JPWO2012081614A1 - Pyrrole compounds and uses thereof - Google Patents
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Abstract
本発明は、光電変換特性に優れ、光電変換用色素として有用な化合物を提供する。本発明にかかる化合物は、下記一般式(1)で表されるピロール系化合物、その互変異性体若しくは立体異性体、またはそれらの塩である。【化1】前記一般式(1)中、R1〜R4は、それぞれ独立に水素原子、置換若しくは無置換の直鎖若しくは分枝アルキル基、または置換若しくは無置換のアリール基を表し;Xは、酸性基を有する基を表し;Zは、チオフェン環、フラン環およびピロール環からなる群から選択される少なくとも一種の複素環を有する連結基を表す。The present invention provides a compound having excellent photoelectric conversion characteristics and useful as a photoelectric conversion dye. The compound according to the present invention is a pyrrole compound represented by the following general formula (1), a tautomer or stereoisomer thereof, or a salt thereof. In the general formula (1), R1 to R4 each independently represent a hydrogen atom, a substituted or unsubstituted linear or branched alkyl group, or a substituted or unsubstituted aryl group; Z represents a group having an acidic group; Z represents a linking group having at least one heterocyclic ring selected from the group consisting of a thiophene ring, a furan ring and a pyrrole ring.
Description
本発明は、ピロール系化合物およびその用途に関する。 The present invention relates to a pyrrole compound and its use.
これまでの石油に代表される化石燃料の大量使用により、CO2濃度の増加で地球温暖化が深刻な問題となっており、さらに化石燃料の枯渇が心配されている。そのため、今後の大量のエネルギー需要をどう賄うかが、地球規模で非常に重要な課題となっている。このような状況の中、無限でかつ、原子力発電に対してクリーンな光エネルギーを発電に利用することが積極的に検討されている。光エネルギーを電気エネルギーに変換する太陽電池としては、単結晶シリコン、多結晶シリコン、アモルファスシリコン等の無機系材料を用いた無機系太陽電池や、有機色素や導電性高分子材料を用いた有機系太陽電池が提案されている。Due to the large amount of fossil fuels represented by petroleum so far, global warming has become a serious problem due to the increase in CO 2 concentration, and there is a concern about the depletion of fossil fuels. Therefore, how to meet future demand for large amounts of energy has become a very important issue on a global scale. Under such circumstances, the use of light energy that is infinite and clean with respect to nuclear power generation is being actively studied. Solar cells that convert light energy into electrical energy include inorganic solar cells that use inorganic materials such as single crystal silicon, polycrystalline silicon, and amorphous silicon, and organic solar cells that use organic dyes and conductive polymer materials. Solar cells have been proposed.
このような状況の中、1991年スイスのグレッツェル博士らによって提案された色素増感型太陽電池(グレッツェル型太陽電池)(例えば、特許文献1および非特許文献1を参照)は、簡易な製造プロセスに加え、アモルファスシリコン並みの変換効率が得られることから、次世代の太陽電池として期待されている。グレッツェル型太陽電池は、色素を吸着させた半導体層を、導電性基材上に形成した半導体電極と、半導体電極に相対する導電性基材からなる対電極と、両電極間に保持された電解質層とを具えている。 Under such circumstances, a dye-sensitized solar cell (Gretzel solar cell) proposed by Dr. Gretzell of Switzerland in 1991 (for example, see Patent Document 1 and Non-Patent Document 1) is a simple manufacturing process. In addition, it is expected to be a next-generation solar cell because it can achieve the same conversion efficiency as amorphous silicon. A Gretzel type solar cell includes a semiconductor layer having a dye adsorbed thereon, a semiconductor electrode formed on a conductive substrate, a counter electrode made of a conductive substrate opposite to the semiconductor electrode, and an electrolyte held between the electrodes. With layers.
このグレッツェル型太陽電池では、吸着させた色素が光吸収して励起状態となり、その励起された色素から半導体層に電子が注入される。電子の放出により酸化状態となった色素は、電解質層中のレドックス剤の酸化反応により色素に電子が移動することで、還元され、元の色素に戻る。そして、色素に電子を供与したレドックス剤は、対電極側で再び還元される。グレッツェル型太陽電池は、この一連の反応によって、光エネルギーを電気エネルギーに変換する太陽電池として機能する。 In this Gretzel type solar cell, the adsorbed dye absorbs light and enters an excited state, and electrons are injected from the excited dye into the semiconductor layer. The dye that has been oxidized by the emission of electrons is reduced by the transfer of electrons to the dye by the oxidation reaction of the redox agent in the electrolyte layer, and returns to the original dye. Then, the redox agent that has donated electrons to the dye is reduced again on the counter electrode side. The Gretzel type solar cell functions as a solar cell that converts light energy into electric energy by this series of reactions.
このグレッツェル型太陽電池では、微粒子を焼結させた多孔性の酸化チタンを半導体層に用いることで、色素が吸着している表面積、すなわち、有効な反応表面積が約1000倍にも増大している。気相成長法で作製される酸化チタン膜を使用する場合と比較して、多孔性の酸化チタンを用いる場合、より大きな光電流が取り出せることが大きな特徴となっている。 In this Gretzel-type solar cell, the surface area on which the dye is adsorbed, that is, the effective reaction surface area is increased by about 1000 times by using porous titanium oxide obtained by sintering fine particles in the semiconductor layer. . Compared with the case of using a titanium oxide film produced by a vapor phase growth method, the use of porous titanium oxide has a great feature that a larger photocurrent can be taken out.
グレッツェル型太陽電池では、増感色素としてルテニウム錯体等の金属錯体が用いられ、具体的には、例えば、シス−ビス(イソチオシアナト)−ビス−(2,2’−ビピリジル−4,4’−ジカルボン酸)ルテニウム(II)二テトラブチルアンモニウム錯体、シス−ビス(イソチオシアナト)−ビス−(2,2’−ビピリジル−4,4’−ジカルボン酸)ルテニウム(II)等のルテニウムのビピリジン錯体や、ルテニウムのテルピリジン錯体の一種である、トリス(イソチオシアナト)(2,2’:6’,2”−テルピリジル−4,4’,4”−トリカルボン酸)ルテニウム(II)三テトラブチルアンモニウム錯体が用いられる。 In a Gretzel type solar cell, a metal complex such as a ruthenium complex is used as a sensitizing dye. Specifically, for example, cis-bis (isothiocyanato) -bis- (2,2′-bipyridyl-4,4′-dicarboxylic acid) is used. Acid) ruthenium (II) ditetrabutylammonium complex, cis-bis (isothiocyanato) -bis- (2,2′-bipyridyl-4,4′-dicarboxylic acid) ruthenium (II), etc., ruthenium bipyridine complex, ruthenium Tris (isothiocyanato) (2,2 ′: 6 ′, 2 ″ -terpyridyl-4,4 ′, 4 ″ -tricarboxylic acid) ruthenium (II) tritetrabutylammonium complex is used.
上述のように、背景技術に記載する色素増感太陽電池では、増感色素として、ルテニウム錯体等の貴金属を含む金属錯体が用いられている。例えば、ルテニウム錯体を使用する色素増感太陽電池の大量生産をする場合に、ルテニウムは触媒など多くの用途を有するため、「資源的な制約」という点で問題が生じるおそれがある。また、貴金属を使用するため、色素増感太陽電池が高価なものになり、普及の妨げにもなる。このため、色素増感太陽電池に使用される増感色素として、ルテニウム等の貴金属を含まない有機色素の開発が求められている。一般に、ルテニウム錯体等の金属錯体に比べて、有機色素はモル吸光係数が大きく、さらに、分子設計の自由度も大きいことから、高い光電変換効率の有機色素の開発が期待されている。 As described above, in the dye-sensitized solar cell described in the background art, a metal complex containing a noble metal such as a ruthenium complex is used as a sensitizing dye. For example, when mass-producing dye-sensitized solar cells using a ruthenium complex, ruthenium has many uses such as a catalyst, and thus there is a possibility that a problem may arise in terms of “resource constraints”. Further, since noble metals are used, the dye-sensitized solar cell becomes expensive and hinders its spread. For this reason, development of the organic dye which does not contain noble metals, such as ruthenium, is calculated | required as a sensitizing dye used for a dye-sensitized solar cell. In general, compared to metal complexes such as ruthenium complexes, organic dyes have a large molar extinction coefficient and also have a high degree of freedom in molecular design, and therefore, development of organic dyes with high photoelectric conversion efficiency is expected.
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであって、光電変換特性に優れ、光電変換用色素などに使用可能なピロール系化合物、前記ピロール系化合物を含む光電変換特性に優れた光電変換用色素、これを用いた光電気化学電池用半導体電極、光電気化学電池用光電変換素子および光電気化学電池を提供することにある。 The present invention has been made in order to solve the above-described problems, and is a pyrrole compound that is excellent in photoelectric conversion characteristics and can be used for a pigment for photoelectric conversion, and a photoelectric conversion characteristic that is excellent in photoelectric conversion characteristics including the pyrrole compound. It is in providing the pigment | dye for conversion, the semiconductor electrode for photoelectrochemical cells using the same, the photoelectric conversion element for photoelectrochemical cells, and a photoelectrochemical cell.
本発明のピロール系化合物は、
下記一般式(1)で表されることを特徴とするピロール系化合物、その互変異性体若しくは立体異性体、またはそれらの塩である。The pyrrole compound of the present invention is
A pyrrole compound represented by the following general formula (1), a tautomer or stereoisomer thereof, or a salt thereof.
R1〜R4は、それぞれ独立に水素原子、置換若しくは無置換の直鎖若しくは分枝アルキル基、または置換若しくは無置換のアリール基を表し、
Xは、酸性基を有する基を表し、
Zは、チオフェン環、フラン環およびピロール環からなる群から選択される少なくとも一種の複素環を有する連結基を表す。
R 1 to R 4 each independently represent a hydrogen atom, a substituted or unsubstituted linear or branched alkyl group, or a substituted or unsubstituted aryl group,
X represents a group having an acidic group,
Z represents a linking group having at least one heterocyclic ring selected from the group consisting of a thiophene ring, a furan ring and a pyrrole ring.
本発明の光電変換用色素は、
本発明にかかる、前記一般式(1)で表されるピロール系化合物、その互変異性体若しくは立体異性体、またはそれらの塩の少なくとも一種を含むことを特徴とする。The dye for photoelectric conversion of the present invention is
It includes at least one of a pyrrole compound represented by the general formula (1), a tautomer or stereoisomer thereof, or a salt thereof according to the present invention.
本発明の光電気化学電池用半導体電極は、前記本発明の光電変換用色素を含む半導体層を有することを特徴とする。 The semiconductor electrode for photoelectrochemical cells of the present invention is characterized by having a semiconductor layer containing the photoelectric conversion dye of the present invention.
本発明の光電気化学電池用光電変換素子は、前記本発明の光電気化学電池用半導体電極を有することを特徴とする。 The photoelectric conversion element for a photoelectrochemical cell of the present invention has the semiconductor electrode for a photoelectrochemical cell of the present invention.
また、本発明の光電気化学電池は、前記本発明の光電気化学電池用光電変換素子を有することを特徴とする。 Moreover, the photoelectrochemical cell of the present invention is characterized by having the photoelectric conversion element for a photoelectrochemical cell of the present invention.
本発明によれば、光電変換特性に優れた光電変換用色素などに使用可能なピロール系化合物、前記ピロール系化合物を含む光電変換特性に優れた光電変換用色素、これを用いた光電気化学電池用半導体電極、光電気化学電池用光電変換素子および光電気化学電池を提供することができる。 According to the present invention, a pyrrole compound usable for a photoelectric conversion dye excellent in photoelectric conversion characteristics, a photoelectric conversion dye excellent in photoelectric conversion characteristics containing the pyrrole compound, and a photoelectrochemical cell using the same Semiconductor electrodes, photoelectric conversion elements for photoelectrochemical cells, and photoelectrochemical cells can be provided.
なお、図1中に付される符号は、それぞれ、下記を意味する。 In addition, the code | symbol attached | subjected in FIG. 1 means the following, respectively.
1 半導体層
2 透明導電層
3 光透過性基板
4 光電気化学電池用半導体電極
5 電解質層(電荷輸送層)
6 触媒層
7 基板
8 対電極DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
6 Catalyst layer 7
以下、本発明について、例を挙げて詳細に説明する。 Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to examples.
<ピロール系化合物>
本発明のピロール系化合物は、前記のとおり、下記の一般式(1)で表されることを特徴とするピロール系化合物、その互変異性体若しくは立体異性体、またはそれらの塩である。<Pyrrole compound>
The pyrrole compound of the present invention is, as described above, a pyrrole compound represented by the following general formula (1), a tautomer or stereoisomer thereof, or a salt thereof.
R1〜R4は、それぞれ独立に水素原子、置換若しくは無置換の直鎖若しくは分枝アルキル基、または置換若しくは無置換のアリール基を表し、
Xは、酸性基を有する基を表し、
Zは、チオフェン環、フラン環およびピロール環からなる群から選択される少なくとも一種の複素環を有する連結基を表す。
R 1 to R 4 each independently represent a hydrogen atom, a substituted or unsubstituted linear or branched alkyl group, or a substituted or unsubstituted aryl group,
X represents a group having an acidic group,
Z represents a linking group having at least one heterocyclic ring selected from the group consisting of a thiophene ring, a furan ring and a pyrrole ring.
なお、Zの構成に利用されるピロール環は、1H−ピロール、2H−ピロール、3H−ピロールの三種の異性体中、1H−ピロールの構造を有することが好ましい。 In addition, it is preferable that the pyrrole ring utilized for the structure of Z has a structure of 1H-pyrrole among three isomers of 1H-pyrrole, 2H-pyrrole, and 3H-pyrrole.
なお、本発明のピロール系化合物に互変異性体または立体異性体(例:幾何異性体、配座異性体および光学異性体)等の異性体が存在する場合は、いずれの異性体も本発明に用いることができる。また、本発明のピロール系化合物の塩は、酸付加塩でもよいが、塩基付加塩でもよい。さらに、前記酸付加塩を形成する酸は無機酸でも有機酸でも良く、前記塩基付加塩を形成する塩基は無機塩基でも有機塩基でもよい。前記無機酸としては、特に限定されないが、例えば、硫酸、リン酸、フッ化水素酸、塩酸、臭化水素酸、ヨウ化水素酸、次亜フッ素酸、次亜塩素酸、次亜臭素酸、次亜ヨウ素酸、亜フッ素酸、亜塩素酸、亜臭素酸、亜ヨウ素酸、フッ素酸、塩素酸、臭素酸、ヨウ素酸、過フッ素酸、過塩素酸、過臭素酸および過ヨウ素酸等が挙げられる。前記有機酸も特に限定されないが、例えば、p−トルエンスルホン酸、メタンスルホン酸、シュウ酸、p−ブロモベンゼンスルホン酸、コハク酸、クエン酸、安息香酸および酢酸等が挙げられる。前記無機塩基としては、特に限定されないが、例えば、水酸化アンモニウム、アルカリ金属水酸化物、アルカリ土類金属水酸化物、炭酸塩および炭酸水素塩等があげられ、より具体的には、例えば、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、炭酸カリウム、炭酸ナトリウム、炭酸水素ナトリウム、炭酸水素カリウム、水酸化カルシウムおよび炭酸カルシウム等が挙げられる。前記有機塩基も特に限定されないが、例えば、アルコールアミン、トリアルキルアミン、テトラアルキルアンモニウム、およびトリス(ヒドロキシメチル)アミノメタン等が挙げられる。前記アルコールアミンとしては、例えば、エタノールアミン等が挙げられる。前記トリアルキルアミンとしては、例えば、トリメチルアミン、トリエチルアミン、トリプロピルアミン、トリブチルアミン、トリオクチルアミン等が挙げられる。前記テトラアルキルアンモニウムとしては、例えば、テトラメチルアンモニウム、テトラエチルアンモニウム、テトラプロピルアンモニウム、テトラブチルアンモニウム、テトラオクチルアンモニウム等が挙げられる。これらの塩の製造方法も特に限定されず、例えば、前記ピロール系化合物に、前記のような酸や塩基を公知の方法により適宜付加させる等の方法で製造することができる。 When the pyrrole compound of the present invention has isomers such as tautomers or stereoisomers (eg, geometrical isomers, conformational isomers and optical isomers), any isomers of the present invention Can be used. The salt of the pyrrole compound of the present invention may be an acid addition salt or a base addition salt. Furthermore, the acid forming the acid addition salt may be an inorganic acid or an organic acid, and the base forming the base addition salt may be an inorganic base or an organic base. The inorganic acid is not particularly limited. For example, sulfuric acid, phosphoric acid, hydrofluoric acid, hydrochloric acid, hydrobromic acid, hydroiodic acid, hypofluorite, hypochlorous acid, hypobromite, Hypoiodous acid, fluorinated acid, chlorous acid, bromic acid, iodic acid, fluoric acid, chloric acid, bromic acid, iodic acid, perfluoric acid, perchloric acid, perbromic acid, periodic acid, etc. Can be mentioned. The organic acid is not particularly limited, and examples thereof include p-toluenesulfonic acid, methanesulfonic acid, oxalic acid, p-bromobenzenesulfonic acid, succinic acid, citric acid, benzoic acid, and acetic acid. The inorganic base is not particularly limited, and examples thereof include ammonium hydroxide, alkali metal hydroxides, alkaline earth metal hydroxides, carbonates and hydrogen carbonates, and more specifically, for example, Examples thereof include sodium hydroxide, potassium hydroxide, potassium carbonate, sodium carbonate, sodium hydrogen carbonate, potassium hydrogen carbonate, calcium hydroxide and calcium carbonate. The organic base is not particularly limited, and examples thereof include alcohol amine, trialkylamine, tetraalkylammonium, and tris (hydroxymethyl) aminomethane. Examples of the alcohol amine include ethanolamine. Examples of the trialkylamine include trimethylamine, triethylamine, tripropylamine, tributylamine, and trioctylamine. Examples of the tetraalkylammonium include tetramethylammonium, tetraethylammonium, tetrapropylammonium, tetrabutylammonium, tetraoctylammonium and the like. The method for producing these salts is not particularly limited, and for example, the salt can be produced by a method such as appropriately adding the above acid or base to the pyrrole compound by a known method.
また、本発明において、アルキル基の炭素数は、例えば、1〜12、好ましくは1〜8であり、アリール基の炭素数は、例えば、5〜24、好ましくは6〜12である。置換アルキル基または置換アリール基の場合、前記炭素数には、置換基の炭素数は含まないものとする。本発明において、アルキル基は、具体的には、例えば、メチル基、エチル基、n-プロピル基、イソプロピル基、n-ブチル基、イソブチル基、sec-ブチル基、tert-ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基、ヘプチル基、オクチル基、ノニル基、デシル基、ウンデシル基、ドデシル基等が挙げられる。アルキル基を構造中に含む基(アルキルアミノ基、アルコキシ基、アルカノイル基等)においても同様である。本発明において、置換アルキル基は、前記アルキル基(無置換アルキル基)が任意の置換基で置換された置換アルキル基でよい。前記置換アルキル基の置換基は、1でも複数でもよく、複数の場合は、同一でも異なっていてもよい。前記置換アルキル基の置換基は、例えば、ヒドロキシ基、アルコキシ基、アリール基(例えばフェニル基)等が挙げられる。前記置換アルキル基としては、具体的には、例えば、ベンジル基等のアラアルキル基が挙げられる。 Moreover, in this invention, carbon number of an alkyl group is 1-12, for example, Preferably it is 1-8, and carbon number of an aryl group is 5-24, for example, Preferably it is 6-12. In the case of a substituted alkyl group or a substituted aryl group, the number of carbon atoms does not include the number of carbon atoms of the substituent. In the present invention, the alkyl group specifically includes, for example, methyl group, ethyl group, n-propyl group, isopropyl group, n-butyl group, isobutyl group, sec-butyl group, tert-butyl group, pentyl group, Examples include hexyl group, heptyl group, octyl group, nonyl group, decyl group, undecyl group, dodecyl group and the like. The same applies to a group containing an alkyl group in the structure (alkylamino group, alkoxy group, alkanoyl group, etc.). In the present invention, the substituted alkyl group may be a substituted alkyl group in which the alkyl group (unsubstituted alkyl group) is substituted with an arbitrary substituent. One or a plurality of substituents of the substituted alkyl group may be used, and when there are a plurality of substituents, they may be the same or different. Examples of the substituent of the substituted alkyl group include a hydroxy group, an alkoxy group, an aryl group (for example, a phenyl group) and the like. Specific examples of the substituted alkyl group include araalkyl groups such as a benzyl group.
本発明において、アリール基は、特に制限しない限り、ヘテロアリール基も含むものとし、具体的には、例えば、フェニル基、ナフチル基、アントリル基、フェナントリル基、ピレニル基、ピリジル基、キノリル基、アクリジル基、ピロリル基(1H−ピロリル基)、フラニル基(フリル基)、チエニル基、カルバゾイル基、フルオレニル基等が挙げられる。本発明において、置換アリール基は、前記アリール基(無置換アリール基)が、任意の置換基で置換された置換アリール基でよい。前記置換アリール基の置換基は、1でも複数でもよく、複数の場合は、同一でも異なっていてもよい。前記置換アリール基の置換基は、例えば、アルキル基、ヒドロキシ基、アルコキシ基、アミノ基、アルキルアミノ基、ジアルキルアミノ基等が挙げられる。本発明において、置換または無置換のアリール基としては、具体的には、例えば、フェニル基、トリル基、4−t−ブチルフェニル基、3,5−ジ−t−ブチルフェニル基、4−メトキシフェニル基、および4−(N,N−ジメチルアミノ)フェニル基等が挙げられる。 In the present invention, the aryl group includes a heteroaryl group unless specifically limited, and specifically includes, for example, a phenyl group, a naphthyl group, an anthryl group, a phenanthryl group, a pyrenyl group, a pyridyl group, a quinolyl group, and an acridyl group. Pyrrolyl group (1H-pyrrolyl group), furanyl group (furyl group), thienyl group, carbazoyl group, fluorenyl group and the like. In the present invention, the substituted aryl group may be a substituted aryl group in which the aryl group (unsubstituted aryl group) is substituted with an arbitrary substituent. One or a plurality of substituents of the substituted aryl group may be used, and when there are a plurality of substituents, they may be the same or different. Examples of the substituent of the substituted aryl group include an alkyl group, a hydroxy group, an alkoxy group, an amino group, an alkylamino group, and a dialkylamino group. In the present invention, specific examples of the substituted or unsubstituted aryl group include, for example, phenyl group, tolyl group, 4-t-butylphenyl group, 3,5-di-t-butylphenyl group, 4-methoxy group. Examples thereof include a phenyl group and a 4- (N, N-dimethylamino) phenyl group.
なお、一般に、アリール基は、「芳香族炭化水素(ArH)」から誘導される1価の基(Ar−)を意味し、「芳香族炭化水素(ArH)」には、ベンゼン系芳香族炭化水素と非ベンゼン系芳香族炭化水素が含まれる。 In general, an aryl group means a monovalent group (Ar—) derived from “aromatic hydrocarbon (ArH)”, and “aromatic hydrocarbon (ArH)” includes benzene-based aromatic carbonization. Hydrogen and non-benzene aromatic hydrocarbons are included.
本発明において、アルケニル基は、アルキル基の任意の炭素間結合が脱水素により二重結合に変換された構造であってよい。本発明において、アシル基としては、特に限定されないが、例えば、ホルミル基、アセチル基、プロピオニル基、イソブチリル基、バレリル基、イソバレリル基、ピバロイル基、ヘキサノイル基、シクロヘキサンカルボニル基、ベンゾイル基、エトキシカルボニル基(C2H5−O−CO−)、等が挙げられ、アシル基を構造中に含む基(アシルオキシ基、アルカノイルオキシ基等)においても同様である。また、本発明において、アシル基の炭素数にはカルボニル炭素を含み、例えば、炭素数1のアルカノイル基(アシル基)とはホルミル基を指すものとする。本発明において、「ハロゲン」とは、任意のハロゲン元素を指すが、例えば、フッ素、塩素、臭素およびヨウ素が挙げられる。In the present invention, the alkenyl group may have a structure in which any carbon-carbon bond of the alkyl group is converted to a double bond by dehydrogenation. In the present invention, the acyl group is not particularly limited. For example, formyl group, acetyl group, propionyl group, isobutyryl group, valeryl group, isovaleryl group, pivaloyl group, hexanoyl group, cyclohexanecarbonyl group, benzoyl group, ethoxycarbonyl group (C 2 H 5 —O—CO—) and the like, and the same applies to groups containing an acyl group in the structure (acyloxy group, alkanoyloxy group, etc.). In the present invention, the carbon number of the acyl group includes carbonyl carbon. For example, an alkanoyl group having 1 carbon atom (acyl group) refers to a formyl group. In the present invention, “halogen” refers to any halogen element, and examples thereof include fluorine, chlorine, bromine and iodine.
なお、本発明において、アルキル基、アルコキシ基、アルケニル基、アルカノイル基等の鎖状の基は、特に制限しない限り、直鎖状でも分枝状でもよい。また、本発明において、置換基の立体配置等に起因する異性体が存在する場合は、特に制限しない限り、どの異性体でもよい。例えば、単に「プロピル基」という場合はn-プロピル基およびイソプロピル基のどちらでもよい。単に「ブチル基」という場合は、n-ブチル基、イソブチル基、sec-ブチル基およびtert-ブチル基のいずれでもよい。単に「ナフチル基」という場合は、1−ナフチル基および2−ナフチル基のいずれでもよい。 In the present invention, a chain group such as an alkyl group, an alkoxy group, an alkenyl group, and an alkanoyl group may be linear or branched unless otherwise limited. In the present invention, when there is an isomer due to the configuration of substituents, etc., any isomer may be used unless otherwise limited. For example, when simply referring to a “propyl group”, either an n-propyl group or an isopropyl group may be used. When simply referred to as “butyl group”, any of n-butyl group, isobutyl group, sec-butyl group and tert-butyl group may be used. When simply referred to as “naphthyl group”, either a 1-naphthyl group or a 2-naphthyl group may be used.
前記一般式(1)中のXは、前記のとおり、酸性基を有する基を表す。Xは、酸性基のみからなっていてもよいし、他の基に酸性基が結合した基でもよい。Xは、酸性基を有する有機基であることが好ましい。例えば、前記酸性基が結合している前記他の基が、有機基であってもよい。前記有機基は、特に限定されないが、好ましくは、Zと共役可能な基である。前記Zと共役可能な基は、炭素間二重結合を有する基であることが、より好ましい。前記酸性基としては、例えば、カルボキシ基、スルホン酸基、若しくはホスホン酸基、またはそれらの塩が挙げられ、カルボキシ基またはその塩が特に好ましい。前記酸性基が塩の場合は、1価若しくは2価の金属塩、アンモニウム塩または有機アンモニウム塩が好ましい。1価または2価の金属塩としては、Li、Na、K、Cs等のアルカリ金属塩、Mg、Ca、Sr等のアルカリ土類金属塩が挙げられる。有機アンモニウム塩の有機基としては、炭素数1〜8のアルキル基、炭素数2〜8のアルケニル基、炭素数6〜12のアリール基が挙げられる。 X in the general formula (1) represents a group having an acidic group as described above. X may consist of only an acidic group, or may be a group in which an acidic group is bonded to another group. X is preferably an organic group having an acidic group. For example, the other group to which the acidic group is bonded may be an organic group. The organic group is not particularly limited, but is preferably a group that can be conjugated with Z. The group capable of conjugating with Z is more preferably a group having a carbon-carbon double bond. Examples of the acidic group include a carboxy group, a sulfonic acid group, a phosphonic acid group, or a salt thereof, and a carboxy group or a salt thereof is particularly preferable. When the acidic group is a salt, a monovalent or divalent metal salt, ammonium salt or organic ammonium salt is preferable. Examples of the monovalent or divalent metal salt include alkali metal salts such as Li, Na, K, and Cs, and alkaline earth metal salts such as Mg, Ca, and Sr. Examples of the organic group of the organic ammonium salt include an alkyl group having 1 to 8 carbon atoms, an alkenyl group having 2 to 8 carbon atoms, and an aryl group having 6 to 12 carbon atoms.
前記一般式(1)で表わされるピロール系化合物は、Xが酸性基を有していることで、後述の光電気化学電池用半導体電極に用いられる半導体層に吸着させることができる。 The pyrrole compound represented by the general formula (1) can be adsorbed on a semiconductor layer used in a semiconductor electrode for a photoelectrochemical cell, which will be described later, because X has an acidic group.
酸性基を有する有機基Xの具体的な例を、下記化学式(Xa)〜(Xm)に示す。これらの有機基Xは、酸性基の他に、炭素間(炭素−炭素)二重結合を有し、この炭素−炭素二重結合の一方の炭素に連結基Zの一方の結合手が結合し、他方の炭素にシアノ基、カルボニル基、他の炭素−炭素二重結合の炭素、炭素−窒素二重結合の炭素のいずれかが結合している。ただし、有機基Xは、これらに限定されるものではない。また、化学式(Xa)〜(Xm)で表される有機基Xは、Z体およびE体のいずれでもよい。すなわち、これらの有機基Xは、化学式(Xa)〜(Xm)で表されるとおりの構造でもよいし、その幾何異性体でもよい。 Specific examples of the organic group X having an acidic group are shown in the following chemical formulas (Xa) to (Xm). These organic groups X have an intercarbon (carbon-carbon) double bond in addition to an acidic group, and one bond of the linking group Z is bonded to one carbon of the carbon-carbon double bond. The other carbon is bonded to a cyano group, a carbonyl group, another carbon-carbon double bond carbon, or a carbon-nitrogen double bond carbon. However, the organic group X is not limited to these. Further, the organic group X represented by the chemical formulas (Xa) to (Xm) may be either Z-form or E-form. That is, these organic groups X may have structures as represented by chemical formulas (Xa) to (Xm) or geometric isomers thereof.
Mは、水素原子または塩形成性陽イオンを表し、
B−は、水酸化物イオンまたは塩形成性陰イオンを表す。
M represents a hydrogen atom or a salt-forming cation,
B − represents a hydroxide ion or a salt-forming anion.
なお、MおよびB−は、1価のイオンであってもよいが、多価イオンであってもよい。MまたはB−が多価イオンである場合は、前記化学式(Xa)〜(Xm)中における個数が、価数分の1であってもよい。例えば、Mは、1/2Mg2+であってもよいし、B−は、1/2SO4 2−であってもよいが、これらに限定されるものではない。M and B − may be monovalent ions or multivalent ions. When M or B − is a multivalent ion, the number in the chemical formulas (Xa) to (Xm) may be a fraction of the valence. For example, M may be 1 / 2Mg 2+ and B − may be 1 / 2SO 4 2− , but is not limited thereto.
塩形成性陽イオンMとしては、カルボキシ基(−COO−)と塩(−COOM)を形成し得る各種の陽イオンが挙げられる。このような陽イオンとしては、例えば、アンモニウムカチオン(NH4+);アミンから誘導される有機アンモニウムカチオン(A1A2A3A4N+、A1〜A4は水素原子または有機基を示すが、その少なくとも1つは有機基である);Li+、Na+、K+、Cs+等のアルカリ金属イオン;Mg2+、Ca2+、Sr2+等のアルカリ土類金属イオン等が挙げられる。有機アンモニウムカチオン(A1A2A3A4N+)の有機基(A1〜A4)としては、例えば、炭素数1〜8のアルキル基、炭素数2〜8のアルケニル基、炭素数6〜12のアリール基が挙げられる。Examples of the salt-forming cation M include various cations capable of forming a salt (—COOM) with a carboxy group (—COO − ). Examples of such a cation include an ammonium cation (NH 4+ ); an organic ammonium cation derived from an amine (A 1 A 2 A 3 A 4 N + , A 1 to A 4 represent a hydrogen atom or an organic group. At least one of which is an organic group); alkali metal ions such as Li + , Na + , K + and Cs + ; alkaline earth metal ions such as Mg 2+ , Ca 2+ and Sr 2+ . Examples of the organic group (A 1 to A 4 ) of the organic ammonium cation (A 1 A 2 A 3 A 4 N + ) include an alkyl group having 1 to 8 carbon atoms, an alkenyl group having 2 to 8 carbon atoms, and a carbon number. Examples include 6 to 12 aryl groups.
酸性基を有する有機基Xは、下記化学式(X1)〜(X16)で表されることがより好ましい。また、化学式(X1)〜(X16)で表される有機基Xは、Z体およびE体のいずれでもよい。すなわち、これらの有機基Xは、化学式(X1)〜(X16)で表されるとおりの構造でもよいし、その幾何異性体でもよい。 The organic group X having an acidic group is more preferably represented by the following chemical formulas (X1) to (X16). Further, the organic group X represented by the chemical formulas (X1) to (X16) may be either Z-form or E-form. That is, these organic groups X may have structures as represented by chemical formulas (X1) to (X16) or geometric isomers thereof.
前記一般式(1)中のZは、チオフェン環、フラン環およびピロール環の中から選ばれる少なくとも一種の複素環を有する連結基を表す。なお、Zの構成に利用されるピロール環は、1H−ピロール、2H−ピロール、3H−ピロールの三種の異性体中、1H−ピロールの構造を有することが好ましい。連結基Zは、特に限定されないが、Zが結合しているピロール環(すなわち、前記一般式(1)中に示すピロール環)と共役可能な原子団であることが好ましい。また、連結基Zは、少なくとも、下記一般式(3)で表される構造を有する連結基であることが好ましい。 Z in the general formula (1) represents a linking group having at least one heterocyclic ring selected from a thiophene ring, a furan ring and a pyrrole ring. In addition, it is preferable that the pyrrole ring utilized for the structure of Z has a structure of 1H-pyrrole among three isomers of 1H-pyrrole, 2H-pyrrole, and 3H-pyrrole. The linking group Z is not particularly limited, but is preferably an atomic group that can be conjugated with the pyrrole ring to which Z is bonded (that is, the pyrrole ring shown in the general formula (1)). The linking group Z is preferably at least a linking group having a structure represented by the following general formula (3).
前記一般式(3)中、Yは酸素原子、硫黄原子またはNRaを表し、Raは水素原子、置換若しくは無置換の直鎖若しくは分枝アルキル基、または置換若しくは無置換のアリール基を表す。置換若しくは無置換のアルキル基としては、メチル基、エチル基、プロピル基、n−ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基、ヘプチル基、オクチル基等の炭素数1〜8のアルキル基、ベンジル基等のアラアルキル基が挙げられ、アルキル基に結合する置換基としては、ヒドロキシ基、アルコキシ基、フェニル基等が挙げられる。置換若しくは無置換のアリール基としては、フェニル基、トリル基、4−t−ブチルフェニル基、3,5−ジ−t−ブチルフェニル基、4−メトキシフェニル基、4−(N,N−ジメチルアミノ)フェニル基等が挙げられる。アリール基に結合する置換基としては、アルキル基、ヒドロキシ基、アルコキシ基、N,N−ジアルキルアミノ基等が挙げられる。 In the general formula (3), Y represents an oxygen atom, a sulfur atom or NRa, and Ra represents a hydrogen atom, a substituted or unsubstituted linear or branched alkyl group, or a substituted or unsubstituted aryl group. Examples of the substituted or unsubstituted alkyl group include a methyl group, an ethyl group, a propyl group, an n-butyl group, a pentyl group, a hexyl group, a heptyl group, an octyl group, etc., an alkyl group having 1 to 8 carbon atoms, a benzyl group, etc. Examples of the substituent bonded to the alkyl group include a hydroxy group, an alkoxy group, and a phenyl group. Examples of the substituted or unsubstituted aryl group include phenyl group, tolyl group, 4-t-butylphenyl group, 3,5-di-t-butylphenyl group, 4-methoxyphenyl group, 4- (N, N-dimethyl group). Amino) phenyl group and the like. Examples of the substituent bonded to the aryl group include an alkyl group, a hydroxy group, an alkoxy group, and an N, N-dialkylamino group.
前記連結基Zの具体的な例を化学式(Z1)〜(Z20)に示すが、これらに限定されるものではない。これらの例は、複素環に結合手を有する二価基であり、複素環が複数ある場合は、複素環を構成する炭素同士が直接結合するか、または縮合環を形成して結合している。 Specific examples of the linking group Z are shown in the chemical formulas (Z1) to (Z20), but are not limited thereto. These examples are divalent groups having a bond in the heterocycle, and when there are multiple heterocycles, the carbons that make up the heterocycle are directly bonded to each other, or are bonded by forming a condensed ring. .
前記一般式(4)中のMは、水素原子または塩形成性陽イオンを表し、前記式(Xa)〜(Xm)中のMと同様である。 M in the general formula (4) represents a hydrogen atom or a salt-forming cation, and is the same as M in the formulas (Xa) to (Xm).
また、前記一般式(4)中のZは、前記一般式(1)中のZと同じであり、好ましくは、前記一般式(3)で表される構造を含む連結基を表す。 Moreover, Z in the said General formula (4) is the same as Z in the said General formula (1), Preferably, the linking group containing the structure represented by the said General formula (3) is represented.
本発明のピロール系化合物は、下記式PY−1で表されるピロール系化合物、その互変異性体若しくは立体異性体、またはそれらの塩であることが特に好ましい。 The pyrrole compound of the present invention is particularly preferably a pyrrole compound represented by the following formula PY-1, a tautomer or stereoisomer thereof, or a salt thereof.
<ピロール系化合物の製造方法>
前記一般式(1)で表されるピロール系化合物、その互変異性体若しくは立体異性体、またはそれらの塩の製造方法は、特に限定されず、任意であるが、例えば、下記スキームに示す製造方法でもよい。下記スキームは、具体的には、
下記一般式(I)で表される化合物と、下記一般式(II)で表される化合物とを反応させてピロール環を形成し、下記一般式(III)で表されるピロール誘導体を製造するピロール環形成工程、
下記一般式(III)で表されるピロール誘導体をハロゲン化して、下記一般式(IV)で表されるハロゲン化ピロール誘導体を製造するハロゲン化工程、
下記一般式(IV)で表されるハロゲン化ピロール誘導体と下記一般式(V)で表されるハロゲン化物とをカップリング反応させて下記一般式(VI)で表される化合物を製造するカップリング工程、および、
下記一般式(VI)中のQを変換して、酸性基Xを導入し、前記一般式(1)で表されるピロール系化合物を製造する酸性基導入工程を含む。<Method for producing pyrrole compound>
A method for producing the pyrrole compound represented by the general formula (1), a tautomer or stereoisomer thereof, or a salt thereof is not particularly limited and may be any, for example, production shown in the following scheme It may be a method. Specifically, the following scheme:
A compound represented by the following general formula (I) and a compound represented by the following general formula (II) are reacted to form a pyrrole ring to produce a pyrrole derivative represented by the following general formula (III). Pyrrole ring formation step,
Halogenating a pyrrole derivative represented by the following general formula (III) to produce a halogenated pyrrole derivative represented by the following general formula (IV),
Coupling for producing a compound represented by the following general formula (VI) by coupling a halogenated pyrrole derivative represented by the following general formula (IV) and a halide represented by the following general formula (V). Process, and
It includes an acidic group introduction step of converting Q in the following general formula (VI) to introduce acidic group X to produce a pyrrole compound represented by general formula (1).
R1は、前記一般式(1)中のR1と同じであり、
前記一般式(II)、一般式(III)、一般式(IV)および一般式(VI)中、
R2〜R4は、前記一般式(1)中のR2〜R4と同じであり、
前記一般式(IV)中、
Hal1は、ハロゲンであり、
前記一般式(V)中、
Hal2は、ハロゲンであり、
Hal1とHal2は同一でも異なっていてもよく、
前記一般式(V)および一般式(VI)中、
Zは、前記一般式(1)中のZと同じであり、
Qは、酸性基Xに変換可能な任意の置換基である。
R 1 is the same as R 1 in the general formula (1),
In the general formula (II), general formula (III), general formula (IV) and general formula (VI),
R 2 to R 4 are the same as R 2 to R 4 in the general formula (1),
In the general formula (IV),
Hal 1 is halogen,
In the general formula (V),
Hal 2 is halogen,
Hal 1 and Hal 2 may be the same or different,
In the general formula (V) and the general formula (VI),
Z is the same as Z in the general formula (1),
Q is an optional substituent that can be converted to the acidic group X.
なお、Hal1は、Cl,Br,Iから選択されるハロゲンであり;Hal2は、Cl,Br,Iから選択されるハロゲンであることが好ましい。Note that Hal 1 is a halogen selected from Cl, Br, and I; Hal 2 is preferably a halogen selected from Cl, Br, and I.
前記ピロール環形成工程、前記ハロゲン化工程、前記カップリング工程、および前記酸性基導入工程において、反応時間、反応温度、各反応物質の使用量等は特に限定されず、例えば、公知の類似の反応等を参考にして適宜設定してもよい。また、前記各工程において、前記各反応物質以外に、溶媒、触媒等を適宜使用してもよいし、使用しなくてもよい。例えば、前記ピロール環形成工程は、酸触媒の存在下で行うことが好ましい。このようなピロール環形成反応は、Paal-Knorrピロール合成などと呼ばれることがある。前記ハロゲン化工程は、例えば、NBS(N−ブロモコハク酸イミド)、Br2等の周知のハロゲン化剤を用いて行ってもよい。また、前記カップリング工程は、収率等の観点から、例えば、一般式(IV)の化合物をリチオ化(Hal1をリチウムに置換)等してから、一般式(V)の化合物とカップリングさせてもよい。例えば、Hal1として、Cl,Br,Iから選択されるハロゲンを採用し、リチオ化を施した後、Hal2として、Cl,Br,Iから選択されるハロゲンを採用する一般式(V)の化合物とカップリング反応を行うことが好ましい。In the pyrrole ring formation step, the halogenation step, the coupling step, and the acidic group introduction step, the reaction time, the reaction temperature, the amount of each reactant used, etc. are not particularly limited. For example, a known similar reaction It may be set appropriately with reference to the above. In each of the steps, a solvent, a catalyst, or the like may be appropriately used in addition to the reactants, or may not be used. For example, the pyrrole ring forming step is preferably performed in the presence of an acid catalyst. Such a pyrrole ring formation reaction is sometimes referred to as Paal-Knorr pyrrole synthesis. The halogenation step may be, for example, NBS (N-bromosuccinimide), may be performed using known halogenating agent such as Br 2. In the coupling step, from the viewpoint of yield and the like, for example, the compound of the general formula (IV) is lithiated (Hal 1 is replaced with lithium) and then coupled with the compound of the general formula (V). You may let them. For example, a halogen selected from Cl, Br, I is adopted as Hal 1 , and after lithiation, a halogen selected from Cl, Br, I is adopted as Hal 2 of the general formula (V) It is preferable to perform a coupling reaction with the compound.
前記一般式(V)および一般式(VI)中、
Qが、下記一般式(VII)で表されるアシル基であり、
前記一般式(I)中、
Xが、下記一般式(VIII)で表される酸性基であり、
前記酸性基導入工程において、Qにシアノ酢酸を反応させてXに変換することが好ましい。In the general formula (V) and the general formula (VI),
Q is an acyl group represented by the following general formula (VII),
In the general formula (I),
X is an acidic group represented by the following general formula (VIII),
In the acidic group introduction step, Q is preferably converted to X by reacting Q with cyanoacetic acid.
R10は、水素原子、置換若しくは無置換のアルキル基、または置換若しくは無置換のアリール基であり、
前記一般式(VIII)中、
−COOHのHは、例えば、前記一般式(2)と同じMで置換してもよい。
R 10 is a hydrogen atom, a substituted or unsubstituted alkyl group, or a substituted or unsubstituted aryl group,
In the general formula (VIII),
For example, H in —COOH may be substituted with the same M as in the general formula (2).
<光電変換用色素>
本発明の光電変換用色素は、前記本発明のピロール系化合物、その互変異性体若しくは立体異性体、またはそれらの塩の少なくとも一種を含む。前記ピロール系化合物等は、光電変換特性に優れた光電変換用色素として有用である。<Dye for photoelectric conversion>
The photoelectric conversion dye of the present invention contains at least one of the pyrrole compound of the present invention, a tautomer or stereoisomer thereof, or a salt thereof. The pyrrole compound and the like are useful as a dye for photoelectric conversion having excellent photoelectric conversion characteristics.
<光電気化学電池用光電変換素子>
本発明の光電気化学電池用光電変換素子の一例の断面構造を模式的に図1に示す。図1に示した光電変換素子は、光電気化学電池用半導体電極4と、対電極8と、両極間に保持された電解質層(電荷輸送層)5とを具える。光電気化学電池用半導体電極4は、光透過性基板3および透明導電層2を含む導電性基板と、半導体層1とを具える。対電極8は、触媒層6と、基板7とを具える。なお、半導体層1には前記光電変換用色素が吸着されている。<Photoelectric conversion element for photoelectrochemical cell>
FIG. 1 schematically shows a cross-sectional structure of an example of the photoelectric conversion element for a photoelectrochemical cell of the present invention. The photoelectric conversion element shown in FIG. 1 includes a
この光電気化学電池用光電変換素子に光を入射すると、半導体層1に吸着している光電変換用色素が励起され、電子を放出する。この電子は、半導体の伝導帯に移動し、さらに拡散により透明導電層2に移動する。透明導電層2中の電子は、外部回路(図示せず)を経由して、対電極8に移動する。そして、電子を放出した光電変換用色素(酸化された色素)は、電解質層5から電子を受け取り(還元され)、元の状態に戻り、光電変換用色素が再生する。一方、対極に移動した電子は電解質層5に電子を与え、電解質を還元することで、電池(例えば、色素増感太陽電池)として機能する構成となっている。以下、図1に示す光電気化学電池用光電変換素子を例に挙げて各構成要素を説明する。
When light is incident on the photoelectric conversion element for photoelectrochemical cell, the photoelectric conversion dye adsorbed on the semiconductor layer 1 is excited and emits electrons. The electrons move to the conduction band of the semiconductor, and further move to the transparent
<半光電気化学電池用導体電極>
光電気化学電池用半導体電極4は、上述のとおり、光透過性基板3および透明導電層2を含む導電性基板と、半導体層1とを具える。図1に示すように、光透過性基板3と、透明導電層2と、半導体層1とが素子の外側から内側に向かってこの順に積層されている。この半導体層1には光電変換用色素(図示せず)が吸着されている。<Conductive electrode for semi-photoelectrochemical cell>
The
<導電性基板>
光電気化学電池用半導体電極4を構成する導電性基板は、基板自体が導電性を有している単層構造であってもよいし、基板上に導電層を形成した2層構造であってもよい。図1に示す光電気化学電池用光電変換素子の導電性基板は、光透過性基板3上に、透明導電層2を形成した2層構造を有している。<Conductive substrate>
The conductive substrate constituting the
導電性基板に用いられる基板としては、例えば、ガラス基板、プラスチック基板、金属板などが挙げられる。中でも光透過性の高い基板、例えば、透明なプラスチック基板が特に好ましい。透明なプラスチック基板の材料としては、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリエチレンナフタレート(PEN)、ポリカーボネート(PC)、ポリシクロオレフィン、ポリフェニレンスルフィド等が挙げられる。 Examples of the substrate used for the conductive substrate include a glass substrate, a plastic substrate, and a metal plate. Among them, a substrate having high light transmittance, for example, a transparent plastic substrate is particularly preferable. Examples of the material for the transparent plastic substrate include polyethylene terephthalate (PET), polyethylene naphthalate (PEN), polycarbonate (PC), polycycloolefin, and polyphenylene sulfide.
また、基板(例えば、光透過性基板3)上に形成される導電層(例えば、透明導電層2)は、特に限定されるものではないが、例えば、酸化インジウムスズ(Indium−Tin−Oxide:ITO)、フッ素ドープ酸化スズ(Fluorine doped Tin Oxide:FTO)、インジウム−亜鉛酸化物(Indium Zinc Oxide:IZO)、酸化スズ(SnO2)などの透明材料から構成された透明導電層が好ましい。基板上に形成される導電層は、基板の全面または一部の面に膜状に形成することができる。この導電層の膜厚は、適宜選択することができるが、0.02μm以上10μm以下程度が好ましい。このような導電層は、通常の成膜技術を利用して形成できる。In addition, the conductive layer (for example, the transparent conductive layer 2) formed on the substrate (for example, the light transmissive substrate 3) is not particularly limited, but for example, indium tin oxide (Indium-Tin-Oxide: A transparent conductive layer made of a transparent material such as ITO, fluorine-doped tin oxide (FTO), indium-zinc oxide (IZO), tin oxide (SnO 2 ), or the like is preferable. The conductive layer formed over the substrate can be formed into a film shape over the entire surface or a part of the surface of the substrate. The thickness of the conductive layer can be selected as appropriate, but is preferably about 0.02 μm to 10 μm. Such a conductive layer can be formed using a normal film formation technique.
なお、本実施形態における導電性基板は、導電性基板の抵抗を下げる目的で、金属リード線を付与することもできる。前記金属リード線の材質としては、アルミニウム、銅、金、銀、白金、ニッケル等の金属が挙げられる。前記金属リード線は、蒸着、スパッタリング等で作製できる。前記基板(例えば、光透過性基板3)上に金属リード線を形成した後、この金属リード線上に導電層(例えば、ITOやFTO等の透明導電層2)を設けることができる。または。基板(例えば光透過性基板3)上に導電層(例えば、透明導電層2)を設けた後、この導電層上に金属リード線を作製してもよい。
The conductive substrate in the present embodiment can be provided with a metal lead wire for the purpose of reducing the resistance of the conductive substrate. Examples of the material of the metal lead wire include metals such as aluminum, copper, gold, silver, platinum, and nickel. The metal lead wire can be produced by vapor deposition, sputtering, or the like. After a metal lead wire is formed on the substrate (for example, the light transmissive substrate 3), a conductive layer (for example, a transparent
以下の実施形態の説明では、光電気化学電池用半導体電極4における導電性基板として、光透過性基板3上に透明導電層2を形成した2層構造の導電性基板を用いる構成を前提に、本発明にかかる光電気化学電池(例えば、色素増感太陽電池)の動作原理を説明する。しかし、本発明の技術的範囲は、この例示する実施形態に限定されるものではない。
In the following description of the embodiment, on the assumption that a conductive substrate having a two-layer structure in which a transparent
<半導体層>
半導体層1を構成する材料としては、シリコン、ゲルマニウム等の単体半導体、金属カルコゲニド等の化合物半導体、ペロブスカイト構造を有する半導体化合物等を使用することができる。<Semiconductor layer>
As a material constituting the semiconductor layer 1, a single semiconductor such as silicon or germanium, a compound semiconductor such as a metal chalcogenide, a semiconductor compound having a perovskite structure, or the like can be used.
金属カルコゲニドとしては、チタン、スズ、亜鉛、鉄、タングステン、インジウム、ジルコニウム、バナジウム、ニオブ、タンタル、ストロンチウム、ハフニウム、セリウム、ランタン等の酸化物;カドミウム、亜鉛、鉛、銀、アンチモン、ビスマス等の硫化物;カドミウム、鉛等のセレン化物;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−硫化物等が挙げられる。また、ペロブスカイト構造を有する半導体化合物としては、チタン酸バリウム、チタン酸ストロンチウム、ニオブ酸カリウム等の通常知られている半導体化合物が挙げられる。これらの半導体材料は単独で用いることも、2種類以上を混合して用いることもできる。 Metal chalcogenides include oxides such as titanium, tin, zinc, iron, tungsten, indium, zirconium, vanadium, niobium, tantalum, strontium, hafnium, cerium, lanthanum; cadmium, zinc, lead, silver, antimony, bismuth, etc. Sulfides; selenides such as cadmium and lead; tellurides of cadmium and the like. Examples of other compound semiconductors include phosphides such as zinc, gallium, indium and cadmium; gallium arsenide; copper-indium-selenide; copper-indium-sulfide. Examples of the semiconductor compound having a perovskite structure include commonly known semiconductor compounds such as barium titanate, strontium titanate, and potassium niobate. These semiconductor materials can be used alone or in combination of two or more.
これらの半導体材料の中でも、変換効率、安定性、安全性の観点から、酸化チタンまたは酸化亜鉛を含む半導体材料が好ましく、酸化チタンを含む半導体材料がより好ましい。酸化チタンとしては、アナターゼ型酸化チタン、ルチル型酸化チタン、無定形酸化チタン、メタチタン酸、オルソチタン酸などの種々のタイプの酸化チタンが挙げられ、また、含酸化チタン複合体を用いることができる。これらの中でも、光電変換の安定性をさらに向上させる観点からは、アナターゼ型酸化チタンが好ましい。 Among these semiconductor materials, from the viewpoint of conversion efficiency, stability, and safety, a semiconductor material containing titanium oxide or zinc oxide is preferable, and a semiconductor material containing titanium oxide is more preferable. Examples of titanium oxide include various types of titanium oxide such as anatase type titanium oxide, rutile type titanium oxide, amorphous titanium oxide, metatitanic acid, orthotitanic acid, and a titanium oxide-containing complex can be used. . Among these, anatase type titanium oxide is preferable from the viewpoint of further improving the stability of photoelectric conversion.
半導体層の形態としては、半導体微粒子などを焼結することにより得られる多孔性の半導体層、ゾル−ゲル法やスパッタ法、スプレー熱分解法などにより得られる薄膜状半導体層等が挙げられる。また、繊維状半導体層や、針状晶からなる半導体層としてもよい。これらの半導体層の形態は、光電変換素子の使用目的に応じて、適宜選択することができる。これらの中でも、色素吸着量などの観点から、多孔性の半導体層、針状晶からなる半導体層などの比表面積の大きな半導体層が好ましい。さらに、半導体微粒子の粒径により入射光の利用率などを調整できる観点から、半導体微粒子から形成される多孔性の半導体層が好ましい。また、半導体層は、単層であっても多層であってもよい。多層にすることによって、充分な厚さの半導体層をさらに容易に形成することができる。また、半導体微粒子から形成される多孔性の半導体層が多層の場合は、半導体微粒子の平均粒径の異なる複数の半導体層を形成してもよい。例えば、光入射側に近い方の半導体層(第1半導体層)の半導体微粒子の平均粒径を、光入射側から遠い方の半導体層(第2半導体層)より小さくしてもよい。このようにすれば、第1半導体層で多くの光を吸収させるとともに、第1半導体層を通過した光を第2半導体層で効率よく散乱させて第1半導体層に戻し、戻した光を第1半導体層で吸収させることにより、全体の光吸収率をより一層向上させることができる。 Examples of the form of the semiconductor layer include a porous semiconductor layer obtained by sintering semiconductor fine particles, a thin film semiconductor layer obtained by a sol-gel method, a sputtering method, a spray pyrolysis method, and the like. Moreover, it is good also as a semiconductor layer which consists of a fibrous semiconductor layer or an acicular crystal | crystallization. The form of these semiconductor layers can be appropriately selected according to the purpose of use of the photoelectric conversion element. Among these, a semiconductor layer having a large specific surface area such as a porous semiconductor layer and a needle-like semiconductor layer is preferable from the viewpoint of the amount of dye adsorbed. Furthermore, a porous semiconductor layer formed from semiconductor fine particles is preferable from the viewpoint that the utilization factor of incident light and the like can be adjusted by the particle size of the semiconductor fine particles. Further, the semiconductor layer may be a single layer or a multilayer. By forming a multilayer, a sufficiently thick semiconductor layer can be more easily formed. Moreover, when the porous semiconductor layer formed from semiconductor fine particles is a multilayer, you may form several semiconductor layers from which the average particle diameter of semiconductor fine particles differs. For example, the average particle diameter of the semiconductor fine particles of the semiconductor layer closer to the light incident side (first semiconductor layer) may be smaller than that of the semiconductor layer farther from the light incident side (second semiconductor layer). In this way, the first semiconductor layer absorbs a lot of light, and the light that has passed through the first semiconductor layer is efficiently scattered by the second semiconductor layer and returned to the first semiconductor layer, and the returned light is returned to the first semiconductor layer. By making it absorb with 1 semiconductor layer, the whole optical absorptance can be improved further.
半導体層の膜厚は、特に限定されるものではないが、透過性、変換効率などの観点より、例えば、0.5μm以上45μm以下とすることができる。より好ましくは、1μm以上30μm以下である。半導体層の比表面積は、多量の色素を吸着させる観点から、例えば10m2/g以上200m2/g以下とすることができる。Although the film thickness of a semiconductor layer is not specifically limited, From viewpoints, such as permeability | transmittance and conversion efficiency, it can be 0.5 micrometer or more and 45 micrometers or less, for example. More preferably, they are 1 micrometer or more and 30 micrometers or less. The specific surface area of the semiconductor layer can be set to, for example, 10 m 2 / g or more and 200 m 2 / g or less from the viewpoint of adsorbing a large amount of dye.
また、多孔性の半導体層に前記色素を吸着させた構成の場合、電解質中のイオンがさらに充分に拡散して電荷輸送が行われる観点から、多孔性の半導体層の空隙率は、例えば40%以上80%以下とすることが好ましい。ここで、空隙率とは、半導体層の体積のうち当該半導体層中の細孔が占める体積の割合をパーセントで示したものである。 Further, in the case where the dye is adsorbed on the porous semiconductor layer, the porosity of the porous semiconductor layer is, for example, 40% from the viewpoint that ions in the electrolyte are further sufficiently diffused and charge transport is performed. It is preferable to be 80% or less. Here, the porosity is a percentage of the volume of the semiconductor layer occupied by the pores in the semiconductor layer.
<半導体層の形成方法>
次に、半導体層1の形成方法について、多孔性の半導体層である場合を例にとって説明する。多孔性の半導体層は、例えば、次のようにして形成することができる。まず、半導体微粒子を樹脂などの有機化合物および分散剤とともに、有機溶媒や水などの分散媒に加えて懸濁液を調製する。そして、この懸濁液を、導電性基板(図1における透明導電層2)上に塗布し、これを乾燥、焼成することで半導体層が得られる。半導体微粒子とともに分散媒に有機化合物を添加しておくと、焼成時に有機化合物が燃焼して、多孔性の半導体層内に、さらに充分な隙間(空隙)を確保することが可能となる。また焼成時に燃焼する有機化合物の分子量や添加量を制御することで、空隙率を変化させることができる。<Method for forming semiconductor layer>
Next, a method for forming the semiconductor layer 1 will be described by taking the case of a porous semiconductor layer as an example. The porous semiconductor layer can be formed, for example, as follows. First, a suspension is prepared by adding semiconductor fine particles together with an organic compound such as a resin and a dispersant to a dispersion medium such as an organic solvent or water. And this suspension is apply | coated on a conductive substrate (transparent
前記有機化合物としては、懸濁液中に溶解し、焼成するときに燃焼して除去できるものであれば特に制限されない。例えば、ポリエチレングリコール、セルロースエステル樹脂、セルロースエーテル樹脂、エポキシ樹脂、ウレタン樹脂、フェノール樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリアリレート樹脂、ポリビニルブチラール樹脂、ポリエステル樹脂、ポリビニルホルマール樹脂、シリコン樹脂が挙げられ、また、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のビニル化合物の重合体や共重合体等が挙げられる。有機化合物の種類や配合量は、使用する微粒子の種類や状態、懸濁液の組成比や総重量等に応じて適宜選択することができる。前記半導体微粒子の割合は懸濁液全体の総重量に対して10質量%以上40質量%以下であることが好ましい。前記半導体微粒子の割合が懸濁液全体の総重量に対して10質量%以上のときは、作製した膜の強度をより一層充分に強くすることができる。また、前記半導体微粒子の割合が懸濁液全体の総重量に対して40質量%以下であれば、空隙率が大きな多孔性の半導体層をより一層安定的に得ることができる。 The organic compound is not particularly limited as long as it can be dissolved in a suspension and burned and removed when fired. For example, polyethylene glycol, cellulose ester resin, cellulose ether resin, epoxy resin, urethane resin, phenol resin, polycarbonate resin, polyarylate resin, polyvinyl butyral resin, polyester resin, polyvinyl formal resin, silicone resin, styrene, Examples thereof include polymers and copolymers of vinyl compounds such as vinyl acetate, acrylic acid esters, and methacrylic acid esters. The type and amount of the organic compound can be appropriately selected according to the type and state of the fine particles used, the composition ratio of the suspension, the total weight, and the like. The ratio of the semiconductor fine particles is preferably 10% by mass or more and 40% by mass or less with respect to the total weight of the entire suspension. When the ratio of the semiconductor fine particles is 10% by mass or more based on the total weight of the entire suspension, the strength of the produced film can be further sufficiently increased. Moreover, if the ratio of the semiconductor fine particles is 40% by mass or less with respect to the total weight of the whole suspension, a porous semiconductor layer having a large porosity can be obtained more stably.
前記半導体微粒子としては、適当な平均粒径、例えば、1nm以上500nm以下程度の平均粒径を有する単一または複数の化合物半導体の粒子、例えば、金属カルコゲニド等の化合物半導体の粒子などを用いることができる。その中でも比表面積を大きくするという点からは、1nm以上50nm以下程度の平均粒径のものが望ましい。また入射光の利用率を高めるために、200nm以上400nm以下程度の平均粒径の比較的大きな半導体粒子を添加してもよい。 As the semiconductor fine particles, single or plural compound semiconductor particles having an appropriate average particle diameter, for example, an average particle diameter of about 1 nm to about 500 nm, for example, compound semiconductor particles such as metal chalcogenide are used. it can. Among these, from the viewpoint of increasing the specific surface area, those having an average particle diameter of about 1 nm to 50 nm are desirable. In order to increase the utilization factor of incident light, semiconductor particles having a relatively large average particle diameter of about 200 nm to 400 nm may be added.
また、前記半導体微粒子の製造方法としては、水熱合成法などのゾル−ゲル法、硫酸法、塩素法などが挙げられ、目的の微粒子を製造できる方法であれば制限されないが、結晶性の観点からは、水熱合成法により合成することが好ましい。 Examples of the method for producing the semiconductor fine particles include a sol-gel method such as a hydrothermal synthesis method, a sulfuric acid method, and a chlorine method. The method is not limited as long as the method can produce the desired fine particles. Is preferably synthesized by a hydrothermal synthesis method.
前記懸濁液に用いる分散媒としては、エチレングリコールモノメチルエーテル等のグライム(glyme)系溶媒;イソプロピルアルコール等のアルコール類;イソプロピルアルコール/トルエン等の混合溶媒;水等が挙げられる。 Examples of the dispersion medium used in the suspension include glyme solvents such as ethylene glycol monomethyl ether; alcohols such as isopropyl alcohol; mixed solvents such as isopropyl alcohol / toluene; water and the like.
前記懸濁液の塗布は、ドクターブレード法、スキージ法、スピンコート法、スクリーン印刷法等の通常の塗布方法により行うことができる。懸濁液の塗布後に行う塗膜の乾燥、焼成の条件は、例えば、大気下または不活性ガス雰囲気下、50℃以上800℃以下程度の範囲内で、10秒から12時間程度とすることができる。この乾燥および焼成は、単一の温度で1回または複数回行ってもよく、温度を変化させて複数回行ってもよい。 The suspension can be applied by a usual application method such as a doctor blade method, a squeegee method, a spin coating method, or a screen printing method. The conditions of drying and baking of the coating film performed after application of the suspension are, for example, about 10 seconds to 12 hours in the range of about 50 ° C. to 800 ° C. in the air or in an inert gas atmosphere. it can. This drying and baking may be performed once or a plurality of times at a single temperature, or may be performed a plurality of times by changing the temperature.
多孔性の半導体層以外の他の種類の半導体層は、光電気化学電池用光電変換素子に用いられる半導体層の通常の形成方法を用いて形成することができる。 Other types of semiconductor layers other than the porous semiconductor layer can be formed using a normal method for forming a semiconductor layer used in a photoelectric conversion element for a photoelectrochemical cell.
<光電変換用色素の吸着方法>
前記光電変換用色素は、上述したとおりである。半導体層1に前記色素を吸着させる方法としては、例えば、前記色素を溶かした溶液に、半導体基板(すなわち半導体層1を具えた導電性基板)を浸漬させる方法、あるいは前記色素の溶液を半導体層1に塗布して吸着させる方法が挙げられる。<Adsorption method of photoelectric conversion dye>
The photoelectric conversion dye is as described above. As a method for adsorbing the dye on the semiconductor layer 1, for example, a method of immersing a semiconductor substrate (that is, a conductive substrate including the semiconductor layer 1) in a solution in which the dye is dissolved, or a solution of the dye in the semiconductor layer The method of apply | coating to 1 and making it adsorb | suck.
この色素溶液の溶媒としては、アセトニトリル、プロピオニトリル、メトキシアセトニトリル等のニトリル系溶媒;メタノール、エタノール、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、メチルイソブチルケトン、シクロヘキサノン等のケトン系溶媒;酢酸エチル、酢酸ブチル等のエステル系溶媒;テトラヒドロフラン、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、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、ジクロロエタン、トリクロロエタン、クロロベンゼン等のハロゲン系溶媒;トルエン、キシレン、シクロヘキサン等の炭化水素系溶媒;水を挙げることができる。これらは、単独で用いても、2種以上混合して用いてもよい。 Solvents for this dye solution include nitrile solvents such as acetonitrile, propionitrile, methoxyacetonitrile; alcohol solvents such as methanol, ethanol, isopropyl alcohol; ketone solvents such as acetone, methyl ethyl ketone, methyl isobutyl ketone, cyclohexanone; acetic acid Ester solvents such as ethyl and butyl acetate; ether solvents such as tetrahydrofuran and dioxane; amide solvents such as N, N-dimethylformamide, N, N-dimethylacetamide and N-methyl-2-pyrrolidone; dichloromethane, chloroform, And halogen solvents such as dichloroethane, trichloroethane, and chlorobenzene; hydrocarbon solvents such as toluene, xylene, and cyclohexane; and water. These may be used alone or in combination of two or more.
色素溶液に半導体基板を浸漬させる方法を採用する場合、前記色素溶液に前記半導体基板を浸漬させている際に、溶液を攪拌したり、加熱還流をしたり、超音波を印加したりすることもできる。 When the method of immersing the semiconductor substrate in the dye solution is employed, the solution may be stirred, heated to reflux, or ultrasonic waves may be applied when the semiconductor substrate is immersed in the dye solution. it can.
色素の吸着処理を行った後、吸着されずに残った色素を取り除くために、アルコール等の溶媒で洗浄することが望ましい。 After the dye adsorption treatment, it is desirable to wash with a solvent such as alcohol in order to remove the dye remaining without being adsorbed.
色素の担持量は、例えば、1×10−10mol/cm2以上1×10−4mol/cm2以下の範囲内に設定でき、1×10−9mol/cm2以上9.0×10−6mol/cm2以下の範囲が好ましい。この範囲内であれば、経済的且つ十分に光電変換効率向上の効果を得ることができる。The amount of the dye supported can be set, for example, within a range of 1 × 10 −10 mol / cm 2 to 1 × 10 −4 mol / cm 2 , and is 1 × 10 −9 mol / cm 2 to 9.0 × 10. A range of −6 mol / cm 2 or less is preferred. Within this range, the effect of improving the photoelectric conversion efficiency can be obtained economically and sufficiently.
また、光電変換できる波長域をできるだけ広くするとともに変換効率を上げるために、二種以上の光電変換用色素を混合して用いてもよく、その場合、前記色素の吸収波長域と強度を考慮して、前記色素の種類と割合を適宜選択することが好ましい。また、色素同士の会合による変換効率の低下を抑制するため、色素を吸着させる際に添加剤を併用してもよい。このような添加剤としては、カルボキシル基を有するステロイド系化合物(例えば、デオキシコール酸、コール酸、ケノデオキシコール酸等)が挙げられる。 Further, in order to make the wavelength range capable of photoelectric conversion as wide as possible and increase the conversion efficiency, two or more types of photoelectric conversion dyes may be used in combination, in which case the absorption wavelength range and intensity of the dye are taken into consideration. Thus, it is preferable to appropriately select the type and ratio of the pigment. In addition, an additive may be used in combination when adsorbing the dye in order to suppress a decrease in conversion efficiency due to the association between the dyes. Examples of such additives include steroidal compounds having a carboxyl group (for example, deoxycholic acid, cholic acid, chenodeoxycholic acid, etc.).
<対電極>
本例における対電極8は、基板7上に触媒層6を有している。この光電気化学電池用光電変換素子では、光の入射に起因して半導体層1に吸着した色素から発生したホールが、電解質層5を通して対電極8まで運ばれるが、対電極8は電子とホールが効率よく対消滅するという機能を果たせれば材料に制限はない。<Counter electrode>
The
触媒層6は、例えば、蒸着法などによって、例えば、基板7上に金属蒸着膜として形成することができる。触媒層6は、例えば、基板7に形成されたPt層であってもよい。また、触媒層6は、ナノカーボン材料を含んでいてもよい。例えば、カーボンナノチューブ、カーボンナノホーンまたはカーボンファイバーを含んだペーストを多孔性絶縁膜上に焼結して触媒層6を形成してもよい。ナノカーボン材料は比表面積が大きく、電子とホールの対消滅確率を向上できる。
The
基板7としては、ガラスや高分子フィルム等の透明基板、金属板(箔)などが挙げられる。光透過性の対電極8を作製する場合は、基板7として透明電導膜付きガラスを選択し、その上に蒸着法やスパッタ法を用いて、白金やカーボン(例えば、ナノカーボン材料)などを触媒層6として形成して作製することができる。
Examples of the substrate 7 include a transparent substrate such as glass and a polymer film, and a metal plate (foil). When the light-
<電解質層(電荷輸送層)>
電解質層(電荷輸送層)5は、光の入射に起因して半導体層1に吸着した色素から発生したホールを対電極8へ輸送する機能を有する。電解質層5には電荷輸送材料が含まれている。電解質層5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、有機正孔輸送材料等を用いることができる。<Electrolyte layer (charge transport layer)>
The electrolyte layer (charge transport layer) 5 has a function of transporting holes generated from the dye adsorbed on the semiconductor layer 1 due to incidence of light to the
前記電解質層は、電解質、溶媒および添加剤から構成することができる。電解質としては、LiI、NaI、KI、CsI、CaI2等の金属ヨウ化物、テトラアルキルアンモニウムヨーダイド、ピリジニウムヨーダイド、イミダゾリウムヨーダイド等の4級アンモニウム化合物のヨウ素塩等のヨウ化物とI2との組み合わせ;LiBr、NaBr、KBr、CsBr、CaBr2等の金属臭化物、テトラアルキルアンモニウムブロマイド、ピリジニウムブロマイド等の4級アンモニウム化合物の臭素塩等の臭化物とBr2との組み合わせ;フェロシアン酸塩−フェリシアン酸塩やフェロセン−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などのイオウ化合物;ビオロゲン色素;ヒドロキノン−キノン等が挙げられる。これらの中でも、LiIとピリジニウムヨーダイドとの組み合わせ、またはイミダゾリウムヨーダイドとI2との組み合わせが好ましい。また、上記の電解質は単独で用いても、2種以上を混合して用いてもよい。また、電解質として、室温で溶融状態の溶融塩を用いることもでき、この場合は溶媒を用いなくてもよい。The electrolyte layer can be composed of an electrolyte, a solvent, and an additive. As the electrolyte, LiI, NaI, KI, CsI ,
前記溶媒としては、例えば、エチレンカーボネート、ジエチルカーボネート、ジメチルカーボネート、プロピレンカーボネート等のカーボネート系溶媒;N−メチル−2−ピロリドン、N,N−ジメチルホルムアミドなどのアミド系溶媒;メトキシプロピオニトリル、プロピオニトリル、メトキシアセトニトリル、アセトニトリル等のニトリル系溶媒;γ−ブチロラクトンやバレロラクトン等のラクトン系溶媒;テトラヒドロフラン、ジオキサン、ジエチルエーテル、エチレングリコールジアルキルエーテル等のエーテル系溶媒;メタノール、エタノール、イソプロピルアルコール等のアルコール系溶媒;ジメチルスルホキシド、スルホラン等の非プロトン性極性溶媒;2−メチル−3−オキサゾリジノン、2−メチル−1,3−ジオキソラン等の複素環化合物等が挙げられる。これらの溶媒は単独で用いても、二種以上を混合して用いてもよい。 Examples of the solvent include carbonate solvents such as ethylene carbonate, diethyl carbonate, dimethyl carbonate, and propylene carbonate; amide solvents such as N-methyl-2-pyrrolidone and N, N-dimethylformamide; methoxypropionitrile, pro Nitrile solvents such as pionitrile, methoxyacetonitrile, acetonitrile; lactone solvents such as γ-butyrolactone and valerolactone; ether solvents such as tetrahydrofuran, dioxane, diethyl ether, ethylene glycol dialkyl ether; methanol, ethanol, isopropyl alcohol, etc. Alcohol solvents; aprotic polar solvents such as dimethyl sulfoxide, sulfolane; 2-methyl-3-oxazolidinone, 2-methyl-1,3-dioxola Heterocyclic compounds, and the like and the like. These solvents may be used alone or in combination of two or more.
前記電解質層には、暗電流を抑制するために塩基性化合物を加えてもよい。塩基性化合物の種類としては、特に限定されるものではないが、t−ブチルピリジン、2−ピコリン(2−メチルピリジン)、2,6−ルチジン等が挙げられる。塩基性化合物を添加する場合の添加濃度は、例えば、0.05mol/L以上2mol/L以下程度とすることができる。 A basic compound may be added to the electrolyte layer in order to suppress dark current. Although it does not specifically limit as a kind of basic compound, t-butyl pyridine, 2-picoline (2-methylpyridine), 2, 6- lutidine, etc. are mentioned. The addition concentration in the case of adding a basic compound can be, for example, about 0.05 mol / L or more and 2 mol / L or less.
前記電解質層として、固体状の電解質を用いることもできる。この固体状の電解質としては、ゲル電解質や完全固体電解質を用いることができる。ゲル電解質としては、ゲル化剤中に電解質若しくは常温溶融塩を添加したもの等を用いることができる。ゲル化の方法としては、ポリマーやオイルゲル化剤の添加、共存する多官能モノマー類の重合、または、ポリマーの架橋反応等の手法によりゲル化できる。ポリマーの添加によりゲル化させる際のポリマーとしては、ポリアクリロニトリルやポリフッ化ビニリデン等が挙げられる。オイルゲル化剤としては、ジベンジルデン−D−ソルビトール、コレステロール誘導体、アミノ酸誘導体、トランス−(1R,2R)−1,2−シクロヘキサンジアミンのアルキルアミド誘導体、アルキル尿素誘導体、N−オクチル−D−グルコンアミドベンゾエート、双頭型アミノ酸誘導体、4級アンモニウム塩誘導体等が挙げられる。 A solid electrolyte can also be used as the electrolyte layer. As this solid electrolyte, a gel electrolyte or a completely solid electrolyte can be used. As gel electrolyte, what added electrolyte or normal temperature molten salt in the gelatinizer can be used. As a gelation method, gelation can be performed by a technique such as addition of a polymer or an oil gelling agent, polymerization of coexisting polyfunctional monomers, or a polymer crosslinking reaction. Examples of the polymer for gelation by adding a polymer include polyacrylonitrile and polyvinylidene fluoride. Oil gelling agents include dibenzylden-D-sorbitol, cholesterol derivatives, amino acid derivatives, alkylamide derivatives of trans- (1R, 2R) -1,2-cyclohexanediamine, alkylurea derivatives, N-octyl-D-gluconamide benzoate Double-headed amino acid derivatives, quaternary ammonium salt derivatives, and the like.
多官能モノマーの重合によりゲル化を行う場合、使用するモノマーとしては、エチレン性不飽和基を2個以上有する化合物であるのが好ましく、例えば、ジビニルベンゼン、エチレングリコールジメタクリレート、エチレングリコールジアクリレート、ジエチレングリコールジメタクリレート、ジエチレングリコールジアクリレート、トリエチレングリコールジメタクリレート、トリエチレングリコールジアクリレート、ペンタエリスリトールトリアクリレート、トリメチロールプロパントリアクリレート等が挙げられる。ゲル化の際、多官能モノマー以外に単官能モノマーを含んでもよい。単官能モノマーとしては、アクリルアミド、N−イソプロピルアクリルアミド、メチルアクリレート、ヒドロキシエチルアクリレート等のアクリル酸やα−アルキルアクリル酸類から誘導されるエステル類;アミド類;マレイン酸ジメチル、フマル酸ジエチル、マレイン酸ジブチル等のマレイン酸やフマル酸から誘導されるエステル類;ブタジエン、イソプレン、シクロペンタジエン等のジエン類;スチレン、p−クロロスチレン、スチレンスルホン酸ナトリルム等の芳香族ビニル化合物;酢酸ビニル等のビニルエステル類;アクリロニトリル、メタクリロニトリル等のニトリル類;ビニルカルバゾール等の含窒素複素環を有するビニル化合物;4級アンモニウム塩を有するビニル化合物;その他、N−ビニルホルムアミド、ビニルスルホン酸、ビニリデンフルオライド、ビニルアルキルエーテル類、N−フェニルマレイミド等が挙げられる。モノマー全量に占める多官能モノマーは、0.5質量%以上70質量%以下が好ましく、1.0質量%以上50質量%以下がより好ましい。 When gelation is performed by polymerization of a polyfunctional monomer, the monomer used is preferably a compound having two or more ethylenically unsaturated groups, such as divinylbenzene, ethylene glycol dimethacrylate, ethylene glycol diacrylate, Examples include diethylene glycol dimethacrylate, diethylene glycol diacrylate, triethylene glycol dimethacrylate, triethylene glycol diacrylate, pentaerythritol triacrylate, and trimethylolpropane triacrylate. In the gelation, a monofunctional monomer may be included in addition to the polyfunctional monomer. Monofunctional monomers include esters derived from acrylic acid and α-alkyl acrylic acids such as acrylamide, N-isopropylacrylamide, methyl acrylate and hydroxyethyl acrylate; amides; dimethyl maleate, diethyl fumarate, dibutyl maleate Esters derived from maleic acid and fumaric acid such as: Dienes such as butadiene, isoprene and cyclopentadiene; Aromatic vinyl compounds such as styrene, p-chlorostyrene and sodium styrenesulfonate; Vinyl esters such as vinyl acetate Nitriles such as acrylonitrile and methacrylonitrile; vinyl compounds having a nitrogen-containing heterocycle such as vinyl carbazole; vinyl compounds having a quaternary ammonium salt; other N-vinylformamide and vinyl sulfone , Vinylidene fluoride, vinyl alkyl ethers, N- phenylmaleimide, and the like. 0.5 mass% or more and 70 mass% or less are preferable, and, as for the polyfunctional monomer which occupies for the monomer whole quantity, 1.0 mass% or more and 50 mass% or less are more preferable.
ゲル化のための前記モノマーの重合は、ラジカル重合法等により行うことができる。このラジカル重合は、加熱、光、紫外線若しくは電子線により、または電気化学的に行うことができる。加熱により架橋高分子を形成する場合に用いる重合開始剤としては、例えば、2,2’−アゾビス(イソブチロニトリル)、2,2’−アゾビス(ジメチルバレロニトリル)等のアゾ系開始剤、ベンゾイルパーオキシド等の過酸化物系開始剤等が挙げられる。重合開始剤の添加量は、モノマーの総量に対して0.01質量%以上15質量%以下が好ましく、0.05質量%以上10質量%以下がより好ましい。 Polymerization of the monomer for gelation can be performed by a radical polymerization method or the like. This radical polymerization can be carried out by heating, light, ultraviolet light or electron beam, or electrochemically. Examples of the polymerization initiator used when forming a crosslinked polymer by heating include azo initiators such as 2,2′-azobis (isobutyronitrile) and 2,2′-azobis (dimethylvaleronitrile), Examples thereof include peroxide initiators such as benzoyl peroxide. The addition amount of the polymerization initiator is preferably 0.01% by mass or more and 15% by mass or less, and more preferably 0.05% by mass or more and 10% by mass or less with respect to the total amount of monomers.
ポリマーの架橋反応によりゲル化を行う場合、架橋反応に必要な反応性基を有するポリマーおよび架橋剤を併用することが望ましい。好ましい架橋性反応基は、ピリジン環、イミダゾール環、チアゾール環、オキサゾール環、トリアゾール環、モルホリン環、ピペリジン環、ピペラジン環等の含窒素複素環であり、好ましい架橋剤は、ハロゲン化アルキル、ハロゲン化アラルキル、スルホン酸エステル、酸無水物、酸クロライド、イソシアネート等の窒素原子に対して求電子置換反応可能な2官能以上の化合物が挙げられる。 When gelation is performed by a crosslinking reaction of a polymer, it is desirable to use a polymer having a reactive group necessary for the crosslinking reaction and a crosslinking agent in combination. Preferred crosslinkable reactive groups are nitrogen-containing heterocycles such as pyridine ring, imidazole ring, thiazole ring, oxazole ring, triazole ring, morpholine ring, piperidine ring, piperazine ring, and preferred crosslinkers are alkyl halides, halogenated alkyls. Bifunctional or higher functional compounds capable of electrophilic substitution reaction with nitrogen atoms such as aralkyl, sulfonic acid ester, acid anhydride, acid chloride, isocyanate and the like can be mentioned.
前記完全固体電解質としては、例えば、電解質とイオン伝導性高分子化合物の混合物を用いることができる。このイオン伝導性高分子化合物としては、例えば、ポリエーテル類、ポリエステル類、ポリアミン類、ポリスルフィド類等の極性高分子化合物が挙げられる。 As the complete solid electrolyte, for example, a mixture of an electrolyte and an ion conductive polymer compound can be used. Examples of the ion conductive polymer compound include polar polymer compounds such as polyethers, polyesters, polyamines, and polysulfides.
前記電荷輸送材料としては、例えば、ヨウ化銅、チオシアン化銅等の無機の正孔輸送材料を用いることができる。前記無機の正孔輸送材料は、キャスト法、塗布法、スピンコート法、浸漬法、電解めっき等の方法により電極内部に導入することができる。 As the charge transport material, for example, an inorganic hole transport material such as copper iodide or copper thiocyanide can be used. The inorganic hole transport material can be introduced into the electrode by a method such as a casting method, a coating method, a spin coating method, a dipping method, or electrolytic plating.
本例の光電気化学電池用光電変換素子においては、電荷輸送材料として有機の正孔輸送材料を使用することもできる。前記有機の正孔輸送材料としては、2,2’,7,7’−テトラキス(N,N−ジ−p−メトキシフェニルアミン)−9,9’−スピロビフルオレン(例えば、Adv.Mater.2005,17,813に記載の化合物)、N,N’−ジフェニル−N,N’−ビス(3−メチルフェニル)−(1,1’−ビフェニル)−4,4’−ジアミン等の芳香族ジアミン(例えば、米国特許第4,764,625号明細書に記載の化合物)、トリフェニルアミン誘導体(例えば、特開平4−129271号公報に記載の化合物)、スチルベン誘導体(例えば、特開平2−51162号公報に記載の化合物)、ヒドラゾン誘導体(例えば、特開平2−226160号公報に記載の化合物)等が挙げられる。前記有機の正孔輸送材料は、真空蒸着法、キャスト法、スピンコート法、浸漬法、電解重合法等の方法により電極内部に導入することができる。 In the photoelectric conversion element for a photoelectrochemical cell of this example, an organic hole transport material can also be used as the charge transport material. Examples of the organic hole transport material include 2,2 ′, 7,7′-tetrakis (N, N-di-p-methoxyphenylamine) -9,9′-spirobifluorene (for example, Adv. Mater. 2005, 17, 813), aromatics such as N, N′-diphenyl-N, N′-bis (3-methylphenyl)-(1,1′-biphenyl) -4,4′-diamine Diamines (for example, compounds described in US Pat. No. 4,764,625), triphenylamine derivatives (for example, compounds described in JP-A-4-129271), stilbene derivatives (for example, JP-A-2- Compounds described in Japanese Patent No. 51162), hydrazone derivatives (for example, compounds described in JP-A-2-226160), and the like. The organic hole transport material can be introduced into the electrode by a method such as a vacuum deposition method, a cast method, a spin coating method, a dipping method, or an electrolytic polymerization method.
前記電解質層5の作製は、例えば、以下の2通りの方法により行うことができる。一つは、光電変換用色素を吸着させた半導体層1の上に、先に対電極8を貼り合わせて、その隙間に液状の電解質層5を導入する方法である。もう一つは、半導体層1の上に直接電解質層5を形成する方法である。後者の場合、電解質層5を形成した後、その上に対電極8を形成することになる。
The
以上に説明した光電気化学電池用光電変換素子を用いて光電気化学電池を提供することができる。この光電池化学電池は、太陽電池(例えば、色素増感太陽電池)として好適に利用することができる。 A photoelectrochemical cell can be provided by using the photoelectric conversion element for a photoelectrochemical cell described above. This photovoltaic chemical cell can be suitably used as a solar cell (for example, a dye-sensitized solar cell).
以下、実施態様を挙げて、本発明をさらに詳細に説明する。以下に例示する、各実施態様は、本発明の最良の実施形態の一例であるが、本発明の技術的範囲は、かかる実施態様に示す形態に限定されない
(第一の実施態様)
<ピロール系化合物 PY−1の合成>
下記の反応式に従って、下記の通り、ピロール系化合物PY−1を合成した。Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to embodiments. Each embodiment illustrated below is an example of the best embodiment of the present invention, but the technical scope of the present invention is not limited to the form shown in this embodiment (first embodiment).
<Synthesis of pyrrole compound PY-1>
According to the following reaction formula, pyrrole compound PY-1 was synthesized as follows.
次に、10gのA1をクロロホルム260mLに溶解し、氷冷下、N−ブロモコハク酸イミド4.46gを加え、4時間反応させた。反応溶液を減圧下濃縮し、残渣にメタノール150mL加え、加熱攪拌洗浄を2回行った。さらに酢酸エチルから再結晶することでA2を8.65g得た(収率72%)。 Next, 10 g of A1 was dissolved in 260 mL of chloroform, and 4.46 g of N-bromosuccinimide was added and allowed to react for 4 hours under ice cooling. The reaction solution was concentrated under reduced pressure, and 150 mL of methanol was added to the residue, followed by heating, stirring and washing twice. Further, 8.65 g of A2 was obtained by recrystallization from ethyl acetate (yield 72%).
次に、2gのA2を乾燥テトラヒドロフラン(THF)40mLに溶解し、−78℃に冷却した。そこにアルゴン雰囲気下、1.6mol/Lのn−ブチルリチウムのヘキサン溶液3.1mLを滴下した。−78℃で30分攪拌した後、塩化亜鉛0.56gを加え、さらに1時間攪拌した。その後、室温に戻し、そこに、5−ブロモ−2,2’−ビチオフェン−5’−カルボキシアルデヒド1.011gとテトラキス(トリフェニルホスフィン)パラジウム0.143gを加え、室温で3時間攪拌した。反応混合物に酢酸エチル200mLを加え、3%炭酸ナトリウム水溶液、NaCl水溶液で洗浄し、硫酸マグネシウムで乾燥した。溶媒を減圧下留去し、残渣をシリカゲルカラム(展開溶媒:ヘキサン/酢酸エチル(容量混合比:2/1)混合溶媒)で分離精製することで、化合物A3を0.285g得た(収率12%)。 Next, 2 g of A2 was dissolved in 40 mL of dry tetrahydrofuran (THF) and cooled to -78 ° C. Then, 3.1 mL of a 1.6 mol / L hexane solution of n-butyllithium was added dropwise under an argon atmosphere. After stirring at −78 ° C. for 30 minutes, 0.56 g of zinc chloride was added, and the mixture was further stirred for 1 hour. Thereafter, the temperature was returned to room temperature, and 1.011 g of 5-bromo-2,2'-bithiophene-5'-carboxaldehyde and 0.143 g of tetrakis (triphenylphosphine) palladium were added thereto, followed by stirring at room temperature for 3 hours. 200 mL of ethyl acetate was added to the reaction mixture, washed with 3% aqueous sodium carbonate solution and aqueous NaCl solution, and dried over magnesium sulfate. The solvent was distilled off under reduced pressure, and the residue was separated and purified on a silica gel column (developing solvent: hexane / ethyl acetate (volume mixing ratio: 2/1) mixed solvent) to obtain 0.285 g of compound A3 (yield) 12%).
次に、0.14gのA3をアセトニトリル10mLに溶解し、そこにシアノ酢酸0.031gとピペリジン0.041gを加え、2時間加熱還流させた。放冷後、塩酸0.5mLを含む水300mLに滴下した。析出した結晶をろ別し、水で洗浄し、さらに少量のTHFに溶解して、ヘキサン中に再沈させることで、目的のピロール誘導体PY−1を0.08g得た(収率51%)。 Next, 0.14 g of A3 was dissolved in 10 mL of acetonitrile, 0.031 g of cyanoacetic acid and 0.041 g of piperidine were added thereto, and the mixture was heated to reflux for 2 hours. After standing to cool, it was added dropwise to 300 mL of water containing 0.5 mL of hydrochloric acid. The precipitated crystals were separated by filtration, washed with water, dissolved in a small amount of THF, and reprecipitated in hexane to obtain 0.08 g of the desired pyrrole derivative PY-1 (yield 51%). .
得られたピロール系化合物PY−1の1H−NMR(ジクロロメタン−d2)の測定結果は次の通りであった:δが8.28(1H,s)、7.68(1H,d)、7.14−7.31(6H,m)、6.99(2H,d)、6.91(2H,d)、6.78(1H,d)、6.73(1H,d)、2.53(2H,t)、1.50−1.55(2H,m)、1.16−1.35(10H,m)、0.88(3H,t)
また、得られたピロール系化合物PY−1(色素)のアセトニトリル中の吸収スペクトルを図2に示す。本ピロール系化合物PY−1のλmaxは、489nmであった。The measurement result of 1 H-NMR (dichloromethane-d2) of the obtained pyrrole compound PY-1 was as follows: δ was 8.28 (1H, s), 7.68 (1H, d), 7.14-7.31 (6H, m), 6.99 (2H, d), 6.91 (2H, d), 6.78 (1H, d), 6.73 (1H, d), 2 .53 (2H, t), 1.50-1.55 (2H, m), 1.16-1.35 (10H, m), 0.88 (3H, t)
Moreover, the absorption spectrum in acetonitrile of the obtained pyrrole type compound PY-1 (dye) is shown in FIG. Λ max of this pyrrole compound PY-1 was 489 nm.
(第二の実施態様)
<光電気化学電池用光電変換素子の作製>
光電気化学電池用光電変換素子を次のようにして作製した。(Second embodiment)
<Production of photoelectric conversion element for photoelectrochemical cell>
A photoelectric conversion element for a photoelectrochemical cell was produced as follows.
(a)光電気化学電池用半導体電極および対電極の作製
まず、光電気化学電池用半導体電極を次の順序で作製した。(A) Production of Photoelectrochemical Battery Semiconductor Electrode and Counter Electrode First, a photoelectrochemical battery semiconductor electrode was produced in the following order.
サイズが15mm×15mmで厚さが1.1mmのFTO付きガラス(10Ωcm2)を、導電性基板(透明導電層付き光透過性基板)として準備した。A glass with FTO (10 Ωcm 2 ) having a size of 15 mm × 15 mm and a thickness of 1.1 mm was prepared as a conductive substrate (light transmissive substrate with a transparent conductive layer).
また、酸化チタンペースト(半導体層の材料)を次のようにして調製した。市販の酸化チタン粉末(商品名:P25、日本アエロジル(株)製、平均一次粒子径:21nm)5g、15vol%酢酸水溶液20mL、界面活性剤0.1mL(商品名:Triton(登録商標)X−100、シグマアルドリッチ社製)、およびポリエチレングリコール(分子量20000)(和光純薬工業社製、商品コード:168−11285)0.3gを混合し、この混合物を攪拌ミキサーで約1時間攪拌し、酸化チタンペーストを得た。 A titanium oxide paste (semiconductor layer material) was prepared as follows. Commercially available titanium oxide powder (trade name: P25, manufactured by Nippon Aerosil Co., Ltd., average primary particle size: 21 nm) 5 g, 15 vol% acetic acid aqueous solution 20 mL, surfactant 0.1 mL (trade name: Triton (registered trademark) X- 100, manufactured by Sigma-Aldrich Co., Ltd.) and 0.3 g of polyethylene glycol (molecular weight 20000) (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd., product code: 168-11285) were mixed, and this mixture was stirred for about 1 hour with a stirring mixer, and oxidized. A titanium paste was obtained.
次いで、この酸化チタンペーストをFTO付きガラス上にドクターブレード法で膜厚が50μm程度となるように塗布(塗布面積:10mm×10mm)した。その後、酸化チタンペーストを塗布したFTO付きガラスを電気炉に入れ、大気雰囲気にて450℃で約30分間焼成し、自然冷却させることで、FTO付きガラス上の多孔性の酸化チタン膜を得た。 Next, this titanium oxide paste was applied on a glass with FTO by a doctor blade method so that the film thickness was about 50 μm (application area: 10 mm × 10 mm). Thereafter, the glass with FTO coated with the titanium oxide paste was put in an electric furnace, baked at 450 ° C. for about 30 minutes in an air atmosphere, and naturally cooled to obtain a porous titanium oxide film on the glass with FTO. .
さらに、この酸化チタン膜上に、次のようにして光散乱層を形成した。平均粒子径が400nmの酸化チタンペースト(商品名:PST−400C、日揮触媒化成(株)製)をスクリーン印刷法により、上述の酸化チタン膜上に20μmの厚さで塗布した。その後、大気雰囲気にて450℃で約30分間焼成し、自然冷却させることで、酸化チタン膜上の光散乱層を得た。以上のようして、色素が吸着される前の半導体電極を得た。 Further, a light scattering layer was formed on the titanium oxide film as follows. A titanium oxide paste having an average particle diameter of 400 nm (trade name: PST-400C, manufactured by JGC Catalysts & Chemicals Co., Ltd.) was applied to the above-described titanium oxide film with a thickness of 20 μm by a screen printing method. Then, the light-scattering layer on the titanium oxide film was obtained by baking for about 30 minutes at 450 degreeC in air | atmosphere, and allowing it to cool naturally. As described above, a semiconductor electrode before the dye was adsorbed was obtained.
一方、ソーダライムガラス板(厚さ1.1mm)上に、触媒層として平均膜厚1μmの白金層を真空蒸着法により蒸着し、対電極を得た。 On the other hand, a platinum layer having an average film thickness of 1 μm was deposited as a catalyst layer on a soda lime glass plate (thickness 1.1 mm) by a vacuum deposition method to obtain a counter electrode.
(b)色素吸着
次に、上述の酸化チタン薄膜からなる半導体層の表面に光電変換用色素を吸着させた。光電変換用色素の吸着には、実施例1のピロール系化合物PY−1を、2×10−4M程度の濃度でアセトニトリル中に溶かした溶液を用いた。この色素溶液中に上述の半導体電極を浸して一晩保管した。その後、色素溶液から半導体電極を取り出し、アセトニトリルでリンスして余分な色素を除去し、空気中で乾燥させ、光電変換用色素が吸着された半導体電極を得た。(B) Dye adsorption Next, a dye for photoelectric conversion was adsorbed on the surface of the semiconductor layer composed of the above-described titanium oxide thin film. For adsorption of the photoelectric conversion dye, a solution in which the pyrrole compound PY-1 of Example 1 was dissolved in acetonitrile at a concentration of about 2 × 10 −4 M was used. The above-mentioned semiconductor electrode was immersed in this dye solution and stored overnight. Thereafter, the semiconductor electrode was taken out from the dye solution, rinsed with acetonitrile to remove excess dye, and dried in air to obtain a semiconductor electrode on which the photoelectric conversion dye was adsorbed.
(c)セル組み立て
上述の光電変換用色素吸着処理後の光電気化学電池用半導体電極と上述の対電極とを、半導体層と触媒層が対向するように配置し、電解質注入前のセルを形成した。次に、電解質が隙間に浸透できるだけの切り目を入れた熱硬化性樹脂フィルムによりセル部分の周囲を熱圧着した。(C) Cell assembly The semiconductor electrode for photoelectrochemical cell after the above-mentioned dye conversion treatment for photoelectric conversion and the above-mentioned counter electrode are arranged so that the semiconductor layer and the catalyst layer face each other to form a cell before electrolyte injection did. Next, the circumference | surroundings of the cell part were thermocompression-bonded with the thermosetting resin film which cut | disconnected the electrolyte so that it could osmose | permeate a clearance gap.
(d)電解質層の注入
上述のセルに、ヨウ素系電解質を上述の切り目を入れたところから注入した。ヨウ素系電解質は、溶剤としてアセトニトリルを用い、ヨウ素(I2)の濃度が0.5mol/L、ヨウ化リチウムの濃度が0.1mol/L、4−tert−ブチルピリジンの濃度が0.5mol/L、1,2−ジメチル−3−プロピルイミダゾリウムアイオダイドの濃度が0.6mol/Lである溶液を用いた。(D) Injection of electrolyte layer An iodine-based electrolyte was injected into the above-described cell from where the above-mentioned cut was made. The iodine-based electrolyte uses acetonitrile as a solvent, the concentration of iodine (I 2 ) is 0.5 mol / L, the concentration of lithium iodide is 0.1 mol / L, and the concentration of 4-tert-butylpyridine is 0.5 mol / L. A solution having a concentration of L, 1,2-dimethyl-3-propylimidazolium iodide of 0.6 mol / L was used.
(e)光電流測定
上述のようにして作製した光電気化学電池用光電変換素子に、ソーラーシミュレータでAM1.5条件下の100mW/cm2の強度の光を照射して、発生した電気を電流電圧測定装置で測定し、光電変換特性を評価した。その結果、2.7%の光電変換効率であった。(E) Photocurrent measurement The photoelectric conversion element for a photoelectrochemical cell produced as described above is irradiated with light having an intensity of 100 mW / cm 2 under AM1.5 conditions with a solar simulator, and the generated electricity is converted into a current. It measured with the voltage measuring device and evaluated the photoelectric conversion characteristic. As a result, the photoelectric conversion efficiency was 2.7%.
以上、実施形態(及び実施例)を参照して本願発明を説明したが、本願発明は上記実施形態(及び実施例)に限定されものではない。本願発明の構成や詳細には、本願発明のスコープ内で当業者が理解し得る様々な変更をすることができる。 While the present invention has been described with reference to the embodiments (and examples), the present invention is not limited to the above embodiments (and examples). Various changes that can be understood by those skilled in the art can be made to the configuration and details of the present invention within the scope of the present invention.
この出願は、2010年12月14日に出願された日本出願特願2010−278660を基礎とする優先権を主張し、その開示の全てをここに取り込む。 This application claims the priority on the basis of Japanese application Japanese Patent Application No. 2010-278660 for which it applied on December 14, 2010, and takes in those the indications of all here.
以上のように、本発明のピロール系化合物、その互変異性体若しくは立体異性体、またはそれらの塩は、光電変換用色素に有用である。本発明のピロール系化合物を含む光電変換用色素は、光電変換特性に優れている。また、ルテニウム等の貴金属を必須としないため、資源的な制約の問題が解消され、より安価に太陽電池(例えば、色素増感太陽電池)を供給することが可能となる。したがって、広範な用途に太陽電池(例えば、色素増感太陽電池)を用いることが可能となる。本発明のピロール系化合物の用途は、太陽電池(例えば、色素増感太陽電池)に限定されず、様々な分野において利用可能である。 As described above, the pyrrole compound of the present invention, a tautomer or stereoisomer thereof, or a salt thereof is useful for a photoelectric conversion dye. The photoelectric conversion dye containing the pyrrole compound of the present invention is excellent in photoelectric conversion characteristics. In addition, since no noble metal such as ruthenium is essential, the problem of resource limitation is solved, and a solar cell (for example, a dye-sensitized solar cell) can be supplied at a lower cost. Therefore, it is possible to use solar cells (for example, dye-sensitized solar cells) for a wide range of applications. The use of the pyrrole compound of the present invention is not limited to solar cells (for example, dye-sensitized solar cells), and can be used in various fields.
上記の実施形態の一部または全部は、以下の付記のようにも記載されうるが、以下には限られない。
(付記1)
下記一般式(1)で表されることを特徴とするピロール系化合物、その互変異性体若しくは立体異性体、またはそれらの塩。A part or all of the above-described embodiment can be described as in the following supplementary notes, but is not limited thereto.
(Appendix 1)
A pyrrole compound represented by the following general formula (1), a tautomer or stereoisomer thereof, or a salt thereof.
R1〜R4は、それぞれ独立に水素原子、置換若しくは無置換の直鎖若しくは分枝アルキル基、または置換若しくは無置換のアリール基を表し、
Xは、酸性基を有する基を表し、
Zは、チオフェン環、フラン環およびピロール環からなる群から選択される少なくとも一種の複素環を有する連結基を表す。
R 1 to R 4 each independently represent a hydrogen atom, a substituted or unsubstituted linear or branched alkyl group, or a substituted or unsubstituted aryl group,
X represents a group having an acidic group,
Z represents a linking group having at least one heterocyclic ring selected from the group consisting of a thiophene ring, a furan ring and a pyrrole ring.
なお、Zの構成に利用されるピロール環は、1H−ピロール、2H−ピロール、3H−ピロールの三種の異性体中、1H−ピロールの構造を有することが好ましい。
(付記2)
R1〜R4において、
前記アルキル基の炭素数が1〜12であり、
前記アリール基の炭素数が5〜24である
ことを特徴とする付記1に記載のピロール系化合物、その互変異性体若しくは立体異性体、またはそれらの塩。
(付記3)
Xが、酸性基を有する有機基である
ことを特徴とする付記1または付記2に記載のピロール系化合物、その互変異性体若しくは立体異性体、またはそれらの塩。
(付記4)
Xが、Zと共役可能な基に酸性基が結合した基である
ことを特徴とする付記3に記載のピロール系化合物、その互変異性体若しくは立体異性体、またはそれらの塩。
(付記5)
前記Zと共役可能な基が、炭素間二重結合を有する基である
ことを特徴とする付記4に記載のピロール系化合物、その互変異性体若しくは立体異性体、またはそれらの塩。
(付記6)
Xが、下記式(Xa)〜(Xm)のいずれかで表される基である
ことを特徴とする付記1〜付記5のいずれかに記載のピロール系化合物、その互変異性体若しくは立体異性体、またはそれらの塩。In addition, it is preferable that the pyrrole ring utilized for the structure of Z has a structure of 1H-pyrrole among three isomers of 1H-pyrrole, 2H-pyrrole, and 3H-pyrrole.
(Appendix 2)
In R 1 to R 4 ,
The alkyl group has 1 to 12 carbon atoms,
The pyrrole compound according to Supplementary Note 1, the tautomer or stereoisomer thereof, or a salt thereof, wherein the aryl group has 5 to 24 carbon atoms.
(Appendix 3)
The pyrrole compound, its tautomer or stereoisomer, or a salt thereof according to appendix 1 or
(Appendix 4)
4. The pyrrole compound according to
(Appendix 5)
The pyrrole compound, its tautomer or stereoisomer, or a salt thereof according to
(Appendix 6)
X is a group represented by any one of the following formulas (Xa) to (Xm), the pyrrole compound according to any one of appendix 1 to
Mは、水素原子または塩形成性陽イオンを表し、
B−は、水酸化物イオンまたは塩形成性陰イオンを表す。
(付記7)
Xが、下記式(X1)〜(X16)のいずれかで表される基である
ことを特徴とする付記1〜付記5のいずれかに記載のピロール系化合物、その互変異性体若しくは立体異性体、またはそれらの塩。
M represents a hydrogen atom or a salt-forming cation,
B − represents a hydroxide ion or a salt-forming anion.
(Appendix 7)
X is a group represented by any one of the following formulas (X1) to (X16), the pyrrole compound according to any one of appendix 1 to
Xが、下記一般式(2)で表される基である
ことを特徴とする付記1〜付記5のいずれかに記載のピロール系化合物、その互変異性体若しくは立体異性体、またはそれらの塩。
X is a group represented by the following general formula (2), the pyrrole compound according to any one of appendix 1 to
(付記9)
Zが、下記一般式(3)で表される構造を含む原子団である
ことを特徴とする付記1〜付記8のいずれかに記載のピロール系化合物、その互変異性体若しくは立体異性体、またはそれらの塩。
(Appendix 9)
Z is an atomic group including a structure represented by the following general formula (3), the pyrrole compound according to any one of appendix 1 to
R5、R6は、それぞれ独立に水素原子、置換若しくは無置換の直鎖若しくは分枝アルキル基、または置換若しくは無置換の直鎖若しくは分枝アルコキシ基を表し、
R5、R6は互いに連結されて環を形成してもよく、
Yは、酸素原子、硫黄原子またはNRaを表し、
Raは、水素原子、置換若しくは無置換の直鎖若しくは分枝アルキル基、または置換若しくは無置換のアリール基を表す。
(付記10)
下記一般式(4)で表される
ことを特徴とする付記1〜付記9のいずれかに記載のピロール系化合物、その互変異性体若しくは立体異性体、またはそれらの塩。
R 5 and R 6 each independently represent a hydrogen atom, a substituted or unsubstituted linear or branched alkyl group, or a substituted or unsubstituted linear or branched alkoxy group,
R 5 and R 6 may be connected to each other to form a ring,
Y represents an oxygen atom, a sulfur atom or NRa;
Ra represents a hydrogen atom, a substituted or unsubstituted linear or branched alkyl group, or a substituted or unsubstituted aryl group.
(Appendix 10)
The pyrrole compound according to any one of appendix 1 to appendix 9, which is represented by the following general formula (4), a tautomer or stereoisomer thereof, or a salt thereof.
R1〜R4は、それぞれ独立に水素原子、置換若しくは無置換の直鎖若しくは分枝アルキル基、または置換若しくは無置換のアリール基を表し、
Mは、水素原子または塩形成性陽イオンを表し、
Zは、下記一般式(3)で表される構造を含む連結基を表す。
R 1 to R 4 each independently represent a hydrogen atom, a substituted or unsubstituted linear or branched alkyl group, or a substituted or unsubstituted aryl group,
M represents a hydrogen atom or a salt-forming cation,
Z represents a linking group including a structure represented by the following general formula (3).
R5、R6は、それぞれ独立に水素原子、置換若しくは無置換の直鎖若しくは分枝アルキル基、または置換若しくは無置換の直鎖若しくは分枝アルコキシ基を表し、
R5、R6は互いに連結されて環を形成してもよく、
Yは、酸素原子、硫黄原子、またはNRaを表し、
Raは、水素原子、置換若しくは無置換の直鎖若しくは分枝アルキル基、または置換若しくは無置換のアリール基を表す。
(付記11)
R5およびR6において、
前記アルキル基の炭素数が1〜12であり、
前記アリール基の炭素数が5〜24である
ことを特徴とする付記10に記載のピロール系化合物、その互変異性体若しくは立体異性体、またはそれらの塩。
(付記12)
Zが、下記式(Z1)〜(Z20)のいずれかで表される
ことを特徴とする付記1〜付記11のいずれかに記載のピロール系化合物、その互変異性体若しくは立体異性体、またはそれらの塩。
R 5 and R 6 each independently represent a hydrogen atom, a substituted or unsubstituted linear or branched alkyl group, or a substituted or unsubstituted linear or branched alkoxy group,
R 5 and R 6 may be connected to each other to form a ring,
Y represents an oxygen atom, a sulfur atom, or NRa;
Ra represents a hydrogen atom, a substituted or unsubstituted linear or branched alkyl group, or a substituted or unsubstituted aryl group.
(Appendix 11)
In R 5 and R 6
The alkyl group has 1 to 12 carbon atoms,
The pyrrole compound according to appendix 10, the tautomer or stereoisomer thereof, or a salt thereof, wherein the aryl group has 5 to 24 carbon atoms.
(Appendix 12)
Z is represented by any one of the following formulas (Z1) to (Z20), the pyrrole compound according to any one of appendix 1 to appendix 11, a tautomer or stereoisomer thereof, or Their salt.
下記式PY−1で表される
ことを特徴とする付記1に記載のピロール系化合物、その互変異性体若しくは立体異性体、またはそれらの塩。
The pyrrole compound according to supplementary note 1, represented by the following formula PY-1, a tautomer or stereoisomer thereof, or a salt thereof.
付記1〜付記13のいずれかに記載のピロール系化合物、その互変異性体若しくは立体異性体、またはそれらの塩の少なくとも一種を含む
ことを特徴とする光電変換用色素。
(付記15)
付記14に記載の光電変換用色素を含む半導体層を有する
ことを特徴とする光電気化学電池用半導体電極。
(付記16)
前記半導体層が、単体半導体、化合物半導体、金属カルコゲニド、およびペロブスカイト構造を有する半導体化合物からなる群から選択される少なくとも一つである
ことを特徴とする
付記15に記載の光電気化学電池用半導体電極。
(付記17)
前記単体半導体が、シリコンまたはゲルマニウムの少なくとも一方である
ことを特徴とする付記16に記載の光電気化学電池用半導体電極。
(付記18)
前記金属カルコゲニドが、
チタン、スズ、亜鉛、鉄、タングステン、インジウム、ジルコニウム、バナジウム、ニオブ、タンタル、ストロンチウム、ハフニウム、セリウム、またはランタンの酸化物;
カドミウム、亜鉛、鉛、銀、アンチモン、またはビスマスの硫化物;
カドミウム、鉛のセレン化物;および
カドミウムのテルル化物からなる群から選択される少なくとも一つである
ことを特徴とする付記16または付記17に記載の光電気化学電池用半導体電極。
(付記19)
前記化合物半導体が、
付記18に記載の金属カルコゲニド;
亜鉛、ガリウム、インジウム、またはカドミウムのリン化物;
ガリウム砒素;
銅−インジウム−セレン化物;および
銅−インジウム−硫化物からなる群から選択される少なくとも一つである
ことを特徴とする付記16〜付記18のいずれかに記載の光電気化学電池用半導体電極。
(付記20)
前記ペロブスカイト構造を有する化合物が、
チタン酸バリウム、チタン酸ストロンチウム、およびニオブ酸カリウムからなる群から選択される少なくとも一つである
ことを特徴とする付記16〜付記19のいずれかに記載の光電気化学電池用半導体電極。
(付記21)
前記半導体層が、酸化チタンまたは酸化亜鉛を含む
ことを特徴とする付記15〜付記20のいずれかに記載の光電気化学電池用半導体電極。
(付記22)
付記15〜付記21のいずれかに記載の光電気化学電池用半導体電極を有することを特徴とする光電気化学電池用光電変換素子。
(付記23)
さらに、前記光電気化学電池用半導体電極に対向する対電極を有しており、
前記光電気化学電池用半導体電極と前記対電極との間に電荷輸送材料を含んでいる
ことを特徴とする付記22に記載の光電気化学電池用光電変換素子。
(付記24)
付記22または付記23に記載の光電気化学電池用光電変換素子を有することを特徴とする光電気化学電池。
(付記25)
下記一般式(I)で表される化合物と、下記一般式(II)で表される化合物とを反応させてピロール環を形成し、下記一般式(III)で表されるピロール誘導体を製造するピロール環形成工程;
下記一般式(III)で表されるピロール誘導体をハロゲン化して、下記一般式(IV)で表されるハロゲン化ピロール誘導体を製造するハロゲン化工程;
下記一般式(IV)で表されるハロゲン化ピロール誘導体と下記一般式(V)で表されるハロゲン化物とをカップリング反応させて、下記一般式(VI)で表される化合物を製造するカップリング工程;および、
下記一般式(VI)中のQを変換して酸性基Xを導入し、前記一般式(1)で表される化合物を製造する酸性基導入工程を含む
ことを特徴とする付記1〜付記13のいずれかに記載のピロール系化合物、その互変異性体若しくは立体異性体、またはそれらの塩の製造方法。
A pyrrole compound according to any one of appendix 1 to appendix 13, a tautomer or stereoisomer thereof, or a salt thereof, wherein the dye for photoelectric conversion is characterized.
(Appendix 15)
A semiconductor electrode for a photoelectrochemical cell, comprising a semiconductor layer containing the photoelectric conversion dye according to appendix 14.
(Appendix 16)
16. The semiconductor electrode for a photoelectrochemical cell according to appendix 15, wherein the semiconductor layer is at least one selected from the group consisting of a single semiconductor, a compound semiconductor, a metal chalcogenide, and a semiconductor compound having a perovskite structure. .
(Appendix 17)
The semiconductor electrode for photoelectrochemical cells according to appendix 16, wherein the single semiconductor is at least one of silicon and germanium.
(Appendix 18)
The metal chalcogenide is
Oxides of titanium, tin, zinc, iron, tungsten, indium, zirconium, vanadium, niobium, tantalum, strontium, hafnium, cerium, or lanthanum;
Cadmium, zinc, lead, silver, antimony, or bismuth sulfide;
18. The semiconductor electrode for a photoelectrochemical cell according to appendix 16 or appendix 17, wherein the semiconductor electrode is at least one selected from the group consisting of cadmium, lead selenide; and cadmium telluride.
(Appendix 19)
The compound semiconductor is
Metal chalcogenide according to appendix 18,
Zinc, gallium, indium, or cadmium phosphide;
Gallium arsenide;
The semiconductor electrode for a photoelectrochemical cell according to any one of appendix 16 to appendix 18, wherein the semiconductor electrode is at least one selected from the group consisting of copper-indium-selenide; and copper-indium-sulfide.
(Appendix 20)
The compound having the perovskite structure is
20. The semiconductor electrode for photoelectrochemical cells according to any one of supplementary notes 16 to 19, wherein the semiconductor electrode is at least one selected from the group consisting of barium titanate, strontium titanate, and potassium niobate.
(Appendix 21)
21. The semiconductor electrode for a photoelectrochemical cell according to any one of appendix 15 to appendix 20, wherein the semiconductor layer contains titanium oxide or zinc oxide.
(Appendix 22)
A photoelectric conversion element for a photoelectrochemical cell, comprising the semiconductor electrode for a photoelectrochemical cell according to any one of appendix 15 to appendix 21.
(Appendix 23)
Furthermore, it has a counter electrode facing the semiconductor electrode for photoelectrochemical cells,
The photoelectric conversion element for a photoelectrochemical cell according to appendix 22, wherein a charge transport material is included between the semiconductor electrode for the photoelectrochemical cell and the counter electrode.
(Appendix 24)
A photoelectrochemical cell comprising the photoelectric conversion element for a photoelectrochemical cell according to appendix 22 or appendix 23.
(Appendix 25)
A compound represented by the following general formula (I) and a compound represented by the following general formula (II) are reacted to form a pyrrole ring to produce a pyrrole derivative represented by the following general formula (III). Pyrrole ring formation step;
A halogenation step of producing a halogenated pyrrole derivative represented by the following general formula (IV) by halogenating a pyrrole derivative represented by the following general formula (III);
A cup for producing a compound represented by the following general formula (VI) by coupling a halogenated pyrrole derivative represented by the following general formula (IV) and a halide represented by the following general formula (V): A ring process; and
APPENDIX 1 to APPENDIX 13 including an acidic group introduction step of converting the Q in the following general formula (VI) to introduce an acidic group X to produce the compound represented by the general formula (1) A method for producing a pyrrole compound according to any one of the above, a tautomer or stereoisomer thereof, or a salt thereof.
R1は、前記一般式(1)中のR1と同じであり、
前記一般式(II)、一般式(III)、一般式(IV)および一般式(VI)中、
R2〜R4は、前記一般式(1)中のR2〜R4と同じであり、
前記一般式(IV)中、
Hal1は、ハロゲンであり、
前記一般式(V)中、
Hal2は、ハロゲンであり、
Hal1とHal2は同一でも異なっていてもよく、
前記一般式(V)および一般式(VI)中、
Zは、前記一般式(1)中のZと同じであり、
Qは、酸性基Xに変換可能な任意の置換基である。
R 1 is the same as R 1 in the general formula (1),
In the general formula (II), general formula (III), general formula (IV) and general formula (VI),
R 2 to R 4 are the same as R 2 to R 4 in the general formula (1),
In the general formula (IV),
Hal 1 is halogen,
In the general formula (V),
Hal 2 is halogen,
Hal 1 and Hal 2 may be the same or different,
In the general formula (V) and the general formula (VI),
Z is the same as Z in the general formula (1),
Q is an optional substituent that can be converted to the acidic group X.
なお、Hal1は、Cl,Br,Iから選択されるハロゲンであり;Hal2は、Cl,Br,Iから選択されるハロゲンであることが好ましい。例えば、Hal1として、Cl,Br,Iから選択されるハロゲンを採用し、リチオ化を施した後、Hal2として、Cl,Br,Iから選択されるハロゲンを採用する一般式(V)の化合物とカップリング反応を行うことが好ましい。
(付記26)
前記ピロール環形成工程を、酸触媒の存在下で行う
ことを特徴とする付記25に記載の製造方法。
(付記27)
前記一般式(V)および一般式(VI)中、
Qが、下記一般式(VII)で表されるアシル基であり、
前記一般式(I)中、
Xが、下記一般式(VIII)で表される酸性基であり、
前記酸性基導入工程において、Qにシアノ酢酸を反応させてXに変換する
ことを特徴とする付記25または付記26に記載の製造方法。Note that Hal 1 is a halogen selected from Cl, Br, and I; Hal 2 is preferably a halogen selected from Cl, Br, and I. For example, a halogen selected from Cl, Br, I is adopted as Hal 1 , and after lithiation, a halogen selected from Cl, Br, I is adopted as Hal 2 of the general formula (V) It is preferable to perform a coupling reaction with the compound.
(Appendix 26)
The production method according to appendix 25, wherein the pyrrole ring formation step is performed in the presence of an acid catalyst.
(Appendix 27)
In the general formula (V) and the general formula (VI),
Q is an acyl group represented by the following general formula (VII),
In the general formula (I),
X is an acidic group represented by the following general formula (VIII),
27. The production method according to appendix 25 or appendix 26, wherein in the acidic group introduction step, Q is converted to X by reacting with cyanoacetic acid.
R10は、水素原子、置換若しくは無置換のアルキル基、または置換若しくは無置換のアリール基であり、
前記一般式(VIII)中、
−COOHのHは、例えば、前記一般式(2)と同じMで置換してもよい。
R 10 is a hydrogen atom, a substituted or unsubstituted alkyl group, or a substituted or unsubstituted aryl group,
In the general formula (VIII),
For example, H in —COOH may be substituted with the same M as in the general formula (2).
Claims (10)
ことを特徴とするピロール系化合物、その互変異性体若しくは立体異性体、またはそれらの塩。
R1〜R4は、それぞれ独立に水素原子、置換若しくは無置換の直鎖若しくは分枝アルキル基、または置換若しくは無置換のアリール基を表し、
Xは、酸性基を有する基を表し、
Zは、チオフェン環、フラン環およびピロール環からなる群から選択される少なくとも一種の複素環を有する連結基を表す。A pyrrole compound represented by the following general formula (1), a tautomer or stereoisomer thereof, or a salt thereof.
R 1 to R 4 each independently represent a hydrogen atom, a substituted or unsubstituted linear or branched alkyl group, or a substituted or unsubstituted aryl group,
X represents a group having an acidic group,
Z represents a linking group having at least one heterocyclic ring selected from the group consisting of a thiophene ring, a furan ring and a pyrrole ring.
ことを特徴とする請求項1記載のピロール系化合物、その互変異性体若しくは立体異性体、またはそれらの塩。
Mは、水素原子または塩形成性陽イオンを表し、
B−は、水酸化物イオンまたは塩形成性陰イオンを表す。The pyrrole compound, its tautomer or stereoisomer, or a salt thereof according to claim 1, wherein X is a group represented by any of the following formulas (Xa) to (Xm): .
M represents a hydrogen atom or a salt-forming cation,
B − represents a hydroxide ion or a salt-forming anion.
ことを特徴とする請求項1または2記載のピロール系化合物、その互変異性体若しくは立体異性体、またはそれらの塩。
Yは、酸素原子、硫黄原子またはNRaを表し、
Raは、水素原子、置換若しくは無置換の直鎖若しくは分枝アルキル基、または置換若しくは無置換のアリール基を表す。The pyrrole compound, its tautomer or stereoisomer, or a salt thereof according to claim 1 or 2, wherein Z is an atomic group including a structure represented by the following general formula (3) .
Y represents an oxygen atom, a sulfur atom or NRa;
Ra represents a hydrogen atom, a substituted or unsubstituted linear or branched alkyl group, or a substituted or unsubstituted aryl group.
ことを特徴とする請求項1から3のいずれか一項に記載のピロール系化合物、その互変異性体若しくは立体異性体、またはそれらの塩。
R1〜R4は、それぞれ独立に水素原子、置換若しくは無置換の直鎖若しくは分枝アルキル基、または置換若しくは無置換のアリール基を表し、
Mは、水素原子または塩形成性陽イオンを表し、
Zは、下記一般式(3)で表される構造を含む連結基を表す。
R5、R6は、それぞれ独立に水素原子、置換若しくは無置換の直鎖若しくは分枝アルキル基、または置換若しくは無置換の直鎖若しくは分枝アルコキシ基を表し、R5、R6は互いに連結されて環を形成してもよく、
Yは、酸素原子、硫黄原子、またはNRaを表し、
Raは、水素原子、置換若しくは無置換の直鎖若しくは分枝アルキル基、または置換若しくは無置換のアリール基を表す。It is represented by the following general formula (4), The pyrrole compound according to any one of claims 1 to 3, its tautomer or stereoisomer, or a salt thereof.
R 1 to R 4 each independently represent a hydrogen atom, a substituted or unsubstituted linear or branched alkyl group, or a substituted or unsubstituted aryl group,
M represents a hydrogen atom or a salt-forming cation,
Z represents a linking group including a structure represented by the following general formula (3).
R 5 and R 6 each independently represent a hydrogen atom, a substituted or unsubstituted linear or branched alkyl group, or a substituted or unsubstituted linear or branched alkoxy group, and R 5 and R 6 are linked to each other. To form a ring,
Y represents an oxygen atom, a sulfur atom, or NRa;
Ra represents a hydrogen atom, a substituted or unsubstituted linear or branched alkyl group, or a substituted or unsubstituted aryl group.
ことを特徴とする光電変換用色素。A dye for photoelectric conversion, comprising at least one of the pyrrole compound according to any one of claims 1 to 4, a tautomer or stereoisomer thereof, or a salt thereof.
ことを特徴とする光電気化学電池用半導体電極。A semiconductor electrode for a photoelectrochemical cell, comprising a semiconductor layer containing the photoelectric conversion dye according to claim 5.
ことを特徴とする請求項6記載の光電気化学電池用半導体電極。The semiconductor electrode for photoelectrochemical cells according to claim 6, wherein the semiconductor layer contains titanium oxide or zinc oxide.
ことを特徴とする光電気化学電池用光電変換素子。A photoelectric conversion element for a photoelectrochemical cell, comprising the semiconductor electrode for a photoelectrochemical cell according to claim 6 or 7.
前記光電気化学電池用半導体電極と前記対電極との間に電荷輸送材料を含んでいる
ことを特徴とする請求項8記載の光電気化学電池用光電変換素子。Furthermore, it has a counter electrode facing the semiconductor electrode for photoelectrochemical cells,
9. The photoelectric conversion element for a photoelectrochemical cell according to claim 8, further comprising a charge transport material between the semiconductor electrode for the photoelectrochemical cell and the counter electrode.
ことを特徴とする光電気化学電池。A photoelectrochemical cell comprising the photoelectric conversion element for a photoelectrochemical cell according to claim 8 or 9.
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