JP2001155791A - Photoelectric cell - Google Patents

Photoelectric cell

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JP2001155791A JP33399599A JP33399599A JP2001155791A JP 2001155791 A JP2001155791 A JP 2001155791A JP 33399599 A JP33399599 A JP 33399599A JP 33399599 A JP33399599 A JP 33399599A JP 2001155791 A JP2001155791 A JP 2001155791A
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    • Y02E10/542Dye sensitized solar cells

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a photoelectric cell whose absorption quantity of a photosensitizer in a metal oxide semiconductor layer is high, bonding strength between the metal oxide semiconductor layer and the photosensitizer is strong and the photoelectric conversion efficiency is remarkably improved. SOLUTION: In the photoelectro cell, (i) a semiconductor film 2 of metallic oxide consists of metallic oxide particles in range of 5-600 nm of average particle diameter, (ii) the metallic oxide particles is core-shell structure of core particle and shell formed on surface of the core particle, (iii) average particle diameter of the core is in a range of 2-500 nm and thickness of the shell is in a range of 1-150 nm, and (iv) an inherent volume resistance (Ec) of metallic oxide consisting the core particle and an inherent volume resistance (Es) of metallic oxide consisting the shell have a relation of Ec<Es.

Description

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

【0001】[0001]

【発明の技術分野】本発明は、光電変換効率に優れた光
電気セルに関する。さらに詳しくは、電極層表面に特定
の金属酸化物半導体膜が形成されているので、光増感材
の吸着・担持量が高く、金属酸化物半導体層と光増感材
との結合力が高く、光を吸収して励起した光増感材層か
ら金属酸化物半導体膜へ電子の移動が迅速に行われ、さ
らに金属酸化物半導体膜から電極膜へ電子の移動が迅速
に行われ、このため、金属酸化物半導体膜へ移動した電
子が光増感材と電子との再結合を起こすことが少なく、
光電変換効率が向上した光電気セルに関する。
TECHNICAL FIELD The present invention relates to a photoelectric cell having excellent photoelectric conversion efficiency. More specifically, since a specific metal oxide semiconductor film is formed on the surface of the electrode layer, the amount of adsorption and support of the photosensitizer is high, and the bonding strength between the metal oxide semiconductor layer and the photosensitizer is high. Electrons are quickly transferred from the photosensitizer layer, which has absorbed and excited light, to the metal oxide semiconductor film, and further, electrons are quickly transferred from the metal oxide semiconductor film to the electrode film. The electrons transferred to the metal oxide semiconductor film are less likely to recombine with the photosensitizer and the electrons,
The present invention relates to a photoelectric cell having improved photoelectric conversion efficiency.

【0002】[0002]

【発明の技術的背景】光電変換材料は光エネルギーを電
気エネルギーとして連続して取り出せる材料であり、電
極間の電気化学反応を利用して光エネルギーを電気エネ
ルギーに変換する材料である。このような光電変換材料
に光を照射すると、一方の電極側で電子が発生し、対電
極に移動し、対電極に移動した電子は、電解質中をイオ
ンとして移動して一方の電極に戻る。このエネルギー変
換は連続であるため、たとえば、太陽電池などに利用さ
れている。
BACKGROUND OF THE INVENTION A photoelectric conversion material is a material that can continuously take out light energy as electric energy, and is a material that converts light energy into electric energy by utilizing an electrochemical reaction between electrodes. When such a photoelectric conversion material is irradiated with light, electrons are generated on one electrode side, move to the counter electrode, and the electrons moved to the counter electrode move as ions in the electrolyte and return to the one electrode. Since this energy conversion is continuous, it is used for, for example, solar cells.

【0003】一般的な太陽電池は、先ず透明性導電膜を
形成したガラス板などの支持体上に光電変換材料用半導
体の膜を形成して電極とし、つぎに、対電極として別の
透明性導電膜を形成したガラス板などの支持体を備え、
これらの電極間に電解質を封入して構成されている。光
電変換材料用半導体に吸着した光増感材に太陽光を照射
すると、光増感材は可視領域の光を吸収して励起する。
この励起によって発生する電子は半導体に移動し、つい
で、透明導電性ガラス電極に移動し、2つの電極を接続
する導線を通って対電極に移動し、対電極に移動した電
子は電解質中の酸化還元系を還元する。一方、半導体に
電子を移動させた光増感材は、酸化体の状態になってい
るが、この酸化体は電解質中の酸化還元系によって還元
され、元の状態に戻る。こうして電子が連続的に流れ、
光電変換材料は太陽電池として機能する。
In a general solar cell, first, a film of a semiconductor for a photoelectric conversion material is formed on a support such as a glass plate on which a transparent conductive film is formed to form an electrode, and then another transparent electrode is formed as a counter electrode. With a support such as a glass plate on which a conductive film is formed,
An electrolyte is sealed between these electrodes. When the photosensitizer adsorbed on the semiconductor for a photoelectric conversion material is irradiated with sunlight, the photosensitizer absorbs and excites light in a visible region.
The electrons generated by this excitation move to the semiconductor, then move to the transparent conductive glass electrode, move to the counter electrode through the conductor connecting the two electrodes, and the electrons moved to the counter electrode are oxidized in the electrolyte. Reduce the reduction system. On the other hand, the photosensitizer in which electrons have been transferred to the semiconductor is in an oxidized state, which is reduced by a redox system in the electrolyte and returns to the original state. Thus, electrons flow continuously,
The photoelectric conversion material functions as a solar cell.

【0004】この光電変換材料としては、半導体表面に
可視光領域に吸収を持つ分光増感色素を吸着させたもの
が用いられている。たとえば、特開平1−220380
号公報には、金属酸化物半導体の表面に、ルテニウム錯
体などの遷移金属錯体からなる分光増感色素層を有する
太陽電池が記載されている。また、特表平5−5040
23号公報には、金属イオンでドープした酸化チタン半
導体層の表面に、ルテニウム錯体などの遷移金属錯体か
らなる分光増感色素層を有する太陽電池が記載されてい
る。
As this photoelectric conversion material, a material in which a spectral sensitizing dye having absorption in a visible light region is adsorbed on a semiconductor surface is used. For example, Japanese Patent Application Laid-Open No. Hei.
Japanese Patent Laid-Open Publication No. HEI 9-176566 describes a solar cell having a spectral sensitizing dye layer made of a transition metal complex such as a ruthenium complex on the surface of a metal oxide semiconductor. In addition, Tokuhyo Hei 5-5040
No. 23 describes a solar cell having a spectral sensitizing dye layer made of a transition metal complex such as a ruthenium complex on the surface of a titanium oxide semiconductor layer doped with metal ions.

【0005】上記のような太陽電池では、光を吸収して
励起した分光増感色素層から酸化チタン半導体層へ電子
の移動が迅速に行われることが光変換効率向上に重要で
あり、迅速に電子移動が行われないとルテニウム錯体と
電子の再結合が起こり光変換効率が低下する問題があ
る。このため、酸化チタン半導体膜表面と分光増感色素
との吸着量を増大させたり、チタニア膜内の電子移動性
を向上させたりすることが検討されている。
[0005] In the above solar cell, it is important to improve the light conversion efficiency that electrons are quickly transferred from the spectral sensitizing dye layer, which is excited by absorbing light, to the titanium oxide semiconductor layer. If the electron transfer is not performed, recombination of the ruthenium complex with the electrons occurs, causing a problem that the light conversion efficiency is reduced. For this reason, studies have been made to increase the amount of adsorption between the surface of the titanium oxide semiconductor film and the spectral sensitizing dye and to improve the electron mobility in the titania film.

【0006】たとえば、酸化チタン半導体膜を形成する
際、チタニアゾルを電極基板上に塗布し、乾燥し、つい
で焼成する工程を繰り返して行い多孔質の厚膜を形成
し、半導体膜を多孔質化することによって表面に担持す
るRu錯体の量を増加させることが提案されている。ま
た、400℃以上の温度でチタニア粒子間の焼成を行
い、導電性を向上させることも提案されている。さらに
特表平6−511113号公報では、有効表面を増加さ
せるために、塩化チタンの水溶液に浸すか、塩化チタン
の加水分解液を用いて電気化学的にチタニア膜に堆積さ
せることが提案されている。
For example, when a titanium oxide semiconductor film is formed, the steps of applying titania sol on an electrode substrate, drying and then firing are repeated to form a porous thick film, and the semiconductor film is made porous. Thus, it has been proposed to increase the amount of the Ru complex supported on the surface. It has also been proposed that the titania particles be fired at a temperature of 400 ° C. or higher to improve the conductivity. Further, Japanese Patent Application Laid-Open No. 6-511113 proposes, in order to increase the effective surface, immersion in an aqueous solution of titanium chloride or electrochemical deposition on a titania film using a hydrolysis solution of titanium chloride. I have.

【0007】しかしながら、これらの方法では、電子移
動性を向上させるために酸化チタン半導体膜の焼成を行
っており、このため粒子の焼結によって多孔性(有効表
面)が低下し、分光増感色素の吸着量が低下するなどの
問題があり、必ずしも光電変換効率が充分でなく、さら
なる改良が望まれていた。本発明者等は、これらの点を
改良した光電気セル用酸化チタン半導体膜の製造方法お
よび光電気セルを提案している(たとえば特願平10-149
550号)。しかしながら、この方法によれば、従来の欠
点が改良されるとともに分光増感色素の吸着量が向上
し、光電変換効率が向上するものの、さらなる光電変換
効率を向上させることが求められている。
However, in these methods, the titanium oxide semiconductor film is fired in order to improve the electron mobility. Therefore, the porosity (effective surface) is reduced by sintering of the particles, and the spectral sensitizing dye is reduced. There is a problem such as a decrease in the adsorption amount of, and the photoelectric conversion efficiency is not always sufficient, and further improvement has been desired. The present inventors have proposed a method for manufacturing a titanium oxide semiconductor film for a photovoltaic cell and a photovoltaic cell in which these points are improved (for example, Japanese Patent Application No. 10-149).
550). However, according to this method, although the conventional disadvantages are improved, the adsorption amount of the spectral sensitizing dye is improved, and the photoelectric conversion efficiency is improved, but it is required to further improve the photoelectric conversion efficiency.

【0008】[0008]

【発明の目的】本発明は、金属酸化物半導体層中への光
増感材の吸着量が高く、金属酸化物半導体層と光増感材
との結合力が高く、光電変換効率が著しく向上した光電
気セルを提供することを目的としている。
An object of the present invention is to increase the amount of photosensitizer adsorbed in a metal oxide semiconductor layer, to increase the bonding strength between the metal oxide semiconductor layer and the photosensitizer, and to significantly improve photoelectric conversion efficiency. It is an object of the present invention to provide a photovoltaic cell having the above configuration.

【0009】[0009]

【発明の概要】本発明に係る光電気セルは、表面に電極
層(1)を有し、かつ該電極層(1)表面に光増感材を吸着し
た金属酸化物半導体膜(2)が形成されてなる基板と、表
面に電極層(3)を有する基板とが、前記金属酸化物半導
体膜(2)および電極層(3)が対向するように配置してな
り、金属酸化物半導体膜(2)と電極層(3)との間に電解質
層を設けてなる光電気セルにおいて、(i)金属酸化物半
導体膜(2)が、平均粒子径が5〜600nmの範囲にあ
る金属酸化物粒子からなり、(ii)該金属酸化物粒子が、
コア粒子と、該コア粒子の表面に形成されたシェル部と
からなるコア−シェル構造を有し、(iii)コア粒子の平
均粒子径が2〜500nmの範囲にあり、シェル部の厚み
が1〜150nmの範囲にあり、(iv)コア粒子を構成す
る金属酸化物の体積固有抵抗値(Ec)と、シェル部を構
成する金属酸化物の体積固有抵抗値(Es)とが、 Ec<Es で示す関係を満たすことを特徴としている。
SUMMARY OF THE INVENTION A photovoltaic cell according to the present invention comprises an electrode layer (1) on the surface, and a metal oxide semiconductor film (2) having a photosensitizer adsorbed on the surface of the electrode layer (1). A substrate formed and a substrate having an electrode layer (3) on the surface are arranged so that the metal oxide semiconductor film (2) and the electrode layer (3) face each other, and the metal oxide semiconductor film (2) In the photoelectric cell comprising an electrolyte layer provided between the electrode layer (3), (i) the metal oxide semiconductor film (2) is a metal oxide having an average particle diameter in the range of 5 to 600 nm. (Ii) the metal oxide particles,
It has a core-shell structure consisting of a core particle and a shell portion formed on the surface of the core particle, (iii) the average particle size of the core particle is in the range of 2 to 500 nm, and the thickness of the shell portion is 1 And (iv) the volume resistivity (E c ) of the metal oxide constituting the core particles and the volume resistivity (E s ) of the metal oxide constituting the shell portion are expressed by E It is set to satisfy the relationship shown by the c <E s.

【0010】前記シェル部を構成する金属酸化物は、結
晶性酸化チタンであることが好ましい。前記結晶性酸化
チタンは、ペルオキソチタン酸を加熱・熟成して得られ
るものが好ましい。前記金属酸化物半導体膜は、金属酸
化物粒子とともに、酸化チタンバインダーからなること
が好ましい。
It is preferable that the metal oxide constituting the shell part is crystalline titanium oxide. The crystalline titanium oxide is preferably obtained by heating and aging peroxotitanic acid. The metal oxide semiconductor film is preferably made of a titanium oxide binder together with metal oxide particles.

【0011】[0011]

【発明の具体的な説明】以下、本発明に係る光電気セル
について具体的に説明する。本発明に係る光電気セル
は、表面に電極層(1)を有し、かつ該電極層(1)表面に光
増感材を吸着した金属酸化物半導体膜(2)が形成されて
なる基板と、表面に電極層(3)を有する基板とが、前記
金属酸化物半導体膜(2)および電極層(3)が対向するよう
に配置してなり、金属酸化物半導体膜(2)と電極層(3)と
の間に電解質層を設けてなる。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION Hereinafter, the photoelectric cell according to the present invention will be specifically described. The photoelectric cell according to the present invention has an electrode layer (1) on the surface, and a substrate on which a metal oxide semiconductor film (2) having a photosensitizer adsorbed on the surface of the electrode layer (1) is formed. And a substrate having an electrode layer (3) on the surface, the metal oxide semiconductor film (2) and the electrode layer (3) are arranged so as to face each other, the metal oxide semiconductor film (2) and the electrode An electrolyte layer is provided between the layer (3).

【0012】この光電気セルでは、金属酸化物半導体膜
(2)が、平均粒子径が5〜600nmの範囲にある金属
酸化物粒子からなり、該金属酸化物粒子が、平均粒子径
が2〜500nmの範囲にあるコア粒子と、該コア粒子
の表面に形成された金属酸化物からなるシェル部とから
なるコア−シェル構造を有し、該シェル部の厚みが1〜
150nmの範囲にあり、コア粒子を構成する材料の体
積固有抵抗値(Ec)と、シェル部を構成する金属酸化物
の体積固有抵抗値(Es)とが、 Ec<Es である関係を満たすことを特徴としている。
In this photoelectric cell, the metal oxide semiconductor film
(2) is composed of metal oxide particles having an average particle diameter in the range of 5 to 600 nm, the metal oxide particles are a core particle having an average particle diameter in the range of 2 to 500 nm, and the surface of the core particles Having a core-shell structure composed of a metal oxide and a shell made of a metal oxide, wherein the thickness of the shell is 1 to 1.
In the range of 150 nm, the volume resistivity (E c ) of the material constituting the core particles and the volume resistivity (E s ) of the metal oxide constituting the shell portion satisfy E c <E s . It is characterized by satisfying the relationship.

【0013】このような光電気セルとしては、たとえ
ば、図1に示すものが挙げられる。図1は、本発明に係
る光電気セルの一実施例を示す概略断面図であり、図1
中、参照数字1は透明電極層、2は半導体膜、3は還元
触媒能を有する電極層、4は電解質、5および6は基板
を示す。図1に示される光電気セルは、表面に透明電極
層1を有し、かつ該透明電極層1表面に光増感材を吸着
した半導体膜2が形成されてなる基板5と、表面に還元
触媒能を有する電極層3を有する基板6とが、前記電極
層1および3が対向するように配置され、さらに金属酸
化物半導体膜2と電極層3との間に電解質4が封入され
ている。
FIG. 1 shows an example of such a photoelectric cell. FIG. 1 is a schematic sectional view showing one embodiment of the photoelectric cell according to the present invention.
Reference numeral 1 is a transparent electrode layer, 2 is a semiconductor film, 3 is an electrode layer having a catalytic activity for reduction, 4 is an electrolyte, and 5 and 6 are substrates. The photovoltaic cell shown in FIG. 1 has a transparent electrode layer 1 on the surface, a substrate 5 on which a semiconductor film 2 on which a photosensitizer is adsorbed is formed on the surface of the transparent electrode layer 1, and a reduction electrode A substrate 6 having an electrode layer 3 having catalytic ability is arranged so that the electrode layers 1 and 3 face each other, and an electrolyte 4 is sealed between the metal oxide semiconductor film 2 and the electrode layer 3. .

【0014】透明基板5としてはガラス基板、PET等
の有機ポリマー基板等の透明でかつ絶縁性を有する基板
を用いることができる。また、基板6としては使用に耐
える強度を有していれば特に制限はなく、ガラス基板、
PET等の有機ポリマー基板からなる絶縁性基板の他
に、金属チタン、金属アルミニウム、金属銅、金属ニッ
ケルなどの導電性基板を使用することができる。
As the transparent substrate 5, a transparent and insulating substrate such as a glass substrate or an organic polymer substrate such as PET can be used. The substrate 6 is not particularly limited as long as it has strength enough to be used.
In addition to an insulating substrate made of an organic polymer substrate such as PET, a conductive substrate made of metal titanium, metal aluminum, metal copper, metal nickel, or the like can be used.

【0015】さらに、金属酸化物半導体膜2と透明電極
層3との間には、スペーサ7を介在させていてもよく、
スペーサを介在しておくと、透明基板5、基板6にはP
ETフィルムなどの変形可能な基板を用いることがで
き、また平板状以外の形状たとえば半円筒状などの形状
の光電気セルとすることができる。この場合たとえば、
透明であったり、薄型でフレキシブルな光電気セル等を
得ることができる。
Further, a spacer 7 may be interposed between the metal oxide semiconductor film 2 and the transparent electrode layer 3,
If a spacer is interposed, the transparent substrate 5 and the substrate 6 have P
A deformable substrate such as an ET film can be used, and a photoelectric cell having a shape other than a flat plate, for example, a semi-cylindrical shape can be used. In this case, for example,
It is possible to obtain a transparent or thin and flexible photoelectric cell or the like.

【0016】透明基板5表面に形成された透明電極層1
としては、酸化錫、Sb、FまたはPがドーピングされ
た酸化錫、Snおよび/またはFがドーピングされた酸
化インジウム、酸化アンチモン、酸化亜鉛、貴金属等な
どの従来公知の電極を使用することができる。このよう
な透明電極層1は、熱分解法、CVD法などの従来公知
の方法により形成することができる。
The transparent electrode layer 1 formed on the surface of the transparent substrate 5
As the electrode, a conventionally known electrode such as tin oxide, tin oxide doped with Sb, F or P, indium oxide doped with Sn and / or F, antimony oxide, zinc oxide, and a noble metal can be used. . Such a transparent electrode layer 1 can be formed by a conventionally known method such as a thermal decomposition method and a CVD method.

【0017】また、基板6表面に形成された電極層3と
しては、還元触媒能を有するものであれば特に制限され
るものでなく、白金、ロジウム、ルテニウム金属、ルテ
ニウム酸化物等の電極材料、酸化錫、Sb、FまたはP
がドーピングされた酸化錫、Snおよび/またはFがド
ーピングされた酸化インジウム、酸化アンチモンなどの
導電性材料の表面に前記電極材料をメッキあるいは蒸着
した電極、カーボン電極など従来公知の電極を用いるこ
とができる。
The electrode layer 3 formed on the surface of the substrate 6 is not particularly limited as long as it has a reduction catalytic activity, and may be an electrode material such as platinum, rhodium, ruthenium metal or ruthenium oxide. Tin oxide, Sb, F or P
It is possible to use a conventionally known electrode such as an electrode obtained by plating or depositing the electrode material on the surface of a conductive material such as tin oxide, Sn and / or F doped with Sn and / or F, and a carbon electrode. it can.

【0018】このような電極層3は、基板6上に前記電
極を直接コーティング、メッキあるいは蒸着させて、導
電性材料を熱分解法、CDV法等の従来公知の方法によ
り導電層を形成した後、該導電層上に前記電極材料をメ
ッキあるいは蒸着するなど従来公知の方法により形成す
ることができる。なお、基板6は、透明基板5と同様に
透明なものであってもよく、また電極層3は、透明電極
層1と同様に透明電極であってもよい。
The electrode layer 3 is formed by directly coating, plating or depositing the electrode on the substrate 6 to form a conductive layer on the conductive material by a conventionally known method such as a thermal decomposition method or a CDV method. The electrode material can be formed on the conductive layer by a conventionally known method such as plating or vapor deposition. The substrate 6 may be transparent like the transparent substrate 5, and the electrode layer 3 may be a transparent electrode like the transparent electrode layer 1.

【0019】透明基板5と透明電極層1の可視光透過率
は高い方が好ましく、具体的には50%以上、特に好ま
しくは90%以上であることが望ましい。可視光透過率
が50%未満の場合は光電変換効率が低くなることがあ
る。これら透明電極層1および電極層3の抵抗値は、各
々100Ω/□以下であることが好ましい。電極層の抵
抗値が100Ω/□を超えて高くなると光電変換効率が
低くなることがある。
The visible light transmittance of the transparent substrate 5 and the transparent electrode layer 1 is preferably higher, specifically, 50% or more, particularly preferably 90% or more. When the visible light transmittance is less than 50%, the photoelectric conversion efficiency may decrease. The resistance of each of the transparent electrode layer 1 and the electrode layer 3 is preferably 100 Ω / □ or less. If the resistance value of the electrode layer exceeds 100Ω / □, the photoelectric conversion efficiency may decrease.

【0020】金属酸化物半導体膜2は、基板6上に形成
された電極層3上に形成されていてもよい。この金属酸
化物半導体膜2の膜厚は、0.1〜50μmの範囲にあ
ることが好ましい。ほでは、金属酸化物粒子半導体膜
が、特定のコア−シェル構造を有する金属酸化物粒子か
らなる。
The metal oxide semiconductor film 2 may be formed on the electrode layer 3 formed on the substrate 6. The thickness of the metal oxide semiconductor film 2 is preferably in the range of 0.1 to 50 μm. In particular, the metal oxide particle semiconductor film is made of metal oxide particles having a specific core-shell structure.

【0021】金属酸化物粒子の平均粒子径は、5〜60
0nm、好ましくは10〜300nmの範囲にあることが望
ましい。金属酸化物粒子の平均粒子径が5nm未満であ
ると、形成された金属酸化物半導体膜にクラックが発生
しやすく、少ない回数で後述する膜厚を有するクラック
のない厚膜を形成することが困難になることがあり、さ
らに金属酸化物半導体膜の細孔径、細孔容積が低下し光
増感材の吸着量が低下することもある。また、金属酸化
物粒子の平均粒子径が600nmを超えて大きい場合に
は、金属酸化物半導体膜の強度が不充分となることがあ
る。
The average particle diameter of the metal oxide particles is 5 to 60.
It is desirably in the range of 0 nm, preferably 10 to 300 nm. When the average particle diameter of the metal oxide particles is less than 5 nm, cracks are easily generated in the formed metal oxide semiconductor film, and it is difficult to form a crack-free thick film having a film thickness described below in a small number of times. In addition, the pore diameter and pore volume of the metal oxide semiconductor film may decrease, and the adsorption amount of the photosensitizer may decrease. Further, when the average particle diameter of the metal oxide particles exceeds 600 nm, the strength of the metal oxide semiconductor film may be insufficient.

【0022】なお、金属酸化物粒子および後述するコア
粒子の粒子径はレーザードップラー式粒子径測定機(日
機装(株)製:マイクロトラック)によって測定するこ
とができる。このような金属酸化物粒子は、コア粒子
と、該コア粒子の表面にシェル部が形成されたコア−シ
ェル構造を有している。
The particle diameters of the metal oxide particles and the core particles described below can be measured with a laser Doppler type particle diameter measuring device (Microtrack manufactured by Nikkiso Co., Ltd.). Such a metal oxide particle has a core particle and a core-shell structure in which a shell portion is formed on the surface of the core particle.

【0023】コア粒子の平均粒子径は、2〜500nm
好ましくは4〜250nmの範囲にあることが好ましい。
なお、コア粒子の平均粒子径が2nm未満の場合は、シ
ェル部よりも導電性の高いコア粒子を用いた効果が充分
発揮されず、シェル部を構成する金属酸化物の単一相か
らなる金属酸化物粒子となんら変わることがなく、この
ため、電子の再結合が起こり、光電変換効率が不充分と
なる。またコア粒子の平均粒子径が500nmを越える
と、光増感材の吸着量が高く、可視光を吸収して励起し
電子を効率的に発生するシェル部の割合が低くなるため
に光電変換効率が不充分となる。
The average particle size of the core particles is 2 to 500 nm.
Preferably, it is in the range of 4 to 250 nm.
When the average particle size of the core particles is less than 2 nm, the effect of using the core particles having higher conductivity than the shell portion is not sufficiently exhibited, and the metal composed of a single phase of the metal oxide constituting the shell portion is not obtained. It does not differ from oxide particles at all, and therefore recombination of electrons occurs, resulting in insufficient photoelectric conversion efficiency. If the average particle size of the core particles exceeds 500 nm, the amount of the photosensitizer adsorbed is high, and the ratio of the shell portion that absorbs visible light to excite and efficiently generate electrons is reduced, so that the photoelectric conversion efficiency is reduced. Becomes insufficient.

【0024】また、金属酸化物粒子を構成するシェル部
の厚みは、金属酸化物粒子の大きさにもよるが、1〜1
50nm、好ましくは2〜100nmの範囲にあることが
望ましい。本発明で使用されるコア-シェル構造を有す
る金属酸化物粒子では、コア粒子を構成する金属酸化物
の体積固有抵抗値(Ec)と、シェル部を構成する金属酸
化物の体積固有抵抗値(Es)とが、 Ec<Es で示される関係を満たしている。
The thickness of the shell portion constituting the metal oxide particles depends on the size of the metal oxide particles.
It is desirably in the range of 50 nm, preferably 2 to 100 nm. In the metal oxide particles having a core-shell structure used in the present invention, the volume resistivity of the metal oxide constituting the core particles (E c ) and the volume resistivity of the metal oxide constituting the shell portion (E s ) satisfies the relationship expressed by E c <E s .

【0025】コア粒子の体積固有抵抗値(Ec)は1010
Ω・cm以下、好ましくは105Ω・cm以下、特に好
ましくは103Ω・cm以下であることが望ましい。ま
たシェル部の体積固有抵抗値は1016Ω・cm以下、好
ましくは1014Ω・cm以下であることが望ましい。コ
ア粒子を構成する金属酸化物の体積固有抵抗値(Ec)
と、シェル部を構成する金属酸化物の体積固有抵抗値
(Es)とが、上記のような関係にあると、このような金
属酸化物粒子からなる半導体膜が形成された光電気セル
の光電変換効率が向上する。この光電変換効率が向上す
る理由については明らかではないが、従来の単一相の金
属酸化物成分からなる粒子では、粒子の表層部で光を吸
収して励起した光増感材層の電子が、粒子の表層部を移
動するために、他の励起した光増感材と再結合するか、
あるいは電子移動距離が長くなるなどのために光電変換
効率を高くすることができなかったものが、一方上記本
願のようなコア−シェル構造を有する粒子を使用するこ
とによって、シェル部で光を吸収して励起した光増感材
層の電子は再結合することなく速やかに導電性の高いコ
ア粒子に移動し、さらには電極膜へ電子の移動が迅速に
行われために光電変換効率が向上すると考えられる。
The volume resistivity (E c ) of the core particles is 10 10
Ω · cm or less, preferably 10 5 Ω · cm or less, particularly preferably 10 3 Ω · cm or less. Further, it is desirable that the volume resistivity of the shell portion is 10 16 Ω · cm or less, preferably 10 14 Ω · cm or less. Volume resistivity (E c ) of the metal oxide that constitutes the core particles
And the volume resistivity of the metal oxide forming the shell
When (E s ) has the above relationship, the photoelectric conversion efficiency of the photoelectric cell in which the semiconductor film including such metal oxide particles is formed is improved. It is not clear why the photoelectric conversion efficiency is improved, but in the case of conventional particles comprising a single-phase metal oxide component, electrons in the photosensitizer layer excited by absorbing light at the surface layer of the particles are removed. Recombines with other excited photosensitizers to move the surface of the particles,
Alternatively, the photoelectric conversion efficiency could not be increased due to a longer electron transfer distance. On the other hand, the use of particles having a core-shell structure as described in the present application allows light to be absorbed in the shell portion. When the electrons of the photosensitizer layer excited by the excitation move quickly to the highly conductive core particles without recombination, and furthermore, the transfer of the electrons to the electrode film is rapidly performed, thereby improving the photoelectric conversion efficiency. Conceivable.

【0026】上記金属酸化物粒子の体積固有抵抗値は以
下の方法で測定することができる。断面積が0.5cm2
のセラミック製円筒セルに、粒子0.5gを充填し、抵
抗測定装置接続端子付きの架台に載せ、上から端子付き
の加圧棒(ピストン様)付き蓋を100Kg/cm2
圧力で加圧したときの抵抗値と、加圧されたときのセル
内の金属酸化物粒子の高さを求め、抵抗値(Ω)を、高
さ1cm、断面積1cm2に換算して求める。なおシェ
ル部の体積固有抵抗値は、シェル部を構成する材料から
なる粒子を調製し、該粒子の体積固有抵抗値をシェル部
の体積固有抵抗値とした。
The volume resistivity of the metal oxide particles can be measured by the following method. The cross-sectional area is 0.5cm 2
Is filled with 0.5 g of particles into a ceramic cylindrical cell, and placed on a pedestal with a connection terminal for resistance measuring device, and a lid with a pressure rod (piston-like) with a terminal is pressed from above with a pressure of 100 kg / cm 2. And the height of the metal oxide particles in the cell when pressurized are determined, and the resistance (Ω) is calculated by converting the height to 1 cm and the cross-sectional area to 1 cm 2 . The volume resistivity of the shell was determined by preparing particles made of the material constituting the shell, and using the volume resistivity of the particles as the volume resistivity of the shell.

【0027】具体例:測定抵抗値100Ω、高さ0.4
cmのとき、 100x(1/0.4cm)x0.5cm2=125Ω・
cm コア粒子およびシェル部を構成する金属酸化物として
は、上記関係式を満足するものであれば(コア粒子を構
成する金属酸化物の導電性がシェル部を構成する金属酸
化物の導電性よりも大きければ)特に制限されるもので
はなく、酸化チタン、酸化ランタン、酸化ジルコニウ
ム、酸化ニオビウム、酸化タングステン、酸化ストロン
チウム、酸化亜鉛、酸化スズ、酸化インジウム、低次酸
化チタン(Ti23)、Alドープ酸化亜鉛、FまたはS
bドープ酸化スズ、Snドープ酸化インジウムから選ばれ
る少なくとも1種または2種以上の金属酸化物などが挙
げられる。
Specific example: measured resistance value 100Ω, height 0.4
cm, 100 x (1 / 0.4 cm) x 0.5 cm 2 = 125 Ω
cm 2 As the metal oxide constituting the core particles and the shell portion, as long as the above relational expression is satisfied (the conductivity of the metal oxide constituting the core particle is higher than the conductivity of the metal oxide constituting the shell portion). Is not particularly limited, and titanium oxide, lanthanum oxide, zirconium oxide, niobium oxide, tungsten oxide, strontium oxide, zinc oxide, tin oxide, indium oxide, lower titanium oxide (Ti 2 O 3 ), Al-doped zinc oxide, F or S
Examples include at least one or two or more metal oxides selected from b-doped tin oxide and Sn-doped indium oxide.

【0028】本発明で使用されるコア粒子およびシェル
部を構成する金属酸化物の特に好ましい組合せとして
は、コア粒子が、Fドープ酸化スズ、Snドープ酸化イ
ンジウム、酸化インジウム、低次酸化チタン(Ti
23)、Alドープ酸化亜鉛などからから構成され、前
記シェル部に用いる金属酸化物としては、アナタース
(アナターゼ)型酸化チタン、ブルッカイト型酸化チタ
ン、ルチル型酸化チタンなどの結晶性酸化チタンから構
成されたものが好ましい。
As a particularly preferred combination of the core particles and the metal oxide constituting the shell part used in the present invention, the core particles are composed of F-doped tin oxide, Sn-doped indium oxide, indium oxide, low titanium oxide (Ti
2 O 3 ), Al-doped zinc oxide, etc., and the metal oxide used for the shell portion is crystalline titanium oxide such as anatase (anatase) type titanium oxide, brookite type titanium oxide, rutile type titanium oxide. A configured one is preferred.

【0029】シェル部がこのような結晶性酸化チタンか
ら構成されていると、バンドギャップが高く、かつ誘電
率が高く、他の金属酸化物に比較して光増感材の吸着量
が高く、さらに安定性、安全性に優れ、膜形成が容易で
あるなど、優れた特性がある。このような結晶性酸化チ
タンの結晶子径は、1〜50nm、好ましくは5〜30
nmの範囲にあることが好ましい。なお結晶性酸化チタ
ン粒子の結晶子径は、X線回折により各結晶形の結晶面
におけるピークの半値幅を測定し、Debye-Scherrerの式
により計算によって求めることができる。また、電界放
射型透過型電子顕微鏡写真(FE−TEM)の観察によ
っても求めることができる。
When the shell portion is made of such crystalline titanium oxide, the band gap is high, the dielectric constant is high, and the amount of the photosensitizer adsorbed is higher than other metal oxides. Further, it has excellent characteristics such as excellent stability and safety and easy film formation. The crystallite diameter of such a crystalline titanium oxide is 1 to 50 nm, preferably 5 to 30 nm.
It is preferably in the range of nm. The crystallite diameter of the crystalline titanium oxide particles can be determined by measuring the half width of the peak on the crystal plane of each crystal form by X-ray diffraction and calculating by the Debye-Scherrer equation. It can also be determined by observing a field emission type transmission electron micrograph (FE-TEM).

【0030】この結晶性酸化チタンは、結晶子径が1n
m未満であると、シェル部内の電子移動性が低下し、5
0nmを超えて大きい場合は光増感材の吸着量が低下
し、光電変換効率が低下することがある。また、粒子が
大きすぎて、コア粒子との密着性が低くシェル部からコ
ア粒子への電子移動が起きにくくなる。このような本発
明で使用するコア−シェル構造を構成するコア粒子は従
来公知の方法によって製造することができる。すなわち
上記金属酸化物の前駆体であるの無機化合物塩または有
機金属化合物を用い、たとえばゾル・ゲル法によって得
られる含水金属酸化物のゲルまたはゾルを調製し、必要
に応じて酸またはアルカリを添加したのち、加熱・熟成
するなどの方法で製造することができる。
This crystalline titanium oxide has a crystallite diameter of 1n.
m, the electron mobility in the shell part is reduced,
If it is larger than 0 nm, the adsorption amount of the photosensitizer may decrease, and the photoelectric conversion efficiency may decrease. Further, since the particles are too large, adhesion to the core particles is low, and electron transfer from the shell portion to the core particles becomes difficult to occur. Such core particles constituting the core-shell structure used in the present invention can be produced by a conventionally known method. That is, a gel or sol of a hydrated metal oxide obtained by, for example, a sol-gel method is prepared using an inorganic compound salt or an organic metal compound which is a precursor of the above metal oxide, and an acid or an alkali is added as necessary. After that, it can be produced by a method such as heating and aging.

【0031】また、シェル部は、上記金属酸化物の前駆
体である無機化合物塩あるいは有機金属化合物の水溶液
あるいはアルコール溶液などに上記で得たコア粒子を分
散させ、必要に応じて酸またはアルカリを添加したの
ち、加熱・熟成するなどの方法で、コア粒子表面に形成
することができる。たとえば結晶性酸化チタンをシェル
部として形成したコア−シェル粒子は、以下のようにし
て、製造することができる。
The shell part is obtained by dispersing the core particles obtained as described above in an aqueous solution or an alcohol solution of an inorganic compound salt or an organic metal compound which is a precursor of the metal oxide, and optionally adding an acid or an alkali. After the addition, it can be formed on the surface of the core particles by a method such as heating and aging. For example, core-shell particles formed of crystalline titanium oxide as a shell can be produced as follows.

【0032】具体的には、酸化チタンよりも導電性の高
い前記したコア粒子を、ゾル・ゲル法などで得られた含
水チタン酸ゲルまたはゾルに分散させ、必要に応じて酸
またはアルカリを添加したのち、加熱・熟成すれば、結
晶性酸化チタンをシェル部として形成したコア−シェル
粒子を得ることができる。また、結晶性酸化チタンから
なるシェル部を形成したコア−シェル粒子は、含水チタ
ン酸ゲルまたはゾルに、過酸化水素を添加して含水チタ
ン酸を溶解してペルオキソチタン酸とした後これに結晶
性酸化チタンよりも導電性の高い前記したコア粒子を分
散させ、アルカリ、好ましくはアンモニアおよび/また
は有機塩基を添加してアルカリ性にし、80〜350℃
の温度範囲で加熱・熟成することによって得ることもで
きる。さらに、必要に応じて350℃以上の高温で焼成
することもできる。本発明で使用されるコア−シェル構
造を有する金属酸化物粒子では、とくにシェル部が、ペ
ルオキソチタン酸にアルカリを添加して加熱・熟成され
た結晶性酸化チタンからなるものが好適である。
Specifically, the above-mentioned core particles having higher conductivity than titanium oxide are dispersed in a hydrous titanate gel or sol obtained by a sol-gel method or the like, and an acid or alkali is added as necessary. After heating and aging, core-shell particles formed of crystalline titanium oxide as a shell can be obtained. Further, the core-shell particles having a shell portion formed of crystalline titanium oxide are formed by adding hydrogen peroxide to a hydrous titanic acid gel or sol to dissolve the hydrous titanic acid to form peroxotitanic acid, and then crystallize the peroxotitanic acid. The above-mentioned core particles having higher conductivity than the conductive titanium oxide are dispersed, and alkalis, preferably, ammonia and / or an organic base are added to make them alkaline, and the temperature is 80 to 350 ° C.
Can be obtained by heating and aging in the above temperature range. Further, it can be fired at a high temperature of 350 ° C. or more as necessary. In the metal oxide particles having a core-shell structure used in the present invention, it is particularly preferable that the shell portion is made of crystalline titanium oxide heated and aged by adding an alkali to peroxotitanic acid.

【0033】なお、「ペルオキソチタン酸」とは過酸化
水和チタンのことをいい、このような過酸化水和チタン
は可視光領域に吸収域を有する。このペルオキソチタン
酸は、チタン化合物の水溶液、または水和酸化チタンの
ゾルまたはゲルに過酸化水素を加え、加熱することによ
って調製される。水和酸化チタンのゾルまたはゲルは、
チタン化合物の水溶液に酸またはアルカリを加えて加水
分解し、必要に応じて洗浄、加熱、熟成することによっ
て得られる。使用されるチタン化合物としては特に制限
はないが、ハロゲン化チタン、硫酸チタニル等のチタン
塩、テトラアルコキシチタン等のチタンアルコキシド、
水素化チタン等のチタン化合物を用いることができる。
"Peroxotitanic acid" refers to hydrated titanium peroxide, and such hydrated titanium peroxide has an absorption range in the visible light region. This peroxotitanic acid is prepared by adding hydrogen peroxide to an aqueous solution of a titanium compound or a sol or gel of hydrated titanium oxide and heating. The sol or gel of hydrated titanium oxide is
It is obtained by adding an acid or alkali to an aqueous solution of a titanium compound, hydrolyzing the resultant, and optionally washing, heating and aging. The titanium compound used is not particularly limited, but titanium halides, titanium salts such as titanyl sulfate, titanium alkoxides such as tetraalkoxytitanium,
A titanium compound such as titanium hydride can be used.

【0034】水和酸化チタンのゾルまたはゲルは、チタ
ン化合物の水溶液に酸またはアルカリを加えて加水分解
し、必要に応じて洗浄、加熱、熟成することによって得
られる。使用されるチタン化合物としては特に制限はな
いが、ハロゲン化チタン、硫酸チタニル等のチタン塩、
テトラアルコキシチタン等のチタンアルコキシド、水素
化チタン等のチタン化合物を用いることができる。
The sol or gel of hydrated titanium oxide is obtained by adding an acid or alkali to an aqueous solution of a titanium compound, hydrolyzing the resultant, and washing, heating and aging as necessary. The titanium compound used is not particularly limited, but titanium halides, titanium salts such as titanyl sulfate,
A titanium alkoxide such as tetraalkoxytitanium or a titanium compound such as titanium hydride can be used.

【0035】前記金属酸化物半導体膜2は、前記金属酸
化物粒子とともに酸化チタンバインダー成分を含んでい
ることが好ましい。このような酸化チタンバインダー成
分としては、ゾル・ゲル法などで得られた含水チタン酸
ゲルまたはゾルからなる酸化チタン、含水チタン酸ゲル
またはゾルに過酸化水素を加えて含水チタン酸を溶解し
たペルオキソチタン酸の分解物などが挙げられる。 前
記金属酸化物粒子のシェル部が結晶性酸化チタンの場合
は、バインダー成分としてペルオキソチタン酸の分解物
が好ましく使用される。
The metal oxide semiconductor film 2 preferably contains a titanium oxide binder component together with the metal oxide particles. Examples of such a titanium oxide binder component include titanium oxide composed of a hydrous titanate gel or sol obtained by a sol-gel method or the like, and peroxot in which hydrous titanate is dissolved by adding hydrogen peroxide to a hydrous titanate gel or sol. Decomposition products of titanic acid and the like can be mentioned. When the shell part of the metal oxide particles is crystalline titanium oxide, a decomposition product of peroxotitanic acid is preferably used as a binder component.

【0036】このような酸化チタンバインダー成分は、
金属酸化物(結晶性酸化チタン)粒子表面に緻密かつ均
一な吸着層を形成する。このため得られる金属酸化物半
導体膜は電極との密着性を高めることができる。さら
に、このような酸化チタンバインダー成分を使用する
と、金属酸化物(結晶性酸化チタン)粒子同士の接触が
点接触から面接触となり、電子移動性を向上させること
が可能となり、また、光増感材の吸着量を増大させるこ
とができる。
Such a titanium oxide binder component comprises:
A dense and uniform adsorption layer is formed on the surface of metal oxide (crystalline titanium oxide) particles. Thus, the obtained metal oxide semiconductor film can have improved adhesion to an electrode. Furthermore, when such a titanium oxide binder component is used, the contact between the metal oxide (crystalline titanium oxide) particles changes from point contact to surface contact, so that the electron mobility can be improved, and the photosensitization can be improved. The amount of material adsorbed can be increased.

【0037】金属酸化物半導体膜2中の酸化チタンバイ
ンダー成分と金属酸化物粒子の比率は、酸化物換算の重
量比(酸化チタンバインダー成分/金属酸化物粒子)で
0.05〜0.50、好ましくは0.1〜0.3の範囲にあ
ることが望ましい。重量比が0.05未満では、可視光
領域の光の吸収が不充分であり、さらに光増感材の吸着
量の増加しない場合がある。重量比が0.50を超えて
高い場合は多孔質な金属酸化物半導体膜が得られない場
合があり、さらに光増感材の吸着量を多くできないこと
がある。
The ratio of the titanium oxide binder component to the metal oxide particles in the metal oxide semiconductor film 2 is 0.05 to 0.50 in terms of oxide-weight ratio (titanium oxide binder component / metal oxide particles). Preferably, it is in the range of 0.1 to 0.3. If the weight ratio is less than 0.05, light absorption in the visible light region is insufficient, and the amount of adsorption of the photosensitizer may not increase. When the weight ratio is higher than 0.50, a porous metal oxide semiconductor film may not be obtained, and the amount of the photosensitizer adsorbed may not be increased.

【0038】金属酸化物半導体膜2は、細孔容積が0.
05〜0.8ml/g、好ましくは0.2〜0.8ml
/gの範囲にあり、平均細孔径が2〜250nm、好ま
しくは5〜150nmの範囲にあることが望ましい。細
孔容積が0.05ml/gより小さい場合は光増感材吸
着量が低くなり、また0.8ml/gを超えて高い場合
には膜内の電子移動性が低下して光電変換効率を低下さ
せることがある。また平均細孔径が2nm未満の場合は
光増感材の吸着量が低下し、250nmを超えて高い場
合は電子移動性が低下し光電変換効率が低下することも
ある。
The metal oxide semiconductor film 2 has a pore volume of 0.5.
0.5 to 0.8 ml / g, preferably 0.2 to 0.8 ml
/ G and an average pore diameter of 2 to 250 nm, preferably 5 to 150 nm. When the pore volume is smaller than 0.05 ml / g, the adsorption amount of the photosensitizer is low, and when the pore volume is higher than 0.8 ml / g, the electron mobility in the film is reduced and the photoelectric conversion efficiency is reduced. May lower. When the average pore diameter is less than 2 nm, the adsorption amount of the photosensitizer decreases, and when it exceeds 250 nm, the electron mobility decreases and the photoelectric conversion efficiency may decrease.

【0039】このような金属酸化物半導体膜2は、たと
えば、以下のような光電気セル用金属酸化物半導体膜形
成用塗布液を用いて作製することができる。本発明に用
いる光電気セル用金属酸化物半導体膜形成用塗布液は、
前記した金属酸化物粒子と分散媒とからなる。さらに、
必要に応じてバインダー成分の前駆体を含んでいてもよ
く、特に、金属酸化物粒子として、コア粒子の表面に形
成さされたシェル部が、ペルオキソチタン酸にアルカリ
を添加して加熱・熟成された結晶性酸化チタンからなる
ものが使用される場合、バインダー成分の前駆体とし
て、ペルオキソチタン酸が含まれていることが望まし
い。ペルオキソチタン酸は、前記したように、チタン化
合物の水溶液、または水和酸化チタンのゾルまたはゲル
に過酸化水素を加え、加熱することによって調製され
る。水和酸化チタンのゾルまたはゲルは、チタン化合物
の水溶液に酸またはアルカリを加えて加水分解し、必要
に応じて洗浄、加熱、熟成することによって得られる。
使用されるチタン化合物としては特に制限はないが、ハ
ロゲン化チタン、硫酸チタニル等のチタン塩、テトラア
ルコキシチタン等のチタンアルコキシド、水素化チタン
等のチタン化合物を用いることができる。
Such a metal oxide semiconductor film 2 can be produced, for example, by using the following coating liquid for forming a metal oxide semiconductor film for a photoelectric cell. The coating solution for forming a metal oxide semiconductor film for a photoelectric cell used in the present invention is:
It consists of the above-mentioned metal oxide particles and a dispersion medium. further,
If necessary, a binder component precursor may be contained.Particularly, as a metal oxide particle, a shell portion formed on the surface of the core particle is heated and aged by adding an alkali to peroxotitanic acid. When a material composed of crystalline titanium oxide is used, it is desirable that peroxotitanic acid is contained as a precursor of the binder component. As described above, peroxotitanic acid is prepared by adding hydrogen peroxide to an aqueous solution of a titanium compound or a sol or gel of hydrated titanium oxide and heating. The sol or gel of hydrated titanium oxide is obtained by adding an acid or an alkali to an aqueous solution of a titanium compound, hydrolyzing the resultant, and optionally washing, heating and aging it.
The titanium compound used is not particularly limited, but titanium salts such as titanium halide and titanyl sulfate, titanium alkoxides such as tetraalkoxytitanium, and titanium compounds such as titanium hydride can be used.

【0040】光電気セル用金属酸化物半導体膜形成用塗
布液中の金属酸化物バインダー成分の前駆体と金属酸化
物粒子の比率は、金属酸化物バインダー成分の前駆体を
酸化物MOX(1)で表し、金属酸化物粒子をMOX(2)で表
したときの重量比(MOX(1)/MOX(2))で0.03〜
0.50、好ましくは0.1〜0.3の範囲にあることが
望ましい。重量比が0.03未満では、金属酸化物半導
体膜の強度や導電性が不充分となることがあり、さらに
光増感材の吸着量の増加しない場合がある。重量比が
0.50を超えて高い場合は多孔質な半導体膜が得られ
ない場合があり、さらに電子移動性が向上しないことが
ある。
The ratio of the precursor of the metal oxide binder component to the metal oxide particles in the coating solution for forming a metal oxide semiconductor film for a photovoltaic cell is such that the precursor of the metal oxide binder component is the oxide MO X (1 expressed in), 0.03 metal oxide particles MO X (weight ratio when expressed in 2) (MO X (1) / MO X (2))
It is desirably in the range of 0.50, preferably 0.1 to 0.3. If the weight ratio is less than 0.03, the strength and conductivity of the metal oxide semiconductor film may be insufficient, and the adsorption amount of the photosensitizer may not increase. If the weight ratio is higher than 0.50, a porous semiconductor film may not be obtained, and the electron mobility may not be improved.

【0041】このような金属酸化物バインダー成分の前
駆体および金属酸化物粒子は、光電気セル用金属酸化物
半導体膜形成用塗布液中に、(MOX(1)+MOX(2))と
して1〜30重量%、好ましくは2〜20重量%の濃度
で含まれていることが望ましい。分散媒としては、金属
酸化物バインダー成分の前駆体および金属酸化物粒子が
分散でき、かつ乾燥した際に除去できるものであれば特
に制限はなく使用することができるが、特にアルコール
類が好ましい。
The precursor of the metal oxide binder component and the metal oxide particles are used as (MO X (1) + MO X (2)) in the coating liquid for forming the metal oxide semiconductor film for the photoelectric cell. It is desirable that it be contained at a concentration of 1 to 30% by weight, preferably 2 to 20% by weight. The dispersion medium is not particularly limited as long as the precursor of the metal oxide binder component and the metal oxide particles can be dispersed and can be removed when dried, and alcohols are particularly preferable.

【0042】さらにまた、この光電気セル用金属酸化物
半導体膜形成用塗布液には、必要に応じて膜形成助剤が
含まれていてもよい。膜形成助剤としてはポリエチレン
グリコール、ポリビニルピロリドン、ヒドロキシプロピ
ルセルロース、ポリアクリル酸、ポリビニルアルコール
等が挙げられる。このような膜形成助剤が塗布液中に含
まれていると、塗布液の粘度が高くなり、これにより均
一に乾燥した膜が得られ、さらに金属酸化物粒子が緻密
に充填して、嵩密度が高くな り、電極との密着性の高
い金属酸化物半導体膜を得ることができる。
Further, the coating liquid for forming a metal oxide semiconductor film for a photovoltaic cell may contain a film forming aid, if necessary. Examples of the film forming aid include polyethylene glycol, polyvinylpyrrolidone, hydroxypropylcellulose, polyacrylic acid, and polyvinyl alcohol. When such a film-forming aid is contained in the coating solution, the viscosity of the coating solution increases, whereby a uniformly dried film is obtained. The density can be increased, and a metal oxide semiconductor film having high adhesion to an electrode can be obtained.

【0043】このような光電気セル用金属酸化物半導体
膜形成用塗布液を、上記した電極層が設けられた基材の
電極層表面に塗布し、乾燥した後、硬化させることによ
って、金属酸化物半導体膜を形成することができる。塗
布液は最終的に形成される金属酸化物半導体膜の膜厚が
0.1〜50μmの範囲となるように塗布されることが
好ましい。塗布液の塗布方法としては、ディッピング
法、スピナー法、スプレー法、ロールコーター法、フレ
キソ印刷、スクリーン印刷など従来公知の方法で塗布す
ることができる。
Such a coating liquid for forming a metal oxide semiconductor film for a photoelectric cell is applied to the surface of the electrode layer of the substrate provided with the above-mentioned electrode layer, dried, and then cured to obtain a metal oxide. An object semiconductor film can be formed. It is preferable that the coating liquid is applied so that the thickness of the finally formed metal oxide semiconductor film is in the range of 0.1 to 50 μm. The coating solution can be applied by a conventionally known method such as a dipping method, a spinner method, a spray method, a roll coater method, flexographic printing, and screen printing.

【0044】乾燥する温度は、分散媒を除去できる温度
であればとくに制限されない。本発明では、さらに必要
に応じて塗膜に紫外線を照射して、硬化させてもよい。
紫外線を照射することによってバインダー成分の前駆体
が分解されて硬化する。なお、塗布液中に膜成形助剤が
含まれている場合には、塗膜硬化後、さらに加熱処理し
て膜成形助剤を分解してもよい。
The drying temperature is not particularly limited as long as the dispersion medium can be removed. In the present invention, if necessary, the coating film may be irradiated with ultraviolet rays to be cured.
Irradiation of ultraviolet rays causes the precursor of the binder component to be decomposed and cured. When the coating liquid contains a film forming aid, the film forming aid may be decomposed by further heating after the coating film is cured.

【0045】本発明では、紫外線照射して塗膜を硬化さ
せた後に、さらにO2、N2、H2、ネオン、アルゴン、
クリプトンなど周期律表第0族の不活性ガスから選択さ
れる少なくとも1種のガスのイオンを照射したのち、ア
ニーリングしてもよい。イオン照射は、IC、LSIを
製造する際にシリコンウェハーにホウ素やリンを一定量
および一定深さに注入する方法等として公知の方法を採
用することができる。
In the present invention, after the coating film is cured by irradiating ultraviolet rays, O 2 , N 2 , H 2 , neon, argon,
Annealing may be performed after irradiation with ions of at least one gas selected from inert gases of Group 0 of the periodic table such as krypton. For the ion irradiation, a known method such as a method of injecting boron or phosphorus into a silicon wafer to a certain amount and a certain depth into a silicon wafer when manufacturing an IC or an LSI can be adopted.

【0046】アニーリングは、200〜500℃、好ま
しくは250〜400℃の温度で、10分〜20時間加
熱することによって行われる。イオンの照射によって、
金属酸化物半導体膜内にこれらのイオンが残留すること
がなく、金属酸化物粒子表面に欠陥が多く生成し、アニ
ーリングすることによって、金属酸化物粒子の結晶性が
向上するとともに粒子同士の接合が促進され、このため
光増感材との結合力が高まるとともに吸着量が増加し、
さらに粒子の接合の促進により電子移動性が向上するこ
とによって光電変換効率が向上する。
Annealing is performed by heating at a temperature of 200 to 500 ° C., preferably 250 to 400 ° C., for 10 minutes to 20 hours. By ion irradiation,
These ions do not remain in the metal oxide semiconductor film, many defects are generated on the surface of the metal oxide particles, and annealing is performed, thereby improving the crystallinity of the metal oxide particles and joining the particles. Is promoted, which increases the bonding strength with the photosensitizer and increases the amount of adsorption,
Further, by promoting the bonding of the particles, the electron mobility is improved, so that the photoelectric conversion efficiency is improved.

【0047】本発明では、金属酸化物半導体膜2は光増
感材を吸着している。光増感材としては、可視光領域お
よび/または赤外光領域の光を吸収して励起するもので
あれば特に制限はなく、たとえば有機色素、金属錯体な
どを用いることができる。有機色素としては、分子中に
カルボキシル基、ヒドロキシアルキル基、ヒドロキシル
基、スルホン基、カルボキシアルキル基等の官能基を有
する従来公知の有機色素が使用できる。具体的には、メ
タルフリーフタロシアニン、シアニン系色素、メタロシ
アニン系色素、トリフェニルメタン系色素およびウラニ
ン、エオシン、ローズベンガル、ローダミンB、ジブロ
ムフルオレセイン等のキサンテン系色素等が挙げられ
る。これらの有機色素は金属酸化物半導体膜への吸着速
度が早いという特性を有している。
In the present invention, the metal oxide semiconductor film 2 adsorbs the photosensitizer. The photosensitizer is not particularly limited as long as it absorbs and excites light in a visible light region and / or an infrared light region. For example, an organic dye, a metal complex, or the like can be used. As the organic dye, a conventionally known organic dye having a functional group such as a carboxyl group, a hydroxyalkyl group, a hydroxyl group, a sulfone group, and a carboxyalkyl group in a molecule can be used. Specific examples thereof include metal-free phthalocyanine, cyanine-based dyes, metalocyanine-based dyes, triphenylmethane-based dyes, and xanthene-based dyes such as uranine, eosin, rose bengal, rhodamine B, and dibromofluorescein. These organic dyes have a characteristic that the adsorption speed to the metal oxide semiconductor film is high.

【0048】また、金属錯体としては、特開平1-220380
号公報、特表平5-504023号公報などに記載された銅フタ
ロシアニン、チタニルフタロシアニンなどの金属フタロ
シアニン、クロロフィル、ヘミン、ルテニウム-トリス
(2,2'-ビスピリジル-4,4'-ジカルボキシラート)、シス-
(SCN-)-ビス(2,2'-ビピリジル-4,4'-ジカルボキシレ
ート)ルテニウム、ルテニウム-シス-ジアクア-ビス(2,
2'-ビピリジル-4,4'-ジカルボキシラート)などのルテニ
ウム-シス-ジアクア-ビピリジル錯体、亜鉛-テトラ(4-
カルボキシフェニル)ポルフィンなどのポルフィリン、
鉄-ヘキサシアニド錯体等のルテニウム、オスミウム、
鉄、亜鉛などの錯体を挙げることができる。これらの金
属錯体は分光増感の効果や耐久性に優れている。
Further, as the metal complex, JP-A-1-220380
No., metal phthalocyanines such as copper phthalocyanine and titanyl phthalocyanine described in Japanese Patent Publication No. Hei 5-504023, chlorophyll, hemin, ruthenium-tris
(2,2'-bispyridyl-4,4'-dicarboxylate), cis-
(SCN ) -bis (2,2′-bipyridyl-4,4′-dicarboxylate) ruthenium, ruthenium-cis-diaqua-bis (2,
Ruthenium-cis-diaqua-bipyridyl complex such as 2'-bipyridyl-4,4'-dicarboxylate), zinc-tetra (4-
Porphyrins such as (carboxyphenyl) porphine,
Ruthenium, osmium, such as iron-hexacyanide complex,
Complexes such as iron and zinc can be mentioned. These metal complexes are excellent in the effect of spectral sensitization and durability.

【0049】これらの有機色素または金属錯体は単独で
用いてもよく、有機色素または金属錯体の2種以上を混
合して用いてもよく、さらに有機色素と金属錯体とを併
用してもよい。このような光増感材を半導体膜に吸着さ
せる方法としては、特に制限はなく、光増感材を溶媒に
溶解した溶液を、ディッピング法、スピナー法、スプレ
ー法等の方法により金属酸化物半導体膜に吸収させ、つ
いで乾燥する等の一般的な方法が採用できる。さらに必
要に応じて前記吸収工程を繰り返してもよい。また、光
増感材溶液を加熱環流しながら前記基板と接触させて光
増感材を金属酸化物半導体膜に吸着させることもでき
る。
These organic dyes or metal complexes may be used alone, two or more of the organic dyes or metal complexes may be used in combination, or the organic dye and the metal complex may be used in combination. The method for adsorbing such a photosensitizer to a semiconductor film is not particularly limited, and a solution obtained by dissolving the photosensitizer in a solvent is subjected to metal oxide semiconductor by a method such as dipping, spinner, or spraying. General methods such as absorption into a film and subsequent drying can be employed. Further, the absorption step may be repeated as necessary. Alternatively, the photosensitizer can be adsorbed to the metal oxide semiconductor film by bringing the photosensitizer into contact with the substrate while heating and circulating the solution.

【0050】光増感材を溶解させる溶媒としては、光増
感材を溶解するものであればよく、具体的には、水、ア
ルコール類、トルエン、ジメチルホルムアミド、クロロ
ホルム、エチルセルソルブ、N-メチルピロリドン、テト
ラヒドロフラン等を用いることができる。金属酸化物半
導体膜に吸着させる光増感材の量は、金属酸化物半導体
膜の比表面積1cm2あたり50μg以上であることが
好ましい。光増感材の量が50μg未満の場合、光電変
換効率が不充分となることがある。
The solvent for dissolving the photosensitizer may be any solvent capable of dissolving the photosensitizer, and specifically, water, alcohols, toluene, dimethylformamide, chloroform, ethylcellosolve, N- Methylpyrrolidone, tetrahydrofuran and the like can be used. The amount of the photosensitizer adsorbed on the metal oxide semiconductor film is preferably 50 μg or more per 1 cm 2 of the specific surface area of the metal oxide semiconductor film. When the amount of the photosensitizer is less than 50 μg, the photoelectric conversion efficiency may be insufficient.

【0051】本発明に係る光電池セルは、図2に示され
るように、金属酸化物半導体膜2と電極層3との間に、
スペーサ7を介在させ、側面を樹脂などでシールし、電
極間に電解質を封入してなる電解質層4を設けて用いて
もよい。図2は、本発明に係る光電気セルの別の実施例
を示す概略断面図であり、図2中、参照数字1〜6は、
図1と同じものを示し、7はスペーサを示す。
As shown in FIG. 2, the photovoltaic cell according to the present invention is provided between the metal oxide semiconductor film 2 and the electrode layer 3.
A spacer 7 may be interposed, the side surface may be sealed with resin or the like, and an electrolyte layer 4 in which an electrolyte is sealed between the electrodes may be provided for use. FIG. 2 is a schematic sectional view showing another embodiment of the photoelectric cell according to the present invention. In FIG.
It shows the same thing as FIG. 1, and 7 shows a spacer.

【0052】このとき、スペーサ7としては金属酸化物
半導体膜2と電極層3を損傷することがなくまた互いに
接触することがないようにできれば特に制限はなく、球
状スペーサ、棒状スペーサ等が使用でき、樹脂(プラス
チック)、有機無機複合体、金属酸化物あるいはセラミ
ックス等からなる従来公知の絶縁性粒子を用いることが
できる。スペーサ7を介在させると、特に金属酸化物半
導体膜2と電極層3の間隔が約1〜50μmと小さな範
囲にある光電気セルを好適に得ることができる。
At this time, the spacer 7 is not particularly limited as long as it does not damage the metal oxide semiconductor film 2 and the electrode layer 3 and does not come into contact with each other. A spherical spacer, a rod-shaped spacer, or the like can be used. Conventionally known insulating particles made of a resin (plastic), an organic-inorganic composite, a metal oxide or ceramics can be used. When the spacer 7 is interposed, a photoelectric cell in which the distance between the metal oxide semiconductor film 2 and the electrode layer 3 is as small as about 1 to 50 μm can be suitably obtained.

【0053】樹脂製のスペーサとしては、特公平7−9
5165号公報等に開示された樹脂粒子などが挙げられ
る。有機無機複合体のスペーサとしては、特開平7−1
40472号公報、特公平8−25739号公報などに
開示された金属アルコキシドを加水分解して得られる粒
子は好適に用いることができる。
As the resin spacer, Japanese Patent Publication 7-9
Resin particles disclosed in, for example, Japanese Patent No. 5165 and the like. As the spacer of the organic-inorganic composite, JP-A-7-17-1
Particles obtained by hydrolyzing metal alkoxides disclosed in Japanese Patent No. 40472, Japanese Patent Publication No. 8-25739 and the like can be suitably used.

【0054】金属酸化物あるいはセラミックス製のスペ
ーサとしては、特開平3−218915号公報、特公平
7−64548号公報等に開示された真球状の粒子は好
適に用いることができる。さらに、前記した各粒子の表
面に合成樹脂を融着した粒子も好適に用いることができ
る。このような粒子は、たとえば特開昭63−9422
4号公報に開示された樹脂被覆粒子は好適に用いること
ができる。特に接着性の樹脂を被覆した粒子は金属酸化
物半導体膜および/または電極層と接着することにより
固定され移動することがなく有効に均一なギャップ調整
あるいは応力吸収効果を発揮することができる。
As the spacers made of metal oxides or ceramics, spherical particles disclosed in JP-A-3-218915 and JP-B-7-64548 can be suitably used. Further, particles obtained by fusing a synthetic resin to the surface of each of the above-mentioned particles can also be suitably used. Such particles are described, for example, in JP-A-63-9422.
The resin-coated particles disclosed in JP-A No. 4 can be suitably used. In particular, particles coated with an adhesive resin are fixed by adhering to the metal oxide semiconductor film and / or the electrode layer, and can exhibit a uniform gap adjustment or a stress absorbing effect effectively without moving.

【0055】電解質としては、電気化学的に活性な塩と
ともに酸化還元系を形成する少なくとも1種の化合物と
の混合物が使用される。電気化学的に活性な塩として
は、テトラプロピルアンモニウムアイオダイドなどの4
級アンモニウム塩が挙げられる。酸化還元系を形成する
化合物としては、キノン、ヒドロキノン、沃素(I-
- 3)、沃化カリウム、臭素(Br-/Br- 3)、臭化カ
リウム等が挙げられる。場合によってはこれらを混合し
て使用することもできる。
As the electrolyte, a mixture with at least one compound forming an oxidation-reduction system together with an electrochemically active salt is used. Examples of the electrochemically active salt include tetrapropylammonium iodide and the like.
Secondary ammonium salts. Compounds that form a redox system include quinone, hydroquinone, iodine (I /
I - 3), potassium iodide, bromine (Br - / Br - 3) , potassium bromide, and the like. In some cases, these can be mixed and used.

【0056】このような電解質の使用量は、電解質の種
類、後述する溶媒の種類によっても異なるが、概ね0.
1〜5モル/リットルの範囲にあることが好ましい。こ
のような電解質は、通常、溶媒に溶解させて電解液とし
て使用される。溶媒としては、従来公知の溶媒を用いる
ことができる。具体的には水、アルコール類、オリゴエ
ーテル類、プロピオンカーボネート等のカーボネート
類、燐酸エステル類、ジメチルホルムアミド、ジメチル
スルホキシド、N-メチルピロリドン、N-ビニルピロリド
ン、スルホラン66の硫黄化合物、炭酸エチレン、アセ
トニトリル、γ−ブチロラクトン等が挙げられる。
The amount of use of such an electrolyte varies depending on the type of the electrolyte and the type of the solvent described later, but is generally about 0.1%.
Preferably it is in the range of 1 to 5 mol / l. Such an electrolyte is usually dissolved in a solvent and used as an electrolyte. As the solvent, a conventionally known solvent can be used. Specifically, water, alcohols, oligoethers, carbonates such as propion carbonate, phosphates, dimethylformamide, dimethylsulfoxide, N-methylpyrrolidone, N-vinylpyrrolidone, sulfur compounds of sulfolane 66, ethylene carbonate, acetonitrile , Γ-butyrolactone and the like.

【0057】また本発明では、前記電解質層4にさらに
液晶が含まれていてもよい。液晶を用いた場合、液晶の
光散乱効果により、光の入射角が大きくなっても受光量
が大きく低下することがなく、安定的に光エネルギーを
電気エネルギーに変換して取り出すことができる。ま
た、入射光のうち光増感材の励起に与らずそのまま半導
体膜によって反射された光が液晶の光散乱効果により再
度半導体膜中の分光増感色素に照射され電気エネルギー
に変換され、すなわち光エネルギーの利用率が向上する
という効果が得られる。さらに、液晶として疎水性を有
する液晶を用いると、吸湿性を有する電解質のみを用い
た場合に比較して吸湿作用が低下するため、吸湿による
電解質や光増感材、あるいは溶媒の分解による劣化抑制
され、この結果長期安定性が向上する効果が得られる。
In the present invention, the electrolyte layer 4 may further contain a liquid crystal. When liquid crystal is used, the light scattering effect of the liquid crystal makes it possible to stably convert light energy into electric energy and extract the light energy without significantly reducing the amount of received light even when the incident angle of light increases. Further, of the incident light, the light reflected by the semiconductor film as it is without exerting the excitation of the photosensitizer is again irradiated on the spectral sensitizing dye in the semiconductor film by the light scattering effect of the liquid crystal, and is converted into electric energy. The effect that the utilization rate of light energy is improved is obtained. Furthermore, when a liquid crystal having hydrophobicity is used as a liquid crystal, the hygroscopic effect is reduced as compared with a case where only an electrolyte having a hygroscopic property is used, so that deterioration due to decomposition of the electrolyte or the photosensitizer due to moisture absorption or decomposition of the solvent is suppressed. As a result, the effect of improving long-term stability is obtained.

【0058】液晶としては、半導体膜に吸着した光増感
材が脱着して溶解することのない程度に光増感材の溶解
度の低いものであれば特に制限はなく、従来公知の液晶
を用いることができる。このような液晶としては、温度
転移型液晶として従来公知のスメクティック液晶、ネマ
ティック液晶、コレステリック液晶などを用いることが
でき、さらに、濃度転移型液晶、高分子液晶、高分子分
散液晶、円盤状液晶などを用いることができる。なかで
も、フッ素原子を含む液晶を用いると、疎水性が高く長
期安定性に優れている。
The liquid crystal is not particularly limited as long as the photosensitizer has a low solubility so that the photosensitizer adsorbed on the semiconductor film does not desorb and dissolve, and a conventionally known liquid crystal is used. be able to. As such a liquid crystal, a smectic liquid crystal, a nematic liquid crystal, a cholesteric liquid crystal, and the like, which are conventionally known as a temperature transition type liquid crystal, can be used, and further, a concentration transition type liquid crystal, a polymer liquid crystal, a polymer dispersed liquid crystal, a discotic liquid crystal, and the like. Can be used. Among them, when a liquid crystal containing a fluorine atom is used, hydrophobicity is high and excellent in long-term stability.

【0059】本発明に係る光電気セルは、表面に電極層
1を有し、かつ該電極層1表面に光増感材を吸着した半
導体膜2が形成された基板5と、表面に還元触媒能を有
する電極層3を有する基板6とを、前記金属酸化物半導
体膜2および電極層3が対向するように配置して、必要
に応じてスペーサを介在させたのち、側面を樹脂にてシ
ールし、金属酸化物半導体膜2と透明電極層3との間に
電解質4を封入し、さらに電極間をリード線で接続する
ことによって作製される。
The photovoltaic cell according to the present invention comprises a substrate 5 having an electrode layer 1 on the surface and a semiconductor film 2 having a photosensitizer adsorbed on the surface of the electrode layer 1, and a reduction catalyst on the surface. A substrate 6 having an electrode layer 3 having a function is arranged such that the metal oxide semiconductor film 2 and the electrode layer 3 face each other, and a spacer is interposed if necessary, and the side surface is sealed with a resin. Then, an electrolyte 4 is sealed between the metal oxide semiconductor film 2 and the transparent electrode layer 3, and the electrodes are connected by a lead wire.

【0060】このような本発明に係る光電気セルは、金
属酸化物半導体膜が特定のコア−シェル構造を有し、コ
ア粒子の体積固有抵抗値がシェル部を構成する金属酸化
物の体積固有抵抗値よりも高い金属酸化物粒子から形成
されている。このため、光を吸収して励起した光増感材
層から金属酸化物半導体膜へ電子の移動が迅速に行われ
るので、光電変換効率に優れた光電気セルを得ることが
できる。
In the photovoltaic cell according to the present invention, the metal oxide semiconductor film has a specific core-shell structure, and the volume resistivity of the core particles is specific to the volume of the metal oxide constituting the shell. It is formed from metal oxide particles having a higher resistance value. For this reason, electrons can be quickly transferred from the photosensitizer layer excited by absorbing light to the metal oxide semiconductor film, so that a photoelectric cell having excellent photoelectric conversion efficiency can be obtained.

【0061】[0061]

【発明の効果】本発明によれば、金属酸化物半導体膜が
コア−シェル構造を有する金属酸化物粒子からなってお
り、コア粒子の導電性がシェル部の導電性よりも高いの
で、シェル部で光を吸収して励起した光増感材層で発生
した電子が迅速にコア粒子に移動するとともに、さらに
金属酸化物半導体膜から電極膜へ迅速に移動するため
に、シェル部で光を吸収して励起した光増感材層で発生
した電子がシェル部で滞留していたり、シェル部を通っ
て電極膜へ移動することが減少するために、電子の再結
合が起こり難く、このため光電変換効率の高い光電気セ
ルが得られる。
According to the present invention, the metal oxide semiconductor film is made of metal oxide particles having a core-shell structure, and the conductivity of the core particles is higher than the conductivity of the shell portion. The electrons generated in the photosensitizer layer excited by the absorption of light at the surface are quickly transferred to the core particles, and furthermore, the light is absorbed at the shell part so that the electrons can be transferred quickly from the metal oxide semiconductor film to the electrode film. The electrons generated in the photosensitizer layer excited by the excitation are less likely to stay in the shell portion or to move to the electrode film through the shell portion, so that the recombination of electrons is less likely to occur, so that the photoelectric conversion is difficult. A photoelectric cell with high conversion efficiency can be obtained.

【0062】[0062]

【実施例】以下、実施例により説明するが、本発明はこ
れらの実施例により限定されるものではない。
EXAMPLES The present invention will be described below with reference to examples, but the present invention is not limited to these examples.

【0063】[0063]

【製造実施例】以下のようにして表に示すコア粒子とシ
ェル部とからなるコア−シェル構造を有する金属酸化物
粒子(A)〜(E)および金属酸化物粒子(F)、
(G)を調製した。金属酸化物子(A)の調製 塩化錫57.7gとフッ化第一スズ14.0gとをメタノ
ール100gに溶解して溶液を調製した。調製した溶液
を4時間かけて、90℃、撹拌下の純水1000gに添
加して加水分解を行い、生成した沈殿を濾別・洗浄し、
乾燥空気中、500℃で2時間焼成してフッ素をドープ
した酸化錫の粉末を得た。この粉末30gを水酸化カリ
ウム水溶液(KOHとして3.0g含有)70gに加
え、混合液を30℃に保持しながらサンドミルで、3時
間粉砕してゾルを調製した。ついでこのゾルをイオン交
換樹脂処理して脱アルカリし、超遠心分離器で粗粒子を
沈降させて除去し、フッ素をドープした酸化錫のコア粒
子分散液を得た。この分散液にエチルセルソルブを入
れ、ロータリーエバポレーターにて溶媒置換し、フッ素
をドープした酸化錫からなるコア粒子のエチルセルソル
ブ分散液を得た。このときの一部の粒子を乾燥し500
℃で2時間焼成し、平均粒子径および導電性を測定し
た。結果を表1に示す。
Production Examples Metal oxide particles (A) to (E) and metal oxide particles (F) having a core-shell structure composed of a core particle and a shell portion shown in the table below,
(G) was prepared. Preparation of Metal Oxide (A) A solution was prepared by dissolving 57.7 g of tin chloride and 14.0 g of stannous fluoride in 100 g of methanol. The prepared solution was added to 1000 g of pure water with stirring at 90 ° C. for 4 hours to perform hydrolysis, and the formed precipitate was separated by filtration and washed,
Calcination was performed at 500 ° C. for 2 hours in dry air to obtain a tin oxide powder doped with fluorine. 30 g of this powder was added to 70 g of an aqueous potassium hydroxide solution (containing 3.0 g as KOH), and the mixture was pulverized with a sand mill for 3 hours while maintaining the mixture at 30 ° C. to prepare a sol. Then, the sol was treated with an ion exchange resin to remove alkali, and coarse particles were settled and removed with an ultracentrifuge to obtain a fluorine-doped tin oxide core particle dispersion. Ethyl cellosolve was added to this dispersion, and the solvent was replaced with a rotary evaporator to obtain an ethyl cellosolve dispersion of core particles composed of fluorine-doped tin oxide. Some of the particles at this time were dried and 500
C. for 2 hours, and the average particle size and conductivity were measured. Table 1 shows the results.

【0064】つぎに、フッ素をドープした酸化錫のコア
粒子分散液にエチルセルソルブを加えて濃度5重量%の
コア粒子分散液を調製した。この分散液100gに、別
途アセチルアセトン1.2gとイソプロポキシチタネー
ト3.5gを反応させて得たアセチルアセトネートアル
コキシドチタンを添加し、温度80℃で処理してコア粒
子をチタンの加水分解物(水酸化チタン)で被覆し、こ
れに濃度36重量%の過酸化水素水10gを添加してさ
らに加熱処理した。
Next, ethylcellosolve was added to the fluorine-doped tin oxide core particle dispersion to prepare a 5% by weight core particle dispersion. To 100 g of this dispersion, acetylacetonate alkoxide titanium obtained by separately reacting 1.2 g of acetylacetone and 3.5 g of isopropoxytitanate was added, and the mixture was treated at a temperature of 80 ° C. to convert the core particles into a titanium hydrolyzate (water). (Titanium oxide), and 10 g of a hydrogen peroxide solution having a concentration of 36% by weight was added thereto.

【0065】これに、別途調製したペルオキソチタン酸
の溶液を添加し、さらに第4級アンモニウムハイドロオ
キサイドを添加してpH12に調製し、ついでオートク
レーブで200℃−12時間処理して金属酸化物粒子
(A)を調製した。得られた金属酸化物粒子(A)の平
均粒子径を測定し、また金属酸化物粒子(A)の平均粒
子径と、コア粒子平均粒子径との差の1/2をシェル部
の膜厚とした。結果を表1に示す。
To this, a separately prepared solution of peroxotitanic acid was added, and a quaternary ammonium hydroxide was further added to adjust the pH to 12, followed by treatment in an autoclave at 200 ° C. for 12 hours to obtain metal oxide particles ( A) was prepared. The average particle diameter of the obtained metal oxide particles (A) was measured, and the half of the difference between the average particle diameter of the metal oxide particles (A) and the average particle diameter of the core particles was determined as the film thickness of the shell part. And Table 1 shows the results.

【0066】ペルオキソチタン酸の溶液の調製 4塩化チタンを純水で希釈して、TiO2換算で1.0重
量%含有する4塩化チタン水溶液を得た。この水溶液を
撹拌しながら、濃度15重量%のアンモニア水を添加
し、pH9.5の白色スラリーを得た。このスラリーを
濾過洗浄し、TiO2換算で、10.2重量%の水和酸
化チタンゲルのケーキを得た。このケーキ190gと濃
度5%過酸化水素溶液670gを混合し、ついで80℃
に加熱して溶解してペルオキソチタン酸の溶液を調製し
た。
Preparation of Peroxotitanic Acid Solution Titanium tetrachloride was diluted with pure water to obtain an aqueous solution of titanium tetrachloride containing 1.0% by weight in terms of TiO 2 . While stirring the aqueous solution, aqueous ammonia having a concentration of 15% by weight was added to obtain a white slurry having a pH of 9.5. This slurry was filtered and washed to obtain a hydrated titanium oxide gel cake of 10.2% by weight in terms of TiO 2 . 190 g of this cake and 670 g of a 5% strength hydrogen peroxide solution were mixed.
And dissolved by heating to prepare a solution of peroxotitanic acid.

【0067】金属酸化物子(B)の調製 硝酸インジウム79.9gを水686gに溶解して得ら
れた溶液と、錫酸カリウム12.7gを濃度10重量%
の水酸化カリウム溶液に溶解して得られた溶液とを調製
し、これらの溶液を、50℃に保持された1000gの
純水に2時間かけて添加した。この間、系内のpHを1
1に保持した。得られたSnドープ酸化イン ジウム水和
物分散液からSnドープ酸化インジウム水和物を濾別・
洗浄した後、 乾燥し、ついで空気中で350℃の温度
で3時間焼成し、さらに空気中で600℃の温度で2時
間焼成することによりSnドープ酸化インジウム粒子を
得た。 これを濃度が30重量%となるように純水に分
散させ、さらに硝酸水溶液でpHを3.5に調製した
後、この混合液を30℃に保持しながらサンドミルで、
3時間粉砕してゾルを調製した。つぎに、このゾルをイ
オン交換樹脂で処理して硝酸イオンを除去し、超遠心分
離器で粗粒子を沈降させて除去し、スズをドープした酸
化インジウムのコア粒子分散液を得た。この分散液にエ
チルセルソルブを入れ、ロータリーエバポレーターにて
溶媒置換し、スズをドープした酸化インジウムのコア粒
子からなるエチルセルソルブ分散液を得た。このときの
一部の粒子を乾燥し500℃で2時間焼成し、平均粒子
径および導電性を測定した。結果を表1に示す。
Preparation of Metal Oxide (B) A solution obtained by dissolving 79.9 g of indium nitrate in 686 g of water and 12.7 g of potassium stannate at a concentration of 10% by weight
And a solution obtained by dissolving the same in a potassium hydroxide solution was prepared, and these solutions were added to 1000 g of pure water kept at 50 ° C. over 2 hours. During this time, the pH in the system was adjusted to 1
It was kept at 1. From the obtained Sn-doped indium oxide hydrate dispersion, the Sn-doped indium oxide hydrate was separated by filtration.
After washing, drying, firing in air at 350 ° C. for 3 hours, and firing in air at 600 ° C. for 2 hours to obtain Sn-doped indium oxide particles. This was dispersed in pure water so as to have a concentration of 30% by weight, and the pH was adjusted to 3.5 with an aqueous nitric acid solution.
A sol was prepared by grinding for 3 hours. Next, the sol was treated with an ion exchange resin to remove nitrate ions, and coarse particles were settled and removed by an ultracentrifuge to obtain a tin-doped indium oxide core particle dispersion. Ethyl cellosolve was added to this dispersion, and the solvent was replaced with a rotary evaporator to obtain an ethyl cellosolve dispersion composed of tin-doped indium oxide core particles. Some of the particles at this time were dried and fired at 500 ° C. for 2 hours, and the average particle diameter and the conductivity were measured. Table 1 shows the results.

【0068】つぎに、スズをドープした酸化インジウム
のコア粒子分散液にエチルセルソルブを加えて濃度5重
量%のコア粒子分散液を調製した。この分散液300g
に、別途アセチルアセトン1.2gとイソプロポキシチ
タネート3.5gを反応させて得たアセチルアセトネー
トアルコキシドチタンを添加し、温度80℃で処理して
コア粒子をチタンの加水分解物(水酸化チタン)で被覆
し、これに濃度36重量%の過酸化水素水10gを添加
してさらに加熱処理した。
Then, ethyl cellosolve was added to the tin-doped indium oxide core particle dispersion to prepare a core particle dispersion having a concentration of 5% by weight. 300 g of this dispersion
Then, acetylacetonate alkoxide titanium obtained by separately reacting 1.2 g of acetylacetone and 3.5 g of isopropoxytitanate is added, and the mixture is treated at a temperature of 80 ° C. to make the core particles a hydrolyzate of titanium (titanium hydroxide). After coating, 10 g of a hydrogen peroxide solution having a concentration of 36% by weight was added thereto, followed by further heat treatment.

【0069】これに、別途調製したペルオキソチタン酸
の溶液を添加し、さらに第4級アンモニウムハイドロオ
キサイドを添加してpH12に調製し、ついでオートク
レーブで200℃−12時間処理して金属酸化物粒子
(B)を調製した。得られた金属酸化物粒子(B)の平
均粒子径および膜厚を求めた。結果を表1に示す。
To this, a separately prepared solution of peroxotitanic acid was added, and a quaternary ammonium hydroxide was further added to adjust the pH to 12, followed by treatment in an autoclave at 200 ° C. for 12 hours to obtain metal oxide particles ( B) was prepared. The average particle diameter and the film thickness of the obtained metal oxide particles (B) were determined. Table 1 shows the results.

【0070】金属酸化物子(C)の調製 金属酸化物粒子(B)におけると同様にして、スズをド
ープした酸化インジウムのコア粒子分散液にエチルセル
ソルブを加えて濃度5重量%のコア粒子分散液を調製し
た。この分散液100gに、別途アセチルアセトン1.
2gとイソプロポキシチタネート3.5gを反応させて
得たアセチルアセトネートアルコキシドチタンを添加
し、温度80℃で処理してコア粒子をチタンの加水分解
物(水酸化チタン)で被覆し、これに濃度36重量%の
過酸化水素水10gを添加してさらに加熱処理した。
Preparation of Metal Oxide Particles (C) In the same manner as in the metal oxide particles (B), ethyl cellosolve was added to a tin-doped indium oxide core particle dispersion to obtain a core particle having a concentration of 5% by weight. A dispersion was prepared. To 100 g of this dispersion, acetyl acetone 1.
Titanium acetylacetonate alkoxide obtained by reacting 2 g with 3.5 g of isopropoxy titanate was added, and the mixture was treated at a temperature of 80 ° C. to coat the core particles with a hydrolyzate of titanium (titanium hydroxide). 10 g of a 36% by weight aqueous hydrogen peroxide solution was added, followed by further heat treatment.

【0071】これに、別途調製したペルオキソチタン酸
の溶液を添加し、さらに第4級アンモニウムハイドロオ
キサイドを添加してpH12に調製し、ついでオートク
レーブで200℃−12時間処理して金属酸化物粒子
(C)を調製した。得られた金属酸化物粒子(C)の平
均粒子径および膜厚を求めた。結果を表1に示す。
To this solution, a separately prepared solution of peroxotitanic acid was added, and quaternary ammonium hydroxide was further added to adjust the pH to 12, and then treated with an autoclave at 200 ° C. for 12 hours to obtain metal oxide particles ( C) was prepared. The average particle diameter and film thickness of the obtained metal oxide particles (C) were determined. Table 1 shows the results.

【0072】金属酸化物子(D)の調製 金属酸化物粒子(B)におけると同様にして、スズをド
ープした酸化インジウムのコア粒子分散液にエチルセル
ソルブを加えて濃度5重量%のコア粒子分散液を調製し
た。この分散液50gに、別途アセチルアセトン0.6
gとイソプロポキシチタネート1.75gを反応させて
得たアセチルアセトネートアルコキシドチタンを添加
し、温度80℃で処理してコア粒子をチタンの加水分解
物(水酸化チタン)で被覆し、これに濃度36重量%の
過酸化水素水5gを添加してさらに加熱処理した。
Preparation of Metal Oxide Particles (D) In the same manner as for the metal oxide particles (B), ethyl cellosolve was added to the tin-doped indium oxide core particle dispersion to obtain a core particle having a concentration of 5% by weight. A dispersion was prepared. To 50 g of this dispersion, separately add 0.6 of acetylacetone.
g and 1.75 g of isopropoxy titanate were added to each other, and titanium acetylacetonate alkoxide was added thereto. The mixture was treated at a temperature of 80 ° C. to coat the core particles with a hydrolyzate of titanium (titanium hydroxide). 5 g of a 36% by weight aqueous hydrogen peroxide solution was added, followed by further heat treatment.

【0073】これに、別途調製したペルオキソチタン酸
の溶液を添加し、さらに第4級アンモニウムハイドロオ
キサイドを添加してpH12に調製し、ついでオートク
レーブで200℃−12時間処理して金属酸化物粒子
(D)を調製した。得られた金属酸化物粒子(D)の平
均粒子径および膜厚を求めた。結果を表1に示す。
To this, a separately prepared solution of peroxotitanic acid was added, and a quaternary ammonium hydroxide was further added to adjust the pH to 12, followed by treatment in an autoclave at 200 ° C. for 12 hours to obtain metal oxide particles ( D) was prepared. The average particle diameter and the film thickness of the obtained metal oxide particles (D) were determined. Table 1 shows the results.

【0074】金属酸化物子(E)の調製 塩化亜鉛136gと塩化アルミニウム10g純水100
0gに溶解した。この溶液を、50℃に保持された30
00gの純水に2時間かけて添加した。この間、系内の
pHを9.0に保持した。得られたAlドープ酸化亜鉛水
和物分散液からAlドープ酸化亜鉛水和物を濾別・洗浄
した後、 乾燥し、ついで空気中で350℃の温度で3
時間焼成し、さらに空気中で700℃の温度で2時間焼
成することによりAlドープ酸化亜鉛粒子を得た。 これ
を濃度が30重量%となるようにジアセトンアルコール
に分散させ、この分散液を30℃に保持しながらサンド
ミルで、3時間粉砕してゾルを調製した。つぎに、この
ゾルを超遠心分離器で粗粒子を沈降させて除去し、Al
をドープした酸化亜鉛のコア粒子分散液を得た。このと
きの一部の粒子を乾燥し500℃で2時間焼成し、平均
粒子径および導電性を測定した。結果を表1に示す。
Preparation of Metal Oxide (E) 136 g of zinc chloride and 10 g of aluminum chloride 100 g of pure water
Dissolved in 0 g. The solution was kept at 50 ° C. for 30 minutes.
It was added to 00 g of pure water over 2 hours. During this time, the pH in the system was maintained at 9.0. The Al-doped zinc oxide hydrate dispersion was filtered, washed and dried from the obtained Al-doped zinc oxide hydrate dispersion, and then dried at 350 ° C. in air.
After sintering for 2 hours and further in air at 700 ° C. for 2 hours, Al-doped zinc oxide particles were obtained. This was dispersed in diacetone alcohol to a concentration of 30% by weight, and the dispersion was pulverized with a sand mill for 3 hours while maintaining the dispersion at 30 ° C. to prepare a sol. Next, the sol was removed by sedimentation of coarse particles with an ultracentrifuge.
To obtain a zinc oxide core particle dispersion. Some of the particles at this time were dried and fired at 500 ° C. for 2 hours, and the average particle diameter and the conductivity were measured. Table 1 shows the results.

【0075】つぎに、Alドープ酸化亜鉛粒子分散液に
ジアセトンアルコールを加えて濃度5重量%のコア粒子
分散液を調製した。この分散液100gに、別途アセチ
ルアセトン1.2gとイソプロポキシチタネート3.5g
を反応させて得たアセチルアセトネートアルコキシドチ
タンを添加し、温度80℃で処理してコア粒子をチタン
の加水分解物(水酸化チタン)で被覆し、これに濃度3
6重量%の過酸化水素水10gを添加してさらに加熱処
理した。
Next, diacetone alcohol was added to the Al-doped zinc oxide particle dispersion to prepare a core particle dispersion having a concentration of 5% by weight. To 100 g of this dispersion, 1.2 g of acetylacetone and 3.5 g of isopropoxytitanate were separately added.
Was added, and the mixture was treated at a temperature of 80 ° C. to coat the core particles with a hydrolyzate of titanium (titanium hydroxide).
10 g of a 6% by weight aqueous hydrogen peroxide solution was added, followed by further heat treatment.

【0076】これに、別途調製したペルオキソチタン酸
の溶液を添加し、さらに第4級アンモニウムハイドロオ
キサイドを添加してpH12に調製し、ついでオートク
レーブで200℃−12時間処理して金属酸化物粒子
(E)を調製した。得られた金属酸化物粒子(E)の平
均粒子径および膜厚を求めた。結果を表1に示す。
To this, a separately prepared solution of peroxotitanic acid was added, and a quaternary ammonium hydroxide was further added to adjust the pH to 12, followed by treatment in an autoclave at 200 ° C. for 12 hours to obtain metal oxide particles ( E) was prepared. The average particle diameter and the film thickness of the obtained metal oxide particles (E) were determined. Table 1 shows the results.

【0077】金属酸化物子(F)の調製 18.3gの4塩化チタンを純水で希釈して、TiO2
算で1.0重量%含有する水溶液を得た。この水溶液を
撹拌しながら、濃度15重量%のアンモニア水を添加
し、pH9.5の白色スラリーを得た。このスラリーを
濾過洗浄し、TiO2換算で、10.2重量%の水和酸
化チタンゲルのケーキを得た。このケーキと濃度5%過
酸化水素液400gを混合し、ついで80℃に加熱して
溶解してペルオキソチタン酸の溶液を調製した。
Preparation of Metal Oxide (F) 18.3 g of titanium tetrachloride was diluted with pure water to obtain an aqueous solution containing 1.0% by weight in terms of TiO 2 . While stirring the aqueous solution, aqueous ammonia having a concentration of 15% by weight was added to obtain a white slurry having a pH of 9.5. This slurry was filtered and washed to obtain a hydrated titanium oxide gel cake of 10.2% by weight in terms of TiO 2 . This cake was mixed with 400 g of a 5% strength hydrogen peroxide solution, and then heated to 80 ° C. to dissolve to prepare a peroxotitanic acid solution.

【0078】こ れに濃アンモニア水を添加してpH1
0に調整し、オートクレーブに入れ、250℃で8時
間、飽和蒸気圧下で水熱処理を行ってチタニアコロイド
粒子(F)を調製した。得られた粒子はX線回折により
結晶性の高いアナターゼ型酸化チタンであり、平均粒子
径は40nmであった。金属酸化物子(G)の調製 コア粒子分散液として、シリカゾル(触媒化成工業
(株)製:カタロイドSI-30P、平均粒子径30n
m、濃度30重量%の水ゾル)を用い、このゾルにエチ
ルセルソルブを入れ、ロータリーエバポレーターにて溶
媒置換し、シリカコア粒子のエチルセルソルブ分散液を
得た。
To this, concentrated aqueous ammonia was added to adjust the pH to 1.
It was adjusted to 0, placed in an autoclave, and subjected to hydrothermal treatment at 250 ° C. for 8 hours under a saturated vapor pressure to prepare titania colloid particles (F). The obtained particles were anatase-type titanium oxide having high crystallinity by X-ray diffraction, and had an average particle size of 40 nm. Preparation of Metal Oxide (G) As a core particle dispersion, silica sol (catalyst SI-30P, manufactured by Catalyst Chemical Industry Co., Ltd., average particle diameter 30 n)
m, an aqueous sol having a concentration of 30% by weight), ethylcellosolve was added to the sol, and the solvent was replaced with a rotary evaporator to obtain an ethylcellosolve dispersion of silica core particles.

【0079】つぎに、このシリカコア粒子分散液にエチ
ルセルソルブを加えて濃度5重量%のコア粒子分散液を
調製した。この分散液100gに、別途アセチルアセト
ン1.2gとイソプロポキシチタネート3.5gを反応さ
せて得たアセチルアセトネートアルコキシドチタンを添
加し、温度80℃で処理してコア粒子をチタンの加水分
解物(水酸化チタン)で被覆し、これに濃度36重量%
の過酸化水素水10gを添加してさらに加熱処理した。
Next, ethylcellosolve was added to the silica core particle dispersion to prepare a core particle dispersion having a concentration of 5% by weight. To 100 g of this dispersion, acetylacetonate alkoxide titanium obtained by separately reacting 1.2 g of acetylacetone and 3.5 g of isopropoxytitanate was added, and the mixture was treated at a temperature of 80 ° C. to convert the core particles into a titanium hydrolyzate (water). (Titanium oxide) and a concentration of 36% by weight
Was added and 10 g of hydrogen peroxide solution was added thereto, followed by further heat treatment.

【0080】これに、別途調製したペルオキソチタン酸
の溶液を添加し、さらに第4級アンモニウムハイドロオ
キサイドを添加してpH12に調製し、ついでオートク
レーブで200℃−12時間処理して金属酸化物粒子
(G)を調製した。得られた金属酸化物粒子(G)の平
均粒子径および膜厚を求めた。結果を表1に示す。
To this, a separately prepared solution of peroxotitanic acid was added, and quaternary ammonium hydroxide was further added to adjust the pH to 12, and then treated with an autoclave at 200 ° C. for 12 hours to obtain metal oxide particles ( G) was prepared. The average particle diameter and the film thickness of the obtained metal oxide particles (G) were determined. Table 1 shows the results.

【0081】[0081]

【実施例1】金属酸化物半導体膜の形成 参考例で得られた金属酸化物粒子(A)を濃度10%ま
で濃縮し、前記ペルオキソチタン酸溶液を、ペルオキソ
チタン酸溶液と金属酸化物粒子の酸化物換算の重量比
(ペルオキソチタン酸/金属酸化物粒子)が0.1とな
るように混合し、この混合液中の全酸化物重量の30重
量%となるように膜形成助剤としてヒドロキシプロピル
セルロースを添加して半導体膜形成用塗布液を調製し
た。
Example 1 Formation of Metal Oxide Semiconductor Film The metal oxide particles (A) obtained in Reference Example were concentrated to a concentration of 10%, and the peroxotitanic acid solution was mixed with the peroxotitanic acid solution and the metal oxide particles. The mixture was mixed so that the weight ratio in terms of oxide (peroxotitanic acid / metal oxide particles) was 0.1, and hydroxy was used as a film-forming auxiliary so as to be 30% by weight of the total oxide weight in the mixture. Propyl cellulose was added to prepare a coating solution for forming a semiconductor film.

【0082】ついで、フッ素ドープした酸化スズが電極
層として形成された透明ガラス基板上に前記塗布液を塗
布し、自然乾燥し、引き続き低圧水銀ランプを用いて6
000mJ/cm2の紫外線を照射してペルオキソ酸を
分解させ、塗膜を硬化させた。塗膜を300℃で30分
間加熱してヒドロキシプロピルセルロースの分解および
アニーリングを行って金属酸化物半導体膜(A)を形成
した。
Next, the above-mentioned coating solution was applied to a transparent glass substrate on which fluorine-doped tin oxide was formed as an electrode layer, air-dried, and then dried using a low-pressure mercury lamp.
Ultraviolet rays of 000 mJ / cm 2 were irradiated to decompose peroxoacid, and the coating film was cured. The coating film was heated at 300 ° C. for 30 minutes to decompose and anneal hydroxypropylcellulose to form a metal oxide semiconductor film (A).

【0083】得られた金属酸化物半導体膜(A)の膜厚
および窒素吸着法によって求めた細孔容積と平均細孔径
を表1に示す。光増感材の吸着 つぎに、光増感材としてシス-(SCN-)-ビス(2,2'-ビ
ピリジル-4,4'-ジカルボキシレート)ルテニウム(II)で
表されるルテニウム錯体の濃度3×10-4モル/リット
ルのエタノール溶液を調製した。この光増感材溶液を、
rpm100スピナーを用いて、金属酸化物半導体膜(A)上
へ塗布して乾燥した。この塗布および乾燥工程を5回行
った。得られた金属酸化物半導体膜における光増感材の
吸着量を表1に示す。
Table 1 shows the thickness of the obtained metal oxide semiconductor film (A), the pore volume and the average pore diameter determined by the nitrogen adsorption method. Adsorption of photosensitizer Next, as photosensitizer cis - (SCN -) - bis (2,2'-bipyridyl-4,4'-dicarboxylate) ruthenium (II) represented in the ruthenium complex is An ethanol solution having a concentration of 3 × 10 −4 mol / liter was prepared. This photosensitizer solution is
It was applied onto the metal oxide semiconductor film (A) using an rpm100 spinner and dried. This coating and drying process was performed five times. Table 1 shows the adsorption amount of the photosensitizer in the obtained metal oxide semiconductor film.

【0084】光電気セルの作成 アセトニトリルとエチレンカーボネートの容積比(アセ
トニトリル:エチレンカーボネート)が1:4となるよ
うに混合した溶媒にテトラプロピルアンモニウムアイオ
ダイドを0.46モル/リットル、ヨウ素を0.06モル
/リットルとなるように混合して電解質溶液を調製し
た。
Preparation of Photoelectric Cell A mixture of acetonitrile and ethylene carbonate in a volume ratio (acetonitrile: ethylene carbonate) of 1: 4 was mixed with tetrapropylammonium iodide at 0.46 mol / l and iodine at 0.40 mol / l. It mixed so that it might be set to 06 mol / l, and the electrolyte solution was prepared.

【0085】前記で調製した電極を一方の電極とし、他
方の電極としてフッ素ドープした酸化スズを電極として
形成し、その上に白金を担持した透明ガラス基板を対向
して配置し、側面を樹脂にてシールし、電極間に上記の
電解質溶液(A)を封入し、さらに電極間をリード線で
接続して光電気セル(A)を作成した。光電気セル
(A)は、ソーラーシュミレーターで100W/m2
強度の光の入射角90°(セル面と90°)で照射し
て、Voc(開回路状態の電圧)、Joc(回路を短絡した
ときに流れる電流の密度)、FF(曲線因子)およびη
(変換効率)を測定した。
The electrode prepared above was used as one electrode, and the other electrode was formed of fluorine-doped tin oxide as an electrode. A transparent glass substrate carrying platinum was placed on the electrode, and the side was made of resin. Then, the above-mentioned electrolyte solution (A) was sealed between the electrodes, and the electrodes were connected with a lead wire to form a photoelectric cell (A). The photoelectric cell (A) is irradiated with light of 100 W / m 2 intensity at an incident angle of 90 ° (90 ° with respect to the cell surface) by a solar simulator, and Voc (voltage in an open circuit state) and Joc (short circuit) Density, current factor, FF (fill factor) and η
(Conversion efficiency) was measured.

【0086】結果を表1に示す。Table 1 shows the results.

【0087】[0087]

【実施例2〜5】金属酸化物粒子(A)の代わりに、参
考例に記載した金属酸化物粒子(B)〜(E)を各々用
いた以外は実施例1と同様にして光電気セル(B)〜
(E)を作成し、実施例1と同様の評価を行った。結果
を表1に示す。
Examples 2 to 5 Photovoltaic cells were produced in the same manner as in Example 1 except that metal oxide particles (B) to (E) described in Reference Examples were used instead of metal oxide particles (A). (B) ~
(E) was prepared, and the same evaluation as in Example 1 was performed. Table 1 shows the results.

【0088】[0088]

【比較例1および2】金属酸化物粒子(A)の代わり
に、参考例に記載した金属酸化物粒子(F)および
(G)を各々用いた以外は実施例1と同様にして光電気
セル(F)および(G)を作成し、実施例1と同様の評
価を行った。結果を表1に示す。
Comparative Examples 1 and 2 A photoelectric cell was prepared in the same manner as in Example 1 except that the metal oxide particles (F) and (G) described in Reference Example were used instead of the metal oxide particles (A). (F) and (G) were prepared, and the same evaluation as in Example 1 was performed. Table 1 shows the results.

【0089】[0089]

【表1】 [Table 1]

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

【図1】本発明に係る光電気セルの一実施例を示す概略
断面図である。
FIG. 1 is a schematic sectional view showing one embodiment of a photoelectric cell according to the present invention.

【図2】本発明に係る光電気セルの別の実施例を示す概
略断面図である。
FIG. 2 is a schematic sectional view showing another embodiment of the photoelectric cell according to the present invention.

【符号の説明】 1・・・・・・・・透明電極層 2・・・・・・・・光増感材を吸着した半導体膜 3・・・・・・・・電極層 4・・・・・・・・電解質 5、6・・・・・・基板 7・・・・・・・・スペーサ[Description of Signs] 1 ... Transparent electrode layer 2 ... Semiconductor film with photosensitizer adsorbed 3 ... Electrode layer 4 ... ······ Electrolyte 5, 6 ····· Substrate 7 ········· Spacer

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】表面に電極層(1)を有し、かつ該電極層(1)
表面に光増感材を吸着した金属酸化物半導体膜(2)が形
成されてなる基板と、 表面に電極層(3)を有する基板とが、 前記金属酸化物半導体膜(2)および電極層(3)が対向する
ように配置してなり、 金属酸化物半導体膜(2)と電極層(3)との間に電解質層を
設けてなる光電気セルにおいて、 (i)金属酸化物半導体膜(2)が、平均粒子径が5〜600
nmの範囲にある金属酸化物粒子からなり、 (ii)該金属酸化物粒子が、コア粒子と、該コア粒子の表
面に形成されたシェル部とからなるコア−シェル構造を
有し、 (iii)コア粒子の平均粒子径が2〜500nmの範囲にあ
り、シェル部の厚みが1〜150nmの範囲にあり、 (iv)コア粒子を構成する金属酸化物の体積固有抵抗値
(Ec)と、シェル部を構成する金属酸化物の体積固有抵
抗値(Es)とが、 Ec<Es で示す関係を満たすことを特徴とする光電気セル。
An electrode layer (1) is provided on the surface, and said electrode layer (1)
A substrate on which a metal oxide semiconductor film (2) having a photosensitizer adsorbed thereon is formed, and a substrate having an electrode layer (3) on the surface, the metal oxide semiconductor film (2) and the electrode layer (3) are arranged so as to face each other, in a photoelectric cell comprising an electrolyte layer provided between the metal oxide semiconductor film (2) and the electrode layer (3), (i) a metal oxide semiconductor film (2) has an average particle size of 5 to 600
(ii) the metal oxide particles have a core-shell structure consisting of core particles and a shell formed on the surface of the core particles; ) The average particle diameter of the core particles is in the range of 2 to 500 nm, the thickness of the shell portion is in the range of 1 to 150 nm, and (iv) the volume resistivity of the metal oxide constituting the core particles.
A photovoltaic cell, wherein (E c ) and the volume resistivity (E s ) of the metal oxide constituting the shell part satisfy a relationship represented by E c <E s .
【請求項2】前記金属酸化物粒子のシェル部が結晶性酸
化チタンから構成されることを特徴とする請求項1に記
載の光電気セル。
2. The photovoltaic cell according to claim 1, wherein the shell of the metal oxide particles is made of crystalline titanium oxide.
【請求項3】前記結晶性酸化チタンが、ペルオキソチタ
ン酸を加熱・熟成して得られるものであることを特徴と
する請求項1または2に記載の光電気セル。
3. The photovoltaic cell according to claim 1, wherein said crystalline titanium oxide is obtained by heating and aging peroxotitanic acid.
【請求項4】前記金属酸化物半導体膜が、金属酸化物粒
子とともに、酸化チタンバインダーからなることを特徴
とする請求項1〜3のいずれかに記載の光電気セル。
4. The photovoltaic cell according to claim 1, wherein said metal oxide semiconductor film is made of a titanium oxide binder together with metal oxide particles.
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