JP2001036110A - Semiconductor particulate, manufacture thereof and photoelectric conversion element - Google Patents

Semiconductor particulate, manufacture thereof and photoelectric conversion element

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JP2001036110A
JP2001036110A JP11203674A JP20367499A JP2001036110A JP 2001036110 A JP2001036110 A JP 2001036110A JP 11203674 A JP11203674 A JP 11203674A JP 20367499 A JP20367499 A JP 20367499A JP 2001036110 A JP2001036110 A JP 2001036110A
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Japan
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dye
group
fine particles
semiconductor fine
layer
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JP11203674A
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Japanese (ja)
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Tadahiko Kubota
忠彦 窪田
Tetsuya Watanabe
哲也 渡辺
Masaki Okazaki
正樹 岡崎
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Fuji Photo Film Co Ltd
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Publication date
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    • Y02PCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide semiconductor particulates used for a pigment sensitizing photoelectric conversion element which is superior in energy conversion efficiency and can be made larger in area and an optical electrochemical cell, by allowing an ester compound other than pigments to be adsorbed to a semiconductor. SOLUTION: A manufactured and color sensitized TiO2 electrode substrate is coupled with a platinum vopor-deposited glass which is as large as its size, and an electrolyte is impregnated between both glasses due to capillary phenomena, and then it is led into the TiO2 electrode, so as to obtain an optical electrochemical cell. A conductive glass 1 (a conductive agent layer 2 is formed on a glass), TiO2 layer 3, pigment layer 4, electrolyte 5, platinum layer 6, and glass 7 are laminated in sequence, to produce an optical electrochemical cell packaged with an epoxy-based sealing agent. The optical electrochemical cell is irradiated with an artificial solar light, and the electricity generated is measured by a current/voltage measuring device. As a result, a photoelectric conversion element of superior photoelectric conversion efficiency and an optical electrochemical cell can be obtained.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は色素により増感され
た半導体微粒子およびこれを用いた光電変換素子に関す
る。更には、色素により増感された半導体微粒子の製造
方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to semiconductor fine particles sensitized by a dye and a photoelectric conversion element using the same. Furthermore, the present invention relates to a method for producing semiconductor fine particles sensitized by a dye.

【0002】[0002]

【従来の技術】現在、太陽光発電は単結晶シリコン太陽
電池、多結晶シリコン太陽電池、アモルファスシリコン
太陽電池およびテルル化カドミウムやセレン化インジウ
ム銅等の化合物太陽電池の改良が、実用化の主力技術と
なっており、発電効率として10%を超える太陽光エネ
ルギー変換効率が得られている。しかし、将来に向けて
これらを普及させる上では、素材製造にかかるエネルギ
ーコストが高く製品化への環境負荷が大きいこと、ユー
ザーにとってエネルギーペイバックタイムが長い等の問
題点を克服する必要がある。一方、低価格化を目指し、
大面積化も容易な有機材料をシリコンに替わる感光材料
として用いた太陽電池がこれまでに多く提案されてきた
が、エネルギー変換効率が1%以下と低く、耐久性も悪
いという問題があった。こうした状況の中で、Nature
(第353巻、第737〜740頁、1991年)および米国特許492
7721号等に、色素によって増感された半導体微粒子を用
いた光電変換素子および太陽電池、ならびにこの作製に
必要な材料および製造技術が開示された。提案された電
池は、ルテニウム錯体によって分光増感された二酸化チ
タン多孔質薄膜を作用電極とする湿式太陽電池である。
この方式の第一の利点は二酸化チタン等の安価な酸化物
半導体を高純度まで精製する必要なしに用いることがで
きるため、安価な光電変換素子として提供できる点であ
り、第二には用いられる色素の吸収がブロードであり、
広い可視光の波長域にわたって太陽光を電気に変換でき
ることであり、第三にはエネルギー変換効率が最適条件
では10%に近く高いことである。しかし半導体微粒子
に色素を吸着させるに際して色素が好ましくない凝集を
起こし、得られる光電変換素子の性能が低下するという
問題があった。この凝集を防止するためステロイド系カ
ルボン酸化合物を色素溶液に混合する方法がChemical
Communication(第719〜720ページ、1998
年)に記載されているが効果が十分ではなかった。
2. Description of the Related Art At present, photovoltaic power generation is the main technology for practical use of single crystal silicon solar cells, polycrystalline silicon solar cells, amorphous silicon solar cells and compound solar cells such as cadmium telluride and indium copper selenide. Thus, a solar energy conversion efficiency exceeding 10% is obtained as the power generation efficiency. However, in order to popularize these materials in the future, it is necessary to overcome the problems that the energy cost for material production is high, the environmental load for commercialization is large, and the energy payback time is long for users. On the other hand, aiming for lower prices,
Many solar cells using an organic material, which can easily be made large in area, as a photosensitive material in place of silicon have been proposed so far, but have a problem that the energy conversion efficiency is as low as 1% or less and the durability is poor. Under these circumstances, Nature
(353, 737-740, 1991) and U.S. Pat.
No. 7721 and the like disclose a photoelectric conversion element and a solar cell using semiconductor fine particles sensitized by a dye, and materials and manufacturing techniques required for the fabrication. The proposed battery is a wet solar cell using a titanium dioxide porous thin film spectrally sensitized by a ruthenium complex as a working electrode.
The first advantage of this method is that an inexpensive oxide semiconductor such as titanium dioxide can be used without having to purify it to high purity, and therefore it can be provided as an inexpensive photoelectric conversion element. The absorption of the dye is broad,
Thirdly, sunlight can be converted into electricity over a wide visible light wavelength range. Thirdly, energy conversion efficiency is close to 10% under optimum conditions. However, when the dye is adsorbed on the semiconductor fine particles, there is a problem that the dye is undesirably aggregated, and the performance of the obtained photoelectric conversion element is reduced. To prevent this aggregation, a method of mixing a steroidal carboxylic acid compound with the dye solution is known as Chemical.
Communication (pages 719 to 720, 1998
Year), but the effect was not sufficient.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、エネ
ルギー変換効率に優れ、大面積化が可能な色素増感型の
光電変換素子および光電気化学電池に用いる半導体微粒
子を提供することである。さらには、この半導体微粒子
の製造方法を提供することである。
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a dye-sensitized photoelectric conversion element which is excellent in energy conversion efficiency and can have a large area, and semiconductor fine particles used for a photoelectrochemical cell. . Another object of the present invention is to provide a method for producing the semiconductor fine particles.

【0004】[0004]

【課題を解決するための手段】本発明の課題は本発明を
特定する下記の事項およびその好ましい態様により達成
された。 (1) 色素により増感された半導体微粒子であって、
色素以外にエステル化合物を半導体に吸着させたことを
特徴とする半導体微粒子。 (2) 前記エステル化合物が下記一般式(A)で表さ
れる化合物であることを特徴とする上記(1)の半導体
微粒子。 一般式(A) R1−L−Z−R2 (W) (式(A)中、R1およびR2は、それぞれ独立にアルキ
ル基、アルケニル基、アルキニル基、環状の脂肪族基、
芳香族基またはヘテロ環基を表し、これらは置換基を有
していても縮環していてもよく、また、R1とR2は連結
して環を形成してもよい。Lは単結合または二価の連結
基を表す。Zはエステル結合を表し、(W)は分子の電
荷を中和するのに必要な対イオンを表す。) (3) 一般式(A)において、R1が炭素数20以下
の置換または無置換のアルキル基であることを特徴とす
る上記(2)の半導体微粒子。 (4) 一般式(A)において、R1が炭素数25以下
の環状の脂肪族基であることを特徴とする上記(2)の
半導体微粒子。 (5) 一般式(A)において、R1が炭素数13以下
の芳香族基またはヘテロ環であることを特徴とする上記
(2)の半導体微粒子。 (6) Zがカルボン酸、スルホン酸またはホスホン酸
のエステル結合であることを特徴とする上記(2)〜
(5)のいずれかの半導体微粒子。 (7) 前記色素がルテニウム錯体色素、フタロシアニ
ン系色素およびポリメチン色素から選ばれる色素である
ことを特徴とする上記(1)〜(6)のいずれかの半導
体微粒子。 (8) 前記半導体微粒子が金属酸化物微粒子である上
記(1)〜(7)のいずれかの半導体微粒子。 (9) 前記半導体微粒子が二酸化チタンである上記
(1)〜(8)のいずれかの半導体微粒子。 (10) 上記(1)〜(9)のいずれかの半導体微粒
子を用いた光電変換素子。 (11) 色素により増感された半導体微粒子の製造方
法において、 a)色素と共にエステル化合物を共存させた溶液に半導
体微粒子を浸漬させる工程、 b)色素を半導体微粒子に吸着させた後、該半導体微粒
子をエステル化合物を含む溶液に浸漬させる工程、 の少なくともいずれかの工程を経ることを特徴とする半
導体微粒子の製造方法。 (12) 前記エステル化合物が下記一般式(A)で表
される化合物であることを特徴とする上記(11)の半
導体微粒子の製造方法。 一般式(A) R1−L−Z−R2 (W) (式(A)中R1およびR2は、それぞれ独立にアルキル
基、アルケニル基、アルキニル基、環状の脂肪族基、芳
香族基またはヘテロ環基を表し、これらは置換基を有し
ていても縮環していてもよく、また、R1とR2は連結し
て環を形成してもよい。Lは単結合または二価の連結基
を表す。Zはエステル結合を表し、(W)は分子の電荷
を中和するのに必要な対イオンを表す。) (13) 上記(11)のa)の工程において、色素と
エステル化合物が共存する溶液中のエステル化合物の濃
度が色素に対してモル比で1〜1000倍量共存してい
ることを特徴とする上記(11)または(12)の半導
体微粒子の製造方法。 (14) 上記(11)のb)の工程において、エステ
ル化合物を含む浸漬液中のエステル化合物のモル濃度が
0.1mM〜1Mであることを特徴とする上記(11)
または(12)の半導体微粒子の製造方法。
The object of the present invention has been attained by the following items which specify the present invention and preferred embodiments thereof. (1) semiconductor fine particles sensitized by a dye,
Semiconductor fine particles characterized by adsorbing an ester compound to a semiconductor in addition to a dye. (2) The semiconductor fine particles according to (1), wherein the ester compound is a compound represented by the following general formula (A). Formula (A) R 1 -LZR 2 (W) (In Formula (A), R 1 and R 2 each independently represent an alkyl group, an alkenyl group, an alkynyl group, a cyclic aliphatic group,
Represents an aromatic group or a heterocyclic group, which may have a substituent or may be condensed, and R 1 and R 2 may be linked to form a ring. L represents a single bond or a divalent linking group. Z represents an ester bond, and (W) represents a counter ion necessary to neutralize the charge of the molecule. (3) The semiconductor fine particles according to the above (2), wherein in the general formula (A), R 1 is a substituted or unsubstituted alkyl group having 20 or less carbon atoms. (4) The semiconductor fine particles according to the above (2), wherein in the general formula (A), R 1 is a cyclic aliphatic group having 25 or less carbon atoms. (5) The semiconductor fine particles according to (2), wherein in the general formula (A), R 1 is an aromatic group having 13 or less carbon atoms or a heterocyclic ring. (6) The above (2) to (2), wherein Z is an ester bond of a carboxylic acid, a sulfonic acid or a phosphonic acid.
The semiconductor fine particles according to any one of (5). (7) The semiconductor fine particles according to any one of (1) to (6), wherein the dye is a dye selected from a ruthenium complex dye, a phthalocyanine dye, and a polymethine dye. (8) The semiconductor particles according to any one of (1) to (7), wherein the semiconductor particles are metal oxide particles. (9) The semiconductor particles according to any one of (1) to (8), wherein the semiconductor particles are titanium dioxide. (10) A photoelectric conversion element using the semiconductor fine particles according to any of (1) to (9). (11) A method for producing semiconductor fine particles sensitized by a dye, comprising: a) a step of immersing the semiconductor fine particles in a solution in which an ester compound coexists with the dye; b) a step of adsorbing the dye to the semiconductor fine particles; A method of immersing in a solution containing an ester compound. (12) The method for producing semiconductor fine particles according to (11) above, wherein the ester compound is a compound represented by the following general formula (A). Formula (A) R 1 -LZR 2 (W) (In Formula (A), R 1 and R 2 each independently represent an alkyl group, an alkenyl group, an alkynyl group, a cyclic aliphatic group, or an aromatic group. A heterocyclic group or a heterocyclic group, which may have a substituent or may be condensed, and R 1 and R 2 may be linked to form a ring. Represents a divalent linking group, Z represents an ester bond, (W) represents a counter ion necessary for neutralizing the electric charge of the molecule.) (13) In the step (a) of the above (11), The method for producing semiconductor fine particles according to the above (11) or (12), wherein the concentration of the ester compound in the solution in which the dye and the ester compound coexist is 1 to 1000 times in molar ratio with respect to the dye. . (14) In the step (b) of the above (11), the molar concentration of the ester compound in the immersion liquid containing the ester compound is 0.1 mM to 1M.
Or the method for producing semiconductor fine particles according to (12).

【0005】[0005]

【発明の実施の形態】以下に本発明について詳細に説明
する。本発明で用いることができるエステル化合物はカ
ルボン酸エステル、ホスホン酸エステル、スルホン酸エ
ステル、ホウ酸エステルおよびチオカルボン酸エステル
のいずれでもよく、好ましくは一般式(A)で表わされ
る化合物である。 一般式(A) R1−L−Z−R2 (W) 一般式(A)について説明する。式中、R1およびR
2は、それぞれ独立にアルキル基、アルケニル基、アル
キニル基、環状の脂肪族基、芳香族基またはヘテロ環基
を表し、これらは置換基を有していても縮環していても
よく、また、R1とR2は連結して環を形成してもよい。
1またはR2がアルキル基、アルケニル基またはアルキ
ニル基の場合は、炭素数30以下が好ましく、更に好ま
しくは25以下であり、特に好ましくは20以下であ
る。R1またはR2が環状の脂肪族基の場合、炭素数35
以下が好ましく、更に好ましくは30以下であり、特に
好ましくは25以下であり、具体的には例えば、シクロ
ペンタンヒドロフェナントレン環を有するステロイド基
である。R1またはR2が芳香族基またはヘテロ環を表す
場合は、炭素数20以下が好ましく、更に好ましくは1
7以下であり、特に好ましくは13以下である。ヘテロ
環の好ましい例としてはピロール環、チアゾール環、オ
キサゾール環、セレナゾール環、イミダゾール環、テル
ラゾール環、2-キノリン環、4-キノリン環、チアゾリン
環、オキサジアゾール環およびこれらのベンゾ縮環体由
来の環が挙げられるが、特に好ましくはピロール環、チ
アゾール環、オキサゾール環、セレナゾール環、イミダ
ゾール環、2-キノリン環、4-キノリン環およびこれらの
ベンゾ縮環体由来の環である。これらR1およびR2が有
してもよい置換基としては、アルキル基(例えばメチ
ル、エチル、イソブチル、n−ドデシル、シクロヘキシ
ル、ビニル、アリル、ベンジル等)、アリール基(例え
ばフェニル、トリル、ナフチル等)、複素環残基(例え
ばピリジル基、イミダゾリル基、フリル基、チエニル
基、オキサゾリル基、チアゾリル基、ベンズイミダゾリ
ル基、キノリル基等)、ハロゲン原子(例えば、フッ
素、塩素、臭素)、アルコキシ基(例えばメトキシ、エ
トキシ、ベンジルオキシ等)、アリールオキシ基(例え
ばフェノキシ等)、アルキルチオ基(例えばメチルチ
オ、エチルチオ等)、アリールチオ基(例えばフェニル
チオ等)、ヒドロキシ基および酸素陰イオン、ニトロ
基、シアノ基、アミド基(例えばアセチルアミノ、ベン
ゾイルアミノ等)、スルホンアミド基(例えばメタンス
ルホニルアミノ、ベンゼンスルホニルアミノ等)、ウレ
イド基(例えば、3ーフェニルウレイド等)、ウレタン
基(例えばイソブトキシカルボニルアミノ、カルバモイ
ルオキシ等)、エステル基(例えばアセトキシ、ベンゾ
イルオキシ、メトキシカルボニル、フェノキシカルボニ
ル等)、カルバモイル基(例えばN−メチルカルバモイ
ル、N,N−ジフェニルカルバモイル等)、スルファモ
イル基(例えばN−フェニルスルファモイル等)、アシ
ル基(例えばアセチル、ベンゾイル等)、アミノ基(ア
ミノ、メチルアミノ、アニリノ、ジフェニルアミノ
等)、スルホニル基(例えばメチルスルホニル等)、カ
ルボン酸基、ホスホン酸基、スルホン酸基、リン酸基、
等が挙げられる。置換基の炭素原子上にはさらに上記の
置換基があっても良い。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The present invention will be described below in detail. The ester compound that can be used in the present invention may be any of a carboxylic acid ester, a phosphonic acid ester, a sulfonic acid ester, a boric acid ester and a thiocarboxylic acid ester, and is preferably a compound represented by the general formula (A). General formula (A) R 1 -LZR 2 (W) General formula (A) will be described. Where R 1 and R
2 each independently represents an alkyl group, an alkenyl group, an alkynyl group, a cyclic aliphatic group, an aromatic group or a heterocyclic group, which may have a substituent or may be condensed, , R 1 and R 2 may be linked to form a ring.
When R 1 or R 2 is an alkyl group, an alkenyl group or an alkynyl group, the number of carbon atoms is preferably 30 or less, more preferably 25 or less, and particularly preferably 20 or less. When R 1 or R 2 is a cyclic aliphatic group, it has 35 carbon atoms.
The following is preferred, more preferably 30 or less, particularly preferably 25 or less, and specifically, for example, a steroid group having a cyclopentane hydrophenanthrene ring. When R 1 or R 2 represents an aromatic group or a heterocyclic ring, it preferably has 20 or less carbon atoms, and more preferably 1 or 2 carbon atoms.
7 or less, particularly preferably 13 or less. Preferred examples of the hetero ring include pyrrole ring, thiazole ring, oxazole ring, selenazole ring, imidazole ring, tellurazole ring, 2-quinoline ring, 4-quinoline ring, thiazoline ring, oxadiazole ring and benzodiazole derivatives thereof. Of these, a pyrrole ring, a thiazole ring, an oxazole ring, a selenazole ring, an imidazole ring, a 2-quinoline ring, a 4-quinoline ring, and a ring derived from a benzo-fused ring thereof are particularly preferable. Examples of the substituent which R 1 and R 2 may have include an alkyl group (eg, methyl, ethyl, isobutyl, n-dodecyl, cyclohexyl, vinyl, allyl, benzyl, etc.) and an aryl group (eg, phenyl, tolyl, naphthyl) Etc.), heterocyclic residues (eg, pyridyl group, imidazolyl group, furyl group, thienyl group, oxazolyl group, thiazolyl group, benzimidazolyl group, quinolyl group, etc.), halogen atoms (eg, fluorine, chlorine, bromine), alkoxy groups (Eg, methoxy, ethoxy, benzyloxy, etc.), aryloxy group (eg, phenoxy, etc.), alkylthio group (eg, methylthio, ethylthio, etc.), arylthio group (eg, phenylthio, etc.), hydroxy group and oxygen anion, nitro group, cyano group , An amide group (eg, acetylamino, benzoy ), Sulfonamide groups (eg, methanesulfonylamino, benzenesulfonylamino, etc.), ureido groups (eg, 3-phenylureido, etc.), urethane groups (eg, isobutoxycarbonylamino, carbamoyloxy, etc.), ester groups (eg, acetoxy) Benzoyloxy, methoxycarbonyl, phenoxycarbonyl, etc.), carbamoyl group (eg, N-methylcarbamoyl, N, N-diphenylcarbamoyl, etc.), sulfamoyl group (eg, N-phenylsulfamoyl, etc.), acyl group (eg, acetyl, benzoyl) An amino group (amino, methylamino, anilino, diphenylamino, etc.), a sulfonyl group (eg, methylsulfonyl, etc.), a carboxylic acid group, a phosphonic acid group, a sulfonic acid group, a phosphoric acid group,
And the like. The above substituent may be further present on the carbon atom of the substituent.

【0006】Lは単結合または2価の連結基を表す。2
価の連結基は、炭素、酸素、硫黄、窒素、珪素、燐およ
びハロゲン原子から選ばれる原子群で形成された連結基
が好ましく、炭素数として好ましくは0から10、より
好ましくは0から8である。具体的には、酸素(エーテ
ル)、硫黄(チオエーテル)、置換もしくは無置換のイ
ミノ基または置換もしくは無置換のアルキレン基、ある
いはこれらから選ばれる連結基が2つ以上直列に連結し
た基が挙げられる。ここでの置換基は前述のR 1または
2が有してもよい置換基と同様である。Lとして特に
好ましくは、単結合あるいは−O−,−S−,−OCH
2−,−CH2−,−OCH2CH2−,−OCH2CH2
2−または−SCH2CH2−の連結基である。
L represents a single bond or a divalent linking group. 2
Valent linking groups include carbon, oxygen, sulfur, nitrogen, silicon, phosphorus and
And linking groups formed by atoms selected from halogen atoms
Is preferred, and the number of carbon atoms is preferably 0 to 10, more preferably
Preferably it is 0 to 8. Specifically, oxygen (ether
), Sulfur (thioether), substituted or unsubstituted
A mino group or a substituted or unsubstituted alkylene group,
Or two or more linking groups selected from these are linked in series
Group. The substituent here is the aforementioned R 1Or
RTwoIs the same as the substituent which may be possessed. Especially as L
Preferably, a single bond or -O-, -S-, -OCH
Two-, -CHTwo-, -OCHTwoCHTwo-, -OCHTwoCHTwoC
HTwo-Or -SCHTwoCHTwo-Is a linking group.

【0007】Zはエステル結合を表し、具体的には−C
(O)O−基、−C(S)S−基、−(O)S(O)O
−基、−P(O)(OR3)O−基、−B(OR4)O−
基である。ここでR3およびR4はそれぞれ水素または炭
素数10以下のアルキル基である。Zとして好ましくは
−C(O)O−基、−(O)S(O)O−基または−P
(O)(OR3)O−基であり、最も好ましくは−C
(O)O−基である。
Z represents an ester bond, specifically, —C
(O) O- group, -C (S) S- group,-(O) S (O) O
— Group, —P (O) (OR 3 ) O— group, —B (OR 4 ) O—
Group. Here, R 3 and R 4 are each hydrogen or an alkyl group having 10 or less carbon atoms. Z is preferably -C (O) O- group,-(O) S (O) O- group or -P
(O) (OR 3) a O- group, and most preferably -C
(O) O- group.

【0008】(W)は分子の電荷を中和するのに必要な
対イオンを表し、一般式(A)の化合物が陽イオン、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
うかは置換基に依存する。置換基が解離性基を有する場
合、解離して負電荷を持っても良く、この場合にも分子
全体の電荷はWによって中和される。典型的な陽イオン
は無機また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)お
よびアルカリ金属イオンであり、一方、陰イオンは具体
的に無機陰イオンあるいは有機陰イオンのいずれであっ
てもよく、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) )も可能であ
る。
(W) represents a counter ion necessary for neutralizing the electric charge of the molecule. It is determined whether the compound of the general formula (A) is a cation, an anion, or has a net ionic charge. Depends on the substituent. When the substituent has a dissociable group, it may dissociate and have a negative charge, and in this case also, the charge of the entire molecule is neutralized by W. Typical cations are inorganic or organic ammonium ions (eg, tetraalkylammonium ions, pyridinium ions) and alkali metal ions, while the anions are specifically either inorganic or organic anions. Frequently, for example, halogen anions (eg, fluoride, chloride, bromide, iodide), substituted aryl sulfonate (eg, p-
Toluenesulfonate ion, p-chlorobenzenesulfonate ion, aryldisulfonate ion (for example,
1,3-benzenedisulfonate 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 and trifluoromethanesulfonic acid ion. Further, an ionic polymer or a metal complex ion (for example, bisbenzene-1,2-dithiolatonickel (III)) can be used as a charge balancing counter ion.

【0009】用いるエステル化合物は色素の好ましくな
い凝集を防止する目的で加えるものであり、光の有効利
用の観点から実質的に無色であること、すなわち実質的
に可視部に吸収を持たないことが好ましい。以下に本発
明で用いるエステル化合物の具体例を示すが、本発明は
これに限定されるものではない。
The ester compound to be used is added for the purpose of preventing undesired aggregation of the dye, and is substantially colorless from the viewpoint of effective use of light, that is, has substantially no absorption in the visible region. preferable. Hereinafter, specific examples of the ester compound used in the present invention are shown, but the present invention is not limited thereto.

【0010】[0010]

【化1】 Embedded image

【0011】[0011]

【化2】 Embedded image

【0012】本発明の目的は、上記のエステル化合物
を、色素を半導体微粒子に吸着させる際の色素溶液に溶
解または分散させても、また色素を半導体に吸着させた
後にエステル化合物の溶液または分散液で半導体を処理
しても達成することができる。後者の場合、具体的には
色素の吸着した半導体を本発明のエステル化合物の溶液
に浸漬させればよい。色素溶液に溶解する場合のエステ
ル化合物の濃度は、色素に対してモル比で0.01〜1
0,000倍であり、好ましくは0.1〜5,000
倍、特に好ましくは1〜1,000倍である。また、色
素の吸着した半導体を処理する場合の溶液中のエステル
化合物の濃度は、0.1mM〜1.0Mが好ましく、1
mM〜0.5Mがさらに好ましい。さらに、半導体への
エステル化合物の吸着量は、わずかでも吸着していれば
よく、重量で好ましくは色素の吸着量以下、特に好まし
くは色素の吸着量の1/100以下である。
An object of the present invention is to dissolve or disperse the above-mentioned ester compound in a dye solution when the dye is adsorbed on the semiconductor fine particles, or to dissolve or disperse the ester compound after adsorbing the dye on the semiconductor. Can also be achieved by processing semiconductors. In the latter case, specifically, the semiconductor on which the dye is adsorbed may be immersed in the solution of the ester compound of the present invention. The concentration of the ester compound when dissolved in the dye solution is 0.01 to 1 in a molar ratio to the dye.
000 times, preferably 0.1 to 5,000 times
Times, particularly preferably 1 to 1,000 times. Further, the concentration of the ester compound in the solution when treating the semiconductor on which the dye is adsorbed is preferably 0.1 mM to 1.0 M, and preferably 1 mM to 1.0 M.
mM to 0.5M is more preferred. Further, the adsorption amount of the ester compound to the semiconductor may be at least slightly adsorbed, and is preferably not more than the dye adsorption amount by weight, particularly preferably not more than 1/100 of the dye adsorption amount.

【0013】次に、本発明の光電変換素子の構成と材料
について詳述する。本発明において色素増感した光電変
換素子は導電性支持体、導電性支持体上に設置される色
素等により増感した半導体膜(感光層)、電荷移動層お
よび対極からなる。この光電変換素子を外部回路で仕事
をさせる電池用途に使用できるようにしたものが光電気
化学電池である。感光層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。感光層に入射した光は色素
等を励起する。励起された色素等はエネルギーの高い電
子を有しており、この電子が色素等から半導体微粒子の
伝導帯に渡され、さらに拡散によって導電性支持体に到
達する。この時色素等の分子は酸化体となっている。光
電気化学電池においては導電性支持体上の電子が外部回
路で仕事をしながら対極および電荷移動層を経て色素等
の酸化体に戻り、色素等が再生する。半導体膜はこの電
池の負極として働く。なお、本発明ではそれぞれの層の
境界において(例えば、導電性支持体の導電層と感光層
の境界、感光層と電荷移動層の境界、電荷移動層と対極
の境界など)、各層の構成成分同士が相互に拡散して混
合していてもよい。
Next, the structure and materials of the photoelectric conversion element of the present invention will be described in detail. In the present invention, the dye-sensitized photoelectric conversion element includes a conductive support, a semiconductor film (photosensitive layer) sensitized by a dye or the like provided on the conductive support, a charge transfer layer, and a counter electrode. A photoelectrochemical cell that can use this photoelectric conversion element for a battery that works in an external circuit is used. The photosensitive layer is designed according to the purpose, and may have a single-layer structure or a multilayer structure. Light incident on the photosensitive layer excites a dye or the like. The excited dye or the like has high-energy electrons. The electrons are transferred from the dye or the like to the conduction band of the semiconductor fine particles, and reach the conductive support by diffusion. At this time, molecules such as dyes are oxidized. In a photoelectrochemical cell, electrons on a conductive support return to an oxidized substance such as a dye through a counter electrode and a charge transfer layer while working in an external circuit, and the dye or the like is regenerated. The semiconductor film functions as a negative electrode of this battery. In the present invention, at the boundary between the layers (for example, the boundary between the conductive layer and the photosensitive layer of the conductive support, the boundary between the photosensitive layer and the charge transfer layer, the boundary between the charge transfer layer and the counter electrode, etc.), the constituent components of each layer They may be mutually diffused and mixed.

【0014】本発明において、半導体はいわゆる感光体
であり、光を吸収して電荷分離を行い電子と正孔を生ず
る役割を担う。色素増感された半導体では、光吸収およ
びこれによる電子および正孔の発生は主として色素にお
いて起こり、半導体はこの電子を受け取り、伝達する役
割を担う。
In the present invention, the semiconductor is a so-called photoreceptor, and plays a role of absorbing light to separate charges and generate electrons and holes. In a dye-sensitized semiconductor, light absorption and the resulting generation of electrons and holes mainly occur in the dye, and the semiconductor is responsible for receiving and transmitting the electrons.

【0015】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、III-V系の化合物半導体、金
属のカルコゲニド(例えば酸化物、硫化物、セレン化物
等)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、も
しく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、ガリウムヒ素、銅−インジウム
−セレン化合物、銅−インジウム−硫黄化合物等が挙げ
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、チタン酸ナトリウム、チタン酸バリウム、ニオブ
酸カリウムが挙げられる。
As the semiconductor, besides a simple semiconductor such as silicon and germanium, a III-V compound semiconductor, a metal chalcogenide (eg, oxide, sulfide, selenide, etc.) or a compound having a perovskite structure is used. can do. Preferably as a metal chalcogenide titanium, tin, zinc, iron, tungsten, zirconium, hafnium, strontium, indium, cerium, yttrium, lanthanum, vanadium, niobium or tantalum oxide, cadmium, zinc, lead, silver,
Examples include antimony, sulfide of bismuth, cadmium, selenide of lead, and telluride of cadmium. Other compound semiconductors include phosphides such as zinc, gallium, indium and cadmium, gallium arsenide, copper-indium-selenium compounds, copper-indium-sulfur compounds and the like. Further, as the compound having a perovskite structure, strontium titanate, calcium titanate, sodium titanate, barium titanate, and potassium niobate are preferably exemplified.

【0016】本発明に用いられる半導体としてより好ま
しくは、具体的にはSi、TiO2、SnO2、Fe2O3、WO3、Zn
O、Nb2O5、CdS、ZnS、PbS、Bi2S3、CdSe、CdTe、GaP、I
nP、GaAs、CuInS2、CuInSe2が挙げられる。さらに好ま
しくはTiO2、ZnO、SnO2、Fe2O3、WO3、Nb2O5、CdS、Pb
S、CdSe、InP、GaAs、CuInS2、CuInSe2であり、特に好
ましくは、TiO2またはNb2O5であり、最も好ましくはTiO
2である。
More preferably, the semiconductor used in the present invention is specifically Si, TiO 2 , SnO 2 , Fe 2 O 3 , WO 3 , Zn
O, Nb 2 O 5 , CdS, ZnS, PbS, Bi 2 S 3 , CdSe, CdTe, GaP, I
nP, GaAs, CuInS 2 and CuInSe 2 are mentioned. More preferably TiO 2, ZnO, SnO 2, Fe 2 O 3, WO 3, Nb 2 O 5, CdS, Pb
S, CdSe, InP, GaAs, a CuInS 2, CuInSe 2, particularly preferably a TiO 2 or Nb 2 O 5, and most preferably TiO
2

【0017】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、エネルギーペイバック
タイム等の点では多結晶が好ましく、特にナノメートル
からマイクロメートルサイズの微粒子半導体が好まし
い。
The semiconductor used in the present invention may be single crystal or polycrystal. Although a single crystal is preferable as the conversion efficiency, a polycrystal is preferable in terms of manufacturing cost, securing of raw materials, energy payback time, and the like, and a fine particle semiconductor having a nanometer to micrometer size is particularly preferable.

【0018】これらの半導体微粒子の粒径は、投影面積
を円に換算したときの直径を用いた平均粒径で一次粒子
として5〜200nmであることが好ましく、特に8〜
100nmであることが好ましい。また、分散物中の半
導体微粒子(二次粒子)の平均粒径としては0.01〜
100μmであることが好ましい。
The particle size of these semiconductor fine particles is preferably 5 to 200 nm as a primary particle as an average particle size using the diameter when the projected area is converted into a circle, and particularly preferably 8 to 200 nm.
Preferably it is 100 nm. The average particle size of the semiconductor fine particles (secondary particles) in the dispersion is 0.01 to
It is preferably 100 μm.

【0019】また、2種類以上の粒子サイズ分布の異な
る微粒子を混合して用いてもよく、この場合、小さい粒
子の平均サイズは5nm以下であることが好ましい。ま
た、入射光を散乱させて光捕獲率を向上させる目的で、
粒子サイズの大きな、例えば300nm程度の半導体粒
子を混合してもよい。
Further, two or more kinds of fine particles having different particle size distributions may be mixed and used. In this case, the average size of the small particles is preferably 5 nm or less. Also, in order to improve the light capture rate by scattering incident light,
Semiconductor particles having a large particle size, for example, about 300 nm may be mixed.

【0020】半導体微粒子の作製法は、作花済夫の「ゾ
ルーゲル法の科学」アグネ承風社(1988年)、技術
情報協会の「ゾルーゲル法による薄膜コーティング技
術」(1995)等に記載のゾルーゲル法、杉本忠夫の
「新合成法ゲルーゾル法による単分散粒子の合成とサイ
ズ形態制御」 まてりあ、第35巻、第9号 1012
頁から1018頁(1996)記載のゲルーゾル法が好
ましい。
The method for producing semiconductor fine particles is described in Sol-gel described in "Sol-gel method science" by Agaku Shofusha (1988) by Sakuhana Sakubana, "Thin-film coating technology by sol-gel method" (1995) by Technical Information Association. Tadao Sugimoto, "Synthesis of Monodisperse Particles by New Synthetic Gel-Sol Method and Size Morphology Control" Materia, Vol. 35, No. 9, 1012
The gel-sol method described on pages 10 to 1018 (1996) is preferred.

【0021】またDegussa社が開発した塩化物を
酸水素炎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。
It is also preferable to use a method developed by Degussa to produce an oxide by hydrolyzing a chloride in an oxyhydrogen flame at a high temperature.

【0022】また酸化チタンの場合は上記のゾルーゲル
法、ゲルーゾル法、塩化物を酸水素炎中で高温加水分解
法が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)に記載の硫
酸法、塩素法を用いることもできる。
In the case of titanium oxide, the above-mentioned sol-gel method, gel-sol method, and high-temperature hydrolysis method of chloride in an oxyhydrogen flame are all preferable, but furthermore, Manabu Kiyono's "Titanium oxide physical properties and applied technology", published by Gihodo ( 1997) can also be used.

【0023】酸化チタンの場合は上記のゾルーゲル法の
うち特にバーブ等の「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、31
57ページから3171ページ(1997)」記載のも
のと、バーンサイド等の「ケミカル・マテリアルズ 第
10巻 第9号、2419ページから2425ページ」
記載の方法が好ましい。
In the case of titanium oxide, among the sol-gel methods described above, in particular, "Journal of American
Ceramic Society Vol. 80, No. 12, 31
Pages 57 to 3171 (1997) "and Burnside et al.," Chemical Materials Vol. 10, No. 9, pages 2419 to 2425 "
The described method is preferred.

【0024】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か、または表面に導電剤を含む
導電層(導電剤層)を有するガラスもしくはプラスチッ
クの支持体を使用することができる。後者の場合好まし
い導電剤としては金属(例えば白金、金、銀、銅、アル
ミニウム、ロジウム、インジウム等)、炭素、もしくは
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。上
記導電剤層の厚さは、0.02〜10μm程度であるこ
とが好ましい。
As the conductive support, use is made of a support such as metal, which has conductivity, or a glass or plastic support having a conductive layer (conductive agent layer) containing a conductive agent on the surface. Can be. In the latter case, preferred conductive agents include metals (for example, platinum, gold, silver, copper, aluminum, rhodium, indium, etc.), carbon, or conductive metal oxides (indium-tin composite oxide, tin oxide doped with fluorine). And the like). The conductive agent layer preferably has a thickness of about 0.02 to 10 μm.

【0025】導電性支持体は表面抵抗が低い程よい。好
ましい表面抵抗の範囲としては100Ω/□以下であ
り、さらに好ましくは40Ω/□以下である。この下限
には特に制限はないが、通常0.1Ω/□程度である。
The lower the surface resistance of the conductive support, the better. The preferred range of the surface resistance is 100 Ω / □ or less, and more preferably 40 Ω / □ or less. The lower limit is not particularly limited, but is usually about 0.1 Ω / □.

【0026】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、70%以上が特に好ましい。透明導電性支持体と
してはガラスもしくはプラスチックに導電性の金属酸化
物を塗設したものが好ましい。この中でもフッ素をドー
ピングした二酸化スズからなる導電層を低コストのソー
ダ石灰フロートガラスでできた透明基板上に堆積した導
電性ガラスが特に好ましい。また、低コストでフレキシ
ブルな光電変換素子または太陽電池には、透明ポリマー
フィルムに上記導電層を設けたものを用いるのがよい。
透明ポリマーフィルムには、テトラアセチルセルロース
(TAC)、ポリエチレンテレフタレート(PET),
ポリエチレンナフタレート(PEN)、シンジオクタチ
ックポリステレン(SPS)、ポリフェニレンスルフィ
ド(PPS)、ポリカーボネート(PC)、ポリアリレ
ート(PAr)、ポリスルフォン(PSF)、ポリエス
テルスルフォン(PES)、ポリエーテルイミド(PE
I)、環状ポリオレフィン、ブロム化フェノキシ等があ
る。透明導電性支持体を用いる場合、光はその支持体側
から入射させることが好ましい。この場合、導電性金属
酸化物の塗布量はガラスもしくはプラスチックの支持体
1m2当たり0.01〜100gが好ましい。
Preferably, the conductive support is substantially transparent. Substantially transparent means that the light transmittance is 10%
The above means that it is preferably at least 50%, particularly preferably at least 70%. As the transparent conductive support, a support obtained by coating a conductive metal oxide on glass or plastic is preferable. Of these, conductive glass in which a conductive layer made of tin dioxide doped with fluorine is deposited on a transparent substrate made of low-cost soda-lime float glass is particularly preferable. Further, it is preferable to use a transparent polymer film provided with the above conductive layer for a low-cost flexible photoelectric conversion element or solar cell.
Transparent polymer films include tetraacetyl cellulose (TAC), polyethylene terephthalate (PET),
Polyethylene naphthalate (PEN), syndioctatic polysterene (SPS), polyphenylene sulfide (PPS), polycarbonate (PC), polyarylate (PAr), polysulfone (PSF), polyester sulfone (PES), polyetherimide (PE
I), cyclic polyolefin, brominated phenoxy and the like. When a transparent conductive support is used, it is preferable that light is incident from the support side. In this case, the coating amount of the conductive metal oxide is preferably 0.01 to 100 g per 1 m 2 of a glass or plastic support.

【0027】透明導電性基板の抵抗を下げる目的で金属
リードを用いることが好ましい。金属リードの材質はア
ルミニウム、銅、銀、金、白金、ニッケル等の金属が好
ましく、特にアルミニウム、銀が好ましい。金属リード
は透明基板に蒸着、スッパタリング等で設置し、その上
にフッ素をドープした酸化スズ、またはITO膜からな
る透明導電層を設けることが好ましい。また上記の透明
導電層を透明基板に設けたあと、透明導電層上に金属リ
ードを設置することも好ましい。金属リード設置による
入射光量の低下は1〜10%、より好ましくは1〜5%
である。
It is preferable to use metal leads for the purpose of lowering the resistance of the transparent conductive substrate. The material of the metal lead is preferably a metal such as aluminum, copper, silver, gold, platinum, and nickel, and particularly preferably aluminum and silver. It is preferable that the metal lead is provided on a transparent substrate by vapor deposition, sputtering, or the like, and a transparent conductive layer made of tin oxide doped with fluorine or an ITO film is provided thereon. It is also preferable to provide a metal lead on the transparent conductive layer after providing the transparent conductive layer on a transparent substrate. The decrease in the amount of incident light due to the installation of metal leads is 1 to 10%, more preferably 1 to 5%.
It is.

【0028】半導体微粒子を導電性支持体上に塗設する
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、前述のゾル−ゲル
法などが挙げられる。光電変換素子の量産化、液物性や
支持体の融通性を考えた場合、湿式の膜付与方式が比較
的有利である。湿式の膜付与方式としては、塗布法、印
刷法が代表的である。
Examples of the method of applying the semiconductor fine particles on the conductive support include a method of applying a dispersion or colloid solution of the semiconductor fine particles on the conductive support, and the above-mentioned sol-gel method. In consideration of mass production of photoelectric conversion elements, liquid physical properties, and flexibility of a support, a wet film forming method is relatively advantageous. As a wet type film applying method, a coating method and a printing method are typical.

【0029】半導体微粒子の分散液を作成する方法とし
ては前述のゾル-ゲル法の他、乳鉢ですり潰す方法、ミ
ルを使って粉砕しながら分散する方法、あるいは半導体
を合成する際に溶媒中で微粒子として析出させそのまま
使用する方法等が挙げられる。分散媒としては水または
各種の有機溶媒(例えばメタノール、エタノール、イソ
プロピルアルコール、ジクロロメタン、アセトン、アセ
トニトリル、酢酸エチル等)が挙げられる。分散の際、
必要に応じてポリマー、界面活性剤、酸、もしくはキレ
ート剤などを分散助剤として用いてもよい。
As a method for preparing a dispersion of semiconductor fine particles, in addition to the above-described sol-gel method, a method of grinding with a mortar, a method of dispersing while grinding with a mill, or a method of synthesizing a semiconductor in a solvent when synthesizing a semiconductor. A method of precipitating it as fine particles and using it as it is may be mentioned. Examples of the dispersion medium include water and various organic solvents (eg, methanol, ethanol, isopropyl alcohol, dichloromethane, acetone, acetonitrile, ethyl acetate, etc.). When dispersing,
If necessary, a polymer, a surfactant, an acid, a chelating agent or the like may be used as a dispersing aid.

【0030】塗布方法としては、アプリケーション系と
してローラ法、ディップ法、メータリング系としてエア
ーナイフ法、ブレード法等、またアプリケーションとメ
ータリングを同一部分でできるものとして、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2681294号、同2761419号、同27
61791号等に記載のスライドホッパ法、エクストル
ージョン法、カーテン法等が好ましい。また汎用機とし
てスピン法やスプレー法も好ましく用いられる。
The application method includes a roller method and a dip method as an application system, an air knife method and a blade method as a metering system, and a method in which application and metering can be performed in the same part.
No. 4,589,294, U.S. Pat. No. 2,761,419, and U.S. Pat.
A slide hopper method, an extrusion method, a curtain method and the like described in US Pat. As a general-purpose machine, a spin method or a spray method is also preferably used.

【0031】湿式印刷方法としては、従来から凸版、オ
フセット、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。
As the wet printing method, three types of printing methods, namely, relief printing, offset printing and gravure printing, intaglio printing, rubber printing and screen printing have been conventionally preferred.

【0032】前記方法の中から、液粘度やウェット厚み
により好ましい膜付与方式を選択する。
From the above methods, a preferred film forming method is selected depending on the liquid viscosity and the wet thickness.

【0033】液粘度は半導体微粒子の種類や分散性、使
用溶媒種、界面活性剤やバインダー等の添加剤により大
きく左右される。高粘度液(例えば0.01〜500Po
ise)ではエクストルージョン法やキャスト法が好まし
く、低粘度液(例えば0.1Poise以下)ではスライド
ホッパー法もしくはワイヤーバー法もしくはスピン法が
好ましく、均一な膜にすることが可能である。
The liquid viscosity is greatly affected by the type and dispersibility of the semiconductor fine particles, the type of solvent used, and additives such as a surfactant and a binder. High viscosity liquid (for example, 0.01 to 500 Po
In ise), an extrusion method or a casting method is preferable, and in a low-viscosity liquid (for example, 0.1 Poise or less), a slide hopper method, a wire bar method, or a spin method is preferable, and a uniform film can be formed.

【0034】なお、エクストルージョン法による低粘度
液の塗布の場合でも塗布量がある程度の量あれば塗布は
可能である。
In the case of applying a low-viscosity liquid by the extrusion method, the application is possible if the applied amount is a certain amount.

【0035】また半導体微粒子の高粘度ペーストの塗設
にはしばしばスクリーン印刷が用いられており、この手
法を使うこともできる。
Screen printing is often used for applying a high-viscosity paste of semiconductor fine particles, and this technique can also be used.

【0036】このように塗布液の液粘度、塗布量、支持
体、塗布速度等のパラメータに対応して、適宜ウェット
膜の付与方式を選択すればよい。
As described above, a method of applying a wet film may be appropriately selected in accordance with parameters such as the liquid viscosity of the coating liquid, the coating amount, the support, and the coating speed.

【0037】さらに、半導体微粒子含有層は単層と限定
する必要はない。微粒子の粒径の違った分散液を多層塗
布することも可能であり、また半導体の種類が異なる、
あるいはバインダー、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、また一度の塗布で膜厚が不足の
場合にも多層塗布は有効である。多層塗布には、エクス
トルージョン法またはスライドホッパー法が適してい
る。また多層塗布をする場合は同時に多層を塗布しても
良く、数回から十数回順次重ね塗りしてもよい。さらに
順次重ね塗りであればスクリーン印刷法も好ましく使用
できる。
Further, the semiconductor fine particle-containing layer need not be limited to a single layer. It is also possible to apply a multi-layer coating of dispersion liquids having different particle diameters, and different types of semiconductors.
Alternatively, the coating layers having different compositions of the binder and the additives can be applied in multiple layers, and the multilayer coating is effective even when the film thickness is insufficient by one application. The extrusion method or the slide hopper method is suitable for multilayer coating. In the case of multi-layer coating, multi-layer coating may be performed at the same time, or several to dozens of times may be sequentially applied. Furthermore, a screen printing method can also be preferably used in the case of successive coating.

【0038】一般に、半導体微粒子含有層の厚みが増大
するほど単位投影面積当たりの担持色素量が増えるため
光の捕獲率が高くなるが、生成した電子の拡散距離が増
すため電荷再結合によるロスも大きくなる。したがっ
て、半導体微粒子含有層には好ましい厚さが存在する
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1〜30μmであることが好ま
しく、2〜25μmであることがより好ましい。半導体
微粒子の支持体1m2当たりの塗布量は0.5〜400
g、さらには5〜100gが好ましい。
In general, as the thickness of the layer containing semiconductor fine particles increases, the amount of dye carried per unit projected area increases, so that the light capture rate increases. However, the diffusion distance of generated electrons increases, so that the loss due to charge recombination also increases. growing. Therefore, the semiconductor fine particle-containing layer has a preferable thickness, but is typically 0.1 to 100 μm. When used as a photoelectrochemical cell, the thickness is preferably 1 to 30 μm, and more preferably 2 to 25 μm. The coating amount of the semiconductor fine particles per 1 m 2 of the support is 0.5 to 400.
g, more preferably 5 to 100 g.

【0039】半導体微粒子は導電性支持体に塗布した後
に粒子同士を電子的にコンタクトさせるため、および塗
膜強度の向上や支持体との密着性を向上させるために加
熱処理することが好ましい。好ましい加熱処理温度の範
囲は40℃以上700℃未満であり、より好ましくは1
00℃以上600℃以下である。また加熱処理時間は1
0分〜10時間程度である。ポリマーフィルムなど融点
や軟化点の低い支持体を用いる場合は、高温処理は支持
体の劣化を招くため、好ましくない。また、コストの観
点からもできる限り低温であることが好ましい。低温化
は、先に述べた5nm以下の小さい半導体微粒子の併用
や鉱酸の存在下での加熱処理等により可能である。
The semiconductor fine particles are preferably subjected to a heat treatment in order to electronically contact the particles after being applied to the conductive support, and to improve the strength of the coating film and the adhesion to the support. The preferred range of the heat treatment temperature is 40 ° C. or more and less than 700 ° C., more preferably 1 ° C.
It is not less than 00 ° C and not more than 600 ° C. The heat treatment time is 1
It is about 0 minutes to 10 hours. When a support having a low melting point or softening point, such as a polymer film, is used, high-temperature treatment is not preferable because it causes deterioration of the support. It is preferable that the temperature is as low as possible from the viewpoint of cost. The lowering of the temperature can be achieved by the above-mentioned combination of small semiconductor particles of 5 nm or less, heat treatment in the presence of a mineral acid, and the like.

【0040】また、加熱処理後、半導体粒子の表面積を
増大させたり、半導体粒子近傍の純度を高め、色素から
半導体粒子への電子注入効率を高める目的で、例えば四
塩化チタン水溶液を用いた化学メッキや三塩化チタン水
溶液を用いた電気化学的メッキ処理を行ってもよい。
After the heat treatment, chemical plating using, for example, an aqueous solution of titanium tetrachloride for the purpose of increasing the surface area of the semiconductor particles, increasing the purity near the semiconductor particles, and increasing the efficiency of injecting electrons from the dye into the semiconductor particles. Alternatively, electrochemical plating using an aqueous solution of titanium trichloride may be performed.

【0041】半導体微粒子は多くの色素を吸着すること
ができるように表面積の大きいものが好ましい。このた
め半導体微粒子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、さらに100倍以上であることが好ましい。この上
限には特に制限はないが、通常1000倍程度である。
The semiconductor fine particles preferably have a large surface area so that many dyes can be adsorbed. Therefore, the surface area when the semiconductor fine particle layer is coated on the support is preferably at least 10 times, more preferably at least 100 times the projected area. The upper limit is not particularly limited, but is usually about 1000 times.

【0042】本発明に使用する色素は金属錯体色素また
はメチン色素が好ましい。本発明では、光電変換の波長
域をできるだけ広くし、かつ変換効率を上げるため、二
種類以上の色素を混合することができる。そして、目的
とする光源の波長域と強度分布に合わせるように混合す
る色素とその割合を選ぶことができる。こうした色素は
半導体微粒子の表面に対する適当な結合基(interlocki
ng group)を有していることが好ましい。好ましい結合
基としては、COOH基、SO2H基、シアノ基、-P(O)(OH)
2基、-OP(O)(OH)2基、または、オキシム、ジオキシム、
ヒドロキシキノリン、サリチレートおよびα−ケトエノ
レートのようなπ伝導性を有するキレート化基が挙げら
れる。この中でもCOOH基、-P(O)(OH)2基、-OP(O)(OH)
基が特に好ましい。これらの基はアルカリ金属等と塩を
形成していてもよく、また分子内塩を形成していてもよ
い。また、ポリメチン色素の場合、メチン鎖がスクアリ
リウム環やクロコニウム環を形成する場合のように酸性
基を含有するなら、この部分を結合基としてもよい。
The dye used in the present invention is preferably a metal complex dye or a methine dye. In the present invention, two or more dyes can be mixed in order to widen the wavelength range of photoelectric conversion as much as possible and to increase the conversion efficiency. Dyes to be mixed and their proportions can be selected so as to match the wavelength range and intensity distribution of the target light source. These dyes are suitably linked to the surface of the semiconductor fine particles (interlocki).
ng group). Preferred binding groups include COOH, SO 2 H, cyano, -P (O) (OH)
2 groups, -OP (O) (OH) 2 groups, or oxime, dioxime,
Chelating groups having π conductivity such as hydroxyquinoline, salicylate and α-keto enolate. Among them, COOH group, -P (O) (OH) 2 group, -OP (O) (OH ) 2
Groups are particularly preferred. These groups may form a salt with an alkali metal or the like, or may form an inner salt. In the case of a polymethine dye, if the methine chain contains an acidic group as in the case of forming a squarylium ring or a croconium ring, this portion may be used as a bonding group.

【0043】以下に本発明で好ましく用いられる色素を
具体的に説明する。本発明に使用する色素が金属錯体色
素の場合、ルテニウム錯体色素が好ましく、さらに下記
式(I)で表される色素が好ましい。 式(I) (A1)pRuBabc 式(I)中、pは0〜2であり、好ましくは2である。
Ruはルテニウムを表す。A1はCl、SCN、H2O、
Br、I、CN、NCO、およびSeCNから選択され
る配位子である。Ba、Bb、Bcはそれぞれ独立に以下
のB-1〜B-8から選択される有機配位子である。
The dyes preferably used in the present invention will be specifically described below. When the dye used in the present invention is a metal complex dye, a ruthenium complex dye is preferable, and a dye represented by the following formula (I) is more preferable. Wherein (I) (A 1) p RuB a B b B c formula (I), p is 0 to 2, preferably 2.
Ru represents ruthenium. A 1 is Cl, SCN, H 2 O,
A ligand selected from Br, I, CN, NCO, and SeCN. B a, B b, B c is an organic ligand selected from the following B-1 to B-8 independently.

【0044】[0044]

【化3】 Embedded image

【0045】ここで、Raは水素原子、ハロゲン原子、
炭素原子数(以下C数という)1〜12個で置換もしく
は無置換のアルキル基、C数7〜12個で置換もしくは
無置換のアラルキル基、またはC数6〜12個で置換も
しくは無置換のアリール基を表す。上記のアルキル基、
アラルキル基のアルキル部分は直鎖状であっても分岐状
であってもよく、アリール基、アラルキル基のアリール
部分は単環であっても多環(縮合環、環集合)であって
もよい。
Where Ra is a hydrogen atom, a halogen atom,
A substituted or unsubstituted alkyl group having 1 to 12 carbon atoms (hereinafter referred to as C number), an aralkyl group substituted or unsubstituted with 7 to 12 carbon atoms, or a substituted or unsubstituted with 6 to 12 carbon atoms Represents an aryl group. The above alkyl group,
The alkyl portion of the aralkyl group may be linear or branched, and the aryl portion of the aralkyl group may be monocyclic or polycyclic (condensed ring, ring assembly). .

【0046】本発明に用いられるルテニウム錯体色素と
しては、例えば、米国特許4927721号、同4684537号、同
5084365号、同5350644号、同5463057号、同5525440号お
よび特開平7-249790号明細書に記載の錯体色素が挙げら
れる。
The ruthenium complex dyes used in the present invention include, for example, US Pat.
Complex dyes described in 5084365, 5350644, 5463057, 5525440 and JP-A-7-249790.

【0047】以下に本発明に使用する金属錯体色素の好
ましい具体例を示すが、本発明はこれらに限定されるも
のではない。
Preferred specific examples of the metal complex dye used in the present invention are shown below, but the present invention is not limited to these.

【0048】[0048]

【化4】 Embedded image

【0049】[0049]

【化5】 Embedded image

【0050】[0050]

【化6】 Embedded image

【0051】本発明に使用する色素がメチン色素である
場合、以下で説明する式(II)、式(III)、式(IV)
または式(V)で表される色素が好ましい。
When the dye used in the present invention is a methine dye, the following formulas (II), (III) and (IV)
Alternatively, a dye represented by the formula (V) is preferable.

【0052】[0052]

【化7】 Embedded image

【0053】式中、RbおよびRfは各々水素原子、アル
キル基、アリール基、または複素環基を表し、Rc〜Re
は各々水素原子または置換基を表す。Rb〜Rfは互いに
結合して環を形成してもよい。X11およびX12は各々窒
素、酸素、硫黄、セレン、テルルを表す。n11およびn
13は各々0〜2の整数を表し、n12は1〜6の整数を表
す。式(II)で表される化合物は分子全体の電荷に応じ
て対イオンを有してもよい。
In the formula, R b and R f each represent a hydrogen atom, an alkyl group, an aryl group or a heterocyclic group, and R c to R e
Represents a hydrogen atom or a substituent. R b to R f may combine with each other to form a ring. X 11 and X 12 each represent nitrogen, oxygen, sulfur, selenium, or tellurium. n 11 and n
13 represents an integer of 0 to 2; n 12 represents an integer of 1 to 6; The compound represented by the formula (II) may have a counter ion depending on the charge of the whole molecule.

【0054】上記におけるアルキル基、アリール基、複
素環基は、置換基を有していてもよい。アルキル基は直
鎖であっても分岐鎖であってもよく、アリール基、複素
環基は、単環でも、多環(縮合環、環集合)であっても
よい。またRb〜Rfによって形成される環は、置換基を
有していてもよく、単環であっても縮合環であってもよ
い。
The above alkyl group, aryl group and heterocyclic group may have a substituent. The alkyl group may be linear or branched, and the aryl group and the heterocyclic group may be monocyclic or polycyclic (condensed ring, ring assembly). The ring formed by R b to R f may have a substituent and may be a single ring or a condensed ring.

【0055】[0055]

【化8】 Embedded image

【0056】式中、Zaは含窒素複素環を形成するに必
要な非金属原子群を表す。Rgはアルキル基またはアリ
ール基である。Qaは式(III)で表される化合物がメチ
ン色素を形成するのに必要なメチン基またはポリメチン
基を表す。X13は電荷均衡対イオンを表し、n14は分子
の電荷を中和するのに必要な0以上10以下の数を表
す。
[0056] In the formula, Z a represents a non-metallic atomic group necessary for forming a nitrogen-containing heterocyclic ring. R g is an alkyl group or an aryl group. Q a represents a methine group or a polymethine group necessary for the compound represented by the formula (III) to form a methine dye. X 13 represents a charge balancing counter ion, and n 14 represents a number from 0 to 10 required to neutralize the charge of the molecule.

【0057】上記のZaで形成される含窒素複素環は置
換基を有していてもよく、単環であっても縮合環であっ
てもよい。また、アルキル基、アリール基は置換基を有
していてもよく、アルキル基は直鎖であっても分岐鎖で
あってもよく、アリール基は単環であっても多環(縮合
環、環集合)であってもよい。
[0057] nitrogen-containing heterocyclic ring formed by the above Z a may have a substituent, may be a condensed ring may be a single ring. Further, the alkyl group and the aryl group may have a substituent, the alkyl group may be linear or branched, and the aryl group may be monocyclic or polycyclic (condensed ring, Ring set).

【0058】式(III)で表される色素は、下記式(III
−a)〜(III−d)で表される色素であることが好ま
しい。
The dye represented by the formula (III) is represented by the following formula (III)
The dyes represented by -a) to (III-d) are preferable.

【0059】[0059]

【化9】 Embedded image

【0060】式(III−a)〜(III−d)中、R11〜R
15、R21〜R24、R31〜R33、およびR41〜R43はそれ
ぞれ独立に水素原子、アルキル基、アリール基、または
複素環基を表し、Y11、Y12、Y21、Y22、Y31
35、およびY41〜Y46はそれぞれ独立に酸素、硫黄、
セレン、テルル、−CR1617−、または−NR18−を
表す。R16〜R18はそれぞれ独立に水素原子、アルキル
基、アリール基、または複素環基を表す。Y23はO‐、
S‐、Se‐、Te‐、または−NR18‐を表す。
In the formulas (III-a) to (III-d), R 11 to R
15 , R 21 to R 24 , R 31 to R 33 , and R 41 to R 43 each independently represent a hydrogen atom, an alkyl group, an aryl group, or a heterocyclic group, and Y 11 , Y 12 , Y 21 , Y 22 , Y 31 ~
Y 35 and Y 41 to Y 46 each independently represent oxygen, sulfur,
Selenium, tellurium, -CR 16 R 17 -, or -NR 18 - represents a. R 16 to R 18 each independently represent a hydrogen atom, an alkyl group, an aryl group, or a heterocyclic group. Y 23 is O-,
S-, Se-, Te-, or -NR 18 - represents a.

【0061】V11、V12、V21、V22、V31、およびV
41はそれぞれ独立に置換基を表し、n15、n31およびn
41はそれぞれ独立に1〜6の整数を表す。式(III−
a)〜(III−d)で表される化合物は、分子全体の電
荷に応じて対イオンを有していてもよい。
V 11 , V 12 , V 21 , V 22 , V 31 , and V
41 independently represents a substituent, and n 15 , n 31 and n
41 independently represents an integer of 1 to 6; Formula (III-
The compounds represented by a) to (III-d) may have a counter ion depending on the charge of the whole molecule.

【0062】上記におけるアルキル基、アリール基、複
素環基は置換基を有していてもよく、アルキル基は直鎖
であっても分岐鎖であってもよく、アリール基、複素環
基は単環であっても多環(縮合環、環集合)であっても
よい。
The alkyl group, aryl group and heterocyclic group in the above may have a substituent, the alkyl group may be linear or branched, and the aryl group and heterocyclic group may be a single group. It may be a ring or a polycyclic (condensed ring, ring assembly).

【0063】以上のようなポリメチン色素の具体例はM.
Okawara,T. Kitao,T.Hirasima, M.Matuoka著Organic Co
lorants(Elsevier)等に詳しく記載されている。
Specific examples of the above polymethine dyes are described in M.
Organic Co. by Okawara, T. Kitao, T. Hirasima, M. Matuoka
lorants (Elsevier) and the like.

【0064】[0064]

【化10】 Embedded image

【0065】式(IV)中、Qbは5員または6員の含窒
素ヘテロ環を完成するために必要な原子団を表し、Qb
は縮環していてもよく、また置換基を有していてもよ
い。Qbで完成されるヘテロ環の好ましい例としては、
ベンゾチアゾール核、ベンゾオキサゾール核、ベンゾセ
レナゾール核、ベンゾテルラゾール核、2−キノリン
核、4−キノリン核、ベンゾイミダゾール核、チアゾリ
ン核、インドレニン核、オキサジアゾール核、チアゾー
ル核、イミダゾール核が挙げられるが、さらに好ましく
はベンゾチアゾール核、ベンゾオキサゾール核、ベンズ
イミダゾール核、ベンゾセレナゾール核、2−キノリン
核、4-キノリン核、インドレニン核であり、特に好まし
くはベンゾチアゾール核、ベンゾオキサゾール核、2−
キノリン核、4-キノリン核、インドレニン核である。環
上の置換基としては、カルボン酸基、ホスホン酸基、ス
ルホン酸基、ハロゲン原子(F,Cl,Br,I)、シ
アノ基、アルコキシ基(メトキシ、エトキシ、メトキシ
エトキシなど)、アリーロキシ基(フェノキシなど)、
アルキル基(メチル、エチル、シクロプロピル、シクロ
へキシル、トリフルオロメチル、メトキシエチル、アリ
ル、ベンジルなど)、アルキルチオ基(メチルチオ、エ
チルチオなど)、アルケニル基(ビニル、1−プロペニ
ルなど)、アリール基ないし複素環基(フェニル、チエ
ニル、トルイル、クロロフェニルなど)などが挙げられ
る。
[0065] In the formula (IV), Q b represents an atomic group necessary to complete a nitrogen-containing heterocyclic ring of 5- or 6-membered, Q b
May be condensed and may have a substituent. Preferred examples of the heterocycle completed by Q b include:
Benzothiazole nucleus, benzoxazole nucleus, benzoselenazole nucleus, benzotellurazole nucleus, 2-quinoline nucleus, 4-quinoline nucleus, benzimidazole nucleus, thiazoline nucleus, indolenine nucleus, oxadiazole nucleus, thiazole nucleus, imidazole nucleus Among them, more preferred are a benzothiazole nucleus, a benzoxazole nucleus, a benzimidazole nucleus, a benzoselenazole nucleus, a 2-quinoline nucleus, a 4-quinoline nucleus and an indolenine nucleus, and particularly preferred are a benzothiazole nucleus and a benzoxazole nucleus. , 2-
They are a quinoline nucleus, a 4-quinoline nucleus, and an indolenine nucleus. Examples of the substituent on the ring include a carboxylic acid group, a phosphonic acid group, a sulfonic acid group, a halogen atom (F, Cl, Br, I), a cyano group, an alkoxy group (e.g., methoxy, ethoxy, methoxyethoxy), an aryloxy group ( Phenoxy),
Alkyl group (methyl, ethyl, cyclopropyl, cyclohexyl, trifluoromethyl, methoxyethyl, allyl, benzyl etc.), alkylthio group (methylthio, ethylthio etc.), alkenyl group (vinyl, 1-propenyl etc.), aryl group or Heterocyclic groups (phenyl, thienyl, toluyl, chlorophenyl and the like) and the like.

【0066】Zbは炭素原子、酸素原子、窒素原子、硫
黄原子および水素原子から選ばれる原子により構成され
た、3ないし9員環を完成するために必要な原子団を表
す。Zbによって完成される環として好ましくは4ない
し6個の炭素によって骨格が形成される環であり、より
好ましくは以下の(ア)〜(オ)で表されるものであ
り、最も好ましくは(ア)である。
Z b represents an atomic group composed of atoms selected from a carbon atom, an oxygen atom, a nitrogen atom, a sulfur atom and a hydrogen atom, which is necessary for completing a 3- to 9-membered ring. The ring completed by Z b is preferably a ring whose skeleton is formed by 4 to 6 carbon atoms, more preferably a ring represented by the following (A) to (E), and most preferably (A) A).

【0067】[0067]

【化11】 Embedded image

【0068】L1、L2、L3、L4およびL5はそれぞれ
独立に置換基を有していてもよいメチン基を表す。置換
基としては、置換または無置換のアルキル基(好ましく
は炭素原子数1ないし12、さらに好ましくは1ないし
7のものであり、例えばメチル、エチル、プロピル、イ
ソプロピル、シクロプロピル、ブチル、2−カルボキシ
エチル、ベンジルなど)、置換または無置換のアリール
基(好ましくは炭素原子数6ないし10、さらに好まし
くは6ないし8のものであり、例えば、フェニル、トル
イル、クロロフェニル、o−カルボキシフェニル)、複
素環基(例えば、ピリジル、チエニル、フラニル、ピリ
ジル、バルビツール酸)、ハロゲン原子(例えば、塩
素、臭素)、アルコキシ基(例えば、メトキシ、エトキ
シ)、アミノ基(好ましくは炭素原子数1ないし12、
さらに好ましくは6ないし12のものであり、例えば、
ジフェニルアミノ、メチルフェニルアミノ、4−アセチ
ルピペラジン−1−イル)、オキソ基などが挙げられ
る。これらのメチン基上の置換基は互いに連結してシク
ロペンテン環、シクロヘキセン環、スクアリリウム環な
どの環を形成してもよく、あるいは助色団と環を形成す
ることもできる。
L 1 , L 2 , L 3 , L 4 and L 5 each independently represent a methine group which may have a substituent. As the substituent, a substituted or unsubstituted alkyl group (preferably having 1 to 12 carbon atoms, more preferably 1 to 7 carbon atoms, for example, methyl, ethyl, propyl, isopropyl, cyclopropyl, butyl, 2-carboxy) A substituted or unsubstituted aryl group (preferably having 6 to 10 carbon atoms, more preferably 6 to 8 carbon atoms, for example, phenyl, toluyl, chlorophenyl, o-carboxyphenyl), a heterocyclic ring Groups (eg, pyridyl, thienyl, furanyl, pyridyl, barbituric acid), halogen atoms (eg, chlorine, bromine), alkoxy groups (eg, methoxy, ethoxy), amino groups (preferably having 1 to 12 carbon atoms,
More preferably those of 6 to 12, for example,
Diphenylamino, methylphenylamino, 4-acetylpiperazin-1-yl), oxo group and the like. The substituents on these methine groups may be linked to each other to form a ring such as a cyclopentene ring, a cyclohexene ring, a squarylium ring, or a ring with an auxochrome.

【0069】n51は0から4までの整数を表し、好まし
くは0から3である。n52は0または1である。
N 51 represents an integer from 0 to 4, preferably from 0 to 3. n 52 is 0 or 1.

【0070】R5は置換基を表す。置換基として好まし
くは置換基を有してもよい芳香族基または置換基を有し
ていてもよい脂肪族基であり、芳香族基の炭素原子数は
好ましくは1ないし16、さらに好ましくは5ないし6
である。脂肪族基の炭素原子数は好ましくは1ないし1
0、さらに好ましくは1ないし6である。無置換の脂肪
族基および芳香族基としては、メチル基、エチル基、n
−プロピル基、n−ブチル基、フェニル基、ナフチル基
等が挙げられる。
R 5 represents a substituent. The substituent is preferably an aromatic group which may have a substituent or an aliphatic group which may have a substituent. The number of carbon atoms of the aromatic group is preferably 1 to 16, more preferably 5 to 5. Or 6
It is. The number of carbon atoms in the aliphatic group is preferably 1 to 1
0, more preferably 1 to 6. Examples of the unsubstituted aliphatic group and aromatic group include a methyl group, an ethyl group, n
-Propyl group, n-butyl group, phenyl group, naphthyl group and the like.

【0071】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。ある色素が陽イオン、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、その助色団および置換基に依存する。置換基が解
離性基を有する場合、解離して負電荷を持っても良く、
この場合にも分子全体の電荷はW1によって中和され
る。典型的な陽イオンは無機また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)およびアルカリ金属イオンであり、
一方、陰イオンは具体的に無機陰イオンあるいは有機陰
イオンのいずれであってもよく、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が挙げられる。
W 1 represents a counter ion when a counter ion is required to neutralize the charge. Whether a dye is a cation, an anion, or has a net ionic charge depends on its auxochrome and substituents. When the substituent has a dissociable group, it may dissociate and have a negative charge,
Also in this case, the charge of the whole molecule is neutralized by W 1 . Typical cations are inorganic or organic ammonium ions (eg, tetraalkylammonium ions, pyridinium ions) and alkali metal ions,
On the other hand, the anion may specifically be either an inorganic anion or an organic anion, such as a halogen anion (for example, a fluoride ion, a chloride ion, a bromide ion, or an iodide ion), or a substituted aryl. Sulfonate ion (for example, p-toluenesulfonate ion, p-
Chlorobenzenesulfonic acid ion), aryldisulfonic 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, and trifluoromethanesulfonic acid ion. Can be

【0072】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))も可能である。
Further, an ionic polymer or another dye having a charge opposite to that of the dye may be used as the charge balancing counter ion, or a metal complex ion (for example, bisbenzene-
1,2-Dithiolatonickel (III)) is also possible.

【0073】[0073]

【化12】 Embedded image

【0074】式(V)においてDは少なくとも4官能以
上の芳香族基を示し、X1、X2はそれぞれ独立に硫黄原
子、セレン原子、CR6364またはCR65=CR66を表
す。ここでR63〜R66はそれぞれ水素原子またはアルキ
ル基である。R61、R62はそれぞれアルキル基または芳
香族基であり、P1、P2はそれぞれ独立にポリメチン色
素を形成するのに必要な非金属原子群を表す。W2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
示す。
In the formula (V), D represents an aromatic group having at least four functional groups, and X 1 and X 2 each independently represent a sulfur atom, a selenium atom, CR 63 R 64 or CR 65 CRCR 66 . Here, R 63 to R 66 are each a hydrogen atom or an alkyl group. R 61 and R 62 each represent an alkyl group or an aromatic group, and P 1 and P 2 each independently represent a nonmetallic atom group necessary for forming a polymethine dye. W 2 represents a counter ion when a counter ion is required to neutralize the charge.

【0075】式(V)について更に詳しく説明する。式
(V)中、Dは少なくとも四官能以上の芳香族基を示
す。このような芳香族基の例としては、これらの基が誘
導される芳香族炭化水素としてベンゼン、ナフタレン、
アントラセン、フェナントレンなどが挙げられ、芳香族
へテロ環としてはアントラキノン、カルバゾール、ピリ
ジン、キノリン、チオフェン、フラン、キサンテン、チ
アントレンなどが挙げられ、これらは連結部分以外に置
換基を有していても良い。Dで表される芳香族基として
好ましくは芳香族炭化水素の誘導基であり、さらに好ま
しくはベンゼンまたはナフタレンの誘導基である。
The formula (V) will be described in more detail. In the formula (V), D represents at least a tetrafunctional or higher aromatic group. Examples of such aromatic groups include, as aromatic hydrocarbons from which these groups are derived, benzene, naphthalene,
Anthracene, phenanthrene and the like are mentioned, and the aromatic hetero ring is anthraquinone, carbazole, pyridine, quinoline, thiophene, furan, xanthene, thianthrene and the like, and these may have a substituent other than the connecting portion. . The aromatic group represented by D is preferably a group derived from an aromatic hydrocarbon, and more preferably a group derived from benzene or naphthalene.

【0076】X1、X2は、好ましくは硫黄原子またはC
6364であり、最も好ましくはCR6364である。
X 1 and X 2 are preferably a sulfur atom or C
R 63 R 64 , most preferably CR 63 R 64 .

【0077】P1、P2はそれぞれ独立にポリメチン色素
を形成するのに必要な非金属原子群を表す。P1、P2
より、いかなるメチン色素を形成することも可能である
が、好ましくはシアニン色素、メロシアニン色素、ロダ
シアニン色素、3核メロシアニン色素、アロポーラー色
素、ヘミシアニン色素、スチリル色素などが挙げられ
る。この際、シアニン色素には色素を形成するメチン鎖
上の置換基がスクアリウム環やクロコニウム環を形成し
たものも含んでいる。これらの色素の詳細については、
エフ・エム・ハーマー(F.M.Harmer)著「ヘテロサイクリ
ック・コンパウンズ−シアニンダイズ・アンド・リレィ
ティド・コンパウンズ(Heterocyclic Compounds-Cyanin
e Dyes and Related Compounds)」、ジョン・ウィリー
・アンド・サンズ(John Wiley & Sons)社ーニューヨー
ク、ロンドン、1964年刊、デー・エム・スターマー
(D.M.Sturme r)著「ヘテロサイクリック・コンパウンズ
ースペシャル・トピックス・イン・ヘテロサイクリック
・ケミストリー(Heterocyclic Compounds-Special topi
cs in heterocyclic chemistry)」、第18章、第14
節、第482から515貢などに記載されている。 シ
アニン色素、メロシアニン色素、ロダシアニン色素の式
は、米国特許第5、340、694号第21、22貢の
(XI)、(XII)、(XIII)に示されているも
のが好ましい。また、P1およびP2によって形成される
ポリメチン色素の少なくともいずれか一方のメチン鎖部
分にスクアリリウム環を有するものが好ましく、両方に
有するものがさらに好ましい。
P 1 and P 2 each independently represent a group of nonmetallic atoms necessary for forming a polymethine dye. Although any methine dye can be formed by P 1 and P 2 , preferred examples include a cyanine dye, a merocyanine dye, a rhodocyanine dye, a trinuclear merocyanine dye, an allopolar dye, a hemicyanine dye, and a styryl dye. In this case, the cyanine dyes include those in which the substituent on the methine chain forming the dye forms a squarium ring or a croconium ring. For more information on these dyes, see
Heterocyclic Compounds-Cyanin by FM Harmer, Heterocyclic Compounds-Cyanin Soybeans and Related Compounds
e Dyes and Related Compounds), John Wiley & Sons, New York, London, 1964, D.M.
(DMSturmer), Heterocyclic Compounds-Special topi
cs in heterocyclic chemistry) ”, Chapters 18, 14
, 482-515, etc. The formulas of the cyanine dye, merocyanine dye and rhodocyanine dye are preferably those shown in (XI), (XII) and (XIII) of U.S. Pat. No. 5,340,694, Nos. 21 and 22. Further, a polymethine dye formed by P 1 and P 2 preferably has a squarylium ring in at least one of the methine chain portions, and more preferably has a squarylium ring in both.

【0078】R61、R62は芳香族基または脂肪族基であ
り、これらは置換基を有していてもよい。芳香族基の炭
素原子数は好ましくは5ないし16、さらに好ましくは
5ないし6である。脂肪族基の炭素原子数は好ましくは
1ないし10、さらに好ましくは1ないし6である。無
置換の脂肪族基、芳香族基としては、メチル基、エチル
基、n−プロピル基、n−ブチル基、フェニル基、ナフ
チル基等が挙げられる。
R 61 and R 62 are an aromatic group or an aliphatic group, and these may have a substituent. The number of carbon atoms of the aromatic group is preferably 5 to 16, more preferably 5 to 6. The number of carbon atoms in the aliphatic group is preferably 1 to 10, more preferably 1 to 6. Examples of the unsubstituted aliphatic group and aromatic group include a methyl group, an ethyl group, an n-propyl group, an n-butyl group, a phenyl group, and a naphthyl group.

【0079】式(V)はR61、R62、P1、P2のうち少
なくともひとつに酸性基を有することが好ましい。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、例としてはカルボン酸、ホスホン酸、スルホン酸、
ホウ酸などが挙げられ、好ましくはカルボン酸である。
またこのような酸性基はプロトンを放出して解離した形
を採っていても良い。W2は式(IV)のW1と同義であ
る。
In the formula (V), it is preferable that at least one of R 61 , R 62 , P 1 and P 2 has an acidic group. Here, the acidic group is a substituent having a dissociable proton, for example, carboxylic acid, phosphonic acid, sulfonic acid,
Boric acid and the like are preferable, and carboxylic acid is preferable.
Further, such an acidic group may be in a form of dissociating by releasing a proton. W 2 has the same meaning as W 1 in formula (IV).

【0080】以下に式(II)〜(V)で表されるポリメ
チン色素の好ましい具体例を示すが、本発明はこれらに
限定されるものではない。
Preferred specific examples of the polymethine dyes represented by formulas (II) to (V) are shown below, but the present invention is not limited to these.

【0081】[0081]

【化13】 Embedded image

【0082】[0082]

【化14】 Embedded image

【0083】[0083]

【化15】 Embedded image

【0084】[0084]

【化16】 Embedded image

【0085】[0085]

【化17】 Embedded image

【0086】[0086]

【化18】 Embedded image

【0087】[0087]

【化19】 Embedded image

【0088】[0088]

【化20】 Embedded image

【0089】[0089]

【化21】 Embedded image

【0090】[0090]

【化22】 Embedded image

【0091】[0091]

【化23】 Embedded image

【0092】[0092]

【化24】 Embedded image

【0093】[0093]

【化25】 Embedded image

【0094】[0094]

【化26】 Embedded image

【0095】[0095]

【化27】 Embedded image

【0096】[0096]

【化28】 Embedded image

【0097】[0097]

【化29】 Embedded image

【0098】[0098]

【化30】 Embedded image

【0099】[0099]

【化31】 Embedded image

【0100】[0100]

【化32】 Embedded image

【0101】[0101]

【化33】 Embedded image

【0102】式(II)および式(III)で表される化合
物は、エフ・エム・ハーマー(F.M.Harmer)著「ヘテロサ
イクリック・コンパウンズ−シアニンダイズ・アンド・
リレィティド・コンパウンズ( Heterocyclic Compounds
-Cyanine Dyes and RelatedCompounds)」、ジョン・ウ
ィリー・アンド・サンズ(John Wiley & Sons)社−ニュ
ーヨーク、ロンドン、1964年刊、デー・エム・スタ
ーマー(D.M.Sturmer)著「ヘテロサイクリック・コンパ
ウンズースペシャル・トピックス・イン・ヘテロサイク
リック・ケミストリー(Heterocyclic Compounds-Specia
l topics in heterocyclic chemistry)」、第18章、
第14節、第482から515項、ジョン・ウィリー・
アンド・サンズ(John Wiley & Sons)社−ニューヨー
ク、ロンドン、1977年刊、「ロッズ・ケミストリー
・オブ・カーボン・コンパウンズ(Rodd's Chemistry of
Carbon Compounds)」2nd.Ed.vol.IV,partB,1977
刊、第15章、第369から422項、エルセビア・サ
イエンス・パブリック・カンパニー・インク(Elsevier
Science Publishing Company Inc.)社刊、ニューヨー
ク、英国特許第1,077,611号などに記載の方法に基づい
て合成することができる。
The compounds represented by the formulas (II) and (III) are described in FMHarmer, "Heterocyclic Compounds-Cyanine Soybean and
Related Compounds (Heterocyclic Compounds
-Cyanine Dyes and Related Compounds), John Wiley & Sons, Inc.- New York, London, 1964, DMSturmer, Heterocyclic Compounds-Special Topics. In Heterocyclic Compounds-Specia
l topics in heterocyclic chemistry), Chapter 18,
Section 14, Sections 482-515, John Willie
John Wiley & Sons, New York, London, 1977, "Rodd's Chemistry of Carbon Compounds"
Carbon Compounds) '' 2nd.Ed.vol.IV, partB, 1977
Published in Chapter 15, Chapters 369-422, Elsevier Science Public Company, Inc.
(Science Publishing Company Inc.), New York, UK Patent No. 1,077,611, and the like.

【0103】本発明に用いられる式(IV)で表される化
合物の合成は、Dyes and Pigments第21巻227〜23
4頁などの文献の記載を参考にして行える。また、式
(V)で表される化合物の合成は、Ukrainskii Khimich
eskii Zhurnal 第40巻3号253〜258頁、Dyes and
Pigments 第21巻227〜234頁およびこれらの文
献中に引用された文献の記載等を参考にして行える。
The synthesis of the compound represented by the formula (IV) used in the present invention is described in Dyes and Pigments, Vol. 21, 227 to 23.
This can be done by referring to the description of documents such as four pages. The synthesis of the compound represented by the formula (V) is described in Ukrainskii Khimich
eskii Zhurnal Vol. 40, No. 3, pp. 253-258, Dyes and
Pigments, Vol. 21, pp. 227 to 234, and descriptions of documents cited in these documents can be referred to.

【0104】半導体微粒子に色素を吸着させる方法は色
素溶液中によく乾燥した半導体微粒子を含有する作用電
極を浸漬するか、もしくは色素溶液を半導体微粒子層に
塗布して吸着させる方法を用いることができる。前者の
場合、浸漬法、ディップ法、ローラ法、エアーナイフ法
などが使える。浸漬法の場合、色素の吸着は室温で行っ
てもよいし、特開平7-249790号に記載されているように
加熱還流して行ってもよい。後者の塗布方法としては、
ワイヤーバー法、スライドホッパ法、エクストルージョ
ン法、カーテン法、スピン法、スプレー法があり、印刷
方法としては、凸版、オフセット、グラビア、スクリー
ン印刷等がある。
The method of adsorbing the dye on the semiconductor fine particles can be carried out by immersing the working electrode containing the semiconductor particles which are well dried in the dye solution, or by applying the dye solution to the semiconductor fine particle layer and adsorbing it. . In the former case, a dipping method, a dipping method, a roller method, an air knife method, or the like can be used. In the case of the immersion method, the dye may be adsorbed at room temperature or may be heated and refluxed as described in JP-A-7-249790. As the latter application method,
There are a wire bar method, a slide hopper method, an extrusion method, a curtain method, a spin method, and a spray method. Examples of the printing method include letterpress, offset, gravure, and screen printing.

【0105】溶媒は、色素の溶解性に応じて適宜選択で
きる。例えば、水、アルコール類(メタノール、エタノ
ール、t−ブタノール、ベンジルアルコール等)、ニト
リル類(アセトニトリル、プロピオニトリル、3−メト
キシプロピオニトリル等)、ニトロメタン、ハロゲン化
炭化水素(ジクロロメタン、ジクロロエタン、クロロホ
ルム、クロロベンゼン等)、エーテル類(ジエチルエー
テル、テトラヒドロフラン等)、ジメチルスルホキシ
ド、アミド類(N,N−ジメチルホルムアミド、N,N
−ジメチルアセタミド等)、N−メチルピロリドン、
1,3−ジメチルイミダゾリジノン、3−メチルオキサ
ゾリジノン、エステル類(酢酸エチル、酢酸ブチル
等)、炭酸エステル類(炭酸ジエチル、炭酸エチレン、
炭酸プロピレン等)、ケトン類(アセトン、2−ブタノ
ン、シクロヘキサノン等)、炭化水素(ヘキサン、石油
エーテル、ベンゼン、トルエン等)やこれらの混合溶媒
が挙げられる。
The solvent can be appropriately selected according to the solubility of the dye. For example, water, alcohols (methanol, ethanol, t-butanol, benzyl alcohol, etc.), nitriles (acetonitrile, propionitrile, 3-methoxypropionitrile, etc.), nitromethane, halogenated hydrocarbons (dichloromethane, dichloroethane, chloroform) , Chlorobenzene, etc.), ethers (diethyl ether, tetrahydrofuran, etc.), dimethyl sulfoxide, amides (N, N-dimethylformamide, N, N
-Dimethylacetamide, etc.), N-methylpyrrolidone,
1,3-dimethylimidazolidinone, 3-methyloxazolidinone, esters (ethyl acetate, butyl acetate, etc.), carbonates (diethyl carbonate, ethylene carbonate,
Propylene carbonate), ketones (acetone, 2-butanone, cyclohexanone, etc.), hydrocarbons (hexane, petroleum ether, benzene, toluene, etc.) and mixed solvents thereof.

【0106】液粘度も半導体微粒子層の形成時と同様
に、高粘度液(例えば0.01〜500Poise)ではエ
クストルージョン法の他、各種印刷法が、低粘度液(例
えば0.1Poise以下)ではスライドホッパー法もしく
はワイヤーバー法もしくはスピン法が適していて、均一
な膜にすることが可能である。
As in the case of the formation of the semiconductor fine particle layer, the viscosity of the liquid is the same as in the formation of the semiconductor fine particle layer. In addition to the extrusion method for a high-viscosity liquid (for example, 0.01 to 500 Poise), various printing methods are used. A slide hopper method, a wire bar method, or a spin method is suitable, and a uniform film can be obtained.

【0107】このように色素塗布液の液粘度、塗布量、
支持体、塗布速度等のパラメータに対応して、適宜付与
方式を選択すればよい。塗布後の色素吸着に要する時間
は、量産化を考えた場合、なるべく短い方がよい。
As described above, the viscosity of the dye coating solution, the coating amount,
An application method may be appropriately selected according to parameters such as a support and a coating speed. The time required for dye adsorption after coating should be as short as possible in consideration of mass production.

【0108】未吸着の色素の存在は素子性能の外乱にな
るため、吸着後速やかに洗浄によって除去することが好
ましい。湿式洗浄槽を使い、アセトニトリル等の極性溶
剤、アルコール系溶剤のような有機溶媒で洗浄を行うの
がよい。また、吸着色素量を増大させるため、加熱処理
を吸着前に行うことが好ましい。加熱処理後、半導体微
粒子表面に水が吸着するのを避けるため、常温に戻さず
40〜80℃の間で素早く色素を吸着させることも好ま
しい。
Since the presence of unadsorbed dye causes disturbance of device performance, it is preferable to remove the dye by washing immediately after adsorption. It is preferable to perform cleaning with a polar solvent such as acetonitrile and an organic solvent such as an alcohol solvent using a wet cleaning tank. Further, in order to increase the amount of the adsorbed dye, it is preferable to perform the heat treatment before the adsorption. After the heat treatment, in order to avoid the adsorption of water on the surface of the semiconductor fine particles, it is also preferable to quickly adsorb the dye at 40 to 80 ° C. without returning to normal temperature.

【0109】色素の使用量は、全体で、支持体1m2
たり0.01〜100mモルが好ましい。また、色素の
半導体微粒子に対する吸着量は半導体微粒子1gに対し
て0.01〜1mモルが好ましい。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 per 1 m 2 of the support. The amount of the dye adsorbed on the semiconductor fine particles is preferably 0.01 to 1 mmol per 1 g of the semiconductor fine particles. With such an amount of the dye, a sensitizing effect in the semiconductor can be sufficiently obtained. On the other hand, if the amount of the dye is small, the sensitizing effect becomes insufficient, and if the amount of the dye is too large, the dye not adhering to the semiconductor floats and causes a reduction in the sensitizing effect.

【0110】また、余分な色素の除去を促進する目的
で、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ピ
リジン、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。これらが液体の場合はそのまま用い
てもよいし有機溶媒に溶解して用いてもよい。
For the purpose of accelerating the removal of excess dye, the surface of the semiconductor fine particles may be treated with an amine after adsorbing the dye. Preferred amines include pyridine, 4-tert-butylpyridine, polyvinylpyridine and the like. When these are liquids, they may be used as they are or may be used by dissolving them in an organic solvent.

【0111】以下、電荷移動層と対極について詳しく説
明する。電荷移動層は色素の酸化体に電子を補充する機
能を有する層である。本発明で用いることのできる代表
的な電荷移動層の例としては酸化還元対を有機溶媒に溶
解した液体(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クスに含浸したいわゆるゲル電
解質、酸化還元対を含有する溶融塩などが挙げられる。
さらには固体電解質や正孔(ホール)輸送材料を用いる
こともできる。
Hereinafter, the charge transfer layer and the counter electrode will be described in detail. The charge transfer layer is a layer having a function of replenishing an oxidized dye with electrons. Examples of typical charge transfer layers that can be used in the present invention include a liquid in which a redox couple is dissolved in an organic solvent (electrolyte solution) and a so-called gel in which a liquid in which a redox couple is dissolved in an organic solvent is impregnated in a polymer matrix. Examples of the electrolyte include an electrolyte and a molten salt containing a redox couple.
Further, a solid electrolyte or a hole transporting material can be used.

【0112】本発明で使用する電解液は電解質、溶媒、
および添加物から構成されることが好ましい。本発明の
電解質はI2とヨウ化物の組み合わせ(ヨウ化物として
はLiI、NaI、KI、CsI、CaI2などの金属
ヨウ化物、あるいはテトラアルキルアンモニウムヨーダ
イド、ピリジニウムヨーダイド、イミダゾリウムヨーダ
イドなど4級アンモニウム化合物のヨウ素塩など)、B
2と臭化物の組み合わせ(臭化物としてはLiBr、
NaBr、KBr、CsBr、CaBr2などの金属臭
化物、あるいはテトラアルキルアンモニウムブロマイ
ド、ピリジニウムブロマイドなど4級アンモニウム化合
物の臭素塩など)のほか、フェロシアン酸塩−フェリシ
アン酸塩やフェロセン−フェリシニウムイオンなどの金
属錯体、ポリ硫化ナトリウム、アルキルチオール−アル
キルジスルフィドなどのイオウ化合物、ビオロゲン色
素、ヒドロキノン−キノンなどを用いることができる。
この中でもI2とLiIやピリジニウムヨーダイド、イ
ミダゾリウムヨーダイドなど4級アンモニウム化合物の
ヨウ素塩を組み合わせた電解質が本発明では好ましい。
上述した電解質は混合して用いてもよい。また、電解質
はEP-718288号、WO95/18456号、J. Electrochem. Soc.,
Vol.143,No.10,3099(1996)、Inorg. Chem. 1996,35,11
68-1178に記載された室温で溶融状態の塩(溶融塩)を
使用することもできる。溶融塩を電解質として使用する
場合、溶媒は使用しなくても構わない。
The electrolyte used in the present invention comprises an electrolyte, a solvent,
And additives. The electrolyte of the present invention is a combination of I 2 and iodide (for the iodide, a metal iodide such as LiI, NaI, KI, CsI, or CaI 2 , or a tetraalkylammonium iodide, pyridinium iodide, imidazolium iodide or the like). Iodine salts of secondary ammonium compounds), B
Combination of r 2 and bromide (bromide is LiBr,
NaBr, KBr, CsBr, metal bromide such as CaBr 2, or tetraalkylammonium bromide, pyridinium bromine salts of di-bromide and quaternary ammonium compounds). In addition, ferrocyanate - ferricyanide or ferrocene - ferricinium ion such as Metal complex, sodium polysulfide, sulfur compounds such as alkylthiol-alkyldisulfide, viologen dyes, hydroquinone-quinone, and the like.
Among them, an electrolyte in which I 2 is combined with LiI, an iodine salt of a quaternary ammonium compound such as pyridinium iodide, imidazolium iodide, or the like is preferable in the present invention.
The above-mentioned electrolytes may be used as a mixture. The electrolyte is EP-718288, WO95 / 18456, J. Electrochem.Soc.,
Vol.143, No. 10, 3099 (1996), Inorg. Chem. 1996, 35, 11
A salt in a molten state at room temperature (molten salt) described in 68-1178 can also be used. When a molten salt is used as an electrolyte, a solvent need not be used.

【0113】好ましい電解質濃度は0.1M以上15M以
下であり、さらに好ましくは0.2 M以上10M以下であ
る。また、電解質にヨウ素を添加する場合の好ましいヨ
ウ素の添加濃度は0.01M以上0.5M以下である。
The preferred electrolyte concentration is 0.1 M or more and 15 M or less, more preferably 0.2 M or more and 10 M or less. In addition, when iodine is added to the electrolyte, the preferable concentration of iodine is 0.01M or more and 0.5M or less.

【0114】本発明で電解質に使用する溶媒は、粘度が
低くイオン易動度を向上したり、もしくは誘電率が高く
有効キャリアー濃度を向上したりして、優れたイオン伝
導性を発現できる化合物であることが望ましい。このよ
うな溶媒としては、エチレンカーボネート、プロピレン
カーボネートなどのカーボネート化合物、3−メチル−
2−オキサゾリジノンなどの複素環化合物、ジオキサ
ン、ジエチルエーテルなどのエーテル化合物、エチレン
グリコールジアルキルエーテル、プロピレングリコール
ジアルキルエーテル、ポリエチレングリコールジアルキ
ルエーテル、ポリプロピレングリコールジアルキルエー
テルなどの鎖状エーテル類、メタノール、エタノール、
エチレングリコールモノアルキルエーテル、プロピレン
グリコールモノアルキルエーテル、ポリエチレングリコ
ールモノアルキルエーテル、ポリプロピレングリコール
モノアルキルエーテルなどのアルコール類、エチレング
リコール、プロピレングリコール、ポリエチレングリコ
ール、ポリプロピレングリコール、グリセリンなどの多
価アルコール類、アセトニトリル、グルタロジニトリ
ル、メトキシアセトニトリル、プロピオニトリル、ベン
ゾニトリルなどのニトリル化合物、ジメチルスルフォキ
シド(DMSO)、スルフォランなど非プロトン極性物
質、水などを用いることができる。
The solvent used for the electrolyte in the present invention is a compound capable of exhibiting excellent ionic conductivity by lowering the viscosity and improving the ionic mobility or increasing the dielectric constant and improving the effective carrier concentration. Desirably. Examples of such a solvent include carbonate compounds such as ethylene carbonate and propylene carbonate, 3-methyl-
Heterocyclic compounds such as 2-oxazolidinone, dioxane, ether compounds such as diethyl ether, ethylene glycol dialkyl ether, propylene glycol dialkyl ether, polyethylene glycol dialkyl ether, chain ethers such as polypropylene glycol dialkyl ether, methanol, ethanol,
Alcohols such as ethylene glycol monoalkyl ether, propylene glycol monoalkyl ether, polyethylene glycol monoalkyl ether, and polypropylene glycol monoalkyl ether; polyhydric alcohols such as ethylene glycol, propylene glycol, polyethylene glycol, polypropylene glycol, and glycerin; acetonitrile; Nitrile compounds such as glutaronitrile, methoxyacetonitrile, propionitrile, and benzonitrile; aprotic polar substances such as dimethylsulfoxide (DMSO) and sulfolane; and water can be used.

【0115】また、本発明では、J. Am. Ceram. Soc .,
80 (12)3157-3171(1997)に記載されているようなter-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することもできる。塩基性化合物を
添加する場合の好ましい濃度範囲は0.05M以上2M以下で
ある。
Further, in the present invention, J. Am. Ceram. Soc.,
80 (12) 3157-3171 (1997), ter-butylpyridine, and basic compounds such as 2-picoline and 2,6-lutidine can also be added. The preferred concentration range when adding a basic compound is 0.05M or more and 2M or less.

【0116】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(固体化)させて使
用することもできる。ポリマー添加によりゲル化させる
場合は、¨Polymer Electrolyte Revi ews-1および2¨
(J.R.MacCallumとC.A. Vincentの共編、ELSEVIER APPLI
ED SCIENCE)に記載された化合物を使用することができ
るが、特にポリアクリロニトリル、ポリフッ化ビニリデ
ンを好ましく使用することができる。オイルゲル化剤添
加によりゲル化させる場合はJ. Chem Soc. Japan, Ind.
Chem.Sec., 46,779(1943), J. Am. Chem. Soc., 111,5
542(1989), J. Chem. Soc., Chem. Com mun., 1993, 39
0, Angew. Chem. Int. Ed. Engl., 35,1949(1996), Che
m. Lett.,1996, 885, J. Chm. Soc., Chem. Commun., 1
997,545に記載されている化合物を使用することができ
るが、好ましい化合物は分子構造中にアミド構造を有す
る化合物である。
In the present invention, the electrolyte may be gelled (solidified) by a method such as addition of a polymer, addition of an oil gelling agent, polymerization containing a polyfunctional monomer, and crosslinking reaction of the polymer. When gelling by adding a polymer, use the Polymer Electrolyte Review-1 and 2
(Co-edited by JR MacCallum and CA Vincent, ELSEVIER APPLI
Compounds described in ED SCIENCE) can be used, and particularly, polyacrylonitrile and polyvinylidene fluoride can be preferably used. When gelling by adding an oil gelling agent, use J. Chem Soc. Japan, Ind.
Chem.Sec., 46,779 (1943), J. Am. Chem. Soc., 111,5
542 (1989), J. Chem. Soc., Chem. Commun., 1993, 39
0, Angew. Chem. Int. Ed. Engl., 35, 1949 (1996), Che
m. Lett., 1996, 885, J. Chm. Soc., Chem. Commun., 1
Although the compounds described in 997,545 can be used, preferred compounds are compounds having an amide structure in the molecular structure.

【0117】ゲル電解質を多官能モノマー類の重合によ
って形成する場合、多官能モノマー類、重合開始剤、電
解質、溶媒から溶液を調製し、キャスト法,塗布法,浸
漬法、含浸法など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、その後ラジカル重合するこ
とによってゲル化させる方法が好ましい。多官能性モノ
マー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、例えばジビニルベンゼン、エチレン
グリ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、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が好ましい例として挙げら
れる。ゲル電解質を構成するモノマー類はこの他に単官
能モノマーを含んでいてもよく、アクリル酸またはα−
アルキルアクリル酸(例えばメタクリル酸など)類から
誘導されるエステル類もしくはアミド類(例えばN−is
o−プロピルアクリルアミド、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、
メチルアクリレート、ヒドロキシエチルアクリレート、
n−プロピルアクリレート、n−ブチルアクリレート、
2−メトキシエチルアクリレート、シクロヘキシルアク
リレートなど)、ビニルエステル類(例えば酢酸ビニ
ル)、マレイン酸またはフマル酸から誘導されるエステ
ル類(例えばマレイン酸ジメチル、マレイン酸ジブチ
ル、フマル酸ジエチルなど)、マレイン酸、フマル酸、
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(例えばブタジエ
ン、シクロペンタジエン、イソプレン)、芳香族ビニル
化合物(例えばスチレン、p−クロルスチレン、スチレ
ンスルホン酸ナトリウム)、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、N−ビニル−N−メチルホル
ムアミド、ビニルスルホン酸、ビニ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(例えばメチルビニルエ
ーテル)、エチレン、プロピレン、1−ブテン、イソブ
テン、N−フェニルマレイミド等を好ましく使用するこ
とができる。モノマー全量に占める多官能性モノマーの
好ましい重量組成範囲は0.5重量%以上70重量%以下であ
ることが好ましく、さらに好ましくは1.0重量%以上50
重量%以下である。
When the gel electrolyte is formed by polymerization of polyfunctional monomers, a solution is prepared from the polyfunctional monomers, a polymerization initiator, an electrolyte, and a solvent, and the solution is prepared by a method such as a casting method, a coating method, a dipping method, or an impregnation method. A method in which a sol-like electrolyte layer is formed on an electrode supporting a dye and then gelled by radical polymerization is preferable. The polyfunctional monomer is preferably a compound having two or more ethylenically unsaturated groups, for example, divinylbenzene, ethylene glycol dimethacrylate, ethylene glycol diacrylate, ethylene glycol dimethacrylate, diethylene glycol diacrylate, diethylene glycol dimethacrylate, triethylene glycol dimethacrylate, and triethylene glycol dimethacrylate. Ethylene glycol diacrylate, triethylene glycol dimethacrylate,
Preferred examples include pentaerythritol triacrylate and trimethylolpropane triacrylate. The monomers constituting the gel electrolyte may include a monofunctional monomer in addition to the above, and may include acrylic acid or α-
Esters or amides derived from alkylacrylic acids (such as methacrylic acid) (such as Nis
o-propylacrylamide, acrylamide, 2-acrylamide-2-methylpropanesulfonic acid, acrylamidopropyltrimethylammonium chloride,
Methyl acrylate, hydroxyethyl acrylate,
n-propyl acrylate, n-butyl acrylate,
2-methoxyethyl acrylate, cyclohexyl acrylate, etc.), vinyl esters (eg, vinyl acetate), esters derived from maleic acid or fumaric acid (eg, dimethyl maleate, dibutyl maleate, diethyl fumarate, etc.), maleic acid, Fumaric acid,
p-styrenesulfonic acid sodium salt, acrylonitrile, methacrylonitrile, dienes (eg, butadiene, cyclopentadiene, isoprene), aromatic vinyl compound (eg, styrene, p-chlorostyrene, sodium styrenesulfonate), nitrogen-containing heterocycle A vinyl compound having a quaternary ammonium salt,
N-vinylformamide, N-vinyl-N-methylformamide, vinyl sulfonic acid, sodium vinyl sulfonate, vinylidene fluoride, vinylidene chloride, vinyl alkyl ethers (eg, methyl vinyl ether), ethylene, propylene, 1-butene, isobutene, N-phenylmaleimide and the like can be preferably used. The preferred weight composition range of the polyfunctional monomer in the total amount of the monomers is preferably from 0.5% by weight to 70% by weight, more preferably from 1.0% by weight to 50% by weight.
% By weight or less.

【0118】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。本発明で使用できるゲル電解質
用モノマーは、加熱、光、電子線、また電気化学的にラ
ジカル重合することができるが、特に加熱によってラジ
カル重合させることが好ましい。架橋高分子が加熱によ
り形成される場合に好ましく使用される重合開始剤は、
例えば、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)などのアゾ系開始剤、ベンゾイルパーオキシ
ドなど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重量%以上2
0重量%以下であり、さらに好ましくは0.1重量%以
上10重量%以下である。
The above-mentioned monomers are generally described in Takatsu Otsu and Masayoshi Kinoshita: Experimental Methods for Polymer Synthesis (Chemical Doujin) and Takatsu Otsu: Lecture Polymerization Reaction Theory 1 Radical Polymerization (I) (Chemical Doujin) It can be polymerized by radical polymerization, which is a simple polymer synthesis method. The monomer for a gel electrolyte that can be used in the present invention can be radically polymerized by heating, light, electron beam, or electrochemically, but it is particularly preferable to radically polymerize by heating. The polymerization initiator preferably used when the crosslinked polymer is formed by heating,
For example, 2,2'-azobis (isobutyronitrile),
Azo initiators such as 2,2'-azobis (2,4-dimethylvaleronitrile), dimethyl 2,2'-azobis (2-methylpropionate), peroxide initiators such as benzoyl peroxide, etc. It is. The preferable addition amount of the polymerization initiator is 0.01% by weight or more based on the total amount of the monomers.
0% by weight or less, more preferably 0.1% by weight or more and 10% by weight or less.

【0119】ゲル電解質に占めるモノマー類の重量組成
範囲は0.5重量%以上70重量%以下であることが好まし
く、さらに好ましくは1.0重量%以上50重量%以下であ
る。
The weight composition range of the monomers in the gel electrolyte is preferably 0.5% by weight or more and 70% by weight or less, more preferably 1.0% by weight or more and 50% by weight or less.

【0120】また、ポリマーの架橋反応により電解質を
ゲル化させる場合、架橋可能な反応性基を含有するポリ
マーおよび架橋剤を併用することが望ましい。この場
合、好ましい架橋可能な反応性基は、含窒素複素環(例
えば、ピリジン環、イミダゾール環、チアゾール環、オ
キサゾール環、トリアゾール環、モルホリン環、ピペリ
ジン環、ピペラジン環など)であり、好ましい架橋剤
は、窒素原子に対して求電子反応可能な2官能以上の試
薬(例えば、ハロゲン化アルキル、ハロゲン化アラルキ
ル、スルホン酸エステル、酸無水物、酸クロライド、イ
ソシアネートなど)である。
When the electrolyte is gelled by a crosslinking reaction of the polymer, it is desirable to use a polymer having a crosslinkable reactive group and a crosslinking agent together. In this case, a preferable crosslinkable reactive group is a nitrogen-containing heterocyclic ring (for example, a pyridine ring, an imidazole ring, a thiazole ring, an oxazole ring, a triazole ring, a morpholine ring, a piperidine ring, a piperazine ring, etc.), and a preferable crosslinking agent. Is a bifunctional or higher functional reagent capable of electrophilic reaction with a nitrogen atom (for example, alkyl halide, aralkyl halide, sulfonic acid ester, acid anhydride, acid chloride, isocyanate, etc.).

【0121】本発明では、電解質の替わりに有機または
無機あるいはこの両者を組み合わせた正孔輸送材料を使
用することができる。本発明に適用可能な有機正孔輸送
材料としては、N,N'-ジフエニル-N、N'-ビス(4-メト
キシフェニル)-(1,1'-ビフェニル)-4,4'-ジアミン
(J.Hagen et al.,Synthetic Metal 89(1997)215-22
0)、2,2',7,7'-テトラキス(N,N-ジ-p-メトキシフェニ
ルアミン)9,9'-スピロビフルオレン(Nature,Vol.395,
8 Oct. 1998,p583-585およびWO97/10617)、1,1-ビス
{4-(ジ-p-トリルアミノ)フェニル}シクロヘキサン
の3級芳香族アミンユニットを連結した芳香族ジアミン
化合物(特開昭59−194393号公報)、4,4,‐ビス
[(N-1-ナフチル)‐N-フェニルアミノ]ビフェニルで
代表される2個以上の3級アミンを含み2個以上の縮合
芳香族環が窒素原子に置換した芳香族アミン(特開平5
−234681号公報)、トリフェニルベンゼンの誘導体でス
ターバースト構造を有する芳香族トリアミン(米国特許
第4,923,774号、特開平4−308688号公報)、N,N'-ジ
フエニル-N、N'-ビス(3-メチルフェニル)-(1,1'-ビ
フェニル)-4,4'-ジアミン等の芳香族ジアミン(米国
特許第4,764,625号)、α,α,α',α'-テトラメチ
ル-α,α'-ビス(4-ジ-p-トリルアミノフェニル)-p-
キシレン(特開平3−269084号公報)、p-フェニレンジ
アミン誘導体、分子全体として立体的に非対称なトリフ
ェニルアミン誘導体(特開平4−129271号公報)、ピレ
ニル基に芳香族ジアミノ基が複数個置換した化合物(特
開平4−175395号公報)、エチレン基で3級芳香族アミン
ユニツトを連結した芳香族ジアミン(特開平4−264189
号公報)、スチリル構造を有する芳香族ジアミン(特開
平4−290851号公報)、ベンジルフェニル化合物(特開
平4−364153号公報)、フルオレン基で3級アミンを連結
したもの(特開平5−25473号公報)、トリアミン化合物
(特開平5−239455号公報)、ピスジピリジルアミノビ
フェニル(特開平5−320634号公報)、N,N,N−トリフ
ェニルアミン誘導体(特開平6−1972号公報)、フェノ
キザジン構造を有する芳香族ジアミン(特開平7-138562
号)、ジアミノフエニルフエナントリジン誘導体(特開
平7-252474号)等に示される芳香族アミン類、α-オク
チルチオフェンおよびα,ω-ジヘキシル-α-オクチルチ
オフェン(Adv.Mater. 1997,9,N0.7,p557)、ヘキサドデ
シルドデシチオフェン(Angew. Chem. Int. Ed. Engl. 1
995, 34, No.3,p303-307)、2,8-ジヘキシルアンスラ[2,
3-b:6,7-b']ジチオフェン(JACS,Vol120, N0.4,1998,p66
4-672)等のオリゴチオフェン化合物、ポリピロール(K.
Murakoshi et al.,;Chem. Lett. 1997, p471)、¨ Ha
ndbook of Organic Conductive Molecules and Polymer
s Vol.1,2,3,4¨(NALWA著、WILEY出版)に記載されて
いるポリアセチレンおよびその誘導体、ポリ(p-フェニ
レン) およびその誘導体、ポリ( p-フェニレンビニレ
ン) およびその誘導体、ポリチエニレンビニレンおよび
その誘導体、ポリチオフェンおよびその誘導体、ポリア
ニリンおよびその誘導体、ポリトルイジンおよびその誘
導体等の導電性高分子を好ましく使用することができ
る。また、有機正孔(ホール)輸送材料にはNature,Vo
l.395, 8 Oct. 1998,p583-585に記載されているように
ドーパントレベルをコントロールするためにトリス(4
-ブロモフェニル)アミニウムヘキサクロロアンチモネ
ートのようなカチオンラジカルを含有する化合物を添加
したり、酸化物半導体表面のポテンシャル制御(空間電
荷層の補償)を行うためにLi[(CF 3SO2)2N]のような塩を
添加しても構わない。
In the present invention, an organic or organic material is used instead of the electrolyte.
Use a hole transport material that is inorganic or a combination of both.
Can be used. Organic hole transport applicable to the present invention
Materials include N, N'-diphenyl-N, N'-bis (4-meth
(Xyphenyl)-(1,1'-biphenyl) -4,4'-diamine
(J. Hagen et al., Synthetic Metal 89 (1997) 215-22
0), 2,2 ', 7,7'-tetrakis (N, N-di-p-methoxyphenyl)
Ruamine) 9,9'-spirobifluorene (Nature, Vol. 395,
 8 Oct. 1998, p583-585 and WO97 / 10617), 1,1-bis
{4- (di-p-tolylamino) phenyl} cyclohexane
Aromatic Diamine Linked with Tertiary Aromatic Amine Unit
Compound (JP-A-59-194393), 4,4-bis
[(N-1-naphthyl) -N-phenylamino] biphenyl
Condensation of two or more containing two or more tertiary amines represented
Aromatic amine having an aromatic ring substituted by a nitrogen atom
-234681), a derivative of triphenylbenzene
Aromatic triamine having terburst structure (US Patent
No. 4,923,774, JP-A-4-308688), N, N'-di
Phenyl-N, N'-bis (3-methylphenyl)-(1,1'-bi
Aromatic diamines such as phenyl) -4,4'-diamine (US
Patent No. 4,764,625), α, α, α ′, α′-tetramethy
-Α, α'-bis (4-di-p-tolylaminophenyl) -p-
Xylene (JP-A-3-269084), p-phenylene
Amine derivatives, sterically asymmetric trif as a whole molecule
Phenylamine derivatives (JP-A-4-129271),
Compounds in which a plurality of aromatic diamino groups are substituted for a benzyl group (particularly
JP-A-4-175395), tertiary aromatic amine with ethylene group
Unit-linked aromatic diamine (JP-A-4-264189)
Japanese Patent Application Laid-Open (JP-A) No. 6-64, and aromatic diamine having a styryl structure
JP-A-4-290851), benzylphenyl compounds (JP-A
JP-A-4-364153), connecting a tertiary amine with a fluorene group
(JP-A-5-25473), triamine compound
(JP-A-5-239455), pisdipyridylaminobi
Phenyl (JP-A-5-320634), N, N, N-trif
Phenylamine derivatives (JP-A-6-1972), phenoamines
Aromatic diamine having a xazazine structure (Japanese Patent Application Laid-Open No. 7-138562)
No.), diaminophenylphenanthridine derivative (JP-A
Aromatic amines, α-octane shown in
Tilthiophene and α, ω-dihexyl-α-octylchi
Offen (Adv. Mater. 1997, 9, N0.7, p557), hexadode
Sild decithiophene (Angew. Chem. Int. Ed. Engl. 1
995, 34, No. 3, p303-307), 2,8-dihexylanthra [2,
3-b: 6,7-b '] dithiophene (JACS, Vol120, N0.4,1998, p66
Oligothiophene compounds such as 4-672), polypyrrole (K.
 Murakoshi et al.,; Chem. Lett. 1997, p471), ¨ Ha
ndbook of Organic Conductive Molecules and Polymer
s Vol.1,2,3,4¨ (by NALWA, published by WILEY)
Polyacetylene and its derivatives, poly (p-phenylene)
Len) and its derivatives, poly (p-phenylene vinylene)
And its derivatives, polythienylenevinylene and
Derivatives, polythiophenes and their derivatives, polya
Nirin and its derivatives, polytoluidine and its derivatives
Conductive polymers such as conductors can be preferably used
You. In addition, Nature, Vo
l. 395, 8 Oct. 1998, as described in p583-585
Tris (4) to control dopant level
-Bromophenyl) aminium hexachloroantimonate
Addition of compounds containing cation radicals such as salts
Control of the oxide semiconductor surface
Li [(CF ThreeSOTwo)TwoN]
It may be added.

【0122】有機正孔輸送材料は真空蒸着法,キャスト
法,塗布法,スピンコート法、浸漬法、電解重合法、光
電解重合法等の手法により電極内部に導入することがで
きる。また、正孔輸送材料を電解液の替わりに使用する
ときは短絡防止のためElectorochim. Acta 40, 643-652
(1995)に記載されているスプレーパイロリシス等の手法
を用いて二酸化チタン薄層を下塗り層として塗設するこ
とが好ましい。
The organic hole transporting material can be introduced into the inside of the electrode by a method such as a vacuum evaporation method, a casting method, a coating method, a spin coating method, an immersion method, an electrolytic polymerization method, and a photoelectrolytic polymerization method. When a hole transport material is used in place of the electrolyte, it is used to prevent a short circuit. Electorochim. Acta 40, 643-652
(1995), it is preferable to apply a thin layer of titanium dioxide as an undercoat layer using a technique such as spray pyrolysis.

【0123】無機固体化合物を電解質の替わりに使用す
る場合、ヨウ化銅(p-CuI)(J. Phys. D:Appl. Phys. 31
(1998)1492-1496)、チオシアン化銅(Thin Solid Film
s 261(1995)307-310、J. Appl. Phys. 80(8),15 Octobe
r 1996, p4749-4754、Chem.Mater. 1998, 10, 1501-150
9、Semicond. Sci. Technol. 10, 1689-1693)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
法等の手法により電極内部に導入することができる。
When an inorganic solid compound is used instead of the electrolyte, copper iodide (p-CuI) (J. Phys. D: Appl. Phys. 31
(1998) 1492-1496), copper thiocyanate (Thin Solid Film)
s 261 (1995) 307-310, J. Appl. Phys. 80 (8), 15 Octobe
r 1996, p4749-4754, Chem. Mater. 1998, 10, 1501-150.
9, Semicond. Sci. Technol. 10, 1689-1693) can be introduced into the inside of the electrode by a method such as a casting method, a coating method, a spin coating method, a dipping method, and an electrolytic plating method.

【0124】電荷移動層の形成方法に関しては2通りの
方法が考えられる。1つは増感色素を担持させた半導体
微粒子含有層の上に先に対極を貼り合わせておき、その
間隙に液状の電荷移動層を挟み込む方法である。もう1
つは半導体微粒子含有層上に直接電荷移動層を付与する
方法で、対極はその後付与することになる。
There are two methods for forming the charge transfer layer. One is a method in which a counter electrode is first stuck on a semiconductor fine particle-containing layer carrying a sensitizing dye, and a liquid charge transfer layer is sandwiched in the gap. Another one
One is to apply the charge transfer layer directly on the semiconductor fine particle-containing layer, and the counter electrode is applied thereafter.

【0125】前者の場合の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
セスが利用できる。
As the method of sandwiching the charge transfer layer in the former case, a normal pressure process utilizing a capillary phenomenon by immersion or the like and a vacuum process of replacing the gas phase with a liquid phase at a pressure lower than normal pressure can be used.

【0126】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措置
も施すことになる。またゲル電解質の場合には湿式で塗
布して重合等の方法により固体化する方法もあり、その
場合には乾燥、固定化した後に対極を付与することもで
きる。電解液のほか湿式有機正孔輸送材料やゲル電解質
を付与する方法としては、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、ワーヤーバー法、スピン法、スプレー法、キャスト
法、各種印刷法等が考えられる。固体電解質や固体の正
孔(ホール)輸送材料の場合には真空蒸着法やCVD法
等のドライ成膜処理で電荷移動層を形成し、その後対極
を付与することもできる。
In the latter case, the wet charge transfer layer is provided with a counter electrode in an undried state, and measures are taken to prevent liquid leakage at the edge. In the case of a gel electrolyte, there is also a method of applying it by a wet method and solidifying it by a method such as polymerization. In this case, a counter electrode can be provided after drying and fixing. As a method for applying a wet organic hole transport material or a gel electrolyte in addition to the electrolytic solution, the immersion method, the roller method, the dipping method, the air knife method, the extrusion method, and the slide method are the same as the method for applying the semiconductor fine particle-containing layer and the dye. A hopper method, a wire bar method, a spin method, a spray method, a casting method, various printing methods and the like can be considered. In the case of a solid electrolyte or a solid hole (hole) transport material, the charge transfer layer can be formed by a dry film forming process such as a vacuum evaporation method or a CVD method, and then a counter electrode can be provided.

【0127】量産化を考える場合、固体化できない電解
液や湿式の正孔輸送材料の場合には、塗設後速やかにエ
ッジ部分を封止することで対応も可能であるが、固体化
可能な正孔輸送材料の場合は湿式付与により正孔輸送層
を膜形成した後、例えば光重合や熱ラジカル重合等の方
法により固体化することがより好ましい。このように膜
付与方式は液物性や工程条件により適宜選択すればよ
い。
In consideration of mass production, in the case of an electrolyte that cannot be solidified or a wet hole transport material, it is possible to cope by sealing the edge portion immediately after coating, but it is possible to solidify the material. In the case of a hole transport material, it is more preferable to solidify the layer by a method such as photopolymerization or thermal radical polymerization after forming the hole transport layer by wet application. As described above, the film application method may be appropriately selected depending on the physical properties of the liquid and the process conditions.

【0128】なお、電荷移動層中の水分としては10,
000ppm以下が好ましく、さらに好ましくは2,0
00ppm以下であり、特に好ましくは100ppm以
下である。
The water content in the charge transfer layer was 10,
2,000 ppm or less, more preferably 2,0 ppm
It is at most 00 ppm, particularly preferably at most 100 ppm.

【0129】対極は、光電変換素子を光電気化学電池と
したとき、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
ない。具体的に対極に用いる導電性の材料としては金属
(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、また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。対極の厚さは、特に制限は
ないが、3nm以上10μm以下であることが好まし
い。金属材料である場合は、その膜厚は好ましくは5μ
m以下であり、さらに好ましくは5nm以上3μm以下
の範囲である。
The counter electrode functions as a positive electrode of the photoelectrochemical cell when the photoelectric conversion element is a photoelectrochemical cell. As the counter electrode, a support having a conductive layer can be used as in the case of the above-described conductive support. However, the support is not necessarily required in a configuration in which the strength and the sealing property are sufficiently maintained. Specifically, as the conductive material used for the counter electrode, a metal (for example, platinum, gold, silver, copper, aluminum, rhodium,
Indium, etc.), carbon, or a conductive metal oxide (indium-tin composite oxide, tin oxide doped with fluorine, or the like). The thickness of the counter electrode is not particularly limited, but is preferably 3 nm or more and 10 μm or less. If it is a metal material, its thickness is preferably 5 μm.
m, more preferably 5 nm or more and 3 μm or less.

【0130】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。本発明の光電気化学電池においては、
導電性支持体が透明であって太陽光を支持体側から入射
させるのが好ましい。この場合対極は光を反射する性質
を有することがさらに好ましい。本発明において対極と
しては金属または導電性の酸化物を蒸着したガラスまた
はプラスチック、あるいは金属薄膜を使用できる。
For light to reach the photosensitive layer, at least one of the conductive support and the counter electrode must be substantially transparent. In the photoelectrochemical cell of the present invention,
It is preferable that the conductive support is transparent and sunlight is incident from the support side. In this case, it is more preferable that the counter electrode has a property of reflecting light. In the present invention, as the counter electrode, glass or plastic on which a metal or a conductive oxide is deposited, or a metal thin film can be used.

【0131】対極の塗設については電荷移動層の付与で
記したように、電荷移動層の上に付与する場合と先に半
導体微粒子含有層上に付与する場合の2通りある。いず
れの場合も、対極材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
材を塗布、ラミネート、蒸着、貼り合わせなどの方法に
より形成可能である。例えば、対極を貼り合わせる場合
は、上記の導電性材料を塗布、蒸着、CVD等の手法に
より導電層として設けられた基板を貼り合わせることが
できる。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、メッキ、PVD、CV
D等の手法で対極を形成することができる。
As described in the application of the charge transfer layer, there are two types of application of the counter electrode, that is, the application on the charge transfer layer and the application on the semiconductor fine particle containing layer first. In either case, depending on the type of counter electrode material and the type of charge transfer layer,
The counter electrode material can be appropriately formed on the charge transfer layer or the semiconductor fine particle-containing layer by a method such as coating, laminating, vapor deposition, or bonding. For example, in the case of attaching a counter electrode, a substrate provided as a conductive layer can be attached by a method such as application, evaporation, or CVD of the above conductive material. When the charge transfer layer is solid, the above-mentioned conductive material is directly applied thereon, plated, PVD, CV
The counter electrode can be formed by a technique such as D.

【0132】さらに、作用電極の導電性支持体または対
極に保護層、反射防止膜など、必要な他の機能の層を設
けることも可能である。このような層を多層にて機能分
離させる場合、同時多層塗布や逐次で塗布することが可
能であるが、生産性を優先させると同時多層塗布がより
好ましい。同時多層塗布では、生産性および膜付与均一
性を考えた場合、スライドホッパー法やエクストルージ
ョン法が適している。また、これらの機能層はその材料
により、蒸着や貼り付けなどの手法を用いて設けること
もできる。
Further, it is also possible to provide a layer having other necessary functions such as a protective layer and an antireflection film on the conductive support or the counter electrode of the working electrode. When such layers are separated in function by multiple layers, simultaneous multilayer coating or sequential coating can be performed, but simultaneous multilayer coating is more preferable in terms of productivity. In the simultaneous multi-layer coating, the slide hopper method and the extrusion method are suitable in consideration of productivity and uniformity of film formation. In addition, these functional layers can be provided by a technique such as vapor deposition or pasting depending on the material.

【0133】本発明の光電気化学電池では構成物の劣化
や内容物の揮散を防止するために電池の側面をポリマー
や接着剤等で密封するのが好ましい。
In the photoelectrochemical cell of the present invention, it is preferable to seal the side surface of the cell with a polymer, an adhesive or the like in order to prevent deterioration of components and volatilization of contents.

【0134】次に本発明の光電変換素子をいわゆる太陽
電池に適用する場合のセル構造およびモジュール構造に
ついて説明する。
Next, a cell structure and a module structure when the photoelectric conversion element of the present invention is applied to a so-called solar cell will be described.

【0135】色素増感型太陽電池のセル内部の構造は、
基本的には上述した光電変換素子や光電気化学電池と同
じであるが、図2または図3に示すように目的に合わせ
様々な形態が可能である。大きく二つに分ければ、両面
から光の入射が可能な構造[図2(a)(d)、図3
(g)]と、片面からのみ可能なタイプ[図2(b)
(c)、図3(e)(f)(h)]である。
The structure inside the cell of the dye-sensitized solar cell is as follows:
It is basically the same as the above-mentioned photoelectric conversion element or photoelectrochemical cell, but various forms are possible according to the purpose as shown in FIG. 2 or FIG. When roughly divided into two, a structure that allows light to enter from both sides [FIGS. 2 (a) and (d), FIG.
(G)] and a type that can be used only from one side [FIG. 2 (b)
(C) and FIGS. 3 (e) (f) (h)].

【0136】図2(a)は、透明導電層12間に、色素
吸着半導体微粒子含有層である色素吸着TiO2層10
と、電荷移動層11とを介在させた構造である。図2
(b)は、透明基板13上に一部金属リード9を設け、
さらに透明導電層12を設け、下塗り層14、色素吸着
TiO2層10、電荷移動層11および金属層8をこの
順で設け、さらに支持基板15を配置した構造である。
図2(c)は、支持基板15上にさらに金属層8を有
し、下塗り層14を介して色素吸着TiO2層10を設
け、さらに電荷移動層11と透明導電層12とを設け、
一部に金属リード9を設けた透明基板13を、金属リー
ド9側を内側にして配置した構造である。図2(d)
は、透明基板13上に一部金属リード9を設け、さらに
透明導電層12を設けたものの間に下塗り層14と色素
吸着TiO2層10と電荷移動層11とを介在させた構
造である。図3(e)は、透明基板13上に透明導電層
12を有し、下塗り層14を介して色素吸着TiO2
10を設け、さらに電荷移動層11および金属層8を設
け、この上に支持基板15を配置した構造である。図3
(f)は、支持基板15上に金属層8を有し、下塗り層
14を介して色素吸着TiO2層10を設け、さらに電
荷移動層11および透明導電層12を設け、この上に透
明基板13を配置した構造である。図3(g)は、透明
導電層12を有する透明基板13間に、透明導電性層1
2を内側にして、下塗り層14、色素吸着TiO2層1
0および電荷移動層11を介在させた構造である。図3
(h)は、支持基板15上に金属層8を設け、下塗り層
14を介して色素吸着TiO2層10を設け、さらに固
体の電荷移動層16を設け、この上に一部金属層8また
は金属リード9を有する構造である。
FIG. 2A shows a dye-adsorbed TiO 2 layer 10 which is a layer containing dye-adsorbed semiconductor fine particles between transparent conductive layers 12.
And the charge transfer layer 11. FIG.
(B), a metal lead 9 is partially provided on a transparent substrate 13;
Further, a transparent conductive layer 12 is provided, an undercoat layer 14, a dye-adsorbed TiO 2 layer 10, a charge transfer layer 11 and a metal layer 8 are provided in this order, and a support substrate 15 is further provided.
FIG. 2 (c) shows that a metal layer 8 is further provided on a support substrate 15, a dye-adsorbed TiO 2 layer 10 is provided via an undercoat layer 14, and a charge transfer layer 11 and a transparent conductive layer 12 are further provided.
This is a structure in which a transparent substrate 13 partially provided with a metal lead 9 is arranged with the metal lead 9 side inside. FIG. 2 (d)
Has a structure in which a metal lead 9 is partially provided on a transparent substrate 13, and an undercoat layer 14, a dye-adsorbed TiO 2 layer 10, and a charge transfer layer 11 are interposed between a transparent conductive layer 12 and a transparent conductive layer 12. FIG. 3 (e) has a transparent conductive layer 12 on a transparent substrate 13, a dye-adsorbed TiO 2 layer 10 is provided via an undercoat layer 14, and a charge transfer layer 11 and a metal layer 8 are further provided thereon. This is a structure in which a support substrate 15 is arranged. FIG.
(F) has a metal layer 8 on a support substrate 15, a dye-adsorbed TiO 2 layer 10 is provided via an undercoat layer 14, a charge transfer layer 11 and a transparent conductive layer 12 are further provided, and a transparent substrate 13 is arranged. FIG. 3 (g) shows a transparent conductive layer 1 between transparent substrates 13 having a transparent conductive layer 12.
2 on the inside, the undercoat layer 14, the dye-adsorbed TiO 2 layer 1
0 and the charge transfer layer 11 are interposed. FIG.
(H), a metal layer 8 is provided on a support substrate 15, a dye-adsorbed TiO 2 layer 10 is provided via an undercoat layer 14, a solid charge transfer layer 16 is further provided, and a part of the metal layer 8 or This is a structure having metal leads 9.

【0137】本発明の色素増感型太陽電池のモジュール
構造は、従来の太陽電池モジュールと基本的には同様の
構造をとりうる。一般的には、金属・セラミック等の支
持基板の上にセルが構成され、その上を充填樹脂や保護
ガラス等で覆い、支持基板の反対側から光を取り込む構
造とすることができるが、支持基板に強化ガラス等の透
明材料を用い、その上にセルを構成してその透明の支持
基板側から光を取り込むことも可能である。具体的に
は、スーパーストレートタイプ、サブストレートタイ
プ、ポッティングタイプと呼ばれるモジュール構造ある
いはアモルファスシリコン太陽電池などで用いられる基
板一体型などのモジュール構造が可能である。これらの
モジュール構造は使用目的や使用場所(環境)により適
宜選択できる。本発明の素子を基板一体型でモジュール
化した例を図4に示す。
The module structure of the dye-sensitized solar cell of the present invention can have basically the same structure as a conventional solar cell module. Generally, a cell is formed on a supporting substrate such as a metal or ceramic, and the cell is covered with a filling resin or a protective glass or the like, and light can be taken in from the opposite side of the supporting substrate. It is also possible to use a transparent material such as tempered glass for the substrate, form a cell thereon, and take in light from the transparent support substrate side. Specifically, a module structure called a superstrate type, a substrate type, or a potting type, or a module structure such as an integrated substrate type used in an amorphous silicon solar cell or the like is possible. These module structures can be appropriately selected depending on the purpose of use and the place of use (environment). FIG. 4 shows an example in which the element of the present invention is formed into a module with an integrated substrate.

【0138】図4の構造は、透明基板13の一方の面上
に透明導電層12を有し、この上にさらに色素吸着Ti
2層10、固体の電荷移動層16および金属層8を設
けたセルをモジュール化したものであり、透明基板13
の他方の面には反射防止層17が設けられている。この
場合、入射光の利用効率を高めるために、感光部である
色素吸着TiO2層10の面積比率(光の入射面である
透明基板13側から見たときの面積比率)を大きくした
方が好ましい。
The structure shown in FIG. 4 has a transparent conductive layer 12 on one surface of a transparent substrate 13, on which a dye-adsorbed Ti
A cell provided with an O 2 layer 10, a solid charge transfer layer 16 and a metal layer 8 is modularized and comprises a transparent substrate 13.
An anti-reflection layer 17 is provided on the other surface. In this case, in order to increase the utilization efficiency of incident light, it is preferable to increase the area ratio of the dye-adsorbed TiO 2 layer 10 as the photosensitive portion (the area ratio when viewed from the transparent substrate 13 side which is the light incident surface). preferable.

【0139】スーパーストレートタイプやサブストレー
トタイプの代表的な構造は、片側または両側が透明で反
射防止処理を施された支持基板の間に、一定間隔にセル
が配置され、隣り合うセル間が金属リードまたはフレキ
シブル配線等によって接続されており、外縁部に集電電
極を配置して、発生した電力を外部に取り出す構造にな
っている。基板とセルの間には、セルの保護や集電効率
アップのため、目的に応じ、エチレンビニルアセテート
(EVA)等様々な種類のプラスチック材料をフイルム
または充填樹脂の形で用いることができる。また、外部
からの衝撃が少ないところなど表面を硬い素材で覆う必
要のない場所に使う場合には、表面保護層を透明プラス
チックフイルムで構成したり、または、上記充填・封止
材料を硬化させることによって保護機能を付与し、片側
の支持基板をなくすことも可能である。支持基板の周囲
は、内部の密封およびモジュールの剛性確保のため、金
属製のフレームでサンドイッチ状に固定し、支持基板と
フレームの間は封止材で密封シールする。
In a typical structure of a superstrate type or a substrate type, cells are arranged at a fixed interval between supporting substrates which are transparent on one or both sides and have been subjected to an anti-reflection treatment, and metal leads or adjacent cells are provided between adjacent cells. They are connected by a flexible wiring or the like, and have a structure in which current collecting electrodes are arranged on the outer edge to take out generated power to the outside. Various types of plastic materials such as ethylene vinyl acetate (EVA) can be used between the substrate and the cell in the form of a film or a filling resin, depending on the purpose, in order to protect the cell and increase current collection efficiency. When using in places where it is not necessary to cover the surface with a hard material, such as places where there is little external impact, make the surface protective layer a transparent plastic film or cure the above-mentioned filling and sealing material. It is also possible to provide a protection function and eliminate the support substrate on one side. The periphery of the support substrate is fixed in a sandwich shape with a metal frame in order to seal the inside and ensure the rigidity of the module, and the space between the support substrate and the frame is hermetically sealed with a sealing material.

【0140】また、セルそのものや支持基板、充填材お
よび封止部材に可撓性の素材を用いれば、曲面の上に太
陽電池を構成することもできる。このように、使用目的
や使用環境に合わせて様々な形状・機能を持つ太陽電池
を製作することができる。
If a flexible material is used for the cell itself, the support substrate, the filler and the sealing member, a solar cell can be formed on a curved surface. In this way, solar cells having various shapes and functions according to the purpose of use and environment of use can be manufactured.

【0141】スーパーストレートタイプの太陽電池モジ
ュールは、例えば、基板供給装置から送り出されたフロ
ント基板をベルトコンベヤ等で搬送しながら、その上に
セルを封止材・セル間接続用リード線・背面封止材等と
共に順次積層した後、背面基板または背面カバーを乗
せ、外縁部にフレームをセットして作ることができる。
A super-straight type solar cell module is, for example, a method in which a front substrate sent out from a substrate supply device is conveyed by a belt conveyor or the like, and a cell is placed thereon with a sealing material, an inter-cell connection lead wire, and a back surface sealing. After laminating sequentially with materials and the like, a back substrate or a back cover can be placed, and a frame can be set on the outer edge to make it.

【0142】一方、サブストレートタイプの場合、基板
供給装置から送り出された支持基板をベルトコンベヤ等
で搬送しながら、その上にセルをセル間接続用リード線
・封止材等と共に順次積層した後、フロントカバーを乗
せ、周縁部にフレームをセットして作製することができ
る。
On the other hand, in the case of the substrate type, while the support substrate sent out from the substrate supply device is conveyed by a belt conveyor or the like, the cells are sequentially laminated thereon with the lead wires for cell connection, the sealing material, and the like. It can be manufactured by placing a front cover and setting a frame on the periphery.

【0143】図4に示した構造のモジュールは、支持基
板上に透明電極・感光層・電荷移動層・裏面電極等が立
体的かつ一定間隔で配列されるように、選択メッキ・選
択エッチング・CVD・PVDといった半導体プロセス
技術、あるいはパターン塗布または広幅で塗布した後に
レーザースクライビングやプラズマCVM(Solar Ener
gy Materials and Solar Cells, 48, p373-381等に記
載)または研削等の機械的手法などの方法でパターニン
グすることができ、これらにより所望のモジュール構造
を得ることができる。
In the module having the structure shown in FIG. 4, selective plating, selective etching, and CVD are performed so that a transparent electrode, a photosensitive layer, a charge transfer layer, a back surface electrode, and the like are arranged three-dimensionally at regular intervals on a supporting substrate.・ Laser scribing or plasma CVM (Solar Ener) after semiconductor process technology such as PVD, or pattern application or wide application
gy Materials and Solar Cells, 48, p373-381) or a mechanical method such as grinding or the like, and a desired module structure can be obtained.

【0144】以下にその他の部材や工程について詳述す
る。封止材料としては、液状のEVA(エチレンビニル
アセテート)やフッ化ビニリデン共重合体とアクリル樹
脂の混合物、フイルム状のEVA等、耐候性付与・電気
絶縁性付与・集光効率向上・セル保護性(耐衝撃性)向上
等の目的に応じ様々な素材が使用可能である。
Hereinafter, other members and steps will be described in detail. Examples of the sealing material include liquid EVA (ethylene vinyl acetate), a mixture of a vinylidene fluoride copolymer and an acrylic resin, and a film-like EVA, which provide weather resistance, electric insulation, light collection efficiency, and cell protection. Various materials can be used according to the purpose of (impact resistance) improvement and the like.

【0145】これらを、セル上に固定する方法として
は、封止材の物性に合わせ、フイルム状の素材ではロー
ル加圧後加熱密着や真空加圧後加熱密着、液またはペー
スト状の材料ではロールコート、バーコート、スプレー
コート、スクリーン印刷等の様々な方法がある。
These are fixed on the cell according to the physical properties of the sealing material. For film-like materials, heat contact after roll pressing or heat contact after vacuum pressing, or for liquid or paste-like materials, There are various methods such as coating, bar coating, spray coating, screen printing and the like.

【0146】また、透明フィラーを封止材に混入して強
度を上げたり、光透過率を上げることができる。
In addition, a transparent filler can be mixed into the sealing material to increase the strength and the light transmittance.

【0147】モジュール外縁と周縁を囲むフレームとの
間は、耐候性・防湿性が高い樹脂を使って封止するとよ
い。
The space between the outer edge of the module and the frame surrounding the peripheral edge is preferably sealed with a resin having high weather resistance and moisture resistance.

【0148】支持基板としてPET・PEN等の可撓性
素材を用いる場合は、ロール状の支持体を繰り出してそ
の上にセルを構成した後、上記の方法で連続して封止層
を積層することができ、生産性の高い工程を造ることが
できる。
When a flexible material such as PET or PEN is used as the support substrate, a roll-shaped support is drawn out to form cells thereon, and then the sealing layer is continuously laminated by the above-described method. And a highly productive process can be made.

【0149】発電効率を上げるため、モジュールの光取
り込み側の基板(一般的には強化ガラス)の表面には反
射防止処理が施される。これには、反射防止膜をラミネ
ートする方法、反射防止層をコーティングする方法があ
る。
In order to increase the power generation efficiency, the surface of the substrate (generally tempered glass) on the light intake side of the module is subjected to an anti-reflection treatment. This includes a method of laminating an antireflection film and a method of coating an antireflection layer.

【0150】また、セルの表面をグルービングまたはテ
クスチャリング等の方法で処理することによって入射し
た光の利用効率を高めることが可能である。
Further, by treating the surface of the cell by a method such as grooving or texturing, it is possible to increase the utilization efficiency of incident light.

【0151】発電効率を上げるためには、光を損失なく
モジュール内に取り込むことが最重要だが、光電変換層
を透過してその内側まで到達した光を反射させて光電変
換層側に効率良く戻すことも重要である。このために
は、支持基板面を鏡面研磨した後、AgやAl等を蒸着
またはメッキする方法、セルの最下層にAl−Mgまた
はAl−Tiなどの合金層を反射層として設ける方法、
あるいは、アニール処理によって最下層にテクスチャー
構造を作り反射率を高める方法等がある。
In order to increase the power generation efficiency, it is most important that the light is taken into the module without loss. However, the light that has passed through the photoelectric conversion layer and reached the inside thereof is reflected and efficiently returned to the photoelectric conversion layer side. It is also important. For this purpose, after mirror-polishing the surface of the supporting substrate, a method of depositing or plating Ag or Al or the like, a method of providing an alloy layer such as Al-Mg or Al-Ti as a reflective layer on the lowermost layer of the cell,
Alternatively, there is a method in which a texture structure is formed in the lowermost layer by annealing to increase the reflectance.

【0152】発電効率を上げるためには、セル間接続抵
抗を小さくすることが、内部電圧降下を抑える意味で重
要である。
In order to increase the power generation efficiency, it is important to reduce the connection resistance between cells in order to suppress the internal voltage drop.

【0153】ワイヤーボンディングや導電性のフレキシ
ブルシートで接続するのが一般的だが、導電性粘着テー
プや導電性接着剤を使ってセルの固定機能と電気的な接
続機能を兼ねる方法、導電性ホットメルトを所望の位置
にパターン塗布する方法等が有る。
Although connection is generally made by wire bonding or a conductive flexible sheet, a method of using a conductive pressure-sensitive adhesive tape or conductive adhesive to have both a cell fixing function and an electrical connection function, a conductive hot melt Is applied to a desired position in a pattern.

【0154】ポリマーフィルムなどのフレキシブル支持
体を使った太陽電池では、ロール状の支持体を送り出し
ながら半導体の塗設の説明で示した方法によって、順
次、セルを形成・所望のサイズに切断した後、周縁部を
フレキシブルで防湿性のある素材でシールして、電池本
体を作製できる。また、Solar Energy Materials andSo
lar Cells, 48, p383-391記載の「SCAF」とよばれ
るモジュール構造とすることもできる。
In the case of a solar cell using a flexible support such as a polymer film, the cells are sequentially formed and cut into a desired size by the method described in the description of the coating of the semiconductor while feeding the roll-shaped support. In addition, the periphery can be sealed with a flexible and moisture-proof material to produce a battery body. Also, Solar Energy Materials andSo
LAR Cells, 48, p383-391, and a module structure called “SCAF” can also be used.

【0155】フレキシブル支持体の太陽電池では、更に
これを曲面ガラス等に接着固定して使用することもでき
る。
In the case of a solar cell having a flexible support, it can be further used by bonding it to a curved glass or the like.

【0156】[0156]

【実施例】以下、本発明を比較例とともに示す実施例に
よって具体的に説明する。実施例および比較例で用いた
色素は下記に示す通りである。
The present invention will be specifically described below with reference to examples showing comparative examples. Dyes used in Examples and Comparative Examples are as shown below.

【0157】[0157]

【化34】 Embedded image

【0158】[実施例1] 1.二酸化チタン分散液の調製 内側をテフロンコーティングした内容積200mlのステ
ンレス製ベッセルに二酸化チタン(日本アエロジル社
Degussa P−25)15g、水45g、分散剤
(アルドリッチ社製、Triton X−100)1
g、直径0.5mmのジルコニアビーズ(ニッカトー社
製)30gを入れ、サンドグラインダーミル(アイメッ
クス社製)を用いて1500rpmにて2時間分散し
た。分散物からジルコニアビーズをろ過して除いた。こ
の場合の二酸化チタンの平均粒径は2.5μmであっ
た。このときの粒径はMALVERN社製マスターサイ
ザーにて測定したものである。
[Example 1] 1. Preparation of Titanium Dioxide Dispersion Titanium dioxide (Nippon Aerosil Co., Ltd.)
Degussa P-25) 15 g, water 45 g, dispersant (Triton X-100, manufactured by Aldrich) 1
g of zirconia beads having a diameter of 0.5 mm (manufactured by Nikkato Co., Ltd.), and dispersed for 2 hours at 1500 rpm using a sand grinder mill (manufactured by Imex). The zirconia beads were removed by filtration from the dispersion. In this case, the average particle size of the titanium dioxide was 2.5 μm. The particle size at this time was measured with a master sizer manufactured by MALVERN.

【0159】2.色素を吸着したTiO2電極の作製 フッ素をドープした酸化スズをコーティングした導電性
ガラス(旭硝子製TCOガラス-Uを20mm×20mmの大
きさに切断加工したもの)の導電面側にガラス棒を用い
て上記の分散液を塗布した。この際、導電面側の一部
(端から3mm)に粘着テープを張ってスペーサーとし、
粘着テープが両端に来るようにガラスを並べて一度に8
枚ずつ塗布した。塗布後、粘着テープを剥離し、室温で
1日間風乾した。次に、このガラスを電気炉(ヤマト科
学製マッフル炉FP−32型)に入れ、450℃にて3
0分間焼成し、TiO2電極を得た。この電極を用い次
のニつの方法で色素吸着電極を作製した。 (方法1)この電極を取り出し冷却した後、色素と本発
明のエステル化合物をDMSO/エタノール(体積比
2.5/97.5)に溶かした溶液(色素:1×10-4
モル/リットル)に15時間浸漬した。 (方法2)この電極を取り出し冷却した後、色素をDM
SO/エタノール(体積比2.5/97.5)に溶かし
た溶液(色素:1×10-4モル/リットル)に15時間
浸漬した。その後、DMSO/エタノール(体積比2.
5/97.5)に本発明のエステル化合物(10mM)
を添加した溶液中に浸漬した。この後、色素の染着した
TiO2電極を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とした。なお、導電性
ガラスの表面抵抗は約30Ω/□であった。作製した電
極に用いた色素、エステル化合物、添加方法および添加
量(方法1の場合は色素に対するモル比で表す)の組合
せを表1に示す。また、エステル化合物を用いないこと
以外は実施例と同様にして表1に示す比較電池1および
2を作製した。
[0159] 2. Preparation of TiO 2 electrode adsorbing dyes Conductive glass coated with fluorine-doped tin oxide (TCO glass-U manufactured by Asahi Glass Co., Ltd. cut into a size of 20 mm x 20 mm) using a glass rod on the conductive surface side To apply the above dispersion. At this time, adhesive tape is applied to a part (3 mm from the end) on the conductive surface side as a spacer,
Arrange the glass so that the adhesive tape is
It was applied one by one. After application, the adhesive tape was peeled off and air-dried at room temperature for one day. Next, this glass was placed in an electric furnace (muffle furnace FP-32 manufactured by Yamato Scientific Co., Ltd.) and heated at 450 ° C. for 3 hours.
After baking for 0 minutes, a TiO 2 electrode was obtained. Using this electrode, a dye-adsorbing electrode was prepared by the following two methods. (Method 1) After taking out the electrode and cooling, a solution of the dye and the ester compound of the present invention in DMSO / ethanol (volume ratio 2.5 / 97.5) (dye: 1 × 10 −4).
Mol / l) for 15 hours. (Method 2) After taking out the electrode and cooling, the dye was DM
It was immersed in a solution (dye: 1 × 10 −4 mol / l) dissolved in SO / ethanol (volume ratio 2.5 / 97.5) for 15 hours. Then, DMSO / ethanol (volume ratio 2.
5 / 97.5) to the ester compound of the present invention (10 mM)
Was immersed in the solution to which was added. Thereafter, the TiO 2 electrode on which the dye was dyed was immersed in 4-tert-butylpyridine for 15 minutes, washed with ethanol, and air-dried. The thickness of the photosensitive layer thus obtained was 10 μm, and the coating amount of the semiconductor fine particles was 20 g / m 2 . The surface resistance of the conductive glass was about 30Ω / □. Table 1 shows combinations of dyes, ester compounds, addition methods, and addition amounts (in the case of Method 1, represented by a molar ratio to the dye) used in the manufactured electrode. Comparative batteries 1 and 2 shown in Table 1 were produced in the same manner as in Example except that no ester compound was used.

【0160】3.光電気化学電池作製 上述のようにして作製した色増感されたTiO2電極基
板(2cm×2cm)をこれと同じ大きさの白金蒸着ガラス
と重ね合わせた。次に、両ガラスの隙間に毛細管現象を
利用して電解液(メトキシプロピオニトリルに電解質と
して1-メチル-3-ヘキシルイミダゾリウムのヨウ素塩
0.65モル/リットルおよびヨウ素0.05モル/リ
ットルを加えたもの)をしみこませ、TiO2電極中に
導入し、光電気化学電池を得た。本実施例により、図1
に示したとおり、導電性ガラス1(ガラス上に導電剤層
2が設層されたもの)、TiO2層3、色素層4、電解
液5、白金層6およびガラス7を順に積層しエポキシ系
封止剤で封止された光電気化学電池が作製された。
[0160] 3. Preparation of Photoelectrochemical Cell The color-sensitized TiO 2 electrode substrate (2 cm × 2 cm) prepared as described above was overlaid with platinum-deposited glass of the same size. Next, an electrolytic solution (i.e., 0.65 mol / liter of 1-methyl-3-hexylimidazolium iodide as an electrolyte in methoxypropionitrile and 0.05 mol / liter of iodine was used as an electrolyte in the gap between the two glasses by using capillary action). Was added to the mixture and introduced into a TiO 2 electrode to obtain a photoelectrochemical cell. According to this embodiment, FIG.
As shown in the figure, a conductive glass 1 (having a conductive agent layer 2 provided on the glass), a TiO 2 layer 3, a dye layer 4, an electrolytic solution 5, a platinum layer 6, and a glass 7 are laminated in this order to obtain an epoxy-based resin. A photoelectrochemical cell sealed with a sealant was produced.

【0161】4.光電変換効率の測定 本発明の光電変換素子の光電変換能として光電変換効率
を次のようにして測定した。500Wのキセノンランプ
(ウシオ製)の光を分光フィルター(Oriel社製A
M1.5)およびシャープカットフィルター(Kenko
L−42)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86mW/cm2であ
った。作製した光電気化学電池に模擬太陽光を照射し、
発生した電気を電流電圧測定装置(ケースレーSMU23
8型)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(η)を表1に記載した。
4. Measurement of Photoelectric Conversion Efficiency The photoelectric conversion efficiency of the photoelectric conversion element of the present invention was measured as follows. A 500 W xenon lamp (Ushio) is used to filter the light through a spectral filter (Oriel A).
M1.5) and sharp cut filter (Kenko)
L-42) to generate simulated sunlight containing no ultraviolet light. The intensity of this light was 86 mW / cm 2 . The fabricated photoelectrochemical cell is irradiated with simulated sunlight,
The generated electricity is measured by a current-voltage measuring device (Keisley SMU23
8). Table 1 shows the conversion efficiency (η) of the photoelectrochemical cell thus obtained.

【0162】[0162]

【表1】 [Table 1]

【0163】[0163]

【発明の効果】本発明により、光電変換効率の優れた光
電変換素子および光電気化学電池が得られた。
According to the present invention, a photoelectric conversion element and a photoelectrochemical cell having excellent photoelectric conversion efficiency can be obtained.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】実施例で作成した光電気化学電池の構成を示す
断面図である。
FIG. 1 is a cross-sectional view illustrating a configuration of a photoelectrochemical cell prepared in an example.

【図2】光電気化学電池の基本的な構成例を示す断面図
である。
FIG. 2 is a cross-sectional view showing a basic configuration example of a photoelectrochemical cell.

【図3】光電気化学電池の基本的な構成例を示す断面図
である。
FIG. 3 is a cross-sectional view illustrating a basic configuration example of a photoelectrochemical cell.

【図4】基板一体型のモジュール構成例を示す断面図で
ある。
FIG. 4 is a cross-sectional view showing an example of a module configuration of a substrate integrated type.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 導電性ガラス 2 導電剤層 3 TiO2層 4 色素層 5 電解液 6 白金層 7 ガラス 8 金属層 9 金属リード 10 色素吸着TiO2層 11 電荷移動層 12 透明導電層 13 透明基板 14 下塗り層 15 支持基板 16 固体の電荷移動層 17 反射防止層REFERENCE SIGNS LIST 1 conductive glass 2 conductive agent layer 3 TiO 2 layer 4 dye layer 5 electrolytic solution 6 platinum layer 7 glass 8 metal layer 9 metal lead 10 dye-adsorbed TiO 2 layer 11 charge transfer layer 12 transparent conductive layer 13 transparent substrate 14 undercoat layer 15 Support substrate 16 Solid charge transfer layer 17 Antireflection layer

フロントページの続き (72)発明者 岡崎 正樹 神奈川県南足柄市中沼210番地 富士写真 フイルム株式会社内 Fターム(参考) 5F051 AA14 5H032 AA06 AS16 BB00 BB05 EE02 EE16 EE17 HH00 HH01 Continued on the front page (72) Inventor Masaki Okazaki 210 Nakanakanuma, Minamiashigara-shi, Kanagawa Prefecture Fuji Photo Film Co., Ltd. F-term (reference) 5F051 AA14 5H032 AA06 AS16 BB00 BB05 EE02 EE16 EE17 HH00 HH01

Claims (14)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 色素により増感された半導体微粒子であ
って、色素以外にエステル化合物を半導体に吸着させた
ことを特徴とする半導体微粒子。
1. Semiconductor fine particles sensitized by a dye, wherein an ester compound is adsorbed on the semiconductor in addition to the dye.
【請求項2】 前記エステル化合物が下記一般式(A)
で表される化合物であることを特徴とする請求項1の半
導体微粒子。 一般式(A) R1−L−Z−R2 (W) (式(A)中、R1およびR2は、それぞれ独立にアルキ
ル基、アルケニル基、アルキニル基、環状の脂肪族基、
芳香族基またはヘテロ環基を表し、これらは置換基を有
していても縮環していてもよく、また、R1とR2は連結
して環を形成してもよい。Lは単結合または二価の連結
基を表す。Zはエステル結合を表し、(W)は分子の電
荷を中和するのに必要な対イオンを表す。)
2. The ester compound represented by the following general formula (A)
2. The semiconductor fine particles according to claim 1, which is a compound represented by the formula: Formula (A) R 1 -LZR 2 (W) (In Formula (A), R 1 and R 2 each independently represent an alkyl group, an alkenyl group, an alkynyl group, a cyclic aliphatic group,
Represents an aromatic group or a heterocyclic group, which may have a substituent or may be condensed, and R 1 and R 2 may be linked to form a ring. L represents a single bond or a divalent linking group. Z represents an ester bond, and (W) represents a counter ion necessary to neutralize the charge of the molecule. )
【請求項3】 一般式(A)において、R1が炭素数2
0以下の置換または無置換のアルキル基であることを特
徴とする請求項2の半導体微粒子。
3. In the general formula (A), R 1 has 2 carbon atoms.
3. The semiconductor fine particles according to claim 2, wherein the substituted or unsubstituted alkyl group is 0 or less.
【請求項4】 一般式(A)において、R1が炭素数2
5以下の環状の脂肪族基であることを特徴とする請求項
2の半導体微粒子。
4. In the general formula (A), R 1 has 2 carbon atoms.
3. The semiconductor fine particles according to claim 2, wherein the number of cyclic aliphatic groups is 5 or less.
【請求項5】 一般式(A)において、R1が炭素数1
3以下の芳香族基またはヘテロ環であることを特徴とす
る請求項2の半導体微粒子。
5. In the general formula (A), R 1 has 1 carbon atom.
3. The semiconductor fine particles according to claim 2, wherein the number of the aromatic fine particles is 3 or less.
【請求項6】 Zがカルボン酸、スルホン酸またはホス
ホン酸のエステル結合であることを特徴とする請求項2
〜5のいずれかの半導体微粒子。
6. The method according to claim 2, wherein Z is an ester bond of a carboxylic acid, a sulfonic acid or a phosphonic acid.
Any one of the semiconductor fine particles according to any one of (1) to (5).
【請求項7】 前記色素がルテニウム錯体色素、フタロ
シアニン系色素およびポリメチン色素から選ばれる色素
であることを特徴とする請求項1〜6のいずれかの半導
体微粒子。
7. The semiconductor fine particles according to claim 1, wherein said dye is a dye selected from a ruthenium complex dye, a phthalocyanine dye and a polymethine dye.
【請求項8】 前記半導体微粒子が金属酸化物微粒子で
ある請求項1〜7のいずれかの半導体微粒子。
8. The semiconductor fine particles according to claim 1, wherein said semiconductor fine particles are metal oxide fine particles.
【請求項9】 前記半導体微粒子が二酸化チタンである
請求項1〜8のいずれかの半導体微粒子。
9. The semiconductor fine particles according to claim 1, wherein said semiconductor fine particles are titanium dioxide.
【請求項10】 請求項1〜9のいずれかの半導体微粒
子を用いた光電変換素子。
10. A photoelectric conversion element using the semiconductor fine particles according to claim 1.
【請求項11】 色素により増感された半導体微粒子の
製造方法において、 a)色素と共にエステル化合物を共存させた溶液に半導
体微粒子を浸漬させる工程、 b)色素を半導体微粒子に吸着させた後、該半導体微粒
子をエステル化合物を含む溶液に浸漬させる工程、 の少なくともいずれかの工程を経ることを特徴とする半
導体微粒子の製造方法。
11. A method for producing semiconductor fine particles sensitized by a dye, comprising: a) a step of immersing the semiconductor fine particles in a solution in which an ester compound is present together with the dye; and b) adsorbing the dye to the semiconductor fine particles. A method of immersing the semiconductor fine particles in a solution containing an ester compound.
【請求項12】 前記エステル化合物が下記一般式
(A)で表される化合物であることを特徴とする請求項
11の半導体微粒子の製造方法。 一般式(A) R1−L−Z−R2 (W) (式(A)中R1およびR2は、それぞれ独立にアルキル
基、アルケニル基、アルキニル基、環状の脂肪族基、芳
香族基またはヘテロ環基を表し、これらは置換基を有し
ていても縮環していてもよく、また、R1とR2は連結し
て環を形成してもよい。Lは単結合または二価の連結基
を表す。Zはエステル結合を表し、(W)は分子の電荷
を中和するのに必要な対イオンを表す。)
12. The method according to claim 11, wherein the ester compound is a compound represented by the following general formula (A). Formula (A) R 1 -LZR 2 (W) (In Formula (A), R 1 and R 2 each independently represent an alkyl group, an alkenyl group, an alkynyl group, a cyclic aliphatic group, or an aromatic group. A heterocyclic group or a heterocyclic group, which may have a substituent or may be condensed, and R 1 and R 2 may be linked to form a ring. Represents a divalent linking group, Z represents an ester bond, and (W) represents a counter ion necessary for neutralizing the charge of the molecule.)
【請求項13】 請求項11のa)の工程において、色
素とエステル化合物が共存する溶液中のエステル化合物
の濃度が色素に対してモル比で1〜1000倍量共存し
ていることを特徴とする請求項11または12の半導体
微粒子の製造方法。
13. The method according to claim 11, wherein the concentration of the ester compound in the solution in which the dye and the ester compound coexist is 1 to 1000 times in molar ratio with respect to the dye in the step of a). The method for producing semiconductor fine particles according to claim 11 or 12, wherein
【請求項14】 請求項11のb)の工程において、エ
ステル化合物を含む浸漬液中のエステル化合物のモル濃
度が0.1mM〜1Mであることを特徴とする請求項1
1または12の半導体微粒子の製造方法。
14. The method according to claim 1, wherein in the step (b), the molar concentration of the ester compound in the immersion liquid containing the ester compound is 0.1 mM to 1M.
13. The method for producing semiconductor fine particles according to 1 or 12.
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