI 2 ), and 60% by mass of dimethylformamide (DMF) was prepared. 100 μL of the mixed solution was dropped onto the electron transport layer, and spin coating was performed at 2000 rpm for 60 seconds. Thereafter, it was left on a hot plate heated to 100 ° C. for 1 hour and dried. Next, this was immersed in a 2-propanol solution (concentration: 0.06 mol / L) of methylammonium iodide (CH 3 NH 3 I) and then left on a hot plate heated to 80 ° C. for 1 hour to dry. This formed the photoelectric converting layer (thickness about 0.2 nm) containing a pigment | dye support body on the electron carrying layer.

(実施例12:光電変換素子SC12の製造)
上記実施例1の「2.光電変換層の形成」を以下のようにしたこと以外は、実施例1と同様の方法に従って、光電変換素子SC−12を作製した。
(Example 12: Production of photoelectric conversion element SC12)
A photoelectric conversion element SC-12 was produced in the same manner as in Example 1 except that “2. Formation of photoelectric conversion layer” in Example 1 was as described below.

ポリエチレングリコール(重量平均分子量(Mw)4000)7質量%、ヨウ化鉛(PbI)33質量%、ジメチルホルムアミド(DMF)60質量%を混合した液を調製した。当該混合液100μLを上記電子輸送層上に滴下し、2000rpmで60秒間スピンコート製膜を行った。その後、100℃に加熱したホットプレート上に1時間放置し、乾燥させた。次いでこれをヨウ化メチルアンモニウム(CHNHI)の2−プロパノール溶液(濃度0.06mol/L)に浸漬後、80℃に加熱したホットプレート上で1時間放置し、乾燥させた。これにより色素支持体を含む光電変換層(厚み約0.3nm)を電子輸送層上に形成した。 A liquid in which 7% by mass of polyethylene glycol (weight average molecular weight (Mw) 4000), 33% by mass of lead iodide (PbI 2 ), and 60% by mass of dimethylformamide (DMF) were prepared. 100 μL of the mixed solution was dropped onto the electron transport layer, and spin coating was performed at 2000 rpm for 60 seconds. Thereafter, it was left on a hot plate heated to 100 ° C. for 1 hour and dried. Next, this was immersed in a 2-propanol solution (concentration: 0.06 mol / L) of methylammonium iodide (CH 3 NH 3 I) and then left on a hot plate heated to 80 ° C. for 1 hour to dry. Thus, a photoelectric conversion layer (thickness: about 0.3 nm) including the dye support was formed on the electron transport layer.

(実施例13:光電変換素子SC−13の製造)
上記実施例1の「2.光電変換層の形成」を以下のようにしたこと以外は、実施例1と同様の方法に従って、光電変換素子SC−13を作製した。
(Example 13: Production of photoelectric conversion element SC-13)
A photoelectric conversion element SC-13 was produced in the same manner as in Example 1 except that “2. Formation of photoelectric conversion layer” in Example 1 was as described below.

ポリエチレングリコール(重量平均分子量(Mw)4000)15質量%、ヨウ化鉛(PbI)25質量%、ジメチルホルムアミド(DMF)60質量%を混合した液を調製した。当該混合液100μLを上記電子輸送層上に滴下し、2000rpmで60秒間スピンコート製膜を行った。その後、100℃に加熱したホットプレート上に1時間放置し、乾燥させた。次いでこれをヨウ化メチルアンモニウム(CHNHI)の2−プロパノール溶液(濃度0.06mol/L)に浸漬後、80℃に加熱したホットプレート上で1時間放置し、乾燥させた。これにより色素支持体を含む光電変換層(厚み約0.4nm)を電子輸送層上に形成した。 A liquid in which 15% by mass of polyethylene glycol (weight average molecular weight (Mw) 4000), 25% by mass of lead iodide (PbI 2 ), and 60% by mass of dimethylformamide (DMF) was prepared. 100 μL of the mixed solution was dropped onto the electron transport layer, and spin coating was performed at 2000 rpm for 60 seconds. Thereafter, it was left on a hot plate heated to 100 ° C. for 1 hour and dried. Next, this was immersed in a 2-propanol solution (concentration: 0.06 mol / L) of methylammonium iodide (CH 3 NH 3 I) and then left on a hot plate heated to 80 ° C. for 1 hour to dry. This formed the photoelectric converting layer (thickness about 0.4 nm) containing a pigment | dye support body on the electron carrying layer.

(実施例14:光電変換素子SC−14の製造)
上記実施例1の「2.光電変換層の形成」を以下のようにしたこと以外は、実施例1と同様の方法に従って、光電変換素子SC−14を作製した。
(Example 14: Production of photoelectric conversion element SC-14)
A photoelectric conversion element SC-14 was produced in the same manner as in Example 1 except that “2. Formation of photoelectric conversion layer” in Example 1 was as described below.

ポリエチレングリコール(重量平均分子量(Mw)10000)7質量%、ヨウ化鉛(PbI)33質量%、ジメチルホルムアミド(DMF)60質量%を混合した液を調製した。当該混合液100μLを上記電子輸送層上に滴下し、2000rpmで60秒間スピンコート製膜を行った。その後、100℃に加熱したホットプレート上に1時間放置し、乾燥させた。次いでこれをヨウ化メチルアンモニウム(CHNHI)の2−プロパノール溶液(濃度0.06mol/L)に浸漬後、80℃に加熱したホットプレート上で1時間放置し、乾燥させた。これにより色素支持体を含む光電変換層(厚み約0.3nm)を電子輸送層上に形成した。 A liquid in which 7% by mass of polyethylene glycol (weight average molecular weight (Mw) 10,000), 33% by mass of lead iodide (PbI 2 ), and 60% by mass of dimethylformamide (DMF) was prepared. 100 μL of the mixed solution was dropped onto the electron transport layer, and spin coating was performed at 2000 rpm for 60 seconds. Thereafter, it was left on a hot plate heated to 100 ° C. for 1 hour and dried. Next, this was immersed in a 2-propanol solution (concentration: 0.06 mol / L) of methylammonium iodide (CH 3 NH 3 I) and then left on a hot plate heated to 80 ° C. for 1 hour to dry. Thus, a photoelectric conversion layer (thickness: about 0.3 nm) including the dye support was formed on the electron transport layer.

(実施例15:光電変換素子SC−15の製造)
上記実施例1の「2.光電変換層の形成」を以下のようにしたこと以外は、実施例1と同様の方法に従って、光電変換素子SC−15を作製した。
(Example 15: Production of photoelectric conversion element SC-15)
A photoelectric conversion element SC-15 was produced in the same manner as in Example 1 except that “2. Formation of photoelectric conversion layer” in Example 1 was as described below.

ポリエチレンテレフタラート(重量平均分子量(Mw)6,000)7質量%、ヨウ化鉛(PbI)33質量%、ジメチルホルムアミド(DMF)30質量%、テトラヒドロフラン30質量%を混合した液を調製した。当該混合液100μLを上記電子輸送層上に滴下し、2000rpmで60秒間スピンコート製膜を行った。その後、100℃に加熱したホットプレート上に1時間放置し、乾燥させた。次いでこれをヨウ化メチルアンモニウム(CHNHI)の2−プロパノール溶液(濃度.06mol/L)に浸漬後、80℃に加熱したホットプレート上で1時間放置し、乾燥させた。これにより色素支持体を含む光電変換層(厚み約0.3nm)を電子輸送層上に形成した。 A liquid in which 7% by mass of polyethylene terephthalate (weight average molecular weight (Mw) 6,000), 33% by mass of lead iodide (PbI 2 ), 30% by mass of dimethylformamide (DMF), and 30% by mass of tetrahydrofuran was prepared. 100 μL of the mixed solution was dropped onto the electron transport layer, and spin coating was performed at 2000 rpm for 60 seconds. Thereafter, it was left on a hot plate heated to 100 ° C. for 1 hour and dried. Next, this was immersed in a 2-propanol solution (concentration: 0.06 mol / L) of methylammonium iodide (CH 3 NH 3 I), and then allowed to stand for 1 hour on a hot plate heated to 80 ° C. and dried. Thus, a photoelectric conversion layer (thickness: about 0.3 nm) including the dye support was formed on the electron transport layer.

(比較例1:光電変換素子SC−16の製造)
上記実施例1の「2.光電変換層の形成」を以下のようにしたこと以外は、実施例1と同様の方法に従って、光電変換素子SC−16を作製した。
(Comparative Example 1: Production of photoelectric conversion element SC-16)
A photoelectric conversion element SC-16 was produced in the same manner as in Example 1 except that “2. Formation of photoelectric conversion layer” in Example 1 was as described below.

ポリエチレングリコールの分散液(平均粒径=18nm:PASOL HPW−18NR、日揮触媒化成株式会社製)である酸化チタンペーストのエタノール希釈用液100μLを上記電子輸送層上に滴下し、1500rpmで30秒間スピンコート製膜を行った。その後、450℃で20分間焼成し、0.4μmの酸化チタン膜を形成した。上記色素(CHNHPbI)前駆体溶液40質量%(色素換算16重量%)、ジメチルホルムアミド(DMF)60質量%を混合した液を調製した。当該混合液40μLを上記酸化チタン膜上に滴下し、1500rpmで30秒間スピンコート製膜を行った。その後、100℃に加熱したホットプレート上に1時間放置し、乾燥させることにより、色素(CHNHPbI)および酸化チタンを含む光電変換層を電子輸送層上に形成した。 100 μL of a solution for diluting ethanol of titanium oxide paste, which is a dispersion of polyethylene glycol (average particle size = 18 nm: PASOL HPW-18NR, manufactured by JGC Catalysts & Chemicals Co., Ltd.) is dropped on the electron transport layer and spinned at 1500 rpm for 30 seconds. Coat film formation was performed. Thereafter, baking was performed at 450 ° C. for 20 minutes to form a 0.4 μm titanium oxide film. A liquid in which 40% by mass (16% by weight in terms of dye) of the above dye (CH 3 NH 3 PbI 3 ) precursor solution and 60% by mass of dimethylformamide (DMF) were mixed was prepared. 40 μL of the mixed solution was dropped onto the titanium oxide film, and spin coating was performed at 1500 rpm for 30 seconds. Thereafter, for 1 hour on a hot plate heated to 100 ° C., by drying, to form a photoelectric conversion layer containing a dye (CH 3 NH 3 PbI 3) and titanium oxide on the electron transport layer.

(比較例2:光電変換素子SC−17の製造)
上記実施例1の「2.光電変換層の形成」を以下のようにしたこと以外は、実施例1と同様の方法に従って、光電変換素子SC−17を作製した。
(Comparative Example 2: Production of photoelectric conversion element SC-17)
A photoelectric conversion element SC-17 was produced in the same manner as in Example 1 except that “2. Formation of photoelectric conversion layer” in Example 1 was as described below.

上記色素(CHNHPbI)前駆体溶液40質量%(色素換算16重量%)、ジメチルホルムアミド(DMF)60質量%を混合した液を調製した。当該混合液100μLを上記電子輸送層上に滴下し、1000rpmで30秒間スピンコート製膜を行った。その後、100℃に加熱したホットプレート上に1時間放置し、乾燥させることにより、色素(CHNHPbI)を含む光電変換層を電子輸送層上に形成した。 A liquid in which 40% by mass (16% by weight in terms of dye) of the above dye (CH 3 NH 3 PbI 3 ) precursor solution and 60% by mass of dimethylformamide (DMF) were mixed was prepared. 100 μL of the mixed solution was dropped on the electron transport layer, and spin coating was performed at 1000 rpm for 30 seconds. Thereafter, for 1 hour on a hot plate heated to 100 ° C., and then dried to dye a photoelectric conversion layer comprising a (CH 3 NH 3 PbI 3) formed on the electron transport layer.

(短絡電流密度の測定)
上記実施例および比較例で作製した光電変換素子を、ソーラーシミュレータ(英弘精機製)を用いて、得られた光電変換素子に、キセノンランプからAMフィルター(AM−1.5)を通して強度100mW/cmの擬似太陽光を照射した。そして、I−Vテスターを用いて、光電変換素子の室温での電流−電圧特性を測定し、短絡電流密度(Jsc)を測定した。
(Measurement of short circuit current density)
Using a solar simulator (manufactured by Eihiro Seiki Co., Ltd.), the photoelectric conversion elements produced in the above Examples and Comparative Examples were passed through an AM filter (AM-1.5) from a xenon lamp to an intensity of 100 mW / cm. 2 simulated sunlight was irradiated. And the current-voltage characteristic at room temperature of the photoelectric conversion element was measured using the IV tester, and the short circuit current density (Jsc) was measured.

上記の結果より、所定の有機化合物を色素支持体として含む実施例1〜15は、半導体を支持体とする比較例1や支持体を含まない比較例2よりも、短絡電流密度が有意に向上することが示された。   From the above results, in Examples 1 to 15 including a predetermined organic compound as a dye support, the short circuit current density is significantly improved as compared with Comparative Example 1 using a semiconductor as a support and Comparative Example 2 including no support. Was shown to do.

また、色素支持体の含有量が色素の含有量100質量部に対して5〜400質量部の範囲内にある実施例1〜10、12〜15は、特に高い短絡電流密度が発揮されることが分かった。   In addition, Examples 1 to 10 and 12 to 15 in which the content of the dye support is in the range of 5 to 400 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the dye exhibit particularly high short-circuit current density. I understood.

1 基板、
2 第一電極、
3 電子輸送層、
4 色素、
5 色素支持体、
6 光電変換層、
7 正孔輸送層、
8 第二電極、
9 太陽光の入射方向、
10 光電変換素子。
1 substrate,
2 first electrode,
3 electron transport layer,
4 dyes,
5 Dye support,
6 photoelectric conversion layer,
7 hole transport layer,
8 Second electrode,
9 Incident direction of sunlight,
10 Photoelectric conversion element.

Claims (4)

基板、第一電極、電子輸送層、色素および色素支持体を含有する光電変換層、正孔輸送層、ならびに第二電極を有する光電変換素子において、
前記色素は、下記式(1):
ただし、R〜Rは、それぞれ独立して、水素原子、置換もしくは無置換の炭素原子数1〜6の直鎖もしくは分岐状のアルキル基、置換もしくは無置換の炭素原子数3〜6のシクロアルキル基、炭素原子数2〜6のポリエチレンオキシド基、または置換もしくは無置換の炭素原子数4〜10の芳香環含有基を表し、この際、R〜Rが同時に水素原子になることはなく;X〜Xは、それぞれ独立して、ハロゲン原子を表し;およびMは、周期表の第14族原子または遷移金属を表す、
で示される化合物を含み、
前記色素支持体は、酸素原子、窒素原子、または硫黄原子を有する、重量平均分子量(Mw)500以上の有機化合物を含む、光電変換素子。
In a photoelectric conversion element having a substrate, a first electrode, an electron transport layer, a photoelectric conversion layer containing a dye and a dye support, a hole transport layer, and a second electrode,
The dye is represented by the following formula (1):
However, R 1 to R 4 are each independently a hydrogen atom, a substituted or unsubstituted linear or branched alkyl group having 1 to 6 carbon atoms, a substituted or unsubstituted carbon atom having 3 to 6 carbon atoms. Represents a cycloalkyl group, a polyethylene oxide group having 2 to 6 carbon atoms, or a substituted or unsubstituted aromatic ring-containing group having 4 to 10 carbon atoms, wherein R 1 to R 4 are simultaneously hydrogen atoms. X 1 to X 3 each independently represent a halogen atom; and M represents a group 14 atom or transition metal of the periodic table.
Including a compound represented by
The said pigment | dye support body is a photoelectric conversion element containing the organic compound which has an oxygen atom, a nitrogen atom, or a sulfur atom and whose weight average molecular weight (Mw) is 500 or more.
前記有機化合物は、ポリエーテル、ポリエステル、ポリアミド、ポリイミド、ポリカーボネート、および含硫黄ポリイソプロピレン(加硫ゴム)からなる群から選択される少なくとも1種である、請求項1に記載の光電変換素子。   The photoelectric conversion device according to claim 1, wherein the organic compound is at least one selected from the group consisting of polyether, polyester, polyamide, polyimide, polycarbonate, and sulfur-containing polyisopropylene (vulcanized rubber). 前記色素支持体の含有量は、前記色素の含有量100質量部に対して、5〜400質量部である、請求項1または2に記載の光電変換素子。   Content of the said pigment | dye support body is a photoelectric conversion element of Claim 1 or 2 which is 5-400 mass parts with respect to 100 mass parts of content of the said pigment | dye. 請求項1〜3のいずれか1項に記載の光電変換素子を有する、太陽電池。   The solar cell which has a photoelectric conversion element of any one of Claims 1-3.
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