JP6308152B2 - Photoelectric conversion element, dye-sensitized solar cell, and dye solution - Google Patents
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Description
本発明は、光電変換素子、色素増感太陽電池および色素溶液に関する。 The present invention relates to a photoelectric conversion element, a dye-sensitized solar cell, and a dye solution.
光電変換素子は、各種の光センサー、複写機、太陽電池等の光電気化学電池等に用いられている。この光電変換素子には、金属を用いた方式、半導体を用いた方式、有機顔料や色素を用いた方式、または、これらを組み合わせた方式等の様々な方式が実用化されている。特に、非枯渇性の太陽エネルギーを利用した太陽電池は、燃料が不要であり、無尽蔵のクリーン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大いに期待されている。そのなかでも、シリコン系太陽電池は古くから研究開発が進められ、各国の政策的な配慮もあって普及が進んでいる。しかし、シリコンは無機材料であり、スループットおよびコスト等の改良には自ずと限界がある。 Photoelectric conversion elements are used in various photosensors, photocopiers, photoelectrochemical cells such as solar cells, and the like. Various methods such as a method using a metal, a method using a semiconductor, a method using an organic pigment or a dye, or a combination of these have been put to practical use for this photoelectric conversion element. In particular, a solar cell using non-depleting solar energy does not require fuel, and full-scale practical use is highly expected as it uses inexhaustible clean energy. Among them, silicon-based solar cells have been researched and developed for a long time, and are spreading due to national policy considerations. However, since silicon is an inorganic material, there is a limit to improving throughput and cost.
そこで、色素増感太陽電池の研究が精力的に行われている。特にその契機となったのは、スイス ローザンヌ工科大学のGraetzel等の研究成果である。彼らは、ポーラス酸化チタン膜の表面にルテニウム錯体からなる色素を固定した構造を採用し、アモルファスシリコン並の光電変換効率を実現した。これにより、高価な真空装置を使用しなくても製造できる色素増感太陽電池が一躍世界の研究者から注目を集めるようになった。
現在までに、色素増感太陽電池に使用される金属錯体色素として、一般的に、N3、N719、N749(ブラックダイともいう)、Z907、J2と呼ばれる色素等が開発されている。
Therefore, research on dye-sensitized solar cells has been vigorously conducted. In particular, it was the research results of Graetzel and others at the Swiss Lausanne University of Technology. They adopted a structure in which a dye composed of a ruthenium complex was fixed on the surface of a porous titanium oxide film, realizing photoelectric conversion efficiency comparable to that of amorphous silicon. As a result, dye-sensitized solar cells that can be manufactured without using an expensive vacuum apparatus have attracted attention from researchers all over the world.
To date, dyes called N3, N719, N749 (also referred to as black dye), Z907, and J2 have been developed as metal complex dyes used in dye-sensitized solar cells.
これらの色素以外にも、光電変換素子および色素増感太陽電池の光電変換効率の向上等を示す金属錯体色素が開発されている。
例えば、特許文献1には、ターピリジン配位子と、ピリジン環の4位にチオフェン環等の芳香族ヘテロ環を有するピラゾリルピリジン2座配位子と、単座配位子とを有する金属錯体色素中に1.0モル%以上の異性体を共存させた金属錯体色素が記載されている。
また、特許文献2には、ターピリジン配位子と、ピリジン環の窒素原子に対して3位にチオフェン環を有するピラゾリルピリジン2座配位子と、単座配位子とを有する金属錯体色素が記載されている。
In addition to these dyes, metal complex dyes exhibiting improvements in photoelectric conversion efficiency of photoelectric conversion elements and dye-sensitized solar cells have been developed.
For example, Patent Document 1 discloses a metal complex dye having a terpyridine ligand, a pyrazolylpyridine bidentate ligand having an aromatic heterocycle such as a thiophene ring at the 4-position of the pyridine ring, and a monodentate ligand. Describes metal complex dyes in which 1.0 mol% or more of isomers coexist.
Patent Document 2 describes a metal complex dye having a terpyridine ligand, a pyrazolylpyridine bidentate ligand having a thiophene ring at the 3-position with respect to the nitrogen atom of the pyridine ring, and a monodentate ligand. Has been.
光電変換素子または色素増感太陽電池の実用化に向けて、光電変換効率等の電池性能の安定性を一層高めた光電変換素子または色素増感太陽電池を製造できることが求められている。
この点に関して、特許文献1に記載の金属錯体色素を用いると、繰り返し製造しても光電変換素子または太陽電池の性能が安定して維持できることが、特許文献1に記載されている。しかし、年々、光電変換素子および色素増感太陽電池に求められる電池性能が高くなっている。これに伴い、光電変換素子または色素増感太陽電池を同一条件で製造したときの電池性能の安定性(電池性能の製造ばらつき)についても、まだ改善の余地がある。
また、光電変換素子または色素増感太陽電池を同一条件で製造したときの電池性能の安定性に加えて、製造条件が変化したときにも、光電変換素子または色素増感太陽電池が安定した電池性能を示すことも求められる。光電変換素子または色素増感太陽電池の製造においては、金属錯体色素を半導体微粒子に吸着させる工程において、金属錯体色素を含有する色素溶液の温度(吸着温度)は変化しやすい。しかし、同一条件で製造すれば安定した電池性能を示すものであっても、吸着温度等の製造条件が変化すると、光電変換素子または色素増感太陽電池の電池性能が変動し(電池性能の吸着温度依存性)、安定性の点で十分ではなかった。この問題は、連続生産や、量産化する場合等に、顕著になる。
For practical application of a photoelectric conversion element or a dye-sensitized solar cell, it is required that a photoelectric conversion element or a dye-sensitized solar cell with further improved stability of battery performance such as photoelectric conversion efficiency can be produced.
In this regard, Patent Document 1 describes that when the metal complex dye described in Patent Document 1 is used, the performance of the photoelectric conversion element or the solar cell can be stably maintained even if it is repeatedly manufactured. However, battery performance required for photoelectric conversion elements and dye-sensitized solar cells is increasing year by year. Accordingly, there is still room for improvement in the stability of battery performance (manufacturing variation in battery performance) when a photoelectric conversion element or a dye-sensitized solar cell is manufactured under the same conditions.
In addition to the stability of the battery performance when the photoelectric conversion element or the dye-sensitized solar cell is manufactured under the same conditions, the photoelectric conversion element or the dye-sensitized solar cell is stable even when the manufacturing conditions are changed. It is also required to show performance. In the production of a photoelectric conversion element or a dye-sensitized solar cell, the temperature (adsorption temperature) of the dye solution containing the metal complex dye is likely to change in the step of adsorbing the metal complex dye to the semiconductor fine particles. However, even if it shows stable battery performance if manufactured under the same conditions, if the manufacturing conditions such as adsorption temperature change, the battery performance of the photoelectric conversion element or dye-sensitized solar cell will fluctuate (adsorption of battery performance). Temperature dependence) and stability were not sufficient. This problem becomes prominent in continuous production and mass production.
本発明は、同一の製造条件で製造されても、また吸着温度が変動しても、光電変換効率の変動が小さく、安定した電池性能を示す光電変換素子およびこれを用いた色素増感太陽電池を提供することを課題とする。
また、上記の十分に安定した電池性能を発揮する光電変換素子を製造可能な色素溶液を提供することを課題とする。
The present invention relates to a photoelectric conversion element having a small fluctuation in photoelectric conversion efficiency and exhibiting stable battery performance even when manufactured under the same manufacturing conditions and the adsorption temperature varies, and a dye-sensitized solar cell using the same It is an issue to provide.
It is another object of the present invention to provide a dye solution capable of producing a photoelectric conversion element that exhibits sufficiently stable battery performance.
本発明者らは、光電変換素子および色素増感太陽電池の電池性能の安定化について鋭意検討したところ、ピリジン環の窒素原子に対して3位に芳香族ヘテロ環を有するピリジン配位子とターピリジン配位子とNCS配位子とを有する特定構造の金属錯体色素を、その異性体とともに半導体微粒子に吸着させ、しかも、全金属錯体色素中の異性体の含有率を特定の割合にすると、同一の製造条件で製造した場合に加えて、吸着温度が変動した場合にも、光電変換素子および色素増感太陽電池の電池性能を高度に安定化できることを見出した。本発明はこの知見に基づき、さらに検討を重ね、完成されるに至ったものである。 The present inventors diligently investigated the stabilization of the battery performance of the photoelectric conversion element and the dye-sensitized solar cell. As a result, a pyridine ligand having an aromatic heterocycle at the 3-position with respect to the nitrogen atom of the pyridine ring and terpyridine are used. When a metal complex dye having a specific structure having a ligand and an NCS ligand is adsorbed on a semiconductor fine particle together with its isomer, and the content of the isomer in the all metal complex dye is a specific ratio, the same It was found that the battery performance of the photoelectric conversion element and the dye-sensitized solar cell can be highly stabilized even when the adsorption temperature fluctuates in addition to the production under the production conditions. Based on this knowledge, the present invention has been further studied and completed.
すなわち、本発明の課題は、以下の手段によって解決された。
<1>導電性支持体と、電解質を含む感光体層と、電解質を含む電荷移動体層と、対極とを有する光電変換素子であって、
感光体層が、下記式(1)で表される金属錯体色素とこの金属錯体色素の異性体とが担持された半導体微粒子を有し、
上記異性体が、下記式(2)で表される結合異性体および下記式(3)で表される幾何異性体の少なくとも一方を含んでおり、
金属錯体色素中の上記異性体の含有率が合計で0.1モル%以上50モル%未満であり、結合異性体を含有する場合の含有率が0.5モル%以上20モル%未満であり、幾何異性体を含有する場合の含有率が0.5モル%以上20モル%未満である、光電変換素子。
That is, the subject of this invention was solved by the following means.
<1> A photoelectric conversion element having a conductive support, a photoreceptor layer containing an electrolyte, a charge transfer layer containing an electrolyte, and a counter electrode,
The photoreceptor layer has semiconductor fine particles on which a metal complex dye represented by the following formula (1) and an isomer of the metal complex dye are supported,
The isomer includes at least one of a bond isomer represented by the following formula (2) and a geometric isomer represented by the following formula (3):
The isomers less than 50 mol% der content of more than 0.1 mol% in total of the metal complex in the dye is, the content of the case containing bound isomer is less than 0.5 mole% to 20 mole% A photoelectric conversion element having a content of 0.5 mol% or more and less than 20 mol% when a geometric isomer is contained .
式中、Mは各々独立に水素イオンまたは陽イオンを表す。X1は窒素原子またはCR2を表す。X2は、X1が窒素原子の場合、窒素原子を表し、X1がCR2の場合、窒素原子またはCR3を表す。R1〜R3は、各々独立に、水素原子、アルキル基、ヘテロアリール基、アリール基またはハロゲン原子を表す。G1は下記式(G1)で表される基を表す。 In the formula, each M independently represents a hydrogen ion or a cation. X 1 represents a nitrogen atom or CR 2 . X 2 represents a nitrogen atom when X 1 is a nitrogen atom, and represents a nitrogen atom or CR 3 when X 1 is CR 2 . R 1 to R 3 each independently represents a hydrogen atom, an alkyl group, a heteroaryl group, an aryl group, or a halogen atom. G 1 represents a group represented by the following formula (G1).
式中、R4は、アルキル基、アルキニル基、アルケニル基、アルコキシ基、アルキルチオ基、アミノ基、ヘテロアリール基またはアリール基を表す。R5は、水素原子、アルキル基、アルキニル基、アルケニル基、アルコキシ基、アルキルチオ基、アミノ基、ヘテロアリール基またはアリール基を表す。mは1〜3の整数を表す。nは0〜2の整数を表す。Y1は酸素原子、硫黄原子、NRf、セレン原子、C(Rf)2またはSi(Rf)2を表す。Rfは水素原子またはアルキル基を表す。*は式(1)中のピリジン環との結合部を表す。 In the formula, R 4 represents an alkyl group, an alkynyl group, an alkenyl group, an alkoxy group, an alkylthio group, an amino group, a heteroaryl group or an aryl group. R 5 represents a hydrogen atom, an alkyl group, an alkynyl group, an alkenyl group, an alkoxy group, an alkylthio group, an amino group, a heteroaryl group or an aryl group. m represents an integer of 1 to 3. n represents an integer of 0 to 2. Y 1 represents an oxygen atom, a sulfur atom, NRf, a selenium atom, C (Rf) 2 or Si (Rf) 2 . Rf represents a hydrogen atom or an alkyl group. * Represents a bond to the pyridine ring in formula (1) .
<2>異性体の含有率が、合計で、0.3モル%以上30モル%未満である<1>に記載の光電変換素子。
<3>X2が、窒素原子である<1>または<2>に記載の光電変換素子
<4>nが、0である<1>〜<3>のいずれか1つに記載の光電変換素子。
<5>Y1が、硫黄原子または酸素原子である<1>〜<4>のいずれか1つに記載の光電変換素子。
<6>R1が、アルキル基またはアリール基である<1>〜<5>のいずれか1つに記載の光電変換素子。
<7>R5が、アルキル基、アルキニル基、アルケニル基、アルコキシ基またはアルキルチオ基である<1>〜<6>のいずれか1つに記載の光電変換素子。
<8>上記<1>〜<7>のいずれか1つに記載の光電変換素子を用いた色素増感太陽電池。
<9>下記式(1)で表される金属錯体色素と、この金属錯体色素の異性体と、溶媒とを含有する色素溶液であって、
上記異性体が、下記式(2)で表される結合異性体および下記式(3)で表される幾何異性体の少なくとも一方を含んでおり、
金属錯体色素中の上記異性体の含有率が合計で0.1モル%以上50モル%未満であり、結合異性体を含有する場合の含有率が0.5モル%以上20モル%未満であり、幾何異性体を含有する場合の含有率が0.5モル%以上20モル%未満である、色素溶液。
The photoelectric conversion element as described in <1> whose content rate of a <2 > isomer is 0.3 mol% or more and less than 30 mol% in total.
<3> X 2 is a nitrogen atom <1> or the photoelectric conversion element <4> n according to <2>, 0 <1> to photoelectric conversion according to any one of <3> element.
<5> Y 1 is a sulfur or oxygen atom <1> to photoelectric conversion device according to any one of <4>.
<6> R 1 is an alkyl group or an aryl group <1> to photoelectric conversion device according to any one of <5>.
< 7 > The photoelectric conversion device according to any one of <1> to < 6 >, wherein R 5 is an alkyl group, an alkynyl group, an alkenyl group, an alkoxy group, or an alkylthio group.
< 8 > A dye-sensitized solar cell using the photoelectric conversion element according to any one of <1> to < 7 >.
<9> and a metal complex dye represented by the following formula (1), and isomers of the metal complex dye, a dye solution containing a solvent,
The isomer includes at least one of a bond isomer represented by the following formula (2) and a geometric isomer represented by the following formula (3):
The isomers less than 50 mol% der content of more than 0.1 mol% in total of the metal complex in the dye is, the content of the case containing bound isomer is less than 0.5 mole% to 20 mole% A dye solution having a geometric isomer content of 0.5 mol% or more and less than 20 mol% .
式中、Mは各々独立に水素イオンまたは陽イオンを表す。X1は窒素原子またはCR2を表す。X2は、X1が窒素原子の場合、窒素原子を表し、X1がCR2の場合、窒素原子またはCR3を表す。R1〜R3は、各々独立に、水素原子、アルキル基、ヘテロアリール基、アリール基またはハロゲン原子を表す。G1は下記式(G1)で表される基を表す。 In the formula, each M independently represents a hydrogen ion or a cation. X 1 represents a nitrogen atom or CR 2 . X 2 represents a nitrogen atom when X 1 is a nitrogen atom, and represents a nitrogen atom or CR 3 when X 1 is CR 2 . R 1 to R 3 each independently represents a hydrogen atom, an alkyl group, a heteroaryl group, an aryl group, or a halogen atom. G 1 represents a group represented by the following formula (G1).
式中、R4は、アルキル基、アルキニル基、アルケニル基、アルコキシ基、アルキルチオ基、アミノ基、ヘテロアリール基またはアリール基を表す。R5は、水素原子、アルキル基、アルキニル基、アルケニル基、アルコキシ基、アルキルチオ基、アミノ基、ヘテロアリール基またはアリール基を表す。mは1〜3の整数を表す。nは0〜2の整数を表す。Y1は酸素原子、硫黄原子、NRf、セレン原子、C(Rf)2またはSi(Rf)2を表す。Rfは水素原子またはアルキル基を表す。*は式(1)中のピリジン環との結合部を表す。 In the formula, R 4 represents an alkyl group, an alkynyl group, an alkenyl group, an alkoxy group, an alkylthio group, an amino group, a heteroaryl group or an aryl group. R 5 represents a hydrogen atom, an alkyl group, an alkynyl group, an alkenyl group, an alkoxy group, an alkylthio group, an amino group, a heteroaryl group or an aryl group. m represents an integer of 1 to 3. n represents an integer of 0 to 2. Y 1 represents an oxygen atom, a sulfur atom, NRf, a selenium atom, C (Rf) 2 or Si (Rf) 2 . Rf represents a hydrogen atom or an alkyl group. * Represents a bond to the pyridine ring in formula (1).
本明細書において、特段の断りがない限り、二重結合については、分子内にE型およびZ型が存在する場合、そのいずれであっても、またこれらの混合物であってもよい。
特定の符号や式で表示された置換基や連結基、配位子等(以下、置換基等という)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。
In the present specification, unless otherwise specified, the double bond may be either E-type or Z-type in the molecule, or a mixture thereof.
When there are a plurality of substituents, linking groups, ligands, etc. (hereinafter referred to as substituents, etc.) indicated by a specific symbol or formula, or when a plurality of substituents are specified simultaneously, unless otherwise specified The respective substituents may be the same as or different from each other. 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.
また、環、例えば、芳香族環または脂肪族環は、さらに縮環して縮合環を形成していてもよい。 Further, a ring, for example, an aromatic ring or an aliphatic ring may be further condensed to form a condensed ring.
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、任意の置換基を有していてもよい意味である。このことは、置換基、連結基および配位子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 clearly indicate substitution or non-substitution means that it may have an arbitrary substituent within a range that exhibits a desired effect. The same applies to substituents, linking groups and ligands.
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。 In addition, a numerical range expressed using “to” in this specification means a range including numerical values described before and after “to” as a lower limit value and an upper limit value.
本発明の光電変換素子および色素増感太陽電池は、同一の製造条件で製造されても、また吸着温度が変動しても、光電変換効率の変動が小さく、安定した電池性能を示す。また、本発明の色素溶液は、十分に安定した電池性能を発揮する光電変換素子を製造することができる。 Even if the photoelectric conversion element and the dye-sensitized solar cell of the present invention are manufactured under the same manufacturing conditions and the adsorption temperature varies, the variation in photoelectric conversion efficiency is small and stable battery performance is exhibited. Moreover, the dye solution of the present invention can produce a photoelectric conversion element that exhibits sufficiently stable battery performance.
[光電変換素子および色素増感太陽電池]
本発明の光電変換素子は、導電性支持体と、電解質を含む感光体層と、電解質を含む電荷移動体層と、対極(対向電極)とを有する。感光体層と電荷移動体層と対極とがこの順で導電性支持体上に設けられている。
[Photoelectric conversion element and dye-sensitized solar cell]
The photoelectric conversion element of the present invention has a conductive support, a photoreceptor layer containing an electrolyte, a charge transfer body layer containing an electrolyte, and a counter electrode (counter electrode). The photosensitive layer, the charge transfer layer, and the counter electrode are provided on the conductive support in this order.
本発明の光電変換素子において、その感光体層を形成する半導体微粒子は、全体として、増感色素として後述する式(1)で表される金属錯体色素と、その異性体である金属錯体色素とを担持している。したがって、半導体微粒子の少なくとも一部は、式(1)で表される金属錯体色素およびその異性体の両方を担持してもよく、これらのうちの一方のみを担持してもよい。ここで、金属錯体色素が半導体微粒子の表面に担持される態様は、半導体微粒子の表面に吸着する態様、半導体微粒子の表面に堆積する態様、および、これらが混在した態様等を包含する。吸着は、化学吸着と物理吸着とを含み、化学吸着が好ましい。
半導体微粒子は、後述する式(1)で表される金属錯体色素およびその異性体と併せて、他の金属錯体色素を担持していてもよい。
In the photoelectric conversion element of the present invention, the semiconductor fine particles forming the photoreceptor layer as a whole are a metal complex dye represented by the formula (1) described later as a sensitizing dye, and a metal complex dye that is an isomer thereof. Is carried. Therefore, at least a part of the semiconductor fine particles may carry both the metal complex dye represented by the formula (1) and its isomer, or may carry only one of them. Here, the aspect in which the metal complex dye is supported on the surface of the semiconductor fine particle includes an aspect in which the metal complex dye is adsorbed on the surface of the semiconductor fine particle, an aspect in which the metal complex dye is deposited on the surface of the semiconductor fine particle, and an aspect in which these are mixed. The adsorption includes chemical adsorption and physical adsorption, and chemical adsorption is preferable.
The semiconductor fine particles may carry other metal complex dyes together with the metal complex dye represented by the formula (1) described later and isomers thereof.
また、感光体層は電解質を含む。感光体層に含まれる電解質は、電荷移動体層が有する電解質と同種でも異種であってもよいが、同種であることが好ましい。 The photoreceptor layer contains an electrolyte. The electrolyte contained in the photoreceptor layer may be the same as or different from the electrolyte of the charge transfer layer, but is preferably the same.
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上記各層は、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。また、必要により上記各層以外の層を有してもよい。 The photoelectric conversion element of the present invention is not particularly limited except for the structure defined in the present invention, and a known structure relating to the photoelectric conversion element can be adopted. Each of the layers 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. Moreover, you may have layers other than said each layer if needed.
本発明の色素増感太陽電池は、本発明の光電変換素子を用いてなる。
以下、本発明の光電変換素子および色素増感太陽電池の好ましい実施形態について説明する。
The dye-sensitized solar cell of the present invention uses the photoelectric conversion element of the present invention.
Hereinafter, preferred embodiments of the photoelectric conversion element and the dye-sensitized solar cell of the present invention will be described.
図1に示されるシステム100は、本発明の第1態様の光電変換素子10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ものである。
光電変換素子10は、導電性支持体1と、色素(金属錯体色素)21が担持されることにより増感された半導体微粒子22、および、半導体微粒子22間に電解質を含む感光体層2と、正孔輸送層である電荷移動体層3と、対極4とからなる。
光電変換素子10において、受光電極5は、導電性支持体1および感光体層2を有し、作用電極として機能する。
A
The
In the
光電変換素子10を応用したシステム100において、感光体層2に入射した光は、金属錯体色素21を励起する。励起された金属錯体色素21はエネルギーの高い電子を有しており、この電子が金属錯体色素21から半導体微粒子22の伝導帯に渡され、さらに拡散によって導電性支持体1に到達する。このとき金属錯体色素21は酸化体となっている。導電性支持体1に到達した電子が外部回路6で仕事をしながら、対極4、電荷移動体層3を経由して金属錯体色素21の酸化体に到達し、この酸化体を還元することで、システム100が太陽電池として機能する。
In the
図2に示される色素増感太陽電池20は、本発明の第2態様の光電変換素子により構成されている。
色素増感太陽電池20となる光電変換素子は、図1に示す光電変換素子に対して、導電性支持体41および感光体層42の構成、および、スペーサーSを有する点で異なるが、それらの点以外は図1に示す光電変換素子10と同様に構成されている。すなわち、導電性支持体41は、基板44と、基板44の表面に成膜された透明導電膜43とからなる2層構造を有している。また、感光体層42は、半導体層45と、半導体層45に隣接して成膜された光散乱層46とからなる2層構造を有している。導電性支持体41と対極48との間にはスペーサーSが設けられている。色素増感太陽電池20において、40は受光電極であり、47は電荷移動体層である。
The dye-sensitized
Although the photoelectric conversion element used as the dye-sensitized
色素増感太陽電池20は、光電変換素子10を応用したシステム100と同様に、感光体層42に光が入射することにより、太陽電池として機能する。
The dye-sensitized
本発明の光電変換素子および色素増感太陽電池は、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 dye-sensitized solar cell of the present invention are not limited to the above-described preferred embodiments, and the configurations and the like of each embodiment can be appropriately combined between the respective embodiments without departing from the gist of the present invention.
本発明において、光電変換素子または色素増感太陽電池に用いられる材料および各部材は常法により調製することができる。例えば、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2001−185244号公報、特開2001−210390号公報、特開2003−217688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 the present invention, materials and members used for the photoelectric conversion element or the dye-sensitized solar cell can be prepared by a conventional method. For example, US Pat. No. 4,927,721, US Pat. No. 4,684,537, US Pat. No. 5,084,365, US Pat. No. 5,350,644, U.S. Pat. No. 5,463,057, U.S. Pat. No. 5,525,440, JP-A-7-249790, JP-A 2001-185244, JP-A 2001-210390, JP Reference can be made to JP2003-217688A, JP2004220974A, and JP2008-135197A.
<金属錯体色素>
− 式(1)で表される金属錯体色素と異性体 −
本発明に用いる金属錯体色素(以下、ルテニウム錯体色素とも称す。)は、下記式(1)で表される金属錯体色素(金属錯体色素(1)ということがある)と、この金属錯体色素の異性体である。
<Metal complex dye>
-Metal complex dyes and isomers represented by formula (1)-
The metal complex dye used in the present invention (hereinafter also referred to as ruthenium complex dye) includes a metal complex dye represented by the following formula (1) (sometimes referred to as a metal complex dye (1)), and Isomer.
式中、Mは各々独立に水素イオンまたは陽イオンを表す。X1は窒素原子またはCR2を表す。X2は、X1が窒素原子の場合、窒素原子を表し、X1がCR2の場合、窒素原子またはCR3を表す。R1〜R3は、各々独立に、水素原子、アルキル基、ヘテロアリール基、アリール基またはハロゲン原子を表す。G1は下記式(G1)で表される基を表す。 In the formula, each M independently represents a hydrogen ion or a cation. X 1 represents a nitrogen atom or CR 2 . X 2 represents a nitrogen atom when X 1 is a nitrogen atom, and represents a nitrogen atom or CR 3 when X 1 is CR 2 . R 1 to R 3 each independently represents a hydrogen atom, an alkyl group, a heteroaryl group, an aryl group, or a halogen atom. G 1 represents a group represented by the following formula (G1).
(金属錯体色素における立体配置の表記方法)
まず、金属錯体色素(1)の骨格構造を用いて、金属錯体色素における化学構造式の立体配置の表記方法について説明する。
本明細書においては、金属錯体色素の3次元構造を、下記(I)の表記方法を使用して、示す。下記(I)で表される金属錯体色素は、環Aのピリジン環を3個有するターピリジン配位子と、環Bのピリジン環と環Cのピラゾール環が結合したピラゾリルピリジン2座配位子と、NCS(イソチオシアネート基)とが、Ruにオクタへドラルに配位(結合)した3次元構造を有する。ここで、Ruに対する結合のうち、下記(I)の表記中、通常の直線で示す結合が紙面(すなわち同一平面)上にある結合を表し、くさび形の太線で示す結合が紙面の手前にある結合を表し、くさび形の破線が紙面の向こう側(奥側)にある結合を表す。
すなわち、下記(I)で表される構造は、3次元直交座標系の左手座標系を用いて明確に表記すると下記(II)で表される。この構造は、Ruを原点として、xy平面上に、ターピリジン配位子の環Aのピリジン環3個と環Bのピリジン環とが配置され、z軸の負側に環Cのピラゾール環が配置され、z軸の正側にNCS(イソチオシアネート基)が配置された構造である。
(Notation method of configuration in metal complex dye)
First, using the skeleton structure of the metal complex dye (1), the notation method of the steric configuration of the chemical structural formula in the metal complex dye will be described.
In this specification, the three-dimensional structure of a metal complex dye is shown using the following notation (I). The metal complex dye represented by the following (I) includes a terpyridine ligand having three pyridine rings of ring A, a pyrazolylpyridine bidentate ligand in which a pyridine ring of ring B and a pyrazole ring of ring C are bonded, NCS (isothiocyanate group) has a three-dimensional structure coordinated (bonded) to Ru in an octahedral manner. Here, among the bonds to Ru, in the following notation (I), a bond indicated by a normal straight line indicates a bond on the paper surface (that is, the same plane), and a bond indicated by a wedge-shaped thick line is in front of the paper surface. This represents a bond, and a wedge-shaped broken line represents a bond on the other side (back side) of the page.
That is, the structure represented by the following (I) is represented by the following (II) when clearly expressed using a left-handed coordinate system of a three-dimensional orthogonal coordinate system. In this structure, with Ru as the origin, three pyridine rings of ring A and ring B of terpyridine ligand are arranged on the xy plane, and a pyrazole ring of ring C is arranged on the negative side of the z-axis. In this structure, NCS (isothiocyanate group) is arranged on the positive side of the z-axis.
(トランスおよびシス配置)
また、本発明におけるトランス配置とは、増田秀樹、長嶋雲兵編「ベーシックマスター無機化学」(2010年、オーム社)240ページに記載されているように、八面体型6配位錯体における2つの配位子の位置が金属イオンをはさんで反対側にあるものを意味する。このトランス配置は、上記2つの配位子の位置が隣り合っているシス配置のものとは、幾何異性体の関係となる。本発明においては、トランス配置−シス配置は、下図のL2のピリジン環と、下図のXの位置関係を表現するものであり、金属錯体色素(1)およびその幾何異性体の構造は、それぞれ、シス配置、トランス配置であり、模式的に以下のように表される。
(Trans and cis configuration)
In addition, the trans configuration in the present invention refers to two types of octahedral hexacoordination complexes as described in “Basic Master Inorganic Chemistry” (2010, Ohmsha), page 240, edited by Hideki Masuda and Kunhei Nagashima. It means that the position of the ligand is on the opposite side across the metal ion. This trans configuration has a geometric isomer relationship with the cis configuration in which the positions of the two ligands are adjacent to each other. In the present invention, the trans configuration-cis configuration represents the positional relationship between the pyridine ring of L 2 in the lower diagram and X in the lower diagram, and the structures of the metal complex dye (1) and its geometric isomer are respectively A cis configuration and a trans configuration, which are schematically represented as follows.
上記の模式図において、L1は3個のピリジン環からなるターピリジン配位子を表し、各ピリジン環をNの丸囲み文字で表す。L2はピリジン環と含窒素5員環からなる2座配位子を表し、ピリジン環をNの丸囲み文字で、含窒素5員環をGで表す。また、XはNCS(イソチオシアネート基)を表す。MIはRuを表す。 In the above schematic diagram, L 1 represents a terpyridine ligand composed of three pyridine rings, and each pyridine ring is represented by an N circled letter. L 2 represents a bidentate ligand composed of a pyridine ring and a nitrogen-containing 5-membered ring, the pyridine ring is represented by a circled letter N, and the nitrogen-containing 5-membered ring is represented by G. X represents NCS (isothiocyanate group). M I represents Ru.
(式(1)で表される金属錯体色素およびその異性体)
次いで、式(1)で表される金属錯体色素およびその異性体について、説明する。
本発明に用いる、異性体としての金属錯体色素は、金属錯体色素(1)の異性体となるものである。
金属錯体色素(1)の異性体は、金属錯体色素の錯体構造に基づく異性体であり、種々のものが挙げられる。例えば、立体異性体、構造異性体が挙げられる。
立体異性体の代表的な例は、例えば、置換基の二重結合におけるE体とZ体(E/Z異性体)、中心金属に対する配位子の空間的配置(絶対配置)による幾何異性体が挙げられる。
一方、構造異性体の代表的な例は、例えば、イオン化異性体、配位異性体、結合異性体等が挙げられる。結合異性体は、異なった原子で配位可能な配位子(両座配位子)、例えばNCS基(イソチオシアネート基)が異なる原子で配位した異性体をいう。例えば、NCS基がその窒素原子で配位した金属錯体色素(1)において、その結合異性体としては、NCS基がその硫黄原子で配位した金属錯体色素(後述する式(2)で表される金属錯体色素)が挙げられる。
(Metal complex dye represented by formula (1) and isomers thereof)
Next, the metal complex dye represented by the formula (1) and its isomer will be described.
The metal complex dye as an isomer used in the present invention is an isomer of the metal complex dye (1).
The isomers of the metal complex dye (1) are isomers based on the complex structure of the metal complex dye, and various isomers are exemplified. Examples thereof include stereoisomers and structural isomers.
Representative examples of stereoisomers include, for example, E isomers and Z isomers (E / Z isomers) in the double bond of a substituent, and geometric isomers based on the spatial arrangement (absolute configuration) of the ligand with respect to the central metal. Is mentioned.
On the other hand, typical examples of structural isomers include ionized isomers, coordination isomers, bond isomers, and the like. The bond isomer refers to an isomer in which a ligand (bidentate ligand) that can coordinate with different atoms, for example, an NCS group (isothiocyanate group) is coordinated with different atoms. For example, in the metal complex dye (1) in which the NCS group is coordinated with the nitrogen atom, the bond isomer is a metal complex dye in which the NCS group is coordinated with the sulfur atom (represented by the formula (2) described later). Metal complex dyes).
本発明において、金属錯体色素(1)の異性体には、不斉炭素原子を持つ置換基に基づく光学異性体は含まれず、また、金属錯体色素(1)のMが陽イオンである場合、陽イオンの結合位置(ターピリジン配位子のピリジン環)の違いによる異性体も含まれない。 In the present invention, the isomer of the metal complex dye (1) does not include an optical isomer based on a substituent having an asymmetric carbon atom, and when M of the metal complex dye (1) is a cation, It does not include isomers due to differences in cation bonding positions (pyridine ring of terpyridine ligand).
ここで、金属錯体色素(1)およびその異性体について、具体的に説明する。
金属錯体色素(1)は、下記色素aであり、ピリジン環を3個有するターピリジン配位子、ピリジン環と含窒素5員環からなる2座配位子およびNCS基(イソチオシアネート基)がRuにオクタへドラルに配位したものである。
金属錯体色素(1)の結合異性体としては、例えば、NCS基の配位原子が窒素原子である下記構造aに対して、NCS基の配位原子が硫黄原子である下記色素bが挙げられる。
また、金属錯体色素(1)の幾何異性体としては、例えば、Ruを中心として、2座配位子における含窒素5員環がくさび形の太線で結合し、NCS基がくさび形の破線で結合する(シス配置)の下記色素aに対して、2座配位子におけるピリジン環がくさび形の太線で結合し、NCS基がくさび形の破線で結合する(トランス配置)の下記色素cが挙げられる。
その他の異性体として、cの幾何異性体において、NCS基の、配位原子が硫黄原子である幾何−結合異性体、置換基の二重結合におけるE体とZ体等が挙げられる。より具体的には、環Bのピリジン環が有する置換基G1がオレフィンを有する場合の二重結合部分におけるE体とZ体が挙げられる。
下記色素a〜cにおけるM、X1、X2、R1およびG1は、後述する式(1)におけるM、X1、X2、R1およびG1と同義である。
Here, the metal complex dye (1) and its isomer will be specifically described.
The metal complex dye (1) is the following dye a, in which a terpyridine ligand having three pyridine rings, a bidentate ligand composed of a pyridine ring and a nitrogen-containing 5-membered ring, and an NCS group (isothiocyanate group) are Ru. It is coordinated in octahedral.
Examples of the bond isomer of the metal complex dye (1) include the following dye b in which the coordination atom of the NCS group is a sulfur atom with respect to the following structure a in which the coordination atom of the NCS group is a nitrogen atom. .
As the geometric isomer of the metal complex dye (1), for example, a nitrogen-containing 5-membered ring in a bidentate ligand is bonded with a wedge-shaped thick line around the Ru, and the NCS group is a wedge-shaped broken line. The following dye c in which the pyridine ring in the bidentate ligand is bonded by a wedge-shaped thick line and the NCS group is bonded by a wedge-shaped broken line (trans configuration) is bonded to the following dye a that is bonded (cis configuration). Can be mentioned.
Examples of other isomers include a geometric-bond isomer of the NCS group in which the coordination atom is a sulfur atom in the geometric isomer of c, and an E-form and a Z-form in the double bond of the substituent. More specifically, the substituents G 1 having a pyridine ring of ring B include E-form and Z-form in the double bond portions of the case with olefin.
M in the following dyes a to c, X 1, X 2, R 1 and G 1 are as defined M, and X 1, X 2, R 1 and G 1 in formula (1) described later.
上記色素bは後述する式(2)で表される金属錯体色素であり、上記色素cは後述する式(3)で表される金属錯体色素である。 The dye b is a metal complex dye represented by formula (2) described later, and the dye c is a metal complex dye represented by formula (3) described later.
本発明においては、金属錯体色素(1)を、下記の異性体含有率で金属錯体色素(1)の異性体と併用することにより、同一の製造条件で製造されても、また吸着温度が変動しても、光電変換効率の変動が小さく、安定した電池性能を、光電変換素子および色素増感太陽電池に付与できる。
金属錯体色素(1)と併用される異性体として、電池性能の安定性の点で、幾何異性体、結合異性体、または、幾何異性体および結合異性体が好ましい。吸着温度依存性および製造ばらつきの低減効果に優れる点で、異性体としては結合異性体が好ましい。
In the present invention, the metal complex dye (1) is used in combination with the isomer of the metal complex dye (1) at the following isomer content ratio, so that the adsorption temperature varies even if it is produced under the same production conditions. Even if it changes, the fluctuation | variation of photoelectric conversion efficiency is small and the stable battery performance can be provided to a photoelectric conversion element and a dye-sensitized solar cell.
The isomer used in combination with the metal complex dye (1) is preferably a geometric isomer, a bond isomer, or a geometric isomer and a bond isomer in terms of stability of battery performance. The bond isomer is preferable as the isomer because it is excellent in the adsorption temperature dependency and the effect of reducing the production variation.
金属錯体色素(1)および上記異性体は、それぞれ、高速液体クロマトグラフィー(HPLC:High Performance Liquid Chromatography)において、異なった位置(保持時間)に現れるピークにより、確認(同定)できる。このため、金属錯体色素(1)およびその異性体の総量に対する、金属錯体色素(1)または異性体の含有率を、それぞれ、HPLCにより決定することができる。各金属錯体色素の含有率は、例えば、高速液体クロマトグラフィー装置(島津製作所)を用いて、測定条件として、カラム:YMC−Pac ODS−AM 型番AM−312、温度40℃、検出波長254nm、流速1.0mL/min、溶離液THF(テトラヒドロフラン)/水/TFA(トリフルオロ酢酸)としたときに、得られるそれぞれのピークの面積比から、求めることができる。
The metal complex dye (1) and the isomer can be confirmed (identified) by peaks appearing at different positions (retention times) in high performance liquid chromatography (HPLC). Therefore, the content of the metal complex dye (1) or isomer with respect to the total amount of the metal complex dye (1) and its isomer can be determined by HPLC, respectively. The content of each metal complex dye is, for example, using a high performance liquid chromatography apparatus (Shimadzu Corporation) as a measurement condition, column: YMC-Pac ODS-AM, model number AM-312,
本発明において、異性体の含有率(異性体含有率という)は、全金属錯体色素(金属錯体色素(1)およびその異性体の合計モル数)に対して、合計で、0.1モル%以上50モル%未満である。すなわち、本発明において、半導体微粒子に吸着される金属錯体色素は、金属錯体色素(1)と、これに対応する少なくとも1つ以上の異性体とを含有し、金属錯体色素(1)の含有率が50モル%以上99.9モル%以下であり、異性体含有率が合計で0.1モル%以上50モル%未満である。
異性体含有率の下限値は、電池特性の安定性の点で、全金属錯体色素中、合計で、0.2モル%以上が好ましく、0.3モル%以上がより好ましく、0.5モル%以上がより一層好ましく、0.8モル%以上がさらに好ましく、1.0モル%以上が特に好ましく、1.5モル%以上が最も好ましい。異性体含有率の上限値は、電池特性の安定性の点で、全金属錯体色素中、合計で、40モル%以下が好ましく、35モル%以下がより好ましく、30モル%未満がさらに好ましく、25モル%以下が特に好ましく、20モル%以下が最も好ましい。異性体含有率は、上記上限値と上記下限値とを適宜に組み合わせた範囲とすることができる。
金属錯体色素(1)の含有率は、金属錯体色素(1)と異性体との含有率が合計で100モル%となるように、決定される。
各異性体の含有率については、後述する。
In the present invention, the content of isomers (referred to as isomer content) is 0.1 mol% in total with respect to the total metal complex dye (total number of moles of metal complex dye (1) and its isomer). More than 50 mol%. That is, in the present invention, the metal complex dye adsorbed on the semiconductor fine particles contains the metal complex dye (1) and at least one isomer corresponding thereto, and the content of the metal complex dye (1). Is 50 mol% or more and 99.9 mol% or less, and the isomer content is 0.1 mol% or more and less than 50 mol% in total.
The lower limit of the isomer content is preferably 0.2 mol% or more, more preferably 0.3 mol% or more, more preferably 0.5 mol% in total in all metal complex dyes from the viewpoint of stability of battery characteristics. % Or more is more preferable, 0.8 mol% or more is further preferable, 1.0 mol% or more is particularly preferable, and 1.5 mol% or more is most preferable. The upper limit of the content of isomers is preferably 40 mol% or less, more preferably 35 mol% or less, and even more preferably less than 30 mol% in total in all metal complex dyes from the viewpoint of stability of battery characteristics. 25 mol% or less is particularly preferable, and 20 mol% or less is most preferable. The isomer content can be in a range where the upper limit and the lower limit are appropriately combined.
The content rate of a metal complex pigment | dye (1) is determined so that the content rate of a metal complex pigment | dye (1) and an isomer may be 100 mol% in total.
The content of each isomer will be described later.
本発明において、異性体含有率は、適宜の方法で所定の範囲に設定できる。例えば、各金属錯体色素を所定の含有率で含有する色素溶液を調製し、この色素溶液を用いて、各金属錯体色素を半導体微粒子に吸着させる方法が挙げられる。各金属錯体色素を所定の含有率で含有する色素溶液は、後述するように、金属錯体色素(1)および各異性体を別々に合成し、これらを所定の含有率で溶媒に溶解させることにより、調製できる。
また、別の方法として、各金属錯体色素を含有する色素溶液それぞれを用いて、所定の含有率となるように、色素溶液の濃度または塗布量等を設定して、各金属錯体色素を半導体微粒子に順に吸着させることもできる。
各金属錯体色素の合成および精製方法は後述する。
In the present invention, the isomer content can be set within a predetermined range by an appropriate method. For example, there is a method in which a dye solution containing each metal complex dye at a predetermined content is prepared, and each metal complex dye is adsorbed on semiconductor fine particles using this dye solution. As will be described later, the dye solution containing each metal complex dye at a predetermined content is synthesized by separately synthesizing the metal complex dye (1) and each isomer and dissolving them in a solvent at a predetermined content. Can be prepared.
Another method is to use each dye solution containing each metal complex dye, and set the concentration or coating amount of the dye solution so as to obtain a predetermined content, and each metal complex dye is converted into a semiconductor fine particle. Can also be adsorbed in order.
A method for synthesizing and purifying each metal complex dye will be described later.
以下、本発明に用いる金属錯体色素について、説明する。
− 式(1)で表される金属錯体色素 −
金属錯体色素(1)は下記式(1)で表される。
Hereinafter, the metal complex dye used in the present invention will be described.
-Metal complex dye represented by formula (1)-
The metal complex dye (1) is represented by the following formula (1).
式中、Mは各々独立に水素イオンまたは陽イオンを表す。X1は窒素原子またはCR2を表す。X2は、X1が窒素原子の場合、窒素原子を表し、X1がCR2の場合、窒素原子またはCR3を表す。R1〜R3は、各々独立に、水素原子、アルキル基、ヘテロアリール基、アリール基またはハロゲン原子を表す。G1は後述の式(G1)で表される構造を示す。 In the formula, each M independently represents a hydrogen ion or a cation. X 1 represents a nitrogen atom or CR 2 . X 2 represents a nitrogen atom when X 1 is a nitrogen atom, and represents a nitrogen atom or CR 3 when X 1 is CR 2 . R 1 to R 3 each independently represents a hydrogen atom, an alkyl group, a heteroaryl group, an aryl group, or a halogen atom. G 1 represents a structure represented by the following formula (G1).
本発明において、金属錯体色素(1)を上記範囲の異性体含有率で下記異性体と併用し、しかも金属錯体色素(1)が、含窒素5員環とピリジン環からなる2座配位子におけるピリジン環の3位(ピリジン環中のルテニウムに配位する窒素原子を起点として含窒素5員環に結合する炭素原子を2位とする場合、5位)に置換基G1を有すると、安定した電池性能を光電変換素子および色素増感太陽電池に付与できる。この理由についてはまだ定かではないが、以下のように推定される。すなわち、金属錯体色素(1)が半導体微粒子の表面に吸着した際に、置換基G1が半導体微粒子の表面に平行に近い状態に位置するため、半導体微粒子の表面での金属錯体色素(1)の凝集(電池性能に影響する吸着状態でのミクロな凝集)が起こりにくくなると考えられる。一方、金属錯体色素(1)とその異性体とは、半導体微粒子への吸着速度や吸着状態等が異なる。これにより、金属錯体色素(1)の結晶性が低下し、凝集しにくくなる。また、吸着状態等が異なる異性体を上記含有率で半導体微粒子に吸着させると、金属錯体色素(1)の置換基G1による上記凝集抑制効果がさらに高められ、従来の金属錯体色素に比して、金属錯体色素(1)がより均質な吸着状態で半導体微粒子に吸着すると考えられる。このように、上記範囲の異性体含有率で異性体を吸着させ、しかも特定の置換位置に置換基G1を有する金属錯体色素(1)を用いることにより、電池性能の吸着温度依存性および製造ばらつきのいずれをも低減できる。 In the present invention, the metal complex dye (1) is used in combination with the following isomer with an isomer content in the above range, and the metal complex dye (1) is a bidentate ligand comprising a nitrogen-containing 5-membered ring and a pyridine ring. When the substituent G 1 is present at the 3-position of the pyridine ring in (the 5-position when the carbon atom bonded to the nitrogen-containing 5-membered ring is the 2-position starting from the nitrogen atom coordinated to ruthenium in the pyridine ring) Stable battery performance can be imparted to the photoelectric conversion element and the dye-sensitized solar cell. The reason for this is not clear yet, but is estimated as follows. That is, when the metal complex dye (1) was adsorbed on the surface of the semiconductor fine particles, because they are located in parallel to a state close to the surface substituent G 1 is the semiconductor fine particles, metal complex dye at the surface of semiconductor fine particles (1) It is considered that the agglomeration (micro agglomeration in the adsorption state affecting the battery performance) hardly occurs. On the other hand, the metal complex dye (1) and its isomer are different in the adsorption rate and adsorption state on the semiconductor fine particles. Thereby, the crystallinity of a metal complex pigment | dye (1) falls and it becomes difficult to aggregate. Further, when isomers having different adsorption states and the like are adsorbed on the semiconductor fine particles with the above content, the aggregation suppressing effect due to the substituent G 1 of the metal complex dye (1) is further enhanced, compared with the conventional metal complex dye. Thus, it is considered that the metal complex dye (1) is adsorbed on the semiconductor fine particles in a more homogeneous adsorption state. Thus, by using the metal complex dye (1) having the isomer content in the above-mentioned range and adsorbing the isomer and having the substituent G 1 at a specific substitution position, the battery temperature is affected by the adsorption temperature and the production. Any variation can be reduced.
金属錯体色素(1)において、Mが採りうる陽イオンとしては、特に限定されないが、例えば、下記対イオンCIにおける正の対イオン(水素イオンを除く)が挙げられる。なかでも、アルカリ金属イオンまたはアンモニウムイオンが好ましい。 In the metal complex dye (1), the cation that M can take is not particularly limited, and examples thereof include a positive counter ion (excluding a hydrogen ion) in the following counter ion CI. Of these, alkali metal ions or ammonium ions are preferred.
R1〜R3におけるアルキル基、ヘテロアリール基、アリール基およびハロゲン原子は、後述の置換基ZRにおける対応する基が好ましい。 The alkyl group, heteroaryl group, aryl group and halogen atom in R 1 to R 3 are preferably corresponding groups in the substituent Z R described later.
R1〜R3として採りうるアルキル基は、電子求引性基が置換したアルキル基がより好ましく、ハロゲン原子、特にフッ素原子が置換したアルキル基がさらに好ましい。ハロゲン原子が置換したアルキル基において、置換するハロゲン原子の数は、特に限定されず、1個以上で、アルキル基が有する水素原子数以下であることが好ましく、1〜6個がより好ましく、1〜3個がさらに好ましい。なかでも、ハロゲン原子が置換したアルキル基は、アルキル基が有するすべての水素原子が置換されたパーハロゲン化アルキル基が好ましく、パーフルオロアルキル基がより好ましく、トリフルオロメチルがさらに好ましい。 The alkyl group that can be taken as R 1 to R 3 is more preferably an alkyl group substituted with an electron withdrawing group, and further preferably an alkyl group substituted with a halogen atom, particularly a fluorine atom. In the alkyl group substituted with a halogen atom, the number of halogen atoms to be substituted is not particularly limited, and is preferably 1 or more and preferably the number of hydrogen atoms of the alkyl group, more preferably 1 to 6, and more preferably 1 ~ 3 are more preferred. Among them, the alkyl group substituted with a halogen atom is preferably a perhalogenated alkyl group in which all the hydrogen atoms of the alkyl group are substituted, more preferably a perfluoroalkyl group, and even more preferably trifluoromethyl.
R1〜R3として採りうるアリール基は、電子求引性基が置換したアリール基がより好ましく、ハロゲン原子、特にフッ素原子が置換したアリール基がさらに好ましい。ハロゲン原子が置換したアリール基において、置換するハロゲン原子の数は、特に限定されず、1個以上で、アリール基が有する水素原子数以下であることが好ましく、2〜5個がより好ましく、3〜5個がさらに好ましい。なかでも、ハロゲン原子が置換したアリール基は、ハロゲン原子が置換したフェニル基が好ましく、例えば、2,3,4,5−テトラフルオロフェニルまたは2,3,4,5,6−ペンタフルオロフェニルが挙げられる。 The aryl group that can be adopted as R 1 to R 3 is more preferably an aryl group substituted with an electron withdrawing group, and more preferably an aryl group substituted with a halogen atom, particularly a fluorine atom. In the aryl group substituted with a halogen atom, the number of halogen atoms to be substituted is not particularly limited, and is preferably 1 or more, and preferably less than or equal to the number of hydrogen atoms of the aryl group, more preferably 2 to 5. ~ 5 are more preferred. Among them, the aryl group substituted with a halogen atom is preferably a phenyl group substituted with a halogen atom, for example, 2,3,4,5-tetrafluorophenyl or 2,3,4,5,6-pentafluorophenyl. Can be mentioned.
R1は、上記の各基のなかでも、アルキル基、アリール基またはヘテロアリール基が好ましく、アルキル基またはアリール基がより好ましく、フッ素原子が置換したアルキル基またはフッ素原子が置換したアリール基がより好ましく、フッ素原子が置換したアルキル基がさらに好ましく、トリフルオロメチルが特に好ましい。 R 1 is preferably an alkyl group, an aryl group or a heteroaryl group, more preferably an alkyl group or an aryl group, and more preferably an alkyl group substituted with a fluorine atom or an aryl group substituted with a fluorine atom. An alkyl group substituted with a fluorine atom is more preferable, and trifluoromethyl is particularly preferable.
R2は、上記の各基のなかでも、水素原子またはアルキル基が好ましく、水素原子または炭素数1〜3のアルキル基がより好ましく、水素原子がさらに好ましい。
R3は水素原子が好ましい。
R 2 is preferably a hydrogen atom or an alkyl group among the above groups, more preferably a hydrogen atom or an alkyl group having 1 to 3 carbon atoms, and even more preferably a hydrogen atom.
R 3 is preferably a hydrogen atom.
X1は、CR2が好ましい。
X2は、上記のようにX1によって窒素原子またはCR3を表し、窒素原子が好ましい。X1とX2の組み合わせ(以下、(X1、X2)の順で記載)は、(窒素原子、窒素原子)または(CR2、窒素原子)が好ましく、(窒素原子、窒素原子)または(CH、窒素原子)がより好ましく、(CH、窒素原子)がさらに好ましい。
X 1 is preferably CR 2 .
X 2 represents a nitrogen atom or CR 3 by X 1 as described above, and a nitrogen atom is preferable. The combination of X 1 and X 2 (hereinafter described in the order of (X 1 , X 2 )) is preferably (nitrogen atom, nitrogen atom) or (CR 2 , nitrogen atom), (nitrogen atom, nitrogen atom) or (CH, nitrogen atom) is more preferable, and (CH, nitrogen atom) is more preferable.
G1は、下記式(G1)で表される基である。 G 1 is a group represented by the following formula (G1).
式中、R4は、アルキル基、アルキニル基、アルケニル基、アルコキシ基、アルキルチオ基、アミノ基、ヘテロアリール基またはアリール基を表す。R5は、水素原子、アルキル基、アルキニル基、アルケニル基、アルコキシ基、アルキルチオ基、アミノ基、ヘテロアリール基またはアリール基を表す。
mは1〜3の整数を表す。nは0〜2の整数を表す。
Y1は、酸素原子、硫黄原子、NRf、セレン原子、C(Rf)2またはSi(Rf)2を表す。ここで、Rfは水素原子またはアルキル基を表す。*は式(1)中のピリジン環との結合部を表す。
In the formula, R 4 represents an alkyl group, an alkynyl group, an alkenyl group, an alkoxy group, an alkylthio group, an amino group, a heteroaryl group or an aryl group. R 5 represents a hydrogen atom, an alkyl group, an alkynyl group, an alkenyl group, an alkoxy group, an alkylthio group, an amino group, a heteroaryl group or an aryl group.
m represents an integer of 1 to 3. n represents an integer of 0 to 2.
Y 1 represents an oxygen atom, a sulfur atom, NRf, a selenium atom, C (Rf) 2 or Si (Rf) 2 . Here, Rf represents a hydrogen atom or an alkyl group. * Represents a bond to the pyridine ring in formula (1).
R4、R5およびRfで規定される各基は、後述の置換基ZRにおける対応する基が好ましい。 Each group defined by R 4 , R 5 and Rf is preferably a corresponding group in the substituent Z R described later.
R4は、上記の各基のなかでも、アルキル基、アルコキシ基、アルキルチオ基、アミノ基、アリール基またはヘテロアリール基が好ましく、アルキル基、アルコキシ基、アルキルチオ基、アミノ基またはヘテロアリール基がより好ましく、アルキル基、アルコキシ基またはアルキルチオ基がさらに好ましい。
nは、0または1が好ましく、R5が水素原子である場合は1がより好ましく、R5が水素原子でない場合は0がより好ましい。
nが2である場合、2つのR4が互いに結合して環を形成していてもよく、隣接するR4とR5が結合して環を形成していてもよい。形成される環としては、ベンゼン環等のアリール環や、ピラジン環、ピロール環等のヘテロアリール環、シクロペンタジエン環等の芳香属性を示さない不飽和炭化水素環、1,4−ジオキサン環、2,3−ジヒドロピラジン環等の芳香属性を示さないヘテロ環が挙げられる。
R 4 is preferably an alkyl group, an alkoxy group, an alkylthio group, an amino group, an aryl group, or a heteroaryl group, and more preferably an alkyl group, an alkoxy group, an alkylthio group, an amino group, or a heteroaryl group. An alkyl group, an alkoxy group or an alkylthio group is more preferable.
n is preferably 0 or 1, more preferably 1 when R 5 is a hydrogen atom, if R 5 is not hydrogen atom 0 are more preferred.
When n is 2, two R 4 may be bonded to each other to form a ring, or adjacent R 4 and R 5 may be bonded to form a ring. Examples of the ring formed include an aryl ring such as a benzene ring, a heteroaryl ring such as a pyrazine ring and a pyrrole ring, an unsaturated hydrocarbon ring such as a cyclopentadiene ring, a 1,4-dioxane ring, 2 , 3-dihydropyrazine ring and the like which do not show an aromatic attribute.
R5は、上記の各基のなかでも、水素原子、アルキル基、アルキニル基、アルケニル基、アルコキシ基、アルキルチオ基またはアミノ基が好ましく、アルキル基、アルキニル基、アルケニル基、アルコキシ基またはアルキルチオ基がより好ましく、アルキル基、アルキニル基またはアルキルチオ基がさらに好ましい。R5として採りうるヘテロアリール基は、上記式(G1)中の、Y1を含む環を含まない。 R 5 is preferably a hydrogen atom, an alkyl group, an alkynyl group, an alkenyl group, an alkoxy group, an alkylthio group or an amino group, and an alkyl group, an alkynyl group, an alkenyl group, an alkoxy group or an alkylthio group among the above groups. More preferred is an alkyl group, an alkynyl group or an alkylthio group. The heteroaryl group which can be adopted as R 5 does not include the ring containing Y 1 in the above formula (G1).
Y1は、酸素原子または硫黄原子が好ましく、硫黄原子がより好ましい。
mは、1または2が好ましい。
mが2または3である場合、隣接するY1を含む環が有するR4のうち、一方のY1を含む環が有するR4が他方のY1を含む環に結合して環を形成してもよく、また隣接する2つのY1を含む環が有するR4同士が結合して環を形成していてもよい。形成される環としては、上記R4が形成する環と同義である。
Y 1 is preferably an oxygen atom or a sulfur atom, and more preferably a sulfur atom.
m is preferably 1 or 2.
when m is 2 or 3, among R 4 having the ring containing the adjacent Y 1, R 4 is bonded to the ring containing the other Y 1 to form a ring having the ring containing one Y 1 Alternatively, R 4 s in two adjacent rings including Y 1 may be bonded to form a ring. The ring formed is synonymous with the ring formed by R 4 described above.
式(G1)で表される基は、下記式(G1−1a)〜(G1−5a)のいずれかで表される基が好ましく、式(G1−1a)または式(G1−5a)で表される基が好ましく、式(G1−1a)で表される基がより好ましい。 The group represented by the formula (G1) is preferably a group represented by any of the following formulas (G1-1a) to (G1-5a), and is represented by the formula (G1-1a) or the formula (G1-5a). The group represented by Formula (G1-1a) is more preferable.
式(G1−1a)〜(G1−5a)において、R5、Y1およびmは、式(G1)における、R5、Y1およびmと同義であり、好ましい範囲も同じである。R6は、水素原子、アルキル基、アルキニル基、アルケニル基、アルコキシ基、アルキルチオ基、アミノ基、ヘテロアリール基またはアリール基を表す。R6として採りうる各基は、式(G1)のR4として採りうる各基と同義であり、好ましい範囲も同じであるが、水素原子が特に好ましい。 In formula (G1-1a) ~ (G1-5a), R 5, Y 1 and m are in the formula (G1), has the same meaning as R 5, Y 1 and m, the preferred range is also the same. R 6 represents a hydrogen atom, an alkyl group, an alkynyl group, an alkenyl group, an alkoxy group, an alkylthio group, an amino group, a heteroaryl group or an aryl group. Each group that can be taken as R 6 has the same meaning as each group that can be taken as R 4 in formula (G1), and the preferred range is also the same, but a hydrogen atom is particularly preferred.
Z1は、窒素原子またはCRaを表し、窒素原子が好ましい。
Z2およびZ3は、各々独立に、酸素原子、硫黄原子、NRb、CRb2、セレン原子またはSi(Rb)2を表す。Z2はNRbまたはC(Rb)2が好ましく、Z3は酸素原子または硫黄原子が好ましく、酸素原子がより好ましい。
RaおよびRbは各々独立に、水素原子またはアルキル基を表す。RaおよびRbにおけるアルキル基は後述の置換基ZRのアルキル基が好ましい。
Z 1 represents a nitrogen atom or CRa, and is preferably a nitrogen atom.
Z 2 and Z 3 each independently represent an oxygen atom, a sulfur atom, NRb, CRb 2 , a selenium atom or Si (Rb) 2 . Z 2 is preferably NRb or C (Rb) 2 , and Z 3 is preferably an oxygen atom or a sulfur atom, more preferably an oxygen atom.
Ra and Rb each independently represents a hydrogen atom or an alkyl group. Alkyl group for Ra and Rb are preferably alkyl groups of the substituents Z R described later.
− 式(2)で表される異性体 −
本発明においては、金属錯体色素(1)と併用される異性体として、下記式(2)で表される異性体が好ましい。
-Isomer represented by formula (2)-
In the present invention, an isomer represented by the following formula (2) is preferable as the isomer used in combination with the metal complex dye (1).
式中、M、X1、X2、R1およびG1は上記式(1)のM、X1、X2、R1およびG1と同義であり、好ましい範囲も同じである。 Wherein, M, X 1, X 2, R 1 and G 1 have the same meanings M, and X 1, X 2, R 1 and G 1 in the formula (1), and their preferable ranges are also the same.
上記式(2)で表される結合異性体を金属錯体色素(1)と併用すると、金属錯体色素(1)が有する上記凝集抑制効果を高めることができ、吸着温度依存性の低減効果に優れる。
本発明において、式(2)で表される結合異性体の含有率の下限値は、0.2モル%以上が好ましく、0.5モル%以上がより好ましく、1モル%以上がさらに好ましい。また、含有率の上限値は、25モル%以下が好ましく、20モル%未満がより好ましく、15モル%以下がさらに好ましく、10モル%以下が特に好ましい。式(2)で表される異性体含有率は、上記上限値と上記下限値とを適宜に組み合わせた範囲とすることができる。
When the bond isomer represented by the above formula (2) is used in combination with the metal complex dye (1), the aggregation suppression effect of the metal complex dye (1) can be enhanced, and the adsorption temperature dependency reducing effect is excellent. .
In the present invention, the lower limit of the content of the bond isomer represented by the formula (2) is preferably 0.2 mol% or more, more preferably 0.5 mol% or more, and further preferably 1 mol% or more. Further, the upper limit of the content is preferably 25 mol% or less, more preferably less than 20 mol%, further preferably 15 mol% or less, and particularly preferably 10 mol% or less. The isomer content represented by the formula (2) can be in a range in which the upper limit value and the lower limit value are appropriately combined.
− 式(3)で表される異性体 −
本発明においては、金属錯体色素(1)と併用される異性体として、下記式(3)で表される異性体も好ましい。
-Isomer represented by formula (3)-
In the present invention, an isomer represented by the following formula (3) is also preferred as the isomer used in combination with the metal complex dye (1).
式中、M、X1、X2、R1およびG1は上記式(1)のM、X1、X2、R1およびG1と同義であり、好ましい範囲も同じである。 Wherein, M, X 1, X 2, R 1 and wherein G 1 is as defined M, and X 1, X 2, R 1 and G 1 in the formula (1), and their preferable ranges are also the same.
上記式(3)で表される幾何異性体を金属錯体色素(1)と併用すると、金属錯体色素(1)が有する上記凝集抑制効果を高めることができ、製造ばらつきの抑制効果に優れる。
本発明において、式(3)で表される幾何異性体の含有率の下限値は、0.2モル%以上が好ましく、0.5モル%以上がより好ましく、1モル%以上がさらに好ましい。また、含有率の上限値は、25モル%以下が好ましく、20モル%未満がより好ましく、15モル%以下がさらに好ましく、10モル%以下が特に好ましい。式(3)で表される異性体含有率は、上記上限値と上記下限値とを適宜に組み合わせた範囲とすることができる。
When the geometric isomer represented by the above formula (3) is used in combination with the metal complex dye (1), the aggregation suppressing effect of the metal complex dye (1) can be enhanced, and the manufacturing variation suppressing effect is excellent.
In the present invention, the lower limit of the content of the geometric isomer represented by the formula (3) is preferably 0.2 mol% or more, more preferably 0.5 mol% or more, and further preferably 1 mol% or more. Further, the upper limit of the content is preferably 25 mol% or less, more preferably less than 20 mol%, further preferably 15 mol% or less, and particularly preferably 10 mol% or less. The isomer content represented by the formula (3) can be in a range in which the upper limit value and the lower limit value are appropriately combined.
本発明に用いる金属錯体色素および異性体は、それぞれ、色素の電荷を中和するための対イオン(CI)が含まれる形態も包含される。 Each of the metal complex dyes and isomers used in the present invention includes a form containing a counter ion (CI) for neutralizing the charge of the dye.
対イオンCIが正の対イオンの場合、例えば、対イオンCIは、無機もしくは有機のアンモニウムイオン(例えばテトラアルキルアンモニウムイオン、ピリジニウムイオン等)、ホスホニウムイオン(例えばテトラアルキルホスホニウムイオン、アルキルトリフェニルホスホニウムイオン等)、アルカリ金属イオン、金属錯体イオンまたは水素イオンである。正の対イオンとしては、無機もしくは有機のアンモニウムイオン(トリエチルアンモニウム、テトラブチルアンモニウムイオン等)、水素イオンが好ましい。 When the counter ion CI is a positive counter ion, for example, the counter ion CI is an inorganic or organic ammonium ion (for example, tetraalkylammonium ion, pyridinium ion, etc.), phosphonium ion (for example, tetraalkylphosphonium ion, alkyltriphenylphosphonium ion). Etc.), alkali metal ions, metal complex ions or hydrogen ions. The positive counter ion is preferably an inorganic or organic ammonium ion (such as triethylammonium or tetrabutylammonium ion) or a hydrogen ion.
対イオンCIが負の対イオンの場合、例えば、対イオンCIは、無機陰イオンでも有機陰イオンでもよい。例えば、水酸化物イオン、ハロゲン陰イオン(例えば、フッ化物イオン、塩化物イオン、臭化物イオン、ヨウ化物イオン等)、置換もしくは無置換のアルキルカルボン酸イオン(酢酸イオン、トリフルオロ酢酸等)、置換もしくは無置換のアリールカルボン酸イオン(安息香酸イオン等)、置換もしくは無置換のアルキルスルホン酸イオン(メタンスルホン酸、トリフルオロメタンスルホン酸イオン等)、置換もしくは無置換のアリールスルホン酸イオン(例えばp−トルエンスルホン酸イオン、p−クロロベンゼンスルホン酸イオン等)、アリールジスルホン酸イオン(例えば1,3−ベンゼンジスルホン酸イオン、1,5−ナフタレンジスルホン酸イオン、2,6−ナフタレンジスルホン酸イオン等)、アルキル硫酸イオン(例えばメチル硫酸イオン等)、硫酸イオン、チオシアン酸イオン、過塩素酸イオン、テトラフルオロホウ酸イオン、ヘキサフルオロホスフェートイオン、ピクリン酸イオンが挙げられる。さらに電荷均衡対イオンとして、イオン性ポリマーあるいは色素と逆電荷を有する他の色素を用いてもよく、金属錯イオン(例えばビスベンゼン−1,2−ジチオラトニッケル(III)等)も使用可能である。負の対イオンとしては、ハロゲン陰イオン、置換もしくは無置換のアルキルカルボン酸イオン、置換もしくは無置換のアルキルスルホン酸イオン、置換もしくは無置換のアリールスルホン酸イオン、アリールジスルホン酸イオン、過塩素酸イオン、ヘキサフルオロホスフェートイオンが好ましく、ハロゲン陰イオン、ヘキサフルオロホスフェートイオンがより好ましい。 When the counter ion CI is a negative counter ion, for example, the counter ion CI may be an inorganic anion or an organic anion. For example, hydroxide ion, halogen anion (eg, fluoride ion, chloride ion, bromide ion, iodide ion, etc.), substituted or unsubstituted alkylcarboxylate ion (acetate ion, trifluoroacetic acid etc.), substituted Or an unsubstituted arylcarboxylate ion (benzoate ion, etc.), a substituted or unsubstituted alkylsulfonate ion (methanesulfonate, trifluoromethanesulfonate ion, etc.), a substituted or unsubstituted arylsulfonate ion (eg, p- Toluene sulfonate ion, p-chlorobenzene sulfonate ion, etc.), aryl disulfonate ion (eg, 1,3-benzene disulfonate ion, 1,5-naphthalenedisulfonate ion, 2,6-naphthalenedisulfonate ion, etc.), alkyl Sulfate ion (eg Sulfate ion, etc.), sulfate ion, thiocyanate ion, perchlorate ion, tetrafluoroborate ion, hexafluorophosphate ion, and a picrate ion. Further, as the charge balance counter ion, an ionic polymer or another dye having a charge opposite to that of the dye may be used, and a metal complex ion (for example, bisbenzene-1,2-dithiolatonickel (III)) can also be used. is there. Negative counter ions include halogen anions, substituted or unsubstituted alkyl carboxylate ions, substituted or unsubstituted alkyl sulfonate ions, substituted or unsubstituted aryl sulfonate ions, aryl disulfonate ions, perchlorate ions , Hexafluorophosphate ions are preferred, and halogen anions and hexafluorophosphate ions are more preferred.
上記式(1)で表される金属錯体色素、ならびに上記式(2)および(3)で表される異性体は、例えば、特開2013−084594号公報に記載の方法、特許第4298799号公報に記載の方法、米国特許出願公開第2013/0018189A1、米国特許出願公開第2012/0073660A1、米国特許出願公開第2012/0111410A1および米国特許出願公開第2010/0258175A1号の各明細書に記載の方法、Angew.Chem.Int.Ed.,2011,50,p.2054−2058に記載の方法、Chem.Commun.,2014,50,p.6379−6381に記載の方法、この文献で挙げられている参照文献に記載の方法、太陽電池に関する上記特許文献、公知の方法、または、これらに準じた方法で、合成することができる。 Examples of the metal complex dye represented by the above formula (1) and the isomers represented by the above formulas (2) and (3) include, for example, the method described in JP2013-084594A, Japanese Patent No. 4298799. A method described in U.S. Patent Application Publication No. 2013 / 0018189A1, U.S. Patent Application Publication No. 2012 / 0073660A1, U.S. Patent Application Publication No. 2012 / 0111410A1, and U.S. Patent Application Publication No. 2010 / 0258175A1. Angew. Chem. Int. Ed. 2011, 50, p. 2054-2058, Chem. Commun. , 2014, 50, p. It can be synthesized by the method described in 6379-6381, the method described in the reference cited in this document, the above-mentioned patent document relating to solar cells, a known method, or a method according thereto.
金属錯体色素(1)および各異性体は、それぞれ、合成条件等を変更することで、通常、混合物として合成できる。この混合物を精製することによって、各金属錯体色素を単離できる。例えば、幾何異性体の場合、合成原料、または、ターピリジン配位子と含窒素5員環を有するピリジン2座配位子とがルテニウムに結合した中間体合成時の加熱温度または溶媒等を、変更することで、幾何異性体を多く含む混合物を得ることができる。また、結合異性体の場合、配位子を金属に導入するときの配位子濃度もしくは加熱温度または溶媒等を変更することで、結合異性体を多く含む混合物を得ることができる。E体、Z体の異性体の場合、合成時の光照射またはpHと加熱温度を変更することで、得ることができる。 The metal complex dye (1) and each isomer can be usually synthesized as a mixture by changing synthesis conditions and the like. By purifying this mixture, each metal complex dye can be isolated. For example, in the case of geometric isomers, the raw materials for synthesis, or the heating temperature or solvent at the time of synthesis of an intermediate in which a terpyridine ligand and a pyridine bidentate ligand having a nitrogen-containing 5-membered ring are bonded to ruthenium are changed. By doing so, a mixture containing many geometric isomers can be obtained. In the case of bond isomers, a mixture containing a large amount of bond isomers can be obtained by changing the ligand concentration, heating temperature, solvent, or the like when the ligand is introduced into the metal. In the case of E isomer and Z isomer, it can be obtained by light irradiation during synthesis or by changing pH and heating temperature.
上記の各金属錯体色素、特に金属錯体色素(1)は、溶液における極大吸収波長が、好ましくは300〜900nmの範囲であり、より好ましくは350〜850nmの範囲であり、特に好ましくは370〜800nmの範囲である。また、吸収波長領域は300〜900nmの全体にわたっていることが好ましい。 Each of the metal complex dyes, particularly the metal complex dye (1), has a maximum absorption wavelength in a solution of preferably 300 to 900 nm, more preferably 350 to 850 nm, and particularly preferably 370 to 800 nm. Range. Moreover, it is preferable that the absorption wavelength region covers the entire 300 to 900 nm.
<置換基群ZR>
本発明における置換基としては、下記置換基群ZRから選ばれる置換基が挙げられる。
置換基群ZRは、酸性基を含まない置換基群である。
本明細書において、単に置換基としてしか記載されていない場合は、この置換基群ZRを参照するものである。また、各々の基、例えば、アルキル基、が記載されているのみの場合は、この置換基群ZRの対応する基における好ましい範囲、具体例が適用される。
<Substituent group Z R >
The substituent in the present invention, substituents selected from Substituent Group Z R.
Substituent group Z R is a substituent group containing no acidic group.
In the present specification, when simply not listed only as substituents, it is intended to refer to the substituent group Z R. Also, each of the groups, for example, in the case of only an alkyl group, are described, preferable range of the corresponding group of the substituent group Z R, is a specific example is applied.
置換基群ZRに含まれる基としては、下記の基、および、下記の基を複数組み合わせてなる基が挙げられる。
アルキル基(好ましくは炭素数1〜20、より好ましくは1〜12で、例えば、メチル、エチル、イソプロピル、n−ブチル、t−ブチル、ペンチル、ヘキシル、ヘプチル、オクチル、1−エチルペンチル、2−エチルヘキシル、ベンジル、2−エトキシエチル、フルオロメチル、トリフルオロメチルまたは2,2,2−トリフルオロ−1,1−ジメチルエチル)、アルケニル基(好ましくは炭素数2〜20、より好ましくは2〜12で、例えば、ビニル、アリル、ブテニルまたはオレイル)、アルキニル基(好ましくは炭素数2〜20、より好ましくは2〜12で、例えば、エチニル、ブチニル、オクチニルまたはフェニルエチニル)、シクロアルキル基(好ましくは炭素数3〜20)、シクロアルケニル基(好ましくは炭素数5〜20)、アリール基(好ましくは炭素数6〜26で、例えば、フェニル、1−ナフチル、4−メトキシフェニル、2−クロロフェニル、3−メチルフェニル、ジフルオロフェニル、テトラフルオロフェニルまたはビス(トリフルオロメチル)フェニル)、ヘテロ環基(好ましくは炭素数2〜20で、少なくとも1つの酸素原子、硫黄原子、窒素原子を有する5員環または6員環のヘテロ環基がより好ましい。ヘテロ環基には芳香族性を示すヘテロアリール基および芳香族性を示さないヘテロ脂肪族環基が含まれる。ヘテロアリール基としては、例えば、2−ピリジル、2−チエニル、2−フラニル、3−ピリジル、4−ピリジル、2−イミダゾリル、2−ベンゾイミダゾリル、2−チアゾリルまたは2−オキサゾリル)、アルコキシ基(好ましくは炭素数1〜20、より好ましくは1〜12で、例えば、メトキシ、エトキシ、プロピルオキシ、ヘキシルオキシ、オクチルオキシまたはベンジルオキシ)、アルケニルオキシ基(好ましくは炭素数2〜20、より好ましくは2〜12)、アルキニルオキシ基(好ましくは炭素数2〜20、より好ましくは2〜12)、シクロアルキルオキシ基(好ましくは炭素数3〜20)、アリールオキシ基(好ましくは炭素数6〜26)、ヘテロ環オキシ基(好ましくは炭素数2〜20)、
The group contained in the substituent group Z R, the following groups, and include a group formed by combining a plurality of the following groups.
An alkyl group (preferably having 1 to 20 carbon atoms, more preferably 1 to 12 carbon atoms such as methyl, ethyl, isopropyl, n-butyl, t-butyl, pentyl, hexyl, heptyl, octyl, 1-ethylpentyl, 2- Ethylhexyl, benzyl, 2-ethoxyethyl, fluoromethyl, trifluoromethyl or 2,2,2-trifluoro-1,1-dimethylethyl), an alkenyl group (preferably having 2 to 20 carbon atoms, more preferably 2 to 12 carbon atoms). For example, vinyl, allyl, butenyl or oleyl), alkynyl groups (preferably having 2 to 20 carbon atoms, more preferably 2 to 12, for example, ethynyl, butynyl, octynyl or phenylethynyl), cycloalkyl groups (preferably 3 to 20 carbon atoms), cycloalkenyl group (preferably 5 to 20 carbon atoms) An aryl group (preferably having 6 to 26 carbon atoms, for example, phenyl, 1-naphthyl, 4-methoxyphenyl, 2-chlorophenyl, 3-methylphenyl, difluorophenyl, tetrafluorophenyl or bis (trifluoromethyl) phenyl), A heterocyclic group (preferably a 5- or 6-membered heterocyclic group having 2 to 20 carbon atoms and having at least one oxygen atom, sulfur atom or nitrogen atom is preferred. The heterocyclic group has aromaticity. And a heteroaliphatic ring group that does not exhibit aromaticity include, for example, 2-pyridyl, 2-thienyl, 2-furanyl, 3-pyridyl, 4-pyridyl, 2-pyridyl, and the like. Imidazolyl, 2-benzimidazolyl, 2-thiazolyl or 2-oxazolyl), an alkoxy group (preferably Prime number 1-20, more preferably 1-12, for example, methoxy, ethoxy, propyloxy, hexyloxy, octyloxy or benzyloxy), alkenyloxy groups (preferably having 2-20 carbon atoms, more preferably 2-12 carbon atoms). ), An alkynyloxy group (preferably having 2 to 20 carbon atoms, more preferably 2 to 12 carbon atoms), a cycloalkyloxy group (preferably having 3 to 20 carbon atoms), an aryloxy group (preferably having 6 to 26 carbon atoms), hetero A ring oxy group (preferably having 2 to 20 carbon atoms),
アルコキシカルボニル基(好ましくは炭素数2〜20)、シクロアルコキシカルボニル基(好ましくは炭素数4〜20)、アリールオキシカルボニル基(好ましくは炭素数6〜20)、アミノ基(好ましくは炭素数0〜20で、アルキルアミノ基、アルケニルアミノ基、アルキニルアミノ基、シクロアルキルアミノ基、シクロアルケニルアミノ基、アリールアミノ基、ヘテロ環アミノ基を含み、例えば、アミノ、N,N−ジメチルアミノ、N,N−ジエチルアミノ、N−エチルアミノ、N−アリルアミノ、N−(2−プロピニル)アミノ、N−シクロヘキシルアミノ、N−シクロヘキセニルアミノ、N,N−ジフェニルアミノ、アニリノ、ピリジルアミノ、イミダゾリルアミノ、ベンゾイミダゾリルアミノ、チアゾリルアミノ、ベンゾチアゾリルアミノまたはトリアジニルアミノ)、スルファモイル基(好ましくは炭素数0〜20で、アルキル、シクロアルキルもしくはアリールのスルファモイル基が好ましい)、アシル基(好ましくは炭素数1〜20)、アシルオキシ基(好ましくは炭素数1〜20)、カルバモイル基(好ましくは炭素数1〜20で、アルキル、シクロアルキルもしくはアリールのカルバモイル基が好ましい)、 An alkoxycarbonyl group (preferably having 2 to 20 carbon atoms), a cycloalkoxycarbonyl group (preferably having 4 to 20 carbon atoms), an aryloxycarbonyl group (preferably having 6 to 20 carbon atoms), an amino group (preferably having 0 to 0 carbon atoms). 20 includes an alkylamino group, an alkenylamino group, an alkynylamino group, a cycloalkylamino group, a cycloalkenylamino group, an arylamino group, a heterocyclic amino group, such as amino, N, N-dimethylamino, N, N -Diethylamino, N-ethylamino, N-allylamino, N- (2-propynyl) amino, N-cyclohexylamino, N-cyclohexenylamino, N, N-diphenylamino, anilino, pyridylamino, imidazolylamino, benzimidazolylamino, thiazolylamino , Benzothiazo Ruamino or triazinylamino), a sulfamoyl group (preferably an alkyl, cycloalkyl or aryl sulfamoyl group having 0 to 20 carbon atoms), an acyl group (preferably 1 to 20 carbon atoms), an acyloxy group (preferably Carbon number 1-20), a carbamoyl group (preferably an carbamoyl group having 1-20 carbon atoms, alkyl, cycloalkyl or aryl),
アシルアミノ基(好ましくは炭素数1〜20)、スルホンアミド基(好ましくは炭素数0〜20で、アルキル、シクロアルキルもしくはアリールのスルホンアミド基が好ましい)、アルキルチオ基(好ましくは炭素数1〜20、より好ましくは1〜12で、例えば、メチルチオ、エチルチオ、イソプロピルチオ、ペンチルチオ、ヘキシルチオ、オクチルチオまたはベンジルチオ)、シクロアルキルチオ基(好ましくは炭素数3〜20)、アリールチオ基(好ましくは炭素数6〜26)、アルキル、シクロアルキルもしくはアリールスルホニル基(好ましくは炭素数1〜20)、 An acylamino group (preferably having 1 to 20 carbon atoms), a sulfonamide group (preferably an alkyl, cycloalkyl or aryl sulfonamide group having 0 to 20 carbon atoms), an alkylthio group (preferably having 1 to 20 carbon atoms, More preferably, it is 1-12, for example, methylthio, ethylthio, isopropylthio, pentylthio, hexylthio, octylthio or benzylthio), cycloalkylthio group (preferably having 3 to 20 carbon atoms), arylthio group (preferably having 6 to 26 carbon atoms) An alkyl, cycloalkyl or arylsulfonyl group (preferably having 1 to 20 carbon atoms),
シリル基(好ましくは炭素数1〜20で、アルキル、アリール、アルコキシおよびアリールオキシが置換したシリル基が好ましい)、シリルオキシ基(好ましくは炭素数1〜20で、アルキル、アリール、アルコキシおよびアリールオキシが置換したシリルオキシ基が好ましい)、ヒドロキシ基、シアノ基、ニトロ基、ハロゲン原子(例えばフッ素原子、塩素原子、臭素原子またはヨウ素原子)が挙げられる。 A silyl group (preferably a silyl group having 1 to 20 carbon atoms and substituted by alkyl, aryl, alkoxy and aryloxy), a silyloxy group (preferably having 1 to 20 carbon atoms, alkyl, aryl, alkoxy and aryloxy are A substituted silyloxy group is preferred), a hydroxy group, a cyano group, a nitro group, and a halogen atom (for example, a fluorine atom, a chlorine atom, a bromine atom or an iodine atom).
置換基群ZRから選ばれる基は、より好ましくはアルキル基、アルケニル基、シクロアルキル基、アリール基、ヘテロ環基、アルコキシ基、シクロアルコキシ基、アリールオキシ基、アルコキシカルボニル基、シクロアルコキシカルボニル基、アミノ基、アシルアミノ基、シアノ基またはハロゲン原子であり、特に好ましくはアルキル基、アルケニル基、ヘテロ環基、アルコキシ基、アルコキシカルボニル基、アミノ基、アシルアミノ基またはシアノ基が挙げられる。 Group selected from substituent group Z R is more preferably an alkyl group, an alkenyl group, a cycloalkyl group, an aryl group, a heterocyclic group, an alkoxy group, cycloalkoxy group, aryloxy group, alkoxycarbonyl group, cycloalkoxy carbonyl group Amino group, acylamino group, cyano group or halogen atom, particularly preferably an alkyl group, alkenyl group, heterocyclic group, alkoxy group, alkoxycarbonyl group, amino group, acylamino group or cyano group.
化合物ないし置換基等がアルキル基、アルケニル基等を含むとき、これらは直鎖状でも分岐状でもよく、置換されていても無置換でもよい。また、アリール基、ヘテロ環基等を含むとき、それらは単環でも縮環でもよく、置換されていても無置換でもよい。 When a compound or a substituent includes an alkyl group, an alkenyl group, etc., these may be linear or branched, and may be substituted or unsubstituted. In addition, when an aryl group, a heterocyclic group and the like are included, they may be monocyclic or condensed, and may be substituted or unsubstituted.
金属錯体色素(1)の具体例を以下に示すが、本発明はこれらに限定されるものではない。以下の具体例により、NCSの結合異性体、および、含窒素5員環を有するピリジン2座配位子の幾何異性体の具体例も、併せて示される。
下記具体例の金属錯体色素が、水素イオン解離性基を有する配位子を含む場合、配位子は必要に応じて解離して水素イオンを放出してもよい。
Specific examples of the metal complex dye (1) are shown below, but the present invention is not limited thereto. The following specific examples also show specific examples of NCS bond isomers and geometric isomers of pyridine bidentate ligands having a nitrogen-containing 5-membered ring.
When the metal complex dye of the following specific example contains the ligand which has a hydrogen ion dissociable group, a ligand may dissociate as needed and may discharge | release a hydrogen ion.
次に、光電変換素子および色素増感太陽電池の主たる部材の好ましい態様について説明する。 Next, the preferable aspect of the main member of a photoelectric conversion element and a dye-sensitized solar cell is demonstrated.
<導電性支持体>
導電性支持体は、導電性を有し、感光体層2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1、または、ガラスもしくはプラスチックの基板44とこの基板44の表面に成膜された透明導電膜43とを有する導電性支持体41が好ましい。
<Conductive support>
The conductive support is not particularly limited as long as it has conductivity and can support the photoreceptor layer 2 and the like. The conductive support includes the conductive support 1 made of a conductive material, for example, a metal, or a glass or
なかでも、基板44の表面に導電性の金属酸化物を塗設して透明導電膜43を成膜した導電性支持体41がさらに好ましい。プラスチックで形成された基板44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。また、基板44を形成する材料は、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、基板44の表面積1m2当たり0.1〜100gが好ましい。導電性支持体41を用いる場合、光は基板44側から入射させることが好ましい。
Among these, the
導電性支持体1および41は、実質的に透明であることが好ましい。「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%以上であることが好ましく、80%以上であることが特に好ましい。
導電性支持体1および41の厚みは、特に限定されないが、0.05μm〜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。
透明導電膜43を設ける場合、透明導電膜43の厚みは、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。
Conductive supports 1 and 41 are preferably substantially transparent. “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 thickness of the
When the transparent conductive film 43 is provided, the thickness of the transparent conductive film 43 is preferably 0.01 to 30 μm, more preferably 0.03 to 25 μm, and particularly preferably 0.05 to 20 μm. .
導電性支持体1および41は、表面に光マネージメント機能を有してもよい。例えば、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 supports 1 and 41 may have a light management function on the surface. For example, an antireflection film in which high refractive films and low refractive index oxide films described in JP-A-2003-123859 are alternately laminated may be provided on the surface, as described in JP-A-2002-260746. The light guide function may be provided.
<感光体層>
感光体層は、上記色素21が担持された半導体微粒子22および電解質を有していれば、その他の構成は特に限定されない。好ましくは、上記感光体層2および上記感光体層42が挙げられる。
<Photoreceptor layer>
Other configurations are not particularly limited as long as the photoreceptor layer includes the
− 半導体微粒子(半導体微粒子が形成する層) −
半導体微粒子22は、好ましくは金属のカルコゲニド(例えば酸化物、硫化物、セレン化物等)またはペロブスカイト型結晶構造を有する化合物の微粒子である。金属のカルコゲニドとしては、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、ニオブもしくはタンタルの酸化物、硫化カドミウム、セレン化カドミウム等が挙げられる。ペロブスカイト型結晶構造を有する化合物としては、好ましくはチタン酸ストロンチウム、チタン酸カルシウム等が挙げられる。これらのうち酸化チタン(チタニア)、酸化亜鉛、酸化スズ、酸化タングステンが特に好ましい。
− Semiconductor fine particles (layers formed by semiconductor fine particles) −
The
チタニアの結晶構造としては、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。チタニアナノチューブ、ナノワイヤー、ナノロッドは、単独で、または、チタニア微粒子に混合して、用いることができる。 The crystal structure of titania includes anatase type, brookite type, or rutile type, and anatase type and brookite type are preferable. Titania nanotubes, nanowires, and nanorods can be used alone or mixed with titania fine particles.
半導体微粒子22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で1次粒子として0.001〜1μm、分散物の平均粒径として0.01〜100μmであることが好ましい。半導体微粒子22を導電性支持体1または41上に塗設する方法として、湿式法、乾式法、その他の方法が挙げられる。
The particle size of the
半導体微粒子22は多くの色素21を吸着することができるように表面積の大きいものが好ましい。例えば半導体微粒子22を導電性支持体1または41上に塗設した状態で、そ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。
The
半導体層45(光電変換素子10においては感光体層2)の好ましい厚みは、光電変換素子の用途によって一義的なものではないが、典型的には0.1〜100μmである。色素増感太陽電池として用いる場合は、1〜50μmがより好ましく、3〜30μmがさらに好ましい。 The preferred thickness of the semiconductor layer 45 (photosensitive layer 2 in the photoelectric conversion element 10) is not uniquely determined depending on the use of the photoelectric conversion element, but is typically 0.1 to 100 μm. When using as a dye-sensitized solar cell, 1-50 micrometers is more preferable and 3-30 micrometers is more preferable.
半導体微粒子22は、導電性支持体1または41に塗布した後に、100〜800℃の温度で10分〜10時間焼成して、粒子同士を密着させることが好ましい。成膜温度は、導電性支持体1または基板44の材料としてガラスを用いる場合、60〜600℃が好ましい。
The
半導体微粒子22の、導電性支持体1または41の表面積1m2当たりの塗布量は0.5〜500g、さらには5〜100gが好ましい。
The coating amount of the
導電性支持体1または41と、感光体層2または42との間には、感光体層2または42が含む電解質と導電性支持体1または41が直接接触することによる逆電流を防止するため、短絡防止層を形成することが好ましい。
また、受光電極5または40と対極4または48の接触を防ぐために、スペーサーS(図2参照)やセパレータを用いることが好ましい。
Between the
In order to prevent contact between the
− 色素 −
光電変換素子10および色素増感太陽電池20においては、増感色素21として、金属錯体色素(1)と、この金属錯体色素(1)の異性体とを組み合わせて用いる。本発明においては、このような色素の組み合わせを1組含んでいればよい。したがって、本発明において、増感色素21としては、少なくとも1種の金属錯体色素(1)と、少なくとも1種の、金属錯体色素(1)の異性体とを使用する。金属錯体色素(1)およびその異性体は上記の通りである。
− Dye −
In the
本発明において、金属錯体色素(1)およびその異性体と併用できる色素としては、金属錯体色素(1)以外のRu錯体色素もしくはその異性体、スクアリリウムシアニン色素、有機色素、ポルフィリン色素またはフタロシアニン色素等が挙げられる。 In the present invention, examples of the dye that can be used in combination with the metal complex dye (1) and its isomers include Ru complex dyes other than the metal complex dye (1) or isomers thereof, squarylium cyanine dyes, organic dyes, porphyrin dyes, or phthalocyanine dyes. Is mentioned.
併用できる色素としては、Ru錯体色素、スクアリリウムシアニン色素、または有機色素が好ましい。 The dye that can be used in combination is preferably a Ru complex dye, a squarylium cyanine dye, or an organic dye.
色素の使用量は、全体で、導電性支持体1または41の表面積1m2当たり0.01〜100ミリモルが好ましく、より好ましくは0.1〜50ミリモル、特に好ましくは0.1〜10ミリモルである。また、色素21の半導体微粒子22に対する吸着量は1gの半導体微粒子22に対して0.001〜1ミリモルが好ましく、より好ましくは0.1〜0.5ミリモルである。このような色素量とすることによって、半導体微粒子22における増感効果が十分に得られる。
The total amount of the dye used is preferably 0.01 to 100 mmol, more preferably 0.1 to 50 mmol, particularly preferably 0.1 to 10 mmol per 1 m 2 of the surface area of the
金属錯体色素(1)およびその異性体と他の色素を併用する場合、金属錯体色素(1)およびその異性体との合計質量/他の色素の質量の比は、95/5〜10/90が好ましく、95/5〜50/50がより好ましく、95/5〜60/40がさらに好ましく、95/5〜65/35が特に好ましく、95/5〜70/30が最も好ましい。 When the metal complex dye (1) and its isomer are used in combination with another dye, the ratio of the total mass of the metal complex dye (1) and its isomer / the mass of the other dye is 95/5 to 10/90. Is preferable, 95/5 to 50/50 is more preferable, 95/5 to 60/40 is more preferable, 95/5 to 65/35 is particularly preferable, and 95/5 to 70/30 is most preferable.
色素を半導体微粒子22に担持させた後に、アミン化合物を用いて半導体微粒子22の表面を処理してもよい。好ましいアミン化合物としてピリジン化合物(例えば4−t−ブチルピリジン、ポリビニルピリジン)等が挙げられる。これらは液体の場合はそのまま用いてもよいし、有機溶媒に溶解して用いてもよい。
After the dye is supported on the
− 共吸着剤 −
本発明においては、金属錯体色素(1)およびその異性体、または必要により併用する色素とともに、さらに共吸着剤を使用することが好ましい。このような共吸着剤としては酸性基(好ましくは、カルボキシ基またはその塩)を1つ以上有する共吸着剤が好ましく、脂肪酸やステロイド骨格を有する化合物が挙げられる。
脂肪酸は、飽和脂肪酸でも不飽和脂肪酸でもよく、例えば、ブタン酸、ヘキサン酸、オクタン酸、デカン酸、ヘキサデカン酸、ドデカン酸、パルミチン酸、ステアリン酸、オレイン酸、リノール酸、リノレン酸等が挙げられる。
ステロイド骨格を有する化合物として、コール酸、グリココール酸、ケノデオキシコール酸、ヒオコール酸、デオキシコール酸、リトコール酸、ウルソデオキシコール酸等が挙げられる。好ましくはコール酸、デオキシコール酸、ケノデオキシコール酸であり、さらに好ましくはデオキシコール酸である。
上記共吸着剤は、特開2014−82187号公報の段落番号0125〜0129に記載の式(CA)で表される共吸着剤が好ましく、特開2014−82187号公報の段落番号0125〜0129の記載が、そのまま本明細書に好ましく取り込まれる。
− Coadsorbent −
In the present invention, it is preferable to further use a coadsorbent together with the metal complex dye (1) and its isomer, or a dye used in combination as necessary. As such a co-adsorbent, a co-adsorbent having at least one acidic group (preferably, a carboxy group or a salt thereof) is preferable, and examples thereof include a compound having a fatty acid or a steroid skeleton.
The fatty acid may be a saturated fatty acid or an unsaturated fatty acid, and examples thereof include butanoic acid, hexanoic acid, octanoic acid, decanoic acid, hexadecanoic acid, dodecanoic acid, palmitic acid, stearic acid, oleic acid, linoleic acid, and linolenic acid. .
Examples of the compound having a steroid skeleton include cholic acid, glycocholic acid, chenodeoxycholic acid, hyocholic acid, deoxycholic acid, lithocholic acid, ursodeoxycholic acid and the like. Preferred are cholic acid, deoxycholic acid, and chenodeoxycholic acid, and more preferred is deoxycholic acid.
The co-adsorbent is preferably a co-adsorbent represented by the formula (CA) described in paragraph Nos. 0125 to 0129 of JP2014-82187A, and the number of paragraphs 0125 to 0129 of JP2014-82187A is preferable. The description is preferably incorporated herein as it is.
上記共吸着剤は、半導体微粒子22に吸着させることにより、金属錯体色素の非効率な会合を抑制する効果および半導体微粒子表面から電解質中のレドックス系への逆電子移動を防止する効果がある。共吸着剤の使用量は、特に限定されないが、上記の作用を効果的に発現させる観点から、上記金属錯体色素1モルに対して、好ましくは1〜200モル、さらに好ましくは10〜150モル、特に好ましくは20〜50モルである。
The co-adsorbent has an effect of suppressing inefficient association of the metal complex dye and an effect of preventing reverse electron transfer from the surface of the semiconductor fine particles to the redox system in the electrolyte by being adsorbed on the
− 光散乱層 −
本発明において、光散乱層は、入射光を散乱させる機能を有する点で、半導体層と異なる。
色素増感太陽電池20において、光散乱層46は、好ましくは、棒状または板状の金属酸化物粒子を含有する。光散乱層46に用いられる金属酸化物粒子は、例えば、上記金属のカルコゲニド(酸化物)の粒子が挙げられる。光散乱層46を設ける場合、光散乱層の厚みは感光体層42の厚みの10〜50%とすることが好ましい。
光散乱層46は、特開2002−289274号公報に記載されている光散乱層が好ましく、特開2002−289274号公報の記載が、そのまま本明細書に好ましく取り込まれる。
− Light scattering layer −
In the present invention, the light scattering layer is different from the semiconductor layer in that it has a function of scattering incident light.
In the dye-sensitized
The light scattering layer 46 is preferably a light scattering layer described in JP-A-2002-289274, and the description of JP-A-2002-289274 is preferably incorporated in the present specification as it is.
<電荷移動体層>
本発明の光電変換素子に用いられる電荷移動体層3および47は、色素21の酸化体に電子を補充する機能を有する層であり、受光電極5または40と、対極4または48との間に設けられる。
電荷移動体層3および47は電解質を含む。ここで、「電荷移動体層が電解質を含む」とは、電荷移動体層が電解質のみからなる態様、および、電解質と電解質以外の物質を含有する態様の、両態様を含む意味である。
電荷移動体層3および47は、固体状、液体状、ゲル状またはこれら混合状態のいずれであってもよい。
<Charge transfer layer>
The
The
The charge transfer body layers 3 and 47 may be solid, liquid, gel, or a mixed state thereof.
− 電解質 −
電解質の例としては、酸化還元対を有機溶媒に溶解した液体電解質、酸化還元対を含有する溶融塩および酸化還元対を有機溶媒に溶解した液体をポリマーマトリクスに含浸したいわゆるゲル電解質等が挙げられる。なかでも、液体電解質が光電変換効率の点で好ましい。
− Electrolyte −
Examples of the electrolyte include a liquid electrolyte in which a redox couple is dissolved in an organic solvent, a molten salt containing a redox couple, and a so-called gel electrolyte in which a polymer matrix is impregnated with a liquid in which a redox couple is dissolved in an organic solvent. . Especially, a liquid electrolyte is preferable at the point of photoelectric conversion efficiency.
酸化還元対として、例えばヨウ素とヨウ化物(ヨウ化物塩、ヨウ化イオン性液体が好ましく、ヨウ化リチウム、ヨウ化テトラブチルアンモニウム、ヨウ化テトラプロピルアンモニウム、ヨウ化メチルプロピルイミダゾリウムが好ましい)との組み合わせ、アルキルビオローゲン(例えばメチルビオローゲンクロリド、ヘキシルビオローゲンブロミド、ベンジルビオローゲンテトラフルオロボレート)とその還元体との組み合わせ、ポリヒドロキシベンゼン(例えばハイドロキノン、ナフトハイドロキノン等)とその酸化体との組み合わせ、2価と3価の鉄錯体の組み合わせ(例えば赤血塩と黄血塩の組み合わせ)、2価と3価のコバルト錯体の組み合わせ等が挙げられる。これらのうち、ヨウ素とヨウ化物との組み合わせ、または2価と3価のコバルト錯体の組み合わせが好ましく、ヨウ素とヨウ化物との組み合わせが特に好ましい。 As an oxidation-reduction pair, for example, iodine and iodide (iodide salt, ionic liquid is preferable, lithium iodide, tetrabutylammonium iodide, tetrapropylammonium iodide, methylpropylimidazolium iodide are preferable) A combination of an alkyl viologen (eg, methyl viologen chloride, hexyl viologen bromide, benzyl viologen tetrafluoroborate) and a reduced form thereof, a combination of polyhydroxybenzene (eg, hydroquinone, naphthohydroquinone, etc.) and an oxidized form thereof, A combination of trivalent iron complexes (for example, a combination of red blood salt and yellow blood salt), a combination of divalent and trivalent cobalt complexes, and the like. Among these, a combination of iodine and iodide or a combination of divalent and trivalent cobalt complexes is preferable, and a combination of iodine and iodide is particularly preferable.
上記コバルト錯体は、特開2014−82189号公報の段落番号0144〜0156に記載の式(CC)で表される錯体が好ましく、特開2014−82189号公報の段落番号0144〜0156の記載が、そのまま本明細書に好ましく取り込まれる。 The cobalt complex is preferably a complex represented by the formula (CC) described in paragraphs 0144 to 0156 of JP2014-82189A, and the description of paragraphs 0144 to 0156 of JP2014-82189A is described below. It is preferably incorporated in the present specification as it is.
電解質として、ヨウ素とヨウ化物との組み合わせを用いる場合、5員環または6員環の含窒素芳香族カチオンのヨウ素塩をさらに併用するのが好ましい。 When a combination of iodine and iodide is used as the electrolyte, it is preferable to further use an iodine salt of a 5-membered or 6-membered nitrogen-containing aromatic cation.
液体電解質およびゲル電解質に用いる有機溶媒としては、特に限定されないが、非プロトン性の極性溶媒(例えばアセトニトリル、炭酸プロピレン、炭酸エチレン、ジメチルホルムアミド、ジメチルスルホキシド、スルホラン、1,3−ジメチルイミダゾリノン、3−メチルオキサゾリジノン等)が好ましい。
特に、液体電解質に用いる有機溶媒としては、ニトリル化合物、エーテル化合物、エステル化合物等が好ましく、ニトリル化合物がより好ましく、アセトニトリル、メトキシプロピオニトリルが特に好ましい。
The organic solvent used for the liquid electrolyte and the gel electrolyte is not particularly limited, but an aprotic polar solvent (for example, acetonitrile, propylene carbonate, ethylene carbonate, dimethylformamide, dimethyl sulfoxide, sulfolane, 1,3-dimethylimidazolinone, 3 -Methyloxazolidinone etc.) are preferred.
In particular, the organic solvent used for the liquid electrolyte is preferably a nitrile compound, an ether compound, an ester compound, more preferably a nitrile compound, and particularly preferably acetonitrile or methoxypropionitrile.
溶融塩やゲル電解質としては、特開2014−139931号公報の段落番号0205および段落番号0208〜0213に記載のものが好ましく、特開2014−139931号公報の段落番号0205および段落番号0208〜0213の記載が、そのまま本明細書に好ましく取り込まれる。 As the molten salt or gel electrolyte, those described in paragraph numbers 0205 and 0208-0213 of JP-A No. 2014-139931 are preferable, and those of paragraph numbers 0205 and 0208-0213 of JP-A No. 2014-139931 are preferable. The description is preferably incorporated herein as it is.
電解質は、添加物として、4−t−ブチルピリジン等のピリジン化合物のほか、アミノピリジン化合物、ベンズイミダゾール化合物、アミノトリアゾール化合物およびアミノチアゾール化合物、イミダゾール化合物、アミノトリアジン化合物、尿素化合物、アミド化合物、ピリミジン化合物または窒素を含まない複素環を含有していてもよい。 In addition to pyridine compounds such as 4-t-butylpyridine, electrolytes include aminopyridine compounds, benzimidazole compounds, aminotriazole compounds and aminothiazole compounds, imidazole compounds, aminotriazine compounds, urea compounds, amide compounds, and pyrimidines as additives. It may contain a compound or a nitrogen-free heterocycle.
また、光電変換効率を向上させるために、電解液の水分を制御する方法をとってもよい。水分を制御する好ましい方法としては、濃度を制御する方法や脱水剤を共存させる方法を挙げることができる。電解液の水分含有量(含有率)を0〜0.1質量%に調整することが好ましい。
ヨウ素は、ヨウ素とシクロデキストリンとの包摂化合物として使用することもできる。また環状アミジンを用いてもよく、酸化防止剤、加水分解防止剤、分解防止剤、ヨウ化亜鉛を加えてもよい。
Moreover, in order to improve photoelectric conversion efficiency, you may take the method of controlling the water | moisture content of electrolyte solution. Preferred methods for controlling moisture include a method for controlling the concentration and a method in which a dehydrating agent is allowed to coexist. It is preferable to adjust the water content (content) of the electrolytic solution to 0 to 0.1% by mass.
Iodine can also be used as an inclusion compound of iodine and cyclodextrin. Cyclic amidine may be used, and an antioxidant, hydrolysis inhibitor, decomposition inhibitor, and zinc iodide may be added.
以上の液体電解質および擬固体電解質の代わりに、p型半導体あるいはホール輸送材料等の固体電荷輸送層、例えば、CuI、CuNCS等を用いることができる。また、Nature,vol.486,p.487(2012)等に記載の電解質を用いてもよい。固体電荷輸送層として有機ホール輸送材料を用いてもよい。有機ホール輸送材料としては、特開2014−139931号公報の段落番号0214に記載のものが好ましい。 Instead of the above liquid electrolyte and quasi-solid electrolyte, a solid charge transport layer such as a p-type semiconductor or a hole transport material, for example, CuI, CuNCS, or the like can be used. Also, Nature, vol. 486, p. The electrolyte described in 487 (2012) or the like may be used. An organic hole transport material may be used as the solid charge transport layer. As the organic hole transport material, those described in paragraph No. 0214 of JP-A-2014-139931 are preferable.
酸化還元対は、電子のキャリアになるので、ある程度の濃度で含有するのが好ましい。好ましい濃度としては合計で0.01モル/L以上であり、より好ましくは0.1モル/L以上であり、特に好ましくは0.3モル/L以上である。この場合の上限は特に制限はないが、通常5モル/L程度である。 Since the redox couple becomes an electron carrier, it is preferably contained at a certain concentration. A preferable concentration is 0.01 mol / L or more in total, more preferably 0.1 mol / L or more, and particularly preferably 0.3 mol / L or more. The upper limit in this case is not particularly limited, but is usually about 5 mol / L.
<対極>
対極4および48は、色素増感太陽電池の正極として働くものであることが好ましい。対極4および48は、通常、上記導電性支持体1または41と同じ構成とすることもできるが、強度が十分に保たれるような構成では基板44は必ずしも必要でない。対極4および48の構造としては、集電効果が高い構造が好ましい。感光体層2および42に光が到達するためには、上記導電性支持体1または41と対極4または48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。本発明の色素増感太陽電池においては、導電性支持体1または41が透明であって太陽光を導電性支持体1または41側から入射させるのが好ましい。この場合、対極4および48は光を反射する性質を有することがさらに好ましい。色素増感太陽電池の対極4および48としては、金属もしくは導電性の酸化物を蒸着したガラスまたはプラスチックが好ましく、白金を蒸着したガラスが特に好ましい。色素増感太陽電池では、構成物の蒸散を防止するために、電池の側面をポリマーや接着剤等で密封することが好ましい。
<Counter electrode>
The
[光電変換素子および色素増感太陽電池の製造方法]
本発明の光電変換素子および色素増感太陽電池は、金属錯体色素(1)およびその異性体(少なくとも1種の組み合わせ)と、溶媒とを含有する色素溶液(本発明の色素溶液)を用いて、製造することができる。
[Method for producing photoelectric conversion element and dye-sensitized solar cell]
The photoelectric conversion element and the dye-sensitized solar cell of the present invention use a dye solution (the dye solution of the present invention) containing the metal complex dye (1) and its isomer (at least one combination) and a solvent. Can be manufactured.
本発明の色素溶液に含有される金属錯体色素(1)およびその異性体は、上記した通りであり、好ましい範囲も同じである。
本発明の色素溶液において、金属錯体色素(1)およびその異性体の含有率は、上記した通りであり、金属錯体色素(1)およびその異性体の全モルに対して、金属錯体色素(1)の含有率は50モル%以上99.9モル%以下であり、異性体含有率は合計で0.1モル%以上50モル%未満である。金属錯体色素(1)およびその異性体の含有率の好ましい範囲は上記した通りである。
The metal complex dye (1) and its isomer contained in the dye solution of the present invention are as described above, and the preferred range is also the same.
In the dye solution of the present invention, the content of the metal complex dye (1) and its isomer is as described above, and the metal complex dye (1) and the isomer thereof are added to the total mole of the metal complex dye (1) and its isomer. ) Is 50 mol% or more and 99.9 mol% or less, and the isomer content is 0.1 mol% or more and less than 50 mol% in total. The preferred range of the content of the metal complex dye (1) and its isomers is as described above.
使用する溶媒としては、特開2001−291534号公報に記載の溶媒を挙げることができるが、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、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。さらに好ましくはアルコール溶媒とアミド溶媒、アルコール溶媒と炭化水素溶媒の混合溶媒、特に好ましくはアルコール溶媒とアミド溶媒の混合溶媒である。具体的にはメタノール、エタノール、プロパノールおよびブタノールの少なくとも1種と、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミドおよびアセトニトリルの少なくとも1種との混合溶媒が好ましい。 Examples of the solvent to be used include the solvents described in JP-A No. 2001-291534, but are not particularly limited thereto. In the present invention, an organic solvent is preferable, and an alcohol solvent, an amide solvent, a nitrile solvent, a hydrocarbon 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. More preferred are alcohol solvents and amide solvents, mixed solvents of alcohol solvents and hydrocarbon solvents, and particularly preferred are mixed solvents of alcohol solvents and amide solvents. Specifically, a mixed solvent of at least one of methanol, ethanol, propanol and butanol and at least one of dimethylformamide, dimethylacetamide and acetonitrile is preferable.
本発明の色素溶液には、必要により他の成分を含んでもよい。
色素溶液は共吸着剤を含有することが好ましく、共吸着剤としては、上記の共吸着剤が好ましい。
ここで、本発明の色素溶液は、光電変換素子や色素増感太陽電池を製造する際に、この溶液をこのまま使用できるように、金属錯体色素や共吸着剤の濃度が調整されている色素溶液が好ましい。本発明において、本発明の色素溶液は本発明の金属錯体色素を0.001〜0.1質量%含有することが好ましい。共吸着剤の使用量は上記した通りである。
The dye solution of the present invention may contain other components as necessary.
The dye solution preferably contains a co-adsorbent, and the co-adsorbent is preferably the above-mentioned co-adsorbent.
Here, the dye solution of the present invention is a dye solution in which the concentration of the metal complex dye or coadsorbent is adjusted so that the solution can be used as it is when producing a photoelectric conversion element or a dye-sensitized solar cell. Is preferred. In the present invention, the dye solution of the present invention preferably contains 0.001 to 0.1% by mass of the metal complex dye of the present invention. The amount of coadsorbent used is as described above.
色素溶液は、水分含有量を調整することが好ましく、本発明では水分含有量を0〜0.1質量%に調整することが好ましい。 The pigment solution preferably adjusts the water content. In the present invention, the water content is preferably adjusted to 0 to 0.1% by mass.
本発明においては、上記色素溶液を用いて、半導体微粒子表面に金属錯体色素(1)およびその異性体、または、これらを含む色素を担持させることにより、感光体層を作製することが好ましい。すなわち、感光体層は、導電性支持体上に設けた半導体微粒子に上記色素溶液を塗布(ディップ法を含む)し、乾燥または硬化させて、形成することが好ましい。色素溶液の塗布条件は、特に限定されないが、例えば、10〜80℃の色素溶液を塗布または、10〜80℃の色素溶液に1〜72時間浸漬する条件が挙げられる。
このようにして作製した感光体層を備えた受光電極に、さらに電荷移動体層や対極等を設けることで、本発明の光電変換素子または色素増感太陽電池を得ることができる。
In the present invention, it is preferable to prepare a photoreceptor layer by supporting the metal complex dye (1) and its isomer or a dye containing these on the surface of the semiconductor fine particles using the dye solution. That is, the photoreceptor layer is preferably formed by applying the above dye solution (including a dip method) to semiconductor fine particles provided on a conductive support, and drying or curing. Although the application | coating conditions of a pigment | dye solution are not specifically limited, For example, the conditions which apply | coat a 10-80 degreeC dye solution or immerse in a 10-80 degreeC dye solution for 1 to 72 hours are mentioned.
The photoelectric conversion element or the dye-sensitized solar cell of the present invention can be obtained by further providing a charge transfer layer, a counter electrode, and the like on the light-receiving electrode provided with the photoreceptor layer thus prepared.
色素増感太陽電池は、上記のようにして作製した光電変換素子の導電性支持体1および対極4に外部回路6を接続して、製造される。
The dye-sensitized solar cell is manufactured by connecting the external circuit 6 to the conductive support 1 and the
本発明の色素溶液を用いて感光層を形成すると、同一の製造条件で製造されても、また吸着温度が変動しても、安定した電池性能を示す光電変換素子および色素増感太陽電池を製造できる。このように、同一の製造条件で、しかも吸着温度が変動しても、電池性能のばらつきを抑えることができる。したがって、本発明により、量産化における製造条件の自由度が高くなり、また、製造歩留まりの高い光電変換素子および太陽電池を作製することがきる。 When a photosensitive layer is formed using the dye solution of the present invention, a photoelectric conversion element and a dye-sensitized solar cell exhibiting stable battery performance are manufactured even if the photosensitive layer is manufactured under the same manufacturing conditions or the adsorption temperature varies. it can. Thus, even if the adsorption temperature varies under the same manufacturing conditions, variations in battery performance can be suppressed. Therefore, according to the present invention, the degree of freedom of manufacturing conditions in mass production can be increased, and a photoelectric conversion element and a solar cell with a high manufacturing yield can be manufactured.
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.
実施例1
[金属錯体色素の合成]
本実施例で合成した金属錯体色素(D−1)〜(D−9)と、比較のための金属錯体色素(D−10)の構造を以下に示す。
Example 1
[Synthesis of metal complex dyes]
The structures of the metal complex dyes (D-1) to (D-9) synthesized in this example and the metal complex dye (D-10) for comparison are shown below.
(金属錯体色素(D−1)の合成)
以下のスキームに従って、金属錯体色素(D−1)を合成した。下記スキームおよび明細書中の略語の意味は下記の通りである。
Ph :フェニル
THF :テトラヒドロフラン
Et :エチル
tBu :t−ブチル
Me :メチル
DMF :N,N−ジメチルホルムアミド
TfOH :トリフルオロメタンスルホン酸
(Synthesis of metal complex dye (D-1))
A metal complex dye (D-1) was synthesized according to the following scheme. The meanings of the abbreviations in the following scheme and specification are as follows.
Ph: Phenyl THF: Tetrahydrofuran Et: Ethyl
t Bu: t-butyl Me: Methyl DMF: N, N-dimethylformamide TfOH: trifluoromethanesulfonic acid
(i)化合物(1−3)の合成
三つ口フラスコに化合物(1−1)(1.50g、7.50mmol)、化合物(1−2)(2.65g、8.25mmol)、炭酸セシウム(3.18g、9.75mmol)、THF(7.5mL)および水(0.75mL)を仕込み、窒素置換した。この混合溶液にテトラキス(トリフェニルホスフィン)パラジウム(IV)(433mg、0.275mmol)を加えて、75℃で4時間反応させた。この反応溶液を放冷して室温に戻した後、水、酢酸エチルを加えて分液した。得られた有機層を硫酸マグネシウムで乾燥、ろ過、濃縮した。得られた粗体をシリカゲルカラムクロマトグラフィーで精製し、化合物(1−3)(1.28g、収率60%)を得た。
(I) Synthesis of Compound (1-3) Compound (1-1) (1.50 g, 7.50 mmol), Compound (1-2) (2.65 g, 8.25 mmol), cesium carbonate in a three-necked flask (3.18 g, 9.75 mmol), THF (7.5 mL) and water (0.75 mL) were charged, and the atmosphere was replaced with nitrogen. Tetrakis (triphenylphosphine) palladium (IV) (433 mg, 0.275 mmol) was added to this mixed solution and reacted at 75 ° C. for 4 hours. The reaction solution was allowed to cool to room temperature, and water and ethyl acetate were added to separate the layers. The obtained organic layer was dried over magnesium sulfate, filtered and concentrated. The resulting crude product was purified by silica gel column chromatography to obtain compound (1-3) (1.28 g, yield 60%).
(ii)化合物(1−4)の合成
三つ口フラスコに化合物(1−3)(4.60g、16.0mmol)、t−ブトキシカリウム(3.59g)、トリフルオロ酢酸エチル(4.55g、32.0mmol)およびトルエン(138mL)を仕込み、80℃で2時間反応させた。この反応溶液を放冷して室温に戻した後、飽和塩化アンモニウム水溶液、酢酸エチルを加えて分液した。得られた有機層を硫酸マグネシウムで乾燥、ろ過、濃縮した。得られた粗体にヒドラジン1水和物(1.92g、38.4mmol)およびエタノール(23mL)を加え、80℃で3時間反応させた。この反応溶液を放冷して室温に戻した後、濃塩酸を加え30分撹拌し、反応溶液を炭酸水素ナトリウム水溶液で中和した。得られた反応溶液に水および酢酸エチルを加えて分液した。得られた有機層を硫酸マグネシウムで乾燥、ろ過、濃縮した。得られた粗体をシリカゲルカラムクロマトグラフィーで精製し、化合物(1−4)(5.06g、収率83%)を得た。
(Ii) Synthesis of Compound (1-4) Compound (1-3) (4.60 g, 16.0 mmol), potassium t-butoxy (3.59 g), ethyl trifluoroacetate (4.55 g) in a three-necked flask 32.0 mmol) and toluene (138 mL) were charged and reacted at 80 ° C. for 2 hours. The reaction solution was allowed to cool to room temperature, and then a saturated aqueous ammonium chloride solution and ethyl acetate were added for liquid separation. The obtained organic layer was dried over magnesium sulfate, filtered and concentrated. To the obtained crude product, hydrazine monohydrate (1.92 g, 38.4 mmol) and ethanol (23 mL) were added and reacted at 80 ° C. for 3 hours. The reaction solution was allowed to cool to room temperature, concentrated hydrochloric acid was added and stirred for 30 minutes, and the reaction solution was neutralized with an aqueous sodium bicarbonate solution. Water and ethyl acetate were added to the obtained reaction solution for liquid separation. The obtained organic layer was dried over magnesium sulfate, filtered and concentrated. The resulting crude product was purified by silica gel column chromatography to obtain compound (1-4) (5.06 g, yield 83%).
(iii)化合物(1−6)の合成
三つ口フラスコに化合物(1−5)(3.52g、5.73mmol)、化合物(1−4)(2.06g、5.43mmol)およびDMF(18mL)を仕込み、140℃で1時間反応させた。濃縮して得られた粗体をシリカゲルカラムクロマトグラフィー(溶離液:2%メタノール/クロロホルム)で精製し、化合物(1−6)(2.91g、収率55%)を得た。
化合物(1−6)は、MS(マススペクトル)測定により、同定した。
(Iii) Synthesis of compound (1-6) In a three-necked flask, compound (1-5) (3.52 g, 5.73 mmol), compound (1-4) (2.06 g, 5.43 mmol) and DMF ( 18 mL) was added and reacted at 140 ° C. for 1 hour. The crude product obtained by concentration was purified by silica gel column chromatography (eluent: 2% methanol / chloroform) to obtain compound (1-6) (2.91 g, yield 55%).
Compound (1-6) was identified by MS (mass spectrum) measurement.
(iv)化合物(1−7)の合成
三つ口フラスコに化合物(1−6)(1.50g、1.63mmol)、チオシアン酸アンモニウム(1.24g、16.3mmol)およびDMF(30mL)を仕込み、120℃で5時間反応させた。この反応溶液を放冷して室温に戻した後、水、酢酸エチルを加えて分液した。得られた有機層を硫酸マグネシウムで乾燥、ろ過、濃縮した。得られた粗体をシリカゲルカラムクロマトグラフィー(溶離液:5%メタノール/クロロホルム)で精製し、化合物(1−7)(954mg、収率62%)を得た。
(Iv) Synthesis of Compound (1-7) Compound (1-6) (1.50 g, 1.63 mmol), ammonium thiocyanate (1.24 g, 16.3 mmol) and DMF (30 mL) were added to a three-necked flask. The mixture was charged and reacted at 120 ° C. for 5 hours. The reaction solution was allowed to cool to room temperature, and water and ethyl acetate were added to separate the layers. The obtained organic layer was dried over magnesium sulfate, filtered and concentrated. The resulting crude product was purified by silica gel column chromatography (eluent: 5% methanol / chloroform) to obtain compound (1-7) (954 mg, yield 62%).
(v)金属錯体色素(D−1)の合成
三つ口フラスコに化合物(1−7)(945mg、1.00mmol)、THF(15mL)、メタノール(15mL)および3N水酸化ナトリウム水溶液(2.0mL)を仕込み、室温で1時間反応させた。1Nトリフルオロメタンスルホン酸/メタノール溶液を用いて、この反応溶液をpH3.0まで中和し、析出した固体をろ取し、メタノールで洗浄して、金属錯体色素(D−1)(885mg、収率98%)を得た。
得られた金属錯体色素(D−1)を、MS(マススペクトル)測定により同定した(測定値を表1に示す)。また、この金属錯体色素(D−1)には後述する幾何異性体(D−1a)および結合異性体(D−1b)が含まれていないことをHPLCにて確認した。HPLCの測定条件は上記した通りであり、金属錯体色素(D−1)の保持時間は15.5分であった。
(V) Synthesis of Metal Complex Dye (D-1) In a three-necked flask, compound (1-7) (945 mg, 1.00 mmol), THF (15 mL), methanol (15 mL) and 3N aqueous sodium hydroxide solution (2. 0 mL), and allowed to react at room temperature for 1 hour. The reaction solution was neutralized to pH 3.0 using 1N trifluoromethanesulfonic acid / methanol solution, the precipitated solid was collected by filtration, washed with methanol, and the metal complex dye (D-1) (885 mg, yield). 98%) was obtained.
The obtained metal complex dye (D-1) was identified by MS (mass spectrum) measurement (measured values are shown in Table 1). Further, it was confirmed by HPLC that this metal complex dye (D-1) does not contain a geometric isomer (D-1a) and a bond isomer (D-1b) described later. The HPLC measurement conditions were as described above, and the retention time of the metal complex dye (D-1) was 15.5 minutes.
(vi)幾何異性体(D−1a)の合成
金属錯体色素(D−1)の幾何異性体(D−1a)は、化合物(1−6)の代わりに下記化合物(1−6a)を用いた以外は上記金属錯体色素(D−1)と同様にして合成した。
幾何異性体(D−1a)のHPLCでの保持時間は5.0分であった。
幾何異性体(D−1a)を、MS(マススペクトル)測定により同定した。
ESI−MS m/z=904.1(M+H+)
化合物(1−6a)は化合物(1−5)の代わりに下記化合物(1−9)を用いて反応条件を下記スキームに記載の反応条件に変えた以外は化合物(1−6)と同様にして合成した。得られた化合物(1−6a)の粗体をシリカゲルカラムクロマトグラフィー(溶離液:5%メタノール/クロロホルム)で精製し、化合物(1−6a)を得た。この化合物(1−6a)を、MS測定および1H−NMR測定により、同定した。詳細は後述する。
(Vi) Synthesis of geometric isomer (D-1a) As the geometric isomer (D-1a) of the metal complex dye (D-1), the following compound (1-6a) is used instead of the compound (1-6). The compound was synthesized in the same manner as the metal complex dye (D-1) except that
The retention time on HPLC of the geometric isomer (D-1a) was 5.0 minutes.
The geometric isomer (D-1a) was identified by MS (mass spectrum) measurement.
ESI-MS m / z = 904.1 (M + H < + > )
Compound (1-6a) is the same as compound (1-6) except that the following compound (1-9) was used instead of compound (1-5) and the reaction conditions were changed to the reaction conditions described in the following scheme. And synthesized. The crude compound (1-6a) thus obtained was purified by silica gel column chromatography (eluent: 5% methanol / chloroform) to obtain compound (1-6a). This compound (1-6a) was identified by MS measurement and 1 H-NMR measurement. Details will be described later.
ここで、中間体(1−6a)のMS測定および1H−NMR測定の結果を以下に示す。 Here, the results of MS measurement and 1 H-NMR measurement of the intermediate (1-6a) are shown below.
化合物(1−6a)
1H−NMR(CDCl3)
δ=0.90(t,J=6Hz,3H),1.42(t,J=8Hz,9H),1.30−1.80(m,8H),2.88(t,J=6Hz,2H),4.46(q,J=8Hz,4H),4.63(q,J=8Hz,2H),6.60(s,1H),6.99(d,J=3.6Hz,1H),7.52(d,J=3.6Hz,1H),7.75(dd,J=2,5.6Hz,2H),7.82(d,J=8.4Hz,1H),8.00(d,J=5.6Hz,2H),8.18(dd,J=2,8.4Hz,1H),8.77(s,2H),8.92(s,2H),10.31(d,J=1.6Hz,1H)
MS
ESI−MS m/z=965.2(M+H+)
Compound (1-6a)
1 H-NMR (CDCl 3 )
δ = 0.90 (t, J = 6 Hz, 3H), 1.42 (t, J = 8 Hz, 9H), 1.30-1.80 (m, 8H), 2.88 (t, J = 6 Hz) , 2H), 4.46 (q, J = 8 Hz, 4H), 4.63 (q, J = 8 Hz, 2H), 6.60 (s, 1H), 6.99 (d, J = 3.6 Hz). , 1H), 7.52 (d, J = 3.6 Hz, 1H), 7.75 (dd, J = 2, 5.6 Hz, 2H), 7.82 (d, J = 8.4 Hz, 1H) , 8.00 (d, J = 5.6 Hz, 2H), 8.18 (dd, J = 2, 8.4 Hz, 1H), 8.77 (s, 2H), 8.92 (s, 2H) , 10.31 (d, J = 1.6Hz, 1H)
MS
ESI-MS m / z = 965.2 (M + H + )
(vii)結合異性体(D−1b)の合成
金属錯体色素(D−1)の結合異性体(D−1b)は、化合物(1−7)の代わりに下記化合物(1−7b)を用いた以外は上記金属錯体色素(D−1)と同様にして合成した。
結合異性体(D−1b)のHPLCでの保持時間は12.2分であった。
結合異性体(D−1b)をMS(マススペクトル)測定により同定した。
ESI−MS m/z=904.1(M+H+)
化合物(1−7b)は、反応条件を下記スキームに記載の反応条件に変えた以外は化合物(1−7)と同様にして合成した。得られた化合物(1−7b)の粗体をシリカゲルカラムクロマトグラフィーで精製した。下記スキーム中の「DMF/1−pentanol」の混合比「1:1」は体積比である。
(Vii) Synthesis of bond isomer (D-1b) As the bond isomer (D-1b) of the metal complex dye (D-1), the following compound (1-7b) was used instead of the compound (1-7). The compound was synthesized in the same manner as the metal complex dye (D-1) except that
The retention time in HPLC of the coupling isomer (D-1b) was 12.2 minutes.
The binding isomer (D-1b) was identified by MS (mass spectrum) measurement.
ESI-MS m / z = 904.1 (M + H + )
Compound (1-7b) was synthesized in the same manner as Compound (1-7) except that the reaction conditions were changed to those described in the following scheme. The crude product (1-7b) obtained was purified by silica gel column chromatography. The mixing ratio “1: 1” of “DMF / 1-pentanol” in the following scheme is a volume ratio.
得られた化合物(1−7b)は、化合物(1−6)から得られる、NCS体である化合物(1−7)と同一分子量の化合物であることから、SCN体であると同定した。 The obtained compound (1-7b) was identified as an SCN isomer because it was obtained from the compound (1-6) and has the same molecular weight as the NCS isomer compound (1-7).
(金属錯体色素(D−2)〜(D−10)の調整)
金属錯体色素(D−1)、ならびに、その幾何異性体(D−1a)および結合異性体(D−1b)と同様にして、金属錯体色素(D−2)〜(D−10)、ならびに、それぞれの幾何異性体および結合異性体を合成した。
(Adjustment of metal complex dyes (D-2) to (D-10))
In the same manner as the metal complex dye (D-1), and its geometric isomer (D-1a) and bond isomer (D-1b), metal complex dyes (D-2) to (D-10), and The respective geometric isomers and bond isomers were synthesized.
合成した金属錯体色素(D−1)〜(D−10)をそれぞれMS(マススペクトル)測定により同定した。その結果をまとめて下記表1に示した。
各金属錯体色素の幾何異性体および結合異性体を、幾何異性体(D−1a)および結合異性体(D−1b)と同様にして、同定した。
The synthesized metal complex dyes (D-1) to (D-10) were each identified by MS (mass spectrum) measurement. The results are summarized in Table 1 below.
The geometric isomer and bond isomer of each metal complex dye were identified in the same manner as the geometric isomer (D-1a) and bond isomer (D-1b).
[色素増感太陽電池の製造:標準電池]
上記[金属錯体色素の合成]で合成した金属錯体色素(D−1)〜(D−10)、ならびに、それぞれの幾何異性体および結合異性体を用いて、図2に示す色素増感太陽電池20(5mm×5mmのスケール)を製造した。この製造は、以下に示す方法で行った。製造した各色素増感太陽電池20について、下記性能を評価した。
[Manufacture of dye-sensitized solar cells: standard cells]
A dye-sensitized solar cell shown in FIG. 2 using the metal complex dyes (D-1) to (D-10) synthesized in the above [Synthesis of metal complex dye] and the geometrical isomers and bond isomers. 20 (5 mm × 5 mm scale) was produced. This manufacture was performed by the method shown below. About each manufactured dye-sensitized
(受光電極前駆体の作製)
ガラス基板(基板44、厚み4mm)上にフッ素ドープされたSnO2導電膜(透明導電膜43、膜厚;500nm)を形成し、導電性支持体41を作製した。そして、このSnO2導電膜上に、チタニアペースト「18NR−T」(DyeSol社製)をスクリーン印刷し、120℃で乾燥させた。次いで、チタニアペースト「18NR−T」を再度スクリーン印刷し、120℃で1時間乾燥させた。その後、乾燥させたチタニアペーストを、空気中、500℃で焼成し、半導体層45(層厚;10μm)を成膜した。さらに、この半導体層45上に、チタニアペースト「18NR−AO」(DyeSol社製)をスクリーン印刷し、120℃で1時間乾燥させた。その後、乾燥させたチタニアペーストを500℃で焼成し、半導体層45上に光散乱層46(層厚;5μm)を成膜した。
このようにして、SnO2導電膜上に、感光体層42(受光面の面積;5mm×5mm、層厚;15μm、金属錯体色素は未担持)を形成し、金属錯体色素を担持していない受光電極前駆体を作製した。
(Preparation of light receiving electrode precursor)
A fluorine-doped SnO 2 conductive film (transparent conductive film 43, film thickness: 500 nm) was formed on a glass substrate (
In this way, the photoreceptor layer 42 (light receiving surface area: 5 mm × 5 mm, layer thickness: 15 μm, metal complex dye not supported) is formed on the SnO 2 conductive film, and the metal complex dye is not supported. A light receiving electrode precursor was prepared.
(色素吸着)
次に、金属錯体色素を担持していない感光体層42に、上記[金属錯体色素の合成]で合成した各金属錯体色素(D−1)〜(D−10)および異性体を以下のようにして担持させた。まず、下記表2に記載の異性体含有率(各金属錯体色素の含有率との合計で100モル%)となるように、各金属錯体色素に、対応する幾何異性体および結合異性体をそれぞれ添加して混合した。得られた金属錯体色素混合物を、それぞれ、t−ブタノールとアセトニトリルとの1:1(体積比)の混合溶媒に、それぞれの全金属錯体色素濃度が2×10−4モル/Lとなるように加え溶解し、さらにそこへ共吸着剤としてデオキシコール酸を全金属錯体色素1モルに対して30モル加え、各色素溶液を調製した。次に、各色素溶液に受光電極前駆体を25℃で20時間浸漬し、色素溶液から引き上げた後に乾燥させた。
このようにして、受光電極前駆体に各金属錯体色素が担持した受光電極40をそれぞれ作製した。
(Dye adsorption)
Next, the metal complex dyes (D-1) to (D-10) and isomers synthesized in the above [Synthesis of metal complex dyes] and isomers are applied to the
In this manner, each of the
(色素増感太陽電池の組み立て)
対極48として、上記の導電性支持体41と同様の形状と大きさを有する白金電極(Pt薄膜の厚み;100nm)を作製した。また、電解液として、ヨウ素0.1M、ヨウ化リチウム0.1M、4−t−ブチルピリジン0.5Mおよび1,2−ジメチル−3−プロピルイミダゾリウムヨージド0.6Mをアセトニトリルに溶解して、液体電解質を調製した。さらに、感光体層42の大きさに合わせた形状を有するスペーサーS「サーリン」(商品名、デュポン社製)を準備した。
上記のようにして作製した受光電極40それぞれと対極48とを、上記スペーサーSを介して、対向させて熱圧着させた後に、感光体層42と対極48との間に電解液注入口から上記液体電解質を充填して電荷移動体層47を形成した。このようにして作製した電池の外周および電解液注入口を、レジンXNR−5516(商品名、ナガセケムテック社製)を用いて、封止、硬化し、各色素増感太陽電電池(標準電池、試料番号101〜125、c01〜07)を製造した。
(Assembly of dye-sensitized solar cell)
As the
Each of the light-receiving
(吸着温度依存性の評価)
色素吸着時の温度による光電変換効率の依存性を以下のようにして評価した。
上記[色素増感太陽電池の製造:標準電池]の製造(試料番号101〜125およびc01〜07)において、各色素溶液に受光電極前駆体を、15℃および35℃で20時間浸漬させた以外は上記[色素増感太陽電池の製造:標準電池](色素吸着の条件:25℃で20時間浸漬)と同様にして、各試料番号の色素増感太陽電電池を製造した。このようにして、各試料番号の色素増感太陽電池につき、吸着条件(吸着温度)がそれぞれ異なる3種の色素増感太陽電池を製造した。得られた各色素増感太陽電池の光電変換効率を測定した。光電変換効率は、以下の方法で測定した。ソーラーシミュレーター(WACOM社製、商品名「WXS−85H」)を用い、AM1.5フィルターを通したキセノンランプから1000W/m2の疑似太陽光を照射することにより電池特性試験を行い、I−Vテスターを用いて電流−電圧特性を測定した。
このようにして測定した3種の電池における光電変換効率のうち、最も光電変換効率の高い測定値を1とした場合における最も光電変換効率の低い測定値の相対値(最も低い光電変換効率/最も高い光電変換効率)を算出した。この相対値により吸着温度依存性を評価した。吸着温度依存性の評価において、相対値が、0.92以上である場合が本試験の合格レベルであり、好ましくは0.95以上であり、さらに好ましくは0.98以上である。相対値が0.92未満のものは、吸着温度依存性が十分でなく、本試験の合格レベルに到達しない。
(Evaluation of adsorption temperature dependence)
The dependence of photoelectric conversion efficiency on the temperature at the time of dye adsorption was evaluated as follows.
In the manufacture of the above [Manufacture of dye-sensitized solar cell: standard battery] (sample numbers 101 to 125 and c01 to 07), except that the light receiving electrode precursor was immersed in each dye solution at 15 ° C. and 35 ° C. for 20 hours. Were the same as the above [Manufacturing of dye-sensitized solar cell: Standard battery] (Dye adsorption condition: immersion at 25 ° C. for 20 hours) to manufacture dye-sensitized solar cells of each sample number. In this way, three types of dye-sensitized solar cells with different adsorption conditions (adsorption temperatures) were produced for the dye-sensitized solar cells of each sample number. The photoelectric conversion efficiency of each obtained dye-sensitized solar cell was measured. Photoelectric conversion efficiency was measured by the following method. Using a solar simulator (trade name “WXS-85H” manufactured by WACOM), a battery characteristic test was performed by irradiating 1000 W / m 2 of pseudo-sunlight from a xenon lamp through an AM1.5 filter. Current-voltage characteristics were measured using a tester.
Among the photoelectric conversion efficiencies of the three types of batteries thus measured, the relative value of the measured value with the lowest photoelectric conversion efficiency when the measured value with the highest photoelectric conversion efficiency is 1 (the lowest photoelectric conversion efficiency / the highest High photoelectric conversion efficiency) was calculated. The adsorption temperature dependency was evaluated by this relative value. In the evaluation of the adsorption temperature dependency, a case where the relative value is 0.92 or more is a pass level of this test, preferably 0.95 or more, and more preferably 0.98 or more. When the relative value is less than 0.92, the adsorption temperature dependency is not sufficient, and the passing level of this test is not reached.
(光電変換効率の製造ばらつきの評価)
複数の色素増感太陽電池を製造したときの光電変換効率の製造ばらつきを評価した。
上記[色素増感太陽電池の製造:標準電池]の製造(試料番号101〜125およびc01〜07)と同様にして、各試料番号の色素増感太陽電池を7個ずつ製造した。得られた各色素増感太陽電池の光電変換効率を、上記(吸着温度依存性の評価)と同様にして、測定した。最も光電変換効率の高い測定値を1とした場合における最も光電変換効率の低い測定値の相対値(最も低い光電変換効率/最も高い光電変換効率)を算出した。この相対値により製造ばらつきを評価した。製造ばらつきの評価において、相対値が、0.92以上である場合が本発明の合格レベルであり、好ましくは0.95以上であり、さらに好ましくは0.98以上である。相対値が0.92未満のものは製造ばらつきが大きく、本発明の合格レベルに到達しない。
(Evaluation of manufacturing variation in photoelectric conversion efficiency)
The manufacturing variation in photoelectric conversion efficiency when a plurality of dye-sensitized solar cells were manufactured was evaluated.
Seven dye-sensitized solar cells of each sample number were manufactured in the same manner as in the above [Manufacturing of dye-sensitized solar cell: standard battery] (sample numbers 101 to 125 and c01 to 07). The photoelectric conversion efficiency of each obtained dye-sensitized solar cell was measured in the same manner as described above (evaluation of adsorption temperature dependency). The relative value (lowest photoelectric conversion efficiency / highest photoelectric conversion efficiency) of the measured value with the lowest photoelectric conversion efficiency when the measured value with the highest photoelectric conversion efficiency was 1 was calculated. Manufacturing variation was evaluated based on this relative value. In the evaluation of manufacturing variation, the relative value of 0.92 or more is the acceptable level of the present invention, preferably 0.95 or more, and more preferably 0.98 or more. Those having a relative value of less than 0.92 have large manufacturing variations and do not reach the acceptable level of the present invention.
表2の結果から以下のことが分かる。
本発明の色素増感太陽電池(試料番号101〜125)は、いずれも、式(1)で表される金属錯体色素を、異性体含有率が本発明の範囲を満たす割合で、式(1)で表される金属錯体色素の異性体とともに、半導体微粒子に吸着させた感光体層を備えている。これらの色素増感太陽電池は、いずれも、吸着温度依存性および製造ばらつきの両評価の結果が合格レベルを満足していた。したがって、本発明の色素増感太陽電池は、同一の製造条件で製造されても(製造ばらつき評価)、また吸着温度が変動しても(吸着温度依存性の評価)、光電変換効率の変動が小さく、安定した電池性能を示すことが分かった。
また、本発明の色素増感太陽電池(試料番号101〜125)は、いずれも、上記(光電変換効率の製造ばらつきの評価)において測定された光電変換効率が特許文献1および2と同等レベルにあり、優れた光電変換効率を有していた。
異性体に着目すると、結合異性体は、吸着温度依存性および製造ばらつきをともに改善でき、特に吸着温度依存性の改善効果が高かった。一方、幾何異性体は、吸着温度依存性および製造ばらつきをともに改善でき、特に製造ばらつきの改善効果が高かった。また、これらの異性体は、共存していても、互いの作用、機能を阻害することなく、吸着温度依存性および製造ばらつきの改善効果を示すことが分かった。
From the results in Table 2, the following can be understood.
In the dye-sensitized solar cell of the present invention (sample numbers 101 to 125), all of the metal complex dye represented by the formula (1) are represented by the formula (1) at a ratio that the isomer content satisfies the scope of the present invention. And a photoconductor layer adsorbed on semiconductor fine particles. In all of these dye-sensitized solar cells, the results of both the evaluation of the adsorption temperature dependency and the manufacturing variation satisfied the pass level. Therefore, even if the dye-sensitized solar cell of the present invention is manufactured under the same manufacturing conditions (production variation evaluation) or the adsorption temperature varies (adsorption temperature dependency evaluation), the photoelectric conversion efficiency varies. It was found to be small and show stable battery performance.
Moreover, as for the dye-sensitized solar cell (sample numbers 101-125) of this invention, all have the photoelectric conversion efficiency measured in said (evaluation of the manufacturing dispersion | variation in photoelectric conversion efficiency) in the level equivalent to patent documents 1 and 2. Yes, it had excellent photoelectric conversion efficiency.
Focusing on the isomers, the bond isomers were able to improve both the adsorption temperature dependence and production variability, and were particularly effective in improving the adsorption temperature dependence. On the other hand, the geometric isomers can improve both the adsorption temperature dependency and the production variation, and the effect of improving the production variation was particularly high. Moreover, even if these isomers coexisted, it was found that the adsorption temperature dependency and the production variation improvement effect were exhibited without inhibiting each other's action and function.
また、式(1)で表される金属錯体色素を、異性体含有率が本発明の範囲を満たす割合で、式(1)で表される金属錯体色素の異性体とともに含有する本発明の色素溶液は、上記優れた特性を示す色素増感太陽電池の製造に好適に用いることができた。 In addition, the dye of the present invention containing the metal complex dye represented by the formula (1) at a ratio where the isomer content satisfies the scope of the present invention together with the isomer of the metal complex dye represented by the formula (1) The solution could be suitably used for the production of a dye-sensitized solar cell exhibiting the above excellent characteristics.
これに対して、式(1)で表される金属錯体色素を用いた色素増感太陽電池であっても、その異性体含有率が0.1モル%未満または50モル%以上であると(試料番号c01〜c04)、吸着温度依存性および製造ばらつきのいずれも、本試験の合格レベルを満たさなかった。
また、異性体含有率が本発明の範囲を満たす色素増感太陽電池であっても、置換基G1をルテニウムに配位する窒素原子に対して4位に有するターピリジン配位子を持つ金属錯体色素(D−10)を用いると(試料番号c05〜c07)、異性体を含まない金属錯体色素を用いた場合(試料番号c01)と比べて、吸着温度依存性および製造ばらつきがかえって低下しており、いずれも、本試験の合格レベルを満たさなかった。
On the other hand, even in the dye-sensitized solar cell using the metal complex dye represented by the formula (1), the isomer content is less than 0.1 mol% or 50 mol% or more ( None of the sample numbers c01 to c04), the adsorption temperature dependency, and the manufacturing variability met the passing level of this test.
Also, isomer content of a dye-sensitized solar cell satisfying the scope of the present invention, a metal complex having a terpyridine ligand having the 4-position relative to the coordinating nitrogen atom of the substituent G 1 of ruthenium When the dye (D-10) is used (sample number c05 to c07), the adsorption temperature dependency and production variation are reduced compared to the case where the metal complex dye not containing an isomer is used (sample number c01). None of them passed the pass level of this test.
1、41 導電性支持体
2、42 感光体層
21 色素
22 半導体微粒子
3、47 電荷移動体層
4、48 対極
5、40 受光電極
6 外部回路
10 光電変換素子
100 光電変換素子を電池用途に応用したシステム
M 動作手段(例えば電動モーター)
DESCRIPTION OF
20 色素増感太陽電池
43 透明導電膜
44 基板
45 半導体層
46 光散乱層
S スペーサー
20 Dye-sensitized solar cell 43 Transparent
Claims (9)
該感光体層が、下記式(1)で表される金属錯体色素と該金属錯体色素の異性体とが担持された半導体微粒子を有し、
前記異性体が、下記式(2)で表される結合異性体および下記式(3)で表される幾何異性体の少なくとも一方を含んでおり、
金属錯体色素中の前記異性体の含有率が合計で0.1モル%以上50モル%未満であり、前記結合異性体を含有する場合の含有率が0.5モル%以上20モル%未満であり、前記幾何異性体を含有する場合の含有率が0.5モル%以上20モル%未満である、光電変換素子。
The photoreceptor layer has semiconductor fine particles carrying a metal complex dye represented by the following formula (1) and an isomer of the metal complex dye,
The isomer includes at least one of a bond isomer represented by the following formula (2) and a geometric isomer represented by the following formula (3);
The isomers less than 50 mol% der content of more than 0.1 mol% in total of the metal complex in the dye is, the content of the case containing the bond isomers is less than 0.5 mol% to 20 mol% The photoelectric conversion element whose content rate in the case of containing the said geometrical isomer is 0.5 mol% or more and less than 20 mol% .
前記異性体が、下記式(2)で表される結合異性体および下記式(3)で表される幾何異性体の少なくとも一方を含んでおり、 The isomer includes at least one of a bond isomer represented by the following formula (2) and a geometric isomer represented by the following formula (3);
金属錯体色素中の前記異性体の含有率が合計で0.1モル%以上50モル%未満であり、前記結合異性体を含有する場合の含有率が0.5モル%以上20モル%未満であり、前記幾何異性体を含有する場合の含有率が0.5モル%以上20モル%未満である、色素溶液。 The total content of the isomers in the metal complex dye is 0.1 mol% or more and less than 50 mol%, and the content when the bond isomer is contained is 0.5 mol% or more and less than 20 mol%. And a dye solution having a content of 0.5 mol% or more and less than 20 mol% when containing the geometric isomer.
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