JP2012195280A - 光電変換素子、光電変換素子の製造方法、電子機器および建築物 - Google Patents

光電変換素子、光電変換素子の製造方法、電子機器および建築物 Download PDF

Info

Publication number
JP2012195280A
JP2012195280A JP2011260403A JP2011260403A JP2012195280A JP 2012195280 A JP2012195280 A JP 2012195280A JP 2011260403 A JP2011260403 A JP 2011260403A JP 2011260403 A JP2011260403 A JP 2011260403A JP 2012195280 A JP2012195280 A JP 2012195280A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
photoelectric conversion
conversion element
dye
electrolyte 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.)
Pending
Application number
JP2011260403A
Other languages
English (en)
Inventor
Ryohei Tsuda
遼平 津田
Takehiro Hasegawa
雄大 長谷川
Masahiro Morooka
正浩 諸岡
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.)
Sony Corp
Original Assignee
Sony Corp
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
Application filed by Sony Corp filed Critical Sony Corp
Priority to JP2011260403A priority Critical patent/JP2012195280A/ja
Publication of JP2012195280A publication Critical patent/JP2012195280A/ja
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES, LIGHT-SENSITIVE OR TEMPERATURE-SENSITIVE DEVICES OF THE ELECTROLYTIC TYPE
    • H01G9/00—Electrolytic capacitors, rectifiers, detectors, switching devices, light-sensitive or temperature-sensitive devices; Processes of their manufacture
    • H01G9/20—Light-sensitive devices
    • H01G9/2004—Light-sensitive devices characterised by the electrolyte, e.g. comprising an organic electrolyte
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES, LIGHT-SENSITIVE OR TEMPERATURE-SENSITIVE DEVICES OF THE ELECTROLYTIC TYPE
    • H01G9/00—Electrolytic capacitors, rectifiers, detectors, switching devices, light-sensitive or temperature-sensitive devices; Processes of their manufacture
    • H01G9/20—Light-sensitive devices
    • H01G9/2004—Light-sensitive devices characterised by the electrolyte, e.g. comprising an organic electrolyte
    • H01G9/2013—Light-sensitive devices characterised by the electrolyte, e.g. comprising an organic electrolyte the electrolyte comprising ionic liquids, e.g. alkyl imidazolium iodide
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES, LIGHT-SENSITIVE OR TEMPERATURE-SENSITIVE DEVICES OF THE ELECTROLYTIC TYPE
    • H01G9/00—Electrolytic capacitors, rectifiers, detectors, switching devices, light-sensitive or temperature-sensitive devices; Processes of their manufacture
    • H01G9/20—Light-sensitive devices
    • H01G9/2027—Light-sensitive devices comprising an oxide semiconductor electrode
    • H01G9/2031—Light-sensitive devices comprising an oxide semiconductor electrode comprising titanium oxide, e.g. TiO2
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES, LIGHT-SENSITIVE OR TEMPERATURE-SENSITIVE DEVICES OF THE ELECTROLYTIC TYPE
    • H01G9/00—Electrolytic capacitors, rectifiers, detectors, switching devices, light-sensitive or temperature-sensitive devices; Processes of their manufacture
    • H01G9/20—Light-sensitive devices
    • H01G9/2059—Light-sensitive devices comprising an organic dye as the active light absorbing material, e.g. adsorbed on an electrode or dissolved in solution
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K85/00—Organic materials used in the body or electrodes of devices covered by this subclass
    • H10K85/30—Coordination compounds
    • H10K85/341—Transition metal complexes, e.g. Ru(II)polypyridine complexes
    • H10K85/344—Transition metal complexes, e.g. Ru(II)polypyridine complexes comprising ruthenium
    • Y—GENERAL 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
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02B—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
    • Y02B10/00—Integration of renewable energy sources in buildings
    • Y02B10/10—Photovoltaic [PV]
    • Y—GENERAL 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
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
    • Y02E10/542—Dye sensitized solar cells
    • Y—GENERAL 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
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Hybrid Cells (AREA)
  • Photovoltaic Devices (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)

Abstract

【課題】耐久性の向上を図ることができる色素増感太陽電池などの光電変換素子およびその製造方法を提供する。
【解決手段】光電変換素子は、多孔質電極３と対極６との間に、電解液からなる電解質層７が設けられた構造を有する。電解液に、分子量が５９．０４［ｇ／ｍｏｌ］以上のアニオンを有する塩を含有させる。あるいは、電解液に、ＧｕＯＴｆ、ＥＭＩｍＳＣＮ、ＥＭＩｍＯＴｆ、ＥＭＩｍＴＦＳＩ、ＥＭＩｍＴｆＡｃ、ＥＭＩｍＤＩＮＨＯＰ、ＥＭＩｍＭｅＳＯ3 、ＥＭＩｍＤＣＡ、ＥＭＩｍＢＦ4 、ＥＭＩｍＰＦ6 、ＥＭＩｍＦＡＰ、ＥＭＩｍＥｔ2 ＰＯ4 およびＥＭＩｍＣＢ11Ｈ12からなる群より選ばれた少なくとも一種の添加剤を添加する。色素増感光電変換素子においては、多孔質電極３の表面に光増感色素を結合させる。
【選択図】図１

Description

本開示は、光電変換素子、光電変換素子の製造方法、電子機器および建築物に関し、例えば色素増感太陽電池に用いて好適な光電変換素子およびその製造方法ならびにこの光電変換素子を用いる電子機器または建築物に関するものである。
太陽光を電気エネルギーに変換する光電変換素子である太陽電池は太陽光をエネルギー源としているため、地球環境に対する影響が極めて少なく、より一層の普及が期待されている。
従来より、太陽電池としては、単結晶または多結晶のシリコンを用いた結晶シリコン系太陽電池および非晶質（アモルファス）シリコン系太陽電池が主に用いられている。
一方、１９９１年にグレッツェルらが提案した色素増感太陽電池は、高い光電変換効率を得ることができ、しかも従来のシリコン系太陽電池とは異なり製造の際に大掛かりな装置を必要とせず、低コストで製造することができることなどにより注目されている（例えば、非特許文献１参照。）。
この色素増感太陽電池は、一般的に、光増感色素を結合させた酸化チタンなどからなる多孔質電極と白金などからなる対極とを対向させ、それらの間に電解液からなる電解質層が充填された構造を有する。電解液としては、ヨウ素やヨウ化物イオンなどの酸化・還元種を含む電解質を溶媒に溶解させたものが多く用いられる。
従来、色素増感太陽電池の初期光電変換効率を向上させる電解液用添加剤として、グアニジニウムチオシアネート（guanidinium thiocyanate,ＧｕＳＣＮ）が知られている（非特許文献２参照。）。
Nature,353,p.737-740,1991 Journal of Physical Chemistry B 2008,112, 13775-13781 Inorg.Chem.1996,35,1168-1178 J.Chem.Phys.124,184902(2006)
しかしながら、本発明者の検討によれば、電解液にＧｕＳＣＮを添加した色素増感太陽電池は、暗所で８５℃の耐久試験を行った結果、耐久性が大幅に低下する問題があることが分かった。
そこで、本開示が解決しようとする課題は、耐久性の向上を図ることができる色素増感太陽電池などの光電変換素子を提供することである。
本開示が解決しようとする他の課題は、耐久性が高い光電変換素子を製造することができる光電変換素子の製造方法を提供することである。
本開示が解決しようとするさらに他の課題は、上記のような優れた光電変換素子を用いた高性能の電子機器および建築物を提供することである。
上記課題および他の課題は、添付図面を参照した以下の明細書の記述より明らかとなるであろう。
上記課題を解決するために、本開示は、
多孔質電極と、
対極と、
上記多孔質電極と上記対極との間に設けられた電解質層とを有し、
上記電解質層に、ＧｕＯＴｆ（グアニジニウム トリフルオロスルホネート（guanidinium trifluorosulfonate))、ＥＭＩｍＳＣＮ（１−エチル−３−メチルイミダゾリウム
チオシアネート（1-ethyl-3-methylimidazolium thiocyanate)）、ＥＭＩｍＯＴｆ（１−エチル−３−メチルイミダゾリウム トリフルオロスルホネート（1-ethyl-3-methylimidazolium trifluorosulfonate))、ＥＭＩｍＴＦＳＩ（１−エチル−３−メチルイミダゾリウム ビス（トリフルオロメタンスルホニル）イミド（1-ethyl-3-methylimidazolium bis(trifluoromethanesulfonyl)imide))、ＥＭＩｍＴｆＡｃ（１−エチル−３−メチルイミダゾリウム トリフルオロアセテート（1-ethyl-3-methylimidazolium trifluoroacetate))、ＥＭＩｍＤＩＮＨＯＰ（１−エチル−３−メチルイミダゾリウム ジネオヘキシルホスフィネート（1-ethyl-3-methylimidazolium dineohexylphosphinate)）、ＥＭＩｍＭｅＳＯ3 （１−エチル−３−メチルイミダゾリウム メチルスルホネート（1-ethyl-3-methylimidazolium methylsulfonate)）、ＥＭＩｍＤＣＡ（１−エチル−３−メチルイミダゾリウム ジシアノアミド（1-ethyl-3-methylimidazolium dicyanoamide))、ＥＭＩｍＢＦ4 （１−エチル−３−メチルイミダゾリウム テトラフルオロボレート（1-ethyl-3-methylimidazolium tetrafluoroborate)) 、ＥＭＩｍＰＦ6 （１−エチル−３−メチルイミダゾリウム ヘキサフルオロホスフェート（1-ethyl-3-methylimidazolium hexafluorophosphate)) 、ＥＭＩｍＦＡＰ（１−エチル−３−メチルイミダゾリウム トリス（ペンタフルオロエチル）トリフルオロホスフェート（1-ethyl-3-methylimidazolium tris(pentafluoroethyl)trifluorophosphate))、ＥＭＩｍＥｔ2 ＰＯ4 （１−エチル−３−メチルイミダゾリウム ジエチルホスフェート（1-ethyl-3-methylimidazolium diethylphosphate))およびＥＭＩｍＣＢ11Ｈ12（１−エチル−３−メチルイミダゾリウム １−カルバ−closo −ドデカボレート（1-ethyl-3-methylimidazolium 1-carba-closo-dodecaborate))からなる群より選ばれた少なくとも一種の第１の添加剤が添加されている光電変換素子である。
ここで、上記のＧｕＯＴｆ、ＥＭＩｍＳＣＮ、ＥＭＩｍＯＴｆ、ＥＭＩｍＴＦＳＩ、ＥＭＩｍＴｆＡｃ、ＥＭＩｍＤＩＮＨＯＰ、ＥＭＩｍＭｅＳＯ3 、ＥＭＩｍＤＣＡ、ＥＭＩｍＢＦ4 、ＥＭＩｍＰＦ6 、ＥＭＩｍＦＡＰ、ＥＭＩｍＥｔ2 ＰＯ4 およびＥＭＩｍＣＢ11Ｈ12をカチオンとアニオンとを区分して表記すると、それぞれ、［Ｇｕ］［ＯＴｆ］、［ＥＭＩｍ］［ＳＣＮ］、［ＥＭＩｍ］［ＯＴｆ］、［ＥＭＩｍ］［ＴＦＳＩ］、［ＥＭＩｍ］［ＴｆＡｃ］、［ＥＭＩｍ］［ＤＩＮＨＯＰ］、［ＥＭＩｍ］［ＭｅＳＯ3 ］、［ＥＭＩｍ］［ＤＣＡ］、［ＥＭＩｍ］ＢＦ4 、［ＥＭＩｍ］ＰＦ6 、［ＥＭＩｍ］［ＦＡＰ］、［ＥＭＩｍ］［Ｅｔ2 ＰＯ4 ］および［ＥＭＩｍ］ＣＢ11Ｈ12である。
上記の第１の添加剤を構成するカチオンおよびアニオンの化学構造は下記の通りである。この第１の添加剤の合成方法としては従来公知の方法を用いることができるが、具体的には、例えば次の通りである。すなわち、所望のカチオンの塩化物または臭化物塩を、所望のアニオンを有するリチウム、ナトリウム、カリウム、セシウムまたは銀塩と、水、酢酸エチル、アセトンまたはジクロロメタン中で反応させる。反応後の溶液を濃縮処理後、分液抽出、カラムクロマトグラフィー、再結晶化の処理を行い、減圧真空乾燥する。こうして、目的とする第１の添加剤が得られる。後述の分子量が５９．０４［ｇ／ｍｏｌ］以上のアニオンを有する塩も同様な方法で合成することができる。
（１）カチオン
・［Ｇｕ］
Figure 2012195280
 ・［ＥＭＩｍ］
Figure 2012195280
（２）アニオン
・［ＯＴｆ］
Figure 2012195280
 ・ＳＣＮ
Figure 2012195280
 ・［ＴＦＳＩ］
Figure 2012195280
 ・［ＴｆＡｃ］
Figure 2012195280
 ・［ＤＩＮＨＯＰ］
Figure 2012195280
 ・［ＭｅＳＯ3 ］
Figure 2012195280
 ・［ＤＣＡ］
Figure 2012195280
 ・ＢＦ4
Figure 2012195280
 ・ＰＦ6
Figure 2012195280
 ・［ＦＡＰ］
Figure 2012195280
 ・［Ｅｔ2 ＰＯ4 ］
Figure 2012195280
 ・ＣＢ11Ｈ12
Figure 2012195280
また、本開示は、
多孔質電極と対極との間に、ＧｕＯＴｆ、ＥＭＩｍＳＣＮ、ＥＭＩｍＯＴｆ、ＥＭＩｍＴＦＳＩ、ＥＭＩｍＴｆＡｃ、ＥＭＩｍＤＩＮＨＯＰ、ＥＭＩｍＭｅＳＯ3 、ＥＭＩｍＤＣＡ、ＥＭＩｍＢＦ4 、ＥＭＩｍＰＦ6 、ＥＭＩｍＦＡＰ、ＥＭＩｍＥｔ2 ＰＯ4 およびＥＭＩｍＣＢ11Ｈ12からなる群より選ばれた少なくとも一種の第１の添加剤が添加された電解質層が設けられた構造を形成する工程を有する光電変換素子の製造方法である。
また、本開示は、
少なくとも一つの光電変換素子を有し、
上記光電変換素子が、
多孔質電極と、
対極と、
上記多孔質電極と上記対極との間に設けられた電解質層とを有し、
上記電解質層に、ＧｕＯＴｆ、ＥＭＩｍＳＣＮ、ＥＭＩｍＯＴｆ、ＥＭＩｍＴＦＳＩ、ＥＭＩｍＴｆＡｃ、ＥＭＩｍＤＩＮＨＯＰ、ＥＭＩｍＭｅＳＯ3 、ＥＭＩｍＤＣＡ、ＥＭＩｍＢＦ4 、ＥＭＩｍＰＦ6 、ＥＭＩｍＦＡＰ、ＥＭＩｍＥｔ2 ＰＯ4 およびＥＭＩｍＣＢ11Ｈ12からなる群より選ばれた少なくとも一種の第１の添加剤が添加されている光電変換素子である電子機器である。
また、本開示は、
少なくとも一つの光電変換素子および／または複数の光電変換素子が電気的に接続されている光電変換素子モジュールを有し、
上記光電変換素子が、
多孔質電極と、
対極と、
上記多孔質電極と上記対極との間に設けられた電解質層とを有し、
上記電解質層に、ＧｕＯＴｆ、ＥＭＩｍＳＣＮ、ＥＭＩｍＯＴｆ、ＥＭＩｍＴＦＳＩ、ＥＭＩｍＴｆＡｃ、ＥＭＩｍＤＩＮＨＯＰ、ＥＭＩｍＭｅＳＯ3 、ＥＭＩｍＤＣＡ、ＥＭＩｍＢＦ4 、ＥＭＩｍＰＦ6 、ＥＭＩｍＦＡＰ、ＥＭＩｍＥｔ2 ＰＯ4 およびＥＭＩｍＣＢ11Ｈ12からなる群より選ばれた少なくとも一種の第１の添加剤が添加されている光電変換素子である建築物である。
建築物は、光電変換素子および／または光電変換素子モジュールを設置可能な外壁面を有する建築物であれば、基本的にはどのようなものであってもよいが、具体的には、例えば、ビルディング、マンション、戸建住宅、アパート、駅舎、校舎、庁舎、競技場、球場、病院、教会、工場、倉庫、小屋、橋などが挙げられる。建築物は、好適には、少なくとも一つの窓部（例えば、ガラス窓）あるいは採光部を有する。建築物に設置される光電変換素子および／または光電変換素子モジュールのうちの窓部あるいは採光部に設けられるものは、好適には２枚の透明板の間、典型的には２枚のガラス板の間に挟持され、必要に応じて固定される。
さらに、本開示は、
多孔質電極と、
対極と、
上記多孔質電極と上記対極との間に設けられた電解質層とを有し、
上記電解質層に、下記の一般式（１）、（２）または（３）で表されるカチオンと下記のアニオンのうちのいずれか一つとからなる第１の添加剤（ＧｕＳＣＮを除く）が少なくとも一種添加されている光電変換素子である。
（１）カチオン
Figure 2012195280
Figure 2012195280
Figure 2012195280
 （２）アニオン
ＳＣＮ、［ＤＣＡ］、ＢＦ4 、ＰＦ6 、［ＴｆＡｃ］、［ＯＴｆ］、［ＴＦＳＩ］、［ＭｅＳＯ3 ］、［ＭｅＯＳＯ3 ］、［ＨＳＯ4 ］、［ＦＡＰ］、［ＤＡ］、［ＤＰＡ］、［ＤＩＮＨＯＰ］、［ＦＳＩ］、［ＤＥＰＡ］、［ｃｈｅｎｏ］、［Ｅｔ2 ＰＯ4 ］、ＣＢ11Ｈ12、［ＣＯＳＡＮ］、［ｃｙｃｌｉｃＴＦＳＩ］、Ｃ2 Ｆ5 ＳＯ3 、Ｃ3 Ｆ7 ＳＯ3 、Ｃ4 Ｆ9 ＳＯ3 、Ｎ（Ｃ3 Ｆ7 ＳＯ2 ）2 、Ｎ（Ｃ4 Ｆ9 ＳＯ2 ）2 、フッ素、塩素、臭素、ヨウ素
上記の一般式（３）で表されるカチオンの一例を挙げると下記の通りである。
・［Ｐｙ11］
Figure 2012195280
上記の第１の添加剤を構成するアニオンのうちの［ＯＴｆ］、ＳＣＮ、［ＴＦＳＩ］、［ＴｆＡｃ］、［ＤＩＮＨＯＰ］、［ＭｅＳＯ3 ］、［ＤＣＡ］、ＢＦ4 、ＰＦ6 、［ＦＡＰ］、［Ｅｔ2 ＰＯ4 ］およびＣＢ11Ｈ12以外のアニオンの化学構造は下記の通りである。
・［ＭｅＯＳＯ3 ］
Figure 2012195280
 ・［ＨＳＯ4 ］
Figure 2012195280
 ・［ＤＡ］
Figure 2012195280
 ・［ＤＰＡ］
Figure 2012195280
 ・［ＦＳＩ］
Figure 2012195280
 ・［ＤＥＰＡ］
Figure 2012195280
 ・［ｃｈｅｎｏ］
Figure 2012195280
 ・［ＣＯＳＡＮ］
Figure 2012195280
 ・［ｃｙｃｌｉｃＴＦＳＩ］
Figure 2012195280
 ・Ｃ2 Ｆ5 ＳＯ3
Figure 2012195280
 ・Ｃ3 Ｆ7 ＳＯ3
Figure 2012195280
 ・Ｃ4 Ｆ9 ＳＯ3
Figure 2012195280
 ・Ｎ（Ｃ3 Ｆ7 ＳＯ2 ）2
Figure 2012195280
 ・Ｎ（Ｃ4 Ｆ9 ＳＯ2 ）2
Figure 2012195280
 ・フッ素
Figure 2012195280
 ・塩素
Figure 2012195280
 ・臭素
Figure 2012195280
 ・ヨウ素
Figure 2012195280
さらに、本開示は、
多孔質電極と、
対極と、
上記多孔質電極と上記対極との間に設けられた電解質層とを有し、
上記電解質層が、分子量が５９．０４［ｇ／ｍｏｌ］以上のアニオンを有する塩を含有する光電変換素子である。
また、本開示は、
多孔質電極と対極との間に、分子量が５９．０４［ｇ／ｍｏｌ］以上のアニオンを有する塩を含有する電解質層が設けられた構造を形成する工程を有する光電変換素子の製造方法である。
また、本開示は、
少なくとも一つの光電変換素子を有し、
上記光電変換素子が、
多孔質電極と、
対極と、
上記多孔質電極と上記対極との間に設けられた電解質層とを有し、
上記電解質層が、分子量が５９．０４［ｇ／ｍｏｌ］以上のアニオンを有する塩を含有する光電変換素子である電子機器である。
また、本開示は、
少なくとも一つの光電変換素子および／または複数の光電変換素子が電気的に接続されている光電変換素子モジュールを有し、
上記光電変換素子が、
多孔質電極と、
対極と、
上記多孔質電極と上記対極との間に設けられた電解質層とを有し、
上記電解質層が、分子量が５９．０４［ｇ／ｍｏｌ］以上のアニオンを有する塩を含有する光電変換素子である建築物である。
ここで、分子量が５９．０４［ｇ／ｍｏｌ］以上のアニオンの具体例を挙げると次の通りであるが、これに限定されるものではない。
アニオン 分子量［ｇ／ｍｏｌ］
［ＯＴｆ］ １４９．０７
［ＴＦＳＩ］ ２８０．１５
［ＴｆＡｃ］ １１３．０２
［ＤＩＮＨＯＰ］ ２３３．３１
［ＤＣＡ］ ６６．０４
ＢＦ4 ８６．８１
ＰＦ6 １４４．９６
［ＦＡＰ］ ４４５．０１
［ＭｅＳＯ3 ］ ９５．１
［Ｅｔ2 ＰＯ4 ］ １５３．０９
ＣＢ11Ｈ12 １４３．０３
［ＤｆＡｃ］ ９５．０３
［２Ｆ］ １３９．１
［３Ｆ］ １３９．１
［Ｐｈ］ １２１．１１
［ＯＡｃ］ ５９．０４
ここで、［ＤｆＡｃ］、［２Ｆ］、［３Ｆ］、［Ｐｈ］および［ＯＡｃ］の化学構造は次の通りである。
・［ＤｆＡｃ］
Figure 2012195280
 ・［２Ｆ］
Figure 2012195280
 ・［３Ｆ］
Figure 2012195280
 ・［Ｐｈ］
Figure 2012195280
 ・［ＯＡｃ］
Figure 2012195280
分子量が５９．０４［ｇ／ｍｏｌ］以上のアニオンを有する塩のカチオンとしては、既に挙げたカチオンが挙げられるが、これに限定されるものではない。
ここで、上記の各種の第１の添加剤あるいは分子量が５９．０４［ｇ／ｍｏｌ］以上のアニオンを有する塩は、下記の通り、典型的には、共役酸の水中のｐＫa が０．２３≦ｐＫa （水中）≦４．７６の範囲内にあるカルボン酸系アニオンを有する塩である。あるいは、上記の各種の第１の添加剤あるいは分子量が５９．０４［ｇ／ｍｏｌ］以上のアニオンを有する塩は、下記の通り、典型的には、Ｏ−Ｈ酸またはＮ−Ｈ酸のアニオンまたは錯アニオンを有し、共役酸のアセトニトリル（ＡＮ）中のｐＫa が０．３≦ｐＫa （ＡＮ中）≦２３．５１となる塩である。本発明者の知見によれば、ｐＫa （水中）とｐＫa （ＡＮ中）との間には、概ね、ｐＫa （ＡＮ中）＝１．８０１×ｐＫa （水中）＋１０．２７の関係が成立する。
アニオン 酸のタイプ ｐＫa （水中） ｐＫa （ＡＮ中）
［ＳＣＮ］ 無機 ０．８５
［ＯＴｆ］ ＯＨ ０．７
［ＴＦＳＩ］ ＮＨ ０．３
［ＴｆＡｃ］ ＯＨ ０．２３
［ＤＣＡ］ ＮＨ ２．６
ＢＦ4 錯体 １．８
［ＤｆＡｃ］ ＯＨ １．２４
［２Ｆ］ ＯＨ ３．２７
［３Ｆ］ ＯＨ ３．８７
［Ｐｈ］ ＯＨ ４．２５ ２１．５１
［ＯＡｃ］ ＯＨ ４．７６ ２３．５１
光電変換素子は、典型的には、多孔質電極に光増感色素が結合（あるいは吸着）した色素増感光電変換素子である。この場合、光電変換素子の製造方法は、典型的には、多孔質電極に光増感色素を結合させる工程をさらに有する。この多孔質電極は、半導体からなる微粒子により構成される。半導体は、好適には、酸化チタン（ＴｉＯ2 ）、取り分けアナターゼ型のＴｉＯ2 を含む。
多孔質電極としては、いわゆるコア−シェル構造の微粒子により構成されたものを用いてもよく、この場合には光増感色素を結合させないでもよい。この多孔質電極としては、好適には、金属からなるコアとこのコアを取り巻く金属酸化物からなるシェルとからなる微粒子により構成されたものが用いられる。このような多孔質電極を用いると、この多孔質電極と対極との間に、電解液からなる電解質層を設けた場合、電解液の電解質が金属／金属酸化物微粒子の金属からなるコアと接触することがないことから、電解質による多孔質電極の溶解を防止することができる。このため、金属／金属酸化物微粒子のコアを構成する金属として、従来使用が困難であった、表面プラズモン共鳴の効果が大きい金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、銅（Ｃｕ）などを用いることができ、光電変換において表面プラズモン共鳴の効果を十分に得ることができる。また、電解液の電解質としてヨウ素系の電解質を用いることができる。金属／金属酸化物微粒子のコアを構成する金属としては、白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）などを用いることもできる。金属／金属酸化物微粒子のシェルを構成する金属酸化物としては使用する電解質に溶解しない金属酸化物が用いられ、必要に応じて選ばれる。このような金属酸化物としては、好適には、酸化チタン（ＴｉＯ2 ）、酸化スズ（ＳｎＯ2 ）、酸化ニオブ（Ｎｂ2 Ｏ5 ）および酸化亜鉛（ＺｎＯ）からなる群より選ばれた少なくとも一種類の金属酸化物が用いられるが、これらに限定されない。例えば、酸化タングステン（ＷＯ3 ）、チタン酸ストロンチウム（ＳｒＴｉＯ3 ）などの金属酸化物を用いることもできる。微粒子の粒径は適宜選ばれるが、好適には１〜５００ｎｍである。また、微粒子のコアの粒径も適宜選ばれるが、好適には１〜２００ｎｍである。
光電変換素子は、最も典型的には、太陽電池として構成される。ただし、光電変換素子は、太陽電池以外のもの、例えば光センサーなどであってもよい。
電子機器は、基本的にはどのようなものであってもよく、携帯型のものと据え置き型のものとの双方を含むが、具体例を挙げると、携帯電話、モバイル機器、ロボット、パーソナルコンピュータ、車載機器、各種家庭電気製品などである。この場合、光電変換素子は、例えばこれらの電子機器の電源として用いられる太陽電池である。
ところで、電解質層は典型的には電解液からなるが、電解液には、多孔質電極から電解液への逆電子移動を防ぐために添加剤を添加するのが一般的である。この添加剤としては、４−ｔｅｒｔ−ブチルピリジン（ＴＢＰ）が最も良く知られているが、電解液の添加剤の種類は限られており、添加剤の選択の幅が極めて狭く、電解液の設計の自由度が低かった。そこで、本発明者らは、上記の添加剤の選択の幅を広げるべく、実験的および理論的に鋭意研究を行った。その結果、電解液に添加する添加剤としては、従来より一般的に用いられている４−ｔｅｒｔ−ブチルピリジンよりも優れた特性を得ることができる添加剤が多く存在することが判明した。具体的には、ｐＫa が６．０４以上７．０３以下、すなわち６．０４≦ｐＫa ≦７．３の添加剤であれば、４−ｔｅｒｔ−ブチルピリジンよりも優れた特性を得ることができるという結論に到達した。このためには、電解液に６．０４≦ｐＫa ≦７．３の第２の添加剤が添加され、および／または、多孔質電極および対極のうちの少なくとも一方の電解質層に面する表面に、６．０４≦ｐＫa ≦７．３の第２の添加剤を吸着させる。これによって、電解液の添加剤の選択の幅が大きく、しかも添加剤として４−ｔｅｒｔ−ブチルピリジンを用いた場合よりも優れた特性を得ることができる光電変換素子を得ることができる。
電解液に添加し、あるいは、多孔質電極および対極のうちの少なくとも一方の表面に吸着させる第２の添加剤は、６．０４≦ｐＫa ≦７．３である限り、基本的にはどのようなものを用いてもよい。ここで、Ｋa は、水中における共役酸の解離平衡の平衡定数である。この第２の添加剤は、典型的には、ピリジン系添加剤や複素環を有する添加剤などである。ピリジン系添加剤の具体例を挙げると、２−アミノピリジン（２−ＮＨ２−Ｐｙ）、４−メトキシピリジン（４−ＭｅＯ−Ｐｙ）、４−エチルピリジン（４−Ｅｔ−Ｐｙ）などであるが、これに限定されるものではない。また、複素環を有する添加剤の具体例を挙げると、Ｎ−メチルイミダゾール（ＭＩｍ）、２，４−ルチジン（２４−Ｌｕ）、２，５−ルチジン（２５−Ｌｕ）、２，６−ルチジン（２６−Ｌｕ）、３，４−ルチジン（３４−Ｌｕ）、３，５−ルチジン（３５−Ｌｕ）などであるが、これに限定されるものではない。添加剤は、例えば、これらの２−アミノピリジン、４−メトキシピリジン、４−エチルピリジン、Ｎ−メチルイミダゾール、２，４−ルチジン、２，５−ルチジン、２，６−ルチジン、３，４−ルチジンおよび３，５−ルチジンからなる群より選ばれた少なくとも一種からなる。なお、６．０４≦ｐＫa ≦７．３を有するピリジン類または複素環化合物の構造を分子内に有する化合物も、上記の６．０４≦ｐＫa ≦７．３の添加剤と同様な効果を得ることができることが期待される。
第２の添加剤を多孔質電極および対極のうちの少なくとも一方の表面（多孔質電極と対極との間に電解質層を設けた後には多孔質電極または対極と電解質層との界面）に吸着させるためには、多孔質電極と対極との間に電解質層を設ける前に、多孔質電極または対極の表面に、第２の添加剤そのもの、第２の添加剤を含む有機溶媒、第２の添加剤を含む電解液などを用いて第２の添加剤を接触させればよい。具体的には、例えば、多孔質電極または対極を第２の添加剤を含む有機溶媒に浸漬させたり、第２の添加剤を含む有機溶媒を多孔質電極あるいは対極の表面にスプレー塗布したりすればよい。
上記のような第２の添加剤を用いる場合、電解液の溶媒の分子量は好適には４７．３６以上である。このような溶媒としては、例えば、３−メトキシプロピオニトリル（ＭＰＮ）、メトキシアセトニトリル（ＭＡＮ）、アセトニトリル（ＡＮ）とバレロニトリル（ＶＮ）などのニトリル系溶媒、エチレンカーボネートやプロピレンカーボネートなどのカーボネート系溶媒、スルホランなどのスルホン系溶媒、γ−ブチロラクトンなどのラクトン系溶媒などのいずれか、あるいはこれらの溶媒のいずれか二つ以上の混合液などが挙げられるが、これに限定されるものではない。
ところで、従来、色素増感太陽電池の電解液の溶媒としてはアセトニトリルなどの揮発性の有機溶媒が用いられてきた。しかしながら、この色素増感太陽電池では、破損などにより電解液が大気に露出すると、電解液の蒸散が起き、故障を招くという問題があった。この問題を解消するために、近年、電解液の溶媒として、揮発性の有機溶媒の代わりに、イオン液体と呼ばれる難揮発性の溶融塩が用いられるようになった（例えば、非特許文献３、４参照。）。この結果、色素増感太陽電池における電解液の揮発の問題は改善されつつある。しかしながら、イオン液体は従来用いられている有機溶媒よりも非常に高い粘性率を有するため、このイオン液体を用いた色素増感太陽電池の光電変換特性は、従来の色素増感太陽電池の光電変換特性よりも劣るのが実情である。このため、電解液の揮発を抑制することができ、しかも優れた光電変換特性を得ることができる色素増感太陽電池が望まれる。そこで、本発明者らは、このような課題を解決すべく鋭意研究を行った。その研究の過程において、本発明者らは、電解液の溶媒としてイオン液体を用いた場合に光電変換特性が劣化する問題の改善策を模索する中で、改善効果は得られないであろうという予想の下に、イオン液体を揮発性の有機溶媒で希釈する試みを行った。結果は予想通りであった。すなわち、イオン液体を揮発性の有機溶媒で希釈した溶媒を電解液に用いた場合には、電解液の粘性率が低下することにより光電変換特性は向上するが、有機溶媒が揮発してしまう問題は依然として残ってしまう。しかしながら、上記の検証を進めるために、種々の有機溶媒を用いてイオン液体を希釈する試みをさらに行った結果、イオン液体と有機溶媒との特定の組み合わせでは、光電変換特性を劣化させずに電解液の揮発を有効に抑えることができることを見出した。これは予想外の驚くべき結果であった。そして、こうして予期せず得られた知見に基づいて実験的および理論的検討を進めた結果、電子対受容性の官能基を有するイオン液体と電子対供与性の官能基を有する有機溶媒とを電解液の溶媒に含ませることが有効であるという結論に至った。この場合、電解液の溶媒中において、イオン液体の電子対受容性の官能基と有機溶媒の電子対供与性の官能基との間に水素結合が形成される。この水素結合を介してイオン液体の分子と有機溶媒の分子とが結合するため、有機溶媒単体を用いた場合に比べて、有機溶媒、したがって電解液の揮発を抑制することができる。また、電解液の溶媒はイオン液体に加えて有機溶媒を含むため、溶媒としてイオン液体だけを用いた場合に比べて電解液の粘性率を低くすることができ、光電変換特性の劣化を防止することができる。これによって、電解液の揮発を抑制することができ、しかも優れた光電変換特性を得ることができる。
ここで、上記の「イオン液体」は、１００℃で液体状態を示す塩（融点もしくはガラス転移温度が１００℃以上でも、過冷却により室温で液体状態となるものも含む）のほか、これ以外の塩でも、溶媒を添加することによって一つ以上の相を形成し、液体状態となる塩も含む。イオン液体は、電子対受容性の官能基を有するイオン液体である限り基本的にはどのようなものであってもよく、有機溶媒は、電子対供与性の官能基を有する限り基本的にはどのようなものであってもよい。イオン液体は、典型的には、そのカチオンが電子対受容性の官能基を有するものである。このイオン液体は、好適には、第四級窒素原子を有する芳香族アミンカチオンからなり、芳香環中に水素原子を有する有機カチオンと、７６Å3 以上のファンデルワールス（van der Waals)体積を有するアニオン（有機アニオンだけでなく、例えばＡｌＣｌ4 - やＦｅＣｌ4 - などの無機アニオンも含む）とからなるが、これに限定されるものではない。溶媒中のイオン液体の含有量は必要に応じて選ばれるが、好適には、イオン液体と有機溶媒とからなる溶媒にイオン液体が１５重量％以上１００重量％未満含まれる。有機溶媒の電子対供与性の官能基は、好適にはエーテル基またはアミノ基であるが、これに限定されるものではない。
上述のように、電解液の溶媒が、電子対受容性の官能基を有するイオン液体と電子対供与性の官能基を有する有機溶媒とを含むことにより、次のような効果が得られる。すなわち、電解液の溶媒中において、イオン液体の電子対受容性の官能基と有機溶媒の電子対供与性の官能基との間に水素結合が形成される。この水素結合を介してイオン液体の分子と有機溶媒の分子とが結合するため、有機溶媒単体を用いた場合に比べて、有機溶媒、したがって電解液の揮発を抑制することができる。また、電解液の溶媒はイオン液体に加えて有機溶媒を含むため、溶媒としてイオン液体だけを用いた場合に比べて電解液の粘性率を低くすることができ、光電変換特性の劣化を防止することができる。このため、電解液の揮発を抑制することができ、しかも優れた光電変換特性を得ることができる光電変換素子を実現することができる。
ところで、従来の色素増感太陽電池は一般的に、次のような方法により製造される。まず、透明導電性基板上に多孔質電極を形成する。次に、対極を用意し、透明導電性基板上の多孔質電極と対極とを互いに対向するように配置する。そして、透明導電性基板および対極の外周部に封止材を形成して電解質層が封入される空間を作る。次に、対極に予め形成された注液穴から電解液を注入し、電解質層を形成する。次に、対極の注液穴から外側にはみ出た電解液を拭き取る。その後、注液穴を塞ぐように対極上に封止板を貼り付ける。以上のようにして、目的とする色素増感太陽電池が製造される。しかしながら、この従来の色素増感太陽電池においては、色素増感太陽電池が何らかの原因で破損したりした際には、多孔質電極と対極との間に封入された電解質層から外部に電解液が漏れてしまうおそれがあった。本発明者らは、この問題を解決すべく鋭意検討を行った結果、色素増感太陽電池、より一般的には光電変換素子を、多孔質電極と対極との間に、電解液を含む多孔質膜からなる電解質層を設けた構造とすることが有効であることを見出した。このような光電変換素子の製造方法は、例えば、多孔質電極および対極のうちの一方の上に多孔質膜を設置する工程と、上記多孔質膜上に上記多孔質電極および上記対極のうちの他方を設置する工程とを有する。この光電変換素子の製造方法においては、多孔質電極および対極のうちの一方の上に設置する時点の多孔質膜は、電解液を含んでいても、含んでいなくてもよい。電解液を含む多孔質膜を用いる場合には、この電解液を含む多孔質膜が電解質層を構成する。電解液を含まない多孔質膜を用いる場合には、後の工程でこの多孔質膜に電解液を注入することができる。例えば、この多孔質膜を多孔質電極と対極との間に挟んだ状態でこの多孔質膜に電解液を注入することができる。典型的には、多孔質電極上に多孔質膜を設置した後、この多孔質膜上に対極を設置するが、これに限定されるものではない。この光電変換素子の製造方法は、必要に応じて、多孔質電極上に電解液を含む多孔質膜を設置した後、この多孔質膜上に対極を設置する前に、この多孔質膜を圧縮、典型的には多孔質膜を膜面に垂直な方向から押圧することにより圧縮する工程をさらに有する。こうすることで、多孔質膜が圧縮されて体積が減少したときに、多孔質膜の空隙部に含まれる電解液が押し出されて多孔質電極に浸透する。このため、電解液が多孔質膜から多孔質電極に行き渡った状態を容易に実現することができる。電解質層を構成する多孔質膜としては種々のものを用いることができ、構造や材質などは必要に応じて選ばれる。この多孔質膜としては、絶縁性のものが用いられるが、この絶縁性の多孔質膜は、絶縁材料からなるものであっても、例えば、導電性材料からなる多孔質膜の空隙部の表面を絶縁体化したり、空隙部の表面に絶縁膜をコーティングしたものであってもよい。この多孔質膜は、有機材料からなるものでも、無機材料からなるものでもよい。この多孔質膜としては、好適には各種の不織布が用いられ、その材料としては、例えばポリオレフィン、ポリエステル、セルロースなどの各種の有機高分子化合物を用いることができるが、これに限定されるものではない。この多孔質膜の空隙率は必要に応じて選ばれるが、多孔質電極と対極との間に設けられた状態における空隙率（実空隙率）は、好適には５０％以上である。この実空隙率は、高い光電変換効率を得る観点からは、好適には、８０％以上１００％未満に選ばれる。電解質層を構成する多孔質膜に含まれる電解液は、その揮発を防止する観点からは、好適には、低揮発性の電解液、例えばイオン液体を溶媒に用いたイオン液体系電解液が用いられる。イオン液体としては、従来公知のものを用いることができ、必要に応じて選ばれる。
本開示によれば、電解質層に第１の添加剤が添加され、あるいは、電解質層が分子量が５９．０４［ｇ／ｍｏｌ］以上のアニオンを有する塩を含有することにより、例えば暗所で８５℃の耐久試験でも光電変換効率の維持率の大幅な向上を図ることができ、耐久性の大幅な向上を図ることができる。そして、この優れた光電変換素子を用いることにより、高性能の電子機器などを実現することができる。
第１の実施の形態による色素増感光電変換素子を示す断面図である。 第２の実施の形態による色素増感光電変換素子の製造方法を示す断面図である。 参考例１〜５の色素増感光電変換素子の光電変換特性の測定結果を示す略線図である。 参考例６、７の色素増感光電変換素子の光電変換特性の測定結果を示す略線図である。 参考例１〜７の色素増感光電変換素子の電解質層を構成する多孔質膜の実空隙率と規格化光電変換効率との関係を示す略線図である。 参考例７の色素増感光電変換素子のＩＰＣＥスペクトルの測定結果を示す略線図である。 第２の実施の形態による色素増感光電変換素子において電解質層により光が散乱される様子を電解液のみからなる電解質層を用いた従来の色素増感光電変換素子と比較して示す略線図である。 第３の実施の形態による色素増感光電変換素子の製造方法を示す断面図である。 第３の実施の形態による色素増感光電変換素子の製造方法を示す断面図である。 種々の添加剤のｐＫa とこの添加剤を電解液に添加した色素増感光電変換素子の光電変換効率との関係を示す略線図である。 電解液に添加される種々の添加剤のｐＫa とその添加剤を電解液に添加した色素増感光電変換素子の内部抵抗との関係を示す略線図である。 添加剤の効果の電解液の溶媒種依存性を示す略線図である。 第５の実施の形態による色素増感光電変換素子において多孔質電極を構成する金属／金属酸化物微粒子の構成を示す断面図である。 実施例３５〜４１および比較例２７の色素増感光電変換素子の光電変換効率の維持率の測定結果を示す略線図である。
以下、発明を実施するための形態（以下「実施の形態」とする）について説明する。なお、説明は以下の順序で行う。
１．第１の実施の形態（色素増感光電変換素子およびその製造方法）
２．第２の実施の形態（色素増感光電変換素子およびその製造方法）
３．第３の実施の形態（色素増感光電変換素子およびその製造方法）
４．第４の実施の形態（色素増感光電変換素子およびその製造方法）
５．第５の実施の形態（色素増感光電変換素子およびその製造方法）
６．第６の実施の形態（光電変換素子およびその製造方法）
７．第７の実施の形態（色素増感光電変換素子およびその製造方法）
〈１．第１の実施の形態〉
［色素増感光電変換素子］
図１は第１の実施の形態による色素増感光電変換素子を示す要部断面図である。
図１に示すように、この色素増感光電変換素子においては、透明基板１の一主面に透明電極２が設けられ、この透明電極２上にこの透明電極２より小さい所定の平面形状を有する多孔質電極３が設けられている。この多孔質電極３には一種または複数種の光増感色素（図示せず）が結合している。一方、対向基板４の一主面に導電層５が設けられ、この導電層５上に対極６が設けられている。この対極６は多孔質電極３と同一の平面形状を有する。透明基板１上の多孔質電極３と対向基板４上の対極６との間に、電解液からなる電解質層７が設けられている。そして、これらの透明基板１および対向基板４の外周部が封止材８で封止されている。この封止材８は透明電極２および導電層５に接しているが、透明電極２を多孔質電極３と同一の平面形状に形成することにより透明基板１に接するようにしてもよいし、対極６を導電層５の全面に形成することによりこの導電層５に接するようにしてもよい。
多孔質電極３としては、典型的には、半導体微粒子を焼結させた多孔質半導体層が用いられる。光増感色素はこの半導体微粒子の表面に吸着している。半導体微粒子の材料としては、シリコンに代表される元素半導体、化合物半導体、ペロブスカイト構造を有する半導体などを用いることができる。これらの半導体は、光励起下で伝導帯電子がキャリアとなり、アノード電流を生じるｎ型半導体であることが好ましい。具体的には、例えば、酸化チタン（ＴｉＯ2 ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化タングステン（ＷＯ3 ）、酸化ニオブ（Ｎｂ2 Ｏ5 ）、チタン酸ストロンチウム（ＳｒＴｉＯ3 ）、酸化スズ（ＳｎＯ2 ）などの半導体が用いられる。これらの半導体の中でも、ＴｉＯ2 、取り分けアナターゼ型のＴｉＯ2 を用いることが好ましい。ただし、半導体の種類はこれらに限定されるものではなく、必要に応じて、二種類以上の半導体を混合または複合化して用いることができる。また、半導体微粒子の形態は粒状、チューブ状、棒状などのいずれであってもよい。
上記の半導体微粒子の粒径に特に制限はないが、一次粒子の平均粒径で１〜２００ｎｍが好ましく、特に好ましくは５〜１００ｎｍである。また、半導体微粒子よりも大きいサイズの粒子を混合し、この粒子で入射光を散乱させ、量子収率を向上させることも可能である。この場合、別途混合する粒子の平均サイズは２０〜５００ｎｍであることが好ましいが、これに限定されるものではない。
多孔質電極３は、できるだけ多くの光増感色素を結合させることができるように、半導体微粒子からなる多孔質半導体層の内部の空孔に面する微粒子表面も含めた実表面積の大きいものが好ましい。このため、多孔質電極３を透明電極２の上に形成した状態での実表面積は、多孔質電極３の外側表面の面積（投影面積）に対して１０倍以上であることが好ましく、１００倍以上であることがさらに好ましい。この比に特に上限はないが、通常１０００倍程度である。
一般に、多孔質電極３の厚さが増し、単位投影面積当たりに含まれる半導体微粒子の数が増加するほど、実表面積が増加し、単位投影面積に保持することができる光増感色素の量が増加するため、光吸収率が高くなる。一方、多孔質電極３の厚さが増加すると、光増感色素から多孔質電極３に移行した電子が透明電極２に達するまでに拡散する距離が増加するため、多孔質電極３内での電荷再結合による電子の損失も大きくなる。従って、多孔質電極３には好ましい厚さが存在するが、この厚さは一般的には０．１〜１００μｍであり、１〜５０μｍであることがより好ましく、３〜３０μｍであることが特に好ましい。
電解質層７を構成する電解液には、上述の種々の第１の添加剤のうちの少なくとも一種が添加されている。第１の添加剤の組成は必要に応じて選ばれるが、例えば０．０１Ｍ以上１Ｍ以下、典型的には０．０５Ｍ以上０．５Ｍ以下である。
電解質層７を構成する電解液としては、酸化還元系（レドックス対）を含む溶液が挙げられる。酸化還元系としては、適切な酸化還元電位を有する物質であれば、特に制限はない。具体的には、酸化還元系としては、例えば、ヨウ素（Ｉ2 ）と金属または有機物のヨウ化物塩との組み合わせや、臭素（Ｂｒ2 ）と金属または有機物の臭化物塩との組み合わせなどが用いられる。金属塩を構成するカチオンは、例えば、リチウム（Ｌｉ+ ）、ナトリウム（Ｎａ+ ）、カリウム（Ｋ+ ）、セシウム（Ｃｓ+ ）、マグネシウム（Ｍｇ2+）、カルシウム（Ｃａ2+）などである。また、有機物塩を構成するカチオンとしては、テトラアルキルアンモニウムイオン類、ピリジニウムイオン類、イミダゾリウムイオン類などの第四級アンモニウムイオンが好適なものであり、これらを単独に、あるいは二種類以上を混合して用いることができる。
電解質層７を構成する電解液としては、上記のほかに、コバルト、鉄、銅、ニッケル、白金などの遷移金属からなる有機金属錯体の酸化体・還元体の組み合わせ、ポリ硫化ナトリウム、アルキルチオールとアルキルジスルフィドとの組み合わせなどのイオウ化合物、ビオロゲン色素、ヒドロキノンとキノンとの組み合わせなどを用いることもできる。
電解質層７を構成する電解液の電解質としては、上記の中でも特に、ヨウ素（Ｉ2 ）と、ヨウ化リチウム（ＬｉＩ）、ヨウ化ナトリウム（ＮａＩ）、イミダゾリウムヨーダイドなどの第４級アンモニウム化合物とを組み合わせた電解質が好適なものである。電解質塩の濃度は溶媒に対して０．０５Ｍ〜１０Ｍが好ましく、さらに好ましくは０．２Ｍ〜３Ｍである。ヨウ素Ｉ2 または臭素Ｂｒ2 の濃度は０．０００５Ｍ〜１Ｍが好ましく、さらに好ましくは０．００１〜０．５Ｍである。また、開放電圧や短絡電流を向上させる目的で４−ｔｅｒｔ−ブチルピリジンやベンズイミダゾリウム類などの各種添加剤を加えることもできる。
電解液を構成する溶媒としては、一般的には、水、アルコール類、エーテル類、エステル類、炭酸エステル類、ラクトン類、カルボン酸エステル類、リン酸トリエステル類、複素環化合物類、ニトリル類、ケトン類、アミド類、ニトロメタン、ハロゲン化炭化水素、ジメチルスルホキシド、スルフォラン、Ｎ−メチルピロリドン、１，３−ジメチルイミダゾリジノン、３−メチルオキサゾリジノン、炭化水素などが用いられる。
電解液を構成する溶媒としてはイオン液体を用いてもよく、こうすることで電解液の揮発の問題を改善することができる。イオン液体としては従来公知のものを用いることができ、必要に応じて選ばれるが、具体例を挙げると次の通りである。
・ＥＭＩｍＴＣＢ：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（1-ethyl-3-methylimidazolium tetracyanoborate）
・ＥＭＩｍＴＦＳＩ：１−エチル−３−メチルイミダゾリウム ビス（トリフルオロメタンスルホニル）イミド（1-ethyl-3-methylimidazolium bis(trifluoromethanesulfonyl)imide)
・ＥＭＩｍＦＡＰ：１−エチル−３−メチルイミダゾリウム トリス（ペンタフルオロエチル）トリフルオロホスフェート（1-ethyl-3-methylimidazolium tris(pentafluoroethyl)trifluorophosphate)
・ＥＭＩｍＢＦ4 ：１−エチル−３−メチルイミダゾリウム テトラフルオロボレート（1-ethyl-3-methylimidazolium tetrafluoroborate)
・ＥＭＩｍＯＴｆ（１−エチル−３−メチルイミダゾリウム トリフルオロスルホネート（1-ethyl-3-methylimidazolium trifluorosulfonate) ）
・Ｐ222 ＭＯＭＴＦＳＩ（トリエチル（メトキシメチル）ホスホニウム ビス（トリフルオロメチルスホニル）イミド（triethyl(methoxymethyl)phosphonium bis(trifluoromethylsufonyl)imide)
透明基板１は、光が透過しやすい材質と形状のものであれば特に限定されるものではなく、種々の基板材料を用いることができるが、特に可視光の透過率が高い基板材料を用いることが好ましい。また、色素増感光電変換素子に外部から侵入しようとする水分やガスを阻止する遮断性能が高く、また、耐溶剤性や耐候性に優れている材料が好ましい。具体的には、透明基板１の材料としては、石英やガラスなどの透明無機材料や、ポリエチレンテレフタラート、ポリエチレンナフタラート、ポリカーボネート、ポリスチレン、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリフェニレンスルフィド、ポリフッ化ビニリデン、アセチルセルロース、ブロム化フェノキシ、アラミド類、ポリイミド類、ポリスチレン類、ポリアリレート類、ポリスルホン類、ポリオレフィン類などの透明プラスチックが挙げられる。透明基板１の厚さは特に制限されず、光の透過率や、光電変換素子内外を遮断する性能を勘案して、適宜選択することができる。
透明基板１上に設けられる透明電極２は、シート抵抗が小さいほど好ましく、具体的には５００Ω／□以下であることが好ましく、１００Ω／□以下であることがさらに好ましい。透明電極２を形成する材料としては公知の材料を用いることができ、必要に応じて選択される。この透明電極２を形成する材料は、具体的には、インジウム−スズ複合酸化物（ＩＴＯ）、フッ素がドープされた酸化スズ（ＩＶ）ＳｎＯ2 （ＦＴＯ）、酸化スズ（ＩＶ）ＳｎＯ2 、酸化亜鉛（ＩＩ）ＺｎＯ、インジウム−亜鉛複合酸化物（ＩＺＯ）などが挙げられる。ただし、透明電極２を形成する材料は、これらに限定されるものではなく、二種類以上を組み合わせて用いることもできる。
多孔質電極３に結合させる光増感色素は、増感作用を示すものであれば特に制限はなく、有機金属錯体、有機色素、金属・半導体ナノ粒子などを用いることができるが、この多孔質電極３の表面に吸着する酸官能基を有するものが好ましい。光増感色素は、一般的には、カルボキシ基、リン酸基などを有するものが好ましく、この中でも特にカルボキシ基を有するものが好ましい。光増感色素の具体例を挙げると、例えば、ローダミンＢ、ローズベンガル、エオシン、エリスロシンなどのキサンテン系色素、メロシアニン、キノシアニン、クリプトシアニンなどのシアニン系色素、フェノサフラニン、カブリブルー、チオシン、メチレンブルーなどの塩基性染料、クロロフィル、亜鉛ポルフィリン、マグネシウムポルフィリンなどのポルフィリン系化合物が挙げられ、その他のものとしてはアゾ色素、フタロシアニン化合物、クマリン系化合物、ピリジン錯化合物、アントラキノン系色素、多環キノン系色素、トリフェニルメタン系色素、インドリン系色素、ペリレン系色素、ポリチオフェンなどのπ共役系高分子やそのモノマーの２〜２０量体、ＣｄＳ、ＣｄＳｅなどの量子ドットなどが挙げられる。これらの中でも、リガンド（配位子）がピリジン環またはイミダゾリウム環を含み、Ｒｕ、Ｏｓ、Ｉｒ、Ｐｔ、Ｃｏ、ＦｅおよびＣｕからなる群より選ばれた少なくとも一種類の金属の錯体の色素は量子収率が高く好ましい。特に、シス−ビス（イソチオシアナート）−Ｎ，Ｎ−ビス（２，２’−ジピリジル−４，４’−ジカルボン酸）−ルテニウム（II）またはトリス（イソチオシアナート）−ルテニウム（II）−２，２' ：６' ，２" −ターピリジン−４，４' ，４" −トリカルボン酸を基本骨格とする色素分子は吸収波長域が広く好ましい。ただし、光増感色素は、これらに限定されるものではない。光増感色素としては、典型的には、これらのうちの一種類のものを用いるが、二種類以上の光増感色素を混合して用いてもよい。二種類以上の光増感色素を混合して用いる場合、光増感色素は、好適には、多孔質電極３に保持された、ＭＬＣＴ（Metal to Ligand Charge Transfer)を引き起こす性質を有する無機錯体色素と、この多孔質電極３に保持された、分子内ＣＴ（Charge Transfer)の性質を有する有機分子色素とを有する。この場合、無機錯体色素と有機分子色素とは、多孔質電極３に互いに異なる立体配座で吸着する。無機錯体色素は、好適には、多孔質電極３に結合する官能基としてカルボキシ基またはホスホノ基を有する。また、有機分子色素は、好適には、同一炭素に、多孔質電極３に結合する官能基としてカルボキシ基またはホスホノ基とシアノ基、アミノ基、チオール基またはチオン基とを有する。無機錯体色素は例えばポリピリジン錯体、有機分子色素は例えば、電子供与性の基と電子受容性の基とを併せ持ち、分子内ＣＴの性質を有する芳香族多環共役系分子である。
光増感色素の多孔質電極３への吸着方法に特に制限はないが、上記の光増感色素を例えばアルコール類、ニトリル類、ニトロメタン、ハロゲン化炭化水素、エーテル類、ジメチルスルホキシド、アミド類、Ｎ−メチルピロリドン、１，３−ジメチルイミダゾリジノン、３−メチルオキサゾリジノン、エステル類、炭酸エステル類、ケトン類、炭化水素、水などの溶媒に溶解させ、これに多孔質電極３を浸漬したり、光増感色素を含む溶液を多孔質電極３上に塗布したりすることができる。また、光増感色素の分子同士の会合を低減する目的でデオキシコール酸などを添加してもよい。必要に応じて紫外線吸収剤を併用することもできる。
多孔質電極３に光増感色素を吸着させた後に、過剰に吸着した光増感色素の除去を促進する目的で、アミン類を用いて多孔質電極３の表面を処理してもよい。アミン類の例としてはピリジン、４−ｔｅｒｔ−ブチルピリジン、ポリビニルピリジンなどが挙げられ、これらが液体の場合はそのまま用いてもよいし、有機溶媒に溶解して用いてもよい。
対極６の材料としては、導電性物質であれば任意のものを用いることができるが、絶縁性材料の電解質層７に面している側に導電層が形成されていれば、これも用いることが可能である。対極６の材料としては、電気化学的に安定な材料を用いることが好ましく、具体的には、白金、金、カーボン、導電性ポリマーなどを用いることが望ましい。
また、対極６での還元反応に対する触媒作用を向上させるために、電解質層７に接している対極６の表面は、微細構造が形成され、実表面積が増大するように形成されていることが好ましい。例えば、対極６の表面は、白金であれば白金黒の状態に、カーボンであれば多孔質カーボンの状態に形成されていることが好ましい。白金黒は、白金の陽極酸化法や塩化白金酸処理などによって、また多孔質カーボンは、カーボン微粒子の焼結や有機ポリマーの焼成などの方法によって形成することができる。
対極６は対向基板４の一主面に形成された導電層５上に形成されているが、これに限定されるものではない。対向基板４の材料としては、不透明なガラス、プラスチック、セラミック、金属などを用いてもよいし、透明材料、例えば透明なガラスやプラスチックなどを用いてもよい。導電層５としては、透明電極２と同様なものを用いることができるほか、不透明な導電材料により形成されたものを用いることもできる。
封止材８の材料としては、耐光性、絶縁性、防湿性などを備えた材料を用いることが好ましい。封止材８の材料の具体例を挙げると、エポキシ樹脂、紫外線硬化樹脂、アクリル樹脂、ポリイソブチレン樹脂、ＥＶＡ（エチレンビニルアセテート) 、アイオノマー樹脂、セラミック、各種熱融着フィルムなどである。
また、電解液を注入する場合、注入口が必要であるが、多孔質電極３およびこれに対向する部分の対極６上でなければ注入口の場所は特に限定されない。また、電解液の注入方法に特に制限はないが、外周が予め封止され、溶液の注入口を開けられた光電変換素子の内部に減圧下で注液を行う方法が好ましい。この場合、注入口に溶液を数滴垂らし、毛細管現象により注液する方法が簡便である。また、必要に応じて減圧もしくは加熱下で注液の操作を行うこともできる。完全に溶液が注入された後、注入口に残った溶液を除去し、注入口を封止する。この封止方法にも特に制限はないが、必要であればガラス板やプラスチック基板を封止剤で貼り付けて封止することもできる。また、この方法以外にも、液晶パネルの液晶滴下注入（ＯＤＦ；One Drop Filling）工程のように、電解液を基板上に滴下して減圧下で貼り合わせて封止することもできる。封止を行った後、電解液を多孔質電極３へ十分に含漬させるため、必要に応じて加熱、加圧の操作を行うことも可能である。
［色素増感光電変換素子の製造方法］
次に、この色素増感光電変換素子の製造方法について説明する。
まず、透明基板１の一主面にスパッタリング法などにより透明導電層を形成して透明電極２を形成する。
次に、透明基板１の透明電極２上に多孔質電極３を形成する。この多孔質電極３の形成方法に特に制限はないが、物性、利便性、製造コストなどを考慮した場合、湿式製膜法を用いるのが好ましい。湿式製膜法では、半導体微粒子の粉末あるいはゾルを水などの溶媒に均一に分散させたペースト状の分散液を調製し、この分散液を透明基板１の透明電極２上に塗布または印刷する方法が好ましい。分散液の塗布方法または印刷方法に特に制限はなく、公知の方法を用いることができる。具体的には、塗布方法としては、例えば、ディップ法、スプレー法、ワイヤーバー法、スピンコート法、ローラーコート法、ブレードコート法、グラビアコート法などを用いることができる。また、印刷方法としては、凸版印刷法、オフセット印刷法、グラビア印刷法、凹版印刷法、ゴム版印刷法、スクリーン印刷法などを用いることができる。
半導体微粒子の材料としてアナターゼ型ＴｉＯ2 を用いる場合、このアナターゼ型ＴｉＯ2 は、粉末状、ゾル状、またはスラリー状の市販品を用いてもよいし、酸化チタンアルコキシドを加水分解するなどの公知の方法によって所定の粒径のものを形成してもよい。市販の粉末を使用する際には粒子の二次凝集を解消することが好ましく、ペースト状分散液の調製時に、乳鉢やボールミルなどを使用して粒子の粉砕を行うことが好ましい。このとき、二次凝集が解消された粒子が再度凝集するのを防ぐために、アセチルアセトン、塩酸、硝酸、界面活性剤、キレート剤などをペースト状分散液に添加することができる。また、ペースト状分散液の粘性を増すために、ポリエチレンオキシドやポリビニルアルコールなどの高分子、あるいはセルロース系の増粘剤などの各種増粘剤をペースト状分散液に添加することもできる。
多孔質電極３は、半導体微粒子を透明電極２上に塗布または印刷した後に、半導体微粒子同士を電気的に接続し、多孔質電極３の機械的強度を向上させ、透明電極２との密着性を向上させるために、焼成することが好ましい。焼成温度の範囲に特に制限はないが、温度を上げ過ぎると、透明電極２の電気抵抗が高くなり、さらには透明電極２が溶融することもあるため、通常は４０〜７００℃が好ましく、４０〜６５０℃がより好ましい。また、焼成時間にも特に制限はないが、通常は１０分〜１０時間程度である。
焼成後、半導体微粒子の表面積を増加させたり、半導体微粒子間のネッキングを高めたりする目的で、例えば、四塩化チタン水溶液や直径１０ｎｍ以下の酸化チタン超微粒子ゾルによるディップ処理を行ってもよい。透明電極２を支持する透明基板１としてプラスチック基板を用いる場合には、結着剤を含むペースト状分散液を用いて透明電極２上に多孔質電極３を製膜し、加熱プレスによって透明電極２に圧着することも可能である。
次に、多孔質電極３が形成された透明基板１を、光増感色素を所定の溶媒に溶解した溶液中に浸漬することにより、多孔質電極３に光増感色素を結合させる。
一方、対向基板４の全面に例えばスパッタリング法などにより導電層５を形成した後、この導電層５上に所定の平面形状を有する対極６を形成する。この対極６は、例えば、導電層５の全面に例えばスパッタリング法などにより対極６の材料となる膜を形成した後、この膜をエッチングによりパターニングすることにより形成することができる。
次に、透明基板１と対向基板４とを多孔質電極３と対極６とが所定の間隔、例えば１〜１００μｍ、好ましくは１〜５０μｍの間隔をおいて互いに対向するように配置する。そして、透明基板１および対向基板４の外周部に封止材８を形成して電解質層７が封入される空間を作り、この空間に例えば透明基板１に予め形成された注液口（図示せず）から上記の第１の添加剤が添加された電解液を注入し、電解質層７を形成する。その後、この注液口を塞ぐ。
以上により、目的とする色素増感光電変換素子が製造される。
［色素増感光電変換素子の動作］
次に、この色素増感光電変換素子の動作について説明する。
この色素増感光電変換素子は、光が入射すると、対極６を正極、透明電極２を負極とする電池として動作する。その原理は次の通りである。なお、ここでは、透明電極２の材料としてＦＴＯを用い、多孔質電極３の材料としてＴｉＯ2 を用い、レドックス対としてＩ- ／Ｉ3 - の酸化還元種を用いることを想定しているが、これに限定されるものではない。また、多孔質電極３に一種の光増感色素が結合していることを想定する。
透明基板１および透明電極２を透過し、多孔質電極３に入射した光子を多孔質電極３に結合した光増感色素が吸収すると、この光増感色素中の電子が基底状態（ＨＯＭＯ）から励起状態（ＬＵＭＯ）へ励起される。こうして励起された電子は、光増感色素と多孔質電極３との間の電気的結合を介して、多孔質電極３を構成するＴｉＯ2 の伝導帯に引き出され、多孔質電極３を通って透明電極２に到達する。
一方、電子を失った光増感色素は、電解質層７中の還元剤、例えばＩ- から下記の反応によって電子を受け取り、電解質層７中に酸化剤、例えばＩ3 - （Ｉ2 とＩ- との結合体）を生成する。
２Ｉ- → Ｉ2 ＋ ２ｅ-
Ｉ2 ＋ Ｉ- → Ｉ3 -
こうして生成された酸化剤は拡散によって対極６に到達し、上記の反応の逆反応によって対極６から電子を受け取り、もとの還元剤に還元される。
Ｉ3 - → Ｉ2 ＋ Ｉ-
Ｉ2 ＋ ２ｅ- → ２Ｉ-
透明電極２から外部回路へ送り出された電子は、外部回路で電気的仕事をした後、対極６に戻る。このようにして、光増感色素にも電解質層７にも何の変化も残さず、光エネルギーが電気エネルギーに変換される。
〈実施例１〉
色素増感光電変換素子を以下のようにして製造した。
多孔質電極３を形成する際の原料であるＴｉＯ2 のペースト状分散液は、「色素増感太陽電池の最新技術」（荒川裕則監修、２００１年、（株）シーエムシー）を参考にして作製した。すなわち、まず、室温で撹拌しながらチタンイソプロポキシド１２５ｍｌを０．１Ｍの硝酸水溶液７５０ｍｌに徐々に滴下した。滴下後、８０℃の恒温槽に移し、８時間撹拌を続けたところ、白濁した半透明のゾル溶液が得られた。このゾル溶液を室温になるまで放冷し、ガラスフィルタでろ過した後、溶媒を加えて溶液の体積を７００ｍｌにした。得られたゾル溶液をオートクレーブへ移し、２２０℃で１２時間水熱反応を行わせた後、１時間超音波処理して分散化処理を行った。次に、この溶液をエバポレータを用いて４０℃で濃縮し、ＴｉＯ2 の含有量が２０ｗｔ％になるように調製した。この濃縮ゾル溶液に、ＴｉＯ2 の質量の２０％分のポリエチレングリコール（分子量５０万）と、ＴｉＯ2 の質量の３０％分の粒子直径２００ｎｍのアナターゼ型ＴｉＯ2 とを添加し、撹拌脱泡機で均一に混合し、粘性を増加させたＴi Ｏ2 のペースト状分散液を得た。
上記のＴｉＯ2 のペースト状分散液を、透明電極２であるＦＴＯ層の上にブレードコーティング法によって塗布し、大きさ５ｍｍ×５ｍｍ、厚さ２００μｍの微粒子層を形成した。その後、５００℃に３０分間保持して、ＴｉＯ2 微粒子をＦＴＯ層上に焼結した。焼結されたＴｉＯ2 膜へ０．１Ｍの塩化チタン（ＩＶ）ＴｉＣｌ4 水溶液を滴下し、室温下で１５時間保持した後、洗浄し、再び５００℃で３０分間焼成を行った。この後、紫外光照射装置を用いてＴｉＯ2 焼結体に紫外光を３０分間照射し、このＴｉＯ2 焼結体に含まれる有機物などの不純物をＴｉＯ2 の光触媒作用によって酸化分解して除去し、ＴｉＯ2 焼結体の活性を高める処理を行い、多孔質電極３を得た。
光増感色素として、十分に精製した、下記の構造式で表されるＺ９０７ ２３．８ｍｇを、アセトニトリルとｔｅｒｔ−ブタノールとを１：１の体積比で混合した混合溶媒５０ｍｌに溶解させ、光増感色素溶液を調製した。
Figure 2012195280
次に、多孔質電極３をこの光増感色素溶液に室温下で２４時間浸漬し、ＴｉＯ2 微粒子表面に光増感色素を保持させた。次に、４−ｔｅｒｔ−ブチルピリジンのアセトニトリル溶液およびアセトニトリルを順に用いて多孔質電極３を洗浄した後、暗所で溶媒を蒸発させ、乾燥させた。
対極６は、予め直径０．５ｍｍの注液口が形成されたＦＴＯ層の上に厚さ５０ｎｍのクロム層および厚さ１００ｎｍの白金層を順次スパッタリング法によって積層し、その上に塩化白金酸のイソプロピルアルコール（２−プロパノール）溶液をスプレーコートし、３８５℃、１５分間加熱することにより形成した。
次に、透明基板１と対向基板４とをそれらの多孔質電極３と対極６とが対向するように配置し、外周を厚さ３０μｍのアイオノマー樹脂フィルムとアクリル系紫外線硬化樹脂とによって封止した。
一方、溶媒としての１．０Ｍの１−プロピル−３−メチルイミダゾリウムヨーダイド（ＭＰＩｍＩ）／ＥＭＩｍＴＣＢに、ヨウ素Ｉ2 ０．１０ｇ、第２の添加剤として０．３ＭのＮ−ブチルベンズミダゾール（ＮＢＢ）、第１の添加剤として０．１ＭのＧｕＯＴｆを溶解させ、電解液を調製した。
この電解液を予め準備した色素増感光電変換素子の注液口から送液ポンプを用いて注入し、減圧することで素子内部の気泡を追い出した。こうして電解質層７が形成される。次に、注液口をアイオノマー樹脂フィルム、アクリル樹脂およびガラス基板で封止し、色素増感光電変換素子を完成した。
〈実施例２〉
電解液に添加する第１の添加剤としてＥＭＩｍＳＣＮを用いたことを除いて、実施例１と同様にして色素増感光電変換素子を製造した。
〈実施例３〉
電解液に添加する第１の添加剤としてＥＭＩｍＯＴｆを用いたことを除いて、実施例１と同様にして色素増感光電変換素子を製造した。
〈実施例４〉
電解液に添加する第１の添加剤としてＥＭＩｍＴＦＳＩを用いたことを除いて、実施例１と同様にして色素増感光電変換素子を製造した。
〈実施例５〉
電解液に添加する第１の添加剤としてＥＭＩｍＴｆＡｃを用いたことを除いて、実施例１と同様にして色素増感光電変換素子を製造した。
〈実施例６〉
電解液に添加する第１の添加剤としてＥＭＩｍＤＩＮＨＯＰを用いたことを除いて、実施例１と同様にして色素増感光電変換素子を製造した。
〈実施例７〉
電解液に添加する第１の添加剤としてＥＭＩｍＭｅＳＯ3 を用いたことを除いて、実施例１と同様にして色素増感光電変換素子を製造した。
〈実施例８〉
光増感色素として、下記の構造式で表されるＺ９９１を用いた。
Figure 2012195280
 光増感色素溶液は、十分に精製したＺ９９１ ２３．８ｍｇを、アセトニトリルとｔｅｒｔ−ブタノールとを１：１の体積比で混合した混合溶媒５０ｍｌに溶解させることにより調製した。また、電解液に添加する第１の添加剤としてＥＭＩｍＳＣＮを用いた。その他は実施例１と同様にして色素増感光電変換素子を製造した。
〈実施例９〉
電解液に添加する第１の添加剤としてＥＭＩｍＤＣＡを用いたことを除いて、実施例８と同様にして色素増感光電変換素子を製造した。
〈実施例１０〉
電解液に添加する第１の添加剤としてＥＭＩｍＢＦ4 を用いたことを除いて、実施例８と同様にして色素増感光電変換素子を製造した。
〈実施例１１〉
電解液に添加する第１の添加剤としてＥＭＩｍＰＦ6 を用いたことを除いて、実施例８と同様にして色素増感光電変換素子を製造した。
〈実施例１２〉
電解液に添加する第１の添加剤としてＥＭＩｍＦＡＰを用いたことを除いて、実施例８と同様にして色素増感光電変換素子を製造した。
〈実施例１３〉
電解液に添加する第１の添加剤としてＥＭＩｍＴＦＳＩを用いたことを除いて、実施例８と同様にして色素増感光電変換素子を製造した。
〈実施例１４〉
電解液に添加する第１の添加剤としてＥＭＩｍＯＴｆを用いたことを除いて、実施例８と同様にして色素増感光電変換素子を製造した。
〈実施例１５〉
電解液に添加する第１の添加剤としてＥＭＩｍＴｆＡｃを用いたことを除いて、実施例８と同様にして色素増感光電変換素子を製造した。
〈実施例１６〉
電解液に添加する第１の添加剤としてＥＭＩｍＭｅＳＯ3 を用いたことを除いて、実施例８と同様にして色素増感光電変換素子を製造した。
〈実施例１７〉
電解液に添加する第１の添加剤としてＥＭＩｍＥｔ2 ＰＯ4 を用いたことを除いて、実施例８と同様にして色素増感光電変換素子を製造した。
〈実施例１８〉
電解液に添加する第１の添加剤としてＥＭＩｍＣＢ11Ｈ12を用いたことを除いて、実施例８と同様にして色素増感光電変換素子を製造した。
〈比較例１〉
電解液に添加する第１の添加剤としてＧｕＳＣＮを用いたことを除いて、実施例１と同様にして色素増感光電変換素子を製造した。
〈比較例２〉
電解液に添加する第１の添加剤としてＧｕＳＣＮを用いたことを除いて、実施例８と同様にして色素増感光電変換素子を製造した。
実施例１〜１８および比較例１、２の色素増感光電変換素子の耐久性試験を行った。耐久性試験は、色素増感光電変換素子を暗所で８５℃に保持し、光電変換効率の経時変化を測定することにより行った。実施例１〜７および比較例１の色素増感光電変換素子の初期光電変換効率を１００（％）としたときの１５０時間経過後および１０００時間経過後の光電変換効率の維持率（％）の測定結果を表１に示す。表１には、比較例１の色素増感光電変換素子の１５０時間経過後の光電変換効率により実施例１〜７の色素増感光電変換素子の１５０時間経過後の光電変換効率を規格化した値（比較例１の色素増感光電変換素子の１５０時間経過後の光電変換効率を１００とした）も示す。また、実施例８〜１８および比較例２の色素増感光電変換素子の初期光電変換効率を１００（％）としたときの１５０時間経過後の光電変換効率の維持率（％）の測定結果を表２に示す。表２には、比較例２の色素増感光電変換素子の１５０時間経過後の光電変換効率により実施例８〜１８の色素増感光電変換素子の１５０時間経過後の光電変換効率を規格化した値（比較例２の色素増感光電変換素子の１５０時間経過後の光電変換効率を１００とした）も示す。
Figure 2012195280
Figure 2012195280
表１より、実施例１〜７の色素増感光電変換素子の光電変換効率の維持率は、比較例１の色素増感光電変換素子の光電変換効率の維持率に比べると高くなっている。また、表２より、実施例８〜１８の色素増感光電変換素子の光電変換効率の維持率は、比較例２の色素増感光電変換素子の光電変換効率の維持率に比べると高くなっている。これらの結果から、電解液に第２の添加剤として、ＧｕＯＴｆ、ＥＭＩｍＳＣＮ、ＥＭＩｍＯＴｆ、ＥＭＩｍＴＦＳＩ、ＥＭＩｍＴｆＡｃ、ＥＭＩｍＤＩＮＨＯＰ、ＥＭＩｍＭｅＳＯ3 、ＥＭＩｍＤＣＡ、ＥＭＩｍＢＦ4 、ＥＭＩｍＰＦ6 、ＥＭＩｍＦＡＰ、ＥＭＩｍＥｔ2 ＰＯ4 またはＥＭＩｍＣＢ11Ｈ12を添加することにより、光電変換効率の維持率の向上を図ることができることが分かる。
以上のように、この第１の実施の形態によれば、色素増感光電変換素子の電解質層７を構成する電解液に上記のような第１の添加剤を添加しているため、電解液の添加剤としてＧｕＳＣＮを用いた従来の色素増感光電変換素子に比べて、光電変換効率の維持率の向上を図ることができる。このため、色素増感光電変換素子の耐久性の向上を図ることができる。そして、この優れた色素増感光電変換素子を用いることにより、高性能の電子機器などを実現することができる。
〈２．第２の実施の形態〉
［色素増感光電変換素子］
第２の実施の形態による色素増感光電変換素子においては、電解質層７が、電解液を含む、あるいは電解液が含浸された多孔質膜からなることが、第１の実施の形態による色素増感光電変換素子と異なる。
電解質層７を構成する多孔質膜としては、 例えば、有機高分子化合物からなる各種の不織布が用いられる。表３に多孔質膜として用いられる不織布の具体例を挙げるが、これに限定されるものではない。
Figure 2012195280
この色素増感光電変換素子の上記以外の構成は第１の実施の形態による色素増感光電変換素子と同様である。
［色素増感光電変換素子の製造方法］
次に、この色素増感光電変換素子の製造方法について説明する。
第１の実施の形態と同様に工程を進めて、図２Ａに示すように、透明基板１上の透明電極２上に、光増感色素を結合させた多孔質電極３を形成する。
次に、図２Ｂに示すように、透明基板１上の多孔質電極３上に、電解液を含む多孔質膜からなる電解質層７を設置する。
次に、図２Ｃに示すように、電解質層７上に対向基板４を対極６側を下にして設置した後、透明基板１および対向基板４の外周部に封止材８を形成して電解質層７を封入する。必要に応じて、電解質層７上に対向基板４を設置した後、対向基板４を電解質層７に押し付けて電解質層７をその面に垂直な方向に圧縮してもよい。このようにすることにより、電解質層７を構成する多孔質膜の厚さが圧縮により減少する際に、この多孔質膜の空隙部に含まれる電解液が押し出されて電解液が多孔質電極３に浸透するため、電解液が多孔質電極３の全体に容易に行き渡るようにすることができる。最終的な電解質層７の厚さは、例えば１〜１００μｍ、好適には１〜５０μｍである。
以上により、目的とする色素増感光電変換素子が製造される。
〈実施例１９〉
透明基板１上の多孔質電極３上に、予め電解液を含浸させたポリオレフィンからなる多孔質膜を設置する。そして、この多孔質膜をプレスにより膜面に垂直方向に圧縮して実空隙率を５０％とすることにより電解質層７を形成した。次に、電解質層７の外周に封止材８としてアイオノマー樹脂フィルムとアクリル系紫外線硬化樹脂とを設けた。そして、対極６を電解質層７上に設置し、電解質層７の外周に設けられた封止材８と接着し、色素増感光電変換素子を完成した。その他は実施例８と同様にして色素増感光電変換素子を製造した。
〈実施例２０〉
電解液を含浸させる多孔質膜として、空隙率７０．７％、膜厚３０μｍのポリオレフィンからなる多孔質膜を用いて電解質層７を形成した。その他は実施例１９と同様にして色素増感光電変換素子を製造した。
〈実施例２１〉
電解液を含浸させる多孔質膜として、空隙率７０．５％、膜厚４４μｍのポリオレフィンからなる多孔質膜を用いて電解質層７を形成した。その他は実施例１９と同様にして色素増感光電変換素子を製造した。
〈実施例２２〉
電解液を含浸させる多孔質膜として、空隙率７９％、膜厚２８μｍのポリエステルからなる多孔質膜を用いて電解質層７を形成した。その他は実施例１９と同様にして色素増感光電変換素子を製造した。
〈実施例２３〉
電解液を含浸させる多孔質膜として、空隙率７２．８％、膜厚２９．８μｍのセルロースからなる多孔質膜を用いて電解質層７を形成した。その他は実施例１９と同様にして色素増感光電変換素子を製造した。
〈実施例２４〉
電解液を含浸させる多孔質膜として、空隙率７８．３％、膜厚３２μｍのポリエステルからなる多孔質膜を用いて電解質層７を形成した。その他は実施例１９と同様にして色素増感光電変換素子を製造した。
〈実施例２５〉
電解液を含浸させる多孔質膜として、空隙率８２．７％、膜厚２２μｍのポリエステルからなる多孔質膜を用いて電解質層７を形成した。その他は実施例１９と同様にして色素増感光電変換素子を製造した。
表３に、実施例１９〜２５の色素増感光電変換素子において電解質層７の形成に用いた多孔質膜の素材、空隙率、膜厚および実空隙率をまとめて示す。ここで、多孔質膜の実空隙率は次のように表される。
実空隙率（％）＝１００−（１００−膜の空隙率（％））×膜の体積（ｍ3 ）／（電解質層７の体積（ｍ3 ）−多孔質電極３のかさ体積（ｍ3 ））
電解質層７を、電解液を含む、あるいは電解液が含浸された多孔質膜により構成することによる効果をより明確に検証するために、実施例１９〜２５の電解液の代わりに、溶媒としての３−メトキシプロピオニトリル（ＭＰＮ）に、１．０Ｍの１−プロピル−３−メチルイミダゾリウムヨーダイド（ＭＰＩｍＩ）、０．１Ｍのヨウ素Ｉ2 、そして添加剤として０．３ＭのＮ−ブチルベンズミダゾール（ＮＢＢ）を溶解させることにより調製された電解液を用いた色素増感光電変換素子を製造した。これらの色素増感光電変換素子を実施例１９〜２５に対応させて参考例１〜７とする。また、参考例１〜７の、電解液を含む、あるいは電解液が含浸された多孔質膜からなる電解質層７の代わりに、電解液だけからなる電解質層７を用いた色素増感光電変換素子を比較例３とする。これらの参考例１〜７および比較例３の色素増感光電変換素子の電流−電圧特性を測定した。測定は、色素増感光電変換素子に擬似太陽光（ＡＭ１．５、１００ｍＷ／ｃｍ2 ）を照射して行った。図３および図４にこれらの色素増感光電変換素子の電流−電圧特性の測定結果を示す。また、表４、５にこれらの色素増感光電変換素子の開放端電圧Ｖoc、電流密度Ｊsc、フィルファクター（ＦＦ）、光電変換効率（Ｅｆｆ）および内部抵抗（Ｒs ）を示す。
Figure 2012195280
Figure 2012195280
図５に、参考例１〜７の色素増感光電変換素子において電解質層７の形成に用いた多孔質膜の実空隙率と、参考例１〜７の色素増感光電変換素子の光電変換効率を比較例３の色素増感光電変換素子の光電変換効率で規格化した規格化光電変換効率との関係を示す。
表４、表５および図３〜図５より、参考例１〜７の色素増感光電変換素子の光電変換効率は、比較例３の色素増感光電変換素子の光電変換効率に比べると、総じて少し低い。しかしながら、実空隙率が５０％以上の多孔質膜を電解質層７の形成に用いた参考例１、２、４〜７の色素増感光電変換素子の光電変換効率は、比較例３の色素増感光電変換素子の光電変換効率の８０％以上である。そして、参考例１、２、４〜７の色素増感光電変換素子の光電変換効率は、電解質層７の形成に用いた多孔質膜の実空隙率が大きくなるにつれて増加し、実空隙率が８０％以上１００％未満では、比較例３の色素増感光電変換素子の光電変換効率に匹敵する値となる。
図６に、実空隙率が７９％の多孔質膜を電解質層７の形成に用いた参考例７の色素増感光電変換素子および電解液のみから電解質層７を形成した比較例３の色素増感光電変換素子のＩＰＣＥ（Incident Photon-to-current Conversion Efficiency）スペクトルの測定結果を示す。図６に示すように、参考例７の色素増感光電変換素子は、比較例３の色素増感光電変換素子に比べて、全波長領域において光電変換効率が増加していることが分かる。これは次のような理由によるものと考えられる。すなわち、図７Ａに示すように、比較例３の色素増感光電変換素子においては、多孔質電極１０２に入射した光のうち光増感色素で吸収し切れなかった光は電解液のみからなる電解質層１０５を透過してしまう。これに対し、参考例７の色素増感光電変換素子においては、多孔質電極３に入射した光のうち光増感色素で吸収し切れず、電解質層７に入射した光は、電解質層７を形成する多孔質膜が多くの空隙部を有することにより、この多孔質膜により効果的に散乱される。こうして電解質層７で散乱された光が多孔質電極３に裏面側から再び入射し、光増感色素で吸収される。この場合、この多孔質膜による散乱光は多孔質電極３の面に対して斜めに入射する成分が多いため、この多孔質電極３内部での光路長が大幅に長くなり、多孔質電極３による入射光の捕集率が高くなる。この結果、参考例７の色素増感光電変換素子においては、比較例３の色素増感光電変換素子に比べて、全波長領域において光電変換効率が増加する。
この第２の実施の形態によれば、第１の実施の形態と同様な利点に加えて、次のような利点を得ることができる。すなわち、色素増感光電変換素子の電解質層７を電解液を含む多孔質膜により構成しているため、電解質層７が固体状であり、光電変換素子が破損した際に電解液が漏れるのを有効に防止することができる。また、多孔質電極３と対極６とが絶縁性の多孔質膜により分離されているため、色素増感光電変換素子が折れ曲がっても、多孔質電極３と対極６との電気的絶縁性が低下するのを防止することができる。また、従来の色素増感光電変換素子のように、電解液を注入するための注液穴を設けたり、電解液注入後に電解液を拭き取ったり、注液穴を塞いだりする必要がなくなるため、色素増感光電変換素子を容易にしかも簡単に製造することができる。また、実質的に電解液を膜として扱うことができるため、電解液の扱いが極めて簡単となる。このため、例えば、ロール・ツー・ロール（roll-to-roll）プロセスにより透明フィルム上に色素増感光電変換素子を製造する場合において、電解液を含む多孔質膜からなる電解質層７を膜として透明フィルム上に貼り付けることが可能となる。さらに、この色素増感光電変換素子においては、多孔質電極３に吸着した光増感色素で吸収し切れなかった入射光は、電解質層７で散乱されて多孔質電極３に再び入射する。この結果、この色素増感光電変換素子は、電解質層７を電解液だけで構成する従来の色素増感光電変換素子に匹敵する高い光電変換効率を得ることができる。そして、この優れた色素増感光電変換素子を用いることにより、高性能の電子機器などを実現することができる。
〈３．第３の実施の形態〉
［色素増感光電変換素子］
第３の実施の形態による色素増感光電変換素子は、第２の実施の形態による色素増感光電変換素子と同様な構成を有する。
［色素増感光電変換素子の製造方法］
図８Ａ〜Ｃは第３の実施の形態による色素増感光電変換素子の製造方法を示す。
図８Ａに示すように、この色素増感光電変換素子の製造方法においては、まず、第２の実施の形態と同様にして、多孔質電極３を形成する。
一方、図８Ａに示すように、電解液を含む多孔質膜からなる電解質層７の外周に例えば熱硬化性の封止材８を電解質層７と一体的に形成した一体型膜を用意する。この状態の電解質層７の厚さは最終的な電解質層７の厚さよりも大きい。封止材８の厚さはこの電解質層７の厚さよりも大きく、最終的にこの封止材８により十分な封止を行うことができる厚さになっている。
次に、図８Ｂに示すように、電解液を含む多孔質膜からなる電解質層７の外周に封止材８を形成した一体型膜を多孔質電極３上に設置する。
次に、図８Ｃに示すように、電解質層７および封止材８の上に、対向基板４上に設けられた対極６を設置し、対向基板４を電解質層７に押し付けてこの電解質層７をその面に垂直な方向に圧縮するとともに、加熱により封止材８を硬化させ、封止を行う。この際、電解質層７を構成する多孔質膜の厚さは圧縮により減少するが、最終的な多孔質膜の実空隙率が所望の値になるようにする。
以上により、目的とする色素増感光電変換素子が製造される。
一方、色素増感光電変換素子において、かさ（あるいは厚さ）のある、多孔質カーボンや多孔質金属などからなる対極６を用いる場合には、多孔質電極３のかさに加えて、この対極６のかさも考慮して、電解質層７と封止材８との一体型膜を形成する。図９ＡおよびＢはそのような色素増感光電変換素子の製造方法を示す。
図９Ａに示すように、この色素増感光電変換素子の製造方法においては、まず、第２の実施の形態と同様にして、多孔質電極３を形成する。
一方、図９Ａに示すように、電解液を含む多孔質膜からなる電解質層７の外周に例えば熱硬化性の封止材８を電解質層７と一体的に形成した一体型膜を用意する。この状態の電解質層７の厚さは最終的な電解質層７の厚さよりも大きい。封止材８の厚さはこの電解質層７の厚さよりも大きく、最終的にこの封止材８により十分な封止を行うことができる厚さになっている。加えて、対向基板４上に導電層５を介して対極６を設けたものを用意する。
次に、図９Ｂに示すように、電解液を含む多孔質膜からなる電解質層７の外周に封止材８を形成した一体型膜を多孔質電極３上に設置し、続いて電解質層７および封止材８の上に対向基板４上に設けられた対極６を設置し、対向基板４を電解質層７に押し付ける。こうして電解質層７をその面に垂直な方向に圧縮するとともに、加熱により封止材８を硬化させ、封止を行う。この際、電解質層７を構成する多孔質膜の厚さは圧縮により減少するが、最終的な多孔質膜の実空隙率が所望の値になるようにする。
以上により、目的とする色素増感光電変換素子が製造される。
この第３の実施の形態によれば、第２の実施の形態と同様な利点に加えて、封止材８の形成プロセスを省略することができることにより、色素増感光電変換素子をより簡単に製造することができるという利点を得ることができる。
〈４．第４の実施の形態〉
［色素増感光電変換素子］
第４の実施の形態による色素増感光電変換素子においては、電解質層７を構成する多孔質膜に含まれる電解液に、第１の添加剤に加えてさらに、６．０４≦ｐＫa ≦７．３の第２の添加剤が添加される点で第１の実施の形態と異なる。このような第２の添加剤は、ピリジン系添加剤や複素環を有する添加剤などである。ピリジン系添加剤の具体例を挙げると、２−ＮＨ２−Ｐｙ、４−ＭｅＯ−Ｐｙ、４−Ｅｔ−Ｐｙなどである。複素環を有する添加剤の具体例を挙げると、ＭＩｍ、２４−Ｌｕ、２５−Ｌｕ、２６−Ｌｕ、３４−Ｌｕ、３５−Ｌｕなどである。
また、電解質層７に含まれる電解液の溶媒としては、分子量が４７．３６以上の溶媒が用いられる。このような溶媒は、例えば、３−メトキシプロピオニトリル（ＭＰＮ）、メトキシアセトニトリル（ＭＡＮ）、アセトニトリル（ＡＮ）とバレロニトリル（ＶＮ）との混合液などである。
［色素増感光電変換素子の製造方法］
この色素増感光電変換素子の製造方法は、電解質層７を構成する電解液に、第１の添加剤に加えてさらに、６．０４≦ｐＫa ≦７．３の第２の添加剤を添加する点を除いて、第１の実施の形態による色素増感光電変換素子の製造方法と同様である。
〈実施例２６〉
実施例１の電解液に、第１の添加剤としてのＧｕＯＴｆに加えて、第２の添加剤として２−ＮＨ２−Ｐｙ ０．０５４ｇを溶解させ、電解液を調製した。その他は実施例８と同様にして色素増感光電変換素子を製造した。
〈実施例２７〉
第２の添加剤として４−ＭｅＯ−Ｐｙを用いて電解液を調製した。その他は実施例２６と同様にして色素増感光電変換素子を製造した。
〈実施例２８〉
第２の添加剤として４−Ｅｔ−Ｐｙを用いて電解液を調製した。その他は実施例２６と同様にして色素増感光電変換素子を製造した。
〈実施例２９〉
第２の添加剤としてＭＩｍを用いて電解液を調製した。その他は実施例２６と同様にして色素増感光電変換素子を製造した。
〈実施例３０〉
第２の添加剤として２４−Ｌｕを用いて電解液を調製した。その他は実施例２６と同様にして色素増感光電変換素子を製造した。
〈実施例３１〉
第２の添加剤として２５−Ｌｕを用いて電解液を調製した。その他は実施例２６と同様にして色素増感光電変換素子を製造した。
〈実施例３２〉
第２の添加剤として２６−Ｌｕを用いて電解液を調製した。その他は実施例２６と同様にして色素増感光電変換素子を製造した。
〈実施例３３〉
第２の添加剤として３４−Ｌｕを用いて電解液を調製した。その他は実施例２６と同様にして色素増感光電変換素子を製造した。
〈実施例３４〉
添加剤として３５−Ｌｕを用いて電解液を調製した。その他は実施例２６と同様にして色素増感光電変換素子を製造した。
〈比較例４〉
溶媒としての３−メトキシプロピオニトリル（ＭＰＮ）に、１．０Ｍの１−プロピル−３−メチルイミダゾリウムヨーダイド（ＭＰＩｍＩ）、０．１Ｍのヨウ素Ｉ2 、そして添加剤として０．３ＭのＮ−ブチルベンズミダゾール（ＮＢＢ）を溶解させることにより調製された電解液に第１の添加剤および第２の添加剤を添加しないものを用いた。その他は実施例８と同様にして色素増感光電変換素子を製造した。
〈比較例５〉
添加剤としてＴＢＰを用いて電解液を調製した。その他は比較例４と同様にして色素増感光電変換素子を製造した。
〈比較例６〉
添加剤として４−ピコリン（４−ｐｉｃ）を用いて電解液を調製した。その他は比較例４と同様にして色素増感光電変換素子を製造した。
〈比較例７〉
添加剤としてメチルイソニコチネート（４−ＣＯＯＭｅ−Ｐｙ）を用いて電解液を調製した。その他は比較例４と同様にして色素増感光電変換素子を製造した。
〈比較例８〉
添加剤として４−シアノピリジン（４−ＣＮ−Ｐｙ）を用いて電解液を調製した。その他は比較例４と同様にして色素増感光電変換素子を製造した。
〈比較例９〉
添加剤として４−アミノピリジン（４−ＮＨ２−Ｐｙ）を用いて電解液を調製した。その他は比較例４と同様にして色素増感光電変換素子を製造した。
〈比較例１０〉
添加剤として４−（メチルアミノ）ピリジン（４−ＭｅＮＨ−Ｐｙ）を用いて電解液を調製した。その他は比較例４と同様にして色素増感光電変換素子を製造した。
〈比較例１１〉
添加剤として３−メトキシピリジン（３−ＭｅＯ−Ｐｙ）を用いて電解液を調製した。その他は比較例４と同様にして色素増感光電変換素子を製造した。
〈比較例１２〉
添加剤として２−メトキシピリジン（２−ＭｅＯ−Ｐｙ）を用いて電解液を調製した。その他は比較例４と同様にして色素増感光電変換素子を製造した。
〈比較例１３〉
添加剤としてメチルニコチネート（３−ＣＯＯＭｅ−Ｐｙ）を用いて電解液を調製した。その他は比較例４と同様にして色素増感光電変換素子を製造した。
〈比較例１４〉
添加剤としてピリジン（Ｐｙ）を用いて電解液を調製した。その他は比較例４と同様にして色素増感光電変換素子を製造した。
〈比較例１５〉
添加剤として３−ブロモピリジン（３−Ｂｒ−Ｐｙ）を用いて電解液を調製した。その他は比較例４と同様にして色素増感光電変換素子を製造した。
〈比較例１６〉
添加剤としてＮ−メチルベンズイミダゾール（ＮＭＢ）を用いて電解液を調製した。その他は比較例４と同様にして色素増感光電変換素子を製造した。
〈比較例１７〉
添加剤としてピラジン（ｐｉｒａｚｉｎｅ）を用いて電解液を調製した。その他は比較例４と同様にして色素増感光電変換素子を製造した。
〈比較例１８〉
添加剤としてチアゾール（ｔｈｉａｚｏｌｅ）を用いて電解液を調製した。その他は比較例４と同様にして色素増感光電変換素子を製造した。
〈比較例１９〉
添加剤としてＮ−メチルピラゾール（Ｍｅ−ｐｙｒａｚｏｌｅ）を用いて電解液を調製した。その他は比較例４と同様にして色素増感光電変換素子を製造した。
〈比較例２０〉
添加剤としてキノリン（ｑｕｉｎｏｌｉｎｅ）を用いて電解液を調製した。その他は比較例４と同様にして色素増感光電変換素子を製造した。
〈比較例２１〉
添加剤としてイソキノリン（ｉｓｏｑｕｉｎｏｌｉｎｅ）を用いて電解液を調製した。その他は比較例４と同様にして色素増感光電変換素子を製造した。
〈比較例２２〉
添加剤として２，２’−ビピリジル（ｂｐｙ）を用いて電解液を調製した。その他は比較例４と同様にして色素増感光電変換素子を製造した。
〈比較例２３〉
添加剤としてピリダジン（ｐｙｒｉｄａｚｉｎｅ）を用いて電解液を調製した。その他は比較例４と同様にして色素増感光電変換素子を製造した。
〈比較例２４〉
添加剤としてピリミジン（ｐｙｒｉｍｉｄｉｎｅ）を用いて電解液を調製した。その他は比較例４と同様にして色素増感光電変換素子を製造した。
〈比較例２５〉
添加剤としてアクリジン（ａｃｒｉｄｉｎｅ）を用いて電解液を調製した。その他は比較例４と同様にして色素増感光電変換素子を製造した。
〈比較例２６〉
添加剤として５，６−ベンゾキノリン（５６−ｂｅｎｚｏｑｕｉｎｏｌｉｎｅ）を用いて電解液を調製した。その他は比較例４と同様にして色素増感光電変換素子を製造した。
電解質層７を構成する電解液に第２の添加剤を添加することによる効果をより明確に検証するために、実施例２６〜３４の電解液の代わりに、溶媒としての３−メトキシプロピオニトリル（ＭＰＮ）に、１．０Ｍの１−プロピル−３−メチルイミダゾリウムヨーダイド（ＭＰＩｍＩ）、０．１Ｍのヨウ素Ｉ2 、そして添加剤として０．３ＭのＮ−ブチルベンズミダゾール（ＮＢＢ）を溶解させることにより調製された電解液を用いた色素増感光電変換素子を製造した。これらの色素増感光電変換素子を実施例２６〜３４に対応させて参考例８〜１６とする。
表６は、ピリジン系添加剤を用いた参考例８〜１０および比較例４〜１５のｐＫa （水）、光電変換効率（Ｅｆｆ）および内部抵抗（Ｒs ）を示す。表７は、複素環を有する添加剤を用いた参考例１１〜１６および比較例１６〜２６のｐＫa （水）、光電変換効率（Ｅｆｆ）および内部抵抗（Ｒs ）を示す。表６および表７より、６．０４≦ｐＫa ≦７．３の添加剤を用いた参考例８〜１６のいずれも、４−ｔｅｒｔ−ブチルピリジンを用いた比較例５に比べて、光電変換効率（Ｅｆｆ）は同等以上であり、内部抵抗（Ｒs ）は低いことが分かる。図１０は参考例８〜１６および比較例４〜２６の光電変換効率（Ｅｆｆ）をｐＫa に対してプロットしたものである。また、図１１は参考例８〜１６および比較例４〜２６の内部抵抗（Ｒs ）をｐＫa に対してプロットしたものである。
Figure 2012195280
Figure 2012195280
次に、電解液に添加する第２の添加剤の効果の電解液の溶媒種依存性について説明する。
分子量が異なる溶媒ごとに第２の添加剤の効果を確認した。ここでは、ｐＫa が比較的近い４−ｔｅｒｔ−ブチルピリジン（ＴＢＰ）と４−Ｅｔ−Ｐｙ（4-ethylpyridine)とを比較対象とした。評価方法は次の通りである。各溶媒ごとに、電解液の第２の添加剤として４−Ｅｔ−Ｐｙを用いた色素増感光電変換素子の光電変換効率（Ｅｆｆ（４−Ｅｔ−Ｐｙ））と電解液の第２の添加剤としてＴＢＰを用いた色素増感光電変換素子の光電変換効率（Ｅｆｆ（ＴＢＰ））とを測定する。そして、これらの光電変換効率の差ΔＥｆｆ＝Ｅｆｆ（４−Ｅｔ−Ｐｙ）−Ｅｆｆ（ＴＢＰ）を効果の指標とする。溶媒としては、アセトニトリル（ＡＮ）、アセトニトリル（ＡＮ）とバレロニトリル（ＶＮ）との混合液、メトキシアセトニトリル（ＭＡＮ）および３−メトキシプロピオニトリル（ＭＰＮ）の四種類を用いた。表８に、各溶媒に対して分子量、Ｅｆｆ（４−Ｅｔ−Ｐｙ）、Ｅｆｆ（ＴＢＰ）および ΔＥｆｆを示す。ただし、アセトニトリル（ＡＮ）に対するＥｆｆ（４−Ｅｔ−Ｐｙ）、Ｅｆｆ（ＴＢＰ）および ΔＥｆｆの値はSolar Energy Materials＆Solar Cells,2003,80,167 で報告されたものを参照した。図１２は各溶媒の分子量に対して光電変換効率の差ΔＥｆｆをプロットしたものである。
Figure 2012195280
表８および図１２より、ΔＥｆｆ＞０、言い換えればＥｆｆ（ＴＢＰ）よりＥｆｆ（４−Ｅｔ−Ｐｙ）の方が大きい分子量の範囲は４７．３６以上であることが分かる。ただし、４７．３６という値は、アセトニトリル（ＡＮ）とバレロニトリル（ＶＮ）との混合液の混合体積分率を用いて算出した見掛けの分子量である。
以上のことから、４７．３６以上の分子量を有する溶媒では、電解液の第２の添加剤として６．０４≦ｐＫa ≦７．３の添加剤を用いることは、効果があると言えることが分かる。
以上のように、この第４の実施の形態によれば、電解質層７を構成する電解液に第２の添加剤として６．０４≦ｐＫa ≦７．３の添加剤を用いているため、第１の実施の形態と同様な利点に加えて、次のような利点を得ることができる。すなわち、電解液の添加剤として４−ｔｅｒｔ−ブチルピリジンを用いた従来の色素増感光電変換素子と比べて、同等以上の光電変換効率および同等以下の内部抵抗を得ることができ、優れた光電変換特性を有する色素増感光電変換素子を得ることができる。また、６．０４≦ｐＫa ≦７．３の第２の添加剤は種々のものがあるため、第２の添加剤の選択の幅が極めて広い。
〈５．第５の実施の形態〉
［色素増感光電変換素子］
第５の実施の形態による色素増感光電変換素子においては、多孔質電極１３が金属／金属酸化物微粒子により構成され、典型的には、これらの金属／金属酸化物微粒子が焼結されたものからなる。図１３にこの金属／金属酸化物微粒子１１の構造の詳細を示す。図１３に示すように、金属／金属酸化物微粒子１１は、金属からなる球状のコア１１ａとこのコア１１ａの周りを取り囲む金属酸化物からなるシェル１１ｂとからなるコア／シェル構造を有する。この金属／金属酸化物微粒子１１の金属酸化物からなるシェル１１ｂの表面に一種類または複数種類の光増感色素（図示せず）が結合（あるいは吸着）する。
金属／金属酸化物微粒子１１のシェル１１ｂを構成する金属酸化物は、例えば、酸化チタン（ＴｉＯ2 ）、酸化スズ（ＳｎＯ2 ）、酸化ニオブ（Ｎｂ2 Ｏ5 ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）などが用いられる。これらの金属酸化物の中でも、ＴｉＯ2 、取り分けアナターゼ型のＴｉＯ2 を用いることが好ましい。ただし、金属酸化物の種類はこれらに限定されるものではなく、必要に応じて、二種類以上の金属酸化物を混合または複合化して用いることができる。また、金属／金属酸化物微粒子１１の形態は粒状、チューブ状、棒状などのいずれであってもよい。
上記の金属／金属酸化物微粒子１１の粒径に特に制限はないが、一般的には一次粒子の平均粒径で１〜５００ｎｍであり、取り分け１〜２００ｎｍが好ましく、特に好ましくは５〜１００ｎｍである。また、金属／金属酸化物微粒子１１のコア１１ａの粒径は一般的には１〜２００ｎｍである。
この色素増感光電変換素子の上記以外の構成は第１の実施の形態と同様である。
［色素増感光電変換素子の製造方法］
この色素増感光電変換素子の製造方法は、多孔質電極３を金属／金属酸化物微粒子１１により形成することを除いて、第１の実施の形態による色素増感光電変換素子の製造方法と同様である。
多孔質電極３を構成する金属／金属酸化物微粒子１１は従来公知の方法により製造することができる（例えば、Jpn.J.Appl.Phys.Vol.46,No.4B,2007,pp.2567-2570参照）。一例として、コア１１ａがＡｕ、シェル１１ｂがＴｉＯ2 からなる金属／金属酸化物微粒子１１の製造方法の概要を説明すると次の通りである。すなわち、まず、５×１０-4Ｍ ＨＡｕＣｌ4 ５００ｍＬの加熱した溶液に脱水クエン酸３ナトリウムを混合・攪拌する。次に、メルカプトウンデカン酸をアンモニア水溶液に２．５重量％添加・攪拌した後、Ａｕナノ粒子分散溶液に添加し、２時間保温する。次に、１Ｍ ＨＣｌを添加して溶液のｐＨを３にする。次に、チタンイソプロポキシドおよびトリエタノールアミンを窒素雰囲気下でＡｕコロイド溶液に添加する。こうして、コア１１ａがＡｕ、シェル１１ｂがＴｉＯ2 からなる金属／金属酸化物微粒子１１が製造される。
［色素増感光電変換素子の動作］
次に、この色素増感光電変換素子の動作について説明する。
この色素増感光電変換素子は、光が入射すると、対極６を正極、透明電極２を負極とする電池として動作する。その原理は次の通りである。なお、ここでは、透明電極２の材料としてＦＴＯを用い、多孔質電極３を構成する金属／金属酸化物微粒子１１のコア１１ａの材料としてＡｕ、シェル１１ｂの材料としてＴｉＯ2 を用い、レドックス対としてＩ- ／Ｉ3 - の酸化還元種を用いることを想定している。ただし、これに限定されるものではない。
透明基板１および透明電極２を透過し、多孔質電極３に入射した光子を多孔質電極３に結合した光増感色素が吸収すると、この光増感色素中の電子が基底状態（ＨＯＭＯ）から励起状態（ＬＵＭＯ）へ励起される。こうして励起された電子は、光増感色素と多孔質電極３との間の電気的結合を介して、多孔質電極３を構成する金属／金属酸化物微粒子１１のシェル１１ｂを構成するＴｉＯ2 の伝導帯に引き出され、多孔質電極３を通って透明電極２に到達する。加えて、金属／金属酸化物微粒子１１のＡｕからなるコア１１ａの表面に光が入射することにより局在表面プラズモンが励起され、電場増強効果が得られる。そして、この増強電場によりシェル１１ｂを構成するＴｉＯ2 の伝導帯に電子が大量に励起され、多孔質電極３を通って透明電極２に到達する。このように、多孔質電極３に光が入射したとき、透明電極２には、光増感色素の励起により発生した電子が到達することに加えて、金属／金属酸化物微粒子１１のコア１１ａの表面における局在表面プラズモンの励起によりシェル１１ｂを構成するＴｉＯ2 の伝導帯に励起される電子も到達する。このため、高い光電変換効率を得ることができる。
一方、電子を失った光増感色素は、電解質層７中の還元剤、例えばＩ- から下記の反応によって電子を受け取り、電解質層７中に酸化剤、例えばＩ3 - （Ｉ2 とＩ- との結合体）を生成する。
２Ｉ- → Ｉ2 ＋ ２ｅ-
Ｉ2 ＋ Ｉ- → Ｉ3 -
こうして生成された酸化剤は拡散によって対極６に到達し、上記の反応の逆反応によって対極６から電子を受け取り、もとの還元剤に還元される。
Ｉ3 - → Ｉ2 ＋ Ｉ-
Ｉ2 ＋ ２ｅ- → ２Ｉ-
透明電極２から外部回路へ送り出された電子は、外部回路で電気的仕事をした後、対極６に戻る。このようにして、光増感色素にも電解質層７にも何の変化も残さず、光エネルギーが電気エネルギーに変換される。
この第５の実施の形態によれば、第１の実施の形態と同様な利点に加えて、次のような利点を得ることができる。すなわち、多孔質電極３は、金属からなる球状のコア１１ａとこのコア１１ａの周りを取り囲む金属酸化物からなるシェル１１ｂとからなるコア／シェル構造を有する金属／金属酸化物微粒子１１により構成されている。このため、この多孔質電極３と対極６との間に電解質層７を充填した場合、電解質層７の電解質が金属／金属酸化物微粒子１１の金属からなるコア１１ａと接触することがなく、電解質による多孔質電極３の溶解を防止することができる。従って、金属／金属酸化物微粒子１１のコア１１ａを構成する金属として表面プラズモン共鳴の効果が大きい金、銀、銅などを用いることができ、表面プラズモン共鳴の効果を十分に得ることができる。また、電解質層７の電解質としてヨウ素系の電解質を用いることができる。以上により、光電変換効率が高い色素増感光電変換素子を得ることができる。そして、この優れた色素増感光電変換素子を用いることにより、高性能の電子機器を実現することができる。
〈６．第６の実施の形態〉
［光電変換素子］
第６の実施の形態による光電変換素子は、多孔質電極３を構成する金属／金属酸化物微粒子１１に光増感色素が結合していないことを除いて、第５の実施の形態による色素増感光電変換素子と同様な構成を有する。
［光電変換素子の製造方法］
この光電変換素子の製造方法は、多孔質電極３に光増感色素を吸着させないことを除いて、第５の実施の形態による色素増感光電変換素子と同様である。
［光電変換素子の動作］
次に、この光電変換素子の動作について説明する。
この光電変換素子は、光が入射すると、対極６を正極、透明電極２を負極とする電池として動作する。その原理は次の通りである。なお、ここでは、透明電極２の材料としてＦＴＯを用い、多孔質電極３を構成する金属／金属酸化物微粒子１１のコア１１ａの材料としてＡｕ、シェル１１ｂの材料としてＴｉＯ2 を用い、レドックス対としてＩ- ／Ｉ3 - の酸化還元種を用いることを想定している。ただし、これに限定されるものではない。
透明基板１および透明電極２を透過し、多孔質電極３を構成する金属／金属酸化物微粒子１１のＡｕからなるコア１１ａの表面に光が入射することにより局在表面プラズモンが励起され、電場増強効果が得られる。そして、この増強電場によりシェル１１ｂを構成するＴｉＯ2 の伝導帯に電子が大量に励起され、多孔質電極３を通って透明電極２に到達する。
一方、電子を失った多孔質電極３は、電解質層７中の還元剤、例えばＩ- から下記の反応によって電子を受け取り、電解質層７中に酸化剤、例えばＩ3 - （Ｉ2 とＩ- との結合体）を生成する。
２Ｉ- → Ｉ2 ＋ ２ｅ-
Ｉ2 ＋ Ｉ- → Ｉ3 -
こうして生成された酸化剤は拡散によって対極６に到達し、上記の反応の逆反応によって対極６から電子を受け取り、もとの還元剤に還元される。
Ｉ3 - → Ｉ2 ＋ Ｉ-
Ｉ2 ＋ ２ｅ- → ２Ｉ-
透明電極２から外部回路へ送り出された電子は、外部回路で電気的仕事をした後、対極６に戻る。このようにして、光増感色素にも電解質層７にも何の変化も残さず、光エネルギーが電気エネルギーに変換される。
第６の実施の形態によれば、第１の実施の形態と同様な利点を得ることができる。
〈７．第７の実施の形態〉
［色素増感光電変換素子］
第７の実施の形態による色素増感光電変換素子は、電解質層７を構成する電解液が、分子量が５９．０４［ｇ／ｍｏｌ］以上のアニオンを有する塩を含有することを除いて、第１の実施の形態による色素増感光電変換素子と同様な構成を有する。分子量が５９．０４［ｇ／ｍｏｌ］以上のアニオンを有する塩の組成は必要に応じて選ばれるが、例えば０．０１Ｍ以上１Ｍ以下、典型的には０．０５Ｍ以上０．５Ｍ以下である。
［色素増感光電変換素子の製造方法］
この色素増感光電変換素子の製造方法は、電解質層７を構成する電解液に、分子量が５９．０４［ｇ／ｍｏｌ］以上のアニオンを有する塩を添加する点を除いて、第１の実施の形態による色素増感光電変換素子の製造方法と同様である。
〈実施例３５〉
溶媒としてのメトキシプロピオニトリルに、１．０Ｍの１−プロピル−３−メチルイミダゾリウムヨーダイド（ＭＰＩｍＩ）、ヨウ素Ｉ2 ０．１０ｇ、分子量が５９．０４［ｇ／ｍｏｌ］以上のアニオンを有する塩としての０．１ＭのＥＭＩｍＴｆＡｃ、０．３ＭのＮ−ブチルベンズミダゾール（ＮＢＢ）を溶解させ、電解液を調製した。また、光増感色素としてＺ９９１を用いた。その他は、実施例１と同様にして色素増感光電変換素子を製造した。ＥＭＩｍＴｆＡｃの化学構造は下記の通りである。
Figure 2012195280
〈実施例３６〉
電解液に添加する、分子量が５９．０４［ｇ／ｍｏｌ］以上のアニオンを有する塩としてＰｙ11ＴｆＡｃ（Ｎ，Ｎ’−ジメチルピロリジニウム トリフルオロアセテート（Ｎ，Ｎ’−dimethylpyrolidinium trifluoroacetate)) を用いたことを除いて、実施例３５と同様にして色素増感光電変換素子を製造した。Ｐｙ11ＴｆＡｃの化学構造は下記の通りである。
Figure 2012195280
〈実施例３７〉
電解液に添加する、分子量が５９．０４［ｇ／ｍｏｌ］以上のアニオンを有する塩としてＰｙ11ＤｆＡｃ（Ｎ，Ｎ’−ジメチルピロリジニウム ジフルオロアセテート（Ｎ，Ｎ’−dimethylpyrolidinium difluoroacetate))を用いたことを除いて、実施例３５と同様にして色素増感光電変換素子を製造した。Ｐｙ11ＤｆＡｃの化学構造は下記の通りである。
Figure 2012195280
〈実施例３８〉
電解液に添加する、分子量が５９．０４［ｇ／ｍｏｌ］以上のアニオンを有する塩としてＰｙ11２Ｆ（Ｎ，Ｎ’−ジメチルピロリジニウム ２−フルオロ安息香酸（Ｎ，Ｎ’−dimethylpyrolidinium 2-fluoro-benzoic acid))を用いたことを除いて、実施例３５と同様にして色素増感光電変換素子を製造した。Ｐｙ11２Ｆの化学構造は下記の通りである。
Figure 2012195280
〈実施例３９〉
電解液に添加する、分子量が５９．０４［ｇ／ｍｏｌ］以上のアニオンを有する塩としてＰｙ11３Ｆ（Ｎ，Ｎ’−ジメチルピロリジニウム ３−フルオロ安息香酸（Ｎ，Ｎ’−dimethylpyrolidinium 3-fluoro-benzoic acid))を用いたことを除いて、実施例３５と同様にして色素増感光電変換素子を製造した。Ｐｙ11３Ｆの化学構造は下記の通りである。
Figure 2012195280
〈実施例４０〉
電解液に添加する、分子量が５９．０４［ｇ／ｍｏｌ］以上のアニオンを有する塩としてＰｙ11Ｐｈ（Ｎ，Ｎ’−ジメチルピロリジニウム 安息香酸（Ｎ，Ｎ’−dimethylpyrolidinium benzoic acid)) を用いたことを除いて、実施例３５と同様にして色素増感光電変換素子を製造した。Ｐｙ11Ｐｈの化学構造は下記の通りである。
Figure 2012195280
〈実施例４１〉
電解液に添加する、分子量が５９．０４［ｇ／ｍｏｌ］以上のアニオンを有する塩としてＰｙ11ＯＡｃ（Ｎ，Ｎ’−ジメチルピロリジニウム アセテート（Ｎ，Ｎ’−dimethylpyrolidinium acetate))を用いたことを除いて、実施例３５と同様にして色素増感光電変換素子を製造した。Ｐｙ11ＯＡｃの化学構造は下記の通りである。
Figure 2012195280
〈比較例２７〉
電解液にＥＭＩｍＴｆＡｃを添加しないことを除いて、実施例３５と同様にして色素増感光電変換素子を製造した。
実施例３５〜４１および比較例２７の色素増感光電変換素子の耐久性試験を行った。耐久性試験は、色素増感光電変換素子を暗所で８５℃に保持し、光電変換効率の経時変化を測定することにより行った。実施例３５〜４１および比較例２７の色素増感光電変換素子の初期光電変換効率を１００（％）としたときの光電変換効率の維持率（％）の経時変化の測定結果を図１４に示す。
図１４より、実施例３５〜４１の色素増感光電変換素子の光電変換効率の維持率は、比較例２７の色素増感光電変換素子の光電変換効率の維持率に比べると高くなっている。この結果から、電解液にＥＭＩｍＴｆＡｃ、Ｐｙ11ＴｆＡｃ、Ｐｙ11ＤｆＡｃ、Ｐｙ11２Ｆ、Ｐｙ11３Ｆ、Ｐｙ11ＰｈまたはＰｙ11ＯＡｃを含有させることにより、光電変換効率の維持率の向上を図ることができることが分かる。
この第７の実施の形態によれば、色素増感光電変換素子の電解質層７を構成する電解液が、分子量が５９．０４［ｇ／ｍｏｌ］以上のアニオンを有する塩を含有するため、第１の実施の形態と同様な利点を得ることができる。
以上、実施の形態および実施例について具体的に説明したが、上述の実施の形態および実施例に限定されるものではなく、各種の変形が可能である。
例えば、上述の実施の形態および実施例において挙げた数値、構造、構成、形状、材料などはあくまでも例に過ぎず、必要に応じてこれらと異なる数値、構造、構成、形状、材料などを用いてもよい。
なお、本技術は以下のような構成も取ることができる。
（１）多孔質電極と、対極と、上記多孔質電極と上記対極との間に設けられた電解質層とを有し、上記電解質層が、分子量が５９．０４［ｇ／ｍｏｌ］以上のアニオンを有する塩を含有する光電変換素子。
（２）上記アニオンは、［ＯＴｆ］、［ＴＦＳＩ］、［ＴｆＡｃ］、［ＤＩＮＨＯＰ］、［ＤＣＡ］、ＢＦ4 、ＰＦ6 、［ＦＡＰ］、［ＭｅＳＯ3 ］、［Ｅｔ2 ＰＯ4 ］、ＣＢ11Ｈ12、［ＤｆＡｃ］、［２Ｆ］、［３Ｆ］、［Ｐｈ］および［ＯＡｃ］からなる群より選ばれた少なくとも一種である前記（１）に記載の光電変換素子。
（３）上記電解質層が電解液からなり、この電解液に６．０４≦ｐＫa ≦７．３の添加剤が添加され、および／または、上記多孔質電極および上記対極のうちの少なくとも一方の上記電解質層に面する表面に６．０４≦ｐＫa ≦７．３の添加剤が吸着している前記（１）または（２）に記載の光電変換素子。
（４）上記添加剤はピリジン系添加剤または複素環を有する添加剤である前記（１）から（３）のいずれかに記載の光電変換素子。
（５）上記電解液の溶媒の分子量が４７．３６以上である前記（４）に記載の光電変換素子。
（６）上記電解質層は電解液を含み、上記電解液の溶媒が、電子対受容性の官能基を有するイオン液体と電子対供与性の官能基を有する有機溶媒とを含む前記（１）から（５）のいずれかに記載の光電変換素子。
（７）上記電解質層が電解液を含む多孔質膜からなる前記（１）から（６）のいずれかに記載の光電変換素子。
（８）上記多孔質膜が不織布からなる前記（７）に記載の光電変換素子。
（９）上記光電変換素子は上記多孔質電極に光増感色素が結合した色素増感光電変換素子である前記（１）から（８）のいずれかに記載の光電変換素子。
（１０）上記多孔質電極は半導体からなる微粒子により構成されている前記（１）から（９）のいずれかに記載の光電変換素子。
１…透明基板、２…透明電極、３…多孔質電極、４…対向基板、５…導電層、６…対極、７…電解質層、８…封止材、１１…金属／金属酸化物微粒子、１１ａ…コア、１１ｂ…シェル

Claims (16)

  1. 多孔質電極と、
    対極と、
    上記多孔質電極と上記対極との間に設けられた電解質層とを有し、
    上記電解質層が、分子量が５９．０４［ｇ／ｍｏｌ］以上のアニオンを有する塩を含有する光電変換素子。
  2. 上記アニオンは、［ＯＴｆ］、［ＴＦＳＩ］、［ＴｆＡｃ］、［ＤＩＮＨＯＰ］、［ＤＣＡ］、ＢＦ4 、ＰＦ6 、［ＦＡＰ］、［ＭｅＳＯ3 ］、［Ｅｔ2 ＰＯ4 ］、ＣＢ11Ｈ12、［ＤｆＡｃ］、［２Ｆ］、［３Ｆ］、［Ｐｈ］および［ＯＡｃ］からなる群より選ばれた少なくとも一種である請求項１記載の光電変換素子。
  3. 上記電解質層が電解液からなり、この電解液に６．０４≦ｐＫa ≦７．３の添加剤が添加され、および／または、上記多孔質電極および上記対極のうちの少なくとも一方の上記電解質層に面する表面に６．０４≦ｐＫa ≦７．３の添加剤が吸着している請求項２記載の光電変換素子。
  4. 上記添加剤はピリジン系添加剤または複素環を有する添加剤である請求項３記載の光電変換素子。
  5. 上記電解液の溶媒の分子量が４７．３６以上である請求項４記載の光電変換素子。
  6. 上記電解質層は電解液を含み、上記電解液の溶媒が、電子対受容性の官能基を有するイオン液体と電子対供与性の官能基を有する有機溶媒とを含む請求項１記載の光電変換素子。
  7. 上記電解質層が電解液を含む多孔質膜からなる請求項１記載の光電変換素子。
  8. 上記多孔質膜が不織布からなる請求項７記載の光電変換素子。
  9. 上記光電変換素子は上記多孔質電極に光増感色素が結合した色素増感光電変換素子である請求項１記載の光電変換素子。
  10. 上記多孔質電極は半導体からなる微粒子により構成されている請求項９記載の光電変換素子。
  11. 多孔質電極と対極との間に、分子量が５９．０４［ｇ／ｍｏｌ］以上のアニオンを有する塩を含有する電解質層が設けられた構造を形成する工程を有する光電変換素子の製造方法。
  12. 少なくとも一つの光電変換素子を有し、
    上記光電変換素子が、
    多孔質電極と、
    対極と、
    上記多孔質電極と上記対極との間に設けられた電解質層とを有し、
    上記電解質層が、分子量が５９．０４［ｇ／ｍｏｌ］以上のアニオンを有する塩を含有する光電変換素子である電子機器。
  13. 少なくとも一つの光電変換素子および／または複数の光電変換素子が電気的に接続されている光電変換素子モジュールを有し、
    上記光電変換素子が、
    多孔質電極と、
    対極と、
    上記多孔質電極と上記対極との間に設けられた電解質層とを有し、
    上記電解質層が、分子量が５９．０４［ｇ／ｍｏｌ］以上のアニオンを有する塩を含有する光電変換素子である建築物。
  14. 上記光電変換素子および／または上記光電変換素子モジュールは２枚の透明板の間に挟持されている請求項１３記載の建築物。
  15. 多孔質電極と、
    対極と、
    上記多孔質電極と上記対極との間に設けられた電解質層とを有し、
    上記電解質層に、ＧｕＯＴｆ、ＥＭＩｍＳＣＮ、ＥＭＩｍＯＴｆ、ＥＭＩｍＴＦＳＩ、ＥＭＩｍＴｆＡｃ、ＥＭＩｍＤＩＮＨＯＰ、ＥＭＩｍＭｅＳＯ3 、ＥＭＩｍＤＣＡ、ＥＭＩｍＢＦ4 、ＥＭＩｍＰＦ6 、ＥＭＩｍＦＡＰ、ＥＭＩｍＥｔ2 ＰＯ4 およびＥＭＩｍＣＢ11Ｈ12からなる群より選ばれた少なくとも一種の添加剤が添加されている光電変換素子。
  16. 多孔質電極と、
    対極と、
    上記多孔質電極と上記対極との間に設けられた電解質層とを有し、
    上記電解質層に、下記の一般式（１）、（２）または（３）で表されるカチオンと下記のアニオンのうちのいずれか一つとからなる添加剤（ＧｕＳＣＮを除く）が少なくとも一種添加されている光電変換素子。
    （Ａ）カチオン
    Figure 2012195280
    Figure 2012195280
    Figure 2012195280
     （Ｂ）アニオン
    ＳＣＮ、［ＤＣＡ］、ＢＦ4 、ＰＦ6 、［ＴｆＡｃ］、［ＯＴｆ］、［ＴＦＳＩ］、［ＭｅＳＯ3 ］、［ＭｅＯＳＯ3 ］、［ＨＳＯ4 ］、［ＦＡＰ］、［ＤＡ］、［ＤＰＡ］、［ＤＩＮＨＯＰ］、［ＦＳＩ］、［ＤＥＰＡ］、［ｃｈｅｎｏ］、［Ｅｔ2 ＰＯ4 ］、ＣＢ11Ｈ12、［ＣＯＳＡＮ］、［ｃｙｃｌｉｃＴＦＳＩ］、Ｃ2 Ｆ5 ＳＯ3 、Ｃ3 Ｆ7 ＳＯ3 、Ｃ4 Ｆ9 ＳＯ3 、Ｎ（Ｃ3 Ｆ7 ＳＯ2 ）2 、Ｎ（Ｃ4 Ｆ9 ＳＯ2 ）2 、フッ素、塩素、臭素、ヨウ素
JP2011260403A 2011-03-02 2011-11-29 光電変換素子、光電変換素子の製造方法、電子機器および建築物 Pending JP2012195280A (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2011260403A JP2012195280A (ja) 2011-03-02 2011-11-29 光電変換素子、光電変換素子の製造方法、電子機器および建築物

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2011044911 2011-03-02
JP2011044911 2011-03-02
JP2011260403A JP2012195280A (ja) 2011-03-02 2011-11-29 光電変換素子、光電変換素子の製造方法、電子機器および建築物

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2012195280A true JP2012195280A (ja) 2012-10-11

Family

ID=46757806

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2011260403A Pending JP2012195280A (ja) 2011-03-02 2011-11-29 光電変換素子、光電変換素子の製造方法、電子機器および建築物

Country Status (4)

Country Link
US (1) US20130319529A1 (ja)
JP (1) JP2012195280A (ja)
CN (1) CN103392260A (ja)
WO (1) WO2012117867A1 (ja)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2014092066A1 (ja) * 2012-12-14 2014-06-19 シャープ株式会社 光電変換素子
KR101600200B1 (ko) * 2014-11-03 2016-03-04 서울시립대학교 산학협력단 이온성 액체를 이용한 전지 및 그 제조방법
KR20160051380A (ko) * 2014-11-03 2016-05-11 서울시립대학교 산학협력단 이온성 액체를 이용한 전지 및 그 제조방법
JP2017028028A (ja) * 2015-07-17 2017-02-02 積水化学工業株式会社 固体接合型光電変換素子および固体接合型光電変換素子用ｐ型半導体層
WO2019116865A1 (ja) 2017-12-13 2019-06-20 株式会社ダイセル 電解質組成物及びその用途

Families Citing this family (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9181475B2 (en) 2012-02-21 2015-11-10 Northwestern University Photoluminescent compounds
US9994595B2 (en) * 2014-03-14 2018-06-12 The Regents Of The University Of California Catalyst and battery components derived from condensation reactions with carba-closo-dodecaborate amines
WO2015160838A1 (en) * 2014-04-15 2015-10-22 Northwestern University Lead-free solid-state organic-inorganic halide perovskite photovoltaic cells
WO2015164731A1 (en) 2014-04-24 2015-10-29 Northwestern University Solar cells with perovskite-based light sensitization layers
US9349967B2 (en) 2014-07-16 2016-05-24 Industrial Technology Research Institute Solar cell and method for manufacturing the same
JP6486737B2 (ja) * 2015-03-19 2019-03-20 株式会社東芝 光電変換素子
CN106981571A (zh) * 2016-01-15 2017-07-25 深圳清华大学研究院 增强光吸收型钙钛矿薄膜太阳能电池及制备方法
CN105633285A (zh) * 2016-03-24 2016-06-01 浙江零维光伏科技有限公司 一种有机薄膜太阳能电池碳电极的制备方法
CN106848105B (zh) * 2017-04-17 2018-09-18 京东方科技集团股份有限公司 一种显示面板及其制作方法
CN108807680B (zh) * 2018-06-11 2021-08-17 西南石油大学 一种钙钛矿太阳能电池
CN112086683A (zh) * 2019-06-14 2020-12-15 比亚迪股份有限公司 一种锂离子电池电解液及其制备方法、高压锂离子电池和电池模组
CN111933802B (zh) * 2020-08-18 2024-04-19 昆山协鑫光电材料有限公司 离子液体于制备钙钛矿光敏层、钙钛矿太阳能电池的用途
CN116254107B (zh) * 2021-12-01 2024-02-23 中国科学院大连化学物理研究所 一种基于钙钛矿纳米晶敏化的宽波段光子上转换的方法
CN114927772B (zh) * 2022-06-28 2025-01-28 华中科技大学 一种电解液的添加剂及其应用、电解液和水系锌离子电池

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4307701B2 (ja) * 1999-12-10 2009-08-05 富士フイルム株式会社 光電変換素子および光電池
JP4459578B2 (ja) * 2003-09-08 2010-04-28 株式会社フジクラ 色素増感太陽電池
JP4636802B2 (ja) * 2004-01-09 2011-02-23 株式会社巴川製紙所 光電変換素子
JP4187764B2 (ja) * 2004-03-31 2008-11-26 横浜ゴム株式会社 光電変換素子及びそれを用いた色素増感太陽電池
CN101156275B (zh) * 2005-04-11 2011-03-23 日本化药株式会社 用于光电转换器的电解质组合物以及使用该电解质组合物的光电转换器
JP2007179854A (ja) * 2005-12-27 2007-07-12 Toyo Ink Mfg Co Ltd 光電変換用金属酸化物半導体電極の製造方法
JP2007317446A (ja) * 2006-05-24 2007-12-06 Dai Ichi Kogyo Seiyaku Co Ltd 色素増感太陽電池
JP5200620B2 (ja) * 2008-03-28 2013-06-05 Ｔｄｋ株式会社 光電変換素子および光電変換素子の製造方法
JP2010182457A (ja) * 2009-02-03 2010-08-19 Toray Ind Inc 色素増感太陽電池用セパレーター
JP2010262817A (ja) * 2009-05-01 2010-11-18 Yokohama Rubber Co Ltd:The 光電変換素子用電解質ならびにその電解質を用いた光電変換素子および色素増感太陽電池
JP2010272610A (ja) * 2009-05-20 2010-12-02 Sanyo Chem Ind Ltd イミダゾリウム塩電解質を用いた電解液および電気化学素子
JP2011014356A (ja) * 2009-07-01 2011-01-20 Sony Corp 光電変換素子およびその製造方法ならびに電子機器

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2014092066A1 (ja) * 2012-12-14 2014-06-19 シャープ株式会社 光電変換素子
JPWO2014092066A1 (ja) * 2012-12-14 2017-01-12 シャープ株式会社 光電変換素子
KR101600200B1 (ko) * 2014-11-03 2016-03-04 서울시립대학교 산학협력단 이온성 액체를 이용한 전지 및 그 제조방법
KR20160051380A (ko) * 2014-11-03 2016-05-11 서울시립대학교 산학협력단 이온성 액체를 이용한 전지 및 그 제조방법
KR101626674B1 (ko) 2014-11-03 2016-06-01 서울시립대학교 산학협력단 이온성 액체를 이용한 전지 및 그 제조방법
JP2017028028A (ja) * 2015-07-17 2017-02-02 積水化学工業株式会社 固体接合型光電変換素子および固体接合型光電変換素子用ｐ型半導体層
WO2019116865A1 (ja) 2017-12-13 2019-06-20 株式会社ダイセル 電解質組成物及びその用途

Also Published As

Publication number Publication date
US20130319529A1 (en) 2013-12-05
CN103392260A (zh) 2013-11-13
WO2012117867A1 (ja) 2012-09-07

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2012117867A1 (ja) 光電変換素子、光電変換素子の製造方法および電子機器
JP5023866B2 (ja) 色素増感光電変換素子およびその製造方法ならびに電子機器
JP2012084374A (ja) 光電変換素子、光電変換素子の製造方法、光電変換素子用電解質層および電子機器
JP2012014849A (ja) 光電変換素子およびその製造方法ならびに光電変換素子モジュールおよびその製造方法
JP2011204662A (ja) 光電変換素子およびその製造方法ならびに電子機器
JP2012004010A (ja) 光電変換素子およびその製造方法ならびに電子機器
JP4635473B2 (ja) 光電変換素子の製造方法及び半導体電極の製造方法
US20120097251A1 (en) Photoelectric conversion device method for making same and electronic device
CN101937778A (zh) 染料敏化光电转换装置
CN103733287B (zh) 色素敏化太阳能电池
CN101416345B (zh) 染料敏化光电转换装置
JP4591131B2 (ja) 色素増感光電変換素子およびその製造方法ならびに電子装置およびその製造方法ならびに電子機器
JP2012212615A (ja) 光電変換素子の製造方法、光電変換素子および電子機器
JP2012146632A (ja) 色素、色素増感光電変換素子、電子機器および建築物
JP2012243436A (ja) 光電変換素子およびその製造方法ならびに電子機器
WO2012128016A1 (ja) 光電変換素子の製造方法および電子装置の製造方法
JP2013161660A (ja) 光電変換素子、光電変換素子の製造方法、電子機器および建築物
JP2015115110A (ja) 色素増感太陽電池の製造方法および色素増感太陽電池
JP2013058424A (ja) 光増感色素、色素増感光電変換素子、電子機器および建築物
JP2012146640A (ja) 色素、色素増感光電変換素子、電子機器および建築物
JP2014011024A (ja) 色素増感型太陽電池用有機化合物、色素増感型太陽電池用作用電極及び色素増感型太陽電池

Legal Events

Date Code Title Description
RD04 Notification of resignation of power of attorney

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7424

Effective date: 20130308