JP4557097B2 - Electrolyte for photoelectric conversion element and photoelectric conversion element and dye-sensitized solar cell using the electrolyte - Google Patents

Electrolyte for photoelectric conversion element and photoelectric conversion element and dye-sensitized solar cell using the electrolyte Download PDF

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Description

本発明は、光電変換素子用電解質ならびにその電解質を用いた光電変換素子および色素増感太陽電池に関する。   The present invention relates to an electrolyte for a photoelectric conversion element, a photoelectric conversion element using the electrolyte, and a dye-sensitized solar cell.

近年、二酸化炭素の増加が原因とされる地球温暖化等の環境問題が深刻となり、環境負荷が小さく、かつ製造コストを削減できる太陽電池として、非シリコン系太陽電池が注目され研究開発が進められている。   In recent years, environmental problems such as global warming caused by an increase in carbon dioxide have become serious, and non-silicon solar cells have attracted attention as solar cells that can reduce the environmental burden and reduce manufacturing costs. ing.

非シリコン系太陽電池の中でも特に、スイスのグレツェルらが開発した色素増感太陽電池は、有機材料を用いた太陽電池の中では光電変換効率が高く、シリコン系太陽電池と比較して製造コストが安い等の利点もあり、新しいタイプの太陽電池として注目を集めている。
しかしながら、色素増感太陽電池は、電気化学電池のため電解質として有機電解液やイオン性液体等が使用されており、有機電解液を用いる場合には、長期使用時に揮発したり枯渇したりすることにより発電効率が低下してしまうという問題があり、また、イオン性液体を用いる場合には、長期使用時の揮発や枯渇は防止できるものの液漏れすることによる構造劣化等の耐久性の問題があった。
そこで、電解液の揮発、液漏れを防ぎ、太陽電池の長期安定性、耐久性確保を目的として、電解質を液状からゲル状、固体状にする研究が行われている。
Among non-silicon-based solar cells, dye-sensitized solar cells developed by Grezel, etc. of Switzerland have high photoelectric conversion efficiency among solar cells using organic materials, and are less expensive to manufacture than silicon-based solar cells. It is also attracting attention as a new type of solar cell due to its advantages such as low price.
However, since dye-sensitized solar cells are electrochemical cells, organic electrolytes or ionic liquids are used as electrolytes. When organic electrolytes are used, they may volatilize or be depleted during long-term use. However, when using ionic liquids, volatilization and depletion during long-term use can be prevented, but there are durability problems such as structural deterioration due to liquid leakage. It was.
In view of this, studies have been made to change the electrolyte from liquid to gel or solid for the purpose of preventing volatilization and leakage of the electrolyte and ensuring long-term stability and durability of the solar cell.

例えば、特許文献1には、「イオン性液体と導電性粒子とを主たる成分として含むゲル状の電解質組成物」が記載されている([請求項1][請求項2])。
また、特許文献2には、「色素増感された半導体粒子からなる多孔性の光電極層、電荷輸送層および対向電極層をこの順序で有する色素増感型光電変換素子であって、電荷輸送層が、p型導電性ポリマーを1乃至50質量%、炭素材料を5乃至50質量%、およびイオン液体を20乃至85質量%含む固体状の混合物からなることを特徴とする色素増感型光電変換素子。」が記載されている([請求項1])。
For example, Patent Document 1 describes “a gel-like electrolyte composition containing an ionic liquid and conductive particles as main components” ([Claim 1] and [Claim 2]).
Patent Document 2 discloses that “a dye-sensitized photoelectric conversion element having a porous photoelectrode layer made of dye-sensitized semiconductor particles, a charge transport layer, and a counter electrode layer in this order, The layer is made of a solid mixture containing 1 to 50% by mass of a p-type conductive polymer, 5 to 50% by mass of a carbon material, and 20 to 85% by mass of an ionic liquid. Conversion element ”is described ([Claim 1]).

しかしながら、特許文献1に記載の電解質組成物を用いた場合は、高いエネルギー変換効率を達成する観点から酸化還元対(レドックス対)、特に、ヨウ素を使用した場合、ヨウ素の腐食性により光電変換素子を構成する金属配線(集電電極)、シール材等を腐食したり、ヨウ素の揮発性により電解質の安定性に影響を与えたりする問題があった。   However, when the electrolyte composition described in Patent Document 1 is used, from the viewpoint of achieving high energy conversion efficiency, a redox couple (redox couple), in particular, when iodine is used, the photoelectric conversion element due to the corrosive nature of iodine. There is a problem that the metal wiring (collecting electrode), the sealing material, and the like constituting the material are corroded and the stability of the electrolyte is affected by the volatility of iodine.

国際公開第2005/006482号International Publication No. 2005/006482 特開2007−227087号公報JP 2007-227087 A

また、本発明者は、特許文献2に記載の色素増感型光電変換素子について検討した結果、エネルギー変換効率が十分でないことを明らかとした。これは、p型導電性ポリマー(例えば、ポリアニリン、ポリピロール等)、炭素材料(例えば、アセチレンブラック等)およびイオン性液体の混合物を電荷輸送層として使用した場合は、炭素材料(特に、アセチレンブラック)自体がイオン性液体を保持する能力(保持能)が低いうえにp型導電性ポリマーとの混合することによりその保持能が更に低下しているためと考えられる。
そこで、本発明は、ヨウ素を実質的に含まなくても高いエネルギー変換効率を達成することができる光電変換素子用電解質ならびにその電解質を用いた光電変換素子および色素増感太陽電池を提供することを目的とする。
Further, as a result of examining the dye-sensitized photoelectric conversion element described in Patent Document 2, the present inventor has revealed that the energy conversion efficiency is not sufficient. This is because when a mixture of a p-type conductive polymer (for example, polyaniline, polypyrrole, etc.), a carbon material (for example, acetylene black, etc.) and an ionic liquid is used as the charge transport layer, the carbon material (especially acetylene black) It is considered that the ability to retain the ionic liquid itself (retention ability) is low and the retention ability is further lowered by mixing with the p-type conductive polymer.
Therefore, the present invention provides an electrolyte for a photoelectric conversion element that can achieve high energy conversion efficiency even when substantially not containing iodine, and a photoelectric conversion element and a dye-sensitized solar cell using the electrolyte. Objective.

本発明者は、鋭意検討した結果、イオン性液体、および、比表面積が1000〜3500m2/gの炭素材料を特定割合で含有する光電変換素子用電解質が、ヨウ素を実質的に含まなくても高いエネルギー変換効率を達成することができることを見出し、本発明を完成させた。
即ち、本発明は、下記(a)〜()を提供する。
As a result of intensive studies, the inventor has found that the electrolyte for a photoelectric conversion element containing the ionic liquid and the carbon material having a specific surface area of 1000 to 3500 m 2 / g in a specific ratio does not substantially contain iodine. The present inventors have found that high energy conversion efficiency can be achieved and completed the present invention.
That is, the present invention provides the following (a) to ( k ).

(a)イオン性液体(A)、および、比表面積が1000〜3500m2/gの炭素材料(B)を含有し、
上記炭素材料(B)の含有量が、上記イオン性液体(A)100質量部に対して10〜50質量部であり、
更に、上記炭素材料(B)以外の他の炭素材料(C)として、アセチレンブラック、ホウ素変性アセチレンブラック、JIS Z8802規定のpH測定方法により測定したpHが2〜6を示す炭素材料、および、窒素吸着比表面積が90m 2 /g以上のカーボンブラックからなる群から選択されるいずれか1つ以上を含有する光電変換素子用電解質。
(A) containing an ionic liquid (A) and a carbon material (B) having a specific surface area of 1000 to 3500 m 2 / g,
The content of the carbon material (B) is Ri 10-50 parts by der respect to the ionic liquid (A) 100 parts by mass of,
Furthermore, as carbon material (C) other than the carbon material (B), acetylene black, boron-modified acetylene black, a carbon material having a pH of 2 to 6 measured by a pH measuring method defined in JIS Z8802, and nitrogen the photoelectric conversion element for electrolyte you containing any one or more of adsorption specific surface area is selected from the group consisting of higher carbon black 90m 2 / g.

(b)上記炭素材料(B)の1次平均粒子径が、0.5〜120μmである上記(a)に記載の光電変換素子用電解質。   (B) The electrolyte for photoelectric conversion elements according to (a), wherein the carbon material (B) has a primary average particle size of 0.5 to 120 μm.

(c)上記イオン性液体(A)が、下記式(1)または(2)で表されるカチオンを有する上記(a)または(b)に記載の光電変換素子用電解質。   (C) The electrolyte for photoelectric conversion elements according to (a) or (b), wherein the ionic liquid (A) has a cation represented by the following formula (1) or (2).

式(1)中、R1は、炭素数1〜20のヘテロ原子を含んでいてもよい炭化水素基を表し、炭素数1〜20のヘテロ原子を含んでいてもよい置換基を有していてもよい。R2およびR3は、それぞれ独立に水素原子または炭素数1〜20の炭化水素基を表し、ヘテロ原子を含んでいてもよい。ただし、窒素原子が二重結合を含む場合、R3は存在しない。式(2)中、Qは、窒素原子、酸素原子、リン原子または硫黄原子を表し、R4、R5、R6およびR7は、それぞれ独立に水素原子または炭素数1〜8の炭化水素基を表し、ヘテロ原子を含んでいてもよい。ただし、Qが酸素原子または硫黄原子の場合、R7は存在しない。In Formula (1), R 1 represents a hydrocarbon group that may contain a C 1-20 hetero atom, and has a substituent that may contain a C 1-20 hetero atom. May be. R 2 and R 3 each independently represent a hydrogen atom or a hydrocarbon group having 1 to 20 carbon atoms, it may contain a hetero atom. However, when the nitrogen atom contains a double bond, R 3 does not exist. In formula (2), Q represents a nitrogen atom, an oxygen atom, a phosphorus atom or a sulfur atom, and R 4 , R 5 , R 6 and R 7 are each independently a hydrogen atom or a hydrocarbon having 1 to 8 carbon atoms. Represents a group and may contain a heteroatom. However, when Q is an oxygen atom or a sulfur atom, R 7 does not exist.

(d)上記イオン性液体(A)が、ヨウ素イオンをアニオンとして有する上記(c)に記載の光電変換素子用電解質。   (D) The electrolyte for photoelectric conversion elements according to (c), wherein the ionic liquid (A) has iodine ions as anions.

)上記pHが2〜6を示す炭素材料の1次平均粒子径が、0.010〜0.050μmである上記(a)〜(d)のいずれかに記載の光電変換素子用電解質。 ( E ) The electrolyte for photoelectric conversion elements according to any one of the above (a) to (d), wherein the carbon material having a pH of 2 to 6 has a primary average particle diameter of 0.010 to 0.050 μm.

)上記炭素材料(B)および上記他の炭素材料(C)の合計の含有量が、上記イオン性液体(A)100質量部に対して10〜50質量部である上記()〜()のいずれかに記載の光電変換素子用電解質。 ( F ) Said ( a )-whose total content of said carbon material (B) and said other carbon material (C) is 10-50 mass parts with respect to 100 mass parts of said ionic liquids (A). ( E ) The electrolyte for photoelectric conversion elements in any one of.

)上記炭素材料(B)と上記他の炭素材料(C)との含有量の比率[炭素材料(B)/他の炭素材料(C)]が、99.9/0.1〜60/40である上記()〜()のいずれかに記載の光電変換素子用電解質。 ( G ) The ratio of the content of the carbon material (B) and the other carbon material (C) [carbon material (B) / other carbon material (C)] is 99.9 / 0.1-60. The electrolyte for photoelectric conversion elements according to any one of ( a ) to ( f ), which is / 40.

)上記イオン性液体(A)および上記他の炭素材料(C)を混合して分散体を得た後に、上記炭素材料(B)を混合して調製される上記()〜()のいずれかに記載の光電変換素子用電解質。 ( H ) The above ( a ) to ( g ) prepared by mixing the carbon material (B) after mixing the ionic liquid (A) and the other carbon material (C) to obtain a dispersion. The electrolyte for photoelectric conversion elements according to any one of the above.

)更に、酸化ケイ素および/または金属酸化物を含有する上記(a)〜()のいずれかに記載の光電変換素子用電解質。 ( I ) The electrolyte for photoelectric conversion elements according to any one of (a) to ( h ), further containing silicon oxide and / or a metal oxide.

)透明導電膜および金属酸化物半導体多孔質膜を有する光電極と、
上記光電極に対向して配置される対向電極と、
上記光電極と上記対向電極との間に配された電解質層とを有し、
上記電解質層が、上記(a)〜()のいずれかに記載の光電変換素子用電解質である光電変換素子。
( J ) a photoelectrode having a transparent conductive film and a metal oxide semiconductor porous film;
A counter electrode disposed to face the photoelectrode;
An electrolyte layer disposed between the photoelectrode and the counter electrode;
The photoelectric conversion element whose said electrolyte layer is an electrolyte for photoelectric conversion elements in any one of said (a)-( i ).

)上記()に記載の光電極に光増感色素を担持させてなる色素増感太陽電池。 ( K ) A dye-sensitized solar cell in which a photosensitizing dye is supported on the photoelectrode according to ( j ) above.

以下に説明するように、本発明によれば、ヨウ素を実質的に含まなくても高いエネルギー変換効率を達成することができる光電変換素子用電解質ならびにその電解質を用いた光電変換素子および色素増感太陽電池を提供することができるため有用である。
また、本発明の光電変換素子用電解質は、ポリアニリン等のp型導電性ポリマーを用いなくても高いエネルギー変換効率を達成することができるため、非常に有用である。
As will be described below, according to the present invention, an electrolyte for a photoelectric conversion element that can achieve high energy conversion efficiency without substantially containing iodine, and a photoelectric conversion element and dye sensitization using the electrolyte This is useful because a solar cell can be provided.
The electrolyte for photoelectric conversion elements of the present invention is very useful because it can achieve high energy conversion efficiency without using a p-type conductive polymer such as polyaniline.

図1は、本発明の光電変換素子の基本構成の一例を示す模式断面図である。FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing an example of the basic configuration of the photoelectric conversion element of the present invention. 図2は、実施例等で用いた本発明の太陽電池の基本構成を示す図面である。FIG. 2 is a drawing showing the basic configuration of the solar cell of the present invention used in Examples and the like.

以下、本発明をより詳細に説明する。
本発明の光電変換素子用電解質(以下、単に「本発明の電解質」ともいう。)は、イオン性液体(A)、および、比表面積が1000〜3500m2/gの炭素材料(B)を含有し、上記炭素材料(B)の含有量が、上記イオン性液体(A)100質量部に対して10〜50質量部である光電変換素子用の電解質である。
次に、本発明の電解質の各成分について詳述する。
Hereinafter, the present invention will be described in more detail.
The electrolyte for photoelectric conversion elements of the present invention (hereinafter also simply referred to as “the electrolyte of the present invention”) contains an ionic liquid (A) and a carbon material (B) having a specific surface area of 1000 to 3500 m 2 / g. And it is electrolyte for photoelectric conversion elements whose content of the said carbon material (B) is 10-50 mass parts with respect to 100 mass parts of said ionic liquids (A).
Next, each component of the electrolyte of the present invention will be described in detail.

〔イオン性液体(A)〕
本発明の電解質に用いるイオン性液体(A)は特に限定されず、従来からの電解質として使用されている任意のイオン性液体を使用することができる。
例えば、大野弘幸編「イオン性液体−開発の最前線と未来−」CMC出版(2003)、「イオン性液体の機能創製と応用」エヌ・ティー・エス(2004)等に記載されている第4級アンモニウム塩類、イミダゾリウム塩類、ピリジニウム塩類、ピロリジニウム塩類、ピペリジニウム塩類等を使用することができる。
[Ionic liquid (A)]
The ionic liquid (A) used for the electrolyte of the present invention is not particularly limited, and any ionic liquid used as a conventional electrolyte can be used.
For example, the fourth described in Hiroyuki Ohno, “Ionic Liquids—Development Frontiers and Future”, CMC Publishing (2003), “Functional Creation and Application of Ionic Liquids” NTS (2004), etc. Secondary ammonium salts, imidazolium salts, pyridinium salts, pyrrolidinium salts, piperidinium salts, and the like can be used.

上記イオン性液体(A)は、カチオンおよびその対イオンであるアニオンを有するものである。
ここで、カチオンとしては、具体的には、下記式(1)または(2)で表されるカチオンが好適に例示される。
The ionic liquid (A) has a cation and an anion which is a counter ion.
Here, specifically as a cation, the cation represented by following formula (1) or (2) is illustrated suitably.

式(1)中、R1は、炭素数1〜20のヘテロ原子を含んでいてもよい炭化水素基を表し、炭素数1〜20のヘテロ原子を含んでいてもよい置換基を有していてもよい。R2およびR3は、それぞれ独立に水素原子または炭素数1〜20の炭化水素基を表し、ヘテロ原子を含んでいてもよい。ただし、窒素原子が二重結合を含む場合、R3は存在しない。
式(2)中、Qは、窒素原子、酸素原子、リン原子または硫黄原子を表し、R4、R5、R6およびR7は、それぞれ独立に水素原子または炭素数1〜8の炭化水素基を表し、ヘテロ原子を含んでいてもよい。ただし、Qが酸素原子または硫黄原子の場合、R7は存在しない。
In Formula (1), R 1 represents a hydrocarbon group that may contain a C 1-20 hetero atom, and has a substituent that may contain a C 1-20 hetero atom. May be. R 2 and R 3 each independently represent a hydrogen atom or a hydrocarbon group having 1 to 20 carbon atoms, it may contain a hetero atom. However, when the nitrogen atom contains a double bond, R 3 does not exist.
In formula (2), Q represents a nitrogen atom, an oxygen atom, a phosphorus atom or a sulfur atom, and R 4 , R 5 , R 6 and R 7 are each independently a hydrogen atom or a hydrocarbon having 1 to 8 carbon atoms. Represents a group and may contain a heteroatom. However, when Q is an oxygen atom or a sulfur atom, R 7 does not exist.

ここで、上記式(1)中のR1の炭素数1〜20のヘテロ原子を含んでいてもよい炭化水素基としては、上記式(1)中の窒素原子(アンモニウムイオン)とともに環構造を採るものであるのが好ましい。
次いで、上記式(1)中のR1が有していてもよい、炭素数1〜20のヘテロ原子を含んでいてもよい置換基としては、炭素数1〜12のアルキル基(例えば、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基、ヘプチル基、オクチル基等)、炭素数1〜12のアルコキシ基(例えば、メトキシ基、エトキシ基、n−プロポキシ基、イソ−プロポキシ基、n−ブトキシ基、tert−ブトキシ基、sec−ブトキシ基、n−ペントキシ基、n−ヘキソキシ基、1,2−ジメチルブトキシ基等)、炭素数2〜12のアルキルアルコキシ基(例えば、メチレンメトキシ基(−CH2OCH3)、エチレンメトキシ基(−CH2CH2OCH3)、n−プロピレン−イソ−プロポキシ基(−CH2CH2CH2OCH(CH32)、メチレン−t−ブトキシ基(−CH2−O−C(CH33等)であるのが好ましい。また、上記式(1)中のR1は、この置換基を2以上有していてもよい。
Here, as the hydrocarbon group which may contain a C 1-20 hetero atom of R 1 in the above formula (1), a ring structure together with a nitrogen atom (ammonium ion) in the above formula (1). It is preferable to take it.
Then, may have R 1 in the formula (1) is, as the substituent which may contain a hetero atom having 1 to 20 carbon atoms, an alkyl group having 1 to 12 carbon atoms (e.g., methyl Group, ethyl group, propyl group, butyl group, pentyl group, hexyl group, heptyl group, octyl group, etc.), C1-C12 alkoxy group (for example, methoxy group, ethoxy group, n-propoxy group, iso-propoxy group) Group, n-butoxy group, tert-butoxy group, sec-butoxy group, n-pentoxy group, n-hexoxy group, 1,2-dimethylbutoxy group, etc.), alkyl alkoxy group having 2 to 12 carbon atoms (for example, methylene) methoxy (-CH 2 OCH 3), ethylene methoxy (-CH 2 CH 2 OCH 3) , n- propylene - iso - propoxy (-CH 2 CH 2 CH 2 OCH (CH 3 2), the methylene -t- butoxy (-CH 2 -O-C (CH 3) 3 , etc.) are preferred. Further, R 1 in the formula (1) is closed the substituent more You may do it.

また、上記式(1)中のR2およびR3の炭素数1〜20のヘテロ原子を含んでいてもよい炭化水素基としては、具体的には、炭素数1〜12のアルキル基(例えば、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基、ヘプチル基、オクチル基等)、炭素数1〜12のアルコキシ基(例えば、メトキシ基、エトキシ基、n−プロポキシ基、イソ−プロポキシ基、n−ブトキシ基、tert−ブトキシ基、sec−ブトキシ基、n−ペントキシ基、n−ヘキソキシ基、1,2−ジメチルブトキシ基等)、炭素数2〜12のアルキルアルコキシ基(例えば、メチレンメトキシ基(−CH2OCH3)、エチレンメトキシ基(−CH2CH2OCH3)、n−プロピレン−イソ−プロポキシ基(−CH2CH2CH2OCH(CH32)、メチレン−t−ブトキシ基(−CH2−O−C(CH33等)等が挙げられる。Further, R 2 and R 3 of the hydrocarbon group which may contain a hetero atom having 1 to 20 carbon atoms in the formula (1), specifically, an alkyl group having 1 to 12 carbon atoms (e.g. , Methyl group, ethyl group, propyl group, butyl group, pentyl group, hexyl group, heptyl group, octyl group, etc.), C1-C12 alkoxy group (for example, methoxy group, ethoxy group, n-propoxy group, iso -Propoxy group, n-butoxy group, tert-butoxy group, sec-butoxy group, n-pentoxy group, n-hexoxy group, 1,2-dimethylbutoxy group, etc.), alkyl alkoxy group having 2 to 12 carbon atoms (for example, , Methylene methoxy group (—CH 2 OCH 3 ), ethylene methoxy group (—CH 2 CH 2 OCH 3 ), n-propylene-iso-propoxy group (—CH 2 CH 2 CH 2 OCH (C H 3 ) 2 ), methylene-t-butoxy group (—CH 2 —O—C (CH 3 ) 3 etc.) and the like.

また、上記式(2)中、R4、R5、R6およびR7の炭素数1〜8のヘテロ原子を含んでいてもよい炭化水素基としては、具体的には、炭素数1〜8のアルキル基(例えば、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基、ヘプチル基、オクチル基等)、炭素数1〜8のアルコキシ基(例えば、メトキシ基、エトキシ基、n−プロポキシ基、イソ−プロポキシ基、n−ブトキシ基、tert−ブトキシ基、sec−ブトキシ基、n−ペントキシ基、n−ヘキソキシ基、1,2−ジメチルブトキシ基等)、炭素数2〜8のアルキルアルコキシ基(例えば、メチレンメトキシ基(−CH2OCH3)、エチレンメトキシ基(−CH2CH2OCH3)、n−プロピレン−イソ−プロポキシ基(−CH2CH2CH2OCH(CH32)、メチレン−t−ブトキシ基(−CH2−O−C(CH33等)等が挙げられる。In the above formula (2), the hydrocarbon group which may contain a hetero atom having 1 to 8 carbon atoms of R 4 , R 5 , R 6 and R 7 is specifically 1 to 1 carbon atom. 8 alkyl groups (for example, methyl group, ethyl group, propyl group, butyl group, pentyl group, hexyl group, heptyl group, octyl group, etc.), C 1-8 alkoxy groups (for example, methoxy group, ethoxy group, n-propoxy group, iso-propoxy group, n-butoxy group, tert-butoxy group, sec-butoxy group, n-pentoxy group, n-hexoxy group, 1,2-dimethylbutoxy group, etc.), C 2-8 Alkyl alkoxy groups (for example, methylene methoxy group (—CH 2 OCH 3 ), ethylene methoxy group (—CH 2 CH 2 OCH 3 ), n-propylene-iso-propoxy group (—CH 2 CH 2 CH 2 OCH) (CH 3 ) 2 ), methylene-t-butoxy group (—CH 2 —O—C (CH 3 ) 3 etc.) and the like.

上記式(1)で表されるカチオンとしては、例えば、イミダゾリウムイオン、ピリジニウムイオン、ピロリジニウムイオン、ピペリジニウムイオン等が挙げられる。
具体的には、下記式(3)〜(6)のいずれかで表されるカチオンが好適に例示される。
このうち、下記式(3)および(5)で表されるカチオンであるのが、本発明の電解質を用いた光電変換素子(以下、「本発明の光電変換素子」ともいう。)の光電変換効率がより良好となる傾向がある理由から好ましい。
Examples of the cation represented by the above formula (1) include imidazolium ion, pyridinium ion, pyrrolidinium ion, piperidinium ion, and the like.
Specifically, a cation represented by any of the following formulas (3) to (6) is preferably exemplified.
Among these, the cation represented by the following formulas (3) and (5) is the photoelectric conversion of the photoelectric conversion element using the electrolyte of the present invention (hereinafter also referred to as “the photoelectric conversion element of the present invention”). This is preferable because the efficiency tends to be better.

式(3)〜(6)中、R8〜R40は、それぞれ独立に炭素数1〜20の窒素原子を含んでいてもよい炭化水素基を表す。
より具体的には、以下に示すカチオンが挙げられる。
In formulas (3) to (6), R 8 to R 40 each independently represent a hydrocarbon group that may contain a nitrogen atom having 1 to 20 carbon atoms.
More specifically, the following cations are mentioned.

上記式(2)で表されるカチオンとしては、例えば、アンモニウムイオン、スルホニウムイオン、ホスホニウムイオン等の有機カチオンが挙げられる。
具体的には、以下に示すカチオンが好適に例示される。
このうち、脂肪族4級アンモニウムイオンであるのが、本発明の光電変換素子の光電変換効率がより良好となる傾向がある理由から好ましい。
Examples of the cation represented by the above formula (2) include organic cations such as ammonium ion, sulfonium ion, and phosphonium ion.
Specifically, the following cations are preferably exemplified.
Among these, aliphatic quaternary ammonium ions are preferable because the photoelectric conversion efficiency of the photoelectric conversion element of the present invention tends to be better.

一方、上記イオン性液体(A)が有するアニオンとしては、具体的には、I-、Br-、AlCl4 -、Al2Cl7 -、NO3 -、BF4 -、PF6 -、CH3COO-、CF3COO-、CF3SO3 -、(CN)4-、SCN-、(CF3SO22-、(CN)2-、(CF3SO23-、(CN)3-、AsF6 -、SbF6 -、F(HF)n -、CF3CF2CF2CF2SO3 -、(CF3CF2SO22-、CF3CF2CF2COO-等が好適に例示される。
このうち、本発明の光電変換素子の光電変換効率がより良好となる傾向がある理由から、臭素イオン(Br-)、ヨウ素イオン(I-)であるのが好ましく、ヨウ素イオン(I-)であるのがより好ましい。
On the other hand, specific examples of anions of the ionic liquid (A) include I , Br , AlCl 4 , Al 2 Cl 7 , NO 3 , BF 4 , PF 6 and CH 3. COO , CF 3 COO , CF 3 SO 3 , (CN) 4 B , SCN , (CF 3 SO 2 ) 2 N , (CN) 2 N , (CF 3 SO 2 ) 3 C , (CN) 3 C , AsF 6 , SbF 6 , F (HF) n , CF 3 CF 2 CF 2 CF 2 SO 3 , (CF 3 CF 2 SO 2 ) 2 N , CF 3 CF 2 CF 2 COO -, and the like are preferably exemplified.
Of these, bromine ions (Br ) and iodine ions (I ) are preferable because the photoelectric conversion efficiency of the photoelectric conversion element of the present invention tends to be better, and iodine ions (I ). More preferably.

イオン性液体(A)としては、例えば、上記で例示されるカチオンおよびアニオンの組み合わせからなるもの等が挙げられる。
中でも、カチオンとしてイミダゾリウムイオンを有し、アニオンとしてヨウ素イオンを有するイオン性液体であるのが好ましい。
本発明においては、イオン性液体(A)の合成方法は特に限定されず、従来公知の方法により、上記で例示されるカチオンおよびアニオンの組み合わせからなる各種のイオン性液体を合成することができる。
As an ionic liquid (A), what consists of a combination of the cation and the anion illustrated above, etc. are mentioned, for example.
Among these, an ionic liquid having imidazolium ions as cations and iodine ions as anions is preferable.
In the present invention, the method for synthesizing the ionic liquid (A) is not particularly limited, and various ionic liquids composed of combinations of cations and anions exemplified above can be synthesized by a conventionally known method.

このようなイオン性液体(A)としては、1−メチル−3−メチルイミダゾリウムアイオダイド、1−エチル−3−メチルイミダゾリウムアイオダイド、1−メチル−3−ペンチルイミダゾリウムアイオダイド、1−ヘキシル−3−メチルイミダゾリウムアイオダイド、1−((2−メトキシエトキシ)エチル)−3−((2−メトキシエトキシ)エチル)イミダゾリウムアイオダイド等の合成品のほか、市販品を使用することができ、具体的には、例えば、1−メチル−3−プロピルイミダゾリウムアイオダイド(東京化成社製)、1−メチル−3−ブチルイミダゾリウムアイオダイド(東京化成社製)、1−メチル−1−メチル−ピロリジニウムアイオダイド(アルドリッチ社製)、1−エチル−3−メチルイミダゾリウムテトラシアノボレート(Merck社製)、1−エチル−3−メチルイミダゾリウムチオシアネート(Merck社)等を使用することができる。   Examples of such an ionic liquid (A) include 1-methyl-3-methylimidazolium iodide, 1-ethyl-3-methylimidazolium iodide, 1-methyl-3-pentylimidazolium iodide, 1- In addition to synthetic products such as hexyl-3-methylimidazolium iodide, 1-((2-methoxyethoxy) ethyl) -3-((2-methoxyethoxy) ethyl) imidazolium iodide, use commercially available products Specifically, for example, 1-methyl-3-propylimidazolium iodide (manufactured by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.), 1-methyl-3-butylimidazolium iodide (manufactured by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.), 1-methyl- 1-methyl-pyrrolidinium iodide (manufactured by Aldrich), 1-ethyl-3-methylimidazolium tetracyano Rate (Merck Co.), 1-ethyl-3-methylimidazolium thiocyanate (Merck Co.) and the like can be used.

本発明においては、上記イオン性液体(A)の含有量は、本発明の電解質の総質量に対して50〜95質量%であるのが好ましく、65〜95質量%であるのがより好ましい。含有量がこの範囲であると、本発明の光電変換素子の光電変換効率がより良好となる。   In the present invention, the content of the ionic liquid (A) is preferably 50 to 95% by mass, and more preferably 65 to 95% by mass with respect to the total mass of the electrolyte of the present invention. When the content is within this range, the photoelectric conversion efficiency of the photoelectric conversion element of the present invention becomes better.

〔炭素材料(B)〕
本発明の電解質に用いる炭素材料(B)は、比表面積が1000〜3500m2/gの炭素材料である。
ここで、比表面積とは、JIS K1477に規定された方法に従い、窒素吸着によるBET法を用いて測定した測定値をいう。
[Carbon material (B)]
The carbon material (B) used for the electrolyte of the present invention is a carbon material having a specific surface area of 1000 to 3500 m 2 / g.
Here, the specific surface area refers to a measured value measured using the BET method by nitrogen adsorption according to the method defined in JIS K1477.

本発明においては、上記炭素材料(B)を上記イオン性液体(A)100質量部に対して10〜50質量部含有することにより、ヨウ素を実質的に含まなくても高いエネルギー変換効率を達成することができる。
これは、カーボンブラック(アセチレンブラック)や黒鉛に比べて表面積の大きい炭素材料(B)を用いることにより、炭素材料(B)がイオン性液体(A)を十分保持した電解質を形成し、その電解質から後述する金属酸化物半導体多孔質膜中にイオン性液体(A)を十分に充填することができるためであると考えられる。また、表面積の大きい炭素材料(B)は、イオン性液体(A)を出し入れできるスポンジのような機能を有するため、各界面、すなわち電解質と後述する金属酸化物半導体多孔質膜間との界面、炭素粒子間の界面、電解質と対向電極との界面に形成されるイオン性液体(A)が局剤した層(イオン性液体層)の形成を抑えることができるためであると考えられる。なお、電解質中にイオン性液体(A)が存在しないと光電変換素子用の電解質として機能しないが、例えば、特許文献2に記載の色素増感型光電変換素子においては、イオン性液体は、上述した界面間に電荷輸送能が低いイオン性液体層を形成し、光電変換効率を低下させる抵抗成分となる可能性があることが分かった。
また、金属酸化物半導体多孔質膜へのイオン性液体(A)の充填と上述したスポンジの機能を高める観点から、上記炭素材料(B)の含有量は、上記イオン性液体(A)100質量部に対して15〜45質量部であるのが好ましく、25〜40質量部であるのがより好ましい。
In the present invention, by containing 10 to 50 parts by mass of the carbon material (B) with respect to 100 parts by mass of the ionic liquid (A), high energy conversion efficiency can be achieved even if substantially no iodine is contained. can do.
This is because a carbon material (B) having a surface area larger than that of carbon black (acetylene black) or graphite is used to form an electrolyte in which the carbon material (B) sufficiently holds the ionic liquid (A). It is considered that this is because the ionic liquid (A) can be sufficiently filled in the metal oxide semiconductor porous film described later. In addition, since the carbon material (B) having a large surface area has a function like a sponge capable of taking in and out the ionic liquid (A), each interface, that is, an interface between the electrolyte and a metal oxide semiconductor porous film described later, This is considered to be because the formation of a layer (ionic liquid layer) in which the ionic liquid (A) formed at the interface between the carbon particles and the interface between the electrolyte and the counter electrode is localized is suppressed. If the ionic liquid (A) is not present in the electrolyte, it does not function as an electrolyte for the photoelectric conversion element. For example, in the dye-sensitized photoelectric conversion element described in Patent Document 2, the ionic liquid is the above-described one. It was found that an ionic liquid layer having a low charge transporting ability is formed between the interfaces, which may become a resistance component that lowers the photoelectric conversion efficiency.
From the viewpoint of filling the metal oxide semiconductor porous membrane with the ionic liquid (A) and enhancing the function of the sponge described above, the content of the carbon material (B) is 100 masses of the ionic liquid (A). The amount is preferably 15 to 45 parts by mass, more preferably 25 to 40 parts by mass with respect to parts.

また、本発明においては、上記炭素材料(B)の比表面積は、1100〜3200m2/gであるのが好ましく、1200〜2800m2/gであるのがより好ましい。比表面積がこの範囲であると、金属酸化物半導体多孔質膜へのイオン性液体(A)の充填と上述したスポンジの機能が有効に働き、本発明の光電変換素子の光電変換効率がより良好となる。In the present invention, the specific surface area of the carbon material (B) is preferably from 1100~3200m 2 / g, and more preferably 1200~2800m 2 / g. When the specific surface area is within this range, the filling of the metal oxide semiconductor porous film with the ionic liquid (A) and the function of the sponge described above work effectively, and the photoelectric conversion efficiency of the photoelectric conversion element of the present invention is better. It becomes.

更に、本発明においては、上記炭素材料(B)の1次平均粒子径が0.5〜120μmであるのが好ましく、0.8〜80μmであるのがより好ましい。1次平均粒子径がこの範囲であると、本発明の光電変換素子の光電変換効率がより良好となる。
ここで、1次平均粒子径とは、通常の炭素材料(例えば、活性炭等)の1次平均粒子径を測定する方法で測定された値であり、本発明においては、炭素材料(B)を中性洗剤含有水溶液で分散させ、レーザー回折式粒度分布測定装置(例えば、SALD2000J(登録商標、島津製作所製)等)を用いて測定された50%体積累積径(D50)を意味する。
Furthermore, in this invention, it is preferable that the primary average particle diameters of the said carbon material (B) are 0.5-120 micrometers, and it is more preferable that it is 0.8-80 micrometers. When the primary average particle diameter is in this range, the photoelectric conversion efficiency of the photoelectric conversion element of the present invention becomes better.
Here, the primary average particle diameter is a value measured by a method of measuring the primary average particle diameter of a normal carbon material (for example, activated carbon or the like). In the present invention, the carbon material (B) is It means a 50% volume cumulative diameter (D50) measured by using a laser diffraction particle size distribution analyzer (for example, SALD2000J (registered trademark, manufactured by Shimadzu Corporation)) after being dispersed in a neutral detergent-containing aqueous solution.

更にまた、本発明においては、上記炭素材料(B)の比抵抗が1×10-4〜5×102Ω・cmであるのが好ましく、1×10-2〜1×102Ω・cmであるのがより好ましく、5×10-2〜50Ω・cmであるのがより好ましい。比抵抗がこの範囲であると、表面グラファイト化が進行していないことから上述したイオン性液体(A)との濡れ性が良く、イオン性液体(A)の保持能が高い炭素材料となる。
ここで、比抵抗とは、低抵抗率計を用いた2端子測定法により比抵抗(体積固有抵抗値)を測定した値をいう。
なお、後述するアセチレンブラックの比抵抗は、3×10-2Ω・cmである。
Furthermore, in the present invention, the specific resistance of the carbon material (B) is preferably 1 × 10 −4 to 5 × 10 2 Ω · cm, and preferably 1 × 10 −2 to 1 × 10 2 Ω · cm. It is more preferable that it is 5 × 10 −2 to 50 Ω · cm. When the specific resistance is within this range, surface graphitization has not progressed, so that the wettability with the ionic liquid (A) described above is good, and the carbon material has a high ability to hold the ionic liquid (A).
Here, the specific resistance means a value obtained by measuring specific resistance (volume specific resistance value) by a two-terminal measurement method using a low resistivity meter.
The specific resistance of acetylene black, which will be described later, is 3 × 10 −2 Ω · cm.

このような炭素材料(B)としては、具体的には、例えば、活性炭(比表面積:1000〜2800m2/g、1次平均粒子径:0.5〜120μm、比抵抗:1.0×10-1Ω・cm)、ホウ素含有多孔質炭素材料(比表面積:1000〜2000m2/g、1次平均粒子径:0.5〜100μm、比抵抗:1×10-1Ω・cm)、窒素含有多孔質炭素材料(比表面積:1000〜2000m2/g、1次平均粒子径:0.5〜100μm、比抵抗:1×10-1Ω・cm)等が挙げられ、これらを1種単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。As such a carbon material (B), specifically, for example, activated carbon (specific surface area: 1000 to 2800 m 2 / g, primary average particle diameter: 0.5 to 120 μm, specific resistance: 1.0 × 10 10 −1 Ω · cm), boron-containing porous carbon material (specific surface area: 1000 to 2000 m 2 / g, primary average particle size: 0.5 to 100 μm, specific resistance: 1 × 10 −1 Ω · cm), nitrogen Containing porous carbon material (specific surface area: 1000 to 2000 m 2 / g, primary average particle size: 0.5 to 100 μm, specific resistance: 1 × 10 −1 Ω · cm), and the like. Or two or more of them may be used in combination.

これらのうち、入手が容易である理由から活性炭であるのが好ましい。
活性炭は、特に限定されず、公知の炭素電極等で用いられる活性炭粒子を使用することができ、その具体例としては、ヤシ殻、木粉、石油ピッチ、フェノール樹脂等を水蒸気、各種薬品、アルカリ等を用いて賦活した活性炭粒子が挙げられ、これらを1種単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
Of these, activated carbon is preferable because it is easily available.
The activated carbon is not particularly limited, and activated carbon particles used in known carbon electrodes and the like can be used. Specific examples thereof include coconut shell, wood powder, petroleum pitch, phenol resin, etc., water vapor, various chemicals, alkali Activated carbon particles activated using the above, etc., and these may be used alone or in combination of two or more.

〔他の炭素材料(C)〕
本発明の電解質は、本発明の光電変換素子の光電変換効率をより向上させる観点から、他の炭素材料(C)として、アセチレンブラック(C1)、ホウ素変性アセチレンブラック(C2)、JIS Z8802規定のpH測定方法により測定したpHが2〜6を示す炭素材料(C3)、および、窒素吸着比表面積が90m2/g以上のカーボンブラック(C4)からなる群から選択されるいずれか1つ以上を用いる。
これらの炭素材料(C)は2種以上を併用することができるが、後述するホウ素変性アセチレンブラック(C2)と炭素材料(C3)とを併用するのが好ましい。
[Other carbon materials (C)]
From the viewpoint of further improving the photoelectric conversion efficiency of the photoelectric conversion element of the present invention, the electrolyte of the present invention includes other carbon materials (C) such as acetylene black (C1), boron-modified acetylene black (C2), and JIS Z8802. Any one or more selected from the group consisting of carbon material (C3) having a pH of 2 to 6 measured by the pH measurement method and carbon black (C4) having a nitrogen adsorption specific surface area of 90 m 2 / g or more. using Ru.
Two or more of these carbon materials (C) can be used in combination, but it is preferable to use a boron-modified acetylene black (C2) and a carbon material (C3) described later in combination.

<アセチレンブラック(C1)>
本発明の電解質に用いることができるアセチレンブラック(C1)は特に限定されず、アセチレンガスの熱分解によって得られる結晶性が高いカーボンブラックであり、導電性付与剤として使用されている従来公知のものを使用することができる。
<Acetylene black (C1)>
The acetylene black (C1) that can be used in the electrolyte of the present invention is not particularly limited, and is a carbon black having high crystallinity obtained by thermal decomposition of acetylene gas, and is a conventionally known one used as a conductivity imparting agent. Can be used.

このようなアセチレンブラック(C1)としては、具体的には、例えば、アセチレンブラック(デンカブラック粉状、比表面積:68m2/g、1次平均粒子径:400nm、比抵抗:3×10-2Ω・cm、電気化学工業社製)等が挙げられる。As such acetylene black (C1), specifically, for example, acetylene black (denka black powder, specific surface area: 68 m 2 / g, primary average particle size: 400 nm, specific resistance: 3 × 10 −2 Ω · cm, manufactured by Denki Kagaku Kogyo Co., Ltd.).

<ホウ素変性アセチレンブラック(C2)>
本発明の電解質に用いることができるホウ素変性アセチレンブラック(C2)は特に限定されず、その具体例としては、ホウ素変性アセチレンブラック(デンカブラックBMAB、比表面積:50m2/g、1次平均粒子径:35nm、比抵抗:1×10-2Ω・cm、電気化学工業社製)等が挙げられる。
なお、本発明においては、上記アセチレンブラック(C1)を用いるよりもホウ素変性アセチレンブラックを用いる方が、本発明の光電変換素子の光電変換効率がより良好となる。
<Boron-modified acetylene black (C2)>
The boron-modified acetylene black (C2) that can be used in the electrolyte of the present invention is not particularly limited, and specific examples thereof include boron-modified acetylene black (Denka Black BMAB, specific surface area: 50 m 2 / g, primary average particle diameter). : 35 nm, specific resistance: 1 × 10 −2 Ω · cm, manufactured by Denki Kagaku Kogyo Co., Ltd.).
In the present invention, the photoelectric conversion efficiency of the photoelectric conversion element of the present invention is better when the boron-modified acetylene black is used than when the acetylene black (C1) is used.

<炭素材料(C3)>
本発明の電解質に用いることができる炭素材料(C3)は、JIS Z8802規定のpH測定方法により測定したpHが2〜6を示す炭素材料である。
上記pHの測定は、具体的には次のようにして行う。まず、炭素材料試料5gをビーカーに量り採り、そこに水50mLを加え、水が沸騰するまで加熱する。次いで、加熱した分散液を室温まで冷却し、炭素材料を静置沈殿させた後に上澄み液を除去し、泥状物を残す。この泥状物中にガラス電極pH計の電極を入れ、JIS Z8802-1984規定のpH測定方法により測定する。
<Carbon material (C3)>
The carbon material (C3) that can be used for the electrolyte of the present invention is a carbon material having a pH of 2 to 6 measured by the pH measurement method defined in JIS Z8802.
Specifically, the pH is measured as follows. First, 5 g of a carbon material sample is weighed into a beaker, 50 mL of water is added thereto, and heated until the water boils. Next, the heated dispersion is cooled to room temperature, and after the carbon material is allowed to settle, the supernatant is removed, leaving a mud. An electrode of a glass electrode pH meter is placed in this mud and measured by the pH measurement method specified in JIS Z8802-1984.

更に、本発明においては、上記炭素材料(C3)の1次平均粒子径が0.010〜0.050μmであるのが好ましく、0.010〜0.035μmであるのがより好ましい。1次平均粒子径がこの範囲であると、本発明の光電変換素子の光電変換効率がより良好となる。
ここで、1次平均粒子径とは、通常の炭素材料(例えば、ファーネスカーボンブラック等)の1次平均粒子径を測定する方法で測定された値であり、本発明においては、カーボンブラック粒子を電子顕微鏡で観察して求めた算術平均径を意味する。
Furthermore, in this invention, it is preferable that the primary average particle diameter of the said carbon material (C3) is 0.010-0.050 micrometer, and it is more preferable that it is 0.010-0.035 micrometer. When the primary average particle diameter is in this range, the photoelectric conversion efficiency of the photoelectric conversion element of the present invention becomes better.
Here, the primary average particle diameter is a value measured by a method of measuring a primary average particle diameter of a normal carbon material (for example, furnace carbon black or the like). It means the arithmetic mean diameter obtained by observation with an electron microscope.

このような炭素材料(C3)としては、例えば、フェノール性水酸基、カルボキシ基、キノン基、ラクトン基等の酸性基を付着又は結合させた酸性カーボンブラック;顔料カーボンブラック;カラーカーボンブラック;等が挙げられ、これらを1種単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
これらのうち、上述したイオン性液体(A)と混合しやすく、本発明の光電変換素子の光電変換効率がより良好となる理由から、酸性カーボンブラックが好ましい。
Examples of such a carbon material (C3) include acidic carbon black to which acidic groups such as phenolic hydroxyl group, carboxy group, quinone group, and lactone group are attached or bonded; pigment carbon black; color carbon black; These may be used alone or in combination of two or more.
Among these, acidic carbon black is preferable because it can be easily mixed with the ionic liquid (A) described above and the photoelectric conversion efficiency of the photoelectric conversion element of the present invention becomes better.

ここで、上記酸性カーボンブラックに用いられる水酸基等を付着等させるカーボンブラックは特に限定されず、オイルファーネスブラック、ガスファーネスブラック、サーマルブラック、チャンネルブラック(ガスブラック)等の通常用いられているカーボンブラックを用いることができる。
また、水酸基等を付着等する方法としては、例えば、通常行われているオゾン処理、プラズマ処理、液相酸化処理等や、特開2004−238311号公報に開示されている方法等が挙げられる。
Here, the carbon black for attaching the hydroxyl group and the like used for the acidic carbon black is not particularly limited, and carbon blacks that are usually used such as oil furnace black, gas furnace black, thermal black, channel black (gas black), etc. Can be used.
Examples of a method for attaching a hydroxyl group or the like include a normal ozone treatment, a plasma treatment, a liquid phase oxidation treatment, a method disclosed in JP-A-2004-238111, and the like.

また、上記酸性カーボンブラックとしては、カーボンブラック表面に酸性基(上記で例示したフェノール性水酸基、カルボキシ基等)を多数有するチャンネルブラック(ガスブラック)そのものを用いることもできるが、市販品を使用することができ、具体的には、例えば、三菱化学社製の#2200B(pH:3.5、1次平均粒子径:0.018μm)、#1000(pH:3.5、1次平均粒子径:0.018μm)、#970(pH:3.5、1次平均粒子径:0.016μm)、MA77(pH:2.5、1次平均粒子径:0.023μm)、MA7(pH:3、1次平均粒子径:0.024μm)、MA8(pH:3、1次平均粒子径:0.024μm)、MA11(pH:3.5、1次平均粒子径:0.029μm)、MA100(pH:3.5、1次平均粒子径:0.024μm)、MA100R(pH:3.5、1次平均粒子径:0.024μm)、MA100S(pH値:3.5、1次平均粒子径:0.024μm)、MA230(pH:3、1次平均粒子径:0.030μm)、MA200RB(pH:3、1次平均粒子径:0.030μm)およびMA14(pH:3、1次平均粒子径:0.040μm);   Moreover, as said acidic carbon black, although channel black (gas black) itself which has many acidic groups (phenolic hydroxyl group, carboxy group, etc. which were illustrated above) on the carbon black surface can also be used, a commercial item is used. Specifically, for example, # 2200B manufactured by Mitsubishi Chemical Corporation (pH: 3.5, primary average particle size: 0.018 μm), # 1000 (pH: 3.5, primary average particle size) : 0.018 μm), # 970 (pH: 3.5, primary average particle size: 0.016 μm), MA77 (pH: 2.5, primary average particle size: 0.023 μm), MA7 (pH: 3) Primary average particle size: 0.024 μm), MA8 (pH: 3, primary average particle size: 0.024 μm), MA11 (pH: 3.5, primary average particle size: 0.029 μm), MA100 pH: 3.5, primary average particle size: 0.024 μm), MA100R (pH: 3.5, primary average particle size: 0.024 μm), MA100S (pH value: 3.5, primary average particle size) : 0.024 μm), MA230 (pH: 3, primary average particle size: 0.030 μm), MA200RB (pH: 3, primary average particle size: 0.030 μm) and MA14 (pH: 3, primary average particle) Diameter: 0.040 μm);

デグサエボニック社製のSpecial Black6(pH:2.5、1次平均粒子径:17nm)、Special Black5(pH:3.0、1次平均粒子径:20nm)、Special Black4(pH:3.0、1次平均粒子径:25nm)、Special Black4A(pH:3.0、1次平均粒子径:25nm)、Special Black550(pH:2.8、1次平均粒子径:25nm)、Special Black100(pH:3.3、1次平均粒子径:50nm)、Special Black250(pH:3.1、1次平均粒子径:56nm)、Special Black350(pH:3.5、1次平均粒子径:31nm)、Printex150T(pH:4.0、1次平均粒子径:29nm)、Color Black FW1(pH:3.5、1次平均粒子径:13nm)、Color Black FW18(pH:4.5、1次平均粒子径:15nm)、Color Black FW285(pH:3.5、1次平均粒子径:11nm)、Color Black S170(pH:4.5、1次平均粒子径:17nm)、Color Black S160(pH:4.5、1次平均粒子径:17nm)、Color Black FW200(pH:2.5、1次平均粒子径:13nm)、Color Black FW2(pH:2.5、1次平均粒子径:13nm)およびColor Black FW2V(pH:2.5、1次平均粒子径:13nm);   Special Black 6 (pH: 2.5, primary average particle size: 17 nm), Special Black 5 (pH: 3.0, primary average particle size: 20 nm), Special Black 4 (pH: 3.0, manufactured by Degussa Evonik) Primary average particle size: 25 nm), Special Black 4A (pH: 3.0, primary average particle size: 25 nm), Special Black 550 (pH: 2.8, primary average particle size: 25 nm), Special Black 100 (pH: 3.3, primary average particle size: 50 nm), Special Black 250 (pH: 3.1, primary average particle size: 56 nm), Special Black 350 (pH: 3.5, primary average particle size: 31 nm), Printex 150T (PH: 4.0, primary average particle size: 29 nm), Color Black FW1 (pH: 3.5, primary average particle size: 13 nm), Color Black FW18 (pH: 4.5, primary average particle size) : 15nm), Color Black FW2 5 (pH: 3.5, primary average particle size: 11 nm), Color Black S170 (pH: 4.5, primary average particle size: 17 nm), Color Black S160 (pH: 4.5, primary average particle) Diameter: 17 nm), Color Black FW200 (pH: 2.5, primary average particle size: 13 nm), Color Black FW2 (pH: 2.5, primary average particle size: 13 nm) and Color Black FW2V (pH: 2) .5, primary average particle size: 13 nm);

東海カーボン社製のトーカブラック#8300F(pH:5.0、1次平均粒子径:16nm)およびトーカブラック#8500F(pH:5.5、1次平均粒子径:14nm);等を使用することができる。   Toka Black # 8300F (pH: 5.0, primary average particle size: 16 nm) and Toka Black # 8500F (pH: 5.5, primary average particle size: 14 nm) manufactured by Tokai Carbon Co., Ltd .; Can do.

これらは1種単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
これらのうち、本発明の光電変換素子用電解質の経時安定性を高くし、本発明の光電変換素子の光電変換効率をより向上させる観点から、pHが3〜5.5のものであるのが好ましい。
These may be used alone or in combination of two or more.
Among these, from the viewpoint of increasing the temporal stability of the electrolyte for a photoelectric conversion element of the present invention and further improving the photoelectric conversion efficiency of the photoelectric conversion element of the present invention, the pH is 3 to 5.5. preferable.

<カーボンブラック(C4)>
本発明の電解質に用いることができるカーボンブラック(C4)は、窒素吸着比表面積が90m2/g以上であれば特に限定されない。
ここで、窒素吸着比表面積は、カーボンブラックがゴム分子との吸着に利用できる表面積の代用特性であり、カーボンブラック表面への窒素吸着量をJIS K6217−7:2008「第7部:ゴム配合物−多点法窒素比表面積及び統計的厚さ比表面積の求め方」に従い測定した値である。
<Carbon black (C4)>
The carbon black (C4) that can be used for the electrolyte of the present invention is not particularly limited as long as the nitrogen adsorption specific surface area is 90 m 2 / g or more.
Here, the nitrogen adsorption specific surface area is a surrogate property of the surface area that carbon black can be used for adsorption with rubber molecules, and the nitrogen adsorption amount on the surface of carbon black is defined as JIS K6217-7: 2008 “Part 7: Rubber compound. -The value measured according to "How to determine the multipoint nitrogen specific surface area and the statistical thickness specific surface area".

また、本発明においては、本発明の光電変換素子の光電変換効率がより良好となる理由から、窒素吸着比表面積が90〜200m2/gのカーボンブラックを用いるのが好ましく、100〜180m2/gのカーボンブラックを用いるのがより好ましい。In the present invention, because the photoelectric conversion efficiency of the photoelectric conversion element of the present invention becomes better, the nitrogen adsorption specific surface area is preferably used carbon black 90~200m 2 / g, 100~180m 2 / It is more preferable to use g carbon black.

更に、本発明においては、上記カーボンブラック(C4)は、JIS Z8802規定のpH測定方法により測定したpHが7〜13のカーボンブラックであるのが好ましく、より好ましくはpHが7〜11のカーボンブラックである。
上記pHの測定は、上記炭素材料(C3)において説明したのと同様、具体的には次のようにして行う。まず、カーボンブラック試料5gをビーカーに量り採り、そこに水50mLを加え、水が沸騰するまで加熱する。次いで、加熱した分散液を室温まで冷却し、カーボンブラックを静置沈殿させた後に上澄み液を除去し、泥状物を残す。この泥状物中にガラス電極pH計の電極を入れ、JIS Z8802-1984規定のpH測定方法により測定する。
Furthermore, in the present invention, the carbon black (C4) is preferably carbon black having a pH of 7 to 13 measured by a pH measurement method defined in JIS Z8802, more preferably a carbon black having a pH of 7 to 11. It is.
The measurement of the pH is specifically performed as follows in the same manner as described in the carbon material (C3). First, 5 g of a carbon black sample is weighed in a beaker, 50 mL of water is added thereto, and heated until the water boils. Next, the heated dispersion is cooled to room temperature, carbon black is allowed to settle, and then the supernatant is removed, leaving a mud. An electrode of a glass electrode pH meter is placed in this mud and measured by the pH measurement method specified in JIS Z8802-1984.

このようなカーボンブラック(C4)としては市販品を用いることができる。
具体的には、例えば、SAF(N134、窒素吸着比表面積:151m2/g、pH:7.3、キャボットジャパン社製)、ISAF(N234、窒素吸着比表面積:117m2/g、pH:7.5、キャボットジャパン社製)、ISAF(N220、窒素吸着比表面積:119m2/g、pH:7.5、キャボットジャパン社製)、ISAF(N219、窒素吸着比表面積:106m2/g、pH:7.5、東海カーボン社製)、HAF(N339、窒素吸着比表面積:93m2/g、pH:7.5、東海カーボン社製)等が挙げられる。
A commercial item can be used as such carbon black (C4).
Specifically, for example, SAF (N134, nitrogen adsorption specific surface area: 151m 2 /g,pH:7.3, manufactured by Cabot Japan K.K.), ISAF (N234, nitrogen adsorption specific surface area: 117m 2 / g, pH: 7 .5, manufactured by Cabot Japan K.K.), ISAF (N220, nitrogen adsorption specific surface area: 119m 2 /g,pH:7.5, manufactured by Cabot Japan K.K.), ISAF (N219, nitrogen adsorption specific surface area: 106m 2 / g, pH : 7.5, manufactured by Tokai Carbon Co., Ltd.), HAF (N339, nitrogen adsorption specific surface area: 93 m 2 / g, pH: 7.5, manufactured by Tokai Carbon Co., Ltd.), and the like.

本発明においては、上記カーボンブラック(C4)の1次平均粒子径が5〜30nmであるのが好ましく、5〜25nmであるのがより好ましい。1次平均粒子径がこの範囲であると、本発明の光電変換素子の光電変換効率がより良好となる。
ここで、1次平均粒子径とは、上記炭素材料(C3)において説明したのと同様、カーボンブラック粒子を電子顕微鏡で観察して求めた算術平均径を意味する。
In the present invention, the carbon black (C4) preferably has a primary average particle diameter of 5 to 30 nm, and more preferably 5 to 25 nm. When the primary average particle diameter is in this range, the photoelectric conversion efficiency of the photoelectric conversion element of the present invention becomes better.
Here, the primary average particle diameter means the arithmetic average diameter obtained by observing the carbon black particles with an electron microscope, as described in the carbon material (C3).

本発明においては、上記他の炭素材料(C)を含有する場合、ヨウ素を実質的に含まなくてもより高いエネルギー変換効率を達成することができる理由から、上記イオン性液体(A)100質量部に対して、上記炭素材料(B)および上記他の炭素材料(C)を合計して10〜50質量部含有するのが好ましい。
また、同様に、上記炭素材料(B)と上記他の炭素材料(C)との含有量の比率[炭素材料(B)/他の炭素材料(C)]が、99.9/0.1〜60/40であるのが好ましい。
ここで、上記含有量は、他の炭素材料(C)としてアセチレンブラック(C1)、ホウ素変性アセチレンブラック(C2)、炭素材料(C3)およびカーボンブラック(C4)のいずれか2つ以上を用いた場合には、それらの合計の含有量のことをいい、いずれか1つのみを用いた場合には、そのいずれかの含有量をいう。
In the present invention, when the other carbon material (C) is contained, 100 masses of the ionic liquid (A) can be achieved because higher energy conversion efficiency can be achieved without substantially containing iodine. It is preferable to contain 10-50 mass parts of said carbon material (B) and said other carbon material (C) in total with respect to a part.
Similarly, the ratio [carbon material (B) / other carbon material (C)] of the carbon material (B) and the other carbon material (C) is 99.9 / 0.1. It is preferably ~ 60/40.
Here, for the content, any two or more of acetylene black (C1), boron-modified acetylene black (C2), carbon material (C3), and carbon black (C4) were used as the other carbon material (C). In some cases, it refers to the total content, and when only one of them is used, it refers to the content of any one of them.

このようにヨウ素を実質的に含まなくても高いエネルギー変換効率を達成することができるのは、詳細には明らかではないが、以下のように考えられる。
他の炭素材料(C)のうち、表面積の小さいアセチレンブラック(C1)やホウ素変性アセチレンブラック(C2)は、上記炭素材料(B)が保持しきれないイオン性液体(A)とともに、電荷移動の促進に寄与することができると考えられる。特に、ホウ素変性アセチレンブラック(C2)は、ホウ素の導入により親水性を有しているため、上述したイオン性液体(A)との親和性が高くなり、イオン性液体(A)中への分散も容易となり、アセチレンブラック(C1)よりも電荷移動の促進効果を高めることが可能であると考えられる。
また、他の炭素材料(C)のうち、炭素材料(C3)は、炭素材料の表面に官能基として存在する酸性基(上記で例示したフェノール性水酸基、カルボキシ基等)から誘導されるアニオン(例えば、カルボキシラート、フェノラート等)が、上述したイオン性液体(A)のカチオンと相互作用を生じていると考えられる。また、炭素材料の表面官能基の存在により、一般的なカーボンブラックや黒鉛に比べて親水性になると考えられ、上述したイオン性液体(A)中への分散が容易なことも理由として考えられる。
また、他の炭素材料(C)のうち、窒素比表面積の大きいカーボンブラック(C4)は、上述した炭素材料(B)と同様、上述したイオン性液体(A)を出し入れできるこのようなスポンジのような機能を有するため、各界面、すなわち電解質と後述する金属酸化物半導体多孔質膜間との界面、炭素粒子間の界面、電解質と対向電極との界面に形成されるイオン性液体(A)が局在した層(イオン性液体層)の形成を抑えることができ、また、カーボンブラック(C4)はストラクチャーも発達しているため電子伝導性が向上し、これらの結果から、光電変換素子の開放電圧が高くなったためと考えられる。
なお、開放電圧とは、電源端子に電流が流れていないときの端子間の電圧をいい、電極に逆向きの電圧(バイアス電圧)をかけ、徐々にバイアス電圧を大きくした際に、光を照射して発生する電流が、このバイアス電圧に逆らって流れなくなった時(電流値がゼロの時)の電圧値をいう。
Although it is not clear in detail that high energy conversion efficiency can be achieved without substantially containing iodine, it is considered as follows.
Among the other carbon materials (C), acetylene black (C1) and boron-modified acetylene black (C2) having a small surface area, together with the ionic liquid (A) that cannot be retained by the carbon material (B), It is thought that it can contribute to promotion. In particular, since boron-modified acetylene black (C2) has hydrophilicity due to the introduction of boron, the affinity with the above-described ionic liquid (A) is increased, and dispersion into the ionic liquid (A) is achieved. It is considered that the effect of promoting the charge transfer can be enhanced as compared with acetylene black (C1).
Of the other carbon materials (C), the carbon material (C3) is an anion derived from an acidic group (such as the phenolic hydroxyl group or carboxy group exemplified above) present as a functional group on the surface of the carbon material. For example, it is considered that carboxylate, phenolate, etc.) interact with the cation of the ionic liquid (A) described above. Further, it is considered that the presence of functional groups on the surface of the carbon material makes it more hydrophilic than general carbon black and graphite, and it is also considered that the dispersion in the ionic liquid (A) described above is easy. .
Further, among other carbon materials (C), carbon black (C4) having a large nitrogen specific surface area is similar to the above-described carbon material (B), and the sponge ionic liquid (A) can be taken in and out. The ionic liquid (A) formed at each interface, that is, the interface between the electrolyte and the metal oxide semiconductor porous film described later, the interface between the carbon particles, and the interface between the electrolyte and the counter electrode. In addition, carbon black (C4) has a well-developed structure, so that the electron conductivity is improved. From these results, the photoelectric conversion element This is probably because the open-circuit voltage has increased.
The open circuit voltage is the voltage between the terminals when no current is flowing through the power supply terminal. Light is emitted when the reverse voltage (bias voltage) is applied to the electrodes and the bias voltage is gradually increased. The voltage generated when the generated current stops flowing against this bias voltage (when the current value is zero).

また、本発明においては、金属酸化物半導体多孔質膜へのイオン性液体(A)の充填と上述したスポンジの機能や電荷移動等を高める観点から、上記炭素材料(B)および上記他の炭素材料(C)の合計含有量は、上記イオン性液体(A)100質量部に対して15〜45質量部であるのがより好ましく、20〜40質量部であるのが更に好ましい。
更に、同様の観点から、上記炭素材料(B)と上記他の炭素材料(C)との含有量の比率[炭素材料(B)/他の炭素材料(C)]は、99/1〜65/35であるのがより好ましく、98/2〜70/30であるのが更に好ましい。
In the present invention, the carbon material (B) and the other carbon are added from the viewpoint of filling the metal oxide semiconductor porous film with the ionic liquid (A) and enhancing the function and charge transfer of the sponge. As for the total content of material (C), it is more preferable that it is 15-45 mass parts with respect to 100 mass parts of said ionic liquids (A), and it is still more preferable that it is 20-40 mass parts.
Furthermore, from the same viewpoint, the ratio of the content of the carbon material (B) and the other carbon material (C) [carbon material (B) / other carbon material (C)] is 99/1 to 65. / 35 is more preferable, and 98/2 to 70/30 is still more preferable.

本発明の電解質は、本発明の光電変換素子の光電変換効率がより向上する理由から、酸化ケイ素および/または金属酸化物を含有することができる。
これは、上述したイオン性液体(A)が有するカチオン(例えば、イミダゾリウムイオン)の配列が向上し、電子の移動がスムーズに進行するためであると考えられる。
The electrolyte of the present invention can contain silicon oxide and / or metal oxide because the photoelectric conversion efficiency of the photoelectric conversion element of the present invention is further improved.
This is considered to be because the arrangement of cations (for example, imidazolium ions) contained in the ionic liquid (A) described above is improved and the movement of electrons proceeds smoothly.

本発明の電解質に用いることができる酸化ケイ素は特に限定されず、従来公知のものを用いることができる。
酸化ケイ素としては、具体的には、例えば、ヒュームドシリカ、焼成シリカ、沈降シリカ、粉砕シリカ、溶融シリカ、コロイダルシリカ等を挙げることができる。
The silicon oxide that can be used in the electrolyte of the present invention is not particularly limited, and conventionally known ones can be used.
Specific examples of silicon oxide include fumed silica, calcined silica, precipitated silica, pulverized silica, fused silica, colloidal silica, and the like.

このような酸化ケイ素としては、市販品を使用することができ、具体的には、例えば、Z1165MP(Rodia社製)、AEROSIL200(Deguss社製)、AEROSIL300(Deguss社製)等を使用することができる。   As such silicon oxide, commercially available products can be used, and specifically, for example, Z1165MP (manufactured by Rodia), AEROSIL200 (manufactured by Deguss), AEROSIL300 (manufactured by Deguss) and the like can be used. it can.

一方、本発明の電解質に用いることができる金属酸化物は特に限定されず、従来公知のものを用いることができる。
上記金属酸化物としては、具体的には、例えば、酸化チタン(二酸化チタン)、酸化スズ、酸化亜鉛、酸化タングステン、酸化ジルコニウム、酸化ハフニウム、酸化ストロンチウム、酸化バナジウム、酸化ニオブ等が挙げられ、これらを1種単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
これらのうち、光電変換能力の高さ等の観点から、酸化チタン、酸化亜鉛、酸化ニオブ、酸化タングステン、酸化ジルコニウムが好ましい。
On the other hand, the metal oxide that can be used in the electrolyte of the present invention is not particularly limited, and conventionally known metal oxides can be used.
Specific examples of the metal oxide include titanium oxide (titanium dioxide), tin oxide, zinc oxide, tungsten oxide, zirconium oxide, hafnium oxide, strontium oxide, vanadium oxide, niobium oxide, and the like. May be used alone or in combination of two or more.
Of these, titanium oxide, zinc oxide, niobium oxide, tungsten oxide, and zirconium oxide are preferable from the viewpoint of high photoelectric conversion capability.

本発明においては、上記酸化ケイ素および/または金属酸化物と、上記炭素材料(B)および所望により含有する上記他の炭素材料(C)との合計の含有量は、上記イオン性液体(A)100質量部に対して10〜50質量部であるのが好ましく、15〜45質量部であるのがより好ましく、20〜40質量部であるのが更に好ましい。
上記酸化ケイ素および/または金属酸化物と、上記炭素材料(B)および所望により含有する上記他の炭素材料(C)との合計の含有量がこの範囲であると、ヨウ素を実質的に含まなくてもより高いエネルギー変換効率を達成することができる。
In the present invention, the total content of the silicon oxide and / or metal oxide and the carbon material (B) and the other carbon material (C) optionally contained is the ionic liquid (A). The amount is preferably 10 to 50 parts by mass, more preferably 15 to 45 parts by mass, and still more preferably 20 to 40 parts by mass with respect to 100 parts by mass.
When the total content of the silicon oxide and / or metal oxide, the carbon material (B), and the other carbon material (C) optionally contained is within this range, iodine is substantially not included. Even higher energy conversion efficiency can be achieved.

更に、本発明においては、上記酸化ケイ素および/または金属酸化物(以下、本段落においては「酸化ケイ素等」という。)と、上記炭素材料(B)および所望により含有する上記他の炭素材料(C)(以下、本段落においては「炭素材料等」という。)との含有量の比率(酸化ケイ素等/炭素材料等)は、1/99〜50/50であるのが好ましく、2/98〜40/60であるのがより好ましい。   Furthermore, in the present invention, the silicon oxide and / or metal oxide (hereinafter referred to as “silicon oxide or the like” in this paragraph), the carbon material (B), and the other carbon materials optionally contained ( C) (hereinafter referred to as “carbon material etc.” in this paragraph) The content ratio (silicon oxide etc./carbon material etc.) is preferably 1/99 to 50/50. More preferably, it is -40/60.

本発明の電解質は、本発明の光電変換素子の光電変換効率をより向上させる観点から、酸化還元対(レドックス対)を添加することができる。
酸化還元対としては、色素増感太陽電池において一般的に使用されているまたは使用することができる任意のものを本発明の目的を損なわない範囲で用いることができる。
例えば、フェロシアン酸塩−フェリシアン酸塩、フェロセン−フェリシニウム塩等の金属錯体;ジスルフィド化合物とメルカプト化合物との硫黄化合物;ヒドロキノン;キノン;等が挙げられ、これらを1種単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
From the viewpoint of further improving the photoelectric conversion efficiency of the photoelectric conversion element of the present invention, the electrolyte of the present invention can be added with a redox pair (redox pair).
As the redox couple, any one generally used or usable in a dye-sensitized solar cell can be used as long as the object of the present invention is not impaired.
Examples thereof include metal complexes such as ferrocyanate-ferricyanate and ferrocene-ferricinium salt; sulfur compounds of disulfide compounds and mercapto compounds; hydroquinone; quinone; and the like, and these may be used alone. Two or more kinds may be used in combination.

また、本発明の電解質は、本発明の光電変換素子の短絡電流を向上させる観点から、無機塩および/または有機塩を添加することができる。
無機塩、有機塩としては、例えば、アルカリ金属、アルカリ土類金属塩等を挙げることができ、具体的には、ヨウ化リチウム、ヨウ化ナトリウム、ヨウ化カリウム、ヨウ化マグネシウム、ヨウ化カルシウム、トリフルオロ酢酸リチウム、トリフルオロ酢酸ナトリウム、チオシアン酸リチウム、四フッ化ホウ酸リチウム、六フッ化りん酸リチウム、過塩素酸リチウム、トリフルオロメタンスルホン酸リチウム、リチウムビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミド等が挙げられ、これらを1種単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
無機塩、有機塩の添加量は、特に限定されず、本発明の目的を損なわない限り、従来通りとすることができる。
Moreover, the electrolyte of this invention can add inorganic salt and / or organic salt from a viewpoint of improving the short circuit current of the photoelectric conversion element of this invention.
Examples of inorganic salts and organic salts include alkali metal, alkaline earth metal salts, and the like. Specifically, lithium iodide, sodium iodide, potassium iodide, magnesium iodide, calcium iodide, Examples include lithium trifluoroacetate, sodium trifluoroacetate, lithium thiocyanate, lithium tetrafluoroborate, lithium hexafluorophosphate, lithium perchlorate, lithium trifluoromethanesulfonate, and lithium bis (trifluoromethanesulfonyl) imide. These may be used alone or in combination of two or more.
The amount of the inorganic salt or organic salt added is not particularly limited, and can be the same as before as long as the object of the present invention is not impaired.

また、本発明の電解質は、本発明の光電変換素子の開放電圧を向上させる観点から、ピリジン類、ペンズイミダゾール類を添加することができる。
具体的には、メチルピリジン、エチルピリジン、プロピルピリジン、ブチルピリジン等のアルキルピリジン類;メチルイミダゾール、エチルイミダゾール、プロピルイミダゾール等のアルキルイミダゾール類;メチルベンズイミダゾール、エチルベンズイミダゾール、プロピルベンズイミダゾール等のアルキルベンズイミダゾール類;等が挙げられ、これらを1種単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
ピリジン類、ペンズイミダゾール類の添加量は、特に限定されず、本発明の目的を損わない限り、従来通りとすることができる。
Moreover, the electrolyte of this invention can add pyridines and benzimidazoles from a viewpoint of improving the open circuit voltage of the photoelectric conversion element of this invention.
Specifically, alkyl pyridines such as methyl pyridine, ethyl pyridine, propyl pyridine and butyl pyridine; alkyl imidazoles such as methyl imidazole, ethyl imidazole and propyl imidazole; alkyl such as methyl benzimidazole, ethyl benzimidazole and propyl benzimidazole Benzimidazoles; and the like. These may be used alone or in combination of two or more.
The addition amounts of pyridines and benzimidazoles are not particularly limited, and can be conventional as long as the object of the present invention is not impaired.

本発明の電解質は、有機溶媒を添加してもよく、その具体例としては、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート等の炭酸エステル類;エチレングリコールジアルキルエーテル、プロピレングリコールジアルキルエーテル等のエーテル類;エチレングリコールモノアルキルエーテル、プロピレングリコールモノアルキルエーテル等のアルコール類;エチレングリコール、プロピレングリコール等の多価アルコール類;プロピオニトリル、メトキシプロピオニトリル、シアノエチルエーテル等のニトリル類;ジメチルホルムアミド、N−メチルピロリドン等のアミド類;ジメチルスルホキシド、スルホラン等の非プロトン極性溶媒類;等が挙げられ、これらを1種単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
有機溶媒の含有量は、特に限定されず、本発明の目的を損わない限り、従来通りとすることができる。
An organic solvent may be added to the electrolyte of the present invention. Specific examples thereof include carbonates such as ethylene carbonate and propylene carbonate; ethers such as ethylene glycol dialkyl ether and propylene glycol dialkyl ether; ethylene glycol monoalkyl. Alcohols such as ether and propylene glycol monoalkyl ether; Polyhydric alcohols such as ethylene glycol and propylene glycol; Nitriles such as propionitrile, methoxypropionitrile and cyanoethyl ether; Amides such as dimethylformamide and N-methylpyrrolidone Aprotic polar solvents such as dimethyl sulfoxide, sulfolane, etc., and these may be used alone or in combination of two or more.
The content of the organic solvent is not particularly limited, and can be conventional as long as the object of the present invention is not impaired.

本発明の電解質の製造方法は特に限定されず、例えば、上述したイオン性液体(A)および炭素材料(B)ならびに所望により含有する他の炭素材料(C)や酸化ケイ素、金属酸化物等を混合し、ボールミル、サンドミル、顔料分散機、すりつぶし機、超音波分散機、ホモジナイザー、プラネタリーミキサー、ホバートミキサー、ロール、ニーダー等を用いて室温下または加熱下(例えば40〜150℃)で十分に混合し、均一に分散(混練)させることにより製造することができる。
ここで、上述したイオン性液体(A)および炭素材料(B)ならびに所望により含有する他の炭素材料(C)や酸化ケイ素、金属酸化物等の混合には、必要に応じて有機溶剤(例えば、トルエン等)を併用し、混合後に有機溶剤を真空留去する方法を用いてもよい。
また、上述したイオン性液体(A)および炭素材料(B)ならびに所望により含有する他の炭素材料(C)や酸化ケイ素、金属酸化物等の混合に際して、上記イオン性液体(A)を上記炭素材料(B)中に十分含浸させることを目的として、上記炭素材料(B)は、予めボールミル、ジェットミル等の既知の粉砕機で微粉砕させたものを用いてもよい。また、同様の目的として、上述したイオン性液体(A)および炭素材料(B)所望により含有する他の炭素材料(C)や酸化ケイ素、金属酸化物等の混合物に対して室温下または加熱下(例えば、40〜150℃)で減圧処理を施してもよい。
The method for producing the electrolyte of the present invention is not particularly limited. For example, the ionic liquid (A) and the carbon material (B) described above, and other carbon materials (C), silicon oxide, metal oxides, and the like that are optionally contained. Mix well, using a ball mill, sand mill, pigment disperser, pulverizer, ultrasonic disperser, homogenizer, planetary mixer, Hobart mixer, roll, kneader, etc. at room temperature or under heating (for example, 40 to 150 ° C.) It can be produced by mixing and uniformly dispersing (kneading).
Here, for the mixing of the ionic liquid (A) and the carbon material (B) described above and other carbon materials (C), silicon oxide, metal oxides and the like that are optionally contained, an organic solvent (for example, , Toluene, etc.) may be used in combination, and the organic solvent may be distilled off in vacuo after mixing.
In addition, when the ionic liquid (A) and the carbon material (B) described above and other carbon materials (C), silicon oxide, metal oxides and the like that are optionally contained are mixed, the ionic liquid (A) is converted into the carbon. For the purpose of sufficiently impregnating the material (B), the carbon material (B) that has been finely pulverized by a known pulverizer such as a ball mill or a jet mill may be used. For the same purpose, the above-described ionic liquid (A) and carbon material (B) may be optionally contained in a mixture of other carbon material (C), silicon oxide, metal oxide or the like at room temperature or under heating. (For example, 40-150 degreeC) may perform a pressure reduction process.

本発明においては、本発明の電解質の製造は、上述した他の炭素材料(C)を含有する場合、上述したイオン性液体(A)および他の炭素材料(C)を混合して分散体(例えば、ペースト状の分散体)を得た後に、上述した炭素材料(B)を混合して調製するのが好ましい。
このような方法で調製することにより、本発明の光電変換素子の光電変換効率がより良好となる。これは、上記他の炭素材料(C)が上記イオン性液体(A)中に偏在し、上記炭素材料(B)が保持しきれないイオン性液体(A)がアセチレンブラック(C1)やホウ素変性アセチレンブラック(C2)とともに電荷移動の促進に寄与したり、上記炭素材料(C3)が上述したイオン性液体(A)のカチオンと相互作用したりするためと考えられる。
In the present invention, when the electrolyte of the present invention contains the above-mentioned other carbon material (C), the above-described ionic liquid (A) and other carbon material (C) are mixed to form a dispersion ( For example, after obtaining a paste-like dispersion), it is preferable to prepare by mixing the carbon material (B) described above.
By preparing by such a method, the photoelectric conversion efficiency of the photoelectric conversion element of this invention becomes more favorable. This is because the other carbon material (C) is unevenly distributed in the ionic liquid (A), and the ionic liquid (A) that cannot be held by the carbon material (B) is acetylene black (C1) or boron-modified. It is considered that it contributes to the promotion of charge transfer together with acetylene black (C2), and the carbon material (C3) interacts with the cation of the ionic liquid (A) described above.

次に、本発明の光電変換素子および色素増感太陽電池について、図1を用いて詳述する。図1は、本発明の光電変換素子の基本構成の一例を示す模式断面図である。   Next, the photoelectric conversion element and the dye-sensitized solar cell of the present invention will be described in detail with reference to FIG. FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing an example of the basic configuration of the photoelectric conversion element of the present invention.

本発明の光電変換素子は、透明導電膜および金属酸化物半導体多孔質膜を有する光電極と、上記光電極に対向して配置される対向電極と、上記光電極および上記対向電極の間に配された電解質層とを有する光電変換素子である。   The photoelectric conversion element of the present invention includes a photoelectrode having a transparent conductive film and a metal oxide semiconductor porous film, a counter electrode disposed to face the photoelectrode, and the photoelectrode and the counter electrode. It is a photoelectric conversion element which has the electrolyte layer made.

<光電極>
上記光電極は、例えば、図1に示すように、透明基板1と透明導電膜2と酸化物半導体多孔質膜3により構成されている。
ここで、透明基板1は、光透過性が良好なものが好ましく、その具体例としては、ガラス基板の他、ポリスチレン、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、ポリカーボネート、ポリフェニレンスルフィド、環状オレフィンポリマー、ポリエーテルサルフォン、ポリスルフォン、ポリエーテルイミド、ポリアリレート、トリアセチルセルロース、ポリメタクリル酸メチル等の樹脂基板(フィルム)が挙げられる。
<Photoelectrode>
For example, as shown in FIG. 1, the photoelectrode includes a transparent substrate 1, a transparent conductive film 2, and an oxide semiconductor porous film 3.
Here, the transparent substrate 1 preferably has good light transmittance. Specific examples thereof include a glass substrate, polystyrene, polyethylene, polypropylene, polyethylene terephthalate, polyethylene naphthalate, polycarbonate, polyphenylene sulfide, and cyclic olefin polymer. And resin substrates (films) such as polyethersulfone, polysulfone, polyetherimide, polyarylate, triacetylcellulose, and polymethylmethacrylate.

また、透明導電膜2としては、具体的には、例えば、アンチモンやフッ素がドープされた酸化スズ、アルミニウムやガリウムがドープされた酸化亜鉛、スズがドープされた酸化インジウム等の導電性金属酸化物が挙げられる。
また、透明導電膜2の厚さは、0.01〜1.0μm程度であるのが好ましい。
更に、透明導電膜2を設けるための方法は特に限定されず、例えば、塗布法、スパッタリング法、真空蒸着法、スプレーパイロリシス法、化学気相成長法(CVD)、ゾルゲル法等が挙げられる。
As the transparent conductive film 2, specifically, for example, conductive metal oxides such as tin oxide doped with antimony or fluorine, zinc oxide doped with aluminum or gallium, indium oxide doped with tin, etc. Is mentioned.
Moreover, it is preferable that the thickness of the transparent conductive film 2 is about 0.01 to 1.0 μm.
Furthermore, the method for providing the transparent conductive film 2 is not particularly limited, and examples thereof include a coating method, a sputtering method, a vacuum deposition method, a spray pyrolysis method, a chemical vapor deposition method (CVD), and a sol-gel method.

次いで、酸化物半導体多孔質膜3は、酸化物半導体微粒子の分散液を透明導電膜2上に塗布することによって得られる。
上記酸化物半導体微粒子としては、具体的には、例えば、酸化チタン、酸化スズ、酸化亜鉛、酸化タングステン、酸化ジルコニウム、酸化ハフニウム、酸化ストロンチウム、酸化バナジウム、酸化ニオブ等が挙げられ、これらを1種単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
Next, the oxide semiconductor porous film 3 is obtained by applying a dispersion of oxide semiconductor fine particles on the transparent conductive film 2.
Specific examples of the oxide semiconductor fine particles include titanium oxide, tin oxide, zinc oxide, tungsten oxide, zirconium oxide, hafnium oxide, strontium oxide, vanadium oxide, niobium oxide, and the like. You may use independently and may use 2 or more types together.

上記分散液は、上記酸化物半導体微粒子と分散媒とをサンドミル、ビーズミル、ボールミル、3本ロールミル、コロイドミル、超音波ホモジナイザー、ヘンシェルミキサー、ジェットミル等の分散機で混合することにより得られる。
また、上記分散液は、分散機で混合して得た後、使用(塗布)直前に、超音波ホモジナイザー等を用いて超音波処理を施すのが好ましい。使用直前に超音波処理を施すことにより、本発明の光電変換素子の光電変換効率がより良好となる。これは、使用直前に超音波処理を施した分散液を用いて形成した酸化物半導体多孔質膜に対して、上述したイオン性液体(A)が充填されやすいためと考えられる。
更に、上記分散液には、分散液中の上記酸化物半導体微粒子の再凝集を防ぐために、アセチルアセトン、塩酸、硝酸、界面活性剤、キレート剤等を添加してもよく、分散液の増粘のために、ポリエチレンオキシド、ポリビニルアルコール等の高分子やセルロース系の増粘剤等を添加してもよい。
The dispersion is obtained by mixing the oxide semiconductor fine particles and the dispersion medium with a dispersing machine such as a sand mill, a bead mill, a ball mill, a three roll mill, a colloid mill, an ultrasonic homogenizer, a Henschel mixer, or a jet mill.
The dispersion is preferably obtained by mixing with a disperser and then subjected to ultrasonic treatment using an ultrasonic homogenizer or the like immediately before use (coating). By performing ultrasonic treatment immediately before use, the photoelectric conversion efficiency of the photoelectric conversion element of the present invention becomes better. This is presumably because the above-described ionic liquid (A) is easily filled into the oxide semiconductor porous film formed using the dispersion liquid subjected to ultrasonic treatment immediately before use.
Furthermore, in order to prevent re-aggregation of the oxide semiconductor fine particles in the dispersion, acetylacetone, hydrochloric acid, nitric acid, a surfactant, a chelating agent, or the like may be added to the dispersion. Therefore, a polymer such as polyethylene oxide and polyvinyl alcohol, a cellulose-based thickener, or the like may be added.

上記分散液としては、酸化チタンペーストSP100、SP200(いずれも昭和電工社製)、酸化チタン微粒子Ti−Nanoxide T(ソーラロニクス社製)、Ti−Nanoxide D(ソーラロニクス社製)、Ti−Nanoxide T/SP(ソーラロニクス社製)、Ti−Nanoxide D/SP(ソーラロニクス社製)、チタニア塗布ペーストPECC01(ペクセル・テクノロジーズ社製)、チタニア粒子ペーストPST−18NR(日揮触媒化成)、チタニア粒子ペーストPST400C(日揮触媒化成)等の市販品を用いることも可能である。   Examples of the dispersion include titanium oxide pastes SP100 and SP200 (both manufactured by Showa Denko KK), titanium oxide fine particles Ti-Nanoxide T (manufactured by Solaronics), Ti-Nanoxide D (manufactured by Solaronics), and Ti-Nanoxide T. / SP (manufactured by Solaronics), Ti-Nanoxide D / SP (manufactured by Solaronics), titania coating paste PECC01 (manufactured by Pexel Technologies), titania particle paste PST-18NR (JGC Catalysts & Chemicals), titania particle paste PST400C Commercial products such as (JGC catalyst conversion) can also be used.

上記分散液を透明導電膜上に塗布する方法としては、例えば、公知の湿式成膜法を用いることができる。
湿式成膜法としては、具体的には、例えば、スクリーンプリント法、インクジェットプリント法、ロールコート法、ドクターブレード法、スピンコート法、スプレー塗布法等が挙げられる。
As a method for applying the dispersion on the transparent conductive film, for example, a known wet film forming method can be used.
Specific examples of the wet film forming method include a screen printing method, an ink jet printing method, a roll coating method, a doctor blade method, a spin coating method, and a spray coating method.

また、上記分散液を透明導電膜上に塗布後、微粒子間の電子的なコンタクトの向上、透明導電膜との密着性の向上、膜強度の向上を目的として、加熱処理、化学処理、プラズマ、オゾン処理等を行うのが好ましい。
加熱処理の温度としては、40℃〜700℃であるのが好ましく、40℃〜650℃であるのが好ましい。また、加熱処理の時間としては、特に制限はないが、通常は10秒〜24時間程度である。
化学処理としては、具体的には、例えば、四塩化チタン水溶液を用いた化学メッキ処理、カルボン酸誘導体を用いた化学吸着処理、三塩化チタン水溶液を用いた電気化学的メッキ処理等が挙げられる。
In addition, after applying the dispersion onto the transparent conductive film, for the purpose of improving electronic contact between the fine particles, improving adhesion with the transparent conductive film, and improving film strength, heat treatment, chemical treatment, plasma, It is preferable to perform ozone treatment or the like.
As temperature of heat processing, it is preferable that it is 40 to 700 degreeC, and it is preferable that it is 40 to 650 degreeC. The time for the heat treatment is not particularly limited, but is usually about 10 seconds to 24 hours.
Specific examples of the chemical treatment include chemical plating treatment using a titanium tetrachloride aqueous solution, chemical adsorption treatment using a carboxylic acid derivative, and electrochemical plating treatment using a titanium trichloride aqueous solution.

<対向電極>
上記対向電極とは、図1に示すように、光電極4に対向して配置される電極5であり、例えば、金属基板、表面に導電膜を有するガラス基板や樹脂基板等を用いることができる。
金属基板としては、白金、金、銀、銅、アルミニウム、インジウム、チタン等の金属を用いることができる。樹脂基板としては、光電極4を構成する透明基板1で例示した基板(フィルム)に加えて、不透明あるいは透明性に劣る一般的な樹脂基板も用いることができる。
また、表面に設ける導電膜としては、白金、金、銀、銅、アルミニウム、インジウム、チタン等の金属;炭素;酸化スズ;アンチモンやフッ素がドープされた酸化スズ;酸化亜鉛;アルミニウムやガリウムがドープされた酸化亜鉛;スズがドープされた酸化インジウム;等の導電性金属酸化物;等が挙げられる。導電膜の厚さや形成方法は、光電極4を構成する透明導電膜2と同様のものを挙げることができる。
<Counter electrode>
As shown in FIG. 1, the counter electrode is an electrode 5 disposed to face the photoelectrode 4. For example, a metal substrate, a glass substrate having a conductive film on the surface, a resin substrate, or the like can be used. .
As the metal substrate, metals such as platinum, gold, silver, copper, aluminum, indium, and titanium can be used. As the resin substrate, in addition to the substrate (film) exemplified as the transparent substrate 1 constituting the photoelectrode 4, a general resin substrate which is opaque or inferior in transparency can also be used.
As the conductive film provided on the surface, metals such as platinum, gold, silver, copper, aluminum, indium and titanium; carbon; tin oxide; tin oxide doped with antimony and fluorine; zinc oxide; doped with aluminum and gallium Zinc oxide; indium oxide doped with tin; conductive metal oxides such as; The thickness and formation method of the conductive film can be the same as those of the transparent conductive film 2 constituting the photoelectrode 4.

本発明においては、対向電極5として、基板上に導電性高分子膜を形成させた電極や導電性高分子フィルム電極を用いてもよい。
導電性高分子としては、具体的には、例えば、ポリチオフェン、ポリピロール、ポリアニリン等が挙げられる。
基板上に導電性高分子膜を形成させる方法は、通常湿式成膜法として知られているディッピング法やスピンコーティング法等を用いて、高分子分散液から基板上に導電高分子膜を形成することができる。
導電性高分子分散液としては、特開2006−169291号公報で開示したポリアニリン分散液や市販品であるポリチオフェン誘導体水分散液(バイトロンP、バイエル社製)、三菱レイヨン社製(アクアセーブ、ポリアニリン誘導体水溶液)等を用いることができる。
また、基板が上記導電基板である場合、上記手法に加えて電解重合法によっても基板上に導電性高分子膜を形成させることができる。導電性高分子フィルム電極は、電解重合法によって電極上に形成された導電性高分子フィルムを電極から剥離した自立性フィルムまたは導電性高分子分散液から通常湿式成膜法として知られているキャスティング法やスピンコーティング法等を用いて形成された自立性フィルム等を用いることもできる。ここで言う導電性高分子分散液は、導電性高分子微粒子が溶媒中に分散している状態と導電性高分子が溶媒中に溶解している状態とが混在しているものを、便宜上導電性高分子分散液としている。
In the present invention, the counter electrode 5 may be an electrode in which a conductive polymer film is formed on a substrate or a conductive polymer film electrode.
Specific examples of the conductive polymer include polythiophene, polypyrrole, polyaniline, and the like.
As a method for forming a conductive polymer film on a substrate, a conductive polymer film is formed on a substrate from a polymer dispersion using a dipping method, a spin coating method, or the like that is usually known as a wet film formation method. be able to.
Examples of conductive polymer dispersions include polyaniline dispersions disclosed in JP-A-2006-169291, polythiophene derivative aqueous dispersions (Vitron P, manufactured by Bayer) which are commercially available products, Mitsubishi Rayon Co., Ltd. (Aquasave, polyaniline). Derivative aqueous solution) and the like can be used.
When the substrate is the conductive substrate, a conductive polymer film can be formed on the substrate by an electrolytic polymerization method in addition to the above method. Conductive polymer film electrode is a casting that is usually known as a wet film-forming method from a self-supporting film or a conductive polymer dispersion obtained by peeling off a conductive polymer film formed on an electrode by electrolytic polymerization. It is also possible to use a self-supporting film formed using a method or a spin coating method. The conductive polymer dispersion referred to here is a conductive polymer dispersion in which conductive polymer fine particles are dispersed in a solvent and a conductive polymer is dissolved in a solvent. A functional polymer dispersion.

<電解質>
上記電解質層は、図1に示すように、光電極4および対向電極5の間に設けられる電解質層6であり、本発明の光電変換素子においては、上述した本発明の電解質を用いる。
<Electrolyte>
As shown in FIG. 1, the electrolyte layer is an electrolyte layer 6 provided between the photoelectrode 4 and the counter electrode 5, and the above-described electrolyte of the present invention is used in the photoelectric conversion element of the present invention.

本発明の光電変換素子は、上述した本発明の電解質を用いているため、ヨウ素を実質的に含まなくても高いエネルギー変換効率を達成することができる。   Since the photoelectric conversion element of the present invention uses the above-described electrolyte of the present invention, high energy conversion efficiency can be achieved without substantially containing iodine.

本発明の色素増感太陽電池は、上述した本発明の光電変換素子を構成する光電極に光増感色素を担持させた光電変換素子の一種である。
ここで、光増感色素としては、可視光領域および/または赤外光領域に吸収を持つ色素であれば特に限定されなく、金属錯体又は有機色素等を用いることができる。
具体的には、ビピリジン構造やターピリジン構造などの配位子が配位したルテニウム錯体色素、ポルフィリン系色素、フタロシアニン系色素、シアニン系色素、メロシアニン系色素、キサンテン系色素等を用いることができる。担持させる方法に特に制限はないが、上記色素を、例えば、水、アルコール類に溶解させ、色素溶液に酸化物半導体多孔質膜3を浸漬または色素溶液を酸化物半導体多孔質膜3に塗布することにより担持される。
The dye-sensitized solar cell of the present invention is a kind of photoelectric conversion element in which a photosensitizing dye is supported on the photoelectrode constituting the photoelectric conversion element of the present invention described above.
Here, the photosensitizing dye is not particularly limited as long as it is a dye having absorption in the visible light region and / or the infrared light region, and a metal complex, an organic dye, or the like can be used.
Specifically, a ruthenium complex dye, a porphyrin dye, a phthalocyanine dye, a cyanine dye, a merocyanine dye, a xanthene dye or the like coordinated with a ligand such as a bipyridine structure or a terpyridine structure can be used. Although there is no particular limitation on the method of supporting, the dye is dissolved in, for example, water or alcohol, and the oxide semiconductor porous film 3 is immersed in the dye solution or the dye solution is applied to the oxide semiconductor porous film 3. It is supported by.

以下、実施例を示して、本発明を具体的に説明する。ただし、本発明はこれらに限定されるものではない。   Hereinafter, the present invention will be specifically described with reference to examples. However, the present invention is not limited to these.

参考例1〜5、実施例〜34、比較例1〜11)
<電解質の調製>
30mL混合容器中で、下記記第1表に示すイオン性液体A1等と、トルエンと、ジルコニアビーズ(直径3mm)とを、下記第1表に示す組成で、ビーズミル(ロッキングRM02、セイワ技研社製)を用いて、60分間撹拌混合した。
混合後の分散液からトルエンを真空留去することにより電解質を得た。
(Reference Example 1-5, Example 6-34, Comparative Examples 1 to 11)
<Preparation of electrolyte>
In a 30 mL mixing container, an ionic liquid A1 and the like shown in Table 1 below, toluene, and zirconia beads (diameter 3 mm) with a composition shown in Table 1 below and a bead mill (Rocking RM02, manufactured by Seiwa Giken Co., Ltd.) ) And stirred and mixed for 60 minutes.
Toluene was distilled off from the dispersion after mixing in vacuo to obtain an electrolyte.

<色素増感太陽電池の作製>
透明導電性ガラス(FTOガラス、表面抵抗15Ω/□、日本板硝子社製)上に、酸化チタンペーストTi-Nanoxide D(Solaronix社製)を塗布し、室温下で乾燥させた後、450℃の温度で30分間焼結することにより、透明導電性ガラス上に酸化チタン多孔質膜が形成された光電極を作製した。
作製した光電極を、ルテニウム錯体色素(シス−(ジチオシアナート)−N,N′−ビス(2,2′−ビピリジル−4,4′−ジカルボキシリックアシッド)ルテニウム(II)錯体)(Ruthenium 535-bisTBA、Solaronix社製)のエタノール溶液(濃度3×10-4mol/L)に4時間浸漬させた。
その後、アセトニトリルで洗浄し、暗所において窒素気流下で乾燥することにより光電極の酸化チタン電極に増感色素を担持させたものを光電極として用いた。
光増感色素を担持させた光電極上に調製した上記電解質を塗りつけ、これと、透明導電性ガラス基板(導電面にスズがドープされた酸化インジウム、シート抵抗:8Ω/□、日本板硝子社製)表面にスパッタリング法で厚さ約100nmの白金薄膜を形成させた白金対向電極とを張り合わせた後、クリップで固定することにより、色素増感太陽電池を得た。
<Preparation of dye-sensitized solar cell>
A titanium oxide paste Ti-Nanoxide D (manufactured by Solaronix) is applied onto transparent conductive glass (FTO glass, surface resistance 15Ω / □, manufactured by Nippon Sheet Glass Co., Ltd.), dried at room temperature, and then heated to 450 ° C. Was sintered for 30 minutes to produce a photoelectrode in which a porous titanium oxide film was formed on transparent conductive glass.
The produced photoelectrode was converted into a ruthenium complex dye (cis- (dithiocyanate) -N, N′-bis (2,2′-bipyridyl-4,4′-dicarboxylic acid) ruthenium (II) complex) (Ruthenium). It was immersed in an ethanol solution (concentration 3 × 10 −4 mol / L) of 535-bisTBA (manufactured by Solaronix) for 4 hours.
Then, it wash | cleaned with acetonitrile, and what carried the sensitizing dye on the titanium oxide electrode of the photoelectrode by drying under nitrogen stream in the dark place was used as a photoelectrode.
The electrolyte prepared above is applied on the photoelectrode carrying the photosensitizing dye, and this is and a transparent conductive glass substrate (indium oxide doped with tin on the conductive surface, sheet resistance: 8Ω / □, manufactured by Nippon Sheet Glass Co., Ltd.) A dye-sensitized solar cell was obtained by pasting a platinum counter electrode having a platinum thin film having a thickness of about 100 nm formed on the surface thereof by sputtering and fixing it with a clip.

得られた色素増感太陽電池の光電変換効率を以下に示す方法により測定し、評価した。その結果を第1表に示す。   The photoelectric conversion efficiency of the obtained dye-sensitized solar cell was measured and evaluated by the method shown below. The results are shown in Table 1.

<光電変換効率>
図2に示すように、光源としてソーラーシミュレーターを用い、AM1.5の擬似太陽光を100mW/cm2の光強度で光電極側から照射し、電流電圧測定装置(ケースレーインスツルメンツ社製デジタルソースメーター2400)を用いて変換効率を求めた。
<Photoelectric conversion efficiency>
As shown in FIG. 2, a solar simulator is used as a light source, and AM1.5 simulated sunlight is irradiated from the photoelectrode side with a light intensity of 100 mW / cm 2 , and a current-voltage measuring device (Digital Source Meter 2400 manufactured by Keithley Instruments Co., Ltd.) ) To determine the conversion efficiency.

第1表中の各成分は下記のとおりである。
・イオン性液体A1:1−メチル−3−プロピルイミダゾリウムアイオダイド(東京化成社製)
・炭素材料B1:活性炭(NY1151、比表面積:1325m2/g、1次平均粒子径:5μm、比抵抗:1.5×10-1Ω・cm、クラレケミカル社製)
・炭素材料B2:活性炭(NK261、比表面積:2300m2/g、1次平均粒子径:5μm、比抵抗:1.5×10-1Ω・cm、クラレケミカル社製)
・炭素材料C1−1:アセチレンブラック(デンカブラック粉状、比表面積:68m2/g、1次平均粒子径:35nm、比抵抗:3×10-2Ω・cm、電気化学工業社製)
・炭素材料C2−1:ホウ素変性アセチレンブラック(デンカブラックBMAB、比表面積:50m2/g、1次平均粒子径:35nm、比抵抗:1×10-2Ω・cm、電気化学工業社製)
・炭素材料C3−1:酸性カーボンブラック(Color Black FW1、pH:4.5、1次平均粒子径:13nm、比抵抗:5×10-1Ω・cm、デグサ社製)
・炭素材料C3−2:Special Black5(pH:3.0、1次平均粒子径:20nm、比抵抗:1.5Ω・cm、デグサ社製)
・炭素材料C3−3:トーカブラック#8500F(pH:5.5、1次平均粒子径:14nm、比抵抗:5×10-1Ω・cm、東海カーボン社製)
・炭素材料C4−1:SAF(N134、窒素吸着比表面積:151m2/g、pH:7.3、平均粒子径:19nm、キャボットジャパン社製)
・炭素材料C4−2:ISAF(N234、窒素吸着比表面積:117m2/g、pH:7.5、平均粒子径:23nm、キャボットジャパン社製)
・炭素材料C4−3:HAF(N339、窒素吸着比表面積:93m2/g、pH:7.5、平均粒子径:24nm、東海カーボン社製)
・酸化ケイ素:沈降シリカ(Z1165MP、Rodia社製)
・酸化チタン:フュームド酸化チタンP25(Degussa社製)
Each component in Table 1 is as follows.
Ionic liquid A1: 1-methyl-3-propylimidazolium iodide (manufactured by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.)
Carbon material B1: Activated carbon (NY1151, specific surface area: 1325 m 2 / g, primary average particle size: 5 μm, specific resistance: 1.5 × 10 −1 Ω · cm, manufactured by Kuraray Chemical Co., Ltd.)
Carbon material B2: activated carbon (NK261, specific surface area: 2300 m 2 / g, primary average particle diameter: 5 μm, specific resistance: 1.5 × 10 −1 Ω · cm, manufactured by Kuraray Chemical Co., Ltd.)
Carbon material C1-1: Acetylene black (denka black powder, specific surface area: 68 m 2 / g, primary average particle size: 35 nm, specific resistance: 3 × 10 −2 Ω · cm, manufactured by Denki Kagaku Kogyo Co., Ltd.)
Carbon material C2-1: Boron-modified acetylene black (Denka black BMAB, specific surface area: 50 m 2 / g, primary average particle size: 35 nm, specific resistance: 1 × 10 −2 Ω · cm, manufactured by Denki Kagaku Kogyo Co., Ltd.)
Carbon material C3-1: Acidic carbon black (Color Black FW1, pH: 4.5, primary average particle size: 13 nm, specific resistance: 5 × 10 −1 Ω · cm, manufactured by Degussa)
Carbon material C3-2: Special Black 5 (pH: 3.0, primary average particle size: 20 nm, specific resistance: 1.5 Ω · cm, manufactured by Degussa)
Carbon material C3-3: Toka Black # 8500F (pH: 5.5, primary average particle size: 14 nm, specific resistance: 5 × 10 −1 Ω · cm, manufactured by Tokai Carbon Co., Ltd.)
Carbon material C4-1: SAF (N134, nitrogen adsorption specific surface area: 151 m 2 / g, pH: 7.3, average particle size: 19 nm, manufactured by Cabot Japan)
Carbon material C4-2: ISAF (N234, nitrogen adsorption specific surface area: 117 m 2 / g, pH: 7.5, average particle size: 23 nm, manufactured by Cabot Japan)
Carbon material C4-3: HAF (N339, nitrogen adsorption specific surface area: 93 m 2 / g, pH: 7.5, average particle size: 24 nm, manufactured by Tokai Carbon Co., Ltd.)
・ Silicon oxide: Precipitated silica (Z1165MP, manufactured by Rodia)
・ Titanium oxide: Fumed titanium oxide P25 (manufactured by Degussa)

上記第1表に示す結果から明らかなように、イオン性液体(A)および炭素材料(B)を特定割合で含有するように調製した参考例1〜5の電解質は、ヨウ素を実質的に含まなくても、光電変換効率は4.3〜4.9%と十分に高くなることが分かった。これは、導電性材料であるアセチレンブラックを用いて調製した比較例3〜7の電解質よりも優れていることを示す意外な結果である。
一方、イオン性液体(A)100質量部に対して炭素材料(B)を5質量部配合して調製した比較例1の電解質やイオン性液体(A)100質量部に対して炭素材料(B)を60質量部配合して調製した比較例2の電解質は、光電変換効率が低いことが分かった。
As is clear from the results shown in Table 1, the electrolytes of Reference Examples 1 to 5 prepared so as to contain the ionic liquid (A) and the carbon material (B) at a specific ratio substantially contain iodine. Even without this, the photoelectric conversion efficiency was found to be sufficiently high at 4.3 to 4.9%. This is an unexpected result showing that it is superior to the electrolytes of Comparative Examples 3 to 7 prepared using acetylene black which is a conductive material.
On the other hand, the carbon material (B) with respect to 100 parts by mass of the electrolyte and ionic liquid (A) of Comparative Example 1 prepared by blending 5 parts by mass of the carbon material (B) with 100 parts by mass of the ionic liquid (A). It was found that the electrolyte of Comparative Example 2 prepared by blending 60 parts by mass of the compound had a low photoelectric conversion efficiency.

また、炭素材料(C)を併用する場合であっても、イオン性液体(A)100質量部に対する炭素材料(B)の含有量が10〜50質量部を外れる比較例8〜11の電解質は、炭素材料(B)と炭素材料(C)との合計の含有量が10〜50質量部であっても、光電変換効率は4.0%前後に留まった。
これに対し、イオン性液体(A)および炭素材料(B)を特定割合で含有し、更に炭素材料(C)を含有するように調製した実施例6〜32の電解質は、ヨウ素を実質的に含まなくても、光電変換効率は5.0%以上と十分に高くなることが分かった。
特に、炭素材料(C)としてホウ素変性アセチレンブラックを用いて調製した実施例10および15の電解質は、ヨウ素を実質的に含まなくても、光電変換効率は6.0%以上と更に高くなることが分かり、炭素材料(C)として酸性カーボンブラックを用いて調製した実施例19〜28の電解質は、ヨウ素を実質的に含まなくても、光電変換効率は5.5%以上と十分に高くなることが分かった。
なお、実施例6〜32の電解質は、いずれも炭素材料(B)および炭素材料(C)の合計の含有量がイオン性液体(A)100質量部に対して10〜50質量部であるが、炭素材料(B)と炭素材料(C)との含有量の比率[炭素材料(B)/炭素材料(C)]が99.9/0.1〜60/40である実施例6〜23、26〜28および30〜32の電解質の方が、光電変換効率が高い傾向にあることが分かった。
Moreover, even when it is a case where carbon material (C) is used together, the electrolytes of Comparative Examples 8 to 11 in which the content of the carbon material (B) with respect to 100 parts by mass of the ionic liquid (A) deviates from 10 to 50 parts by mass is used. Even if the total content of the carbon material (B) and the carbon material (C) was 10 to 50 parts by mass, the photoelectric conversion efficiency remained around 4.0%.
On the other hand, the electrolytes of Examples 6 to 32 prepared so as to contain the ionic liquid (A) and the carbon material (B) at a specific ratio and further contain the carbon material (C) substantially contain iodine. Even if it does not contain, it turned out that photoelectric conversion efficiency becomes high enough with 5.0% or more.
In particular, the electrolytes of Examples 10 and 15 prepared using boron-modified acetylene black as the carbon material (C) have an even higher photoelectric conversion efficiency of 6.0% or more even when substantially free of iodine. As can be seen, the electrolytes of Examples 19 to 28 prepared using acidic carbon black as the carbon material (C) have a sufficiently high photoelectric conversion efficiency of 5.5% or more even when substantially free of iodine. I understood that.
In addition, although all the electrolytes of Examples 6 to 32 have a total content of the carbon material (B) and the carbon material (C) of 10 to 50 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the ionic liquid (A). , Examples 6 to 23 in which the content ratio [carbon material (B) / carbon material (C)] of the carbon material (B) and the carbon material (C) is 99.9 / 0.1 to 60/40 26-28 and 30-32 electrolytes were found to tend to have higher photoelectric conversion efficiency.

また、イオン性液体(A)および炭素材料(B)を特定割合で含有し、更に酸化ケイ素または酸化チタンを含有するように調製した実施例33および34の電解質は、ヨウ素を実質的に含まなくても、光電変換効率は5.9%以上と十分に高くなることが分かった。   In addition, the electrolytes of Examples 33 and 34 prepared so as to contain the ionic liquid (A) and the carbon material (B) at a specific ratio and further contain silicon oxide or titanium oxide are substantially free of iodine. However, the photoelectric conversion efficiency was found to be sufficiently high at 5.9% or more.

1:透明基板
2:透明導電膜
3:酸化物半導体多孔質膜
4:光電極
5:対向電極
6:電解質層
11:透明基板
12:透明導電膜(ITO、FTO)
13:金属酸化物
14:電解質
15:白金薄膜
16:透明導電膜(ITO、FTO)
17:基板
18:対向電極
1: transparent substrate 2: transparent conductive film 3: oxide semiconductor porous film 4: photoelectrode 5: counter electrode 6: electrolyte layer 11: transparent substrate 12: transparent conductive film (ITO, FTO)
13: Metal oxide 14: Electrolyte 15: Platinum thin film 16: Transparent conductive film (ITO, FTO)
17: Substrate 18: Counter electrode

Claims (11)

イオン性液体(A)、および、比表面積が1000〜3500m2/gの炭素材料(B)を含有し、
前記炭素材料(B)の含有量が、前記イオン性液体(A)100質量部に対して10〜50質量部であり、
更に、前記炭素材料(B)以外の他の炭素材料(C)として、アセチレンブラック、ホウ素変性アセチレンブラック、JIS Z8802規定のpH測定方法により測定したpHが2〜6を示す炭素材料、および、窒素吸着比表面積が90m 2 /g以上のカーボンブラックからなる群から選択されるいずれか1つ以上を含有する光電変換素子用電解質。
Containing an ionic liquid (A) and a carbon material (B) having a specific surface area of 1000 to 3500 m 2 / g,
The content of the carbon material (B) is Ri 10-50 parts by der respect to the ionic liquid (A) 100 parts by mass of,
Further, as other carbon material (C) other than the carbon material (B), acetylene black, boron-modified acetylene black, a carbon material having a pH of 2 to 6 measured by a pH measurement method defined in JIS Z8802, and nitrogen the photoelectric conversion element for electrolyte you containing any one or more of adsorption specific surface area is selected from the group consisting of higher carbon black 90m 2 / g.
前記炭素材料(B)の1次平均粒子径が、0.5〜120μmである請求項1に記載の光電変換素子用電解質。  The electrolyte for photoelectric conversion elements according to claim 1, wherein the carbon material (B) has a primary average particle diameter of 0.5 to 120 μm. 前記イオン性液体(A)が、下記式(1)または(2)で表されるカチオンを有する請求項1または2に記載の光電変換素子用電解質。
(式(1)中、R1は、炭素数1〜20のヘテロ原子を含んでいてもよい炭化水素基を表し、炭素数1〜20のヘテロ原子を含んでいてもよい置換基を有していてもよい。R2およびR3は、それぞれ独立に水素原子または炭素数1〜20の炭化水素基を表し、ヘテロ原子を含んでいてもよい。ただし、窒素原子が二重結合を含む場合、R3は存在しない。式(2)中、Qは、窒素原子、酸素原子、リン原子または硫黄原子を表し、R4、R5、R6およびR7は、それぞれ独立に水素原子または炭素数1〜8の炭化水素基を表し、ヘテロ原子を含んでいてもよい。ただし、Qが酸素原子または硫黄原子の場合、R7は存在しない。)
The electrolyte for photoelectric conversion elements according to claim 1 or 2, wherein the ionic liquid (A) has a cation represented by the following formula (1) or (2).
(In the formula (1), R 1 represents a hydrocarbon group which may contain a hetero atom having 1 to 20 carbon atoms, having a substituent group which may contain a hetero atom having 1 to 20 carbon atoms R 2 and R 3 each independently represents a hydrogen atom or a hydrocarbon group having 1 to 20 carbon atoms and may contain a hetero atom, provided that the nitrogen atom contains a double bond. during R 3 is absent. equation (2), Q is a nitrogen atom, an oxygen atom, a phosphorus atom or a sulfur atom, R 4, R 5, R 6 and R 7 each independently represent a hydrogen atom or a C Represents a hydrocarbon group of formulas 1 to 8, and may contain a hetero atom, provided that when Q is an oxygen atom or a sulfur atom, R 7 does not exist.
前記イオン性液体(A)が、ヨウ素イオンをアニオンとして有する請求項3に記載の光電変換素子用電解質。  The electrolyte for photoelectric conversion elements according to claim 3, wherein the ionic liquid (A) has iodine ions as anions. 前記pHが2〜6を示す炭素材料の1次平均粒子径が、0.010〜0.050μmである請求項1〜4のいずれかに記載の光電変換素子用電解質。The electrolyte for photoelectric conversion elements according to any one of claims 1 to 4, wherein the carbon material having a pH of 2 to 6 has a primary average particle diameter of 0.010 to 0.050 µm. 前記炭素材料(B)および前記他の炭素材料(C)の合計の含有量が、前記イオン性液体(A)100質量部に対して10〜50質量部である請求項1〜5のいずれかに記載の光電変換素子用電解質。The total content of the carbon material (B) and the other carbon material (C) is any one of the preceding claims 10 to 50 parts by mass with respect to the ionic liquid (A) 100 parts by mass of The electrolyte for photoelectric conversion elements described in 1. 前記炭素材料(B)と前記他の炭素材料(C)との含有量の比率[炭素材料(B)/他の炭素材料(C)]が、99.9/0.1〜60/40である請求項1〜6のいずれかに記載の光電変換素子用電解質。The content ratio [carbon material (B) / other carbon material (C)] of the carbon material (B) and the other carbon material (C) is 99.9 / 0.1-60 / 40. The electrolyte for photoelectric conversion elements according to any one of claims 1 to 6 . 前記イオン性液体(A)および前記他の炭素材料(C)を混合して分散体を得た後に、前記炭素材料(B)を混合して調製される請求項1〜7のいずれかに記載の光電変換素子用電解質。In after obtaining a dispersion by mixing the ionic liquid (A) and the other carbon material (C), according to claim 1 which is prepared by mixing the carbonaceous material (B) Electrolyte for photoelectric conversion element. 更に、酸化ケイ素および/または金属酸化物を含有する請求項1〜のいずれかに記載の光電変換素子用電解質。Furthermore, the electrolyte for photoelectric conversion elements in any one of Claims 1-8 containing a silicon oxide and / or a metal oxide. 透明導電膜および金属酸化物半導体多孔質膜を有する光電極と、
前記光電極に対向して配置される対向電極と、
前記光電極と前記対向電極との間に配された電解質層とを有し、
前記電解質層が、請求項1〜のいずれかに記載の光電変換素子用電解質である光電変換素子。
A photoelectrode having a transparent conductive film and a metal oxide semiconductor porous film;
A counter electrode disposed to face the photoelectrode;
An electrolyte layer disposed between the photoelectrode and the counter electrode;
The electrolyte layer, the photoelectric conversion element is a photoelectric conversion element for electrolyte according to any one of claims 1-9.
請求項10に記載の光電極に光増感色素を担持させてなる色素増感太陽電池。A dye-sensitized solar cell obtained by supporting a photosensitizing dye on the photoelectrode according to claim 10 .
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