JP6019688B2 - 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 environmental impact 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、「(i)層状粘土鉱物及び/又は有機化層状粘土鉱物並びに(ii)イオン性液体を含んでなる光電変換素子用電解質。」が記載されている([請求項1])。
また、特許文献2には、「(i)電解質を有機溶媒に溶解した電解液、(ii)層状粘土鉱物及び/又は有機化層状粘土鉱物並びに(iii)多価オニウム塩化合物を含んでなるゲル状又は固体状電解質。」が記載されている([請求項1])。
更に、特許文献3には、「イオン性液体(A)および層状粘土鉱物(B)を含有する光電変換素子用電解質であって、前記層状粘土鉱物(B)がアルキルシリル基を有する光電変換素子用電解質。」が記載されている。
For example, Patent Document 1 describes "(i) Layered clay mineral and / or organically modified layered clay mineral and (ii) an electrolyte for a photoelectric conversion element comprising an ionic liquid." 1]).
Patent Document 2 discloses that “(i) an electrolytic solution in which an electrolyte is dissolved in an organic solvent, (ii) a layered clay mineral and / or an organically modified layered clay mineral, and (iii) a gel comprising a polyvalent onium salt compound. Or a solid electrolyte. ”[Claim 1].
Further, Patent Document 3 discloses that “a photoelectric conversion element containing an ionic liquid (A) and a layered clay mineral (B), wherein the layered clay mineral (B) has an alkylsilyl group. Electrolyte for use ".

特表2007−531206号公報Special table 2007-531206 gazette 特開2008−71749号公報JP 2008-71749 A 特開2011−216461号公報JP2011-216461A

本発明者は、特許文献1〜3に記載の光電変換素子用電解質を用いた光電変換素子について検討した結果、使用する層状粘土鉱物の種類によっては、光電変換効率に向上の余地があることを明らかとした。
そこで、本発明は、高い光電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。
As a result of examining the photoelectric conversion element using the electrolyte for photoelectric conversion elements described in Patent Documents 1 to 3, the present inventor found that there is room for improvement in photoelectric conversion efficiency depending on the type of layered clay mineral used. It was clear.
Then, an object of this invention is to provide the electrolyte for photoelectric conversion elements which can achieve high photoelectric conversion efficiency, the photoelectric conversion element using the electrolyte, and a dye-sensitized solar cell.

本発明者は、上記課題を解決するために鋭意検討した結果、共有結合を介してオニウム塩を有する層状粘土鉱物を用いた光電変換素子用電解質が、高い光電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。
すなわち、本発明は、以下の(a)〜(g)を提供する。
As a result of intensive studies to solve the above problems, the present inventor has found that an electrolyte for a photoelectric conversion element using a layered clay mineral having an onium salt via a covalent bond can achieve high photoelectric conversion efficiency. The headline and the present invention were completed.
That is, the present invention provides the following (a) to (g).

(a)第3級または第4級カチオンを有する有機塩化合物(A)および層状粘土鉱物(B)を含有する光電変換素子用電解質であって、
上記層状粘土鉱物(B)が、共有結合を介してオニウム塩を有する光電変換素子用電解質。
(A) An electrolyte for a photoelectric conversion element comprising an organic salt compound (A) having a tertiary or quaternary cation and a layered clay mineral (B),
The electrolyte for photoelectric conversion elements, wherein the layered clay mineral (B) has an onium salt via a covalent bond.

(b)上記オニウム塩が、イミダゾリウム塩、ピリジニウム塩、ピロリジニウム塩、ピペリジニウム塩、アンモニウム塩、スルホニウム塩およびホスホニウム塩からなる群から選択される少なくとも1種である上記(a)に記載の光電変換素子用電解質。   (B) The photoelectric conversion according to (a), wherein the onium salt is at least one selected from the group consisting of an imidazolium salt, a pyridinium salt, a pyrrolidinium salt, a piperidinium salt, an ammonium salt, a sulfonium salt, and a phosphonium salt. Electrolyte for device.

(c)上記有機塩化合物(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 a photoelectric conversion element according to (a) or (b), wherein the organic salt compound (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のヘテロ原子を含んでいてもよい炭化水素基を表す。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1〜20のヘテロ原子を含んでいてもよい炭化水素基を表す。ただし、Qが酸素原子または硫黄原子の場合、R7は存在せず、Qが硫黄原子の場合、R4およびR5は連結していてもよい。
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 that may contain a C 1-20 hetero atom. However, when the nitrogen atom contains a double bond, R 3 does not exist.
In the 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 hetero atom having 1 to 20 carbon atoms. Represents a hydrocarbon group which may contain However, when Q is an oxygen atom or a sulfur atom, R 7 does not exist, and when Q is a sulfur atom, R 4 and R 5 may be linked.

(d)上記有機塩化合物(A)が、有機塩化合物(a1)をカチオン換算で50質量%超含有し、
上記有機塩化合物(a1)が、上記式(1)中のR1が有していてもよい置換基、R2およびR3のうち少なくとも1つが炭素数5〜20のヘテロ原子を含んでいてもよい炭化水素基を表す化合物、または、上記式(2)中のR4、R5、R6およびR7のうち少なくとも1つが炭素数5〜20のヘテロ原子を含んでいてもよい炭化水素基を表す化合物である、上記(c)に記載の光電変換素子用電解質。
(D) The organic salt compound (A) contains the organic salt compound (a1) in excess of 50% by mass in terms of cation,
In the organic salt compound (a1), at least one of the substituents R 2 and R 3 which R 1 in the formula (1) may have contains a heteroatom having 5 to 20 carbon atoms. A compound representing a preferred hydrocarbon group, or a hydrocarbon in which at least one of R 4 , R 5 , R 6 and R 7 in formula (2) may contain a heteroatom having 5 to 20 carbon atoms The electrolyte for photoelectric conversion elements according to (c) above, which is a compound representing a group.

(e)上記有機塩化合物(A)が、チオシアネートアニオンを有する、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 (a) to (d), wherein the organic salt compound (A) has a thiocyanate anion.

(f)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)〜(e)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。
(F) 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 the electrolyte for photoelectric conversion elements in any one of said (a)-(e).

(g)上記(f)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。   (G) A dye-sensitized solar cell obtained by supporting a photosensitizing dye on the photoelectrode according to (f).

本発明によれば、高い光電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。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the photoelectric conversion element electrolyte which can achieve high photoelectric conversion efficiency, the photoelectric conversion element using the electrolyte, and a dye-sensitized solar cell can be provided.

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色素増感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 dye-sensitized solar cell of the present invention used in Examples and the like.

[光電変換素子用電解質]
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、第3級または第4級カチオンを有する有機塩化合物(A)および層状粘土鉱物(B)を含有する光電変換素子用電解質であって、上記層状粘土鉱物(B)が共有結合を介してオニウム塩を有す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。
[Electrolyte for photoelectric conversion element]
The electrolyte for photoelectric conversion elements of the present invention (hereinafter also simply referred to as “the electrolyte of the present invention”) contains an organic salt compound (A) having a tertiary or quaternary cation and a layered clay mineral (B). An electrolyte for a photoelectric conversion element, wherein the layered clay mineral (B) has an onium salt via a covalent bond.
Next, each component of the electrolyte of the present invention will be described in detail.

〔有機塩化合物(A)〕
本発明の電解質に用いる有機塩化合物(A)は、第3級または第4級カチオンならびにその対イオンであるアニオンを有する有機塩化合物であり、常温で固体および液体(いわゆるイオン性液体)のいずれであってもよい。
ここで、第3級カチオンとは、正電荷を有する周期律表第16族元素(例えば、酸素原子、硫黄原子等)が水素原子を有していないカチオンをいい、第4級カチオンとは、正電荷を有する周期律表第15族元素(例えば、窒素原子、リン原子等)が水素原子を有していないカチオンをいう。
[Organic salt compound (A)]
The organic salt compound (A) used in the electrolyte of the present invention is an organic salt compound having a tertiary or quaternary cation and an anion which is a counter ion thereof, and is either solid or liquid (so-called ionic liquid) at room temperature. It may be.
Here, the tertiary cation refers to a cation in which a positively charged periodic table group 16 element (for example, an oxygen atom, a sulfur atom, etc.) does not have a hydrogen atom, and the quaternary cation is A cation in which a Group 15 element (for example, a nitrogen atom or a phosphorus atom) having a positive charge does not have a hydrogen atom.

上記有機塩化合物(A)が有するカチオンとしては、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。   Specific examples of the cation possessed by the organic salt compound (A) include cations 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のヘテロ原子を含んでいてもよい炭化水素基を表す。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1〜20のヘテロ原子を含んでいてもよい炭化水素基を表す。ただし、Qが酸素原子または硫黄原子の場合、R7は存在せず、Qが硫黄原子の場合、R4およびR5は連結していてもよい。
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 that may contain a C 1-20 hetero atom. However, when the nitrogen atom contains a double bond, R 3 does not exist.
In the 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 hetero atom having 1 to 20 carbon atoms. Represents a hydrocarbon group which may contain However, when Q is an oxygen atom or a sulfur atom, R 7 does not exist, and when Q is a sulfur atom, R 4 and R 5 may be linked.

ここで、上記式(1)中のR1が表す炭素数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1〜20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、エチルヘキシル基、ノニル基、デシル基、ドデシル基、ウンデシル基、ヘキサデシル基、オクタデシル基、シクロプロピルメチル基、トリフルオロエチル基等)、炭素数2〜20のアルケニル基(例えば、ビニル基、アリル基等)、炭素数6〜20のアリール基(例えば、フェニル基、トリル基、ナフチル基等)、炭素数7〜20のアラルキル基(例えば、ベンジル基、フェニルエチル基、フェニルプロピル基等)、炭素数1〜20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、ヘプトキシ基、オクトキシ基、ノニノキシ基、デシロキシ基、フェノキシ基、メチルフェノキシ基、エチルフェノキシ基等)、炭素数2〜20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、ブチレンメトキシ基、ペンチレンメトキシ基、へキシレンメトキシ基、ヘプチレンメトキシ基、オクチレンメトキシ基、ノニレンメトキシ基、デシレンメトキシ基、メチレンエトキシ基、エチレンエトキシ基、プロピレンエトキシ基、ブチレンエトキシ基、ペンチレンエトキシ基、へキシレンエトキシ基、エチレンエトキシメトキシ基、シクロプロピルメトキシ基、シクロヘキシルメトキシ基、メチルフェノキシ基、メトキシフェノキシ基、エトキシフェノキシ基、フェノキシフェノキシ基等)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 a hydrocarbon group which may contain a C1-C20 heteroatom represented by 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 that
Next, the substituent which may have a hetero atom having 1 to 20 carbon atoms which R 1 in the above formula (1) may have is an alkyl group having 1 to 20 carbon atoms (for example, methyl Group, ethyl group, propyl group, butyl group, pentyl group, hexyl group, heptyl group, octyl group, ethylhexyl group, nonyl group, decyl group, dodecyl group, undecyl group, hexadecyl group, octadecyl group, cyclopropylmethyl group, tripropyl group Fluoroethyl group, etc.), alkenyl group having 2-20 carbon atoms (for example, vinyl group, allyl group, etc.), aryl group having 6-20 carbon atoms (for example, phenyl group, tolyl group, naphthyl group, etc.), carbon number 7 -20 aralkyl groups (for example, benzyl group, phenylethyl group, phenylpropyl group, etc.), C1-C20 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, heptoxy group, octoxy group, Noninokishi group, decyloxy group, a phenoxy group, methylphenoxy group, ethylphenoxy group, etc.), alkyl alkoxy group having 2 to 20 carbon atoms (e.g., methylene methoxy group (-CH 2 OCH 3), ethylene methoxy (-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 , butylene Methoxy group, pentylene methoxy group, hexylene methoxy group, heptylene methoxy group, octylene methoxy group, nonylene methoxy Group, decylene methoxy group, methylene ethoxy group, ethylene ethoxy group, propylene ethoxy group, butylene ethoxy group, pentylene ethoxy group, hexylene ethoxy group, ethylene ethoxy methoxy group, cyclopropyl methoxy group, cyclohexyl methoxy group, methyl phenoxy group Methoxyphenoxy group, ethoxyphenoxy group, phenoxyphenoxy group, etc.) R 1 in the above formula (1) may have two or more of these substituents.

また、上記式(1)中のR2およびR3が表す炭素数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1〜20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、エチルヘキシル基、ノニル基、デシル基、ドデシル基、ウンデシル基、ヘキサデシル基、オクタデシル基、シクロプロピルメチル基、トリフルオロエチル基等)、炭素数2〜20のアルケニル基(例えば、ビニル基、アリル基等)、炭素数6〜20のアリール基(例えば、フェニル基、トリル基、ナフチル基等)、炭素数7〜20のアラルキル基(例えば、ベンジル基、フェニルエチル基、フェニルプロピル基等)、炭素数1〜20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、ヘプトキシ基、オクトキシ基、ノニノキシ基、デシロキシ基、フェノキシ基、メチルフェノキシ基、エチルフェノキシ基等)、炭素数2〜20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、ブチレンメトキシ基、ペンチレンメトキシ基、へキシレンメトキシ基、ヘプチレンメトキシ基、オクチレンメトキシ基、ノニレンメトキシ基、デシレンメトキシ基、メチレンエトキシ基、エチレンエトキシ基、プロピレンエトキシ基、ブチレンエトキシ基、ペンチレンエトキシ基、へキシレンエトキシ基、エチレンエトキシメトキシ基、シクロプロピルメトキシ基、シクロヘキシルメトキシ基、メチルフェノキシ基、メトキシフェノキシ基、エトキシフェノキシ基、フェノキシフェノキシ基等)等が挙げられる。 Moreover, as a hydrocarbon group which may contain the C1-C20 heteroatom represented by R < 2 > and R < 3 > in the said Formula (1), specifically, a C1-C20 alkyl group ( For example, methyl, ethyl, propyl, butyl, pentyl, hexyl, heptyl, octyl, ethylhexyl, nonyl, decyl, dodecyl, undecyl, hexadecyl, octadecyl, cyclopropylmethyl Group, trifluoroethyl group, etc.), C2-C20 alkenyl group (e.g., vinyl group, allyl group, etc.), C6-C20 aryl group (e.g., phenyl group, tolyl group, naphthyl group, etc.), Aralkyl group having 7 to 20 carbon atoms (for example, benzyl group, phenylethyl group, phenylpropyl group, etc.), alkoxy group having 1 to 20 carbon atoms (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, heptoxy group, octoxy Group, noninoxy group, decyloxy group, phenoxy group, methylphenoxy group, ethylphenoxy group, etc.), an alkylalkoxy group having 2 to 20 carbon atoms (for example, methylenemethoxy group (—CH 2 OCH 3 ), ethylenemethoxy 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 , Butylene methoxy group, pentylene methoxy group, hexylene methoxy group, heptylene methoxy group, octylene methoxy group, nonyl Methoxy group, decylene methoxy group, methylene ethoxy group, ethylene ethoxy group, propylene ethoxy group, butylene ethoxy group, pentylene ethoxy group, hexylene ethoxy group, ethylene ethoxy methoxy group, cyclopropyl methoxy group, cyclohexyl methoxy group, methyl phenoxy Group, methoxyphenoxy group, ethoxyphenoxy group, phenoxyphenoxy group and the like).

また、上記式(2)中、R4、R5、R6およびR7が表す炭素数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、例えば、上記式(1)中のR2およびR3が表す炭素数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例示したものが挙げられる。 Further, in the above formula (2), the R 4, R 5, R 6 and R 7 represent hydrocarbon group which may contain a hetero atom having 1 to 20 carbon atoms, specifically, for example, the What was illustrated as a hydrocarbon group which may contain the C1-C20 hetero atom which R < 2 > and R < 3 > in Formula (1) may contain is mentioned.

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 (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, a cation represented by the following formulas (3) and (5) is preferable because the photoelectric conversion efficiency of the photoelectric conversion element of the present invention tends to be better.

式(3)〜(6)中、Rは、それぞれ独立に炭素数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), each R independently represents a hydrocarbon group that may contain a heteroatom 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、オキソ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、スルホニウムイオン(特に、チオフェニウムイオン)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高く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, phosphonium ion, and oxonium ion.
Specifically, the following cations are preferably exemplified.
Among these, aliphatic quaternary ammonium ions and sulfonium ions (particularly thiophenium ions) are preferable because the photoelectric conversion efficiency of the photoelectric conversion element of the present invention tends to be higher.

一方、上記有機塩化合物(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-、ホスホネートアニオン(例えば、メチルホスホネート)等が好適に例示される。 On the other hand, specific examples of the anion possessed by the organic salt compound (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 , phosphonate anion (for example, methylphosphonate) and the like are preferably exemplified.

このうち、本発明の光電変換素子の光電変換効率がより高く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。
また、本発明の光電変換素子の耐熱性が良好になるという理由から、チオシアネートアニオン(SCN-)(連結異性体であるイソチオシアネートアニオンを含む。以下同様。)が好ましい。これは、後述する実施例に示すように、チオシアネートアニオンが配位した金属錯体(例えば、後述するルテニウム錯体色素)を用いた場合に発現される効果であることを考慮すると、加熱により金属錯体からチオシアネートアニオンの配位が外れた場合であっても、有機塩化合物(A)が有するチオシアネートアニオンが再配位することが可能となり、色素としての機能、すなわち光を吸収し、電子を放出する機能を維持することができたためと考えられる。
Of these, bromine ions (Br ) and iodine ions (I ) are preferred, and iodine ions (I ) are preferred because the photoelectric conversion efficiency of the photoelectric conversion element of the present invention tends to be higher. Is more preferable.
In addition, a thiocyanate anion (SCN ) (including an isothiocyanate anion which is a linked isomer, the same applies hereinafter) is preferable because the heat resistance of the photoelectric conversion element of the present invention is improved. Considering that this is an effect exhibited when using a metal complex coordinated with a thiocyanate anion (for example, a ruthenium complex dye described later) as shown in the examples described later, the metal complex is heated by heating. Even if the coordination of the thiocyanate anion is off, the thiocyanate anion of the organic salt compound (A) can be re-coordinated, and functions as a dye, that is, a function of absorbing light and emitting electrons. It is thought that it was possible to maintain.

上記有機塩化合物(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有機塩化合物等が挙げられる。
中でも、本発明の光電変換素子の光電変換効率がより高くなるという理由から、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有機塩化合物が好ましく、本発明の光電変換素子の耐熱性が良好になるという理由から、チオシアネートアニオンを有する有機塩化合物が好ましく、イミダゾリウムイオンおよびヨウ素イオンを有する有機塩化合物と、チオシアネートアニオンを有する有機塩化合物とを併用することがより好ましい。
As said organic salt compound (A), the organic salt compound etc. which consist of a combination of the cation and anion which were illustrated above are mentioned, for example.
Among them, an organic salt compound having an imidazolium ion as a cation and an iodine ion as an anion is preferable because the photoelectric conversion efficiency of the photoelectric conversion element of the present invention is higher, and the heat resistance of the photoelectric conversion element of the present invention is preferred. Therefore, an organic salt compound having a thiocyanate anion is preferable, and an organic salt compound having an imidazolium ion and an iodine ion and an organic salt compound having a thiocyanate anion are more preferably used in combination.

上記有機塩化合物(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有機塩化合物を合成することができる。   The method for synthesizing the organic salt compound (A) is not particularly limited, and various organic salt compounds composed of combinations of cations and anions exemplified above can be synthesized by a conventionally known method.

上記有機塩化合物(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−メチル−3−ヘキシ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、1−メチル−1−ブチルピロリジニウムチオシアネート、1−メチル−1−エチルピロリジニウムチオシアネート等の合成品のほか、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)、テトラプロピルアンモニウムアイオダイド(東京化成社製)、テトラブチルアンモニウムアイオダイド(東京化成社製)、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社製)、1−メチル−3−ブチルイミダゾリウムチオシアネート(BASF社製)、テトラプロピルアンモニウムチオシアネート(Merck社製)、1−エチル−3−メチルイミダゾリウムビス(トリフルオロメチルスルホニル)イミド(Solvent Innovation社製)、1−エチル−3−メチルイミダゾリウムメチルホスホネート(関東化学社製)、トリエチルヘキシルホスホニウムビス(トリフルオロメチルスルホニル)アミド(アルドリッチ社製)、トリヘキシルテトラデシルホスホニウムビス(トリフルオロメチルスルホニル)アミド(アルドリッチ社製)等を使用することができる。   Examples of the organic salt compound (A) include 1-methyl-3-methylimidazolium iodide, 1-ethyl-3-methylimidazolium iodide, 1-methyl-3-pentylimidazolium iodide, 1-methyl- 3-hexylimidazolium iodide, 1-((2-methoxyethoxy) ethyl) -3-((2-methoxyethoxy) ethyl) imidazolium iodide, 1-methyl-1-butylpyrrolidinium thiocyanate, 1- In addition to synthetic products such as methyl-1-ethylpyrrolidinium thiocyanate, commercially available products can be used. 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), tetrapropylammonium iodide (manufactured by Tokyo Chemical Industry), tetrabutylammonium iodide (manufactured by Tokyo Chemical Industry), 1-ethyl-3-methylimidazolium tetracyanoborate (Merck) 1-ethyl-3-methylimidazolium thiocyanate (Merck), 1-methyl-3-butylimidazolium thiocyanate (BASF), tetrapropylammonium thiocyanate (Merck), 1-ethyl-3 -Methylimidazolium bis (trifluoromethylsulfonyl) imide (manufactured by Solvent Innovation), 1-ethyl-3-methylimidazolium methylphosphonate (manufactured by Kanto Chemical Co.), triethylhexylphosphonium bis (trifluoromethylsulfo) Le) amide (Aldrich), tri-hexyl tetradecyl phosphonium bis (trifluoromethylsulfonyl) amide (Aldrich) and the like can be used.

なお、有機塩化合物の中には、互変異性を示すものがあることから、本発明における有機塩化合物(A)については、その互変異性体を含むものとする。
具体的には、例えば、「1−メチル−3−ペンチルイミダゾリウムアイオダイド」は、その互変異性体である「1−ペンチル−3−メチルイミダゾリウムアイオダイド」を含み、「1−メチル−3−ヘキシルイミダゾリウムアイオダイド」は、その互変異性体である「1−ヘキシル−3−メチルイミダゾリウムアイオダイド」を含むものとする。
Since some organic salt compounds exhibit tautomerism, the organic salt compound (A) in the present invention includes the tautomer.
Specifically, for example, “1-methyl-3-pentylimidazolium iodide” includes “1-pentyl-3-methylimidazolium iodide” which is a tautomer thereof, and includes “1-methyl- “3-hexylimidazolium iodide” includes “1-hexyl-3-methylimidazolium iodide” which is a tautomer thereof.

本発明においては、上記有機塩化合物(A)は、本発明の光電変換素子の耐湿性が良好になるという理由から、後述する有機塩化合物(a1)をカチオン換算で50質量%超含有するのが好ましい。
なお、カチオン換算とは、上記有機塩化合物(A)におけるアニオンを除外したカチオンのみの質量をいう。
In the present invention, the organic salt compound (A) contains an organic salt compound (a1) described later in excess of 50% by mass in terms of cation because the moisture resistance of the photoelectric conversion element of the present invention is improved. Is preferred.
In addition, cation conversion means the mass of only the cation except the anion in the said organic salt compound (A).

<有機塩化合物(a1)>
上記有機塩化合物(a1)は、上記式(1)中の「R1が有していてもよい置換基」、「R2」および「R3」の3つのうち少なくとも1つが炭素数5〜20のヘテロ原子を含んでいてもよい炭化水素基を表す化合物、または、上記式(2)中の「R4」、「R5」、「R6」および「R7」の4つのうち少なくとも1つが炭素数5〜20のヘテロ原子を含んでいてもよい炭化水素基を表す化合物である。
ここで、光電変換素子の耐湿性が良好となる理由は、カチオン換算で上記有機塩化合物(A)の50質量%超を占める上記有機塩化合物(a1)のカチオンが炭素数5〜20という長鎖の炭化水素基を有することにより、上記有機塩化合物(A)自体が疎水化されて、大気中に存在する水蒸気の侵入が防止できるためであると考えられる。
<Organic salt compound (a1)>
In the organic salt compound (a1), at least one of the “substituent which R 1 may have”, “R 2 ” and “R 3 ” in the above formula (1) has 5 to 5 carbon atoms. A compound representing a hydrocarbon group which may contain 20 heteroatoms, or at least four of “R 4 ”, “R 5 ”, “R 6 ” and “R 7 ” in the above formula (2) One is a compound which represents a hydrocarbon group which may contain a hetero atom having 5 to 20 carbon atoms.
Here, the reason why the moisture resistance of the photoelectric conversion element becomes good is that the cation of the organic salt compound (a1) occupying more than 50% by mass of the organic salt compound (A) in terms of cation is 5 to 20 carbon atoms. By having a chain hydrocarbon group, it is considered that the organic salt compound (A) itself is hydrophobized to prevent intrusion of water vapor existing in the atmosphere.

本発明においては、本発明の光電変換素子の耐湿性および光電変換効率の両方がより良好となる理由から、カチオン換算で上記有機塩化合物(A)の90質量%以下が上記有機塩化合物(a1)であることが好ましく、50質量%超85質量%以下であるのがより好ましく、50質量%超80質量%以下であるのがさらに好ましい。
なお、上記有機塩化合物(a1)およびそれ以外の上記有機塩化合物(A)を併用する場合、それぞれ単体としては固体であってもよいが、それらを混合して含有する上記有機塩化合物(A)としては、液体(いわゆるイオン性液体)であるのが好ましい。
In the present invention, because both the moisture resistance and the photoelectric conversion efficiency of the photoelectric conversion element of the present invention are better, 90% by mass or less of the organic salt compound (A) in terms of cation is the organic salt compound (a1). ), More preferably more than 50% by mass and 85% by mass or less, and further preferably more than 50% by mass and 80% by mass or less.
In addition, when using the said organic salt compound (a1) and the said other organic salt compound (A) together, although each may be solid as a single-piece | unit, the said organic salt compound (A) which mixes and contains them ) Is preferably a liquid (so-called ionic liquid).

このような上記有機塩化合物(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。   The content of the organic salt compound (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.

〔層状粘土鉱物(B)〕
本発明の電解質に用いる層状粘土鉱物(B)は、共有結合を介してオニウム塩を有する層状粘土鉱物であれば特に限定されず、例えば、後述する層状粘土鉱物(b1)と、オニウム塩を有するアルコキシシラン、オニウム塩を有するカルボン酸化合物、および、オニウム塩を有するリン酸化合物かなる群から選択されるオニウム塩含有化合物(b2)とを反応させたもの等を用いることができる。
[Layered clay mineral (B)]
The layered clay mineral (B) used in the electrolyte of the present invention is not particularly limited as long as it is a layered clay mineral having an onium salt via a covalent bond. For example, it has a layered clay mineral (b1) described later and an onium salt. A compound obtained by reacting an alkoxysilane, a carboxylic acid compound having an onium salt, and an onium salt-containing compound (b2) selected from the group consisting of a phosphoric acid compound having an onium salt can be used.

<層状粘土鉱物b1>
上記層状粘土鉱物(B)の調製に用いる層状粘土鉱物(b1)は特に限定されないが、ケイ酸四面体が2次元シート状に結合したフィロケイ酸塩であるのが好ましく、その具体例としては、モンモリロナイト、ベントナイト、サポナイト、バイデライト、ノントロナイト、ヘクトライト、スティブンサイトなどのスメクタイト系粘土鉱物;バーミキュライトなどのバーミキュライト系粘土鉱物;ムスコバイト、フロコバイト、マイカなどの雲母系粘土鉱物;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。
また、層状粘土鉱物(b1)は、天然物であっても、合成品であってもよい。
<Layered clay mineral b1>
The layered clay mineral (b1) used for the preparation of the layered clay mineral (B) is not particularly limited, but is preferably a phyllosilicate in which a silicate tetrahedron is bound in a two-dimensional sheet, and specific examples thereof include: Smectite clay minerals such as montmorillonite, bentonite, saponite, beidellite, nontronite, hectorite, and stevensite; vermiculite clay minerals such as vermiculite; mica clay minerals such as muskite, flocovite, mica, etc. These may be used alone or in combination of two or more.
The layered clay mineral (b1) may be a natural product or a synthetic product.

これらのうち、水中で膨潤し、陽イオン交換能を有するスメクタイト系粘土鉱物や膨潤性のマイカが好ましい。
ここで、層状粘土鉱物の陽イオン交換量は、10〜300ミリ当量/100gであるのが好ましい。
Of these, smectite clay minerals and swelling mica that swell in water and have cation exchange ability are preferred.
Here, the cation exchange amount of the layered clay mineral is preferably 10 to 300 meq / 100 g.

このような層状粘土鉱物(b1)として、市販品を用いることができ、例えば、天然モンモリロナイト(商品名:クニピアF、平均粒径:0.1〜1μm、クニミネ工業社製)、合成スメクタイト(商品名:スメクトンSA、平均粒径:20nm、クニミネ工業社製)、合成膨潤性雲母(商品名:ソマシフME−100、平均粒径:1〜3μm、コープケミカル社製)、合成スメクタイト(商品名:ルーセンタイトSWN、平均粒径:0.02μm、コープケミカル社製)、合成スメクタイト(商品名:ルーセンタイトSWF、平均粒径:0.02μm、コープケミカル社製)が好適に用いられる。   As such a layered clay mineral (b1), a commercially available product can be used. For example, natural montmorillonite (trade name: Kunipia F, average particle size: 0.1 to 1 μm, manufactured by Kunimine Industries), synthetic smectite (product) Name: Smecton SA, average particle size: 20 nm, manufactured by Kunimine Kogyo Co., Ltd., synthetic swelling mica (trade name: Somasif ME-100, average particle size: 1-3 μm, manufactured by Coop Chemical Co.), synthetic smectite (product name: Lucentite SWN, average particle size: 0.02 μm, manufactured by Corp Chemical Co.) and synthetic smectite (trade name: Lucentite SWF, average particle size: 0.02 μm, manufactured by Corp Chemical Co.) are preferably used.

本発明においては、層状粘土鉱物(b1)として、有機化層状粘土鉱物を用いることができる。
有機化層状粘土鉱物は、一般的な層間の陽イオン交換を行なうことで得ることができ、例えば、上述した層状粘土鉱物の水系スラリーに有機オニウムイオンを添加し、撹拌させて反応させることにより、層状粘土鉱物の層間にイオン相互作用により有機オニウムイオンが導入された有機化層状粘土鉱物を得ることができる。
ここで、有機オニウムイオンとは、酸素、硫黄、窒素等のような孤立電子対を有する元素を含む化合物において、これらの孤立電子対にプロトンまたは他の陽イオン型の試薬等が配位結合して生じた有機オニウム化合物から発生したイオンである。
また、有機オニウムイオンで有機化するための条件は特に限定されないが、層状粘土鉱物の陽イオン交換容量に対して、有機オニウムイオンを0.3〜2.0倍量で反応させるのが好ましく、0.5〜1.5倍量で反応させるのがより好ましく、また、10〜95℃の温度で反応させるのが好ましい。
In the present invention, an organically layered clay mineral can be used as the layered clay mineral (b1).
Organized layered clay mineral can be obtained by performing cation exchange between common layers, for example, by adding organic onium ions to the aqueous slurry of layered clay mineral described above, and stirring and reacting, It is possible to obtain an organized layered clay mineral in which organic onium ions are introduced by ion interaction between layers of the layered clay mineral.
Here, the organic onium ion is a compound containing an element having a lone pair such as oxygen, sulfur, nitrogen, etc., and a proton or other cationic reagent is coordinated to these lone pairs. Is an ion generated from the organic onium compound generated.
In addition, the conditions for organicizing with organic onium ions are not particularly limited, but it is preferable to react the organic onium ions in an amount of 0.3 to 2.0 times the cation exchange capacity of the layered clay mineral, The reaction is more preferably performed in an amount of 0.5 to 1.5 times, and the reaction is preferably performed at a temperature of 10 to 95 ° C.

有機オニウムイオンとしては、例えば、アンモニウムイオン、ホスホニウムイオン、オキソニウムイオン、スルホニウムイオン等が挙げられる。
これらのうち、アンモニウムイオンが最も一般的であり、具体的には、脂肪族アンモニウムイオン、ピリジニウムイオン、キノリニウムイオン、イミダゾリウムイオン、ピロリジニウムイオン、ピペリジニウムイオン、ベタイン類、レシチン、カチオン染料(色素)等が挙げられる。
また、下記式(I)または(II)に示す脂肪族アンモニウムイオンが好ましく、具体的には、例えば、ヒドロキシポリオキシエチレントリアルキルアンモニウム、ヒドロキシポリオキシプロピレントリアルキルアンモニウム、ジ(ヒドロキシポリオキシエチレン)ジアルキルアンモニウム、ジ(ヒドロキシポリオキシプロピレン)ジアルキルアンモニウム、ジメチルジオクチルアンモニウム、ジメチルジドデシルアンモニウム、メチルエチルジオクチルアンモニウム、メチルエチルジオクチルアンモニウム、メチルトリオクチルアンモニウム、メチルトリドデシルアンモニウム、ベンジルメチルジオクチルアンモニウム、ベンジルメチルジドデシルアンモニウム、ベンジルエチルジオクチルアンモニウム、ベンジルエチルジオクチルアンモニウム、ベンジルトリオクチルアンモニウム、ベンジルトリドデシルアンモニウム等が挙げられる。
Examples of organic onium ions include ammonium ions, phosphonium ions, oxonium ions, sulfonium ions, and the like.
Of these, ammonium ions are the most common, and specifically include aliphatic ammonium ions, pyridinium ions, quinolinium ions, imidazolium ions, pyrrolidinium ions, piperidinium ions, betaines, lecithin, and cationic dyes. (Pigment) etc. are mentioned.
Further, an aliphatic ammonium ion represented by the following formula (I) or (II) is preferable, and specifically, for example, hydroxypolyoxyethylene trialkylammonium, hydroxypolyoxypropylene trialkylammonium, di (hydroxypolyoxyethylene) Dialkylammonium, di (hydroxypolyoxypropylene) dialkylammonium, dimethyldioctylammonium, dimethyldidodecylammonium, methylethyldioctylammonium, methylethyldioctylammonium, methyltrioctylammonium, methyltridodecylammonium, benzylmethyldioctylammonium, benzylmethyldi Dodecyl ammonium, benzyl ethyl dioctyl ammonium, benzyl ethyl dioctyl ammonium Um, benzyl trioctyl ammonium, benzyltrimethylammonium dodecyl ammonium and the like.

式(I)中、R1は炭素数1〜30の炭化水素基を表し、R2およびR3はそれぞれ独立にポリオキシエチレン基(−(CH2CH2O)n−H)、ポリオキシプロピレン基(−(CH2CH(CH3)O)n−H、−(CH2CH2CH2O)n−H)または炭素数1〜10の炭化水素基を表し、R4はポリオキシエチレン基(−(CH2CH2O)n−H)またはポリオキシプロピレン基(−(CH2CH(CH3)O)n−H、−(CH2CH2CH2O)n−H)を表す。また、n=1〜50を表す。 In the formula (I), R 1 represents a hydrocarbon group having 1 to 30 carbon atoms, R 2 and R 3 are each independently a polyoxyethylene group (— (CH 2 CH 2 O) n —H), polyoxy Represents a propylene group (— (CH 2 CH (CH 3 ) O) n —H, — (CH 2 CH 2 CH 2 O) n —H) or a hydrocarbon group having 1 to 10 carbon atoms, and R 4 represents polyoxy Ethylene group (— (CH 2 CH 2 O) n —H) or polyoxypropylene group (— (CH 2 CH (CH 3 ) O) n —H, — (CH 2 CH 2 CH 2 O) n —H) Represents. Moreover, n = 1-50 is represented.

式(II)中、R1はメチル基またはベンジル基を表し、R2は炭素数1〜3の炭化水素基または炭素数6〜15の炭化水素基を表し、R3およびR4はそれぞれ独立に炭素数6〜15の炭化水素基を表す。 In formula (II), R 1 represents a methyl group or a benzyl group, R 2 represents a hydrocarbon group having 1 to 3 carbon atoms or a hydrocarbon group having 6 to 15 carbon atoms, and R 3 and R 4 are each independently Represents a hydrocarbon group having 6 to 15 carbon atoms.

このような有機化層状粘土鉱物としては、市販品を使用することができ、具体的には、例えば、ホージュン社製のエスベンNX、エスベンWX、オルガナイト、オルガナイトD;コープケミカル社製のルーセンタイトSEN、ルーセンタイトSPN、ルーセンタイトSAN、ルーセンタイトSTN、ソマシフMAE、ソマシフMEE、ソマシフMPE、ソマシフMTE;等を使用することができる。   As such an organized layered clay mineral, commercially available products can be used, and specifically, for example, Esbene NX, Esbene WX, Organite, Organite D manufactured by Hojun Co., Ltd. Tight SEN, Lucentite SPN, Lucentite SAN, Lucentite STN, Somasif MAE, Somasif MEE, Somasif MPE, Somasif MTE, etc. can be used.

<オニウム塩含有化合物(b2)>
上記層状粘土鉱物(B)の調製に用いるオニウム塩含有化合物(b2)は、オニウム塩を有するアルコキシシラン、オニウム塩を有するカルボン酸化合物、および、オニウム塩を有するリン酸化合物かなる群から選択される化合物である。
ここで、上記アルコキシシラン、上記カルボン酸化合物、および、上記リン酸化合物としては、それぞれ、例えば、下記式(7)〜(9)で表される化合物が挙げられる。
<Onium salt-containing compound (b2)>
The onium salt-containing compound (b2) used for the preparation of the layered clay mineral (B) is selected from the group consisting of an alkoxysilane having an onium salt, a carboxylic acid compound having an onium salt, and a phosphate compound having an onium salt. It is a compound.
Here, examples of the alkoxysilane, the carboxylic acid compound, and the phosphoric acid compound include compounds represented by the following formulas (7) to (9), respectively.

上記式(7)中、R9およびR10はそれぞれ独立に炭素数1〜6のアルキル基を表し、R10は炭素数1〜6のアルキレン基を表し、mは1〜3の整数を表す。mが2または3の時の複数のR9はそれぞれ同一であっても異なっていてもよく、mが1の時の複数のR10はそれぞれ同一であっても異なっていてもよい。
また、上記式(7)〜(9)中、nは1〜24の整数を表し、Y+はオニウムイオン(カチオン)を表し、Z-は対イオン(アニオン)を表す。
In the above formula (7), respectively R 9 and R 10 independently represent an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms, R 10 represents an alkylene group having 1 to 6 carbon atoms, m represents an integer of 1 to 3 . When m is 2 or 3, the plurality of R 9 may be the same or different, and when m is 1, the plurality of R 10 may be the same or different.
In the above formulas (7) to (9), n represents an integer of 1 to 24, Y + represents an onium ion (cation), and Z represents a counter ion (anion).

ここで、上記式(7)中、R9およびR10が表す炭素数1〜6のアルキル基としては、具体的には、例えば、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、n−ブチル基、イソブチル基、sec−ブチル基、tert−ブチル基、n−ペンチル基、イソペンチル基、ネオペンチル基、tert−ペンチル基、1−メチルブチル基、2−メチルブチル基、1,2−ジメチルプロピル基、ヘキシル基等が挙げられ、中でも、メチル基、エチル基であるのが好ましい。 Here, in the above formula (7), as the alkyl group having 1 to 6 carbon atoms represented by R 9 and R 10 , specifically, for example, methyl group, ethyl group, propyl group, isopropyl group, n-butyl Group, isobutyl group, sec-butyl group, tert-butyl group, n-pentyl group, isopentyl group, neopentyl group, tert-pentyl group, 1-methylbutyl group, 2-methylbutyl group, 1,2-dimethylpropyl group, hexyl Group, and the like. Among them, a methyl group and an ethyl group are preferable.

また、上記式(7)〜(9)中、カチオン(Y+)としては、例えば、上記有機塩化合物(A)が有するカチオンとして記載した、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、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、オキソニウムイオンが挙げられ、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という理由から、イミダゾリウムイオン、ピロリジニウムイオン、ピペリジニウムイオン、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であるのがより好ましい。 In addition, in the above formulas (7) to (9), examples of the cation (Y + ) include imidazolium ions, pyridinium ions, pyrrolidinium ions, piperidini described as the cations possessed by the organic salt compound (A). In particular, imidazolium ion, pyrrolidinium ion, piperidinium ion, ammonium are preferable because the photoelectric conversion efficiency of the photoelectric conversion device of the present invention is improved. More preferred are ions, sulfonium ions, and phosphonium ions.

同様に、上記式(7)〜(9)中、アニオン(Z-)としては、例えば、上記有機塩化合物(A)が有するアニオンとして記載したものが挙げられ、また、アニオン(Z-)は、上記有機塩化合物(A)が有するアニオンと容易に交換可能なことから、必ずしも限定されないが、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という理由から、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-)であるのが好ましい。 Similarly, in the above formulas (7) to (9), examples of the anion (Z ) include those described as the anion possessed by the organic salt compound (A), and the anion (Z ) The organic salt compound (A) can be easily exchanged for an anion, and is not necessarily limited. However, for the reason that the photoelectric conversion efficiency of the photoelectric conversion element of the present invention becomes better, bromine ion (Br ). , Iodine ion (I ) is preferable, and iodine ion (I ) is preferable.

上記式(7)で表される化合物としては、具体的には、例えば、トリメチル[3−(トリメトキシシリル)プロピル]アンモニウムアイオダイド、トリメチル[3−(トリエトキシシリル)プロピル]アンモニウムアイオダイド、3−[3−(トリメトキシシリル)プロピル]−1−メチルイミダゾリウムアイオダイド、3−[3−(トリエトキシシリル)プロピル]−1−メチルイミダゾリウムアイオダイド、1−[3−(トリメトキシシリル)プロピル]ピリジニウムアイオダイド、1−[3−(トリエトキシシリル)プロピル]ピリジニウムアイオダイド、1−[3−(トリメトキシシリル)プロピル]−1−メチルピロリジニウムアイオダイド、1−[3−(トリエトキシシリル)プロピル]−1−メチルピロリジニウムアイオダイド、1−[3−(トリメトキシシリル)プロピル]−1−メチルピペリジニウムアイオダイド、1−[3−(トリエトキシシリル)プロピル]−1−メチルピペリジニウムアイオダイド、ジメチル[3−(トリメトキシシリル)プロピル]スルホニウムアイオダイド、ジメチル[3−(トリエトキシシリル)プロピル]スルホニウムアイオダイド、トリメチル[3−(トリメトキシシリル)プロピル]ホスホニウムアイオダイド、トリメチル[3−(トリエトキシシリル)プロピル]ホスホニウムアイオダイド等が挙げられ、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。   Specific examples of the compound represented by the formula (7) include, for example, trimethyl [3- (trimethoxysilyl) propyl] ammonium iodide, trimethyl [3- (triethoxysilyl) propyl] ammonium iodide, 3- [3- (trimethoxysilyl) propyl] -1-methylimidazolium iodide, 3- [3- (triethoxysilyl) propyl] -1-methylimidazolium iodide, 1- [3- (trimethoxy Silyl) propyl] pyridinium iodide, 1- [3- (triethoxysilyl) propyl] pyridinium iodide, 1- [3- (trimethoxysilyl) propyl] -1-methylpyrrolidinium iodide, 1- [3 -(Triethoxysilyl) propyl] -1-methylpyrrolidinium iodai 1- [3- (trimethoxysilyl) propyl] -1-methylpiperidinium iodide, 1- [3- (triethoxysilyl) propyl] -1-methylpiperidinium iodide, dimethyl [3- ( Trimethoxysilyl) propyl] sulfonium iodide, dimethyl [3- (triethoxysilyl) propyl] sulfonium iodide, trimethyl [3- (trimethoxysilyl) propyl] phosphonium iodide, trimethyl [3- (triethoxysilyl) propyl ] Phosphonium iodide etc. are mentioned, These may be used individually by 1 type and may use 2 or more types together.

なお、上記式(7)で表される化合物は、例えば、3−トリメトキシシリルプロピルクロリドとイミダゾール化合物(例えば、メチルイミダゾール等)、ピリジン化合物、ピロリジン化合物、ピペリジン化合物、アミン化合物、スルフィド化合物、ホスフィン化合物等の化合物とを反応(4級化反応)させることによって合成することができる。   The compound represented by the formula (7) includes, for example, 3-trimethoxysilylpropyl chloride and an imidazole compound (for example, methylimidazole), a pyridine compound, a pyrrolidine compound, a piperidine compound, an amine compound, a sulfide compound, and a phosphine. It can be synthesized by reacting with a compound such as a compound (quaternization reaction).

上記式(8)で表される化合物としては、具体的には、例えば、下記式で表される化合物等が挙げられる。
Specifically as a compound represented by the said Formula (8), the compound etc. which are represented by a following formula are mentioned, for example.

上記式(9)で表される化合物としては、具体的には、例えば、下記式で表される化合物等が挙げられる。
Specifically as a compound represented by the said Formula (9), the compound etc. which are represented by a following formula are mentioned, for example.

本発明においては、上述した層状粘土鉱物(b1)とオニウム塩含有化合物(b2)との反応は特に限定されず、例えば、これらをメタノール等の有機溶媒中で、0〜250℃程度の温度で撹拌することにより、層状粘土鉱物(b1)が有する水酸基とオニウム塩含有化合物(b2)が有する加水分解性基、カルボキシ基またはリン酸基とが反応し、共有結合を介してオニウム塩基が導入された層状粘土鉱物(B)を調製することができる。
ここで、層状粘土鉱物(b1)が有する水酸基とは、モンモリロナイトやスメクタイト等の公知の層状粘土鉱物の結晶層(主に端面)が通常有している水酸基をいうが、上記反応においては、層状粘土鉱物(b1)が有する全ての水酸基がオニウム塩基で置換されている必要はない。
In the present invention, the reaction between the layered clay mineral (b1) and the onium salt-containing compound (b2) is not particularly limited. For example, these are carried out in an organic solvent such as methanol at a temperature of about 0 to 250 ° C. By stirring, the hydroxyl group of the layered clay mineral (b1) reacts with the hydrolyzable group, carboxy group or phosphate group of the onium salt-containing compound (b2), and an onium base is introduced through a covalent bond. A layered clay mineral (B) can be prepared.
Here, the hydroxyl group possessed by the layered clay mineral (b1) refers to a hydroxyl group usually possessed by a crystal layer (mainly an end face) of a known layered clay mineral such as montmorillonite or smectite. It is not necessary that all the hydroxyl groups of the clay mineral (b1) are substituted with an onium base.

このような層状粘土鉱物(B)を含有することにより、光電変換効率の高い光電変換素子を形成することができる。
これは、詳細には明らかではないが、上記層状粘土鉱物(B)では、イオン相互作用に加えて共有結合(上述した層状粘土鉱物(b1)とオニウム塩含有化合物(b2)との反応)によって導入されたオニウム塩が、層状シートに沿って配列され、例えば、ヨウ素イオン(I-)のパスの形成がより増加するためと考えられる。
By containing such a layered clay mineral (B), a photoelectric conversion element having high photoelectric conversion efficiency can be formed.
Although this is not clear in detail, in the layered clay mineral (B), in addition to the ionic interaction, a covalent bond (reaction between the layered clay mineral (b1) and the onium salt-containing compound (b2)). It is considered that the introduced onium salt is arranged along the layered sheet, and for example, the formation of a path of iodine ions (I ) is further increased.

本発明において、上記層状粘土鉱物(B)の含有量は、上記有機塩化合物(A)100質量部に対して、無機物換算で1〜250質量部であるのが好ましく、2〜150質量部であるのがより好ましい。
ここで、無機物換算とは、上記層状粘土鉱物(B)における層間の陽イオン、すなわち上述した有機オニウムイオンを除外した質量をいう。
In this invention, it is preferable that content of the said layered clay mineral (B) is 1-250 mass parts in conversion of an inorganic substance with respect to 100 mass parts of said organic salt compounds (A), and is 2-150 mass parts. More preferably.
Here, the inorganic substance conversion means the mass excluding the cation between layers in the layered clay mineral (B), that is, the above-described organic onium ion.

〔その他の成分〕
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、ヨウ素/ヨウ化物イオン、臭素/臭化物イオン等を用いることができる。具体的には、ヨウ素とLiI、NaI、KI等との金属ヨウ化物、ヨウ素と4級イミダゾリウム化合物とのヨウ化物塩、ヨウ素と4級ピリジニウム化合物とのヨウ化物塩、ヨウ素とテトラアルキルアンモニウム化合物とのヨウ化物塩等のヨウ素/ヨウ化物イオン対;臭素とLiBr、NaBr、KBr等との金属臭化物、臭素と4級イミダゾリウム化合物との臭化物塩、臭素と4級ピリジニウム化合物との臭化物塩、臭素とテトラアルキルアンモニウム化合物との臭化物塩等の臭素/臭化物イオン;フェロシアン酸塩−フェリシアン酸塩、フェロセン−フェリシニウム塩、コバルト錯体等の金属錯体;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;ハイドロキノン−キノン;ビオロゲン色素;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、ヨウ素/ヨウ化物イオン、臭素/臭素化物イオンが好ましい。
[Other ingredients]
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.
For example, iodine / iodide ions, bromine / bromide ions, and the like can be used. Specifically, metal iodides of iodine and LiI, NaI, KI, etc., iodide salts of iodine and quaternary imidazolium compounds, iodide salts of iodine and quaternary pyridinium compounds, iodine and tetraalkylammonium compounds Iodine / iodide ion pairs such as iodide salts with; bromide and metal bromides with LiBr, NaBr, KBr, etc., bromide salts with bromine and quaternary imidazolium compounds, bromide salts with bromine and quaternary pyridinium compounds, Bromine / bromide ions such as bromide salts of bromine and tetraalkylammonium compounds; metal complexes such as ferrocyanate-ferricyanate, ferrocene-ferricinium salts, cobalt complexes; sulfur compounds of disulfide compounds and mercapto compounds; hydroquinones -Quinone; viologen dye; etc., and these can be used alone At best, it may be used in combination of two or more thereof.
Of these, iodine / iodide ions and bromine / bromide ions are preferred.

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、グアニジンチオシアネートなどのグアニジン塩等が挙げられ、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, Lithium trifluoroacetate, sodium trifluoroacetate, lithium thiocyanate, lithium tetrafluoroborate, lithium hexafluorophosphate, lithium perchlorate, lithium trifluoromethanesulfonate, lithium bis (trifluoromethanesulfonyl) imide, guanidine thiocyanate The guanidine salt etc. are mentioned, These may be used individually by 1 type and may use 2 or more types together.
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、ベ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、ブチルベンズイミダゾール、プロピルベンズイミダゾール等のアルキルベンズイミダゾール類;等が挙げられ、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、ベンズイミダゾール類の添加量は、特に限定されず、本発明の目的を損なわない限り、従来通りとすることができる。
Moreover, pyridines and benzimidazoles can be added to the electrolyte of this invention 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; methyl benzimidazole, ethyl benzimidazole, butyl benzimidazole and propyl benz Examples thereof include alkylbenzimidazoles such as imidazole, and the like. These may be used alone or in combination of two or more.
The addition amount of pyridines and benzimidazoles is not particularly limited and can be the same as before 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;アセトニトリル、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、グルタロニトリル、バレロニトリル等のニトリル類;γ−ブチロラクトン等のラクトン類;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、本発明の目的を損なわない限り、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 acetonitrile, propionitrile, methoxypropionitrile, cyanoethyl ether, glutaronitrile and valeronitrile; γ -Lactones such as butyrolactone; Amides such as dimethylformamide and N-methylpyrrolidone; Aprotic polar solvents such as dimethylsulfoxide and sulfolane; It is, may be used those either 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.

〔製造方法〕
本発明の電解質の製造方法は特に限定されず、例えば、上記有機塩化合物(A)および上記層状粘土鉱物(B)ならびに所望により含有してもよい酸化還元対や有機溶媒等を混合し、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、上記混合には、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。
〔Production method〕
The method for producing the electrolyte of the present invention is not particularly limited. For example, the organic salt compound (A) and the layered clay mineral (B), and a redox couple or an organic solvent that may be optionally contained are mixed, and a ball mill is mixed. , Sand mill, pigment disperser, pulverizer, ultrasonic disperser, homogenizer, planetary mixer, Hobart mixer, roll, kneader, etc., thoroughly mixed at room temperature or under heating (eg 40-150 ° C.) It can be produced by dispersing (kneading).
Here, for the mixing, an organic solvent (for example, toluene or the like) may be used in combination as necessary, and the organic solvent may be distilled off after mixing.

[光電変換素子、色素増感太陽電池]
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。
[Photoelectric conversion element, dye-sensitized solar cell]
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、上記光電極と上記対向電極と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. And an electrolyte layer disposed thereon.

〔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、上記有機塩化合物(A)を含有する本発明の電解質が充填されやすくなったり、色素の吸着能が高まったりしたためと考えられる。
さらに、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 because the oxide semiconductor porous film formed using a dispersion subjected to ultrasonic treatment immediately before use is easily filled with the electrolyte of the present invention containing the organic salt compound (A), This is thought to be due to an increase in dye adsorption capacity.
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、PST−400C(いずれも日揮触媒化成社製)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, PST-400C It is also possible to use commercially available products such as those manufactured by the same company.

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、マグネシウム、モリブデンなどの金属;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など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, platinum, gold, silver, copper, aluminum, indium, titanium, magnesium, molybdenum and other metals; carbon; tin oxide doped with tin oxide, antimony and fluorine, zinc oxide, aluminum And conductive metal oxides such as zinc oxide doped with gallium and indium oxide doped with tin. 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 No. 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.

〔電解質層〕
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 layer)
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、高い光電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 photoelectric conversion efficiency can be achieved.

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1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。
The dye-sensitized solar cell of the present invention is one type of photoelectric conversion element in which a photosensitizing dye is supported on the photoelectrode that constitutes the above-described photoelectric conversion element of the present invention.
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.

金属錯体としては、具体的には、例えば、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(下記式参照)、鉄錯体色素、オスミウム錯体色素、白金錯体色素、イリジウム錯体色素、金属フタロシアニン、金属ポルフィリン等を用いることができる。   Specific examples of the metal complex include a ruthenium complex dye (see the following formula) coordinated with a ligand such as a bipyridine structure or a terpyridine structure, an iron complex dye, an osmium complex dye, a platinum complex dye, or an iridium complex dye. Further, metal phthalocyanine, metal porphyrin, and the like can be used.

一方、上記有機色素としては、具体的には、例えば、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、クマリン系色素、インドール系色素、フルオレン系色素、トリフェニルアミン系色素等を用いることができる。   On the other hand, as the organic dye, specifically, for example, porphyrin dye, phthalocyanine dye, cyanine dye, merocyanine dye, xanthene dye, coumarin dye, indole dye, fluorene dye, triphenylamine System dyes can be used.

光増感色素を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、アルコール系溶媒、二トリル系溶媒に溶解させ、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 method for supporting the photosensitizing dye is not particularly limited. For example, the dye is dissolved in water, an alcohol solvent, a nitrile solvent, and the oxide semiconductor porous film 3 is immersed in the dye solution or the dye solution. Is supported on the oxide semiconductor porous film 3 by coating.

以下に、実施例を挙げ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.

〔実施例1〜6、比較例1〜3〕
<電解質の調製>
混合容器中で、下記第1表に示す成分を第1表に示す組成比(質量部)で、撹拌し、混合することにより電解質を調製した。
具体的には、第1表に示す組成比で、第1表に示す有機塩化合物の混合液に、第1表に示す層状粘土鉱物を撹拌しながら添加し、予め層状粘土鉱物を膨潤させ分散させたゲル状物質(有機塩化合物/粘土複合体)を得た。
次に、得られた複合体に、第1表に示すヨウ素、および、N−メチルベンズイミダゾールを、第1表に示す組成比で添加し、混合した。
[Examples 1-6, Comparative Examples 1-3]
<Preparation of electrolyte>
In the mixing container, the components shown in Table 1 below were stirred and mixed at the composition ratio (parts by mass) shown in Table 1 to prepare an electrolyte.
Specifically, the layered clay mineral shown in Table 1 is added to the mixed solution of the organic salt compounds shown in Table 1 with stirring at the composition ratio shown in Table 1, and the layered clay mineral is swollen and dispersed in advance. A gelled substance (organic salt compound / clay complex) was obtained.
Next, iodine shown in Table 1 and N-methylbenzimidazole were added to the obtained composite at a composition ratio shown in Table 1 and mixed.

<カチオン換算(a1/A)>
各実施例および比較例について、使用した有機塩化合物1〜3(上記有機塩化合物(A)に相当)の総カチオン質量に対する有機塩化合物1(上記有機塩化合物(a1)に相当)のカチオン質量の割合を「カチオン換算(a1/A)」として求めた([質量%])。各有機塩化合物のカチオン質量は、有機塩化合物の分子量に対するイミダゾリウムカチオンの分子量の比率から算出した。
<Cation conversion (a1 / A)>
For each Example and Comparative Example, the cation mass of the organic salt compound 1 (corresponding to the organic salt compound (a1)) relative to the total cation mass of the organic salt compounds 1 to 3 (corresponding to the organic salt compound (A)) used. Was determined as “cation conversion (a1 / A)” ([mass%]). The cation mass of each organic salt compound was calculated from the ratio of the molecular weight of the imidazolium cation to the molecular weight of the organic salt compound.

<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−(ジイソチオシアネート)−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)のブチルアルコール/アセトニトリル溶液(体積比:1/1、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。貼り合せる際、光電極と白金対向電極の間に熱融着フィルムを介在させ、150℃で熱融着させて電極間の封止を行うことにより、色素増感太陽電池(光増感色素:ルテニウム錯体色素)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- (diisothiocyanate) -N, N′-bis (2,2′-bipyridyl-4,4′-dicarboxylic acid) ruthenium (II) complex) (Ruthenium). It was immersed in a butyl alcohol / acetonitrile solution (volume ratio: 1/1, 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 platinum counter electrode having a surface formed with a platinum thin film having a thickness of about 100 nm by sputtering was bonded together. At the time of bonding, a dye-sensitized solar cell (photosensitizing dye: photosensitizing dye :) is prepared by interposing a heat-sealing film between the photoelectrode and the platinum counter electrode and heat-sealing at 150 ° C. Ruthenium complex dye) was obtained.

<評価>
得られた色素増感太陽電池について、それぞれ光電変換効率およびその維持率を以下に示す方法により測定し、評価した。その結果を下記第1表等に示す。
<Evaluation>
About the obtained dye-sensitized solar cell, the photoelectric conversion efficiency and its maintenance factor were measured and evaluated by the method shown below, respectively. The results are shown in Table 1 below.

<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 obtain the conversion efficiency [%].

<耐湿性(維持率)>
光電変換効率を測定した色素増感太陽電池を、40℃、85%RHの条件で1000時間放置し、その後に上記と同様の方法により光電変換効率を測定し、その維持率(加湿後の光電変換効率/加湿前の光電変換効率×100)[%]を算出した。
この結果、光電変換効率の維持率が80[%]以上であれば、耐湿性に優れていると評価できる。
<Moisture resistance (maintenance rate)>
The dye-sensitized solar cell whose photoelectric conversion efficiency was measured was allowed to stand for 1000 hours under the conditions of 40 ° C. and 85% RH. Thereafter, the photoelectric conversion efficiency was measured by the same method as described above, and the maintenance rate (photoelectricity after humidification) Conversion efficiency / photoelectric conversion efficiency before humidification × 100) [%] was calculated.
As a result, if the maintenance rate of photoelectric conversion efficiency is 80% or more, it can be evaluated that the moisture resistance is excellent.

<耐湿熱性(維持率)>
光電変換効率を測定した色素増感太陽電池を、85℃、85%RHの条件で1000時間放置し、その後に上記と同様の方法により光電変換効率を測定し、その維持率(加湿後の光電変換効率/加湿前の光電変換効率×100)[%]を算出した。
この結果、光電変換効率の維持率が80[%]以上であれば、耐湿熱性に優れていると評価できる。
<Moisture and heat resistance (maintenance rate)>
The dye-sensitized solar cell whose photoelectric conversion efficiency was measured was allowed to stand for 1000 hours under the conditions of 85 ° C. and 85% RH. Thereafter, the photoelectric conversion efficiency was measured by the same method as described above, and the retention rate (photoelectricity after humidification) Conversion efficiency / photoelectric conversion efficiency before humidification × 100) [%] was calculated.
As a result, if the maintenance ratio of photoelectric conversion efficiency is 80 [%] or more, it can be evaluated that the heat and moisture resistance is excellent.

上記第1表等中の各成分は、以下のものを使用した。
・有機塩化合物1(MOctImI):1−メチル−3−オクチルイミダゾリウムアイオダイド(比重:1.335g/cm3、メルク社製)
・有機塩化合物2(MPImI):1−メチル−3−プロピルイミダゾリウムアイオダイド(比重:1.536g/cm3、東京化成社製)
・有機塩化合物3(EMImSCN):1−エチル−3−メチルイミダゾリウムチオシアネート(比重:1.115g/cm3、Merck社製)
The following components were used as the components in Table 1 and the like.
Organic salt compound 1 (MOctImI): 1-methyl-3-octylimidazolium iodide (specific gravity: 1.335 g / cm 3 , manufactured by Merck & Co., Inc.)
Organic salt compound 2 (MPImI): 1-methyl-3-propylimidazolium iodide (specific gravity: 1.536 g / cm 3 , manufactured by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.)
Organic salt compound 3 (EMImSCN): 1-ethyl-3-methylimidazolium thiocyanate (specific gravity: 1.115 g / cm 3 , manufactured by Merck)

・層状粘土鉱物1:まず、3−トリメトキシシリルプロピルクロリドを出発原料として、フィンケルシュタイン反応(T. W. Baughman, J. C. Sworen, K. B. Wagener, Tetrahedron, 2004, 60, 10943.)により得られた3−トリメトキシシリルプロピルアイオダイドと、1−メチルイミダゾールを、トルエン中で反応させることにより、3−[3−(トリメトキシシリル)プロピル]−1−メチルイミダゾリウムアイオダイドを合成した。
次いで、合成した3−[3−(トリメトキシシリル)プロピル]−1−メチルイミダゾリウムアイオダイドと、合成スメクタイト(商品名:ルーセンタイトSWN、平均粒径:0.02〜0.05μm、コープケミカル社製)とを、トルエン中、60℃下で撹拌することにより、層状粘土鉱物1を調製した。
Layered clay mineral 1: First, 3-trimethoxy obtained by the Finkelstein reaction (TW Baughman, JC Sworen, KB Wagener, Tetrahedron, 2004, 60, 10943.) using 3-trimethoxysilylpropyl chloride as a starting material. 3- [3- (trimethoxysilyl) propyl] -1-methylimidazolium iodide was synthesized by reacting silylpropyl iodide with 1-methylimidazole in toluene.
Subsequently, the synthesized 3- [3- (trimethoxysilyl) propyl] -1-methylimidazolium iodide and synthetic smectite (trade name: Lucentite SWN, average particle size: 0.02-0.05 μm, Corp Chemical The layered clay mineral 1 was prepared by stirring at 60 ° C. in toluene.

・層状粘土鉱物2:合成スメクタイト[商品名:ルーセンタイトSPN〔ルーセンタイトSWN(平均粒径:0.02〜0.05μm、コープケミカル社製)を有機化処理した有機化層状粘土鉱物〕、コープケミカル社製]
・層状粘土鉱物3:4級アンモニウムおよびアルキルトリアルコキシシランで処理したシラン処理有機ベントナイト(ホージュン社製)
Layered clay mineral 2: Synthetic smectite [trade name: Lucentite SPN [Organized layered clay mineral obtained by organizing Lucentite SWN (average particle size: 0.02 to 0.05 μm, manufactured by Corp Chemical)], Cope Chemical Company]
Layered clay mineral 3: Silane-treated organic bentonite treated with quaternary ammonium and alkyltrialkoxysilane (manufactured by Hojun Co.)

多価オニウム塩化合物:下記反応式に従って、N−メチルイミダゾリウムと1,6−ジヨードヘキサンとを、80℃のトルエン中で、16時間反応させることによって合成したジイミダゾリウム塩を用いた。
Polyvalent onium salt compound: A diimidazolium salt synthesized by reacting N-methylimidazolium and 1,6-diiodohexane in toluene at 80 ° C. for 16 hours according to the following reaction formula was used.

上記第1表に示す結果から明らかなように、実施例1〜6は、いずれも光電変換効率が高くなることが分かった。
特に、上記有機塩化合物(a1)を特定量配合した実施例1〜4は、耐湿性が良好となり、更に、チオシアネートアニオンを有する有機塩化合物を配合した実施例1〜3は、耐湿熱性も良好となることが分かった。
これに対して、オニウム塩基を有しない層状粘土鉱物を用いた比較例1〜3は、有機塩化合物1〜3を同量配合し、層状粘土鉱物を同量配合した実施例3と比較して、光電変換効率が若干劣ることが分かった。なお、アルキルシリル基を有する層状粘土鉱物を用いた比較例3は、光電変換効率が若干劣るものの耐湿性および耐質熱性は良好となることが分かった。
As is clear from the results shown in Table 1, it was found that all of Examples 1 to 6 have high photoelectric conversion efficiency.
In particular, Examples 1-4 in which a specific amount of the organic salt compound (a1) is blended have good moisture resistance, and Examples 1-3, in which an organic salt compound having a thiocyanate anion is blended, also have good heat and heat resistance. I found out that
On the other hand, Comparative Examples 1 to 3 using layered clay minerals having no onium base are blended in the same amount of organic salt compounds 1 to 3, and compared with Example 3 in which the same amount of layered clay mineral is blended. The photoelectric conversion efficiency was found to be slightly inferior. In addition, it was found that Comparative Example 3 using a layered clay mineral having an alkylsilyl group had good moisture resistance and heat and heat resistance although the photoelectric conversion efficiency was slightly inferior.

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 (6)

第3級または第4級カチオンを有する有機塩化合物(A)および層状粘土鉱物(B)を含有する光電変換素子用電解質であって、
前記層状粘土鉱物(B)が、共有結合を介してオニウム塩を有し、
前記オニウム塩が、イミダゾリウム塩、ピリジニウム塩、ピロリジニウム塩、ピペリジニウム塩、アンモニウム塩、スルホニウム塩およびホスホニウム塩からなる群から選択される少なくとも1種である、光電変換素子用電解質。
An electrolyte for a photoelectric conversion element comprising an organic salt compound (A) having a tertiary or quaternary cation and a layered clay mineral (B),
The layered clay mineral (B) is, have a onium salt through a covalent bond,
The electrolyte for a photoelectric conversion element , wherein the onium salt is at least one selected from the group consisting of an imidazolium salt, a pyridinium salt, a pyrrolidinium salt, a piperidinium salt, an ammonium salt, a sulfonium salt, and a phosphonium salt .
前記有機塩化合物(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のヘテロ原子を含んでいてもよい炭化水素基を表す。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1〜20のヘテロ原子を含んでいてもよい炭化水素基を表す。ただし、Qが酸素原子または硫黄原子の場合、R7は存在せず、Qが硫黄原子の場合、R4およびR5は連結していてもよい。)
The electrolyte for photoelectric conversion elements according to claim 1, wherein the organic salt compound (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 that may contain a heteroatom having 1 to 20 carbon atoms, provided that when the nitrogen atom contains a double bond, R 3 does not exist.
In the 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 hetero atom having 1 to 20 carbon atoms. Represents a hydrocarbon group which may contain However, when Q is an oxygen atom or a sulfur atom, R 7 does not exist, and when Q is a sulfur atom, R 4 and R 5 may be linked. )
前記有機塩化合物(A)が、有機塩化合物(a1)をカチオン換算で50質量%超含有し、
前記有機塩化合物(a1)が、前記式(1)中のR1が有していてもよい置換基、R2およびR3のうち少なくとも1つが炭素数5〜20のヘテロ原子を含んでいてもよい炭化水素基を表す化合物、または、前記式(2)中のR4、R5、R6およびR7のうち少なくとも1つが炭素数5〜20のヘテロ原子を含んでいてもよい炭化水素基を表す化合物である、請求項に記載の光電変換素子用電解質。
The organic salt compound (A) contains the organic salt compound (a1) in excess of 50% by mass in terms of cation,
In the organic salt compound (a1), at least one of substituents R 2 and R 3 which R 1 in the formula (1) may have contains a heteroatom having 5 to 20 carbon atoms. Or a compound representing a hydrocarbon group, or a hydrocarbon in which at least one of R 4 , R 5 , R 6 and R 7 in formula (2) contains a heteroatom having 5 to 20 carbon atoms The electrolyte for photoelectric conversion elements according to claim 2 , which is a compound representing a group.
前記有機塩化合物(A)が、チオシアネートアニオンを有する、請求項1〜のいずれかに記載の光電変換素子用電解質。 The organic salt compound (A) has a thiocyanate anion, a photoelectric conversion element for electrolyte according to any one of claims 1-3. 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 photoelectric conversion element whose said electrolyte layer is the electrolyte for photoelectric conversion elements in any one of Claims 1-4 .
請求項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 5 .
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