JP2003197281A - Photoelectric conversion element - Google Patents
Photoelectric conversion elementInfo
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- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
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- Y02E10/542—Dye sensitized solar cells
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- Photovoltaic Devices (AREA)
- Hybrid Cells (AREA)
Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、特定構造のメロシ
アニン色素を光電変換材料として用いた光電変換素子に
関するものである。
【0002】
【従来の技術】化石燃料の使用により生じた多量のCO
2による地球温暖化、更に人口増加に伴うエネルギー需
要の増大は、人類の存亡に関わる大問題となっている。
最近、無限かつ有害物質の発生しないクリーンなエネル
ギー源である太陽光の利用が精力的に検討されている。
この太陽光の利用として現在実用化されているものには
住宅用、遠隔地用の、あるいは携帯用電子機器の電源で
ある単結晶シリコン、多結晶シリコン、アモルファスシ
リコンおよびテルル化カドミウムやセレン化インジウム
銅等の無機化合物太陽電池が挙げられる。
【0003】しかしながら、太陽電池に用いられている
シリコンは、非常に純度の高いものが必要とされ、更に
精製の工程に多大なエネルギーと複雑な工程を要するた
めに高い製造コストがかかる。その結果、既存の商用電
力に比べて太陽光発電システムは発電コストが高く、普
及には問題があった。また、ユーザーにとってもエネル
ギーペイバックタイムが長い等の欠点もある。
【0004】一方、低価格化を目指し、大面積化も容易
な有機材料を使う太陽電池もこれまでに多くが提案され
ている。有機太陽電池としては、p型有機半導体と仕事
関数の小さい金属を接合させるショットキー型光電変換
素子、p型有機半導体とn型無機半導体、あるいはp型
有機半導体と電子受容性有機化合物を接合させるヘテロ
接合型光電変換素子等があり、これらに利用される有機
半導体として、クロロフィル、ペリレン等の合成色素や
顔料、ポリアセチレン等の導電性高分子材料、またはそ
れらの複合材料等があり、これらを真空蒸着法、キャス
ト法、またはディッピング法等により、薄膜化したもの
で構成されている。これらの変換効率は1%以下と低い
ものが多く、また耐久性も悪いという問題もあった。
【0005】こうした状況の中で、Nature(第353巻、P7
37、1991)および米国特許第4927721号明細書に報告され
た、色素増感された半導体微粒子を使う光電変換素子お
よび太陽電池が画期的であった。この文献には作製に必
要な材料および製造技術も開示されている。提案された
電池は、グレッツェル型と呼ばれるルテニウム錯体によ
って分光増感された酸化チタン多孔質薄膜を作用電極と
する湿式太陽電池である。この方式の利点は酸化チタン
等の安価な酸化物半導体を高純度まで精製する必要がな
いことであり、安価な光電変換素子が提供できること、
かつ使われる色素の吸収が広い可視光領域にまでわたっ
ており、可視光成分の多い太陽光を有効に電気へ変換で
きることである。
【0006】一方で、色素増感光電変換素子の改良が求
められる点の一つに増感色素としては非常に高価なルテ
ニウム錯体色素が挙げられる。この高価なルテニウム色
素をより安価な有機色素へ変更する開発が望まれている
が、有機色素は二酸化チタンへの吸着性が低かったり、
吸着量が小さいことが多く、高い増感効率を得るには至
っていない。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は高い性
能の光電変換素子を提供することである。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明者らは上記目的を
達成すべく鋭意検討した結果、前記一般式(1)、また
は(2)の何れかで示される色素の少なくとも1種を光
電変換材料として用いることによって達成された。
【0009】
【化2】
【0010】一般式(1)、または(2)において、A
1、A2部は複素環を形成するために必要な連結基であ
り、5〜7員環を形成する複素環を表し、置換基を有し
ていてもよい。B1部は2価の共役二重結合基を示し、
直鎖状であっても環状であってもよい。R1〜R8はアル
キル基を示し、X1、X3はそれぞれ酸素原子、硫黄原
子、セレン原子、炭化水素基、置換アミノ基を示す。X
2、X4は、酸素原子、硫黄原子、ジシアノメチレン基、
カルボキシル−シアノメチレン基を示す。n1、n2は
0〜2の整数であり、炭素−炭素二重結合はE型、また
はZ型の何れであってもよい。
【0011】
【発明の実施の形態】ここで、A1、A2部の具体例とし
ては、ピリジン環、ベンゾチアゾール環、ベンゾオキサ
ゾール環、ベンゾセレナゾール環、1−エチルベンズイ
ミダゾール環、3,3−ジメチルインドレニン環などを
挙げることができる。R1〜R8の具体例としてはメチル
基、エチル基、イソプロピル基等のアルキル基を挙げる
ことができる。また、R1〜R8は置換基を有していても
よいが、その具体例としてはメトキシ基、エトキシ基な
どのアルコキシ基、フェニル基、ナフチル基等のアリー
ル基、カルボキシル基、スルホニル基、ホスホリル基、
ヒドロキサム酸基を挙げることができる。X1、X3の具
体例としては酸素原子、硫黄原子、セレン原子、メチレ
ン、2,2−プロピレン、1,1−シクロヘキシレンな
どの炭化水素基、メチルアミン、エチルアミン、ベンジ
ルアミン、フェニルアミンなどのアミノ基を挙げること
ができる。X2、X4の具体例としては酸素原子、硫黄原
子、ジシアノメチレン基、カルボキシル−シアノメチレ
ン基を挙げることができる。B1部の具体例としては次
に示す(3)〜(12)に示す構造を挙げることができ
るが、何らこれらに限定されるものではない。
【0012】
【化3】
【0013】本発明に係わる色素の具体例としては、以
下に示すA−01〜27を挙げることができるが、何ら
これらに限定されるものではない。
【0014】
【化4】【0015】
【化5】【0016】
【化6】【0017】
【化7】【0018】
【化8】【0019】
【化9】【0020】
【化10】
【0021】本発明の光電変換素子は、導電性支持体、
導電性支持体上に設置した色素によって増感された半導
体層、電荷移動層及び対極からなる。感光層は単層構成
でも積層構成でもよく、目的に応じて設計される。ま
た、導電性支持体の導電層と感光層の境界、感光層と移
動層の境界等、この素子における境界においては、各層
の構成成分は相互に拡散、または混合していてもよい。
【0022】導電性支持体は、金属のように支持体その
ものに導電性があるもの、または表面に導電剤を含む導
電層を有するガラスもしくはプラスチックの支持体を用
いることができる。後者の場合、導電剤としては白金、
金、銀、銅、アルミニウム等の金属、炭素、あるいはイ
ンジウム−スズ複合酸化物(以降「ITO」と略記す
る)、フッ素をドーピングした酸化スズ等の金属酸化物
(以降「FTO」と略記する)等が挙げられる。導電性
支持体は、光を10%以上透過する透明性を有している
ことが好ましく、50%以上透過することがより好まし
い。この中でも、ITOやFTOからなる導電膜をガラ
ス上に堆積した導電性ガラスが特に好ましい。
【0023】透明導電性支持体の抵抗を下げる目的で、
金属リード線を用いることが好ましい、金属リード線の
材質はアルミニウム、銅、銀、金、白金、ニッケル等の
金属が好ましい。金属リード線は、透明支持体に蒸着、
スパッタリング等で設置し、その上にITOやFTOを
設けたり、あるいは透明導電層上に金属リード線を設置
する方法がある。
【0024】半導体としては、シリコン、ゲルマニウム
のような単体半導体の他に、金属のカルコゲニドに代表
されるような化合物半導体またはペロブスカイト構造を
有する化合物等を使用することができる。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、鉄、タ
ングステン、ジルコニウム、ハフニウム、ストロンチウ
ム、インジウム、セリウム、イットリウム、ランタン、
バナジウム、ニオブ、あるいはタンタルの酸化物、カド
ミウム、亜鉛、鉛、銀、アンチモン、ビスマスの硫化
物、カドミウム、鉛のセレン化物、カドミウムのテルル
化物等が挙げられる。他の化合物半導体としては亜鉛、
ガリウム、インジウム、カドミウム、等のリン化物、ガ
リウム砒素、銅−インジウム−セレン化物、銅−インジ
ウム−硫化物等が挙げられる。また、ペロブスカイト構
造を有する化合物としては、チタン酸ストロンチウム、
チタン酸カルシウム、チタン酸ナトリウム、チタン酸バ
リウム、ニオブ酸カリウム等が挙げられる。
【0025】本発明に用いられる半導体は、単結晶でも
多結晶でもよい。変換効率としては単結晶が好ましい
が、製造コスト、原材料確保等の点では多結晶が好まし
く、その半導体の粒径は4nm以上、1μm以下である
ことが好ましい。
【0026】導電性支持体上に半導体層を形成する方法
としては、半導体微粒子の分散液またはコロイド溶液を
導電性支持体上に塗布する方法、ゾル−ゲル法等があ
る。その分散液の作製方法としては、前述のゾル−ゲル
法、乳鉢等で機械的に粉砕する方法、ミルを使って粉砕
しながら分散する方法、あるいは半導体を合成する際に
溶媒中で微粒子として析出させ、そのまま使用する方法
等が挙げられる。
【0027】機械的粉砕、あるいはミルを使用して粉砕
して作製する分散液の場合、少なくとも半導体微粒子と
結着樹脂とを水あるいは有機溶剤に分散して形成され
る。用いられる結着樹脂としては、スチレン、酢酸ビニ
ル、アクリル酸エステル、メタクリル酸エステル等によ
るビニル化合物の重合体や共重合体、シリコーン樹脂、
フェノキシ樹脂、ポリスルホン樹脂、ポリビニルブチラ
ール樹脂、ポリビニルホルマール樹脂、ポリエステル樹
脂、セルロースエステル樹脂、セルロースエーテル樹
脂、ウレタン樹脂、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、ポ
リカーボネート樹脂、ポリアリレート樹脂、ポリアミド
樹脂、ポリイミド樹脂等を用いることができる。
【0028】好ましい溶媒としては、水、メタノール、
エタノール、あるいはイソプロピルアルコール等のアル
コール系溶媒、アセトン、メチルエチルケトン、あるい
はメチルイソブチルケトン等のケトン系溶媒、ギ酸エチ
ル、酢酸エチル、あるいは酢酸n−ブチル等のエステル
系溶媒、ジエチルエーテル、ジメトキシエタン、テトラ
ヒドロフラン、ジオキソラン、あるいはジオキサン等の
エーテル系溶媒、N,N−ジメチルホルムアミド、N,
N−ジメチルアセトアミド、あるいはN−メチル−2−
ピロリドン等のアミド系溶媒、ジクロロメタン、クロロ
ホルム、ブロモホルム、ヨウ化メチル、ジクロロエタ
ン、トリクロロエタン、トリクロロエチレン、クロロベ
ンゼン、o−ジクロロベンゼン、フルオロベンゼン、ブ
ロモベンゼン、ヨードベンゼン、あるいは1−クロロナ
フタレン等のハロゲン化炭化水素系溶媒、n−ペンタ
ン、n−ヘキサン、n−オクタン、1,5−ヘキサジエ
ン、シクロヘキサン、メチルシクロヘキサン、シクロヘ
キサジエン、ベンゼン、トルエン、o−キシレン、m−
キシレン、p−キシレン、エチルベンゼン、あるいはク
メン等の炭化水素系溶媒を挙げることができる。これら
は単独、あるいは2種以上の混合溶媒として用いること
ができる。
【0029】得られた分散液の塗布方法としては、ロー
ラ法、ディップ法、エアナイフ法、ブレード法、ワイヤ
ーバー等、スライドホッパ法、エクストルージョン法、
カーテン法、スピン法、あるいはスプレー法が好まし
い。
【0030】更に半導体層は、単層に限定する必要はな
い。粒径の異なる半導体微粒子の分散液を多層塗布した
り、種類の異なる半導体や、樹脂、添加剤の組成が異な
る塗布層を多層塗布することもできる。また、一度の塗
布で膜厚が不足する場合には多層塗布は有効な手段であ
る。
【0031】一般的に、半導体層の膜厚が増大するほど
単位投影面積当たりの担持色素量も増えるため光の捕獲
率が高くなるが、生成した電子の拡散距離も増えるため
に電荷の再結合も多くなってしまう。従って、半導体層
の膜厚は0.1〜100μmが好ましく、1〜30μm
がより好ましい。
【0032】半導体微粒子は導電性支持体上に塗布した
後、加熱処理してもしなくともよいが、粒子同士の電子
的コンタクト及び塗膜強度の向上や支持体との密着性向
上の点から、加熱処理することが好ましい。その際の加
熱処理温度は40〜700℃が好ましく、100〜60
0℃がより好ましい。また、加熱処理時間は5分〜20
時間が好ましく、10分〜10時間がより好ましい。た
だし、加熱処理は支持体が損傷しない温度以下で行う必
要があり、支持体にポリマーフィルムを用いる場合は劣
化の原因となるため好ましくない。
【0033】半導体微粒子は多くの色素を吸着できるよ
うに表面積の大きなものが好ましい。このため半導体層
を支持体上に塗設した状態での表面積は、投影面積に対
して10倍以上であることが好ましく、100倍以上で
あることがより好ましい。
【0034】本発明の光電変換素子における色素は、一
般式(1)、(2)で示されるメロシアニン色素を光電
変換材料として用いる。
【0035】色素を吸着する際、縮合剤を併用してもよ
い。縮合剤は、無機物表面に物理的あるいは化学的に色
素を結合すると思われる触媒的作用するもの、また化学
量論的に作用し化学平衡を有利に移動させるもの何れで
あってもよい。更に、縮合助剤としてチオール、あるい
はヒドロキシ化合物を添加しても良い。
【0036】色素を溶解させる溶媒は、アセトン、メチ
ルエチルケトン、あるいはメチルイソブチルケトン等の
ケトン系溶媒、ギ酸エチル、酢酸エチル、あるいは酢酸
n−ブチル等のエステル系溶媒、ジエチルエーテル、ジ
メトキシエタン、テトラヒドロフラン、ジオキソラン、
あるいはジオキサン等のエーテル系溶媒、N,N−ジメ
チルホルムアミド、N,N−ジメチルアセトアミド、あ
るいはN−メチル−2−ピロリドン等のアミド系溶媒、
ジクロロメタン、クロロホルム、ブロモホルム、ヨウ化
メチル、ジクロロエタン、トリクロロエタン、トリクロ
ロエチレン、クロロベンゼン、o−ジクロロベンゼン、
フルオロベンゼン、ブロモベンゼン、ヨードベンゼン、
あるいは1−クロロナフタレン等のハロゲン化炭化水素
系溶媒、n−ペンタン、n−ヘキサン、n−オクタン、
1,5−ヘキサジエン、シクロヘキサン、メチルシクロ
ヘキサン、シクロヘキサジエン、ベンゼン、トルエン、
o−キシレン、m−キシレン、p−キシレン、エチルベ
ンゼン、あるいはクメン等の炭化水素系溶媒を挙げるこ
とができ、これらは単独、あるいは2種以上の混合とし
て用いることができる。
【0037】これらを用い、色素を吸着する際の温度と
しては、−50℃以上、200℃以下が好ましい。ま
た、この吸着においては攪拌しながら行っても構わな
い。攪拌する場合の方法としては、スターラー、ボール
ミル、ペイントコンディショナー、サンドミル、アトラ
イター、ディスパーザー、あるいは超音波分散等が挙げ
られるが、これらに限定されるものではない。吸着に要
する時間は、5秒以上、1000時間以下が好ましく、
10秒以上、500時間以下がより好ましく、1分以
上、150時間が更に好ましい。
【0038】本発明の電荷移動層としては、酸化還元対
を有機溶媒に溶解した電解液、酸化還元対を有機溶媒に
溶解した液体をポリマーマトリックスに含浸したゲル電
解質、酸化還元対を含有する溶融塩、固体電解質、有機
正孔輸送材料等を用いることができる。
【0039】本発明で使用される電解液は、電解質、溶
媒、及び添加物から構成されることが好ましい。好まし
い電解質はヨウ化リチウム、ヨウ化ナトリウム、ヨウ化
カリウム、ヨウ化セシウム、ヨウ化カルシウム等の金属
ヨウ化物−ヨウ素の組み合わせ、テトラアルキルアンモ
ニウムヨーダイド、ピリジニウムヨーダイド、イミダゾ
リウムヨーダイド等の4級アンモニウム化合物のヨウ素
塩−ヨウ素の組み合わせ、臭化リチウム、臭化ナトリウ
ム、臭化カリウム、臭化セシウム、臭化カルシウム等の
金属臭化物−臭素の組み合わせ、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の4級ア
ンモニウム化合物の臭素塩−臭素の組み合わせ、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
ニウムイオン等の金属錯体、ポリ硫化ナトリウム、アル
キルチオール−アルキルジスルフィド等のイオウ化合
物、ビオロゲン色素、ヒドロキノン−キノン等が挙げら
れる。上述の電解質は単独の組み合わせであっても混合
であってもよい。また、電解質として、室温で溶融状態
の塩を用いることもできる。この溶融塩を用いた場合
は、特に溶媒を用いなくともよい。
【0040】電解液における電解質濃度は、0.05〜
20Mが好ましく、0.1〜15Mが更に好ましい。電
解液に用いる溶媒としては、エチレンカーボネート、プ
ロピレンカーボネート等のカーボネート系溶媒、3−メ
チル−2−オキサゾリジノン等の複素環化合物、ジオキ
サン、ジエチルエーテル、エチレングリコールジアルキ
ルエーテル等のエーテル系溶媒、メタノール、エタノー
ル、ポリプロピレングリコールモノアルキルエーテル等
のアルコール系溶媒、アセトニトリル、ベンゾニトリル
等のニトリル系溶媒、ジメチルスルホキシド、スルホラ
ン等の非プロトン性極性溶媒等が好ましい。
【0041】また、t−ブチルピリジン、2−ピコリ
ン、2,6−ルチジン等の塩基性化合物を添加すること
もできる。
【0042】本発明では、電解質はポリマー添加、オイ
ルゲル化剤添加、多官能モノマー類を含む重合、ポリマ
ーの架橋反応等の手法によりゲル化させることもでき
る。ポリマー添加によりゲル化させる場合の好ましいポ
リマーとしては、ポリアクリロニトリル、ポリフッ化ビ
ニリデン等を挙げることができる。オイルゲル化剤添加
によりゲル化させる場合の好ましいゲル化剤としては、
ジベンジルデン−D−ソルビトール、コレステロール誘
導体、アミノ酸誘導体、トランス−(1R,2R)−
1,2−シクロヘキサンジアミンのアルキルアミド誘導
体、アルキル尿素誘導体、N−オクチル−D−グルコン
アミドベンゾエート、双頭型アミノ酸誘導体、4級アン
モニウム誘導体等を挙げることができる。
【0043】多官能モノマーによって重合する場合の好
ましいモノマーとしては、ジビニルベンゼン、エチレン
グルコールジメタクリレート、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を挙げることができる。更に、アク
リルアミド、メチルアクリレート等のアクリル酸やα−
アルキルアクリル酸から誘導されるエステル類やアミド
類、マレイン酸ジメチル、フマル酸ジエチル等のマレイ
ン酸やフマル酸から誘導されるエステル類、ブタジエ
ン、シクロペンタジエン等のジエン類、スチレン、p−
クロロスチレン、スチレンスルホン酸ナトリウム等の芳
香族ビニル化合物、ビニルエステル類、アクリロニトリ
ル、メタクリロニトリル、含窒素複素環を有するビニル
化合物、4級アンモニウム塩を有するビニル化合物、N
−ビニルホルムアミド、ビニルスルホン酸、ビニリデン
フルオライド、ビニルアルキルエーテル類、N−フェニ
ルマレイミド等の単官能モノマーを含有してもよい。モ
ノマー全量に占める多官能性モノマーは、0.5〜70
質量%が好ましく、1.0〜50質量%がより好まし
い。
【0044】上述のモノマーは、ラジカル重合によって
重合することができる。本発明で使用できるゲル電解質
用モノマーは、加熱、光、電子線あるいは電気化学的に
ラジカル重合することができる。架橋高分子が加熱によ
って形成される場合に使用される重合開始剤は、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)等の
アゾ系開始剤、ベンゾイルパーオキシド等の過酸化物系
開始剤等が好ましい。これらの重合開始剤の添加量は、
モノマー総量に対して、0.01〜20質量部が好まし
く、0.1〜10質量部がより好ましい。
【0045】ポリマーの架橋反応により電解質をゲル化
させる場合、架橋反応に必要な反応性基を含有するポリ
マー及び架橋剤を併用することが望ましい。架橋可能な
反応性基に好ましい例としては、ピリジン、イミダゾー
ル、チアゾール、オキサゾール、トリアゾール、モルフ
ォリン、ピペリジン、ピペラジン等の含窒素複素環を挙
げることができ、好ましい架橋剤は、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、酸クロリド、イソシアネート等の窒素原子に対し
て求電子反応可能な2官能以上の試薬を挙げることがで
きる。
【0046】無機固体化合物を電解質の代わりに用いる
場合、ヨウ化銅、チオシアン化銅等をキャスト法、塗布
法、スピンコート法、浸漬法、電解メッキ等の手法によ
り電極内部に導入することができる。
【0047】また、本発明では電解質の代わりに有機電
荷輸送物質を用いることができる。電荷輸送物質には正
孔輸送物質と電子輸送物質がある。前者の例としては、
例えば特公昭34−5466号公報等に示されているオ
キサジアゾール類、特公昭45−555号公報等に示さ
れているトリフェニルメタン類、特公昭52−4188
号公報等に示されているピラゾリン類、特公昭55−4
2380号公報等に示されているヒドラゾン類、特開昭
56−123544号公報等に示されているオキサジア
ゾール類、特開昭54−58445号公報に示されてい
るテトラアリールベンジジン類、特開昭58−6544
0号公報、あるいは特開昭60−98437号公報に示
されているスチルベン類等を挙げることができる。その
中でも、本発明に使用される電荷輸送物質としては、特
開昭60−24553号公報、特開平2−96767号
公報、特開平2−183260号公報、並びに特開平2
−226160号公報に示されているヒドラゾン類、特
開平2−51162号公報、並びに特開平3−7566
0号公報に示されているスチルベン類が特に好ましい。
また、これらは単独、あるいは2種以上の混合物として
用いることができる。
【0048】一方、電子輸送物質としては、例えばクロ
ラニル、テトラシアノエチレン、テトラシアノキノジメ
タン、2,4,7−トリニトロ−9−フルオレノン、
2,4,5,7−テトラニトロ−9−フルオレノン、
2,4,5,7−テトラニトロキサントン、2,4,8
−トリニトロチオキサントン、1,3,7−トリニトロ
ジベンゾチオフェン、あるいは1,3,7−トリニトロ
ジベンゾチオフェン−5,5−ジオキシド等がある。こ
れらの電子輸送物質は単独、あるいは2種以上の混合物
として用いることができる。
【0049】また、更に増感効果を増大させる増感剤と
して、ある種の電子吸引性化合物を添加することもでき
る。この電子吸引性化合物としては例えば、2,3−ジ
クロロ−1,4−ナフトキノン、1−ニトロアントラキ
ノン、1−クロロ−5−ニトロアントラキノン、2−ク
ロロアントラキノン、フェナントレンキノン等のキノン
類、4−ニトロベンズアルデヒド等のアルデヒド類、9
−ベンゾイルアントラセン、インダンジオン、3,5−
ジニトロベンゾフェノン、あるいは3,3′,5,5′
−テトラニトロベンゾフェノン等のケトン類、無水フタ
ル酸、4−クロロナフタル酸無水物等の酸無水物、テレ
フタラルマロノニトリル、9−アントリルメチリデンマ
ロノニトリル、4−ニトロベンザルマロノニトリル、あ
るいは4−(p−ニトロベンゾイルオキシ)ベンザルマ
ロノニトリル等のシアノ化合物、3−ベンザルフタリ
ド、3−(α−シアノ−p−ニトロベンザル)フタリ
ド、あるいは3−(α−シアノ−p−ニトロベンザル)
−4,5,6,7−テトラクロロフタリド等のフタリド
類等を挙げることができる。
【0050】これらの電荷輸送材料を用いて電荷移動層
を形成する場合、樹脂を併用することが好ましく、ポリ
スチレン樹脂、ポリビニルアセタール樹脂、ポリスルホ
ン樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリエステル樹脂、ポ
リフェニレンオキサイド樹脂、ポリアリレート樹脂、ア
クリル樹脂、メタクリル樹脂、フェノキシ樹脂等が挙げ
られる。これらの中でも、ポリスチレン樹脂、ポリビニ
ルアセタール樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリエステ
ル樹脂、ポリアリレート樹脂が優れている。又、これら
の樹脂は、単独あるいは共重合体として2種以上を混合
して用いることができる。
【0051】これらの樹脂の中には、引っ張り、曲げ、
圧縮等の機械的強度に弱いものがある。この性質を改良
するために、可塑性を与える物質を加えることができ
る。具体的には、フタル酸エステル(例えばDOP、D
BP等)、リン酸エステル(例えばTCP、TOP
等)、セバシン酸エステル、アジピン酸エステル、ニト
リルゴム、塩素化炭化水素等があげられる。これらの物
質は、必要以上に添加すると特性に悪影響を及ぼすの
で、その割合は結着剤樹脂に対し20%以下が好まし
い。その他、酸化防止剤やカール防止剤等を必要に応じ
て添加することができる。用いられる樹脂量は、電荷輸
送物質1質量部に対して0.001〜20質量部が好ま
しく、0.01〜5質量部以下がより好ましい。
【0052】電荷移動層の形成方法は大きく2通りの方
法が考えられる。1つは増感色素を担持した半導体微粒
子含有層の上に、先に対極を貼り合わせ、その隙間に液
状の電荷移動層を挟み込む方法である。もう一つは、半
導体微粒子含有層の上に直接電荷移動層を付与する方法
である。この場合、対極はその後新たに付与することに
なる。
【0053】前者の場合、電荷移動層の挟み込み方法と
して、浸漬等による毛管現象を利用する常圧プロセスと
常圧より低い圧力にして気相を液相に置換する真空プロ
セスが挙げられる。後者の場合、湿式の電荷移動層にお
いては未乾燥のまま対極を付与し、エッジ部の液漏洩防
止を施す必要がある。また、ゲル電解液の場合において
は、湿式で塗布して重合等の方法により固体化する方法
もある。その場合、乾燥、固定化した後に対極を付与し
てもよい。電解液の他、有機電荷輸送材料の溶解液やゲ
ル電解質を付与する方法としては、半導体微粒子含有層
や色素の付与と同様に、浸漬法、ローラ法、ディップ
法、エアーナイフ法、エクストルージョン法、スライド
ホッパー法、ワイヤーバー法、スピン法、スプレー法、
キャスト法、各種印刷法等が挙げられる。
【0054】対極は通常前述の導電性支持体と同様に導
電性層を有する支持体を用いることもできるが、強度や
密封性が十分に保たれるような構成では支持体は必ずし
も必要ではない。対極に用いる材料の具体例としては、
白金、金、銀、銅、アルミニウム、ロジウム、インジウ
ム等の金属、炭素、ITO、FTO等の導電性金属酸化
物等が挙げられる。対極の厚さに制限はないが、3nm
〜10μmが好ましい。
【0055】感光層に光が到達するためには、前述の導
電性支持体と対極の少なくとも一方は実質的に透明でな
ければならない。本発明の光電変換素子においては、導
電性支持体が透明であり、太陽光を支持体側から入射さ
せる方法が好ましい。この場合、対極には光を反射させ
る材料を使用することが好ましく、金属、導電性酸化物
を蒸着したガラス、プラスチック、あるいは金属薄膜が
好ましい。
【0056】対極の塗設については前述の通り、電荷移
動層の上に付与する場合と半導体微粒子層上に付与する
場合の2通りがある。何れの場合も対極材料の種類や電
荷移動層の種類により、適宜、電荷移動層上または半導
体微粒子含有層上に対極材料を塗布、ラミネート、蒸
着、貼り合わせ等の手法により形成可能である。また、
電荷移動層が固体の場合には、その上に直接、前述の導
電性材料を塗布、蒸着、CVD等の手法で対極を形成す
ることができる。
【0057】
【実施例】次に本発明を実施例により更に詳細に説明す
るが、本発明はこれらに何ら限定されるものではない。
【0058】実施例1
酸化チタン(日本アエロジル社、P−25)3g、アセ
チルアセトン0.2g、界面活性剤(アルドリッチ社、
Triton X-100)0.3gを水6.5gと共にペイントコ
ンディショナーで6時間分散処理を施した。この分散液
をFTOガラス支持体上にワイヤーバーを用いて膜厚1
0μmになるように塗布した。塗布後、100℃で1時
間乾燥し、次いで空気中、450℃で30分間焼成して
半導体電極を作製した。
【0059】例示化合物(A−02)で示したメロシア
ニン色素0.05gをエタノール100mlに溶解し
た。この溶液に、先に作製した半導体電極を室温で15
時間浸漬し吸着処理を施した。
【0060】電解液としては、ヨウ素0.03M、テト
ラ−n−プロピルアンモニウムヨーダイド0.5Mをプ
ロピレンカーボネート/アセトニトリル=6/4の混合
液に溶解したものを使用した。対極にはFTO上に白金
をスパッタリングしたものを使用した。
【0061】両電極間に電解液を浸して光電変換素子を
作製した。ここに、作用電極側から東芝製カットフィル
ターUV−39で400nm以下の光をカットした50
mW/cm2強度のキセノンランプを照射した。その結
果、開放電圧0.60V、短絡電流密度4.5mA/c
m2、形状因子0.54、変換効率2.9%と良好な値
を示した。
【0062】実施例2〜8
例示化合物(A−02)を、表1に示した例示化合物に
変更した以外は実施例1と同様にして光電変換素子を作
製し、評価した。その結果を表1に示す。
【0063】
【表1】
【0064】
【化11】
【0065】比較例1
例示化合物(A−02)を、(13)に示す化合物に変
更した以外は実施例1と同様にして光電変換素子を作製
し、評価した。その結果、開放電圧0.15V、短絡電
流密度0.5mA/cm2、形状因子0.37、変換効
率0.055%と低い値であった。
【0066】比較例2
例示化合物(A−02)を、(14)に示す化合物に変
更した以外は実施例1と同様にして光電変換素子を作製
し、評価した。その結果、開放電圧0.44V、短絡電
流密度0.32mA/cm2、形状因子0.43、変換
効率0.12%と低い値であった。
【0067】
【発明の効果】以上から明らかなように、本発明によれ
ば良好な変換効率を有する光電変換素子を提供すること
ができる。Description: BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a melody having a specific structure.
For photoelectric conversion elements using an anine dye as a photoelectric conversion material
It is about. [0002] A large amount of CO generated by the use of fossil fuels
Two Global warming due to global warming and energy demand accompanying population growth
The escalation is a major issue related to the survival of mankind.
Recently, infinite and clean energy free of harmful substances
The use of solar energy, which is a source of energy, is being vigorously studied.
The ones that are currently in practical use as sunlight are
Powered by residential, remote or portable electronics
Certain single crystal silicon, polycrystalline silicon, amorphous silicon
Recon and cadmium telluride and indium selenide
An inorganic compound solar cell such as copper may be used. [0003] However, it is used in solar cells.
Silicon must be of very high purity.
The purification process required a lot of energy and complicated processes
High manufacturing costs. As a result, existing commercial
PV systems have higher power generation costs than
In the end there was a problem. In addition, for the user
There are also disadvantages such as a long G-payback time. On the other hand, it is easy to increase the area in order to reduce the price.
Many solar cells using organic materials have been proposed so far.
ing. Work with p-type organic semiconductors as organic solar cells
Schottky-type photoelectric conversion for bonding small function metals
Element, p-type organic semiconductor and n-type inorganic semiconductor, or p-type
Hetero-junction bonding organic semiconductor and electron-accepting organic compound
There are junction type photoelectric conversion elements, etc., and organic
Synthetic dyes such as chlorophyll and perylene as semiconductors
Pigment, conductive polymer material such as polyacetylene, or
These composite materials are available.
Thickened by thin film method or dipping method
It is composed of Their conversion efficiency is as low as 1% or less.
There were many problems and the durability was poor. Under these circumstances, Nature (Vol. 353, P7
37, 1991) and U.S. Pat.No. 4,492,721.
In addition, photoelectric conversion elements using dye-sensitized semiconductor fine particles
And solar cells were revolutionary. This document requires
Essential materials and manufacturing techniques are also disclosed. was suggested
The battery is powered by a ruthenium complex called the Grettzel type.
Titanium oxide porous thin film spectrally sensitized by
Wet solar cell. The advantage of this method is titanium oxide
It is not necessary to purify inexpensive oxide semiconductors such as
That an inexpensive photoelectric conversion element can be provided,
In addition, the absorption of the used dye extends over a wide visible light range.
And effectively convert sunlight with a large visible light component to electricity
It is possible. On the other hand, improvements in dye-sensitized photoelectric conversion elements are required.
One of the important points is that lute dyes, which are very expensive
Ium complex dyes. This expensive ruthenium color
Development to change element to less expensive organic dye is desired
However, organic dyes have low adsorptivity to titanium dioxide,
Since the amount of adsorption is often small, it is not possible to obtain high sensitization efficiency.
Not. SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a high quality
It is an object of the present invention to provide a photoelectric conversion element having a function. [0008] The present inventors have achieved the above object.
As a result of intensive studies to achieve, the above-mentioned general formula (1),
Emits at least one of the dyes represented by (2)
This has been achieved by using it as an electricity conversion material. [0009] In the general formula (1) or (2), A
1 , A Two Is a linking group necessary to form a heterocyclic ring.
Represents a heterocyclic ring forming a 5- to 7-membered ring, and has a substituent
May be. B 1 Part represents a divalent conjugated double bond group,
It may be linear or cyclic. R 1 ~ R 8 Is al
X represents a kill group; 1 , X Three Are oxygen and sulfur, respectively
, A selenium atom, a hydrocarbon group, and a substituted amino group. X
Two , X Four Represents an oxygen atom, a sulfur atom, a dicyanomethylene group,
Indicates a carboxyl-cyanomethylene group. n1 and n2 are
An integer of 0 to 2, wherein the carbon-carbon double bond is an E-type,
May be any of Z type. DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION Here, A 1 , A Two As a specific example of the department
Pyridine ring, benzothiazole ring, benzoxa
Zole ring, benzoselenazole ring, 1-ethylbenzi
A midazole ring, a 3,3-dimethylindolenine ring, etc.
Can be mentioned. R 1 ~ R 8 A specific example of
And alkyl groups such as an ethyl group and an isopropyl group.
be able to. Also, R 1 ~ R 8 May have a substituent
Good examples include methoxy and ethoxy groups.
Allyls such as alkoxy, phenyl, naphthyl, etc.
Group, carboxyl group, sulfonyl group, phosphoryl group,
Hydroxamic acid groups may be mentioned. X 1 , X Three Utensils
Examples include oxygen, sulfur, selenium, and methylene.
2,2-propylene, 1,1-cyclohexylene
Which hydrocarbon groups, methylamine, ethylamine, benzyl
List amino groups such as ruamine and phenylamine
Can be. X Two , X Four Examples of the oxygen atom, sulfur source
, Dicyanomethylene group, carboxyl-cyanomethyle
Group. B 1 The following are specific examples of the section
(3) to (12).
However, the present invention is not limited to these. Embedded image Specific examples of the dye according to the present invention include:
Although A-01 to 27 shown below can be mentioned,
It is not limited to these. Embedded image Embedded image Embedded image Embedded image Embedded image Embedded image Embedded image The photoelectric conversion element of the present invention comprises a conductive support,
Semiconductor sensitized by a dye placed on a conductive support
It consists of a body layer, a charge transfer layer and a counter electrode. The photosensitive layer has a single-layer structure
However, a laminated structure may be used, and the design is made according to the purpose. Ma
In addition, the boundary between the conductive layer and the photosensitive layer of the conductive support,
At the boundary of this element, such as the boundary of the moving layer,
May be mutually diffused or mixed. The conductive support may be a support such as a metal.
Conductive material or conductive material on the surface
Use a glass or plastic support with an electrical layer
Can be. In the latter case, the conductive agent is platinum,
Metals such as gold, silver, copper, and aluminum; carbon;
Indium-tin composite oxide (hereinafter abbreviated as "ITO")
Metal oxides such as tin oxide doped with fluorine
(Hereinafter abbreviated as “FTO”). Conductivity
The support has a transparency of transmitting 10% or more of light.
And more preferably 50% or more transmission.
No. Among them, a conductive film made of ITO or FTO is
Conductive glass deposited on a substrate is particularly preferred. In order to reduce the resistance of the transparent conductive support,
It is preferable to use metal leads,
The material is aluminum, copper, silver, gold, platinum, nickel, etc.
Metals are preferred. Metal leads are deposited on a transparent support,
Installed by sputtering etc., and put ITO or FTO on it
Or metal lead on transparent conductive layer
There is a way to do that. As the semiconductor, silicon, germanium
In addition to single semiconductors such as, metal chalcogenides
Compound semiconductor or perovskite structure
And the like can be used. Metal calco
Genide is preferably titanium, tin, zinc, iron, or titanium.
Ngustene, zirconium, hafnium, strontium
, Indium, cerium, yttrium, lanthanum,
Oxides of vanadium, niobium or tantalum, cad
Sulfidation of Mium, Zinc, Lead, Silver, Antimony, Bismuth
Material, cadmium, lead selenide, cadmium tellurium
And the like. Other compound semiconductors include zinc,
Phosphides such as gallium, indium, cadmium, etc.
Lium arsenide, copper-indium-selenide, copper-indium
And sulfides. Also, the perovskite structure
As the compound having the structure, strontium titanate,
Calcium titanate, sodium titanate,
And lithium and potassium niobate. The semiconductor used in the present invention may be a single crystal.
It may be polycrystalline. Single crystal is preferred for conversion efficiency
However, polycrystals are preferred in terms of manufacturing costs, securing raw materials, etc.
And the particle size of the semiconductor is 4 nm or more and 1 μm or less.
Is preferred. Method for forming a semiconductor layer on a conductive support
As a dispersion or colloidal solution of semiconductor fine particles
There are a method of coating on a conductive support, a sol-gel method, and the like.
You. As a method for producing the dispersion, the sol-gel described above is used.
Method, method of mechanical grinding with a mortar, etc., grinding with a mill
Method while dispersing, or when synthesizing a semiconductor
Precipitated as fine particles in a solvent and used as is
And the like. Mechanical grinding or grinding using a mill
In the case of a dispersion liquid prepared by
The binder resin is formed by dispersing in water or an organic solvent.
You. As the binder resin used, styrene, vinyl acetate
Acrylate, methacrylate, etc.
Vinyl compound polymers and copolymers, silicone resins,
Phenoxy resin, polysulfone resin, polyvinyl butyral
Resin, polyvinyl formal resin, polyester tree
Fat, cellulose ester resin, cellulose ether tree
Fat, urethane resin, phenol resin, epoxy resin,
Recarbonate resin, polyarylate resin, polyamide
Resin, polyimide resin, or the like can be used. Preferred solvents are water, methanol,
Alcohol such as ethanol or isopropyl alcohol
Coal solvents, acetone, methyl ethyl ketone, or
Is a ketone solvent such as methyl isobutyl ketone,
, Ethyl acetate, or esters such as n-butyl acetate
System solvent, diethyl ether, dimethoxyethane, tetra
Hydrofuran, dioxolan, or dioxane
Ether solvent, N, N-dimethylformamide, N,
N-dimethylacetamide or N-methyl-2-
Amide solvents such as pyrrolidone, dichloromethane, chloro
Form, bromoform, methyl iodide, dichloroeta
, Trichloroethane, trichloroethylene, chloroform
Benzene, o-dichlorobenzene, fluorobenzene,
Lomobenzene, iodobenzene, or 1-chlorona
Halogenated hydrocarbon solvents such as phthalene, n-pentane
, N-hexane, n-octane, 1,5-hexadiene
Cyclohexane, methylcyclohexane, cyclohexane
Xadiene, benzene, toluene, o-xylene, m-
Xylene, p-xylene, ethylbenzene, or
Examples include hydrocarbon solvents such as men. these
Is used alone or as a mixture of two or more solvents
Can be. The coating method of the obtained dispersion is as follows:
La method, dip method, air knife method, blade method, wire
Slide hopper method, extrusion method,
Curtain method, spin method, or spray method is preferred
No. Further, the semiconductor layer need not be limited to a single layer.
No. Multi-layer coating of dispersions of semiconductor particles with different particle sizes
Of different types of semiconductors, resins, and additives
It is also possible to apply multiple coating layers. Also, apply once
Multilayer coating is an effective means when the film thickness is insufficient with a cloth.
You. Generally, as the thickness of the semiconductor layer increases,
Light capture because the amount of supported dye per unit projected area also increases
Rate increases, but the diffusion distance of generated electrons also increases.
In addition, the recombination of electric charges increases. Therefore, the semiconductor layer
Is preferably 0.1 to 100 μm, and 1 to 30 μm
Is more preferred. The semiconductor fine particles were coated on a conductive support.
After that, heat treatment may or may not be performed.
Contact and improvement of coating strength and adhesion to substrate
From the above point, it is preferable to perform a heat treatment. At that time
The heat treatment temperature is preferably 40 to 700 ° C, and 100 to 60 ° C.
0 ° C. is more preferred. The heat treatment time is 5 minutes to 20 minutes.
Time is preferred, and 10 minutes to 10 hours is more preferred. Was
However, heat treatment must be performed at a temperature below which the support is not damaged.
It is necessary to use a polymer film for the support.
It is not preferable because it causes chemical conversion. Semiconductor fine particles can adsorb many dyes.
Those having a large surface area are preferred. Therefore, the semiconductor layer
The surface area in the state where is coated on the support is
And preferably at least 10 times, and at least 100 times
More preferably, there is. The dye in the photoelectric conversion device of the present invention is
The merocyanine dyes represented by the general formulas (1) and (2) are
Used as a conversion material. In adsorbing the dye, a condensing agent may be used in combination.
No. Condensing agents physically or chemically color the inorganic surface.
Catalyzes that may bind
Any that works stoichiometrically and favorably shifts the chemical equilibrium
There may be. Further, a thiol or
May add a hydroxy compound. Solvents for dissolving the dye include acetone and methyl.
Such as ethyl ketone or methyl isobutyl ketone
Ketone solvent, ethyl formate, ethyl acetate, or acetic acid
ester solvents such as n-butyl, diethyl ether,
Methoxyethane, tetrahydrofuran, dioxolan,
Alternatively, ether solvents such as dioxane, N, N-dimethyl
Tylformamide, N, N-dimethylacetamide,
Or amide solvents such as N-methyl-2-pyrrolidone,
Dichloromethane, chloroform, bromoform, iodide
Methyl, dichloroethane, trichloroethane, triclo
Roethylene, chlorobenzene, o-dichlorobenzene,
Fluorobenzene, bromobenzene, iodobenzene,
Or a halogenated hydrocarbon such as 1-chloronaphthalene
System solvent, n-pentane, n-hexane, n-octane,
1,5-hexadiene, cyclohexane, methylcyclo
Hexane, cyclohexadiene, benzene, toluene,
o-xylene, m-xylene, p-xylene, ethylbenzene
Hydrocarbon solvents such as benzene and cumene
These can be used alone or as a mixture of two or more.
Can be used. Using these, the temperature at which the dye is adsorbed and the temperature
Therefore, the temperature is preferably from -50 ° C to 200 ° C. Ma
In addition, this adsorption may be performed with stirring.
No. Stirrer, ball
Mills, paint conditioners, sand mills, atlas
Itter, disperser, or ultrasonic dispersion
However, the present invention is not limited to these. Required for adsorption
The time for performing is preferably 5 seconds or more and 1000 hours or less,
10 seconds or more and 500 hours or less, more preferably 1 minute or more
Above, 150 hours are more preferable. As the charge transfer layer of the present invention, a redox couple
Electrolyte dissolved in organic solvent, redox couple in organic solvent
Gel electrolysis in which a dissolved liquid is impregnated in a polymer matrix
Decomposition, molten salt containing redox couple, solid electrolyte, organic
A hole transport material or the like can be used. The electrolytic solution used in the present invention comprises an electrolyte,
It is preferable to be composed of a medium and an additive. Preferred
Electrolytes are lithium iodide, sodium iodide and iodide
Metals such as potassium, cesium iodide, calcium iodide
Iodide-iodine combination, tetraalkylammonium
Iodine, pyridinium iodide, imidazo
Iodine of quaternary ammonium compounds such as lium iodide
Salt-iodine combination, lithium bromide, sodium bromide
, Potassium bromide, cesium bromide, calcium bromide, etc.
Metal bromide-bromine combination, tetraalkylammonium
Quaternary ammonium bromide, pyridinium bromide, etc.
Bromine salts of ammonium compounds-bromine combinations, ferro
Cyanate-ferricyanate, ferrocene-ferrici
Metal complexes such as ammonium ions, sodium polysulfide, aluminum
Sulfur compounds such as kirthiol-alkyl disulfide
Products, viologen dyes, hydroquinone-quinone, etc.
It is. The above-mentioned electrolytes are mixed
It may be. As an electrolyte, it is in a molten state at room temperature
Can also be used. When using this molten salt
Does not need to use a solvent. The electrolyte concentration in the electrolyte is 0.05 to
20M is preferable, and 0.1-15M is more preferable. Electric
Solvents used for dissolution include ethylene carbonate,
Carbonate solvents such as propylene carbonate,
Heterocyclic compounds such as tyl-2-oxazolidinone;
Sun, diethyl ether, ethylene glycol dialki
Ether solvents such as toluene, methanol, ethanol
, Polypropylene glycol monoalkyl ether, etc.
Alcohol solvents, acetonitrile, benzonitrile
Nitrile solvents such as dimethyl sulfoxide, sulfora
Preferred are aprotic polar solvents such as butane. Also, t-butylpyridine, 2-picoline
Adding basic compounds such as 2,2-lutidine and the like
Can also. In the present invention, the electrolyte is polymer-added,
Gelling agent, polymerization containing polyfunctional monomers, polymer
Gelation by a method such as cross-linking reaction
You. Preferred gel for gelation by polymer addition
Polyacrylonitrile, polyvinyl fluoride
Nilidene and the like can be mentioned. Oil gelling agent added
Preferred gelling agents when gelling by
Dibenzylden-D-sorbitol, cholesterol inducer
Conductor, amino acid derivative, trans- (1R, 2R)-
Alkyl amide derivatives of 1,2-cyclohexanediamine
, Alkyl urea derivative, N-octyl-D-glucone
Amidobenzoate, double-headed amino acid derivative, quaternary anne
Monium derivatives and the like. When polymerizing with a polyfunctional monomer,
Preferred monomers include divinylbenzene and ethylene.
Glycol dimethacrylate, ethylene glycol dia
Acrylate, diethylene glycol dimethacrylate,
Triethylene glycol dimethacrylate, Pentaery
Thritol triacrylate, trimethylolpropane
Triacrylate and the like can be mentioned. In addition,
Acrylic acid such as rilamide and methyl acrylate and α-
Esters and amides derived from alkyl acrylic acid
, Maleic acid such as dimethyl maleate and diethyl fumarate
Esters derived from acid or fumaric acid, butadie
, Diene such as cyclopentadiene, styrene, p-
Such as chlorostyrene and sodium styrenesulfonate
Aromatic vinyl compounds, vinyl esters, acrylonitrile
, Methacrylonitrile, vinyl containing nitrogen-containing heterocycle
Compound, vinyl compound having quaternary ammonium salt, N
-Vinyl formamide, vinyl sulfonic acid, vinylidene
Fluoride, vinyl alkyl ethers, N-phenyl
It may contain a monofunctional monomer such as lumaleimide. Mo
The multifunctional monomer accounts for 0.5 to 70
% By mass is preferable, and 1.0 to 50% by mass is more preferable.
No. The above-mentioned monomers are obtained by radical polymerization.
Can be polymerized. Gel electrolyte that can be used in the present invention
Monomer for heating, light, electron beam or electrochemical
Radical polymerization is possible. Crosslinked polymer is heated
The polymerization initiator used when formed is 2,
2'-azobisisobutyronitrile, 2,2'-azobi
(2,4-dimethylvaleronitrile), dimethyl-
2,2'-azobis (2-methylpropionate) and the like
Peroxides such as azo initiators and benzoyl peroxide
Initiators and the like are preferred. The amount of addition of these polymerization initiators,
0.01 to 20 parts by mass based on the total amount of monomers is preferred
And 0.1 to 10 parts by mass is more preferable. Electrolyte gelled by polymer crosslinking reaction
When the reaction is carried out, a polymer containing a reactive group necessary for the crosslinking reaction
It is desirable to use a mer and a crosslinking agent together. Crosslinkable
Preferred examples of the reactive group include pyridine, imidazo
, Thiazole, oxazole, triazole, morph
And nitrogen-containing heterocycles such as phosphorus, piperidine and piperazine.
Preferred crosslinking agents are halogenated alkyl
Aralkyl, sulfonic acid ester, acid-free
For nitrogen atoms in hydrates, acid chlorides, isocyanates, etc.
And a bifunctional or higher functional reagent capable of electrophilic reaction.
Wear. Using an inorganic solid compound instead of an electrolyte
In case, copper iodide, copper thiocyanate, etc. are cast and applied
Method, spin coating, dipping, electrolytic plating, etc.
Can be introduced inside the electrode. In the present invention, an organic electrode is used instead of the electrolyte.
Cargo transport materials can be used. Positive for charge transport materials
There are hole transport materials and electron transport materials. As an example of the former,
For example, Japanese Patent Publication No. 34-5466 discloses
Xadiazoles, as shown in JP-B-45-555 and the like.
Triphenylmethanes, Japanese Patent Publication No. 52-4188
Pyrazolines described in Japanese Patent Application Publication No. Sho 55-4
Hydrazones disclosed in JP 2380
Oxadia disclosed in JP-A-56-123544 and the like.
Zoles are disclosed in JP-A-54-58445.
Tetraarylbenzidines, JP-A-58-6544
No. 0 or JP-A-60-98437.
And other stilbenes. That
Among them, the charge transport material used in the present invention is particularly
JP-A-60-24553, JP-A-2-96767
Gazette, JP-A-2-183260, and JP-A-2
Hydrazones disclosed in JP-A-226160,
JP-A-2-51162 and JP-A-3-7566.
The stilbenes disclosed in Japanese Patent Publication No. 0 are particularly preferred.
These may be used alone or as a mixture of two or more.
Can be used. On the other hand, as an electron transport material, for example,
Ranyl, tetracyanoethylene, tetracyanoquinodime
Tan, 2,4,7-trinitro-9-fluorenone,
2,4,5,7-tetranitro-9-fluorenone,
2,4,5,7-tetranitroxanthone, 2,4,8
-Trinitrothioxanthone, 1,3,7-trinitro
Dibenzothiophene or 1,3,7-trinitro
And dibenzothiophene-5,5-dioxide. This
These electron transport materials may be used alone or as a mixture of two or more.
Can be used as Further, a sensitizer for further increasing the sensitizing effect is provided.
To add certain electron-withdrawing compounds.
You. As the electron-withdrawing compound, for example, 2,3-di
Chloro-1,4-naphthoquinone, 1-nitroanthraki
Non-, 1-chloro-5-nitroanthraquinone, 2-
Quinones such as loloanthraquinone and phenanthrenequinone
Aldehydes such as 4-nitrobenzaldehyde, 9
-Benzoylanthracene, indandione, 3,5-
Dinitrobenzophenone or 3,3 ', 5,5'
Ketones such as tetranitrobenzophenone, anhydrous lid
Acid anhydrides such as phosphoric acid and 4-chloronaphthalic anhydride;
Phthalalmalononitrile, 9-anthrylmethylidenema
Lononitrile, 4-nitrobenzalmalononitrile,
Or 4- (p-nitrobenzoyloxy) benzalma
Cyano compounds such as lononitrile;
Do, 3- (α-cyano-p-nitrobenzal) phthalic
Or 3- (α-cyano-p-nitrobenzal)
Phthalide such as -4,5,6,7-tetrachlorophthalide
And the like. Using these charge transport materials, a charge transfer layer
When forming, it is preferable to use a resin together,
Styrene resin, polyvinyl acetal resin, polysulfo
Resin, polycarbonate resin, polyester resin,
Phenylene oxide resin, polyarylate resin,
Krill resin, methacrylic resin, phenoxy resin, etc.
Can be Among these, polystyrene resin, polyvinyl
Luacetal resin, polycarbonate resin, polyester
Resin and polyarylate resin are excellent. Also these
Resin is used alone or as a copolymer.
Can be used. Among these resins, there are tension, bending,
Some have weak mechanical strength such as compression. Improve this property
In order to be able to add substances that give plasticity
You. Specifically, phthalic acid esters (for example, DOP, DOP
BP, etc.), phosphate esters (eg, TCP, TOP
Etc.), sebacate, adipate, nitro
Lil rubber, chlorinated hydrocarbons, and the like. These things
Quality can adversely affect properties if added too much
The ratio is preferably 20% or less based on the binder resin.
No. In addition, antioxidants and anti-curl agents etc. as required
Can be added. The amount of resin used is
0.001 to 20 parts by mass is preferable for 1 part by mass of the substance to be sent.
Preferably, the amount is 0.01 to 5 parts by mass or less. The method of forming the charge transfer layer can be roughly divided into two types.
The law can be considered. One is semiconductor fine particles carrying a sensitizing dye.
The counter electrode is first stuck on the element containing layer, and the liquid
This is a method of sandwiching a charge transfer layer in the shape of a circle. The other is half
Method of directly providing a charge transfer layer on a layer containing conductive fine particles
It is. In this case, the counter electrode will be newly added
Become. In the former case, the method of sandwiching the charge transfer layer
And the normal pressure process using the capillary phenomenon caused by immersion etc.
Vacuum process that replaces gas phase with liquid phase at a pressure lower than normal pressure
Seth. In the latter case, the wet charge transfer layer
To prevent leakage of liquid at the edge
It is necessary to stop. In the case of gel electrolyte,
Is a method of solidifying by wet coating and polymerization
There is also. In that case, after drying and immobilizing,
You may. In addition to the electrolyte, a solution or organic solvent
The method of applying the electrolyte is as follows:
Dipping method, roller method, dipping
Method, air knife method, extrusion method, slide
Hopper method, wire bar method, spin method, spray method,
Examples include a casting method and various printing methods. The counter electrode is usually a conductor similar to the conductive support described above.
Although a support having an electrically conductive layer can be used,
In a configuration that ensures sufficient sealing, the support must be
Is not necessary. As a specific example of the material used for the counter electrode,
Platinum, gold, silver, copper, aluminum, rhodium, indium
Oxidation of metals such as metals, conductive metals such as carbon, ITO and FTO
Objects and the like. The thickness of the counter electrode is not limited, but is 3 nm.
-10 μm is preferred. In order for light to reach the photosensitive layer, the above-described conduction is required.
At least one of the conductive support and the counter electrode is substantially transparent.
I have to. In the photoelectric conversion element of the present invention,
The conductive support is transparent, and sunlight is incident from the support side.
Is preferred. In this case, the opposite electrode reflects light
Metal, conductive oxide
Glass, plastic, or metal thin film
preferable. Regarding the application of the counter electrode, as described above, the charge transfer is performed.
On the moving layer and on the semiconductor fine particle layer
There are two cases. In either case, the type of counter electrode material and
Depending on the type of the charge transfer layer, the charge transfer layer or semiconductor
Coating, laminating, and steaming the counter electrode material on the body fine particle containing layer
It can be formed by a method such as attachment and bonding. Also,
If the charge transfer layer is a solid,
Form a counter electrode by applying a conductive material, such as coating, vapor deposition, or CVD.
Can be Next, the present invention will be described in more detail with reference to examples.
However, the present invention is not limited to these. Example 1 3 g of titanium oxide (P-25, Nippon Aerosil Co., Ltd.)
0.2 g of tilacetone, a surfactant (Aldrich,
Triton X-100) 0.3 g with 6.5 g of water
Dispersion treatment was performed for 6 hours using a conditioner. This dispersion
Was coated on a FTO glass support using a wire bar to a film thickness of 1
It was applied so as to have a thickness of 0 μm. After application, 1 hour at 100 ° C
And then bake in air at 450 ° C. for 30 minutes
A semiconductor electrode was manufactured. The merocyanine represented by the exemplified compound (A-02)
Dissolve 0.05 g of nin dye in 100 ml of ethanol
Was. The semiconductor electrode prepared above was added to this solution at room temperature for 15 minutes.
It was immersed for a time and subjected to an adsorption treatment. As the electrolytic solution, iodine 0.03M, tet
Ra-n-propyl ammonium iodide 0.5M
Mixture of ropylene carbonate / acetonitrile = 6/4
The solution dissolved in the liquid was used. Platinum on FTO for counter electrode
Was used. An electrolyte is immersed between both electrodes to form a photoelectric conversion element.
Produced. Here, from the working electrode side, cut filter made by Toshiba
50 which cuts light of 400 nm or less by UV-39
mW / cm Two A high intensity xenon lamp was applied. The result
As a result, the open-circuit voltage is 0.60 V and the short-circuit current density is 4.5 mA / c.
m Two , Form factor 0.54, conversion efficiency 2.9%, good value
showed that. Examples 2 to 8 The exemplified compounds (A-02) were changed to the exemplified compounds shown in Table 1.
A photoelectric conversion element was fabricated in the same manner as in Example 1 except for the change.
It was manufactured and evaluated. Table 1 shows the results. [Table 1] Embedded image Comparative Example 1 The exemplified compound (A-02) was changed to the compound shown in (13).
A photoelectric conversion element was manufactured in the same manner as in Example 1 except for the above.
And evaluated. As a result, the open circuit voltage is 0.15V,
Flow density 0.5mA / cm Two , Form factor 0.37, conversion effect
The rate was as low as 0.055%. Comparative Example 2 The exemplified compound (A-02) was changed to the compound shown in (14).
A photoelectric conversion element was manufactured in the same manner as in Example 1 except for the above.
And evaluated. As a result, open-circuit voltage 0.44V, short-circuit voltage
Flow density 0.32 mA / cm Two , Form factor 0.43, transformation
The efficiency was as low as 0.12%. As is clear from the above, according to the present invention,
To provide a photoelectric conversion element having good conversion efficiency
Can be.
Claims (1)
れるメロシアニン色素の少なくとも1種を光電変換材料
として用いることを特徴とする光電変換素子。 【化1】 (一般式(1)、または(2)において、A1、A2部は
複素環を形成するために必要な連結基であり、5〜7員
環を形成する複素環を表し、置換基を有していてもよ
い。B1部は2価の共役二重結合基を示し、直鎖状であ
っても環状であってもよい。R1〜R8はアルキル基を示
し、X1、X3はそれぞれ酸素原子、硫黄原子、セレン原
子、炭化水素基、置換アミノ基を示す。X2、X4は、酸
素原子、硫黄原子、ジシアノメチレン基、カルボキシル
−シアノメチレン基を示す。n1、n2は0〜2の整数
であり、炭素−炭素二重結合はE型、またはZ型の何れ
であってもよい。)1. A photoelectric conversion element comprising at least one merocyanine dye represented by the following general formula (1) or (2) as a photoelectric conversion material. Embedded image (In the general formula (1) or (2), A 1 and A 2 parts are a linking group necessary for forming a heterocyclic ring, and represent a heterocyclic ring forming a 5- to 7-membered ring; B 1 part represents a divalent conjugated double bond group, may be linear or cyclic, R 1 to R 8 represent an alkyl group, and X 1 , X 3 represents an oxygen atom, a sulfur atom, a selenium atom, a hydrocarbon group, or a substituted amino group, and X 2 and X 4 represent an oxygen atom, a sulfur atom, a dicyanomethylene group, and a carboxyl-cyanomethylene group. n2 is an integer of 0 to 2, and the carbon-carbon double bond may be any of E-type and Z-type.)
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JP2007115673A (en) * | 2005-09-22 | 2007-05-10 | Mitsubishi Paper Mills Ltd | Photoelectric conversion material, semiconductor electrode, and photoelectric conversion element using it |
WO2008004580A1 (en) | 2006-07-05 | 2008-01-10 | Nippon Kayaku Kabushiki Kaisha | Dye-sensitized solar cell |
JP2008071648A (en) * | 2006-09-14 | 2008-03-27 | Mitsubishi Paper Mills Ltd | Photoelectric conversion material, semiconductor electrode, and photoelectric conversion element using it |
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- 2001-12-26 JP JP2001394699A patent/JP2003197281A/en active Pending
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