JP5689351B2 - 光電変換素子及び光電気化学電池 - Google Patents
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Description
本発明の課題は、以下の手段によって達成された。
該多孔質半導体層が下記一般式(1)で表される少なくとも1つの色素を含有し、かつ該正孔輸送層がアリーレン基、チオフェン環構造を有する2価の芳香族へテロ環基から選択される基が2個以上共役結合した共役化合物、トリフェニルアミン構造を有するスピロ環化合物、または縮合多環芳香族化合物を含み、かつ固体であることを特徴とする光電変換素子。
Mz(LL1)m1(LL2)m2(X)m3・CI ・・・一般式(1)
[一般式(1)において、MzはRuを表し、LL1は下記一般式(4−3)で表される2座の配位子を表し、LL2は下記一般式(3)で表される、カルボキシ基を有していてもよい2座の配位子を表す。
m1は1を表す。m2は1を表す。m3は2を表す。
Xは配位子を表し、チオシアネート基、イソチオシアネート基、シアネート基およびイソシアネート基からなる群から選ばれた基で配位する1座の配位子を表す。
CIは電荷を中和させるのに対イオンが必要な場合の対イオンを表す。]
a1およびa2は0を表し、b1およびb2は0を表す。d3は1を表す。]
<2>前記正孔輸送層に含有する化合物が、下記T−1、T7、U−1、U−4、U−10、U−15またはU−16であることを特徴とする<1>に記載の光電変換素子。
<5>前記感光体層が2層以上の多層構造であって、該感光体層の各層を形成する半導体微粒子が互いに異なる平均粒径であることを特徴とする<1>〜<4>のいずれか1項に記載の光電変換素子。
<6>前記感光体層が2層以上の多層構造であって、該多層構造のうち受光面側に最も近い多孔質半導体層に含有する半導体微粒子の平均粒径が、これ以外の多孔質半導体層に含有する半導体微粒子の平均粒径よりも小さいことを特徴とする<1>〜<5>のいずれか1項に記載の光電変換素子。
<7>前記感光体層が2層以上の多層構造であって、該多層構造のうち受光面側に最も近い多孔質半導体層に含有する半導体微粒子の粒度分布の変動係数が10以下であることを特徴とする<1>〜<6>のいずれか1項に記載の光電変換素子。
<8>前記<1>〜<7>のいずれか1項に記載の光電変換素子を備えることを特徴とする光電気化学電池。
以下に本発明の一般式(1)で表される色素を詳細に説明するが、本発明において、酸性基、又は、カルボキシル基、スルホン酸基、ヒドロキシル基、ヒドロキサム酸基、ホスホリル基又はホスホニル基等の具体的な基は、いずれもこれらが塩となった基をも包含する。
ここで、酸性基とは、基を構成する最も酸性の水素原子のpKaが13以下の基である。酸性基の例として、例えばカルボン酸基、スルホン酸基、ホスホン酸基、フェノール性水酸基、アルキルスルフォニルカルバモイル基、リン酸基が挙げられ、好ましくはカルボン酸基、スルホン酸基、ホスホン酸基、フェノール性水酸基、さらに好ましくは、カルボン酸基、スルホン酸基、特に好ましくはカルボン酸基である。
また、これらの塩は、有機又は無機の塩のいずれでもよく、有機の塩の場合、アミン塩(例えば、アンモニウム、アルキル、アリールもしくはヘテロ環のアミンのアミン塩、テトラアルキルアンモニウムのような第4級アンモニウム塩、ピリジニウム塩)、アルカリ金属塩(例えば、リチウム塩、ナトリウム塩、カリウム塩)が挙げられる。また、複数の酸性基が存在する場合、その一部が塩の基となってもよい。
Mz(LL1)m1(LL2)m2(X)m3・CI ・・・一般式(1)
Mzは金属原子を表す。Mzは好ましくは4配位又は6配位が可能な金属であり、より好ましくはRu、Fe、Os、Cu、W、Cr、Mo、Ni、Pd、Pt、Co、Ir、Rh、Re、Mn又はZnである。特に好ましくは、Ru、Os、Zn又はCuであり、最も好ましくはRuであり、本発明ではRuである。
配位子LL1は、下記一般式(2)により表される2座又は3座の配位子であり、好ましくは2座配位子である。配位子LL1の数を表すm1は0〜3の整数であり、1〜3であるのが好ましく、1であるのがより好ましい。m1が2以上のとき、配位子LL1は同じでも異なっていてもよい。ただし、m1と、後述の配位子LL2の数を表すm2のうち少なくとも一方は1以上の整数である。したがって金属原子に、配位子LL1及び配位子LL2のどちらか一方又は両方が配位している。
R103とR104は同じであっても異なっていてもよいが、同じであるのが好ましい。
R105とR106は、L1やL2の共役鎖の置換可能な部分に結合するものであるが、共役鎖の末端の炭素原子に結合するのが好ましい。
形成される環はピペリジン環又はピロリジン環であるのが好ましい。d2が2以上のときR126は同じでも異なっていてもよく、互いに連結して環を形成していてもよい。
一般式(4−1)〜(4−3)で表される配位子のうち、一般式(4−3)で表される配位子が好ましい。
ただし、本発明においては、配位子LL1は、前記一般式(4−3)で表される化合物であって、R101およびR102はそれぞれ独立に、カルボキシ基、スルホン酸基、ヒドロキシル基、ヒドロキサム酸基、ホスホリル基またはホスホニル基であり、R103およびR104はそれぞれ独立に置換基であり、R127およびR128はそれぞれ独立に、アルキニル基、アリール基または、環構成ヘテロ原子が、酸素原子、硫黄原子または窒素原子である5もしくは6員環のヘテロ環基である。さらに、a1およびa2は0であり、b1およびb2は0であり、d3は1である。
一般式(1)中、配位子LL2は下記一般式(3)で表される2座又は3座の配位子を表す。配位子LL2の数を表すm2は0〜2の整数であり、0又は1であるのが好ましい。m2が2のとき配位子LL2は同じでも異なっていてもよい。ただし、m2と、前述の配位子LL1の数を表すm1のうち少なくとも一方は1以上の整数である。
なお、本発明においては、配位子LL 2 は、前記一般式(3)で表される化合物であり、Za、ZbおよびZcはそれぞれ独立に、ピリジン環を形成しうる非金属原子群を表し、cは0である。
一般式(1)中、配位子Xは1座又は2座の配位子を表す。配位子Xの数を表すm3は0〜2の整数を表し、m3は好ましくは1又は2である。配位子Xが1座の配位子のとき、m3は2であるのが好ましく、配位子Xが2座配位子のとき、m3は1であるのが好ましい。m3が2のとき、配位子Xは同じでも異なっていてもよく、配位子X同士が連結していてもよい。
配位子Xが1座配位子のとき、配位子Xはチオシアネート基、イソチオシアネート基、シアネート基、イソシアネート基、シアノ基、アルキルチオ基、アリールチオ基からなる群から選ばれた基で配位する配位子、あるいはハロゲン原子、カルボニル、ジアルキルケトン、チオ尿素からなる配位子であるのが好ましい。
ただし、本発明では、Xは、チオシアネート基、イソチオシアネート基、シアネート基およびイソシアネート基からなる群から選ばれた基で配位する1座の配位子である。
一般式(2)中のCIは電荷を中和させるのに対イオンが必要な場合の対イオンを表す。一般に、色素が陽イオン又は陰イオンであるか、あるいは正味のイオン電荷を有するかどうかは、色素中の金属、配位子及び置換基に依存する。
一般式(1)で表される色素は、半導体微粒子の表面に対する適当な結合基(interlocking group)を少なくとも1つ以上有するのが好ましい。この結合基を色素中に1〜6個有するのがより好ましく、1〜4個有するのが特に好ましい。カルボキシ基、スルホン酸基、ヒドロキシ基、ヒドロキサム酸基(例えば−CONHOH等)、ホスホリル基(例えば−OP(O)(OH)2等)、ホスホニル基(例えば−P(O)(OH)2等)等の酸性基(解離性のプロトンを有する置換基)を色素中に有することが好ましく、本発明では、カルボキシ基を色素中に有する。
なお、例示色素A−1〜A−3は参考例である。
一般式(1)で表される色素は、特開2001−291534号公報等に記載の方法又はこれに準じた方法で容易に合成又は調製することができる。
以下に正孔輸送層を説明する。正孔輸送層3には正孔輸送化合物を含む。
(B1)正孔輸送化合物
本発明では、固体の正孔輸送層を使用する。ここで、固体の正孔輸送層とは、太陽電池を使用する温度と圧力条件下に於いて固体状態で正孔を伝達できる物質であることを意味する。
正孔輸送化合物は、固体の正孔輸送層を形成できるものであれば、いずれの正孔輸送化合物でも構わないが、トリフェニルアミン構造を有する化合物、アリーレン基、2価の芳香族へテロ環基、エテニレン基及びエチニレン基から選択される基が2個以上共役結合した共役化合物、縮合多環芳香族化合物又はフタロシアニン化合物が好ましい。正孔輸送化合物はモノマー、オリゴマー、プレポリマー又はポリマーのいずれであっても構わない。
正孔輸送化合物として好ましい化合物は、トリフェニルアミン構造を有する化合物、又は、アリーレン基、2価の芳香族へテロ環基、エテニレン基及びエチニレン基から選択される基が2個以上共役結合した共役化合物であり、トリフェニルアミン構造を有する化合物は、スピロ環構造を有するものが好ましく、アリーレン基、2価の芳香族へテロ環基、エテニレン基及びエチニレン基から選択される基が2個以上共役結合した共役化合物としては、チオフェン環構造を有するものが好ましく、本発明では、アリーレン基、チオフェン環構造を有する2価の芳香族へテロ環基から選択される基が2個以上共役結合した共役化合物、トリフェニルアミン構造を有するスピロ環化合物、または縮合多環芳香族化合物である。
以下に本発明の好ましい正孔輸送化合物を例示するが、これによって本発明が限定されるものではない。
ここで、例示化合物のU−17およびU−18は参考例である。
以下に代表的な化合物の合成例を示す。
撹拌装置、温度計、還流冷却管を装着した1000mlのガラス製三口フラスコに、無水テトラヒドロフラン750ml、3,4−エチレンジオキシチオフェン25g(0.15mol)をそれぞれ添加し、窒素気流下で撹拌しながらアセトン/ドライアイス浴で内温が−70℃となるまで冷却する。この後1.6mol/l n−ブチルリチウムヘキサン溶液113ml(0.18mol)をシリンジで5分間かけて反応系に滴下した。25分後、無水塩化銅23.5g(0.17mol)を添加してそのまま3時間程度撹拌を継続して反応を行った。反応液を水10Lに添加し、生成物を濾過した後、乾燥し、シリカゲルクロマトグラフィー(移動相;塩化メチレン)により精製し、黄白色結晶の3,4−エチレンジオキシチオフェンダイマーを17.9g(収率約72%)を得た。
Y.Liang,Adv. Mater.,22,1(2010)に記載の方法などを参考にして合成した。
特許第4121148号公報に記載の方法などを参考にして合成した。
正孔輸送層3には、上記の正孔輸送化合物に加えて、必要に応じて、例えば、N(PhBr)3SbCl6、Li[(CF3SO2)2N]等の各種添加剤を含有してもよく、これにより正孔輸送層3は、より効率よく正孔を伝達(輸送)することができる。
正孔輸送層には上記の正孔輸送化合物とともに、必要に応じて、有機バインダー等の添加物を添加してもよい。この有機バインダー(高分子バインダー)としては、正孔の輸送を極度に阻害しないものを用いるのが好ましく、例えば、ポリエチレンオキサイド(PEO)、ポリビニリデンフロライド(PVDF)、ポリカーボネート、ポリアクリレート、ポリメチルアクリレート、ポリメチルメタクリレート、ポリスチレン、ポリ塩化ビニル、ポリシロキサン等を用いることができる。
塗布法としては、例えば、ディッピング、滴下、ドクターブレード、スピンコート、刷毛塗り、スプレー塗装、ロールコーター等が挙げられる。このような塗布法では、正孔輸送層3の塗設が容易であり、また色素を含む多孔質半導体層の孔内に、正孔輸送材料をより確実に浸透するようにして形成することができる。また、必要に応じて、かかる塗膜には、例えば、減圧下、不活性雰囲気下等で、熱処理を施すようにしてもよい。これにより、塗膜中の溶媒(液体)を除去することができ、より迅速に正孔輸送層3を形成することができ、光電変換素子、太陽電池等の光電気化学電池の製造時間の短縮に有利である。
この熱処理の加熱温度としては、好ましくは、50〜150℃が好ましい。また、このような塗布、熱処理(乾燥)の操作を、繰り返し行って積層するようにしてもよい。
より具体的には、80℃程度に加熱したホットプレート上に、基板、第1の電極、および色素を含む多孔質半導体層で構成された感光体層2の積層体を設置し、正孔輸送材料を、色素を含む多孔質半導体層で構成された感光体層2の上面に滴下して、乾燥する。この操作を複数回行って、前述したような平均厚さの正孔輸送層3を形成する。この場合、正孔輸送材料に用いる溶媒としては、特に限定されないが、例えば、アセトニトリル、エタノール、メタノール、イソプロピルアルコール等の有機溶剤、あるいは、各種水等の1種または2種以上を組み合わせて用いることができる。
図1に示すように、本発明の光電変換素子には、導電性支持体1上には多孔質の半導体微粒子22に色素(増感色素)21が吸着された感光体層2が形成されている。後述する通り、例えば、半導体微粒子の分散液を導電性支持体に塗布・乾燥後、本発明の色素溶液に浸漬することにより、感光体層2を製造することができる。
図1に示すように、本発明の光電変換素子10には、導電性支持体1上には多孔質の半導体微粒子22に色素(増感色素)21が吸着された感光体層2が形成されている。後述する通り、例えば、半導体微粒子22の分散液を前記導電性支持体1に塗布・乾燥後、上述の色素溶液に浸漬することにより、感光体層2を製造することができる。
多層構造の感光体層は以下(a)〜(d)の工程を含む方法で作成することが好ましい。
(a)平均粒径が5〜50nmの半導体微粒子を含む分散液A(コロイド液の場合も含む)を作成する工程
(b)平均粒径が100nm〜500nmの半導体微粒子を含む分散液B(コロイド液の場合も含む)を作成する工程
(c)前記分散液Aにより第1層目の感光体層を形成する工程、
(d)及び前記分散液Bにより第2層目の感光体層を形成する工程
本発明において、半導体微粒子の平均粒径は、島津製作所株式会社製レーザー回折式粒度分布測定装置SALD−3100を用いて測定された値をいう。また、粒度分布の変動係数は、得られた平均値と標準偏差のデータを用いて以下の式より求めた。
変動係数=(標準偏差)÷(平均値)
また、前記感光体層が2層以上の多層構造であって、該多層構造のうちの複数の多孔質半導体層が、吸収スペクトルにおける最大感度波長領域を短波長側に有する層から吸収スペクトルにおける最大感度波長領域を長波長側に有する層の順に、受光面側から配置されていることが好ましい。
本発明においては、半導体微粒子以外の固形分の含量が、半導体微粒子分散液全体の10質量%以下よりなる半導体微粒子分散液を前記導電性支持体1に塗布し、適度に加熱することにより、多孔質半導体微粒子塗布層を得ることができる。
前記具体例に示した一般式(1)の色素A−1〜A−5を、特開2001−291534号公報に記載の方法により調製した。
色素A−1〜A−5の極大吸収波長を測定した。その結果を表1に示す。測定は、分光光度計(U−4100(商品名)、日立ハイテク社製)によって行い、溶液はTHF:エタノール=1:1を用い、濃度が2μMになるように調整した。
内側をテフロン(登録商標)コーティングした内容積200mlのステンレス製ベッセルに二酸化チタン(日本アエロジル社 Degussa P−25)15g、水45g、分散剤(アルドリッチ社製、Triton X−100)1g、直径0.5mmのジルコニアビーズ(ニッカトー社製)30gを入れ、サンドグラインダーミル(アイメックス社製)を用いて1500rpmにて2時間分散した。分散物からジルコニアビーズをろ過して除いた。
フッ素をドープした酸化スズをコーティングした導電性ガラス(日本板硝子製TCO;表面抵抗10Ω/□,30cm×30cm×1.1mm)を20mm×20mmの大きさに切断加工したもの)の導電面側にガラス棒を用いて上記の分散液を塗布した。この際導電面側の一部(端から3mm)に粘着テープを張ってスペーサーとし、粘着テープが両端に来るようにガラスを並べて一度に8枚づつ塗布した。塗布後、粘着テープを剥離し、室温で1日間風乾した。次に、このガラスを電気炉(ヤマト科学製マッフル炉FP−32型)に入れ、450℃にて30分間焼成し、電極基板1を作成した。電極基板1を取り出し6分間冷却した後、表2に示す本発明の色素または参考例の色素のエタノール溶液(3×10−4モル/リットル)に室温で12時間浸漬した。色素の染着したガラスを4−tert−ブチルピリジンに15分間浸漬した後、エタノールで洗浄し自然乾燥させた。
以下の3種類の方法のいずれかの方法を用いて、下記表2に記載の正孔輸送化合物から正孔輸送層、対向電極を形成し、光電変換素子を作製した。
(塗布法)
下記表2に記載の正孔輸送化合物溶液(濃度5質量%)を調整し、色素を吸着したTiO2電極(感光層)上にスピンコートした(1000rpm、30sec)。この後、金もしくは白金を蒸著し、対向電極層を形成し、光電変換素子を得た。
(蒸着法)
色素を吸着したTiO2電極(感光層)(2cm×2cm)を真窒蒸着装置〔日本真空技術(株)製〕の基板ホルダーに固定し、モリブデン製の抵抗加熱ボートに下記表2に記載の正孔輸送化合物600mgを入れた。真空チャンバー内を1×10−4Paまで減圧したのち、該正孔輸送化合物入りのボートを加熱して0.1〜0.3nm/秒の速度で堆積させ、膜厚100nmの正孔輸送層を製膜した。この後、金もしくは白金を蒸着し、対向電極層を形成し、光電変換素子を得た。
(電解重合法)
色素を吸着したTiO2電極(感光層)(2cm×2cm)、白金線対向電極およびAg/AgCl参照電極を下記表2に記載の正孔輸送化合物を50mM、過塩素酸リチウム0.1Mのプロピレンカーボネート溶液20mlの入った電気化学セルに浸積した。感光層、対向電極、参照電極をPOTENTIOSTAT/GALVANOSATAT HA−505(HOKUTO DENKO Ltd.製)に接続し、重合量が75mC/cm2となるまでガルバノスタチックに電解重合(電流密度を1mA/cm2)を行った。この後、金もしくは白金を蒸着し、対向電極層を形成し、光電変換素子を得た。
500Wのキセノンランプ(ウシオ製)の光をAM1.5フィルター(Orie1社製)およびシャープカットフィルター(Kenko L−42)を通す事により紫外線を含まない模擬太陽光を発生させた。この光の強度は86mW/cm2であった。本発明の光電変換素子の導電性ガラスと対向電極層にそれぞれ、導線を接続し、模擬太陽光を照射し、発生した電流を電流電圧測定装置(ケースレーSMU 238型)にて測定した。これにより求められた開放電圧(Voc)、短絡電流密度(Jsc)、形状因子(ff)、および変換効率(PCE)と、85℃かつ相対湿度100%雰囲気の中に120時間放置後の短絡電流密度(Wetサーモ後Jsc)および短絡電流密度の低下率を一括して下記表3に記載した。
前述の本発明の色素を比較色素1に変更した以外は同様にして作製した、色増感されたTiO2電極基板(感光層;2cm×2cm)をこれと同じ大きさの白金蒸着ガラスと重ねあわせた(図1参照)。次に、両ガラスの隙間に毛細管現象を利用して電解液(アセトニトリルと3−メチル−2−オキサゾリジノンの体積比90対10の混合物を溶媒とした沃素0.05モル/リットル、ヨウ化リチウム0.5モル/リットルの溶液)を染み込ませて比較用光電変換素子Aを作製した。なお、比較色素1は以下の構造の色素である。
上記比較色素1を用いた以外は前述と同様にして作製した、色増感されたTiO2電極基板(感光層;2cm×2cm)上に、ヘキサエチレングリコールメタクリル酸エステル(日本油脂化学社製ブレンマーPE350)1gと、エチレングリコール1gと、重合開始剤として、2−ヒドロキシ−2−メチル−1−フェニル−プロパン−1−オン(日本チバガイギー社製グロキュア1173)20mgを含有した混合溶液に、ヨウ化リチウム500mgを溶解し10分間真空脱気して、塗布した。次に、前記の混合溶液を塗布した多孔性物質を減圧下に置くことで、多孔性物質中の気泡を除きモノマーの浸透を促した後、紫外光照射により重合して高分子化合物の均一なゲルを多孔性物質の細孔内に存在させた。このようにして得られた物質をヨウ素雰囲気下に、30分間曝して高分子化合物中にヨウ素を拡散させた後、白金蒸着ガラスと重ねあわせて比較用光電変換素子Bを得た。
上記比較色素1を用いた以外は前述と同様にして作製した、色増感されたTiO2電極基板(感光層;2cm×2cm)上に、N,N’−ジフェニル−N、N’−ビス(3−メチルフェニル)−(1,1’−ビフェニル)−4,4’−ジアミンを0.5μm蒸着して正孔輸送層を形成した。この後、上述の本発明の光電変換素子と同様に金を蒸着し、比較用光電変換素子Cを得た。
(1)受光面側の半導体微粒子層(第1の半導体微粒子層)の形成
チタンイソプロポキシド125mlを0.1M−硝酸水溶液(キシダ化学株式会社製)750mlに滴下し、80℃で8時間加熱して、加水分解反応をさせることにより、ゾル液を調製した。得られたゾル液をチタン製オートクレーブにて250℃で15時間保持し、粒子成長させ、その後、超音波分散を30分間行うことにより、平均一次粒径20nmの酸化チタン粒子を含むコロイド溶液を得た。この酸化チタン一次粒子径の変動係数は、8であった。
次に、市販の酸化チタン微粒子(テイカ社製、製品名:TITANIX JA−1、粒径約180nm)4.0gと酸化マグネシウム粉末(キシダ化学株式会社製)0.4gを蒸留水20mlに入れ、塩酸でpH=1に調整した。さらに、ジルコニアビーズを加え、この混合溶液をペイントシェイカーで8時間分散処理した。その後、ポリエチレングリコール(キシダ化学株式会社製、質量平均分子量:200000)を酸化チタンに対する質量比で40%添加し、攪拌することにより、酸化チタン粒子が分散した懸濁液を得た。
実施例1と同様にして(塗布法)、(蒸着法)、及び(電解重合法)の3種類の方法のいずれかの方法を用いて、下記表4に記載の正孔輸送化合物から正孔輸送層、対向電極を形成し、光電変換素子を作製した。
実施例1と同様に模擬太陽光を照射し、発生した電流を電流電圧測定装置にて測定した。これにより求められた開放電圧(Voc)、短絡電流密度(Jsc)、形状因子(ff)、および変換効率(PCE)と、85℃かつ相対湿度100%雰囲気の中に120時間放置後の短絡電流密度(Wetサーモ後Jsc)および短絡電流密度の低下率を一括して下記表5に記載した。
比較色素1を用いた以外は、全く同様に電極基板2を用いて比較用光電変換素子A’を作製した。
上記比較色素1を用いた以外は前述と同様にして作製された、色増感されたTiO2電極基板2(感光層;2cm×2cm)上に、ヘキサエチレングリコールメタクリル酸エステル(日本油脂化学社製ブレンマーPE350)1gと、エチレングリコール1gと、重合開始剤として、2−ヒドロキシ−2−メチル−1−フェニル−プロパン−1−オン(日本チバガイギー社製グロキュア1173)20mgを含有した混合溶液に、ヨウ化リチウム500mgを溶解し10分間真空脱気して、塗布した。次に、前記の混合溶液を塗布した多孔性物質を減圧下に置くことで、多孔性物質中の気泡を除きモノマーの浸透を促した後、紫外光照射により重合して高分子化合物の均一なゲルを多孔性物質の細孔内に存在させた。このようにして得られた物質をヨウ素雰囲気下に、30分間曝して高分子化合物中にヨウ素を拡散させた後、白金蒸着ガラスと重ねあわせて比較用光電変換素子B’を得た。
上記比較色素1を用いた以外は前述と同様にして作製された、色増感されたTiO2電極基板2(感光層;2cm×2cm)上に、N,N’−ジフェニル−N、N’−ビス(3−メチルフェニル)−(1,1’−ビフェニル)−4,4’−ジアミンを0.5μm蒸着して正孔輸送層を形成した。この後、本発明の光電変換素子と同様に金を蒸着し、比較用光電変換素子C’を得た。
2 感光体層
21 増感色素
22 半導体微粒子
3 正孔輸送層
4 対極
5 受光電極
6 外部回路
10 光電変換素子
100 光電気化学電池
Claims (8)
- 導電性支持体、色素を含む多孔質半導体層で構成された感光体層、正孔輸送層、及び対極を少なくとも備える光電変換素子であって、
該多孔質半導体層が下記一般式(1)で表される少なくとも1つの色素を含有し、かつ該正孔輸送層がアリーレン基、チオフェン環構造を有する2価の芳香族へテロ環基から選択される基が2個以上共役結合した共役化合物、トリフェニルアミン構造を有するスピロ環化合物、または縮合多環芳香族化合物を含み、かつ固体であることを特徴とする光電変換素子。
Mz(LL1)m1(LL2)m2(X)m3・CI ・・・一般式(1)
[一般式(1)において、MzはRuを表し、LL1は下記一般式(4−3)で表される2座の配位子を表し、LL2は下記一般式(3)で表される、カルボキシ基を有していてもよい2座の配位子を表す。
m1は1を表す。m2は1を表す。m3は2を表す。
Xは配位子を表し、チオシアネート基、イソチオシアネート基、シアネート基およびイソシアネート基からなる群から選ばれた基で配位する1座の配位子を表す。
CIは電荷を中和させるのに対イオンが必要な場合の対イオンを表す。]
a1およびa2は0を表し、b1およびb2は0を表す。d3は1を表す。]
- 前記感光体層に半導体微粒子を含有し、該半導体微粒子が酸化チタン微粒子であることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の光電変換素子。
- 前記感光体層が2層以上の多層構造であって、該感光体層の各層を形成する半導体微粒子が互いに異なる平均粒径であることを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載の光電変換素子。
- 前記感光体層が2層以上の多層構造であって、該多層構造のうち受光面側に最も近い多孔質半導体層に含有する半導体微粒子の平均粒径が、これ以外の多孔質半導体層に含有する半導体微粒子の平均粒径よりも小さいことを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載の光電変換素子。
- 前記感光体層が2層以上の多層構造であって、該多層構造のうち受光面側に最も近い多孔質半導体層に含有する半導体微粒子の粒度分布の変動係数が10以下であることを特徴とする請求項1〜6のいずれか1項に記載の光電変換素子。
- 請求項1〜7のいずれか1項に記載の光電変換素子を備えることを特徴とする光電気化学電池。
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