JP5917011B2 - Method for producing photoelectric conversion element and method for producing photoelectrochemical cell - Google Patents
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Description
本発明は、光電変換素子の製造方法及び光電気化学電池の製造方法に関する。 The present invention relates to a process for producing a preparation and photo-electrochemical cell of the photoelectric conversion element.
光電変換素子は、その構造例を示すと、図2に示すように、光電変換素子10は、導電性支持体1、導電性支持体1上にその順序で配された、感光体層2、電荷移動体層3、及び対極4からなる。上記導電性支持体1と感光体層2とにより受光電極5を構成している。その感光体層2は半導体微粒子22と増感色素(以下、単に、色素ともいう。)21とを有している。増感色素21はその少なくとも一部において半導体微粒子22に吸着している。このとき、増感色素21は吸着平衡状態になっており、一部電荷移動体層3に存在していてもよい。電荷移動体層3は、例えば正孔(ホール)を輸送する正孔輸送層として機能する。感光体層2が形成された導電性支持体1は、光電変換素子10において作用電極として機能する。この光電変換素子10を外部回路6で仕事をさせるようにして、光電気化学電池100として作動させることができる。
As shown in FIG. 2, the photoelectric conversion element 10 includes a conductive support 1, a photosensitive layer 2 arranged in that order on the conductive support 1, It consists of a charge transfer layer 3 and a counter electrode 4. The conductive support 1 and the photoreceptor layer 2 constitute a light receiving electrode 5. The photoreceptor layer 2 has semiconductor
上記受光電極5は、導電性支持体1及び導電性支持体1上に塗設される増感色素21の吸着した半導体微粒子22の感光体層2(半導体膜)よりなる電極である。感光体層2(半導体膜)に入射した光は色素を励起する。励起色素はエネルギーの高い電子を有している。そこでこの電子が増感色素21から半導体微粒子22の伝導帯に渡され、さらに拡散によって導電性支持体1に到達する。このとき増感色素21の分子は酸化体となっている。電極上の電子が外部回路6で仕事をしながら酸化体に戻ることにより、光電気化学電池100として作用する。この際、受光電極5はこの電池の負極として働く。
The light receiving electrode 5 is an electrode composed of a conductive support 1 and a photosensitive layer 2 (semiconductor film) of semiconductor
このように感光体層2には、特定の色素が吸着した半導体微粒子22を含むことから、その増感色素の作用を受け受光感度が高まり、光電気化学電池100として使用する場合に高い光電変換効率を得ることができる。すなわち、色素の開発はもとより、半導体微粒子との組み合わせにおいて高い電気化学的効果をもたらすことがその材料設計において重要である(光電変換素子に適用される色素については、例えば、下記特許文献1,2などを参照することができる。半導体微粒子の例については下記特許文献3を参照することができる。)。
As described above, since the photosensitive layer 2 includes the semiconductor
非特許文献1には、セチルトリメチルアンモニウムブロミド(CTAB)をH2O/EtOH混合溶媒に溶かし、Ti(iPr)4を滴下することでTiO2微粒子を作成することが開示されている。この半導体微粒子とルテニウム金属錯体色素であるN3色素を用いてセルを作成することで、従来のTiO2を用いたときの変換効率:(5%)に対して、7.5%の変換効率を達成することができるとされている。しかしながら、太陽電池等の光電変換素子における本格的な実用化には、さらなる性能向上が欠かせない。 Non-Patent Document 1 discloses that TiO 2 fine particles are prepared by dissolving cetyltrimethylammonium bromide (CTAB) in a H 2 O / EtOH mixed solvent and dropping Ti (iPr) 4 . By creating a cell using this semiconductor fine particle and ruthenium metal complex dye N3 dye, a conversion efficiency of 7.5% is achieved compared to the conversion efficiency (5%) when using conventional TiO 2. It is supposed to be possible. However, further performance improvement is indispensable for full-scale practical use in photoelectric conversion elements such as solar cells.
上述した光電変換素子等に用いられる半導体微粒子と増感色素との相互作用(相性)については、研究開発が十分に進んでおらず、いまだ解明しなければならない物理化学的側面が多い。上記非特許文献によると、TiO2微粒子の微細化・表面積の増加によって色素吸着量・微粒子同士のネッキングが向上したことが、電池性能の向上に貢献したとしている。これに対し本発明者らは、単に微粒子を微細化して表面積を増大させる効果だけでなく、その表面に形成された空孔(微細孔)の形状やサイズとの関係で、増感色素がもつ特有の効果を発揮させ、光電変換効率を一層高め、かつその他の性能項目についても向上を図ることができる色素と半導体微粒子との組合せを探索した。 As for the interaction (compatibility) between the semiconductor fine particles and the sensitizing dye used in the above-described photoelectric conversion element or the like, research and development has not progressed sufficiently, and there are still many physicochemical aspects that need to be clarified. According to the above non-patent literature, the improvement in the battery performance is that the dye adsorption amount and the necking between the fine particles are improved by the refinement of the TiO 2 fine particles and the increase in the surface area. In contrast, the present inventors have not only the effect of increasing the surface area by refining fine particles, but also the sensitizing dye has a relationship with the shape and size of pores (micropores) formed on the surface. The inventors searched for a combination of a dye and a semiconductor fine particle that can exhibit a specific effect, further increase the photoelectric conversion efficiency, and improve other performance items.
そこで本発明は、特定の金属錯体色素と特定の半導体微粒子との組合せにより、高い光電変換効率とともに、吸収波長を好適化し可視光に対する性能適性を高め、さらに素子の耐久性の向上にも資する感光体層を有する光電変換素子の製造方法及び光電気化学電池の製造方法の提供を目的とする。 Thus, the present invention provides a combination of a specific metal complex dye and a specific semiconductor fine particle, which has high photoelectric conversion efficiency, optimizes an absorption wavelength, enhances performance suitability for visible light, and further contributes to improvement of device durability. It aims at providing the manufacturing method of the photoelectric conversion element which has a body layer, and the manufacturing method of a photoelectrochemical cell .
本発明者らは、特定のカチオン系界面活性剤を用いて調製したチタニア等の半導体微粒子の空孔の形状・サイズとそこに吸着する色素同士の相互作用に注目した。具体的には、一部推定を含むが、上記微粒子の表面に形成された空孔に対し、特定の疎水性基を持つ金属錯体色素が吸着し、前記疎水性基を介した相互作用により色素同士が優位な会合を形成しやすいことを見出した。本発明はかかる知見に基づき完成された。 The present inventors paid attention to the shape and size of pores of semiconductor fine particles such as titania prepared using a specific cationic surfactant and the interaction between dyes adsorbed thereon. Specifically, although some estimation is included, the metal complex dye having a specific hydrophobic group is adsorbed to the vacancies formed on the surface of the fine particles, and the dye is caused by the interaction via the hydrophobic group. We found that it was easy for them to form a superior meeting. The present invention has been completed based on such findings.
すなわち、上記の課題は下記の手段により解決された。
<1>下記一般式(I)で表されるカチオン系界面活性剤を用いて作成した半導体微粒子であって、該半導体微粒子の平均粒径が1〜20nmで、粗さ係数が1000〜1500で、かつ比表面積が50〜400m2/gの酸化チタン粒子であり、該半導体微粒子に、下記一般式(1)で表される金属錯体色素を吸着させて、感光体層を形成する、光電変換素子の製造方法。
ML1L2(A 01 )n0(CI1)n1 ・・・ 一般式(1)
(一般式(1)中、
・Mは金属元素を表し、
・AA 01 は配位子を表し、
・CI1は対アニオンを表し、
・n0は0〜2の整数を表し、n1は0〜4の整数を表す。
・L1が下記一般式(2)で表される配位子を表し、L2は下記一般式(17)で表される配位子を表す。L1 とL2 が互いのピリジン環のオルト位(N原子の隣の位置)で連結してクォータピリジンリガンドを形成していてもよい。)
That is, the above problem has been solved by the following means .
<1> A semiconductor microparticles prepared using a cationic surfactant represented by the following formula (I), with an average particle size of the fine semiconductor particles is 1 to 20 nm, the roughness factor of 1000 to 1500 And a titanium oxide particle having a specific surface area of 50 to 400 m 2 / g, a metal complex dye represented by the following general formula (1) is adsorbed to the semiconductor fine particles to form a photoreceptor layer. A method for manufacturing a conversion element.
ML 1 L 2 (A 01 ) n0 (CI1) n1 ... General formula (1)
(In general formula (1),
M represents a metal element,
AA 01 represents a ligand,
CI1 represents a counter anion,
-N0 represents the integer of 0-2, n1 represents the integer of 0-4.
· L 1 represents a ligand is Ru represented by the following general formula (2), L 2 represents a ligand represented by the following general formula (17). L 1 and L 2 may be linked to each other at the ortho position of the pyridine ring (position adjacent to the N atom) to form a quarterpyridine ligand. )
・R1、R2およびR5は各々独立に、下記一般式(3)〜(11)、(13−2)または(14)〜(16)のいずれかを表す。
・S1、S2およびS3は各々独立に、エテニレン基、エチニレン基およびアリーレン基から選ばれた少なくとも1種であって、R1、R2、R5およびピリジン環と共役している。l1、l2およびl3は0〜5の整数を表す。
・R3、R4およびR6は独立に、アルキル基、アルケニル基、アリール基、ヘテロ環基、アルコキシ基、アリールオキシ基、アルコキシカルボニル基、アミノ基、アシルアミノ基、シアノ基またはハロゲン原子を表し、n2およびn7は各々0〜3の整数を表し、n3は0〜2の整数を表し、n2が1以上のときR3はS1と連結して環を形成していてもよく、n3が1以上のときR4はS2と連結して環を形成していてもよく、n7が1以上のときR6はS3と連結して環を形成していてもよい。n2が2以上のとき、R3同士は同じでも異なっていてもよく、互いに連結して環を形成していてもよい。n3が2のとき、R4同士は同じでも異なっていてもよく、互いに連結して環を形成していてもよい。n7が2以上のとき、R6同士は同じでも異なっていてもよく、互いに連結して環を形成していてもよい。n2、n3およびn7がともに1以上のときR3、R4およびR6は連結して環を形成していてもよい。
・A1、A2およびA3は独立に酸性基またはその塩を表す。n4、n5およびn6は各々0〜3の整数を表す。n8は0または1を表す。]
一般式(13−2)、(14)および(15)中、R40およびR41は各々独立に、水素原子、アルキル基、アルケニル基、アルキニル基、アルコキシ基、アルキルチオ基、アリール基、アリールオキシ基、アリールチオ基、アミノ基、ヘテロ環基またはハロゲン原子を表す。R65〜R67は各々独立に、水素原子、アルキル基、アルケニル基、アルキニル基、アリール基、ヘテロ環基またはハロゲン原子を表す。
Y1〜Y3およびXは各々独立にS、O、Se、TeまたはNR42を表し、R42は水素原子、アルキル基、アルケニル基、アルキニル基、アリール基またはヘテロ環基を表す。]
<2>前記一般式(I)中、R 43 〜R 46 が、炭素数1〜30のアルキル基である<1>に記載の光電変換素子の製造方法。
<3>前記一般式(I)中、R 43 〜R 46 が、炭素数3〜27のアルキル基である<2>に記載の光電変換素子の製造方法。
<4>前記金属錯体色素が以下のものである<1>〜<3>のいずれか1項に記載の光電変換素子の製造方法。
前記一般式(2)中、R1およびR2 が各々独立に、一般式(3)、(5)、(6)、(7)、(10)および(16)のいずれかである。S1およびS2 が各々独立に、エテニレン基およびエチニレン基から選ばれた少なくとも1種であって、R1、R2およびビピリジンと共役している。l1およびl2は0〜3の整数である。R3およびR4 が独立に置換基であり、n2が1以上のときR3はS1と連結して環を形成していてもよく、n3が1以上のときR4はS2と連結して環を形成していてもよい。n2が2のとき、R3同士は同じでも異なっていてもよく、互いに連結して環を形成していてもよい。n3が2のとき、R4同士は同じでも異なっていてもよく、互いに連結して環を形成していてもよい。n2およびn3がともに1以上のときR3とR4は連結して環を形成していてもよい。ただし、n2およびn3が各々0〜2の整数であり、A1およびA2 が酸性基またはその塩である。n4およびn5が各々0〜2の整数である。n8が0である。
前記一般式(3)、(5)、(6)、(7)、(10)および(16)中、R7、R13〜R23、R32、R33、R51、R61およびR69 が各々独立に、水素原子、アルキル基、アルケニル基、アルキニル基、アリール基、ヘテロ環基またはハロゲン原子である。R68 が、アルキル基、アルケニル基、アルキニル基、アリール基、ヘテロ環基またはハロゲン原子である。R69とR7、R14とR15、R17とR18、R20〜R23、R32とR33、R52〜R55は互いに環を形成していてもよい。m1、m3〜m5、m8およびm11が1〜3の整数である。Y1〜Y3 が各々独立に、S、O、Se、TeまたはNR42を表し、R42 が水素原子またはアルキル基である。
前記一般式(17)で表される配位子が下記一般式(18)で表される配位子である。
<5>前記金属錯体色素が以下のものである<4>に記載の光電変換素子の製造方法。
前記一般式(2)中、R1およびR2 が各々独立に、一般式(3)、(7)および(16)のいずれかである。S1およびS2 が各々独立に、エテニレン基であって、R1、R2およびビピリジンと共役している。l1およびl2が0〜2の整数である。n2およびn3は各々0または1である。R3およびR4 が独立に、アルキル基、アルケニル基、アリール基、ヘテロ環基、アルコキシ基、アリールオキシ基、アルコキシカルボニル基、アミノ基、アシルアミノ基、シアノ基またはハロゲン原子であり、n2が1のときR3はS1と連結して環を形成していてもよく、n3が1のときR4はS2と連結して環を形成していてもよい。n2およびn3がともに1のときR3とR4は連結して環を形成していてもよい。A1およびA2 が酸性基またはその塩である。n4およびn5が各々0または1である。n8が0である。
前記一般式(3)、(7)および(16)中、R7、R19〜R23、R51〜R55およびR69 が、水素原子、アルキル基、アルケニル基またはアルキニル基である。R68 がアルキル基、アルケニル基またはアルキニル基である。R69とR7、R20〜R23、R52〜R55は互いに環を形成していてもよい。m1、m5およびm11が1または2である。Y1〜Y3 が各々独立に、S、OまたはNR42 であり、R42 が水素原子またはアルキル基である。
前記一般式(18)中、R47およびR48 がそれぞれ独立に、酸性基またはその塩であり、R49およびR50 が水素原子である。
<6>前記金属錯体色素の前記金属元素Mが、Ru、Re、Rh、Pt、Fe、Os、Cu、Ir、Pd、WまたはCoである<1>〜<5>のいずれか1項に記載の光電変換素子の製造方法。
<7>前記金属元素Mが、Ru、Fe、OsまたはCoである<6>に記載の光電変換素子の製造方法。
<8>前記Y 1がS原子である<1>〜<7>のいずれか1項に記載の光電変換素子の製造方法。
<9>前記一般式(2)の酸性基A11、A12およびA13、並びに一般式(17)及び(18)の酸性基がそれぞれ独立に、カルボキシル基、リン酸基、スルホン酸基またはそれらの塩である<1>〜<8>のいずれか1項に記載の光電変換素子の製造方法。
<10>前記一般式(1)のCI1がテトラブチルアンモニウムである<1>〜<9>のいずれか1項に記載の光電変換素子。
<11>前記一般式(1)の配位子のA 01 がイソチオシアネート、イソシアネート、イソセレノシアネートまたはハロゲン原子である<1>〜<10>のいずれか1項に記載の光電変換素子の製造方法。
<12>前記酸化チタン粒子が、粒子の平均粒径が1〜10nmで、粗さ係数が1000〜1500で、比表面積が200〜250m2/gである<1>〜<11>のいずれか1項に記載の光電変換素子の製造方法。
<13> <1>〜<12>のいずれか1項に記載の製造方法で光電変換素子を製造し、得られた光電変換素子を具備させる光電気化学電池の製造方法。
R 1 , R 2 and R 5 each independently represent any of the following general formulas (3) to (11), (13-2) or (14) to (16).
S 1 , S 2 and S 3 are each independently at least one selected from an ethenylene group, an ethynylene group and an arylene group, and are conjugated to R 1 , R 2 , R 5 and a pyridine ring. l1, l2 and l3 each represents an integer of 0 to 5;
R 3 , R 4 and R 6 independently represent an alkyl group, alkenyl group, aryl group, heterocyclic group, alkoxy group, aryloxy group, alkoxycarbonyl group, amino group, acylamino group, cyano group or halogen atom. , N2 and n7 each represents an integer of 0 to 3, n3 represents an integer of 0 to 2, and when n2 is 1 or more, R 3 may be linked to S 1 to form a ring, When it is 1 or more, R 4 may be linked to S 2 to form a ring, and when n7 is 1 or more, R 6 may be linked to S 3 to form a ring. When n2 is 2 or more, R 3 together may be the same or different, may form a ring. When n3 is 2 , R 4 may be the same or different, and may be connected to each other to form a ring. When n7 is 2 or more, R 6 may be the same or different, and may be connected to each other to form a ring. When n2, n3 and n7 are all 1 or more, R 3 , R 4 and R 6 may be linked to form a ring.
· A 1, A 2 and A 3 represents an acidic group or a salt thereof independently. n4, n5 and n6 each represents an integer of 0 to 3. n8 represents 0 or 1. ]
In the general formulas (13-2), (14) and (15), R 40 and R 41 each independently represent a hydrogen atom, an alkyl group, an alkenyl group, an alkynyl group, an alkoxy group, an alkylthio group, an aryl group, an aryloxy Represents a group, an arylthio group, an amino group, a heterocyclic group or a halogen atom. R 65 to R 67 each independently represents a hydrogen atom, an alkyl group, an alkenyl group, an alkynyl group, an aryl group, a heterocyclic group or a halogen atom.
Y 1 to Y 3 and X each independently represent S, O, Se, Te or NR 42 , and R 42 represents a hydrogen atom, an alkyl group, an alkenyl group, an alkynyl group, an aryl group or a heterocyclic group. ]
<2> The method for producing a photoelectric conversion element according to <1>, wherein R 43 to R 46 in the general formula (I) are alkyl groups having 1 to 30 carbon atoms.
<3> The method for producing a photoelectric conversion element according to <2>, wherein R 43 to R 46 are an alkyl group having 3 to 27 carbon atoms in the general formula (I) .
< 4 > The method for producing a photoelectric conversion element according to any one of <1> to <3>, wherein the metal complex dye is as follows.
In formula (2), the R 1 and R 2 are each independently the general formula (3), (5), (6), (7), is either (10) and (16). S 1 and S 2 are each independently at least one selected from an ethenylene group and an ethynylene group, and are conjugated with R 1 , R 2 and bipyridine. l1 and l2 are integers of 0-3. R 3 and R 4 are substituents on independently, R 3 when n2 is 1 or more may form a ring with S1, R 4 when n3 is 1 or more is connected with S 2 May form a ring. When n2 is 2, R 3 together may be the same or different, may form a ring. When n3 is 2 , R 4 may be the same or different, and may be connected to each other to form a ring. When both n2 and n3 are 1 or more, R 3 and R 4 may be linked to form a ring. However, n2 and n3 are each 0 to 2 integer, A 1 and A 2 is an acidic group or a salt thereof. n4 and n5 are each an integer of 0-2. n8 is 0.
In the general formulas (3), (5), (6), (7), (10) and (16), R 7 , R 13 to R 23 , R 32 , R 33 , R 51 , R 61 and R 69 are each independently a hydrogen atom, an alkyl group, an alkenyl group, an alkynyl group, an aryl group, a heterocyclic group or a halogen atom. R 68 is an alkyl group, an alkenyl group, an alkynyl group, an aryl group, a heterocyclic group or a halogen atom. R 69 and R 7, R 14 and R 15, R 17 and R 18, R 20 ~R 23, R 32 and R 33, R 52 ~R 55 may have each other to form a ring. m1, m3-m5, m8 and m11 are integers of 1-3. The Y 1 to Y 3 are each independently, represent S, O, Se, and Te, or NR 42, R 42 is a hydrogen atom or an alkyl group.
Ligand represented by the general formula (17) is a ligand represented by the following general formula (18).
< 5 > The method for producing a photoelectric conversion element according to < 4 >, wherein the metal complex dye is as follows.
In the general formula (2), R 1 and R 2 are each independently any one of the general formulas (3), (7), and (16). S 1 and S 2 are each independently an ethenylene group, which is conjugated with R 1 , R 2 and bipyridine. l1 and l2 are integers of 0-2. n2 and n3 are each 0 or 1. R 3 and R 4 are each independently an alkyl group, alkenyl group, aryl group, heterocyclic group, alkoxy group, aryloxy group, alkoxycarbonyl group, amino group, acylamino group, cyano group or halogen atom , and n2 is 1 In this case, R 3 may be linked to S 1 to form a ring, and when n 3 is 1, R 4 may be linked to S 2 to form a ring. When n2 and n3 are both 1, R 3 and R 4 may be linked to form a ring. A 1 and A 2 is an acidic group or a salt thereof. n4 and n5 are each 0 or 1. n8 is 0.
Formula (3), in (7) and (16), R 7, R 19 ~R 23, R 51 ~R 55 and R 69 is a hydrogen atom, an alkyl group, an alkenyl group or an alkynyl group. R 68 is an alkyl group, alkenyl group or alkynyl group. R 69 and R 7 , R 20 to R 23 , and R 52 to R 55 may form a ring with each other. m1, m5 and m11 is 1 or 2. The Y 1 to Y 3 are each independently, S, O or NR 42, R 42 is a hydrogen atom or an alkyl group.
In the general formula (18), the R 47 and R 48 are each independently an acid group or a salt thereof, R 49 and R 50 are hydrogen atoms.
< 6 > In any one of <1> to < 5 >, the metal element M of the metal complex dye is Ru , Re , Rh , Pt , Fe , Os , Cu , Ir , Pd , W, or Co. The manufacturing method of the photoelectric conversion element of description.
< 7 > The method for producing a photoelectric conversion element according to < 6 >, wherein the metal element M is Ru , Fe , Os, or Co.
<8> method for producing a pre-Symbol Y 1 is S atom <1> to photoelectric conversion element according to any one of <7>.
< 9 > The acidic groups A 11 , A 12 and A 13 in the general formula (2) and the acidic groups in the general formulas (17) and (18) are each independently a carboxyl group, a phosphoric acid group, a sulfonic acid group or The manufacturing method of the photoelectric conversion element of any one of <1>-< 8 > which is those salts.
<10> The photoelectric conversion device according to item 1 or a <1> ~ <9> CI1 is tetrabutylammonium the general formula (1).
<11> manufacture of the photoelectric conversion device according to any one of A 01 isothiocyanate ligands, isocyanates, and isoselenocyanates or halogen atom <1> to <10> in the general formula (1) Way .
< 12 > Any one of <1> to < 11 >, wherein the titanium oxide particles have an average particle diameter of 1 to 10 nm, a roughness coefficient of 1000 to 1500, and a specific surface area of 200 to 250 m 2 / g. The manufacturing method of the photoelectric conversion element of 1 item | term.
< 13 > <1> to produce a photoelectric conversion element manufacturing method according to any one of <12>, the resulting production method of photoelectrochemical cells causes including a photoelectric conversion element.
本発明の製造方法で製造された光電変換素子は、特定の金属錯体色素と特定の半導体微粒子とを含む感光体層により、高い光電変換効率とともに、吸収波長が好適化され可視光に対する性能適性が高く、さらに素子の耐久性に優れる。 The photoelectric conversion element manufactured by the manufacturing method of the present invention has a high photoelectric conversion efficiency and an absorption wavelength optimized by a photosensitive layer containing a specific metal complex dye and a specific semiconductor fine particle, and has a performance suitability for visible light. High and further excellent in durability of the element.
本発明の製造方法で製造された光電変換素子は、その感光体層に、カチオン系界面活性剤を用いて調製した特定の半導体微粒子と、特定のリガンドをもつ金属錯体とを有する。前記半導体微粒子の空孔のサイズや形状は、特に上記特定の金属錯体色素と相性がよく、所望の性能を引き出しうる。具体的には、上述のように推定を含むが、空孔のサイズ・形状がRu色素の分子間会合(特に色素側鎖にある疎水性基を介した疎水性相互作用による会合)を促進することで、色素の光吸収域が長波になる優位なJ会合や、色素吸着量の増加が生じうる。それにより光電変換素子の性能が向上していると考えられる。
なお、以後、本発明の製造方法で製造された光電変換素子を、単に、本発明の光電変換素子と称す。
以下に、本発明の好ましい実施形態について詳細に説明する。
The photoelectric conversion element manufactured by the manufacturing method of the present invention has, in its photoreceptor layer, specific semiconductor fine particles prepared using a cationic surfactant and a metal complex having a specific ligand. The size and shape of the pores of the semiconductor fine particles are particularly compatible with the specific metal complex dye and can bring out desired performance. Specifically, as described above, including estimation, the size and shape of the pores promote the intermolecular association of Ru dyes (particularly, the association by hydrophobic interaction via the hydrophobic group in the dye side chain). As a result, a dominant J-association in which the light absorption region of the dye becomes a long wave and an increase in the amount of dye adsorbed may occur. Thereby, it is considered that the performance of the photoelectric conversion element is improved.
Hereinafter, the photoelectric conversion element manufactured by the manufacturing method of the present invention is simply referred to as the photoelectric conversion element of the present invention.
Hereinafter , preferred embodiments of the present invention will be described in detail.
[半導体微粒子]
本実施形態の光電変換素子における感光体層5(図1参照)には、下記一般式(I)で表されるカチオン系界面活性剤を用いて作成された半導体微粒子が適用される。まずこのカチオン系界面活性剤について説明する。
[Semiconductor fine particles]
Semiconductor fine particles prepared using a cationic surfactant represented by the following general formula (I) are applied to the photoreceptor layer 5 (see FIG. 1) in the photoelectric conversion element of the present embodiment. First, the cationic surfactant will be described.
(界面活性剤)
一般式(1)は以下のとおりである。
General formula (1) is as follows.
上記カチオン界面活性剤が関与して、特に本発明において採用された増感色素との関係で良好な作用を発揮する空孔(微細孔)が形成されるメカニズムについては未解明の点を含むが、下記のように考えられる。すなわち、界面活性剤(アンモニウムカチオン)に導入されたアルキル鎖が極性溶媒(水、アルコール溶媒など)中で疎水性相互作用により凝集し、1nm以下のアルキル鎖凝集体を形成する。このアルキル鎖凝集体近傍で酸化物半導体(酸化チタンなど)が形成されると、それら酸化物半導体には、凝集したアルキル鎖と同じサイズの微細孔が形成されると考えられる。 Although the above-mentioned cationic surfactant is involved, the mechanism of the formation of vacancies (micropores) that exert a good effect particularly in relation to the sensitizing dye employed in the present invention includes unclear points. It is considered as follows. That is, the alkyl chain introduced into the surfactant (ammonium cation) is aggregated by a hydrophobic interaction in a polar solvent (water, alcohol solvent, etc.) to form an alkyl chain aggregate of 1 nm or less. When oxide semiconductors (such as titanium oxide) are formed in the vicinity of this alkyl chain aggregate, it is considered that micropores having the same size as the aggregated alkyl chain are formed in these oxide semiconductors.
(金属化合物)
上記半導体微粒子の形成には、その金属源となる金属化合物を用いる。かかる金属化合物としては、特定の配位子を有する金属錯体を用いることができる。本実施形態においては、チタン化合物を用いる例について説明する。
チタン化合物としては、チタン錯体が挙げられ、例えば、チタンイソプロポキシド[Ti(OiPr)4]、Ti(OEt)4、Ti(OMe)4、Ti(OBu)4、Ti(OtBu)4が挙げられる。なかでも、チタンイソプロポキシド、Ti(OEt)4、Ti(OtBu)4を用いることが好ましい。金属化合物と上記界面活性剤の投入量は特に限定されないが、金属錯体1モルに対して、上記界面活性剤を0.1〜10.0モル添加することが好ましく、0.5〜5.0モル添加することがより好ましい。この添加量が上記下限値以上であると、界面活性剤中の疎水性基により良好な微細孔が形成されるため好ましい。上記上限値以下であると、微粒子表面上で形成される微細孔同士が結合し、より大きな細孔となることを抑制できるため好ましい。
(Metal compound)
For the formation of the semiconductor fine particles, a metal compound serving as the metal source is used. As such a metal compound, a metal complex having a specific ligand can be used. In this embodiment, an example using a titanium compound will be described.
Examples of titanium compounds include titanium complexes, such as titanium isopropoxide [Ti (OiPr) 4 ], Ti (OEt) 4 , Ti (OMe) 4 , Ti (OBu) 4 , and Ti (OtBu) 4. It is done. Of these, titanium isopropoxide, Ti (OEt) 4 , and Ti (OtBu) 4 are preferably used. The input amount of the metal compound and the surfactant is not particularly limited, but it is preferable to add 0.1 to 10.0 mol of the surfactant and more preferably 0.5 to 5.0 mol with respect to 1 mol of the metal complex. It is preferable that the amount added is equal to or more than the above lower limit value because fine micropores are formed by the hydrophobic group in the surfactant. It is preferable for it to be equal to or less than the above upper limit value because the fine pores formed on the surface of the fine particles are bonded to each other and can be prevented from becoming larger pores.
(調製条件)
本実施形態においては、半導体微粒子を、上記金属化合物を上記カチオン界面活性剤中に添加することにより調製する。例えば、上記チタンイソプロポキシド(TIPR)は常温で液体であり、CTABも同様に液体であるため、CTABを激しく撹拌しておき、そこにTIPRを滴下することで、所望の半導体微粒子の析出物を得ることができる。このときの撹拌速度は、200〜1000rpmであることが好ましい。反応温度は限定されないが、例えば30〜60℃で行うことができる。析出物はエタノール等で洗浄後に焼成することが好ましい。焼成温度は特に限定されないが、400〜500℃で、3〜9時間行うことが好ましい。このようにして得たものを必要により粉砕することで、上記のCTAB/TIPRの例で言えば、チタニアの微粒子を得ることができる。
(Preparation conditions)
In this embodiment, the semiconductor fine particles are prepared by adding the metal compound to the cationic surfactant. For example, since titanium isopropoxide (TIPR) is a liquid at room temperature and CTAB is also a liquid, the CTAB is vigorously stirred, and TIPR is added dropwise thereto, thereby depositing desired semiconductor fine particles. Can be obtained. The stirring speed at this time is preferably 200 to 1000 rpm. Although reaction temperature is not limited, For example, it can carry out at 30-60 degreeC. The precipitate is preferably fired after washing with ethanol or the like. Although a calcination temperature is not specifically limited, It is preferable to carry out at 400-500 degreeC for 3 to 9 hours. By pulverizing what is obtained in this way, titania fine particles can be obtained in the case of the CTAB / TIPR described above.
(微粒子の特性)
本実施形態の微粒子の形状やサイズは特に限定されないが、ナノメートルサイズの超微粒子であることが好ましい。平均粒径は特に断らない限り体積平均径(Mv)を用いる。本実施形態において半導体微粒子の体積平均径は、1〜20nmであることが好ましく、3〜10nmであることがより好ましい。この値が上記下限値以上であると、電解液が酸化チタン微粒子の隙間から進入しやすく、電池としての十分な酸化・還元サイクルを回せるため好ましい。上記上限値以下であると、酸化チタン(TiO2)の表面積が増え、その結果、酸化チタン表面に吸着する色素量も増えるため好ましい。微粒子の粒径の測定方法としては、特に断らない限り動的光散乱法に測定したものを評価し、測定装置としては、大塚電子社製ダイナミック光散乱光度計DLS−7000シリーズ(いずれも商品名)により測定したものを採用する。
また、粒子の表面粗さ係数が1000〜1500であることが好ましく、1100〜1400であることがより好ましい。この値が上記下限値以上であると、色素の会合に必要な微細孔が酸化チタン微粒子表面に形成され好ましい。上記上限値以下であると、過剰な微細孔の形成を抑制できるため好ましい。
(Characteristics of fine particles)
The shape and size of the fine particles of the present embodiment are not particularly limited, but are preferably nanometer-sized ultrafine particles. The volume average diameter (Mv) is used as the average particle diameter unless otherwise specified. In the present embodiment, the volume average diameter of the semiconductor fine particles is preferably 1 to 20 nm, and more preferably 3 to 10 nm. It is preferable for this value to be equal to or greater than the above lower limit value because the electrolytic solution can easily enter through the gaps between the fine titanium oxide particles and a sufficient oxidation / reduction cycle as a battery can be performed. When the amount is not more than the above upper limit, the surface area of titanium oxide (TiO2) is increased, and as a result, the amount of dye adsorbed on the titanium oxide surface is also increased. As a measuring method of the particle size of the fine particles, those measured by the dynamic light scattering method were evaluated unless otherwise specified, and as a measuring device, a dynamic light scattering photometer DLS-7000 series (both trade names) manufactured by Otsuka Electronics Co., Ltd. ) Is used.
Moreover, it is preferable that the surface roughness coefficient of particle | grains is 1000-1500, and it is more preferable that it is 1100-1400. It is preferable that this value is not less than the above lower limit value because fine pores necessary for association of the dye are formed on the surface of the titanium oxide fine particles. It is preferable for it to be not more than the above upper limit value because the formation of excessive fine pores can be suppressed.
半導体微粒子の表面には空孔(微細孔)が多数あることが好ましい。これにより表面積が増大するとともに、上述した色素の会合による特有の作用が好適に発現される。この作用効果の観点から、上記空孔(微細孔)は特定の細孔分布の範囲にあることが好ましい。細孔径のメジアン値としては、0.1〜0.8nmであることが好ましく、0.3〜0.6nmであることがより好ましい。この値が上記下限値以上であると、微細孔に色素分子が複数個入ることができ、有利な会合を微細孔内で形成することができるため好ましい。上記上限値以下であると、過剰の色素が微細孔に入り、そこで非効率な会合を形成することを抑制できるため好ましい。一方、表面積は大きなものであることが好ましく、比表面積について50〜400m2/gが好ましく、100〜350m2/gであることがより好ましい。最も好ましくは、180〜250m2/gであることがより好ましい。この値が上記下限値以上であると、酸化チタン微粒子の表面積が増え、その結果、色素吸着量が増大するため好ましい。上記上限値以下であると、微細孔が微粒子表面に十分形成されるため好ましい(被表面積が大きいとそれだけ微粒子の粒径が小さいことを表す。微粒子が小さすぎれば、微粒子表面に形成される微細孔同士が結合し、大きな細孔となってしまい非効率である。)。微粒子の表面積の測定は定法によればよく、例えば、窒素ガスを用いたBET法により求めればよい。
ただし、本発明では、半導体微粒子は、粒子の平均粒径が1〜20nmで、粗さ係数が1000〜1500で、かつ比表面積が50〜400m 2 /gの酸化チタン粒子を使用する。
It is preferable that the surface of the semiconductor fine particle has a large number of pores (micropores). As a result, the surface area is increased, and the above-described specific action due to the association of the dyes is suitably expressed. From the viewpoint of this effect, the pores (micropores) are preferably in a specific pore distribution range. The median value of the pore diameter is preferably 0.1 to 0.8 nm, and more preferably 0.3 to 0.6 nm. It is preferable that this value is not less than the above lower limit value because a plurality of dye molecules can enter the micropores and an advantageous association can be formed in the micropores. It is preferable for it to be less than or equal to the above upper limit value because it is possible to suppress excessive dye from entering the micropores and forming inefficient association there. On the other hand, it is preferable that the surface area is large, is preferably 50 to 400 m 2 / g for the specific surface area, and more preferably 100 to 350 m 2 / g. Most preferably, it is 180-250 m < 2 > / g. It is preferable for this value to be equal to or greater than the above lower limit value because the surface area of the titanium oxide fine particles is increased, resulting in an increase in the amount of dye adsorbed. It is preferable that the pore size is not more than the above upper limit value because micropores are sufficiently formed on the surface of the fine particles (the larger the surface area, the smaller the particle size of the fine particles. If the fine particles are too small, the fine particles formed on the fine particle surface are preferred. The pores combine to form large pores, which is inefficient.) The surface area of the fine particles may be measured by an ordinary method, for example, by the BET method using nitrogen gas.
However, in the present invention, the semiconductor fine particles are titanium oxide particles having an average particle diameter of 1 to 20 nm, a roughness coefficient of 1000 to 1500, and a specific surface area of 50 to 400 m 2 / g.
[金属錯体色素]
次に金属錯体色素について説明する。本実施形態においては、下記一般式(1)で表される金属錯体色素を用いる。
ML1L2(A 01 )n0(CI1)n1 ・・・ 一般式(1)
(一般式(1)中、
・Mは金属元素を表し、
・A 01 は配位子を表し、
・CI1は対アニオンを表し、
・n0は0〜2の整数を表し、n1は0〜4の整数を表す。
・L1が下記一般式(2)で表される配位子を表し、L2は下記一般式(17)で表される配位子を表す。L1 とL2 が互いのピリジン環のオルト位(N原子の隣の位置)で連結してクォータピリジンリガンドを形成していてもよい。)
・R1、R2およびR5は各々独立に、アルキル基、アルコキシ基または下記一般式(3)〜(16)を表す。なかでも、アルキル基、アルコキシ基、又はチオフェン基(チオフェンは1価の末端基であっても2価の連結基であってもよい)を有する基であることが好ましい。アルキル基、アルコキシ基としては、置換基Tで挙げたものが挙げられる。
・S1、S2およびS3は各々独立に、エテニレン基、エチニレン基およびアリーレン基から選ばれた少なくとも1種であって、R1、R2、R5およびピリジンと共役している。l1、l2およびl3は0〜5の整数を表す。
・R3、R4およびR6は独立に置換基(好ましいものとして置換基Tで挙げたものが挙げられる。)を表し、n2およびn7は各々0〜3の整数を表し、n3は0〜2の整数を表す。n2が1以上のときR3はS1と連結して環を形成していてもよく、n3が1以上のときR4はS2と連結して環を形成していてもよく、n7が1以上のときR6はS3と連結して環を形成していてもよい。n2が2以上のとき、R3同士は同じでも異なっていてもよく、互いに連結して環を形成していてもよい。n3が2のとき、R4同士は同じでも異なっていてもよく、互いに連結して環を形成していてもよい。n7が2以上のとき、R6同士は同じでも異なっていてもよく、互いに連結して環を形成していてもよい。n2、n3およびn7がともに1以上のときR3、R4およびR6は連結して環を形成していてもよい。
・A1、A2およびA3は独立に酸性基またはその塩を表す。n4、n5およびn6は各々0〜3の整数を表す。n8は0又は1を表す。好ましい酸性基としては、後記、結合基に記載のものが挙げられる。]
一般式(13−1)〜(15)中、R64〜R67は各々独立に、水素原子、アルキル基、アルケニル基、アルキニル基、アリール基、ヘテロ環基、またはハロゲン原子を表し、より好ましくはアルキル基、アルケニル基、アルキニル基、アリール基、ヘテロ環基であり、さらに好ましくはアルキル基、アルケニル基、アルキニル基、ヘテロ環基である。
R69とR7、R9〜R12、R14とR15、R17とR18、R20〜R23、R25とR26、R28〜R31、R32とR33、R34とR35、R36〜R39、R52〜R55は互いに環を形成していてもよい。同一特性基中に2つ存在するR24およびR27は、2つのR 24 同士または2つのR 27 同士が、互いに同一でも異なっていてもよく、また、2つのR 24 同士または2つのR 27 同士が、互いに結合して環を形成していてもよい。m1〜m11は1〜5の整数を表す。Y1〜Y3およびXは各々独立にS、O、Se、Te、NR42を表し、R42は水素原子、アルキル基、アルケニル基、アルキニル基、アリール基、ヘテロ環基を表す。]
Next, the metal complex dye will be described. In the present embodiment, a metal complex dye represented by the following general formula (1) is used.
ML 1 L 2 (A 01 ) n0 (CI1) n1 ... General formula (1)
(In general formula (1),
M represents a metal element,
A 01 represents a ligand,
CI1 represents a counter anion,
-N0 represents the integer of 0-2, n1 represents the integer of 0-4.
· L 1 represents a ligand is Ru represented by the following general formula (2), L 2 represents a ligand represented by the following general formula (17). L 1 and L 2 may be linked to each other at the ortho position of the pyridine ring (position adjacent to the N atom) to form a quarterpyridine ligand. )
* R < 1 >, R < 2 > and R < 5 > represent an alkyl group, an alkoxy group, or the following general formula (3)-(16) each independently. Among them, a group having an alkyl group, an alkoxy group, or a thiophene group (thiophene may be a monovalent terminal group or a divalent linking group) is preferable. Examples of the alkyl group and alkoxy group include those exemplified for the substituent T.
S 1 , S 2 and S 3 are each independently at least one selected from an ethenylene group, an ethynylene group and an arylene group, and are conjugated with R 1 , R 2 , R 5 and pyridine. l1, l2 and l3 each represents an integer of 0 to 5;
· R 3, R 4 and R 6 are (include those mentioned substituent T as being preferred.) Independently substituent represents, n 2 Contact and n7 each represent an integer of 0 to 3, n3 is Represents an integer of 0 to 2; When n2 is 1 or more, R 3 may be linked to S 1 to form a ring, and when n3 is 1 or more, R 4 may be linked to S 2 to form a ring, and n7 is When it is 1 or more, R 6 may be linked to S 3 to form a ring. When n2 is 2 or more, R 3 together may be the same or different, may form a ring. When n3 is 2 , R 4 may be the same or different, and may be connected to each other to form a ring. When n7 is 2 or more, R 6 may be the same or different, and may be connected to each other to form a ring. When n2, n3 and n7 are all 1 or more, R 3 , R 4 and R 6 may be linked to form a ring.
· A 1, A 2 and A 3 represents an acidic group or a salt thereof independently. n4, n5 and n6 each represents an integer of 0 to 3. n8 represents 0 or 1. Preferable acidic groups include those described later and in the linking group. ]
In general formulas (13-1) to (15), R 64 to R 67 each independently represents a hydrogen atom, an alkyl group, an alkenyl group, an alkynyl group, an aryl group, a heterocyclic group, or a halogen atom, and more preferably. Is an alkyl group, alkenyl group, alkynyl group, aryl group or heterocyclic group, more preferably an alkyl group, alkenyl group, alkynyl group or heterocyclic group.
R 69 and R 7, R 9 ~R 12, R 14 and R 15, R 17 and R 18, R 20 ~R 23, R 25 and R 26, R 28 ~R 31, R 32 and R 33, R 34 And R 35 , R 36 to R 39 , and R 52 to R 55 may form a ring with each other. R 24 and R 27 present two to during the same characteristic group, the two R 24 s or two R 27 each other may be the same as or different from each other and two R 24 s or two R 27 each other may be bonded to each other to form a ring. m1-m11 represents the integer of 1-5. Y 1 to Y 3 and X each independently represent S, O, Se, Te, NR 42 , and R 42 represents a hydrogen atom, an alkyl group, an alkenyl group, an alkynyl group, an aryl group, or a heterocyclic group. ]
ここで、前記した特に色素側鎖にある疎水性基とは、具体的に一般式(2)の構造式で示すと、R1−S1−、R2−S2−、R5−S3−の部位に相当する。本発明がこれにより限定して解釈されるものではないが、典型的にはこの部位が分子間で相互作用して、上述した本発明に特有の会合による相互作用を奏すると解される。この観点から本発明においては、上記疎水性基及びそれをもつ側鎖を設計することが重要である。
なお、本発明で使用する金属錯体色素は、上記のうち、以下の通りである。
一般式(2)において、R1、R2およびR5は各々独立に、前記一般式(3)〜(11)、(13−2)または(14)〜(16)のいずれかであり、R 3 、R 4 およびR 6 は独立に、アルキル基、アルケニル基、アリール基、ヘテロ環基、アルコキシ基、アリールオキシ基、アルコキシカルボニル基、アミノ基、アシルアミノ基、シアノ基またはハロゲン原子であり、n8は、0または1である。
また、一般式(3)〜(11)および(16)では、R7〜R35、R52〜R55、R61、R62およびR69は各々独立に、水素原子、アルキル基、アルケニル基、アルキニル基、アルコキシ基、アルキルチオ基、アリール基、アリールオキシ基、アリールチオ基、アミノ基、ヘテロ環基またはハロゲン原子であり、R51は、水素原子、アルキル基、アルケニル基、アルキニル基、アルコキシ基、アルキルチオ基、アリール基、アリールオキシ基、アリールチオ基、ヘテロ環基またはハロゲン原子であり、R68は、アルキル基、アルケニル基、アルキニル基、アルコキシ基、アルキルチオ基、アリール基、アリールオキシ基、アリールチオ基、ヘテロ環基またはハロゲン原子である。m1〜m9およびm11は1〜5の整数である。
また、一般式(13−2)、(14)および(15)では、R40およびR41は各々独立に、水素原子、アルキル基、アルケニル基、アルキニル基、アルコキシ基、アルキルチオ基、アリール基、アリールオキシ基、アリールチオ基、アミノ基、ヘテロ環基またはハロゲン原子であり、R65〜R67は各々独立に、水素原子、アルキル基、アルケニル基、アルキニル基、アリール基、ヘテロ環基またはハロゲン原子である。Y1〜Y3およびXは各々独立にS、O、Se、TeまたはNR42であり、R42は水素原子、アルキル基、アルケニル基、アルキニル基、アリール基またはヘテロ環基である。
Here, the hydrophobic group particularly in the side chain of the dye is specifically represented by the structural formula of the general formula (2): R 1 -S 1- , R 2 -S 2- , R 5 -S It corresponds to the 3- site. Although the present invention is not construed as being limited thereby, it is typically understood that this site interacts between molecules to exhibit the interaction due to the above-described association unique to the present invention. From this viewpoint, in the present invention, it is important to design the hydrophobic group and a side chain having the hydrophobic group.
In addition, the metal complex pigment | dye used by this invention is as follows among the above.
In the general formula (2), R 1 , R 2 and R 5 are each independently any one of the general formulas (3) to (11), (13-2) or (14) to (16), R 3 , R 4 and R 6 are independently an alkyl group, alkenyl group, aryl group, heterocyclic group, alkoxy group, aryloxy group, alkoxycarbonyl group, amino group, acylamino group, cyano group or halogen atom, n8 is 0 or 1.
In the general formulas (3) to (11) and (16), R 7 to R 35 , R 52 to R 55 , R 61 , R 62 and R 69 are each independently a hydrogen atom, an alkyl group or an alkenyl group. , An alkynyl group, an alkoxy group, an alkylthio group, an aryl group, an aryloxy group, an arylthio group, an amino group, a heterocyclic group or a halogen atom, and R 51 is a hydrogen atom, an alkyl group, an alkenyl group, an alkynyl group, an alkoxy group , An alkylthio group, an aryl group, an aryloxy group, an arylthio group, a heterocyclic group or a halogen atom, and R68 is an alkyl group, an alkenyl group, an alkynyl group, an alkoxy group, an alkylthio group, an aryl group, an aryloxy group, an arylthio group A group, a heterocyclic group or a halogen atom. m1-m9 and m11 are integers of 1-5.
In the general formulas (13-2), (14) and (15), R 40 and R 41 are each independently a hydrogen atom, an alkyl group, an alkenyl group, an alkynyl group, an alkoxy group, an alkylthio group, an aryl group, An aryloxy group, an arylthio group, an amino group, a heterocyclic group or a halogen atom, and R 65 to R 67 each independently represent a hydrogen atom, an alkyl group, an alkenyl group, an alkynyl group, an aryl group, a heterocyclic group or a halogen atom. It is. Y 1 to Y 3 and X are each independently S, O, Se, Te or NR 42 , and R 42 is a hydrogen atom, an alkyl group, an alkenyl group, an alkynyl group, an aryl group or a heterocyclic group.
○金属元素M
金属元素Mは特に限定されず、上記一般式の構造をとり得るものであればよいが、中でも、Ru,Re,Rh,Pt,Fe,Os,Cu,Ir,Pd,WまたはCoが好ましく、Ru,Fe,OsまたはCoであることがより好ましい。
○ Metal element M
The metal element M is not particularly limited as long as it can take the structure of the above general formula. Among them, Ru, Re, Rh, Pt, Fe, Os, Cu, Ir, Pd, W, or Co is preferable. Ru, Fe, Os or Co is more preferable.
○配位子A 01
配位子A 01 は上記一般式の配位子となりうるものであれば特に限定されないが、イソチオシアネート、イソシアネート、イソセレノシアネートまたはハロゲン原子であることが好ましい。
○ Ligand A 01
The ligand A 01 is not particularly limited as long as it can be a ligand of the above general formula, but is preferably isothiocyanate, isocyanate, isoselenocyanate or a halogen atom.
○対アニオンCI1
置換基が解離性基を有することなどにより、一般式(2)の色素は解離して負電荷を持ってもよい。この場合、一般式(2)の色素全体の電荷は対イオンCIにより電気的に中性とされる。
○ Counter anion CI1
The dye of the general formula (2) may be dissociated and have a negative charge because the substituent has a dissociable group. In this case, the entire charge of the dye of the general formula (2) is electrically neutralized by the counter ion CI.
対イオンCIが正の対イオンの場合、例えば、対イオンCIは、無機又は有機のアンモニウムイオン(例えばテトラアルキルアンモニウムイオン、ピリジニウムイオン等)、アルカリ金属イオン又はプロトンである。中でもテトラブチルアンモニウムであることが好ましい。 When the counter ion CI is a positive counter ion, for example, the counter ion CI is an inorganic or organic ammonium ion (for example, tetraalkylammonium ion, pyridinium ion, etc.), an alkali metal ion, or a proton. Of these, tetrabutylammonium is preferable.
対イオンCIが負の対イオンの場合、例えば、対イオンCIは、無機陰イオンでも有機陰イオンでもよい。例えば、ハロゲン陰イオン(例えば、フッ化物イオン、塩化物イオン、臭化物イオン、ヨウ化物イオン等)、置換アリールスルホン酸イオン(例えばp−トルエンスルホン酸イオン、p−クロロベンゼンスルホン酸イオン等)、アリールジスルホン酸イオン(例えば1,3−ベンゼンジスルホン酸イオン、1,5−ナフタレンジスルホン酸イオン、2,6−ナフタレンジスルホン酸イオン等)、アルキル硫酸イオン(例えばメチル硫酸イオン等)、硫酸イオン、チオシアン酸イオン、過塩素酸イオン、テトラフルオロホウ酸イオン、ヘキサフルオロホスフェートイオン、ピクリン酸イオン、酢酸イオン、トリフルオロメタンスルホン酸イオン等が挙げられる。さらに電荷均衡対イオンとして、イオン性ポリマーあるいは色素と逆電荷を有する他の色素を用いてもよく、金属錯イオン(例えばビスベンゼン−1,2−ジチオラトニッケル(III)等)も使用可能である。 When the counter ion CI is a negative counter ion, for example, the counter ion CI may be an inorganic anion or an organic anion. For example, halogen anions (eg, fluoride ions, chloride ions, bromide ions, iodide ions, etc.), substituted aryl sulfonate ions (eg, p-toluene sulfonate ions, p-chlorobenzene sulfonate ions, etc.), aryl disulfones Acid ion (for example, 1,3-benzenedisulfonic acid ion, 1,5-naphthalenedisulfonic acid ion, 2,6-naphthalenedisulfonic acid ion, etc.), alkyl sulfate ion (for example, methyl sulfate ion, etc.), sulfate ion, thiocyanate ion Perchlorate ion, tetrafluoroborate ion, hexafluorophosphate ion, picrate ion, acetate ion, trifluoromethanesulfonate ion and the like. Further, as the charge balance counter ion, an ionic polymer or another dye having a charge opposite to that of the dye may be used, and a metal complex ion (for example, bisbenzene-1,2-dithiolatonickel (III)) can also be used. is there.
○n0は0〜2の整数を表し、1〜2であることが好ましく、2であることがより好ましい。nでその数が定義される基(配位子)は複数ある場合、互いに異なっていても同じであってもよい。n1は0〜4の整数を表し、0〜2であることが好ましく、0〜1であることがより好ましい。n1でその数が定義されるアニオンは複数ある場合、互いに異なっていても同じであってもよい。 * N0 represents the integer of 0-2, it is preferable that it is 1-2, and it is more preferable that it is 2. When there are a plurality of groups (ligands) whose number is defined by n, they may be different or the same. n1 represents an integer of 0 to 4, preferably 0 to 2, and more preferably 0 to 1. When there are a plurality of anions whose number is defined by n1, they may be different from each other or the same.
○配位子L1
前記一般式(2)中、S1およびS2はそれぞれエテニレン基、エチニレン基およびアリーレン基から選ばれた少なくとも1種であるが、複数あるときには、異なるものであっても、同じものであってもよい。S1およびS2はエテニレン基又はエチニレン基であることが好ましい。
配位子L1は前記下記一般式(2)で表されものであり、下記で定義されるものが好ましい。
[一般式(2)中、R1およびR2は各々独立に、アルキル基、アルコキシ基、または一般式(3)、(5)、(6)、(7)、(10)、(12)、及び(19)のいずれかを表す。S1およびS2は各々独立に、エテニレン基およびエチニレン基から選ばれた少なくとも1種であって、R1、R2およびビピリジンと共役している。l1およびl2は0〜3の整数を表す。R3およびR4は独立に置換基を表し、n2が1以上のときR3はS1と連結して環を形成していてもよく、n3が1以上のときR4はS2と連結して環を形成していてもよい。n2が2以上のとき、R3同士は同じでも異なっていてもよく、互いに連結して環を形成していてもよい。n3が2以上のとき、R4同士は同じでも異なっていてもよく、互いに連結して環を形成していてもよい。n2およびn3がともに1以上のときR3とR4は連結して環を形成していてもよい。ただし、n2およびn3は各々0〜2の整数を表し、A1およびA2は酸性基またはその塩を表す。n4およびn5は各々0〜2の整数を表す。n8は0を表す。]
さらに以下で定義されるものが好ましい。
[一般式(2)中、R1およびR2は各々独立に、アルキル基、アルコキシ基、又は一般式(3)、(7)、(12)、及び(19)のいずれかを表す。S1およびS2は各々独立に、エテニレン基であって、R1、R2およびビピリジンと共役している。l1およびl2は0〜2の整数を表す。n2およびn3は各々0〜1の整数を表す。R3およびR4は独立に置換基を表し、n2が1のときR3はS1と連結して環を形成していてもよく、n3が1のときR4はS2と連結して環を形成していてもよい。n2およびn3がともに1のときR3とR4は連結して環を形成していてもよい。A1およびA2は酸性基またはその塩を表す。n4およびn5は各々0〜1の整数を表す。n8は0を表す。]
○ Ligand L 1
In the general formula (2), S 1 and S 2 are at least one selected from an ethenylene group, an ethynylene group and an arylene group. Also good. S 1 and S 2 are preferably an ethenylene group or an ethynylene group.
Ligand L 1 are those represented by the following general formula (2), preferred are those defined below.
[In General Formula (2), R 1 and R 2 are each independently an alkyl group, an alkoxy group, or General Formulas (3), (5), (6), (7), (10), (12) , And (19). S 1 and S 2 are each independently at least one selected from an ethenylene group and an ethynylene group, and are conjugated to R 1 , R 2 and bipyridine. l1 and l2 represent the integer of 0-3. R 3 and R 4 represent independently a substituent, n2 is may form one or more when R3 are linked to S1 ring, R 4 when n3 is 1 or more are linked with S 2 A ring may be formed. When n2 is 2 or more, R 3 together may be the same or different, may form a ring. When n3 is 2 or more, R 4 may be the same or different, and may be connected to each other to form a ring. When both n2 and n3 are 1 or more, R 3 and R 4 may be linked to form a ring. However, n2 and n3 each represent a integer of 0 to 2, A 1 and A 2 represents an acidic group or a salt thereof. n4 and n5 each represent an integer of 0-2. n8 represents 0. ]
Further preferred are those defined below.
[In General Formula (2), R 1 and R 2 each independently represents an alkyl group, an alkoxy group, or any one of General Formulas (3), (7), (12), and (19). S 1 and S 2 are each independently an ethenylene group, which is conjugated with R 1 , R 2 and bipyridine. l1 and l2 represent an integer of 0-2. n2 and n3 each represents an integer of 0 to 1. R 3 and R 4 independently represent a substituent. When n2 is 1, R 3 may be linked to S 1 to form a ring, and when n3 is 1, R 4 is linked to S 2 A ring may be formed. When n2 and n3 are both 1, R 3 and R 4 may be linked to form a ring. A 1 and A 2 represent an acidic group or a salt thereof. n4 and n5 each represents an integer of 0 to 1. n8 represents 0. ]
○配位子L2
配位子L2は前記一般式(17)で表されるものであり、下記一般式(18)で表されるものであることが好ましい。
Ligands L 2 are those represented by the general formula (17), it is preferably represented by the following general formula (18).
(酸性基)
一般式(1)で表される構造を有する色素は、半導体微粒子の表面と結合するための適当な酸性基を少なくとも1つ以上有するのが好ましい。この結合基を色素中に1〜6個有するのがより好ましく、1〜4個有するのが特に好ましい。カルボキシル基、スルホン酸基、ヒドロキシル基、ヒドロキサム酸基(例えば−CONHOH等)、ホスホリル基(例えば−OP(O)(OH)2等)、ホスホニル基(例えば−P(O)(OH)2等)等の酸性基(解離性のプロトンを有する置換基)を色素中に有することが好ましい。前記記載の酸性基としては、それぞれ独立に、カルボキシル基、リン酸基、スルホン酸基またはそれらの塩が挙げられる。
(Acidic group)
The dye having the structure represented by the general formula (1) preferably has at least one suitable acidic group for bonding to the surface of the semiconductor fine particles. It is more preferable to have 1 to 6 bonding groups in the dye, and it is particularly preferable to have 1 to 4 bonding groups. Carboxyl group, sulfonic acid group, hydroxyl group, hydroxamic acid group (for example, —CONHOH, etc.), phosphoryl group (for example, —OP (O) (OH) 2, etc.), phosphonyl group (for example, —P (O) (OH) 2, etc.) It is preferable that the dye has an acidic group (substituent having a dissociable proton). The acidic groups of the described, each independently, a carboxyl group, a phosphoric acid group, a sulfonic acid Motoma other salts thereof.
以下に、前記一般式(1)で表される金属錯体色素の具体例を示すが、本発明がこれにより限定して解釈されるものではない。なお、下記具体例における色素がプロトン解離性基を有する配位子を含む場合、該配位子は必要に応じて解離しプロトンを放出してもよい。
なお、金属錯体色素のA−13〜A−15、A−26〜A−28、T−13〜T−15、Q−13〜Q−15は参考例である。
Specific examples of the metal complex dye represented by the general formula (1) are shown below, but the present invention is not construed as being limited thereto. In addition, when the pigment | dye in the following specific example contains the ligand which has a proton dissociable group, this ligand may dissociate as needed and may discharge | release a proton.
The metal complex dyes A-13 to A-15, A-26 to A-28, T-13 to T-15, and Q-13 to Q-15 are reference examples.
金属錯体色素の合成方法については、公知の製造方法を参照することができ、例えば、Journal of Photochemistry and Photobiology A: Chemistry, 145(2001)117、Inorganic Chemistry ,35(1996)4779、WO2004/099128A1、JPA2001-139587、JPA2001-302558、JPA2007-302642、JPA2007-332098、JPB4377148等を参考にすることができる。その他、一般式(1)で表される色素は、特開2001-291534号公報を参考に従来の方法で調製することができる。なお、本発明の光電変換素子の感光体層において適用される半導体微粒子及び金属錯体の量等は、後に素子の説明の項で述べる。
以下に例示化合物の一部について極大吸収波長(溶液吸収)の値を示す。
色素番号 極大吸収波長(nm)
A-1 560
A-2 550
A-3 543
A-4 538
A-5 540
A-6 546
A-7 527
A-8 534
B-1 520(下記実施例の記載参照)
B-2 533(下記実施例の記載参照)
For the method for synthesizing the metal complex dye, known production methods can be referred to, for example, Journal of Photochemistry and Photobiology A: Chemistry, 145 (2001) 117, Inorganic Chemistry, 35 (1996) 4779, WO2004 / 099128A1, JPA2001-139587, JPA2001-302558, JPA2007-302642, JPA2007-332098, JPB4377148, etc. can be referred to. In addition, the dye represented by the general formula (1) can be prepared by a conventional method with reference to JP-A-2001-291534. The amounts of semiconductor fine particles and metal complexes applied in the photoreceptor layer of the photoelectric conversion element of the present invention will be described later in the description of the element.
The values of the maximum absorption wavelength (solution absorption) are shown below for some of the exemplified compounds.
Dye number Maximum absorption wavelength (nm)
A-1 560
A-2 550
A-3 543
A-4 538
A-5 540
A-6 546
A-7 527
A-8 534
B-1 520 (Refer to the description of Examples below)
B-2 533 (Refer to the description of Examples below)
<置換基T>
アルキル基(好ましくは炭素原子数1〜20のアルキル基、例えばメチル、エチル、イソプロピル、t−ブチル、ペンチル、ヘプチル、1−エチルペンチル、ベンジル、2−エトキシエチル、1−カルボキシメチル等)、アルケニル基(好ましくは炭素原子数2〜20のアルケニル基、例えば、ビニル、アリル、オレイル等)、アルキニル基(好ましくは炭素原子数2〜20のアルキニル基、例えば、エチニル、ブタジイニル、フェニルエチニル等)、シクロアルキル基(好ましくは炭素原子数3〜20のシクロアルキル基、例えば、シクロプロピル、シクロペンチル、シクロヘキシル、4−メチルシクロヘキシル等)、アリール基(好ましくは炭素原子数6〜26のアリール基、例えば、フェニル、1−ナフチル、4−メトキシフェニル、2−クロロフェニル、3−メチルフェニル等)、ヘテロ環基(好ましくは炭素原子数2〜20のヘテロ環基、例えば、2−ピリジル、4−ピリジル、2−イミダゾリル、2−ベンゾイミダゾリル、2−チアゾリル、2−オキサゾリル等)、アルコキシ基(好ましくは炭素原子数1〜20のアルコキシ基、例えば、メトキシ、エトキシ、イソプロピルオキシ、ベンジルオキシ等)、アリールオキシ基(好ましくは炭素原子数6〜26のアリールオキシ基、例えば、フェノキシ、1−ナフチルオキシ、3−メチルフェノキシ、4−メトキシフェノキシ等)、アルコキシカルボニル基(好ましくは炭素原子数2〜20のアルコキシカルボニル基、例えば、エトキシカルボニル、2−エチルヘキシルオキシカルボニル等)、アミノ基(好ましくは炭素原子数0〜20のアミノ基、例えば、アミノ、N,N−ジメチルアミノ、N,N−ジエチルアミノ、N−エチルアミノ、アニリノ等)、スルホンアミド基(好ましくは炭素原子数0〜20のスルホンアミド基、例えば、N,N−ジメチルスルホンアミド、N−フェニルスルホンアミド等)、アシルオキシ基(好ましくは炭素原子数1〜20のアシルオキシ基、例えば、アセチルオキシ、ベンゾイルオキシ等)、カルバモイル基(好ましくは炭素原子数1〜20のカルバモイル基、例えば、N,N−ジメチルカルバモイル、N−フェニルカルバモイル等)、アシルアミノ基(好ましくは炭素原子数1〜20のアシルアミノ基、例えば、アセチルアミノ、ベンゾイルアミノ等)、シアノ基、又はハロゲン原子(例えばフッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子等)であり、より好ましくはアルキル基、アルケニル基、アリール基、ヘテロ環基、アルコキシ基、アリールオキシ基、アルコキシカルボニル基、アミノ基、アシルアミノ基、シアノ基又はハロゲン原子であり、特に好ましくはアルキル基、アルケニル基、ヘテロ環基、アルコキシ基、アルコキシカルボニル基、アミノ基、アシルアミノ基又はシアノ基である。
<Substituent T>
An alkyl group (preferably an alkyl group having 1 to 20 carbon atoms, such as methyl, ethyl, isopropyl, t-butyl, pentyl, heptyl, 1-ethylpentyl, benzyl, 2-ethoxyethyl, 1-carboxymethyl, etc.), alkenyl A group (preferably an alkenyl group having 2 to 20 carbon atoms, such as vinyl, allyl, oleyl, etc.), an alkynyl group (preferably an alkynyl group having 2 to 20 carbon atoms, such as ethynyl, butadiynyl, phenylethynyl, etc.), A cycloalkyl group (preferably a cycloalkyl group having 3 to 20 carbon atoms, such as cyclopropyl, cyclopentyl, cyclohexyl, 4-methylcyclohexyl, etc.), an aryl group (preferably an aryl group having 6 to 26 carbon atoms, for example, Phenyl, 1-naphthyl, 4-methoxyphenyl, -Chlorophenyl, 3-methylphenyl, etc.), heterocyclic groups (preferably heterocyclic groups having 2 to 20 carbon atoms, such as 2-pyridyl, 4-pyridyl, 2-imidazolyl, 2-benzimidazolyl, 2-thiazolyl, 2 -Oxazolyl etc.), an alkoxy group (preferably an alkoxy group having 1 to 20 carbon atoms, such as methoxy, ethoxy, isopropyloxy, benzyloxy etc.), an aryloxy group (preferably an aryloxy group having 6 to 26 carbon atoms) , For example, phenoxy, 1-naphthyloxy, 3-methylphenoxy, 4-methoxyphenoxy, etc.), alkoxycarbonyl groups (preferably C2-C20 alkoxycarbonyl groups such as ethoxycarbonyl, 2-ethylhexyloxycarbonyl, etc.) ), Amino group (preferably carbon Amino group having 0 to 20 children, such as amino, N, N-dimethylamino, N, N-diethylamino, N-ethylamino, anilino, etc.), sulfonamide group (preferably sulfonamide having 0 to 20 carbon atoms) A group such as N, N-dimethylsulfonamide, N-phenylsulfonamide, etc., an acyloxy group (preferably an acyloxy group having 1 to 20 carbon atoms such as acetyloxy, benzoyloxy, etc.), a carbamoyl group (preferably A carbamoyl group having 1 to 20 carbon atoms, such as N, N-dimethylcarbamoyl, N-phenylcarbamoyl, etc.), an acylamino group (preferably an acylamino group having 1 to 20 carbon atoms, such as acetylamino, benzoylamino, etc.) , A cyano group, or a halogen atom (eg, fluorine atom, chlorine atom, bromine atom) More preferably an alkyl group, alkenyl group, aryl group, heterocyclic group, alkoxy group, aryloxy group, alkoxycarbonyl group, amino group, acylamino group, cyano group or halogen atom, Particularly preferred are an alkyl group, an alkenyl group, a heterocyclic group, an alkoxy group, an alkoxycarbonyl group, an amino group, an acylamino group or a cyano group.
一般式(1)で表される色素は、溶液中における極大吸収波長が500〜700nmの範囲であることが好ましく、500〜650nmの範囲であることがより好ましい。 The dye represented by the general formula (1) has a maximum absorption wavelength in the solution of preferably 500 to 700 nm, and more preferably 500 to 650 nm.
[光電変換素子]
(感光体層)
光電変換素子の実施態様については図2に基づき既に説明した。本実施形態において感光体層2は、後述の色素が吸着された半導体微粒子22の層からなる多孔質半導体層で構成されている。この色素は一部電解質中に解離したもの等があってもよい。また、感光体層2は目的に応じて設計され、多層構造からなるものであってもよい。
上述したように感光体層2には、特定の色素が吸着した半導体微粒子22を含むことから、受光感度が高く、光電気化学電池100として使用する場合に、高い光電変換効率を得ることができ、さらに高い耐久性を有する。
[Photoelectric conversion element]
(Photoreceptor layer)
The embodiment of the photoelectric conversion element has already been described with reference to FIG. In the present embodiment, the photoreceptor layer 2 is composed of a porous semiconductor layer composed of a layer of semiconductor
As described above, since the photosensitive layer 2 includes the
(電荷移動体)
本発明の光電変換素子10に用いられる電解質組成物には、酸化還元対として、例えばヨウ素とヨウ化物(例えばヨウ化リチウム、ヨウ化テトラブチルアンモニウム、ヨウ化テトラプロピルアンモニウム等)との組み合わせ、アルキルビオローゲン(例えばメチルビオローゲンクロリド、ヘキシルビオローゲンブロミド、ベンジルビオローゲンテトラフルオロボレート)とその還元体との組み合わせ、ポリヒドロキシベンゼン類(例えばハイドロキノン、ナフトハイドロキノン等)とその酸化体との組み合わせ、2価と3価の鉄錯体(例えば赤血塩と黄血塩)の組み合わせ等が挙げられる。これらのうちヨウ素とヨウ化物との組み合わせが好ましい。
(Charge transfer body)
The electrolyte composition used for the photoelectric conversion element 10 of the present invention includes, for example, a combination of iodine and iodide (for example, lithium iodide, tetrabutylammonium iodide, tetrapropylammonium iodide, etc.) as an oxidation-reduction pair, alkyl Combinations of viologens (for example, methyl viologen chloride, hexyl viologen bromide, benzyl viologen tetrafluoroborate) and reduced forms thereof, combinations of polyhydroxybenzenes (for example, hydroquinone, naphthohydroquinone, etc.) and oxidized forms thereof, bivalent and trivalent And a combination of iron complexes (for example, red blood salt and yellow blood salt). Of these, a combination of iodine and iodide is preferred.
ヨウ素塩のカチオンは5員環又は6員環の含窒素芳香族カチオンであるのが好ましい。特に、一般式(1)により表される化合物がヨウ素塩でない場合は、再公表WO95/18456号公報、特開平8−259543号公報、電気化学,第65巻,11号,923頁(1997年)等に記載されているピリジニウム塩、イミダゾリウム塩、トリアゾリウム塩等のヨウ素塩を併用するのが好ましい。 The cation of the iodine salt is preferably a 5-membered or 6-membered nitrogen-containing aromatic cation. In particular, when the compound represented by the general formula (1) is not an iodine salt, republished WO95 / 18456, JP-A-8-259543, Electrochemistry, Vol.65, No.11, p.923 (1997) It is preferable to use iodine salts such as pyridinium salts, imidazolium salts, and triazolium salts described in the above.
本発明の光電変換素子10に使用される電解質組成物中には、ヘテロ環4級塩化合物と共にヨウ素を含有するのが好ましい。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。 The electrolyte composition used for the photoelectric conversion element 10 of the present invention preferably contains iodine together with the heterocyclic quaternary salt compound. The iodine content is preferably 0.1 to 20% by mass, and more preferably 0.5 to 5% by mass with respect to the entire electrolyte composition.
本発明の光電変換素子10に用いられる電解質組成物は溶媒を含んでいてもよい。電解質組成物中の溶媒含有量は組成物全体の50質量%以下であるのが好ましく、30質量%以下であるのがより好ましく、10質量%以下であるのが特に好ましい。 The electrolyte composition used for the photoelectric conversion element 10 of the present invention may contain a solvent. The content of the solvent in the electrolyte composition is preferably 50% by mass or less, more preferably 30% by mass or less, and particularly preferably 10% by mass or less based on the entire composition.
溶媒としては低粘度でイオン移動度が高いか、高誘電率で有効キャリアー濃度を高めることができるか、又はその両方であるために優れたイオン伝導性を発現できるものが好ましい。このような溶媒としてカーボネート化合物(エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート等)、複素環化合物(3−メチル−2−オキサゾリジノン等)、エーテル化合物(ジオキサン、ジエチルエーテル等)、鎖状エーテル類(エチレングリコールジアルキルエーテル、プロピレングリコールジアルキルエーテル、ポリエチレングリコールジアルキルエーテル、ポリプロピレングリコールジアルキルエーテル等)、アルコール類(メタノール、エタノール、エチレングリコールモノアルキルエーテル、プロピレングリコールモノアルキルエーテル、ポリエチレングリコールモノアルキルエーテル、ポリプロピレングリコールモノアルキルエーテル等)、多価アルコール類(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、グリセリン等)、ニトリル化合物(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、ビスシアノエチルエーテル等)、エステル類(カルボン酸エステル、リン酸エステル、ホスホン酸エステル等)、非プロトン性極性溶媒(ジメチルスルホキシド(DMSO)、スルフォラン等)、水、特開2002−110262記載の含水電解液、特開2000−36332号公報、特開2000−243134号公報、及び再公表WO/00−54361号公報記載の電解質溶媒などが挙げられる。これらの溶媒は二種以上を混合して用いてもよい。 As the solvent, those having a low viscosity and high ion mobility, a high dielectric constant and capable of increasing the effective carrier concentration, or both are preferable because they can exhibit excellent ion conductivity. As such a solvent, carbonate compounds (ethylene carbonate, propylene carbonate, etc.), heterocyclic compounds (3-methyl-2-oxazolidinone, etc.), ether compounds (dioxane, diethyl ether, etc.), chain ethers (ethylene glycol dialkyl ether, Propylene glycol dialkyl ether, polyethylene glycol dialkyl ether, polypropylene glycol dialkyl ether, etc.), alcohols (methanol, ethanol, ethylene glycol monoalkyl ether, propylene glycol monoalkyl ether, polyethylene glycol monoalkyl ether, polypropylene glycol monoalkyl ether, etc.), Polyhydric alcohols (ethylene glycol, propylene glycol, polyethylene glycol Nitrile compounds (acetonitrile, glutarodinitrile, methoxyacetonitrile, propionitrile, benzonitrile, biscyanoethyl ether, etc.), esters (carboxylic esters, phosphate esters, phosphonates, etc.) ), Aprotic polar solvent (dimethyl sulfoxide (DMSO), sulfolane, etc.), water, hydrous electrolyte described in JP-A No. 2002-110262, JP-A No. 2000-36332, JP-A No. 2000-243134, and republication Examples include electrolyte solvents described in WO / 00-54361. These solvents may be used as a mixture of two or more.
また、本発明の電解質としては、正孔導体物質を含む電荷輸送層を用いても良い。正孔導体物質として、9,9’−スピロビフルオレン誘導体などを用いることができる。 Further, as the electrolyte of the present invention, a charge transport layer containing a hole conductor material may be used. As the hole conductor material, a 9,9'-spirobifluorene derivative or the like can be used.
また、電極層、感光体層(光電変換層)、電荷移動体層(ホール輸送層)、伝導層、対極層を順次に積層することができる。p型半導体として機能するホール輸送材料をホール輸送層として用いることができる。好ましいホール輸送層としては、例えば無機系又は有機系のホール輸送材料を用いることができる。無機系ホール輸送材料としては、CuI、CuO,NiO等が挙げられる。また、有機系ホール輸送材料としては、高分子系と低分子系のものが挙げられ、高分子系のものとしては、例えばポリビニルカルバゾール、ポリアミン、有機ポリシラン等が挙げられる。また、低分子系のものとしては、例えばトリフェニルアミン誘導体、スチルベン誘導体、ヒドラゾン誘導体、フェナミン誘導体等が挙げられる。この中でも有機ポリシランは、従来の炭素系高分子と異なり、主鎖のSiに沿って非局化されたσ電子が光伝導に寄与し、高いホール移動度を有するため、好ましい(Phys. Rev. B, 35, 2818(1987))。 In addition, an electrode layer, a photoreceptor layer (photoelectric conversion layer), a charge transfer layer (hole transport layer), a conductive layer, and a counter electrode layer can be sequentially stacked. A hole transport material that functions as a p-type semiconductor can be used as the hole transport layer. As a preferred hole transport layer, for example, an inorganic or organic hole transport material can be used. Examples of the inorganic hole transport material include CuI, CuO, and NiO. Examples of the organic hole transport material include high molecular weight materials and low molecular weight materials, and examples of the high molecular weight materials include polyvinyl carbazole, polyamine, and organic polysilane. Moreover, as a low molecular weight thing, a triphenylamine derivative, a stilbene derivative, a hydrazone derivative, a phenamine derivative etc. are mentioned, for example. Among these, organic polysilanes are preferable because, unlike conventional carbon-based polymers, σ electrons delocalized along the main chain Si contribute to photoconductivity and have high hole mobility (Phys. Rev.). B, 35, 2818 (1987)).
(導電性支持体)
図2に示すように、本発明の光電変換素子には、導電性支持体1上には多孔質の半導体微粒子22に増感色素21が吸着された感光体層2が形成されている。後述する通り、例えば、半導体微粒子の分散液を導電性支持体に塗布・乾燥後、本発明の色素溶液に浸漬することにより、感光体層2を製造することができる。
(Conductive support)
As shown in FIG. 2, in the photoelectric conversion element of the present invention, a photosensitive layer 2 in which a sensitizing
導電性支持体1としては、金属のように支持体そのものに導電性があるものか、又は表面に導電膜層を有するガラスや高分子材料を使用することができる。導電性支持体1は実質的に透明であることが好ましい。実質的に透明であるとは光の透過率が10%以上であることを意味し、50%以上であることが好ましく、80%以上が特に好ましい。導電性支持体1としては、ガラスや高分子材料に導電性の金属酸化物を塗設したものを使用することができる。このときの導電性の金属酸化物の塗布量は、ガラスや高分子材料の支持体1m2当たり、0.1〜100gが好ましい。透明導電性支持体を用いる場合、光は支持体側から入射させることが好ましい。好ましく使用される高分子材料の一例として、テトラアセチルセルロース(TAC)、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリエチレンナフタレート(PEN)、シンジオタクチックポリスチレン(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を挙げることができる。導電性支持体1上には、表面に光マネージメント機能を施してもよく、例えば、特開2003−123859記載の高屈折膜及び低屈性率の酸化物膜を交互に積層した反射防止膜、特開2002−260746記載のライトガイド機能が上げられる。 As the conductive support 1, glass or a polymer material having a conductive film on the surface can be used as the support itself, such as metal. The conductive support 1 is preferably substantially transparent. Substantially transparent means that the light transmittance is 10% or more, preferably 50% or more, particularly preferably 80% or more. As the conductive support 1, a glass or polymer material coated with a conductive metal oxide can be used. The coating amount of the conductive metal oxide at this time is preferably 0.1 to 100 g per 1 m 2 of the support of glass or polymer material. When a transparent conductive support is used, light is preferably incident from the support side. Examples of polymer materials that are preferably used include tetraacetyl cellulose (TAC), polyethylene terephthalate (PET), polyethylene naphthalate (PEN), syndiotactic polystyrene (SPS), polyphenylene sulfide (PPS), polycarbonate (PC), Examples include polyarylate (PAR), polysulfone (PSF), polyester sulfone (PES), polyetherimide (PEI), cyclic polyolefin, and brominated phenoxy. On the conductive support 1, the surface may be provided with a light management function. For example, an antireflection film in which high refractive films and low refractive index oxide films described in JP-A-2003-123859 are alternately laminated, The light guide function described in JP-A-2002-260746 is improved.
この他にも、金属支持体も好ましく使用することができる。その一例としては、チタン、アルミニウム、銅、ニッケル、鉄、ステンレス、銅を挙げることができる。これらの金属は合金であってもよい。さらに好ましくは、チタン、アルミニウム、銅が好ましく、特に好ましくは、チタンやアルミニウムである。 In addition to this, a metal support can also be preferably used. Examples thereof include titanium, aluminum, copper, nickel, iron, stainless steel, and copper. These metals may be alloys. More preferably, titanium, aluminum, and copper are preferable, and titanium and aluminum are particularly preferable.
(半導体微粒子)
図2に示すように、本発明の光電変換素子10には、導電性支持体1上には多孔質の半導体微粒子22に増感色素21が吸着された感光体層2が形成されている。後述する通り、例えば、半導体微粒子22の分散液を前記導電性支持体1に塗布・乾燥後、上述の色素溶液に浸漬することにより、感光体層2を製造することができる。本発明においては半導体微粒子として、前記の特定の界面活性剤を用いて調製したものを適用する。
(Semiconductor fine particles)
As shown in FIG. 2, in the photoelectric conversion element 10 of the present invention, a photosensitive layer 2 in which a sensitizing
(半導体微粒子分散液)
本発明においては、半導体微粒子以外の固形分の含量が、半導体微粒子分散液全体の10質量%以下よりなる半導体微粒子分散液を前記導電性支持体1に塗布し、適度に加熱することにより、多孔質半導体微粒子塗布層を得ることができる。
(Semiconductor fine particle dispersion)
In the present invention, the semiconductor fine particle dispersion having a solid content other than the semiconductor fine particles of 10% by mass or less of the whole of the semiconductor fine particle dispersion is applied to the conductive support 1 and heated appropriately. Quality semiconductor fine particle coating layer can be obtained.
半導体微粒子分散液を作製する方法としては、ゾル・ゲル法の他に、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、微粒子に超音波などを照射して超微粒子に粉砕する方法、又はミルや乳鉢などを使って機械的に粉砕しすり潰す方法、等が挙げられる。分散溶媒としては、水及び各種の有機溶媒のうちの一つ以上を用いることができる。有機溶媒としては、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,ターピネオールなどのアルコール類、アセトンなどのケトン類、酢酸エチルなどのエステル類、ジクロロメタン、アセトニトリル等が挙げられる。 In addition to the sol-gel method, semiconductor fine particle dispersions can be prepared by depositing fine particles in a solvent and using them as they are when synthesizing semiconductors. Or a method of pulverizing and grinding mechanically using a mill or a mortar. As the dispersion solvent, one or more of water and various organic solvents can be used. Examples of the organic solvent include alcohols such as methanol, ethanol, isopropyl alcohol, citronellol and terpineol, ketones such as acetone, esters such as ethyl acetate, dichloromethane, acetonitrile and the like.
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、又はキレート剤等を分散助剤として少量用いてもよい。しかし、これらの分散助剤は、導電性支持体上へ製膜する工程の前に、ろ過法や分離膜を用いる方法、あるいは遠心分離法などによって大部分を除去しておくことが好ましい。半導体微粒子分散液は、半導体微粒子以外の固形分の含量が分散液全体の10質量%以下とすることができる。この濃度は好ましくは5%以下であり、さらに好ましくは3%以下であり、特に好ましくは1%以下である。さらに好ましくは0.5%以下であり、特に好ましくは0.2%である。すなわち、半導体微粒子分散液中に、溶媒と半導体微粒子以外の固形分を半導体微分散液全体の10質量%以下とすることができる。実質的に半導体微粒子と分散溶媒のみからなることが好ましい。 At the time of dispersion, a small amount of, for example, a polymer such as polyethylene glycol, hydroxyethyl cellulose, carboxymethyl cellulose, a surfactant, an acid, or a chelating agent may be used as a dispersion aid. However, most of these dispersing aids are preferably removed by a filtration method, a method using a separation membrane, a centrifugal method or the like before the step of forming a film on a conductive support. In the semiconductor fine particle dispersion, the solid content other than the semiconductor fine particles can be 10% by mass or less of the total dispersion. This concentration is preferably 5% or less, more preferably 3% or less, and particularly preferably 1% or less. More preferably, it is 0.5% or less, and particularly preferably 0.2%. That is, in the semiconductor fine particle dispersion, the solid content other than the solvent and the semiconductor fine particles can be 10% by mass or less of the entire semiconductor fine dispersion. It is preferable to consist essentially of semiconductor fine particles and a dispersion solvent.
半導体微粒子分散液の粘度が高すぎると分散液が凝集してしまい製膜することができず、逆に半導体微粒子分散液の粘度が低すぎると液が流れてしまい製膜することができないことがある。したがって分散液の粘度は、25℃で10〜300N・s/m2が好ましい。さらに好ましくは、25℃で50〜200N・s/m2である。 If the viscosity of the semiconductor fine particle dispersion is too high, the dispersion will aggregate and cannot be formed into a film. Conversely, if the viscosity of the semiconductor fine particle dispersion is too low, the liquid will flow and cannot be formed into a film. is there. Therefore, the viscosity of the dispersion is preferably 10 to 300 N · s / m 2 at 25 ° C. More preferably, it is 50 to 200 N · s / m 2 at 25 ° C.
半導体微粒子分散液の塗布方法としては、アプリケーション系の方法としてローラ法、ディップ法等を使用することができる。またメータリング系の方法としてエアーナイフ法、ブレード法等を使用することができる。またアプリケーション系の方法とメータリング系の方法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2681294号明細書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。また汎用機を使用してスピン法やスプレー法で塗布するのも好ましい。湿式印刷方法としては、凸版、オフセット及びグラビアの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。また本発明の半導体微粒子分散液は粘度が高く、粘稠性を有するため、凝集力が強いことがあり、塗布時に支持体とうまく馴染まない場合がある。このような場合に、UVオゾン処理で表面のクリーニングと親水化を行うことにより、塗布した半導体微粒子分散液と導電性支持体1表面の結着力が増し、半導体微粒子分散液の塗布が行い易くなる。 As a method for applying the semiconductor fine particle dispersion, a roller method, a dip method, or the like can be used as an application method. Moreover, an air knife method, a blade method, etc. can be used as a metering method. Further, the application system method and the metering system method can be made the same part. The wire bar method disclosed in Japanese Patent Publication No. 58-4589, the slide hopper method described in US Pat. No. 2,681,294, etc., the extrusion The method and the curtain method are preferable. It is also preferable to apply by a spin method or a spray method using a general-purpose machine. As the wet printing method, intaglio, rubber plate, screen printing and the like are preferred, including the three major printing methods of letterpress, offset and gravure. From these, a preferred film forming method is selected according to the liquid viscosity and the wet thickness. Further, since the semiconductor fine particle dispersion of the present invention has a high viscosity and has a viscous property, it may have a strong cohesive force and may not be well adapted to the support during coating. In such a case, by performing cleaning and hydrophilization of the surface by UV ozone treatment, the binding force between the applied semiconductor fine particle dispersion and the surface of the conductive support 1 is increased, and it becomes easy to apply the semiconductor fine particle dispersion. .
半導体微粒子層全体の好ましい厚さは0.1μm〜100μmである。半導体微粒子層の厚さはさらに1μm〜30μmが好ましく、2μm〜25μmがより好ましい。半導体微粒子の支持体1m2当りの担持量は0.5g〜400gが好ましく、5g〜100gがより好ましい。なお、上記微粒子分散液を塗布して製膜する方法は特に限定されず、公知の方法を適宜適用すればよい。 The preferred thickness of the entire semiconductor fine particle layer is 0.1 μm to 100 μm. The thickness of the semiconductor fine particle layer is further preferably 1 μm to 30 μm, and more preferably 2 μm to 25 μm. The amount of the semiconductor fine particles supported per 1 m 2 of the support is preferably 0.5 g to 400 g, and more preferably 5 g to 100 g. The method for forming the film by applying the fine particle dispersion is not particularly limited, and a known method may be applied as appropriate.
なお、半導体微粒子22の支持体1m2当たりの塗布量は0.5g〜500g、さらには5g〜100gが好ましい。
The coating amount of the
半導体微粒子22に増感色素21を吸着させるには、溶液と本発明にかかる色素よりなる色素吸着用色素溶液の中に、よく乾燥した半導体微粒子22を長時間浸漬するのが好ましい。色素吸着用色素溶液に使用される溶液は、本発明にかかる増感色素21が溶解できる溶液なら特に制限なく使用することができる。例えば、エタノール、メタノール、イソプロパノール、トルエン、t-ブタノール、アセトニトリル、アセトン、n−ブタノールなどを使用することができる。その中でも、エタノール、トルエンを好ましく使用することができる。
In order to adsorb the sensitizing
増感色素21の使用量は、全体で、支持体1m2当たり0.01ミリモル〜100ミリモルが好ましく、より好ましくは0.1ミリモル〜50ミリモル、特に好ましくは0.1ミリモル〜10ミリモルである。この場合、本発明にかかる増感色素21の使用量は5モル%以上とすることが好ましい。
The total amount of the sensitizing
また、増感色素21の半導体微粒子22に対する吸着量は半導体微粒子1gに対して0.001ミリモル〜1ミリモルが好ましく、より好ましくは0.1〜0.5ミリモルである。
Further, the adsorption amount of the sensitizing
このような色素量とすることによって、半導体における増感効果が十分に得られる。これに対し、色素量が少ないと増感効果が不十分となり、色素量が多すぎると、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。 By using such a dye amount, a sensitizing effect in a semiconductor can be sufficiently obtained. On the other hand, when the amount of the dye is small, the sensitizing effect is insufficient, and when the amount of the dye is too large, the dye not attached to the semiconductor floats and causes the sensitizing effect to be reduced.
対極4は、光電気化学電池の正極として働くものである。対極4は、通常前述の導電性支持体1と同義であるが、強度が十分に保たれるような構成では対極の支持体は必ずしも必要でない。ただし、支持体を有する方が密閉性の点で有利である。対極4の材料としては、白金、カーボン、導電性ポリマー、などがあげられる。好ましい例としては、白金、カーボン、導電性ポリマーが挙げられる。 The counter electrode 4 functions as a positive electrode of the photoelectrochemical cell. The counter electrode 4 is usually synonymous with the conductive support 1 described above, but a support for the counter electrode is not necessarily required in a configuration in which the strength is sufficiently maintained. However, having a support is advantageous in terms of hermeticity. Examples of the material for the counter electrode 4 include platinum, carbon, and conductive polymer. Preferable examples include platinum, carbon, and conductive polymer.
対極4の構造としては、集電効果が高い構造が好ましい。好ましい例としては、特開平10−505192号公報などが挙げられる。 The structure of the counter electrode 4 is preferably a structure having a high current collecting effect. Preferable examples include JP-A-10-505192.
受光電極5は、入射光の利用率を高めるなどのためにタンデム型にしても良い。好ましいタンデム型の構成例としては、特開2000−90989、特開2002−90989号公報等に記載の例が挙げられる。 The light receiving electrode 5 may be a tandem type in order to increase the utilization rate of incident light. Preferred examples of the tandem type configuration include those described in JP-A Nos. 2000-90989 and 2002-90989.
受光電極5の層内部で光散乱、反射を効率的に行う光マネージメント機能を設けてもよい。好ましくは、特開2002−93476号公報に記載のものが挙げられる。 A light management function for efficiently performing light scattering and reflection inside the layer of the light receiving electrode 5 may be provided. Preferably, the thing of Unexamined-Japanese-Patent No. 2002-93476 is mentioned.
導電性支持体1と多孔質半導体微粒子層の間には、電解液と電極が直接接触することによる逆電流を防止する為、短絡防止層を形成することが好ましい。好ましい例としては、特開平06−507999号公報等が挙げられる。 It is preferable to form a short-circuit prevention layer between the conductive support 1 and the porous semiconductor fine particle layer in order to prevent a reverse current due to direct contact between the electrolyte and the electrode. Preferable examples include Japanese Patent Application Laid-Open No. 06-507999.
受光電極5と対極4の接触を防ぐ為に、スペーサーやセパレータを用いることが好ましい。好ましい例としては、特開2001−283941号公報が挙げられる。 In order to prevent contact between the light receiving electrode 5 and the counter electrode 4, it is preferable to use a spacer or a separator. A preferable example is JP-A No. 2001-283941.
セル、モジュールの封止法としては、ポリイソブチレン系熱硬化樹脂、ノボラック樹脂、光硬化性(メタ)アクリレート樹脂、エポキシ樹脂、アイオノマー樹脂、ガラスフリット、アルミナにアルミニウムアルコキシドを用いる方法、低融点ガラスペーストをレーザー溶融する方法などが好ましい。ガラスフリットを用いる場合、粉末ガラスをバインダーとなるアクリル樹脂に混合したものでもよい。 Cell and module sealing methods include polyisobutylene thermosetting resin, novolak resin, photo-curing (meth) acrylate resin, epoxy resin, ionomer resin, glass frit, method using aluminum alkoxide for alumina, low melting point glass paste It is preferable to use a laser melting method. When glass frit is used, powder glass mixed with acrylic resin as a binder may be used.
以下、本発明を実施例に基づきさらに詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。 EXAMPLES Hereinafter, although this invention is demonstrated further in detail based on an Example, this invention is not limited to these.
(調製例)半導体微粒子の調製
Palani BalayaらのEnergy & Environmental Science, 2010, 3, 838-845文献に記載の方法にしたがって、セチルトリメチルアンモニウムブロミド(CTAB)36.4gを水:無水エタノール混合溶媒(体積比4:1)1.25Lに溶かし、CTABを完溶させた。完溶したCTAB溶液を攪拌し、このCTAB溶液にTi(OiPr)4 28.7 mL(CTAB:Ti(OiPr) 4 =1:1 モル比)を滴下した。滴下終了後、24時間攪拌した後、生成した沈殿物をろ過で回収した。エタノールで数回洗浄した後、450度で6時間過熱し、有機物成分を燃焼除去し、表面に微細孔を有した酸化チタン微粒子を7.34 g(収率71.7 %)得た。この試料をTi−1と称し、上記有機アミン化合物を適宜変えて調製したものを、下記表にTi−2〜Ti−5として記載した。
[比表面積の測定]
窒素ガスを用いたBET法により求めた。
[荒さ係数]
Sol.Eng.Mater.Sol.Cells, 83, 2004, 1に記載の方法で測定した。
[TiO2微粒子の空孔サイズと色素の相性]
HPCテクノロジ社製(Gaussian09分子軌道計算ソフト[商品名])にてTiO2表面と色素の相関および色素間の相関を計算させることで判断している。良いものほど、色素が規則正しく配列され、悪い場合は、色素の配列が乱れるので、これを判断している。
A:非常に規則正しい配列と認められる
B:ほぼ規則正しい配列と認められる
C:若干不規則な配列と認められる
D:非常に不規則な配列と認められる
[平均粒径]
大塚電子社製ダイナミック光散乱光度計DLS−7000シリーズ(いずれも商品名)により測定した。試料は、上記チタニア微粒子粉末をメタノール(MeOH)または水中で分散させた、0.1質量%分散液を使用した。
(Preparation example) Preparation of semiconductor fine particles
According to the method described in Palani Balaya et al., Energy & Environmental Science, 2010, 3, 838-845, 16.4 g of cetyltrimethylammonium bromide (CTAB) is mixed with water: absolute ethanol (volume ratio 4: 1). Dissolve in 25 L to completely dissolve CTAB. The completely dissolved CTAB solution was stirred, and 28.7 mL of Ti (OiPr) 4 (CTAB: Ti (OiPr) 4 = 1: 1 molar ratio) was added dropwise to the CTAB solution. After the completion of the dropwise addition, the resulting precipitate was collected by filtration after stirring for 24 hours. After being washed several times with ethanol, it was heated at 450 ° C. for 6 hours to burn off organic components, and 7.34 g (yield 71.7%) of titanium oxide fine particles having fine pores on the surface were obtained. This sample was referred to as Ti-1, and those prepared by appropriately changing the organic amine compound were described as Ti-2 to Ti-5 in the following table.
[Specific surface area measurement]
The BET method using nitrogen gas was used.
[Roughness coefficient]
Sol.Eng.Mater.Sol.Cells, 83, 2004, 1.
[Pore size of TiO 2 fine particles and compatibility of dyes]
Judgment is made by calculating the correlation between the TiO 2 surface and the dye and the correlation between the dyes by HPC Technology (Gaussian09 molecular orbit calculation software [trade name]). The better the color, the more regularly the dye is arranged, and the worse, the dye arrangement is disturbed.
A: Recognized as a very regular arrangement B: Recognized as an almost regular arrangement C: Recognized as a slightly irregular arrangement D: Recognized as a very irregular arrangement [Average particle size]
The dynamic light scattering photometer DLS-7000 series (all trade names) manufactured by Otsuka Electronics Co., Ltd. was used. As a sample, a 0.1% by mass dispersion liquid in which the titania fine particle powder was dispersed in methanol (MeOH) or water was used.
(合成例)金属錯体色素の合成
<例示色素の調製>
(例示化合物A−5の調製)
下記のスキームの方法に従って例示色素A−5を調製した。
(Preparation of Exemplified Compound A-5)
Exemplified dye A-5 was prepared according to the method of the following scheme.
(i)化合物d−1−2の調製
d−1−1 25g、Pd(dba)33.8g、トリフェニルホスフィン8.6g、ヨウ化銅2.5g、1−へプチン25.2gをトリエチルアミン70ml、テトラヒドロフラン50mlに室温で攪拌し、80℃で4.5時間攪拌した。濃縮後カラムクロマトグラフィーで精製することで化合物d−1−2 26.4gを得た。
(ii)d−1−4の調製
d−1−3 6.7gを窒素雰囲気下、−15℃でTHF(テラヒドロフラン)200mlに溶解し、別途調整したLDA(リチウムジイソプロピルアミド)をd−1−3の2.5等量を滴下し、75分攪拌した。その後d−1−2 15gをTHF30mlに溶解した溶液を滴下し0℃で1時間攪拌し、室温で終夜攪拌した。濃縮後、水150mlを加え、塩化メチレン150mlで分液・抽出し、塩水で有機層を洗浄し、有機層を濃縮した。得られた結晶はメタノールで再結晶後、d−1−4 18.9gを得た。
(I) Preparation of Compound d-1-2 d-1-1 25 g, Pd (dba) 33.8 g, triphenylphosphine 8.6 g, copper iodide 2.5 g, 1-heptin 25.2 g were triethylamine 70 ml. The mixture was stirred in 50 ml of tetrahydrofuran at room temperature and stirred at 80 ° C. for 4.5 hours. After concentration, 26.4 g of compound d-1-2 was obtained by purification by column chromatography.
(Ii) Preparation of d-1-4 6.7 g of d-1-3 was dissolved in 200 ml of THF (terahydrofuran) at −15 ° C. in a nitrogen atmosphere, and separately prepared LDA (lithium diisopropylamide) was d- 2.5 equivalents of 1-3 were added dropwise and stirred for 75 minutes. Thereafter, a solution obtained by dissolving 15 g of d-1-2 in 30 ml of THF was dropped, and the mixture was stirred at 0 ° C. for 1 hour, and stirred at room temperature overnight. After concentration, 150 ml of water was added, liquid separation and extraction were performed with 150 ml of methylene chloride, the organic layer was washed with brine, and the organic layer was concentrated. The obtained crystal was recrystallized from methanol to obtain 18.9 g of d-1-4.
(iii)化合物d−1−5の調製
d−1−4 13.2g、PPTS(ピリジニウムパラトルエンスルホン酸)1.7gを、トルエン1000mlに加え、窒素雰囲気下で5時間加熱還流を行った。濃縮後、飽和重曹水及び塩化メチレンで分液を行い、有機層を濃縮した。得られた結晶はメタノール及び塩化メチレンで再結晶後、d−1−5 11.7gを得た。
(iv)例示色素A−5の調製
化合物d−1−5 4.0g、d−1−6 2.2g、をDMF60mlに加え70℃で4時間攪拌した。その後d−1−7 2.1gを加え160℃で3.5時間加熱攪拌した。その後チオシアン酸アンモニウム 19.0gを加え130℃で5時間攪拌した。濃縮後、水1.3ml加えろかし、ジエチルエーテルで洗った。粗精製物をTBAOH(水酸化テトラブチルアンモニウム)と共にメタノール溶液に溶解し、SephadexLH−20カラムで精製した。主層の分画を回収し濃縮後硝酸0.2Mを添加して、沈殿物をろ過後、水及びジエチルエーテルで洗い、粗結晶 600mgを得た。精製物をメタノール溶液に溶解し、硝酸1Mを添加して沈殿物をろ過後、水及びジエチルエーテルで洗い、A−5を570mg得た。
得られた化合物A−5の構造はNMR測定により確認した。
1H−NMR(DMSO−d6、400MHz):δ(ppm)in aromatic regions:9.37(1H,d),9.11(1H,d),9.04(1H,s)、8.89(2H),8.74(1H,s),8.26(1H,d),8.10−7.98(2H),7.85−7.73(2H),7.60(1H,d),7.45−7.33(2H),7.33−7.12(5H,m),6.92(1H,d)
得られた例示色素A−5(D−1−1a)について、エタノール溶媒で色素の濃度が8.5μmol/lとなるように調製し、分光吸収測定を行ったところ、吸収極大波長は568nmであった。
(Iii) Preparation of Compound d-1-5 13.2 g of d-1-4 and 1.7 g of PPTS (pyridinium paratoluenesulfonic acid) were added to 1000 ml of toluene, and the mixture was heated to reflux for 5 hours in a nitrogen atmosphere. After concentration, liquid separation was performed with saturated aqueous sodium hydrogen carbonate and methylene chloride, and the organic layer was concentrated. The obtained crystal was recrystallized from methanol and methylene chloride to obtain 11.7 g of d-1-5.
(Iv) Preparation of Illustrative Dye A-5 Compound d-1-5 (4.0 g) and d-1-6 (2.2 g) were added to DMF (60 ml) and stirred at 70 ° C. for 4 hours. Thereafter, 2.1 g of d-1-7 was added and the mixture was heated and stirred at 160 ° C. for 3.5 hours. Thereafter, 19.0 g of ammonium thiocyanate was added and stirred at 130 ° C. for 5 hours. After concentration, 1.3 ml of water was added and filtered, and washed with diethyl ether. The crude product was dissolved in a methanol solution together with TBAOH (tetrabutylammonium hydroxide) and purified with a Sephadex LH-20 column. The main layer fraction was collected and concentrated, and then 0.2 M nitric acid was added. The precipitate was filtered and washed with water and diethyl ether to obtain 600 mg of crude crystals. The purified product was dissolved in a methanol solution, 1M nitric acid was added, the precipitate was filtered, and washed with water and diethyl ether to obtain 570 mg of A-5.
The structure of the obtained compound A-5 was confirmed by NMR measurement.
1H-NMR (DMSO-d6, 400 MHz): δ (ppm) in aromatic regions: 9.37 (1H, d), 9.11 (1H, d), 9.04 (1H, s), 8.89 ( 2H), 8.74 (1H, s), 8.26 (1H, d), 8.10-7.98 (2H), 7.85-7.73 (2H), 7.60 (1H, d) ), 7.45-7.33 (2H), 7.33-7.12 (5H, m), 6.92 (1H, d)
The obtained Exemplified Dye A-5 (D-1-1a) was prepared with an ethanol solvent such that the dye concentration was 8.5 μmol / l and subjected to spectral absorption measurement. The absorption maximum wavelength was 568 nm. there were.
<例示色素の調製>
また以下の方法により、例示色素A−1を調製した。
Exemplified dye A-1 was prepared by the following method.
4,4’−ビス[2−(5−ヘキシル−2−チエニル)ビニル]−2,2’−ビピリジン(0.30g、0.49mmol)とジクロロ(p−シメン)ルテニウム(II)二量体(0.15g、0.24mmol)のDMF25ml溶液をマイクロ波(200W)、窒素暗雰囲気下、60℃で10分間加熱した。続いて2,2’-ビピリジン−4,4’-ジカルボン酸(0.24g、0.98mmol)を添加し、150℃で10分間加熱した。温度を100℃に冷却し、チオシアン酸アンモニウム(1.6g、水10mlの溶液)を加え、120℃で10分間反応させた。温度を室温まで下げ、DMFを真空蒸留した。水150mlを残留物に添加し、30分間浸漬した。不溶物を集め、水とジエチルエーテルで洗浄した。粗生成物をTBAOH(水酸化テトラブチルアンモニウム)と共にメタノールに溶解し、メタノールを流出液として、SephadexLH−20カラムで精製した。主層の生成物を回収濃縮し、硝酸0.2Mを添加して沈殿物を得た。この生成物を集め、室温で真空乾燥後、0.63gのルテニウム錯体A−1を得た 4,4′-bis [2- (5-hexyl-2-thienyl) vinyl] -2,2′-bipyridine (0.30 g, 0.49 mmol) and dichloro (p-cymene) ruthenium (II) dimer A solution (0.15 g, 0.24 mmol) of DMF in 25 ml was heated at 60 ° C. for 10 minutes in a microwave (200 W) under nitrogen dark atmosphere. Subsequently, 2,2′-bipyridine-4,4′-dicarboxylic acid (0.24 g, 0.98 mmol) was added and heated at 150 ° C. for 10 minutes. The temperature was cooled to 100 ° C., ammonium thiocyanate (1.6 g, a solution of 10 ml of water) was added, and the mixture was reacted at 120 ° C. for 10 minutes. The temperature was lowered to room temperature and DMF was distilled in vacuo. 150 ml of water was added to the residue and immersed for 30 minutes. The insoluble material was collected and washed with water and diethyl ether. The crude product was dissolved in methanol together with TBAOH (tetrabutylammonium hydroxide), and purified with a Sephadex LH-20 column using methanol as the effluent. The product of the main layer was collected and concentrated, and 0.2M nitric acid was added to obtain a precipitate. This product was collected and vacuum dried at room temperature to obtain 0.63 g of ruthenium complex A-1.
(実施例・比較例)光電変換素子の作製
[実験1]
図1に示す光電変換素子を以下のようにして作製した。
(Example / Comparative Example) Production of photoelectric conversion element [Experiment 1]
The photoelectric conversion element shown in FIG. 1 was produced as follows.
ガラス基板上に、透明導電膜としてフッ素をドープした酸化スズをスパッタリングにより形成し、これをレーザーでスクライブして、透明導電膜を2つの部分に分割した。 On the glass substrate, tin oxide doped with fluorine was formed as a transparent conductive film by sputtering, and this was scribed with a laser to divide the transparent conductive film into two parts.
次に、水とアセトニトリルの容量比4:1からなる混合溶媒100mlに表1に記載の酸化チタンを32g配合し、自転/公転併用式のミキシングコンディショナーを使用して均一に分散、混合し、半導体微粒子分散液を得た。この分散液を透明導電膜に塗布し、500℃で加熱して受光電極を作製した。 Next, 32 g of titanium oxide described in Table 1 is blended in 100 ml of a mixed solvent having a volume ratio of 4: 1 of water and acetonitrile, and dispersed and mixed uniformly using a mixing conditioner of both rotation and revolution. A fine particle dispersion was obtained. This dispersion was applied to a transparent conductive film and heated at 500 ° C. to produce a light receiving electrode.
その後、同様にシリカ粒子とルチル型酸化チタンとを40:60(質量比)で含有する分散液を作製し、この分散液を前記の受光電極に塗布し、500℃で加熱して多孔体を形成した。次いで対極として炭素電極を形成した。 Thereafter, similarly, a dispersion containing 40:60 (mass ratio) of silica particles and rutile-type titanium oxide is prepared, and this dispersion is applied to the light receiving electrode and heated at 500 ° C. to form a porous body. Formed. Next, a carbon electrode was formed as a counter electrode.
次に、下記の表1に記載された金属錯体色素のエタノール溶液(3×10−4モル/L)に、上記の多孔体が形成されたガラス基板を48時間浸漬した。上記色素の染着したガラスを4−tert−ブチルピリジンの10%エタノール溶液に30分間浸漬した後、エタノールで洗浄し自然乾燥させた。このようにして得られる感光層の厚さは10μmであり、半導体微粒子の塗布量は20g/m2であった。電解液は、ヨウ化ジメチルプロピルイミダゾリウム(0.5モル/L)、ヨウ素(0.1モル/L)のメトキシプロピオニトリル溶液を用いた。 Next, the glass substrate on which the porous body was formed was immersed in an ethanol solution (3 × 10 −4 mol / L) of the metal complex dye described in Table 1 below for 48 hours. The glass stained with the dye was immersed in a 10% ethanol solution of 4-tert-butylpyridine for 30 minutes, and then washed with ethanol and dried naturally. The thickness of the photosensitive layer thus obtained was 10 μm, and the coating amount of semiconductor fine particles was 20 g / m 2 . As the electrolytic solution, a methoxypropionitrile solution of dimethylpropylimidazolium iodide (0.5 mol / L) and iodine (0.1 mol / L) was used.
(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AM1.5Gフィルター(Oriel社製)およびシャープカットフィルター(KenkoL−42、商品名)を通すことにより紫外線を含まない模擬太陽光を発生させた。この光の強度は89mW/cm2であった。作製した光電変換素子にこの光を照射し、電流電圧測定装置(ケースレー238型、商品名)で、光電変換特性を測定した。
(Measurement of photoelectric conversion efficiency)
Simulated sunlight containing no ultraviolet rays was generated by passing the light of a 500 W xenon lamp (manufactured by Ushio) through an AM1.5G filter (manufactured by Oriel) and a sharp cut filter (KenkoL-42, trade name). The intensity of this light was 89 mW / cm 2 . The produced photoelectric conversion element was irradiated with this light, and the photoelectric conversion characteristics were measured with a current-voltage measuring device (Keithley 238 type, trade name).
光電気化学電池の変換効率を測定した結果を下記の表1に示す。光電気化学電池の変換効率が8.0%以上のものを◎、5.0%以上8.0%未満のものを○、2.0%以上5.0%未満のものを△、2.0%未満のものを×として表示した。変換効率が5.0%以上のものを合格とした。
比較色素としては、下記のB−1、B−2を用いた。
The results of measuring the conversion efficiency of the photoelectrochemical cell are shown in Table 1 below. A photoelectrochemical cell having a conversion efficiency of 8.0% or more is ◎, a cell having a conversion efficiency of 5.0% or more and less than 8.0% is ○, a cell having a conversion efficiency of 2.0% or more and less than 5.0% is Δ, or 2. Less than 0% was indicated as x. A conversion efficiency of 5.0% or more was regarded as acceptable.
As comparative dyes, the following B-1 and B-2 were used.
本発明の色素を用いて作製された光電気化学電池は、表1に示されているように、特に色素として、下表1のものを使用した場合は、変換効率は8.0%以上と高い値を示した。その他の本発明の色素を使用した場合でも、変換効率は5.0%以上と高いレベルであった。これに対して、比較色素を用いた光電気化学電池では、変換効率は合格レベルに到達できなかった。 As shown in Table 1, the photoelectrochemical cell produced using the dye of the present invention has a conversion efficiency of 8.0% or more, particularly when the dye shown in Table 1 below is used. High value was shown. Even when other dyes of the present invention were used, the conversion efficiency was as high as 5.0% or more. In contrast, in the photoelectrochemical cell using the comparative dye, the conversion efficiency could not reach the acceptable level.
[実験2]
ガラス基板上にITO膜を作製し、その上にFTO膜を積層することにより、透明導電膜を作製した。その後透明導電膜上に酸化物半導体多孔質膜を形成することにより、透明電極板を得た。そしてその透明電極板を使用して光電気化学電池を作製し、変換効率を測定した。その方法は以下の(1)〜(5)の通りである。
(1)ITO(インジウム・スズ・オキサイド)膜用原料化合物溶液の調製
塩化インジウム(III)四水和物5.58gと塩化スズ(II)二水和物0.23gとをエタノール100mlに溶解して、ITO膜用原料化合物溶液とした。
(2)FTO(フッ素ドープ酸化スズ)膜用原料化合物溶液の調製
塩化スズ(IV)五水和物0.701gをエタノール10mLに溶解し、これにフッ化アンモニウム0.592gの飽和水溶液を加え、この混合物を超音波洗浄機に約20分間かけ、完全に溶解して、FTO膜用原料化合物溶液とした。
(3)ITO/FTO透明導電膜の作製
厚さ2mmの耐熱ガラス板の表面を化学洗浄し、乾燥した後、このガラス板を反応器内に置き、ヒータで加熱した。ヒータの加熱温度が450℃になったところで、(1)で得られたITO膜用原料化合物溶液を、口径0.3mmのノズルから圧力0.06MPaで、ガラス板までの距離を400mmとして、25分間噴霧した。
[Experiment 2]
An ITO film was produced on a glass substrate, and an FTO film was laminated thereon to produce a transparent conductive film. Then, a transparent electrode plate was obtained by forming an oxide semiconductor porous film on the transparent conductive film. And the photoelectrochemical cell was produced using the transparent electrode plate, and conversion efficiency was measured. The method is as follows (1)-(5).
(1) Preparation of raw material compound solution for ITO (indium / tin / oxide) film Indium (III) tetrahydrate 5.58 g and tin (II) chloride dihydrate 0.23 g were dissolved in 100 ml of ethanol. Thus, a raw material compound solution for the ITO film was obtained.
(2) Preparation of FTO (Fluorine Doped Tin Oxide) Film Raw Material Compound Solution 0.701 g of tin (IV) chloride pentahydrate was dissolved in 10 mL of ethanol, and 0.592 g of a saturated aqueous solution of ammonium fluoride was added thereto. This mixture was subjected to an ultrasonic cleaning machine for about 20 minutes and completely dissolved to obtain a raw material compound solution for an FTO film.
(3) Preparation of ITO / FTO transparent conductive film The surface of a heat-resistant glass plate having a thickness of 2 mm was chemically washed and dried, and then this glass plate was placed in a reactor and heated with a heater. When the heating temperature of the heater reached 450 ° C., the raw material compound solution for ITO film obtained in (1) was adjusted from a nozzle having a diameter of 0.3 mm to a pressure of 0.06 MPa and a distance to the glass plate of 400 mm, 25 Sprayed for a minute.
このITO膜用原料化合物溶液の噴霧後、2分間(この間ガラス基板表面にエタノールを噴霧し続け、基板表面温度の上昇を抑えるようにした。)経過し、ヒータの加熱温度が530℃になった時に、(2)で得られたFTO膜用原料化合物溶液を同様の条件で2分30秒間噴霧した。これにより、耐熱ガラス板上に厚さ530nmのITO膜、厚さ170nmのFTO膜が順次形成された透明電極板が得られた。 After spraying the raw material compound solution for ITO film, 2 minutes passed (ethanol was sprayed on the glass substrate surface during this period to suppress the rise of the substrate surface temperature), and the heating temperature of the heater became 530 ° C. Occasionally, the FTO membrane raw material compound solution obtained in (2) was sprayed for 2 minutes 30 seconds under the same conditions. As a result, a transparent electrode plate was obtained in which an ITO film having a thickness of 530 nm and an FTO film having a thickness of 170 nm were sequentially formed on the heat-resistant glass plate.
比較のために、厚さ2mmの耐熱ガラス板上に同様に、厚さ530nmのITO膜のみを成膜した透明電極板と、同じく厚さ180nmのFTO膜のみを成膜した透明電極板とをそれぞれ作製した。 For comparison, similarly, a transparent electrode plate in which only a 530 nm thick ITO film is formed on a heat resistant glass plate having a thickness of 2 mm and a transparent electrode plate in which only a 180 nm thick FTO film is similarly formed are formed. Each was produced.
これら3種の透明電極板を加熱炉にて、450℃で2時間加熱した。 These three kinds of transparent electrode plates were heated in a heating furnace at 450 ° C. for 2 hours.
(4)光電気化学電池の作製
次に、上記3種の透明電極板を用いて、特許第4260494号公報の図2に示した構造の光電気化学電池を作製した。酸化物半導体多孔質膜の形成は、表Aに記載の酸化チタン微粒子をアセトニトリルに分散してペーストとし、これを透明電極11上にバーコート法により厚さ15μmに塗布し、乾燥後450℃で1時間焼成して行った。その後、この酸化物半導体多孔質膜に表2記載の色素を担持した。
(4) Production of photoelectrochemical cell Next, a photoelectrochemical cell having the structure shown in FIG. 2 of Japanese Patent No. 4260494 was produced using the above three types of transparent electrode plates. The oxide semiconductor porous film is formed by dispersing titanium oxide fine particles listed in Table A in acetonitrile to form a paste, which is applied to the transparent electrode 11 to a thickness of 15 μm by the bar coating method, and dried at 450 ° C. The baking was carried out for 1 hour. Thereafter, the dyes listed in Table 2 were supported on the oxide semiconductor porous membrane.
さらに、対極には、ガラス板上にITO膜とFTO膜とを積層した導電性基板を使用し、電解質層には、ヨウ素/ヨウ化物の非水溶液からなる電解液を用いた。光電気化学電池の平面寸法は25mm×25mmとした。 Further, a conductive substrate in which an ITO film and an FTO film were laminated on a glass plate was used for the counter electrode, and an electrolyte solution made of a non-aqueous solution of iodine / iodide was used for the electrolyte layer. The planar dimension of the photoelectrochemical cell was 25 mm × 25 mm.
(5)光電気化学電池の評価
(4)で得られた光電気化学電池について、擬似太陽光(AM1.5)を照射し、実験1と同様の方法で光電変換特性を測定し、変換効率を求めた。その結果を表2に示す。変換効率が8.0%以上のものを◎、5.0%以上8.0%未満のものを○、2.0%以上5.0%未満のものを△、2.0%未満のものを×として表示した。変換効率が5%以上のものを合格とした。
(5) Evaluation of photoelectrochemical cell The photoelectrochemical cell obtained in (4) was irradiated with simulated sunlight (AM1.5), the photoelectric conversion characteristics were measured in the same manner as in Experiment 1, and the conversion efficiency Asked. The results are shown in Table 2. Conversion efficiency of 8.0% or more is ◎, 5.0% or more and less than 8.0% ○, 2.0% or more and less than 5.0% △, less than 2.0% Was displayed as x. A conversion efficiency of 5% or more was accepted.
比較色素を用いた光電気化学電池では変換効率が不合格であったのに対し、本発明の色素を使用した光電気化学電池では、変換効率が高く、合格レベルであった。特に透明電極板として、ITO膜とFTO膜とを積層したものを用いた本発明の光電気化学電池では、ITO膜のみもしくはFTO膜のみを成膜したものを用いた場合に比べ、特に変換効率が高いことがわかった。 The photoelectrochemical cell using the comparative dye failed in conversion efficiency, whereas the photoelectrochemical cell using the dye of the present invention had high conversion efficiency and was at an acceptable level. In particular, in the photoelectrochemical cell of the present invention using a laminate of an ITO film and an FTO film as a transparent electrode plate, the conversion efficiency is particularly higher than when using only an ITO film or an FTO film. Was found to be expensive.
[実験3]
FTO膜上に集電電極を配し、光電気化学電池を作製し、変換効率を評価した。評価は以下の通り、試験セル(i)と試験セル(iv)の2種類とした。
(試験セル(i))
100mm×100mm×2mmの耐熱ガラス板の表面を化学洗浄し、乾燥した後、このガラス板を反応器内に置き、ヒータで加熱した後、上記の実験2で使用したFTO(フッ素ドープ酸化スズ)膜用原料化合物溶液を、口径0.3mmのノズルから圧力0.06MPaで、ガラス板までの距離を400mmとして、25分間噴霧し、FTO膜付きガラス基板を用意した。
[Experiment 3]
A collecting electrode was arranged on the FTO film to produce a photoelectrochemical cell, and the conversion efficiency was evaluated. Evaluation was made into two types, test cell (i) and test cell (iv) as follows.
(Test cell (i))
The surface of a heat-resistant glass plate of 100 mm × 100 mm × 2 mm is chemically cleaned and dried, then this glass plate is placed in a reactor, heated with a heater, and then FTO (fluorine-doped tin oxide) used in Experiment 2 above The membrane raw material compound solution was sprayed for 25 minutes from a nozzle with a diameter of 0.3 mm at a pressure of 0.06 MPa and a distance to the glass plate of 400 mm to prepare a glass substrate with an FTO film.
その表面に、エッチング法により深さ5μmの溝を格子回路パターン状に形成した。フォトリソグラフでパターン形成した後に、フッ酸を用いてエッチングを行った。これに、めっき形成を可能とするためにスパッタ法により金属導電層(シード層)を形成し、更にアディティブめっきにより金属配線層を形成した。金属配線層は、透明基板表面から凸レンズ状に3μm高さまで形成した。回路幅は60μmとした。この上から、遮蔽層5としてFTO膜を400nmの厚さでSPD法により形成して、電極基板(i)とした。なお、電極基板(i)の断面形状は、特開2004−146425中の図2に示すものとなっていた。 On the surface, grooves having a depth of 5 μm were formed in a lattice circuit pattern by an etching method. After pattern formation by photolithography, etching was performed using hydrofluoric acid. A metal conductive layer (seed layer) was formed by sputtering to enable plating formation, and a metal wiring layer was further formed by additive plating. The metal wiring layer was formed in a convex lens shape from the transparent substrate surface to a height of 3 μm. The circuit width was 60 μm. From this, an FTO film having a thickness of 400 nm was formed as the shielding layer 5 by the SPD method to obtain an electrode substrate (i). The cross-sectional shape of the electrode substrate (i) was as shown in FIG. 2 in JP-A No. 2004-146425.
電極基板(i)上に表Aに記載の酸化チタン分散液を塗布・乾燥し、450℃で1時間加熱・焼結した。これを表3に示す色素のエタノール溶液中に40分間浸漬して色素担持した。また本発明に用いられる色素の各種有機溶剤への溶解性について予備検討した。その結果、トルエンに溶解できることがわかったので、表3に記載の通り、トルエン溶液中に40分間浸透させ担持させたものも用意した。 The titanium oxide dispersion described in Table A was applied and dried on the electrode substrate (i), and heated and sintered at 450 ° C. for 1 hour. This was immersed in an ethanol solution of the dye shown in Table 3 for 40 minutes to carry the dye. In addition, preliminary studies were conducted on the solubility of the dye used in the present invention in various organic solvents. As a result, it was found that it could be dissolved in toluene. Therefore, as shown in Table 3, a solution infiltrated and supported in a toluene solution for 40 minutes was also prepared.
50μm厚の熱可塑性ポリオレフィン樹脂シートを介して、白金スパッタFTO基板と上記基板を対向して配置し、樹脂シート部を熱溶融させて両極板を固定した。 The platinum sputtered FTO substrate and the substrate were placed facing each other through a 50 μm-thick thermoplastic polyolefin resin sheet, and the resin sheet portion was heat-melted to fix the bipolar plates.
なおあらかじめ白金スパッタ極側に開けておいた電解液の注液口から、0.5Mのヨウ化塩と0.05Mのヨウ素とを主成分に含むメトキシアセトニトリル溶液を注液し、電極間に満たした。さらに周辺部及び電解液注液口をエポキシ系封止樹脂で封止し、集電端子部に銀ペーストを塗布して、試験セル(i)とした。実験1と同様の方法で、AM1.5の疑似太陽光を試験セル(i)に照射し、変換効率を測定した。その結果を表3に示す。 A methoxyacetonitrile solution containing 0.5M iodide and 0.05M iodine as the main components was injected from the electrolyte solution inlet previously opened on the platinum sputter electrode side, and filled between the electrodes. It was. Furthermore, the peripheral part and the electrolyte solution injection port were sealed with an epoxy-based sealing resin, and a silver paste was applied to the current collecting terminal part to obtain a test cell (i). The test cell (i) was irradiated with AM1.5 artificial sunlight in the same manner as in Experiment 1, and the conversion efficiency was measured. The results are shown in Table 3.
(試験セル(iv))
試験セル(i)と同様の方法で、100×100mmのFTO膜付きガラス基板を用意した。そのFTOガラス基板上に、アディティブめっき法により金属配線層(金回路)を形成した。この金属配線層(金回路)は基板表面に格子状に形成し、回路幅50μm、回路厚5μmとした。この表面に、厚さ300nmのFTO膜を遮蔽層として、SPD法により形成して電極基板(iv)とした。電極基板(iv)の断面をSEM−EDXを用いて確認したところ、配線底部でめっきレジストの裾引きに起因すると思われる潜り込みがあり、影部分にはFTOが被覆されていなかった。
(Test cell (iv))
A glass substrate with a 100 × 100 mm FTO film was prepared in the same manner as in the test cell (i). On the FTO glass substrate, a metal wiring layer (gold circuit) was formed by additive plating. The metal wiring layer (gold circuit) was formed in a lattice shape on the substrate surface, and had a circuit width of 50 μm and a circuit thickness of 5 μm. On this surface, an FTO film having a thickness of 300 nm was formed as a shielding layer by the SPD method to obtain an electrode substrate (iv). When the cross section of the electrode substrate (iv) was confirmed using SEM-EDX, there was a sneaking in which seems to be caused by the bottom of the plating resist at the bottom of the wiring, and the shadow portion was not covered with FTO.
電極基板(iv)を用い、試験セル(i)と同様に、試験セル(iv)を作製した。実験1と同様の方法でAM1.5の疑似太陽光を照射し、変換効率を測定した。その結果を表3に示す。 A test cell (iv) was produced in the same manner as the test cell (i) using the electrode substrate (iv). AM1.5 simulated sunlight was irradiated in the same manner as in Experiment 1, and the conversion efficiency was measured. The results are shown in Table 3.
光電気化学電池の変換効率を測定した結果を表3に示す。変換効率が8.0%以上のものを◎、5.0%以上8.0%未満のものを○、2.0%以上5.0%未満のものを△、2.0%未満のものを×として表示した。 The results of measuring the conversion efficiency of the photoelectrochemical cell are shown in Table 3. Conversion efficiency of 8.0% or more is ◎, 5.0% or more and less than 8.0% ○, 2.0% or more and less than 5.0% △, less than 2.0% Was displayed as x.
表3より、本発明の色素を用いた試験セル(i)の変換効率は5.0%以上で合格レベルであった。一方、試験セル(iv)については、比較例の色素を用いた場合と比較して、本発明の色素を用いた場合は、変換効率が高くなった。このため本発明の色素を用いることにより、試験セル選択の自由度が上がることがわかった。 From Table 3, the conversion efficiency of the test cell (i) using the dye of the present invention was a pass level of 5.0% or more. On the other hand, for the test cell (iv), the conversion efficiency was higher when the dye of the present invention was used, compared to the case where the dye of the comparative example was used. For this reason, it was found that the degree of freedom of test cell selection is increased by using the dye of the present invention.
[実験4]
ペルオキソチタン酸及び酸化チタン微粒子を作製し、これを用いて酸化物半導体膜を作製した。これを用いて光電気化学電池を作製し、評価した。
(光電気化学電池(a)の作製)
(1)酸化物半導体膜形成用塗布液(a1)の調製
下記の溶液の全量から90容積%を分取し、濃アンモニア水を添加してpH9に調整し、オートクレーブに入れ、250℃で5時間、飽和蒸気圧下で水熱処理を行ってチタニアコロイド粒子(a2)を調製した。得られたチタニアコロイド粒子は、X線回折により結晶性の高いアナターゼ型酸化チタンであった。
[Experiment 4]
Peroxotitanic acid and titanium oxide fine particles were prepared, and an oxide semiconductor film was prepared using them. Using this, a photoelectrochemical cell was prepared and evaluated.
(Production of photoelectrochemical cell (a))
(1) Preparation of coating liquid for forming oxide semiconductor film (a1) 90% by volume is fractioned from the total amount of the following solution, adjusted to pH 9 by adding concentrated aqueous ammonia, placed in an autoclave, and 5% at 250 ° C. The titania colloidal particles (a2) were prepared by performing hydrothermal treatment for a period of time under saturated vapor pressure. The obtained titania colloidal particles were anatase type titanium oxide having high crystallinity by X-ray diffraction.
次に、表Aに記載のチタニア微粒子(Ti-1)を、5gの水素化チタンを1リットルの純水に懸濁し、5質量%の過酸化水素液400gを30分かけて添加し、ついで80℃に加熱して溶解してペルオキソチタン酸の溶液を調製したペルオキソチタン酸溶液と混合し、この混合液中のチタンをTiO2換算し、TiO2質量の30質量%となるように膜形成助剤としてヒドロキシプロピルセルロースを添加して半導体膜形成用塗布液(a1)を調製した。 Next, titania fine particles (Ti-1) shown in Table A were suspended in 5 liters of titanium hydride in 1 liter of pure water, and 400 g of a 5% by mass hydrogen peroxide solution was added over 30 minutes. was dissolved by heating to 80 ° C. a solution of peroxotitanate mixed with peroxotitanate solution was prepared by the titanium of the mixed solution TiO 2 terms, film formed to be 30 mass% of TiO 2 by weight Hydroxypropylcellulose was added as an auxiliary agent to prepare a coating solution (a1) for forming a semiconductor film.
(2)酸化物半導体膜(a3)の作製
次いで、フッ素ドープした酸化スズが電極層として形成された透明ガラス基板上に前記塗布液(a1)を塗布し、自然乾燥し、引き続き低圧水銀ランプを用いて6000mJ/cm2の紫外線を照射してペルオキソ酸を分解させ、塗膜を硬化させた。塗膜を300℃で30分間加熱してヒドロキシプロピルセルロースの分解およびアニーリングを行って酸化物半導体膜(a3)をガラス基板に形成した。
(3)酸化物半導体膜(a3)への色素の吸着
次に、分光増感色素として本発明の色素の濃度3×10−4モル/リットルのエタノール溶液を調製した。この色素溶液を100rpmスピナーで、金属酸化物半導体膜(a3)上へ塗布して乾燥した。この塗布および乾燥工程を5回行った。
(4)電解質溶液の調製
アセトニトリルと炭酸エチレンとの体積比が1:5の混合溶媒に、テトラプロピルアンモニウムアイオダイドを0.46モル/リットル、ヨウ素を0.07モル/リットルの濃度となるように溶解して電解質溶液を調製した。
(2) Production of Oxide Semiconductor Film (a3) Next, the coating liquid (a1) is applied on a transparent glass substrate on which fluorine-doped tin oxide is formed as an electrode layer, air-dried, and then a low-pressure mercury lamp is used. It was used to irradiate ultraviolet rays of 6000 mJ / cm 2 to decompose the peroxo acid and harden the coating film. The coating film was heated at 300 ° C. for 30 minutes to decompose and anneal the hydroxypropyl cellulose to form an oxide semiconductor film (a3) on the glass substrate.
(3) Adsorption of dye to oxide semiconductor film (a3) Next, an ethanol solution having a concentration of 3 × 10 −4 mol / liter of the dye of the present invention was prepared as a spectral sensitizing dye. This dye solution was applied onto the metal oxide semiconductor film (a3) with a 100 rpm spinner and dried. This coating and drying process was performed five times.
(4) Preparation of electrolyte solution In a mixed solvent with a volume ratio of acetonitrile and ethylene carbonate of 1: 5, tetrapropylammonium iodide is 0.46 mol / liter and iodine is 0.07 mol / liter. To prepare an electrolyte solution.
(5)光電気化学電池(a)の作製
(2)で作製した、色素を吸着させた酸化物半導体膜(a3)が形成されたガラス基板を一方の電極とし、他方の電極として、フッ素ドープした酸化スズを電極として形成しその上に白金を担持した透明ガラス基板を対向して配置し、側面を樹脂にてシールし、電極間に(4)の電解質溶液を封入し、さらに電極間をリード線で接続して光電気化学電池(a)を作製した。
(6)光電気化学電池(a)の評価
光電気化学電池(a)は、ソーラーシュミレーターで100W/m2の強度の光を照射して、η(変換効率)を測定した。
(5) Production of photoelectrochemical cell (a) The glass substrate on which the oxide semiconductor film (a3) adsorbed with the dye produced in (2) is formed is used as one electrode, and fluorine doped as the other electrode. A transparent glass substrate on which platinum oxide is formed as an electrode and platinum supported thereon is placed oppositely, the side surfaces are sealed with resin, the electrolyte solution (4) is sealed between the electrodes, A photoelectrochemical cell (a) was prepared by connecting with lead wires.
(6) Evaluation of Photoelectrochemical Cell (a) The photoelectrochemical cell (a) was irradiated with light having an intensity of 100 W / m 2 by a solar simulator, and η (conversion efficiency) was measured.
(光電気化学電池(b))
紫外線を照射してペルオキソ酸を分解させ、膜を硬化させた後、Arガスのイオン照射(日新電気製:イオン注入装置、200eVで10時間照射)を行った以外は酸化物半導体膜(a3)と同様にして酸化物半導体膜(b3)を形成した。
(Photoelectrochemical cell (b))
The oxide semiconductor film (a3) except that after irradiation with ultraviolet rays decomposes the peroxo acid and cures the film, Ar gas ion irradiation (Nisshin Electric: ion implantation apparatus, irradiation at 200 eV for 10 hours) is performed. ), An oxide semiconductor film (b3) was formed.
酸化物半導体膜(a)と同様に、酸化物半導体膜(b3)に色素の吸着を行った。 Similar to the oxide semiconductor film (a), the dye was adsorbed on the oxide semiconductor film (b3).
その後実施例1と同様の方法で光電気化学電池(b)を作成し、ηを測定した。 Thereafter, a photoelectrochemical cell (b) was prepared in the same manner as in Example 1, and η was measured.
(光電気化学電池(c))
18.3gの4塩化チタンを純水で希釈して、TiO2換算で1.0質量%含有する水溶液を得た。この水溶液を撹拌しながら、15質量%のアンモニア水を添加し、pH9.5の白色スラリーを得た。このスラリーを濾過洗浄し、TiO2換算で、10.2質量%の水和酸化チタンゲルのケーキを得た。このケーキと5質量%過酸化水素液400gを混合し、ついで80℃に加熱して溶解してペルオキソチタン酸の溶液を調製した。
(Photoelectrochemical cell (c))
18.3 g of titanium tetrachloride was diluted with pure water to obtain an aqueous solution containing 1.0% by mass in terms of TiO 2 . While stirring this aqueous solution, 15% by mass of aqueous ammonia was added to obtain a white slurry having a pH of 9.5. This slurry was washed by filtration to obtain a 10.2% by mass hydrated titanium oxide gel cake in terms of TiO 2 . This cake and 400 g of a 5% by mass hydrogen peroxide solution were mixed and then heated to 80 ° C. to dissolve to prepare a peroxotitanic acid solution.
次に、上記で得られたペルオキソチタン酸溶液と表1に記載のチタニア微粒子(Ti-1)を使用して酸化物半導体膜(a3)と同様にして酸化物半導体膜(c3)を形成し、金属酸化物半導体膜(a3)と同様にして、分光増感色素として本発明の色素の吸着を行った。 Next, an oxide semiconductor film (c3) is formed in the same manner as the oxide semiconductor film (a3) using the peroxotitanic acid solution obtained above and the titania fine particles (Ti-1) shown in Table 1. In the same manner as in the metal oxide semiconductor film (a3), the dye of the present invention was adsorbed as a spectral sensitizing dye.
その後光電気化学電池(a)と同様の方法で光電気化学電池(c)を作製し、ηを測定した。 Thereafter, a photoelectrochemical cell (c) was produced in the same manner as the photoelectrochemical cell (a), and η was measured.
光電気化学電池(a)〜(c)について、擬似太陽光(AM1.5)を照射し、実験1と同様の方法で光電変換特性を測定し、変換効率を求めた。その結果を表4に示す。変換効率が8.0%以上のものを◎、5.0%以上8.0%未満のものを○、2.0%以上5.0%未満のものを△、2.0%未満のものを×として表示した。 With respect to the photoelectrochemical cells (a) to (c), simulated sunlight (AM1.5) was irradiated, the photoelectric conversion characteristics were measured in the same manner as in Experiment 1, and the conversion efficiency was obtained. The results are shown in Table 4. Conversion efficiency of 8.0% or more is ◎, 5.0% or more and less than 8.0% ○, 2.0% or more and less than 5.0% △, less than 2.0% Was displayed as x.
表4より、本発明の色素を用いて作製した光電気化学電池(a)〜(c)の場合には、特に変換効率が高いことがわかった。 From Table 4, it was found that the conversion efficiency was particularly high in the case of the photoelectrochemical cells (a) to (c) prepared using the dye of the present invention.
<実験5>
下記の方法に従って、色素増感太陽電池を作製した。
(1)透明導電性支持体の作製
感光性電極用支持体として、表面がフッ素コートされた厚さ0.4mmのシートの片面に、導電性の酸化スズの薄膜を厚さ200nmで均一にコーティングして可撓性のある透明導電性支持体を使用した。
<Experiment 5>
A dye-sensitized solar cell was produced according to the following method.
(1) Production of transparent conductive support As a support for a photosensitive electrode, a conductive tin oxide thin film is uniformly coated at a thickness of 200 nm on one side of a 0.4 mm-thick sheet whose surface is fluorine-coated. Thus, a flexible transparent conductive support was used.
(2)対極用の導電性シートの作製
厚さ0.4mmのポリイミド製カプトン(登録商標)フィルムの片面に、真空スパッタリング法によって厚さ300nmの白金膜で均一に被覆した。面抵抗は5Ω/cm2であった。
(2) Production of conductive sheet for counter electrode A polyimide Kapton (registered trademark) film having a thickness of 0.4 mm was uniformly coated with a platinum film having a thickness of 300 nm on one side by a vacuum sputtering method. The sheet resistance was 5 Ω / cm 2 .
(3)半導体微粒子分散液の調製
水とアセトニトリルの容量比4:1からなる混合溶媒100ccに、表Aに記載の酸化チタン微粒子を溶媒100ccあたり32gの濃度で添加し、自転/公転併用式のミキシングコンディショナーを使って均一に分散、混合した。この結果、得られた白色の半導体微粒子分散液は、50〜150N・s/m2の高粘度のペースト状となり、このまま塗布に用いるのに適した液物性をもっていることがわかった。試料番号12−6では、平均分子量が50万のポリエチレングリコール(PEG)の粉末を、溶媒100cc当たり7.7g配合した。その他の半導体微粒子分散液には、半導体微粒子以外の固形分は加えなかった。
(3) Preparation of semiconductor fine particle dispersion The titanium oxide fine particles listed in Table A were added at a concentration of 32 g per 100 cc of solvent to 100 cc of a mixed solvent having a volume ratio of 4: 1 of water and acetonitrile. The mixture was uniformly dispersed and mixed using a mixing conditioner. As a result, the obtained white semiconductor fine particle dispersion became a paste with a high viscosity of 50 to 150 N · s / m 2 , and was found to have liquid properties suitable for use as it is. In Sample No. 12-6, 7.7 g of polyethylene glycol (PEG) powder having an average molecular weight of 500,000 was blended per 100 cc of solvent. Solids other than the semiconductor fine particles were not added to the other semiconductor fine particle dispersions.
(4)半導体微粒子分散液中の固形分の測定
厚さ1.9mmの無アルカリガラスの基板に分散液をアプリケーターで塗布し、40〜70μmの厚さで塗布し、室温で1時間乾燥させた。その後、空気中、350℃で0.5時間加熱し、加熱前後の重量変化を測定したところ、前記試料番号12−6の半導体微粒子以外の固形分含量は1%であった。それ以外試料の半導体微粒子以外の固形分含量は、0.3%であった。
(4) Measurement of solid content in semiconductor fine particle dispersion liquid The dispersion liquid was applied to a non-alkali glass substrate having a thickness of 1.9 mm with an applicator, applied to a thickness of 40 to 70 μm, and dried at room temperature for 1 hour. . Thereafter, the sample was heated in air at 350 ° C. for 0.5 hour, and the change in weight before and after heating was measured. As a result, the solid content other than the semiconductor fine particles of Sample No. 12-6 was 1%. The solid content of the sample other than the semiconductor fine particles was 0.3%.
(5)半導体微粒子層の作製
(1)で用意した透明導電性支持体に、(3)で調製した分散液をアプリケータで塗布し、室温下で1時間乾燥させることにより、40〜70μmの均一な厚さの塗布層を形成した。さらに、この塗布層を表12記載の条件で処理して、色素増感のための多孔質半導体微粒子層を作製した。多孔質半導体微粒子層の最終的な平均膜厚は、いずれも6〜7μmであった。
(5) Production of semiconductor fine particle layer On the transparent conductive support prepared in (1), the dispersion prepared in (3) is applied with an applicator, and dried at room temperature for 1 hour. A coating layer having a uniform thickness was formed. Furthermore, this coating layer was processed under the conditions described in Table 12 to prepare a porous semiconductor fine particle layer for dye sensitization. The final average film thickness of the porous semiconductor fine particle layer was 6 to 7 μm.
(6)色素吸着溶液の調製
表17に示した色素を乾燥したアセトニトリル:t-ブタノール:エタノールを体積比で2:1:1の混合溶媒に、色素濃度が1×10−4モル/リットルとなるように溶解した。この色素溶液に添加剤として、p−C9H19−C6H4−O−(CH2CH2−O)3−(CH2)4−SO3Naの構造の有機スルホン酸誘導体を0.025モル/リットルの濃度となるように溶解して、色素吸着用溶液を調製した。
(6) Preparation of Dye Adsorption Solution Dye concentration is 1 × 10 −4 mol / liter in a 2: 1: 1 mixed solvent of acetonitrile: t-butanol: ethanol by drying the dyes shown in Table 17. It dissolved so that it might become. As an additive to the dye solution, p-C 9 H 19 -C 6 H 4 -O- (CH 2 CH 2 -O) 3 - (CH 2) 0 to 4 -SO 3 Na organic sulfonic acid derivative of structure A solution for dye adsorption was prepared by dissolving at a concentration of 0.025 mol / liter.
(7)色素の吸着
上記の多孔質半導体微粒子層を塗設した基板を、上記の吸着用色素溶液に浸漬して、攪拌下40℃で3時間放置した。
このようにして半導体微粒子層に色素を吸着させ、感光層に用いる色素増感電極(感光性電極)を作製した。
(7) Adsorption of dye The substrate on which the porous semiconductor fine particle layer was coated was immersed in the dye solution for adsorption described above and allowed to stand at 40 ° C for 3 hours with stirring.
In this manner, a dye was adsorbed on the semiconductor fine particle layer to prepare a dye-sensitized electrode (photosensitive electrode) used for the photosensitive layer.
(8)色素増感太陽電池の作製
色素吸着した多孔質半導体微粒子層をかき落として、受光面積1.0cm2(直径約1.1cm)の円型の感光性電極を形成した。この電極に対して、対極の白金蒸着ガラス基板を、熱圧着性のポリエチレンフイルム製のフレーム型スペーサー(厚さ20μm)を挿入して重ね合わせ、スペーサー部分を120℃に加熱し両基板を圧着した。さらにセルのエッジ部をエポキシ樹脂接着剤でシールした。対極の基板のコーナー部にあらかじめ設けた電解液注液用の小孔を通して、電解液として、後述するいずれかのイミダゾリウムイオンE1〜E4/ヨウ素=50:1(質量比)の組成から成る室温溶融塩を基板の小孔から毛細管現象を利用して電極間の空間にしみこませた。
E1:1,2−ジメチル−3−プロピルイミダゾリウムヨージド
E2:1−ブチルー3−メチルイミダゾリウムヨージド
E3:1−メチルー3−プロピルイミダゾリウムヨージド
E4:1,3−ジ(2−(2−(2−メトキシエトキシ)エトキシ)エチル)イミダゾリウムヨージド
以上のセル組立工程と、電解液注入の工程をすべて上記の露点−60℃の乾燥空気中で実施した。溶融塩の注入後、真空下でセルを数時間吸引し感光性電極および溶融塩を含めたセル内部の脱気を行い、最終的に小孔を低融点ガラスで封じた。これにより、導電性支持体、色素が吸着された多孔質半導体微粒子電極(感光性電極)、電解液、対極および支持体が順に積層された色素増感太陽電池を作製した。
(8) Production of dye-sensitized solar cell The porous semiconductor fine particle layer adsorbed with the dye was scraped off to form a circular photosensitive electrode having a light receiving area of 1.0 cm 2 (diameter: about 1.1 cm). A counter-plated platinum-deposited glass substrate is superimposed on this electrode by inserting a thermo-compressible polyethylene film frame spacer (thickness 20 μm), and the spacer portion is heated to 120 ° C. to pressure-bond both substrates. . Furthermore, the edge part of the cell was sealed with an epoxy resin adhesive. Through a small hole for electrolyte solution injection provided in advance in the corner of the counter electrode substrate, the room temperature is composed of any imidazolium ions E1 to E4 / iodine = 50: 1 (mass ratio) described later as the electrolyte. Molten salt was impregnated into the space between the electrodes from the small holes of the substrate using capillary action.
E1: 1,2-dimethyl-3-propylimidazolium iodide E2: 1-butyl-3-methylimidazolium iodide E3: 1-methyl-3-propylimidazolium iodide E4: 1,3-di (2- ( 2- (2-Methoxyethoxy) ethoxy) ethyl) imidazolium iodide The above cell assembly process and electrolyte injection process were all performed in dry air having the above dew point of −60 ° C. After injecting the molten salt, the cell was sucked for several hours under vacuum to deaerate the inside of the cell including the photosensitive electrode and the molten salt, and finally the small holes were sealed with low-melting glass. Thus, a dye-sensitized solar cell in which a conductive support, a porous semiconductor fine particle electrode (photosensitive electrode) on which a dye was adsorbed, an electrolytic solution, a counter electrode, and a support were sequentially laminated was produced.
上記で作製した色素増感太陽電池について、以下のとおりにして評価を行った。結果を下記表Bに示す。なお、チタニア微粒子はいずれもTi−1を使用した。
<変換効率>
上記実験1と同じ方法で測定を行った。ただし、結果は変換効率の値で示している。
About the dye-sensitized solar cell produced above, it evaluated as follows. The results are shown in Table B below. In addition, all titania fine particles used Ti-1.
<Conversion efficiency>
Measurement was performed in the same manner as in Experiment 1 above. However, the result is shown as a value of conversion efficiency.
<色素吸着量>
電池(セル)として酸化チタンに一度吸着させた色素を、酸化チタンが乗っている基板ごと、テトラブチルアンモニウムヒドロキサイド(TBAOH)のメタノール溶液に浸すことで、色素が脱着する。この溶液をUV-Visスペクトル吸収スペクトルで測定し、溶液中に溶けている色素の濃度を算出することで、酸化チタン上に吸着した色素の量を算出する。
<Dye adsorption amount>
The dye once adsorbed on titanium oxide as a battery (cell) is immersed in a methanol solution of tetrabutylammonium hydroxide (TBAOH) together with the substrate on which titanium oxide is placed, so that the dye is desorbed. The amount of the dye adsorbed on the titanium oxide is calculated by measuring this solution with a UV-Vis spectrum absorption spectrum and calculating the concentration of the dye dissolved in the solution.
<チタニア微粒子の空孔と色素の相性>
前記と同様の方法で測定、評価した。
<Compatibility of pores and pigments of titania fine particles>
Measurement and evaluation were performed in the same manner as described above.
<最大吸収波長>
この測定は、分光光度計(U−4100(商品名)、日立ハイテク社製)によって行い、溶液はTHF:エタノール=1:1を用い、濃度が2μMになるように調製した。
<Maximum absorption wavelength>
This measurement was performed with a spectrophotometer (U-4100 (trade name), manufactured by Hitachi High-Tech), and the solution was prepared using THF: ethanol = 1: 1 so that the concentration was 2 μM.
以上のとおり、本発明の色素及び導電性微粒子を用いた光電変換素子は、その微粒子への色素の高い吸着量と良好な相性とを呈し、高い変換効率を示すとともに(表A等参照)、高い耐久性能を発揮した(実験1等参照)。一方、比較例の化合物は、本発明と同様にルテニウム系の錯体とチタニア微粒子を使用したにもかかわらず、光電変換効率及び素子の耐久性において劣る結果となった。この差は、主に、ルテニウム錯体の側鎖に導入した疎水性基とチタニア表面の細孔の相互作用によるものと考えられる。 As described above, the photoelectric conversion element using the dye and conductive fine particles of the present invention exhibits a high adsorption amount and good compatibility of the dye to the fine particles, exhibits high conversion efficiency (see Table A and the like), High durability performance was demonstrated (see Experiment 1 etc.). On the other hand, although the compound of the comparative example used a ruthenium complex and titania fine particles as in the present invention, it resulted in inferior photoelectric conversion efficiency and device durability. This difference is considered to be mainly due to the interaction between the hydrophobic group introduced into the side chain of the ruthenium complex and the pores on the titania surface.
1 導電性支持体
2 感光体層
21 増感色素
22 半導体微粒子
3 電荷移動体層
4 対極
5 受光電極
6 外部回路
10 光電変換素子
100 光電気化学電池
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Conductive support body 2
Claims (13)
ML1L2(A 01 )n0(CI1)n1 ・・・ 一般式(1)
(一般式(1)中、
・Mは金属元素を表し、
・A 01 は配位子を表し、
・CI1は対アニオンを表し、
・n0は0〜2の整数を表し、n1は0〜4の整数を表す。
・L1が下記一般式(2)で表される配位子を表し、L2は下記一般式(17)で表される配位子を表す。L1 とL2 が互いのピリジン環のオルト位(N原子の隣の位置)で連結してクォータピリジンリガンドを形成していてもよい。)
・R1、R2およびR5は各々独立に、下記一般式(3)〜(11)、(13−2)または(14)〜(16)のいずれかを表す。
・S1、S2およびS3は各々独立に、エテニレン基、エチニレン基およびアリーレン基から選ばれた少なくとも1種であって、R1、R2、R5およびピリジン環と共役している。l1、l2およびl3は0〜5の整数を表す。
・R3、R4およびR6は独立に、アルキル基、アルケニル基、アリール基、ヘテロ環基、アルコキシ基、アリールオキシ基、アルコキシカルボニル基、アミノ基、アシルアミノ基、シアノ基またはハロゲン原子を表し、n2およびn7は各々0〜3の整数を表し、n3は0〜2の整数を表し、n2が1以上のときR3はS1と連結して環を形成していてもよく、n3が1以上のときR4はS2と連結して環を形成していてもよく、n7が1以上のときR6はS3と連結して環を形成していてもよい。n2が2以上のとき、R3同士は同じでも異なっていてもよく、互いに連結して環を形成していてもよい。n3が2のとき、R4同士は同じでも異なっていてもよく、互いに連結して環を形成していてもよい。n7が2以上のとき、R6同士は同じでも異なっていてもよく、互いに連結して環を形成していてもよい。n2、n3およびn7がともに1以上のときR3、R4およびR6は連結して環を形成していてもよい。
・A1、A2およびA3は独立に酸性基またはその塩を表す。n4、n5およびn6は各々0〜3の整数を表す。n8は0または1を表す。]
一般式(13−2)、(14)および(15)中、R40およびR41は各々独立に、水素原子、アルキル基、アルケニル基、アルキニル基、アルコキシ基、アルキルチオ基、アリール基、アリールオキシ基、アリールチオ基、アミノ基、ヘテロ環基またはハロゲン原子を表す。R65〜R67は各々独立に、水素原子、アルキル基、アルケニル基、アルキニル基、アリール基、ヘテロ環基またはハロゲン原子を表す。
Y1〜Y3およびXは各々独立にS、O、Se、TeまたはNR42を表し、R42は水素原子、アルキル基、アルケニル基、アルキニル基、アリール基またはヘテロ環基を表す。]
ML 1 L 2 (A 01 ) n0 (CI1) n1 ... General formula (1)
(In general formula (1),
M represents a metal element,
A 01 represents a ligand,
CI1 represents a counter anion,
-N0 represents the integer of 0-2, n1 represents the integer of 0-4.
L 1 represents a ligand represented by the following general formula (2), and L 2 represents a ligand represented by the following general formula (17). L 1 and L 2 may be linked to each other at the ortho position of the pyridine ring (position adjacent to the N atom) to form a quarterpyridine ligand. )
R 1 , R 2 and R 5 each independently represent any of the following general formulas (3) to (11), (13-2) or (14) to (16).
S 1 , S 2 and S 3 are each independently at least one selected from an ethenylene group, an ethynylene group and an arylene group, and are conjugated to R 1 , R 2 , R 5 and a pyridine ring. l1, l2 and l3 each represents an integer of 0 to 5;
R 3 , R 4 and R 6 independently represent an alkyl group, alkenyl group, aryl group, heterocyclic group, alkoxy group, aryloxy group, alkoxycarbonyl group, amino group, acylamino group, cyano group or halogen atom. , N2 and n7 each represents an integer of 0 to 3, n3 represents an integer of 0 to 2, and when n2 is 1 or more, R 3 may be linked to S 1 to form a ring, When it is 1 or more, R 4 may be linked to S 2 to form a ring, and when n7 is 1 or more, R 6 may be linked to S 3 to form a ring. When n2 is 2 or more, R 3 together may be the same or different, may form a ring. When n3 is 2 , R 4 may be the same or different, and may be connected to each other to form a ring. When n7 is 2 or more, R 6 may be the same or different, and may be connected to each other to form a ring. When n2, n3 and n7 are all 1 or more, R 3 , R 4 and R 6 may be linked to form a ring.
· A 1, A 2 and A 3 represents an acidic group or a salt thereof independently. n4, n5 and n6 each represents an integer of 0 to 3. n8 represents 0 or 1. ]
In the general formulas (13-2), (14) and (15), R 40 and R 41 each independently represent a hydrogen atom, an alkyl group, an alkenyl group, an alkynyl group, an alkoxy group, an alkylthio group, an aryl group, an aryloxy Represents a group, an arylthio group, an amino group, a heterocyclic group or a halogen atom. R 65 to R 67 each independently represents a hydrogen atom, an alkyl group, an alkenyl group, an alkynyl group, an aryl group, a heterocyclic group or a halogen atom.
Y 1 to Y 3 and X each independently represent S, O, Se, Te or NR 42 , and R 42 represents a hydrogen atom, an alkyl group, an alkenyl group, an alkynyl group, an aryl group or a heterocyclic group. ]
前記一般式(2)中、R1およびR2 が各々独立に、一般式(3)、(5)、(6)、(7)、(10)および(16)のいずれかである。S1およびS2 が各々独立に、エテニレン基およびエチニレン基から選ばれた少なくとも1種であって、R1、R2およびビピリジンと共役している。l1およびl2が0〜3の整数である。R3およびR4 が独立に置換基であり、n2が1以上のときR3はS1と連結して環を形成していてもよく、n3が1以上のときR4はS2と連結して環を形成していてもよい。n2が2のとき、R3同士は同じでも異なっていてもよく、互いに連結して環を形成していてもよい。n3が2のとき、R4同士は同じでも異なっていてもよく、互いに連結して環を形成していてもよい。n2およびn3がともに1以上のときR3とR4は連結して環を形成していてもよい。ただし、n2およびn3が各々0〜2の整数であり、A1およびA2 が酸性基またはその塩である。n4およびn5が各々0〜2の整数である。n8が0である。
前記一般式(3)、(5)、(6)、(7)、(10)および(16)中、R7、R13〜R23、R32、R33、R51、R61およびR69 が各々独立に、水素原子、アルキル基、アルケニル基、アルキニル基、アリール基、ヘテロ環基またはハロゲン原子である。R68 が、アルキル基、アルケニル基、アルキニル基、アリール基、ヘテロ環基またはハロゲン原子である。R69とR7、R14とR15、R17とR18、R20〜R23、R32とR33、R52〜R55は互いに環を形成していてもよい。m1、m3〜m5、m8およびm11が1〜3の整数である。Y1〜Y3 が各々独立に、S、O、Se、TeまたはNR42 であり、R42 が水素原子またはアルキル基である。
前記一般式(17)で表される配位子が下記一般式(18)で表される配位子である。
In formula (2), the R 1 and R 2 are each independently the general formula (3), (5), (6), (7), is either (10) and (16). S 1 and S 2 are each independently at least one selected from an ethenylene group and an ethynylene group, and are conjugated with R 1 , R 2 and bipyridine. l1 and l2 are integers of 0-3. R 3 and R 4 are substituents on independently, R 3 when n2 is 1 or more may form a ring with S1, R 4 when n3 is 1 or more is connected with S 2 May form a ring. When n2 is 2, R 3 together may be the same or different, may form a ring. When n3 is 2 , R 4 may be the same or different, and may be connected to each other to form a ring. When both n2 and n3 are 1 or more, R 3 and R 4 may be linked to form a ring. However, n2 and n3 are each 0 to 2 integer, A 1 and A 2 is an acidic group or a salt thereof. n4 and n5 are each an integer of 0-2. n8 is 0.
In the general formulas (3), (5), (6), (7), (10) and (16), R 7 , R 13 to R 23 , R 32 , R 33 , R 51 , R 61 and R 69 are each independently a hydrogen atom, an alkyl group, an alkenyl group, an alkynyl group, an aryl group, a heterocyclic group or a halogen atom. R 68 is an alkyl group, an alkenyl group, an alkynyl group, an aryl group, a heterocyclic group or a halogen atom. R 69 and R 7, R 14 and R 15, R 17 and R 18, R 20 ~R 23, R 32 and R 33, R 52 ~R 55 may have each other to form a ring. m1, m3-m5, m8 and m11 are integers of 1-3. The Y 1 to Y 3 are each independently, S, O, Se, a Te or NR 42, R 42 is a hydrogen atom or an alkyl group.
Ligand represented by the general formula (17) is a ligand represented by the following general formula (18).
前記一般式(2)中、R1およびR2 が各々独立に、一般式(3)、(7)および(16)のいずれかである。S1およびS2 が各々独立に、エテニレン基であって、R1、R2およびビピリジンと共役している。l1およびl2が0〜2の整数である。n2およびn3は各々0または1である。R3およびR4 が独立に、アルキル基、アルケニル基、アリール基、ヘテロ環基、アルコキシ基、アリールオキシ基、アルコキシカルボニル基、アミノ基、アシルアミノ基、シアノ基またはハロゲン原子であり、n2が1のときR3はS1と連結して環を形成していてもよく、n3が1のときR4はS2と連結して環を形成していてもよい。n2およびn3がともに1のときR3とR4は連結して環を形成していてもよい。A1およびA2 が酸性基またはその塩である。n4およびn5が各々0または1である。n8が0である。
前記一般式(3)、(7)および(16)中、R7、R19〜R23、R51〜R55およびR69 が、水素原子、アルキル基、アルケニル基またはアルキニル基である。R68 がアルキル基、アルケニル基またはアルキニル基である。R69とR7、R20〜R23、R52〜R55は互いに環を形成していてもよい。m1、m5およびm11が1または2である。Y1〜Y3 が各々独立に、S、OまたはNR42 であり、R42は水素原子またはアルキル基である。
前記一般式(18)中、R47およびR48 がそれぞれ独立に、酸性基またはその塩であり、R49およびR50 が水素原子である。 The method for producing a photoelectric conversion element according to claim 4 , wherein the metal complex dye is as follows.
In the general formula (2), R 1 and R 2 are each independently any one of the general formulas (3), (7), and (16). S 1 and S 2 are each independently an ethenylene group, which is conjugated with R 1 , R 2 and bipyridine. l1 and l2 are integers of 0-2. n2 and n3 are each 0 or 1. R 3 and R 4 are each independently an alkyl group, alkenyl group, aryl group, heterocyclic group, alkoxy group, aryloxy group, alkoxycarbonyl group, amino group, acylamino group, cyano group or halogen atom , and n2 is 1 In this case, R 3 may be linked to S 1 to form a ring, and when n 3 is 1, R 4 may be linked to S 2 to form a ring. When n2 and n3 are both 1, R 3 and R 4 may be linked to form a ring. A 1 and A 2 is an acidic group or a salt thereof. n4 and n5 are each 0 or 1. n8 is 0.
Formula (3), in (7) and (16), R 7, R 19 ~R 23, R 51 ~R 55 and R 69 is a hydrogen atom, an alkyl group, an alkenyl group or an alkynyl group. R 68 is an alkyl group, alkenyl group or alkynyl group. R 69 and R 7 , R 20 to R 23 , and R 52 to R 55 may form a ring with each other. m1, m5 and m11 is 1 or 2. The Y 1 to Y 3 are each independently, S, O or NR 42, R 42 is a hydrogen atom or an alkyl group.
In the general formula (18), the R 47 and R 48 are each independently an acid group or a salt thereof, R 49 and R 50 are hydrogen atoms.
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