JP6089007B2 - Photoelectric conversion element, method for producing photoelectric conversion element, and solar cell - Google Patents

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Description

本発明は、光電変換素子、光電変換素子の製造方法および太陽電池に関する。   The present invention relates to a photoelectric conversion element, a method for manufacturing a photoelectric conversion element, and a solar cell.

光電変換素子は、各種の光センサー、複写機、太陽電池等に用いられている。太陽電池は、非枯渇性の太陽エネルギーを利用するものとして、その本格的な実用化が期待されている。この中でも、増感剤として有機色素またはRuビピリジル錯体等を用いた色素増感太陽電池は、研究開発が盛んに進められ、光電変換効率が11%程度に到達している。   Photoelectric conversion elements are used in various optical sensors, copying machines, solar cells, and the like. Solar cells are expected to be put into full-scale practical use as non-depleting solar energy. Among these, a dye-sensitized solar cell using an organic dye or a Ru bipyridyl complex as a sensitizer has been actively researched and developed, and the photoelectric conversion efficiency has reached about 11%.

その一方で、近年、ペロブスカイト型結晶構造を有する化合物として金属ハロゲン化物を用いた太陽電池が、比較的高い変換効率を達成できるとの研究成果が報告され(非特許文献1および2参照)、また特許出願され(特許文献1参照)、注目を集めている。
特許文献1には、CHNHMX(MはPbまたはSnを表し、Xはハロゲン原子を表す。)で表されるペロブスカイト型結晶構造を有する化合物および半導体微粒子層を含む光吸収層と電解液からなる電解質層とを備えた太陽電池が、記載されている。また、非特許文献1には、CHNHPbX(Xは臭素原子またはヨウ素原子を表す。)のペロブスカイト型結晶構造を有する化合物をナノサイズ微粒子として吸着させたTiO膜と電解質溶液とを有する太陽電池が、記載されている。上記非特許文献2には、CHNHPbIClのペロブスカイト型結晶構造を有する化合物と正孔輸送材料とを用いた太陽電池が記載されている。
On the other hand, in recent years, research results have been reported that solar cells using metal halides as compounds having a perovskite crystal structure can achieve relatively high conversion efficiency (see Non-Patent Documents 1 and 2). Patent applications have been filed (see Patent Document 1) and are attracting attention.
Patent Document 1 discloses a compound having a perovskite crystal structure represented by CH 3 NH 3 MX 3 (M represents Pb or Sn, and X represents a halogen atom) and a light absorption layer including a semiconductor fine particle layer, A solar cell with an electrolyte layer made of an electrolyte is described. Non-Patent Document 1 discloses a TiO 2 film in which a compound having a perovskite crystal structure of CH 3 NH 3 PbX 3 (X represents a bromine atom or an iodine atom) is adsorbed as nano-sized fine particles, an electrolyte solution, A solar cell is described. Non-Patent Document 2 describes a solar cell using a compound having a perovskite crystal structure of CH 3 NH 3 PbI 2 Cl and a hole transport material.

韓国登録特許第10−1172374号公報Korean Registered Patent No. 10-1172374

J.Am.Chem.Soc.,2009,131(17),6050−6051J. et al. Am. Chem. Soc. 2009, 131 (17), 6050-6051. Science,338,643(2012)Science, 338, 643 (2012)

上述のように、金属ハロゲン化物のペロブスカイト型結晶構造を有する化合物を用いた光電変換素子および太陽電池は、光電変換効率の向上に一定の成果が得られている。
一方、インジウム(In)、ガリウム(Ga)およびヒ素(As)からなるInGaAs化合物を用いた太陽電池では、光電変換効率36%弱、インジウム、ガリウムおよびリン(P)からなるInGaP、ガリウムおよびヒ素からなるGaAs、または、InGaAsの集光型化合物を用いた接合セル(太陽電池)では、光電変換効率43%強を、それぞれ、達成している。しかしながら、これらの化合物はコスト的に高く、汎用的な目的で使用できないのが現状である。
このため、低コストで製造できる可能性の高い金属ハロゲン化物などのペロブスカイト型結晶構造を持つ化合物を用いた光電変換素子および太陽電池に着目した。
本発明者らの研究では、金属ハロゲン化物のペロブスカイト型結晶構造を持つ化合物を用いた光電変換素子、太陽電池の光電変換効率を向上させるには、各波長でのIPCE(incident photon to current conversion efficiency;光電変換効率、量子収率もしくは感度)をさらに高めることが重要であることを見出した。
As described above, the photoelectric conversion element and the solar cell using the compound having a perovskite crystal structure of a metal halide have achieved certain results in improving the photoelectric conversion efficiency.
On the other hand, in a solar cell using an InGaAs compound composed of indium (In), gallium (Ga) and arsenic (As), photoelectric conversion efficiency is less than 36%, and from InGaP, gallium and arsenic composed of indium, gallium and phosphorus (P). In the junction cell (solar cell) using the condensing compound of GaAs or InGaAs, a photoelectric conversion efficiency of 43% or more is achieved. However, these compounds are expensive and cannot be used for general purposes.
For this reason, attention was paid to a photoelectric conversion element and a solar cell using a compound having a perovskite crystal structure such as a metal halide which can be manufactured at low cost.
In the research of the present inventors, in order to improve the photoelectric conversion efficiency of a photoelectric conversion element and a solar cell using a compound having a perovskite crystal structure of a metal halide, an IPCE (incident photo to current conversion efficiency at each wavelength). And found that it is important to further improve the photoelectric conversion efficiency, quantum yield or sensitivity).

したがって、本発明は、各波長でのIPCEが高い光電変換素子、これを備えた太陽電池、ならびに光電変換素子の製造方法を提供することを課題とする。   Therefore, this invention makes it a subject to provide the manufacturing method of a photoelectric conversion element with high IPCE in each wavelength, a solar cell provided with the same, and a photoelectric conversion element.

本発明者らは、ペロブスカイト型結晶構造を持つ化合物(ペロブスカイト化合物またはペロブスカイト型光吸収剤ともいう)を用いた太陽電池(ペロブスカイト増感太陽電池ともいう)について種々検討を進めた。ペロブスカイト型光吸収剤は、例えば、CHNHPbX(Xはハロゲン原子を表す)では、結晶構造の1つとして次のような構造を有する。すなわち、Pb2+の中心金属にXが八面体構造で配置し、この八面体を、各4つの頂点にCHNH の窒素原子からなる立方体構造の中に組み込み、八面体の各頂点に存在する各Xが、この立方体の各平面の中心に配置する構造である。この構造の立方体の6つの面の各々において、平面を形成する4つの窒素原子を共有してこの単位構造が繰り返される。
また、BiSrCaCu10のような高温超伝導体では、ペロブスカイト型結晶構造における2次元の上記単位構造の並びも重要であることが知られている。
このため、ペロブスカイト型光吸収剤においては、結晶構造をできるだけ一定の秩序で規則正しく配置できるかが電荷移動に重要であると思われる。
The present inventors have advanced various studies on solar cells (also called perovskite sensitized solar cells) using a compound having a perovskite crystal structure (also called a perovskite compound or a perovskite light absorber). For example, in the case of CH 3 NH 3 PbX 3 (X represents a halogen atom), the perovskite light absorber has the following structure as one of the crystal structures. That is, X is arranged in an octahedral structure on the central metal of Pb 2+ , and this octahedron is incorporated into a cubic structure composed of nitrogen atoms of CH 3 NH 3 + at each of the four vertices. each X present in - is a structure to place the center of each plane of the cube. In each of the six faces of the cube of this structure, this unit structure is repeated sharing the four nitrogen atoms forming the plane.
It is also known that in a high-temperature superconductor such as Bi 2 Sr 2 Ca 2 Cu 3 O 10 , the two-dimensional arrangement of the unit structures in the perovskite crystal structure is also important.
For this reason, in the perovskite type light absorber, it seems that it is important for charge transfer whether the crystal structure can be regularly arranged in as constant order as possible.

しかしながら、本発明者らの研究では、各種素材との組み合わせにおいて、このペロブスカイト型結晶構造の少なくとも2次元の単位構造の規則正しい配置を部分的に崩すと思われたにもかかわらず、ペロブスカイト型光吸収剤とを金属錯体色素または有機色素とを併用すると、IPCEが大きく向上することを見出した。
本発明は、これらの知見に基づいて完成された。
However, in our research, in the combination with various materials, the perovskite type light absorption is considered to be partly disrupted in the regular arrangement of the at least two-dimensional unit structure of the perovskite type crystal structure. It has been found that when the agent is used in combination with a metal complex dye or an organic dye, IPCE is greatly improved.
The present invention has been completed based on these findings.

すなわち、上記の課題は以下の手段により解決された。
<1>導電性支持体上に設けられた多孔質層、および光吸収剤を含む感光層を多孔質層上に有する第一電極と、第一電極に対向する第二電極と、第一電極と第二電極の間に設けられた正孔輸送層とを有する光電変換素子であって、
光吸収剤が少なくとも光吸収剤IおよびIIの2種を含み、光吸収剤Iが周期表第一族元素もしくはカチオン性有機基Aのカチオン、周期表第一族元素以外の金属原子Mのカチオンおよびアニオン性原子Xのアニオンを有するペロブスカイト型結晶構造を持つ化合物の少なくとも1種であり、光吸収剤IIが、分子内にアミノ基を有するRu金属錯体色素である光電変換素子。
Ru金属錯体色素が、ビピリジンまたはターピリジン骨格の配位子が配位したRu金属錯体色素である<1>に記載の光電変換素子。
>感光層が、(a)多孔質層上に光吸収剤IおよびIIの少なくとも1種ずつを有し、または、(b)多孔質層の表面に光吸収剤IおよびIIのいずれか一方を有し、正孔輸送材料を含む中間層を挟んで光吸収剤IおよびIIの他方を有する<1>または<2>に記載の光電変換素子。
>感光層が、(a)多孔質層上に光吸収剤IおよびIIの少なくとも1種ずつを有し、(ai)光吸収剤IおよびIIがともに多孔質層の表面に接して有し、または、(aii)光吸収剤IおよびIIのいずれか一方が多孔質層に接して有し、他方が一方の光吸収剤上に積層して有する<1>〜<>のいずれか1つに記載の光電変換素子。
>ペロブスカイト型結晶構造を持つ化合物が、下記式(I)で表される化合物である<1>〜<>のいずれか1つに記載の光電変換素子。
That is, the above problem has been solved by the following means.
<1> A porous layer provided on a conductive support, a first electrode having a photosensitive layer containing a light absorber on the porous layer, a second electrode facing the first electrode, and a first electrode And a hole transport layer provided between the second electrode and a photoelectric conversion element,
The light absorber contains at least two kinds of light absorbers I and II, and the light absorber I is a cation of a periodic table group 1 element or a cationic organic group A, and a cation of a metal atom M other than the periodic table group 1 element. and at least one compound having a perovskite crystal structure having an anion of the anionic atom X, the light absorbing agent II is, photoelectric conversion element is a Ru metal complex color element having an amino group in the molecule.
<2> Ru metal complex dye, photoelectric conversion device according to a Ru metal complex dye ligand bipyridine or terpyridine skeleton is coordinated <1>.
< 3 > The photosensitive layer has (a) at least one of light absorbers I and II on the porous layer, or (b) any of light absorbers I and II on the surface of the porous layer. The photoelectric conversion device according to <1> or <2> , having one and having the other of the light absorbers I and II across an intermediate layer containing a hole transport material.
< 4 > The photosensitive layer has (a) at least one of light absorbers I and II on the porous layer, and (ai) both of the light absorbers I and II are in contact with the surface of the porous layer. Or (aii) any one of <1> to < 3 >, wherein either one of the light absorbers I and II is in contact with the porous layer and the other is laminated on the one light absorber. The photoelectric conversion element as described in one.
< 5 > The photoelectric conversion element according to any one of <1> to < 4 >, wherein the compound having a perovskite crystal structure is a compound represented by the following formula (I).

式(I):A
式中、Aは周期表第一族元素またはカチオン性有機基を表す。Mは前記周期表第一族元素以外の金属原子を表す。Xはアニオン性原子を表す。aは1または2を表し、mは1を表し、a、mおよびxはa+2m=xを満たす。
Formula (I): A a M m X x
In the formula, A represents a group 1 element of the periodic table or a cationic organic group. M represents a metal atom other than the first group element of the periodic table. X represents an anionic atom. a represents 1 or 2, m represents 1, and a, m, and x satisfy a + 2m = x.

>ペロブスカイト型結晶構造を持つ化合物が、下記式(I−1)で表される化合物を含む<1>〜<>のいずれか1つに記載の光電変換素子。
< 6 > The photoelectric conversion element according to any one of <1> to < 5 >, wherein the compound having a perovskite crystal structure includes a compound represented by the following formula (I-1).

式(I−1):AMX
式中、Aは周期表第一族元素またはカチオン性有機基を表す。Mは前記周期表第一族元素以外の金属原子を表す。Xはアニオン性原子を表す。
Formula (I-1): AMX 3
In the formula, A represents a group 1 element of the periodic table or a cationic organic group. M represents a metal atom other than the first group element of the periodic table. X represents an anionic atom.

>ペロブスカイト型結晶構造を持つ化合物が、下記式(I−2)で表される化合物を含む<1>〜<>のいずれか1つに記載の光電変換素子。
< 7 > The photoelectric conversion element according to any one of <1> to < 5 >, wherein the compound having a perovskite crystal structure includes a compound represented by the following formula (I-2).

式(I−2):AMX
式中、Aは周期表第一族元素またはカチオン性有機基を表す。Mは前記周期表第一族元素以外の金属原子を表す。Xはアニオン性原子を表す。
Formula (I-2): A 2 MX 4
In the formula, A represents a group 1 element of the periodic table or a cationic organic group. M represents a metal atom other than the first group element of the periodic table. X represents an anionic atom.

>Aが、下記式(I−3)で表されるカチオン性有機基である<1>〜<>のいずれか1つに記載の光電変換素子。
< 8 > The photoelectric conversion element according to any one of <1> to < 7 >, wherein A is a cationic organic group represented by the following formula (I-3).

式(I−3):R1a−NH
式中、R1aは置換基を表す。
>R1aが、アルキル基、シクロアルキル基、アルケニル基、アルキニル基、アリール基、ヘテロアリール基または下記式(I−4)で表すことができる基である<>に記載の光電変換素子。
Formula (I-3): R 1a —NH 3
In the formula, R 1a represents a substituent.
< 9 > The photoelectric conversion according to < 8 >, wherein R 1a is an alkyl group, a cycloalkyl group, an alkenyl group, an alkynyl group, an aryl group, a heteroaryl group, or a group that can be represented by the following formula (I-4). element.

Figure 0006089007
Figure 0006089007

式中、XaはNR1c、酸素原子または硫黄原子を表す。R1bおよびR1cは各々独立に水素原子または置換基を表す。*は式(I−3)のNとの結合位置を表す。 In the formula, Xa represents NR 1c , an oxygen atom or a sulfur atom. R 1b and R 1c each independently represent a hydrogen atom or a substituent. * Represents a bonding position with N in the formula (I-3).

10>Xが、ハロゲン原子である<1>〜<>のいずれか1つに記載の光電変換素子。
11>Mが、PbおよびSnの少なくとも1種である<1>〜<10>のいずれか1つに記載の光電変換素子。
12>上記<1>〜<11>のいずれか1つに記載の光電変換素子を有する太陽電池。
13>上記<1>〜<11>のいずれか1つに記載の光電変換素子の製造方法であって、感光層を、多孔質層の表面に、(ai)光吸収剤IおよびIIを含有する光吸収剤溶液を塗布して成膜する、(aii)光吸収剤IとIIのいずれか一方を含有する光吸収剤溶液を塗布後、他方の光吸収剤を含有する光吸収剤溶液を塗布して成膜する、または(b)光吸収剤IおよびIIのいずれか一方を含有する光吸収剤溶液を塗布後、正孔輸送材料を含む中間層を設け、さらに光吸収剤IおよびIIの他方を含有する光吸収剤溶液を塗布して成膜する光電変換素子の製造方法。
The photoelectric conversion element as described in any one of <1>-< 9 > whose < 10 > X is a halogen atom.
< 11 > The photoelectric conversion element according to any one of <1> to < 10 >, wherein M is at least one of Pb and Sn.
< 12 > A solar cell having the photoelectric conversion element according to any one of <1> to < 11 >.
< 13 > The method for producing a photoelectric conversion element according to any one of <1> to < 11 >, wherein the photosensitive layer is formed on the surface of the porous layer, and (ai) the light absorbers I and II are provided. (Iii) Applying a light absorber solution containing either one of the light absorbers I and II, and then applying the other light absorber solution. Or (b) after applying a light absorber solution containing any one of the light absorbers I and II, an intermediate layer containing a hole transport material is provided, and the light absorber I and The manufacturing method of the photoelectric conversion element which apply | coats the light absorber solution containing the other of II, and forms into a film.

本明細書において、上記各式、特に式(I−3)、式(I−4)および式(Aam)は、ペロブスカイト型結晶構造を持つ化合物の化学構造の理解のために、一部を示性式として表記することもある。これに伴い、各式において、部分構造を基、置換基または原子等と称するが、本明細書において、これらは、上記式で表される(置換)基を構成する元素団、または元素を意味する。 In the present specification, each of the above formulas, particularly the formula (I-3), the formula (I-4) and the formula (A am ) is partially used for understanding the chemical structure of a compound having a perovskite crystal structure. Sometimes expressed as a formula. Accordingly, in each formula, a partial structure is referred to as a group, a substituent, or an atom. In this specification, these mean an element group or an element constituting a (substitution) group represented by the above formula. To do.

本明細書において、化合物(錯体、色素を含む)の表示については、化合物そのもののほか、その塩、そのイオンを含む意味に用いる。また、目的の効果を奏する範囲で、構造の一部を変化させたものを含む意味である。さらに、置換または無置換を明記していない化合物については、所望の効果を奏する範囲で、任意の置換基を有する化合物を含む意味である。このことは、置換基および連結基等(以下、置換基等という)についても同様である。   In this specification, about the display of a compound (a complex and a pigment | dye are included), it uses for the meaning containing its salt and its ion besides the compound itself. In addition, it means that a part of the structure is changed as long as the desired effect is achieved. Furthermore, a compound that does not specify substitution or non-substitution is meant to include a compound having an arbitrary substituent as long as a desired effect is achieved. The same applies to substituents and linking groups (hereinafter referred to as substituents and the like).

本明細書において、特定の符号で表示された置換基等が複数あるとき、または複数の置換基等を同時に規定するときには、特段の断りがない限り、それぞれの置換基等は互いに同一でも異なっていてもよい。このことは、置換基等の数の規定についても同様である。また、複数の置換基等が近接するとき(特に、隣接するとき)には、特段の断りがない限り、それらが互いに連結して環を形成してもよい。また、環、例えば脂環、芳香族環、ヘテロ環はさらに縮環して縮合環を形成していてもよい。   In this specification, when there are a plurality of substituents and the like indicated by a specific symbol, or when a plurality of substituents and the like are specified at the same time, the respective substituents are the same as or different from each other unless otherwise specified. May be. The same applies to the definition of the number of substituents and the like. Further, when a plurality of substituents and the like are close to each other (especially when they are adjacent to each other), they may be connected to each other to form a ring unless otherwise specified. In addition, a ring such as an alicyclic ring, an aromatic ring, or a heterocyclic ring may be further condensed to form a condensed ring.

また、本明細書において、「〜」を用いて表される数値範囲は、「〜」前後に記載される数値を下限値および上限値として含む範囲を意味する。   Further, in this specification, a numerical range expressed using “to” means a range including numerical values described before and after “to” as a lower limit value and an upper limit value.

本発明により、各波長でのIPCEが高い光電変換素子、これを備えた太陽電池、ならびに光電変換素子の製造方法を提供することができる。   According to the present invention, a photoelectric conversion element having a high IPCE at each wavelength, a solar cell including the photoelectric conversion element, and a method for manufacturing the photoelectric conversion element can be provided.

本発明の光電変換素子の好ましい態様について模式的に示した断面図である。It is sectional drawing which showed typically about the preferable aspect of the photoelectric conversion element of this invention. 本発明の光電変換素子の厚い感光層を有する好ましい態様について模式的に示した断面図である。It is sectional drawing which showed typically about the preferable aspect which has a thick photosensitive layer of the photoelectric conversion element of this invention. 本発明の光電変換素子における感光層の好ましい態様について多孔質層を拡大して模式的に示した断面図である。It is sectional drawing which expanded and showed the porous layer typically about the preferable aspect of the photosensitive layer in the photoelectric conversion element of this invention. ペロブスカイト化合物の結晶構造を説明する図である。It is a figure explaining the crystal structure of a perovskite compound.

<<光電変換素子>>
本発明の光電変換素子は、導電性支持体、多孔質層および感光層を有する第一電極と、第一電極に対向する第二電極と、第一電極と第二電極の間に設けられた正孔輸送層とを有する。多孔質層、感光層、正孔輸送層および第二電極はこの順で導電性支持体上に設けられることが好ましい。
<< Photoelectric conversion element >>
The photoelectric conversion element of the present invention was provided between a first electrode having a conductive support, a porous layer and a photosensitive layer, a second electrode facing the first electrode, and the first electrode and the second electrode. And a hole transport layer. The porous layer, the photosensitive layer, the hole transport layer, and the second electrode are preferably provided on the conductive support in this order.

感光層は、多孔質層上に形成される。
本発明において、感光層を多孔質層上に有する態様としては、例えば、感光層が、多孔質層上に薄い膜状等に設けられる態様(図1参照)、多孔質層上に厚く設けられる態様(図2参照)が挙げられる。感光層は、線状または分散状に設けられてもよいが、好ましくは膜状に設けられる。
また、本発明において、感光層13は、単層であっても2層以上の積層であってもよい。感光層13が積層の場合、互いに異なる光吸収剤からなる層の積層であってもよく、また、感光層と感光層の間に正孔輸送材料を含む中間層を有していてもよい。
本発明においては、感光層は多孔質層の表面に設けられることが好ましい。
The photosensitive layer is formed on the porous layer.
In the present invention, examples of the mode having the photosensitive layer on the porous layer include a mode in which the photosensitive layer is provided in a thin film shape on the porous layer (see FIG. 1), and a thickness provided on the porous layer. A mode (refer FIG. 2) is mentioned. The photosensitive layer may be provided in a linear or dispersed form, but is preferably provided in a film form.
In the present invention, the photosensitive layer 13 may be a single layer or a laminate of two or more layers. When the photosensitive layer 13 is a laminate, the photosensitive layer 13 may be a laminate of layers made of different light absorbers, and an intermediate layer containing a hole transport material may be provided between the photosensitive layer and the photosensitive layer.
In the present invention, the photosensitive layer is preferably provided on the surface of the porous layer.

感光層は、少なくとも2種の光吸収剤IおよびIIを含む。本発明において、光吸収剤IおよびIIの一方が少なくとも1種のペロブスカイト化合物であり、他方が金属錯体色素および有機色素から選択される少なくとも1種である。   The photosensitive layer contains at least two light absorbers I and II. In the present invention, one of the light absorbers I and II is at least one perovskite compound, and the other is at least one selected from metal complex dyes and organic dyes.

本発明において、感光層は、光吸収剤IおよびIIを含有していればよく、光吸収剤を含む態様は、特に限定されない。感光層が光吸収剤を含む態様は、好ましくは、下記(a)および(b)の両態様を、包含する。
(a)感光層が、多孔質層上に光吸収剤Iおよび光吸収剤IIそれぞれの少なくとも1種ずつを含む態様
(b)感光層が、多孔質層の表面に光吸収剤IおよびIIのいずれか一方を有し、正孔輸送材料を含む中間層を挟んで光吸収剤IおよびIIの他方を有する態様
In the present invention, the photosensitive layer only needs to contain the light absorbers I and II, and the embodiment containing the light absorber is not particularly limited. The embodiment in which the photosensitive layer contains a light absorber preferably includes both the following embodiments (a) and (b).
(A) A mode in which the photosensitive layer contains at least one of each of the light absorber I and the light absorber II on the porous layer (b) The photosensitive layer has the light absorbers I and II on the surface of the porous layer. An embodiment having either one of the light absorbers I and II with an intermediate layer containing a hole transport material interposed therebetween

また、上記(a)の態様は、さらに下記(ai)〜(aii−2)の3態様を包含する。
(ai)感光層が、光吸収剤IおよびIIそれぞれの少なくとも1種ずつを含み、光吸収剤IおよびIIがともに多孔質層の表面に接している態様(この態様においては、光吸収剤IおよびIIが多孔質層の表面上で混在している)
好ましくは、図3(a)に示すように、多孔質層12の表面に設けられ、光吸収剤IおよびIIを含む1層の感光層13aが挙げられる。
(aii−1)感光層が、光吸収剤IおよびIIそれぞれの少なくとも1種ずつを含み、多孔質層の表面に接して光吸収剤Iを有し、光吸収剤I上に光吸収剤IIを積層して有する態様
好ましくは、図3(b)に示すように、多孔質層12の表面に設けられた光吸収剤Iを含む第I感光層13b1と、第I感光層13b1の表面に積層され、光吸収剤IIを含む第II感光層13b2とを有する感光層13bが挙げられる。
(aii−2)感光層が、光吸収剤IおよびIIそれぞれの少なくとも1種ずつを含み、多孔質層の表面に接して光吸収剤IIを有し、光吸収剤II上に光吸収剤Iを積層して有する態様
好ましくは、図3(c)に示すように、多孔質層12の表面に設けられた光吸収剤IIを含む第II感光層13c1と、第II感光層13c1の表面に積層され、光吸収剤Iを含む第I感光層13c2とを有する感光層13cが挙げられる。
The embodiment (a) further includes the following three embodiments (ai) to (aii-2).
(Ai) An embodiment in which the photosensitive layer contains at least one of each of the light absorbers I and II, and both the light absorbers I and II are in contact with the surface of the porous layer (in this embodiment, the light absorber I And II are mixed on the surface of the porous layer)
Preferably, as shown to Fig.3 (a), the photosensitive layer 13a of the one layer provided in the surface of the porous layer 12 and containing the light absorbers I and II is mentioned.
(Aii-1) The photosensitive layer includes at least one of each of the light absorbers I and II, has the light absorber I in contact with the surface of the porous layer, and the light absorber II on the light absorber I. Preferably, as shown in FIG. 3 (b), the first photosensitive layer 13b1 containing the light absorber I provided on the surface of the porous layer 12 and the surface of the first photosensitive layer 13b1 A photosensitive layer 13b having a second photosensitive layer 13b2 that is laminated and includes a light absorber II is exemplified.
(Aii-2) The photosensitive layer contains at least one of each of the light absorbers I and II, has the light absorber II in contact with the surface of the porous layer, and the light absorber I on the light absorber II. Preferably, as shown in FIG. 3C, on the surface of the second photosensitive layer 13c1 including the light absorbing agent II provided on the surface of the porous layer 12, and on the surface of the second photosensitive layer 13c1. The photosensitive layer 13c which is laminated | stacked and has the 1st photosensitive layer 13c2 containing the light absorber I is mentioned.

また、上記(b)の態様は、下記(bi)および(bii)の2態様を包含する。
(bi)感光層が、多孔質層の表面に光吸収剤Iを有し、光吸収剤I上に、正孔輸送材料を含む中間層を挟んで光吸収剤IIを有する態様
好ましくは、図3(d)に示すように、多孔質層12の表面に設けられ、光吸収剤Iを含む第I感光層13d1と、第I感光層13d1の表面に設けられた中間層13sと、中間層13sの表面に設けられた、光吸収剤IIを含む第II感光層13d2を有する感光層13dが挙げられる。
(bii)感光層が、多孔質層の表面に光吸収剤IIを有し、光吸収剤II上に、正孔輸送材料を含む中間層を挟んで光吸収剤Iを有する態様
好ましくは、図3(e)に示すように、多孔質層12の表面に設けられ、光吸収剤IIを含む第II感光層13e1と、第II感光層13e1の表面に設けられた中間層13sと、中間層13sの表面に設けられた、光吸収剤Iを含む第I感光層13e2を有する感光層13eが挙げられる。
In addition, the above-described aspect (b) includes the following two aspects (bi) and (bii).
(Bi) An embodiment in which the photosensitive layer has a light absorber I on the surface of the porous layer, and has the light absorber II on the light absorber I with an intermediate layer containing a hole transport material interposed therebetween. 3 (d), an I-th photosensitive layer 13d1 including a light absorber I provided on the surface of the porous layer 12, an intermediate layer 13s provided on the surface of the I-th photosensitive layer 13d1, and an intermediate layer The photosensitive layer 13d which has the II photosensitive layer 13d2 containing the light absorber II provided in the surface of 13s is mentioned.
(Bii) An embodiment in which the photosensitive layer has a light absorber II on the surface of the porous layer, and has the light absorber I on the light absorber II with an intermediate layer containing a hole transport material interposed therebetween. 3 (e), the second photosensitive layer 13e1 provided on the surface of the porous layer 12 and containing the light absorber II, the intermediate layer 13s provided on the surface of the second photosensitive layer 13e1, and the intermediate layer The photosensitive layer 13e which has the 1st photosensitive layer 13e2 containing the light absorber I provided in the surface of 13s is mentioned.

上記態様(b)において、中間層は、正孔輸送材料を含む層であり、好ましくは正孔輸送材料で形成される層である。中間層は、後述する正孔輸送層3と同じ機能を果たす層である。中間層は実質的に透明であることが好ましい。中間層に含まれる正孔輸送材料は、正孔輸送層3と同じであり、好ましい範囲も同じである。   In the above embodiment (b), the intermediate layer is a layer containing a hole transport material, preferably a layer formed of a hole transport material. The intermediate layer is a layer that performs the same function as the hole transport layer 3 described later. The intermediate layer is preferably substantially transparent. The hole transport material contained in the intermediate layer is the same as that of the hole transport layer 3, and the preferred range is also the same.

また、本発明において、感光層は、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、上記各態様(a)および(b)、さらには膜状、線状または分散状の態様を、適宜組み合わせて形成される感光層を包含する。   In the present invention, the photosensitive layer is formed by appropriately combining the above embodiments (a) and (b), and further, film-like, linear, or dispersed embodiments without departing from the spirit of the present invention. A photosensitive layer.

本発明の光電変換素子は、本発明で規定する構成以外の構成は特に限定されず、光電変換素子および太陽電池に関する公知の構成を採用できる。本発明の光電変換素子を構成する各層は、目的に応じて設計され、例えば、単層に形成されても、複層に形成されてもよい。   The photoelectric conversion element of the present invention is not particularly limited in structure other than the structure defined in the present invention, and a known structure relating to the photoelectric conversion element and the solar cell can be adopted. Each layer constituting the photoelectric conversion element of the present invention is designed according to the purpose, and may be formed in a single layer or multiple layers, for example.

以下、本発明の光電変換素子の好ましい態様について説明する。
図1および図2において、同じ符号は同じ構成要素(部材)を意味する。
なお、図1および図2は、多孔質層を形成する微粒子の大きさを強調して示してある。これら微粒子は、好ましくは、導電性基板に対して水平方向および垂直方向に詰まり、多孔質構造を形成している。
Hereinafter, the preferable aspect of the photoelectric conversion element of this invention is demonstrated.
In FIG. 1 and FIG. 2, the same code | symbol means the same component (member).
1 and 2 show the size of the fine particles forming the porous layer with emphasis. These fine particles are preferably packed horizontally and vertically with respect to the conductive substrate to form a porous structure.

本明細書において、単に「光電変換素子10」という場合は、特に断らない限り、光電変換素子10Aおよび10Bを意味する。このことは、システム100、第一電極1、感光層13および正孔輸送層3についても同様である。   In this specification, the term “photoelectric conversion element 10” means the photoelectric conversion elements 10A and 10B unless otherwise specified. The same applies to the system 100, the first electrode 1, the photosensitive layer 13, and the hole transport layer 3.

本発明の光電変換素子の好ましい態様として、例えば、図1に示す光電変換素子10Aが挙げられる。図1に示されるシステム100Aは、光電変換素子10Aを外部回路6で動作手段M(例えば電動モーター)に仕事をさせる電池用途に応用したシステムである。
この光電変換素子10Aは、第一電極1Aと第二電極2と正孔輸送層3Aとを有している。第一電極1Aは、支持体11aおよび透明電極11bからなる導電性支持体11と、多孔質層12と、少なくとも2種の光吸収剤を含有する感光層13Aとを有している。また、好ましくは透明電極11b上にブロッキング層14を有し、ブロッキング層14上に多孔質層12が形成される。
As a preferable aspect of the photoelectric conversion element of the present invention, for example, a photoelectric conversion element 10A shown in FIG. A system 100A shown in FIG. 1 is a system applied to a battery for causing an operation circuit M (for example, an electric motor) to perform work by the external circuit 6 using the photoelectric conversion element 10A.
The photoelectric conversion element 10A includes a first electrode 1A, a second electrode 2, and a hole transport layer 3A. 1 A of 1st electrodes have the electroconductive support body 11 which consists of the support body 11a and the transparent electrode 11b, the porous layer 12, and the photosensitive layer 13A containing at least 2 sorts of light absorbers. In addition, the blocking layer 14 is preferably provided on the transparent electrode 11 b, and the porous layer 12 is formed on the blocking layer 14.

図2に示す光電変換素子10Bは、図1に示す光電変換素子10Aの感光層13Aを厚く設けた好ましい態様を模式的に示したものである。この光電変換素子10Bにおいて、正孔輸送層3Bは薄く設けられている。光電変換素子10Bは、図1で示した光電変換素子10Aに対して感光層13Bおよび正孔輸送層3Bの膜厚の点で異なるが、これらの点以外は光電変換素子10Aと同様に構成されている。   The photoelectric conversion element 10B shown in FIG. 2 schematically shows a preferred embodiment in which the photosensitive layer 13A of the photoelectric conversion element 10A shown in FIG. In the photoelectric conversion element 10B, the hole transport layer 3B is thinly provided. The photoelectric conversion element 10B differs from the photoelectric conversion element 10A shown in FIG. 1 in the film thicknesses of the photosensitive layer 13B and the hole transport layer 3B, but is configured in the same manner as the photoelectric conversion element 10A except for these points. ing.

本発明において、光電変換素子10を応用したシステム100は、以下のようにして、太陽電池として、機能する。
すなわち、光電変換素子10において、導電性支持体11または第二電極2を透過して感光層13に入射した光は光吸収剤を励起する。励起された光吸収剤はエネルギーの高い電子を有しており、この電子が感光層13から導電性支持体11に到達する。このとき、エネルギーの高い電子を放出した光吸収剤は酸化体となっている。導電性支持体11に到達した電子が外部回路6で仕事をしながら第二電極2、次いで正孔輸送層3を経由して、感光層13に戻る。感光層13に戻った電子により光吸収剤が還元される。上記光吸収剤の励起および電子移動を繰り返すことにより、システム100が太陽電池として機能する。
In the present invention, the system 100 to which the photoelectric conversion element 10 is applied functions as a solar cell as follows.
That is, in the photoelectric conversion element 10, light that has passed through the conductive support 11 or the second electrode 2 and entered the photosensitive layer 13 excites the light absorber. The excited light absorber has high-energy electrons, and these electrons reach the conductive support 11 from the photosensitive layer 13. At this time, the light absorber that has released electrons with high energy is an oxidant. Electrons reaching the conductive support 11 return to the photosensitive layer 13 via the second electrode 2 and then the hole transport layer 3 while working in the external circuit 6. The light absorber is reduced by the electrons returning to the photosensitive layer 13. By repeating excitation and electron transfer of the light absorber, the system 100 functions as a solar cell.

感光層13から導電性支持体11への電子の流れは、多孔質層12の有無およびその種類および光吸収剤の種類等により、異なる。
光吸収剤Iにおいては、ペロブスカイト化合物間を電子が移動する電子伝導が起こる。したがって、多孔質層12を設ける場合、多孔質層12は従来の半導体以外に絶縁体で形成することができる。多孔質層12が半導体で形成される場合、多孔質層12の半導体微粒子内部や半導体微粒子間を電子が移動する電子伝導も起こる。多孔質層12が絶縁体で形成される場合、多孔質層12での電子伝導は起こらない。
一方、光吸収剤IIにおいては、金属錯体色素または有機色素の間を電子が移動する場合もあるが、通常、多孔質層12の半導体微粒子内部や半導体微粒子間を電子が移動する電子伝導が起こる。したがって、金属錯体色素または有機色素を単独で用いる場合は、多孔質層12を導体または半導体で設ける必要がある。しかし、光吸収剤IIを光吸収剤Iと併用する本発明においては、多孔質層12を必ずしも導体または半導体で設ける必要はない。
The flow of electrons from the photosensitive layer 13 to the conductive support 11 differs depending on the presence or absence of the porous layer 12, the type thereof, the type of light absorber, and the like.
In the light absorber I, electron conduction occurs in which electrons move between perovskite compounds. Therefore, when providing the porous layer 12, the porous layer 12 can be formed with an insulator other than the conventional semiconductor. When the porous layer 12 is formed of a semiconductor, electron conduction in which electrons move inside or between the semiconductor particles of the porous layer 12 also occurs. When the porous layer 12 is formed of an insulator, electron conduction does not occur in the porous layer 12.
On the other hand, in the light absorber II, electrons may move between metal complex dyes or organic dyes, but usually, electron conduction occurs in which electrons move inside or between the semiconductor fine particles of the porous layer 12. . Therefore, when a metal complex dye or an organic dye is used alone, it is necessary to provide the porous layer 12 with a conductor or a semiconductor. However, in the present invention in which the light absorber II is used in combination with the light absorber I, the porous layer 12 is not necessarily provided by a conductor or a semiconductor.

このように、本発明においては、多孔質層12を導体または半導体で形成することができ、また、絶縁体で形成することもできる。多孔質層12を絶縁体で形成する場合、酸化アルミニウム(Al;アルミナ)の微粒子を用いると、比較的高い起電力(Voc)が得られる。
なお、上記他の層としてのブロッキング層14が導体または半導体により形成された場合もブロッキング層14での電子伝導が起こる。
Thus, in this invention, the porous layer 12 can be formed with a conductor or a semiconductor, and can also be formed with an insulator. When the porous layer 12 is formed of an insulator, a relatively high electromotive force (Voc) can be obtained by using aluminum oxide (Al 2 O 3 ; alumina) fine particles.
Even when the blocking layer 14 as the other layer is formed of a conductor or a semiconductor, electron conduction in the blocking layer 14 occurs.

本発明の光電変換素子および太陽電池は、上記の好ましい態様に限定されず、各態様の構成等は、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、各態様間で適宜組み合わせることができる。   The photoelectric conversion element and the solar cell of the present invention are not limited to the above-described preferred embodiments, and the configuration of each embodiment can be appropriately combined between the respective embodiments without departing from the spirit of the present invention.

本発明において、光電変換素子または太陽電池に用いられる材料および各部材は、光吸収剤を除いて、常法により調製することができる。ペロブスカイト化合物を用いた光電変換素子または太陽電池について、例えば、特許文献1、非特許文献1および2を参照することができる。また、色素増感太陽電池について、例えば、特開2001−291534号公報、米国特許第4,927,721号明細書、米国特許第4,684,537号明細書、米国特許第5,084,365号明細書、米国特許第5,350,644号明細書、米国特許第5,463,057号明細書、米国特許第5,525,440号明細書、特開平7−249790号公報、特開2004−220974号公報、特開2008−135197号公報を参照することができる。   In this invention, the material and each member which are used for a photoelectric conversion element or a solar cell can be prepared by a conventional method except a light absorber. For a photoelectric conversion element or a solar cell using a perovskite compound, for example, Patent Document 1 and Non-Patent Documents 1 and 2 can be referred to. As for the dye-sensitized solar cell, for example, JP-A No. 2001-291534, US Pat. No. 4,927,721, US Pat. No. 4,684,537, US Pat. No. 5,084, 365, US Pat. No. 5,350,644, US Pat. No. 5,463,057, US Pat. No. 5,525,440, JP-A-7-249790, JP 2004-220974 A and JP 2008-135197 A can be referred to.

以下、本発明の光電変換素子および太陽電池の主たる部材および化合物の好ましい態様について、説明する。   Hereinafter, the preferable aspect of the main member and compound of the photoelectric conversion element of this invention and a solar cell is demonstrated.

<第一電極1>
第一電極1は、導電性支持体11と多孔質層12と感光層13とを有し、光電変換素子10において作用電極として機能する。
第一電極1は、ブロッキング層14を有することが好ましい。
<First electrode 1>
The first electrode 1 includes a conductive support 11, a porous layer 12, and a photosensitive layer 13, and functions as a working electrode in the photoelectric conversion element 10.
The first electrode 1 preferably has a blocking layer 14.

− 導電性支持体11 −
導電性支持体11は、導電性を有し、感光層13等を支持できるものであれば特に限定されない。導電性支持体は、導電性を有する材料、例えば金属で形成された導電性支持体、または、ガラスもしくはプラスチックの支持体11aとこの支持体11aの表面に成膜された透明電極11bとしての導電膜とを有する導電性支持体11が好ましい。
Conductive support 11 −
The conductive support 11 is not particularly limited as long as it has conductivity and can support the photosensitive layer 13 and the like. The conductive support is made of a conductive material, for example, a conductive support made of metal, or a glass or plastic support 11a and a conductive electrode as a transparent electrode 11b formed on the surface of the support 11a. A conductive support 11 having a membrane is preferred.

なかでも、図1および図2に示されるように、ガラスまたはプラスチックの支持体11aの表面に導電性の金属酸化物を塗設して透明電極11bを成膜した導電性支持体11がさらに好ましい。プラスチックで形成された支持体11aとしては、例えば、特開2001−291534号公報の段落番号0153に記載の透明ポリマーフィルムが挙げられる。支持体11aを形成する材料としては、ガラスおよびプラスチックの他にも、セラミック(特開2005−135902号公報)、導電性樹脂(特開2001−160425号公報)を用いることができる。金属酸化物としては、スズ酸化物(TO)が好ましく、インジウム−スズ酸化物(スズドープ酸化インジウム;ITO)、フッ素をドープした酸化スズ(FTO)等のフッ素ドープスズ酸化物が特に好ましい。このときの金属酸化物の塗布量は、支持体11aの表面積1m当たり0.1〜100gが好ましい。導電性支持体11を用いる場合、光は支持体11a側から入射させることが好ましい。 In particular, as shown in FIGS. 1 and 2, a conductive support 11 in which a transparent metal electrode 11b is formed by coating a conductive metal oxide on the surface of a glass or plastic support 11a is more preferable. . Examples of the support 11a made of plastic include a transparent polymer film described in paragraph No. 0153 of JP-A No. 2001-291534. As a material for forming the support 11a, ceramic (Japanese Patent Laid-Open No. 2005-135902) and conductive resin (Japanese Patent Laid-Open No. 2001-160425) can be used in addition to glass and plastic. As the metal oxide, tin oxide (TO) is preferable, and fluorine-doped tin oxide such as indium-tin oxide (tin-doped indium oxide; ITO) and fluorine-doped tin oxide (FTO) is particularly preferable. The coating amount of the metal oxide at this time is preferably 0.1 to 100 g per 1 m 2 of the surface area of the support 11a. When the conductive support 11 is used, light is preferably incident from the support 11a side.

導電性支持体11は、実質的に透明であることが好ましい。本発明において、「実質的に透明である」とは、光(波長300〜1200nm)の透過率が10%以上であることを意味し、50%以上が好ましく、80%以上が特に好ましい。
支持体11aおよび導電性支持体11の厚みは、特に限定されず、適宜の厚みに設定される。例えば、0.01μm〜10mmであることが好ましく、0.1μm〜5mmであることがさらに好ましく、0.3μm〜4mmであることが特に好ましい。
透明電極11bを設ける場合、透明電極11bの膜厚は、特に限定されず、例えば、0.01〜30μmであることが好ましく、0.03〜25μmであることがさらに好ましく、0.05〜20μmであることが特に好ましい。
The conductive support 11 is preferably substantially transparent. In the present invention, “substantially transparent” means that the transmittance of light (wavelength 300 to 1200 nm) is 10% or more, preferably 50% or more, and particularly preferably 80% or more.
The thicknesses of the support 11a and the conductive support 11 are not particularly limited, and are set to appropriate thicknesses. For example, the thickness is preferably 0.01 μm to 10 mm, more preferably 0.1 μm to 5 mm, and particularly preferably 0.3 μm to 4 mm.
When providing the transparent electrode 11b, the film thickness of the transparent electrode 11b is not specifically limited, For example, it is preferable that it is 0.01-30 micrometers, It is more preferable that it is 0.03-25 micrometers, 0.05-20 micrometers It is particularly preferred that

導電性支持体11または支持体11aは、表面に光マネージメント機能を有してもよい。例えば、導電性支持体11または支持体11aの表面に、特開2003−123859号公報に記載の、高屈折膜および低屈折率の酸化物膜を交互に積層した反射防止膜を有してもよく、特開2002−260746号公報に記載のライトガイド機能を有してもよい。   The conductive support 11 or the support 11a may have a light management function on the surface. For example, even if the surface of the conductive support 11 or the support 11a has an antireflection film in which high refractive films and low refractive index oxide films are alternately stacked as described in JP-A-2003-123859. The light guide function described in JP-A-2002-260746 may be provided.

− ブロッキング層14 −
本発明においては、好ましくは、透明電極11bの表面に、すなわち導電性支持体11と多孔質層12または正孔輸送層3等との間に、ブロッキング層14を有している。
光電変換素子および太陽電池において、正孔輸送層3と透明電極11bとが直接接触すると逆電流を生じる。ブロッキング層14は、この逆電流を防止する機能を果たす。ブロッキング層14は短絡防止層ともいう。
− Blocking layer 14 −
In the present invention, a blocking layer 14 is preferably provided on the surface of the transparent electrode 11b, that is, between the conductive support 11 and the porous layer 12 or the hole transport layer 3 or the like.
In the photoelectric conversion element and the solar cell, when the hole transport layer 3 and the transparent electrode 11b are in direct contact, a reverse current is generated. The blocking layer 14 functions to prevent this reverse current. The blocking layer 14 is also referred to as a short circuit prevention layer.

ブロッキング層14を形成する材料は、上記機能を果たすことのできる材料であれば特に限定されないが、可視光を透過する物質であって、導電性支持体11(透明電極11b)に対する絶縁性物質であることが好ましい。「導電性支持体11(透明電極11b)に対する絶縁性物質」とは、具体的には、伝導帯のエネルギー準位が、導電性支持体11を形成する材料(透明電極11bを形成する金属酸化物)の伝導帯のエネルギー準位以上であり、かつ、多孔質層12を構成する材料の伝導帯や光吸収剤の基底状態のエネルギー準位より低い化合物(n型半導体化合物)をいう。
ブロッキング層14を形成する材料は、例えば、酸化ケイ素、酸化マグネシウム、酸化アルミニウム、炭酸カルシウム、ポリビニルアルコール、ポリウレタン等が挙げられる。また、一般的に光電変換材料に用いられる材料でもよく、例えば、酸化チタン、酸化スズ、酸化ニオブ、酸化タングステン等も挙げられる。なかでも、酸化チタン、酸化スズ、酸化マグネシウム、酸化アルミニウム等が好ましい。
ブロッキング層14の膜厚は、0.001〜10μmが好ましく、0.005〜1μmがさらに好ましく、0.01〜0.1μmが特に好ましい。
The material for forming the blocking layer 14 is not particularly limited as long as it is a material capable of fulfilling the above function, but is a substance that transmits visible light and is an insulating substance for the conductive support 11 (transparent electrode 11b). Preferably there is. Specifically, the “insulating substance with respect to the conductive support 11 (transparent electrode 11b)” specifically refers to a material whose conduction band energy level forms the conductive support 11 (metal oxide forming the transparent electrode 11b). A compound (n-type semiconductor compound) that is higher than the energy level of the conduction band of the material and lower than the energy level of the conduction band of the material constituting the porous layer 12 and the ground state of the light absorber.
Examples of the material for forming the blocking layer 14 include silicon oxide, magnesium oxide, aluminum oxide, calcium carbonate, polyvinyl alcohol, and polyurethane. Moreover, the material generally used for the photoelectric conversion material may be used, and examples thereof include titanium oxide, tin oxide, niobium oxide, and tungsten oxide. Of these, titanium oxide, tin oxide, magnesium oxide, aluminum oxide and the like are preferable.
The film thickness of the blocking layer 14 is preferably 0.001 to 10 μm, more preferably 0.005 to 1 μm, and particularly preferably 0.01 to 0.1 μm.

− 多孔質層12 −
本発明において、透明電極11b上に多孔質層12を有している。ブロッキング層14を有している場合、多孔質層12はブロッキング層14上に形成される。
多孔質層12は、表面に感光層13を担持する足場として機能する層である。太陽電池において、光吸収効率を高めるためには、少なくとも太陽光等の光を受ける部分の表面積を大きくすることが好ましく、多孔質層12の全体としての表面積を大きくすることが好ましい。
Porous layer 12 −
In the present invention, the porous layer 12 is provided on the transparent electrode 11b. When the blocking layer 14 is provided, the porous layer 12 is formed on the blocking layer 14.
The porous layer 12 is a layer that functions as a scaffold for carrying the photosensitive layer 13 on the surface. In the solar cell, in order to increase the light absorption efficiency, it is preferable to increase the surface area of at least a portion that receives light such as sunlight, and it is preferable to increase the entire surface area of the porous layer 12.

多孔質層12は、多孔質層12を形成する材料の微粒子が堆積または密着してなる、細孔を有する微粒子層であることが好ましい。多孔質層12は、2種以上の多微粒子が堆積してなる微粒子層であってもよい。多孔質層12が細孔を有する微粒子層であると、光吸収剤の担持量(吸着量)を増量できる。
多孔質層12の表面積を大きくするには、多孔質層12を構成する個々の微粒子の表面積を大きくすることが好ましい。本発明では、多孔質層12を形成する微粒子を導電性支持体11等に塗設した状態で、この微粒子の表面積が投影面積に対して10倍以上であることが好ましく、100倍以上であることがより好ましい。この上限には特に制限はないが、通常5000倍程度である。多孔質層12を形成する微粒子の粒径は、投影面積を円に換算したときの直径を用いた平均粒径において、1次粒子として0.001〜1μmが好ましい。微粒子の分散物を用いて多孔質層12を形成する場合、微粒子の上記平均粒径は、分散物の平均粒径として0.01〜100μmが好ましい。
The porous layer 12 is preferably a fine particle layer having pores, in which fine particles of the material forming the porous layer 12 are deposited or adhered. The porous layer 12 may be a fine particle layer in which two or more kinds of multi-fine particles are deposited. When the porous layer 12 is a fine particle layer having pores, the amount of light absorbent supported (adsorption amount) can be increased.
In order to increase the surface area of the porous layer 12, it is preferable to increase the surface area of the individual fine particles constituting the porous layer 12. In the present invention, in a state where the fine particles forming the porous layer 12 are coated on the conductive support 11 or the like, the surface area of the fine particles is preferably 10 times or more, more than 100 times the projected area. It is more preferable. Although there is no restriction | limiting in particular in this upper limit, Usually, it is about 5000 times. The particle diameter of the fine particles forming the porous layer 12 is preferably 0.001 to 1 μm as the primary particle in the average particle diameter using the diameter when the projected area is converted into a circle. When the porous layer 12 is formed using a dispersion of fine particles, the average particle diameter of the fine particles is preferably 0.01 to 100 μm as the average particle diameter of the dispersion.

多孔質層12を形成する材料は、導電性に関しては特に限定されず、絶縁体(絶縁性の材料)であっても、導電性の材料または半導体(半導電性の材料)であってもよい。
多孔質層12を形成する材料としては、例えば、金属のカルコゲニド(例えば酸化物、硫化物、セレン化物等)、ペロブスカイト型結晶構造を有する化合物(後述する光吸収剤Iを除く。)、ケイ素の酸化物(例えば、二酸化ケイ素、ゼオライト)、またはカーボンナノチューブ(カーボンナノワイヤおよびカーボンナノロッド等を含む)を用いることができる。
The material for forming the porous layer 12 is not particularly limited with respect to conductivity, and may be an insulator (insulating material), a conductive material, or a semiconductor (semiconductive material). .
Examples of the material for forming the porous layer 12 include metal chalcogenides (for example, oxides, sulfides, selenides, etc.), compounds having a perovskite crystal structure (excluding the light absorber I described later), and silicon. Oxides (eg, silicon dioxide, zeolite) or carbon nanotubes (including carbon nanowires and carbon nanorods) can be used.

金属のカルコゲニドとしては、特に限定されないが、好ましくは、チタン、スズ、亜鉛、タングステン、ジルコニウム、ハフニウム、ストロンチウム、インジウム、セリウム、イットリウム、ランタン、バナジウム、ニオブ、アルミニウムまたはタンタルの各酸化物、硫化カドミウム、セレン化カドミウム等が挙げられる。金属のカルコゲニドの結晶構造として、アナターゼ型、ブルッカイト型またはルチル型が挙げられ、アナターゼ型、ブルッカイト型が好ましい。   The metal chalcogenide is not particularly limited, but is preferably titanium, tin, zinc, tungsten, zirconium, hafnium, strontium, indium, cerium, yttrium, lanthanum, vanadium, niobium, aluminum or tantalum oxide, cadmium sulfide. , Cadmium selenide and the like. Examples of the crystal structure of the metal chalcogenide include an anatase type, brookite type and rutile type, and anatase type and brookite type are preferable.

ペロブスカイト型結晶構造を有する化合物としては、特に限定されないが、遷移金属酸化物等が挙げられる。例えば、チタン酸ストロンチウム、チタン酸カルシウム、チタン酸バリウム、チタン酸鉛、ジルコン酸バリウム、スズ酸バリウム、ジルコン酸鉛、ジルコン酸ストロンチウム、タンタル酸ストロンチウム、ニオブ酸カリウム、鉄酸ビスマス、チタン酸ストロンチウムバリウム、チタン酸バリウムランタン、チタン酸カルシウム、チタン酸ナトリウム、チタン酸ビスマスが挙げられる。なかでも、チタン酸ストロンチウム、チタン酸カルシウム等が好ましい。   Although it does not specifically limit as a compound which has a perovskite type crystal structure, A transition metal oxide etc. are mentioned. For example, strontium titanate, calcium titanate, barium titanate, lead titanate, barium zirconate, barium stannate, lead zirconate, strontium zirconate, strontium tantalate, potassium niobate, bismuth ferrate, strontium barium titanate , Barium lanthanum titanate, calcium titanate, sodium titanate, bismuth titanate. Of these, strontium titanate, calcium titanate and the like are preferable.

カーボンナノチューブは、炭素膜(グラフェンシート)を筒状に丸めた形状を有する。カーボンナノチューブは、1枚のグラフェンシートが円筒状に巻かれた単層カーボンナノチューブ(SWCNT)、2枚のグラフェンシートが同心円状に巻かれた2層カーボンナノチューブ(DWCNT)、複数のグラフェンシートが同心円状に巻かれた多層カーボンナノチューブ(MWCNT)に分類される。多孔質層12としては、いずれのカーボンナノチューブも特に限定されず、用いることができる。   The carbon nanotube has a shape obtained by rounding a carbon film (graphene sheet) into a cylindrical shape. Carbon nanotubes are single-walled carbon nanotubes (SWCNT) in which one graphene sheet is wound in a cylindrical shape, double-walled carbon nanotubes (DWCNT) in which two graphene sheets are wound in a concentric shape, and multiple graphene sheets are concentric Are classified into multi-walled carbon nanotubes (MWCNT) wound in a shape. As the porous layer 12, any carbon nanotube is not particularly limited and can be used.

多孔質層12を形成する材料は、なかでも、チタン、スズ、亜鉛、ジルコニウム、アルミニウムもしくはケイ素の酸化物、またはカーボンナノチューブが好ましく、酸化チタンまたは酸化アルミニウムがさらに好ましい。   Among these materials, the material forming the porous layer 12 is preferably titanium, tin, zinc, zirconium, aluminum or silicon oxide, or carbon nanotube, and more preferably titanium oxide or aluminum oxide.

多孔質層12は、上述の、金属のカルコゲニド、ペロブスカイト型結晶構造を有する化合物、ケイ素の酸化物およびカーボンナノチューブのうち少なくとも1種で形成されていればよく、複数種で形成されていてもよい。   The porous layer 12 may be formed of at least one of the above-described metal chalcogenide, compound having a perovskite crystal structure, silicon oxide, and carbon nanotube, and may be formed of a plurality of types. .

多孔質層12を形成する材料は、後述するように好ましくは微粒子として用いられる。多孔質層12を形成する材料は、金属のカルコゲニド、ペロブスカイト型結晶構造を有する化合物およびケイ素の酸化物のナノチューブ、ナノワイヤまたはナノロッドを、金属のカルコゲニド、ペロブスカイト型結晶構造を有する化合物、ケイ素の酸化物およびカーボンナノチューブの微粒子と共に用いることもできる。   The material for forming the porous layer 12 is preferably used as fine particles as described later. The material forming the porous layer 12 includes a metal chalcogenide, a compound having a perovskite crystal structure, and a silicon oxide nanotube, nanowire or nanorod, a metal chalcogenide, a compound having a perovskite crystal structure, a silicon oxide. It can also be used with fine particles of carbon nanotubes.

多孔質層12の膜厚は、特に限定されないが、通常0.1〜100μmの範囲であり、太陽電池として用いる場合は、0.1〜50μmが好ましく、0.3〜30μmがより好ましい。   Although the film thickness of the porous layer 12 is not specifically limited, Usually, it is the range of 0.1-100 micrometers, and when using as a solar cell, 0.1-50 micrometers is preferable and 0.3-30 micrometers is more preferable.

多孔質層12の膜厚は、光電変換素子10の断面において、導電性支持体11の表面に対して90°の角度で交わる直線方向に沿う、多孔質層12が成膜されている下層表面から多孔質層12の表面までの平均距離で規定される。ここで、「多孔質層12が成膜されている下層表面」は、導電性支持体11と多孔質層12との界面を意味する。導電性支持体11と多孔質層12との間にブロッキング層14等の他の層が成膜されている場合には、この他の層と多孔質層12との界面を意味する。また、「多孔質層12の表面」は、導電性支持体11の表面に対して90°の角度で交わる仮想直線上における、導電性支持体11から最も第二電極2側に位置する多孔質層12の点(仮想直線と多孔質層12の輪郭線との交点)をいう。「平均距離」は、光電変換素子10の断面における特定範囲の観測域を、導電性支持体11の表面に対して水平(平行)な方向(図1および図2において左右方向)に沿って10等分してなる区分ごとに下層表面から多孔質層12の表面までの最長距離を求め、これらの10区分の最長距離の平均値とする。多孔質層12の膜厚は、光電変換素子10の断面を走査型電子顕微鏡(SEM)で観察することにより、測定できる。
なお、特に言及しない限り、ブロッキング層14等の他の層も同様にして膜厚を測定できる。
The film thickness of the porous layer 12 is a lower layer surface on which the porous layer 12 is formed along a linear direction intersecting at an angle of 90 ° with the surface of the conductive support 11 in the cross section of the photoelectric conversion element 10. Defined by the average distance from the surface of the porous layer 12 to the surface of the porous layer 12. Here, the “lower surface on which the porous layer 12 is formed” means the interface between the conductive support 11 and the porous layer 12. When another layer such as the blocking layer 14 is formed between the conductive support 11 and the porous layer 12, it means the interface between the other layer and the porous layer 12. Further, the “surface of the porous layer 12” is a porous layer located closest to the second electrode 2 from the conductive support 11 on a virtual straight line that intersects the surface of the conductive support 11 at an angle of 90 °. It refers to the point of the layer 12 (intersection of the virtual straight line and the contour line of the porous layer 12). The “average distance” is 10 along an observation range of a specific range in the cross section of the photoelectric conversion element 10 along a horizontal (parallel) direction (left and right direction in FIGS. 1 and 2) with respect to the surface of the conductive support 11. The longest distance from the surface of the lower layer to the surface of the porous layer 12 is obtained for each equally divided section, and the average value of the longest distances of these 10 sections is obtained. The film thickness of the porous layer 12 can be measured by observing the cross section of the photoelectric conversion element 10 with a scanning electron microscope (SEM).
Unless otherwise stated, the thickness of other layers such as the blocking layer 14 can be measured in the same manner.

− 感光層(光吸収層)13 −
感光層13は、図1〜図3に示されるように、多孔質層12の表面(この表面が凹凸の場合の内表面を含む)に設けられている。
− Photosensitive layer (light absorbing layer) 13 −
As shown in FIGS. 1 to 3, the photosensitive layer 13 is provided on the surface of the porous layer 12 (including the inner surface when the surface is uneven).

感光層13が多孔質層12上に有する態様は、上述した通りであり、感光層13は、好ましくは、励起した電子が導電性支持体11に流れるように、多孔質層12上に設けられる。このとき、感光層13は、多孔質層12の表面全体に設けられていてもよく、その表面の一部に設けられていてもよい。   The mode that the photosensitive layer 13 has on the porous layer 12 is as described above, and the photosensitive layer 13 is preferably provided on the porous layer 12 so that excited electrons flow to the conductive support 11. . At this time, the photosensitive layer 13 may be provided on the entire surface of the porous layer 12 or may be provided on a part of the surface.

感光層13の膜厚は、多孔質層12上に感光層13を有する態様に応じて適宜に設定され、特に限定されない。例えば、感光層13の膜厚(多孔質層12の膜厚との合計膜厚)は、0.1〜100μmが好ましく、0.1〜50μmがさらに好ましく、0.3〜30μmが特に好ましい。感光層13の膜厚は、多孔質層12の膜厚と同様にして測定できる。
ここで、感光層13の膜厚は、感光層13が積層である場合は各層の合計膜厚を意味し、感光層13が中間層を含む場合は中間層も含めた合計膜厚を意味する。中間層の膜厚は、0.05〜5.0μmが好ましく、0.08〜3.0μmがより好ましく、0.1〜2.0μmがさらに好ましい。
なお、感光層13が薄い膜状である場合、感光層13の膜厚は、多孔質層12の表面に垂直な方向に沿う、多孔質層12との界面と正孔輸送層3との界面との距離とする。
The film thickness of the photosensitive layer 13 is appropriately set according to the mode having the photosensitive layer 13 on the porous layer 12 and is not particularly limited. For example, the film thickness of the photosensitive layer 13 (total film thickness with the film thickness of the porous layer 12) is preferably 0.1 to 100 μm, more preferably 0.1 to 50 μm, and particularly preferably 0.3 to 30 μm. The film thickness of the photosensitive layer 13 can be measured in the same manner as the film thickness of the porous layer 12.
Here, the film thickness of the photosensitive layer 13 means the total film thickness of each layer when the photosensitive layer 13 is a laminate, and means the total film thickness including the intermediate layer when the photosensitive layer 13 includes the intermediate layer. . The thickness of the intermediate layer is preferably 0.05 to 5.0 μm, more preferably 0.08 to 3.0 μm, and further preferably 0.1 to 2.0 μm.
When the photosensitive layer 13 is a thin film, the thickness of the photosensitive layer 13 is the interface between the porous layer 12 and the hole transport layer 3 along the direction perpendicular to the surface of the porous layer 12. And the distance.

なお、図2に示す光電変換素子10Bは、図1に示す光電変換素子10Aの感光層13Aよりも厚みが増大した感光層13Bを有している。この場合、光吸収剤Iとしてのペロブスカイト化合物は、上記の、多孔質層12を形成する材料としてのペロブスカイト型結晶構造を有する化合物と同様に、正孔輸送材料となりうるものである。   Note that the photoelectric conversion element 10B illustrated in FIG. 2 includes a photosensitive layer 13B having a thickness larger than that of the photosensitive layer 13A of the photoelectric conversion element 10A illustrated in FIG. In this case, the perovskite compound as the light absorber I can be a hole transporting material, similar to the compound having the perovskite crystal structure as the material for forming the porous layer 12 described above.

(光吸収剤)
本発明において、感光層13は、少なくとも2種の異なる光吸収剤IおよびIIを有している。
光吸収剤Iは、少なくとも1種のペロブスカイト化合物である。
ペロブスカイト化合物は、周期表第一族元素またはカチオン性有機基A、周期表第一族元素以外の金属原子M、および、アニオン性原子Xを有している。ペロブスカイト化合物の周期表第一族元素またはカチオン性有機基A、金属原子Mおよびアニオン性原子Xは、それぞれ、ペロブスカイト型結晶構造において、カチオン(便宜上、カチオンAということがある)、金属カチオン(便宜上、カチオンMということがある)およびアニオン(便宜上、アニオンXということがある)の各構成イオンとして存在する。
本発明において、カチオン性有機基とは、ペロブスカイト型結晶構造においてカチオンになる性質を有する有機基をいい、アニオン性原子とはペロブスカイト型結晶構造においてカチオンになる性質を有する原子をいう。
本発明において、光吸収剤Iは、ペロブスカイト化合物を、1種単独で、または、2種以上を併用することができる。
(Light absorber)
In the present invention, the photosensitive layer 13 has at least two different light absorbers I and II.
The light absorber I is at least one perovskite compound.
The perovskite compound has a periodic table group 1 element or cationic organic group A, a metal atom M other than the periodic table group 1 element, and an anionic atom X. In the perovskite type crystal structure, the periodic table group 1 element or the cationic organic group A, the metal atom M, and the anionic atom X of the perovskite compound are each a cation (for convenience, sometimes referred to as cation A), a metal cation (for convenience). , Sometimes referred to as cation M) and anion (sometimes referred to as anion X for convenience).
In the present invention, the cationic organic group means an organic group having a property of becoming a cation in the perovskite type crystal structure, and the anionic atom means an atom having a property of becoming a cation in the perovskite type crystal structure.
In the present invention, the light absorber I can be a perovskite compound alone or in combination of two or more.

光吸収剤IIは、金属錯体色素および有機色素から選択される少なくとも1種である。本発明において、光吸収剤は、それぞれ、2種以上の金属錯体色素を用いることができ、2種以上の有機色素を用いることができ、また1種以上の金属錯体色素と1種以上の有機色素とを併用することができる。   The light absorber II is at least one selected from metal complex dyes and organic dyes. In the present invention, as the light absorber, two or more kinds of metal complex dyes can be used, two or more kinds of organic dyes can be used, and one or more kinds of metal complex dyes and one or more kinds of organic dyes can be used. A pigment can be used in combination.

1.ペロブスカイト型光吸収剤 1. Perovskite light absorber

本発明に用いるペロブスカイト化合物は、上記構成イオンを含むペロブスカイト型結晶構造をとりうる化合物であれば特に限定されない。   The perovskite compound used in the present invention is not particularly limited as long as it is a compound that can have a perovskite crystal structure containing the above constituent ions.

本発明に用いるペロブスカイト化合物において、カチオンAは、周期表第一族元素のカチオンもしくはカチオン性有機基Aからなる有機カチオンである。カチオンAは有機カチオンが好ましい。
周期表第一族元素のカチオンは、特に限定されず、例えば、リチウム(Li)、ナトリウム(Na)、カリウム(K)またはセシウム(Cs)の各元素のカチオン(Li、Na、K、Cs)が挙げられ、特にセシウムのカチオン(Cs)が好ましい。
有機カチオンは、下記式(I−3)で表されるカチオン性有機基の有機カチオンであることがさらに好ましい。
式(I−3):R1a−NH
In the perovskite compound used in the present invention, the cation A is an organic cation composed of a cation of a group 1 element of the periodic table or a cationic organic group A. The cation A is preferably an organic cation.
The cation of the Group 1 element of the periodic table is not particularly limited, and for example, the cation (Li + , Na + , K + of each element of lithium (Li), sodium (Na), potassium (K), or cesium (Cs). Cs + ), and a cesium cation (Cs + ) is particularly preferable.
The organic cation is more preferably an organic cation of a cationic organic group represented by the following formula (I-3).
Formula (I-3): R 1a —NH 3

式中、R1aは置換基を表す。R1aは、有機基であれば特に限定されるものではないが、アルキル基、シクロアルキル基、アルケニル基、アルキニル基、アリール基、ヘテロアリール基または下記式(I−4)で表すことができる基が好ましい。なかでも、アルキル基、下記式(I−4)で表すことができる基がより好ましい。 In the formula, R 1a represents a substituent. R 1a is not particularly limited as long as it is an organic group, but can be represented by an alkyl group, a cycloalkyl group, an alkenyl group, an alkynyl group, an aryl group, a heteroaryl group, or the following formula (I-4). Groups are preferred. Among these, an alkyl group and a group that can be represented by the following formula (I-4) are more preferable.

Figure 0006089007
Figure 0006089007

式中、XはNR1c、酸素原子または硫黄原子を表す。R1bおよびR1cは各々独立に水素原子または置換基を表す。*は式(I−3)のNとの結合位置を表す。 In formula, Xa represents NR <1c> , an oxygen atom, or a sulfur atom. R 1b and R 1c each independently represent a hydrogen atom or a substituent. * Represents a bonding position with N in the formula (I-3).

本発明において、カチオン性有機基Aの有機カチオンは、上記式(I−3)中のR1aとNHとが結合してなるアンモニウムカチオン性有機基Aからなる有機アンモニウムカチオンが好ましい。この有機アンモニウムカチオンが共鳴構造をとり得る場合、有機カチオンは有機アンモニウムカチオンに加えて共鳴構造のカチオンを含む。例えば、上記式(I−4)で表すことができる基においてXがNH(R1cが水素原子)である場合、有機カチオンは、上記式(I−4)で表すことができる基とNHとが結合してなるアンモニウムカチオン性有機基の有機アンモニウムカチオンに加えて、この有機アンモニウムカチオンの共鳴構造の1つである有機アミジニウムカチオンをも包含する。アミジニウムカチオン性有機基からなる有機アミジニウムカチオンとしては、下記式(Aam)で表されるカチオンが挙げられる。なお、本明細書において、下記式(Aam)で表されるカチオンを便宜上、「R1bC(=NH)−NH」と表記することがある。 In the present invention, the organic cation of the cationic organic group A is preferably an organic ammonium cation composed of an ammonium cationic organic group A formed by combining R 1a and NH 3 in the above formula (I-3). When the organic ammonium cation can have a resonance structure, the organic cation includes a cation having a resonance structure in addition to the organic ammonium cation. For example, in the group that can be represented by the above formula (I-4), when X a is NH (R 1c is a hydrogen atom), the organic cation is NH and the group that can be represented by the above formula (I-4). In addition to the organic ammonium cation of the ammonium cationic organic group formed by bonding to 3 , an organic amidinium cation which is one of the resonance structures of this organic ammonium cation is also included. Examples of the organic amidinium cation comprising an amidinium cationic organic group include a cation represented by the following formula (A am ). In this specification, for convenience the cation represented by the following formula (A am), may be referred to as "R 1b C (= NH) -NH 3 ".

Figure 0006089007
Figure 0006089007

置換基R1aのアルキル基は、炭素数が1〜18のアルキル基が好ましく、炭素数が1〜6のアルキル基がさらに好ましい。例えば、メチル、エチル、プロピル、イソプロピル、ブチル、tert−ブチル、ペンチルまたはヘキシル等が挙げられる。
シクロアルキル基は、炭素数が3〜8のシクロアルキル基が好ましく、例えば、シクロプロピル、シクロペンチルまたはシクロヘキシル等が挙げられる。
The alkyl group for the substituent R 1a is preferably an alkyl group having 1 to 18 carbon atoms, and more preferably an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms. For example, methyl, ethyl, propyl, isopropyl, butyl, tert-butyl, pentyl, hexyl and the like can be mentioned.
The cycloalkyl group is preferably a cycloalkyl group having 3 to 8 carbon atoms, and examples thereof include cyclopropyl, cyclopentyl, and cyclohexyl.

アルケニル基は、炭素数が2〜18のアルケニル基が好ましく、例えば、ビニル、アリル、ブテニルまたはヘキセニル等が挙げられる。
アルキニル基は、炭素数が2〜18のアルキニル基が好ましく、例えば、エチニル、ブチニルまたはヘキシニル等が挙げられる。
The alkenyl group is preferably an alkenyl group having 2 to 18 carbon atoms, and examples thereof include vinyl, allyl, butenyl and hexenyl.
The alkynyl group is preferably an alkynyl group having 2 to 18 carbon atoms, and examples thereof include ethynyl, butynyl and hexynyl.

アリール基は、炭素数6〜14のアリール基が好ましく、例えば、フェニルが挙げられる。
ヘテロアリール基は、芳香族ヘテロ環のみからなる基と、芳香族ヘテロ環に他の環、例えば、芳香環、脂肪族環やヘテロ環が縮合した縮合ヘテロ環からなる基とを包含する。
芳香族ヘテロ環を構成する環構成ヘテロ原子としては、窒素原子、酸素原子、硫黄原子が好ましい。また、芳香族ヘテロ環の環員数としては、5員環または6員環が好ましい。
5員環の芳香族ヘテロ環および5員環の芳香族ヘテロ環を含む縮合ヘテロ環としては、例えば、ピロール環、イミダゾール環、ピラゾール環、オキサゾール環、チアゾール環、トリアゾール環、フラン環、チオフェン環、ベンゾイミダゾール環、ベンゾオキサゾール環、ベンゾチアゾール環、インドリン環、インダゾール環の各環基が挙げられる。また、6員環の芳香族ヘテロ環および6員環の芳香族ヘテロ環を含む縮合ヘテロ環としては、例えば、ピリジン環、ピリミジン環、ピラジン環、トリアジン環、キノリン環、キナゾリン環の各環基が挙げられる。
The aryl group is preferably an aryl group having 6 to 14 carbon atoms, and examples thereof include phenyl.
The heteroaryl group includes a group consisting only of an aromatic heterocycle and a group consisting of a condensed heterocycle obtained by condensing an aromatic heterocycle with another ring such as an aromatic ring, an aliphatic ring or a heterocycle.
As a ring-constituting hetero atom constituting the aromatic hetero ring, a nitrogen atom, an oxygen atom and a sulfur atom are preferable. The number of ring members of the aromatic heterocycle is preferably a 5-membered ring or a 6-membered ring.
Examples of the condensed heterocycle including a 5-membered aromatic heterocycle and a 5-membered aromatic heterocycle include a pyrrole ring, an imidazole ring, a pyrazole ring, an oxazole ring, a thiazole ring, a triazole ring, a furan ring, and a thiophene ring. , Benzimidazole ring, benzoxazole ring, benzothiazole ring, indoline ring, and indazole ring. Examples of the condensed heterocycle including a 6-membered aromatic heterocycle and a 6-membered aromatic heterocycle include, for example, pyridine ring, pyrimidine ring, pyrazine ring, triazine ring, quinoline ring, and quinazoline ring. Is mentioned.

式(I−4)で表すことができる基において、XはNR1c、酸素原子または硫黄原子を表し、NR1cが好ましい。ここで、R1cは、水素原子、アルキル基、シクロアルキル基、アルケニル基、アルキニル基、アリール基またはヘテロアリール基が好ましく、水素原子がさらに好ましい。
1bは、水素原子または置換基を表し、水素原子が好ましい。R1bが取りうる置換基は、水素原子、アルキル基、シクロアルキル基、アルケニル基、アルキニル基、アリール基またはヘテロアリール基が挙げられる。
1bおよびR1cがそれぞれとり得る、アルキル基、シクロアルキル基、アルケニル基、アルキニル基、アリール基およびヘテロアリール基は、上記R1aの各基と同義であり、好ましいものも同じである。
式(I−4)で表すことができる基としては、例えば、ホルムイミドイル(HC(=NH)−)、アセトイミドイル(CHC(=NH)−)、プロピオンイミドイル(CHCHC(=NH)−)等が挙げられる。中でも、ホルムイミドイルが好ましい。
In the group that can be represented by the formula (I-4), X a represents NR 1c , an oxygen atom or a sulfur atom, and NR 1c is preferable. Here, R 1c is preferably a hydrogen atom, an alkyl group, a cycloalkyl group, an alkenyl group, an alkynyl group, an aryl group or a heteroaryl group, and more preferably a hydrogen atom.
R 1b represents a hydrogen atom or a substituent, and preferably a hydrogen atom. Examples of the substituent that R 1b can take include a hydrogen atom, an alkyl group, a cycloalkyl group, an alkenyl group, an alkynyl group, an aryl group, and a heteroaryl group.
The alkyl group, cycloalkyl group, alkenyl group, alkynyl group, aryl group, and heteroaryl group that R 1b and R 1c can each have the same meanings as those of R 1a , and the preferred ones are also the same.
Examples of the group that can be represented by the formula (I-4) include formimidoyl (HC (═NH) —), acetimidoyl (CH 3 C (═NH) —), propionimidoyl (CH 3 CH 2 C (= NH)-) and the like. Among these, formimidoyl is preferable.

1aがとり得る、アルキル基、シクロアルキル基、アルケニル基、アルキニル基、アリール基、ヘテロアリール基および上記式(I−4)で表すことができる基は、いずれも、置換基を有していてもよい。R1aが有していてもよい置換基としては、特に限定されないが、例えば、アルキル基、シクロアルキル基、アルケニル基、アルキニル基、アリール基、ヘテロ環基、アルコキシ基、アルキルチオ基、アミノ基、アルキルアミノ基、アリールアミノ基、アシル基、アルコキシカルボニル基、アリールオキシカルボニル基、アシルアミノ基、スルホンアミド基、カルバモイル基、スルファモイル基、ハロゲン原子、シアノ基、ヒドロキシ基またはカルボキシ基が挙げられる。R1aが有していてもよい各置換基は、さらに置換基で置換されていてもよい。 The alkyl group, cycloalkyl group, alkenyl group, alkynyl group, aryl group, heteroaryl group and group that can be represented by the above formula (I-4), which R 1a can take, all have a substituent. May be. The substituent that R 1a may have is not particularly limited, and examples thereof include an alkyl group, a cycloalkyl group, an alkenyl group, an alkynyl group, an aryl group, a heterocyclic group, an alkoxy group, an alkylthio group, an amino group, Examples include alkylamino group, arylamino group, acyl group, alkoxycarbonyl group, aryloxycarbonyl group, acylamino group, sulfonamido group, carbamoyl group, sulfamoyl group, halogen atom, cyano group, hydroxy group or carboxy group. Each substituent that R 1a may have may be further substituted with a substituent.

本発明に用いるペロブスカイト化合物において、金属カチオンMは、周期表第一族元素以外の金属原子Mのカチオンであって、ペロブスカイト型結晶構造を取りうる金属原子のカチオンであれば、特に限定されない。このような金属原子としては、例えば、カルシウム(Ca)、ストロンチウム(Sr)、カドミウム(Cd)、銅(Cu)、ニッケル(Ni)、マンガン(Mn)、鉄(Fe)、コバルト(Co)、パラジウム(Pd)、ゲルマニウム(Ge)、スズ(Sn)、鉛(Pb)、イッテルビウム(Yb)、ユウロピウム(Eu)およびインジウム(In)の各金属原子が挙げられる。なかでも、金属カチオンを形成する金属原子は、PbまたはSnが特に好ましい。金属原子は1種の金属原子であってもよく、2種以上の金属原子であってもよい。2種以上の金属原子である場合には、PbおよびSnの2種が好ましい。なお、このときの金属原子の割合は特に限定されない。   In the perovskite compound used in the present invention, the metal cation M is not particularly limited as long as it is a cation of a metal atom M other than a group 1 element of the periodic table and a cation of a metal atom capable of taking a perovskite crystal structure. Examples of such metal atoms include calcium (Ca), strontium (Sr), cadmium (Cd), copper (Cu), nickel (Ni), manganese (Mn), iron (Fe), cobalt (Co), Examples include metal atoms of palladium (Pd), germanium (Ge), tin (Sn), lead (Pb), ytterbium (Yb), europium (Eu), and indium (In). Of these, the metal atom forming the metal cation is particularly preferably Pb or Sn. The metal atom may be one kind of metal atom or two or more kinds of metal atoms. In the case of two or more kinds of metal atoms, two kinds of Pb and Sn are preferable. In addition, the ratio of the metal atom at this time is not specifically limited.

本発明に用いるペロブスカイト化合物において、アニオンXは、アニオン性原子Xのアニオンを表す。このアニオンは、好ましくはハロゲン原子のアニオンである。ハロゲン原子としては、例えば、フッ素原子、塩素原子、臭素原子およびヨウ素原子等が挙げられる。アニオンXは、1種のアニオン性原子のアニオンであってもよく、2種以上のアニオン性原子のアニオンであってもよい。2種以上のアニオン性原子のアニオンである場合には、2種のハロゲン原子のアニオン、特に臭素原子のアニオンおよびヨウ素原子のアニオンが好ましい。なお、このときのアニオン性原子のアニオンの割合は特に限定されない。   In the perovskite compound used in the present invention, the anion X represents an anion of the anionic atom X. This anion is preferably an anion of a halogen atom. As a halogen atom, a fluorine atom, a chlorine atom, a bromine atom, an iodine atom, etc. are mentioned, for example. The anion X may be an anion of one kind of anionic atom or an anion of two or more kinds of anionic atoms. In the case of anions of two or more types of anionic atoms, two types of anions of halogen atoms, particularly anions of bromine atoms and iodine atoms are preferred. In addition, the ratio of the anion of the anionic atom at this time is not particularly limited.

本発明に用いるペロブスカイト化合物は、上記の各構成イオンを有するペロブスカイト型結晶構造を有し、下記式(I)で表されるペロブスカイト化合物が好ましい。   The perovskite compound used in the present invention is preferably a perovskite compound having a perovskite crystal structure having each of the above constituent ions and represented by the following formula (I).

式(I):A
式中、Aは周期表第一族元素またはカチオン性有機基を表す。
Mは周期表第一族元素以外の金属原子を表す。Xはアニオン性原子を表す。
aは1または2を表し、mは1を表し、a、mおよびxはa+2m=xを満たす。すなわち、xは、aが1のとき3であり、aが2のとき4である。
Formula (I): A a M m X x
In the formula, A represents a group 1 element of the periodic table or a cationic organic group.
M represents a metal atom other than Group 1 elements of the periodic table. X represents an anionic atom.
a represents 1 or 2, m represents 1, and a, m, and x satisfy a + 2m = x. That is, x is 3 when a is 1 and 4 when a is 2.

式(I)において、周期表第一族元素またはカチオン性有機基Aは、ペロブスカイト型結晶構造の上記カチオンAを形成する。したがって、周期表第一族元素およびカチオン性有機基Aは、上記カチオンAとなってペロブスカイト型結晶構造を構成できる元素または基であれば、特に限定されない。周期表第一族元素またはカチオン性有機基Aは、上記カチオンAで説明した上記周期表第一族元素またはカチオン性有機基と同義であり、好ましいものも同じである。   In the formula (I), the periodic table group 1 element or the cationic organic group A forms the cation A having a perovskite crystal structure. Accordingly, the Group 1 element of the periodic table and the cationic organic group A are not particularly limited as long as they are elements or groups that can form the perovskite crystal structure by becoming the cation A. The Periodic Table Group 1 element or the cationic organic group A has the same meaning as the Periodic Table Group 1 element or the cationic organic group described above for the cation A, and the preferred ones are also the same.

金属原子Mは、ペロブスカイト型結晶構造の上記金属カチオンMを形成する金属原子である。したがって、金属原子Mは、周期表第一族元素以外の金属原子であって、上記金属カチオンMとなってペロブスカイト型結晶構造を構成できる原子であれば、特に限定されない。金属原子Mは、上記金属カチオンMで説明した上記金属原子と同義であり、好ましいものも同じである。   The metal atom M is a metal atom that forms the metal cation M having a perovskite crystal structure. Therefore, the metal atom M is not particularly limited as long as it is a metal atom other than the Group 1 element of the periodic table and can form the perovskite crystal structure by forming the metal cation M. The metal atom M is synonymous with the metal atom described in the metal cation M, and the preferred ones are also the same.

アニオン性原子Xは、ペロブスカイト型結晶構造の上記アニオンXを形成する。したがって、アニオン性原子Xは、上記アニオンXとなってペロブスカイト型結晶構造を構成できる原子であれば、特に限定されない。アニオン性原子Xは、上記アニオンXで説明した、アニオン性原子と同義であり、好ましいものも同じである。   The anionic atom X forms the anion X having a perovskite crystal structure. Therefore, the anionic atom X is not particularly limited as long as it is an atom that can form the perovskite crystal structure by becoming the anion X. The anionic atom X is synonymous with the anionic atom demonstrated by the said anion X, and its preferable thing is also the same.

式(I)で表されるペロブスカイト化合物は、aが1である場合、下記式(I−1)で表されるペロブスカイト化合物であり、aが2である場合、下記式(I−2)で表されるペロブスカイト化合物である。
式(I−1):AMX
式(I−2):AMX
式(I−1)および式(I−2)において、Aは周期表第一族元素またはカチオン性有機基を表し、上記式(I)のAと同義であり、好ましいものも同じである。
Mは、周期表第一族元素以外の金属原子を表し、上記式(I)のMと同義であり、好ましいものも同じである。
Xは、アニオン性原子を表し、上記式(I)のXと同義であり、好ましいものも同じである。
When a is 1, the perovskite compound represented by the formula (I) is a perovskite compound represented by the following formula (I-1), and when a is 2, the following formula (I-2) It is a perovskite compound represented.
Formula (I-1): AMX 3
Formula (I-2): A 2 MX 4
In formula (I-1) and formula (I-2), A represents a periodic table group 1 element or a cationic organic group, and is synonymous with A of the said formula (I), and its preferable thing is also the same.
M represents a metal atom other than the Group 1 element of the periodic table, and is synonymous with M in the above formula (I), and preferred ones are also the same.
X represents an anionic atom, and is synonymous with X of the said formula (I), and its preferable thing is also the same.

ここで、ペロブスカイト型結晶構造について、説明する。
ペロブスカイト型結晶構造は、上記のように、上記カチオンA、金属カチオンM、および、上記アニオンXを各構成イオンとして含有する。
図4(a)は、ペロブスカイト型結晶構造の基本単位格子を示す図であり、図4(b)はペロブスカイト型結晶構造において三次元的に基本単位格子が連続した構造を示す図である。図4(c)はペロブスカイト型結晶構造において無機層と有機層とが交互に積層された層状構造を示す図である。
式(I−1)で表されるペロブスカイト化合物は、図4(a)に示されるように、各頂点にカチオンAが配置され、体心に金属カチオンMが配置され、金属カチオンMを中心とする立方晶の各面心にアニオンXが配置する立方晶系の基本単位格子を有している。そして、図4(b)に示されるように、1つの基本単位格子は、隣接する(周囲を取り囲む)他の26個の各基本単位格子とカチオンAおよびアニオンXを共有しており、三次元的に基本単位格子が連続した構造をとっている。
Here, the perovskite crystal structure will be described.
As described above, the perovskite crystal structure contains the cation A, the metal cation M, and the anion X as constituent ions.
FIG. 4A is a diagram showing a basic unit cell of a perovskite crystal structure, and FIG. 4B is a diagram showing a structure in which the basic unit cell is three-dimensionally continuous in the perovskite crystal structure. FIG. 4C is a diagram showing a layered structure in which inorganic layers and organic layers are alternately stacked in a perovskite crystal structure.
In the perovskite compound represented by the formula (I-1), as shown in FIG. 4A, a cation A is arranged at each apex, a metal cation M is arranged at the body center, and the metal cation M is the center. A cubic basic unit cell in which an anion X is arranged at each face center of the cubic crystal. As shown in FIG. 4 (b), one basic unit cell shares the cation A and the anion X with each of the other 26 basic unit cells adjacent (surrounding), and is three-dimensional. The basic unit cell has a continuous structure.

一方、式(I−2)で表されるペロブスカイト化合物は、式(I−1)で表されるペロブスカイト化合物に対して、金属カチオンMとアニオンXとからなるMX八面体を有している点で同じであるが、基本単位格子およびその配列様式において異なる。すなわち、式(I−2)で表されるペロブスカイト化合物は、図4(c)に示されるように、MX八面体が二次元的(平面状)に一層に並ぶことによって形成された無機層と、無機層の間にカチオンAが挿入されることによって形成された有機層とが交互に積層された層状構造を有している。
このような層状構造において、基本単位格子は、同一層の面内で隣接する他の基本単位格子とカチオンAおよびアニオンXを共有している。一方、基本単位格子は、異なる層ではカチオンAおよびアニオンXを共有していない。この層状構造においては、カチオンAが有する有機基により無機層が分断された2次元的な層構造となっている。図4(c)に示されるように、カチオンA中の有機基が無機層間のスペーサー有機基として機能する。
層状構造を持つペロブスカイト化合物について、例えば、New.J.Chem.,2008,32,1736を参照することができる。
On the other hand, the perovskite compound represented by the formula (I-2) has an MX 6 octahedron composed of a metal cation M and an anion X with respect to the perovskite compound represented by the formula (I-1). Same in respect, but different in basic unit cell and its arrangement. That is, the perovskite compound represented by the formula (I-2) is an inorganic layer formed by arranging MX 6 octahedrons in a two-dimensional (planar) form as shown in FIG. 4 (c). And an organic layer formed by alternately inserting a cation A between the inorganic layers.
In such a layered structure, the basic unit cell shares the cation A and the anion X with other adjacent basic unit cells in the plane of the same layer. On the other hand, the basic unit cell does not share the cation A and the anion X in different layers. This layered structure has a two-dimensional layer structure in which the inorganic layer is divided by the organic group of the cation A. As shown in FIG. 4C, the organic group in the cation A functions as a spacer organic group between the inorganic layers.
For perovskite compounds having a layered structure, see, for example, New. J. et al. Chem. , 2008, 32, 1736.

ペロブスカイト化合物は、カチオンA(周期表第一族元素またはカチオン性有機基A)によって、とり得る結晶構造が決定される。例えば、カチオンAが周期表第一族元素のカチオンまたは炭素数が1の置換基R1a等を有するカチオン性有機基Aの有機カチオンである場合、ペロブスカイト化合物は式(I−1)で表され、立方晶系の結晶構造を取りやすい。このようなカチオンAとして、例えば、CH−NH、および、式(I−4)で表すことができる基を有する有機カチオンのうちH−C(=NH)−NH(R1bおよびR1cがともに水素原子である場合)等の各カチオンが挙げられる。
一方、カチオンAが炭素数2以上の置換基R1a等を有するカチオン性有機基Aのカチオンである場合、ペロブスカイト化合物は式(I−2)で表され、層状の結晶構造を取りやすい。このようなカチオンAとして、例えば、置換基R1aとして説明した、炭素数が2以上のアルキル基、シクロアルキル基、アルケニル基、アルキニル基、アリール基、ヘテロアリール基および上記式(I−4)で表すことができる基(ただし、R1bおよびR1cが置換基である場合)を有するカチオン性有機基Aの有機カチオンが挙げられる。
In the perovskite compound, a possible crystal structure is determined by the cation A (group 1 element of the periodic table or cationic organic group A). For example, when the cation A is a cation of a group 1 element of the periodic table or an organic cation of a cationic organic group A having a substituent R 1a having 1 carbon atom, the perovskite compound is represented by the formula (I-1) It is easy to take a cubic crystal structure. Examples of the cation A include CH 3 —NH 3 and HC (═NH) —NH 3 (R 1b and R 1) among organic cations having a group that can be represented by the formula (I-4). And cations such as when 1c is a hydrogen atom.
On the other hand, when the cation A is a cation of a cationic organic group A having a substituent R 1a having 2 or more carbon atoms, the perovskite compound is represented by the formula (I-2) and easily takes a layered crystal structure. Examples of such a cation A include an alkyl group having 2 or more carbon atoms, a cycloalkyl group, an alkenyl group, an alkynyl group, an aryl group, a heteroaryl group, and the above formula (I-4) described as the substituent R 1a. And an organic cation of the cationic organic group A having a group that can be represented by the formula (provided that R 1b and R 1c are substituents).

本発明に用いるペロブスカイト化合物は、式(I−1)で表される化合物および式(I−2)で表される化合物のいずれでもよく、これらの混合物でもよい。したがって、本発明において、ペロブスカイト化合物は、光吸収剤として少なくとも1種が存在していればよく、組成式、分子式および結晶構造等により、厳密にいかなる化合物であるかを明確に区別する必要はない。   The perovskite compound used in the present invention may be either a compound represented by formula (I-1) or a compound represented by formula (I-2), or a mixture thereof. Therefore, in the present invention, at least one perovskite compound only needs to be present as a light absorber, and it is not necessary to clearly distinguish which compound is strictly based on the composition formula, molecular formula, crystal structure, and the like. .

以下に、本発明に用いるペロブスカイト化合物の具体例を例示するが、これによって本発明が制限されるものではない。下記においては、式(I−1)で表される化合物と、式(I−2)で表される化合物とを分けて記載する。ただし、式(I−1)で表される化合物として例示した化合物であっても、合成条件等によっては、式(I−2)で表される化合物となる場合もあり、また、式(I−1)で表される化合物と式(I−2)で表される化合物との混合物となる場合もある。同様に、式(I−2)で表される化合物として例示した化合物であっても、式(I−1)で表される化合物となる場合もあり、また、式(I−1)で表される化合物と式(I−2)で表される化合物との混合物となる場合もある。   Specific examples of the perovskite compound used in the present invention are illustrated below, but the present invention is not limited thereby. In the following, the compound represented by the formula (I-1) and the compound represented by the formula (I-2) are described separately. However, even if it is a compound illustrated as a compound represented by a formula (I-1), depending on synthesis conditions etc., it may become a compound represented by a formula (I-2). In some cases, the mixture is a mixture of the compound represented by -1) and the compound represented by formula (I-2). Similarly, even if it is a compound illustrated as a compound represented by a formula (I-2), it may become a compound represented by a formula (I-1), and is represented by a formula (I-1). In some cases, the compound is a mixture of the compound represented by formula (I-2).

式(I−1)で表される化合物の具体例として、例えば、CHNHPbCl、CHNHPbBr、CHNHPbI、CHNHPbBrI、CHNHPbBrI、CHNHSnBr、CHNHSnI、CH(=NH)NHPbIが挙げられる。 Specific examples of the compound represented by formula (I-1) include, for example, CH 3 NH 3 PbCl 3 , CH 3 NH 3 PbBr 3 , CH 3 NH 3 PbI 3 , CH 3 NH 3 PbBrI 2 , and CH 3 NH 3. PbBr 2 I, include CH 3 NH 3 SnBr 3, CH 3 NH 3 SnI 3, CH (= NH) NH 3 PbI 3.

式(I−2)で表される化合物の具体例として、例えば、(CNHPbI、(CH=CHNHPbI、(CH≡CNHPbI、(n−CNHPbI、(n−CNHPbI、(CNHPbI、(CNHPbI、(CNHPbI、(CSNHPbIが挙げられる。
ここで、(CSNHPbIにおけるCSNHはアミノチオフェンである。
Specific examples of the compound represented by the formula (I-2) include, for example, (C 2 H 5 NH 3 ) 2 PbI 4 , (CH 2 = CHNH 3 ) 2 PbI 4 , (CH≡CNH 3 ) 2 PbI 4 , (n-C 3 H 7 NH 3) 2 PbI 4, (n-C 4 H 9 NH 3) 2 PbI 4, (C 6 H 5 NH 3) 2 PbI 4, (C 6 H 3 F 2 NH 3 ) 2 PbI 4 , (C 6 F 5 NH 3 ) 2 PbI 4 , (C 4 H 3 SNH 3 ) 2 PbI 4 .
Here, C 4 H 3 SNH 3 in (C 4 H 3 SNH 3) 2 PbI 4 is aminothiophene.

式(I)で表されるペロブスカイト型光吸収剤は、MXとAXとから合成することができる。例えば、上記非特許文献1が挙げられる。また、Akihiro Kojima, Kenjiro Teshima, Yasuo Shirai, and Tsutomu Miyasaka, “Organometal Halide Perovskites as Visible−Light Sensitizers for Photovoltaic Cells”, J.Am.Chem.Soc.,2009,131(17),6050−6051も挙げられる。 The perovskite light absorber represented by the formula (I) can be synthesized from MX 2 and AX. For example, the said nonpatent literature 1 is mentioned. Also, Akihiro Kojima, Kenjiro Teshima, Yasuo Shirai, and Tsutomu Miyasaka, “Organometric Halide Perovskites as Visible Slightly.” Am. Chem. Soc. , 2009, 131 (17), 6050-6051.

ペロブスカイト型光吸収剤の使用量は、少なくとも多孔質層12の表面のうち光が入射する表面の少なくとも一部であればよく、表面全体を覆う量が好ましい。   The amount of the perovskite light absorber used may be at least a part of the surface of the porous layer 12 on which light is incident, and is preferably an amount covering the entire surface.

2.金属錯体色素、有機色素
属錯体色素および有機色素は、どのような構造を有する化合物でもよいが、金属錯体色素はRu金属錯体色素およびフタロシアニン色素が好ましく、Ru金属錯体色素がより好ましい。有機色素はシアニン色素が好ましい。
2. Metal complex dye, organic dye
Metallic complex dye and an organic dye, any structure may be a compound having, but metal complex dye is preferably Ru metal complex dye and phthalocyanine dyes, Ru metal complex dye is more preferable. The organic dye is preferably a cyanine dye.

2a.Ru金属錯体色素
Ru金属錯体色素としては、特に限定されないが、下記式(DA)で表されるRu金属錯体色素、ビピリジンまたはターピリジン骨格の配位子が配位したRu金属錯体色素が好ましい。
なかでも、Ru金属錯体色素は、下記式(DA)で表される色素であって、L2がビピリジン骨格の配位子またはL3がターピリジン骨格の配位子であるRu金属錯体色素が好ましく、さらに、Ru金属錯体色素の分子内にアミノ基を有するRu金属錯体色素が好ましい。
2a. Ru metal complex dye The Ru metal complex dye is not particularly limited, but a Ru metal complex dye represented by the following formula (DA), a Ru metal complex dye coordinated with a ligand of a bipyridine or terpyridine skeleton is preferable.
Among them, the Ru metal complex dye is preferably a Ru metal complex dye represented by the following formula (DA), wherein L2 is a ligand of a bipyridine skeleton or L3 is a ligand of a terpyridine skeleton, A Ru metal complex dye having an amino group in the molecule of the Ru metal complex dye is preferable.

式(DA)
Ru(L1)m1(L2)m2(L3)m3・CI
Formula (DA)
Ru (L1) m1 (L2) m2 (L3) m3 · CI

式中、L1は1座の配位子を表し、L2は2座の配位子を表し、L3は3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ときの対イオンを表す。m1は0〜3の整数を表し、m2は0〜3の整数を表し、m3は0〜2の整数を表す。ただし、m1+m2×2+m3×3=6である。   In the formula, L1 represents a monodentate ligand, L2 represents a bidentate ligand, and L3 represents a tridentate ligand. CI represents the counter ion when the counter ion is required to neutralize the charge. m1 represents an integer of 0 to 3, m2 represents an integer of 0 to 3, and m3 represents an integer of 0 to 2. However, m1 + m2 × 2 + m3 × 3 = 6.

L1における1座の配位子としては、特に限定されないが、ハロゲンイオン、シアネートアニオン、イソシアネートアニオン、チオシアネートアニオン、イソチオシアネートアニオン、セレノシアネートアニオン、イソセレノシアネートアニオンが好ましく、イソシアネートアニオン、イソチオシアネートアニオン、イソセレノシアネートアニオンがより好ましく、イソチオシアネートアニオンが特に好ましい。   The monodentate ligand in L1 is not particularly limited, but is preferably a halogen ion, a cyanate anion, an isocyanate anion, a thiocyanate anion, an isothiocyanate anion, a selenocyanate anion, an isoselenocyanate anion, an isocyanate anion, an isothiocyanate anion, An isoselenocyanate anion is more preferred, and an isothiocyanate anion is particularly preferred.

L2における2座の配位子としては、特に限定されないが、ビピリジン(特に2,2’−ビピリジン)、2−(5−ピラゾリル)ピリジン、1,3−ジケトンが好ましく、ビピリジンがより好ましい。L2は、カルボキシ基で置換されたビピリジン(特に、4,4’−ジカルボキシ−2,2’−ビピリジン)がさらに好ましい。L2を複数有する場合、少なくとも1つがカルボキシ基で置換されたビピリジンであることが好ましい。   The bidentate ligand in L2 is not particularly limited, but bipyridine (particularly 2,2'-bipyridine), 2- (5-pyrazolyl) pyridine, and 1,3-diketone are preferable, and bipyridine is more preferable. L2 is more preferably bipyridine substituted with a carboxy group (particularly 4,4'-dicarboxy-2,2'-bipyridine). When it has two or more L2, it is preferable that at least one is bipyridine substituted by the carboxy group.

L3における3座の配位子としては、特に限定されないが、含窒素ヘテロアリール環の環構成窒素原子に結合する環構成炭素同士が単結合で3個の含窒素ヘテロアリール環が結合した配位子が好ましい。上記含窒素ヘテロアリール環としては、上記R1aにおけるヘテロアリール基の芳香族ヘテロ環または縮合ヘテロ環のうち環構成原子として窒素原子を有するヘテロ環が挙げられる。L3はなかでもターピリジン(特に、2,2’:6’,2”−ターピリジン)が好ましい。
これらの含窒素ヘテロアリール環はカルボキシ基で置換されていることが好ましく、2つ以上の含窒素ヘテロアリール環がカルボキシ基で置換されていることがより好ましく、3つの含窒素ヘテロアリール環がカルボキシ基で置換されていることがさらに好ましい。
なかでも、4,4’,4”−トリカルボキシ−2,2’:6’,2”−ターピリジンが好ましい。
Although it does not specifically limit as a tridentate ligand in L3, Coordination in which three nitrogen-containing heteroaryl rings are bonded by a single bond between ring-constituting carbon atoms bonded to a nitrogen-constituting nitrogen atom of a nitrogen-containing heteroaryl ring A child is preferred. Examples of the nitrogen-containing heteroaryl ring include heterocycles having a nitrogen atom as a ring-constituting atom of the aromatic heterocycle or fused heterocycle of the heteroaryl group in R 1a . L3 is particularly preferably terpyridine (particularly 2,2 ′: 6 ′, 2 ″ -terpyridine).
These nitrogen-containing heteroaryl rings are preferably substituted with a carboxy group, more preferably two or more nitrogen-containing heteroaryl rings are substituted with a carboxy group, and three nitrogen-containing heteroaryl rings are carboxy groups. More preferably, it is substituted with a group.
Of these, 4,4 ′, 4 ″ -tricarboxy-2,2 ′: 6 ′, 2 ″ -terpyridine is preferable.

CIは、Cl、I、CFSO (TfO)、PF 、H、N(C (NBu )が挙げられ、Cl、N(C が好ましい。 CI includes Cl , I , CF 3 SO 3 (TfO ), PF 6 , H + , N (C 4 H 9 ) 4 + (NBu 4 + ), and Cl , N (C 4 H 9 ) 4 + is preferred.

Ru金属錯体色素は分子内にアミノ基を有していることが好ましい。Ru金属錯体色素が分子内にアミノ基を有していると、光電変換効率が向上する。特に、感光層13が光吸収剤を含む上記態様(ai)および(aii−1)の場合に、分子内にアミノ基を有するRu金属錯体色素を上記ペロブスカイト化合物と併用すると、光電変換効率の向上効果が顕著になる。
Ru金属錯体色素が好ましく有するアミノ基は、特に限定されないが、窒素原子に結合する水素原子を少なくとも1つ有するアミノ基(一置換アミノ基または無置換アミノ基)が好ましく、窒素原子に結合する2つの水素原子を有するアミノ基(無置換アミノ基)がさらに好ましい。
一置換アミノ基の置換基は、アルキル、アリール基またはヘテロアリール基が挙げられる。アルキル基、アリール基およびヘテロアリール基は、それぞれ、特に限定されないが、上記R1aのアルキル基、アリール基およびヘテロアリール基と同義であり、好ましいものも同じである。
The Ru metal complex dye preferably has an amino group in the molecule. When the Ru metal complex dye has an amino group in the molecule, the photoelectric conversion efficiency is improved. In particular, in the case of the above embodiments (ai) and (aii-1) in which the photosensitive layer 13 contains a light absorber, when a Ru metal complex dye having an amino group in the molecule is used in combination with the perovskite compound, the photoelectric conversion efficiency is improved. The effect becomes remarkable.
The amino group that the Ru metal complex dye preferably has is not particularly limited, but an amino group having at least one hydrogen atom bonded to a nitrogen atom (monosubstituted amino group or unsubstituted amino group) is preferable, and 2 bonded to the nitrogen atom. More preferred is an amino group having two hydrogen atoms (an unsubstituted amino group).
Examples of the substituent of the monosubstituted amino group include an alkyl group, an aryl group, and a heteroaryl group. The alkyl group, aryl group, and heteroaryl group are not particularly limited, but are the same as the alkyl group, aryl group, and heteroaryl group of R 1a described above, and preferred ones are also the same.

Ru金属錯体色素が好ましく有するアミノ基としては、例えば、無置換アミノ(−NH)、アルキルアミノ基(メチルアミノ、エチルアミノ、n−ヘキシルアミノ、2−エチルヘキシルアミノもしくはn−オクタデシルアミノ等)、アリールアミノ基(フェニルアミノもしくはN−ナフチルアミノ等)またはヘテロアリールアミノ基(N−イミダゾリルアミノ、ピロリルアミノもしくはチエニルアミノ等)が挙げられる。無置換アミノが好ましい。 Examples of the amino group that the Ru metal complex dye preferably has include, for example, unsubstituted amino (—NH 2 ), alkylamino group (such as methylamino, ethylamino, n-hexylamino, 2-ethylhexylamino, or n-octadecylamino), An arylamino group (such as phenylamino or N-naphthylamino) or a heteroarylamino group (such as N-imidazolylamino, pyrrolylamino or thienylamino) can be mentioned. Unsubstituted amino is preferred.

アミノ基は、窒素原子が上記配位子L1、L2またはL3に直接結合していてもよく、2価の連結基を介して上記配位子L1、L2またはL3に結合していてもよい。2価の連結基としては、特に限定されないが、アルキレン基、アルケニレン基、アルキニレン基、アリーレン基、ヘテロアリール環基、カルボニル基等が挙げられる。中でも、カルボニル基が好ましい。
アミノ基が結合する配位子および配位子中の結合位置は、特に限定されない。
In the amino group, a nitrogen atom may be directly bonded to the ligand L1, L2 or L3, or may be bonded to the ligand L1, L2 or L3 via a divalent linking group. Although it does not specifically limit as a bivalent coupling group, An alkylene group, alkenylene group, alkynylene group, arylene group, heteroaryl ring group, a carbonyl group, etc. are mentioned. Of these, a carbonyl group is preferred.
The ligand to which the amino group is bonded and the bonding position in the ligand are not particularly limited.

連結基を介して配位子に結合するアミノ基としては、カルボニル基を有する無置換アミノ基(カルバモイル基)が好ましい。   As the amino group bonded to the ligand via a linking group, an unsubstituted amino group (carbamoyl group) having a carbonyl group is preferable.

以下に、Ru金属錯体色素の具体例を例示するが、これによって本発明が制限されるものではない。下記具体例において、Buは−Cを示す。 Specific examples of Ru metal complex dyes are illustrated below, but the present invention is not limited thereby. In the following specific examples, Bu denotes a -C 4 H 9.

Figure 0006089007
Figure 0006089007

Ru金属錯体色素は、上記以外にも、下記実施例で用いたRu金属錯体色素、特開2013−084594号公報に記載のRu金属錯体色素(特に、段落番号0072〜0081等に記載のRu金属錯体色素)、国際公開第2013/088898号パンフレットに記載のRu金属錯体色素(特に、段落番号0286〜0293に記載のRu金属錯体色素)、米国特許出願公開第2012−0073660号明細書に記載のRu金属錯体色素(特に、段落番号0033〜0049に記載のRu金属錯体色素)も本発明に好ましく使用できる。   In addition to the above, the Ru metal complex dye includes the Ru metal complex dye used in the following Examples, the Ru metal complex dye described in JP2013-084594A (in particular, the Ru metal described in paragraphs 0072 to 0081, etc.). Complex dyes), Ru metal complex dyes described in International Publication No. 2013/0888898 (in particular, Ru metal complex dyes described in Paragraph Nos. 0286 to 0293), and US Patent Application Publication No. 2012-0073660. Ru metal complex dyes (particularly, Ru metal complex dyes described in paragraphs 0033 to 0049) can also be preferably used in the present invention.

2b.フタロシアニン色素
フタロシアニン色素は、ナフタロシアニン色素を含み、本発明においては、下記式(DB)で表されるフタロシアニン色素が好ましい。
2b. Phthalocyanine dye The phthalocyanine dye contains a naphthalocyanine dye, and in the present invention, a phthalocyanine dye represented by the following formula (DB) is preferable.

Figure 0006089007
Figure 0006089007

式中、Rf1〜Rf16は各々独立に水素原子または置換基を表し、これらのうち、隣接する基が互いに結合して環を形成してもよい。MIIは金属原子または金属酸化物を表す。 In the formula, R f1 to R f16 each independently represent a hydrogen atom or a substituent, and among these, adjacent groups may be bonded to each other to form a ring. M II represents a metal atom or a metal oxide.

f1〜Rf16における置換基は、特に限定されないが、アルキル基、アルケニル基、アルキニル基、アリール基、ヘテロ環基、アルコキシ基、アルキルチオ基、アミノ基、アルキルアミノ基、アリールアミノ基、アシル基、アルコキシカルボニル基、アリールオキシカルボニル基、アシルアミノ基、スルホンアミド基、カルバモイル基、スルファモイル基、ハロゲン原子、シアノ基、ヒドロキシ基、カルボキシ基またはスルホ基が挙げられる。Rf1、Rf4、Rf5、Rf8、R、Rf12、Rf13およびRf16は、各々独立に、水素原子、アルキル基またはアルコキシ基が好ましく、水素原子または炭素数が1〜6のアルコキシ基がさらに好ましい。 The substituent in R f1 to R f16 is not particularly limited, but an alkyl group, alkenyl group, alkynyl group, aryl group, heterocyclic group, alkoxy group, alkylthio group, amino group, alkylamino group, arylamino group, acyl group , Alkoxycarbonyl group, aryloxycarbonyl group, acylamino group, sulfonamido group, carbamoyl group, sulfamoyl group, halogen atom, cyano group, hydroxy group, carboxy group or sulfo group. R f1 , R f4 , R f5 , R f8 , R 9 , R f12 , R f13 and R f16 are each independently preferably a hydrogen atom, an alkyl group or an alkoxy group, and a hydrogen atom or a carbon number of 1 to 6 More preferred are alkoxy groups.

f1〜Rf16の互いに隣接する基が形成する環としては、芳香環、脂肪族環、ヘテロ環が挙げられる。芳香環としては、ベンゼン環、ナフタレン環が好ましい。脂肪族環としては、シクロペンタン環、シクロヘキサン環が好ましい。ヘテロ環としては、上記R1aにおけるヘテロアリール基で挙げた環が好ましい。また、ヘテロ環は、ヘテロアリール環以外にも非芳香族へテロ環も好ましい。非芳香族へテロ環としては、5または6員環で、環構成原子が窒素原子、酸素原子または硫黄原子であるヘテロ環が好ましい。5員環または6員環の非芳香族へテロ環としては、テトラヒドロチオフェン環、テトラヒドロフラン環、ピロリジン環、ピロリン環、イミダゾリジン環、ピラゾリジン環、ピペリジン環、ピペラジン環、モルホリン環が挙げられる。非芳香族へテロ環は、上記5員環または6員環の非芳香族へテロ環にベンゼン環が縮環した環も好ましい。
f2およびRf3、Rf6およびRf7、R10およびRf11、Rf14およびRf15は、各々独立に、それぞれが結合してベンゼン環またはナフタレン環を形成することが好ましい。
Examples of the ring formed by the groups adjacent to R f1 to R f16 include an aromatic ring, an aliphatic ring, and a heterocyclic ring. As the aromatic ring, a benzene ring and a naphthalene ring are preferable. As the aliphatic ring, a cyclopentane ring and a cyclohexane ring are preferable. As the hetero ring, the ring exemplified for the heteroaryl group in R 1a is preferable. In addition to the heteroaryl ring, the hetero ring is preferably a non-aromatic hetero ring. The non-aromatic heterocycle is preferably a 5- or 6-membered heterocycle having a nitrogen atom, an oxygen atom or a sulfur atom as the ring constituent atom. Examples of the 5-membered or 6-membered non-aromatic heterocycle include a tetrahydrothiophene ring, a tetrahydrofuran ring, a pyrrolidine ring, a pyrroline ring, an imidazolidine ring, a pyrazolidine ring, a piperidine ring, a piperazine ring, and a morpholine ring. The non-aromatic hetero ring is also preferably a ring in which a benzene ring is condensed to the 5-membered or 6-membered non-aromatic hetero ring.
R f2 and R f3 , R f6 and R f7 , R 10 and R f11 , R f14 and R f15 are preferably each independently bonded to form a benzene ring or a naphthalene ring.

金属原子MIIとしては、Co、Ni、Cu、ZnまたはPbが好ましい。金属酸化物としては、チタニルオキシ、バナジルオキシまたはモリブジルオキシが好ましい。 As the metal atom M II is, Co, Ni, Cu, Zn or Pb are preferred. As the metal oxide, titanyloxy, vanadyloxy or molybdyloxy is preferable.

以下に、フタロシアニン色素の具体例を例示する。なお、Buは−Cである。
Hereinafter, you specific examples of the phthalocyanine dye. Incidentally, Bu is -C 4 H 9.

Figure 0006089007
Figure 0006089007

フタロシアニン色素は、上記以外にも、特開2007−231040号公報に記載のフタロシアニン色素(特に、段落番号0029に記載のフタロシアニン色素)、特開2012−167189号公報に記載のフタロシアニン色素(特に、段落番号0036〜0040に記載のフタロシアニン色素)も本発明に好ましく使用できる。   In addition to the above, phthalocyanine dyes include phthalocyanine dyes described in JP-A-2007-2331040 (particularly phthalocyanine dyes described in paragraph No. 0029) and phthalocyanine dyes described in JP-A-2012-167189 (particularly in paragraphs). The phthalocyanine dyes described in Nos. 0036 to 0040 can also be preferably used in the present invention.

3.シアニン色素
シアニン色素は、どのような構造を有するシアニン色素でもよいが、吸収波長が長い色素が好ましく、600nm以上に吸収波長を有する色素が好ましく、700nm以上に吸収波長を有する色素がより好ましく、800nm以上に吸収波長を有する色素がさらに好ましい。なかでも、600〜1500nmの範囲に吸収波長を有する色素が好ましく、700〜1400nmの範囲に吸収波長を有する色素がより好ましく、800〜1200nmの範囲に吸収波長を有する色素がさらに好ましい。
ここで、本明細書における色素の吸収における波長は、感光層13に組み込んだ状態での波長である。感光層13に組み込んだ状態での波長は、具体的には、反射スペクトルを測定することにより、求められる。
3. Cyanine dye The cyanine dye may be a cyanine dye having any structure, but a dye having a long absorption wavelength is preferable, a dye having an absorption wavelength of 600 nm or more is preferable, a dye having an absorption wavelength of 700 nm or more is more preferable, and 800 nm More preferred are dyes having an absorption wavelength. Especially, the pigment | dye which has an absorption wavelength in the range of 600-1500 nm is preferable, The pigment | dye which has an absorption wavelength in the range of 700-1400 nm is more preferable, The pigment | dye which has an absorption wavelength in the range of 800-1200 nm is further more preferable.
Here, the wavelength in the absorption of the dye in this specification is a wavelength in a state of being incorporated in the photosensitive layer 13. Specifically, the wavelength in the state incorporated in the photosensitive layer 13 is obtained by measuring the reflection spectrum.

本発明において好ましいシアニン色素は下記式(DC)で表されるシアニン色素である。   A preferred cyanine dye in the present invention is a cyanine dye represented by the following formula (DC).

Figure 0006089007
Figure 0006089007

式中、Qは4価の芳香族基を表し、XおよびXは各々独立に硫黄原子、酸素原子、または−C(Ra)(Rb)−を表す。ここで、RaおよびRbは、各々独立に、水素原子、脂肪族基、芳香族基、炭素原子で結合するヘテロ環基を表し、これらは置換されていてもよい。RD1およびRD2は各々独立に脂肪族基、芳香族基または炭素原子で結合するヘテロ環基を表し、これらは置換されていてもよい。PおよびPは各々独立に色素残基を表し、これらは互いに同一でも異なってもよい。Wは電荷を中和させるのに必要な場合の対イオンを表す。
式(DC)において、芳香族基は、芳香族性を有する基であればよく、例えば、上記Rf1〜Rf16で説明した芳香環からなる基、または、上記R1aで説明したヘテロアリール基等が挙げられる。芳香族基は、式(DC)中の基の価数に合うように水素原子が除去されてなる基である。
脂肪族基は、芳香族性を有しない基であればよく、例えば、アルキル基、アルケニル基、アルキニル基、アルコキシ基、アルキルチオ基、アルキルアミノ基、アルコキシカルボニル基、アシルアミノ基、スルホンアミド基、カルバモイル基、スルファモイル基、または、上記Rf1〜Rf16で説明した脂肪族環もしくは非芳香族ヘテロ環からなる基等が挙げられる。なかでも、アルキル基が好ましく、炭素数が1〜10のアルキル基がより好ましい。
In the formula, Q represents a tetravalent aromatic group, and X 1 and X 2 each independently represent a sulfur atom, an oxygen atom, or —C (Ra) (Rb) —. Here, Ra and Rb each independently represent a hydrogen atom, an aliphatic group, an aromatic group, or a heterocyclic group bonded with a carbon atom, and these may be substituted. R D1 and R D2 each independently represent an aliphatic group, an aromatic group or a heterocyclic group bonded with a carbon atom, and these may be substituted. P 1 and P 2 each independently represent a dye residue, which may be the same or different from each other. W 1 represents a counter ion as necessary to neutralize the charge.
In the formula (DC), the aromatic group may be a group having aromaticity, for example, a group consisting of an aromatic ring described in the above R f1 to R f16 or a heteroaryl group described in the above R 1a Etc. The aromatic group is a group formed by removing a hydrogen atom so as to match the valence of the group in the formula (DC).
The aliphatic group may be any group that does not have aromaticity, such as an alkyl group, an alkenyl group, an alkynyl group, an alkoxy group, an alkylthio group, an alkylamino group, an alkoxycarbonyl group, an acylamino group, a sulfonamide group, and a carbamoyl group. Group, a sulfamoyl group, or a group composed of an aliphatic ring or a non-aromatic heterocycle described in R f1 to R f16 above. Especially, an alkyl group is preferable and a C1-C10 alkyl group is more preferable.

とPは下記式(a)または(b)で表される基が好ましい。 P 1 and P 2 are preferably groups represented by the following formula (a) or (b).

Figure 0006089007
Figure 0006089007

式中、Va1は置換基を表す。
nは0〜4の整数を表し、nが0〜2の整数が好ましく、0または1がより好ましい。
nが2以上の場合、複数のVa1は同一でも異なっていてもよく、または互いに結合して環を形成してもよい。
Yは−S−、−N(Ra9)−または−C(Ra11)(Ra12)−を表す。ここで、Ra9は水素原子、脂肪族基、芳香族基または炭素原子で結合するヘテロ環基を表す。Ra11およびRa12は各々独立に、水素原子、脂肪族基、芳香族基または炭素原子で結合するヘテロ環基を表し、これらは同一でも異なっていてもよく、互いに結合し環を形成してもよい。
Zは脂肪族基、芳香族基または炭素原子で結合するヘテロ環基を表し、置換基を有していてもよい。Zはアルキル基が好ましい。
a3〜Ra6およびRa8は、各々独立に、水素原子、脂肪族基、芳香族基またはヘテロ環基を表し、これらは置換基を有していてもよい。
a7は酸素原子、結合する二つの置換基のHammett則におけるσpの和が正となる2価の炭素原子を表す。
In the formula, V a1 represents a substituent.
n represents an integer of 0 to 4, n is preferably an integer of 0 to 2, and 0 or 1 is more preferable.
When n is 2 or more, the plurality of V a1 may be the same or different, or may be bonded to each other to form a ring.
Y represents —S—, —N (R a9 ) — or —C (R a11 ) (R a12 ) —. Here, R a9 represents a hydrogen atom, an aliphatic group, an aromatic group, or a heterocyclic group bonded with a carbon atom. R a11 and R a12 each independently represent a hydrogen atom, an aliphatic group, an aromatic group, or a heterocyclic group bonded by a carbon atom, which may be the same or different and are bonded to each other to form a ring. Also good.
Z represents an aliphatic group, an aromatic group, or a heterocyclic group bonded with a carbon atom, and may have a substituent. Z is preferably an alkyl group.
R a3 to R a6 and R a8 each independently represent a hydrogen atom, an aliphatic group, an aromatic group or a heterocyclic group, and these may have a substituent.
R a7 represents an oxygen atom and a divalent carbon atom in which the sum of σp in the Hammett rule of the two substituents to be bonded is positive.

a1における置換基は、アルキル基、アルケニル基、アルキニル基、アリール基、ヘテロ環基、アルコキシ基、アルキルチオ基、アミノ基、アルキルアミノ基、アリールアミノ基、アシル基、アルコキシカルボニル基、アリールオキシカルボニル基、アシルアミノ基、スルホンアミド基、カルバモイル基、スルファモイル基、ハロゲン原子、シアノ基、ヒドロキシ基、カルボキシ基またはスルホ基が挙げられる。 The substituent in V a1 is an alkyl group, alkenyl group, alkynyl group, aryl group, heterocyclic group, alkoxy group, alkylthio group, amino group, alkylamino group, arylamino group, acyl group, alkoxycarbonyl group, aryloxycarbonyl. Group, acylamino group, sulfonamido group, carbamoyl group, sulfamoyl group, halogen atom, cyano group, hydroxy group, carboxy group or sulfo group.

a3〜Ra6、Ra8、Ra9、Ra11およびRa12における脂肪族基および芳香族基は、上記式(DC)において説明した脂肪族基および芳香族基と同義である。Ra3〜Ra6、Ra8、Ra9、Ra11およびRa12におけるヘテロ環基はRf1〜Rf16におけるヘテロ環からなる基が好ましい。Ra3〜Ra6およびRa8は、それぞれ、水素原子が好ましく、Ra9、Ra11およびRa12はアルキル基が好ましい。
Qは4価のベンゼン環基またはナフタレン環基が好ましい。
a7は、酸素原子および下記構造が好ましく、酸素原子がより好ましい。
The aliphatic group and the aromatic group in R a3 to R a6 , R a8 , R a9 , R a11 and R a12 have the same meanings as the aliphatic group and the aromatic group described in the above formula (DC). The heterocyclic group in R a3 to R a6 , R a8 , R a9 , R a11 and R a12 is preferably a group consisting of a heterocyclic ring in R f1 to R f16 . R a3 to R a6 and R a8 are each preferably a hydrogen atom, and R a9 , R a11 and R a12 are each preferably an alkyl group.
Q is preferably a tetravalent benzene ring group or a naphthalene ring group.
R a7 preferably has an oxygen atom and the following structure, and more preferably an oxygen atom.

Figure 0006089007
Figure 0006089007

は、上記式(DA)中のCIの例が挙げられ、好ましい範囲も同様である。 Examples of W 1 include CI in the above formula (DA), and the preferred range is also the same.

以下に、シアニン色素の具体例を例示する。
Hereinafter, you Specific examples of the cyanine dye.

Figure 0006089007
Figure 0006089007

式(DC)で表されるシアニン色素は、上記以外にも、特開2012−144688号公報に記載のシアニン色素(特に、段落番号0039〜0046および段落番号0054〜0060に記載のシアニン色素)も好ましく用いることができる。   In addition to the above, the cyanine dye represented by the formula (DC) is also a cyanine dye described in JP 2012-144688 A (in particular, a cyanine dye described in paragraphs 0039 to 0046 and paragraphs 0054 to 0060). It can be preferably used.

光吸収剤IIは、800nm以上に吸収を有する色素が好ましく、800nm〜1200nmの範囲に吸収を有する色素がより好ましい。
なお、本発明では、光吸収剤IIとして、分子内にアミノ基を有するRu金属錯体色素を使用する。
The light absorber II is preferably a dye having absorption at 800 nm or more, and more preferably a dye having absorption in the range of 800 nm to 1200 nm.
In the present invention, a Ru metal complex dye having an amino group in the molecule is used as the light absorber II.

3.光吸収剤Iと光吸収剤II
本発明において、光吸収剤Iおよび光吸収剤IIは、感光層13が上記機能を発揮するように、感光層13に含まれていれば、各光吸収剤の含有量(使用量)および含有量比は特に限定されない。光吸収剤Iを含む感光層は膜厚を厚く形成することができる。例えば、上記感光層の膜厚とすることもできる。一方、光吸収剤IIからなる感光層は、通常、薄く、例えば単分子膜状に形成される。
3. Light absorber I and light absorber II
In the present invention, if the light absorber I and the light absorber II are contained in the photosensitive layer 13 so that the photosensitive layer 13 exhibits the above function, the content (use amount) and the content of each light absorber. The amount ratio is not particularly limited. The photosensitive layer containing the light absorber I can be formed thick. For example, it may be the film thickness of the photosensitive layer. On the other hand, the photosensitive layer made of the light absorber II is usually thin and formed, for example, in the form of a monomolecular film.

<正孔輸送層3>
正孔輸送層3は、光吸収剤の酸化体に電子を補充する機能を有し、好ましくは固体状の層である。正孔輸送層3は、好ましくは第一電極1の感光層13と第二電極2の間に設けられる。
<Hole transport layer 3>
The hole transport layer 3 has a function of replenishing electrons to the oxidant of the light absorber, and is preferably a solid layer. The hole transport layer 3 is preferably provided between the photosensitive layer 13 of the first electrode 1 and the second electrode 2.

正孔輸送層3を形成する正孔輸送材料は、特に限定されないが、CuI、CuNCS等の無機材料、および、特開2001−291534号公報の段落番号0209〜0212に記載の有機正孔輸送材料等が挙げられる。有機正孔輸送材料としては、好ましくは、ポリチオフェン、ポリアニリン、ポリピロールおよびポリシラン等の導電性高分子、2個の環がC、Siなど四面体構造をとる中心原子を共有するスピロ化合物、トリアリールアミン等の芳香族アミン化合物、トリフェニレン化合物、含窒素複素環化合物または液晶性シアノ化合物が挙げられる。
正孔輸送材料は、溶液塗布可能で固体状になる有機正孔輸送材料が好ましく、具体的には、2,2’,7,7’−テトラキス−(N,N−ジ−p−メトキシフェニルアミン)−9,9−スピロビフルオレン(Spiro−OMeTADともいう)、ポリ(3−ヘキシルチオフェン−2,5−ジイル)、4−(ジエチルアミノ)ベンゾアルデヒド ジフェニルヒドラゾン、ポリエチレンジオキシチオフェン(PEDOT)等が挙げられる。
The hole transport material for forming the hole transport layer 3 is not particularly limited, but is an inorganic material such as CuI or CuNCS, and the organic hole transport material described in JP-A-2001-291534, paragraphs 0209-0212. Etc. The organic hole transport material is preferably a conductive polymer such as polythiophene, polyaniline, polypyrrole and polysilane, a spiro compound in which two rings share a tetrahedral structure such as C and Si, and triarylamine. And aromatic amine compounds such as triphenylene compounds, nitrogen-containing heterocyclic compounds, and liquid crystalline cyano compounds.
The hole transport material is preferably an organic hole transport material that can be applied by a solution and becomes a solid. Specifically, 2,2 ′, 7,7′-tetrakis- (N, N-di-p-methoxyphenyl) is preferable. Amine) -9,9-spirobifluorene (also referred to as Spiro-OMeTAD), poly (3-hexylthiophene-2,5-diyl), 4- (diethylamino) benzaldehyde diphenylhydrazone, polyethylenedioxythiophene (PEDOT), etc. Is mentioned.

正孔輸送層3の膜厚は、特に限定されないが、50μm以下が好ましく、1nm〜10μmがより好ましく、5nm〜5μmがさらに好ましく、10nm〜1μmが特に好ましい。なお、正孔輸送層3の膜厚は、第二電極2と多孔質層12の表面または感光層13の表面との距離に相当する。この膜厚は、走査型電子顕微鏡(SEM)等を用いて光電変換素子10の断面を観察することにより、測定できる。   Although the film thickness of the positive hole transport layer 3 is not specifically limited, 50 micrometers or less are preferable, 1 nm-10 micrometers are more preferable, 5 nm-5 micrometers are further more preferable, and 10 nm-1 micrometer are especially preferable. The film thickness of the hole transport layer 3 corresponds to the distance between the second electrode 2 and the surface of the porous layer 12 or the surface of the photosensitive layer 13. This film thickness can be measured by observing the cross section of the photoelectric conversion element 10 using a scanning electron microscope (SEM) or the like.

本発明において、多孔質層12と感光層13と正孔輸送層3との合計膜厚は、特に限定されないが、例えば、0.1〜200μmが好ましく、0.5〜50μmがより好ましく、0.5〜5μmがさらに好ましい。   In the present invention, the total film thickness of the porous layer 12, the photosensitive layer 13, and the hole transport layer 3 is not particularly limited, but is preferably 0.1 to 200 μm, more preferably 0.5 to 50 μm, and 0 More preferably, it is 5-5 micrometers.

<第二電極2>
第二電極2は、太陽電池において正極として機能する。第二電極2は、導電性を有していれば特に限定されず、通常、導電性支持体11と同じ構成とすることができる。強度が十分に保たれる場合は、支持体11aは必ずしも必要ではない。
第二電極2の構造としては、集電効果が高い構造が好ましい。感光層13に光が到達するためには、導電性支持体11と第二電極2との少なくとも一方は実質的に透明でなければならない。本発明の太陽電池においては、導電性支持体11が透明であって太陽光を支持体11a側から入射させるのが好ましい。この場合、第二電極2は光を反射する性質を有することがさらに好ましい。
<Second electrode 2>
The second electrode 2 functions as a positive electrode in the solar cell. The 2nd electrode 2 will not be specifically limited if it has electroconductivity, Usually, it can be set as the same structure as the electroconductive support body 11. FIG. If the strength is sufficiently maintained, the support 11a is not necessarily required.
The structure of the second electrode 2 is preferably a structure having a high current collecting effect. In order for light to reach the photosensitive layer 13, at least one of the conductive support 11 and the second electrode 2 must be substantially transparent. In the solar cell of this invention, it is preferable that the electroconductive support body 11 is transparent and sunlight is entered from the support body 11a side. In this case, it is more preferable that the second electrode 2 has a property of reflecting light.

第二電極2を形成する材料としては、例えば、白金(Pt)、金(Au)、ニッケル(Ni)、銅(Cu)、銀(Ag)、インジウム(In)、ルテニウム(Ru)、パラジウム(Pd)、ロジウム(Rh)、イリジウム(Ir)、オスニウム(Os)等の金属、上述の導電性の金属酸化物、炭素材料等が挙げられる。炭素材料としては、炭素原子同士が結合してなる、導電性を有する材料であればよく、例えば、フラーレン、カーボンナノチューブ、グラファイト、グラフェン等が挙げられる。
第二電極2としては、金属もしくは導電性の金属酸化物の薄膜(蒸着してなる薄膜を含む)を有するガラスまたはプラスチックが好ましく、AuもしくはPtの薄膜を有するガラス、または、Ptを蒸着したガラスが特に好ましい。
Examples of the material for forming the second electrode 2 include platinum (Pt), gold (Au), nickel (Ni), copper (Cu), silver (Ag), indium (In), ruthenium (Ru), palladium ( Examples thereof include metals such as Pd), rhodium (Rh), iridium (Ir), and osnium (Os), the above-described conductive metal oxides, and carbon materials. The carbon material may be a conductive material formed by bonding carbon atoms to each other, and examples thereof include fullerene, carbon nanotube, graphite, and graphene.
The second electrode 2 is preferably glass or plastic having a metal or conductive metal oxide thin film (including a thin film formed by vapor deposition), glass having a thin film of Au or Pt, or glass vapor-deposited with Pt. Is particularly preferred.

第二電極2の膜厚は、特に限定されず、0.01〜100μmが好ましく、0.01〜10μmがさらに好ましく、0.01〜1μmが特に好ましい。   The film thickness of the 2nd electrode 2 is not specifically limited, 0.01-100 micrometers is preferable, 0.01-10 micrometers is more preferable, 0.01-1 micrometer is especially preferable.

<その他の構成>
本発明では、第一電極1と第二電極2との接触を防ぐために、ブロッキング層14に代えて、または、ブロッキング層14とともに、スペーサーやセパレータを用いることもできる。
また、第二電極2と正孔輸送層3の間に正孔ブロッキング層を設けてもよい。
<Other configurations>
In the present invention, in order to prevent contact between the first electrode 1 and the second electrode 2, a spacer or a separator can be used instead of the blocking layer 14 or together with the blocking layer 14.
A hole blocking layer may be provided between the second electrode 2 and the hole transport layer 3.

<<太陽電池>>
本発明の太陽電池は、例えば図1および図2に示されるように、本発明の光電変換素子を外部回路6に対して仕事させるように構成したものである。第一電極1(導電性支持体11)および第二電極2に接続される外部回路は、公知のものを特に制限されることなく、用いることができる。
本発明の太陽電池は、構成物の劣化および蒸散等を防止するために、側面をポリマーや接着剤等で密封することが好ましい。
本発明の光電変換素子が適用される太陽電池は、特に限定されず、例えば特許文献1、非特許文献1および2に記載の太陽電池が挙げられる。
<< Solar cell >>
The solar cell of this invention is comprised so that the photoelectric conversion element of this invention may work with respect to the external circuit 6, as FIG. 1 and FIG. 2 shows, for example. The external circuit connected to the first electrode 1 (conductive support 11) and the second electrode 2 can be used without particular limitation.
In the solar cell of the present invention, it is preferable to seal the side surface with a polymer, an adhesive or the like in order to prevent deterioration of the components and transpiration.
The solar cell to which the photoelectric conversion element of the present invention is applied is not particularly limited, and examples thereof include solar cells described in Patent Document 1, Non-Patent Documents 1 and 2.

<<光電変換素子および太陽電池の製造方法>>
本発明の光電変換素子および太陽電池は、公知の製造方法、例えば特許文献1、非特許文献1および2等に記載の方法に準拠して、製造できる。
以下に、本発明の光電変換素子および太陽電池の製造方法を簡単に説明する。
<< Photoelectric Conversion Element and Solar Cell Manufacturing Method >>
The photoelectric conversion element and solar cell of the present invention can be produced according to known production methods, for example, the methods described in Patent Document 1, Non-Patent Documents 1 and 2, and the like.
Below, the manufacturing method of the photoelectric conversion element and solar cell of this invention is demonstrated easily.

導電性支持体11の表面に、所望によりブロッキング層14、および、多孔質層12を成膜する。
ブロッキング層14は、例えば、上記絶縁性物質またはその前駆体化合物等を含有する分散物を導電性支持体11の表面に塗布し、焼成する方法またはスプレー熱分解法等によって、成膜できる。
If desired, a blocking layer 14 and a porous layer 12 are formed on the surface of the conductive support 11.
The blocking layer 14 can be formed by, for example, a method of applying a dispersion containing the insulating material or a precursor compound thereof on the surface of the conductive support 11 and baking it, or a spray pyrolysis method.

多孔質層12を形成する材料は、好ましくは微粒子として用いられ、さらに好ましくは微粒子を含有する分散物として用いられる。
多孔質層12を成膜する方法としては、特に限定されず、例えば、湿式法、乾式法、その他の方法〔例えば、Chemical Review,第110巻,6595頁(2010年刊)に記載の方法〕が挙げられる。これらの方法において、導電性支持体11の表面またはブロッキング層14の表面に分散物(ペースト)を塗布した後に、100〜800℃の温度で10分〜10時間焼成することが好ましい。これにより、微粒子同士を密着させることができる。
焼成を複数回行う場合、最後の焼成以外の焼成の温度(最後以外の焼成温度)を、最後の焼成の温度(最後の焼成温度)よりも低い温度で行うのがよい。例えば、酸化チタンペーストを用いる場合、最後以外の焼成温度を50〜300℃の範囲内に設定することができる。また、最後の焼成温度を、100〜600℃の範囲内において、最後以外の焼成温度よりも高くなるように、設定することができる。支持体11aとしてガラス支持体を用いる場合、焼成温度は60〜500℃が好ましい。
The material forming the porous layer 12 is preferably used as fine particles, and more preferably used as a dispersion containing fine particles.
The method for forming the porous layer 12 is not particularly limited, and examples thereof include a wet method, a dry method, and other methods [for example, a method described in Chemical Review, Vol. 110, page 6595 (2010)]. Can be mentioned. In these methods, it is preferable that the dispersion (paste) is applied to the surface of the conductive support 11 or the surface of the blocking layer 14 and then baked at a temperature of 100 to 800 ° C. for 10 minutes to 10 hours. Thereby, microparticles | fine-particles can be stuck.
When firing is performed a plurality of times, the firing temperature other than the last firing (the firing temperature other than the last firing) is preferably performed at a temperature lower than the last firing temperature (the last firing temperature). For example, when a titanium oxide paste is used, the firing temperature other than the last can be set within a range of 50 to 300 ° C. Moreover, the last baking temperature can be set so that it may become higher than the baking temperature other than the last within the range of 100-600 degreeC. When a glass support is used as the support 11a, the firing temperature is preferably 60 to 500 ° C.

多孔質層12を成膜するときの、多孔質材料の塗布量は、成膜する多孔質層12の膜厚および塗布回数等に応じて適宜に設定され、特に限定されない。導電性支持体11の表面積1m当たりの多孔質材料の塗布量は、例えば、0.5〜500gが好ましく、さらには5〜100gが好ましい。 The amount of the porous material applied when forming the porous layer 12 is appropriately set according to the thickness of the porous layer 12 to be formed, the number of times of application, and the like, and is not particularly limited. The coating amount of the porous material per 1 m 2 of the surface area of the conductive support 11 is preferably, for example, 0.5 to 500 g, and more preferably 5 to 100 g.

次いで、感光層13を設ける。
感光層13は、設ける感光層の上記態様によって、適宜の方法により、成膜できる。
例えば、上記態様(ai)の感光層13aは、(ai)光吸収剤IおよびIIを含有する光吸収剤溶液を多孔質層12上に塗布することにより、成膜できる。また、上記態様(aii−1)または(aii−2)の感光層13bおよび13cは、それぞれ、(aii)多孔質層12上に、光吸収剤IおよびIIのいずれか一方を含有する光吸収剤溶液を塗布した後、光吸収剤IおよびIIの他方を含有する光吸収剤溶液を塗布することにより、成膜できる。さらに、上記態様(b)の感光層13dおよび13eは、(b)多孔質層12上に、光吸収剤IおよびIIのいずれか一方を含有する光吸収剤溶液を塗布した後、正孔輸送材料を含む中間層を設け、さらに、光吸収剤IおよびIIの他方を含有する光吸収剤溶液を塗布することにより、成膜できる。なお、中間層13sは、後述する正孔輸送層3の成膜方法と同様にして、成膜できる。
Next, the photosensitive layer 13 is provided.
The photosensitive layer 13 can be formed by an appropriate method depending on the above-described aspect of the photosensitive layer to be provided.
For example, the photosensitive layer 13a of the above embodiment (ai) can be formed by applying (ai) a light absorbent solution containing the light absorbents I and II onto the porous layer 12. In addition, the photosensitive layers 13b and 13c of the above aspect (aii-1) or (aii-2) each have a light absorption containing either one of the light absorbers I and II on the porous layer 12 (aii). After applying the agent solution, a film can be formed by applying a light absorber solution containing the other of the light absorbers I and II. Further, the photosensitive layers 13d and 13e of the above-described embodiment (b) are formed by applying a light absorbent solution containing either one of the light absorbents I and II onto the porous layer 12 and then transporting holes. A film can be formed by providing an intermediate layer containing the material and further applying a light absorbent solution containing the other of the light absorbents I and II. The intermediate layer 13s can be formed in the same manner as the film forming method of the hole transport layer 3 described later.

ここで、光吸収剤Iを含有する光吸収剤溶液は、光吸収剤Iそのものを含有する溶液でもよいが、式(I)で表される光吸収剤Iの成分である上記カチオンA、金属カチオンMおよびアニオンXを含有する溶液、または、MXとAXとを含有する溶液であることが好ましい。光吸収剤溶液としてMXとAXとを含有する溶液を用いる場合、この溶液を、多孔質層12上に塗布し、乾燥することで、式(I)で表されるペロブスカイト化合物が形成され、ペロブスカイト化合物を含む感光層13が成膜される。 Here, the light absorbent solution containing the light absorbent I may be a solution containing the light absorbent I itself, but the cation A, metal, which is a component of the light absorbent I represented by the formula (I) A solution containing a cation M and an anion X or a solution containing MX 2 and AX is preferable. When a solution containing MX 2 and AX is used as the light absorber solution, this solution is applied onto the porous layer 12 and dried to form a perovskite compound represented by the formula (I). A photosensitive layer 13 containing a perovskite compound is formed.

このようにして設けられた感光層13上に正孔輸送材料を含有する正孔輸送材料溶液を塗布し、乾燥して正孔輸送層3を成膜する。
正孔輸送材料溶液は、塗布性に優れる点、および、多孔質層12の孔内部まで侵入しやすい点で、正孔輸送材料の濃度が0.1〜1.0M(モル/L)であるのが好ましい。
A hole transport material solution containing a hole transport material is applied onto the photosensitive layer 13 thus provided, and dried to form the hole transport layer 3.
The concentration of the hole transport material is 0.1 to 1.0 M (mol / L) in that the hole transport material solution is excellent in applicability and easily penetrates into the pores of the porous layer 12. Is preferred.

正孔輸送層3を成膜した後に第二電極2を形成して、光電変換素子および太陽電池が製造される。   After forming the hole transport layer 3, the second electrode 2 is formed, and a photoelectric conversion element and a solar cell are manufactured.

各層の膜厚は、各分散液または溶液の濃度、塗布回数を適宜に変更して、調整できる。例えば、図2に示す膜厚が厚い感光層13Bを設ける場合には、分散液を複数回塗布、乾燥すればよい。   The film thickness of each layer can be adjusted by appropriately changing the concentration of each dispersion or solution and the number of coatings. For example, when the thick photosensitive layer 13B shown in FIG. 2 is provided, the dispersion may be applied and dried several times.

上述の各分散液および溶液は、それぞれ、必要に応じて、分散助剤、界面活性剤等の添加剤を含有していてもよい。   Each of the dispersions and solutions described above may contain additives such as a dispersion aid and a surfactant, if necessary.

光電変換素子および太陽電池の製造方法に使用する溶媒または分散媒としては、特開2001−291534号公報に記載の溶媒が挙げられるが、特にこれに限定されない。本発明においては、有機溶媒が好ましく、さらにアルコール溶媒、アミド溶媒、ニトリル溶媒、炭化水素溶媒、ラクトン溶媒、および、これらの2種以上の混合溶媒がより好ましい。混合溶媒としては、アルコール溶媒と、アミド溶媒、ニトリル溶媒または炭化水素溶媒から選ばれる溶媒との混合溶媒が好ましい。具体的には、メタノール、エタノール、γ−ブチロラクトン、クロロベンゼン、アセトニトリル、ジメチルホルムアミド(DMF)もしくはジメチルアセトアミド、または、これらの混合溶媒が好ましい。   Examples of the solvent or dispersion medium used in the method for manufacturing a photoelectric conversion element and a solar cell include, but are not limited to, the solvents described in JP-A No. 2001-291534. In the present invention, an organic solvent is preferable, and an alcohol solvent, an amide solvent, a nitrile solvent, a hydrocarbon solvent, a lactone solvent, and a mixed solvent of two or more of these are more preferable. As the mixed solvent, a mixed solvent of an alcohol solvent and a solvent selected from an amide solvent, a nitrile solvent, or a hydrocarbon solvent is preferable. Specifically, methanol, ethanol, γ-butyrolactone, chlorobenzene, acetonitrile, dimethylformamide (DMF) or dimethylacetamide, or a mixed solvent thereof is preferable.

各層を形成する溶液または分散剤の塗布方法は、特に限定されず、スピンコート、エクストルージョンダイコート、ブレードコート、バーコート、スクリーン印刷、ステンシル印刷、ロールコート、カーテンコート、スプレーコート、ディップコート、インクジェット印刷法、浸漬法等、公知の塗布方法を用いることができる。なかでも、スピンコート、スクリーン印刷、浸漬法等が好ましい。   The application method of the solution or dispersant forming each layer is not particularly limited, and spin coating, extrusion die coating, blade coating, bar coating, screen printing, stencil printing, roll coating, curtain coating, spray coating, dip coating, inkjet A known coating method such as a printing method or a dipping method can be used. Of these, spin coating, screen printing, dipping, and the like are preferable.

太陽電池は、上記のようにして作製した光電変換素子の第一電極1および第二電極2に外部回路を接続して、製造される。   The solar cell is manufactured by connecting an external circuit to the first electrode 1 and the second electrode 2 of the photoelectric conversion element manufactured as described above.

以下に実施例に基づき、本発明についてさらに詳細に説明するが、本発明はこれに限定されない。   Hereinafter, the present invention will be described in more detail based on examples, but the present invention is not limited thereto.

以下に示す手順により、図1に示される光電変換素子10Aおよび太陽電池を製造した。なお、感光層13の膜厚が大きい場合は、図2に示される光電変換素子10Bおよび太陽電池に対応することになる。   The photoelectric conversion element 10A and the solar cell shown in FIG. 1 were manufactured by the following procedure. In addition, when the film thickness of the photosensitive layer 13 is large, it corresponds to the photoelectric conversion element 10B and the solar cell shown in FIG.

実施例1
以下に示す手順により、図1に示される光電変換素子10および太陽電池を製造した。
Example 1
The photoelectric conversion element 10 and the solar cell shown in FIG. 1 were manufactured by the following procedure.

なお、使用した光吸収剤Iのペロブスカイト型光吸収剤と光吸収剤IIは以下のものを使用した。   The perovskite type light absorber and the light absorber II of the light absorber I used were as follows.

Figure 0006089007
Figure 0006089007

(光電変換素子および太陽電池の製造)
<ブロッキング層用溶液の調製>
チタニウム ジイソプロポキシド ビス(アセチルアセトナート)の15質量%イソプロパノール溶液(アルドリッチ社製)を1−ブタノールで希釈して、0.02Mのブロッキング層用溶液を調製した。
(Manufacture of photoelectric conversion elements and solar cells)
<Preparation of solution for blocking layer>
A 15% by mass isopropanol solution of titanium diisopropoxide bis (acetylacetonate) (Aldrich) was diluted with 1-butanol to prepare a 0.02M blocking layer solution.

<ブロッキング層14の成膜>
ガラス基板(支持体11a、厚さ2.2mm)上にフッ素ドープされたSnO導電膜(透明電極11b)を形成し、導電性支持体11を作製した。調製した0.02Mのブロッキング層用溶液を用いてスプレー熱分解法により、450℃にて、上記SnO導電膜上にブロッキング層14(膜厚0.05μm)を成膜した。
<Deposition of blocking layer 14>
A fluorine-doped SnO 2 conductive film (transparent electrode 11b) was formed on a glass substrate (support 11a, thickness 2.2 mm) to produce a conductive support 11. A blocking layer 14 (thickness 0.05 μm) was formed on the SnO 2 conductive film at 450 ° C. by spray pyrolysis using the prepared 0.02M blocking layer solution.

<多孔質層の成膜>
多孔質層12を、表1に示す多孔質材料を用いて、下記のようにして、成膜した。
(酸化チタン多孔質層の成膜)
1.酸化チタンペーストの調製
酸化チタン(TiO、アナターゼ、平均粒径20nm)のエタノール分散液に、エチルセルロース、ラウリン酸およびテルピネオールを加えて、酸化チタンペーストを調製した。
2.酸化チタン多孔質層の成膜
ブロッキング層14の上に、調製した酸化チタンペーストをスクリーン印刷法で塗布し、焼成した。この酸化チタンペーストの塗布および焼成をそれぞれ2回行った。焼成温度は、1回目の焼成を130℃で行い、2回目の焼成を500℃で1時間行った。得られた酸化チタンの焼成体を、40mMのTiCl水溶液に浸した後、60℃で1時間、続けて500℃で30分間加熱して、酸化チタンからなる多孔質層12(膜厚1.0μm)を成膜した。
<Deposition of porous layer>
The porous layer 12 was formed using the porous material shown in Table 1 as follows.
(Deposition of titanium oxide porous layer)
1. Preparation of titanium oxide titanium oxide paste (TiO 2, anatase, average particle size 20 nm) in ethanol dispersion of ethylcellulose, the addition of lauric acid and terpineol was prepared titanium oxide paste.
2. Formation of Titanium Oxide Porous Layer On the blocking layer 14, the prepared titanium oxide paste was applied by screen printing and baked. The titanium oxide paste was applied and fired twice. As the firing temperature, the first firing was performed at 130 ° C., and the second firing was performed at 500 ° C. for 1 hour. The obtained sintered body of titanium oxide was immersed in a 40 mM TiCl 4 aqueous solution and then heated at 60 ° C. for 1 hour and then at 500 ° C. for 30 minutes to form a porous layer 12 (thickness 1.. 0 μm) was formed.

(アルミナ多孔質層の調製)
1.アルミナペーストの調製
アルミナ粒子(平均粒径20nm)の10質量%水分散液を遠心分離した後、分離液中の水をエタノールで置換した。得られたアルミナ分散液にテルピネオール、エチルセルロースを加え、濃縮操作により濃度調整を行って、アルミナペーストを得た。
2.アルミナ多孔質層の成膜
ブロッキング層14の上に、調製したアルミナペーストをスクリーン印刷法で塗布し、焼成した。膜厚は塗布および焼成の工程の繰り返すことで調整した。焼成条件は550℃で0.5時間とした。このようにして、アルミナからなる多孔質層12(膜厚1.0μm)を成膜した。
(Preparation of alumina porous layer)
1. Preparation of Alumina Paste A 10% by mass aqueous dispersion of alumina particles (average particle size 20 nm) was centrifuged, and water in the separated solution was replaced with ethanol. Terpineol and ethyl cellulose were added to the obtained alumina dispersion, and the concentration was adjusted by a concentration operation to obtain an alumina paste.
2. Formation of Alumina Porous Layer On the blocking layer 14, the prepared alumina paste was applied by screen printing and baked. The film thickness was adjusted by repeating the coating and baking steps. The firing conditions were 550 ° C. and 0.5 hour. In this way, a porous layer 12 (film thickness: 1.0 μm) made of alumina was formed.

<感光層13Aの形成>
上記のようにして成膜した多孔質層12上に、下記光吸収剤溶液I−A〜I−CおよびIIを用いて下記感光層作製方法1〜5のいずれかの方法(表1参照。)により感光層13を形成し、第一電極1を作製した。
<Formation of photosensitive layer 13A>
On the porous layer 12 formed as described above, any one of the following photosensitive layer preparation methods 1 to 5 using the following light absorbent solutions IA to IC and II (see Table 1). ) To form a photosensitive layer 13, thereby producing the first electrode 1.

(光吸収剤溶液I−Aの調製)
メチルアミンの40%メタノール溶液(27.86mL)と57質量%のヨウ化水素の水溶液(ヨウ化水素酸、30mL)を、フラスコ中、0℃で2時間攪拌した後、濃縮して、CHNHIの粗体を得た。得られた粗体CHNHIをエタノールに溶解し、ジエチルエーテルで再結晶した。析出した結晶をろ取し、60℃で24時間減圧乾燥して、精製CHNHIを得た。
次いで、精製CHNHIとPbIをモル比2:1でγ−ブチロラクトン中、60℃で12時間攪拌混合した後、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)シリンジフィルターでろ過して、光吸収剤I−1aを40質量%含有する光吸収剤溶液I−Aを調製した。
(Preparation of light absorber solution IA)
A 40% methanol solution of methylamine (27.86 mL) and an aqueous solution of 57% by mass of hydrogen iodide (hydroiodic acid, 30 mL) were stirred in a flask at 0 ° C. for 2 hours, and then concentrated to obtain CH 3. A crude NH 3 I was obtained. The obtained crude CH 3 NH 3 I was dissolved in ethanol and recrystallized from diethyl ether. The precipitated crystals were collected by filtration and dried under reduced pressure at 60 ° C. for 24 hours to obtain purified CH 3 NH 3 I.
Next, purified CH 3 NH 3 I and PbI 2 were stirred and mixed in γ-butyrolactone at a molar ratio of 2: 1 at 60 ° C. for 12 hours, and then filtered through a polytetrafluoroethylene (PTFE) syringe filter to obtain a light absorber. A light absorbent solution IA containing 40% by mass of I-1a was prepared.

(光吸収剤溶液I−Bの調製)
ホルムアミジン酢酸塩と、ホルムアミジン酢酸塩に対して2当量のヨウ化水素を含む57質量%のヨウ化水素の水溶液とを、フラスコ中、0℃で1時間攪拌し、次いで50℃に昇温し、さらに1時間攪拌し、混合した。得られた溶液を濃縮して、ホルムアミジン・ヨウ化水素塩の粗体を得た。得られた粗体をジエチルエーテルで再結晶し、析出した結晶をろ取し、50℃で10時間減圧乾燥して、精製ホルムアミジン・ヨウ化水素塩を得た。
次いで、精製ホルムアミジン・ヨウ化水素塩とPbIをモル比2:1で、ジメチルホルムアミド(DMF)中、60℃で3時間攪拌して混合した後、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)シリンジフィルターでろ過して、光吸収剤I−1bを40質量%含有する光吸収剤溶液I−Bを調製した。
(Preparation of light absorber solution IB)
Formamidine acetate and an aqueous solution of 57% by mass of hydrogen iodide containing 2 equivalents of hydrogen iodide with respect to formamidine acetate were stirred in a flask at 0 ° C. for 1 hour, and then heated to 50 ° C. The mixture was further stirred for 1 hour and mixed. The obtained solution was concentrated to obtain a crude formamidine hydrogen iodide. The obtained crude product was recrystallized with diethyl ether, and the precipitated crystals were collected by filtration and dried under reduced pressure at 50 ° C. for 10 hours to obtain purified formamidine hydrogen iodide salt.
Next, purified formamidine hydrogen iodide and PbI 2 were mixed at a molar ratio of 2: 1 in dimethylformamide (DMF) with stirring at 60 ° C. for 3 hours, and then with a polytetrafluoroethylene (PTFE) syringe filter. Filtration was performed to prepare a light absorbent solution IB containing 40% by mass of the light absorbent I-1b.

(光吸収剤溶液I−Cの調製)
エチルアミンの40%エタノール溶液と57質量%のヨウ化水素の水溶液とを、フラスコ中、0℃で2時間攪拌した後、濃縮して、CHCHNHIの粗体を得た。得られた粗体をエタノールに溶解し、ジエチルエーテルで再結晶した。析出した結晶をろ取し、60℃で12時間減圧乾燥して、精製CHCHNHIを得た。
次いで、精製CHCHNHIとPbIをモル比3:1で、ジメチルホルムアミド(DMF)中、60℃で5時間攪拌して混合した後、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)シリンジフィルターでろ過して、光吸収剤I−2aを40質量%含有する光吸収剤溶液I−Cを調製した。
(Preparation of light absorber solution IC)
A 40% ethanol solution of ethylamine and an aqueous solution of 57% by mass of hydrogen iodide were stirred in a flask at 0 ° C. for 2 hours and then concentrated to obtain a CH 3 CH 2 NH 3 I crude product. The obtained crude product was dissolved in ethanol and recrystallized from diethyl ether. The precipitated crystals were collected by filtration and dried under reduced pressure at 60 ° C. for 12 hours to obtain purified CH 3 CH 2 NH 3 I.
Next, purified CH 3 CH 2 NH 3 I and PbI 2 were mixed at a molar ratio of 3: 1 in dimethylformamide (DMF) with stirring at 60 ° C. for 5 hours, and then passed through a polytetrafluoroethylene (PTFE) syringe filter. Filtration was performed to prepare a light absorbent solution IC containing 40% by mass of the light absorbent I-2a.

(光吸収剤溶液IIの調製)
下記表1に示す光吸収剤II(D−1〜D−7それぞれ)を、濃度が0.2mMとなるように、γ−ブチロラクトンに溶解して、各光吸収剤溶液II−1〜II−7をそれぞれ調製した。
(Preparation of light absorber solution II)
The light absorbers II (D-1 to D-7, respectively) shown in Table 1 below were dissolved in γ-butyrolactone so that the concentration was 0.2 mM, and each of the light absorber solutions II-1 to II- was dissolved. 7 were prepared respectively.

感光層作製方法1(形成する感光層の態様(aii−2)、図3(c))
導電性支持体11上に成膜した多孔質層12上に、表1に示す光吸収剤IIを含有する光吸収剤溶液II−1〜II−7(0.1mL)それぞれを、スピンコート法(2000rpmで60秒、続けて3000rpmで60秒)により塗布した。塗布した各光吸収剤溶液を、ホットプレートにより、100℃で2分間乾燥して、光吸収剤IIを含有する第1感光層13c1を成膜した。
次いで、表1に示す光吸収剤Iを含有する光吸収剤溶液I−A、I−BまたはI−C(0.1mL)を、スピンコート法(2000rpmで60秒、続けて3000rpmで60秒)により、第1感光層13c1上に塗布した。塗布した各光吸収剤溶液をホットプレートにより、下記乾燥条件で、乾燥して、下記式で表されるペロブスカイト化合物を有する第2感光層13c2を成膜した。
乾燥条件およびペロブスカイト化合物
吸収剤溶液I−A:温度100℃、時間20分、CHNHPbI
吸収剤溶液I−B:温度160℃、時間40分、[CH(=NH)NH]PbI
吸収剤溶液I−C:温度140℃、時間40分、(CHCHNHPbI
Photosensitive layer preparation method 1 (Aspect of photosensitive layer to be formed (aii-2), FIG. 3C)
Each of the light absorbent solutions II-1 to II-7 (0.1 mL) containing the light absorbent II shown in Table 1 on the porous layer 12 formed on the conductive support 11 was spin-coated. (60 seconds at 2000 rpm, followed by 60 seconds at 3000 rpm). Each applied light absorber solution was dried at 100 ° C. for 2 minutes by a hot plate to form a first photosensitive layer 13c1 containing the light absorber II.
Next, a light absorbent solution IA, IB or IC (0.1 mL) containing the light absorbent I shown in Table 1 was applied to the spin coat method (2000 rpm for 60 seconds, followed by 3000 rpm for 60 seconds). ) On the first photosensitive layer 13c1. Each applied light absorber solution was dried on a hot plate under the following drying conditions to form a second photosensitive layer 13c2 having a perovskite compound represented by the following formula.
Drying conditions and perovskite compound absorbent solution IA: temperature 100 ° C., time 20 minutes, CH 3 NH 3 PbI 3
Absorbent solution IB: temperature 160 ° C., time 40 minutes, [CH (═NH) NH 3 ] PbI 3
Absorbent solution IC: temperature 140 ° C., time 40 minutes, (CH 3 CH 2 NH 3 ) 2 PbI 4

このようにして、第1感光層13c1および第2感光層13c2からなる感光層13c(膜厚1.1μm)を成膜し、第一電極1を作製した。   In this manner, a photosensitive layer 13c (film thickness: 1.1 μm) composed of the first photosensitive layer 13c1 and the second photosensitive layer 13c2 was formed, and the first electrode 1 was produced.

感光層作製方法2(形成する感光層の態様(ai)、図3(a))
光吸収剤I−1aを含有する光吸収剤溶液I−Aと、表1に示す光吸収剤IIを含有する光吸収剤溶液II−1〜II−5(0.1mL)それぞれとを、体積比1/1の割合で混合して、光吸収剤混合溶液を調製した。
導電性支持体11上に成膜した多孔質層12上に、光吸収剤混合溶液を、スピンコート法(1500rpmで60秒、続けて2000rpmで60秒)により塗布した。塗布した各光吸収剤混合溶液を、ホットプレートにより、温度100℃で20分間乾燥した。このようにして、CHNHPbIで表されるペロブスカイト化合物と光吸収剤D−1〜D−5のいずれかとを含有する感光層13a(膜厚1.1μm)を成膜し、第一電極1を作製した。
Photosensitive layer preparation method 2 (photosensitive layer form (ai) to be formed, FIG. 3A)
Each of the light absorbent solution IA containing the light absorbent I-1a and the light absorbent solutions II-1 to II-5 (0.1 mL) containing the light absorbent II shown in Table 1 in volume A light absorber mixed solution was prepared by mixing at a ratio of 1/1.
The light absorbent mixed solution was applied on the porous layer 12 formed on the conductive support 11 by a spin coating method (1500 rpm for 60 seconds, followed by 2000 rpm for 60 seconds). Each applied light absorber mixed solution was dried with a hot plate at a temperature of 100 ° C. for 20 minutes. In this manner, a photosensitive layer 13a (thickness: 1.1 μm) containing a perovskite compound represented by CH 3 NH 3 PbI 3 and any of the light absorbers D-1 to D-5 was formed. One electrode 1 was produced.

感光層作製方法3(形成する感光層の態様(aii−1)、図3(b))
導電性支持体11上に成膜した多孔質層12上に、光吸収剤I−1aを含有する光吸収剤溶液I−A(0.1mL)を、スピンコート法(2000rpmで60秒、続けて3000rpmで60秒)により塗布した。塗布した光吸収剤溶液I−Aを、ホットプレートにより、100℃で20分間乾燥して、CHNHPbIで表されるペロブスカイト化合物を含有する第1感光層13b1を成膜した。
次いで、表1に示す光吸収剤IIを含有する光吸収剤溶液II−1〜II−5(0.1mL)それぞれを、スピンコート法(2000rpmで60秒、続けて3000rpmで60秒)により第1感光層13b1上に塗布した。塗布した各光吸収剤溶液を、ホットプレートにより、温度100℃で5分間乾燥して、光吸収剤IIを含有する第2感光層13b2を成膜した。
Photosensitive layer preparation method 3 (aspect of photosensitive layer to be formed (aii-1), FIG. 3B)
On the porous layer 12 formed on the conductive support 11, the light absorbent solution IA (0.1 mL) containing the light absorbent I-1a is continuously applied by spin coating (at 2000 rpm for 60 seconds). For 60 seconds at 3000 rpm). The applied light absorbent solution IA was dried with a hot plate at 100 ° C. for 20 minutes to form a first photosensitive layer 13b1 containing a perovskite compound represented by CH 3 NH 3 PbI 3 .
Next, each of the light absorbent solutions II-1 to II-5 (0.1 mL) containing the light absorbent II shown in Table 1 was prepared by spin coating (2000 rpm for 60 seconds, followed by 3000 rpm for 60 seconds). One photosensitive layer 13b1 was applied. Each of the applied light absorbent solutions was dried with a hot plate at a temperature of 100 ° C. for 5 minutes to form a second photosensitive layer 13b2 containing the light absorbent II.

このようにして、第1感光層13b1および第2感光層13b2からなる感光層13b(膜厚1.1μm)を成膜し、第一電極1を作製した。   In this manner, a photosensitive layer 13b (film thickness: 1.1 μm) composed of the first photosensitive layer 13b1 and the second photosensitive layer 13b2 was formed, and the first electrode 1 was produced.

感光層作製方法4(形成する感光層の態様(bi)、図3(d))
導電性支持体11上に成膜した多孔質層12上に、光吸収剤I−1aを含有する光吸収剤溶液I−A(0.1mL)を、スピンコート法(2000rpmで60秒、続けて3000rpmで60秒)により塗布した。塗布した光吸収剤溶液I−Aを、ホットプレートにより、100℃で2分間乾燥して、CHNHPbIで表されるペロブスカイト化合物を含有する第1感光層13d1(膜厚1.1μm)を成膜した。
次いで、正孔輸送材料としてのSpiro−OMeTAD(180mg)をクロロベンゼン(1mL)に溶解した。このクロロベンゼン溶液に、リチウム−ビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミド(170mg)をアセトニトリル(1mL)に溶解させたアセトニトリル溶液(37.5μL)と、t−ブチルピリジン(TBP、17.5μL)とを加えて混合し、中間層用溶液を調製した。次いで、成膜した第1感光層13d1上に調製した中間層用溶液(0.1mL)をスピンコート法により塗布し、乾燥して、中間層13s(膜厚50nm)を成膜した。
さらに、表1に示す光吸収剤IIを含有する光吸収剤溶液II−1〜II−5(0.05mL)それぞれを、スピンコート法(2000rpmで60秒、続けて3000rpmで60秒)により、中間層13s上に塗布した。塗布した各光吸収剤溶液を、ホットプレートにより、温度50℃で2分乾燥して、光吸収剤IIを含有する第2感光層13d2(膜厚10nm以下)を成膜した。
Photosensitive layer preparation method 4 (photosensitive layer form (bi), FIG. 3D)
On the porous layer 12 formed on the conductive support 11, the light absorbent solution IA (0.1 mL) containing the light absorbent I-1a is continuously applied by spin coating (at 2000 rpm for 60 seconds). For 60 seconds at 3000 rpm). The applied light absorbent solution IA was dried for 2 minutes at 100 ° C. by a hot plate, and the first photosensitive layer 13d1 (thickness 1.1 μm) containing a perovskite compound represented by CH 3 NH 3 PbI 3 was used. ) Was formed.
Subsequently, Spiro-OMeTAD (180 mg) as a hole transport material was dissolved in chlorobenzene (1 mL). To this chlorobenzene solution, an acetonitrile solution (37.5 μL) in which lithium-bis (trifluoromethanesulfonyl) imide (170 mg) was dissolved in acetonitrile (1 mL) and t-butylpyridine (TBP, 17.5 μL) were added. By mixing, an intermediate layer solution was prepared. Next, an intermediate layer solution (0.1 mL) prepared on the formed first photosensitive layer 13d1 was applied by spin coating and dried to form an intermediate layer 13s (film thickness 50 nm).
Furthermore, each of the light absorber solutions II-1 to II-5 (0.05 mL) containing the light absorber II shown in Table 1 is spin-coated (at 2000 rpm for 60 seconds and subsequently at 3000 rpm for 60 seconds), It apply | coated on the intermediate | middle layer 13s. Each applied light absorber solution was dried at 50 ° C. for 2 minutes by a hot plate to form a second photosensitive layer 13d2 (thickness of 10 nm or less) containing the light absorber II.

このようにして、第1感光層13d1、中間層13sおよび第2感光層13d2からなる感光層13dを成膜し、第一電極1を作製した。   Thus, the photosensitive layer 13d which consists of the 1st photosensitive layer 13d1, the intermediate | middle layer 13s, and the 2nd photosensitive layer 13d2 was formed into a film, and the 1st electrode 1 was produced.

感光層作製方法5(形成する感光層の態様:光吸収剤Iのみ)
導電性支持体11上に成膜した多孔質層12上に、光吸収剤I−1aを含有する光吸収剤溶液I−A(0.1mL)を、スピンコート法(2000rpmで60秒、続けて3000rpmで60秒)により塗布した。塗布した光吸収剤溶液I−Aを、ホットプレートにより、100℃で20分間乾燥して、CHNHPbIで表されるペロブスカイト化合物を含有する第1感光層(膜厚1.1μm)のみからなる感光層を成膜した。
Photosensitive layer preparation method 5 (mode of photosensitive layer to be formed: light absorber I only)
On the porous layer 12 formed on the conductive support 11, the light absorbent solution IA (0.1 mL) containing the light absorbent I-1a is continuously applied by spin coating (at 2000 rpm for 60 seconds). For 60 seconds at 3000 rpm). The applied light absorber solution IA was dried on a hot plate at 100 ° C. for 20 minutes, and the first photosensitive layer containing a perovskite compound represented by CH 3 NH 3 PbI 3 (thickness: 1.1 μm) A photosensitive layer consisting only of was formed.

<正孔輸送材料溶液の調製>
正孔輸送材料としてのSpiro−OMeTAD(180mg)をクロロベンゼン(1mL)に溶解させた。このクロロベンゼン溶液に、リチウム−ビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミド(170mg)をアセトニトリル(1mL)に溶解させたアセトニトリル溶液(37.5μL)と、t−ブチルピリジン(TBP、17.5μL)とを加えて混合し、正孔輸送材料溶液を調製した。
<Preparation of hole transport material solution>
Spiro-OMeTAD (180 mg) as a hole transport material was dissolved in chlorobenzene (1 mL). To this chlorobenzene solution, an acetonitrile solution (37.5 μL) in which lithium-bis (trifluoromethanesulfonyl) imide (170 mg) was dissolved in acetonitrile (1 mL) and t-butylpyridine (TBP, 17.5 μL) were added. A hole transport material solution was prepared by mixing.

<正孔輸送層3の成膜>
次いで、調製した正孔輸送材料溶液(0.1mL)を、スピンコート法により、第一電極1の感光層13上に塗布し、塗布した正孔輸送材料溶液を乾燥して、正孔輸送層3(膜厚0.1μm)を成膜した。
<Film Formation of Hole Transport Layer 3>
Next, the prepared hole transport material solution (0.1 mL) is applied onto the photosensitive layer 13 of the first electrode 1 by spin coating, and the applied hole transport material solution is dried to form a hole transport layer. 3 (film thickness 0.1 μm) was formed.

<第二電極2の作製>
蒸着法により金を正孔輸送層3上に蒸着して、第二電極2(膜厚0.3μm)を作製した。
このようにして、光電変換素子および太陽電池を製造した。
<Preparation of the second electrode 2>
Gold was vapor-deposited on the hole transport layer 3 by the vapor deposition method, and the 2nd electrode 2 (film thickness of 0.3 micrometer) was produced.
Thus, the photoelectric conversion element and the solar cell were manufactured.

ここで、上記の各膜厚は、上記方法に従って、SEMで観察し、観測範囲内の10区分の平均を求め、この値を膜厚とした。   Here, according to the above method, each film thickness was observed with an SEM, an average of 10 sections within the observation range was obtained, and this value was taken as the film thickness.

(IPCEの測定)
上記のようにして製造した各太陽電池それぞれの、波長300〜1000nmにおけるIPCE(量子収率)を、IPCE測定装置(ペクセル社製)にて測定した。IPCEの評価は、このうち、600nmおよび800nmにおけるIPCEの値を使用した。
感光層13に光吸収剤Iのペロブスカイト型光吸収剤(I−1a)のみを含む比較試料番号c11およびc12のIPCEの値を基準にして、光吸収剤Iと光吸収剤IIとを併用した試料番号101〜128それぞれのIPCEの値から、下記式により、各試料番号101〜126それぞれのIPCE増加率を求めた。
なお、各試料番号101〜128において、多孔質層12が酸化チタンで形成されている場合は比較試料番号c11を基準に、酸化アルミニウムで形成されている場合は比較試料番号c12を基準にした。
(Measurement of IPCE)
Each of the solar cells produced as described above was measured for IPCE (quantum yield) at a wavelength of 300 to 1000 nm with an IPCE measuring device (Peccell). Of these, IPCE values at 600 nm and 800 nm were used for IPCE evaluation.
Based on the IPCE values of comparative sample numbers c11 and c12 containing only the perovskite type light absorber (I-1a) of the light absorber I in the photosensitive layer 13, the light absorber I and the light absorber II were used in combination. From the IPCE values of the sample numbers 101 to 128, the IPCE increase rates of the sample numbers 101 to 126 were obtained by the following formula.
In each of the sample numbers 101 to 128, when the porous layer 12 was formed of titanium oxide, the reference sample number c11 was used as a reference, and when the porous layer 12 was formed of aluminum oxide, the reference sample number c12 was used as a reference.

IPCE増加率(%)=[(光吸収剤Iと光吸収剤IIとを併用した試料のIPCEの値−光吸収剤Iのみを含む試料のIPCEの値)/光吸収剤Iのみを含む試料のIPCEの値]×100   IPCE increase rate (%) = [(IPCE value of sample using both light absorber I and light absorber II−IPCE value of sample containing only light absorber I) / Sample containing only light absorber I Value of IPCE] × 100

600nmでのIPCE増加率の評価基準
A:5%以上
B:3%以上5%未満
C:1%以上3%未満
D:0%以上1%未満
Evaluation standard of IPCE increase rate at 600 nm A: 5% or more B: 3% or more and less than 5% C: 1% or more and less than 3% D: 0% or more and less than 1%

800nmでのIPCE増加率の評価基準
A:300%以上
B:200%以上300%未満
C:100%以上200%未満
D:0%以上100%未満
Evaluation standard of IPCE increase rate at 800 nm A: 300% or more B: 200% or more and less than 300% C: 100% or more and less than 200% D: 0% or more and less than 100%

ここで、600nmおよび800nmのIPCE増加率がともにC以上であることが目標達成レベルであり、実用上、好ましくはAまたはBである。
得られた結果をまとめて、下記表1に示す。
Here, it is a target achievement level that both IPCE increase rates of 600 nm and 800 nm are C or more, and practically, it is preferably A or B.
The results obtained are summarized in Table 1 below.

Figure 0006089007
Figure 0006089007

表1の結果より、光吸収剤Iと本発明の光吸収剤IIとを併用した本発明の太陽電池(試料番号103、108、113、118、121124)は、光吸収剤I(I−Ia)を単独で用いた太陽電池(試料番号c11およびc12)よりも、600nmおよび800nmのいずれの波長においても、IPCEが向上していることがわかる。
このことは、多孔質層12がTiOまたはアルミナのいずれで形成されていても、太陽電池(試料番号c11およびc12)に対して、同様である。
また、上記の本発明の太陽電池は、光吸収剤Iが、式(I−1)で表される化合物であり、太陽電池(試料番号c11およびc12)に対して、IPCEが向上していることがわかる。
さらに、本発明の太陽電池(試料番号103、108、113、118、121124)は、感光層13の作製方法1〜4のいずれにおいても、太陽電池(試料番号c11およびc12)に対して、IPCEが向上していることがわかる。
また、感光層作製方法2および3において、光吸収剤IIとして分子内にアミノ基を有するRu金属錯体色素(D−3)を光吸収剤Iと併用した本発明の太陽電池(試料番号108、113、122および123)は、他の感光層作製に比べて、光電変換効率の向上効果が高いことが分かる。
これに対して、光吸収剤I(I−Ia)のみを含有する感光層を設けた太陽電池(試料番号c11およびc12)は、いずれも、IPCEが低かった。
From the results shown in Table 1, the solar cells of the present invention (sample numbers 103, 108, 113, 118, 121 to 124 ) using the light absorbent I and the light absorbent II of the present invention in combination have the light absorbent I (I It can be seen that IPCE is improved at both wavelengths of 600 nm and 800 nm as compared with solar cells (sample numbers c11 and c12) using -Ia) alone.
This multi-porous layer 12 be formed by any of the TiO 2 or alumina, the solar cell (sample No. c11 and c12), are the same.
Further, in the solar cell of the invention described above, improves the light absorbing agent I is Ri compound der represented by formula (I-1), with respect to solar cells (sample numbers c11 and c12), IPCE is You can see that
Furthermore, the solar cell (sample numbers 103, 108, 113, 118, 121 to 124 ) of the present invention is the same as the solar cell (sample numbers c11 and c12) in any of the production methods 1 to 4 of the photosensitive layer 13. It can be seen that IPCE is improved.
In addition, in the photosensitive layer manufacturing methods 2 and 3, the solar cell of the present invention (sample number 108, sample No. 108, in which Ru metal complex dye (D-3) having an amino group in the molecule as the light absorber II is used in combination with the light absorber I. 113, 122, and 123) are found to have a higher effect of improving the photoelectric conversion efficiency than other photosensitive layer preparations.
On the other hand, the solar cells (sample numbers c11 and c12) provided with the photosensitive layer containing only the light absorber I (I-Ia) all had low IPCE.

1A、1B 第一電極
11 導電性支持体
11a 支持体
11b 透明電極
12 多孔質層
13A、13B、13a〜13e 感光層(光吸収層)
13b1、13c2、13d1、13e2 第I感光層
13b2、13c1、13d2、13e1 第II感光層
13s 中間層
14 ブロッキング層
2 第二電極
3A、3B 正孔輸送層
6 外部回路(リード)
10A、10B 光電変換素子
100A、100B 光電変換素子を電池用途に応用したシステム
M 電動モーター
1A, 1B 1st electrode 11 Conductive support 11a Support 11b Transparent electrode 12 Porous layer 13A, 13B, 13a-13e Photosensitive layer (light absorption layer)
13b1, 13c2, 13d1, 13e2 First photosensitive layer 13b2, 13c1, 13d2, 13e1 Second photosensitive layer 13s Intermediate layer 14 Blocking layer 2 Second electrode 3A, 3B Hole transport layer 6 External circuit (lead)
10A, 10B Photoelectric conversion element 100A, 100B System M applying photoelectric conversion element for battery use Electric motor

Claims (13)

導電性支持体上に設けられた多孔質層、および光吸収剤を含む感光層を該多孔質層上に有する第一電極と、該第一電極に対向する第二電極と、該第一電極と該第二電極の間に設けられた正孔輸送層とを有する光電変換素子であって、
前記光吸収剤が少なくとも光吸収剤IおよびIIの2種を含み、該光吸収剤Iが周期表第一族元素もしくはカチオン性有機基Aのカチオン、前記周期表第一族元素以外の金属原子Mのカチオンおよびアニオン性原子Xのアニオンを有するペロブスカイト型結晶構造を持つ化合物の少なくとも1種であり、該光吸収剤IIが、分子内にアミノ基を有するRu金属錯体色素である光電変換素子。
A first electrode having a porous layer provided on a conductive support, and a photosensitive layer containing a light absorber on the porous layer, a second electrode facing the first electrode, and the first electrode And a hole transport layer provided between the second electrode and a photoelectric conversion element,
The light absorber includes at least two light absorbers I and II, and the light absorber I is a cation of the periodic table group 1 element or the cationic organic group A, or a metal atom other than the periodic table group 1 element. at least one compound having a perovskite crystal structure having an anion of the M cations and anionic atom X, light absorbing agent II is, photoelectric conversion element is a Ru metal complex color element having an amino group in the molecule .
前記Ru金属錯体色素が、ビピリジンまたはターピリジン骨格の配位子が配位したRu金属錯体色素である請求項1に記載の光電変換素子。 The Ru metal complex dye, photoelectric conversion element according to claim 1 ligand bipyridine or terpyridine skeleton is coordinated the Ru metal complex dye. 前記感光層が、(a)前記多孔質層上に前記光吸収剤IおよびIIの少なくとも1種ずつを有し、または、(b)前記多孔質層の表面に前記光吸収剤IおよびIIのいずれか一方を有し、正孔輸送材料を含む中間層を挟んで前記光吸収剤IおよびIIの他方を有する請求項1または2に記載の光電変換素子。 The photosensitive layer has (a) at least one of the light absorbers I and II on the porous layer, or (b) the light absorbers I and II on the surface of the porous layer. has either, photoelectric conversion element according to claim 1 or 2 via the intermediate layer having the other one of said light-absorbing agent I and II containing a hole transport material. 前記感光層が、(a)前記多孔質層上に前記光吸収剤IおよびIIの少なくとも1種ずつを有し、(ai)該光吸収剤IおよびIIがともに該多孔質層の表面に接して有し、または、(aii)該光吸収剤IおよびIIのいずれか一方が該多孔質層に接して有し、他方が該一方の光吸収剤上に積層して有する請求項1〜のいずれか1項に記載の光電変換素子。 The photosensitive layer has (a) at least one of the light absorbers I and II on the porous layer, and (ai) the light absorbers I and II are both in contact with the surface of the porous layer. a Te, or either (aii) the light absorber I and II has contact with the porous layer, according to claim 1 to 3 in which the other has been laminated on one of the light absorbing agent said The photoelectric conversion element of any one of these. 前記ペロブスカイト型結晶構造を持つ化合物が、下記式(I)で表される化合物である請求項1〜のいずれか1項に記載の光電変換素子。
式(I):A
式中、Aは周期表第一族元素またはカチオン性有機基を表す。Mは前記周期表第一族元素以外の金属原子を表す。Xはアニオン性原子を表す。aは1または2を表し、mは1を表し、a、mおよびxはa+2m=xを満たす。
The photoelectric conversion element according to any one of claims 1 to 4 , wherein the compound having a perovskite crystal structure is a compound represented by the following formula (I).
Formula (I): A a M m X x
In the formula, A represents a group 1 element of the periodic table or a cationic organic group. M represents a metal atom other than the first group element of the periodic table. X represents an anionic atom. a represents 1 or 2, m represents 1, and a, m, and x satisfy a + 2m = x.
前記ペロブスカイト型結晶構造を持つ化合物が、下記式(I−1)で表される化合物を含む請求項1〜のいずれか1項に記載の光電変換素子。
式(I−1):AMX
式中、Aは周期表第一族元素またはカチオン性有機基を表す。Mは前記周期表第一族元素以外の金属原子を表す。Xはアニオン性原子を表す。
Said compound having a perovskite crystal structure, the photoelectric conversion device according to any one of claims 1 to 5 including a compound represented by the following formula (I-1).
Formula (I-1): AMX 3
In the formula, A represents a group 1 element of the periodic table or a cationic organic group. M represents a metal atom other than the first group element of the periodic table. X represents an anionic atom.
前記ペロブスカイト型結晶構造を持つ化合物が、下記式(I−2)で表される化合物を含む請求項1〜のいずれか1項に記載の光電変換素子。
式(I−2):AMX
式中、Aは周期表第一族元素またはカチオン性有機基を表す。Mは前記周期表第一族元素以外の金属原子を表す。Xはアニオン性原子を表す。
Said compound having a perovskite crystal structure, the photoelectric conversion device according to any one of claims 1 to 5 including a compound represented by the following formula (I-2).
Formula (I-2): A 2 MX 4
In the formula, A represents a group 1 element of the periodic table or a cationic organic group. M represents a metal atom other than the first group element of the periodic table. X represents an anionic atom.
前記Aが、下記式(I−3)で表されるカチオン性有機基である請求項1〜のいずれか1項に記載の光電変換素子。
式(I−3):R1a−NH
式中、R1aは置換基を表す。
Wherein A is a photoelectric conversion device according to any one of claims 1 to 7, which is a cationic organic group represented by the following formula (I-3).
Formula (I-3): R 1a —NH 3
In the formula, R 1a represents a substituent.
前記R1aが、アルキル基、シクロアルキル基、アルケニル基、アルキニル基、アリール基、ヘテロアリール基または下記式(I−4)で表すことができる基である請求項に記載の光電変換素子。
Figure 0006089007
式中、XはNR1c、酸素原子または硫黄原子を表す。R1bおよびR1cは各々独立に水素原子または置換基を表す。*は式(I−3)のNとの結合位置を表す。
The photoelectric conversion element according to claim 8 , wherein R 1a is an alkyl group, a cycloalkyl group, an alkenyl group, an alkynyl group, an aryl group, a heteroaryl group, or a group that can be represented by the following formula (I-4).
Figure 0006089007
In formula, Xa represents NR <1c> , an oxygen atom, or a sulfur atom. R 1b and R 1c each independently represent a hydrogen atom or a substituent. * Represents a bonding position with N in the formula (I-3).
前記Xが、ハロゲン原子である請求項1〜のいずれか1項に記載の光電変換素子。 Wherein X is a photoelectric conversion device according to any one of claims 1 to 9, which is a halogen atom. 前記Mが、PbおよびSnの少なくとも1種である請求項1〜10のいずれか1項に記載の光電変換素子。 Wherein M is a photoelectric conversion device according to any one of claims 1-10 is at least one of Pb and Sn. 請求項1〜11のいずれか1項に記載の光電変換素子を備えた太陽電池。 Solar cell comprising the photoelectric conversion device according to any one of claims 1 to 11. 請求項1〜11のいずれか1項に記載の光電変換素子の製造方法であって、前記感光層を、前記多孔質層の表面に、(ai)前記光吸収剤IおよびIIを含有する光吸収剤溶液を塗布して成膜する、(aii)前記光吸収剤IおよびIIのいずれか一方を含有する光吸収剤溶液を塗布後、他方の光吸収剤を含有する光吸収剤溶液を塗布して成膜する、または(b)前記光吸収剤IおよびIIのいずれか一方を含有する光吸収剤溶液を塗布後、正孔輸送材料からなる中間層を設け、さらに前記光吸収剤IおよびIIの他方を含有する光吸収剤溶液を塗布して成膜する光電変換素子の製造方法。
A manufacturing method of a photoelectric conversion device according to any one of claims 1 to 11, and the photosensitive layer, the surface of the porous layer, the light containing (ai) the light absorbing agent I and II (Iii) Applying a light absorber solution containing one of the light absorbers I and II, and then applying a light absorber solution containing the other light absorber Or (b) after applying a light absorber solution containing any one of the light absorbers I and II, an intermediate layer made of a hole transport material is provided, and the light absorber I and The manufacturing method of the photoelectric conversion element which apply | coats the light absorber solution containing the other of II, and forms into a film.
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