JP6650510B2 - 光電変換素子、太陽電池及び化合物 - Google Patents

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Description

本発明は、光電変換素子、太陽電池及び化合物に関する。
光電変換素子は、各種の光センサー、複写機、太陽電池等に用いられている。太陽電池は、非枯渇性の太陽エネルギーを利用するものとして、その本格的な実用化が期待されている。太陽電池には、シリコン、色素増感、有機薄膜等の種類がある（例えば、特許文献１を参照）。その中でも、増感剤として有機色素またはＲｕビピリジル錯体等を用いた色素増感太陽電池は、研究開発が盛んに進められ、光電変換効率が１１％程度に到達している。
その一方で、近年、ペロブスカイト型結晶構造を有する化合物（以下、「ペロブスカイト化合物」又は「ペロブスカイト型光吸収剤」ともいう。）として金属ハロゲン化物を用いた太陽電池が、比較的高い光電変換効率を達成できるとの研究成果が報告され、注目を集めている。
例えば、非特許文献１には、ＣＨ３ＮＨ３ＰｂＩ２Ｃｌのペロブスカイト型結晶構造を有する化合物と正孔輸送材料とを用いた太陽電池が記載されている。
また、非特許文献２、３には、正孔輸送材料として、アクセプター（Ａ）とドナー（Ｄ）の複合体であるＡ−Ｄ−Ａ型化合物を使用した太陽電池が記載されている。
特開２０１３−１０９９６５号公報
Ｓｃｉｅｎｃｅ ３８８，２０１２，ｐ．６４３−６４７ Ｊ．Ｍａｔｅｒ．Ｃｈｅｍ．Ａ，２０１５，３，ｐ．１１９４０−１１９４７ Ｅｎｅｒｇｙ Ｅｎｖｉｒｏｎ．Ｓｃｉ．，２０１４，７，ｐ．２９８１−２９８５
ペロブスカイト化合物を用いた光電変換素子ないし太陽電池は、光電変換効率の向上に一定の成果が得られている。しかし、ペロブスカイト化合物を用いた光電変換素子ないし太陽電池は、近年、注目されたものであり、光電変換効率以外の電池性能についてはほとんど知られていない。
光電変換素子および太陽電池には、高い光電変換効率に加え、これらが実際に使用される現場環境において、初期性能を維持できる耐久性が求められる。
しかし、ペロブスカイト化合物は高湿環境下又は高湿熱環境下で損傷を受けやすいことが知られている。実際、ペロブスカイト化合物を光吸収剤として用いた光電変換素子ないし太陽電池は、高湿環境下又は高湿熱環境下において光電変換効率が大きく低下することが多い。更に、耐湿性のばらつきの問題も指摘されている。
耐湿性ばらつきが生じる原因として、ペロブスカイト化合物と正孔輸送材料との界面の欠陥からの水の進入や正孔輸送材料が含有する水分によってペロブスカイト化合物が分解されることが要因と推測される。非特許文献２、３では、親水性の添加剤（ＬｉＴＦＳＩ他）を使用しないＡ−Ｄ−Ａ型の正孔輸送材料が用いられている。本発明者等による鋭意研究の結果、これらの正孔輸送材料を用いることにより、耐湿性ばらつきを幾分かは抑制することが可能であるものの十分ではないことがわかった。これは材料界面での欠陥等からの水の浸入を抑制できていないためと推測している。
本発明は、このような実情に鑑み開発されたものであり、耐湿性ばらつきが抑制された光電変換素子、特に、感光層中にペロブスカイト化合物を光吸収剤として用いた光電変換素子であって、耐湿性ばらつきが抑制された光電変換素子を提供することを課題とする。また本発明は、上記光電変換素子を備えた太陽電池を提供することを課題とする。また本発明は、上記光電変換素子に好適に用いられる新規化合物を提供することを課題とする。
本発明者等は、特定の部分構造を少なくとも１つ有する新規化合物を開発し、この新規化合物を光電変換素子ないし太陽電池において正孔輸送材料として用いたところ、耐湿性ばらつきが改善されることを見出した。更に、本発明者等は、この新規化合物を正孔輸送材料として用いることによる耐湿性ばらつきの抑制効果は、ペロブスカイト化合物を光吸収剤として用いた光電変換素子ないし太陽電池において特に大きいことをも見出した。
すなわち、本発明の上記の課題は、本発明の一態様である、以下の手段により解決された。
［１］ 導電性支持体と、光吸収剤を含有する感光層と、正孔輸送材料を含有する正孔輸送層と、第二電極と、を少なくとも具備し、上記感光層と上記正孔輸送層の少なくとも一方は上記導電性支持体上に設けられ、上記導電性支持体と共に第一電極を構成している光電変換素子であって、
上記正孔輸送層は、上記正孔輸送材料として、下記式１で表される構造Ｍを少なくとも１つ有する化合物Ｑを含有する光電変換素子。ここで、上記化合物Ｑが構造Ｍを２つ以上有する場合、２つ以上の構造Ｍは同じでも異なっていてもよい。
式１中、
Ｚ１は、硫黄原子、セレン原子または酸素原子を表す。
Ｙ１は、ＮＲ、硫黄原子、セレン原子または酸素原子を表す。
Ｘ１は、ＮＲ、硫黄原子、酸素原子、セレン原子またはＣＲ３Ｒ４を表す。
Ｒ１は、置換基を表す。
Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４及びＲは、それぞれ独立に、水素原子または置換基を表す。
波線は、化合物Ｑの残部との結合部位を表す。
［２］ 上記正孔輸送層は、上記正孔輸送材料として、下記式２で表される化合物Ｑを少なくとも含有する、［１］に記載の光電変換素子。
式２中、
Ｚ１は、硫黄原子、セレン原子または酸素原子を表す。
Ｙ１は、ＮＲ、硫黄原子、セレン原子または酸素原子を表す。
Ｘ１は、ＮＲ、硫黄原子、酸素原子、セレン原子またはＣＲ３Ｒ４を表す。
Ｒ１は、置換基を表す。
Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４及びＲは、それぞれ独立に、水素原子または置換基を表す。
Ｌ１は、連結基を表す。
Ｄ１は、有機基又は窒素原子を表す。Ｄ１により表される有機基は、式２中の下記式２ａで表される置換基とは異なる他の置換基を有していてもよく、窒素原子は、下記式２ａで表される置換基とは異なる他の置換基又は水素原子を有していてもよい。式２ａ中のＺ１、Ｙ１、Ｘ１、Ｒ１、Ｒ２、Ｌ１、ｎ１及びｍ１は、式２中のＺ１、Ｙ１、Ｘ１、Ｒ１、Ｒ２、Ｌ１、ｎ１及びｍ１と同義である。
ｎ１は、０〜１１の整数を表す。ｎ１が２以上の整数のとき、複数存在するＬ１は、同じでも異なっていてもよい。
ｍ１は、Ｄ１が有機基であるとき、１〜４の整数を表し、Ｄ１が窒素原子であるとき、１〜３の整数を表す。ｍ１が２以上の整数のとき、複数存在するＺ１、Ｙ１、Ｘ１、Ｒ１及びＲ２は、それぞれ、同じでも異なっていてもよい。
［３］ 上記正孔輸送層は、上記正孔輸送材料として、下記式３で表される化合物Ｑを少なくとも含有する、［１］または［２］に記載の光電変換素子。
式３中、
Ｚ１は、それぞれ独立に、硫黄原子、セレン原子または酸素原子を表す。
Ｙ１は、それぞれ独立に、ＮＲ、硫黄原子、セレン原子または酸素原子を表す。
Ｘ１は、それぞれ独立に、ＮＲ、硫黄原子、酸素原子、セレン原子またはＣＲ３Ｒ４を表す。
Ｒ１は、それぞれ独立に、置換基を表す。
Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４及びＲは、それぞれ独立に、水素原子または置換基を表す。
Ｌ２及びＬ３は、それぞれ独立に、アルケニレン基、シクロアルケニレン基、アルキニレン基、アリーレン基又はヘテロアリーレン基を表す。
Ｄ２は、連結基を表す。
ｎ２及びｎ３は、それぞれ独立に、１〜５の整数を表す。ｎ２が２〜５の整数のとき、複数存在するＬ２は同じでも異なっていてもよく、ｎ３が２〜５の整数のとき、複数存在するＬ３は同じでも異なっていてもよい。
［４］ 式３中のＤ２が、少なくとも１つの芳香環を含む２価の縮合環基、又は、少なくとも１つの芳香族ヘテロ環を含む２価の縮合環基を表す、［３］に記載の光電変換素子。
［５］ 少なくとも１つの上記Ｘ１が酸素原子である、［１］〜［４］のいずれかに記載の光電変換素子。
［６］ 少なくとも１つの上記Ｚ１が硫黄原子である、［１］〜［５］のいずれかに記載の光電変換素子。
［７］ 少なくとも１つの上記Ｙ１が硫黄原子である、［１］〜［６］のいずれかに記載の光電変換素子。
［８］ 上記感光層は、上記光吸収剤として、周期表第１族元素またはカチオン性有機基Ａのカチオン、周期表第１族元素以外の金属原子Ｍのカチオン、およびアニオン性原子または原子団Ｘのアニオンを含むペロブスカイト型結晶構造を有する化合物を少なくとも含有する、［１］〜［７］のいずれかに記載の光電変換素子。
［９］ ［１］〜［８］のいずれかに記載の光電変換素子を具備する太陽電池。
［１０］ 下記式３で表される化合物。
式３中、
Ｚ１は、それぞれ独立に、硫黄原子、セレン原子または酸素原子を表す。
Ｙ１は、それぞれ独立に、ＮＲ、硫黄原子、セレン原子または酸素原子を表す。
Ｘ１は、それぞれ独立に、ＮＲ、硫黄原子、酸素原子、セレン原子またはＣＲ３Ｒ４を表す。
Ｒ１は、それぞれ独立に、置換基を表す。
Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４及びＲは、それぞれ独立に、水素原子または置換基を表す。
Ｌ２及びＬ３は、それぞれ独立に、アルケニレン基、シクロアルケニレン基、アルキニレン基、アリーレン基又はヘテロアリーレン基を表す。
Ｄ２は、連結基を表す。
ｎ２及びｎ３は、それぞれ独立に、１〜５の整数を表す。ｎ２が２〜５の整数のとき、複数存在するＬ２は同じでも異なっていてもよく、ｎ３が２〜５の整数のとき、複数存在するＬ３は同じでも異なっていてもよい。
［１１］ 式３中のＤ２が、少なくとも１つの芳香環を含む２価の縮合環基、又は、少なくとも１つの芳香族ヘテロ環を含む２価の縮合環基である、［１０］に記載の化合物。
本明細書において、各式の表記は、化合物の化学構造の理解のために、一部を示性式として表記することもある。これに伴い、各式において、部分構造を、（置換）基、イオンまたは原子等と称するが、本明細書において、これらは、（置換）基、イオンまたは原子等のほかに、上記式で表される（置換）基もしくはイオンを構成する元子団、または、元素を意味することがある。
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。このことは置換基および連結基等（以下、置換基等という）についても同様である。
本明細書において、特定の符号で表示された置換基等が複数あるとき、または複数の置換基等を同時に規定するときには、特段の断りがない限り、それぞれの置換基等は互いに同一でも異なっていてもよい。このことは、置換基等の数の規定についても同様である。また、複数の置換基等が近接するとき（特に、隣接するとき）には、特段の断りがない限り、それらが互いに連結して環を形成してもよい。また、環、例えば脂環、芳香族環、ヘテロ環はさらに縮環して縮合環を形成していてもよい。
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。
本発明により、耐湿性ばらつきの抑制された光電変換素子、及び、この光電変換素子を備えた太陽電池を提供することが可能となった。また、本発明により、光電変換素子において正孔輸送材料として用いられることにより、耐湿性ばらつきの改善をもたらし得る新規化合物を提供することが可能となった。
図１Ａは、本発明の光電変換素子の好ましい態様を模式的に示した断面図である。 図１Ｂは、図１Ａの断面領域ｂの拡大図である。 図２は、本発明の光電変換素子の別の好ましい態様を模式的に示す断面図である。 図３は、本発明の光電変換素子の別の好ましい態様を模式的に示した断面図である。 図４は、本発明の光電変換素子のまた別の好ましい態様を模式的に示した断面図である。 図５は本発明の光電変換素子のさらに別の好ましい態様について模式的に示した断面図である。
＜＜光電変換素子＞＞
本発明の光電変換素子は、導電性支持体と、光吸収剤を含有する感光層と、正孔輸送材料を含有する正孔輸送層と、第二電極とを少なくとも具備する。ここで、上記感光層と上記正孔輸送層の少なくとも一方は上記導電性支持体上に設けられ、上記導電性支持体と共に第一電極を構成している。
本発明において、導電性支持体上に感光層又は正孔輸送層を設けるとは、導電性支持体の表面に接して感光層又は正孔輸送層を設ける（直接設ける）態様、および、導電性支持体の表面上方に他の層を介して感光層又は正孔輸送層を設ける態様を含む意味である。
導電性支持体の表面上方に他の層を介して感光層又は正孔輸送層を有する態様において、導電性支持体と感光層又は正孔輸送層との間に設けられる他の層としては、太陽電池の電池性能を低下させないものであれば特に限定されない。例えば、多孔質層、ブロッキング層、及び電子輸送層等が挙げられる。
本発明において、導電性支持体の表面上方に他の層を介して感光層を有する態様としては、例えば、感光層が、多孔質層の表面に薄い膜状に設けられる態様（図１Ａ及び図１Ｂ参照）、多孔質層の表面に厚い膜状に設けられる態様（図２参照）、ブロッキング層の表面に薄い膜状又は厚い膜状（図３参照）に設けられる態様、電子輸送層の表面に薄い膜状または厚い膜状（図４参照）に設けられる態様、および、正孔輸送層の表面に薄い膜状または厚い膜状（図５参照）などが挙げられる。感光層は、線状または分散状に設けられてもよいが、好ましくは膜状に設けられる。
本発明の光電変換素子は、本発明で規定する構成以外の構成は特に限定されず、光電変換素子および太陽電池に関する公知の構成を採用できる。本発明の光電変換素子を構成する各層は、目的に応じて設計され、例えば、単層に形成されても、複層に形成されてもよい。例えば、多孔質層を導電性支持体と感光層との間に設けることもできる（図１Ａ、図２参照）。
本発明の光電変換素子は、正孔輸送層に含まれる正孔輸送材料として、以下に詳述する特定の部分構造を少なくとも１つ有する新規化合物（Ｑ）を含有するものであり、各種太陽電池、例えば、ペロブスカイト型太陽電池、色素増感太陽電池、有機薄膜太陽電池等に用いられた場合において、耐湿性ばらつきを抑制することができる。
以下、本発明の光電変換素子の好ましい態様として、ペロブスカイト型光吸収剤含む感光層を有する光電変換素子について説明する。
図１Ａ、図１Ｂ、図２〜図５において、同じ符号は同じ構成要素（部材）を意味する。
なお、図１Ａ、および図２は、多孔質層１２を形成する微粒子の大きさを強調して示してある。これらの微粒子は、好ましくは、導電性支持体１１に対して水平方向および垂直方向に詰まり（堆積または密着して）、多孔質構造を形成している。
本明細書において、単に光電変換素子１０という場合は、特に断らない限り、光電変換素子１０Ａ〜１０Ｅを意味する。このことは、太陽電池を利用したシステム（以下、「システム」）１００、第一電極１についても同様である。また、単に感光層１３という場合は、特に断らない限り、感光層１３Ａ〜１３Ｃを意味する。同様に、正孔輸送層３という場合は、特に断らない限り、正孔輸送層３Ａおよび３Ｂを意味する。
本発明の光電変換素子の好ましい態様として、例えば、図１Ａに示す光電変換素子１０Ａが挙げられる。図１Ａに示されるシステム１００Ａは、光電変換素子１０Ａを外部回路６で動作手段Ｍ（例えば電動モーター）に仕事をさせる電池用途に応用したシステムである。
この光電変換素子１０Ａは、第一電極１Ａと、第二電極２と、正孔輸送層３Ａとを有している。
第一電極１Ａは、支持体１１ａおよび透明電極１１ｂからなる導電性支持体１１と、多孔質層１２と、図１Ａ中の断面領域ｂを拡大した図１Ｂに模式的に示されるように多孔質層１２の表面に、ペロブスカイト型光吸収剤で設けられた感光層１３Ａとを有している。また透明電極１１ｂ上にブロッキング層１４を有し、ブロッキング層１４上に多孔質層１２が形成される。このように多孔質層１２を有する光電変換素子１０Ａは、感光層１３Ａの表面積が大きくなるため、電荷分離および電荷移動効率が向上すると推定される。
図２に示す光電変換素子１０Ｂは、図１Ａに示す光電変換素子１０Ａの感光層１３Ａを厚く設けた好ましい態様を模式的に示したものである。この光電変換素子１０Ｂにおいて、正孔輸送層３Ｂは薄く設けられている。光電変換素子１０Ｂは、図１Ａで示した光電変換素子１０Ａに対して感光層１３Ｂおよび正孔輸送層３Ｂの膜厚の点で異なるが、これらの点以外は光電変換素子１０Ａと同様に構成されている。
図３に示す光電変換素子１０Ｃは、本発明の光電変換素子の別の好ましい態様を模式的に示したものである。光電変換素子１０Ｃは、図２に示す光電変換素子１０Ｂに対して多孔質層１２を設けていない点で異なるが、この点以外は光電変換素子１０Ｂと同様に構成されている。すなわち、光電変換素子１０Ｃにおいて、感光層１３Ｃはブロッキング層１４の表面に厚い膜状に形成されている。光電変換素子１０Ｃにおいて、正孔輸送層３Ｂは図１Ａに示す正孔輸送層３Ａと同様に厚く設けることもできる。
図４に示す光電変換素子１０Ｄは、本発明の光電変換素子のまた別の好ましい態様を模式的に示したものである。この光電変換素子１０Ｄは、図３に示す光電変換素子１０Ｃに対してブロッキング層１４に代えて電子輸送層１５を設けた点で異なるが、この点以外は光電変換素子１０Ｃと同様に構成されている。第一電極１Ｄは、導電性支持体１１と、導電性支持体１１上に順に形成された、電子輸送層１５および感光層１３Ｃとを有している。この光電変換素子１０Ｄは、各層を有機材料で形成できる点で、好ましい。これにより、光電変換素子の生産性が向上し、しかも薄型化またはフレキシブル化が可能になる。
図５に示す光電変換素子１０Ｅは、本発明の光電変換素子のさらに別の好ましい態様を模式的に示したものである。この光電変換素子１０Ｅを含むシステム１００Ｅは、システム１００Ａと同様に電池用途に応用したシステムである。
光電変換素子１０Ｅは、第一電極１Ｅと、第二電極２と、第一電極１Ｅおよび第二電極２の間に電子輸送層４とを有している。第一電極１Ｅは、導電性支持体１１と、導電性支持体１１上に順に形成された、正孔輸送層１６および感光層１３Ｃとを有している。この光電変換素子１０Ｅは、光電変換素子１０Ｄと同様に、各層を有機材料で形成できる点で、好ましい。
本発明において、光電変換素子１０を応用したシステム１００は、以下のようにして、太陽電池として機能する。
すなわち、光電変換素子１０において、導電性支持体１１を透過して、または第二電極２を透過して感光層１３に入射した光は光吸収剤を励起する。励起された光吸収剤はエネルギーの高い電子を有しており、この電子を放出できる。エネルギーの高い電子を放出した光吸収剤は酸化体となる。
光電変換素子１０Ａ〜１０Ｄにおいては、光吸収剤から放出された電子は、光吸収剤間を移動して導電性支持体１１に到達する。導電性支持体１１に到達した電子が外部回路６で仕事をした後、第二電極２、正孔輸送層３を経て、感光層１３に戻る。感光層１３に戻った電子により光吸収剤が還元される。
光電変換素子１０においては、このような光吸収剤の励起および電子移動のサイクルを繰り返すことにより、システム１００が太陽電池として機能する。
光電変換素子１０Ａ〜１０Ｄにおいて、感光層１３から導電性支持体１１への電子の流れ方は、多孔質層１２の有無およびその種類等により、異なる。本発明の光電変換素子１０においては、光吸収剤間を電子が移動する電子伝導が起こる。したがって、多孔質層１２を設ける場合、多孔質層１２は従来の半導体以外に絶縁体で形成することができる。多孔質層１２が半導体で形成される場合、多孔質層１２の半導体微粒子内部や半導体微粒子間を電子が移動する電子伝導も起こる。一方、多孔質層１２が絶縁体で形成される場合、多孔質層１２での電子伝導は起こらない。多孔質層１２が絶縁体で形成される場合、絶縁体微粒子に酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）の微粒子を用いると、比較的高い起電力（Ｖｏｃ）が得られる。
上記他の層としてのブロッキング層１４が導体または半導体により形成された場合もブロッキング層１４での電子伝導が起こる。
また、電子輸送層１５でも電子伝導が起こる。
本発明の光電変換素子および太陽電池は、上記の好ましい態様に限定されず、各態様の構成等は、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、各態様間で適宜組み合わせることができる。
本発明において、光電変換素子または太陽電池に用いられる材料および各部材は、本発明で規定する材料および部材を除いて、常法により調製することができる。例えば、ペロブスカイト型太陽電池について、例えば、非特許文献１ならびにＪ．Ａｍ．Ｃｈｅｍ．Ｓｏｃ．，２００９，１３１（１７），ｐ．６０５０−６０５１およびＳｃｉｅｎｃｅ，３３８，ｐ．６４３−６４７（２０１２）を参照することができる。また、色素増感太陽電池に用いられる材料および各部材についても参考にすることができる。色素増感太陽電池としては、例えば、特開２００１−２９１５３４号公報、米国特許第４，９２７，７２１号明細書、米国特許第４，６８４，５３７号明細書、米国特許第５，０８４３，６５号明細書、米国特許第５，３５０，６４４号明細書、米国特許第５，４６３，０５７号明細書、米国特許第５，５２５，４４０号明細書、特開平７−２４９７９０号公報、特開２００４−２２０９７４号公報、特開２００８−１３５１９７号公報を参照することができる。
以下、本発明の光電変換素子および太陽電池の主たる部材および化合物の好ましい態様について、説明する。
＜第一電極１＞
第一電極１は、導電性支持体１１と、感光層１３及び正孔輸送層１６の少なくとも一方とを有し、光電変換素子１０において作用電極として機能する。
第一電極１は、一態様において、感光層１３及び正孔輸送層１６のうち少なくとも感光層１３を有することが好ましい。
上記態様において、第一電極１は、導電性支持体１１と感光層１３に加え、図１Ａ、図２〜図５に示されるように、多孔質層１２、ブロッキング層１４、電子輸送層１５および正孔輸送層１６の少なくとも１つの層を有することが好ましい。
第一電極１は、短絡防止の点で少なくともブロッキング層１４を有することが好ましく、光吸収効率の点および短絡防止の点で多孔質層１２およびブロッキング層１４を有していることがさらに好ましい。
また、第一電極１は、光電変換素子の生産性の向上、薄型化またはフレキシブル化の点で、有機材料で形成された、電子輸送層１５または正孔輸送層１６を有することが好ましい。
− 導電性支持体１１ −
導電性支持体１１は、導電性を有し、感光層１３等を支持できるものであれば特に限定されない。導電性支持体１１は、導電性を有する材料（例えば金属）で形成された構成、または、ガラスもしくはプラスチックの支持体１１ａとこの支持体１１ａの表面に形成された導電膜としての透明電極１１ｂとを有する構成が好ましい。
なかでも、図１Ａ、図２〜図５に示されるように、ガラスまたはプラスチックの支持体１１ａの表面に導電性の金属酸化物を塗設して透明電極１１ｂを成膜した導電性支持体１１がさらに好ましい。プラスチックで形成された支持体１１ａとしては、例えば、特開２００１−２９１５３４号公報の段落番号０１５３に記載の透明ポリマーフィルムが挙げられる。支持体１１ａを形成する材料としては、ガラスおよびプラスチックの他にも、セラミック（例えば、特開２００５−１３５９０２号公報参照）、導電性樹脂（例えば、特開２００１−１６０４２５号公報参照）を用いることができる。金属酸化物としては、スズ酸化物（Tin Oxide：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）（Indium Tin Oxide：ＩＴＯ）、フッ素をドープした酸化スズ（Fluorine dopedTin Oxide：ＦＴＯ）等のフッ素ドープスズ酸化物が特に好ましい。このときの金属酸化物の塗布量は、支持体１１ａの表面積１ｍ２当たり０．１〜１００ｇが好ましい。導電性支持体１１を用いる場合、光は支持体１１ａ側から入射させることが好ましい。
導電性支持体１１は、実質的に透明であることが好ましい。本発明において、「実質的に透明である」とは、光（波長３００〜１２００ｎｍ）の透過率が１０％以上であることを意味し、５０％以上が好ましく、８０％以上が特に好ましい。
支持体１１ａおよび導電性支持体１１の厚みは、特に限定されず、適宜の厚みに設定される。例えば、０．０１μｍ〜１０ｍｍであることが好ましく、０．１μｍ〜５ｍｍであることがさらに好ましく、０．３μｍ〜４ｍｍであることが特に好ましい。
透明電極１１ｂを設ける場合、透明電極１１ｂの膜厚は、特に限定されず、例えば、０．０１〜３０μｍであることが好ましく、０．０３〜２５μｍであることがさらに好ましく、０．０５〜２０μｍであることが特に好ましい。
導電性支持体１１または支持体１１ａは、表面に光マネージメント機能を有してもよい。例えば、導電性支持体１１または支持体１１ａの表面に、特開２００３−１２３８５９号公報に記載の、高屈折膜および低屈折率の酸化物膜を交互に積層した反射防止膜を有してもよく、特開２００２−２６０７４６号公報に記載のライトガイド機能を有してもよい。
− ブロッキング層１４ −
本発明においては、光電変換素子１０Ａ〜１０Ｃのように、好ましくは、透明電極１１ｂの表面に、すなわち、導電性支持体１１と、多孔質層１２、感光層１３または正孔輸送層３等との間に、ブロッキング層１４を有している。
光電変換素子および太陽電池において、例えば感光層１３または正孔輸送層３と、透明電極１１ｂ等とが電気的に接続すると逆電流を生じる。ブロッキング層１４は、この逆電流を防止する機能を果たす。ブロッキング層１４は短絡防止層ともいう。
ブロッキング層１４を、光吸収剤を担持する足場として機能させることもできる。
このブロッキング層１４は、光電変換素子が電子輸送層を有する場合にも設けられてもよい。例えば、光電変換素子１０Ｄの場合、導電性支持体１１と電子輸送層１５との間にブロッキング層１４が設けられてもよい。
ブロッキング層１４を形成する材料は、上記機能を果たすことのできる材料であれば特に限定されず、可視光を透過する物質であって、導電性支持体１１（透明電極１１ｂ）等に対する絶縁性物質であることが好ましい。「導電性支持体１１（透明電極１１ｂ）に対する絶縁性物質」とは、具体的には、伝導帯のエネルギー準位が、導電性支持体１１を形成する材料（透明電極１１ｂを形成する金属酸化物）の伝導帯のエネルギー準位以上であり、かつ、多孔質層１２を構成する材料の伝導帯や光吸収剤の基底状態のエネルギー準位より低い化合物（ｎ型半導体化合物）をいう。
ブロッキング層１４を形成する材料は、例えば、酸化ケイ素、酸化マグネシウム、酸化アルミニウム、炭酸カルシウム、炭酸セシウム、ポリビニルアルコール、ポリウレタン等が挙げられる。また、一般的に光電変換材料に用いられる材料でもよく、例えば、酸化チタン、酸化スズ、酸化亜鉛、酸化ニオブ、酸化タングステン等も挙げられる。なかでも、酸化チタン、酸化スズ、酸化マグネシウム、酸化アルミニウム等が好ましい。
ブロッキング層１４の膜厚は、０．００１〜１０μｍが好ましく、０．００５〜１μｍがさらに好ましく、０．０１〜０．１μｍが特に好ましい。
本発明において、各層の膜厚は、走査型電子顕微鏡（Scanning Electron Microscope：ＳＥＭ）等を用いて光電変換素子１０の断面を観察することにより、測定できる。
− 多孔質層１２ −
本発明においては、光電変換素子１０Ａ、および１０Ｂのように、好ましくは、透明電極１１ｂ上に多孔質層１２を有している。光電変換素子１０がブロッキング層１４を有している場合は、多孔質層１２は、ブロッキング層１４上に形成されることが好ましい。
多孔質層１２は、表面に感光層１３を担持する足場として機能する層である。太陽電池において、光吸収効率を高めるためには、少なくとも太陽光等の光を受ける部分の表面積を大きくすることが好ましく、多孔質層１２の全体としての表面積を大きくすることが好ましい。
多孔質層１２は、多孔質層１２を形成する材料の微粒子が堆積または密着してなる、細孔を有する微粒子層であることが好ましい。多孔質層１２は、２種以上の微粒子が堆積してなる微粒子層であってもよい。多孔質層１２が細孔を有する微粒子層であると、光吸収剤の担持量（吸着量）を増量できる。
多孔質層１２の表面積を大きくするには、多孔質層１２を構成する個々の微粒子の表面積を大きくすることが好ましい。本発明では、多孔質層１２を形成する微粒子を導電性支持体１１等に塗設した状態で、この微粒子の表面積が投影面積に対して１０倍以上であることが好ましく、１００倍以上であることがより好ましい。この上限には特に制限はなく、通常５０００倍程度である。多孔質層１２を形成する微粒子の粒径は、投影面積を円に換算したときの直径を用いた平均粒径において、１次粒子として０．００１〜１μｍが好ましい。微粒子の分散物を用いて多孔質層１２を形成する場合、微粒子の上記平均粒径は、分散物の平均粒径として０．０１〜１００μｍが好ましい。
多孔質層１２を形成する材料は、導電性に関しては特に限定されず、絶縁体（絶縁性の材料）であっても、導電性の材料または半導体（半導電性の材料）であってもよい。
多孔質層１２を形成する材料としては、例えば、金属のカルコゲニド（例えば酸化物、硫化物、セレン化物等）、ペロブスカイト型結晶構造を有する化合物（光吸収剤として用いるペロブスカイト化合物を除く。）、ケイ素の酸化物（例えば、二酸化ケイ素、ゼオライト）、またはカーボンナノチューブ（カーボンナノワイヤおよびカーボンナノロッド等を含む）を用いることができる。
金属のカルコゲニドとしては、特に限定されず、好ましくは、チタン、スズ、亜鉛、タングステン、ジルコニウム、ハフニウム、ストロンチウム、インジウム、セリウム、イットリウム、ランタン、バナジウム、ニオブ、アルミニウムまたはタンタルの各酸化物、硫化カドミウム、セレン化カドミウム等が挙げられる。金属のカルコゲニドの結晶構造として、アナターゼ型、ブルッカイト型またはルチル型が挙げられ、アナターゼ型、ブルッカイト型が好ましい。
ペロブスカイト型結晶構造を有する化合物としては、特に限定されず、遷移金属酸化物等が挙げられる。例えば、チタン酸ストロンチウム、チタン酸カルシウム、チタン酸バリウム、チタン酸鉛、ジルコン酸バリウム、スズ酸バリウム、ジルコン酸鉛、ジルコン酸ストロンチウム、タンタル酸ストロンチウム、ニオブ酸カリウム、鉄酸ビスマス、チタン酸ストロンチウムバリウム、チタン酸バリウムランタン、チタン酸カルシウム、チタン酸ナトリウム、チタン酸ビスマスが挙げられる。なかでも、チタン酸ストロンチウム、チタン酸カルシウム等が好ましい。
カーボンナノチューブは、炭素膜（グラフェンシート）を筒状に丸めた形状を有する。カーボンナノチューブは、１枚のグラフェンシートが円筒状に巻かれた単層カーボンナノチューブ（single-walled carbon nanotube：ＳＷＣＮＴ）、２枚のグラフェンシートが同心円状に巻かれた２層カーボンナノチューブ（double-walled carbon nanotube：ＤＷＣＮＴ）、複数のグラフェンシートが同心円状に巻かれた多層カーボンナノチューブ（multi-walled carbon nanotube：ＭＷＣＮＴ）に分類される。多孔質層１２としては、いずれのカーボンナノチューブも特に限定されず、用いることができる。
多孔質層１２を形成する材料は、なかでも、チタン、スズ、亜鉛、ジルコニウム、アルミニウムもしくはケイ素の酸化物、またはカーボンナノチューブが好ましく、酸化チタンまたは酸化アルミニウムがさらに好ましい。
多孔質層１２は、上述の、金属のカルコゲニド、ペロブスカイト型結晶構造を有する化合物、ケイ素の酸化物およびカーボンナノチューブのうち少なくとも１種で形成されていればよく、複数種で形成されていてもよい。
多孔質層１２の膜厚は、特に限定されず、通常０．０５〜１００μｍの範囲であり、好ましくは０．１〜１００μｍの範囲である。太陽電池として用いる場合は、０．１〜５０μｍが好ましく、０．２〜３０μｍがより好ましい。
− 電子輸送層１５−
本発明においては、光電変換素子１０Ｄのように、好ましくは、透明電極１１ｂの表面に電子輸送層１５を有している。
電子輸送層１５は、感光層１３で発生した電子を導電性支持体１１へと輸送する機能を有する。電子輸送層１５は、この機能を発揮することができる電子輸送材料で形成される。電子輸送材料としては、特に限定されず、有機材料（有機電子輸送材料）が好ましい。有機電子輸送材料としては、［６，６］−Ｐｈｅｎｙｌ−Ｃ６１−Ｂｕｔｙｒｉｃ Ａｃｉｄ Ｍｅｔｈｙｌ Ｅｓｔｅｒ（ＰＣ６１ＢＭ）等のフラーレン化合物、ペリレンテトラカルボキシジイミド（pelylene tetracarboxylic diimide：ＰＴＣＤＩ）等のペリレン化合物、その他、テトラシアノキノジメタン（Tetracyano-quinodimethane：ＴＣＮＱ）等の低分子化合物、または、高分子化合物等が挙げられる。
電子輸送層１５の膜厚は、特に限定されず、０．００１〜１０μｍが好ましく、０．０１〜１μｍがより好ましい。
−正孔輸送層１６−
本発明においては、光電変換素子１０Ｅのように、透明電極１１ｂの表面に正孔輸送層１６を有していてもよい。
正孔輸送層１６は、形成される位置が異なること以外は、後述する正孔輸送層３と同じである。
− 感光層（光吸収層）１３ −
感光層１３は、好ましくは、多孔質層１２（光電変換素子１０Ａ、および１０Ｂ）、ブロッキング層１４（光電変換素子１０Ｃ）、電子輸送層１５（光電変換素子１０Ｄ）、または正孔輸送層１６（光電変換素子１０Ｅ）の各層の表面（感光層１３が設けられる表面が凹凸の場合の凹部内表面を含む。）に設けられる。
本発明において、感光層１３は、光吸収剤として、後述するペロブスカイト化合物を少なくとも１種含有していればよく、２種以上のペロブスカイト化合物を含有してもよい。また、感光層１３は、光吸収剤として、ペロブスカイト化合物と併せて、ペロブスカイト化合物以外の光吸収剤を含んでいてもよい。ペロブスカイト化合物以外の光吸収剤としては、例えば金属錯体色素および有機色素が挙げられる。このとき、ペロブスカイト化合物と、それ以外の光吸収剤との割合は特に限定されない。
感光層１３は、単層であっても２層以上の積層であってもよい。感光層１３が２層以上の積層構造である場合、互いに異なった光吸収剤からなる層を積層してなる積層構造でもよく、また、感光層と感光層の間に、正孔輸送材料を含む中間層を有する積層構造でもよい。
感光層１３を導電性支持体１１上に有する態様は、上述した通りである。感光層１３は、好ましくは、励起した電子が導電性支持体１１または第二電極２に流れるように、上記各層の表面に設けられる。このとき、感光層１３は、上記各層の表面全体に設けられていてもよく、その表面の一部に設けられていてもよい。
感光層１３の膜厚は、導電性支持体１１上に感光層１３を有する態様に応じて適宜に設定され、特に限定されない。例えば、０．００１〜１００μｍが好ましく、０．０１〜１０μｍがさらに好ましく、０．０１〜５μｍが特に好ましい。
多孔質層１２を有する場合、多孔質層１２の膜厚との合計膜厚は、０．０１μｍ以上が好ましく、０．０５μｍ以上がより好ましく、０．１μｍ以上がさらに好ましく、０．３μｍ以上が特に好ましい。また、合計膜厚は、１００μｍ以下が好ましく、５０μｍ以下がより好ましく、３０μｍ以下がさらに好ましい。合計膜厚は、上記値を適宜に組み合わせた範囲とすることができる。ここで、図１Ａ及び図１Ｂのように、感光層１３が薄い膜状である場合に、感光層１３の膜厚は、多孔質層１２の表面に垂直な方向に沿う、多孔質層１２との界面と後述する正孔輸送層３との界面との距離をいう。
光電変換素子１０において、多孔質層１２と感光層１３と正孔輸送層３との合計膜厚は、特に限定されず、例えば、０．０１μｍ以上が好ましく、０．０５μｍ以上がより好ましく、０．１μｍ以上がさらに好ましく、０．５μｍ以上が特に好ましい。また、この合計膜厚は、２００μｍ以下が好ましく、５０μｍ以下が好ましく、３０μｍ以下が好ましく、５μｍ以下が好ましい。合計膜厚は、上記値を適宜に組み合わせた範囲とすることができる。
本発明において、感光層を厚い膜状に設ける場合（感光層１３Ｂおよび１３Ｃ）、この感光層に含まれる光吸収剤は正孔輸送材料として機能することもある。
ペロブスカイト化合物の使用量は、第一電極１の表面の少なくとも一部を覆う量であればよく、表面全体を覆う量が好ましい。
〔感光層の光吸収剤〕
感光層１３は、光吸収剤として、「周期表第一族元素またはカチオン性有機基Ａ」と、「周期表第一族元素以外の金属原子Ｍ」と、「アニオン性原子または原子団Ｘ」と、を含むペロブスカイト型結晶構造を有するペロブスカイト化合物（ペロブスカイト型光吸収剤）を少なくとも１種含有する。
ペロブスカイト化合物の周期表第一族元素またはカチオン性有機基Ａ、金属原子Ｍおよびアニオン性原子または原子団Ｘは、それぞれ、ペロブスカイト型結晶構造において、カチオン（便宜上、カチオンＡということがある）、金属カチオン（便宜上、カチオンＭということがある）およびアニオン（便宜上、アニオンＸということがある）の各構成イオンとして存在する。
本発明において、カチオン性有機基とは、ペロブスカイト型結晶構造においてカチオンになる性質を有する有機基をいい、アニオン性原子または原子団とはペロブスカイト型結晶構造においてアニオンになる性質を有する原子または原子団をいう。
本発明に用いるペロブスカイト化合物において、カチオンＡは、周期表第一族元素Ａのカチオンまたはカチオン性有機基Ａからなる有機カチオンである。カチオンＡは有機カチオンが好ましい。
周期表第一族元素のカチオンは、特に限定されず、例えば、リチウム（Ｌｉ）、ナトリウム（Ｎａ）、カリウム（Ｋ）またはセシウム（Ｃｓ）の各元素のカチオン（Ｌｉ＋、Ｎａ＋、Ｋ＋、Ｃｓ＋）が挙げられ、特にセシウムのカチオン（Ｃｓ＋）が好ましい。
有機カチオンは、上記性質を有する有機基のカチオンであれば特に限定されず、下記式（１）で表されるカチオン性有機基の有機カチオンであることがさらに好ましい。
式（１）：Ｒ１ａ−ＮＨ３ ＋
式中、Ｒ１ａは置換基を表す。Ｒ１ａは、有機基であれば特に限定されず、アルキル基、シクロアルキル基、アルケニル基、アルキニル基、アリール基、ヘテロアリール基または下記式（２）で表される基が好ましい。なかでも、アルキル基、下記式（２）で表される基がより好ましい。
式中、ＸａはＮＲ１ｃ、酸素原子または硫黄原子を表す。Ｒ１ｂおよびＲ１ｃは各々独立に水素原子または置換基を表す。＊＊＊は式（１）の窒素原子との結合を表す。
本発明において、カチオン性有機基Ａの有機カチオンは、上記式（１）中のＲ１ａとＮＨ３とが結合してなるアンモニウムカチオン性有機基Ａからなる有機アンモニウムカチオン（Ｒ１ａ−ＮＨ３ ＋）が好ましい。この有機アンモニウムカチオンが共鳴構造を採り得る場合、有機カチオンは有機アンモニウムカチオンに加えて共鳴構造のカチオンを含む。例えば、上記式（２）で表すことができる基においてＸａがＮＨ（Ｒ１ｃが水素原子）である場合、有機カチオンは、上記式（２）で表すことができる基とＮＨ３とが結合してなるアンモニウムカチオン性有機基の有機アンモニウムカチオンに加えて、この有機アンモニウムカチオンの共鳴構造の１つである有機アミジニウムカチオンをも包含する。アミジニウムカチオン性有機基からなる有機アミジニウムカチオンとしては、下記式（Ａａｍ）で表されるカチオンが挙げられる。本明細書において、下記式（Ａａｍ）で表されるカチオンを便宜上、「Ｒ１ｂＣ（＝ＮＨ）−ＮＨ３ ＋」と表記することがある。
式（１）中のＲ１ａとしてのアルキル基は、炭素数が１〜１８のアルキル基が好ましく、１〜６のアルキル基がより好ましく、１〜３のアルキル基がさらに好ましい。例えば、メチル、エチル、プロピル、イソプロピル、ブチル、ｔｅｒｔ−ブチル、ペンチル、ヘキシルまたはデシル等が挙げられる。
Ｒ１ａとしてのシクロアルキル基は、炭素数が３〜８のシクロアルキル基が好ましく、例えば、シクロプロピル、シクロペンチルまたはシクロヘキシル等が挙げられる。
Ｒ１ａとしてのアルケニル基は、炭素数が２〜１８のアルケニル基が好ましく、２〜６のアルケニル基がより好ましい。例えば、ビニル、アリル、ブテニルまたはヘキセニル等が挙げられる。
Ｒ１ａとしてのアルキニル基は、炭素数が２〜１８のアルキニル基が好ましく、２〜４のアルキニル基がより好ましい。例えば、エチニル、ブチニルまたはヘキシニル等が挙げられる。
Ｒ１ａとしてのアリール基は、炭素数６〜１４のアリール基が好ましく、炭素数６〜１２のアリール基がより好ましく、例えば、フェニルが挙げられる。
Ｒ１ａとしてのヘテロアリール基は、芳香族ヘテロ環のみからなる基と、芳香族ヘテロ環に他の環、例えば、芳香環、脂肪族環やヘテロ環が縮合した縮合ヘテロ環からなる基とを包含する。
芳香族ヘテロ環を構成する環構成ヘテロ原子としては、窒素原子、酸素原子、硫黄原子が好ましい。また、芳香族ヘテロ環の環員数としては、３〜８員環が好ましく、５員環または６員環がより好ましい。芳香族ヘテロ環の炭素数としては、０〜２４が好ましく、炭素数１〜１８がより好ましい。
５員環の芳香族ヘテロ環および５員環の芳香族ヘテロ環を含む縮合ヘテロ環としては、例えば、ピロール環、イミダゾール環、ピラゾール環、オキサゾール環、チアゾール環、トリアゾール環、フラン環、チオフェン環、ベンゾイミダゾール環、ベンゾオキサゾール環、ベンゾチアゾール環、インドリン環、インダゾール環の各環基が挙げられる。また、６員環の芳香族ヘテロ環および６員環の芳香族ヘテロ環を含む縮合ヘテロ環としては、例えば、ピリジン環、ピリミジン環、ピラジン環、トリアジン環、キノリン環、キナゾリン環の各環基が挙げられる。
式（２）で表すことができる基において、ＸａはＮＲ１ｃ、酸素原子または硫黄原子を表し、ＮＲ１ｃが好ましい。ここで、Ｒ１ｃは、水素原子または置換基を表し、水素原子、アルキル基、シクロアルキル基、アルケニル基、アルキニル基、アリール基またはヘテロアリール基が好ましく、水素原子がさらに好ましい。
Ｒ１ｂは、水素原子または置換基を表し、水素原子が好ましい。Ｒ１ｂが採り得る置換基は、アルキル基、シクロアルキル基、アルケニル基、アルキニル基、アリール基、ヘテロアリール基またはアミノ基が挙げられる。
Ｒ１ｂおよびＲ１ｃがそれぞれ採り得る、アルキル基、シクロアルキル基、アルケニル基、アルキニル基、アリール基およびヘテロアリール基は、上記Ｒ１ａの各基と同義であり、好ましいものも同じである。
式（２）で表すことができる基としては、例えば、（チオ）アシル基、（チオ）カルバモイル基、イミドイル基またはアミジノ基が挙げられる。
（チオ）アシル基は、アシル基およびチオアシル基を包含する。アシル基は、総炭素数が１〜７のアシル基が好ましく、例えば、ホルミル、アセチル、プロピオニル、ヘキサノイル等が挙げられる。チオアシル基は、総炭素数が１〜７のチオアシル基が好ましく、例えば、チオホルミル、チオアセチル、チオプロピオニル等が挙げられる。
（チオ）カルバモイル基は、カルバモイル基およびチオカルバモイル基（Ｈ２ＮＣ（＝Ｓ）−）を包含する。
イミドイル基は、Ｒ１ｂ−Ｃ（＝ＮＲ１ｃ）−で表される基であり、Ｒ１ｂおよびＲ１ｃはそれぞれ水素原子またはアルキル基が好ましく、アルキル基は上記Ｒ１ａのアルキル基と同義であるのがより好ましい。例えば、ホルムイミドイル、アセトイミドイル、プロピオンイミドイル（ＣＨ３ＣＨ２Ｃ（＝ＮＨ）−）等が挙げられる。なかでも、ホルムイミドイルが好ましい。
式（２）で表すことができる基としてのアミジノ基は、上記イミドイル基のＲ１ｂがアミノ基でＲ１ｃが水素原子である構造を有する。
Ｒ１ａが採り得る、アルキル基、シクロアルキル基、アルケニル基、アルキニル基、アリール基、ヘテロアリール基および上記式（２）で表すことができる基は、いずれも、置換基を有していてもよい。Ｒ１ａが有していてもよい置換基ＷＰとしては、特に限定されず、例えば、アルキル基、シクロアルキル基、アルケニル基、アルキニル基、アリール基、ヘテロ環基、アルコキシ基、アルキルチオ基、アミノ基、アルキルアミノ基、アリールアミノ基、アシル基、アルキルカルボニルオキシ基、アリールオキシ基、アルコキシカルボニル基、アリールオキシカルボニル基、アシルアミノ基、スルホンアミド基、カルバモイル基、スルファモイル基、ハロゲン原子、シアノ基、ヒドロキシ基、メルカプト基またはカルボキシ基が挙げられる。Ｒ１ａが有していてもよい各置換基は、さらに置換基で置換されていてもよい。
本発明に用いるペロブスカイト化合物において、金属カチオンＭは、周期表第一族元素以外の金属原子Ｍのカチオンであって、ペロブスカイト型結晶構造を採り得る金属原子のカチオンであれば、特に限定されない。このような金属原子としては、例えば、カルシウム（Ｃａ）、ストロンチウム（Ｓｒ）、カドミウム（Ｃｄ）、銅（Ｃｕ）、ニッケル（Ｎｉ）、マンガン（Ｍｎ）、鉄（Ｆｅ）、コバルト（Ｃｏ）、パラジウム（Ｐｄ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）、スズ（Ｓｎ）、鉛（Ｐｂ）、イッテルビウム（Ｙｂ）、ユウロピウム（Ｅｕ）、インジウム（Ｉｎ）、チタン（Ｔｉ）、ビスマス（Ｂｉ）、タリウム（Ｔｌ）等の金属原子が挙げられる。なかでも、金属原子ＭはＰｂ原子またはＳｎ原子が特に好ましい。Ｍは１種の金属原子であってもよく、２種以上の金属原子であってもよい。２種以上の金属原子である場合には、Ｐｂ原子およびＳｎ原子の２種が好ましい。このときの金属原子の割合は特に限定されない。
本発明に用いるペロブスカイト化合物において、アニオンＸは、アニオン性原子または原子団Ｘのアニオンを表す。このアニオンは、好ましくはハロゲン原子のアニオン、または、ＮＣＳ−、ＮＣＯ−、ＣＨ３ＣＯＯ−もしくはＨＣＯＯ−の、各原子団のアニオンが挙げられる。なかでも、ハロゲン原子のアニオンであることがさらに好ましい。ハロゲン原子としては、例えば、フッ素原子、塩素原子、臭素原子およびヨウ素原子等が挙げられる。
アニオンＸは、１種のアニオン性原子または原子団のアニオンであってもよく、２種以上のアニオン性原子または原子団のアニオンであってもよい。１種のアニオン性原子または原子団のアニオンである場合には、ヨウ素原子のアニオンが好ましい。一方、２種以上のアニオン性原子または原子団のアニオンである場合には、２種のハロゲン原子のアニオン、特に塩素原子のアニオンおよびヨウ素原子のアニオンが好ましい。２種以上のアニオンの割合は特に限定されない。
本発明に用いるペロブスカイト化合物は、上記の各構成イオンを有するペロブスカイト型結晶構造を有し、下記式（Ｉ）で表されるペロブスカイト化合物が好ましい。
式（Ｉ）：ＡａＭｍＸｘ
式中、Ａは周期表第一族元素またはカチオン性有機基を表す。Ｍは周期表第一族元素以外の金属原子を表す。Ｘはアニオン性原子または原子団を表す。
ａは１または２を表し、ｍは１を表し、ａ、ｍおよびｘはａ＋２ｍ＝ｘを満たす。
式（Ｉ）において、周期表第一族元素またはカチオン性有機基Ａは、ペロブスカイト型結晶構造の上記カチオンＡを形成する。したがって、周期表第一族元素およびカチオン性有機基Ａは、上記カチオンＡとなってペロブスカイト型結晶構造を構成できる元素または基であれば、特に限定されない。周期表第一族元素またはカチオン性有機基Ａは、上記カチオンＡで説明した上記周期表第一族元素またはカチオン性有機基と同義であり、好ましいものも同じである。
金属原子Ｍは、ペロブスカイト型結晶構造の上記金属カチオンＭを形成する金属原子である。したがって、金属原子Ｍは、周期表第一族元素以外の原子であって、上記金属カチオンＭとなってペロブスカイト型結晶構造を構成できる原子であれば、特に限定されない。金属原子Ｍは、上記金属カチオンＭで説明した上記金属原子と同義であり、好ましいものも同じである。
アニオン性原子または原子団Ｘは、ペロブスカイト型結晶構造の上記アニオンＸを形成する。したがって、アニオン性原子または原子団Ｘは、上記アニオンＸとなってペロブスカイト型結晶構造を構成できる原子または原子団であれば、特に限定されない。アニオン性原子または原子団Ｘは、上記アニオンＸで説明したアニオン性原子または原子団と同義であり、好ましいものも同じである。
式（Ｉ）で表されるペロブスカイト化合物は、ａが１である場合、下記式（Ｉ−１）で表されるペロブスカイト化合物であり、ａが２である場合、下記式（Ｉ−２）で表されるペロブスカイト化合物である。
式（Ｉ−１）：ＡＭＸ３
式（Ｉ−２）：Ａ２ＭＸ４
式（Ｉ−１）および式（Ｉ−２）において、Ａは周期表第一族元素またはカチオン性有機基を表し、上記式（Ｉ）のＡと同義であり、好ましいものも同じである。
Ｍは、周期表第一族元素以外の金属原子を表し、上記式（Ｉ）のＭと同義であり、好ましいものも同じである。
Ｘは、アニオン性原子または原子団を表し、上記式（Ｉ）のＸと同義であり、好ましいものも同じである。
本発明に用いるペロブスカイト化合物は、式（Ｉ−１）で表される化合物および式（Ｉ−２）で表される化合物のいずれでもよく、これらの混合物でもよい。したがって、本発明において、ペロブスカイト化合物は、光吸収剤として少なくとも１種が存在していればよく、組成式、分子式および結晶構造等により、厳密にいかなる化合物であるかを明確に区別する必要はない。
以下に、本発明に用いうるペロブスカイト化合物の具体例を例示するが、これによって本発明が制限されない。下記においては、式（Ｉ−１）で表される化合物と、式（Ｉ−２）で表される化合物とを分けて記載する。ただし、式（Ｉ−１）で表される化合物として例示した化合物であっても、合成条件等によっては、式（Ｉ−２）で表される化合物となる場合もあり、また、式（Ｉ−１）で表される化合物と式（Ｉ−２）で表される化合物との混合物となる場合もある。同様に、式（Ｉ−２）で表される化合物として例示した化合物であっても、式（Ｉ−１）で表される化合物となる場合もあり、また、式（Ｉ−１）で表される化合物と式（Ｉ−２）で表される化合物との混合物となる場合もある。
式（Ｉ−１）で表される化合物の具体例として、例えば、ＣＨ３ＮＨ３ＰｂＣｌ３、ＣＨ３ＮＨ３ＰｂＢｒ３、ＣＨ３ＮＨ３ＰｂＩ３、ＣＨ３ＮＨ３ＰｂＢｒＩ２、ＣＨ３ＮＨ３ＰｂＢｒ２Ｉ、ＣＨ３ＮＨ３ＳｎＢｒ３、ＣＨ３ＮＨ３ＳｎＩ３、ＣＨ（＝ＮＨ）ＮＨ３ＰｂＩ３が挙げられる。
式（Ｉ−２）で表される化合物の具体例として、例えば、（Ｃ２Ｈ５ＮＨ３）２ＰｂＩ４、（ＣＨ２＝ＣＨＮＨ３）２ＰｂＩ４、（ＣＨ≡ＣＮＨ３）２ＰｂＩ４、（ｎ−Ｃ３Ｈ７ＮＨ３）２ＰｂＩ４、（ｎ−Ｃ４Ｈ９ＮＨ３）２ＰｂＩ４、（Ｃ10Ｈ21ＮＨ３）２ＰｂＩ４、（Ｃ６Ｈ５ＮＨ３）２ＰｂＩ４、（Ｃ６Ｈ５ＣＨ２ＣＨ２ＮＨ３）２ＰｂＩ４、（Ｃ６Ｈ３Ｆ２ＮＨ３）２ＰｂＩ４、（Ｃ６Ｆ５ＮＨ３）２ＰｂＩ４、（Ｃ４Ｈ３ＳＮＨ３）２ＰｂＩ４が挙げられる。ここで、（Ｃ４Ｈ３ＳＮＨ３）２ＰｂＩ４におけるＣ４Ｈ３ＳＮＨ３はアミノチオフェンである。
ペロブスカイト化合物は、下記式（ＩＩ）で表される化合物と下記式（ＩＩＩ）で表される化合物とから合成することができる。
式（ＩＩ）：ＡＸ
式（ＩＩＩ）：ＭＸ２
式（ＩＩ）中、Ａは周期表第一族元素またはカチオン性有機基を表し、式（Ｉ）のＡと同義であり、好ましいものも同じである。式（ＩＩ）中、Ｘはアニオン性原子または原子団を表し、式（Ｉ）のＸと同義であり、好ましいものも同じである。
式（ＩＩＩ）中、Ｍは周期表第一族元素以外の金属原子を表し、式（Ｉ）のＭと同義であり、好ましいものも同じである。式（ＩＩＩ）中、Ｘはアニオン性原子または原子団を表し、式（Ｉ）のＸと同義であり、好ましいものも同じである。
ペロブスカイト化合物の合成方法については、例えば、Ａｋｉｈｉｒｏ Ｋｏｊｉｍａ， Ｋｅｎｊｉｒｏ Ｔｅｓｈｉｍａ， Ｙａｓｕｏ Ｓｈｉｒａｉ， ａｎｄ Ｔｓｕｔｏｍｕ Ｍｉｙａｓａｋａ， “Ｏｒｇａｎｏｍｅｔａｌ Ｈａｌｉｄｅ Ｐｅｒｏｖｓｋｉｔｅｓ ａｓ Ｖｉｓｉｂｌｅ−Ｌｉｇｈｔ Ｓｅｎｓｉｔｉｚｅｒｓ ｆｏｒ Ｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃ Ｃｅｌｌｓ”， Ｊ．Ａｍ．Ｃｈｅｍ．Ｓｏｃ．，２００９，１３１（１７），６０５０−６０５１等に記載の合成方法が挙げられる。
光吸収剤の使用量は、第一電極１の表面の少なくとも一部を覆う量であればよく、表面全体を覆う量が好ましい。
感光層１３中、ペロブスカイト化合物の含有量は、通常１〜１００質量％である。
＜正孔輸送層３＞
本発明の光電変換素子は、光電変換素子１０Ａ〜１０Ｄのように、第一電極１と第二電極２との間に正孔輸送層３を有することが好ましい態様の１つである。この態様において、正孔輸送層３は感光層１３と接触（積層）していることが好ましい。正孔輸送層３は、好ましくは第一電極１の感光層１３と第二電極２の間に設けられる。
正孔輸送層３は、光吸収剤の酸化体に電子を補充する機能を有し、好ましくは固体状の層（固体正孔輸送層）である。
正孔輸送層３は、正孔輸送材料として、下記式１で表される構造Ｍを少なくとも１つ有する化合物Ｑ（以下、（以下、「本発明の正孔輸送材料」又は「本発明の化合物」ともいう。）を含有する。
式１中、
Ｚ１は、硫黄原子、セレン原子または酸素原子を表す。
Ｙ１は、ＮＲ、硫黄原子、セレン原子または酸素原子を表す。
Ｘ１は、ＮＲ、硫黄原子、酸素原子、セレン原子またはＣＲ３Ｒ４を表す。
Ｒ１は、置換基を表す。
Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４及びＲは、それぞれ独立に、水素原子または置換基を表す。
波線は、化合物Ｑの残部との結合部位を表す。
式１で表される構造Ｍを有する化合物Ｑは、ヘテロ原子を含有する同程度のサイズの他の化合物に比べ疎水的であり、これが、正孔輸送材料として用いられた場合に、耐湿性ばらつきの抑制に寄与していると推測している。また、構造Ｍを有する化合物Ｑは、ペロブスカイト化合物との親和性が大きく、これが、ペロブスカイト化合物を光吸収剤として含む光電変換素子に用いられた場合に、耐湿性ばらつきの抑制効果の更なる向上に寄与しているとも推測している。
化合物Ｑは、一形態において、式１で表される構造Ｍを１〜８個有することが好ましく、１〜４個有することがより好ましく、２個有することが更に好ましい。
化合物Ｑが構造Ｍを２つ以上有する場合、２つ以上の構造Ｍは同じでも異なっていてもよい。本発明の一形態において、化合物Ｑが構造Ｍを２個以上有する場合、構造Ｍはすべて同一であることが好ましい。
以下、式１について詳細に説明する。
Ｚ１は、上記の通り、硫黄原子、セレン原子または酸素原子を表し、一形態において、硫黄原子であることが好ましい。
Ｙ１は、上記の通り、ＮＲ、硫黄原子、セレン原子または酸素原子を表す。
ここで、ＮＲ中のＲは、水素原子または置換基を表し、この置換基としては、例えば、炭素数１〜３０のアルキル基、炭素数３〜３０のシクロアルキル基、炭素数２〜３０のアルケニル基、炭素数２〜３０のアルキニル基、炭素数４〜３０の芳香族基、炭素数４〜３０の芳香族ヘテロ環基、炭素数３〜３０の脂肪族ヘテロ環基等が挙げられ、炭素数１〜３０のアルキル基が好ましい。
Ｙ１は、一形態において、硫黄原子であることが好ましい。
Ｘ１は、上記の通り、ＮＲ、硫黄原子、酸素原子、セレン原子またはＣＲ３Ｒ４を表す。
ここで、ＮＲ中のＲは、水素原子または置換基を表し、この置換基としては、例えば、アルキル基、シクロアルキル基、アルケニル基、アルキニル基、芳香族基、芳香族ヘテロ環基等が挙げられる。
また、ＣＲ３Ｒ４中のＲ３及びＲ４は、それぞれ独立に、水素原子又は置換基を表し、この置換基としては、例えば、アルキル基、シクロアルキル基、アルケニル基、アルキニル基、芳香族基、芳香族ヘテロ環基、アルコキシ基、アルキルチオ基、アミノ基、アルキルアミノ基、アリールアミノ基、アシル基、アルキルカルボニルオキシ基、アリールオキシ基、アルコキシカルボニル基、アリールオキシカルボニル基、アシルアミノ基、スルホンアミド基、カルバモイル基、スルファモイル基、ハロゲン原子、シアノ基、ヒドロキシ基、メルカプト基、シリル基またはカルボキシ基等が挙げられ、シアノ基、カルボキシ基が好ましい。
Ｘ１は、一形態において、酸素原子であることが好ましい
Ｒ２は、上記の通り、水素原子又は置換基を表す。この置換基としては、例えば、アルキル基、シクロアルキル基、アルケニル基、アルキニル基、芳香族基、芳香族ヘテロ環基、アルコキシ基、アルキルチオ基、アミノ基、アルキルアミノ基、アリールアミノ基、アシル基、アルキルカルボニルオキシ基、アリールオキシ基、アルコキシカルボニル基、アリールオキシカルボニル基、アシルアミノ基、スルホンアミド基、カルバモイル基、スルファモイル基、ハロゲン原子、シアノ基、ヒドロキシ基、メルカプト基、シリル基またはカルボキシ基等が挙げられる。
Ｒ１は、上記の通り、置換基を表す。この置換基としては、例えば、炭素数１〜３０のアルキル基、炭素数３〜３０のシクロアルキル基、炭素数２〜３０のアルケニル基、炭素数２〜３０のアルキニル基、炭素数４〜３０の芳香族基、炭素数４〜３０の芳香族ヘテロ環基、炭素数３〜３０の脂肪族ヘテロ環基等が挙げられ、炭素数１〜３０のアルキル基が好ましい。
式１で表される構造Ｍの具体例としては、例えば、下記構造が挙げられる。
化合物Ｑは、一形態において、下記式２で表される化合物であることが好ましい。
式２中、
Ｚ１は、硫黄原子、セレン原子または酸素原子を表す。
Ｙ１は、ＮＲ、硫黄原子、セレン原子または酸素原子を表す。
Ｘ１は、ＮＲ、硫黄原子、酸素原子、セレン原子またはＣＲ３Ｒ４を表す。
Ｒ１は、置換基を表す。
Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４及びＲは、それぞれ独立に、水素原子または置換基を表す。
Ｌ１は、連結基を表す。
Ｄ１は、有機基又は窒素原子を表す。Ｄ１により表される有機基は、式２中の下記式２ａで表される置換基とは異なる他の置換基を有していてもよく、窒素原子は、下記式２ａで表される置換基とは異なる他の置換基又は水素原子を有していてもよい。式２ａ中のＺ１、Ｙ１、Ｘ１、Ｒ１、Ｒ２、Ｌ１、ｎ１及びｍ１は、式２中のＺ１、Ｙ１、Ｘ１、Ｒ１、Ｒ２、Ｌ１、ｎ１及びｍ１と同義である。
ｎ１は、０〜１１の整数を表す。ｎ１が２以上の整数のとき、複数存在するＬ１は、同じでも異なっていてもよい。
ｍ１は、Ｄ１が有機基であるとき、１〜４の整数を表し、Ｄ１が窒素原子であるとき、１〜３の整数を表す。但し、Ｄ１が窒素原子のとき、ｍ１は、１〜３の整数を表す。ｍ１が２以上の整数のとき、複数存在するＺ１、Ｙ１、Ｘ１、Ｒ１及びＲ２は、それぞれ、同じでも異なっていてもよい。
式２中、Ｚ１、Ｙ１、Ｘ１、Ｒ１及びＲ２は、上述した式１中のＺ１、Ｙ１、Ｘ１、Ｒ１及びＲ２と同義である。
Ｌ１は、上記の通り、連結基を表し、ｎ１が２以上の整数のとき、複数存在するＬ１は、同じでも異なっていてもよい。ｎ１は、好ましくは０〜１１の整数であり、より好ましくは１〜５の整数である。
Ｌ１により表される連結基としては、例えば、アルケニレン基、アルキニレン基、アリーレン基、ヘテロアリーレン基等が挙げられる。
Ｌ１としてのアルケニレン基は、炭素数２〜３０であることが好ましく、例えば、エテニレン、１−プロペニレン、２−ブテニレン、１−ブテニレン、３−メチル−２−ペンテニレン、ヘキセニレン、デセニレン等が挙げられる。なお、アルケニレン基において、シス−トランス異性は特に限定されない。
Ｌ１としてのシクロアルケニレン基は、炭素数５〜２５であることが好ましく、例えば、シクロペンテニレン、シクロへキセニレン、シクロヘキサジエニレン、シクロオクテニレン、シクロオクタジエニレン等が挙げられる。
Ｌ１としてのアルキニレン基は、炭素数２〜６であることが好ましく、例えば、エチニレン等が挙げられる。
Ｌ１としてのアリーレン基は、例えば、炭素数６〜１４のアリーレン基であることが好ましく、具体例としては、フェニレン基、ナフチレン基、アントラセニレン基等が挙げられる。
Ｌ１としてのヘテロアリーレン基において、環構成ヘテロ原子としては、窒素原子、酸素原子又は硫黄原子が好ましく、これらから選択される少なくとも１種を環構成ヘテロ原子として含むヘテロアリーレン基が好ましい。また、ヘテロアリーレン基は、炭素数０〜２４であることが好ましく、１〜１８であることがより好ましく、環員数としては、３〜８員環が好ましく、５員環または６員環がより好ましい。
５員環のヘテロアリーレン基としては、例えば、ピロリレン基、イミダゾリレン基、ピラゾリレン基、オキサゾリレン基、チアゾリレン基、トリアゾリレン基、フラニレン基、チオフェニレン基等が挙げられる。また、６員環の芳香族ヘテロ環および６員環の芳香族ヘテロ環を含む縮合ヘテロ環としては、例えば、ピリジニレン基、ピリミジニレン基、ピラジニレン基、トリアジニレン基等が挙げられる。
本発明の一形態において、少なくとも１つのＬ１は、ヘテロアリーレン基であることが好ましく、少なくとも１つのＬ１がチオフェニレン基又はチアゾリレン基であることがより好ましく、少なくとも１つのＬ１がチオフェニレン基であることが更に好ましい。
Ｌ１により表される連結基は、更に置換基を有していてもよく、この置換基としては、特に限定されず、例えば、アルキル基、シクロアルキル基、アルケニル基、アルキニル基、アリール基、ヘテロ環基、アルコキシ基、アルキルチオ基、アミノ基、アルキルアミノ基、アリールアミノ基、アシル基、アルキルカルボニルオキシ基、アリールオキシ基、アルコキシカルボニル基、アリールオキシカルボニル基、アシルアミノ基、スルホンアミド基、カルバモイル基、スルファモイル基、ハロゲン原子、シアノ基、ヒドロキシ基、メルカプト基、シリル基、またはカルボキシ基が挙げられる。
Ｄ１は、上記の通り、有機基又は窒素原子を表す。
Ｄ１により表される有機基は、少なくとも１つの炭素原子を含む基を表し、例えば、アルケニル基、シクロアルケニル基、アルキニル基、芳香族環基、脂肪族ヘテロ環基、芳香族ヘテロ環基、少なくとも１つの芳香環を含む縮合環基、及び、少なくとも１つの芳香族ヘテロ環を含む縮合環基等を挙げることができる。
Ｄ１により表されるアルケニル基としては、炭素数２〜３０であることが好ましく、例えば、エテニル、１−プロペニル、２−ブテニル、１−ブテニル、３−メチル−２−ペンテニル、ヘキセニル、デセニル等が挙げられる。なお、アルケニル基において、シス−トランス異性は特に限定されない。
シクロアルケニル基は、炭素数５〜３０であることが好ましく、例えば、シクロペンテニル、シクロへキセニル、シクロヘキサジエニル、シクロオクテニル、シクロオクタジエニル等が挙げられる。
アルキニル基は、炭素数２〜６であることが好ましく、例えば、エチニル等が挙げられる。
芳香族環基は、例えば、炭素数６〜３０の芳香族環基であることが好ましく、具体例としては、ベンゼン環、ナフタレン環、アントラセン環、ペンタセン環等が挙げられる。
脂肪族ヘテロ環基は、例えば、炭素数２〜３０の脂肪族ヘテロ環基であることが好ましく、具体例としては、モルホリン環、ピロリジン環、テトラヒドロフラン環、テトラヒドロチオフェン環、ピペリジン環、テトラヒドロピラン環、テトラヒドロチオピラン環、ジケトピロロピロール環等が挙げられる。
芳香族ヘテロ環基としては、窒素原子、酸素原子及び硫黄原子から選択される少なくとも１種を環構成ヘテロ原子として含む芳香族ヘテロ環が好ましい。また、芳香族ヘテロ環の環員数としては、３〜８員環が好ましく、５員環または６員環がより好ましい。
５員環の芳香族ヘテロ環基としては、例えば、ピロール環、イミダゾール環、ピラゾール環、オキサゾール環、チアゾール環、トリアゾール環、フラン環、チオフェン環、セレノフェン環等が挙げられる。また、６員環の芳香族ヘテロ環としては、例えば、ピリジン環、ピリミジン環、ピラジン環、トリアジン環等が挙げられる。
少なくとも１つの芳香環を含む縮合環基は、少なくとも１つの芳香環（例えば、ベンゼン環、ナフタレン環、アントラセン環、ペンタセン環、アズレン環、ピレン環等）に他の環、例えば、脂肪族環及び脂肪族ヘテロ環から選択される１つ以上の環が縮合した縮合環基を意味する。
また、少なくとも１つの芳香族ヘテロ環を含む縮合環基は、少なくとも１つの芳香族ヘテロ環に他の環、例えば、芳香環、脂肪族環及び脂肪族ヘテロ環から選択される１つ以上の環が縮合した縮合環基を意味する。ここで、芳香族ヘテロ環としては、上述したＤ１としての芳香族ヘテロ環基と同義であり、同様の具体例が挙げられる。
Ｄ１により表される有機基は、更に置換基を有していてもよく、この置換基としては、特に限定されず、例えば、アルキル基、シクロアルキル基、アルケニル基、アルキニル基、アリール基、ヘテロ環基、アルコキシ基、アルキルチオ基、アミノ基、アルキルアミノ基、アリールアミノ基、アシル基、アルキルカルボニルオキシ基、アリールオキシ基、アルコキシカルボニル基、アリールオキシカルボニル基、アシルアミノ基、スルホンアミド基、カルバモイル基、スルファモイル基、ハロゲン原子、シアノ基、ヒドロキシ基、メルカプト基またはカルボキシ基が挙げられる。
少なくとも１つの芳香環を含む縮合環基、及び、少なくとも１つの芳香族ヘテロ環を含む縮合環基の具体例を以下に示す。これらの基は、更に置換基を有していてもよい。
Ｄ１が有機基のとき、ｍ１は、１〜４の整数を表し、１〜３の整数であることが好ましく、２であることがより好ましい。
本発明の一形態において、Ｄ１が有機基であり、且つ、ｍ１が２以上の整数である場合、式２ａで表される置換基は、すべて同一であることが好ましい。
Ｄ１が窒素原子のとき、ｍ１は、１〜３の整数を表す。Ｄ１が窒素原子で、ｍ１＝１又は２の場合、Ｄ１としての窒素原子は、式２ａで表される置換基とは異なる他の置換基又は水素原子を２つ又は１つ有することを意味する。本発明の一形態において、Ｄ１が窒素原子の場合、ｍ１＝３であることが好ましい。
本発明の一形態において、Ｄ１が窒素原子であり、且つ、ｍ１が２以上の整数である場合、式２ａで表される置換基は、すべて同一であることが好ましい。
化合物Ｑは、一形態において、下記式３で表される化合物であることが好ましい。
式３中、
Ｘ１は、それぞれ独立に、ＮＲ、硫黄原子、酸素原子、セレン原子またはＣＲ３Ｒ４を表す。
Ｒ１は、それぞれ独立に、置換基を表す。
Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４及びＲは、それぞれ独立に、水素原子または置換基を表す。
Ｌ２及びＬ３は、それぞれ独立に、アルケニレン基、アルキニレン基、アリーレン基又はヘテロアリーレン基を表す。
Ｄ２は、連結基を表す。
ｎ２及びｎ３は、それぞれ独立に、１〜５の整数を表す。ｎ２が２〜５の整数のとき、複数存在するＬ２は同じでも異なっていてもよく、ｎ３が２〜５の整数のとき、複数存在するＬ３は同じでも異なっていてもよい。
式３中、Ｚ１、Ｙ１、Ｘ１、Ｒ１及びＲ２は、上述した式１中のＺ１、Ｙ１、Ｘ１、Ｒ１及びＲ２と同義である。
Ｌ２及びＬ３としてのアルケニレン基、アルキニレン基、アリーレン基及びヘテロアリーレン基は、上述した式２中のＬ１により表される連結基の具体例として挙げたアルケニレン基、アルキニレン基、アリーレン基及びヘテロアリーレン基と同義であり、同様の具体例が挙げられる。また、これらの基は更に置換基を有していてもよく、この置換基としては、式２中のＬ１により表される連結基が有していてもよい置換基として挙げた具体例が挙げられる。
ｎ２及びｎ３は、上記の通り、１〜５の整数を表し、１〜４の整数であることが好ましく、１〜３の整数であることがより好ましい。
Ｄ２により表される連結基としては、例えば、アルケニレン基、シクロアルケニレン基、アルキニレン基、アリーレン基、２価の脂肪族ヘテロ環基、ヘテロアリーレン基、少なくとも１つの芳香環を含む２価の縮合環基、及び、少なくとも１つの芳香族ヘテロ環を含む２価の縮合環基等を挙げることができる。
アルケニレン基、シクロアルケニレン基、アルキニレン基、アリーレン基、２価のヘテロ環基、ヘテロアリーレン基は上述した式２中のＬ１と同様の具体例が挙げられる。
Ｄ２としての少なくとも１つの芳香環を含む２価の縮合環基は、上述した式２中のＤ１としての少なくとも１つの芳香環を含む縮合環基と同義であり、同様の具体例が挙げられる。
Ｄ２としての少なくとも１つの芳香族ヘテロ環を含む２価の縮合環基は、上述した式２中のＤ１としての少なくとも１つの芳香族ヘテロ環を含む縮合環基と同義であり、同様の具体例が挙げられる。
本発明の一形態において、Ｄ２により表される連結基は、少なくとも１つの芳香環を含む２価の縮合環基、または、少なくとも１つの芳香族ヘテロ環を含む２価の縮合環基であることが好ましい。
Ｄ２により表される連結基は、更に置換基を有していてもよく、この置換基としては、式２中のＤ１により表される有機基が有していてもよい置換基として挙げた具体例が挙げられる。
また、本発明の一形態において、式３中の下記式３ａ及び３ｂで表される置換基は、同一であることが好ましい。
式１で表される構造Ｍを少なくとも１つ有する化合物Ｑの具体例を以下に示すが、化合物Ｑはこれらに限定されない。下記具体例中、「２ＥＨ」は、２−エチルヘキシルを表す。
式１で表される構造Ｍを少なくとも１つ有する化合物Ｑは、公知の方法により合成することができ、例えば、下記文献に記載の方法を参照して合成することができる。
Ｊ．Ｏｒｇ．Ｃｈｅｍ．，７９，７７６６（２０１４）、Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｍｅｄｉｃｉｎａｌ Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ，５０，１５４６（２００７）、Ｅｕｒｏｐｅａｎ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｏｒｇａｎｉｃ Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ，４２５（２００７）、Ｏｒｇ．Ｌｅｔｔ．，２００５，７，５２５３、Ｍａｃｒｏｍｏｌｅｃｕｌｅｓ，３６，７９８６（２００３）、Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ ｏｆ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，２２，１９７７（２０１０）、Ａｎｇｅｗａｎｄｔｅ Ｃｈｅｍ−Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｅｄｉｔｉｏｎ，４５，３１７０（２００６）、Ｔｅｔｏｒａｈｅｄｒｏｎ，６８，７６７（２０１２）、Ｏｒｇ．Ｌｅｔｔ．，１４，４３３０（２０１２）、Ｔｅｔｏｒａｈｅｄｒｏｎ Ｌｅｔｔｅｒｓ，５３，５１９７（２０１２）、Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ Ｃ，２，１２４（２０１４）、Ｊ．Ｏｒｇ．Ｃｈｅｍ．，７５，４９５（２０１０）、Ｅｕｒｏｐｅａｎ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｏｒｇａｎｉｃ Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ，１９１６（２０１３）、Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ａｍｅｒｉｃａｎ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｓｏｃｉｅｔｙ，１３４，１１０６４（２０１２）、Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ Ａ，１，２７９５（２０１３）、Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ，２２，９１７３（２０１２）。
正孔輸送層３を形成する正孔輸送材料は、化合物Ｑ以外の材料を含んでもよい。この材料は液体材料でも固体材料でもよく、特に限定されない。例えば、ＣｕＩ、ＣｕＮＣＳ等の無機材料、および、例えば特開２００１−２９１５３４号公報の段落番号０２０９〜段落番号０２１２に記載の有機正孔輸送材料等が挙げられる。有機正孔輸送材料としては、好ましくは、ポリチオフェン、ポリアニリン、ポリピロールおよびポリシラン等の導電性高分子、２個の環がＣ、Ｓｉなど四面体構造をとる中心原子を共有するスピロ化合物、トリアリールアミン等の芳香族アミン化合物、トリフェニレン化合物、含窒素ヘテロ環化合物または液晶性シアノ化合物が挙げられる。
式１で表される構造Ｍを少なくとも１つ有する化合物Ｑ以外に含まれていてもよい正孔輸送材料は、溶液塗布可能で固体状になる有機正孔輸送材料が好ましく、具体的には、２，２’，７，７’−テトラキス−（Ｎ，Ｎ−ジ−ｐ−メトキシフェニルアミン）−９，９’−スピロビフルオレン（2,2’,7,7’-tetrakis-(N,N-di-p-methoxyphenylamine)-9,9’-spirobifluorene）（ｓｐｉｒｏ−ＯＭｅＴＡＤともいう）、ポリ（３−ヘキシルチオフェン−２，５−ジイル）、４−（ジエチルアミノ）ベンズアルデヒド ジフェニルヒドラゾン、ポリ（３，４−エチレンジオキシチオフェン）（poly(3,4-ethylene dioxythiophene；ＰＥＤＯＴ）等が挙げられる。
正孔輸送層３の膜厚は、特に限定されず、５０μｍ以下が好ましく、１ｎｍ〜１０μｍがより好ましく、５ｎｍ〜５μｍがさらに好ましく、１０ｎｍ〜１μｍが特に好ましい。なお、正孔輸送層３の膜厚は、第二電極２と感光層１３の表面との平均距離に相当し、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）等を用いて光電変換素子の断面を観察することにより、測定できる。
＜第二電極２＞
第二電極２は、太陽電池において正極として機能する。第二電極２は、導電性を有していれば特に限定されず、通常、導電性支持体１１と同じ構成とすることができる。強度が十分に保たれる場合は、支持体１１ａは必ずしも必要ではない。
第二電極２の構造としては、集電効果が高い構造が好ましい。感光層１３に光が到達するためには、導電性支持体１１と第二電極２との少なくとも一方は実質的に透明でなければならない。本発明の太陽電池においては、導電性支持体１１が透明であって太陽光を支持体１１ａ側から入射させるのが好ましい。この場合、第二電極２は光を反射する性質を有することがさらに好ましい。
第二電極２を形成する材料として、例えば、白金（Ｐｔ）、金（Ａｕ）、ニッケル（Ｎｉ）、銅（Ｃｕ）、銀（Ａｇ）、インジウム（Ｉｎ）、ルテニウム（Ｒｕ）、パラジウム（Ｐｄ）、ロジウム（Ｒｈ）、イリジウム（Ｉｒ）、オスニウム（Ｏｓ）、アルミニウム（Ａｌ）等の金属、上述の導電性の金属酸化物、炭素材料および伝導性高分子等が挙げられる。炭素材料としては、炭素原子同士が結合してなる、導電性を有する材料であればよく、例えば、フラーレン、カーボンナノチューブ、グラファイト、グラフェン等が挙げられる。
第二電極２としては、金属もしくは導電性の金属酸化物の薄膜（蒸着してなる薄膜を含む）、または、この薄膜を有するガラス基板もしくはプラスチック基板が好ましい。ガラス基板もしくはプラスチック基板としては、金もしくは白金の薄膜を有するガラス、または、白金を蒸着したガラスが好ましい。
第二電極２の膜厚は、特に限定されず、０．０１〜１００μｍが好ましく、０．０１〜１０μｍがさらに好ましく、０．０１〜１μｍが特に好ましい。
＜その他の構成＞
本発明においては、第一電極１と第二電極２との接触を防ぐために、ブロッキング層１４に代えて、または、ブロッキング層１４と共に、スペーサーやセパレータを用いることもできる。
また、第二電極２と正孔輸送層３の間に正孔ブロッキング層を設けてもよい。
＜＜太陽電池＞＞
本発明の太陽電池は、本発明の光電変換素子を用いて構成される。例えば図１Ａ、図２〜図５に示されるように、外部回路６に対して仕事させるように構成した光電変換素子１０を太陽電池として用いることができる。第一電極１（導電性支持体１１）および第二電極２に接続される外部回路６は、公知のものを特に制限されることなく、用いることができる。
本発明は、例えば、Ｊ．Ａｍ．Ｃｈｅｍ．Ｓｏｃ．，２００９，１３１（１７），ｐ．６０５０−６０５１およびＳｃｉｅｎｃｅ，３３８，ｐ．６４３（２０１２）に記載の各太陽電池に適用することができる。本発明はまた、色素増感太陽電池、有機薄膜太陽電池等にも好適に適用することができる。
本発明の太陽電池は、構成物の劣化および蒸散等を防止するために、側面をポリマーや接着剤等で密封することが好ましい。
＜＜光電変換素子および太陽電池の製造方法＞＞
本発明の光電変換素子および太陽電池は、公知の製造方法、例えばＪ．Ａｍ．Ｃｈｅｍ．Ｓｏｃ．，２００９，１３１（１７），ｐ．６０５０−６０５１、Ｓｃｉｅｎｃｅ，３３８，ｐ．６４３（２０１２）等に記載の方法によって製造できる。
以下に、本発明の光電変換素子および太陽電池の製造方法を簡単に説明する。
本発明の製造方法においては、まず、導電性支持体１１の表面に、所望によりブロッキング層１４、多孔質層１２、電子輸送層１５および正孔輸送層１６の少なくとも一つを形成する。
ブロッキング層１４は、例えば、絶縁性物質またはその前駆体化合物等を含有する分散物を導電性支持体１１の表面に塗布し、焼成する方法またはスプレー熱分解法等によって、形成できる。
多孔質層１２を形成する材料は、好ましくは微粒子として用いられ、さらに好ましくは微粒子を含有する分散物として用いられる。
多孔質層１２を形成する方法としては、特に限定されず、例えば、湿式法、乾式法、その他の方法（例えば、Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｒｅｖｉｅｗ，第１１０巻，６５９５頁（２０１０年刊）に記載の方法）が挙げられる。これらの方法において、導電性支持体１１の表面またはブロッキング層１４の表面に分散物（ペースト）を塗布した後に、１００〜８００℃の温度で１０分〜１０時間、例えば空気中で焼成することが好ましい。これにより、微粒子同士を密着させることができる。
焼成を複数回行う場合、最後の焼成以外の焼成の温度（最後以外の焼成温度）を、最後の焼成の温度（最後の焼成温度）よりも低い温度で行うのがよい。例えば、酸化チタンペーストを用いる場合、最後以外の焼成温度を５０〜３００℃の範囲内に設定することができる。また、最後の焼成温度を、１００〜６００℃の範囲内において、最後以外の焼成温度よりも高くなるように、設定することができる。支持体１１ａとしてガラス支持体を用いる場合、焼成温度は６０〜５００℃が好ましい。
多孔質層１２を形成するときの、多孔質材料の塗布量は、多孔質層１２の膜厚および塗布回数等に応じて適宜に設定され、特に限定されない。導電性支持体１１の表面積１ｍ２当たりの、多孔質材料の塗布量は、例えば、０．５〜５００ｇが好ましく、さらには５〜１００ｇが好ましい。
電子輸送層１５または正孔輸送層１６を設ける場合、それぞれ、後述する正孔輸送層３と同様にして、形成することができる。
次いで、感光層１３を設ける。
感光層１３を設ける方法は、湿式法および乾式法が挙げられ、特に限定されない。本発明においては、湿式法が好ましく、例えば、ペロブスカイト型光吸収剤を含有する光吸収剤溶液に接触させる方法が好ましい。この方法においては、まず、感光層を形成するための光吸収剤溶液を調製する。光吸収剤溶液は、上記ペロブスカイト化合物の原料であるＭＸ２とＡＸとを含有する。ここで、Ａ、ＭおよびＸは上記式（Ｉ）のＡ、ＭおよびＸと同義である。この光吸収剤溶液において、ＭＸ２とＡＸとのモル比は目的に応じて適宜に調整される。光吸収剤としてペロブスカイト化合物を形成する場合、ＡＸとＭＸ２とのモル比は、１：１〜１０：１であることが好ましい。この光吸収剤溶液は、ＭＸ２とＡＸとを所定のモル比で混合した後に加熱することにより、調製できる。この形成液は通常溶液であるが、懸濁液でもよい。加熱する条件は、特に限定されず、加熱温度は３０〜２００℃が好ましく、７０〜１５０℃がさらに好ましい。加熱時間は０．５〜１００時間が好ましく、１〜３時間がさらに好ましい。溶媒または分散媒は後述するものを用いることができる。
次いで、調製した光吸収剤溶液を、その表面に感光層１３を形成する層（光電変換素子１０においては、多孔質層１２、ブロッキング層１４、電子輸送層１５、または正孔輸送層１６のいずれかの層）の表面に接触させる。具体的には、光吸収剤溶液を塗布または浸漬することが好ましい。接触させる温度は５〜１００℃であることが好ましく、浸漬時間は５秒〜２４時間であるのが好ましく、２０秒〜１時間がより好ましい。塗布した光吸収剤溶液を乾燥させる場合、乾燥は熱による乾燥が好ましく、通常は、２０〜３００℃、好ましくは５０〜１７０℃に加熱することで乾燥させる。
また、上記ペロブスカイト化合物の合成方法に準じて感光層を形成することもできる。
さらに、上記ＡＸを含有するＡＸ溶液と、上記ＭＸ２を含有するＭＸ２溶液とを、別々に塗布（浸漬法を含む）し、必要により乾燥する方法も挙げられる。この方法では、いずれの溶液を先に塗布してもよく、好ましくはＭＸ２溶液を先に塗布する。この方法におけるＡＸとＭＸ２とのモル比、塗布条件および乾燥条件は、上記方法と同じである。この方法では、上記ＡＸ溶液および上記ＭＸ２溶液の塗布に代えて、ＡＸまたはＭＸ２を、蒸着させることもできる。
さらに他の方法として、上記光吸収剤溶液の溶剤を除去した化合物または混合物を用いた、真空蒸着等の乾式法が挙げられる。例えば、上記ＡＸおよび上記ＭＸ２を、同時または順次、蒸着させる方法も挙げられる。
これらの方法等により、ペロブスカイト化合物が多孔質層１２、ブロッキング層１４、電子輸送層１５、または正孔輸送層１６の表面に感光層として形成される。
このようにして設けられた感光層１３上に、正孔輸送層３を形成する。
正孔輸送層３は、正孔輸送材料を含有する正孔輸送材料溶液を塗布し、乾燥して、形成することができる。正孔輸送材料溶液は、塗布性に優れる点、および多孔質層１２を有する場合は多孔質層１２の孔内部まで侵入しやすい点で、正孔輸送材料の濃度が０．１〜１．０Ｍ（モル／Ｌ）であるのが好ましい。
正孔輸送層３を形成した後に、第二電極２を形成して、光電変換素子が製造される。
各層の膜厚は、各分散液または溶液の濃度、塗布回数を適宜に変更して、調整できる。例えば、膜厚が厚い感光層１３Ｂおよび１３Ｃを設ける場合には、光吸収剤溶液を複数回塗布、乾燥すればよい。
上述の各分散液および溶液は、それぞれ、必要に応じて、分散助剤、界面活性剤等の添加剤を含有していてもよい。
光電変換素子の製造方法に使用する溶媒または分散媒としては、特開２００１−２９１５３４号公報に記載の溶媒が挙げられるが、特にこれに限定されない。本発明においては、有機溶媒が好ましく、さらに、アルコール溶媒、アミド溶媒、ニトリル溶媒、炭化水素溶媒、ラクトン溶媒、ハロゲン溶媒、および、これらの２種以上の混合溶媒が好ましい。混合溶媒としては、アルコール溶媒と、アミド溶媒、ニトリル溶媒または炭化水素溶媒から選ばれる溶媒との混合溶媒が好ましい。具体的には、メタノール、エタノール、イソプロパノール、γ−ブチロラクトン、クロロベンゼン、アセトニトリル、Ｎ，Ｎ’−ジメチルホルムアミド（N,N’-dimethylformamide；ＤＭＦ）、ジメチルアセトアミド、または、これらの混合溶媒が好ましい。
各層を形成する溶液または分散剤の塗布方法は、特に限定されず、スピンコート、エクストルージョンダイコート、ブレードコート、バーコート、スクリーン印刷、ステンシル印刷、ロールコート、カーテンコート、スプレーコート、ディップコート、インクジェット印刷法、浸漬法等、公知の塗布方法を用いることができる。なかでも、スピンコート、スクリーン印刷等が好ましい。
本発明の光電変換素子は、必要に応じて、アニール、ライトソーキング、酸素雰囲気下での放置等の効率安定化処理を行ってもよい。
上記のようにして作製した光電変換素子は、第一電極１および第二電極２に外部回路６を接続して、太陽電池として用いることができる。
以下、本発明を実施例により詳細に説明するが、本発明の内容がこれにより限定されない。
＜正孔輸送材料の合成＞
[化合物ａ１の合成］
・化合物ａ１−３の合成
１２ｇのジブロモチオフェン（ａ１−１）(東京化成工業株式会社品)と３２ｇの化合物ａ１−２を５０ｍＬのトルエン/メタノール(体積比１／１)中で混合した。続いて２７４ｍｇのPEPSITM（Pyridine-Enhanced Precatalyst Preparation Stabilization and Initiation）-iPr(SIGMA-ALDRICH社品)および３５ｇのＫ２ＣＯ３を加えた後、７０℃に加温し、窒素雰囲気下で８時間攪拌した。室温まで放冷した後、水と酢酸エチルを加え、分液し、有機層を濃縮した後にカラムクロマトグラフィーで精製することで化合物ａ１−３を１０ｇ得た。
化合物ａ１−３の構造は質量分析法（Ｍａｓｓ Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ：ＭＳ）により確認した。
ＭＳ−ＥＳＩ ｍ／ｚ＝ ４７３．２ （Ｍ＋Ｈ）＋
・化合物ａ１−４の合成
０℃に冷却した２０ｍＬのＤＭＦに１０ｍＬのオキシ塩化リンを滴下し、３０分攪拌した。その後、４．５ｇの化合物ａ１−３を加え、４５℃に加温した後、５時間攪拌した。この反応液を３０℃の水に滴下し、１時間攪拌後に酢酸エチルを加え、分液し、有機層を濃縮した。続けて濃縮物をカラムクロマトグラフィーで精製することで化合物ａ１−４を４ｇ得た。
化合物ａ１−４の構造は質量分析法（Ｍａｓｓ Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ：ＭＳ）により確認した。
ＭＳ−ＥＳＩ ｍ／ｚ＝ ５０１．２ （Ｍ＋Ｈ）＋
・化合物ａ１−５の合成
０℃に冷却した化合物ａ１−４（１．５ｇ）のＤＭＦ（２０ｍＬ）溶液にＮ−ブロモスクシンイミド(ＮＢＳ)(５３０ｍｇ)を加え、室温まで放冷した後に３時間攪拌した。水と酢酸エチルを加え、分液し、有機層を濃縮した後にカラムクロマトグラフィーで精製することで化合物ａ１−５を１ｇ得た。
化合物ａ１−５の構造は質量分析法（Ｍａｓｓ Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ：ＭＳ）により確認した。
ＭＳ−ＥＳＩ ｍ／ｚ＝ ５８１．１ （Ｍ＋Ｈ）＋
・化合物ａ１−８の合成
６．７ｇの化合物ａ１−６と１３．８ｇの炭酸カリウムを８０ｍＬのジメチルアセトアミド中で混合し、化合物ａ１−７（１２ｇ）を加えた後、５時間攪拌した。水と酢酸エチルを加え、有機層を濃縮した後に、カラムクロマトグラフィーで精製することで化合物ａ１−８を３．８ｇ得た。
化合物ａ１−８の構造は質量分析法（Ｍａｓｓ Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ：ＭＳ）により確認した。
ＭＳ−ＥＳＩ ｍ／ｚ＝ ２４５．２ （Ｍ＋Ｈ）＋
・化合物ａ１−１１の合成
化合物ａ１−１０（８００ｍｇ）と５９５ｍｇの化合物ａ１−５をトルエン（５０ｍＬ）中で混合した。続いてＰｄ（ＰＰｈ３）４（３０ｍｇ）を加え、１００℃に加温し、１０時間攪拌した。室温まで放冷後、水とクロロホルムを加え、分液し、有機層を濃縮した後に、カラムクロマトグラフィーで精製することで化合物ａ１−１１を０．６ｇ得た。
化合物ａ１−１１の構造は質量分析法（Ｍａｓｓ Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ：ＭＳ）により確認した。
ＭＳ−ＥＳＩ ｍ／ｚ＝ １５７６．６ （Ｍ＋Ｈ）＋
・化合物ａ１の合成
０．６ｇの化合物ａ１−１１と０．６ｇの化合物ａ１−８を５０ｍＬのクロロホルム中で混合した。続いてトリエチルアミンを５滴加え、加温し加熱還流させた状態で一晩攪拌した。室温まで放冷却した後、水を加え、ジクロロメタンで抽出し、これを濃縮した。続けて濃縮物をカラムクロマトグラフィーで精製することで化合物ａ１を０．１５ｇ得た。
化合物ａ１の構造は質量分析法（Ｍａｓｓ Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ：ＭＳ）により確認した。
ＭＳ−ＥＳＩ ｍ／ｚ＝ ２０３０．８ （Ｍ＋Ｈ）＋
[化合物ａ２の合成］
・化合物ａ２−３の合成
０．２８ｇの化合物ａ２−１と０．７ｇの化合物ａ２−２を５０ｍＬのトルエン中で混合し、加熱還流させた状態で１０時間した。室温まで放冷却した後、水を加え、ジクロロメタンで抽出し、これを濃縮した。続けて濃縮物をカラムクロマトグラフィーで精製することで化合物ａ２−３を０．１２ｇ得た。
化合物ａ２−３の構造は質量分析法（Ｍａｓｓ Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ：ＭＳ）により確認した。
ＭＳ−ＥＳＩ ｍ／ｚ＝ １１８．０ （Ｍ＋Ｈ）＋
・化合物ａ２−４の合成
０．１２ｇの化合物ａ２−３と１.３ｇの炭酸カリウムを１０ｍＬのジメチルアセトアミド中で混合した。続いて化合物ａ１−７（１.２ｇ）を加えた後、５時間攪拌した。得られた溶液に水と酢酸エチルを加え、有機層を濃縮した後に、カラムクロマトグラフィーで精製することで化合物ａ２−４を０．１０ｇ得た。
化合物ａ２−４の構造は質量分析法（Ｍａｓｓ Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ：ＭＳ）により確認した。
ＭＳ−ＥＳＩ ｍ／ｚ＝ ２３０．１ （Ｍ＋Ｈ）＋
・化合物ａ２の合成
０．１ｇの化合物ａ１−１１と０．１ｇの化合物ａ２−４を２０ｍＬのクロロホルム中で混合した。続いてトリエチルアミンを５滴加え、加温し加熱還流させた状態で二晩攪拌した。室温まで放冷却した後、水を加え、ジクロロメタンで抽出し、これを濃縮した。続けて濃縮物をカラムクロマトグラフィーで精製することで化合物ａ２を０．０４ｇ得た。
化合物ａ２の構造は質量分析法（Ｍａｓｓ Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ：ＭＳ）により確認した。
ＭＳ−ＥＳＩ ｍ／ｚ＝ １９９８．８ （Ｍ＋Ｈ）＋
[化合物ａ４の合成］
・化合物ａ４−２の合成
５ｇの化合物ａ４−１と１０ｇの炭酸カリウムを７０ｍＬのジメチルアセトアミド中で混合し、ａ１−７（１０ｇ）を加えた後、７時間攪拌した。得られた溶液に水と酢酸エチルを加え、有機層を濃縮した後に、カラムクロマトグラフィーで精製することで化合物ａ４−２を２．１ｇ得た。
化合物ａ４−２の構造は質量分析法（Ｍａｓｓ Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ：ＭＳ）により確認した。
ＭＳ−ＥＳＩ ｍ／ｚ＝ ２３０．１ （Ｍ＋Ｈ）＋
・化合物ａ４の合成
０．６ｇの化合物ａ１−１１と１．２ｇの化合物ａ４−２を３０ｍＬのクロロホルム中で混合した。続いてトリエチルアミンを５滴加え、加温し加熱還流させた状態で一晩攪拌した。室温まで放冷却した後、水を加え、ジクロロメタンで抽出し、これを濃縮した。続けて濃縮物をカラムクロマトグラフィーで精製することで化合物ａ４を０．２ｇ得た。
化合物ａ４の構造は質量分析法（Ｍａｓｓ Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ：ＭＳ）により確認した。
ＭＳ−ＥＳＩ ｍ／ｚ＝ １９９８．８ （Ｍ＋Ｈ）＋
[化合物ａ５の合成］
・化合物ａ５−３の合成
５．２ｇの化合物ａ５−１と７．２ｇの化合物ａ５−２を７０ｍLのエタノール中で混合し、加熱還流させた状態で、３時間攪拌した。その後、０℃に冷却し析出した結晶をろ過し、化合物ａ５−３を２．１ｇ得た。
化合物ａ５−３の構造は質量分析法（Ｍａｓｓ Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ：ＭＳ）により確認した。
ＭＳ−ＥＳＩ ｍ／ｚ＝ １７２．１ （Ｍ＋Ｈ）＋
・化合物ａ５−５の合成
２．１ｇの化合物ａ５−３と０．９ｇの化合物ａ５−４を３０ｍＬの２Ｎ ＮａＯＨ水溶液中で混合し、３時間攪拌した。その後、０℃に冷却し析出した結晶をろ過し、化合物ａ５−５を０．９ｇ得た。
化合物ａ５−５の構造は質量分析法（Ｍａｓｓ Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ：ＭＳ）により確認した。
ＭＳ−ＥＳＩ ｍ／ｚ＝ ２２１．１ （Ｍ＋Ｈ）＋
・化合物ａ５の合成
０．３ｇの化合物ａ１−１１と０．９ｇの化合物ａ５−５を２０ｍＬのクロロホルム中で混合した。続いてトリエチルアミンを５滴加え、加温し加熱還流させた状態で二晩攪拌した。室温まで放冷却した後、水を加え、ジクロロメタンで抽出し、これを濃縮した。続けて濃縮物をカラムクロマトグラフィーで精製することで化合物ａ５を０．０４ｇ得た。
化合物ａ５の構造は質量分析法（Ｍａｓｓ Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ：ＭＳ）により確認した。
ＭＳ−ＥＳＩ ｍ／ｚ＝ １９８０．８ （Ｍ＋Ｈ）＋
[化合物ａ６の合成］
・化合物ａ６−４の合成
０℃に冷却した化合物ａ１−３（４．７ｇ）のＤＭＦ（５０ｍL）溶液にＮＢＳ(１．８ｇ)を加え、室温まで放冷した後に３時間攪拌した。得られた溶液に水と酢酸エチルを加え、分液し、有機層を濃縮した後にカラムクロマトグラフィーで精製することで化合物ａ６−４を１．５ｇ得た。
化合物ａ６−４の構造は質量分析法（Ｍａｓｓ Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ：ＭＳ）により確認した。
ＭＳ−ＥＳＩ ｍ／ｚ＝ ５５３．１ （Ｍ＋Ｈ）＋
・化合物ａ６−５の合成
化合物ａ６−４（１．１ｇ）のテトラヒドロフラン（３０ｍＬ）溶液を、−７８℃に冷却し、ｎＢｕＬｉ(１．６Ｍへキサン溶液)を１．３ｍＬ滴下し、１時間攪拌した。続けて、Ｍｅ３ＳｎＣｌ（０．４ｇ）を加え、室温まで放冷し、４時間攪拌後、水と酢酸エチルを加え、有機層を濃縮した。濃縮物と１．２ｇの化合物ａ６−４をトルエン（８０ｍＬ）中で混合し、Ｐｄ（ＰＰｈ３）４（２００ｍｇ）を加え、１００℃に加温し、１０時間攪拌した。室温まで放冷後、水とクロロホルムを加え、分液し、有機層を濃縮した後に、カラムクロマトグラフィーで精製することで化合物ａ６−５を１．０ｇ得た。
化合物ａ６−５の構造は質量分析法（Ｍａｓｓ Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ：ＭＳ）により確認した。
ＭＳ−ＥＳＩ ｍ／ｚ＝ ９２３．４ （Ｍ＋Ｈ）＋
・化合物ａ６−６の合成
０℃に冷却した１５ｍＬのＤＭＦに５ｍＬのオキシ塩化リンを滴下し、３０分攪拌後、１．０ｇの化合物ａ６−５を加え、４５℃に加温した後、８時間攪拌した。この反応液を３０℃の水に滴下し、１時間攪拌後に酢酸エチルを加え、分液し、有機層を濃縮した。続けて濃縮物をカラムクロマトグラフィーで精製することで化合物ａ６−６を０．５ｇ得た。
化合物a６−６の構造は質量分析法（Ｍａｓｓ Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ：ＭＳ）により確認した。
ＭＳ−ＥＳＩ ｍ／ｚ＝ ９９９．４ （Ｍ＋Ｈ）＋
・化合物ａ６の合成
０．５ｇの化合物ａ６−６と０．５ｇの化合物ａ６−７を１０ｍＬのクロロホルム中で混合した。続いてトリエチルアミンを５滴加え、加温し加熱還流させた状態で二晩攪拌した。室温まで放冷却した後、水を加え、ジクロロメタンで抽出し、これを濃縮した。続けて濃縮物をカラムクロマトグラフィーで精製することで化合物ａ６を０．１ｇ得た。
化合物ａ６の構造は質量分析法（Ｍａｓｓ Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ：ＭＳ）により確認した。
ＭＳ−ＥＳＩ ｍ／ｚ＝ １２８５．４ （Ｍ＋Ｈ）＋
[化合物ａ７の合成］
・化合物ａ７−２の合成
３．３ｇの化合物ａ７−１と１１．２ｇの化合物ａ１−５を７０ｍＬのトルエン中で混合した。続いて２００ｍｇのＰｄ（ＰＰｈ３）４および６．９ｇのＫ２ＣＯ３を加えた後、１００℃に加温し、窒素雰囲気下で１２時間攪拌した。室温まで放冷した後、水と酢酸エチルを加え、分液し、有機層を濃縮した後にカラムクロマトグラフィーで精製することで化合物ａ７−２を２．７ｇ得た。
化合物ａ７−２の構造は質量分析法（Ｍａｓｓ Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ：ＭＳ）により確認した。
ＭＳ−ＥＳＩ ｍ／ｚ＝ １４０３．８ （Ｍ＋Ｈ）＋
・化合物ａ７の合成
２ｇの化合物ａ７−２と２ｇの化合物ａ６−７を２０ｍＬのクロロホルム中で混合した。続いてトリエチルアミンを５滴加え、加熱還流させた状態で二晩攪拌した。室温まで放冷却した後、水を加え、ジクロロメタンで抽出し、これを濃縮した。続けて濃縮物をカラムクロマトグラフィーで精製することで化合物ａ７を０．５ｇ得た。
化合物ａ７の構造は質量分析法（Ｍａｓｓ Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ：ＭＳ）により確認した。
ＭＳ−ＥＳＩ ｍ／ｚ＝ １６８９．７ （Ｍ＋Ｈ）＋
[化合物ａ９の合成］
・化合物ａ９−４の合成
１５ｇの化合物ａ９−１と８０ｍＬの化合物ａ９−２を混合し、硫酸（１ｍＬ）を加えた後、７５℃に加温し、８時間攪拌した。室温まで放冷した後、水を加え、ろ過し、化合物ａ９−３の粗体を１０ｇ得た。
７ｇの化合物ａ９−３の粗体と３０ｇの臭素を１６０ｍＬのＤＭＦ中で混合した後、７５℃に加温し、２時間攪拌した。室温まで放冷した後、反応液を飽和ＮａＨＳＯ３溶液に滴下し、１時間攪拌後に、ろ過し、化合物ａ９−４を１１ｇ得た。
化合物ａ９−４の構造は質量分析法（Ｍａｓｓ Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ：ＭＳ）により確認した。
ＭＳ−ＥＳＩ ｍ／ｚ＝ ３４９．８ （Ｍ＋Ｈ）＋
・化合物ａ９−６の合成
１．８ｇの化合物ａ９−４と４．１ｇの化合物ａ９−５を５０ｍＬのテトラヒドロフラン中で混合した。続いて2-Dicyclohexylphosphino-2′,6′-dimethoxybiphenyl（１ｇ）、酢酸パラジウム（１２０ｍｇ）及びリン酸三カリウム（４．５ｇ）を加えた後、７０℃に加温し、６時間攪拌した。室温まで放冷した後、水と酢酸エチルを加え、ろ過し、化合物ａ９−６を２ｇ得た。
化合物ａ９−６の構造は質量分析法（Ｍａｓｓ Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ：ＭＳ）により確認した。
ＭＳ−ＥＳＩ ｍ／ｚ＝ ５８１．２ （Ｍ＋Ｈ）＋
・化合物ａ９−７の合成
化合物ａ９−６（８７０ｍｇ）のテトラヒドロフラン（２０ｍＬ）溶液を、−７８℃に冷却し、ｎＢｕＬｉ(１．６Ｍへキサン溶液)を２ｍＬ滴下し、１時間攪拌した。続けて、Ｍｅ３ＳｎＣｌ（０．６ｇ）を加え、室温まで放冷し、４時間攪拌後、水と酢酸エチルを加え、有機層を濃縮した。濃縮物と１．７ｇの化合物ａ１−５をトルエン（８０ｍＬ）中で混合した。続いてＰｄ（ＰＰｈ３）４（２２０ｍｇ）を加え、１００℃に加温し、１０時間攪拌した。室温まで放冷後、水とクロロホルムを加え、分液し、有機層を濃縮した後に、カラムクロマトグラフィーで精製することで化合物ａ９−７を０．６ｇ得た。
化合物ａ９−７の構造は質量分析法（Ｍａｓｓ Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ：ＭＳ）により確認した。
ＭＳ−ＥＳＩ ｍ／ｚ＝ １５７７．６ （Ｍ＋Ｈ）＋
・化合物ａ９の合成
０．５ｇの化合物ａ９−７と０．５ｇの化合物ａ１−８を２０ｍＬのクロロホルム中で混合した。続いてトリエチルアミンを５滴加え、加温し加熱還流させた状態で一晩攪拌した。室温まで放冷却した後、水を加え、ジクロロメタンで抽出し、これを濃縮した。続けて濃縮物をカラムクロマトグラフィーで精製することで化合物ａ９を０．２ｇ得た。
化合物ａ９の構造は質量分析法（Ｍａｓｓ Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ：ＭＳ）により確認した。
ＭＳ−ＥＳＩ ｍ／ｚ＝ ２０４２．８ （Ｍ＋Ｈ）＋
[化合物ａ１０の合成］
・化合物ａ１０−２の合成
化合物ａ１−１０（１．８ｇ）と７ｇの化合物ａ１０−１をトルエン（５０ｍＬ）中で混合した。続いてＰｄ（ＰＰｈ３）４（５０ｍｇ）を加え、１００℃に加温し、１０時間攪拌した。室温まで放冷後、水とクロロホルムを加え、分液し、有機層を濃縮した。その後、カラムクロマトグラフィーで精製することで化合物ａ１０−２を１．３ｇ得た。
化合物ａ１０−２の構造は質量分析法（Ｍａｓｓ Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ：ＭＳ）により確認した。
ＭＳ−ＥＳＩ ｍ／ｚ＝ ７４５．２ （Ｍ＋Ｈ）＋
・化合物ａ１０−３の合成
０℃に冷却した化合物ａ１０−２（１．３ｇ）のＤＭＦ（２０ｍＬ）溶液にＮＢＳ(０．７ｇ)を加え、室温まで放冷した後に４時間攪拌した。得られた溶液に水と酢酸エチルを加え、分液し、有機層を濃縮した後にカラムクロマトグラフィーで精製することで化合物ａ１０−３を１．１ｇ得た。
化合物ａ１０−３の構造は質量分析法（Ｍａｓｓ Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ：ＭＳ）により確認した。
ＭＳ−ＥＳＩ ｍ／ｚ＝ ９０３．０ （Ｍ＋Ｈ）＋
・化合物ａ１０−５の合成
１．１ｇの化合物ａ１０−３と０．９ｇの化合物ａ１０−４をＤＭＦ（５０ｍＬ）中で混合した。続いてＰｄ（ＰＰｈ３）４（２００ｍｇ）を加え、１００℃に加温し、１０時間攪拌した。室温まで放冷後、水とクロロホルムを加え、分液し、有機層を濃縮した。その後、カラムクロマトグラフィーで精製することで化合物ａ１０−５を０．５ｇ得た。
化合物ａ１０−５の構造は質量分析法（Ｍａｓｓ Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ：ＭＳ）により確認した。
ＭＳ−ＥＳＩ ｍ／ｚ＝ １１３０．１ （Ｍ＋Ｈ）＋
・化合物ａ１０の合成
０．４ｇの化合物ａ１０−５と０．５ｇの化合物ａ１−８を２０ｍＬのクロロホルム中で混合した。続いてトリエチルアミンを微量加え、加熱還流させた状態で一晩攪拌した。室温まで放冷却した後、水を加え、ジクロロメタンで抽出し、これを濃縮した。続けて濃縮物をカラムクロマトグラフィーで精製することで化合物ａ１０を０．２ｇ得た。
化合物ａ１０の構造は質量分析法（Ｍａｓｓ Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ：ＭＳ）により確認した。
ＭＳ−ＥＳＩ ｍ／ｚ＝ １５８３．３ （Ｍ＋Ｈ）＋
他の化合物（正孔輸送材料）についても、上記に準じた方法および公知の方法を組み合わせることにより合成した。
＜正孔輸送材料＞
本発明の正孔輸送材料として、下記化合物を使用した。
［比較用正孔輸送材料］
比較用正孔輸送材料として、下記に示す化合物ｂ１、ｂ２と、ｓｐｉｒｏ−ＭｅＯＴＡＤ（1-material inc(製))を使用した。
以下に示す手順により、図１Ａに示される光電変換素子１０Ａを製造した。なお、感光層１３の膜厚が大きい場合は、図２に示される光電変換素子１０Ｂに対応することになる。
［光電変換素子（試料Ｎｏ．１０１）の製造］
＜導電性支持体１１の作製＞
ガラス基板（支持体１１ａ、厚さ２ｍｍ）上にフッ素ドープされたＳｎＯ２導電膜（透明電極１１ｂ、膜厚３００ｎｍ）を形成し、導電性支持体１１を作製した。
＜ブロッキング層用溶液の調製＞
チタニウム ジイソプロポキシド ビス（アセチルアセトナート）の１５質量％イソプロパノール溶液（アルドリッチ社製）を１−ブタノールで希釈して、０．０２Ｍのブロッキング層用溶液を調製した。
＜ブロッキング層１４の形成＞
調製した０．０２Ｍのブロッキング層用溶液を用いてスプレー熱分解法により、４５０℃にて、導電性支持体１１のＳｎＯ２導電膜上に酸化チタンからなるブロッキング層１４（膜厚５０ｎｍ）を形成した。
＜酸化チタンペーストの調製＞
酸化チタン（アナターゼ、平均粒径２０ｎｍ）のエタノール分散液に、エチルセルロース、ラウリン酸およびテルピネオールを加えて、酸化チタンペーストを調製した。
＜多孔質層１２の形成＞
調製した酸化チタンペーストをブロッキング層１４の上にスクリーン印刷法で塗布し、空気中、５００℃で３時間焼成した。その後、得られた酸化チタンの焼成体を、４０ｍＭのＴｉＣｌ４水溶液に浸した後、６０℃で１時間加熱し、続けて５００℃で３０分間加熱して、ＴｉＯ２からなる多孔質層１２（膜厚２５０ｎｍ）を形成した。
＜感光層１３Ａの形成＞
メチルアミンの４０％メタノール溶液（１０ｇ）と４７質量％の臭化水素の水溶液（臭化水素酸、１５.６ｇ）をフラスコ中、０℃で２時間攪拌した後、濃縮して、ＣＨ３ＮＨ３Ｂｒの粗体を得た。得られたＣＨ３ＮＨ３Ｂｒの粗体をエタノールに溶解し、ジエチルエーテルで再結晶した。得られた結晶をろ取し、６０℃で５時間減圧乾燥して、精製ＣＨ３ＮＨ３Ｂｒを得た。
次いで、精製ＣＨ３ＮＨ３ＢｒとＰｂＢｒ２とをモル比３：１でＤＭＦ中、６０℃で１２時間攪拌混合した後、ポリテトラフルオロエチレン（polytetrafluoroethylene：ＰＴＦＥ）シリンジフィルターでろ過して、４０質量％の光吸収剤溶液を調製した。
調製した光吸収剤溶液Ａを導電性支持体上１１に成膜した多孔質層１２上に、スピンコート法（２０００ｒｐｍで６０秒）により塗布した後、塗布した光吸収剤溶液Ａをホットプレートにより１００℃で６０分間乾燥し、ＣＨ３ＮＨ３ＰｂＢｒ３のペロブスカイト化合物からなる感光層１３Ａ（膜厚３００ｎｍ（多孔質層１２の膜厚２５０ｎｍを含む））を設けた。
こうして第一電極１Ａを作製した。
なお、試料Ｎｏ．１１１では、ＣＨ３ＮＨ３ＰｂＢｒ３のペロブスカイト化合物を、ＣＨ３ＮＨ３ＰｂＩ３のペロブスカイト化合物に代えて感光層を形成した。このペロブスカイト化合物ＣＨ３ＮＨ３ＰｂＩ３は、上記で使用した材料ＣＨ３ＮＨ３ＢｒをＣＨ３ＮＨ３Ｉに変更し、ＰｂＢｒ２をＰｂＩ２に変更した以外は上記と同様の方法で得た。
＜正孔輸送材料溶液の調製＞
正孔輸送材料として化合物ａ１（１８０ｍｇ）をクロロベンゼン（１ｍＬ）に溶解させて正孔輸送材料溶液を調製した。
＜正孔輸送層３Ａの形成＞
次いで、第一電極１Ａの表面上に、調製した正孔輸送層用溶液をスピンコート法により塗布、乾燥して、固体状の正孔輸送層３Ａ（膜厚１００ｎｍ）を成膜した。
＜第二電極２の作製＞
正孔輸送層３Ａ上に蒸着法により金を蒸着して、第二電極２（膜厚１００ｎｍ）を作製した。
こうして、光電変換素子１０Ａ（試料Ｎｏ．１０１）を製造した。
各膜厚は、上記方法に従って、ＳＥＭにより観察して、測定した。
［光電変換素子（試料Ｎｏ．１０２〜１１１、ｃ１０１〜ｃ１０４）の製造］
・試料Ｎｏ．１０２〜１１０、ｃ１０１〜１０３
光電変換素子（試料Ｎｏ．１０１）の製造において、正孔輸送材料ａ１に代えて後掲の表１に記載の正孔輸送材料をそれぞれ含有する正孔輸送材料溶液を用いた以外は、光電変換素子（試料Ｎｏ．１０１）の製造と同様にして、本発明の光電変換素子（試料Ｎｏ．１０２〜１１０）、ならびに、比較のための光電変換素子（試料Ｎｏ．ｃ１０１〜１０３）をそれぞれ製造した。
・試料Ｎｏ．１１１
光電変換素子（試料Ｎｏ．１０１）の製造において、ＣＨ３ＮＨ３ＰｂＢｒ３のペロブスカイト化合物に代えてＣＨ３ＮＨ３ＰｂＩ３のペロブスカイト化合物を含有する感光層を形成した以外は、光電変換素子（試料Ｎｏ．１０１）の製造と同様にして、本発明の光電変換素子（試料Ｎｏ．１１１）を製造した。
・試料Ｎｏ．ｃ１０４
光電変換素子（試料Ｎｏ．１０１）の製造において、正孔輸送材料ａ１に代えて後掲の表１に記載の正孔輸送材料を使用し、更に、正孔輸送材料溶液の調製を下記に変更した以外は、光電変換素子（試料Ｎｏ．１０１）の製造と同様にして、比較のための光電変換素子（試料Ｎｏ．ｃ１０４）を製造した。
＜正孔輸送材料溶液の調製＞
後掲の表１に記載の正孔輸送材料（１８０ｍｇ）をクロロベンゼン（１ｍＬ）に溶解させた。このクロロベンゼン溶液に、リチウム−ビス（トリフルオロメタンスルホニル）イミド（１７０ｍｇ）をアセトニトリル（１ｍＬ）に溶解させたアセトニトリル溶液３７．５μＬと、ｔ−ブチルピリジン（ＴＢＰ、１７．５μＬ）とを加えて混合し、正孔輸送材料溶液を調製した。
＜＜評価＞＞
＜初期光電変換効率の測定＞
初期光電変換効率を以下のようにして評価した。
各試料Ｎｏ．の光電変換素子を５検体ずつ製造した。５検体それぞれについて、電池特性試験を行って、初期（製造後）の光電変換効率（ηＩ／％）を測定した。そして、それら５検体の平均値を、各試料Ｎｏ．の光電変換素子の初期光電変換効率（ηＩＡ／％）とした。
電池特性試験は、ソーラーシミュレーター「ＷＸＳ−８５Ｈ」（ＷＡＣＯＭ社製）を用いて、ＡＭ１．５フィルタを通したキセノンランプから１０００Ｗ／ｍ２の擬似太陽光を照射することにより行った。Ｉ−Ｖテスターを用いて電流−電圧特性を測定し、光電変換効率（η／％）を求めた。
いずれの検体も電流が流れることから、太陽電池として機能することを確認した。
＜経時光電変換効率の測定＞
光電変換素子の経時光電変換効率を以下のようにして評価した。
各試料Ｎｏ．の光電変換素子を５検体ずつ製造した。５検体の光電変換素子それぞれを、温度４５℃、相対湿度５０％の高湿環境にある恒温恒湿槽内に２５時間保存してから、上記＜初期光電変換効率の測定＞と同様にして電池特性試験を行い、経時後の光電変換効率（ηＲ／％）を測定した。そして、それら５検体の平均値を、各試料Ｎｏ．の光電変換素子の経時光電変換効率（ηＲＡ／％）とした。
＜耐湿性ばらつきの評価＞
光電変換素子の耐湿性ばらつきを以下のようにして評価した。
まず、各試料Ｎｏ．における５検体すべての光電変換素子について、下記式（Ｉ）に従い光電変換効率の低下率を算出した。
低下率（％）＝１００−｛１００×［（経時光電変換効率ηＲ）／（初期光電変換効率ηＩ）］｝・・・（Ｉ）
次に、各試料Ｎｏ．における５検体の光電変換効率の平均低下率を、下記式（ＩＩ）に従い算出した。
平均低下率（％）＝１００−｛１００×［（経時光電変換効率ηＲＡ）／（初期光電変換効率ηＩＡ）］｝・・・（ＩＩ）
光電変換素子の耐湿性ばらつきは、上記式（ＩＩ）によって算出される光電変換効率の平均低下率を１としたとき、平均低下率に対し、５検体の中で最も相対低下率の差分が大きいものが含まれる範囲を、下記評価基準で分級して耐湿性ばらつきを評価した。
最も相対低下率の差分が大きいものとは、５検体の低下率をそれぞれ平均低下率で割った値から１を引き、その絶対値が最も大きいものを指す。
− 耐湿性ばらつきの評価基準 −
Ａ： ±０．１６以内の範囲にあったもの
Ｂ： ±０．１６を超え、±０．１９以内の範囲にあったもの
Ｃ： ±０．１９を超え、±０．２３以内の範囲にあったもの
Ｄ： ±０．２３を超え、±０．２７以内の範囲にあったもの
Ｅ： ±０．２７を超え、±０．３１以内の範囲にあったもの
Ｆ： ±０．３１を超える範囲にあったもの
結果を下記表１に示す。耐湿性のばらつき評価において、〔Ａ〕、〔Ｂ〕、〔Ｃ〕、および〔Ｄ〕が合格レベルであり、好ましくは〔Ａ〕、〔Ｂ〕、および〔Ｃ〕であり、より好ましく〔Ａ〕である。一方、〔Ｅ〕および〔Ｆ〕は素子間の耐湿性のばらつきが大きく、本発明の合格レベル(要求レベル)に到達しない。
尚、別途作成した検体に対し、正孔輸送層に続いて、Ａｕを蒸着によって製膜し電池性能を測定したところ、いずれの検体も電流が流れることから、太陽電池として機能することを確認した。
上記表１に示されるように、正孔輸送層に式１で表される構造を少なくとも１つ有する化合物を含む本発明の光電変換素子は耐湿性のばらつきを抑制できることがわかった。
１Ａ〜１Ｅ 第一電極
１１ 導電性支持体
１１ａ 支持体
１１ｂ 透明電極
１２ 多孔質層
１３Ａ〜１３Ｃ 感光層
１４ ブロッキング層
２ 第二電極
３Ａ、３Ｂ、１６ 正孔輸送層
４、１５ 電子輸送層
６ 外部回路（リード）
１０Ａ〜１０Ｅ 光電変換素子
１００Ａ〜１００Ｅ 太陽電池を利用したシステム
Ｍ 電動モーター

Claims (9)

  1. 導電性支持体と、光吸収剤を含有する感光層と、正孔輸送材料を含有する正孔輸送層と、第二電極と、を少なくとも具備し、前記感光層と前記正孔輸送層の少なくとも一方は前記導電性支持体上に設けられ、前記導電性支持体と共に第一電極を構成している光電変換素子であって、
    前記正孔輸送層は、前記正孔輸送材料として、下記式１で表される構造Ｍを少なくとも１つ有する化合物Ｑを含有する、光電変換素子；ここで、前記化合物Ｑが前記構造Ｍを２つ以上有する場合、２つ以上の構造Ｍは同じでも異なっていてもよい。
    式１中、
    Ｚ１は、硫黄原子、セレン原子または酸素原子を表す。
    Ｙ１は、ＮＲ、硫黄原子、セレン原子または酸素原子を表す。
    Ｘ１は、ＮＲ、硫黄原子、酸素原子、セレン原子またはＣＲ３Ｒ４を表す。
    Ｒ１は、置換基を表す。
    Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４及びＲは、それぞれ独立に、水素原子または置換基を表す。
    波線は、化合物Ｑの残部との結合部位を表す。
  2. 前記正孔輸送層は、前記正孔輸送材料として、下記式２で表される化合物Ｑを少なくとも含有する、請求項１に記載の光電変換素子。
    式２中、
    Ｚ１は、硫黄原子、セレン原子または酸素原子を表す。
    Ｙ１は、ＮＲ、硫黄原子、セレン原子または酸素原子を表す。
    Ｘ１は、ＮＲ、硫黄原子、酸素原子、セレン原子またはＣＲ３Ｒ４を表す。
    Ｒ１は、置換基を表す。
    Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４及びＲは、それぞれ独立に、水素原子または置換基を表す。
    Ｌ１は、連結基を表す。
    Ｄ１は、有機基又は窒素原子を表す。Ｄ１により表される有機基は、式２中の下記式２ａで表される置換基とは異なる他の置換基を有していてもよく、窒素原子は、下記式２ａで表される置換基とは異なる他の置換基又は水素原子を有していてもよい。式２ａ中のＺ１、Ｙ１、Ｘ１、Ｒ１、Ｒ２、Ｌ１、ｎ１及びｍ１は、式２中のＺ１、Ｙ１、Ｘ１、Ｒ１、Ｒ２、Ｌ１、ｎ１及びｍ１と同義である。
    ｎ１は、０〜１１の整数を表す。ｎ１が２以上の整数のとき、複数存在するＬ１は、同じでも異なっていてもよい。
    ｍ１は、Ｄ１が有機基であるとき、１〜４の整数を表し、Ｄ１が窒素原子であるとき、１〜３の整数を表す。ｍ１が２以上の整数のとき、複数存在するＺ１、Ｙ１、Ｘ１、Ｒ１及びＲ２は、それぞれ、同じでも異なっていてもよい。
  3. 前記正孔輸送層は、前記正孔輸送材料として、下記式３で表される化合物Ｑを少なくとも含有する、請求項１または２に記載の光電変換素子。
    式３中、
    Ｚ１は、それぞれ独立に、硫黄原子、セレン原子または酸素原子を表す。
    Ｙ１は、それぞれ独立に、ＮＲ、硫黄原子、セレン原子または酸素原子を表す。
    Ｘ１は、それぞれ独立に、ＮＲ、硫黄原子、酸素原子、セレン原子またはＣＲ３Ｒ４を表す。
    Ｒ１は、それぞれ独立に、置換基を表す。
    Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４及びＲは、それぞれ独立に、水素原子または置換基を表す。
    Ｌ２及びＬ３は、それぞれ独立に、アルケニレン基、シクロアルケニレン基、アルキニレン基、アリーレン基又はヘテロアリーレン基を表す。
    Ｄ２は、連結基を表す。
    ｎ２及びｎ３は、それぞれ独立に、１〜５の整数を表す。ｎ２が２〜５の整数のとき、複数存在するＬ２は同じでも異なっていてもよく、ｎ３が２〜５の整数のとき、複数存在するＬ３は同じでも異なっていてもよい。
  4. 式３中のＤ２が、少なくとも１つの芳香環を含む２価の縮合環基、又は、少なくとも１つの芳香族ヘテロ環を含む２価の縮合環基を表す、請求項３に記載の光電変換素子。
  5. 少なくとも１つの前記Ｘ１が酸素原子である、請求項１〜４のいずれか１項に記載の光電変換素子。
  6. 少なくとも１つの前記Ｚ１が硫黄原子である、請求項１〜５のいずれか１項に記載の光電変換素子。
  7. 少なくとも１つの前記Ｙ１が硫黄原子である、請求項１〜６のいずれか１項に記載の光電変換素子。
  8. 前記感光層は、前記光吸収剤として、周期表第１族元素またはカチオン性有機基Ａのカチオン、周期表第１族元素以外の金属原子Ｍのカチオン、およびアニオン性原子または原子団Ｘのアニオンを含むペロブスカイト型結晶構造を有する化合物を少なくとも含有する、請求項１〜７のいずれか１項に記載の光電変換素子。
  9. 請求項１〜８のいずれか１項に記載の光電変換素子を具備する太陽電池。
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