JP6850435B2 - Tertiary amine compounds, photoelectric conversion elements, and solar cells - Google Patents

Tertiary amine compounds, photoelectric conversion elements, and solar cells Download PDF

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Description

本発明は、3級アミン化合物、光電変換素子、及びこれを備えた太陽電池に関するものである。 The present invention relates to a tertiary amine compound, a photoelectric conversion element, and a solar cell including the same.

近年、電子回路における駆動電力が非常に少なくなり、微弱な電力でもセンサ等の様々な電子部品を駆動することができるようになった。さらに、センサの活用に際し、その場で発電し消費できる自立電源(環境発電素子)への応用が期待されており、その中でも太陽電池は光があればどこでも発電できる素子として注目を集めている。 In recent years, the driving power in electronic circuits has become extremely small, and it has become possible to drive various electronic components such as sensors even with weak power. Furthermore, when using sensors, they are expected to be applied to self-sustaining power sources (environmental power generation elements) that can generate and consume electricity on the spot. Among them, solar cells are attracting attention as elements that can generate electricity anywhere with light.

太陽電池の中でも、スイスローザンヌ工科大学のGraetzelらが発表した色素増感型太陽電池は、微弱な室内光環境化においてアモルファスシリコン太陽電池以上の高い光電変換特性を有することが報告されている(非特許文献1参照)。
発電性能が高い従来の電解液を用いた色素増感型太陽電池は、電解液の揮発や漏れ等の懸念がある。そこで、実用化を想定した際には、電解液の固体化が望まれる。低分子有機ホール輸送材料を用いたもの(例えば、特許文献1、非特許文献2、3参照)等、多く報告されている。室内光のような微弱な光を電気に変換する際には、光電変換素子における内部抵抗による損失電流が顕著であることが報告されている(非特許文献4参照)。
Among the solar cells, the dye-sensitized solar cell announced by Graetzel et al. Of Swiss Federal Institute of Technology has been reported to have higher photoelectric conversion characteristics than the amorphous silicon solar cell in a weak indoor light environment (non-amorphous silicon solar cell). See Patent Document 1).
Dye-sensitized solar cells that use conventional electrolytes with high power generation performance have concerns about volatilization and leakage of the electrolytes. Therefore, when it is assumed that the electrolytic solution will be put into practical use, it is desired that the electrolytic solution be solidified. Many reports have been made on those using low-molecular-weight organic hole transport materials (see, for example, Patent Document 1, Non-Patent Documents 2 and 3). It has been reported that when converting weak light such as room light into electricity, the current loss due to the internal resistance of the photoelectric conversion element is remarkable (see Non-Patent Document 4).

以上、これまでに検討されてきた固体型光電変換素子は、何れも擬似太陽光における発電性能のみ報告されており、室内光における発電性能は報告されていない。また、報告されている太陽電池の陽極は、銀や金を用いた乾式製膜が多く、より低コストな太陽電池を得る為には、湿式製膜が望ましい。湿式製膜時に用いられる有機溶媒は、ホール輸送層を溶解させる課題があり、ポリチオフェン誘導体(PEDOT/PSS等)の水系ペーストを用いる事が望ましい。しかしながら、製膜後の水成分を除去する際に、100℃以上の加熱が必要であり、残留水分は太陽電池の性能劣化を引き起こすことがわかっている。その為、耐久性を得る為には120℃以上の加熱が好ましいが、加熱による性能劣化が顕著であり、高出力が得られた固体型色素増感太陽電池は報告されていない。 As described above, all of the solid-state photoelectric conversion elements that have been studied so far have reported only the power generation performance in pseudo-sunlight, and not the power generation performance in indoor light. In addition, most of the reported anodes of solar cells are dry film forming using silver or gold, and wet film forming is desirable in order to obtain a lower cost solar cell. The organic solvent used during wet film formation has a problem of dissolving the hole transport layer, and it is desirable to use an aqueous paste of a polythiophene derivative (PEDOT / PSS, etc.). However, it is known that heating at 100 ° C. or higher is required to remove the water component after film formation, and the residual moisture causes deterioration of the performance of the solar cell. Therefore, heating at 120 ° C. or higher is preferable in order to obtain durability, but performance deterioration due to heating is remarkable, and a solid dye-sensitized solar cell that has obtained high output has not been reported.

そこで、本発明は上記課題を鑑み、高温プロセスを経ても、室内光等の微弱な照射光において、優れた光電変換特性が得られる光電変換素子を得ることができる3級アミン化合物を提供することを目的とする。 Therefore, in view of the above problems, the present invention provides a tertiary amine compound capable of obtaining a photoelectric conversion element capable of obtaining excellent photoelectric conversion characteristics in weak irradiation light such as room light even through a high temperature process. With the goal.

上記課題は下記(1)の発明によって解決される。
(1)下記一般式(1)で表される3級アミン化合物。

Figure 0006850435
(式中、Ar1、Ar2は、それぞれアルキル基もしくはアルコキシ基を有するベンゼン環、無置換のベンゼン環、アルキル基もしくはアルコキシ基を有するナフタレン環、及び無置換のナフタレン環のいずれかを表す。) The above problem is solved by the invention of the following (1).
(1) A tertiary amine compound represented by the following general formula (1).
Figure 0006850435
(In the formula, Ar 1 and Ar 2 represent any of a benzene ring having an alkyl group or an alkoxy group, an unsubstituted benzene ring, a naphthalene ring having an alkyl group or an alkoxy group, and an unsubstituted naphthalene ring, respectively. )

本発明の3級アミン化合物を光電変換素子のホール輸送層に含有させることにより、高温プロセスを経ても、室内光等の微弱な照射光において、優れた光電変換特性が得られる光電変換素子を得ることができる。 By incorporating the tertiary amine compound of the present invention into the hole transport layer of the photoelectric conversion element, a photoelectric conversion element capable of obtaining excellent photoelectric conversion characteristics in weak irradiation light such as indoor light can be obtained even through a high temperature process. be able to.

本発明に係る光電変換素子の構造を表わす一例の概略図である。It is the schematic of an example which shows the structure of the photoelectric conversion element which concerns on this invention. 本発明に係る光電変換素子の構造を表す他の例の概略図である。It is the schematic of another example which shows the structure of the photoelectric conversion element which concerns on this invention. 実施例I−1で得られた3級アミン化合物No.1−1のIRスペクトルである。The tertiary amine compound No. obtained in Example I-1. It is an IR spectrum of 1-1.

本発明の3級アミン化合物は、下記一般式(1)で表される。

Figure 0006850435
(式中、Ar1、Ar2は、それぞれアルキル基もしくはアルコキシ基を有するベンゼン環、無置換のベンゼン環、アルキル基もしくはアルコキシ基を有するナフタレン環、及び無置換のナフタレン環のいずれかを表す。)
前記アルキル基やアルコキシ基は、置換もしくは無置換のどちらでも構わない。Ar1、Ar2は同一でも異なってもよい。
前記アルキル基としては、炭素数が1〜4のアルキル基が好ましく、前記アルコキシ基としては、メトキシ基、エトキシ基が好ましい。 The tertiary amine compound of the present invention is represented by the following general formula (1).
Figure 0006850435
(In the formula, Ar 1 and Ar 2 represent any of a benzene ring having an alkyl group or an alkoxy group, an unsubstituted benzene ring, a naphthalene ring having an alkyl group or an alkoxy group, and an unsubstituted naphthalene ring, respectively. )
The alkyl group or alkoxy group may be substituted or unsubstituted. Ar 1 and Ar 2 may be the same or different.
The alkyl group is preferably an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms, and the alkoxy group is preferably a methoxy group or an ethoxy group.

本発明の3級アミン化合物は、光電変換素子のホール輸送層に含有させると、高温プロセスを経ることで、優れた光電変換特性を有する光電変換素子を得ることができる。さらに、室内光等の微弱光において光電変換する際に、特に際立って優位性が現れることを検証することができた。 When the tertiary amine compound of the present invention is contained in the hole transport layer of the photoelectric conversion element, a photoelectric conversion element having excellent photoelectric conversion characteristics can be obtained by undergoing a high temperature process. Furthermore, it was possible to verify that the superiority appears particularly remarkably when photoelectric conversion is performed in weak light such as indoor light.

以下に一般式(1)における具体的な例示化合物を下記に記すが、何らこれらに限定されるものではない。

Figure 0006850435
Specific exemplary compounds in the general formula (1) are described below, but are not limited thereto.
Figure 0006850435

Figure 0006850435
Figure 0006850435

以下、本発明に係る光電変換素子及び太陽電池について図面を参照しながら説明する。
なお、本発明は以下に示す実施形態に限定されるものではなく、他の実施形態、追加、修正、削除など、当業者が想到することができる範囲内で変更することができ、いずれの態様においても本発明の作用・効果を奏する限り、本発明の範囲に含まれるものである。
Hereinafter, the photoelectric conversion element and the solar cell according to the present invention will be described with reference to the drawings.
The present invention is not limited to the embodiments shown below, and can be modified within the range conceivable by those skilled in the art, such as other embodiments, additions, modifications, and deletions. However, as long as the action and effect of the present invention are exhibited, it is included in the scope of the present invention.

本発明の光電変換素子の第一の態様は、第一の電極と、ホールブロッキング層と、電子輸送層と、ホール輸送層と、第二の電極とを有し、前記ホール輸送層は、本発明の3級アミン化合物を含む。
光電変換素子及び太陽電池の構成について図1に基づいて説明する。なお、図1は光電変換素子及び太陽電池の断面図の一例である。
図1に示す態様においては、基板1上に第一の電極2が形成され、第一の電極2上にホールブロッキング層3が形成され、ホールブロッキング層3上に多孔質状の電子輸送層4が形成され、多孔質状の電子輸送層4における電子輸送性材料に光増感材料5が吸着し、第一の電極2と対向する第二の電極7との間にホール輸送層6が挟み込まれた構成となっている。また、図1では、第一の電極2と第二の電極7が導通するようにリードライン8、9が設けられている構成の例が図示されている。以下、詳細を説明する。
The first aspect of the photoelectric conversion element of the present invention has a first electrode, a hole blocking layer, an electron transport layer, a hole transport layer, and a second electrode, and the hole transport layer is the present invention. Contains the tertiary amine compound of the invention.
The configuration of the photoelectric conversion element and the solar cell will be described with reference to FIG. Note that FIG. 1 is an example of a cross-sectional view of a photoelectric conversion element and a solar cell.
In the embodiment shown in FIG. 1, the first electrode 2 is formed on the substrate 1, the hole blocking layer 3 is formed on the first electrode 2, and the porous electron transport layer 4 is formed on the hole blocking layer 3. Is formed, the photosensitizer 5 is adsorbed on the electron transporting material in the porous electron transporting layer 4, and the hole transporting layer 6 is sandwiched between the first electrode 2 and the second electrode 7 facing the first electrode 2. It has an excellent structure. Further, FIG. 1 shows an example of a configuration in which lead lines 8 and 9 are provided so that the first electrode 2 and the second electrode 7 are conductive. The details will be described below.

<基板>
本発明に用いられる基板1としては、特に制限されるものではなく、公知のものを用いることができる。基板1は透明な材質のものが好ましく、例えばガラス、透明プラスチック板、透明プラスチック膜、無機物透明結晶体等が挙げられる。
<Board>
The substrate 1 used in the present invention is not particularly limited, and known substrates 1 can be used. The substrate 1 is preferably made of a transparent material, and examples thereof include glass, a transparent plastic plate, a transparent plastic film, and an inorganic transparent crystal.

<第一の電極>
本発明に用いられる第一の電極2としては、可視光に対して透明な導電性物質であれば特に限定されるものではなく、通常の光電変換素子、あるいは液晶パネル等に用いられる公知のものを使用できる。
第一の電極の材料としては、例えば、インジウム・スズ酸化物(以下、ITOと称す)、フッ素ドープ酸化スズ(以下、FTOと称す)、アンチモンドープ酸化スズ(以下、ATOと称す)、インジウム・亜鉛酸化物、ニオブ・チタン酸化物、グラフェン等が挙げられ、これらが単独あるいは複数積層されていてもよい。
第一の電極の厚さは5nm〜10μmが好ましく、50nm〜1μmがさらに好ましい。
<First electrode>
The first electrode 2 used in the present invention is not particularly limited as long as it is a conductive substance transparent to visible light, and is a known electrode used for a normal photoelectric conversion element, a liquid crystal panel, or the like. Can be used.
Examples of the material of the first electrode include indium tin oxide (hereinafter referred to as ITO), fluorine-doped tin oxide (hereinafter referred to as FTO), antimony-doped tin oxide (hereinafter referred to as ATO), and indium. Examples thereof include zinc oxide, niobium titanium oxide, graphene and the like, and these may be used alone or in combination of two or more.
The thickness of the first electrode is preferably 5 nm to 10 μm, more preferably 50 nm to 1 μm.

また、第一の電極2は一定の硬性を維持するため、可視光に透明な材質からなる基板1上に設けることが好ましく、基板としては、例えば、ガラス、透明プラスチック板、透明プラスチック膜、無機物透明結晶体などが用いられる。
第一の電極2と基板1とが一体となっている公知のものを用いることもでき、例えば、FTOコートガラス、ITOコートガラス、酸化亜鉛:アルミニウムコートガラス、FTOコート透明プラスチック膜、ITOコート透明プラスチック膜等が挙げられる。
また、酸化スズや酸化インジウムに原子価の異なる陽イオン若しくは陰イオンをドープした透明電極、メッシュ状、ストライプ状等、光が透過できる構造にした金属電極をガラス基板等の基板上に設けたものでもよい。
Further, in order to maintain a certain degree of hardness, the first electrode 2 is preferably provided on a substrate 1 made of a material transparent to visible light, and the substrate includes, for example, glass, a transparent plastic plate, a transparent plastic film, or an inorganic substance. A transparent crystal or the like is used.
A known one in which the first electrode 2 and the substrate 1 are integrated can also be used. For example, FTO-coated glass, ITO-coated glass, zinc oxide: aluminum-coated glass, FTO-coated transparent plastic film, ITO-coated transparent. Examples include a plastic film.
Further, a transparent electrode in which tin oxide or indium oxide is doped with cations or anions having different valences, or a metal electrode having a structure capable of transmitting light such as a mesh or a stripe is provided on a substrate such as a glass substrate. But it may be.

これらは単独あるいは2種以上の混合、または積層したものでも構わない。また抵抗を下げる目的で、金属リード線等を併用してもよい。
前記金属リード線の材質は、アルミニウム、銅、銀、金、白金、ニッケル等の金属が挙げられる。金属リード線は、基板に蒸着、スパッタリング、圧着等で設置し、その上にITOやFTOを設ける方法により形成できる。
These may be used alone, or a mixture of two or more kinds, or a laminated one. Further, for the purpose of lowering the resistance, a metal lead wire or the like may be used together.
Examples of the material of the metal lead wire include metals such as aluminum, copper, silver, gold, platinum, and nickel. The metal lead wire can be formed by installing it on a substrate by thin film deposition, sputtering, crimping or the like, and then providing ITO or FTO on the metal lead wire.

<ホールブロッキング層>
本発明で用いられるホールブロッキング層3を構成する材料としては、可視光に対して透明であり、かつ電子輸送性材料であれば特に限定されるものではないが、特に酸化チタンが好ましい。ホールブロッキング層は、電解質が電極と接して、電解質中のホールと電極表面の電子が再結合(いわゆる逆電子移動)することによる電力低下を抑制するために設けられる。このホールブロッキング層3の効果は、固体型色素増感型太陽電池において特に顕著である。これは、電解液を用いた湿式色素増感太陽電池と比較し、有機ホール輸送材料等を用いた固体型色素増感型太陽電池はホール輸送材料中のホールと電極表面の電子の再結合(逆電子移動)速度が速いことに起因している。
<Hole blocking layer>
The material constituting the hole blocking layer 3 used in the present invention is not particularly limited as long as it is transparent to visible light and is an electron transporting material, but titanium oxide is particularly preferable. The hole blocking layer is provided in order to suppress a decrease in power due to the electrolyte coming into contact with the electrode and the electrons in the electrolyte recombining (so-called reverse electron transfer) with the holes in the electrolyte. The effect of the whole blocking layer 3 is particularly remarkable in the solid dye-sensitized solar cell. Compared with the wet dye-sensitized solar cell using the electrolytic solution, the solid dye-sensitized solar cell using the organic hole transport material etc. recombines the electrons in the hole in the hole transport material and the electrode surface ( (Reverse electron transfer) This is due to the high speed.

ホールブロッキング層の製膜方法は限定しないが、室内光における損失電流を抑制するためには、高い内部抵抗が必要であり、製膜方法も重要である。一般的には、湿式製膜法であるゾルゲル法が挙げられるが、膜密度が低く十分に損失電流を抑制できない。そのため、より好ましいのは、スパッタリング法などの乾式製膜法であり、膜密度が十分に高く損失電流を抑制できる。
このホールブロッキング層は、第一の電極2とホール輸送層6との電子的コンタクトを防ぐ目的でも形成される。このホールブロッキング層の膜厚は特に制限はないが、5nm〜1μmが好ましく、湿式製膜では500〜700nmがより好ましく、乾式製膜では10nm〜30nmがより好ましい。
The film forming method of the hole blocking layer is not limited, but a high internal resistance is required to suppress the loss current in the room light, and the film forming method is also important. Generally, a sol-gel method, which is a wet film forming method, can be mentioned, but the film density is low and the loss current cannot be sufficiently suppressed. Therefore, a dry film forming method such as a sputtering method is more preferable, and the film density is sufficiently high and the loss current can be suppressed.
The hole blocking layer is also formed for the purpose of preventing electronic contact between the first electrode 2 and the hole transport layer 6. The film thickness of this hole blocking layer is not particularly limited, but is preferably 5 nm to 1 μm, more preferably 500 to 700 nm for wet film formation, and more preferably 10 nm to 30 nm for dry film formation.

<電子輸送層>
本発明の光電変換素子及び太陽電池は、上記のホールブロッキング層3上に多孔質状の電子輸送層4を形成するものであり、この電子輸送層は単層であっても多層であってもよい。
電子輸送層は電子輸送性材料から構成され、電子輸送性材料としては半導体微粒子が好ましく用いられる。
多層の場合、粒径の異なる半導体微粒子の分散液を多層塗布することも、種類の異なる半導体や、樹脂、添加剤の組成が異なる塗布層を多層塗布することもできる。
一度の塗布で膜厚が不足する場合には、多層塗布は有効な手段である。
一般的に、電子輸送層の膜厚が増大するほど単位投影面積当たりの担持光増感材料量も増えるため光の捕獲率が高くなるが、注入された電子の拡散距離も増えるため電荷の再結合によるロスも大きくなってしまう。
したがって、電子輸送層の膜厚は100nm〜100μmが好ましい。
<Electron transport layer>
The photoelectric conversion element and the solar cell of the present invention form a porous electron transport layer 4 on the hole blocking layer 3, and the electron transport layer may be a single layer or a multi-layer. Good.
The electron transport layer is composed of an electron transport material, and semiconductor fine particles are preferably used as the electron transport material.
In the case of multiple layers, dispersions of semiconductor fine particles having different particle sizes can be applied in multiple layers, or different types of semiconductors, resins, and coating layers having different composition of additives can be applied in multiple layers.
Multilayer coating is an effective means when the film thickness is insufficient after one coating.
In general, as the film thickness of the electron transport layer increases, the amount of supported photosensitizer material per unit projected area also increases, so the light capture rate increases, but the diffusion distance of the injected electrons also increases, so the charge is regenerated. The loss due to bonding also increases.
Therefore, the film thickness of the electron transport layer is preferably 100 nm to 100 μm.

前記半導体としては特に限定されるものではなく、公知のものを使用することができる。
具体的には、シリコン、ゲルマニウムのような単体半導体、あるいは金属のカルコゲニドに代表される化合物半導体、またはペロブスカイト構造を有する化合物等を挙げることができる。
金属のカルコゲニドとしてはチタン、スズ、亜鉛、鉄、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、あるいはタンタルの酸化物、カドミウム、亜鉛、鉛、銀、アンチモン、ビスマスの硫化物、カドミウム、鉛のセレン化物、カドミウムのテルル化物等が挙げられる。
他の化合物半導体としては亜鉛、ガリウム、インジウム、カドミウム、等のリン化物、ガリウム砒素、銅−インジウム−セレン化物、銅−インジウム−硫化物等が好ましい。
また、ペロブスカイト構造を有する化合物としては、チタン酸ストロンチウム、チタン酸カルシウム、チタン酸ナトリウム、チタン酸バリウム、ニオブ酸カリウム等が好ましい。
The semiconductor is not particularly limited, and known semiconductors can be used.
Specific examples thereof include elemental semiconductors such as silicon and germanium, compound semiconductors typified by metallic chalcogenides, and compounds having a perovskite structure.
Metallic chalcogenides include titanium, tin, zinc, iron, tungsten, zirconium, hafnium, strontium, indium, cerium, ittrium, lantern, vanadium, niobium, or tantalum oxides, cadmium, zinc, lead, silver, antimony, bismuth. Examples include sulfide, cadmium, lead selenium, and cadmium telluride.
As other compound semiconductors, phosphides such as zinc, gallium, indium and cadmium, gallium arsenic, copper-indium-selenium, copper-indium-sulfide and the like are preferable.
Further, as the compound having a perovskite structure, strontium titanate, calcium titanate, sodium titanate, barium titanate, potassium niobate and the like are preferable.

これらの中でも酸化物半導体が好ましく、特に酸化チタン、酸化亜鉛、酸化スズ、酸化ニオブが好ましく、単独、あるいは2種以上の混合で使用しても構わない。これらの半導体の結晶型は特に限定されるものではなく、単結晶でも多結晶でも、あるいは非晶質でも構わない。
半導体微粒子のサイズに特に制限はないが、一次粒子の平均粒径は1〜100nmが好ましく、5〜50nmがより好ましい。
また、より大きい平均粒径の半導体微粒子を混合あるいは積層して入射光を散乱させる効果により、効率を向上させることも可能である。この場合の半導体の平均粒径は50〜500nmが好ましい。
Among these, oxide semiconductors are preferable, titanium oxide, zinc oxide, tin oxide, and niobium oxide are particularly preferable, and they may be used alone or in a mixture of two or more kinds. The crystal type of these semiconductors is not particularly limited, and may be single crystal, polycrystalline, or amorphous.
The size of the semiconductor fine particles is not particularly limited, but the average particle size of the primary particles is preferably 1 to 100 nm, more preferably 5 to 50 nm.
It is also possible to improve efficiency by the effect of mixing or laminating semiconductor fine particles having a larger average particle size to scatter incident light. In this case, the average particle size of the semiconductor is preferably 50 to 500 nm.

電子輸送層の作製方法には特に制限はなく、スパッタリング等の真空中で薄膜を形成する方法や湿式製膜法が挙げられる。
製造コスト等を考慮した場合、特に湿式製膜法が好ましく、半導体微粒子の粉末あるいはゾルを分散したペーストを調製し、電子集電電極基板上に塗布する方法が好ましい。
この湿式製膜法を用いた場合、塗布方法は特に制限はなく、公知の方法にしたがって行なうことができる。
例えば、ディップ法、スプレー法、ワイヤーバー法、スピンコート法、ローラーコート法、ブレードコート法、グラビアコート法、また、湿式印刷方法として、凸版、オフセット、グラビア、凹版、ゴム版、スクリーン印刷等様々な方法を用いることができる。
半導体微粒子の分散液を機械的粉砕、あるいはミルを使用して作製する場合、少なくとも半導体微粒子単独、あるいは半導体微粒子と樹脂の混合物を水あるいは有機溶剤に分散して形成される。
The method for producing the electron transport layer is not particularly limited, and examples thereof include a method of forming a thin film in a vacuum such as sputtering and a wet film forming method.
In consideration of manufacturing cost and the like, a wet film forming method is particularly preferable, and a method of preparing a paste in which a powder of semiconductor fine particles or a sol is dispersed and applying it on an electron collecting electrode substrate is preferable.
When this wet film forming method is used, the coating method is not particularly limited and can be carried out according to a known method.
For example, dip method, spray method, wire bar method, spin coating method, roller coating method, blade coating method, gravure coating method, and various wet printing methods such as letterpress, offset, gravure, concave plate, rubber plate, screen printing, etc. Method can be used.
When the dispersion liquid of the semiconductor fine particles is mechanically pulverized or produced by using a mill, it is formed by at least the semiconductor fine particles alone or a mixture of the semiconductor fine particles and the resin dispersed in water or an organic solvent.

このときに使用される樹脂としては、たとえば、スチレン、酢酸ビニル、アクリル酸エステル、メタクリル酸エステル等によるビニル化合物の重合体や共重合体、シリコン樹脂、フェノキシ樹脂、ポリスルホン樹脂、ポリビニルブチラール樹脂、ポリビニルホルマール樹脂、ポリエステル樹脂、セルロースエステル樹脂、セルロースエーテル樹脂、ウレタン樹脂、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリアリレート樹脂、ポリアミド樹脂、ポリイミド樹脂等が挙げられる。 Examples of the resin used at this time include polymers and copolymers of vinyl compounds such as styrene, vinyl acetate, acrylic acid ester, and methacrylate ester, silicon resin, phenoxy resin, polysulfone resin, polyvinyl butyral resin, and polyvinyl. Examples thereof include formal resin, polyester resin, cellulose ester resin, cellulose ether resin, urethane resin, phenol resin, epoxy resin, polycarbonate resin, polyarylate resin, polyamide resin, and polyimide resin.

半導体微粒子を分散する溶媒としては、たとえば、水、メタノール、エタノール、イソプロピルアルコール、α−テルピネオール等のアルコール系溶媒、アセトン、メチルエチルケトン、あるいはメチルイソブチルケトン等のケトン系溶媒、ギ酸エチル、酢酸エチル、あるいは酢酸n−ブチル等のエステル系溶媒、ジエチルエーテル、ジメトキシエタン、テトラヒドロフラン、ジオキソラン、あるいはジオキサン等のエーテル系溶媒、N,N−ジメチルホルムアミド、N,N−ジメチルアセトアミド、あるいはN−メチル−2−ピロリドン等のアミド系溶媒、ジクロロメタン、クロロホルム、ブロモホルム、ヨウ化メチル、ジクロロエタン、トリクロロエタン、トリクロロエチレン、クロロベンゼン、o−ジクロロベンゼン、フルオロベンゼン、ブロモベンゼン、ヨードベンゼン、あるいは1−クロロナフタレン等のハロゲン化炭化水素系溶媒、n−ペンタン、n−ヘキサン、n−オクタン、1,5−ヘキサジエン、シクロヘキサン、メチルシクロヘキサン、シクロヘキサジエン、ベンゼン、トルエン、o−キシレン、m−キシレン、p−キシレン、エチルベンゼン、あるいはクメン等の炭化水素系溶媒を挙げることができる。これらは単独、あるいは2種以上の混合溶媒として用いることができる。 Examples of the solvent for dispersing the semiconductor fine particles include water, an alcohol solvent such as methanol, ethanol, isopropyl alcohol and α-terpineol, a ketone solvent such as acetone, methyl ethyl ketone, or methyl isobutyl ketone, ethyl formate, ethyl acetate, or the like. Ester solvent such as n-butyl acetate, ether solvent such as diethyl ether, dimethoxyethane, tetrahydrofuran, dioxolane, or dioxane, N, N-dimethylformamide, N, N-dimethylacetamide, or N-methyl-2-pyrrolidone. Amido-based solvents such as dichloromethane, chloroform, bromoform, methyl iodide, dichloroethane, trichloroethane, trichloroethylene, chlorobenzene, o-dichlorobenzene, fluorobenzene, bromobenzene, iodobenzene, or halogenated hydrocarbons such as 1-chloronaphthalene. Solvents, n-pentane, n-hexane, n-octane, 1,5-hexadiene, cyclohexane, methylcyclohexane, cyclohexadiene, benzene, toluene, o-xylene, m-xylene, p-xylene, ethylbenzene, cumene, etc. A hydrocarbon solvent can be mentioned. These can be used alone or as a mixed solvent of two or more kinds.

半導体微粒子の分散液、あるいはゾル−ゲル法等によって得られた半導体微粒子のペーストは、粒子の再凝集を防ぐため、塩酸、硝酸、酢酸等の酸、ポリオキシエチレン(10)オクチルフェニルエーテル等の界面活性剤、アセチルアセトン、2−アミノエタノール、エチレンジアミン等のキレート化剤等を添加することができる。 The dispersion of semiconductor fine particles or the paste of semiconductor fine particles obtained by the sol-gel method or the like contains acids such as hydrochloric acid, nitric acid and acetic acid, polyoxyethylene (10) octylphenyl ether and the like in order to prevent reaggregation of the particles. Surfactants, chelating agents such as acetylacetone, 2-aminoethanol, ethylenediamine and the like can be added.

また、製膜性を向上させる目的で増粘剤を添加することも有効な手段である。
このとき加える増粘剤としては、ポリエチレングリコール、ポリビニルアルコール等の高分子、エチルセルロース等の増粘剤等が挙げられる。
It is also an effective means to add a thickener for the purpose of improving the film-forming property.
Examples of the thickener to be added at this time include polymers such as polyethylene glycol and polyvinyl alcohol, and thickeners such as ethyl cellulose.

半導体微粒子は、塗布した後に粒子同士を電子的にコンタクトさせ、膜強度の向上や基板との密着性を向上させるために焼成、マイクロ波照射、電子線照射、あるいはレーザー光照射を行なうことが好ましい。これらの処理は単独で行なってもあるいは二種類以上組み合わせて行なってもよい。
焼成する場合、焼成温度の範囲に特に制限はないが、温度を上げ過ぎると基板の抵抗が高くなったり、溶融したりすることもあるため、30〜700℃が好ましく、100〜600℃がより好ましい。また、焼成時間にも特に制限はないが、10分〜10時間が好ましい。
前記マイクロ波照射は、電子輸送層形成側から照射しても、裏側から照射しても構わない。
照射時間には特に制限がないが、1時間以内で行なうことが好ましい。
After coating the semiconductor fine particles, the particles are preferably electronically contacted with each other, and firing, microwave irradiation, electron beam irradiation, or laser light irradiation is preferably performed in order to improve the film strength and the adhesion to the substrate. .. These processes may be performed individually or in combination of two or more types.
In the case of firing, the range of the firing temperature is not particularly limited, but if the temperature is raised too much, the resistance of the substrate may increase or the substrate may melt. Therefore, 30 to 700 ° C. is preferable, and 100 to 600 ° C. is more preferable. preferable. The firing time is also not particularly limited, but is preferably 10 minutes to 10 hours.
The microwave irradiation may be performed from the electron transport layer forming side or from the back side.
The irradiation time is not particularly limited, but it is preferably performed within 1 hour.

焼成後、半導体微粒子の表面積の増大や、光増感材料から半導体微粒子への電子注入効率を高める目的で、例えば四塩化チタンの水溶液や有機溶剤との混合溶液を用いた化学メッキや三塩化チタン水溶液を用いた電気化学的メッキ処理を行なってもよい。
直径が数十nmの半導体微粒子を焼結等によって積層した膜は、多孔質状態を形成する。このナノ多孔構造は、非常に高い表面積を持ち、その表面積はラフネスファクターを用いて表わすことができる。
このラフネスファクターは、基板に塗布した半導体微粒子の面積に対する多孔質内部の実面積を表わす数値である。したがって、ラフネスファクターは大きいほど好ましいが、電子輸送層の膜厚との関係もあり、本発明においては20以上が好ましい。
After firing, for the purpose of increasing the surface area of the semiconductor fine particles and increasing the electron injection efficiency from the photosensitizing material into the semiconductor fine particles, for example, chemical plating using an aqueous solution of titanium tetrachloride or a mixed solution with an organic solvent or titanium trichloride An electrochemical plating treatment using an aqueous solution may be performed.
A film obtained by laminating semiconductor fine particles having a diameter of several tens of nm by sintering or the like forms a porous state. This nanoporous structure has a very high surface area, which can be expressed using the roughness factor.
This roughness factor is a numerical value representing the actual area inside the porous medium with respect to the area of the semiconductor fine particles coated on the substrate. Therefore, the larger the roughness factor is, the more preferable it is, but in the present invention, it is preferably 20 or more because of the relationship with the film thickness of the electron transport layer.

<光増感材料>
本発明では変換効率のさらなる向上のため、光増感材料を多孔質状の電子輸送層4である電子輸送性材料の表面に吸着させることが好ましい。
光増感材料5は、使用される励起光により光励起される化合物であれば上記に限定されないが、具体的には以下の化合物も挙げられる。
<Photosensitizer material>
In the present invention, in order to further improve the conversion efficiency, it is preferable to adsorb the photosensitizer material on the surface of the electron transporting material which is the porous electron transporting layer 4.
The photosensitizing material 5 is not limited to the above as long as it is a compound that is photoexcited by the excitation light used, and specific examples thereof include the following compounds.

特表平7−500630号公報、特開平10−233238号公報、特開2000−26487号公報、特開2000−323191号公報、特開2001−59062号公報等に記載の金属錯体化合物、特開平10−93118号公報、特開2002−164089号公報、特開2004−95450号公報、J.Phys.Chem.C,7224,Vol.111(2007)等に記載のクマリン化合物、同特開2004−95450号公報、Chem.Commun.,4887(2007)等に記載のポリエン化合物、特開2003−264010号公報、特開2004−63274号公報、特開2004−115636号公報、特開2004−200068号、特開2004−235052号公報、J.Am.Chem.Soc.,12218,Vol.126(2004)、Chem.Commun.,3036(2003)、Angew.Chem.Int.Ed.,1923,Vol.47(2008)等に記載のインドリン化合物、J.Am.Chem.Soc.,16701,Vol.128(2006)、J.Am.Chem.Soc.,14256,Vol.128(2006)等に記載のチオフェン化合物、特開平11−86916号公報、特開平11−214730号公報、特開2000−106224号公報、特開2001−76773号公報、特開2003−7359号公報等に記載のシアニン色素、特開平11−214731号公報、特開平11−238905号公報、特開2001−52766号公報、特開2001−76775号公報、特開2003−7360号等に記載のメロシアニン色素、特開平10−92477号公報、特開平11−273754号公報、特開平11−273755号公報、特開2003−31273号等に記載の9−アリールキサンテン化合物、特開平10−93118号公報、特開2003−31273号等に記載のトリアリールメタン化合物、特開平9−199744号公報、特開平10−233238号公報、特開平11−204821号公報、特開平11−265738号、J.Phys.Chem.,2342,Vol.91(1987)、J.Phys.Chem.B,6272,Vol.97(1993)、Electroanal.Chem.,31,Vol.537(2002)、特開2006−032260号公報、J.Porphyrins Phthalocyanines,230,Vol.3(1999)、Angew.Chem.Int.Ed.,373,Vol.46(2007)、Langmuir,5436,Vol.24(2008)等に記載のフタロシアニン化合物、ポルフィリン化合物等を挙げることができる。特にこの中で、金属錯体化合物、クマリン化合物、ポリエン化合物、インドリン化合物、チオフェン化合物を用いることが好ましい。
更に好ましくは、三菱製紙社製の下記構造式(3)で表されるD131、下記構造式(4)で表されるD102、下記構造式(5)で表されるD358が挙げられる。
Metal complex compounds described in JP-A-7-500630, JP-A-10-233238, JP-A-2000-26487, JP-A-2000-323191, JP-A-2001-59062, etc. 10-93118, JP-A-2002-164809, JP-A-2004-95450, J. Mol. Phys. Chem. C, 7224, Vol. 111 (2007) and the like, coumarin compounds, JP-A-2004-954450, Chem. Commun. , 4887 (2007) and the like, JP-A-2003-264010, JP-A-2004-63274, JP-A-2004-115636, JP-A-2004-200068, JP-A-2004-235502. , J.M. Am. Chem. Soc. , 12218, Vol. 126 (2004), Chem. Commun. , 3036 (2003), Angew. Chem. Int. Ed. , 1923, Vol. 47 (2008) and the like. Am. Chem. Soc. , 16701, Vol. 128 (2006), J. Mol. Am. Chem. Soc. , 14256, Vol. The thiophene compound described in 128 (2006) and the like, JP-A-11-86916, JP-A-11-214730, JP-A-2000-106224, JP-A-2001-76773, JP-A-2003-7359. Cyanine dyes described in JP-A-11-214731, JP-A-11-238905, JP-A-2001-52766, JP-A-2001-76775, JP-A-2003-7360 and the like. Dyes, 9-arylxanthene compounds described in JP-A-10-92477, JP-A-11-273754, JP-A-11-273755, JP-A-2003-31273, etc., JP-A-10-93118, Triarylmethane compounds described in JP-A-2003-31273, JP-A-9-199744, JP-A-10-233238, JP-A-11-204821, JP-A-11-265738, J. Mol. Phys. Chem. , 2342, Vol. 91 (1987), J. Mol. Phys. Chem. B, 6272, Vol. 97 (1993), Electrical. Chem. , 31, Vol. 537 (2002), JP-A-2006-032260, J. Mol. Porphyrins Phthalocyanines, 230, Vol. 3 (1999), Angew. Chem. Int. Ed. , 373, Vol. 46 (2007), Langmuir, 5436, Vol. 24 (2008) and the like, the phthalocyanine compound, the porphyrin compound and the like can be mentioned. In particular, among these, it is preferable to use a metal complex compound, a coumarin compound, a polyene compound, an indoline compound, and a thiophene compound.
More preferably, D131 represented by the following structural formula (3), D102 represented by the following structural formula (4), and D358 represented by the following structural formula (5) manufactured by Mitsubishi Paper Mills Limited can be mentioned.

Figure 0006850435
Figure 0006850435

多孔質状の電子輸送層4に光増感材料5を吸着させる方法としては、光増感材料溶液中あるいは分散液中に半導体微粒子を含有する電子集電電極を浸漬する方法、溶液あるいは分散液を多孔質状の電子輸送層に塗布して吸着させる方法を用いることができる。
前者の場合、浸漬法、ディップ法、ローラ法、エアーナイフ法等を用いることができる。
後者の場合は、ワイヤーバー法、スライドホッパー法、エクストルージョン法、カーテン法、スピン法、スプレー法等を用いることができる。
また、二酸化炭素などを用いた超臨界流体中で吸着させても構わない。
As a method of adsorbing the photosensitizing material 5 on the porous electron transport layer 4, a method of immersing an electron collecting electrode containing semiconductor fine particles in a photosensitizing material solution or a dispersion liquid, a solution or a dispersion liquid. Can be applied to a porous electron transport layer and adsorbed.
In the former case, a dipping method, a dip method, a roller method, an air knife method, or the like can be used.
In the latter case, the wire bar method, the slide hopper method, the extrusion method, the curtain method, the spin method, the spray method and the like can be used.
Further, it may be adsorbed in a supercritical fluid using carbon dioxide or the like.

光増感材料を吸着させる際、縮合剤を併用してもよい。
前記縮合剤は、無機物表面に物理的あるいは化学的に光増感材料と電子輸送化合物を結合すると思われる触媒的作用をするもの、または化学量論的に作用し、化学平衡を有利に移動させるものの何れであってもよい。
さらに、縮合助剤としてチオールやヒドロキシ化合物を添加してもよい。
When adsorbing the photosensitizer, a condensing agent may be used in combination.
The condensing agent has a catalytic action that seems to physically or chemically bind the photosensitizer and the electron transport compound to the surface of the inorganic substance, or acts stoichiometrically to favorably shift the chemical equilibrium. Any of them may be used.
Further, a thiol or a hydroxy compound may be added as a condensation aid.

光増感材料を溶解、あるいは分散する溶媒としては、たとえば、水、メタノール、エタノール、あるいはイソプロピルアルコール等のアルコール系溶媒、
アセトン、メチルエチルケトン、あるいはメチルイソブチルケトン等のケトン系溶媒、
ギ酸エチル、酢酸エチル、あるいは酢酸n−ブチル等のエステル系溶媒、
ジエチルエーテル、ジメトキシエタン、テトラヒドロフラン、ジオキソラン、あるいは
ジオキサン等のエーテル系溶媒、
N,N−ジメチルホルムアミド、N,N−ジメチルアセトアミド、あるいはN−メチル
−2−ピロリドン等のアミド系溶媒、
ジクロロメタン、クロロホルム、ブロモホルム、ヨウ化メチル、ジクロロエタン、トリクロロエタン、トリクロロエチレン、クロロベンゼン、o−ジクロロベンゼン、フルオロベンゼン、ブロモベンゼン、ヨードベンゼン、あるいは1−クロロナフタレン等のハロゲン化炭化水素系溶媒、
n−ペンタン、n−ヘキサン、n−オクタン、1,5−ヘキサジエン、シクロヘキサン、メチルシクロヘキサン、シクロヘキサジエン、ベンゼン、トルエン、o−キシレン、m−キシレン、p−キシレン、エチルベンゼン、あるいはクメン等の炭化水素系溶媒を挙げることができ、これらは単独、あるいは2種以上の混合として用いることができる。
Examples of the solvent for dissolving or dispersing the photosensitizer include water, methanol, ethanol, alcohol-based solvents such as isopropyl alcohol, and the like.
Ketone solvents such as acetone, methyl ethyl ketone, or methyl isobutyl ketone,
Ester solvents such as ethyl formate, ethyl acetate, or n-butyl acetate,
Ether-based solvents such as diethyl ether, dimethoxyethane, tetrahydrofuran, dioxolane, or dioxane,
Amide solvents such as N, N-dimethylformamide, N, N-dimethylacetamide, or N-methyl-2-pyrrolidone,
Halogenated hydrocarbon solvents such as dichloromethane, chloroform, bromoform, methyl iodide, dichloroethane, trichloroethane, trichlorethylene, chlorobenzene, o-dichlorobenzene, fluorobenzene, bromobenzene, iodobenzene, or 1-chloronaphthalene.
Hydrocarbons such as n-pentane, n-hexane, n-octane, 1,5-hexadiene, cyclohexane, methylcyclohexane, cyclohexadiene, benzene, toluene, o-xylene, m-xylene, p-xylene, ethylbenzene, or cumene. System solvents can be mentioned, and these can be used alone or as a mixture of two or more kinds.

また、光増感材料は、その種類によっては化合物間の凝集を抑制した方がより効果的に働くものが存在するため、凝集解離剤を併用しても構わない。
前記凝集解離剤としてはコール酸、ケノデオキシコール酸などのステロイド化合物、長鎖アルキルカルボン酸または長鎖アルキルホスホン酸が好ましく、用いる光増感材料に対して適宜選ばれる。
これら凝集解離剤の添加量は、光増感材料1質量部に対して0.01〜500質量部が好ましく、0.1〜100質量部がより好ましい。
Further, depending on the type of photosensitizer, there is a material that works more effectively if the aggregation between compounds is suppressed. Therefore, a coagulation dissociator may be used in combination.
As the coagulation dissociator, a steroid compound such as cholic acid or chenodeoxycholic acid, a long-chain alkylcarboxylic acid or a long-chain alkylphosphonic acid is preferable, and the photosensitizer to be used is appropriately selected.
The amount of these coagulation dissociators added is preferably 0.01 to 500 parts by mass, more preferably 0.1 to 100 parts by mass with respect to 1 part by mass of the photosensitizer.

これらを用い、光増感材料、あるいは光増感材料と凝集解離剤を吸着する際の温度としては、−50℃以上、200℃以下が好ましい。
また、この吸着は静置しても攪拌しながら行なっても構わない。
前記攪拌する場合の方法としては、スターラー、ボールミル、ペイントコンディショナー、サンドミル、アトライター、ディスパーザー、あるいは超音波分散等が挙げられるが、これらに限定されるものではない。
吸着に要する時間は、5秒以上、1000時間以下が好ましく、10秒以上、500時間以下がより好ましく、1分以上、150時間がさらに好ましい。
また、吸着は暗所で行なうことが好ましい。
Using these, the temperature at which the photosensitizer or the photosensitizer and the coagulation / dissociator are adsorbed is preferably −50 ° C. or higher and 200 ° C. or lower.
Further, this adsorption may be carried out while standing or stirring.
Examples of the method for stirring include, but are not limited to, a stirrer, a ball mill, a paint conditioner, a sand mill, an attritor, a disperser, and ultrasonic dispersion.
The time required for adsorption is preferably 5 seconds or more and 1000 hours or less, more preferably 10 seconds or more and 500 hours or less, and even more preferably 1 minute or more and 150 hours.
Further, the adsorption is preferably performed in a dark place.

<ホール輸送層>
一般的にホール輸送層としては、酸化還元対を有機溶媒に溶解した電解液、酸化還元対を有機溶媒に溶解した液体をポリマーマトリックスに含浸したゲル電解質、酸化還元対を含有する溶融塩、固体電解質、無機ホール輸送材料、有機ホール輸送材料等が用いられるが、本発明のホール輸送層6は、下記一般式(2)で表される有機ホール輸送材料を含有することが好ましい。

Figure 0006850435
(式中、R1は、水素原子もしくはメチル基を表す。) <Hall transport layer>
Generally, the hole transport layer includes an electrolytic solution in which a redox pair is dissolved in an organic solvent, a gel electrolyte in which a liquid in which a redox pair is dissolved in an organic solvent is impregnated in a polymer matrix, a molten salt containing a redox pair, and a solid. An electrolyte, an inorganic hole transport material, an organic hole transport material, and the like are used, and the hole transport layer 6 of the present invention preferably contains an organic hole transport material represented by the following general formula (2).
Figure 0006850435
(In the formula, R 1 represents a hydrogen atom or a methyl group.)

本発明におけるホール輸送層は、単層構造でも異なる化合物からなる積層構造でも構わない。積層構造の場合、第二の電極7に近い有機ホール輸送材料層に高分子材料を用いることが好ましい。
製膜性に優れる高分子材料を用いることで多孔質状の電子輸送層の表面をより平滑化することができ、光電変換特性を向上することができるためである。
また、高分子材料は多孔質状の電子輸送層内部へ浸透することが困難であるため、逆に多孔質状の電子輸送層表面の被覆にも優れ、電極を設ける際の短絡防止にも効果を発揮するため、より高い性能を得ることが可能となる。
The hole transport layer in the present invention may have a single-layer structure or a laminated structure composed of different compounds. In the case of a laminated structure, it is preferable to use a polymer material for the organic hole transport material layer near the second electrode 7.
This is because the surface of the porous electron transport layer can be further smoothed and the photoelectric conversion characteristics can be improved by using a polymer material having excellent film forming properties.
In addition, since it is difficult for the polymer material to penetrate into the porous electron transport layer, it is also excellent in covering the surface of the porous electron transport layer, and is also effective in preventing short circuits when providing electrodes. Therefore, it is possible to obtain higher performance.

単層構造において用いられる有機ホール輸送材料、積層構造において第二の電極7から遠いホール輸送層に用いられる有機ホール輸送材料としては、公知の有機ホール輸送性化合物が用いられる。
その具体例としては特公昭34−5466号公報等に示されているオキサジアゾール化合物、特公昭45−555号公報等に示されているトリフェニルメタン化合物、特公昭52−4188号公報等に示されているピラゾリン化合物、特公昭55−42380号公報等に示されているヒドラゾン化合物、特開昭56−123544号公報等に示されているオキサジアゾール化合物、特開昭54−58445号公報に示されているテトラアリールベンジジン化合物、特開昭58−65440号公報あるいは特開昭60−98437号公報に示されているスチルベン化合物等を挙げることができる。
Known organic hole transporting compounds are used as the organic hole transporting material used in the single layer structure and the organic hole transporting material used in the hole transporting layer far from the second electrode 7 in the laminated structure.
Specific examples thereof include the oxadiazole compound shown in Japanese Patent Publication No. 34-5466, the triphenylmethane compound shown in Japanese Patent Publication No. 45-555, and Japanese Patent Publication No. 52-4188. Pyrazoline compounds shown, hydrazone compounds shown in JP-A-55-42380, etc., oxadiazole compounds shown in JP-A-56-123544, etc., JP-A-54-58445. Examples thereof include the tetraarylbenzidine compound shown in Japanese Patent Application Laid-Open No. 58-65440 or the stillben compound shown in Japanese Patent Application Laid-Open No. 60-98437.

その中でも、前記一般式(2)で表される有機ホール輸送材料である、非特許文献2記載の下記構造式(6)で表される有機ホール輸送材料や、非特許文献3記載の下記構造式(7)で表される有機ホール輸送材料は特に優れた光電変換特性を示す。 Among them, the organic hole transporting material represented by the general formula (2), the organic hole transporting material represented by the following structural formula (6) described in Non-Patent Document 2, and the following structure described in Non-Patent Document 3. The organic hole transport material represented by the formula (7) exhibits particularly excellent photoelectric conversion characteristics.

Figure 0006850435
Figure 0006850435

単層構造のホール輸送層、積層構造において第二の電極7から遠いホール輸送層は、前記一般式(2)で表される有機ホール有機輸送材料を、50〜95質量%含有することが好ましく、70〜85質量%含有することがより好ましい。 The hole transport layer having a single-layer structure and the hole transport layer far from the second electrode 7 in the laminated structure preferably contain 50 to 95% by mass of the organic hole transport material represented by the general formula (2). , 70 to 85% by mass is more preferable.

積層構造において用いられる第二の電極7に近いホール輸送層に用いられる高分子材料としては、公知のホール輸送性高分子材料が用いられる。
その具体例としては、ポリ(3−n−ヘキシルチオフェン)、ポリ(3−n−オクチルオキシチオフェン)、ポリ(9,9’−ジオクチル−フルオレン−コ−ビチオフェン)、ポリ(3,3’’’−ジドデシル−クォーターチオフェン)、ポリ(3,6−ジオクチルチエノ[3,2−b]チオフェン)、ポリ(2,5−ビス(3−デシルチオフェン−2−イル)チエノ[3,2−b]チオフェン)、ポリ(3,4−ジデシルチオフェン−コ−チエノ[3,2−b]チオフェン)、ポリ(3,6−ジオクチルチエノ[3,2−b]チオフェン−コ−チエノ[3,2−b]チオフェン)、ポリ(3,6−ジオクチルチエノ[3,2−b]チオフェン−コ−チオフェン)、ポリ(3.6−ジオクチルチエノ[3,2−b]チオフェン−コ−ビチオフェン)等のポリチオフェン化合物、
ポリ[2−メトキシ−5−(2−エチルヘキシルオキシ)−1,4−フェニレンビニレン]、ポリ[2−メトキシ−5−(3,7−ジメチルオクチルオキシ)−1,4−フェニレンビニレン]、ポリ[(2−メトキシ−5−(2−エチルフェキシルオキシ)−1,4−フェニレンビニレン)−コ−(4,4’−ビフェニレンービニレン)]等のポリフェニレンビニレン化合物、
ポリ(9,9’−ジドデシルフルオレニル−2,7−ジイル)、ポリ[(9,9−ジオクチル−2,7−ジビニレンフルオレン)−alt−コ−(9,10−アントラセン)]、ポリ[(9,9−ジオクチル−2,7−ジビニレンフルオレン)−alt−コ−(4,4’−ビフェニレン)]、ポリ[(9,9−ジオクチル−2,7−ジビニレンフルオレン)−alt−コ−(2−メトキシ−5−(2−エチルヘキシルオキシ)−1,4−フェニレン)]、ポリ[(9,9−ジオクチル−2,7−ジイル)−コ−(1,4−(2,5−ジヘキシルオキシ)ベンゼン)]等のポリフルオレン化合物、
ポリ[2,5−ジオクチルオキシ−1,4−フェニレン]、ポリ[2,5−ジ(2−エチルヘキシルオキシ−1,4−フェニレン]等のポリフェニレン化合物、
ポリ[(9,9−ジオクチルフルオレニル−2,7−ジイル)−alt−コ−(N,N’−ジフェニル)−N,N’−ジ(p−ヘキシルフェニル)−1,4−ジアミノベンゼン]、ポリ[(9,9−ジオクチルフルオレニル−2,7−ジイル)−alt−コ−(N,N’−ビス(4−オクチルオキシフェニル)ベンジジン−N,N’−(1,4−ジフェニレン)]、ポリ[(N,N’−ビス(4−オクチルオキシフェニル)ベンジジン−N,N’−(1,4−ジフェニレン)]、ポリ[(N,N’−ビス(4−(2−エチルヘキシルオキシ)フェニル)ベンジジン−N,N’−(1,4−ジフェニレン)]、ポリ[フェニルイミノ−1,4−フェニレンビニレン−2,5−ジオクチルオキシ−1,4−フェニレンビニレン−1,4−フェニレン]、ポリ[p−トリルイミノ−1,4−フェニレンビニレン−2,5−ジ(2−エチルヘキシルオキシ)−1,4−フェニレンビニレン−1,4−フェニレン]、ポリ[4−(2−エチルヘキシルオキシ)フェニルイミノ−1,4−ビフェニレン]等のポリアリールアミン化合物、
ポリ[(9,9−ジオクチルフルオレニル−2,7−ジイル)−alt−コ−(1,4−ベンゾ(2,1’,3)チアジアゾール]、ポリ(3,4−ジデシルチオフェン−コ−(1,4−ベンゾ(2,1’,3)チアジアゾール)等のポリチアジアゾール化合物を挙げることができる。
この中で、キャリア移動度やイオン化ポテンシャルを考慮するとポリチオフェン化合物とポリアリールアミン化合物が特に好ましい。
As the polymer material used for the hole transport layer close to the second electrode 7 used in the laminated structure, a known hole transport polymer material is used.
Specific examples thereof include poly (3-n-hexylthiophene), poly (3-n-octyloxythiophene), poly (9,9'-dioctyl-fluorene-co-bithiophene), and poly (3,3''. '-Gidodecyl-quarterthiophene), poly (3,6-dioctylthiophene [3,2-b] thiophene), poly (2,5-bis (3-decylthiophen-2-yl) thieno [3,2-b] ] Thiophene), poly (3,4-didecylthiophene-cothieno [3,2-b] thiophene), poly (3,6-dioctylthiophene [3,2-b] thiophene-cothieno [3, 2-b] thiophene), poly (3,6-dioctylthiophene [3,2-b] thiophene-co-thiophene), poly (3.6-dioctylthiophene [3,2-b] thiophene-co-bithiophene) Polythiophene compounds, etc.
Poly [2-methoxy-5- (2-ethylhexyloxy) -1,4-phenylene vinylene], poly [2-methoxy-5- (3,7-dimethyloctyloxy) -1,4-phenylene vinylene], poly Polyphenylene vinylene compounds such as [(2-methoxy-5- (2-ethylphenyloxy) -1,4-phenylene vinylene) -co- (4,4'-biphenylene vinylene)],
Poly (9,9'-zidodecylfluorenyl-2,7-diyl), poly [(9,9-dioctyl-2,7-divinylenefluorene) -alt-co- (9,10-anthracene)] , Poly [(9,9-dioctyl-2,7-divinylene fluorene) -alt-co- (4,4'-biphenylene)], poly [(9,9-dioctyl-2,7-divinylene fluorene) -Alt-co- (2-methoxy-5- (2-ethylhexyloxy) -1,4-phenylene)], poly [(9,9-dioctyl-2,7-diyl) -co- (1,4-diyl) (2,5-dihexyloxy) benzene)] and other polyfluorene compounds,
Polyphenylene compounds such as poly [2,5-dioctyloxy-1,4-phenylene] and poly [2,5-di (2-ethylhexyloxy-1,4-phenylene]],
Poly [(9,9-dioctylfluorenyl-2,7-diyl) -alt-co- (N, N'-diphenyl) -N, N'-di (p-hexylphenyl) -1,4-diamino Benzene], poly [(9,9-dioctylfluorenyl-2,7-diyl) -alt-co- (N, N'-bis (4-octyloxyphenyl) benzidine-N, N'-(1, 4-diphenylene]], poly [(N, N'-bis (4-octyloxyphenyl) benzidine-N, N'-(1,4-diphenylene)], poly [(N, N'-bis (4-diphenylene)] (2-Ethylhexyloxy) phenyl) benzidine-N, N'-(1,4-diphenylene)], poly [phenylimino-1,4-phenylene vinylene-2,5-dioctyloxy-1,4-phenylene vinylene- 1,4-Phenylene], poly [p-triluimino-1,4-phenylene vinylene-2,5-di (2-ethylhexyloxy) -1,4-phenylene vinylene-1,4-phenylene], poly [4- (2-Ethylhexyloxy) Phenylimino-1,4-biphenylene] and other polyarylamine compounds,
Poly [(9,9-dioctylfluorenyl-2,7-diyl) -alt-co- (1,4-benzo (2,1', 3) thiadiazole]], poly (3,4-didecylthiophene- Polythiadiazole compounds such as co- (1,4-benzo (2,1', 3) thiadiazole) can be mentioned.
Among these, polythiophene compounds and polyarylamine compounds are particularly preferable in consideration of carrier mobility and ionization potential.

また、上記に示した有機ホール輸送材料に各種添加剤を加えても構わない。
添加剤としては、ヨウ素、ヨウ化リチウム、ヨウ化ナトリウム、ヨウ化カリウム、ヨウ化セシウム、ヨウ化カルシウム、ヨウ化銅、ヨウ化鉄、ヨウ化銀等の金属ヨウ化物、
ヨウ化テトラアルキルアンモニウム、ヨウ化ピリジニウム等の4級アンモニウム塩、臭化リチウム、臭化ナトリウム、臭化カリウム、臭化セシウム、臭化カルシウム等の金属臭化物、
臭化テトラアルキルアンモニウム、臭化ピリジニウム等の4級アンモニウム化合物の臭素塩、
塩化銅、塩化銀等の金属塩化物、酢酸銅、酢酸銀、酢酸パラジウム等の酢酸金属塩、
硫酸銅、硫酸亜鉛等の金属硫酸塩、フェロシアン酸塩−フェリシアン酸塩、フェロセン−フェリシニウムイオン等の金属錯体、
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のイオウ化合物、
ビオロゲン色素、ヒドロキノン等、ヨウ化1,2−ジメチル−3−n−プロピルイミダゾイニウム塩、ヨウ化1−メチル−3−n−ヘキシルイミダゾリニウム塩、1,2−ジメチル−3−エチルイミダゾリウムトリフロオロメタンスルホン酸塩、1−メチル−3−ブチルイミダゾリウムノナフルオロブチルスルホン酸塩、1−n−ヘキシル−3−メチルイミダゾリニウムビス(トリフルオロメチルスルホニル)イミド、1−メチル−3−エチルイミダゾリウムビス(トリフルオロメチルスルホニル)イミド等のInorg.Chem.35(1996)1168に記載のイオン液体のイミダゾリウム化合物、ピリジン、4−t−ブチルピリジン、ベンズイミダゾール等の塩基性化合物、
リチウムトリフルオロメタンスルホニルイミド、リチウムジイソプロピルイミド、リチウムビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミド等のリチウム化合物を挙げることができる。
イオン液体のイミダゾリウム化合物を用いてもよく、具体的には、1−n−ヘキシル−3−メチルイミダゾリニウムビス(トリフルオロメチルスルホニル)イミドが好ましい。
Further, various additives may be added to the organic hole transport material shown above.
Examples of the additive include metal iodides such as iodine, lithium iodide, sodium iodide, potassium iodide, cesium iodide, calcium iodide, copper iodide, iron iodide, and silver iodide.
Quaternary ammonium salts such as tetraalkylammonium iodide and pyridinium iodide, metallic bromides such as lithium bromide, sodium bromide, potassium bromide, cesium bromide, calcium bromide, etc.
Bromates of quaternary ammonium compounds such as tetraalkylammonium bromide and pyridinium bromide,
Metal chlorides such as copper chloride and silver chloride, metal acetates such as copper acetate, silver acetate and palladium acetate,
Metal sulfates such as copper sulphate and zinc sulphate, metal complexes such as ferrocyanate-ferricanate and ferrocene-ferricinium ion,
Sulfur compounds such as polysodium sulfide, alkylthiols-alkyldisulfides,
Viologen dye, hydroquinone, etc., 1,2-dimethyl-3-n-propyl imidazolinium iodide, 1-methyl-3-n-hexylmidazolinium iodide, 1,2-dimethyl-3-ethylimidazo Rium trifluoromethanesulfonate, 1-methyl-3-butylimidazolium nonafluorobutyl sulfonate, 1-n-hexyl-3-methylimidazolinium bis (trifluoromethylsulfonyl) imide, 1-methyl-3 -Inorg. Such as ethylimidazolium bis (trifluoromethylsulfonyl) imide. Chem. 35 (1996) 1168. Ionic liquid imidazolium compounds, basic compounds such as pyridine, 4-t-butylpyridine, benzimidazole, etc.
Examples thereof include lithium compounds such as lithium trifluoromethanesulfonylimide, lithium diisopropylimide, and lithium bis (trifluoromethanesulfonyl) imide.
An ionic liquid imidazolium compound may be used, and specifically, 1-n-hexyl-3-methylimidazolinium bis (trifluoromethylsulfonyl) imide is preferable.

本発明においては、前記ホール輸送層に下記一般式(1)で表される3級アミン化合物を添加することで、高温プロセスを経ても優れた光電変換特性を得ることができる。

Figure 0006850435
(式中、Ar1、Ar2は、それぞれアルキル基もしくはアルコキシ基を有するベンゼン環、無置換のベンゼン環、アルキル基もしくはアルコキシ基を有するナフタレン環、及び無置換のナフタレン環のいずれかを表す。アルキル基やアルコキシ基は、置換もしくは無置換のどちらでも構わない。Ar1、Ar2は同一でも異なってもよい。) In the present invention, by adding the tertiary amine compound represented by the following general formula (1) to the hole transport layer, excellent photoelectric conversion characteristics can be obtained even through a high temperature process.
Figure 0006850435
(In the formula, Ar 1 and Ar 2 represent any of a benzene ring having an alkyl group or an alkoxy group, an unsubstituted benzene ring, a naphthalene ring having an alkyl group or an alkoxy group, and an unsubstituted naphthalene ring, respectively. The alkyl group and the alkoxy group may be substituted or unsubstituted. Ar 1 and Ar 2 may be the same or different.)

従来から報告されている塩基性化合物であるターシャルブチルピリジンは、分子量が比較的に小さな液体材料である。ターシャルブチルピリジンを用いた60℃耐熱性試験が報告されている(ACS Appl. Mater. Interfaces, 2015, 7 (21), pp 11107-11116)。従来の材料は高温プロセス時にホール輸送層中の有機P型半導体と塩基性化合物やリチウム塩等の構成材料のモルフォロジーが変化し、出力低下していると考えている。
モルフォロジー変化を抑制する為には、有機P型半導体を結晶性の高い材料にすることが一つの解決策と考えられるが、固体型色素増感太陽電池における有機P型半導体は、アモルファス状態でないと高い出力が得られない。その為、鋭意検討した結果、塩基性材料の分子量を大きくすることが、モルフォロジー変化を抑制することができることを発見した。具体的には、120℃等の高温加熱をしても、出力劣化することなく、逆に開放電圧や短絡電流密度共に上昇し、結果としてより高出力な固体型色素増感太陽電池を得られる事ができた。
Tarsal butyl pyridine, which is a conventionally reported basic compound, is a liquid material having a relatively small molecular weight. A 60 ° C heat resistance test using tarsal butyl pyridine has been reported (ACS Appl. Mater. Interfaces, 2015, 7 (21), pp 11107-11116). It is considered that the output of conventional materials is reduced due to changes in the morphology of organic P-type semiconductors in the hole transport layer and constituent materials such as basic compounds and lithium salts during the high temperature process.
In order to suppress morphological changes, it is considered that one solution is to use an organic P-type semiconductor as a highly crystalline material, but the organic P-type semiconductor in a solid dye-sensitized solar cell must be in an amorphous state. High output cannot be obtained. Therefore, as a result of diligent studies, it was discovered that increasing the molecular weight of the basic material can suppress the change in morphology. Specifically, even if it is heated to a high temperature such as 120 ° C., the output does not deteriorate, and on the contrary, both the open circuit voltage and the short-circuit current density increase, and as a result, a solid dye-sensitized solar cell with higher output can be obtained. I was able to do it.

前記前記一般式(1)で表される3級アミン化合物のホール輸送層中の添加量は、有機ホール輸送材料100質量部に対して、1質量部以上50質量部以下であることが好ましく、10質量部以上30質量部以下であることがより好ましい。 The amount of the tertiary amine compound represented by the general formula (1) added to the hole transport layer is preferably 1 part by mass or more and 50 parts by mass or less with respect to 100 parts by mass of the organic hole transport material. More preferably, it is 10 parts by mass or more and 30 parts by mass or less.

更に、前記一般式(1)で表される3級アミン化合物を含有させることで、光電変換素子における内部抵抗がより高まり、室内光等の超微弱光における損失電流を低減することができる。また、一般式(1)で表される3級アミン化合物は、トリベンジル骨格を有するアミン誘導体であり、前記一般式(2)で表されるホール輸送材料より酸化電位は高く、ホール輸送を阻害することない。アルキル骨格を有するアミン誘導体は、酸化電位が低く、ホール輸送を阻害する。また、ベンジル基が2つの化合物も存在するが、塩基性が弱く、太陽電池の出力は劣る。よって、トリベンジル骨格を有するアミン誘導体は、高い塩基性とホール輸送阻害しない酸化電位を有しており、ホール輸送層に添加することで、適度な内部抵抗を得ることができることがわかった。 Further, by containing the tertiary amine compound represented by the general formula (1), the internal resistance of the photoelectric conversion element is further increased, and the current loss in ultra-weak light such as indoor light can be reduced. Further, the tertiary amine compound represented by the general formula (1) is an amine derivative having a tribenzyl skeleton, and has a higher oxidation potential than the hole transport material represented by the general formula (2), thereby inhibiting hole transport. Never. Amine derivatives with an alkyl skeleton have a low oxidation potential and inhibit hole transport. There are also compounds with two benzyl groups, but their basicity is weak and the output of the solar cell is inferior. Therefore, it was found that the amine derivative having a tribenzyl skeleton has a high basicity and an oxidation potential that does not inhibit hole transport, and an appropriate internal resistance can be obtained by adding it to the hole transport layer.

また導電性を向上させる目的で、有機ホール輸送材料の一部をラジカルカチオンにするための酸化剤を添加しても構わない。
その酸化剤としては、ヘキサクロロアンチモン酸トリス(4−ブロモフェニル)アミニウム、ヘキサフルオロアンチモネート銀、ニトロソニウムテトラフルオボラート、硝酸銀、コバルト錯体系化合物等が挙げられる。
この酸化剤の添加によって全ての有機ホール輸送材料が酸化される必要はなく、一部のみが酸化されていればよい。また添加した酸化剤は添加した後、系外に取り出しても、取り出さなくてもよい。
Further, for the purpose of improving the conductivity, an oxidizing agent for converting a part of the organic hole transport material into a radical cation may be added.
Examples of the oxidizing agent include tris (4-bromophenyl) aminium hexachloroantimonate, silver hexafluoroantimonate, nitrosonium tetrafluovorate, silver nitrate, and cobalt complex compounds.
It is not necessary that all the organic hole transport materials are oxidized by the addition of this oxidizing agent, and only a part of the organic hole transport material needs to be oxidized. Further, the added oxidizing agent may or may not be taken out of the system after being added.

ホール輸送層は光増感材料を担持した多孔質状の電子輸送層4の上に、直接ホール輸送層を形成する。ホール輸送層の作製方法には特に制限はなく、真空蒸着等の真空中で薄膜を形成する方法や湿式製膜法が挙げられる。製造コスト等を考慮した場合、特に湿式製膜法が好ましく、多孔質状の電子輸送層上に塗布する方法が好ましい。 The hole transport layer directly forms the hole transport layer on the porous electron transport layer 4 carrying the photosensitizer material. The method for producing the hole transport layer is not particularly limited, and examples thereof include a method of forming a thin film in vacuum such as vacuum deposition and a wet film forming method. In consideration of manufacturing cost and the like, a wet film forming method is particularly preferable, and a method of coating on a porous electron transport layer is preferable.

この湿式製膜法を用いた場合、塗布方法は特に制限はなく、公知の方法にしたがって行なうことができる。例えば、ディップ法、スプレー法、ワイヤーバー法、スピンコート法、ローラーコート法、ブレードコート法、グラビアコート法、また、湿式印刷方法として、凸版、オフセット、グラビア、凹版、ゴム版、スクリーン印刷等様々な方法を用いることができる。また、超臨界流体あるいは臨界点より低い温度・圧力の亜臨界流体中で製膜してもよい。 When this wet film forming method is used, the coating method is not particularly limited and can be carried out according to a known method. For example, dip method, spray method, wire bar method, spin coating method, roller coating method, blade coating method, gravure coating method, and various wet printing methods such as letterpress, offset, gravure, concave plate, rubber plate, screen printing, etc. Method can be used. Further, the film may be formed in a supercritical fluid or a subcritical fluid having a temperature and pressure lower than the critical point.

前記超臨界流体は、気体と液体が共存できる限界(臨界点)を超えた温度・圧力領域において非凝集性高密度流体として存在し、圧縮しても凝集せず、臨界温度以上、かつ臨界圧力以上の状態にある流体である限り特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、臨界温度が低いものが好ましい。 The supercritical fluid exists as a non-aggregating high-density fluid in a temperature / pressure region exceeding the limit (critical point) at which a gas and a liquid can coexist, does not aggregate even when compressed, and has a critical temperature or higher and a critical pressure. As long as the fluid is in the above state, there is no particular limitation and it can be appropriately selected depending on the intended purpose, but a fluid having a low critical temperature is preferable.

超臨界流体としては、例えば、一酸化炭素、二酸化炭素、アンモニア、窒素、水、メタノール、エタノール、n−ブタノールなどのエルコール系溶媒、エタン、プロパン、2,3−ジメチルブタン、ベンゼン、トルエンなどの炭化水素系溶媒、塩化メチレン、クロロトリフロロメタンなどのハロゲン系溶媒、ジメチルエーテルなどのエーテル系溶媒が好適である。これらの中でも、二酸化炭素は、臨界圧力7.3MPa、臨界温度31℃であることから、容易に超臨界状態をつくり出せるともに、不燃性で取扱いが容易であり、特に好ましい。
また、これらの流体は、単独であっても二種以上の混合であっても構わない。
Examples of supercritical fluids include carbon monoxide, carbon dioxide, ammonia, nitrogen, water, methanol, ethanol, ercol solvents such as n-butanol, ethane, propane, 2,3-dimethylbutane, benzene, toluene and the like. Hydrocarbon solvents, halogen solvents such as methylene chloride and chlorotrifluoromethane, and ether solvents such as dimethyl ether are suitable. Among these, carbon dioxide is particularly preferable because it has a critical pressure of 7.3 MPa and a critical temperature of 31 ° C., so that it can easily create a supercritical state, is nonflammable, and is easy to handle.
Further, these fluids may be used alone or in a mixture of two or more kinds.

前記亜臨界流体としては、臨界点近傍の温度及び圧力領域において、高圧液体として存在する限り特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。
上述した超臨界流体として挙げられる化合物は、亜臨界流体としても好適に使用することができる。
The subcritical fluid is not particularly limited as long as it exists as a high-pressure liquid in the temperature and pressure regions near the critical point, and can be appropriately selected depending on the intended purpose.
The compounds listed as the above-mentioned supercritical fluids can also be suitably used as subcritical fluids.

超臨界流体の臨界温度及び臨界圧力は特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、臨界温度としては、−273℃以上300℃以下が好ましく、0℃以上200℃以下が特に好ましい。 The critical temperature and critical pressure of the supercritical fluid are not particularly limited and can be appropriately selected depending on the intended purpose. However, the critical temperature is preferably -273 ° C or higher and 300 ° C or lower, and 0 ° C or higher and 200 ° C or lower in particular. preferable.

さらに、上述の超臨界流体及び亜臨界流体に加え、有機溶媒やエントレーナーを併用することもできる。
有機溶媒及びエントレーナーの添加により、超臨界流体中での溶解度の調整をより容易に行なうことができる。
Further, in addition to the above-mentioned supercritical fluid and subcritical fluid, an organic solvent or an entrainer can be used in combination.
By adding an organic solvent and an entrainer, the solubility in a supercritical fluid can be adjusted more easily.

このような有機溶媒としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。
例えば、アセトン、メチルエチルケトン、あるいはメチルイソブチルケトン等のケトン系溶媒、
ギ酸エチル、酢酸エチル、あるいは酢酸n−ブチル等のエステル系溶媒、
ジイソプロピルエーテル、ジメトキシエタン、テトラヒドロフラン、ジオキソラン、あるいはジオキサン等のエーテル系溶媒、
N,N−ジメチルホルムアミド、N,N−ジメチルアセトアミド、あるいはN−メチル−2−ピロリドン等のアミド系溶媒、
ジクロロメタン、クロロホルム、ブロモホルム、ヨウ化メチル、ジクロロエタン、トリクロロエタン、トリクロロエチレン、クロロベンゼン、o−ジクロロベンゼン、フルオロベンゼン、ブロモベンゼン、ヨードベンゼン、あるいは1−クロロナフタレン等のハロゲン化炭化水素系溶媒、
n−ペンタン、n−ヘキサン、n−オクタン、1,5−ヘキサジエン、シクロヘキサン、メチルシクロヘキサン、シクロヘキサジエン、ベンゼン、トルエン、o−キシレン、m−キシレン、p−キシレン、エチルベンゼン、あるいはクメン等の炭化水素系溶媒などが挙げられる。
Such an organic solvent is not particularly limited and may be appropriately selected depending on the intended purpose.
For example, a ketone solvent such as acetone, methyl ethyl ketone, or methyl isobutyl ketone,
Ester solvents such as ethyl formate, ethyl acetate, or n-butyl acetate,
Ether-based solvents such as diisopropyl ether, dimethoxyethane, tetrahydrofuran, dioxolane, or dioxane,
Amide solvents such as N, N-dimethylformamide, N, N-dimethylacetamide, or N-methyl-2-pyrrolidone,
Halogenated hydrocarbon solvents such as dichloromethane, chloroform, bromoform, methyl iodide, dichloroethane, trichloroethane, trichlorethylene, chlorobenzene, o-dichlorobenzene, fluorobenzene, bromobenzene, iodobenzene, or 1-chloronaphthalene.
Hydrocarbons such as n-pentane, n-hexane, n-octane, 1,5-hexadiene, cyclohexane, methylcyclohexane, cyclohexadiene, benzene, toluene, o-xylene, m-xylene, p-xylene, ethylbenzene, or cumene. Examples include system solvents.

本発明では、光増感材料を被覆した電子輸送層を設けた第一の電極上にホール輸送層を設けた後、プレス処理工程を施しても構わない。
このプレス処理を施すことによって、有機ホール輸送材料がより多孔質電極と密着するため効率が改善すると考えている。
プレス処理方法に特に制限はないが、IR錠剤整形器に代表されるような平板を用いたプレス成型法、ローラーなどを用いたロールプレス法を挙げることができる。
圧力としては10kgf/cm2以上が好ましく、30kgf/cm2以上がより好ましい。プレス処理する時間に特に制限はないが、1時間以内で行なうことが好ましい。また、プレス処理時に熱を加えても構わない。
また、上述のプレス処理の際、プレス機と電極間に離型材を挟んでも構わない。
In the present invention, the hole transport layer may be provided on the first electrode provided with the electron transport layer coated with the photosensitizer, and then the press treatment step may be performed.
It is believed that the press treatment will improve the efficiency because the organic hole transport material will be in close contact with the porous electrode.
The press processing method is not particularly limited, and examples thereof include a press molding method using a flat plate as represented by an IR tablet shaper, and a roll press method using a roller or the like.
The pressure is preferably 10 kgf / cm 2 or more, and more preferably 30 kgf / cm 2 or more. The press processing time is not particularly limited, but it is preferably performed within 1 hour. Further, heat may be applied during the pressing process.
Further, during the above-mentioned pressing process, a mold release material may be sandwiched between the press machine and the electrodes.

前記離型材としては、ポリ四フッ化エチレン、ポリクロロ三フッ化エチレン、四フッ化エチレン六フッ化プロピレン共重合体、ペルフルオロアルコキシフッ化樹脂、ポリフッ化ビニリデン、エチレン四フッ化エチレン共重合体、エチレンクロロ三フッ化エチレン共重合体、ポリフッ化ビニルなどのフッ素樹脂を挙げることができる。 Examples of the release material include polytetrafluoride ethylene, polychlorotrifluoroethylene, tetrafluoride ethylene hexafluoride propylene copolymer, perfluoroalkoxyfluororesin, polyvinylidene fluoride, ethylene tetrafluoride ethylene copolymer, and ethylene. Fluororesin such as chlorotrifluoroethylene copolymer and polyvinylidene fluoride can be mentioned.

上記プレス処理工程を行った後、対極を設ける前に、ホール輸送層と第二の電極に間に金属酸化物を設けても良い。設けてもよい金属酸化物としては、酸化モリブデン、酸化タングステン、酸化バナジウム、酸化ニッケルを挙げることができ、特に酸化モリブデンが好ましい。 After performing the above press processing step and before providing the counter electrode, a metal oxide may be provided between the hole transport layer and the second electrode. Examples of the metal oxide that may be provided include molybdenum oxide, tungsten oxide, vanadium oxide, and nickel oxide, and molybdenum oxide is particularly preferable.

これら金属酸化物をホール輸送層上に設ける方法としては特に制限はなく、スパッタリングや真空蒸着等の真空中で薄膜を形成する方法や湿式成膜法が挙げることができる。
湿式製膜法においては、金属酸化物の粉末あるいはゾルを分散したペーストを調製し、ホール輸送層上に塗布する方法が好ましい。
この湿式成膜法を用いた場合、塗布方法は特に制限はなく、公知の方法にしたがって行なうことができる。
例えば、ディップ法、スプレー法、ワイヤーバー法、スピンコート法、ローラーコート法、ブレードコート法、グラビアコート法、また、湿式印刷方法として、凸版、オフセット、グラビア、凹版、ゴム版、スクリーン印刷等様々な方法を用いることができる。膜厚としては0.1〜50nmが好ましく、1〜10nmがより好ましい。
The method of providing these metal oxides on the hole transport layer is not particularly limited, and examples thereof include a method of forming a thin film in vacuum such as sputtering and vacuum deposition, and a wet film forming method.
In the wet film forming method, a method in which a metal oxide powder or a sol-dispersed paste is prepared and applied onto the hole transport layer is preferable.
When this wet film forming method is used, the coating method is not particularly limited and can be carried out according to a known method.
For example, dip method, spray method, wire bar method, spin coating method, roller coating method, blade coating method, gravure coating method, and various wet printing methods such as letterpress, offset, gravure, concave plate, rubber plate, screen printing, etc. Method can be used. The film thickness is preferably 0.1 to 50 nm, more preferably 1 to 10 nm.

<第二の電極>
第二の電極は、ホール輸送層形成後あるいは上述の金属酸化物上に新たに付与する。
また第二の電極は、通常前述の第一の電極と同様のものを用いることができ、強度や密封性が充分に保たれるような構成では支持体は必ずしも必要ではない。
第二の電極材料の具体例としては、白金、金、銀、銅、アルミニウム等の金属、グラファイト、フラーレン、カーボンナノチューブ、グラフェン等の炭素系化合物、ITO、FTO、ATO等の導電性金属酸化物、ポリチオフェン、ポリアニリン等の導電性高分子が挙げられる。
<Second electrode>
The second electrode is newly applied after the hole transport layer is formed or on the above-mentioned metal oxide.
Further, as the second electrode, the same one as that of the first electrode described above can be usually used, and a support is not always necessary in a configuration in which sufficient strength and sealing property are maintained.
Specific examples of the second electrode material include metals such as platinum, gold, silver, copper and aluminum, carbon-based compounds such as graphite, fullerenes, carbon nanotubes and graphene, and conductive metal oxides such as ITO, FTO and ATO. , Polythiophene, polyaniline and other conductive polymers.

第二の電極層の膜厚には特に制限はなく、また単独あるいは2種以上の混合で用いても構わない。
第二の電極の塗設については、用いられる材料の種類やホール輸送層の種類により、適宜ホール輸送層上に塗布、ラミネート、蒸着、CVD、貼り合わせ等の手法により形成可能である。
第二の電極を湿式で製膜する場合、湿式製膜時に有機溶媒を用いると、ホール輸送層を溶解させる課題があり、ポリチオフェン誘導体(PEDOT/PSS等)、金属ナノワイヤー等の水系ペーストを用いることが望ましい。残留水分は光電変換素子の性能劣化を引き起こすため、製膜後の水成分を除去するために、100℃以上の、好ましくは120℃程度の加熱が必要となる。
上記の様な高温プロセスを経た場合、従来の光電変換素子は性能劣化が生じるが、本発明の光電変換素子は、高温プロセスを経ても、室内光等の微弱な照射光において、優れた光電変換特性が得られる。
The film thickness of the second electrode layer is not particularly limited, and may be used alone or in a mixture of two or more kinds.
The coating of the second electrode can be appropriately formed on the hole transport layer by a method such as coating, laminating, vapor deposition, CVD, or bonding, depending on the type of material used and the type of hole transport layer.
When the second electrode is wet-formed, if an organic solvent is used during the wet film formation, there is a problem of dissolving the hole transport layer, and an aqueous paste such as a polythiophene derivative (PEDOT / PSS, etc.) or a metal nanowire is used. Is desirable. Since the residual moisture causes deterioration of the performance of the photoelectric conversion element, heating at 100 ° C. or higher, preferably about 120 ° C. is required in order to remove the water component after film formation.
Although the performance of the conventional photoelectric conversion element deteriorates when the high temperature process as described above is performed, the photoelectric conversion element of the present invention is excellent in photoelectric conversion in weak irradiation light such as room light even after the high temperature process. The characteristics are obtained.

光電変換素子として動作するためには、第一の電極と第二の電極の少なくとも一方は実質的に透明でなければならない。
本発明の光電変換素子においては、第一の電極側が透明であり、太陽光を第一の電極側から入射させる方法が好ましい。この場合、第二の電極側には光を反射させる材料を使用することが好ましく、金属、導電性酸化物を蒸着したガラス、プラスチック、あるいは金属薄膜が好ましい。
また、太陽光の入射側に反射防止層を設けることも有効な手段である。
In order to operate as a photoelectric conversion element, at least one of the first electrode and the second electrode must be substantially transparent.
In the photoelectric conversion element of the present invention, a method in which the first electrode side is transparent and sunlight is incident from the first electrode side is preferable. In this case, it is preferable to use a material that reflects light on the second electrode side, and a metal, glass, plastic, or a metal thin film on which a conductive oxide is vapor-deposited is preferable.
It is also an effective means to provide an antireflection layer on the incident side of sunlight.

本発明の光電変換素子の第二の態様は、透明導電膜基板上に、第一の電極と、前記第一の電極上に設けられたホールブロッキング層と、前記ホールブロッキング層上に設けられた電子輸送層と、前記電子輸送層上に設けられた有機無機ペロブスカイト化合物層と、前記有機無機ペロブスカイト化合物層上に設けられたホール輸送層と、前記ホール輸送層上に設けられた第二の電極とを具備し、前記ホール輸送層は、本発明の3級アミン化合物を含む光電変換素子である。
この光電変換素子及び太陽電池の構成について、図2に基づいて説明する。尚、図2は、光電変換素子及び太陽電池の断面図の一例である。
図2に示す態様では、透明導電膜基板1、前記透明導電膜基板1上に設けられた第一の電極2、前記第一の電極2上に設けられたホールブロッキング層3、前記ホールブロッキング層3上に設けられた多孔質状の電子輸送層4、前記多孔質状の電子輸送層4上に設けられた有機無機ペロブスカイト化合物層10、前記有機無機ペロブスカイト化合物層10上に設けられたホール輸送層6、前記ホール輸送層6上に設けられた第二の電極7を有している。
前記第二の態様における第一の電極、ホールブロッキング層、電子輸送層、ホール輸送層、及び第二の電極は、前記第一の態様における第一の電極、ホールブロッキング層、電子輸送層、ホール輸送層、第二の電極と同様であるので、異なる構成要素のみ説明する。
A second aspect of the photoelectric conversion element of the present invention is provided on a transparent conductive film substrate, a first electrode, a hole blocking layer provided on the first electrode, and a hole blocking layer. An electron transport layer, an organic-inorganic perovskite compound layer provided on the electron transport layer, a hole transport layer provided on the organic-inorganic perobskite compound layer, and a second electrode provided on the hole transport layer. The hole transport layer is a photoelectric conversion element containing the tertiary amine compound of the present invention.
The configuration of the photoelectric conversion element and the solar cell will be described with reference to FIG. Note that FIG. 2 is an example of a cross-sectional view of the photoelectric conversion element and the solar cell.
In the embodiment shown in FIG. 2, the transparent conductive film substrate 1, the first electrode 2 provided on the transparent conductive film substrate 1, the hole blocking layer 3 provided on the first electrode 2, and the hole blocking layer Hole transport provided on the porous electron transport layer 4 provided on the 3, the organic-inorganic perovskite compound layer 10 provided on the porous electron transport layer 4, and the organic-inorganic perovskite compound layer 10. The layer 6 has a second electrode 7 provided on the hole transport layer 6.
The first electrode, the hole blocking layer, the electron transport layer, the hole transport layer, and the second electrode in the second aspect are the first electrode, the hole blocking layer, the electron transport layer, and the holes in the first aspect. Since it is the same as the transport layer and the second electrode, only different components will be described.

<有機無機ペロブスカイト化合物層>
本発明における有機無機ペロブスカイト化合物層10は、有機無機ペロブスカイト化合物を含み電子輸送層上に設けられてなる。
本発明における有機無機ペロブスカイト化合物は有機化合物と無機化合物の複合物質であり、ハロゲン化金属からなる層と有機カチオン分子が並んだ層が交互に積層した層状ペロブスカイト型構造を示すことが好ましく、以下の一般式(a)にて表される化合物であることが好ましい。
αβγ ・・・一般式(a)
<Organic-inorganic perovskite compound layer>
The organic-inorganic perovskite compound layer 10 in the present invention contains the organic-inorganic perovskite compound and is provided on the electron transport layer.
The organic-inorganic perovskite compound in the present invention is a composite substance of an organic compound and an inorganic compound, and preferably exhibits a layered perovskite-type structure in which layers made of metal halide and layers in which organic cation molecules are arranged are alternately laminated. It is preferably a compound represented by the general formula (a).
X α Y β M γ・ ・ ・ General formula (a)

上記一般式(a)において、Xはハロゲン原子、Yはアルキルアンモニウム、ホルムアミジニウム、及びセシウムから選ばれる少なくとも1種(ただしセシウムのみの場合を除く)、Mは鉛及び/または錫、α:β:γの比率が3:1:1である。
具体的には、Xは塩素、臭素、ヨウ素などのハロゲン原子を挙げることができ、これらは単独または混合物として用いることができる。Yはメチルアンモニウム、エチルアンモニウム、n−ブチルアンモニウム等のアルキルアンモニウム、ホルムアミジニウム、及びセシウムから選ばれる少なくとも1種を挙げることができる。ただしセシウムのみの場合を除く。Mは鉛及び/または錫を示す。
前記アルキルアンモニウムとしては、メチルアンモニウムが好ましい。
前記X、Y、及びMとして2種以上を用いる場合、α、β、γは、用いた2種以上イオンの和となる。
In the above general formula (a), X is a halogen atom, Y is at least one selected from alkylammonium, formamidinium, and cesium (except when only cesium is used), M is lead and / or tin, α: The ratio of β: γ is 3: 1: 1.
Specifically, X can include halogen atoms such as chlorine, bromine and iodine, which can be used alone or as a mixture. Y can be at least one selected from alkylammoniums such as methylammonium, ethylammonium, n-butylammonium, formamidinium, and cesium. However, the case of only cesium is excluded. M represents lead and / or tin.
As the alkylammonium, methylammonium is preferable.
When two or more types of X, Y, and M are used, α, β, and γ are the sum of the two or more types of ions used.

本発明における有機無機ペロブスカイト化合物は、例えば、ハロゲン化金属(ハロゲン化鉛とハロゲン化錫の混合物)と、ハロゲン化アルキルアミンまたはハロゲン化ホルムアミジンとを溶媒に溶解あるいは分散した溶液を電子輸送層上に塗布、乾燥することで形成する一段階析出法、あるいはハロゲン化金属を溶解あるいは分散した溶媒を電子輸送層上に塗布、乾燥した後、ハロゲン化アルキルアミンまたはハロゲン化ホルムアミジンを溶媒に溶解した溶液中に浸して有機無機ペロブスカイト化合物を形成する二段階析出法のいずれを用いても構わないが、特に二段階析出法が好ましい。ハロゲン化アルキルアミンとしては、ハロゲン化メチルアミンが好ましく、ハロゲン化メチルアミンおよびハロゲン化ホルムアミジンのいずれかを含むことが好ましい。
電子輸送層上に塗布する方法としては、浸漬法、スピンコート法、スプレー法、ディップ法、ローラ法、エアーナイフ法等を用いることができる。また、二酸化炭素などを用いた超臨界流体中で電子輸送層上に析出させても構わない。
The organic-inorganic perovskite compound in the present invention is, for example, a solution prepared by dissolving or dispersing a metal halide (a mixture of lead halide and tin halide) and an alkylamine halide or formamidine halide in a solvent on an electron transport layer. A one-step precipitation method formed by coating and drying the mixture, or a solvent in which a metal halide is dissolved or dispersed is applied onto the electron transport layer and dried, and then alkylamine halide or formamidine halide is dissolved in the solvent. Any of the two-step precipitation methods for forming an organic-inorganic perovskite compound by immersing in a solution may be used, but the two-step precipitation method is particularly preferable. As the halogenated alkylamine, methylamine halide is preferable, and it is preferable to contain either methylamine halide or formamidine halogenated.
As a method of applying on the electron transport layer, a dipping method, a spin coating method, a spray method, a dip method, a roller method, an air knife method and the like can be used. Further, it may be deposited on the electron transport layer in a supercritical fluid using carbon dioxide or the like.

二段階析出法の場合、ハロゲン化金属を電子輸送層上に形成したものと、ハロゲン化アルキルアミン等の溶液を接触する方法としては、浸漬法、スピンコート法、スプレー法、ディップ法、ローラ法、エアーナイフ法等を用いることができる。また、二酸化炭素などを用いた超臨界流体中でハロゲン化アルキルアミンと接触することによって析出させても構わない。
有機無機ペロブスカイト化合物層の膜厚としては、0.05〜1μmが好ましく、0.1〜0.5μmがより好ましい。
In the case of the two-step precipitation method, the method of contacting the metal halide formed on the electron transport layer with a solution such as an alkylamine halide is a dipping method, a spin coating method, a spray method, a dip method, or a roller method. , Air knife method and the like can be used. Further, it may be precipitated by contacting with an alkylamine halide in a supercritical fluid using carbon dioxide or the like.
The film thickness of the organic-inorganic perovskite compound layer is preferably 0.05 to 1 μm, more preferably 0.1 to 0.5 μm.

また、電子輸送層上にペロブスカイト化合物層を形成した後で、光増感材料を吸着させても構わない。光増感材料は使用される励起光により光励起される化合物であれば特に限定されないが、具体的には前記第一の態様において光増感材料として用いた化合物が挙げられる。また、前記第一の態様における光増感材料と同様に吸着させることができる。有機無機ペロブスカイト化合物層も結晶構造間に空壁があり、溶液状態の光増感材料が浸透し、多孔質状の電子輸送層表面に吸着させることができる。 Further, the photosensitizer may be adsorbed after the perovskite compound layer is formed on the electron transport layer. The photosensitizer is not particularly limited as long as it is a compound that is photoexcited by the excitation light used, and specific examples thereof include the compound used as the photosensitizer in the first aspect. Further, it can be adsorbed in the same manner as the photosensitizer material in the first aspect. The organic-inorganic perovskite compound layer also has an empty wall between the crystal structures, and the photosensitizer in a solution state permeates and can be adsorbed on the surface of the porous electron transport layer.

本発明の有機光電変換素子においては、酸素、水分などによる素子の劣化を防止するために、封止材を用いて封止することできる。
前記封止材、及び封止方法としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。
In the organic photoelectric conversion element of the present invention, in order to prevent deterioration of the element due to oxygen, moisture, etc., a sealing material can be used for sealing.
The sealing material and the sealing method are not particularly limited and may be appropriately selected depending on the intended purpose.

<用途>
本発明の光電変換素子は、太陽電池及びこれを備えた電源装置に応用できる。
応用例としては、従来から太陽電池やそれを用いた電源装置を利用している機器類であれば、いずれのものでも可能である。
例えば電子卓上計算機や腕時計用の太陽電池に用いてもよいが、本発明の光電変換素子の特徴を活用する一例として、携帯電話、電子手帳、電子ペーパー等の電源装置が挙げられる。また充電式や乾電池式の電気器具の連続使用時間を長くするための補助電源として用いることもできる。更には、センサ用の自立型電源として、二次電池と組み合わせた一次電池代替としても用いることができる。
<Use>
The photoelectric conversion element of the present invention can be applied to a solar cell and a power supply device including the solar cell.
As an application example, any device that has conventionally used a solar cell or a power supply device using the solar cell can be used.
For example, it may be used for a solar cell for an electronic desk calculator or a wristwatch, and an example of utilizing the features of the photoelectric conversion element of the present invention is a power supply device such as a mobile phone, an electronic organizer, or an electronic paper. It can also be used as an auxiliary power source to prolong the continuous use time of rechargeable or dry battery type electric appliances. Furthermore, it can be used as a self-supporting power source for a sensor and as a substitute for a primary battery in combination with a secondary battery.

<本発明の3級アミン化合物の合成方法>
報告例(J. Org .Chem., 67 (2002) 3029)同様に下記ルートから容易に合成することができる。

Figure 0006850435
(上記式中、Ar1、Ar2は、それぞれアルキル基もしくはアルコキシ基を有するベンゼン環、無置換のベンゼン環、アルキル基もしくはアルコキシ基を有するナフタレン環、及び無置換のナフタレン環のいずれかを表す。アルキル基やアルコキシ基は、置換もしくは無置換のどちらでも構わない。Ar1、Ar2は同一でも異なってもよい。Xは、ハロゲン元素を表す。) <Method for synthesizing the tertiary amine compound of the present invention>
Similar to the reported example (J. Org .Chem., 67 (2002) 3029), it can be easily synthesized from the following route.
Figure 0006850435
(In the above formula, Ar 1 and Ar 2 represent any of a benzene ring having an alkyl group or an alkoxy group, an unsubstituted benzene ring, a naphthalene ring having an alkyl group or an alkoxy group, and an unsubstituted naphthalene ring, respectively. The alkyl group and the alkoxy group may be substituted or unsubstituted. Ar 1 and Ar 2 may be the same or different. X represents a halogen element.)

以下、実施例により本発明を具体的に説明するが、本発明の実施の形態はこれらの実施例に限定されるものではない。 Hereinafter, the present invention will be specifically described with reference to Examples, but the embodiments of the present invention are not limited to these Examples.

[実施例I−1]
(3級アミン化合物(化合物No.1−1)の合成)

Figure 0006850435
4−ブロモベンジルブロミド(東京化成社製):4.99gとジベンジルアミン(東京化成社製):3.95gと炭酸カリウム(関東化学社製):4.14gとオルトジクロロベンゼン(関東化学社製):50mlを3つ口フラスコに秤量し、90℃で3時間加熱攪拌を行った。反応物を、抽出し、硫酸マグネシウムを加えた後、濾過し、濃縮した。粗収物をカラムクロマトグラフィー(トルエン/シクロヘキサン=1/1)で精製し、無色オイル状のブロモ中間体(7.08g)を得た。 [Example I-1]
(Synthesis of tertiary amine compound (Compound No. 1-1))
Figure 0006850435
4-Bromobenzyl bromide (manufactured by Tokyo Kasei Co., Ltd.): 4.99 g and dibenzylamine (manufactured by Tokyo Kasei Co., Ltd.): 3.95 g and potassium carbonate (manufactured by Kanto Chemical Co., Inc.): 4.14 g and ortodichlorobenzene (manufactured by Kanto Chemical Co., Inc.) (Manufactured): 50 ml was weighed in a three-necked flask, and heated and stirred at 90 ° C. for 3 hours. The reaction was extracted, magnesium sulfate was added, filtered and concentrated. The crude product was purified by column chromatography (toluene / cyclohexane = 1/1) to obtain a colorless oily bromo intermediate (7.08 g).

Figure 0006850435
Figure 0006850435

合成したブロモ中間体:5.9gと4−ピリジルボロン酸(東京化成社製):1.18gとテトラキス(トリフェニルホスフィン)パラジウム(東京化成社製):0.93g、炭酸カリウム(関東化学社製):8.9gとエタノール:100mlと水:100mlを秤量し、アルゴンガス雰囲気下にて還流攪拌した。反応物を抽出し、硫酸マグネシウムを加えた後、濾過し、濃縮した。粗収物をカラムクロマトグラフィー(トルエン/酢酸エチル=1/1)で精製し、無色粉末状の3級アミン化合物(化合物No.1−1)(1.3g)を得た。得られた3級アミン化合物のIRスペクトルを図3に示す。 Synthesized bromo intermediate: 5.9 g and 4-pyridylboronic acid (manufactured by Tokyo Kasei Co., Ltd.): 1.18 g and tetrakis (triphenylphosphine) palladium (manufactured by Tokyo Kasei Co., Ltd.): 0.93 g, potassium carbonate (Kanto Chemical Co., Inc.) ): 8.9 g, ethanol: 100 ml, and water: 100 ml were weighed and stirred under reflux in an argon gas atmosphere. The reaction was extracted, magnesium sulfate was added, and the mixture was filtered and concentrated. The crude product was purified by column chromatography (toluene / ethyl acetate = 1/1) to obtain a colorless powdery tertiary amine compound (Compound No. 1-1) (1.3 g). The IR spectrum of the obtained tertiary amine compound is shown in FIG.

[実施例II−1]
(酸化チタン半導体電極の作製)
金属チタンからなるターゲットを用いた酸素ガスによる反応性スパッタにより、ITO系ガラス基板上に酸化チタンの緻密なホールブロッキング層を形成した。
次に、酸化チタン(日本エアロジル社製P90)3g、アセチルアセトン0.2g、界面活性剤(和光純薬社製ポリオキシエチレンオクチルフェニルエーテル)0.3gを水5.5g、エタノール1.0gと共にビーズミル処理を12時間施した。
得られた分散液にポリエチレングリコール(#20,000)1.2gを加えてペーストを作製した。
このペーストを、上記ホールブロッキング層上に膜厚1.5μmになるように塗布し、室温で乾燥後、空気中500℃で30分間焼成し、多孔質状の電子輸送層を形成した。
[Example II-1]
(Manufacturing of titanium oxide semiconductor electrode)
A dense hole blocking layer of titanium oxide was formed on the ITO-based glass substrate by reactive sputtering with oxygen gas using a target made of metallic titanium.
Next, bead mill with 3 g of titanium oxide (P90 manufactured by Nippon Aerosil), 0.2 g of acetylacetone, 0.3 g of surfactant (polyoxyethylene octylphenyl ether manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) with 5.5 g of water and 1.0 g of ethanol. The treatment was carried out for 12 hours.
1.2 g of polyethylene glycol (# 20,000) was added to the obtained dispersion to prepare a paste.
This paste was applied onto the hole blocking layer so as to have a film thickness of 1.5 μm, dried at room temperature, and then calcined in air at 500 ° C. for 30 minutes to form a porous electron transport layer.

(光電変換素子の作製)
上記酸化チタン半導体電極を、増感色素として前記構造式(4)で表される三菱製紙社製D102(0.5mM、アセトニトリル/t−ブタノール(体積比1:1)溶液)に浸漬し、1時間暗所にて静置し光増感材料を吸着させた。
光増感剤を担持した半導体電極上に、下記構造式(8)で表される有機ホール輸送材料(H101、Dyesol):183.3mgのクロロベンゼン溶液:1mlに、関東化学社製リチウムビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミド:12.83mg、前記一般式(1)で表される3級アミン化合物(化合物No.1−1):36.66mgを加えて得た溶液を、光増感剤を担持した半導体電極上にスピンコートにてホール輸送層を成膜した。この上にPEDOT/PSS(アルドリッチ社製:OrgaconTM EL−P−5015)ペーストをスクリーン印刷により製膜し、120℃30分間加熱乾燥させ第二の電極を作製し、光電変換素子を作製した。

Figure 0006850435
(Manufacturing of photoelectric conversion element)
The titanium oxide semiconductor electrode is immersed as a sensitizing dye in D102 (0.5 mM, acetonitrile / t-butanol (volume ratio 1: 1) solution) manufactured by Mitsubishi Paper Mills Limited represented by the structural formula (4). It was allowed to stand in a dark place for a while to adsorb the photosensitizer.
On a semiconductor electrode carrying a photosensitizer, an organic hole transport material (H101, Dyesol) represented by the following structural formula (8): 183.3 mg of a chlorobenzene solution: 1 ml, and a lithium bis (trifluo) manufactured by Kanto Chemical Co., Inc. A photosensitizer was carried on the solution obtained by adding 12.83 mg of lomethanesulfonyl) imide and 36.66 mg of a tertiary amine compound (Compound No. 1-1) represented by the general formula (1). A hole transport layer was formed on the semiconductor electrode by spin coating. A PEDOT / PSS (Aldrich: Orgacon TM EL-P-5015) paste was formed on this by screen printing and dried by heating at 120 ° C. for 30 minutes to prepare a second electrode to prepare a photoelectric conversion element.
Figure 0006850435

(光電変換素子の評価)
得た光電変換素子の白色LED照射下(100ルクス:25μW/cm2)における光電変換効率を測定した。白色LEDはコスモテクノ社製デスクランプCDS−90α(スタディーモード)、評価機器はNF回路設計ブロック社製太陽電池評価システムAs−510−PV03にて測定した。その結果を表1に表す。
(Evaluation of photoelectric conversion element)
The photoelectric conversion efficiency of the obtained photoelectric conversion element under white LED irradiation (100 lux: 25 μW / cm 2) was measured. The white LED was measured by a desk lamp CDS-90α (study mode) manufactured by Cosmo Techno Co., Ltd., and the evaluation device was measured by a solar cell evaluation system As-510-PV03 manufactured by NF Circuit Design Block Co., Ltd. The results are shown in Table 1.

[実施例II−2]
実施例II−1における有機ホール輸送材料を前記一般式(2)で表される前記構造式(6)で表される有機ホール輸送材料(SHT−263、メルク株式会社)に変更した以外は実施例II−1と同様にして光電変換素子を作製し、評価した。その結果を表1に示す。
[Example II-2]
Implementation except that the organic hole transport material in Example II-1 was changed to the organic hole transport material (SHT-263, Merck Co., Ltd.) represented by the structural formula (6) represented by the general formula (2). A photoelectric conversion element was prepared and evaluated in the same manner as in Example II-1. The results are shown in Table 1.

[実施例II−3]
実施例II−1における有機ホール輸送材料を前記一般式(2)で表される前記構造式(7)で表される有機ホール輸送材料(LT−S9170、Luminescence Technology株式会社)に変更した以外は実施例II−1と同様にして光電変換素子を作製し、評価した。その結果を表1に示す。
[Example II-3]
Except that the organic hole transport material in Example II-1 was changed to the organic hole transport material (LT-S9170, Luminescence Technology Co., Ltd.) represented by the structural formula (7) represented by the general formula (2). A photoelectric conversion element was produced and evaluated in the same manner as in Example II-1. The results are shown in Table 1.

[実施例II−4〜7]
実施例II−3における化合物No.1−1の3級アミン化合物を表1に示す3級アミン化合物に変更した以外は実施例II−3と同様にして光電変換素子を作製し、評価した。その結果を表1に示す。
[Examples II-4 to 7]
Compound No. in Example II-3. A photoelectric conversion element was prepared and evaluated in the same manner as in Example II-3 except that the tertiary amine compound 1-1 was changed to the tertiary amine compound shown in Table 1. The results are shown in Table 1.

[実施例II−8]
実施例II−2における第二の電極を、銀を真空蒸着による100nm製膜した以外は、実施例II−2と同様にして光電変換素子を作製し、評価した。その結果を表1に示す。
[Example II-8]
A photoelectric conversion element was prepared and evaluated in the same manner as in Example II-2, except that silver was formed into a 100 nm film by vacuum vapor deposition for the second electrode in Example II-2. The results are shown in Table 1.

[実施例III−1]
(酸化チタン半導体電極の作製)
チタニウムテトラ−n−プロポキシド2ml、酢酸4ml、イオン交換水1ml、2−プロパノール40mlを混合し、FTOガラス基板上にスピンコートし、室温で乾燥後、空気中450℃で30分間焼成した。再度同一溶液を用いて、得た電極上に膜厚50nmになるようにスピンコートで塗布し、空気中450℃で30分間焼成して緻密なホールブロッキング層を形成した。
Dyesol社製18NR−T(酸化チタンペースト)を、上記ホールブロッキング層上に膜厚300nmになるようにスピンコートで塗布し、120℃で3分温風乾燥後、空気中500℃で30分間焼成し、多孔質状の電子輸送層を形成した。
[Example III-1]
(Manufacturing of titanium oxide semiconductor electrode)
Titanium tetra-n-propoxide (2 ml), acetic acid (4 ml), ion-exchanged water (1 ml), and 2-propanol (40 ml) were mixed, spin-coated on an FTO glass substrate, dried at room temperature, and then fired in air at 450 ° C. for 30 minutes. Using the same solution again, it was applied on the obtained electrode by spin coating so as to have a film thickness of 50 nm, and calcined in air at 450 ° C. for 30 minutes to form a dense hole blocking layer.
18NR-T (titanium oxide paste) manufactured by Diesol is applied on the hole blocking layer by spin coating so as to have a film thickness of 300 nm, dried with warm air at 120 ° C. for 3 minutes, and then fired in air at 500 ° C. for 30 minutes. Then, a porous electron transport layer was formed.

(有機無機ペロブスカイト化合物層の作製)
ヨウ化鉛(II)(0.461g、東京化成社製)とヨウ化メチルアミン(0.159g、東京化成社製)を溶解したN,N−ジメチルホルムアミド(1ml、関東化学社製)溶液を、上記多孔質酸化チタン電極上にスピンコートを用いて塗布し、120℃で10分乾燥して、CH3NH3PbI3の有機無機ペロブスカイト化合物層を形成した。
(Preparation of organic-inorganic perovskite compound layer)
A solution of lead (II) iodide (0.461 g, manufactured by Tokyo Kasei Co., Ltd.) and methylamine iodide (0.159 g, manufactured by Tokyo Kasei Co., Ltd.) dissolved in N, N-dimethylformamide (1 ml, manufactured by Kanto Chemical Co., Inc.). , The porous titanium oxide electrode was coated with a spin coat and dried at 120 ° C. for 10 minutes to form an organic-inorganic perovskite compound layer of CH 3 NH 3 PbI 3.

(ホール輸送層の作製)
前記構造式(6)で表される有機ホール輸送材料SHT−263(60mM、メルク株式会社)、リチウムビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミド(14mM、関東化学社製)、前記一般式(1)で表される3級アミン化合物(化合物No.1−1)(53mM)を溶解したクロロベンゼン溶液をスピンコートにて製膜し、自然乾燥した。この上に金を真空蒸着で約100nm形成して太陽電池素子を作製した。
(Preparation of hole transport layer)
Organic hole transport material represented by the structural formula (6) SHT-263 (60 mM, Merck Co., Ltd.), lithium bis (trifluoromethanesulfonyl) imide (14 mM, manufactured by Kanto Chemical Co., Inc.), represented by the general formula (1). A chlorobenzene solution in which the tertiary amine compound (Compound No. 1-1) (53 mM) was dissolved was formed by spin coating and air-dried. Gold was formed on this by vacuum deposition at about 100 nm to produce a solar cell element.

(光電変換素子の評価)
得られた光電変換素子の白色LED照射下(1000ルクス:250μW/cm2)における光電変換効率を測定した。白色LEDはコスモテクノ社製デスクランプCDS−90α(スタディーモード)、評価機器はNF回路設計ブロック社製太陽電池評価システムAs−510−PV03にて測定した。
その結果、開放電圧0.68V、短絡電流密度140.2μA/cm2、曲線因子0.69、最大出力65.78μW/cm2と良好な値を示した。
(Evaluation of photoelectric conversion element)
The photoelectric conversion efficiency of the obtained photoelectric conversion element under white LED irradiation (1000 lux: 250 μW / cm 2) was measured. The white LED was measured by a desk lamp CDS-90α (study mode) manufactured by Cosmo Techno Co., Ltd., and the evaluation device was measured by a solar cell evaluation system As-510-PV03 manufactured by NF Circuit Design Block Co., Ltd.
As a result, the open circuit voltage was 0.68 V, the short circuit current density was 140.2 μA / cm 2 , the curve factor was 0.69, and the maximum output was 65.78 μW / cm 2 .

[実施例III−2]
実施例III−1における化合物No.1−1の3級アミン化合物をNo.1−5に変更した以外は、実施例III−1と同様にして光電変換素子を作製し、評価した。
その結果、開放電圧0.67V、短絡電流密度145.2μA/cm2、曲線因子0.67、最大出力65.18μW/cm2と良好な値を示した。
[Example III-2]
Compound No. in Example III-1. No. 1-1 tertiary amine compound was designated as No. A photoelectric conversion element was produced and evaluated in the same manner as in Example III-1 except that it was changed to 1-5.
As a result, the open circuit voltage was 0.67 V, the short circuit current density was 145.2 μA / cm 2 , the curve factor was 0.67, and the maximum output was 65.18 μW / cm 2 .

[実施例III−3]
実施例III−1で作製した光電変換素子の外周をエポキシ樹脂とガラスで封止し、60℃に加熱したオーブンに100時間入れた。
前記60℃100時間の耐久試験後の光電変換素子について、実施例III−1と同様にして評価した。
その結果、開放電圧0.62V、短絡電流密度146.6μA/cm2、曲線因子0.68、最大出力61.80μW/cm2と良好な値を示した。
前記耐久性試験後の最大出力維持率は、初期値(実施例III−1の光電変換素子の最大出力)の93.9%であり、良好な耐久性を有していることが分かる。
[Example III-3]
The outer circumference of the photoelectric conversion element produced in Example III-1 was sealed with an epoxy resin and glass, and placed in an oven heated to 60 ° C. for 100 hours.
The photoelectric conversion element after the durability test at 60 ° C. for 100 hours was evaluated in the same manner as in Example III-1.
As a result, the open circuit voltage was 0.62 V, the short circuit current density was 146.6 μA / cm 2 , the curve factor was 0.68, and the maximum output was 61.80 μW / cm 2 .
The maximum output retention rate after the durability test is 93.9% of the initial value (maximum output of the photoelectric conversion element of Example III-1), and it can be seen that the product has good durability.

[実施例III−4]
実施例III−2で作製した光電変換素子の外周をエポキシ樹脂とガラスで封止し、60℃に加熱したオーブンに100時間入れた。
前記60℃100時間の耐久試験後の光電変換素子について、実施例III−1と同様にして評価した。
その結果、開放電圧0.63V、短絡電流密度148.2μA/cm2、曲線因子0.66、最大出力61.62μW/cm2と良好な値を示した。
前記耐久性試験後の最大出力維持率は、初期値(実施例III−2の光電変換素子の最大出力)の94.5%であり、良好な耐久性を有していることが分かる。
[Example III-4]
The outer circumference of the photoelectric conversion element produced in Example III-2 was sealed with an epoxy resin and glass, and placed in an oven heated to 60 ° C. for 100 hours.
The photoelectric conversion element after the durability test at 60 ° C. for 100 hours was evaluated in the same manner as in Example III-1.
As a result, the open circuit voltage was 0.63 V, the short circuit current density was 148.2 μA / cm 2 , the curve factor was 0.66, and the maximum output was 61.62 μW / cm 2 .
The maximum output retention rate after the durability test is 94.5% of the initial value (maximum output of the photoelectric conversion element of Example III-2), and it can be seen that the product has good durability.

[実施例III−5]
実施例III−1におけるヨウ化鉛(II)(0.461g、東京化成社製)を、ヨウ化鉛(II)(0.415g、東京化成社製)とヨウ化スズ(II)(0.037g、Alfa Aesar社製)に変更した以外は実施例III−1と同様にして光電変換素子を作製し、評価した。
その結果、開放電圧0.57V、短絡電流密度155.2μA/cm2、曲線因子0.65、最大出力57.50μW/cm2と、ヨウ化鉛単独に比較して若干低い特性ではあるが、良好な値を示した。
[Example III-5]
Lead (II) iodide (0.461 g, manufactured by Tokyo Kasei Co., Ltd.) in Example III-1 was replaced with lead (II) iodide (0.415 g, manufactured by Tokyo Kasei Co., Ltd.) and tin iodide (II) (0. A photoelectric conversion element was prepared and evaluated in the same manner as in Example III-1 except that it was changed to 037 g (manufactured by Alfa Aesar).
As a result, the open circuit voltage is 0.57 V, the short-circuit current density is 155.2 μA / cm 2 , the curve factor is 0.65, and the maximum output is 57.50 μW / cm 2 , which are slightly lower characteristics than lead iodide alone. It showed a good value.

[実施例III−6]
実施例III−1におけるヨウ化鉛(II)(0.461g、東京化成社製)を、ヨウ化鉛(II)(0.369g、東京化成社製)とヨウ化スズ(II)(0.075g、Alfa Aesar社製)に変更した以外は実施例III−1と同様にして光電変換素子を作製し、評価した。
その結果、開放電圧0.54V、短絡電流密度157.7μA/cm2、曲線因子0.64、最大出力54.50μW/cm2と、ヨウ化鉛単独に比較して若干低い特性ではあるが、良好な値を示した。
[Example III-6]
Lead iodide (II) (0.461 g, manufactured by Tokyo Kasei Co., Ltd.) in Example III-1 was replaced with lead iodide (II) (0.369 g, manufactured by Tokyo Kasei Co., Ltd.) and tin iodide (II) (0. A photoelectric conversion element was prepared and evaluated in the same manner as in Example III-1 except that it was changed to 075 g (manufactured by Alfa Aesar).
As a result, the open circuit voltage was 0.54 V, the short-circuit current density was 157.7 μA / cm 2 , the curve factor was 0.64, and the maximum output was 54.50 μW / cm 2 . It showed a good value.

[実施例III−7]
実施例III−1におけるヨウ化メチルアミン(0.159g、東京化成社製)を、ヨウ化メチルアミン(0.135g、東京化成社製)とヨウ化ホルムアミジン(0.024g、東京化成社製)に変更した以外は実施例III−1と同様にして光電変換素子を作製し、評価した。
その結果、開放電圧0.65V、短絡電流密度140.4μA/cm2、曲線因子0.70、最大出力63.88μW/cm2と良好な値を示した。
[Example III-7]
Methylamine iodide (0.159 g, manufactured by Tokyo Kasei Co., Ltd.) in Example III-1 was mixed with methylamine iodide (0.135 g, manufactured by Tokyo Kasei Co., Ltd.) and formamidine iodide (0.024 g, manufactured by Tokyo Kasei Co., Ltd.). ) Was changed, and a photoelectric conversion element was produced and evaluated in the same manner as in Example III-1.
As a result, the open circuit voltage was 0.65 V, the short circuit current density was 140.4 μA / cm 2 , the curve factor was 0.70, and the maximum output was 63.88 μW / cm 2 .

[実施例III−8]
実施例III−1におけるヨウ化メチルアミン(0.159g、東京化成社製)を、ヨウ化メチルアミン(0.135g、東京化成社製)とヨウ化ホルムアミジン(0.017g、東京化成社製)とヨウ化セシウム(0.013g、Aldrich社製)に変更した以外は実施例III−1と同様にして光電変換素子を作製し、評価した。
その結果、開放電圧0.64V、短絡電流密度142.1μA/cm2、曲線因子0.69、最大出力62.75μW/cm2と良好な値を示した。
[Example III-8]
Methylamine iodide (0.159 g, manufactured by Tokyo Kasei Co., Ltd.) in Example III-1 was mixed with methylamine iodide (0.135 g, manufactured by Tokyo Kasei Co., Ltd.) and formamidine iodide (0.017 g, manufactured by Tokyo Kasei Co., Ltd.). ) And cesium iodide (0.013 g, manufactured by Aldrich), a photoelectric conversion element was prepared and evaluated in the same manner as in Example III-1.
As a result, the open circuit voltage was 0.64 V, the short circuit current density was 142.1 μA / cm 2 , the curve factor was 0.69, and the maximum output was 62.75 μW / cm 2 .

[実施例III−9]
実施例III−1におけるヨウ化メチルアミン(0.159g、東京化成社製)を、ヨウ化メチルアミン(0.143g、東京化成社製)とヨウ化セシウム(0.026g、Aldrich社製)に変更した以外は実施例III−1と同様にして光電変換素子を作製し、評価した。
その結果、開放電圧0.62V、短絡電流密度139.1μA/cm2、曲線因子0.69、最大出力59.51μW/cm2と良好な値を示した。
[Example III-9]
Methylamine iodide (0.159 g, manufactured by Tokyo Kasei Co., Ltd.) in Example III-1 was converted to methylamine iodide (0.143 g, manufactured by Tokyo Kasei Co., Ltd.) and cesium iodide (0.026 g, manufactured by Aldrich Co., Ltd.). A photoelectric conversion element was prepared and evaluated in the same manner as in Example III-1 except that it was changed.
As a result, the open circuit voltage was 0.62 V, the short circuit current density was 139.1 μA / cm 2 , the curve factor was 0.69, and the maximum output was 59.51 μW / cm 2 .

[比較例1]
実施例II−2における化合物No.1−1の3級アミン化合物をターシャルブチルピリジン(tBP:アルドリッチ社製)に変更した以外は、実施例II−2と同様にして光電変換素子を作製し、評価した。その結果を表1に示す。
[Comparative Example 1]
Compound No. in Example II-2. A photoelectric conversion element was prepared and evaluated in the same manner as in Example II-2 except that the tertiary amine compound 1-1 was changed to tarsal butylpyridine (tBP: manufactured by Aldrich). The results are shown in Table 1.

[比較例2]
実施例II−2における化合物No.1−1の3級アミン化合物を下記化合物(DBAP)に変更した以外は、実施例II−2と同様にして光電変換素子を作製し、評価した。その結果を表1に示す。

Figure 0006850435
[Comparative Example 2]
Compound No. in Example II-2. A photoelectric conversion element was prepared and evaluated in the same manner as in Example II-2 except that the tertiary amine compound 1-1 was changed to the following compound (DBAP). The results are shown in Table 1.
Figure 0006850435

[比較例3]
実施例II−8における化合物No.1−1の3級アミン化合物をターシャルブチルピリジン(tBP:アルドリッチ社製)に変更した以外は、実施例II−8と同様にして光電変換素子を作製し、評価した。その結果を表1に示す。
[Comparative Example 3]
Compound No. in Example II-8. A photoelectric conversion element was prepared and evaluated in the same manner as in Example II-8 except that the tertiary amine compound 1-1 was changed to tarsal butylpyridine (tBP: manufactured by Aldrich). The results are shown in Table 1.

[比較例4]
実施例III−1における化合物No.1−1の3級アミン化合物をターシャルブチルピリジン(tBP:アルドリッチ社製)に変更した以外は、実施例III−1と同様にして光電変換素子を作製し、評価した。
その結果、開放電圧0.52V、短絡電流密度102.2μA/cm2、曲線因子0.66、最大出力35.07μW/cm2であった。
[Comparative Example 4]
Compound No. in Example III-1. A photoelectric conversion element was prepared and evaluated in the same manner as in Example III-1 except that the tertiary amine compound 1-1 was changed to tarsal butylpyridine (tBP: manufactured by Aldrich).
As a result, the open circuit voltage was 0.52 V, the short circuit current density was 102.2 μA / cm 2 , the curve factor was 0.66, and the maximum output was 35.07 μW / cm 2 .

[比較例5]
実施例III−1における化合物No.1−1の3級アミン化合物を上記化合物(DBAP)に変更した以外は、実施例III−1と同様にして光電変換素子を作製し、評価した。
その結果、開放電圧0.58V、短絡電流密度115.4μA/cm2、曲線因子0.67、最大出力44.84μW/cm2であった。
[Comparative Example 5]
Compound No. in Example III-1. A photoelectric conversion element was prepared and evaluated in the same manner as in Example III-1 except that the tertiary amine compound 1-1 was changed to the above compound (DBAP).
As a result, the open circuit voltage was 0.58 V, the short circuit current density was 115.4 μA / cm 2 , the curve factor was 0.67, and the maximum output was 44.84 μW / cm 2 .

[比較例6]
比較例4で作製した光電変換素子の外周をエポキシ樹脂とガラスで封止し、60℃に加熱したオーブンに100時間入れた。
前記60℃100時間の耐久試験後の光電変換素子について、実施例III−1と同様にして評価した。
その結果、開放電圧0.43V、短絡電流密度95.5μA/cm2、曲線因子0.57、最大出力23.04μW/cm2であった。
前記耐久性試験後の最大出力維持率は、初期値(比較例4の光電変換素子の最大出力)の65.7%であった。
[Comparative Example 6]
The outer circumference of the photoelectric conversion element produced in Comparative Example 4 was sealed with an epoxy resin and glass, and placed in an oven heated to 60 ° C. for 100 hours.
The photoelectric conversion element after the durability test at 60 ° C. for 100 hours was evaluated in the same manner as in Example III-1.
As a result, the open circuit voltage was 0.43 V, the short circuit current density was 95.5 μA / cm 2 , the curve factor was 0.57, and the maximum output was 23.04 μW / cm 2 .
The maximum output retention rate after the durability test was 65.7% of the initial value (maximum output of the photoelectric conversion element of Comparative Example 4).

[比較例7]
比較例5で作製した光電変換素子の外周をエポキシ樹脂とガラスで封止し、60℃に加熱したオーブンに100時間入れた。
前記60℃100時間の耐久試験後の光電変換素子について、実施例III−1と同様にして評価した。
その結果、開放電圧0.49V、短絡電流密度103.3μA/cm2、曲線因子0.61、最大出力30.87μW/cm2であった。
前記耐久性試験後の最大出力維持率は、初期値(比較例5の光電変換素子の最大出力)の68.8%であった。
[Comparative Example 7]
The outer circumference of the photoelectric conversion element produced in Comparative Example 5 was sealed with an epoxy resin and glass, and placed in an oven heated to 60 ° C. for 100 hours.
The photoelectric conversion element after the durability test at 60 ° C. for 100 hours was evaluated in the same manner as in Example III-1.
As a result, the open circuit voltage was 0.49 V, the short circuit current density was 103.3 μA / cm 2 , the curve factor was 0.61, and the maximum output was 30.87 μW / cm 2 .
The maximum output retention rate after the durability test was 68.8% of the initial value (maximum output of the photoelectric conversion element of Comparative Example 5).

Figure 0006850435
Figure 0006850435

Figure 0006850435
Figure 0006850435

前記実施例II−1〜7の光電変換素子は、第二の電極作製時に加熱乾燥を行っており、加熱乾燥を行っていない実施例II−8と比べて、短絡電流密度や開放電圧が高くなり、特異的に出力向上が認められる。一般的なターシャルブチルピリジン(tBP)を用いた比較例1と比較例3を比べると、加熱により従来結果のような出力劣化が認められる。また、比較例2の光電変換素子は、DBAPは3級アミン化合物であるが、ベンジル基が2つの化合物であり、塩基性が若干弱いことにより、内部抵抗が低くなり、出力低下となった。
前記実施例III−1〜10の光電変換素子は、比較例4〜7と比べて、前記開放電圧、短絡電流密度、曲線因子、最大出力に示される初期特性が良好であり、また耐久試験後の最大出力維持率にも優れ、作製後の高温保存に対しても優れた耐久性を示した。
以上明らかなように、本発明の光電変換素子は、微弱光環境下における光電変換特性がより優れている。更に、安価製造プロセス時に課題となる高温プロセスを経ることで、より高出力となることがわかる。
The photoelectric conversion elements of Examples II-1 to 7 are heat-dried at the time of producing the second electrode, and have higher short-circuit current density and open circuit voltage than those of Example II-8 which are not heat-dried. Therefore, the output is specifically improved. Comparing Comparative Example 1 and Comparative Example 3 using general tarsal butyl pyridine (tBP), output deterioration as in the conventional results is observed due to heating. Further, in the photoelectric conversion element of Comparative Example 2, DBAP is a tertiary amine compound, but the benzyl group is two compounds, and the basicity is slightly weak, so that the internal resistance is lowered and the output is lowered.
The photoelectric conversion elements of Examples III-1 to 10 to 10 have better initial characteristics shown in the open circuit voltage, short-circuit current density, curve factor, and maximum output as compared with Comparative Examples 4 to 7, and after the durability test. It was also excellent in the maximum output maintenance rate of, and showed excellent durability even when stored at high temperature after production.
As is clear above, the photoelectric conversion element of the present invention is more excellent in photoelectric conversion characteristics in a weak light environment. Furthermore, it can be seen that the output becomes higher by going through the high temperature process, which is a problem in the low cost manufacturing process.

特開平11−144773号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 11-144773

パナソニック電工技報, 56 (2008) 87Panasonic Electric Works, 56 (2008) 87 J. Am. Chem. Soc., 133 (2011) 18042J. Am. Chem. Soc., 133 (2011) 18042 J. Am. Chem. Soc., 135 (2013) 7378J. Am. Chem. Soc., 135 (2013) 7378 フジクラ技報, 121 (2011) 42Fujikura Technical Report, 121 (2011) 42

Claims (9)

下記一般式(1)で表される3級アミン化合物。
Figure 0006850435
(式中、Ar1、Ar2は、それぞれアルキル基もしくはアルコキシ基を有するベンゼン環、無置換のベンゼン環、アルキル基もしくはアルコキシ基を有するナフタレン環、及び無置換のナフタレン環のいずれかを表す。)
A tertiary amine compound represented by the following general formula (1).
Figure 0006850435
(In the formula, Ar 1 and Ar 2 represent any of a benzene ring having an alkyl group or an alkoxy group, an unsubstituted benzene ring, a naphthalene ring having an alkyl group or an alkoxy group, and an unsubstituted naphthalene ring, respectively. )
第一の電極と、ホールブロッキング層と、電子輸送層と、ホール輸送層と、第二の電極とを有し、前記ホール輸送層は、請求項1に記載の3級アミン化合物を含む光電変換素子。 It has a first electrode, a hole blocking layer, an electron transport layer, a hole transport layer, and a second electrode, and the hole transport layer is a photoelectric conversion containing the tertiary amine compound according to claim 1. element. 前記ホール輸送層が、下記一般式(2)で表されるホール輸送材料を含む請求項2に記載の光電変換素子。
Figure 0006850435
(式中、R1は、水素原子もしくはメチル基を表す。)
The photoelectric conversion element according to claim 2, wherein the hole transport layer includes a hole transport material represented by the following general formula (2).
Figure 0006850435
(In the formula, R 1 represents a hydrogen atom or a methyl group.)
前記電子輸送層が、酸化チタンを含む請求項2または3に記載の光電変換素子。 The photoelectric conversion element according to claim 2 or 3, wherein the electron transport layer contains titanium oxide. 前記ホールブロッキング層が、酸化チタンを含む請求項2乃至4のいずれか一項に記載の光電変換素子。 The photoelectric conversion element according to any one of claims 2 to 4, wherein the hole blocking layer contains titanium oxide. 透明導電膜基板上に、第一の電極と、前記第一の電極上に設けられたホールブロッキング層と、前記ホールブロッキング層上に設けられた電子輸送層と、前記電子輸送層上に設けられた有機無機ペロブスカイト化合物層と、前記有機無機ペロブスカイト化合物層上に設けられたホール輸送層と、前記ホール輸送層上に設けられた第二の電極とを具備し、前記ホール輸送層は、下記一般式(1)で表される3級アミン化合物を含む光電変換素子。
Figure 0006850435
(式中、Ar1、Ar2は、それぞれアルキル基もしくはアルコキシ基を有するベンゼン環、無置換のベンゼン環、アルキル基もしくはアルコキシ基を有するナフタレン環、及び無置換のナフタレン環のいずれかを表す。)
The first electrode, the hole blocking layer provided on the first electrode, the electron transport layer provided on the hole blocking layer, and the electron transport layer provided on the transparent conductive film substrate are provided on the electron transport layer. The organic-inorganic perovskite compound layer, the hole transport layer provided on the organic-inorganic perobskite compound layer, and the second electrode provided on the hole transport layer are provided, and the hole transport layer is generally described below. A photoelectric conversion element containing a tertiary amine compound represented by the formula (1).
Figure 0006850435
(In the formula, Ar 1 and Ar 2 represent any of a benzene ring having an alkyl group or an alkoxy group, an unsubstituted benzene ring, a naphthalene ring having an alkyl group or an alkoxy group, and an unsubstituted naphthalene ring, respectively. )
前記有機無機ペロブスカイト化合物層における有機無機ペロブスカイト化合物が、下記一般式(a)にて表される請求項6記載の光電変換素子。
αβγ ・・・一般式(a)
(式中、Xはハロゲン原子、Yはアルキルアンモニウム、ホルムアミジニウム、及びセシウムから選ばれる少なくとも1種(ただしセシウムのみの場合を除く)、Mは鉛及び/または錫、α:β:γの比率が3:1:1である。)
The photoelectric conversion element according to claim 6, wherein the organic-inorganic perovskite compound in the organic-inorganic perovskite compound layer is represented by the following general formula (a).
X α Y β M γ・ ・ ・ General formula (a)
(In the formula, X is a halogen atom, Y is at least one selected from alkylammonium, formamidinium, and cesium (except when only cesium is used), M is lead and / or tin, and α: β: γ. The ratio is 3: 1: 1.)
前記アルキルアンモニウムが、メチルアンモニウムである請求項7に記載の光電変換素子。 The photoelectric conversion element according to claim 7, wherein the alkylammonium is methylammonium. 請求項2乃至8のいずれか一項に記載の光電変換素子を具備する太陽電池。 A solar cell comprising the photoelectric conversion element according to any one of claims 2 to 8.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110880550A (en) * 2018-09-05 2020-03-13 杭州纤纳光电科技有限公司 Coating equipment and method for precursor solution containing surfactant
JPWO2022004882A1 (en) * 2020-07-02 2022-01-06

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20200056470A (en) * 2014-02-24 2020-05-22 가부시키가이샤 리코 Photoelectric conversion element and solar cell
JP6337561B2 (en) * 2014-03-27 2018-06-06 株式会社リコー Perovskite solar cell
WO2015159940A1 (en) * 2014-04-16 2015-10-22 株式会社リコー Photoelectric conversion element

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