JP2002075471A - Photoelectric conversion element and photocell - Google Patents
Photoelectric conversion element and photocellInfo
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は色素で増感された半
導体微粒子を用いた光電変換素子およびこれを用いた光
電池に関する。The present invention relates to a photoelectric conversion element using semiconductor fine particles sensitized with a dye and a photovoltaic cell using the same.
【0002】[0002]
【従来の技術】太陽発電は、単結晶シリコン太陽電池、
多結晶シリコン太陽電池、アモルファスシリコン太陽電
池、テルル化カドミウムやセレン化インジウム銅等の化
合物太陽光電池が実用化もしくは主な研究開発の対象と
なっている。しかし、普及させる上で製造コスト、原材
料確保、エネルギーペイバックタイムが長い等の問題点
を克服する必要がある。一方、大面積化や低価格化を指
向した有機材料を用いた太陽電池もこれまでにも多く提
案されているが、変換効率が低く、耐久性も悪いという
問題があった。こうした状況の中で、Nature(第353
巻、第737〜740頁、1991年)および米国特許4927721号
等に、色素によって増感された半導体微粒子を用いた光
電変換素子および太陽電池、ならびにこれを作成するた
めの材料および製造技術が開示された。提案された電池
は、ルテニウム錯体によって分光増感された二酸化チタ
ン多孔質薄膜を作用電極とする湿式太陽電池である。こ
の方式の第一の利点は二酸化チタン等の安価な酸化物半
導体を高純度に精製することなく用いることができるた
め、安価な光電変換素子を提供できる点である。第二の
利点は用いられる色素の吸収がブロードなため、可視光
線のほぼ全波長領域の光を電気に変換できることであ
る。しかし、取り出し電圧が十分に得られないという問
題があった。これは、電極から電荷輸送材料へ、光の照
射とは関係なく逆電流が流れることに起因しており、こ
の逆電流を十分に防止する手段はなかった。2. Description of the Related Art Solar power generation includes single crystal silicon solar cells,
BACKGROUND ART Polycrystalline silicon solar cells, amorphous silicon solar cells, and compound solar cells such as cadmium telluride and indium copper selenide have been put to practical use or are subject to main research and development. However, it is necessary to overcome problems such as production cost, securing of raw materials, and long energy payback time in order to spread the technology. On the other hand, there have been proposed many solar cells using an organic material intended to have a large area and a low price, but have a problem that conversion efficiency is low and durability is poor. Under these circumstances, Nature (No. 353)
Vol., Pp. 737-740, 1991) and U.S. Pat. No. 4,492,721 disclose a photoelectric conversion element and a solar cell using semiconductor fine particles sensitized with a dye, and materials and manufacturing techniques for producing the same. Was done. The proposed battery is a wet solar battery using a titanium dioxide porous thin film spectrally sensitized by a ruthenium complex as a working electrode. The first advantage of this method is that an inexpensive photoelectric conversion element can be provided because an inexpensive oxide semiconductor such as titanium dioxide can be used without purification with high purity. The second advantage is that since the absorption of the dye used is broad, light in almost the entire wavelength region of visible light can be converted into electricity. However, there is a problem that a sufficient take-out voltage cannot be obtained. This is because a reverse current flows from the electrode to the charge transporting material irrespective of light irradiation, and there is no means for sufficiently preventing the reverse current.
【0003】[0003]
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、光の
照射の有無に関わらず流れる逆電流を防止することによ
り、光電変換効率を高めた光電変換素子を提供すること
にある。本発明の他の目的は、このような光電変換素子
をフレキシブルな基板を用いて提供することにある。本
発明のさらなる目的は、光電変換効率が高められたフレ
キシブルな光電池を提供することにある。SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a photoelectric conversion element having an improved photoelectric conversion efficiency by preventing a reverse current flowing regardless of the presence or absence of light irradiation. Another object of the present invention is to provide such a photoelectric conversion element using a flexible substrate. It is a further object of the present invention to provide a flexible photovoltaic cell with improved photoelectric conversion efficiency.
【0004】[0004]
【課題を解決するための手段】本発明によれば、下記構
成の光電変換素子および光電池が提供されて、本発明の
上記目的が達成される。 1.導電層、色素により増感した半導体を含む感光層、
電荷輸送層、および対極を有する光電変換素子におい
て、感光層と導電層との間に、該感光層を構成する半導
体より、その伝導帯下端電位がより卑なる半導体からな
る層を有することを特徴とする光電変換素子。 2.感光層を構成する半導体が酸化チタンであり、かつ
伝導帯下端電位がより卑なる半導体が酸化ジルコニウ
ム、チタン酸ストロンチウム、酸化ニオブまたは酸化亜
鉛であることを特徴とする上記1に記載の光電変換素
子。 3.感光層を構成する半導体が、酸化亜鉛、酸化錫およ
び酸化タングステンから選択される少なくとも1種であ
り、かつ伝導帯下端電位がより卑なる半導体が、酸化ジ
ルコニウム、チタン酸ストロンチウム、酸化ニオブ、酸
化亜鉛または酸化チタンであることを特徴とする上記1
に記載の光電変換素子。 4.電荷輸送層が溶融塩電解質またはホール輸送材料を
含有することを特徴とする上記1〜3のいずれかに記載
の光電変換素子。 5.導電層または対極が基板を有し、該基板が高分子フ
イルム、金属箔、金属板、表面に金属層を設けた高分子
フイルム、または表面に金属層を設けたガラス板である
ことを特徴とする上記1〜4のいずれかに記載の光電変
換素子。 6.上記1〜5のいずれかに記載された光電変換素子を
用いることを特徴とする光電池。According to the present invention, the above-mentioned object of the present invention is achieved by providing a photoelectric conversion element and a photovoltaic cell having the following structures. 1. A conductive layer, a photosensitive layer containing a semiconductor sensitized by a dye,
In a photoelectric conversion element having a charge transport layer and a counter electrode, a layer formed of a semiconductor whose conduction band lower end potential is lower than that of a semiconductor forming the photosensitive layer is provided between the photosensitive layer and the conductive layer. Photoelectric conversion element. 2. 2. The photoelectric conversion device according to the above item 1, wherein the semiconductor constituting the photosensitive layer is titanium oxide, and the semiconductor having a lower conduction band potential is zirconium oxide, strontium titanate, niobium oxide or zinc oxide. . 3. The semiconductor constituting the photosensitive layer is at least one selected from zinc oxide, tin oxide and tungsten oxide, and the semiconductor having a lower conduction band lower potential is zirconium oxide, strontium titanate, niobium oxide, zinc oxide Or 1 is titanium oxide
3. The photoelectric conversion element according to item 1. 4. 4. The photoelectric conversion device according to any one of the above items 1 to 3, wherein the charge transport layer contains a molten salt electrolyte or a hole transport material. 5. The conductive layer or the counter electrode has a substrate, and the substrate is a polymer film, a metal foil, a metal plate, a polymer film having a metal layer on the surface, or a glass plate having a metal layer on the surface. The photoelectric conversion element according to any one of the above items 1 to 4, wherein 6. A photovoltaic cell using the photoelectric conversion element described in any one of 1 to 5 above.
【0005】[0005]
【発明の実施の形態】〔1〕光電変換素子 本発明の光電変換素子は、好ましくは図1に示される概
略断面図のように、導電層10、下塗り層60、感光層20、
電荷輸送層30、対極導電層40の順に積層し、感光層20を
色素22によって増感された半導体微粒子21と当該半導体
微粒子21の間の空隙に浸透した電荷輸送材料23とから構
成する(すなわち、色素によって増感された半導体微粒
子層の空隙に電荷輸送材料を浸透させて構成する)。電
荷輸送材料23は、電荷輸送層30に用いる材料と同じ成分
からなる。また光電変換素子に強度を付与するため、導
電層10および/または対極導電層40の下地として、基板
50を設けてもよい。以下本発明では、導電層10および任
意で設ける基板50からなる層を「導電性支持体」、対極
導電層40および任意で設ける基板50からなる層を「対
極」と呼ぶ。なお、図1中の導電層10、対極導電層40、
基板50は、それぞれ透明導電層10a、透明対極導電層40
a、透明基板50aであっても良い。この光電変換素子を外
部負荷に接続して電気的仕事をさせる目的(発電)で作
られたものが光電池であり、光学的情報のセンシングを
目的に作られたものが光センサーである。光電池のう
ち、電荷輸送材料23が主としてイオン輸送材料からなる
場合を特に光電気化学電池と呼び、また、太陽光による
発電を主目的とする場合を太陽電池と呼ぶ。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION [1] Photoelectric conversion element The photoelectric conversion element of the present invention preferably has a conductive layer 10, an undercoat layer 60, a photosensitive layer 20,
The charge transport layer 30 and the counter electrode conductive layer 40 are laminated in this order, and the photosensitive layer 20 is composed of the semiconductor fine particles 21 sensitized by the dye 22 and the charge transport material 23 that has permeated the voids between the semiconductor fine particles 21 (that is, A charge transport material is made to penetrate into the voids of the semiconductor fine particle layer sensitized by the dye). The charge transport material 23 is composed of the same components as the materials used for the charge transport layer 30. In addition, in order to impart strength to the photoelectric conversion element, a substrate is used as a base for the conductive layer 10 and / or the counter electrode conductive layer 40.
50 may be provided. Hereinafter, in the present invention, a layer composed of the conductive layer 10 and the optional substrate 50 is referred to as a “conductive support”, and a layer composed of the counter electrode conductive layer 40 and the optional substrate 50 is referred to as a “counter electrode”. Note that the conductive layer 10, the counter electrode conductive layer 40 in FIG. 1,
The substrate 50 includes a transparent conductive layer 10a and a transparent counter electrode conductive layer 40, respectively.
a, The transparent substrate 50a may be used. A photovoltaic cell is made for the purpose of generating electrical work by connecting this photoelectric conversion element to an external load (power generation), and an optical sensor is made for the purpose of sensing optical information. Of the photovoltaic cells, a case where the charge transport material 23 is mainly composed of an ion transport material is particularly called a photoelectrochemical cell, and a case where the main purpose is power generation by sunlight is called a solar cell.
【0006】図1に示す本発明の光電変換素子におい
て、半導体微粒子がn型である場合、色素22により増感
された半導体微粒子21を含む感光層20に入射した光は色
素22等を励起し、励起された色素22等中の高エネルギー
の電子が半導体微粒子21の伝導帯に渡され、さらに拡散
により導電層10に到達する。このとき色素22等の分子は
酸化体となっている。光電池においては、導電層10中の
電子が外部回路で仕事をしながら対極導電層40および電
荷輸送層30を経て色素22等の酸化体に戻り、色素22が再
生する。感光層20は負極(光アノード)として働き、対
極40は正極として働く。それぞれの層の境界(例えば導
電層10と感光層20との境界、感光層20と電荷輸送層30と
の境界、電荷輸送層30と対極導電層40との境界等)で
は、各層の構成成分同士が相互に拡散混合していてもよ
い。以下各層について詳細に説明する。In the photoelectric conversion device of the present invention shown in FIG. 1, when the semiconductor fine particles are n-type, light incident on the photosensitive layer 20 containing the semiconductor fine particles 21 sensitized by the dye 22 excites the dye 22 and the like. Then, the high-energy electrons in the excited dye 22 and the like are transferred to the conduction band of the semiconductor fine particles 21 and further reach the conductive layer 10 by diffusion. At this time, molecules such as the dye 22 are oxidized. In the photovoltaic cell, the electrons in the conductive layer 10 return to an oxidant such as the dye 22 through the counter electrode conductive layer 40 and the charge transport layer 30 while working in an external circuit, and the dye 22 is regenerated. The photosensitive layer 20 functions as a negative electrode (photo anode), and the counter electrode 40 functions as a positive electrode. At the boundary of each layer (for example, the boundary between the conductive layer 10 and the photosensitive layer 20, the boundary between the photosensitive layer 20 and the charge transport layer 30, the boundary between the charge transport layer 30 and the counter electrode conductive layer 40, etc.), They may be mutually diffused and mixed. Hereinafter, each layer will be described in detail.
【0007】(A)下塗り層 本発明は、下塗り層に、すなわち、感光層(半導体微粒
子層)と電極(導電層)との間に位置する層に、色素増
感半導体の伝導帯下端電位より卑なる伝導帯下端電位を
持つ半導体を用いることにより、電極から電荷輸送材料
への電子移動がより電位を掛けないと起こらなくなるた
め、光照射時の逆電流が少なく、見かけの順方向の電子
移動が多くなり、高い光電変換効率を得られるようにし
たものである。本発明に言う半導体の伝導帯下端電位と
は、実際に光電変換素子に用いる半導体微粒子における
それであり、この電位は大きな結晶における値と異なる
場合がある。感光層に用いる半導体微粒子と下塗り層に
用いる半導体とでは、同じ組成であっても伝導帯下端電
位が異なる場合がある。作り方によっても異なるが、一
般的には下塗り層の半導体の方が、感光層の半導体微粒
子より伝導帯下端電位が高い傾向にある。特に、下塗り
層をスプレーパイロリシス法や、焼結により形成し、結
晶性を上げると、その傾向が顕著である。スプレーパイ
ロリシスは例えば、(株)メイク製のSPD薄膜形成装置
のような装置で作製することができる。色増感半導体微
粒子層を構成する半導体が酸化チタンの場合、下塗り層
に使用する半導体としては、好ましくは、酸化ジルコニ
ウム、チタン酸ストロンチウム、酸化ニオブもしくは酸
化亜鉛であり、より好ましくは、チタン酸ストロンチウ
ム、酸化ニオブである。色増感半導体微粒子層を構成す
る半導体が酸化亜鉛、酸化錫および/または酸化タング
ステンの場合、下塗り層に使用する半導体は、好ましく
は、酸化ジルコニウム、チタン酸ストロンチウム、酸化
ニオブ、酸化亜鉛もしくは酸化チタンであり、より好ま
しくは、チタン酸ストロンチウム、酸化ニオブ、酸化亜
鉛である。(A) Undercoat layer In the present invention, the undercoat layer, that is, the layer located between the photosensitive layer (semiconductor fine particle layer) and the electrode (conductive layer), has a lower potential than the conduction band lower potential of the dye-sensitized semiconductor. By using a semiconductor having a lower potential at the bottom of the conduction band, electron transfer from the electrode to the charge transporting material does not occur unless a higher potential is applied, so that the reverse current during light irradiation is small and apparent forward electron transfer. , And high photoelectric conversion efficiency can be obtained. The potential at the bottom of the conduction band of the semiconductor according to the present invention is that of the semiconductor fine particles actually used for the photoelectric conversion element, and this potential may be different from the value of a large crystal. The semiconductor fine particles used for the photosensitive layer and the semiconductor used for the undercoat layer may have different conduction band lower potentials even if they have the same composition. In general, the semiconductor of the undercoat layer tends to have a higher potential at the lower end of the conduction band than the semiconductor fine particles of the photosensitive layer, although it differs depending on the method of making. In particular, when the undercoat layer is formed by spray pyrolysis or sintering to increase the crystallinity, the tendency is remarkable. The spray pyrolysis can be produced, for example, with an apparatus such as an SPD thin film forming apparatus manufactured by Make Co., Ltd. When the semiconductor constituting the color-sensitized semiconductor fine particle layer is titanium oxide, the semiconductor used for the undercoat layer is preferably zirconium oxide, strontium titanate, niobium oxide or zinc oxide, and more preferably strontium titanate. , Niobium oxide. When the semiconductor constituting the color-sensitized semiconductor fine particle layer is zinc oxide, tin oxide and / or tungsten oxide, the semiconductor used for the undercoat layer is preferably zirconium oxide, strontium titanate, niobium oxide, zinc oxide or titanium oxide. And more preferably strontium titanate, niobium oxide and zinc oxide.
【0008】下塗り層は、例えばElectrochim. Acta 4
0, 643-652(1995)に記載されているスプレーパイロリシ
ス法の他、スパッタ法等により塗設することができる。
下塗り層の好ましい膜厚は5〜1000nm以下であり、10〜5
00nmがさらに好ましい。The undercoat layer is made of, for example, Electrochim. Acta 4
In addition to the spray pyrolysis method described in U.S. Pat.
The preferred thickness of the undercoat layer is 5 to 1000 nm or less, 10 to 5
00 nm is more preferred.
【0009】この下塗り層の半導体の効果は、電荷輸送
材料の種類によってその効果の大きさが異なる。すなわ
ち、電荷輸送材料が従来の湿式電解質(いわゆる電解
液)の場合に比べ、溶融塩型電解質の方が効果が大き
く、さらにホール輸送材料、特に1価の銅を含むP型半
導体の場合その効果が顕著である。これは、前述した電
極から電荷輸送材料への逆電子移動が多いものほど効果
が大きいためと考えられる。また、この効果は、支持体
がフレキシビリティーを持つものである場合、効果が顕
著であり、例えば、導電層および/または対極に使用す
る支持体が、200μm以下の厚みの導電性高分子フイル
ム、60μm以下の厚みの金属の場合、効果が顕著であ
る。これは、支持体の変形に基づき、感光半導体微粒子
層でミクロな破壊が起こった場合、そのことにより電極
と電荷輸送材料とが接する機会が増えることに対応して
いるものと思われる。さらに、本発明の下塗り層の効果
は、電極の導電性物質が、酸化物半導体(ドープしたも
のを含む)より、金属である場合の方が効果が顕著であ
った。The effect of the semiconductor of the undercoat layer differs depending on the type of the charge transporting material. That is, compared with the case where the charge transport material is a conventional wet electrolyte (so-called electrolyte solution), the effect of the molten salt type electrolyte is larger than that of the conventional case. Is remarkable. This is considered to be because the more the reverse electron transfer from the electrode to the charge transporting material, the greater the effect. This effect is remarkable when the support has flexibility. For example, when the support used for the conductive layer and / or the counter electrode is a conductive polymer film having a thickness of 200 μm or less. In the case of a metal having a thickness of 60 μm or less, the effect is remarkable. This seems to correspond to the fact that, when microscopic destruction occurs in the photosensitive semiconductor fine particle layer based on the deformation of the support, the chance of contact between the electrode and the charge transporting material increases. Furthermore, the effect of the undercoat layer of the present invention was more remarkable when the conductive material of the electrode was a metal than an oxide semiconductor (including a doped material).
【0010】(B)導電性支持体 導電性支持体は、(1)導電層の単層、または(2)導
電層および基板の2層からなる。(1)の場合は、導電
層として強度や密封性が十分に保たれるような材料が使
用され、例えば、金属材料(白金、金、銀、銅、亜鉛、
チタン、アルミニウム等またはこれらを含む合金)を用
いることができる。(2)の場合、感光層側に導電剤を
含む導電層を有する基板を使用することができる。好ま
しい導電剤としては金属(例えば白金、金、銀、銅、亜
鉛、チタン、アルミニウム、インジウム等またはこれら
を含む合金)、炭素、または導電性金属酸化物(インジ
ウム−スズ複合酸化物、酸化スズにフッ素またはアンチ
モンをドープしたもの等)が挙げられる。導電層の厚さ
は0.02〜10μm程度が好ましい。(B) Conductive Support The conductive support comprises (1) a single layer of a conductive layer, or (2) two layers of a conductive layer and a substrate. In the case of (1), a material having sufficient strength and sealing property is used as the conductive layer. For example, a metal material (platinum, gold, silver, copper, zinc,
Titanium, aluminum, and the like, or alloys containing them) can be used. In the case of (2), a substrate having a conductive layer containing a conductive agent on the photosensitive layer side can be used. Preferred conductive agents include metals (for example, platinum, gold, silver, copper, zinc, titanium, aluminum, indium and the like or alloys containing these), carbon, and conductive metal oxides (indium-tin composite oxide, tin oxide). And the like doped with fluorine or antimony). The thickness of the conductive layer is preferably about 0.02 to 10 μm.
【0011】導電性支持体は表面抵抗が低い程よい。好
ましい表面抵抗の範囲は50Ω/□以下であり、さらに好
ましくは20Ω/□以下である。The lower the surface resistance of the conductive support, the better. The preferred range of the surface resistance is 50 Ω / □ or less, more preferably 20 Ω / □ or less.
【0012】導電性支持体側から光を照射する場合に
は、導電性支持体は実質的に透明であるのが好ましい。
実質的に透明であるとは、可視〜近赤外領域(400〜120
0nm)の光の一部または全域において透過率が10%以上
であることを意味し、50%以上であるのが好ましく、80
%以上がより好ましい。特に、感光層が感度を有する波
長域の透過率が高いことが好ましい。When light is irradiated from the conductive support side, the conductive support is preferably substantially transparent.
The term “substantially transparent” means that the region is in the visible to near infrared region (400 to 120).
0 nm) means that the transmittance is 10% or more in part or all of the light, preferably 50% or more.
% Or more is more preferable. In particular, it is preferable that the transmittance in a wavelength region where the photosensitive layer has sensitivity is high.
【0013】透明導電性支持体としては、ガラスまたは
プラスチック等の透明基板の表面に導電性金属酸化物か
らなる透明導電層を塗布または蒸着等により形成したも
のが好ましい。透明導電層として好ましいものは、フッ
素もしくはアンチモンをドーピングした二酸化スズある
いはインジウム−スズ酸化物(ITO)である。透明基板
には低コストと強度の点で有利なソーダガラス、アルカ
リ溶出の影響のない無アルカリガラスなどのガラス基板
のほか、透明ポリマーフィルムを用いることができる。
透明ポリマーフィルムの材料としては、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(PE
T)、ポリエチレンナフタレート(PEN)、シンジオタク
チックポリステレン(SPS)、ポリフェニレンスルフィ
ド(PPS)、ポリカーボネート(PC)、ポリアリレート
(PAr)、ポリスルフォン(PSF)、ポリエステルスルフ
ォン(PES)、ポリイミド(PI)、ポリエーテルイミド
(PEI)、環状ポリオレフィン、ブロム化フェノキシ等
がある。十分な透明性を確保するために、導電性金属酸
化物の塗布量はガラスまたはプラスチックの支持体1m2
当たり0.01〜100gとするのが好ましい。[0013] The transparent conductive support is preferably formed by coating or vapor-depositing a transparent conductive layer made of a conductive metal oxide on the surface of a transparent substrate such as glass or plastic. Preferred as the transparent conductive layer is tin dioxide or indium-tin oxide (ITO) doped with fluorine or antimony. As the transparent substrate, a glass substrate such as soda glass which is advantageous in terms of cost and strength and alkali-free glass which is not affected by alkali elution, and a transparent polymer film can be used.
Transparent polymer film materials include triacetyl cellulose (TAC) and polyethylene terephthalate (PE).
T), polyethylene naphthalate (PEN), syndiotactic polysterene (SPS), polyphenylene sulfide (PPS), polycarbonate (PC), polyarylate (PAr), polysulfone (PSF), polyester sulfone (PES), polyimide ( PI), polyetherimide (PEI), cyclic polyolefin, brominated phenoxy and the like. To ensure sufficient transparency, the amount of conductive metal oxide applied should be 1 m 2 of glass or plastic support.
It is preferably 0.01 to 100 g per unit.
【0014】透明導電性支持体の抵抗を下げる目的で金
属リードを用いるのが好ましい。金属リードの材質は白
金、金、ニッケル、チタン、アルミニウム、銅、銀、等
の金属が好ましい。金属リードは透明基板に蒸着、スパ
ッタリング等で設置し、その上に導電性の酸化スズまた
はITO膜からなる透明導電層を設けるのが好ましい。金
属リード設置による入射光量の低下は、好ましくは10
%以内、より好ましくは1〜5%とする。It is preferable to use a metal lead for the purpose of lowering the resistance of the transparent conductive support. The material of the metal lead is preferably a metal such as platinum, gold, nickel, titanium, aluminum, copper, or silver. The metal lead is preferably provided on a transparent substrate by vapor deposition, sputtering, or the like, and a transparent conductive layer made of conductive tin oxide or an ITO film is preferably provided thereon. The decrease in the amount of incident light due to the installation of metal leads is preferably 10
%, More preferably 1 to 5%.
【0015】(C)感光層 感光層において、半導体は感光体として作用し、光を吸
収して電荷分離を行い、電子と正孔を生ずる。色素増感
された半導体では、光吸収およびこれによる電子および
正孔の発生は主として色素において起こり、半導体微粒
子はこの電子(または正孔)を受け取り、伝達する役割
を担う。本発明で用いる半導体は、光励起下で伝導体電
子がキャリアーとなり、アノード電流を与えるn型半導
体であることが好ましい。(C) Photosensitive Layer In the photosensitive layer, the semiconductor acts as a photoreceptor, absorbs light to separate charges, and generates electrons and holes. In a dye-sensitized semiconductor, light absorption and thus generation of electrons and holes mainly occur in the dye, and semiconductor fine particles have a role of receiving and transmitting the electrons (or holes). The semiconductor used in the present invention is preferably an n-type semiconductor which gives an anode current by conducting electrons as carriers under photoexcitation.
【0016】(1)半導体 半導体としては、シリコン、ゲルマニウムのような単体
半導体、III-V系化合物半導体、金属のカルコゲナイド
(例えば酸化物、硫化物、セレン化物、またはそれらの
複合物等)、またはペロブスカイト構造を有する化合物
(例えばチタン酸ストロンチウム、チタン酸カルシウ
ム、チタン酸ナトリウム、チタン酸バリウム、ニオブ酸
カリウム等)等を使用することができる。(1) Semiconductor The semiconductor is a simple semiconductor such as silicon or germanium, a III-V compound semiconductor, a metal chalcogenide (eg, oxide, sulfide, selenide, or a composite thereof), or Compounds having a perovskite structure (for example, strontium titanate, calcium titanate, sodium titanate, barium titanate, potassium niobate, etc.) can be used.
【0017】好ましい金属のカルコゲナイドとして、チ
タン、スズ、亜鉛、鉄、タングステン、ジルコニウム、
ハフニウム、ストロンチウム、インジウム、セリウム、
イットリウム、ランタン、バナジウム、ニオブ、または
タンタルの酸化物、カドミウム、亜鉛、鉛、銀、アンチ
モンまたはビスマスの硫化物、カドミウムまたは鉛のセ
レン化物、カドミウムのテルル化物等が挙げられる。他
の化合物半導体としては亜鉛、ガリウム、インジウム、
カドミウム等のリン化物、ガリウム−ヒ素または銅−イ
ンジウムのセレン化物、銅−インジウムの硫化物等が挙
げられる。さらには、MxOySzまたはM1xM2yOz
(M、M1およびM2はそれぞれ金属元素、Oは酸素、x、
y、zは価数が中性になる組み合わせの数)の様な複合物
も好ましく用いることができる。Preferred metal chalcogenides include titanium, tin, zinc, iron, tungsten, zirconium,
Hafnium, strontium, indium, cerium,
Examples include oxides of yttrium, lanthanum, vanadium, niobium, or tantalum, sulfides of cadmium, zinc, lead, silver, antimony or bismuth, selenides of cadmium or lead, tellurides of cadmium, and the like. Other compound semiconductors include zinc, gallium, indium,
Examples include phosphides such as cadmium, selenides of gallium-arsenic or copper-indium, and sulfides of copper-indium. Furthermore, MxOySz or M 1 xM 2 yOz
(M, M 1 and M 2 are metal elements, O is oxygen, x,
Compounds such as y and z are the number of combinations having a neutral valence) can also be preferably used.
【0018】感光層に用いる半導体の好ましい具体例
は、Si、TiO2、SnO2、Fe2O3、WO3、ZnO、Nb2O5、CdS、Z
nS、PbS、Bi2S3、CdSe、CdTe、SrTiO3、GaP、InP、GaA
s、CuInS2、CuInSe2等であり、より好ましくはTiO2、Zn
O、SnO2、Fe2O3、WO3、Nb2O5、CdS、PbS、CdSe、SrTi
O3、InP、GaAs、CuInS2またはCuInSe2であり、特に好ま
しくはTiO2またはNb2O5であり、最も好ましくはTiO2で
ある。TiO2はアナターゼ型結晶を70%以上含むTiO2が好
ましく、特に好ましくは100%アナターゼ型結晶のTiO2
である。また、これらの半導体中の電子電導性を上げる
目的で金属をドープすることも有効である。ドープする
金属としては2価、3価の金属が好ましい。半導体から
電荷輸送層へ逆電流が流れるのを防止する目的で、半導
体に1価の金属をドープすることも有効である。Preferred examples of the semiconductor used for the photosensitive layer include Si, TiO 2 , SnO 2 , Fe 2 O 3 , WO 3 , ZnO, Nb 2 O 5 , CdS, Z
nS, PbS, Bi 2 S 3 , CdSe, CdTe, SrTiO 3 , GaP, InP, GaA
s, CuInS 2 , CuInSe 2 and the like, more preferably TiO 2 , Zn
O, SnO 2, Fe 2 O 3, WO 3, Nb 2 O 5, CdS, PbS, CdSe, SrTi
O 3 , InP, GaAs, CuInS 2 or CuInSe 2 , particularly preferably TiO 2 or Nb 2 O 5 , most preferably TiO 2 . TiO 2 is preferably TiO 2 containing 70% or more of anatase type crystal, particularly preferably 100% TiO 2 of anatase type crystal.
It is. It is also effective to dope a metal for the purpose of improving electron conductivity in these semiconductors. The metal to be doped is preferably a divalent or trivalent metal. It is also effective to dope the semiconductor with a monovalent metal for the purpose of preventing a reverse current from flowing from the semiconductor to the charge transport layer.
【0019】感光層に用いる半導体は、製造コスト、原
材料確保、エネルギーペイバックタイム等の観点からは
多結晶が好ましく、半導体微粒子からなる多孔質膜が特
に好ましい。また、一部アモルファス部分を含んでいて
もよい。The semiconductor used for the photosensitive layer is preferably polycrystalline from the viewpoints of production cost, securing of raw materials, energy payback time and the like, and a porous film composed of semiconductor fine particles is particularly preferred. In addition, a part of the amorphous portion may be included.
【0020】半導体微粒子の粒径は一般にnm〜μmのオ
ーダーであるが、投影面積を円に換算したときの直径か
ら求めた一次粒子の平均粒径は5〜200nmであるのが好
ましく、8〜100nmがより好ましい。また分散液中の半
導体微粒子(二次粒子)の平均粒径は0.01〜30μmが好
ましい。粒径分布の異なる2種類以上の微粒子を混合し
てもよく、この場合小さい粒子の平均サイズは25nm以下
であるのが好ましく、より好ましくは10nm以下である。
入射光を散乱させて光捕獲率を向上させる目的で、粒径
の大きな、例えば100nm以上、300nm程度の半導体粒子を
混合することも好ましい。The particle size of the semiconductor fine particles is generally on the order of nm to μm, but the average particle size of the primary particles obtained from the diameter when the projected area is converted into a circle is preferably from 5 to 200 nm, and from 8 to 200 nm. 100 nm is more preferred. The average particle size of the semiconductor fine particles (secondary particles) in the dispersion is preferably 0.01 to 30 μm. Two or more types of fine particles having different particle size distributions may be mixed. In this case, the average size of the small particles is preferably 25 nm or less, more preferably 10 nm or less.
For the purpose of improving the light capture rate by scattering incident light, it is also preferable to mix semiconductor particles having a large particle diameter, for example, about 100 nm or more and about 300 nm.
【0021】半導体微粒子の種類も異なる2種以上の混
合であってもよい。2種以上の半導体微粒子を混合して
使用する場合、1種はTiO2、ZnO、Nb2O5もしくはSrTiO3
であることが好ましい。またもう1種としてはSnO2、Fe
2O3、WO3であることが好ましい。さらに好ましい組み合
わせとしては、ZnOとSnO2、ZnOとWO3またはZnO、SnO2と
WO3などの組み合わせを挙げることができる。2種以上
の半導体微粒子を混合して用いる場合、それぞれの粒径
が異なっていても良い。特に上記1種目で挙げた半導体
微粒子の粒径が大きく、2種目以降で挙げた半導体微粒
子が小さい組み合わせが好ましい。好ましくは大きい粒
径の粒子が100nm以上で、小さい粒径の粒子が15nm以下
の組み合わせである。Two or more different types of semiconductor fine particles may be mixed. When two or more kinds of semiconductor fine particles are mixed and used, one kind is TiO 2 , ZnO, Nb 2 O 5 or SrTiO 3
It is preferred that Another type is SnO 2 , Fe
It is preferably 2 O 3 or WO 3 . More preferred combinations include ZnO and SnO 2 , ZnO and WO 3 or ZnO, SnO 2
Mention may be made of a combination, such as WO 3. When two or more kinds of semiconductor fine particles are used as a mixture, the respective particle diameters may be different. In particular, a combination in which the particle size of the semiconductor fine particles described in the first type is large and the semiconductor fine particles described in the second and subsequent types is small is preferable. Preferably, the combination is such that the particles having a large particle diameter are 100 nm or more and the particles having a small particle diameter are 15 nm or less.
【0022】半導体微粒子の作製法としては、作花済夫
の「ゾル−ゲル法の科学」アグネ承風社(1998年)、技
術情報協会の「ゾル−ゲル法による薄膜コーティング技
術」(1995年)等に記載のゾル−ゲル法、杉本忠夫の
「新合成法ゲル−ゾル法による単分散粒子の合成とサイ
ズ形態制御」、まてりあ,第35巻,第9号,1012〜1018
頁(1996年)に記載のゲル−ゾル法が好ましい。またDe
gussa社が開発した塩化物を酸水素塩中で高温加水分解
により酸化物を作製する方法も好ましい。As a method for producing semiconductor fine particles, Sakuhana Shizuo's "Sol-Gel Method Science" Agne Shofusha (1998) and Technical Information Association "Sol-Gel Method for Thin Film Coating" (1995 ), Tadao Sugimoto, "Synthesis of Monodisperse Particles and Size Morphology Control by New Synthetic Gel-Sol Method", Materia, Vol. 35, No. 9, 1012-1018.
The gel-sol method described on page (1996) is preferred. Also De
Also preferred is a method developed by Gussa to produce oxides by high temperature hydrolysis of chlorides in oxyhydrogen salts.
【0023】半導体微粒子が酸化チタンの場合、上記ゾ
ル-ゲル法、塩化物の酸水素塩中での高温加水分解法は
いずれも好ましいが、さらに清野学の「酸化チタン 物
性と応用技術」技報堂出版(1997年)に記載の硫酸法お
よび塩素法を用いることもできる。さらにゾル−ゲル法
として、Barbeらのジャーナル・オブ・アメリカン・セ
ラミック・ソサエティー,第80巻,第12号,3157〜3171
頁(1997年)に記載の方法や、Burnsideらのケミストリ
ー・オブ・マテリアルズ,第10巻,第9号,2419〜2425
頁に記載の方法も好ましい。When the semiconductor fine particles are titanium oxide, both the above-mentioned sol-gel method and the high-temperature hydrolysis method in chloride oxyhydrogen salt are preferred, but furthermore, Manabu Kiyono's “Physical properties and applied technology of titanium oxide” published by Gihodo. (1997). The sulfuric acid method and the chlorine method described in (1997) can also be used. Further, as a sol-gel method, Barbe et al., Journal of American Ceramic Society, Vol. 80, No. 12, 3157-3171
Page (1997), Burnside et al., Chemistry of Materials, Vol. 10, No. 9, 2419-2425.
The method described on page is also preferred.
【0024】(2)半導体微粒子層 半導体微粒子を導電性支持体上に塗布するには、半導体
微粒子の分散液またはコロイド溶液を導電性支持体上に
塗布する方法の他に、前述のゾル−ゲル法等を使用する
こともできる。光電変換素子の量産化、半導体微粒子液
の物性、導電性支持体の融通性等を考慮した場合、湿式
の製膜方法が比較的有利である。湿式の製膜方法として
は、塗布法、印刷法、電解析出法および電着法が代表的
である。また、金属を酸化する方法、金属溶液から配位
子交換等で液相にて析出させる方法(LPD法)、スパッタ
等で蒸着する方法、CVD法、あるいは加温した基板上に
熱分解する金属酸化物プレカーサーを吹き付けて金属酸
化物を形成するSPD法を利用することもできる。(2) Semiconductor fine particle layer In order to coat semiconductor fine particles on a conductive support, in addition to the method of coating a dispersion or colloid solution of semiconductor fine particles on a conductive support, the above-mentioned sol-gel is used. A method can also be used. In consideration of mass production of photoelectric conversion elements, physical properties of semiconductor fine particle liquid, flexibility of a conductive support, and the like, a wet film forming method is relatively advantageous. Typical wet film forming methods include a coating method, a printing method, an electrolytic deposition method, and an electrodeposition method. In addition, a method of oxidizing a metal, a method of depositing a metal solution in a liquid phase by ligand exchange (LPD method), a method of vapor deposition by sputtering, a CVD method, or a metal that thermally decomposes on a heated substrate An SPD method in which an oxide precursor is sprayed to form a metal oxide can also be used.
【0025】半導体微粒子の分散液を作製する方法とし
ては、前述のゾル−ゲル法の他に、乳鉢ですり潰す方
法、ミルを使って粉砕しながら分散する方法、あるいは
半導体を合成する際に溶媒中で微粒子として析出させそ
のまま使用する方法等が挙げられる。As a method for preparing a dispersion of semiconductor fine particles, in addition to the above-mentioned sol-gel method, a method of grinding with a mortar, a method of dispersing while pulverizing using a mill, or a method of preparing a solvent when synthesizing a semiconductor. A method of precipitating fine particles in the solution and using it as it is, may be mentioned.
【0026】分散媒としては、水または各種の有機溶媒
(例えばメタノール、エタノール、イソプロピルアルコ
ール、シトロネロール、ターピネオール、ジクロロメタ
ン、アセトン、アセトニトリル、酢酸エチル等)が挙げ
られる。分散の際、必要に応じて例えばポリエチレング
リコール、ヒドロキシエチルセルロース、カルボキシメ
チルセルロースのようなポリマー、界面活性剤、酸、ま
たはキレート剤等を分散助剤として用いてもよい。ポリ
エチレングリコールの分子量を変えることで、分散液の
粘度が調節可能となり、さらに剥がれにくい半導体層を
形成したり、半導体層の空隙率をコントロールできるの
で、ポリエチレングリコールを添加することは好まし
い。Examples of the dispersion medium include water and various organic solvents (eg, methanol, ethanol, isopropyl alcohol, citronellol, terpineol, dichloromethane, acetone, acetonitrile, ethyl acetate, etc.). At the time of dispersion, a polymer such as polyethylene glycol, hydroxyethyl cellulose, carboxymethyl cellulose, a surfactant, an acid, a chelating agent, or the like may be used as a dispersing aid, if necessary. By changing the molecular weight of polyethylene glycol, it is possible to adjust the viscosity of the dispersion, to form a semiconductor layer that is difficult to peel off, and to control the porosity of the semiconductor layer. Therefore, it is preferable to add polyethylene glycol.
【0027】塗布方法としては、アプリケーション系と
してローラ法、ディップ法等、メータリング系としてエ
アーナイフ法、ブレード法等、またアプリケーションと
メータリングを同一部分にできるものとして、特公昭58
-4589号に開示されているワイヤーバー法、米国特許268
1294号、同2761419号、同2761791号等に記載のスライド
ホッパー法、エクストルージョン法、カーテン法等が好
ましい。また汎用機としてスピン法やスプレー法も好ま
しい。湿式印刷方法としては、凸版、オフセットおよび
グラビアの3大印刷法をはじめ、凹版、ゴム版、スクリ
ーン印刷等が好ましい。これらの中から、液粘度やウェ
ット厚さに応じて、好ましい製膜方法を選択する。The application method includes a roller method and a dip method as an application system, an air knife method and a blade method as a metering system.
-4589, the wire bar method, US Patent 268
The slide hopper method, extrusion method, curtain method, and the like described in Nos. 1294, 2761419, and 2761791 are preferable. As a general-purpose machine, a spin method or a spray method is also preferable. As the wet printing method, intaglio printing, rubber printing, screen printing, and the like are preferable, including three major printing methods of letterpress, offset and gravure. From these, a preferable film forming method is selected according to the liquid viscosity and the wet thickness.
【0028】半導体微粒子の層は単層に限らず、粒径の
違った半導体微粒子の分散液を多層塗布したり、種類が
異なる半導体微粒子(あるいは異なるバインダー、添加
剤)を含有する塗布層を多層塗布したりすることもでき
る。一度の塗布で膜厚が不足の場合にも多層塗布は有効
である。The layer of semiconductor fine particles is not limited to a single layer, but a multi-layer coating of a dispersion of semiconductor fine particles having different particle diameters or a coating layer containing semiconductor fine particles of different types (or different binders and additives) may be formed in multiple layers. It can also be applied. Multilayer coating is effective even when the film thickness is insufficient by one coating.
【0029】一般に半導体微粒子層の厚さ(感光層の厚
さと同じ)が厚くなるほど単位投影面積当たりの担持色
素量が増えるため、光の捕獲率が高くなるが、生成した
電子の拡散距離が増すため電荷再結合によるロスも大き
くなる。したがって、半導体微粒子層の好ましい厚さは
0.1〜100μmである。光電池に用いる場合、半導体微粒
子層の厚さは1〜30μmが好ましく、2〜25μmがより好
ましい。半導体微粒子の支持体1m2当たり塗布量は0.5
〜100gが好ましく、3〜50gがより好ましい。In general, as the thickness of the semiconductor fine particle layer (same as the thickness of the photosensitive layer) becomes larger, the amount of dye carried per unit projected area increases, so that the light capture rate increases, but the diffusion distance of generated electrons increases. Therefore, the loss due to charge recombination also increases. Therefore, the preferred thickness of the semiconductor fine particle layer is
It is 0.1-100 μm. When used for a photovoltaic cell, the thickness of the semiconductor fine particle layer is preferably 1 to 30 μm, more preferably 2 to 25 μm. Support 1 m 2 per coating amount of the semiconductor fine particles 0.5
-100 g is preferable, and 3-50 g is more preferable.
【0030】半導体微粒子を導電性支持体上に塗布した
後で半導体微粒子同士を電子的に接触させるとともに、
塗膜強度の向上や支持体との密着性を向上させるため
に、加熱処理するのが好ましい。好ましい加熱温度の範
囲は40℃〜700℃であり、より好ましくは100℃〜600℃
ある。また加熱時間は10分〜10時間程度である。ポリマ
ーフィルムのように融点や軟化点の低い支持体を用いる
場合、高温処理は支持体の劣化を招くため、好ましくな
い。またコストの観点からもできる限り低温(例えば50
℃〜350℃)であるのが好ましい。低温化は、5nm以下
の小さい半導体微粒子や鉱酸、金属酸化物プレカーサー
の存在下での加熱処理等により可能となり、また、紫外
線、赤外線、マイクロ波等の照射や電界、超音波を印加
することにより行うこともできる。同時に不要な有機物
等を除去する目的で、上記の照射や印加のほか加熱、減
圧、酸素プラズマ処理、純水洗浄、溶剤洗浄、ガス洗浄
等を適宜組み合わせて併用することが好ましい。After applying the semiconductor fine particles on the conductive support, the semiconductor fine particles are brought into electronic contact with each other,
Heat treatment is preferably performed to improve the strength of the coating film and the adhesion to the support. A preferred heating temperature range is 40 ° C to 700 ° C, more preferably 100 ° C to 600 ° C.
is there. The heating time is about 10 minutes to 10 hours. When a support having a low melting point or softening point such as a polymer film is used, high-temperature treatment is not preferable because it causes deterioration of the support. Also, from a cost perspective, the lowest possible temperature (for example, 50
C. to 350 C.). Low temperature can be achieved by heat treatment in the presence of small semiconductor particles of 5 nm or less, mineral acid, metal oxide precursor, etc. In addition, irradiation of ultraviolet rays, infrared rays, microwaves, etc., electric field, and application of ultrasonic waves Can also be performed. At the same time, in order to remove unnecessary organic substances and the like, it is preferable to use a combination of heating, decompression, oxygen plasma treatment, pure water washing, solvent washing, gas washing and the like in addition to the above-mentioned irradiation and application.
【0031】加熱処理後、半導体微粒子の表面積を増大
させたり、半導体微粒子近傍の純度を高め、色素から半
導体微粒子への電子注入効率を高める目的で、例えば四
塩化チタン水溶液を用いた化学メッキ処理や三塩化チタ
ン水溶液を用いた電気化学的メッキ処理を行ってもよ
い。また、半導体微粒子から電荷輸送層へ逆電流が流れ
るのを防止する目的で、粒子表面に色素以外の電子電導
性の低い有機物を吸着させることも有効である。吸着さ
せる有機物としては疎水性基を持つ物が好ましい。After the heat treatment, for example, a chemical plating treatment using an aqueous solution of titanium tetrachloride may be used to increase the surface area of the semiconductor fine particles, increase the purity near the semiconductor fine particles, and increase the efficiency of electron injection from the dye into the semiconductor fine particles. Electrochemical plating using an aqueous solution of titanium trichloride may be performed. In order to prevent a reverse current from flowing from the semiconductor fine particles to the charge transport layer, it is also effective to adsorb an organic substance having low electron conductivity other than the dye on the particle surface. As the organic substance to be adsorbed, a substance having a hydrophobic group is preferable.
【0032】半導体微粒子層は、多くの色素を吸着する
ことができるように大きい表面積を有することが好まし
い。半導体微粒子の層を支持体上に塗布した状態での表
面積は、投影面積に対して10倍以上であるのが好まし
く、さらに100倍以上であるのが好ましい。この上限は
特に制限はないが、通常1000倍程度である。The semiconductor fine particle layer preferably has a large surface area so that many dyes can be adsorbed. The surface area in a state where the layer of the semiconductor fine particles is applied on the support is preferably 10 times or more, and more preferably 100 times or more with respect to the projected area. The upper limit is not particularly limited, but is usually about 1000 times.
【0033】(3)色素 感光層に用いる増感色素は、可視域や近赤外域に吸収を
有し、半導体を増感しうる化合物なら任意に用いること
ができるが、有機金属錯体色素、メチン色素、ポルフィ
リン系色素またはフタロシアニン系色素が好ましい。ま
た、光電変換の波長域をできるだけ広くし、かつ変換効
率を上げるため、二種類以上の色素を併用または混合す
ることができる。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。(3) Dye The sensitizing dye used in the photosensitive layer may be any compound that has absorption in the visible or near infrared region and can sensitize a semiconductor. Dyes, porphyrin dyes or phthalocyanine dyes are preferred. Further, two or more dyes can be used in combination or mixed in order to widen the wavelength range of photoelectric conversion as much as possible and to increase the conversion efficiency. In this case, the pigments to be used or mixed and the ratio thereof can be selected so as to match the wavelength range and the intensity distribution of the target light source.
【0034】こうした色素は半導体微粒子の表面に対し
て吸着能力の有る適当な結合基(interlocking group)
を有しているのが好ましい。好ましい結合基としては、
COOH基、OH基、SO3H基、-P(O)(OH)2基または-OP(O)(OH)
2基のような酸性基、あるいはオキシム、ジオキシム、
ヒドロキシキノリン、サリチレートまたはα-ケトエノ
レートのようなπ伝導性を有するキレート化基が挙げら
れる。なかでもCOOH基、-P(O)(OH)2基または-OP(O)(OH)
2基が特に好ましい。これらの基はアルカリ金属等と塩
を形成していてもよく、また分子内塩を形成していても
よい。またポリメチン色素の場合、メチン鎖がスクアリ
リウム環やクロコニウム環を形成する場合のように酸性
基を含有するなら、この部分を結合基としてもよい。[0034] Such a dye is formed by a suitable interlocking group having an adsorption ability to the surface of the semiconductor fine particles.
It is preferable to have Preferred linking groups include
COOH group, OH group, SO 3 H group, -P (O) (OH) 2 group or -OP (O) (OH)
Acidic groups such as 2 groups or oxime, dioxime,
Chelating groups having π conductivity such as hydroxyquinoline, salicylate or α-keto enolate. Above all, COOH group, -P (O) (OH) 2 group or -OP (O) (OH)
Two groups are particularly preferred. These groups may form a salt with an alkali metal or the like, or may form an intramolecular salt. In the case of a polymethine dye, if the methine chain contains an acidic group as in the case of forming a squarylium ring or a croconium ring, this portion may be used as a bonding group.
【0035】以下、感光層に用いる好ましい増感色素を
具体的に説明する。 (a)有機金属錯体色素 色素が金属錯体色素である場合、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特に好ましい。ルテニ
ウム錯体色素としては、例えば米国特許4927721号、同4
684537号、同5084365号、同5350644号、同5463057号、
同5525440号、特開平7-249790号、特表平10-504512号、
国際公開WO98/50393号、特開2000-26487号等に記載の錯
体色素が挙げられる。Hereinafter, preferred sensitizing dyes for use in the photosensitive layer will be specifically described. (A) Organic metal complex dye When the dye is a metal complex dye, a metal phthalocyanine dye, a metal porphyrin dye or a ruthenium complex dye is preferable, and a ruthenium complex dye is particularly preferable. Ruthenium complex dyes include, for example, U.S. Pat.
684537, 5084365, 5350644, 5463057,
No. 5525440, JP-A-7-249790, JP-T10-504512,
Complex dyes described in International Publication WO98 / 50393, JP-A-2000-26487 and the like can be mentioned.
【0036】さらに本発明で用いるルテニウム錯体色素
は下記一般式(I): (A1)pRu(B-a)(B-b)(B-c) ・・・一般式(I) により表されるのが好ましい。一般式(I)中、A1
は、1座または2座の配位子を表し、Cl、SCN、H2O、B
r、I、CN、NCO、SeCN、β−ジケトン類、シュウ酸およ
びジチオカルバミン酸の誘導体からなる群から選ばれた
配位子が好ましい。pは0〜3の整数である。B-a、B-b
およびB-cはそれぞれ独立に下記式B-1〜B-10:The ruthenium complex dye used in the present invention is preferably represented by the following general formula (I): (A1) pRu (Ba) (Bb) (Bc)... In the general formula (I), A1
Represents a monodentate or bidentate ligand, Cl, SCN, H 2 O, B
Ligands selected from the group consisting of r, I, CN, NCO, SeCN, β-diketones, oxalic acid and dithiocarbamic acid derivatives are preferred. p is an integer of 0 to 3. Ba, Bb
And Bc are each independently the following formulas B-1 to B-10:
【0037】[0037]
【化1】 Embedded image
【0038】(上記式中、Raは、水素原子または置換
基を表す。置換基としては、たとえば、ハロゲン原子、
炭素数1〜12の置換または無置換のアルキル基、炭素原
子数7〜12の置換または無置換のアラルキル基、炭素数
6〜12の置換または無置換のアリール基、あるいは前述
の酸性基(これらの酸性基は塩を形成していてもよい)
やキレート化基が挙げられ、アルキル基およびアラルキ
ル基のアルキル部分は直鎖状でも分岐状でもよく、また
アリール基およびアラルキル基のアリール部分は単環で
も多環(縮合環、環集合)でもよい。)で表される化合
物から選ばれた有機配位子を表す。B-a、B-bおよびB-c
は同一でも異なっていてもよく、またこれらの内のいず
れか1つまたは2つのみが存在するだけでもよい。(In the above formula, Ra represents a hydrogen atom or a substituent. Examples of the substituent include a halogen atom,
A substituted or unsubstituted alkyl group having 1 to 12 carbon atoms, a substituted or unsubstituted aralkyl group having 7 to 12 carbon atoms, a substituted or unsubstituted aryl group having 6 to 12 carbon atoms, or the above-mentioned acidic group (these May form a salt)
And the alkyl moiety of the alkyl group and the aralkyl group may be linear or branched, and the aryl moiety of the aryl group and the aralkyl group may be monocyclic or polycyclic (condensed ring, ring assembly). . ) Represents an organic ligand selected from the compounds represented by Ba, Bb and Bc
May be the same or different, and only one or two of them may be present.
【0039】有機金属錯体色素の好ましい具体例を以下
に示すが、本発明はこれらに限定されるものではない。Preferred specific examples of the organometallic complex dye are shown below, but the present invention is not limited thereto.
【0040】[0040]
【化2】 Embedded image
【0041】[0041]
【化3】 Embedded image
【0042】[0042]
【化4】 Embedded image
【0043】(b)メチン色素 本発明に使用する色素の好ましいメチン色素は、シアニ
ン色素、メロシアニン色素、スクワリリウム色素などの
ポリメチン色素である。本発明で好ましく用いられるポ
リメチン色素の例は、特開平11−35836号、特開
平11−67285号、特開平11−86916号、特
開平11−97725号、特開平11−158395
号、特開平11−163378号、特開平11−214
730号、特開平11−214731号、特開平11−
238905号、特開2000−26487号、欧州特
許892411号、同911841号および同9910
92号の各明細書に記載の色素である。好ましいメチン
色素の具体例を下に示す。(B) Methine Dye Preferred methine dyes for use in the present invention are polymethine dyes such as cyanine dyes, merocyanine dyes, and squarylium dyes. Examples of the polymethine dye preferably used in the present invention are described in JP-A-11-35836, JP-A-11-67285, JP-A-11-86916, JP-A-11-97725, and JP-A-11-158395.
JP-A-11-163378, JP-A-11-214
No. 730, JP-A-11-214731, JP-A-11-
238905, JP-A-2000-26487, European Patents 892411, 911841 and 9910
No. 92, each of which is described in the specification. Specific examples of preferred methine dyes are shown below.
【0044】[0044]
【化5】 Embedded image
【0045】(4)半導体微粒子への色素の吸着 半導体微粒子に色素を吸着させるには、色素の溶液中に
良く乾燥した半導体微粒子層を有する導電性支持体を浸
漬するか、色素の溶液を半導体微粒子層に塗布する方法
を用いることができる。前者の場合、浸漬法、ディップ
法、ローラ法、エアーナイフ法等が使用可能である。浸
漬法の場合、色素の吸着は室温で行ってもよいし、特開
平7-249790号に記載されているように加熱還流して行っ
てもよい。また後者の塗布方法としては、ワイヤーバー
法、スライドホッパー法、エクストルージョン法、カー
テン法、スピン法、スプレー法等がある。色素を溶解す
る溶媒として好ましいのは、例えば、アルコール類(メ
タノール、エタノール、t-ブタノール、ベンジルアルコ
ール等)、ニトリル類(アセトニトリル、プロピオニト
リル、3-メトキシプロピオニトリル等)、ニトロメタ
ン、ハロゲン化炭化水素(ジクロロメタン、ジクロロエ
タン、クロロホルム、クロロベンゼン等)、エーテル類
(ジエチルエーテル、テトラヒドロフラン等)、ジメチ
ルスルホキシド、アミド類(N,N-ジメチルホルムアミ
ド、N,N-ジメチルアセタミド等)、N-メチルピロリド
ン、1,3-ジメチルイミダゾリジノン、3-メチルオキサゾ
リジノン、エステル類(酢酸エチル、酢酸ブチル等)、
炭酸エステル類(炭酸ジエチル、炭酸エチレン、炭酸プ
ロピレン等)、ケトン類(アセトン、2-ブタノン、シク
ロヘキサノン等)、炭化水素(へキサン、石油エーテ
ル、ベンゼン、トルエン等)やこれらの混合溶媒が挙げ
られる。(4) Adsorption of Dye on Semiconductor Fine Particles The dye is adsorbed on the semiconductor fine particles by immersing a conductive support having a well-dried semiconductor fine particle layer in a dye solution or by dissolving the dye solution in a semiconductor solution. A method of applying to the fine particle layer can be used. In the former case, a dipping method, a dipping method, a roller method, an air knife method, or the like can be used. In the case of the immersion method, the dye may be adsorbed at room temperature or may be heated and refluxed as described in JP-A-7-249790. Examples of the latter coating method include a wire bar method, a slide hopper method, an extrusion method, a curtain method, a spin method, and a spray method. Preferred solvents for dissolving the dye include, for example, alcohols (methanol, ethanol, t-butanol, benzyl alcohol, etc.), nitriles (acetonitrile, propionitrile, 3-methoxypropionitrile, etc.), nitromethane, halogenated Hydrocarbons (dichloromethane, dichloroethane, chloroform, chlorobenzene, etc.), ethers (diethyl ether, tetrahydrofuran, etc.), dimethyl sulfoxide, amides (N, N-dimethylformamide, N, N-dimethylacetamide, etc.), N-methyl Pyrrolidone, 1,3-dimethylimidazolidinone, 3-methyloxazolidinone, esters (ethyl acetate, butyl acetate, etc.),
Examples include carbonates (diethyl carbonate, ethylene carbonate, propylene carbonate, etc.), ketones (acetone, 2-butanone, cyclohexanone, etc.), hydrocarbons (hexane, petroleum ether, benzene, toluene, etc.) and mixed solvents thereof. .
【0046】色素の全吸着量は、多孔質半導体電極基板
の単位表面積(1m2)当たり0.01〜100mmolが好まし
い。また色素の半導体微粒子に対する吸着量は、半導体
微粒子1g当たり0.01〜1mmolの範囲であるのが好まし
い。このような色素の吸着量とすることにより半導体に
おける増感効果が十分に得られる。これに対し、色素が
少なすぎると増感効果が不十分となり、また色素が多す
ぎると半導体に付着していない色素が浮遊し、増感効果
を低減させる原因となる。色素の吸着量を増大させるた
めには、吸着前に加熱処理を行うのが好ましい。加熱処
理後、半導体微粒子表面に水が吸着するのを避けるた
め、常温に戻さずに、半導体電極基板の温度が60〜150
℃の間で素早く色素の吸着操作を行うのが好ましい。ま
た、色素間の凝集などの相互作用を低減する目的で、無
色の化合物を色素に添加し、半導体微粒子に共吸着させ
てもよい。この目的で有効な化合物は界面活性な性質、
構造をもった化合物であり、例えば、カルボキシル基を
有するステロイド化合物(例えばケノデオキシコール
酸)や下記の例のようなスルホン酸塩類が挙げられる。The total amount of the dye adsorbed is preferably 0.01 to 100 mmol per unit surface area (1 m 2 ) of the porous semiconductor electrode substrate. The amount of the dye adsorbed on the semiconductor fine particles is preferably in the range of 0.01 to 1 mmol per 1 g of the semiconductor fine particles. With such an amount of dye adsorbed, a sufficient sensitizing effect in the semiconductor can be obtained. On the other hand, if the amount of the dye is too small, the sensitizing effect becomes insufficient, and if the amount of the dye is too large, the dye not adhering to the semiconductor floats and causes a reduction in the sensitizing effect. In order to increase the amount of the dye adsorbed, it is preferable to perform a heat treatment before the adsorption. After the heat treatment, the temperature of the semiconductor electrode substrate is maintained at 60 to 150
It is preferable to carry out the dye adsorption operation quickly at a temperature of between ° C. For the purpose of reducing the interaction such as aggregation between the dyes, a colorless compound may be added to the dyes and co-adsorbed to the semiconductor fine particles. Compounds that are effective for this purpose have surface-active properties,
It is a compound having a structure, and examples thereof include a steroid compound having a carboxyl group (for example, chenodeoxycholic acid) and sulfonates such as those described below.
【0047】[0047]
【化6】 Embedded image
【0048】未吸着の色素は、吸着後速やかに洗浄によ
り除去するのが好ましい。湿式洗浄槽を使い、アセトニ
トリル等の極性溶剤、アルコール系溶剤のような有機溶
媒で洗浄を行うのが好ましい。色素を吸着した後にアミ
ン類や4級塩を用いて半導体微粒子の表面を処理しても
よい。好ましいアミン類としてはピリジン、4-t-ブチル
ピリジン、ポリビニルピリジン等が挙げられ、好ましい
4級塩としてはテトロブチルアンモニウムヨージド、テ
トラヘキシルアンモニウムヨージド等が挙げられる。こ
れらが液体の場合はそのまま用いてもよいし、有機溶媒
に溶解して用いてもよい。The unadsorbed dye is preferably removed by washing immediately after the adsorption. It is preferable to perform cleaning with a polar solvent such as acetonitrile and an organic solvent such as an alcohol solvent using a wet cleaning tank. After adsorbing the dye, the surface of the semiconductor fine particles may be treated with an amine or a quaternary salt. Preferred amines include pyridine, 4-t-butylpyridine, polyvinylpyridine and the like, and preferred quaternary salts include tetrobutylammonium iodide and tetrahexylammonium iodide. When these are liquids, they may be used as they are or may be used by dissolving them in an organic solvent.
【0049】(D)電荷輸送層 電荷輸送層は、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、
(i)イオン輸送材料として、酸化還元対のイオンが溶
解した溶液(電解液)、酸化還元対の溶液をポリマーマ
トリクスのゲルに含浸したいわゆるゲル電解質、酸化還
元対イオンを含有する溶融塩電解質、さらには固体電解
質が挙げられる。また、イオンがかかわる電荷輸送材料
のほかに、(ii)固体中のキャリアー移動がかかわる電
荷輸送材料として、電子輸送材料や正孔(ホール)輸送
材料を用いることもできる。これらの電荷輸送材料は、
併用することができる。(D) Charge Transport Layer The charge transport layer is a layer containing a charge transport material having a function of replenishing an oxidized dye with electrons. Examples of typical charge transport materials that can be used in the present invention include:
(I) As an ion transport material, a solution (electrolytic solution) in which a redox couple ion is dissolved, a so-called gel electrolyte in which a redox couple solution is impregnated in a gel of a polymer matrix, a molten salt electrolyte containing a redox counter ion, Furthermore, a solid electrolyte is mentioned. In addition to the charge transporting material involving ions, an electron transporting material or a hole transporting material may be used as (ii) a charge transporting material involving carrier movement in a solid. These charge transport materials are:
Can be used together.
【0050】(1)溶融塩電解質 溶融塩電解質は、光電変換効率と耐久性の両立という観
点から特に好ましい。溶融塩電解質とは、室温において
液状であるか、または低融点の電解質であり、例えばWO
95/18456号、特開平8-259543号、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既知の電
解質を挙げることができる。100℃以下、特に室温付
近において液状となる溶融塩が好ましい。(1) Molten Salt Electrolyte Molten salt electrolyte is particularly preferable from the viewpoint of achieving both photoelectric conversion efficiency and durability. A molten salt electrolyte is a liquid at room temperature or an electrolyte having a low melting point, such as WO
95/18456, JP-A-8-259543, Electrochemistry, Volume 65, 11
No., p.923 (1997), etc., and known electrolytes such as pyridinium salts, imidazolium salts, and triazolium salts. A molten salt that becomes liquid at a temperature of 100 ° C. or lower, particularly around room temperature, is preferred.
【0051】好ましく用いることのできる溶融塩として
は、下記一般式(Y-a)、(Y-b)及び(Y-c)で表され
るものが挙げられる。Examples of the molten salt that can be preferably used include those represented by the following general formulas (Ya), (Yb) and (Yc).
【0052】[0052]
【化7】 Embedded image
【0053】一般式(Y-a)中、Qy1は窒素原子と共に
5又は6員環の芳香族カチオンを形成しうる原子団を表
す。Qy1は炭素原子、水素原子、窒素原子、酸素原子及
び硫黄原子からなる群から選ばれる1種以上の原子によ
り構成されることが好ましい。Qy1により形成される5
員環は、オキサゾール環、チアゾール環、イミダゾール
環、ピラゾール環、イソオキサゾール環、チアジアゾー
ル環、オキサジアゾール環、トリアゾール環、インドー
ル環またはピロール環であるのが好ましく、オキサゾー
ル環、チアゾール環又はイミダゾール環であるのがより
好ましく、オキサゾール環又はイミダゾール環であるの
が特に好ましい。Qy1により形成される6員環は、ピリ
ジン環、ピリミジン環、ピリダジン環、ピラジン環又は
トリアジン環であるのが好ましく、ピリジン環であるの
がより好ましい。In the general formula (Ya), Qy 1 represents an atomic group capable of forming a 5- or 6-membered aromatic cation together with a nitrogen atom. Qy 1 is preferably composed of one or more atoms selected from the group consisting of a carbon atom, a hydrogen atom, a nitrogen atom, an oxygen atom and a sulfur atom. 5 formed by Qy 1
The membered ring is preferably an oxazole ring, a thiazole ring, an imidazole ring, a pyrazole ring, an isoxazole ring, a thiadiazole ring, an oxadiazole ring, a triazole ring, an indole ring or a pyrrole ring, and is preferably an oxazole ring, a thiazole ring or an imidazole ring. Is more preferable, and an oxazole ring or an imidazole ring is particularly preferable. The 6-membered ring formed by Qy 1 is preferably a pyridine ring, a pyrimidine ring, a pyridazine ring, a pyrazine ring or a triazine ring, and more preferably a pyridine ring.
【0054】一般式(Y-b)中、Ay1は窒素原子又はリ
ン原子を表す。In the general formula (Yb), Ay 1 represents a nitrogen atom or a phosphorus atom.
【0055】一般式(Y-a)、(Y-b)及び(Y-c)中のR
y1〜Ry6は、それぞれ独立に、置換又は無置換のアル
キル基(好ましくは炭素数1〜24であり、直鎖状、分岐
状あるいは環状であってもよく、例えばメチル基、エチ
ル基、プロピル基、イソプロピル基、ペンチル基、ヘキ
シル基、オクチル基、2-エチルヘキシル基、t-オクチル
基、デシル基、ドデシル基、テトラデシル基、2-ヘキシ
ルデシル基、オクタデシル基、シクロヘキシル基、シク
ロペンチル基等)、または置換又は無置換のアルケニル
基(好ましくは炭素数2〜24、直鎖状、分岐状あるいは
例えばビニル基、アリル基等)を表し、より好ましくは
炭素数2〜18のアルキル基又は炭素数2〜18のアルケニ
ル基であり、特に好ましくは炭素原子数2〜6のアルキ
ル基である。R in the general formulas (Ya), (Yb) and (Yc)
y 1 to Ry 6 each independently represent a substituted or unsubstituted alkyl group (preferably having 1 to 24 carbon atoms, which may be linear, branched or cyclic; for example, a methyl group, an ethyl group, Propyl, isopropyl, pentyl, hexyl, octyl, 2-ethylhexyl, t-octyl, decyl, dodecyl, tetradecyl, 2-hexyldecyl, octadecyl, cyclohexyl, cyclopentyl, etc.) Or a substituted or unsubstituted alkenyl group (preferably having 2 to 24 carbon atoms, linear, branched or, for example, a vinyl group, an allyl group, etc.), and more preferably an alkyl group having 2 to 18 carbon atoms or carbon number. An alkenyl group having 2 to 18 carbon atoms, particularly preferably an alkyl group having 2 to 6 carbon atoms.
【0056】また、一般式(Y-b)中のRy1〜Ry4のう
ち2つ以上が互いに連結してAy1を含む非芳香族環を形
成してもよく、一般式(Y-c)中のRy1〜Ry6のうち2
つ以上が互いに連結して環構造を形成してもよい。Further, two or more of Ry 1 to Ry 4 in the general formula (Yb) may be linked to each other to form a non-aromatic ring containing Ay 1, and Ry in the general formula (Yc) 2 out of 1 to Ry 6
Two or more may be connected to each other to form a ring structure.
【0057】一般式(Y-a)、(Y-b)及び(Y-c)中のQ
y1及びRy1〜Ry6は置換基を有していてもよく、好ま
しい置換基の例としては、ハロゲン原子(F、Cl、Br、I
等)、シアノ基、アルコキシ基(メトキシ基、エトキシ
基、メトキシエトキシ基、メトキシエトキシエトキシ基
等)、アリーロキシ基(フェノキシ基等)、アルキルチ
オ基(メチルチオ基、エチルチオ基等)、アルコキシカ
ルボニル基(エトキシカルボニル基等)、炭酸エステル
基(エトキシカルボニルオキシ基等)、アシル基(アセ
チル基、プロピオニル基、ベンゾイル基等)、スルホニ
ル基(メタンスルホニル基、ベンゼンスルホニル基
等)、アシルオキシ基(アセトキシ基、ベンゾイルオキ
シ基等)、スルホニルオキシ基(メタンスルホニルオキ
シ基、トルエンスルホニルオキシ基等)、ホスホニル基
(ジエチルホスホニル基等)、アミド基(アセチルアミ
ノ基、ベンゾイルアミノ基等)、カルバモイル基(N,N-
ジメチルカルバモイル基等)、アルキル基(メチル基、
エチル基、プロピル基、イソプロピル基、シクロプロピ
ル基、ブチル基、2-カルボキシエチル基、ベンジル基
等)、アリール基(フェニル基、トルイル基等)、複素
環基(ピリジル基、イミダゾリル基、フラニル基等)、
アルケニル基(ビニル基、1-プロペニル基等)、シリル
基、シリルオキシ基等が挙げられる。Q in the general formulas (Ya), (Yb) and (Yc)
y 1 and Ry 1 to Ry 6 may have a substituent. Examples of preferred substituents include a halogen atom (F, Cl, Br, I
), Cyano group, alkoxy group (methoxy group, ethoxy group, methoxyethoxy group, methoxyethoxyethoxy group, etc.), aryloxy group (phenoxy group, etc.), alkylthio group (methylthio group, ethylthio group, etc.), alkoxycarbonyl group (ethoxy Carbonyl group), carbonate group (ethoxycarbonyloxy group, etc.), acyl group (acetyl group, propionyl group, benzoyl group, etc.), sulfonyl group (methanesulfonyl group, benzenesulfonyl group, etc.), acyloxy group (acetoxy group, benzoyl group) Oxy group), sulfonyloxy group (methanesulfonyloxy group, toluenesulfonyloxy group, etc.), phosphonyl group (diethylphosphonyl group, etc.), amide group (acetylamino group, benzoylamino group, etc.), carbamoyl group (N, N -
Dimethylcarbamoyl group), alkyl group (methyl group,
Ethyl group, propyl group, isopropyl group, cyclopropyl group, butyl group, 2-carboxyethyl group, benzyl group, etc., aryl group (phenyl group, toluyl group, etc.), heterocyclic group (pyridyl group, imidazolyl group, furanyl group) etc),
Examples include an alkenyl group (vinyl group, 1-propenyl group, etc.), a silyl group, a silyloxy group, and the like.
【0058】一般式(Y-a)、(Y-b)又は(Y-c)によ
り表される化合物は、Qy1又はRy1〜Ry6を介して多量
体を形成してもよい。The compound represented by formula (Ya), (Yb) or (Yc) may form a multimer via Qy 1 or Ry 1 to Ry 6 .
【0059】これらの溶融塩は、単独で使用しても、2
種以上混合して使用してもよく、また、ヨウ素アニオン
を他のアニオンで置き換えた溶融塩と併用することもで
きる。ヨウ素アニオンと置き換えるアニオンとしては、
ハロゲン化物イオン(Cl-、Br-等)、SCN-、BF4 -、P
F6 -、ClO4 -、(CF3SO2)2N-、(CF3CF2SO2)2N-、CH3SO3 -、
CF3SO3 -、CF3COO-、Ph4B-、(CF3SO2)3C-等が好ましい例
として挙げられ、SCN-、CF3SO3 -、CF3COO-、(CF3SO2)2N
-又はBF4 -であるのがより好ましい。また、LiIなど他の
ヨウ素塩やCF3COOLi、CF3COONa、LiSCN、NaSCNなどのア
ルカリ金属塩を添加することもできる。アルカリ金属塩
の添加量は、0.02〜2質量%程度であるのが好まし
く、0.1〜1質量%がさらに好ましい。These molten salts may be used alone or
The iodine anion may be used in combination with a molten salt obtained by replacing the iodine anion with another anion. As the anion to replace the iodine anion,
Halide ions (Cl -, Br -, etc.), SCN -, BF 4 - , P
F 6 -, ClO 4 -, (CF 3 SO 2) 2 N -, (CF 3 CF 2 SO 2) 2 N -, CH 3 SO 3 -,
Preferred examples include CF 3 SO 3 − , CF 3 COO − , Ph 4 B − , (CF 3 SO 2 ) 3 C − and the like, and SCN − , CF 3 SO 3 − , CF 3 COO − , (CF 3 SO 2 ) 2 N
- or BF 4 - and more preferable. Further, other iodine salts such as LiI and alkali metal salts such as CF 3 COOLi, CF 3 COONa, LiSCN and NaSCN can also be added. The addition amount of the alkali metal salt is preferably about 0.02 to 2% by mass, and more preferably 0.1 to 1% by mass.
【0060】本発明で好ましく用いられる溶融塩の具体
例を以下に挙げるが、これらに限定されるわけではな
い。Specific examples of the molten salt preferably used in the present invention are shown below, but are not limited thereto.
【0061】[0061]
【化8】 Embedded image
【0062】[0062]
【化9】 Embedded image
【0063】[0063]
【化10】 Embedded image
【0064】[0064]
【化11】 Embedded image
【0065】[0065]
【化12】 Embedded image
【0066】[0066]
【化13】 Embedded image
【0067】上記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。後述す
る溶媒を添加しても構わないが、溶融塩の含有量は電解
質組成物全体に対して50質量%以上であるのが好まし
く、90質量%以上であるのが特に好ましい。また、塩の
うち、50質量%以上がヨウ素塩であることが好ましい。The above molten salt electrolyte is preferably in a molten state at room temperature, and it is more preferable not to use a solvent. Although the solvent described below may be added, the content of the molten salt is preferably at least 50% by mass, particularly preferably at least 90% by mass, based on the entire electrolyte composition. Further, it is preferable that 50% by mass or more of the salt is an iodine salt.
【0068】上記電解質組成物にはヨウ素を添加するの
が好ましく、この場合、ヨウ素の含有量は、電解質組成
物全体に対して0.1〜20質量%であるのが好ましく、0.5
〜5質量%であるのがより好ましい。It is preferable to add iodine to the electrolyte composition. In this case, the content of iodine is preferably 0.1 to 20% by mass relative to the whole electrolyte composition, and 0.5 to 20% by mass.
More preferably, it is 5% by mass.
【0069】(2)電解液 電荷輸送層に電解液を使用する場合、電解液は電解質、
溶媒、および添加物から構成されることが好ましい。本
発明の電解質はI2とヨウ化物の組み合わせ(ヨウ化物
としてはLiI、NaI、KI、CsI、CaI2など
の金属ヨウ化物、あるいはテトラアルキルアンモニウム
ヨーダイド、ピリジニウムヨーダイド、イミダゾリウム
ヨーダイドなど4級アンモニウム化合物のヨウ素塩な
ど)、Br 2と臭化物の組み合わせ(臭化物としてはL
iBr、NaBr、KBr、CsBr、CaBr2など
の金属臭化物、あるいはテトラアルキルアンモニウムブ
ロマイド、ピリジニウムブロマイドなど4級アンモニウ
ム化合物の臭素塩など)のほか、フェロシアン酸塩−フ
ェリシアン酸塩やフェロセン−フェリシニウムイオンな
どの金属錯体、ポリ硫化ナトリウム、アルキルチオール
−アルキルジスルフィドなどのイオウ化合物、ビオロゲ
ン色素、ヒドロキノン−キノンなどを用いることができ
る。この中でもI2とLiIやピリジニウムヨーダイド、
イミダゾリウムヨーダイドなど4級アンモニウム化合物
のヨウ素塩を組み合わせた電解質が好ましい。上述した
電解質は混合して用いてもよい。(2) Electrolyte When an electrolyte is used for the charge transport layer, the electrolyte is an electrolyte,
It is preferable to be composed of a solvent and an additive. Book
The electrolyte of the invention is ITwoAnd iodide combinations (iodide
Include LiI, NaI, KI, CsI, CaITwoSuch
Metal iodide or tetraalkyl ammonium
Iodide, pyridinium iodide, imidazolium
Iodine salts of quaternary ammonium compounds such as iodide
Etc.), Br TwoAnd bromide (the bromide is L
iBr, NaBr, KBr, CsBr, CaBrTwoSuch
Metal bromide or tetraalkylammonium
Quaternary ammonium such as romide and pyridinium bromide
Bromide salts), ferrocyanate salts
Ferricyanate and ferrocene-ferricinium ions
Which metal complex, sodium polysulfide, alkyl thiol
-Sulfur compounds such as alkyl disulfide, viologen
Dyes, hydroquinone-quinone and the like can be used.
You. Among them ITwoAnd LiI and pyridinium iodide,
Quaternary ammonium compounds such as imidazolium iodide
The electrolyte which combines the iodine salt of the above is preferable. Mentioned above
The electrolytes may be used as a mixture.
【0070】好ましい電解質濃度は0.1〜10Mであり、
さらに好ましくは0.2〜4Mである。また、電解液にヨ
ウ素を添加する場合の好ましいヨウ素の添加濃度は0.01
〜0.5Mである。The preferred electrolyte concentration is 0.1 to 10M,
More preferably, it is 0.2-4M. In addition, when adding iodine to the electrolyte solution, a preferable concentration of added iodine is 0.01%.
~ 0.5M.
【0071】電解質に使用する溶媒は、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
リアー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。このような溶媒
としては、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネ
ートなどのカーボネート化合物、3−メチル−2−オキ
サゾリジノンなどの複素環化合物、ジオキサン、ジエチ
ルエーテルなどのエーテル化合物、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など
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
キルエーテルなどのアルコール類、エチレングリコー
ル、プロピレングリコール、ポリエチレングリコール、
ポリプロピレングリコール、グリセリンなどの多価アル
コール類、アセトニトリル、グルタロジニトリル、メト
キシアセトニトリル、プロピオニトリル、ベンゾニトリ
ルなどのニトリル化合物、ジメチルスルフォキシド、ス
ルフォランなど非プロトン極性物質、水などが挙げら
れ、これらを混合して用いることもできる。The solvent used for the electrolyte may be a compound having a low viscosity to improve ionic mobility, or a compound having a high dielectric constant and an effective carrier concentration to exhibit excellent ionic conductivity. desirable. Examples of such a solvent include carbonate compounds such as 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 dialkyl ether, and polyethylene. Chain ethers such as glycol dialkyl ether and polypropylene glycol dialkyl ether, alcohols such as methanol, ethanol, ethylene glycol monoalkyl ether, propylene glycol monoalkyl ether, polyethylene glycol monoalkyl ether and polypropylene glycol monoalkyl ether, ethylene glycol, Propylene glycol, polyethylene glycol,
Polyhydric alcohols such as polypropylene glycol and glycerin, acetonitrile, glutarodinitrile, methoxyacetonitrile, propionitrile, nitrile compounds such as benzonitrile, dimethyl sulfoxide, non-proton polar substances such as sulfolane, water and the like, Can also be used as a mixture.
【0072】また、本発明では、J. Am. Ceram. Soc .,
80 (12)3157-3171(1997)に記載されているようなtert-
ブチルピリジンや、2−ピコリン、2,6−ルチジン等
の塩基性化合物を前述の溶融塩電解質や電解液に添加す
ることが好ましい。塩基性化合物を添加する場合の好ま
しい濃度範囲は0.05〜2Mである。Further, according to the present invention, J. Am. Ceram. Soc.,
80 tert- as described in (12) 3157-3171 (1997)
It is preferable to add a basic compound such as butylpyridine, 2-picoline or 2,6-lutidine to the above-mentioned molten salt electrolyte or electrolytic solution. A preferred concentration range when a basic compound is added is 0.05 to 2M.
【0073】(3)ゲル電解質 本発明では、電解質はポリマー添加、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、前述の溶融塩電解質や電解液をゲル化
(固体化)させて使用することもできる。ポリマー添加
によりゲル化させる場合は、“Polymer Electrolyte Re
views-1および2”(J.R.MacCallumとC.A. Vincentの共
編、ELSEVIER APPLIED SCIENCE)に記載された化合物を
使用することができるが、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J. C
hemSoc. Japan, Ind. Chem.Sec., 46,779(1943), J. A
m. Chem. Soc., 111,5542(1989), J. Chem. Soc., Che
m. Com mun., 1993, 390, Angew. Chem. Int. Ed. Eng
l., 35,1949(1996), Chem. Lett., 1996, 885, J. Chm.
Soc., Chem. Commun.,1997,545に記載されている化合
物を使用することができるが、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。電解液をゲル
化した例は特開平11−185863号に、溶融塩電解
質をゲル化した例は特開2000−58140号に記載
されており、本発明にも適用できる。(3) Gel Electrolyte In the present invention, the above-mentioned molten salt electrolyte or the electrolytic solution is gelled by a technique such as addition of a polymer, addition of an oil gelling agent, polymerization containing a polyfunctional monomer, and crosslinking reaction of the polymer. (Solidification). When gelling by adding a polymer, use the “Polymer Electrolyte Re
The compounds described in views-1 and 2 ”(co-edited by JR MacCallum and CA Vincent, ELSEVIER APPLIED SCIENCE) can be used, but especially polyacrylonitrile,
Polyvinylidene fluoride can be preferably used. J. C when gelling by adding an oil gelling agent
hemSoc. Japan, Ind. Chem.Sec., 46,779 (1943), J.A.
m. Chem. Soc., 111,5542 (1989), J. Chem. Soc., Che
m. Com mun., 1993, 390, Angew. Chem. Int. Ed. Eng
l., 35, 1949 (1996), Chem. Lett., 1996, 885, J. Chm.
Although compounds described in Soc., Chem. Commun., 1997, 545 can be used, preferred compounds are compounds having an amide structure in the molecular structure. An example in which the electrolytic solution is gelled is described in JP-A-11-185683, and an example in which the molten salt electrolyte is gelled is described in JP-A-2000-58140, and is applicable to the present invention.
【0074】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
マーおよ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、アミノ基、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、ピペラジン環など)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2官能
以上の試薬(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、α、β−不飽和スルホニル基、
α、β−不飽和カルボニル基、α、β−不飽和ニトリル
基など)であり、特開2000−17076号、同20
00−86724号に記載されている架橋技術も適用で
きる。When the electrolyte is gelled by a crosslinking reaction of the polymer, it is desirable to use a polymer having a crosslinkable reactive group and a crosslinking agent together. In this case, preferred crosslinkable reactive groups are an amino group, a nitrogen-containing heterocycle (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, and the like), Preferred crosslinking agents are bifunctional or higher-functional reagents capable of electrophilic reaction with a nitrogen atom (for example, alkyl halides, aralkyl halides, sulfonic acid esters, acid anhydrides, acid chlorides, isocyanates, α, β-unsaturated) Sulfonyl group,
α, β-unsaturated carbonyl group, α, β-unsaturated nitrile group, etc.)
The crosslinking technique described in 00-86724 can also be applied.
【0075】(4)正孔輸送材料 本発明では、溶融塩などのイオン伝導性電解質の替わり
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。 (a)有機正孔輸送材料 本発明に適用可能な有機正孔輸送材料としては、J.Hage
n et al.,Synthetic Metal 89(1997)215-220、Nature,V
ol.395, 8 Oct. 1998,p583-585およびWO97/10617、特開
昭59−194393号公報、特開平5−234681号公報、米国特
許第4,923,774号、特開平4−308688号公報、米国特許
第4,764,625号、特開平3−269084号公報、特開平4−1
29271号公報、特開平4−175395号公報、特開平4−26418
9号公報、特開平4−290851号公報、特開平4−364153号
公報、特開平5−25473号公報、特開平5−239455号公
報、特開平5−320634号公報、特開平6−1972号公報、特
開平7-138562号、特開平7-252474号、特開平11-144773
等に示される芳香族アミン類や、特開平11-149821、特
開平11-148067、特開平11-176489等に記載のトリフェニ
レン誘導体類を好ましく用いることができる。また、Ad
v. Mater. 1997,9,N0.7,p557、Angew. Chem. Int. Ed.
Engl. 1995, 34, No.3,p303-307、JACS,Vol120,N0.4,19
98,p664-672等に記載されているオリゴチオフェン化合
物、K. Murakoshiet al.,;Chem. Lett. 1997, p471に記
載のポリピロール、“Handbook of Organic Conductive
Molecules and Polymers Vol.1,2,3,4” (NALWA著、W
ILEY出版)に記載されているポリアセチレンおよびその
誘導体、ポリ(p-フェニレン) およびその誘導体、ポリ
( p-フェニレンビニレン) およびその誘導体、ポリチエ
ニレンビニレンおよびその誘導体、ポリチオフェンおよ
びその誘導体、ポリアニリンおよびその誘導体、ポリト
ルイジンおよびその誘導体等の導電性高分子を好ましく
使用することができる。(4) Hole transporting material In the present invention, a solid hole transporting material such as an organic or inorganic material or a combination of both can be used instead of an ion-conductive electrolyte such as a molten salt. (A) Organic hole transport material As the organic hole transport material applicable to the present invention, J. Hage
n et al., Synthetic Metal 89 (1997) 215-220, Nature, V
ol.395, 8 Oct. 1998, p583-585 and WO97 / 10617, JP-A-59-194393, JP-A-5-234681, U.S. Pat.No.4,923,774, JP-A-4-308688. Gazette, U.S. Pat.No. 4,764,625, JP-A-3-269084, JP-A-4-1
No. 29271, JP-A-4-175395, JP-A-4-26418
No. 9, JP-A-4-290851, JP-A-4-364153, JP-A-5-25473, JP-A-5-239455, JP-A-5-320634, JP-A-6-1972 JP, JP-A-7-138562, JP-A-7-252474, JP-A-11-144773
And the triphenylene derivatives described in JP-A-11-149821, JP-A-11-148067, JP-A-11-176489 and the like can be preferably used. Also, Ad
v. Mater. 1997, 9, N0.7, p557, Angew. Chem. Int. Ed.
Engl. 1995, 34, No. 3, p303-307, JACS, Vol120, N0.4, 19
98, p664-672, etc .; polypyrrole described in K. Murakoshi et al., Chem. Lett. 1997, p471; “Handbook of Organic Conductive”.
Molecules and Polymers Vol.1,2,3,4 ”(NALWA, W
Polyacetylene and its derivatives, poly (p-phenylene) and its derivatives, poly
Conductive polymers such as (p-phenylenevinylene) and its derivatives, polythienylenevinylene and its derivatives, polythiophene and its derivatives, polyaniline and its derivatives, and polytoluidine and its derivatives can be preferably used.
【0076】正孔(ホール)輸送材料にはNature,Vol.3
95, 8 Oct. 1998,p583-585に記載されているようにドー
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[(CF3SO2)2N]のような塩を添加
しても構わない。For hole transporting materials, Nature, Vol.
95, 8 Oct. 1998, p583-585, to add a compound containing a cation radical such as tris (4-bromophenyl) aminium hexachloroantimonate to control the dopant level, A salt such as Li [(CF 3 SO 2 ) 2 N] may be added in order to control the potential of the oxide semiconductor surface (compensate for the space charge layer).
【0077】(b)無機正孔輸送材料 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、
さらに2.5eV以上であることが好ましい。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4.5eV以上5.5eV以下
であることが好ましく、さらに4.7〜5.3eVであることが
好ましい。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、一価の銅を含む化合物半導体
の例としては、CuI、CuSCN、CuInSe2、Cu(In,Ga)Se2、C
uGaSe2、Cu2O、CuS、CuGaS2、CuInS2、CuAlSe2などが挙
げられる。この中でもCuIおよび CuSCNが好ましく、CuI
が最も好ましい。このほかのp型無機化合物半導体とし
て、GaP、NiO、CoO、FeO、Bi2O3、MoO2、Cr2O3等を用い
ることができる。(B) Inorganic hole transport material 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,
Further, it is preferably 2.5 eV or more. Further, the ionization potential of the p-type inorganic compound semiconductor needs to be smaller than the ionization potential of the dye adsorption 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 eV or more and 5.5 eV or less, and more preferably 4.7 eV to 5.3 eV. Preferred p-type inorganic compound semiconductors are compound semiconductors containing monovalent copper, and examples of compound semiconductors containing monovalent copper include CuI, CuSCN, CuInSe 2 , Cu (In, Ga) Se 2 , C
uGaSe 2 , Cu 2 O, CuS, CuGaS 2 , CuInS 2 , CuAlSe 2 and the like. Among these, CuI and CuSCN are preferred, and CuI
Is most preferred. As the addition of the p-type inorganic compound semiconductor may be used GaP, NiO, CoO, FeO, the Bi 2 O 3, MoO 2, Cr 2 O 3 or the like.
【0078】(5)電荷輸送層の形成 電荷輸送層の形成方法に関しては2通りの方法が考えら
れる。1つは感光層の上に先に対極を貼り合わせてお
き、その間隙に液状の電荷輸送層を挟み込む方法であ
る。もう1つは感光層上に直接、電荷輸送層を付与する
方法で、対極はその後付与することになる。(5) Formation of Charge Transport Layer There are two methods for forming the charge transport layer. One is a method in which a counter electrode is first stuck on the photosensitive layer, and a liquid charge transport layer is sandwiched between the gaps. The other is a method in which a charge transport layer is provided directly on the photosensitive layer, and a counter electrode is subsequently provided.
【0079】前者の場合、電荷輸送層の挟み込み方法と
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 former case, as a method of sandwiching the charge transport layer, a normal pressure process utilizing a capillary phenomenon due to immersion or the like,
Alternatively, 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.
【0080】後者の場合、湿式の電荷輸送層においては
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。電解液のほか湿式有機正孔輸送材料やゲル電解質
を付与する方法としては、前述の半導体微粒子層や色素
の付与と同様の方法を利用できる。In the latter case, the wet charge transport layer is provided with a counter electrode in an undried state to take measures to prevent liquid leakage at the edge. Further, in the case of a gel electrolyte, there is a method of applying it by a wet method and solidifying it by a method such as polymerization. In this case, a counter electrode can be provided after drying and immobilization. As a method for applying a wet organic hole transport material or a gel electrolyte in addition to the electrolytic solution, a method similar to the method for applying the semiconductor fine particle layer or the dye described above can be used.
【0081】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
理で電荷輸送層を形成し、その後対極を付与することも
できる。有機正孔輸送材料は、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
きる。無機固体化合物の場合も、キャスト法,塗布法,
スピンコート法、浸漬法、電解析出法、無電解メッキ法
等の手法により電極内部に導入することができる。In the case of a solid electrolyte or a solid hole transporting material, a charge transporting layer may be formed by a dry film forming process such as a vacuum evaporation method or a CVD method, and then a counter electrode may be provided. The organic hole transporting material can be introduced into the electrode by a method such as a vacuum evaporation method, a casting method, a coating method, a spin coating method, a dipping method, an electrolytic polymerization method, and a photoelectrolytic polymerization method. In the case of inorganic solid compounds, casting, coating,
It can be introduced into the inside of the electrode by a method such as spin coating, immersion, electrolytic deposition, electroless plating and the like.
【0082】(E)対極 対極は、前記の導電性支持体と同様に、導電性材料から
なる対極導電層の単層構造でもよいし、対極導電層と支
持基板から構成されていてもよい。対極導電層に用いる
導電材としては、金属(例えば白金、金、銀、銅、アル
ミニウム、マグネシウム、インジウム等)、炭素、また
は導電性金属酸化物(インジウム−スズ複合酸化物、フ
ッ素ドープ酸化スズ、等)が挙げられる。この中でも白
金、金、銀、銅、アルミニウム、マグネシウムを対極層
として好ましく使用することができる。対極の好ましい
支持基板の例は、ガラスまたはプラスチックであり、こ
れに上記の導電剤を塗布または蒸着して用いる。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。対極層の表面抵抗は低い程よい。好ましい表面
抵抗の範囲としては50Ω/□以下であり、さらに好まし
くは20Ω/□以下である。(E) Counter Electrode The counter electrode may have a single-layer structure of a counter electrode conductive layer made of a conductive material, or may be composed of a counter electrode conductive layer and a support substrate, similarly to the above-mentioned conductive support. As a conductive material used for the counter electrode conductive layer, metal (for example, platinum, gold, silver, copper, aluminum, magnesium, indium, or the like), carbon, or conductive metal oxide (indium-tin composite oxide, fluorine-doped tin oxide, Etc.). Among them, platinum, gold, silver, copper, aluminum and magnesium can be preferably used as the counter electrode layer. An example of a preferable support substrate for the counter electrode is glass or plastic, to which the above-described conductive agent is applied or vapor-deposited. The thickness of the counter electrode conductive layer is not particularly limited, but is preferably 3 nm to 10 μm. The lower the surface resistance of the counter electrode layer, the better. The preferred range of the surface resistance is 50 Ω / □ or less, and more preferably 20 Ω / □ or less.
【0083】導電性支持体と対極のいずれか一方または
両方から光を照射してよいので、感光層に光が到達する
ためには、導電性支持体と対極の少なくとも一方が実質
的に透明であれば良い。発電効率の向上の観点からは、
導電性支持体を透明にして、光を導電性支持体側から入
射させるのが好ましい。この場合対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 irradiated from one or both of the conductive support and the counter electrode, at least one of the conductive support and the counter electrode must be substantially transparent in order for the light to reach the photosensitive layer. I just want it. From the viewpoint of improving power generation efficiency,
It is preferable that the conductive support is made transparent and light is incident from the conductive support side. In this case, the counter electrode preferably has a property of reflecting light. As such a counter electrode, glass or plastic on which a metal or a conductive oxide is deposited, or a metal thin film can be used.
【0084】対極は、電荷輸送層上に直接導電材を塗
布、メッキまたは蒸着(PVD、CVD)するか、導電層を有
する基板の導電層側を貼り付ければよい。また、導電性
支持体の場合と同様に、特に対極が透明の場合には、対
極の抵抗を下げる目的で金属リードを用いるのが好まし
い。なお、好ましい金属リードの材質および設置方法、
金属リード設置による入射光量の低下等は導電性支持体
の場合と同じである。For the counter electrode, a conductive material may be applied directly on the charge transport layer, plated or vapor-deposited (PVD, CVD), or the conductive layer side of the substrate having the conductive layer may be attached. As in the case of the conductive support, particularly when the counter electrode is transparent, it is preferable to use a metal lead for the purpose of reducing the resistance of the counter electrode. In addition, a preferable material and a setting method of the metal lead,
The decrease in the amount of incident light due to the installation of the metal leads is the same as in the case of the conductive support.
【0085】(F)その他の層 電極として作用する導電性支持体と対極の一方または両
方の外側表面、導電層と基板の間または基板の中間に、
保護層、反射防止層等の機能性層を設けても良い。これ
らの機能性層の形成には、その材質に応じて塗布法、蒸
着法、貼り付け法等を用いることができる。(F) Other Layers The conductive support serving as an electrode and the outer surface of one or both of the counter electrodes, between the conductive layer and the substrate or in the middle of the substrate,
A functional layer such as a protective layer and an antireflection layer may be provided. For forming these functional layers, a coating method, a vapor deposition method, a sticking method or the like can be used depending on the material.
【0086】(G)光電変換素子の内部構造の具体例 上述のように、光電変換素子の内部構造は目的に合わせ
様々な形態が可能である。大きく2つに分ければ、両面
から光の入射が可能な構造と、片面からのみ可能な構造
が可能である。図2〜図9に本発明に好ましく適用でき
る光電変換素子の内部構造を例示する。(G) Specific Example of Internal Structure of Photoelectric Conversion Element As described above, the internal structure of the photoelectric conversion element can take various forms according to the purpose. When roughly divided into two, a structure in which light can enter from both sides and a structure in which light can be entered only from one side are possible. 2 to 9 exemplify an internal structure of a photoelectric conversion element which can be preferably applied to the present invention.
【0087】図2は、透明導電層10aと透明対極導電層4
0aとの間に、感光層20と、電荷輸送層30とを介在させた
ものであり、両面から光が入射する構造となっている。
図3は、透明基板50a上に一部金属リード11を設け、さ
らに透明導電層10aを設け、下塗り層60、感光層20、電
荷輸送層30および対極導電層40をこの順で設け、さらに
支持基板50を配置したものであり、導電層側から光が入
射する構造となっている。図4は、支持基板50上に導電
層10を有し、下塗り層60を介して感光層20を設け、さら
に電荷輸送層30と透明対極導電層40aとを設け、一部に
金属リード11を設けた透明基板50aを、金属リード11側
を内側にして配置したものであり、対極側から光が入射
する構造である。図5は、透明基板50a上に一部金属リ
ード11を設け、さらに透明導電層10aおよび40aを設け、
この一対の透明導電層の間に下塗り層60と感光層20と電
荷輸送層30とを介在させたものであり、両面から光が入
射する構造である。FIG. 2 shows the transparent conductive layer 10 a and the transparent counter electrode conductive layer 4.
The photosensitive layer 20 and the charge transport layer 30 are interposed between the photosensitive layer 20 and the light transport layer 0a, and have a structure in which light enters from both sides.
FIG. 3 shows that a metal lead 11 is partially provided on a transparent substrate 50a, a transparent conductive layer 10a is further provided, an undercoat layer 60, a photosensitive layer 20, a charge transport layer 30, and a counter electrode conductive layer 40 are provided in this order, and further supported. The substrate 50 is arranged, and has a structure in which light is incident from the conductive layer side. FIG. 4 shows that the conductive layer 10 is provided on the support substrate 50, the photosensitive layer 20 is provided via the undercoat layer 60, the charge transport layer 30 and the transparent counter electrode conductive layer 40a are provided, and the metal lead 11 is partially provided. The provided transparent substrate 50a is arranged with the metal lead 11 side inside, and has a structure in which light enters from the counter electrode side. FIG. 5 shows a case where a metal lead 11 is partially provided on a transparent substrate 50a, and transparent conductive layers 10a and 40a are further provided.
The undercoat layer 60, the photosensitive layer 20, and the charge transport layer 30 are interposed between the pair of transparent conductive layers, and have a structure in which light enters from both sides.
【0088】図6は、透明基板50a上に透明導電層10a、
下塗り層60、感光層20、電荷輸送層30および対極導電層
40を設け、この上に支持基板50を配置したものであり導
電層側から光が入射する構造である。図7は、支持基板
50上に導電層10を有し、下塗り層60を介して感光層20を
設け、さらに電荷輸送層30および透明対極導電層40aを
設け、この上に透明基板50aを配置したものであり、対
極側から光が入射する構造である。図8は、透明基板50
a上に透明導電層10aを有し、下塗り層60を介して感光層
20を設け、さらに電荷輸送層30および透明対極導電層40
aを設け、この上に透明基板50aを配置したものであり、
両面から光が入射する構造となっている。図9は、支持
基板50上に導電層10を設け、下塗り層60を介して感光層
20を設け、さらに固体の電荷輸送層30を設け、この上に
一部対極導電層40または金属リード11を有するものであ
り、対極側から光が入射する構造となっている。FIG. 6 shows a transparent conductive layer 10a on a transparent substrate 50a.
Undercoat layer 60, photosensitive layer 20, charge transport layer 30, and counter conductive layer
40 is provided, and a support substrate 50 is disposed thereon, and has a structure in which light is incident from the conductive layer side. FIG. 7 shows a supporting substrate.
A conductive layer 10 is provided on the substrate 50, a photosensitive layer 20 is provided via an undercoat layer 60, a charge transport layer 30 and a transparent counter electrode conductive layer 40a are provided, and a transparent substrate 50a is disposed thereon. In this structure, light enters from the side. FIG. 8 shows a transparent substrate 50.
a on the transparent conductive layer 10a, the photosensitive layer through the undercoat layer 60
20 and further a charge transport layer 30 and a transparent counter electrode conductive layer 40
a, on which a transparent substrate 50a is arranged,
Light is incident from both sides. FIG. 9 shows that a conductive layer 10 is provided on a supporting substrate 50 and a photosensitive layer is provided via an undercoat layer 60.
20, a solid charge transport layer 30 is further provided, and a counter electrode conductive layer 40 or a metal lead 11 is partially provided on the solid charge transport layer 30, so that light is incident from the counter electrode side.
【0089】〔2〕光電池 本発明の光電池は、上記光電変換素子に外部負荷で仕事
をさせるようにしたものである。光電池のうち、電荷輸
送材料が主としてイオン輸送材料からなる場合を、特に
光電気化学電池と呼び、また、太陽光による発電を主目
的とする場合を太陽電池と呼ぶ。光電池は構成物の劣化
や内容物の揮散を防止するために、側面をポリマーや接
着剤等で密封するのが好ましい。導電性支持体および対
極にリードを介して接続される外部回路自体は公知のも
ので良い。本発明の光電変換素子を太陽電池に適用する
場合、そのセル内部の構造は基本的に上述した光電変換
素子の構造と同じである。また、本発明の色素増感型太
陽電池は、従来の太陽電池モジュールと基本的には同様
のモジュール構造をとりうる。太陽電池モジュールは、
一般的には金属、セラミック等の支持基板の上にセルが
構成され、その上を充填樹脂や保護ガラス等で覆い、支
持基板の反対側から光を取り込む構造をとるが、支持基
板に強化ガラス等の透明材料を用い、その上にセルを構
成してその透明の支持基板側から光を取り込む構造とす
ることも可能である。具体的には、スーパーストレート
タイプ、サブストレートタイプ、ポッティングタイプと
呼ばれるモジュール構造、アモルファスシリコン太陽電
池などで用いられる基板一体型モジュール構造等が知ら
れており、本発明の色素増感型太陽電池も使用目的や使
用場所および環境により、適宜これらのモジュール構造
を選択できる。具体的には、特願平11-8457号明細書に
記載の構造や態様とすることが好ましい。[2] Photocell The photocell of the present invention has the above-mentioned photoelectric conversion element work with an external load. Among photovoltaic cells, a case where the charge transport material is mainly composed of an ion transport material is particularly called a photoelectrochemical cell, and a case where the main purpose is power generation by sunlight is called a solar cell. It is preferable that the side surface of the photovoltaic cell is sealed with a polymer, an adhesive, or the like in order to prevent deterioration of components and volatilization of the contents. The external circuit itself connected to the conductive support and the counter electrode via a lead may be a known one. When the photoelectric conversion device of the present invention is applied to a solar cell, the structure inside the cell is basically the same as the structure of the above-described photoelectric conversion device. Further, the dye-sensitized solar cell of the present invention can have a module structure basically similar to that of a conventional solar cell module. The solar cell module
Generally, cells are formed on a supporting substrate such as metal or ceramic, and the cells are covered with a filling resin or protective glass to take in light from the opposite side of the supporting substrate. It is also possible to adopt a structure in which a cell is formed thereon using a transparent material such as that described above, and light is taken in from the transparent support substrate side. Specifically, a superstrate type, a substrate type, a module structure called a potting type, a substrate-integrated module structure used in amorphous silicon solar cells and the like are known, and the dye-sensitized solar cell of the present invention is also used. These module structures can be appropriately selected depending on the use location and environment. Specifically, it is preferable to adopt the structure and embodiment described in Japanese Patent Application No. 11-8457.
【0090】[0090]
【実施例】以下、本発明を実施例によって具体的に説明
する。 実施例1〜2、比較例1〜3 (1)半導体分散液の調製 (1−1)二酸化チタン分散物(分散物A) チタンテトライソプロポキサイド142.1gと、トリ
エタノールアミン149.2gとを、ドライボックス中
で室温にて混合し、2時間静置した。混合液をドライボ
ックスより取り出し、蒸留水を加えて全容1000ml
となるように希釈し、母液とした。母液100mlと、
蒸留水に酢酸2.85mlを添加して100mlとした
ものを混合した。密封容器にて100℃で24時間加熱
し、白色のゲル状物とした後、温度を140℃に上昇さ
せ、さらに72時間加熱した。室温に冷却した後、上澄
みを除去し、淡い赤褐色の沈殿物を得た。水を含んだ沈
殿物の重量は33gであった。得られた沈殿物に、分子
量50万のポリエチレングリコール1.0gを加え、混
練機で20分間混練し、質量濃度12%の二酸化チタン
分散物を得、分散液Aとした。分散液Aに含まれる二酸
化チタン粒子の平均粒径は約16nmであった。 (1−2)酸化亜鉛分散物 和光純薬工業(株)製の酸化亜鉛粉末16gに蒸留水80mlを
加え、さらに分子量2万のポリエチレングリコール2.0
gを加え、混練機で20分間混練し、質量濃度16%の
二酸化チタン分散物を得、分散液Bとした。The present invention will be specifically described below with reference to examples. Examples 1-2 and Comparative Examples 1-3 (1) Preparation of Semiconductor Dispersion (1-1) Titanium Dioxide Dispersion (Dispersion A) 142.1 g of titanium tetraisopropoxide and 149.2 g of triethanolamine Was mixed at room temperature in a dry box and allowed to stand for 2 hours. Remove the mixed solution from the dry box, add distilled water and add a total volume of 1000 ml.
To obtain a mother liquor. 100 ml of mother liquor,
2.85 ml of acetic acid was added to distilled water to make 100 ml and mixed. After heating in a sealed container at 100 ° C. for 24 hours to form a white gel, the temperature was increased to 140 ° C. and heating was continued for 72 hours. After cooling to room temperature, the supernatant was removed and a pale reddish brown precipitate was obtained. The weight of the precipitate containing water was 33 g. 1.0 g of polyethylene glycol having a molecular weight of 500,000 was added to the obtained precipitate, and the mixture was kneaded with a kneader for 20 minutes to obtain a titanium dioxide dispersion having a mass concentration of 12%. The average particle size of the titanium dioxide particles contained in Dispersion A was about 16 nm. (1-2) Zinc oxide dispersion 80 ml of distilled water was added to 16 g of zinc oxide powder manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd., and polyethylene glycol 2.0 having a molecular weight of 20,000 was further added.
g was added and kneaded with a kneader for 20 minutes to obtain a titanium dioxide dispersion having a mass concentration of 16%.
【0091】(2)色素を吸着したTiO2電極の作製 (2−1)電極A フッ素をドープした酸化スズをコーティングした導電性
ガラス(日本板硝子製;面積抵抗10Ω/□、25mm×100m
m)の導電面側の一部(端から3mm)にイミドフイルム
を貼ってマスキングし、導電性ガラスから棒までの間隔
が200μmになるように工夫したステンレス棒を用い
て上記の二酸化チタン分散液Aを塗布した。塗布後、粘
着テープを剥離し、室温で30分間風乾した。次に、こ
のガラスを電気炉(ヤマト科学製マッフル炉FP−32
型)に入れ、空気中、450℃にて30分間焼成した。
ガラスを取り出し、露点−40℃の乾燥した環境で電極
表面が120℃になるまで冷却した後、色素Aの(脱
水)エタノール/t−ブタノール/アセトニトリル溶液
(1:1:2、色素濃度:3×10-4モル/リットル)に
40℃で3時間浸漬し吸着させた。色素吸着済み電極を
(脱水)アセトニトリルで洗浄、自然乾燥し、電極Aを
得た。このようにして得られた感光層(色素が吸着した
二酸化チタン層)の塗布量は約7.0g/m2であった。 色素A(2) Preparation of TiO 2 electrode adsorbing dye (2-1) Electrode A Conductive glass coated with fluorine-doped tin oxide (manufactured by Nippon Sheet Glass; area resistance 10Ω / □, 25 mm × 100 m)
m) An imide film is pasted on a part (3 mm from the end) on the conductive surface side of the above m) and masked, and the above titanium dioxide dispersion is prepared using a stainless steel rod designed so that the distance from the conductive glass to the rod is 200 μm. A was applied. After the application, the adhesive tape was peeled off and air-dried at room temperature for 30 minutes. Next, this glass was placed in an electric furnace (muffle furnace FP-32 manufactured by Yamato Scientific).
And fired in air at 450 ° C. for 30 minutes.
The glass was taken out, cooled in a dry environment with a dew point of -40 ° C until the electrode surface reached 120 ° C, and then a (dehydrated) ethanol / t-butanol / acetonitrile solution of dye A (1: 1: 2, dye concentration: 3) (× 10 −4 mol / l) at 40 ° C. for 3 hours for adsorption. The dye-adsorbed electrode was washed with (dehydrated) acetonitrile and dried naturally to obtain an electrode A. The coating amount of the thus obtained photosensitive layer (the titanium dioxide layer on which the dye was adsorbed) was about 7.0 g / m 2 . Dye A
【0092】[0092]
【化14】 Embedded image
【0093】(2−2)電極B フッ素をドープした酸化スズをコーティングした導電性
ガラス(日本板硝子製;面積抵抗10Ω/□、25mm×100m
m)の導電面側の一部(端から3mm)をステンレス板で
マスキングし、400℃に加熱したホットプレート上に
置き、Ti(Oi−C3H7)4 5.68gをアセチルアセトン
4.11mlおよび脱水エタノール80mlに溶解したスプレー溶
液を噴霧し、下塗り層を作製した。下塗り層の厚みは約
50nmであった。室温まで徐冷した後、ステンレスマスキ
ングした部分と同じ部分にイミドフイルムを貼ってマス
キングし、導電性ガラスから棒までの間隔が200μm
になるように工夫したステンレス棒を用いて上記の二酸
化チタン分散液Aを塗布した。塗布後、粘着テープを剥
離し、室温で30分間風乾した。次に、このガラスを電
気炉(ヤマト科学製マッフル炉FP−32型)に入れ、
空気中450℃にて30分間焼成した。電極Aと同様に
して色素を吸着し、電極Bを作製した。(2-2) Electrode B Conductive glass coated with fluorine-doped tin oxide (manufactured by Nippon Sheet Glass; area resistance 10Ω / □, 25 mm × 100 m)
m) (3 mm from the end) on the conductive surface side was masked with a stainless steel plate, placed on a hot plate heated to 400 ° C., and 5.68 g of Ti (Oi—C 3 H 7 ) 4 was added to acetylacetone.
A spray solution dissolved in 4.11 ml and 80 ml of dehydrated ethanol was sprayed to prepare an undercoat layer. The thickness of the undercoat layer is about
It was 50 nm. After slowly cooling to room temperature, an imide film was stuck on the same portion as the stainless masked portion and masked, and the distance from the conductive glass to the rod was 200 μm.
The above titanium dioxide dispersion A was applied using a stainless steel rod devised so that After the application, the adhesive tape was peeled off and air-dried at room temperature for 30 minutes. Next, this glass was put into an electric furnace (muffle furnace FP-32 manufactured by Yamato Scientific),
It baked at 450 degreeC in air for 30 minutes. The dye was adsorbed in the same manner as the electrode A, and the electrode B was produced.
【0094】(2−3)電極C 電極B作製時のスプレー溶液を、Nb(OC2H5)5 6.36
gをアセチルアセトン4.11mlおよび脱水エタノール80ml
に溶解したスプレー溶液に変更した以外、同様にして電
極Cを作製した。下塗り層の厚みは約50nmになるよう噴
霧回数を調整した。 (2−4)電極D 二酸化チタン分散液Aの替わりに、酸化亜鉛分散液Bを
用いた以外、電極Aと同様にして、電極Dを作製した。
酸化亜鉛の塗布量は、約6.5g/m2であった。 (2−5)電極E 二酸化チタン分散液Aの替わりに、酸化亜鉛分散液Bを
用いた以外電極Bと同様にして、電極Dを作製した。酸
化亜鉛の塗布量は、約6.5g/m2であった。(2-3) Electrode C Nb (OC 2 H 5 ) 5 6.36
4.1 g of acetylacetone and 80 ml of dehydrated ethanol
An electrode C was prepared in the same manner as above except that the spray solution was dissolved. The number of sprays was adjusted so that the thickness of the undercoat layer was about 50 nm. (2-4) Electrode D An electrode D was prepared in the same manner as the electrode A, except that the zinc oxide dispersion B was used instead of the titanium dioxide dispersion A.
The amount of zinc oxide applied was about 6.5 g / m 2 . (2-5) Electrode E An electrode D was produced in the same manner as the electrode B except that the zinc oxide dispersion B was used instead of the titanium dioxide dispersion A. The amount of zinc oxide applied was about 6.5 g / m 2 .
【0095】(3)電荷輸送層の形成 色素増感した電極A〜Eを26mm×18mmの大きさに切
断加工し、中心部14mm×14mmを残して下塗り層及び
半導体層を除去した。これらの電極それぞれと、同サイ
ズの白金蒸着ガラス(対極、白金層の膜厚=1μm、ガ
ラス膜厚=1.1μm、電荷輸送剤を注入する穴2個付
き)とを、図10の配置となるようにして、三井・デュ
ポンポリケミカル(株)製のアイオノマー(ハイミラン17
02)を延伸したフレーム型スペーサー(厚さ10μm)
を挟んで、125±5℃にて30秒間加熱、圧着した。
70℃に加温した、溶融塩電解液(化合物D−1:化合
物D−2:沃素:トリフルオロ酢酸リチウム:トリフル
オロ酢酸ナトリウム=35:15:1:1:1(質量
比))を同様に70℃に加温した上記素子の対極に設け
た穴より注液した。注液後、70℃にて1時間保温し、
常温減圧下16時間経時させた。(3) Formation of charge transport layer The dye-sensitized electrodes A to E were cut into a size of 26 mm × 18 mm, and the undercoat layer and the semiconductor layer were removed except for a central portion of 14 mm × 14 mm. Each of these electrodes and the same size platinum-deposited glass (counter electrode, platinum layer thickness = 1 μm, glass thickness = 1.1 μm, with two holes for injecting a charge transport agent) were arranged as shown in FIG. Ionomer (Himilan 17) manufactured by DuPont-Mitsui Polychemicals Co., Ltd.
02) Stretched frame type spacer (10μm thick)
Was heated and pressed at 125 ± 5 ° C. for 30 seconds.
A molten salt electrolyte solution (compound D-1: compound D-2: iodine: lithium trifluoroacetate: sodium trifluoroacetate = 35: 15: 1: 1: 1 (mass ratio)) heated to 70 ° C. was similarly used. The solution was injected from a hole provided at the opposite electrode of the device heated to 70 ° C. After injection, keep at 70 ° C for 1 hour,
The mixture was aged at room temperature under reduced pressure for 16 hours.
【0096】経時後、穴部分を前記スペーサーと同じ部
材及びガラスを用い、熱圧着により封止した。さらに、
受光部であるTiO2透明電極基板の面を残して全体を
エポキシ樹脂接着剤でシールした。After a lapse of time, the hole was sealed by thermocompression using the same member and glass as the spacer. further,
The entire surface was sealed with an epoxy resin adhesive except for the surface of the TiO 2 transparent electrode substrate as the light receiving portion.
【0097】[0097]
【化15】 Embedded image
【0098】(4)光電変換効率の測定 500Wのキセノンランプ(ウシオ製)の光を分光フィ
ルター(Oriel社製AM1.5D)を通すことにより
模擬太陽光を発生させた。この光の強度は100mW/cm2で
あった。模擬太陽光を照射し、前述の光電池の導電性ガ
ラスと対極層間に発生した電気を電流電圧測定装置(ケ
ースレーSMU2400型)にて測定した。開放電圧(Voc)を表
1に記載した。さらに、光電変換素子を遮光した状態で
同様にして測定した、逆電流が1mA/cm2流れる際の荷電
圧(VD1)を表1に記載した。また、表1にあるかっこ内の
数字は、UPS測定から求めたイオン化ポテンシャルお
よび分光吸収から求めたバンドギャップより算出した。
ただし、下塗り半導体層上の感光層半導体の値は、下塗
り半導体が無い場合に求めたものと同じであるとしてい
る。(4) Measurement of Photoelectric Conversion Efficiency Simulated sunlight was generated by passing light of a 500 W xenon lamp (made by Ushio) through a spectral filter (AM1.5D made by Oriel). The intensity of this light was 100 mW / cm 2 . Simulated sunlight was irradiated, and electricity generated between the conductive glass and the counter electrode layer of the photovoltaic cell was measured with a current / voltage measuring device (Keithley SMU2400 type). The open circuit voltage (Voc) is shown in Table 1. Further, Table 1 shows a charged voltage (VD1) when a reverse current flows at 1 mA / cm 2 , similarly measured in a state where the photoelectric conversion element is shielded from light. The numbers in parentheses in Table 1 were calculated from the ionization potential obtained from the UPS measurement and the band gap obtained from the spectral absorption.
However, the value of the photosensitive layer semiconductor on the undercoat semiconductor layer is the same as the value obtained when there is no undercoat semiconductor.
【0099】[0099]
【表1】 [Table 1]
【0100】表1に示される結果から以下のことが明ら
かである。下塗り層を設けない比較例1の場合および酸
化チタン半導体微粒子層の伝導帯下端電位が4.5eV、下
塗り層の酸化チタン半導体のそれも4.5eVと同じである
比較例2場合、開放電圧、逆電流荷電圧いずれも小さ
い。一方、酸化チタン半導体微粒子層の伝導帯下端電位
が4.5eV、下塗り層の酸化ニオブ半導体のそれが4.2eV
である実施例1の場合、開放電圧(Voc)、逆電流が1mA/c
m2流れる際の荷電圧(VD1)ともに大きく逆電流が抑制さ
れている。感光層の半導体が酸化亜鉛の場合も、実施例
2は、比較例3に対し同様に有利である。The following are clear from the results shown in Table 1. In the case of Comparative Example 1 in which the undercoat layer was not provided and in the case of Comparative Example 2 in which the titanium oxide semiconductor fine particle layer had the same conduction band lower potential as 4.5 eV and that of the titanium oxide semiconductor in the undercoat layer also at 4.5 eV, the open-circuit voltage and the reverse current Both loading voltages are small. On the other hand, the conduction band bottom potential of the titanium oxide semiconductor fine particle layer is 4.5 eV, and that of the undercoat layer niobium oxide semiconductor is 4.2 eV.
In the case of the first embodiment, the open circuit voltage (Voc) and the reverse current are 1 mA / c.
The reverse current is greatly suppressed for both the load voltage (VD1) when flowing m 2 . When the semiconductor of the photosensitive layer is zinc oxide, Example 2 is similarly advantageous over Comparative Example 3.
【0101】実施例3〜4、比較例4〜6 各々実施例1〜2、比較例1〜3のガラス電極の替わり
に、透明導電PETフイルム(東洋メタライジング(株)
製、メタクリスタT−R60、60Ω□、約100μm
厚み)を使用し、また対極としては同フイルムにPtを
蒸着したものを用いて、これら実施例、比較例と同様の
試験を行ったところ、同様の傾向が得られた。また、電
極B、CおよびEは、電極AおよびDに比較し、完成素
子を曲げたときの性能劣化が小さかった。Examples 3-4 and Comparative Examples 4-6 Instead of the glass electrodes of Examples 1-2 and Comparative Examples 1-3, respectively, a transparent conductive PET film (Toyo Metallizing Co., Ltd.) was used.
Made, Methrista T-R60, 60Ω □, about 100μm
(Thickness) was used, and the same electrode and the same film as described above were subjected to the same tests as those of Examples and Comparative Examples. The same tendency was obtained. The electrodes B, C, and E showed less performance degradation when the completed element was bent than the electrodes A and D.
【0102】[0102]
【発明の効果】本発明の光電変換素子は、光の照射とは
関係ない逆電流が防止されており、光電変換効率が高
い。また、フレキシブルな基板を用いた場合、変形に対
する堅牢性を有する。フレキシブルな基板を用いた本発
明の光電変換素子を適用した光電池は光電変換効率が高
く、変形に対する堅牢に優れるので、曲面形状部へ設置
する太陽電池やペーパー状光電池などに好適に用いられ
る。According to the photoelectric conversion element of the present invention, a reverse current unrelated to light irradiation is prevented, and the photoelectric conversion efficiency is high. Further, when a flexible substrate is used, it has robustness against deformation. A photovoltaic cell to which the photoelectric conversion element of the present invention using a flexible substrate is applied has a high photoelectric conversion efficiency and is excellent in robustness against deformation, and thus is suitably used for a solar cell or a paper-shaped photocell that is installed on a curved surface portion.
【図1】本発明の好ましい光電変換素子の構造を示す概
略部分断面図である。FIG. 1 is a schematic partial sectional view showing the structure of a preferred photoelectric conversion element of the present invention.
【図2】本発明の好ましい光電変換素子の構造を示す概
略部分断面図である。FIG. 2 is a schematic partial sectional view showing the structure of a preferred photoelectric conversion element of the present invention.
【図3】本発明の好ましい光電変換素子の構造を示す概
略部分断面図である。FIG. 3 is a schematic partial sectional view showing the structure of a preferred photoelectric conversion element of the present invention.
【図4】本発明の好ましい光電変換素子の構造を示す概
略部分断面図である。FIG. 4 is a schematic partial sectional view showing the structure of a preferred photoelectric conversion element of the present invention.
【図5】本発明の好ましい光電変換素子の構造を示す概
略部分断面図である。FIG. 5 is a schematic partial sectional view showing the structure of a preferred photoelectric conversion element of the present invention.
【図6】本発明の好ましい光電変換素子の構造を示す概
略部分断面図である。FIG. 6 is a schematic partial sectional view showing the structure of a preferred photoelectric conversion element of the present invention.
【図7】本発明の好ましい光電変換素子の構造を示す概
略部分断面図である。FIG. 7 is a schematic partial sectional view showing the structure of a preferred photoelectric conversion element of the present invention.
【図8】本発明の好ましい光電変換素子の構造を示す概
略部分断面図である。FIG. 8 is a schematic partial sectional view showing the structure of a preferred photoelectric conversion element of the present invention.
【図9】本発明の好ましい光電変換素子の構造を示す概
略部分断面図である。FIG. 9 is a schematic partial sectional view showing the structure of a preferred photoelectric conversion element of the present invention.
【図10】実施例で作製した光電変換素子の概略平面図
である。FIG. 10 is a schematic plan view of a photoelectric conversion element manufactured in an example.
1 色素吸着二酸化チタン電極 2 対極(白金蒸着ガラス) 3 半導体層が存在する受光部分 10 導電層 10a 透明導電層 11 金属リード 20 感光層 21 半導体微粒子 22 色素 23 電荷輸送材料 30 電荷輸送層 40 対極導電層 40a 透明対極導電層 50 基板 50a 透明基板 60 下塗り層 REFERENCE SIGNS LIST 1 dye-adsorbed titanium dioxide electrode 2 counter electrode (platinum vapor-deposited glass) 3 light receiving portion where semiconductor layer is present 10 conductive layer 10 a transparent conductive layer 11 metal lead 20 photosensitive layer 21 semiconductor fine particle 22 dye 23 charge transport material 30 charge transport layer 40 counter electrode conductive Layer 40a Transparent counter electrode conductive layer 50 Substrate 50a Transparent substrate 60 Undercoat layer
Claims (6)
む感光層、電荷輸送層、および対極を有する光電変換素
子において、 感光層と導電層との間に、該感光層を構成する半導体よ
り、その伝導帯下端電位がより卑なる半導体からなる層
を有することを特徴とする光電変換素子。1. A photoelectric conversion device having a conductive layer, a photosensitive layer containing a semiconductor sensitized by a dye, a charge transport layer, and a counter electrode, wherein a semiconductor constituting the photosensitive layer is provided between the photosensitive layer and the conductive layer. A photoelectric conversion element comprising a layer made of a semiconductor whose conduction band lower end potential is lower.
あり、かつ伝導帯下端電位がより卑なる半導体が酸化ジ
ルコニウム、チタン酸ストロンチウム、酸化ニオブまた
は酸化亜鉛であることを特徴とする請求項1に記載の光
電変換素子。2. The semiconductor according to claim 1, wherein the semiconductor constituting the photosensitive layer is titanium oxide, and the semiconductor having a lower conduction band potential is zirconium oxide, strontium titanate, niobium oxide or zinc oxide. 3. The photoelectric conversion element according to item 1.
酸化錫および酸化タングステンから選択される少なくと
も1種であり、かつ伝導帯下端電位がより卑なる半導体
が、酸化ジルコニウム、チタン酸ストロンチウム、酸化
ニオブ、酸化亜鉛または酸化チタンであることを特徴と
する請求項1に記載の光電変換素子。3. The semiconductor constituting the photosensitive layer is zinc oxide,
The semiconductor, which is at least one selected from tin oxide and tungsten oxide and has a lower conduction band lower potential, is zirconium oxide, strontium titanate, niobium oxide, zinc oxide or titanium oxide. Item 7. The photoelectric conversion element according to Item 1.
輸送材料を含有することを特徴とする請求項1〜3のい
ずれかに記載の光電変換素子。4. The photoelectric conversion device according to claim 1, wherein the charge transport layer contains a molten salt electrolyte or a hole transport material.
が高分子フイルム、金属箔、金属板、表面に金属層を設
けた高分子フイルム、または表面に金属層を設けたガラ
ス板であることを特徴とする請求項1〜4のいずれかに
記載の光電変換素子。5. The conductive layer or the counter electrode has a substrate, which is a polymer film, a metal foil, a metal plate, a polymer film having a metal layer on the surface, or a glass plate having a metal layer on the surface. The photoelectric conversion element according to any one of claims 1 to 4, wherein
電変換素子を用いることを特徴とする光電池。6. A photovoltaic cell using the photoelectric conversion element according to claim 1.
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Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002324590A (en) * | 2001-04-09 | 2002-11-08 | Korea Electronics Telecommun | Nanoparticle oxide solar cell, method of manufacturing the same, solar cell module and transparent battery window using the same |
| WO2009139310A1 (en) | 2008-05-12 | 2009-11-19 | コニカミノルタホールディングス株式会社 | Dye-sensitized solar cell and method for manufacturing the same |
| WO2010050575A1 (en) | 2008-10-29 | 2010-05-06 | 富士フイルム株式会社 | Dye, photoelectric conversion element and photoelectrochemical cell each comprising the dye, and process for producing dye |
| EP2302650A2 (en) | 2009-09-28 | 2011-03-30 | Fujifilm Corporation | Method of producing photoelectric conversion element, photoelectric conversion element, and photoelectrochemical cell |
| EP2306479A2 (en) | 2009-09-28 | 2011-04-06 | Fujifilm Corporation | Method of producing photoelectric conversion element, photoelectric conversion element, and photoelectrochemical cell |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2000090990A (en) * | 1998-09-16 | 2000-03-31 | Toshiba Corp | Photochemical battery and method of manufacturing the same |
| JP2000113913A (en) * | 1998-10-02 | 2000-04-21 | Sumitomo Osaka Cement Co Ltd | Sensitized pigment solar battery |
| JP2000195570A (en) * | 1998-12-24 | 2000-07-14 | Fuji Photo Film Co Ltd | Photoelectric transfer element and photo- electrochemical battery |
-
2000
- 2000-08-23 JP JP2000252660A patent/JP4649022B2/en not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2000090990A (en) * | 1998-09-16 | 2000-03-31 | Toshiba Corp | Photochemical battery and method of manufacturing the same |
| JP2000113913A (en) * | 1998-10-02 | 2000-04-21 | Sumitomo Osaka Cement Co Ltd | Sensitized pigment solar battery |
| JP2000195570A (en) * | 1998-12-24 | 2000-07-14 | Fuji Photo Film Co Ltd | Photoelectric transfer element and photo- electrochemical battery |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002324590A (en) * | 2001-04-09 | 2002-11-08 | Korea Electronics Telecommun | Nanoparticle oxide solar cell, method of manufacturing the same, solar cell module and transparent battery window using the same |
| WO2009139310A1 (en) | 2008-05-12 | 2009-11-19 | コニカミノルタホールディングス株式会社 | Dye-sensitized solar cell and method for manufacturing the same |
| WO2010050575A1 (en) | 2008-10-29 | 2010-05-06 | 富士フイルム株式会社 | Dye, photoelectric conversion element and photoelectrochemical cell each comprising the dye, and process for producing dye |
| EP2845882A2 (en) | 2008-10-29 | 2015-03-11 | Fujifilm Corporation | Dye, Photoelectric Conversion Element and Photoelectrochemical Cell |
| EP2302650A2 (en) | 2009-09-28 | 2011-03-30 | Fujifilm Corporation | Method of producing photoelectric conversion element, photoelectric conversion element, and photoelectrochemical cell |
| EP2306479A2 (en) | 2009-09-28 | 2011-04-06 | Fujifilm Corporation | Method of producing photoelectric conversion element, photoelectric conversion element, and photoelectrochemical cell |
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