JP2018006622A - Photoelectric conversion element and solar battery - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a photoelectric conversion element that hinders a voltage decrease even in a high temperature environment and enables a secondary battery to be satisfactorily charged without depending on temperature environment.SOLUTION: A photoelectric conversion element comprises a base plate 1, a first electrode 2, a hole blocking layer 3, an electron transport layer 4, a photosensitization compound 5 adsorbed on a surface of the electron transport layer 4, a hole transport layer 6, and a second electrode 7. The hole transport layer 6 contains a basic compound A such as 4-pyrrolidinopyridine, and an ionic compound B such as lithium bis(fluoromethane sulfonyl)imide.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は光電変換素子及び太陽電池に関するものである。   The present invention relates to a photoelectric conversion element and a solar cell.

近年、電子回路における駆動電力が非常に少なくなり、微弱な電力でもセンサ等の様々な電子部品を駆動することができるようになった。さらに、センサの活用に際し、その場で発電し消費できる自立電源(環境発電素子)への応用が期待されており、その中でも太陽電池は光があればどこでも発電できる素子として注目を集めている。
太陽電池の中でも、固体型色素増感型太陽電池は高温環境下においてホール輸送層が結晶化するなどにより著しく発電力が低下することが知られている。そこで、例えば、ホール輸送材料の分子骨格中にアルキル基を導入するなどにより、立体障害を大きくすることで結晶化を抑制することが提案されている(例えば、非特許文献1参照)。
電子部品を駆動させるためには、発電素子がある一定以上の電圧を示す必要があり、発電力の低下(特に電圧の低下)は電子部品の駆動不良を引き起こす要因となりうる。
In recent years, the driving power in electronic circuits has become very small, and it has become possible to drive various electronic components such as sensors even with weak power. Furthermore, when utilizing sensors, application to a self-supporting power source (environmental power generation element) that can generate and consume on the spot is expected. Among them, solar cells are attracting attention as elements that can generate power anywhere if there is light.
Among solar cells, it is known that solid-state dye-sensitized solar cells have a significantly reduced power generation due to crystallization of the hole transport layer in a high temperature environment. Therefore, it has been proposed to suppress crystallization by increasing steric hindrance, for example, by introducing an alkyl group into the molecular skeleton of the hole transport material (see, for example, Non-Patent Document 1).
In order to drive the electronic component, the power generation element needs to exhibit a certain voltage or more, and a decrease in power generation (particularly a decrease in voltage) can cause a drive failure of the electronic component.

本発明は、高温環境下であっても電圧低下を抑制し、温度環境に依存しない良好な二次電池への充電を可能とする光電変換素子及び太陽電池を提供することを目的とする。なお、前記高温環境とは、例えば温度が40℃以上90℃以下を意味する。   An object of the present invention is to provide a photoelectric conversion element and a solar cell that suppress a voltage drop even under a high temperature environment and can charge a good secondary battery independent of the temperature environment. In addition, the said high temperature environment means that temperature is 40 degreeC or more and 90 degrees C or less, for example.

前記課題を解決するための手段としての本発明の光電変換素子は、基板と、第一の電極と、ホールブロッキング層と、電子輸送層と、前記電子輸送層の表面に吸着した光増感化合物と、ホール輸送層と、第二の電極とを有し、前記ホール輸送層は、下記一般式(1)で表される塩基性化合物Aと、下記一般式(2)で表されるイオン性化合物Bとを含む。   The photoelectric conversion element of the present invention as a means for solving the problems includes a substrate, a first electrode, a hole blocking layer, an electron transport layer, and a photosensitizing compound adsorbed on the surface of the electron transport layer. A hole transport layer and a second electrode, wherein the hole transport layer is composed of a basic compound A represented by the following general formula (1) and an ionicity represented by the following general formula (2). Compound B.

Figure 2018006622
Figure 2018006622

(式中、R、Rは、それぞれ独立に、アルキル基または芳香族炭化水素基を表し、同一または異なる基を表すか、若しくは、R、Rは互いに結合し、窒素原子を含む複素環基を表す。) (Wherein R 1 and R 2 each independently represents an alkyl group or an aromatic hydrocarbon group and represent the same or different groups, or R 1 and R 2 are bonded to each other and contain a nitrogen atom) Represents a heterocyclic group.)

Figure 2018006622
Figure 2018006622

(式中、Xは対カチオンを表す。) (In the formula, X + represents a counter cation.)

本発明によれば、高温環境下であっても電圧低下を抑制し、温度環境に依存しない良好な二次電池への充電を可能とする光電変換素子及び太陽電池を提供することができる。   According to the present invention, it is possible to provide a photoelectric conversion element and a solar battery that can suppress a voltage drop even under a high temperature environment and can charge a good secondary battery independent of the temperature environment.

本発明に係る光電変換素子の構造の一例を表わす概略断面図である。It is a schematic sectional drawing showing an example of the structure of the photoelectric conversion element which concerns on this invention. 実施例で使用した二次電池充電回路を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the secondary battery charging circuit used in the Example.

以下、本発明に係る光電変換素子及び太陽電池について図面を参照しながら説明する。なお、本発明は以下に示す実施形態に限定されるものではなく、他の実施形態、追加、修正、削除など、当業者が想到することができる範囲内で変更することができ、いずれの態様においても本発明の作用・効果を奏する限り、本発明の範囲に含まれるものである。   Hereinafter, a photoelectric conversion element and a solar cell according to the present invention will be described with reference to the drawings. The present invention is not limited to the embodiments described below, and other embodiments, additions, modifications, deletions, and the like can be changed within a range that can be conceived by those skilled in the art, and any aspect is possible. As long as the functions and effects of the present invention are exhibited, the scope of the present invention is included.

図1は本発明に係る光電変換素子の構造の一例を表わす概略断面図である。
図1に示す態様においては、基板1上に第一の電極2が形成され、第一の電極2上にホールブロッキング層3が形成され、ホールブロッキング層3上に電子輸送層4が形成され、電子輸送層4に光増感化合物5が吸着し、第一の電極2と対向する第二の電極7との間にホール輸送層6が挟み込まれた構成の例が図示されている。また、図1では、第一の電極2と第二の電極7が導通するようにリードライン8、9が設けられている。以下、詳細を説明する。
FIG. 1 is a schematic sectional view showing an example of the structure of a photoelectric conversion element according to the present invention.
In the embodiment shown in FIG. 1, the first electrode 2 is formed on the substrate 1, the hole blocking layer 3 is formed on the first electrode 2, the electron transport layer 4 is formed on the hole blocking layer 3, An example of a configuration in which the photosensitizing compound 5 is adsorbed on the electron transport layer 4 and the hole transport layer 6 is sandwiched between the first electrode 2 and the second electrode 7 facing the first electrode 2 is illustrated. In FIG. 1, lead lines 8 and 9 are provided so that the first electrode 2 and the second electrode 7 are electrically connected. Details will be described below.

<基板>
本発明に用いられる基板1としては、特に制限されるものではなく、公知のものを用いることができる。基板1は透明な材質のものが好ましく、例えばガラス、透明プラスチック板、透明プラスチック膜、無機物透明結晶体等が挙げられる。
<Board>
The substrate 1 used in the present invention is not particularly limited, and a known substrate can be used. The substrate 1 is preferably made of a transparent material, and examples thereof include glass, a transparent plastic plate, a transparent plastic film, and an inorganic transparent crystal.

<第一の電極>
本発明に用いられる第一の電極2としては、可視光に対して透明な導電性物質であれば特に限定されるものではなく、通常の光電変換素子、あるいは液晶パネル等に用いられる公知のものを使用できる。
前記第一の電極2の材料としては、例えば、スズをドープした酸化インジウム(以下、「ITO」と称すこともある)、フッ素をドープした酸化スズ(以下、「FTO」と称すこともある)、アンチモンをドープした酸化スズ(以下、「ATO」と称すこともある)、インジウム・亜鉛酸化物、ニオブ・チタン酸化物、グラフェンなどが挙げられる。これらは、1種単独で使用してもよいし、2種以上を併用して積層してもよい。
前記第一の電極2の平均厚みとしては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、5nm以上100μm以下が好ましく、50nm以上10μm以下がより好ましい。
また、第一の電極2は一定の硬性を維持するため、可視光に透明な材質からなる基板1上に設けることが好ましく、基板1としては、例えば上記のように、ガラス、透明プラスチック板、透明プラスチック膜、無機物透明結晶体などが用いられる。
第一の電極2と基板1とが一体となっている公知のものを用いることもでき、例えば、FTOコートガラス、ITOコートガラス、酸化亜鉛:アルミニウムコートガラス、FTOコート透明プラスチック膜、ITOコート透明プラスチック膜等が挙げられる。
また、酸化スズや酸化インジウムに原子価の異なる陽イオン若しくは陰イオンをドープした透明電極、メッシュ状、ストライプ状等、光が透過できる構造にした金属電極をガラス基板等の基板上に設けたものでもよい。
これらは単独あるいは2種以上の混合、または積層したものでも構わない。また抵抗を下げる目的で、金属リード線等を併用してもよい。
前記金属リード線の材質は、アルミニウム、銅、銀、金、白金、ニッケル等の金属が挙げられる。金属リード線は、基板に蒸着、スパッタリング、圧着等で設置し、その上にITOやFTOを設ける方法により形成できる。
<First electrode>
The first electrode 2 used in the present invention is not particularly limited as long as it is a conductive material that is transparent to visible light, and is a known one that is used for ordinary photoelectric conversion elements, liquid crystal panels, and the like. Can be used.
Examples of the material of the first electrode 2 include indium oxide doped with tin (hereinafter also referred to as “ITO”) and tin oxide doped with fluorine (hereinafter also referred to as “FTO”). And tin oxide doped with antimony (hereinafter sometimes referred to as “ATO”), indium / zinc oxide, niobium / titanium oxide, graphene, and the like. These may be used alone or in combination of two or more.
There is no restriction | limiting in particular as average thickness of said 1st electrode 2, Although it can select suitably according to the objective, 5 nm or more and 100 micrometers or less are preferable, and 50 nm or more and 10 micrometers or less are more preferable.
The first electrode 2 is preferably provided on a substrate 1 made of a material transparent to visible light in order to maintain a certain hardness. Examples of the substrate 1 include glass, a transparent plastic plate, A transparent plastic film, an inorganic transparent crystal, or the like is used.
For example, FTO-coated glass, ITO-coated glass, zinc oxide: aluminum-coated glass, FTO-coated transparent plastic film, ITO-coated transparent can be used. A plastic film etc. are mentioned.
In addition, a transparent electrode obtained by doping tin oxide or indium oxide with cations or anions having different valences, a metal electrode having a structure capable of transmitting light, such as a mesh shape or a stripe shape, on a substrate such as a glass substrate But you can.
These may be used singly or as a mixture of two or more kinds or laminated ones. Further, for the purpose of reducing the resistance, a metal lead wire or the like may be used in combination.
Examples of the material of the metal lead wire include metals such as aluminum, copper, silver, gold, platinum, and nickel. The metal lead wire can be formed by a method in which deposition is performed on the substrate by vapor deposition, sputtering, pressure bonding, or the like, and ITO or FTO is provided thereon.

<ホールブロッキング層>
本発明で用いられるホールブロッキング層3は、一般的に、電解質が電極と接して、電解質中のホールと電極表面の電子が再結合(いわゆる逆電子移動)することによる電力低下を抑制するために設けられる。前記ホールブロッキング層3の効果は、固体型色素増感型太陽電池において特に顕著である。これは、電解液を用いた湿式色素増感型太陽電池と比較し、有機ホール輸送材料等を用いた固体型色素増感型太陽電池は、ホール輸送材料中のホールと電極表面の電子の再結合(逆電子移動)速度が速いことに起因している。
前記ホールブロッキング層3の材料としては、可視光に対して透明であり、かつ電子輸送性材料であれば特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、酸化チタン、酸化ニオブ、酸化マグネシウム、酸化アルミニウム、酸化亜鉛、酸化タングステン、酸化スズなどが挙げられる。これらは、1種単独で使用してもよいし、2種以上を併用して積層、あるいは混合してもよいが、特に酸化チタンが好ましい。
前記ホールブロッキング層3のの製膜方法は特に制限はなく、適宜選択することができるが、室内光における損失電流を抑制するためには、高い内部抵抗が必要であり、製膜方法も重要である。一般的には、湿式製膜となるゾルゲル法が挙げられるが、膜密度が低く十分に損失電流を抑制できない。そのため、より好ましくは、スパッタリング法などの乾式製膜であり、膜密度が十分に高く損失電流を抑制できる点で有利である。
前記ホールブロッキング層3の平均厚みとしては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、5nm以上1μm以下が好ましく、湿式製膜では500nm以上700nm以下がより好ましく、乾式製膜では10nm以上30nm以下がより好ましい。
<Hole blocking layer>
In general, the hole blocking layer 3 used in the present invention suppresses power reduction due to recombination (so-called reverse electron transfer) of holes in the electrolyte and electrons on the electrode surface when the electrolyte is in contact with the electrode. Provided. The effect of the hole blocking layer 3 is particularly remarkable in a solid dye-sensitized solar cell. Compared with a wet dye-sensitized solar cell using an electrolyte, a solid dye-sensitized solar cell using an organic hole transport material or the like regenerates holes in the hole transport material and electrons on the electrode surface. This is due to the high bonding (reverse electron transfer) speed.
The material of the hole blocking layer 3 is not particularly limited as long as it is transparent to visible light and is an electron transporting material, and can be appropriately selected according to the purpose. For example, titanium oxide, niobium oxide , Magnesium oxide, aluminum oxide, zinc oxide, tungsten oxide, tin oxide and the like. These may be used singly or in combination of two or more, but may be laminated or mixed, but titanium oxide is particularly preferable.
The method for forming the hole blocking layer 3 is not particularly limited and can be appropriately selected. However, in order to suppress the loss current in room light, a high internal resistance is required, and the film forming method is also important. is there. In general, a sol-gel method for forming a wet film can be mentioned, but the film current is low and the loss current cannot be sufficiently suppressed. For this reason, dry film formation such as sputtering is more preferable, which is advantageous in that the film density is sufficiently high and loss current can be suppressed.
The average thickness of the hole blocking layer 3 is not particularly limited and may be appropriately selected depending on the intended purpose, but is preferably 5 nm or more and 1 μm or less, and more preferably 500 nm or more and 700 nm or less in wet film formation, and dry film formation. Then, 10 nm or more and 30 nm or less are more preferable.

<電子輸送層>
電子輸送層4は、前記ホールブロッキング層3上に配置され、一般的に多孔質状の層として構成され、半導体粒子などの電子輸送性材料を含む。
また、前記電子輸送層は、単層であっても多層であってもよい。多層の場合、粒径の異なる半導体粒子の分散液を多層塗布してもよく、種類の異なる半導体や、樹脂、添加剤の組成が異なる塗布層を多層塗布してもよい。一度の塗布で平均厚みが不足する場合には、多層塗布は有効な手段である。
前記電子輸送層4の膜厚が増大するほど単位投影面積当たりの担持光増感材料量も増えるため光の捕獲率が高くなるが、注入された電子の拡散距離も増えるため電荷の再結合によるロスも大きくなってしまう。そのため、前記電子輸送層4の平均厚みとしては、100nm以上100μm以下が好ましく、100nm以上50μm以下がより好ましく、100nm以上10μm以下が更に好ましい。
<Electron transport layer>
The electron transport layer 4 is disposed on the hole blocking layer 3 and is generally configured as a porous layer, and includes an electron transport material such as semiconductor particles.
The electron transport layer may be a single layer or a multilayer. In the case of multiple layers, a dispersion of semiconductor particles having different particle diameters may be applied in multiple layers, or different types of semiconductors, and application layers having different compositions of resins and additives may be applied in multiple layers. Multi-layer coating is an effective means when the average thickness is insufficient with a single coating.
As the film thickness of the electron transport layer 4 increases, the amount of supported photosensitizing material per unit projected area also increases, so that the light capture rate increases. However, the diffusion distance of injected electrons also increases, so charge recombination Loss also increases. Therefore, the average thickness of the electron transport layer 4 is preferably 100 nm to 100 μm, more preferably 100 nm to 50 μm, and still more preferably 100 nm to 10 μm.

前記半導体粒子としては、特に制限はなく、公知のものを用いることができ、例えば、シリコン、ゲルマニウムのような単体半導体、あるいは金属のカルコゲニドに代表される化合物半導体、またはペロブスカイト構造を有する化合物等を挙げることができる。
金属のカルコゲニドとしてはチタン、スズ、亜鉛、鉄、タングステン、ジルコニウム、ハフニウム、ストロンチウム、インジウム、セリウム、イットリウム、ランタン、バナジウム、ニオブ、あるいはタンタルの酸化物、カドミウム、亜鉛、鉛、銀、アンチモン、ビスマスの硫化物、カドミウム、鉛のセレン化物、カドミウムのテルル化物等が挙げられる。
他の化合物半導体としては亜鉛、ガリウム、インジウム、カドミウム、等のリン化物、ガリウム砒素、銅−インジウム−セレン化物、銅−インジウム−硫化物等が好ましい。
また、ペロブスカイト構造を有する化合物としては、チタン酸ストロンチウム、チタン酸カルシウム、チタン酸ナトリウム、チタン酸バリウム、ニオブ酸カリウム等が好ましい。
これらの中でも酸化物半導体が好ましく、特に酸化チタン、酸化亜鉛、酸化スズ、酸化ニオブが好ましい。これらは、単独、あるいは2種以上の混合で使用しても構わない。これらの半導体の結晶型は特に限定されるものではなく、単結晶でも多結晶でも、あるいは非晶質でも構わない。
前記半導体粒子の一次粒子の平均粒径としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、1〜100nmが好ましく、5〜50nmがより好ましい。
また、前記平均粒径よりも大きい平均粒径の半導体粒子を混合あるいは積層して入射光を散乱させることにより、効率を向上させてもよい。この場合の平均粒径は50〜500nmが好ましい。
The semiconductor particles are not particularly limited, and known ones can be used. For example, a single semiconductor such as silicon or germanium, a compound semiconductor typified by a metal chalcogenide, or a compound having a perovskite structure is used. Can be mentioned.
Metal chalcogenides include titanium, tin, zinc, iron, tungsten, zirconium, hafnium, strontium, indium, cerium, yttrium, lanthanum, vanadium, niobium, or tantalum oxides, cadmium, zinc, lead, silver, antimony, bismuth. Sulfide, cadmium, lead selenide, cadmium telluride and the like.
Other compound semiconductors are preferably phosphides such as zinc, gallium, indium, cadmium, gallium arsenide, copper-indium-selenide, copper-indium-sulfide, and the like.
As the compound having a perovskite structure, strontium titanate, calcium titanate, sodium titanate, barium titanate, potassium niobate and the like are preferable.
Among these, oxide semiconductors are preferable, and titanium oxide, zinc oxide, tin oxide, and niobium oxide are particularly preferable. These may be used alone or in combination of two or more. The crystal type of these semiconductors is not particularly limited, and may be single crystal, polycrystal, or amorphous.
There is no restriction | limiting in particular as an average particle diameter of the primary particle of the said semiconductor particle, Although it can select suitably according to the objective, 1-100 nm is preferable and 5-50 nm is more preferable.
The efficiency may be improved by mixing or laminating semiconductor particles having an average particle size larger than the average particle size to scatter incident light. In this case, the average particle size is preferably 50 to 500 nm.

前記電子輸送層4の作製方法としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、スパッタリング等の真空中で薄膜を形成する方法、湿式製膜法などが挙げられる。
これらの中でも、製造コストの観点から、湿式製膜法が好ましく、前記半導体粒子の粉末あるいはゾルを分散したペーストを調製し、電子集電電極基板としての前記第一の電極2上、あるいは前記ホールブロッキング層3上に塗布する方法がより好ましい。
前記湿式製膜法としては、特に制限はなく、公知の方法を用いることができ、例えば、ディップ法、スプレー法、ワイヤーバー法、スピンコート法、ローラーコート法、ブレードコート法、グラビアコート法などが挙げられる。更に、湿式印刷方法としては、例えば、凸版、オフセット、グラビア、凹版、ゴム版、スクリーン印刷などの様々な方法を用いることができる。
There is no restriction | limiting in particular as a preparation method of the said electron carrying layer 4, According to the objective, it can select suitably, For example, the method of forming a thin film in vacuum, such as sputtering, the wet film forming method etc. are mentioned.
Among these, from the viewpoint of production cost, a wet film forming method is preferable, a paste in which the powder or sol of the semiconductor particles is dispersed is prepared, and the hole on the first electrode 2 as the electron collector electrode substrate or the hole is prepared. The method of apply | coating on the blocking layer 3 is more preferable.
The wet film forming method is not particularly limited, and a known method can be used. For example, a dipping method, a spray method, a wire bar method, a spin coating method, a roller coating method, a blade coating method, a gravure coating method, etc. Is mentioned. Furthermore, as a wet printing method, for example, various methods such as letterpress, offset, gravure, intaglio, rubber plate, and screen printing can be used.

前記半導体粒子の分散液を、ミルなどを用いて機械的粉砕して作製する場合、少なくとも前記半導体粒子単独、又は前記半導体粒子と樹脂の混合物を溶媒に分散して形成される。
前記樹脂としては、例えば、スチレン、酢酸ビニル、アクリル酸エステル、メタクリル酸エステル等によるビニル化合物の重合体や共重合体、シリコン樹脂、フェノキシ樹脂、ポリスルホン樹脂、ポリビニルブチラール樹脂、ポリビニルホルマール樹脂、ポリエステル樹脂、セルロースエステル樹脂、セルロースエーテル樹脂、ウレタン樹脂、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリアリレート樹脂、ポリアミド樹脂、ポリイミド樹脂等が挙げられる。これらは、1種単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。
前記溶媒としては、例えば、水、メタノール、エタノール、イソプロピルアルコール、α−テルピネオール等のアルコール系溶媒、アセトン、メチルエチルケトン、あるいはメチルイソブチルケトン等のケトン系溶媒、ギ酸エチル、酢酸エチル、あるいは酢酸n−ブチル等のエステル系溶媒、ジエチルエーテル、ジメトキシエタン、テトラヒドロフラン、ジオキソラン、あるいはジオキサン等のエーテル系溶媒、N,N−ジメチルホルムアミド、N,N−ジメチルアセトアミド、あるいはN−メチル−2−ピロリドン等のアミド系溶媒、ジクロロメタン、クロロホルム、ブロモホルム、ヨウ化メチル、ジクロロエタン、トリクロロエタン、トリクロロエチレン、クロロベンゼン、o−ジクロロベンゼン、フルオロベンゼン、ブロモベンゼン、ヨードベンゼン、あるいは1−クロロナフタレン等のハロゲン化炭化水素系溶媒、n−ペンタン、n−ヘキサン、n−オクタン、1,5−ヘキサジエン、シクロヘキサン、メチルシクロヘキサン、シクロヘキサジエン、ベンゼン、トルエン、o−キシレン、m−キシレン、p−キシレン、エチルベンゼン、あるいはクメン等の炭化水素系溶媒を挙げることができる。これらは、1種単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。
前記半導体粒子の分散液、あるいはゾル−ゲル法等によって得られた前記半導体粒子のペーストは、粒子の再凝集を防ぐため、塩酸、硝酸、酢酸等の酸、ポリオキシエチレン(10)オクチルフェニルエーテル等の界面活性剤、アセチルアセトン、2−アミノエタノール、エチレンジアミン等のキレート化剤等を添加してもよい。
また、製膜性を向上させる目的で増粘剤を添加することも有効な手段である。
前記増粘剤としては、例えば、ポリエチレングリコール、ポリビニルアルコール等の高分子、エチルセルロース等が挙げられる。
When the semiconductor particle dispersion is prepared by mechanical pulverization using a mill or the like, it is formed by dispersing at least the semiconductor particles alone or a mixture of the semiconductor particles and the resin in a solvent.
Examples of the resin include polymers and copolymers of vinyl compounds such as styrene, vinyl acetate, acrylic acid ester, and methacrylic acid ester, silicon resin, phenoxy resin, polysulfone resin, polyvinyl butyral resin, polyvinyl formal resin, and polyester resin. , Cellulose ester resin, cellulose ether resin, urethane resin, phenol resin, epoxy resin, polycarbonate resin, polyarylate resin, polyamide resin, polyimide resin and the like. These may be used individually by 1 type and may use 2 or more types together.
Examples of the solvent include alcohol solvents such as water, methanol, ethanol, isopropyl alcohol, and α-terpineol, ketone solvents such as acetone, methyl ethyl ketone, and methyl isobutyl ketone, ethyl formate, ethyl acetate, and n-butyl acetate. Ester solvents such as diethyl ether, dimethoxyethane, tetrahydrofuran, dioxolane, or dioxane, amides such as N, N-dimethylformamide, N, N-dimethylacetamide, or N-methyl-2-pyrrolidone Solvent, dichloromethane, chloroform, bromoform, methyl iodide, dichloroethane, trichloroethane, trichloroethylene, chlorobenzene, o-dichlorobenzene, fluorobenzene, bromobenzene, Halogenated hydrocarbon solvents such as 1-chloronaphthalene, n-pentane, n-hexane, n-octane, 1,5-hexadiene, cyclohexane, methylcyclohexane, cyclohexadiene, benzene, toluene, o-xylene, Examples thereof include hydrocarbon solvents such as m-xylene, p-xylene, ethylbenzene, and cumene. These may be used individually by 1 type and may use 2 or more types together.
In order to prevent re-aggregation of the particles, the semiconductor particle paste obtained by the dispersion of the semiconductor particles or the sol-gel method is prepared by using an acid such as hydrochloric acid, nitric acid, acetic acid, or polyoxyethylene (10) octylphenyl ether. A surfactant such as acetylacetone, a chelating agent such as 2-aminoethanol, and ethylenediamine may be added.
It is also an effective means to add a thickener for the purpose of improving the film forming property.
Examples of the thickener include polymers such as polyethylene glycol and polyvinyl alcohol, and ethyl cellulose.

前記半導体粒子は、塗布した後に粒子同士を電子的にコンタクトさせ、膜強度の向上や基板との密着性を向上させるために焼成、マイクロ波照射、電子線照射、あるいはレーザー光照射を行なうことが好ましい。これらの処理は、1種単独で行ってもよく、2種類以上組み合わせて行ってもよい。
前記半導体粒子を焼成する場合、焼成温度としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、温度を上げ過ぎると基板の抵抗が高くなったり、溶融したりすることがある点で、30℃以上700℃以下が好ましく、100℃以上600℃以下がより好ましい。また、焼成時間としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、10分間以上10時間以下が好ましい。
前記半導体粒子をマイクロ波照射する場合、前記電子輸送層4が形成されている面側から照射してもよく、前記電子輸送層が形成されていない面側から照射してもよい。照射時間としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、1時間以下が好ましい。
前記半導体粒子の焼成後、前記半導体粒子の表面積の増大や、後述する光増感化合物から半導体粒子への電子注入効率を高める目的で、例えば、四塩化チタンの水溶液や有機溶剤との混合溶液を用いた化学メッキや三塩化チタン水溶液を用いた電気化学的メッキ処理を行ってもよい。
直径が数十nmの前記半導体粒子を焼結等によって積層した膜は、多孔質状態を形成する。このナノ多孔構造は、非常に高い表面積を有し、その表面積はラフネスファクターを用いて表わすことができる。
前記ラフネスファクターは、基板に塗布した半導体粒子の面積に対する多孔質内部の実面積を表わす数値である。したがって、前記ラフネスファクターとしては、大きいほど好ましいが、前記電子輸送層4の平均厚みとの関係から、20以上が好ましい。
The semiconductor particles may be subjected to firing, microwave irradiation, electron beam irradiation, or laser beam irradiation in order to bring the particles into electronic contact with each other after coating and to improve film strength and adhesion to the substrate. preferable. These treatments may be performed singly or in combination of two or more.
When firing the semiconductor particles, the firing temperature is not particularly limited and may be appropriately selected depending on the intended purpose. However, if the temperature is raised excessively, the resistance of the substrate may increase or melt. In this respect, 30 ° C. or higher and 700 ° C. or lower is preferable, and 100 ° C. or higher and 600 ° C. or lower is more preferable. Moreover, there is no restriction | limiting in particular as baking time, Although it can select suitably according to the objective, 10 minutes or more and 10 hours or less are preferable.
When the semiconductor particles are irradiated with microwaves, the semiconductor particles may be irradiated from the surface side where the electron transport layer 4 is formed, or may be irradiated from the surface side where the electron transport layer is not formed. There is no restriction | limiting in particular as irradiation time, Although it can select suitably according to the objective, 1 hour or less is preferable.
For the purpose of increasing the surface area of the semiconductor particles after firing the semiconductor particles and increasing the efficiency of electron injection from the photosensitizing compound described later to the semiconductor particles, for example, an aqueous solution of titanium tetrachloride or a mixed solution with an organic solvent is used. Chemical plating used or electrochemical plating using a titanium trichloride aqueous solution may be performed.
A film in which the semiconductor particles having a diameter of several tens of nm are stacked by sintering or the like forms a porous state. This nanoporous structure has a very high surface area, which can be expressed using a roughness factor.
The roughness factor is a numerical value representing the actual area inside the porous with respect to the area of the semiconductor particles applied to the substrate. Therefore, the roughness factor is preferably as large as possible, but is preferably 20 or more from the relationship with the average thickness of the electron transport layer 4.

<光増感化合物>
光電変換効率の更なる向上のため、光増感化合物5を前記電子輸送層4の表面に吸着させてもよい。
前記光増感化合物5は、使用される励起光により光励起される化合物であれば特に制限はなく、公知のものを用いることができ、具体的には以下の化合物が挙げられる。
特表平7−500630号公報、特開平10−233238号公報、特開2000−26487号公報、特開2000−323191号公報、特開2001−59062号公報等に記載の金属錯体化合物、特開平10−93118号公報、特開2002−164089号公報、特開2004−95450号公報、J.Phys.Chem.C,7224,Vol.111(2007)等に記載のクマリン化合物、特開2004−95450号公報、Chem.Commun.,4887(2007)等に記載のポリエン化合物、特開2003−264010号公報、特開2004−63274号公報、特開2004−115636号公報、特開2004−200068号、特開2004−235052号公報、J.Am.Chem.Soc.,12218,Vol.126(2004)、Chem.Commun.,3036(2003)、Angew.Chem.Int.Ed.,1923,Vol.47(2008)等に記載のインドリン化合物、J.Am.Chem.Soc.,16701,Vol.128(2006)、J.Am.Chem.Soc.,14256,Vol.128(2006)等に記載のチオフェン化合物、特開平11−86916号公報、特開平11−214730号公報、特開2000−106224号公報、特開2001−76773号公報、特開2003−7359号公報等に記載のシアニン色素、特開平11−214731号公報、特開平11−238905号公報、特開2001−52766号公報、特開2001−76775号公報、特開2003−7360号等に記載メロシアニン色素、特開平10−92477号公報、特開平11−273754号公報、特開平11−273755号公報、特開2003−31273号等に記載の9−アリールキサンテン化合物、特開平10−93118号公報、特開2003−31273号等に記載のトリアリールメタン化合物、特開平9−199744号公報、特開平10−233238号公報、特開平11−204821号公報、特開平11−265738号、J.Phys.Chem.,2342,Vol.91(1987)、J.Phys.Chem.B,6272,Vol.97(1993)、Electroanal.Chem.,31,Vol.537(2002)、特開2006−032260号公報、J.Porphyrins Phthalocyanines,230,Vol.3(1999)、Angew.Chem.Int.Ed.,373,Vol.46(2007)、Langmuir,5436,Vol.24(2008)等に記載のフタロシアニン化合物、ポルフィリン化合物等を挙げることができる。これらの中でも、金属錯体化合物、クマリン化合物、ポリエン化合物、インドリン化合物、チオフェン化合物を用いることが好ましく、三菱製紙株式会社製の下記構造式(1)で表されるD131、下記構造式(2)で表されるD102、下記構造式(3)で表されるD358がより好ましい。
<Photosensitizing compound>
In order to further improve the photoelectric conversion efficiency, the photosensitizing compound 5 may be adsorbed on the surface of the electron transport layer 4.
The photosensitizing compound 5 is not particularly limited as long as it is a compound that is photoexcited by the excitation light used, and known compounds can be used, and specific examples include the following compounds.
The metal complex compounds described in JP-T-7-500630, JP-A-10-233238, JP-A 2000-26487, JP-A 2000-323191, JP-A 2001-59062, etc. 10-93118, JP-A No. 2002-164089, JP-A No. 2004-95450, J. Pat. Phys. Chem. C, 7224, Vol. 111 (2007), etc., JP 2004-95450 A, Chem. Commun. , 4887 (2007), etc., JP-A No. 2003-264010, JP-A No. 2004-63274, JP-A No. 2004-115636, JP-A No. 2004-200068, JP-A No. 2004-235052. J. et al. Am. Chem. Soc. , 12218, Vol. 126 (2004), Chem. Commun. , 3036 (2003), Angew. Chem. Int. Ed. , 1923, Vol. 47 (2008), etc .; Am. Chem. Soc. 16701, Vol. 128 (2006), J.M. Am. Chem. Soc. , 14256, Vol. 128 (2006), JP-A-11-86916, JP-A-11-214730, JP-A-2000-106224, JP-A-2001-76773, JP-A-2003-7359. And the merocyanine dyes described in JP-A-11-214731, JP-A-11-238905, JP-A-2001-52766, JP-A-2001-76775, JP-A-2003-7360, etc. 9-arylxanthene compounds described in JP-A-10-92477, JP-A-11-273754, JP-A-11-273755, JP-A-2003-3273, etc., JP-A-10-93118, Triarylmethane compounds described in Japanese Unexamined Patent Publication No. 2003-31273, JP-A-9- 99744, JP-A No. 10-233238, JP-A No. 11-204821, JP-A No. 11-265738, J. Phys. Chem. , 2342, Vol. 91 (1987), J. MoI. Phys. Chem. B, 6272, Vol. 97 (1993), Electroanaly. Chem. , 31, Vol. 537 (2002), JP-A-2006-032260, J. Pat. Porphyrins Phthalocyanines, 230, Vol. 3 (1999), Angew. Chem. Int. Ed. , 373, Vol. 46 (2007), Langmuir, 5436, Vol. 24 (2008) etc., and the phthalocyanine compound, porphyrin compound, etc. can be mentioned. Among these, it is preferable to use a metal complex compound, a coumarin compound, a polyene compound, an indoline compound, and a thiophene compound. D131 represented by the following structural formula (1) manufactured by Mitsubishi Paper Industries, Ltd., and the following structural formula (2) D102 represented, and D358 represented by the following structural formula (3) are more preferable.

Figure 2018006622
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Figure 2018006622
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前記電子輸送層4に光増感化合物5を吸着させる方法としては、光増感化合物溶液中あるいは分散液中に前記電子輸送層4を有する電子集電電極を浸漬する方法、光増感化合物溶液中あるいは分散液を前記電子輸送層4に塗布して吸着させる方法などを用いることができる。
光増感化合物溶液中あるいは分散液中に前記電子輸送層4を有する電子集電電極を浸漬する方法の場合、浸漬法、ディップ法、ローラ法、エアーナイフ法などを用いることができる。
光増感化合物溶液中あるいは分散液を前記電子輸送層4に塗布して吸着させる方法の場合は、ワイヤーバー法、スライドホッパー法、エクストルージョン法、カーテン法、スピン法、スプレー法等を用いることができる。
また、二酸化炭素などを用いた超臨界流体中で吸着させてもよい。
前記光増感化合物5を前記電子輸送層4に吸着させる際に、縮合剤を併用してもよい。
前記縮合剤としては、前記電子輸送層表面に物理的あるいは化学的に前記光増感化合物を結合させるような触媒的作用をするもの、または化学量論的に作用し、化学平衡を有利に移動させるものの何れであってもよい。
更に、縮合助剤としてチオールやヒドロキシ化合物を添加してもよい。
As a method of adsorbing the photosensitizing compound 5 to the electron transport layer 4, a method of immersing an electron current collecting electrode having the electron transport layer 4 in a photosensitizing compound solution or a dispersion, a photosensitizing compound solution For example, a method of applying the medium or the dispersion liquid to the electron transport layer 4 and adsorbing it can be used.
In the case of dipping the electron current collecting electrode having the electron transport layer 4 in a photosensitizing compound solution or dispersion, a dipping method, a dipping method, a roller method, an air knife method, or the like can be used.
In the case of a method in which a photosensitizing compound solution or dispersion is applied to the electron transport layer 4 and adsorbed, a wire bar method, a slide hopper method, an extrusion method, a curtain method, a spin method, a spray method, or the like is used. Can do.
Further, it may be adsorbed in a supercritical fluid using carbon dioxide or the like.
When adsorbing the photosensitizing compound 5 to the electron transport layer 4, a condensing agent may be used in combination.
The condensing agent has a catalytic action that physically or chemically binds the photosensitizing compound to the surface of the electron transport layer, or acts stoichiometrically to favorably move the chemical equilibrium. Any of those to be made may be used.
Furthermore, a thiol or a hydroxy compound may be added as a condensation aid.

前記光増感化合物を溶解、又は分散する溶媒としては、例えば、水、メタノール、エタノール、あるいはイソプロピルアルコール等のアルコール系溶媒、アセトン、メチルエチルケトン、あるいはメチルイソブチルケトン等のケトン系溶媒、ギ酸エチル、酢酸エチル、あるいは酢酸n−ブチル等のエステル系溶媒、ジエチルエーテル、ジメトキシエタン、テトラヒドロフラン、ジオキソラン、あるいはジオキサン等のエーテル系溶媒、N,N−ジメチルホルムアミド、N,N−ジメチルアセトアミド、あるいはN−メチル−2−ピロリドン等のアミド系溶媒、ジクロロメタン、クロロホルム、ブロモホルム、ヨウ化メチル、ジクロロエタン、トリクロロエタン、トリクロロエチレン、クロロベンゼン、o−ジクロロベンゼン、フルオロベンゼン、ブロモベンゼン、ヨードベンゼン、あるいは1−クロロナフタレン等のハロゲン化炭化水素系溶媒、n−ペンタン、n−ヘキサン、n−オクタン、1,5−ヘキサジエン、シクロヘキサン、メチルシクロヘキサン、シクロヘキサジエン、ベンゼン、トルエン、o−キシレン、m−キシレン、p−キシレン、エチルベンゼン、あるいはクメン等の炭化水素系溶媒を挙げることができる。これらは、1種単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。
前記光増感化合物は、その種類によっては化合物間の凝集を抑制した方がより効果的に働くものが存在するため、凝集解離剤を併用してもよい。
前記凝集解離剤としては、特に制限はなく、用いる光増感化合物に対して適宜選択することができるが、コール酸、ケノデオキシコール酸などのステロイド化合物、長鎖アルキルカルボン酸または長鎖アルキルホスホン酸が好ましい。
前記凝集解離剤の添加量は、光増感化合物1質量部に対して0.01質量部以上500質量部以下が好ましく、0.1質量部以上100質量部以下がより好ましい。
前記電子輸送層4に、前記光増感化合物、又は、前記光増感化合物及び前記凝集解離剤を吸着させる際の温度としては、−50℃以上200℃以下が好ましい。
吸着時間としては、5秒間以上1,000時間以下が好ましく、10秒間以上500時間以下がより好ましく、1分間以上150時間が更に好ましい。
前記吸着は、暗所で行うことが好ましい。また、前記吸着は、静置して行ってもよく、攪拌しながら行ってもよい。
前記攪拌は、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、スターラー、ボールミル、ペイントコンディショナー、サンドミル、アトライター、ディスパーザー、超音波分散などを用いた方法が挙げられる。
Examples of the solvent for dissolving or dispersing the photosensitizing compound include water, methanol, ethanol, alcohol solvents such as isopropyl alcohol, ketone solvents such as acetone, methyl ethyl ketone, and methyl isobutyl ketone, ethyl formate, acetic acid, and the like. Ester solvents such as ethyl or n-butyl acetate, ether solvents such as diethyl ether, dimethoxyethane, tetrahydrofuran, dioxolane, or dioxane, N, N-dimethylformamide, N, N-dimethylacetamide, or N-methyl- Amide solvents such as 2-pyrrolidone, dichloromethane, chloroform, bromoform, methyl iodide, dichloroethane, trichloroethane, trichloroethylene, chlorobenzene, o-dichlorobenzene, fluorobenze , Halogenated hydrocarbon solvents such as bromobenzene, iodobenzene or 1-chloronaphthalene, n-pentane, n-hexane, n-octane, 1,5-hexadiene, cyclohexane, methylcyclohexane, cyclohexadiene, benzene, toluene , Hydrocarbon solvents such as o-xylene, m-xylene, p-xylene, ethylbenzene, and cumene. These may be used individually by 1 type and may use 2 or more types together.
Depending on the type of the photosensitizing compound, there are compounds that work more effectively when the aggregation between the compounds is suppressed. Therefore, an aggregating and dissociating agent may be used in combination.
The aggregating / dissociating agent is not particularly limited and may be appropriately selected depending on the photosensitizing compound to be used. A steroid compound such as cholic acid or chenodeoxycholic acid, a long-chain alkyl carboxylic acid or a long-chain alkyl phosphonic acid may be used. preferable.
The addition amount of the aggregating and dissociating agent is preferably 0.01 parts by mass or more and 500 parts by mass or less, and more preferably 0.1 parts by mass or more and 100 parts by mass or less with respect to 1 part by mass of the photosensitizing compound.
The temperature for adsorbing the photosensitizing compound, or the photosensitizing compound and the aggregation / dissociation agent to the electron transport layer 4 is preferably −50 ° C. or higher and 200 ° C. or lower.
The adsorption time is preferably from 5 seconds to 1,000 hours, more preferably from 10 seconds to 500 hours, and even more preferably from 1 minute to 150 hours.
The adsorption is preferably performed in a dark place. Moreover, the said adsorption | suction may be performed still and may be performed, stirring.
The stirring is not particularly limited and may be appropriately selected depending on the intended purpose. Examples thereof include a method using a stirrer, ball mill, paint conditioner, sand mill, attritor, disperser, ultrasonic dispersion and the like.

<ホール輸送層>
ホール輸送層6の材料としては、例えば、酸化還元対を有機溶媒に溶解した電解液、酸化還元対を有機溶媒に溶解した液体をポリマーマトリックスに含浸したゲル電解質、酸化還元対を含有する溶融塩、固体電解質、無機ホール輸送材料、有機ホール輸送材料などが挙げられる。これらの中でも、有機ホール輸送材料が好ましい。
なお、以下、有機ホール輸送材料を例として説明する箇所があるが、これに限られるものではない。
前記ホール輸送層6は、単一材料からなる単層構造でもよく、複数の化合物からなる積層構造でもよい。前記ホール輸送層が積層構造の場合、前記第二の電極7に近い前記ホール輸送層に高分子材料を用いることが好ましい。製膜性に優れる高分子材料を用いることで多孔質状の電子輸送層4の表面をより平滑化することができ、光電変換特性を向上することができる。
また、前記高分子材料は、多孔質状の前記電子輸送層内部へ浸透しにくいことから、多孔質状の前記電子輸送層表面の被覆に優れ、電極を設ける際の短絡防止にも効果を発揮するため、より高い性能を得ることが可能となる。
<Hole transport layer>
Examples of the material for the hole transport layer 6 include an electrolytic solution obtained by dissolving a redox couple in an organic solvent, a gel electrolyte obtained by impregnating a polymer matrix obtained by dissolving a redox couple in an organic solvent, and a molten salt containing the redox couple. , Solid electrolytes, inorganic hole transport materials, organic hole transport materials, and the like. Among these, an organic hole transport material is preferable.
In addition, although there exists a part demonstrated below as an example for an organic hole transport material, it is not restricted to this.
The hole transport layer 6 may have a single layer structure made of a single material or a laminated structure made of a plurality of compounds. When the hole transport layer has a laminated structure, it is preferable to use a polymer material for the hole transport layer close to the second electrode 7. By using a polymer material having excellent film forming properties, the surface of the porous electron transport layer 4 can be further smoothed, and the photoelectric conversion characteristics can be improved.
In addition, since the polymer material does not easily penetrate into the porous electron transport layer, it is excellent in covering the surface of the porous electron transport layer, and is effective in preventing a short circuit when an electrode is provided. Therefore, higher performance can be obtained.

前記ホール輸送層を単層構造としたときに用いられる有機ホール輸送材料としては、公知の有機ホール輸送性化合物が用いられる。
その具体例としては、特公昭34−5466号公報等に示されているオキサジアゾール化合物、特公昭45−555号公報等に示されているトリフェニルメタン化合物、特公昭52−4188号公報等に示されているピラゾリン化合物、特公昭55−42380号公報等に示されているヒドラゾン化合物、特開昭56−123544号公報等に示されているオキサジアゾール化合物、特開昭54−58445号公報に示されているテトラアリールベンジジン化合物、特開昭58−65440号公報あるいは特開昭60−98437号公報に示されているスチルベン化合物等を挙げることができる。
As the organic hole transport material used when the hole transport layer has a single layer structure, a known organic hole transport compound is used.
Specific examples thereof include oxadiazole compounds disclosed in Japanese Patent Publication No. 34-5466, triphenylmethane compounds disclosed in Japanese Patent Publication No. 45-555, Japanese Patent Publication No. 52-4188, and the like. Pyrazoline compounds shown in JP-A-55-42380, hydrazone compounds shown in JP-A-56-123544, oxadiazole compounds shown in JP-A-56-123544, etc., JP-A-54-58445 Examples thereof include tetraarylbenzidine compounds disclosed in Japanese Laid-Open Patent Publications, and stilbene compounds disclosed in Japanese Patent Laid-Open Nos. 58-65440 and 60-98437.

有機ホール輸送材料としては、下記一般式 (3)で表される有機ホール輸送材料が好ましい。下記一般式 (3)で表される有機ホール輸送材料は、ホール輸送層6全体に対し、32〜99質量%含まれるのが好ましく、71〜92質量%含まれるのがさらに好ましい。   As the organic hole transport material, an organic hole transport material represented by the following general formula (3) is preferable. The organic hole transport material represented by the following general formula (3) is preferably contained in an amount of 32 to 99% by mass, and more preferably 71 to 92% by mass with respect to the entire hole transport layer 6.

Figure 2018006622
Figure 2018006622

(式中、Rは、水素原子もしくはメチル基を表す。) (In the formula, R 3 represents a hydrogen atom or a methyl group.)

中でも、Rが水素原子である、Adv.Mater.,813,vol.17,(2005)に記載のホール輸送材料(2,2’,7,7’−tetrakis(N,N−di−p−methoxyphenylamino)−9,9’−spirobifluorene:spiro−OMeTAD)が好ましく、Rがメチル基である非特許文献1に記載のホール輸送材料(HTM1)がより好ましい。
前記spiro−OMeTADは、高いホール移動度を有している他に、2つのベンジジン骨格分子が捻れて結合している。このため、球状に近い電子雲を形成しており、分子間におけるホッピング伝導性が良好であることにより優れた光電変換特性を示す。また可溶性も高く各種有機溶媒に溶解し、アモルファス(結晶構造をもたない無定形物質)であるため、多孔質状の前記電子輸送層に密に充填されやすく、固体型色素増感型太陽電池にとって有用な特性を有している。更に、450nm以上の光吸収特性を有さないために、前記光増感化合物に効率的に光吸収をさせることができ、固体型色素増感型太陽電池にとって有用な特性を有している。
また、前記HTM1は、分子骨格中にアルキル基を導入することにより、立体障害を大きくすることで高温環境下での結晶化を抑制できるなど有用な特性を有している。
ホール輸送層6の平均厚みとしては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、多孔質状の電子輸送層の細孔に入り込んだ構造を有することが好ましく、前記電子輸送層上に0.01μm以上が好ましく、0.1μm以上10μm以下がより好ましい。
Among them, Adv., Wherein R 3 is a hydrogen atom. Mater. , 813, vol. 17, (2005), (2,2 ′, 7,7′-tetrakis (N, N-di-p-methoxyphenylamine) -9,9′-spirobifluorene: spiro-OMeTAD) is preferable, R The hole transport material (HTM1) described in Non-Patent Document 1 in which 3 is a methyl group is more preferable.
The spiro-OMeTAD has a high hole mobility, and two benzidine skeleton molecules are twisted and bonded. For this reason, an electron cloud close to a sphere is formed, and excellent photoelectric conversion characteristics are exhibited due to good hopping conductivity between molecules. In addition, since it is highly soluble and soluble in various organic solvents and is amorphous (amorphous substance having no crystal structure), it is easy to be densely packed in the porous electron transport layer, and is a solid type dye-sensitized solar cell Has useful properties. Further, since it does not have a light absorption characteristic of 450 nm or more, the photosensitizing compound can efficiently absorb light, and has a characteristic useful for a solid dye-sensitized solar cell.
The HTM1 has useful properties such as introduction of an alkyl group into the molecular skeleton to increase steric hindrance and thereby suppress crystallization in a high temperature environment.
The average thickness of the hole transport layer 6 is not particularly limited and may be appropriately selected depending on the intended purpose. However, the hole transport layer 6 preferably has a structure that enters the pores of the porous electron transport layer. The thickness is preferably 0.01 μm or more and more preferably 0.1 μm or more and 10 μm or less on the layer.

前記ホール輸送層6を積層構造としたときに用いられ、前記第二の電極7に近い位置に配置される高分子材料としては、公知のホール輸送性高分子材料が用いられる。
その具体例としては、例えば、ポリ(3−n−ヘキシルチオフェン)、ポリ(3−n−オクチルオキシチオフェン)、ポリ(9,9’−ジオクチル−フルオレン−コ−ビチオフェン)、ポリ(3,3’’’−ジドデシル−クォーターチオフェン)、ポリ(3,6−ジオクチルチエノ[3,2−b]チオフェン)、ポリ(2,5−ビス(3−デシルチオフェン−2−イル)チエノ[3,2−b]チオフェン)、ポリ(3,4−ジデシルチオフェン−コ−チエノ[3,2−b]チオフェン)、ポリ(3,6−ジオクチルチエノ[3,2−b]チオフェン−コ−チエノ[3,2−b]チオフェン)、ポリ(3,6−ジオクチルチエノ[3,2−b]チオフェン−コ−チオフェン)、ポリ(3.6−ジオクチルチエノ[3,2−b]チオフェン−コ−ビチオフェン)等のポリチオフェン化合物、
ポリ[2−メトキシー5−(2−エチルヘキシルオキシ)−1,4−フェニレンビニレン]、ポリ[2−メトキシー5−(3,7−ジメチルオクチルオキシ)−1,4−フェニレンビニレン]、ポリ[(2−メトキシ−5−(2−エチルフェキシルオキシ)−1,4−フェニレンビニレン)−コ−(4,4’−ビフェニレンービニレン)]等のポリフェニレンビニレン化合物、
ポリ(9,9’−ジドデシルフルオレニル−2,7−ジイル)、ポリ[(9,9−ジオクチル−2,7−ジビニレンフルオレン)−alt−コ−(9,10−アントラセン)]、ポリ[(9,9−ジオクチル−2,7−ジビニレンフルオレン)−alt−コ−(4,4’−ビフェニレン)]、ポリ[(9,9−ジオクチル−2,7−ジビニレンフルオレン)−alt−コ−(2−メトキシ−5−(2−エチルヘキシルオキシ)−1,4−フェニレン)]、ポリ[(9,9−ジオクチル−2,7−ジイル)−コ−(1,4−(2,5−ジヘキシルオキシ)ベンゼン)]等のポリフルオレン化合物、
ポリ[2,5−ジオクチルオキシ−1,4−フェニレン]、ポリ[2,5−ジ(2−エチルヘキシルオキシー1,4−フェニレン]等のポリフェニレン化合物、
ポリ[(9,9−ジオクチルフルオレニル−2,7−ジイル)−alt−コ−(N,N’−ジフェニル)−N,N’−ジ(p−ヘキシルフェニル)−1,4−ジアミノベンゼン]、ポリ[(9,9−ジオクチルフルオレニル−2,7−ジイル)−alt−コ−(N,N’−ビス(4−オクチルオキシフェニル)ベンジジン−N,N’−(1,4−ジフェニレン)]、ポリ[(N,N’−ビス(4−オクチルオキシフェニル)ベンジジン−N,N’−(1,4−ジフェニレン)]、ポリ[(N,N’−ビス(4−(2−エチルヘキシルオキシ)フェニル)ベンジジン−N,N’−(1,4−ジフェニレン)]、ポリ[フェニルイミノ−1,4−フェニレンビニレン−2,5−ジオクチルオキシ−1,4−フェニレンビニレン−1,4−フェニレン]、ポリ[p−トリルイミノ−1,4−フェニレンビニレン−2,5−ジ(2−エチルヘキシルオキシ)−1,4−フェニレンビニレン−1,4−フェニレン]、ポリ[4−(2−エチルヘキシルオキシ)フェニルイミノ−1,4−ビフェニレン]等のポリアリールアミン化合物、
ポリ[(9,9−ジオクチルフルオレニル−2,7−ジイル)−alt−コ−(1,4−ベンゾ(2,1’,3)チアジアゾール]、ポリ(3,4−ジデシルチオフェン−コ−(1,4−ベンゾ(2,1’,3)チアジアゾール)等のポリチアジアゾール化合物を挙げることができる。
これらの中でも、キャリア移動度やイオン化ポテンシャルの観点から、ポリチオフェン化合物及びポリアリールアミン化合物が特に好ましい。
A known hole transporting polymer material is used as the polymer material used when the hole transporting layer 6 has a laminated structure and disposed near the second electrode 7.
Specific examples thereof include, for example, poly (3-n-hexylthiophene), poly (3-n-octyloxythiophene), poly (9,9′-dioctyl-fluorene-co-bithiophene), poly (3,3 '''-Didodecyl-quarterthiophene), poly (3,6-dioctylthieno [3,2-b] thiophene), poly (2,5-bis (3-decylthiophen-2-yl) thieno [3,2 -B] thiophene), poly (3,4-didecylthiophene-co-thieno [3,2-b] thiophene), poly (3,6-dioctylthieno [3,2-b] thiophene-co-thieno [ 3,2-b] thiophene), poly (3,6-dioctylthieno [3,2-b] thiophene-co-thiophene), poly (3.6-dioctylthieno [3,2-b] thiophene-co- Bithio Polythiophene compounds such as phen),
Poly [2-methoxy-5- (2-ethylhexyloxy) -1,4-phenylenevinylene], poly [2-methoxy-5- (3,7-dimethyloctyloxy) -1,4-phenylenevinylene], poly [( 2-methoxy-5- (2-ethylhexyloxy) -1,4-phenylene vinylene) -co- (4,4′-biphenylene-vinylene)] and the like,
Poly (9,9′-didodecylfluorenyl-2,7-diyl), poly [(9,9-dioctyl-2,7-divinylenefluorene) -alt-co- (9,10-anthracene)] , Poly [(9,9-dioctyl-2,7-divinylenefluorene) -alt-co- (4,4′-biphenylene)], poly [(9,9-dioctyl-2,7-divinylenefluorene) -Alt-co- (2-methoxy-5- (2-ethylhexyloxy) -1,4-phenylene)], poly [(9,9-dioctyl-2,7-diyl) -co- (1,4- (2,5-dihexyloxy) benzene)] and the like,
Polyphenylene compounds such as poly [2,5-dioctyloxy-1,4-phenylene] and poly [2,5-di (2-ethylhexyloxy-1,4-phenylene];
Poly [(9,9-dioctylfluorenyl-2,7-diyl) -alt-co- (N, N′-diphenyl) -N, N′-di (p-hexylphenyl) -1,4-diamino Benzene], poly [(9,9-dioctylfluorenyl-2,7-diyl) -alt-co- (N, N′-bis (4-octyloxyphenyl) benzidine-N, N ′-(1, 4-diphenylene)], poly [(N, N′-bis (4-octyloxyphenyl) benzidine-N, N ′-(1,4-diphenylene)]], poly [(N, N′-bis (4- (2-Ethylhexyloxy) phenyl) benzidine-N, N ′-(1,4-diphenylene)], poly [phenylimino-1,4-phenylenevinylene-2,5-dioctyloxy-1,4-phenylenevinylene- 1,4-phenylene], poly p-tolylimino-1,4-phenylenevinylene-2,5-di (2-ethylhexyloxy) -1,4-phenylenevinylene-1,4-phenylene], poly [4- (2-ethylhexyloxy) phenylimino- 1,4-biphenylene] and other polyarylamine compounds,
Poly [(9,9-dioctylfluorenyl-2,7-diyl) -alt-co- (1,4-benzo (2,1 ′, 3) thiadiazole], poly (3,4-didecylthiophene- Mention may be made of polythiadiazole compounds such as co- (1,4-benzo (2,1 ′, 3) thiadiazole).
Among these, polythiophene compounds and polyarylamine compounds are particularly preferable from the viewpoint of carrier mobility and ionization potential.

また、前記有機ホール輸送材料に各種添加剤を加えてもよい。
前記添加剤としては、ヨウ素、ヨウ化リチウム、ヨウ化ナトリウム、ヨウ化カリウム、ヨウ化セシウム、ヨウ化カルシウム、ヨウ化銅、ヨウ化鉄、ヨウ化銀等の金属ヨウ化物、
ヨウ化テトラアルキルアンモニウム、ヨウ化ピリジニウム等の4級アンモニウム塩、臭化リチウム、臭化ナトリウム、臭化カリウム、臭化セシウム、臭化カルシウム等の金属臭化物、
臭化テトラアルキルアンモニウム、臭化ピリジニウム等の4級アンモニウム化合物の臭素塩、
塩化銅、塩化銀等の金属塩化物、酢酸銅、酢酸銀、酢酸パラジウム等の酢酸金属塩、
硫酸銅、硫酸亜鉛等の金属硫酸塩、フェロシアン酸塩−フェリシアン酸塩、フェロセン−フェリシニウムイオン等の金属錯体、
ポリ硫化ナトリウム、アルキルチオール−アルキルジスルフィド等のイオウ化合物、
ビオロゲン色素、ヒドロキノン等、ヨウ化1,2−ジメチル−3−n−プロピルイミダゾイニウム塩、ヨウ化1−メチル−3−n−ヘキシルイミダゾリニウム塩、1,2−ジメチル−3−エチルイミダゾリウムトリフロオロメタンスルホン酸塩、1−メチル−3−ブチルイミダゾリウムノナフルオロブチルスルホン酸塩、1−メチル−3−エチルイミダゾリウムビス(トリフルオロメチル)スルホニルイミド等のInorg.Chem.35(1996)1168に記載のイオン液体、ピリジン、4−t−ブチルピリジン、ベンズイミダゾール等の塩基性化合物、
リチウムトリフルオロメタンスルホニルイミド、リチウムジイソプロピルイミド等のイオン性化合物を挙げることができる。
前記塩基性化合物は主に電子輸送層近傍の界面に存在すると考えられ、電子輸送層からの逆電子移動 (電子輸送層からホール輸送層への電子移動)を抑制していると考えられる。また、前記イオン性化合物のカチオンは主に電子輸送層近傍の界面に存在すると考えられ、アニオンはホール輸送層中にドープされていると考えられる。高温環境下においては、ホール輸送層自体の結晶化の制御とともに、ホール輸送層と電子輸送層(及び光増感化合物)の接触界面の制御も重要である。接触界面での短絡や抵抗の増加、結晶化によるホール伝導経路の欠陥などにより、電圧の低下が引き起こさせると考えられる。
Various additives may be added to the organic hole transport material.
Examples of the additive include iodine, lithium iodide, sodium iodide, potassium iodide, cesium iodide, calcium iodide, copper iodide, iron iodide, silver iodide and other metal iodides,
Quaternary ammonium salts such as tetraalkylammonium iodide, pyridinium iodide, metal bromides such as lithium bromide, sodium bromide, potassium bromide, cesium bromide, calcium bromide,
Bromine salts of quaternary ammonium compounds such as tetraalkylammonium bromide and pyridinium bromide,
Metal chlorides such as copper chloride and silver chloride, metal acetates such as copper acetate, silver acetate and palladium acetate,
Metal sulfates such as copper sulfate and zinc sulfate, metal complexes such as ferrocyanate-ferricyanate, ferrocene-ferricinium ion,
Sulfur compounds such as sodium polysulfide, alkylthiol-alkyldisulfides,
Viologen dye, hydroquinone, 1,2-dimethyl-3-n-propylimidazolinium iodide, 1-methyl-3-n-hexylimidazolinium iodide, 1,2-dimethyl-3-ethylimidazo Inorg. Such as lithium trifluoromethanesulfonate, 1-methyl-3-butylimidazolium nonafluorobutylsulfonate, 1-methyl-3-ethylimidazolium bis (trifluoromethyl) sulfonylimide. Chem. 35 (1996) 1168, basic compounds such as pyridine, 4-t-butylpyridine, benzimidazole,
Examples include ionic compounds such as lithium trifluoromethanesulfonylimide and lithium diisopropylimide.
The basic compound is considered to exist mainly at the interface in the vicinity of the electron transport layer, and is considered to suppress reverse electron transfer from the electron transport layer (electron transfer from the electron transport layer to the hole transport layer). The cation of the ionic compound is considered to be mainly present at the interface near the electron transport layer, and the anion is considered to be doped in the hole transport layer. In a high temperature environment, control of the contact interface between the hole transport layer and the electron transport layer (and the photosensitizing compound) is important as well as control of crystallization of the hole transport layer itself. It is thought that the voltage drop is caused by a short circuit at the contact interface, an increase in resistance, a defect in the hole conduction path due to crystallization, and the like.

本発明においては、前記ホール輸送層6に、添加剤として下記一般式(1)で表される塩基性化合物Aと下記一般式(2)で表されるイオン性化合物Bを添加することが好ましい。これにより、光電変換素子における内部抵抗が高くなるため、室内光等の微弱光における損失電流を低減することができ、より高い開放電圧を得られると共に、高温環境下においては前記ホール輸送層の結晶化が抑制され、前記電子輸送層とホール輸送層の接触界面も良好に保たれるため電圧の低下が抑えられる点で有利である。   In the present invention, it is preferable to add to the hole transport layer 6 a basic compound A represented by the following general formula (1) and an ionic compound B represented by the following general formula (2) as additives. . As a result, the internal resistance of the photoelectric conversion element is increased, so that a loss current in weak light such as room light can be reduced, a higher open-circuit voltage can be obtained, and the crystal of the hole transport layer can be obtained in a high temperature environment. This is advantageous in that the reduction in voltage is suppressed because the contact interface between the electron transport layer and the hole transport layer is kept good.

Figure 2018006622
Figure 2018006622

式中、R、Rは、それぞれ独立に、アルキル基または芳香族炭化水素基を表し、同一または異なる基を表すか、若しくは、R、Rは互いに結合し、窒素原子を含む複素環基を表す。なお前記アルキル基、芳香族炭化水素基、複素環基は、置換基を有していてもよい。R、Rは窒素原子を含む複素環基が好ましく、特に窒素原子を含む5員環が好ましい。 In the formula, each of R 1 and R 2 independently represents an alkyl group or an aromatic hydrocarbon group, and represents the same or different group, or R 1 and R 2 are bonded to each other and contain a nitrogen atom. Represents a cyclic group. The alkyl group, aromatic hydrocarbon group, and heterocyclic group may have a substituent. R 1 and R 2 are preferably a heterocyclic group containing a nitrogen atom, and particularly preferably a 5-membered ring containing a nitrogen atom.

前記一般式(1)で表される塩基性化合物Aとしては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、下記構造式(1−1)から(1−9)で表される化合物などが挙げられる。   The basic compound A represented by the general formula (1) is not particularly limited and may be appropriately selected depending on the intended purpose. For example, in the following structural formulas (1-1) to (1-9) And the like.

Figure 2018006622
Figure 2018006622

なお、上記構造式の横に番号がある場合、該番号は独立行政法人科学技術振興機構が公開している化学物質データベース「日本化学物質辞書」中の化合物番号を意味する。   In addition, when there is a number next to the above structural formula, the number means a compound number in the chemical substance database “Japanese Chemical Substance Dictionary” published by the Japan Science and Technology Agency.

従来から、前記一般式(1)で表される塩基性化合物Aである前記構造式(1−1)で表される化合物自体は知られている。また、その一部の化合物は、ヨウ素電解液を用いた液体型色素増感型太陽電池においては、塩基性化合物として用いることが知られている。
しかし、ヨウ素電解液を用いた従来の液体型色素増感型太陽電池において前記塩基性化合物を用いると、開放電圧が高いが、短絡電流密度が大幅に減少し、光電変換特性は著しく悪化することが知られている。
Conventionally, the compound itself represented by the structural formula (1-1), which is the basic compound A represented by the general formula (1), is known. Some of these compounds are known to be used as basic compounds in liquid dye-sensitized solar cells using iodine electrolyte.
However, when the basic compound is used in a conventional liquid dye-sensitized solar cell using an iodine electrolyte, the open-circuit voltage is high, but the short-circuit current density is greatly reduced, and the photoelectric conversion characteristics are significantly deteriorated. It has been known.

前記ホール輸送層の材料として前記有機ホール輸送材料を用いた固体型色素増感型太陽電池において前記一般式(1)で表される塩基性化合物Aを用いると、短絡電流密度の低下量が少なく、高い開放電圧が得られることで、優れた光電変換特性を得ることができる。更に、報告例が少ない室内光等の微弱光における光電変換において、特に際立って優位性が現れる。   When the basic compound A represented by the general formula (1) is used in the solid dye-sensitized solar cell using the organic hole transport material as the material for the hole transport layer, the amount of decrease in the short circuit current density is small. Excellent photoelectric conversion characteristics can be obtained by obtaining a high open circuit voltage. Furthermore, in photoelectric conversion in weak light such as room light, which has few reports, a particularly significant advantage appears.

前記ホール輸送層における前記一般式(1)で表される塩基性化合物Aの含有量としては、前記有機ホール輸送材料100質量部に対して、1質量部以上20質量部以下であることが好ましく、5質量部以上15質量部以下であることがより好ましい。   The content of the basic compound A represented by the general formula (1) in the hole transport layer is preferably 1 part by mass or more and 20 parts by mass or less with respect to 100 parts by mass of the organic hole transport material. More preferably, they are 5 to 15 mass parts.

Figure 2018006622
Figure 2018006622

(式中、Xは対カチオンを表す。) (In the formula, X + represents a counter cation.)

前記一般式(2)で表されるイオン性化合物BのXとしては、イミダゾリウムやピロリジニウムなどの窒素を含む複素環化合物やLi、Na、Kなどのアルカリ金属等が好ましく、Liがより好ましい。   X in the ionic compound B represented by the general formula (2) is preferably a heterocyclic compound containing nitrogen such as imidazolium or pyrrolidinium, an alkali metal such as Li, Na, or K, and more preferably Li.

対カチオンとして複素環化合物を有するイオン性化合物Bとしては、例えば、1−エチル−3−メチルイミダゾリウムビス(フルオロスルホニル)イミド、1−メチル−1−プロピルピロリジウムビス(フルオロスルホニル)イミドなどが挙げられる。   Examples of the ionic compound B having a heterocyclic compound as a counter cation include 1-ethyl-3-methylimidazolium bis (fluorosulfonyl) imide, 1-methyl-1-propylpyrrolidinium bis (fluorosulfonyl) imide, and the like. Can be mentioned.

従来から、前記一般式(2)で表されるイオン性化合物B自体は知られており、中性の導電性有機物をイオン化させて導電性を向上させることを目的とし、添加剤として用いられることが報告されている(例えば、特開2014‐229359号公報参照)。
しかし、前記一般式(1)で表される塩基性化合物Aと併用せずに前記一般式(2)で表されるイオン性化合物Bを用いても、高温環境下においては前記電子輸送層4と前記ホール輸送層6の接触界面の制御が不十分であり、短絡や抵抗の増加を十分に抑制できない。
前記一般式(1)で表される塩基性化合物Aと前記一般式(2)で表されるイオン性化合物Bとを共に用いることにより、高温環境下において、前記ホール輸送層6の結晶化が抑制され、前記電子輸送層4とホール輸送層6の接触界面も良好に保たれるため電圧の低下が抑えられる。
Conventionally, the ionic compound B itself represented by the general formula (2) is known and used as an additive for the purpose of improving the conductivity by ionizing a neutral conductive organic substance. Has been reported (see, for example, JP-A-2014-229359).
However, even when the ionic compound B represented by the general formula (2) is used in combination with the basic compound A represented by the general formula (1), the electron transport layer 4 is used in a high temperature environment. In addition, the control of the contact interface between the hole transport layer 6 and the hole transport layer 6 is insufficient, and a short circuit and an increase in resistance cannot be sufficiently suppressed.
By using both the basic compound A represented by the general formula (1) and the ionic compound B represented by the general formula (2), the hole transport layer 6 can be crystallized in a high temperature environment. And the contact interface between the electron transport layer 4 and the hole transport layer 6 is kept good, so that the voltage drop can be suppressed.

前記ホール輸送層6における前記塩基性化合物Aと前記イオン性化合物Bのモル比は、A:B=1:0.1〜1:1であることが好ましく、A:B=1:0.1〜1:0.5であることがさらに好ましい。   The molar ratio of the basic compound A to the ionic compound B in the hole transport layer 6 is preferably A: B = 1: 0.1 to 1: 1, and A: B = 1: 0.1. More preferably, it is ˜1: 0.5.

また導電性を向上させる目的で、有機ホール輸送材料の一部をラジカルカチオンにするための酸化剤を添加しても構わない。
その酸化剤としては、ヘキサクロロアンチモン酸トリス(4−ブロモフェニル)アミニウム、ヘキサフルオロアンチモネート銀、ニトロソニウムテトラフルオボラート、硝酸銀、コバルト錯体系化合物等が挙げられる。
この酸化剤の添加によって全ての有機ホール輸送材料が酸化される必要はなく、一部のみが酸化されていればよい。また添加した酸化剤は添加した後、系外に取り出しても、取り出さなくてもよい。
Moreover, you may add the oxidizing agent for making a part of organic hole transport material into a radical cation for the purpose of improving electroconductivity.
Examples of the oxidizing agent include tris (4-bromophenyl) aminium hexachloroantimonate, silver hexafluoroantimonate, nitrosonium tetrafluorate, silver nitrate, and a cobalt complex compound.
It is not necessary for all organic hole transport materials to be oxidized by the addition of the oxidizing agent, and only a part of the hole transporting material needs to be oxidized. The added oxidizing agent may be taken out of the system after the addition or may not be taken out.

ホール輸送層6は光増感化合物をその表面に吸着した電子輸送層4の上に、直接ホール輸送層を形成する。ホール輸送層6の作製方法には特に制限はなく、真空蒸着等の真空中で薄膜を形成する方法や湿式製膜法が挙げられる。製造コスト等を考慮した場合、特に湿式製膜法が好ましく、電子輸送層4上に塗布する方法が好ましい。
この湿式製膜法を用いた場合、塗布方法は特に制限はなく、公知の方法にしたがって行なうことができる。例えば、ディップ法、スプレー法、ワイヤーバー法、スピンコート法、ローラーコート法、ブレードコート法、グラビアコート法、また、湿式印刷方法として、凸版、オフセット、グラビア、凹版、ゴム版、スクリーン印刷等様々な方法を用いることができる。また、超臨界流体あるいは臨界点より低い温度・圧力の亜臨界流体中で製膜してもよい。
The hole transport layer 6 forms a hole transport layer directly on the electron transport layer 4 having a photosensitizing compound adsorbed on its surface. There is no restriction | limiting in particular in the preparation methods of the hole transport layer 6, The method of forming a thin film in vacuum, such as vacuum deposition, and the wet film forming method are mentioned. In consideration of the manufacturing cost and the like, a wet film forming method is particularly preferable, and a method of coating on the electron transport layer 4 is preferable.
When this wet film-forming method is used, the coating method is not particularly limited and can be performed according to a known method. For example, dip method, spray method, wire bar method, spin coating method, roller coating method, blade coating method, gravure coating method, and wet printing methods such as relief printing, offset, gravure, intaglio printing, rubber printing, screen printing, etc. Can be used. Alternatively, the film may be formed in a supercritical fluid or a subcritical fluid having a temperature and pressure lower than the critical point.

前記超臨界流体は、気体と液体が共存できる限界(臨界点)を超えた温度・圧力領域において非凝集性高密度流体として存在し、圧縮しても凝集せず、臨界温度以上、かつ臨界圧力以上の状態にある流体である限り特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、臨界温度が低いものが好ましい。
超臨界流体としては、例えば、一酸化炭素、二酸化炭素、アンモニア、窒素、水、メタノール、エタノール、n−ブタノールなどのエルコール系溶媒、エタン、プロパン、2,3−ジメチルブタン、ベンゼン、トルエンなどの炭化水素系溶媒、塩化メチレン、クロロトリフロロメタンなどのハロゲン系溶媒、ジメチルエーテルなどのエーテル系溶媒が好適である。これらの中でも、二酸化炭素は、臨界圧力7.3MPa、臨界温度31℃であることから、容易に超臨界状態をつくり出せるともに、不燃性で取扱いが容易であり、特に好ましい。
また、これらの流体は、単独であっても二種以上の混合であっても構わない。
前記亜臨界流体としては、臨界点近傍の温度及び圧力領域において、高圧液体として存在する限り特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。
上述した超臨界流体として挙げられる化合物は、亜臨界流体としても好適に使用することができる。
超臨界流体の臨界温度及び臨界圧力は特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、臨界温度としては、−273℃以上300℃以下が好ましく、0℃以上200℃以下が特に好ましい。
さらに、上述の超臨界流体及び亜臨界流体に加え、有機溶媒やエントレーナーを併用することもできる。
有機溶媒及びエントレーナーの添加により、超臨界流体中での溶解度の調整をより容易に行なうことができる。
このような有機溶媒としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。
例えば、アセトン、メチルエチルケトン、あるいはメチルイソブチルケトン等のケトン系溶媒、
ギ酸エチル、酢酸エチル、あるいは酢酸n−ブチル等のエステル系溶媒、
ジイソプロピルエーテル、ジメトキシエタン、テトラヒドロフラン、ジオキソラン、あるいはジオキサン等のエーテル系溶媒、
N,N−ジメチルホルムアミド、N,N−ジメチルアセトアミド、あるいはN−メチル−2−ピロリドン等のアミド系溶媒、
ジクロロメタン、クロロホルム、ブロモホルム、ヨウ化メチル、ジクロロエタン、トリクロロエタン、トリクロロエチレン、クロロベンゼン、o−ジクロロベンゼン、フルオロベンゼン、ブロモベンゼン、ヨードベンゼン、あるいは1−クロロナフタレン等のハロゲン化炭化水素系溶媒、
n−ペンタン、n−ヘキサン、n−オクタン、1,5−ヘキサジエン、シクロヘキサン、メチルシクロヘキサン、シクロヘキサジエン、ベンゼン、トルエン、o−キシレン、m−キシレン、p−キシレン、エチルベンゼン、あるいはクメン等の炭化水素系溶媒などが挙げられる。
The supercritical fluid exists as a non-aggregating high-density fluid in a temperature / pressure region that exceeds the limit (critical point) at which gas and liquid can coexist, and does not aggregate even when compressed. As long as the fluid is in the above state, there is no particular limitation, and it can be appropriately selected according to the purpose.
Examples of the supercritical fluid include carbon monoxide, carbon dioxide, ammonia, nitrogen, water, methanol, ethanol, n-butanol and other ercol solvents, ethane, propane, 2,3-dimethylbutane, benzene, toluene and the like. Hydrocarbon solvents, halogen solvents such as methylene chloride and chlorotrifluoromethane, and ether solvents such as dimethyl ether are preferred. Among these, carbon dioxide is particularly preferable because it has a critical pressure of 7.3 MPa and a critical temperature of 31 ° C., so that it can easily create a supercritical state and is nonflammable and easy to handle.
These fluids may be used alone or in combination of two or more.
The subcritical fluid is not particularly limited as long as it exists as a high pressure liquid in a temperature and pressure region near the critical point, and can be appropriately selected according to the purpose.
The compound mentioned as a supercritical fluid mentioned above can be used conveniently also as a subcritical fluid.
The critical temperature and critical pressure of the supercritical fluid are not particularly limited and can be appropriately selected according to the purpose. However, the critical temperature is preferably −273 ° C. or more and 300 ° C. or less, particularly 0 ° C. or more and 200 ° C. or less. preferable.
Furthermore, in addition to the above supercritical fluid and subcritical fluid, an organic solvent or an entrainer can be used in combination.
By adding an organic solvent and an entrainer, the solubility in the supercritical fluid can be adjusted more easily.
There is no restriction | limiting in particular as such an organic solvent, According to the objective, it can select suitably.
For example, a ketone solvent such as acetone, methyl ethyl ketone, or methyl isobutyl ketone,
Ester solvents such as ethyl formate, ethyl acetate, or n-butyl acetate,
Ether solvents such as diisopropyl ether, dimethoxyethane, tetrahydrofuran, dioxolane, or dioxane;
Amide solvents such as N, N-dimethylformamide, N, N-dimethylacetamide, or N-methyl-2-pyrrolidone,
Halogenated hydrocarbon solvents such as dichloromethane, chloroform, bromoform, methyl iodide, dichloroethane, trichloroethane, trichloroethylene, chlorobenzene, o-dichlorobenzene, fluorobenzene, bromobenzene, iodobenzene, or 1-chloronaphthalene,
Hydrocarbons such as n-pentane, n-hexane, n-octane, 1,5-hexadiene, cyclohexane, methylcyclohexane, cyclohexadiene, benzene, toluene, o-xylene, m-xylene, p-xylene, ethylbenzene or cumene System solvents and the like.

本発明では、光増感化合物を吸着した電子輸送層4を設けた第一の電極2上にホール輸送層6を設けた後、プレス処理工程を施しても構わない。
このプレス処理を施すことによって、有機ホール輸送材料がより多孔質電極と密着するため効率が改善すると考えている。
プレス処理方法に特に制限はないが、IR錠剤整形器に代表されるような平板を用いたプレス成型法、ローラーなどを用いたロールプレス法を挙げることができる。
圧力としては10kgf/cm(0.98MPa)以上が好ましく、30kgf/cm(2.94MPa)以上がより好ましい。プレス処理する時間に特に制限はないが、1時間以内で行なうことが好ましい。また、プレス処理時に熱を加えても構わない。
また、上述のプレス処理の際、プレス機と電極間に離型材を挟んでも構わない。
前記離型材としては、ポリ四フッ化エチレン、ポリクロロ三フッ化エチレン、四フッ化エチレン六フッ化プロピレン共重合体、ペルフルオロアルコキシフッ化樹脂、ポリフッ化ビニリデン、エチレン四フッ化エチレン共重合体、エチレンクロロ三フッ化エチレン共重合体、ポリフッ化ビニルなどのフッ素樹脂を挙げることができる。
In this invention, after providing the hole transport layer 6 on the 1st electrode 2 which provided the electron carrying layer 4 which adsorb | sucked the photosensitizing compound, you may give a press process process.
By performing this press treatment, the organic hole transport material is more closely attached to the porous electrode, so that the efficiency is improved.
Although there is no restriction | limiting in particular in a press processing method, The roll molding method using the press molding method using a flat plate represented by IR tablet shaping device, a roller, etc. can be mentioned.
The pressure is preferably 10 kgf / cm 2 (0.98 MPa) or more, and more preferably 30 kgf / cm 2 (2.94 MPa) or more. Although there is no restriction | limiting in particular in the time to press, It is preferable to carry out within 1 hour. Further, heat may be applied during the pressing process.
In the above pressing process, a release material may be sandwiched between the press and the electrode.
Examples of the release material include polytetrafluoroethylene, polychlorotrifluoride ethylene, tetrafluoroethylene hexafluoropropylene copolymer, perfluoroalkoxy fluoride resin, polyvinylidene fluoride, ethylene tetrafluoride ethylene copolymer, ethylene Examples thereof include fluororesins such as chlorotrifluoride ethylene copolymer and polyvinyl fluoride.

上記プレス処理工程を行った後、対極を設ける前に、ホール輸送層6と第二の電極7との間に金属酸化物を設けてもよい。設けてもよい金属酸化物としては、酸化モリブデン、酸化タングステン、酸化バナジウム、酸化ニッケルを挙げることができ、特に酸化モリブデンが好ましい。
これら金属酸化物をホール輸送層6上に設ける方法としては特に制限はなく、スパッタリングや真空蒸着等の真空中で薄膜を形成する方法や湿式成膜法が挙げることができる。
湿式製膜法においては、金属酸化物の粉末あるいはゾルを分散したペーストを調製し、ホール輸送層6上に塗布する方法が好ましい。
この湿式成膜法を用いた場合、塗布方法は特に制限はなく、公知の方法にしたがって行なうことができる。
例えば、ディップ法、スプレー法、ワイヤーバー法、スピンコート法、ローラーコート法、ブレードコート法、グラビアコート法、また、湿式印刷方法として、凸版、オフセット、グラビア、凹版、ゴム版、スクリーン印刷等様々な方法を用いることができる。膜厚としては0.1〜50nmが好ましく、1〜10nmがより好ましい。
A metal oxide may be provided between the hole transport layer 6 and the second electrode 7 after the press treatment step and before providing the counter electrode. Examples of the metal oxide that may be provided include molybdenum oxide, tungsten oxide, vanadium oxide, and nickel oxide, and molybdenum oxide is particularly preferable.
The method for providing these metal oxides on the hole transport layer 6 is not particularly limited, and examples thereof include a method of forming a thin film in a vacuum such as sputtering and vacuum deposition, and a wet film forming method.
In the wet film forming method, a method in which a paste in which a metal oxide powder or sol is dispersed is prepared and applied onto the hole transport layer 6 is preferable.
When this wet film-forming method is used, the coating method is not particularly limited, and can be performed according to a known method.
For example, dip method, spray method, wire bar method, spin coating method, roller coating method, blade coating method, gravure coating method, and wet printing methods such as relief printing, offset, gravure, intaglio printing, rubber printing, screen printing, etc. Can be used. The film thickness is preferably from 0.1 to 50 nm, more preferably from 1 to 10 nm.

<第二の電極>
第二の電極7は、前記ホール輸送層6上に、又は前記ホール輸送層6における前記金属酸化物上に形成することができる。また、前記第二の電極7は、通常前記第一の電極2と同様のものを用いることができ、強度や密封性が十分に保たれるような構成では支持体は必ずしも必要ではない。
前記第二の電極7の材料としては、白金、金、銀、銅、アルミニウム等の金属、グラファイト、フラーレン、カーボンナノチューブ、グラフェン等の炭素系化合物、ITO、FTO、ATO等の導電性金属酸化物、ポリチオフェン、ポリアニリン等の導電性高分子が挙げられる。
前記第二の電極7の膜厚としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、1種単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。
前記第二の電極7の形成については、用いられる材料の種類や前記ホール輸送層の種類により、適宜ホール輸送層上に塗布、ラミネート、蒸着、CVD、貼り合わせ等の手法により形成可能である。
本発明の光電変換素子においては、前記第一の電極2と前記第二の電極7の少なくともいずれかは実質的に透明でなければならない。本発明においては、前記第一の電極2が透明であり、入射光を第一の電極2側から入射させる方法が好ましい。この場合、第二の電極7側には光を反射させる材料を使用することが好ましく、金属、導電性酸化物を蒸着したガラス、プラスチック、あるいは金属薄膜が好ましい。また、入射光の入射側に反射防止層を設けることも有効な手段である。
<Second electrode>
The second electrode 7 can be formed on the hole transport layer 6 or on the metal oxide in the hole transport layer 6. In addition, the second electrode 7 can be generally the same as the first electrode 2, and a support is not necessarily required in a configuration in which strength and sealability are sufficiently maintained.
Examples of the material of the second electrode 7 include metals such as platinum, gold, silver, copper, and aluminum, carbon compounds such as graphite, fullerene, carbon nanotube, and graphene, and conductive metal oxides such as ITO, FTO, and ATO. , Conductive polymers such as polythiophene and polyaniline.
There is no restriction | limiting in particular as a film thickness of said 2nd electrode 7, According to the objective, it can select suitably, 1 type may be used individually and 2 or more types may be used together.
About formation of said 2nd electrode 7, it can form by methods, such as application | coating, lamination, vapor deposition, CVD, bonding, on a hole transport layer suitably according to the kind of material used and the kind of said hole transport layer.
In the photoelectric conversion element of the present invention, at least one of the first electrode 2 and the second electrode 7 must be substantially transparent. In the present invention, it is preferable that the first electrode 2 is transparent and incident light is incident from the first electrode 2 side. In this case, a material that reflects light is preferably used on the second electrode 7 side, and a metal, glass, plastic, or metal thin film on which a conductive oxide is deposited is preferable. It is also effective to provide an antireflection layer on the incident light incident side.

<用途>
本発明において光電変換素子とは、光エネルギーを電気エネルギーに変換する素子あるいは電気エネルギーを光エネルギーに変換する素子を表し、具体的には、太陽電池あるいはフォトダイオードなどが挙げられ、とくに太陽電池が好ましい。
本発明の光電変換素子は、発生した電流を制御する回路基盤等と組み合わせることにより電源装置に応用できる。前記電源装置を利用している機器類として、例えば、電子卓上計算機や腕時計が挙げられる。その他、携帯電話、電子手帳、電子ペーパー等に本発明の光電変換素子を有する電源装置を適用することができる。また、充電式や乾電池式の電気器具の連続使用時間を長くするための補助電源として本発明の光電変換素子を有する電源装置を用いることもできる。更には、センサ用の自立型電源として、二次電池と組み合わせた一次電池代替としても用いることができる。
<Application>
In the present invention, the photoelectric conversion element refers to an element that converts light energy into electric energy or an element that converts electric energy into light energy. Specific examples include a solar cell or a photodiode. preferable.
The photoelectric conversion element of the present invention can be applied to a power supply device by combining with a circuit board for controlling the generated current. Examples of the equipment using the power supply device include an electronic desk calculator and a wristwatch. In addition, the power supply device having the photoelectric conversion element of the present invention can be applied to a mobile phone, an electronic notebook, electronic paper, and the like. Moreover, the power supply device which has the photoelectric conversion element of this invention can also be used as an auxiliary power supply for extending the continuous use time of a rechargeable or dry battery type electric appliance. Furthermore, it can be used as an alternative to a primary battery combined with a secondary battery as a self-supporting power source for sensors.

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

実施例1
<酸化チタン半導体電極(電子輸送層)の作製>
金属チタンからなるターゲットを用いた酸素ガスによる反応性スパッタにより、前記第一の電極2としてのITO導電膜を基板1としてのガラス基板上に載せて一体としたITOコートガラス上に酸化チタンの緻密なホールブロッキング層3を形成した。
レーザー装置により、第一の電極2をレーザーエッチングし、10セル直列基板とした。
次に、酸化チタン(P90、日本アエロジル株式会社製)3g、アセチルアセトン0.2g、界面活性剤(ポリオキシエチレンオクチルフェニルエーテル、和光純薬工業株式会社製)0.3gを水5.5g、エタノール1.0gとともにビーズミル処理を12時間施し、酸化チタン分散液を得た。得られた酸化チタン分散液にポリエチレングリコール(#20,000、和光純薬工業株式会社製)1.2gを加えてペーストを作製した。
得られたペーストを、前記ホールブロッキング層3上に平均厚みが1.5μmになるように塗布し、室温で乾燥後、空気中、500℃で30分間焼成し、多孔質状の電子輸送層4を形成した。以上により、酸化チタン半導体電極を作製した。
Example 1
<Preparation of titanium oxide semiconductor electrode (electron transport layer)>
By reactive sputtering with oxygen gas using a target made of titanium metal, the ITO conductive film as the first electrode 2 is placed on the glass substrate as the substrate 1 and the titanium oxide is densely formed on the integrated ITO coated glass. A hole blocking layer 3 was formed.
The first electrode 2 was laser-etched with a laser device to form a 10-cell series substrate.
Next, 3 g of titanium oxide (P90, manufactured by Nippon Aerosil Co., Ltd.), 0.2 g of acetylacetone, and 0.3 g of a surfactant (polyoxyethylene octylphenyl ether, manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) were added to 5.5 g of water and ethanol. A bead mill treatment was performed for 12 hours together with 1.0 g to obtain a titanium oxide dispersion. A paste was prepared by adding 1.2 g of polyethylene glycol (# 20,000, manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) to the obtained titanium oxide dispersion.
The obtained paste was applied on the hole blocking layer 3 so as to have an average thickness of 1.5 μm, dried at room temperature, and then baked at 500 ° C. for 30 minutes in the air to obtain a porous electron transport layer 4. Formed. Thus, a titanium oxide semiconductor electrode was produced.

<光電変換素子の作製>
前記酸化チタン半導体電極を、下記構造式(3)で表される三菱製紙株式会社製D358(0.5mM、アセトニトリル/t−ブタノール(体積比1:1)溶液)に浸漬した後、1時間暗所で静置して光増感化合物5を吸着させた。
<Production of photoelectric conversion element>
The titanium oxide semiconductor electrode was immersed in D358 (0.5 mM, acetonitrile / t-butanol (volume ratio 1: 1) solution) manufactured by Mitsubishi Paper Industries Co., Ltd. represented by the following structural formula (3), and darkened for 1 hour. Then, the photosensitizing compound 5 was adsorbed by allowing it to stand.

Figure 2018006622
Figure 2018006622

次に、下記構造式(4)で表される有機ホール輸送材料(9,9'-([1,1'-biphenyl]-4,4'-diyl)bis (N3,N3,N6,N6-tetrakis(4-methoxyphenyl)-9H-carbazole-3,6-diamine):X51、Dyenamo):183.8mgのクロロベンゼン溶液:1mLに、下記構造式(1−3)で表される塩基性化合物A(4-Pyrrolidinopyridine:PyP、東京化成工業株式会社):22.98mgを加え、イオン性化合物B(1−エチル−3−メチルイミダゾリウム ビス(フルオロスルホニル)イミド、キシダ化学株式会社):22.70mgを加えてホール輸送層塗布液を調製した(モル比A:B=1:0.52)。   Next, an organic hole transport material (9,9 '-([1,1'-biphenyl] -4,4'-diyl) bis (N3, N3, N6, N6-) represented by the following structural formula (4) tetrakis (4-methoxyphenyl) -9H-carbazole-3,6-diamine): X51, Dyenamo): 183.8 mg of chlorobenzene solution: 1 mL of basic compound A represented by the following structural formula (1-3) ( 4-Pyrrolidinopyridine: PyP, Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.): 22.98 mg is added, and ionic compound B (1-ethyl-3-methylimidazolium bis (fluorosulfonyl) imide, Kishida Chemical Co., Ltd.): 22.70 mg. In addition, a hole transport layer coating solution was prepared (molar ratio A: B = 1: 0.52).

Figure 2018006622
Figure 2018006622

Figure 2018006622
Figure 2018006622

次に、前記光増感化合物を担持した半導体電極上に、前記ホール輸送層塗布液をスピンコートしてホール輸送層6を製膜した。以上により、光電変換層を形成した。
次に、前記光電変換層上に10セル直列となるようにパターニングされたマスクを用い、銀を100nm真空蒸着して第二の電極を形成した。
Next, the hole transport layer 6 was formed by spin coating the hole transport layer coating solution on the semiconductor electrode carrying the photosensitizing compound. Thus, a photoelectric conversion layer was formed.
Next, using a mask patterned so as to be in series with 10 cells on the photoelectric conversion layer, silver was vacuum-deposited to a thickness of 100 nm to form a second electrode.

<光電変換素子の評価>
得られた光電変換素子を、図2からなる二次電池充電回路へ接続した。
図2において、符号11は光電変換素子である。12は光電変換素子11から出力された電源から、外部回路で必要な安定化された電源を出力するデバイス:PMIC(Power Management Integrated Circuit)である。13はPMICから出力された電源にて動作する回路で、センサや通信回路で構成される。14は二次電池であり、PMICの安定化出力が規定の電圧を出力している間、環境電源によって二次電池が充電される。
<Evaluation of photoelectric conversion element>
The obtained photoelectric conversion element was connected to the secondary battery charging circuit shown in FIG.
In FIG. 2, reference numeral 11 denotes a photoelectric conversion element. Reference numeral 12 denotes a power management integrated circuit (PMIC) that outputs a stabilized power source necessary for an external circuit from a power source output from the photoelectric conversion element 11. Reference numeral 13 denotes a circuit that operates with a power source output from the PMIC, and includes a sensor and a communication circuit. Reference numeral 14 denotes a secondary battery, and the secondary battery is charged by the environmental power supply while the stabilized output of the PMIC outputs a specified voltage.

PMICとしてリニアテクノロジー社製LTC3331を用い、PMICの出力電圧は3.0V、PMICのロックアウト電圧設定は立上り時7V、立下り時6Vと設定する。PMICが3.0V±3%の電圧を出力し光電変換素子が6.0V以上出力しているときに二次電池は充電される。
二次電池への充電の確認は、二次電池の電圧をデータロガー(midi LOGGER GL900、グラフテック株式会社)で観測し、電圧の上昇を充電の確認とした。
The LTC3331 manufactured by Linear Technology is used as the PMIC, the output voltage of the PMIC is set to 3.0V, and the lockout voltage setting of the PMIC is set to 7V at the rising edge and 6V at the falling edge. The secondary battery is charged when the PMIC outputs a voltage of 3.0 V ± 3% and the photoelectric conversion element outputs 6.0 V or more.
To confirm the charging of the secondary battery, the voltage of the secondary battery was observed with a data logger (midi LOGGER GL900, Graphtec Co., Ltd.).

回路接続後、高温環境下(85℃)白色LED照射下(1,000Lux:0.24mW/cm)に500時間放置し、白色LED照射下(1,000Lux:0.24mW/cm)における二次電池への充電性を評価した(充電が出来る場合○、充電が出来かつ電圧が7V以上の場合◎、充電が出来ない場合×と表記)。
また、太陽電池の光電変換特性(開放電圧Voc)も評価し、結果を表1に示した。
なお、光電変換特性の測定には、白色LEDとして高演色性LEDデスクランプ(CDS−90α、株式会社コスモテクノ製デスクランプ;スタディーモード)、評価機器として太陽電池評価システム(As−510−PV03、株式会社エヌエフ回路設計ブロック製)を用いた。加熱前の結果も併せて表1に示した。
After circuit connection, it was left under high temperature environment (85 ° C.) under white LED irradiation (1,000 Lux: 0.24 mW / cm 2 ) for 500 hours, and under white LED irradiation (1,000 Lux: 0.24 mW / cm 2 ). The chargeability to the secondary battery was evaluated (indicated as “when charging is possible”, “when charging is possible and the voltage is 7 V or more”, “when charging is not possible” and “×”).
Moreover, the photoelectric conversion characteristic (open circuit voltage Voc) of the solar cell was also evaluated, and the results are shown in Table 1.
For the measurement of photoelectric conversion characteristics, a high color rendering LED desk lamp (CDS-90α, a desk lamp manufactured by Cosmo Techno Co., Ltd .; study mode) is used as a white LED, and a solar cell evaluation system (As-510-PV03, NF Circuit Design Block Co., Ltd.) was used. The results before heating are also shown in Table 1.

実施例2
実施例1におけるイオン性化合物Bをリチウムビス(フルオロスルホニル)イミド(LiFSI、キシダ化学株式会社)に変更した以外は実施例1と同様にして光電変換素子を作製し、評価した。その結果を表1に示す。
Example 2
A photoelectric conversion device was prepared and evaluated in the same manner as in Example 1 except that the ionic compound B in Example 1 was changed to lithium bis (fluorosulfonyl) imide (LiFSI, Kishida Chemical Co., Ltd.). The results are shown in Table 1.

実施例3
実施例1における塩基性化合物Aを4-Dimethylaminopyridine(DMAP、東京化成工業株式会社)に変更した以外は実施例1と同様にして光電変換素子を作製し、評価した。その結果を表1に示す。
Example 3
A photoelectric conversion device was prepared and evaluated in the same manner as in Example 1 except that the basic compound A in Example 1 was changed to 4-Dimethylaminopyridine (DMAP, Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.). The results are shown in Table 1.

実施例4
実施例1におけるホール輸送材料を下記構造式(5)で表される有機ホール輸送材料(H101、Dyesol)に変更した以外は実施例1と同様にして光電変換素子を作製し、評価した。その結果を表1に示す。
Example 4
A photoelectric conversion element was produced and evaluated in the same manner as in Example 1 except that the hole transport material in Example 1 was changed to an organic hole transport material (H101, Dyesol) represented by the following structural formula (5). The results are shown in Table 1.

Figure 2018006622
Figure 2018006622

実施例5〜7
実施例1における塩基性化合物Aとイオン性化合物Bのモル比を表1に示すとおりに変更した以外は実施例1と同様にして光電変換素子を作製し、評価した。その結果を表1に示す。
Examples 5-7
A photoelectric conversion device was prepared and evaluated in the same manner as in Example 1 except that the molar ratio of basic compound A to ionic compound B in Example 1 was changed as shown in Table 1. The results are shown in Table 1.

実施例8
実施例6におけるホール輸送材料を下記構造式(6)で表される有機ホール輸送材料(2,2’,7,7’−tetrakis(N,N−di−p−methoxyphenylamino)−9,9’−spirobifluorene:Spiro-OMeTAD、メルク株式会社)に変更した以外は実施例6と同様にして光電変換素子を作製し、評価した。その結果を表1に示す。
Example 8
The hole transport material in Example 6 is an organic hole transport material represented by the following structural formula (6) (2,2 ′, 7,7′-tetrakis (N, N-di-p-methoxyphenylamino) -9,9 ′ A photoelectric conversion element was produced and evaluated in the same manner as in Example 6 except that the change was made to -spirobifluorene: Spiro-OMeTAD, Merck Ltd.). The results are shown in Table 1.

Figure 2018006622
Figure 2018006622

実施例9
実施例6におけるホール輸送材料を下記構造式(7)で表される有機ホール輸送材料(LT-S9170 :HTM1、Luminescence Technology)に変更した以外は実施例6と同様にして光電変換素子を作製し、評価した。その結果を表1に示す。
Example 9
A photoelectric conversion element was produced in the same manner as in Example 6 except that the hole transport material in Example 6 was changed to an organic hole transport material (LT-S9170: HTM1, Luminescence Technology) represented by the following structural formula (7). ,evaluated. The results are shown in Table 1.

Figure 2018006622
Figure 2018006622

比較例1
実施例8における塩基性化合物Aを4−tert−ブチルピリジン(TBP、東京化成工業株式会社)に変更した以外は実施例8と同様にして光電変換素子を作製し、評価した。その結果を表1に示す。
Comparative Example 1
A photoelectric conversion device was prepared and evaluated in the same manner as in Example 8 except that the basic compound A in Example 8 was changed to 4-tert-butylpyridine (TBP, Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.). The results are shown in Table 1.

比較例2
実施例8におけるイオン性化合物Bをリチウムビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミド(LiTFSI、キシダ化学株式会社)に変更した以外は実施例8と同様にして光電変換素子を作製し、評価した。その結果を表1に示す。
Comparative Example 2
A photoelectric conversion device was prepared and evaluated in the same manner as in Example 8 except that the ionic compound B in Example 8 was changed to lithium bis (trifluoromethanesulfonyl) imide (LiTFSI, Kishida Chemical Co., Ltd.). The results are shown in Table 1.

比較例3
実施例8における塩基性化合物Aを4−tert−ブチルピリジン(TBP、東京化成工業株式会社)に、イオン性化合物Bをリチウムビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミド(LiTFSI、キシダ化学株式会社)に変更した以外は実施例8と同様にして光電変換素子を作製し、評価した。その結果を表1に示す。
Comparative Example 3
The basic compound A in Example 8 was changed to 4-tert-butylpyridine (TBP, Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.), and the ionic compound B was changed to lithium bis (trifluoromethanesulfonyl) imide (LiTFSI, Kishida Chemical Co., Ltd.). Except for this, a photoelectric conversion element was prepared and evaluated in the same manner as in Example 8. The results are shown in Table 1.

Figure 2018006622
Figure 2018006622

表1の結果から、実施例1〜9の光電変変換素子は高温環境下においても電圧の低下が抑制され、二次電池への充電性が保たれていることが分かる。そのため、PMICの設定を変更しなくとも使用可能である。これは、ホール輸送層の結晶化が抑制され、電子輸送層とホール輸送層の接触界面も良好に保たれているからであると考えられる。
これに対し、比較例1〜3は、使用した塩基性化合物Aおよび/またはイオン性化合物Bが本発明の範囲外であるので、所望の特性が得られなかった。
以上明らかなように、本発明の光電変換素子は高温環境下であっても電圧低下が抑制され、温度環境に寄らず二次電池への充電が可能であることが分かる。
From the results in Table 1, it can be seen that the photoelectric conversion elements of Examples 1 to 9 are suppressed in voltage drop even in a high temperature environment, and the chargeability to the secondary battery is maintained. Therefore, it can be used without changing the setting of the PMIC. This is presumably because the crystallization of the hole transport layer is suppressed and the contact interface between the electron transport layer and the hole transport layer is also kept good.
On the other hand, since the basic compounds A and / or ionic compounds B used in Comparative Examples 1 to 3 were outside the scope of the present invention, desired characteristics could not be obtained.
As can be seen from the above, the photoelectric conversion element of the present invention suppresses the voltage drop even in a high temperature environment, and can charge the secondary battery regardless of the temperature environment.

1 基板
2 第一の電極
3 ホールブロッキング層
4 電子輸送層
5 光増感化合物
6 ホール輸送層
7 第二の電極
8、9 リードライン
11 光電変換素子
12 PMIC
13 センサ・通信回路
14 二次電池
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Board | substrate 2 1st electrode 3 Hole blocking layer 4 Electron transport layer 5 Photosensitizing compound 6 Hole transport layer 7 Second electrode 8, 9 Lead line 11 Photoelectric conversion element 12 PMIC
13 Sensor / Communication Circuit 14 Secondary Battery

ACS Appl. Mater. Interfaces, 2015, 7 (21), pp 111107-11116ACS Appl. Mater. Interfaces, 2015, 7 (21), pp 111107-11116

Claims (6)

基板と、第一の電極と、ホールブロッキング層と、電子輸送層と、前記電子輸送層の表面に吸着した光増感化合物と、ホール輸送層と、第二の電極とを有し、前記ホール輸送層は、下記一般式(1)で表される塩基性化合物Aと、下記一般式(2)で表されるイオン性化合物Bとを含むことを特徴とする光電変換素子。
Figure 2018006622
(式中、R、Rは、それぞれ独立に、アルキル基または芳香族炭化水素基を表し、同一または異なる基を表すか、若しくは、R、Rは互いに結合し、窒素原子を含む複素環基を表す。)
Figure 2018006622
(式中、Xは対カチオンを表す。)
A substrate, a first electrode, a hole blocking layer, an electron transport layer, a photosensitizing compound adsorbed on the surface of the electron transport layer, a hole transport layer, and a second electrode; The transport layer includes a basic compound A represented by the following general formula (1) and an ionic compound B represented by the following general formula (2).
Figure 2018006622
(Wherein R 1 and R 2 each independently represents an alkyl group or an aromatic hydrocarbon group and represent the same or different groups, or R 1 and R 2 are bonded to each other and contain a nitrogen atom) Represents a heterocyclic group.)
Figure 2018006622
(In the formula, X + represents a counter cation.)
前記イオン性化合物Bがリチウムビス(フルオロメタンスルホニル)イミドであることを特徴とする請求項2に記載の光電変換素子。   The photoelectric conversion element according to claim 2, wherein the ionic compound B is lithium bis (fluoromethanesulfonyl) imide. 前記一般式(1)のR、Rは、互いに結合し、窒素原子を含む複素環基であることを特徴とする請求項1または2に記載の光電変換素子。 3. The photoelectric conversion device according to claim 1 , wherein R 1 and R 2 in the general formula (1) are bonded to each other and are a heterocyclic group containing a nitrogen atom. 前記塩基性化合物Aと前記イオン性化合物Bのモル比が、A:B=1:0.1〜1:0.5であることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の光電変換素子。   4. The photoelectric device according to claim 1, wherein the molar ratio of the basic compound A to the ionic compound B is A: B = 1: 0.1 to 1: 0.5. Conversion element. 前記ホール輸送層が、下記一般式 (3)で表される有機ホール輸送材料を含むことを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載の光電変換素子。
Figure 2018006622
(式中、Rは、水素原子もしくはメチル基を表す。)
The said hole transport layer contains the organic hole transport material represented by following General formula (3), The photoelectric conversion element of any one of Claims 1-4 characterized by the above-mentioned.
Figure 2018006622
(In the formula, R 3 represents a hydrogen atom or a methyl group.)
請求項1〜5のいずれか1項に記載の光電変換素子を具備するものであることを特徴とする太陽電池。   A solar cell comprising the photoelectric conversion element according to any one of claims 1 to 5.
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