JP4453889B2 - Electrolytic solution composition, photoelectric conversion element and photovoltaic cell - Google Patents

Electrolytic solution composition, photoelectric conversion element and photovoltaic cell Download PDF

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電荷輸送能に優れた電解液組成物、及びそれを用いる変換効率に優れた光電変換素子並びに光電池に関する。
【0002】
【従来の技術】
光電変換素子は各種の光センサー、複写機、光発電装置に用いられている。光電変換素子には金属を用いたもの、半導体を用いたもの、有機顔料や色素を用いたもの、これらを組み合わせたもの等の様々な方式が実用化されている。
米国特許4927721号、同4684537号、同5084365号、同5350644号、同5463057号、同5525440号、WO98/50393号、特開平7-249790号及び特表平10-504521号には、色素によって増感した半導体微粒子を用いた光電変換素子(以下、「色素増感光電変換素子」と称する)、並びにこれを作成するための材料及び製造技術が開示されている。半導体微粒子としては酸化チタン等の安価な半導体を高純度に精製することなく用いることができるため、このような色素増感光電変換素子は低コストで製造できるという利点を有する。しかしながら、これらの色素増感光電変換素子においては電解質として有機溶媒や水を含む電解液が用いられるため、有機溶媒や水の揮発により素子が劣化するという問題がある。
ジャーナル オブ エレクトロケミカル ソサエティー 第143巻 第10号 3099頁〜3108頁(1996年)は、実質的に揮発性のない溶融塩電解質を用いることにより上記の問題を解決する方法を開示している。しかしながら、上記溶融塩電解質はイオン伝導度が低いため、これを用いた光電変換素子は変換効率が低く改善が望まれている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、イオン伝導度が高く電荷輸送能に優れた電解液組成物、及び耐久性と変換効率に優れた色素増感光電変換素子並びに光電池を提供することにある。
【0004】
【課題を解決するための手段】
上記目的に鑑み鋭意研究の結果、本発明者は、総炭素数7以下の1-メチル-3-アルキルイミダゾリウムヨージド及びヨウ素を含有する電解液組成物が電荷輸送能に優れていること、及びかかる電解液組成物を含有する電荷輸送層を有する光電変換素子並びに光電池が優れた光電変換効率を示すことを発見し、本発明に想到した。
【0005】
即ち、本発明の電解液組成物は総炭素数7以下の1-メチル-3-アルキルイミダゾリウムヨージド及びヨウ素を含有する電解液組成物であって、電解液組成物中のカチオンの70モル%以上が総炭素数7以下の1-メチル-3-アルキルイミダゾリウムイオンであり、かつ電解液組成物中のアニオンの30モル%以上がヨウ化物イオンであることを特徴とする。
【0006】
電解液組成物中のカチオン全体の30モル%以上が1-メチル-3-n-プロピルイミダゾリウムイオンであるのが好ましく、10〜70モル%が1-メチル-3-エチルイミダゾリウムイオンであるのが好ましく、10〜70モル%が1,3-ジメチルイミダゾリウムイオンであるのが好ましい。
【0007】
電解液組成物は、テトラフルオロボレートイオン、チオシアナートイオン及びトリフルオロ酢酸イオンからなる群から選ばれたアニオンを含有するのが好ましい。またピリジン又はピリジン誘導体を含有するのが好ましく、リチウムイオンを含有するのが好ましい。
【0008】
本発明の光電変換素子は、色素が吸着した半導体微粒子層、導電性支持体及び電荷輸送層を有する光電変換素子であって、電荷輸送層が上記電解液組成物からなることを特徴とする。
【0009】
本発明の光電池は、上記光電変換素子を用いることを特徴とする。
【0010】
【発明の実施の形態】
[1]電解液組成物
本発明の電解液組成物は、総炭素数7以下の1-メチル-3-アルキルイミダゾリウムヨージド及びヨウ素を少なくとも含み、該電解液組成物中のカチオンの70モル%以上が総炭素数7以下の1-メチル-3-アルキルイミダゾリウムイオンであり、かつ該電解液組成物中のアニオンの30モル%以上がヨウ化物イオンであるイオン性液体である。電解液組成物はイミダゾリウムヨージド以外のヨウ化物塩、希釈用溶融塩、ゲル化剤、又は各種の添加剤を適宜含んでもよい。好ましい添加剤の例としては無機塩、ピリジン類等が挙げられる。ただし本発明の電解液組成物の主用途である色素増感光電変換素子の耐久性を悪化させる揮発性成分(例えば沸点150℃以下の有機溶媒、沸点150℃以下の添加剤等)は含まない。
【0011】
電解液組成物の最も重要な性質は光電変換素子に適用したときの電荷輸送能であり、電荷輸送能に関しては以下の4点が重要である。
(a)電解液組成物中に占めるイオン性化合物の比率
(b)電解液組成物中の全アニオンに占めるヨウ化物イオンの比率
(c)電解液組成物中に占めるヨウ素の比率
(d)電解液組成物中の全カチオンに占める1-メチル-3-アルキルイミダゾリウムイオンの比率
即ち、本発明の電解液組成物は主としてイオン性の化合物からなり、非イオン性のゲル化剤又は非イオン性の添加剤を含む場合、その総量は電解液組成物に対し好ましくは40質量%以下、より好ましくは20質量%以下である。本発明において電解液組成物中の全アニオンに占めるヨウ化物イオンの比率は30モル%以上であり、好ましくは40モル%以上である。電解液組成物中のヨウ素の含有量は電解液組成物質全体に対して好ましくは0.1〜20質量%、より好ましくは0.5〜5質量%である。なお、ヨウ素は電解液組成物中でヨウ化物イオンと反応してポリヨージドイオンに変化する。本発明において電解液組成物中の全カチオンに占める総炭素数7以下の1-メチル-3-アルキルイミダゾリウムイオンの比率は70モル%以上である。電解液組成物中の全アニオンに占めるヨウ化物イオンの比率が30モル%未満又は全カチオンに占める1-メチル-3-アルキルイミダゾリウムイオンの比率が70モル%未満では電解液組成物のイオン伝導度が低く、これを用いて光電変換素子を作製した場合に変換効率が十分でない。
【0012】
本発明の電解液組成物は室温で均一な液体である。この液体の粘度は低いほど好ましく、室温における粘度は好ましくは1000cp以下、より好ましくは500cp以下、特に好ましくは300cp以下である。また電解液組成物はゲル化剤を添加してもよい。この場合電解液組成物は全体として流動性のないゲルとなるが、その場合でもゲル化剤を除いた構成成分の混合物は均一な液体である。
【0013】
(1) イミダゾリウムヨージド
本発明に用いるイミダゾリウムヨージドは、総炭素数7以下の1-メチル-3-アルキルイミダゾリウムヨージドであり、好ましくは1-メチル-3-n-プロピルイミダゾリウムヨージド、1-メチル-3-イソプロピルイミダゾリウムヨージド、1-メチル-3-エチルイミダゾリウムヨージド又は1,3-ジメチルイミダゾリウムヨージドである。このうち1-メチル-3-n-プロピルイミダゾリウムヨージドは液体であり、1-メチル-3-イソプロピルイミダゾリウムヨージド、1-メチル-3-エチルイミダゾリウムヨージド及び1,3-ジメチルイミダゾリウムヨージドは固体である。液体のヨウ化物塩は単独で用いることができる。一方固体のヨウ化物塩は1-メチル-3-n-プロピルイミダゾリウムヨージド、液体のヨウ化物塩、希釈用溶融塩、又は各種の添加剤に溶解して用いる。一般には固体のヨウ化物塩よりも液体のヨウ化物塩の方が溶解度等の使用上の制約がなく好ましい。従って本発明に用いるイミダゾリウムヨージドは、1-メチル-3-n-プロピルイミダゾリウムヨージドが最も好ましい。
【0014】
(2) イミダゾリウムヨージド以外のヨウ化物塩
イミダゾリウムヨージド以外のヨウ化物塩は、室温において液状であることが望ましい。好ましく用いることのできるヨウ化物塩としては、下記一般式(Y-a)、(Y-b)及び(Y-c)のいずれかにより表されるものが挙げられる。
【0015】
【化1】
【0016】
一般式(Y-a)中のQy1は窒素原子と共に5又は6員環の芳香族カチオンを形成する原子団を表す。Qy1は炭素原子、水素原子、窒素原子、酸素原子及び硫黄原子からなる群から選ばれる1種以上の原子により構成されるのが好ましい。Qy1が形成する5員環は、オキサゾール環、チアゾール環、イミダゾール環、ピラゾール環、イソオキサゾール環、チアジアゾール環、オキサジアゾール環、トリアゾール環、インドール環又はピロール環であるのが好ましく、オキサゾール環、チアゾール環又はイミダゾール環であるのがより好ましく、オキサゾール環又はイミダゾール環であるのが特に好ましい。Qy1が形成する6員環は、ピリジン環、ピリミジン環、ピリダジン環、ピラジン環又はトリアジン環であるのが好ましく、ピリジン環であるのがより好ましい。
【0017】
一般式(Y-b)中、Ay1は窒素原子又はリン原子を表す。
【0018】
一般式(Y-a)、(Y-b)及び(Y-c)中のRy1〜Ry11はそれぞれ独立に置換又は無置換のアルキル基、或いは置換又は無置換のアルケニル基を表し、好ましくは炭素原子数2〜6のアルキル基である。
【0019】
また、一般式(Y-b)中のRy2〜Ry5のうち2つ以上が互いに連結してAy1を含む非芳香族環を形成してもよく、一般式(Y-c)中のRy6〜Ry11のうち2つ以上が互いに連結して環を形成してもよい。
【0020】
一般式(Y-a)、(Y-b)及び(Y-c)中のQy1及びRy1〜Ry11は置換基を有していてもよく、好ましい置換基の例としては、ハロゲン原子、シアノ基、アルコキシ基、アルキルチオ基、アルコキシカルボニル基、アミド基、ジアルキルカルバモイル基、アルキル基、アルケニル基、トリアルキルシリル基、トリアルキルシリルオキシ基等が挙げられる。
【0021】
一般式(Y-a)、(Y-b)又は(Y-c)により表される化合物は1種のみでも2種以上使用してもよい。しかしながら基本的には本発明に用いるイミダゾリウムヨージドの効果を低減してしまうため、できるだけ使用しないことが望ましい。イミダゾリウムヨージド以外のヨウ化物塩の総使用量は本発明に用いるイミダゾリウムヨージドに対して50モル%以下が好ましく、20モル%以下がより好ましい。
【0022】
(3)希釈用溶融塩
固体状のヨウ化物塩を溶解したり電解質の粘度を下げたりする目的で希釈用溶融塩を添加するのが好ましい。溶融塩とは常温で液体の塩であり、本発明に使用できる好ましい溶融塩の例としては、上記好ましいヨウ化物塩として例示したもののヨウ化物イオンを他のアニオンで置き換えた塩が挙げられる。ヨウ化物イオンを置き換えるアニオンの好ましい例としては、SCN-、BF4 -、PF6 -、ClO4 -、(CF3SO2)2N-、(CF3CF2SO2)2N-、CH3SO3 -、CF3SO3 -、CF3COO-、Ph4B-、(CF3SO2)3C-等が挙げられる。中でもSCN-、CF3COO-及びBF4 -は低粘度かつ分子量が小さいので特に好ましい。カチオンとしては1-メチル-3-アルキルイミダゾリウムイオンが好ましく、総炭素数7以下の1-メチル-3-アルキルイミダゾリウムイオンがより好ましく、1-メチル-3-エチルイミダゾリウムイオン及び1,3-ジメチルイミダゾリウムイオンが特に好ましい。すなわち、希釈用溶融塩は1-メチル-3-エチルイミダゾリウム又は1,3-ジメチルイミダゾリウムのチオシアナート、トリフルオロアセテート、又はテトラフルオロボレートが最も好ましい。
【0023】
本発明においてヨウ化物塩以外の溶融塩の添加量は、電解液組成物全体に対して好ましくは1〜70質量%、より好ましくは5〜60質量%、特に好ましくは10〜60質量%である。また、電解液組成物中において1-メチル-3-エチルイミダゾリウムイオンや1,3-ジメチルイミダゾリウムイオンの占める割合が多いと電解液のイオン伝導度が高まるので好ましい。ただし、電解液組成物中にはヨウ化物イオンが存在し、これら2種のイミダゾリウムイオンのヨウ化物塩は固体であるので結晶析出に注意が必要である。このような理由により電解液組成物の全カチオン中に占める1-メチル-3-n-プロピルイミダゾリウムイオンの比率が少なくとも30モル%以上であるのが好ましく、1-メチル-3-エチルイミダゾリウムイオン又は1,3-ジメチルイミダゾリウムイオンの割合は10〜70モル%であるのが好ましい。
【0024】
(4) 溶媒
上記溶融塩電解質は常温で溶融状態であるものが好ましく、溶媒を用いない方が好ましい。以下の溶媒を添加しても構わないが、溶融塩の含有量は電解質組成物全体に対して50質量%以上であるのが好ましく、90質量%以上であるのが特に好ましい。また、塩のうち50質量%以上がヨウ化物塩であることが好ましい。
【0025】
電解質に使用する溶媒は、粘度が低くイオン易動度を向上させたり、若しくは誘電率が高く有効キャリアー濃度を向上させたりして、優れたイオン伝導性を発現できる化合物であることが望ましい。このような溶媒としては、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート等のカーボネート化合物、3-メチル-2-オキサゾリジノン等の複素環化合物、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、ポリエチレングリコールジアルキルエーテル、ポリプロピレングリコールジアルキルエーテル等の鎖状エーテル類、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、ポリエチレングリコールモノアルキルエーテル、ポリプロピレングリコールモノアルキルエーテル等のアルコール類、エチレングリコール、プロピレングリコール、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール、グリセリン等の多価アルコール類、グルタロジニトリル、オキシジプロピオニトリル等のニトリル化合物、ジメチルスルホキシド、スルフォラン等の非プロトン極性物質等が挙げられ、これらを混合して用いることもできる。
【0026】
(5)ゲル化剤
本発明の電解液組成物はゲル化剤を添加してゲル化させてもよい。ゲル化の手法としては、ポリマー添加、オイルゲル化剤添加、多官能モノマー類の添加とこれに引き続く重合、ポリマーの添加とこれに引き続く架橋等が挙げられる。ポリマー添加によりゲル化させる場合は、“Polymer Electrolyte Revi ews-1及び2”(J.R.MacCallumとC.A. Vincentの共編、ELSEVIER APPLIED SCIENCE)に記載された化合物を使用することができるが、特にポリアクリロニトリル、ポリフッ化ビニリデンを好ましく使用することができる。オイルゲル化剤添加によりゲル化させる場合は工業科学雑誌(J. Chem Soc. Japan, Ind. Chem.Sec.), 46,779(1943), J. Am. Chem. Soc., 111,5542(1989), J. Chem. Soc., Chem. Com mun., 1993, 390, Angew. Chem. Int. Ed. Engl., 35,1949(1996), Chem. Lett., 1996, 885, J. Chm. Soc., Chem. Commun., 1997,545に記載されている化合物を使用することができるが、好ましい化合物は分子構造中にアミド構造を有する化合物である。特開2000-58140号に記載されているゲル化方法も本発明にも適用できる。
【0027】
また、ポリマーの架橋反応により電解質をゲル化する場合、架橋可能な反応性基を含有するポリマー及び架橋剤を併用することが望ましい。この場合、架橋可能な反応性基は好ましくはアミノ基又は含窒素複素環基(ピリジン環、イミダゾール環、チアゾール環、オキサゾール環、トリアゾール環、モルホリン環、ピペリジン環、ピペラジン環等を含む基)であり、架橋剤は好ましくは窒素原子に対して求電子反応可能な2官能以上の試薬(ハロゲン化アルキル、ハロゲン化アラルキル、スルホン酸エステル、酸無水物、酸クロライド、イソシアネート化合物、α,β-不飽和スルホニル基含有化合物、α,β-不飽和カルボニル基含有化合物、α,β-不飽和ニトリル基含有化合物等)である。特開2000-17076号及び特開2000-86724号に記載されている架橋技術も適用できる。ゲル化剤の添加量は通常0.1〜20質量%が好ましく、1〜10質量%がより好ましい。
【0028】
(6)添加剤
光電変換素子の短絡電流を向上させる目的で無機塩を添加してもよい。好ましい無機塩としてはアルカリ金属もしくはアルカリ土類金属塩(LiI、NaI、KI、MgI2、CaI2、SrI2、CF3COOLi、CF3COONa、LiSCN、LiBF4、LiN(SO2CF3)2、LiPF6、LiClO4、NaSCN、KSCN、RbBF4、CsPF6等)等が挙げられる。これらの中ではリチウム塩が特に好ましい。これらの塩の添加量は、0.02〜2質量%程度が好ましく、0.1〜1質量%がより好ましい。
光電変換素子の開放電圧を向上させる目的でピリジン類を添加してもよい。常温で液体で、かつ沸点が150℃以上の置換ピリジンが好ましく、イオン性の置換基を有するピリジンが特に好ましい。ピリジン類の添加量は電解液組成物に対して1〜40質量%が好ましく、5〜30質量%が特に好ましい。以下に好ましいピリジン類の具体例を示すが、本発明はこれらに限定されない。
【0029】
【化2】
【0030】
[2]光電変換素子
本発明の光電変換素子は、色素が吸着した半導体微粒子層と、電荷輸送層と、導電性支持体とを少なくとも有する。以下、色素が吸着した半導体微粒子層を感光層と称する。
【0031】
本発明の光電変換素子は、好ましくは図1に示すように、導電層10、下塗り層60、感光層20、電荷輸送層30、対極導電層40の順に積層してなり、感光層20を色素22によって増感した半導体微粒子21と半導体微粒子21の間の空隙に浸透した液体状又はゲル状の電荷輸送材料23とから構成する。感光層20中の電荷輸送材料23は通常、電荷輸送層30に用いる材料と同じものである。また光電変換素子に強度を付与するため、導電層10及び/又は対極導電層40の下地として基板50を設けてもよい。以下本発明では、導電層10及び任意で設ける基板50からなる層を「導電性支持体」、対極導電層40及び任意で設ける基板50からなる層を「対極」と呼ぶ。
【0032】
(A)導電性支持体
導電性支持体は、(1)導電層の単層、又は(2)導電層及び基板の2層からなる。強度や密封性が十分に保たれるような導電層を使用すれば、基板は必ずしも必要でない。
【0033】
(1)の場合は、導電層として金属のように十分な強度が得られ、かつ導電性を有する材料を用いることができる。(2)の場合、感光層側に導電剤を含む導電層を有する基板を使用することができる。好ましい導電剤としては金属(白金、金、銀、銅、アルミニウム、ロジウム、インジウム等)、炭素、及び導電性金属酸化物(インジウム−スズ複合酸化物、酸化スズにフッ素をドープしたもの等)が挙げられる。導電層の厚さは0.02〜10μm程度が好ましい。
【0034】
導電性支持体は表面抵抗が低い程よい。好ましい表面抵抗の範囲は100Ω/□以下であり、さらに好ましくは40Ω/□以下である。表面抵抗の下限には特に制限はないが、通常0.1Ω/□程度である。
【0035】
導電性支持体側から光を照射する場合には、導電性支持体は実質的に透明であるのが好ましい。実質的に透明であるとは、光の透過率が10%以上であることを意味し、50%以上であるのが好ましく、70%以上がより好ましい。
【0036】
透明導電性支持体としては、ガラス又はプラスチック等の透明基板の表面に導電性金属酸化物からなる透明導電層を塗布又は蒸着等により形成したものが好ましい。なかでもフッ素をドーピングした二酸化スズからなる導電層を低コストのソーダ石灰フロートガラスでできた透明基板上に堆積した導電性ガラスが好ましい。また低コストでフレキシブルな光電変換素子又は太陽電池を得るには、透明ポリマーフィルムに導電層を設けたものを用いるのが好ましい。透明ポリマーフィルムの材料としては、テトラアセチルセルロース(TAC)、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリエチレンナフタレート(PEN)、シンジオタクチックポリステレン(SPS)、ポリフェニレンスルフィド(PPS)、ポリカーボネート(PC)、ポリアリレート(PAr)、ポリスルフォン(PSF)、ポリエステルスルフォン(PES)、ポリエーテルイミド(PEI)、環状ポリオレフィン、ブロム化フェノキシ等が使用可能である。十分な透明性を確保するために、導電性金属酸化物の塗布量はガラス又はプラスチックの支持体1m2当たり0.01〜100gとするのが好ましい。
【0037】
透明導電性支持体の抵抗を下げる目的で金属リードを用いるのが好ましい。金属リードの材質はアルミニウム、銅、銀、金、白金、ニッケル等の金属が好ましく、特にアルミニウム及び銀が好ましい。金属リードは、透明基板に蒸着、スパッタリング等で設置し、その上にフッ素をドープした酸化スズ、又はITO膜からなる透明導電層を設けるのが好ましい。また透明導電層を透明基板に設けた後、透明導電層上に金属リードを設置するのも好ましい。金属リード設置による入射光量の低下は好ましくは10%以内、より好ましくは1〜5%とする。
【0038】
(B)感光層
感光層において、半導体は感光体として作用し、光を吸収して電荷分離を行い、電子と正孔を生ずる。色素増感した半導体では、光吸収及びこれによる電子及び正孔の発生は主として色素において起こり、半導体微粒子はこの電子(又は正孔)を受け取り、伝達する役割を担う。本発明で用いる半導体は、光励起下で伝導体電子がキャリアーとなり、アノード電流を与えるn型半導体であることが好ましい。
【0039】
(1)半導体
半導体としては、シリコン、ゲルマニウムのような単体半導体、III-V族系化合物半導体、金属のカルコゲナイド(酸化物、硫化物、セレン化物、それらの複合物等)、ペロブスカイト構造を有する化合物(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)等を使用することができる。
【0040】
好ましい金属のカルコゲナイドとして、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、ニオブ又はタンタルの酸化物、カドミウム、亜鉛、鉛、銀、アンチモン又はビスマスの硫化物、カドミウム又は鉛のセレン化物、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−ヒ素又は銅−インジウムのセレン化物、銅−インジウムの硫化物等が挙げられる。さらには、MxOySz又はM1xM2yOz (M、M1及びM2はそれぞれ金属元素、Oは酸素、x、y、zは価数が中性になる組み合わせの数)の様な複合物も好ましく用いることができる。
【0041】
本発明に用いる半導体の好ましい具体例は、Si、TiO2、SnO2、Fe2O3、WO3、ZnO、Nb2O5、CdS、ZnS、PbS、Bi2S3、CdSe、CdTe、SrTiO3、GaP、InP、GaAs、CuInS2、CuInSe2等であり、より好ましくはTiO2、ZnO、SnO2、Fe2O3、WO3、Nb2O5、CdS、PbS、CdSe、SrTiO3、InP、GaAs、CuInS2又はCuInSe2であり、特に好ましくはTiO2又はNb2O5であり、最も好ましくはTiO2である。TiO2の中でもアナターゼ型結晶を70%以上含むTiO2が好ましく、100%アナターゼ型結晶のTiO2が特に好ましい。また、これらの半導体中の電子伝導性を上げる目的で金属をドープすることも有効である。ドープする金属としては2又は3価の金属が好ましい。半導体から電荷輸送層へ逆電流が流れるのを防止する目的で、半導体に1価の金属をドープする事も有効である。
【0042】
本発明に用いる半導体は単結晶でも多結晶でもよいが、製造コスト、原材料確保、エネルギーペイバックタイム等の観点からは多結晶が好ましく、半導体微粒子層は多孔質膜であるのが特に好ましい。また、一部アモルファス部分を含んでいてもよい。
【0043】
半導体微粒子の粒径は一般にnm〜μmのオーダーであるが、投影面積を円に換算したときの直径から求めた一次粒子の平均粒径は5〜200nmであるのが好ましく、8〜100nmがより好ましい。また分散液中の半導体微粒子(二次粒子)の平均粒径は0.01〜30μmが好ましい。粒径分布の異なる2種類以上の微粒子を混合してもよく、この場合小さい粒子の平均サイズは25nm以下であるのが好ましく、より好ましくは10nm以下である。入射光を散乱させて光捕獲率を向上させる目的で、粒径の大きな、例えば100nm〜300nm程度の半導体粒子を混合することも好ましい。
【0044】
種類の異なる2種以上の半導体微粒子を混合して用いてもよい。2種以上の半導体微粒子を混合して使用する場合、一方はTiO2、ZnO、Nb2O5又はSrTiO3であることが好ましい。また他方はSnO2、Fe2O3又はWO3であることが好ましい。さらに好ましい組み合わせとしては、ZnOとSnO2、ZnOとWO3、ZnOとSnO2とWO3等の組み合わせを挙げることができる。2種以上の半導体微粒子を混合して用いる場合、それぞれの粒径が異なっていてもよい。特に上記TiO2、ZnO、Nb2O5又はSrTiO3の粒径が大きく、SnO2、Fe2O3又はWO3が小さい組み合わせが好ましい。好ましくは大きい粒径の粒子が100nm以上、小さい粒径の粒子を15nm以下とする。
【0045】
半導体微粒子の作製法としては、作花済夫の「ゾル−ゲル法の科学」アグネ承風社(1998年)、技術情報協会の「ゾル−ゲル法による薄膜コーティング技術」(1995年)等に記載のゾル−ゲル法、杉本忠夫の「新合成法ゲル−ゾル法による単分散粒子の合成とサイズ形態制御」、まてりあ,第35巻,第9号,1012〜1018頁(1996年)等に記載のゲル−ゾル法が好ましい。またDegussa社が開発した塩化物を酸水素塩中で高温加水分解により酸化物を作製する方法も好ましく使用できる。
【0046】
半導体微粒子が酸化チタンの場合、上記ゾル-ゲル法、ゲル−ゾル法、塩化物の酸水素塩中での高温加水分解法はいずれも好ましいが、さらに清野学の「酸化チタン 物性と応用技術」技報堂出版(1997年)に記載の硫酸法及び塩素法を用いることもできる。さらにゾル−ゲル法として、Barbeらのジャーナル・オブ・アメリカン・セラミック・ソサエティー,第80巻,第12号,3157〜3171頁(1997年)に記載の方法や、Burnsideらのケミストリー・オブ・マテリアルズ,第10巻,第9号,2419〜2425頁に記載の方法も好ましい。
【0047】
(2)半導体微粒子層
半導体微粒子を導電性支持体上に塗布するには、半導体微粒子の分散液又はコロイド溶液を導電性支持体上に塗布する方法の他に、前述のゾル−ゲル法等を使用することもできる。光電変換素子の量産化、半導体微粒子液の物性、導電性支持体の融通性等を考慮した場合、湿式の製膜方法が比較的有利である。湿式の製膜方法としては、塗布法、印刷法、電解析出法及び電着法が代表的である。また、金属を酸化する方法、金属溶液から配位子交換等で液相にて析出させる方法(LPD法)、スパッタ等で蒸着する方法、CVD法、或いは加温した基板上に熱分解する金属酸化物プレカーサーを吹き付けて金属酸化物を形成するSPD法を利用することもできる。
【0048】
半導体微粒子の分散液を作製する方法としては、前述のゾル−ゲル法の他に、乳鉢ですり潰す方法、ミルを使って粉砕しながら分散する方法、半導体を合成する際に溶媒中で微粒子として析出させそのまま使用する方法等が挙げられる。
【0049】
分散媒としては、水又は各種の有機溶媒(例えばメタノール、エタノール、イソプロピルアルコール、シトロネロール、ターピネオール、ジクロロメタン、アセトン、アセトニトリル、酢酸エチル等)が使用できる。分散の際、必要に応じて例えばポリエチレングリコール、ヒドロキシエチルセルロース、カルボキシメチルセルロースのようなポリマー、界面活性剤、酸、キレート剤等を分散助剤として用いてもよい。ポリエチレングリコールの分子量を変えることで、分散液の粘度が調節可能となり、さらに剥がれにくい半導体層を形成したり、半導体層の空隙率をコントロールできるので、ポリエチレングリコールを添加することは好ましい。
【0050】
塗布方法としては、アプリケーション系としてローラ法、ディップ法等、メータリング系としてエアーナイフ法、ブレード法等、またアプリケーションとメータリングを同一部分にできるものとして、特公昭58-4589号に開示されているワイヤーバー法、米国特許2681294号、同2761419号、同2761791号等に記載のスライドホッパー法、エクストルージョン法、カーテン法等が好ましい。また汎用機としてスピン法やスプレー法も好ましい。湿式印刷方法としては、凸版、オフセット及びグラビアの三大印刷法をはじめ、凹版、ゴム版、スクリーン印刷等が好ましい。これらの中から、液粘度やウェット厚さに応じて好ましい製膜方法を選択してよい。
【0051】
半導体微粒子の層は単層に限らず、粒径の違った半導体微粒子の分散液を多層塗布したり、種類が異なる半導体微粒子(或いは異なるバインダー、添加剤)を含有する塗布層を多層塗布したりすることもできる。一度の塗布で膜厚が不足の場合にも多層塗布は有効である。
【0052】
一般に半導体微粒子層の厚さ(感光層の厚さと同じ)が厚くなるほど、単位投影面積当たりの担持色素量が増えるため光の捕獲率が高くなるが、生成した電子の拡散距離が増すため電荷再結合によるロスも大きくなる。したがって、半導体微粒子層の好ましい厚さは0.1〜100μmである。光電池に用いる場合、半導体微粒子層の厚さは1〜30μmが好ましく、2〜25μmがより好ましい。半導体微粒子の支持体1m2当たり塗布量は0.5〜100gが好ましく、3〜50gがより好ましい。
【0053】
半導体微粒子を導電性支持体上に塗布した後で半導体微粒子同士を電子的に接触させるとともに、塗膜強度の向上や支持体との密着性を向上させるために、加熱処理するのが好ましい。好ましい加熱温度の範囲は40℃以上700℃以下であり、より好ましくは100℃以上600℃以下である。また加熱時間は10分〜10時間程度である。ポリマーフィルムのように融点や軟化点の低い支持体を用いる場合、高温処理は支持体の劣化を招くため好ましくない。またコストの観点からもできる限り低温(例えば50℃〜350℃)であるのが好ましい。低温化は5nm以下の小さい半導体微粒子や鉱酸、金属酸化物プレカーサーの存在下での加熱処理等により可能となり、また、紫外線、赤外線、マイクロ波等の照射や電界、超音波を印加することにより行うこともできる。同時に不要な有機物等を除去する目的で、上記の照射や印加のほか加熱、減圧、酸素プラズマ処理、純水洗浄、溶剤洗浄、ガス洗浄等を適宜組み合わせて併用することが好ましい。
【0054】
加熱処理後、半導体微粒子の表面積を増大させたり、半導体微粒子近傍の純度を高め、色素から半導体微粒子への電子注入効率を高める目的で、例えば四塩化チタン水溶液を用いた化学メッキ処理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。また、半導体微粒子から電荷輸送層へ逆電流が流れるのを防止する目的で、粒子表面に色素以外の電子電導性の低い有機物を吸着させることも有効である。吸着させる有機物としては疎水性基を持つ物が好ましい。
【0055】
半導体微粒子層は、多くの色素を吸着することができるように大きい表面積を有することが好ましい。半導体微粒子の層を支持体上に塗布した状態での表面積は、投影面積に対して10倍以上であるのが好ましく、さらに100倍以上であるのが好ましい。この上限は特に制限はないが、通常1000倍程度である。
【0056】
(3)色素
感光層に用いる増感色素は、可視域や近赤外域に吸収を有し、半導体を増感しうる化合物なら任意に用いることができるが、金属錯体色素、メチン色素、ポルフィリン系色素又はフタロシアニン系色素が好ましい。また、光電変換の波長域をできるだけ広くし、かつ変換効率を上げるため、二種類以上の色素を併用又は混合して使用することができる。この場合、目的とする光源の波長域と強度分布に合わせるように、併用又は混合する色素とその割合を選ぶことができる。
【0057】
こうした色素は半導体微粒子の表面に対して吸着能力の有る適当な結合基(interlocking group)を有しているのが好ましい。好ましい結合基としては、-COOH基、-OH基、-SO3H基、-P(O)(OH)2基及び-OP(O)(OH)2基のような酸性基、並びにオキシム、ジオキシム、ヒドロキシキノリン、サリチレート及びα-ケトエノレートのようなπ伝導性を有するキレート化基が挙げられる。中でも-COOH基、-P(O)(OH)2基及び-OP(O)(OH)2基が特に好ましい。これらの基はアルカリ金属等と塩を形成していてもよく、また分子内塩を形成していてもよい。またポリメチン色素の場合、メチン鎖がスクアリリウム環やクロコニウム環を形成する場合のように酸性基を含有するなら、この部分を結合基としてもよい。以下、感光層に用いる好ましい増感色素を具体的に説明する。
【0058】
(a)金属錯体色素
色素が金属錯体色素である場合、金属フタロシアニン色素、金属ポルフィリン色素又はルテニウム錯体色素が好ましく、ルテニウム錯体色素が特に好ましい。ルテニウム錯体色素としては、例えば米国特許4927721号、同4684537号、同5084365号、同5350644号、同5463057号、同5525440号、特開平7-249790号、特表平10-504512号、世界特許98/50393号、特開2000-26487号等に記載の錯体色素が挙げられる。
【0059】
本発明で用いるルテニウム錯体色素は下記一般式(I):
(A1)pRu(B-a)(B-b)(B-c) ・・・(I)
により表されるのが好ましい。一般式(I)中、A1は1又は2座の配位子を表し、好ましくはCl、SCN、H2O、Br、I、CN、NCO、SeCN、β−ジケトン誘導体、シュウ酸誘導体及びジチオカルバミン酸誘導体からなる群から選ばれた配位子である。pは0〜3の整数である。B-a、B-b及びB-cはそれぞれ独立に下記式B-1〜B-10のいずれかにより表される有機配位子を表す。
【0060】
【化3】
【0061】
式B-1〜B-10中、R3は水素原子又は置換基を表し、該置換基の例としては、ハロゲン原子、炭素原子数1〜12の置換又は無置換のアルキル基、炭素原子数7〜12の置換又は無置換のアラルキル基、炭素原子数6〜12の置換又は無置換のアリール基、前述の酸性基(これらの酸性基は塩を形成していてもよい)及びキレート化基が挙げられる。ここで、アルキル基及びアラルキル基のアルキル部分は直鎖状でも分岐状でもよく、またアリール基及びアラルキル基のアリール部分は単環でも多環(縮合環、環集合)でもよい。B-a、B-b及びB-cは同一でも異なっていてもよく、いずれか1つ又は2つでもよい。
【0062】
好ましい金属錯体色素の具体例を以下に示すが、本発明はこれらに限定されるものではない。
【0063】
【化4】
【0064】
【化5】
【0065】
(b)メチン色素
本発明に使用する好ましいメチン色素は、シアニン色素、メロシアニン色素、スクワリリウム色素等のポリメチン色素である。好ましいポリメチン色素の例としては、特開平11-35836号、特開平11-67285号、特開平11-86916号、特開平11-97725号、特開平11-158395号、特開平11-163378号、特開平11-214730号、特開平11-214731号、特開平11-238905号、特開2000-26487号、欧州特許892411号、同911841号及び同991092号に記載の色素が挙げられる。好ましいメチン色素の具体例を以下に示す。
【0066】
【化6】
【0067】
【化7】
【0068】
(4)半導体微粒子への色素の吸着
半導体微粒子への色素を吸着は、色素の溶液中によく乾燥した半導体微粒子層を有する導電性支持体を浸漬するか、色素の溶液を半導体微粒子層に塗布する方法を用いることができる。前者の場合、浸漬法、ディップ法、ローラ法、エアーナイフ法等が使用可能である。浸漬法の場合、色素の吸着は室温で行ってもよいし、特開平7-249790号に記載されているように加熱還流して行ってもよい。また後者の塗布方法としては、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、スプレー法等がある。また、インクジェット法等によって色素を画像状に塗布し、この画像そのものを光電変換素子とすることもできる。
【0069】
色素の溶液(色素吸着液)に用いる溶媒は、好ましくはアルコール類(メタノール、エタノール、t-ブタノール、ベンジルアルコール等)、ニトリル類(アセトニトリル、プロピオニトリル、3-メトキシプロピオニトリル等)、ニトロメタン、ハロゲン化炭化水素(ジクロロメタン、ジクロロエタン、クロロホルム、クロロベンゼン等)、エーテル類(ジエチルエーテル、テトラヒドロフラン等)、ジメチルスルホキシド、アミド類(N,N-ジメチルホルムアミド、N,N-ジメチルアセタミド等)、N-メチルピロリドン、1,3-ジメチルイミダゾリジノン、3-メチルオキサゾリジノン、エステル類(酢酸エチル、酢酸ブチル等)、炭酸エステル類(炭酸ジエチル、炭酸エチレン、炭酸プロピレン等)、ケトン類(アセトン、2-ブタノン、シクロヘキサノン等)、炭化水素(へキサン、石油エーテル、ベンゼン、トルエン等)又はこれらの混合溶媒である。
【0070】
色素の全吸着量は、半導体微粒子層の単位面積(1m2)当たり0.01〜100mmolとするのが好ましい。また色素の半導体微粒子に対する吸着量は、半導体微粒子1g当たり0.01〜1mmolの範囲であるのが好ましい。このような色素の吸着量とすることにより半導体における増感効果が十分に得られる。これに対し、色素が少なすぎると増感効果が不十分となり、また色素が多すぎると半導体に付着していない色素が浮遊し、増感効果を低減させる原因となる。色素の吸着量を増大させるためには、吸着前に加熱処理を行うのが好ましい。加熱処理後、半導体微粒子表面に水が吸着するのを避けるため、常温に戻さずに、半導体電極基板の温度が60〜150℃の間で素早く色素の吸着操作を行うのが好ましい。また、色素間の凝集などの相互作用を低減する目的で、無色の化合物を色素吸着液に添加し、半導体微粒子に共吸着させてもよい。このために有効な化合物は界面活性な性質及び構造をもった化合物であり、例えばカルボキシル基を有するステロイド化合物(ケノデオキシコール酸)や、下記の例のようなスルホン酸塩類等が挙げられる。
【0071】
【化8】
【0072】
未吸着の色素は、吸着後速やかに洗浄により除去するのが好ましい。洗浄は湿式洗浄槽を使い、アセトニトリル等の極性溶剤、アルコール系溶剤のような有機溶媒等で行うのが好ましい。
【0073】
色素を吸着した後にアミン類や4級アンモニウム塩を用いて半導体微粒子の表面を処理してもよい。好ましいアミン類としてはピリジン、4-t-ブチルピリジン、ポリビニルピリジン等が挙げられる。好ましい4級アンモニウム塩としてはテトラブチルアンモニウムヨージド、テトラヘキシルアンモニウムヨージド等が挙げられる。これらは有機溶媒に溶解して用いてもよく、液体の場合はそのまま用いてもよい。
【0074】
(C)電荷輸送層
電荷輸送層には前述の電解液組成物が用いられる。電荷輸送層の形成方法に関しては2通りの方法がある。1つは感光層の上に先に対極を貼り合わせておき、その間隙に電解液組成物を挟み込む方法である。もう1つは感光層上に直接、電荷輸送層を付与する方法で、対極はその後付与することになる。
【0075】
前者の方法の場合、電解液組成物の挟み込み方法として、浸漬等による毛管現象を利用する常圧プロセス、又は常圧より低い圧力にして間隙の気相を液相に置換する真空プロセスを利用できる。
【0076】
後者の方法の場合、電解液組成物を用いる際には、未乾燥のまま対極を付与し、エッジ部の液漏洩防止措置を施すことになる。またゲル状の電解液組成物を用いる場合には湿式で塗布して重合等の方法により固体化する方法があり、その場合には乾燥、固定化した後に対極を付与することもできる。
【0077】
(D)対極
対極は前述の導電性支持体と同様に、導電性材料からなる対極導電層の単層構造でもよいし、対極導電層と支持基板から構成されていてもよい。対極導電層に用いる導電材としては、金属(白金、金、銀、銅、アルミニウム、マグネシウム、インジウム等)、炭素、及び導電性金属酸化物(インジウム−スズ複合酸化物、フッ素ドープ酸化スズ等)が挙げられる。この中でも白金、金、銀、銅、アルミニウム及びマグネシウムが好ましく使用することができる。対極に用いる支持基板は、好ましくはガラス基板又はプラスチック基板であり、これに上記の導電材を塗布又は蒸着して用いる。対極導電層の厚さは特に制限されないが、3nm〜10μmが好ましい。対極層の表面抵抗は低い程よい。好ましい表面抵抗の範囲としては50Ω/□以下であり、さらに好ましくは20Ω/□以下である。
【0078】
導電性支持体と対極のいずれか一方又は両方から光を照射してよいので、感光層に光が到達するためには、導電性支持体と対極の少なくとも一方が実質的に透明であればよい。発電効率の向上の観点からは、導電性支持体を透明にして光を導電性支持体側から入射させるのが好ましい。この場合対極は光を反射する性質を有するのが好ましい。このような対極としては、金属又は導電性酸化物を蒸着したガラス又はプラスチック、或いは金属薄膜を使用できる。
【0079】
対極は、電荷輸送層上に直接導電剤を塗布、メッキ又は蒸着(PVD、CVD)するか、導電層を有する基板の導電層側を貼り付ければよい。また、導電性支持体の場合と同様に、特に対極が透明の場合には、対極の抵抗を下げる目的で金属リードを用いるのが好ましい。なお、好ましい金属リードの材質及び設置方法、金属リード設置による入射光量の低下等は導電性支持体の場合と同じである。
【0080】
(E)その他の層
対極と導電性支持体の短絡を防止するため、導電性支持体と感光層の間には、緻密な半導体の薄膜層を下塗り層として予め塗設しておくことが好ましい。この下塗り層により短絡を防止する方法は、電荷輸送層に電子輸送材料や正孔輸送材料を用いる場合には特に有効である。下塗り層は好ましくはTiO2、SnO2、Fe2O3、WO3、ZnO又はNb2O5からなり、さらに好ましくはTiO2からなる。下塗り層は、例えばElectrochim. Acta 40, 643-652(1995)に記載されているスプレーパイロリシス法や、スパッタ法等により塗設することができる。下塗り層の好ましい膜厚は5〜1000nmであり、10〜500nmがさらに好ましい。
【0081】
また、電極として作用する導電性支持体と対極の一方又は両方の外側表面、導電層と基板の間又は基板の中間に、保護層、反射防止層等の機能性層を設けてもよい。これらの機能性層の形成には、その材質に応じて塗布法、蒸着法、貼り付け法等を用いることができる。
【0082】
(F)光電変換素子の内部構造の具体例
上述のように、光電変換素子の内部構造は目的に合わせ様々な形態が可能である。大きく2つに分ければ、両面から光の入射が可能な構造と、片面からのみ可能な構造が可能である。図2〜図9に本発明に好ましく適用できる光電変換素子の内部構造を例示する。
【0083】
図2に示す構造は、透明導電層10aと透明対極導電層40aとの間に、感光層20と電荷輸送層30とを介在させたものであり、両面から光が入射する構造となっている。図3に示す構造は、透明基板50a上に一部金属リード11を設け、その上に透明導電層10aを設け、下塗り層60、感光層20、電荷輸送層30及び対極導電層40をこの順で設け、さらに支持基板50を配置したものであり、導電層側から光が入射する構造となっている。図4に示す構造は、支持基板50上に導電層10を有し、下塗り層60を介して感光層20を設け、さらに電荷輸送層30と透明対極導電層40aとを設け、一部に金属リード11を設けた透明基板50aを、金属リード11側を内側にして配置したものであり、対極側から光が入射する構造である。図5に示す構造は、透明基板50a上に一部金属リード11を設け、さらに透明導電層10a(又は40a)を設けたもの1組の間に下塗り層60、感光層20及び電荷輸送層30を介在させたものであり、両面から光が入射する構造である。図6に示す構造は、透明基板50a上に透明導電層10a、下塗り層60、感光層20、電荷輸送層30及び対極導電層40を設け、この上に支持基板50を配置したものであり、導電層側から光が入射する構造である。図7に示す構造は、支持基板50上に導電層10を有し、下塗り層60を介して感光層20を設け、さらに電荷輸送層30及び透明対極導電層40aを設け、この上に透明基板50aを配置したものであり、対極側から光が入射する構造である。図8に示す構造は、透明基板50a上に透明導電層10aを有し、下塗り層60を介して感光層20を設け、さらに電荷輸送層30及び透明対極導電層40aを設け、この上に透明基板50aを配置したものであり、両面から光が入射する構造となっている。図9に示す構造は、支持基板50上に導電層10を設け、下塗り層60を介して感光層20を設け、さらに固体の電荷輸送層30を設け、この上に一部対極導電層40又は金属リード11を有するものであり、対極側から光が入射する構造となっている。
【0084】
[3]光電池
本発明の光電池は、上記本発明の光電変換素子に外部負荷で仕事をさせるようにしたものである。光電池のうち、本発明のように電荷輸送材料が主としてイオン輸送材料からなる場合を特に光電気化学電池と呼び、また、太陽光による発電を主目的とする場合を太陽電池と呼ぶ。光電池は構成物の劣化や内容物の揮散を防止するために、側面をポリマーや接着剤等で密封するのが好ましい。導電性支持体及び対極にリードを介して接続される外部回路自体は公知のものでよい。
【0085】
本発明の光電変換素子を太陽電池に適用する場合も、そのセル内部の構造は基本的に上述した光電変換素子の構造と同じである。また、本発明の光電変換素子を用いた色素増感型太陽電池は、従来の太陽電池モジュールと基本的には同様のモジュール構造をとりうる。太陽電池モジュールは、一般的には金属、セラミック等の支持基板の上にセルが構成され、その上を充填樹脂や保護ガラス等で覆い、支持基板の反対側から光を取り込む構造をとるが、支持基板に強化ガラス等の透明材料を用い、その上にセルを構成してその透明の支持基板側から光を取り込む構造とすることも可能である。具体的には、スーパーストレートタイプ、サブストレートタイプ、ポッティングタイプと呼ばれるモジュール構造、アモルファスシリコン太陽電池等で用いられる基板一体型モジュール構造等が知られており、本発明の色素増感型太陽電池も使用目的や使用場所及び環境により、適宜モジュール構造を選択できる。具体的には、特開2000-268892に記載の構造や態様とすることが好ましい。
【0086】
【実施例】
以下、本発明を実施例によって具体的に説明するが、本発明はそれらに限定されるものではない。
【0087】
参考例1
1.酸化チタン粒子分散液の調製
360gの水と12gの酢酸を混合した液に、25℃にて62gのオルトチタン酸テトライソプロピル(和光純薬製)を一気に添加し、1時間撹拌した。この溶液に80℃にて6mlの濃硝酸を加え、さらに4時間撹拌した。得られた酸化チタンゾルのうち50mlをステンレス製オートクレーブに移し替え、240℃で16時間撹拌した後、15000回転で30分間遠心分離した。次いで、デカンテーションで上澄みを除き、0.3gのポリエチレングリコール(分子量20000、和光純薬製)及び11gの水を加えてよく撹拌し、さらに1gのエタノール及び0.4mlの濃硝酸を加え、酸化チタン分散液(A)を得た。(A)の酸化チタン含有量は15質量%であった。また(A)中の酸化チタン粒子の平均粒径をX線回折法により求めたところ、16nmであった。
【0088】
2.色素を吸着した酸化チタン電極の作成
フッ素をドープした酸化スズをコーティングした透明導電性ガラス(日本板硝子製、表面抵抗:約10Ω/cm2)の導電面側に上記酸化チタン分散液(A)をドクターブレードを用いて塗布し、25℃で30分間乾燥した後、電気炉(ヤマト科学製「マッフル炉FP-32型」)を用いて450℃にて30分間焼成して酸化チタン電極を得た。塗布、焼成前後の質量変化より単位面積あたりの酸化チタンの塗布量を求めたところ、塗布量は16.2g/m2であった。
得られた酸化チタン電極を下記色素R-Aを含有する色素吸着液に25℃で16時間浸漬し、エタノール及びアセトニトリルで順次洗浄して、色素吸着酸化チタン電極を作製した。なお、色素吸着液は色素R-A及びエタノールとt-ブタノールとアセトニトリルの混合溶媒(エタノール:t-ブタノール:アセトニトリル=1:1:2(体積比))からなり、色素吸着液中の色素R-Aの濃度は0.3mmol/lとした。
【0089】
【化9】
【0090】
3.光電池の作製
色素吸着酸化チタン電極(2cm×2cm)に、表1に示す電解液組成物1-1〜1-3を塗布し、ドライルーム中、50℃減圧下で16時間静置し、電解液組成物を電極に十分に染み込ませた。これら電極に同じ大きさの白金蒸着ガラスを重ね合わせ、光電池A-1〜A-3を作製した。これらの光電池は、図10に示すような、導電性ガラス1(ガラス2上に導電層3が設置されたもの)、色素吸着二酸化チタン層4、電荷輸送層5、白金層6及びガラス7が順に積層された構造を有する。表1中に記載のヨウ化物塩I-1及び希釈溶融塩T-1の構造を以下に示す。
【0091】
【表1】
【0092】
【化10】
【0093】
4.光電変換効率の測定
500Wのキセノンランプ(ウシオ製)の光を分光フィルター(Oriel社製「AM1.5D」)を通すことにより模擬太陽光を発生させた。この模擬太陽光の強度は垂直面において100mW/cm2であった。光電池の負極を電源の負極に、光電池の正極を電源の正極に接続した。光電池の温度を30℃に保ち模擬太陽光を垂直に照射しながら、電流電圧特性を測定し光電変換効率を求めた。結果を表2に示す。
【0094】
比較例1
電解液組成物を表1の1-4〜1-8に変更した以外は参考例1と同様にして光電池A-4〜A-8を作製し、光電変換効率を測定した。結果を表2に示す。また表1中に記載のヨウ化物塩I-2〜I-4の構造を以下に示す。
【化11】
【0095】
【表2】
【0096】
表2の結果から総炭素数7以下の1-メチル-3-アルキルイミダゾリウムイオンが電解液組成物中のカチオンの70モル%以上を占め、かつヨウ化物イオンがアニオンの30モル%以上を占める参考例1の光電池A-1〜A-3はイオン伝導度が高いことに起因して短絡電流が大きい。このため光電変換効率が高く、光電池として好ましいことがわかる。
【0097】
参考例2及び実施例1
電解液組成物及び希釈溶融塩を表3の2-1〜2-7及びT-1〜T-7にそれぞれ変更した以外は参考例1と同様にして光電池B-1〜B-7を作製し、光電変換効率を測定した。結果を表4に示す。また表3中に記載の希釈溶融塩T-2〜T-7の構造を以下に示す。
【0098】
【表3】
【0099】
【化12】
【0100】
比較例2
電解液組成物及び希釈溶融塩を表3の2-8及びT-8にそれぞれ変更した以外は参考例1と同様にして光電池B-8を作製し、光電変換効率を測定した。結果を表4に示す。また表3中に記載の希釈溶融塩T-8の構造を以下に示す。
【0101】
【化13】
【0102】
【表4】
【0103】
表4の結果から総炭素数7以下の1-メチル-3-アルキルイミダゾリウムイオンが電解液組成物中のカチオンに占める割合が70モル%以上である光電池B-1〜B-7は、比較例2のB-8に比べて変換効率が高い。また、1-メチル-3-アルキルイミダゾリウムテトラフルオロボレートを希釈溶融塩に用いた場合、アルキル基としてはメチル>エチル>プロピルの順に変換効率が高い。これはカチオンの分子量が小さいほどイオン伝導度が高くなっていることを示すものである。希釈溶融塩のアニオンとしてはPF6 -及びN(SO2CF3)2 -よりもBF4 -、SCN-及びCF3CO2 -の方が変換効率が高い。
【0104】
実施例2
電解液組成物を表5に示すものに変更した以外は参考例1と同様にして光電池C-1〜C-8を作成し、光電変換効率を測定した。結果を表6に示す。
【0105】
【表5】
【0106】
【表6】
【0107】
表6の結果からピリジン類を添加した光電池C-3〜C-5は無添加の光電池C-1に比べて変換効率が高い。また、ピリジン類とリチウム塩を添加した光電池C-7及びC-8はさらに変換効率が高くなっている。ピリジン類を添加せずにリチウム塩のみを添加した光電池C-2は無添加の光電池C-1に比べて変換効率が低い。
【0108】
【発明の効果】
以上詳述したように、総炭素数7以下の1-メチル-3-アルキルイミダゾリウムヨージド及びヨウ素を含有する電解液組成物は優れた電荷輸送能を有する。そのため、かかる電解液組成物を用いた色素増感光電変換素子及び光電池は優れた光電変換効率を有する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の好ましい光電変換素子の構造を示す部分断面図である。
【図2】本発明の好ましい光電変換素子の構造を示す部分断面図である。
【図3】本発明の好ましい光電変換素子の構造を示す概略断面図である。
【図4】本発明の好ましい光電変換素子の構造を示す部分断面図である。
【図5】本発明の好ましい光電変換素子の構造を示す部分断面図である。
【図6】本発明の好ましい光電変換素子の構造を示す部分断面図である。
【図7】本発明の好ましい光電変換素子の構造を示す部分断面図である。
【図8】本発明の好ましい光電変換素子の構造を示す部分断面図である。
【図9】本発明の好ましい光電変換素子の構造を示す部分断面図である。
【図10】実施例で作成した光電変換素子の構造を示す部分断面図である。
【符号の説明】
1・・・導電性ガラス
2,7・・・ガラス
3・・・導電層
4・・・色素吸着二酸化チタン層
5,30・・・電荷輸送層
6・・・白金層
10・・・導電層
10a・・・透明導電層
11・・・金属リード
20・・・感光層
21・・・半導体微粒子
22・・・色素
23・・・電荷輸送材料
40・・・対極導電層
40a・・・透明対極導電層
50・・・基板
50a・・・透明基板
60・・・下塗り層
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an electrolyte composition excellent in charge transport ability, a photoelectric conversion element and a photovoltaic cell excellent in conversion efficiency using the same.
[0002]
[Prior art]
Photoelectric conversion elements are used in various optical sensors, copying machines, and photovoltaic power generation devices. Various systems such as those using metals, semiconductors, organic pigments and dyes, and combinations of these have been put to practical use as photoelectric conversion elements.
U.S. Pat. A photoelectric conversion element using a sensed semiconductor fine particle (hereinafter referred to as “dye-sensitized photoelectric conversion element”), a material for producing the photoelectric conversion element, and a manufacturing technique are disclosed. As a semiconductor fine particle, an inexpensive semiconductor such as titanium oxide can be used without being purified with high purity. Therefore, such a dye-sensitized photoelectric conversion element has an advantage that it can be produced at a low cost. However, in these dye-sensitized photoelectric conversion elements, since an electrolyte solution containing an organic solvent or water is used as an electrolyte, there is a problem that the element deteriorates due to volatilization of the organic solvent or water.
Journal of Electrochemical Society Vol. 143, No. 10, pages 3099-3108 (1996) discloses a method for solving the above problem by using a molten salt electrolyte which is substantially non-volatile. However, since the molten salt electrolyte has low ionic conductivity, a photoelectric conversion element using the molten salt electrolyte has low conversion efficiency and is desired to be improved.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
An object of the present invention is to provide an electrolytic solution composition having high ionic conductivity and excellent charge transport ability, and a dye-sensitized photoelectric conversion element and a photovoltaic cell excellent in durability and conversion efficiency.
[0004]
[Means for Solving the Problems]
As a result of intensive studies in view of the above object, the present inventors have found that the electrolyte solution composition containing 1-methyl-3-alkylimidazolium iodide having a total carbon number of 7 or less and iodine is excellent in charge transporting ability, And it discovered that the photoelectric conversion element which has a charge transport layer containing this electrolyte solution composition, and a photovoltaic cell showed the outstanding photoelectric conversion efficiency, and came up with this invention.
[0005]
That is, the electrolytic solution composition of the present invention is an electrolytic solution composition containing 1-methyl-3-alkylimidazolium iodide having a total carbon number of 7 or less and iodine, and 70 mol of the cation in the electrolytic solution composition. % Or more is 1-methyl-3-alkylimidazolium ion having a total carbon number of 7 or less, and 30 mol% or more of anions in the electrolyte composition is iodide ion.
[0006]
It is preferable that 30 mol% or more of all cations in the electrolyte composition is 1-methyl-3-n-propylimidazolium ion, and 10 to 70 mol% is 1-methyl-3-ethylimidazolium ion. Preferably, 10 to 70 mol% is 1,3-dimethylimidazolium ion.
[0007]
The electrolytic solution composition preferably contains an anion selected from the group consisting of tetrafluoroborate ions, thiocyanate ions, and trifluoroacetate ions. Moreover, it is preferable to contain a pyridine or a pyridine derivative, and it is preferable to contain a lithium ion.
[0008]
The photoelectric conversion element of the present invention is a photoelectric conversion element having a semiconductor fine particle layer adsorbed with a dye, a conductive support, and a charge transport layer, wherein the charge transport layer is composed of the above electrolyte composition.
[0009]
The photovoltaic cell of the present invention uses the above photoelectric conversion element.
[0010]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
[1] Electrolyte composition
The electrolytic solution composition of the present invention contains at least 1-methyl-3-alkylimidazolium iodide and iodine having a total carbon number of 7 or less, and 70 mol% or more of the cations in the electrolytic solution composition has a total carbon number of 7 The following 1-methyl-3-alkylimidazolium ions and an ionic liquid in which 30 mol% or more of the anions in the electrolyte composition are iodide ions. The electrolytic solution composition may appropriately contain an iodide salt other than imidazolium iodide, a molten salt for dilution, a gelling agent, or various additives. Examples of preferred additives include inorganic salts and pyridines. However, it does not contain volatile components that deteriorate the durability of the dye-sensitized photoelectric conversion element, which is the main use of the electrolyte composition of the present invention (for example, an organic solvent having a boiling point of 150 ° C. or lower, an additive having a boiling point of 150 ° C. or lower). .
[0011]
The most important property of the electrolyte composition is the charge transport ability when applied to a photoelectric conversion element, and the following four points are important for the charge transport ability.
(a) Ratio of ionic compound in the electrolyte composition
(b) Ratio of iodide ion to all anions in electrolyte composition
(c) Ratio of iodine in the electrolyte composition
(d) Ratio of 1-methyl-3-alkylimidazolium ion to all cations in the electrolyte composition
That is, the electrolytic solution composition of the present invention is mainly composed of an ionic compound, and when it contains a nonionic gelling agent or a nonionic additive, the total amount is preferably 40% by mass with respect to the electrolytic solution composition. Hereinafter, it is more preferably 20% by mass or less. In the present invention, the ratio of iodide ions to the total anions in the electrolytic solution composition is 30 mol% or more, preferably 40 mol% or more. The content of iodine in the electrolytic solution composition is preferably 0.1 to 20% by mass, more preferably 0.5 to 5% by mass with respect to the entire electrolytic solution composition material. In addition, iodine reacts with iodide ions in the electrolyte composition and changes to polyiodide ions. In the present invention, the ratio of 1-methyl-3-alkylimidazolium ions having a total carbon number of 7 or less to all cations in the electrolytic solution composition is 70 mol% or more. When the ratio of iodide ion to the total anion in the electrolyte composition is less than 30 mol% or the ratio of 1-methyl-3-alkylimidazolium ion to the total cation is less than 70 mol%, the ionic conduction of the electrolyte composition The conversion efficiency is not sufficient when a photoelectric conversion element is produced using this.
[0012]
The electrolytic solution composition of the present invention is a uniform liquid at room temperature. The viscosity of the liquid is preferably as low as possible, and the viscosity at room temperature is preferably 1000 cp or less, more preferably 500 cp or less, and particularly preferably 300 cp or less. Moreover, you may add a gelatinizer to electrolyte solution composition. In this case, the electrolytic solution composition becomes a non-flowable gel as a whole, but even in that case, the mixture of the constituent components excluding the gelling agent is a uniform liquid.
[0013]
(1) Imidazolium iodide
The imidazolium iodide used in the present invention is a 1-methyl-3-alkylimidazolium iodide having a total carbon number of 7 or less, preferably 1-methyl-3-n-propylimidazolium iodide, 1-methyl- 3-Isopropylimidazolium iodide, 1-methyl-3-ethylimidazolium iodide, or 1,3-dimethylimidazolium iodide. Of these, 1-methyl-3-n-propylimidazolium iodide is a liquid, and 1-methyl-3-isopropylimidazolium iodide, 1-methyl-3-ethylimidazolium iodide and 1,3-dimethylimidazole are used. Lilium iodide is a solid. Liquid iodide salts can be used alone. On the other hand, the solid iodide salt is used by dissolving in 1-methyl-3-n-propylimidazolium iodide, liquid iodide salt, diluted molten salt, or various additives. In general, a liquid iodide salt is more preferable than a solid iodide salt because there is no limitation in use such as solubility. Therefore, the imidazolium iodide used in the present invention is most preferably 1-methyl-3-n-propylimidazolium iodide.
[0014]
(2) Iodide salts other than imidazolium iodide
Iodide salts other than imidazolium iodide are preferably liquid at room temperature. Examples of the iodide salt that can be preferably used include those represented by any one of the following general formulas (Y-a), (Y-b), and (Y-c).
[0015]
[Chemical 1]
[0016]
Q in general formula (Y-a)y1Represents an atomic group that forms a 5- or 6-membered aromatic cation with a nitrogen atom. Qy1Is preferably composed of at least one atom selected from the group consisting of carbon atom, hydrogen atom, nitrogen atom, oxygen atom and sulfur atom. Qy1The 5-membered ring formed by is preferably an oxazole ring, thiazole ring, imidazole ring, pyrazole ring, isoxazole ring, thiadiazole ring, oxadiazole ring, triazole ring, indole ring or pyrrole ring, A ring or an imidazole ring is more preferable, and an oxazole ring or an imidazole ring is particularly preferable. Qy1The 6-membered ring formed by is preferably a pyridine ring, pyrimidine ring, pyridazine ring, pyrazine ring or triazine ring, and more preferably a pyridine ring.
[0017]
In general formula (Y-b), Ay1Represents a nitrogen atom or a phosphorus atom.
[0018]
R in general formulas (Y-a), (Y-b) and (Y-c)y1~ Ry11Each independently represents a substituted or unsubstituted alkyl group or a substituted or unsubstituted alkenyl group, preferably an alkyl group having 2 to 6 carbon atoms.
[0019]
In addition, R in the general formula (Y-b)y2~ Ry5Two or more of them connected to each othery1May form a non-aromatic ring containing R in the general formula (Y-c)y6~ Ry11Two or more of them may be connected to each other to form a ring.
[0020]
Q in general formulas (Y-a), (Y-b) and (Y-c)y1And Ry1~ Ry11May have a substituent, and examples of preferred substituents include halogen atoms, cyano groups, alkoxy groups, alkylthio groups, alkoxycarbonyl groups, amide groups, dialkylcarbamoyl groups, alkyl groups, alkenyl groups, and trialkyls. A silyl group, a trialkylsilyloxy group, etc. are mentioned.
[0021]
The compounds represented by the general formula (Y-a), (Y-b) or (Y-c) may be used alone or in combination of two or more. However, basically, since the effect of the imidazolium iodide used in the present invention is reduced, it is desirable not to use it as much as possible. The total amount of iodide salt other than imidazolium iodide is preferably 50 mol% or less, more preferably 20 mol% or less, based on the imidazolium iodide used in the present invention.
[0022]
(3) Molten salt for dilution
It is preferable to add a diluting molten salt for the purpose of dissolving the solid iodide salt or lowering the viscosity of the electrolyte. The molten salt is a salt that is liquid at normal temperature, and examples of a preferable molten salt that can be used in the present invention include salts in which iodide ions of those exemplified as the preferable iodide salts are replaced with other anions. Preferred examples of anions that replace iodide ions include SCN.-, BFFour -, PF6 -, ClOFour -, (CFThreeSO2)2N-, (CFThreeCF2SO2)2N-, CHThreeSOThree -, CFThreeSOThree -, CFThreeCOO-, PhFourB-, (CFThreeSO2)ThreeC-Etc. Above all, SCN-, CFThreeCOO-And BFFour -Is particularly preferred because of its low viscosity and low molecular weight. The cation is preferably a 1-methyl-3-alkylimidazolium ion, more preferably a 1-methyl-3-alkylimidazolium ion having a total carbon number of 7 or less, a 1-methyl-3-ethylimidazolium ion and 1,3 -Dimethylimidazolium ion is particularly preferred. That is, the molten salt for dilution is most preferably thiocyanate of 1-methyl-3-ethylimidazolium or 1,3-dimethylimidazolium, trifluoroacetate, or tetrafluoroborate.
[0023]
In the present invention, the addition amount of the molten salt other than the iodide salt is preferably 1 to 70% by mass, more preferably 5 to 60% by mass, and particularly preferably 10 to 60% by mass with respect to the entire electrolyte composition. . Further, it is preferable that the proportion of 1-methyl-3-ethylimidazolium ion or 1,3-dimethylimidazolium ion in the electrolytic solution composition is high because the ionic conductivity of the electrolytic solution is increased. However, since iodide ions are present in the electrolyte composition, and the iodide salts of these two types of imidazolium ions are solid, attention must be paid to crystal precipitation. For this reason, the ratio of 1-methyl-3-n-propylimidazolium ion in the total cation of the electrolyte composition is preferably at least 30 mol% or more, and 1-methyl-3-ethylimidazolium is preferable. The proportion of ions or 1,3-dimethylimidazolium ions is preferably 10 to 70 mol%.
[0024]
(4) Solvent
The molten salt electrolyte is preferably in a molten state at room temperature, and preferably does not use a solvent. The following solvent may be added, but the content of the molten salt is preferably 50% by mass or more, particularly preferably 90% by mass or more, based on the entire electrolyte composition. Further, it is preferable that 50% by mass or more of the salt is an iodide salt.
[0025]
The solvent used for the electrolyte is desirably a compound having a low viscosity and an improved ion mobility, or a high dielectric constant and an effective carrier concentration, which can exhibit excellent ion conductivity. Examples of such solvents include carbonate compounds such as ethylene carbonate and propylene carbonate, heterocyclic compounds such as 3-methyl-2-oxazolidinone, ethylene glycol dialkyl ether, propylene glycol dialkyl ether, polyethylene glycol dialkyl ether, and polypropylene glycol dialkyl ether. Chain ethers, ethylene glycol monoalkyl ethers, propylene glycol monoalkyl ethers, polyethylene glycol monoalkyl ethers, polypropylene glycol monoalkyl ethers and other alcohols, ethylene glycol, propylene glycol, polyethylene glycol, polypropylene glycol, glycerin and many other alcohols Monohydric alcohols, glutarodinitrile, oxydipropio Nitrile compounds of tolyl, dimethyl sulfoxide, aprotic polar substances such as sulfolane and the like, may be used as a mixture thereof.
[0026]
(5) Gelling agent
The electrolyte composition of the present invention may be gelled by adding a gelling agent. Examples of the gelation method include addition of a polymer, addition of an oil gelling agent, addition of polyfunctional monomers and subsequent polymerization, addition of a polymer, and subsequent crosslinking. In the case of gelation by polymer addition, compounds described in “Polymer Electrolyte Reviews-1 and 2” (JRMacCallum and CA Vincent, edited by ELSEVIER APPLIED SCIENCE) can be used. Vinylidene chloride can be preferably used. In the case of gelation by adding an oil gelling agent, Journal of Industrial Science (J. Chem Soc. Japan, Ind. Chem. Sec.), 46,779 (1943), J. Am. Chem. Soc., 111,5542 (1989), J. Chem. Soc., Chem. Com mun., 1993, 390, Angew. Chem. Int. Ed. Engl., 35, 1949 (1996), Chem. Lett., 1996, 885, J. Chm. Soc. The compounds described in Chem. Commun., 1997, 545 can be used, but preferred compounds are those having an amide structure in the molecular structure. The gelation method described in JP-A-2000-58140 can also be applied to the present invention.
[0027]
Further, when the electrolyte is gelled by a polymer crosslinking reaction, it is desirable to use a polymer containing a crosslinkable reactive group and a crosslinking agent in combination. In this case, the crosslinkable reactive group is preferably an amino group or a nitrogen-containing heterocyclic group (a group containing a pyridine ring, an imidazole ring, a thiazole ring, an oxazole ring, a triazole ring, a morpholine ring, a piperidine ring, a piperazine ring, etc.). The crosslinking agent is preferably a bifunctional or higher functional reagent capable of electrophilic reaction with a nitrogen atom (alkyl halide, halogenated aralkyl, sulfonic acid ester, acid anhydride, acid chloride, isocyanate compound, α, β-inactive Saturated sulfonyl group-containing compounds, α, β-unsaturated carbonyl group-containing compounds, α, β-unsaturated nitrile group-containing compounds, etc.). The crosslinking techniques described in JP-A Nos. 2000-17076 and 2000-86724 can also be applied. The addition amount of the gelling agent is usually preferably 0.1 to 20% by mass, and more preferably 1 to 10% by mass.
[0028]
(6) Additive
An inorganic salt may be added for the purpose of improving the short-circuit current of the photoelectric conversion element. Preferred inorganic salts include alkali metal or alkaline earth metal salts (LiI, NaI, KI, MgI2, CaI2, SrI2, CFThreeCOOLi, CFThreeCOONa, LiSCN, LiBFFour, LiN (SO2CFThree)2, LiPF6, LiClOFour, NaSCN, KSCN, RbBFFour, CsPF6Etc.). Of these, lithium salts are particularly preferred. The amount of these salts added is preferably about 0.02 to 2% by mass, and more preferably 0.1 to 1% by mass.
Pyridines may be added for the purpose of improving the open circuit voltage of the photoelectric conversion element. A substituted pyridine having a liquid temperature at normal temperature and a boiling point of 150 ° C. or higher is preferred, and a pyridine having an ionic substituent is particularly preferred. The addition amount of pyridines is preferably 1 to 40% by mass, particularly preferably 5 to 30% by mass with respect to the electrolytic solution composition. Specific examples of preferred pyridines are shown below, but the present invention is not limited thereto.
[0029]
[Chemical 2]
[0030]
[2] photoelectric conversion element
The photoelectric conversion element of the present invention has at least a semiconductor fine particle layer to which a dye is adsorbed, a charge transport layer, and a conductive support. Hereinafter, the semiconductor fine particle layer on which the dye is adsorbed is referred to as a photosensitive layer.
[0031]
As shown in FIG. 1, the photoelectric conversion device of the present invention is preferably formed by laminating a conductive layer 10, an undercoat layer 60, a photosensitive layer 20, a charge transport layer 30, and a counter electrode conductive layer 40 in this order. The semiconductor fine particles 21 sensitized by 22 and the liquid or gel charge transporting material 23 that permeates into the gaps between the semiconductor fine particles 21. The charge transport material 23 in the photosensitive layer 20 is usually the same material used for the charge transport layer 30. Further, a substrate 50 may be provided as a base for the conductive layer 10 and / or the counter electrode conductive layer 40 in order to impart strength to the photoelectric conversion element. In the present invention, the layer composed of the conductive layer 10 and the optionally provided substrate 50 is referred to as “conductive support”, and the layer composed of the counter electrode conductive layer 40 and the optionally provided substrate 50 is referred to as “counter electrode”.
[0032]
(A) Conductive support
The conductive support is composed of (1) a single layer of a conductive layer, or (2) two layers of a conductive layer and a substrate. If a conductive layer that can maintain sufficient strength and sealing properties is used, a substrate is not always necessary.
[0033]
In the case of (1), it is possible to use a material having sufficient strength as a conductive layer, such as metal, and having conductivity. In the case of (2), a substrate having a conductive layer containing a conductive agent on the photosensitive layer side can be used. Preferred conductive agents include metals (platinum, gold, silver, copper, aluminum, rhodium, indium, etc.), carbon, and conductive metal oxides (indium-tin composite oxide, tin oxide doped with fluorine, etc.). Can be mentioned. The thickness of the conductive layer is preferably about 0.02 to 10 μm.
[0034]
The lower the surface resistance of the conductive support, the better. The range of the surface resistance is preferably 100Ω / □ or less, more preferably 40Ω / □ or less. The lower limit of the surface resistance is not particularly limited, but is usually about 0.1Ω / □.
[0035]
When irradiating light from the conductive support side, the conductive support is preferably substantially transparent. Substantially transparent means that the light transmittance is 10% or more, preferably 50% or more, and more preferably 70% or more.
[0036]
The transparent conductive support is preferably formed by applying or vapor-depositing a transparent conductive layer made of a conductive metal oxide on the surface of a transparent substrate such as glass or plastic. In particular, conductive glass in which a conductive layer made of tin dioxide doped with fluorine is deposited on a transparent substrate made of low-cost soda-lime float glass is preferable. Moreover, in order to obtain a flexible photoelectric conversion element or solar cell at low cost, it is preferable to use a transparent polymer film provided with a conductive layer. Transparent polymer film materials include tetraacetyl cellulose (TAC), polyethylene terephthalate (PET), polyethylene naphthalate (PEN), syndiotactic polyester (SPS), polyphenylene sulfide (PPS), polycarbonate (PC), polyarylate (PAr), polysulfone (PSF), polyester sulfone (PES), polyetherimide (PEI), cyclic polyolefin, brominated phenoxy and the like can be used. In order to ensure sufficient transparency, the amount of conductive metal oxide applied is 1 m of glass or plastic support.2The amount is preferably 0.01 to 100 g.
[0037]
It is preferable to use a metal lead for the purpose of reducing the resistance of the transparent conductive support. The material of the metal lead is preferably a metal such as aluminum, copper, silver, gold, platinum, nickel, and particularly preferably aluminum and silver. The metal lead is preferably installed on a transparent substrate by vapor deposition, sputtering, or the like, and a transparent conductive layer made of tin oxide doped with fluorine or an ITO film is provided thereon. Moreover, it is also preferable to install a metal lead on the transparent conductive layer after providing the transparent conductive layer on the transparent substrate. The decrease in the amount of incident light due to the installation of the metal lead is preferably within 10%, more preferably 1 to 5%.
[0038]
(B) Photosensitive layer
In the photosensitive layer, the semiconductor acts as a photoconductor, absorbs light, separates charges, and generates electrons and holes. In a dye-sensitized semiconductor, light absorption and generation of electrons and holes thereby occur mainly in the dye, and the semiconductor fine particles receive and transmit these electrons (or holes). The semiconductor used in the present invention is preferably an n-type semiconductor in which conductor electrons become carriers under photoexcitation and give an anode current.
[0039]
(1) Semiconductor
Semiconductors include simple semiconductors such as silicon and germanium, III-V group compound semiconductors, metal chalcogenides (oxides, sulfides, selenides, composites thereof, etc.), compounds having a perovskite structure (strontium titanate) , Calcium titanate, sodium titanate, barium titanate, potassium niobate, etc.) can be used.
[0040]
Preferred metal chalcogenides include titanium, tin, zinc, iron, tungsten, zirconium, hafnium, strontium, indium, cerium, yttrium, lanthanum, vanadium, niobium or tantalum oxide, cadmium, zinc, lead, silver, antimony or bismuth. Sulfides, cadmium or lead selenides, cadmium tellurides and the like. Examples of other compound semiconductors include phosphides such as zinc, gallium, indium, and cadmium, gallium-arsenic or copper-indium selenides, and copper-indium sulfides. Furthermore, MxOySzOr M1xM2yOz (M, M1And M2In addition, composites such as are each a metal element, O is oxygen, and x, y, and z are the number of combinations in which the valence is neutral) can be preferably used.
[0041]
Preferred specific examples of the semiconductor used in the present invention include Si and TiO.2, SnO2, Fe2OThree, WOThree, ZnO, Nb2OFive, CdS, ZnS, PbS, Bi2SThree, CdSe, CdTe, SrTiOThree, GaP, InP, GaAs, CuInS2, CuInSe2And more preferably TiO2, ZnO, SnO2, Fe2OThree, WOThree, Nb2OFive, CdS, PbS, CdSe, SrTiOThree, InP, GaAs, CuInS2Or CuInSe2And particularly preferably TiO2Or Nb2OFiveAnd most preferably TiO2It is. TiO2Among them, TiO containing 70% or more of anatase type crystals2100% anatase type TiO2Is particularly preferred. It is also effective to dope metals for the purpose of increasing the electron conductivity in these semiconductors. As a metal to dope, a bivalent or trivalent metal is preferable. In order to prevent a reverse current from flowing from the semiconductor to the charge transport layer, it is also effective to dope the semiconductor with a monovalent metal.
[0042]
The semiconductor used in the present invention may be single crystal or polycrystalline, but is preferably polycrystalline from the viewpoint of production cost, securing raw materials, energy payback time, etc., and the semiconductor fine particle layer is particularly preferably a porous film. Moreover, a part amorphous part may be included.
[0043]
The particle size of the semiconductor fine particles is generally on the order of nm to μm, but the average particle size of the primary particles obtained from the diameter when the projected area is converted into a circle is preferably 5 to 200 nm, more preferably 8 to 100 nm. preferable. The average particle size of the semiconductor fine particles (secondary particles) in the dispersion is preferably 0.01 to 30 μm. Two or more kinds of fine particles having different particle size distributions may be mixed. In this case, the average size of the small particles is preferably 25 nm or less, more preferably 10 nm or less. For the purpose of improving the light capture rate by scattering incident light, it is also preferable to mix semiconductor particles having a large particle size, for example, about 100 nm to 300 nm.
[0044]
Two or more different types of semiconductor fine particles may be mixed and used. When two or more kinds of semiconductor fine particles are mixed and used, one of them is TiO2, ZnO, Nb2OFiveOr SrTiOThreeIt is preferable that The other is SnO2, Fe2OThreeOr WOThreeIt is preferable that A more preferable combination is ZnO and SnO.2, ZnO and WOThree, ZnO and SnO2And WOThreeAnd the like. When two or more kinds of semiconductor fine particles are mixed and used, their particle sizes may be different. Especially the above TiO2, ZnO, Nb2OFiveOr SrTiOThreeThe particle size of SnO2, Fe2OThreeOr WOThreeA combination with a small is preferred. Preferably, the large particle size is 100 nm or more, and the small particle size is 15 nm or less.
[0045]
Semiconductor fine particles are prepared by Sakuo Sakuo's “Science of Sol-Gel Method” Agne Jofusha (1998), Technical Information Association “Sol-gel Method for Thin Film Coating” (1995), etc. The sol-gel method described, Tadao Sugimoto, “Synthesis and size control of monodisperse particles by the new synthetic gel-sol method”, Materia, Vol. 35, No. 9, 1012-1018 (1996) Etc. are preferred. In addition, a method developed by Degussa for producing an oxide by high-temperature hydrolysis of a chloride in an oxyhydrogen salt can be preferably used.
[0046]
When the semiconductor fine particles are titanium oxide, the sol-gel method, gel-sol method, and high-temperature hydrolysis method in oxyhydrogen salt of chloride are all preferred, but Kiyoshi Manabu's “Titanium oxide properties and applied technology” The sulfuric acid method and the chlorine method described in Gihodo Publishing (1997) can also be used. Further, as a sol-gel method, the method described in Journal of American Ceramic Society, Volume 80, No. 12, pages 3157-3171 (1997), Barbe et al., Chemistry of Materials, Burnside et al. , Vol. 10, No. 9, pages 2419-2425 are also preferred.
[0047]
(2) Semiconductor fine particle layer
In order to apply the semiconductor fine particles on the conductive support, in addition to the method of applying a dispersion or colloidal solution of the semiconductor fine particles on the conductive support, the above-described sol-gel method or the like can also be used. In consideration of mass production of photoelectric conversion elements, physical properties of semiconductor fine particle liquid, flexibility of conductive support, etc., a wet film forming method is relatively advantageous. Typical examples of the wet film forming method include a coating method, a printing method, an electrolytic deposition method, and an electrodeposition method. In addition, a method of oxidizing metal, a method of depositing in a liquid phase from a metal solution by ligand exchange (LPD method), a method of vapor deposition by sputtering, a CVD method, or a metal that is thermally decomposed on a heated substrate An SPD method in which a metal oxide is formed by spraying an oxide precursor can also be used.
[0048]
In addition to the sol-gel method described above, a method for preparing a dispersion of semiconductor fine particles includes a method of grinding in a mortar, a method of dispersing while pulverizing using a mill, and fine particles in a solvent when synthesizing a semiconductor. The method of depositing and using as it is is mentioned.
[0049]
As the dispersion medium, water or various organic solvents (for example, methanol, ethanol, isopropyl alcohol, citronellol, terpineol, dichloromethane, acetone, acetonitrile, ethyl acetate, etc.) can be used. At the time of dispersion, for example, a polymer such as polyethylene glycol, hydroxyethyl cellulose, carboxymethyl cellulose, a surfactant, an acid, a chelating agent, and the like may be used as a dispersion aid. By changing the molecular weight of the polyethylene glycol, the viscosity of the dispersion can be adjusted, and a semiconductor layer that is difficult to peel off can be formed and the porosity of the semiconductor layer can be controlled. Therefore, it is preferable to add polyethylene glycol.
[0050]
As application methods, roller method, dip method, etc. as application system, air knife method, blade method, etc. as metering system, and application and metering can be made the same part, disclosed in Japanese Patent Publication No. 58-4589 The wire bar method, the slide hopper method, the extrusion method, the curtain method, etc. described in US Pat. Nos. 2,681,294, 2761419, 2761791 and the like are preferable. Moreover, a spin method and a spray method are also preferable as a general purpose machine. As the wet printing method, intaglio, rubber plate, screen printing and the like are preferred, including the three major printing methods of letterpress, offset and gravure. Among these, a preferable film forming method may be selected according to the liquid viscosity and the wet thickness.
[0051]
The semiconductor fine particle layer is not limited to a single layer, and a multi-layer coating of a dispersion of semiconductor fine particles having different particle diameters, or a multi-layer coating of a coating layer containing different types of semiconductor fine particles (or different binders and additives) You can also Multi-layer coating is also effective when the film thickness is insufficient with a single coating.
[0052]
In general, as the semiconductor fine particle layer thickness (same as the photosensitive layer thickness) increases, the amount of supported dye increases per unit projected area and thus the light capture rate increases. Loss due to coupling also increases. Therefore, the preferable thickness of the semiconductor fine particle layer is 0.1 to 100 μm. When used in a photovoltaic cell, the thickness of the semiconductor fine particle layer is preferably 1 to 30 μm, and more preferably 2 to 25 μm. Semiconductor fine particle support 1m2The hit application amount is preferably 0.5 to 100 g, more preferably 3 to 50 g.
[0053]
After the semiconductor fine particles are applied on the conductive support, the semiconductor fine particles are preferably brought into contact with each other electronically, and heat treatment is preferably performed in order to improve the coating strength and the adhesion to the support. A preferable heating temperature range is 40 ° C. or more and 700 ° C. or less, and more preferably 100 ° C. or more and 600 ° C. or less. The heating time is about 10 minutes to 10 hours. When using a support having a low melting point or softening point such as a polymer film, high temperature treatment is not preferable because it causes deterioration of the support. Moreover, it is preferable that it is as low temperature as possible (for example, 50 to 350 degreeC) also from a viewpoint of cost. The temperature can be lowered by heat treatment in the presence of small semiconductor particles of 5 nm or less, mineral acids, and metal oxide precursors, and by applying ultraviolet rays, infrared rays, microwaves, etc., electric fields, and ultrasonic waves. It can also be done. At the same time, for the purpose of removing unnecessary organic substances and the like, it is preferable to use a combination of irradiation, application, heating, decompression, oxygen plasma treatment, pure water cleaning, solvent cleaning, gas cleaning and the like in combination as appropriate.
[0054]
After the heat treatment, for example, chemical plating using titanium tetrachloride aqueous solution or titanium trichloride to increase the surface area of the semiconductor fine particles, increase the purity in the vicinity of the semiconductor fine particles, and increase the efficiency of electron injection from the dye into the semiconductor fine particles. You may perform the electrochemical plating process using aqueous solution. In order to prevent a reverse current from flowing from the semiconductor fine particles to the charge transport layer, it is also effective to adsorb an organic substance having a low electron conductivity other than the dye on the particle surface. The organic substance to be adsorbed is preferably an organic substance having a hydrophobic group.
[0055]
The semiconductor fine particle layer preferably has a large surface area so that a large amount of dye can be adsorbed. The surface area of the semiconductor fine particle layer coated on the support is preferably at least 10 times, more preferably at least 100 times the projected area. The upper limit is not particularly limited, but is usually about 1000 times.
[0056]
(3) Dye
The sensitizing dye used in the photosensitive layer can be arbitrarily used as long as it is a compound that has absorption in the visible region and near-infrared region and can sensitize semiconductors. A dye is preferred. Moreover, in order to make the wavelength range of photoelectric conversion as wide as possible and increase the conversion efficiency, two or more kinds of dyes can be used in combination or mixed. In this case, it is possible to select the dye to be used or mixed and the ratio thereof so as to match the wavelength range and intensity distribution of the target light source.
[0057]
Such a dye preferably has an appropriate interlocking group capable of adsorbing to the surface of the semiconductor fine particles. Preferred linking groups include -COOH group, -OH group, -SOThreeH group, -P (O) (OH)2Group and -OP (O) (OH)2And chelating groups having π conductivity such as oximes, dioximes, hydroxyquinolines, salicylates and α-ketoenolates. -COOH group, -P (O) (OH)2Group and -OP (O) (OH)2The group is particularly preferred. These groups may form a salt with an alkali metal or the like, or may form an internal salt. In the case of a polymethine dye, if the methine chain contains an acidic group as in the case where the methine chain forms a squarylium ring or a croconium ring, this part may be used as a linking group. Hereinafter, preferred sensitizing dyes used in the photosensitive layer will be specifically described.
[0058]
(a) Metal complex dye
When the dye is a metal complex dye, a metal phthalocyanine dye, a metal porphyrin dye or a ruthenium complex dye is preferable, and a ruthenium complex dye is particularly preferable. Examples of ruthenium complex dyes include, for example, U.S. Pat. / 50393, JP-A 2000-26487, and the like.
[0059]
The ruthenium complex dye used in the present invention has the following general formula (I):
(A1)pRu (B-a) (B-b) (B-c) (I)
Is preferably represented by: In general formula (I), A1Represents a mono or bidentate ligand, preferably Cl, SCN, H2It is a ligand selected from the group consisting of O, Br, I, CN, NCO, SeCN, β-diketone derivatives, oxalic acid derivatives and dithiocarbamic acid derivatives. p is an integer of 0-3. B-a, B-b and B-c each independently represents an organic ligand represented by any of the following formulas B-1 to B-10.
[0060]
[Chemical Formula 3]
[0061]
In formulas B-1 to B-10, RThreeRepresents a hydrogen atom or a substituent, and examples of the substituent include a halogen atom, a substituted or unsubstituted alkyl group having 1 to 12 carbon atoms, a substituted or unsubstituted aralkyl group having 7 to 12 carbon atoms, Examples thereof include substituted or unsubstituted aryl groups having 6 to 12 carbon atoms, the aforementioned acidic groups (these acidic groups may form a salt), and chelating groups. Here, the alkyl part of the alkyl group and the aralkyl group may be linear or branched, and the aryl part of the aryl group and the aralkyl group may be monocyclic or polycyclic (fused ring, ring assembly). B-a, B-b and B-c may be the same or different, and may be any one or two.
[0062]
Specific examples of preferable metal complex dyes are shown below, but the present invention is not limited thereto.
[0063]
[Formula 4]
[0064]
[Chemical formula 5]
[0065]
(B) Methine dye
A preferred methine dye used in the present invention is a polymethine dye such as a cyanine dye, a merocyanine dye, or a squarylium dye. Examples of preferred polymethine dyes include JP-A-11-35836, JP-A-11-67285, JP-A-11-86916, JP-A-11-97725, JP-A-11-158395, JP-A-11-163378, Examples thereof include the dyes described in JP-A-11-214730, JP-A-11-214731, JP-A-11-238905, JP-A-2000-26487, European Patents 892411, 911841 and 991092. Specific examples of preferable methine dyes are shown below.
[0066]
[Chemical 6]
[0067]
[Chemical 7]
[0068]
(4) Adsorption of dye to semiconductor fine particles
Adsorption of the dye to the semiconductor fine particles can be carried out by immersing a conductive support having a well-dried semiconductor fine particle layer in the dye solution or by applying a dye solution to the semiconductor fine particle layer. In the former case, an immersion method, a dip method, a roller method, an air knife method or the like can be used. In the case of the immersion method, the adsorption of the dye may be performed at room temperature or may be performed by heating and refluxing as described in JP-A-7-249790. Examples of the latter application method include a wire bar method, a slide hopper method, an extrusion method, a curtain method, a spin method, and a spray method. In addition, a dye can be applied in an image form by an inkjet method or the like, and the image itself can be used as a photoelectric conversion element.
[0069]
The solvent used for the dye solution (dye adsorption solution) is preferably alcohols (methanol, ethanol, t-butanol, benzyl alcohol, etc.), nitriles (acetonitrile, propionitrile, 3-methoxypropionitrile, etc.), nitromethane Halogenated hydrocarbons (dichloromethane, dichloroethane, chloroform, chlorobenzene, etc.), ethers (diethyl ether, tetrahydrofuran, etc.), dimethyl sulfoxide, amides (N, N-dimethylformamide, N, N-dimethylacetamide, etc.), N-methylpyrrolidone, 1,3-dimethylimidazolidinone, 3-methyloxazolidinone, esters (ethyl acetate, butyl acetate, etc.), carbonates (diethyl carbonate, ethylene carbonate, propylene carbonate, etc.), ketones (acetone, 2-butanone, cyclohexanone, etc. ), Hydrocarbon (hexane, petroleum ether, benzene, toluene, etc.) or a mixed solvent thereof.
[0070]
The total amount of dye adsorbed is the unit area of the semiconductor fine particle layer (1 m2) Is preferably 0.01 to 100 mmol. The amount of the dye adsorbed on the semiconductor fine particles is preferably in the range of 0.01 to 1 mmol per 1 g of the semiconductor fine particles. By using such an amount of dye adsorbed, a sensitizing effect in a semiconductor can be sufficiently obtained. On the other hand, if the amount of the dye is too small, the sensitizing effect becomes insufficient, and if the amount of the dye is too large, the dye not attached to the semiconductor floats, which causes a reduction in the sensitizing effect. In order to increase the adsorption amount of the dye, it is preferable to perform a heat treatment before the adsorption. In order to avoid water adsorbing on the surface of the semiconductor fine particles after the heat treatment, it is preferable to quickly perform the dye adsorption operation at a temperature of the semiconductor electrode substrate of 60 to 150 ° C. without returning to normal temperature. Further, for the purpose of reducing the interaction such as aggregation between the dyes, a colorless compound may be added to the dye adsorbing solution and co-adsorbed on the semiconductor fine particles. Effective compounds for this purpose are compounds having surface active properties and structures, and examples thereof include steroid compounds having a carboxyl group (chenodeoxycholic acid) and sulfonates such as the following examples.
[0071]
[Chemical 8]
[0072]
The unadsorbed dye is preferably removed by washing immediately after adsorption. The washing is preferably performed using a wet washing tank with a polar solvent such as acetonitrile or an organic solvent such as an alcohol solvent.
[0073]
After adsorbing the dye, the surface of the semiconductor fine particles may be treated with amines or quaternary ammonium salts. Preferable amines include pyridine, 4-t-butylpyridine, polyvinylpyridine and the like. Preferred quaternary ammonium salts include tetrabutylammonium iodide and tetrahexylammonium iodide. These may be used by dissolving in an organic solvent, or may be used as they are in the case of a liquid.
[0074]
(C) Charge transport layer
The above electrolyte composition is used for the charge transport layer. There are two methods for forming the charge transport layer. One is a method in which a counter electrode is first bonded onto the photosensitive layer, and an electrolytic solution composition is sandwiched between the gaps. The other is a method in which a charge transport layer is provided directly on the photosensitive layer, and a counter electrode is subsequently provided.
[0075]
In the case of the former method, as a method for sandwiching the electrolyte composition, a normal pressure process using capillary action due to dipping or the like, or a vacuum process in which the gas phase in the gap is replaced with a liquid phase at a pressure lower than normal pressure can be used. .
[0076]
In the case of the latter method, when using the electrolytic solution composition, a counter electrode is provided without being dried, and measures for preventing liquid leakage at the edge portion are taken. Moreover, when using a gel-like electrolyte solution composition, there exists a method of apply | coating wetly and solidifying by methods, such as superposition | polymerization, In that case, a counter electrode can also be provided after drying and fixing.
[0077]
(D) Counter electrode
Similar to the conductive support described above, the counter electrode may have a single-layer structure of a counter electrode conductive layer made of a conductive material, or may be composed of a counter electrode conductive layer and a support substrate. As the conductive material used for the counter electrode conductive layer, metal (platinum, gold, silver, copper, aluminum, magnesium, indium, etc.), carbon, and conductive metal oxide (indium-tin composite oxide, fluorine-doped tin oxide, etc.) Is mentioned. Among these, platinum, gold, silver, copper, aluminum, and magnesium can be preferably used. The support substrate used for the counter electrode is preferably a glass substrate or a plastic substrate, and the conductive material is applied or vapor-deposited thereon for use. The thickness of the counter electrode conductive layer is not particularly limited, but is preferably 3 nm to 10 μm. The lower the surface resistance of the counter electrode layer, the better. The range of the surface resistance is preferably 50Ω / □ or less, more preferably 20Ω / □ or less.
[0078]
Since light may be irradiated from either or both of the conductive support and the counter electrode, in order for light to reach the photosensitive layer, at least one of the conductive support and the counter electrode may be substantially transparent. . From the viewpoint of improving the power generation efficiency, it is preferable to make the conductive support transparent so that light is incident from the conductive support side. In this case, the counter electrode preferably has a property of reflecting light. As such a counter electrode, glass or plastic deposited with a metal or a conductive oxide, or a metal thin film can be used.
[0079]
The counter electrode may be formed by directly applying, plating, or vapor-depositing (PVD, CVD) a conductive agent on the charge transport layer or attaching the conductive layer side of the substrate having the conductive layer. Further, as in the case of the conductive support, it is preferable to use a metal lead for the purpose of reducing the resistance of the counter electrode, particularly when the counter electrode is transparent. In addition, the material and installation method of a preferable metal lead, the fall of the incident light amount by metal lead installation, etc. are the same as the case of an electroconductive support body.
[0080]
(E) Other layers
In order to prevent a short circuit between the counter electrode and the conductive support, it is preferable that a dense semiconductor thin film layer is preliminarily applied as an undercoat layer between the conductive support and the photosensitive layer. This method of preventing a short circuit by the undercoat layer is particularly effective when an electron transport material or a hole transport material is used for the charge transport layer. The undercoat layer is preferably TiO2, SnO2, Fe2OThree, WOThree, ZnO or Nb2OFiveMore preferably TiO2Consists of. The undercoat layer can be applied by, for example, a spray pyrolysis method described in Electrochim. Acta 40, 643-652 (1995), a sputtering method, or the like. The preferred thickness of the undercoat layer is 5 to 1000 nm, and more preferably 10 to 500 nm.
[0081]
Moreover, you may provide functional layers, such as a protective layer and an antireflection layer, in the outer surface of one or both of the electroconductive support body which acts as an electrode, and a counter electrode, between an electroconductive layer and a board | substrate, or in the middle of a board | substrate. For forming these functional layers, a coating method, a vapor deposition method, a bonding method, or the like can be used depending on the material.
[0082]
(F) Specific example of internal structure of photoelectric conversion element
As described above, the internal structure of the photoelectric conversion element can take various forms depending on the purpose. If roughly divided into two, a structure that allows light to enter from both sides and a structure that allows only one side are possible. 2 to 9 illustrate the internal structure of a photoelectric conversion element that can be preferably applied to the present invention.
[0083]
In the structure shown in FIG. 2, the photosensitive layer 20 and the charge transport layer 30 are interposed between the transparent conductive layer 10a and the transparent counter electrode conductive layer 40a, and light is incident from both sides. . In the structure shown in FIG. 3, a metal lead 11 is partially provided on a transparent substrate 50a, a transparent conductive layer 10a is provided thereon, and an undercoat layer 60, a photosensitive layer 20, a charge transport layer 30, and a counter electrode conductive layer 40 are arranged in this order. Further, a support substrate 50 is arranged, and light is incident from the conductive layer side. The structure shown in FIG. 4 has a conductive layer 10 on a support substrate 50, a photosensitive layer 20 provided through an undercoat layer 60, a charge transport layer 30 and a transparent counter electrode conductive layer 40a, and a metal in part The transparent substrate 50a provided with the leads 11 is arranged with the metal lead 11 side inward, and has a structure in which light enters from the counter electrode side. In the structure shown in FIG. 5, the primer layer 60, the photosensitive layer 20, and the charge transport layer 30 are provided between a pair of metal leads 11 provided on a transparent substrate 50 a and a transparent conductive layer 10 a (or 40 a). In this structure, light enters from both sides. In the structure shown in FIG. 6, a transparent conductive layer 10a, an undercoat layer 60, a photosensitive layer 20, a charge transport layer 30 and a counter electrode conductive layer 40 are provided on a transparent substrate 50a, and a support substrate 50 is disposed thereon. In this structure, light enters from the conductive layer side. The structure shown in FIG. 7 has a conductive layer 10 on a support substrate 50, a photosensitive layer 20 provided via an undercoat layer 60, a charge transport layer 30 and a transparent counter electrode conductive layer 40a, and a transparent substrate thereon. 50a is arranged, and light is incident from the counter electrode side. The structure shown in FIG. 8 has a transparent conductive layer 10a on a transparent substrate 50a, a photosensitive layer 20 is provided via an undercoat layer 60, a charge transport layer 30 and a transparent counter electrode conductive layer 40a are provided, and a transparent layer is provided thereon. The substrate 50a is disposed, and light is incident from both sides. In the structure shown in FIG. 9, the conductive layer 10 is provided on the support substrate 50, the photosensitive layer 20 is provided via the undercoat layer 60, and the solid charge transport layer 30 is further provided. It has a metal lead 11 and has a structure in which light is incident from the counter electrode side.
[0084]
[3] Photocell
The photovoltaic cell of the present invention is one in which the photoelectric conversion element of the present invention is caused to work with an external load. Of the photovoltaic cells, the case where the charge transport material is mainly composed of an ion transport material as in the present invention is particularly called a photoelectrochemical cell, and the case where the main purpose is power generation by sunlight is called a solar cell. In order to prevent deterioration of components and volatilization of the contents of the photovoltaic cell, it is preferable to seal the side surface with a polymer or an adhesive. The external circuit itself connected to the conductive support and the counter electrode via a lead may be a known one.
[0085]
When the photoelectric conversion element of the present invention is applied to a solar cell, the structure inside the cell is basically the same as the structure of the photoelectric conversion element described above. Moreover, the dye-sensitized solar cell using the photoelectric conversion element of the present invention can basically have the same module structure as a conventional solar cell module. The solar cell module generally has a structure in which cells are formed on a support substrate such as metal or ceramic, and the cell is covered with a filling resin or protective glass, and light is taken in from the opposite side of the support substrate. It is also possible to use a transparent material such as tempered glass for the support substrate, configure a cell thereon, and take in light from the transparent support substrate side. Specifically, module structures called super straight type, substrate type, potting type, and substrate integrated module structures used in amorphous silicon solar cells, etc. are known, and the dye-sensitized solar cell of the present invention is also used. Depending on the location and environment of use, the module structure can be selected as appropriate. Specifically, the structure and aspect described in JP-A-2000-268892 are preferable.
[0086]
【Example】
Hereinafter, the present invention will be specifically described by way of examples, but the present invention is not limited thereto.
[0087]
Reference example 1
1. Preparation of titanium oxide particle dispersion
  To a mixture of 360 g of water and 12 g of acetic acid, 62 g of tetraisopropyl orthotitanate (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) was added all at once at 25 ° C. and stirred for 1 hour. To this solution was added 6 ml of concentrated nitric acid at 80 ° C., and the mixture was further stirred for 4 hours. 50 ml of the obtained titanium oxide sol was transferred to a stainless steel autoclave, stirred at 240 ° C. for 16 hours, and then centrifuged at 15,000 rpm for 30 minutes. Next, the supernatant is removed by decantation, 0.3 g of polyethylene glycol (molecular weight 20000, manufactured by Wako Pure Chemical Industries) and 11 g of water are added and stirred well, and 1 g of ethanol and 0.4 ml of concentrated nitric acid are added to disperse the titanium oxide. A liquid (A) was obtained. The titanium oxide content of (A) was 15% by mass. Further, the average particle diameter of the titanium oxide particles in (A) was determined by X-ray diffractometry to be 16 nm.
[0088]
2. Creation of dye-adsorbed titanium oxide electrode
Transparent conductive glass coated with tin oxide doped with fluorine (made by Nippon Sheet Glass, surface resistance: approx. 10Ω / cm2) Apply the above titanium oxide dispersion (A) to the conductive surface side using a doctor blade, dry it at 25 ° C for 30 minutes, and then use an electric furnace ("Muffle furnace FP-32 type" manufactured by Yamato Kagaku). The titanium oxide electrode was obtained by baking at 450 ° C. for 30 minutes. When the coating amount of titanium oxide per unit area was determined from the mass change before and after coating and baking, the coating amount was 16.2 g / m.2Met.
The obtained titanium oxide electrode was immersed in a dye adsorbing solution containing the following dye R-A at 25 ° C. for 16 hours and washed successively with ethanol and acetonitrile to produce a dye adsorbing titanium oxide electrode. The dye adsorbing solution is composed of the dye RA and a mixed solvent of ethanol, t-butanol and acetonitrile (ethanol: t-butanol: acetonitrile = 1: 1: 2 (volume ratio)), and the concentration of the dye RA in the dye adsorbing solution. Was 0.3 mmol / l.
[0089]
[Chemical 9]
[0090]
3. Production of photovoltaic cells
Apply the electrolyte composition 1-1 to 1-3 shown in Table 1 to a dye-adsorbed titanium oxide electrode (2cm x 2cm), and leave it in a dry room at 50 ° C under reduced pressure for 16 hours. Was sufficiently soaked into the electrode. Photovoltaic cells A-1 to A-3 were produced by superimposing platinum-deposited glass of the same size on these electrodes. As shown in FIG. 10, these photovoltaic cells include a conductive glass 1 (with a conductive layer 3 placed on a glass 2), a dye-adsorbed titanium dioxide layer 4, a charge transport layer 5, a platinum layer 6 and a glass 7. It has a stacked structure. The structures of iodide salt I-1 and diluted molten salt T-1 shown in Table 1 are shown below.
[0091]
[Table 1]
[0092]
[Chemical Formula 10]
[0093]
4). Measurement of photoelectric conversion efficiency
Simulated sunlight was generated by passing light from a 500 W xenon lamp (USHIO) through a spectral filter ("AM1.5D" manufactured by Oriel). The intensity of this simulated sunlight is 100mW / cm on the vertical plane.2Met. The negative electrode of the photovoltaic cell was connected to the negative electrode of the power source, and the positive electrode of the photovoltaic cell was connected to the positive electrode of the power source. While maintaining the temperature of the photovoltaic cell at 30 ° C. and irradiating simulated sunlight vertically, the current-voltage characteristics were measured to obtain the photoelectric conversion efficiency. The results are shown in Table 2.
[0094]
Comparative Example 1
  Except for changing the electrolyte composition to 1-4 to 1-8 in Table 1Reference example 1Photocells A-4 to A-8 were prepared in the same manner as above, and the photoelectric conversion efficiency was measured. The results are shown in Table 2. The structures of iodide salts I-2 to I-4 shown in Table 1 are shown below.
Embedded image
[0095]
[Table 2]
[0096]
  From the results in Table 2, 1-methyl-3-alkylimidazolium ions having a total carbon number of 7 or less account for 70 mol% or more of cations in the electrolyte composition, and iodide ions account for 30 mol% or more of anions.Reference example 1Photocells A-1 to A-3 have a high short circuit current due to their high ionic conductivity. For this reason, it turns out that photoelectric conversion efficiency is high and it is preferable as a photovoltaic cell.
[0097]
Reference Example 2 and Example 1
  Except for changing the electrolyte composition and diluted molten salt to 2-1 to 2-7 and T-1 to T-7 in Table 3, respectively.Reference example 1Photocells B-1 to B-7 were prepared in the same manner as above, and the photoelectric conversion efficiency was measured. The results are shown in Table 4. The structures of the diluted molten salts T-2 to T-7 shown in Table 3 are shown below.
[0098]
[Table 3]
[0099]
Embedded image
[0100]
Comparative Example 2
  Except for changing electrolyte composition and diluted molten salt to 2-8 and T-8 in Table 3, respectivelyReference example 1Photocell B-8 was prepared in the same manner as above, and the photoelectric conversion efficiency was measured. The results are shown in Table 4. The structure of the diluted molten salt T-8 shown in Table 3 is shown below.
[0101]
Embedded image
[0102]
[Table 4]
[0103]
From the results shown in Table 4, photovoltaic cells B-1 to B-7 in which the proportion of 1-methyl-3-alkylimidazolium ions having 7 or less carbon atoms in the cation in the electrolyte composition is 70 mol% or more are compared. Conversion efficiency is higher than B-8 in Example 2. Further, when 1-methyl-3-alkylimidazolium tetrafluoroborate is used as a diluted molten salt, the conversion efficiency of the alkyl group is high in the order of methyl> ethyl> propyl. This indicates that the smaller the molecular weight of the cation, the higher the ionic conductivity. PF as an anion of diluted molten salt6 -And N (SO2CFThree)2 -Than BFFour -, SCN-And CFThreeCO2 -The conversion efficiency is higher.
[0104]
Example 2
  Except for changing the electrolyte composition to that shown in Table 5Reference example 1Photocells C-1 to C-8 were prepared in the same manner as described above, and the photoelectric conversion efficiency was measured. The results are shown in Table 6.
[0105]
[Table 5]
[0106]
[Table 6]
[0107]
From the results in Table 6, the photocells C-3 to C-5 added with pyridines have higher conversion efficiency than the non-added photocell C-1. Moreover, the conversion efficiency of the photovoltaic cells C-7 and C-8 to which pyridines and a lithium salt are added is further increased. Photovoltaic cell C-2 to which only a lithium salt is added without adding pyridines has a lower conversion efficiency than unadded photovoltaic cell C-1.
[0108]
【The invention's effect】
As described in detail above, it contains 1-methyl-3-alkylimidazolium iodide and iodine having a total carbon number of 7 or less.The electrolyte composition isExcellent charge transport capability. Therefore, a dye-sensitized photoelectric conversion element and a photovoltaic cell using such an electrolytic solution composition have excellent photoelectric conversion efficiency.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a partial cross-sectional view showing the structure of a preferred photoelectric conversion element of the present invention.
FIG. 2 is a partial cross-sectional view showing the structure of a preferred photoelectric conversion element of the present invention.
FIG. 3 is a schematic cross-sectional view showing the structure of a preferred photoelectric conversion element of the present invention.
FIG. 4 is a partial cross-sectional view showing the structure of a preferred photoelectric conversion element of the present invention.
FIG. 5 is a partial cross-sectional view showing the structure of a preferred photoelectric conversion element of the present invention.
FIG. 6 is a partial cross-sectional view showing the structure of a preferred photoelectric conversion element of the present invention.
FIG. 7 is a partial cross-sectional view showing the structure of a preferred photoelectric conversion element of the present invention.
FIG. 8 is a partial cross-sectional view showing the structure of a preferred photoelectric conversion element of the present invention.
FIG. 9 is a partial cross-sectional view showing the structure of a preferred photoelectric conversion element of the present invention.
FIG. 10 is a partial cross-sectional view illustrating a structure of a photoelectric conversion element created in an example.
[Explanation of symbols]
1 ... conductive glass
2,7 ... Glass
3. Conductive layer
4 ... Dye adsorption titanium dioxide layer
5,30 ... Charge transport layer
6 ... Platinum layer
10 ... conductive layer
10a ・ ・ ・ Transparent conductive layer
11 ... Metal lead
20 ... Photosensitive layer
21 ... Semiconductor fine particles
22 ... Dye
23 ... Charge transport material
40 ... Counterelectrode conductive layer
40a ・ ・ ・ Transparent counter conductive layer
50 ... Board
50a ・ ・ ・ Transparent substrate
60 ... Undercoat layer

Claims (5)

1-メチル-3-n-プロピルイミダゾリウムヨージド、1,3-ジメチルイミダゾリウムテトラフルオロボレート及びヨウ素を含有する電解液組成物であって、
前記電解液組成物中のカチオンの30モル%以上が1-メチル-3-n-プロピルイミダゾリウムイオンであり、10〜70モル%が1,3-ジメチルイミダゾリウムイオンであり、
前記1-メチル-3-n-プロピルイミダゾリウムイオン及び前記1,3-ジメチルイミダゾリウムイオンの和が前記電解液組成物中のカチオンの70モル%以上を占め、
かつ前記電解液組成物中のアニオンの30モル%以上がヨウ化物イオンであることを特徴とする電解液組成物。
An electrolytic solution composition containing 1-methyl-3-n-propylimidazolium iodide, 1,3-dimethylimidazolium tetrafluoroborate and iodine,
30 mol% or more of the cation in the electrolyte composition is 1-methyl-3-n-propylimidazolium ion, and 10 to 70 mol% is 1,3-dimethylimidazolium ion,
The sum of the 1-methyl-3-n-propylimidazolium ion and the 1,3-dimethylimidazolium ion accounts for 70 mol% or more of the cation in the electrolyte composition,
And 30 mol% or more of the anions in the said electrolyte composition is iodide ion, The electrolyte solution composition characterized by the above-mentioned.
請求項1に記載の電解液組成物において、前記電解液組成物はピリジン又はピリジン誘導体を含有することを特徴とする電解液組成物。 2. The electrolytic solution composition according to claim 1 , wherein the electrolytic solution composition contains pyridine or a pyridine derivative. 請求項1又は2に記載の電解液組成物において、前記電解液組成物はリチウムイオンを含有することを特徴とする電解液組成物。 3. The electrolytic solution composition according to claim 1 , wherein the electrolytic solution composition contains lithium ions. 4. 色素が吸着した半導体微粒子層、導電性支持体及び電荷輸送層を有する光電変換素子であって、前記電荷輸送層が請求項1〜3のいずれかに記載の電解液組成物からなることを特徴とする光電変換素子。A photoelectric conversion element comprising a semiconductor fine particle layer adsorbed with a dye, a conductive support, and a charge transport layer, wherein the charge transport layer comprises the electrolytic solution composition according to any one of claims 1 to 3. A photoelectric conversion element. 請求項4に記載の光電変換素子を用いることを特徴とする光電池。A photovoltaic cell comprising the photoelectric conversion element according to claim 4 .
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004319197A (en) * 2003-04-15 2004-11-11 Fujikura Ltd Photoelectric conversion element and its manufacturing method
KR100499051B1 (en) * 2003-06-25 2005-07-04 한국전자통신연구원 Dye-sensitized solar cells including liquid type imidazolium electrolyte
JP2005071895A (en) * 2003-08-27 2005-03-17 Toyo Ink Mfg Co Ltd Electrolyte composition for dye-sensitized photoelectric transfer element, and photoelectric transfer element using it
JP2005147394A (en) 2003-10-23 2005-06-09 Sankyo Seiki Mfg Co Ltd Dynamic-pressure bearing device and disc driving device
JP3717506B2 (en) * 2004-01-20 2005-11-16 シャープ株式会社 Dye-sensitized solar cell module
DE102004024000A1 (en) * 2004-05-14 2005-12-08 Clariant Gmbh Post-treatment of pigments in ionic liquids
JP4655519B2 (en) * 2004-06-18 2011-03-23 株式会社ブリヂストン Electrolyte for dye-sensitized solar cell and dye-sensitized solar cell
JP4669754B2 (en) * 2005-03-09 2011-04-13 富士フイルム株式会社 Dye composition and dyeing method
JP5096755B2 (en) * 2007-02-13 2012-12-12 グンゼ株式会社 Dye-sensitized solar cell
JP5350106B2 (en) 2008-07-28 2013-11-27 キヤノン株式会社 Nanoparticle-dispersant composite, nanoparticle dispersion and nanoparticle-matrix material composite
JP5855055B2 (en) * 2008-07-28 2016-02-09 キヤノン株式会社 Compound, nanoparticle-dispersant complex, nanoparticle dispersion, nanoparticle-matrix material complex, and method for producing compound
US8779126B2 (en) 2008-10-29 2014-07-15 Fujifilm Corporation Dye, photoelectric conversion element using the same, photoelectrochemical cell, and method of producing dye
US9293786B1 (en) * 2009-05-12 2016-03-22 Clarkson University Solid organic electrolytes
JP5524557B2 (en) 2009-09-28 2014-06-18 富士フイルム株式会社 Method for producing photoelectric conversion element, photoelectric conversion element, and photoelectrochemical cell
JP5620081B2 (en) 2009-09-28 2014-11-05 富士フイルム株式会社 Method for manufacturing photoelectric conversion element
EP2622617A2 (en) * 2010-09-30 2013-08-07 Merck Patent GmbH Electrolyte formulations
JP5972811B2 (en) 2013-02-22 2016-08-17 富士フイルム株式会社 Photoelectric conversion element, method for producing photoelectric conversion element, and dye-sensitized solar cell
KR102122544B1 (en) 2019-09-20 2020-06-16 에스케이이노베이션 주식회사 Ionic liquid containing divalent cation and monovalent anion and lubricant composition comprising the same

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