JP5114536B2 - Method for producing photoelectric conversion element, photoelectric conversion element and photoelectrochemical cell - Google Patents
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Description
本発明は光電変換素子に関し、詳しくは色素で増感された半導体微粒子を用いた光電変換素子に関する。 The present invention relates to a photoelectric conversion element, and more particularly to a photoelectric conversion element using semiconductor fine particles sensitized with a dye.
光電変換素子は各種の光センサー、複写機、光発電装置に用いられている。光電変換素子には金属を用いたもの、半導体を用いたもの、有機顔料や色素を用いたもの、あるいはこれらを組み合わせたものなどの様々な方式が実用化されている。 Photoelectric conversion elements are used in various optical sensors, copying machines, and photovoltaic power generation devices. Various systems such as those using metals, semiconductors, organic pigments and dyes, or combinations thereof have been put to practical use as photoelectric conversion elements.
特許文献1〜9には、色素によって増感された半導体微粒子を用いた光電変換素子(以後、色素増感光電変換素子と略す)、若しくはこれを作成するための材料及び製造技術が開示されている。この方式の利点は二酸化チタン等の安価な酸化物半導体を高純度に精製することなく用いることができるため、比較的安価な光電変換素子を提供できる点にある。しかしながらこのような光電変換素子は変換効率が必ずしも十分に高いとは限らず、なお一層の変換効率向上が望まれていた。 Patent Documents 1 to 9 disclose a photoelectric conversion element (hereinafter abbreviated as a dye-sensitized photoelectric conversion element) using semiconductor fine particles sensitized with a dye, or a material and a manufacturing technique for producing the photoelectric conversion element. Yes. The advantage of this method is that an inexpensive oxide semiconductor such as titanium dioxide can be used without being purified with high purity, and therefore a relatively inexpensive photoelectric conversion element can be provided. However, such a photoelectric conversion element does not necessarily have a sufficiently high conversion efficiency, and further improvement in conversion efficiency has been desired.
本発明の目的は変換効率の向上した色素増感光電変換素子を提供することである。 An object of the present invention is to provide a dye-sensitized photoelectric conversion element having improved conversion efficiency.
研究の結果、下記の手段により本発明の目的に適うことを突き止めた。
1.
少なくとも色素の吸着した半導体微粒子膜の層と導電性支持体とを有する光電変換素子の製造方法であって、
該半導体微粒子膜の層が光散乱性の異なる複数の層から成り、該複数の層は、光の入射側の最初の層として光散乱性の最も低い低散乱層と、光散乱性が該低散乱層より高い高散乱層とを有し、
平均粒径が5〜50nmの半導体微粒子を含む分散液Aを作成する工程と、
平均粒径が5〜50nmの半導体微粒子を含む分散液Aに、平均粒径が100〜500nmの半導体微粒子を混合し分散液Bを作成する工程と、
前記分散液Aにより前記低散乱層を形成する工程、及び
前記分散液Bにより前記高散乱層を形成する工程、
を含むことを特徴とする、光電変換素子の製造方法。
2.
少なくとも色素の吸着した半導体微粒子膜の層と導電性支持体とを有する光電変換素子の製造方法であって、
該半導体微粒子膜の層が光散乱性の異なる少なくとも3層から成り、光の入射側に光散乱性の低い低散乱層、最も奥に光散乱性の高い高散乱層、その中間に光散乱性が前記2層の中間である中散乱層を配しており、
平均粒径が5〜50nmの半導体微粒子を含む分散液Aを作成する工程と、
平均粒径が5〜50nmの半導体微粒子を含む分散液Aに、平均粒径が100〜500nmの半導体微粒子を混合し分散液Bを作成する工程と、
前記分散液Aにより前記低散乱層を形成する工程、及び
前記分散液Bにより前記中散乱層を形成する工程、
を含むことを特徴とする、光電変換素子の製造方法。
3.
前記低散乱層は光散乱性の低い半導体微粒子のみから成り、前記中散乱層は光散乱性の高い半導体微粒子と光散乱性の低い半導体微粒子の混合物から成ることを特徴とする上記2に記載の光電変換素子の製造方法。
4.
前記低散乱層は平均粒径5〜50nmの光散乱性の低い半導体微粒子から成り、前記中散乱層は平均粒径100〜500nmの半導体微粒子と平均粒径5〜50nmの半導体微粒子の混合物を含有することを特徴とする上記3に記載の光電変換素子の製造方法。
5.
半導体微粒子が酸化チタン、酸化亜鉛、酸化マグネシウム、酸化ニオブ、酸化錫、酸化タングステン、酸化珪素、酸化アルミニウムから選ばれた酸化物半導体であることを特徴とする上記1〜4のいずれか一項に記載の光電変換素子の製造方法。
6.
半導体微粒子がすべて酸化チタンであることを特徴とする上記1〜5のいずれか一項に記載の光電変換素子の製造方法。
7.
色素として結合基を含む群より選ばれた基を有するルテニウム錯体色素を用いることを特徴とする上記1〜6のいずれか一項に記載の光電変換素子の製造方法。
8.
上記1〜7のいずれか一項に記載の光電変換素子の製造方法により得られることを特徴とする光電変換素子。
9.
上記8に記載の光電変換素子を用いたことを特徴とする光電気化学電池。
10.
上記9に記載の光電気化学電池であって、導電性支持体、感光層、電荷輸送層、対極導電層を順に有し、
該感光層は半導体微粒子間の空隙に浸透した電荷輸送材料を含有し、光散乱性の異なる複数の層から成り、該複数の層は、前記低散乱層と、前記高散乱層とを有し、
光の入射側に全反射層を有しないことを特徴とする光電気化学電池。
尚、本発明は上記1〜10に記載の構成を有するものであるが、以下、その他についても参考のため記載した。
(1)少なくとも色素の吸着した半導体微粒子膜の層と導電性支持体とを有する光電変換素子であって、該半導体微粒子膜の層が光散乱性の異なる複数の層から成り、光の入射側に光散乱性の最も低い層が配されることを特徴とする光電変換素子。
(2)(1)の光電変換素子において、光の入射側(の感光層より前面)に全反射層を有しないことを特徴とする(1)記載の光電変換素子。
(3)半導体微粒子膜の層が光散乱性の異なる少なくとも3層から成り、光の入射側に光散乱性の低い層、最も奥に光散乱性の高い層、その中間に光散乱性が前記2層の中間である層(前記光散乱性の低い層と前記光散乱性の高い層の中間の光散乱性を有する光散乱性が中程度の層)を配することを特徴とする(1)記載の光電変換素子。
(4)光散乱性の低い層は光散乱性の低い半導体微粒子のみから成り、光散乱性が中程度の層は光散乱性の高い半導体微粒子と光散乱性の低い半導体微粒子の混合物から成り、光散乱性が高い層は少なくとも光散乱性の高い半導体微粒子を含有することを特徴とする(3)に記載の光電変換素子。
(5)光散乱性の低い層は平均粒径5〜50nmの半導体微粒子から成り、光散乱性が高い層は少なくとも平均粒径100〜500nmの半導体微粒子を含有し、光散乱性が中程度の層は平均粒径100〜500nmの半導体微粒子と平均粒径5〜50nmの半導体微粒子の混合物を含有することを特徴とする(4)に記載の光電変換素子。
(6)半導体微粒子が酸化チタン、酸化亜鉛、酸化マグネシウム、酸化ニオブ、酸化錫、酸化タングステン、酸化珪素、酸化アルミニウムから選ばれた酸化物半導体であることを特徴とする(1)〜(5)のいずれかに記載の光電変換素子。
(7)半導体微粒子がすべて酸化チタンであることを特徴とする(1)〜(6)のいずれかに記載の光電変換素子。
(8)色素として結合基を含む群より選ばれた基を有するルテニウム錯体色素を用いることを特徴とする(1)〜(7)のいずれかに記載の光電変換素子。
(9)(1)〜(8)のいずれかに記載の光電変換素子を用いたことを特徴とする光電気化学電池。
(10)導電性支持体、感光層、電荷輸送層、対極導電層を順に有する光電気化学電池において、感光層は半導体微粒子間の空隙に浸透した電荷輸送材料を含有し、光散乱性の異なる複数の層から成り、光の入射側に光散乱性の最も低い層が配され、かつ、光の入射側に全反射層を有しないことを特徴とする光電気化学電池。
(11)光散乱性の異なる複数の層が、光の入射側に光散乱性の低い層、最も奥に光散乱性の高い層、その中間に光散乱性が前記2層の中間である層を配することを特徴とする(10)記載の光電気化学電池。
(12)光散乱性の低い層は光散乱性の低い半導体微粒子のみから成り、光散乱性が中程度の層は光散乱性の高い半導体微粒子と光散乱性の低い半導体微粒子の混合物から成り、光散乱性が高い層は少なくとも光散乱性の高い半導体微粒子を含有することを特徴とする(11)に記載の光電気化学電池。
(13)光散乱性の低い層は平均粒径5〜50nmの半導体微粒子から成り、光散乱性が高い層は少なくとも平均粒径100〜500nmの半導体微粒子を含有し、光散乱性が中程度の層は平均粒径100〜500nmの半導体微粒子と平均粒径5〜50nmの半導体微粒子の混合物を含有することを特徴とする(12)に記載の光電気化学電池。
As a result of research, it has been found that the object of the present invention is met by the following means.
1.
A method for producing a photoelectric conversion element having at least a layer of a semiconductor fine particle film adsorbed with a dye and a conductive support,
The layer of the semiconductor fine particle film is composed of a plurality of layers having different light scattering properties. The plurality of layers include a low scattering layer having the lowest light scattering property as the first layer on the light incident side, and the light scattering property having the low light scattering property. Having a higher scattering layer than the scattering layer,
Creating a dispersion A containing semiconductor fine particles having an average particle diameter of 5 to 50 nm;
A step of mixing the dispersion A containing semiconductor fine particles having an average particle diameter of 5 to 50 nm with the semiconductor fine particles having an average particle diameter of 100 to 500 nm to prepare the dispersion B;
Forming the low scattering layer with the dispersion A, and forming the high scattering layer with the dispersion B;
The manufacturing method of the photoelectric conversion element characterized by including.
2.
A method for producing a photoelectric conversion element having at least a layer of a semiconductor fine particle film adsorbed with a dye and a conductive support,
Comprises at least three layers layers different light scattering properties of the semiconductor fine particle film, the light scattering of the low have low scattering layer on the light incident side, the deepest in the light-scattering highly have high scattering layer, the light in the middle and coordinated scattering layer in scattering is an intermediate of the two layers,
Creating a dispersion A containing semiconductor fine particles having an average particle diameter of 5 to 50 nm;
A step of mixing the dispersion A containing semiconductor fine particles having an average particle diameter of 5 to 50 nm with the semiconductor fine particles having an average particle diameter of 100 to 500 nm to prepare the dispersion B;
Forming the low scattering layer with the dispersion A, and
Forming the medium scattering layer with the dispersion B;
The manufacturing method of the photoelectric conversion element characterized by including.
3.
The low scattering layer is composed of only semiconductor fine particles having low light scattering property, and the medium scattering layer is composed of a mixture of semiconductor fine particles having high light scattering property and semiconductor fine particles having low light scattering property. A method for producing a photoelectric conversion element.
4).
The low scattering layer is composed of semiconductor particles having an average particle size of 5 to 50 nm and low light scattering properties, and the medium scattering layer contains a mixture of semiconductor particles having an average particle size of 100 to 500 nm and semiconductor particles having an average particle size of 5 to 50 nm. 4. The method for producing a photoelectric conversion element as described in 3 above, wherein:
5.
Fine semiconductor particles of titanium oxide, zinc oxide, magnesium oxide, niobium oxide, tin oxide, tungsten oxide, silicon oxide, in any one of the above 1 to 4, characterized in that an oxide semiconductor selected from aluminum oxide The manufacturing method of the photoelectric conversion element of description.
6).
All the semiconductor fine particles are titanium oxides, The manufacturing method of the photoelectric conversion element as described in any one of said 1-5 characterized by the above-mentioned.
7).
The method for producing a photoelectric conversion element according to any one of the above 1 to 6, wherein a ruthenium complex dye having a group selected from the group containing a bonding group is used as the dye.
8).
A photoelectric conversion element obtained by the method for manufacturing a photoelectric conversion element according to any one of 1 to 7 above.
9.
9. A photoelectrochemical cell using the photoelectric conversion element as described in 8 above.
10.
The photoelectrochemical cell according to 9 above, comprising a conductive support, a photosensitive layer, a charge transport layer, and a counter electrode conductive layer in this order,
The photosensitive layer contains a charge transport material that has penetrated into the gaps between the semiconductor fine particles, and is composed of a plurality of layers having different light scattering properties. The plurality of layers have the low scattering layer and the high scattering layer. ,
A photoelectrochemical cell characterized by having no total reflection layer on the light incident side.
In addition, although this invention has the structure of said 1-10, it described below also for reference below.
(1) A photoelectric conversion element having at least a layer of a semiconductor fine particle film on which a dye is adsorbed and a conductive support, wherein the layer of the semiconductor fine particle film is composed of a plurality of layers having different light scattering properties, A photoelectric conversion element characterized in that a layer having the lowest light scattering property is disposed on the photoelectric conversion element.
(2) The photoelectric conversion device according to (1), wherein the photoelectric conversion device according to (1) does not have a total reflection layer on the light incident side (front side from the photosensitive layer).
(3) The layer of the semiconductor fine particle film is composed of at least three layers having different light scattering properties, a layer having a low light scattering property on the light incident side, a layer having a high light scattering property at the innermost side, and the light scattering property in the middle. A layer which is an intermediate between two layers (a layer having a light scattering property intermediate between the low light scattering property layer and the high light scattering property layer and having a medium light scattering property) is arranged (1 ) The photoelectric conversion element described.
(4) The layer having low light scattering property is composed only of semiconductor particles having low light scattering property, and the layer having medium light scattering property is composed of a mixture of semiconductor particles having high light scattering property and semiconductor particles having low light scattering property, The layer having a high light scattering property contains at least semiconductor fine particles having a high light scattering property, and the photoelectric conversion element according to (3).
(5) The layer having a low light scattering property is composed of semiconductor fine particles having an average particle size of 5 to 50 nm, and the layer having a high light scattering property contains at least semiconductor fine particles having an average particle size of 100 to 500 nm and has a moderate light scattering property. The layer contains a mixture of semiconductor fine particles having an average particle diameter of 100 to 500 nm and semiconductor fine particles having an average particle diameter of 5 to 50 nm. The photoelectric conversion element according to (4),
(6) The semiconductor fine particles are oxide semiconductors selected from titanium oxide, zinc oxide, magnesium oxide, niobium oxide, tin oxide, tungsten oxide, silicon oxide, and aluminum oxide (1) to (5) The photoelectric conversion element in any one of.
(7) The photoelectric conversion element as described in any one of (1) to (6), wherein the semiconductor fine particles are all titanium oxide.
(8) The photoelectric conversion element as described in any one of (1) to (7), wherein a ruthenium complex dye having a group selected from the group containing a bonding group is used as the dye.
(9) A photoelectrochemical cell using the photoelectric conversion device according to any one of (1) to (8).
(10) In a photoelectrochemical cell having a conductive support, a photosensitive layer, a charge transport layer, and a counter electrode conductive layer in this order, the photosensitive layer contains a charge transport material that has penetrated into the voids between the semiconductor fine particles, and has different light scattering properties. A photoelectrochemical cell comprising a plurality of layers, wherein a layer having the lowest light scattering property is disposed on a light incident side, and no total reflection layer is provided on a light incident side.
(11) A plurality of layers having different light scattering properties are a layer having a low light scattering property on the light incident side, a layer having a high light scattering property at the innermost side, and a layer having a light scattering property intermediate between the two layers. (10) The photoelectrochemical cell according to (10).
(12) The layer having low light scattering property is composed of only semiconductor particles having low light scattering property, and the layer having medium light scattering property is composed of a mixture of semiconductor particles having high light scattering property and semiconductor particles having low light scattering property, (1) The photoelectrochemical cell according to (11), wherein the layer having a high light scattering property contains at least semiconductor fine particles having a high light scattering property.
(13) The layer having a low light scattering property is composed of semiconductor fine particles having an average particle size of 5 to 50 nm, and the layer having a high light scattering property contains at least semiconductor fine particles having an average particle size of 100 to 500 nm and has a moderate light scattering property. The photoelectrochemical cell according to (12), wherein the layer contains a mixture of semiconductor fine particles having an average particle diameter of 100 to 500 nm and semiconductor fine particles having an average particle diameter of 5 to 50 nm.
実施例の結果から本発明によって、従来よりも変換効率の改善された色素増感光電変換素子が得られたことは明らかである。 From the results of the examples, it is apparent that a dye-sensitized photoelectric conversion element having improved conversion efficiency as compared with the prior art was obtained by the present invention.
〔1〕光電変換素子
本発明の光電変換素子は、好ましくは図1に示すように、導電層10、下塗り層60、感光層20、電荷輸送層30、対極導電層40の順に積層し、前記感光層20を色素22によって増感された半導体微粒子21と当該半導体微粒子21の間の空隙に浸透した電荷輸送材料23とから構成する。電荷輸送材料23は、電荷輸送層30に用いる材料と同じ成分からなる。また光電変換素子に強度を付与するため、導電層10及び/又は対極導電層40の下地として、基板50を設けてもよい。以下本発明では、導電層10及び任意で設ける基板50からなる層を「導電性支持体」、対極導電層40及び任意で設ける基板50からなる層を「対極」と呼ぶ。
本発明においては感光層20は光散乱性の異なる複数の層から成っている。なお、図1中の導電層10、対極導電層40、基板50は、それぞれ透明導電層10a、透明対極導電層40a、透明基板50aであっても良い。この光電変換素子を外部負荷に接続して電気的仕事をさせる目的(発電)で作られたものが光電池であり、光学的情報のセンシングを目的に作られたものが光センサーである。光電池のうち、電荷輸送材料23が主としてイオン輸送材料からなる場合を特に光電気化学電池と呼び、また、太陽光による発電を主目的とする場合を太陽電池と呼ぶ。
[1] Photoelectric Conversion Element The photoelectric conversion element of the present invention is preferably formed by laminating a conductive layer 10, an
In the present invention, the
(A)導電性支持体
導電性支持体は、(1)導電層の単層、又は(2)導電層及び基板の2層からなる。強度や密封性が十分に保たれるような導電層を使用すれば、基板は必ずしも必要でない。
(A) Conductive support The conductive support comprises (1) a single layer of a conductive layer or (2) two layers of a conductive layer and a substrate. If a conductive layer that can maintain sufficient strength and sealing properties is used, a substrate is not always necessary.
(1)の場合、導電層として金属のように十分な強度が得られ、かつ導電性があるものを用いる。 In the case of (1), a conductive layer having sufficient strength as metal and having conductivity is used.
(2)の場合、感光層側に導電剤を含む導電層を有する基板を使用することができる。好ましい導電剤としては金属(例えば白金、金、銀、銅、アルミニウム、ロジウム、インジウム等)、炭素、又は導電性金属酸化物(インジウム−スズ複合酸化物、酸化スズにフッ素をドープしたもの等)が挙げられる。導電層の厚さは0.02〜10μm程度が好ましい。 In the case of (2), a substrate having a conductive layer containing a conductive agent on the photosensitive layer side can be used. Preferred conductive agents are metals (eg, platinum, gold, silver, copper, aluminum, rhodium, indium, etc.), carbon, or conductive metal oxides (indium-tin composite oxide, tin oxide doped with fluorine, etc.) Is mentioned. The thickness of the conductive layer is preferably about 0.02 to 10 μm.
導電性支持体は表面抵抗が低い程よい。好ましい表面抵抗の範囲は100Ω/□以下であり、更に好ましくは40Ω/□以下である。表面抵抗の下限には特に制限はないが、通常0.1Ω/□程度である。 The lower the surface resistance of the conductive support, the better. The range of the surface resistance is preferably 100Ω / □ or less, more preferably 40Ω / □ or less. The lower limit of the surface resistance is not particularly limited, but is usually about 0.1Ω / □.
本発明では、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%以上であるのが好ましく、70%以上が特に好ましい。
本発明においては高光散乱率層で散乱された光は低光散乱率層でほぼ吸収されてしまうので、全反射層を設ける必要はない。
本発明では、特開平10−255863号公報のような高屈折材料薄膜を設けることは、製造において工程が煩雑となり、またコストも上昇するので安価な光電変換素子を提供する本来の趣旨に反するため、好ましくない。
In the present invention, substantially transparent means that the light transmittance is 10% or more, preferably 50% or more, particularly preferably 70% or more.
In the present invention, since the light scattered by the high light scattering rate layer is almost absorbed by the low light scattering rate layer, it is not necessary to provide a total reflection layer.
In the present invention, providing a high refractive material thin film as disclosed in JP-A-10-255863 is contrary to the original purpose of providing an inexpensive photoelectric conversion element because the manufacturing process becomes complicated and the cost increases. Is not preferable.
透明導電性支持体としては、ガラス又はプラスチック等の透明基板の表面に導電性金属酸化物からなる透明導電層を塗布又は蒸着等により形成したものが好ましい。なかでもフッ素をドーピングした二酸化スズからなる導電層を低コストのソーダ石灰フロートガラスでできた透明基板上に堆積した導電性ガラスが好ましい。また低コストでフレキシブルな光電変換素子又は太陽電池とするには、透明ポリマーフィルムに導電層を設けたものを用いるのがよい。透明ポリマーフィルムの材料としては、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テレン(SPS)、ポリフェニレンスルフィド(PPS)、ポリカーボネート(PC)、ポリアリレート(PAr)、ポリスルフォン(PSF)、ポリエステルスルフォン(PES)、ポリエーテルイミド(PEI)、環状ポリオレフィン、ブロム化フェノキシ等がある。十分な透明性を確保するために、導電性金属酸化物の塗布量はガラス又はプラスチックの支持体1m2当たり0.01〜100gとするのが好ましい。 The transparent conductive support is preferably formed by applying or vapor-depositing a transparent conductive layer made of a conductive metal oxide on the surface of a transparent substrate such as glass or plastic. In particular, conductive glass in which a conductive layer made of tin dioxide doped with fluorine is deposited on a transparent substrate made of low-cost soda-lime float glass is preferable. In order to obtain a flexible photoelectric conversion element or solar cell at low cost, it is preferable to use a transparent polymer film provided with a conductive layer. Transparent polymer film materials include tetraacetyl cellulose (TAC), polyethylene terephthalate (PET), polyethylene naphthalate (PEN), syndiotactic polyester (SPS), polyphenylene sulfide (PPS), polycarbonate (PC), polyarylate. (PAr), polysulfone (PSF), polyester sulfone (PES), polyetherimide (PEI), cyclic polyolefin, brominated phenoxy and the like. In order to ensure sufficient transparency, the coating amount of the conductive metal oxide is preferably 0.01 to 100 g per 1 m 2 of the glass or plastic support.
透明導電性支持体の抵抗を下げる目的で金属リードを用いるのが好ましい。金属リードの材質はアルミニウム、銅、銀、金、白金、ニッケル等の金属が好ましく、特にアルミニウム及び銀が好ましい。金属リードは透明基板に蒸着、スパッタリング等で設置し、その上にフッ素をドープした酸化スズ、又はITO膜からなる透明導電層を設けるのが好ましい。また透明導電層を透明基板に設けた後、透明導電層上に金属リードを設置するのも好ましい。金属リード設置による入射光量の低下は好ましくは10%以内、より好ましくは1〜5%とする。 It is preferable to use a metal lead for the purpose of reducing the resistance of the transparent conductive support. The material of the metal lead is preferably a metal such as aluminum, copper, silver, gold, platinum, nickel, and particularly preferably aluminum and silver. The metal lead is preferably installed on the transparent substrate by vapor deposition, sputtering or the like, and a transparent conductive layer made of tin oxide doped with fluorine or an ITO film is preferably provided thereon. Moreover, it is also preferable to install a metal lead on the transparent conductive layer after providing the transparent conductive layer on the transparent substrate. The decrease in the amount of incident light due to the installation of the metal lead is preferably within 10%, more preferably 1 to 5%.
(B)感光層
感光層において、半導体はいわゆる感光体として作用し、光を吸収して電荷分離を行い、電子と正孔を生ずる。色素増感された半導体微粒子では、光吸収及びこれによる電子及び正孔の発生は主として色素において起こり、半導体微粒子はこの電子を受け取り、伝達する役割を担う。本発明で用いる半導体は光励起下で伝導体電子がキャリアーとなり、アノード電流を与えるn型半導体であることが好ましい。
(B) Photosensitive layer In the photosensitive layer, the semiconductor acts as a so-called photoconductor, absorbs light, separates charges, and generates electrons and holes. In the dye-sensitized semiconductor fine particles, light absorption and generation of electrons and holes thereby occur mainly in the dye, and the semiconductor fine particles play a role of receiving and transmitting the electrons. The semiconductor used in the present invention is preferably an n-type semiconductor which gives an anode current when conductor electrons become carriers under photoexcitation.
本発明者らの検討によれば該感光層が膜厚方向に対して均質な単層構成の場合よりも、光の入射側は光散乱性が低く光が進むに従い光散乱性が高くなるような多層構成の場合の方が光の捕獲率が高く、ひいては変換効率が高いことがわかった。このような層構成の最も単純な例は光入射側から低散乱層、高散乱層の2層構成である。このほか、低散乱層、中散乱層、高散乱層の3層以上の構成や更に複雑な構成があり得る。本発明においては最も散乱性の低い層が光の入射する最初の層であることを必須とする。このうち前記の3層以上の構成が好ましく、3層構成がより好ましい。 According to the study by the present inventors, the light scattering property is low on the light incident side, and the light scattering property becomes higher as the light advances, than in the case where the photosensitive layer has a uniform single layer structure in the film thickness direction. In the case of a multi-layer structure, it was found that the light capture rate was higher, and consequently the conversion efficiency was higher. The simplest example of such a layer configuration is a two-layer configuration of a low scattering layer and a high scattering layer from the light incident side. In addition to this, there may be a configuration of three or more layers including a low scattering layer, a medium scattering layer, and a high scattering layer, and a more complicated configuration. In the present invention, it is essential that the lowest scattering layer is the first layer on which light is incident. Of these, the above-described three or more layers are preferable, and the three-layer configuration is more preferable.
感光層の光散乱性は用いる半導体微粒子の種類や粒子径、空隙率、又は空隙のサイズによって調節することができる。このうち半導体微粒子の粒子径で調節するのが好ましい。 The light scattering property of the photosensitive layer can be adjusted by the type, particle diameter, porosity, or void size of the semiconductor fine particles used. Among these, it is preferable to adjust by the particle diameter of the semiconductor fine particles.
(1)半導体微粒子
半導体微粒子としては、シリコン、ゲルマニウムのような単体半導体、III-V系化合物半導体、金属のカルコゲニド(例えば酸化物、硫化物、セレン化物等)、又はペロブスカイト構造を有する化合物(例えばチタン酸ストロンチウム、チタン酸カルシウム、チタン酸ナトリウム、チタン酸バリウム、ニオブ酸カリウム等)等を使用することができる。
(1) Semiconductor fine particles Semiconductor fine particles include simple semiconductors such as silicon and germanium, III-V compound semiconductors, metal chalcogenides (for example, oxides, sulfides, selenides, etc.), or compounds having a perovskite structure (for example, Strontium titanate, calcium titanate, sodium titanate, barium titanate, potassium niobate, etc.) can be used.
好ましい金属のカルコゲニドとして、チタン、スズ、亜鉛、鉄、タングステン、ジルコニウム、ハフニウム、ストロンチウム、インジウム、セリウム、イットリウム、ランタン、バナジウム、ニオブ、又はタンタルの酸化物、カドミウム、亜鉛、鉛、銀、アンチモン又はビスマスの硫化物、カドミウム又は鉛のセレン化物、カドミウムのテルル化物等が挙げられる。他の化合物半導体としては亜鉛、ガリウム、インジウム、カドミウム等のリン化物、ガリウム−ヒ素又は銅−インジウムのセレン化物、銅−インジウムの硫化物等が挙げられる。 Preferred metal chalcogenides include titanium, tin, zinc, iron, tungsten, zirconium, hafnium, strontium, indium, cerium, yttrium, lanthanum, vanadium, niobium, or tantalum oxides, cadmium, zinc, lead, silver, antimony or Examples thereof include bismuth sulfide, cadmium or lead selenide, and cadmium telluride. Examples of other compound semiconductors include phosphides such as zinc, gallium, indium, and cadmium, gallium-arsenic or copper-indium selenides, and copper-indium sulfides.
本発明に用いる半導体の好ましい具体例は、Si、TiO2、SnO2、Al2O3、MgO、Fe2O3、WO3、ZnO、Nb2O5、CdS、ZnS、PbS、Bi2S3、CdSe、CdTe、GaP、InP、GaAs、CuInS2、CuInSe2等であり、より好ましくはTiO2、ZnO、SnO2、WO3、Nb2O5、TiO2、Al2O3、MgOであり、特に好ましくはTiO2である。また、2種以上の半導体微粒子を混合して用いても良い。 Preferred specific examples of the semiconductor used in the present invention are Si, TiO 2 , SnO 2 , Al 2 O 3 , MgO, Fe 2 O 3 , WO 3 , ZnO, Nb 2 O 5 , CdS, ZnS, PbS, Bi 2 S. 3 , CdSe, CdTe, GaP, InP, GaAs, CuInS 2 , CuInSe 2 etc., more preferably TiO 2 , ZnO, SnO 2 , WO 3 , Nb 2 O 5 , TiO 2 , Al 2 O 3 , MgO Yes, particularly preferably TiO 2 . Further, two or more kinds of semiconductor fine particles may be mixed and used.
半導体微粒子の粒径は一般にnm〜μmのオーダーであるが、投影面積を円に換算したときの直径から求めた一次粒子の平均粒径は5〜500nmであるのが好ましい。このうち平均粒径が5〜50nmの範囲にある半導体微粒子は散乱性が低いため、主として低散乱層用に用いる。平均粒径が100〜500nmの範囲にある半導体微粒子は散乱性が高いため、主として高散乱層用に用いる。 The particle size of the semiconductor fine particles is generally on the order of nm to μm, but the average particle size of the primary particles obtained from the diameter when the projected area is converted into a circle is preferably 5 to 500 nm. Among these, the semiconductor fine particles having an average particle diameter in the range of 5 to 50 nm have a low scattering property, and thus are mainly used for the low scattering layer. Semiconductor fine particles having an average particle diameter in the range of 100 to 500 nm have a high scattering property and are therefore mainly used for a high scattering layer.
本発明において光が最初に入射する低散乱層は平均粒径5〜50nm、好ましくは5〜30nmの、散乱性の低い半導体微粒子を含有する層であり、散乱性の高い粒径100nm以上の粒子の含有率は10重量%以下、好ましくは5重量%以下である。
本発明の光電変換素子は上記低散乱層の他に少なくとも1層の高散乱層を有する。高散乱層は平均粒径100〜500nm好ましくは200〜400nmの、散乱性の高い半導体微粒子を含有する層である。高散乱層は単一の半導体微粒子、すなわち粒径分布のピークが100〜500nmの範囲に1つしかないものを用いても良いし、異なる2種類以上の微粒子を混合して、すなわち粒径分布のピークが複数あるものを用いても良い。後者の場合、粒径分布のピークの少なくとも1つは100〜500nmの範囲にある。
In the present invention, the low scattering layer on which light is first incident is a layer containing semiconductor particles having an average particle size of 5 to 50 nm, preferably 5 to 30 nm and having low scattering properties, and particles having a high scattering property and a particle size of 100 nm or more. The content of is 10% by weight or less, preferably 5% by weight or less.
The photoelectric conversion element of the present invention has at least one high scattering layer in addition to the low scattering layer. The high scattering layer is a layer containing highly scattering semiconductor fine particles having an average particle diameter of 100 to 500 nm, preferably 200 to 400 nm. The high scattering layer may be a single semiconductor fine particle, that is, one having a particle size distribution peak of only 100 to 500 nm, or a mixture of two or more different types of fine particles, that is, a particle size distribution. Those having a plurality of peaks may be used. In the latter case, at least one of the particle size distribution peaks is in the range of 100 to 500 nm.
感光層が低散乱層と高散乱層の2層構成の場合、高散乱層の構成成分は単一の半導体微粒子を用いるよりも、2種以上の微粒子を混合したほうが好ましい。詳しくは高散乱層は平均粒径5〜50nmの半導体微粒子と平均粒径100〜500nmの半導体微粒子を混合した場合、特に好ましい。このとき大きい方の半導体微粒子の含有率は10〜90重量%が好ましく、10〜50重量%がより好ましい。 When the photosensitive layer has a two-layer structure of a low scattering layer and a high scattering layer, it is preferable to mix two or more kinds of fine particles as constituents of the high scattering layer rather than using a single semiconductor fine particle. Specifically, the high scattering layer is particularly preferable when semiconductor fine particles having an average particle diameter of 5 to 50 nm and semiconductor fine particles having an average particle diameter of 100 to 500 nm are mixed. At this time, the content of the larger semiconductor fine particles is preferably 10 to 90% by weight, more preferably 10 to 50% by weight.
低散乱層、中散乱層、高散乱層の3層構成の場合、中散乱層は単一の半導体微粒子を用いるよりも、2種以上の微粒子を混合したほうが好ましい。詳しくは中散乱層は平均粒径5〜50nmの半導体微粒子と平均粒径100〜500nmの半導体微粒子を混合した場合、特に好ましい。このとき大きい方の半導体微粒子の含有率は5〜70重量%が好ましく、10〜50重量%がより好ましい。更に、4層以上の場合では配置としては低光散乱層側から高光散乱層に向かって光散乱率が上昇してゆく組成が望ましい。高散乱層は平均粒径100〜500nmの単一の半導体微粒子であっても、2種以上の半導体微粒子を混合したものであっても良い。平均粒径5〜50nmの半導体微粒子と平均粒径100〜500nmの半導体微粒子の混合比率として規定した場合、大きい方の半導体微粒子の含有率として30〜100重量%が好ましく、50〜100重量%がより好ましい。また、大きい方の半導体粒子の含有率は中散乱層よりも大きい。 In the case of a three-layer configuration of a low scattering layer, a medium scattering layer, and a high scattering layer, it is preferable that two or more kinds of fine particles are mixed in the medium scattering layer rather than a single semiconductor fine particle. Specifically, the medium scattering layer is particularly preferable when semiconductor fine particles having an average particle diameter of 5 to 50 nm and semiconductor fine particles having an average particle diameter of 100 to 500 nm are mixed. At this time, the content of the larger semiconductor fine particles is preferably 5 to 70% by weight, more preferably 10 to 50% by weight. Further, in the case of four or more layers, a composition in which the light scattering rate increases from the low light scattering layer side toward the high light scattering layer is desirable. The high scattering layer may be a single semiconductor fine particle having an average particle diameter of 100 to 500 nm or a mixture of two or more kinds of semiconductor fine particles. When the mixing ratio of semiconductor fine particles having an average particle diameter of 5 to 50 nm and semiconductor fine particles having an average particle diameter of 100 to 500 nm is defined, the content of the larger semiconductor fine particles is preferably 30 to 100% by weight, and 50 to 100% by weight. More preferred. Moreover, the content rate of the larger semiconductor particle is larger than that of the middle scattering layer.
半導体微粒子の作製法としては、作花済夫の「ゾル−ゲル法の科学」アグネ承風社(1998年)、技術情報協会の「ゾル−ゲル法による薄膜コーティング技術」(1995年)等に記載のゾル−ゲル法、杉本忠夫の「新合成法ゲル−ゾル法による単分散粒子の合成とサイズ形態制御」、まてりあ,第35巻,第9号,1012〜1018頁(1996年)に記載のゲル−ゾル法が好ましい。またDegussa社が開発した塩化物を酸水素塩中で高温加水分解により酸化物を作製する方法も好ましい。 Semiconductor fine particles are prepared by Sakuo Sakuo's "Sol-gel Method Science" Agne Jofusha (1998), Technical Information Association "Sol-gel Method Thin Film Coating Technology" (1995), etc. The sol-gel method described, Tadao Sugimoto's "Synthesis of monodisperse particles by the new synthesis gel-sol method and size morphology control", Materia, Vol. 35, No. 9, pp. 1012-1018 (1996) The gel-sol method described in 1 is preferred. Also preferred is a method developed by Degussa to produce an oxide by high-temperature hydrolysis of chloride in an oxyhydrogen salt.
半導体微粒子が酸化チタンの場合、上記ゾル-ゲル法、ゲル−ゾル法、塩化物の酸水素塩中での高温加水分解法はいずれも好ましいが、更に清野学の「酸化チタン 物性と応用技術」技報堂出版(1997年)に記載の硫酸法及び塩素法を用いることもできる。更にゾル−ゲル法として、バーブらのジャーナル・オブ・アメリカン・セラミック・ソサエティー,第80巻,第12号,3157〜3171頁(1997年)に記載の方法や、バーンサイドらのケミストリー・オブ・マテリアルズ,第10巻,第9号,2419〜2425頁に記載の方法も好ましい。 When the semiconductor fine particles are titanium oxide, the above sol-gel method, gel-sol method, and high-temperature hydrolysis method in oxyhydrogen salt of chloride are all preferred, but Kiyoshi Manabu's “Titanium oxide properties and applied technology” The sulfuric acid method and the chlorine method described in Gihodo Publishing (1997) can also be used. Further, as the sol-gel method, the method described in Journal of American Ceramic Society of Barb et al., Vol. 80, No. 12, pp. 3157-3171 (1997), and the chemistry of Burnside et al. The method described in Materials, Vol. 10, No. 9, pages 2419-2425 is also preferable.
(2)半導体微粒子層
半導体微粒子を導電性支持体上に塗布するには、半導体微粒子の分散液又はコロイド溶液を導電性支持体上に塗布する方法の他に、前述のゾル−ゲル法等を使用することもできる。光電変換素子の量産化、半導体微粒子液の物性、導電性支持体の融通性等を考慮した場合、湿式の製膜方法が比較的有利である。湿式の製膜方法としては、塗布法、印刷法が代表的である。
(2) Semiconductor fine particle layer In order to apply semiconductor fine particles on a conductive support, in addition to the method of applying a dispersion or colloidal solution of semiconductor fine particles on a conductive support, the sol-gel method described above is used. It can also be used. In consideration of mass production of photoelectric conversion elements, physical properties of semiconductor fine particle liquid, flexibility of conductive support, etc., a wet film forming method is relatively advantageous. As a wet film forming method, a coating method and a printing method are typical.
半導体微粒子の分散液を作製する方法としては、前述のゾル−ゲル法の他に、乳鉢ですり潰す方法、ミルを使って粉砕しながら分散する方法、あるいは半導体を合成する際に溶媒中で微粒子として析出させそのまま使用する方法等が挙げられる。 In addition to the sol-gel method described above, a method for producing a dispersion of semiconductor fine particles includes a method of grinding with a mortar, a method of dispersing while grinding using a mill, or a fine particle in a solvent when synthesizing a semiconductor. The method of depositing and using as it is is mentioned.
分散媒としては、水又は各種の有機溶媒(例えばメタノール、エタノール、イソプロピルアルコール、ジクロロメタン、アセトン、アセトニトリル、酢酸エチル等)が挙げられる。分散の際、必要に応じて例えばポリエチレングリコールのようなポリマー、界面活性剤、酸、又はキレート剤等を分散助剤として用いてもよい。ポリエチレングリコールの分子量を変えることで、剥がれにくい膜を形成したり、分散液の粘度が調節可能となるので、ポリエチレングリコールを添加することは好ましい。 Examples of the dispersion medium include water or various organic solvents (for example, methanol, ethanol, isopropyl alcohol, dichloromethane, acetone, acetonitrile, ethyl acetate, etc.). At the time of dispersion, a polymer such as polyethylene glycol, a surfactant, an acid, a chelating agent, or the like may be used as a dispersion aid as necessary. By changing the molecular weight of polyethylene glycol, a film that does not easily peel off can be formed, and the viscosity of the dispersion can be adjusted. Therefore, it is preferable to add polyethylene glycol.
塗布方法としては、アプリケーション系としてローラ法、ディップ法等、メータリング系としてエアーナイフ法、ブレード法等、またアプリケーションとメータリングを同一部分にできるものとして、特公昭58-4589号に開示されているワイヤーバー法、米国特許2681294号、同2761419号、同2761791号等に記載のスライドホッパー法、エクストルージョン法、カーテン法等が好ましい。また汎用機としてスピン法やスプレー法も好ましい。湿式印刷方法としては、凸版、オフセット及びグラビアの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。 As application methods, roller method, dip method, etc. as application system, air knife method, blade method, etc. as metering system, and application and metering can be made the same part, disclosed in Japanese Patent Publication No. 58-4589 The wire bar method, the slide hopper method, the extrusion method, the curtain method, etc. described in US Pat. Nos. 2,681,294, 2761419, 2761791 and the like are preferable. Moreover, a spin method and a spray method are also preferable as 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.
半導体微粒子の分散液の粘度は半導体微粒子の種類や分散性、使用溶媒種、界面活性剤やバインダー等の添加剤により大きく左右される。高粘度液(例えば0.01〜500Poise)ではエクストルージョン法、キャスト法、スクリーン印刷法等が好ましい。また低粘度液(例えば0.1Poise以下)ではスライドホッパー法、ワイヤーバー法又はスピン法が好ましく、均一な膜にすることが可能である。なおある程度の塗布量があれば低粘度液の場合でもエクストルージョン法による塗布は可能である。このように塗布液の粘度、塗布量、支持体、塗布速度等に応じて、適宜湿式製膜方法を選択すればよい。 The viscosity of the dispersion of semiconductor fine particles greatly depends on the type and dispersibility of the semiconductor fine particles, the type of solvent used, and additives such as surfactants and binders. For a high viscosity liquid (for example, 0.01 to 500 Poise), an extrusion method, a casting method, a screen printing method, or the like is preferable. For low-viscosity liquids (for example, 0.1 Poise or less), the slide hopper method, wire bar method, or spin method is preferable, and a uniform film can be formed. If there is a certain amount of coating, coating by the extrusion method is possible even in the case of a low viscosity liquid. Thus, a wet film forming method may be selected as appropriate according to the viscosity of the coating solution, the coating amount, the support, the coating speed, and the like.
本発明においては半導体微粒子の層は多層構成である。このためには粒径の違った半導体微粒子の分散液を多層塗布したり、種類が異なる半導体微粒子(あるいは異なるバインダー、添加剤)を含有する塗布層を多層塗布したりすることもできる。多層塗布には、エクストルージョン法又はスライドホッパー法が適している。また多層塗布をする場合は同時に多層を塗布しても良く、数回から十数回順次重ね塗りしてもよい。更に順次重ね塗りであればスクリーン印刷法も好ましく使用できる。 In the present invention, the semiconductor fine particle layer has a multilayer structure. For this purpose, a dispersion of semiconductor fine particles having different particle diameters can be applied in multiple layers, or a coating layer containing different types of semiconductor fine particles (or different binders and additives) can be applied in multiple layers. For the multilayer coating, an extrusion method or a slide hopper method is suitable. In the case of applying multiple layers, the multiple layers may be applied at the same time, or may be successively applied several times to several dozen times. Further, screen printing can be preferably used as long as it is sequentially overcoated.
一般に半導体微粒子層の厚さ(感光層の厚さと同じ)が厚くなるほど単位投影面積当たりの担持色素量が増えるため、光の捕獲率が高くなるが、生成した電子の拡散距離が増すため電荷再結合によるロスも大きくなる。したがって、半導体微粒子層の好ましい厚さは0.1〜100μmである。太陽電池に用いる場合、半導体微粒子層の厚さは1〜30μmが好ましく、2〜25μmがより好ましい。半導体微粒子の総塗布量は支持体1m2当たり0.5〜100gが好ましく、5〜50gがより好ましい。 In general, as the thickness of the semiconductor fine particle layer (same as the thickness of the photosensitive layer) increases, the amount of supported dye increases per unit projected area, and thus the light capture rate increases. Loss due to coupling also increases. Therefore, the preferable thickness of the semiconductor fine particle layer is 0.1 to 100 μm. When used in a solar cell, the thickness of the semiconductor fine particle layer is preferably 1 to 30 μm, and more preferably 2 to 25 μm. The total coating amount of the semiconductor fine particles is preferably 0.5 to 100 g, more preferably 5 to 50 g per 1 m 2 of the support.
本発明において最も入射光側の低散乱層が半導体微粒子層全体に占める割合は膜厚にして全体の10ないし80%が好ましく、20ないし60%がより好ましい。低散乱層の典型的な膜厚としては1〜20μmである。中散乱層がある場合の典型的な膜厚としては1〜10μmである。高散乱層の典型的な膜厚としては1〜10μmである。 In the present invention, the ratio of the light scattering layer closest to the incident light to the entire semiconductor fine particle layer is preferably 10 to 80%, more preferably 20 to 60% of the total film thickness. A typical film thickness of the low scattering layer is 1 to 20 μm. A typical film thickness when a medium scattering layer is present is 1 to 10 μm. A typical film thickness of the high scattering layer is 1 to 10 μm.
半導体微粒子を導電性支持体上に塗布した後で半導体微粒子同士を電子的に接触させるとともに、塗膜強度の向上や支持体との密着性を向上させるために、加熱処理するのが好ましい。好ましい加熱温度の範囲は40℃以上700℃以下であり、より好ましくは100℃以上600℃以下である。また加熱時間は10分〜10時間程度である。ポリマーフィルムのように融点や軟化点の低い支持体を用いる場合、高温処理は支持体の劣化を招くため、好ましくない。またコストの観点からもできる限り低温であるのが好ましい。低温化は、先に述べた5nm以下の小さい半導体微粒子の併用や鉱酸の存在下での加熱処理等により可能となる。重層構成の感光層を得るために塗布と加熱処理を順次繰り返し行っても良い。 After the semiconductor fine particles are applied on the conductive support, the semiconductor fine particles are preferably brought into contact with each other electronically, and heat treatment is preferably performed in order to improve the coating strength and the adhesion to the support. A preferable heating temperature range is 40 ° C. or more and 700 ° C. or less, and more preferably 100 ° C. or more and 600 ° C. or less. The heating time is about 10 minutes to 10 hours. When using a support having a low melting point or softening point such as a polymer film, high temperature treatment is not preferable because it causes deterioration of the support. Moreover, it is preferable that it is as low as possible also from a viewpoint of cost. The temperature can be lowered by using a combination of small semiconductor fine particles of 5 nm or less as described above, heat treatment in the presence of a mineral acid, or the like. In order to obtain a photosensitive layer having a multilayer structure, coating and heat treatment may be sequentially repeated.
加熱処理後半導体微粒子の表面積を増大させたり、半導体微粒子近傍の純度を高め、色素から半導体微粒子への電子注入効率を高める目的で、例えば四塩化チタン水溶液を用いた化学メッキ処理や三塩化チタン水溶液を用いた電気化学的メッキ処理を行ってもよい。 In order to increase the surface area of semiconductor fine particles after heat treatment, increase the purity near the semiconductor fine particles, and increase the efficiency of electron injection from the dye to the semiconductor fine particles, for example, chemical plating treatment using titanium tetrachloride aqueous solution or titanium trichloride aqueous solution You may perform the electrochemical plating process using.
半導体微粒子は多くの色素を吸着することができるように表面積の大きいものが好ましい。このため半導体微粒子の層を支持体上に塗布した状態での表面積は、投影面積に対して10倍以上であるのが好ましく、更に100倍以上であるのが好ましい。この上限は特に制限はないが、通常1000倍程度である。 The semiconductor fine particles preferably have a large surface area so that many dyes can be adsorbed. For this reason, the surface area of the semiconductor fine particle layer coated on the support is preferably 10 times or more, more preferably 100 times or more the projected area. The upper limit is not particularly limited, but is usually about 1000 times.
(3)色素
感光層に用いる増感色素は、可視域や近赤外域に吸収を有し、半導体を増感しうる化合物なら任意に用いることができるが、有機金属錯体色素、メチン色素、ポルフィリン系色素又はフタロシアニン系色素が好ましい。また、光電変換の波長域をできるだけ広くし、かつ変換効率を上げるため、二種類以上の色素を併用又は混合することができる。この場合、目的とする光源の波長域と強度分布に合わせるように、併用又は混合する色素とその割合を選ぶことができる。
(3) Dye The sensitizing dye used in the photosensitive layer can be arbitrarily used as long as it is a compound that has absorption in the visible region and near infrared region and can sensitize semiconductors, but organometallic complex dyes, methine dyes, porphyrins. A dye or a phthalocyanine dye is preferable. Moreover, in order to make the wavelength range of photoelectric conversion as wide as possible and increase the conversion efficiency, two or more kinds of dyes can be used together or mixed. In this case, it is possible to select the dye to be used or mixed and the ratio thereof so as to match the wavelength range and intensity distribution of the target light source.
こうした色素は半導体微粒子の表面に対して吸着能力の有る適当な結合基(interlocking group)を有しているのが好ましく、本発明のように使用する粒径の幅が大きい場合はそれぞれの表面に等しく吸着されるため、特に好ましい。好ましい結合基としては、COOH基、OH基、SO3H基、-P(O)(OH)2基又は-OP(O)(OH)2基のような酸性基、あるいはオキシム、ジオキシム、ヒドロキシキノリン、サリチレート又はα-ケトエノレートのようなπ伝導性を有するキレート化基が挙げられる。なかでもCOOH基(カルボキシル基)、-P(O)(OH)2基(ホスホニル基)又は-OP(O)(OH)2基(ホスホリル基)が特に好ましい。これらの基はアルカリ金属等と塩を形成していてもよく、また分子内塩を形成していてもよい。またポリメチン色素の場合、メチン鎖がスクアリリウム環やクロコニウム環を形成する場合のように酸性基を含有するなら、この部分を結合基としてもよい。 Such a dye preferably has an appropriate interlocking group capable of adsorbing to the surface of the semiconductor fine particles. It is particularly preferred because it is equally adsorbed. Preferred linking groups include COOH groups, OH groups, SO 3 H groups, acidic groups such as —P (O) (OH) 2 groups or —OP (O) (OH) 2 groups, or oximes, dioximes, hydroxy groups Examples include chelating groups having π conductivity such as quinoline, salicylate or α-ketoenolate. Of these, a COOH group (carboxyl group), —P (O) (OH) 2 group (phosphonyl group) or —OP (O) (OH) 2 group (phosphoryl group) is particularly preferred. These groups may form a salt with an alkali metal or the like, or may form an internal salt. In the case of a polymethine dye, if the methine chain contains an acidic group as in the case where the methine chain forms a squarylium ring or a croconium ring, this part may be used as a linking group.
以下、感光層に用いる好ましい増感色素を具体的に説明する。
(a)有機金属錯体色素
色素が金属錯体色素である場合、金属フタロシアニン色素、金属ポルフィリン色素又はルテニウム錯体色素が好ましく、ルテニウム錯体色素が特に好ましい。ルテニウム錯体色素としては、例えば米国特許4927721号、同4684537号、同5084365号、同5350644号、同5463057号、同5525440号、特開平7-249790号、特表平10-504512号、国際公開特許(IPC)98/50393号、特開2000-26487号等に記載の錯体色素が挙げられる。
Hereinafter, preferred sensitizing dyes used in the photosensitive layer will be specifically described.
(A) Organometallic complex dye When the dye is a metal complex dye, a metal phthalocyanine dye, a metal porphyrin dye or a ruthenium complex dye is preferable, and a ruthenium complex dye is particularly preferable. Examples of the ruthenium complex dye include, for example, U.S. Pat. Nos. 4,972,721, 4,684,537, 5,844,365, 5,350,644, 5,630,57, 5,525,440, JP-A-7-249790, JP-T-10-504512, and International Patent Publications. (IPC) No. 98/50393, JP-A 2000-26487, and the like.
更に本発明で用いる、結合基を含む群より選ばれた基を有するルテニウム錯体色素は下記一般式(I):
(A1)pRu(B-a)(B-b)(B-c) ・・・(I)
により表されるのが好ましい。一般式(I)中、A1は1又は2座の配位子を表し、Cl、SCN、H2O、Br、I、CN、NCO及びSeCN、並びにβ−ジケトン類、シュウ酸及びジチオカルバミン酸の誘導体からなる群から選ばれた配位子が好ましい。pは0〜3の整数である。B-a、B-b及びB-cはそれぞれ独立に下記式B-1〜B-10:
Furthermore, the ruthenium complex dye having a group selected from the group containing a linking group used in the present invention is represented by the following general formula (I):
(A1) pRu (Ba) (Bb) (Bc) (I)
Is preferably represented by: In the general formula (I), A1 represents a mono- or bidentate ligand, Cl, SCN, H 2 O, Br, I, CN, NCO and SeCN, and β-diketones, oxalic acid and dithiocarbamic acid. A ligand selected from the group consisting of derivatives is preferred. p is an integer of 0-3. Ba, Bb and Bc are each independently represented by the following formulas B-1 to B-10:
(ただし、Raは水素原子又は置換基を表し、置換基としてはたとえば、ハロゲン原子、炭素原子数1〜12の置換又は無置換のアルキル基、炭素原子数7〜12の置換又は無置換のアラルキル基、炭素原子数6〜12の置換又は無置換のアリール基、あるいは前述の酸性基(これらの酸性基は塩を形成していてもよい)やキレート化基が挙げられ、アルキル基及びアラルキル基のアルキル部分は直鎖状でも分岐状でもよく、またアリール基及びアラルキル基のアリール部分は単環でも多環(縮合環、環集合)でもよい。)により表される化合物から選ばれた有機配位子を表す。B-a、B-b及びB-cは同一でも異なっていてもよく、いずれか1つ又は2つでもよい。 (However, Ra represents a hydrogen atom or a substituent, and examples of the substituent include a halogen atom, a substituted or unsubstituted alkyl group having 1 to 12 carbon atoms, and a substituted or unsubstituted group having 7 to 12 carbon atoms. Examples include aralkyl groups, substituted or unsubstituted aryl groups having 6 to 12 carbon atoms, or the above-mentioned acidic groups (these acidic groups may form a salt) and chelating groups, alkyl groups and aralkyls. The alkyl part of the group may be linear or branched, and the aryl part of the aryl group and the aralkyl group may be monocyclic or polycyclic (fused ring, ring assembly).) Represents a ligand. Ba, Bb and Bc may be the same or different, and may be any one or two.
有機金属錯体色素の好ましい具体例を以下に示すが、本発明はこれらに限定されるものではない。 Although the preferable specific example of an organometallic complex pigment | dye is shown below, this invention is not limited to these.
(b)メチン色素
本発明に使用する色素の好ましいメチン色素は、シアニン色素、メロシアニン色素、スクワリリウム色素などのポリメチン色素である。本発明で好ましく用いられるポリメチン色素の例は、特開平11−35836号、特開平11−67285号、特開平11−86916号、特開平11−97725号、特開平11−158395号、特開平11−163378号、特開平11−214730号、特開平11−214731号、特開平11−238905号、特開2000−26487号、欧州特許892411号、同911841号及び同991092号の各明細書に記載の色素である。好ましいメチン色素の具体例を下に示す。
(B) Methine dyes Preferred methine dyes for use in the present invention are polymethine dyes such as cyanine dyes, merocyanine dyes, and squarylium dyes. Examples of polymethine dyes preferably used in the present invention include JP-A-11-35836, JP-A-11-67285, JP-A-11-86916, JP-A-11-97725, JP-A-11-158395, and JP-A-11. -163378, JP-A-11-214730, JP-A-11-214731, JP-A-11-238905, JP-A-2000-26487, European Patents 892411, 911841, and 991092 It is a pigment. Specific examples of preferred methine dyes are shown below.
(4)半導体微粒子への色素の吸着
半導体微粒子に色素を吸着させるには、色素の溶液中に良く乾燥した半導体微粒子層を有する導電性支持体を浸漬するか、色素の溶液を半導体微粒子層に塗布する方法を用いることができる。前者の場合、浸漬法、ディップ法、ローラ法、エアーナイフ法等が使用可能である。浸漬法の場合、色素の吸着は室温で行ってもよいし、特開平7-249790号に記載されているように加熱還流して行ってもよい。また後者の塗布方法としては、ワイヤーバー法、スライドホッパー法、エクストルージョン法、カーテン法、スピン法、スプレー法等がある。また、インクジェット法等によって色素を画像状に塗布し、この画像そのものを光電変換素子とすることもできる。色素を溶解する溶媒として好ましいのは、例えば、アルコール類(メタノール、エタノール、t-ブタノール、ベンジルアルコール等)、ニトリル類(アセトニトリル、プロピオニトリル、3-メトキシプロピオニトリル等)、ニトロメタン、ハロゲン化炭化水素(ジクロロメタン、ジクロロエタン、クロロホルム、クロロベンゼン等)、エーテル類(ジエチルエーテル、テトラヒドロフラン等)、ジメチルスルホキシド、アミド類(N,N-ジメチルホルムアミド、N,N-ジメチルアセタミド等)、N-メチルピロリドン、1,3-ジメチルイミダゾリジノン、3-メチルオキサゾリジノン、エステル類(酢酸エチル、酢酸ブチル等)、炭酸エステル類(炭酸ジエチル、炭酸エチレン、炭酸プロピレン等)、ケトン類(アセトン、2-ブタノン、シクロヘキサノン等)、炭化水素(へキサン、石油エーテル、ベンゼン、トルエン等)やこれらの混合溶媒が挙げられる。
(4) Adsorption of dye to semiconductor fine particles In order to adsorb the dye to semiconductor fine particles, a conductive support having a well-dried semiconductor fine particle layer is immersed in the dye solution, or the dye solution is applied to the semiconductor fine particle layer. A coating method can be used. In the former case, an immersion method, a dip method, a roller method, an air knife method or the like can be used. In the case of the immersion method, the adsorption of the dye may be performed at room temperature or may be performed by heating and refluxing as described in JP-A-7-249790. Examples of the latter application method include a wire bar method, a slide hopper method, an extrusion method, a curtain method, a spin method, and a spray method. In addition, a dye can be applied in an image form by an inkjet method or the like, and the image itself can be used as a photoelectric conversion element. Preferred solvents for dissolving the dye include, for example, alcohols (methanol, ethanol, t-butanol, benzyl alcohol, etc.), nitriles (acetonitrile, propionitrile, 3-methoxypropionitrile, etc.), nitromethane, halogenated compounds, etc. Hydrocarbon (dichloromethane, dichloroethane, chloroform, chlorobenzene, etc.), ethers (diethyl ether, tetrahydrofuran, etc.), dimethyl sulfoxide, amides (N, N-dimethylformamide, N, N-dimethylacetamide, etc.), N-methyl Pyrrolidone, 1,3-dimethylimidazolidinone, 3-methyloxazolidinone, esters (ethyl acetate, butyl acetate, etc.), carbonates (diethyl carbonate, ethylene carbonate, propylene carbonate, etc.), ketones (acetone, 2-butanone) , Cyclohexanone, etc.), Examples include hydrocarbons (hexane, petroleum ether, benzene, toluene, etc.) and mixed solvents thereof.
色素の全吸着量は、多孔質半導体電極基板の単位面積(1m2)当たり0.01〜100mmolが好ましい。また色素の半導体微粒子に対する吸着量は、半導体微粒子1g当たり0.01〜1mmolの範囲であるのが好ましい。このような色素の吸着量とすることにより半導体における増感効果が十分に得られる。これに対し、色素が少なすぎると増感効果が不十分となり、また色素が多すぎると半導体に付着していない色素が浮遊し、増感効果を低減させる原因となる。色素の吸着量を増大させるためには、吸着前に加熱処理を行うのが好ましい。加熱処理後、半導体微粒子表面に水が吸着するのを避けるため、常温に戻さずに、半導体電極基板の温度が60〜150℃の間で素早く色素の吸着操作を行うのが好ましい。また、色素間の凝集などの相互作用を低減する目的で、無色の化合物を色素に添加し、半導体微粒子に共吸着させてもよい。この目的で有効な化合物は界面活性な性質、構造をもった化合物であり、例えば、カルボキシル基を有するステロイド化合物(例えばケノデオキシコール酸)や下記の例のようなスルホン酸塩類が挙げられる。 The total amount of dye adsorbed is preferably 0.01 to 100 mmol per unit area (1 m 2 ) of the porous semiconductor electrode substrate. The amount of the dye adsorbed on the semiconductor fine particles is preferably in the range of 0.01 to 1 mmol per 1 g of the semiconductor fine particles. By using such an amount of dye adsorbed, a sensitizing effect in a semiconductor can be sufficiently obtained. On the other hand, if the amount of the dye is too small, the sensitizing effect becomes insufficient, and if the amount of the dye is too large, the dye not attached to the semiconductor floats, which causes a reduction in the sensitizing effect. In order to increase the adsorption amount of the dye, it is preferable to perform a heat treatment before the adsorption. In order to avoid water adsorbing on the surface of the semiconductor fine particles after the heat treatment, it is preferable to quickly perform the dye adsorption operation at a temperature of the semiconductor electrode substrate of 60 to 150 ° C. without returning to normal temperature. Further, for the purpose of reducing the interaction such as aggregation between the dyes, a colorless compound may be added to the dyes and co-adsorbed on the semiconductor fine particles. Compounds effective for this purpose are compounds having surface active properties and structures, and examples thereof include steroid compounds having a carboxyl group (for example, chenodeoxycholic acid) and sulfonates such as the following examples.
未吸着の色素は、吸着後速やかに洗浄により除去するのが好ましい。湿式洗浄槽を使い、アセトニトリル等の極性溶剤、アルコール系溶剤のような有機溶媒で洗浄を行うのが好ましい。色素を吸着した後にアミン類や4級塩を用いて半導体微粒子の表面を処理してもよい。好ましいアミン類としてはピリジン、4-t-ブチルピリジン、ポリビニルピリジン等が挙げられ、好ましい4級塩としてはテトロブチルアンモニウムヨージド、テトラヘキシルアンモニウムヨージド等が挙げられる。これらが液体の場合はそのまま用いてもよいし、有機溶媒に溶解して用いてもよい。 The unadsorbed dye is preferably removed by washing immediately after adsorption. It is preferable to use a wet cleaning tank and perform cleaning with a polar solvent such as acetonitrile or an organic solvent such as an alcohol solvent. After adsorbing the dye, the surface of the semiconductor fine particles may be treated with an amine or a quaternary salt. Preferable amines include pyridine, 4-t-butylpyridine, polyvinylpyridine and the like, and preferable quaternary salts include tetrobutylammonium iodide, tetrahexylammonium iodide and the like. When these are liquids, they may be used as they are, or may be used after being dissolved in an organic solvent.
(C)電荷輸送層
電荷輸送層は色素の酸化体に電子を補充する機能を有する電荷輸送材料を含有する層である。本発明で用いることのできる代表的な電荷輸送材料の例としては、(i)イオン輸送材料として、酸化還元対のイオンが溶解した溶液(電解液)、酸化還元対の溶液をポリマーマトリクスのゲルに含浸したいわゆるゲル電解質、酸化還元対イオンを含有する溶融塩電解質、更には固体電解質が挙げられ、これら電解質を含む組成物(電解質組成物)を電荷輸送層に用いることができる。
また、イオンがかかわる電荷輸送材料のほかに、(ii)固体中のキャリアー移動がかかわる電荷輸送材料として、電子輸送材料や正孔(ホール)輸送材料を用いることもできる。これらの電荷輸送材料は、併用することができる。
(C) Charge Transport Layer The charge transport layer is a layer containing a charge transport material having a function of replenishing electrons to the dye oxidant. Examples of typical charge transport materials that can be used in the present invention include: (i) a solution (electrolyte) in which redox pair ions are dissolved as an ion transport material; Examples include so-called gel electrolytes impregnated in the above, molten salt electrolytes containing redox counterions, and solid electrolytes, and compositions containing these electrolytes (electrolyte compositions) can be used for the charge transport layer.
In addition to charge transport materials that involve ions, (ii) electron transport materials and hole transport materials can also be used as charge transport materials that involve carrier movement in solids. These charge transport materials can be used in combination.
(1)溶融塩電解質
溶融塩電解質は、光電変換効率と耐久性の両立という観点から特に好ましい。
溶融塩電解質とは、室温において液状であるか、又は低融点の電解質であり、例えばWO95/18456号、特開平8-259543号、電気化学,第65巻,11号,923頁(1997年)等に記載されているピリジニウム塩、イミダゾリウム塩、トリアゾリウム塩等の既知の電解質を挙げることができる。100℃以下、特に室温付近において液状となる溶融塩が好ましい。
(1) Molten salt electrolyte The molten salt electrolyte is particularly preferable from the viewpoint of achieving both photoelectric conversion efficiency and durability.
The molten salt electrolyte is an electrolyte that is liquid at room temperature or has a low melting point. For example, WO95 / 18456, JP-A-8-259543, Electrochemistry, Vol. 65, No. 11, 923 (1997) And the like, known electrolytes such as pyridinium salts, imidazolium salts, and triazolium salts described in the above. A molten salt that becomes liquid at 100 ° C. or lower, particularly near room temperature, is preferred.
好ましく用いることのできる溶融塩としては、下記一般式(Y-a)、(Y-b)及び(Y-c)のいずれかにより表されるものが挙げられる。 Examples of the molten salt that can be preferably used include those represented by any of the following general formulas (Y-a), (Y-b), and (Y-c).
一般式(Y-a)中、Qy1は窒素原子と共に5又は6員環の芳香族カチオンを形成しうる原子団を表す。Qy1は炭素原子、水素原子、窒素原子、酸素原子及び硫黄原子からなる群から選ばれる1種以上の原子により構成されるのが好ましい。Qy1により形成される5員環は、オキサゾール環、チアゾール環、イミダゾール環、ピラゾール環、イソオキサゾール環、チアジアゾール環、オキサジアゾール環、トリアゾール環、インドール環又はピロール環であるのが好ましく、オキサゾール環、チアゾール環又はイミダゾール環であるのがより好ましく、オキサゾール環又はイミダゾール環であるのが特に好ましい。Qy1により形成される6員環は、ピリジン環、ピリミジン環、ピリダジン環、ピラジン環又はトリアジン環であるのが好ましく、ピリジン環であるのがより好ましい。 In the general formula (Ya), Q y1 represents an atomic group capable of forming a 5- or 6-membered aromatic cation with a nitrogen atom. Q y1 is preferably composed of one or more atoms selected from the group consisting of carbon atom, hydrogen atom, nitrogen atom, oxygen atom and sulfur atom. The 5-membered ring formed by Q y1 is preferably an oxazole ring, thiazole ring, imidazole ring, pyrazole ring, isoxazole ring, thiadiazole ring, oxadiazole ring, triazole ring, indole ring or pyrrole ring, A ring, a thiazole ring or an imidazole ring is more preferable, and an oxazole ring or an imidazole ring is particularly preferable. The 6-membered ring formed by Q y1 is preferably a pyridine ring, pyrimidine ring, pyridazine ring, pyrazine ring or triazine ring, more preferably a pyridine ring.
一般式(Y-b)中、Ay1は窒素原子又はリン原子を表す。 In the general formula (Yb), A y1 represents a nitrogen atom or a phosphorus atom.
一般式(Y-a)、(Y-b)及び(Y-c)中のRy1〜Ry6はそれぞれ独立に置換又は無置換のアルキル基(好ましくは炭素原子数1〜24、直鎖状であっても分岐状であっても、また環式であってもよく、例えばメチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、ペンチル基、ヘキシル基、オクチル基、2-エチルヘキシル基、t-オクチル基、デシル基、ドデシル基、テトラデシル基、2-ヘキシルデシル基、オクタデシル基、シクロヘキシル基、シクロペンチル基等)、或いは置換又は無置換のアルケニル基(好ましくは炭素原子数2〜24、直鎖状であっても分岐状であってもよく、例えばビニル基、アリル基等)を表し、より好ましくは炭素原子数2〜18のアルキル基又は炭素原子数2〜18のアルケニル基であり、特に好ましくは炭素原子数2〜6のアルキル基である。 R y1 to R y6 in the general formulas (Ya), (Yb) and (Yc) are each independently a substituted or unsubstituted alkyl group (preferably having 1 to 24 carbon atoms, linear or branched). Or may be cyclic. For example, methyl, ethyl, propyl, isopropyl, pentyl, hexyl, octyl, 2-ethylhexyl, t-octyl, decyl, dodecyl Group, tetradecyl group, 2-hexyldecyl group, octadecyl group, cyclohexyl group, cyclopentyl group, etc.) or a substituted or unsubstituted alkenyl group (preferably having 2 to 24 carbon atoms, linear or branched) And may be, for example, a vinyl group or an allyl group, more preferably an alkyl group having 2 to 18 carbon atoms or an alkenyl group having 2 to 18 carbon atoms, particularly preferably 2 to 6 carbon atoms. The alkyl It is.
また、一般式(Y-b)中のRy1〜Ry4のうち2つ以上が互いに連結してAy1を含む非芳香族環を形成してもよく、一般式(Y-c)中のRy1〜Ry6のうち2つ以上が互いに連結して環構造を形成してもよい。 Two or more of R y1 to R y4 in the general formula (Yb) may be connected to each other to form a non-aromatic ring containing A y1, and R y1 to R in the general formula (Yc) Two or more of y6 may be connected to each other to form a ring structure.
一般式(Y-a)、(Y-b)及び(Y-c)中のQy1及びRy1〜Ry6は置換基を有していてもよく、好ましい置換基の例としては、ハロゲン原子(F、Cl、Br、I等)、シアノ基、アルコキシ基(メトキシ基、エトキシ基、メトキシエトキシ基、メトキシエトキシエトキシ基等)、アリーロキシ基(フェノキシ基等)、アルキルチオ基(メチルチオ基、エチルチオ基等)、アルコキシカルボニル基(エトキシカルボニル基等)、炭酸エステル基(エトキシカルボニルオキシ基等)、アシル基(アセチル基、プロピオニル基、ベンゾイル基等)、スルホニル基(メタンスルホニル基、ベンゼンスルホニル基等)、アシルオキシ基(アセトキシ基、ベンゾイルオキシ基等)、スルホニルオキシ基(メタンスルホニルオキシ基、トルエンスルホニルオキシ基等)、ホスホニル基(ジエチルホスホニル基等)・BR>Aアミド基(アセチルアミノ基、ベンゾイルアミノ基等)、カルバモイル基(N,N-ジメチルカルバモイル基等)、アルキル基(メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、シクロプロピル基、ブチル基、2-カルボキシエチル基、ベンジル基等)、アリール基(フェニル基、トルイル基等)、複素環基(ピリジル基、イミダゾリル基、フラニル基等)、アルケニル基(ビニル基、1-プロペニル基等)、シリル基、シリルオキシ基等が挙げられる。 Q y1 and R y1 to R y6 in the general formulas (Ya), (Yb), and (Yc) may have a substituent. Examples of preferred substituents include halogen atoms (F, Cl, Br , I etc.), cyano group, alkoxy group (methoxy group, ethoxy group, methoxyethoxy group, methoxyethoxyethoxy group etc.), aryloxy group (phenoxy group etc.), alkylthio group (methylthio group, ethylthio group etc.), alkoxycarbonyl group (Ethoxycarbonyl group etc.), Carbonate ester group (Ethoxycarbonyloxy group etc.), Acyl group (Acetyl group, Propionyl group, Benzoyl group etc.), Sulfonyl group (Methanesulfonyl group, Benzenesulfonyl group etc.), Acyloxy group (Acetoxy group) , Benzoyloxy group, etc.), sulfonyloxy group (methanesulfonyloxy group, toluenesulfonyloxy group, etc.), phospho Nyl group (diethylphosphonyl group, etc.), BR> A amide group (acetylamino group, benzoylamino group, etc.), carbamoyl group (N, N-dimethylcarbamoyl group, etc.), alkyl group (methyl group, ethyl group, propyl group) , Isopropyl group, cyclopropyl group, butyl group, 2-carboxyethyl group, benzyl group, etc.), aryl group (phenyl group, toluyl group, etc.), heterocyclic group (pyridyl group, imidazolyl group, furanyl group, etc.), alkenyl group (Vinyl group, 1-propenyl group, etc.), silyl group, silyloxy group and the like.
一般式(Y-a)、(Y-b)又は(Y-c)により表される化合物は、Qy1又はRy1〜Ry6を介して多量体を形成してもよい。 The compound represented by the general formula (Ya), (Yb) or (Yc) may form a multimer via Q y1 or R y1 to R y6 .
これらの溶融塩は、単独で使用しても、2種以上混合して使用してもよく、また、ヨウ素アニオンを他のアニオンで置き換えた溶融塩と併用することもできる。ヨウ素アニオンと置き換えるアニオンとしては、ハロゲン化物イオン(Cl-、Br-等)、SCN-、BF4 -、PF6 -、ClO4 -、(CF3SO2)2N-、(CF3CF2SO2)2N-、CH3SO3 -、CF3SO3 -、CF3COO-、Ph4B-、(CF3SO2)3C-等が好ましい例として挙げられ、SCN-、CF3SO3 -、CF3COO-、(CF3SO2)2N-又はBF4 -であるのがより好ましい。また、LiIなど他のヨウ素塩やCF3COOLi、CF3COONa、LiSCN、NaSCNなどのアルカリ金属塩を添加することもできる。アルカリ金属塩の添加量は、0.02〜2質量%程度であるのが好ましく、0.1〜1質量%が更に好ましい。 These molten salts may be used singly or as a mixture of two or more, and may be used in combination with a molten salt in which the iodine anion is replaced with another anion. The anionic replaced with iodine anion, halide ions (Cl -, Br -, etc.), SCN -, BF 4 - , PF 6 -, ClO 4 -, (CF 3 SO 2) 2 N -, (CF 3 CF 2 SO 2 ) 2 N − , CH 3 SO 3 − , CF 3 SO 3 − , CF 3 COO − , Ph 4 B − , (CF 3 SO 2 ) 3 C − and the like are preferable examples, and SCN − , CF 3 SO 3 − , CF 3 COO − , (CF 3 SO 2 ) 2 N — or BF 4 — is more preferable. Further, other iodine salts such as LiI and alkali metal salts such as CF 3 COOLi, CF 3 COONa, LiSCN, and NaSCN can be added. The addition amount of the alkali metal salt is preferably about 0.02 to 2% by mass, and more preferably 0.1 to 1% by mass.
本発明で好ましく用いられる溶融塩の具体例を以下に挙げるが、これらに限定されるわけではない。 Specific examples of the molten salt preferably used in the present invention are listed below, but are not limited thereto.
上記溶融塩電解質は常温で溶融状態であるものが好ましく、溶媒を用いない方が好ましい。後述する溶媒を添加しても構わないが、溶融塩の含有量は電解質組成物全体に対して50質量%以上であるのが好ましく、90質量%以上であるのが特に好ましい。また、塩のうち、50質量%以上がヨウ素塩であることが好ましい。 The molten salt electrolyte is preferably in a molten state at room temperature, and preferably does not use a solvent. Although the solvent described later may be added, the content of the molten salt is preferably 50% by mass or more, and particularly preferably 90% by mass or more with respect to the entire electrolyte composition. Moreover, it is preferable that 50 mass% or more is an iodine salt among salts.
上記電解質組成物にはヨウ素を添加するのが好ましく、この場合、ヨウ素の含有量は、電解質組成物全体に対して0.1〜20質量%であるのが好ましく、0.5〜5質量%であるのがより好ましい。 It is preferable to add iodine to the electrolyte composition. In this case, the content of iodine is preferably 0.1 to 20% by mass, and 0.5 to 5% by mass with respect to the entire electrolyte composition. More preferred.
(2)電解液
電荷輸送層に電解液を使用する場合、電解液は電解質、溶媒、及び添加物から構成されることが好ましい。本発明の電解質はI2とヨウ化物の組み合わせ(ヨウ化物としてはLiI、NaI、KI、CsI、CaI2などの金属ヨウ化物、あるいはテトラアルキルアンモニウムヨーダイド、ピリジニウムヨーダイド、イミダゾリウムヨーダイドなど4級アンモニウム化合物のヨウ素塩など)、Br2と臭化物の組み合わせ(臭化物としてはLiBr、NaBr、KBr、CsBr、CaBr2などの金属臭化物、あるいはテトラアルキルアンモニウムブロマイド、ピリジニウムブロマイドなど4級アンモニウム化合物の臭素塩など)のほか、フェロシアン酸塩−フェリシアン酸塩やフェロセン−フェリシニウムイオンなどの金属錯体、ポリ硫化ナトリウム、アルキルチオール−アルキルジスルフィドなどのイオウ化合物、ビオロゲン色素、ヒドロキノン−キノンなどを用いることができる。この中でもI2とLiIやピリジニウムヨーダイド、イミダゾリウムヨーダイドなど4級アンモニウム化合物のヨウ素塩を組み合わせた電解質が好ましい。上述した電解質は混合して用いてもよい。
(2) Electrolytic Solution When an electrolytic solution is used for the charge transport layer, the electrolytic solution is preferably composed of an electrolyte, a solvent, and an additive. The electrolyte of the present invention is a combination of I 2 and iodide (as iodides, metal iodides such as LiI, NaI, KI, CsI, and CaI 2 , tetraalkylammonium iodide, pyridinium iodide, imidazolium iodide, etc. 4) Iodine salt of a quaternary ammonium compound), a combination of Br 2 and bromide (as bromide, bromide of a metal bromide such as LiBr, NaBr, KBr, CsBr, CaBr 2 , or a quaternary ammonium compound such as tetraalkylammonium bromide, pyridinium bromide) ), Metal complexes such as ferrocyanate-ferricyanate and ferrocene-ferricinium ions, sulfur compounds such as sodium polysulfide and alkylthiol-alkyldisulfides, viologen dyes, hydroquino - it can be used as the quinone. Among these, electrolytes in which iodine salts of quaternary ammonium compounds such as I 2 and LiI, pyridinium iodide, and imidazolium iodide are combined are preferable. The electrolytes described above may be used in combination.
好ましい電解質濃度は0.1M以上10M以下であり、更に好ましくは0.2M以上4M以下である。また、電解液にヨウ素を添加する場合の好ましいヨウ素の添加濃度は0.01M以上0.5M以下である。 A preferable electrolyte concentration is 0.1 M or more and 10 M or less, and more preferably 0.2 M or more and 4 M or less. In addition, when iodine is added to the electrolytic solution, the preferable concentration of iodine is 0.01M or more and 0.5M or less.
電解質に使用する溶媒は、粘度が低くイオン易動度を向上したり、若しくは誘電率が高く有効キャリアー濃度を向上したりして、優れたイオン伝導性を発現できる化合物であることが望ましい。このような溶媒としては、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネートなどのカーボネート化合物、3−メチル−2−オキサゾリジノンなどの複素環化合物、ジオキサン、ジエチルエーテルなどのエーテル化合物、エチレングリコールジアルキルエーテル、プロピレングリコールジアルキルエーテル、ポリエチレングリコールジアルキルエーテル、ポリプロピレングリコールジアルキルエーテルなどの鎖状エーテル類、メタノール、エタノール、エチレングリコールモノアルキルエーテル、プロピレングリコールモノアルキルエーテル、ポリエチレングリコールモノアルキルエーテル、ポリプロピレングリコールモノアルキルエーテルなどのアルコール類、エチレングリコール、プロピレングリコール、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール、グリセリンなどの多価アルコール類、アセトニトリル、グルタロジニトリル、メトキシアセトニトリル、プロピオニトリル、ベンゾニトリルなどのニトリル化合物、ジメチルスルフォキシド、スルフォランなど非プロトン極性物質、水などが挙げられ、これらを混合して用いることもできる。 The solvent used for the electrolyte is desirably a compound that has low viscosity and improved ion mobility, or has a high dielectric constant and improved effective carrier concentration, and can exhibit excellent ion conductivity. Examples of such a solvent include carbonate compounds such as ethylene carbonate and propylene carbonate, heterocyclic compounds such as 3-methyl-2-oxazolidinone, ether compounds such as dioxane and diethyl ether, ethylene glycol dialkyl ether, propylene glycol dialkyl ether, and polyethylene. Chain ethers such as glycol dialkyl ether and polypropylene glycol dialkyl ether, alcohols such as methanol, ethanol, ethylene glycol monoalkyl ether, propylene glycol monoalkyl ether, polyethylene glycol monoalkyl ether, polypropylene glycol monoalkyl ether, ethylene glycol, Propylene glycol, polyethylene glycol, polyp Examples include polyhydric alcohols such as pyrene glycol and glycerol, nitrile compounds such as acetonitrile, glutarodinitrile, methoxyacetonitrile, propionitrile, and benzonitrile, aprotic polar substances such as dimethyl sulfoxide and sulfolane, and water. Can also be used in combination.
また、本発明では、J. Am. Ceram. Soc .,80 (12)3157-3171(1997)に記載されているようなtert-ブチルピリジンや、2−ピコリン、2,6−ルチジン等の塩基性化合物を前述の溶融塩電解質や電解液に添加することが好ましい。塩基性化合物を添加する場合の好ましい濃度範囲は0.05M以上2M以下である。 In the present invention, bases such as tert-butylpyridine, 2-picoline, 2,6-lutidine and the like described in J. Am. Ceram. Soc., 80 (12) 3157-3171 (1997) are also used. It is preferable to add a functional compound to the aforementioned molten salt electrolyte or electrolytic solution. A preferable concentration range when adding a basic compound is 0.05M or more and 2M or less.
(3)ゲル電解質
本発明では、電解質はポリマー添加、オイルゲル化剤添加、多官能モノマー類を含む重合、ポリマーの架橋反応等の手法により、前述の溶融塩電解質や電解液をゲル化(固体化)させて使用することもできる。ポリマー添加によりゲル化させる場合は、“Polymer Electrolyte Revi ews-1及び2”(J.R.MacCallumとC.A. Vincentの共編、ELSEVIER APPLIED SCIENCE)に記載された化合物を使用することができるが、特にポリアクリロニトリル、ポリフッ化ビニリデンを好ましく使用することができる。オイルゲル化剤添加によりゲル化させる場合は工業科学雑誌(J. Chem Soc. Japan, Ind. Chem.Sec.), 46,779(1943), J. Am. Chem. Soc., 111,5542(1989), J. Chem. Soc., Chem. Com mun., 1993, 390, Angew. Chem. Int. Ed. Engl., 35,1949(1996), Chem. Lett., 1996, 885, J. Chm. Soc.,
Chem. Commun., 1997,545に記載されている化合物を使用することができるが、好ましい化合物は分子構造中にアミド構造を有する化合物である。電解液をゲル化した例は特開平11−185863に、溶融塩電解質をゲル化した例は特開2000−58140に記載されており、本発明にも適用できる。
(3) Gel Electrolyte In the present invention, the electrolyte is gelled (solidified) by the techniques such as polymer addition, oil gelling agent addition, polymerization including polyfunctional monomers, polymer crosslinking reaction, and the like. ) Can also be used. In the case of gelation by addition of a polymer, compounds described in “Polymer Electrolyte Reviews-1 and 2” (JRMacCallum and CA Vincent, edited by ELSEVIER APPLIED SCIENCE) can be used, but in particular, polyacrylonitrile, polyfluoride Vinylidene can be preferably used. In the case of gelation by adding an oil gelling agent, Journal of Industrial Science (J. Chem Soc. Japan, Ind. Chem. Sec.), 46,779 (1943), J. Am. Chem. Soc., 111,5542 (1989), J. Chem. Soc., Chem. Com mun., 1993, 390, Angew. Chem. Int. Ed. Engl., 35, 1949 (1996), Chem. Lett., 1996, 885, J. Chm. Soc. ,
Although compounds described in Chem. Commun., 1997, 545 can be used, preferred compounds are compounds having an amide structure in the molecular structure. An example of gelling the electrolyte is described in JP-A-11-185863, and an example of gelling the molten salt electrolyte is described in JP-A-2000-58140, which can also be applied to the present invention.
また、ポリマーの架橋反応により電解質をゲル化させる場合、架橋可能な反応性基を含有するポリマー及び架橋剤を併用することが望ましい。この場合、好ましい架橋可能な反応性基は、アミノ基、含窒素複素環(例えば、ピリジン環、イミダゾール環、チアゾール環、オキサゾール環、トリアゾール環、モルホリン環、ピペリジン環、ピペラジン環など)であり、好ましい架橋剤は、窒素原子に対して求電子反応可能な2官能以上の試薬(例えば、ハロゲン化アルキル類、ハロゲン化アラルキル類、スルホン酸エステル類、酸無水物、酸クロライド類、イソシアネート化合物、α、β−不飽和スルホニル基含有化合物、α、β−不飽和カルボニル基含有化合物、α、β−不飽和ニトリル基含有化合物など)であり、特開2000−17076、同2000−86724に記載されている架橋技術も適用できる。 When the electrolyte is gelled by a polymer crosslinking reaction, it is desirable to use a polymer containing a crosslinkable reactive group and a crosslinking agent in combination. In this case, preferred crosslinkable reactive groups are amino groups and nitrogen-containing heterocycles (for example, pyridine ring, imidazole ring, thiazole ring, oxazole ring, triazole ring, morpholine ring, piperidine ring, piperazine ring, etc.) Preferred crosslinking agents include bifunctional or higher functional reagents capable of electrophilic reaction with nitrogen atoms (for example, alkyl halides, halogenated aralkyls, sulfonic acid esters, acid anhydrides, acid chlorides, isocyanate compounds, α , Β-unsaturated sulfonyl group-containing compound, α, β-unsaturated carbonyl group-containing compound, α, β-unsaturated nitrile group-containing compound, etc.) and described in JP-A Nos. 2000-17076 and 2000-86724. Existing crosslinking techniques can also be applied.
(4)正孔輸送材料
本発明では、溶融塩などのイオン伝導性電解質の替わりに、有機又は無機あるいはこの両者を組み合わせた固体の正孔輸送材料を使用することができる。
(a)有機正孔輸送材料
本発明に適用可能な有機正孔輸送材料としては、J.Hagen et al.,Synthetic Metal 89(1997)215-220、Nature,Vol.395, 8 Oct. 1998,p583-585及びWO97/10617、特開昭59−194393号公報、特開平5−234681号公報、米国特許第4,923,774号、特開平4−308688号公報、米国特許第4,764,625号、特開平3−269084号公報、特開平4−129271号公報、特開平4−175395号公報、特開平4−264189号公報、特開平4−290851号公報、特開平4−364153号公報、特開平5−25473号公報、特開平5−239455号公報、特開平5−320634号公報、特開平6−1972号公報、特開平7-138562号、特開平7-252474号、特開平11-144773等に示される芳香族アミン類や、特開平11-149821、特開平11-148067、特開平11-176489等に記載のトリフェニレン誘導体類を好ましく用いることができる。また、Adv. Mater. 1997,9,N0.7,p557、Angew. Chem. Int. Ed. Engl. 1995, 34, No.3,p303-307、JACS,Vol120, N0.4,1998,p664-672等に記載されているオリゴチオフェン化合物、K. Murakoshi
et al.,;Chem. Lett. 1997, p471に記載のポリピロール、“Handbook of Organic Conductive Molecules and Polymers Vol.1,2,3,4” (NALWA著、WILEY出版)に記載されているポリアセチレン及びその誘導体、ポリ(p-フェニレン) 及びその誘導体、ポリ( p-フェニレンビニレン) 及びその誘導体、ポリチエニレンビニレン及びその誘導体、ポリチオフェン及びその誘導体、ポリアニリン及びその誘導体、ポリトルイジン及びその誘導体等の導電性高分子を好ましく使用することができる。
(4) Hole transport material In the present invention, instead of an ion conductive electrolyte such as a molten salt, a solid hole transport material that is organic or inorganic or a combination of both can be used.
(A) Organic hole transport material Organic hole transport materials applicable to the present invention include J. Hagen et al., Synthetic Metal 89 (1997) 215-220, Nature, Vol. 395, 8 Oct. 1998, p583-585 and WO97 / 10617, JP-A-59-194393, JP-A-5-234681, JP-A-4,923,774, JP-A-4-308688, US-A-4,764, No. 625, JP-A-3-269084, JP-A-4-129271, JP-A-4-175395, JP-A-4-264189, JP-A-4-290851, JP-A-4-364153 JP-A-5-25473, JP-A-5-239455, JP-A-5-320634, JP-A-6-1972, JP-A-7-138562, JP-A-7-252474, JP-A-11 Aromatic amines shown in JP-A-144773 and the like, and triphenylene derivatives described in JP-A-11-149821, JP-A-11-148067, JP-A-11-176489 and the like can be preferably used. Also, Adv. Mater. 1997, 9, N0.7, p557, Angew. Chem. Int. Ed. Engl. 1995, 34, No. 3, p303-307, JACS, Vol120, N0.4, 1998, p664- Oligothiophene compounds described in 672 etc., K. Murakoshi
et al.,; Chem. Lett. 1997, p471, polyacetylene described in “Handbook of Organic Conductive Molecules and Polymers Vol.1,2,3,4” (by NALWA, published by WILEY) and its Conductivity of derivatives, poly (p-phenylene) and its derivatives, poly (p-phenylene vinylene) and its derivatives, polythienylene vinylene and its derivatives, polythiophene and its derivatives, polyaniline and its derivatives, polytoluidine and its derivatives A polymer can be preferably used.
正孔(ホール)輸送材料にはNature,Vol.395, 8 Oct. 1998,p583-585に記載されているようにドーパントレベルをコントロールするためにトリス(4-ブロモフェニル)アミニウムヘキサクロロアンチモネートのようなカチオンラジカルを含有する化合物を添加したり、酸化物半導体表面のポテンシャル制御(空間電荷層の補償)を行うためにLi[(CF3SO2)2N]のような塩を添加しても構わない。 Hole transport materials contain tris (4-bromophenyl) aminium hexachloroantimonate to control dopant levels as described in Nature, Vol. 395, 8 Oct. 1998, p583-585. Add a cation radical-containing compound, or add a salt such as Li [(CF 3 SO 2 ) 2 N] to control the potential of the oxide semiconductor surface (space charge layer compensation). It doesn't matter.
(b)無機正孔輸送材料
無機正孔輸送材料としては、p型無機化合物半導体を用いることができる。この目的のp型無機化合物半導体は、バンドギャップが2eV以上であることが好ましく、更に2.5eV以上であることが好ましい。また、p型無機化合物半導体のイオン化ポテンシャルは色素の正孔を還元できる条件から、色素吸着電極のイオン化ポテンシャルより小さいことが必要である。使用する色素によってp型無機化合物半導体のイオン化ポテンシャルの好ましい範囲は異なってくるが、一般に4.5eV以上5.5eV以下であることが好ましく、更に4.7eV以上5.3eV以下であることが好ましい。好ましいp型無機化合物半導体は一価の銅を含む化合物半導体であり、一価の銅を含む化合物半導体の例としてはCuI, CuSCN, CuInSe2, Cu(In,Ga)Se2, CuGaSe2, Cu2O, CuS, CuGaS2, CuInS2, CuAlSe2などが挙げられる。この中でもCuI及び CuSCNが好ましく、CuIが最も好ましい。このほかのp型無機化合物半導体として、GaP、NiO、CoO、FeO、Bi2O3、MoO2、Cr2O3等を用いることができる。
(B) Inorganic hole transport material A p-type inorganic compound semiconductor can be used as the inorganic hole transport material. The p-type inorganic compound semiconductor for this purpose preferably has a band gap of 2 eV or more, and more preferably 2.5 eV or more. Also, the ionization potential of the p-type inorganic compound semiconductor needs to be smaller than the ionization potential of the dye-adsorbing electrode from the condition that the holes of the dye can be reduced. Although the preferable range of the ionization potential of the p-type inorganic compound semiconductor varies depending on the dye used, it is generally preferably 4.5 eV or more and 5.5 eV or less, and more preferably 4.7 eV or more and 5.3 eV or less. Preferred p-type inorganic compound semiconductors are compound semiconductors containing monovalent copper. Examples of compound semiconductors containing monovalent copper include CuI, CuSCN, CuInSe 2 , Cu (In, Ga) Se 2 , CuGaSe 2 , Cu 2 O, CuS, CuGaS 2 , CuInS 2 , CuAlSe 2 and the like. Among these, CuI and CuSCN are preferable, and CuI is most preferable. As other p-type inorganic compound semiconductors, GaP, NiO, CoO, FeO, Bi 2 O 3 , MoO 2 , Cr 2 O 3 and the like can be used.
(5)電荷輸送層の形成
電荷輸送層の形成方法に関しては2通りの方法が考えられる。1つは感光層の上に先に対極を貼り合わせておき、その間隙に液状の電荷輸送層を挟み込む方法である。もう1つは感光層上に直接、電荷輸送層を付与する方法で、対極はその後付与することになる。
(5) Formation of charge transport layer There are two methods for forming the charge transport layer. One is a method in which a counter electrode is first bonded onto the photosensitive layer, and a liquid charge transport layer is sandwiched between the gaps. The other is a method in which a charge transport layer is provided directly on the photosensitive layer, and a counter electrode is subsequently provided.
前者の場合、電荷輸送層の挟み込み方法として、浸漬等による毛管現象を利用する常圧プロセス、又は常圧より低い圧力にして間隙の気相を液相に置換する真空プロセスを利用できる。 In the former case, as a method for sandwiching the charge transport layer, a normal pressure process using a capillary phenomenon due to immersion or a vacuum process in which the gas phase in the gap is replaced with a liquid phase at a pressure lower than normal pressure can be used.
後者の場合、湿式の電荷輸送層においては未乾燥のまま対極を付与し、エッジ部の液漏洩防止措置を施すことになる。またゲル電解質の場合には湿式で塗布して重合等の方法により固体化する方法があり、その場合には乾燥、固定化した後に対極を付与することもできる。電解液のほか湿式有機正孔輸送材料やゲル電解質を付与する方法としては、前述の半導体微粒子層や色素の付与と同様の方法を利用できる。 In the latter case, in the wet charge transport layer, a counter electrode is provided without being dried, and measures for preventing liquid leakage at the edge portion are taken. In the case of a gel electrolyte, there is a method in which it is applied in a wet manner and solidified by a method such as polymerization. In this case, the counter electrode can be applied after drying and fixing. As a method for applying the wet organic hole transporting material and the gel electrolyte in addition to the electrolytic solution, the same methods as those for the semiconductor fine particle layer and the dye can be used.
固体電解質や固体の正孔(ホール)輸送材料の場合には真空蒸着法やCVD法等のドライ成膜処理で電荷輸送層を形成し、その後対極を付与することもできる。有機正孔輸送材料は真空蒸着法,キャスト法,塗布法,スピンコート法、浸漬法、電解重合法、光電解重合法等の手法により電極内部に導入することができる。無機固体化合物の場合も、キャスト法,塗布法,スピンコート法、浸漬法、電解析出法、無電解メッキ法等の手法により電極内部に導入することができる。 In the case of a solid electrolyte or a solid hole transport material, a charge transport layer can be formed by a dry film forming process such as a vacuum deposition method or a CVD method, and then a counter electrode can be provided. The organic hole transport material can be introduced into the electrode by techniques such as vacuum deposition, casting, coating, spin coating, dipping, electrolytic polymerization, and photoelectrolytic polymerization. Also in the case of an inorganic solid compound, it can be introduced into the electrode by techniques such as casting, coating, spin coating, dipping, electrolytic deposition, and electroless plating.
(D)対極
対極は前記の導電性支持体と同様に、導電性材料からなる対極導電層の単層構造でもよいし、対極導電層と支持基板から構成されていてもよい。対極導電層に用いる導電材としては、金属(例えば白金、金、銀、銅、アルミニウム、マグネシウム、インジウム等)、炭素、又は導電性金属酸化物(インジウム−スズ複合酸化物、フッ素ドープ酸化スズ、等)が挙げられる。この中でも白金、金、銀、銅、アルミニウム、マグネシウムを対極層として好ましく使用することができる。対極の好ましい支持基板の例は、ガラス又はプラスチックであり、これに上記の導電剤を塗布又は蒸着して用いる。対極導電層の厚さは特に制限されないが、3nm〜10μmが好ましい。対極層の表面抵抗は低い程よい。好ましい表面抵抗の範囲としては50Ω/□以下であり、更に好ましくは20Ω/□以下である。
(D) Counter Electrode The counter electrode may have a single-layer structure of a counter electrode conductive layer made of a conductive material, or may be composed of a counter electrode conductive layer and a support substrate, like the conductive support described above. As a conductive material used for the counter electrode conductive layer, metal (for example, platinum, gold, silver, copper, aluminum, magnesium, indium, etc.), carbon, or conductive metal oxide (indium-tin composite oxide, fluorine-doped tin oxide, Etc.). Among these, platinum, gold, silver, copper, aluminum, and magnesium can be preferably used as the counter electrode layer. An example of a preferable support substrate for the counter electrode is glass or plastic, and the above-described conductive agent is applied or vapor-deposited on the glass or plastic. The thickness of the counter electrode conductive layer is not particularly limited, but is preferably 3 nm to 10 μm. The lower the surface resistance of the counter electrode layer, the better. The range of the surface resistance is preferably 50Ω / □ or less, more preferably 20Ω / □ or less.
導電性支持体と対極のいずれか一方又は両方から光を照射してよいので、感光層に光が到達するためには、導電性支持体と対極の少なくとも一方が実質的に透明であれば良い。発電効率の向上の観点からは、導電性支持体を透明にして、光を導電性支持体側から入射させるのが好ましい。この場合対極は光を反射する性質を有するのが好ましい。このような対極としては、金属又は導電性の酸化物を蒸着したガラス又はプラスチック、あるいは金属薄膜を使用できる。 Since light may be irradiated from one or both of the conductive support and the counter electrode, in order for light to reach the photosensitive layer, at least one of the conductive support and the counter electrode may be substantially transparent. . From the viewpoint of improving the power generation efficiency, it is preferable to make the conductive support transparent so that light is incident from the conductive support side. In this case, the counter electrode preferably has a property of reflecting light. As such a counter electrode, glass or plastic deposited with a metal or conductive oxide, or a metal thin film can be used.
対極は、電荷輸送層上に直接導電材を塗布、メッキ又は蒸着(PVD、CVD)するか、導電層を有する基板の導電層側を貼り付ければよい。また、導電性支持体の場合と同様に、特に対極が透明の場合には、対極の抵抗を下げる目的で金属リードを用いるのが好ましい。なお、好ましい金属リードの材質及び設置方法、金属リード設置による入射光量の低下等は導電性支持体の場合と同じである。 The counter electrode may be formed by directly applying, plating, or vapor-depositing (PVD, CVD) a conductive material on the charge transport layer, or attaching the conductive layer side of the substrate having the conductive layer. Further, as in the case of the conductive support, it is preferable to use a metal lead for the purpose of reducing the resistance of the counter electrode, particularly when the counter electrode is transparent. In addition, the material and installation method of a preferable metal lead, the fall of the incident light amount by metal lead installation, etc. are the same as the case of a conductive support body.
(E)その他の層
対極と導電性支持体の短絡を防止するため、予め導電性支持体と感光層の間に緻密な半導体の薄膜層を下塗り層として塗設しておくことが好ましく、電荷輸送層に電子輸送材料や正孔輸送材料を用いる場合は、特に有効である。下塗り層として好ましいのはTiO2、SnO2、Fe2O3、WO3、ZnO、Nb2O5であり、更に好ましくはTiO2である。下塗り層は、例えばElectrochim. Acta 40, 643-652(1995)に記載されているスプレーパイロリシス法の他、スパッタ法等により塗設することができる。下塗り層の好ましい膜厚は5〜1000nm以下であり、10〜500nmが更に好ましい。
(E) Other layers In order to prevent a short circuit between the counter electrode and the conductive support, it is preferable to coat a dense semiconductor thin film layer as an undercoat layer between the conductive support and the photosensitive layer in advance. This is particularly effective when an electron transport material or a hole transport material is used for the transport layer. Preferred as the undercoat layer is TiO 2 , SnO 2 , Fe 2 O 3 , WO 3 , ZnO, or Nb 2 O 5 , and more preferably TiO 2 . The undercoat layer can be applied by, for example, a sputtering method in addition to the spray pyrolysis method described in Electrochim.
また、電極として作用する導電性支持体と対極の一方又は両方の外側表面、導電層と基板の間又は基板の中間に、保護層、反射防止層等の機能性層を設けても良い。これらの機能性層の形成には、その材質に応じて塗布法、蒸着法、貼り付け法等を用いることができる。 Moreover, you may provide functional layers, such as a protective layer and an antireflection layer, in the outer surface of one or both of the electroconductive support body which acts as an electrode, and a counter electrode, between an electroconductive layer and a board | substrate, or in the middle of a board | substrate. For forming these functional layers, a coating method, a vapor deposition method, a bonding method, or the like can be used depending on the material.
(F)光電変換素子の内部構造の具体例
上述のように、光電変換素子の内部構造は目的に合わせ様々な形態が可能である。大きく2つに分ければ、両面から光の入射が可能な構造と、片面からのみ可能な構造が可能である。図2〜図9に本発明に好ましく適用できる光電変換素子の内部構造を例示する。
(F) Specific examples of internal structure of photoelectric conversion element As described above, the internal structure of the photoelectric conversion element can take various forms according to the purpose. If roughly divided into two, a structure that allows light to enter from both sides and a structure that allows only one side are possible. 2 to 9 illustrate the internal structure of a photoelectric conversion element that can be preferably applied to the present invention.
図2は、透明導電層10aと透明対極導電層40aとの間に、感光層20と、電荷輸送層30とを介在させたものであり、両面から光が入射する構造となっている。図3は、透明基板50a上に一部金属リード11を設け、更に透明導電層10aを設け、下塗り層60、感光層20、電荷輸送層30及び対極導電層40をこの順で設け、更に支持基板50を配置したものであり、導電層側から光が入射する構造となっている。図4は、支持基板50上に更に導電層10を有し、下塗り層60を介して感光層20を設け、更に電荷輸送層30と透明対極導電層40aとを設け、一部に金属リード11を設けた透明基板50aを、金属リード11側を内側にして配置したものであり、対極側から光が入射する構造である。図5は、透明基板50a上に一部金属リード11を設け、更に透明導電層10a(又は40a)を設けたもの1組の間に下塗り層60と感光層20と電荷輸送層30とを介在させたものであり、両面から光が入射する構造である。図6は、透明基板50a上に透明導電層10a、下塗り層60、感光層20、電荷輸送層30及び対極導電層40を設け、この上に支持基板50を配置したものであり導電層側から光が入射する構造である。図7は、支持基板50上に導電層10を有し、下塗り層60を介して感光層20を設け、更に電荷輸送層30及び透明対極導電層40aを設け、この上に透明基板50aを配置したものであり、対極側から光が入射する構造である。図8は、透明基板50a上に透明導電層10aを有し、下塗り層60を介して感光層20を設け、更に電荷輸送層30及び透明対極導電層40aを設け、この上に透明基板50aを配置したものであり、両面から光が入射する構造となっている。図9は、支持基板50上に導電層10を設け、下塗り層60を介して感光層20を設け、更に固体の電荷輸送層30を設け、この上に一部対極導電層40又は金属リード11を有するものであり、対極側から光が入射する構造となっている。
In FIG. 2, a
〔2〕光電池
本発明の光電池は、上記光電変換素子に外部負荷で仕事をさせるようにしたものである。
光電池のうち、電荷輸送材料が主としてイオン輸送材料からなる場合を、特に光電気化学電池と呼び、また、太陽光による発電を主目的とする場合を太陽電池と呼ぶ。光電池は構成物の劣化や内容物の揮散を防止するために、側面をポリマーや接着剤等で密封するのが好ましい。導電性支持体及び対極にリードを介して接続される外部回路自体は公知のもので良い。本発明の光電変換素子を太陽電池に適用する場合、そのセル内部の構造は基本的に上述した光電変換素子の構造と同じである。また、本発明の色素増感型太陽電池は、従来の太陽電池モジュールと基本的には同様のモジュール構造をとりうる。太陽電池モジュールは、一般的には金属、セラミック等の支持基板の上にセルが構成され、その上を充填樹脂や保護ガラス等で覆い、支持基板の反対側から光を取り込む構造をとるが、支持基板に強化ガラス等の透明材料を用い、その上にセルを構成してその透明の支持基板側から光を取り込む構造とすることも可能である。具体的には、スーパーストレートタイプ、サブストレートタイプ、ポッティングタイプと呼ばれるモジュール構造、アモルファスシリコン太陽電池などで用いられる基板一体型モジュール構造等が知られており、本発明の色素増感型太陽電池も使用目的や使用場所及び環境により、適宜これらのモジュール構造を選択できる。具体的には、特開2000-268892に記載の構造や態様とすることが好ましい。
[2] Photocell The photovoltaic cell of the present invention is one in which the photoelectric conversion element is caused to work with an external load.
Of the photovoltaic cells, the case where the charge transport material is mainly composed of an ion transport material is particularly called a photoelectrochemical cell, and the case where the main purpose is power generation by sunlight is called a solar cell. In order to prevent deterioration of components and volatilization of the contents of the photovoltaic cell, it is preferable to seal the side surface with a polymer or an adhesive. The external circuit itself connected to the conductive support and the counter electrode via a lead may be a known one. When the photoelectric conversion element of the present invention is applied to a solar cell, the structure inside the cell is basically the same as the structure of the photoelectric conversion element described above. Moreover, the dye-sensitized solar cell of the present invention can basically have the same module structure as a conventional solar cell module. The solar cell module generally has a structure in which cells are formed on a support substrate such as metal or ceramic, and the cell is covered with a filling resin or protective glass, and light is taken in from the opposite side of the support substrate. It is also possible to use a transparent material such as tempered glass for the support substrate, configure a cell thereon, and take in light from the transparent support substrate side. Specifically, a module structure called a super straight type, a substrate type, a potting type, a substrate integrated module structure used in an amorphous silicon solar cell, and the like are known, and the dye-sensitized solar cell of the present invention is also used. These module structures can be appropriately selected depending on the place of use and the environment. Specifically, the structure and aspect described in JP-A-2000-268892 are preferable.
以下、本発明を実施例によって具体的に説明する。
実施例1
1.二酸化チタン粒子含有塗布液の作製
(1)低散乱層用塗布液の調製
オートクレーブ温度を240℃にした以外はバルベらのジャーナル・オブ・アメリカン・セラミック・ソサエティ 第80巻3157頁記載の方法と同様の方法で二酸化チタン濃度10重量%の二酸化チタン分散物を得た。できた二酸化チタン粒子(粒子A)の平均粒径は約16nmであった。この分散物に二酸化チタンに対し20重量%のポリエチレングリコール(分子量20000、和光純薬製)と液全体に対して10重量%のエタノールを添加した。これに硝酸を加えて、pHを1.3とし塗布液Aを得た。この塗布液の固形分量は10.7%、TiO2含有量は8.9%であった。
(2)高散乱層用塗布液の調製
前記塗布液(A)に対し表1に示す割合で関東化学製アナターゼ型TiO2(粒子B:粒径100nm〜300nm)を混合し45℃で3時間撹拌し、塗布液B−1〜B−4を得た。
Hereinafter, the present invention will be specifically described by way of examples.
Example 1
1. Preparation of coating solution containing titanium dioxide particles (1) Preparation of coating solution for low scattering layer Except that the autoclave temperature was set to 240 ° C, the method described in Barbe et al., Journal of American Ceramic Society, vol. A titanium dioxide dispersion having a titanium dioxide concentration of 10% by weight was obtained by the above method. The resulting titanium dioxide particles (particle A) had an average particle size of about 16 nm. To this dispersion, 20% by weight of polyethylene glycol (molecular weight 20000, manufactured by Wako Pure Chemical Industries) with respect to titanium dioxide and 10% by weight of ethanol with respect to the whole liquid were added. Nitric acid was added thereto to adjust the pH to 1.3 to obtain a coating solution A. This coating solution had a solid content of 10.7% and a TiO 2 content of 8.9%.
(2) Preparation of coating solution for high scattering layer Kanto Chemical's anatase TiO 2 (particle B: particle size 100 nm to 300 nm) was mixed with the coating solution (A) at the ratio shown in Table 1 for 3 hours at 45 ° C. The mixture was stirred to obtain coating liquids B-1 to B-4.
2.色素を吸着した二酸化チタン電極の作成
フッ素をドープした酸化スズをコーティングした透明導電性ガラス(日本板硝子製、表面抵抗は約10Ω/cm2)の導電面側に上記で得た塗布液Aをドクターブレードを用いて塗布し、25℃で30分間乾燥した後、電気炉(ヤマト科学製マッフル炉FP−32型)で450℃にて30分間焼成した。これにより低散乱層が塗設された。低散乱層の二酸化チタンの塗布量は表2に示すとおりである。この上に塗布液B−1〜B−4を同様の方法で表2に示す厚みに塗布し、25℃で30分間乾燥した後、電気炉で450℃にて30分間焼成した。これにより高散乱層が塗設された。焼成後、下記の色素(A)0.3ミリモル/lを含む吸着液に16時間浸漬した。吸着温度は25℃、吸着液の溶媒はエタノール、t−ブタノール、アセトニトリルの1:1:2(体積比)混合物である。色素の染着した二酸化チタン電極をエタノール、アセトニトリルで順次洗浄した。
2. Preparation of Titanium Dioxide Electrode Adsorbed Dye The coating liquid A obtained above is applied to the conductive surface side of transparent conductive glass (made by Nippon Sheet Glass, surface resistance is about 10Ω / cm 2 ) coated with fluorine-doped tin oxide. After applying using a blade and drying at 25 ° C. for 30 minutes, it was baked at 450 ° C. for 30 minutes in an electric furnace (muffle furnace FP-32 manufactured by Yamato Scientific). As a result, a low scattering layer was applied. The coating amount of titanium dioxide for the low scattering layer is as shown in Table 2. The coating liquids B-1 to B-4 were applied to the thicknesses shown in Table 2 in the same manner, dried at 25 ° C. for 30 minutes, and then baked at 450 ° C. for 30 minutes in an electric furnace. As a result, a highly scattering layer was applied. After calcination, it was immersed for 16 hours in an adsorbing solution containing 0.3 mmol / l of the following dye (A). The adsorption temperature is 25 ° C., and the solvent of the adsorbent is a 1: 1: 2 (volume ratio) mixture of ethanol, t-butanol, and acetonitrile. The dyed titanium dioxide electrode was washed sequentially with ethanol and acetonitrile.
実施例1における光電変換素子C−1、C−4、C−8に用いる色素吸着電極E−1、E−4、E−8の光吸収率を求めるため、光学濃度測定器(X−RITE310型)にて、可視光透過濃度、可視光反射濃度を測定し、可視光吸収率を求めた。その結果を表2にまとめた。 In order to obtain the optical absorptance of the dye adsorption electrodes E-1, E-4, and E-8 used in the photoelectric conversion elements C-1, C-4, and C-8 in Example 1, an optical density measuring device (X-RITE310) was obtained. Type), the visible light transmission density and the visible light reflection density were measured, and the visible light absorption rate was obtained. The results are summarized in Table 2.
表2から、それぞれ単層の場合を比較すると、低光散乱率層単層では入射光が透過してしまい、高光散乱率層単層では光散乱が強いため、入射光を多く反射してしまうことがわかる。本発明と比較例の低光散乱率層単層と高光散乱率層単層の電極を比較すると、本発明の電極組成では2種類の単層に比べても最も可視光吸収率がよく、入射光をより効率良く利用できることが裏付けられた。
3.光電変換素子の作成
上述のようにして作成した色増感されたTiO2電極基板(2cm×2cm)をこれと同じ大きさの白金蒸着ガラスと重ね合わせた(図1参照)。次に、両ガラスの隙間に毛細管現象を利用して電解液(ヨウ化1,3−ジメチルイミダゾリウム0.65モル/リットル,ヨウ素0.05モル/リットル、t−ブチルピリジン0.1モル/lのアセトニトリル溶液)をしみこませてTiO2電極中に導入することにより、表3に示す光電変換素子C−1〜C−9を得た。
From Table 2, when comparing the case of each single layer, the incident light is transmitted through the single layer of the low light scattering rate layer and the light scattering is strong in the single layer of the high light scattering rate layer, so that a lot of incident light is reflected. I understand that. Comparing the low light scattering rate layer single layer electrode and the high light scattering rate layer single layer electrode of the present invention and the comparative example, the electrode composition of the present invention has the best visible light absorptivity compared to the two types of single layers. It was confirmed that light can be used more efficiently.
3. Preparation of photoelectric conversion element The color-sensitized TiO 2 electrode substrate (2 cm × 2 cm) prepared as described above was superposed on a platinum-deposited glass having the same size (see FIG. 1). Next, using a capillary phenomenon in the gap between the two glasses, an electrolytic solution (1,3-dimethylimidazolium iodide 0.65 mol / liter, iodine 0.05 mol / liter, t-butylpyridine 0.1 mol / liter) l of acetonitrile solution) was soaked and introduced into the TiO 2 electrode to obtain photoelectric conversion elements C-1 to C-9 shown in Table 3.
本実施例により、図10に示したとおり、導電性ガラス1(ガラス2上に導電剤層3が設層されたもの)、色素を吸着させたTiO2電極4、電解液5、白金層6及びガラス7が順に積層された光電変換素子が作成された。
According to this example, as shown in FIG. 10, the conductive glass 1 (the conductive agent layer 3 is formed on the glass 2), the TiO 2 electrode 4 on which the dye is adsorbed, the electrolytic solution 5, and the platinum layer 6 And the photoelectric conversion element by which the
4.光電変換効率の測定
500Wのキセノンランプ(ウシオ製)の光を分光フィルター(Oriel社製AM1.5)を通すことにより模擬太陽光を発生させた。この光の強度は垂直面において100mW/cm2であった。光電気化学電池の導電性ガラスの端部に銀ペーストを塗布して負極とし、この負極と白金蒸着ガラス(正極)を電流電圧測定装置(ケースレーSMU238型)に接続した。模擬太陽光を垂直に照射しながら、電流電圧特性を測定し、変換効率を求めた。表3には実施例で作成された光電変換素子の変換効率を示した。
4). Measurement of photoelectric conversion efficiency Simulated sunlight was generated by passing light from a 500 W xenon lamp (USHIO) through a spectral filter (AM1.5 manufactured by Oriel). The intensity of this light was 100 mW / cm 2 on the vertical plane. A silver paste was applied to the end of the conductive glass of the photoelectrochemical cell to form a negative electrode, and this negative electrode and platinum-deposited glass (positive electrode) were connected to a current-voltage measuring device (Keutley SMU238 type). While simulating sunlight was irradiated vertically, current-voltage characteristics were measured to obtain conversion efficiency. Table 3 shows the conversion efficiency of the photoelectric conversion elements prepared in the examples.
C−2〜C−5(本発明)とC−1、C−6〜C−9(比較例)との比較から、低散乱層と高散乱層を有する本発明のセルはいずれかのみのセルに比べて変換効率が高いことがわかる。本発明においては高散乱層で散乱された光は低散乱層でほぼ吸収されてしまうので、全反射層を設ける必要はない。
また、2層構成の高散乱層における粒子B(散乱性の高い大粒子)の比率は10〜50%がより好ましいとした本文の記述が裏付けられた。
From the comparison between C-2 to C-5 (the present invention) and C-1, C-6 to C-9 (the comparative example), the cell of the present invention having the low scattering layer and the high scattering layer is only one of them. It can be seen that the conversion efficiency is higher than that of the cell. In the present invention, since light scattered by the high scattering layer is almost absorbed by the low scattering layer, it is not necessary to provide a total reflection layer.
Moreover, the description of the text that the ratio of the particles B (large particles having high scattering properties) in the two-layered high scattering layer is more preferably 10 to 50% was supported.
実施例2
1.二酸化チタン粒子含有塗布液の作製
(1)低散乱層用塗布液の調製
実施例1の塗布液Aを用いた。
(2)中散乱層用塗布液の調製
実施例1における塗布液B−2を用いた。
(3)高散乱層用塗布液の調製
関東化学製アナターゼ型TiO2(粒子B:粒径100nm〜300nm)6.7g、ポリエチレングリコール(分子量20000、和光純薬製)2g、エタノール2.6g、蒸留水53mlを混合し45℃で3時間撹拌した。最後に濃硝酸1.3mlを加えて良く撹拌し、塗布液Cを得た。
Example 2
1. Preparation of coating solution containing titanium dioxide particles (1) Preparation of coating solution for low scattering layer Coating solution A of Example 1 was used.
(2) Preparation of coating solution for medium scattering layer Coating solution B-2 in Example 1 was used.
(3) Preparation of coating solution for high scattering layer 6.7 g of anatase TiO 2 (particle B: particle size 100 nm to 300 nm) manufactured by Kanto Chemical, 2 g of polyethylene glycol (molecular weight 20000, manufactured by Wako Pure Chemical Industries), 2.6 g of ethanol, 53 ml of distilled water was mixed and stirred at 45 ° C. for 3 hours. Finally, 1.3 ml of concentrated nitric acid was added and stirred well to obtain coating solution C.
2.色素を吸着した二酸化チタン電極の作成
フッ素をドープした酸化スズをコーティングした透明導電性ガラス(日本板硝子製、表面抵抗は約10Ω/cm2)の導電面側に実施例1と同様に低散乱層を塗設した。低散乱層の二酸化チタンの塗布量は表4に示すとおりである。この上に塗布液B−2を表4に示す厚みに塗布し、25℃で30分間乾燥した後、電気炉で450℃にて30分間焼成した。これにより中散乱層が塗設された。更にこの上に塗布液Cを表4に示す厚みに塗布し、25℃で30分間乾燥した後、電気炉で450℃にて30分間焼成した。これにより高散乱層が塗設された。以下実施例1と同様にして光電変換素子を作成し変換効率を測定した。結果を表4に示す。
2. Preparation of Titanium Dioxide Electrode Adsorbed Dye A low scattering layer on the conductive surface side of transparent conductive glass coated with tin oxide doped with fluorine (made by Nippon Sheet Glass, surface resistance is about 10Ω / cm 2 ) as in Example 1. Was applied. The amount of titanium dioxide applied in the low scattering layer is as shown in Table 4. The coating liquid B-2 was applied thereon to the thickness shown in Table 4, dried at 25 ° C. for 30 minutes, and then baked at 450 ° C. for 30 minutes in an electric furnace. This provided a medium scattering layer. Further, the coating liquid C was applied thereon to the thickness shown in Table 4, dried at 25 ° C. for 30 minutes, and then baked at 450 ° C. for 30 minutes in an electric furnace. As a result, a highly scattering layer was applied. Thereafter, a photoelectric conversion element was prepared in the same manner as in Example 1, and the conversion efficiency was measured. The results are shown in Table 4.
実施例2より明らかなように本発明になる3層構成の光電変換素子は極めて変換効率が高く優れていることがわかる。表4より[C−11、C−12とC−13、C−14との比較から、]本発明の3層構成の光電変換素子は本発明の2層構成の光電変換素子よりも光吸収率が高く変換効率もよい。 As is clear from Example 2, it can be seen that the photoelectric conversion element having a three-layer structure according to the present invention has extremely high conversion efficiency and is excellent. From Table 4, [from comparison of C-11, C-12, C-13, and C-14] the photoelectric conversion element of the three-layer structure of the present invention absorbs light more than the photoelectric conversion element of the two-layer structure of the present invention. High rate and good conversion efficiency.
1・・・導電性ガラス
2・・・導電剤層
3・・・TiO2電極
4・・・色素層
5・・・電解液
6・・・白金層
7・・・ガラス
10・・・導電層
10a・・・透明導電層
11・・・金属リード
20・・・感光層
21・・・半導体微粒子
22・・・色素
23・・・電荷輸送材料
30・・・電荷輸送層
40・・・対極導電層
40a・・・透明対極導電層
50・・・基板
50a・・・透明基板
60・・・下塗り層
1 ... conductive glass 2 ... conductive agent layer 3 ... TiO 2 electrode 4 ... dye layer 5 ... electrolyte 6 ...
10 ... conductive layer
10a ・ ・ ・ Transparent conductive layer
11 ... Metal lead
20 ... Photosensitive layer
21 ... Semiconductor fine particles
22 ... Dye
23 ... Charge transport material
30 ... Charge transport layer
40 ... Counterelectrode conductive layer
40a ・ ・ ・ Transparent counter electrode conductive layer
50 ... Board
50a ・ ・ ・ Transparent substrate
60 ... Undercoat layer
Claims (10)
該半導体微粒子膜の層が光散乱性の異なる複数の層から成り、該複数の層は、光の入射側の最初の層として光散乱性の最も低い低散乱層と、光散乱性が該低散乱層より高い高散乱層とを有し、
平均粒径が5〜50nmの半導体微粒子を含む分散液Aを作成する工程と、
平均粒径が5〜50nmの半導体微粒子を含む分散液Aに、平均粒径が100〜500nmの半導体微粒子を混合し分散液Bを作成する工程と、
前記分散液Aにより前記低散乱層を形成する工程、及び
前記分散液Bにより前記高散乱層を形成する工程、
を含むことを特徴とする、光電変換素子の製造方法。 A method for producing a photoelectric conversion element having at least a layer of a semiconductor fine particle film adsorbed with a dye and a conductive support,
The layer of the semiconductor fine particle film is composed of a plurality of layers having different light scattering properties. The plurality of layers include a low scattering layer having the lowest light scattering property as the first layer on the light incident side, and the light scattering property having the low light scattering property. Having a higher scattering layer than the scattering layer,
Creating a dispersion A containing semiconductor fine particles having an average particle diameter of 5 to 50 nm;
A step of mixing the dispersion A containing semiconductor fine particles having an average particle diameter of 5 to 50 nm with the semiconductor fine particles having an average particle diameter of 100 to 500 nm to prepare the dispersion B;
Forming the low scattering layer with the dispersion A, and forming the high scattering layer with the dispersion B;
The manufacturing method of the photoelectric conversion element characterized by including.
該半導体微粒子膜の層が光散乱性の異なる少なくとも3層から成り、光の入射側に光散乱性の低い低散乱層、最も奥に光散乱性の高い高散乱層、その中間に光散乱性が前記2層の中間である中散乱層を配しており、
平均粒径が5〜50nmの半導体微粒子を含む分散液Aを作成する工程と、
平均粒径が5〜50nmの半導体微粒子を含む分散液Aに、平均粒径が100〜500nmの半導体微粒子を混合し分散液Bを作成する工程と、
前記分散液Aにより前記低散乱層を形成する工程、及び
前記分散液Bにより前記中散乱層を形成する工程、
を含むことを特徴とする、光電変換素子の製造方法。 A method for producing a photoelectric conversion element having at least a layer of a semiconductor fine particle film adsorbed with a dye and a conductive support,
Comprises at least three layers layers different light scattering properties of the semiconductor fine particle film, the light scattering of the low have low scattering layer on the light incident side, the deepest in the light-scattering highly have high scattering layer, the light in the middle and coordinated scattering layer in scattering is an intermediate of the two layers,
Creating a dispersion A containing semiconductor fine particles having an average particle diameter of 5 to 50 nm;
A step of mixing the dispersion A containing semiconductor fine particles having an average particle diameter of 5 to 50 nm with the semiconductor fine particles having an average particle diameter of 100 to 500 nm to prepare the dispersion B;
Forming the low scattering layer with the dispersion A, and
Forming the medium scattering layer with the dispersion B;
The manufacturing method of the photoelectric conversion element characterized by including.
該感光層は半導体微粒子間の空隙に浸透した電荷輸送材料を含有し、光散乱性の異なる複数の層から成り、該複数の層は、前記低散乱層と、前記高散乱層とを有し、
光の入射側に全反射層を有しないことを特徴とする光電気化学電池。 The photoelectrochemical cell according to claim 9, comprising a conductive support, a photosensitive layer, a charge transport layer, and a counter electrode conductive layer in this order.
The photosensitive layer contains a charge transport material that has penetrated into the gaps between the semiconductor fine particles, and is composed of a plurality of layers having different light scattering properties. The plurality of layers have the low scattering layer and the high scattering layer. ,
A photoelectrochemical cell characterized by having no total reflection layer on the light incident side.
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