JP6531977B2 - Electrolyte for dye-sensitized solar cell and dye-sensitized solar cell using the electrolyte - Google Patents

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

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Description

本発明は、色素増感太陽電池用電解液及び該電解液を用いた色素増感太陽電池に関する。   The present invention relates to an electrolyte for a dye-sensitized solar cell and a dye-sensitized solar cell using the electrolyte.

1990年にローザンヌ工科大学のグレッツェル教授らにより開発された新しいタイプの太陽電池である色素増感太陽電池は、安価に製造でき、アモルファス太陽電池と同等以上の性能を持つ等の、優れた特長を有することから世界的に注目されている。かかる色素増感太陽電池の課題として、光電変換効率(以降、単に変換効率と呼ぶ場合がある)のさらなる改善、耐久性の向上等が挙げられる。   Dye-sensitized solar cells, a new type of solar cell developed by Gratzel et al. At the Lausanne Institute of Technology in 1990, can be manufactured inexpensively and have superior features such as performance equal to or better than amorphous solar cells. It is noted worldwide for having it. As a subject of this dye-sensitized solar cell, the further improvement of a photoelectric conversion efficiency (it may only be called conversion efficiency hereafter), the improvement of durability, etc. are mentioned.

高い耐久性を得るためには、電解液には分解や揮発によりガスを発生しないことが必要とされる。色素増感太陽電池のセルは、電解液が漏れないように外周縁がシール材で封止されている。電解液が分解、または揮発してガスが発生すると内圧の上昇によりセルが破損する恐れがあるし、またガスの発生により気泡が入った電極部分は光発電を起こせず、変換効率が低下してしまうためである。   In order to obtain high durability, it is required that the electrolyte does not generate gas by decomposition or volatilization. The outer peripheral edge of the cell of the dye-sensitized solar cell is sealed with a sealing material so that the electrolyte does not leak. If the electrolyte is decomposed or volatilized to generate gas, the cell may be broken due to the rise in internal pressure, and the electrode portion containing bubbles due to the gas generation does not cause photovoltaic generation, and the conversion efficiency is lowered. It is because it

特に揮発性の高い電解液の場合、高温条件下では電解液の蒸気圧が上昇するため、長期間にわたってセルを完全に封止し気密性を維持することは困難である。したがって、色素増感太陽電池用の電解液には、高温条件下でも揮発し難く、かつ安定性が高いことが必要とされる。   Particularly in the case of a highly volatile electrolyte, the vapor pressure of the electrolyte rises under high temperature conditions, so it is difficult to completely seal the cell for a long period and maintain airtightness. Therefore, the electrolyte for dye-sensitized solar cells is required to be hard to evaporate even under high temperature conditions and to have high stability.

従来、色素増感太陽電池用の電解液として、ヨウ化リチウムやヨウ化物塩とヨウ素をメトキシプロピオニトリルやアセトニトリルに溶解させたものが一般的に用いられている(特許文献1)。しかしながら、ニトリル溶媒は、初期の変換効率は高いものの、蒸気圧が高く、セルから揮発してしまうため、十分な耐久性が得られないという問題点があった。   Conventionally, as electrolyte solution for dye-sensitized solar cells, one in which lithium iodide or iodide salt and iodine are dissolved in methoxypropionitrile or acetonitrile is generally used (Patent Document 1). However, although the nitrile solvent has a high initial conversion efficiency, it has a high vapor pressure and is volatilized from the cell, so there is a problem that sufficient durability can not be obtained.

溶媒としてプロピレンカーボネートやγ−ブチロラクトンを用いた色素増感太陽電池用電解液も開示されている(特許文献3および4)。しかし、これらの電解液を用いても特に屋外で使用するような状況では揮発してしまい、使用可能な温度範囲が狭い。また、カーボネート類はヨウ素やヨウ化物塩と反応して分解してしまうため、さらにラクトン類は光により分解するという太陽電池としては致命的な欠点もあるうえ、これらの溶媒は分解するとガスが発生したりすることから、耐久性に劣るという問題点があった。   The electrolyte solution for dye-sensitized solar cells using propylene carbonate or (gamma) -butyrolactone as a solvent is also disclosed (patent documents 3 and 4). However, even if these electrolytes are used, they volatilize particularly in a situation where they are used outdoors, and the usable temperature range is narrow. In addition, carbonates react with iodine and iodide salts to be decomposed, and furthermore, lactones have a fatal defect as a solar cell that is decomposed by light, and these solvents generate gas when decomposed And there is a problem that the durability is inferior.

色素増感太陽電池の電解液として実用的な耐久性を得るためには、200℃以上の高い沸点を有し、かつ、化学的、電気化学的、光化学的に安定な溶媒および添加剤を用いることが求められている。その耐久性の課題に対する対策として、本発明者らの一部は、新規の高耐久性電解液として鎖状スルホンを溶媒として用いた色素増感太陽電池用電解液を見出している(非特許文献1)。しかし、当該鎖状スルホン溶媒を用いた電解液については、さらなる変換効率向上が求められていた。   In order to obtain practical durability as an electrolyte for dye-sensitized solar cells, solvents and additives which have a high boiling point of 200 ° C. or higher, and which are chemically, electrochemically or photochemically stable are used. Is required. As measures against the problem of durability, some of the present inventors have found an electrolyte for a dye-sensitized solar cell using a chain sulfone as a solvent as a novel high-durability electrolyte (Non-patent Literature 1). However, for the electrolytic solution using the linear sulfone solvent, further improvement in conversion efficiency has been required.

(A)光電変換効率の改善
光電変換効率の改善に関しては、色素増感太陽電池用電解液中に塩基性添加物を加えることで、該電解液を用いた色素増感太陽電池の光電変換効率を改善できることが報告されている(特許文献1〜19)。
(A) Improvement of photoelectric conversion efficiency With regard to improvement of photoelectric conversion efficiency, the photoelectric conversion efficiency of a dye-sensitized solar cell using the electrolytic solution by adding a basic additive to the electrolytic solution for a dye-sensitized solar cell It is reported that it can improve (patent documents 1-19).

このような塩基性添加物の添加により、多孔性半導体層から液体電解質層へ、光の照射とは無関係に流れる逆電流を防止することにより、開放電圧を上昇させることができるものと説明されている(たとえば、特許文献14の段落0006、特許文献15の段落0006)。   It is described that the open circuit voltage can be increased by preventing the reverse current flowing from the porous semiconductor layer to the liquid electrolyte layer regardless of the light irradiation by the addition of such a basic additive. (For example, paragraph 0006 of patent document 14 and paragraph 0006 of patent document 15).

(溶媒による相互作用の効果の相違)
ところが、添加剤を加えると、添加剤と、溶媒および他の電解質との間で相互作用が働くため、電解液としての粘度が変化する。低粘度の溶媒を用いていれば、添加剤と溶媒等の相互作用が働いても、元々の粘度が低いため電解質の移動は依然として十分な速度を確保できるのに対し、耐熱性の高い電解液とするために、鎖状スルホンのような高沸点の溶媒を用いた場合、沸点の向上に伴って溶媒自体の粘度が高くなっているため、添加剤を加えることによる粘度の影響が大きくなってしまう。その結果、電解質の拡散が阻害されるため短絡電流密度が低くなりやすい。添加剤によって開放電圧が向上したとしても、その効果以上に電流値が低下すれば、変換効率は逆に低下してしまうという問題がある。
(Difference in the effect of solvent interaction)
However, when the additive is added, the interaction between the additive and the solvent and the other electrolyte acts to change the viscosity as the electrolytic solution. If a solvent with a low viscosity is used, even if the interaction between the additive and the solvent works, the original viscosity is low, so that the movement of the electrolyte can still be maintained at a sufficient speed, but a highly heat resistant electrolyte In order to achieve this, when using a high boiling point solvent such as chain sulfone, the viscosity of the solvent itself increases with the improvement of the boiling point, so the influence of the viscosity by the addition of the additive becomes large I will. As a result, the diffusion of the electrolyte is inhibited, and the short circuit current density tends to be low. Even if the open circuit voltage is improved by the additive, if the current value is reduced more than the effect, the conversion efficiency is reduced.

特許文献5では、非共有電子対を持つ電子供与化合物を添加剤に用いること、およびその際の溶媒として多種の有機溶媒が開示されているが、実施例として挙げられているのは、著しく耐久性が不足し、かつ添加剤の粘度影響や分子サイズが無視できるほど粘度が低いアセトニトリルを溶媒として用いており、該電子供与化合物として用いられているのはアミノ−ピリミジンとt−ブチルピリジンのみである。溶媒により相互作用の効果が異なるため、該特許からは高沸点溶媒どころか、どの有機溶媒においてどのような塩基性添加剤がどれだけ変換効率向上に有効なのか推測することは不可能である。すなわち、アセトニトリルでの評価をもとにして、鎖状スルホン溶媒に適した添加剤を選ぶのは困難である。   Patent Document 5 discloses that an electron donor compound having a noncovalent electron pair is used as an additive, and various organic solvents are disclosed as a solvent at that time. However, the examples given as examples are extremely durable. Acetonitrile is used as the solvent because it lacks the viscosity and the viscosity of the additive and the viscosity is negligible so that the molecular size can be ignored, and only the amino-pyrimidine and t-butylpyridine are used as the electron donor compound. is there. Since the effect of the interaction differs depending on the solvent, it is impossible to deduce from this patent what basic additive is effective for improving the conversion efficiency in any organic solvent, not the high boiling point solvent. That is, it is difficult to select an additive suitable for the chain sulfone solvent based on the evaluation with acetonitrile.

同様に、特許文献6〜9、13〜16における添加剤についても全てアセトニトリルで評価されており、上述のように、高沸点溶媒を用いた場合の影響を推測することは困難である。   Similarly, all of the additives in Patent Documents 6 to 9 and 13 to 16 are also evaluated with acetonitrile, and as described above, it is difficult to estimate the effect of using a high boiling point solvent.

(同程度の分子量の添加剤間における、添加剤骨格による沸点の相違)
特許文献11には、窒素原子を2つ以上含みかつ置換基を持たない5員環または6員環の芳香環からなる含窒素複素環化合物を添加剤として用いた例が開示されている。
(Boiling point difference due to additive skeleton between additives of similar molecular weight)
Patent Document 11 discloses an example using, as an additive, a nitrogen-containing heterocyclic compound composed of a 5- or 6-membered aromatic ring containing two or more nitrogen atoms and having no substituent.

該特許明細書段落0016には、電解液粘度を極力上げることのないよう、分子サイズの極力小さな塩基性化合物を添加することが好ましいとの記載があり、さらに、かかる塩基性化合物として、置換基を持たない、したがって分子サイズの小さな環状塩基を用いるとされ、具体的には5員環ではイミダゾール、ピラゾール、トリアゾール、6員環としてピリダジン、ピリミジン、ピラジン、トリアジンが挙げられている。また、該特許明細書段落0019には、ほぼ同一の分子量であるピラゾール、イミダゾール、トリアゾール、ピリジンの沸点は大きく異なっていること、そして沸点の高いものを用いることが好ましいとある。   The patent specification paragraph 0016 states that it is preferable to add a basic compound with a molecular size as small as possible so as not to increase the viscosity of the electrolyte as much as possible, and further, as such a basic compound, a substituent It is said that cyclic bases having a small size and therefore small molecular size are used, specifically imidazole, pyrazole, triazole, pyridazine, pyrimidine, pyrazine, triazine as a six-membered ring in a five-membered ring. Further, in the patent specification paragraph 0019, the boiling points of pyrazole, imidazole, triazole and pyridine having substantially the same molecular weight are largely different, and it is preferable to use those having high boiling points.

該特許文献に記載されているように、添加剤の分子サイズが小さい方が、電解液粘度が低くなることは一般的にも想定しうる。しかしながら、ピラゾールやイミダゾールがピリジンとほぼ同一分子量、すなわちほぼ同一の分子サイズでありながらこれらの化合物で沸点が異なっているように、主構造が異なるものはそもそも沸点や粘度等の物性も異なるため、分子サイズで比較が可能なのは、あくまで同じ主構造を有するもの同士を、同一もしくはよく類似した構造の溶媒において比較した場合のみである。さらに、該特許文献、および特許文献1、2、10においても、比較的沸点が低く、低粘度であるメトキシプロピオニトリルにて評価した添加剤の開示であり、高沸点溶媒における検討は全く行なわれておらず、高沸点の有機溶媒に適した添加剤の構造およびその分子サイズなどを判別することはできない。   As described in the patent document, it can also be generally assumed that the smaller the molecular size of the additive, the lower the viscosity of the electrolyte solution. However, as pyrazole and imidazole have almost the same molecular weight as pyridine, that is, almost the same molecular size but different boiling points of these compounds, those having different main structures also differ in physical properties such as boiling point and viscosity. The molecular sizes can be compared only when the ones having the same main structure are compared with one another in the solvent having the same or a similar structure. Furthermore, the patent documents and Patent Documents 1, 2 and 10 also disclose additives evaluated with methoxypropionitrile having a relatively low boiling point and low viscosity, and studies on high boiling point solvents are conducted at all. It is impossible to determine the structure of the additive suitable for the high boiling point organic solvent and the molecular size thereof.

(高沸点溶媒とイオン性液体の間のキャリア輸送、溶媒和等の各種メカニズムの相違)
また、特許文献11ではイオン液体電解液に対する添加剤の効果も比較している。同様に特許文献17においてもイオン液体電解液におけるベンズイミダゾールなどを添加剤として用いた例が報告されている。しかしながら、これらに使用されているイオン液体系電解液と非イオン系分子を溶媒とする有機溶媒系電解液とは、ヨウ素レドックスのキャリア輸送のメカニズムが異なっており、両者で適切なヨウ素レドックスの濃度が異なるため、イオン液体電解液における結果からは高沸点の有機溶媒に適した添加剤を判別することはできない。また、イオン液体はイオン対を形成しており、添加剤との相互作用や、溶媒和の状態が有機溶媒系電解液とは全くことなっていること、さらに、揮発やガス発生自体は起きにくいため、太陽電池デバイスとしての劣化機構自体が有機溶媒系の電解液のそれとは異なっていることなどからも、有機溶媒系電解液に適した添加剤を、イオン液体電解液における添加剤の結果からはそもそも判別することはできない。
(Determination of carrier transport between high boiling point solvent and ionic liquid, various mechanisms such as solvation, etc.)
Moreover, in patent document 11, the effect of the additive with respect to an ionic liquid electrolyte solution is also compared. Similarly, Patent Document 17 also reports an example in which benzimidazole or the like in an ionic liquid electrolytic solution is used as an additive. However, the mechanism of carrier transport of iodine redox is different between the ionic liquid electrolyte used for these and the organic solvent electrolyte using a nonionic molecule as a solvent, and the concentration of the iodine redox is appropriate for both. From the results of the ionic liquid electrolyte, it is not possible to distinguish the additive suitable for the high boiling point organic solvent. In addition, the ionic liquid forms an ion pair, and the interaction with the additive and the state of solvation are completely different from those of the organic solvent-based electrolyte solution, and furthermore, the volatilization and gas generation itself hardly occur. Therefore, also from the fact that the degradation mechanism itself as a solar cell device is different from that of the organic solvent-based electrolyte solution, etc., the additive suitable for the organic solvent-based electrolyte solution is the result of the additive in the ionic liquid electrolyte Can not be determined in the first place.

以上のように、添加剤によってどの程度粘度が変化するかについては、用いる溶媒や電解質と添加剤との組合せ、およびその濃度や組成比率により相互作用が異なってくるため、複数の電解質・溶媒からなる電解液の粘度変化を事前に予測することは全く不可能であるうえ、例え低粘度の溶媒を用いた場合には問題にならなかった添加剤であっても、高沸点の溶媒を用いた場合に電流値や形状因子(「ff」と略記する。)にどのような悪影響を及ぼすかどうかは推測できない。   As described above, with regard to how much the viscosity changes depending on the additive, the interaction differs depending on the combination of the solvent or electrolyte used and the additive, and the concentration and composition ratio thereof. It is impossible to predict in advance the viscosity change of the resulting electrolyte, and even if additives that did not pose a problem when using a low viscosity solvent, a high boiling point solvent was used. In this case, it can not be guessed what kind of adverse effect on the current value or the form factor (abbreviated as "ff").

また、電流値の課題だけはなく、溶媒自体の塩基性や電子受容性が異なるため、そもそも電解液に用いる溶媒によって太陽電池の開放電圧が異なってくることから、いずれの添加剤をどの濃度で用いれば、使用する高沸点溶媒の中で効果的に開放電圧を向上することができるのかは不明である。   In addition to the problem of current value, the basicity of the solvent itself and the electron acceptability are different, so the open circuit voltage of the solar cell is different depending on the solvent used for the electrolyte solution, so It is unclear if it can be used to effectively improve the open circuit voltage among the high boiling point solvents used.

したがって、実際に電解液を調製し、太陽電池を組むことで初めて、その組成の電解液の特性の良し悪しを評価することができるようになるため、従来用いられているニトリル系電解液を中心にした前記先行技術文献をもとにしても、何ら優れた電解液が得られるわけでなかった。   Therefore, it is possible to evaluate the quality of the characteristics of the electrolytic solution of the composition only by actually preparing the electrolytic solution and assembling the solar cell. Based on the above-mentioned prior art documents, no excellent electrolyte solution can be obtained.

(高沸点溶媒間での適切な添加剤の相違)
特許文献12では、環中窒素のα位炭素に特定の置換基を有する特定構造の含窒素芳香族5員または6員環化合物が例示されている。溶媒としては、段落0032において沸点200℃以上の高沸点溶媒が、なかでも特に好ましいとしてS−5とS−6の溶媒が挙げられており、さらに、それぞれに適した添加剤との組み合わせが段落0135の表3に記載されている。しかしながら、S−5やS−6溶媒に適しているとされるこれらの添加剤を、本発明の鎖状スルホン電解液に添加してみたが、優れた電解液性能を得ることはできてなかった(比較例参照)。すなわち、上記のように低粘度・低沸点の溶媒はもちろんのこと、先行文献において、ある特定の添加剤がある特定の高沸点の溶媒に適切であったとしても、溶媒の分子構造が異なっていれば、その添加剤が、本発明において溶媒として用いている鎖状スルホンにも適しているかどうかは何ら推測できるものではないと言える。すなわち、先行技術文献をもとにしても、何ら優れた電解液が得られるわけでなかった。
(Difference of appropriate additives between high boiling point solvents)
Patent Document 12 exemplifies a nitrogen-containing aromatic 5- or 6-membered ring compound having a specific structure having a specific substituent at the α-carbon of the ring nitrogen. As the solvent, a high boiling point solvent having a boiling point of 200 ° C. or higher is mentioned in paragraph 0032, and solvents of S-5 and S-6 are mentioned as being particularly preferable among them, and further, a combination with an additive suitable for each is mentioned in paragraph It is described in Table 3 of 0135. However, although these additives considered to be suitable for S-5 and S-6 solvents were added to the linear sulfone electrolyte of the present invention, it has not been possible to obtain excellent electrolyte performance. (See comparative example). That is, as described above, in the prior art, the molecular structure of the solvent is different, even if certain additives are suitable for certain high boiling solvents, as well as low viscosity, low boiling solvents. Then, it can be said that it can not be guessed at all whether the additive is also suitable for the linear sulfone used as a solvent in the present invention. That is, even based on the prior art documents, no excellent electrolytic solution was obtained.

(B)耐久性の向上
他方、塩基性添加物を加えた電解液を用いた色素増感太陽電池の耐久性、特に塩基性添加剤による耐久性の向上に関しては、ほとんど先行文献がない。例えば、アセトニトリルを溶媒とする電解液の場合における光照射による耐光性試験を実施した例は報告があるものの、耐熱性試験、すなわち揮発等に対する耐久性に関しては実施例がない(例えば特許文献5〜9、13〜16)。このことからも、アセトニトリルを溶媒とする電解液は事実上耐久性、特に耐熱性が低いことが容易に推測できる。よって、各添加剤の耐久性よりも溶媒の耐久性が不足している状態であり、各添加剤自体の耐久性を評価するには至っていない。
(B) Improvement of Durability On the other hand, there is almost no prior art concerning the durability of a dye-sensitized solar cell using an electrolytic solution to which a basic additive is added, in particular, the improvement of the durability by a basic additive. For example, although there is a report on an example in which the light resistance test by light irradiation in the case of an electrolytic solution using acetonitrile as a solvent is reported, there is no example regarding the heat resistance test, that is, the durability against volatilization etc. 9, 13-16). Also from this fact, it can be easily estimated that the electrolyte using acetonitrile as the solvent is practically durable, in particular, the heat resistance is low. Therefore, the durability of the solvent is less than the durability of each additive, and the durability of each additive has not been evaluated.

特許文献17ではベンズイミダゾール誘導体を電解液に添加することで、色素増感太陽電池の耐久性が更に向上すると報告している。もっとも、当該文献では実施例において、ベンズイミダゾール誘導体による耐久性向上効果を何ら実証していないうえ、耐熱性試験により性能が大きく減少してしまっており、その耐久性は不十分のままである。   Patent Document 17 reports that the durability of the dye-sensitized solar cell is further improved by adding a benzimidazole derivative to the electrolytic solution. However, the document does not at all demonstrate the durability improvement effect by the benzimidazole derivative in the examples, and the performance is greatly reduced by the heat resistance test, and the durability remains insufficient.

特許文献10では、高温耐久性を向上させる電解液の添加剤として、1位が三級炭素であるアルキル置換基を有するピリジン、具体例として、他の特許文献でも例示されているt−ブチルピリジンが開示されている。しかしながら、当該特許文献で使用されている溶媒は当該添加剤よりも沸点が低いものであり、依然として高沸点溶媒においても十分な耐久性が得られるのかは不明である。また、ピリジン類は臭気が強く、製造時の取扱環境が悪化するという問題があった。   In Patent Document 10, a pyridine having an alkyl substituent in which 1-position is a tertiary carbon as an additive of an electrolytic solution for improving high-temperature durability, and a t-butylpyridine exemplified as another example in another patent document Is disclosed. However, the solvent used in the patent document has a boiling point lower than that of the additive, and it is still unclear whether sufficient durability can be obtained even in a high boiling point solvent. In addition, pyridines have a strong odor and there is a problem that the handling environment at the time of production is deteriorated.

さらに、t−ブチルピリジンよりもより優れた添加剤としては、特許文献16において、種々の特定の芳香環系へテロ化合物を電解液に添加すると、t−ブチルピリジンや2−ビニルピリジンよりも高い開放電圧を有すると共に、その耐久性も高いことを見出したと報告されている。当該文献には何らの技術的説明はないものの、単環式芳香族へテロ環に結合する置換基が炭素数2以下の有機残基である場合には、湿式太陽電池の電解液に添加しても高い耐久性等は得られないと記載されていることから(段落0011)、ある程度の分子量を有することで塩基性添加剤の沸点を高くし、以って電解液の耐久性を向上させることを意図しているものと考えられる。   Furthermore, as an additive superior to t-butylpyridine, in Patent Document 16, when various specific aromatic ring hetero compounds are added to the electrolyte, it is higher than t-butylpyridine or 2-vinylpyridine. It is reported to have found that it has an open circuit voltage and its durability is also high. Although there is no technical explanation in the document, when the substituent bonded to the monocyclic aromatic heterocycle is an organic residue having 2 or less carbon atoms, it is added to the electrolyte of a wet solar cell. However, since high durability and the like can not be obtained (paragraph 0011), the boiling point of the basic additive is increased by having a certain molecular weight, thereby improving the durability of the electrolyte. It is considered to be intended.

同様に、特許文献11において、窒素原子を2つ以上含みかつ置換基を持たない5員環又は6員環からなる含窒素複素環化合物が開示されている。耐久性に関しては何ら実施例が挙げられていないが、段落0020や0057にあるように、添加剤の沸点ができるだけ高いことが望ましいとされている。   Similarly, Patent Document 11 discloses a nitrogen-containing heterocyclic compound comprising a 5- or 6-membered ring containing two or more nitrogen atoms and having no substituent. Although no example is given regarding durability, as described in paragraphs 0020 and 0057, it is considered desirable that the boiling point of the additive be as high as possible.

したがって、添加剤としては当然沸点ができるだけ高いことが望ましいが、これらの特許文献などは低沸点・低粘度のメトキシプロピオニトリルに合わせた添加剤の開示であり、または、上述したような電解液中のメカニズムが異なるイオン液体電解液に合わせた効果であって、非イオン性の高沸点溶媒における検討は全く行なわれていない。すなわち、当該特許文献などで最適な溶媒として挙げられているメトキシプロピオニトリルは沸点が低く、太陽電池として十分な耐久性が得られない状態で耐久性を比較しているため、その塩基性添加剤の高沸点溶媒中における変換効率の向上効果だけでなく、塩基性添加剤の種類により耐久性がどう変化するかについても、本質的には不明のままである。   Therefore, it is naturally desirable that the additive has as high a boiling point as possible, but these patent documents disclose the additive combined with a low boiling point and low viscosity methoxypropionitrile, or an electrolytic solution as described above The mechanism is an effect that is matched to different ionic liquid electrolytes, and no studies have been conducted on non-ionic high boiling point solvents. That is, since methoxypropionitrile listed as the optimum solvent in the patent documents and the like has a low boiling point and the durability is compared in a state where sufficient durability as a solar cell can not be obtained, the basic addition thereof Not only the effect of improving the conversion efficiency in the high boiling point solvent of the agent but also how the durability changes depending on the type of basic additive remains essentially unknown.

特開2005−327515号公報JP 2005-327515 A 特開2011−28918号公報JP, 2011-28918, A 特開2007−220608号公報JP 2007-220608 A 特開2000−277182号公報JP, 2000-277182, A 特開2006−12848号公報Japanese Patent Application Publication No. 2006-12848 特開2005−216490号公報JP, 2005-216490, A 特開2005−38711号公報JP, 2005-38711, A 特開2003−331936号公報Japanese Patent Application Laid-Open No. 2003-331936 特開2004−47229号公報Unexamined-Japanese-Patent No. 2004-47229 特開2010−218902号公報Unexamined-Japanese-Patent No. 2010-218902 特開2006−134615号公報JP, 2006-134615, A 特開2000−90991号公報JP 2000-90991 A 特開2004−273272号公報JP, 2004-273272, A 特開2006−331995号公報Unexamined-Japanese-Patent No. 2006-331995 特開2005−108664号公報JP, 2005-108664, A 特開2003−331646号公報Japanese Patent Application Publication No. 2003-331646 特開2009−231008号公報JP, 2009-231008, A 特開2013−54879号公報JP, 2013-54879, A 国際公開第2007/091525号WO 2007/091525 Electrochemistry,3,163(2011)Electrochemistry, 3, 163 (2011)

このようななかで、本発明者のうちの一部の者は、特許文献18において、高沸点の鎖状スルホン溶媒に対して、十分な耐久性を有しつつ優れた変換効率を示す添加剤を見出しているが、更なる性能の向上が求められている。   Among these, some of the present inventors, in Patent Document 18, add an additive that exhibits excellent conversion efficiency while having sufficient durability against a high boiling point chain sulfone solvent. Although it has been found, further performance improvement is required.

性能の向上にあたり、特許文献11のように、電解液粘度を極力上げることのないよう、分子サイズの極力小さな添加剤を用いる方向性がある。しかしながら、分子サイズが小さくなると一般的に沸点が低下してしまい、電解液としての耐熱性が低下してしまうという課題がある。逆に添加剤の沸点を上げるためには分子量を増大させる手段が有効である。しかし、溶媒自体の沸点を上昇させた場合と同様に、添加剤自体の分子量を増大させた場合、例えば、塩基性添加剤の有機残基の炭素数を単純に増加させるような手法で沸点を高めた塩基性添加剤では、電解液の粘度も増加させ、酸化還元系電解質(たとえばI3 -/I-)の拡散を妨げる方向に働くため、元々溶媒としては従来のニトリル溶媒よりも粘度が高い鎖状スルホン溶媒においては、特に光電変換効率を低下させる要因になるものと考えられる。 In order to improve the performance, as in Patent Document 11, there is a directionality of using an additive with the smallest possible molecular size so as not to raise the viscosity of the electrolyte as much as possible. However, when the molecular size is reduced, the boiling point generally decreases, and the heat resistance as the electrolyte solution is reduced. Conversely, means to increase the molecular weight is effective to raise the boiling point of the additive. However, as in the case where the boiling point of the solvent itself is increased, when the molecular weight of the additive itself is increased, for example, the boiling point is increased by a method which simply increases the carbon number of the organic residue of the basic additive. the elevated base additives, viscosity of the electrolyte also increases, redox electrolyte (e.g. I 3 - / I -) to work in the direction preventing the diffusion, as originally solvent viscosity than conventional nitrile solvent In the case of a high chain sulfone solvent, it is considered to be a factor that particularly reduces the photoelectric conversion efficiency.

しかも、電解液、およびデバイスとして太陽電池を組み上げた際の耐久性については、耐熱性以外にも、塩基性添加剤の化学的、電気化学的、光化学的安定性等、耐久性に影響を及ぼす他の因子も存在し得る。   In addition to the heat resistance, the durability, such as the chemical, electrochemical, photochemical stability, and the like, of the basic additive affect the durability when assembling the solar cell as an electrolytic solution and a device. Other factors may also be present.

そこで、本発明の課題は、高沸点溶媒を用いたうえで、かかる相反関係になりうる耐久性、特に耐熱性向上と光電変換効率向上とを、よりよく両立しうるような電解液およびそれを用いた色素増感太陽電池を提供することにある。   Therefore, the object of the present invention is to use an electrolyte solution which can achieve both compatibility with such durability, particularly heat resistance improvement and photoelectric conversion efficiency improvement, which can be in such a reciprocal relationship, by using a high boiling point solvent. It is providing the dye-sensitized solar cell used.

本発明の第一の態様は、酸化還元系電解質、塩基性添加剤、及び溶媒を含む色素増感太陽電池用電解液であって、
前記塩基性添加剤が、
下記式(1)の1−(アリールメチル)イミダゾール:
A first aspect of the present invention is an electrolyte solution for a dye-sensitized solar cell, comprising a redox electrolyte, a basic additive, and a solvent,
The basic additive is
1- (Arylmethyl) imidazole of the following formula (1):

の化学構造を有し、前記式(1)中、Arは無置換かつ五員環または六員環の芳香族基を表し、
前記溶媒が、溶媒として下記式(2)の鎖状スルホン化合物:
In the formula (1), Ar represents an unsubstituted 5- or 6-membered aromatic group,
The said solvent is a chain | strand-shaped sulfone compound of following formula (2) as a solvent:

を少なくとも含み、
前記式(2)中、R1、R2は独立して、ハロゲン基、アルコキシ基及び芳香環基からなる群から選択される少なくとも1の置換基で一部置換されていてもよい、炭素数1〜12のアルキル基またはアリール基を示す、ことを特徴とする、色素増感太陽電池用電解液である。
At least including
In the above formula (2), R 1 and R 2 each independently may be partially substituted with at least one substituent selected from the group consisting of a halogen group, an alkoxy group and an aromatic ring group; It is an electrolyte solution for dye-sensitized solar cells, characterized by showing 1 to 12 alkyl groups or aryl groups.

本発明の第二の態様は、本発明の第一の態様の色素増感太陽電池用電解液を用いたことを特徴とする色素増感太陽電池である。   A second aspect of the present invention is a dye-sensitized solar cell characterized in that the electrolyte for a dye-sensitized solar cell of the first aspect of the present invention is used.

本発明の電解液を用いることで、高い耐久性と高い変換効率をよりよく両立させた色素増感太陽電池を形成することが可能となる。   By using the electrolytic solution of the present invention, it becomes possible to form a dye-sensitized solar cell in which high durability and high conversion efficiency are more compatible.

(A)本発明の第一の態様について
本態様は、酸化還元系電解質、塩基性添加剤、及び溶媒を含む色素増感太陽電池用電解液である。
(A) About the 1st aspect of this invention This aspect is an electrolyte solution for dye-sensitized solar cells containing a redox electrolyte, a basic additive, and a solvent.

(A−1)塩基性添加剤
(A−1−1)
本発明において用いる塩基性添加剤は、
下記式(1)の1−(アリールメチル)イミダゾール:
(A-1) Basic Additive (A-1-1)
The basic additive used in the present invention is
1- (Arylmethyl) imidazole of the following formula (1):

の化学構造を有し、前記式(1)中、Arは無置換かつ五員環または六員環の芳香族基を表す、塩基性添加剤である。   It is a basic additive which has the chemical structure of, and in said Formula (1), Ar represents an unsubstituted and 5- or 6-membered ring aromatic group.

本発明の電解液中に添加される塩基性添加剤の構造的特徴は、
(a)イミダゾール環上、一の窒素原子以外に置換基を有していないこと、及び
(b)イミダゾール環上の前記一の窒素原子が、メチレン基を介して、無置換かつ五員環または六員環の芳香族基と結合していることである。
The structural features of the basic additive added to the electrolyte of the present invention are:
(A) having no substituent other than one nitrogen atom on the imidazole ring, and (b) the one nitrogen atom on the imidazole ring being unsubstituted and having a five-membered ring or the like via a methylene group It is to be bonded to a six-membered aromatic group.

このような特徴的な構造を有する塩基性添加剤を用いることにより、高い耐久性と高い変換効率をよりよく両立させることができた。   By using the basic additive having such a characteristic structure, high durability and high conversion efficiency could be better achieved.

(A−1−2)
前記式(1)中のArは、無置換かつ五員環または六員環の芳香族基を表すが、かかる芳香族基としては、六員環芳香族基として、フェニル基、ピリジル基(たとえば、2−ピリジル基、3−ピリジル基、4-ピリジル基)等を例示でき、五員環芳香族基としては、イミダゾイル基(たとえば、1−イミダゾイル基、4−イミダゾイル基など)、ピロリル基(たとえば、1−ピロリル基など)等を例示できる。
(A-1-2)
Ar in the formula (1) represents an unsubstituted 5-membered or 6-membered aromatic group, and as such an aromatic group, a 6-membered ring aromatic group such as a phenyl group or a pyridyl group (for example, And 2-pyridyl group, 3-pyridyl group, 4-pyridyl group etc., and examples of 5-membered ring aromatic group include imidazoyl group (eg, 1-imidazoyl group, 4-imidazoyl group etc.), pyrrolyl group For example, 1-pyrrolyl group etc. etc. can be illustrated.

ここで、無置換とは、前記芳香族環が、イミダゾール環とメチレン基を介して結合する以外に置換基を有していないことをいう。   Here, the term "unsubstituted" means that the aromatic ring has no substituent other than bonding through an imidazole ring and a methylene group.

比較的分子量が小さくても沸点が高い塩基性添加剤を得るとの観点からは、前記芳香族基として、ピリジル基、イミダゾイル基、ピロリル基等の複素環を用いるのが好ましい。   From the viewpoint of obtaining a basic additive having a relatively low molecular weight but a high boiling point, it is preferable to use a heterocyclic ring such as a pyridyl group, an imidazoyl group or a pyrrolyl group as the aromatic group.

また、塩基性添加剤の化学的安定性の観点からは、芳香族基としてフェニル基を用いるのが好ましい。より具体的には、下記式(1−1)の1-ベンジルイミダゾールを例示できる。   Also, from the viewpoint of the chemical stability of the basic additive, it is preferable to use a phenyl group as the aromatic group. More specifically, 1-benzylimidazole of the following formula (1-1) can be exemplified.

(A−1−3)
また、本発明の塩基性添加剤の1気圧における沸点は、封止性の観点からは、好ましくは160℃以上、より好ましくは200℃以上、さらに好ましくは250℃以上である。因みに、上記式(1−1)の化合物の1気圧下での沸点は310℃である。
(A-1-3)
The boiling point at 1 atmosphere pressure of the basic additive of the present invention is preferably 160 ° C. or more, more preferably 200 ° C. or more, and still more preferably 250 ° C. or more from the viewpoint of sealing property. Incidentally, the boiling point at 1 atmosphere of the compound of the above formula (1-1) is 310 ° C.

また、溶媒を用いる場合、溶媒の沸点よりも高い沸点を有することが好ましい。   Moreover, when using a solvent, it is preferable to have a boiling point higher than the boiling point of a solvent.

本発明の塩基性添加剤の電解液中の濃度は、使用する環境下に応じて照射光量が異なり、それに対して適切な前記電解質の濃度が異なるため特には限定されないが、例えば、屋外、また屋内であっても窓際など比較的照射される光が強い場合ではセル開放電圧向上の観点からは0.01mol/L以上が好ましく、0.1mol/L以上がより好ましく、電解液安定性、色素脱離抑制などの観点からは1mol/L以下であることが好ましく、0.5mol/L以下であることがより好ましい。もっとも、溶媒として用いる鎖状スルホン化合物[下記(A−2)参照]は、比較的高い粘度を有する溶媒であることから、塩基性添加剤の添加によるさらなる粘度の増加と、それによる光電変換効率の低下はできるだけ避けることが好ましい。かかる観点からは、本発明の塩基性添加剤の電解液中の濃度は、0.45mol/L以下がさらに好ましく、0.3mol/L以下であることが、さらに一層好ましい。   The concentration of the basic additive of the present invention in the electrolytic solution is not particularly limited because the amount of irradiated light varies depending on the environment used and the concentration of the appropriate electrolyte varies, but, for example, outdoors, Even if it is indoors, when relatively high light is irradiated, such as at the window, 0.01 mol / L or more is preferable from the viewpoint of improving the cell open circuit voltage, 0.1 mol / L or more is more preferable, electrolyte stability, dye It is preferable that it is 1 mol / L or less from a viewpoint of desorption suppression etc., and it is more preferable that it is 0.5 mol / L or less. However, since the linear sulfone compound [see below (A-2)] used as a solvent is a solvent having a relatively high viscosity, the viscosity increase due to the addition of the basic additive, and the photoelectric conversion efficiency thereby It is preferable to avoid the decrease of From such a viewpoint, the concentration of the basic additive of the present invention in the electrolytic solution is more preferably 0.45 mol / L or less, and still more preferably 0.3 mol / L or less.

かかる塩基性添加物の低濃度の観点からみて、本発明で用いられる1−(アリールメチル)イミダゾールは、低濃度でもセルの高電圧化に寄与できる塩基性添加剤であり、鎖状スルホン化合物[下記(A−2)参照]と組み合わせて用いる技術的意義が大きい。   From the viewpoint of the low concentration of the basic additive, 1- (arylmethyl) imidazole used in the present invention is a basic additive that can contribute to the increase in cell voltage even at a low concentration, and is a chain sulfone compound [ The technical significance used in combination with the following (A-2) is large.

また、本発明の塩基性添加剤は、1種類を単独で用いてもよいし、2種以上の混合物として用いてもよい。また、本発明の効果を損なわない少量の範囲で、任意に、従来公知の塩基性添加剤を併用しても構わない。   Moreover, the basic additive of the present invention may be used alone or in combination of two or more. Further, conventionally known basic additives may optionally be used in combination within a small amount that does not impair the effects of the present invention.

(A−2)溶媒
(A−2−1)
本発明の溶媒は少なくとも、前記酸化還元系電解質及び塩基性添加剤を溶解させるために用いられる。溶媒の量及び組成は、かかる溶媒の機能を有効に発揮できるように選択される。
(A-2) Solvent (A-2-1)
The solvent of the present invention is used to dissolve at least the redox electrolyte and the basic additive. The amount and composition of the solvent are selected so as to effectively perform the function of the solvent.

本発明において用いることのできる溶媒は、溶媒として、少なくとも下記式(2)の鎖状スルホン化合物:   The solvent that can be used in the present invention is, as a solvent, at least a chain sulfone compound of the following formula (2):

を含み、
前記式(2)中、R1、R2は独立して、ハロゲン基、アルコキシ基及び芳香環基からなる群から選択される少なくとも1の置換基で一部置換されていてもよい、炭素数1〜12のアルキル基またはアリール基を示す。
Including
In the above formula (2), R 1 and R 2 each independently may be partially substituted with at least one substituent selected from the group consisting of a halogen group, an alkoxy group and an aromatic ring group; 1 to 12 alkyl or aryl groups are shown.

具体的な鎖状スルホン化合物としては、ジメチルスルホン、エチルメチルスルホン、ジエチルスルホン、メチルプロピルスルホン、エチルプロピルスルホン、メチルイソプロピルスルホン、エチルイソプロピルスルホン、メチルブチルスルホン、エチルブチルスルホン、メチルイソブチルスルホン、エチルイソブチルスルホン、メチル(2−メチルプロピル)スルホン、エチル(2−メチルプロピル)スルホン、メチル−tert−ペンチルスルホン、エチル−tert−ペンチルスルホン、メチルペンチルスルホン、エチルペンチルスルホン、メチルイソペンチルスルホン、エチルイソペンチルスルホン、(1,2−ジメチルプロピル)メチルスルホン、(1,2−ジメチルプロピル)エチルスルホン、(1−エチルプロピル)メチルスルホン、エチル(1−エチルプロピル)スルホン、メチル(2−メチルブチル)スルホン、エチル(2−メチルブチル)スルホン、メチル(3-メチルブチル)スルホン、エチル(3−メチルブチル)スルホン、(2,2−ジメチルプロピル)メチルスルホン、(2,2−ジメチルプロピル)エチルスルホン、イソブチルイソプロピルスルホン、メトキシエチルイソプロピルスルホン、フルオロエチルイソプロピルスルホン等が例示できる。これらの中でも、エチルメチルスルホン、エチルイソプロピルスルホン、エチルイソブチルスルホン、イソブチルイソプロピルスルホン、メトキシエチルイソプロピルスルホン、フルオロエチルイソプロピルスルホン等が好適に使用できる。R1およびR2の炭素数の合計が5以上、好ましくは5〜10である化合物は、広範な温度で使用でき、耐久性に優れるため特に好適に使用できる。また、ジメチルスルホンやエチルメチルスルホンなどのように室温付近で固体であっても、電解質や添加剤を溶解させることで、または、他の鎖状スルホンと混合させることで凝固点降下を起こし、使用範囲温度で液状であれば電解液として使用できるため、単独では固体であっても構わない。むしろ、分子サイズが小さく、分子構造が非対称なエチルメチルスルホンなどは電解液の粘度が低くなる傾向があり、好適に使用できる。 Specific chain sulfone compounds include dimethyl sulfone, ethyl methyl sulfone, diethyl sulfone, methyl propyl sulfone, ethyl propyl sulfone, methyl isopropyl sulfone, ethyl isopropyl sulfone, methyl butyl sulfone, ethyl butyl sulfone, methyl isobutyl sulfone, ethyl isobutyl sulfone Sulfone, methyl (2-methylpropyl) sulfone, ethyl (2-methylpropyl) sulfone, methyl tert-pentyl sulfone, ethyl tert-pentyl sulfone, methyl pentyl sulfone, ethyl pentyl sulfone, methyl isopentyl sulfone, ethyl isopentyl Sulfone, (1,2-dimethylpropyl) methylsulfone, (1,2-dimethylpropyl) ethylsulfone, (1-ethylpropyl) methylsulfone Ethyl (1-ethylpropyl) sulfone, methyl (2-methylbutyl) sulfone, ethyl (2-methylbutyl) sulfone, methyl (3-methylbutyl) sulfone, ethyl (3-methylbutyl) sulfone, (2, 2-dimethylpropyl) Examples include methyl sulfone, (2,2-dimethylpropyl) ethyl sulfone, isobutyl isopropyl sulfone, methoxyethyl isopropyl sulfone, fluoroethyl isopropyl sulfone and the like. Among these, ethyl methyl sulfone, ethyl isopropyl sulfone, ethyl isobutyl sulfone, isobutyl isopropyl sulfone, methoxyethyl isopropyl sulfone, fluoroethyl isopropyl sulfone and the like can be suitably used. Compounds in which the total carbon number of R 1 and R 2 is 5 or more, preferably 5 to 10, can be used over a wide range of temperatures, and can be particularly preferably used because they are excellent in durability. In addition, even if it is solid at around room temperature such as dimethyl sulfone and ethyl methyl sulfone, freezing point depression occurs by dissolving the electrolyte and additives, or by mixing with other chain sulfone, and the use range If it is liquid at temperature, it can be used as an electrolytic solution, so it may be solid alone. Rather, ethyl methyl sulfone having a small molecular size and an asymmetric molecular structure tends to lower the viscosity of the electrolyte, and can be suitably used.

上記一般式(2)の鎖状スルホン化合物のその他の例としては、R1、R2の少なくとも一方がフェニル基である化合物が挙げられ、例えば、フェニルイソプロピルスルホン、フェニルエチルスルホン、ジフェニルスルホン等が例示できる。これらの中でも、R1、R2の一方がフェニル基であり、一方がハロゲン基、アルコキシ基及び芳香環からなる群から選択される少なくとも1の置換基で一部置換されていても良い、炭素数1〜12のアルキル基である化合物が、広範な温度で使用可能であり、耐久性に優れるため好ましく用いられ、より好ましくは、一方が置換されていない炭素数1〜5のアルキル基である化合物であり、特にフェニルイソプロピルスルホンが好適に使用できる。 Other examples of the chain sulfone compound of the above general formula (2) include compounds in which at least one of R 1 and R 2 is a phenyl group, and examples thereof include phenyl isopropyl sulfone, phenyl ethyl sulfone, diphenyl sulfone and the like It can be illustrated. Among these, one of R 1 and R 2 is a phenyl group, and one of which may be partially substituted with at least one substituent selected from the group consisting of a halogen group, an alkoxy group and an aromatic ring Compounds having a number of 1 to 12 alkyl groups can be used over a wide range of temperatures, and are preferably used because they are excellent in durability. More preferably, one is an alkyl group having 1 to 5 carbon atoms which is not substituted. It is a compound, and in particular, phenyl isopropyl sulfone can be suitably used.

これらの物質は、いずれか一種を単独で用いても良いし、複数を混合して用いても良い。このような鎖状スルホンを溶媒として用いることにより、高い耐久性を得ることができる。   One of these substances may be used alone, or a plurality of these substances may be mixed and used. By using such a linear sulfone as a solvent, high durability can be obtained.

なお、本発明の溶媒には、本発明の効果を損なわない少量の範囲で、任意に、1気圧における沸点が150℃以上の他の公知の非プロトン性極性溶媒や、イオン液体を含んでいてもよい。このような併用溶媒としては、粘度が低く、沸点が高く、揮発性が低い、かつ十分なイオン伝導性を有するものであることが好ましい。併用する非プロトン性有機溶媒の例としては、スルホラン、メチルスルホラン等の環状スルホン、エチレングリコールジアルキルエーテル、プロピレングリコールジアルキルエーテル、ポリエチレングリコールジアルキルエーテル、ポリプロピレングリコールジアルキルエーテル等のエーテル類、ブトキシプロピオニトリル、アジポニトリルなどのニトリル化合物が挙げられる。また、N−メチルピロリドンやN,N’-ジメチルイミダゾリジノン、N-メチルオキサゾリジノンなどが挙げられる。   In the solvent of the present invention, other known aprotic polar solvents having a boiling point of 150 ° C. or higher at 1 atmospheric pressure and an ionic liquid are optionally included in a small amount that does not impair the effects of the present invention. It is also good. Such a combined solvent is preferably one having a low viscosity, a high boiling point, a low volatility, and sufficient ion conductivity. Examples of the aprotic organic solvent used in combination include sulfone, cyclic sulfone such as methyl sulfolane, ethylene glycol dialkyl ether, propylene glycol dialkyl ether, polyethylene glycol dialkyl ether, ethers such as polypropylene glycol dialkyl ether, butoxy propionitrile, And nitrile compounds such as adiponitrile. Also, N-methyl pyrrolidone, N, N'-dimethyl imidazolidinone, N-methyl oxazolidinone and the like can be mentioned.

併用するイオン液体の好ましい例としては、例えば、カチオンが、1−エチル−3−メチルイミダゾリウム、1−メチル−3−プロピルイミダゾリウム、1−メチル−3−メチルイミダゾリウム、1−ブチル−3−メチルイミダゾリウム、1−ヘキシル−3−メチルイミダゾリウム、1−オクチル−3−メチルイミダゾリウム、1−メチル−2,3−ジメチルイミダゾリウム、1−ブチル−2,3−ジメチルイミダゾリウム、1−ヘキシル−2,3−ジメチルイミダゾリウム、1−オクチル−2,3−ジメチルイミダゾリウム等のイミダゾリウム系、1−メチル−ピリジウム、1−ブチル−ピリジウム、1−ヘキシル−ピリジウム等のピリジウム系、ピラゾリウム系、脂肪族アミン系であるもの、アニオンが、テトラフルオロボレート、ヘキサフルオロボレート、トリフルオロメタンスルホネートなどのフッ素化スルホン酸、トリフルオロ酢酸等のフッ素化カルボン酸、シアネート系、チオシアネート系、ジシアナミド系、また、ビスフルオロスルホニルイミドやビストリフルオロメタンスルホニルイミドなどのスルホニルイミド系であるもの等を挙げることができる。これらの物質は、いずれか一種を単独で用いても良いし、複数を混合して用いても良い。本発明の電解液の溶媒全体における併用溶媒の含有量は、用いる鎖状スルホン溶媒および併用溶媒の種類によって粘度やドナー数、相互作用などが異なるため最適値がそれぞれ異なり、特には限定されないが、質量として50%以下であることが好ましく、30%以下であることがより好ましい。   Preferred examples of the ionic liquid used in combination include, for example, 1-ethyl-3-methylimidazolium, 1-methyl-3-propylimidazolium, 1-methyl-3-methylimidazolium, and 1-butyl-3 cation. -Methylimidazolium, 1-hexyl-3-methylimidazolium, 1-octyl-3-methylimidazolium, 1-methyl-2,3-dimethylimidazolium, 1-butyl-2,3-dimethylimidazolium, 1 Imidazolium-based such as -hexyl-2,3-dimethylimidazolium, 1-octyl-2,3-dimethylimidazolium, pyridinium-based such as 1-methyl-pyridinium, 1-butyl-pyridinium, 1-hexyl-pyridinium, etc. Pyrazolium type, aliphatic amine type, anion is tetrafluoroborate, hexene Fluorinated sulfonates such as fluoroborate and trifluoromethanesulfonate, fluorinated carboxylic acids such as trifluoroacetic acid, cyanates, thiocyanates, dicyanamides, and sulfonylimides such as bisfluorosulfonylimide and bistrifluoromethanesulfonylimide A certain thing etc. can be mentioned. One of these substances may be used alone, or a plurality of these substances may be mixed and used. The content of the combined solvent in the entire solvent of the electrolytic solution of the present invention varies depending on the type of chain sulfone solvent and the combined solvent used, and the optimum value is different because the viscosity, the number of donors, the interaction, etc. differ. The weight is preferably 50% or less, more preferably 30% or less.

(A−2−2)
上記式(2)の鎖状スルホン化合物は、本発明者のうちの一部の者が既に特許文献18において高耐久性電解液溶媒として、色素増感太陽電池用に用いている。しかし、特許文献18で実際に用いられている好ましい塩基性添加剤は、1,2,4−トリアゾール、4−メチルイミダゾール等の比較的分子量が低いにも拘らず、沸点の比較的高い化合物を用いることで、光電変換効率が高く、しかも耐熱性の高い電解液を得ている。
(A-2-2)
The chain sulfone compound of the above-mentioned formula (2) has already been used by some of the present inventors as a high-durability electrolytic solution solvent in dye-sensitized solar cells in Patent Document 18. However, preferred basic additives actually used in Patent Document 18 are compounds having relatively high boiling points despite relatively low molecular weight such as 1,2,4-triazole, 4-methylimidazole, etc. By using it, an electrolytic solution having high photoelectric conversion efficiency and high heat resistance is obtained.

これに対して、本願発明では、前記鎖状スルホン化合物と組み合わせて用いられるのは、前記式(1)で表される1−(アリールメチル)イミダゾールであり、特許文献18で好ましく用いられている塩基性添加剤に比べると分子量がかなり大きくなる。このように分子量が大きくなる結果、一般には沸点が上昇し、これによる耐久性の向上は予想できるものの、逆に電解液の粘度が増加することで、初期光電変換効率が低下することが予想された。   On the other hand, in the present invention, what is used in combination with the chain sulfone compound is 1- (arylmethyl) imidazole represented by the formula (1), which is preferably used in Patent Document 18 The molecular weight is considerably higher compared to basic additives. As a result of this increase in molecular weight, the boiling point generally rises, and although the improvement in durability due to this is expected, conversely, the viscosity of the electrolyte solution is expected to decrease the initial photoelectric conversion efficiency. The

ところが、前記式(1)で表される1−(アリールメチル)イミダゾール、特に前記式(1−1)で表される1-ベンジルイミダゾールは、耐久性が良好なことはもちろんのこと、前記予想に反して、光電変換効率の点でも1,2,4−トリアゾールに比べてより良好な結果を得ることができた(実施例参照)。   However, it goes without saying that the 1- (arylmethyl) imidazole represented by the formula (1), in particular 1-benzylimidazole represented by the formula (1-1), has good durability, of course, On the contrary, in terms of photoelectric conversion efficiency, better results could be obtained as compared with 1,2,4-triazole (see Examples).

(A−3)酸化還元系電解質
本発明で用いることのできる酸化還元系電解質としては、ハロゲン酸化還元系電解質(たとえばヨウ素レドックス(I3 -/I-)、臭素レドックス(Br3 -/Br-)からなる群より選択されるレドックスなど)、金属酸化還元系電解質(フェロシアン酸塩/フェリシアン酸塩、フェロセン/フェリシアニウムイオン等の金属錯体など)、スルフィド系電解質(ポリ硫化ナトリウム、アルキルチオール/アルキルジスルフィド等)、芳香族系電解質(ビオロゲン系、ヒドロキノン/キノン系等)など、本発明の効果を損なわない範囲で、公知の電解質を用いることができるが、レドックス電位の観点からは、ハロゲン酸化還元系電解質が好ましい。
(A-3) Examples of the redox electrolyte which can be used in the redox electrolyte present invention, the halogen redox electrolyte (e.g. iodine redox (I 3 - / I -) , bromine redox (Br 3 - / Br - ), Metal redox electrolytes (ferrocyanate / ferricyanate, metal complexes such as ferrocene / ferricianium ion, etc.), sulfide electrolytes (poly sodium sulfide, alkyl thiol) Well-known electrolytes can be used as long as the effects of the present invention are not impaired, such as / alkyl disulfides, aromatic electrolytes (viologens, hydroquinones / quinones, etc.), but from the viewpoint of redox potential, halogens A redox electrolyte is preferred.

ハロゲン酸化還元系電解質の中でも、セル内における化学的安定性の観点からは、ヨウ素酸化還元系(I3 -/I-系)が好ましく、ヨウ素酸化還元系では、ヨウ素分子とヨウ化物塩の組み合わせを用いる。ヨウ化物塩としては、LiI、NaI、KI、CsI、CaI2などの無機カチオンによるヨウ化物塩などが挙げられるが、鎖状スルホンによる無機カチオンへの溶媒和により電解液の粘度が上昇しやすいため、必要最小限の添加であることが望ましい。その他のヨウ化物塩の例としては、トリエチルメチルアンモニウムカチオンや、テトラブチルアンモニウムカチオンなどの四級アンモニウムカチオンによるヨウ化物塩、その他に、ピリジニウム類カチオン、イミダゾリウム類カチオン、ピラゾリウム類カチオンなど、オニウムカチオンからなる公知のヨウ化物塩などを好ましく用いることができる。特に、1,3−ジメチルイミダゾリウムカチオン、1−エチル−3−メチルイミダゾリウムカチオン、1−メチル−3−プロピルイミダゾリウムカチオン、1,2−ジメチル−3−プロピルイミダゾリウムカチオン、N−エチル−N−メチルピロリジニウムカチオン、スピロ−(1,1’)−ビピロリジニウムカチオン、トリエチルメチルアンモニウムカチオンのヨウ化物塩がより好ましい。また、2種以上の電解質を混合して用いてもよい。 Among the halogen redox electrolyte, from the viewpoint of chemical stability in the cell, an iodine redox (I 3 - / I - based) are preferred, with iodine redox system, a combination of molecular iodine and an iodide salt Use Examples of the iodide salt include iodide salts with inorganic cations such as LiI, NaI, KI, CsI, CaI 2 and the like, but the viscosity of the electrolyte is likely to increase due to solvation to inorganic cations by chain sulfone It is desirable that the addition is minimal. Examples of other iodide salts include triethyl methyl ammonium cation, iodide salt with quaternary ammonium cation such as tetrabutyl ammonium cation, and others, pyridinium type cation, imidazolium type cation, pyrazolium type cation, etc., onium cation The well-known iodide salt etc. which consist of can be used preferably. In particular, 1,3-dimethylimidazolium cation, 1-ethyl-3-methylimidazolium cation, 1-methyl-3-propylimidazolium cation, 1,2-dimethyl-3-propylimidazolium cation, N-ethyl- The iodide salt of N-methyl pyrrolidinium cation, spiro- (1,1 ')-bipyrrolidinium cation, triethylmethyl ammonium cation is more preferable. Moreover, you may mix and use 2 or more types of electrolytes.

さらに、ヨウ素酸化還元系(I3 -/I-系)を採用する場合、使用する環境下に応じて照射光量が異なり、それに対して適切な前記電解質の濃度が異なるため特には限定されないが、例えば、屋外、また屋内であっても窓際など比較的照射される光が強い場合では、電解液中における酸化体であるI3 -(トリヨウ化物イオン)濃度は、短絡電流密度の観点からは0.01mol/L以上が好ましく、0.03mol/L以上がより好ましく、耐久性の観点からは0.5mol/L以下であることが好ましく、0.3mol/L以下であることがより好ましい。前記電解質の、電解液中における還元体であるI-(ヨウ化物イオン)濃度は、短絡電流密度の観点からは0.1mol/L以上が好ましく、0.5mol/L以上がより好ましく、粘度の観点からは5mol/L以下であることが好ましく、3mol/L以下であることがより好ましい。また、他の例としては、照射光が、室内における数百lx程度の場合、上記の比較的照射光が強い場合よりもトリヨウ化物イオン、ヨウ化物イオンともに濃度が小さいことが好ましい。より具体的には、トリヨウ化物イオンの濃度は、0.1mol/L以下、さらには、0.05mol/L以下が好ましい。また、ヨウ化物イオン濃度としては、2mol/L以下、さらには1mol/L以下であることがより好ましい。 Furthermore, the iodine redox system when adopting the (I 3 - - / I system), different irradiation light intensity according to the environment to be used, is not particularly limited because the concentration of appropriate the electrolyte different contrast, for example, outdoor, and in case the light is relatively irradiated Near windows even indoors is strong, I 3 is oxidant in the electrolytic solution - (triiodide ion) concentration, in terms of short-circuit current density 0 .01 mol / L or more is preferable, 0.03 mol / L or more is more preferable, and from the viewpoint of durability, it is preferably 0.5 mol / L or less, and more preferably 0.3 mol / L or less. The electrolyte is a reduced form I in the electrolytic solution - (iodide ion) concentration is preferably at least 0.1 mol / L in terms of short-circuit current density, more preferably at least 0.5 mol / L, the viscosity From the viewpoint, it is preferably 5 mol / L or less, more preferably 3 mol / L or less. Further, as another example, it is preferable that the concentration of the triiodide ion and the iodide ion be smaller when the irradiation light is about several hundred lx in the room than in the case where the above-described relatively high irradiation light is strong. More specifically, the concentration of triiodide ion is preferably 0.1 mol / L or less, more preferably 0.05 mol / L or less. The iodide ion concentration is more preferably 2 mol / L or less, and even more preferably 1 mol / L or less.

(B)本発明の第二の態様について
本態様は、前記本発明の第一の態様の色素増感太陽電池用電解液を用いたことを特徴とする色素増感太陽電池であるが、電解液以外は、一般的な色素増感太陽電池の構成を採用すればよい。
(B) Second aspect of the present invention This aspect is a dye-sensitized solar cell characterized in that the electrolyte for a dye-sensitized solar cell of the first aspect of the present invention is used. Except for the solution, the configuration of a general dye-sensitized solar cell may be adopted.

色素増感太陽電池は、酸化還元系電解質を含む電解質層を介して、対極と半導体光電極とが対向配置された構造を有し、前記半導体光電極には光増感色素が含有されている。   The dye-sensitized solar cell has a structure in which a counter electrode and a semiconductor photoelectrode are disposed opposite to each other via an electrolyte layer containing a redox electrolyte, and the semiconductor photoelectrode contains a photosensitizing dye. .

光増感色素は、太陽電池内に入射された光を吸収して、基底状態から励起状態になり、電子を半導体光電極に注入する。このように半導体光電極側に電子注入することで酸化された光増感色素は、電解質層中の酸化還元系電解質の還元体(たとえばI-)から電子を受け取って、再び中性状態に戻る。電子を奪われた酸化還元系電解質の還元体は酸化体(たとえばI3 -)となるが、対極にまで拡散して、対極で電子を受け取り還元体に戻る。以上のような電子サイクルのもとで発生する太陽電池の最大発生電圧(開放電圧)は、光電極半導体のフェルミ準位と酸化還元系電解質の酸化還元電位との差で決定される。 The photosensitizing dye absorbs light incident into the solar cell, changes from the ground state to an excited state, and injects electrons into the semiconductor photoelectrode. The photosensitizing dye thus oxidized by injecting electrons into the semiconductor photoelectrode side receives electrons from the reductant (eg, I ) of the redox electrolyte in the electrolyte layer and returns to the neutral state again. . The reductant of the redox electrolyte deprived of electrons becomes an oxidant (eg, I 3 ), but diffuses to the counter electrode, receives the electron at the counter electrode, and returns to the reductant. The maximum generated voltage (open circuit voltage) of the solar cell generated under the electron cycle as described above is determined by the difference between the Fermi level of the photoelectrode semiconductor and the redox potential of the redox electrolyte.

(B−1)電解質層
本態様の電解質層は、本発明の第一の態様で説明した色素増感太陽電池用電解液を含有して構成される。また、ポリアクリロニトリル、ポリフッ化ビニリデン等のポリマーや低分子のゲル化剤などを本発明の電解液中に添加、または、エチレン性不飽和基を有した多官能性モノマーを電解液中で重合させる等の方法で、電解質層がゲル電解質として形成されていても構わない。電解液をゲル化させるためのポリマーはイオン性を有していても構わないが、電解質の移動を妨げる場合にはイオン性を有さないことが望ましい。また、電解液を調製してからのゲル化に限定されることなく、一部の電解質や添加剤を溶解させた状態や、全く電解質などを含まずに溶媒のみをゲル化したのち、他の電解液成分を添加して電解質層を形成させても構わない。
(B-1) Electrolyte layer The electrolyte layer of this aspect contains the electrolyte solution for a dye-sensitized solar cell described in the first aspect of the present invention. In addition, polymers such as polyacrylonitrile and polyvinylidene fluoride, low molecular weight gelling agents and the like are added to the electrolytic solution of the present invention, or polyfunctional monomers having an ethylenically unsaturated group are polymerized in the electrolytic solution. The electrolyte layer may be formed as a gel electrolyte by a method such as, for example. The polymer for gelling the electrolytic solution may have ionicity, but it is desirable that the polymer not have ionicity in order to prevent migration of the electrolyte. In addition, the present invention is not limited to gelation after preparation of the electrolytic solution, and in the state in which some of the electrolytes and additives are dissolved, or after only the solvent is gelled without containing any electrolyte, etc. The electrolyte layer may be formed by adding an electrolytic solution component.

また、ポリマーではなく、粒子を添加させてチクソトロピー性を持たせることで、セルに構成した際に固体状・ペースト性状・ゲル性状を持たせても構わない。このような粒子の材料としては、特には限定されず公知の材料を使用することができる。例えば、酸化インジウム、酸化スズと酸化インジウムの混合体(以下、「ITO」と略記する。)、シリカ等の無機酸化物、ケッチェンブラックやカーボンブラック、カーボンナノチューブ等のカーボン材料、また、カオリナイトやモンモリロナイト等の層状無機化合物、すなわち粘土鉱物でも構わない。電解液の詳細は、前記(A)を参照されたい。   Moreover, it is not a polymer, but when it comprises to a cell, you may give solid state, paste property, and gel property by adding particle | grains and giving thixotropy. The material of such particles is not particularly limited, and known materials can be used. For example, indium oxide, a mixture of tin oxide and indium oxide (hereinafter abbreviated as "ITO"), inorganic oxides such as silica, ketjen black, carbon black, carbon materials such as carbon nanotubes, kaolinite And layered inorganic compounds such as montmorillonite, that is, clay minerals. For the details of the electrolyte, refer to the above (A).

(B−2)半導体光電極
半導体光電極は、たとえば基板上に酸化物半導体膜を形成し、次いで光増感色素を該酸化物半導体膜に含有させる(付着および吸着させることを含む)ことにより得ることができる。
(B-2) Semiconductor Photoelectrode The semiconductor photoelectrode is formed, for example, by forming an oxide semiconductor film on a substrate and then incorporating (including adhesion and adsorption) a photosensitizing dye into the oxide semiconductor film. You can get it.

前記酸化物半導体としては、酸化チタン、酸化亜鉛、酸化スズ、スズをドープした酸化インジウム、酸化ジルコニウム、酸化マグネシウム等の公知の多孔質半導体材料を用いることができる。   As the oxide semiconductor, known porous semiconductor materials such as titanium oxide, zinc oxide, tin oxide, indium oxide doped with tin, zirconium oxide, magnesium oxide and the like can be used.

酸化物半導体膜の形成には、スピンコート法、スプレー法、ディッピング法、スクリーン印刷法、ドクターブレード法、インクジェット法等により、基板上に形成できるが、操作の簡便さの観点からはスピンコート法、スプレー法、ディッピング法が、量産化の観点からはスクリーン印刷法による形成が好ましい。   The oxide semiconductor film can be formed on a substrate by a spin coating method, a spray method, a dipping method, a screen printing method, a doctor blade method, an inkjet method, or the like, but from the viewpoint of simplicity of operation, the spin coating method The spray method and the dipping method are preferably formed by the screen printing method from the viewpoint of mass production.

酸化物半導体膜は、下記するように電極として外部との電気的導通が取れていれば基板表面上に直接形成されていてもよいが、基板上の導電層を介して形成されていてもよい。   The oxide semiconductor film may be formed directly on the surface of the substrate as long as it has electrical conductivity with the outside as an electrode as described below, but may be formed via a conductive layer on the substrate .

基板としては、好ましくは樹脂製やガラス製の材料を用いることができる。酸化物半導体膜に含まれる光増感色素へ光を入射させる必要があることから、好ましくは透光性材料である。さらに、太陽電池として、酸化物半導体膜と電池外部との電気的導通を取る必要があることから、基板上に導電層が形成されていることが望ましい。   As the substrate, preferably, a resin or glass material can be used. The light-transmitting material is preferably used because light needs to be incident on the photosensitizing dye contained in the oxide semiconductor film. Furthermore, as a solar cell, it is preferable that a conductive layer be formed over the substrate because electrical conduction between the oxide semiconductor film and the outside of the cell needs to be taken.

このような導電層としては、酸化物半導体膜へ光が入射できるよう、基板と同様に透光性材料であることが望ましい。   It is preferable that such a conductive layer be a light-transmitting material as in the case of a substrate so that light can enter the oxide semiconductor film.

導電層の材料としては、酸化チタン、酸化亜鉛(アンチモンまたはアルミニウムをドープしたものでもよい)、酸化インジウム(スズまたは亜鉛をドープしたものでもよい)、酸化スズ[アンチモンをドープしたもの(ATO)、またはフッ素をドープしたもの(FTO)でもよい]等の膜を形成したものが好ましく用いられる。   The material of the conductive layer is titanium oxide, zinc oxide (which may be doped with antimony or aluminum), indium oxide (which may be doped with tin or zinc), tin oxide [antimony-doped (ATO), Or those having a film such as one doped with fluorine (FTO) may be preferably used.

また、導電性材料を分散担持させるなどの処理方法や、メッシュ形状のような細線状の導電性材料を基板上に形成することによって、電極全体としては透光率を高めることができていれば、不透明な導電性材料も導電層として用いることもできる。このような材料としては炭素材料や金属が挙げられる。炭素材料としては、特に限定はされないが、例えば黒鉛(グラファイト)、カーボンブラック、グラッシーカーボン、カーボンナノチューブやフラーレン等が挙げられる。また、金属としては、特に限定はされないが、例えば白金、金、銀、銅、アルミニウム、ニッケル、クロム、鉄、モリブデン、チタン、タンタル、ニオブ又はそれらの合金等が挙げられる。
ここで、本願発明では電解液中に含まれる酸化還元系電解質としてハロゲン分子とハロゲン化合物塩、より具体的にはヨウ素とヨウ化物塩や、臭素と臭化物塩を用いることが望ましいため、導電層に使用する導電性材料は電解液に対する耐久性が高いことが望ましい。したがって、導電性材料としては、表面を導電性の耐食処理を施した銅やアルミニウム、ニッケルやその合金、また、チタンやタンタル、ニオブ、白金等、特に金属酸化物、中でもFTOやITOが特に好適である。
In addition, if the treatment method such as dispersing and supporting a conductive material, or forming a thin wire conductive material such as a mesh shape on a substrate, the light transmittance of the entire electrode can be increased. An opaque conductive material can also be used as the conductive layer. Such materials include carbon materials and metals. The carbon material is not particularly limited, and examples thereof include graphite (graphite), carbon black, glassy carbon, carbon nanotubes and fullerenes. The metal is not particularly limited, and examples thereof include platinum, gold, silver, copper, aluminum, nickel, chromium, iron, molybdenum, titanium, tantalum, niobium and alloys thereof.
Here, in the present invention, it is desirable to use a halogen molecule and a halogen compound salt, more specifically iodine and an iodide salt, or bromine and a bromide salt, as the redox electrolyte contained in the electrolytic solution. It is desirable that the conductive material used be highly resistant to the electrolyte. Therefore, as the conductive material, copper, aluminum, nickel, alloys thereof, titanium, tantalum, niobium, platinum, etc., particularly metal oxides, among which FTO or ITO is particularly preferable, with the surface subjected to a corrosion resistance treatment of the surface. It is.

(B−3)光増感色素
光増感色素としては、可視領域および/または赤外光領域に吸収をもつ種々の色素、たとえば金属錯体や有機色素等を用いることができ、酸化物半導体膜への吸着性を付与するために、色素分子中に−CO2H又はその塩、−OH、−SO3H又はその塩、−PO32又はその塩等の官能基を有することが好ましい。
(B-3) Photosensitizing dye As the photosensitizing dye, various dyes having absorption in the visible region and / or infrared region, such as metal complexes and organic dyes can be used, and an oxide semiconductor film can be used. In order to impart adsorption to the dye, it is preferable that the dye molecule have a functional group such as -CO 2 H or a salt thereof, -OH, -SO 3 H or a salt thereof, -PO 3 H 2 or a salt thereof .

金属錯体色素としては、ルテニウム、オスミウム、鉄、コバルト、亜鉛、水銀の錯体、金属ポリフィリン、金属フタロシアニン、クロロフィル等を例示することができる。   Examples of metal complex dyes include ruthenium, osmium, iron, cobalt, zinc, complexes of mercury, metal porphyrins, metal phthalocyanines, chlorophylls and the like.

有機色素としては、シアニン系、ヘミシアニン系、メロシアニン系、キサンテン系、トリフェニルメタン系、金属フタロシアニン系、ペリレン系、クマリン系、ポリエン系、インドリン系、カルバゾール系等の色素を例示できる。   Examples of organic dyes include dyes of cyanine type, hemicyanine type, merocyanine type, xanthene type, triphenylmethane type, metal phthalocyanine type, perylene type, coumarin type, polyene type, indoline type, carbazole type and the like.

色素を酸化物半導体膜に含有させる(付着または吸着を含む)方法としては、任意の公知の方法、たとえば、二酸化チタン等の酸化物半導体薄膜を色素溶液に所定の温度で浸漬する方法(ディップ法、ローラ法、エヤーナイフ法など)や、色素溶液を酸化物半導体層表面に塗布する方法(ワイヤーバー法、アプリケーション法、スピン法、スプレー法、オフセット印刷法、スクリーン印刷法等を挙げることができる。   As a method of containing a dye in the oxide semiconductor film (including adhesion or adsorption), any known method, for example, a method of dipping an oxide semiconductor thin film such as titanium dioxide in a dye solution at a predetermined temperature (dip method Methods such as roller method and air knife method) and methods of applying a dye solution to the surface of the oxide semiconductor layer (wire bar method, application method, spin method, spray method, offset printing method, screen printing method, etc.).

(B−4)対極
対極は、導電性材料から構成される単層でもよいし、導電性材料から構成される導電層と基板から構成されていてもよい。
(B-4) Counter Electrode The counter electrode may be a single layer made of a conductive material, or may be made of a conductive layer made of a conductive material and a substrate.

導電性材料としては、白金族(Ru、Rh、Pd、Os、Ir、またはPt)、金、ニッケル、チタン、タンタル、ニオブ、アルミニウム、銅、銀、タングステン等の金属およびそれらのいずれかを含む合金、炭素材料、導電性有機化合物、FTO膜、ITO膜及びATO膜を挙げることができるが、電解液に対する耐蝕性を必要とするとの観点からは、特に金属製としてはチタンが好ましく、導電性ガラス材料ではFTOの導電膜を有するものが好ましい。   The conductive material includes platinum group (Ru, Rh, Pd, Os, Ir or Pt), gold, nickel, titanium, tantalum, niobium, aluminum, copper, silver, tungsten and other metals and any of them. Alloys, carbon materials, conductive organic compounds, FTO films, ITO films and ATO films can be mentioned, but from the viewpoint of requiring corrosion resistance to an electrolytic solution, titanium is particularly preferable as a metal and conductive Among glass materials, one having a conductive film of FTO is preferable.

基板としては、対極と半導体光電極との間に封入されるべき電解質層に対する耐久性を有するものであれば特に制限されないが、種々のガラス製、樹脂製、金属製(チタン、タンタル、ニオブ、ニッケル、タングステン等)のものを用いることができる。   The substrate is not particularly limited as long as it has durability to the electrolyte layer to be sealed between the counter electrode and the semiconductor photoelectrode, but various glass, resin, metal (titanium, tantalum, niobium, Nickel, tungsten, etc.) can be used.

対極における触媒として、白金、黒鉛や活性炭、カーボンブラックなどの炭素材料、導電性高分子など公知の材料を用いることができる。基板上に、たとえば白金族触媒層を形成する場合には、メッキ法、スパッタ法、塩化白金酸等の溶液の塗布、塩化白金酸等のペーストの印刷法等によって作成したものを挙げることができ、特に試験用の小型セルで用いるのには、均質な膜が得られるスパッタ法で作製したものを用いることが好ましく、サブモジュール等のパターニングが必要な大型モジュールの場合には、スクリーン印刷法での製膜が好ましい。   As the catalyst in the counter electrode, known materials such as platinum, graphite, activated carbon, carbon materials such as carbon black, and conductive polymers can be used. In the case of forming a platinum group catalyst layer on a substrate, for example, those prepared by plating, sputtering, application of a solution such as chloroplatinic acid, printing of a paste such as chloroplatinic acid can be mentioned. In particular, for use in a small cell for testing, it is preferable to use one prepared by a sputtering method capable of obtaining a homogeneous film, and in the case of a large module requiring patterning such as a submodule, a screen printing method. Film formation is preferred.

(B−5)色素増感太陽電池の作製
前記半導体光電極と前記対極とを、封止材を介して対向させて貼り合わされることによって、色素増感太陽電池を作製できる。
(B-5) Production of Dye-Sensitized Solar Cell A dye-sensitized solar cell can be produced by bonding the semiconductor photoelectrode and the counter electrode to each other via a sealing material.

たとえば、前記半導体光電極を形成した基板上に封止材の隔壁を形成する。スクリーン印刷等の印刷技術を用いることで簡便に形成できる。   For example, a partition wall of a sealing material is formed on a substrate on which the semiconductor photoelectrode is formed. It can be easily formed by using printing technology such as screen printing.

封止材としては、電解質層中の成分に対する耐久性を有するものであれば特に制限されないが、熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂、紫外線硬化樹脂、電子線硬化樹脂、金属、ゴム等を例示することができるが、少なくとも表面は電気絶縁性であることを要し、封止材が導電性の場合には表面を、各種樹脂やゴム等の電気絶縁性材料で被覆する。   The sealing material is not particularly limited as long as it has durability to the components in the electrolyte layer, but thermoplastic resins, thermosetting resins, ultraviolet curing resins, electron beam curing resins, metals, rubbers, etc. are exemplified. However, at least the surface is required to be electrically insulating, and when the sealing material is conductive, the surface is coated with an electrically insulating material such as various resins and rubbers.

次いで前記封止材を介して前記半導体光電極と前記対極とを貼り合わせる。この際、均一に圧力をかけて両電極が平行に配置されるように注意すべきである。   Then, the semiconductor photoelectrode and the counter electrode are bonded to each other through the sealing material. At this time, care should be taken so that both electrodes are arranged in parallel under uniform pressure.

さらに、封止材の隔壁を介して半導体電極と触媒極との間に一定の間隔が維持され、ここに前記電解質層が封入され、色素増感太陽電池が作製される。   Furthermore, a constant distance is maintained between the semiconductor electrode and the catalyst electrode through the partition wall of the sealing material, and the electrolyte layer is sealed therein, whereby a dye-sensitized solar cell is manufactured.

なお、光増感色素は、前記貼り合わせ工程の前、あるいは後に、半導体電極を色素溶液に浸漬等することによって、半導体光電極上に含有させる(付着および吸着を含む)ことができる。   The photosensitizing dye can be contained (including adhesion and adsorption) on the semiconductor photoelectrode by immersing the semiconductor electrode in a dye solution or the like before or after the laminating step.

以下、実施例を用いて、本発明についてより具体的に説明する。   Hereinafter, the present invention will be more specifically described using examples.

(実施例1)
以下のようにして電解液の調製および色素増感太陽電池の作製を行った。
Example 1
Preparation of electrolyte solution and preparation of a dye-sensitized solar cell were performed as follows.

A.電解液の調製
ヨウ化−1−メチル−3−プロピルイミダゾリウム1.35mol/L、ヨウ素0.15mol/L、塩基性添加剤として1−ベンジルイミダゾール[化学構造式(1)、表中「BEI」と略記する。]0.5mol/Lの割合でエチルイソプロピルスルホンに溶解して電解液を調製した。
A. Preparation of electrolytic solution 1.35 mol / L of 1-methyl-3-propylimidazolium iodide, 0.15 mol / L of iodine, 1-benzylimidazole as a basic additive [chemical structural formula (1), in the table, “BEI It is abbreviated as ". The solution was dissolved in ethyl isopropyl sulfone at a rate of 0.5 mol / L to prepare an electrolytic solution.

B.色素増感太陽電池の作製
以下の手順(b−1)〜(b−5)により、上記Aで調製した電解液を用いた色素増感太陽電池を作製した。
B. Production of Dye-Sensitized Solar Cell A dye-sensitized solar cell using the electrolytic solution prepared in A above was produced according to the following procedures (b-1) to (b-5).

(b−1)
基板(フッ素ドープ酸化スズ膜付ガラス板、35mm×33mm)上の1辺1cmの正方形面積部分にスクリーン印刷により酸化チタンペーストをスクリーン印刷し、これを500℃で焼成することで、下記発電層Cからなる酸化物半導体膜を形成した。
(B-1)
A titanium oxide paste is screen-printed by screen printing on a square area portion of 1 cm on a side of 1 cm on a substrate (a glass plate with a fluorine-doped tin oxide film, 35 mm × 33 mm), and fired at 500 ° C. An oxide semiconductor film consisting of

発電層C
酸化チタンペーストのスクリーン印刷工程において、酸化チタンペースト[日揮触媒化成製PST−21NR]を膜厚4μmにスクリーン印刷する工程を2回繰返し、乾燥後、その上にさらに酸化チタンペースト[日揮触媒化成製PST−400C]を膜厚4μmにスクリーン印刷して得られた発電層(塗布膜厚の合計:12μm)。
Power generation layer C
In the screen printing step of titanium oxide paste, the step of screen-printing titanium oxide paste [PST-21 NR made by JGC Catalyst Chemical Co., Ltd.] to a film thickness of 4 μm is repeated twice, and after drying, titanium oxide paste [JGC Catalyst Chemical Made] Power generation layer obtained by screen printing PST-400C] to a film thickness of 4 μm (total applied film thickness: 12 μm).

(b−2)増感色素の吸着
前記酸化物半導体膜を形成した電極を色素溶液[濃度:0.3mmol/L、溶媒:アセトニトリル/t−ブタノール1/1(v/v)の混合溶媒]に40℃で2時間、浸漬することで、色素を前記発電層の酸化チタン上に担持させ、半導体光電極を得た。
ここで、色素としては、下記の構造式を有するルテニウム錯体色素J2[化学構造式(2)](商品名:SK−1、神戸天然物化学社製)を用いた。
(B-2) Adsorption of sensitizing dye The electrode formed with the oxide semiconductor film is a dye solution [concentration: 0.3 mmol / L, solvent: mixed solvent of acetonitrile / t-butanol 1/1 (v / v)] The dye was supported on the titanium oxide of the power generation layer by immersion at 40 ° C. for 2 hours to obtain a semiconductor photoelectrode.
Here, a ruthenium complex dye J2 having a structural formula shown below [chemical structural formula (2)] (trade name: SK-1, manufactured by Kobe Natural Products Chemical Co., Ltd.) was used as the dye.

前記錯体色素は、特許文献19のルテニウム錯体色素J2であり、同文献に基づき調製できる。   The complex dye is the ruthenium complex dye J2 of Patent Document 19 and can be prepared based on the same document.

(b−3)
上記半導体光電極の酸化物半導体膜の周囲に接着剤を施し、この半導体光電極と、別途用意した電解液注入孔を有する白金被覆チタン板(対極)とを、該接着剤により対向させて接着し、両電極間隔が30μm程度の一定間隔を置いて平行に配置されるようにした。
(B-3)
An adhesive is applied to the periphery of the oxide semiconductor film of the above-mentioned semiconductor photoelectrode, and this semiconductor photoelectrode and a platinum-coated titanium plate (counter electrode) having an electrolyte solution injection hole prepared separately are opposed by the adhesive and adhered The two electrodes are arranged in parallel at a constant interval of about 30 μm.

(b−4)
次いで、対極上の電解液注入口より、上記Aで調製した電解液を注入した。
(B-4)
Then, the electrolyte prepared in the above A was injected from the electrolyte injection port on the counter electrode.

(b−5)
次いで、接着剤を用いて電解液注入孔を封止し、半導体光電極上に端子取り出しのためのハンダを塗布して色素増感太陽電池(実験用セル)を完成させた。
(B-5)
Next, the electrolyte injection hole was sealed using an adhesive, and a solder for taking out a terminal was applied on the semiconductor photoelectrode to complete a dye-sensitized solar cell (experimental cell).

(実施例2)
実施例1において、電解液中のヨウ化−1−メチル−3−プロピルイミダゾリウム、ヨウ素、塩基性添加剤としての1−ベンジルイミダゾール[化学構造式(1)] の濃度をそれぞれ、0.99mol/L、0.11mol/L及び0.15mol/Lに置き換えると共に、発電層として下記発電層Dからなる酸化物半導体膜を形成すること以外は、実施例1と同様にして太陽電池セルを作製した。
(Example 2)
In Example 1, the concentration of 1-methyl-3-propylimidazolium iodide in the electrolytic solution, iodine, 1-benzylimidazole as the basic additive [chemical structural formula (1)] each is 0.99 mol. A solar battery cell is manufactured in the same manner as in Example 1 except that the oxide semiconductor film formed of the following power generation layer D is formed as a power generation layer while replacing with 1 / L, 0.11 mol / L and 0.15 mol / L. did.

発電層D
酸化チタンペーストのスクリーン印刷工程において、酸化チタンペースト[日揮触媒化成製PST−30NR]を膜厚4μmに1回でスクリーン印刷し、乾燥後、その上にさらに酸化チタンペースト[日揮触媒化成製PST−400C]を膜厚4μmにスクリーン印刷して得られた発電層(塗布膜厚の合計:8μm)。
Power generation layer D
In the screen printing step of titanium oxide paste, titanium oxide paste [PST-30NR made by JGC Catalysts & Chemicals Co., Ltd.] is screen-printed once to a film thickness of 4 μm, and after drying, titanium oxide paste [PST- A power generation layer obtained by screen printing 400 C] to a film thickness of 4 μm (total applied film thickness: 8 μm).

(実施例3〜9)
ヨウ化物塩をヨウ化−1,3−ジメチルイミダゾリウム1.1mol/L、ヨウ素0.15mol/L、塩基性添加剤として1−ベンジルイミダゾール0.15mol/Lの割合で、それぞれエチルイソプロピルスルホン(実施例3、表中「EiPS」と略記する。)、エチルメチルスルホン(実施例4、表中「EMS」と略記する。)、エチルイソブチルスルホン(実施例5、表中「EiBS」と略記する。)、イソプロピルイソブチルスルホン(実施例6、表中「iPsBS」と略記する。)、エチルメチルスルホン/エチルイソプロピルスルホン5/5(v/v) (実施例7)、エチルイソプロピルスルホン/3−メチル−2−オキサゾリジノン(実施例8、表中「NMO」と略記する。)5/5(v/v)、エチルイソプロピルスルホン/3−メチル−2−オキサゾリジノン7/3(v/v)(実施例9)に溶解して電解液を調製した以外は、実施例1と同様にして太陽電池セルを作製した。
(Examples 3 to 9)
Ethyl isopropyl sulfone (iodide salt) in a ratio of 1, 3-dimethylimidazolium iodide, 1.1 mol / L, iodine 0.15, mol / L, 1 1-benzylimidazole as a basic additive, 0.15 mol / L Example 3, abbreviated as "EiPS" in the table), ethyl methyl sulfone (example 4, abbreviated as "EMS" in the table), ethyl isobutyl sulfone (example 5, abbreviated as "EiBS" in the table) ), Isopropyl isobutyl sulfone (Example 6, abbreviated as “iPsBS” in the table), ethyl methyl sulfone / ethyl isopropyl sulfone 5/5 (v / v) (Example 7), ethyl isopropyl sulfone / 3-methyl -2-Oxazolidinone (Example 8, abbreviated as "NMO" in the Table) 5/5 (v / v), ethyl isopropyl sulfate On / 3-methyl-2-oxazolidinone 7/3 (v / v), except that an electrolyte solution was prepared by dissolving (Example 9), was A solar cell was produced in the same manner as in Example 1.

(比較例1)
塩基性添加剤として、1−ベンジルイミダゾールに代えて、1−ベンジル−2−メチルイミダゾール[化学構造式(3)、表中、「BMI」と略記する。]を用いて電解液を調製した以外は、実施例1と同様にして太陽電池セルを作製した。
(Comparative example 1)
As a basic additive, in place of 1-benzylimidazole, 1-benzyl-2-methylimidazole [chemical structural formula (3), abbreviated as "BMI" in the table. A solar battery cell was produced in the same manner as in Example 1 except that the electrolytic solution was prepared using

(比較例2)
塩基性添加剤として、1−ベンジルイミダゾールに代えて、2−メチルイミダゾール[化学構造式(4)、表中、「2−MIm」と略記する。]を用い、実施例2と同様にして太陽電池セルを作製した。
(Comparative example 2)
As a basic additive, in place of 1-benzylimidazole, 2-methylimidazole [chemical structural formula (4), abbreviated as "2-MIm" in the table. A solar cell was produced in the same manner as in Example 2 using

(比較例3〜6)
それぞれ3−メチル−2−オキサゾリジノン(比較例3)、3−メトキシプロピオニトリル(比較例4、表中「MPN」と略記する。)、γ−ブチロラクトン(比較例5、表中「GBL」と略記する。)、S−5(比較例6、[化学構造式(5)] 、特許文献12)に溶解して電解液を調製した以外は、実施例3と同様にして太陽電池セルを作製した。
(Comparative Examples 3 to 6)
3-Methyl-2-oxazolidinone (comparative example 3), 3-methoxypropionitrile (comparative example 4, abbreviated as “MPN” in the table), γ-butyrolactone (comparative example 5, in the table “GBL” Abbreviated.) A solar battery cell is produced in the same manner as in Example 3 except that an electrolytic solution is prepared by dissolving in S-5 (Comparative Example 6, [Chemical Structural Formula (5)], Patent Document 12). did.

(比較例7〜13)
塩基性添加剤として、1−ベンジルイミダゾールから、それぞれt−ブチルピリジン(比較例7、表中「tBP」と略記する[化学構造式(6)]。)、1−ベンジル−2−メチルイミダゾール(比較例8)、1,2,4−トリアゾール(比較例9、表中「1,2,4−TAz」と略記する。)、1−メチルイミダゾール(比較例10、表中「1−MI」と略記する[化学構造式(7)]。)、1−ブチルイミダゾール(比較例11、表中「1−BuI」と略記する[化学構造式(8)]。)、2−メチルピリジン(比較例12、表中「2−MPy」と略記する[化学構造式(9)]。)、2−ベンジルピリジン(比較例13、表中「2−BPy」と略記する[化学構造式(10)]。)に変更し、各塩基性添加剤濃度を0.15mol/Lもしくは0.50mol/Lの割合で用いて電解液を調製した以外は全て、実施例3と同様にして太陽電池セルを作製した。
(Comparative Examples 7 to 13)
As a basic additive, 1-benzylimidazole to t-butylpyridine (comparative example 7, respectively abbreviated as "tBP" in the table [chemical structural formula (6)]), 1-benzyl-2-methylimidazole (comparative structure 7). Comparative example 8), 1,2,4-triazole (comparative example 9, abbreviated as "1,2,4-TAz" in the table), 1-methylimidazole (comparative example 10, "1-MI" in the table [Chemical structural formula (7)] abbreviated to, 1-butylimidazole (comparative example 11, abbreviated as "1-BuI" in the table [chemical structural formula (8)].), 2-methylpyridine (comparative example Example 12, abbreviated as "2-MPy" in the table [chemical structural formula (9)]. 2-benzylpyridine (comparative example 13, abbreviated as "2-BPy" in the table [chemical structural formula (10) Change the concentration of each basic additive to 0.15 mol / L or 0). 50 mol / L all used in a proportion except that an electrolyte solution was prepared and was A solar cell was produced in the same manner as in Example 3.

(比較例14〜20)
塩基性添加剤として、1−ベンジルイミダゾールから、それぞれt−ブチルピリジン(比較例14)、1−ベンジル−2−メチルイミダゾール(比較例15)、1,2,4−トリアゾール(比較例16)、1−メチルイミダゾール(比較例17)、1−ブチルイミダゾール(比較例18)、2−メチルピリジン(比較例19)、2−ベンジルピリジン(比較例20)に変更し、各塩基性添加剤濃度を0.15mol/Lもしくは0.50mol/Lでの割合で用いて電解液を調製した以外は全て、実施例4と同様にして太陽電池セルを作製した。
(Comparative Examples 14 to 20)
As a basic additive, 1-benzylimidazole, t-butylpyridine (comparative example 14), 1-benzyl-2-methylimidazole (comparative example 15), 1,2,4-triazole (comparative example 16), respectively Change to 1-methylimidazole (comparative example 17), 1-butylimidazole (comparative example 18), 2-methylpyridine (comparative example 19), 2-benzylpyridine (comparative example 20), and each basic additive concentration is changed A solar battery cell was manufactured in the same manner as in Example 4 except that an electrolytic solution was prepared using a ratio of 0.15 mol / L or 0.50 mol / L.

(比較例21〜27)
塩基性添加剤として、1−ベンジルイミダゾールから、それぞれt−ブチルピリジン(比較例21)、1−ベンジル−2−メチルイミダゾール(比較例22)、1,2,4−トリアゾール(比較例23)、1−メチルイミダゾール(比較例24)、1−ブチルイミダゾール(比較例25)、2−メチルピリジン(比較例26)、2−ベンジルピリジン(比較例27)に変更し、各塩基性添加剤濃度を0.15mol/Lもしくは0.50mol/Lの割合で用いて電解液を調製した以外は全て、実施例5と同様にして太陽電池セルを作製した。
(Comparative examples 21 to 27)
As a basic additive, t-butylpyridine (comparative example 21), 1-benzyl-2-methylimidazole (comparative example 22), 1,2,4-triazole (comparative example 23) from 1-benzylimidazole, respectively Change to 1-methylimidazole (comparative example 24), 1-butylimidazole (comparative example 25), 2-methylpyridine (comparative example 26), 2-benzylpyridine (comparative example 27), and each basic additive concentration is changed A solar battery cell was manufactured in the same manner as in Example 5, except that an electrolytic solution was prepared using a ratio of 0.15 mol / L or 0.50 mol / L.

(比較例28〜30)
塩基性添加剤として、1−ベンジルイミダゾールから、それぞれt−ブチルピリジン(比較例28)、1−ベンジル−2−メチルイミダゾール(比較例29)、1,2,4−トリアゾール(比較例30)に変更し、各塩基性添加剤濃度を0.15mol/Lもしくは0.50mol/Lの割合で用いて電解液を調製した以外は全て、実施例6と同様にして太陽電池セルを作製した。
(Comparative examples 28 to 30)
As basic additives, 1-benzylimidazole to t-butylpyridine (comparative example 28), 1-benzyl-2-methylimidazole (comparative example 29), 1,2,4-triazole (comparative example 30) A solar battery cell was manufactured in the same manner as in Example 6, except that the electrolyte solution was prepared by changing and using each basic additive concentration at a ratio of 0.15 mol / L or 0.50 mol / L.

(比較例31〜33)
塩基性添加剤として、1−ベンジルイミダゾールから、それぞれt−ブチルピリジン(比較例31)、1−ベンジル−2−メチルイミダゾール(比較例32)、1,2,4−トリアゾール(比較例33)に変更し、各塩基性添加剤濃度を0.15mol/Lもしくは0.50mol/Lの割合で用いて電解液を調製した以外は全て、実施例7と同様にして太陽電池セルを作製した。
(Comparative examples 31 to 33)
As basic additives, 1-benzylimidazole to t-butylpyridine (comparative example 31), 1-benzyl-2-methylimidazole (comparative example 32), 1,2,4-triazole (comparative example 33) A solar battery cell was manufactured in the same manner as in Example 7 except that the electrolyte solution was prepared by changing and using each basic additive concentration at a ratio of 0.15 mol / L or 0.50 mol / L.

(比較例34)
塩基性添加剤として、1−ベンジルイミダゾール0.15mol/Lから、1−ベンジル−2−メチルイミダゾール0.50mol/Lに変更した以外は全て、実施例8と同様にして太陽電池セルを作製した。
(Comparative example 34)
A solar battery cell was manufactured in the same manner as in Example 8, except that 1-benzylimidazole was changed from 0.15 mol / L to 1-benzyl-2-methylimidazole 0.50 mol / L as a basic additive. .

(比較例35)
塩基性添加剤として、1−ベンジルイミダゾール0.15mol/Lから、1−ベンジル−2−メチルイミダゾール0.50mol/Lに変更した以外は全て、実施例9と同様にして太陽電池セルを作製した。
(Comparative example 35)
A solar battery cell was manufactured in the same manner as Example 9, except that 1-benzylimidazole was changed from 0.15 mol / L to 1-benzyl-2-methylimidazole 0.50 mol / L as a basic additive. .

なお、実施例1〜9、比較例1〜35で用いた電解液の組成を表1に示す。   The compositions of the electrolytes used in Examples 1 to 9 and Comparative Examples 1 to 35 are shown in Table 1.

<太陽電池セルの光電変換特性の測定>
C.色素増感太陽電池の初期性能評価
(C−1)
上記のようにして得られた実施例1及び比較例1、実施例2及び比較例2の色素増感太陽電池につき、ソーラーシミュレーターによる疑似太陽光照射下[山下電装製YSS−200、AM1.5,1SUN(100mW/cm2)]、その初期性能(太陽電池セル作製後85℃にて一晩予備加熱し測定)を評価し、それぞれ下記の表2及び3のような結果を得た。
<Measurement of photoelectric conversion characteristics of solar cells>
C. Initial performance evaluation of dye-sensitized solar cell (C-1)
The dye-sensitized solar cells of Example 1 and Comparative Example 1 and Example 2 and Comparative Example 2 obtained as described above were irradiated with simulated sunlight by a solar simulator [YSS-200, manufactured by Yamashita Denshi K. K., AM 1.5. , 1SUN (100 mW / cm 2 )] and its initial performance (measured by preheating overnight at 85 ° C. after solar cell fabrication) were evaluated, and the results shown in Tables 2 and 3 below were obtained.

なお光電変換効率は下記式により計算した。
光電変換効率(%)=
100×[(短絡電流密度×開放電圧×曲線因子)/(照射光エネルギー密度)]
The photoelectric conversion efficiency was calculated by the following equation.
Photoelectric conversion efficiency (%) =
100 × [(short circuit current density × open voltage × curve factor) / (irradiated light energy density)]

但し、上記実施例1,2、比較例1、2が用いている発電層、電解液及び塩基性添加剤をまとめると、以下の表4の通りである。   However, Table 4 below shows the power generation layer, the electrolytic solution and the basic additive used in Examples 1 and 2 and Comparative Examples 1 and 2.

上記表2の初期性能の結果から、塩基性添加剤として1−ベンジルイミダゾールを用いた実施例1は、塩基性添加剤として1−ベンジル−2−メチル−イミダゾールを用いた比較例1よりも、初期変換効率は良好であった。   From the results of the initial performance in Table 2 above, Example 1 using 1-benzylimidazole as the basic additive is better than Comparative Example 1 using 1-benzyl-2-methyl-imidazole as the basic additive. The initial conversion efficiency was good.

さらに表3の初期性能の結果から、塩基性添加剤として1−ベンジルイミダゾールを用いた実施例2は、より分子量の小さな2−メチルイミダゾールを用いた比較例2よりも、初期性能は良好であった。   Furthermore, from the results of initial performance in Table 3, Example 2 using 1-benzylimidazole as a basic additive has better initial performance than Comparative Example 2 using 2-methylimidazole having a smaller molecular weight. The

塩基性添加剤の分子量の増大により、一般的には電解液の粘度が増加し光電変換効率に悪影響を与えることが予想されることを考えると、特に表3の結果は、塩基性添加剤として1−ベンジルイミダゾールを用いた場合に、予想外に高い光電変換効率を示したと言える。   Considering that the increase in molecular weight of the basic additive generally increases the viscosity of the electrolyte and is expected to adversely affect the photoelectric conversion efficiency, in particular, the results in Table 3 are as basic additives. It can be said that unexpectedly high photoelectric conversion efficiency was exhibited when 1-benzylimidazole was used.

なお、実施例2が、実施例1よりも光電変換効率が高い結果を与えているのは、電解液B(実施例2)中の添加物(塩基性添加剤、電解質)の濃度が、電解液A(実施例1)の添加物濃度よりも低いこと、及び発電層D(実施例2)の厚みが発電層C(実施例1)の厚みよりも薄いこと、によるものと考えられる。すなわち、電解液中の添加物濃度がより低いことで電解液の粘度がより低いこと、及び発電層の厚みがより薄いことにより、電解質であるI3 -/I-の電解液中の拡散がより容易になっていることによるものと考えられる。 Example 2 gives the result that the photoelectric conversion efficiency is higher than that of Example 1 because the concentration of the additive (basic additive, electrolyte) in the electrolytic solution B (Example 2) is electrolytic. It is considered that the concentration is lower than the additive concentration of the liquid A (Example 1), and the thickness of the power generation layer D (Example 2) is thinner than the thickness of the power generation layer C (Example 1). That is, the lower the additive concentration in the electrolyte solution, the lower the viscosity of the electrolyte solution, and the thinner the power generation layer, the diffusion of the electrolyte I 3 / I − in the electrolyte solution is It is thought that it is because it is becoming easier.

D.色素増感太陽電池の耐久性評価
(D−1−1)
実施例3〜9、比較例3〜35の各実験用セルを、105℃の恒温槽中に保存し、光電変換効率及の経時変化を1000時間にわたって測定した。
D. Durability evaluation of dye-sensitized solar cell (D-1-1)
The experimental cells of Examples 3 to 9 and Comparative Examples 3 to 35 were stored in a thermostat at 105 ° C., and the photoelectric conversion efficiency and the change with time of the photoelectric conversion efficiency were measured over 1000 hours.

得られた結果を下記表5に示す。   The obtained results are shown in Table 5 below.

*1:太陽電池セル作製した当日に測定した初期光電変換効率に対応する。
*2:変換効率維持率(%)=
100×[(1000時間経過後の光電変換効率)/(初期光電変換効率)]
* 1: Corresponds to the initial photoelectric conversion efficiency measured on the day of solar cell fabrication.
* 2: Conversion efficiency maintenance rate (%) =
100 × [(photoelectric conversion efficiency after 1000 hours) / (initial photoelectric conversion efficiency)]

表5の耐久性評価の結果から、種々の鎖状スルホン化合物を含む溶媒を電解液として含む実験用セルにおいて、塩基性添加剤として1−ベンジルイミダゾールを用いた実施例3〜7は、それぞれ対応する1−ベンジル−2−メチル−イミダゾールを用いた比較例8,15,22,29及び32よりも耐久性は良好であった。この結果は、1−ベンジル−2−メチルイミダゾールの沸点が1−ベンジルイミダゾールよりも高いと予想され、それに伴い耐久性も高いと予想されるにも拘わらず、予想に反した結果である。
また、1−ベンジルイミダゾールよりも分子量が大きく、より高い耐久性が予想される2−ベンジルピリジンを用いた比較例13,19,27よりも、1−ベンジルイミダゾールを用いたそれぞれ対応する実施例3,4,5の方が耐久性は高かった。
これら表5の結果は、高沸点添加剤の添加による耐久性の向上効果が、分子量や沸点からは容易に判断されないことを示しており、要因は解明できていないものの、セル内での化学的安定性等の別の因子が働いている可能性がある。
一方、溶媒と1−ベンジルイミダゾールの組み合わせの結果としては、比較例4〜6において中程度の沸点を有する溶媒と1−ベンジルイミダゾールを組み合わせたとしても高い耐久性は得られないのは予想どおりであったが、さらには比較例3において高沸点を有する溶媒と1−ベンジルイミダゾールを組み合わせても不十分であることがわかった。実施例8,9からわかるように、1−ベンジルイミダゾールを含む電解液は、鎖状スルホンを含有することではじめて高い耐久性が得られた。特に、種々の鎖状スルホン化合物のみを溶媒として用い、塩基性添加剤として1−ベンジルイミダゾールを用いた電解液により作製された太陽電池セル(実施例1〜7)は優れた初期性能と耐久性を両立しており、他の塩基性添加剤を用いた比較例よりも、何れも耐久性は良好であった。太陽電池セルの耐久性の評価条件を厳しくすることで、各太陽電池セルにおける、塩基性添加剤が耐久性に与える影響がより明確にあらわれるものと考えられる。
From the results of the durability evaluation in Table 5, in the experimental cell containing solvents containing various linear sulfone compounds as an electrolytic solution, Examples 3 to 7 using 1-benzylimidazole as the basic additive correspond to each other. The durability was better than Comparative Examples 8, 15, 22, 29 and 32 using 1-benzyl-2-methyl-imidazole. This result is an unexpected result despite the fact that the boiling point of 1-benzyl-2-methylimidazole is expected to be higher than that of 1-benzylimidazole, and accordingly the durability is also expected to be high.
In addition, the corresponding example 3 using 1-benzylimidazole is also used compared to comparative examples 13, 19 and 27 using 2-benzylpyridine, which is expected to have higher molecular weight and higher durability than 1-benzylimidazole. , 4 and 5 were more durable.
The results in Table 5 show that the improvement effect of the durability by the addition of the high boiling point additive is not easily judged from the molecular weight and the boiling point, and although the factor can not be clarified, the chemical in the cell Other factors such as stability may be working.
On the other hand, as a result of the combination of the solvent and 1-benzylimidazole, it is expected that high durability can not be obtained even if the solvent having a medium boiling point and 1-benzylimidazole are combined in Comparative Examples 4 to 6 However, it was also found that the combination of a solvent having a high boiling point and 1-benzylimidazole in Comparative Example 3 was insufficient. As can be seen from Examples 8 and 9, the electrolytic solution containing 1-benzylimidazole was able to obtain high durability only by containing the chain sulfone. In particular, solar cells (Examples 1 to 7) manufactured using an electrolyte solution using only various chain sulfone compounds as a solvent and 1-benzylimidazole as a basic additive have excellent initial performance and durability. And the durability was good as compared with Comparative Examples using other basic additives. It is thought that the effect of the basic additive on the durability of each solar battery cell appears more clearly by making the evaluation condition of the durability of the solar battery cell severe.

Claims (5)

酸化還元系電解質、塩基性添加剤、及び溶媒を含む色素増感太陽電池用電解液であって、
前記塩基性添加剤が、
下記式(1)の1−(アリールメチル)イミダゾール:
の化学構造を有し、前記式(1)中、Arは無置換かつ五員環または六員環の芳香族基を表し、
前記溶媒が、下記式(2)の鎖状スルホン化合物:
を少なくとも含み、
前記式(2)中、R1、R2は独立して、ハロゲン基、アルコキシ基及び芳香環基からなる群から選択される少なくとも1の置換基で一部置換されていてもよい、炭素数1〜12のアルキル基またはアリール基を示す、
ことを特徴とする、色素増感太陽電池用電解液。
An electrolyte solution for a dye-sensitized solar cell, comprising a redox electrolyte, a basic additive, and a solvent,
The basic additive is
1- (Arylmethyl) imidazole of the following formula (1):
In the formula (1), Ar represents an unsubstituted 5- or 6-membered aromatic group,
The solvent is a chain sulfone compound of the following formula (2):
At least including
In the above formula (2), R 1 and R 2 each independently may be partially substituted with at least one substituent selected from the group consisting of a halogen group, an alkoxy group and an aromatic ring group; 1 to 12 alkyl or aryl group
An electrolyte for dye-sensitized solar cells, characterized in that
前記式(1)で表される塩基性添加剤が、
下記式(1−1)の1−ベンジルイミダゾール:
の化学構造を有することを特徴とする、請求項1に記載の色素増感太陽電池用電解液。
The basic additive represented by the formula (1) is
1-benzylimidazole of the following formula (1-1):
The electrolyte solution for a dye-sensitized solar cell according to claim 1, having a chemical structure of
前記塩基性添加剤の濃度が、0.01〜1mol/Lであることを特徴とする、請求項1または2に記載の色素増感太陽電池用電解液。   The density | concentration of the said basic additive is 0.01-1 mol / L, The electrolyte solution for dye-sensitized solar cells of Claim 1 or 2 characterized by the above-mentioned. 請求項1の鎖状スルホン化合物が、エチルメチルスルホン、エチルイソプロピルスルホン、エチルイソブチルスルホン、イソブチルイソプロピルスルホン、メトキシエチルイソプロピルスルホン、フルオロエチルイソプロピルスルホンからなる群より選ばれる少なくとも1種であることを特徴とする請求項1から3のいずれかに記載の色素増感太陽電池用電解液。   The linear sulfone compound according to claim 1 is at least one selected from the group consisting of ethyl methyl sulfone, ethyl isopropyl sulfone, ethyl isobutyl sulfone, isobutyl isopropyl sulfone, methoxyethyl isopropyl sulfone and fluoroethyl isopropyl sulfone. The electrolyte solution for dye-sensitized solar cells according to any one of claims 1 to 3. 導電層上に多孔質の金属酸化物半導体層を形成し、該金属酸化物半導体層に光増感作用を有する色素を含有させてなる光電極と、前記光電極に対向配置される対極、及び前記光電極と対極間に形成され、電解液を含む電解質層とを有する色素増感太陽電池であって、前記電解液が請求項1〜4のいずれかに記載の色素増感太陽電池用電解液を用いたことを特徴とする色素増感太陽電池。   A photoelectrode comprising a porous metal oxide semiconductor layer formed on a conductive layer and containing a dye having a photosensitizing function in the metal oxide semiconductor layer, a counter electrode disposed opposite to the photo electrode, It is a dye-sensitized solar cell which is formed between the said photoelectrode and a counter electrode, and has an electrolyte layer containing an electrolyte solution, Comprising: The said electrolyte solution is an electrolysis for dye-sensitized solar cells in any one of Claims 1-4. A dye-sensitized solar cell characterized by using a liquid.
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