光电转换元件用组成物及使用此光电转换元件用组成物的光电转换元件.pdf

本发明提供一种提供较高的光电转换效率的光电转换元件用电解质组成物。本发明的光电转换元件用电解质组成物的特征在于，含有下述通式(1)所表示的四级鏻盐及下述式(2)所表示的咪唑鎓盐，相对于两者的合计量，所述四级鏻盐含20mol％～80mol％，所述咪唑鎓盐含20mol％～80mol％。在通式(1)中，R1、R2及R3全部为相同的烷基，R4的碳数少于R1、R2及R3的各碳数。式中，R1、R2、R3、R4表示碳数1～6的烷基，可以相同也可以不同，R1与R2可以形成环。X1-表示一价阴离子。式中，R5～R9表示氢或碳数1～8的烷基，可以相同也可以不同。X2-表示一价阴离子。

1.  一种光电转换元件用电解质组成物，其特征在于：含有下述通式(1)所表示的四级鏻盐及下述式(2)所表示的咪唑鎓盐，且相对于两者的合计量，所述四级鏻盐含20mol％～80mol％，所述咪唑鎓盐含20mol％～80mol％：
[化1]

式中，R₁、R₂、R₃、R₄表示碳数1～6的烷基，可以相同也可以不同，R₁与R₂可以形成环；X₁-表示一价阴离子；

式中，R₅～R₉表示氢或碳数1～8的烷基，可以相同也可以不同；X₂-表示一价阴离子。

2.  根据权利要求1所述的光电转换元件用电解质组成物，其特征在于：在所述通式(1)中，R₁、R₂及R₃全部为相同的烷基，R₄的碳数少于R₁、R₂及R₃的各碳数。

3.  根据权利要求2所述的光电转换元件用电解质组成物，其特征在于：在所述通式(1)中，R₁、R₂及R₃为丁基，R₄为甲基。

4.  根据权利要求1至3中任一项所述的光电转换元件用电解质组成物，其特征在于：在所述通式(1)中，X₁-为碘化物离子。

5.  根据权利要求1至3中任一项所述的光电转换元件用电解质组成物，其特征在于：相对于组成物整体，含有0.05mol/L～4.0mol/L的包含卤化物离子与多卤化物离子的含卤素类氧化还原对。

6.  一种光电转换元件，其特征在于：具备：
半导体层；
色素层，其设置于此半导体层的一个面上；
相对电极，其与此色素层对向配置；以及
电解质层，其配置于此色素层与此相对电极之间，且包含根据权利要求1所述的电解质组成物。

7.  根据权利要求6所述的光电转换元件，其特征在于：其为色素增感型太阳电池。

光电转换元件用组成物及使用此光电转换元件用组成物的光电转换元件
技术领域
本发明涉及一种光电转换元件用组成物。另外，本发明涉及一种使用此光电转换元件用组成物的光电转换元件。
背景技术
使用单晶硅、多晶硅及非晶硅(amorphous silicon)的硅类太阳电池具有达到20％的优异的光电转换效率，作为太阳光发电系统的主力技术而被实用化。然而，此硅类太阳电池花费在原材料制造上的能量成本较高，就价格及材料供给等观点而言受到限制。另一方面，由Gratzel等所提出的色素增感型太阳电池近年来受到关注。其具有在承载有增感色素的氧化钛多孔电极与相对电极之间介隔电解液的结构，就材料及制法等的方面而言，可大幅度降低成本。
在此色素增感型太阳电池中，通常使用在腈类或碳酸酯类等有机溶剂或离子液体(常温熔融盐)中溶解构成卤素氧化还原对(halogen redox couple)的卤素及电解质而成的电解液。用作电解质的主要是咪唑鎓卤化物、吡啶鎓卤化物、四级铵卤化物、吡咯烷鎓卤化物、哌啶鎓卤化物等具有氮类阳离子的四级卤化物盐。然而，这些四级卤化物盐的氮类阳离子在其分子结构中具有活性部位，因此在用作色素增感型太阳电池的电解质时，有可能产生电解液分解。
另一方面，也已知有以磷类的四级鏻阳离子为主体的四级鏻卤化物。已知四级鏻卤化物的化学性及热性稳定，而且也已知其由于含有磷而具有阻燃性(自熄性(self-extinguishing))。关于四级鏻卤化物在色素增感型太阳电池的电解液方面的应用，例如在日本专利特开2000-299139号公报、日本专利特开2001-35253号公报、日本专利特开2003-092153号公报中记载有：含有包含键结在氮原子或磷原子上的烷基或烯基的四级铵盐及鏻盐而成的电解质组成物。然而，使用这些文献中所记载的含有四级鏻卤化物的电解质的色素增感型太阳电池，在光电转换效率及电解液的稳定性方面需要进一步改良。
发明内容
本发明提供一种可消除所述先前技术所具有的各种缺点的光电转换元件用电解质组成物及使用此光电转换元件用电解质组成物的光电转换元件。
本发明提供一种光电转换元件用电解质组成物，其特征在于，含有下述通式(1)所表示的四级鏻盐及下述式(2)所表示的咪唑鎓盐，且相对于两者的合计量，所述四级鏻盐含20mol％～80mol％，所述咪唑鎓盐含20mol％～80mol％。
[化1]

式中，R₁、R₂、R₃、R₄表示碳数1～6的烷基，可以相同也可以不同，R₁与R₂可以形成环；X₁-表示一价阴离子。

式中，R₅～R₉表示氢或碳数1～8的烷基，可以相同也可以不同；X₂-表示一价阴离子。
[发明的效果]
本发明的光电转换元件用电解质组成物可提供较高的光电转换效率。另外，此组成物具有良好的溶解性，且富有耐热性及阻燃性。
附图说明
图1是表示使用本发明的电解质组成物的光电转换元件的一个实施方式的结构的示意图。
[符号说明]
10光电转换元件
11半导体层
12色素层
13透明电极层
14相对电极
15电解质层
具体实施方式
以下，基于优选的实施方式对本发明加以说明。本发明的光电转换元件用电解质组成物(以下，也简称作“电解质组成物”)的特征在于，含有所述四级鏻盐及咪唑鎓盐。在本发明的电解质组成物中，通过以规定的比例并用此四级鏻盐及咪唑鎓盐，而可以达成较高的光电转换效率。以下，对这些化合物分别进行说明。
在通式(1)所表示的四级鏻盐中，4个烷基以碳数为1～6作为条件，可以相同或者也可以不同。根据情况，4个烷基中，R₁与R₂键结可以形成环。本发明者等人经过研究，结果明确：通过将如上所述相对较短链的烷基直接键结于磷原子而成的结构的四级鏻盐与通式(2)所表示的咪唑鎓盐一起用作光电转换元件用电解质组成物，可使光电转换效率较先前变得非常高。另外也明确：通过使用通式(1)所表示的四级鏻盐，含有此四级鏻盐的电解质组成物的化学稳定性及耐热性得到提高。本发明者等人认为原因在于，通式(1)所表示的鏻阳离子不具有如咪唑鎓阳离子般的活性氢部位。而且通式(1)所表示的四级鏻盐与对应的氮类阳离子盐相比较，对溶剂的溶解性较高，容易提高阴离子的浓度，就此观点而言也较为有利。
特别是就进一步提高光电转换效率的方面而言，优选的是在4个烷基中，R₁～R₃的3个烷基为相同的烷基，R₄为与R₁～R₃不同的烷基。此时可明确：R₄的碳数少于R₁～R₃的碳数的情形与R₄的碳数多于R₁～R₃的碳数的情形相比，可以进一步提高光电转换效率。在前者的情况下，R₄的碳数与R₁～R₃的碳数之差优选为1～5，特别优选为2～4。R₄的碳数少于R₁～R₃的碳数的情形可提高光电转换效率，其原因目前尚未完全弄清。本发明者等人认为其原因可能在于，由于存在通式(1)所表示的四级鏻盐而提高氧化还原对的氧化还原效率，从而提高电解质组成物中的电荷迁移效率。
在通式(1)中，R₁～R₄的具体的烷基可举出：甲基、乙基、正丙基、正丁基、正己基、异丙基、异丁基、正戊基、异己基、环戊基、环己基等。在R₁与R₂形成环的情况下，如上所述环例如可举出：四氢磷杂环戊二烯(tetrahydrophosphole)环、五氢磷素(pentahydrophosphorin)环、9-H-9-磷杂双环壬烷环等。这些烷基可被一价取代基所取代。如上所述的取代基的例子可举出：烯基、炔基、烷氧基、羧基、烷基羰氧基、烷氧基羰基、磺酰基(sulfoxy)、烷基磺酰基、羟基、羟基磺酰基、芳基、芳氧基、酰氧基、胺甲酰基、磺酸基、胺磺酰基、环烷基、氰基、硝基、氨基、烷基氨基、杂环基、氨基磺酰基、卤素原子、2-丁氧基乙基、6-溴己基、2-羧基乙基、3-磺酰基丙基、4-磺酰基丁基、2-羟基乙基、苯基甲基、4-丁氧基苯基甲基等。
在R₁～R₃为相同的烷基，且R₄的碳数少于R₁～R₃的碳数的情况下，R₁～R₃例如可举出：乙基、正丙基、正丁基、正己基、异丙基、异丁基、正戊基、异己基、环戊基、环己基等。这些烷基可被一价取代基所取代。如上所述的取代基的例子可举出与所述取代基相同的取代基。另一方面，R₄以碳数少于R₁～R₃作为条件，可举出：甲基、乙基、正丙基、正丁基、异丙基、异丁基、正戊基、环戊基等。R₄也可被与R₁～R₃相同的取代基所取代。
R₁～R₄的特别优选的组合可举出如下组合：R₁～R₃为乙基，且R₄为甲基；R₁～R₃为正丙基，且R₄为甲基；R₁～R₃为异丙基，且R₄为甲基；R₁～R₃为正丁基，且R₄为甲基；R₁～R₃为异丁基，且R₄为甲基；R₁～R₃为正戊基，且R₄为甲基；R₁～R₃为环戊基，且R₄为甲基；R₁～R₃为正己基，且R₄为甲基；R₁～R₃为环己基，且R₄为甲基。特别优选的组合为R₁～R₃为正丁基，且R₄为甲基的组合。
在通式(1)中，X₁-所表示的一价阴离子例如可举出：卤化物离子、四氟硼酸根(BF₄)、六氟磷酸根(PF₆)、双(三氟甲基磺酰基)酰亚胺根(N(SO₂CF₃)₂)、双(氟磺酰基)酰亚胺根(N(SO₂F)₂)、四氰基硼酸根(B(CN)₄)、三氟甲磺酸根(SO₃CF₃)、五氟乙磺酸根(SO₃CF₂CF₃)、四氟乙磺酸根(SO₃CHFCF₃)、甲磺酸根(SO₃CH₃)、乙磺酸根(SO₃C₂H₅)、三(五氟乙基)三氟磷酸根((C₂F₅)₃PF₃)、三氟乙酸根(CF₃COO)、氨基酸根、双草酸基硼酸根(B(C₂O₄)₂)、对甲苯磺酸根(SO₃C₆H₄CH₃)、硫氰酸根(SCN)、二氰胺根(N(CN)₂)、二烷基磷酸根((RO)₂POO)、二烷基二硫代磷酸根((RO)₂PSS)、脂肪族羧酸根(RCOO)等。在这些阴离子中，就进一步提高光电转换效率的方面而言，优选使用卤化物离子。特别是若使用碘化物离子，并将其与通式(2)所表示的咪唑鎓盐加以并用，则可达成优异的光电转换效率，因而优选。
通式(1)所表示的四级鏻盐的优选的具体例可举出：四甲基氯化鏻、四甲基溴化鏻、四甲基碘化鏻、四乙基氯化鏻、四乙基溴化鏻、四乙基碘化鏻、三乙基甲基氯化鏻、三乙基甲基溴化鏻、三乙基甲基碘化鏻、四-正丙基氯化鏻、四-正丙基溴化鏻、四-正丙基碘化鏻、三-正丙基甲基氯化鏻、三-正丙基甲基溴化鏻、三-正丙基甲基碘化鏻、三-正丙基乙基碘化鏻、四-正丁基氯化鏻、四-正丁基溴化鏻、四-正丁基碘化鏻、三-正丁基甲基氯化鏻、三-正丁基甲基溴化鏻、三-正丁基甲基碘化鏻、三-正丁基乙基碘化鏻、三-异丁基甲基氯化鏻、三-异丁基甲基溴化鏻、三-异丁基甲基碘化鏻、四-正戊基氯化鏻、四-正戊基溴化鏻、四-正戊基碘化鏻、三-正戊基甲基氯化鏻、三-正戊基甲基溴化鏻、三-正戊基甲基碘化鏻、三-正戊基乙基碘化鏻、三-正戊基-正丙基碘化鏻、三环戊基甲基碘化鏻、四-正己基氯化鏻、四-正己基溴化鏻、四-正己基碘化鏻、三-正己基甲基氯化鏻、三-正己基甲基溴化鏻、三-正己基甲基碘化鏻、三-正己基乙基碘化鏻、三-正己基-正丙基碘化鏻、三-正己基-正丁基碘化鏻、三-正己基-异丁基碘化鏻、三环己基甲基碘化鏻等。在这些化合物中，就表现特别高的化学稳定性及耐热性的观点而言，优选三乙基甲基碘化鏻、三-正丙基甲基碘化鏻、三-异丙基甲基碘化鏻、三-正丁基甲基碘化鏻、三-异丁基甲基碘化鏻、三-正戊基甲基碘化鏻、三环戊基甲基碘化鏻、三-正己基甲基碘化鏻、三环己基甲基碘化鏻等。而且在这些化合物中，三-正丁基甲基碘化鏻由于表现特别优异的光电转换效率而优选。
通式(1)所表示的四级鏻盐可使用市售品。如上所述的市售品，可举出本申请人制造销售的Hishicolin PX-4MI等。另外，通式(1)所表示的四级鏻盐也可以利用以下方法进行合成。即，在此盐为例如卤化物的情况下，可利用三烷基膦与对应的卤化烷的亲核反应(nucleophilic reaction)而进行合成。例如，相对于三烷基膦，优选添加0.5倍摩尔～2倍摩尔的卤化烷，更加优选添加0.9倍摩尔～1.2倍摩尔的卤化烷，在不含氯的惰性溶剂例如甲苯中，优选以20℃～150℃，更加优选以30℃～100℃，优选反应大于等于3小时，更加优选反应5小时～12小时。由于三烷基膦容易被氧化，因此反应环境优选为不存在氧气的环境。例如优选氮气环境或氩气环境。若在存在氧气的环境下，使三烷基膦与卤化烷反应，则存在以下情况：生成氧键结在三烷基膦上而成的三烷基氧化膦，而使产率降低。三烷基氧化膦虽然可通过利用适当的有机溶剂加以清洗而去除，但若四级鏻卤化物的总碳数变大，则存在四级鏻卤化物也溶解在有机溶剂中的倾向，因而难以将其去除。因此，为了不生成三烷基氧化膦，而优选在惰性气体环境下进行反应。
所得的四级鏻卤化物可利用再结晶而纯化。再结晶优选适当反复进行直至杂质含量降低为止。应利用再结晶而去除的杂质可举出未反应原料及三烷基氧化膦。可用于再结晶的有机溶剂例如优选单独或混合使用水、甲醇、丙酮、甲苯、己烷等。
为了去除水分或有机溶剂，优选的是对利用再结晶而纯化的四级鏻卤化物进行干燥。关于干燥法，由于可防止杂质混入，且一次去除水分与有机溶剂，因此优选真空干燥法。在真空干燥法中，干燥温度优选70℃～120℃，更加优选80℃～100℃，真空度优选0.1kPa～1.0kPa，更加优选0.1kPa～0.5kPa。干燥时间优选2小时～8小时左右，更加优选5小时～12小时左右。
接着，对与通式(1)所表示的四级鏻盐并用的化合物，即通式(2)所表示的咪唑鎓盐进行说明。此咪唑鎓盐中的R₅～R₉表示氢或碳数1～8的烷基，可以相同也可以不同。
在R₅～R₉为烷基的情况下，其具体例可举出：甲基、乙基、正丙基、正丁基、正己基、异丙基、异丁基、正戊基、异己基、正庚基、异庚基、正辛基、异辛基、环戊基、环己基等。这些烷基可被一价取代基所取代。如上所述的取代基的例子可举出：烯基、炔基、烷氧基、羧基、烷基羰氧基、烷氧基羰基、磺酰基、烷基磺酰基、羟基、羟基磺酰基、芳基、芳氧基、酰氧基、胺甲酰基、磺酸基、胺磺酰基、环烷基、氰基、硝基、氨基、烷基氨基、杂环基、氨基磺酰基、卤素原子、2-丁氧基乙基、6-溴己基、2-羧基乙基、3-磺酰基丙基、4-磺酰基丁基、2-羟基乙基、苯基甲基、4-丁氧基苯基甲基等。
就达成高光电转换效率的方面而言，在通式(2)中，优选的是R₅～R₉中的R₈及R₉为氢。在此情况下，优选的是R₅～R₇为氢或碳数1～8的烷基。R₅～R₇特别优选的是：(i)这些中的2个为烷基，其余1个为氢；或者(ii)3个全部为烷基。在(i)的情况下，优选的是R₅及R₇为烷基，R₆为氢。R₅及R₇可以相同也可以不同，优选的是一个为甲基，另一个为碳数1～8的烷基。在(ii)的情况下，优选的是R₅及R₆为相同的烷基，R₇为不同于R₅及R₆的烷基。在此情况下，R₇优选的是碳数较R₅及R₆更大的烷基。特别优选的是R₅及R₅为甲基，R₇为碳数2～4的烷基。
通式(2)中的一价阴离子X₂^-例如可举出：卤化物离子、四氟硼酸根(BF₄)、六氟磷酸根(PF₆)、双(三氟甲基磺酰基)酰亚胺根(N(SO₂CF₃)₂)、双(氟磺酰基)酰亚胺根(N(SO₂F)₂)、四氰基硼酸根(B(CN)₄)、三氟甲磺酸根(SO₃CF₃)、五氟乙磺酸根(SO₃CF₂CF₃)、四氟乙磺酸根(SO₃CHFCF₃)、甲磺酸根(SO₃CH₃)、乙磺酸根(SO₃C₂H₅)、三(五氟乙基)三氟磷酸根((C₂F₅)₃PF₃)、三氟乙酸根(CF₃COO)、氨基酸根、双草酸基硼酸根(B(C₂O₄)₂)、对甲苯磺酸根(SO₃C₆H₄CH₃)、硫氰酸根(SCN)、二氰胺根(N(CN)₂)、二烷基磷酸根((RO)₂POO)、二烷基二硫代磷酸根((RO)₂PSS)、脂肪族羧酸根(RCOO)等。在这些阴离子中，就进一步提高光电转换效率的方面而言，优选的是使用卤化物离子，特别是若使用碘化物离子，并将其与通式(1)所表示的鏻盐加以并用，则可达成优异的光电转换效率，而优选。另外，X₂^-也优选的是与通式(1)中的X₁^-为相同种类。最优选的是X₁^-与X₂^-均为碘化物离子的情况。
就表现较高的开路电压(open-circuit voltage)及形状因子的观点而言，咪唑鎓盐的优选的具体例可举出：碘化1，3-二甲基咪唑鎓、碘化1，3-二乙基咪唑鎓、氯化1-乙基-3-甲基咪唑鎓、氯化1-丙基-3-甲基咪唑鎓、氯化1-丁基-3-甲基咪唑鎓、氯化1-己基-3-甲基咪唑鎓、氯化1-辛基-3-甲基咪唑鎓、溴化1-乙基-3-甲基咪唑鎓、溴化1-丙基-3-甲基咪唑鎓、溴化1-丁基-3-甲基咪唑鎓、溴化1-己基-3-甲基咪唑鎓、溴化1-辛基-3-甲基咪唑鎓、碘化1-乙基-3-甲基咪唑鎓、碘化1-丙基-3-甲基咪唑鎓、碘化1-丁基-3-甲基咪唑鎓、碘化1-己基-3-甲基咪唑鎓、碘化1-辛基-3-甲基咪唑鎓、碘化1，2-二甲基-3-乙基咪唑鎓、氯化1，2-二甲基-3-丙基咪唑鎓、溴化1，2-二甲基-3-丙基咪唑鎓、碘化1，2-二甲基-3-丙基咪唑鎓、氯化1，2-二甲基-3-丁基咪唑鎓、溴化1，2-二甲基-3-丁基咪唑鎓、碘化1，2-二甲基-3-丁基咪唑鎓等。在这些化合物中，优选碘化1-乙基-3-甲基咪唑鎓、碘化1-丙基-3-甲基咪唑鎓、碘化1-丁基-3-甲基咪唑鎓、碘化1-己基-3-甲基咪唑鎓、碘化1-辛基-3-甲基咪唑鎓、碘化1，2-二甲基-3-乙基咪唑鎓、碘化1，2-二甲基-3-丙基咪唑鎓、碘化1，2-二甲基-3-丁基咪唑鎓等。另外，在这些之中，碘化1，2-二甲基-3-丙基咪唑鎓表现特别优异的光电转换效率，而优选。
通式(2)所表示的咪唑鎓盐为此技术领域中公知的物质，可从商业途径获得。
本发明的特征之一在于，以特定比例使用通式(1)所表示的四级鏻盐与通式(2)所表示的咪唑鎓盐。具体而言，相对于两者的合计量，使用四级鏻盐20mol％～80mol％，优选为40mol％～60mol％，使用咪唑鎓盐20mol％～80mol％，优选为40mol％～60mol％。通过以如上所述的比例使用两者，可使本发明的电解质组成物提供较高的光电转换效率。另外，此组成物具有良好的溶解性，且富有耐热性及阻燃性。详细而言，通过使用本发明的电解质组成物，氧化还原对的氧化还原效率提高，电解质组成物中的电荷迁移效率提高，短路光电流密度提高，其结果光电转换效率提高。另外，因并用四级鏻盐与咪唑鎓盐而使电解质组成物的化学稳定性及耐热性提高。另外，通式(1)所表示的四级鏻离子与对应的氮类阳离子相比较，对溶剂的溶解性较高，容易提高阴离子特别是卤化物离子的浓度，就此观点而言，也较为有利。
在本发明的电解质组成物中，四级鏻盐的比例小于20mol％，或者咪唑鎓盐的比例超出80mol％时，短路光电流密度降低，光电转换效率降低，而且源自四级鏻盐的化学稳定性及耐热性降低。反之，四级鏻盐的比例超出80mol％，或者咪唑鎓盐的比例小于20mol％时，开路电压及形状因子降低，其结果光电转换效率降低。
本发明的组成物由于含有作为含磷成分的以通式(1)所表示的四级鏻盐，因此表现阻燃性及自熄性。特别是在通式(1)所表示的四级鏻盐中，由于烷基较短(碳数为1～6)，分子量较小，因而磷原子的比例较高，而具有适度的阻燃性及自熄性。
根据以上说明可了解，本发明的电解质组成物提高氧化还原对的氧化还原效率，其结果可获得较高的光电转换效率，另外，本发明的电解质组成物具有良好的溶解性，且化学稳定性、耐热性及阻燃性较高。因此，本发明的电解质组成物可有利地用作光电转换元件的电解质组成物。
本发明的电解质组成物可仅由通式(1)所表示的四级鏻盐及通式(2)所表示的咪唑鎓盐所构成，或者除了这些成分以外还含有其他成分而构成。如上所述的其他成分在下文再作阐述。在电解质组成物含有此其他成分的情况下，就达成足够高的光电转换效率的观点而言，电解质组成物中的通式(1)所表示的四级鏻盐及通式(2)所表示的咪唑鎓盐的合计量的比例，相对于电解质组成物整体优选为0.05mol/L～3.0mol/L，特别优选为0.1mol/L～1.5mol/L。
具有本发明的电解质组成物的光电转换元件包含：将光转换成电能的元件以及相反地将电能转换成光的元件。前者的代表例可举出色素增感型太阳电池及光电二极管等发电装置。后者的代表例可举出发光二极管及半导体雷射等发光装置。光电转换元件无论为发电装置还是为发光装置，均如图1所示，光电转换元件10具备：半导体层11、设置于半导体层11的一个面上的色素层12、设置于半导体层11的另一个面上的透明电极层13、与色素层12对向配置的相对电极14、及配置于色素层12与相对电极14之间的电解质层15。电解质层15包含含有通式(1)所表示的四级鏻卤化物的组成物。在将图1所示的光电转换元件10用作发电装置时，通过从透明电极层13侧照射太阳光(可见光)，而在透明电极层13与相对电极14之间产生电动势(electromotive force)。在将此图所示的光电转换元件10用作发光装置时，通过在透明电极层13与相对电极14之间施加电压，而在半导体层11与色素层12之间产生发光。另外，在图1中，在透明电极层13及相对电极14上连接有导线，也可以替代透明电极层13，而在半导体层11上连接导线。在此情况下，无需透明电极层13。
使用本发明的电解质组成物的光电转换元件10特别有效地用作发电装置的一种即色素增感型太阳电池。特别是含有三-正丁基甲基碘化鏻作为通式(1)所表示的四级鏻盐的电解质组成物，可期待如下等的优越性而优选，即提高氧化还原对的氧化还原效率，其结果可获得较高的光电转换效率。另外，若将此电解质组成物用于色素增感型太阳电池，则与使用氮类阳离子卤化物的情况相比较，可获得较高的化学及热稳定性，因而优选。
使用本发明的电解质组成物的光电转换元件为色素增感型太阳电池时，此色素增感型太阳电池的具体构成的一例如下所述。即色素增感型太阳电池是由透明电极层、涂设于透明电极层上且承载增感色素的纳米多孔(nanoporous)氧化物半导体层、相对电极、及配置于透明电极层与相对电极之间的至少一部分且含有氧化还原对的电解质层所构成。若从透明电极侧所照射的太阳光(例如可见光)激发氧化物半导体上的色素，则被激发的色素将电子注入至氧化物半导体的传导带。其结果，所产生的色素氧化体从电解质层中的还原体接受电子，并回到基态状态色素，还原体变成氧化体。注入至氧化物半导体层中的电子经由外部电路，利用相对电极将电子供给至电解质层中的氧化体。利用以上循环，而使电路流通恒定的光电流。
所述透明电极层若透光率佳，且在表面形成包含导电材料的层而具有导电性，则其种类并无特别限制。优选的是，单独使用或组合例如氧化铟锡(ITO)、氧化锡(SnO₂)、氟氧化锡(FTO)、氧化锌(ZnO)等透明的氧化物半导体，以薄膜状形成于玻璃、聚对苯二甲酸乙二酯(PET，polyethyleneterephthalate)、聚萘二甲酸乙二酯(PEN，polyethylene naphthalate)、聚碳酸酯(PC，polycarbonate)等非导电性且透明的基板上。纳米多孔氧化物半导体层是将单独使用或组合使用氧化钛(TiO₂)、氧化锡(SnO₂)、氧化钨(WO₃)、氧化锌(ZnO)、氧化铌(Nb₂O₅)等的氧化物半导体微粒子作为主成分的多孔薄膜。所使用的氧化物半导体微粒子的平均粒径优选为1nm～200nm，更加优选为3nm～100nm，进而优选为5nm～50nm。氧化物半导体一般为n型，但并不限定于此，也可为p型。承载于纳米多孔氧化物半导体上的增感色素若有效地吸收太阳光(例如可见光)，则并无特别限制。就在太阳光照射条件下实现光致激发(photoexcitation)的观点而言，优选的是具有含有例如联吡啶(bipyridine)结构、三联吡啶结构等的配位体的钌错合物及铁错合物等含金属错合物，卟啉(porphyrin)类或酞菁(phthalocyanine)类的含金属错合物，曙红(eosin)、罗丹明(rhodamine)、部花青(merocyanine)、香豆素(coumarin)等有机色素等。相对电极若为与所述透明电极之间产生电动势的电极，则并无特别限定，优选使用以如下方法制作的电极：利用溅镀法(sputter method)或蒸镀法等真空制膜法、涂布法、涂布氯铂酸溶液等含铂溶液后实施热处理的湿式制膜法等方法，将金、铂、碳类材料、导电性高分子材料等导电性材料以电极形式形成在基板上而成的电极。
在将本发明的电解质组成物用作色素增感型太阳电池的电解质层的情况下，优选的是除了通式(1)所表示的四级鏻及通式(2)所表示的咪唑鎓盐以外，还在此电解质组成物中添加氧化还原对。关于氧化还原对，若此氧化还原对的氧化还原电位处于激发色素的还原电位与相对电极的氧化电位之间，则并无特别限定，优选的是使用包含碘化物离子(I^-)、溴化物离子(Br^-)、氯化物离子(Cl^-)等卤化物离子，与Br₃^-、I₃^-、I₅^-、I₇^-、Cl₂I^-、ClI₂^-、Br₂I^-、BrI₂^-等多卤化物离子的含卤素类氧化还原对。氧化还原对相对于此电解质组成物整体的浓度以摩尔浓度计，优选为0.05mol/L～4.0mol/L，更加优选为0.1mol/L～3.0mol/L，进而优选为0.5mol/L～2.0mol/L。此含卤素类氧化还原对可通过使卤素分子与碘化物离子、溴化物离子、氯化物离子等卤化物离子进行反应而获得。卤素分子相对于卤化物离子的比并无特别限定，以摩尔比计，优选为1％～100％，更加优选为2％～50％，进而优选为3％～30％。
本发明的电解质组成物中所含的四级鏻盐不仅发挥出作为电解质的功能，而且还发挥出作为构成氧化还原对的卤化物离子的供给源的功能。当然，也可在电解质组成物中另外添加此四级鏻盐以外的物质作为卤化物离子的供给源。例如可单独使用或组合使用卤化锂、卤化钠、四级铵卤化物、吡啶鎓卤化物、吡咯烷鎓卤化物、哌啶鎓卤化物、锍卤化物等。
在将本发明的电解质组成物用作色素增感型太阳电池的电解质层的情况下，为了提高光电转换效率，优选的是视需要在此电解质组成物中添加4-叔丁基吡啶(TBP)、2-乙烯基吡啶、N-乙烯基-2-吡咯烷酮等有机氮化合物，锂盐、钠盐、镁盐、碘化物、硫氰酸盐，水等各种添加物。如下述实例中所例证，若使用TBP或者组合使用TBP与碘化锂作为添加物，则可进一步提高光电转换效率，因而优选。这些添加物的添加量并无特别限制，电解质组成物中的各添加剂的浓度优选为0.01mol/L～4.0mol/L，更加优选为0.05mol/L～3.0mol/L，进而优选为0.1mol/L～2.0mol/L。
在本发明的电解质组成物中视需要也可添加溶剂。溶剂优选的是使用低粘度且离子迁移率较高，并且可表现优异的离子传导性的溶剂。如上所述的溶剂例如可举出：碳酸乙二酯、碳酸丙二酯等碳酸酯化合物；3-甲基-2-恶唑烷酮等杂环化合物；二恶烷、二乙基醚等醚化合物；乙二醇二烷基醚、丙二醇二烷基醚、聚乙二醇二烷基醚、聚丙二醇二烷基醚等链状醚类；甲醇、乙醇、乙二醇单烷基醚、丙二醇单烷基醚、聚乙二醇单烷基醚、聚丙二醇单烷基醚等醇类；乙二醇、丙二醇、聚乙二醇、聚丙二醇、甘油等多元醇类；乙腈、戊二腈、甲氧基乙腈、丙腈、苄腈等腈化合物；二甲基亚砜(DMSO，dimethyl sulfoxide)、环丁砜(sulfolane)等非质子性极性溶剂；水；离子液体(常温熔融盐)等。这些溶剂可混合使用二种或二种以上。溶剂的使用量相对于电解质组成物整体，优选为5wt％～95wt％(重量百分比)。
以下，利用实例对本发明进行更加详细地说明。然而，本发明的范围并不限定于此实例。
[实例1以及比较例1及2]
制造具有以下表1所示的组成的电解质组成物。
表1
(单位：mol/L)