WO2009145140A1 - Dye-sensitized solar cell - Google Patents

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Abstract

Provided is a dye-sensitized solar cell having a high open voltage and also durability even when stored at a high temperature.  The dye-sensitized solar cell sequentially has a porous n-type semiconductor electrode wherein a dye is adsorbed on the surface, a charge transfer layer and a counter electrode on a conductive base material.  The charge transfer layer contains a radical compound composed of N-oxyl derivatives.

Description

色素増感型太陽電池Dye-sensitized solar cell
 本発明は、電気化学的酸化反応または還元反応の少なくとも一方の過程で、ラジカル化合物を生成する有機化合物を含む電解質を電荷移動層に用いた色素増感型太陽電池に関する。 The present invention relates to a dye-sensitized solar cell using, as a charge transfer layer, an electrolyte containing an organic compound that generates a radical compound in at least one of an electrochemical oxidation reaction or a reduction reaction.
 近年、化石燃料の燃焼や二酸化炭素発生量の増大により、地球温暖化をはじめとする環境・エネルギーの問題がますます深刻化してきている中、エネルギー源がクリーンで無尽蔵、発電時の大気汚染物質や騒音を発生せず、環境負荷の少ない発電システムとして、太陽エネルギーを効率よくエネルギー源として取り出す各種太陽電池の技術開発が盛んに行われている。 In recent years, as environmental and energy problems such as global warming have become more serious due to the burning of fossil fuels and the increase in carbon dioxide generation, the energy source is clean and inexhaustible, and air pollutants during power generation As a power generation system that does not generate noise and has a low environmental impact, various solar cells that efficiently extract solar energy as an energy source have been actively developed.
 その中でも、色素増感型太陽電池は一般的な印刷プロセスを用いた大気圧下で簡易な製造プロセスで製造できる構成であることから、素材・プロセス両面で大幅なコスト低減が期待され、単結晶シリコン系、多結晶シリコン系、アモルファスシリコン系、CIGS系等に続く次世代の太陽電池として注目を集めている。 Among them, dye-sensitized solar cells can be manufactured in a simple manufacturing process under atmospheric pressure using a general printing process. It is attracting attention as a next-generation solar cell following silicon, polycrystalline silicon, amorphous silicon, CIGS, and the like.
 色素増感型太陽電池は半導体表面に吸着させた色素分子が太陽光を吸収し、色素のLUMO(最低空軌道)から半導体のCB(伝導帯)へ電子注入が起こることで、所謂分光増感を行う。色素分子は半導体表面に吸着基を介して結合させるため、一般的には単分子層であるとされる。即ち、太陽電池セルに入射した光を高い効率で電子に変換させるためには、色素の光吸収能を向上させる技術が必要である。 In dye-sensitized solar cells, dye molecules adsorbed on the semiconductor surface absorb sunlight, and electrons are injected from the dye LUMO (lowest orbital) into the semiconductor CB (conduction band), so-called spectral sensitization. I do. Since the dye molecule is bonded to the semiconductor surface via an adsorbing group, it is generally considered to be a monomolecular layer. That is, in order to convert light incident on the solar cell into electrons with high efficiency, a technique for improving the light absorption ability of the dye is required.
 それに対し大きなブレイクスルーを果たしたのが、M.Gratzelらによる酸化チタンの微粒子からなる多孔質膜とRuビピリジン錯体色素により形成された光電極を用いた、所謂Gratzelセルにある(例えば、非特許文献1参照)。 In response to that, M. made a big breakthrough. There is a so-called Gratzel cell using a porous film made of fine particles of titanium oxide by Gratzel et al. And a photoelectrode formed of a Ru bipyridine complex dye (see, for example, Non-Patent Document 1).
 この多孔質膜からなる半導体表面に光増感剤となる色素分子を単分子吸着させることで、光吸収により電子を励起し、半導体へと電子注入する役割を有す色素の吸着サイトとなる半導体の比表面積を数千倍にまで高めることを可能にし、太陽電池セルに入射した太陽光を効率よく電子に変換することができる。 A semiconductor that serves as a dye adsorption site that excites electrons by light absorption and injects electrons into the semiconductor by adsorbing single molecules of dye molecules that serve as photosensitizers on the surface of this porous semiconductor. The specific surface area can be increased to several thousand times, and sunlight incident on the solar battery cell can be efficiently converted into electrons.
 色素が光エネルギーを吸収して電子を放出し、半導体のチタニアがその電子を受けて導電性基板へと引き渡す。一方、色素に残ったホールは電解質中のヨウ素イオンを酸化し、IがI へと変わり、この酸化されたI が対極で再び電子を受けて還元され、電子が両極をサイクルすることによって発電するものである。 The dye absorbs light energy and emits electrons, and the semiconductor titania receives the electrons and delivers them to the conductive substrate. On the other hand, the holes remaining in the dye oxidize iodine ions in the electrolyte, I changes to I 3 , and this oxidized I 3 receives and reduces electrons again at the counter electrode, and the electrons cycle through both electrodes. To generate electricity.
 色素増感型太陽電池の開放電圧は、酸化物半導体のフェルミ準位と電解質中のレドックスの酸化還元電位の差によって規定される。発電原理上は、色素のHOMO/LUMO、酸化物半導体のVB/CB、電解質中のレドックス準位についての各エネルギー準位を適切に設計することにより、開放電圧を変化させることが可能となる。これまでの色素増感型太陽電池の電荷移動にはヨウ素レドックス(I/I )が代表的に用いられる。 The open-circuit voltage of the dye-sensitized solar cell is defined by the difference between the Fermi level of the oxide semiconductor and the redox potential of the redox in the electrolyte. In terms of the power generation principle, it is possible to change the open circuit voltage by appropriately designing the energy levels of the dye HOMO / LUMO, the oxide semiconductor VB / CB, and the redox level in the electrolyte. Iodine redox (I / I 3 ) is typically used for charge transfer in conventional dye-sensitized solar cells.
 しかしながら、ヨウ素は金属腐食性が高く、対極として一般的に用いられる白金も高温保存下では腐食してしまうことが知られている。また、ヨウ素自体の昇華性、着色による透過光低下に起因する変換効率ロスなどの観点から、非ヨウ素系のレドックスや電解質が研究されている。 However, iodine is highly corrosive to metals, and platinum generally used as a counter electrode is known to corrode under high temperature storage. Further, non-iodine redox and electrolytes have been studied from the viewpoints of sublimability of iodine itself and loss of conversion efficiency due to a decrease in transmitted light due to coloring.
 上記の問題に対しては、ヨウ素レドックスと同様のハロゲン系レドックスとして臭素レドックスが検討されている(例えば、非特許文献2、3参照)。臭素レドックスの酸化還元電位は、ヨウ素レドックスよりもより貴(正)側にあるため、クマリン343やエオシンYといったHOMO/LUMOのエネルギー準位差が大きく、吸収領域がより短波な有機色素では開放電圧の向上が認められている。 For the above problems, bromine redox has been studied as a halogen-based redox similar to iodine redox (for example, see Non-Patent Documents 2 and 3). Since the redox potential of bromine redox is more noble (positive) than iodine redox, the energy level difference of HOMO / LUMO such as coumarin 343 and eosin Y is large, and the organic dye having a shorter absorption region has an open circuit voltage. Improvement is recognized.
 しかしながら、Ru錯体N719などのHOMO/LUMOのエネルギー準位差が比較的小さく、吸収領域がより長波な色素を用いた場合には、色素のHOMOに比較して臭素レドックスの酸化還元電位が低すぎるために有効な電子注入が起こりにくく、変換効率が低下してしまう。 However, when a dye having a relatively small HOMO / LUMO energy level difference such as Ru complex N719 and a longer absorption region is used, the redox potential of bromine redox is too low compared to the dye HOMO. Therefore, effective electron injection hardly occurs, and conversion efficiency is lowered.
 無機系レドックスとしてはSCN/(SCN)なども検討されているが、ヨウ素レドックスよりも性能が劣る(例えば、非特許文献4参照)。 As an inorganic redox, SCN / (SCN) 2 or the like has been studied, but its performance is inferior to iodine redox (see, for example, Non-Patent Document 4).
 また、電気化学的酸化反応または還元反応の少なくとも一方の過程でラジカル化合物を生成するテトラメチルピペリジニルオキシ(TEMPO)の誘導体と、スパッタ法で形成したインジウム/スズ酸化物の緻密層からなる半導体層と電解質層からなる光電気化学デバイスが提案されている(例えば、特許文献1参照)が、色素増感太陽電池に関わる発明ではなく、色素増感型太陽電池における性能向上や耐久性に関わる性能向上は示唆されていない。 Also, a semiconductor comprising a tetramethylpiperidinyloxy (TEMPO) derivative that generates a radical compound in at least one of an electrochemical oxidation reaction or a reduction reaction, and a dense layer of indium / tin oxide formed by sputtering. A photoelectrochemical device composed of a layer and an electrolyte layer has been proposed (see, for example, Patent Document 1), but is not an invention related to a dye-sensitized solar cell, but is related to performance improvement and durability in a dye-sensitized solar cell. No performance improvement is suggested.
 一方、ホール輸送性を有する導電性高分子なども検討されているが、ヨウ素レドックスよりも変換効率が劣り、未だ十分なものではなかった(例えば、特許文献2参照)。 On the other hand, conductive polymers having hole transport properties have been studied, but conversion efficiency is inferior to iodine redox, and it has not been sufficient (for example, see Patent Document 2).
特開2003-100360号公報JP 2003-100360 A 特開2003-264304号公報JP 2003-264304 A
 本発明は上述したような課題を解決するためのもので、その目的は、高い開放電圧を有し、且つ高温保存下での耐久性を有する色素増感型太陽電池を提供することである。 The present invention is to solve the above-described problems, and an object thereof is to provide a dye-sensitized solar cell having a high open-circuit voltage and durability under high-temperature storage.
 本発明の課題は、色素増感型太陽電池を作製するに当たり、特定のラジカル化合物を含有する電解質を使用することによって解決されるに至った。具体的には下記構成により達成された。 The problem of the present invention has been solved by using an electrolyte containing a specific radical compound in producing a dye-sensitized solar cell. Specifically, this was achieved by the following configuration.
 1.導電性基材上に、色素が表面に吸着された多孔質n型半導体電極と電荷移動層と対向電極とを順次有する色素増感型太陽電池であって、該電荷移動層がN-オキシル誘導体からなるラジカル化合物を含有することを特徴とする色素増感型太陽電池。 1. A dye-sensitized solar cell having, on a conductive substrate, a porous n-type semiconductor electrode having a dye adsorbed on its surface, a charge transfer layer, and a counter electrode, wherein the charge transfer layer is an N-oxyl derivative A dye-sensitized solar cell comprising a radical compound comprising:
 2.前記N-オキシル誘導体がアザアダマンタンN-オキシル誘導体あるいはアザビシクロN-オキシル誘導体であることを特徴とする前記1に記載の色素増感型太陽電池。 2. 2. The dye-sensitized solar cell as described in 1 above, wherein the N-oxyl derivative is an azaadamantane N-oxyl derivative or an azabicyclo N-oxyl derivative.
 3.前記アザビシクロN-オキシル誘導体が下記一般式(1)で表されることを特徴とする前記2に記載の色素増感型太陽電池。 3. 3. The dye-sensitized solar cell according to 2 above, wherein the azabicyclo N-oxyl derivative is represented by the following general formula (1).
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000002
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(式中、R、R、R、Rは各々独立に水素原子、脂肪族炭化水素基、芳香族炭化水素基または複素環基を表し、Xは環状構造を形成するのに必要な2個または3個の原子群を表す。)
 4.前記電荷移動層が有機溶媒を含有することを特徴とする前記1~3のいずれか1項に記載の色素増感型太陽電池。
(Wherein R 1 , R 2 , R 3 and R 4 each independently represents a hydrogen atom, an aliphatic hydrocarbon group, an aromatic hydrocarbon group or a heterocyclic group, and X is necessary for forming a cyclic structure. 2 or 3 atomic groups.)
4). 4. The dye-sensitized solar cell according to any one of 1 to 3, wherein the charge transfer layer contains an organic solvent.
 5.前記有機溶媒が3-メトキシプロピオニトリル、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネートまたはγ-ブチロラクトンであることを特徴とする前記4に記載の色素増感型太陽電池。 5. 5. The dye-sensitized solar cell as described in 4 above, wherein the organic solvent is 3-methoxypropionitrile, ethylene carbonate, propylene carbonate, or γ-butyrolactone.
 本発明により、高い開放電圧を有し、且つ高温保存下での耐久性を有する色素増感型太陽電池を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a dye-sensitized solar cell that has a high open-circuit voltage and has durability under high-temperature storage.
本発明の色素増感型太陽電池の基本構造を示す概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows the basic structure of the dye-sensitized solar cell of this invention.
 以下、本発明を実施するための最良の形態について詳細に説明する。 Hereinafter, the best mode for carrying out the present invention will be described in detail.
 本発明者は、複合体電極を有する色素増感型太陽電池において、開放電圧、短絡電流、形状因子フィルファクター、光電変換効率等の課題に関し検討を進めた結果、ヨウ素レドックスを用いた色素増感型太陽電池構成では、光電変換効率は未だ十分に満足できるレベルには到達していないことが認められた。 The present inventor has investigated dye-sensitized solar cells having a composite electrode, such as open-circuit voltage, short-circuit current, form factor fill factor, photoelectric conversion efficiency, etc., and as a result, dye-sensitized using iodine redox. It was confirmed that the photoelectric conversion efficiency has not yet reached a sufficiently satisfactory level in the type solar cell configuration.
 本発明者は、上記課題に鑑み鋭意検討を行った結果、導電性基材上に、色素が表面に吸着された多孔質n型半導体電極と電荷移動層と対向電極とを順次有する色素増感型太陽電池であって、該電荷移動層が本発明のラジカル化合物を含有することを特徴とする色素増感型太陽電池により、高い開放電圧を実現できるばかりでなく、高温保存時にも優れた安定性を有すことを見出し、本発明に至った次第である。 As a result of intensive studies in view of the above problems, the present inventor has found that a dye-sensitized dye having a porous n-type semiconductor electrode having a dye adsorbed on its surface, a charge transfer layer, and a counter electrode in order on a conductive substrate. Dye-sensitized solar cell, which is characterized in that the charge transfer layer contains the radical compound of the present invention, and not only a high open-circuit voltage can be realized, but also excellent stability during high-temperature storage It is as soon as the present invention has been found out that it has the property.
 以下、本発明に係るN-オキシル誘導体、その製造方法及び色素増感型太陽電池の詳細について説明する。 Hereinafter, details of the N-oxyl derivative according to the present invention, its production method, and the dye-sensitized solar cell will be described.
 《N-オキシル誘導体》
 N-オキシル(ニトロキシドラジカルとも呼ばれる)とは、ヒドロキシルアミンの酸素-水素結合がラジカル的に開裂して生じた酸素中心ラジカルである。本発明においては、分子内に>N-O・構造を有する化合物を総称してN-オキシル誘導体と呼ぶ。
<< N-oxyl derivative >>
N-oxyl (also called nitroxide radical) is an oxygen-centered radical generated by radically cleaving the oxygen-hydrogen bond of hydroxylamine. In the present invention, compounds having> NO structure in the molecule are generically called N-oxyl derivatives.
 N-オキシル誘導体は他のラジカル化合物と比較して安定なものが多く、結晶として取り出すことが可能である。N-オキシル誘導体としては、TEMPO(2,2,6,6-テトラメチルピペリジニル-N-オキシル)をはじめ、各種置換基の置換した誘導体が市販されている。 Many N-oxyl derivatives are more stable than other radical compounds and can be extracted as crystals. As N-oxyl derivatives, derivatives substituted with various substituents such as TEMPO (2,2,6,6-tetramethylpiperidinyl-N-oxyl) are commercially available.
 一般にN-オキシル基のα位炭素に水素が置換している場合、容易にヒドロキシアミンとニトロンへ不均化してしまう。このため、TEMPOのN-オキシル基α位に置換した4つのメチル基は、安定ラジカルとして存在する上での重要な構造化学的要素である。 Generally, when hydrogen is substituted on the α-position carbon of the N-oxyl group, it is easily disproportionated to hydroxyamine and nitrone. Therefore, the four methyl groups substituted at the N-oxyl group α-position of TEMPO are important structural chemical elements when present as stable radicals.
 N-オキシル誘導体を色素増感型太陽電池の酸化還元対として用いる場合、化合物自身の安定性は電池の耐久性を高める上で重要である。このため、N-オキシル基のα位炭素に水素の全く置換していない化合物が好ましい。 When an N-oxyl derivative is used as a redox couple in a dye-sensitized solar cell, the stability of the compound itself is important for enhancing the durability of the battery. Therefore, a compound in which no hydrogen is substituted on the α-position carbon of the N-oxyl group is preferable.
 しかしながら、TEMPO誘導体では4つのメチル基の立体障害によって反応性が落ちる場合がある。このような活性低下を引き起こさない点で、アザアダマンタンN-オキシル誘導体、あるいはアザビシクロN-オキシル誘導体が更に好ましい。これらの化合物では、N-オキシル基のα位炭素に水素原子が置換していても、Bredt則によってニトロンへの異性化が阻まれ、安定ラジカルとして存在が保障される。これら多環式のN-オキシル誘導体を色素増感型太陽電池の酸化還元対として用いた場合、TEMPO誘導体よりも高い耐久性が得られ好ましい。 However, the TEMPO derivative may be less reactive due to steric hindrance of the four methyl groups. An azaadamantane N-oxyl derivative or an azabicyclo N-oxyl derivative is more preferable in that it does not cause such a decrease in activity. In these compounds, even if a hydrogen atom is substituted at the α-position carbon of the N-oxyl group, the Bredt rule prevents isomerization to nitrone and ensures the existence as a stable radical. When these polycyclic N-oxyl derivatives are used as a redox couple of a dye-sensitized solar cell, higher durability is obtained than that of a TEMPO derivative.
 これらのアザアダマンタンN-オキシル誘導体、あるいはアザビシクロN-オキシル誘導体は、置換可能な位置で置換基を有していてもよく、これらの置換基を連結基として2量体、3量体等の多量体を形成してもよく、ポリマーであってもよい。 These azaadamantane N-oxyl derivatives or azabicyclo N-oxyl derivatives may have a substituent at a substitutable position, and a large amount such as a dimer, a trimer or the like can be obtained by using these substituents as a linking group. It may form a body or may be a polymer.
 本発明において、最も好ましいN-オキシル誘導体は、アザアダマンタンN-オキシル誘導体、または前記一般式(1)で表されるアザビシクロN-オキシル誘導体である。 In the present invention, the most preferred N-oxyl derivative is an azaadamantane N-oxyl derivative or an azabicyclo N-oxyl derivative represented by the general formula (1).
 前記一般式(1)において、R、R、R、Rは各々独立に水素原子、または脂肪族炭化水素基、芳香族炭化水素基、複素環基を表し、脂肪族炭化水素基、芳香族炭化水素基、複素環基は置換基を有してもよい。Xは環状構造を形成するのに必要な2個もしくは3個の原子群を表す。具体的には、CH、CO、置換基を有するCが挙げられる。 In the general formula (1), R 1 , R 2 , R 3 and R 4 each independently represent a hydrogen atom, an aliphatic hydrocarbon group, an aromatic hydrocarbon group or a heterocyclic group, and an aliphatic hydrocarbon group , The aromatic hydrocarbon group and the heterocyclic group may have a substituent. X represents a group of 2 or 3 atoms necessary for forming a cyclic structure. Specific examples include CH 2 , CO, and C having a substituent.
 脂肪族炭化水素基には鎖状及び環状のものが包含され、鎖状のものには直鎖状のもの及び分岐状のものが包含される。このような脂肪族炭化水素基には、メチル、エチル、ビニル、プロピル、イソプロピル、プロペニル、ブチル、iso-ブチル、t-ブチル、ペンチル、イソペンチル、ネオペンチル、ヘキシル、iso-ヘキシル、シクロヘキシル、シクロヘキセニル、オクチル、iso-オクチル、シクロオクチル、2,3-ジメチル-2-ブチル等が挙げられる。 The aliphatic hydrocarbon group includes chain and cyclic groups, and the chain group includes linear and branched groups. Such aliphatic hydrocarbon groups include methyl, ethyl, vinyl, propyl, isopropyl, propenyl, butyl, iso-butyl, t-butyl, pentyl, isopentyl, neopentyl, hexyl, iso-hexyl, cyclohexyl, cyclohexenyl, Examples include octyl, iso-octyl, cyclooctyl, 2,3-dimethyl-2-butyl and the like.
 芳香族炭化水素基としては、フェニル基、ナフチル基等が挙げられ、複素環基としては、ピリジル基、チアゾリル基、オキサゾリル基、イミダゾリル基、フリル基、ピロリル基、ピラジニル基、ピリミジニル基、ピリダジニル基、セレナゾリル基、スルホラニル基、ピペリジニル基、ピラゾリル基、テトラゾリル基、モルフォリノ基等が挙げられる。 Examples of the aromatic hydrocarbon group include a phenyl group and a naphthyl group. Examples of the heterocyclic group include a pyridyl group, a thiazolyl group, an oxazolyl group, an imidazolyl group, a furyl group, a pyrrolyl group, a pyrazinyl group, a pyrimidinyl group, and a pyridazinyl group. , Serenazolyl group, sulfolanyl group, piperidinyl group, pyrazolyl group, tetrazolyl group, morpholino group and the like.
 これら置換基は更に置換基を有していてもよい。それらの置換基には特に制限はなく、例えば、アルキル基(例えば、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、t-ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基、オクチル基、ドデシル基、トリデシル基、テトラデシル基、ペンタデシル基等)、シクロアルキル基(例えば、シクロプロピル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基等)、アルケニル基(例えば、ビニル基、アリル基、ブテニル基、オクテニル基等)、シクロアルケニル基(例えば、2-シクロペンテン-1-イル基、2-シクロヘキセン-1-イル基等)、アルキニル基(例えば、プロパルギル基、エチニル基、トリメチルシリルエチニル基等)、アリール基(例えば、フェニル基、ナフチル基、p-トリル基、m-クロロフェニル基、o-ヘキサデカノイルアミノフェニル基等)、複素環基(例えば、ピリジル基、チアゾリル基、オキサゾリル基、イミダゾリル基、フリル基、ピロリル基、ピラジニル基、ピリミジニル基、ピリダジニル基、セレナゾリル基、スルホラニル基、ピペリジニル基、ピラゾリル基、テトラゾリル基、モルフォリノ基等)、複素環オキシ基(例えば、1-フェニルテトラゾール-5-オキシ基、2-テトラヒドロピラニルオキシ基、ピリジルオキシ基、チアゾリルオキシ基、オキサゾリルオキシ基、イミダゾリルオキシ基等)、ハロゲン原子(例えば、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子、フッ素原子等)、アルコキシ基(例えば、メトキシ基、エトキシ基、プロピルオキシ基、t-ブトキシ基、ペンチルオキシ基、ヘキシルオキシ基、オクチルオキシ基、ドデシルオキシ基等)、シクロアルコキシ基(例えば、シクロペンチルオキシ基、シクロヘキシルオキシ基等)、アリールオキシ基(例えば、フェノキシ基、2-ナフチルオキシ基、2-メチルフェノキシ基、4-t-ブチルフェノキシ基、3-ニトロフェノキシ基、2-テトラデカノイルアミノフェノキシ基等)、アルキルチオ基(例えば、メチルチオ基、エチルチオ基、プロピルチオ基、ペンチルチオ基、ヘキシルチオ基、オクチルチオ基、ドデシルチオ基等)、シクロアルキルチオ基(例えば、シクロペンチルチオ基、シクロヘキシルチオ基等)、アリールチオ基(例えば、フェニルチオ基、1-ナフチルチオ基等)、複素環チオ基(例えば、ピリジルチオ基、チアゾリルチオ基、オキサゾリルチオ基、イミダゾリルチオ基、フリルチオ基、ピロリルチオ基等)、アルコキシカルボニル基(例えば、メトキシカルボニル基、エトキシカルボニル基、ブトキシカルボニル基、オクチルオキシカルボニル基、ドデシルオキシカルボニル基等)、アリールオキシカルボニル基(例えば、フェニルオキシカルボニル基、ナフチルオキシカルボニル基等)、スルファモイル基(例えば、アミノスルホニル基、メチルアミノスルホニル基、ジメチルアミノスルホニル基、ブチルアミノスルホニル基、ヘキシルアミノスルホニル基、シクロヘキシルアミノスルホニル基、オクチルアミノスルホニル基、ドデシルアミノスルホニル基、フェニルアミノスルホニル基、ナフチルアミノスルホニル基、2-ピリジルアミノスルホニル基、モルフォリノスルホニル基、ピロリジノスルホニル基等)、ウレイド基(例えば、メチルウレイド基、エチルウレイド基、ペンチルウレイド基、シクロヘキシルウレイド基、オクチルウレイド基、ドデシルウレイド基、フェニルウレイド基、ナフチルウレイド基、2-ピリジルアミノウレイド基等)、アシル基(例えば、アセチル基、エチルカルボニル基、プロピルカルボニル基、ペンチルカルボニル基、シクロヘキシルカルボニル基、オクチルカルボニル基、2-エチルヘキシルカルボニル基、ドデシルカルボニル基、フェニルカルボニル基、ナフチルカルボニル基、ピリジルカルボニル基等)、アシルオキシ基(例えば、ホルミルオキシ基、アセチルオキシ基、ピバロイルオキシ基、ステアロイルオキシ基、ベンゾイルオキシ基、p-メトキシフェニルカルボニルオキシ基、エチルカルボニルオキシ基、ブチルカルボニルオキシ基、オクチルカルボニルオキシ基、ドデシルカルボニルオキシ基、フェニルカルボニルオキシ基等)、アシルアミノ基(例えば、アセチルアミノ基、ベンゾイルアミノ基、ホルミルアミノ基、ピバロイルアミノ基、ラウロイルアミノ基、3,4,5-トリ-n-オクチルオキシフェニルカルボニルアミノ基等)、カルバモイル基(例えば、アミノカルボニル基、メチルアミノカルボニル基、ジメチルアミノカルボニル基、プロピルアミノカルボニル基、ペンチルアミノカルボニル基、シクロヘキシルアミノカルボニル基、オクチルアミノカルボニル基、2-エチルヘキシルアミノカルボニル基、ドデシルアミノカルボニル基、フェニルアミノカルボニル基、ナフチルアミノカルボニル基、2-ピリジルアミノカルボニル基、モルフォリノカルボニル基、ピペラジノカルボニル基等)、アルカンスルフィニル基またはアリールスルフィニル基(例えば、メタンスルフィニル基、エタンスルフィニル基、ブタンスルフィニル基、シクロヘキサンスルフィニル基、2-エチルヘキサンスルフィニル基、ドデカンスルフィニル基、フェニルスルフィニル基、ナフチルスルフィニル基、2-ピリジルスルフィニル基等)、アルカンスルホニル基またはアリールスルホニル基(例えば、メタンスルホニル基、エタンスルホニル基、ブタンスルホニル基、シクロヘキサンスルホニル基、2-エチルヘキサンスルホニル基、ドデカンスルホニル基、フェニルスルホニル基、ナフチルスルホニル基、2-ピリジルスルホニル基等)、アミノ基(例えば、アミノ基、メチルアミノ基、エチルアミノ基、ジメチルアミノ基、ブチルアミノ基、シクロペンチルアミノ基、2-エチルヘキシルアミノ基、ドデシルアミノ基、アニリノ基、N-メチルアニリノ基、ジフェニルアミノ基、ナフチルアミノ基、2-ピリジルアミノ基等)、シリルオキシ基(例えば、トリメチルシリルオキシ基、tert-ブチルジメチルシリルオキシ基等)、アミノカルボニルオキシ基(例えば、N,N-ジメチルカルバモイルオキシ基、N,N-ジエチルカルバモイルオキシ基、モルホリノカルボニルオキシ基、N,N-ジ-n-オクチルアミノカルボニルオキシ基、N-n-オクチルカルバモイルオキシ基等)、アルコキシカルボニルオキシ基(例えば、メトキシカルボニルオキシ基、エトキシカルボニルオキシ基、t-ブトキシカルボニルオキシ基、n-オクチルカルボニルオキシ基等)、アリールオキシカルボニルオキシ基(例えば、フェノキシカルボニルオキシ基、p-メトキシフェノキシカルボニルオキシ基、p-n-ヘキサデシルオキシフェノキシカルボニルオキシ基等)、アルコキシカルボニルアミノ基(例えば、メトキシカルボニルアミノ基、エトキシカルボニルアミノ基、t-ブトキシカルボニルアミノ基、n-オクタデシルオキシカルボニルアミノ基、N-メチル-メトキシカルボニルアミノ基等)、アリールオキシカルボニルアミノ基(例えば、フェノキシカルボニルアミノ基、p-クロロフェノキシカルボニルアミノ基、m-n-オクチルオキシフェノキシカルボニルアミノ基等)、スルファモイルアミノ基(例えば、スルファモイルアミノ基、N,N-ジメチルアミノスルホニルアミノ基、N-n-オクチルアミノスルホニルアミノ基等)、メルカプト基、アリールアゾ基(例えば、フェニルアゾ基、ナフチルアゾ基、p-クロロフェニルアゾ基等)、複素環アゾ基(例えば、ピリジルアゾ基、チアゾリルアゾ基、オキサゾリルアゾ基、イミダゾリルアゾ基、フリルアゾ基、ピロリルアゾ基、5-エチルチオ-1,3,4-チアジアゾール-2-イルアゾ基等)、イミノ基(例えば、N-スクシンイミド-1-イル基、N-フタルイミド-1-イル基等)、ホスフィノ基(例えば、ジメチルホスフィノ基、ジフェニルホスフィノ基、メチルフェノキシホスフィノ基等)、ホスフィニル基(例えば、ホスフィニル基、ジオクチルオキシホスフィニル基、ジエトキシホスフィニル基等)、ホスフィニルオキシ基(例えば、ジフェノキシホスフィニルオキシ基、ジオクチルオキシホスフィニルオキシ基等)、ホスフィニルアミノ基(例えば、ジメトキシホスフィニルアミノ基、ジメチルアミノホスフィニルアミノ基等)、シリル基(例えば、トリメチルシリル基、t-ブチルジメチルシリル基、フェニルジメチルシリル基等)、シアノ基、ニトロ基、ヒドロキシル基、スルホ基、カルボキシル基等が挙げられる。 These substituents may further have a substituent. These substituents are not particularly limited, and examples thereof include alkyl groups (for example, methyl group, ethyl group, propyl group, isopropyl group, t-butyl group, pentyl group, hexyl group, octyl group, dodecyl group, tridecyl group, Tetradecyl group, pentadecyl group etc.), cycloalkyl group (eg cyclopropyl group, cyclopentyl group, cyclohexyl group etc.), alkenyl group (eg vinyl group, allyl group, butenyl group, octenyl group etc.), cycloalkenyl group (eg 2-cyclopenten-1-yl group, 2-cyclohexen-1-yl group, etc.), alkynyl group (eg, propargyl group, ethynyl group, trimethylsilylethynyl group, etc.), aryl group (eg, phenyl group, naphthyl group, p -Tolyl group, m-chlorophenyl group, o-hexadecanoylaminophen Group), heterocyclic group (for example, pyridyl group, thiazolyl group, oxazolyl group, imidazolyl group, furyl group, pyrrolyl group, pyrazinyl group, pyrimidinyl group, pyridazinyl group, selenazolyl group, sulfolanyl group, piperidinyl group, pyrazolyl group, Tetrazolyl group, morpholino group, etc.), heterocyclic oxy group (for example, 1-phenyltetrazol-5-oxy group, 2-tetrahydropyranyloxy group, pyridyloxy group, thiazolyloxy group, oxazolyloxy group, imidazolyloxy group, etc.) ), Halogen atoms (for example, chlorine atom, bromine atom, iodine atom, fluorine atom, etc.), alkoxy groups (for example, methoxy group, ethoxy group, propyloxy group, t-butoxy group, pentyloxy group, hexyloxy group, octyl) Oxy group, dodecyloxy group, etc.), Loalkoxy group (eg, cyclopentyloxy group, cyclohexyloxy group, etc.), aryloxy group (eg, phenoxy group, 2-naphthyloxy group, 2-methylphenoxy group, 4-t-butylphenoxy group, 3-nitrophenoxy group) 2-tetradecanoylaminophenoxy group, etc.), alkylthio groups (eg, methylthio group, ethylthio group, propylthio group, pentylthio group, hexylthio group, octylthio group, dodecylthio group, etc.), cycloalkylthio groups (eg, cyclopentylthio group, Cyclohexylthio group etc.), arylthio group (eg phenylthio group, 1-naphthylthio group etc.), heterocyclic thio group (eg pyridylthio group, thiazolylthio group, oxazolylthio group, imidazolylthio group, furylthio group, pyrrolylthio group etc.), Alkoxycarbonyl groups (eg, methoxycarbonyl group, ethoxycarbonyl group, butoxycarbonyl group, octyloxycarbonyl group, dodecyloxycarbonyl group, etc.), aryloxycarbonyl groups (eg, phenyloxycarbonyl group, naphthyloxycarbonyl group, etc.), sulfamoyl Groups (for example, aminosulfonyl group, methylaminosulfonyl group, dimethylaminosulfonyl group, butylaminosulfonyl group, hexylaminosulfonyl group, cyclohexylaminosulfonyl group, octylaminosulfonyl group, dodecylaminosulfonyl group, phenylaminosulfonyl group, naphthylamino group) Sulfonyl group, 2-pyridylaminosulfonyl group, morpholinosulfonyl group, pyrrolidinosulfonyl group, etc.), ureido group (eg methyl Raid group, ethylureido group, pentylureido group, cyclohexylureido group, octylureido group, dodecylureido group, phenylureido group, naphthylureido group, 2-pyridylaminoureido group, etc.), acyl group (for example, acetyl group, ethylcarbonyl group) Propylcarbonyl group, pentylcarbonyl group, cyclohexylcarbonyl group, octylcarbonyl group, 2-ethylhexylcarbonyl group, dodecylcarbonyl group, phenylcarbonyl group, naphthylcarbonyl group, pyridylcarbonyl group, etc.), acyloxy group (for example, formyloxy group, Acetyloxy, pivaloyloxy, stearoyloxy, benzoyloxy, p-methoxyphenylcarbonyloxy, ethylcarbonyloxy, butylcarbonyloxy Group, octylcarbonyloxy group, dodecylcarbonyloxy group, phenylcarbonyloxy group, etc.), acylamino group (for example, acetylamino group, benzoylamino group, formylamino group, pivaloylamino group, lauroylamino group, 3,4,5-tri -N-octyloxyphenylcarbonylamino group, etc.), carbamoyl group (for example, aminocarbonyl group, methylaminocarbonyl group, dimethylaminocarbonyl group, propylaminocarbonyl group, pentylaminocarbonyl group, cyclohexylaminocarbonyl group, octylaminocarbonyl group) 2-ethylhexylaminocarbonyl group, dodecylaminocarbonyl group, phenylaminocarbonyl group, naphthylaminocarbonyl group, 2-pyridylaminocarbonyl group, morpholinocar Bonyl group, piperazinocarbonyl group, etc.), alkanesulfinyl group or arylsulfinyl group (for example, methanesulfinyl group, ethanesulfinyl group, butanesulfinyl group, cyclohexanesulfinyl group, 2-ethylhexanesulfinyl group, dodecanesulfinyl group, phenylsulfinyl group) Group, naphthylsulfinyl group, 2-pyridylsulfinyl group, etc.), alkanesulfonyl group or arylsulfonyl group (for example, methanesulfonyl group, ethanesulfonyl group, butanesulfonyl group, cyclohexanesulfonyl group, 2-ethylhexanesulfonyl group, dodecanesulfonyl group) Phenylsulfonyl group, naphthylsulfonyl group, 2-pyridylsulfonyl group, etc.), amino group (for example, amino group, methylamino group, ethylamino group, di-amino group) Tilamino group, butylamino group, cyclopentylamino group, 2-ethylhexylamino group, dodecylamino group, anilino group, N-methylanilino group, diphenylamino group, naphthylamino group, 2-pyridylamino group, etc.), silyloxy group (for example, trimethylsilyl group) Oxy group, tert-butyldimethylsilyloxy group, etc.), aminocarbonyloxy group (for example, N, N-dimethylcarbamoyloxy group, N, N-diethylcarbamoyloxy group, morpholinocarbonyloxy group, N, N-di-n) -Octylaminocarbonyloxy group, Nn-octylcarbamoyloxy group, etc.), alkoxycarbonyloxy group (for example, methoxycarbonyloxy group, ethoxycarbonyloxy group, t-butoxycarbonyloxy group, n-octylca) Bonyloxy group etc.), aryloxycarbonyloxy group (eg phenoxycarbonyloxy group, p-methoxyphenoxycarbonyloxy group, pn-hexadecyloxyphenoxycarbonyloxy group etc.), alkoxycarbonylamino group (eg methoxycarbonylamino) Group, ethoxycarbonylamino group, t-butoxycarbonylamino group, n-octadecyloxycarbonylamino group, N-methyl-methoxycarbonylamino group, etc.), aryloxycarbonylamino group (for example, phenoxycarbonylamino group, p-chlorophenoxy) Carbonylamino group, mn-octyloxyphenoxycarbonylamino group, etc.), sulfamoylamino group (eg, sulfamoylamino group, N, N-dimethylaminosulfonylamino group) Group, Nn-octylaminosulfonylamino group, etc.), mercapto group, arylazo group (eg, phenylazo group, naphthylazo group, p-chlorophenylazo group, etc.), heterocyclic azo group (eg, pyridylazo group, thiazolylazo group, etc.) Oxazolylazo group, imidazolylazo group, furylazo group, pyrrolylazo group, 5-ethylthio-1,3,4-thiadiazol-2-ylazo group, etc.), imino group (for example, N-succinimido-1-yl group, N-phthalimide- 1-yl group), phosphino group (for example, dimethylphosphino group, diphenylphosphino group, methylphenoxyphosphino group, etc.), phosphinyl group (for example, phosphinyl group, dioctyloxyphosphinyl group, diethoxyphosphinyl group) Group), phosphinyloxy group (for example, diphe Xyphosphinyloxy group, dioctyloxyphosphinyloxy group, etc.), phosphinylamino group (eg, dimethoxyphosphinylamino group, dimethylaminophosphinylamino group, etc.), silyl group (eg, trimethylsilyl group, t-butyldimethylsilyl group, phenyldimethylsilyl group, etc.), cyano group, nitro group, hydroxyl group, sulfo group, carboxyl group and the like.
 一般式(1)で表される化合物は、これら置換基で連結された2量体、3量体等の多量体であってもよく、また重合体であってもよい。 The compound represented by the general formula (1) may be a multimer such as a dimer or a trimer linked by these substituents, or may be a polymer.
 以下に一般式(1)で表される化合物の具体例を示すが、本発明はこれら例示する化合物にのみ限定されるものではない。 Specific examples of the compound represented by the general formula (1) are shown below, but the present invention is not limited only to these exemplified compounds.
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000003
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Figure JPOXMLDOC01-appb-C000004
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000004
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000005
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 また、以下に本発明で用いられる、置換基を有してもよいアザアダマンタンN-オキシル誘導体の具体例を示すが、本発明はこれら例示する化合物にのみ限定されるものではない。 Specific examples of the azaadamantane N-oxyl derivative which may have a substituent and are used in the present invention are shown below, but the present invention is not limited only to these exemplified compounds.
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000006
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000006
 《電荷移動層》
 本発明の色素増感型太陽電池を構成する電荷移動層は、色素の酸化体に電子を補充する機能を有する電荷輸送材料を含有する層である。本発明で用いることのできる代表的な電荷輸送材料の例としては、酸化還元対イオンが溶解した溶媒や酸化還元対イオンを含有する常温溶融塩等の電解質、酸化還元対イオンの溶液をポリマーマトリクスや低分子ゲル化剤等に含浸したゲル状の擬固体化電解質、更には高分子固体電解質等が挙げられる。
《Charge transfer layer》
The charge transfer layer constituting the dye-sensitized solar cell of the present invention is a layer containing a charge transport material having a function of replenishing electrons to the oxidant of the dye. Examples of typical charge transport materials that can be used in the present invention include a solvent in which a redox counter ion is dissolved, an electrolyte such as a room temperature molten salt containing the redox counter ion, and a solution of the redox counter ion as a polymer matrix. And a gel-like quasi-solidified electrolyte impregnated with a low-molecular gelling agent, and a polymer solid electrolyte.
 また、イオンが関わる電荷輸送材料の他に、固体中のキャリア移動が電気伝導に関わる材料として、電子輸送材料や正孔(ホール)輸送材料を挙げることもでき、これらは併用することも可能である。 In addition to charge transport materials involving ions, electron transport materials and hole transport materials can also be used as materials in which carrier transport in solids is involved in electrical conduction, and these can be used in combination. is there.
 溶媒としては電気化学的に不活性で、粘度が低くイオン易動度を向上したり、もしくは誘電率が高く有効キャリア濃度を向上したりして、優れたイオン伝導性を発現できる化合物であることが望ましい。 As a solvent, it is an electrochemically inert compound that has low viscosity and improved ion mobility, or has a high dielectric constant and improved effective carrier concentration, and can exhibit excellent ionic conductivity. Is desirable.
 具体的には、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート等のカーボネート化合物、3-メチル-2-オキサゾリジノン等の複素環化合物、ジオキサン、ジエチルエーテル等のエーテル化合物、エチレングリコールジアルキルエーテル、プロピレングリコールジアルキルエーテル、ポリエチレングリコールジアルキルエーテル、ポリプロピレングリコールジアルキルエーテル等の鎖状エーテル類、メタノール、エタノール、エチレングリコールモノアルキルエーテル、プロピレングリコールモノアルキルエーテル、ポリエチレングリコールモノアルキルエーテル、ポリプロピレングリコールモノアルキルエーテル等のアルコール類、エチレングリコール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、ポリエチレングリコール、プロピレングリコール、ポリプロピレングリコール、グリセリン等の多価アルコール類、アセトニトリル、グルタロジニトリル、プロピオニトリル、メトキシプロピオニトリル、メトキシアセトニトリル、ベンゾニトリル等のニトリル化合物、更にテトラヒドロフラン、ジメチルスルホキシド、スルホラン、γ-ブチロラクトン等の非プロトン極性物質等を用いることができる。3-メトキシプロピオニトリル、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、及びγ-ブチロラクトンのいずれかがより好ましい。 Specifically, carbonate compounds such as dimethyl carbonate, diethyl carbonate, ethylene carbonate and propylene carbonate, heterocyclic compounds such as 3-methyl-2-oxazolidinone, ether compounds such as dioxane and diethyl ether, ethylene glycol dialkyl ether, propylene glycol Chain ethers such as dialkyl ether, polyethylene glycol dialkyl ether, polypropylene glycol dialkyl ether, alcohols such as methanol, ethanol, ethylene glycol monoalkyl ether, propylene glycol monoalkyl ether, polyethylene glycol monoalkyl ether, polypropylene glycol monoalkyl ether , Ethylene glycol, diethylene glycol, trie Polyhydric alcohols such as lenglycol, polyethylene glycol, propylene glycol, polypropylene glycol, glycerin, nitrile compounds such as acetonitrile, glutarodinitrile, propionitrile, methoxypropionitrile, methoxyacetonitrile, benzonitrile, tetrahydrofuran, dimethyl sulfoxide An aprotic polar substance such as sulfolane and γ-butyrolactone can be used. Any of 3-methoxypropionitrile, ethylene carbonate, propylene carbonate, and γ-butyrolactone is more preferable.
 溶媒としては、耐久性の観点から沸点が80℃以上のものが好ましく、100℃以上のものがより好ましく、120℃以上のものが更に好ましい。具体的には、3-メトキシプロピオニトリル(165℃)、エチレンカーボネート(243℃)、プロピレンカーボネート(240℃)、γ-ブチロラクトン(203℃)が挙げられる。 The solvent preferably has a boiling point of 80 ° C. or higher, more preferably 100 ° C. or higher, and still more preferably 120 ° C. or higher from the viewpoint of durability. Specific examples include 3-methoxypropionitrile (165 ° C.), ethylene carbonate (243 ° C.), propylene carbonate (240 ° C.), and γ-butyrolactone (203 ° C.).
 好ましい電解質濃度は0.1~15モル/Lであり、更に好ましくは0.2~10モル/Lである。 A preferable electrolyte concentration is 0.1 to 15 mol / L, and more preferably 0.2 to 10 mol / L.
 溶融塩電解質は光電変換効率と耐久性の両立という観点から好ましい。溶融塩電解質としては、例えば、国際公開第95/18456号パンフレット、特開平8-259543号、特開2001-357896号の各公報、電気化学、第65巻、11号、923頁(1997年)等に記載されているピリジニウム塩、イミダゾリウム塩、トリアゾリウム塩等の電解質を挙げることができる。これらの溶融塩電解質は常温で溶融状態であるものが好ましく、溶媒を用いない方が好ましい。 The molten salt electrolyte is preferable from the viewpoint of achieving both photoelectric conversion efficiency and durability. As the molten salt electrolyte, for example, International Publication No. 95/18456 pamphlet, JP-A-8-259543, JP-A-2001-357896, Electrochemistry, Vol. 65, No. 11, page 923 (1997). And electrolytes such as pyridinium salts, imidazolium salts, and triazolium salts described in the above. These molten salt electrolytes are preferably in a molten state at room temperature, and it is preferable not to use a solvent.
 オリゴマー及びポリマー等のマトリクスに電解質あるいは電解質溶液を含有させたものや、ポリマー添加、低分子ゲル化剤やオイルゲル化剤添加、多官能モノマー類を含む重合、ポリマーの架橋反応等の手法によりゲル化(擬固体化)させて使用することもできる。 Gelled by techniques such as oligomers and polymers containing electrolytes or electrolyte solutions, addition of polymers, addition of low-molecular gelling agents and oil gelling agents, polymerization including polyfunctional monomers, polymer cross-linking reaction, etc. (Pseudo-solidification) can also be used.
 ポリマー添加によりゲル化させる場合は、特にポリアクリロニトリル、ポリフッ化ビニリデンを好ましく使用することができる。オイルゲル化剤添加によりゲル化させる場合は、好ましい化合物は分子構造中にアミド構造を有する化合物である。 In the case of gelation by adding a polymer, polyacrylonitrile and polyvinylidene fluoride can be preferably used. In the case of gelation by adding an oil gelling agent, a preferred compound is a compound having an amide structure in the molecular structure.
 また、ポリマーの架橋反応により電解質をゲル化させる場合、架橋可能な反応性基を含有するポリマー及び架橋剤を併用することが望ましい。この場合、好ましい架橋可能な反応性基は含窒素複素環(例えば、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)であり、好ましい架橋剤は窒素原子に対して求電子反応可能な試薬(例えば、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)である。電解質の濃度は通常0.01~99質量%で、好ましくは0.1~90質量%程度である。 Also, when the electrolyte is gelled by a polymer crosslinking reaction, it is desirable to use a polymer containing a crosslinkable reactive group and a crosslinking agent in combination. In this case, a preferable crosslinkable reactive group is a nitrogen-containing heterocyclic ring (for example, a pyridine ring, an imidazole ring, a thiazole ring, an oxazole ring, a triazole ring, a morpholine ring, a piperidine ring, a piperazine ring, etc.), and a preferable crosslinking agent is It is a reagent (for example, alkyl halide, halogenated aralkyl, sulfonic acid ester, acid anhydride, acid chloride, isocyanate, etc.) capable of electrophilic reaction with a nitrogen atom. The concentration of the electrolyte is usually 0.01 to 99% by mass, preferably about 0.1 to 90% by mass.
 また、ゲル状電解質としては、電解質と金属酸化物粒子及び/または導電性粒子とを含む電解質組成物を用いることもできる。金属酸化物粒子としては、TiO、SnO、WO、ZnO、ITO、BaTiO、Nb、In、ZrO、Ta、La、SrTiO、Y、Ho、Bi、CeO、Alからなる群から選択される1種または2種以上の混合物が挙げられる。これらは不純物がドープされたものや、複合酸化物等であってもよい。導電性粒子としては、カーボンを主体とする物質からなるものが挙げられる。 Further, as the gel electrolyte, an electrolyte composition containing an electrolyte and metal oxide particles and / or conductive particles can also be used. As the metal oxide particles, TiO 2 , SnO 2 , WO 3 , ZnO, ITO, BaTiO 3 , Nb 2 O 5 , In 2 O 3 , ZrO 2 , Ta 2 O 5 , La 2 O 3 , SrTiO 3 , Y Examples thereof include one or a mixture of two or more selected from the group consisting of 2 O 3 , Ho 2 O 3 , Bi 2 O 3 , CeO 2 , and Al 2 O 3 . These may be doped with impurities or complex oxides. Examples of the conductive particles include those made of a substance mainly composed of carbon.
 次に、高分子電解質としては、酸化還元種を溶解あるいは酸化還元種を構成する少なくとも1つの物質と結合することができる固体状の物質であり、例えば、ポリエチレンオキシド、ポリプロピレンオキシド、ポリエチレンサクシネート、ポリ-β-プロピオラクトン、ポリエチレンイミン、ポリアルキレンスルフィド等の高分子化合物またはそれらの架橋体、ポリホスファゼン、ポリシロキサン、ポリビニルアルコール、ポリアクリル酸、ポリアルキレンオキサイド等の高分子官能基にポリエーテルセグメントまたはオリゴアルキレンオキサイド構造を側鎖として付加したもの、またはそれらの共重合体等が挙げられ、その中でも、特にオリゴアルキレンオキサイド構造を側鎖として有するものや、ポリエーテルセグメントを側鎖として有するものが好ましい。 Next, the polymer electrolyte is a solid substance capable of dissolving the redox species or binding with at least one substance constituting the redox species, for example, polyethylene oxide, polypropylene oxide, polyethylene succinate, Polyethers to polymer functional groups such as poly-β-propiolactone, polyethyleneimine, polyalkylene sulfide and the like, or cross-linked products thereof, polyphosphazene, polysiloxane, polyvinyl alcohol, polyacrylic acid, polyalkylene oxide, etc. Examples include those obtained by adding segments or oligoalkylene oxide structures as side chains, or copolymers thereof. Among them, those having oligoalkylene oxide structures as side chains, and polyether segments as side chains. Which is preferable.
 前記の固体中に酸化還元種を含有させるには、例えば、高分子化合物となるモノマーと酸化還元種との共存下で重合する方法、高分子化合物等の固体を必要に応じて溶媒に溶解し、次いで前記の酸化還元種を加える方法等を用いることができる。酸化還元種の含有量は、必要とするイオン伝導性能に応じて適宜選定することができる。 In order to contain the redox species in the solid, for example, a method of polymerizing in the coexistence of a monomer that becomes a polymer compound and a redox species, a solid such as a polymer compound is dissolved in a solvent as necessary. Then, the above-mentioned method of adding the redox species can be used. The content of the redox species can be appropriately selected according to the required ion conduction performance.
 本発明では、溶融塩等のイオン伝導性電解質の代わりに、有機または無機あるいはこの両者を組み合わせた固体の正孔輸送材料を使用することができる。 In the present invention, instead of an ion conductive electrolyte such as a molten salt, a solid hole transport material which is organic or inorganic or a combination of both can be used.
 有機正孔輸送材料としては、芳香族アミン類やトリフェニレン誘導体類、更にポリアセチレン及びその誘導体、ポリ(p-フェニレン)及びその誘導体、ポリ(p-フェニレンビニレン)及びその誘導体、ポリチエニレンビニレン及びその誘導体、ポリチオフェン及びその誘導体、ポリアニリン及びその誘導体、ポリトルイジン及びその誘導体等の導電性高分子を好ましく用いることができる。 Organic hole transport materials include aromatic amines and triphenylene derivatives, polyacetylene and derivatives thereof, poly (p-phenylene) and derivatives thereof, poly (p-phenylene vinylene) and derivatives thereof, polythienylene vinylene and derivatives thereof. Conductive polymers such as derivatives, polythiophene and derivatives thereof, polyaniline and derivatives thereof, polytoluidine and derivatives thereof can be preferably used.
 正孔(ホール)輸送材料には、ドーパントレベルをコントロールするために、トリス(4-ブロモフェニル)アミニウムヘキサクロロアンチモネートのようなカチオンラジカルを含有する化合物を添加したり、酸化物半導体表面のポテンシャル制御(空間電荷層の補償)を行うためにLi[(CFSON]のような塩を添加しても構わない。 In order to control the dopant level, the hole transport material may be added with a compound containing a cation radical such as tris (4-bromophenyl) aminium hexachloroantimonate, or the potential of the oxide semiconductor surface. In order to perform control (space charge layer compensation), a salt such as Li [(CF 3 SO 2 ) 2 N] may be added.
 無機正孔輸送材料としては、p型無機化合物半導体を用いることができる。この目的のp型無機化合物半導体はバンドギャップが2eV以上であることが好ましく、更に2.5eV以上であることが好ましい。 As the inorganic hole transport material, a p-type inorganic compound semiconductor can be used. The p-type inorganic compound semiconductor for this purpose preferably has a band gap of 2 eV or more, and more preferably 2.5 eV or more.
 また、p型無機化合物半導体のイオン化ポテンシャルは色素の正孔を還元できる条件から、色素吸着電極のイオン化ポテンシャルより小さいことが必要である。使用する色素によって、p型無機化合物半導体のイオン化ポテンシャルの好ましい範囲は異なってくるが、一般に4.5~5.5eVであることが好ましく、更に4.7~5.3eVであることが好ましい。 In addition, the ionization potential of the p-type inorganic compound semiconductor needs to be smaller than the ionization potential of the dye-adsorbing electrode from the condition that the holes of the dye can be reduced. Although the preferred range of the ionization potential of the p-type inorganic compound semiconductor varies depending on the dye used, it is generally preferably 4.5 to 5.5 eV, more preferably 4.7 to 5.3 eV.
 好ましいp型無機化合物半導体は一価の銅を含む化合物半導体であり、CuI及びCuSCNが好ましく、CuIが最も好ましい。p型無機化合物半導体を含有する電荷移動層の好ましいホール移動度は1×10-4~1×10/V・secであり、更に好ましくは1×10-3~1×10cm/V・secである。また、電荷輸送層の好ましい導電率は1×10-8~1×10S/cmであり、更に好ましくは1×10-6~10S/cmである。 A preferred p-type inorganic compound semiconductor is a compound semiconductor containing monovalent copper, preferably CuI and CuSCN, and most preferably CuI. The preferred hole mobility of the charge transfer layer containing the p-type inorganic compound semiconductor is 1 × 10 −4 to 1 × 10 4 m 2 / V · sec, more preferably 1 × 10 −3 to 1 × 10 3 cm. 2 / V · sec. The preferred conductivity of the charge transport layer is 1 × 10 −8 to 1 × 10 2 S / cm, more preferably 1 × 10 −6 to 10 S / cm.
 本発明において、電荷移動層を多孔質n型半導体電極と対向電極との間に形成する方法としては特に限定されるものではないが、例えば、多孔質n型半導体電極と対向電極とを対向配置してから両電極間に前述した電解質や各種電解質を充填して電荷移動層とする方法、多孔質n型半導体電極または対向電極の上に電解質や各種電解質を滴下あるいは塗布等することにより電荷移動層を形成した後、電荷移動層の上に他方の電極を重ね合わせる方法等を用いることができる。 In the present invention, the method for forming the charge transfer layer between the porous n-type semiconductor electrode and the counter electrode is not particularly limited. For example, the porous n-type semiconductor electrode and the counter electrode are arranged to face each other. Then, the charge transfer layer is formed by filling the above-described electrolyte or various electrolytes between both electrodes to form a charge transfer layer, or by dropping or coating the electrolyte or various electrolytes on the porous n-type semiconductor electrode or the counter electrode. After forming the layer, a method of superimposing the other electrode on the charge transfer layer can be used.
 また、多孔質n型半導体電極と対向電極との間から電解質が漏れ出さないようにするため、必要に応じて多孔質n型半導体電極と対向電極との隙間にフィルムや樹脂を用いて封止したり、多孔質n型半導体電極と電荷移動層と対向電極を適当なケースに収納したりすることも好ましい。 Moreover, in order to prevent electrolyte from leaking out between the porous n-type semiconductor electrode and the counter electrode, sealing is performed using a film or a resin in the gap between the porous n-type semiconductor electrode and the counter electrode as necessary. It is also preferable to store the porous n-type semiconductor electrode, the charge transfer layer, and the counter electrode in an appropriate case.
 前者の形成方法の場合、電荷移動層の充填方法として、浸漬等による毛管現象を利用する常圧プロセス、または常圧より低い圧力にして間隙の気相を液相に置換する真空プロセスを利用できる。 In the case of the former forming method, as a method for filling the charge transfer layer, a normal pressure process using capillary action by dipping or the like, or a vacuum process in which the gas phase in the gap is replaced with a liquid phase at a pressure lower than normal pressure can be used. .
 後者の形成方法の場合、塗布方法としてはマイクログラビアコーティング、ディップコーティング、スクリーンコーティング、スピンコーティング等を用いることができる。湿式の電荷移動層においては未乾燥のまま対極を付与し、エッジ部の液漏洩防止措置を施すことになる。また、ゲル電解質の場合には湿式で塗布して重合等の方法により固体化する方法があり、その場合には、乾燥、固定化した後に対極を付与することもできる。 In the latter formation method, microgravure coating, dip coating, screen coating, spin coating or the like can be used as a coating method. In the wet charge transfer layer, the counter electrode is provided in an undried state and measures for preventing liquid leakage at the edge portion are taken. In the case of a gel electrolyte, there is a method in which it is applied in a wet manner and solidified by a method such as polymerization. In this case, the counter electrode can be applied after drying and fixing.
 固体電解質や固体の正孔(ホール)輸送材料の場合には、真空蒸着法やCVD法等のドライ成膜処理で電荷移動層を形成し、その後対向電極を付与することもできる。具体的には、真空蒸着法、キャスト法、塗布法、スピンコート法、浸漬法、電解重合法、光電解重合法等の手法により電極内部に導入することができ、必要に応じて基材を任意の温度に加熱して溶媒を蒸発させる等により形成する。 In the case of a solid electrolyte or a solid hole transport material, a charge transfer layer can be formed by a dry film formation process such as a vacuum deposition method or a CVD method, and then a counter electrode can be provided. Specifically, it can be introduced into the electrode by techniques such as vacuum deposition, casting, coating, spin coating, dipping, electropolymerization, and photoelectropolymerization. It is formed by evaporating the solvent by heating to an arbitrary temperature.
 電荷移動層の厚さは10μm以下、より好ましくは5μm以下、更に1μm以下であることが好ましい。また、電荷移動層の導電率は1×10-10S/cm以上であることが好ましく、1×10-5S/cm以上であることが更に好ましい。 The thickness of the charge transfer layer is preferably 10 μm or less, more preferably 5 μm or less, and further preferably 1 μm or less. The electric conductivity of the charge transfer layer is preferably 1 × 10 −10 S / cm or more, and more preferably 1 × 10 −5 S / cm or more.
 《色素増感型太陽電池》
 本発明の色素増感型太陽電池について、図1を用いて説明する。
<< Dye-sensitized solar cell >>
The dye-sensitized solar cell of the present invention will be described with reference to FIG.
 図1は、本発明の色素増感型太陽電池の基本構造を示す概略断面図である。本発明の色素増感型太陽電池は、図1によって示される通り、導電性基材1、及び半導体の表面に色素3を吸着させた多孔質n型半導体電極2、更に電荷移動層(「電解質層」と呼ぶこともある)4、及び対向電極5を有する構成である。なお、図1において、eは電子を表し、矢印は当該電子の流れを示す。 FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing the basic structure of the dye-sensitized solar cell of the present invention. As shown in FIG. 1, the dye-sensitized solar cell of the present invention includes a conductive substrate 1, a porous n-type semiconductor electrode 2 having a dye 3 adsorbed on the surface of a semiconductor, and a charge transfer layer (“electrolyte”). 4) and a counter electrode 5 (sometimes referred to as a “layer”). In FIG. 1, e represents an electron, and an arrow represents the flow of the electron.
 本発明の色素増感型太陽電池を構成する際には、前記多孔質n型半導体電極、電荷移動層及び対向電極をケース内に収納して封止するか、あるいはそれら全体を樹脂封止することが好ましい。 When constituting the dye-sensitized solar cell of the present invention, the porous n-type semiconductor electrode, the charge transfer layer and the counter electrode are housed in a case and sealed, or the whole is sealed with resin. It is preferable.
 本発明の色素増感型太陽電池に太陽光または太陽光と同等の電磁波を照射すると、半導体に吸着された色素3は、照射された太陽光もしくは電磁波を吸収して励起する。励起によって発生した電子は半導体に移動し、次いで導電性基材1を経由して対向電極5に移動して、電荷移動層4のレドックス電解質を還元する。 When the dye-sensitized solar cell of the present invention is irradiated with sunlight or an electromagnetic wave equivalent to sunlight, the dye 3 adsorbed on the semiconductor is excited by absorbing the irradiated sunlight or electromagnetic wave. Electrons generated by excitation move to the semiconductor, and then move to the counter electrode 5 via the conductive substrate 1 to reduce the redox electrolyte of the charge transfer layer 4.
 一方、半導体に電子を移動させた色素3は酸化体となっているが、対向電極5から電荷移動層4のレドックス電解質を経由して電子が供給されることにより、還元されて元の状態に戻り、同時に電荷移動層4のヨウ素レドックス(本発明の場合は、本発明に係るラジカル化合物)は酸化されて、再び対向電極5から供給される電子により還元されうる状態に戻る。このようにして電子が流れ、本発明の色素増感型太陽電池を構成することができる。 On the other hand, the dye 3 that has moved electrons to the semiconductor is an oxidant, but is reduced to the original state by supplying electrons from the counter electrode 5 via the redox electrolyte of the charge transfer layer 4. At the same time, the iodine redox (in the present invention, the radical compound according to the present invention) of the charge transfer layer 4 is oxidized and returns to a state where it can be reduced again by the electrons supplied from the counter electrode 5. In this way, electrons flow and the dye-sensitized solar cell of the present invention can be configured.
 《金属酸化物半導体層》
 本発明に係る金属酸化物半導体層について説明する。
《Metal oxide semiconductor layer》
The metal oxide semiconductor layer according to the present invention will be described.
 本発明に係る金属酸化物半導体層を構成する金属酸化物としては、半導体に吸着した色素で光照射により発生した電子を受け取り、これを導電性基材へ伝達する半導体なら特に限定はなく、公知の色素増感型太陽電池に使用される種々の金属酸化物を使用することができる。 The metal oxide constituting the metal oxide semiconductor layer according to the present invention is not particularly limited as long as it is a semiconductor that receives electrons generated by light irradiation with a dye adsorbed on the semiconductor and transmits the electrons to a conductive substrate. Various metal oxides used in the dye-sensitized solar cell can be used.
 具体的には、酸化チタン、酸化ジルコニウム、酸化亜鉛、酸化バナジウム、酸化ニオブ、酸化タンタル、酸化タングステン等の各種金属酸化物半導体、チタン酸ストロンチウム、チタン酸カルシウム、チタン酸マグネシウム、チタン酸バリウム、ニオブ酸カリウム、タンタル酸ストロンチウム等の各種複合金属酸化物半導体、酸化マグネシウム、酸化ストロンチウム、酸化アルミニウム、酸化コバルト、酸化ニッケル、酸化マンガン等の遷移金属酸化物、酸化セリウム、酸化ガドリニウム、酸化サマリウム、酸化イッテルビウム等のランタノイドの酸化物等の金属酸化物、シリカに代表される天然または合成の珪酸化合物等の無機絶縁体などを挙げることができる。 Specifically, various metal oxide semiconductors such as titanium oxide, zirconium oxide, zinc oxide, vanadium oxide, niobium oxide, tantalum oxide, tungsten oxide, strontium titanate, calcium titanate, magnesium titanate, barium titanate, niobium Various metal oxide semiconductors such as potassium oxide and strontium tantalate, transition metal oxides such as magnesium oxide, strontium oxide, aluminum oxide, cobalt oxide, nickel oxide and manganese oxide, cerium oxide, gadolinium oxide, samarium oxide, ytterbium oxide And metal oxides such as lanthanoid oxides, and inorganic insulators such as natural or synthetic silicate compounds represented by silica.
 また、これらの材料を組み合わせて使用することもできる。更に金属酸化物粒子をコアシェル構造としたり、異なる金属元素をドーピングしたりしてもよく、任意の構造、組成の金属酸化物を適用することが可能である。 Also, these materials can be used in combination. Furthermore, the metal oxide particles may have a core-shell structure or may be doped with a different metal element, and a metal oxide having an arbitrary structure and composition can be applied.
 金属酸化物粒子の平均粒子径は10nm以上300nm以下であることが好ましく、10nm以上100nm以下であることが更に好ましい。また、金属酸化物の形状も特に限定はなく、球状、針状または不定形結晶であってもよい。 The average particle diameter of the metal oxide particles is preferably from 10 nm to 300 nm, more preferably from 10 nm to 100 nm. Further, the shape of the metal oxide is not particularly limited, and may be spherical, acicular or amorphous crystals.
 金属酸化物粒子の形成方法としては特に限定はなく、水熱反応法、ゾルゲル法/ゲルゾル法、コロイド化学合成法、塗布熱分解法、噴霧熱分解法等の各種液相法、及び化学気相析出法等の各種気相法を用いて形成することができる。 The method for forming metal oxide particles is not particularly limited, and various liquid phase methods such as hydrothermal reaction method, sol-gel method / gel sol method, colloid chemical synthesis method, coating pyrolysis method, spray pyrolysis method, and chemical vapor phase It can be formed using various gas phase methods such as a precipitation method.
 次に、本発明に係る金属酸化物半導体層の作製方法を説明する。 Next, a method for manufacturing a metal oxide semiconductor layer according to the present invention will be described.
 本発明の色素増感型太陽電池の金属酸化物半導体層の作製方法としては、公知の方法を適用することが可能であり、(1)金属酸化物の微粒子またはその前駆体を含有する懸濁液を導電性基材上に塗布し、乾燥及び焼成を行って半導体層を形成する方法、(2)コロイド溶液中に導電性基材を浸漬して、電気泳動により金属酸化物半導体微粒子を導電性基材上に付着させる泳動電着法、(3)コロイド溶液や分散液に発泡剤を混合して塗布した後、焼結して多孔質化する方法、(4)ポリマーマイクロビーズを混合して塗布した後、このポリマーマイクロビーズを加熱処理や化学処理により除去して、空隙を形成させ多孔質化する方法等を適用することができる。 As a method for producing the metal oxide semiconductor layer of the dye-sensitized solar cell of the present invention, a known method can be applied, and (1) a suspension containing metal oxide fine particles or a precursor thereof. A method of forming a semiconductor layer by applying a liquid on a conductive substrate, drying and baking, and (2) immersing the conductive substrate in a colloidal solution and conducting the metal oxide semiconductor particles by electrophoresis. Electrophoretic electrodeposition method that adheres to a conductive substrate, (3) A method in which a foaming agent is mixed and applied to a colloidal solution or dispersion, and then sintered to make it porous. (4) A polymer microbead is mixed. After the coating, a method of removing the polymer microbeads by heat treatment or chemical treatment to form voids and making it porous can be applied.
 上記の作製方法の中で特に塗布方法としては、公知の方法を適用することが可能で、スクリーン印刷法、インクジェット法、ロールコート法、ドクターブレード法、スピンコート法、スプレー塗布法等を挙げることができる。 Among the above preparation methods, as a coating method, a known method can be applied, and examples thereof include a screen printing method, an ink jet method, a roll coating method, a doctor blade method, a spin coating method, and a spray coating method. Can do.
 特に上記(1)の方法の場合、懸濁液中の金属酸化物微粒子の粒子径は微細であることが好ましく、一次粒子として存在していることが好ましい。金属酸化物微粒子を含有する懸濁液は、金属酸化物微粒子を溶媒中に分散させることによって調製され、溶媒としては、金属酸化物微粒子を分散し得るものであれば特に制限はなく、水、有機溶媒、水と有機溶媒との混合液が包含される。有機溶媒としては、メタノールやエタノール等のアルコール、メチルエチルケトン、アセトン、アセチルアセトン等のケトン、ヘキサン、シクロヘキサン等の炭化水素等が用いられる。懸濁液中には、必要に応じて界面活性剤や粘度調節剤(ポリエチレングリコール等の多価アルコール等)を加えることができる。溶媒中の金属酸化物微粒子の濃度の範囲は0.1~70質量%が好ましく、0.1~30質量%が更に好ましい。 In particular, in the case of the above method (1), the particle diameter of the metal oxide fine particles in the suspension is preferably fine and is preferably present as primary particles. The suspension containing the metal oxide fine particles is prepared by dispersing the metal oxide fine particles in a solvent, and the solvent is not particularly limited as long as the metal oxide fine particles can be dispersed, and water, Organic solvents, mixtures of water and organic solvents are included. As the organic solvent, alcohols such as methanol and ethanol, ketones such as methyl ethyl ketone, acetone and acetyl acetone, hydrocarbons such as hexane and cyclohexane, and the like are used. A surfactant and a viscosity modifier (polyhydric alcohol such as polyethylene glycol) can be added to the suspension as necessary. The concentration range of the metal oxide fine particles in the solvent is preferably 0.1 to 70% by mass, and more preferably 0.1 to 30% by mass.
 上記のようにして得られた金属酸化物のコア微粒子を含有する懸濁液を導電性基材上に塗布し、乾燥等を行った後、空気中または不活性ガス中で焼成して、導電性基材上に金属酸化物半導体層が形成される。導電性基材上に懸濁液を塗布、乾燥して得られる半導体層は金属酸化物微粒子の集合体からなるもので、その微粒子の粒子径は使用した金属酸化物微粒子の一次粒子径に対応するものである。 The suspension containing the metal oxide core fine particles obtained as described above is applied onto a conductive substrate, dried, etc., and then baked in air or in an inert gas to be conductive. A metal oxide semiconductor layer is formed on the conductive substrate. The semiconductor layer obtained by applying and drying the suspension on the conductive substrate is composed of an aggregate of metal oxide fine particles, and the particle size of the fine particles corresponds to the primary particle size of the metal oxide fine particles used. To do.
 導電性基材上に形成された金属酸化物半導体層は、導電性基材との結合力や微粒子相互の結合力が弱く、機械的強度の弱いものであることから、この金属酸化物微粒子集合体膜を焼成処理して機械的強度を高め、基板に強く固着した焼成物膜とすることが好ましい。 Since the metal oxide semiconductor layer formed on the conductive base material has low bonding strength with the conductive base material and fine particles, and the mechanical strength is low, this metal oxide fine particle assembly The body film is preferably fired to increase the mechanical strength, and is preferably a fired product film that is strongly fixed to the substrate.
 本発明においては、この金属酸化物半導体層はどのような構造を有していてもよいが、多孔質構造膜(空隙を有する、ポーラスな層とも言う)であることが好ましい。ここで、金属酸化物半導体層の空隙率は0.1~20体積%であることが好ましく、5~20体積%であることが更に好ましい。なお、金属酸化物半導体層の空隙率は誘電体の厚み方向に貫通性のある空隙率を意味し、水銀ポロシメーター(島津ポアライザー9220型)等の市販の装置を用いて測定することができる。金属酸化物半導体層の厚さは少なくとも10nm以上であることが好ましく、100~10000nmであることが更に好ましい。 In the present invention, the metal oxide semiconductor layer may have any structure, but is preferably a porous structure film (also referred to as a porous layer having voids). Here, the porosity of the metal oxide semiconductor layer is preferably 0.1 to 20% by volume, and more preferably 5 to 20% by volume. Note that the porosity of the metal oxide semiconductor layer means a porosity that is penetrable in the thickness direction of the dielectric, and can be measured using a commercially available apparatus such as a mercury porosimeter (Shimadzu Polarizer 9220 type). The thickness of the metal oxide semiconductor layer is preferably at least 10 nm or more, and more preferably 100 to 10,000 nm.
 焼成処理時、半導体層の実表面積を適切に調整し、上記の空隙率を有する半導体層を得る観点から焼成温度は1000℃より低いことが好ましく、200~800℃の範囲であることが更に好ましい。 During the firing treatment, the actual surface area of the semiconductor layer is appropriately adjusted, and the firing temperature is preferably lower than 1000 ° C., more preferably in the range of 200 to 800 ° C. from the viewpoint of obtaining a semiconductor layer having the above porosity. .
 本発明に係る金属酸化物半導体層では、金属酸化物中間層上に上述の通り金属酸化物半導体層を形成した後、電子伝導性を向上させる目的で必要に応じて金属酸化物半導体膜上に金属酸化物による表面処理を施してもよい。この表面処理の組成は、特に金属酸化物微粒子間の電子伝導性の観点から、金属酸化物半導体層を形成する金属酸化物と同種の組成を使用することが好ましい。 In the metal oxide semiconductor layer according to the present invention, after the metal oxide semiconductor layer is formed on the metal oxide intermediate layer as described above, the metal oxide semiconductor layer is formed on the metal oxide semiconductor film as necessary for the purpose of improving electronic conductivity. You may perform the surface treatment by a metal oxide. The surface treatment composition is preferably the same type of composition as that of the metal oxide forming the metal oxide semiconductor layer, particularly from the viewpoint of electron conductivity between the metal oxide fine particles.
 この表面処理を施す方法としては、導電性基材上に金属酸化物半導体膜を形成した後、表面処理となる金属酸化物の前駆体を該半導体膜に塗布すること、もしくは該半導体膜を前駆体溶液に浸漬し、更に必要に応じて焼成処理を施すことにより、金属酸化物からなる表面処理を行うことができる。 As a method of performing this surface treatment, after forming a metal oxide semiconductor film on a conductive substrate, a metal oxide precursor to be surface treated is applied to the semiconductor film, or the semiconductor film is a precursor. A surface treatment made of a metal oxide can be performed by immersing in a body solution and further performing a firing treatment as necessary.
 具体的には、酸化チタンの前駆体である四塩化チタン水溶液またはチタンアルコキシドを用いた電気化学的処理や、チタン酸アルカリ金属やチタン酸アルカリ土類金属の前駆体を用いることによって表面処理を行うことができる。この際の焼成温度や焼成時間は特に制限はなく、任意に制御することができるが、200℃以下であることが好ましい。 Specifically, the surface treatment is performed by using an electrochemical treatment using a titanium tetrachloride aqueous solution or titanium alkoxide which is a precursor of titanium oxide, or using a precursor of an alkali metal titanate or an alkaline earth titanate metal. be able to. The firing temperature and firing time at this time are not particularly limited and can be arbitrarily controlled, but are preferably 200 ° C. or lower.
 《導電性基材》
 本発明で用いられる導電性基材としては、色素増感型太陽電池の導電性基材側を受光面とする場合には、導電性基材は実質的に透明であることが好ましい。実質的に透明であるとは光の透過率が10%以上であることを意味し、50%以上であることが好ましく、80%以上であることが特に好ましい。
<Conductive substrate>
As the conductive substrate used in the present invention, the conductive substrate is preferably substantially transparent when the light-receiving surface is the conductive substrate side of the dye-sensitized solar cell. “Substantially transparent” means that the light transmittance is 10% or more, preferably 50% or more, and particularly preferably 80% or more.
 導電性基材としては、それ自体が導電性を有する基材、またはその表面に導電層を有する基材を利用することができる。後者の場合、基材としてはガラス板や、酸化チタンやアルミナ等のセラミックの研磨板、更に公知の種々のプラスチックシートを使用することが可能であるが、コスト面や可撓性を考慮するとプラスチックシートを使用することが好ましい。 As the conductive substrate, a substrate having conductivity by itself or a substrate having a conductive layer on the surface thereof can be used. In the latter case, it is possible to use a glass plate, a ceramic polishing plate such as titanium oxide or alumina, and various known plastic sheets as the base material, but considering the cost and flexibility, plastic It is preferable to use a sheet.
 プラスチックシートとしては、具体的には、トリアセチルセルロース(TAC)、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)、ポリフェニレンスルファイド(PPS)、シンジオタクチックポリステレン(SPS)、ポリカーボネート(PC)、ポリアリレート(PA)、ポリエーテルイミド(PEI)、ポリスルホン(PSF)、ポリエーテルスルホン(PES)、環状ポリオレフィン、フェノキシ樹脂、ブロム化フェノキシ等を挙げることができる。 Specific examples of the plastic sheet include triacetyl cellulose (TAC), polyethylene terephthalate (PET), polyethylene naphthalate (PEN), polyphenylene sulfide (PPS), syndiotactic polyester (SPS), and polycarbonate (PC). , Polyarylate (PA), polyetherimide (PEI), polysulfone (PSF), polyethersulfone (PES), cyclic polyolefin, phenoxy resin, brominated phenoxy and the like.
 これらの基材上に設ける導電層に使用する導電性材料としては、公知の種々の金属や金属酸化物等からなる無機系導電性材料、ポリマー系導電性材料、無機有機複合型の導電性材料、またはこれらを任意に混合した導電性材料等、あらゆるものを使用することができる。 Examples of the conductive material used for the conductive layer provided on these substrates include inorganic conductive materials made of various known metals and metal oxides, polymer conductive materials, and inorganic / organic composite conductive materials. Or any material such as a conductive material in which these are arbitrarily mixed can be used.
 無機系導電性材料として具体的には、白金、金、銀、銅、亜鉛、チタン、アルミニウム、ロジウム、インジウム等の金属、導電性カーボン、更にスズドープ酸化インジウム(ITO)、酸化スズ(SnO)、フッ素ドープ酸化スズ(FTO)、アンチモンドープ酸化スズ(ATO)、酸化亜鉛(ZnO)等の金属酸化物を挙げることができる。 Specific examples of the inorganic conductive material include metals such as platinum, gold, silver, copper, zinc, titanium, aluminum, rhodium, and indium, conductive carbon, tin-doped indium oxide (ITO), and tin oxide (SnO 2 ). And metal oxides such as fluorine-doped tin oxide (FTO), antimony-doped tin oxide (ATO), and zinc oxide (ZnO 2 ).
 ポリマー系導電性材料として具体的には、各種置換されていてもされていなくてもよいチオフェン、ピロール、フラン、アニリン等を重合させてなる導電性ポリマーやポリアセチレン等を挙げることができるが、導電性が高い観点からポリチオフェンが好ましく、特にポリエチレンジオキシチオフェン(PEDOT)が好ましい。 Specific examples of the polymer-based conductive material include conductive polymers obtained by polymerizing thiophene, pyrrole, furan, aniline, etc., which may or may not be variously substituted, and polyacetylene. From the viewpoint of high properties, polythiophene is preferable, and polyethylenedioxythiophene (PEDOT) is particularly preferable.
 基材上に導電層を形成する方法としては、導電性材料に応じた公知の適切な方法を用いることが可能で、例えば、ITO等の金属酸化物からなる導電層を形成する場合、スパッタ法、CVD法、SPD法(スプレー熱分解堆積法)、蒸着法等の薄膜形成法が挙げられる。また、ポリマー系導電性材料からなる導電層を形成する場合は、公知の様々な塗布法により形成することが好ましい。 As a method of forming a conductive layer on a substrate, a known appropriate method according to a conductive material can be used. For example, when forming a conductive layer made of a metal oxide such as ITO, a sputtering method is used. And thin film forming methods such as CVD, SPD (spray pyrolysis deposition), and vapor deposition. Further, when forming a conductive layer made of a polymer-based conductive material, it is preferably formed by various known coating methods.
 導電層の膜厚は0.01~10μm程度が好ましく、0.05~5μm程度が更に好ましい。導電性基材としては表面抵抗が低いほどよく、具体的には50Ω/cm以下であることが好ましく、10Ω/cm以下であることが更に好ましい。 The thickness of the conductive layer is preferably about 0.01 to 10 μm, more preferably about 0.05 to 5 μm. As a conductive base material, the lower the surface resistance, the better. Specifically, it is preferably 50 Ω / cm 2 or less, more preferably 10 Ω / cm 2 or less.
 また、導電性基材の集電効率を向上し更に導電性を上げるために、光透過率を著しく損なわない範囲の面積率で、金、銀、銅、白金、アルミニウム、ニッケル、インジウム、チタン、タングステン等からなる金属配線層を前記導電層と併用してもよい。金属配線層を用いる場合、格子状、縞状、櫛状等のパターンとして、光が導電性基材を均一に透過するように配設するとよい。金属配線層を併用する場合、基材に蒸着、スパッタリング等で設置し、その上に前記導電層を設けるのが好ましい。 In addition, in order to improve the current collection efficiency of the conductive substrate and further increase the conductivity, the area ratio in a range that does not significantly impair the light transmittance, gold, silver, copper, platinum, aluminum, nickel, indium, titanium, A metal wiring layer made of tungsten or the like may be used in combination with the conductive layer. In the case of using a metal wiring layer, it is preferable that light is uniformly transmitted through the conductive substrate as a pattern such as a lattice shape, a stripe shape, or a comb shape. When a metal wiring layer is used in combination, it is preferable to install the conductive layer on the substrate by vapor deposition, sputtering, or the like.
 《短絡防止層》
 本発明の色素増感太陽電池においては、前述した導電層と金属酸化物半導体電極との間に短絡防止層を設けることができる。これにより、電解質と金属酸化物半導体の短絡電流を低減することができる。特に電解質として固体のp型半導体を用いる場合は、この層を有することが好ましい。
<Short-circuit prevention layer>
In the dye-sensitized solar cell of the present invention, a short-circuit prevention layer can be provided between the conductive layer and the metal oxide semiconductor electrode described above. Thereby, the short circuit current of electrolyte and a metal oxide semiconductor can be reduced. In particular, when a solid p-type semiconductor is used as the electrolyte, it is preferable to have this layer.
 短絡防止層としては、可視光を透過する絶縁性物質で、伝導帯のエネルギー準位が金属酸化物半導体のそれに近い値を有するn型半導体であれば特に制限はない。例えば、酸化ケイ素、酸化マグネシウム、酸化アルミニウム、炭酸カルシウム、ポリビニルアルコール、ポリウレタン等が挙げられる。また、一般的に光電変換材料に用いられるものでもよく、例えば、酸化チタン、酸化ニオブ、酸化タングステン等が挙げられる。 The short-circuit preventing layer is not particularly limited as long as it is an n-type semiconductor that is an insulating substance that transmits visible light and has a conduction band energy level close to that of a metal oxide semiconductor. For example, silicon oxide, magnesium oxide, aluminum oxide, calcium carbonate, polyvinyl alcohol, polyurethane and the like can be mentioned. Moreover, what is generally used for a photoelectric conversion material may be used, for example, titanium oxide, niobium oxide, tungsten oxide, etc. are mentioned.
 短絡防止層の形成方法としては、透明導電層の場合と同様に真空成膜プロセスや、液相コーティング法等により作製することができる。真空成膜プロセスを用いる場合、透明導電層、短絡防止層、金属酸化物膜は、大気開放することなく真空下でインライン成膜が可能である。 As a method for forming the short-circuit prevention layer, it can be produced by a vacuum film formation process, a liquid phase coating method, or the like, as in the case of the transparent conductive layer. When using a vacuum film formation process, the transparent conductive layer, the short-circuit prevention layer, and the metal oxide film can be formed in-line under vacuum without being exposed to the atmosphere.
 短絡防止層の膜厚は0.001~0.02μmが好ましいが、適宜調整することができる。 The film thickness of the short-circuit prevention layer is preferably 0.001 to 0.02 μm, but can be adjusted as appropriate.
 《色素》
 本発明において、前述の図1に示した多孔質n型半導体電極2の表面に吸着させる色素としては、種々の可視光領域及び/または赤外光領域に吸収を有し、金属酸化物半導体の伝導帯より高い最低空準位を有する色素が好ましく、公知の様々な色素を使用することができる。
<Dye>
In the present invention, the dye adsorbed on the surface of the porous n-type semiconductor electrode 2 shown in FIG. 1 has absorption in various visible light regions and / or infrared light regions, and is a metal oxide semiconductor. A dye having the lowest vacancy level higher than the conduction band is preferable, and various known dyes can be used.
 例えば、アゾ系色素、キノン系色素、キノンイミン系色素、キナクリドン系色素、スクアリリウム系色素、シアニン系色素、シアニジン系色素、メロシアニン系色素、トリフェニルメタン系色素、キサンテン系色素、ポルフィリン系色素、ペリレン系色素、インジゴ系色素、フタロシアニン系色素、ナフタロシアニン系色素、ローダミン系色素等が挙げられる。 For example, azo dyes, quinone dyes, quinone imine dyes, quinacridone dyes, squarylium dyes, cyanine dyes, cyanidin dyes, merocyanine dyes, triphenylmethane dyes, xanthene dyes, porphyrin dyes, perylene dyes And dyes, indigo dyes, phthalocyanine dyes, naphthalocyanine dyes, rhodamine dyes, and the like.
 なお、金属錯体色素も好ましく使用され、その場合においては、Cu、Ni、Fe、Co、V、Sn、Si、Ti、Ge、Cr、Zn、Ru、Mg、Al、Pb、Mn、In、Mo、Y、Zr、Nb、Sb、La、W、Pt、Ta、Ir、Pd、Os、Ga、Tb、Eu、Rb、Bi、Se、As、Sc、Ag、Cd、Hf、Re、Au、Ac、Tc、Te、Rh等の種々の金属を用いることができる。 Metal complex dyes are also preferably used. In this case, Cu, Ni, Fe, Co, V, Sn, Si, Ti, Ge, Cr, Zn, Ru, Mg, Al, Pb, Mn, In, Mo Y, Zr, Nb, Sb, La, W, Pt, Ta, Ir, Pd, Os, Ga, Tb, Eu, Rb, Bi, Se, As, Sc, Ag, Cd, Hf, Re, Au, Ac Various metals such as Tc, Te, and Rh can be used.
 上記の中で、シアニン色素、メロシアニン色素、スクワリリウム色素等のポリメチン色素は好ましい態様の1つであり、具体的には、特開平11-35836号、同11-67285号、同11-86916号、同11-97725号、同11-158395号、同11-163378号、同11-214730号、同11-214731号、同11-238905号、特開2004-207224号、同2004-319202号の各公報、欧州特許第892,411号及び同911,841号等の各明細書に記載の色素を挙げることができる。 Among the above, polymethine dyes such as cyanine dyes, merocyanine dyes and squarylium dyes are one of preferred embodiments. Specifically, JP-A Nos. 11-35836, 11-67285, 11-86916, 11-97725, 11-158395, 11-163378, 11-214730, 11-214731, 11-238905, JP-A-2004-207224, 2004-319202 Examples thereof include dyes described in each specification such as Gazette, European Patent Nos. 892,411 and 911,841.
 更に金属錯体色素も好ましい態様の1つであり、金属フタロシアニン色素、金属ポルフィリン色素またはルテニウム錯体色素が好ましく、ルテニウム錯体色素がより好ましい。ルテニウム錯体色素としては、例えば、米国特許第4,927,721号、同4,684,537号、同5,084,365号、同5,350,644号、同5,463,057号、同5,525,440号の各明細書、特開平7-249790号、特表平10-504512号の各公報、国際公開第98/50393号パンフレット、特開2000-26487号、同2001-223037号、同2001-226607号、特許第3430254号の各公報に記載の錯体色素を挙げることができる。 Furthermore, a metal complex dye is one of the preferred embodiments, and a metal phthalocyanine dye, a metal porphyrin dye or a ruthenium complex dye is preferable, and a ruthenium complex dye is more preferable. Examples of ruthenium complex dyes include U.S. Pat. Nos. 4,927,721, 4,684,537, 5,084,365, 5,350,644, 5,463,057, Nos. 5,525,440, JP-A-7-249790, JP-A-10-504512, WO98 / 50393, JP2000-26487, 2001-2223037 And complex dyes described in JP-A Nos. 2001-226607 and 3430254.
 本発明に係る上記化合物は、例えば、エフ・エム・ハーマ著「シアニン・ダイズ・アンド・リレーテッド・コンパウンズ」(1964,インター・サイエンス・パブリッシャーズ発刊)、米国特許第2,454,629号、同2,493,748号の各明細書、特開平6-301136号、同2003-203684号の各公報等に記載された方法を参考にして合成することができる。 The above-mentioned compound according to the present invention is, for example, “Cyanine Soybean and Related Compounds” (1964, published by Inter Science Publishers) by F. M. Hammer, US Pat. No. 2,454,629, It can be synthesized with reference to the methods described in the specifications of JP-A-2,493,748, JP-A-6-301136, JP-A-2003-203684, and the like.
 これらの色素は吸光係数が大きく、且つ繰り返しの酸化還元に対して安定であることが好ましい。また、上記色素は金属酸化物半導体上に化学的に吸着することが好ましく、カルボキシル基、スルホン酸基、リン酸基、アミド基、アミノ基、カルボニル基、ホスフィン基等の官能基を有することが好ましい。 These dyes preferably have a large extinction coefficient and are stable against repeated redox. The dye is preferably chemically adsorbed on the metal oxide semiconductor and has a functional group such as a carboxyl group, a sulfonic acid group, a phosphoric acid group, an amide group, an amino group, a carbonyl group, or a phosphine group. preferable.
 また、光電変換の波長域をできるだけ広くし、且つ変換効率を上げるため、2種類以上の色素を併用または混合することもできる。この場合、目的とする光源の波長域と強度分布に合わせるように併用または混合する色素とその割合を選ぶことができる。 Also, in order to widen the wavelength range of photoelectric conversion as much as possible and increase the conversion efficiency, two or more kinds of dyes can be used together or mixed. In this case, the dye used together or mixed and the ratio thereof can be selected so as to match the wavelength range and intensity distribution of the target light source.
 本発明において、金属酸化物半導体層に色素を吸着させる方法としては特に限定されず、公知の方法が用いることができる。例えば、色素を有機溶媒に溶解して色素溶液を調製し、得られた色素溶液に透明導電膜上の半導体層を浸漬する方法、または得られた色素溶液を半導体層表面に塗布する方法等が挙げられる。 In the present invention, the method for adsorbing the dye to the metal oxide semiconductor layer is not particularly limited, and a known method can be used. For example, a method of dissolving a pigment in an organic solvent to prepare a pigment solution and immersing the semiconductor layer on the transparent conductive film in the obtained pigment solution, or a method of applying the obtained pigment solution to the surface of the semiconductor layer, etc. Can be mentioned.
 前者においては、ディップ法、ローラ法、エヤーナイフ法等が適用でき、後者においては、ワイヤーバー法、アプリケーション法、スピン法、スプレー法、オフセット印刷法、スクリーン印刷法等が適用できる。なお、色素の吸着に先立って半導体層の表面を予め減圧処理や加熱処理等処理を施し、表面を活性化し膜中の気泡を除去する工程を有してもよい。 In the former, a dip method, a roller method, an air knife method or the like can be applied, and in the latter, a wire bar method, an application method, a spin method, a spray method, an offset printing method, a screen printing method, or the like can be applied. Prior to the adsorption of the pigment, the surface of the semiconductor layer may be subjected to a treatment such as a decompression treatment or a heat treatment in advance to activate the surface and remove bubbles in the film.
 半導体層への増感効果を好ましく得る観点から、半導体膜を色素の溶液に浸漬する時間は3~48時間が好ましく、更に好ましくは4~24時間である。 From the viewpoint of preferably obtaining a sensitizing effect on the semiconductor layer, the time for immersing the semiconductor film in the dye solution is preferably 3 to 48 hours, and more preferably 4 to 24 hours.
 また、浸漬にあたり色素溶液は色素が分解しない限りにおいて、沸騰しない温度にまで加熱して用いてもよい。好ましい温度範囲は10~50℃、特に好ましくは15~35℃であるが、前記の通り溶媒が前記温度範囲で沸騰する場合はこの限りでない。 In addition, the dye solution may be heated to a temperature that does not boil as long as the dye does not decompose. The preferred temperature range is 10 to 50 ° C., particularly preferably 15 to 35 ° C., but this is not the case when the solvent boils in the temperature range as described above.
 また、半導体膜を浸漬した色素溶液に超音波照射を行うこともできる。超音波照射は市販の装置を用いることができ、また照射時間としては好ましくは30分~4時間であり、更に好ましくは1~3時間である。 Also, ultrasonic irradiation can be performed on the dye solution in which the semiconductor film is immersed. A commercially available apparatus can be used for ultrasonic irradiation, and the irradiation time is preferably 30 minutes to 4 hours, more preferably 1 to 3 hours.
 色素溶液に用いる溶媒は色素を溶解するものであればよく、従来公知の溶媒を用いることができる。また、当該溶媒は常法に従って精製された溶媒、また溶媒の使用に先立って、必要に応じて蒸留及び/または乾燥を行い、より純度の高い溶媒であることが好ましく、例えば、メタノール、エタノール、ブタノール、1種またはそれ以上の疎水性溶媒、非プロトン性溶媒、疎水性、且つ非プロトン性の溶媒またはそれらの混合物が挙げられる。 The solvent used in the dye solution may be any solvent that dissolves the dye, and a conventionally known solvent can be used. In addition, the solvent is preferably a solvent purified in accordance with a conventional method, or prior to use of the solvent, distilled and / or dried as necessary, and a higher purity solvent, for example, methanol, ethanol, Butanol, one or more hydrophobic solvents, aprotic solvents, hydrophobic and aprotic solvents or mixtures thereof.
 ここで、疎水性溶媒としては、例えば、塩化メチレン、クロロホルム、四塩化炭素等のハロゲン化脂肪族炭化水素;ヘキサン、シクロヘキサン等の炭化水素;ベンゼン、トルエン、キシレン等の芳香族炭化水素;クロロベンゼン、ジクロロベンゼン等のハロゲン化芳香族炭化水素;酢酸エチル、酢酸ブチル、安息香酸エチル等のエステル類等、並びにそれらの組み合わせた混合溶媒等が挙げられる。 Here, examples of the hydrophobic solvent include halogenated aliphatic hydrocarbons such as methylene chloride, chloroform and carbon tetrachloride; hydrocarbons such as hexane and cyclohexane; aromatic hydrocarbons such as benzene, toluene and xylene; chlorobenzene, And halogenated aromatic hydrocarbons such as dichlorobenzene; esters such as ethyl acetate, butyl acetate, and ethyl benzoate;
 非プロトン性溶媒としては、例えば、アセトン、メチルエチルケトン等のケトン類;ジエチルエーテル、ジイソプロピルエーテル、ジメトキシエタン等のエーテル類;アセトニトリル、ジメチルアセトアミド、ヘキサメチルリン酸トリアミド等の窒素化合物類;二硫化炭素、ジメチルスルホキシド等の硫黄化合物類;ヘキサメチルホスホルアミド等のリン化合物類、並びにそれらの組み合わせが挙げられる。 Examples of the aprotic solvent include ketones such as acetone and methyl ethyl ketone; ethers such as diethyl ether, diisopropyl ether and dimethoxyethane; nitrogen compounds such as acetonitrile, dimethylacetamide and hexamethylphosphoric triamide; carbon disulfide; Sulfur compounds such as dimethyl sulfoxide; phosphorus compounds such as hexamethylphosphoramide; and combinations thereof.
 好ましく用いられる溶媒はメタノール、エタノール、n-プロパノール、ブタノ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等のケトン系溶媒、ジエチルエーテル、ジイソプロピルエーテル、テトラヒドロフラン、1,4-ジオキサン等のエーテル系溶媒、塩化メチレン、1,1,2-トリクロロエタン等のハロゲン化炭化水素溶媒であり、特に好ましくはメタノール、エタノール、アセトン、メチルエチルケトン、テトラヒドロフラン、塩化メチレンである。 Solvents preferably used include alcohol solvents such as methanol, ethanol, n-propanol and butanol, ketone solvents such as acetone and methyl ethyl ketone, ether solvents such as diethyl ether, diisopropyl ether, tetrahydrofuran and 1,4-dioxane, methylene chloride 1,1,2-trichloroethane and the like, particularly preferably methanol, ethanol, acetone, methyl ethyl ketone, tetrahydrofuran and methylene chloride.
 色素溶液中の色素の濃度は、使用する色素、溶媒の種類、色素吸着工程により適宜調整することができ、例えば、1×10-5モル/L以上、好ましくは5×10-5~1×10-2モル/L程度が挙げられる。 The concentration of the dye in the dye solution can be appropriately adjusted depending on the dye used, the type of solvent, and the dye adsorption step. For example, it is 1 × 10 −5 mol / L or more, preferably 5 × 10 −5 to 1 ×. About 10 −2 mol / L.
 なお、色素の吸着量が少ないと増感効果が不十分になり、逆に吸着量が多いと酸化物半導体に吸着していない色素が浮遊して、これが増感効果を減じ、光電変換効率の低下をもたらす原因となるので好ましくない。上記のことから、未吸着の色素を洗浄により速やかに除去するのが好ましい。 Note that if the adsorption amount of the dye is small, the sensitization effect becomes insufficient. Conversely, if the adsorption amount is large, the dye that is not adsorbed on the oxide semiconductor floats, which reduces the sensitization effect and reduces the photoelectric conversion efficiency. This is not preferable because it causes a decrease. From the above, it is preferable to quickly remove the unadsorbed dye by washing.
 洗浄溶媒としては、色素の溶解性が比較的低く、且つ比較的乾燥しやすいアセトン等の溶媒が好ましい。また、洗浄は加熱状態で行うのが好ましい。また、洗浄により余分な色素を除去した後、色素の吸着状態をより安定にするために酸化物半導体微粒子の表面を有機塩基性化合物で処理して、未反応色素の除去を促進させてもよい。有機塩基性化合物としては、ピリジン、キノリン等の誘導体が挙げられる。これら化合物が液体の場合にはそのまま用いてもよいが、固体の場合には溶媒、好ましくは色素溶液と同一の溶媒に溶解して用いてもよい。 As the washing solvent, a solvent such as acetone having a relatively low solubility of the dye and relatively easy to dry is preferable. Moreover, it is preferable to perform washing in a heated state. In addition, after removing the excess dye by washing, the surface of the oxide semiconductor fine particles may be treated with an organic basic compound in order to make the adsorption state of the dye more stable, thereby promoting the removal of the unreacted dye. . Examples of the organic basic compound include derivatives such as pyridine and quinoline. When these compounds are liquid, they may be used as they are, but when they are solid, they may be dissolved in a solvent, preferably the same solvent as the dye solution.
 色素を2種以上用いる場合は、混合する色素の比率は特に限定はなく、それぞれの色素より最適化し選択されるが、一般的に等モルずつの混合から1つの色素につき10%モル程度以上使用するのが好ましい。 When two or more dyes are used, the ratio of the dyes to be mixed is not particularly limited, and is selected and optimized from the respective dyes. Generally, about 10% mol or more per one dye is used after mixing in equimolar amounts. It is preferable to do this.
 色素を2種以上併用する場合の具体的方法としては、混合溶解して吸着させても、色素を半導体層に順次吸着させてもよい。併用する色素を混合し溶解した溶液を用いて酸化物半導体層に色素を吸着する場合、溶液中の色素合計の濃度は1種類のみ担持する場合と同様でよい。色素を混合して使用する場合の溶媒としては、前記したような溶媒が使用可能である。併用する色素それぞれについて溶液を調製し半導体層に吸着させる場合も、溶媒としては前記したような溶媒が使用可能であり、使用する各色素用の溶媒は同一でも異なっていてもよい。 As a specific method when two or more dyes are used in combination, the dyes may be adsorbed on the semiconductor layer sequentially by mixing and dissolving them. When the dye is adsorbed to the oxide semiconductor layer using a solution in which the dye to be used in combination is mixed and dissolved, the total concentration of the dye in the solution may be the same as when only one kind is supported. As a solvent in the case of using a mixture of dyes, the above-mentioned solvents can be used. Even when a solution is prepared for each dye to be used in combination and adsorbed to the semiconductor layer, the solvent described above can be used as the solvent, and the solvent for each dye to be used may be the same or different.
 各色素について別々の溶液を調製し、各溶液に順に浸漬して作製する場合は、半導体層に色素を吸着させる順序がどのようであっても本発明の効果を得ることができる。また、各色素を単独で吸着させた半導体微粒子を混合することで作製してもよい。 When a separate solution is prepared for each dye and is prepared by sequentially immersing in each solution, the effect of the present invention can be obtained regardless of the order in which the dye is adsorbed on the semiconductor layer. Moreover, you may produce by mixing the semiconductor fine particle which adsorb | sucked each pigment | dye independently.
 酸化物半導体微粒子の薄膜に色素を担持する際、色素同士の会合を防ぐために包摂化合物の共存下、色素を担持することが効果的である。ここで包摂化合物としては、コール酸等のステロイド系化合物、クラウンエーテル、シクロデキストリン、カリックスアレン、ポリエチレンオキサイド等が挙げられるが、好ましいものとしてはデオキシコール酸、デヒドロデオキシコール酸、ケノデオキシコール酸、コール酸メチルエステル、コール酸ナトリウム等のコール酸類、ポリエチレンオキサイド等が挙げられる。 When the dye is supported on the thin film of oxide semiconductor fine particles, it is effective to support the dye in the coexistence of the inclusion compound in order to prevent the association between the dyes. Examples of the inclusion compound include steroidal compounds such as cholic acid, crown ether, cyclodextrin, calixarene, polyethylene oxide, and the like. Deoxycholic acid, dehydrodeoxycholic acid, chenodeoxycholic acid, cholic acid are preferable. Examples thereof include cholic acids such as methyl ester and sodium cholate, and polyethylene oxide.
 また、色素を担持させた後、4-t-ブチルピリジン等のアミン化合物で半導体層表面を処理してもよい。処理の方法は、例えば、アミンのエタノール溶液に色素を担持した半導体微粒子薄膜の設けられた基板を浸す方法等が採られる。 Alternatively, after the dye is supported, the surface of the semiconductor layer may be treated with an amine compound such as 4-t-butylpyridine. The treatment method may be, for example, a method of immersing a substrate provided with a semiconductor fine particle thin film carrying a dye in an ethanol solution of amine.
 《対向電極》
 本発明の色素増感型太陽電池を構成する対向電極は、前述した導電性基材と同様にそれ自体が導電性を有する基材の単層構造、またはその表面に対極導電層を有する基材を利用することができる。後者の場合、対極導電層に用いる導電性材料、基材、更にその製造方法としては、前述した導電性基材1の場合と同様で、公知の種々の材料及び方法を適用することができる。
《Counter electrode》
The counter electrode constituting the dye-sensitized solar cell of the present invention has a single-layer structure of a base material having conductivity as in the case of the conductive base material described above, or a base material having a counter electrode conductive layer on the surface thereof. Can be used. In the latter case, the conductive material and the base material used for the counter electrode conductive layer, and the manufacturing method thereof are the same as those of the conductive base material 1 described above, and various known materials and methods can be applied.
 その中でも、I イオン等の酸化や他のレドックスイオンの還元反応を十分な速さで行わせる触媒能を持ったものを使用することが好ましく、具体的には白金電極、導電材料表面に白金メッキや白金蒸着を施したもの、ロジウム金属、ルテニウム金属、酸化ルテニウム、カーボン等が挙げられる。 Among them, I 3 - is preferable to use those having a catalytic ability to perform a reducing reaction fast enough for oxidation and other redox ions such as ions, specifically platinum electrodes, the conductive material surface Examples include platinum-plated or platinum-deposited materials, rhodium metal, ruthenium metal, ruthenium oxide, and carbon.
 また、前述と同様にコスト面や可撓性を考慮するとプラスチックシートを基材として使用し、導電性材料としてポリマー系材料を塗布して使用することも好ましい態様の1つである。 In the same manner as described above, in consideration of cost and flexibility, it is also a preferable aspect to use a plastic sheet as a base material and to apply a polymer material as a conductive material.
 対極導電層の厚さは特に制限されないが、3nm~10μmが好ましい。対極導電層が金属である場合は、その厚さは好ましくは5μm以下であり、更に好ましくは10nm~3μmの範囲である。対向電極の表面抵抗は低い程よく、具体的には表面抵抗の範囲としては50Ω/□以下であることが好ましく、20Ω/□以下であることがより好ましく、10Ω/□以下であることが更に好ましい。 The thickness of the counter electrode conductive layer is not particularly limited, but is preferably 3 nm to 10 μm. When the counter electrode conductive layer is a metal, the thickness is preferably 5 μm or less, and more preferably in the range of 10 nm to 3 μm. The surface resistance of the counter electrode is preferably as low as possible. Specifically, the range of the surface resistance is preferably 50Ω / □ or less, more preferably 20Ω / □ or less, still more preferably 10Ω / □ or less. .
 前述した導電性基材と対向電極のいずれか一方、または両方から光を受光してよいので、導電性基材と対向電極の少なくとも一方が実質的に透明であればよい。発電効率の向上の観点からは、導電性基材を透明にして光を導電性基材側から入射させるのが好ましい。この場合、対向電極は光を反射する性質を有するのが好ましい。このような対向電極としては、金属または導電性の酸化物を蒸着したガラスまたはプラスチック、あるいは金属薄膜を使用できる。 Since light may be received from either one or both of the conductive base material and the counter electrode described above, it is sufficient that at least one of the conductive base material and the counter electrode is substantially transparent. From the viewpoint of improving the power generation efficiency, it is preferable to make the conductive base material transparent so that light is incident from the conductive base material side. In this case, the counter electrode preferably has a property of reflecting light. As such a counter electrode, glass or plastic deposited with a metal or a conductive oxide, or a metal thin film can be used.
 対向電極は、前述した電荷移動層上に直接導電性材料を塗布、メッキまたは蒸着(例えば、PVD、CVD)するか、対極導電層を有する基材の導電層側または導電性基材単層を貼り付ければよい。また、導電性基材の場合と同様に特に対向電極が透明の場合には、金属配線層を併用することも好ましい態様の1つである。 The counter electrode is formed by directly applying a conductive material on the above-described charge transfer layer, plating or vapor deposition (for example, PVD, CVD), or a conductive layer side of a substrate having a counter electrode conductive layer or a conductive substrate single layer. Just paste. In addition, as in the case of the conductive base material, it is also a preferable aspect to use a metal wiring layer in combination when the counter electrode is transparent.
 対極としては導電性を持っており、レドックス電解質の還元反応を触媒的に作用するものが好ましい。例えば、ガラス、もしくは高分子フィルムに白金、カーボン、ロジウム、ルテニウム等を蒸着する方法、導電性微粒子を塗り付ける方法等を適用することができる。 The counter electrode is preferably conductive and has a catalytic action on the reduction reaction of the redox electrolyte. For example, a method of depositing platinum, carbon, rhodium, ruthenium or the like on glass or a polymer film, a method of applying conductive fine particles, or the like can be applied.
 以下、実施例を挙げて本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。 Hereinafter, the present invention will be specifically described with reference to examples, but the present invention is not limited thereto.
 実施例1
 《電解質L-01の調製》
 アセトニトリルを溶媒として、ヨウ化リチウム、ヨウ素、1,2-ジメチル-3-プロピルイミダゾリウムアイオダイド、t-ブチルピリジンとを、それぞれの濃度が0.1モル/L、0.05モル/L、0.6モル/L、0.5モル/Lとなるように溶解したヨウ素レドックスの電解質L-01を調製した。
Example 1
<< Preparation of electrolyte L-01 >>
Using acetonitrile as a solvent, lithium iodide, iodine, 1,2-dimethyl-3-propylimidazolium iodide, and t-butylpyridine, each at a concentration of 0.1 mol / L, 0.05 mol / L, An iodine redox electrolyte L-01 dissolved at 0.6 mol / L and 0.5 mol / L was prepared.
 《色素増感型太陽電池SC-101の作製》
 透明導電性基材となる表面抵抗10Ω/□のFTOガラス基板のFTO面に、TiOペースト(Solaronix製Ti-NanoxideT)をドライ膜厚10μmとなるように室温で乾燥後、更に450℃で30分間の焼結処理を行って、多孔性の金属酸化物半導体層を形成した。
<< Preparation of dye-sensitized solar cell SC-101 >>
A TiO 2 paste (Solaronix Ti-Nanoxide T) is dried at room temperature so that the dry film thickness becomes 10 μm on the FTO surface of an FTO glass substrate having a surface resistance of 10 Ω / □ to be a transparent conductive substrate, and further at 450 ° C. for 30 minutes. A porous metal oxide semiconductor layer was formed by performing a sintering process for a minute.
 次いで、アセトニトリル:t-ブタノール=1:1溶液200質量部中に、Ru錯体色素N719を0.1質量部溶解した色素溶液を調製し、上記金属酸化物半導体層を基板ごと24時間浸漬した後、アセトニトリル:t-ブタノール=1:1溶液で洗浄、乾燥して、金属酸化物半導体層に色素を吸着させた多孔質n型半導体電極を作製した。 Next, after preparing a dye solution in which 0.1 part by mass of Ru complex dye N719 was dissolved in 200 parts by mass of acetonitrile: t-butanol = 1: 1 solution, the metal oxide semiconductor layer was immersed in the substrate for 24 hours. Then, it was washed with an acetonitrile: t-butanol = 1: 1 solution and dried to prepare a porous n-type semiconductor electrode in which a dye was adsorbed on the metal oxide semiconductor layer.
 カソード電極としてITOガラス基材上に白金を真空蒸着し、電解質を注入するための穴を設けた。前記ガラス基板と前記カソード電極とを6.5mm角の穴を開けた25μm厚のシート状スペーサー兼封止材(Solaronix製、SX-1170-25)を用いて向き合うように張り合わせ、カソード電極に設けた電解質注入穴から、電解質L-01を電荷移動層として注入し、ホットボンドで穴を塞ぎ、上から前記封止材を用いてカバーガラスを貼り付け封止した。 As a cathode electrode, platinum was vacuum-deposited on an ITO glass substrate, and a hole for injecting an electrolyte was provided. The glass substrate and the cathode electrode are bonded to each other by using a 25 μm thick sheet-like spacer / sealing material (SX-1170-25, manufactured by Solaronix) having a 6.5 mm square hole, and provided on the cathode electrode. From the electrolyte injection hole, the electrolyte L-01 was injected as a charge transfer layer, the hole was closed with a hot bond, and a cover glass was attached and sealed from above using the sealing material.
 前記ガラス基板の受光面側に反射防止フィルム(コニカミノルタオプト製ハードコート/反射防止タイプセルロース系フィルム)を張り合わせ、色素増感型太陽電池SC-101を作製した。 An antireflection film (Konica Minolta Op hard coat / antireflection type cellulose film) was bonded to the light receiving surface side of the glass substrate to prepare a dye-sensitized solar cell SC-101.
 《電解質L-02の調製》
 アセトニトリルを溶媒として、臭化リチウム、臭素、1,2-ジメチル-3-プロピルイミダゾリウムブロマイド、t-ブチルピリジンとを、それぞれの濃度が0.1モル/L、0.05モル/L、0.6モル/L、0.5モル/Lとなるように溶解したヨウ素レドックスの電解質L-02を調製した。
<< Preparation of electrolyte L-02 >>
Using acetonitrile as a solvent, lithium bromide, bromine, 1,2-dimethyl-3-propylimidazolium bromide, and t-butylpyridine were added at concentrations of 0.1 mol / L, 0.05 mol / L, 0, respectively. An iodine redox electrolyte L-02 dissolved to be 6 mol / L and 0.5 mol / L was prepared.
 《電解質L-03の調製》
 アセトニトリル:t-ブタノール=1:1溶液中にTEMPOを20質量%になるように溶解し、電解質L-03を得た。
<< Preparation of electrolyte L-03 >>
TEMPO was dissolved in an acetonitrile: t-butanol = 1: 1 solution so as to be 20% by mass to obtain an electrolyte L-03.
 《電解質L-04の調製》
 アセトニトリル:t-ブタノール=1:1溶液中に例示化合物(RA-1)を20質量%になるように溶解し、電解質L-04を得た。
<< Preparation of electrolyte L-04 >>
Exemplified compound (RA-1) was dissolved in acetonitrile: t-butanol = 1: 1 solution so as to be 20% by mass to obtain an electrolyte L-04.
 《電解質L-05の調製》
 3-メトキシプロピオニトリル中に例示化合物(RA-1)を20質量%になるように溶解し、電解質L-05を得た。
<< Preparation of electrolyte L-05 >>
The exemplified compound (RA-1) was dissolved in 3-methoxypropionitrile so as to be 20% by mass to obtain an electrolyte L-05.
 《電解質L-06の調製》
 3-メトキシプロピオニトリル中に例示化合物(RB-1)を20質量%になるように溶解し、電解質L-06を得た。
<< Preparation of electrolyte L-06 >>
Exemplified compound (RB-1) was dissolved in 3-methoxypropionitrile so as to be 20% by mass to obtain an electrolyte L-06.
 《電解質L-07の調製》
 3-メトキシプロピオニトリル中に例示化合物(RE-2)を20質量%になるように溶解し、電解質L-07を得た。
<< Preparation of electrolyte L-07 >>
Exemplified compound (RE-2) was dissolved in 3-methoxypropionitrile so as to be 20% by mass to obtain an electrolyte L-07.
 《電解質L-08の調製》
 3-メトキシプロピオニトリル中に例示化合物(RE-3)を20質量%になるように溶解し、電解質L-08を得た。
<< Preparation of electrolyte L-08 >>
Exemplified compound (RE-3) was dissolved in 3-methoxypropionitrile so as to be 20% by mass to obtain an electrolyte L-08.
 《電解質L-09の調製》
 プロピレンカーボネート中に例示化合物(RA-1)を20質量%になるように溶解し、電解質L-09を得た。
<< Preparation of electrolyte L-09 >>
The exemplified compound (RA-1) was dissolved in propylene carbonate so as to be 20% by mass to obtain an electrolyte L-09.
 《電解質L-10の調製》
 γ-ブチロラクトン中に例示化合物(RA-1)を20質量%になるように溶解し、電解質L-10を得た。
<< Preparation of electrolyte L-10 >>
The exemplified compound (RA-1) was dissolved in γ-butyrolactone so as to be 20% by mass to obtain an electrolyte L-10.
 《色素増感型太陽電池SC-102~110の作製》
 色素増感型太陽電池SC-101の作製において、表1に記載のように電解質と色素を変更した以外は色素増感型太陽電池SC-101の作製と同様に行い、色素増感型太陽電池SC-102~110を作製した。
<< Preparation of dye-sensitized solar cells SC-102 to 110 >>
The production of the dye-sensitized solar cell SC-101 was performed in the same manner as the production of the dye-sensitized solar cell SC-101 except that the electrolyte and the dye were changed as shown in Table 1. SC-102 to 110 were produced.
 《色素増感型太陽電池SC-111の作製》
 色素増感型太陽電池SC-101の作製において、アセトニトリル:t-ブタノール=1:1溶液200質量部中に、Ru錯体色素N719を0.1質量部溶解した色素溶液を用いる代わりに、アセトニトリル:t-ブタノール=1:1溶液200質量部中に、有機色素D149を0.1質量部溶解した色素溶液を用いた以外は、同様にして色素増感型太陽電池SC-111を作製した。
<< Preparation of dye-sensitized solar cell SC-111 >>
In preparing the dye-sensitized solar cell SC-101, instead of using a dye solution in which 0.1 part by mass of the Ru complex dye N719 was dissolved in 200 parts by mass of acetonitrile: t-butanol = 1: 1 solution, acetonitrile: Dye-sensitized solar cell SC-111 was produced in the same manner except that a dye solution in which 0.1 part by mass of organic dye D149 was dissolved in 200 parts by mass of t-butanol = 1: 1 solution.
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000007
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000007
 《色素増感型太陽電池の光電変換特性評価》
 上記で得られた色素増感型太陽電池SC-101~111の各々に、ソーラーシミュレーター(JASCO(日本分光)製、低エネルギー分光感度測定装置CEP-25)により100mW/mの強度の光を照射した時の開放電圧Voc(V)を求めて、表1に示した。値は、同じ構成及び作製方法の太陽電池3つずつ作製して評価した値の平均値とした。
<< Evaluation of photoelectric conversion characteristics of dye-sensitized solar cells >>
Each of the dye-sensitized solar cells SC-101 to 111 obtained above was irradiated with light having an intensity of 100 mW / m 2 by a solar simulator (manufactured by JASCO (JASCO), low energy spectral sensitivity measuring device CEP-25). The open circuit voltage Voc (V) when irradiated was determined and shown in Table 1. The value was an average value of values obtained by producing three solar cells having the same configuration and production method.
 《色素増感型太陽電池の耐久性評価》
 上記で得られた色素増感型太陽電池SC-101~111の各々を85℃、300時間保存して、開放電圧低下率(%)の耐久性評価を行った。
<< Durability evaluation of dye-sensitized solar cells >>
Each of the dye-sensitized solar cells SC-101 to 111 obtained above was stored at 85 ° C. for 300 hours, and durability evaluation of the open circuit voltage reduction rate (%) was performed.
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000008
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000008
 表1から分かるように、本発明の電解質を用いて作製した色素増感太陽電池SC-103~111では、比較の色素増感型太陽電池SC-101、102に比べ、開放電圧が改善され、更に耐久性評価における安定性が向上していることが分かる。特に、本発明のアザアダマンタンN-オキシル誘導体、あるいはアザビシクロN-オキシル誘導体を用いた色素増感太陽電池SC-104~111が良好であることが分かる。 As can be seen from Table 1, in the dye-sensitized solar cells SC-103 to 111 produced using the electrolyte of the present invention, the open-circuit voltage was improved compared to the comparative dye-sensitized solar cells SC-101 and 102, Furthermore, it turns out that the stability in durability evaluation is improving. In particular, it can be seen that the dye-sensitized solar cells SC-104 to 111 using the azaadamantane N-oxyl derivative or azabicyclo N-oxyl derivative of the present invention are good.
 1 導電性基材
 11 基板
 12 導電層
 2 多孔質n型半導体電極
 3 色素
 4 電荷移動層
 5 対向電極
 51 基板
 52 対極導電層
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Conductive base material 11 Substrate 12 Conductive layer 2 Porous n-type semiconductor electrode 3 Dye 4 Charge transfer layer 5 Counter electrode 51 Substrate 52 Counter electrode conductive layer

Claims (5)

  1. 導電性基材上に、色素が表面に吸着された多孔質n型半導体電極と電荷移動層と対向電極とを順次有する色素増感型太陽電池であって、該電荷移動層がN-オキシル誘導体からなるラジカル化合物を含有することを特徴とする色素増感型太陽電池。 A dye-sensitized solar cell having, on a conductive substrate, a porous n-type semiconductor electrode having a dye adsorbed on its surface, a charge transfer layer, and a counter electrode, wherein the charge transfer layer is an N-oxyl derivative A dye-sensitized solar cell comprising a radical compound comprising:
  2. 前記N-オキシル誘導体がアザアダマンタンN-オキシル誘導体あるいはアザビシクロN-オキシル誘導体であることを特徴とする請求項1に記載の色素増感型太陽電池。 2. The dye-sensitized solar cell according to claim 1, wherein the N-oxyl derivative is an azaadamantane N-oxyl derivative or an azabicyclo N-oxyl derivative.
  3. 前記アザビシクロN-オキシル誘導体が下記一般式(1)で表されることを特徴とする請求項2に記載の色素増感型太陽電池。
    Figure JPOXMLDOC01-appb-C000001

    (式中、R、R、R、Rは各々独立に水素原子、脂肪族炭化水素基、芳香族炭化水素基または複素環基を表し、Xは環状構造を形成するのに必要な2個または3個の原子群を表す。)
    The dye-sensitized solar cell according to claim 2, wherein the azabicyclo N-oxyl derivative is represented by the following general formula (1).
    Figure JPOXMLDOC01-appb-C000001

    (Wherein R 1 , R 2 , R 3 and R 4 each independently represents a hydrogen atom, an aliphatic hydrocarbon group, an aromatic hydrocarbon group or a heterocyclic group, and X is necessary for forming a cyclic structure. 2 or 3 atomic groups.)
  4. 前記電荷移動層が有機溶媒を含有することを特徴とする請求項1~3のいずれか1項に記載の色素増感型太陽電池。 The dye-sensitized solar cell according to any one of claims 1 to 3, wherein the charge transfer layer contains an organic solvent.
  5. 前記有機溶媒が3-メトキシプロピオニトリル、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネートまたはγ-ブチロラクトンであることを特徴とする請求項4に記載の色素増感型太陽電池。 5. The dye-sensitized solar cell according to claim 4, wherein the organic solvent is 3-methoxypropionitrile, ethylene carbonate, propylene carbonate, or γ-butyrolactone.
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