JP5756766B2 - Photoelectric conversion element, photoelectrochemical cell and dye - Google Patents
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Description
本発明は、変換効率が高く、耐久性に優れた光電変換素子、光電気化学電池及び色素に関する。 The present invention relates to a photoelectric conversion element, a photoelectrochemical cell, and a dye having high conversion efficiency and excellent durability.
光電変換素子は各種の光センサー、複写機、太陽電池等に用いられている。この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。中でも、非枯渇性の太陽エネルギーを利用した太陽電池は、燃料が不要であり、無尽蔵なクリーンエネルギーを利用したものとして、その本格的な実用化が大いに期待されている。この中でも、シリコン系太陽電池は古くから研究開発が進められてきた。各国の政策的な配慮もあって普及が進んでいる。しかし、シリコンは無機材料であり、スループット及び分子修飾には自ずと限界がある。 Photoelectric conversion elements are used in various optical sensors, copying machines, solar cells, and the like. Various types of photoelectric conversion elements have been put to practical use, such as those using metals, semiconductors, organic pigments and dyes, or combinations thereof. Above all, a solar cell using non-depleting solar energy does not require fuel, and its full-scale practical use is expected greatly as it uses inexhaustible clean energy. Among these, silicon solar cells have been researched and developed for a long time. It is spreading due to the policy considerations of each country. However, silicon is an inorganic material, and its throughput and molecular modification are naturally limited.
そこで色素増感型太陽電池の研究が精力的に行われている。とくに、スイスのローザンヌ工科大学のGraetzel等がポーラス酸化チタン薄膜の表面にルテニウム錯体からなる色素を固定した色素増感型太陽電池を開発し、アモルファスシリコン並の変換効率を実現した。これにより、色素増感型太陽電池が一躍世界の研究者から注目を集めるようになった。 Therefore, research on dye-sensitized solar cells has been vigorously conducted. In particular, Graetzel et al. Of Lausanne University of Technology in Switzerland developed a dye-sensitized solar cell in which a dye composed of a ruthenium complex was fixed on the surface of a porous titanium oxide thin film, and realized conversion efficiency comparable to amorphous silicon. As a result, dye-sensitized solar cells have attracted a great deal of attention from researchers around the world.
特許文献1には、この技術を応用し、ルテニウム錯体色素によって増感された半導体微粒子を用いた色素増感光電変換素子が記載されている。しかしながら従来のルテニウム錯体色素は、可視光線を用いて光電変換できるものの、700nmより長波長の赤外光をほとんど吸収することができないため、赤外域での光電変換能が低いという問題点がある。
そこで特定のポリメチン色素を用いることにより、800nmでの光吸収を多くし、変換効率の高い光電変換素子を提供する提案がされ(例えば、特許文献2、3参照)、さらに長波長域の光を吸収することのできる増感色素(長波長化色素)を用いた光電変換素子が求められている。しかし長波長化色素を用いて、光電変換素子や光電気化学電池とした場合、一般的に、短絡電流密度を出すための添加剤等によって開放電圧が低くなり、変換効率として低くなる問題が生じる。また、光電気化学電池内部の内部損失が大きくなるため、フィルファクター(FF)は低くなる。このため、高波長化色素を用いた場合は、開放電圧(Voc)やフィルファクター(FF)が低くなる。
そこで、例えば、850nmを越える波長域の光を吸収し、従来の長波長化色素の場合と比較して、開放電圧(Voc)やフィルファクター(FF)が高く、光電変換効率の高い光電変換素子、光電気化学電池及びそれに用いるのが好適な色素が必要とされている。
Patent Document 1 describes a dye-sensitized photoelectric conversion element using semiconductor fine particles sensitized with a ruthenium complex dye by applying this technique. However, although conventional ruthenium complex dyes can be photoelectrically converted using visible light, they hardly absorb infrared light having a wavelength longer than 700 nm, and thus have a problem of low photoelectric conversion ability in the infrared region.
Therefore, by using a specific polymethine dye, a proposal has been made to increase the light absorption at 800 nm and to provide a photoelectric conversion element with high conversion efficiency (for example, see Patent Documents 2 and 3). There is a need for a photoelectric conversion element using a sensitizing dye (long wavelength dye) that can be absorbed. However, when a long wavelength dye is used to form a photoelectric conversion element or a photoelectrochemical cell, generally, an open-circuit voltage is lowered by an additive or the like for producing a short-circuit current density, resulting in a problem that the conversion efficiency is lowered. . Moreover, since the internal loss inside the photoelectrochemical cell is increased, the fill factor (FF) is decreased. For this reason, when the wavelength-enhancing dye is used, the open circuit voltage (Voc) and the fill factor (FF) are lowered.
Therefore, for example, a photoelectric conversion element that absorbs light in a wavelength region exceeding 850 nm, has a higher open-circuit voltage (Voc) and fill factor (FF), and has a higher photoelectric conversion efficiency than a conventional long wavelength dye. There is a need for photoelectrochemical cells and dyes suitable for use therein.
本発明の課題は、例えば、850nmを越える波長域の光を吸収し、従来の長波長化色素と比較して、開放電圧(Voc)やフィルファクター(FF)が高く、光電変換効率の高い光電変換素子、光電気化学電池及び色素を提供することにある。 The problem of the present invention is, for example, that it absorbs light in a wavelength region exceeding 850 nm, has a higher open-circuit voltage (Voc) and fill factor (FF), and has a higher photoelectric conversion efficiency than a conventional long-wavelength dye. It is to provide a conversion element, a photoelectrochemical cell and a dye.
本発明者等は、鋭意検討を重ねた結果、酸性基又は酸性基を有する基を1つ有し、かつ酸性基又は酸性基以外の電子吸引基を有する特定の構造のポリメチン色素が、半導体微粒子への電子注入効率を向上させ、850nmを越える波長域においても高い変換効率を得ることができ、開放電圧(Voc)やフィルファクター(FF)と光電変換効率をともに高くできることを見出した。本発明はこの知見に基づきなされたものである。
本発明の課題は、以下の手段によって達成された。
As a result of intensive studies, the present inventors have found that a polymethine dye having a specific structure having one acidic group or one group having an acidic group and having an electron withdrawing group other than the acidic group or acidic group is a semiconductor fine particle. It has been found that the efficiency of electron injection into the substrate can be improved, a high conversion efficiency can be obtained even in a wavelength region exceeding 850 nm, and the open-circuit voltage (Voc), fill factor (FF), and photoelectric conversion efficiency can both be increased. The present invention has been made based on this finding.
The object of the present invention has been achieved by the following means.
<1>少なくとも下記一般式(1)で表される化合物からなる色素と、半導体微粒子とを有する感光体層を具備することを特徴とする光電変換素子。 <1> A photoelectric conversion element comprising a photosensitive layer having at least a dye composed of a compound represented by the following general formula (1) and semiconductor fine particles.
[ 一般式(1)において、Qは、ベンゼン環基又はナフタレン環基を表し、X1、X2はそれぞれ独立に、硫黄原子、酸素原子、またはC(Ra)Rbを表す。ここでRa、Rbはそれぞれ独立に、水素原子、脂肪族基、芳香族基又は炭素原子で結合するヘテロ環基を表す。R、R’はそれぞれ独立に、アルキル基又は芳香族基を表す。
P1及びP2はそれぞれ独立に、下記一般式(2−1)のP11又は下記一般式(2−2)のP12で表されるポリメチン色素を形成するのに必要な非金属原子群を示す。
W1は電荷を中和させるのに必要な場合の対イオンを表す。]
[In the general formula (1), Q represents a benzene ring or a naphthalene ring group, X 1, X 2 each independently represent a sulfur atom, an oxygen atom or C (R a) R b, . Here, R a and R b each independently represents a hydrogen atom, an aliphatic group, an aromatic group, or a heterocyclic group bonded with a carbon atom. R and R ′ each independently represents an alkyl group or an aromatic group.
P 1 and P 2 are each independently a nonmetallic atom group necessary for forming a polymethine dye represented by P 11 of the following general formula (2-1) or P 12 of the following general formula (2-2) Indicates.
W 1 represents a counter ion as necessary to neutralize the charge. ]
[ 一般式(2−1)及び(2−2)において、Vは置換基を表す。
一般式(1)におけるP1及びP2のVのうち、いずれか1つ(Vaとする)は酸性基又は酸性基を有する基であり、該VaをP1とP2のいずれか一方のみに有す。R5’はエキソ(環外)に二重結合で原子もしくは置換基と結合するメテニル基を表す。R1、R2、R3、R4、R1’、R2’及びR3’はそれぞれ独立に、水素原子、脂肪族基、芳香族基又は炭素原子で結合するヘテロ環基を表す。Va以外のV、R1、R2、R3、R4、R1’、R2’、R3’およびR5’のうち1つ以上は、Hammett則におけるσp値が正の置換基もしくはHammett則におけるσp値が正の置換基を有する基である。
Y及びY’はそれぞれ独立に、硫黄原子、N(Rd)又はC(R6)(R6’)を表す。R6、R6’は置換基を表す。Rdはアルキル基を表す。n1及びn1’は1以上の整数を表し、n2は0以上の整数を表す。炭素−炭素二重結合は、E型又はZ型のいずれであってもよい。n1、n1’が2以上の整数のとき、複数のVは同じであっても異なってもよく、また複数のVが互いに結合して環を形成してもよい。]
<2>前記酸性基又は酸性基を有する基(Va)とHammett則におけるσp値が正の置換基もしくはその置換基を有する基が結合しているポリメチン色素を形成するのに必要な非金属原子群が、P11及びP12の一方であることを特徴とする<1>に記載の光電変換素子。
<3>前記n2が0又は1であることを特徴とする<1>又は<2>に記載の光電変換素子。
<4>前記R5’のメテニル基のエキソ二重結合部分が下記一般式(3−1)又は(3−2)で表されることを特徴とする<1>〜<3>のいずれか1項に記載の光電変換素子。
[In General Formulas (2-1) and (2-2), V represents a substituent.
One of V of P 1 and P 2 in the general formula (1) (referred to as Va) is an acidic group or a group having an acidic group, and the Va is only one of P 1 and P 2. It has. R 5 ′ represents a methenyl group bonded to an atom or a substituent with a double bond to exo (extracyclic). R 1 , R 2 , R 3 , R 4 , R 1 ′ , R 2 ′ and R 3 ′ each independently represent a hydrogen atom, an aliphatic group, an aromatic group or a heterocyclic group bonded via a carbon atom. One or more of V, R 1 , R 2 , R 3 , R 4 , R 1 ′ , R 2 ′ , R 3 ′ and R 5 ′ other than Va is a substituent having a positive σp value in Hammett's rule or The σp value in the Hammett rule is a group having a positive substituent.
Y and Y ′ each independently represent a sulfur atom, N (R d ) or C (R 6 ) (R 6 ′ ). R 6 and R 6 ′ represent a substituent. R d represents an alkyl group. n1 and n1 ′ represent an integer of 1 or more, and n2 represents an integer of 0 or more. The carbon-carbon double bond may be either E-type or Z-type. When n1 and n1 ′ are integers of 2 or more, a plurality of Vs may be the same or different, and a plurality of Vs may be bonded to each other to form a ring. ]
<2> Nonmetallic atom necessary to form a polymethine dye in which the acidic group or the group (Va) having an acidic group and a substituent having a positive σp value in Hammett's rule or a group having the substituent are bonded to each other The photoelectric conversion element according to <1>, wherein the group is one of P 11 and P 12 .
<3> The photoelectric conversion element according to <1> or <2>, wherein n2 is 0 or 1.
<4> Any one of <1> to <3>, wherein the exo double bond portion of the methenyl group of R 5 ′ is represented by the following general formula (3-1) or (3-2) Item 1. The photoelectric conversion element according to item 1.
[ 一般式(3−2)において、R7は水素原子、アルキル基又はアルカリ金属を表す。炭素−炭素二重結合は、E型又はZ型のいずれであってもよい。]
<5>前記R5’がカルボニル基であることを特徴とする<1>〜<3>のいずれか1項に記載の光電変換素子。
<6>前記Vaが、5−カルボキシ基、5−スルホン酸基、5−ホスホニル基若しくは5−ホスホリル基又はこれらの塩であることを特徴とする<1>〜<5>のいずれか1項に記載の光電変換素子。
<7>前記感光体層が、さらに下記一般式(4)で表される化合物からなる色素を含むことを特徴とする<1>〜<6>のいずれか1項に記載の光電変換素子。
Mz(LL1)m1(LL2)m2(X)m3・CI 一般式(4)
[ 一般式(4)において、MzはRu、Os、Zn又はCuを表し、LL1は下記一般式(5)で表される2座又は3座の配位子を表し、LL2は下記一般式(6)で表される2座又は3座の配位子を表す。Xはアシルオキシ基、アシルチオ基、チオアシルオキシ基、チオアシルチオ基、アシルアミノオキシ基、チオカルバメート基、ジチオカルバメート基、チオカルボネート基、ジチオカルボネート基、トリチオカルボネート基、アシル基、チオシアネート基、イソチオシアネート基、シアネート基、イソシアネート基、シアノ基、アルキルチオ基、アリールチオ基、アルコキシ基及びアリールオキシ基からなる群から選ばれた基で配位する1座又は2座の配位子、又はハロゲン原子、カルボニル、ジアルキルケトン、1,3−ジケトン、カルボンイミン、チオカルボンイミン及びチオ尿素からなる群より選ばれる1座又は2座の配位子を表す。m1は0〜3の整数を表し、m1が2以上のとき、LL1は同じでも異なっていてもよい。m2は1〜3の整数を表し、m2が2以上のとき、LL2は同じでも異なっていてもよい。m3は0〜3の整数を表し、m3が2以上のとき、Xは同じでも異なっていてもよく、X同士が連結していてもよい。CIは、一般式(4)において電荷を中和させるのに対イオンが必要な場合の対イオンを表す。]
[In General Formula (3-2), R 7 represents a hydrogen atom, an alkyl group, or an alkali metal. The carbon-carbon double bond may be either E-type or Z-type. ]
<5> The photoelectric conversion element according to any one of <1> to <3>, wherein R 5 ′ is a carbonyl group.
<6> Any one of <1> to <5>, wherein Va is a 5-carboxy group, a 5-sulfonic acid group, a 5-phosphonyl group, a 5-phosphoryl group, or a salt thereof. The photoelectric conversion element as described in 2.
<7> The photoelectric conversion element according to any one of <1> to < 6 >, wherein the photoreceptor layer further contains a dye composed of a compound represented by the following general formula (4).
Mz (LL 1 ) m1 (LL 2 ) m2 (X) m3 · CI General formula (4)
[In General Formula (4), Mz represents Ru, Os, Zn or Cu , LL 1 represents a bidentate or tridentate ligand represented by the following General Formula (5), and LL 2 represents the following General The bidentate or tridentate ligand represented by Formula (6) is represented. X is an acyloxy group, an acylthio group, a thioacyloxy group, a thioacylthio group, an acylaminooxy group, a thiocarbamate group, a dithiocarbamate group, a thiocarbonate group, a dithiocarbonate group, a trithiocarbonate group, an acyl group, a thiocyanate group, A monodentate or bidentate ligand coordinated by a group selected from the group consisting of an isothiocyanate group, a cyanate group, an isocyanate group, a cyano group, an alkylthio group, an arylthio group, an alkoxy group and an aryloxy group, or a halogen atom Represents a monodentate or bidentate ligand selected from the group consisting of carbonyl, dialkyl ketone, 1,3-diketone, carboximine, thiocarbonimine and thiourea. m1 represents an integer of 0 to 3, and when m1 is 2 or more, LL 1 may be the same or different. m2 represents an integer of 1 to 3, when m2 is 2 or more, LL 2 may be the same or different. m3 represents an integer of 0 to 3, and when m3 is 2 or more, Xs may be the same or different, and Xs may be linked to each other. CI represents a counter ion when a counter ion is required to neutralize the charge in the general formula (4). ]
[ 一般式(5)において、R51及びR52はそれぞれ独立に酸性基又は酸性基を有する基を表す。R53及びR54はそれぞれ独立に置換基を表し、R55及びR56はそれぞれ独立にアルキル基、アリール基又はヘテロ環基を表す。d1及びd2はそれぞれ0〜5の整数を表す。L1及びL2はそれぞれ独立に、エテニレン基及び/又はエチニレン基からなる共役鎖を表す。a1及びa2はそれぞれ独立に0〜3の整数を表し、a1が2以上のときR51は同じでも異なっていてもよく、a2が2以上のときR52は同じでも異なっていてもよい。b1及びb2はそれぞれ独立に0〜3の整数を表し、b1が2以上のときR53は同じでも異なっていてもよく、R53は互いに連結して環を形成してもよく、b2が2以上のときR54は同じでも異なっていてもよく、R54は互いに連結して環を形成してもよい。b1及びb2が共に1以上のとき、R53とR54が連結して環を形成していてもよい。d3は0又は1を表す。] [In General Formula (5), R 51 and R 52 each independently represent an acidic group or a group having an acidic group. R 53 and R 54 each independently represent a substituent, and R 55 and R 56 each independently represent an alkyl group, an aryl group or a heterocyclic group. d1 and d2 each represent an integer of 0 to 5. L 1 and L 2 each independently represents a conjugated chain composed of an ethenylene group and / or an ethynylene group. a1 and a2 each independently represents an integer of 0 to 3, a1 is or different and is R 51 when two or more same, R 52 when a2 is 2 or more may be the same or different. b1 and b2 each independently represents an integer of 0 to 3. When b1 is 2 or more, R 53 may be the same or different, and R 53 may be linked to each other to form a ring. In the above, R 54 may be the same or different, and R 54 may be linked to each other to form a ring. When both b1 and b2 are 1 or more, R 53 and R 54 may be linked to form a ring. d3 represents 0 or 1. ]
[ 一般式(6)において、Za、Zb及びZcはそれぞれ独立に、5員環又は6員環を形成しうる非金属原子群を表し、cは0又は1を表す。ただし、Za、Zb及びZcが形成する環のうち少なくとも1つは酸性基を有する。]
<8>前記<1>〜<7>のいずれか1項に記載の光電変換素子を備えることを特徴とする光電気化学電池。
<9>少なくとも下記一般式(1)で表される化合物からなる色素。
[In General formula (6), Za, Zb, and Zc represent the nonmetallic atom group which can form a 5-membered ring or a 6-membered ring each independently, and c represents 0 or 1. However, at least one of the rings formed by Za, Zb and Zc has an acidic group. ]
<8> A photoelectrochemical cell comprising the photoelectric conversion element according to any one of <1> to <7>.
<9> A dye comprising at least a compound represented by the following general formula (1).
[ 一般式(1)において、Qは、ベンゼン環基又はナフタレン基を表し、X1、X2はそれぞれ独立に硫黄原子、酸素原子、またはC(Ra)Rbを表す。ここでRa、Rbはそれぞれ独立に、水素原子、脂肪族基、芳香族基又は炭素原子で結合するヘテロ環基を表す。R、R’はそれぞれ独立に、アルキル基又は芳香族基を表す。
P1及びP2はそれぞれ独立に、下記一般式(2−1)のP11又は下記一般式(2−2)のP12で表されるポリメチン色素を形成するのに必要な非金属原子群を示す。
W1は電荷を中和させるのに必要な場合の対イオンを表す。]
[In General Formula (1), Q represents a benzene ring group or a naphthalene group, and X 1 and X 2 each independently represent a sulfur atom, an oxygen atom, or C (R a ) R b . Here, R a and R b each independently represents a hydrogen atom, an aliphatic group, an aromatic group, or a heterocyclic group bonded with a carbon atom. R and R ′ each independently represents an alkyl group or an aromatic group.
P 1 and P 2 are each independently a nonmetallic atom group necessary for forming a polymethine dye represented by P 11 of the following general formula (2-1) or P 12 of the following general formula (2-2) Indicates.
W 1 represents a counter ion as necessary to neutralize the charge. ]
[ 一般式(2−1)及び(2−2)において、Vは置換基を表す。
一般式(1)におけるP1及びP2のVのうち、いずれか1つ(Vaとする)は酸性基又は酸性基を有する基であり、該VaをP1とP2のいずれか一方のみに有す。R5’はエキソ(環外)に二重結合で原子もしくは置換基と結合するメテニル基を表す。R1、R2、R3、R4、R1’、R2’及びR3’はそれぞれ独立に、水素原子、脂肪族基、芳香族基又は炭素原子で結合するヘテロ環基を表す。Va以外のV、R1、R2、R3、R4、R1’、R2’、R3’およびR5’のうち1つ以上は、Hammett則におけるσp値が正の置換基もしくはHammett則におけるσp値が正の置換基を有する基である。
Y及びY’はそれぞれ独立に、硫黄原子、N(Rd)又はC(R6)(R6’)を表す。R6、R6’は置換基を表す。Rdはアルキル基を表す。n1及びn1’は1以上の整数を表し、n2は0以上の整数を表す。炭素−炭素二重結合は、E型又はZ型のいずれであってもよい。n1、n1’が2以上の整数のとき、複数のVは同じであっても異なってもよく、また複数のVが互いに結合して環を形成してもよい。]
[In General Formulas (2-1) and (2-2), V represents a substituent.
One of V of P 1 and P 2 in the general formula (1) (referred to as Va) is an acidic group or a group having an acidic group, and the Va is only one of P 1 and P 2. It has. R 5 ′ represents a methenyl group bonded to an atom or a substituent with a double bond to exo (extracyclic). R 1 , R 2 , R 3 , R 4 , R 1 ′ , R 2 ′ and R 3 ′ each independently represent a hydrogen atom, an aliphatic group, an aromatic group or a heterocyclic group bonded via a carbon atom. One or more of V, R 1 , R 2 , R 3 , R 4 , R 1 ′ , R 2 ′ , R 3 ′ and R 5 ′ other than Va is a substituent having a positive σp value in Hammett's rule or The σp value in the Hammett rule is a group having a positive substituent.
Y and Y ′ each independently represent a sulfur atom, N (R d ) or C (R 6 ) (R 6 ′ ). R 6 and R 6 ′ represent a substituent. R d represents an alkyl group. n1 and n1 ′ represent an integer of 1 or more, and n2 represents an integer of 0 or more. The carbon-carbon double bond may be either E-type or Z-type. When n1 and n1 ′ are integers of 2 or more, a plurality of Vs may be the same or different, and a plurality of Vs may be bonded to each other to form a ring. ]
本発明により、変換効率が高い光電変換素子及び光電気化学電池を提供することができる。また、本発明により、変換効率が高い増感色素を提供することができる。 According to the present invention, a photoelectric conversion element and a photoelectrochemical cell having high conversion efficiency can be provided. In addition, the present invention can provide a sensitizing dye having high conversion efficiency.
本発明者等は、鋭意検討を重ねた結果、酸性基又は酸性基を有する基を1つ有し、かつ酸性基又は酸性基以外の電子吸引基を1つ以上有する特定の構造のポリメチン色素が、半導体微粒子への電子注入効率を向上させ、850nmを越える波長域でも高い変換効率を得ることができ、開放電圧(Voc)やフィルファクター(FF)と光電変換効率をともに高くできることを見出した。その詳細な理由は定かではないが、ポリメチン色素に酸性基又は酸性基を有する基を1つ有することにより、分子中に結合している酸性基又は酸性基を有する基が半導体微粒子に効果的に吸着させることができ、Hammett則におけるσp値が正の原子又は基が、色素のHOMO(最高被占軌道)/LUMO(最低空軌道)の局在化を促進するためと考えられる。以下、本発明の好ましい実施形態について説明する。 As a result of extensive studies, the present inventors have found that a polymethine dye having a specific structure having one acidic group or one group having an acidic group and one or more electron withdrawing groups other than the acidic group or acidic group. The inventors have found that the efficiency of electron injection into semiconductor fine particles can be improved, a high conversion efficiency can be obtained even in a wavelength region exceeding 850 nm, and the open-circuit voltage (Voc), fill factor (FF), and photoelectric conversion efficiency can both be increased. Although the detailed reason is not certain, by having one acidic group or a group having an acidic group in the polymethine dye, the acidic group or the group having an acidic group bonded to the molecule is effectively applied to the semiconductor fine particles. An atom or group that can be adsorbed and has a positive σp value in Hammett's rule is considered to promote localization of HOMO (highest occupied orbital) / LUMO (lowest empty orbit) of the dye. Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described.
本発明の光電変換素子の好ましい実施態様を、図面を参照して説明する。図1に示すように、光電変換素子10は、導電性支持体1、導電性支持体1上にその順序で配された、感光体層2、電荷移動体層3、及び対極4からなる。前記導電性支持体1と感光体2とにより受光電極5を構成している。その感光体2は半導体微粒子22と色素(増感色素)21とを有しており、色素21はその少なくとも一部において半導体微粒子22に吸着している(色素は吸着平衡状態になっており、一部電荷移動体層に存在していてもよい。)。感光体が形成された導電性支持体1は光電変換素子10において作用電極として機能する。この光電変換素子10を外部回路6で仕事をさせるようにして、光電気化学電池100として作動させることができる。
A preferred embodiment of the photoelectric conversion element of the present invention will be described with reference to the drawings. As shown in FIG. 1, the photoelectric conversion element 10 includes a conductive support 1, a photosensitive layer 2, a charge transfer layer 3, and a counter electrode 4 arranged in that order on the conductive support 1. The conductive support 1 and the photoreceptor 2 constitute a light receiving electrode 5. The photoreceptor 2 has semiconductor
受光電極5は、導電性支持体1および導電性支持体上に塗設される色素21の吸着した半導体微粒子22を含む感光体層(半導体膜)2よりなる電極である。感光体層2に入射した光は色素を励起する。励起色素はエネルギーの高い電子を有している。そこでこの電子が色素21から半導体微粒子22の伝導帯に渡され、さらに拡散によって導電性支持体1に到達する。このとき色素21の分子は酸化体となっている。電極上の電子が外部回路で仕事をしながら、励起されて酸化された色素は電解質中の還元剤(例えば、I−)から電子を受け取り、基底状態の色素に戻ることにより、光電気化学電池として作用する。この際、受光電極5はこの電池の負極として働く。
The light-receiving electrode 5 is an electrode composed of a conductive support 1 and a photosensitive layer (semiconductor film) 2 including semiconductor
増感色素の増感域の長波長化を実現するためには、色素のHOMO/LUMOギャップを小さくする必要がある。そこで、色素のHOMOのエネルギー準位を上げ、必要に応じてLUMOを下げることが考えられる。HOMOのエネルギー準位を上げることにより、色素のHOMOのエネルギー準位と電解液中の還元剤(例えば、I−)のエネルギー準位との差が小さくなるため、還元剤による酸化された色素の還元速度が遅くなる。また、色素のLUMOのエネルギー準位を下げると、半導体微粒子(例えば、酸化チタン)の導電帯のエネルギー準位との差が小さくなるため、電子注入効率が低下し、短絡電流やフィルファクターが小さくなり、光電変換効率を高くすることは困難である。
一方、半導体微粒子の導電帯のエネルギー準位を下げて電子注入効率を上げることが考えられる。この方法では、短絡電流を大きくすることはできるが、開放電圧は小さくなる。
これに対して、本発明は、例えば、850nmを越える波長域においても光を吸収し、従来の長波長化色素と比較して、開放電圧(Voc)やフィルファクター(FF)が高く、光電変換効率が高いという優れた効果を奏するものである。
In order to realize a longer wavelength in the sensitizing region of the sensitizing dye, it is necessary to reduce the HOMO / LUMO gap of the dye. Therefore, it is conceivable to increase the energy level of the HOMO of the dye and lower the LUMO as necessary. By increasing the energy level of the HOMO, the difference between the energy level of the HOMO of the dye and the energy level of the reducing agent (for example, I − ) in the electrolyte is reduced. Reduction rate is slow. In addition, when the LUMO energy level of the dye is lowered, the difference from the energy level of the conductive band of the semiconductor fine particles (for example, titanium oxide) is reduced, so that the electron injection efficiency is lowered, and the short-circuit current and the fill factor are reduced. Therefore, it is difficult to increase the photoelectric conversion efficiency.
On the other hand, it is conceivable to increase the electron injection efficiency by lowering the energy level of the conduction band of the semiconductor fine particles. In this method, the short circuit current can be increased, but the open circuit voltage is decreased.
In contrast, the present invention, for example, absorbs light even in a wavelength region exceeding 850 nm, and has a higher open-circuit voltage (Voc) and fill factor (FF) compared to conventional long-wavelength dyes. It has an excellent effect of high efficiency.
本実施形態の光電変換素子は、導電性支持体上に後述の色素が吸着された多孔質半導体微粒子の層を有する感光体を有する。このとき色素において一部電解質中に解離したもの等があってもよい。感光体は目的に応じて設計され、単層構成でも多層構成でもよい。本実施形態の光電変換素子の感光体には、特定の複合増感色素が吸着した半導体微粒子を含み、感度が高く、光電気化学電池として使用する場合に、高い変換効率を得ることができる。 The photoelectric conversion element of this embodiment has a photoreceptor having a layer of porous semiconductor fine particles on which an after-mentioned dye is adsorbed on a conductive support. At this time, a part of the dye dissociated in the electrolyte may be present. The photoreceptor is designed according to the purpose, and may have a single layer structure or a multilayer structure. The photoreceptor of the photoelectric conversion element of the present embodiment contains semiconductor fine particles adsorbed with a specific composite sensitizing dye, has high sensitivity, and can be used as a photoelectrochemical cell, and high conversion efficiency can be obtained.
(A)色素
(A1)一般式(1)で表される化合物からなる色素
本発明の光電変換素子においては、少なくとも下記一般式(1)で表される化合物からなる色素が使用される。一般式(1)の色素は、共鳴構造式の1つが一般式(1)で表されるものも含まれる。
(A) Dye (A1) Dye made of compound represented by general formula (1) In the photoelectric conversion device of the present invention, a dye made of a compound represented by at least the following general formula (1) is used. The dye of the general formula (1) includes one in which one of the resonance structural formulas is represented by the general formula (1).
一般式(1)中、Qはベンゼン環基又はナフタレン環基を表す。X1、X2は、それぞれ独立に、硫黄原子、酸素原子又はC(Ra)Rbを表す。X1、X2は好ましくは、硫黄原子またはC(Ra)Rbであり、最も好ましくはC(Ra)Rbである。ここでRa及びRbは、それぞれ独立に水素原子、脂肪族基、芳香族基(例えば、後述の一般式(5)におけるR53、R54で例示するアリール基が挙げられる)、又は炭素原子で結合するヘテロ環基(例えば、後述の一般式(5)におけるR53、R54で例示するヘテロ環基のヘテロ環が挙げられる)を表す。Ra、Rbは、好ましくは、脂肪族基、芳香族基であり、より好ましくは脂肪族基(例えばメチル、エチル、n−ブチル、n−ヘキシル、イソブチル、sec−ブチル、t−ブチル、n−ドデシル、シクロヘキシル、ベンジル等)であり、さらに好ましくはアルキル基又はシクロアルキル基であり、特に好ましくはアルキル基である。
なお、Qに結合する位置関係は、立体構造を図示するものでなく、Qへの結合が、N(R’)の位置にX2が結合し、かつX2の位置にN(R’)が結合するものも含む。
In general formula (1), Q represents a benzene ring group or a naphthalene ring group. X 1 and X 2 each independently represents a sulfur atom, an oxygen atom or C (R a ) R b . X 1 and X 2 are preferably a sulfur atom or C (R a ) R b , and most preferably C (R a ) R b . Here, R a and R b are each independently a hydrogen atom, an aliphatic group, an aromatic group (for example, an aryl group exemplified by R 53 and R 54 in the general formula (5) described later), or carbon The heterocyclic group couple | bonded with an atom (For example, the heterocyclic ring of the heterocyclic group illustrated by R < 53> , R <54 > in General formula (5) mentioned later is mentioned) is represented. R a and R b are preferably an aliphatic group or an aromatic group, more preferably an aliphatic group (for example, methyl, ethyl, n-butyl, n-hexyl, isobutyl, sec-butyl, t-butyl, n-dodecyl, cyclohexyl, benzyl, etc.), more preferably an alkyl group or a cycloalkyl group, and particularly preferably an alkyl group.
The positional relationship of binding to Q is not intended to illustrate the three-dimensional structure, binding to Q is, N (R ') X 2 is bonded to either position, and N (R a position of X 2') Including those bound by
R、R’は、それぞれ独立に、アルキル基又は芳香族基を表す。これらは置換されていてもよい。芳香族基の炭素原子数は、好ましくは5〜16、さらに好ましくは5又は6である。アルキル基の炭素原子数は、好ましくは1〜18、さらに好ましくは1〜12である。無置換のアルキル基、芳香族基としては、例えば、メチル、エチル、n−プロピル、n−ブチル、シクロヘキシル、フェニル、ナフチル等が挙げられる。
R、R’は好ましくはアルキル基である。
R and R ′ each independently represents an alkyl group or an aromatic group. These may be substituted. The number of carbon atoms of the aromatic group is preferably 5 to 16, more preferably 5 or 6. The number of carbon atoms of the alkyl group is preferably 1-18, more preferably 1-12. Examples of the unsubstituted alkyl group and aromatic group include methyl, ethyl, n-propyl, n-butyl, cyclohexyl, phenyl, naphthyl, and the like.
R and R ′ are preferably alkyl groups.
前記一般式(1)において、P1及びP2はそれぞれ独立に、下記一般式(2−1)のP11又は下記一般式(2−2)のP12で表されるポリメチン色素を形成するのに必要な非金属原子群を示す。W1は電荷を中和させるのに必要な場合の対イオンを表す。 In the general formula (1), P 1 and P 2 each independently form a polymethine dye represented by P 11 in the following general formula (2-1) or P 12 in the following general formula (2-2). The non-metallic atomic group necessary for this is shown. W 1 represents a counter ion as necessary to neutralize the charge.
一般式(2−1)及び(2−2)において、Vは置換基を表す。Vにおける置換基は、後述の一般式(5)におけるR51〜R54で例示する置換基などが挙げられる。
一般式(1)におけるP1及びP2のVのうち、いずれか1つ(Vaとする)は酸性基又は酸性基を有する基であり、該VaをP1とP2のいずれか一方のみに有す。R5’はエキソ(環外)に二重結合で原子もしくは置換基と結合するメテニル基を表す。R1、R2、R3、R4、R1’、R2’及びR3’はそれぞれ独立に、水素原子、脂肪族基、芳香族基又は炭素原子で結合するヘテロ環基を表す。これらのうち、脂肪族基、芳香族基又は炭素原子で結合するヘテロ環基の具体的例示は、Ra及びRbで挙げた脂肪族基、芳香族基又は炭素原子で結合するヘテロ環基で挙げたものが挙げられる。
Va以外のV、R1、R2、R3、R4、R1’、R2’、R3’およびR5’のうち1つ以上は、Hammett則におけるσp値が正の置換基もしくはHammett則におけるσp値が正の置換基を有する基である。ここで、R5’がHammett則におけるσp値が正の置換基もしくはHammett則におけるσp値が正の置換基を有する基である場合、好ましくは、エキソ(環外)に二重結合で原子もしくは置換基と結合するメテニル基の場合のエキソ(環外)の二重結合に結合する原子が酸素原子ではなく、酸素原子以外の置換基の置換基、例えば、後述する=N、=Cの窒素原子や炭素原子に置換する置換基のσp値をカウントすることが好ましい。
n2は0以上の整数を表すが、0又は1であることが好ましい。
ここで、前記酸性基又は酸性基を有する基(Va)とHammett則におけるσp値が正の原子又は基が結合しているポリメチン色素を形成するのに必要な非金属原子群が、P11及びP12の一方であることが好ましく、この場合、これらの基を有さないP11及びP12はVが少なくとも一つの電子供与性基を有することが好ましい。このような電子供与性基としては、アルコキシ基、アミノ基、アルキルアミノ基、アリールアミノ基、これらが置換したフェニル基が好ましい。
In general formulas (2-1) and (2-2), V represents a substituent. Examples of the substituent in V include substituents exemplified by R 51 to R 54 in the general formula (5) described later.
One of V of P 1 and P 2 in the general formula (1) (referred to as Va) is an acidic group or a group having an acidic group, and the Va is only one of P 1 and P 2. It has. R 5 ′ represents a methenyl group bonded to an atom or a substituent with a double bond to exo (extracyclic). R 1 , R 2 , R 3 , R 4 , R 1 ′ , R 2 ′ and R 3 ′ each independently represent a hydrogen atom, an aliphatic group, an aromatic group or a heterocyclic group bonded via a carbon atom. Of these, specific examples of the aliphatic group, the aromatic group or the heterocyclic group bonded with a carbon atom include the aliphatic group, the aromatic group or the heterocyclic group bonded with a carbon atom mentioned in R a and R b. The ones mentioned above are mentioned.
One or more of V, R 1 , R 2 , R 3 , R 4 , R 1 ′ , R 2 ′ , R 3 ′ and R 5 ′ other than Va is a substituent having a positive σp value in Hammett's rule or The σp value in the Hammett rule is a group having a positive substituent. Here, when R 5 ′ is a substituent having a positive σp value in Hammett's rule or a group having a positive σp value in Hammett's rule, preferably an atom or a double bond on exo (extracyclic) In the case of a methenyl group bonded to a substituent, the atom bonded to the exo (extracyclic) double bond is not an oxygen atom, but a substituent of a substituent other than an oxygen atom, for example, a nitrogen atom of = N or = C described later It is preferable to count the σp value of a substituent substituted with an atom or a carbon atom.
n2 represents an integer of 0 or more, and is preferably 0 or 1.
Here, the nonmetallic atom group necessary for forming a polymethine dye in which the acidic group or the group (Va) having an acidic group and an atom or group having a positive σp value in Hammett's rule is bonded is P 11 and while it is preferably of P 12, in this case, P 11 and P 12 does not have these groups it is preferred that V has at least one electron donating group. As such an electron donating group, an alkoxy group, an amino group, an alkylamino group, an arylamino group, and a phenyl group substituted by these are preferable.
ここで酸性基とは、解離性のプロトンを有する置換基であり、例えば、カルボキシル基、ホスホニル基、ホスホリル基、スルホ基、ホウ酸基などを有する基が挙げられ、好ましくはカルボキシル基を有する基である。また酸性基はプロトンを放出して解離した形を採っていてもよく、塩であってもよい。Vはベンゼン環に直接上記の酸性基が結合していてもよく、連結基を介して酸性基が結合していてもよい。酸性基としては、5−カルボキシル基、5−スルホン酸基、5−ホスホニル基若しくは5−ホスホリル基又はこれらの塩のいずれかであることが好ましい。酸性基を有する基としては、連結基を介して上記の酸性基が結合した基であればよく、例えば、カルボキシビニレン基、ジカルボキシビニレン基、シアノカルボキシビニレン基、カルボキシフェニル基などを好ましいものとして挙げることができる。なお、位置番号(例えば5−カルボキシル基の場合の5)は、本明細書ににおいては、N(R1)やN(R1’)を1とし、YやY’を3とするように、反時計回りに付与するものとする。
例えば、一般式(2−1)では以下の位置番号となる。
Here, the acidic group is a substituent having a dissociative proton, and examples thereof include groups having a carboxyl group, a phosphonyl group, a phosphoryl group, a sulfo group, a boric acid group, and the like, and preferably a group having a carboxyl group. It is. Further, the acidic group may take a form of releasing a proton and dissociating, or may be a salt. In V, the above acidic group may be bonded directly to the benzene ring, or the acidic group may be bonded via a linking group. The acidic group is preferably a 5-carboxyl group, a 5-sulfonic acid group, a 5-phosphonyl group, a 5-phosphoryl group, or a salt thereof. The group having an acidic group may be a group in which the above acidic group is bonded via a linking group. Can be mentioned. In this specification, the position number (for example, 5 in the case of a 5-carboxyl group) is such that N (R 1 ) or N (R 1 ′) is 1 and Y or Y ′ is 3. Suppose that it is given counterclockwise.
For example, in the general formula (2-1), the position numbers are as follows.
一般式(1)におけるP1及びP2のVのうち、上記のVa以外のV、R1、R2、R3、R4、R1’、R2’、R3’およびR5’のうち1つ以上は、Hammett則におけるσp値が正である。
ここでHammett則における置換基定数σp値について説明する。Hammett則は、ベンゼン誘導体の反応または平衡に及ぼす置換基の影響を定量的に論ずるために1935年L.P.ハメットにより提唱された経験則であるが、これは今日広く妥当性が認められている。ハメット則に求められた置換基定数にはσp値とσm値があり、これらの値は多くの一般的な成書に見出すことができる。例えば、J.A.Dean編,「Lange’s Handbook of Chemistry」第12版,1979年(McGraw−Hill)や「化学の領域」増刊,122号,96〜103頁,1979年(南光堂)、Chem.Rev.,1991年,91巻,165〜195ページなどに詳しい。
置換基定数σp値が正のものとしては、ハロゲン原子、ニトロ基、シアノ基、スルホ基、カルボキシル基、ホルミル基、アシル基、カルバモイル基、スルファモイル基、メルカプト基、アルキルもしくはアリールスルホニル基、アルキルもしくはアリールスルフィニル基、アルキルオキシカルボニル基、アリールオキシカルボニル基、パーフルオロアルキル基、ヘテロ環基(例えば、ヘテロ環がピリジン環、ピリミジン環で、2−ピリミジニル基、4―ピリミジニル基、5−ピリミジニル基、2−チエニル基、2−ピリジル基、3−ピリジニル基、4−ピリジニル基)、電子吸引性基が置換したフェニル基(電子吸引性基としては上記置換基定数σpが正の基として挙げた基で、特にカルボキシル基が好ましく、3−カルボキシルフェニル基又は4−カルボキシルフェニル基)等が挙げられる。
Among V of P 1 and P 2 in the general formula (1), V other than Va, R 1 , R 2 , R 3 , R 4 , R 1 ′ , R 2 ′ , R 3 ′ and R 5 ′ One or more of them have a positive σp value in Hammett's rule.
Here, the substituent constant σp value in Hammett's rule will be described. Hammett's rule is described in 1935 by L.L. in order to quantitatively discuss the effect of substituents on the reaction or equilibrium of benzene derivatives. P. This is a rule of thumb advocated by Hammett, which is widely accepted today. Substituent constants determined by Hammett's rule include σp value and σm value, and these values can be found in many general books. For example, J. et al. A. Dean, “Lange's Handbook of Chemistry”, 12th edition, 1979 (McGraw-Hill) and “Areas of Chemistry”, No. 122, 96-103, 1979 (Nankodo), Chem. Rev. 1991, 91, 165-195.
As the positive substituent constant σp value, halogen atom, nitro group, cyano group, sulfo group, carboxyl group, formyl group, acyl group, carbamoyl group, sulfamoyl group, mercapto group, alkyl or arylsulfonyl group, alkyl or An arylsulfinyl group, an alkyloxycarbonyl group, an aryloxycarbonyl group, a perfluoroalkyl group, a heterocyclic group (for example, a heterocyclic ring is a pyridine ring, a pyrimidine ring, a 2-pyrimidinyl group, a 4-pyrimidinyl group, a 5-pyrimidinyl group, 2-thienyl group, 2-pyridyl group, 3-pyridinyl group, 4-pyridinyl group), phenyl group substituted by electron withdrawing group And particularly preferably a carboxyl group, a 3-carboxylphenyl group or Is 4-carboxylphenyl group).
一般式(1)におけるP1及びP2のVのうち、いずれか1つ(Va)が酸性基又は酸性基を有する基であり、該VaをP1とP2のいずれか一方のみに有し、かつVa以外のV、R1、R2、R3、R4、R1’、R2’、R3’およびR5’のうち1つ以上が、Hammett則におけるσp値が正のものが結合した色素を増感色素として使用することにより、光が照射された場合に励起状態の増感色素が吸着された半導体微粒子層に電子が存在する確率を高くすることができる。これにより、長波長の光を効率よく吸収できるだけでなく、半導体微粒子層への電子注入効率を向上させ、高い開放電圧(Voc)とフィルファクター(FF)を実現することができる。
また、P1、P2がいずれも一般式(2−2)である場合、P1、P2のR5’が異なったものが好ましい。
Among V of P 1 and P 2 in the general formula (1), any one (Va) is an acidic group or a group having an acidic group, and the Va is present only in one of P 1 and P 2. And at least one of V, R 1 , R 2 , R 3 , R 4 , R 1 ′ , R 2 ′ , R 3 ′ and R 5 ′ other than Va has a positive σp value in Hammett's rule By using a dye to which an object is bonded as a sensitizing dye, it is possible to increase the probability that electrons are present in the semiconductor fine particle layer on which the excited sensitizing dye is adsorbed when irradiated with light. Thereby, not only can light of a long wavelength be efficiently absorbed, but also the efficiency of electron injection into the semiconductor fine particle layer can be improved, and a high open circuit voltage (Voc) and fill factor (FF) can be realized.
Moreover, when both P 1 and P 2 are the general formula (2-2), those in which R 5 ′ of P 1 and P 2 are different are preferable.
この機構については定かではないが、一般式(1)で表される色素においては、その分子中に結合している酸性基又は酸性基を有する基が半導体微粒子に吸着するとともに、Hammett則におけるσp値が正の原子又は基が、色素のHOMO/LUMOの局在化を促進するためと考えられる。一般式(1)で表される色素を用いることにより、開放電圧(Voc)とフィルファクター(FF)を向上させるのは、色素の基底状態におけるドナー部位とアクセプター部位を分子内で分離して、色素に大きな双極子モーメントをもたせることにより、基底状態と励起状態との極性変化を小さくでき、電解液中における再配向エネルギーを下げて電子移動を抑制させやすいためと推測される。 Although this mechanism is not clear, in the dye represented by the general formula (1), an acidic group or a group having an acidic group bonded to the molecule is adsorbed on the semiconductor fine particles, and σp in the Hammett rule It is thought that the atom or group having a positive value promotes HOMO / LUMO localization of the dye. By using the dye represented by the general formula (1), the open circuit voltage (Voc) and the fill factor (FF) are improved by separating the donor site and the acceptor site in the ground state of the dye in the molecule. It is presumed that by giving a large dipole moment to the dye, the change in polarity between the ground state and the excited state can be reduced, and the reorientation energy in the electrolyte is lowered to easily suppress the electron transfer.
前記酸性基又は酸性基を有する基(Va)とHammett則におけるσp値が正の原子又は基が結合しているポリメチン色素を形成するのに必要な非金属原子群が、P11及びP12のうち一方であることが好ましい。これらの基又は原子をP11及びP12の一方とすることにより、半導体微粒子層からの逆電子移動を起こりにくくし、色素同士の配列を制御して半導体微粒子層の表面被覆率を向上させ、酸化還元対が半導体微粒子層に接近するのを抑制し、開放電圧(Voc)とフィルファクター(FF)を向上させることができる。 A group of non-metallic atoms necessary to form a polymethine dye in which the acid group or the group (Va) having an acid group and an atom having a positive σp value in Hammett's rule or a group is bonded is represented by P 11 and P 12 . One of them is preferable. By making these groups or atoms one of P 11 and P 12 , reverse electron transfer from the semiconductor fine particle layer hardly occurs, the arrangement of the dyes is controlled to improve the surface coverage of the semiconductor fine particle layer, The redox couple can be prevented from approaching the semiconductor fine particle layer, and the open circuit voltage (Voc) and the fill factor (FF) can be improved.
R5’は、エキソ(環外)に二重結合で原子もしくは置換基と結合するメテニル基を表し、>C=R51’で表される。ここで、>Cは4員環上の炭素原子であり、R51’は、酸素原子またはN(Rc)又は、2つの置換基を有する炭素原子を表し、Rcは水素原子又は置換基を表す。R51’は、酸素原子または2つの置換基を有する炭素原子である事が好ましく、酸素原子またはそれぞれの置換基のHammett則におけるσpの和が正である2つの置換基を有する炭素原子が好ましい。ここで炭素原子に置換する好ましい置換基としては、前述の置換基定数σp値が正のものとして挙げた基が挙げられる。また、2つの置換基を有する炭素原子の場合、これらの2つの置換基が互いに結合して環を形成してもよい。
R51’がN(Rc)の場合、Rcにおける置換基は、後述の一般式(5)におけるR53、R54で例示する置換基が挙げられる。Rcとして水素原子、脂肪族基、芳香族基、エステル基(アルコキシカルボニル基、アリールオキシカルボニル基など)からなる置換基群が好ましく、以下のものを挙げることができる。例えば水素原子、メチル、エチル、n−ブチル、n−ヘキシル、イゾブチル、sec−ブチル、t−ブチル、n−ドデシル、シクロヘキシル、ベンジルまたは、フェニル、トリル、ナフチル、アントラニル、チエニル、フラニル、エトキシカルボニルが挙げられる。R5’のメテニル基のエキソ二重結合部分が酸素原子である(カルボニル基)ことが好ましい。これにより、安価・容易に合成する事が可能となる。
R 5 ′ represents a methenyl group bonded to an atom or a substituent with a double bond to exo (extracyclic), and is represented by> C═R 51 ′ . Here,> C is a carbon atom on a 4-membered ring, R 51 ′ represents an oxygen atom or N (R c ) or a carbon atom having two substituents, and R c is a hydrogen atom or a substituent. Represents. R 51 ′ is preferably an oxygen atom or a carbon atom having two substituents, and is preferably a carbon atom having two substituents whose sum of σp in the Hammett rule of each oxygen atom or each substituent is positive. . Preferred examples of the substituent that substitutes for a carbon atom include the groups listed as those having the above-described substituent constant σp value positive. In the case of a carbon atom having two substituents, these two substituents may be bonded to each other to form a ring.
When R 51 ′ is N (R c ), examples of the substituent in R c include the substituents exemplified by R 53 and R 54 in the general formula (5) described later. R c is preferably a substituent group consisting of a hydrogen atom, an aliphatic group, an aromatic group, and an ester group (alkoxycarbonyl group, aryloxycarbonyl group, etc.), and the following can be mentioned. For example, a hydrogen atom, methyl, ethyl, n-butyl, n-hexyl, izobutyl, sec-butyl, t-butyl, n-dodecyl, cyclohexyl, benzyl or phenyl, tolyl, naphthyl, anthranyl, thienyl, furanyl, ethoxycarbonyl Can be mentioned. The exo double bond portion of the methenyl group of R 5 ′ is preferably an oxygen atom (carbonyl group). Thereby, it becomes possible to synthesize it cheaply and easily.
R5’のメテニル基のエキソ二重結合部分が下記一般式(3−1)又は(3−2)で表されることが好ましい。一般式(3−2)において、R7は水素原子又はアルキル基を表す。炭素−炭素二重結合は、E型又はZ型のいずれであってもよい。アルキル基としては、炭素数は1〜6が好ましく、メチル、エチル、n−ブチル、n−ヘキシル、イソプロピル、t−ブチルが挙げられ、より好ましくは、メチル、n−ブチル、イソプロピルを挙げることができる。これにより、必要以上の共役のねじれを回避する事が出来る。 It is preferable that the exo double bond part of the methenyl group of R 5 ′ is represented by the following general formula (3-1) or (3-2). In General Formula (3-2), R 7 represents a hydrogen atom or an alkyl group. The carbon-carbon double bond may be either E-type or Z-type. The alkyl group preferably has 1 to 6 carbon atoms, and examples thereof include methyl, ethyl, n-butyl, n-hexyl, isopropyl, and t-butyl, and more preferably methyl, n-butyl, and isopropyl. it can. Thereby, the twist of the conjugate more than necessary can be avoided.
Y及びY’はそれぞれ独立に、硫黄原子、N(Rd)又はC(R6)(R6’)を表す。R6、R6’は置換基を表す。Rdはアルキル基を表し、炭素数1〜12のアルキル基が好ましく、炭素数1〜6のアルキル基がより好ましく、炭素数1〜4のアルキル基がさらに好ましく、メチル基が特に好ましい。R6及びR6’はそれぞれ独立に置換基を表し、R6、R6’の好ましい例は、脂肪族基(好ましくは炭素数1〜12のもの、例えばメチル、エチル、n−ブチル、n−ヘキシル、イソブチル、sec−ブチル、t−ブチル、n−ドデシル、シクロヘキシル、ベンジル等)又は芳香族基(好ましくは炭素数4〜14のもの、例えばフェニル、トリル、ナフチル等)である。R6、R6’は、より好ましくは、脂肪族基(好ましくは炭素数1〜12のもの、例えばメチル、エチル、n−ブチル、n−ヘキシル、イソブチル、sec−ブチル、t−ブチル、n−ドデシル、シクロヘキシル、ベンジル等)である。
n1及びn1’は1以上の整数を表し、n2は0以上の整数を表す。炭素−炭素二重結合は、E型又はZ型のいずれであってもよい。n1、n1’が2以上の整数のとき、複数のVは同じであっても異なってもよく、また複数のVが互いに結合して環を形成してもよい。ここで、複数のVが互いに結合して環を形成する場合、該環としては脂環、芳香環、ヘテロ環のいずれでもよいが、芳香環、特にベンゼン環が好ましい。
ここで、一般式(1)、一般式(2−1)、一般式(2−2)の各基で規定される「置換基」は、後述の一般式(5)のR51〜R54で説明する置換基の具体的な基や、ヒドロキシル基、メルカプト基、スルファモイル基が挙げられる。
Y and Y ′ each independently represent a sulfur atom, N (R d ) or C (R 6 ) (R 6 ′ ). R 6 and R 6 ′ represent a substituent. R d represents an alkyl group, preferably an alkyl group having 1 to 12 carbon atoms, more preferably an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms, still more preferably an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms, and particularly preferably a methyl group. R 6 and R 6 ′ each independently represent a substituent, and preferred examples of R 6 and R 6 ′ are aliphatic groups (preferably those having 1 to 12 carbon atoms such as methyl, ethyl, n-butyl, n -Hexyl, isobutyl, sec-butyl, t-butyl, n-dodecyl, cyclohexyl, benzyl, etc.) or an aromatic group (preferably having 4 to 14 carbon atoms, such as phenyl, tolyl, naphthyl, etc.). R 6 and R 6 ′ are more preferably an aliphatic group (preferably having 1 to 12 carbon atoms such as methyl, ethyl, n-butyl, n-hexyl, isobutyl, sec-butyl, t-butyl, n -Dodecyl, cyclohexyl, benzyl, etc.).
n1 and n1 ′ represent an integer of 1 or more, and n2 represents an integer of 0 or more. The carbon-carbon double bond may be either E-type or Z-type. When n1 and n1 ′ are integers of 2 or more, a plurality of Vs may be the same or different, and a plurality of Vs may be bonded to each other to form a ring. Here, when a plurality of V are bonded to each other to form a ring, the ring may be an alicyclic ring, an aromatic ring, or a heterocyclic ring, but an aromatic ring, particularly a benzene ring is preferable.
Here, the “substituent” defined by each group of the general formula (1), the general formula (2-1), and the general formula (2-2) is R 51 to R 54 in the general formula (5) described later. Specific examples of the substituent described in the above, a hydroxyl group, a mercapto group, and a sulfamoyl group.
一般式(1)において、W1は電荷を中和させるのに対イオンが必要な場合の対イオンを表す。一般に、色素が陽イオン、陰イオンであるか、あるいは正味のイオン電荷を持つかどうかは、色素中の助色団及び置換基に依存する。一般式(1)の構造を有する色素が解離性の置換基を有する場合、解離して負電荷を有していてもよい。この場合、分子全体の電荷はW1によって中和される。
W1が陽イオンの場合、例えば、無機若しくは有機のアンモニウムイオン(例えばテトラアルキルアンモニウムイオン、ピリジニウムイオン)又はアルカリ金属イオンである。W1が陰イオンの場合、無機陰イオン又は有機陰イオンのいずれであってもよい。例えば、ハロゲン陰イオン、(例えば、フッ化物イオン、塩化物イオン、臭化物イオン、ヨウ化物イオン)、置換アリールスルホン酸イオン(例えば、p−トルエンスルホン酸イオン、p−クロロベンゼンスルホン酸イオン)、アリールジスルホン酸イオン(例えば、1,3−ベンゼンジスルホン酸イオン、1,5−ナフタレンジスルホン酸イオン、2,6−ナフタレンジスルホン酸イオン)、アルキル硫酸イオン(例えば、メチル硫酸イオン)、硫酸イオン、チオシアン酸イオン、過塩素酸イオン、テトラフルオロホウ酸イオン、ピクリン酸イオン、酢酸イオン、トリフルオロメタンスルホン酸イオンなどが挙げられる。さらに電荷均衡対イオンとしてイオン性ポリマーあるいは、色素と逆電荷を有する他の色素を用いてもよいし、金属錯イオン(例えば、ビスベンゼン−1,2−ジチオラトニッケル(III))でもよい。
In the general formula (1), W 1 represents a counter ion when a counter ion is necessary to neutralize the charge. Generally, whether a dye is a cation, an anion, or has a net ionic charge depends on the auxiliary color groups and substituents in the dye. When the dye having the structure of the general formula (1) has a dissociable substituent, it may be dissociated and have a negative charge. In this case, the charge of the whole molecule is neutralized by W 1.
When W 1 is a cation, for example, it is an inorganic or organic ammonium ion (for example, a tetraalkylammonium ion or a pyridinium ion) or an alkali metal ion. When W 1 is an anion, either an inorganic anion or an organic anion may be used. For example, halogen anion (for example, fluoride ion, chloride ion, bromide ion, iodide ion), substituted aryl sulfonate ion (for example, p-toluene sulfonate ion, p-chlorobenzene sulfonate ion), aryl disulfone Acid ion (for example, 1,3-benzenedisulfonic acid ion, 1,5-naphthalenedisulfonic acid ion, 2,6-naphthalenedisulfonic acid ion), alkyl sulfate ion (for example, methyl sulfate ion), sulfate ion, thiocyanate ion Perchlorate ion, tetrafluoroborate ion, picrate ion, acetate ion, trifluoromethanesulfonate ion and the like. Furthermore, an ionic polymer or another dye having a charge opposite to that of the dye may be used as the charge balance counter ion, or a metal complex ion (for example, bisbenzene-1,2-dithiolatonickel (III)) may be used.
一般式(1)で表される本発明の色素は、エタノール溶液における極大吸収波長が、好ましくは500〜1300nmの範囲であり、より好ましくは600〜1100nmの範囲である。 The maximum absorption wavelength in the ethanol solution of the dye of the present invention represented by the general formula (1) is preferably in the range of 500 to 1300 nm, more preferably in the range of 600 to 1100 nm.
以下に本発明の一般式(1)で表される色素の好ましい具体例を示すが、本発明がこれに限定されるものではない。 Although the preferable specific example of the pigment | dye represented by General formula (1) of this invention below is shown, this invention is not limited to this.
以上、「T−数字」で表される骨格にそれに続くアルファベットで表される置換基を有する化合物を例示する。(V1’が窒素上に置換基を有する時は、アルファベットは大文字で表し、それ以外は小文字で表す。V1’の置換基を有する時はそのアルファベットに『’』、『”』、『’”』を付し、それぞれ対応する置換基を表す。具体的には、『’』のV1’は−CH2COC6H5、『”』のV1’は−CH2C6H4−4−CO2H、『’”』のV1’は−CH2C6H4−3−CO2Hである。)
なお、表1〜4の基本構造は下記の通りである。
表1 基本構造T−1〜11、T−23〜33、T−45〜55
表2 基本構造T−12〜22、T−34〜44、T−56〜66
表3 基本構造T−67〜77、T−89〜99
表4 基本構造T−78〜88、T100〜110
As mentioned above, the compound which has the substituent represented by the alphabet followed by the skeleton represented by "T-number" is illustrated. (When V 1 ′ has a substituent on the nitrogen, the alphabet is capitalized, otherwise it is represented by a lower case letter. When V 1 ′ has a substituent, the alphabet has “′”, “” ”,“ “” ”Is attached to each of the corresponding substituents. Specifically, V 1 ′ of“ ′ ”is —CH 2 COC 6 H 5 , and V 1 ′ of“ ”” is —CH 2 C 6 H. 4 -4-CO 2 H, "'""ofV1' is -CH 2 C 6 H 4 -3- CO 2 H.)
The basic structures in Tables 1 to 4 are as follows.
Table 1 Basic structures T-1 to 11, T-23 to 33, T-45 to 55
Table 2 Basic structures T-12 to 22, T-34 to 44, T-56 to 66
Table 3 Basic structures T-67 to 77, T-89 to 99
Table 4 Basic structures T-78 to 88, T100 to 110
一般式(1)で表される化合物からなる色素の合成は、Ukrainskii Khimicheskii Zhurnal,第40巻(3号),253〜258頁、Dyes and Pigments,第21巻,227〜234頁及びこれらの文献中に引用された文献の記載等を参考にして行うことができる。
例えば、前記例示色素T−4−I”は、以下のスキームにより得ることができる。他の色素も同様の方法で得ることができる。
Synthesis of a dye comprising the compound represented by the general formula (1) is described in Ukrainski Kimicheskii Zhurnal, Vol. 40 (No. 3), pages 253 to 258, Dies and Pigments, Vol. 21, pages 227 to 234 and these documents. This can be done with reference to the description of the documents cited in the document.
For example, the exemplified dye T-4-I ″ can be obtained by the following scheme. Other dyes can be obtained by the same method.
(A2)一般式(4)で表される化合物からなる色素
本発明の光電変換素子及び光電気化学電池においては、さらに下記一般式(4)で表される化合物からなる色素を含むことが好ましい。
Mz(LL1)m1(LL2)m2(X)m3・CI 一般式(4)
一般式(4)で表される化合物からなる色素は、金属原子に、配位子LL1及び/又は配位子LL2と、場合により特定の官能基Xが配位しており、必要な場合はCIにより電気的に中性に保たれている。
(A2−1)金属原子Mz
MzはRu、Os、Zn又はCuを表し、好ましくはRuである。
(A2) Dye composed of a compound represented by the general formula (4) In the photoelectric conversion element and the photoelectrochemical battery of the present invention, it is preferable to further include a dye composed of a compound represented by the following general formula (4). .
Mz (LL 1 ) m1 (LL 2 ) m2 (X) m3 · CI General formula (4)
The dye composed of the compound represented by the general formula (4) has a ligand LL 1 and / or a ligand LL 2 and, optionally, a specific functional group X coordinated to a metal atom. In some cases, it is kept electrically neutral by CI.
(A2-1) Metal atom Mz
Mz represents R u, Os, Zn or Cu, good Mashiku is Ru.
(A2−2)配位子LL1
配位子LL1は、下記一般式(5)により表される2座または3座の配位子により表される2座または3座の配位子であり、好ましくは2座配位子である。配位子LL1の数を表すm1は0〜3の整数であり、1〜3であるのが好ましく、1であるのがより好ましい。m1が2以上のとき、LL1は同じでも異なっていてもよい。
一般式(5)中のR51及びR52はそれぞれ独立に酸性基を表し、例えばカルボキシル基、スルホン酸基、ヒドロキシル基、ヒドロキサム酸基(好ましくは炭素原子数1〜20のヒドロキサム酸基、例えば、−CONHOH、−CON(CH3)OH等)、ホスホリル基(例えば−OP(O)(OH)2等)及びホスホニル基(例えば−P(O)(OH)2等)並びにこれらの塩が挙げられ、好ましくはカルボキシル基、ホスホニル基及びこれらの塩であり、より好ましくはカルボキシル基又はその塩である。R51およびR52はピリジン環上のどの炭素原子に置換してもよい。
(A2-2) Ligand LL 1
The ligand LL 1 is a bidentate or tridentate ligand represented by the bidentate or tridentate ligand represented by the following general formula (5), preferably a bidentate ligand. is there. M1 representing the number of the ligand LL 1 is an integer of 0 to 3, preferably 1 to 3, and more preferably 1. When m1 is 2 or more, LL 1 may be the same or different.
R 51 and R 52 in the general formula (5) each independently represent an acidic group, for example, a carboxyl group, a sulfonic acid group, a hydroxyl group, a hydroxamic acid group (preferably a hydroxamic acid group having 1 to 20 carbon atoms, for example, , —CONHOH, —CON (CH 3 ) OH, etc.), phosphoryl groups (eg —OP (O) (OH) 2 etc.) and phosphonyl groups (eg —P (O) (OH) 2 etc.) and salts thereof Preferably, they are a carboxyl group, a phosphonyl group, and salts thereof, more preferably a carboxyl group or a salt thereof. R 51 and R 52 may be substituted on any carbon atom on the pyridine ring.
一般式(5)中、R53、R54はそれぞれ独立に置換基を表し、好ましくはアルキル基(好ましくは炭素原子数1〜20のアルキル基、例えばメチル、エチル、イソプロピル、t−ブチル、ペンチル、ヘプチル、1−エチルペンチル、ベンジル、2−エトキシエチル、1−カルボキシメチル等)、アルケニル基(好ましくは炭素原子数2〜20のアルケニル基、例えば、ビニル、アリル、オレイル等)、アルキニル基(好ましくは炭素原子数2〜20のアルキニル基、例えば、エチニル、ブタジイニル、フェニルエチニル等)、シクロアルキル基(好ましくは炭素原子数3〜20のシクロアルキル基、例えば、シクロプロピル、シクロペンチル、シクロヘキシル、4−メチルシクロヘキシル等)、アリール基(好ましくは炭素原子数6〜26のアリール基、例えば、フェニル、1−ナフチル、4−メトキシフェニル、2−クロロフェニル、3−メチルフェニル等)、ヘテロ環基(好ましくは炭素原子数2〜20のヘテロ環基、例えば、2−ピリジル、4−ピリジル、2−イミダゾリル、2−ベンゾイミダゾリル、2−チアゾリル、2−オキサゾリル等)、アルコキシ基(好ましくは炭素原子数1〜20のアルコキシ基、例えば、メトキシ、エトキシ、イソプロピルオキシ、ベンジルオキシ等)、アリールオキシ基(好ましくは炭素原子数6〜26のアリールオキシ基、例えば、フェノキシ、1−ナフチルオキシ、3−メチルフェノキシ、4−メトキシフェノキシ等)、アルコキシカルボニル基(好ましくは炭素原子数2〜20のアルコキシカルボニル基、例えば、エトキシカルボニル、2−エチルヘキシルオキシカルボニル等)、アミノ基(好ましくは炭素原子数0〜20のアミノ基で、アルキルアミノ基、アリールアミノ基を含み、例えば、アミノ、N,N−ジメチルアミノ、N,N−ジエチルアミノ、N−エチルアミノ、アニリノ等)、スルホンアミド基(好ましくは炭素原子数0〜20のスルホンアミド基、例えば、N,N−ジメチルスルホンアミド、N−フェニルスルホンアミド等)、アシルオキシ基(好ましくは炭素原子数1〜20のアシルオキシ基、例えば、アセチルオキシ、ベンゾイルオキシ等)、カルバモイル基(好ましくは炭素原子数1〜20のカルバモイル基、例えば、N,N−ジメチルカルバモイル、N−フェニルカルバモイル等)、アシルアミノ基(好ましくは炭素原子数1〜20のアシルアミノ基、例えば、アセチルアミノ、ベンゾイルアミノ等)、シアノ基、又はハロゲン原子(例えばフッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子等)であり、より好ましくはアルキル基、アルケニル基、アリール基、ヘテロ環基、アルコキシ基、アリールオキシ基、アルコキシカルボニル基、アミノ基、アシルアミノ基、シアノ基又はハロゲン原子であり、特に好ましくはアルキル基、アルケニル基、ヘテロ環基、アルコキシ基、アルコキシカルボニル基、アミノ基、アシルアミノ基又はシアノ基である。
配位子LL1がアルキル基、アルケニル基等を含むとき、これらは直鎖状でも分岐状でもよく、置換されていても無置換でもよい。また配位子LL1がアリール基、ヘテロ環基等を含むとき、それらは単環でも縮環でもよく、置換されていても無置換でもよい。
In the general formula (5), R 53 and R 54 each independently represent a substituent, preferably an alkyl group (preferably an alkyl group having 1 to 20 carbon atoms such as methyl, ethyl, isopropyl, t-butyl, pentyl. , Heptyl, 1-ethylpentyl, benzyl, 2-ethoxyethyl, 1-carboxymethyl, etc.), an alkenyl group (preferably an alkenyl group having 2 to 20 carbon atoms, such as vinyl, allyl, oleyl, etc.), an alkynyl group ( Preferably an alkynyl group having 2 to 20 carbon atoms such as ethynyl, butadiynyl, phenylethynyl and the like, a cycloalkyl group (preferably a cycloalkyl group having 3 to 20 carbon atoms such as cyclopropyl, cyclopentyl, cyclohexyl, 4 -Methylcyclohexyl and the like), an aryl group (preferably having 6 to 6 carbon atoms) 6 aryl groups such as phenyl, 1-naphthyl, 4-methoxyphenyl, 2-chlorophenyl, 3-methylphenyl, etc., heterocyclic groups (preferably having 2 to 20 carbon atoms, such as 2- Pyridyl, 4-pyridyl, 2-imidazolyl, 2-benzimidazolyl, 2-thiazolyl, 2-oxazolyl, etc.), an alkoxy group (preferably an alkoxy group having 1 to 20 carbon atoms, such as methoxy, ethoxy, isopropyloxy, benzyloxy Etc.), an aryloxy group (preferably an aryloxy group having 6 to 26 carbon atoms, such as phenoxy, 1-naphthyloxy, 3-methylphenoxy, 4-methoxyphenoxy, etc.), an alkoxycarbonyl group (preferably the number of carbon atoms 2-20 alkoxycarbonyl groups such as ethoxycal Nyl, 2-ethylhexyloxycarbonyl, etc.), an amino group (preferably an amino group having 0 to 20 carbon atoms, including an alkylamino group and an arylamino group, such as amino, N, N-dimethylamino, N, N -Diethylamino, N-ethylamino, anilino, etc.), sulfonamide groups (preferably sulfonamido groups having 0 to 20 carbon atoms, such as N, N-dimethylsulfonamide, N-phenylsulfonamide, etc.), acyloxy groups ( Preferably an acyloxy group having 1 to 20 carbon atoms, such as acetyloxy, benzoyloxy, etc., a carbamoyl group (preferably a carbamoyl group having 1 to 20 carbon atoms, such as N, N-dimethylcarbamoyl, N-phenylcarbamoyl) Etc.), an acylamino group (preferably an acyl group having 1 to 20 carbon atoms) A mino group such as acetylamino, benzoylamino, etc., a cyano group, or a halogen atom (such as a fluorine atom, a chlorine atom, a bromine atom, an iodine atom), more preferably an alkyl group, an alkenyl group, an aryl group, hetero A cyclic group, an alkoxy group, an aryloxy group, an alkoxycarbonyl group, an amino group, an acylamino group, a cyano group or a halogen atom, particularly preferably an alkyl group, an alkenyl group, a heterocyclic group, an alkoxy group, an alkoxycarbonyl group, an amino group. , An acylamino group or a cyano group.
When the ligand LL 1 contains an alkyl group, an alkenyl group or the like, these may be linear or branched, and may be substituted or unsubstituted. Further, when the ligand LL 1 contains an aryl group, a heterocyclic group or the like, they may be monocyclic or condensed and may be substituted or unsubstituted.
一般式(5)中、R55およびR56はそれぞれ独立に、芳香族基(好ましくは炭素原子数6〜30の芳香族基、例えば、フェニル、置換フェニル、ナフチル、置換ナフチル等)又はヘテロ環基(好ましくは炭素原子数1〜30のヘテロ環基、例えば、2−チエニル、2−ピロリル、2−イミダゾリル、1−イミダゾリル、4−ピリジル、3−インドリル)であり、好ましくは1〜3個の電子供与基を有するヘテロ環基であり、より好ましくはチエニルが挙げられる。該電子供与基はアルキル基、アルケニル基、アルキニル基、シクロアルキル基、アルコキシ基、アリールオキシ基、アミノ基、アシルアミノ基(以上好ましい例はR53及びR54の場合と同様)またはヒドロキシル基であるのが好ましく、アルキル基、アルコキシ基、アミノ基またはヒドロキシル基であるのがより好ましく、アルキル基であるのが特に好ましい。R55とR56は同じであっても異なっていてもよいが、同じであるのが好ましい。 In the general formula (5), R 55 and R 56 are each independently an aromatic group (preferably an aromatic group having 6 to 30 carbon atoms such as phenyl, substituted phenyl, naphthyl, substituted naphthyl, etc.) or a heterocyclic ring Group (preferably a heterocyclic group having 1 to 30 carbon atoms, such as 2-thienyl, 2-pyrrolyl, 2-imidazolyl, 1-imidazolyl, 4-pyridyl, 3-indolyl), preferably 1 to 3 A heterocyclic group having an electron donating group, more preferably thienyl. The electron donating group is an alkyl group, an alkenyl group, an alkynyl group, a cycloalkyl group, an alkoxy group, an aryloxy group, an amino group, an acylamino group (preferred examples are the same as those for R 53 and R 54 ) or a hydroxyl group. And more preferably an alkyl group, an alkoxy group, an amino group or a hydroxyl group, and particularly preferably an alkyl group. R 55 and R 56 may be the same or different, but are preferably the same.
R55とR56は、直接ベンゼン環に結合していてもよい。R55とR56は、L1及び/又はL2を介してベンゼン環に結合していてもよい。
ここでL1及びL2はそれぞれ独立に、エテニレン基及び/又はエチニレン基からなる共役鎖を表す。エテニレン基やエチニレン基は、無置換でも置換されていてもよい。エテニレン基が置換基を有する場合、該置換基はアルキル基であるのが好ましく、メチルであるのがより好ましい。L1及びL2はそれぞれ独立に、炭素原子数2〜6個の共役鎖であるのが好ましく、エテニレン、ブタジエニレン、エチニレン、ブタジイニレン、メチルエテニレン又はジメチルエテニレンがより好ましく、エテニレン又はブタジエニレンが特に好ましく、エテニレンが最も好ましい。L1とL2は同じであっても異なっていてもよいが、同じであるのが好ましい。なお、共役鎖が炭素―炭素二重結合を含む場合、各二重結合はE型であってもZ型であってもよく、これらの混合物であってもよい。
R 55 and R 56 may be directly bonded to the benzene ring. R 55 and R 56 may be bonded to the benzene ring via L 1 and / or L 2 .
Here, L 1 and L 2 each independently represent a conjugated chain composed of an ethenylene group and / or an ethynylene group. The ethenylene group or ethynylene group may be unsubstituted or substituted. When the ethenylene group has a substituent, the substituent is preferably an alkyl group, and more preferably methyl. L 1 and L 2 are each independently preferably a conjugated chain having 2 to 6 carbon atoms, more preferably ethenylene, butadienylene, ethynylene, butadienylene, methylethenylene or dimethylethenylene, particularly ethenylene or butadienylene. Preferably, ethenylene is most preferred. L 1 and L 2 may be the same or different, but are preferably the same. When the conjugated chain includes a carbon-carbon double bond, each double bond may be E-type or Z-type, or a mixture thereof.
d3は0または1であり、a1及びa2はそれぞれ独立に0〜3の整数を表す。a1が2以上のときR51は同じでも異なっていてもよく、a2が2以上のときR52は同じでも異なっていてもよい。a1は0又は1であるのが好ましく、a2は0〜2の整数であるのが好ましい。特に、a1が0のときa2は1又は2であるのが好ましく、a1が1のときa2は0又は1であるのが好ましい。a1とa2の和は0〜2の整数であるのが好ましい。 d3 is 0 or 1, and a1 and a2 each independently represent an integer of 0 to 3. a1 is may be the R 51 when two or more be the same or different, R 52 when a2 is 2 or more may be the same or different. a1 is preferably 0 or 1, and a2 is preferably an integer of 0 to 2. In particular, when a1 is 0, a2 is preferably 1 or 2, and when a1 is 1, a2 is preferably 0 or 1. The sum of a1 and a2 is preferably an integer of 0-2.
b1及びb2はそれぞれ独立に0〜3の整数を表し、0〜2の整数であるのが好ましい。b1が2以上のとき、R53は同じでも異なっていてもよく、互いに連結して環を形成していてもよい。b2が2以上のとき、R54は同じでも異なっていてもよく、互いに連結して環を形成していてもよい。またb1及びb2がともに1以上のとき、R53とR54が連結して環を形成していてもよい。形成する環の好ましい例としては、ベンゼン環、ピリジン環、チオフェン環、ピロール環、シクロヘキサン環、シクロペンタン環等が挙げられる。
a1とa2の和が1以上であって、配位子LL1が酸性基を少なくとも1個有するときは、一般式(4)中のm1は2または3であるのが好ましく、2であるのがより好ましい。
b1 and b2 each independently represent an integer of 0 to 3, preferably an integer of 0 to 2. When b1 is 2 or more, R 53 may be the same or different and may be connected to each other to form a ring. When b2 is 2 or more, R 54 may be the same or different, and may be connected to each other to form a ring. When both b1 and b2 are 1 or more, R 53 and R 54 may be connected to form a ring. Preferable examples of the ring to be formed include a benzene ring, a pyridine ring, a thiophene ring, a pyrrole ring, a cyclohexane ring, a cyclopentane ring and the like.
When the sum of a1 and a2 is 1 or more and the ligand LL 1 has at least one acidic group, m1 in the general formula (4) is preferably 2 or 3, and preferably 2. Is more preferable.
(A2−3)配位子LL2
一般式(4)中、LL2は2座又は3座の配位子を表す。配位子LL2の数を表すm2は1〜3の整数であり、1又は2であるのが好ましい。m2が2のときLL2は同じでも異なっていてもよい。
配位子LL2は、下記一般式(6)で表される2座又は3座の配位子である。
(A2-3) Ligand LL 2
In the general formula (4), LL 2 represents a bidentate or tridentate ligand. M 2 representing the number of ligands LL 2 is an integer of 1 to 3, is preferably 1 or 2. When m 2 is 2, LL 2 may be the same or different.
Ligand LL 2 is a bidentate or tridentate ligand represented by the following general formula (6).
一般式(6)中、Za、Zb及びZcはそれぞれ独立に、5員環又は6員環を形成しうる非金属原子群を表す。形成される5員環又は6員環は置換されていても無置換でもよく、単環でも縮環していてもよい。Za、Zb及びZcは炭素原子、水素原子、窒素原子、酸素原子、硫黄原子、リン原子及び/又はハロゲン原子で構成されることが好ましく、芳香族環を形成するのが好ましい。5員環の場合はイミダゾール環、オキサゾール環、チアゾール環又はトリアゾール環を形成するのが好ましく、6員環の場合はピリジン環、ピリミジン環、ピリダジン環又はピラジン環を形成するのが好ましい。なかでもイミダゾール環又はピリジン環がより好ましい。
一般式(6)中、cは0または1を表す。cは0であるのが好ましく、LL2は2座配位子であるのが好ましい。
配位子LL2は、下記一般式(7−1)〜(7−8)のいずれかにより表されるのが好ましく、一般式(7−1)、(7−2)、(7−4)又は(7−6)により表されるのがより好ましく、一般式(7−1)又は(7−2)により表されるのが特に好ましく、一般式(7−1)により表されるのが最も好ましい。
In General Formula (6), Za, Zb, and Zc each independently represent a nonmetallic atom group that can form a 5-membered ring or a 6-membered ring. The formed 5-membered or 6-membered ring may be substituted or unsubstituted, and may be monocyclic or condensed. Za, Zb and Zc are preferably composed of a carbon atom, a hydrogen atom, a nitrogen atom, an oxygen atom, a sulfur atom, a phosphorus atom and / or a halogen atom, and preferably form an aromatic ring. In the case of a 5-membered ring, an imidazole ring, an oxazole ring, a thiazole ring or a triazole ring is preferably formed. In the case of a 6-membered ring, a pyridine ring, a pyrimidine ring, a pyridazine ring or a pyrazine ring is preferably formed. Of these, an imidazole ring or a pyridine ring is more preferable.
In general formula (6), c represents 0 or 1. c is preferably 0, and LL 2 is preferably a bidentate ligand.
Ligand LL 2 is preferably represented by any of the following general formula (7-1) to (7-8), the formula (7-1), (7-2), (7-4 ) Or (7-6), more preferably represented by formula (7-1) or (7-2), and represented by formula (7-1). Is most preferred.
一般式(7−1)〜(7−8)中、R101〜R108はそれぞれ独立に酸性基又はその塩を表す。R101〜R108は、例えば、カルボキシル基、スルホン酸基、ヒドロキシル基、ヒドロキサム酸基(好ましくは炭素原子数1〜20のヒドロキサム酸基、例えば−CONHOH、−CON(CH3)OH等)、ホスホリル基(例えば−OP(O)(OH)2等)若しくはホスホニル基(例えば−P(O)(OH)2等)又はこれらの塩を表す。R101〜R108は、好ましくはカルボキシル基、ホスホリル基若しくはホスホニル基又はこれらの塩等、さらに好ましくはカルボキシル基若しくはホスホニル基又はこれらの塩であり、より好ましくはカルボキシル基又はその塩である。 In general formulas (7-1) to (7-8), R 101 to R 108 each independently represents an acidic group or a salt thereof. R 101 to R 108 are, for example, a carboxyl group, a sulfonic acid group, a hydroxyl group, a hydroxamic acid group (preferably a hydroxamic acid group having 1 to 20 carbon atoms, such as —CONHOH, —CON (CH 3 ) OH, etc.), A phosphoryl group (for example, —OP (O) (OH) 2 or the like) or a phosphonyl group (for example, —P (O) (OH) 2 or the like) or a salt thereof is represented. R 101 to R 108 are preferably a carboxyl group, a phosphoryl group, a phosphonyl group, or a salt thereof, more preferably a carboxyl group, a phosphonyl group, or a salt thereof, and more preferably a carboxyl group or a salt thereof.
一般式(7−1)〜(7−8)中、R109〜R116はそれぞれ独立に置換基を表し、好ましくはアルキル基、アルケニル基、シクロアルキル基、アリール基、ヘテロ環基、アルコキシ基、アリールオキシ基、アルコキシカルボニル基、アミノ基、アシル基、スルホンアミド基、アシルオキシ基、カルバモイル基、アシルアミノ基、シアノ基またはハロゲン原子(以上好ましい例は、前記一般式(5)におけるR53及びR54の場合と同様)であり、より好ましくはアルキル基、アルケニル基、アリール基、ヘテロ環基、アルコキシ基、アルコキシカルボニル基、アミノ基、アシルアミノ基またはハロゲン原子であり、特に好ましくはアルキル基、アルケニル基、アルコキシ基、アルコキシカルボニル基、アミノ基またはアシルアミノ基である。 In general formulas (7-1) to (7-8), R 109 to R 116 each independently represent a substituent, preferably an alkyl group, an alkenyl group, a cycloalkyl group, an aryl group, a heterocyclic group, or an alkoxy group. , Aryloxy group, alkoxycarbonyl group, amino group, acyl group, sulfonamide group, acyloxy group, carbamoyl group, acylamino group, cyano group or halogen atom (preferred examples are R 53 and R in the general formula (5)). 54 , and more preferably an alkyl group, an alkenyl group, an aryl group, a heterocyclic group, an alkoxy group, an alkoxycarbonyl group, an amino group, an acylamino group or a halogen atom, particularly preferably an alkyl group or an alkenyl group. Group, alkoxy group, alkoxycarbonyl group, amino group or acylamido A group.
一般式(7−1)〜(7−8)中、R117〜R121はそれぞれ独立に水素原子、脂肪族基(好ましくは炭素数1〜20のもの)、芳香族基(好ましくは炭素数6〜26のもの)、炭素原子で結合するヘテロ環基(好ましくは5又は6員環)を表し、好ましくは、脂肪族基、芳香族基であり、より好ましくはカルボキシル基を有する脂肪族基である。配位子LL2がアルキル基、アルケニル基等を含むとき、それらは直鎖状でも分岐状でもよく、置換されていても無置換でもよい。また、LL2がアリール基、ヘテロ環基等を含むとき、それらは単環でも縮環でもよく、置換されていても無置換でもよい。 In formulas (7-1) to (7-8), R 117 to R 121 are each independently a hydrogen atom, an aliphatic group (preferably having 1 to 20 carbon atoms), or an aromatic group (preferably having a carbon number). 6 to 26), a heterocyclic group bonded to a carbon atom (preferably a 5- or 6-membered ring), preferably an aliphatic group or an aromatic group, more preferably an aliphatic group having a carboxyl group It is. When the ligand LL 2 contains an alkyl group, an alkenyl group or the like, they may be linear or branched and may be unsubstituted substituted. Further, LL 2 is an aryl group, when containing heterocyclic group, they may be a condensed ring may be monocyclic or unsubstituted substituted.
一般式(7−1)〜(7−8)中、R101〜R116は環上のどの位置に結合していてもよい。またe1〜e6はそれぞれ独立に0〜4の整数を表し、好ましくは1〜2の整数を表す。e7及びe8はそれぞれ独立に0〜4の整数を表し、好ましくは1〜3の整数を表す。e9〜e12及びe15はそれぞれ独立に0〜6の整数を表し、e13、e14及びe16はそれぞれ独立に0〜4の整数を表す。e9〜e16はそれぞれ独立に0〜3の整数であるのが好ましい。 In General Formulas (7-1) to (7-8), R 101 to R 116 may be bonded to any position on the ring. E1 to e6 each independently represents an integer of 0 to 4, preferably an integer of 1 to 2. e7 and e8 each independently represents an integer of 0 to 4, preferably an integer of 1 to 3. e9 to e12 and e15 each independently represents an integer of 0 to 6, and e13, e14 and e16 each independently represents an integer of 0 to 4. e9 to e16 are each independently preferably an integer of 0 to 3.
e1〜e8が2以上のとき、R101〜R108はそれぞれ同じでも異なっていてもよく、e9〜e16が2以上のとき、R109〜R116はそれぞれ同じでも異なっていてもよく、互いに連結して環を形成していてもよい。 When e1 to e8 is 2 or more, R 101 to R 108 may be the same or different, and when e9 to e16 is 2 or more, R 109 to R 116 may be the same or different and are connected to each other. To form a ring.
(A2−4)配位子X
一般式(4)中、Xは1座又は2座の配位子を表す。配位子Xの数を表すm3は0〜3の整数を表し、m3は好ましくは1又は2である。Xが1座配位子のとき、m3は2であるのが好ましく、Xが2座配位子のとき、m3は1であるのが好ましい。m3が2以上のとき、Xは同じでも異なっていてもよく、X同士が連結していてもよい。
(A2-4) Ligand X
In general formula (4), X represents a monodentate or bidentate ligand. M3 representing the number of ligands X represents an integer of 0 to 3, and m3 is preferably 1 or 2. When X is a monodentate ligand, m3 is preferably 2. When X is a bidentate ligand, m3 is preferably 1. When m3 is 2 or more, Xs may be the same or different, and Xs may be linked together.
配位子Xは、アシルオキシ基(好ましくは炭素原子数1〜20のアシルオキシ基、例えば、アセチルオキシ、ベンゾイルオキシ、サリチル酸、グリシルオキシ、N,N−ジメチルグリシルオキシ、オキザリレン(−OC(O)C(O)O−)等)、アシルチオ基(好ましくは炭素原子数1〜20のアシルチオ基、例えば、アセチルチオ、ベンゾイルチオ等)、チオアシルオキシ基(好ましくは炭素原子数1〜20のチオアシルオキシ基、例えば、チオアセチルオキシ基(CH3C(S)O−)等))、チオアシルチオ基(好ましくは炭素原子数1〜20のチオアシルチオ基、例えば、チオアセチルチオ(CH3C(S)S−)、チオベンゾイルチオ(PhC(S)S−)等))、アシルアミノオキシ基(好ましくは炭素原子数1〜20のアシルアミノオキシ基、例えば、N−メチルベンゾイルアミノオキシ(PhC(O)N(CH3)O−)、アセチルアミノオキシ(CH3C(O)NHO−)等))、チオカルバメート基(好ましくは炭素原子数1〜20のチオカルバメート基、例えば、N,N−ジエチルチオカルバメート等)、ジチオカルバメート基(好ましくは炭素原子数1〜20のジチオカルバメート基、例えば、N−フェニルジチオカルバメート、N,N−ジメチルジチオカルバメート、N,N−ジエチルジチオカルバメート、N,N−ジベンジルジチオカルバメート等)、チオカルボネート基(好ましくは炭素原子数1〜20のチオカルボネート基、例えば、エチルチオカルボネート等)、ジチオカルボネート(好ましくは炭素原子数1〜20のジチオカルボネート、例えば、エチルジチオカルボネート(C2H5OC(S)S―)等)、トリチオカルボネート基(好ましくは炭素原子数1〜20のトリチオカルボネート基、例えば、エチルトリチオカルボネート(C2H5SC(S)S−)等)、アシル基(好ましくは炭素原子数1〜20のアシル基、例えば、アセチル、ベンゾイル等)、チオシアネート基、イソチオシアネート基、シアネート基、イソシアネート基、シアノ基、アルキルチオ基(好ましくは炭素原子数1〜20のアルキルチオ基、例えばメタンチオ、エチレンジチオ等)、アリールチオ基(好ましくは炭素原子数6〜20のアリールチオ基、例えば、ベンゼンチオ、1,2−フェニレンジチオ等)、アルコキシ基(好ましくは炭素原子数1〜20のアルコキシ基、例えばメトキシ等)及びアリールオキシ基(好ましくは炭素原子数6〜20のアリールオキシ基、例えばフェノキシ、キノリン−8−ヒドロキシル等)からなる群から選ばれた基で配位された1座又は2座の配位子、若しくはハロゲン原子(好ましくは塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子等)、カルボニル(…CO)、ジアルキルケトン(好ましくは炭素原子数3〜20のジアルキルケトン、例えばアセトン((CH3)2CO…)等)、1,3−ジケトン(好ましくは炭素原子数3〜20の1,3−ジケトン、例えば、アセチルアセトン(CH3C(O…)CH=C(O−)CH3)、トリフルオロアセチルアセトン(CF3C(O…)CH=C(O−)CH3)、ジピバロイルメタン(t−C4H9C(O…)CH=C(O−)t−C4H9)、ジベンゾイルメタン(PhC(O…)CH=C(O−)Ph)、3−クロロアセチルアセトン(CH3C(O…)CCl=C(O−)CH3)等)、カルボンアミド(好ましくは炭素原子数1〜20のカルボンイミン、例えば、CH3N=C(CH3)O−、−OC(=NH)−C(=NH)O−等)、チオカルボンイミン(好ましくは炭素原子数1〜20のチオカルボンイミン、例えば、CH3N=C(CH3)S−等)、またはチオ尿素(好ましくは炭素原子数1〜20のチオ尿素、例えば、NH(…)=C(S−)NH2、CH3N(…)=C(S−)NHCH3、(CH3)2N−C(S…)N(CH3)2等)からなる配位子を表す。なお、「…」はMzに配位する配位結合を示す。 The ligand X is an acyloxy group (preferably an acyloxy group having 1 to 20 carbon atoms, such as acetyloxy, benzoyloxy, salicylic acid, glycyloxy, N, N-dimethylglycyloxy, oxalylene (—OC (O) C (O) O-) etc.), an acylthio group (preferably an acylthio group having 1 to 20 carbon atoms, such as acetylthio, benzoylthio, etc.), a thioacyloxy group (preferably a thioacyloxy group having 1 to 20 carbon atoms, For example, a thioacetyloxy group (CH 3 C (S) O—) and the like)), a thioacylthio group (preferably a thioacylthio group having 1 to 20 carbon atoms, such as thioacetylthio (CH 3 C (S) S—) , Thiobenzoylthio (PhC (S) S-) and the like)), acylaminooxy group (preferably an acetylene having 1 to 20 carbon atoms) Silaminooxy groups such as N-methylbenzoylaminooxy (PhC (O) N (CH 3 ) O—), acetylaminooxy (CH 3 C (O) NHO—) etc.)), thiocarbamate groups (preferably A thiocarbamate group having 1 to 20 carbon atoms such as N, N-diethylthiocarbamate), a dithiocarbamate group (preferably a dithiocarbamate group having 1 to 20 carbon atoms such as N-phenyldithiocarbamate, N, N-dimethyldithiocarbamate, N, N-diethyldithiocarbamate, N, N-dibenzyldithiocarbamate, etc.), a thiocarbonate group (preferably a thiocarbonate group having 1 to 20 carbon atoms, such as ethylthiocarbonate) Etc.), dithiocarbonate (preferably dithiocarbonate having 1 to 20 carbon atoms) Such as ethyl dithiocarbonate (C 2 H 5 OC (S) S—), etc., trithiocarbonate group (preferably a trithiocarbonate group having 1 to 20 carbon atoms, such as ethyl trithiocarbonate sulphonate (C 2 H 5 SC (S ) S-) and the like), an acyl group (preferably an acyl group having 1 to 20 carbon atoms, e.g., acetyl, benzoyl, etc.), a thiocyanate group, an isothiocyanate group, a cyanate group, an isocyanate Group, cyano group, alkylthio group (preferably an alkylthio group having 1 to 20 carbon atoms such as methanethio, ethylenedithio, etc.), arylthio group (preferably an arylthio group having 6 to 20 carbon atoms such as benzenethio, 1, 2 -Phenylenedithio etc.), an alkoxy group (preferably an alkoxy group having 1 to 20 carbon atoms, such as metho A monodentate or bidentate coordinated with a group selected from the group consisting of an aryloxy group (preferably an aryloxy group having 6 to 20 carbon atoms, such as phenoxy, quinoline-8-hydroxyl, etc.) A ligand, or a halogen atom (preferably a chlorine atom, a bromine atom, an iodine atom, etc.), a carbonyl (... CO), a dialkyl ketone (preferably a dialkyl ketone having 3 to 20 carbon atoms, such as acetone ((CH 3 ) 2 ). CO ...), etc.), 1,3-diketone (preferably having 3 to 20 carbon atoms 1,3-diketones, for example, acetylacetone (CH 3 C (O ...) CH = C (O-) CH 3), tri fluoro acetylacetone (CF 3 C (O ...) CH = C (O-) CH 3), dipivaloylmethane (t-C 4 H 9 C (O ...) CH = C (O-) t-C 4 H 9), dibenzoylmethane (PhC (O ...) CH = C (O-) Ph), 3- chloro-acetylacetone (CH 3 C (O ...) CCl = C (O-) CH 3) , etc.), carbonamido ( Preferably, it is a carbonimine having 1 to 20 carbon atoms, such as CH 3 N═C (CH 3 ) O—, —OC (═NH) —C (═NH) O—, etc.), thiocarbonimine (preferably carbon atoms) A thiocarboxylic imine having 1 to 20 carbon atoms, such as CH 3 N═C (CH 3 ) S—, or thiourea (preferably a thiourea having 1 to 20 carbon atoms, such as NH (...) = C (S -) NH 2, CH 3 N (...) = C (S-) NHCH 3, represents a ligand consisting of (CH 3) 2 N-C (S ...) N (CH 3) 2 , etc.). "..." indicates a coordination bond coordinated to Mz.
配位子Xは、好ましくはアシルオキシ基、チオアシルチオ基、アシルアミノオキシ基、ジチオカルバメート基、ジチオカルボネート基、トリチオカルボネート基、チオシアネート基、イソチオシアネート基、シアネート基、イソシアネート基、シアノ基、アルキルチオ基、アリールチオ基、アルコキシ基およびアリールオキシ基からなる群から選ばれた基で配位する配位子、あるいはハロゲン原子、カルボニル、1,3−ジケトンまたはチオ尿素からなる配位子であり、より好ましくはアシルオキシ基、アシルアミノオキシ基、ジチオカルバメート基、チオシアネート基、イソチオシアネート基、シアネート基、イソシアネート基、シアノ基またはアリールチオ基からなる群から選ばれた基で配位する配位子、あるいはハロゲン原子、1,3−ジケトンまたはチオ尿素からなる配位子であり、特に好ましくはジチオカルバメート基、チオシアネート基、イソチオシアネート基、シアネート基およびイソシアネート基からなる群から選ばれた基で配位する配位子、あるいはハロゲン原子または1,3−ジケトンからなる配位子であり、最も好ましくは、ジチオカルバメート基、チオシアネート基およびイソチオシアネート基からなる群から選ばれた基で配位する配位子、あるいは1,3−ジケトンからなる配位子である。なお配位子Xがアルキル基、アルケニル基、アルキニル基、アルキレン基等を含む場合、それらは直鎖状でも分岐状でもよく、置換されていても無置換でもよい。またアリール基、ヘテロ環基、シクロアルキル基等を含む場合、それらは置換されていても無置換でもよく、単環でも縮環していてもよい。 The ligand X is preferably an acyloxy group, a thioacylthio group, an acylaminooxy group, a dithiocarbamate group, a dithiocarbonate group, a trithiocarbonate group, a thiocyanate group, an isothiocyanate group, a cyanate group, an isocyanate group, a cyano group, A ligand coordinated by a group selected from the group consisting of an alkylthio group, an arylthio group, an alkoxy group and an aryloxy group, or a ligand consisting of a halogen atom, carbonyl, 1,3-diketone or thiourea, More preferably, a ligand coordinated by a group selected from the group consisting of acyloxy group, acylaminooxy group, dithiocarbamate group, thiocyanate group, isothiocyanate group, cyanate group, isocyanate group, cyano group or arylthio group, or Halogen atom 1,3 A ligand comprising a diketone or thiourea, particularly preferably a ligand coordinated by a group selected from the group consisting of a dithiocarbamate group, a thiocyanate group, an isothiocyanate group, a cyanate group and an isocyanate group, or a halogen atom Or a ligand consisting of a 1,3-diketone, most preferably a ligand coordinated with a group selected from the group consisting of a dithiocarbamate group, a thiocyanate group and an isothiocyanate group, or a 1,3-diketone A ligand consisting of In addition, when the ligand X contains an alkyl group, an alkenyl group, an alkynyl group, an alkylene group or the like, these may be linear or branched, and may be substituted or unsubstituted. Moreover, when an aryl group, a heterocyclic group, a cycloalkyl group, etc. are included, they may be substituted or unsubstituted, and may be monocyclic or condensed.
Xが2座配位子のとき、Xはアシルオキシ基、アシルチオ基、チオアシルオキシ基、チオアシルチオ基、アシルアミノオキシ基、チオカルバメート基、ジチオカルバメート基、チオカルボネート基、ジチオカルボネート基、トリチオカルボネート基、アシル基、アルキルチオ基、アリールチオ基、アルコキシ基およびアリールオキシ基からなる群から選ばれた基で配位する配位子、あるいは1,3−ジケトン、カルボンイミン、チオカルボンイミン、またはチオ尿素からなる配位子であるのが好ましい。Xが1座配位子のとき、Xはチオシアネート基、イソチオシアネート基、シアネート基、イソシアネート基、シアノ基、アルキルチオ基、アリールチオ基からなる群から選ばれた基で配位する配位子、あるいはハロゲン原子、カルボニル、ジアルキルケトン、チオ尿素からなる配位子であるのが好ましい。 When X is a bidentate ligand, X is acyloxy group, acylthio group, thioacyloxy group, thioacylthio group, acylaminooxy group, thiocarbamate group, dithiocarbamate group, thiocarbonate group, dithiocarbonate group, trithio A ligand coordinated by a group selected from the group consisting of a carbonate group, an acyl group, an alkylthio group, an arylthio group, an alkoxy group, and an aryloxy group, or a 1,3-diketone, carboximine, thiocarbonimine, or thio A ligand composed of urea is preferable. When X is a monodentate ligand, X is a ligand coordinated by a group selected from the group consisting of a thiocyanate group, an isothiocyanate group, a cyanate group, an isocyanate group, a cyano group, an alkylthio group, and an arylthio group, or A ligand composed of a halogen atom, carbonyl, dialkyl ketone, or thiourea is preferred.
(A2−5)対イオンCI
一般式(4)中のCIは電荷を中和させるのに対イオンが必要な場合の対イオンを表す。一般に、色素が陽イオン又は陰イオンであるか、あるいは正味のイオン電荷を有するかどうかは、色素中の金属、配位子および置換基に依存する。
置換基が解離性基を有することなどにより、一般式(4)で表される色素は解離して負電荷を持ってもよい。この場合、一般式(4)で表される色素全体の電荷はCIにより電気的に中性とされる。
(A2-5) Counter ion CI
CI in the general formula (4) represents a counter ion when a counter ion is required to neutralize the charge. In general, whether a dye is a cation or an anion or has a net ionic charge depends on the metal, ligand and substituent in the dye.
The dye represented by the general formula (4) may be dissociated and have a negative charge because the substituent has a dissociable group. In this case, the charge of the whole dye represented by the general formula (4) is electrically neutralized by CI.
対イオンCIが正の対イオンの場合、例えば、対イオンCIは、無機又は有機のアンモニウムイオン(例えばテトラアルキルアンモニウムイオン、ピリジニウムイオン等)、アルカリ金属イオン又はプロトンである。
対イオンCIが負の対イオンの場合、例えば、対イオンCIは、無機陰イオンでも有機陰イオンでもよい。例えば、ハロゲン陰イオン(例えば、フッ化物イオン、塩化物イオン、臭化物イオン、ヨウ化物イオン等)、置換アリールスルホン酸イオン(例えばp−トルエンスルホン酸イオン、p−クロロベンゼンスルホン酸イオン等)、アリールジスルホン酸イオン(例えば1,3−ベンゼンジスルホン酸イオン、1,5−ナフタレンジスルホン酸イオン、2,6−ナフタレンジスルホン酸イオン等)、アルキル硫酸イオン(例えばメチル硫酸イオン等)、硫酸イオン、チオシアン酸イオン、過塩素酸イオン、テトラフルオロホウ酸イオン、ヘキサフルオロホスフェートイオン、ピクリン酸イオン、酢酸イオン、トリフルオロメタンスルホン酸イオン等が挙げられる。さらに電荷均衡対イオンとして、イオン性ポリマーあるいは色素と逆電荷を有する他の色素を用いてもよく、金属錯イオン(例えばビスベンゼン−1,2−ジチオラトニッケル(III)等)も使用可能である。
When the counter ion CI is a positive counter ion, for example, the counter ion CI is an inorganic or organic ammonium ion (for example, tetraalkylammonium ion, pyridinium ion, etc.), an alkali metal ion, or a proton.
When the counter ion CI is a negative counter ion, for example, the counter ion CI may be an inorganic anion or an organic anion. For example, halogen anions (eg, fluoride ions, chloride ions, bromide ions, iodide ions, etc.), substituted aryl sulfonate ions (eg, p-toluene sulfonate ions, p-chlorobenzene sulfonate ions, etc.), aryl disulfones Acid ion (for example, 1,3-benzenedisulfonic acid ion, 1,5-naphthalenedisulfonic acid ion, 2,6-naphthalenedisulfonic acid ion, etc.), alkyl sulfate ion (for example, methyl sulfate ion, etc.), sulfate ion, thiocyanate ion Perchlorate ion, tetrafluoroborate ion, hexafluorophosphate ion, picrate ion, acetate ion, trifluoromethanesulfonate ion and the like. Further, as the charge balance counter ion, an ionic polymer or another dye having a charge opposite to that of the dye may be used, and a metal complex ion (for example, bisbenzene-1,2-dithiolatonickel (III)) can also be used. is there.
(A2−6)結合基
一般式(4)で表される構造を有する色素は、半導体微粒子の表面に対する適当な結合基(interlocking group)を少なくとも1つ以上有するのが好ましい。この結合基を色素中に1〜6個有するのがより好ましく、1〜4個有するのが特に好ましい。カルボキシル基、スルホン酸基、ヒドロキシル基、ヒドロキサム酸基(例えば−CONHOH等)、ホスホリル基(例えば−OP(O)(OH)2等)、ホスホニル基(例えば−P(O)(OH)2等)等の酸性基(解離性のプロトンを有する置換基)を色素中に有することが好ましい。
(A2-6) Bonding Group The dye having the structure represented by the general formula (4) preferably has at least one suitable bonding group for the surface of the semiconductor fine particles. It is more preferable to have 1 to 6 bonding groups in the dye, and it is particularly preferable to have 1 to 4 bonding groups. Carboxyl group, sulfonic acid group, hydroxyl group, hydroxamic acid group (for example, —CONHOH, etc.), phosphoryl group (for example, —OP (O) (OH) 2, etc.), phosphonyl group (for example, —P (O) (OH) 2, etc.) It is preferable that the dye has an acidic group (substituent having a dissociable proton).
本発明で用いる一般式(4)で表される構造を有する色素の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。なお、下記具体例における色素がプロトン解離性基を有する配位子を含む場合、該配位子は必要に応じて解離しプロトンを放出してもよい。 Although the specific example of the pigment | dye which has a structure represented by General formula (4) used by this invention is shown below, this invention is not limited to these. In addition, when the pigment | dye in the following specific example contains the ligand which has a proton dissociable group, this ligand may dissociate as needed and may discharge | release a proton.
本発明の一般式(4)により表される色素は、特開2001−291534号公報や当該公報に引用された方法を参考にして合成することができる。
一般式(4)で表される化合物からなる色素は、溶液における極大吸収波長が、好ましくは300〜1000nmの範囲であり、より好ましくは350〜950nmの範囲であり、特に好ましくは370〜900nmの範囲である。
本発明の光電変換素子及び光電気化学電池においては、少なくとも前記一般式(1)で表される化合物からなる色素、好ましくは該色素と一般式(4)で表される化合物からなる色素を用いて、広範囲の波長の光を利用することにより、高い変換効率を確保することができる。
The dye represented by the general formula (4) of the present invention can be synthesized with reference to Japanese Patent Application Laid-Open No. 2001-291534 and the methods cited in the publication.
The dye composed of the compound represented by the general formula (4) has a maximum absorption wavelength in the solution of preferably 300 to 1000 nm, more preferably 350 to 950 nm, and particularly preferably 370 to 900 nm. It is a range.
In the photoelectric conversion element and the photoelectrochemical cell of the present invention, a dye comprising at least the compound represented by the general formula (1), preferably a dye comprising the dye and a compound represented by the general formula (4) is used. Thus, high conversion efficiency can be ensured by using light having a wide range of wavelengths.
一般式(4)で表される化合物からなる色素と、一般式(1)で表わされる化合物からなる色素の配合割合は、前者をR、後者をSとすると、モル%の比で、R/S=95/5〜10/90、好ましくはR/S=95/5〜50/50、さらに好ましくはR/S=95/5〜60/40、より一層好ましくはR/S=95/5〜65/35、最も好ましくはR/S=95/5〜70/30である。 The blending ratio of the dye consisting of the compound represented by the general formula (4) and the dye consisting of the compound represented by the general formula (1) is as follows. S = 95 / 5-10 / 90, preferably R / S = 95 / 5-50 / 50, more preferably R / S = 95 / 5-60 / 40, even more preferably R / S = 95/5 ~ 65/35, most preferably R / S = 95/5 to 70/30.
(B)電荷移動体層
図1に示すような本発明の光電変換素子の好ましい実施態様において、光電変換素子に用いられる電荷移動体層3には、電解質組成物からなる層が適用できる。その酸化還元対として、例えばヨウ素とヨウ化物(例えばヨウ化リチウム、ヨウ化テトラブチルアンモニウム、ヨウ化テトラプロピルアンモニウム等)との組み合わせ、アルキルビオローゲン(例えばメチルビオローゲンクロリド、ヘキシルビオローゲンブロミド、ベンジルビオローゲンテトラフルオロボレート)とその還元体との組み合わせ、ポリヒドロキシベンゼン類(例えばハイドロキノン、ナフトハイドロキノン等)とその酸化体との組み合わせ、2価と3価の鉄錯体(例えば赤血塩と黄血塩)の組み合わせ等が挙げられる。これらのうちヨウ素とヨウ化物との組み合わせが好ましい。
ヨウ素塩のカチオンは5員環又は6員環の含窒素芳香族カチオンであるのが好ましい。特に、一般式(1)で表される化合物からなる色素及び一般式(4)で表される化合物からなる色素のいずれも又は一方がヨウ素塩でない場合は、WO95/18456号パンフレット、特開平8−259543号公報、電気化学,第65巻(11号),923頁(1997年)等に記載されているピリジニウム塩、イミダゾリウム塩、トリアゾリウム塩等のヨウ素塩を併用するのが好ましい。
本発明の光電変換素子に使用される電解質組成物中には、ヘテロ環4級塩化合物と共にヨウ素を含有するのが好ましい。ヨウ素の含有量は電解質組成物全体に対して0.1〜20質量%であるのが好ましく、0.5〜5質量%であるのがより好ましい。
(B) Charge Transfer Body Layer In a preferred embodiment of the photoelectric conversion element of the present invention as shown in FIG. 1, a layer made of an electrolyte composition can be applied to the charge transfer body layer 3 used in the photoelectric conversion element. As the redox pair, for example, a combination of iodine and iodide (eg, lithium iodide, tetrabutylammonium iodide, tetrapropylammonium iodide, etc.), alkyl viologen (eg, methyl viologen chloride, hexyl viologen bromide, benzyl viologen tetrafluoro) Borate) and its reduced form, a combination of polyhydroxybenzenes (for example, hydroquinone, naphthohydroquinone, etc.) and its oxidized form, a combination of divalent and trivalent iron complexes (for example, red blood salt and yellow blood salt) Etc. Of these, a combination of iodine and iodide is preferred.
The cation of the iodine salt is preferably a 5-membered or 6-membered nitrogen-containing aromatic cation. In particular, when either or both of the dye comprising the compound represented by the general formula (1) and the dye comprising the compound represented by the general formula (4) are not iodine salts, WO95 / 18456 pamphlet, JP-A-8 It is preferable to use iodine salts such as pyridinium salts, imidazolium salts and triazolium salts described in JP-A No. 259543, Electrochemistry, Vol. 65 (11), 923 (1997).
The electrolyte composition used for the photoelectric conversion element of the present invention preferably contains iodine together with the heterocyclic quaternary salt compound. The iodine content is preferably 0.1 to 20% by mass, and more preferably 0.5 to 5% by mass with respect to the entire electrolyte composition.
本発明の光電変換素子に用いられる電解質組成物は溶媒を含んでいてもよい。電解質組成物中の溶媒含有量は組成物全体の50質量%以下であるのが好ましく、30質量%以下であるのがより好ましく、10質量%以下であるのが特に好ましい。
溶媒としては低粘度でイオン移動度が高いか、高誘電率で有効キャリアー濃度を高めることができるか、あるいはその両方であるために優れたイオン伝導性を発現できるものが好ましい。このような溶媒としてカーボネート化合物(エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート等)、複素環化合物(3−メチル−2−オキサゾリジノン等)、エーテル化合物(ジオキサン、ジエチルエーテル等)、鎖状エーテル類(エチレングリコールジアルキルエーテル、プロピレングリコールジアルキルエーテル、ポリエチレングリコールジアルキルエーテル、ポリプロピレングリコールジアルキルエーテル等)、アルコール類(メタノール、エタノール、エチレングリコールモノアルキルエーテル、プロピレングリコールモノアルキルエーテル、ポリエチレングリコールモノアルキルエーテル、ポリプロピレングリコールモノアルキルエーテル等)、多価アルコール類(エチレングリコール、プロピレングリコール、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール、グリセリン等)、ニトリル化合物(アセトニトリル、グルタロジニトリル、メトキシアセトニトリル、プロピオニトリル、ベンゾニトリル、ビスシアノエチルエーテル等)、エステル類(カルボン酸エステル、リン酸エステル、ホスホン酸エステル等)、非プロトン性極性溶媒(ジメチルスルホキシド(DMSO)、スルフォラン等)、水、特開2002−110262号公報に記載の含水電解液、特開2000−36332号公報、特開2000−243134号公報、及び再公表WO/00−54361号公報に記載の電解質溶媒などが挙げられる。これらの溶媒は二種以上を混合して用いてもよい。
The electrolyte composition used for the photoelectric conversion element of the present invention may contain a solvent. The content of the solvent in the electrolyte composition is preferably 50% by mass or less, more preferably 30% by mass or less, and particularly preferably 10% by mass or less based on the entire composition.
As the solvent, a solvent having a low viscosity and high ion mobility, a high dielectric constant and capable of increasing the effective carrier concentration, or both is preferable because it can exhibit excellent ion conductivity. As such a solvent, carbonate compounds (ethylene carbonate, propylene carbonate, etc.), heterocyclic compounds (3-methyl-2-oxazolidinone, etc.), ether compounds (dioxane, diethyl ether, etc.), chain ethers (ethylene glycol dialkyl ether, Propylene glycol dialkyl ether, polyethylene glycol dialkyl ether, polypropylene glycol dialkyl ether, etc.), alcohols (methanol, ethanol, ethylene glycol monoalkyl ether, propylene glycol monoalkyl ether, polyethylene glycol monoalkyl ether, polypropylene glycol monoalkyl ether, etc.), Polyhydric alcohols (ethylene glycol, propylene glycol, polyethylene glycol Nitrile compounds (acetonitrile, glutarodinitrile, methoxyacetonitrile, propionitrile, benzonitrile, biscyanoethyl ether, etc.), esters (carboxylic esters, phosphate esters, phosphonates, etc.) ), Aprotic polar solvent (dimethyl sulfoxide (DMSO), sulfolane, etc.), water, hydrous electrolyte described in JP-A No. 2002-110262, JP-A No. 2000-36332, JP-A No. 2000-243134, And electrolyte solvents described in republished WO / 00-54361. These solvents may be used as a mixture of two or more.
また、電解質溶媒として、室温において液体状態であるか、又は室温よりも低い融点を有し、かつ電気化学的に不活性な塩を用いても良い。例えば、1−エチル−3−メチルイミダゾリウムトリフルオロメタンスルホネート、1−ブチル−3−メチルイミダゾリウムトリフルオロメタンスルホネート等にイミダゾリウム塩、ピリジニウム塩などの含窒素ヘテロ環四級塩化合物、又はテトラアルキルアンモニウム塩などが挙げられる。 Further, as the electrolyte solvent, a salt that is in a liquid state at room temperature or has a melting point lower than room temperature and is electrochemically inactive may be used. For example, 1-ethyl-3-methylimidazolium trifluoromethanesulfonate, 1-butyl-3-methylimidazolium trifluoromethanesulfonate, etc., nitrogen-containing heterocyclic quaternary salt compounds such as imidazolium salt and pyridinium salt, or tetraalkylammonium Examples include salt.
本発明の光電変換素子に用いることができる電解質組成物には、ポリマーやオイルゲル化剤を添加したり、多官能モノマー類の重合やポリマーの架橋反応等の手法によりゲル化(固体化)してもよい。 The electrolyte composition that can be used in the photoelectric conversion element of the present invention is added with a polymer or an oil gelling agent, or gelled (solidified) by a technique such as polymerization of a polyfunctional monomer or a crosslinking reaction of the polymer. Also good.
ポリマーを添加することにより電解質組成物をゲル化させる場合、Polymer Electrolyte Reviews−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等を添加することができる。この場合、ポリアクリロニトリル又はポリフッ化ビニリデンを用いるのが好ましい。 When the electrolyte composition is gelled by adding a polymer, a compound described in Polymer Electrolyte Reviews-1 and 2 (JR MacCallum and CA Vincent co-edit, ELSEVIER APPLIED SCIENCE) is added. be able to. In this case, it is preferable to use polyacrylonitrile or polyvinylidene fluoride.
オイルゲル化剤を添加することにより電解質組成物をゲル化させる場合は、オイルゲル化剤としてJ.Chem.Soc.Japan,Ind.Chem.Soc.,p.46779(1943)、J.Am.Chem.Soc.,111,p.5542(1989)、J.Chem.Soc.,Chem.Commun.,p.390(1993)、Angew.Chem.Int.Ed.Engl.,35,p.1949(1996)、Chem.Lett.,p.885(1996)、J.Chem.Soc.,Chem.Commun.,p.545(1997)等に記載された化合物を使用することができ、アミド構造を有する化合物を用いるのが好ましい。 When the electrolyte composition is gelled by adding an oil gelling agent, J.I. Chem. Soc. Japan, Ind. Chem. Soc. , P. 46779 (1943); Am. Chem. Soc. 111, p. 5542 (1989), J. MoI. Chem. Soc. , Chem. Commun. , P. 390 (1993), Angew. Chem. Int. Ed. Engl. , 35, p. 1949 (1996), Chem. Lett. , P. 885 (1996), J. MoI. Chem. Soc. , Chem. Commun. , P. 545 (1997) and the like can be used, and a compound having an amide structure is preferably used.
多官能モノマー類の重合によって電解質組成物をゲル化する場合は、多官能モノマー類、重合開始剤、電解質及び溶媒から溶液を調製し、キャスト法、塗布法、浸漬法、含浸法等の方法により色素を担持した電極上にゾル状の電解質層を形成し、その後多官能モノマーのラジカル重合によってゲル化させる方法が好ましい。多官能モノマー類はエチレン性不飽和基を2個以上有する化合物であることが好ましく、ジビニルベンゼン、エチレングリコールジアクリレート、エチレングリコールジメタクリレート、ジエチレングリコールジアクリレート、ジエチレングリコールジメタクリレート、トリエチレングリコールジアクリレート、トリエチレングリコールジメタクリレート、ペンタエリスリトールトリアクリレート、トリメチロールプロパントリアクリレート等が好ましい。 When gelling the electrolyte composition by polymerization of polyfunctional monomers, prepare a solution from the polyfunctional monomers, polymerization initiator, electrolyte and solvent, and use methods such as casting, coating, dipping, and impregnation. A method in which a sol-like electrolyte layer is formed on an electrode carrying a dye and then gelled by radical polymerization of a polyfunctional monomer is preferred. The polyfunctional monomers are preferably compounds having two or more ethylenically unsaturated groups, such as divinylbenzene, ethylene glycol diacrylate, ethylene glycol dimethacrylate, diethylene glycol diacrylate, diethylene glycol dimethacrylate, triethylene glycol diacrylate, triethylene glycol Ethylene glycol dimethacrylate, pentaerythritol triacrylate, trimethylolpropane triacrylate and the like are preferable.
ゲル電解質は上記多官能モノマー類の他に単官能モノマーを含む混合物の重合によって形成してもよい。単官能モノマーとしては、アクリル酸又はα−アルキルアクリル酸(アクリル酸、メタクリル酸、イタコン酸等)或いはそれらのエステル又はアミド(メチルアクリレート、エチルアクリレート、n−プロピルアクリレート、i−プロピルアクリレート、n−ブチルアクリレート、i−ブチルアクリレート、t−ブチルアクリレート、n−ペンチルアクリレート、3−ペンチルアクリレート、t−ペンチルアクリレート、n−ヘキシルアクリレート、2,2−ジメチルブチルアクリレート、n−オクチルアクリレート、2−エチルヘキシルアクリレート、4−メチル−2−プロピルペンチルアクリレート、セチルアクリレート、n−オクタデシルアクリレート、シクロヘキシルアクリレート、シクロペンチルアクリレート、ベンジルアクリレート、ヒドロキシエチルアクリレート、2−ヒドロキシプロピルアクリレート、2−メトキシエチルアクリレート、2−エトキシエチルアクリレート、2−メトキシエトキシエチルアクリレート、フェノキシエチルアクリレート、3−メトキシブチルアクリレート、エチルカルビトールアクリレート、2−メチル−2−ニトロプロピルアクリレート、2,2,2−トリフルオロエチルアクリレート、オクタフルオロペンチルアクリレート、ヘプタデカフルオロデシルアクリレート、メチルメタクリレート、n−ブチルメタクリレート、i−ブチルメタクリレート、t−ブチルメタクリレート、t−ペンチルメタクリレート、n−オクタデシルメタクリレート、ベンジルメタクリレート、ヒドロキシエチルメタクリレート、2−ヒドロキシプロピルメタクリレート、2−メトキシエチルメタクリレート、2−エトキシエチルメタクリレート、2−メトキシエトキシエチルメタクリレート、ジメチルアミノエチルメタクリレート、2,2,2−トリフルオロエチルメタクリレート、テトラフルオロプロピルメタクリレート、ヘキサフルオロプロピルメタクリレート、ヘプタデカフルオロデシルメタクリレート、エチレングリコールエチルカーボネートメタクリレート、2−イソボルニルメタクリレート、2−ノルボルニルメチルメタクリレート、5−ノルボルネン−2−イルメチルメタクリレート、3−メチル−2−ノルボニルメチルメタクリレート、アクリルアミド、N−i−プロピルアクリルアミド、N−n−ブチルアクリルアミド、N−t−ブチルアクリルアミド、N,N−ジメチルアクリルアミド、N−メチロールアクリルアミド、ジアセトンアクリルアミド、2−アクリルアミド−2−メチルプロパンスルホン酸、アクリルアミドプロピルトリメチルアンモニウムクロライド、メタクリルアミド、N−メチルメタクリルアミド、N−メチロールメタクリルアミド等)、ビニルエステル類(酢酸ビニル等)、マレイン酸又はフマル酸或いはそれらから誘導されるエステル類(マレイン酸ジメチル、マレイン酸ジブチル、フマル酸ジエチル等)、p−スチレンスルホン酸のナトリウム塩、アクリロニトリル、メタクリロニトリル、ジエン類(ブタジエン、シクロペンタジエン、イソプレン等)、芳香族ビニル化合物(スチレン、p−クロロスチレン、t−ブチルスチレン、α−メチルスチレン、スチレンスルホン酸ナトリウム等)、N−ビニルホルムアミド、N−ビニル−N−メチルホルムアミド、N−ビニルアセトアミド、N−ビニル−N−メチルアセトアミド、ビニルスルホン酸、ビニルスルホン酸ナトリウム、アリルスルホン酸ナトリウム、メタクリルスルホン酸ナトリウム、ビニリデンフルオライド、ビニリデンクロライド、ビニルアルキルエーテル類(メチルビニルエーテル等)、エチレン、プロピレン、ブテン、イソブテン、N−フェニルマレイミド等が使用可能である。 The gel electrolyte may be formed by polymerization of a mixture containing a monofunctional monomer in addition to the above polyfunctional monomers. Monofunctional monomers include acrylic acid or α-alkyl acrylic acid (acrylic acid, methacrylic acid, itaconic acid, etc.) or esters or amides thereof (methyl acrylate, ethyl acrylate, n-propyl acrylate, i-propyl acrylate, n- Butyl acrylate, i-butyl acrylate, t-butyl acrylate, n-pentyl acrylate, 3-pentyl acrylate, t-pentyl acrylate, n-hexyl acrylate, 2,2-dimethylbutyl acrylate, n-octyl acrylate, 2-ethylhexyl acrylate 4-methyl-2-propylpentyl acrylate, cetyl acrylate, n-octadecyl acrylate, cyclohexyl acrylate, cyclopentyl acrylate, benzyl acrylate Hydroxyethyl acrylate, 2-hydroxypropyl acrylate, 2-methoxyethyl acrylate, 2-ethoxyethyl acrylate, 2-methoxyethoxyethyl acrylate, phenoxyethyl acrylate, 3-methoxybutyl acrylate, ethyl carbitol acrylate, 2-methyl- 2-nitropropyl acrylate, 2,2,2-trifluoroethyl acrylate, octafluoropentyl acrylate, heptadecafluorodecyl acrylate, methyl methacrylate, n-butyl methacrylate, i-butyl methacrylate, t-butyl methacrylate, t-pentyl methacrylate , N-octadecyl methacrylate, benzyl methacrylate, hydroxyethyl methacrylate, 2-hydroxypropy Methacrylate, 2-methoxyethyl methacrylate, 2-ethoxyethyl methacrylate, 2-methoxyethoxyethyl methacrylate, dimethylaminoethyl methacrylate, 2,2,2-trifluoroethyl methacrylate, tetrafluoropropyl methacrylate, hexafluoropropyl methacrylate, heptadeca Fluorodecyl methacrylate, ethylene glycol ethyl carbonate methacrylate, 2-isobornyl methacrylate, 2-norbornylmethyl methacrylate, 5-norbornen-2-ylmethyl methacrylate, 3-methyl-2-norbornylmethyl methacrylate, acrylamide, N- i-propylacrylamide, Nn-butylacrylamide, Nt-butylacrylamide, N, N-dimethyl Acrylamide, N-methylolacrylamide, diacetoneacrylamide, 2-acrylamido-2-methylpropanesulfonic acid, acrylamidopropyltrimethylammonium chloride, methacrylamide, N-methylmethacrylamide, N-methylolmethacrylamide, etc.), vinyl esters (acetic acid) Vinyl), maleic acid or fumaric acid or esters derived therefrom (dimethyl maleate, dibutyl maleate, diethyl fumarate, etc.), sodium salt of p-styrenesulfonic acid, acrylonitrile, methacrylonitrile, dienes ( Butadiene, cyclopentadiene, isoprene, etc.), aromatic vinyl compounds (styrene, p-chlorostyrene, t-butylstyrene, α-methylstyrene, sodium styrene sulfonate) N-vinylformamide, N-vinyl-N-methylformamide, N-vinylacetamide, N-vinyl-N-methylacetamide, vinyl sulfonic acid, sodium vinyl sulfonate, sodium allyl sulfonate, sodium methacryl sulfonate Vinylidene fluoride, vinylidene chloride, vinyl alkyl ethers (such as methyl vinyl ether), ethylene, propylene, butene, isobutene, N-phenylmaleimide and the like can be used.
多官能モノマーの配合量は、モノマー全体に対して0.5〜70質量%とすることが好ましく、1.0〜50質量%であるのがより好ましい。上述のモノマーは、大津隆行・木下雅悦共著「高分子合成の実験法」(化学同人)や大津隆行「講座重合反応論1ラジカル重合(I)」(化学同人)に記載された一般的な高分子合成法であるラジカル重合によって重合することができる。本発明で使用するゲル電解質用モノマーは加熱、光又は電子線によって、或いは電気化学的にラジカル重合させることができるが、特に加熱によってラジカル重合させるのが好ましい。この場合、好ましく使用できる重合開始剤は2,2’−アゾビスイソブチロニトリル、2,2’−アゾビス(2,4−ジメチルバレロニトリル)、ジメチル2,2’−アゾビス(2−メチルプロピオネート)、ジメチル2,2’−アゾビスイソブチレート等のアゾ系開始剤、ラウリルパーオキシド、ベンゾイルパーオキシド、t−ブチルパーオクトエート等の過酸化物系開始剤等である。重合開始剤の好ましい添加量はモノマー総量に対し0.01〜20質量%であり、より好ましくは0.1〜10質量%である。
ゲル電解質に占めるモノマーの質量組成範囲は0.5〜70質量%であるのが好ましい
。より好ましくは1.0〜50質量%である。ポリマーの架橋反応により電解質組成物をゲル化させる場合は、組成物に架橋可能な反応性基を有するポリマー及び架橋剤を添加するのが好ましい。好ましい反応性基はピリジン環、イミダゾール環、チアゾール環、オキサゾール環、トリアゾール環、モルホリン環、ピペリジン環、ピペラジン環等の含窒素複素環であり、好ましい架橋剤は窒素原子が求核攻撃できる官能基を2つ以上有する化合物(求電子剤)であり、例えば2官能以上のハロゲン化アルキル、ハロゲン化アラルキル、スルホン酸エステル、酸無水物、酸クロライド、イソシアネート等である。
The blending amount of the polyfunctional monomer is preferably 0.5 to 70% by mass and more preferably 1.0 to 50% by mass with respect to the whole monomer. The above-mentioned monomers are the same as those described in Takayuki Otsu and Masaaki Kinoshita “Experimental Methods for Polymer Synthesis” (Chemistry Dojin) and Takayuki Otsu “Lecture Polymerization Reaction Theory 1 Radical Polymerization (I)” (Chemical Doujinshi). Polymerization can be performed by radical polymerization which is a polymer synthesis method. The monomer for gel electrolyte used in the present invention can be radically polymerized by heating, light or electron beam, or electrochemically, and is particularly preferably radically polymerized by heating. In this case, preferably used polymerization initiators are 2,2′-azobisisobutyronitrile, 2,2′-azobis (2,4-dimethylvaleronitrile), dimethyl 2,2′-azobis (2-methylpropyl). Pionate), azo initiators such as dimethyl 2,2′-azobisisobutyrate, peroxide initiators such as lauryl peroxide, benzoyl peroxide, and t-butyl peroctoate. The preferable addition amount of a polymerization initiator is 0.01-20 mass% with respect to the monomer total amount, More preferably, it is 0.1-10 mass%.
The mass composition range of the monomer in the gel electrolyte is preferably 0.5 to 70% by mass. More preferably, it is 1.0-50 mass%. When the electrolyte composition is gelled by a polymer crosslinking reaction, it is preferable to add a polymer having a reactive group capable of crosslinking to the composition and a crosslinking agent. Preferred reactive groups are nitrogen-containing heterocycles such as pyridine ring, imidazole ring, thiazole ring, oxazole ring, triazole ring, morpholine ring, piperidine ring, piperazine ring, and the preferred crosslinking agent is a functional group capable of nucleophilic attack by the nitrogen atom. Is a compound (electrophile) having two or more of, for example, a bifunctional or higher functional alkyl halide, halogenated aralkyl, sulfonic acid ester, acid anhydride, acid chloride, isocyanate and the like.
本発明に用いることができる電解質組成物には、金属ヨウ化物(LiI、NaI、KI、CsI、CaI2等)、金属臭化物(LiBr、NaBr、KBr、CsBr、CaBr2等)、4級アンモニウム臭素塩(テトラアルキルアンモニウムブロマイド、ピリジニウムブロマイド等)、金属錯体(フェロシアン酸塩−フェリシアン酸塩、フェロセン−フェリシニウムイオン等)、イオウ化合物(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等)、ビオロゲン色素、ヒドロキノン−キノン等を添加してよい。これらは混合して用いてもよい。 The electrolyte composition can be used in the present invention, metal iodides (LiI, NaI, KI, CsI , CaI 2 , etc.), a metal bromide (LiBr, NaBr, KBr, CsBr , CaBr 2 , etc.), quaternary ammonium bromine Salt (tetraalkylammonium bromide, pyridinium bromide, etc.), metal complex (ferrocyanate-ferricyanate, ferrocene-ferricinium ion, etc.), sulfur compounds (sodium polysulfide, alkylthiol-alkyl disulfide, etc.), viologen dye Hydroquinone-quinone and the like may be added. These may be used as a mixture.
また、本発明に用いることができる電解質組成物には、J.Am.Ceram.Soc.,80(12),p.3157−3171(1997)に記載のt−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添加してもよい。塩基性化合物を添加する場合の好ましい濃度範囲は0.05〜2Mである。 In addition, electrolyte compositions that can be used in the present invention include J.I. Am. Ceram. Soc. , 80 (12), p. Basic compounds such as t-butylpyridine described in 3157-3171 (1997), 2-picoline, and 2,6-lutidine may be added. A preferable concentration range in the case of adding a basic compound is 0.05 to 2M.
また、本発明の光電変換素子における電荷移動体層3としては、正孔導体物質を含む電荷輸送層を用いても良い。正孔導体物質として、9,9’−スピロビフルオレン誘導体などを用いることができる。
また、電気化学素子の構成として、導電性支持体(電極層)、光電変換層(感光体層及び電荷移動体層)、ホール輸送層、伝導層、対極層を順次に積層することができる。
In addition, as the charge transfer layer 3 in the photoelectric conversion element of the present invention, a charge transport layer containing a hole conductor substance may be used. As the hole conductor material, 9,9′-spirobifluorene derivative or the like can be used.
Moreover, as a structure of an electrochemical element, a conductive support (electrode layer), a photoelectric conversion layer (photosensitive layer and charge transfer layer), a hole transport layer, a conductive layer, and a counter electrode layer can be sequentially laminated.
p型半導体として機能するホール輸送材料をホール輸送層として用いることができる。好ましいホール輸送層としては、例えば無機系又は有機系のホール輸送材料を用いることができる。無機系ホール輸送材料としては、CuI、CuO,NiO等が挙げられる。また、有機系ホール輸送材料としては、高分子系と低分子系のものが挙げられ、高分子系のものとしては、例えばポリビニルカルバゾール、ポリアミン、有機ポリシラン等が挙げられる。また、低分子系のものとしては、例えばトリフェニルアミン誘導体、スチルベン誘導体、ヒドラゾン誘導体、フェナミン誘導体等が挙げられる。この中でも有機ポリシランは、従来の炭素系高分子と異なり、主鎖Si連鎖を有する高分子である。そして主鎖Siに沿って非局化されたσ電子が光伝導に寄与するため、高いホール移動度を有する(Phys.Rev.B,35,p.2818(1987)等参照)ので好ましい。 A hole transport material that functions as a p-type semiconductor can be used as the hole transport layer. As a preferred hole transport layer, for example, an inorganic or organic hole transport material can be used. Examples of the inorganic hole transport material include CuI, CuO, and NiO. Examples of the organic hole transport material include high molecular weight materials and low molecular weight materials, and examples of the high molecular weight materials include polyvinyl carbazole, polyamine, and organic polysilane. Moreover, as a low molecular weight thing, a triphenylamine derivative, a stilbene derivative, a hydrazone derivative, a phenamine derivative etc. are mentioned, for example. Among these, the organic polysilane is a polymer having a main chain Si chain unlike the conventional carbon-based polymer. Since σ electrons delocalized along the main chain Si contribute to photoconductivity, it has high hole mobility (see Phys. Rev. B, 35, p. 2818 (1987), etc.), which is preferable.
本発明の光電変換素子に設けることができる伝導層は、導電性のよいものであれば特に限定されないが、例えば無機導電性材料、有機導電性材料、導電性ポリマー、分子間電荷移動錯体等が挙げられる。中でも分子間電荷移動錯体が好ましい。ここで、分子間電荷移動錯体は、ドナー材料とアクセプター材料とから形成されるものである。また、有機ドナーと有機アクセプターを好ましく用いることができる。
ドナー材料は、分子構造内で電子がリッチなものが好ましい。例えば、有機ドナー材料としては、分子のπ電子系に、置換若しくは無置換アミン基、水酸基、エーテル基、セレン又は硫黄原子を有するものが挙げられ、具体的には、フェニルアミン系、トリフェニルメタン系、カルバゾール系、フェノール系、テトラチアフルバレン系材料が挙げられる。
アクセプター材料としては、分子構造内で電子不足なものが好ましい。例えば、有機アクセプター材料としては、フラーレン、分子のπ電子系にニトロ基、シアノ基、カルボキシル基又はハロゲン基等の置換基を有するものが挙げられ、具体的にはPCBM、ベンゾキノン系、ナフトキノン系等のキノン系、フロオレノン系、クロラニル系、ブロマニル系、テトラシアノキノジメタン系、テトラシアノンエチレン系等が挙げられる。
なお、伝導層の厚みは、特に限定されないが、多孔質を完全に埋めることができる程度が好ましい。
The conductive layer that can be provided in the photoelectric conversion element of the present invention is not particularly limited as long as it has good conductivity. For example, an inorganic conductive material, an organic conductive material, a conductive polymer, an intermolecular charge transfer complex, and the like can be used. Can be mentioned. Of these, intermolecular charge transfer complexes are preferred. Here, the intermolecular charge transfer complex is formed from a donor material and an acceptor material. Moreover, an organic donor and an organic acceptor can be used preferably.
The donor material is preferably a material rich in electrons in the molecular structure. For example, organic donor materials include those having a substituted or unsubstituted amine group, hydroxyl group, ether group, selenium or sulfur atom in the π-electron system of the molecule, specifically, phenylamine-based, triphenylmethane , Carbazole, phenol, and tetrathiafulvalene materials.
As the acceptor material, those lacking electrons in the molecular structure are preferable. For example, organic acceptor materials include fullerenes, those having a substituent such as nitro group, cyano group, carboxyl group or halogen group in the π-electron system of the molecule, specifically PCBM, benzoquinone, naphthoquinone, etc. Quinone, fluoroenone, chloranil, bromanyl, tetracyanoquinodimethane, tetracyanoethylene and the like.
In addition, the thickness of the conductive layer is not particularly limited, but is preferably an extent that can completely fill the porous layer.
(C)導電性支持体
図1に示すような本発明の光電変換素子の好ましい実施態様において、導電性支持体1上には多孔質の半導体微粒子22に色素21が吸着された感光体層2が形成されている。後述する通り、例えば、半導体微粒子の分散液を導電性支持体に塗布・乾燥後、本発明の色素の溶液に浸漬することにより、感光体層2を製造することができる。
(C) Conductive Support In a preferred embodiment of the photoelectric conversion element of the present invention as shown in FIG. 1, the photosensitive layer 2 in which the
導電性支持体としては、金属のように支持体そのものに導電性があるものか、又は表面に導電膜層を有するガラスや高分子材料を使用することができる。導電性支持体は実質的に透明であることが好ましい。実質的に透明であるとは光の透過率が10%以上であることを意味し、50%以上であることが好ましく、80%以上が特に好ましい。導電性支持体としては、ガラスや高分子材料に導電性の金属酸化物を塗設したものを使用することができる。このときの導電性の金属酸化物の塗布量は、ガラスや高分子材料の支持体1m2当たり、0.1〜100gが好ましい。透明導電性支持体を用いる場合、光は支持体側から入射させることが好ましい。好ましく使用される高分子材料の一例として、テトラアセチルセルロース(TAC)、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリエチレンナフタレート(PEN)、シンジオタクチックポリスチレン(SPS)、ポリフェニレンスルフィド(PPS)、ポリカーボネート(PC)、ポリアリレート(PAR)、ポリスルフォン(PSF)、ポリエステルスルフォン(PES)、ポリエーテルイミド(PEI)、環状ポリオレフィン、ブロム化フェノキシ等を挙げることができる。導電性支持体上には、表面に光マネージメント機能を施してもよく、例えば、特開2003−123859号公報に記載の高屈折膜及び低屈性率の酸化物膜を交互に積層した反射防止膜、特開2002−26074号公報に6記載のライトガイド機能が挙げられる。
この他にも、金属支持体も好ましく使用することができる。その一例としては、チタン、アルミニウム、銅、ニッケル、鉄、ステンレス、銅を挙げることができる。これらの金属は合金であってもよい。さらに好ましくは、チタン、アルミニウム、銅が好ましく、特に好ましくは、チタンやアルミニウムである。
As the conductive support, a glass or a polymer material having a conductive film layer on the surface, such as a metal having a conductive property as the support itself, can be used. It is preferable that the conductive support is substantially transparent. Substantially transparent means that the light transmittance is 10% or more, preferably 50% or more, particularly preferably 80% or more. As the conductive support, a glass or polymer material coated with a conductive metal oxide can be used. The coating amount of the conductive metal oxide at this time is preferably 0.1 to 100 g per 1 m 2 of the support of glass or polymer material. When a transparent conductive support is used, light is preferably incident from the support side. Examples of polymer materials that are preferably used include tetraacetyl cellulose (TAC), polyethylene terephthalate (PET), polyethylene naphthalate (PEN), syndiotactic polystyrene (SPS), polyphenylene sulfide (PPS), polycarbonate (PC), Examples include polyarylate (PAR), polysulfone (PSF), polyester sulfone (PES), polyetherimide (PEI), cyclic polyolefin, and brominated phenoxy. On the conductive support, the surface may be provided with a light management function. For example, an antireflection film in which high refractive films and low refractive index oxide films described in JP-A-2003-123859 are alternately laminated. The light guide function described in JP-A-2002-26074 is used.
In addition to this, a metal support can also be preferably used. Examples thereof include titanium, aluminum, copper, nickel, iron, stainless steel, and copper. These metals may be alloys. More preferably, titanium, aluminum, and copper are preferable, and titanium and aluminum are particularly preferable.
導電性支持体上には、紫外光を遮断する機能を持たせることが好ましい。例えば、紫外光を可視光に変えることが出来る蛍光材料を透明支持体中又は透明支持体表面に存在させる方法や紫外線吸収剤を用いる方法も挙げられる。
導電性支持体上には、さらに特開平11−250944号公報等に記載の機能を付与してもよい。
It is preferable that the conductive support has a function of blocking ultraviolet light. For example, a method in which a fluorescent material capable of converting ultraviolet light into visible light is present in the transparent support or on the surface of the transparent support, and a method using an ultraviolet absorber are also included.
A function described in JP-A No. 11-250944 may be further provided on the conductive support.
好ましい導電膜としては金属(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、若しくは導電性の金属酸化物(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。
導電膜層の厚さは0.01〜30μmであることが好ましく、0.03〜25μmであることが更に好ましく、特に好ましくは0.05〜20μmである。
Preferred conductive films include 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.) ).
The thickness of the conductive film layer is preferably 0.01 to 30 μm, more preferably 0.03 to 25 μm, and particularly preferably 0.05 to 20 μm.
導電性支持体1は表面抵抗が低い程よい。好ましい表面抵抗の範囲としては50Ω/cm2以下であり、さらに好ましくは10Ω/cm2以下である。この下限に特に制限はないが、通常0.1Ω/cm2程度である。 The conductive support 1 preferably has a lower surface resistance. The range of the surface resistance is preferably 50 Ω / cm 2 or less, more preferably 10 Ω / cm 2 or less. Although there is no restriction | limiting in particular in this lower limit, Usually, it is about 0.1 ohm / cm < 2 >.
導電膜の抵抗値はセル面積が大きくなると大きくなる為、集電電極を配置してもよい。導電性支持体と透明導電膜の間にガスバリア膜及び/又はイオン拡散防止膜を配置しても良い。ガスバリア層としては、樹脂膜や無機膜を使用することができる。
また、透明電極と多孔質半導体電極光触媒含有層を設けてもよい。透明導電層は積層構造でも良く、好ましい方法としてたとえば、ITO上にFTOを積層することができる。
Since the resistance value of the conductive film increases as the cell area increases, a collecting electrode may be disposed. A gas barrier film and / or an ion diffusion prevention film may be disposed between the conductive support and the transparent conductive film. As the gas barrier layer, a resin film or an inorganic film can be used.
Moreover, you may provide a transparent electrode and a porous semiconductor electrode photocatalyst content layer. The transparent conductive layer may have a laminated structure, and as a preferable method, for example, FTO can be laminated on ITO.
(D)半導体微粒子
図1に示すように、本発明の光電変換素子の好ましい実施態様において、導電性支持体1上には多孔質の半導体微粒子22に色素21が吸着された感光体層2が形成されている。後述する通り、例えば、半導体微粒子の分散液を前記の導電性支持体に塗布・乾燥後、本発明の色素溶液に浸漬することにより、感光体層2を製造することができる。
(D) Semiconductor Fine Particles As shown in FIG. 1, in a preferred embodiment of the photoelectric conversion element of the present invention, a photosensitive layer 2 in which a
半導体微粒子としては、好ましくは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の微粒子が用いられる。金属のカルコゲニドとしては、好ましくはチタン、スズ、亜鉛、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、ニオブ若しくはタンタルの酸化物、硫化カドミウム、セレン化カドミウム等が挙げられる。ペロブスカイトとしては、好ましくはチタン酸ストロンチウム、チタン酸カルシウム等が挙げられる。これらのうち酸化チタン、酸化亜鉛、酸化スズ、酸化タングステンが特に好ましい。 As the semiconductor fine particles, metal chalcogenides (for example, oxides, sulfides, selenides, etc.) or perovskite fine particles are preferably used. Preferred examples of the metal chalcogenide include titanium, tin, zinc, tungsten, zirconium, hafnium, strontium, indium, cerium, yttrium, lanthanum, vanadium, niobium or tantalum oxide, cadmium sulfide, and cadmium selenide. Preferred perovskites include strontium titanate and calcium titanate. Of these, titanium oxide, zinc oxide, tin oxide, and tungsten oxide are particularly preferable.
半導体には伝導に関わるキャリアーが電子であるn型とキャリアーが正孔であるp型が存在するが、本発明の素子ではn型を用いることが変換効率の点で好ましい。n型半導体には、不純物準位をもたず伝導帯電子と価電子帯正孔によるキャリアーの濃度が等しい固有半導体(あるいは真性半導体)の他に、不純物に由来する構造欠陥により電子キャリアー濃度の高いn型半導体が存在する。本発明で好ましく用いられるn型の無機半導体は、TiO2、TiSrO3、ZnO、Nb2O3、SnO2、WO3、Si、CdS、CdSe、V2O5、ZnS、ZnSe、SnSe、KTaO3、FeS2、PbS、InP、GaAs、CuInS2、CuInSe2などである。これらのうち最も好ましいn型半導体はTiO2、ZnO、SnO2、WO3、ならびにNb2O3である。また、これらの半導体の複数を複合させた半導体材料も好ましく用いられる。 In semiconductors, there are an n-type in which carriers involved in conduction are electrons and a p-type in which carriers are holes. In the element of the present invention, n-type is preferable in terms of conversion efficiency. In an n-type semiconductor, in addition to an intrinsic semiconductor (or an intrinsic semiconductor) having no impurity level and having the same carrier concentration due to conduction band electrons and valence band holes, the electron carrier concentration is reduced by structural defects derived from impurities. There are high n-type semiconductors. The n-type inorganic semiconductor preferably used in the present invention is TiO 2 , TiSrO 3 , ZnO, Nb 2 O 3 , SnO 2 , WO 3 , Si, CdS, CdSe, V 2 O 5 , ZnS, ZnSe, SnSe, KTaO. 3 , FeS 2 , PbS, InP, GaAs, CuInS 2 , CuInSe 2 and the like. Of these, the most preferred n-type semiconductors are TiO 2 , ZnO, SnO 2 , WO 3 , and Nb 2 O 3 . A semiconductor material in which a plurality of these semiconductors are combined is also preferably used.
半導体微粒子の粒径は、半導体微粒子分散液の粘度を高く保つ目的で、一次粒子の平均粒径が2nm以上50nm以下であることが好ましく、また一次粒子の平均粒径が2nm以上30nm以下の超微粒子であることがより好ましい。粒径分布の異なる2種類以上の微粒子を混合してもよく、この場合小さい粒子の平均サイズは5nm以下であるのが好ましい。また、入射光を散乱させて光捕獲率を向上させる目的で、上記の超微粒子に対して平均粒径が50nmを越える大きな粒子を、低含率で添加、又は別層塗布することもできる。この場合、大粒子の含率は、平均粒径が50nm以下の粒子の質量の50%以下であることが好ましく、20%以下であることがより好ましい。上記の目的で添加混合する大粒子の平均粒径は、100nm以上が好ましく、250nm以上がより好ましい。
光散乱用の大粒子を用いることで、ヘイズ率60%以上となることが好ましい。ヘイズ率とは(拡散透過率)÷(全光透過率)で表される。
For the purpose of keeping the viscosity of the semiconductor fine particle dispersion high, it is preferable that the average particle size of the primary particles is 2 nm to 50 nm, and the average primary particle size is 2 nm to 30 nm. More preferably, it is a fine particle. Two or more kinds of fine particles having different particle size distributions may be mixed. In this case, the average size of the small particles is preferably 5 nm or less. In addition, for the purpose of scattering incident light and improving the light capture rate, large particles having an average particle size exceeding 50 nm can be added to the ultrafine particles at a low content, or another layer can be applied. In this case, the content of the large particles is preferably 50% or less, more preferably 20% or less of the mass of particles having an average particle size of 50 nm or less. The average particle size of the large particles added and mixed for the above purpose is preferably 100 nm or more, and more preferably 250 nm or more.
By using large particles for light scattering, the haze ratio is preferably 60% or more. The haze ratio is expressed by (diffuse transmittance) / (total light transmittance).
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)等に記載のゲル・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。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、さらに清野学の「酸化チタン 物性と応用技術」技報堂出版(1997年)に記載の硫酸法及び塩素法を用いることもできる。さらにゾル・ゲル法として、バルべ等のジャーナル・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。 As a method for producing the semiconductor fine particles, the gel-sol method described in Sakuo Sakuo's “Science of Sol-Gel Method”, Agne Jofu Co., Ltd. (1998) and the like is preferable. Also preferred is a method of producing an oxide by high-temperature hydrolysis of chloride developed by Degussa in an oxyhydrogen salt. 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 preferred, but Kiyoshi Manabu's “Titanium oxide properties and applied technology” The sulfuric acid method and the chlorine method described in Gihodo Shuppan (1997) can also be used. Furthermore, as a sol-gel method, the method described in Journal of American Ceramic Society, Vol. 80 (No. 12), pages 3157-3171 (1997) such as Barbe, et al. The method described in Of Materials, Vol. 10 (No. 9), pages 2419-2425 is also preferable.
この他に、半導体微粒子の製造方法として、例えば、チタニアナノ粒子の製造方法として好ましくは、四塩化チタンの火炎加水分解による方法、四塩化チタンの燃焼法、安定なカルコゲナイド錯体の加水分解、オルトチタン酸の加水分解、可溶部と不溶部から半導体微粒子を形成後可溶部を溶解除去する方法、過酸化物水溶液の水熱合成、又はゾル・ゲル法によるコア/シェル構造の酸化チタン微粒子の製造方法が挙げられる。 In addition to this, as a method for producing semiconductor fine particles, for example, as a method for producing titania nanoparticles, preferably, a method by flame hydrolysis of titanium tetrachloride, a combustion method of titanium tetrachloride, hydrolysis of a stable chalcogenide complex, orthotitanic acid Of core, shell-structured titanium oxide particles by hydrolyzing, dissolving and removing semiconductor particles from soluble and insoluble parts, hydrothermal synthesis of aqueous peroxide solution, or sol-gel method A method is mentioned.
チタニアの結晶構造としては、アナターゼ型、ブルッカイト型、又は、ルチル型があげられ、アナターゼ型、ブルッカイト型が好ましい。
チタニアナノチューブ・ナノワイヤー・ナノロッドをチタニア微粒子に混合してもよい。
Examples of the crystal structure of titania include anatase type, brookite type, and rutile type, and anatase type and brookite type are preferable.
Titania nanotubes, nanowires, and nanorods may be mixed with titania fine particles.
チタニアは、非金属元素などによりドーピングされていても良い。チタニアへの添加剤としてド―パント以外に、ネッキングを改善する為のバインダーや逆電子移動防止の為に表面へ添加剤を用いても良い。好ましい添加剤の例としては、ITO、SnOもしくはSnO2粒子、ウイスカー、繊維状グラファイト・カーボンナノチューブ、酸化亜鉛ネッキング結合子、セルロース等の繊維状物質、金属、有機シリコン、ドデシルベンゼンスルホン酸、シラン化合物等の電荷移動結合分子、及び電位傾斜型デンドリマーなどが挙げられる。 Titania may be doped with a nonmetallic element or the like. In addition to the dopant, an additive to the titania may be used as a binder for improving necking or an additive on the surface for preventing reverse electron transfer. Examples of preferred additives include ITO, SnO or SnO 2 particles, whiskers, fibrous graphite / carbon nanotubes, zinc oxide necking binders, fibrous materials such as cellulose, metals, organic silicon, dodecylbenzenesulfonic acid, silane compounds And the like, and charge gradient binding molecules such as potential gradient dendrimers.
チタニア上の表面欠陥を除去するなどの目的で、色素吸着前にチタニアを酸塩基又は酸化還元処理しても良い。エッチング、酸化処理、過酸化水素処理、脱水素処理、UV−オゾン、酸素プラズマなどで処理してもよい。 For the purpose of removing surface defects on titania, titania may be acid-base or redox treated before dye adsorption. Etching, oxidation treatment, hydrogen peroxide treatment, dehydrogenation treatment, UV-ozone, oxygen plasma, or the like may be used.
(E)半導体微粒子分散液
本発明においては、半導体微粒子以外の固形分の含量が、半導体微粒子分散液全体の10質量%以下よりなる半導体微粒子分散液を前記の導電性支持体に塗布し、適度に加熱することにより、多孔質半導体微粒子塗布層(感光体層)を得ることができる。
半導体微粒子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、半導体を合成する際に溶媒中で微粒子として析出させそのまま使用する方法、微粒子に超音波などを照射して超微粒子に粉砕する方法、あるいはミルや乳鉢などを使って機械的に粉砕しすり潰す方法、等が挙げられる。分散溶媒としては、水及び/又は各種の有機溶媒を用いることができる。有機溶媒としては、メタノール、エタノール、イソプロピルアルコール、シトロネロール、ターピネオールなどのアルコール類、アセトンなどのケトン類、酢酸エチルなどのエステル類、ジクロロメタン、アセトニトリル等が挙げられる。
(E) Semiconductor fine particle dispersion In the present invention, a semiconductor fine particle dispersion in which the solid content other than the semiconductor fine particles is 10% by mass or less of the entire semiconductor fine particle dispersion is applied to the conductive support. The porous semiconductor fine particle coating layer (photoreceptor layer) can be obtained by heating to.
In addition to the sol-gel method described above, a method of preparing a semiconductor fine particle dispersion is a method of depositing fine particles in a solvent and using them as they are when synthesizing a semiconductor. Ultrafine particles are irradiated with ultrasonic waves. Or a method of mechanically pulverizing and crushing using a mill or mortar. As the dispersion solvent, water and / or various organic solvents can be used. Examples of the organic solvent include alcohols such as methanol, ethanol, isopropyl alcohol, citronellol and terpineol, ketones such as acetone, esters such as ethyl acetate, dichloromethane, acetonitrile and the like.
分散の際、必要に応じて例えばポリエチレングリコール、ヒドロキシエチルセルロース、カルボキシメチルセルロースのようなポリマー、界面活性剤、酸、又はキレート剤等を分散助剤として少量用いてもよい。しかし、これらの分散助剤は、導電性支持体上へ製膜する工程の前に、ろ過法や分離膜を用いる方法、あるいは遠心分離法などによって大部分を除去しておくことが好ましい。半導体微粒子分散液は、半導体微粒子以外の固形分の含量が分散液全体の10質量%以下とすることができる。この濃度は好ましくは5質量%以下であり、さらに好ましくは3質量%以下であり、特に好ましくは1%以下である。さらに好ましくは0.5質量%以下であり、特に好ましくは0.2質量%である。すなわち、半導体微粒子分散液中に、溶媒と半導体微粒子以外の固形分を半導体微分散液全体の10質量%以下とすることができる。実質的に半導体微粒子と分散溶媒のみからなることが好ましい。
半導体微粒子分散液の粘度が高すぎると分散液が凝集してしまい製膜することができず、逆に半導体微粒子分散液の粘度が低すぎると液が流れてしまい製膜することができないことがある。したがって分散液の粘度は、25℃で10〜300N・s/m2が好ましい。さらに好ましくは、25℃で50〜200N・s/m2である。
At the time of dispersion, a small amount of, for example, a polymer such as polyethylene glycol, hydroxyethyl cellulose, carboxymethyl cellulose, a surfactant, an acid, or a chelating agent may be used as a dispersion aid. However, most of these dispersing aids are preferably removed by a filtration method, a method using a separation membrane, a centrifugal method or the like before the step of forming a film on a conductive support. In the semiconductor fine particle dispersion, the solid content other than the semiconductor fine particles can be 10% by mass or less of the total dispersion. This concentration is preferably 5% by mass or less, more preferably 3% by mass or less, and particularly preferably 1% or less. More preferably, it is 0.5 mass% or less, Most preferably, it is 0.2 mass%. That is, in the semiconductor fine particle dispersion, the solid content other than the solvent and the semiconductor fine particles can be 10% by mass or less of the entire semiconductor fine dispersion. It is preferable to consist essentially of semiconductor fine particles and a dispersion solvent.
If the viscosity of the semiconductor fine particle dispersion is too high, the dispersion will aggregate and cannot be formed into a film. Conversely, if the viscosity of the semiconductor fine particle dispersion is too low, the liquid will flow and cannot be formed into a film. is there. Therefore, the viscosity of the dispersion is preferably 10 to 300 N · s / m 2 at 25 ° C. More preferably, it is 50 to 200 N · s / m 2 at 25 ° C.
半導体微粒子分散液の塗布方法としては、アプリケーション系の方法としてローラ法、ディップ法等を使用することができる。またメータリング系の方法としてエアーナイフ法、ブレード法等を使用することができる。またアプリケーション系の方法とメータリング系の方法を同一部分にできるものとして、特公昭58−4589号公報に開示されているワイヤーバー法、米国特許第2681294号明細書等に記載のスライドホッパー法、エクストルージョン法、カーテン法等が好ましい。また汎用機を使用してスピン法やスプレー法で塗布するのも好ましい。湿式印刷方法としては、凸版、オフセット及びグラビアの3大印刷法をはじめ、凹版、ゴム版、スクリーン印刷等が好ましい。これらの中から、液粘度やウェット厚さに応じて、好ましい製膜方法を選択する。また前記半導体微粒子分散液は粘度が高く、粘稠性を有するため、凝集力が強いことがあり、塗布時に支持体とうまく馴染まない場合がある。このような場合に、UVオゾン処理で表面のクリーニングと親水化を行うことにより、塗布した半導体微粒子分散液と導電性支持体表面の結着力が増し、半導体微粒子分散液の塗布が行い易くなる。 As a method for applying the semiconductor fine particle dispersion, a roller method, a dip method, or the like can be used as an application method. Moreover, an air knife method, a blade method, etc. can be used as a metering method. In addition, as an application method and a metering method can be made the same part, a wire bar method disclosed in Japanese Patent Publication No. 58-4589, a slide hopper method described in US Pat. No. 2,681,294, etc. An extrusion method, a curtain method and the like are preferable. It is also preferable to apply by a spin method or a spray method using a general-purpose machine. As the wet printing method, intaglio, rubber plate, screen printing and the like are preferred, including the three major printing methods of letterpress, offset and gravure. From these, a preferred film forming method is selected according to the liquid viscosity and the wet thickness. Moreover, since the semiconductor fine particle dispersion has a high viscosity and has a viscous property, it may have a strong cohesive force and may not be well adapted to the support during coating. In such a case, by performing cleaning and hydrophilization of the surface by UV ozone treatment, the binding force between the applied semiconductor fine particle dispersion and the surface of the conductive support increases, and the semiconductor fine particle dispersion can be easily applied.
半導体微粒子層全体の好ましい厚さは0.1〜100μmである。半導体微粒子層の厚さはさらに1〜30μmが好ましく、2〜25μmがより好ましい。半導体微粒子の支持体1m2当りの担持量は0.5g〜400gが好ましく、5〜100gがより好ましい。 The preferred thickness of the entire semiconductor fine particle layer is 0.1 to 100 μm. The thickness of the semiconductor fine particle layer is further preferably 1 to 30 μm, and more preferably 2 to 25 μm. The amount of the semiconductor fine particles supported per 1 m 2 of the support is preferably 0.5 g to 400 g, more preferably 5 to 100 g.
塗布した半導体微粒子の層に対し、半導体微粒子同士の電子的接触の強化と、支持体との密着性の向上のため、また塗布した半導体微粒子分散液を乾燥させるために、加熱処理が施される。この加熱処理により多孔質半導体微粒子層を形成することができる。その他、部材の特性や用途に応じて適宜公知の方法により半導体微粒子層を形成してもよい。例えば、特開2001−291534号公報に開示された記載の材料や調製方法、作製方法を参照することができ、本明細書に引用する。
また、加熱処理に加えて光のエネルギーを用いることもできる。例えば、半導体微粒子として酸化チタンを用いた場合に、紫外光のような半導体微粒子が吸収する光を与えることで表面を活性化してもよいし、レーザー光などで半導体微粒子表面のみを活性化することができる。半導体微粒子に対して該微粒子が吸収する光を照射することで、粒子表面に吸着した不純物が粒子表面の活性化によって分解され、上記の目的のために好ましい状態とすることができる。加熱処理と紫外光を組み合わせる場合は、半導体微粒子に対して該微粒子が吸収する光を照射しながら、加熱が100℃以上250℃以下あるいは好ましくは100℃以上150℃以下で行われることが好ましい。このように、半導体微粒子を光励起することによって、微粒子層内に混入した不純物を光分解により洗浄するとともに、微粒子の間の物理的接合を強めることができる。
The applied semiconductor fine particle layer is subjected to heat treatment in order to enhance the electronic contact between the semiconductor fine particles and to improve the adhesion to the support and to dry the applied semiconductor fine particle dispersion. . By this heat treatment, a porous semiconductor fine particle layer can be formed. In addition, the semiconductor fine particle layer may be formed by a known method as appropriate according to the characteristics and application of the member. For example, the materials, preparation methods, and manufacturing methods described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2001-291534 can be referred to, and are cited in this specification.
In addition to heat treatment, light energy can also be used. For example, when titanium oxide is used as the semiconductor fine particles, the surface may be activated by applying light absorbed by the semiconductor fine particles such as ultraviolet light, or only the surface of the semiconductor fine particles may be activated by laser light or the like. Can do. By irradiating the semiconductor fine particles with light absorbed by the fine particles, the impurities adsorbed on the particle surface are decomposed by the activation of the particle surface, and can be brought into a preferable state for the above purpose. When heat treatment and ultraviolet light are combined, it is preferable that heating be performed at 100 ° C. or higher and 250 ° C. or lower, or preferably 100 ° C. or higher and 150 ° C. or lower, while irradiating the semiconductor fine particles with light absorbed by the fine particles. Thus, by photoexciting the semiconductor fine particles, impurities mixed in the fine particle layer can be washed by photolysis, and physical bonding between the fine particles can be strengthened.
また、半導体微粒子分散液を前記の導電性支持体に塗布し、加熱や光を照射する以外に他の処理を行ってもよい。好ましい方法として例えば、通電、化学的処理などが挙げられる。
塗布後に圧力をかけても良く、圧力をかける方法としては、特表2003−500857号公報に記載の方法等が挙げられる。光照射の例としては、特開2001−357896号公報に記載の方法等が挙げられる。プラズマ・マイクロ波・通電の例としては、特開2002−353453号公報に記載の方法等が挙げられる。化学的処理としては、例えば特開2001−357896号公報に記載の方法が挙げられる。
In addition, the semiconductor fine particle dispersion may be applied to the conductive support, and other treatments may be performed in addition to heating and light irradiation. Examples of preferred methods include energization and chemical treatment.
Pressure may be applied after application, and examples of the method of applying pressure include the method described in JP-T-2003-500857. Examples of light irradiation include the method described in JP-A No. 2001-357896. Examples of plasma, microwave, and energization include the method described in JP-A No. 2002-353453. Examples of the chemical treatment include a method described in JP-A No. 2001-357896.
上述の半導体微粒子を導電性支持体上に塗設する方法は、上述の半導体微粒子分散液を導電性支持体上に塗布する方法のほか、特許第2664194号公報に記載の半導体微粒子の前駆体を導電性支持体上に塗布し空気中の水分によって加水分解して半導体微粒子膜を得る方法などの方法を使用することができる。
前駆体として例えば、(NH4)2TiF6、過酸化チタン、金属アルコキシド・金属錯体・金属有機酸塩等が挙げられる。
また、金属有機酸化物(アルコキシドなど)を共存させたスラリーを塗布し加熱処理、光処理などで半導体膜を形成する方法、無機系前駆体を共存させたスラリー、スラリーのpHと分散させたチタニア粒子の性状を特定した方法が挙げられる。これらスラリーには、少量であればバインダーを添加しても良く、バインダーとしては、セルロース、フッ素ポリマー、架橋ゴム、ポリブチルチタネート、カルボキシメチルセルロースなどが挙げられる。
半導体微粒子又はその前駆体層の形成に関する技術としては、コロナ放電、プラズマ、UVなどの物理的な方法で親水化する方法、アルカリやポリエチレンジオキシチオフェンとポリスチレンスルホン酸などによる化学処理、ポリアニリンなどの接合用中間膜の形成などが挙げられる。
The method for coating the above-mentioned semiconductor fine particles on the conductive support is not only the method for coating the above-mentioned semiconductor fine particle dispersion on the conductive support, but also the semiconductor fine particle precursor described in Japanese Patent No. 2664194. A method such as a method of obtaining a semiconductor fine particle film by coating on a conductive support and hydrolyzing with moisture in the air can be used.
Examples of the precursor include (NH 4 ) 2 TiF 6 , titanium peroxide, metal alkoxide / metal complex / metal organic acid salt, and the like.
Also, a method of forming a semiconductor film by applying a slurry in which a metal organic oxide (such as an alkoxide) coexists, and heat treatment, light treatment, etc., a slurry in which an inorganic precursor coexists, titania dispersed in the slurry pH The method which specified the property of particle | grains is mentioned. A binder may be added to these slurries in a small amount, and examples of the binder include cellulose, fluoropolymer, crosslinked rubber, polybutyl titanate, carboxymethyl cellulose and the like.
Techniques related to the formation of semiconductor fine particles or precursor layers thereof include corona discharge, plasma, a method of hydrophilizing by physical methods such as UV, a chemical treatment with alkali, polyethylenedioxythiophene and polystyrenesulfonic acid, polyaniline, etc. For example, formation of an interlayer film for bonding may be mentioned.
半導体微粒子を導電性支持体上に塗設する方法として、上述の(1)湿式法とともに、(2)乾式法、(3)その他の方法を併用しても良い。
(2)乾式法として好ましくは、特開2000−231943号公報等が挙げられる。
(3)その他の方法として、好ましくは、特開2002−134435号公報等が挙げられる。
As a method for coating the semiconductor fine particles on the conductive support, (2) dry method, (3) other methods may be used in combination with the above-mentioned (1) wet method.
(2) As a dry method, JP 2000-231943 A is preferable.
(3) As other methods, JP-A-2002-134435 is preferable.
乾式法としては、蒸着やスパッタリング、エアロゾルデポジション法などが挙げられる。また、電気泳動法・電析法を用いても良い。
また、耐熱基板上でいったん塗膜を作製した後、プラスチック等のフィルムに転写する方法を用いても良い。好ましくは、特開2002−184475号公報に記載のEVAを介して転写する方法、特開2003−98977号公報に記載の紫外線、水系溶媒で除去可能な無機塩を含む転写元基板上に半導体層・導電層を形成後、有機基板に転写後、転写元基板を除去する方法などが挙げられる。
Examples of the dry method include vapor deposition, sputtering, and aerosol deposition method. Further, electrophoresis or electrodeposition may be used.
Moreover, after producing a coating film once on a heat-resistant board | substrate, you may use the method of transcribe | transferring to films, such as a plastics. Preferably, a semiconductor layer is formed on a transfer source substrate containing an inorganic salt that can be removed with ultraviolet rays and an aqueous solvent described in JP-A-2003-98777, a method of transferring via EVA described in JP-A-2002-184475. A method of removing the transfer source substrate after forming the conductive layer, transferring to the organic substrate, and the like can be mentioned.
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。例えば半導体微粒子を支持体上に塗設した状態で、その表面積が投影面積に対して10倍以上であることが好ましく、100倍以上であることがより好ましい。この上限には特に制限はないが、通常5000倍程度である。好ましい半導体微粒子の構造としては、特開2001−93591号公報等が挙げられる。 The semiconductor fine particles preferably have a large surface area so that many dyes can be adsorbed. For example, in a state where the semiconductor fine particles are coated on the support, the surface area is preferably 10 times or more, more preferably 100 times or more the projected area. Although there is no restriction | limiting in particular in this upper limit, Usually, it is about 5000 times. JP-A-2001-93591 and the like are preferable as the structure of the semiconductor fine particles.
一般に、半導体微粒子層の厚みが大きいほど単位面積当たりに担持できる色素の量が増えるため光の吸収効率が高くなるが、発生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。半導体微粒子層の好ましい厚みは素子の用途によって異なるが、典型的には0.1〜100μmである。光電気化学電池として用いる場合は1〜50μmであることが好ましく、3〜30μmであることがより好ましい。半導体微粒子は、支持体に塗布した後に粒子同士を密着させるために、100〜800℃の温度で10分〜10時間加熱してもよい。支持体としてガラスを用いる場合、製膜温度は400〜600℃が好ましい。
支持体として高分子材料を用いる場合、250℃以下で製膜後加熱することが好ましい。その場合の製膜方法としては、(1)湿式法、(2)乾式法、(3)電気泳動法(電析法を含む)の何れでも良く、好ましくは、(1)湿式法、又は(2)乾式法であり、更に好ましくは、(1)湿式法である。
なお、半導体微粒子の支持体1m2当たりの塗布量は0.5〜500g、さらには5〜100gが好ましい。
In general, as the thickness of the semiconductor fine particle layer increases, the amount of dye that can be carried per unit area increases, so that the light absorption efficiency increases. However, since the diffusion distance of the generated electrons increases, the loss due to charge recombination also increases. The preferred thickness of the semiconductor fine particle layer varies depending on the use of the device, but is typically 0.1 to 100 μm. When using as a photoelectrochemical cell, it is preferable that it is 1-50 micrometers, and it is more preferable that it is 3-30 micrometers. The semiconductor fine particles may be heated at a temperature of 100 to 800 ° C. for 10 minutes to 10 hours in order to adhere the particles to each other after being applied to the support. When glass is used as the support, the film forming temperature is preferably 400 to 600 ° C.
When a polymer material is used as the support, it is preferably heated after film formation at 250 ° C. or lower. In this case, the film forming method may be any one of (1) a wet method, (2) a dry method, and (3) an electrophoresis method (including an electrodeposition method), preferably (1) a wet method, or ( 2) A dry method, more preferably (1) a wet method.
The coating amount of the semiconductor fine particles per 1 m 2 of the support is preferably 0.5 to 500 g, more preferably 5 to 100 g.
半導体微粒子に色素を吸着させるには、溶液と本発明の色素よりなる色素吸着用色素溶液の中に、よく乾燥した半導体微粒子を長時間浸漬するのが好ましい。色素吸着用色素溶液に使用される溶液は、本発明の色素が溶解できる溶液なら特に制限なく使用することができる。例えば、エタノール、メタノール、イソプロパノール、トルエン、t−ブタノール、アセトニトリル、アセトン、n−ブタノールなどを使用することができる。その中でも、エタノール、トルエンを好ましく使用することができる。 In order to adsorb the dye to the semiconductor fine particles, it is preferable to immerse the well-dried semiconductor fine particles in a dye adsorbing dye solution comprising the solution and the dye of the present invention for a long time. The solution used for the dye solution for dye adsorption can be used without particular limitation as long as it is a solution that can dissolve the dye of the present invention. For example, ethanol, methanol, isopropanol, toluene, t-butanol, acetonitrile, acetone, n-butanol and the like can be used. Among these, ethanol and toluene can be preferably used.
溶液と本発明の色素よりなる色素吸着用色素溶液は必要に応じて50℃ないし100℃に加熱してもよい。色素の吸着は半導体微粒子の塗布前に行っても塗布後に行ってもよい。また、半導体微粒子と色素を同時に塗布して吸着させてもよい。未吸着の色素は洗浄によって除去する。塗布膜の焼成を行う場合は色素の吸着は焼成後に行うことが好ましい。焼成後、塗布膜表面に水が吸着する前にすばやく色素を吸着させるのが特に好ましい。吸着する色素は1種類でもよいし、数種混合して用いてもよい。混合する場合、本発明の色素を2種以上混合してもよいし、本発明の趣旨を損なわない範囲内で錯体色素と本発明の色素を混合してもよい。光電変換の波長域をできるだけ広くするように、混合する色素が選ばれる。色素を混合する場合は、すべての色素が溶解するようにして、色素吸着用色素溶液とすることが必要である。 The dye solution for dye adsorption comprising the solution and the dye of the present invention may be heated to 50 ° C. to 100 ° C. as necessary. The adsorption of the dye may be performed before or after application of the semiconductor fine particles. Further, the semiconductor fine particles and the dye may be applied and adsorbed simultaneously. Unadsorbed dye is removed by washing. When baking a coating film, it is preferable to adsorb | suck a pigment | dye after baking. It is particularly preferable that the dye is quickly adsorbed after the baking and before water adsorbs on the surface of the coating film. One type of dye may be adsorbed or a mixture of several types may be used. When mixing, 2 or more types of the pigment | dye of this invention may be mixed, and the complex pigment | dye and the pigment | dye of this invention may be mixed within the range which does not impair the meaning of this invention. The dye to be mixed is selected so as to make the wavelength range of photoelectric conversion as wide as possible. When mixing the dyes, it is necessary to prepare a dye solution for dye adsorption so that all the dyes are dissolved.
色素の使用量は、全体で、支持体1m2当たり0.01〜100ミリモルが好ましく、より好ましくは0.1〜50ミリモル、特に好ましくは0.1〜10ミリモルである。
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に対して0.001〜1ミリモルが好ましく、より好ましくは0.1〜0.5ミリモルである。
このような色素量とすることによって、半導体における増感効果が十分に得られる。これに対し、色素量が少ないと増感効果が不十分となり、色素量が多すぎると、半導体に付着していない色素が浮遊し増感効果を低減させる原因となる。
The total amount of the dye used is preferably 0.01 to 100 mmol, more preferably 0.1 to 50 mmol, and particularly preferably 0.1 to 10 mmol per 1 m 2 of the support.
Further, the adsorption amount of the dye to the semiconductor fine particles is preferably 0.001 to 1 mmol, more preferably 0.1 to 0.5 mmol, with respect to 1 g of the semiconductor fine particles.
By using such a dye amount, a sensitizing effect in a semiconductor can be sufficiently obtained. On the other hand, when the amount of the dye is small, the sensitizing effect is insufficient, and when the amount of the dye is too large, the dye not attached to the semiconductor floats and causes the sensitizing effect to be reduced.
また、会合など色素同士の相互作用を低減する目的で無色の化合物を共吸着させてもよい。共吸着させる疎水性化合物としてはカルボキシル基を有するステロイド化合物(例えばコール酸、ピバロイル酸)等が挙げられる。 Further, a colorless compound may be co-adsorbed for the purpose of reducing the interaction between dyes such as association. Examples of the hydrophobic compound to be co-adsorbed include steroid compounds having a carboxyl group (for example, cholic acid and pivaloyl acid).
色素を吸着した後に、アミン類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4−tert−ブチルピリジン、ポリビニルピリジン等が挙げられる。これらは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。 After adsorbing the dye, the surface of the semiconductor fine particles may be treated with amines. Preferred amines include 4-tert-butyl pyridine, polyvinyl pyridine and the like. These may be used as they are in the case of a liquid, or may be used by dissolving in an organic solvent.
(F)対極
対極(対向電極)は、光電気化学電池の正極として働くものである。対極は、通常前述の導電性支持体と同義であるが、強度が十分に保たれるような構成では対極は必ずしも必要でない。ただし、対極を有する方が密閉性の点で有利である。
(F) Counter electrode The counter electrode (counter electrode) serves as the positive electrode of the photoelectrochemical cell. The counter electrode is usually synonymous with the conductive support described above, but the counter electrode is not necessarily required in a configuration in which the strength is sufficiently maintained. However, it is advantageous in terms of hermeticity to have a counter electrode.
対極の材料としては、白金、カーボン、導電性ポリマー等が挙げられる。好ましい例としては、白金、カーボン、導電性ポリマーが挙げられる。
対極の構造としては、集電効果が高い構造が好ましい。好ましい例としては、特開平10−505192号公報などが挙げられる。
受光電極は酸化チタンと酸化スズ(TiO2/SnO2)などの複合電極を用いてもよい。チタニアの混合電極として例えば、特開2000−113913号公報に記載のもの等が挙げられる。チタニア以外の混合電極として例えば、特開2001−185243号公報、特開2003−282164号公報に記載のもの等が挙げられる。
Examples of the counter electrode material include platinum, carbon, and conductive polymer. Preferable examples include platinum, carbon, and conductive polymer.
As the structure of the counter electrode, a structure having a high current collecting effect is preferable. Preferable examples include JP-A-10-505192.
The light receiving electrode may be a composite electrode such as titanium oxide and tin oxide (TiO 2 / SnO 2 ). Examples of the titania mixed electrode include those described in JP-A No. 2000-11913. Examples of the mixed electrode other than titania include those described in JP-A Nos. 2001-185243 and 2003-282164.
(G)受光電極
受光電極は、入射光の利用率を高めるなどのためにタンデム型にしても良い。好ましいタンデム型の構成例としては、特開2000−90989号公報、特開2002−90989号公報等に記載の例が挙げられる。
受光電極層内部で光散乱、反射を効率的に行う光マネージメント機能を設けてもよい。好ましくは、特開2002−93476号公報に記載のものが挙げられる。
(G) Light receiving electrode The light receiving electrode may be a tandem type in order to increase the utilization rate of incident light. Examples of preferred tandem type configurations include those described in JP 2000-90989 A, JP 2002-90989 A, and the like.
A light management function for efficiently performing light scattering and reflection inside the light receiving electrode layer may be provided. Preferably, the thing of Unexamined-Japanese-Patent No. 2002-93476 is mentioned.
素子の構成としては、第1電極層、第1光電変換層、導電層、第2光電変換層、第2電極層を順次積層した構造を有していてもよい。この場合、第1光電変換層と第2光電変換層に用いる色素は同一又は異なっていてもよく、異なっている場合には、吸収スペクトルが異なっていることが好ましい。その他、適宜この種の電気化学素子に適用される構造や部材を適用することができる。 The element may have a structure in which a first electrode layer, a first photoelectric conversion layer, a conductive layer, a second photoelectric conversion layer, and a second electrode layer are sequentially stacked. In this case, the dyes used for the first photoelectric conversion layer and the second photoelectric conversion layer may be the same or different, and in the case of being different, the absorption spectra are preferably different. In addition, structures and members that are applied to this type of electrochemical element can be applied as appropriate.
導電性支持体と多孔質半導体微粒子層の間には、電解液と電極が直接接触することによる逆電流を防止する為、短絡防止層を形成することが好ましい。好ましい例としては、特開平06−507999号公報等が挙げられる。
受光電極と対極の接触を防ぐ為に、スペーサーやセパレータを用いることが好ましい。好ましい例としては、特開2001−283941号公報が挙げられる。
A short-circuit prevention layer is preferably formed between the conductive support and the porous semiconductor fine particle layer in order to prevent a reverse current due to direct contact between the electrolyte and the electrode. Preferable examples include Japanese Patent Application Laid-Open No. 06-507999.
In order to prevent contact between the light receiving electrode and the counter electrode, it is preferable to use a spacer or a separator. A preferable example is JP-A No. 2001-283941.
セル、モジュールの封止法としては、ポリイソブチレン系熱硬化樹脂、ノボラック樹脂、光硬化性(メタ)アクリレート樹脂、エポキシ樹脂、アイオノマー樹脂、ガラスフリット、アルミナにアルミニウムアルコキシドを用いる方法、低融点ガラスペーストをレーザー溶融する方法などが好ましい。ガラスフリットを用いる場合、粉末ガラスをバインダーとなるアクリル樹脂に混合したものでもよい。 Cell and module sealing methods include polyisobutylene thermosetting resin, novolak resin, photo-curing (meth) acrylate resin, epoxy resin, ionomer resin, glass frit, method using aluminum alkoxide for alumina, low melting point glass paste It is preferable to use a laser melting method. When glass frit is used, powder glass mixed with acrylic resin as a binder may be used.
以下、本発明を実施例に基づき更に詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。 EXAMPLES Hereinafter, although this invention is demonstrated in detail based on an Example, this invention is not limited to these.
実施例1
1.色素の調製
以下に、実施例により本発明の色素の調製法を詳しく説明するが、出発物質、色素中間体および調製ルートについてはこれにより限定されるものではない。
Example 1
1. Preparation of Dye Hereinafter, the method for preparing the dye of the present invention will be described in detail with reference to Examples, but the starting material, dye intermediate and preparation route are not limited thereto.
(1)調製例1
(例示化合物T−4−I”の調製)
色素T−4−I”を下記に示すスキームに従って調製した。
(1) Preparation Example 1
(Preparation of Exemplified Compound T-4-I ″)
Dye T-4-I ″ was prepared according to the scheme shown below.
0.73gの化合物1−1gと0.85gの化合物1−2、1mLのトリエチルアミンを1−ブタノール5mLとトルエン15mLの混合溶媒中で混合し、100℃にて4時間加熱攪拌した。その後反応液を濃縮し、得られた残渣をカラムクロマトグラフィーで精製することにより0.27gの化合物1−3を得た。 0.73 g of compound 1-1 g, 0.85 g of compound 1-2, and 1 mL of triethylamine were mixed in a mixed solvent of 1-butanol 5 mL and toluene 15 mL, and the mixture was heated and stirred at 100 ° C. for 4 hours. Thereafter, the reaction solution was concentrated, and the resulting residue was purified by column chromatography to obtain 0.27 g of compound 1-3.
0.27gの化合物1−3と0.25gの化合物1−4を1−ブタノール5mLとトルエン5mLの混合溶媒中で混合し、110℃にて2時間加熱攪拌した。その後、反応液へ水と酢酸エチルを加えて抽出・分液を行い、酢酸エチル層を濃縮した。得られた残渣をカラムクロマトグラフィーで精製することにより、0.16gのT−4−I”を得た。同定はミリマスにより行ったところ、以下のような結果を得た。
Mass実測値(m/z);(M+H)+:1237.6902
Mass計算値(m/z);(M+H)+:1237.6915(C80H93N4O8)
0.27 g of compound 1-3 and 0.25 g of compound 1-4 were mixed in a mixed solvent of 5 mL of 1-butanol and 5 mL of toluene, and the mixture was heated and stirred at 110 ° C. for 2 hours. Thereafter, water and ethyl acetate were added to the reaction solution to perform extraction / separation, and the ethyl acetate layer was concentrated. The obtained residue was purified by column chromatography to obtain 0.16 g of T-4-I ″. Identification was carried out by millimass, and the following results were obtained.
Mass measured value (m / z); (M + H) + : 1237.6902
Mass calculated value (m / z); (M + H) + : 1237.6915 (C 80 H 93 N 4 O 8 )
(2)調製例2
(色素T−58−cの調製)
色素T−58−cは下記に示すスキームに従って調製した。
(2) Preparation Example 2
(Preparation of dye T-58-c)
Dye T-58-c was prepared according to the scheme shown below.
0.83gの化合物2−1と0.82gの化合物2−2、及びトリエチルアミン1mLを1−ブタノール7mLとトルエン10mLの混合溶媒中で混合し、120℃で4時間加熱攪拌した。その後反応液を濃縮し、得られた残渣をカラムクロマトグラフィーで精製することにより0.23gの化合物2−3を得た。 0.83 g of the compound 2-1 and 0.82 g of the compound 2-2 and 1 mL of triethylamine were mixed in a mixed solvent of 7 mL of 1-butanol and 10 mL of toluene, and the mixture was heated and stirred at 120 ° C. for 4 hours. Thereafter, the reaction solution was concentrated, and the resulting residue was purified by column chromatography to obtain 0.23 g of compound 2-3.
0.23gの化合物2−3と0.11gの化合物2−4を1−ブタノール5mLとトルエン5mLの混合溶媒中で混合し、100℃にて5時間加熱攪拌した。その後、反応液へ水と酢酸エチルを加えて抽出・分液を行い、酢酸エチル層を濃縮した。得られた残渣をカラムクロマトグラフィーで精製することにより、0.13gのT−58−cを得た。同定はミリマスにより行い、以下のような結果を得た。
Mass実測値(m/z);(M+H)+:1541.0017
Mass計算値(m/z);(M+H)+:1541.0005(C102H131F1N5O6)
0.23 g of compound 2-3 and 0.11 g of compound 2-4 were mixed in a mixed solvent of 5 mL of 1-butanol and 5 mL of toluene, and the mixture was heated and stirred at 100 ° C. for 5 hours. Thereafter, water and ethyl acetate were added to the reaction solution to perform extraction / separation, and the ethyl acetate layer was concentrated. The obtained residue was purified by column chromatography to obtain 0.13 g of T-58-c. Identification was performed by Millimas and the following results were obtained.
Mass measured value (m / z); (M + H) + : 1541.0017
Mass calculated value (m / z); (M + H) + : 1541.0005 (C 102 H 131 F 1 N 5 O 6 )
(3)調製例3
(色素T−34−iの調製)
化合物T−34−iを下記に示すスキームに従って調製した。
(3) Preparation Example 3
(Preparation of dye T-34-i)
Compound T-34-i was prepared according to the scheme shown below.
0.72gの化合物3−1、1.04gの化合物3−2、及びトリエチルアミン1mLを1−ブタノール5mLとトルエン15mLの混合溶媒中で混合し、120℃にて4時間加熱攪拌した。その後反応液を濃縮し、得られた残渣をカラムクロマトグラフィーで精製することにより0.19gの化合物3−3を得た。 0.72 g of compound 3-1, 1.04 g of compound 3-2, and 1 mL of triethylamine were mixed in a mixed solvent of 5 mL of 1-butanol and 15 mL of toluene, and the mixture was heated and stirred at 120 ° C. for 4 hours. Thereafter, the reaction solution was concentrated, and the resulting residue was purified by column chromatography to obtain 0.19 g of Compound 3-3.
0.19gの化合物3−3と0.10gの化合物3−4を、1−ブタノール5mLとトルエン5mLの混合溶媒中で混合し、100℃にて3時間加熱攪拌した。その後、反応液へ水と酢酸エチルを加えて抽出・分液を行い、酢酸エチル層を濃縮した。得られた残渣をカラムクロマトグラフィーで精製することにより、0.13gのT−34−iを得た。同定はミリマスにより行ったところ、以下のような結果を得た。
Mass実測値(m/z);(M+H)+:1480.8891
Mass計算値(m/z);(M+H)+:1480.8902(C97H118N5O8)
0.19 g of compound 3-3 and 0.10 g of compound 3-4 were mixed in a mixed solvent of 5 mL of 1-butanol and 5 mL of toluene, and heated and stirred at 100 ° C. for 3 hours. Thereafter, water and ethyl acetate were added to the reaction solution to perform extraction / separation, and the ethyl acetate layer was concentrated. The obtained residue was purified by column chromatography to obtain 0.13 g of T-34-i. When identification was performed by Millimas, the following results were obtained.
Mass measured value (m / z); (M + H) + : 1480.8891
Mass calculated value (m / z); (M + H) + : 1480.8902 (C 97 H 118 N 5 O 8 )
同様の方法により、実験に使用した本発明の一般式(1)で表される色素を調製した。また本発明の一般式(4)で表される色素は、特許第4576494号公報や当該公報に引用された方法を参考にして調製した。 By the same method, the pigment | dye represented by General formula (1) of this invention used for experiment was prepared. Moreover, the pigment | dye represented by General formula (4) of this invention was prepared with reference to the method quoted in the patent 4576494 and the said gazette.
(色素の極大吸収波長の測定)
用いた色素の極大吸収波長を測定した。その結果を表5に示す。測定は、分光光度計(U−4100(商品名)、日立ハイテク社製)によって行い、溶液はエタノールを用い、濃度が2μMになるように調整した。
(Measurement of maximum absorption wavelength of dye)
The maximum absorption wavelength of the dye used was measured. The results are shown in Table 5. The measurement was performed with a spectrophotometer (U-4100 (trade name), manufactured by Hitachi High-Tech), and the solution was adjusted to a concentration of 2 μM using ethanol.
実施例2
1.電極1Aの作製
フッ素をドープした酸化スズを被覆した20mm×20mmの導電性ガラス板(旭ガラス(株)製、商品名:TCOガラス−U、表面抵抗:約30Ω/m2)を準備し、その導電層側の両端(端から3mmの幅の部分)にスペーサー用粘着テープを張った後で、導電層上にガラス棒を用いて上記分散液を塗布した。分散液の塗布後、粘着テープを剥離し、室温で1日間風乾した。次にこの半導体塗布ガラス板を電気炉(ヤマト科学(株)製マッフル炉FP−32型)に入れ、450℃で30分間焼成した。半導体塗布ガラス板を取り出し冷却した後、下記表6に示す色素のエタノール溶液(濃度:3×10−4mol/L)に3時間浸漬した。色素が吸着した半導体塗布ガラス板を4−tert−ブチルピリジンに15分間浸漬した後、エタノールで洗浄し、自然乾燥させて、色素を吸着した酸化チタン微粒子層(電極1A)を得た。電極1Aの色素増感酸化チタン微粒子層の厚さは10μmであり、酸化チタン微粒子の塗布量は20g/m2であった。また色素の吸着量は、その種類に応じて0.1〜10mmol/m2の範囲内であった。
Example 2
1. Preparation of electrode 1A A 20 mm × 20 mm conductive glass plate coated with fluorine-doped tin oxide (Asahi Glass Co., Ltd., trade name: TCO glass-U, surface resistance: about 30 Ω / m 2 ) was prepared. After applying an adhesive tape for spacers to both ends of the conductive layer side (a portion having a width of 3 mm from the end), the dispersion was applied onto the conductive layer using a glass rod. After application of the dispersion, the adhesive tape was peeled off and air-dried at room temperature for 1 day. Next, this semiconductor-coated glass plate was placed in an electric furnace (muffle furnace FP-32 type manufactured by Yamato Scientific Co., Ltd.) and baked at 450 ° C. for 30 minutes. The semiconductor-coated glass plate was taken out and cooled, and then immersed in an ethanol solution (concentration: 3 × 10 −4 mol / L) of dyes shown in Table 6 below for 3 hours. The semiconductor-coated glass plate on which the dye was adsorbed was immersed in 4-tert-butylpyridine for 15 minutes, then washed with ethanol and naturally dried to obtain a titanium oxide fine particle layer (electrode 1A) on which the dye was adsorbed. The thickness of the dye-sensitized titanium oxide fine particle layer of the electrode 1A was 10 μm, and the coating amount of the titanium oxide fine particles was 20 g / m 2 . Moreover, the adsorption amount of the pigment | dye was in the range of 0.1-10 mmol / m < 2 > according to the kind.
2.光電気化学電池の作製
上述のようにして色素を吸着させた酸化チタン微粒子層からなる電極1A(20mm×20mm)を同じ大きさの白金蒸着ガラスと重ね合わせた。次に、両ガラスの隙間に、毛細管現象を利用して、下記のヘテロ環4級塩化合物を98質量%及びヨウ素を2質量%含有する電解質組成物を浸透させて、電解質を酸化チタン電極中に導入した。これにより、図1に示すように、導電性ガラスからなる導電性支持体1(ガラスの透明基板上に導電層が設層されたもの)、感光体層2、電荷移動体層3、白金からなる対極4及びガラスの透明基板(図示せず)を順に積層し、エピコート828(商品名、ジャパンエポキシレジン社製)、硬化剤及びプラスチックペーストからなる樹脂組成物中に直径25μmのガラス球体がほぼ均一に分散された封止剤で封止した光電気化学電池を作製した。ただし、電解質組成物の粘度が高く毛細管現象を利用して電解質組成物を染み込ませることが困難な場合は、電解質組成物を50℃に加温し、これを酸化チタン電極に塗布した後、この電極を減圧下に置き電解質組成物が十分浸透し電極中の空気が抜けた後、白金蒸着ガラス(対極)を重ね合わせて同様に光電気化学電池を作製した。
2. Production of Photoelectrochemical Battery An electrode 1A (20 mm × 20 mm) composed of a titanium oxide fine particle layer adsorbed with a dye as described above was superposed on a platinum-deposited glass of the same size. Next, using the capillary phenomenon, the electrolyte composition containing 98% by mass of the following heterocyclic quaternary salt compound and 2% by mass of iodine is infiltrated into the gap between the two glasses, so that the electrolyte is contained in the titanium oxide electrode. Introduced. As a result, as shown in FIG. 1, from a conductive support 1 made of conductive glass (with a conductive layer formed on a transparent glass substrate), a photoreceptor layer 2, a charge transfer layer 3, and platinum. A counter electrode 4 and a transparent glass substrate (not shown) are sequentially laminated, and a glass sphere having a diameter of 25 μm is almost formed in a resin composition comprising Epicoat 828 (trade name, manufactured by Japan Epoxy Resin Co., Ltd.), a curing agent and a plastic paste. A photoelectrochemical cell sealed with a uniformly dispersed sealant was produced. However, if the electrolyte composition has a high viscosity and it is difficult to impregnate the electrolyte composition using capillary action, the electrolyte composition is heated to 50 ° C. and applied to the titanium oxide electrode. After the electrode was placed under reduced pressure and the electrolyte composition sufficiently penetrated and the air in the electrode escaped, platinum-deposited glass (counter electrode) was overlaid to produce a photoelectrochemical cell in the same manner.
3−1.IPCE(量子収率)の測定
作製した光電気化学電池の400〜900nmにおけるIPCEをペクセル社製のIPCE測定装置にて測定した。各光電気化学電池の850nmにおけるIPCEを下記の表6に示す。
3−2. 光電変換効率の測定
500Wのキセノンランプ(ウシオ電機(株)製)の光をAM1.5フィルター(Oriel社製)及びシャープカットフィルター(KenkoL−37、商品名)を通すことにより紫外線を含まない模擬太陽光を発生させた。この光の強度は70mW/cm2であった。この模擬太陽光を、50℃で、上記のようにして作製した光電気化学電池に照射し、発生した電気を電流電圧測定装置(ケースレーSMU238型)で測定した。この初期の電池性能結果は、変換効率(3.5%以上:A、2.5%以上3.5%未満:B、2.0%以上2.5%未満:C、2.0%未満:Dで評価)、開放電圧およびフィルファクター(開放電圧(V)、フィルファクターについては、0.6以上:A、0.45〜0.6:B、0.3〜0.45:C、0.3未満:Dで評価)の値を示した。
また、85℃で1000時間暗所保存後の変換効率の低下率及び500時間連続光照射後の変換効率の減少率も測定した。この耐久性試験の結果は、試験後の減少率が10%以下の場合にA、10〜25%の場合にB、25〜40%の場合にC、40%以上の低下の場合にDと評価した。これらの結果を下記表6に示す。
なお、試料番号1−14ではS−1、試料番号1−15ではS−2を色素として用いた。
3-1. Measurement of IPCE (Quantum Yield) IPCE at 400 to 900 nm of the produced photoelectrochemical cell was measured with an IPCE measuring device manufactured by Pexel. Table 6 below shows the IPCE at 850 nm of each photoelectrochemical cell.
3-2. Measurement of photoelectric conversion efficiency Light from a 500 W xenon lamp (manufactured by Ushio Inc.) passes through an AM1.5 filter (manufactured by Oriel) and a sharp cut filter (Kenko L-37, trade name) for ultraviolet light. Simulated sunlight that does not contain is generated. The intensity of this light was 70 mW / cm 2 . This simulated sunlight was irradiated to the photoelectrochemical cell produced as described above at 50 ° C., and the generated electricity was measured with a current-voltage measuring device (Keutley SMU238 type). This initial battery performance result shows that conversion efficiency (3.5% or more: A, 2.5% or more and less than 3.5%: B, 2.0% or more and less than 2.5%: C, less than 2.0% : Evaluation by D), open circuit voltage and fill factor (open circuit voltage (V), fill factor: 0.6 or more: A, 0.45-0.6: B, 0.3-0.45: C, Less than 0.3: evaluated by D).
Moreover, the reduction rate of the conversion efficiency after 1000-hour dark storage at 85 degreeC and the reduction rate of the conversion efficiency after 500-hour continuous light irradiation were also measured. The results of this durability test are: A when the rate of decrease after the test is 10% or less, B when it is 10 to 25%, C when it is 25 to 40%, and D when it is 40% or more. evaluated. These results are shown in Table 6 below.
In Sample No. 1-14, S-1 was used as a dye, and in Sample No. 1-15, S-2 was used as a dye.
上記表6から本発明の色素を使用した試料は、いずれも、変換効率に優れ、しかも暗所保管後の変換効率の低下率、連続光照射後の変換効率の低下率がいずれも低いことがわかる。 From Table 6 above, all the samples using the dye of the present invention are excellent in conversion efficiency, and the conversion efficiency after dark storage and the conversion efficiency after continuous light irradiation are both low. Recognize.
実施例3
溶媒としてアセトニトリルを用い、ヨウ化リチウム0.1mol/l、ヨウ素0.05mol/l、ヨウ化ジメチルプロピルイミダゾリウム0.62mol/lを溶解した電解質溶液を調製した。ここに下記に示すNo.1〜No.8のベンズイミダゾール系化合物をそれぞれ濃度0.5mol/lになるように別々に添加し、溶解した。
Example 3
Using acetonitrile as a solvent, an electrolyte solution was prepared in which lithium iodide 0.1 mol / l, iodine 0.05 mol / l, and dimethylpropylimidazolium iodide 0.62 mol / l were dissolved. No. shown below. 1-No. 8 benzimidazole compounds were separately added and dissolved to a concentration of 0.5 mol / l.
ガラス基板上に、透明導電膜としてフッ素をドープした酸化スズをスパッタリングにより、導電膜を形成した。この導電膜上にアナターゼ型酸化チタン粒子を含有する分散液(水とアセトニトリルの容量比4:1からなる混合溶媒100mlにアナターゼ型酸化チタン(日本アエロジル社製のP−25(商品名))を32g配合し、自転/公転併用式のミキシングコンディショナーを使用して均一に分散、混合して得た、半導体微粒子分散液)を塗布し、その後500℃で焼結して厚さ15μmの感光層を形成した。この感光層に、上記No.1〜No.8のベンズイミダゾール系化合物電解液を、滴下した。
ここにポリエチレンフィルム製のフレーム型スペーサー(厚さ25μm)をのせ、白金対電極でこれを覆い、光電変換素子を作製した。
得られた光電変換素子に、Xeランプを光源として強度100mW/cm2の光を照射した。表7に得られた開放電圧と光電変換効率を示した。開放電圧は、6.3V以上のものをA、6.0V以上6.3V未満のものをB、5.7V以上6.0V未満のものをC、5.7V未満のものをDとして表示した。変換効率は、3.5%以上のものをA、2.5%以上3.5%未満のものをB、2.0%以上2.5%未満のものをC、2.0%未満のものをDとして表示した。
なお、下記表7には、ベンズイミダゾール系化合物を加えていない電解液を用いた光電変換素子の結果も示した。
A conductive film was formed on a glass substrate by sputtering tin oxide doped with fluorine as a transparent conductive film. Dispersion containing anatase-type titanium oxide particles on this conductive film (anatase-type titanium oxide (P-25 (trade name) manufactured by Nippon Aerosil Co., Ltd.) in 100 ml of a mixed solvent having a volume ratio of water and acetonitrile of 4: 1). 32 g of the mixture, and using a rotating / revolving mixing conditioner, uniformly dispersed and mixed to obtain a semiconductor fine particle dispersion), and then sintered at 500 ° C. to form a photosensitive layer having a thickness of 15 μm. Formed. In this photosensitive layer, the above-described 1-No. 8 benzimidazole compound electrolyte was added dropwise.
A frame type spacer (thickness: 25 μm) made of a polyethylene film was placed thereon, and this was covered with a platinum counter electrode to produce a photoelectric conversion element.
The obtained photoelectric conversion element was irradiated with light having an intensity of 100 mW / cm 2 using a Xe lamp as a light source. Table 7 shows the open circuit voltage and photoelectric conversion efficiency obtained. The open-circuit voltage is indicated as A when the voltage is 6.3 V or more, B as 6.0 V or more and less than 6.3 V, C as 5.7 V or more and less than 6.0 V, and D as less than 5.7 V. . Conversion efficiency is A for 3.5% or more, B for 2.5% or more and less than 3.5%, C for 2.0% or more and less than 2.5%, and less than 2.0%. The thing was displayed as D.
In addition, in the following Table 7, the result of the photoelectric conversion element using the electrolyte solution which has not added the benzimidazole-type compound was also shown.
上記表7の結果から、本発明の色素はいずれも変換効率が高いことがわかる。 From the results in Table 7 above, it can be seen that all the dyes of the present invention have high conversion efficiency.
実施例4
(1)第1光電変換層の形成
市販の酸化チタン粒子(テイカ株式会社製、平均粒径30nm)4.0gとジエチレングリコールモノメチルエーテル20mlを、硬質ガラスビーズを使用しペイントシェイカーにより6時間分散させ酸化チタン懸濁液を作成した。次いで、この酸化チタン懸濁液を、ドクターブレードを用いて、予め酸化スズ導電層が付着されたガラス板に塗布し、100℃で30分予備乾燥した後、電気炉で、500℃で40分間焼成し、酸化チタン膜を得た。
Example 4
(1) Formation of first photoelectric conversion layer 4.0 g of commercially available titanium oxide particles (manufactured by Teika Co., Ltd., average particle size 30 nm) and 20 ml of diethylene glycol monomethyl ether were dispersed by a paint shaker for 6 hours using hard glass beads and oxidized. A titanium suspension was made. Next, this titanium oxide suspension was applied to a glass plate to which a tin oxide conductive layer had been previously adhered using a doctor blade, pre-dried at 100 ° C. for 30 minutes, and then in an electric furnace at 500 ° C. for 40 minutes. Firing was performed to obtain a titanium oxide film.
これとは別に、Ru−1をエタノールに溶解した。 Separately, Ru-1 was dissolved in ethanol.
この色素の濃度は3×10−4モルであった。次に、この溶液中に膜状の酸化チタンを形成した前記のガラス板を入れ、60℃で720分間色素吸着を行ってから乾燥し、本発明の第1光電変換層(試料A)を得た。 The concentration of this dye was 3 × 10 −4 mol. Next, the glass plate on which film-like titanium oxide is formed is put in this solution, and after dye adsorption at 720 minutes at 60 ° C., drying is performed to obtain the first photoelectric conversion layer (sample A) of the present invention. It was.
(2)第2光電変換層の形成
市販の酸化ニッケル粒子(キシダ化学、平均粒径100nm)4.0gとジエチレングリコールモノメチルエーテル20mlを、ガラスビーズを使用しペイントシェイカーで8時間分散させ酸化ニッケル懸濁液とした。次いで、この酸化チタン懸濁液を、ドクターブレードを用いて、酸化スズ導電層が付着されたガラス板に塗布し、100℃で30分予備乾燥した後、300℃で30分間焼成し、酸化ニッケル膜を得た。
(2) Formation of the second photoelectric conversion layer 4.0 g of commercially available nickel oxide particles (Kishida Chemical,
これとは別に、本発明の色素及び比較色素S−1をジメチルスルホキシドにそれぞれ溶解した。
この色素の濃度は0.5×10−4モルであった。次に、この溶液中に膜状の酸化チタンを形成した前記のガラス板を入れ、40℃で70分間色素吸着を行ってから乾燥し、本発明の第2光電変換層(試料B)を得た。
Separately from this, the dye of the present invention and the comparative dye S-1 were dissolved in dimethyl sulfoxide, respectively.
The concentration of this dye was 0.5 × 10 −4 mol. Next, the glass plate on which the film-like titanium oxide is formed is put in this solution, and dye adsorption is performed at 40 ° C. for 70 minutes, followed by drying to obtain the second photoelectric conversion layer (sample B) of the present invention. It was.
(3)前記の試料A上に試料Bを位置させる。これら2つの電極の間に液体電解質を入れ、この側面を樹脂で封止した後、リード線を取付けて、本発明の光電変換素子(素子構成C)を作成した。なお、液体電解質は、アセトニトリル/炭酸エチレンの混合溶媒(体積比が1:4)に、テトラプロピルアンモニウムアイオダイドとヨウ素とを、それぞれの濃度が0.46モル/l、0.06モル/lとなるように溶解したものを用いた。 (3) Place the sample B on the sample A. A liquid electrolyte was put between these two electrodes, and this side surface was sealed with resin, and then a lead wire was attached to produce a photoelectric conversion element (element configuration C) of the present invention. In addition, the liquid electrolyte is a mixed solvent of acetonitrile / ethylene carbonate (volume ratio is 1: 4), tetrapropylammonium iodide and iodine, with respective concentrations of 0.46 mol / l and 0.06 mol / l. What was melt | dissolved so that it might become was used.
また、前記の試料Aを一方の電極として備え、対電極として白金を担持した透明導電性ガラス板を用いた。2つの電極の間に液体電解質を入れ、この側面を樹脂で封止した後、リード線を取付けて、本発明の光電変換素子(素子構成D)を作成した。 Moreover, the transparent conductive glass plate which equipped the said sample A as one electrode and carry | supported platinum as a counter electrode was used. A liquid electrolyte was placed between the two electrodes, and this side surface was sealed with resin, and then a lead wire was attached to produce a photoelectric conversion element (element configuration D) of the present invention.
得られた光電変換素子(試料C及びD)にソーラーシミュレーターで1000W/m2の強度の光を照射した。変換効率は、6.5%以上のものをA、6.0%以上6.5%未満のものをB、5.0%以上6.0%未満のものをC、5.0%未満のものをDとして下記表8に示した。 The obtained photoelectric conversion elements (samples C and D) were irradiated with light having an intensity of 1000 W / m 2 using a solar simulator. The conversion efficiency is A for 6.5% or more, B for 6.0% or more and less than 6.5%, C for 5.0% or more and less than 6.0%, and less than 5.0%. The results are shown in Table 8 as D.
上記表8より、本発明の色素はいずれも光電変換効率に優れ、この系でも有効であることがわかる。 From Table 8 above, it can be seen that all of the dyes of the present invention are excellent in photoelectric conversion efficiency and are effective even in this system.
実施例5
(光電変換素子の作製)
図1に示す光電変換素子を以下のようにして作製した。
ガラス基板上に、透明導電膜としてフッ素をドープした酸化スズをスパッタリングにより形成し、これをレーザーでスクライブして、透明導電膜を2つの部分に分割した。
次に、水とアセトニトリルの容量比4:1からなる混合溶媒100mlにアナターゼ型酸化チタン(日本アエロジル社製のP−25(商品名))を32g配合し、自転/公転併用式のミキシングコンディショナーを使用して均一に分散、混合し、半導体微粒子分散液を得た。この分散液を透明導電膜に塗布し、500℃で加熱して受光電極を作製した。
その後、同様にシリカ粒子とルチル型酸化チタンとを40:60(質量比)で含有する分散液を作製し、この分散液を前記の受光電極に塗布し、500℃で加熱して絶縁性多孔体を形成した。次いで対極として炭素電極を形成した。
次に、下記表9に記載された増感色素(複数混合または単独)のエタノール溶液に、上記の絶縁性多孔体が形成されたガラス基板を1時間浸漬した。増感色素の染着したガラスを4−tert−ブチルピリジンの10%エタノール溶液に30分間浸漬した後、エタノールで洗浄し自然乾燥させた。このようにして得られる感光層の厚さは10μmであり、半導体微粒子の塗布量は20g/m2であった。電解液は、ヨウ化ジメチルプロピルイミダゾリウム(0.5モル/l)、ヨウ素(0.1モル/l)のメトキシプロピオニトリル溶液を用いた。
Example 5
(Preparation of photoelectric conversion element)
The photoelectric conversion element shown in FIG. 1 was produced as follows.
On the glass substrate, tin oxide doped with fluorine was formed as a transparent conductive film by sputtering, and this was scribed with a laser to divide the transparent conductive film into two parts.
Next, 32 g of anatase-type titanium oxide (P-25 (trade name) manufactured by Nippon Aerosil Co., Ltd.) is mixed with 100 ml of a mixed solvent of water and acetonitrile having a volume ratio of 4: 1, and a rotating / revolving mixing conditioner is prepared. The resulting mixture was uniformly dispersed and mixed to obtain a semiconductor fine particle dispersion. This dispersion was applied to a transparent conductive film and heated at 500 ° C. to produce a light receiving electrode.
Thereafter, similarly, a dispersion containing 40:60 (mass ratio) of silica particles and rutile-type titanium oxide is prepared. Formed body. Next, a carbon electrode was formed as a counter electrode.
Next, the glass substrate on which the above-described insulating porous body was formed was immersed in an ethanol solution of a sensitizing dye (mixed or single) described in Table 9 below for 1 hour. The glass dyed with the sensitizing dye was immersed in a 10% ethanol solution of 4-tert-butylpyridine for 30 minutes, then washed with ethanol and naturally dried. The thickness of the photosensitive layer thus obtained was 10 μm, and the coating amount of semiconductor fine particles was 20 g / m 2 . As the electrolytic solution, a methoxypropionitrile solution of dimethylpropylimidazolium iodide (0.5 mol / l) and iodine (0.1 mol / l) was used.
(光電変換効率の測定)
500Wのキセノンランプ(ウシオ電機製)の光をAM1.5Gフィルター(Oriel社製)およびシャープカットフィルター(KenkoL−42、商品名)を通すことにより紫外線を含まない模擬太陽光を発生させた。この光の強度は89mW/cm2であった。作製した光電変換素子にこの光を照射し、発生した電気を電流電圧測定装置(ケースレー238型、商品名)にて測定した。これにより求められた光電気化学電池の変換効率を測定した結果を下記表9に示した。結果は、変換効率が7.5%以上のものをA、7.2%以上7.5%未満のものをB、6.9%以上7.2%未満のものをC、6.9%未満のものをDとして評価した。
(Measurement of photoelectric conversion efficiency)
Simulated sunlight that does not contain ultraviolet rays was generated by passing light from a 500 W xenon lamp (manufactured by Ushio Electric) through an AM1.5G filter (manufactured by Oriel) and a sharp cut filter (KenkoL-42, trade name). The intensity of this light was 89 mW / cm 2 . The produced photoelectric conversion element was irradiated with this light, and the generated electricity was measured with a current-voltage measuring device (Caseley 238 type, trade name). The results of measuring the conversion efficiency of the photoelectrochemical cell thus obtained are shown in Table 9 below. As a result, conversion efficiency of 7.5% or more is A, 7.2% or more and less than 7.5% is B, 6.9% or more and less than 7.2% is C, 6.9% Less than that was evaluated as D.
上記表9から明らかなように、本発明の色素を用いて作製された試料(電気化学電池)は、いずれも変換効率が7.5%以上と高い値を示した。これに対し、比較例の試料はいずれも変換効率が7.2%未満であり不十分であった。 As is clear from Table 9 above, all the samples (electrochemical cells) prepared using the dye of the present invention showed a high conversion efficiency of 7.5% or more. On the other hand, all of the samples of the comparative examples had an insufficient conversion efficiency of less than 7.2%.
1 導電性支持体
2 感光体層
21 色素
22 半導体微粒子
3 電荷移動体層
4 対極
5 受光電極
6 回路
10 光電変換素子
100 光電気化学電池
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Conductive support body 2
Claims (9)
P1及びP2はそれぞれ独立に、下記一般式(2−1)のP11又は下記一般式(2−2)のP12で表されるポリメチン色素を形成するのに必要な非金属原子群を示す。
W1は電荷を中和させるのに必要な場合の対イオンを表す。]
一般式(1)におけるP1及びP2のVのうち、いずれか1つ(Vaとする)は酸性基又は酸性基を有する基であり、該VaをP1とP2のいずれか一方のみに有す。R5’はエキソ(環外)に二重結合で原子もしくは置換基と結合するメテニル基を表す。R1、R2、R3、R4、R1’、R2’及びR3’はそれぞれ独立に、水素原子、脂肪族基、芳香族基又は炭素原子で結合するヘテロ環基を表す。Va以外のV、R1、R2、R3、R4、R1’、R2’、R3’およびR5’のうち1つ以上は、Hammett則におけるσp値が正の置換基もしくはHammett則におけるσp値が正の置換基を有する基である。
Y及びY’はそれぞれ独立に、硫黄原子、N(Rd)又はC(R6)(R6’)を表す。R6、R6’は置換基を表す。Rdはアルキル基を表す。n1及びn1’は1以上の整数を表し、n2は0以上の整数を表す。炭素−炭素二重結合は、E型又はZ型のいずれであってもよい。n1、n1’が2以上の整数のとき、複数のVは同じであっても異なってもよく、また複数のVが互いに結合して環を形成してもよい。] A photoelectric conversion element comprising a photoreceptor layer having at least a dye composed of a compound represented by the following general formula (1) and semiconductor fine particles.
P 1 and P 2 are each independently a nonmetallic atom group necessary for forming a polymethine dye represented by P 11 of the following general formula (2-1) or P 12 of the following general formula (2-2) Indicates.
W 1 represents a counter ion as necessary to neutralize the charge. ]
One of V of P 1 and P 2 in the general formula (1) (referred to as Va) is an acidic group or a group having an acidic group, and the Va is only one of P 1 and P 2. It has. R 5 ′ represents a methenyl group bonded to an atom or a substituent with a double bond to exo (extracyclic). R 1 , R 2 , R 3 , R 4 , R 1 ′ , R 2 ′ and R 3 ′ each independently represent a hydrogen atom, an aliphatic group, an aromatic group or a heterocyclic group bonded via a carbon atom. One or more of V, R 1 , R 2 , R 3 , R 4 , R 1 ′ , R 2 ′ , R 3 ′ and R 5 ′ other than Va is a substituent having a positive σp value in Hammett's rule or The σp value in the Hammett rule is a group having a positive substituent.
Y and Y ′ each independently represent a sulfur atom, N (R d ) or C (R 6 ) (R 6 ′ ). R 6 and R 6 ′ represent a substituent. R d represents an alkyl group. n1 and n1 ′ represent an integer of 1 or more, and n2 represents an integer of 0 or more. The carbon-carbon double bond may be either E-type or Z-type. When n1 and n1 ′ are integers of 2 or more, a plurality of Vs may be the same or different, and a plurality of Vs may be bonded to each other to form a ring. ]
Mz(LL1)m1(LL2)m2(X)m3・CI 一般式(4)
[ 一般式(4)において、MzはRu、Os、Zn又はCuを表し、LL1は下記一般式(5)で表される2座又は3座の配位子を表し、LL2は下記一般式(6)で表される2座又は3座の配位子を表す。Xはアシルオキシ基、アシルチオ基、チオアシルオキシ基、チオアシルチオ基、アシルアミノオキシ基、チオカルバメート基、ジチオカルバメート基、チオカルボネート基、ジチオカルボネート基、トリチオカルボネート基、アシル基、チオシアネート基、イソチオシアネート基、シアネート基、イソシアネート基、シアノ基、アルキルチオ基、アリールチオ基、アルコキシ基及びアリールオキシ基からなる群から選ばれた基で配位する1座又は2座の配位子、又はハロゲン原子、カルボニル、ジアルキルケトン、1,3−ジケトン、カルボンイミン、チオカルボンイミン及びチオ尿素からなる群より選ばれる1座又は2座の配位子を表す。m1は0〜3の整数を表し、m1が2以上のとき、LL1は同じでも異なっていてもよい。m2は1〜3の整数を表し、m2が2以上のとき、LL2は同じでも異なっていてもよい。m3は0〜3の整数を表し、m3が2以上のとき、Xは同じでも異なっていてもよく、X同士が連結していてもよい。CIは、一般式(4)において電荷を中和させるのに対イオンが必要な場合の対イオンを表す。]
It said photosensitive layer is a photoelectric conversion element according to any one of claims 1 to 6, further comprising a dye comprising a compound represented by the following general formula (4).
Mz (LL 1 ) m1 (LL 2 ) m2 (X) m3 · CI General formula (4)
[In General Formula (4), Mz represents Ru, Os, Zn or Cu , LL 1 represents a bidentate or tridentate ligand represented by the following General Formula (5), and LL 2 represents the following General The bidentate or tridentate ligand represented by Formula (6) is represented. X is an acyloxy group, an acylthio group, a thioacyloxy group, a thioacylthio group, an acylaminooxy group, a thiocarbamate group, a dithiocarbamate group, a thiocarbonate group, a dithiocarbonate group, a trithiocarbonate group, an acyl group, a thiocyanate group, A monodentate or bidentate ligand coordinated by a group selected from the group consisting of an isothiocyanate group, a cyanate group, an isocyanate group, a cyano group, an alkylthio group, an arylthio group, an alkoxy group and an aryloxy group, or a halogen atom Represents a monodentate or bidentate ligand selected from the group consisting of carbonyl, dialkyl ketone, 1,3-diketone, carboximine, thiocarbonimine and thiourea. m1 represents an integer of 0 to 3, and when m1 is 2 or more, LL 1 may be the same or different. m2 represents an integer of 1 to 3, when m2 is 2 or more, LL 2 may be the same or different. m3 represents an integer of 0 to 3, and when m3 is 2 or more, Xs may be the same or different, and Xs may be linked to each other. CI represents a counter ion when a counter ion is required to neutralize the charge in the general formula (4). ]
P1及びP2はそれぞれ独立に、下記一般式(2−1)のP11又は下記一般式(2−2)のP12で表されるポリメチン色素を形成するのに必要な非金属原子群を示す。
W1は電荷を中和させるのに必要な場合の対イオンを表す。]
一般式(1)におけるP1及びP2のVのうち、いずれか1つ(Vaとする)は酸性基又は酸性基を有する基であり、該VaをP1とP2のいずれか一方のみに有す。R5’はエキソ(環外)に二重結合で原子もしくは置換基と結合するメテニル基を表す。R1、R2、R3、R4、R1’、R2’及びR3’はそれぞれ独立に、水素原子、脂肪族基、芳香族基又は炭素原子で結合するヘテロ環基を表す。Va以外のV、R1、R2、R3、R4、R1’、R2’、R3’およびR5’のうち1つ以上は、Hammett則におけるσp値が正の置換基もしくはHammett則におけるσp値が正の置換基を有する基である。
Y及びY’はそれぞれ独立に、硫黄原子、N(Rd)又はC(R6)(R6’)を表す。R6、R6’は置換基を表す。Rdはアルキル基を表す。n1及びn1’は1以上の整数を表し、n2は0以上の整数を表す。炭素−炭素二重結合は、E型又はZ型のいずれであってもよい。n1、n1’が2以上の整数のとき、複数のVは同じであっても異なってもよく、また複数のVが互いに結合して環を形成してもよい。] A dye comprising at least a compound represented by the following general formula (1).
P 1 and P 2 are each independently a nonmetallic atom group necessary for forming a polymethine dye represented by P 11 of the following general formula (2-1) or P 12 of the following general formula (2-2) Indicates.
W 1 represents a counter ion as necessary to neutralize the charge. ]
One of V of P 1 and P 2 in the general formula (1) (referred to as Va) is an acidic group or a group having an acidic group, and the Va is only one of P 1 and P 2. It has. R 5 ′ represents a methenyl group bonded to an atom or a substituent with a double bond to exo (extracyclic). R 1 , R 2 , R 3 , R 4 , R 1 ′ , R 2 ′ and R 3 ′ each independently represent a hydrogen atom, an aliphatic group, an aromatic group or a heterocyclic group bonded via a carbon atom. One or more of V, R 1 , R 2 , R 3 , R 4 , R 1 ′ , R 2 ′ , R 3 ′ and R 5 ′ other than Va is a substituent having a positive σp value in Hammett's rule or The σp value in the Hammett rule is a group having a positive substituent.
Y and Y ′ each independently represent a sulfur atom, N (R d ) or C (R 6 ) (R 6 ′ ). R 6 and R 6 ′ represent a substituent. R d represents an alkyl group. n1 and n1 ′ represent an integer of 1 or more, and n2 represents an integer of 0 or more. The carbon-carbon double bond may be either E-type or Z-type. When n1 and n1 ′ are integers of 2 or more, a plurality of Vs may be the same or different, and a plurality of Vs may be bonded to each other to form a ring. ]
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