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JP2005044697A - Photoelectric conversion element - Google Patents

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JP2005044697A
JP2005044697A JP2003279407A JP2003279407A JP2005044697A JP 2005044697 A JP2005044697 A JP 2005044697A JP 2003279407 A JP2003279407 A JP 2003279407A JP 2003279407 A JP2003279407 A JP 2003279407A JP 2005044697 A JP2005044697 A JP 2005044697A
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photoelectric conversion
conversion element
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carbon atoms
ion
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JP2003279407A
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Japanese (ja)
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Yoshinori Nishikitani
禎範 錦谷
Takeshi Asano
剛 朝野
Takaya Kubo
貴哉 久保
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Eneos Corp
Original Assignee
Nippon Oil Corp
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Publication date
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a photoelectric conversion element with high performance, especially high durability using a solid electrolyte. <P>SOLUTION: The photoelectric conversion element comprises two conductive substrates whose at least one is transparent and an electrolyte layer installed at least between the conductive substrates and containing a substance showing reversible electrochemical oxidation-reduction characteristics. R<SB>D</SB>obtained by fitting an AC impedance measured result under light illumination with an equivalent circuit shown in the figure is specified to 5 Ω or less. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明は新規な光電変換素子に関する。   The present invention relates to a novel photoelectric conversion element.

色素増感型太陽電池に代表される、いわゆる湿式太陽電池などの光電変換素子は、一般に二つ以上の電極を有し、その電極間に電解質を蓄えた構造を有する。このような光電変換素子においては、電解質は電荷の伝達媒体として素子機能に不可欠な役割を果たし、その電気化学的特性、特に電荷の伝達媒体として一般的に用いられる、可逆な電気化学的酸化還元特性を示す物質の拡散係数は、太陽電池特性に大きく影響を与える(例えば、非特許文献1参照。)。また、電極間の距離も太陽電池特性に大きな影響を与える(例えば、非特許文献2参照。)。しかしながら、これらの要素は、独立して議論されることが多く、これまで、相互に関係付けて最適化されることはあまり行われなかった。特に、従来から用いられている液体電解質では、素子の破損による電解液漏れ、長期使用時における電解液の蒸散等の問題があることから、固体電解質を用いた太陽電池の研究が近年盛んに行われているが(例えば、特許文献1、特許文献2参照。)、固体電解質の物性のみが着目されるのみで、系全体としての最適化がこれまでほとんど行われていないのが実状である。   A photoelectric conversion element such as a so-called wet solar cell represented by a dye-sensitized solar cell generally has two or more electrodes and a structure in which an electrolyte is stored between the electrodes. In such a photoelectric conversion element, the electrolyte plays an indispensable role in the device function as a charge transfer medium, and its electrochemical characteristics, particularly a reversible electrochemical redox commonly used as a charge transfer medium. The diffusion coefficient of a substance exhibiting characteristics greatly affects solar cell characteristics (see, for example, Non-Patent Document 1). Further, the distance between the electrodes also greatly affects the solar cell characteristics (see, for example, Non-Patent Document 2). However, these factors are often discussed independently and so far they have not been optimized in relation to each other. In particular, liquid electrolytes that have been used in the past have problems such as electrolyte leakage due to damage to the element and evaporation of the electrolyte during long-term use. Therefore, research on solar cells using solid electrolytes has been actively conducted in recent years. However, the actual situation is that only the physical properties of the solid electrolyte are focused on, and the optimization of the entire system has hardly been performed so far.

特開平2001−338700号公報Japanese Patent Laid-Open No. 2001-338700 特開平2001−160427号公報Japanese Patent Laid-Open No. 2001-160427 エム・グレッチェル 外(M. Gratzel et.al.),ジャーナル・オブ・フィジカル・ケミストリー・ビー(Journal of Physical Chemistry B),米国,1997年,第101巻,p.2576−2582M. Gratzel et.al., Journal of Physical Chemistry B, USA, 1997, 101, p. 2576-2582 湿式太陽電池実用化可能性調査,「平成11年度委託業務成果報告書」,新エネルギー・産業技術総合開発機構,平成12年3月,p.17−18Wet solar cell feasibility study, “1999 Consignment Work Results Report”, New Energy and Industrial Technology Development Organization, March 2000, p. 17-18

本発明はこのような実状に鑑み成されたものであり、電解質層の電気化学的特性と電極間の距離を相互に関連付けて最適化することで、高性能な光電変換素子を提供することを目的とする。また、本発明は、さらに、上記関連付けを固体電解質にも応用することで、耐久性が高い光電変換素子を簡便な作製方法によって提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of such circumstances, and provides a high-performance photoelectric conversion element by optimizing the electrochemical characteristics of the electrolyte layer and the distance between the electrodes in correlation with each other. Objective. Another object of the present invention is to provide a photoelectric conversion element having high durability by a simple manufacturing method by applying the above association to a solid electrolyte.

すなわち、本発明は、少なくとも一方が透明の二枚の導電性基板と、少なくともその間に設けられた、可逆な電気化学的酸化還元特性を示す物質を含有した電解質層からなる光電変換素子であって、光照射下での交流インピーダンス測定結果を図1に示す等価回路にてフィッティングして求められるRDが5Ω以下であることを特徴とする光電変換素子に関する。
また、本発明は、前記電解質層が、固体電解質であることを特徴とする光電変換素子に関する。
また、本発明は、前記固体電解質が、少なくとも高分子マトリックスおよび可逆な電気化学的酸化還元特性を示す物質を構成成分として含むイオン伝導性フィルムであることを特徴とする光電変換素子に関する。
また、本発明は、前記高分子マトリックスがポリフッ化ビニリデン系高分子化合物であることを特徴とする光電変換素子に関する。
また、本発明は、前記ポリフッ化ビニリデン系高分子化合物がカルボキシル基を含有することを特徴とする光電変換素子に関する。
さらに、本発明は、前記可逆な電気化学的酸化還元特性を示す物質が常温溶融塩類であることを特徴とする光電変換素子に関する。
That is, the present invention is a photoelectric conversion element comprising two conductive substrates, at least one of which is transparent, and an electrolyte layer containing at least a substance exhibiting reversible electrochemical redox characteristics provided therebetween. Further, the present invention relates to a photoelectric conversion element characterized in that RD obtained by fitting an AC impedance measurement result under light irradiation with an equivalent circuit shown in FIG. 1 is 5Ω or less.
The present invention also relates to a photoelectric conversion element, wherein the electrolyte layer is a solid electrolyte.
The present invention also relates to a photoelectric conversion element, wherein the solid electrolyte is an ion conductive film containing at least a polymer matrix and a substance exhibiting reversible electrochemical redox characteristics as constituent components.
The present invention also relates to a photoelectric conversion element, wherein the polymer matrix is a polyvinylidene fluoride polymer compound.
The present invention also relates to a photoelectric conversion element, wherein the polyvinylidene fluoride polymer compound contains a carboxyl group.
Furthermore, the present invention relates to a photoelectric conversion element, wherein the substance exhibiting reversible electrochemical redox characteristics is a room temperature molten salt.

以下、本発明について詳細に説明する。
本発明の光電変換素子は、可逆な電気化学的酸化還元特性を示す物質を含有する電解質層を必須に有するものである。電解質層は、通常、一組の電極基板の間に挿入されることで用いられ、電解質層中に含まれる可逆な電気化学的酸化還元特性を示す物質によって、電子を輸送する作用を具備する。例えば、電気化学的酸化還元特性を示す物質の酸化体が、片方の電極で還元され電子を受け取り還元体となり、もう一方の電極まで拡散し、電極へ電子を受け渡すことで酸化体へ戻る。酸化体は再び元の電極へ拡散し、電子を受け取る。この過程は、実質的に電解質層中を電子が流れる事と等価であって、電解質層が電子輸送媒体として機能している。
Hereinafter, the present invention will be described in detail.
The photoelectric conversion element of the present invention essentially has an electrolyte layer containing a substance exhibiting reversible electrochemical redox characteristics. The electrolyte layer is usually used by being inserted between a pair of electrode substrates, and has a function of transporting electrons by a substance having reversible electrochemical redox characteristics contained in the electrolyte layer. For example, an oxidized form of a substance exhibiting electrochemical redox characteristics is reduced at one electrode to receive an electron to become a reduced form, diffuses to the other electrode, and returns to the oxidized form by delivering electrons to the electrode. The oxidant diffuses again to the original electrode and receives electrons. This process is substantially equivalent to the flow of electrons through the electrolyte layer, and the electrolyte layer functions as an electron transport medium.

本発明に用いられる電解質層としては、可逆な電気化学的酸化還元特性を示す物質を含有することが必須である。ここで、可逆な電気化学的酸化還元特性を示すということは、光電変換素子の作用する電位領域において、可逆的な電気化学的に酸化還元反応を起こし得ることをいう。典型的には、通常、水素基準電極(NHE)に対して−1〜+2Vの電位領域で可逆的であることが望ましい。
可逆な電気化学的酸化還元特性を示す物質は、通常、いわゆるレドックス材と称されるものであるが、特にその種類を制限するものではない。かかる物質としては、例えば、フェロセン、p−ベンゾキノン、7,7,8,8−テトラシアノキノジメタン、N,N,N’,N’−テトラメチル−p−フェニレンジアミン、テトラチアフルバレン、チアントラセン、p−トルイルアミン等を挙げることができる。また、LiI、NaI、KI、CsI、CaI2、4級イミダゾリウムのヨウ素塩、テトラアルキルアンモニウムのヨウ素塩、Br2とLiBr、NaBr、KBr、CsBr、CaBr2などの金属臭化物などが挙げられ、また、Br2とテトラアルキルアンモニウムブロマイド、ビピリジニウムブロマイド、臭素塩、フェロシアン酸―フェリシアン酸塩などの錯塩、ポリ硫化ナトリウム、アルキルチオール−アルキルジスルフィド、ヒドロキノン−キノン、ビオロゲン色素などを挙げることができる。
The electrolyte layer used in the present invention must contain a substance exhibiting reversible electrochemical redox characteristics. Here, showing reversible electrochemical redox characteristics means that a reversible electrochemical redox reaction can occur in a potential region where the photoelectric conversion element acts. Typically, it is usually desirable to be reversible in the potential region of −1 to +2 V with respect to the hydrogen reference electrode (NHE).
A substance exhibiting reversible electrochemical oxidation-reduction characteristics is usually referred to as a so-called redox material, but the type is not particularly limited. Examples of such substances include ferrocene, p-benzoquinone, 7,7,8,8-tetracyanoquinodimethane, N, N, N ′, N′-tetramethyl-p-phenylenediamine, tetrathiafulvalene, thi Anthracene, p-toluylamine, etc. can be mentioned. Further, LiI, NaI, KI, CsI , CaI 2, 4 quaternary imidazolium iodide salt, iodine tetraalkylammonium Motoshio, Br 2 and LiBr, NaBr, KBr, CsBr, and metal bromides, such as CaBr 2 and the like, In addition, Br 2 and tetraalkylammonium bromide, bipyridinium bromide, bromine salts, complex salts such as ferrocyanic acid-ferricyanate, sodium polysulfide, alkylthiol-alkyldisulfides, hydroquinone-quinones, viologen dyes and the like can be mentioned. .

レドックス材は、酸化体、還元体のどちらか一方のみを用いてもよいし、酸化体と還元体を適当なモル比で混合し、添加することもできる。また、電気化学的応答性を示すように、これら酸化還元対を添加するなどしても良い。そのような性質を示す材料としては、ハロゲンイオン、SCN-、ClO4 -、BF4 -、CF3SO3 -、(CF3SO22-、(C25SO22-、PF6 -、AsF6 -、CH3COO-、CH3(C64)SO3 -、および(C25SO23-から選ばれる対アニオンを有するフェロセニウムなどのメタロセニウム塩などのほか、ヨウ素、臭素、塩素などのハロゲン類を用いることもできる。 As the redox material, only one of an oxidant and a reductant may be used, or the oxidant and the reductant may be mixed and added at an appropriate molar ratio. Further, these redox pairs may be added so as to show electrochemical responsiveness. Materials exhibiting such properties include halogen ions, SCN , ClO 4 , BF 4 , CF 3 SO 3 , (CF 3 SO 2 ) 2 N , (C 2 F 5 SO 2 ) 2 N -, PF 6 -, AsF 6 -, CH 3 COO -, CH 3 (C 6 H 4) SO 3 -, and (C 2 F 5 SO 2) 3 C - , such as ferrocenium having a counter anion selected from metallocenium of In addition to salts, halogens such as iodine, bromine and chlorine can also be used.

また、他の可逆な電気化学的酸化還元特性を示す物質としては、ハロゲンイオン、SCN-から選ばれる対アニオン(X-)を有する塩があげられる。カチオンとしては、4級アンモニウム塩として、具体的には、(CH34NX-、(C254NX-、(n−C494NX-、さらには、 In addition, as another substance exhibiting reversible electrochemical redox characteristics, a salt having a counter anion (X ) selected from a halogen ion and SCN can be mentioned. As the cation, as a quaternary ammonium salt, specifically, (CH 3 ) 4 NX , (C 2 H 5 ) 4 NX , (n-C 4 H 9 ) 4 NX ,

Figure 2005044697
Figure 2005044697

等が挙げられる。対アニオン(X-)を有するホスホニウム塩、具体的には、(CH34PX-、(C254PX-、(C374PX-、(C494PX-等が挙げられる。
もちろん、これらの混合物も好適に用いることができる。
Etc. A phosphonium salt having a counter anion (X ), specifically, (CH 3 ) 4 PX , (C 2 H 5 ) 4 PX , (C 3 H 7 ) 4 PX , (C 4 H 9 ) 4 PX- and the like.
Of course, a mixture of these can also be used suitably.

また、可逆な電気化学的酸化還元特性を示す物質として、レドックス性常温溶融塩類も用いることができる。ここで、レドックス性常温溶融塩とは、溶媒成分が含まれないイオン対のみからなる常温において溶融している(即ち液状の)イオン対からなる塩であり、通常、融点が20℃以下であり、20℃を越える温度で液状であるイオン対からなる塩を示すものであって、かつ可逆的な電気化学的酸化還元反応を行うことができるものである。可逆な電気化学的酸化還元特性を示す物質として、レドックス性常温溶融塩類を用いる場合、前記溶媒は用いても、用いなくてもどちらの形態でもよい。
レドックス性常温溶融塩はその1種を単独で使用することができ、また2種以上を混合しても使用することもできる。
レドックス性常温溶融塩の例としては、例えば、以下のものが挙げられる。
In addition, redox room temperature molten salts can also be used as substances exhibiting reversible electrochemical redox properties. Here, the redox ambient temperature molten salt is a salt composed of ion pairs that are melted at room temperature (that is, in a liquid state) consisting only of ion pairs that do not contain a solvent component, and usually has a melting point of 20 ° C. or less. A salt composed of an ion pair that is in a liquid state at a temperature exceeding 20 ° C. and capable of performing a reversible electrochemical redox reaction. When redox room temperature molten salts are used as the substance exhibiting reversible electrochemical redox properties, the solvent may be used or may not be used.
The redox room temperature molten salt can be used alone or in combination of two or more.
Examples of redox room temperature molten salts include the following.

Figure 2005044697
Figure 2005044697

(ここで、Rは炭素数2〜20、好ましくは2〜10のアルキル基を示し、X-はハロゲンイオンまたはSCN-を示す。) (Here, R represents an alkyl group having 2 to 20 carbon atoms, preferably 2 to 10 carbon atoms, and X represents a halogen ion or SCN ).

Figure 2005044697
Figure 2005044697

(ここで、R1およびR2は各々炭素数1〜10のアルキル基(好ましくはメチル基またはエチル基)、または炭素数7〜20、好ましくは7〜13のアラルキル基(好ましくはベンジル基)を示しており、互いに同一でも異なっても良い。また、X-はハロゲンイオンまたはSCN-を示す。) (Wherein R1 and R2 each represent an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms (preferably a methyl group or an ethyl group) or an aralkyl group having 7 to 20 carbon atoms, preferably 7 to 13 carbon atoms (preferably a benzyl group). And may be the same as or different from each other, and X represents a halogen ion or SCN .)

Figure 2005044697
Figure 2005044697

(ここで、R1、R2、R3、R4は、各々炭素数1以上、好ましくは炭素数1〜6のアルキル基、炭素数6〜12のアリール基(フェニル基など)、またはメトキシメチル基などを示し、互いに同一でも異なってもよい。また、X-はハロゲンイオンまたはSCN-を示す。) (Here, R1, R2, R3, R4 each represents an alkyl group having 1 or more carbon atoms, preferably an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms, an aryl group having 6 to 12 carbon atoms (such as a phenyl group), or a methoxymethyl group. And may be the same as or different from each other, and X represents a halogen ion or SCN .)

本発明の電解質層としては、前記の可逆な電気化学的酸化還元特性を示す物質を含むものであれば、液体系でも固体系でもいずれでもよく、特に限定されないが、電解質層に含有する可逆な電気化学的酸化還元特性を示す物質の拡散係数Dは1×10-9cm2/s以上、好ましくは1×10-8cm2/s以上、さらに好ましくは1×10-7cm2/s以上、よりさらに好ましくは、1×10-6cm2/sが望ましく、2枚の導電性基板間の距離Lは通常1μm以上、好ましくは5μm以上、さらに好ましくは10μm以上、よりさらに好ましくは20μm以上であり、通常1mm以下、好ましくは500μm以下、さらに好ましくは200μm以下、よりさらに好ましくは100μm以下が望ましい。 The electrolyte layer of the present invention may be either a liquid system or a solid system as long as it contains a substance exhibiting the above-described reversible electrochemical redox characteristics, and is not particularly limited. The diffusion coefficient D of the substance exhibiting electrochemical redox characteristics is 1 × 10 −9 cm 2 / s or more, preferably 1 × 10 −8 cm 2 / s or more, more preferably 1 × 10 −7 cm 2 / s. More preferably, 1 × 10 −6 cm 2 / s is desirable, and the distance L between the two conductive substrates is usually 1 μm or more, preferably 5 μm or more, more preferably 10 μm or more, and even more preferably 20 μm. These are usually 1 mm or less, preferably 500 μm or less, more preferably 200 μm or less, and still more preferably 100 μm or less.

また、本発明においては、光電変換素子を光照射下で交流インピーダンス測定を行い、図1に示す等価回路にてその結果をフィッティングして得られるRDが5Ω以下となる時に、良好な性能を示す光電変換素子が得られる。ここで、光照射下での交流インピーダンス測定の測定方法としては、特に限定されず、一般的な方法が用いられるが、例えば、ポテンショスタット/ガルバノスタットとインピーダンスアナライザーを用いてソーラーシュミレーター等の光源を用いてAM1.5、100mW/cm2の照度で光を照射しながら、光電変換素子の開放電圧に対して±5mVの交流変調をかけて周波数範囲として1MHz〜0.01Hzまで測定すると、図2のようなインピーダンススペクトルが得られる。
この、インピーダンススペクトルを図1に示す等価回路にてフィッティングすると、RDが得られる。
なお、図1において、Rs、R1、R2はそれぞれ抵抗成分を表し、CPE1、CPE2はCPE =1/[T(jω)P](ω:周波数、T,Pはフィッティングパラメーター)で表されるコンスタント フェーズ エレメント(Constant Phase Element)を表し、ZDはZD=RD{[tanh(jωτ)1/2]/(jωτ)1/2}(ω:周波数、τ,RDはフィッティングパラメーター)で表される有限拡散長ワールブルグインピーダンス(Finite−length Warburug impedance)を表す。
Further, in the present invention, when the RD obtained by measuring the AC impedance of the photoelectric conversion element under light irradiation and fitting the result with the equivalent circuit shown in FIG. The photoelectric conversion element shown is obtained. Here, the measurement method of AC impedance measurement under light irradiation is not particularly limited, and a general method is used. For example, a light source such as a solar simulator using a potentiostat / galvanostat and an impedance analyzer is used. When irradiating light with an illuminance of AM 1.5 and 100 mW / cm 2 using AC modulation of ± 5 mV with respect to the open-circuit voltage of the photoelectric conversion element and measuring the frequency range from 1 MHz to 0.01 Hz, FIG. An impedance spectrum such as
When this impedance spectrum is fitted by the equivalent circuit shown in FIG. 1, RD is obtained.
In FIG. 1, Rs, R1, and R2 represent resistance components, and CPE1 and CPE2 are constants represented by CPE = 1 / [T (jω) P] (ω: frequency, T and P are fitting parameters). Phase element (Constant Phase Element), Z D is Z D = R D {[tanh (jωτ) 1/2 ] / (jωτ) 1/2 } (ω: frequency, τ, R D are fitting parameters) It represents the finite diffusion length Warburg impedance.

本発明においては、上記によって求められたRDが5Ω以下であることが必要であり、好ましくは4Ω以下、さらに好ましくは3Ω以下、特に好ましくは2Ω以下が望ましい。 In the present invention, the R D obtained as described above needs to be 5Ω or less, preferably 4Ω or less, more preferably 3Ω or less, and particularly preferably 2Ω or less.

液体系の電解質としては特に限定されるものではなく、通常、溶媒、上述した可逆な電気化学的酸化還元特性を示す物質(溶媒に可溶なもの)およびさらに必要に応じて支持電解質を基本的成分として構成される。   There are no particular limitations on the liquid electrolyte, and usually a solvent, a substance exhibiting the above-described reversible electrochemical oxidation-reduction characteristics (soluble in a solvent), and a supporting electrolyte as necessary are basically used. Configured as an ingredient.

溶媒としては、一般に電気化学セルや電池に用いられる溶媒であればいずれも使用することができる。具体的には、無水酢酸、メタノール、エタノール、テトラヒドロフラン、プロピレンカーボネート、ニトロメタン、アセトニトリル、ジメチルホルムアミド、ジメチルスルホキシド、ヘキサメチルホスホアミド、エチレンカーボネート、ジメトキシエタン、γ−ブチロラクトン、γ−バレロラクトン、スルホラン、ジメトキシエタン、プロピオンニトリル、グルタロニトリル、アジポニトリル、メトキシアセトニトリル、ジメチルアセトアミド、メチルピロリジノン、ジメチルスルホキシド、ジオキソラン、スルホラン、リン酸トリメチル、リン酸トリエチル、リン酸トリプロピル、リン酸エチルジメチル、リン酸トリブチル、リン酸トリペンチル、リン酸トリへキシル、リン酸トリヘプチル、リン酸トリオクチル、リン酸トリノニル、リン酸トリデシル、リン酸トリス(トリフフロロメチル)、リン酸トリス(ペンタフロロエチル)、リン酸トリフェニルポリエチレングリコール、及びポリエチレングリコール等が使用可能である。特に、プロピレンカーボネート、エチレンカーボネート、ジメチルスルホキシド、ジメトキシエタン、アセトニトリル、γ−ブチロラクトン、スルホラン、ジオキソラン、ジメチルホルムアミド、ジメトキシエタン、テトラヒドロフラン、アジポニトリル、メトキシアセトニトリル、メトキシプロピオニトリル、ジメチルアセトアミド、メチルピロリジノン、ジメチルスルホキシド、ジオキソラン、スルホラン、リン酸トリメチル、リン酸トリエチルが好ましい。また、常温溶融塩類も用いることができる。ここで、常温溶融塩とは、溶媒成分が含まれないイオン対のみからなる常温において溶融している(即ち液状の)イオン対からなる塩であり、通常、融点が20℃以下であり、20℃を越える温度で液状であるイオン対からなる塩を示すものである。
常温溶融塩の例としては、例えば、以下のものが挙げられる。
Any solvent can be used as long as it is generally used in electrochemical cells and batteries. Specifically, acetic anhydride, methanol, ethanol, tetrahydrofuran, propylene carbonate, nitromethane, acetonitrile, dimethylformamide, dimethyl sulfoxide, hexamethylphosphoamide, ethylene carbonate, dimethoxyethane, γ-butyrolactone, γ-valerolactone, sulfolane, dimethoxy Ethane, propiononitrile, glutaronitrile, adiponitrile, methoxyacetonitrile, dimethylacetamide, methylpyrrolidinone, dimethyl sulfoxide, dioxolane, sulfolane, trimethyl phosphate, triethyl phosphate, tripropyl phosphate, ethyldimethyl phosphate, tributyl phosphate, phosphorus Tripentyl phosphate, trihexyl phosphate, triheptyl phosphate, trioctyl phosphate, trinonyl phosphate, phosphoric acid Tridecyl, tris phosphate (trifluoromethyl), tris phosphate (pentafluoroethyl), triphenyl polyethylene glycol phosphate, polyethylene glycol, and the like can be used. In particular, propylene carbonate, ethylene carbonate, dimethyl sulfoxide, dimethoxyethane, acetonitrile, γ-butyrolactone, sulfolane, dioxolane, dimethylformamide, dimethoxyethane, tetrahydrofuran, adiponitrile, methoxyacetonitrile, methoxypropionitrile, dimethylacetamide, methylpyrrolidinone, dimethylsulfoxide , Dioxolane, sulfolane, trimethyl phosphate and triethyl phosphate are preferred. Also, room temperature molten salts can be used. Here, the room temperature molten salt is a salt made of an ion pair that is melted at room temperature (that is, in a liquid state) consisting of only an ion pair that does not contain a solvent component, and usually has a melting point of 20 ° C. or less. A salt composed of an ion pair that is in a liquid state at a temperature in excess of ° C.
Examples of the room temperature molten salt include the following.

Figure 2005044697
Figure 2005044697

(ここで、Rは炭素数2〜20、好ましくは2〜10のアルキル基を示し、X-はハロゲンイオンまたはSCN-を示す。) (Here, R represents an alkyl group having 2 to 20 carbon atoms, preferably 2 to 10 carbon atoms, and X represents a halogen ion or SCN ).

Figure 2005044697
Figure 2005044697

(ここで、R1およびR2は各々炭素数1〜10のアルキル基(好ましくはメチル基またはエチル基)、または炭素数7〜20、好ましくは7〜13のアラルキル基(好ましくはベンジル基)を示しており、互いに同一でも異なっても良い。また、X-はハロゲンイオンまたはSCN-を示す。) (Wherein R1 and R2 each represent an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms (preferably a methyl group or an ethyl group) or an aralkyl group having 7 to 20 carbon atoms, preferably 7 to 13 carbon atoms (preferably a benzyl group). And may be the same as or different from each other, and X represents a halogen ion or SCN .)

Figure 2005044697
Figure 2005044697

(ここで、R1、R2、R3、R4は、各々炭素数1以上、好ましくは炭素数1〜6のアルキル基、炭素数6〜12のアリール基(フェニル基など)、またはメトキシメチル基などを示し、互いに同一でも異なってもよい。また、X-はハロゲンイオンまたはSCN-を示す。)
溶媒はその1種を単独で使用しても良いし、また2種以上を混合して使用しても良い。
(Here, R1, R2, R3, R4 each represents an alkyl group having 1 or more carbon atoms, preferably an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms, an aryl group having 6 to 12 carbon atoms (such as a phenyl group), or a methoxymethyl group. And may be the same as or different from each other, and X represents a halogen ion or SCN .)
The solvent may be used alone or in combination of two or more.

また、必要に応じて加えられる支持電解質としては、電気化学の分野又は電池の分野で通常使用される塩類、酸類、アルカリ類、常温溶融塩類が使用できる。
塩類としては、特に制限はなく、例えば、アルカリ金属塩、アルカリ土類金属塩等の無機イオン塩;4級アンモニウム塩;環状4級アンモニウム塩;4級ホスホニウム塩などが使用でき、特にLi塩が好ましい。
塩類の具体例としては、ClO4 -、BF4 -、CF3SO3 -、(CF3SO22-、(C25SO22-、PF6 -、AsF6 -、CH3COO-、CH3(C64)SO3 -、および(C25SO23-から選ばれる対アニオンを有するLi塩、Na塩、あるいはK塩が挙げられる。
Further, as the supporting electrolyte added as necessary, salts, acids, alkalis, and room temperature molten salts that are usually used in the field of electrochemistry or the field of batteries can be used.
The salt is not particularly limited, and examples thereof include inorganic ion salts such as alkali metal salts and alkaline earth metal salts; quaternary ammonium salts; cyclic quaternary ammonium salts; quaternary phosphonium salts. preferable.
Specific examples of the salts include ClO 4 , BF 4 , CF 3 SO 3 , (CF 3 SO 2 ) 2 N , (C 2 F 5 SO 2 ) 2 N , PF 6 and AsF 6 −. Li salt, Na salt, or K salt having a counter anion selected from CH 3 COO , CH 3 (C 6 H 4 ) SO 3 , and (C 2 F 5 SO 2 ) 3 C .

また、ClO4 -、BF4 -、CF3SO3 -、(CF3SO22-、(C25SO22-、PF6 -、AsF6 -、CH3COO-、CH3(C64)SO3 -、および(C25SO23-から選ばれる対アニオンを有する4級アンモニウム塩、具体的には、(CH34NBF4、(C254NBF4、(n−C494NBF4、(C254NBr、(C254NClO4、(n−C494NClO4、CH3(C253NBF4、(CH32(C252NBF4、(CH34NSO3CF3、(C254NSO3CF3、(n−C494NSO3CF3、さらには、 Also, ClO 4 , BF 4 , CF 3 SO 3 , (CF 3 SO 2 ) 2 N , (C 2 F 5 SO 2 ) 2 N , PF 6 , AsF 6 , CH 3 COO A quaternary ammonium salt having a counter anion selected from CH 3 (C 6 H 4 ) SO 3 , and (C 2 F 5 SO 2 ) 3 C , specifically, (CH 3 ) 4 NBF 4 , (C 2 H 5 ) 4 NBF 4 , (n-C 4 H 9 ) 4 NBF 4 , (C 2 H 5 ) 4 NBr, (C 2 H 5 ) 4 NClO 4 , (n-C 4 H 9 ) 4 NClO 4 , CH 3 (C 2 H 5 ) 3 NBF 4 , (CH 3 ) 2 (C 2 H 5 ) 2 NBF 4 , (CH 3 ) 4 NSO 3 CF 3 , (C 2 H 5 ) 4 NSO 3 CF 3 , (n-C 4 H 9 ) 4 NSO 3 CF 3 ,

Figure 2005044697
Figure 2005044697

等が挙げられる。またClO4 -、BF4 -、CF3SO3 -、(CF3SO22-、(C25SO22-、PF6 -、AsF6 -、CH3COO-、CH3(C64)SO3 -、および(C25SO23-から選ばれる対アニオンを有するホスホニウム塩、具体的には、(CH34PBF4、(C254PBF4、(C374PBF4、(C494PBF4等が挙げられる。
また、これらの混合物も好適に用いることができる。
Etc. Also, ClO 4 , BF 4 , CF 3 SO 3 , (CF 3 SO 2 ) 2 N , (C 2 F 5 SO 2 ) 2 N , PF 6 , AsF 6 , CH 3 COO , A phosphonium salt having a counter anion selected from CH 3 (C 6 H 4 ) SO 3 and (C 2 F 5 SO 2 ) 3 C , specifically, (CH 3 ) 4 PBF 4 , (C 2 H 5 ) 4 PBF 4 , (C 3 H 7 ) 4 PBF 4 , (C 4 H 9 ) 4 PBF 4 and the like.
Moreover, these mixtures can also be used suitably.

酸類も特に限定されず、無機酸、有機酸などが使用でき、具体的には硫酸、塩酸、リン酸類、スルホン酸類、カルボン酸類などが使用できる。
アルカリ類も特に限定されず、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化リチウムなどがいずれも使用可能である。
The acids are not particularly limited, and inorganic acids and organic acids can be used. Specifically, sulfuric acid, hydrochloric acid, phosphoric acids, sulfonic acids, carboxylic acids and the like can be used.
The alkalis are not particularly limited, and any of sodium hydroxide, potassium hydroxide, lithium hydroxide and the like can be used.

常温溶融塩類も特に限定されることは無いが、本発明における常温溶融塩とは、溶媒成分が含まれないイオン対のみからなる常温において溶融している(即ち液状の)イオン対からなる塩であり、通常、融点が20℃以下であり、20℃を越える温度で液状であるイオン対からなる塩を示す。
常温溶融塩はその1種を単独で使用することができ、また2種以上を混合しても使用することもできる。
常温溶融塩の例としては、例えば、以下のものが挙げられる。
The room temperature molten salt is not particularly limited, but the room temperature molten salt in the present invention is a salt made of an ion pair that is melted at room temperature (that is, a liquid form) consisting of only an ion pair that does not contain a solvent component. In general, it indicates a salt composed of an ion pair having a melting point of 20 ° C. or lower and being liquid at a temperature exceeding 20 ° C.
The room temperature molten salt can be used alone or in combination of two or more.
Examples of the room temperature molten salt include the following.

Figure 2005044697
Figure 2005044697

(ここで、Rは炭素数2〜20、好ましくは2〜10のアルキル基を示す。X-はClO4 -、BF4 -、(CF3SO22-、(C25SO22-、PF6 -、AsF6 -、CH3COO-、CH3(C64)SO3 -、および(C25SO23-から選ばれる対アニオンを表す。) (Wherein R represents an alkyl group having 2 to 20 carbon atoms, preferably 2 to 10 carbon atoms. X represents ClO 4 , BF 4 , (CF 3 SO 2 ) 2 N , (C 2 F 5 SO 2 ) represents a counter anion selected from 2 N , PF 6 , AsF 6 , CH 3 COO , CH 3 (C 6 H 4 ) SO 3 , and (C 2 F 5 SO 2 ) 3 C .)

Figure 2005044697
Figure 2005044697

(ここで、R1およびR2は各々炭素数1〜10のアルキル基(好ましくはメチル基またはエチル基)、または炭素数7〜20、好ましくは7〜13のアラルキル基(好ましくはベンジル基)を示しており、互いに同一でも異なっても良い。また、X-はClO4 -、BF4 -、(CF3SO22-、(C25SO22-、PF6 -、AsF6 -、CH3COO-、CH3(C64)SO3 -、および(C25SO23-から選ばれる対アニオンを表す。) (Wherein R1 and R2 each represent an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms (preferably a methyl group or an ethyl group) or an aralkyl group having 7 to 20 carbon atoms, preferably 7 to 13 carbon atoms (preferably a benzyl group). X may be ClO 4 , BF 4 , (CF 3 SO 2 ) 2 N , (C 2 F 5 SO 2 ) 2 N , PF 6 , (It represents a counter anion selected from AsF 6 , CH 3 COO , CH 3 (C 6 H 4 ) SO 3 , and (C 2 F 5 SO 2 ) 3 C ).

Figure 2005044697
Figure 2005044697

(ここで、R1、R2、R3、R4は、各々炭素数1以上、好ましくは炭素数1〜6のアルキル基、炭素数6〜12のアリール基(フェニル基など)、またはメトキシメチル基などを示し、互いに同一でも異なってもよい。また、X-はClO4 -、BF4 -、(CF3SO22-、(C25SO22-、PF6 -、AsF6 -、CH3COO-、CH3(C64)SO3 -、および(C25SO23-から選ばれる対アニオンを表す。) (Here, R1, R2, R3, R4 each represents an alkyl group having 1 or more carbon atoms, preferably an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms, an aryl group having 6 to 12 carbon atoms (such as a phenyl group), or a methoxymethyl group. X may be ClO 4 , BF 4 , (CF 3 SO 2 ) 2 N , (C 2 F 5 SO 2 ) 2 N , PF 6 , AsF. This represents a counter anion selected from 6 , CH 3 COO , CH 3 (C 6 H 4 ) SO 3 , and (C 2 F 5 SO 2 ) 3 C .)

支持電解質の使用量については特に制限はなく、任意であるが、通常、電解質中の濃度として、0.01〜10mol/L、好ましくは0.05〜1mol/L程度を含有させることができる。   There is no restriction | limiting in particular about the usage-amount of a supporting electrolyte, Although it is arbitrary, Usually, 0.01-10 mol / L, Preferably about 0.05-1 mol / L can be contained as a density | concentration in electrolyte.

また、本発明において用いる電解質としては、前記のような液体系でもよいが、固体化が可能であるとの観点から、高分子固体電解質(イオン伝導性フィルム)が特に好ましい。高分子固体電解質としては、特に好ましいものとして、(a)高分子マトリックス(成分(a))に、少なくとも(c)可逆な電気化学的酸化還元特性を示す物質(成分(c))を含有し、所望により(b)可塑剤(成分(b))をさらに含有するものが挙げられる。また、これらに加え、所望によりさらに(d)前記した支持電解質や(e)常温溶融塩などの他の任意成分を含有させてもよい。イオン伝導性フィルムとしては、前記成分(b)または、成分(b)と成分(c)、あるいはさらなる任意成分が、高分子マトリックス中に保持されることによって固体状態またはゲル状態が形成される。   The electrolyte used in the present invention may be a liquid as described above, but a polymer solid electrolyte (ion conductive film) is particularly preferable from the viewpoint that solidification is possible. As the polymer solid electrolyte, it is particularly preferable that (a) the polymer matrix (component (a)) contains at least (c) a substance (component (c)) exhibiting reversible electrochemical redox characteristics. If desired, those further containing (b) a plasticizer (component (b)) may be mentioned. In addition to these, other optional components such as (d) the above-mentioned supporting electrolyte and (e) a room temperature molten salt may be further contained as desired. As an ion conductive film, the said component (b), a component (b) and a component (c), or a further arbitrary component is hold | maintained in a polymer matrix, and a solid state or a gel state is formed.

本発明において高分子マトリックスとして使用できる材料としては、高分子マトリックス単体で、あるいは可塑剤の添加や、支持電解質の添加、または可塑剤と支持電解質の添加によって固体状態またはゲル状態が形成されれば特に制限は無く、一般的に用いられるいわゆる高分子化合物を用いることができる。
上記高分子マトリックスとしての特性を示す高分子化合物としては、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、アクリル酸、メタクリル酸、マレイン酸、無水マレイン酸、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、フッ化ビニリデンなどのモノマーを重合または共重合して得られる高分子化合物を挙げることができる。またこれらの高分子化合物は単独で用いても良く、また混合して用いても良い。これらの中でも、特にポリフッ化ビニリデン系高分子化合物が好ましい。さらにはカルボキシル基を含有するポリフッ化ビニリデン系高分子化合物が好ましい。
As a material that can be used as a polymer matrix in the present invention, a solid state or a gel state can be formed by a polymer matrix alone, or by adding a plasticizer, a supporting electrolyte, or a plasticizer and a supporting electrolyte. There is no restriction | limiting in particular and what is called a high molecular compound generally used can be used.
Examples of the polymer compound exhibiting characteristics as the polymer matrix include hexafluoropropylene, tetrafluoroethylene, trifluoroethylene, ethylene, propylene, acrylonitrile, vinylidene chloride, acrylic acid, methacrylic acid, maleic acid, maleic anhydride, methyl Examples thereof include polymer compounds obtained by polymerizing or copolymerizing monomers such as acrylate, ethyl acrylate, methyl methacrylate, styrene, and vinylidene fluoride. These polymer compounds may be used alone or in combination. Among these, a polyvinylidene fluoride polymer compound is particularly preferable. Furthermore, a polyvinylidene fluoride polymer compound containing a carboxyl group is preferable.

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を挙げることができる。フッ化ビニリデンと共重合させる他の重合性モノマー(以下、共重合性モノマーという。)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、アクリル酸、メタクリル酸、マレイン酸、無水マレイン酸、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。これらの中でも、特にカルボキシル基を有するモノマーとの共重合体が好ましい。   Examples of the polyvinylidene fluoride polymer compound 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 (hereinafter referred to as copolymerizable monomers) include hexafluoropropylene, tetrafluoroethylene, trifluoroethylene, ethylene, propylene, acrylonitrile, and vinylidene chloride. Acrylic acid, methacrylic acid, maleic acid, maleic anhydride, methyl acrylate, ethyl acrylate, methyl methacrylate, styrene and the like can be exemplified. Among these, a copolymer with a monomer having a carboxyl group is particularly preferable.

これらの共重合性モノマーは、モノマー全量に対して0.1〜50mol%、好ましくは1〜25mol%の範囲で使用することができる。   These copolymerizable monomers can be used in the range of 0.1 to 50 mol%, preferably 1 to 25 mol%, based on the total amount of monomers.

共重合性モノマーとしては、好適にはヘキサフロロプロピレンが用いられる。本発明においては、特にフッ化ビニリデンにヘキサフロロプロピレンを1〜25mol%共重合させたフッ化ビニリデン−ヘキサフロロプロピレン共重合体を高分子マトリックスとするイオン伝導性フィルムとして好ましく用いることができる。また共重合比の異なる2種類以上のフッ化ビニリデン−ヘキサフロロプロピレン共重合体を混合して使用しても良い。   As the copolymerizable monomer, hexafluoropropylene is preferably used. In the present invention, in particular, it can be preferably used as an ion conductive film using a vinylidene fluoride-hexafluoropropylene copolymer obtained by copolymerizing 1 to 25 mol% of hexafluoropropylene with vinylidene fluoride as a polymer matrix. Two or more kinds of vinylidene fluoride-hexafluoropropylene copolymers having different copolymerization ratios may be mixed and used.

また、これらの共重合性モノマーを2種類以上用いてフッ化ビニリデンと共重合させることもできる。例えば、フッ化ビニリデン+ヘキサフロロプロピレン+テトラフロロエチレン、フッ化ビニリデン+ヘキサフロロプロピレン+アクリル酸、フッ化ビニリデン+テトラフロロエチレン+エチレン、フッ化ビニリデン+テトラフロロエチレン+プロピレンなどの組み合わせで共重合させて得られる共重合体を使用することもできる。   Further, two or more of these copolymerizable monomers can be used for copolymerization with vinylidene fluoride. For example, copolymerization with combinations of vinylidene fluoride + hexafluoropropylene + tetrafluoroethylene, vinylidene fluoride + hexafluoropropylene + acrylic acid, vinylidene fluoride + tetrafluoroethylene + ethylene, vinylidene fluoride + tetrafluoroethylene + propylene, etc. The copolymer obtained by making it also can be used.

さらに、本発明においては高分子マトリックスとしてポリフッ化ビニリデン系高分子化合物に、ポリアクリル酸系高分子化合物、ポリアクリレート系高分子化合物、ポリメタクリル酸系高分子化合物、ポリメタクリレート系高分子化合物、ポリアクリロニトリル系高分子化合物およびポリエーテル系高分子化合物から選ばれる高分子化合物を1種類以上混合して使用することもできる。あるいはポリフッ化ビニリデン系高分子化合物に、上記した高分子化合物のモノマーを2種以上共重合させて得られる共重合体を1種類以上混合して使用することもできる。このときの単独重合体あるいは共重合体の配合割合は、ポリフッ化ビニリデン系高分子化合物100質量部に対して、通常200質量部以下とすることが好ましい。   Furthermore, in the present invention, a polyacrylic acid-based polymer compound, a polyacrylate-based polymer compound, a polymethacrylic acid-based polymer compound, a polymethacrylate-based polymer compound, One or more polymer compounds selected from acrylonitrile polymer compounds and polyether polymer compounds may be used in combination. Alternatively, one or more kinds of copolymers obtained by copolymerizing two or more kinds of monomers of the above-described polymer compound with a polyvinylidene fluoride polymer compound may be used. In this case, the blending ratio of the homopolymer or copolymer is usually preferably 200 parts by mass or less with respect to 100 parts by mass of the polyvinylidene fluoride polymer compound.

本発明において用いられるポリフッ化ビニリデン系高分子化合物の重量平均分子量は、通常10,000〜2,000,000であり、好ましくは100,000〜1,000,000の範囲のものが好適に使用することができる。   The weight-average molecular weight of the polyvinylidene fluoride polymer compound used in the present invention is usually 10,000 to 2,000,000, preferably 100,000 to 1,000,000. can do.

可塑剤(成分(b))は、可逆な電気化学的酸化還元特性を示す物質に対する溶媒として作用する。かかる可塑剤としては、一般に電気化学セルや電池において電解質溶媒として使用され得るものであればいずれも使用することができ、具体的には液体系電解質において例示した各種溶媒を挙げることができる。特に、プロピレンカーボネート、エチレンカーボネート、ジメチルスルホキシド、ジメトキシエタン、アセトニトリル、γ−ブチロラクトン、スルホラン、ジオキソラン、ジメチルホルムアミド、ジメトキシエタン、テトラヒドロフラン、アジポニトリル、メトキシアセトニトリル、ジメチルアセトアミド、メチルピロリジノン、ジメチルスルホキシド、ジオキソラン、スルホラン、リン酸トリメチル、リン酸トリエチルが好ましい。また、常温溶融塩類も用いることができる。ここで、常温溶融塩とは、溶媒成分が含まれないイオン対のみからなる常温において溶融している(即ち液状の)イオン対からなる塩であり、通常、融点が20℃以下であり、20℃を越える温度で液状であるイオン対からなる塩を示すものである。
常温溶融塩の例としては、例えば、以下のものが挙げられる。
The plasticizer (component (b)) acts as a solvent for substances exhibiting reversible electrochemical redox properties. Any plasticizer can be used as long as it can be generally used as an electrolyte solvent in an electrochemical cell or battery, and specific examples thereof include various solvents exemplified in liquid electrolytes. In particular, propylene carbonate, ethylene carbonate, dimethyl sulfoxide, dimethoxyethane, acetonitrile, γ-butyrolactone, sulfolane, dioxolane, dimethylformamide, dimethoxyethane, tetrahydrofuran, adiponitrile, methoxyacetonitrile, dimethylacetamide, methylpyrrolidinone, dimethyl sulfoxide, dioxolane, sulfolane, Trimethyl phosphate and triethyl phosphate are preferred. Also, room temperature molten salts can be used. Here, the room temperature molten salt is a salt made of an ion pair that is melted at room temperature (that is, in a liquid state) consisting of only an ion pair that does not contain a solvent component, and usually has a melting point of 20 ° C. or less. A salt composed of an ion pair that is in a liquid state at a temperature in excess of ° C.
Examples of the room temperature molten salt include the following.

Figure 2005044697
Figure 2005044697

(ここで、Rは炭素数2〜20、好ましくは2〜10のアルキル基を示し、X-はハロゲンイオンまたはSCN-を示す。) (Here, R represents an alkyl group having 2 to 20 carbon atoms, preferably 2 to 10 carbon atoms, and X represents a halogen ion or SCN ).

Figure 2005044697
Figure 2005044697

(ここで、R1およびR2は各々炭素数1〜10のアルキル基(好ましくはメチル基またはエチル基)、または炭素数7〜20、好ましくは7〜13のアラルキル基(好ましくはベンジル基)を示しており、互いに同一でも異なっても良い。また、X-はハロゲンイオンまたはSCN-を示す。) (Wherein R1 and R2 each represent an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms (preferably a methyl group or an ethyl group) or an aralkyl group having 7 to 20 carbon atoms, preferably 7 to 13 carbon atoms (preferably a benzyl group). And may be the same as or different from each other, and X represents a halogen ion or SCN .)

Figure 2005044697
Figure 2005044697

(ここで、R1、R2、R3、R4は、各々炭素数1以上、好ましくは炭素数1〜6のアルキル基、炭素数6〜12のアリール基(フェニル基など)、またはメトキシメチル基などを示し、互いに同一でも異なってもよい。また、X-はハロゲンイオンまたはSCN-を示す。)
溶媒はその1種を単独で使用しても良いし、また2種以上を混合して使用しても良い。
(Here, R1, R2, R3, R4 each represents an alkyl group having 1 or more carbon atoms, preferably an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms, an aryl group having 6 to 12 carbon atoms (such as a phenyl group), or a methoxymethyl group. And may be the same as or different from each other, and X represents a halogen ion or SCN .)
The solvent may be used alone or in combination of two or more.

可塑剤(成分(b))の使用量は特に制限はないが、通常、イオン伝導性材料中に20質量%以上、好ましくは50質量%以上、さらに好ましくは70質量%以上であり、かつ98質量%以下、好ましくは95質量%以下、さらに好ましくは90質量%以下の量で含有させることができる。   The amount of the plasticizer (component (b)) used is not particularly limited, but is usually 20% by mass or more, preferably 50% by mass or more, more preferably 70% by mass or more, and 98% by mass in the ion conductive material. It can be contained in an amount of not more than mass%, preferably not more than 95 mass%, more preferably not more than 90 mass%.

次に、本発明において用いる成分(c)の可逆な電気化学的酸化還元特性を示す物質について説明する。
成分(c)は、前述のような可逆な電気化学的酸化還元反応を行うことができる化合物であって、通常レドックス性材料と称されるものである。
係る化合物としては、特にその種類を制限するものではないが、たとえば、フェロセン、p−ベンゾキノン、7,7,8,8−テトラシアノキノジメタン、N,N,N’,N’−テトラメチル−p−フェニレンジアミン、テトラチアフルバレン、アントラセン、p−トルイルアミン等を用いることができる。また、LiI、NaI、KI、CsI、CaI2、4級イミダゾリウムのヨウ素塩、テトラアルキルアンモニウムのヨウ素塩、Br2とLiBr、NaBr、KBr、CsBr、CaBr2などの金属臭化物などが挙げられる。
Next, the substance showing the reversible electrochemical redox characteristics of the component (c) used in the present invention will be described.
Component (c) is a compound capable of performing the reversible electrochemical redox reaction as described above, and is usually referred to as a redox material.
The type of the compound is not particularly limited, and examples thereof include ferrocene, p-benzoquinone, 7,7,8,8-tetracyanoquinodimethane, N, N, N ′, N′-tetramethyl. -P-phenylenediamine, tetrathiafulvalene, anthracene, p-toluylamine and the like can be used. Further, LiI, NaI, KI, CsI, CaI 2 , quaternary imidazolium iodine salt, tetraalkylammonium iodine salt, Br 2 and LiBr, NaBr, KBr, CsBr, CaBr 2 and other metal bromides are listed.

また、Br2とテトラアルキルアンモニウムブロマイド、ビピリジニウムブロマイド、臭素塩、フェロシアン酸―フェリシアン酸塩などの錯塩、ポリ硫化ナトリウム、アルキルチオール−アルキルジスルフィド、ヒドロキノン−キノン、ビオロゲンなどを用いることができる。レドックス材は、酸化体、還元体のどちらか一方のみを用いてもよいし、酸化体と還元体を適当なモル比で混合し、添加することもできる。 Further, Br 2 and tetraalkylammonium bromide, bipyridinium bromide, bromine salts, complex salts such as ferrocyanic acid-ferricyanate, sodium polysulfide, alkylthiol-alkyldisulfides, hydroquinone-quinones, viologens, and the like can be used. As the redox material, only one of an oxidant and a reductant may be used, or the oxidant and the reductant may be mixed and added at an appropriate molar ratio.

また、成分(c)としては、ハロゲンイオン、SCN-から選ばれる対アニオン(X-)を有する塩が挙げられる。カチオンとしては、4級アンモニウム塩として、具体的には、(CH34NX-、(C254NX-、(n−C494NX-、さらには、 Further, as the component (c), halogen ions, SCN - counter anion selected from (X -) include salts having a. As the cation, as a quaternary ammonium salt, specifically, (CH 3 ) 4 NX , (C 2 H 5 ) 4 NX , (n-C 4 H 9 ) 4 NX ,

Figure 2005044697
Figure 2005044697

等が挙げられる。対アニオン(X-)を有するホスホニウム塩、具体的には、(CH34PX-、(C254PX-、(C374PX-、(C494PX-等が挙げられる。
もちろん、これらの混合物も好適に用いることができる。
なお、これらの化合物の場合は、通常成分(b)と併用することが好ましい。
Etc. A phosphonium salt having a counter anion (X ), specifically, (CH 3 ) 4 PX , (C 2 H 5 ) 4 PX , (C 3 H 7 ) 4 PX , (C 4 H 9 ) 4 PX- and the like.
Of course, a mixture of these can also be used suitably.
In addition, in the case of these compounds, it is preferable to use together with a normal component (b).

また、成分(c)として、レドックス性常温溶融塩類も用いることができる。ここで、レドックス性常温溶融塩とは、溶媒成分が含まれないイオン対のみからなる常温において溶融している(即ち液状の)イオン対からなる塩であり、通常、融点が20℃以下であり、20℃を越える温度で液状であるイオン対からなる塩を示すものであって、かつ可逆的な電気化学的酸化還元反応を行うことができるものである。成分(c)としてレドックス性常温溶融塩類を用いる場合、成分(b)を併用しなくても、併用してもどちらの形態でもよい。
レドックス性常温溶融塩はその1種を単独で使用することができ、また2種以上を混合しても使用することもできる。
レドックス性常温溶融塩の例としては、例えば、以下のものが挙げられる。
Further, redox room temperature molten salts can also be used as the component (c). Here, the redox ambient temperature molten salt is a salt composed of ion pairs that are melted at room temperature (that is, in a liquid state) consisting only of ion pairs that do not contain a solvent component, and usually has a melting point of 20 ° C. or less. A salt composed of an ion pair that is in a liquid state at a temperature exceeding 20 ° C. and capable of performing a reversible electrochemical redox reaction. When redox room temperature molten salts are used as the component (c), the component (b) may or may not be used in combination.
The redox room temperature molten salt can be used alone or in combination of two or more.
Examples of redox room temperature molten salts include the following.

Figure 2005044697
Figure 2005044697

(ここで、Rは炭素数2〜20、好ましくは2〜10のアルキル基を示し、X-はハロゲンイオンまたはSCN-を示す。) (Here, R represents an alkyl group having 2 to 20 carbon atoms, preferably 2 to 10 carbon atoms, and X represents a halogen ion or SCN ).

Figure 2005044697
Figure 2005044697

(ここで、R1およびR2は各々炭素数1〜10のアルキル基(好ましくはメチル基またはエチル基)、または炭素数7〜20、好ましくは7〜13のアラルキル基(好ましくはベンジル基)を示しており、互いに同一でも異なっても良い。また、X-はハロゲンイオンまたはSCN-を示す。) (Wherein R1 and R2 each represent an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms (preferably a methyl group or an ethyl group) or an aralkyl group having 7 to 20 carbon atoms, preferably 7 to 13 carbon atoms (preferably a benzyl group). And may be the same as or different from each other, and X represents a halogen ion or SCN .)

Figure 2005044697
Figure 2005044697

(ここで、R1、R2、R3、R4は、各々炭素数1以上、好ましくは炭素数1〜6のアルキル基、炭素数6〜12のアリール基(フェニル基など)、またはメトキシメチル基などを示し、互いに同一でも異なってもよい。また、X-はハロゲンイオンまたはSCN-を示す。) (Here, R1, R2, R3, R4 each represents an alkyl group having 1 or more carbon atoms, preferably an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms, an aryl group having 6 to 12 carbon atoms (such as a phenyl group), or a methoxymethyl group. And may be the same as or different from each other, and X represents a halogen ion or SCN .)

また、可逆な電気化学的酸化還元特性を示す物質(成分(c))の使用量についても特に制限はなく、通常、高分子固体電解質中に0.1質量%以上、好ましくは1質量%以上、さらに好ましくは10質量%以上であり、かつ70質量%以下、好ましくは60質量%以下、さらに好ましくは50質量%以下の量で含有させることができる。   Moreover, there is no restriction | limiting in particular about the usage-amount of the substance (component (c)) which shows a reversible electrochemical oxidation-reduction characteristic, Usually, 0.1 mass% or more in a polymer solid electrolyte, Preferably it is 1 mass% or more. More preferably, the content is 10% by mass or more and 70% by mass or less, preferably 60% by mass or less, and more preferably 50% by mass or less.

成分(c)を成分(b)と併用する場合、成分(c)は、成分(b)に溶解しかつ高分子固体電解質とした際にも析出等が起こらない混合比とすることが望ましく、好ましくは成分(c)/成分(b)が質量比で0.01〜0.5、さらに好ましくは0.03〜0.3の範囲である。
また、成分(a)に対しては、好ましくは成分(a)/(成分(b)+成分(c))質量比が1/20〜1/1、さらに好ましくは1/10〜1/2の範囲であることが望ましい。
When component (c) is used in combination with component (b), it is desirable that component (c) has a mixing ratio that dissolves in component (b) and does not cause precipitation even when a polymer solid electrolyte is obtained. Preferably, component (c) / component (b) is in the range of 0.01 to 0.5, more preferably 0.03 to 0.3 in terms of mass ratio.
For component (a), the mass ratio of component (a) / (component (b) + component (c)) is preferably 1/20 to 1/1, more preferably 1/10 to 1/2. It is desirable to be in the range.

高分子固体電解質における支持電解質(成分(d))の使用量については特に制限はなく、任意であるが、通常、高分子固体電解質中に0.1質量%以上、好ましくは1質量%以上、さらに好ましくは10質量%以上であり、かつ70質量%以下、好ましくは60質量%以下、さらに好ましくは50質量%以下の量で含有させることができる。   The amount of the supporting electrolyte (component (d)) used in the polymer solid electrolyte is not particularly limited and is arbitrary, but is usually 0.1% by mass or more, preferably 1% by mass or more in the polymer solid electrolyte. More preferably, it is 10% by mass or more and 70% by mass or less, preferably 60% by mass or less, and more preferably 50% by mass or less.

高分子固体電解質には、更に他の成分を含有させることができる。他の成分としては、紫外線吸収剤、アミン化合物などを挙げることができる。用いることができる紫外線吸収剤としては、特に限定されないが、ベンゾトリアゾール骨格を有する化合物、ベンゾフェノン骨格を有する化合物等の有機紫外線吸収剤が代表的な物として挙げられる。
ベンゾトリアゾール骨格を有する化合物としては、例えば、下記の一般式(1)で表される化合物が好適に挙げられる。
The polymer solid electrolyte may further contain other components. Examples of other components include ultraviolet absorbers and amine compounds. Although it does not specifically limit as a ultraviolet absorber which can be used, Organic UV absorbers, such as a compound which has a benzotriazole skeleton and a compound which has a benzophenone skeleton, are mentioned as a typical thing.
As the compound having a benzotriazole skeleton, for example, a compound represented by the following general formula (1) is preferably exemplified.

Figure 2005044697
Figure 2005044697

一般式(1)において、R81は、水素原子、ハロゲン原子または炭素数1〜10、好ましくは1〜6のアルキル基を示す。ハロゲン原子としてはフッ素、塩素、臭素、ヨウ素を挙げることができる。アルキル基としては、例えば、メチル基、エチル基、プロピル基、i−プロピル基、ブチル基、t−ブチル基、シクロヘキシル基等を挙げることができる。R81の置換位置は、ベンゾトリアゾール骨格の4位または5位であるが、ハロゲン原子およびアルキル基は通常4位に位置する。R82は、水素原子または炭素数1〜10、好ましくは1〜6のアルキル基を示す。アルキル基としては、例えば、メチル基、エチル基、プロピル基、i−プロピル基、ブチル基、t−ブチル基、シクロヘキシル基等を挙げることができる。R83は、炭素数1〜10、好ましくは1〜3のアルキレン基またはアルキリデン基を示す。アルキレン基としては、例えば、メチレン基、エチレン基、トリメチレン基、プロピレン基等を挙げることができ、またアルキリデン基としては、例えば、エチリデン基、プロピリデン基等が挙げられる。 In the general formula (1), R 81 represents a hydrogen atom, a halogen atom or an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms, preferably 1 to 6 carbon atoms. Examples of the halogen atom include fluorine, chlorine, bromine and iodine. Examples of the alkyl group include a methyl group, an ethyl group, a propyl group, an i-propyl group, a butyl group, a t-butyl group, and a cyclohexyl group. The substitution position of R 81 is the 4-position or 5-position of the benzotriazole skeleton, but the halogen atom and the alkyl group are usually located at the 4-position. R 82 represents a hydrogen atom or an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms, preferably 1 to 6 carbon atoms. Examples of the alkyl group include a methyl group, an ethyl group, a propyl group, an i-propyl group, a butyl group, a t-butyl group, and a cyclohexyl group. R 83 represents an alkylene group or alkylidene group having 1 to 10 carbon atoms, preferably 1 to 3 carbon atoms. Examples of the alkylene group include a methylene group, an ethylene group, a trimethylene group, and a propylene group. Examples of the alkylidene group include an ethylidene group and a propylidene group.

一般式(1)で示される化合物の具体例としては、3−(5−クロロ−2H−ベンゾトリアゾール−2−イル)−5−(1,1−ジメチルエチル)−4−ヒドロキシ−ベンゼンプロパン酸、3−(2H−ベンゾトリアゾール−2−イル)−5−(1,1−ジメチルエチル)−4−ヒドロキシ−ベンゼンエタン酸、3−(2H−ベンゾトリアゾール−2−イル)−4−ヒドロキシベンゼンエタン酸、3−(5−メチル−2H−ベンゾトリアゾール−2−イル)−5−(1−メチルエチル)−4−ヒドロキシベンゼンプロパン酸、2−(2’−ヒドロキシ−5’−メチルフェニル)ベンゾトリアゾール、2−(2’−ヒドロキシ−3’,5’−ビス(α,α−ジメチルベンジル)フェニル)ベンゾトリアゾール、2−(2’−ヒドロキシ−3’,5’−ジ−t−ブチルフェニル)ベンゾトリアゾール、2−(2’−ヒドロキシ−3’−t−ブチル−5’−メチルフェニル)−5−クロロベンゾトリアゾール、3−(5−クロロ−2H−ベンゾトリアゾール−2−イル)−5−(1,1−ジメチルエチル)−4−ヒドロキシ−ベンゼンプロパン酸オクチルエステル等が挙げられる。   Specific examples of the compound represented by the general formula (1) include 3- (5-chloro-2H-benzotriazol-2-yl) -5- (1,1-dimethylethyl) -4-hydroxy-benzenepropanoic acid. 3- (2H-benzotriazol-2-yl) -5- (1,1-dimethylethyl) -4-hydroxy-benzeneethanoic acid, 3- (2H-benzotriazol-2-yl) -4-hydroxybenzene Ethanoic acid, 3- (5-methyl-2H-benzotriazol-2-yl) -5- (1-methylethyl) -4-hydroxybenzenepropanoic acid, 2- (2′-hydroxy-5′-methylphenyl) Benzotriazole, 2- (2′-hydroxy-3 ′, 5′-bis (α, α-dimethylbenzyl) phenyl) benzotriazole, 2- (2′-hydroxy-3 ′, 5 '-Di-t-butylphenyl) benzotriazole, 2- (2'-hydroxy-3'-t-butyl-5'-methylphenyl) -5-chlorobenzotriazole, 3- (5-chloro-2H-benzo And triazol-2-yl) -5- (1,1-dimethylethyl) -4-hydroxy-benzenepropanoic acid octyl ester.

ベンゾフェノン骨格を有する化合物としては、例えば、下記の一般式(2)〜(4)で示される化合物が好適に挙げられる。   Suitable examples of the compound having a benzophenone skeleton include compounds represented by the following general formulas (2) to (4).

Figure 2005044697
Figure 2005044697

上記一般式(2)〜(4)において、R92、R93、R95、R96、R98、及びR99は、互いに同一もしくは異なる基であって、ヒドロキシル基、炭素数1〜10、好ましくは1〜6のアルキル基またはアルコキシ基を示す。アルキル基としては、例えば、メチル基、エチル基、プロピル基、i−プロピル基、ブチル基、t−ブチル基、及びシクロヘキシル基を挙げることができる。またアルコキシ基としては、例えば、メトキシ基、エトキシ基、プロポキシ基、i−プロポキシ基、及びブトキシ基を挙げることができる。 In the general formulas (2) to (4), R 92 , R 93 , R 95 , R 96 , R 98 , and R 99 are the same or different from each other, and are a hydroxyl group, a carbon number of 1 to 10, Preferably 1-6 alkyl groups or alkoxy groups are shown. Examples of the alkyl group include a methyl group, an ethyl group, a propyl group, an i-propyl group, a butyl group, a t-butyl group, and a cyclohexyl group. Examples of the alkoxy group include a methoxy group, an ethoxy group, a propoxy group, an i-propoxy group, and a butoxy group.

91、R94、及びR97は、炭素数1〜10、好ましくは1〜3のアルキレン基またはアルキリデン基を示す。アルキレン基としては、例えば、メチレン基、エチレン基、トリメチレン基、及びプロピレン基を挙げることができる。アルキリデン基としては、例えば、エチリデン基、及びプロピリデン基が挙げられる。
p1、p2、p3、q1、q2、及びq3は、それぞれ別個に0乃至3の整数を表す。
R 91 , R 94 , and R 97 each represents an alkylene group or alkylidene group having 1 to 10 carbon atoms, preferably 1 to 3 carbon atoms. Examples of the alkylene group include a methylene group, an ethylene group, a trimethylene group, and a propylene group. Examples of the alkylidene group include an ethylidene group and a propylidene group.
p1, p2, p3, q1, q2, and q3 each independently represent an integer of 0 to 3.

上記一般式(2)〜(4)で表されるベンゾフェノン骨格を有する化合物の好ましい例としては、2−ヒドロキシ−4−メトキシベンゾフェノン−5−カルボン酸、2,2’−ジヒドロキシ−4−メトキシベンゾフェノン−5−カルボン酸、4−(2−ヒドロキシベンゾイル)−3−ヒドロキシベンゼンプロパン酸、2,4−ジヒドロキシベンゾフェノン、2−ヒドロキシ−4−メトキシベンゾフェノン、2−ヒドロキシ−4−メトキシベンゾフェノン−5−スルホン酸、2−ヒドロキシ−4−n−オクトキシベンゾフェノン、2,2’−ジヒドロキシ−4,4’−ジメトキシベンゾフェノン、2,2’,4,4’−テトラヒドロキシベンゾフェノン、2−ヒドロキシ−4−メトキシ−2’−カルボキシベンゾフェノン等が挙げられる。
もちろん、これらを二種以上組み合わせて使用することができる。
Preferred examples of the compound having a benzophenone skeleton represented by the general formulas (2) to (4) include 2-hydroxy-4-methoxybenzophenone-5-carboxylic acid and 2,2′-dihydroxy-4-methoxybenzophenone. -5-carboxylic acid, 4- (2-hydroxybenzoyl) -3-hydroxybenzenepropanoic acid, 2,4-dihydroxybenzophenone, 2-hydroxy-4-methoxybenzophenone, 2-hydroxy-4-methoxybenzophenone-5-sulfone Acid, 2-hydroxy-4-n-octoxybenzophenone, 2,2′-dihydroxy-4,4′-dimethoxybenzophenone, 2,2 ′, 4,4′-tetrahydroxybenzophenone, 2-hydroxy-4-methoxy -2'-carboxybenzophenone and the like.
Of course, two or more of these can be used in combination.

紫外線吸収剤の使用は任意であり、また使用する場合の使用量も特に制限されるものではないが、使用する場合はイオン伝導性フィルム中に0.1質量%以上、好ましくは1質量%以上であり、20質量%以下、好ましくは10質量%以下の範囲の量で含有させることが望ましい。   The use of an ultraviolet absorber is optional, and the amount used is not particularly limited, but when used, it is 0.1% by mass or more, preferably 1% by mass or more in the ion conductive film. It is desirable to make it contain in the quantity of the range of 20 mass% or less, Preferably it is 10 mass% or less.

イオン伝導性フィルムに含有させることができるアミン化合物としては、特に限定されず、各種脂肪族アミン、芳香族アミンが用いられるが、例えば、ピリジン誘導体、ビピリジン誘導体、キノリン誘導体などが代表的な物として挙げられる。これらのアミン化合物を添加することで、開放電圧の向上が見込まれる。これらの化合物の具体例としては、4−t−ブチル−ピリジン、キノリン、イソキノリンなどが挙げられる。   The amine compound that can be contained in the ion conductive film is not particularly limited, and various aliphatic amines and aromatic amines are used. For example, pyridine derivatives, bipyridine derivatives, quinoline derivatives and the like are representative examples. Can be mentioned. By adding these amine compounds, an improvement in open circuit voltage is expected. Specific examples of these compounds include 4-t-butyl-pyridine, quinoline, isoquinoline and the like.

イオン伝導性フィルムは、前記成分(a)〜(c)および所望により配合される任意成分からなる混合物を、公知の方法によりフィルムに成形することにより得ることが出来る。この場合の成形方法としては特に限定されず、押出し成型、キャスト法によるフィルム状態で得る方法、スピンコート法、ディップコート法や、注入法、含浸法などを挙げることができる。   The ion conductive film can be obtained by forming a mixture of the components (a) to (c) and optional components blended as desired into a film by a known method. The molding method in this case is not particularly limited, and examples thereof include extrusion molding, a method obtained in a film state by a casting method, a spin coating method, a dip coating method, an injection method, and an impregnation method.

押出し成型については常法により行うことができ、前記混合物を過熱溶融した後、フィルム成型することが行われる。
キャスト法については、前記混合物をさらに適当な希釈剤にて粘度調整を行い、キャスト法に用いられる通常のコータにて塗布し、乾燥することで成膜することができる。コータとしては、ドクタコータ、ブレードコータ、ロッドコータ、ナイフコータ、リバースロールコータ、グラビアコータ、スプレイコータ、カーテンコータを用いることができ、粘度および膜厚により使い分けることができる。
スピンコート法については、前記混合物をさらに適当な希釈剤にて粘度調整を行い、市販のスピンコーターにて塗布し、乾燥することで成膜することができる。
ディップコート法については、前記混合物をさらに適当な希釈剤にて粘度調整を行って混合物溶液を作製し、適当な基盤を混合物溶液より引き上げた後、乾燥することで成膜することができる。
Extrusion molding can be performed by a conventional method, and after the mixture is melted by heating, film molding is performed.
Regarding the casting method, the mixture can be formed into a film by further adjusting the viscosity with an appropriate diluent, applying the mixture with a normal coater used in the casting method, and drying. As the coater, a doctor coater, a blade coater, a rod coater, a knife coater, a reverse roll coater, a gravure coater, a spray coater, and a curtain coater can be used, and they can be selectively used depending on the viscosity and the film thickness.
As for the spin coating method, the mixture can be formed into a film by further adjusting the viscosity with an appropriate diluent, applying the mixture with a commercially available spin coater, and drying.
As for the dip coating method, a film can be formed by adjusting the viscosity of the mixture with an appropriate diluent to prepare a mixture solution, pulling up an appropriate base from the mixture solution, and drying.

本発明におけるイオン伝導性フィルムは、イオン伝導度が、通常室温で1×10-7S/cm以上、好ましくは1×10-6S/cm以上、さらに好ましくは1×10-5S/cm以上を示す。イオン伝導度は、複素インピーダンス法などの一般的な手法で求めることができる。
また、本発明におけるイオン伝導性フィルムは、酸化体の拡散係数が1×10-9cm2/s以上、好ましくは1×10-8cm2/s以上、さらに好ましくは1×10-7cm2/s以上を示す。なお、拡散係数は、イオン伝導性を示す一指標であり、定電位電流特性測定、サイクリックボルタモグラム測定などの一般的な手法で求めることができる。
The ion conductive film of the present invention has an ionic conductivity of usually 1 × 10 −7 S / cm or more, preferably 1 × 10 −6 S / cm or more, more preferably 1 × 10 −5 S / cm at room temperature. The above is shown. The ionic conductivity can be obtained by a general method such as a complex impedance method.
In the ion conductive film of the present invention, the diffusion coefficient of the oxidant is 1 × 10 −9 cm 2 / s or more, preferably 1 × 10 −8 cm 2 / s or more, more preferably 1 × 10 −7 cm. 2 / s or more. The diffusion coefficient is an index indicating ion conductivity, and can be obtained by a general method such as constant potential current characteristic measurement or cyclic voltammogram measurement.

イオン伝導性フィルムの厚さは、特に限定されないが、通常1μm以上、好ましくは10μm以上であり、通常3mm以下、好ましくは1mm以下である。
また、イオン伝導性フィルムは、自立性を有していることが望ましい。その場合、通常、25℃におけるその引張弾性率が5×104N/m2以上、好ましくは1×105N/m2以上、最も好ましくは5×105N/m2以上である特性を有することが望ましい。なお、この引張弾性率は、通常用いられる引張り試験機で、2cm×5cmの短冊状サンプルによって測定を行った場合の値である。
The thickness of the ion conductive film is not particularly limited, but is usually 1 μm or more, preferably 10 μm or more, and usually 3 mm or less, preferably 1 mm or less.
Moreover, it is desirable that the ion conductive film has self-supporting properties. In that case, the tensile modulus at 25 ° C. is usually 5 × 10 4 N / m 2 or more, preferably 1 × 10 5 N / m 2 or more, and most preferably 5 × 10 5 N / m 2 or more. It is desirable to have In addition, this tensile elasticity modulus is a value at the time of measuring by a 2 cm x 5 cm strip sample with the tensile tester used normally.

本発明における光電変換素子としては、例えば、図3に示すような構造に代表される層構造をもっており、少なくとも2枚の導電性基板を用い、そのうち少なくとも一方の基板は実質的に透明の、いわゆる透明導電性基板である。また、透明導電基板上に、図3に示されるように、通常、半導体層(感光層)が形成される。   As the photoelectric conversion element in the present invention, for example, it has a layer structure represented by the structure shown in FIG. 3, and at least two conductive substrates are used, at least one of which is substantially transparent, so-called It is a transparent conductive substrate. In addition, as shown in FIG. 3, a semiconductor layer (photosensitive layer) is usually formed on the transparent conductive substrate.

透明導電性基板は、通常、透明基板上に透明電極層を有する。
透明基板としては、特に限定されず、材質、厚さ、寸法、形状等は目的に応じて適宜選択することができ、例えば無色あるいは有色ガラス、網入りガラス、ガラスブロック等が用いられる他、無色あるいは有色の透明性を有する樹脂でも良い。具体的には、ポリエチレンテレフタレートなどのポリエステル、ポリアミド、ポリスルホン、ポリエーテルサルホン、ポリエーテルエーテルケトン、ポリフェニレンサルファイド、ポリカーボネート、ポリイミド、ポリメチルメタクリレート、ポリスチレン、トリ酢酸セルロース、ポリメチルペンテンなどが挙げられる。なお、本発明における透明とは、10〜100%の透過率、好ましくは50%以上の透過率を有することであり、また、本発明における基板とは、常温において平滑な面を有するものであり、その面は平面あるいは曲面であってもよく、また応力によって変形するものであってもよい。
The transparent conductive substrate usually has a transparent electrode layer on the transparent substrate.
The transparent substrate is not particularly limited, and the material, thickness, dimensions, shape, and the like can be appropriately selected according to the purpose. For example, colorless or colored glass, meshed glass, glass block, etc. are used, and colorless. Alternatively, a colored transparent resin may be used. Specifically, polyesters such as polyethylene terephthalate, polyamide, polysulfone, polyether sulfone, polyether ether ketone, polyphenylene sulfide, polycarbonate, polyimide, polymethyl methacrylate, polystyrene, cellulose triacetate, polymethylpentene and the like can be mentioned. The term “transparent” in the present invention means a transmittance of 10 to 100%, preferably a transmittance of 50% or more, and the substrate in the present invention has a smooth surface at room temperature. The surface may be a flat surface or a curved surface, or may be deformed by stress.

また、電極として作用する透明電極層としては、本発明の目的を果たすものである限り特に限定されないが、例えば金、銀、クロム、銅、タングステンなどの金属薄膜、金属酸化物からなる導電膜などが挙げられる。金属酸化物としては、例えば、錫や亜鉛などの金属酸化物に、他の金属元素を微量ドープしたIndium Tin Oxide(ITO(In23:Sn))、Fluorine doped Tin Oxide(FTO(SnO2:F))、Aluminum doped Zinc Oxide(AZO(ZnO:Al))などが好適なものとして用いられる。
膜厚は通常、100〜5000μm、好ましくは500〜3000μmである。また、表面抵抗(抵抗率)は、本発明の基板の用途により適宜選択されるところであるが、通常、0.5〜500Ω/sq、好ましくは2〜50Ω/sqである。
Further, the transparent electrode layer acting as an electrode is not particularly limited as long as it fulfills the object of the present invention. For example, a metal thin film such as gold, silver, chromium, copper, and tungsten, a conductive film made of metal oxide, etc. Is mentioned. Examples of the metal oxide include Indium Tin Oxide (ITO (In 2 O 3 : Sn)) obtained by doping a metal oxide such as tin or zinc with a small amount of other metal elements, or Fluorine doped Tin Oxide (FTO (SnO 2 )). : F)), Aluminum doped Zinc Oxide (AZO (ZnO: Al)) and the like are preferably used.
The film thickness is usually 100 to 5000 μm, preferably 500 to 3000 μm. The surface resistance (resistivity) is appropriately selected depending on the use of the substrate of the present invention, but is usually 0.5 to 500 Ω / sq, preferably 2 to 50 Ω / sq.

透明電極層の形成法としては、特に限定されなく、電極層として用いる前述の金属や金属酸化物の種類により適宜公知の方法が選択使用されるところであるが、通常、真空蒸着法、イオンプレーティング法、CVDあるいはスパッタリング法などが用いられる。いずれの場合も基板温度20〜700℃の範囲内で形成されるのが望ましい。   The method for forming the transparent electrode layer is not particularly limited, and a known method is appropriately selected and used depending on the kind of the metal or metal oxide used as the electrode layer. Usually, a vacuum deposition method, an ion plating method is used. The method, CVD, sputtering method or the like is used. In any case, it is desirable that the substrate is formed within a range of 20 to 700 ° C.

もう一方の基板、即ち、対向基板は、基板自身が導電性あるいは少なくとも一方の面が導電性であればよく、前述の透明な透明導電性基板でも、また不透明な導電性基板でも良い。不透明な導電性基板としては、種々の金属製電極のほか、例えばガラス基板上に成膜されたAu、Pt、Crなどを挙げることができる。   The other substrate, that is, the counter substrate, may be any substrate as long as the substrate itself is conductive or at least one surface is conductive, and may be the transparent transparent conductive substrate described above or an opaque conductive substrate. As an opaque conductive substrate, in addition to various metal electrodes, for example, Au, Pt, Cr formed on a glass substrate can be exemplified.

本発明の光電変換素子において、用いられる半導体層としては、特に限定されないが、例えば、Bi23、CdS、CdSe、CdTe、CuInS2、CuInSe2、Fe23、GaP、GaAs、InP、Nb25、PbS、Si、SnO2、TiO2、WO3、ZnO、ZnS等が挙げられ、好ましくはCdS、CdSe、CuInS2、CuInSe2、Fe23、GaAs、InP、Nb25、PbS、SnO2、TiO2、WO3、ZnOであり、複数の組み合わせであってもよい。特に好ましくはTiO2、ZnO、SnO2、Nb25であり、最も好ましくはTiO2、ZnOである。 In the photoelectric conversion element of the present invention, the semiconductor layer used is not particularly limited. For example, Bi 2 S 3 , CdS, CdSe, CdTe, CuInS 2 , CuInSe 2 , Fe 2 O 3 , GaP, GaAs, InP, Nb 2 O 5 , PbS, Si, SnO 2 , TiO 2 , WO 3 , ZnO, ZnS and the like can be mentioned, preferably CdS, CdSe, CuInS 2 , CuInSe 2 , Fe 2 O 3 , GaAs, InP, Nb 2 O 5 , PbS, SnO 2 , TiO 2 , WO 3 , and ZnO, and a plurality of combinations may be used. Particularly preferred are TiO 2 , ZnO, SnO 2 and Nb 2 O 5 , and most preferred are TiO 2 and ZnO.

本発明に用いる半導体は単結晶でも多結晶でも良い。結晶系としては、アナターゼ型、ルチル型、ブルッカイト型などが主に用いられるが、好ましくはアナターゼ型である。半導体層の形成には公知の方法を用いることができる。
半導体層の形成方法としては、上記半導体のナノ粒子分散液、ゾル溶液等を、公知の方法により基板上に塗布することで得ることが出来る。この場合の塗布方法としては特に限定されずキャスト法による薄膜状態で得る方法、スピンコート法、ディップコート法、バーコート法のほか、スクリーン印刷法を初めとした各種の印刷方法を挙げることができる。
半導体層の厚みは任意であるが0.5μm以上、50μm以下、好ましくは1μm以上20μm以下である。
The semiconductor used in the present invention may be single crystal or polycrystalline. As the crystal system, anatase type, rutile type, brookite type and the like are mainly used, and anatase type is preferable. A known method can be used for forming the semiconductor layer.
As a method for forming the semiconductor layer, the semiconductor nanoparticle dispersion, the sol solution, or the like can be obtained by coating on a substrate by a known method. The coating method in this case is not particularly limited, and examples include a method of obtaining a thin film by a casting method, a spin coating method, a dip coating method, a bar coating method, and various printing methods including a screen printing method. .
Although the thickness of a semiconductor layer is arbitrary, it is 0.5 micrometer or more and 50 micrometers or less, Preferably they are 1 micrometer or more and 20 micrometers or less.

半導体層の光吸収効率を向上すること等を目的として、種々の色素を半導体層に吸着や含有させることが出来る。
本発明において用いることができる色素としては、半導体層の光吸収効率を向上させる色素であれば、特に制限されるものではなく、通常、各種の金属錯体色素や有機色素の一種または二種以上を用いることができる。また、半導体層への吸着性を付与するために、色素の分子中にカルボキシル基、ヒドロキシル基、スルホニル基、ホスホニル基、カルボキシルアルキル基、ヒドロキシアルキル基、スルホニルアルキル基、ホスホニルアルキル基などの官能基を有するものが好適に用いられる。
金属錯体色素としては、ルテニウム、オスミウム、鉄、コバルト、亜鉛の錯体や金属フタロシアニン、クロロフィル等を用いることができる。
本発明において用いる金属錯体色素としては、以下のようなものが例示される。
Various dyes can be adsorbed or contained in the semiconductor layer for the purpose of improving the light absorption efficiency of the semiconductor layer.
The dye that can be used in the present invention is not particularly limited as long as it is a dye that improves the light absorption efficiency of the semiconductor layer. Usually, one or more of various metal complex dyes and organic dyes are used. Can be used. In addition, in order to impart adsorptivity to the semiconductor layer, a functional group such as a carboxyl group, a hydroxyl group, a sulfonyl group, a phosphonyl group, a carboxylalkyl group, a hydroxyalkyl group, a sulfonylalkyl group, or a phosphonylalkyl group is included in the dye molecule. Those having a group are preferably used.
As the metal complex dye, ruthenium, osmium, iron, cobalt, zinc complex, metal phthalocyanine, chlorophyll and the like can be used.
Examples of the metal complex dye used in the present invention are as follows.

(色素1)

Figure 2005044697
(Dye 1)
Figure 2005044697

ここでXは、一価のアニオンを示すが、2つのXは独立でも、架橋されていていても良い。例えば、次のようなものが例示される。

Figure 2005044697
Here, X represents a monovalent anion, but the two Xs may be independent or cross-linked. For example, the following is exemplified.
Figure 2005044697

(色素2)

Figure 2005044697
(Dye 2)
Figure 2005044697

ここでXは、一価のアニオンを示す。例えば次のようなものが例示される。

Figure 2005044697
Here, X represents a monovalent anion. For example, the following is exemplified.
Figure 2005044697

Yとしては、一価アニオンであって、ハロゲンイオン、SCN-、ClO4 -、BF4 -、CF3SO3 -、(CF3SO22-、(C25SO22-、PF6 -、AsF6 -、CH3COO-、CH3(C64)SO3 -、および(C25SO23-等を挙げることができる。 Y is a monovalent anion, which is a halogen ion, SCN , ClO 4 , BF 4 , CF 3 SO 3 , (CF 3 SO 2 ) 2 N , (C 2 F 5 SO 2 ) 2 N -, PF 6 -, AsF 6 -, CH 3 COO -, CH 3 (C 6 H 4) SO 3 -, and (C 2 F 5 SO 2) 3 C - , and the like.

(色素3)

Figure 2005044697
(Dye 3)
Figure 2005044697

ここでZは、非共有電子対を有する原子団であって、2つのZは独立でも、架橋されていていても良い。例えば、次のようなものが例示される。   Here, Z is an atomic group having an unshared electron pair, and the two Zs may be independent or bridged. For example, the following is exemplified.

Figure 2005044697
Figure 2005044697

Yとしては、一価アニオンであって、ハロゲンイオン、SCN-、ClO4 -、BF4 -、CF3SO3 -、(CF3SO22-、(C25SO22-、PF6 -、AsF6 -、CH3COO-、CH3(C64)SO3 -、および(C25SO23-等を挙げることができる。 Y is a monovalent anion, which is a halogen ion, SCN , ClO 4 , BF 4 , CF 3 SO 3 , (CF 3 SO 2 ) 2 N , (C 2 F 5 SO 2 ) 2 N -, PF 6 -, AsF 6 -, CH 3 COO -, CH 3 (C 6 H 4) SO 3 -, and (C 2 F 5 SO 2) 3 C - , and the like.

(色素4)

Figure 2005044697
(Dye 4)
Figure 2005044697

また、有機色素としては、シアニン系色素、ヘミシアニン系色素、メロシアニン系色素、キサンテン系色素、トリフェニルメタン系色素、金属フリーフタロシアニン系色素を用いることができる。本発明において用いることができる有機色素としては、以下のようなものが例示される。

Figure 2005044697
As the organic dye, a cyanine dye, a hemicyanine dye, a merocyanine dye, a xanthene dye, a triphenylmethane dye, or a metal-free phthalocyanine dye can be used. Examples of organic dyes that can be used in the present invention include the following.
Figure 2005044697

色素を半導体層に吸着させる方法としては、溶媒に色素を溶解させた溶液を、半導体層上にスプレーコートやスピンコートなどにより塗布した後、乾燥する方法により形成することができる。この場合、適当な温度に基板を加熱しても良い。または半導体層を溶液に浸漬して吸着させる方法を用いることも出来る。浸漬する時間は色素が十分に吸着すれば特に制限されることはないが、好ましくは1〜30時間、特に好ましくは5〜20時間である。また、必要に応じて浸漬する際に溶媒や基板を加熱しても良い。好ましくは溶液にする場合の色素の濃度としては、1〜1000mM/L、好ましくは10〜500mM/L程度である。   As a method for adsorbing the dye to the semiconductor layer, a solution in which the dye is dissolved in a solvent is applied on the semiconductor layer by spray coating or spin coating and then dried. In this case, the substrate may be heated to an appropriate temperature. Alternatively, a method in which a semiconductor layer is immersed in a solution and adsorbed can be used. The immersion time is not particularly limited as long as the dye is sufficiently adsorbed, but is preferably 1 to 30 hours, particularly preferably 5 to 20 hours. Moreover, you may heat a solvent and a board | substrate when immersing as needed. Preferably, the concentration of the dye in the case of a solution is about 1 to 1000 mM / L, preferably about 10 to 500 mM / L.

用いる溶媒としては、色素を溶解しかつ半導体層を溶解しなければ特に制限されるとはないが、メタノール、エタノール、1−プロパノール、2−プロパノール、1−ブタノール、2−ブタノール、t−ブタノールなどのアルコール、アセトニトリル、プロピオニトリル、メトキシプロピオニトリル、グルタロニトリル、などのニトリル系溶媒、ベンゼン、トルエン、o−キシレン、m−キシレン、p−キシレン、ペンタン、ヘプタン、ヘキサン、シクロヘキサン、ヘプタン、アセトン、メチルエチルケトン、ジエチルケトン、2−ブタノンなどのケトン、ジエチルエーテル、テトラヒドロフラン、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、ニトロメタン、ジメチルホルムアミド、ジメチルスルホキシド、ヘキサメチルホスホアミド、ジメトキシエタン、γ−ブチロラクトン、γ−バレロラクトン、スルホラン、ジメトキシエタン、アジポニトリル、メトキシアセトニトリル、ジメチルアセトアミド、メチルピロリジノン、ジメチルスルホキシド、ジオキソラン、スルホラン、リン酸トリメチル、リン酸トリエチル、リン酸トリプロピル、リン酸エチルジメチル、リン酸トリブチル、リン酸トリペンチル、リン酸トリへキシル、リン酸トリヘプチル、リン酸トリオクチル、リン酸トリノニル、リン酸トリデシル、リン酸トリス(トリフフロロメチル)、リン酸トリス(ペンタフロロエチル)、リン酸トリフェニルポリエチレングリコール、及びポリエチレングリコール等が使用可能である。   The solvent to be used is not particularly limited as long as the dye is not dissolved and the semiconductor layer is not dissolved, but methanol, ethanol, 1-propanol, 2-propanol, 1-butanol, 2-butanol, t-butanol, etc. Nitrile solvents such as alcohol, acetonitrile, propionitrile, methoxypropionitrile, glutaronitrile, benzene, toluene, o-xylene, m-xylene, p-xylene, pentane, heptane, hexane, cyclohexane, heptane, Acetone, methyl ethyl ketone, diethyl ketone, ketones such as 2-butanone, diethyl ether, tetrahydrofuran, ethylene carbonate, propylene carbonate, nitromethane, dimethylformamide, dimethyl sulfoxide, hexamethylphosphoamide Dimethoxyethane, γ-butyrolactone, γ-valerolactone, sulfolane, dimethoxyethane, adiponitrile, methoxyacetonitrile, dimethylacetamide, methylpyrrolidinone, dimethylsulfoxide, dioxolane, sulfolane, trimethyl phosphate, triethyl phosphate, tripropyl phosphate, phosphoric acid Ethyl dimethyl, tributyl phosphate, tripentyl phosphate, trihexyl phosphate, triheptyl phosphate, trioctyl phosphate, trinonyl phosphate, tridecyl phosphate, tris phosphate (trifluoromethyl), tris phosphate (pentafluoroethyl) In addition, triphenyl polyethylene glycol phosphate, polyethylene glycol, and the like can be used.

本発明の光電変換素子の例としては、例えば、図3に示す断面を有する素子を挙げることができる。この素子は、透明導電性基板1(基板A)上に色素を吸着した半導体層3、対向電極基板2(基板B)を有しており、そして、半導体層3と対向電極基板2の間にイオン伝導性フィルム4が配置され、周辺がシール部材5で密封されている。なお、リード線は基板Aと基板Bの導電部分に接続され、電力を取り出すことが出来る。   As an example of the photoelectric conversion element of this invention, the element which has the cross section shown in FIG. 3 can be mentioned, for example. This element has a semiconductor layer 3 on which a dye is adsorbed on a transparent conductive substrate 1 (substrate A), a counter electrode substrate 2 (substrate B), and a gap between the semiconductor layer 3 and the counter electrode substrate 2. An ion conductive film 4 is disposed, and the periphery is sealed with a seal member 5. Note that the lead wire is connected to the conductive portions of the substrate A and the substrate B, and power can be taken out.

本発明の光電変換素子を用いて太陽電池を製造する方法は、特に限定されないが、通常、色素を吸着した半導体層を有する基板Aとイオン伝導性フィルムと基板Bを積層し、公知の方法により、周辺部を適宜シールすることにより容易に製造することができる。周辺部をシールする方法としては、どちらかの基板にイオン伝導性フィルムを配した後、その外側にシール材を配し、もう片方の基板を合わせる方法、シールとイオン伝導性フィルムを同じ基板に配する方法等を利用することができる。   The method for producing a solar cell using the photoelectric conversion element of the present invention is not particularly limited. Usually, a substrate A having a semiconductor layer adsorbing a dye, an ion conductive film, and a substrate B are laminated, and a known method is used. It can be easily manufactured by appropriately sealing the peripheral part. As a method of sealing the peripheral part, after placing an ion conductive film on one of the substrates, a sealant is placed on the outside and the other substrate is aligned, and the seal and the ion conductive film are placed on the same substrate. It is possible to use a distribution method.

本発明の光電変換素子は、交流インピーダンス法により得られるRDが一定の値以下になるように、電解質層の拡散係数や素子の電極間距離等を最適化することで、高い変換効率を有する。特に、電解質層として固体電解質を用いた場合に、液体電解質並みの高性能な素子が作製可能である。 The photoelectric conversion element of the present invention has a high conversion efficiency by optimizing the diffusion coefficient of the electrolyte layer, the distance between the electrodes of the element, etc. so that RD obtained by the AC impedance method is below a certain value. . In particular, when a solid electrolyte is used as the electrolyte layer, a high-performance element equivalent to a liquid electrolyte can be produced.

以下に実施例を挙げ、本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらになんら制限されるものではない。     EXAMPLES The present invention will be specifically described below with reference to examples, but the present invention is not limited to these examples.

[実施例1]
フィルム抵抗値10Ω/sqのSnO2:Fガラス(ガラス基板上にSnO2:F膜を形成した透明導電性ガラス)上にSOLARONIX社製Ti−Nanoxide T をバーコートして乾燥させた。バーコートの際には、膜厚が均一になるよう、透明導電性ガラスのサイドにスコッチテープを貼り付けた。塗布した基板を、450℃で1時間焼成し半導体層を形成した。これをルテニウム色素(SOLARONIX社製Rutenium535−bisTBA)/エタノール溶液(5.0×10-4mol/L)に15時間浸し、色素を吸着させた。
次に、色素を吸着した半導体層とPt薄膜のついたガラスのPt面を、ポリエチレンテレフタレートフィルムをスペーサとして周辺に配置して向かい合わせて、その隙間に0.1mol/Lのヨウ化リチウム、0.5mol/Lのヨウ化1−プロピル−2,3−ジメチルイミダゾリウム、0.5mol/Lの4−t−ブチルピリジン、0.05mol/Lのヨウ素を含むγ−ブチロラクトン溶液を毛管現象により注入し、周辺を紫外線硬化型シール材でシールし、光電変換素子とした。このポリエチレンテレフタレートフィルムスペーサを用いたときの光電変換素子の電極間距離は56μmであった。作製した光電変換素子にソーラーシュミレーター(YSS−150、山下電装社製)を用いてAM1.5、100mW/cm2の照度の光を照射しながら、インピーダンス測定装置(ポテンショ・ガルバノスタット1287、インピーダンスアナライザー1260、ソーラトロン社製)を用いて、光電変換素子の開放電圧0.71Vに対して±5mVの交流変調をかけて周波数範囲1MHz〜0.01Hzで測定を行い、図1に示す等価回路を用いて、フィッティングソフト(Z−View、ソーラトロン社製)でフィッティングを行い、RDを算出した。この素子は本発明の要件であるRDが5Ω以下を満たしており、表1に示すように、良好な変換効率(η)が得られた。
[Example 1]
Ti-Nanoxide T manufactured by SOLARONIX was bar-coated on SnO 2 : F glass (transparent conductive glass having a SnO 2 : F film formed on a glass substrate) having a film resistance of 10Ω / sq and dried. During bar coating, a scotch tape was attached to the side of the transparent conductive glass so that the film thickness was uniform. The coated substrate was baked at 450 ° C. for 1 hour to form a semiconductor layer. This was soaked in a ruthenium dye (Rutenium 535-bisTBA manufactured by SOLARONIX) / ethanol solution (5.0 × 10 −4 mol / L) for 15 hours to adsorb the dye.
Next, the semiconductor layer adsorbing the dye and the Pt surface of the glass with the Pt thin film are arranged facing each other with a polyethylene terephthalate film as a spacer, and 0.1 mol / L lithium iodide, 0 Injecting a γ-butyrolactone solution containing 5 mol / L of 1-propyl-2,3-dimethylimidazolium iodide, 0.5 mol / L of 4-t-butylpyridine and 0.05 mol / L of iodine by capillary action Then, the periphery was sealed with an ultraviolet curable sealing material to obtain a photoelectric conversion element. The distance between the electrodes of the photoelectric conversion element when this polyethylene terephthalate film spacer was used was 56 μm. While irradiating light of illuminance of AM 1.5 and 100 mW / cm 2 using a solar simulator (YSS-150, manufactured by Yamashita Denso Co., Ltd.) to the produced photoelectric conversion element, an impedance measuring device (potentiometer galvanostat 1287, impedance analyzer) 1260 (manufactured by Solartron Co., Ltd.), AC modulation of ± 5 mV is applied to an open circuit voltage of 0.71 V of the photoelectric conversion element, and measurement is performed in a frequency range of 1 MHz to 0.01 Hz, and the equivalent circuit shown in FIG. 1 is used. Then, fitting was performed with fitting software (Z-View, manufactured by Solartron), and RD was calculated. This element satisfied R D of 5Ω or less, which is a requirement of the present invention, and good conversion efficiency (η) was obtained as shown in Table 1.

Figure 2005044697
Figure 2005044697

[実施例2]
光電子変換素子の電極間距離が96μm以外は実施例1と同様な条件で実験を行なったところ、この素子は本発明の要件であるRDが5Ω以下を満たしており、表2に示すように、良好な変換効率(η)が得られた。
[Example 2]
When an experiment was performed under the same conditions as in Example 1 except that the distance between the electrodes of the photoelectric conversion element was 96 μm, this element satisfied R D of 5Ω or less, which is a requirement of the present invention, as shown in Table 2. Good conversion efficiency (η) was obtained.

Figure 2005044697
Figure 2005044697

[比較例1]
光電子変換素子の電極間距離が203μm以外は実施例1と同様な条件で実験を行なったところ、表3で示すように、この素子は本発明の要件であるRDが5Ω以下を満たしておらず、実施例1および実施例2の変換効率(η)に及ばないことが分かった。
[Comparative Example 1]
An experiment was conducted under the same conditions as in Example 1 except that the distance between the electrodes of the photoelectric conversion element was 203 μm. As shown in Table 3, this element did not satisfy RD, which is a requirement of the present invention, of 5Ω or less. Thus, it was found that the conversion efficiency (η) of Example 1 and Example 2 was not reached.

Figure 2005044697
Figure 2005044697

[実施例3]
《イオン伝導性フィルムの作製》
カルボキシル基を含有するポリフッ化ビニリデン系ポリマー(KF9300、呉羽化学社製)1gと0.1mol/Lのヨウ化リチウム、0.5mol/Lのヨウ化1−プロピル−2,3−ジメチルイミダゾリウム、0.5mol/Lの4−t−ブチルピリジン、0.05mol/Lのヨウ素を含むγ−ブチロラクトン溶液を2g添加し、アセトンにて希釈し加熱し均一溶液を得た。この溶液をポリエチレンテレフタレートフィルム基板上にドクターブレード法で塗布し、加熱乾燥をし、均一な厚さのイオン伝導性フィルムを得た。
同様な方法で、ドクターブレードのギャップを変えることで、組成は同じで、厚みの異なる4種類のイオン伝導性フィルム(112μm、54μm、26μm、15μm)を得た。
[Example 3]
<Production of ion conductive film>
1 g of a polyvinylidene fluoride polymer containing a carboxyl group (KF9300, Kureha Chemical Co., Ltd.), 0.1 mol / L lithium iodide, 0.5 mol / L 1-propyl-2,3-dimethylimidazolium iodide, 2 g of a γ-butyrolactone solution containing 0.5 mol / L of 4-t-butylpyridine and 0.05 mol / L of iodine was added, diluted with acetone, and heated to obtain a uniform solution. This solution was applied onto a polyethylene terephthalate film substrate by a doctor blade method and dried by heating to obtain an ion conductive film having a uniform thickness.
By changing the gap of the doctor blade in the same manner, four types of ion conductive films (112 μm, 54 μm, 26 μm, and 15 μm) having the same composition and different thicknesses were obtained.

《光電変換素子の作製》
フィルム抵抗値10Ω/sqのSnO2:Fガラス(ガラス基板上にSnO2:F膜を形成した透明導電性ガラス)上にSOLARONIX社製Ti−Nanoxide T をバーコートして乾燥させた。バーコートの際には、膜厚が均一になるよう、透明導電性ガラスのサイドにスコッチテープを貼り付けた。塗布した基板を、450℃で1時間焼成し半導体層を形成した。これをルテニウム色素(SOLARONIX社製Rutenium535−bisTBA)/エタノール溶液(5.0×10-4mol/L)に15時間浸し、色素を吸着させた。
次に、色素を吸着した半導体層の上側に、先に得られた厚さ15μmのイオン伝導性フィルムを載せ、さらにその上にPt薄膜のついたガラスのPt面をイオン伝導フィルム側にして挟み、周辺を紫外線硬化型シール材でシールし、光電変換素子とした。このとき光電変換素子の電極間距離は9μmであった。
作製した光電変換素子のインピーダンス測定を実施例1と同様に行い、表4のような結果を得た。この素子は、本発明の要件であるRDが5Ω以下を満たしており、表4に示すように、良好な変換効率(η)が得られた。
<< Production of photoelectric conversion element >>
Ti-Nanoxide T manufactured by SOLARONIX was bar-coated on SnO 2 : F glass (transparent conductive glass having a SnO 2 : F film formed on a glass substrate) having a film resistance of 10Ω / sq and dried. During bar coating, a scotch tape was attached to the side of the transparent conductive glass so that the film thickness was uniform. The coated substrate was baked at 450 ° C. for 1 hour to form a semiconductor layer. This was soaked in a ruthenium dye (Rutenium 535-bisTBA manufactured by SOLARONIX) / ethanol solution (5.0 × 10 −4 mol / L) for 15 hours to adsorb the dye.
Next, the ion conductive film having a thickness of 15 μm obtained above is placed on the upper side of the semiconductor layer adsorbing the dye, and further sandwiched with the Pt surface of the glass with the Pt thin film on the ion conductive film side. The periphery was sealed with an ultraviolet curable sealing material to obtain a photoelectric conversion element. At this time, the distance between the electrodes of the photoelectric conversion element was 9 μm.
The impedance of the produced photoelectric conversion element was measured in the same manner as in Example 1, and the results shown in Table 4 were obtained. This element satisfied R D which is a requirement of the present invention of 5Ω or less, and good conversion efficiency (η) was obtained as shown in Table 4.

Figure 2005044697
Figure 2005044697

[実施例4]
光電子変換素子の電極間距離が24μm(厚みが26μmのイオン伝導性フィルムを使用)以外は実施例3と同様な条件で実験を行なったところ、この素子は本発明の要件であるRDが5Ω以下を満たしており、表5に示すように、良好な変換効率(η)が得られた。
[Example 4]
When an experiment was performed under the same conditions as in Example 3 except that the distance between the electrodes of the photoelectric conversion element was 24 μm (use of an ion conductive film having a thickness of 26 μm), this element had an R D of 5Ω which is a requirement of the present invention. The following conditions were satisfied, and as shown in Table 5, a good conversion efficiency (η) was obtained.

Figure 2005044697
Figure 2005044697

[比較例2]
光電子変換素子の電極間距離が50μm(厚みが54μmのイオン伝導性フィルムを使用)以外は実施例3と同様な条件で実験を行なったところ、表6で示すように、この素子は本発明の要件であるRDが5Ω以下を満たしておらず、実施例3および実施例4の変換効率(η)に及ばないことが分かった。
[Comparative Example 2]
An experiment was conducted under the same conditions as in Example 3 except that the distance between the electrodes of the photoelectric conversion element was 50 μm (using an ion conductive film having a thickness of 54 μm). It was found that the requirement RD did not satisfy 5Ω or less, and did not reach the conversion efficiency (η) of Example 3 and Example 4.

Figure 2005044697
Figure 2005044697

[比較例3]
光電子変換素子の電極間距離が107μm(厚みが112μmのイオン伝導性フィルムを使用)以外は実施例3と同様な条件で実験を行なったところ、表7で示すように、この素子は本発明の要件であるRDが5Ω以下を満たしておらず、実施例3および実施例4の変換効率(η)に及ばないことが分かった。
[Comparative Example 3]
An experiment was conducted under the same conditions as in Example 3 except that the distance between the electrodes of the photoelectric conversion element was 107 μm (using an ion conductive film having a thickness of 112 μm). As shown in Table 7, this element was obtained according to the present invention. It was found that the requirement RD did not satisfy 5Ω or less, and did not reach the conversion efficiency (η) of Example 3 and Example 4.

Figure 2005044697
Figure 2005044697

[実施例5]
《イオン伝導性フィルムの作製》
カルボキシル基を含有するポリフッ化ビニリデン系ポリマー(KF9300、呉羽化学社製)1gと0.3mol/Lのヨウ化リチウム、0.5mol/Lの4−t−ブチルピリジン、0.1mol/Lのヨウ素および0.5mass%の水を含むヨウ化1−メチル−3−プロピルイミダゾリウム溶液を4g添加し、アセトンにて希釈し加熱し均一溶液を得た。この溶液をポリエチレンテレフタレートフィルム基板上にドクターブレード法で塗布し、加熱乾燥をし、均一な厚さのイオン伝導性フィルムを得た。
同様の方法で、ドクターブレードのギャップを変えることで、組成は同じで、厚みの異なる計4種類のイオン伝導性フィルム(115μm、60μm、30μm、16μm)を得た。
[Example 5]
<Production of ion conductive film>
1 g of a polyvinylidene fluoride polymer containing a carboxyl group (KF9300, Kureha Chemical Co., Ltd.), 0.3 mol / L lithium iodide, 0.5 mol / L 4-t-butylpyridine, 0.1 mol / L iodine And 4 g of 1-methyl-3-propylimidazolium iodide solution containing 0.5 mass% of water was added, diluted with acetone and heated to obtain a uniform solution. This solution was applied onto a polyethylene terephthalate film substrate by a doctor blade method and dried by heating to obtain an ion conductive film having a uniform thickness.
By changing the gap of the doctor blade in the same manner, four types of ion conductive films (115 μm, 60 μm, 30 μm, and 16 μm) having the same composition and different thicknesses were obtained.

《光電変換素子の作製》
フィルム抵抗値10Ω/sqのSnO2:Fガラス(ガラス基板上にSnO2:F膜を形成した透明導電性ガラス)上にSOLARONIX社製Ti−Nanoxide T をバーコートして乾燥させた。バーコートの際には、膜厚が均一になるよう、透明導電性ガラスのサイドにスコッチテープを貼り付けた。塗布した基板を、450℃で1時間焼成し半導体層を形成した。これをルテニウム色素(SOLARONIX社製Ruthenium620−1H3TBA)/エタノール溶液(5.0×10-4mol/L)に15時間浸し、色素を吸着させた。
次に、色素を吸着した半導体層の上側に、先に得られた厚さ16μmのイオン伝導性フィルムを載せ、さらにその上にPt薄膜のついたガラスのPt面をイオン伝導フィルム側にして挟み、周辺を紫外線硬化型シール材でシールし、光電変換素子とした。このとき光電子変換素子の電極間距離は10μmであった。
作製した光電変換素子のインピーダンス測定を実施例1と同様に行い、表8のような結果を得た。この素子は、本発明の要件であるRDが5Ω以下を満たしており、表8に示すように、良好な変換効率(η)が得られた。
<< Production of photoelectric conversion element >>
Ti-Nanoxide T manufactured by SOLARONIX was bar-coated on SnO 2 : F glass (transparent conductive glass having a SnO 2 : F film formed on a glass substrate) having a film resistance of 10Ω / sq and dried. During bar coating, a scotch tape was attached to the side of the transparent conductive glass so that the film thickness was uniform. The coated substrate was baked at 450 ° C. for 1 hour to form a semiconductor layer. This was immersed in a ruthenium dye (Ruthenium 620-1H3TBA manufactured by SOLARONIX) / ethanol solution (5.0 × 10 −4 mol / L) for 15 hours to adsorb the dye.
Next, the ion conductive film having a thickness of 16 μm obtained above is placed on the upper side of the semiconductor layer to which the dye is adsorbed, and sandwiched with the Pt surface of the glass with the Pt thin film on the ion conductive film side. The periphery was sealed with an ultraviolet curable sealing material to obtain a photoelectric conversion element. At this time, the distance between the electrodes of the photoelectric conversion element was 10 μm.
The impedance of the produced photoelectric conversion element was measured in the same manner as in Example 1, and the results shown in Table 8 were obtained. This element satisfied R D of 5Ω or less, which is a requirement of the present invention, and good conversion efficiency (η) was obtained as shown in Table 8.

Figure 2005044697
Figure 2005044697

[比較例4]
光電子変換素子の電極間距離が25μm(厚みが30μmのイオン伝導性フィルムを使用)以外は実施例5と同様な条件で実験を行なったところ、表9で示すように、この素子は本発明の要件であるRDが5Ω以下を満たしておらず、実施例5の変換効率(η)に及ばないことが分かった。
[Comparative Example 4]
An experiment was conducted under the same conditions as in Example 5 except that the distance between the electrodes of the photoelectric conversion element was 25 μm (using an ion conductive film having a thickness of 30 μm). As shown in Table 9, this element was obtained according to the present invention. It was found that the requirement RD did not satisfy 5Ω or less, and did not reach the conversion efficiency (η) of Example 5.

Figure 2005044697
Figure 2005044697

[比較例5]
光電子変換素子の電極間距離が55μm(厚みが60μmのイオン伝導性フィルムを使用)以外は実施例5と同様な条件で実験を行なったところ、表10で示すように、この素子は本発明の要件であるRDが5Ω以下を満たしておらず、実施例5の変換効率(η)に及ばないことが分かった。
[Comparative Example 5]
An experiment was conducted under the same conditions as in Example 5 except that the distance between the electrodes of the photoelectric conversion element was 55 μm (use of an ion conductive film having a thickness of 60 μm). As shown in Table 10, this element was obtained according to the present invention. It was found that the requirement RD did not satisfy 5Ω or less, and did not reach the conversion efficiency (η) of Example 5.

Figure 2005044697
Figure 2005044697

[比較例6]
光電子変換素子の電極間距離が110μm(厚みが115μmのイオン伝導性フィルムを使用)以外は実施例5と同様な条件で実験を行なったところ、表11で示すように、この素子は本発明の要件であるRDが5Ω以下を満たしておらず、実施例5の変換効率(η)に及ばないことが分かった。
[Comparative Example 6]
An experiment was conducted under the same conditions as in Example 5 except that the distance between the electrodes of the photoelectric conversion element was 110 μm (using an ion conductive film having a thickness of 115 μm). It was found that the requirement RD did not satisfy 5Ω or less, and did not reach the conversion efficiency (η) of Example 5.

Figure 2005044697
Figure 2005044697

インピーダンススペクトルをフィッティングするために用いる等価回路である。It is an equivalent circuit used for fitting an impedance spectrum. 光照射下でのインピーダンススペクトルを示す。The impedance spectrum under light irradiation is shown. 光電変換素子の断面の例である。It is an example of the cross section of a photoelectric conversion element.

符号の説明Explanation of symbols

Rs,R1,R2: 抵抗成分
CPE1,CPE2: コンスタント フェーズ エレメント
D: 有限拡散長ワールブルグインピーダンス
1: 透明導電性基板
2: 対向電極基板
3: 半導体層
4: イオン伝導性フィルム
5: シール部材


Rs, R1, R2: resistance component CPE1, CPE2: Constant Phase Element Z D: Finite diffusion length Warburg impedance 1: transparent conductive substrate 2: counter electrode substrate 3: semiconductor layer 4: ion-conductive film 5: sealing member


Claims (6)

少なくとも一方が透明の二枚の導電性基板と、少なくともその間に設けられた、可逆な電気化学的酸化還元特性を示す物質を含有した電解質層からなる光電変換素子であって、光照射下での交流インピーダンス測定結果を図1に示す等価回路にてフィッティングして求められるRDが5Ω以下であることを特徴とする光電変換素子。 A photoelectric conversion element comprising at least one transparent conductive substrate, and an electrolyte layer containing a substance exhibiting reversible electrochemical oxidation-reduction characteristics provided at least between the two conductive substrates. A photoelectric conversion element characterized in that RD obtained by fitting an AC impedance measurement result with the equivalent circuit shown in FIG. 1 is 5Ω or less. 前記電解質層が、固体電解質であることを特徴とする請求項1記載の光電変換素子。   The photoelectric conversion element according to claim 1, wherein the electrolyte layer is a solid electrolyte. 前記固体電解質が、少なくとも高分子マトリックスおよび可逆な電気化学的酸化還元特性を示す物質を構成成分として含むイオン伝導性フィルムであることを特徴とする請求項2記載の光電変換素子。   3. The photoelectric conversion element according to claim 2, wherein the solid electrolyte is an ion conductive film containing at least a polymer matrix and a substance exhibiting reversible electrochemical redox characteristics as constituent components. 前記高分子マトリックスがポリフッ化ビニリデン系高分子化合物であることを特徴とする請求項3記載の光電変換素子。   4. The photoelectric conversion element according to claim 3, wherein the polymer matrix is a polyvinylidene fluoride polymer compound. 前記ポリフッ化ビニリデン系高分子化合物がカルボキシル基を含有することを特徴とする請求項4記載の光電変換素子。   The photoelectric conversion element according to claim 4, wherein the polyvinylidene fluoride polymer compound contains a carboxyl group. 前記可逆な電気化学的酸化還元特性を示す物質が常温溶融塩類であることを特徴とする請求項1記載の光電変換素子。


2. The photoelectric conversion element according to claim 1, wherein the substance exhibiting reversible electrochemical oxidation-reduction characteristics is a room temperature molten salt.


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