[go: up one dir, main page]

JP2011034813A - Photoelectric element - Google Patents

Photoelectric element Download PDF

Info

Publication number
JP2011034813A
JP2011034813A JP2009180174A JP2009180174A JP2011034813A JP 2011034813 A JP2011034813 A JP 2011034813A JP 2009180174 A JP2009180174 A JP 2009180174A JP 2009180174 A JP2009180174 A JP 2009180174A JP 2011034813 A JP2011034813 A JP 2011034813A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
transport layer
electron transport
redox
layer
electrode
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP2009180174A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP5480552B2 (en
Inventor
Takashi Sekiguchi
隆史 関口
Shingo Kanbe
伸吾 神戸
Takeyuki Yamaki
健之 山木
Mitsuo Yaguchi
充雄 矢口
Toshio Suzuka
理生 鈴鹿
Hiroyuki Nishide
宏之 西出
Kenichi Koyaizu
研一 小柳津
Fumiaki Kato
文昭 加藤
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Waseda University
Panasonic Electric Works Co Ltd
Original Assignee
Waseda University
Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority to JP2009180174A priority Critical patent/JP5480552B2/en
Application filed by Waseda University, Panasonic Electric Works Co Ltd filed Critical Waseda University
Priority to US13/379,114 priority patent/US8841550B2/en
Priority to CN201080027326.3A priority patent/CN102804481B/en
Priority to PCT/JP2010/060245 priority patent/WO2010147162A1/en
Priority to KR1020117031440A priority patent/KR101331109B1/en
Priority to EP10789536.9A priority patent/EP2445051B1/en
Priority to TW099119927A priority patent/TW201117456A/en
Publication of JP2011034813A publication Critical patent/JP2011034813A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP5480552B2 publication Critical patent/JP5480552B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50Photovoltaic [PV] energy
    • Y02E10/549Organic PV cells

Landscapes

  • Photovoltaic Devices (AREA)
  • Hybrid Cells (AREA)

Abstract

【課題】優れた電子輸送特性と十分広い界面を有する電子輸送層を備え、変換効率に優れた光電気素子を提供する。
【解決手段】一対の電極の間に、一方の電極に接して電子輸送層を、他方の電極の間に接して正孔輸送層をそれぞれ備えて形成される光電気素子に関する。電子輸送層は、繰り返し酸化還元が可能な酸化還元部を有する有機化合物と、酸化還元部の還元状態を安定化させる電解質溶液を含んで形成されている。また電子輸送層は、電子輸送層が接する電極側に向けて酸化還元電位が貴から卑に傾斜している。
【選択図】図1
Provided is an optoelectric device having an electron transport layer having excellent electron transport characteristics and a sufficiently wide interface, and having excellent conversion efficiency.
The present invention relates to an optoelectric device formed between a pair of electrodes and having an electron transport layer in contact with one electrode and a hole transport layer in contact with the other electrode. The electron transport layer is formed by including an organic compound having a redox part that can be repeatedly redox, and an electrolyte solution that stabilizes the reduction state of the redox part. In addition, the redox potential of the electron transport layer is inclined from noble to base toward the electrode side in contact with the electron transport layer.
[Selection] Figure 1

Description

本発明は、光を電気に、あるいは電気を光に変換する光電気素子に関するものである。   The present invention relates to a photoelectric element that converts light into electricity or electricity into light.

近年、光電池や太陽電池等の光電変換による発電素子、有機ELなどの発光素子、エレクトロクロミック表示素子や電子ペーパーなどの光学表示素子、温度・光などを感知するセンサ素子等に、光電気素子が用いられている。   In recent years, photoelectric elements have been used for photoelectric conversion elements such as photovoltaic cells and solar cells, light emitting elements such as organic EL, optical display elements such as electrochromic display elements and electronic paper, and sensor elements that sense temperature and light. It is used.

そして、これらの光電気素子に用いられる電子輸送層においては、高い電子輸送特性が必要とされ、また外部からのエネルギーにより電子が生成すると共に、外部から電子が注入されて作用する界面の面積の大きさが重要である。そしてこのような電子輸送層には、従来から金属、有機半導体、無機半導体、導電性高分子、導電性カーボンなどが用いられてきた。   In the electron transport layer used in these photoelectric devices, high electron transport properties are required, and electrons are generated by external energy, and the area of the interface where electrons are injected from the outside acts. Size is important. Conventionally, metals, organic semiconductors, inorganic semiconductors, conductive polymers, conductive carbon, and the like have been used for such electron transport layers.

例えば光電変換素子においては、電子を輸送するための電子輸送層に、フラーレン、ペリレン誘導体、ポリフェニレンビニレン誘導体、ペンタセンなどの電子をキャリアとする有機物が使用されており、電子輸送能力により変換効率が向上しつつある(フラーレンについては非特許文献1参照、ペリレン誘導体については非特許文献2参照、ポリフェニレンビニレン誘導体については非特許文献3参照、ペンタセンについては非特許文献4参照)。   For example, in photoelectric conversion elements, organic materials that use electrons as carriers, such as fullerene, perylene derivatives, polyphenylene vinylene derivatives, and pentacene, are used in the electron transport layer for transporting electrons, which improves conversion efficiency due to the ability to transport electrons. (See Non-Patent Document 1 for fullerene, Non-Patent Document 2 for perylene derivatives, Non-Patent Document 3 for polyphenylene vinylene derivatives, and Non-Patent Document 4 for pentacene).

また、分子素子型太陽電池として電子供与性分子(ドナー)と電子受容性分子(アクセプター)を化学結合させた構造体を基板上に薄膜形成する報告もなされている(非特許文献5参照)。   There is also a report of forming a thin film on a substrate of a structure in which an electron donating molecule (donor) and an electron accepting molecule (acceptor) are chemically bonded as a molecular element solar cell (see Non-Patent Document 5).

P.Peumans, Appl. Phys. Lett., 79号,2001年,126ページP.Peumans, Appl. Phys. Lett., 79, 2001, p. 126 C.W.Tang, Appl. Phys. Lett.,48号,1986年,183頁C.W.Tang, Appl. Phys. Lett., 48, 1986, p. 183 S.E.Shaheen, Appl. Phys. Lett.,78号,2001年,841頁S.E.Shaheen, Appl. Phys. Lett., 78, 2001, 841 J.H.Schon, Nature (London), 403号,2000年,408頁J.H.Schon, Nature (London), 403, 2000, 408 化学工業2001年7月号,41頁,「分子太陽電池の展望」今堀博,福住俊一著Chemical Industry July 2001, 41, “Prospects for Molecular Solar Cells” by Hiroshi Imabori and Shunichi Fukuzumi

しかし、上記各非特許文献で報告されている電子輸送層は、十分な電子輸送特性と、電子輸送層として作用するための十分な界面の面積が両立しているものではなく、より優れた電子輸送特性と十分に広い界面を有する電子輸送のための電子輸送層が望まれているのが、現状である。   However, the electron transport layer reported in each of the above-mentioned non-patent documents does not have both sufficient electron transport properties and sufficient interface area to act as an electron transport layer. At present, an electron transport layer for transporting electrons having transport characteristics and a sufficiently wide interface is desired.

例えば、フラーレンなどを用いる有機系の電子輸送層の場合、電子の電荷再結合が起こり易く、有効拡散距離が十分ではないために、更なる変換効率の向上が困難である。この有効拡散距離とは電荷分離がなされた後に電極に到達するまでの距離であり、有効拡散距離が大きいほど素子の変換効率は大きくなる。また、酸化チタンなどの無機系の電子輸送層の場合、電荷分離の界面面積が十分でなく、開放電圧に影響する電子伝導電位が構成元素で一義的に決まってしまうなどの理由から、変換効率が十分ではない。   For example, in the case of an organic electron transport layer using fullerene or the like, charge recombination of electrons is likely to occur and the effective diffusion distance is not sufficient, so that it is difficult to further improve the conversion efficiency. This effective diffusion distance is the distance from the end of charge separation to the arrival of the electrode. The larger the effective diffusion distance, the higher the conversion efficiency of the device. In addition, in the case of an inorganic electron transport layer such as titanium oxide, the conversion efficiency is reduced because the interface area for charge separation is not sufficient and the electron conduction potential affecting the open circuit voltage is uniquely determined by the constituent elements. Is not enough.

本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、優れた電子輸送特性と十分広い界面を有する電子輸送層を備え、変換効率に優れた光電気素子を提供することを目的とするものである。   The present invention has been made in view of the above points, and an object thereof is to provide a photoelectric device having an excellent electron transport property and an electron transport layer having a sufficiently wide interface, and having excellent conversion efficiency. is there.

本発明の請求項1に係る光電気素子は、一対の電極の間に、一方の電極に接して電子輸送層を、他方の電極の間に接して正孔輸送層をそれぞれ備えて形成される光電気素子であって、電子輸送層は、繰り返し酸化還元が可能な酸化還元部を有する有機化合物と、酸化還元部の還元状態を安定化させる電解質溶液を含んで形成されていると共に、電子輸送層は、電子輸送層が接する電極側に向けて酸化還元電位が貴から卑に傾斜していることを特徴とするものである。   The photoelectric device according to claim 1 of the present invention is formed between a pair of electrodes, each having an electron transport layer in contact with one electrode and a hole transport layer in contact with the other electrode. An optoelectric device, wherein the electron transport layer includes an organic compound having a redox part capable of repeated redox, and an electrolyte solution that stabilizes the reduction state of the redox part, and includes electron transport. The layer is characterized in that the redox potential is inclined from noble to base toward the electrode side in contact with the electron transport layer.

このように、本発明において電子輸送層は、繰り返し酸化還元が可能な酸化還元部を有する有機化合物を備えて形成されており、しかも有機化合物は酸化還元部の還元状態を安定化させる電解質溶液を含んでいるため、電子輸送層はゲル層として形成され、分子レベルで構造を細分化することができ、反応界面を大きくすることができるものであり、効率良く且つ速い反応速度で電子を輸送することができるものである。   Thus, in the present invention, the electron transport layer is formed by including an organic compound having a redox part capable of repeated redox, and the organic compound is an electrolyte solution that stabilizes the reduced state of the redox part. As a result, the electron transport layer is formed as a gel layer, and the structure can be subdivided at the molecular level, the reaction interface can be enlarged, and electrons are transported efficiently and at a high reaction rate. It is something that can be done.

ここで本発明において、酸化還元(酸化還元反応)とは、イオンや原子や化合物が電子を授受することであり、酸化還元部とは、酸化還元反応(レドックス反応)により安定的に電子を授受することができる部位をいうものである。   Here, in the present invention, redox (redox reaction) means that an ion, atom or compound exchanges electrons, and the redox part stably exchanges electrons by a redox reaction (redox reaction). It refers to the part that can be done.

またゲル層とは、酸化還元部を有する有機化合物が電解質溶液によって膨潤された状態で形成する層をいう。すなわちゲル状態では有機化合物は立体網目構造をとり、この網目空間内を液体が満たしている状態をゲル層という。   The gel layer refers to a layer formed in a state where an organic compound having a redox portion is swollen by an electrolyte solution. That is, in the gel state, the organic compound has a three-dimensional network structure, and the state where the liquid fills the network space is called a gel layer.

このように酸化還元部を有する有機化合物を電解質溶液で膨潤下のゲル層として電子輸送層を形成することによって、酸化還元部を電極の近傍に保持したり、隣り合う酸化還元部がその間で電子を交換したりすることができるのに十分に近い距離となるように有機化合物を保持することができるものである。また電子輸送層に酸化還元部を高密度に存在させることができるものであり、これにより非常に速い自己電子交換反応速度定数を実現することができ、電子輸送能力を高めることができるものである。さらに電子輸送層を有機化合物のゲル層として形成することで、電子輸送層に接着性を付与したり、電子輸送層に可とう性や光透過性を付与したりすることが容易になるものである。   Thus, by forming an electron transport layer as an organic compound having a redox portion as a gel layer swollen with an electrolyte solution, the redox portion is held in the vicinity of the electrode, or the adjacent redox portion has electrons between them. The organic compound can be held so that the distance is sufficiently close to being exchangeable. In addition, the redox part can be present in the electron transport layer at a high density, thereby realizing a very fast self-electron exchange reaction rate constant and enhancing the electron transport ability. . Furthermore, by forming the electron transport layer as a gel layer of an organic compound, it becomes easy to impart adhesiveness to the electron transport layer or to impart flexibility and light transmission to the electron transport layer. is there.

また上記のように、酸化還元部がゲル層を形成する有機化合物の分子内に存在しているので、酸化還元反応の繰り返しによる電子輸送がより効果的に行なわれる状態で酸化還元部をゲル層によって保持し易くなるものである。つまり、酸化還元部はゲル層を形成する有機化合物に化学的に結合しているために、酸化還元部が電子を輸送し易い位置にとどまるようにゲル層で保持することができるものである。有機化合物内の酸化還元部の位置関係は、例えば、ゲル層を形成する有機化合物の骨格に対して、酸化還元部が側鎖として配置された構造であってもよく、有機化合物の骨格と酸化還元部が交互または一部連続的に配置されて結合していてもよい。   In addition, as described above, since the redox part is present in the molecule of the organic compound forming the gel layer, the redox part is placed in the gel layer in a state where electron transport by repeated redox reaction is performed more effectively. This makes it easier to hold. That is, since the oxidation-reduction part is chemically bonded to the organic compound forming the gel layer, the oxidation-reduction part can be held by the gel layer so that the oxidation-reduction part remains at a position where electrons are easily transported. The positional relationship of the redox part in the organic compound may be, for example, a structure in which the redox part is arranged as a side chain with respect to the skeleton of the organic compound forming the gel layer. The reducing units may be alternately or partially continuously arranged and connected.

そして、酸化還元部は、拡散ではなく、酸化還元部間の電子交換反応により電子を輸送することができるものである。この電子交換反応は、酸化状態の酸化還元部が近接する還元状態の酸化還元部を酸化することにより、酸化還元部同士で電子を交換する反応であり、それにより見かけ上電子輸送層の層内で電子が輸送されるものである。イオンが拡散により伝導されるイオン伝導性材料と機能は似ているが、本発明の電子輸送層における電子輸送機構は酸化還元部が拡散ではなく、近接する酸化還元部と電子を交換することにより輸送する点が異なる。本発明の電子輸送層においても近接する酸化還元部に電子を渡すために酸化還元部同士が電子移動を可能にするために近接している必要があるが、酸化還元部はゲル層により保持されているために移動の距離は数オングストロームと予想される。特に本発明のように酸化還元部がゲル層を形成する有機化合物の分子内に存在する場合は、近接する酸化還元部と電子交換する反応は自己電子交換反応と呼ばれる反応となる。   The redox part can transport electrons not by diffusion but by an electron exchange reaction between the redox parts. This electron exchange reaction is a reaction in which electrons are exchanged between the redox parts by oxidizing the redox part in the reduced state, which is in close proximity to the redox part in the oxidized state, thereby apparently in the layer of the electron transport layer. In this way, electrons are transported. Although the function is similar to that of an ion conductive material in which ions are conducted by diffusion, the electron transport mechanism in the electron transport layer of the present invention is not the diffusion of the redox part but the exchange of electrons with the adjacent redox part. The point of transportation is different. Also in the electron transport layer of the present invention, in order to pass electrons to the adjacent redox part, the redox parts need to be close to each other to enable electron transfer, but the redox part is held by the gel layer. Therefore, the distance of movement is expected to be several angstroms. In particular, when the redox moiety is present in the molecule of the organic compound forming the gel layer as in the present invention, the reaction for electron exchange with the adjacent redox moiety is a reaction called a self-electron exchange reaction.

尚、特開平07−288142号公報には、高分子化合物中に酸化還元系を含有させた固体状のイオン伝導体を備えた光電変換素子が開示されているが、このイオン伝導体は正孔輸送材料であって、電子輸送材料ではない。   Japanese Patent Application Laid-Open No. 07-288142 discloses a photoelectric conversion element including a solid ionic conductor in which a redox system is contained in a polymer compound. It is a transport material, not an electron transport material.

本発明の光電気素子の電子輸送層において、上記のように酸化還元部がゲル層に保持されていることによって、電子輸送性を損なうことなく、光を電気に、あるいは電気を光に変換するための反応の場、つまり反応界面を大きくすることができるものであり、変換効率の高い光電気素子を得ることができるものである。   In the electron transport layer of the photoelectric element of the present invention, the redox part is held in the gel layer as described above, so that light is converted into electricity or electricity is converted into light without impairing electron transport properties. Therefore, the reaction field, that is, the reaction interface can be increased, and a photoelectric element with high conversion efficiency can be obtained.

ここで反応界面とは、電子輸送層と、正孔輸送材料や電解質溶液との界面である。例えば光電変換素子では、光吸収により生じた電荷は反応界面で分離されるので、反応界面が広ければ広いほど変換効率が高くなるが、従来では十分に反応界面の面積を大きくできなかったのに対して、本発明の電子輸送層は上記のように酸化還元部を有する有機化合物が電解質溶液を含んだゲル層として形成されているため、酸化還元部と電子輸送層内に浸透した電解質溶液との反応界面が大きくなり、変換効率を高めることができるのである。反応界面が大きくなる理由としては次の二点が考えられる。1つ目は、従来の無機半導体などからなる電子輸送材料では、無機物であるがゆえに微粒子化させてもナノメートルスケールを下回ることは困難であるのに対して、本発明の電子輸送層は、酸化還元部が酸化還元して電子を輸送できる状態であれば分子レベルで構造を細分化することができ、電荷分離に必要な界面の面積を増加できるということが考えられる。特に、電子輸送層を高分子の有機化合物で形成する場合、理論上オングストロームスケールでの界面形成が可能である。2つ目は、電子輸送層を構成する有機化合物の酸化還元部と、正孔輸送層や電解質溶液などとの界面に電荷分離を促進するような特殊な界面状態が形成されている可能性があることが考えられる。   Here, the reaction interface is an interface between the electron transport layer and the hole transport material or the electrolyte solution. For example, in photoelectric conversion elements, the charge generated by light absorption is separated at the reaction interface, so the wider the reaction interface, the higher the conversion efficiency, but in the past the area of the reaction interface could not be sufficiently increased In contrast, since the electron transport layer of the present invention is formed as a gel layer containing an electrolyte solution, the organic compound having a redox portion as described above, and therefore, the electrolyte solution penetrating into the redox portion and the electron transport layer Thus, the reaction interface becomes larger and the conversion efficiency can be increased. The following two points can be considered as the reason why the reaction interface becomes large. The first is that the conventional electron transport material made of an inorganic semiconductor or the like is an inorganic substance, so even if it is made fine particles, it is difficult to fall below the nanometer scale. If the redox moiety is in a state that can be oxidized and reduced to transport electrons, the structure can be subdivided at the molecular level, and the interface area necessary for charge separation can be increased. In particular, when the electron transport layer is formed of a polymer organic compound, it is theoretically possible to form an interface on an angstrom scale. Second, there is a possibility that a special interface state that promotes charge separation is formed at the interface between the redox part of the organic compound constituting the electron transport layer and the hole transport layer or the electrolyte solution. It is possible that there is.

また、電子輸送層は、酸化還元部を有する有機化合物で形成されるので、電位などの電気的な性質や、分子サイズなどの構造的な性質に応じた設計や合成が容易になるものであり、さらにゲル化や溶解性の制御などが可能となるものである。また有機化合物で電子輸送層を形成するので、無機半導体などの無機物で電子輸送材料の層を形成する場合のような高温の焼成が不要になって、製造プロセスの上で有利になるものであり、また電子輸送層に可とう性を付与することも可能になるものである。さらに、有機化合物は、無機材料や貴金属材料とは異なり、資源枯渇の問題がないこと、毒性が低いこと、廃棄の際には加熱焼却することにより熱エネルギーを回収することができることなども利点として挙げることができる。   In addition, since the electron transport layer is formed of an organic compound having a redox portion, it can be easily designed and synthesized according to electrical properties such as potential and structural properties such as molecular size. Furthermore, gelation and solubility control can be performed. In addition, since the electron transport layer is formed of an organic compound, high-temperature firing is not required, as in the case of forming an electron transport material layer of an inorganic material such as an inorganic semiconductor, which is advantageous in terms of the manufacturing process. In addition, flexibility can be imparted to the electron transport layer. Furthermore, unlike inorganic materials and precious metal materials, organic compounds have no problems of resource depletion, low toxicity, and heat energy can be recovered by incineration at the time of disposal. Can be mentioned.

さらに本発明において、上記のように電子輸送層を形成する有機化合物に電解質溶液が含まれていることによって、有機化合物内に存在する酸化還元部の還元状態を安定化することができ、より安定して電子を輸送することができるものである。すなわち、電子輸送材料として一般的に用いられる金属半導体や金属酸化物半導体などの無機化合物と比較して、有機化合物は還元状態が不安定であるために電子輸送層の材料として使用することが難しいとされているが、電解質溶液を含む構造にすることにより、酸化還元部の酸化還元反応により形成されるイオン状態が電解質溶液中の対イオンで補償され、つまり例えばカチオン状態になった酸化還元部が電解質溶液中のアニオンの逆の電荷により安定化されるものであり、さらに溶媒の溶媒和や双極子モーメントなどの作用により還元状態を安定化することができ、この結果、酸化還元部を安定化させることができるものである。   Furthermore, in the present invention, as described above, the organic compound that forms the electron transport layer contains the electrolyte solution, so that the reduction state of the redox portion existing in the organic compound can be stabilized, and thus more stable. Thus, electrons can be transported. That is, compared with inorganic compounds such as metal semiconductors and metal oxide semiconductors generally used as electron transport materials, organic compounds are difficult to use as materials for electron transport layers because of their unstable reduction state. However, by adopting a structure containing an electrolyte solution, the ionic state formed by the redox reaction of the redox part is compensated by the counter ion in the electrolyte solution, that is, for example, the redox part in a cationic state Is stabilized by the reverse charge of the anion in the electrolyte solution, and the reduction state can be stabilized by the action of the solvation of the solvent and the dipole moment. As a result, the redox part is stabilized. It can be made.

ここで、ゲル層が持つ反応界面の大きさに影響を与える物理指標として膨潤度がある。ここに言う膨潤度とは、次の式で表されるものとする。   Here, the degree of swelling is a physical index that affects the size of the reaction interface of the gel layer. The degree of swelling referred to here is represented by the following formula.

膨潤度(%)=(ゲルの重量)/(ゲル乾燥体の重量)×100
ゲル乾燥体とは、ゲルを乾燥させたもの指す。この、ゲルを乾燥させるとは、ゲルに内包される溶液の除去、特には溶媒の除去を指す。またゲルを乾燥させる方法としては、加熱、真空環境中での溶液または溶媒の除去、他の溶媒でのゲルに内包される溶液または溶媒の除去などが挙げられる。
Swelling degree (%) = (weight of gel) / (weight of dried gel) × 100
The dried gel refers to a dried gel. The drying of the gel refers to the removal of the solution contained in the gel, particularly the removal of the solvent. Examples of the method for drying the gel include heating, removal of the solution or solvent in a vacuum environment, removal of the solution or solvent contained in the gel with another solvent, and the like.

本発明においてゲル層の膨潤度は、110〜3000%であることが好ましく、150〜500%がより好ましい。110%未満である場合、ゲル中での電解質成分が少なくなるために十分に酸化還元部位の安定化が行なわれなくなるおそれがあり、また3000%を超える場合、ゲル中での酸化還元部位が少なくなって電子輸送能力が低下するおそれがあり、いずれの場合も光電気素子の特性が低下することになる。   In the present invention, the degree of swelling of the gel layer is preferably 110 to 3000%, and more preferably 150 to 500%. If it is less than 110%, the electrolyte component in the gel is small, and thus there is a risk that the oxidation-reduction site will not be sufficiently stabilized. If it exceeds 3000%, the oxidation-reduction site in the gel is small. As a result, the electron transport capability may be lowered, and in any case, the characteristics of the photoelectric element will be lowered.

そして本発明において、電子輸送層は、電子輸送層が接する電極側に向けて酸化還元電位が貴から卑に傾斜しているので、この酸化還元電位の勾配によって電子輸送層内に電子の流れを作ることができ、電子輸送層から電子輸送層が接する電極への電子の輸送性が向上し、変換効率をより高めることができるものである。   In the present invention, the electron transport layer has a redox potential inclined from noble to base toward the electrode side in contact with the electron transport layer, so that the flow of electrons in the electron transport layer is caused by the gradient of the redox potential. Thus, the electron transport property from the electron transport layer to the electrode in contact with the electron transport layer is improved, and the conversion efficiency can be further increased.

また請求項2の発明において、上記の電子輸送層は、イミド誘導体、キノン誘導体、ビオロゲン誘導体、フェノキシル誘導体から選ばれる2種以上の有機化合物を組み合わせて形成することによって、電子輸送層が接する電極側に向けて酸化還元電位が貴から卑に傾斜していることを特徴とするものである。   In the invention of claim 2, the electron transport layer is formed by combining two or more organic compounds selected from an imide derivative, a quinone derivative, a viologen derivative, and a phenoxyl derivative. This is characterized in that the oxidation-reduction potential is inclined from noble to base.

イミド誘導体、キノン誘導体、ビオロゲン誘導体、フェノキシル誘導体は、それぞれ分子内での電子のやり取りが高速に行なわれるものであり、これらを用いて電子輸送能力の高い電子輸送層を形成することができるものである。そしてこれらの有機化合物のなかから、酸化還元電位の異なるものを組み合わせて電子輸送層を形成することによって、酸化還元電位が貴から卑に傾斜する電子輸送層を形成することができるものである。   Imide derivatives, quinone derivatives, viologen derivatives, and phenoxyl derivatives each exchange electrons at high speed within the molecule, and can be used to form an electron transport layer with high electron transport capability. It is. An electron transport layer in which the redox potential is inclined from noble to base can be formed by combining the organic compounds having different redox potentials to form the electron transport layer.

また請求項3の発明は、電子輸送層と正孔輸送層の少なくとも一方に接して増感色素を設けることを特徴とするものである。   The invention of claim 3 is characterized in that a sensitizing dye is provided in contact with at least one of the electron transport layer and the hole transport layer.

上記のように本発明の電子輸送層は優れた電子輸送特性と十分広い界面を有するものであり、増感色素から電子輸送層の有機化合物への電子の受け渡し効率がより向上し、変換効率をさらに高めることができるものである。   As described above, the electron transport layer of the present invention has excellent electron transport properties and a sufficiently wide interface, and the efficiency of transferring electrons from the sensitizing dye to the organic compound of the electron transport layer is further improved, and the conversion efficiency is improved. It can be further enhanced.

本発明によれば、電子輸送層は、繰り返し酸化還元が可能な酸化還元部を有する有機化合物を備えて形成されており、しかも有機化合物は酸化還元部の還元状態を安定化させる電解質溶液を含んでゲル層として形成されているので、反応界面を大きくすることができ、効率よく且つ速い反応速度で電子を輸送することができるものであり、さらに電子輸送層の酸化還元電位の傾斜によって、電子輸送層から電子輸送層が接する電極への電子の輸送性が向上し、光と電気の変換効率に優れた光電気素子を得ることができるものである。   According to the present invention, the electron transport layer is formed of an organic compound having a redox part capable of repeated redox, and the organic compound includes an electrolyte solution that stabilizes the reduced state of the redox part. In this case, the reaction interface can be enlarged, electrons can be transported efficiently and at a high reaction rate, and the electron transport layer has a gradient of redox potential, thereby allowing electrons to be transported. Electron transportability from the transport layer to the electrode in contact with the electron transport layer is improved, and a photoelectric element having excellent light-electricity conversion efficiency can be obtained.

本発明の実施の形態の一例における層構成を示す概略図である。It is the schematic which shows the layer structure in an example of embodiment of this invention.

以下、本発明の実施の形態を説明する。   Embodiments of the present invention will be described below.

図1は本発明に係る光電気素子の層構成の一例を示すものであり、一対の電極1,2間に電子輸送層3と正孔輸送層4を挟んで形成されている。そして電子輸送層3は一方の電極1に接して、また正孔輸送層4は他方の電極2に接して形成されており、電子輸送層3と正孔輸送層4は相互に接している、図1において6,7は、上記の電極1,2を設けた基材である。   FIG. 1 shows an example of the layer structure of a photoelectric element according to the present invention, which is formed by sandwiching an electron transport layer 3 and a hole transport layer 4 between a pair of electrodes 1 and 2. The electron transport layer 3 is in contact with one electrode 1 and the hole transport layer 4 is in contact with the other electrode 2, and the electron transport layer 3 and the hole transport layer 4 are in contact with each other. In FIG. 1, 6 and 7 are base materials provided with the electrodes 1 and 2 described above.

上記の一方の電極1は、電子輸送層3と電気的に接続され、電子輸送層3から電子を外部に取り出したり、逆に電子輸送層3に電子を注入したりするために用いる部材であり、電子輸送層3を物理的に保持するための部材でもある。ここで外部とはデバイスに電気的に接続された電源回路や二次電池やキャパシタなどをいう。   The one electrode 1 is a member that is electrically connected to the electron transport layer 3 and is used to take out electrons from the electron transport layer 3 or to inject electrons into the electron transport layer 3. It is also a member for physically holding the electron transport layer 3. Here, the outside means a power circuit, a secondary battery, a capacitor, or the like that is electrically connected to the device.

この電極1は、金属の単独膜で形成してもよく、またガラスやフィルムなどの絶縁性の基材6の上に導電性材料を積層することで基材6上に電極1を形成するようにしてもよい。導電性材料の好ましい例としては、白金、金、銀、銅、アルミニウム、ロジウム、インジウム等の金属;炭素;インジウム−錫複合酸化物、アンチモンをドープした酸化錫、フッ素をドープした酸化錫等の導電性の金属酸化物;これらの金属や酸化物の複合物;これらの金属や化合物の上に酸化シリコン、酸化スズ、酸化チタン、酸化ジルコニウム、酸化アルミニウムなどをコートした材料などを挙げることができる。電極1の表面抵抗は低い程よいものであり、好ましい表面抵抗は200Ω/□以下、より好ましくは50Ω/□以下である。この表面抵抗の下限に特に制限はないが、通常0.1Ω/□である。   The electrode 1 may be formed of a single metal film, or the electrode 1 is formed on the base material 6 by laminating a conductive material on the insulating base material 6 such as glass or film. It may be. Preferred examples of the conductive material include metals such as platinum, gold, silver, copper, aluminum, rhodium, and indium; carbon; indium-tin composite oxide, antimony-doped tin oxide, and fluorine-doped tin oxide. Examples include conductive metal oxides; composites of these metals and oxides; materials obtained by coating these metals and compounds with silicon oxide, tin oxide, titanium oxide, zirconium oxide, aluminum oxide, and the like. . The lower the surface resistance of the electrode 1, the better. The preferable surface resistance is 200Ω / □ or less, more preferably 50Ω / □ or less. The lower limit of the surface resistance is not particularly limited, but is usually 0.1Ω / □.

電極1を基材6の上に形成する場合、光電気素子が発電素子、発光素子、光センサなどのように、電極1の基材6に光を通過させる必要のあるときは、基材6は光透過率が高いものが望ましい。好ましい光透過率は、波長500ナノメートルにおいて50%以上であり、より好ましくは80%以上である。また電極1の厚みは、0.1〜10μmの範囲内にあることが好ましい。この範囲内であれば、均一な厚みで電極を形成することができ、また光透過性の低下を抑制し、電極1を通して十分な光を電子輸送層3に入射させることができる。   When the electrode 1 is formed on the base material 6, when the photoelectric element needs to pass light through the base material 6 of the electrode 1, such as a power generation element, a light emitting element, a photosensor, etc., the base material 6 It is desirable that has a high light transmittance. The preferable light transmittance is 50% or more at a wavelength of 500 nanometers, and more preferably 80% or more. Moreover, it is preferable that the thickness of the electrode 1 exists in the range of 0.1-10 micrometers. Within this range, it is possible to form the electrode with a uniform thickness, suppress a decrease in light transmittance, and allow sufficient light to enter the electron transport layer 3 through the electrode 1.

基材6の上に透明導電性酸化物の層を設けることで電極1を形成するにあたっては、例えばガラスや樹脂などからなる透光性の基材6の上にスパッタ法や蒸着法など真空プロセスを用いて電極1を形成する方法や、スピンコート法、スプレー法、スクリーン印刷など湿式法により、酸化インジウムや酸化スズ、酸化亜鉛などで構成される透明導電性酸化物の層を成膜して電極1を形成する方法などがある。   In forming the electrode 1 by providing a transparent conductive oxide layer on the base material 6, for example, a vacuum process such as sputtering or vapor deposition on the translucent base material 6 made of glass or resin. A transparent conductive oxide layer made of indium oxide, tin oxide, zinc oxide, or the like is formed by a method of forming the electrode 1 by using a wet method such as spin coating, spraying, or screen printing. There is a method of forming the electrode 1.

本発明に係る光電気素子において、電子輸送層3は酸化還元部を有する有機化合物によって形成されるものであり、またこの有機化合物は電解質溶液を含んで膨潤したゲル層5として形成されるものである。すなわち電子輸送層3は酸化還元部を有する有機化合物のゲル層5として形成されるものである。   In the photoelectric device according to the present invention, the electron transport layer 3 is formed of an organic compound having a redox portion, and the organic compound is formed as a gel layer 5 swollen including an electrolyte solution. is there. That is, the electron transport layer 3 is formed as a gel layer 5 of an organic compound having a redox portion.

ここで、有機化合物の分子内の一部で繰り返し酸化還元が可能な酸化還元部が形成され、他の一部で電解質溶液を含んで膨潤してゲルとなる部位(ゲル部位)を有する。酸化還元部はゲル部位に化学的に結合しているものであり、分子内での酸化還元部とゲル部位の位置関係は、特に限定されないが、例えばゲル部位で分子の主鎖などの骨格が形成される場合に、酸化還元部は側鎖として主鎖に結合している。またゲル部位を形成する分子骨格と酸化還元部を形成する分子骨格が交互に結合した構造であってもよい。このように酸化還元部とゲル部位が有機化合物の同一分子内に存在していると、電子輸送層3を形成するゲル層5で酸化還元部を電子を輸送し易い位置にとどまるように保持することができるものである。   Here, a redox part capable of being repeatedly redoxed is formed in a part of the molecule of the organic compound, and another part has a part (gel part) that swells and contains an electrolyte solution to form a gel. The oxidation-reduction part is chemically bonded to the gel part, and the positional relationship between the oxidation-reduction part and the gel part in the molecule is not particularly limited. For example, the skeleton such as the main chain of the molecule is present at the gel part. When formed, the redox moiety is bonded to the main chain as a side chain. Moreover, the structure which the molecular skeleton which forms a gel part and the molecular skeleton which forms a redox part couple | bonded alternately may be sufficient. Thus, when the redox part and the gel part are present in the same molecule of the organic compound, the gel layer 5 forming the electron transport layer 3 holds the redox part so as to remain at a position where electrons are easily transported. It is something that can be done.

酸化還元部とゲル部位を有する有機化合物は、低分子体でもよいし、高分子体でもよい。低分子体である場合,水素結合などを介したいわゆる低分子ゲルを形成する有機化合物を使用することができる。また高分子体の場合、数平均分子量1000以上の有機化合物であれば、自発的にゲルの機能を発現することができるために好ましい。高分子体の場合の有機化合物の分子量の上限は特に制限されないが、100万以下であることが好ましい。またゲル層5のゲルの状態は、例えば、こんにゃく状や、イオン交換膜のような外観形状であることが好ましいが、特に制限されるものではない。   The organic compound having a redox moiety and a gel part may be a low molecular weight substance or a high molecular weight substance. In the case of a low molecular weight substance, an organic compound that forms a so-called low molecular gel through hydrogen bonding or the like can be used. In the case of a polymer, an organic compound having a number average molecular weight of 1000 or more is preferable because the gel function can be spontaneously expressed. The upper limit of the molecular weight of the organic compound in the case of a polymer is not particularly limited, but is preferably 1,000,000 or less. The gel state of the gel layer 5 is preferably, for example, konjac or an external shape such as an ion exchange membrane, but is not particularly limited.

また本発明において、酸化還元部は、酸化還元反応において可逆的に酸化体および還元体となる部位を指すものであり、酸化還元部は酸化体と還元体が同一電荷を持つ酸化還元系構成物質であることが好ましい。   In the present invention, the redox moiety refers to a site that reversibly becomes an oxidant and a reductant in a redox reaction, and the redox part is a redox-based constituent material in which the oxidant and reductant have the same charge. It is preferable that

上記のような、酸化還元部とゲル部位とを一つの分子中に有する有機化合物は、次の一般式で表すことができる。   An organic compound having a redox moiety and a gel site in one molecule as described above can be represented by the following general formula.

(Xnj:Y
(Xおよび(Xnjはゲル部位を示し、Xはゲル部位を形成する化合物のモノマーを示すものであり、ポリマー骨格で形成することができる。モノマーの重合度nは、n=1〜10万の範囲が好ましい。YはXに結合している酸化還元部を示すものである。またj,kはそれぞれ1分子中に含まれる(X、Yの数を表す任意の整数であり、いずれも1〜10万の範囲が好ましい。酸化還元部Yはゲル部位(Xおよび(Xnjをなすポリマー骨格のあらゆる部位に結合していてもよい。また酸化還元部Yは種類の異なる材料を含んでいてもよく、この場合は電子交換反応の観点から酸化還元電位が近い材料が好ましい。
(X i ) nj : Y k
(X i ) n and (X i ) nj represent a gel site, and X i represents a monomer of a compound that forms the gel site, and can be formed of a polymer skeleton. The polymerization degree n of the monomer is preferably in the range of n = 1 to 100,000. Y represents a redox moiety bonded to X. J and k are each an arbitrary integer representing the number of (X i ) n and Y contained in one molecule, and both are preferably in the range of 1 to 100,000. The redox moiety Y may be bonded to any part of the polymer skeleton that forms the gel parts (X i ) n and (X i ) nj . The redox moiety Y may contain different types of materials. In this case, a material having a close redox potential is preferable from the viewpoint of the electron exchange reaction.

このような酸化還元部とゲル部位(Xおよび(Xnjを一分子中に有する有機化合物としては、キノン類が化学結合したキノン誘導体骨格を有するポリマー、イミドを含有するイミド誘導体骨格を有するポリマー、フェノキシルを含有するフェノキシル誘導体骨格を有するポリマー、ビオロゲンを含有するビオロゲン誘導体骨格を有するポリマーなどが挙げられる。これらの有機化合物では、それぞれポリマー骨格がゲル部位となり、キノン誘導体骨格、イミド誘導体骨格、フェノキシル誘導体骨格、ビオロゲン誘導体骨格がそれぞれ酸化還元部となる。 As an organic compound having such a redox moiety and gel sites (X i ) n and (X i ) nj in one molecule, a polymer having a quinone derivative skeleton in which quinones are chemically bonded, an imide derivative containing an imide Examples thereof include a polymer having a skeleton, a polymer having a phenoxyl derivative skeleton containing phenoxyl, and a polymer having a viologen derivative skeleton containing viologen. In these organic compounds, the polymer skeleton is a gel site, and the quinone derivative skeleton, the imide derivative skeleton, the phenoxyl derivative skeleton, and the viologen derivative skeleton are redox portions.

ここで、上記の有機化合物のうち、キノン類が化学結合したキノン誘導体骨格を有するポリマーの例として、[化1]〜[化4]の化学構造を有するものを挙げることができる。[化1]〜[化4]において、Rはメチレン、エチレン、プロパン−1,3−ジエニル、エチリデン、プロパン−2,2−ジイル、アルカンジイル、ベンジリデン、プロピレン、ビニリデン、プロペン−1,3−ジイル、ブト−1−エン−1,4−ジイルなどの飽和又は不飽和炭化水素類;シクロヘキサンジイル、シクロヘキセンジイル、シクロヘキサジエンジイル、フェニレン、ナフタレン、ビフェニレンなど環状炭化水素類;オキサリル、マロニル、サクシニル、グルタニル、アジポイル、アルカンジオイル、セバコイル、フマロイル、マレオイル、フタロイル、イソフタロイル、テレフタロイルなどケト、二価アシル基;オキシ、オキシメチレノキシ、オキシカルボニルなどエーテル、エステル類;サルファンジイル、サルファニル、サルホニルなど硫黄を含む基;イミノ、ニトリロ、ヒドラゾ、アゾ、アジノ、ジアゾアミノ、ウリレン、アミドなど窒素を含む基;シランジイル、ジシラン−1,2−ジイルなど珪素を含む基;またはこれらの基の末端を置換した基或いは複合した基を示す。   Here, among the above organic compounds, examples of the polymer having a quinone derivative skeleton in which quinones are chemically bonded include those having a chemical structure of [Chemical Formula 1] to [Chemical Formula 4]. In [Chemical Formula 1] to [Chemical Formula 4], R represents methylene, ethylene, propane-1,3-dienyl, ethylidene, propane-2,2-diyl, alkanediyl, benzylidene, propylene, vinylidene, propene-1,3- Saturated or unsaturated hydrocarbons such as diyl, but-1-ene-1,4-diyl; cyclic hydrocarbons such as cyclohexanediyl, cyclohexenediyl, cyclohexadienediyl, phenylene, naphthalene, biphenylene; oxalyl, malonyl, succinyl, Glutanyl, adipoyl, alkanedioil, sebacoyl, fumaroyl, maleoyl, phthaloyl, isophthaloyl, terephthaloyl and other keto, divalent acyl groups; oxy, oxymethylenoxy, oxycarbonyl and other ethers, esters; Groups containing sulfur such as sulfonyl; groups containing nitrogen such as imino, nitrilo, hydrazo, azo, azino, diazoamino, urylene, amide; groups containing silicon such as silanediyl, disilane-1,2-diyl; A substituted group or a complex group is shown.

そして[化1]はポリマー主鎖にアントラキノンが化学結合している例である。[化2]はアントラキノンが繰り返しユニットとしてポリマー主鎖に組み込まれている例である。また[化3]はアントラキノンが架橋ユニットとなっている例である。さらに[化4]は酸素原子と分子内水素結合を形成するプロトン供与性基を有するアントラキノンの例を示すものである。   [Chemical Formula 1] is an example in which anthraquinone is chemically bonded to the polymer main chain. [Chemical Formula 2] is an example in which anthraquinone is incorporated as a repeating unit in the polymer main chain. [Chemical Formula 3] is an example in which anthraquinone is a cross-linking unit. Furthermore, [Chemical Formula 4] shows an example of anthraquinone having a proton donating group that forms an intramolecular hydrogen bond with an oxygen atom.

Figure 2011034813
Figure 2011034813

Figure 2011034813
Figure 2011034813

Figure 2011034813
Figure 2011034813

Figure 2011034813
Figure 2011034813

上記のキノンポリマーは、プロトン移動に律速されない高速レドックス反応が可能であり、レドックスサイト(酸化還元部)であるキノン基の間に電子的な相互作用が存在せず、長期使用に耐えうる化学安定性を備える。しかもこのキノンポリマーは電解質溶液中に溶出しないので電極1の表面に保持させて電子輸送層3を形成することができる点で有用である。   The above quinone polymer is capable of high-speed redox reaction that is not limited by proton transfer, and there is no electronic interaction between quinone groups, which are redox sites (redox sites), and chemical stability that can withstand long-term use. Have sex. Moreover, since this quinone polymer does not elute in the electrolyte solution, it is useful in that the electron transport layer 3 can be formed by being held on the surface of the electrode 1.

また酸化還元部Yがイミドを含有するイミド誘導体骨格を有するポリマーとして、[化5]や[化6]に示すポリイミドを用いることができる。ここで、[化5]や[化6]において、R〜Rはフェニレン基などの芳香族基、アルキレン基、アルキルエーテルなど脂肪族鎖であり、熱イミド化することによって、上記のようなポリイミドが得られる。ポリイミドポリマー骨格はR〜Rの部分で架橋していてもよく、また、用いた溶媒中で膨潤するのみで溶出しなければ架橋構造を有さなくてもよい。架橋した場合はその部分がゲル部位(Xおよび(Xnjに相当する。また架橋構造を導入する場合、架橋ユニットにイミド基が含有されていてもよい。イミド基は、電気化学的に可逆な酸化還元特性を示すのであれば、フタルイミドやピロメリットイミドなどが好適である。 Moreover, the polyimide shown in [Chemical Formula 5] and [Chemical Formula 6] can be used as the polymer in which the redox moiety Y has an imide derivative skeleton containing imide. Here, in [Chemical Formula 5] and [Chemical Formula 6], R 1 to R 3 are an aliphatic group such as an aromatic group such as a phenylene group, an alkylene group, and an alkyl ether. Can be obtained. The polyimide polymer skeleton may be cross-linked at R 1 to R 3 , and may not have a cross-linked structure unless it swells in the solvent used and does not elute. In the case of cross-linking, the portion corresponds to the gel sites (X i ) n and (X i ) nj . Moreover, when introduce | transducing a crosslinked structure, the imide group may contain in the bridge | crosslinking unit. As the imide group, phthalimide, pyromellitic imide, and the like are preferable as long as they exhibit electrochemically reversible redox characteristics.

Figure 2011034813
Figure 2011034813

Figure 2011034813
Figure 2011034813

またフェノキシルを含有するフェノキシル誘導体骨格を有するポリマーとして、例えば[化7]に示すようなガルビ化合物をあげることができる。このガルビ化合物において、ガルビノキシル基([化8]参照)が酸化還元部Yに相当し、ポリマー骨格がゲル部位(Xおよび(Xnjに相当する。 Examples of the polymer having a phenoxyl derivative skeleton containing phenoxyl include a galbi compound as shown in [Chemical Formula 7]. In this galbi compound, the galvinoxyl group (see [Chemical Formula 8]) corresponds to the redox moiety Y, and the polymer skeleton corresponds to the gel sites (X i ) n and (X i ) nj .

Figure 2011034813
Figure 2011034813

Figure 2011034813
Figure 2011034813

またビオロゲンを含有するビオロゲン誘導体骨格を有するポリマーとして、[化9]や[化10]に示すようなビオロゲン化合物を挙げることができる。このビオロゲン化合物において、[化11]が酸化還元部Yに相当し、ポリマー骨格がゲル部位(Xおよび(Xnjに相当する。 Examples of the polymer having a viologen derivative skeleton containing viologen include viologen compounds as shown in [Chemical Formula 9] and [Chemical Formula 10]. In this viologen compound, [Chemical Formula 11] corresponds to the redox moiety Y, and the polymer skeleton corresponds to the gel sites (X i ) n and (X i ) nj .

Figure 2011034813
Figure 2011034813

Figure 2011034813
Figure 2011034813

Figure 2011034813
Figure 2011034813

尚、上記の[化1]〜[化7]、[化9][化10]で示すm、nは、モノマーの重合度を示すものであり、1〜10万の範囲が好ましい。   Note that m and n shown in the above [Chemical Formula 1] to [Chemical Formula 7], [Chemical Formula 9] and [Chemical Formula 10] indicate the degree of polymerization of the monomer, and are preferably in the range of 1 to 100,000.

上記の酸化還元部とポリマー骨格を有する有機化合物は、ポリマー骨格がその骨格間に電解質溶液を含有して膨潤することでゲル層5を形成するものであり、このように電子輸送層3に電解質溶液が含まれることで、酸化還元部の酸化還元反応により形成されるイオン状態が電解質溶液中の対イオンで補償され、酸化還元部を安定化させることができるものである。   The organic compound having the redox part and the polymer skeleton is one in which the polymer skeleton contains an electrolyte solution between the skeletons and swells to form the gel layer 5. Thus, the electrolyte is formed on the electron transport layer 3. By including the solution, the ionic state formed by the redox reaction of the redox part is compensated by the counter ion in the electrolyte solution, and the redox part can be stabilized.

電解質溶液は、電解質と溶媒を含むものであればよい。電解質としては、支持塩と、酸化体と還元体からなる酸化還元系構成物質とが挙げられ、これらのうちのいずれか一方であっても、両方であってもよい。支持塩(支持電解質)としては、例えば過塩素酸テトラブチルアンモニウム、六フッ化リン酸テトラエチルアンモニウム、イミダゾリウム塩やピリジニウム塩などのアンモニウム塩、過塩素酸リチウムや四フッ化ホウ素酸カリウムなどアルカリ金属塩などが挙げられる。酸化還元系構成物質とは、酸化還元反応において可逆的に酸化体および還元体の形で存在する物質を意味するものであり、このような酸化還元系構成物質としては、例えば、塩素化合物−塩素、ヨウ素化合物−ヨウ素、臭素化合物−臭素、タリウムイオン(III)−タリウムイオン(I)、水銀イオン(II)−水銀イオン(I)、ルテニウムイオン(III)−ルテニウムイオン(II)、銅イオン(II)−銅イオン(I)、鉄イオン(III)−鉄イオン(II)、ニッケルイオン(II)−ニッケルイオン(III)、バナジウムイオン(III)−バナジウムイオン(II)、マンガン酸イオン−過マンガン酸イオンなどが挙げられるが、これらに限定はされない。この場合、電子輸送層3内の酸化還元部とは区別されて機能する。   The electrolyte solution only needs to contain an electrolyte and a solvent. Examples of the electrolyte include a supporting salt and a redox constituent material composed of an oxidant and a reductant, and either one or both of them may be used. Examples of the supporting salt (supporting electrolyte) include tetrabutylammonium perchlorate, tetraethylammonium hexafluorophosphate, ammonium salts such as imidazolium salt and pyridinium salt, alkali metals such as lithium perchlorate and potassium tetrafluoroborate. Examples include salt. The redox system constituent material means a substance that exists reversibly in the form of an oxidized form and a reduced form in a redox reaction. Examples of such a redox system constituent substance include chlorine compound-chlorine. , Iodine compound-iodine, bromine compound-bromine, thallium ion (III) -thallium ion (I), mercury ion (II) -mercury ion (I), ruthenium ion (III) -ruthenium ion (II), copper ion ( II) -copper ion (I), iron ion (III) -iron ion (II), nickel ion (II) -nickel ion (III), vanadium ion (III) -vanadium ion (II), manganate ion-peroxide Examples thereof include, but are not limited to, manganate ions. In this case, it functions differently from the redox part in the electron transport layer 3.

また電解質溶液を構成する溶媒としては、水、有機溶媒、イオン液体のいずれか少なくとも一つを含むものを挙げることができる。   Moreover, as a solvent which comprises electrolyte solution, what contains at least one of water, an organic solvent, and an ionic liquid can be mentioned.

電解質溶液の溶媒として水や有機溶媒を用いることによって、有機化合物の酸化還元部の還元状態を安定化することができ、より安定して電子を輸送することができる。溶媒としては水性溶媒及び有機溶媒のいずれも使用できるが、酸化還元部をより安定化するためには、イオン伝導性に優れた有機溶媒が好ましい。このような有機溶媒としては例えば、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、メチルエチルカーボネート、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート等のカーボネート化合物、酢酸メチル、プロピオン酸メチル、γ−ブチロラクトン等のエステル化合物、ジエチルエーテル、1,2−ジメトキシエタン、1,3−ジオキソシラン、テトラヒドロフラン、2−メチル−テトラヒドロフラン等のエーテル化合物、3−メチル−2−オキサゾジリノン、2−メチルピロリドン等の複素環化合物、アセトニトリル、メトキシアセトニトリル、プロピオニトリル等のニトリル化合物、スルフォラン、ジメチルスルフォキシド、ジメチルホルムアミド等の非プロトン性極性化合物などが挙げられる。これらの溶媒はそれぞれ単独で用いることができ、2種以上を混合して併用することもできる。また、特に光電気素子を光電変換素子として形成する場合、その太陽電池出力特性を向上させる観点からは、溶媒がエチレンカーボネート、プロピレンカーボネート等のカーボネ−ト化合物、γ―ブチロラクトン、3−メチル−2−オキサゾジリノン、2−メチルピロリドン等の複素環化合物、アセトニトリル、メトキシアセトニトリル、プロピオニトリル、3−メトキシプロピオニトリル、吉草酸ニトリル等のニトリル化合物であることが好ましい。   By using water or an organic solvent as the solvent of the electrolyte solution, the reduction state of the redox part of the organic compound can be stabilized, and electrons can be transported more stably. As the solvent, any of an aqueous solvent and an organic solvent can be used, but an organic solvent excellent in ion conductivity is preferable in order to further stabilize the redox moiety. Examples of such organic solvents include carbonate compounds such as dimethyl carbonate, diethyl carbonate, methyl ethyl carbonate, ethylene carbonate, and propylene carbonate, ester compounds such as methyl acetate, methyl propionate, and γ-butyrolactone, diethyl ether, 1,2, and the like. -Ether compounds such as dimethoxyethane, 1,3-dioxosilane, tetrahydrofuran, 2-methyl-tetrahydrofuran, heterocyclic compounds such as 3-methyl-2-oxazodilinone, 2-methylpyrrolidone, acetonitrile, methoxyacetonitrile, propionitrile, etc. Examples thereof include aprotic polar compounds such as nitrile compounds, sulfolane, dimethyl sulfoxide, and dimethylformamide. These solvents can be used alone or in combination of two or more. In particular, when the photoelectric element is formed as a photoelectric conversion element, from the viewpoint of improving the solar cell output characteristics, the solvent is a carbonate compound such as ethylene carbonate or propylene carbonate, γ-butyrolactone, 3-methyl-2. A heterocyclic compound such as oxazozirinone and 2-methylpyrrolidone, and a nitrile compound such as acetonitrile, methoxyacetonitrile, propionitrile, 3-methoxypropionitrile, and valeric nitrile are preferable.

また電解質溶液の溶媒としてイオン液体を用いることによって、酸化還元部の安定化作用を得ることができるものであり、しかもイオン液体は揮発性がなく、難燃性が高いために安定性に優れるものである。イオン液体としては、公知のイオン性液体全般を用いることができるが、例えば1−エチル−3−メチルイミダゾリウムテトラシアノボレートなどイミダゾリウム系、ピリジン系、脂環式アミン系、脂肪族アミン系、アゾニウムアミン系のイオン性液体や、欧州特許第718288号明細書、国際公開WO95/18456号パンフレット、電気化学第65巻11号923頁(1997年)、J. Electrochem. Soc.143巻,10号,3099頁(1996年)、Inorg. Chem. 35巻,1168頁(1996年)に記載されたものを挙げることができる。   In addition, by using an ionic liquid as a solvent for the electrolyte solution, it is possible to obtain a stabilizing action of the redox moiety, and the ionic liquid is not volatile and has high flame retardancy, so it has excellent stability. It is. As the ionic liquid, known ionic liquids in general can be used. For example, imidazolium-based such as 1-ethyl-3-methylimidazolium tetracyanoborate, pyridine-based, alicyclic amine-based, aliphatic amine-based, Azonium amine-based ionic liquid, European Patent No. 718288 specification, International Publication WO95 / 18456 pamphlet, Electrochemical Vol. 65, No. 11 923 (1997), J. Electrochem. Soc. 143, 10 No., 3099 (1996), Inorg. Chem. 35, 1168 (1996).

また、電解質溶液は、高分子マトリックスに保持させる構造をとってもよい。高分子マトリックスとして使用するポリフッ化ビニリデン系高分子化合物としては、フッ化ビニリデンの単独重合体、あるいはフッ化ビニリデンと他の重合性モノマー、好適にはラジカル重合性モノマーとの共重合体が挙げられる。フッ化ビニリデンと共重合させる他の重合性モノマーとしては、具体的には、ヘキサフロロプロピレン、テトラフロロエチレン、トリフロロエチレン、エチレン、プロピレン、アクリロニトリル、塩化ビニリデン、メチルアクリレート、エチルアクリレート、メチルメタクリレート、スチレンなどを例示することができる。   Further, the electrolyte solution may have a structure that is held in a polymer matrix. Examples of the polyvinylidene fluoride polymer compound used as the polymer matrix include a homopolymer of vinylidene fluoride, or a copolymer of vinylidene fluoride and another polymerizable monomer, preferably a radical polymerizable monomer. . Specific examples of other polymerizable monomers copolymerized with vinylidene fluoride include hexafluoropropylene, tetrafluoroethylene, trifluoroethylene, ethylene, propylene, acrylonitrile, vinylidene chloride, methyl acrylate, ethyl acrylate, methyl methacrylate, Styrene and the like can be exemplified.

そして上記した、酸化還元部を有する有機化合物のゲル層5を電極1の表面に設けることによって、電子輸送層3を形成することができるものである。本発明において電子輸送層3とは、電子がドーパントとして振舞う層をいうものであり、例えば酸化還元電位が銀/塩化銀参照電極に対して+100mVよりも貴であるような酸化還元部を有する層をいう。   The electron transport layer 3 can be formed by providing the above-described organic compound gel layer 5 having a redox portion on the surface of the electrode 1. In the present invention, the electron transport layer 3 refers to a layer in which electrons behave as a dopant. For example, a layer having a redox portion whose redox potential is nobler than +100 mV with respect to a silver / silver chloride reference electrode. Say.

電子輸送層3の厚みは、良好な電子輸送性を維持する観点から10nm〜10mmの範囲が好ましく、特に好ましくは100nm〜100μmである。この範囲の厚みであれば電子輸送層3の電子輸送特性と界面の面積をより高いレベルで両立させることができる。   The thickness of the electron transport layer 3 is preferably in the range of 10 nm to 10 mm, particularly preferably 100 nm to 100 μm, from the viewpoint of maintaining good electron transport properties. If it is the thickness of this range, the electron transport characteristic of the electron carrying layer 3 and the area of an interface can be made compatible on a higher level.

電極1の表面上に電子輸送層3を設けるにあたっては、例えばスパッタ法や蒸着法などの真空プロセスにより電極1の表面に有機化合物を堆積させる方法を採用することができるが、電極1に有機化合物を含有する溶液などを塗布する湿式の形成方法が、より簡便で低コストな製法であることから好ましい。特に電子輸送層3を数平均分子量1000以上のいわゆる高分子の有機化合物で形成する場合は、成形性の観点から湿式の形成方法が好ましい。湿式のプロセスとしては、スピンコート法や液滴を滴下乾燥して得られるドロップキャスト法、スクリーン印刷やグラビア印刷などの印刷法などが挙げられる。   In providing the electron transport layer 3 on the surface of the electrode 1, for example, a method of depositing an organic compound on the surface of the electrode 1 by a vacuum process such as sputtering or vapor deposition can be employed. A wet forming method in which a solution containing bismuth is applied is preferable because it is a simpler and lower cost manufacturing method. In particular, when the electron transport layer 3 is formed of a so-called high molecular organic compound having a number average molecular weight of 1000 or more, a wet forming method is preferable from the viewpoint of moldability. Examples of the wet process include a spin coating method, a drop cast method obtained by dripping and drying droplets, and a printing method such as screen printing and gravure printing.

本発明において電子輸送層3は、電子輸送層3が接する電極1側に向けて酸化還元電位が貴から卑に傾斜するように、すなわち電極1に近い側の酸化還元電位の値が、電極から遠い側の酸化還元電位より高になるように、形成されるものである。このように、電子輸送層3が接する電極1側に向けて酸化還元電位が貴から卑に傾斜していると、電子輸送層3内のこの酸化還元電位の勾配によって、電子輸送層3内に電極1側への電子の流れを作ることができるものであり、電子輸送層3から電極1への電子の輸送性が向上し、変換効率を高めることができるものである。   In the present invention, the electron transport layer 3 is such that the redox potential is inclined from noble to base toward the electrode 1 side with which the electron transport layer 3 is in contact, that is, the redox potential on the side close to the electrode 1 is It is formed so as to be higher than the redox potential on the far side. Thus, when the oxidation-reduction potential is inclined from noble to base electrode toward the electrode 1 side with which the electron transport layer 3 is in contact, the gradient of the oxidation-reduction potential in the electron transport layer 3 causes the electron transport layer 3 to enter the electron transport layer 3. The flow of electrons to the electrode 1 side can be made, the transportability of electrons from the electron transport layer 3 to the electrode 1 can be improved, and the conversion efficiency can be increased.

上記のように酸化還元電位が勾配した電子輸送層3を形成する方法としては、例えば、酸化還元電位が異なる複数の有機化合物を用い、各有機化合物の層を積層して電子輸送層3を形成するにあたって、電極1に近い側の層を形成する有機化合物の酸化還元電位が、電極1から遠い側の層を形成する有機化合物の酸化還元電位より高い値になるように、有機化合物を組み合わせる方法がある。例えば図1の例では2つの層3a,3bを積層して電子輸送層3を形成するようにしており、電極1に近い側の層3aを形成する有機化合物の酸化還元電位が卑に、電極1から遠い側の層3bを形成する有機化合物の酸化還元電位より貴になるように、層3a,3bを形成する有機化合物の種類を選定してある。勿論、電子輸送層3は3層以上の積層で形成してもよく、この場合は、電極1に近い側の層ほど、順次、酸化還元電位が卑になるように設定されるものである。   As a method of forming the electron transport layer 3 with the redox potential gradient as described above, for example, a plurality of organic compounds having different redox potentials are used, and the layers of the organic compounds are stacked to form the electron transport layer 3. In this case, the organic compounds are combined so that the redox potential of the organic compound forming the layer closer to the electrode 1 is higher than the redox potential of the organic compound forming the layer far from the electrode 1. There is. For example, in the example of FIG. 1, two layers 3a and 3b are stacked to form the electron transport layer 3, and the redox potential of the organic compound forming the layer 3a on the side close to the electrode 1 is base, The kind of the organic compound forming the layers 3a and 3b is selected so as to be nobler than the redox potential of the organic compound forming the layer 3b far from 1. Needless to say, the electron transport layer 3 may be formed by stacking three or more layers. In this case, the layers closer to the electrode 1 are set so that the redox potential becomes lower in order.

上記のように、電子輸送層3を形成する有機化合物としてイミド誘導体、キノン誘導体、ビオロゲン誘導体、フェノキシル誘導体を用いる場合、これらの有機化合物を2種類以上組み合わせて、電子輸送層3が接する電極1側に向けて酸化還元電位が貴から卑に傾斜するように、電子輸送層3を形成することができる。   As described above, when an imide derivative, a quinone derivative, a viologen derivative, or a phenoxyl derivative is used as the organic compound that forms the electron transport layer 3, the electrode 1 in contact with the electron transport layer 3 by combining two or more of these organic compounds. The electron transport layer 3 can be formed such that the redox potential is inclined from noble to base toward the side.

また、電子輸送層3と正孔輸送層4の少なくとも一方に接して増感色素を設けることができる。増感色素としては、公知の材料を用いることができるものであり、例えば、9−フェニルキサンテン系色素、クマリン系色素、アクリジン系色素、トリフェニルメタン系色素、テトラフェニルメタン系色素、キノン系色素、アゾ系色素、インジゴ系色素、シアニン系色素、メロシアニン系色素、キサンテン系色素などを挙げることができる。または、RuL(HO)タイプのルテニウム−シス−ジアクア−ビピリジル錯体(ここで、Lは、4,4’−ジカルボキシル−2,2’−ビピリジンを示す)、または、ルテニウム−トリス(RuL)、ルテニウム−ビス(RuL)、オスニウム−トリス(OsL)、オスニウム−ビス(OsL)などのタイプの遷移金属錯体、または亜鉛−テトラ(4−カルボキシフェニル)ポルフィリン、鉄−ヘキサシアニド錯体、フタロシアニンなどを挙げることができる。例えば、「FPD・DSSC・光メモリーと機能性色素の最新技術と材料開発」(株式会社エヌ・ティー・エス)のDSSCの章にあるような色素を適用することができる。中でも会合性を有する色素は、光電変換時の電荷分離を促進する観点から好ましい。会合体を形成して効果のある色素としては、例えば[化12]の構造式で示される色素が好ましい。 A sensitizing dye can be provided in contact with at least one of the electron transport layer 3 and the hole transport layer 4. As the sensitizing dye, known materials can be used. For example, 9-phenylxanthene dye, coumarin dye, acridine dye, triphenylmethane dye, tetraphenylmethane dye, quinone dye Azo dyes, indigo dyes, cyanine dyes, merocyanine dyes, xanthene dyes, and the like. Or RuL 2 (H 2 O) 2 type ruthenium-cis-diaqua-bipyridyl complex (where L represents 4,4′-dicarboxyl-2,2′-bipyridine), or ruthenium-tris Transition metal complexes of the type such as (RuL 3 ), ruthenium-bis (RuL 2 ), osnium-tris (OsL 3 ), osnium-bis (OsL 2 ), or zinc-tetra (4-carboxyphenyl) porphyrin, iron- Examples include hexacyanide complexes and phthalocyanines. For example, a dye as described in the DSSC chapter of “FPD / DSSC / Optical memory and functional dye and the latest technology and material development” (NTS Inc.) can be applied. Among these, dyes having associative properties are preferable from the viewpoint of promoting charge separation during photoelectric conversion. As a dye having an effect by forming an aggregate, for example, a dye represented by the structural formula of [Chemical Formula 12] is preferable.

Figure 2011034813
Figure 2011034813

上記構造式において、X,Xはそれぞれ独立に、アルキル基、アルケニル基、アラルキル基、アリール基、ヘテロ環を少なくとも1種類以上有する有機基であり、それぞれ置換基を有していてもよい。上記の[化12]のような色素は会合性であることが知られている。この場合、電子輸送材料と正孔輸送材料に存在する電子と正孔が再結合点を劇的に減らすことができるものであり、このため光電変換素子の変換効率を向上させることができるものである。 In the above structural formula, X 1 and X 2 are each independently an alkyl group, an alkenyl group, an aralkyl group, an aryl group, or an organic group having at least one heterocyclic ring, and each may have a substituent. . It is known that a dye such as the above [Chemical Formula 12] is associative. In this case, the electrons and holes present in the electron transport material and the hole transport material can dramatically reduce the recombination point, and thus the conversion efficiency of the photoelectric conversion element can be improved. is there.

電子輸送層3に増感色素を設ける場合、ゲル層5の表面に増感色素が存在していてもよいし、ゲル層5内に増感色素が存在していてもよい。なかでも電子輸送層3を形成するゲル層5内に増感色素が存在するのが好ましい。ここで「増感色素がゲル層5内に存在している」とは、増感色素がゲル層5の表層のみに存在するのではなく、その内部にも存在していることを意味する。これにより、ゲル層5内に存在する増感色素の量がある値以上にある状態を持続的に保つことができ、光電気素子の出力向上効果がもたらされる。   When a sensitizing dye is provided in the electron transport layer 3, the sensitizing dye may be present on the surface of the gel layer 5, or the sensitizing dye may be present in the gel layer 5. In particular, it is preferable that a sensitizing dye is present in the gel layer 5 forming the electron transport layer 3. Here, “the sensitizing dye is present in the gel layer 5” means that the sensitizing dye is present not only in the surface layer of the gel layer 5 but also in the inside thereof. Thereby, the state in which the amount of the sensitizing dye present in the gel layer 5 is at or above a certain value can be continuously maintained, and the output improvement effect of the photoelectric element is brought about.

尚、本発明では増感色素がゲル層5内に存在している状態であればよく、「増感色素がゲル層5内に存在している状態」には、「増感色素がゲル層5を構成する電解質溶液中に存在している状態」と、「増感色素がゲル層5を構成する有機化合物と物理的・化学的に相互作用することによりゲル層5中に存在している状態」とが含まれる。増感色素はゲル層5内の全体に亘って存在していることが好ましい。   In the present invention, the sensitizing dye may be in a state where it is present in the gel layer 5. In the “state where the sensitizing dye is present in the gel layer 5”, the “sensitizing dye is present in the gel layer 5”. And the state in which the sensitizing dye is physically and chemically interacted with the organic compound constituting the gel layer 5. State ". The sensitizing dye is preferably present throughout the gel layer 5.

特に、増感色素がゲル層5を構成する有機化合物との間の物理的または化学的な相互作用により、ゲル層5内に固定化されて存在していることが好ましい。   In particular, it is preferable that the sensitizing dye is fixed in the gel layer 5 by physical or chemical interaction with the organic compound constituting the gel layer 5.

ここで、「増感色素がゲル層5を構成する有機化合物と物理的な相互作用によりゲル層5中に存在している状態」は、例えば、ゲル層5を構成する有機化合物として、増感色素の分子の移動を妨げる構造をもつ有機化合物を用いることで達成される。増感色素の分子の移動を妨げる構造としては、有機化合物がアルキル鎖などの各種分子鎖による立体障害を発現する構造、または、有機化合物の分子鎖間に存在する空隙サイズが増感色素の分子の移動を抑制することができる程度に小さくなっている構造などが挙げられる。また、物理的相互作用を発現する要因を色素側にもたらすことも有効である。具体的には、色素にアルキル鎖などの各種分子鎖による立体障害を発現する構造や、色素同士を架橋させるなどして色素の分子サイズを大きくすることも有効である。   Here, “the state in which the sensitizing dye is present in the gel layer 5 by physical interaction with the organic compound constituting the gel layer 5” means, for example, sensitization as the organic compound constituting the gel layer 5. This is achieved by using an organic compound having a structure that prevents movement of the dye molecule. The structure that prevents the movement of the molecules of the sensitizing dye includes a structure in which the organic compound exhibits steric hindrance due to various molecular chains such as an alkyl chain, or a void size that exists between the molecular chains of the organic compound. For example, a structure that is small enough to suppress the movement of. It is also effective to bring a factor that causes physical interaction to the pigment side. Specifically, it is also effective to increase the molecular size of the dye by, for example, a structure in which the dye exhibits steric hindrance due to various molecular chains such as an alkyl chain, or by cross-linking the dyes.

また、「増感色素がゲル層5を構成する有機化合物と化学的な相互作用によりゲル層中に存在している状態」は、例えば共有結合、配位結合、イオン結合、水素結合、ファンデルワールス結合などや、疎水性相互作用、親水性相互作用、静電的相互作用に基づく力などの相互作用により、ゲル層5内に増感色素を保持する方法で達成される。特に、増感色素とゲル層5を構成する有機化合物との間の化学的相互作用により増感色素をゲル層5内に固定すると、増感色素と有機化合物との距離を接近させ、効率のよい電子移動を作り出すことが可能になる。   In addition, “the state in which the sensitizing dye is present in the gel layer by chemical interaction with the organic compound constituting the gel layer 5” includes, for example, covalent bond, coordination bond, ionic bond, hydrogen bond, van der This is achieved by a method in which a sensitizing dye is held in the gel layer 5 by an interaction such as a Waals bond, a hydrophobic interaction, a hydrophilic interaction, or a force based on an electrostatic interaction. In particular, when the sensitizing dye is fixed in the gel layer 5 by a chemical interaction between the sensitizing dye and the organic compound constituting the gel layer 5, the distance between the sensitizing dye and the organic compound is made closer and the efficiency is improved. It will be possible to create a good electronic transfer.

なお、有機化合物と増感色素との間の化学的相互作用によりゲル層5内に増感色素を固定する場合には、有機化合物および増感色素に官能基を適宜設け、この官能基を介した化学反応などにより有機化合物に対して増感色素を固定することが好ましい。このような官能基としては、水酸基、カルボキシル基、リン酸基、スルホ基、ニトロ基、アルキル基、炭酸基、アルデヒド基、チオール基などが挙げられる。また、官能基を介した化学反応の反応形式としては、縮合反応、付加反応、開環反応等が挙げられる。   In the case where the sensitizing dye is fixed in the gel layer 5 by chemical interaction between the organic compound and the sensitizing dye, a functional group is appropriately provided in the organic compound and the sensitizing dye, and the functional group is interposed therebetween. It is preferable to fix the sensitizing dye to the organic compound by a chemical reaction or the like. Examples of such functional groups include hydroxyl groups, carboxyl groups, phosphate groups, sulfo groups, nitro groups, alkyl groups, carbonate groups, aldehyde groups, thiol groups, and the like. In addition, examples of the reaction format of the chemical reaction via the functional group include a condensation reaction, an addition reaction, and a ring-opening reaction.

また、増感色素とゲル層5を構成する有機化合物との化学的結合に際しては、増感色素における官能基が、この増感色素が光励起した状態において電子密度が高くなる部位付近に導入され、且つゲル層5中の有機化合物における官能基が、この有機化合物中の電子輸送に関与する部位付近に導入されていることが好ましい。この場合、増感色素から有機化合物への電子移動の効率および有機化合物中での電子輸送の効率の向上が図れる。また、特に、増感色素とゲル層5を構成する有機化合物との間を、増感色素の電子雲と有機化合物の電子雲とを結び付ける電子輸送性の高い結合基で結合することで、増感色素から有機化合物への効率のよい電子移動を可能にする。具体的には、増感色素のπ電子雲と有機化合物のπ電子雲とを結び付ける化学結合として、π電子系をもつエステル結合などを利用する例が挙げられる。   In addition, when the sensitizing dye and the organic compound constituting the gel layer 5 are chemically bonded, a functional group in the sensitizing dye is introduced in the vicinity of a site where the electron density is increased in a state where the sensitizing dye is photoexcited, Moreover, it is preferable that the functional group in the organic compound in the gel layer 5 is introduced in the vicinity of a site involved in electron transport in the organic compound. In this case, the efficiency of electron transfer from the sensitizing dye to the organic compound and the efficiency of electron transport in the organic compound can be improved. In particular, the sensitizing dye and the organic compound constituting the gel layer 5 are bonded by a bonding group having a high electron transporting property that connects the electron cloud of the sensitizing dye and the electron cloud of the organic compound. Enables efficient electron transfer from dye-sensitive organic compounds. Specifically, an example in which an ester bond having a π electron system or the like is used as a chemical bond that links a π electron cloud of a sensitizing dye and a π electron cloud of an organic compound.

また、増感色素と有機化合物とを結合させるタイミングは、有機化合物がモノマー状態にあるとき、有機化合物がポリマー化するとき、有機化合物がポリマー化した後、有機化合物がゲル化するとき、有機化合物がゲル化した後、のいずれでもよい。具体的な手法の例としては、有機化合物で形成された電子輸送層3を増感色素を含有する浴に浸漬する方法、有機化合物と増感色素を含有する塗布液を電極1に塗布して成膜することで電子輸送層3を形成する方法などが挙げられ、また複数の方法を組み合わせてもよい。   In addition, when the organic compound is in a monomer state, the organic compound is polymerized, the organic compound is polymerized, and then the organic compound is gelled, the organic compound is in a monomer state. Any of these may be used after gelation. As an example of a specific method, a method of immersing the electron transport layer 3 formed of an organic compound in a bath containing a sensitizing dye, a coating solution containing an organic compound and a sensitizing dye is applied to the electrode 1 Examples of the method include forming the electron transport layer 3 by forming a film, and a plurality of methods may be combined.

電子輸送層3を形成するゲル層5内の増感色素の含有量は適宜設定されるが、ゲル層5の有機化合物100質量部に対して0.1〜1000質量部の範囲が好ましい。増感色素の含有量が有機化合物100質量部に対して0.1質量部以上であれば、ゲル層5の単位膜厚あたりの増感色素の量を充分に高くして、増感色素の光吸収能力を向上し、高い電流値を得ることができる。また増感色素の含有量が有機化合物100質量部に対して1000質量部以下であれば、有機化合物の間に過剰量の増感色素が介在することを抑制し、有機化合物内の電子移動が増感色素によって阻害されることを抑制して、高い導電性を確保することができる。   Although content of the sensitizing dye in the gel layer 5 which forms the electron carrying layer 3 is set suitably, the range of 0.1-1000 mass parts with respect to 100 mass parts of organic compounds of the gel layer 5 is preferable. When the content of the sensitizing dye is 0.1 parts by mass or more with respect to 100 parts by mass of the organic compound, the amount of the sensitizing dye per unit film thickness of the gel layer 5 is sufficiently increased, The light absorption capability can be improved and a high current value can be obtained. Moreover, if content of a sensitizing dye is 1000 mass parts or less with respect to 100 mass parts of organic compounds, it will suppress that an excessive amount of sensitizing dye interposes between organic compounds, and the electron transfer in an organic compound will be carried out. High conductivity can be secured by suppressing inhibition by the sensitizing dye.

また正孔輸送層4を形成する正孔輸送材料としては、酸化還元対などの電解質を溶媒中に溶解させた電解質溶液、溶融塩のような固体電解質、ヨウ化銅などp型半導体、トリフェニルアミン等のアミン誘導体、ポリアセチレン、ポリアニリン、ポリチオフェン等の導電性高分子などが挙げられる。   The hole transport material for forming the hole transport layer 4 includes an electrolyte solution in which an electrolyte such as a redox couple is dissolved in a solvent, a solid electrolyte such as a molten salt, a p-type semiconductor such as copper iodide, triphenyl, and the like. Examples thereof include amine derivatives such as amines, and conductive polymers such as polyacetylene, polyaniline, and polythiophene.

正孔輸送層4を電解質溶液で形成する場合には、ゲル層5を構成する電解質溶液で正孔輸送層4を形成することもできる。この場合、ゲル層5を構成する電解質溶液が、正孔輸送層4の一部を構成することになる。   When the hole transport layer 4 is formed of an electrolyte solution, the hole transport layer 4 can also be formed of an electrolyte solution that constitutes the gel layer 5. In this case, the electrolyte solution constituting the gel layer 5 constitutes a part of the hole transport layer 4.

正孔輸送層4には安定ラジカル化合物を含有させることができる。この場合、電荷分離により生成された、正孔を、安定ラジカル化合物の非常に速い電子移動反応によって効率よく対極まで輸送することができ、これにより光電気素子の光電変換効率を向上することができる。   The hole transport layer 4 can contain a stable radical compound. In this case, holes generated by charge separation can be efficiently transported to the counter electrode by a very fast electron transfer reaction of a stable radical compound, thereby improving the photoelectric conversion efficiency of the photoelectric element. .

安定ラジカル化合物としては、不対電子を有する化学種、すなわちラジカルを有する化合物であれば特に限定されないが、分子中にニトロキシド(NO・)を有するラジカル化合物が好ましい。また安定ラジカル化合物の分子量(数平均分子量)は1000以上であることが好ましく、この場合、安定ラジカル化合物が常温では固体または固体に近づくため、揮発が起こり難くなり、素子の安定性を向上することができる。   The stable radical compound is not particularly limited as long as it is a chemical species having an unpaired electron, that is, a compound having a radical, but a radical compound having nitroxide (NO.) In the molecule is preferable. The molecular weight (number average molecular weight) of the stable radical compound is preferably 1000 or more. In this case, since the stable radical compound is solid or close to a solid at room temperature, volatilization hardly occurs and the stability of the device is improved. Can do.

この安定ラジカル化合物についてさらに説明する。安定ラジカル化合物は、電気化学的酸化反応または電気化学的還元反応の少なくとも一方の過程でラジカル化合物を生成する化合物である。ラジカル化合物の種類は特に限定されるものではないが、安定なラジカル化合物であることが好ましい。特に、次の[化13]および[化14]の何れか一方又は両方の構造単位を含む有機化合物であることが好ましい。   This stable radical compound will be further described. A stable radical compound is a compound that generates a radical compound in at least one of an electrochemical oxidation reaction and an electrochemical reduction reaction. Although the kind of radical compound is not specifically limited, It is preferable that it is a stable radical compound. In particular, an organic compound containing any one or both of the following [Chemical 13] and [Chemical 14] is preferable.

Figure 2011034813
Figure 2011034813

上記化学式中、置換基Rは、置換または非置換のC2〜C30のアルキレン基、C2〜C30のアルケニレン基またはC4〜C30のアリーレン基であり、Xは、オキシラジカル基、ニトロキシルラジカル基、硫黄ラジカル基、ヒドラジルラジカル基、炭素ラジカル基またはホウ素ラジカル基であり、nは、2以上の整数である。 In the above chemical formula, the substituent R 1 is a substituted or unsubstituted C2-C30 alkylene group, a C2-C30 alkenylene group or a C4-C30 arylene group, and X is an oxy radical group, a nitroxyl radical group, It is a sulfur radical group, a hydrazyl radical group, a carbon radical group or a boron radical group, and n 1 is an integer of 2 or more.

Figure 2011034813
Figure 2011034813

上記化学式中、置換基RおよびRは相互に独立で、置換または非置換のC2〜C30のアルキレン基、C2〜C30のアルケニレン基またはC4〜C30のアリーレン基であり、Yは、ニトロキシルラジカル基、硫黄ラジカル基、ヒドラジルラジカル基または炭素ラジカル基であり、nは、2以上の整数である。 In the above chemical formula, substituents R 2 and R 3 are independent of each other, and are substituted or unsubstituted C 2 -C 30 alkylene group, C 2 -C 30 alkenylene group or C 4 -C 30 arylene group, Y is nitroxyl It is a radical group, a sulfur radical group, a hydrazyl radical group or a carbon radical group, and n 2 is an integer of 2 or more.

[化13]および式[化14]に示されるラジカル化合物としては、例えば、オキシラジカル化合物、ニトロキシルラジカル化合物、炭素ラジカル化合物、窒素ラジカル化合物、ホウ素ラジカル化合物および硫黄ラジカル化合物等を挙げることができる。   Examples of radical compounds represented by [Chemical Formula 13] and Formula [Chemical Formula 14] include oxy radical compounds, nitroxyl radical compounds, carbon radical compounds, nitrogen radical compounds, boron radical compounds, and sulfur radical compounds. .

上記オキシラジカル化合物の具体例としては、例えば次の[化15]〜[化16]に示されるアリールオキシラジカル化合物や、[化17]に示されるセミキノンラジカル化合物等を挙げることができる。   Specific examples of the oxy radical compound include aryloxy radical compounds represented by the following [Chemical Formula 15] to [Chemical Formula 16] and semiquinone radical compounds represented by [Chemical Formula 17].

Figure 2011034813
Figure 2011034813

Figure 2011034813
Figure 2011034813

Figure 2011034813
Figure 2011034813

[化15]〜[化17]で示される化学式中、置換基R〜Rは相互に独立に、水素原子、置換もしくは非置換の脂肪族または芳香族のC1〜C30の炭化水素基、ハロゲン基、ヒドロキシル基、ニトロ基、ニトロソ基、シアノ基、アルコキシ基、アリールオキシ基またはアシル基である。[化17]の化学式において、nは、2以上の整数である。 In the chemical formulas represented by [Chemical Formula 15] to [Chemical Formula 17], the substituents R 4 to R 7 are each independently a hydrogen atom, a substituted or unsubstituted aliphatic or aromatic C1-C30 hydrocarbon group, A halogen group, a hydroxyl group, a nitro group, a nitroso group, a cyano group, an alkoxy group, an aryloxy group or an acyl group; In the chemical formula of [Chemical Formula 17], n 3 is an integer of 2 or more.

また、上記ニトロキシルラジカル化合物の具体例としては、次の[化18]で示されるピペリジノキシ環を有するラジカル化合物、[化19]で示されるピロリジノキシ環を有するラジカル化合物、[化20] で示されるピロリノキン環を有するラジカル化合物、および[化21]で示されるニトロニルニトロキシド構造を有するラジカル化合物などを挙げることができる。   Specific examples of the nitroxyl radical compound include a radical compound having a piperidinoxy ring represented by the following [Chemical Formula 18], a radical compound having a pyrrolidinoxy ring represented by [Chemical Formula 19], and [Chemical Formula 20]. Examples thereof include a radical compound having a pyrrolinoquin ring and a radical compound having a nitronyl nitroxide structure represented by [Chemical Formula 21].

Figure 2011034813
Figure 2011034813

Figure 2011034813
Figure 2011034813

Figure 2011034813
Figure 2011034813

Figure 2011034813
Figure 2011034813

[化18]〜[化20] で示される化学式中、R〜R10およびR〜Rは、それぞれ独立に、水素原子、置換もしくは非置換の脂肪族または芳香族のC1〜C30の炭化水素基、ハロゲン基、ヒドロキシル基、ニトロ基、ニトロソ基、シアノ基、アルコキシ基、アリールオキシ基またはアシル基である。また、[化21]で示される化学式において、n4は2以上の整数である。 In the chemical formulas represented by [Chemical Formula 18] to [Chemical Formula 20], R 8 to R 10 and R A to R L are each independently a hydrogen atom, substituted or unsubstituted aliphatic or aromatic C1 to C30. It is a hydrocarbon group, halogen group, hydroxyl group, nitro group, nitroso group, cyano group, alkoxy group, aryloxy group or acyl group. In the chemical formula represented by [Chemical Formula 21], n4 is an integer of 2 or more.

また、上記ニトロキシルラジカル化合物の具体例としては、次の[化22] で示される三価のヒドラジル基を有するラジカル化合物、[化23] で示される三価のフェルダジル基を有するラジカル化合物、および[化24]で示されるアミノトリアジン構造を有するラジカル化合物などを挙げることができる。   Specific examples of the nitroxyl radical compound include a radical compound having a trivalent hydrazyl group represented by the following [Chemical Formula 22], a radical compound having a trivalent ferdazyl group represented by [Chemical Formula 23], and And a radical compound having an aminotriazine structure represented by [Chemical Formula 24].

Figure 2011034813
Figure 2011034813

Figure 2011034813
Figure 2011034813

Figure 2011034813
Figure 2011034813

[化22]〜[化24]の化学式中、R11〜R19は、それぞれ独立に、水素原子、置換もしくは非置換の脂肪族または芳香族のC1〜C30の炭化水素基、ハロゲン基、ヒドロキシル基、ニトロ基、ニトロソ基、シアノ基、アルコキシ基、アリールオキシ基またはアシル基である。 In the chemical formulas of [Chemical Formula 22] to [Chemical Formula 24], R 11 to R 19 are each independently a hydrogen atom, a substituted or unsubstituted aliphatic or aromatic C1-C30 hydrocarbon group, halogen group, hydroxyl group. Group, nitro group, nitroso group, cyano group, alkoxy group, aryloxy group or acyl group.

以上の[化13]〜[化24]の何れかの有機高分子化合物は、安定性に優れたものとなり、その結果、光電変換素子やエネルギー蓄積素子として安定して使用できるので、安定性に優れしかも応答速度に優れた光電気素子を容易に得ることができる。   The organic polymer compound of any one of the above [Chemical Formula 13] to [Chemical Formula 24] has excellent stability, and as a result, it can be stably used as a photoelectric conversion element or an energy storage element. An optoelectric device having excellent response speed can be easily obtained.

安定ラジカルとして上記した有機化合物の中でも、室温で固体状態の有機化合物を選択して用いることがより好ましい。室温で固体状態のラジカル化合物を用いることにより、ラジカル化合物と半導体との接触を安定に保つことができ、他の化学物質との副反応や溶融、拡散による変成、劣化を抑制することができる。その結果、安定性に優れた光電気素子とすることができる。   Among the organic compounds described above as the stable radical, it is more preferable to select and use an organic compound that is in a solid state at room temperature. By using a radical compound in a solid state at room temperature, the contact between the radical compound and the semiconductor can be kept stable, and side reactions with other chemical substances, transformation and deterioration due to melting and diffusion can be suppressed. As a result, a photoelectric device having excellent stability can be obtained.

上記の電子輸送層3が接する電極1に対して対電極となる、正孔輸送層4が接する電極2を形成するための電極材料としては、作製する素子によるが、例えば白金、金、銀、銅、アルミニウム、ロジウム、インジウム等の金属、又はグラファイト、カーボンナノチューブ、白金を担持したカーボン等の炭素材料、若しくはインジウム−錫複合酸化物、アンチモンをドープした酸化錫、フッ素をドープした酸化錫等の導電性の金属酸化物、さらにポリエチレンジオキシチオフェン、ポリピロール、ポリアニリン等の導電性高分子などを挙げることができる。   The electrode material for forming the electrode 2 in contact with the hole transport layer 4 that is a counter electrode with respect to the electrode 1 in contact with the electron transport layer 3 described above depends on the element to be produced. For example, platinum, gold, silver, Metals such as copper, aluminum, rhodium, and indium, or carbon materials such as graphite, carbon nanotube, and carbon carrying platinum, or indium-tin composite oxide, tin oxide doped with antimony, tin oxide doped with fluorine, etc. Examples thereof include conductive metal oxides, and conductive polymers such as polyethylene dioxythiophene, polypyrrole, and polyaniline.

光電気素子の作製は、例えば基材6に設けられた電極1の上に有機化合物を湿式法等で積層することによって、電子輸送層3(3a,3b)を電極1の上に固定して形成し、この電子輸送層3の上に正孔輸送層4、対電極となる電極2を積層することによって行なうことができる。正孔輸送層4を電解質溶液で形成する場合には、例えば電子輸送層3と対電極2との間を封止材で封止した状態で、電子輸送層3と対電極2との間の隙間に電解質溶液を充填することで、正孔輸送層4を形成することができる。このとき電解質溶液の一部が電子輸送層3に浸透すると共にこの電子輸送層3を構成する有機化合物が膨潤することでゲル層5が形成される。   For the production of the photoelectric element, for example, the electron transport layer 3 (3a, 3b) is fixed on the electrode 1 by laminating an organic compound on the electrode 1 provided on the substrate 6 by a wet method or the like. It can be formed by stacking the hole transport layer 4 and the electrode 2 serving as a counter electrode on the electron transport layer 3. In the case of forming the hole transport layer 4 with an electrolyte solution, for example, in a state where the space between the electron transport layer 3 and the counter electrode 2 is sealed with a sealing material, the hole transport layer 4 is interposed between the electron transport layer 3 and the counter electrode 2. The hole transport layer 4 can be formed by filling the gap with the electrolyte solution. At this time, a part of the electrolyte solution penetrates into the electron transport layer 3 and the organic compound constituting the electron transport layer 3 swells to form the gel layer 5.

上記の説明のように構成される光電気素子は、光電変換素子として機能させることができる。この光電変換素子にあって、基材6の側から電極1を通して光が照射されると、増感色素が光を吸収して励起し、生成した励起電子が電子輸送層3に流れ込んで、電極1を経て外部に取り出されると共に、増感色素における正孔が正孔輸送層4から対電極2を経て外部に取り出される。   The photoelectric element configured as described above can function as a photoelectric conversion element. In this photoelectric conversion element, when light is irradiated through the electrode 1 from the base 6 side, the sensitizing dye absorbs light and is excited, and the generated excited electrons flow into the electron transport layer 3, 1 is taken out through 1 and holes in the sensitizing dye are taken out from the hole transport layer 4 through the counter electrode 2.

尚、本発明の、一対の電極間に電子輸送層と正孔輸送層を挟んで形成される光電気素子を用いて、上記のような光電変換素子を作製する他、有機ELなどの発光素子、エレクトロクロミック表示素子や電子ペーパーなどの光学表示素子、温度・光などを感知するセンサ素子等に、光電気素子などを作製することができる。   In addition to producing the photoelectric conversion element as described above by using the photoelectric element formed by sandwiching an electron transport layer and a hole transport layer between a pair of electrodes of the present invention, a light emitting element such as an organic EL An optoelectric element or the like can be manufactured as an optical display element such as an electrochromic display element or electronic paper, a sensor element that senses temperature, light, or the like.

次に、本発明を実施例によって具体的に説明する。   Next, the present invention will be specifically described with reference to examples.

(実施例1)
[化25]に示す反応の手順で、既述の[化7]のガルビ(Galvi)化合物を合成した。
Example 1
The above-described Galvi compound of [Chemical Formula 7] was synthesized by the reaction procedure shown in [Chemical Formula 25].

Figure 2011034813
Figure 2011034813

(ガルビモノマーの合成)
反応容器に4−ブロモ−2,6−ジ−tert−ブチルフェノール(135.8g;0.476mol)とアセトニトリル(270ml)とを入れ、さらに不活性雰囲気下で、N,O−ビス(トリメチルシリル)アセトアミド(BSA)(106.3g;129.6ml)を加え、70℃で終夜撹拌し、完全に結晶が析出するまで反応した。そして析出した白色結晶を濾過し、真空乾燥した後、エタノールで再結晶して精製することによって、[化25]において符号「1」で示す、(4−ブロモ−2,6−ジ−tert−ブチルフェノキシ)トリメチルシラン(150.0g;0.420mol)の白色板状結晶を得た。
(Synthesis of galbi monomer)
4-Bromo-2,6-di-tert-butylphenol (135.8 g; 0.476 mol) and acetonitrile (270 ml) were placed in a reaction vessel, and N, O-bis (trimethylsilyl) acetamide was further added under an inert atmosphere. (BSA) (106.3 g; 129.6 ml) was added, and the mixture was stirred at 70 ° C. overnight and reacted until crystals were completely precipitated. Then, the precipitated white crystals are filtered, vacuum-dried, recrystallized with ethanol, and purified to obtain (4-bromo-2,6-di-tert-) represented by the symbol “1” in [Chemical Formula 25]. White plate crystals of butylphenoxy) trimethylsilane (150.0 g; 0.420 mol) were obtained.

次に、反応容器内で、上記の(4−ブロモ−2,6−ジ−tert−ブチルフェノキシ)トリメチルシラン(9.83g;0.0275mol)を、不活性雰囲気下、テトラヒドロフラン(200ml)に溶解し、この溶液をドライアイス/メタノールを用いて−78℃に冷却した。さらにこの反応容器内に1.58Mのn−ブチルリチウム/ヘキサン溶液(15.8ml;0.025mol)を加え、78℃の温度で30分撹拌することでリチオ化した。次にこの溶液に、4−ブロモ安息香酸メチル(1.08g;0.005mol、Mw:215.0、TCI)のテトラヒドロフラン(75ml)溶液を添加した後、−78℃〜室温で終夜撹拌した。これにより溶液は黄色から薄黄色、さらにアニオンの発生を示す濃青色へと変化した。反応後、反応容器内の溶液に飽和塩化アンモニウム水溶液を、溶液が完全に黄色になるまで加え、この溶液をエーテル/水で分液抽出することにより黄色粘稠液体状の生成物を得た。   Next, the above (4-bromo-2,6-di-tert-butylphenoxy) trimethylsilane (9.83 g; 0.0275 mol) is dissolved in tetrahydrofuran (200 ml) under an inert atmosphere in a reaction vessel. The solution was then cooled to −78 ° C. using dry ice / methanol. Furthermore, 1.58M n-butyllithium / hexane solution (15.8 ml; 0.025 mol) was added to the reaction vessel, and the mixture was lithiated by stirring at a temperature of 78 ° C. for 30 minutes. Next, a solution of methyl 4-bromobenzoate (1.08 g; 0.005 mol, Mw: 215.0, TCI) in tetrahydrofuran (75 ml) was added to this solution, followed by stirring at −78 ° C. to room temperature overnight. As a result, the solution changed from yellow to light yellow, and further to dark blue indicating the generation of anions. After the reaction, a saturated aqueous ammonium chloride solution was added to the solution in the reaction vessel until the solution was completely yellow, and this solution was subjected to liquid separation extraction with ether / water to obtain a yellow viscous liquid product.

次に反応容器に、この生成物、THF(10ml)、メタノール(7.5ml)、撹拌子を入れ、溶解後、10N−HCl(1〜2ml)を反応容器内の溶液が赤橙色に変化するまで徐々に加え、30分間、室温にて撹拌した。次に溶媒除去、エーテル/水による分液抽出、溶媒除去、カラムクロマトグラフィー(ヘキサン/クロロホルム=1/1)による分画、ヘキサンによる再結晶の各操作を経て精製し、[化25]において符号「2」で示す、(p−ブロモフェニル)ヒドロガルビノキシル(2.86g;0.0049mol)の橙色結晶を得た。   Next, this product, THF (10 ml), methanol (7.5 ml), and a stirrer are placed in a reaction vessel, and after dissolution, 10N-HCl (1-2 ml) is changed to a red-orange solution in the reaction vessel. The mixture was gradually added and stirred at room temperature for 30 minutes. Next, it is purified through operations of solvent removal, liquid separation extraction with ether / water, solvent removal, fractionation by column chromatography (hexane / chloroform = 1/1), and recrystallization by hexane. Orange crystals of (p-bromophenyl) hydrogalvinoxyl (2.86 g; 0.0049 mol) indicated by “2” were obtained.

次いで、反応容器内で上記の(p−ブロモフェニル)ヒドロガルビノキシル(2.50g;4.33mmol)を、不活性雰囲気下、トルエン(21.6ml;0.2M)に溶解し、これに2,6−ジ−tert−ブチル−p−クレゾール(4.76mg;0.0216mmol)、テトラキス(トリフェニルホスフィン)パラジウム(0)(0.150g;0.130mmol)、トリ−n−ブチルビニルすず(1.65g;5.20mmol,Mw:317.1,TCI)をすばやく加え、100℃で17時間加熱撹拌した。   Next, the above (p-bromophenyl) hydrogalvinoxyl (2.50 g; 4.33 mmol) was dissolved in toluene (21.6 ml; 0.2 M) under an inert atmosphere in a reaction vessel. 2,6-di-tert-butyl-p-cresol (4.76 mg; 0.0216 mmol), tetrakis (triphenylphosphine) palladium (0) (0.150 g; 0.130 mmol), tri-n-butylvinyltin ( 1.65 g; 5.20 mmol, Mw: 317.1, TCI) was quickly added, and the mixture was heated and stirred at 100 ° C. for 17 hours.

そして反応性生物をエーテル/水で分液抽出し、溶媒除去した後、フラッシュカラムクロマトグラフィー(ヘキサン/クロロホルム=1/3)にて分画し、さらにヘキサンで再結晶して精製することによって、[化25]において符号「3」で示す、p−ヒドロガルビノキシルスチレン(1.54g;2.93mmol)の橙色微結晶を得た。   Then, the reaction product is separated and extracted with ether / water, and after removing the solvent, it is fractionated by flash column chromatography (hexane / chloroform = 1/3), and further purified by recrystallization from hexane. Orange microcrystals of p-hydrogalvinoxyl styrene (1.54 g; 2.93 mmol) indicated by the symbol “3” in [Chemical Formula 25] were obtained.

(ガルビモノマーの重合)
上記ガルビモノマーの合成で得られたガルビモノマー(p−ヒドロガルビノキシルスチレン)1gと、テトラエチレングリコールジアクリレート57.7mgと、アゾビスイソブチロニトリル15.1mgを、テトラヒドロフラン2mlに溶解した後、窒素置換し、一晩還流することで、ガルビモノマーを重合させ、[化25]において符号「4」で示すガルビポリマーを得た。
(Polymerization of galbi monomer)
After 1 g of galbi monomer (p-hydrogalvinoxyl styrene) obtained by the synthesis of the galbi monomer, 57.7 mg of tetraethylene glycol diacrylate, and 15.1 mg of azobisisobutyronitrile are dissolved in 2 ml of tetrahydrofuran The galbi monomer was polymerized by substituting with nitrogen and refluxed overnight to obtain a galbi polymer represented by [4] in [Chemical Formula 25].

(電子輸送層の形成)
一方、電極1が設けられた基材6として、厚み0.7mm、シート抵抗100Ω/□の導電性ガラス基板を用意した。この導電性ガラス基板はガラス基板と、このガラス基板の片面に積層された、フッ素ドープされたSnOからなるコーティング膜とから構成されるものであり、ガラス基板が基材6、コーティング膜が電極1となる。
(Formation of electron transport layer)
On the other hand, a conductive glass substrate having a thickness of 0.7 mm and a sheet resistance of 100Ω / □ was prepared as the substrate 6 on which the electrode 1 was provided. This conductive glass substrate is composed of a glass substrate and a coating film made of fluorine-doped SnO 2 laminated on one side of the glass substrate. The glass substrate is a base material 6 and the coating film is an electrode. 1

そして上記のように重合して得たガルビポリマーをクロロベンゼンに2質量%の割合で溶解し、このガルビポリマー溶液を上記の導電性ガラス基板の電極1の上に2000rpmでスピンコートし、60℃、0.01MPa下で1時間乾燥することによって、厚み60nmの層3aを形成した。   Then, the galbi polymer obtained by polymerization as described above was dissolved in chlorobenzene at a ratio of 2% by mass, and this galbi polymer solution was spin-coated on the electrode 1 of the conductive glass substrate at 2000 rpm, 60 ° C., A layer 3a having a thickness of 60 nm was formed by drying at 0.01 MPa for 1 hour.

このようにガルビポリマーの層3aを形成した後、濃度0.1Mのテトラブチルアンモニウム水溶液に15分間浸漬することで、層3aを構成するガルビポリマーをアニオン化した。このガルビポリマーの層3aを水洗した後、濃度0.1Mのポリデシルビオロゲン水溶液(pH10)に15分間浸漬することで、アニオン化したガルビポリマーにポリデシルビオロゲンを静電的に結合した層3bを形成し、ガルビポリマーの層3aとポリデシルビオロゲンの層3bからなる電子輸送層3を形成した。この電子輸送層3の各層3a,3bの酸化還元電位を後述の方法で測定したところ、層3aの酸化還元電位は0V、層3bの酸化還元電位は−0.4Vであり、電子輸送層3の酸化還元電位は電極1側に向けて貴から卑に傾斜しているものであった。   After forming the galbi polymer layer 3a in this manner, the galbi polymer constituting the layer 3a was anionized by immersing in a 0.1 M concentration of tetrabutylammonium aqueous solution for 15 minutes. After washing the galbipolymer layer 3a with water, the layer 3b in which polydecylviologen is electrostatically bound to the anionized galbipolymer is immersed in a 0.1M aqueous polydecylviologen solution (pH 10) for 15 minutes. Then, an electron transport layer 3 composed of a galbipolymer layer 3a and a polydecylviologen layer 3b was formed. When the redox potential of each layer 3a, 3b of the electron transport layer 3 was measured by the method described later, the redox potential of the layer 3a was 0V, the redox potential of the layer 3b was -0.4V, and the electron transport layer 3 The redox potential was inclined from noble to base toward the electrode 1 side.

次に、このように形成した電子輸送層3を、[化26]で示される増感色素(D131)を0.3mMの濃度で含むアセトニトリル溶液中に1時間浸漬した後、水洗した。これにより電子輸送層3に増感色素を設けた。   Next, the electron transport layer 3 thus formed was immersed in an acetonitrile solution containing a sensitizing dye (D131) represented by [Chemical Formula 26] at a concentration of 0.3 mM for 1 hour, and then washed with water. Thereby, a sensitizing dye was provided in the electron transport layer 3.

Figure 2011034813
Figure 2011034813

(素子の作製)
上記の電子輸送層3の形成の際に用いた導電性ガラス基板と同じ構成を有する導電性ガラス基板を用意した。そして、イソプロピルアルコールに塩化白金酸をその濃度が5mMとなるように溶解し、得られた溶液を上記の導電性ガラス基板のコーティング膜の上にスピンコートした後、400℃で30分間焼成することで、対電極2を形成した。
(Production of element)
A conductive glass substrate having the same configuration as that of the conductive glass substrate used in forming the electron transport layer 3 was prepared. Then, chloroplatinic acid is dissolved in isopropyl alcohol so as to have a concentration of 5 mM, and the obtained solution is spin-coated on the coating film of the conductive glass substrate, followed by baking at 400 ° C. for 30 minutes. Thus, the counter electrode 2 was formed.

次に、電子輸送層3が設けられた上記の導電性ガラス基板と、対電極2が設けられた導電性ガラス基板とを、電子輸送層3と対電極2とが対向するように配置し、両者の間の外縁に幅1mm、厚み50μmの熱溶融性接着剤(デュポン社製、バイネル)を介在させた。そしてこの熱溶融性接着剤を加熱しながら上記の二枚の導電性ガラス基板を厚み方向に加圧することで、二枚の導電性ガラス基板を熱溶融性接着剤を介して接合した。このとき、熱溶融性接着剤には、電解液の注入口となる空隙を形成した。   Next, the conductive glass substrate provided with the electron transport layer 3 and the conductive glass substrate provided with the counter electrode 2 are arranged so that the electron transport layer 3 and the counter electrode 2 face each other. A hot-melt adhesive (Bunel, manufactured by DuPont) having a width of 1 mm and a thickness of 50 μm was interposed at the outer edge between the two. Then, the two conductive glass substrates were pressed in the thickness direction while heating the hot melt adhesive, thereby joining the two conductive glass substrates through the hot melt adhesive. At this time, voids serving as electrolyte injection ports were formed in the hot-melt adhesive.

続いて、電子輸送層3と対電極2との間に上記の注入口から電解液を充填した。次に、この注入口にUV硬化性樹脂を塗布した後、UV光を照射してUV硬化性樹脂を硬化させることで、注入口を孔埋めした。これにより、電解液からなる正孔輸送層4を形成すると共にこの電解液を電子輸送層3へ浸透させて電子輸送層3を構成する有機化合物(ガルビポリマー)を膨潤させ、ゲル層5を形成した。この電解液としては、2,2,6,6−テトラメチルピペリジン−1−オキシルを1M、増感色素(D131)を2mM、LiTFSIを0.5M、N−メチルベンズイミダゾールを1.6Mの濃度で含有する、アセトニトリル溶液を用いた。以上のようにして、図1のような層構成の光電気素子を作製した。   Subsequently, the electrolytic solution was filled between the electron transport layer 3 and the counter electrode 2 from the above injection port. Next, after applying a UV curable resin to the injection port, the injection port was filled by irradiating UV light to cure the UV curable resin. As a result, the hole transport layer 4 made of the electrolytic solution is formed and the electrolytic solution is permeated into the electron transport layer 3 to swell the organic compound (galbi polymer) constituting the electron transport layer 3 to form the gel layer 5. did. As this electrolyte, 2,2,6,6-tetramethylpiperidine-1-oxyl is 1 M, sensitizing dye (D131) is 2 mM, LiTFSI is 0.5 M, and N-methylbenzimidazole is 1.6 M in concentration. Acetonitrile solution contained in As described above, a photoelectric element having a layer structure as shown in FIG. 1 was produced.

(実施例2)
(キノンポリマーの合成)
キノンポリマーとして、[化27]に示す反応で、既述の[化4]のポリ(1-メタクリルアミドアントラキノン)を合成した。
(Example 2)
(Synthesis of quinone polymer)
As the quinone polymer, poly (1-methacrylamideamithraquinone) of [Chemical Formula 4] described above was synthesized by the reaction shown in [Chemical Formula 27].

Figure 2011034813
Figure 2011034813

まず、アルゴン雰囲気下、10mlナスフラスコに、1−メタクリルアミドアントラキノン50mg(0.172mmol、1eq)、ジビニルベンゼン25μl(0.172mmol、1eq)、AIBN(アゾビスイソブチロニトリル)0.48g(3.43μmol、0.02eq)を投入し、これらをTHF1.72mlに溶解後、アルゴンにより溶媒に溶存している酸素を除去した。そして脱気後、70℃で48時間反応させた。反応終了後、メタノールで沈殿物を生成させ、THFでソックスレー洗浄し、黄色固体として重合体37.3mgを得た。   First, 50 mg (0.172 mmol, 1 eq) of 1-methacrylamide anthraquinone, 25 μl (0.172 mmol, 1 eq) of divinylbenzene, 0.48 g of AIBN (azobisisobutyronitrile) in a 10 ml eggplant flask under an argon atmosphere (3 .43 μmol, 0.02 eq) was added and dissolved in 1.72 ml of THF, and oxygen dissolved in the solvent was removed by argon. And after deaeration, it was made to react at 70 degreeC for 48 hours. After completion of the reaction, a precipitate was produced with methanol and washed with Soxhlet with THF to obtain 37.3 mg of a polymer as a yellow solid.

(電子輸送層の形成)
実施例1と同様にして、導電性ガラス基板の電極1の上にガルビポリマーの層3aを形成した。次に、上記の重合体10mgをNメチルピロリドン0.1gに溶解させた溶液を、ガルビポリマーの層3aの上に1000rpmでスピンコートし、厚さ100nmのキノンポリマーの層3bを形成して、ガルビポリマーの層3aとキノンポリマーの層3bからなる電子輸送層3を形成した。この電子輸送層3の各層3a,3bの酸化還元電位を後述の方法で測定したところ、層3aの酸化還元電位は0V、層3bの酸化還元電位は−0.8Vであり、電子輸送層3の酸化還元電位は電極1側に向けて貴から卑に傾斜しているものであった。
(Formation of electron transport layer)
In the same manner as in Example 1, a galbipolymer layer 3a was formed on the electrode 1 of the conductive glass substrate. Next, a solution obtained by dissolving 10 mg of the above polymer in 0.1 g of N-methylpyrrolidone was spin-coated at 1000 rpm on the galbi polymer layer 3a to form a quinone polymer layer 3b having a thickness of 100 nm. An electron transport layer 3 composed of a galbi polymer layer 3a and a quinone polymer layer 3b was formed. When the redox potential of each layer 3a, 3b of the electron transport layer 3 was measured by the method described later, the redox potential of the layer 3a was 0V, the redox potential of the layer 3b was -0.8V, and the electron transport layer 3 The redox potential was inclined from noble to base toward the electrode 1 side.

次に、この電子輸送層3を、既述の[化26]の増感色素(D131)を0.3mMの濃度で含むアセトニトリル溶液中に1時間浸漬した後、水洗し、電子輸送層3に増感色素を設けた。   Next, the electron transport layer 3 was immersed in an acetonitrile solution containing the sensitizing dye (D131) of [Chemical Formula 26] described above at a concentration of 0.3 mM for 1 hour, washed with water, and applied to the electron transport layer 3. A sensitizing dye was provided.

このようにして電子輸送層3を形成し、あとは実施例1と同様にして、図1のような層構成の光電気素子を作製した。   In this way, the electron transport layer 3 was formed, and thereafter, in the same manner as in Example 1, a photoelectric device having a layer structure as shown in FIG.

(実施例3)
(ポリイミドの合成)
アルゴン雰囲気下、30mlのナスフラスコに、4−4’−オキシジフタル酸無水物310.20mg(0.001mol)、N−N−ジメチルアセトアミド2ml、1.4−フェニレンジアミン108.15mg(0.001mol)を加え、室温下で18時間反応させた。反応終了後、アセトンに沈殿させて精製することによって、白色固体として[化28]に示す重合体411.8mgを得た。
(Example 3)
(Polyimide synthesis)
In an argon atmosphere, in a 30 ml eggplant flask, 310.20 mg (0.001 mol) of 4-4′-oxydiphthalic anhydride, 2 ml of NN-dimethylacetamide, 108.15 mg (0.001 mol) of 1.4-phenylenediamine. And allowed to react at room temperature for 18 hours. After completion of the reaction, 411.8 mg of the polymer shown in [Chemical Formula 28] was obtained as a white solid by precipitation in acetone and purification.

Figure 2011034813
Figure 2011034813

(電子輸送層の形成)
実施例1と同様にして、導電性ガラス基板の電極1の上にガルビポリマーの層3aを形成した。次に、上記の重合体5.47mgとN−メチルピロリドン0.1gを混合した溶液を調製し、この溶液をガルビポリマーの層3aの表面に1000rpmでスピンコートにより成膜し100nm厚みとした。これを、150℃、180℃、200℃、220℃で各20分、250℃で30分と段階的に加熱し、[化29]に示すようにイミド化して、ポリイミドの層3bを形成して、ガルビポリマーの層3aとポリイミドの層3bからなる電子輸送層3を形成した。この電子輸送層3の各層3a,3bの酸化還元電位を後述の方法で測定したところ、層3aの酸化還元電位は0V、層3bの酸化還元電位は−1.0Vであり、電子輸送層3の酸化還元電位は電極1側に向けて貴から卑に傾斜しているものであった。
(Formation of electron transport layer)
In the same manner as in Example 1, a galbipolymer layer 3a was formed on the electrode 1 of the conductive glass substrate. Next, a solution in which 5.47 mg of the above polymer and 0.1 g of N-methylpyrrolidone were mixed was prepared, and this solution was formed on the surface of the galbi polymer layer 3a by spin coating at 1000 rpm to a thickness of 100 nm. This is heated stepwise at 150 ° C., 180 ° C., 200 ° C. and 220 ° C. for 20 minutes each and at 250 ° C. for 30 minutes, and imidized as shown in [Chemical Formula 29] to form a polyimide layer 3b. Thus, an electron transport layer 3 composed of a galbi polymer layer 3a and a polyimide layer 3b was formed. When the redox potential of each layer 3a, 3b of the electron transport layer 3 was measured by the method described later, the redox potential of the layer 3a was 0V, the redox potential of the layer 3b was -1.0V, and the electron transport layer 3 The redox potential was inclined from noble to base toward the electrode 1 side.

Figure 2011034813
Figure 2011034813

次に、この電子輸送層3を、既述の[化26]の増感色素(D131)を0.3mMの濃度で含むアセトニトリル溶液中に1時間浸漬した後、水洗し、電子輸送層3に増感色素を設けた。   Next, the electron transport layer 3 was immersed in an acetonitrile solution containing the sensitizing dye (D131) of [Chemical Formula 26] described above at a concentration of 0.3 mM for 1 hour, washed with water, and applied to the electron transport layer 3. A sensitizing dye was provided.

このようにして電子輸送層3を形成し、あとは実施例1と同様にして、図1のような層構成の光電気素子を作製した。   In this way, the electron transport layer 3 was formed, and thereafter, in the same manner as in Example 1, a photoelectric device having a layer structure as shown in FIG.

(比較例1)
実施例1において、導電性ガラス基板の電極1の上にガルビポリマーの層3aを形成した(層3bは形成しない)。このガルビポリマーの層3aで形成される電子輸送層3を、既述の[化26]の増感色素(D131)を0.3mMの濃度で含むアセトニトリル溶液中に1時間浸漬した後、水洗し、電子輸送層3に増感色素を設けた。あとは実施例1と同様にして、光電気素子を作製した。
(Comparative Example 1)
In Example 1, the galbi polymer layer 3a was formed on the electrode 1 of the conductive glass substrate (the layer 3b was not formed). The electron transport layer 3 formed of the galbipolymer layer 3a is immersed in an acetonitrile solution containing the sensitizing dye (D131) of [Chemical Formula 26] described above at a concentration of 0.3 mM for 1 hour, and then washed with water. The electron transport layer 3 was provided with a sensitizing dye. Thereafter, a photoelectric element was produced in the same manner as in Example 1.

上記の実施例1〜3及び比較例1のガルビポリマーの層、実施例1のポリデシルビオロゲンの層、実施例2のキノンポリマーの層、実施例3のポリイミドの層の、酸化還元電位の測定法を次に示す。   Measurement of redox potential of galbi polymer layer of Examples 1 to 3 and Comparative Example 1, polydecyl viologen layer of Example 1, quinone polymer layer of Example 2, polyimide layer of Example 3 The law is as follows:

(ガルビポリマー層の酸化還元電位測定)
透明導電膜付のガラス基板の上に実施例1と同様にスピンコートして、厚さ100nmのガルビポリマーの層を形成した。次にガルビポリマー層を設けた電極を電解液に浸して、ガルビポリマー層中の空隙に電解液を染み込ませた。電解液としては0.1mol/lの過塩素酸テトラブチルアンモニウムのアセトニトリル溶液を用いた。そして、対極として白金電極を、参照極にAg/AgCl電極を用いて半電池を作製し、電位の評価を行なったところ、酸化還元電位は0Vであった。
(Measurement of redox potential of galbi polymer layer)
Spin coating was performed on a glass substrate with a transparent conductive film in the same manner as in Example 1 to form a galbi polymer layer having a thickness of 100 nm. Next, the electrode provided with the galbi polymer layer was immersed in the electrolytic solution, and the electrolytic solution was infiltrated into the voids in the galbi polymer layer. As an electrolytic solution, a 0.1 mol / l tetrabutylammonium perchlorate acetonitrile solution was used. A half cell was prepared using a platinum electrode as a counter electrode and an Ag / AgCl electrode as a reference electrode, and the potential was evaluated. As a result, the oxidation-reduction potential was 0V.

(ポリデシルビオロゲン層の酸化還元電位測定)
透明導電膜付のガラス基板を濃度0.1Mのポリデシルビオロゲン水溶液(pH10)に15分間浸漬することによって、透明導電膜の上にポリデシルビオロゲン層を形成した。次にポリデシルビオロゲン層を設けた電極を電解液に浸して、ポリデシルビオロゲン層中の空隙に電解液を染み込ませた。電解液としては0.1mol/lの過塩素酸テトラブチルアンモニウムのアセトニトリル溶液を用いた。そして、対極として白金電極を、参照極にAg/AgCl電極を用いて半電池を作製し、電位の評価を行なったところ、ポリデシルビオロゲン層の酸化還元電位は−0.4Vであった。
(Measurement of redox potential of polydecylviologen layer)
A glass substrate with a transparent conductive film was immersed in an aqueous solution of polydecyl viologen (pH 10) having a concentration of 0.1 M for 15 minutes to form a polydecyl viologen layer on the transparent conductive film. Next, the electrode provided with the polydecyl viologen layer was immersed in the electrolytic solution, and the electrolytic solution was infiltrated into the voids in the polydecyl viologen layer. As an electrolytic solution, a 0.1 mol / l tetrabutylammonium perchlorate acetonitrile solution was used. A half cell was prepared using a platinum electrode as a counter electrode and an Ag / AgCl electrode as a reference electrode, and the potential was evaluated. The redox potential of the polydecylviologen layer was -0.4V.

(キノンポリマーの層の酸化還元電位測定)
透明導電膜付のガラス基板上に、実施例3と同様にスピンコートして、キノンポリマーの層を厚み100nmで作製した。次にキノンポリマー層を設けた電極を電解液に浸して、キノンポリマー層中の空隙に電解液を染み込ませた。電解液としては0.1mol/lの過塩素酸テトラブチルアンモニウムのアセトニトリル溶液を用いた。そして、対極として白金電極を、参照極にAg/AgCl電極を用いて半電池を作製し、電位の評価を行なったところ、キノンポリマー層の酸化還元電位は−0.8Vであった。
(ポリイミドの層の酸化還元電位測定法)
透明導電膜付のガラス基板上に、実施例3と同様にスピンコートして、ポリイミド層を厚み100nmで形成した。次にポリイミド層を設けた電極を電解液に浸して、ポリイミド層中の空隙に電解液を染み込ませた。電解液としては0.1mol/lの過塩素酸テトラブチルアンモニウムのアセトニトリル溶液を用いた。そして、対極として白金電極を、参照極にAg/AgCl電極を用いて半電池を作製し、電位の評価を行なったところ、ポリイミド層の酸化還元電位は−1.0Vであった。
(Measurement of redox potential of quinone polymer layer)
A glass substrate with a transparent conductive film was spin-coated in the same manner as in Example 3 to produce a quinone polymer layer having a thickness of 100 nm. Next, the electrode provided with the quinone polymer layer was immersed in an electrolytic solution, and the electrolytic solution was infiltrated into voids in the quinone polymer layer. As an electrolytic solution, a 0.1 mol / l tetrabutylammonium perchlorate acetonitrile solution was used. A half cell was prepared using a platinum electrode as a counter electrode and an Ag / AgCl electrode as a reference electrode, and the potential was evaluated. The oxidation-reduction potential of the quinone polymer layer was -0.8V.
(Measurement method of redox potential of polyimide layer)
A polyimide layer was formed with a thickness of 100 nm by spin coating on a glass substrate with a transparent conductive film in the same manner as in Example 3. Next, the electrode provided with the polyimide layer was immersed in the electrolytic solution, and the electrolytic solution was infiltrated into the voids in the polyimide layer. As an electrolytic solution, a 0.1 mol / l tetrabutylammonium perchlorate acetonitrile solution was used. A half cell was prepared using a platinum electrode as a counter electrode and an Ag / AgCl electrode as a reference electrode, and the potential was evaluated. The redox potential of the polyimide layer was -1.0V.

上記の各実施例及び比較例で得られた光電気素子について、光電変換部の平面視面積1cmの領域に200ルックスの光を照射しながら、「Keithley 2400source meter」(ケースレイ社製の2400型汎用ソースメータ)を用いたIV測定により各光電気素子の開放電圧および短絡電流値を測定した。このとき、光源には蛍光灯(パナソニック株式会社製ラピッド蛍光灯「FLR20S・W/M」)を使用し、25℃環境下で測定を行なった。結果を表1に示す。 With respect to the photoelectric elements obtained in each of the above examples and comparative examples, while irradiating 200 lux light onto a region having a 1 cm 2 planar view area of the photoelectric conversion portion, a “Keithley 2400 source meter” (2400 manufactured by Caseley) was used. The open circuit voltage and the short circuit current value of each photoelectric element were measured by IV measurement using a general-purpose source meter). At this time, a fluorescent lamp (Rapid fluorescent lamp “FLR20S · W / M” manufactured by Panasonic Corporation) was used as a light source, and measurement was performed in an environment of 25 ° C. The results are shown in Table 1.

Figure 2011034813
Figure 2011034813

表1にみられるように、各実施例のものは、比較例のものより開放電圧値や短絡電流値が高く、変換効率が向上していることが確認される。   As can be seen from Table 1, it is confirmed that each example has a higher open-circuit voltage value and short-circuit current value than those of the comparative example, and the conversion efficiency is improved.

1 電極
2 電極(対電極)
3 電子輸送層
4 正孔輸送層
5 ゲル層
1 electrode 2 electrode (counter electrode)
3 Electron transport layer 4 Hole transport layer 5 Gel layer

Claims (3)

一対の電極の間に、一方の電極に接して電子輸送層を、他方の電極の間に接して正孔輸送層をそれぞれ備えて形成される光電気素子であって、電子輸送層は、繰り返し酸化還元が可能な酸化還元部を有する有機化合物と、酸化還元部の還元状態を安定化させる電解質溶液を含んで形成されていると共に、電子輸送層は、電子輸送層が接する電極側に向けて酸化還元電位が貴から卑に傾斜していることを特徴とする光電気素子。   An optoelectric element formed between a pair of electrodes and having an electron transport layer in contact with one electrode and a hole transport layer in contact with the other electrode, wherein the electron transport layer is repeated It is formed including an organic compound having a redox part capable of redox and an electrolyte solution that stabilizes the reduced state of the redox part, and the electron transport layer is directed toward the electrode side in contact with the electron transport layer. A photoelectric element characterized in that the oxidation-reduction potential is inclined from noble to base. 上記の電子輸送層は、イミド誘導体、キノン誘導体、ビオロゲン誘導体、フェノキシル誘導体から選ばれる2種以上の有機化合物を組み合わせて形成することによって、電子輸送層が接する電極側に向けて酸化還元電位が貴から卑に傾斜していることを特徴とする請求項1に記載の光電気素子。   The electron transport layer is formed by combining two or more organic compounds selected from an imide derivative, a quinone derivative, a viologen derivative, and a phenoxyl derivative, so that the redox potential is increased toward the electrode in contact with the electron transport layer. 2. The photoelectric element according to claim 1, wherein the photoelectric element is inclined from noble to base. 電子輸送層と正孔輸送層の少なくとも一方に接して増感色素を設けることを特徴とする請求項1又は2に記載の光電気素子。   The photoelectric element according to claim 1, wherein a sensitizing dye is provided in contact with at least one of the electron transport layer and the hole transport layer.
JP2009180174A 2009-06-19 2009-07-31 Photoelectric element Active JP5480552B2 (en)

Priority Applications (7)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2009180174A JP5480552B2 (en) 2009-07-31 2009-07-31 Photoelectric element
CN201080027326.3A CN102804481B (en) 2009-06-19 2010-06-16 Photoelectric element
PCT/JP2010/060245 WO2010147162A1 (en) 2009-06-19 2010-06-16 Photoelectric element
KR1020117031440A KR101331109B1 (en) 2009-06-19 2010-06-16 Photoelectric element
US13/379,114 US8841550B2 (en) 2009-06-19 2010-06-16 Photoelectric element
EP10789536.9A EP2445051B1 (en) 2009-06-19 2010-06-16 Photoelectric element
TW099119927A TW201117456A (en) 2009-06-19 2010-06-18 Photoelectric element

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2009180174A JP5480552B2 (en) 2009-07-31 2009-07-31 Photoelectric element

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2011034813A true JP2011034813A (en) 2011-02-17
JP5480552B2 JP5480552B2 (en) 2014-04-23

Family

ID=43763687

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2009180174A Active JP5480552B2 (en) 2009-06-19 2009-07-31 Photoelectric element

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP5480552B2 (en)

Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011023344A (en) * 2009-06-19 2011-02-03 Panasonic Electric Works Co Ltd Photoelectric element
WO2011096508A1 (en) * 2010-02-05 2011-08-11 パナソニック電工株式会社 Photoelectric element
WO2011118197A1 (en) * 2010-03-24 2011-09-29 日本電気株式会社 Photoelectric conversion element, light sensor and solar cell
JP2012114063A (en) * 2010-11-01 2012-06-14 Panasonic Corp Photoelectric element, method for producing photoelectric element, and photosensitizer
WO2012121194A1 (en) * 2011-03-10 2012-09-13 パナソニック株式会社 Photoelectric element
WO2012121190A1 (en) * 2011-03-10 2012-09-13 パナソニック株式会社 Photoelectric element
WO2014148016A1 (en) * 2013-03-22 2014-09-25 パナソニック株式会社 Photoelectric conversion element
US8952372B2 (en) 2011-12-28 2015-02-10 Panasonic Corporation Photoelectric element and method for producing the same
US9013023B2 (en) 2011-12-28 2015-04-21 Panasonic Corporation Photoelectric element having stacked charge-transport layers

Cited By (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011023344A (en) * 2009-06-19 2011-02-03 Panasonic Electric Works Co Ltd Photoelectric element
JP5400180B2 (en) * 2010-02-05 2014-01-29 パナソニック株式会社 Photoelectric element
WO2011096508A1 (en) * 2010-02-05 2011-08-11 パナソニック電工株式会社 Photoelectric element
WO2011118197A1 (en) * 2010-03-24 2011-09-29 日本電気株式会社 Photoelectric conversion element, light sensor and solar cell
JP2012114063A (en) * 2010-11-01 2012-06-14 Panasonic Corp Photoelectric element, method for producing photoelectric element, and photosensitizer
WO2012121190A1 (en) * 2011-03-10 2012-09-13 パナソニック株式会社 Photoelectric element
WO2012121194A1 (en) * 2011-03-10 2012-09-13 パナソニック株式会社 Photoelectric element
US8895975B2 (en) 2011-03-10 2014-11-25 Panasonic Corporation Photoelectric element
JP5649716B2 (en) * 2011-03-10 2015-01-07 パナソニック株式会社 Photoelectric element
US8952372B2 (en) 2011-12-28 2015-02-10 Panasonic Corporation Photoelectric element and method for producing the same
US9013023B2 (en) 2011-12-28 2015-04-21 Panasonic Corporation Photoelectric element having stacked charge-transport layers
WO2014148016A1 (en) * 2013-03-22 2014-09-25 パナソニック株式会社 Photoelectric conversion element
US9159500B2 (en) 2013-03-22 2015-10-13 Panasonic Corporation Photoelectric conversion element
JP5966012B2 (en) * 2013-03-22 2016-08-10 パナソニック株式会社 Photoelectric conversion element

Also Published As

Publication number Publication date
JP5480552B2 (en) 2014-04-23

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5658504B2 (en) Photoelectric element
JP5204848B2 (en) Photoelectric element
JP5947688B2 (en) Electrode composite and photoelectric device including the same
JP5480552B2 (en) Photoelectric element
CN102804481B (en) Photoelectric element
JP5649716B2 (en) Photoelectric element
JP5400180B2 (en) Photoelectric element
JP5654779B2 (en) Photoelectric element
CN103503099B (en) Photoelectric cell
WO2012121190A1 (en) Photoelectric element
JP2013137876A (en) Photoelectric conversion element

Legal Events

Date Code Title Description
A711 Notification of change in applicant

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A712

Effective date: 20120113

A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20120507

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A821

Effective date: 20120507

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20140121

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20140214

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 5480552

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250