JP2016192502A - Dye-sensitized solar cell element - Google Patents

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圭祐 太田
Keisuke Ota
圭祐 太田
重孝 早野
Shigetaka Hayano
重孝 早野
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    • Y02E10/542Dye sensitized solar cells

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a dye-sensitized solar cell element capable of obtaining higher photoelectric conversion efficiency than that of a conventional dye-sensitized solar cell element under a low illuminance environment.SOLUTION: A dye-sensitized solar cell element comprises a semiconductor electrode and a counter electrode that is disposed oppositely to the semiconductor electrode, and includes an electrolyte layer between the semiconductor electrode and the counter electrode. In the dye-sensitized solar cell element, the counter electrode contains a transition metal. The electrolyte layer contains a polyether compound having a repetition unit of a specific structure having an onium ion containing a cationic nitrogen atom. The polyether compound contains the repetition unit of the specific structure in 40 mol% or less in all the repetition units.SELECTED DRAWING: None

Description

本発明は、色素増感太陽電池素子に関し、さらに詳細には、低照度環境下において、高い光電変換効率が得られる色素増感太陽電池素子に関する。   The present invention relates to a dye-sensitized solar cell element, and more particularly to a dye-sensitized solar cell element that can obtain high photoelectric conversion efficiency in a low illumination environment.

近年、可視光域を吸収する増感色素を半導体層に担持させた色素増感太陽電池素子について検討が行われている。この色素増感太陽電池素子は、使用する材料が安価であることや比較的シンプルなプロセスで製造できること等の利点を有しており、その実用化が期待されている。   In recent years, a dye-sensitized solar cell element in which a sensitizing dye that absorbs a visible light region is supported on a semiconductor layer has been studied. This dye-sensitized solar cell element has advantages such as being inexpensive and capable of being manufactured by a relatively simple process, and is expected to be put to practical use.

色素増感太陽電池素子は、酸化スズと酸化インジウムの混合体(以下、「ITO」と略記する。)等の透明導電膜を形成したガラス等の透明基体上に、酸化チタン等の金属酸化物半導体の多孔質膜層を形成し、その金属酸化物半導体粒子表面にルテニウム系色素等の増感色素を吸着させたアノード電極(半導体電極)と、ITO等の透明導電膜を形成したガラス等の基体上に触媒層を形成したカソード電極(対向電極)とが、多孔質膜層と触媒層が対向するように配置され、その間にヨウ化リチウム等のイオン性電解質及びヨウ素等の電荷キャリアを溶解した電解質層成分を封止した構造となっている。
半導体電極に可視光を照射すると、増感色素分子が光を吸収して励起され、増感色素分子から金属酸化物半導体を経由して半導体電極に電子が流入し、外部に電流が取り出される。
一方、電子を失った増感色素分子の酸化体は、電解質溶液中の電解質のヨウ化物イオン等より電子を受け取り還元されて再生する。酸化された電解質イオンは、対向電極表面の触媒層で還元されてサイクルが一周する。対向電極の触媒層材料としては、電子をヨウ化物イオンに授受するために適切なバンドギャップをもつ材料が好ましく、種々の遷移金属およびナノカーボン材料などが用いられる。電解質溶液中のヨウ化物塩及びヨウ素は電解質溶液中でI及びI を形成し、両電極間の電荷キャリアとして機能している。
また、電解質溶液の溶媒としては、メトキシアセトニトリルやアセトニトリル等の極性溶媒が一般的に用いられている。
The dye-sensitized solar cell element is made of a metal oxide such as titanium oxide on a transparent substrate such as glass on which a transparent conductive film such as a mixture of tin oxide and indium oxide (hereinafter abbreviated as “ITO”) is formed. An anode electrode (semiconductor electrode) in which a porous film layer of a semiconductor is formed and a sensitizing dye such as a ruthenium dye is adsorbed on the surface of the metal oxide semiconductor particle, and a glass or the like on which a transparent conductive film such as ITO is formed A cathode electrode (counter electrode) having a catalyst layer formed on a substrate is disposed so that the porous membrane layer and the catalyst layer face each other, and an ionic electrolyte such as lithium iodide and a charge carrier such as iodine are dissolved therebetween. The electrolyte layer component is sealed.
When the semiconductor electrode is irradiated with visible light, the sensitizing dye molecule absorbs light and is excited, electrons flow from the sensitizing dye molecule through the metal oxide semiconductor to the semiconductor electrode, and an electric current is extracted outside.
On the other hand, the oxidized form of the sensitizing dye molecule that has lost the electrons receives electrons from the iodide ions of the electrolyte in the electrolyte solution, and is reduced and regenerated. The oxidized electrolyte ions are reduced by the catalyst layer on the surface of the counter electrode, and the cycle goes around. As the catalyst layer material of the counter electrode, a material having an appropriate band gap for transferring electrons to iodide ions is preferable, and various transition metals and nanocarbon materials are used. The iodide salt and iodine in the electrolyte solution form I and I 3 in the electrolyte solution, and function as charge carriers between the two electrodes.
In addition, as a solvent for the electrolyte solution, a polar solvent such as methoxyacetonitrile or acetonitrile is generally used.

近年、イオン液体を電解質として用いることで、高性能の色素増感太陽電池素子が得られている。イオン液体としては、有機カチオンとしてオニウムカチオンを有し、対アニオンとしてヨウ化物イオンや3ヨウ化物イオンを有する塩化合物であって、室温にて液体である塩化合物が用いられる。電解質あるいは電解液としてイオン液体を用いた場合には、光電変換効率等の基本性能は良いものの十分ではなく、また液体であるため漏洩のリスクを伴うため、物理的にゲル化するなどの処方が必要となる(特許文献1)。
一方、カチオン性ポリマー類を電解質として用いた色素増感太陽電池素子用の電解質組成物の検討もされている(特許文献2、特許文献3、特許文献4)。しかしながら、これらのポリマー電解質としての性質は、あくまでも非流動性であったり非揮発性に留まり、あるいはオリゴマー鎖を導入しても非常に鎖長が短いために低分子イオン液体としての性能に留まっていたりと、従来の電解質に比べて光電変換効率等の起電装置としての基本性能については、大きな改善点は見られていない。
In recent years, a high-performance dye-sensitized solar cell element has been obtained by using an ionic liquid as an electrolyte. As the ionic liquid, a salt compound having an onium cation as an organic cation and an iodide ion or a triiodide ion as a counter anion, which is a liquid at room temperature, is used. When an ionic liquid is used as an electrolyte or electrolyte, the basic performance such as photoelectric conversion efficiency is good, but it is not sufficient, and because it is a liquid, there is a risk of leakage, so there is a prescription such as physical gelation. Necessary (Patent Document 1).
On the other hand, an electrolyte composition for a dye-sensitized solar cell element using a cationic polymer as an electrolyte has been studied (Patent Document 2, Patent Document 3, and Patent Document 4). However, these properties as a polymer electrolyte remain non-flowable or non-volatile, or even if an oligomer chain is introduced, the chain length is very short, so the performance as a low molecular ionic liquid remains. However, no significant improvement has been seen in the basic performance of the electromotive device such as the photoelectric conversion efficiency compared to the conventional electrolyte.

特許2004−319197Patent 2004-319197 特開2002−246066号公報JP 2002-246066 A 国際公開第2004/112184号International Publication No. 2004/112184 特開2001−256828JP 2001-256828 A

上述のように、これまでにも色素増感太陽電池素子を構成する各要素の改良検討が行われているものの、十分な光電変換効率を発揮する実用的な色素増感太陽電池素子が提供されているとは言い難い状況にある。特に、近年においては、エネルギー・ハーベスティングの観点から、外部電源を必要としない自立型電源が求められており、屋外のような高照度環境下だけでなく、屋内のような低照度環境下においても、十分な光電変換効率を発揮する色素増感太陽電池素子が求められている。
そこで、本発明は、低照度環境下において、従来の色素増感太陽電池素子よりも高い光電変換効率が得られる色素増感太陽電池素子を提供することを目的とする。
As described above, a practical dye-sensitized solar cell element that exhibits sufficient photoelectric conversion efficiency is provided, although improvement of each element constituting the dye-sensitized solar cell element has been studied so far. It is difficult to say that it is. In particular, in recent years, from the viewpoint of energy harvesting, there has been a demand for a self-supporting power source that does not require an external power source, and not only in high-light environments such as outdoors but also in low-light environments such as indoors. However, there is a need for a dye-sensitized solar cell element that exhibits sufficient photoelectric conversion efficiency.
Then, an object of this invention is to provide the dye-sensitized solar cell element from which a photoelectric conversion efficiency higher than the conventional dye-sensitized solar cell element is obtained in a low illumination intensity environment.

本発明者らは鋭意検討した結果、遷移金属を含有する対向電極、および特定構造単位を特定の割合で含むポリエーテル化合物を含有する電解質層を用いた色素増感太陽電池素子により、弱い光量においても、従来の色素増感太陽電池素子よりも高い光電変換効率を発揮する色素増感太陽電池素子が得られることを見いだし、本発明を完成するに至った。   As a result of diligent study, the inventors of the present invention have obtained a dye-sensitized solar cell element using a counter electrode containing a transition metal and an electrolyte layer containing a polyether compound containing a specific structural unit at a specific ratio. However, the present inventors have found that a dye-sensitized solar cell element that exhibits higher photoelectric conversion efficiency than a conventional dye-sensitized solar cell element can be obtained, and thus completed the present invention.

かくして、本発明によれば、半導体電極と、この半導体電極に対向して配置された対向電極とを備え、前記半導体電極と前記対向電極との間に電解質層を有する色素増感太陽電池素子であって、前記対向電極が、遷移金属を含有するものであり、前記電解質層が、下記式(1)で表される繰り返し単位を有するポリエーテル化合物を含有するものであり、前記ポリエーテル化合物において、全繰り返し単位中、下記式(1)で表される繰り返し単位を40モル%以下含有することを特徴とする色素増感太陽電池素子が提供される。

Figure 2016192502
(式(1)中、Aはカチオン性の窒素原子を含有するオニウムイオン構造を有する基であり、Xは対アニオンである。) Thus, according to the present invention, there is provided a dye-sensitized solar cell element including a semiconductor electrode and a counter electrode disposed to face the semiconductor electrode, and having an electrolyte layer between the semiconductor electrode and the counter electrode. The counter electrode contains a transition metal, and the electrolyte layer contains a polyether compound having a repeating unit represented by the following formula (1). In the polyether compound, A dye-sensitized solar cell element characterized by containing 40 mol% or less of a repeating unit represented by the following formula (1) in all repeating units is provided.
Figure 2016192502
(In Formula (1), A + is a group having an onium ion structure containing a cationic nitrogen atom, and X is a counter anion.)

本発明によれば、低照度環境下において、従来の色素増感太陽電池素子よりも高い光電変換効率が得られる色素増感太陽電池素子が提供される。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the dye-sensitized solar cell element which can obtain a photoelectric conversion efficiency higher than the conventional dye-sensitized solar cell element in a low illumination intensity environment is provided.

本発明の色素増感太陽電池素子は、半導体電極と、この半導体電極に対向して配置された対向電極とを備え、前記半導体電極と前記対向電極との間に電解質層を有する色素増感太陽電池素子であって、前記対向電極が、遷移金属を含有するものであり、前記電解質層が、下記式(1)で表される繰り返し単位を有するポリエーテル化合物を含有するものであり、前記ポリエーテル化合物において、全繰り返し単位中、下記式(1)で表される繰り返し単位を40モル%以下含有することを特徴とする。

Figure 2016192502
(式(1)中、Aはカチオン性の窒素原子を含有するオニウムイオン構造を有する基であり、Xは対アニオンである。)
以下、要素毎に、詳細に説明する。 The dye-sensitized solar cell element of the present invention includes a semiconductor electrode and a counter electrode disposed so as to face the semiconductor electrode, and has a electrolyte layer between the semiconductor electrode and the counter electrode. In the battery element, the counter electrode contains a transition metal, the electrolyte layer contains a polyether compound having a repeating unit represented by the following formula (1), The ether compound contains 40 mol% or less of a repeating unit represented by the following formula (1) in all repeating units.
Figure 2016192502
(In Formula (1), A + is a group having an onium ion structure containing a cationic nitrogen atom, and X is a counter anion.)
Hereinafter, each element will be described in detail.

1)半導体電極(アノード電極)
本発明で用いる半導体電極は、電極基板上に、色素が担持された金属酸化物半導体多孔質膜を有するものであることが好ましい。電極基板は、色素が担持された金属酸化物半導体多孔質膜にまで、外部の光を透過させる必要があることから、通常、透明基体表面に透明導電膜が形成されたものが使用される。
1) Semiconductor electrode (anode electrode)
The semiconductor electrode used in the present invention preferably has a metal oxide semiconductor porous film carrying a dye on an electrode substrate. Since the electrode substrate needs to transmit external light to the metal oxide semiconductor porous film on which the dye is supported, a substrate in which a transparent conductive film is formed on the surface of the transparent substrate is usually used.

(透明基体)
透明基体としては、可視光(波長が380nm〜810nm程度の光、以下にて同じ。)を透過するものが使用でき、全光線透過率が80%以上のものが好ましい。透明基体としては、透明なガラス、透明なプラスチック板や透明なプラスチックフィルム等が好適に利用できる。また、ガラス表面を加工して入射光を散乱させるようにしたもの、半透明なすりガラス状のもの、半透明なプラスチック板やプラスチックフィルム等も使用できる。
透明基体の厚さは、太陽電池の形状や使用条件により異なるため、特に限定はされないが、例えば、ガラスやプラスチック等を用いた場合では、使用時の耐久性を考慮して1mm〜1cm程度であり、フレキシブル性が必要とされる。一方、プラスチックフィルムなどを使用した場合は、25μm〜1mm程度である。また、透明基体は、必要に応じて、耐候性を高めるハードコート等の表面処理がされたものであってもよい。
(Transparent substrate)
As the transparent substrate, those that transmit visible light (light having a wavelength of about 380 nm to 810 nm, the same applies hereinafter) can be used, and those having a total light transmittance of 80% or more are preferable. As the transparent substrate, transparent glass, a transparent plastic plate, a transparent plastic film, or the like can be suitably used. Further, a glass surface processed to scatter incident light, a translucent ground glass, a translucent plastic plate, a plastic film, or the like can be used.
The thickness of the transparent substrate is not particularly limited because it varies depending on the shape and use conditions of the solar cell. For example, when glass or plastic is used, the thickness is about 1 mm to 1 cm in consideration of durability during use. Yes, flexibility is required. On the other hand, when a plastic film or the like is used, the thickness is about 25 μm to 1 mm. Further, the transparent substrate may be subjected to surface treatment such as a hard coat for improving weather resistance, if necessary.

(透明導電膜)
透明導電膜としては、可視光を透過して、かつ導電性を有するものが使用できる。このような透明導電膜の形成材料としては、例えば、金属酸化物や透明な導電性ポリマー材料が挙げられる。好ましい具体例としては、フッ素をドープした酸化スズ(以下、「FTO」と略記する場合がある。)、アンチモンをドープした酸化スズ(以下、「ATO」と略記する場合がある。)、酸化インジウム、ITO、酸化亜鉛、PEDOT/PSS(Poly(3,4−ethylenedioxythiophene):poly(4−styrenesulfonic acid)等が挙げられる。
(Transparent conductive film)
As the transparent conductive film, one that transmits visible light and has conductivity can be used. Examples of the material for forming such a transparent conductive film include metal oxides and transparent conductive polymer materials. Preferable specific examples include tin oxide doped with fluorine (hereinafter sometimes abbreviated as “FTO”), tin oxide doped with antimony (hereinafter sometimes abbreviated as “ATO”), and indium oxide. , ITO, zinc oxide, PEDOT / PSS (Poly (3,4-ethylenedithiothiophene): poly (4-styrenesulfonic acid), and the like.

また、導電性材料を分散担持させるなどの処理方法や、メッシュ形状のような細線状の導電性材料を透明基体上に形成することによって、電極基板全体として透光率を高めることができていれば、不透明な導電性材料を用いることもできる。このような材料としては炭素材料や金属が挙げられる。炭素材料としては、特に限定はされないが、例えばナノカーボン材料等が挙げられる。また、金属としては、特に限定はされないが、例えば白金、金、銀、銅、アルミニウム、ニッケル、コバルト、クロム、鉄、モリブデン、チタン、タンタル、ニオブ又はそれらの合金等が挙げられる。   Further, the transmissivity of the electrode substrate as a whole could be increased by forming a thin conductive material such as a mesh shape on a transparent substrate, such as a treatment method in which a conductive material is dispersedly supported. For example, an opaque conductive material can be used. Such materials include carbon materials and metals. Although it does not specifically limit as a carbon material, For example, a nano carbon material etc. are mentioned. Further, the metal is not particularly limited, and examples thereof include platinum, gold, silver, copper, aluminum, nickel, cobalt, chromium, iron, molybdenum, titanium, tantalum, niobium, and alloys thereof.

金属酸化物を用いて透明基体表面に透明導電膜を形成する方法としては、ゾルゲル法、スパッタ法やCVD等の気相法、分散ペーストのコーティング等が挙げられる。また、不透明な導電性材料を用いる場合は、粉体等を透明なバインダー等とともに固着させる方法が挙げられる。   Examples of a method for forming a transparent conductive film on the surface of a transparent substrate using a metal oxide include a sol-gel method, a vapor phase method such as sputtering or CVD, and coating of a dispersion paste. Moreover, when using an opaque electroconductive material, the method of fixing powder etc. with a transparent binder etc. is mentioned.

透明導電膜の厚さは、用いる材料により導電性が異なるため、特には限定されない。例えば、一般的に使用されるFTO被膜付ガラスの場合、FTO被膜の膜厚は、0.01〜5μm、好ましくは0.1〜1μmである。また、必要とされる導電性は、使用する電極基板の面積により異なり、大面積電極基板ほど低抵抗であることが求められる。一般的に100Ω/□以下、好ましくは10Ω/□以下、より好ましくは5Ω/□以下である。100Ω/□を超えると太陽電池素子の内部抵抗が上がるため好ましくない。   The thickness of the transparent conductive film is not particularly limited because the conductivity varies depending on the material used. For example, in the case of commonly used glass with an FTO coating, the thickness of the FTO coating is 0.01 to 5 μm, preferably 0.1 to 1 μm. Further, the required conductivity varies depending on the area of the electrode substrate to be used, and the larger area electrode substrate is required to have lower resistance. Generally, it is 100Ω / □ or less, preferably 10Ω / □ or less, more preferably 5Ω / □ or less. Exceeding 100Ω / □ is not preferable because the internal resistance of the solar cell element increases.

(色素が担持された金属酸化物半導体多孔膜)
金属酸化物半導体多孔膜を構成する金属酸化物半導体としては、従来公知のものが使用できる。即ち、Ti、Nb、Zn、Sn、Zr、Y、La、Taなどの遷移金属の酸化物;SrTiO、CaTiOなどのペロブスカイト系酸化物;などが挙げられる。なかでも、酸化チタン、酸化亜鉛、酸化スズが好ましく、二酸化チタンがより好ましく、アナターゼ型二酸化チタンが特に好ましい。
(Metal oxide semiconductor porous film carrying dye)
A conventionally well-known thing can be used as a metal oxide semiconductor which comprises a metal oxide semiconductor porous film. That is, oxides of transition metals such as Ti, Nb, Zn, Sn, Zr, Y, La, and Ta; perovskite oxides such as SrTiO 3 and CaTiO 3 ; Among these, titanium oxide, zinc oxide, and tin oxide are preferable, titanium dioxide is more preferable, and anatase type titanium dioxide is particularly preferable.

金属酸化物半導体多孔膜は、公知の方法により、電極基板の透明導電膜上に形成することができる。金属酸化物半導体多孔膜の形成方法としては、ゾルゲル法や、金属酸化物半導体粒子の分散体ペーストの塗布、また、電析や電着させる方法等が挙げられる。   The metal oxide semiconductor porous film can be formed on the transparent conductive film of the electrode substrate by a known method. Examples of the method for forming the metal oxide semiconductor porous film include a sol-gel method, application of a dispersion paste of metal oxide semiconductor particles, electrodeposition and electrodeposition.

金属酸化物半導体多孔膜は、電気抵抗値を下げるため、金属酸化物の粒界は少ないことが好ましく、塗布した金属酸化物半導体粒子を焼結させることが望ましい。焼結条件は、用いる金属酸化物半導体の種類や形成方法、電極基板の耐熱温度により異なるため、適宜選択することができる。
また、金属酸化物半導体粒子を用いる場合、色素の吸光量を増加させるため、使用する金属酸化物半導体粒子の粒径に幅を持たせて光を散乱しやすくすることが望ましい。
The metal oxide semiconductor porous film preferably has few metal oxide grain boundaries in order to lower the electric resistance value, and it is desirable to sinter the applied metal oxide semiconductor particles. Sintering conditions vary depending on the type and formation method of the metal oxide semiconductor to be used and the heat-resistant temperature of the electrode substrate, and can be appropriately selected.
In addition, in the case of using metal oxide semiconductor particles, it is desirable to increase the light absorption amount of the dye so that the particle diameter of the metal oxide semiconductor particles to be used is wide to facilitate light scattering.

金属酸化物半導体多孔膜の比表面積は、色素をより多く担持できるよう、10〜200m/gであることが好ましい。
金属酸化物半導体多孔膜の厚みは、用いる金属酸化物半導体の種類やその性状によって最適値が異なるため、特には限定されないが、好ましくは0.1〜50μm、より好ましくは5〜30μmである。
The specific surface area of the metal oxide semiconductor porous film is preferably 10 to 200 m 2 / g so that more pigment can be supported.
The thickness of the metal oxide semiconductor porous film is not particularly limited because the optimum value varies depending on the type of metal oxide semiconductor used and its property, but is preferably 0.1 to 50 μm, more preferably 5 to 30 μm.

(色素)
用いる色素(「増感色素」と表記する場合がある。)としては、太陽光により励起されて、金属酸化物半導体に電子を注入できるものであればよく、色素増感太陽電池に通常用いられているものを用いることができる。光電変換効率を向上させるためには、その吸収スペクトルが太陽光スペクトルと広波長域で重なっているものが好ましい。また、耐久性の観点からは、耐光性が高い色素が好ましい。
(Dye)
The dye used (may be referred to as “sensitizing dye”) may be any dye that can be excited by sunlight and can inject electrons into the metal oxide semiconductor, and is usually used in dye-sensitized solar cells. Can be used. In order to improve the photoelectric conversion efficiency, it is preferable that the absorption spectrum overlaps with the sunlight spectrum in a wide wavelength region. From the viewpoint of durability, a dye having high light resistance is preferred.

用いる色素としては、特に限定はされないが、ルテニウム錯体が好ましく、ルテニウムポリピリジン系錯体がより好ましく、式:Ru(L)(L’)(X)で表されるルテニウム錯体がさらに好ましい。ここで、Lは、4,4’−ジカルボキシ−2,2’−ビピリジン、その4級アンモニウム塩、又はカルボキシル基が導入されたポリピリジン系配位子であり、L’は、Lと同一、又は4,4’−置換2,2’−ビピリジンである。L’の4,4’位の置換基としては、長鎖アルキル基(炭素数6〜20のアルキル基)、アルキル置換ビニルチエニル基、アルキル又はアルコキシ置換スチリル基、チエニル基誘導体等が挙げられる。また、Xは、SCN、Cl、又はCNである。より具体的には、ビス(4,4’−ジカルボキシ−2,2’−ビピリジン)ジイソチオシアネートルテニウム錯体等が挙げられる。 The dye to be used is not particularly limited, but a ruthenium complex is preferable, a ruthenium polypyridine complex is more preferable, and a ruthenium complex represented by the formula: Ru (L) (L ′) (X) 2 is more preferable. Here, L is 4,4′-dicarboxy-2,2′-bipyridine, a quaternary ammonium salt thereof, or a polypyridine ligand into which a carboxyl group is introduced, and L ′ is the same as L. Or 4,4′-substituted 2,2′-bipyridine. Examples of the substituent at the 4,4 ′ position of L ′ include a long-chain alkyl group (alkyl group having 6 to 20 carbon atoms), an alkyl-substituted vinylthienyl group, an alkyl or alkoxy-substituted styryl group, and a thienyl group derivative. X is SCN, Cl, or CN. More specifically, bis (4,4′-dicarboxy-2,2′-bipyridine) diisothiocyanate ruthenium complex and the like can be mentioned.

また、色素として、鉄錯体色素、銅錯体色素等のルテニウム以外の金属錯体色素;シアン系色素、ポルフィリン系色素、ポリエン系色素、クマリン系色素、シアニン系色素、スクアリリウム系色素、スチリル系色素、エオシン系色素等の有機色素;等のその他の色素を用いることもできる。これらの色素は一種単独で、あるいは二種以上を組み合わせて用いることができる。   In addition, as a dye, metal complex dyes other than ruthenium such as iron complex dyes and copper complex dyes; cyan dyes, porphyrin dyes, polyene dyes, coumarin dyes, cyanine dyes, squarylium dyes, styryl dyes, eosin Other dyes such as organic dyes such as system dyes can also be used. These pigment | dyes can be used individually by 1 type or in combination of 2 or more types.

また、これらの色素は、金属酸化物半導体への電子注入効率を向上させるため、該金属酸化物半導体との結合基を有していることが好ましい。該結合基としては、特に限定はされないが、カルボキシル基、スルホニル基等が挙げられる。   In addition, these dyes preferably have a bonding group with the metal oxide semiconductor in order to improve the efficiency of electron injection into the metal oxide semiconductor. The linking group is not particularly limited, and examples thereof include a carboxyl group and a sulfonyl group.

色素を前記金属酸化物半導体に担持させる方法は、特に限定されない。例えば、室温で、大気圧下、色素を溶解させた溶液中に、透明導電膜上に形成させた金属酸化物半導体多孔膜を浸漬する方法が挙げられる。浸漬する時間は、金属酸化物半導体や、色素及び溶媒の種類、色素濃度等に応じて、金属酸化物半導体の表面に均一に色素の単分子膜が形成されるよう、適宜調整される。なお、担持を効果的に行なう目的で、加温下で、浸漬を行なうこともできる。   A method for supporting the dye on the metal oxide semiconductor is not particularly limited. For example, a method of immersing a metal oxide semiconductor porous film formed on a transparent conductive film in a solution in which a dye is dissolved at room temperature and atmospheric pressure can be given. The immersion time is appropriately adjusted so that a monomolecular film of the dye is uniformly formed on the surface of the metal oxide semiconductor according to the type of the metal oxide semiconductor, the dye and the solvent, the dye concentration, and the like. In addition, in order to perform carrying | supporting effectively, immersion can also be performed under heating.

色素分子は、金属酸化物半導体の表面で会合していないことが好ましい。色素を単独で担持させると会合が起きる場合には、必要に応じて、共吸着剤を用いることができる。用いる共吸着剤としては、用いる色素により最適な種類や濃度が変わるため、特に限定されないが、例えば、デオキシコール酸等の有機カルボン酸が挙げられる。共吸着剤を用いる場合、特には限定されないが、色素を溶解させる溶媒に、色素とともに共吸着剤を溶解させてから、金属酸化物半導体多孔膜を浸漬させることで、色素の担持と同時に共吸着剤を吸着させることができる。   The dye molecules are preferably not associated on the surface of the metal oxide semiconductor. If association occurs when the dye is supported alone, a co-adsorbent can be used as necessary. The coadsorbent to be used is not particularly limited because the optimum kind and concentration varies depending on the dye to be used, and examples thereof include organic carboxylic acids such as deoxycholic acid. When using a co-adsorbent, it is not particularly limited, but the co-adsorption is performed simultaneously with the loading of the dye by immersing the metal oxide semiconductor porous film after dissolving the co-adsorbent together with the dye in a solvent that dissolves the dye. The agent can be adsorbed.

色素を溶解するために用いる溶媒としては、エタノール、t−ブチルアルコール等のアルコール類;アセトニトリル等のニトリル類;アセトン等のケトン類;ジエチルエーテル等のエーテル類;クロロホルム等のハロゲン化炭化水素類;n−ヘキサン等の脂肪族炭化水素類;ベンゼン等の芳香族炭化水素類;酢酸エチル等のエステル類;等が挙げられる。溶液中の色素濃度は、使用する色素及び溶媒の種類により適宜調整することが望ましく、5×10−5mol/L以上の濃度が好ましい。 Solvents used for dissolving the dye include alcohols such as ethanol and t-butyl alcohol; nitriles such as acetonitrile; ketones such as acetone; ethers such as diethyl ether; halogenated hydrocarbons such as chloroform; Examples thereof include aliphatic hydrocarbons such as n-hexane; aromatic hydrocarbons such as benzene; esters such as ethyl acetate; The concentration of the dye in the solution is desirably adjusted as appropriate depending on the type of the dye and the solvent used, and a concentration of 5 × 10 −5 mol / L or more is preferable.

2.対向電極(カソード電極)
本発明で用いる対向電極は、前記半導体電極に対向して配置されるものであり、遷移金属を含有する。通常、対向電極は、支持基体、導電層及び触媒層が、この順に積層された構造を有する。遷移金属は、それらのうち、触媒層を構成する成分である。
2. Counter electrode (cathode electrode)
The counter electrode used by this invention is arrange | positioned facing the said semiconductor electrode, and contains a transition metal. Usually, the counter electrode has a structure in which a support base, a conductive layer, and a catalyst layer are laminated in this order. A transition metal is a component which comprises a catalyst layer among them.

(支持基体)
支持基体としては、特に限定されないが、例えば、透明性を求める場合にはガラスや透明なプラスチック樹脂板を用いることができる。また、軽量性を求める場合にはプラスチック樹脂板を、フレキシブル性を求める場合にはプラスチック樹脂フィルム等を用いることができる。
(Supporting substrate)
Although it does not specifically limit as a support base | substrate, For example, when transparency is calculated | required, glass and a transparent plastic resin board can be used. Further, a plastic resin plate can be used when light weight is required, and a plastic resin film or the like can be used when flexible.

支持基体の厚みは、対向電極の形状や使用条件により異なるため、特に限定はされない。例えば、ガラスやプラスチック等を用いた場合では、実使用時の耐久性を考慮して、1mm〜1cm程度であり、フレキシブル性が必要とされる。一方、プラスチックフィルム等を使用した場合は、25μm〜1mm程度である。また、必要に応じて、耐候性を高めるハードコート等の処理や、フィルム添付処理を施してもよい。   The thickness of the support substrate is not particularly limited because it varies depending on the shape and use conditions of the counter electrode. For example, when glass or plastic is used, it is about 1 mm to 1 cm in consideration of durability during actual use, and flexibility is required. On the other hand, when a plastic film or the like is used, the thickness is about 25 μm to 1 mm. Moreover, you may perform the process of a hard coat etc. which improve a weather resistance, and a film attachment process as needed.

(導電層)
導電層を構成する材料は、太陽電池素子の内部抵抗を小さくするために、電気伝導度が高いものを用いることが好ましい。
このような材料としては、表面に酸化皮膜が形成された、クロムやニッケル、チタン、タンタル、ニオブ、それらの合金であるステンレス、アルミニウム等の金属又は合金;ITO、FTO、ATO等の導電性金属酸化物;などが挙げられる。
(Conductive layer)
As a material constituting the conductive layer, a material having high electrical conductivity is preferably used in order to reduce the internal resistance of the solar cell element.
Examples of such materials include metals or alloys such as chromium, nickel, titanium, tantalum, niobium, stainless steel, and aluminum, which are alloys thereof, and conductive metals such as ITO, FTO, and ATO. Oxides; and the like.

金属酸化物を用いて、支持基体表面に導電膜を形成する方法としては、ゾルゲル法、スパッタ法やCVD等の気相法、分散ペーストのコーティング等がある。また、不透明な導電性材料を使用する場合は、粉体等を透明なバインダー等とともに固着させる方法が挙げられる。   Examples of a method for forming a conductive film on the surface of a supporting substrate using a metal oxide include a sol-gel method, a sputtering method, a vapor phase method such as CVD, and a coating of a dispersion paste. Moreover, when using an opaque electroconductive material, the method of adhering powder etc. with a transparent binder etc. is mentioned.

導電層の厚みは、用いる材料の種類や、電極として用いる際の形状、使用条件に応じて適宜選択される。支持基体を用いることで、実用上の強度が保持される場合には、電極として使用する上で必要な電導度が確保できていれば、100nm程度の厚みでも構わない。
また、導電層の材料として金属や合金を用いて、例えば、1〜10mm程度の厚みにすることで、その導電層のみでも実用上の強度が保持される場合は、支持体を用いることなく電極を構成することもできる。
このときに必要とされる導電性は、使用する電極の面積により異なり、大面積電極ほど低抵抗であることが求められる。必要とされる導電性は、通常、100Ω/□以下、好ましくは5Ω/□以下、より好ましくは1Ω/□以下である。100Ω/□を超えると、太陽電池の内部抵抗が増大するため、好ましくない。
The thickness of the conductive layer is appropriately selected according to the type of material used, the shape when used as an electrode, and usage conditions. When practical strength is maintained by using the support substrate, a thickness of about 100 nm may be used as long as the conductivity necessary for use as an electrode is ensured.
In addition, when a metal or alloy is used as the material of the conductive layer, for example, by setting the thickness to about 1 to 10 mm so that practical strength is maintained only by the conductive layer, the electrode is used without using a support. Can also be configured.
The conductivity required at this time varies depending on the area of the electrode to be used, and the larger area electrode is required to have lower resistance. The required conductivity is usually 100Ω / □ or less, preferably 5Ω / □ or less, more preferably 1Ω / □ or less. If it exceeds 100Ω / □, the internal resistance of the solar cell increases, which is not preferable.

<触媒層>
本発明においては、触媒層を構成する材料に遷移金属を用いる。遷移金属を触媒層の構成材料に用いることで、後述する電解質層中の酸化還元対の酸化体を効率的に還元することができる。
<Catalyst layer>
In the present invention, a transition metal is used as the material constituting the catalyst layer. By using a transition metal as a constituent material of the catalyst layer, an oxidized form of a redox pair in the electrolyte layer described later can be efficiently reduced.

触媒層の構成材料である触媒となる遷移金属としては、特に限定されないが、白金、パラジウム、ルテニウム、ロジウム、または、それらの合金が好ましく、還元性能および耐腐食性に優れるといった観点より、白金、または白金合金がより好ましい。   The transition metal to be a catalyst that is a constituent material of the catalyst layer is not particularly limited, but platinum, palladium, ruthenium, rhodium, or an alloy thereof is preferable, from the viewpoint of excellent reduction performance and corrosion resistance, platinum, Or a platinum alloy is more preferable.

触媒層は、通常、前記導電層の上に形成される。遷移金属を含有する触媒層を、導電層の上に形成する方法としては、従来公知の方法を採用できるが、例えば、スパッタ、蒸着、電析により直接形成する方法;塩化白金酸等の前駆体を熱分解する方法;等を用いることができる。   The catalyst layer is usually formed on the conductive layer. As a method for forming a catalyst layer containing a transition metal on a conductive layer, a conventionally known method can be adopted. For example, a method of directly forming by sputtering, vapor deposition, or electrodeposition; a precursor such as chloroplatinic acid Can be used.

3.電解質層
本発明の色素増感太陽電池素子は、前記半導体電極と前記対向電極との間に電解質層を有する。また、電解質層は、下記式(1)で表される繰り返し単位を有するポリエーテル化合物(以下、「ポリエーテル化合物」ということがある。)を含有するものであり、前記ポリエーテル化合物は、全繰り返し単位中、下記式(1)で表される繰り返し単位を40モル%以下含有する。
ここで、前記半導体電極と前記対向電極は、半導体電極における色素が担持された金属酸化物半導体多孔質膜と、対向電極における触媒層とが対向するように配置されている。
3. Electrolyte Layer The dye-sensitized solar cell element of the present invention has an electrolyte layer between the semiconductor electrode and the counter electrode. The electrolyte layer contains a polyether compound having a repeating unit represented by the following formula (1) (hereinafter sometimes referred to as “polyether compound”). In the repeating unit, 40 mol% or less of the repeating unit represented by the following formula (1) is contained.
Here, the semiconductor electrode and the counter electrode are arranged so that the metal oxide semiconductor porous film carrying the dye in the semiconductor electrode and the catalyst layer of the counter electrode face each other.

(ポリエーテル化合物)
本発明において電解質層を構成するポリエーテル化合物は、下記式(1)で表される繰り返し単位(以下、「繰り返し単位(1)」ということがある。)を有し、かつ全繰り返し単位中、40モル%以下含有する化合物である。
(Polyether compound)
In the present invention, the polyether compound constituting the electrolyte layer has a repeating unit represented by the following formula (1) (hereinafter sometimes referred to as “repeating unit (1)”), and in all the repeating units, A compound containing 40 mol% or less.

Figure 2016192502
(式(1)中、Aはカチオン性の窒素原子を含有するオニウムイオン構造を有する基であり、Xは対アニオンである。)
Figure 2016192502
(In Formula (1), A + is a group having an onium ion structure containing a cationic nitrogen atom, and X is a counter anion.)

式(1)中、カチオン性の窒素原子を含有するオニウムイオン構造としては、トリメチルアンモニウム、トリエチルアンモニウム、n−ブチルジメチルアンモニウム、n−オクチルジメチルアンモニウム、n−ステアリルジメチルアンモニウム、トリブチルアンモニウム、トリビニルアンモニウム、トリエタノールアンモニウム、1−ピロリジニウム、イミダゾリウム、N,N’−ジメチルエタノールアンモニウム、トリ(2−エトキシエチル)アンモニウム、N,N’−ジメチルアニリニウム等の、式:N(R、R、Rは互いに独立して、炭素数1〜20のアルキル基、炭素数2〜20のアルケニル基、炭素数1〜20のヒドロキシアルキル基、置換基を有していてもよいフェニル基を表す。)で示される4級アンモニウムイオン構造;1−メチルイミダゾリウム、1−エチルイミダゾリウム、ピリジニウム、2,6−ジメチルピリジニウム、キノリニウム、チアゾリウム等の、含窒素複素環を有するオニウムイオン構造;が挙げられる。なかでも、光電変換効率に優れる点で、含窒素複素環を有するオニウムイオン構造が好ましく、イミダゾリウム環構造を有するオニウムイオン構造がより好ましい。 In the formula (1), the onium ion structure containing a cationic nitrogen atom includes trimethylammonium, triethylammonium, n-butyldimethylammonium, n-octyldimethylammonium, n-stearyldimethylammonium, tributylammonium, trivinylammonium. , Triethanolammonium, 1-pyrrolidinium, imidazolium, N, N′-dimethylethanolammonium, tri (2-ethoxyethyl) ammonium, N, N′-dimethylanilinium and the like: N + R 1 R 2 R 3 (R 1 , R 2 and R 3 each independently have an alkyl group having 1 to 20 carbon atoms, an alkenyl group having 2 to 20 carbon atoms, a hydroxyalkyl group having 1 to 20 carbon atoms, or a substituent. Represents a phenyl group which may be substituted.) Nmo ion structure; 1-methyl imidazolium, 1-ethyl imidazolium, pyridinium, 2,6-dimethyl pyridinium, quinolinium, etc. thiazolium, onium structure having a nitrogen-containing heterocycle; and the like. Especially, the onium ion structure which has a nitrogen-containing heterocyclic ring is preferable at the point which is excellent in photoelectric conversion efficiency, and the onium ion structure which has an imidazolium ring structure is more preferable.

前記式(1)中、Xは、前記式(1)中のオニウムイオン(カチオン)の対アニオンである。この対アニオンとしては、特に限定されないが、その具体例としては、Cl、Br、I、I 等のハロゲン化物イオン、OH、SCN、BF 、PF 、ClO 、(FSO、(CFSO、(CFCFSO、CHSO 、CFSO 、CFCOO、PhCOO等が挙げられる。なかでも、光電変換効率に優れる点で、ハロゲン化物イオンが好ましく、ヨウ化物イオン(I)がより好ましい。 In the formula (1), X is a counter anion of the onium ion (cation) in the formula (1). The counter anion is not particularly limited, but specific examples thereof include halide ions such as Cl , Br , I and I 3 , OH , SCN , BF 4 , PF 6 and ClO. 4 -, (FSO 2) 2 N -, (CF 3 SO 2) 2 N -, (CF 3 CF 2 SO 2) 2 N -, CH 3 SO 3 -, CF 3 SO 3 -, CF 3 COO -, PhCOO -, and the like. Among these, halide ions are preferable and iodide ions (I ) are more preferable in terms of excellent photoelectric conversion efficiency.

本発明で用いるポリエーテル化合物は、繰り返し単位(1)を有し、かつ全繰り返し単位中、繰り返し単位(1)を40モル%以下有するものであればよく、繰り返し単位(1)以外の繰り返し単位を有していてもよい。ポリエーテル化合物中の繰り返し単位(1)の含有割合は、全繰り返し単位中、30モル%以下が好ましい。一方、ポリエーテル化合物中の繰り返し単位(1)の含有割合の下限は、全繰り返し単位中、5モル%以上が好ましく、10モル%以上がより好ましい。ポリエーテル化合物中の繰り返し単位(1)の割合が上記範囲にあると、色素増感太陽電池素子の光電変換効率が優れる。   The polyether compound used in the present invention may have any repeating unit (1) and any repeating unit other than the repeating unit (1) as long as it has 40% by mole or less of the repeating unit (1) in all repeating units. You may have. As for the content rate of the repeating unit (1) in a polyether compound, 30 mol% or less is preferable in all the repeating units. On the other hand, the lower limit of the content ratio of the repeating unit (1) in the polyether compound is preferably 5 mol% or more and more preferably 10 mol% or more in all repeating units. When the ratio of the repeating unit (1) in the polyether compound is in the above range, the photoelectric conversion efficiency of the dye-sensitized solar cell element is excellent.

繰り返し単位(1)以外の繰り返し単位としては、ノニオン性(主鎖及び側鎖に、カチオン性基もアニオン性基も有さない。)のオキシラン単量体単位が挙げられる。ノニオン性のオキシラン単量体単位としては、架橋性基を有するオキシラン単量体単位と架橋性基を有さないオキシラン単量体単位とに分けることができる。   Examples of the repeating unit other than the repeating unit (1) include nonionic oxirane monomer units (having neither a cationic group nor an anionic group in the main chain and side chain). The nonionic oxirane monomer unit can be divided into an oxirane monomer unit having a crosslinkable group and an oxirane monomer unit having no crosslinkable group.

架橋性基は、架橋剤や熱等の作用によって分子間の架橋構造を形成できる基であれば特に限定されず、例えば、ビニル基やアリル基等のエチレン性炭素−炭素不飽和結合含有基を挙げることができる。   The crosslinkable group is not particularly limited as long as it is a group capable of forming a cross-linked structure between molecules by the action of a crosslinking agent or heat, for example, an ethylenic carbon-carbon unsaturated bond-containing group such as a vinyl group or an allyl group. Can be mentioned.

架橋性基を有するノニオン性のオキシラン単量体単位としては、例えば、グリシジルメタクリレート単位、グリシジルアクリレート単位、ビニルグリシジルエーテル単位、アリルグリシジルエーテル単位等のエチレン性不飽和グリシジルエーテル単位;ブタジエンモノエポキシド単位、クロロプレンモノエポキシド単位等の共役ジエンモノエポキシド単位;1,2−エポキシ−5−ヘキセン単位等のアルケニルエポキシド単位;等が挙げられる。これらの中でもポリエーテル化合物の合成を容易にする観点からは、エチレン性不飽和グリシジルエーテル単位が好ましく、中でもグリシジルメタクリレート単位、グリシジルアクリレート単位及びアリルグリシジルエーテル単位が特に好ましい。
架橋性基を有するノニオン性のオキシラン単量体単位を含有することで、ポリエーテル化合物が架橋構造を形成して、電解質層からの溶媒の揮散や破損による漏洩等を防止する効果を奏する。
架橋性基を有するノニオン性のオキシラン単量体単位の含有割合は、ポリエーテル化合物中の全繰り返し単位に対して、好ましくは35モル%以下、より好ましくは20モル%以下である。
Examples of nonionic oxirane monomer units having a crosslinkable group include ethylenically unsaturated glycidyl ether units such as glycidyl methacrylate units, glycidyl acrylate units, vinyl glycidyl ether units, and allyl glycidyl ether units; butadiene monoepoxide units, Conjugated diene monoepoxide units such as chloroprene monoepoxide units; alkenyl epoxide units such as 1,2-epoxy-5-hexene units; and the like. Among these, from the viewpoint of facilitating the synthesis of the polyether compound, an ethylenically unsaturated glycidyl ether unit is preferable, and among them, a glycidyl methacrylate unit, a glycidyl acrylate unit, and an allyl glycidyl ether unit are particularly preferable.
By including a nonionic oxirane monomer unit having a crosslinkable group, the polyether compound forms a cross-linked structure, and has an effect of preventing volatilization of the solvent from the electrolyte layer or leakage due to breakage.
The content ratio of the nonionic oxirane monomer unit having a crosslinkable group is preferably 35 mol% or less, more preferably 20 mol% or less, based on all repeating units in the polyether compound.

架橋性基を有さないノニオン性のオキシラン単量体単位としては、エチレンオキシド単位、プロピレンオキシド単位、1,2−ブチレンオキシド単位等のアルキレンオキシド単量体単位;シクロヘキセンオキシド単位等の脂肪族環構造を含有するオキシラン単量体単位;エピクロロヒドリン単位、エピブロモヒドリン単位等のエピハロヒドリン単量体単位;メトキシエトキシエチルグリシジルエーテル単位等のエーテル鎖を含有するグリシジルエーテル単量体単位;等を挙げることができる。架橋性基を有さないノニオン性のオキシラン単量体単位の含有量は、ポリエーテル化合物中の全繰り返し単位に対して、好ましくは60〜95モル%、より好ましくは70〜90モル%である。   Nonionic oxirane monomer units having no crosslinkable groups include alkylene oxide monomer units such as ethylene oxide units, propylene oxide units and 1,2-butylene oxide units; aliphatic ring structures such as cyclohexene oxide units Oxirane monomer units containing; epihalohydrin monomer units such as epichlorohydrin units and epibromohydrin units; glycidyl ether monomer units containing ether chains such as methoxyethoxyethyl glycidyl ether units; Can be mentioned. The content of the nonionic oxirane monomer unit having no crosslinkable group is preferably 60 to 95 mol%, more preferably 70 to 90 mol%, based on all repeating units in the polyether compound. .

ポリエーテル化合物がノニオン性のオキシラン単量体単位を含有する場合、残部が繰り返し単位(1)で構成されることになる。また、この場合、各繰り返し単位の結合様式は、ブロック状であっても、ランダム状であってもよいが、ランダム状であるのが好ましい。   When the polyether compound contains a nonionic oxirane monomer unit, the balance is composed of the repeating unit (1). In this case, the bonding mode of each repeating unit may be a block shape or a random shape, but is preferably a random shape.

本発明で用いるポリエーテル化合物の数平均分子量(Mn)は、特に限定されないが、1,000〜1,000,000であることが好ましく、1,000〜200,000であることがより好ましい。また、ポリエーテル化合物の数平均分子量に対する重量平均分子量(Mw)の比として求められる分子量分布(Mw/Mn)も、特に限定されるものではないが、1.0〜4.0であることが好ましく、1.0〜3.0であることがより好ましい。
ポリエーテル化合物の、数平均分子量、重量平均分子量、及び分子量分布は、ポリエーテル化合物を、ゲルパーミエーションクロマトグラフィーにより測定し、ポリスチレン換算により求めることができる。
Although the number average molecular weight (Mn) of the polyether compound used by this invention is not specifically limited, It is preferable that it is 1,000-1,000,000, and it is more preferable that it is 1,000-200,000. Moreover, the molecular weight distribution (Mw / Mn) calculated | required as ratio of the weight average molecular weight (Mw) with respect to the number average molecular weight of a polyether compound is not specifically limited, However, It is 1.0-4.0. Preferably, it is 1.0-3.0.
The number average molecular weight, weight average molecular weight, and molecular weight distribution of the polyether compound can be obtained by measuring the polyether compound by gel permeation chromatography and converting it to polystyrene.

本発明で用いるポリエーテル化合物の合成方法は、目的のポリエーテル化合物を得られるものであれば特に限定されない。より容易に目的のポリエーテル化合物を得られる観点から、まず、ハロゲン基を含有するポリエーテル化合物を合成し、次いで、イミダゾール化合物等のオニウム化合物を反応させることにより、ハロゲン基(ハロゲン原子)をオニウムハライド基に変換して、さらに、オニウムハライド基のハロゲン化物イオンをアニオン交換反応により任意のアニオンに変換する方法が好適である。この方法は、特開2012−133786号公報等に開示されている。アニオン交換反応は、常法に従って行えばよく、例えば、オニウムクロライド基を有するポリエーテル化合物に、ヨウ化物塩を接触させることにより、オニウムクロライド基をオニウムアイオダイド基に変換することができる。   The method for synthesizing the polyether compound used in the present invention is not particularly limited as long as the objective polyether compound can be obtained. From the viewpoint of obtaining the desired polyether compound more easily, first, a polyether compound containing a halogen group is synthesized, and then an onium compound such as an imidazole compound is reacted to convert the halogen group (halogen atom) to onium. A method in which the halide ion of the onium halide group is further converted to an arbitrary anion by an anion exchange reaction after conversion to a halide group is preferable. This method is disclosed in JP 2012-133786 A and the like. The anion exchange reaction may be performed according to a conventional method. For example, an onium chloride group can be converted into an onium iodide group by bringing an iodide salt into contact with a polyether compound having an onium chloride group.

(電解質層)
本発明における電解質層は、前記ポリエーテル化合物のみで構成されていてもよいが、イオン易動性の観点と色素増感太陽電池素子の作製しやすさとの観点から、溶媒を含むことが好ましい。
溶媒としては、本発明で用いるポリエーテル化合物を溶解でき、イオン伝導性を妨げない溶媒であれば特に限定されず、公知の電解質溶媒を用いることができる。
用いる溶媒としては、アセトニトリル、メトキシアセトニトリル、メトキシプロピオニトリル、ベンゾニトリル等のニトリル類;炭酸エチレン、炭酸プロピレン等の環状カーボネート類;炭酸ジメチル、炭酸ジエチル等の鎖状カーボネート類;γ−ブチロラクトン等のラクトン類;N,N−ジメチルホルムアミド、N−メチルピロリドン等のアミド類;エチレングリコールジアルキルエーテル、プロピレングリコールジアルキルエーテル等のエーテル類;エチレングリコールモノアルキルエーテル、プロピレングリコールモノアルキルエーテル等のアルコール類;エチレングリコール、プロピレングリコール等の多価アルコール類;ジメチルスルホキシド、スルホラン、メチルスルホラン等の含硫黄化合物類;N,N’−ジメチルイミダゾリジノン;N−メチルオキサゾリジノン;等が挙げられる。これらは一種単独で、あるいは二種以上を混合して用いることができる。
(Electrolyte layer)
The electrolyte layer in the present invention may be composed only of the polyether compound, but preferably contains a solvent from the viewpoint of ion mobility and ease of production of the dye-sensitized solar cell element.
The solvent is not particularly limited as long as it can dissolve the polyether compound used in the present invention and does not hinder ion conductivity, and a known electrolyte solvent can be used.
Solvents used include nitriles such as acetonitrile, methoxyacetonitrile, methoxypropionitrile, and benzonitrile; cyclic carbonates such as ethylene carbonate and propylene carbonate; chain carbonates such as dimethyl carbonate and diethyl carbonate; and γ-butyrolactone. Lactones; Amides such as N, N-dimethylformamide and N-methylpyrrolidone; Ethers such as ethylene glycol dialkyl ether and propylene glycol dialkyl ether; Alcohols such as ethylene glycol monoalkyl ether and propylene glycol monoalkyl ether; Ethylene Polyhydric alcohols such as glycol and propylene glycol; sulfur-containing compounds such as dimethyl sulfoxide, sulfolane and methyl sulfolane; N, N′-dimethylimidazolide Emissions; N- methyl oxazolidinone; and the like. These can be used individually by 1 type or in mixture of 2 or more types.

本発明における電解質層中のポリエーテル化合物の濃度は、オニウムイオン濃度により適切な濃度を規定することができる。ここでオニウムイオン濃度とは、電解質層中における、式(1)で示される繰り返し単位のモル濃度である。オニウムイオン濃度は、好ましくは2.5mol/L以下、より好ましくは0.01〜2.5mol/Lである。オニウムイオン濃度が上記範囲にあると、色素増感太陽電池素子の光電変換効率がより優れる。   An appropriate concentration of the polyether compound in the electrolyte layer in the present invention can be defined by the onium ion concentration. Here, the onium ion concentration is the molar concentration of the repeating unit represented by the formula (1) in the electrolyte layer. The onium ion concentration is preferably 2.5 mol / L or less, more preferably 0.01 to 2.5 mol / L. When the onium ion concentration is in the above range, the photoelectric conversion efficiency of the dye-sensitized solar cell element is more excellent.

本発明における電解質層は、イオン液体を含有してもよい。イオン液体としては、例えば、カチオンが、1−メチル−3−メチルイミダゾリウム、1−ブチル−3−メチルイミダゾリウム、1−ヘキシル−3−メチルイミダゾリウム、1−オクチル−3−メチルイミダゾリウム、1−メチル−2,3−ジメチルイミダゾリウム、1−ブチル−2,3−ジメチルイミダゾリウム、1−ヘキシル−2,3−ジメチルイミダゾリウム、1−オクチル−2,3−ジメチルイミダゾリウム等のイミダゾリウム系カチオン;1−メチル−ピリジニウム、1−ブチル−ピリジニウム、1−ヘキシル−ピリジニウム等のピリジニウム系カチオン;ピラゾリウム系カチオン;脂肪族アミン系カチオン;のいずれかであり、アニオンが、テトラフルオロボレート、ヘキサフルオロボレート、トリフルオロメタンスルホネート等のフッ素化スルホン酸;トリフルオロ酢酸等のフッ素化カルボン酸;チオシアネート;ジシアナミド;テトラシアノボレート;ビスフルオロスルホニルイミドやビストリフルオロメタンスルホニルイミド等のスルホニルイミド;であるもの等を挙げることができる。これらは一種単独で、あるいは二種以上を組み合わせて用いることができる。   The electrolyte layer in the present invention may contain an ionic liquid. As the ionic liquid, for example, the cation is 1-methyl-3-methylimidazolium, 1-butyl-3-methylimidazolium, 1-hexyl-3-methylimidazolium, 1-octyl-3-methylimidazolium, Imidazo such as 1-methyl-2,3-dimethylimidazolium, 1-butyl-2,3-dimethylimidazolium, 1-hexyl-2,3-dimethylimidazolium, 1-octyl-2,3-dimethylimidazolium A cation based on pyrium; a pyridinium cation such as 1-methyl-pyridinium, 1-butyl-pyridinium, 1-hexyl-pyridinium; a pyrazolium cation; an aliphatic amine cation; Hexafluoroborate, trifluoromethanesulfonate Fluorinated sulfonic acids; fluorinated carboxylic acids such as trifluoroacetic acid; thiocyanate; dicyanamide; tetracyanoborate; can be exemplified a is one and the like; sulfonyl imide such bisfluorosulfonylimide and bistrifluoromethanesulfonylimide. These can be used individually by 1 type or in combination of 2 or more types.

本発明における電解質層は、酸化還元対を形成できる添加剤や、ポリエーテル化合物中の対アニオンとレドックス対を形成できる添加剤を含有してもよい。
酸化還元対としては、色素増感太陽電池素子において一般的に使用されているものを、本発明の目的を損なわない範囲で用いることができる。例えば、ヨウ素/ヨウ化物イオン、臭素/臭化物イオン等が挙げられる。より具体的には、ヨウ素とLiI、NaI、KI等の金属ヨウ化物、ヨウ素と4級イミダゾリウム化合物のヨウ化物塩、ヨウ素と4級ピリジニウム化合物のヨウ化物塩、ヨウ素とテトラアルキルアンモニウム化合物のヨウ化物塩等のヨウ素/ヨウ化物イオン対;臭素とLiBr、NaBr、KBr等の金属臭化物、臭素と4級イミダゾリウム化合物の臭化物塩、臭素と4級ピリジニウム化合物の臭化物塩、臭素とテトラアルキルアンモニウム化合物の臭化物塩等の臭素/臭化物イオン;フェロシアン酸塩−フェリシアン酸塩、フェロセン−フェリシニウム塩等の金属錯体;ジスルフィド化合物とメルカプト化合物;ヒドロキノン;キノン;等が挙げられる。これらは一種単独で、あるいは二種以上を併用することができる。
一方、ポリエーテル化合物の対アニオンとレドックス対を形成できる添加剤としては、ヨウ素、臭素等が挙げられる。
しかしながら、本発明の色素増感太陽電池素子においては、酸化還元対を形成できる添加剤や、ポリエーテル化合物中の対アニオンとレドックス対を形成できる添加剤を含有しなくても、十分な光電変換効率を得られることが特長であり、本発明における電解質層に、これらの添加剤を加えないことが好ましい。すなわち、電極等への腐食性のあるヨウ素等を添加する必要がなく、本発明の色素増感太陽電池素子は、より耐久性・長期信頼性に優れる。
The electrolyte layer in the present invention may contain an additive capable of forming a redox pair and an additive capable of forming a redox pair with a counter anion in the polyether compound.
As the oxidation-reduction pair, those generally used in dye-sensitized solar cell elements can be used as long as the object of the present invention is not impaired. For example, iodine / iodide ion, bromine / bromide ion and the like can be mentioned. More specifically, iodine and metal iodides such as LiI, NaI and KI, iodide salts of iodine and quaternary imidazolium compounds, iodide salts of iodine and quaternary pyridinium compounds, iodine of tetraalkylammonium compounds and iodine. Iodide / iodide ion pairs such as iodide salts; bromide and metal bromides such as LiBr, NaBr and KBr, bromide salts of bromine and quaternary imidazolium compounds, bromide salts of bromine and quaternary pyridinium compounds, bromine and tetraalkylammonium compounds Bromine / bromide ions such as bromide salts of metal; metal complexes such as ferrocyanate-ferricyanate and ferrocene-ferricinium salt; disulfide compounds and mercapto compounds; hydroquinone; quinone; These can be used alone or in combination of two or more.
On the other hand, iodine, bromine, etc. are mentioned as an additive which can form a redox pair with the counter anion of a polyether compound.
However, in the dye-sensitized solar cell element of the present invention, sufficient photoelectric conversion is possible even without containing an additive capable of forming a redox pair or an additive capable of forming a redox pair with a counter anion in the polyether compound. It is a feature that efficiency can be obtained, and it is preferable not to add these additives to the electrolyte layer in the present invention. That is, it is not necessary to add corrosive iodine or the like to the electrode or the like, and the dye-sensitized solar cell element of the present invention is more excellent in durability and long-term reliability.

本発明における電解質層は、短絡電流を向上させ光電変換効率を向上する観点から、無機塩及び/又は有機塩を含有してもよい。
無機塩及び有機塩としては、アルカリ金属塩、アルカリ土類金属塩等を挙げることができ、具体的には、ヨウ化リチウム、ヨウ化ナトリウム、ヨウ化カリウム、ヨウ化マグネシウム、ヨウ化カルシウム、トリフルオロ酢酸リチウム、トリフルオロ酢酸ナトリウム、チオシアン酸リチウム、四フッ化ホウ酸リチウム、六フッ化リン酸リチウム、過塩素酸リチウム、トリフルオロメタンスルホン酸リチウム、リチウムビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミド、グアニジンチオシアネート等のグアニジン塩等が挙げられる。これらは一種単独で、あるいは二種以上を併用することができる。
無機塩、有機塩の添加量は、特に限定されず、本発明の目的を損なわない限り、適宜選択される。
The electrolyte layer in the present invention may contain an inorganic salt and / or an organic salt from the viewpoint of improving the short-circuit current and improving the photoelectric conversion efficiency.
Examples of the inorganic salt and organic salt include alkali metal salts, alkaline earth metal salts, and the like. Specifically, lithium iodide, sodium iodide, potassium iodide, magnesium iodide, calcium iodide, Lithium fluoroacetate, sodium trifluoroacetate, lithium thiocyanate, lithium tetrafluoroborate, lithium hexafluorophosphate, lithium perchlorate, lithium trifluoromethanesulfonate, lithium bis (trifluoromethanesulfonyl) imide, guanidine thiocyanate, etc. And guanidine salts. These can be used alone or in combination of two or more.
The addition amount of the inorganic salt or organic salt is not particularly limited, and is appropriately selected unless the object of the present invention is impaired.

本発明における電解質層は、開放電圧を向上させる観点から、ピリジン類、ベンズイミダゾール類を含有してもよい。
これら化合物の具体例としては、メチルピリジン、エチルピリジン、プロピルピリジン、ブチルピリジン等のアルキルピリジン類;メチルイミダゾール、エチルイミダゾール、プロピルイミダゾール等のアルキルイミダゾール類;メチルベンズイミダゾール、エチルベンズイミダゾール、ブチルベンズイミダゾール、プロピルベンズイミダゾール等のアルキルベンズイミダゾール類;等が挙げられる。これらは一種単独で、あるいは二種以上を併用することができる。
これらピリジン類及びベンズイミダゾール類の添加量は、特に限定されず、本発明の目的を損なわない限り、適宜選択される。
The electrolyte layer in the present invention may contain pyridines and benzimidazoles from the viewpoint of improving the open circuit voltage.
Specific examples of these compounds include alkylpyridines such as methylpyridine, ethylpyridine, propylpyridine, and butylpyridine; alkylimidazoles such as methylimidazole, ethylimidazole, and propylimidazole; methylbenzimidazole, ethylbenzimidazole, and butylbenzimidazole. And alkylbenzimidazoles such as propylbenzimidazole; and the like. These can be used alone or in combination of two or more.
The addition amount of these pyridines and benzimidazoles is not particularly limited, and is appropriately selected as long as the object of the present invention is not impaired.

本発明における電解質層は微粒子を含有してもよい。微粒子を含有することで、チクソトロピー性が発現し、色素増感太陽電池素子を作製した後、電解質層が固体状、ペースト状又はゲル状の性状となり、電解質層からの溶媒の揮散や破損による漏洩等を防止する効果を奏する。
微粒子としては、特には限定されず、公知の材料を使用することができる。例えば、酸化インジウム、ITO、シリカ等の無機酸化物;ケッチェンブラック、カーボンブラック、ナノカーボン材料等のカーボン材料;カオリナイトやモンモリロナイト等の層状無機化合物;等が挙げられる。
The electrolyte layer in the present invention may contain fine particles. By containing fine particles, thixotropy is expressed, and after producing a dye-sensitized solar cell element, the electrolyte layer becomes solid, pasty or gel-like, and leakage due to evaporation or damage of the solvent from the electrolyte layer The effect which prevents etc. is produced.
The fine particles are not particularly limited, and known materials can be used. Examples thereof include inorganic oxides such as indium oxide, ITO and silica; carbon materials such as ketjen black, carbon black and nanocarbon materials; layered inorganic compounds such as kaolinite and montmorillonite.

本発明における電解質層は、本発明で用いるポリエーテル化合物が架橋性基を有する場合、架橋剤を配合することができる。架橋剤としては、架橋性基の特性に合致するよう選択できる。例えば、粉末硫黄、沈降硫黄、コロイド硫黄、不溶性硫黄、高分散性硫黄等の硫黄;一塩化硫黄、二塩化硫黄、モルホリンジスルフィド、アルキルフェノールジスルフィド、ジベンゾチアジルジスルフィド、N,N’−ジチオ−ビス(ヘキサヒドロ−2H−アゼノピン−2)、含リンポリスルフィド、高分子多硫化物等の含硫黄化合物;ジクミルペルオキシド、ジターシャリブチルペルオキシド等の有機過酸化物;p−キノンジオキシム、p,p’−ジベンゾイルキノンジオキシム等のキノンジオキシム;2−メチル−1−(4−メチルチオフェニル)−2−モルフォリノプロパン−1−オン等のアルキルフェノン型光重合開始剤等の各種紫外線架橋剤;等が挙げられる。これらの架橋剤は、それぞれ単独で、あるいは2種以上を組み合わせて用いることができる。架橋剤の配合割合は、適宜選択すればよい。   The electrolyte layer in the present invention can be blended with a crosslinking agent when the polyether compound used in the present invention has a crosslinkable group. The crosslinker can be selected to match the characteristics of the crosslinkable group. For example, sulfur such as powdered sulfur, precipitated sulfur, colloidal sulfur, insoluble sulfur, highly dispersible sulfur; sulfur monochloride, sulfur dichloride, morpholine disulfide, alkylphenol disulfide, dibenzothiazyl disulfide, N, N′-dithio-bis ( Hexahydro-2H-azenopine-2), sulfur-containing compounds such as phosphorus-containing polysulfides and polymer polysulfides; organic peroxides such as dicumyl peroxide and ditertiarybutyl peroxide; p-quinonedioxime, p, p′- Quinone dioximes such as dibenzoylquinone dioxime; various ultraviolet crosslinking agents such as alkylphenone photopolymerization initiators such as 2-methyl-1- (4-methylthiophenyl) -2-morpholinopropan-1-one; etc. Is mentioned. These crosslinking agents can be used alone or in combination of two or more. What is necessary is just to select the mixture ratio of a crosslinking agent suitably.

本発明による電解質層は、公知の方法により、半導体電極と対向電極との間に形成することができる。例えば、ポリエーテル化合物を溶解させた電解質溶液を、半導体電極における色素が担持された金属酸化物半導体多孔質膜上に滴下し、次に、対向電極における触媒層側を、電解質溶液に対向するよう設置することで、電解液を封止させる方法が挙げられる。   The electrolyte layer according to the present invention can be formed between the semiconductor electrode and the counter electrode by a known method. For example, an electrolyte solution in which a polyether compound is dissolved is dropped onto a metal oxide semiconductor porous film on which a dye in a semiconductor electrode is supported, and then the catalyst layer side of the counter electrode is opposed to the electrolyte solution. The method of sealing electrolyte solution by installing is mentioned.

以上のように構成された本発明の色素増感太陽電池素子は、半導体電極に可視光を照射させることで、増感色素が光を吸収して励起され、増感色素から金属酸化物半導体を経由して半導体電極に電子が流入し、外部に電流が取り出される。一方、電子を失った増感色素の酸化体は、電解質層を構成するポリエーテル化合物の対アニオンにより電子を受け取り還元されて再生する。酸化された対アニオンは、対向電極表面の遷移金属触媒層で還元されてサイクルが一周する。この際、本発明の色素増感太陽電池素子は、遷移金属を含有する対向電極、および特定構造をある一定量有するポリエーテル化合物を含有する電解質層を有していることにより、低照度環境下において、従来の色素増感太陽電池素子よりも高い光電変換効率を発揮することができる。   In the dye-sensitized solar cell element of the present invention configured as described above, the sensitizing dye is excited by absorbing light by irradiating the semiconductor electrode with visible light, and the metal oxide semiconductor is converted from the sensitizing dye. Via, electrons flow into the semiconductor electrode, and current is taken out to the outside. On the other hand, the oxidized form of the sensitizing dye that has lost the electrons is regenerated by receiving the electrons by the counter anion of the polyether compound constituting the electrolyte layer. The oxidized counter anion is reduced by the transition metal catalyst layer on the surface of the counter electrode, and the cycle goes around. At this time, the dye-sensitized solar cell element of the present invention has a counter electrode containing a transition metal and an electrolyte layer containing a polyether compound having a certain amount of a specific structure, so that it can be used in a low-light environment. Can exhibit higher photoelectric conversion efficiency than conventional dye-sensitized solar cell elements.

本発明の色素増感太陽電池素子は、直列及び/又は並列に接続され、太陽電池モジュールに構成される。
色素増感太陽電池素子の数は、用途に応じて、適宜決定される。通常、色素増感太陽電池素子間には非導電性の隔壁が設けられ、各素子の半導体電極や対向電極は、導電性部材で接続され、太陽電池モジュールに構成される。
The dye-sensitized solar cell elements of the present invention are connected in series and / or in parallel to form a solar cell module.
The number of dye-sensitized solar cell elements is appropriately determined according to the application. Usually, a non-conductive partition is provided between the dye-sensitized solar cell elements, and the semiconductor electrode and the counter electrode of each element are connected by a conductive member to constitute a solar cell module.

次に、実施例及び比較例を挙げて本発明を具体的に説明するが、本発明は以下の実施例によって、何ら限定するものではない。   EXAMPLES Next, although an Example and a comparative example are given and this invention is demonstrated concretely, this invention is not limited at all by the following examples.

(実施例1)
[電解質(ポリエーテル化合物1)の合成]
(製造例A)
(プロピレンオキシドとエピクロロヒドリンのリビングアニオン共重合)
アルゴンで置換した攪拌機付きガラス反応器に、テトラノルマルブチルアンモニウムブロミド3.22gおよびトルエン50mlを添加し、これを0℃に冷却した。次いで、トリエチルアルミニウム1.370g(テトラノルマルブチルアンモニウムブロミドに対して1.2当量)をトルエン10mlに溶解したものを添加して、15分間反応させた。得られた触媒組成物に、プロピレンオキシド8.0gおよびエピクロロヒドリン2.0gを添加し、0℃において重合反応を行った。重合反応開始後、徐々に溶液の粘度が上昇した。12時間反応後、重合反応液に少量のイソプロピルアルコールを注いで反応を停止した。得られた重合反応液を0.1Nの塩酸水溶液で洗浄することにより触媒残渣の脱灰処理を行い、さらにイオン交換水で洗浄した後に、有機層を50℃で12時間減圧乾燥した。これにより得られた無色透明のオイル状物質の収量は9.9gであった。また得られた物質のGPCによる数平均分子量(Mn)は1,500、分子量分布は1.35(ポリスチレン換算)であった。さらに得られたオイル状物質について、H‐NMR測定を行ったところ、このオイル状物質は、平均でプロピレンオキシド単位21個とエピクロロヒドリン単位3個とからなる24量体であることが確認できた。以上より、得られたオイル状物質は、重合開始末端にブロモメチル基を持ち、重合停止末端に水酸基を持つ、プロピレンオキシド単位およびエピクロロヒドリン単位により構成されたオリゴマーであると同定された。
Example 1
[Synthesis of Electrolyte (Polyether Compound 1)]
(Production Example A)
(Living anion copolymerization of propylene oxide and epichlorohydrin)
To a glass reactor equipped with a stirrer substituted with argon, 3.22 g of tetranormalbutylammonium bromide and 50 ml of toluene were added and cooled to 0 ° C. Subsequently, what melt | dissolved 1.370 g of triethylaluminum (1.2 equivalent with respect to tetranormal butyl ammonium bromide) in 10 ml of toluene was added, and it was made to react for 15 minutes. To the obtained catalyst composition, 8.0 g of propylene oxide and 2.0 g of epichlorohydrin were added, and a polymerization reaction was performed at 0 ° C. After the polymerization reaction started, the viscosity of the solution gradually increased. After the reaction for 12 hours, a small amount of isopropyl alcohol was poured into the polymerization reaction solution to stop the reaction. The resulting polymerization reaction solution was washed with a 0.1N aqueous hydrochloric acid solution to deash the catalyst residue, and further washed with ion-exchanged water, and then the organic layer was dried under reduced pressure at 50 ° C. for 12 hours. The yield of the colorless and transparent oily substance thus obtained was 9.9 g. Moreover, the number average molecular weight (Mn) by GPC of the obtained substance was 1,500, and molecular weight distribution was 1.35 (polystyrene conversion). Further, when the obtained oily substance was subjected to 1 H-NMR measurement, it was found that the oily substance was a 24-mer consisting of 21 propylene oxide units and 3 epichlorohydrin units on average. It could be confirmed. From the above, the obtained oily substance was identified as an oligomer composed of propylene oxide units and epichlorohydrin units having a bromomethyl group at the polymerization initiation terminal and a hydroxyl group at the polymerization termination terminal.

(製造例B)
(共重合体中のエピクロロヒドリン単位の1−メチルイミダゾールによる4級化)
製造例Aで得られたオリゴマー5.0gと、1−メチルイミダゾール8.0gとを、アルゴンで置換した攪拌機付きガラス反応器に添加し、100℃に加熱した。100℃で48時間反応させた後、室温に冷却し反応を停止した。得られた反応物を50℃で120時間減圧乾燥したところ、黄褐色の粘性液状物質5.8gが得られた。この粘性液状物質について、H‐NMR測定および元素分析を行ったところ、出発原料のオリゴマー中の全てのエピクロロヒドリン単位におけるクロロ基が、1−メチルイミダゾリウムクロリド基に、全ての重合開始末端のブロモメチル基のブロモ基が、1−メチルイミダゾリウムブロミド基に、それぞれ置換された、ポリエーテル化合物であると同定された。
(Production Example B)
(Quaternization of epichlorohydrin unit in copolymer with 1-methylimidazole)
5.0 g of the oligomer obtained in Production Example A and 8.0 g of 1-methylimidazole were added to a glass reactor equipped with a stirrer substituted with argon, and heated to 100 ° C. After reacting at 100 ° C. for 48 hours, the reaction was stopped by cooling to room temperature. The obtained reaction product was dried under reduced pressure at 50 ° C. for 120 hours to obtain 5.8 g of a yellowish brown viscous liquid substance. This viscous liquid substance was subjected to 1 H-NMR measurement and elemental analysis. As a result, all the chloro groups in all epichlorohydrin units in the starting oligomer were converted into 1-methylimidazolium chloride groups, and all polymerizations were initiated. It was identified as a polyether compound in which the bromo group of the terminal bromomethyl group was substituted with a 1-methylimidazolium bromide group.

(製造例C)
(1−メチルイミダゾリウムクロリド基を有するポリエーテル化合物のヨウ化カリウムによるアニオン交換)
製造例Bで得られたポリエーテル化合物5.0gと、ヨウ化カリウム4.0gと、メタノール10mlと、精製水10mlとを攪拌機付きガラス反応器に添加した。室温で30分間反応させた後、50℃で1時間減圧乾燥し、得られた固液混合物をエタノールに溶解させて濾過を行い、不溶であった無機塩を除去した。得られた濾液を50℃で12時間減圧乾燥したところ、黄褐色の粘性液状物質5.2gが得られた。得られた粘性液状物質について、H‐NMR測定および元素分析を行ったところ、出発原料であるポリエーテル化合物の繰り返し単位中の1−メチルイミダゾリウムクロリド基の塩化物イオンと重合開始末端の1−メチルイミダゾリウムブロミド基の臭化物イオンの全てがヨウ化物イオンに交換された、対アニオンとしてヨウ化物イオンを有するイミダゾリウム構造含有ポリエーテル化合物であると同定された。
この化合物を、ポリエーテル化合物1とする。

Figure 2016192502
(Production Example C)
(Anion exchange of a polyether compound having a 1-methylimidazolium chloride group with potassium iodide)
5.0 g of the polyether compound obtained in Production Example B, 4.0 g of potassium iodide, 10 ml of methanol, and 10 ml of purified water were added to a glass reactor equipped with a stirrer. After reacting at room temperature for 30 minutes, it was dried under reduced pressure at 50 ° C. for 1 hour, and the obtained solid-liquid mixture was dissolved in ethanol and filtered to remove insoluble inorganic salts. The obtained filtrate was dried under reduced pressure at 50 ° C. for 12 hours to obtain 5.2 g of a yellowish brown viscous liquid substance. The obtained viscous liquid substance was subjected to 1 H-NMR measurement and elemental analysis. As a result, the chloride ion of 1-methylimidazolium chloride group in the repeating unit of the polyether compound as a starting material and 1 of the polymerization initiation terminal were obtained. -It was identified to be an imidazolium structure-containing polyether compound having iodide ions as counter anions in which all bromide ions of the methylimidazolium bromide group were exchanged for iodide ions.
This compound is referred to as polyether compound 1.
Figure 2016192502

(電解質溶液の調製)
前記ポリエーテル化合物1を0.52g秤量し、それを1mLのγ―ブチロラクトンに溶解させて、ポリエーテル化合物1の濃度が0.30mol/Lである、電解質溶液1を調製した。
(Preparation of electrolyte solution)
0.52 g of the polyether compound 1 was weighed and dissolved in 1 mL of γ-butyrolactone to prepare an electrolyte solution 1 having a polyether compound 1 concentration of 0.30 mol / L.

<半導体電極>
(酸化チタン半導体多孔質膜の形成)
透明導電膜付きの透明基体として、ITO膜付きポリエチレンナフタレートフィルム(ITO−PEN、シート抵抗15Ω/□、基板厚み=200μm)を用い、その表面に低温製膜酸化チタンペーストを塗布し、塗膜を150℃で焼成して、低温製膜酸化チタン膜(平均膜厚 5.5μm)を形成することで、酸化チタン半導体多孔質膜を作成した。
<Semiconductor electrode>
(Formation of titanium oxide semiconductor porous film)
As a transparent substrate with a transparent conductive film, a polyethylene naphthalate film with an ITO film (ITO-PEN, sheet resistance 15Ω / □, substrate thickness = 200 μm) was used, and a low-temperature deposited titanium oxide paste was applied to the surface of the film. Was fired at 150 ° C. to form a low-temperature deposited titanium oxide film (average film thickness 5.5 μm), thereby creating a porous titanium oxide semiconductor film.

(色素の担持)
色素として、ビス(4−カルボキシ−4’−テトラブチルアンモニウムカルボキシ−2,2’−ビピリジン)ジイソチオシアネートルテニウム錯体(立山化成社製、N719dye)を使用した。40℃に加熱した前記酸化チタン半導体多孔質膜付き透明基体を、遮光下で、色素濃度0.3mmol/Lの、アセトニトリル・エタノール・t−ブチルアルコール(2:1:1の体積比)混合溶液中でゆっくりと振盪させながら、90分間浸漬させた。その後、脱水アセトニトリルにて余分な色素を洗浄除去した後、風乾して、太陽電池素子の半導体電極として調製した。
(Dye support)
As the dye, bis (4-carboxy-4′-tetrabutylammoniumcarboxy-2,2′-bipyridine) diisothiocyanate ruthenium complex (manufactured by Tateyama Kasei Co., Ltd., N719dye) was used. A mixed solution of acetonitrile, ethanol, and t-butyl alcohol (volume ratio of 2: 1: 1) having a pigment concentration of 0.3 mmol / L is obtained from the transparent substrate with a porous titanium oxide semiconductor film heated to 40 ° C. under light shielding. It was immersed for 90 minutes with gentle shaking in it. Thereafter, excess dye was washed away with dehydrated acetonitrile and then air-dried to prepare a semiconductor electrode of a solar cell element.

<対向電極>
FTO−ガラス(シート抵抗0.16Ω/□)のFTO表面に、スパッタ法により白金の層(触媒層)を形成したものを対向電極とした。
<Counter electrode>
A counter electrode was formed by forming a platinum layer (catalyst layer) on the FTO surface of FTO-glass (sheet resistance 0.16Ω / □) by sputtering.

<色素増感太陽電池素子の組み立て>
前記のように作製した半導体電極を、色素を担持させた酸化チタン半導体多孔質膜側を上にして水平に設置し、その上に、スペーサーとしてテフロンシート(膜厚25μm)を載置した。次いで、前記のように作製した電解質溶液1を、色素を担持させた酸化チタン半導体多孔質膜上に、静かに滴下した。その後、対向電極の触媒層側を電解質溶液に対向するよう載置して、電解質溶液を封止し、太陽電池素子を作製した。
<Assembly of dye-sensitized solar cell element>
The semiconductor electrode produced as described above was placed horizontally with the dye-supported titanium oxide semiconductor porous membrane side up, and a Teflon sheet (film thickness 25 μm) was placed thereon as a spacer. Next, the electrolyte solution 1 produced as described above was gently dropped onto the titanium oxide semiconductor porous film carrying the dye. Then, the catalyst layer side of the counter electrode was placed so as to face the electrolyte solution, the electrolyte solution was sealed, and a solar cell element was produced.

(試験1)
(色素増感太陽電池素子の光電変換特性の測定)
実施例および比較例で作製した色素増感太陽電池素子に対し、25℃にて、150Wキセノンランプ光源に、AM1.5Gのフィルターを掛け、10mm角の窓をつけた光照射面積規定用マスクを装着させた上で、分光計器製ソーラシュミレータを用い、光量1000ルクスの条件で光源の照射強度を調整した擬似光を照射しながら、ソースメータ(2400型ソースメータ、Keithley社)を用いて光電変換効率を評価した。光電変換効率については、より大きい値ほど、色素増感太陽電池素子の性能として好ましいことを表す。結果を表1に示す。
(Test 1)
(Measurement of photoelectric conversion characteristics of dye-sensitized solar cell element)
For the dye-sensitized solar cell elements produced in Examples and Comparative Examples, a light irradiation area defining mask having a 10 mm square window with a 150 W xenon lamp light source and an AM1.5G filter at 25 ° C. Photoelectric conversion using a source meter (2400-type source meter, Keithley) while irradiating simulated light with a light intensity adjusted to 1000 lux using a solar simulator manufactured by Spectrometer. Efficiency was evaluated. About photoelectric conversion efficiency, it represents that a larger value is preferable as performance of a dye-sensitized solar cell element. The results are shown in Table 1.

(実施例2)
[電解質(ポリエーテル化合物2)の合成]
(製造例D)
(プロピレンオキシドとエピクロロヒドリンのリビングアニオン共重合)
アルゴンで置換した攪拌機付きガラス反応器に、テトラノルマルブチルアンモニウムブロミド3.22gおよびトルエン50mlを添加し、これを0℃に冷却した。次いで、トリエチルアルミニウム1.370g(テトラノルマルブチルアンモニウムブロミドに対して1.2当量)をトルエン10mlに溶解したものを添加して、15分間反応させた。得られた触媒組成物に、プロピレンオキシド6.0gおよびエピクロロヒドリン4.0gを添加し、0℃において重合反応を行った。重合反応開始後、徐々に溶液の粘度が上昇した。12時間反応後、重合反応液に少量のイソプロピルアルコールを注いで反応を停止した。得られた重合反応液を0.1Nの塩酸水溶液で洗浄することにより触媒残渣の脱灰処理を行い、さらにイオン交換水で洗浄した後に、有機層を50℃で12時間減圧乾燥した。これにより得られた無色透明のオイル状物質の収量は9.9gであった。また得られた物質のGPCによる数平均分子量(Mn)は1,400、分子量分布は1.36(ポリスチレン換算)であった。さらに得られたオイル状物質について、H‐NMR測定を行ったところ、このオイル状物質は、平均でプロピレンオキシド単位15個とエピクロロヒドリン単位6個とからなる21量体であることが確認できた。以上より、得られたオイル状物質は、重合開始末端にブロモメチル基を持ち、重合停止末端に水酸基を持つ、プロピレンオキシド単位およびエピクロロヒドリン単位により構成されたオリゴマーであると同定された。
(Example 2)
[Synthesis of Electrolyte (Polyether Compound 2)]
(Production Example D)
(Living anion copolymerization of propylene oxide and epichlorohydrin)
To a glass reactor equipped with a stirrer substituted with argon, 3.22 g of tetranormalbutylammonium bromide and 50 ml of toluene were added and cooled to 0 ° C. Subsequently, what melt | dissolved 1.370 g of triethylaluminum (1.2 equivalent with respect to tetranormal butyl ammonium bromide) in 10 ml of toluene was added, and it was made to react for 15 minutes. To the obtained catalyst composition, 6.0 g of propylene oxide and 4.0 g of epichlorohydrin were added, and a polymerization reaction was performed at 0 ° C. After the polymerization reaction started, the viscosity of the solution gradually increased. After the reaction for 12 hours, a small amount of isopropyl alcohol was poured into the polymerization reaction solution to stop the reaction. The resulting polymerization reaction solution was washed with a 0.1N aqueous hydrochloric acid solution to deash the catalyst residue, and further washed with ion-exchanged water, and then the organic layer was dried under reduced pressure at 50 ° C. for 12 hours. The yield of the colorless and transparent oily substance thus obtained was 9.9 g. Moreover, the number average molecular weight (Mn) by GPC of the obtained substance was 1,400, and molecular weight distribution was 1.36 (polystyrene conversion). Further, when 1 H-NMR measurement was performed on the obtained oily substance, this oily substance was found to be a 21-mer consisting of 15 propylene oxide units and 6 epichlorohydrin units on average. It could be confirmed. From the above, the obtained oily substance was identified as an oligomer composed of propylene oxide units and epichlorohydrin units having a bromomethyl group at the polymerization initiation terminal and a hydroxyl group at the polymerization termination terminal.

(製造例E)
(共重合体中のエピクロロヒドリン単位の1−メチルイミダゾールによる4級化)
製造例Dで得られたオリゴマー5.0gと、1−メチルイミダゾール9.0gとを、アルゴンで置換した攪拌機付きガラス反応器に添加し、100℃に加熱した。100℃で72時間反応させた後、室温に冷却し反応を停止した。反応溶液を酢酸エチルに注ぎ、得られた粘性固体を50℃で120時間減圧乾燥したところ、黄色の粉末状固体6.6gが得られた。この粉末状固体について、H‐NMR測定および元素分析を行ったところ、出発原料のオリゴマー中の全てのエピクロロヒドリン単位におけるクロロ基が、1−メチルイミダゾリウムクロリド基に、全ての重合開始末端のブロモメチル基のブロモ基が、1−メチルイミダゾリウムブロミド基に、それぞれ置換された、ポリエーテル化合物であると同定された。
(Production Example E)
(Quaternization of epichlorohydrin unit in copolymer with 1-methylimidazole)
5.0 g of the oligomer obtained in Production Example D and 9.0 g of 1-methylimidazole were added to a glass reactor equipped with a stirrer substituted with argon, and heated to 100 ° C. After reacting at 100 ° C. for 72 hours, the reaction was stopped by cooling to room temperature. The reaction solution was poured into ethyl acetate, and the resulting viscous solid was dried under reduced pressure at 50 ° C. for 120 hours. As a result, 6.6 g of a yellow powdery solid was obtained. This powdered solid was subjected to 1 H-NMR measurement and elemental analysis. As a result, all the chloro groups in all epichlorohydrin units in the starting oligomer were converted to 1-methylimidazolium chloride groups, and all polymerizations were initiated. It was identified as a polyether compound in which the bromo group of the terminal bromomethyl group was substituted with a 1-methylimidazolium bromide group.

(製造例F)
(1−メチルイミダゾリウムクロリド基を有するポリエーテル化合物のヨウ化カリウムによるアニオン交換)
製造例Eで得られたポリエーテル化合物3.0gとヨウ化カリウム4.3gと、精製水10mlとを攪拌機付きガラス反応器に添加した。室温で30分間反応させた後、50℃で1時間減圧乾燥し、得られた固体をエタノールに溶解させて濾過を行い、不溶であった無機塩を除去した。得られた濾液を50℃で12時間減圧乾燥したところ、黄褐色の粉末状固体3.3gが得られた。得られた粉末状固体について、H‐NMR測定および元素分析を行ったところ、出発原料であるポリエーテル化合物の繰り返し単位中の1−メチルイミダゾリウムクロリド基の塩化物イオンと重合開始末端の1−メチルイミダゾリウムブロミド基の臭化物イオンの全てがヨウ化物イオンに交換された、対アニオンとしてヨウ化物イオンを有するイミダゾリウム構造含有ポリエーテル化合物であると同定された。
この化合物を、ポリエーテル化合物2とする。

Figure 2016192502
(Production Example F)
(Anion exchange of a polyether compound having a 1-methylimidazolium chloride group with potassium iodide)
3.0 g of the polyether compound obtained in Production Example E, 4.3 g of potassium iodide, and 10 ml of purified water were added to a glass reactor equipped with a stirrer. The mixture was reacted at room temperature for 30 minutes, and then dried under reduced pressure at 50 ° C. for 1 hour. The obtained solid was dissolved in ethanol and filtered to remove insoluble inorganic salts. The obtained filtrate was dried under reduced pressure at 50 ° C. for 12 hours to obtain 3.3 g of a tan powdery solid. The obtained powdered solid was subjected to 1 H-NMR measurement and elemental analysis. As a result, the chloride ion of 1-methylimidazolium chloride group in the repeating unit of the polyether compound as the starting material and 1 of the polymerization initiation terminal were obtained. -It was identified to be an imidazolium structure-containing polyether compound having iodide ions as counter anions in which all bromide ions of the methylimidazolium bromide group were exchanged for iodide ions.
This compound is referred to as polyether compound 2.
Figure 2016192502

(電解質溶液の調製)
ポリエーテル化合物2を0.30g秤量し、それを1mLのγ―ブチロラクトンに溶解させて、ポリエーテル化合物2の濃度が0.30mol/Lである、電解質溶液2を調製した。
電解質溶液1の代わりに、電解質溶液2を用いたこと以外は、実施例1と同様に色素増感太陽電子素子を作成し、光電変換効率を評価した。結果を表1に示す。
(Preparation of electrolyte solution)
0.30 g of the polyether compound 2 was weighed and dissolved in 1 mL of γ-butyrolactone to prepare an electrolyte solution 2 having a polyether compound 2 concentration of 0.30 mol / L.
A dye-sensitized solar electronic device was prepared in the same manner as in Example 1 except that the electrolyte solution 2 was used instead of the electrolyte solution 1, and the photoelectric conversion efficiency was evaluated. The results are shown in Table 1.

(実施例3)
(電解質溶液の調製)
ポリエーテル化合物2を0.086g秤量し、それを1mLのγ―ブチロラクトンに溶解させて、ポリエーテル化合物2の濃度が0.04mol/Lである、電解質溶液3を調製した。
電解質溶液1の代わりに、電解質溶液3を用いたこと以外は、実施例1と同様に色素増感太陽電子素子を作成し、光電変換効率を評価した。結果を表1に示す。
Example 3
(Preparation of electrolyte solution)
0.086 g of the polyether compound 2 was weighed and dissolved in 1 mL of γ-butyrolactone to prepare an electrolyte solution 3 in which the concentration of the polyether compound 2 was 0.04 mol / L.
A dye-sensitized solar electronic device was prepared in the same manner as in Example 1 except that the electrolyte solution 3 was used instead of the electrolyte solution 1, and the photoelectric conversion efficiency was evaluated. The results are shown in Table 1.

(実施例4)
(電解質溶液の調製)
ポリエーテル化合物2を0.10g秤量し、それを0.3mLのγ―ブチロラクトンに溶解させて、ポリエーテル化合物2の濃度が0.17mol/Lである、電解質溶液4を調製した。
電解質溶液1の代わりに、電解質溶液4を用いたこと以外は、実施例1と同様に色素増感太陽電子素子を作成し、光電変換効率を評価した。結果を表1に示す。
Example 4
(Preparation of electrolyte solution)
0.10 g of the polyether compound 2 was weighed and dissolved in 0.3 mL of γ-butyrolactone to prepare an electrolyte solution 4 having a polyether compound 2 concentration of 0.17 mol / L.
A dye-sensitized solar electronic device was prepared in the same manner as in Example 1 except that the electrolyte solution 4 was used instead of the electrolyte solution 1, and the photoelectric conversion efficiency was evaluated. The results are shown in Table 1.

(比較例1)
[電解質(ポリエーテル化合物3)の合成]
(製造例G)
(プロピレンオキシドとエピクロロヒドリンのリビングアニオン共重合)
アルゴンで置換した攪拌機付きガラス反応器に、テトラノルマルブチルアンモニウムブロミド3.22gおよびトルエン50mlを添加し、これを0℃に冷却した。次いで、トリエチルアルミニウム1.370g(テトラノルマルブチルアンモニウムブロミドに対して1.2当量)をトルエン10mlに溶解したものを添加して、15分間反応させた。得られた触媒組成物に、プロピレンオキシド4.0gおよびエピクロロヒドリン6.0gを添加し、0℃において重合反応を行った。重合反応開始後、徐々に溶液の粘度が上昇した。12時間反応後、重合反応液に少量のイソプロピルアルコールを注いで反応を停止した。得られた重合反応液を0.1Nの塩酸水溶液で洗浄することにより触媒残渣の脱灰処理を行い、さらにイオン交換水で洗浄した後に、有機層を50℃で12時間減圧乾燥した。これにより得られた無色透明のオイル状物質の収量は9.9gであった。また得られた物質のGPCによる数平均分子量(Mn)は1,300、分子量分布は1.34(ポリスチレン換算)であった。さらに得られたオイル状物質について、H‐NMR測定を行ったところ、このオイル状物質は、平均でプロピレンオキシド単位9個とエピクロロヒドリン単位8個とからなる17量体であることが確認できた。以上より、得られたオイル状物質は、重合開始末端にブロモメチル基を持ち、重合停止末端に水酸基を持つ、プロピレンオキシド単位およびエピクロロヒドリン単位により構成されたオリゴマーであると同定された。
(Comparative Example 1)
[Synthesis of Electrolyte (Polyether Compound 3)]
(Production Example G)
(Living anion copolymerization of propylene oxide and epichlorohydrin)
To a glass reactor equipped with a stirrer substituted with argon, 3.22 g of tetranormalbutylammonium bromide and 50 ml of toluene were added and cooled to 0 ° C. Subsequently, what melt | dissolved 1.370 g of triethylaluminum (1.2 equivalent with respect to tetranormal butyl ammonium bromide) in 10 ml of toluene was added, and it was made to react for 15 minutes. To the obtained catalyst composition, 4.0 g of propylene oxide and 6.0 g of epichlorohydrin were added, and a polymerization reaction was performed at 0 ° C. After the polymerization reaction started, the viscosity of the solution gradually increased. After the reaction for 12 hours, a small amount of isopropyl alcohol was poured into the polymerization reaction solution to stop the reaction. The resulting polymerization reaction solution was washed with a 0.1N aqueous hydrochloric acid solution to deash the catalyst residue, and further washed with ion-exchanged water, and then the organic layer was dried under reduced pressure at 50 ° C. for 12 hours. The yield of the colorless and transparent oily substance thus obtained was 9.9 g. Moreover, the number average molecular weight (Mn) by GPC of the obtained substance was 1,300, and molecular weight distribution was 1.34 (polystyrene conversion). Further, when the obtained oily substance was subjected to 1 H-NMR measurement, it was found that this oily substance was a 17-mer consisting of 9 propylene oxide units and 8 epichlorohydrin units on average. It could be confirmed. From the above, the obtained oily substance was identified as an oligomer composed of propylene oxide units and epichlorohydrin units having a bromomethyl group at the polymerization initiation terminal and a hydroxyl group at the polymerization termination terminal.

(製造例H)
(共重合体中のエピクロロヒドリン単位の1−メチルイミダゾールによる4級化)
製造例Gで得られたオリゴマー5.0gと、1−メチルイミダゾール14.0gとを、アルゴンで置換した攪拌機付きガラス反応器に添加し、100℃に加熱した。100℃で48時間反応させた後、室温に冷却し反応を停止した。反応溶液を酢酸エチルに注ぎ、得られた粘性固体を50℃で72時間減圧乾燥したところ、黄褐色の粉末状固体7.7gが得られた。この粉末状固体について、H‐NMR測定および元素分析を行ったところ、出発原料のオリゴマー中の全てのエピクロロヒドリン単位におけるクロロ基が、1−メチルイミダゾリウムクロリド基に、全ての重合開始末端のブロモメチル基のブロモ基が、1−メチルイミダゾリウムブロミド基に、それぞれ置換された、ポリエーテル化合物であると同定された。
(Production Example H)
(Quaternization of epichlorohydrin unit in copolymer with 1-methylimidazole)
5.0 g of the oligomer obtained in Production Example G and 14.0 g of 1-methylimidazole were added to a glass reactor equipped with a stirrer substituted with argon, and heated to 100 ° C. After reacting at 100 ° C. for 48 hours, the reaction was stopped by cooling to room temperature. The reaction solution was poured into ethyl acetate, and the resulting viscous solid was dried under reduced pressure at 50 ° C. for 72 hours to obtain 7.7 g of a tan powdery solid. This powdered solid was subjected to 1 H-NMR measurement and elemental analysis. As a result, all the chloro groups in all epichlorohydrin units in the starting oligomer were converted to 1-methylimidazolium chloride groups, and all polymerizations were initiated. It was identified as a polyether compound in which the bromo group of the terminal bromomethyl group was substituted with a 1-methylimidazolium bromide group.

(製造例I)
(1−メチルイミダゾリウムクロリド基を有するポリエーテル化合物のヨウ化カリウムによるアニオン交換)
製造例Hで得られたポリエーテル化合物3.0gとヨウ化カリウム6.5gと、精製水10mlとを攪拌機付きガラス反応器に添加した。室温で30分間反応させた後、50℃で1時間減圧乾燥し、得られた固体をエタノールに溶解させて濾過を行い、不溶であった無機塩を除去した。得られた濾液を50℃で12時間減圧乾燥したところ、黄褐色の粉末状固体3.5gが得られた。得られた粉末状固体について、H‐NMR測定および元素分析を行ったところ、出発原料であるポリエーテル化合物の繰り返し単位中の1−メチルイミダゾリウムクロリド基の塩化物イオンと重合開始末端の1−メチルイミダゾリウムブロミド基の臭化物イオンの全てがヨウ化物イオンに交換された、対アニオンとしてヨウ化物イオンを有するイミダゾリウム構造含有ポリエーテル化合物であると同定された。
この化合物を、ポリエーテル化合物3とする。

Figure 2016192502
(Production Example I)
(Anion exchange of a polyether compound having a 1-methylimidazolium chloride group with potassium iodide)
3.0 g of the polyether compound obtained in Production Example H, 6.5 g of potassium iodide, and 10 ml of purified water were added to a glass reactor equipped with a stirrer. The mixture was reacted at room temperature for 30 minutes, and then dried under reduced pressure at 50 ° C. for 1 hour. The obtained solid was dissolved in ethanol and filtered to remove insoluble inorganic salts. The obtained filtrate was dried under reduced pressure at 50 ° C. for 12 hours to obtain 3.5 g of a tan powdery solid. The obtained powdered solid was subjected to 1 H-NMR measurement and elemental analysis. As a result, the chloride ion of 1-methylimidazolium chloride group in the repeating unit of the polyether compound as the starting material and 1 of the polymerization initiation terminal were obtained. -It was identified to be an imidazolium structure-containing polyether compound having iodide ions as counter anions in which all bromide ions of the methylimidazolium bromide group were exchanged for iodide ions.
This compound is referred to as a polyether compound 3.
Figure 2016192502

(電解質溶液の調製)
ポリエーテル化合物3を0.34g秤量し、それを0.5mLのγ―ブチロラクトンに溶解させて、ポリエーテル化合物3の濃度が0.30mol/Lである、電解質溶液5を調製した。
電解質溶液1の代わりに、電解質溶液5を用いたこと以外は、実施例1と同様に色素増感太陽電子素子を作成し、光電変換効率を評価した。結果を表1に示す。
(Preparation of electrolyte solution)
0.34 g of the polyether compound 3 was weighed and dissolved in 0.5 mL of γ-butyrolactone to prepare an electrolyte solution 5 having a polyether compound 3 concentration of 0.30 mol / L.
A dye-sensitized solar electronic device was prepared in the same manner as in Example 1 except that the electrolyte solution 5 was used instead of the electrolyte solution 1, and the photoelectric conversion efficiency was evaluated. The results are shown in Table 1.

(比較例2)
[電解質(ポリエーテル化合物4)の合成]
(製造例J)
(プロピレンオキシドとエピクロロヒドリンのリビングアニオン共重合)
アルゴンで置換した攪拌機付きガラス反応器に、テトラノルマルブチルアンモニウムブロミド3.22gおよびトルエン50mlを添加し、これを0℃に冷却した。次いで、トリエチルアルミニウム1.370g(テトラノルマルブチルアンモニウムブロミドに対して1.2当量)をトルエン10mlに溶解したものを添加して、15分間反応させた。得られた触媒組成物に、プロピレンオキシド2.0gおよびエピクロロヒドリン8.0gを添加し、0℃において重合反応を行った。重合反応開始後、徐々に溶液の粘度が上昇した。12時間反応後、重合反応液に少量のイソプロピルアルコールを注いで反応を停止した。得られた重合反応液を0.1Nの塩酸水溶液で洗浄することにより触媒残渣の脱灰処理を行い、さらにイオン交換水で洗浄した後に、有機層を50℃で12時間減圧乾燥した。これにより得られた無色透明のオイル状物質の収量は9.9gであった。また得られた物質のGPCによる数平均分子量(Mn)は1,200、分子量分布は1.28(ポリスチレン換算)であった。さらに得られたオイル状物質について、H‐NMR測定を行ったところ、このオイル状物質は、平均でプロピレンオキシド単位5個とエピクロロヒドリン単位11個とからなる16量体であることが確認できた。以上より、得られたオイル状物質は、重合開始末端にブロモメチル基を持ち、重合停止末端に水酸基を持つ、プロピレンオキシド単位およびエピクロロヒドリン単位により構成されたオリゴマーであると同定された。
(Comparative Example 2)
[Synthesis of Electrolyte (Polyether Compound 4)]
(Production Example J)
(Living anion copolymerization of propylene oxide and epichlorohydrin)
To a glass reactor equipped with a stirrer substituted with argon, 3.22 g of tetranormalbutylammonium bromide and 50 ml of toluene were added and cooled to 0 ° C. Subsequently, what melt | dissolved 1.370 g of triethylaluminum (1.2 equivalent with respect to tetranormal butyl ammonium bromide) in 10 ml of toluene was added, and it was made to react for 15 minutes. To the obtained catalyst composition, 2.0 g of propylene oxide and 8.0 g of epichlorohydrin were added, and a polymerization reaction was performed at 0 ° C. After the polymerization reaction started, the viscosity of the solution gradually increased. After the reaction for 12 hours, a small amount of isopropyl alcohol was poured into the polymerization reaction solution to stop the reaction. The resulting polymerization reaction solution was washed with a 0.1N aqueous hydrochloric acid solution to deash the catalyst residue, and further washed with ion-exchanged water, and then the organic layer was dried under reduced pressure at 50 ° C. for 12 hours. The yield of the colorless and transparent oily substance thus obtained was 9.9 g. Moreover, the number average molecular weight (Mn) by GPC of the obtained substance was 1,200, and molecular weight distribution was 1.28 (polystyrene conversion). Further, when 1 H-NMR measurement was performed on the obtained oily substance, it was found that the oily substance was a 16-mer composed of 5 propylene oxide units and 11 epichlorohydrin units on average. It could be confirmed. From the above, the obtained oily substance was identified as an oligomer composed of propylene oxide units and epichlorohydrin units having a bromomethyl group at the polymerization initiation terminal and a hydroxyl group at the polymerization termination terminal.

(製造例K)
(共重合体中のエピクロロヒドリン単位の1−メチルイミダゾールによる4級化)
製造例Jで得られたオリゴマー5.0gと、1−メチルイミダゾール10.0gとを、アルゴンで置換した攪拌機付きガラス反応器に添加し、100℃に加熱した。100℃で48時間反応させた後、室温に冷却し反応を停止した。反応溶液を酢酸エチルに注ぎ、得られた粘性固体を50℃で72時間減圧乾燥したところ、黄褐色の粉末状固体8.0gが得られた。この粉末状固体について、H‐NMR測定および元素分析を行ったところ、出発原料のオリゴマー中の全てのエピクロロヒドリン単位におけるクロロ基が、1−メチルイミダゾリウムクロリド基に、全ての重合開始末端のブロモメチル基のブロモ基が、1−メチルイミダゾリウムブロミド基に、それぞれ置換された、ポリエーテル化合物であると同定された。
(Production Example K)
(Quaternization of epichlorohydrin unit in copolymer with 1-methylimidazole)
5.0 g of the oligomer obtained in Production Example J and 10.0 g of 1-methylimidazole were added to a glass reactor equipped with a stirrer substituted with argon, and heated to 100 ° C. After reacting at 100 ° C. for 48 hours, the reaction was stopped by cooling to room temperature. The reaction solution was poured into ethyl acetate, and the resulting viscous solid was dried under reduced pressure at 50 ° C. for 72 hours. As a result, 8.0 g of a tan powdery solid was obtained. This powdered solid was subjected to 1 H-NMR measurement and elemental analysis. As a result, all the chloro groups in all epichlorohydrin units in the starting oligomer were converted to 1-methylimidazolium chloride groups, and all polymerizations were initiated. It was identified as a polyether compound in which the bromo group of the terminal bromomethyl group was substituted with a 1-methylimidazolium bromide group.

(製造例L)
(1−メチルイミダゾリウムクロリド基を有するポリエーテル化合物のヨウ化カリウムによるアニオン交換)
製造例Kで得られたポリエーテル化合物3.0gとヨウ化カリウム5.5gと、精製水10mlとを攪拌機付きガラス反応器に添加した。室温で30分間反応させた後、50℃で1時間減圧乾燥し、得られた固体をエタノールに溶解させて濾過を行い、不溶であった無機塩を除去した。得られた濾液を50℃で12時間減圧乾燥したところ、黄褐色の粉末状固体3.2gが得られた。得られた粉末状固体について、H‐NMR測定および元素分析を行ったところ、出発原料であるポリエーテル化合物の繰り返し単位中の1−メチルイミダゾリウムクロリド基の塩化物イオンと重合開始末端の1−メチルイミダゾリウムブロミド基の臭化物イオンの全てがヨウ化物イオンに交換された、対アニオンとしてヨウ化物イオンを有するイミダゾリウム構造含有ポリエーテル化合物であると同定された。
この化合物を、ポリエーテル化合物4とする。

Figure 2016192502
(Production Example L)
(Anion exchange of a polyether compound having a 1-methylimidazolium chloride group with potassium iodide)
3.0 g of the polyether compound obtained in Production Example K, 5.5 g of potassium iodide, and 10 ml of purified water were added to a glass reactor equipped with a stirrer. The mixture was reacted at room temperature for 30 minutes, and then dried under reduced pressure at 50 ° C. for 1 hour. The obtained solid was dissolved in ethanol and filtered to remove insoluble inorganic salts. The obtained filtrate was dried under reduced pressure at 50 ° C. for 12 hours to obtain 3.2 g of a tan powdery solid. The obtained powdered solid was subjected to 1 H-NMR measurement and elemental analysis. As a result, the chloride ion of 1-methylimidazolium chloride group in the repeating unit of the polyether compound as the starting material and 1 of the polymerization initiation terminal were obtained. -It was identified to be an imidazolium structure-containing polyether compound having iodide ions as counter anions in which all bromide ions of the methylimidazolium bromide group were exchanged for iodide ions.
This compound is referred to as polyether compound 4.
Figure 2016192502

(電解質溶液の調製)
ポリエーテル化合物4を0.32g秤量し、それを0.5mLのγ―ブチロラクトンに溶解させて、ポリエーテル化合物4の濃度が0.30mol/Lである、電解質溶液6を調製した。
電解質溶液1の代わりに、電解質溶液6を用いたこと以外は、実施例1と同様に色素増感太陽電子素子を作成し、光電変換効率を評価した。結果を表1に示す。
(Preparation of electrolyte solution)
0.32 g of the polyether compound 4 was weighed and dissolved in 0.5 mL of γ-butyrolactone to prepare an electrolyte solution 6 having a polyether compound 4 concentration of 0.30 mol / L.
A dye-sensitized solar electronic device was prepared in the same manner as in Example 1 except that the electrolyte solution 6 was used instead of the electrolyte solution 1, and the photoelectric conversion efficiency was evaluated. The results are shown in Table 1.

(比較例3)
[電解質(ポリエーテル化合物5)の合成]
(製造例M)
(エピクロロヒドリンのリビングアニオン重合)
アルゴンで置換した攪拌機付きガラス反応器に、テトラノルマルブチルアンモニウムブロミド3.22gおよびトルエン50mlを添加し、これを0℃に冷却した。次いで、トリエチルアルミニウム1.370g(テトラノルマルブチルアンモニウムブロミドに対して1.2当量)をトルエン10mlに溶解したものを添加して、0℃で15分間全容を撹拌することで、触媒組成物を得た。得られた触媒組成物に、エピクロロヒドリン10gを添加し、0℃において2時間重合反応を行った。重合反応開始後、徐々に溶液の粘度が上昇した。反応終了後、重合反応液に少量のイソプロピルアルコールを注いで反応を停止させた。得られた重合反応液を0.1Nの塩酸水溶液で洗浄することにより触媒残渣の脱炭処理を行い、さらにイオン交換水で洗浄した後に、有機層を50℃で12時間減圧乾燥することで、無色透明のオイル状物質を9.9g得た。
得られた物質のGPCによる数平均分子量(Mn)は1,200、分子量分布は1.20(ポリスチレン換算)であった。さらに、得られた重合体についてH−NMR測定を行ったところ、このオイル状物質は、平均でエピクロロヒドリン単位13個からなる13量体であることが確認できた。以上より、得られたオイル状物質は、重合開始末端にブロモメチル基を持ち、重合停止末端に水酸基を持つ、エピクロロヒドリン単位により構成されたオリゴマーであると同定された。
(Comparative Example 3)
[Synthesis of Electrolyte (Polyether Compound 5)]
(Production Example M)
(Living anionic polymerization of epichlorohydrin)
To a glass reactor equipped with a stirrer substituted with argon, 3.22 g of tetranormalbutylammonium bromide and 50 ml of toluene were added and cooled to 0 ° C. Next, a solution obtained by dissolving 1.370 g of triethylaluminum (1.2 equivalent to tetranormalbutylammonium bromide) in 10 ml of toluene was added, and the whole volume was stirred at 0 ° C. for 15 minutes to obtain a catalyst composition. It was. To the resulting catalyst composition, 10 g of epichlorohydrin was added, and a polymerization reaction was performed at 0 ° C. for 2 hours. After the polymerization reaction started, the viscosity of the solution gradually increased. After completion of the reaction, a small amount of isopropyl alcohol was poured into the polymerization reaction solution to stop the reaction. The resulting polymerization reaction solution is washed with a 0.1N aqueous hydrochloric acid solution to decarburize the catalyst residue, and further washed with ion exchange water, and then the organic layer is dried under reduced pressure at 50 ° C. for 12 hours, 9.9 g of a colorless and transparent oily substance was obtained.
The number average molecular weight (Mn) by GPC of the obtained substance was 1,200, and the molecular weight distribution was 1.20 (polystyrene conversion). Furthermore, when 1 H-NMR measurement was performed on the obtained polymer, it was confirmed that the oily substance was a 13-mer composed of 13 epichlorohydrin units on average. From the above, the obtained oily substance was identified as an oligomer composed of epichlorohydrin units having a bromomethyl group at the polymerization initiation terminal and a hydroxyl group at the polymerization termination terminal.

(製造例N)
(エピクロロヒドリンオリゴマーの1−メチルイミダゾールによる4級化)
製造例Mで得られたオリゴマー5.0gと、1−メチルイミダゾール13.3gとを、アルゴンで置換した攪拌機付きガラス反応器に添加し、100℃に加熱した。100℃で48時間反応させた後、室温に冷却し反応を停止した。反応溶液を酢酸エチルに注ぎ、得られた粘性固体を50℃で72時間減圧乾燥したところ、黄褐色の粉末状固体9.0gが得られた。この粉末状固体について、H‐NMR測定および元素分析を行ったところ、出発原料のオリゴマー中の全てのエピクロロヒドリン単位におけるクロロ基が、1−メチルイミダゾリウムクロリド基に、全ての重合開始末端のブロモメチル基のブロモ基が、1−メチルイミダゾリウムブロミド基に、それぞれ置換された、ポリエーテル化合物であると同定された。
(Production Example N)
(Quaternization of epichlorohydrin oligomer with 1-methylimidazole)
5.0 g of the oligomer obtained in Production Example M and 13.3 g of 1-methylimidazole were added to a glass reactor equipped with a stirrer substituted with argon, and heated to 100 ° C. After reacting at 100 ° C. for 48 hours, the reaction was stopped by cooling to room temperature. The reaction solution was poured into ethyl acetate, and the resulting viscous solid was dried under reduced pressure at 50 ° C. for 72 hours. As a result, 9.0 g of a tan powdery solid was obtained. This powdered solid was subjected to 1 H-NMR measurement and elemental analysis. As a result, all the chloro groups in all epichlorohydrin units in the starting oligomer were converted to 1-methylimidazolium chloride groups, and all polymerizations were initiated. It was identified as a polyether compound in which the bromo group of the terminal bromomethyl group was substituted with a 1-methylimidazolium bromide group.

(製造例O)
(1−メチルイミダゾリウムクロリド基を有するポリエーテル化合物のヨウ化カリウムによるアニオン交換)
製造例Nで得られたポリエーテル化合物3.0gとヨウ化カリウム10.7gと、精製水30mlとを攪拌機付きガラス反応器に添加した。室温で30分間反応させた後、50℃で1時間減圧乾燥し、得られた固体をエタノールに溶解させて濾過を行い、不溶であった無機塩を除去した。得られた濾液を50℃で12時間減圧乾燥したところ、黄褐色の粉末状固体3.4gが得られた。得られた粉末状固体について、H‐NMR測定および元素分析を行ったところ、出発原料であるポリエーテル化合物の繰り返し単位中の1−メチルイミダゾリウムクロリド基の塩化物イオンと重合開始末端の1−メチルイミダゾリウムブロミド基の臭化物イオンの全てがヨウ化物イオンに交換された、対アニオンとしてヨウ化物イオンを有するイミダゾリウム構造含有ポリエーテル化合物であると同定された。
この化合物を、ポリエーテル化合物5とする。

Figure 2016192502
(Production Example O)
(Anion exchange of a polyether compound having a 1-methylimidazolium chloride group with potassium iodide)
3.0 g of the polyether compound obtained in Production Example N, 10.7 g of potassium iodide, and 30 ml of purified water were added to a glass reactor equipped with a stirrer. The mixture was reacted at room temperature for 30 minutes, and then dried under reduced pressure at 50 ° C. for 1 hour. The obtained solid was dissolved in ethanol and filtered to remove insoluble inorganic salts. The obtained filtrate was dried under reduced pressure at 50 ° C. for 12 hours to obtain 3.4 g of a tan powdery solid. The obtained powdered solid was subjected to 1 H-NMR measurement and elemental analysis. As a result, the chloride ion of 1-methylimidazolium chloride group in the repeating unit of the polyether compound as the starting material and 1 of the polymerization initiation terminal were obtained. -It was identified to be an imidazolium structure-containing polyether compound having iodide ions as counter anions in which all bromide ions of the methylimidazolium bromide group were exchanged for iodide ions.
This compound is designated as a polyether compound 5.
Figure 2016192502

(電解質溶液の調製)
ポリエーテル化合物5を0.36g秤量し、それを0.5mLのγ―ブチロラクトンに溶解させて、ポリエーテル化合物5の濃度が0.30mol/Lである、電解質溶液7を調製した。
電解質溶液1の代わりに、電解質溶液7を用いたこと以外は、実施例1と同様に色素増感太陽電子素子を作成し、光電変換効率を評価した。結果を表1に示す。
(Preparation of electrolyte solution)
0.36 g of the polyether compound 5 was weighed and dissolved in 0.5 mL of γ-butyrolactone to prepare an electrolyte solution 7 having a polyether compound 5 concentration of 0.30 mol / L.
A dye-sensitized solar electronic device was prepared in the same manner as in Example 1 except that the electrolyte solution 7 was used instead of the electrolyte solution 1, and the photoelectric conversion efficiency was evaluated. The results are shown in Table 1.

(比較例4)
[電解質(ポリエーテル化合物6)の合成]
(製造例P)
(プロピレンオキシドのリビングアニオン重合)
内部をアルゴンで置換した攪拌機付きガラス反応器に、テトラノルマルブチルアンモニウムブロミド2.56g(8mmol)およびトルエン50mlを添加し、それを0℃に冷却した。次いで、トリエチルアルミニウム1.37g(12mmol)(テトラノルマルブチルアンモニウムブロミドに対して1.5当量)をトルエン10mlに溶解したものを添加して、0℃で15分間全容を撹拌することで、触媒組成物を得た。得られた触媒組成物にプロピレンオキシド10gを添加し、0℃において2時間重合反応を行った。重合反応開始後、徐々に溶液の粘度が上昇した。反応終了後、重合反応液に少量のイソプロピルアルコールを注いで反応を停止させた。得られた重合反応液を0.1Nの塩酸水溶液で洗浄することにより触媒残渣の脱炭処理を行い、さらにイオン交換水で洗浄した後に、有機層を50℃で12時間減圧乾燥することで、無色透明のオイル状物質を9.9g得た。
得られた物質のGPCによる数平均分子量(Mn)は1,250、分子量分布は1.15(ポリスチレン換算)であった。さらに、得られた重合体についてH−NMR測定および元素分析を測定したところ、重合開始末端にブロモメチル基を持ち、重合停止末端に水酸基を持つ、プロピレンオキシド単位により構成されたオリゴマー(PO)n−Br、n=25であると同定された。
(Comparative Example 4)
[Synthesis of Electrolyte (Polyether Compound 6)]
(Production Example P)
(Living anion polymerization of propylene oxide)
To a glass reactor equipped with a stirrer whose inside was replaced with argon, 2.56 g (8 mmol) of tetranormalbutylammonium bromide and 50 ml of toluene were added and cooled to 0 ° C. Next, 1.37 g (12 mmol) of triethylaluminum (1.5 equivalent to tetranormalbutylammonium bromide) dissolved in 10 ml of toluene was added, and the whole volume was stirred at 0 ° C. for 15 minutes, whereby the catalyst composition I got a thing. 10 g of propylene oxide was added to the obtained catalyst composition, and a polymerization reaction was performed at 0 ° C. for 2 hours. After the polymerization reaction started, the viscosity of the solution gradually increased. After completion of the reaction, a small amount of isopropyl alcohol was poured into the polymerization reaction solution to stop the reaction. The resulting polymerization reaction solution is washed with a 0.1N aqueous hydrochloric acid solution to decarburize the catalyst residue, and further washed with ion exchange water, and then the organic layer is dried under reduced pressure at 50 ° C. for 12 hours, 9.9 g of a colorless and transparent oily substance was obtained.
The number average molecular weight (Mn) by GPC of the obtained substance was 1,250, and the molecular weight distribution was 1.15 (polystyrene conversion). Furthermore, 1 H-NMR measurement and elemental analysis of the obtained polymer were measured. As a result, an oligomer (PO) n composed of propylene oxide units having a bromomethyl group at the polymerization initiation terminal and a hydroxyl group at the polymerization termination terminal. -Br, n = 25 was identified.

(製造例Q)
(プロピレンオキシドオリゴマーの1−メチルイミダゾールによる4級化)
内部をアルゴンで置換した攪拌機付きガラス反応器に、製造比較例Pで得たプロピレンオキシドオリゴマー(PO)n−Br5.0g、1−メチルイミダゾール(MeIm)4.1g、及び、アセトニトリル(ACN)10.0gを添加し、全容を80℃で24時間撹拌した。反応終了後、反応液を室温に冷却して反応を停止させた。得られた反応混合物をトルエン/エタノール/水の等重量混合溶液にて洗浄した後、未反応1−メチルイミダゾール及びトルエンを含む有機相を除去して、水相を50℃で12時間減圧乾燥することにより、淡黄色透明なオイル状オリゴマー5.4gを得た。
得られた物質のGPCによる数平均分子量(Mn)は1,300、分子量分布は1.18(ポリスチレン換算)であった。さらに、H−NMR測定及び元素分析を行ったところ、出発原料のプロピレンオキシドオリゴマーの重合開始末端のブロモメチル基が全て1−メチルイミダゾール基に置換され、対アニオンとしてハロゲン化物イオンを有する1−メチルイミダゾリウム構造含有プロピレンオキシドオリゴマー(PO)nMeIm−Br)であると同定された。
(Production Example Q)
(Quaternization of propylene oxide oligomer with 1-methylimidazole)
In a glass reactor equipped with a stirrer whose inside was replaced with argon, 5.0 g of propylene oxide oligomer (PO) n-Br obtained in Production Comparative Example P, 4.1 g of 1-methylimidazole (MeIm), and acetonitrile (ACN) 10 0.0 g was added and the whole was stirred at 80 ° C. for 24 hours. After completion of the reaction, the reaction solution was cooled to room temperature to stop the reaction. The obtained reaction mixture was washed with an equal weight mixed solution of toluene / ethanol / water, then the organic phase containing unreacted 1-methylimidazole and toluene was removed, and the aqueous phase was dried under reduced pressure at 50 ° C. for 12 hours. As a result, 5.4 g of a light yellow transparent oily oligomer was obtained.
The number average molecular weight (Mn) of the obtained substance by GPC was 1,300, and the molecular weight distribution was 1.18 (polystyrene conversion). Further, when 1 H-NMR measurement and elemental analysis were performed, all the bromomethyl groups at the polymerization initiation end of the starting propylene oxide oligomer were substituted with 1-methylimidazole groups, and 1-methyl having a halide ion as a counter anion. Imidazolium structure-containing propylene oxide oligomer (PO) nMeIm-Br).

(製造例R)
(1−メチルイミダゾリウムブロミド基を有するポリエーテル化合物のヨウ化カリウムによるアニオン交換)
製造例Qで得られたポリエーテル化合物3.0gとヨウ化カリウム6.5gと、精製水10mlとを攪拌機付きガラス反応器に添加した。室温で30分間反応させた後、50℃で1時間減圧乾燥し、得られた固体をエタノールに溶解させて濾過を行い、不溶であった無機塩を除去した。得られた濾液を50℃で12時間減圧乾燥したところ、黄色透明なオイル状オリゴマー3.1gが得られた。得られた黄色透明なオイル状オリゴマーについて、H‐NMR測定および元素分析を行ったところ、出発原料であるポリエーテル化合物の重合開始末端の1−メチルイミダゾリウムブロミド基の臭化物イオンの全てがヨウ化物イオンに交換された、対アニオンとしてヨウ化物イオンを有するイミダゾリウム構造含有ポリエーテル化合物であると同定された。
この化合物を、ポリエーテル化合物6とする。

Figure 2016192502
(Production Example R)
(Anion exchange of a polyether compound having a 1-methylimidazolium bromide group with potassium iodide)
3.0 g of the polyether compound obtained in Production Example Q, 6.5 g of potassium iodide, and 10 ml of purified water were added to a glass reactor equipped with a stirrer. The mixture was reacted at room temperature for 30 minutes, and then dried under reduced pressure at 50 ° C. for 1 hour. The obtained solid was dissolved in ethanol and filtered to remove insoluble inorganic salts. When the obtained filtrate was dried under reduced pressure at 50 ° C. for 12 hours, 3.1 g of a yellow transparent oily oligomer was obtained. The obtained yellow transparent oily oligomer was subjected to 1 H-NMR measurement and elemental analysis. As a result, all the bromide ions of the 1-methylimidazolium bromide group at the polymerization initiation terminal of the polyether compound as a starting material were iodine. It was identified to be an imidazolium structure-containing polyether compound having iodide ions as counter anions exchanged for iodide ions.
This compound is referred to as a polyether compound 6.
Figure 2016192502

(電解質溶液の調製)
ポリエーテル化合物4を0.44g秤量し、それを1.0mLのγ―ブチロラクトンに溶解させて、ポリエーテル化合物6の濃度が0.30mol/Lである、電解質溶液8を調製した。
電解質溶液1の代わりに、電解質溶液8を用いたこと以外は、実施例1と同様に色素増感太陽電子素子を作成し、光電変換効率を評価した。結果を表1に示す。
(Preparation of electrolyte solution)
0.44 g of the polyether compound 4 was weighed and dissolved in 1.0 mL of γ-butyrolactone to prepare an electrolyte solution 8 having a polyether compound 6 concentration of 0.30 mol / L.
A dye-sensitized solar electronic device was prepared in the same manner as in Example 1 except that the electrolyte solution 8 was used instead of the electrolyte solution 1, and the photoelectric conversion efficiency was evaluated. The results are shown in Table 1.

(比較例5)
(電解質溶液の調製)
電解質溶液として、1−メチル−3−プロピルイミダゾリウムヨージド(「MPImI」と表記する。)を用い、MPImIの濃度が0.30モル/Lとなるようにγ−ブチロラクトンに溶解し、電解質溶液9を調製した。
電解質溶液1の代わりに、電解質溶液9を用いたこと以外は、実施例1と同様に色素増感太陽電子素子を作成し、光電変換効率を評価した。結果を表1に示す。
(Comparative Example 5)
(Preparation of electrolyte solution)
As the electrolyte solution, 1-methyl-3-propylimidazolium iodide (referred to as “MPImI”) is used, and dissolved in γ-butyrolactone so that the concentration of MPImI is 0.30 mol / L. 9 was prepared.
A dye-sensitized solar electronic device was prepared in the same manner as in Example 1 except that the electrolyte solution 9 was used instead of the electrolyte solution 1, and the photoelectric conversion efficiency was evaluated. The results are shown in Table 1.

Figure 2016192502
Figure 2016192502

電解質溶液として、本発明で規定するポリエーテル化合物を用い、式(1)で表される繰り返し単位が40モル%以下である場合には、色素増感太陽電池素子の光電変換効率は優れていた(実施例1〜4)。
一方、電解質溶液として、ポリエーテル化合物を用いたものの、式(1)で表される繰り返し単位が本発明で規定する上限の40モル%を超えている場合(比較例1、2、3)、本発明で規定するポリエーテル化合物を用いていない場合(比較例4)、およびイオン性液体を用いた場合(比較例5)は、色素増感太陽電池素子の光電変換効率は不十分な結果であった。
When the polyether compound specified in the present invention was used as the electrolyte solution and the repeating unit represented by the formula (1) was 40 mol% or less, the photoelectric conversion efficiency of the dye-sensitized solar cell element was excellent. (Examples 1-4).
On the other hand, when a polyether compound is used as the electrolyte solution, but the repeating unit represented by the formula (1) exceeds the upper limit of 40 mol% defined in the present invention (Comparative Examples 1, 2, and 3), When the polyether compound specified in the present invention is not used (Comparative Example 4) and when an ionic liquid is used (Comparative Example 5), the photoelectric conversion efficiency of the dye-sensitized solar cell element is insufficient. there were.

Claims (1)

半導体電極と、この半導体電極に対向して配置された対向電極とを備え、前記半導体電極と前記対向電極との間に電解質層を有する色素増感太陽電池素子であって、
前記対向電極が、遷移金属を含有するものであり、
前記電解質層が、下記式(1)で表される繰り返し単位を有するポリエーテル化合物を含有するものであり、
前記ポリエーテル化合物において、全繰り返し単位中、下記式(1)で表される繰り返し単位を40モル%以下含有することを特徴とする色素増感太陽電池素子。
Figure 2016192502
(式(1)中、Aはカチオン性の窒素原子を含有するオニウムイオン構造を有する基であり、Xは対アニオンである。)
A dye-sensitized solar cell element comprising a semiconductor electrode and a counter electrode disposed opposite to the semiconductor electrode, and having an electrolyte layer between the semiconductor electrode and the counter electrode,
The counter electrode contains a transition metal;
The electrolyte layer contains a polyether compound having a repeating unit represented by the following formula (1):
In the said polyether compound, 40 mol% or less of repeating units represented by following formula (1) are contained in all the repeating units, The dye-sensitized solar cell element characterized by the above-mentioned.
Figure 2016192502
(In Formula (1), A + is a group having an onium ion structure containing a cationic nitrogen atom, and X is a counter anion.)
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