JP2001345125A - Photoelectric conversion element - Google Patents

Photoelectric conversion element

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JP2001345125A
JP2001345125A JP2000334130A JP2000334130A JP2001345125A JP 2001345125 A JP2001345125 A JP 2001345125A JP 2000334130 A JP2000334130 A JP 2000334130A JP 2000334130 A JP2000334130 A JP 2000334130A JP 2001345125 A JP2001345125 A JP 2001345125A
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a photoelectric conversion element with a small resistance loss, low transmission loss, high photoelectric conversion efficiency, no electrolyte leakage, and keeping high photoelectric conversion efficiency for a long time. SOLUTION: This photoelectric conversion element has an electrode whose at least one surface is covered with a semiconductor layer; a counter electrode facing the semiconductor layer of the electrode; and an electrolyte layer arranged between the semiconductor layer of the electrode and the counter electrode, the semiconductor layer is composed of a conductive material and a semiconductor material, and/or a layer comprising conductive fine particles is arranged between the electrode and the semiconductor layer, and/or the electrolyte layer is composed of a porous supporting body and the electrolyte filled in the porous supporting body.

Description

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

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は光電変換素子に関す
る。更に詳細には、本発明は高い光電変換効率及び優れ
た長期信頼性を有する新規な構造の光電変換素子に関す
る。
[0001] The present invention relates to a photoelectric conversion element. More specifically, the present invention relates to a photoelectric conversion element having a novel structure having high photoelectric conversion efficiency and excellent long-term reliability.

【0002】[0002]

【従来の技術】太陽電池はクリーンなエネルギー源とし
て大きく期待されており、すでにpn接合型太陽電池な
どが実用化されている。一方、光励起状態の化学反応を
利用して電気エネルギーを取り出す光化学電池は多くの
研究者によって開発されているが、実用化に関して言え
ば、すでに実績の高いpn接合型太陽電池には遙かに及
ばなかった。
2. Description of the Related Art Solar cells are greatly expected as a clean energy source, and pn junction type solar cells and the like have already been put to practical use. On the other hand, photochemical cells that extract electric energy using a chemical reaction in a photo-excited state have been developed by many researchers, but in terms of practical application, they far exceed pn junction type solar cells, which have already been proven. Did not.

【0003】従来の光化学電池の中で、増感剤と電子受
容体からなる酸化還元反応を利用したタイプが知られて
いる。例えば、チオニン色素と鉄(II)イオンを組み合わ
せた系などがある。また、本多−藤嶋効果の発見以来、
金属やその酸化物の光電荷分離を利用した光化学電池も
知られている。半導体が金属と接触した場合、金属と半
導体の仕事関数の関係によりショットキー接合ができる
が、半導体と溶液が接している時も同様な接合ができ
る。例えば、溶液中にFe2+/Fe3+、Fe(CN)6
4-/Fe(CN)6 3-、I-/I2、Br-/Br2、ハイ
ドロキノン/キノンなどの酸化還元系が含まれている
時、nd型半導体を溶液に浸けると半導体の表面付近の
電子が溶液中の酸化剤へ移動し平衡状態に達する。その
結果、半導体の表面付近は正に帯電し電位勾配が生じ
る。これにともない半導体の伝導帯および価電子帯にも
勾配が生じる。
[0003] Among conventional photochemical batteries, a type utilizing an oxidation-reduction reaction comprising a sensitizer and an electron acceptor is known. For example, there is a system in which a thionin dye and iron (II) ion are combined. Since the discovery of the Honda-Fujishima effect,
Photochemical cells utilizing photocharge separation of metals and their oxides are also known. When a semiconductor comes into contact with a metal, a Schottky junction can be formed due to the relationship between the work function of the metal and the semiconductor, but a similar junction can be made when the semiconductor is in contact with the solution. For example, Fe 2+ / Fe 3+ , Fe (CN) 6
4- / Fe (CN) 6 3− , I / I 2 , Br / Br 2 , hydroquinone / quinone, etc., and when an nd type semiconductor is immersed in a solution, it will be near the surface of the semiconductor Electrons move to the oxidizing agent in the solution to reach an equilibrium state. As a result, the vicinity of the surface of the semiconductor is positively charged and a potential gradient is generated. Accordingly, a gradient also occurs in the conduction band and the valence band of the semiconductor.

【0004】酸化還元溶液に浸けた半導体電極の表面に
光を照射すると、半導体のバンドギャップ以上のエネル
ギーを持つ光が吸収され、表面付近で伝導帯に電子を、
価電子帯に正孔を生成する。伝導帯に励起された電子は
上述した半導体の表面付近に存在する電位勾配により半
導体内部へ伝達され、一方、価電子帯に生成された正孔
は酸化還元溶液中の還元体から電子を奪う。
When the surface of a semiconductor electrode immersed in an oxidation-reduction solution is irradiated with light, light having energy equal to or greater than the band gap of the semiconductor is absorbed, and electrons are transferred to the conduction band near the surface,
Generates holes in the valence band. The electrons excited in the conduction band are transmitted to the inside of the semiconductor by the above-described potential gradient existing near the surface of the semiconductor, while the holes generated in the valence band rob electrons from the reductant in the redox solution.

【0005】酸化還元溶液に金属電極を浸して金属電極
と半導体間で回路を作ると、正孔に電子を奪われた還元
体は溶液中を拡散して金属電極から電子を受け取り、再
び還元される。このサイクルを繰り返し、半導体電極は
負極として、金属電極は正極としてそれぞれ働き、外部
へ電力を供給することができる。したがって、光起電力
は酸化還元溶液の酸化還元準位と半導体中のフェルミ準
位との差になる。
When a circuit is formed between a metal electrode and a semiconductor by immersing the metal electrode in an oxidation-reduction solution, the reduced form whose electrons have been deprived of holes diffuses through the solution, receives electrons from the metal electrode, and is reduced again. You. By repeating this cycle, the semiconductor electrode functions as a negative electrode and the metal electrode functions as a positive electrode, so that electric power can be supplied to the outside. Therefore, the photovoltaic power is the difference between the redox level of the redox solution and the Fermi level in the semiconductor.

【0006】光起電力を大きくするためには、酸化還
元準位の低い、すなわち酸化力の強い酸化還元溶液を用
いること、酸化還元準位と半導体中のフェルミ準位と
の間に大きな差を作り出せる、すなわちバンドギャップ
の大きい半導体を用いることである。
In order to increase the photovoltaic power, a redox solution having a low oxidation-reduction level, that is, a redox solution having a strong oxidizing power is used, and a large difference is generated between the oxidation-reduction level and the Fermi level in a semiconductor. That is, a semiconductor which can be produced, that is, has a large band gap is used.

【0007】しかしながら、酸化還元溶液の酸化力があ
まり大きすぎると半導体自身の表面に酸化膜を形成し、
光電流は短時間のうちにストップする。また、バンドギ
ャップについては、一般にバンドギャップが3.0eV
以下さらには2.0eV以下の半導体は光電変換の際に
流れる電流により溶液中に溶解しやすい問題がある。例
えば、n-Siは水中の光照射で表面に不活性な酸化物
被膜を形成し、n-GaAsやn-CdSは酸化的に溶解
する。
However, if the oxidizing power of the redox solution is too large, an oxide film is formed on the surface of the semiconductor itself,
The photocurrent stops within a short time. The band gap is generally 3.0 eV.
The semiconductor having a voltage of 2.0 eV or less has a problem that it is easily dissolved in a solution by a current flowing at the time of photoelectric conversion. For example, n-Si forms an inactive oxide film on the surface by light irradiation in water, and n-GaAs and n-CdS dissolve oxidatively.

【0008】これらの問題を解決すために、半導体に保
護膜を被覆する工夫が試みられており、正孔輸送特性を
有するポリピロールやポリアニリン、ポリチオフェンな
どのp型導電性高分子を半導体の保護膜に使用する工夫
が提案されている。しかしながら耐久性に問題があり、
せいぜい数日程度しか安定しなかった。
In order to solve these problems, attempts have been made to coat a semiconductor with a protective film, and a p-type conductive polymer such as polypyrrole, polyaniline or polythiophene having a hole transporting property is coated with a semiconductor protective film. Ingenuity has been proposed. However, there is a problem with durability,
At best, it was stable for only a few days.

【0009】光溶解の問題を解決するために、バンドギ
ャップが3eV以上ある半導体の利用が考えられるが、
強度のピークが2.5eV付近にある太陽光を効率よく
吸収するには大きすぎる。そのため、太陽光のうち紫外
部しか吸収できず、大部分を占める可視域を全く吸収せ
ず、光電変換効率は極めて低くなる。
In order to solve the problem of photolysis, it is conceivable to use a semiconductor having a band gap of 3 eV or more.
The intensity peak is too large to efficiently absorb sunlight having a peak near 2.5 eV. Therefore, only ultraviolet rays of sunlight can be absorbed, and the visible region which occupies most of the sunlight is not absorbed at all, and the photoelectric conversion efficiency is extremely low.

【0010】可視光域の有効利用とバンドギャップの大
きな半導体の光安定性を両立させるために、半導体のバ
ンドギャップより小さい長波長側の可視光を吸収する増
感色素を半導体に担持させた色素増感太陽電池が知られ
ている。従来の半導体を用いた湿式太陽電池と異なると
ころは、色素に光を照射して電子が励起され、励起電子
が色素から半導体へ移動する光電荷分離過程である。
In order to achieve both effective use of the visible light region and photostability of a semiconductor having a large band gap, a dye having a semiconductor loaded with a sensitizing dye that absorbs visible light of a longer wavelength smaller than the band gap of the semiconductor. Sensitized solar cells are known. The difference from a conventional wet solar cell using a semiconductor is a photocharge separation process in which electrons are excited by irradiating light to a dye, and the excited electrons move from the dye to the semiconductor.

【0011】色素増感太陽電池は光合成と関連づけてと
らえられることが多い。当初、色素としては光合成と同
様にクロロフィルが考えられていたが、絶えず新しい葉
緑素と交換される自然のクロロフィルと違い、太陽電池
に用いる色素では安定性の面で問題があり、また、太陽
電池としての光電変換効率も0.5%に満たないもので
あった。自然界の光合成の過程をそのまま模擬し、太陽
電池を構成することは非常に困難である。
Dye-sensitized solar cells are often associated with photosynthesis. At first, chlorophyll was considered as a pigment, as in photosynthesis.However, unlike natural chlorophyll, which is constantly replaced with new chlorophyll, pigments used in solar cells have problems in terms of stability. Also had a photoelectric conversion efficiency of less than 0.5%. It is very difficult to simulate the process of photosynthesis in nature as it is to construct a solar cell.

【0012】このように、色素増感太陽電池は、光合成
からヒントを得て長波長の可視光を吸収しようというも
のであるが、実際には電子の伝導機構が複雑になったた
め、却って損失の増大が問題となった。固体の太陽電池
では、光を吸収する層を厚くすれば吸収効率は上げるこ
とができる。しかしながら、色素増感太陽電池に関して
は、半導体電極に電子を注入できるのは表面上の単分子
層のみである。そのため無駄な光の吸収をなくすため
に、半導体表面上の色素は単分子層とすることが望まし
い。
As described above, the dye-sensitized solar cell attempts to absorb long-wavelength visible light with a hint from photosynthesis. However, since the electron conduction mechanism has become complicated, the dye-sensitized solar cell has a loss. Growth was a problem. In a solid-state solar cell, the absorption efficiency can be increased by increasing the thickness of the light-absorbing layer. However, for dye-sensitized solar cells, electrons can be injected into the semiconductor electrode only from the monolayer on the surface. Therefore, in order to eliminate useless absorption of light, it is desirable that the dye on the semiconductor surface be a monomolecular layer.

【0013】しかも励起された色素内の電子が効率的に
半導体内に注入されるためには、半導体表面と化学的に
結合していることが好ましい。例えば、酸化チタンに関
しては、半導体表面と化学的に結合するために、色素に
カルボキシル基があることなどが重要である。
In order to efficiently inject electrons in the excited dye into the semiconductor, the dye is preferably chemically bonded to the semiconductor surface. For example, with respect to titanium oxide, it is important that the dye has a carboxyl group in order to chemically bond to the semiconductor surface.

【0014】この点に関して、重要な改善をしたのはFu
jihiraらのグループである。彼らはローダミンBのカル
ボキシル基がSnO2表面の水酸基とエステル結合する
ことにより、光電流が従来の吸着法の10倍以上になっ
たことを1977年に雑誌Natureに報告している。これ
は従来のアミド結合よりエステル結合の方が色素内で光
のエネルギーを吸収した電子の存在するπ軌道が半導体
の表面に近いためとしている。
An important improvement in this regard is that of Fu.
It is a group of jihira and others. They reported in 1977 to Nature in 1977 that the photocurrent was more than 10 times that of the conventional adsorption method due to the ester bond of the carboxyl group of rhodamine B with the hydroxyl group on the SnO 2 surface. This is because the ester bond of the ester bond is closer to the surface of the semiconductor in the dye than the conventional amide bond, in which the electron which absorbed light energy exists.

【0015】しかしながら、半導体に電子を有効に注入
できたとしても伝導帯内にある電子は、色素の基底準位
と再結合する可能性や、酸化還元物質と再結合する可能
性などがある。このような問題点があったため、電子注
入について上記の改善にも関わらず光電変換効率は低い
ままであった。
However, even if electrons can be effectively injected into the semiconductor, electrons in the conduction band may recombine with the ground level of the dye, or may recombine with the redox substance. Due to such a problem, the photoelectric conversion efficiency remained low despite the above-described improvement in electron injection.

【0016】以上のように、従来の色素増感太陽電池の
大きな問題点として、半導体表面に単層で担持された増
感色素しか半導体へ電子を注入することができないこと
である。すなわち、これまで半導体電極によく用いられ
ていた単結晶や多結晶半導体は、表面が平滑で内部に細
孔を持たず、増感色素が担持される有効面積は電極面積
に等しく、増感色素の担持量が少ない。
As described above, a major problem of the conventional dye-sensitized solar cell is that only a sensitizing dye carried in a single layer on the semiconductor surface can inject electrons into the semiconductor. In other words, single-crystal and polycrystalline semiconductors, which have been often used for semiconductor electrodes, have a smooth surface and no pores inside, and the effective area where the sensitizing dye is carried is equal to the electrode area. Is small.

【0017】従って、このような電極を用いた場合、そ
の電極に担持された単分子層の増感色素は最大吸収波長
でも入射光の1%以下しか吸収できず、光の利用効率が
極めて悪くなる。光捕集力を高めるために増感色素を多
層にする試みも提案されているが、概して充分な効果が
得られていない。
Therefore, when such an electrode is used, the sensitizing dye of the monolayer supported on the electrode can absorb only 1% or less of the incident light even at the maximum absorption wavelength, and the light use efficiency is extremely poor. Become. Attempts have been made to increase the number of sensitizing dyes in order to increase the light-collecting power, but generally no sufficient effect has been obtained.

【0018】グレッツェル等は、このような問題を解決
する手段として、酸化チタン電極を多孔質化し、増感色
素を担持させ,内部面積を著しく増大させた(例えば、
特許2664196号)。ゾル・ゲル法によりこの酸化チタン
多孔質膜を作製し、膜のポロシティーは約50%ほどで
あり、非常に高い内部表面積を有するナノ多孔性構造が
形成されている。たとえば、8μmの膜厚ではラフネス
ファクター(基板面積に対する多孔質内部の実面積の割
合)は約720にも達する。この表面を幾何学的に計算
すると、増感色素の濃度は1.2×10-7mol/cm
2に達し、実に、最大吸収波長で入射光の約98%が吸
収されることになる。
Grettzel et al., As a means for solving such a problem, made the titanium oxide electrode porous, carried a sensitizing dye, and significantly increased the internal area (for example,
Patent No. 2664196). This titanium oxide porous film was prepared by a sol-gel method, and the porosity of the film was about 50%, and a nanoporous structure having a very high internal surface area was formed. For example, with a film thickness of 8 μm, the roughness factor (the ratio of the actual area inside the porous body to the substrate area) reaches about 720. When this surface is geometrically calculated, the concentration of the sensitizing dye is 1.2 × 10 −7 mol / cm.
As a result, about 98% of the incident light will be absorbed at the wavelength of maximum absorption.

【0019】このグレッツェル・セルとも呼ばれる新し
い色素増感太陽電池は、上述の酸化チタンの多孔質化に
よる増感色素の飛躍的な担持量の増大と、太陽光を効率
よく吸収しかつ半導体への電子注入速度が著しく速い増
感色素の開発した点が大きな特徴である。
The new dye-sensitized solar cell, also referred to as a Gretzell cell, is capable of dramatically increasing the amount of sensitizing dye carried by the above-mentioned porous titanium oxide, efficiently absorbing sunlight, and supporting the semiconductor on a semiconductor. A major feature is that a sensitizing dye having an extremely high electron injection speed has been developed.

【0020】グレッツェルらは、色素増感太陽電池のた
めにビス(ビピリジル)Ru(II)錯体を開発した。その
Ru錯体は一般式シス−X2ビス(2,2’−ビピリジ
ル−4,4’−ジカルボキシレート)Ru(II)の構造を
持つ。XはCl−,CN−,SCN−である。これらに
ついて蛍光、可視光吸収、電気化学的および光酸化還元的
挙動について系統的な研究が行われた。これらのうち、
シス−(ジイソシアネート)−ビス(2,2’−ビピリ
ジル−4,4’−ジカルボキシレート)Ru(II)は、太
陽光吸収剤および色素増感剤として格段に優れた性能を
持つことが示された。
Have developed a bis (bipyridyl) Ru (II) complex for dye-sensitized solar cells. The Ru complex has the structure of the general formula cis-X2bis (2,2'-bipyridyl-4,4'-dicarboxylate) Ru (II). X is Cl-, CN-, SCN-. A systematic study was performed on the fluorescence, visible light absorption, electrochemical and photo-redox behavior of these. Of these,
It has been shown that cis- (diisocyanate) -bis (2,2′-bipyridyl-4,4′-dicarboxylate) Ru (II) has remarkably excellent performance as a solar absorber and a dye sensitizer. Was done.

【0021】この色素増感剤の可視光吸収は、金属から
配位子への電荷移動遷移である。また、配位子のカルボ
キシル基は表面のTiイオンに直接配位して、色素増感
剤と酸化チタンの間に密接な電子的接触を形成してい
る。この電子的な接触により、色素増感剤から酸化チタ
ンの伝導帯への電子注入が1ピコ秒以下の極めて速い速
度で起こり、その逆方向の酸化された色素増感剤による
酸化チタンの伝導帯へ注入された電子の再捕獲はマイク
ロ秒のオーダーで起こるとされている。この速度差が光
励起電子の方向性を生み出し、電荷分離が極めて高い効
率で行われる理由である。そして、これがpn接合面の
電位勾配により電荷分離を行うpn接合太陽電池との違
いであり、グレツェル・セルの本質的な特徴である。
The visible light absorption of the dye sensitizer is a charge transfer transition from a metal to a ligand. Also, the carboxyl group of the ligand coordinates directly to the Ti ion on the surface, forming a close electronic contact between the dye sensitizer and titanium oxide. Due to this electronic contact, electron injection from the dye sensitizer into the conduction band of titanium oxide occurs at a very high speed of 1 picosecond or less, and the conduction band of titanium oxide by the oxidized dye sensitizer in the opposite direction. It is said that the re-capture of the injected electrons occurs on the order of microseconds. This difference in speed produces the directionality of photoexcited electrons, which is the reason why charge separation is performed with extremely high efficiency. This is a difference from a pn junction solar cell that separates electric charges by a potential gradient of a pn junction surface, and is an essential feature of the Gretzell cell.

【0022】グレッツェル・セルの構成はフッ素ドープ
した酸化スズの透明導電膜をコーティングした導電ガラ
ス基板2枚の間に、酸化還元対を含む電解質溶液を封入
したサンドイッチ型のセルである。ガラス基板の一方
は、透明導電膜上にコロイド状の酸化チタン超微粒子か
ら構成される多孔質膜を積層し、さらに増感色素を吸着
させて作用電極としたものである。他方は、透明導電膜
上に少量の白金をコーティングして対極としたものであ
る。2枚のガラス基板の間にスペーサを挟み、その間の
ごくわずかの隙間に毛細管現象を利用して電解質溶液を
注入する。電解質溶液は、エチレンカーボネートとアセ
トニトリルの混合溶媒を使用し、ヨウ化テトラ-n-プロ
ピルアンモニウムとヨウ素を溶質としたもので、I-
3-の酸化還元対を含む。対極にコーティングされた白
金はこの酸化還元対のI3-をI-に陰極還元する触媒作
用がある。
The structure of the Grettzel cell is a sandwich type cell in which an electrolyte solution containing a redox couple is sealed between two conductive glass substrates coated with a fluorine-doped tin oxide transparent conductive film. One of the glass substrates is one in which a porous film composed of colloidal titanium oxide ultrafine particles is laminated on a transparent conductive film, and a sensitizing dye is further adsorbed to form a working electrode. The other is a transparent conductive film coated with a small amount of platinum to serve as a counter electrode. A spacer is sandwiched between two glass substrates, and an electrolyte solution is injected into a very small gap between the two glass substrates by using a capillary phenomenon. The electrolyte solution uses a mixed solvent of ethylene carbonate and acetonitrile, obtained by the iodide tetra -n- propyl ammonium and iodine as solutes, I - /
Including the I 3- of oxidation-reduction pair. Platinum coated on the counter electrode is an I 3- this redox couple I - there is a catalytic effect of cathodic reduction to.

【0023】グレッツェル・セルの動作原理は、基本的
に従来の半導体を用いた湿式太陽電池と変わらない。た
だし、グレッツェル・セルのような多孔質電極のどの部
分においても光電荷分離応答が均一かつ効率的に行われ
るのは、主に電解質層が液体であるためである。すなわ
ち、色素担持多孔質電極を溶液に浸すだけで溶液が均一
に多孔質内に拡散し、理想的な電気化学的界面を形成で
きるからである。
The principle of operation of the Grettzel cell is basically the same as that of a conventional wet solar cell using a semiconductor. However, the reason why the photocharge separation response is performed uniformly and efficiently in any part of the porous electrode such as the Gretzell cell is mainly because the electrolyte layer is a liquid. That is, only by immersing the dye-carrying porous electrode in the solution, the solution is uniformly diffused into the porous material and an ideal electrochemical interface can be formed.

【0024】グレッツェル・セルの特徴は酸化チタンの
超微粒子を使ってラフネスファクターを格段に向上さ
せ、増感色素担持量を大きくしたことである。その結
果、従来の色素増感太陽電池より高い光電変換効率を実
現している。したがって、より高い光電変換効率を目指
すには、ラフネスファクターをより大きくすることや、
酸化チタンの多孔質膜の膜厚を厚くすることなどが考え
られる。
The feature of the Grettzel cell is that the roughness factor is remarkably improved by using ultrafine particles of titanium oxide, and the amount of sensitizing dye carried is increased. As a result, higher photoelectric conversion efficiency than the conventional dye-sensitized solar cell is realized. Therefore, in order to achieve higher photoelectric conversion efficiency, it is necessary to increase the roughness factor,
It is conceivable to increase the thickness of the porous film of titanium oxide.

【0025】しかしながら、ラフネスファクターを大き
くすることは、超微粒子間が点接触で結合することにな
り、接触抵抗が急激に増加する問題がある。また、膜厚
を厚くすると、酸化チタン中の電子の移動距離が長くな
り、金属より導電率の低い酸化チタン中では抵抗による
損失あるいは再結合による損失が大きくなる問題が生じ
る。すなわち、酸化チタンの超微粒子を使った多孔質膜
の作製では、電気伝導性の劣る酸化チタンを使用してい
るため、多孔質膜の電気伝導を改善することは困難であ
った。更に、別の問題点として、光が酸化チタン半導体
中を通過する過程において、酸化チタン中の光の通過距
離が長くなり透過損失が増大することが認められた。
However, when the roughness factor is increased, the ultrafine particles are connected by point contact, and there is a problem that the contact resistance sharply increases. Also, when the film thickness is large, the movement distance of the electrons in the titanium oxide becomes long, and in the titanium oxide having a lower conductivity than the metal, there is a problem that the loss due to the resistance or the loss due to the recombination increases. That is, in the production of a porous film using ultrafine particles of titanium oxide, it is difficult to improve the electric conductivity of the porous film because titanium oxide having poor electric conductivity is used. Further, as another problem, it has been recognized that, in the process of light passing through the titanium oxide semiconductor, the transmission distance of the light in the titanium oxide becomes longer and the transmission loss increases.

【0026】前者の問題点の解決策として、例えば、特
開平10−112337号公報には、金属表面を陽極酸
化させ、表面を多孔質化した金属酸化物で被覆すること
で、導電基板と酸化膜の一体構造をとり、その界面での
電気抵抗を低減させる方法が記載されている。ただし、
この方法を使用する場合は、必ず金属チタンを基材とし
て使用しなければならないという制限がある。
As a solution to the former problem, for example, Japanese Unexamined Patent Publication No. 10-112337 discloses that a conductive surface is anodized by coating the surface of the metal with a porous metal oxide so that the conductive substrate can be oxidized. A method is described in which an integral structure of a film is used to reduce the electric resistance at the interface. However,
When this method is used, there is a limitation that metallic titanium must be used as a substrate.

【0027】また、例えば、特開平8−81222号公
報には、酸化チタンの超微粒子からなる多孔質膜表面を
鉱酸でエッチングして、格子欠陥や不純物の減少、およ
び色素担持量を増加させる方法が記載されている。この
方法は酸化チタン超微粒子の表面を改質して増感色素か
ら酸化チタンへの効果的な電子注入を期待するものであ
り、多孔質膜の電気伝導性は変わりない。
For example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 8-81222 discloses that the surface of a porous film composed of ultrafine particles of titanium oxide is etched with a mineral acid to reduce lattice defects and impurities and increase the amount of dye carried. A method is described. In this method, the surface of the titanium oxide ultrafine particles is modified to expect effective electron injection from the sensitizing dye to the titanium oxide, and the electrical conductivity of the porous film remains unchanged.

【0028】酸化チタンの多孔質膜を低抵抗化するに
は、その膜厚を薄くすればよいが、増感色素の担持量の
減少に伴い、増感色素から酸化チタンへ注入される光励
起電子が減り、充分な光電流を得ることができない。す
なわち、多孔質膜の低抵抗化を考慮すると、増感色素の
担持量を増大させることが困難になってしまう。このよ
うなトレード・オフの関係が生じるのは、酸化チタンが
光電荷分離応答の機能と、充分な増感色素の担持量
が得られるラフネスファクター具備機能、の2つの機能
を同時に果たさなければならないからである。このトレ
ード・オフの関係により、従来の酸化チタン・増感色素
系光電変換素子の光電変換率は必ずしも十分ではなかっ
た。
In order to reduce the resistance of the porous film of titanium oxide, the film thickness may be reduced. However, as the amount of sensitizing dye carried decreases, photoexcited electrons injected from the sensitizing dye into titanium oxide are reduced. And a sufficient photocurrent cannot be obtained. That is, considering the reduction in the resistance of the porous film, it becomes difficult to increase the carrying amount of the sensitizing dye. Such a trade-off relationship occurs because titanium oxide must simultaneously fulfill two functions of a function of a photocharge separation response and a function of providing a roughness factor for obtaining a sufficient amount of a sensitizing dye carried. Because. Due to this trade-off relationship, the photoelectric conversion rate of the conventional titanium oxide / sensitizing dye-based photoelectric conversion element was not always sufficient.

【0029】また、グレッツェルセルでは、半導体層と
透明電極との界面に生じる内部抵抗が、太陽電池の変換
効率の低下要因となる問題があった。この問題を解決す
るために、例えば、特開平10−290018号公報に
は、半導体層に導電材を混合させることにより半導体層
の導電性を保持する方法が記載されている。しかし、こ
の方法では、入射光により励起した電子は、半導体粒子
と導電材との混合膜を移動する際、伝導度が高い導電材
にトラップされ、電子移動の妨げになることが考えら
れ、変換効率の向上が期待できない。
Further, in the Gretzell cell, there is a problem that the internal resistance generated at the interface between the semiconductor layer and the transparent electrode causes a decrease in the conversion efficiency of the solar cell. In order to solve this problem, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. H10-290018 describes a method of maintaining the conductivity of a semiconductor layer by mixing a conductive material into the semiconductor layer. However, in this method, when the electrons excited by the incident light move through the mixed film of the semiconductor particles and the conductive material, the electrons are trapped by the conductive material having high conductivity, which may hinder the electron transfer. No improvement in efficiency can be expected.

【0030】また、特開平10−112337号公報に
は、金属表面を陽極酸化させ、表面を多孔質化した金属
酸化物で被覆することで、導電基板と酸化膜の一体構造
をとり、その界面での電気抵抗を低減させる方法が記載
されている。ただし、この方法を使用する場合は、必ず
金属チタンを基材として使用しなければならないという
制限があり、コスト上昇が懸念される。
Japanese Patent Application Laid-Open No. 10-112337 discloses that a metal substrate is anodized and the surface is coated with a porous metal oxide to form an integrated structure of a conductive substrate and an oxide film, and the interface between the conductive substrate and the oxide film is formed. A method for reducing the electrical resistance at the time is described. However, when this method is used, there is a restriction that metal titanium must be used as a base material, and there is a concern about an increase in cost.

【0031】また、グレッツェルセルでは,電解質層に
液層を使用した場合、電解質溶液の液漏れが他の電池構
成要素の劣化に先行して起こり、太陽電池の性能を低下
させてしまうことが問題であった。
Also, in the case of a Grettzel cell, when a liquid layer is used as the electrolyte layer, there is a problem that the leakage of the electrolyte solution occurs prior to the deterioration of other battery components, thereby deteriorating the performance of the solar cell. Met.

【0032】前者の問題点の解決策として、例えば、電
解質層を構成する材料として、導電性高分子(例えば,
K. Murakoshi et. al., Chem. Lett., 1997, pp.471-47
2参照)や、非晶質のホール輸送剤(U.Bach et. al,Na
ture,395,583(1998)参照)や、固体状のイオン伝導
体(特開平7−288142号公報及び特開平8−23
6165号公報参照)などを使用し、上記の問題点を解
決する試みがいくつか知られている。しかしながら、電
解質層を固体化した前記方法では、電解質層と電極との
接触面積が小さくなり内部抵抗が増加するために、ある
いは、固体電解質層自体の電子移動度が低いために、液
体からなる電解質層に比べて光電変換効率が減少すると
いう新たな問題点が生じた。
As a solution to the former problem, for example, a conductive polymer (for example,
K. Murakoshi et.al., Chem. Lett., 1997, pp.471-47
2) and amorphous hole transport agents (U. Bach et. Al, Na
Nature, 395, 583 (1998)) and solid ion conductors (JP-A-7-288142 and JP-A-8-23).
Some attempts have been made to solve the above-mentioned problems by using such techniques as disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 6165). However, in the above-described method in which the electrolyte layer is solidified, the contact area between the electrolyte layer and the electrode is reduced and the internal resistance is increased, or because the electron mobility of the solid electrolyte layer itself is low, the liquid electrolyte There is a new problem that the photoelectric conversion efficiency is reduced as compared with the layer.

【0033】また、特開平9−27352号公報及び特
開平11−126917号公報には、電解液を架橋構造
を有する高分子化合物で保持した形の電解質層を使用す
ることが記載されている。しかし、この発明では、電解
液中の酸化還元対は架橋構造を有する高分子化合物内を
移動することになるため、電解質層中の酸化還元対の移
動度が低下し、半導体層表面の色素と対電極と間での酸
化還元対を媒介とした電子授受反応が律速となり変換特
性が低下する問題があった。
JP-A-9-27352 and JP-A-11-126917 describe the use of an electrolyte layer in which an electrolyte is held by a polymer compound having a crosslinked structure. However, in the present invention, since the oxidation-reduction pair in the electrolyte solution moves in the polymer compound having a cross-linked structure, the mobility of the oxidation-reduction pair in the electrolyte layer decreases, and the dye on the surface of the semiconductor layer and There is a problem that the electron transfer reaction between the counter electrode and the oxidation-reduction pair is rate-determining and the conversion characteristics deteriorate.

【0034】[0034]

【発明が解決しようとする課題】従って、本発明の目的
は、低抵抗損失及び低透過損失を有し、高い光電変換効
率を達成できる光電変換素子を提供することである。本
発明の別の目的は、液漏れせず、かつ優れた光電変換効
率を長期にわたり維持することができる光電変換素子を
提供することである。
SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, an object of the present invention is to provide a photoelectric conversion element having low resistance loss and low transmission loss and capable of achieving high photoelectric conversion efficiency. Another object of the present invention is to provide a photoelectric conversion element that does not leak and that can maintain excellent photoelectric conversion efficiency for a long period of time.

【0035】[0035]

【課題を解決するための手段】前記第1の課題は、少な
くとも、一方の面上に半導体層が被着された電極と、こ
の電極の前記半導体層と対峙する対電極と、該電極の前
記半導体層と対電極との間に配置された電解質層を有す
る光電変換素子において、前記半導体層を導電性物質
と半導体材料とから構成すること、及び/又は、前記
電極と前記半導体層との間に導電性微粒子からなる層を
配設することにより解決される。前記第2の課題は、少
なくとも、一方の面上に半導体層が被着された電極と、
この電極の前記半導体層と対峙する対電極と、該電極の
前記半導体層と対電極との間に配置された電解質層を有
する光電変換素子において、前記電解質層を、多孔質
支持体と該多孔質支持体内に充満された電解液とから構
成することにより解決される。前記、及びの特徴
は適宜組み合わせて併用することができ、これにより従
来技術では達成できなかった優れた特性を有する光電変
換素子を得ることができる。
The first object of the present invention is to provide at least an electrode having a semiconductor layer adhered on at least one surface, a counter electrode facing the semiconductor layer of the electrode, and In a photoelectric conversion element having an electrolyte layer disposed between a semiconductor layer and a counter electrode, the semiconductor layer is made of a conductive substance and a semiconductor material, and / or between the electrode and the semiconductor layer. The problem can be solved by disposing a layer made of conductive fine particles on the substrate. The second object is to provide at least an electrode having a semiconductor layer attached on one surface;
In a photoelectric conversion element having a counter electrode facing the semiconductor layer of the electrode and an electrolyte layer disposed between the semiconductor layer and the counter electrode of the electrode, the electrolyte layer includes a porous support and a porous support. The problem is solved by comprising the electrolyte solution filled in the porous support. The features described above and can be used in combination as appropriate, whereby a photoelectric conversion element having excellent characteristics that cannot be achieved by the related art can be obtained.

【0036】[0036]

【発明の実施の形態】本発明者らは、半導体材料に起因
した損失低減を図るべく鋭意検討を行った結果、色素増
感太陽電池における半導体は、半導体と増感色素とが接
触する場所において光電変換機能を発現するためにだけ
あればよい、という知見を得た。すなわち、色素増感太
陽電池の変換効率向上のためには、半導体中で生じる損
失の低減を図る手段として、光電変換に寄与しない半導
体部分を抵抗損失および透過損失の少ない材料に置き換
えることが有効であることを発見した。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION The present inventors have conducted intensive studies to reduce the loss caused by a semiconductor material. As a result, a semiconductor in a dye-sensitized solar cell is formed in a place where the semiconductor and the sensitizing dye are in contact with each other. It has been found that it is only necessary to have a photoelectric conversion function. That is, in order to improve the conversion efficiency of the dye-sensitized solar cell, it is effective to replace a semiconductor portion that does not contribute to photoelectric conversion with a material having low resistance loss and transmission loss as a means of reducing loss occurring in the semiconductor. I found something.

【0037】本発明の或る実施態様によれば、導電性物
質の外表面に半導体の薄膜を被着させることにより、
(a)半導体(例えば、酸化チタン)は光電荷分離の場を
提供する必要最小限の膜厚にすることができ、(b)ラフ
ネスファクターが高い多孔質膜を得るために、電気伝導
性の高い導電性粒子を使用することで、多孔質膜の電気
伝導性を向上させることができる。これにより、従来技
術の色素増感酸化チタン半導体光電変換素子が有するト
レード・オフの関係を完全に解決することができる。す
なわち、導電性物質の表面を薄い半導体膜で被覆するこ
とで半導体膜内を移動する際に生じる抵抗損失を低減で
き、かつ電荷分離で生じた電子が導電粒子内を移動する
ことにより多孔質膜内を移動する際に生じる抵抗を低減
することができる。
According to one embodiment of the present invention, by depositing a thin film of semiconductor on the outer surface of the conductive material,
(a) semiconductors (eg, titanium oxide) can be made as thin as necessary to provide a field for photocharge separation, and (b) to obtain a porous film with a high roughness factor, By using high conductive particles, the electric conductivity of the porous film can be improved. Thereby, the trade-off relationship of the dye-sensitized titanium oxide semiconductor photoelectric conversion element of the related art can be completely solved. In other words, by coating the surface of the conductive substance with a thin semiconductor film, the resistance loss generated when moving in the semiconductor film can be reduced, and the electrons generated by charge separation move in the conductive particles, so that the porous film is formed. It is possible to reduce the resistance generated when moving inside.

【0038】更に、本発明者らは、半導体層と電極との
接触面積の小ささ、それに伴う界面における抵抗上昇が
光電変換素子全体の抵抗損失増大に寄与していることを
発見した。半導体層は比表面積が大きい半導体微粒子に
より、非常に高い内部表面積を有するナノ多孔性構造が
形成されている。一方、電極は半導体層に比べ表面積は
小さく半導体層との接触面積は小さくなる。優れた光電
変換素子を得るためには、半導体層と電極との接触面積
を大きくし、その界面における抵抗を低減することが有
効であることを発見した。
Further, the present inventors have discovered that the small contact area between the semiconductor layer and the electrode and the resulting increase in resistance at the interface contribute to an increase in the resistance loss of the entire photoelectric conversion element. The semiconductor layer has a nanoporous structure having an extremely high internal surface area formed by semiconductor fine particles having a large specific surface area. On the other hand, the electrode has a smaller surface area than the semiconductor layer and a smaller contact area with the semiconductor layer. In order to obtain an excellent photoelectric conversion element, it has been found that it is effective to increase the contact area between the semiconductor layer and the electrode and reduce the resistance at the interface.

【0039】本発明の或る実施態様によれば、電極と半
導体層との間に導電性微粒子からなる層を配設すること
により、半導体層と電極との接触面積を増大させ、それ
によりその界面における抵抗を低減することができる。
According to an embodiment of the present invention, the contact area between the semiconductor layer and the electrode is increased by disposing a layer made of conductive fine particles between the electrode and the semiconductor layer, thereby increasing the contact area between the electrode and the semiconductor layer. Resistance at the interface can be reduced.

【0040】また、本発明者らの研究によれば、孔径数
nmから数μmの多孔質な半導体層内に存在する電解液
には半導体層の構造に由来した毛管作用による電解液保
持効果あるが、半導体層と対電極との間の数μmから数
mmの間隙を埋める形で存在する電解液には半導体層内
ほどの毛管作用による保持効果が働かないため、この部
分の電解液が流出しやすいという知見を得た。すなわ
ち、液漏れせず、かつ優れた光電変換効率を長期にわた
り維持することが可能な光電変換素子を得るためには、
半導体層内に存在する電解液ではなく、半導体層と対電
極との間に存在する電解液の漏れを防ぐことが重要であ
ることを発見した。
According to the study of the present inventors, the electrolyte present in the porous semiconductor layer having a pore size of several nm to several μm has an electrolyte retention effect by capillary action derived from the structure of the semiconductor layer. However, the electrolyte existing in such a manner as to fill the gap of several μm to several mm between the semiconductor layer and the counter electrode does not work as well as the capillary effect as in the semiconductor layer, so that the electrolyte in this portion flows out. I learned that it is easy to do. That is, in order to obtain a photoelectric conversion element that does not leak and can maintain excellent photoelectric conversion efficiency for a long time,
It has been discovered that it is important to prevent leakage of the electrolyte present between the semiconductor layer and the counter electrode, not the electrolyte present in the semiconductor layer.

【0041】また、半導体層と対電極との間に存在する
電解液に対してのみ保持効果を発現するように多孔質支
持体を設けたことにより、固体電解質層や架橋構造を有
する高分子化合物で保持した形の電解質層に比べ、酸化
還元対の移動度の低下を抑制することが可能となり、こ
れにより高い光電変換効率を達成することができる。
た。
Further, by providing a porous support so as to exert a holding effect only on the electrolyte present between the semiconductor layer and the counter electrode, a solid electrolyte layer or a polymer compound having a crosslinked structure is provided. It is possible to suppress a decrease in the mobility of the oxidation-reduction pair, as compared with the electrolyte layer held in the form described above, whereby high photoelectric conversion efficiency can be achieved.
Was.

【0042】以下、図面を参照しながら本発明の光電変
換素子を具体的に説明する。まず、半導体中で生じる損
失の低減を図る手段として、光電変換に寄与しない半導
体部分を抵抗損失および透過損失の少ない材料に置き換
えることにより、色素増感太陽電池の変換効率向上を図
ることからなる本発明の実施態様を図1〜3により説明
する。
Hereinafter, the photoelectric conversion device of the present invention will be specifically described with reference to the drawings. First, as a means of reducing the loss generated in the semiconductor, the present invention is to improve the conversion efficiency of the dye-sensitized solar cell by replacing the semiconductor portion that does not contribute to photoelectric conversion with a material having low resistance loss and transmission loss. An embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.

【0043】図1は本発明の光電変換素子の一例の概要
断面図である。図示されているように、本発明の光電変
換素子1は、透明基板3の一方の表面に形成された透明
電極5を有する。この透明電極5の一方の表面には半導
体層7が形成されている。更に、この半導体層7に対峙
して対電極9が存在する。対電極9は別の透明基板11
の一方の表面に形成されている。半導体層7と透明対電
極9との間には電解質層13が存在する。
FIG. 1 is a schematic sectional view of an example of the photoelectric conversion element of the present invention. As shown, the photoelectric conversion element 1 of the present invention has a transparent electrode 5 formed on one surface of a transparent substrate 3. On one surface of the transparent electrode 5, a semiconductor layer 7 is formed. Further, a counter electrode 9 exists opposite the semiconductor layer 7. The counter electrode 9 is a separate transparent substrate 11
Is formed on one surface. An electrolyte layer 13 exists between the semiconductor layer 7 and the transparent counter electrode 9.

【0044】半導体層7は、導電性物質の薄膜15と、
この薄膜15の表面に形成された半導体薄膜17からな
る。また、半導体薄膜17の表面には増感色素19が担
持されている。
The semiconductor layer 7 includes a thin film 15 of a conductive substance,
It is composed of a semiconductor thin film 17 formed on the surface of the thin film 15. A sensitizing dye 19 is carried on the surface of the semiconductor thin film 17.

【0045】導電性物質の薄膜15の膜厚は一般的に、
1〜50μmの範囲内であることが好ましい。導電性物
質膜15の膜厚が1μm未満の場合、増感色素の担持量
が少なく、充分な光電子を生成することができないなど
の不都合が生じるので好ましくない。一方、導電性物質
膜15の膜厚が50μm超の場合、半導体層7の光透過
率の低下、ならびに抵抗損失の増大などの悪影響が生じ
るので好ましくない。導電性物質膜15の膜厚の好まし
い範囲は、3〜40μmであり、一層好ましい範囲は5
〜30μmであり、最も好ましい範囲は10〜20μm
である。
The thickness of the conductive material thin film 15 is generally
It is preferable that the thickness be in the range of 1 to 50 μm. If the thickness of the conductive material film 15 is less than 1 μm, the amount of the sensitizing dye carried is small, and disadvantages such as insufficient generation of photoelectrons occur, which is not preferable. On the other hand, if the thickness of the conductive material film 15 is more than 50 μm, it is not preferable because adverse effects such as a decrease in light transmittance of the semiconductor layer 7 and an increase in resistance loss occur. A preferred range of the thickness of the conductive material film 15 is 3 to 40 μm, and a more preferred range is 5 to 40 μm.
~ 30 μm, the most preferred range is 10-20 μm
It is.

【0046】導電性物質を被覆する半導体膜17の膜厚
は一般的に、2〜100nmの範囲内である。半導体膜
17の膜厚が2nm未満の場合、半導体膜17が導電性
物質15又は21を被覆しない部分が発生する恐れがあ
るので好ましくない。一方、半導体膜17の膜厚が10
0nm超の場合、半導体膜17の抵抗損失が増大するな
どの悪影響が生じるので好ましくない。半導体膜17の
膜厚の好ましい範囲は、10〜60nmであり、一層好
ましい範囲は30〜50nmである。
The thickness of the semiconductor film 17 covering the conductive material is generally in the range of 2 to 100 nm. If the thickness of the semiconductor film 17 is less than 2 nm, there is a possibility that a portion where the semiconductor film 17 does not cover the conductive substance 15 or 21 may occur, which is not preferable. On the other hand, if the thickness of the semiconductor film 17 is 10
If the thickness exceeds 0 nm, adverse effects such as an increase in resistance loss of the semiconductor film 17 occur, which is not preferable. The preferred range of the thickness of the semiconductor film 17 is 10 to 60 nm, and the more preferred range is 30 to 50 nm.

【0047】図1に示されるような平面状の導電性物質
膜の代わりに、図2に示される、粒子状の導電性物質2
1の表面に半導体膜17を直接被覆することもできる。
半導体膜17の外表面には図1と同様に、増感色素19
が担持されていて、これら全体で半導体層7を形成す
る。
Instead of the planar conductive material film as shown in FIG. 1, a particulate conductive material 2 shown in FIG.
The semiconductor film 17 can be directly coated on the surface of the semiconductor device 17.
On the outer surface of the semiconductor film 17, as in FIG.
Are carried, and the semiconductor layer 7 is formed as a whole.

【0048】本発明の光電変換素子は、光電変換素子1
を構成する半導体層7が半導体17を被膜した導電性物
質膜15からなるため、半導体層7のラフネスファクタ
ーは大きく、増感色素19を多く担持することができ
る。更に、導電性物質15として光透過性の材料を使用
するため、増感色素は効率よく光を吸収することができ
る。
The photoelectric conversion element of the present invention is a photoelectric conversion element 1
Is composed of the conductive material film 15 coated with the semiconductor 17, the roughness factor of the semiconductor layer 7 is large, and a large amount of the sensitizing dye 19 can be carried. Furthermore, since a light-transmitting material is used as the conductive substance 15, the sensitizing dye can efficiently absorb light.

【0049】導電性物質としては、酸化スズ、酸化亜
鉛、酸化アルミニウム、酸化珪素、三酸化インジウム、
三酸化ストロンチウムなどから選ばれた一種または二種
以上の結晶性金属酸化物、あるいはこれらの複合酸化物
の微粒子が挙げられる。例えば,酸化スズを主成分と
し、1〜20モル%の三酸化ストロンチウムや酸化アン
チモンなどを含有した微粒子は有効な複合酸化物導電材
の例である。また、硫酸バリウムやほう酸アルミニウム
を芯材として、この芯材に酸化スズやドーパント処理し
た酸化スズ、ITO(Indium tin Oxide)などでコーティ
ングした三井金属鉱業社製のパストランが挙げられる。
さらに、金属微粒子も下記の光透過性を有するならば、
本発明に用いる導電性物質として使用することができ
る。
As the conductive substance, tin oxide, zinc oxide, aluminum oxide, silicon oxide, indium trioxide,
Fine particles of one or more crystalline metal oxides selected from strontium trioxide and the like, or composite oxides of these metal oxides may be used. For example, fine particles containing tin oxide as a main component and containing 1 to 20 mol% of strontium trioxide or antimony oxide are examples of effective composite oxide conductive materials. In addition, there is a pastel manufactured by Mitsui Kinzoku Mining Co., Ltd., in which barium sulfate or aluminum borate is used as a core material, and the core material is coated with tin oxide, tin oxide treated with a dopant, ITO (Indium tin Oxide), or the like.
Furthermore, if the metal fine particles also have the following light transmittance,
It can be used as a conductive substance used in the present invention.

【0050】導電性粒子の体積抵抗率は10Ω-cm
以下、好ましくは10Ω-cm以下、特に好ましくは
10Ω-cm以下である。この時の下限には特に制限は
ないが、通常10−9Ω-cm程度である。
The volume resistivity of the conductive particles is 10 7 Ω-cm.
Or less, preferably 10 5 Ω-cm or less, particularly preferably 10 Ω-cm or less. The lower limit at this time is not particularly limited, but is usually about 10 −9 Ω-cm.

【0051】導電性粒子の粒径は1nmから500nm
以下、好ましくは100nm以下である。導電粒子の粒
径が500nm以上では光電変換素子を構成する半導体
層の膜厚を厚くしてラフネスファクターを大きくする必
要があり、半導体層の光透過率が低下するという問題が
生じる。500nm以下の場合、このような問題は生じ
ず、さらに100nm以下では、半導体層が高い透過率
とラフネスファクターを有することができる。
The particle size of the conductive particles is from 1 nm to 500 nm.
Or less, preferably 100 nm or less. When the particle size of the conductive particles is 500 nm or more, it is necessary to increase the roughness factor by increasing the thickness of the semiconductor layer constituting the photoelectric conversion element, and there is a problem that the light transmittance of the semiconductor layer is reduced. When the thickness is 500 nm or less, such a problem does not occur, and when the thickness is 100 nm or less, the semiconductor layer can have high transmittance and roughness factor.

【0052】導電性粒子の光透過性は、導電性粒子のみ
で作製された薄膜の透過率が60%以上であることが好
ましい。光透過性が60%未満の場合、半導体層に担持
された増感色素に照射される光量が減少して、充分な光
電子が生成されなくなるなどの不都合が生じるので好ま
しくない。
The light transmittance of the conductive particles is preferably such that the transmittance of a thin film made of only the conductive particles is 60% or more. If the light transmittance is less than 60%, the amount of light applied to the sensitizing dye carried on the semiconductor layer is reduced, which causes disadvantages such as insufficient generation of photoelectrons, which is not preferable.

【0053】導電性粒子に被覆する半導体材料として
は、Cd、Zn、In、Pb、Mo、W、Sb、Bi、
Cu、Hg、Ti、Ag、Mn、Fe、V、Sn、Z
r、Sr、Ga、Si、Crの酸化物、SrTiO3
CaTiO3のようなペロブスカイト、または、Cd
S、ZnS、In23、PbS、Mo2S、WS2、Sb
23、Bi23、ZnCdS2、Cu2Sの硫化物、Cd
Se、In2Se3、WSe2、HgSe、PbSe、C
dTeの金属カルコゲナイド、その他GaAs、Si、
Se、Cd23、Zn23、InP、AgBr、PbI
2、HgI2、BiI3が好ましい。または、前記半導体
から選ばれる少なくとも一種以上を含む複合体、例え
ば、CdS/TiO2、CdS/AgI、Ag2S/Ag
I、CdS/ZnO、CdS/HgS、CdS/Pb
S、ZnO/ZnS、ZnO/ZnSe、CdS/Hg
S、CdSx/CdSe1-x、CdSx/Te1-x、CdS
x/Te1-x、ZnS/CdSe、ZnSe/CdS
e、CdS/ZnS、TiO2/Cd32、CdS/C
dSeCdyZn1-yS、CdS/HgS/CdSが好ま
しい。
As the semiconductor material to be coated on the conductive particles, Cd, Zn, In, Pb, Mo, W, Sb, Bi,
Cu, Hg, Ti, Ag, Mn, Fe, V, Sn, Z
oxides of r, Sr, Ga, Si, Cr, SrTiO 3 ,
Perovskite such as CaTiO 3 or Cd
S, ZnS, In 2 S 3 , PbS, Mo 2 S, WS 2 , Sb
2 S 3 , Bi 2 S 3 , ZnCdS 2 , sulfide of Cu 2 S, Cd
Se, In 2 Se 3 , WSe 2 , HgSe, PbSe, C
dTe metal chalcogenide, other GaAs, Si,
Se, Cd 2 P 3 , Zn 2 P 3 , InP, AgBr, PbI
2 , HgI 2 and BiI 3 are preferred. Alternatively, a composite containing at least one selected from the above semiconductors, for example, CdS / TiO 2 , CdS / AgI, Ag 2 S / Ag
I, CdS / ZnO, CdS / HgS, CdS / Pb
S, ZnO / ZnS, ZnO / ZnSe, CdS / Hg
S, CdS x / CdSe 1-x , CdS x / Te 1-x , CdS
e x / Te 1-x, ZnS / CdSe, ZnSe / CdS
e, CdS / ZnS, TiO 2 / Cd 3 P 2, CdS / C
dSeCd y Zn 1-y S, the CdS / HgS / CdS preferred.

【0054】本発明の光電変換素子1における半導体層
7を構成する導電性粒子15又は21に含まれる金属元
素Xに対する、半導体膜17に含まれる金属元素Yの元
素比Y/Xの値は、0.1以上8.0以下であることが
好ましい。Y/Xの値が0.1以下の場合,導電性粒子
表面の半導体膜の膜厚が平均して2nm以下となり、半
導体膜により被覆されていない部分が発生する恐れがあ
る。この場合、増感色素19を担持する場所となる半導
体膜17の表面積が小さくなり、結果として増感素担持
量が減少し光電変換素子1の出力特性の劣化が生じる。
また、Y/Xの値が8.0以上の場合,光電変換に寄与
しない半導体部分を抵抗損失の少ない材料に置き換える
ことにより得られる抵抗損失低減効果が小さくなり、結
果として太陽電池の出力特性の改善効果が得られなくな
る。
The value of the element ratio Y / X of the metal element Y contained in the semiconductor film 17 to the metal element X contained in the conductive particles 15 or 21 constituting the semiconductor layer 7 in the photoelectric conversion element 1 of the present invention is as follows. It is preferable that it is 0.1 or more and 8.0 or less. When the value of Y / X is 0.1 or less, the thickness of the semiconductor film on the surface of the conductive particles becomes 2 nm or less on average, and there is a possibility that a portion not covered by the semiconductor film may be generated. In this case, the surface area of the semiconductor film 17 where the sensitizing dye 19 is carried becomes small, and as a result, the sensitizing element carrying amount decreases and the output characteristics of the photoelectric conversion element 1 deteriorate.
When the value of Y / X is 8.0 or more, the effect of reducing the resistance loss obtained by replacing the semiconductor portion that does not contribute to the photoelectric conversion with a material having a small resistance loss is reduced, and as a result, the output characteristics of the solar cell are reduced. The improvement effect cannot be obtained.

【0055】ここでY/Xの値は、次のようにして決定
することができる。半導体層7を備えた電極をエタノー
ル溶液で洗浄し付着している電解液を取り除き、さらに
アルカリ性エタノール溶液で増感色素19を取り除く。
続いて、透明電極5上の半導体層7を電極から分離す
る。分離方法は、透明電極と半導体層を分離できれば、
如何なる方法を用いてもかまわない。このような分離方
法としては、例えば、超音波で振動を与えたり、こそぎ
落としたりする方法などが挙げられる。このようにして
半導体層7のみを取り出して、蛍光X線分析による分析
を行い、導電性粒子に含まれる金属元素Xに対する半導
体膜に含まれる金属元素Yの元素比を測定評価する手法
を用いることにより決定することができる。
Here, the value of Y / X can be determined as follows. The electrode provided with the semiconductor layer 7 is washed with an ethanol solution to remove the attached electrolytic solution, and the sensitizing dye 19 is further removed with an alkaline ethanol solution.
Subsequently, the semiconductor layer 7 on the transparent electrode 5 is separated from the electrode. If the separation method can separate the transparent electrode and the semiconductor layer,
Any method may be used. As such a separation method, for example, a method of applying vibration with ultrasonic waves or a method of scraping off may be mentioned. In this manner, only the semiconductor layer 7 is taken out, analyzed by fluorescent X-ray analysis, and a method of measuring and evaluating the element ratio of the metal element Y contained in the semiconductor film to the metal element X contained in the conductive particles is used. Can be determined by

【0056】また、半導体層7を備えた電極をエタノー
ル溶液で洗浄し付着している電解液を取り除き、さらに
アルカリ性エタノール溶液で増感色素19を取り除いた
後、透明電極5上の半導体層7を電極から分離して半導
体層7のみを取り出してから、半導体層7を酸で溶解
し、溶液中に含有される、導電性粒子に含まれる金属元
素Xに対する半導体膜に含まれる金属元素Yの元素比を
原子吸光法ないしはICP法により測定評価することもで
きる。
Further, the electrode provided with the semiconductor layer 7 is washed with an ethanol solution to remove the adhered electrolytic solution, and the sensitizing dye 19 is further removed with an alkaline ethanol solution. After separating from the electrode and taking out only the semiconductor layer 7, the semiconductor layer 7 is dissolved with an acid, and the metal element Y contained in the semiconductor film with respect to the metal element X contained in the conductive particles contained in the solution. The ratio can be measured and evaluated by an atomic absorption method or an ICP method.

【0057】さらに,導電性粒子および半導体膜に数種
の金属元素が含まれる場合、XおよびYは、導電性粒子
中の金属元素の総和および半導体膜中の金属元素の総和
をとるものとする。
Further, when the conductive particles and the semiconductor film contain several kinds of metal elements, X and Y are the total of the metal elements in the conductive particles and the total of the metal elements in the semiconductor film. .

【0058】図1に示されるような、平面状半導体層
は、例えば、透明電極5を有する基板3の表面に、導電
性微粒子からなるスラリー液を公知慣用の方法(例え
ば、ドクターブレードやバーコータなどの使う塗布方法
や、スプレー法、ディップコーティング法、スクリーン
印刷法、スピンコート法など)により塗布し、その後、
400℃〜600℃の範囲内の温度で加熱焼結して多孔
質導電性物質膜15を形成し、次いで、この多孔質膜上
に、半導体微粒子からなる膜あるいは半導体膜17を形
成することにより調製することができる。導電性微粒子
からなる多孔質膜を均一に覆う半導体微粒子からなる膜
あるいは半導体被膜形成法としては,液相堆積法,ゾル
ゲル法,無電解メッキ,電解メッキ法,TiCl4溶液処理
法などが好適である。
As shown in FIG. 1, a planar semiconductor layer is formed, for example, by applying a slurry liquid composed of conductive fine particles to a surface of a substrate 3 having a transparent electrode 5 by a known and conventional method (for example, a doctor blade or a bar coater, etc.). Application method, spray method, dip coating method, screen printing method, spin coating method, etc.)
By heating and sintering at a temperature in the range of 400 ° C. to 600 ° C. to form a porous conductive material film 15, and then forming a film made of semiconductor fine particles or a semiconductor film 17 on the porous film. Can be prepared. A liquid phase deposition method, a sol-gel method, an electroless plating method, an electrolytic plating method, a TiCl4 solution processing method, etc. are preferable as a method for forming a film or a semiconductor film composed of semiconductor particles uniformly covering a porous film composed of conductive particles. .

【0059】また、図2に示されるような、半導体材料
17で被覆された導電性粒子21は、半導体材料のゾル
溶液に導電性粒子を添加させることで得られる。半導体
のゾル溶液は、超微粒子の半導体を水に懸濁させたり、
アルコールと金属塩や金属との反応などによって得られ
る金属のアルコキシドを加水分解したり、金属のアルコ
キシドに溶解した金属塩を加水分解する公知な方法によ
って調製される。例えば、チタンのアルコキシドとし
て、テトライソプロピルチタネート、テトラブチルチタ
ネート、ブチルチタネートダイマー、テトラキス(2−
エチルヘキシルオキシ)チタン、テトラステアリルチタ
ネート、トリエタノールアミンチタネート、ジイソプロ
ポキシ・ビス(アセチルアセトナト)チタン、チタニウ
ムエチルアセトアセテート、チタニウムイソプロポキシ
オクチレングリコレート、チタニウムラクテートなどが
ある。
The conductive particles 21 coated with the semiconductor material 17 as shown in FIG. 2 can be obtained by adding the conductive particles to a sol solution of the semiconductor material. A semiconductor sol solution can be made by suspending ultrafine semiconductor particles in water,
It is prepared by a known method of hydrolyzing a metal alkoxide obtained by a reaction between an alcohol and a metal salt or a metal, or hydrolyzing a metal salt dissolved in the metal alkoxide. For example, as an alkoxide of titanium, tetraisopropyl titanate, tetrabutyl titanate, butyl titanate dimer, tetrakis (2-
Ethylhexyloxy) titanium, tetrastearyl titanate, triethanolamine titanate, diisopropoxy bis (acetylacetonato) titanium, titanium ethyl acetoacetate, titanium isopropoxyoctylene glycolate, titanium lactate, and the like.

【0060】また、導電粒子に被膜された半導体層に空
孔を開け、導電粒子の表面が一部露出するようにして、
導電粒子間の電気的接触をより向上させることを目的
に、半導体のゾル溶液にポリエチレングリコールなどの
公知の添加剤を入れてもかまわない。半導体のゾル溶液
の希釈液として、このゾル溶液と相溶性のあるものであ
れば何でもよく、単独でも混合物でも制限なく使用でき
る。例えば、酸化チタンゾル溶液の希釈液として、エタ
ノール、1−プロパノール、2−プロパノール、N−ヘ
キサン、ベンゼン、トルエン、キシレン、トリクレン、
プロピレンジクロライドなどがある。
Further, holes are formed in the semiconductor layer coated on the conductive particles so that the surface of the conductive particles is partially exposed,
For the purpose of further improving the electrical contact between the conductive particles, a known additive such as polyethylene glycol may be added to the sol solution of the semiconductor. Any diluent of the semiconductor sol solution may be used as long as it is compatible with the sol solution, and either a single solution or a mixture can be used without limitation. For example, as a dilute solution of a titanium oxide sol solution, ethanol, 1-propanol, 2-propanol, N-hexane, benzene, toluene, xylene, tricrene,
And propylene dichloride.

【0061】半導体のゾル溶液から導電性粒子に半導体
を被覆させる方法として、ゾル溶液に導電性粒子を添加
したり、導電性粒子の粉末にゾル溶液を滴下したり、導
電性粒子を飛散させたチャンバー内にゾル溶液を噴霧し
たりする方法がある。導電性粒子に被膜させる半導体の
膜厚は、導電性粒子の粒径との関係で一概には言えない
が、50nm以下が好ましい。この膜厚の制御はゾル溶
液と導電性粒子を混合させている時間を変えることによ
って行う。混合時間が長いと、導電性粒子に均一に半導
体が被膜しなくなるので、混合時間は60秒以下が好ま
しい。導電性粒子に被膜している加水分解後の半導体に
はヒドロキシル基などがあり、凝集し易いため、半導体
のゾル溶液と導電性粒子を混合した後、導電性粒子を直
ちに分別しなければならない。凝集を最小限に抑えるた
め、導電性粒子を分別後、半導体のゾル溶液と相溶性の
ある液体で洗浄することが好ましい。さらに、この洗浄
によって、均一かつ50nm以下の膜厚の半導体を被膜
した導電性粒子が得られる。
As a method for coating the conductive particles with the semiconductor from the semiconductor sol solution, the conductive particles were added to the sol solution, the sol solution was dropped on the conductive particle powder, or the conductive particles were scattered. There is a method of spraying a sol solution into a chamber. The thickness of the semiconductor film coated on the conductive particles cannot be unconditionally determined in relation to the particle size of the conductive particles, but is preferably 50 nm or less. The thickness is controlled by changing the time during which the sol solution and the conductive particles are mixed. If the mixing time is long, the conductive particles are not uniformly coated with the semiconductor, so the mixing time is preferably 60 seconds or less. Since the hydrolyzed semiconductor coated on the conductive particles has a hydroxyl group and the like and easily aggregates, the conductive particles must be immediately separated after mixing the semiconductor sol solution and the conductive particles. In order to minimize agglomeration, it is preferable that the conductive particles be separated and then washed with a liquid compatible with the semiconductor sol solution. Further, by this washing, conductive particles uniformly coated with a semiconductor having a thickness of 50 nm or less can be obtained.

【0062】図2に示されるような半導体層の場合、前
記のようにして得られた、半導体で被覆された導電性粒
子を、基板3の透明電極5の表面に塗布し、その後、加
熱焼結することによって得られる。半導体を被膜した導
電性粒子を塗布する方法は、ドクターブレードやバーコ
ータなどの使う塗布方法や、スプレー法、ディップコー
ティング法、スクリーン印刷法、スピンコート法などが
ある。加熱焼結過程で、導電性粒子同士が焼結されて電
気的接触がより強固になり、さらに、導電性粒子に被膜
している半導体を結晶化させることができる。加熱温度
は焼結率ならびに半導体の結晶化の進み具合や、熱劣化
による導電性粒子の導電率の低下を勘案して、400℃
から600℃が好ましい。400℃以下では強固な膜が
得られず、600℃以上では熱劣化による導電性粒子の
導電率の低下が著しい。400℃から600℃の加熱温
度に到達するまでの昇温過程は室温から徐々に行うこと
が好ましい。室温から昇温することで、導電性粒子に被
膜した半導体に亀裂を生じさせることなく、導電性粒子
を焼結させることができる。このような塗布と加熱焼結
を繰り返して、任意の所望する膜厚を持つ多孔質な半導
体膜を得ることができる。
In the case of a semiconductor layer as shown in FIG. 2, the conductive particles coated with the semiconductor obtained as described above are applied to the surface of the transparent electrode 5 of the substrate 3 and then heated and baked. Obtained by tying. The method of applying the conductive particles coated with the semiconductor includes an application method using a doctor blade or a bar coater, a spray method, a dip coating method, a screen printing method, and a spin coating method. In the heat sintering process, the conductive particles are sintered with each other to make the electrical contact stronger, and further, the semiconductor coated on the conductive particles can be crystallized. The heating temperature is set at 400 ° C. in consideration of the sintering rate, the degree of crystallization of the semiconductor, and the decrease in conductivity of the conductive particles due to thermal deterioration.
To 600 ° C. At a temperature of 400 ° C. or lower, a strong film cannot be obtained, and at a temperature of 600 ° C. or higher, the conductivity of the conductive particles is significantly reduced due to thermal degradation. It is preferable that the heating process until the heating temperature from 400 ° C. to 600 ° C. is reached is gradually performed from room temperature. By raising the temperature from room temperature, the conductive particles can be sintered without causing cracks in the semiconductor coated on the conductive particles. By repeating such application and heat sintering, a porous semiconductor film having any desired film thickness can be obtained.

【0063】多孔質半導体層の膜厚を制御することによ
り、ラフネスファクター(基板面積に対する多孔質内部
の実面積の割合)を決定することができる。ラフネスフ
ァクターは20以上であることが好ましく、150以上
であることが一層好ましい。ラフネスファクターが20
未満の場合、増感色素の担持量が不十分となり、光電変
換特性が改善されない。ラフネスファクターの上限値は
一般的に、5000程度である。ラフネスファクターは
半導体層の膜厚を厚くすると大きくなって、半導体層の
表面積が広がり、増感色素の担持量の増加が期待でき
る。しかし、膜厚が厚くなりすぎると、半導体層の光透
過率ならびに抵抗損失の影響が現れ始める。また、膜の
ポロシティーを高くすれば、膜厚を厚くしなくてもラフ
ネスファクターを大きくすることが可能である。しか
し、ポロシティーが高すぎると、導電性粒子間の接触面
積が減少して、抵抗損失の影響を考慮しなくてはならな
い。このようなことから、膜のポロシティーは50%以
上が好ましく、その上限値は一般的に約80%程度であ
る。膜のポロシティーは液体窒素温度下で窒素ガスある
いはクリプトンガスの吸着−脱離等温曲線の測定結果か
ら算出することができる。
By controlling the thickness of the porous semiconductor layer, the roughness factor (the ratio of the actual area inside the porous body to the substrate area) can be determined. The roughness factor is preferably 20 or more, and more preferably 150 or more. Roughness factor is 20
If it is less than 3, the amount of the sensitizing dye carried becomes insufficient, and the photoelectric conversion characteristics are not improved. The upper limit of the roughness factor is generally about 5000. The roughness factor increases as the thickness of the semiconductor layer increases, and the surface area of the semiconductor layer increases, and an increase in the amount of sensitizing dye carried can be expected. However, when the film thickness is too large, the influence of the light transmittance and the resistance loss of the semiconductor layer starts to appear. Further, if the porosity of the film is increased, the roughness factor can be increased without increasing the film thickness. However, if the porosity is too high, the contact area between the conductive particles decreases, and the effect of resistance loss must be considered. For this reason, the porosity of the film is preferably 50% or more, and the upper limit is generally about 80%. The porosity of the film can be calculated from the measurement result of the adsorption-desorption isotherm of nitrogen gas or krypton gas at the temperature of liquid nitrogen.

【0064】図3は、本発明による光電変換素子1の効
果を説明する模式図である。(a)は従来の増感光電変
換素子100における抵抗損失と透過損失を示す。従来
の光電変換素子100では、膜厚がDの半導体材料のみ
からなる半導体層110が透明電極5付き透明基板3に
被着され、半導体層110の表面に増感色素19が担持
されている。(b)は本発明の色素増感光電変換素子1
における抵抗損失と透過損失を示す。本発明の色素増感
光電変換素子1では、半導体膜17の膜厚dは、増感色
素19との間で光電変換機能を発現するために必要十分
な値でしかない。従って、d<<Dである。しかも、本
発明の素子1では、半導体膜17と電極5との間には、
60%以上の透過率を有する導電性粒子層15が存在す
る。このため、同じ半導体層であっても、本発明の素子
1における半導体層7の透過損失及び抵抗損失は、従来
の素子100における半導体層110の透過損失及び抵
抗損失に比べて著しく低くなる。
FIG. 3 is a schematic diagram illustrating the effect of the photoelectric conversion element 1 according to the present invention. (A) shows resistance loss and transmission loss in the conventional sensitized photoelectric conversion element 100. In the conventional photoelectric conversion element 100, a semiconductor layer 110 made of only a semiconductor material having a film thickness of D is attached to the transparent substrate 3 with the transparent electrode 5, and the sensitizing dye 19 is carried on the surface of the semiconductor layer 110. (B) is a dye-sensitized photoelectric conversion element 1 of the present invention.
Shows the resistance loss and the transmission loss at. In the dye-sensitized photoelectric conversion element 1 of the present invention, the thickness d of the semiconductor film 17 is only a necessary and sufficient value for exhibiting a photoelectric conversion function with the sensitizing dye 19. Therefore, d << D. Moreover, in the device 1 of the present invention, the space between the semiconductor film 17 and the electrode 5 is
There is a conductive particle layer 15 having a transmittance of 60% or more. For this reason, even with the same semiconductor layer, the transmission loss and the resistance loss of the semiconductor layer 7 in the element 1 of the present invention are significantly lower than the transmission loss and the resistance loss of the semiconductor layer 110 in the conventional element 100.

【0065】再び図1を参照する。図1におけるその他
の構成部材は光電変換素子の構成部材として公知のもの
である。例えば、透明基板3及び11としては、ガラス
又はプラスチックなどを使用できる。プラスチックは可
撓性なので、柔軟性を必要とする用途に適する。基板3
は光入射側基板として機能するので透明であることが好
ましい。一方、基板11は透明でも、不透明でもよい
が、両側の基板から光を入射させることができるので、
透明であることが好ましい。
Referring back to FIG. Other components in FIG. 1 are known as components of the photoelectric conversion element. For example, as the transparent substrates 3 and 11, glass or plastic can be used. Because plastic is flexible, it is suitable for applications requiring flexibility. Substrate 3
Is preferably transparent because it functions as a light incident side substrate. On the other hand, the substrate 11 may be transparent or opaque, but light can be incident from both substrates.
Preferably, it is transparent.

【0066】基板3の一方の面に成膜される電極5は、
金属そのものか、またはガラスもしくはプラスチック上
に設けた導電性をもつ膜である。好ましい導電材として
は金属(例えば白金、金、銀、銅、アルミニウム、ロジ
ウム、インジウム等)、炭素、もしくは導電性の金属酸
化物(インジウム−錫複合酸化物、フッ素をドープした
酸化錫等)が挙げられる。
The electrode 5 formed on one surface of the substrate 3 is
It is a metal film or a conductive film provided on glass or plastic. Preferred conductive materials include metals (eg, platinum, gold, silver, copper, aluminum, rhodium, indium, etc.), carbon, and conductive metal oxides (indium-tin composite oxide, fluorine-doped tin oxide, etc.). No.

【0067】電極5は、表面抵抗が低い程よい。好まし
い表面抵抗の範囲としては50Ω/sq以下であり、よ
り好ましくは30Ω/sq以下である。下限に特に制限
はないが、通常0.1Ω/sqである。
The lower the surface resistance of the electrode 5, the better. The preferable range of the surface resistance is 50 Ω / sq or less, and more preferably 30 Ω / sq or less. The lower limit is not particularly limited, but is usually 0.1 Ω / sq.

【0068】電極5は、光透過率が高い程よい。好まし
い光透過率としては50%以上であり、より好ましくは
80%以上である。電極5の膜厚は0.1〜10μmが
好ましい。電極5の膜厚が0.1μm未満の場合、均一
な膜厚の電極膜を形成することが困難になる。一方、膜
厚が10μm超の場合、光透過性が低下し、十分な光が
半導体層7及び増感色素19に到達しなくなる。光は半
導体層17が被着される側の電極5から入射させる事が
好ましい。
The higher the light transmittance of the electrode 5, the better. The preferred light transmittance is 50% or more, more preferably 80% or more. The thickness of the electrode 5 is preferably 0.1 to 10 μm. When the thickness of the electrode 5 is less than 0.1 μm, it is difficult to form an electrode film having a uniform thickness. On the other hand, when the film thickness is more than 10 μm, the light transmittance is reduced, and sufficient light does not reach the semiconductor layer 7 and the sensitizing dye 19. Light is preferably incident from the electrode 5 on the side on which the semiconductor layer 17 is deposited.

【0069】本発明の半導体層7は増感色素分子19を
担持させることにより、光電変換効率の高い光電変換素
子を得ることができる。本発明の半導体層7に担持させ
るために使用される増感色素19としては、従来の色素
増感性光電変換素子で常用の色素であれば全て使用でき
る。このような色素は当業者に公知である。このような
色素は例えば、RuL2(H2O)2タイプのルテニウム−シス−
ジアクア−ビピリジル錯体又はルテニウム−トリス(RuL
3)、ルテニウム−ビス(RuL2)、オスニウム−トリス(OsL
3)、オスニウム−ビス(OsL2)タイプの遷移金属錯体若し
くは、亜鉛−テトラ(4−カルボキシフェニル)ポルフ
ィリン、鉄−ヘキサシアニド錯体、フタロシアニンなど
が挙げられる。有機色素としては、9-フェニルキサン
テン系色素、クマリン系色素、アクリジン系色素、トリ
フェニルメタン系色素、テトラフェニルメタン系色素、
キノン系色素、アゾ系色素、インジゴ系色素、シアニン
系色素、メロシアニン系色素、キサンテン系色素などが
挙げられる。この中でもルテニウム−ビス(RuL2)誘導体
が好ましい。
By supporting the sensitizing dye molecules 19 on the semiconductor layer 7 of the present invention, a photoelectric conversion element having high photoelectric conversion efficiency can be obtained. As the sensitizing dye 19 used to be supported on the semiconductor layer 7 of the present invention, any dye commonly used in conventional dye-sensitized photoelectric conversion elements can be used. Such dyes are known to those skilled in the art. Such dyes are, for example, RuL 2 (H 2 O) 2 type ruthenium-cis-
Diaqua-bipyridyl complex or ruthenium-tris (RuL
3 ), ruthenium-bis (RuL 2 ), osmium-tris (OsL
3 ), transition metal complexes of osnium-bis (OsL 2 ) type, zinc-tetra (4-carboxyphenyl) porphyrin, iron-hexacyanide complex, phthalocyanine and the like. As organic dyes, 9-phenylxanthene dyes, coumarin dyes, acridine dyes, triphenylmethane dyes, tetraphenylmethane dyes,
Examples include quinone dyes, azo dyes, indigo dyes, cyanine dyes, merocyanine dyes, and xanthene dyes. Among them, a ruthenium-bis (RuL 2 ) derivative is preferable.

【0070】半導体層7への増感色素19の担持量とし
ては、10-8〜10-6mol/cm 2の範囲にあればよ
く、特に0.1〜9.0×10-7mol/cm2が好ま
しい。増感色素19の担持量が10-8mol/cm2
満の場合、光電変換効率向上効果が不十分となる。一
方、増感色素の担持量が10-6mol/cm2超の場
合、光電変換効率向上効果が飽和し、不経済となるだけ
である。
The amount of the sensitizing dye 19 carried on the semiconductor layer 7
10-8-10-6mol / cm TwoIf it is in the range of
And especially 0.1 to 9.0 × 10-7mol / cmTwoIs preferred
New When the amount of sensitizing dye 19 carried is 10-8mol / cmTwoNot yet
When it is full, the effect of improving the photoelectric conversion efficiency becomes insufficient. one
On the other hand, the loading amount of the sensitizing dye is 10-6mol / cmTwoSuper place
In this case, the effect of improving the photoelectric conversion efficiency saturates and becomes uneconomical.
It is.

【0071】半導体層7への増感色素19の担持方法
は、例えば、増感色素を溶かした溶液に、半導体層7を
被着させた基板3を浸漬させる方法が挙げられる。この
溶液の溶媒としては、水、アルコール、トルエン、ジメ
チルホルムアミドなど増感色素を溶解可能なものであれ
ば全て使用できる。また、浸漬方法として増感色素溶液
に、半導体層7を被着させた電極付基板を一定時間浸漬
させている時に、加熱還流をしたり、超音波を印加した
りすることが有効である。
The method for supporting the sensitizing dye 19 on the semiconductor layer 7 includes, for example, a method in which the substrate 3 on which the semiconductor layer 7 is adhered is immersed in a solution in which the sensitizing dye is dissolved. As a solvent for this solution, any solvent can be used as long as it can dissolve the sensitizing dye, such as water, alcohol, toluene, and dimethylformamide. As an immersion method, it is effective to heat and reflux or apply ultrasonic waves while the substrate with electrodes on which the semiconductor layer 7 is applied is immersed in the sensitizing dye solution for a certain period of time.

【0072】対電極9は光電変換素子1の正極として機
能し、前記の半導体層7が被着される側の電極5と同義
である。本発明における光電変換素子1の対電極9とし
ては、光電変換素子1の正極として効率よく作用するた
めに、電解質の還元体に電子を与える触媒作用を有する
白金やグラファイトなどが好ましい。また、対電極9と
透明基板11との間には対電極9とは異なる材料からな
る導電性のある膜を設けてもよい。
The counter electrode 9 functions as a positive electrode of the photoelectric conversion element 1 and has the same meaning as the electrode 5 on the side on which the semiconductor layer 7 is deposited. As the counter electrode 9 of the photoelectric conversion element 1 in the present invention, in order to efficiently act as a positive electrode of the photoelectric conversion element 1, platinum, graphite, or the like having a catalytic action of giving electrons to a reduced form of the electrolyte is preferable. Further, a conductive film made of a material different from that of the counter electrode 9 may be provided between the counter electrode 9 and the transparent substrate 11.

【0073】増感色素19を担持した半導体層7と対電
極9との間には電解質層13が存在する。電解質として
は、酸化体と還元体からなる一対の酸化還元系構成物質
が溶媒中に含まれていれば、特に限定されないが、酸化
体と還元体が同一電荷を持つ酸化還元系構成物質が好ま
しい。この明細書における、酸化還元系構成物質とは、
酸化還元反応において、可逆的に酸化体及び還元体の形
で存在する一対の物質を意味する。このような酸化還元
系構成物質自体は当業者に公知である。本発明で使用で
きる酸化還元系構成物質は例えば、塩素化合物−塩素、
ヨウ素化合物−ヨウ素、臭素化合物−臭素、タリウムイ
オン(III)−タリウムイオン(I)、水銀イオン(II)−水銀
イオン(I)、ルテニウムイオン(III)−ルテニウムイオン
(II)、銅イオン(II)−銅イオン(I)、鉄イオン(III)−鉄
イオン(II)、バナジウムイオン(III)−バナジウムイオ
ン(II)、マンガン酸イオン−過マンガン酸イオン、フェ
リシアン化物−フェロシアン化物、キノン−ヒドロキノ
ン、フマル酸−コハク酸などが挙げられる。言うまでも
なく、その他の酸化還元系構成物質も使用できる。中で
も、ヨウ素化合物−ヨウ素が好ましく、ヨウ素化合物と
しては、ヨウ化リチウム、ヨウ化カリウム等の金属ヨウ
化物、テトラアルキルアンモニウムヨージド、ピリジニ
ウムヨージド等のヨウ化4級アンモニウム塩化合物、ヨ
ウ化ジメチルプロピルイミダゾリウム等のヨウ化ジイミ
ダゾリウム化合物が特に好ましい。
An electrolyte layer 13 exists between the semiconductor layer 7 carrying the sensitizing dye 19 and the counter electrode 9. The electrolyte is not particularly limited as long as the solvent contains a pair of oxidation-reduction constituents composed of an oxidant and a reductant, but is preferably an oxidation-reduction constituent in which the oxidant and the reductant have the same charge. . In this specification, the oxidation-reduction component is
In the oxidation-reduction reaction, a pair of substances reversibly existing in the form of an oxidized form and a reduced form. Such a redox-based constituent itself is known to those skilled in the art. Oxidation-reduction constituent materials that can be used in the present invention are, for example, chlorine compounds-chlorine,
Iodine compound-iodine, bromine compound-bromine, thallium ion (III)-thallium ion (I), mercury ion (II)-mercury ion (I), ruthenium ion (III)-ruthenium ion
(II), copper ion (II)-copper ion (I), iron ion (III)-iron ion (II), vanadium ion (III)-vanadium ion (II), manganate ion-permanganate ion, ferricia And quinone-hydroquinone, fumaric acid-succinic acid, and the like. Needless to say, other redox components can also be used. Among them, an iodine compound-iodine is preferable. Examples of the iodine compound include metal iodides such as lithium iodide and potassium iodide, quaternary ammonium salt compounds such as tetraalkylammonium iodide and pyridinium iodide, and dimethylpropyl iodide. Diimidazolium iodide compounds such as imidazolium are particularly preferred.

【0074】電解質を溶解するために使用される溶媒
は、酸化還元系構成物質を溶解しイオン伝導性に優れた
化合物が好ましい。溶媒としては水性溶媒及び有機溶媒
の何れも使用できるが、酸化還元系構成物質をより安定
するため、有機溶媒が好ましい。例えば、ジメチルカー
ボネート、ジエチルカーボネート、メチルエチルカーボ
ネート、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネー
ト等のカーボネ−ト化合物、酢酸メチル、プロピオン酸
メチル、ガンマーブチロラクトン等のエステル化合物、
ジエチルエーテル、1,2−ジメトキシエタン、1,3
−ジオキソシラン、テトラヒドロフラン、2−メチルー
テトラヒドラフラン等のエーテル化合物、3−メチル−
2−オキサゾジリノン、2−メチルピロリドン等の複素
環化合物、アセトニトリル、メトキシアセトニトリル、
プロピオニトリル等のニトリル化合物、スルフォラン、
ジジメチルスルフォキシド、ジメチルフォルムアミド等
の非プロトン性極性化合物などが挙げられる。これらは
それぞれ単独で用いることもできるし、また、2種類以
上を混合して併用することもできる。中でも、エチレン
カーボネート、プロピレンカーボネート等のカーボネ−
ト化合物、3−メチル−2−オキサゾジリノン、2−メ
チルピロリドン等の複素環化合物、アセトニトリル、メ
トキシアセトニトリル、プロピオニトリル等のニトリル
化合物が特に好ましい。
The solvent used for dissolving the electrolyte is preferably a compound which dissolves the redox constituents and has excellent ion conductivity. As the solvent, any of an aqueous solvent and an organic solvent can be used, but an organic solvent is preferable in order to further stabilize the oxidation-reduction constituent material. For example, dimethyl carbonate, diethyl carbonate, methyl ethyl carbonate, ethylene carbonate, carbonate compounds such as propylene carbonate, methyl acetate, methyl propionate, ester compounds such as gamma-butyrolactone,
Diethyl ether, 1,2-dimethoxyethane, 1,3
Ether compounds such as dioxosilane, tetrahydrofuran and 2-methyl-tetrahydrafuran, 3-methyl-
Heterocyclic compounds such as 2-oxazodilinone and 2-methylpyrrolidone, acetonitrile, methoxyacetonitrile,
Nitrile compounds such as propionitrile, sulfolane,
Aprotic polar compounds such as didimethylsulfoxide and dimethylformamide; Each of these can be used alone, or two or more of them can be used in combination. Among them, carbonates such as ethylene carbonate and propylene carbonate
Compounds, heterocyclic compounds such as 3-methyl-2-oxazodylinone and 2-methylpyrrolidone, and nitrile compounds such as acetonitrile, methoxyacetonitrile and propionitrile are particularly preferred.

【0075】次に、低抵抗損失を有し、高い光電変換効
率を達成できる本発明の光電変換素子の別の実施態様を
図4に示す。図1に示された実施態様では、導電性物質
15は内部抵抗を低くするため緻密かつ均一な膜厚を有
する薄膜状であるが、図4に示される実施態様では、粒
子状の導電性物質23からなる層25を電極5と半導体
層7との間に配設する。
Next, another embodiment of the photoelectric conversion device of the present invention having a low resistance loss and capable of achieving high photoelectric conversion efficiency is shown in FIG. In the embodiment shown in FIG. 1, the conductive material 15 is a thin film having a dense and uniform film thickness in order to reduce the internal resistance. However, in the embodiment shown in FIG. A layer 25 made of 23 is provided between the electrode 5 and the semiconductor layer 7.

【0076】図1の構造の場合、比表面積が大きい半導
体層17と緻密な構造の導電性物質層1からなる電極と
が接するため、半導体層と電極との接触面積は小さく、
半導体層と電極との界面の抵抗による損失が変換効率低
下の要因となっていた。図4の構造の場合、半導体層と
電極との間に導電性粒子層を介在させたことにより、半
導体の高い比表面積及び電極の低抵抗といった特性を損
なうことなく、半導体層と電極との接触面積を大きく
し、界面の抵抗を低減させ、高い変換効率が得られる。
In the case of the structure shown in FIG. 1, the semiconductor layer 17 having a large specific surface area is in contact with the electrode made of the conductive material layer 1 having a dense structure, so that the contact area between the semiconductor layer and the electrode is small.
Loss due to resistance at the interface between the semiconductor layer and the electrode has been a factor in lowering the conversion efficiency. In the case of the structure of FIG. 4, the conductive particle layer is interposed between the semiconductor layer and the electrode, so that the contact between the semiconductor layer and the electrode can be maintained without impairing the characteristics such as the high specific surface area of the semiconductor and the low resistance of the electrode. The area is increased, the resistance at the interface is reduced, and high conversion efficiency is obtained.

【0077】別法として、図5に示されるように、半導
体膜17で被覆された粒子状導電性物質21からなる半
導体層7(図2参照)と電極5との間に導電性粒子層2
5を介在させることもできる。これにより、更に一層優
れた低抵抗損失及び低透過損失が得られる。
As another method, as shown in FIG. 5, a conductive particle layer 2 is provided between a semiconductor layer 7 (see FIG. 2) made of a particulate conductive material 21 covered with a semiconductor film 17 and an electrode 5.
5 can also be interposed. Thereby, further excellent low resistance loss and low transmission loss can be obtained.

【0078】図4及び図5に示される実施態様で使用さ
れる導電性粒子23としては光透過性であるものが好ま
しい。導電性粒子層25の光透過率は60%以上である
ことが好ましい。導電性粒子層25の光透過率が60%
未満に場合、半導体層7に担持された増感色素19に照
射される光量が減少して、十分な光電子が生成されなく
なるなどの不都合が生じるので好ましくない。このよう
な光透過性導電性微粒子としては、図1及び図2におけ
る導電性物質と同じものを使用することができる。
The conductive particles 23 used in the embodiments shown in FIGS. 4 and 5 are preferably light-transmitting. The light transmittance of the conductive particle layer 25 is preferably 60% or more. The light transmittance of the conductive particle layer 25 is 60%.
If it is less than 1, the amount of light applied to the sensitizing dye 19 carried on the semiconductor layer 7 decreases, and disadvantages such as insufficient generation of photoelectrons occur, which is not preferable. As such light-transmitting conductive fine particles, the same conductive material as those in FIGS. 1 and 2 can be used.

【0079】導電性粒子23の粒径は3nm〜500n
mの範囲内であることが好ましい。3nm〜100nm
の範囲内であることが一層好ましい。導電性粒子の粒径
が500nm超では比表面積が著しく小さくなるため、
ラフネスファクターを大きくすることができず、導電性
粒子層の使用効果を発現できない。一方、導電性粒子の
粒径が3nm未満では粒子の取扱作業性が低下するので
好ましくない。
The particle size of the conductive particles 23 is 3 nm to 500 n.
It is preferably within the range of m. 3 nm to 100 nm
Is more preferably within the range. If the particle size of the conductive particles exceeds 500 nm, the specific surface area becomes extremely small.
The roughness factor cannot be increased, and the effect of using the conductive particle layer cannot be exhibited. On the other hand, when the particle size of the conductive particles is less than 3 nm, the workability of handling the particles is undesirably reduced.

【0080】また、導電性粒子層25の厚みとしては、
一般的に10〜3000nmの範囲内であることが好ま
しい。10nm未満であると、電極5の表面の導電性粒
子層25による被覆において不完全となる部分が生じる
ため好ましくない。また、3000nm超であると、導
電性粒子層25による光透過損失が大きくなるため好ま
しくない。導電性粒子層25の厚みの一層好ましい範囲
は500nm〜2500nmである。
The thickness of the conductive particle layer 25 is as follows.
Generally, it is preferable to be within the range of 10 to 3000 nm. If the thickness is less than 10 nm, the surface of the electrode 5 may be incompletely covered with the conductive particle layer 25, which is not preferable. On the other hand, if it exceeds 3000 nm, light transmission loss due to the conductive particle layer 25 increases, which is not preferable. The more preferable range of the thickness of the conductive particle layer 25 is 500 nm to 2500 nm.

【0081】図6は、液漏れせず、かつ優れた光電変換
効率を長期にわたり維持することができる本発明の光電
変換素子の断面図である。図6において、電解質層13
は、多孔質支持体27と、該多孔質支持体27内に充満
保持された電解液とから構成されている。
FIG. 6 is a cross-sectional view of the photoelectric conversion element of the present invention which does not leak and can maintain excellent photoelectric conversion efficiency for a long period of time. In FIG. 6, the electrolyte layer 13
Is composed of a porous support 27 and an electrolyte filled and held in the porous support 27.

【0082】なお、この明細書における「多孔質支持
体」とは、電解液を保持できるばかりでなく、電解液中
の酸化還元対が通過できる空間を有し、かつ、それ自体
が一つの独立した膜状構造体からなるものを意味する。
従って、前記のような構造体である多孔質支持体は、光
電変換素子を分解した際に一枚の膜として取り出すこと
ができる特徴を有する。
The term “porous support” in this specification means not only a space capable of holding an electrolytic solution, but also a space through which a redox couple in the electrolytic solution can pass, and itself is one independent member. Means a film-like structure formed as described above.
Therefore, the porous support having the structure as described above has a feature that it can be taken out as a single film when the photoelectric conversion element is disassembled.

【0083】本発明の光電変換素子1における電解質層
13を構成する多孔質支持体27の構造としては、繊維
状物質を重ね合わせたもの、格子状の網目構造をもつも
の、多孔質支持体面に対しの法線方向に柱状の空隙をも
つものなどが好ましい。従って、多孔質支持体27とし
ては、例えば、濾過フィルター(メンブランフィルタ)
あるいは一次電池や二次電池などに用いられるセパレー
ター又は不織布などを好適に使用できる。特に、多孔質
支持体面に対し法線方向に貫通した空隙をもつ場合、多
孔質支持体27自体が酸化還元対の移動を阻害する作用
が少ないため高い光電変換効率が得られる。
The structure of the porous support 27 constituting the electrolyte layer 13 in the photoelectric conversion element 1 of the present invention may be a structure in which fibrous substances are superimposed, a structure having a lattice-like network structure, a structure in which Those having columnar voids in the normal direction are preferred. Therefore, as the porous support 27, for example, a filtration filter (membrane filter)
Alternatively, a separator or a nonwoven fabric used for a primary battery, a secondary battery, or the like can be suitably used. In particular, when there is a void penetrating in the normal direction to the surface of the porous support, a high photoelectric conversion efficiency can be obtained because the porous support 27 itself has little effect of inhibiting movement of the oxidation-reduction pair.

【0084】本発明の多孔質支持体27として使用され
る濾過フィルターの材質としては、ガラス繊維、ポリプ
ロピレン、ポリエチレン等のポリオレフィン類、ポリエ
チレンテレフタレート等のポリエステル類などからなる
ものが好ましい。
The material of the filter used as the porous support 27 of the present invention is preferably made of glass fibers, polyolefins such as polypropylene and polyethylene, and polyesters such as polyethylene terephthalate.

【0085】本発明の多孔質支持体27として使用され
るセパレーター又は不織布の材質としては、ポリプロピ
レン、ポリエチレン等のポリオレフィン類、ポリエチレ
ンテレフタレート等のポリエステル類、ポリアミド類、
ポリフェリレンスルフィド、ビニヨン(塩化ビニルと酢
酸ビニルの共重合物)、ポリイミド、ビニロン(アセタ
ール化ポリビニルアルコール)などが好ましい。これら
の材質のセパレーター又は不織布を単独でも、あるいは
2種以上の材質のセパレーター又は不織布を複合化して
使用することもできる。ここで、「複合化した不織布」
とは、上記2種類の材料をブレンド後に溶融紡糸/延伸
したブレンド延伸型不織布、または上記2種類の材料の
一方を芯とし、他方がその周囲を被覆してなる複合繊維
(コンジュゲート型繊維)を熱融着してなる芯鞘構造型
の不織布である。例えば、芯成分に高融点のポリプロピ
レンを用い、鞘成分に低融点のポリエチレンを用いた熱
融着タイプの不織布がよく知られている。
The material of the separator or nonwoven fabric used as the porous support 27 of the present invention includes polyolefins such as polypropylene and polyethylene, polyesters such as polyethylene terephthalate, polyamides, and the like.
Polyphenylene sulfide, vinylon (copolymer of vinyl chloride and vinyl acetate), polyimide, vinylon (acetalized polyvinyl alcohol) and the like are preferable. The separator or nonwoven fabric of these materials can be used alone, or a composite of two or more types of separators or nonwoven fabrics can be used. Here, "composite nonwoven fabric"
Is a blended stretched nonwoven fabric obtained by blending the above two types of materials and then melt-spinning / stretching, or a composite fiber (conjugated type fiber) comprising one of the above two types of materials as a core and the other covering the periphery thereof. Is a core-sheath structure type non-woven fabric obtained by heat-sealing. For example, a heat-sealing type nonwoven fabric using a high melting point polypropylene as a core component and a low melting point polyethylene as a sheath component is well known.

【0086】多孔質支持体27の厚みは半導体層7と対
電極9との面間隔で規定される。しかし、一般的に、多
孔質支持体27の厚みは、1mm以下が好ましい。多孔
質支持体27の厚みが1mm超の場合、電解質層13中
の酸化還元対の移動距離が長くなり、酸化還元対を媒介
とした電子の授受反応が律速となり光電変換効率が低下
する。
The thickness of the porous support 27 is determined by the surface distance between the semiconductor layer 7 and the counter electrode 9. However, in general, the thickness of the porous support 27 is preferably 1 mm or less. When the thickness of the porous support 27 is more than 1 mm, the movement distance of the oxidation-reduction pair in the electrolyte layer 13 becomes longer, and the electron transfer reaction mediated by the oxidation-reduction pair becomes rate-limiting, and the photoelectric conversion efficiency decreases.

【0087】半導体層7と対電極9との空間を無くすこ
とは、多孔質支持体27による電解液保持機構の働かな
い電解質層13部分を無くすことになり、そのこと自体
は液漏れ防止および信頼性向上につながる。しかしなが
ら、半導体層7と対電極9との空間を無くすために、そ
の組立工程おいて両極を互いに強く押しつけ合うこと
は、半導体層7および対電極9を機械的に破壊し、光電
変換効率を低下させる要因となることもある。そのた
め、半導体層7と対電極9との間には少なくとも1μm
以上の間隔を設け、前記半導体層7および対電極9の機
械的破壊を防ぐことが好ましい。従って、半導体層7と
対電極9との間に設ける多孔質支持体27の厚みとして
は1μm以上とすることが好ましい。
Eliminating the space between the semiconductor layer 7 and the counter electrode 9 eliminates the portion of the electrolyte layer 13 in which the electrolyte holding mechanism of the porous support 27 does not work. Leads to improved performance. However, in order to eliminate the space between the semiconductor layer 7 and the counter electrode 9, the electrodes are strongly pressed against each other in the assembling process, so that the semiconductor layer 7 and the counter electrode 9 are mechanically broken and the photoelectric conversion efficiency is reduced. This can be a factor. Therefore, the distance between the semiconductor layer 7 and the counter electrode 9 is at least 1 μm.
It is preferable to provide the above intervals to prevent mechanical destruction of the semiconductor layer 7 and the counter electrode 9. Therefore, the thickness of the porous support 27 provided between the semiconductor layer 7 and the counter electrode 9 is preferably 1 μm or more.

【0088】本発明の半導体層7と対電極9との間の電
解質層13を構成するために使用される多孔質支持体2
7は、半導体層7と対電極9との間に充填される電解液
の酸化還元対の移動を妨げないばかりか、これら電解液
を液漏れしないように保持しなければならない。従っ
て、本発明の多孔質支持体27は、光電変換素子の形成
に必要な電解液の酸化還元対の移動を妨げず、しかも、
液漏れを起こさないように電解液を保持するのに必要十
分なポロシティー(気孔率)を有しなければならない。
The porous support 2 used to form the electrolyte layer 13 between the semiconductor layer 7 and the counter electrode 9 of the present invention
Reference numeral 7 must not only prevent the movement of the oxidation-reduction pair of the electrolyte filled between the semiconductor layer 7 and the counter electrode 9 but also keep these electrolytes from leaking. Therefore, the porous support 27 of the present invention does not prevent the movement of the oxidation-reduction pair of the electrolytic solution necessary for forming the photoelectric conversion element, and
It must have sufficient porosity (porosity) to hold the electrolyte so as not to leak.

【0089】このため、本発明の光電変換素子1におけ
る電解質層13を構成するための多孔質支持体27とし
ては、ポロシティー(気孔率)が30%〜80%の範囲
内である多孔質素材を使用することが好ましい。ポロシ
ティーが30%より小さい多孔質支持体27を用いた場
合、多孔質支持体27が酸化還元対の移動を妨げる効果
が大きくなり、酸化還元対を媒介とした電子の授受反応
が律速となり光電変換効率が低くなる。一方、ポロシテ
ィーが80%より大きい多孔質支持体27を用いた場
合,孔径が大きくなり、毛管作用による電解液保持能力
が低下し、十分な液漏れ抑制効果が得られなくなる。ポ
ロシティー(気孔率)が35%〜70%の範囲内である
多孔質素材を使用することが一層好ましい。ポロシティ
ー(気孔率)が40%〜60%の範囲内である多孔質素
材を使用することが最も好ましい。
Therefore, as the porous support 27 for forming the electrolyte layer 13 in the photoelectric conversion element 1 of the present invention, a porous material having a porosity in the range of 30% to 80% is used. It is preferred to use When the porous support 27 having a porosity of less than 30% is used, the effect of the porous support 27 preventing movement of the redox pair becomes large, and the electron transfer reaction mediated by the redox pair becomes rate-determining, and the photoelectric conversion is limited. Conversion efficiency decreases. On the other hand, when the porous support 27 having a porosity of more than 80% is used, the pore diameter becomes large, the ability to retain the electrolytic solution by the capillary action is reduced, and a sufficient effect of suppressing the liquid leakage cannot be obtained. It is more preferable to use a porous material having a porosity in the range of 35% to 70%. Most preferably, a porous material having a porosity in the range of 40% to 60% is used.

【0090】図6において、基板3及び11、電極5、
対電極9、半導体層7及び電解液は前記の図1〜図5に
関連して説明したとおりのものであることもできるし、
あるいは従来技術と同様なものであることもできる。
In FIG. 6, substrates 3 and 11, electrodes 5,
The counter electrode 9, the semiconductor layer 7, and the electrolytic solution may be as described with reference to FIGS.
Alternatively, it may be the same as in the prior art.

【0091】電解質層13が、固体電解質層や架橋構造
を有する高分子化合物で保持した形の電解質層であれば
液漏れの問題は起こらない。従って、使用する半導体層
7及び電解質層13の形態に応じて、本発明の光電変換
素子としては、次の7種類の実施態様が可能である。少
なくとも、一方の面上に半導体層が被着された電極と、
この電極の前記半導体層と対峙する対電極と、該電極の
前記半導体層と対電極との間に配置された電解質層を有
する光電変換素子において、 (1)前記半導体層を導電性物質と半導体材料とから構成
する; (2)前記電極と前記半導体層との間に導電性微粒子から
なる層を配設する; (3)前記半導体層を導電性物質と半導体材料とから構成
し、かつ、前記電極と前記半導体層との間に導電性微粒
子からなる層を配設する; (4)前記電解質層を、多孔質支持体と該多孔質支持体内
に充満された電解液とから構成する; (5)前記半導体層を導電性物質と半導体材料とから構成
し、かつ、前記電解質層を、多孔質支持体と該多孔質支
持体内に充満された電解液とから構成する; (6)前記電極と前記半導体層との間に導電性微粒子から
なる層を配設し、かつ、前記電解質層を、多孔質支持体
と該多孔質支持体内に充満された電解液とから構成す
る; (7)前記半導体層を導電性物質と半導体材料とから構成
し、前記電極と前記半導体層との間に導電性微粒子から
なる層を配設し、かつ、前記電解質層を、多孔質支持体
と該多孔質支持体内に充満された電解液とから構成す
る。 前記何れの実施態様においても、半導体層は増感色素を
担持したタイプであることが好ましい。
If the electrolyte layer 13 is a solid electrolyte layer or an electrolyte layer held by a polymer compound having a crosslinked structure, the problem of liquid leakage does not occur. Therefore, the following seven embodiments are possible as the photoelectric conversion element of the present invention, depending on the configuration of the semiconductor layer 7 and the electrolyte layer 13 to be used. At least an electrode having a semiconductor layer deposited on one surface;
In a photoelectric conversion element having a counter electrode facing the semiconductor layer of the electrode and an electrolyte layer disposed between the semiconductor layer and the counter electrode of the electrode, (1) the semiconductor layer is formed of a conductive material and a semiconductor. (2) disposing a layer made of conductive fine particles between the electrode and the semiconductor layer; (3) forming the semiconductor layer from a conductive substance and a semiconductor material; and A layer made of conductive fine particles is provided between the electrode and the semiconductor layer; (4) the electrolyte layer is composed of a porous support and an electrolyte filled in the porous support; (5) The semiconductor layer is composed of a conductive substance and a semiconductor material, and the electrolyte layer is composed of a porous support and an electrolyte filled in the porous support; Disposing a layer made of conductive fine particles between the electrode and the semiconductor layer, and The decomposition layer is composed of a porous support and an electrolyte filled in the porous support; (7) the semiconductor layer is composed of a conductive substance and a semiconductor material, and the electrode and the semiconductor layer are And a layer made of conductive fine particles is disposed between the porous support and the electrolyte layer. The electrolyte layer is composed of a porous support and an electrolytic solution filled in the porous support. In any of the above embodiments, the semiconductor layer is preferably of a type carrying a sensitizing dye.

【0092】図7は前記(7)の実施態様を示す部分拡
大断面図である。
FIG. 7 is a partially enlarged sectional view showing the embodiment (7).

【0093】[0093]

【実施例】以下、実施例により、半導体中で生じる損失
の低減を図る手段として、光電変換に寄与しない半導体
部分を抵抗損失および透過損失の少ない材料に置き換え
ることにより、色素増感太陽電池の変換効率向上を図っ
た本発明の光電変換素子の構成及び効果を具体的に例証
する。
In the following, as a means for reducing the loss occurring in the semiconductor by the examples, the conversion of the dye-sensitized solar cell is performed by replacing the semiconductor portion which does not contribute to the photoelectric conversion with a material having a small resistance loss and transmission loss. The configuration and effect of the photoelectric conversion device of the present invention with improved efficiency will be specifically illustrated.

【0094】実施例1 界面活性剤を含む水とアセチルアセトンとの混合液(容
量混合比=20/1)中にITO粒子(三井金属鉱業
製,平均粒径20nm)を濃度約1wt%で分散させてス
ラリー液を調製した。次に、このスラリー液を厚さ1m
mの導電性ガラス基板(F−SnO,10Ω/sq,
旭硝子製)上に塗布し、乾燥し、得られた乾燥物を50
0℃で30分間、空気中で焼成し、基板上に厚さ10μ
mの多孔質ITO膜を形成した。次に、フルオロチタン
アンモニウム2.0g/L,ホウ酸1.2g/Lを含む
水に前記多孔質ITO膜を基板とともに浸漬し、25℃で
3時間放置することからなる液相堆積法によりITO膜
上に被膜状の酸化チタン膜(膜厚10nm)を形成し
た。その後、多孔質導電膜上に酸化チタン薄膜を備えた
導電性ガラスを、[Ru(4,4'-ジカルボキシル-2,2'-ビピ
リジン)2(NCS)2]で表される増感色素溶液中に浸漬し8
0℃で還流を行いながら色素吸着処理を行った。
Example 1 ITO particles (made by Mitsui Mining & Smelting, average particle size: 20 nm) were dispersed at a concentration of about 1 wt% in a mixed solution (volume mixing ratio = 20/1) of water and acetylacetone containing a surfactant. Thus, a slurry liquid was prepared. Next, this slurry liquid was applied to a thickness of 1 m.
m conductive glass substrate (F-SnO 2 , 10Ω / sq,
Coated with Asahi Glass) and dried.
Bake at 0 ° C for 30 minutes in air, 10μ thick on substrate
m of porous ITO film was formed. Next, the porous ITO film was immersed together with the substrate in water containing 2.0 g / L of fluorotitanium ammonium and 1.2 g / L of boric acid, and was left at 25 ° C. for 3 hours. A film-like titanium oxide film (thickness: 10 nm) was formed on the film. Then, a conductive glass having a titanium oxide thin film on a porous conductive film is converted into a sensitizing dye represented by [Ru (4,4′-dicarboxyl-2,2′-bipyridine) 2 (NCS) 2 ] 8 in the solution
The dye adsorption treatment was performed while refluxing at 0 ° C.

【0095】前記のようにして得た半導体電極とその対
極とを電解質液に接触させて太陽電池を構成した。この
場合、対極としては、白金を20nm厚さで蒸着した導
電性ガラスを用いた。両電極間の距離は0.1mmとし
た。電解質液としては、テトラプロピルアンモニウムヨ
ーダイド(0.5M)とヨウ素(0.04M)を含むエ
チレンカーボネートとアセトニトリルとの混合液(容量
混合比=80/20)を用いた。
The semiconductor electrode obtained as described above and its counter electrode were brought into contact with an electrolyte solution to form a solar cell. In this case, as a counter electrode, conductive glass in which platinum was deposited to a thickness of 20 nm was used. The distance between both electrodes was 0.1 mm. As the electrolyte solution, a mixed solution of ethylene carbonate containing tetrapropylammonium iodide (0.5M) and iodine (0.04M) and acetonitrile (volume mixing ratio = 80/20) was used.

【0096】前記のようにして得られた電池の変換効率
を下記の表1に要約して示す。また、下記の表1には、
導電性物質中に存在する金属元素に対する半導体材料中
に存在する金属元素の元素比および半導体層の抵抗率と
透過率も併記した。
The conversion efficiency of the battery obtained as described above is summarized in Table 1 below. Also, in Table 1 below,
The element ratio of the metal element present in the semiconductor material to the metal element present in the conductive substance and the resistivity and transmittance of the semiconductor layer are also shown.

【0097】比較例1 界面活性剤を含む水とアセチルアセトンとの混合液(容
量混合比=20/1)中に酸化チタン粒子(日本アエロ
ジル社製,P25,平均粒径20nm)を濃度約1wt%で分
散させてスラリー液を調製した。次に、このスラリー液
を厚さ1mmの導電性ガラス基板(旭硝子製,F−SnO
2,10Ω/sq)上に塗布し、乾燥し、得られた乾燥
物を500℃で30分間、空気中で焼成し、基板上に厚
さ10μmの多孔質酸化チタン膜を形成した。次に、こ
の多孔質酸化チタン膜を設けた基板とともに,[Ru(4,
4'−ジカルボキシル-2,2'-ビピリジン)2(NCS)2]で表さ
れる増感色素溶液中に浸漬し、80℃で還流を行いなが
ら色素吸着処理を行った。
Comparative Example 1 Titanium oxide particles (P25, manufactured by Nippon Aerosil Co., Ltd., average particle size: 20 nm) were mixed in a mixed solution of water containing a surfactant and acetylacetone (volume mixing ratio = 20/1) at a concentration of about 1 wt%. To prepare a slurry liquid. Next, this slurry liquid was applied to a conductive glass substrate (F-SnO, manufactured by Asahi Glass Co., Ltd.)
The resultant was dried at 500 ° C. for 30 minutes in air to form a 10 μm-thick porous titanium oxide film on the substrate. Next, along with the substrate provided with the porous titanium oxide film, [Ru (4,
4'-dicarboxyl-2,2'-bipyridine) 2 (NCS) 2], and the dye was adsorbed while refluxing at 80 ° C.

【0098】前記のようにして得た半導体電極とその対
極とを電解質液に接触させて太陽電池を構成した。この
場合、対極としては、白金を20nm厚さで蒸着した導
電性ガラスを用いた。両電極間の距離は0.1mmとし
た。電解質液としては,テトラプロピルアンモニウムヨ
ーダイド(0.5M)とヨウ素(0.04M)を含むエ
チレンカーボネートとアセトニトリルとの混合液(容量
混合比=80/20)を用いた。前記のようにして得ら
れた電池の変換効率を下記の表1に要約して示す。ま
た、下記の表1には、導電性物質中に存在する金属元素
に対する半導体材料中に存在する金属元素の元素比およ
び半導体層の抵抗率と透過率も併記した。
A solar cell was constructed by bringing the semiconductor electrode obtained as described above and its counter electrode into contact with an electrolyte solution. In this case, as a counter electrode, conductive glass in which platinum was deposited to a thickness of 20 nm was used. The distance between both electrodes was 0.1 mm. As the electrolyte solution, a mixed solution of ethylene carbonate containing tetrapropylammonium iodide (0.5 M) and iodine (0.04 M) and acetonitrile (volume mixing ratio = 80/20) was used. The conversion efficiency of the battery obtained as described above is summarized in Table 1 below. Table 1 below also shows the element ratio of the metal element in the semiconductor material to the metal element in the conductive substance, and the resistivity and transmittance of the semiconductor layer.

【0099】[0099]

【表1】 導電性物質中の金属 元素に対する半導体 半導体層 500nmでの 材料中の金属元素の 半導体層抵抗率 の光透過 変換効率 元素比(Y/X) (Ω−cm) 率(%) (%) 実施例1 0.53 0.2x104 80 7.3 比較例1 78.0 0.1x106 65 3.2 (注)比較例1でY/Xの値を記載する根拠は、透明電極5上の半導体層7を電 極から分離するときに、半導体層7のみを完全に取り出すことができず、透明電 極の成分(酸化スズ)が極少量混入してしまうためである。従って、比較例1に おいて、理想的にはX=0で、Y/X=無限大となるはずであるが、実際にはX 成分が検出されて、Y/Xが有限値をもつこととなる。TABLE 1 semiconductor layer resistivity light transmission conversion efficiency element ratio of metal elements in the material of the semiconductor semiconductor layer 500nm to the metal element of the conductive material in (Y / X) (Ω- cm) ratio (%) ( %) Example 1 0.53 0.2 × 10 4 80 7.3 Comparative Example 1 78.0 0.1 × 10 6 65 3.2 (Note) The reason for writing the value of Y / X in Comparative Example 1 is that the semiconductor layer 7 on the transparent electrode 5 is separated from the electrode. This is because, at the time of separation, only the semiconductor layer 7 cannot be completely removed, and a very small amount of the transparent electrode component (tin oxide) is mixed. Therefore, in Comparative Example 1, ideally X = 0 and Y / X = infinity, but in reality, the X component is detected and Y / X has a finite value. Becomes

【0100】前記の表1に示された結果から明らかなよ
うに、本発明による実施例1の光電変換素子は比較例1
の従来の光電変換素子に比べて高い出力特性が得られ
る。
As is clear from the results shown in Table 1 above, the photoelectric conversion element of Example 1 according to the present invention was obtained in Comparative Example 1
Higher output characteristics can be obtained as compared with the conventional photoelectric conversion element.

【0101】実施例2 (1)酸化チタン被覆ITO粒子の調製 チタンテトライソプロポキシド60gを2−プロパノール3
00mlに徐々に加え、透明な酸化チタンのゾル溶液を調製
した。ITO粒子(三井金属鉱業社製、平均粒径20nm)10g
を2−プロパノール100mlに分散させ、ITO懸濁液を調製
した。ITO懸濁液を先の酸化チタンのゾル溶液に一気に
加え、30秒間激しく攪拌した。この反応溶液をろ過し
て、酸化チタンを被覆したITO粒子を分別した。過剰な
酸化チタンを取り除くため、分別した粒子を2−プロパ
ノール200mlに加え、攪拌した。続いて、ろ過後、乾燥
させて酸化チタンを被覆したITO粒子を得た。得られた
粒子をTEM観察したところ、平均粒径が40nmであり、ITO
粒子表面に酸化チタンが平均膜厚10nmで被覆していると
概算した。また、得られた粒子をX線回折で調べた結
果、被覆した酸化チタンはアナターゼ型であった。
Example 2 (1) Preparation of titanium particles coated with titanium oxide 60 g of titanium tetraisopropoxide was added to 2-propanol 3
The solution was gradually added to 00 ml to prepare a transparent titanium oxide sol solution. 10 g of ITO particles (Mitsui Metal Mining Co., Ltd., average particle size 20 nm)
Was dispersed in 100 ml of 2-propanol to prepare an ITO suspension. The ITO suspension was added at once to the sol solution of titanium oxide, and the mixture was vigorously stirred for 30 seconds. The reaction solution was filtered to separate ITO particles coated with titanium oxide. To remove excess titanium oxide, the separated particles were added to 200 ml of 2-propanol and stirred. Subsequently, after filtration, the particles were dried to obtain ITO particles coated with titanium oxide. When the obtained particles were observed by TEM, the average particle size was 40 nm, and ITO
It was estimated that the surface of the particles was coated with titanium oxide with an average film thickness of 10 nm. Further, as a result of examining the obtained particles by X-ray diffraction, the coated titanium oxide was of an anatase type.

【0102】(2)多孔質酸化チタン膜の作製 前項で調製した酸化チタン被覆ITO粒子6gに水2mlとアセ
チルアセトン0.2mlを添加し、せん断応力を利用してペ
ーストを用意した。メノウ乳鉢でこのペーストをポリエ
チレングリコール(分子量400)に分散させた。ポリエ
チレングリコールに対するペーストの割合は30wt%であ
る。酸化チタン被覆ITO粒子を分散させたポリエチレン
グリコールをスクリーン版(メッシュ200、塗布面積1cm
2)で導電性ガラス基板(F-SnO2,10Ω/sq,旭硝子
製)上にスクリーン印刷した。続いて、この基板を3時
間かけて450℃まで昇温し、450℃で1時間焼成した。ス
クリーン印刷と焼成の工程を2回繰返し膜厚15μmの多孔
質酸化チタン膜を得た。
(2) Preparation of Porous Titanium Oxide Film 2 ml of water and 0.2 ml of acetylacetone were added to 6 g of the titanium oxide-coated ITO particles prepared in the preceding section, and a paste was prepared using shear stress. This paste was dispersed in polyethylene glycol (molecular weight 400) in an agate mortar. The ratio of the paste to the polyethylene glycol is 30% by weight. Polyethylene glycol with titanium oxide-coated ITO particles dispersed in a screen plate (mesh 200, coating area 1 cm
In 2 ), screen printing was performed on a conductive glass substrate (F-SnO 2 , 10Ω / sq, manufactured by Asahi Glass). Subsequently, the temperature of the substrate was raised to 450 ° C. over 3 hours, and baked at 450 ° C. for 1 hour. The steps of screen printing and firing were repeated twice to obtain a porous titanium oxide film having a thickness of 15 μm.

【0103】(3)光電変換素子の作製 増感色素を担持した多孔質酸化チタンの透明電極は、次
のような手順で作製した。前項で作製した多孔質酸化チ
タン膜を被着した導電性ガラス基板(10mm×20mm)と、
増感色素である[Ru(4,4'-シ゛カルホ゛キシル-2,2'-シ゛ヒ゜リシ゛ン)2(N
CS)2]0.3mMを溶かした脱水エタノール50mlを100mlのナ
ス型フラスコに入れ、80℃で還流を行いながら増感色素
の吸着処理を行った。ナス型フラスコから先の導電性ガ
ラス基板を取り出し、脱水エタノールで洗浄して、多孔
質酸化チタン膜に担持されていない増感色素を取り除い
た。また、透明電極付きガラス(10mm×20mm)に白金を
20nmの厚さでスパッタしてこれを対電極とした。電解質
液としては,ヨウ化テトラプロピルアンモニウム0.5mol
/lとヨウ素0.04mol/lを含むエチレンカーボネートとア
セトニトリルとの混合液(容量混合比=80/20)を用い
た。これら2つの電極で、酸化チタン側と白金側が向き
合うようにして電解液を毛細管現象により電極間に含浸
させた。続いて、周囲を封止し、各電極から端子を引き
出して、本発明の光電変換素子を作製した。
(3) Production of Photoelectric Conversion Element A transparent electrode of porous titanium oxide carrying a sensitizing dye was produced in the following procedure. A conductive glass substrate (10 mm x 20 mm) coated with the porous titanium oxide film prepared in the preceding section,
The sensitizing dye [Ru (4,4'-cyclicoxyl-2,2'-polyuricinyl) 2 (N
CS) 2 ] 50 ml of dehydrated ethanol in which 0.3 mM was dissolved was placed in a 100 ml eggplant-shaped flask, and the sensitizing dye was adsorbed while refluxing at 80 ° C. The conductive glass substrate was removed from the eggplant-shaped flask and washed with dehydrated ethanol to remove the sensitizing dye not carried on the porous titanium oxide film. Also, platinum on glass with transparent electrodes (10 mm x 20 mm)
This was used as a counter electrode by sputtering with a thickness of 20 nm. 0.5 mol of tetrapropylammonium iodide as electrolyte solution
A mixed solution (volume mixing ratio = 80/20) of ethylene carbonate and acetonitrile containing / 4 and 0.04 mol / l of iodine was used. The electrolyte was impregnated between the two electrodes by capillary action so that the titanium oxide side and the platinum side faced each other. Subsequently, the periphery was sealed, and a terminal was pulled out from each electrode to produce a photoelectric conversion element of the present invention.

【0104】本発明の光電変換素子に45mW/cm2のキセノ
ンランプ光を照射し(照射面積1cm2)、光電流−電圧特
性を測定した。
The photoelectric conversion element of the present invention was irradiated with xenon lamp light of 45 mW / cm 2 (irradiation area: 1 cm 2 ), and the photocurrent-voltage characteristics were measured.

【0105】実施例3 (1)酸化ニオブ被覆SnO2粒子の調製 ニオブ(V)エトキシド64gを無水エタノール400mlに徐
々に加えた後、水7mlを添加し、透明な酸化ニオブのゾ
ル溶液を調製した。SnO2粒子(三井金属鉱業社製、パス
トランTYPE-IV4700、平均粒径100nm)10gを無水エタノ
ール100mlに分散させ、SnO2懸濁液を調製した。SnO2懸
濁液を先の酸化ニオブのゾル溶液に一気に加え、30秒間
激しく攪拌した。この反応溶液をろ過して、酸化ニオブ
を被覆したSnO2粒子を分別した。過剰な酸化ニオブを取
り除くため、分別した粒子を無水エタノール200mlに加
え、攪拌した。続いて、ろ過後、乾燥させて酸化ニオブ
を被覆したSnO2粒子を得た。得られた粒子をTEM観察し
たところ、平均粒径が130nmであり、SnO2粒子表面に酸
化ニオブが平均膜厚15nmで被膜していると概算した。
Example 3 (1) Preparation of Niobium Oxide-Coated SnO 2 Particles After gradually adding 64 g of niobium (V) ethoxide to 400 ml of absolute ethanol, 7 ml of water was added to prepare a clear niobium oxide sol solution. . 10 g of SnO2 particles (Pastran TYPE-IV4700, manufactured by Mitsui Kinzoku Mining Co., Ltd., average particle diameter 100 nm) were dispersed in 100 ml of absolute ethanol to prepare a SnO2 suspension. The SnO2 suspension was added at once to the niobium oxide sol solution, and vigorously stirred for 30 seconds. The reaction solution was filtered to separate SnO2 particles coated with niobium oxide. To remove excess niobium oxide, the separated particles were added to 200 ml of absolute ethanol and stirred. Subsequently, after filtration, the powder was dried to obtain SnO2 particles coated with niobium oxide. When the obtained particles were observed by TEM, it was estimated that the average particle diameter was 130 nm, and that the surface of the SnO2 particles was coated with niobium oxide at an average film thickness of 15 nm.

【0106】(2)多孔質酸化ニオブ膜の作製 前項で調製した酸化ニオブ被膜SnO2粒子を実施例2と同
様な手順で導電性ガラス基板にスクリーン印刷した。続
いて、この基板を3時間かけて500℃まで昇温し、500℃
で1時間焼成した。スクリーン印刷と焼成の工程を3回
繰返し膜厚36μmの多孔質酸化ニオブ膜を得た。
(2) Preparation of Porous Niobium Oxide Film The niobium oxide-coated SnO 2 particles prepared in the preceding section were screen-printed on a conductive glass substrate in the same procedure as in Example 2. Subsequently, the temperature of the substrate was raised to 500 ° C. over 3 hours,
For 1 hour. The steps of screen printing and firing were repeated three times to obtain a porous niobium oxide film having a thickness of 36 μm.

【0107】(3)光電変換素子の作製 Ru錯体の増感色素を担持させた多孔質酸化ニオブの透明
電極を構成要素とする光電変換素子を実施例2と同様な
手順で作製、および評価した。
(3) Preparation of Photoelectric Conversion Element A photoelectric conversion element having a porous niobium oxide transparent electrode carrying a Ru complex sensitizing dye as a component was prepared and evaluated in the same procedure as in Example 2. .

【0108】実施例4 チタンテトライソプロポキシド60gを2-プロパノール30
0mlに徐々に加えた後、水7mlと分子量1000のポリエチレ
ングリコール0.5gを添加し、透明な酸化チタンのゾル溶
液を調製した。SnO2粒子(三井金属鉱業社製、パストラ
ンTYPE-IV4700、平均粒径100nm)10gを2−プロパノー
ル100mlに分散させ、SnO2懸濁液を調製した。SnO2懸濁
液を先の酸化チタンのゾル溶液に一気に加え、30秒間激
しく攪拌した。この反応溶液をろ過して、酸化チタンを
被覆したSnO2粒子を分別した。余分な酸化チタンとポリ
エチレングリコールを取り除くため、分別した粒子を無
水エタノール200mlに加え、攪拌した。続いて、ろ過
後、乾燥させて酸化チタンを被覆したSnO2粒子を得た。
得られた粒子をSEM観察したところ、ポリエチレングリ
コールの効果により、SnO2粒子の表面が部分的に露出
し、酸化チタンで被覆されていない表面形態が観察され
た。表面の露出部分は直径が10〜20nmの空孔であった。
上記の部分的に酸化チタンが被覆されたSnO2粒子を用い
て、実施例2と同様な手順で多孔質酸化チタン膜を作製
後、光電変換素子を作製、および評価した。
Example 4 60 g of titanium tetraisopropoxide was added to 2-propanol 30
After gradually adding to 0 ml, 7 ml of water and 0.5 g of polyethylene glycol having a molecular weight of 1000 were added to prepare a transparent titanium oxide sol solution. 10 g of SnO2 particles (Made by Mitsui Kinzoku Mining Co., Ltd., Pastran TYPE-IV4700, average particle diameter 100 nm) were dispersed in 100 ml of 2-propanol to prepare a SnO2 suspension. The SnO2 suspension was added at once to the sol solution of titanium oxide and stirred vigorously for 30 seconds. The reaction solution was filtered to separate SnO2 particles coated with titanium oxide. To remove excess titanium oxide and polyethylene glycol, the separated particles were added to 200 ml of absolute ethanol and stirred. Subsequently, after filtration, the powder was dried to obtain SnO 2 particles coated with titanium oxide.
When the obtained particles were observed by SEM, the surface of the SnO2 particles was partially exposed due to the effect of polyethylene glycol, and a surface morphology not covered with titanium oxide was observed. The exposed portion of the surface was a pore having a diameter of 10 to 20 nm.
Using the SnO2 particles partially covered with titanium oxide, a porous titanium oxide film was prepared in the same procedure as in Example 2, and then a photoelectric conversion element was prepared and evaluated.

【0109】比較例2 界面活性剤を含む水とアセチルアセトンとの混合液(容
量混合比=20/1)中に酸化チタン粒子(日本アエロ
ジル社製,P25,平均粒径20nm)を濃度約38wt
%で分散させてスラリー液を調製した。次に、このスラ
リー液を厚さ1mmの導電性ガラス基板(旭硝子製,F
−SnO2,10Ω/sq)上に塗布し、乾燥し、得ら
れた乾燥物を500℃で30分間、空気中で焼成し、基
板上に厚さ10μmの多孔質酸化チタン膜を形成した。
次に、この多孔質酸化チタン膜を設けた基板とともに、
[Ru(4,4’-ジカルボキシル-2,2’-ビピリジン)2-(NCS)
2]で表される増感色素溶液中に浸漬し、80℃で還流
を行いながら色素吸着処理を行った。
Comparative Example 2 Titanium oxide particles (manufactured by Nippon Aerosil Co., Ltd., P25, average particle diameter 20 nm) were mixed in a liquid mixture of water containing a surfactant and acetylacetone (volume mixing ratio = 20/1) at a concentration of about 38 wt.
% To prepare a slurry liquid. Next, this slurry liquid was applied to a conductive glass substrate having a thickness of 1 mm (manufactured by Asahi Glass Co., Ltd., F
—SnO 2, 10 Ω / sq) and dried. The obtained dried product was fired at 500 ° C. for 30 minutes in air to form a 10 μm thick porous titanium oxide film on the substrate.
Next, together with the substrate provided with the porous titanium oxide film,
[Ru (4,4'-dicarboxyl-2,2'-bipyridine) 2- (NCS)
2] and immersed in a sensitizing dye solution, and refluxed at 80 ° C. to perform dye adsorption treatment.

【0110】前記のようにして得た半導体電極とその対
極との間に電解液を挟み込み光電変換素子を構成した。
この場合、対極としては、白金を20nm厚さで蒸着し
た導電性ガラスを用いた。電解液としては、テトラプロ
ピルアンモニウムヨーダイド(0.46M)とヨウ素
(0.6M)を含むエチレンカーボネートとアセトニト
リルとの混合液(容量混合比=80/20)を用いた。
The photoelectric conversion element was constructed by interposing an electrolytic solution between the semiconductor electrode obtained as described above and its counter electrode.
In this case, as a counter electrode, conductive glass in which platinum was deposited to a thickness of 20 nm was used. As the electrolytic solution, a mixed solution of ethylene carbonate containing tetrapropylammonium iodide (0.46 M) and iodine (0.6 M) and acetonitrile (volume mixing ratio = 80/20) was used.

【0111】下記の表2に、実施例2、実施例3、実施
例4及び比較例2の各光電変換素子の光電変換効率の評
価結果を示す。
Table 2 below shows the evaluation results of the photoelectric conversion efficiency of each of the photoelectric conversion elements of Example 2, Example 3, Example 4, and Comparative Example 2.

【0112】[0112]

【表2】試 料 光電変換効率(%) 実施例2 6.3 実施例3 5.9 実施例4 6.5 比較例2 5.2Table 2 specimen photoelectric conversion efficiency (%) Example 2 6.3 Example 3 5.9 Example 4 6.5 Comparative Example 2 5.2

【0113】前記の表2に示す結果から明らかなよう
に、実施例2は比較例2と比較して高い光電変換効率が
得られた。また、実施例3に示すように、酸化チタン以
外の金属酸化物である酸化ニオブを使用することにより
高い光電変換効率を示す光電変換素子を作製することが
できた。更に、実施例4に示すように、酸化チタンのゾ
ル溶液にポリエチレングリコールを添加して得られた表
面の一部分が露出しているSnO2導電性粒子を使用するこ
とで、導電性粒子間の電気的接触が向上し、実施例2よ
りもさらに高い変換効率が得られた。
As is evident from the results shown in Table 2, the photoelectric conversion efficiency of Example 2 was higher than that of Comparative Example 2. Further, as shown in Example 3, a photoelectric conversion element having high photoelectric conversion efficiency was able to be manufactured by using niobium oxide which is a metal oxide other than titanium oxide. Further, as shown in Example 4, by using SnO 2 conductive particles having a part of the surface obtained by adding polyethylene glycol to a titanium oxide sol solution, the electrical conductivity between the conductive particles was improved. The contact was improved, and a higher conversion efficiency than that of Example 2 was obtained.

【0114】つぎに、低抵抗損失及び低透過損失を有
し、高い光電変換率を達成できる光電変換素子を提供す
るためには、少なくとも、一方の面上に半導体層が被着
された電極と、この電極の前記半導体層と対峙する対電
極と、該電極の前記半導体層と対電極との間に配置され
た電解質層を有する光電変換素子において、前記電極と
半導体層との間に導電性微粒子層を配設することが有効
であるといった本発明の一例の光電変換素子の実施例を
挙げて具体的に説明する。
Next, in order to provide a photoelectric conversion element having a low resistance loss and a low transmission loss and capable of achieving a high photoelectric conversion rate, at least one of the electrodes having a semiconductor layer adhered on one surface is required. A photoelectric conversion element having a counter electrode facing the semiconductor layer of the electrode, and an electrolyte layer disposed between the semiconductor layer and the counter electrode of the electrode; A specific description will be given of an example of a photoelectric conversion element according to an example of the present invention in which it is effective to provide a fine particle layer.

【0115】実施例5 (1)導電性微粒子からなる層の作製 界面活性剤を含む水とアセチルアセトンとの混合液(容
量混合比=20/1)中にITO粒子(三井金属鉱業
製,平均粒径20nm)を濃度約1wt%で分散させてス
ラリー液を調製した。次に、このスラリー液を厚さ1m
mの導電電極付きガラス基板(10mm×20mm,F
−SnO2,10Ω/sq,旭硝子製)上に塗布し、乾
燥し、得られた乾燥物を500℃で30分間、空気中で
焼成し、基板上に厚さ2μmの多孔質な透明性微粒子か
らなる層を形成した。このとき導電性微粒子からなる層
の透過度は約80%であった。
Example 5 (1) Preparation of Layer Made of Conductive Fine Particles ITO particles (manufactured by Mitsui Mining & Smelting, average particle size) were mixed in a mixed solution (volume mixing ratio = 20/1) of water and acetylacetone containing a surfactant. (Diameter: 20 nm) was dispersed at a concentration of about 1 wt% to prepare a slurry liquid. Next, this slurry liquid was applied to a thickness of 1 m.
m glass substrate with conductive electrodes (10 mm x 20 mm, F
-SnO2, 10 Ω / sq, manufactured by Asahi Glass Co., Ltd.), dried, and fired at 500 ° C. for 30 minutes in air to form a 2 μm thick porous fine particle on a substrate. Layer was formed. At this time, the transmittance of the layer made of the conductive fine particles was about 80%.

【0116】(2)多孔質酸化チタン膜の作製 酸化チタン(日本アエロジル社製,P25,平均粒径2
0nm)9gに水21mlとアセチルアセトン0.2m
lを添加し、さらにこの懸濁液にpHを1.5に保つよ
うに硝酸を加え、メノウ乳鉢で3時間分散させた。その
後、ポリエチレングリコール(分子量20000)を添
加しペーストを作製する。ポリエチレングリコールは酸
化チタンに対し30wt%である。酸化チタンを分散させ
たペーストをスクリーン版(200メッシュ、塗布面積
1cm2)で前記ITO粒子が塗布された透明電極付き
ガラス基板上にスクリーン印刷した。続いて、この基板
を450℃の電気炉に入れ、450℃で30分焼成し
た。これにより膜厚15μmの多孔質酸化チタン膜を得
た。
(2) Preparation of Porous Titanium Oxide Film Titanium oxide (manufactured by Nippon Aerosil Co., Ltd., P25, average particle size 2)
0nm) 9g of water 21ml and acetylacetone 0.2m
was added to the suspension, and nitric acid was added to the suspension so as to maintain the pH at 1.5, followed by dispersion in an agate mortar for 3 hours. Thereafter, polyethylene glycol (molecular weight: 20,000) is added to prepare a paste. Polyethylene glycol is 30% by weight based on titanium oxide. The paste in which titanium oxide was dispersed was screen-printed on a glass substrate with a transparent electrode to which the ITO particles were applied, using a screen plate (200 mesh, application area: 1 cm 2). Subsequently, the substrate was placed in an electric furnace at 450 ° C. and baked at 450 ° C. for 30 minutes. Thus, a porous titanium oxide film having a thickness of 15 μm was obtained.

【0117】(3)光電変換素子の作製 増感色素を担持した多孔質酸化チタンの透明電極は、次
のような手順で作製した。前項で作製した多孔質酸化チ
タン膜を被着した透明電極付きガラス基板を焼成後直ち
に、増感色素である[Ru(4,4'-シ゛カルホ゛キシル-2,2'-シ゛ヒ゜リシ゛
ン)2(NCS)2]0.3mMを溶かした脱水エタノール50mlの
入った100mlのナス型フラスコに入れ、80℃で3時間
還流を行いながら増感色素の吸着処理を行った。ナス型
フラスコから先の導電性ガラス基板を取り出し、脱水エ
タノールで洗浄して、多孔質酸化チタン膜に担持されて
いない増感色素を取り除いた。また、透明電極付きガラ
ス(10mm×20mm)に白金を20nmの厚さでス
パッタしてこれを対電極とした。両電極間の距離は0.
1mmとした。電解質溶液としては,ヨウ化テトラプロ
ピルアンモニウム0.5モル/lとヨウ素0.04モル
/lを含むエチレンカーボネートとアセトニトリルとの
混合液(容量混合比=80/20)を用いた。これら2
つの電極で、酸化チタン側と白金側が向き合うようにし
て電解質溶液を毛細管現象により電極間に含浸させた。
続いて、周囲を封止し、各電極から端子を引き出して、
本発明の光電変換素子を作製した。このようにして得ら
れた本発明の光電変換素子に45mW/cm2のキセノ
ンランプ光を照射し(照射面積1cm2)、光電流−電
圧特性を測定した。
(3) Production of Photoelectric Conversion Element A transparent electrode of porous titanium oxide carrying a sensitizing dye was produced in the following procedure. Immediately after firing the glass substrate with a transparent electrode coated with the porous titanium oxide film prepared in the preceding section, the sensitizing dye [Ru (4,4'-cyclicoxyl-2,2'-silicone) 2 (NCS) 2] The mixture was placed in a 100 ml eggplant-shaped flask containing 50 ml of dehydrated ethanol in which 0.3 mM was dissolved, and the sensitizing dye was adsorbed while refluxing at 80 ° C. for 3 hours. The conductive glass substrate was removed from the eggplant-shaped flask and washed with dehydrated ethanol to remove the sensitizing dye not carried on the porous titanium oxide film. Also, platinum was sputtered on a glass with a transparent electrode (10 mm × 20 mm) to a thickness of 20 nm, and this was used as a counter electrode. The distance between both electrodes is 0.
1 mm. As an electrolyte solution, a mixed solution of ethylene carbonate and acetonitrile containing 0.5 mol / l of tetrapropylammonium iodide and 0.04 mol / l of iodine (volume mixing ratio = 80/20) was used. These two
The electrolyte solution was impregnated between the electrodes by capillary action so that the titanium oxide side and the platinum side faced one another.
Next, seal the periphery, pull out the terminal from each electrode,
The photoelectric conversion element of the present invention was produced. The thus obtained photoelectric conversion element of the present invention was irradiated with a xenon lamp light of 45 mW / cm 2 (irradiation area 1 cm 2 ), and the photocurrent-voltage characteristics were measured.

【0118】比較例3 酸化チタン(日本アエロジル社製,P25,平均粒径2
0nm)20gを水100mlに添加し、さらにこの懸
濁液にpHを1.5に保つように硝酸を加えた。攪拌し
た後、導電材としてITO粒子(三井金属鉱業製,平均
粒径20nm)を混合し、メノウ乳鉢で3時間分散させ
た。その後、ポリエチレングリコール(分子量2000
0)を添加しペーストを作製する。ポリエチレングリコ
ールは酸化チタンとITO粒子の総量に対し30wt%で
ある。酸化チタンとITO粒子を分散させたペーストを
スクリーン版(200メッシュ、塗布面積1cm2)で
前記透明電極付きガラス基板上にスクリーン印刷した。
続いて、この基板を450℃の電気炉に入れ、450℃
で30分焼成した。これにより膜厚15μmの混合膜を
得た。
Comparative Example 3 Titanium oxide (manufactured by Nippon Aerosil Co., Ltd., P25, average particle size 2)
(0 nm) was added to 100 ml of water, and nitric acid was added to the suspension to keep the pH at 1.5. After stirring, ITO particles (manufactured by Mitsui Kinzoku Mining Co., Ltd., average particle size: 20 nm) were mixed as a conductive material and dispersed in an agate mortar for 3 hours. Thereafter, polyethylene glycol (molecular weight 2000)
0) is added to produce a paste. Polyethylene glycol is 30% by weight based on the total amount of titanium oxide and ITO particles. A paste in which titanium oxide and ITO particles were dispersed was screen-printed on the glass substrate with a transparent electrode using a screen plate (200 mesh, application area 1 cm 2).
Subsequently, the substrate was placed in an electric furnace at 450 ° C.
For 30 minutes. Thus, a mixed film having a thickness of 15 μm was obtained.

【0119】混合膜を被着した透明電極付きガラス基板
を焼成後直ちに、増感色素である[Ru(4,4'-シ゛カルホ゛キシル-
2,2'-シ゛ヒ゜リシ゛ン)2(NCS)2]0.3mMを溶かした脱水エタ
ノール50mlの入った100mlのナス型フラスコに
入れ、80℃で3時間還流を行いながら増感色素の吸着
処理を行った。ナス型フラスコから先の導電性ガラス基
板を取り出し、脱水エタノールで洗浄して、混合膜に担
持されていない増感色素を取り除いた。また、透明電極
付きガラス(10mm×20mm)に白金を20nmの
厚さでスパッタしてこれを対電極とした。両電極間の距
離は0.1mmとした。電解質液としては,ヨウ化テトラ
プロピルアンモニウム0.5モル/lとヨウ素0.04
モル/lを含むエチレンカーボネートとアセトニトリル
との混合液(容量混合比=80/20)を用いた。これ
ら2つの電極で、酸化チタン側と白金側が向き合うよう
にして電解液を毛細管現象により電極間に含浸させた。
続いて、周囲を封止し、各電極から端子を引き出して、
比較用の光電変換素子を作製した。この比較用光電変換
素子に45mW/cm2のキセノンランプ光を照射し
(照射面積1cm2)、光電流−電圧特性を測定した。
Immediately after firing the glass substrate provided with the transparent electrode on which the mixed film was adhered, the sensitizing dye [Ru (4,4′-doxycarboxy-
2,2'-divinyl) 2 (NCS) 2 ] was placed in a 100 ml eggplant-shaped flask containing 50 ml of dehydrated ethanol in which 0.3 mM was dissolved, and the sensitizing dye was adsorbed while refluxing at 80 ° C. for 3 hours. Was. The conductive glass substrate was removed from the eggplant-shaped flask and washed with dehydrated ethanol to remove the sensitizing dye not carried on the mixed film. Also, platinum was sputtered on a glass with a transparent electrode (10 mm × 20 mm) to a thickness of 20 nm, and this was used as a counter electrode. The distance between both electrodes was 0.1 mm. As the electrolyte solution, 0.5 mol / l of tetrapropylammonium iodide and 0.04 of iodine were used.
A mixed solution of ethylene carbonate and acetonitrile containing mol / l (volume mixing ratio = 80/20) was used. The electrolyte was impregnated between the two electrodes by capillary action so that the titanium oxide side and the platinum side faced each other.
Next, seal the periphery, pull out the terminal from each electrode,
A photoelectric conversion element for comparison was produced. This comparative photoelectric conversion element was irradiated with xenon lamp light of 45 mW / cm 2 (irradiation area 1 cm 2 ), and the photocurrent-voltage characteristics were measured.

【0120】比較例4 界面活性剤を含む水とアセチルアセトンとの混合液(容
量混合比=20/1)中にITO粒子(平均粒径800n
m)を濃度約1wt%で分散させてスラリー液を調製し
た。次に、このスラリー液を厚さ1mmの導電電極付き
ガラス基板(10mm×20mm,F−SnO2,10Ω
/sq,旭硝子製)上に塗布し、乾燥し、得られた乾燥
物を500℃で30分間、空気中で焼成し、基板上に厚
さ2μmの多孔質透明導電膜を形成した。このとき多孔
質導電膜の透過度は65%であった。次に、前記実施例
1における酸化チタンペーストをスクリーン印刷し、4
50℃で30分間焼成し多孔質半導体膜を得た。焼成後
すぐに基板は増感色素である[Ru(4,4'-シ゛カルホ゛キシル-2,2'-
シ゛ヒ゜リシ゛ン)2(NCS)2]0.3mMを溶かした脱水エタノー
ル50ml中で80℃、3時間還流を行いながら増感色
素の吸着処理を行った。基板を取り出し、過剰な色素の
除去のため脱水エタノールで洗浄した。対極としては、
白金を20nm厚さで蒸着した透明電極付きガラスを用
いた。両電極間の距離は0.1mmとした。電解質液とし
ては,テトラプロピルアンモニウムヨーダイド(0.5
M)とヨウ素(0.04M)を含むエチレンカーボネー
トとアセトニトリル用いた。これら2つの電極で、酸化
チタン側と白金側が向き合うようにして電解液を毛細管
現象により電極間に含浸させた。続いて、周囲を封止
し、各電極から端子を引き出して、比較用の光電変換素
子を作製した。この比較用光電変換素子に45mW/c
2のキセノンランプ光を照射し(照射面積1cm2)、
光電流−電圧特性を測定した。
Comparative Example 4 In a mixed solution of water containing a surfactant and acetylacetone (volume mixing ratio = 20/1), ITO particles (average particle size: 800 n) were used.
m) was dispersed at a concentration of about 1% by weight to prepare a slurry liquid. Next, this slurry liquid was applied to a glass substrate with a conductive electrode having a thickness of 1 mm (10 mm × 20 mm, F-SnO 2 , 10Ω).
/ Sq, manufactured by Asahi Glass Co., Ltd.) and dried. The obtained dried product was fired in air at 500 ° C. for 30 minutes to form a 2 μm thick porous transparent conductive film on the substrate. At this time, the transmittance of the porous conductive film was 65%. Next, the titanium oxide paste of Example 1 was screen-printed,
It was baked at 50 ° C. for 30 minutes to obtain a porous semiconductor film. Immediately after firing, the substrate is a sensitizing dye [Ru (4,4'-doxycarboxy-2,2'-
Dipyridine) 2 (NCS) 2] 0.3mM 80 ℃ in dehydrated ethanol 50ml of dissolved was subjected to adsorption treatment of a sensitizing dye while refluxing for 3 hours. The substrate was removed and washed with dehydrated ethanol to remove excess dye. On the other hand,
Glass with a transparent electrode on which platinum was deposited to a thickness of 20 nm was used. The distance between both electrodes was 0.1 mm. As an electrolyte solution, tetrapropyl ammonium iodide (0.5
M) and ethylene carbonate containing iodine (0.04M) and acetonitrile. The electrolyte was impregnated between the two electrodes by capillary action so that the titanium oxide side and the platinum side faced each other. Subsequently, the periphery was sealed, and a terminal was pulled out from each electrode to produce a photoelectric conversion element for comparison. 45 mW / c was applied to this photoelectric conversion element for comparison.
m 2 xenon lamp light (irradiation area 1 cm 2 )
Photocurrent-voltage characteristics were measured.

【0121】比較例5 界面活性剤を含む水とアセチルアセトンとの混合液(容
量混合比=20/1)中にITO粒子(三井金属鉱業
製,平均粒径20nm)を濃度約5wt%で分散させてス
ラリー液を調製した。次に、このスラリー液を厚さ1m
mの導電電極付きガラス基板(10mm×20mm,F
−SnO2,10Ω/sq,旭硝子製)上に塗布し、乾
燥し、得られた乾燥物を500℃で30分間、空気中で
焼成し、基板上に厚さ10μmの多孔質透明導電膜を形
成した。このとき透明導電膜の透過度は約60%であっ
た。さらに前記実施例1における酸化チタンペーストを
スクリーン印刷し、450℃で30分間焼成し多孔質半
導体膜を得た。焼成後、増感色素である[Ru(4,4'-シ゛カルホ
゛キシル-2,2'-シ゛ヒ゜リシ゛ン)2(NCS)2]0.3mMを溶かした脱
水エタノール中に多孔質半導体膜が密着した透明導電性
ガラス基板を入れ、80℃、3時間還流し増感色素の吸
着処理を行った。基板を取り出し、過剰な色素の除去の
ため脱水エタノールで洗浄した。対極としては、白金を
20nm厚さで蒸着した透明電極付きガラスを用いた。
両電極間の距離は0.1mmとした。電解質溶液として
は,テトラプロピルアンモニウムヨーダイド(0.5
M)とヨウ素(0.04M)を含むエチレンカーボネー
トとアセトニトリル用いた。これら2つの電極で、酸化
チタン側と白金側が向き合うようにして電解質溶液を毛
細管現象により電極間に含浸させた。続いて、周囲を封
止し、各電極から端子を引き出して、比較用の光電変換
素子を作製した。この比較用光電変換素子に45mW/
cm2のキセノンランプ光を照射し(照射面積1c
2)、光電流−電圧特性を測定した。
Comparative Example 5 ITO particles (manufactured by Mitsui Mining & Smelting, average particle size: 20 nm) were dispersed at a concentration of about 5 wt% in a mixed solution (volume mixing ratio = 20/1) of water and acetylacetone containing a surfactant. Thus, a slurry liquid was prepared. Next, this slurry liquid was applied to a
m glass substrate with conductive electrodes (10 mm x 20 mm, F
-SnO 2 , 10Ω / sq, manufactured by Asahi Glass Co., Ltd.), dried, and fired at 500 ° C. for 30 minutes in air to form a 10 μm thick porous transparent conductive film on the substrate. Formed. At this time, the transmittance of the transparent conductive film was about 60%. Further, the titanium oxide paste in Example 1 was screen-printed and baked at 450 ° C. for 30 minutes to obtain a porous semiconductor film. After calcination, the porous semiconductor film adhered to dehydrated ethanol in which 0.3 mM of the sensitizing dye [Ru (4,4'-carboxyl-2,2'-dihydroxy) 2 (NCS) 2 ] was dissolved. The conductive glass substrate was put therein, and refluxed at 80 ° C. for 3 hours to perform a sensitizing dye adsorption treatment. The substrate was removed and washed with dehydrated ethanol to remove excess dye. As a counter electrode, glass with a transparent electrode on which platinum was deposited to a thickness of 20 nm was used.
The distance between both electrodes was 0.1 mm. As the electrolyte solution, tetrapropylammonium iodide (0.5
M) and ethylene carbonate containing iodine (0.04M) and acetonitrile. The electrolyte solution was impregnated between the two electrodes by capillary action so that the titanium oxide side and the platinum side faced each other. Subsequently, the periphery was sealed, and a terminal was pulled out from each electrode to produce a photoelectric conversion element for comparison. 45 mW /
cm 2 xenon lamp light (irradiation area 1c
m 2 ), and the photocurrent-voltage characteristics were measured.

【0122】前記のようにして得られた実施例5、比較
例2、比較例3、比較例4、比較例5における各光電変
換素子の光電変換効率の評価結果を表3に示す。
Table 3 shows the evaluation results of the photoelectric conversion efficiencies of the respective photoelectric conversion elements in Example 5, Comparative Example 2, Comparative Example 3, Comparative Example 4, and Comparative Example 5 obtained as described above.

【0123】[0123]

【表3】試 料 光電変換効率(%) 実施例5 6.4 比較例2 5.2 比較例3 5.4 比較例4 4.6 比較例5 5.3TABLE 3 specimen photoelectric conversion efficiency (%) Example 5 6.4 Comparative Example 2 5.2 Comparative Example 3 5.4 Comparative Example 4 4.6 Comparative Example 5 5.3

【0124】前記の表3に示された結果から明らかなよ
うに、本発明による実施例5の光電変換素子は比較例2
の従来の光電変換素子に比べて高い光電変換効率が得ら
れる。実施例5は酸化チタンと透明導電膜との間に多孔
質ITO膜を介することで導電膜の透過度を低下させる
こともなく酸化チタンとITO膜との接地面積が大きく
なることで高い光電変換効率が得られた。比較例3では
半導体と導電材を含有させた混合膜に色素を担持させ半
導体層内の内部抵抗の低減を行っているが導電材が電子
をトラップし電子移動の妨げとなり短絡電流密度が低下
することになる。また、比較例4及び5では、実施例5
同様に多孔質ITO膜を介在しているが、ITO粒子が
大きく接触面積が十分でないこと、及び多孔質ITO膜
が厚く光透過率を低減させるため光電変換効率が低下す
ることになる。
As is evident from the results shown in Table 3 above, the photoelectric conversion element of Example 5 according to the present invention was obtained in Comparative Example 2
Higher photoelectric conversion efficiency than the conventional photoelectric conversion element of (1). Example 5 has a high photoelectric conversion by increasing the contact area between the titanium oxide and the ITO film without lowering the transmittance of the conductive film by interposing the porous ITO film between the titanium oxide and the transparent conductive film. Efficiency was obtained. In Comparative Example 3, a dye is carried on a mixed film containing a semiconductor and a conductive material to reduce the internal resistance in the semiconductor layer. However, the conductive material traps electrons, hinders electron transfer, and decreases the short-circuit current density. Will be. In Comparative Examples 4 and 5, Example 5 was used.
Similarly, although a porous ITO film is interposed, the ITO particles are large and the contact area is not sufficient, and the porous ITO film is thick and the light transmittance is reduced, so that the photoelectric conversion efficiency is reduced.

【0125】次に、液漏れせず、かつ優れた光電変換効
率を長期に渡り維持することが可能な光電変換素子を提
供するために、前記電解質層を、多孔質支持体と、該多
孔質支持体内に充満された電解液とから構成することに
より解決するといった本発明の一例を、実施例を挙げて
具体的に説明する。
Next, in order to provide a photoelectric conversion element which does not leak and can maintain excellent photoelectric conversion efficiency for a long period of time, the electrolyte layer is made of a porous support, An example of the present invention, which is solved by being composed of an electrolyte solution filled in a support, will be specifically described with reference to examples.

【0126】実施例6 界面活性剤を含む水とアセチルアセトンとの混合液(容
量混合比=20/1)中に酸化チタン粒子(日本アエロ
ジル社製,P25,平均粒径20nm)を濃度約38wt
%で分散させてスラリー液を調製した。次に、このスラ
リー液を厚さ1mmの導電性ガラス基板(旭硝子製,F
−SnO2,10Ω/sq)上に塗布し、乾燥し、得ら
れた乾燥物を500℃で30分間、空気中で焼成し、基
板上に厚さ10μmの多孔質酸化チタン膜を形成した。
次に、この多孔質酸化チタン膜を設けた基板とともに、
[Ru(4,4’-ジカルボキシル-2,2’-ビピリジン)2-(NCS)
2]で表される増感色素溶液中に浸漬し、80℃で還流
を行いながら色素吸着処理を行った。
Example 6 Titanium oxide particles (manufactured by Nippon Aerosil Co., Ltd., P25, average particle diameter: 20 nm) were mixed in a mixed solution of water containing a surfactant and acetylacetone (volume mixing ratio = 20/1) at a concentration of about 38 wt.
% To prepare a slurry liquid. Next, this slurry liquid was applied to a conductive glass substrate having a thickness of 1 mm (manufactured by Asahi Glass Co., Ltd., F
-SnO 2 , 10Ω / sq) and dried. The obtained dried product was fired at 500 ° C. for 30 minutes in air to form a 10 μm thick porous titanium oxide film on the substrate.
Next, together with the substrate provided with the porous titanium oxide film,
[Ru (4,4'-dicarboxyl-2,2'-bipyridine) 2- (NCS)
2 ], and the dye was adsorbed while refluxing at 80 ° C.

【0127】前記のようにして得た半導体電極とその対
極との間に、電解液および孔径100nmの柱状の空隙
のあいた濾過フィルター(ワットマン社製,ポロシティ
ー30%)多孔質支持体を挟み込み光電変換素子を構成
した。この場合、対極としては、白金を20nm厚さで
蒸着した導電性ガラスを用いた。両電極間の距離、即
ち、濾過フィルターの厚みは60μmとした。電解液と
しては,テトラプロピルアンモニウムヨーダイド(0.
46M)とヨウ素(0.6M)を含むエチレンカーボネ
ートとアセトニトリルとの混合液(容量混合比=80/
20)を用いた。
An electrolyte and a filtration filter (Whatman, 30% porosity) porous support having a columnar void having a pore diameter of 100 nm are sandwiched between the semiconductor electrode obtained as described above and its counter electrode. A conversion element was configured. In this case, as a counter electrode, conductive glass in which platinum was deposited to a thickness of 20 nm was used. The distance between the two electrodes, that is, the thickness of the filtration filter was 60 μm. As an electrolytic solution, tetrapropylammonium iodide (0.
46M) and a mixture of ethylene carbonate and acetonitrile containing iodine (0.6M) (volume mixing ratio = 80 /
20) was used.

【0128】実施例7 界面活性剤を含む水とアセチルアセトンとの混合液(容
量混合比=20/1)中に酸化チタン粒子(日本アエロ
ジル社製,P25,平均粒径20nm)を濃度約38wt
%で分散させてスラリー液を調製した。次に、このスラ
リー液を厚さ1mmの導電性ガラス基板(旭硝子製,F
−SnO2,10Ω/sq)上に塗布し、乾燥し、得ら
れた乾燥物を500℃で30分間、空気中で焼成し、基
板上に厚さ10μmの多孔質酸化チタン膜を形成した。
次に,この多孔質酸化チタン膜を設けた基板とともに、
[Ru(4,4’-ジカルボキシル-2,2’-ビピリジン)2-(NCS)
2]で表される増感色素溶液中に浸漬し、80℃で還流
を行いながら色素吸着処理を行った。
Example 7 Titanium oxide particles (manufactured by Nippon Aerosil Co., Ltd., P25, average particle diameter: 20 nm) were mixed in a liquid mixture of water containing surfactant and acetylacetone (volume mixing ratio = 20/1) at a concentration of about 38 wt.
% To prepare a slurry liquid. Next, this slurry liquid was applied to a conductive glass substrate having a thickness of 1 mm (manufactured by Asahi Glass Co., Ltd., F
-SnO 2 , 10Ω / sq) and dried. The obtained dried product was fired at 500 ° C. for 30 minutes in air to form a 10 μm thick porous titanium oxide film on the substrate.
Next, together with the substrate provided with the porous titanium oxide film,
[Ru (4,4'-dicarboxyl-2,2'-bipyridine) 2- (NCS)
2 ], and the dye was adsorbed while refluxing at 80 ° C.

【0129】前記のようにして得た半導体電極とその対
極との間に、電解液および繊維状物質(メッシュフィル
ム)を重ね合わせた多孔質支持体(ポロシティー40
%)を挟み込み光電変換素子を構成した。この場合,対
極としては,白金を20nm厚さで蒸着した導電性ガラ
スを用いた。両電極間の距離、即ちメッシュフィルムの
厚みは0.1mmとした。電解液としては、テトラプロ
ピルアンモニウムヨーダイド(0.46M)とヨウ素
(0.6M)を含むエチレンカーボネートとアセトニト
リルとの混合液(容量混合比=80/20)を用いた。
A porous support (porosity 40) having an electrolyte and a fibrous substance (mesh film) superposed between the semiconductor electrode obtained as described above and its counter electrode.
%) To form a photoelectric conversion element. In this case, as the counter electrode, a conductive glass on which platinum was deposited to a thickness of 20 nm was used. The distance between the two electrodes, that is, the thickness of the mesh film was 0.1 mm. As the electrolytic solution, a mixed solution of ethylene carbonate containing tetrapropylammonium iodide (0.46 M) and iodine (0.6 M) and acetonitrile (volume mixing ratio = 80/20) was used.

【0130】比較例6 架橋性高分子モノマーとしてヘキサエチレングリコール
メタクリル酸エステル(日本油脂化学社製ブレンマーP
E350)1gと、酸化還元対を溶解することができる
物質としてエチレングリコール1gと、重合開始剤とし
て2−ヒドロキシ−2−メチル−1−フェニル−プロパ
ン−1−オン(日本チバガイギー社製ダロキュア117
3)20mgを含有した混合溶液にヨウ化リチウム50
0mgを溶解し、前記混合溶液を半導体電極上に塗布し
た。半導体電極としては、界面活性剤を含む水とアセチ
ルアセトンとの混合液(容量混合比=20/1)中に酸
化チタン粒子(日本アエロジル社製,P25,平均粒径
20nm)を濃度約38wt%で分散させてスラリー液を
調製した。次に,このスラリー液を厚さ1mmの導電性
ガラス基板(旭硝子製,F−SnO2,10Ω/sq)
上に塗布し、乾燥し、得られた乾燥物を500℃で30
分間、空気中で焼成し、基板上に厚さ10μmの多孔質
酸化チタン膜を形成し、次に、この多孔質酸化チタン膜
を設けた基板とともに、[Ru(4,4’-ジカルボキシル-2,
2’-ビピリジン)2-(NCS)2]で表される増感色素溶液中
に浸漬し、80℃で還流を行いながら色素吸着処理を行
うことにより調製した。前記混合溶液を塗布した半導体
電極を減圧下におくことで、多孔質な半導体電極中の気
泡を除き混合溶液を浸透を促した後、紫外光照射により
重合して架橋構造を有する高分子固体電解質の均一なゲ
ルによる被覆された電極を得た。このようにして得られ
た電極をヨウ素雰囲気下に30分間曝して高分子化合物
中にヨウ素を拡散させた後、対電極を圧着した。対電極
としては、白金を20nm厚さで蒸着した導電性ガラス
を用いた。
Comparative Example 6 Hexaethylene glycol methacrylate (Blenmer P manufactured by NOF Corporation) was used as a crosslinkable polymer monomer.
E350) 1 g, ethylene glycol 1 g as a substance capable of dissolving a redox couple, and 2-hydroxy-2-methyl-1-phenyl-propan-1-one (Darocur 117 manufactured by Ciba-Geigy Japan) as a polymerization initiator.
3) Add 50 mg of lithium iodide to the mixed solution containing 20 mg.
0 mg was dissolved and the mixed solution was applied on a semiconductor electrode. As the semiconductor electrode, titanium oxide particles (P25, manufactured by Nippon Aerosil Co., Ltd., average particle diameter: 20 nm) were mixed at a concentration of about 38 wt% in a mixed solution of water containing surfactant and acetylacetone (volume mixing ratio = 20/1). The slurry was dispersed to prepare a slurry liquid. Next, this slurry liquid was applied to a conductive glass substrate having a thickness of 1 mm (made by Asahi Glass, F-SnO 2 , 10Ω / sq).
And dried at 500 ° C. for 30 minutes.
For 10 minutes in the air to form a porous titanium oxide film having a thickness of 10 μm on the substrate, and then, together with the substrate provided with the porous titanium oxide film, [Ru (4,4′-dicarboxyl- 2,
2′-bipyridine) 2- (NCS) 2 ], and the dye was adsorbed while refluxing at 80 ° C. By placing the semiconductor electrode coated with the mixed solution under reduced pressure to remove bubbles in the porous semiconductor electrode and to promote penetration of the mixed solution, the polymer solid electrolyte having a crosslinked structure is polymerized by ultraviolet light irradiation. An electrode coated with a uniform gel was obtained. The electrode thus obtained was exposed to an iodine atmosphere for 30 minutes to diffuse iodine into the polymer compound, and then the counter electrode was pressed. As the counter electrode, a conductive glass in which platinum was deposited to a thickness of 20 nm was used.

【0131】比較例7 界面活性剤を含む水とアセチルアセトンとの混合液(容
量混合比=20/1)中に酸化チタン粒子(日本アエロ
ジル社製,P25,平均粒径20nm)を濃度約38wt
%で分散させてスラリー液を調製した。次に,このスラ
リー液を厚さ1mmの導電性ガラス基板(旭硝子製,F
−SnO2,10Ω/sq)上に塗布し、乾燥し、得ら
れた乾燥物を500℃で30分間、空気中で焼成し、基
板上に厚さ10μmの多孔質酸化チタン膜を形成した。
次に、この多孔質酸化チタン膜を設けた基板とともに、
[Ru(4,4’-ジカルボキシル-2,2’-ビピリジン)2-(NCS)
2]で表される増感色素溶液中に浸漬し、80℃で還流
を行いながら色素吸着処理を行った。
Comparative Example 7 Titanium oxide particles (manufactured by Nippon Aerosil Co., Ltd., P25, average particle diameter: 20 nm) were mixed in a liquid mixture of water containing surfactant and acetylacetone (volume mixing ratio = 20/1) at a concentration of about 38 wt.
% To prepare a slurry liquid. Next, this slurry liquid was applied to a conductive glass substrate having a thickness of 1 mm (manufactured by Asahi Glass Co., Ltd., F
-SnO 2 , 10Ω / sq) and dried. The obtained dried product was fired at 500 ° C. for 30 minutes in air to form a 10 μm thick porous titanium oxide film on the substrate.
Next, together with the substrate provided with the porous titanium oxide film,
[Ru (4,4'-dicarboxyl-2,2'-bipyridine) 2- (NCS)
2 ], and the dye was adsorbed while refluxing at 80 ° C.

【0132】前記のようにして得た半導体電極とその対
極との間に、電解液および繊維状物質を重ね合わせた多
孔質支持体(メッシュフィルム,ポロシティー10%)
を挟み込み光電変換素子を構成した。この場合、対極と
しては、白金を20nm厚さで蒸着した導電性ガラスを
用いた。両電極間の距離、即ちメッシュフィルムの厚み
は0.1mmとした。電解液としては、テトラプロピル
アンモニウムヨーダイド(0.46M)とヨウ素(0.
6M)を含むエチレンカーボネートとアセトニトリルと
の混合液(容量混合比=80/20)を用いた。
A porous support (mesh film, porosity 10%) in which an electrolyte and a fibrous substance are superposed between the semiconductor electrode obtained as described above and its counter electrode.
To form a photoelectric conversion element. In this case, as a counter electrode, conductive glass in which platinum was deposited to a thickness of 20 nm was used. The distance between the two electrodes, that is, the thickness of the mesh film was 0.1 mm. As an electrolyte, tetrapropylammonium iodide (0.46M) and iodine (0.
6M) and a mixture of ethylene carbonate and acetonitrile (volume mixing ratio = 80/20) was used.

【0133】上記のようにして作製した各光電変換素子
の液漏れの起こり難さ、光電変換効率および長期信頼性
を下記の手法により評価した。
Each of the photoelectric conversion devices manufactured as described above was evaluated for the difficulty of liquid leakage, the photoelectric conversion efficiency, and the long-term reliability by the following methods.

【0134】液漏れの起こり難さに関しては、室温で一
週間、電極面の法線方向に沿って電極面に均一に0.5
kg/cm2の圧力を印加し、その後、液漏れの有無を
目視により確認することからなる、電解液保持試験結果
を指標として判断した。
Regarding the possibility of occurrence of liquid leakage, the surface of the electrode was uniformly spread on the electrode surface along the normal direction of the electrode surface for one week at room temperature.
A pressure of kg / cm 2 was applied, and thereafter, the presence or absence of liquid leakage was visually confirmed, and the determination was made using the result of the electrolyte retention test as an index.

【0135】光電変換効率に関しては、光電変換素子に
45mW/cm2のキセノンランプ光を照射し光電流−
電圧特性を測定し、光電変換効率を求めた。
Regarding the photoelectric conversion efficiency, the photoelectric conversion element was irradiated with a xenon lamp light of 45 mW / cm 2 and the photocurrent was measured.
The voltage characteristics were measured, and the photoelectric conversion efficiency was determined.

【0136】長期信頼性に関しては、JISC8917
付属書9記載の耐熱性(高温保存)試験B−1の試験前
後の光電変換効率から光電変換効率保持率を求め、これ
を指標とし判断した。なお、JISC8917付属書9
記載の耐熱性(高温保存)試験B−1の方法を下記に示
す。
Regarding long-term reliability, see JIS C8917.
The photoelectric conversion efficiency retention was determined from the photoelectric conversion efficiencies before and after the heat resistance (high temperature storage) test B-1 described in Appendix 9 and was used as an index to determine. In addition, JISC8917 Appendix 9
The method of the described heat resistance (high temperature storage) test B-1 is shown below.

【0137】耐熱性(高温保存)試験法 耐熱性(高温保存)試験には、C8917結晶系太陽電
池モジュールの環境試験方法及び耐久性試験方法附属書
9記載の耐熱性(高温保存)試験B−1に準じ行った。
下記にその試験方法を記す。 (1) 試験に先立ち、試料の光電変換効率を測定す
る。 (2) 恒温槽にて、室温より85℃まで加温後,温度
85±2℃で、100±12時間保持する。試験槽内の
出力端子は、開放状態に保つ。 (3) 試験後、清浄な布などで表面を清掃した後、室
温に24時間以上放置し、試料の光電変換効率を評価す
る。 (4) 試験前後の光電変換効率の値から、下記式で定
義する光電変換効率保持率を求めた。 (光電変換効率保持率)={(耐熱性試験前の光電変換
効率)―(耐熱性試験後の光電変換効率)}×100/
(耐熱性試験前の光電変換効率)
Heat Resistance (High Temperature Storage) Test Method The heat resistance (high temperature storage) test includes the heat resistance (high temperature storage) test B- described in Annex 9 of the environmental test method and durability test method for the C8917 crystalline solar cell module. Performed according to 1.
The test method is described below. (1) Prior to the test, the photoelectric conversion efficiency of the sample is measured. (2) After heating from room temperature to 85 ° C. in a thermostat, the temperature is maintained at 85 ± 2 ° C. for 100 ± 12 hours. The output terminals in the test chamber are kept open. (3) After the test, the surface is cleaned with a clean cloth or the like, and then left at room temperature for 24 hours or more to evaluate the photoelectric conversion efficiency of the sample. (4) From the values of the photoelectric conversion efficiencies before and after the test, a photoelectric conversion efficiency retention rate defined by the following equation was determined. (Photoelectric conversion efficiency retention rate) = {(Photoelectric conversion efficiency before heat resistance test) − (Photoelectric conversion efficiency after heat resistance test)} × 100 /
(Photoelectric conversion efficiency before heat resistance test)

【0138】実施例5、実施例6及び比較例2〜4の電
解液保持試験結果、光電変換効率および光電変換効率保
持率を下記の表1に要約して示す。
The electrolyte solution retention test results, photoelectric conversion efficiency and photoelectric conversion efficiency retention of Examples 5, 6 and Comparative Examples 2 to 4 are summarized in Table 1 below.

【0139】[0139]

【表4】 [Table 4]

【0140】前記表4に示された結果から明らかなよう
に、実施例6および7における本発明の光電変換素子は
電解液の液漏れが全く無く、電解質層が液体より構成さ
れる場合と同等の光電変換特性が得られた。特に、実施
例6に示す柱状の空隙のあいた濾過フィルターを多孔質
支持体として用いた場合、多孔質支持体が酸化還元対の
移動を阻害する作用が少ないため、高い光電変換効率が
得られる。一方、比較例2の光電変換素子は、初期特性
は高いものの、電解液の液漏れが有り、長期信頼性の面
で本発明の光電変換素子よりも劣っている。また、比較
例6および比較例7の光電変換素子は、電解液の液漏れ
の無い点では本発明の光電変換素子に匹敵するが、架橋
構造を有する高分子固体電解質の均一なゲルで電極を被
覆しているため、あるいは、ポロシティーの小さい多孔
質体により電解液を保持しているため、酸化還元対を媒
介とした電子の授受反応が律速となり光電変換効率が低
くなる。この点で本発明の光電変換素子よりも著しく劣
っている。従って、これらの結果から、半導体層と対電
極との間に、ポロシティーが30%〜80%の多孔質支
持体を設けることで、電解液の液漏れを起こさない、高
い光電変換効率および長期信頼性に優れた光電変換素子
が得られることが理解できる。
As is clear from the results shown in Table 4, the photoelectric conversion elements of the present invention in Examples 6 and 7 have no electrolyte leakage and are equivalent to the case where the electrolyte layer is composed of a liquid. The following photoelectric conversion characteristics were obtained. In particular, when the filtration filter having columnar voids shown in Example 6 is used as a porous support, a high photoelectric conversion efficiency can be obtained because the porous support has a small effect of inhibiting movement of a redox couple. On the other hand, the photoelectric conversion element of Comparative Example 2 has high initial characteristics, but has leakage of the electrolytic solution, and is inferior to the photoelectric conversion element of the present invention in terms of long-term reliability. The photoelectric conversion elements of Comparative Examples 6 and 7 are comparable to the photoelectric conversion elements of the present invention in that there is no electrolyte leakage, but the electrodes are formed of a uniform gel of a solid polymer electrolyte having a crosslinked structure. Since the electrolyte is covered or the electrolyte is held by a porous material having a small porosity, the electron transfer reaction via an oxidation-reduction pair is rate-determined, and the photoelectric conversion efficiency is reduced. In this respect, it is significantly inferior to the photoelectric conversion element of the present invention. Therefore, from these results, by providing a porous support having a porosity of 30% to 80% between the semiconductor layer and the counter electrode, high photoelectric conversion efficiency and a long period of time can be obtained without causing electrolyte leakage. It can be understood that a photoelectric conversion element having excellent reliability can be obtained.

【0141】実施例8 (1)導電性微粒子からなる層の作製 界面活性剤を含む水とアセチルアセトンとの混合液(容
量混合比=20/1)中にITO粒子(三井金属鉱業
製,平均粒径20nm)を濃度約1wt%で分散させてス
ラリー液を調製した。次に、このスラリー液を厚さ1m
mの導電電極付きガラス基板(10mm×20mm,F
−SnO2,10Ω/sq,旭硝子製)上に塗布し、乾
燥し、得られた乾燥物を500℃で30分間、空気中で
焼成し、基板上に厚さ2μmの多孔質な透明性微粒子か
らなる層を形成した。このとき導電性微粒子からなる層
の透過度は約80%であった。
Example 8 (1) Preparation of Layer Made of Conductive Fine Particles ITO particles (manufactured by Mitsui Mining & Smelting, average particle size) were mixed in a mixed solution (volume mixing ratio = 20/1) of water and acetylacetone containing a surfactant. (Diameter: 20 nm) was dispersed at a concentration of about 1 wt% to prepare a slurry liquid. Next, this slurry liquid was applied to a
m glass substrate with conductive electrodes (10 mm x 20 mm, F
-SnO 2 , 10Ω / sq, manufactured by Asahi Glass Co., Ltd.), dried, and fired at 500 ° C. for 30 minutes in air to form porous transparent fine particles having a thickness of 2 μm on a substrate. Was formed. At this time, the transmittance of the layer made of the conductive fine particles was about 80%.

【0142】(2)酸化チタン被覆ITO粒子の調製 チタンテトライソプロポキシド60gを2−プロパノー
ル300mlに徐々に加え、透明な酸化チタンのゾル溶
液を調製した。ITO粒子(三井金属鉱業社製、平均粒
径20nm)10gを2−プロパノール100mlに分
散させ、ITO懸濁液を調製した。ITO懸濁液を先の
酸化チタンのゾル溶液に一気に加え、30秒間激しく攪
拌した。この反応溶液をろ過して、酸化チタンを被覆し
たITO粒子を分別した。過剰な酸化チタンを取り除く
ため、分別した粒子を2−プロパノール200mlに加
え、攪拌した。続いて、ろ過後、乾燥させて酸化チタン
を被覆したITO粒子を得た。得られた粒子をTEM観
察したところ、平均粒径が40nmであり、ITO粒子
表面に酸化チタンが平均膜厚10nmで被覆していると
概算した。また、得られた粒子をX線回折で調べた結
果、被覆した酸化チタンはアナターゼ型であった。
(2) Preparation of titanium particles coated with titanium oxide 60 g of titanium tetraisopropoxide was gradually added to 300 ml of 2-propanol to prepare a transparent sol solution of titanium oxide. 10 g of ITO particles (manufactured by Mitsui Kinzoku Mining Co., Ltd., average particle size: 20 nm) were dispersed in 100 ml of 2-propanol to prepare an ITO suspension. The ITO suspension was added at once to the sol solution of titanium oxide, and stirred vigorously for 30 seconds. The reaction solution was filtered to separate the ITO particles coated with titanium oxide. To remove excess titanium oxide, the separated particles were added to 200 ml of 2-propanol and stirred. Subsequently, after filtration, the particles were dried to obtain ITO particles coated with titanium oxide. When the obtained particles were observed by TEM, it was estimated that the average particle diameter was 40 nm, and that the surface of the ITO particles was covered with titanium oxide with an average film thickness of 10 nm. Further, as a result of examining the obtained particles by X-ray diffraction, the coated titanium oxide was of an anatase type.

【0143】前項で調製した酸化チタン被覆ITO粒子
6gに水2mlとアセチルアセトン0.2mlを添加
し、せん断応力を利用してペーストを用意した。メノウ
乳鉢でこのペーストをポリエチレングリコール(分子量
400)に分散させた。ポリエチレングリコールに対す
るペーストの割合は30wt%である。酸化チタン被覆I
TO粒子を分散させたポリエチレングリコールをスクリ
ーン版(メッシュ200、塗布面積1cm)で導電性
ガラス基板(F−SnO,10Ω/sq,旭硝子製)
上に形成した導電性粒子からなる層の上にスクリーン印
刷した。続いて、この基板を3時間かけて450℃まで
昇温し、450℃で1時間焼成した。スクリーン印刷と
焼成の工程を2回繰返し膜厚15μmの多孔質酸化チタ
ン膜を得た。
To 6 g of the titanium oxide-coated ITO particles prepared in the preceding paragraph, 2 ml of water and 0.2 ml of acetylacetone were added, and a paste was prepared by utilizing shear stress. This paste was dispersed in polyethylene glycol (molecular weight 400) in an agate mortar. The ratio of paste to polyethylene glycol is 30% by weight. Titanium oxide coating I
Conductive glass substrate (F-SnO 2 , 10Ω / sq, manufactured by Asahi Glass) on a screen plate (mesh 200, coating area 1 cm 2 ) of polyethylene glycol in which TO particles are dispersed.
Screen printing was performed on the layer of conductive particles formed thereon. Subsequently, the temperature of the substrate was raised to 450 ° C. over 3 hours, and baked at 450 ° C. for 1 hour. The steps of screen printing and firing were repeated twice to obtain a porous titanium oxide film having a thickness of 15 μm.

【0144】(3)光電変換素子の作製 増感色素を担持した多孔質酸化チタンの透明電極は、次
のような手順で作製した。前項で作製した多孔質酸化チ
タン膜を被着した導電性ガラス基板(10mm×20m
m)と、増感色素である[Ru(4,4'-シ゛カルホ゛キシル-2,2'-シ゛ヒ゜
リシ゛ン)2(NCS)2]0.3mMを溶かした脱水エタノール50
mlを100mlのナス型フラスコに入れ、80℃で還
流を行いながら増感色素の吸着処理を行った。ナス型フ
ラスコから先の導電性ガラス基板を取り出し、脱水エタ
ノールで洗浄して、多孔質酸化チタン膜に担持されてい
ない増感色素を取り除いた。また、透明電極付きガラス
(10mm×20mm)に白金を20nmの厚さでスパ
ッタしてこれを対電極とした。電解質液としては,ヨウ
化テトラプロピルアンモニウム0.5モル/lとヨウ素
0.04モル/lを含むエチレンカーボネートとアセト
ニトリルとの混合液(容量混合比=80/20)を用い
た。これら2つの電極で、酸化チタン側と白金側が向き
合うようにして電解液を毛細管現象により電極間に含浸
させた。続いて、周囲を封止し、各電極から端子を引き
出して、本発明の光電変換素子を作製した。
(3) Preparation of Photoelectric Conversion Element A transparent electrode of porous titanium oxide carrying a sensitizing dye was prepared in the following procedure. A conductive glass substrate (10 mm × 20 m) coated with the porous titanium oxide film prepared in the previous section.
m) and 0.3 mM of a sensitizing dye [Ru (4,4'-carboxyl-2,2'-dihydroxy) 2 (NCS) 2 ] in 50 ml of dehydrated ethanol.
The mixture was placed in a 100 ml eggplant-shaped flask and subjected to adsorption treatment of a sensitizing dye while refluxing at 80 ° C. The conductive glass substrate was removed from the eggplant-shaped flask and washed with dehydrated ethanol to remove the sensitizing dye not carried on the porous titanium oxide film. Also, platinum was sputtered on a glass with a transparent electrode (10 mm × 20 mm) to a thickness of 20 nm, and this was used as a counter electrode. As the electrolyte solution, a mixed solution of ethylene carbonate and acetonitrile containing 0.5 mol / l of tetrapropylammonium iodide and 0.04 mol / l of iodine (volume mixing ratio = 80/20) was used. The electrolyte was impregnated between the two electrodes by capillary action so that the titanium oxide side and the platinum side faced each other. Subsequently, the periphery was sealed, and a terminal was pulled out from each electrode to produce a photoelectric conversion element of the present invention.

【0145】本発明の光電変換素子に45mW/cm
のキセノンランプ光を照射し(照射面積1cm)、光
電流−電圧特性を測定した。結果を下記の表5に示す。
The photoelectric conversion device of the present invention has a capacity of 45 mW / cm 2.
Was irradiated (irradiation area: 1 cm 2 ), and the photocurrent-voltage characteristics were measured. The results are shown in Table 5 below.

【0146】[0146]

【表5】試 料 光電変換効率(%) 実施例8 6.7Table 5 specimen photoelectric conversion efficiency (%) Example 8 6.7

【0147】表5に示された光電変換効率データを前記
の表1〜4に示された光電変換効率データと比較すれば
明らかなように、少なくとも、一方の面上に半導体層が
被着された電極と、この電極の前記半導体層と対峙する
対電極と、該電極の前記半導体層と対電極との間に配置
された電解質層とを有する光電変換素子において、1)
導電性物質上の半導体被膜に増感色素を担持させた構造
とすること、2)前記電極と半導体層との間に導電性微
粒子層を配設することの両者を利用することで一層高い
光電変換効率が得られる。
As is clear from comparison of the photoelectric conversion efficiency data shown in Table 5 with the photoelectric conversion efficiency data shown in Tables 1 to 4, at least one of the surfaces is covered with a semiconductor layer. A photoelectric conversion element comprising an electrode, a counter electrode facing the semiconductor layer of the electrode, and an electrolyte layer disposed between the semiconductor layer and the counter electrode of the electrode.
A structure in which a sensitizing dye is supported on a semiconductor film on a conductive material; and 2) a conductive fine particle layer is provided between the electrode and the semiconductor layer. Conversion efficiency is obtained.

【0148】実施例9 (1)酸化チタン被覆ITO粒子の調製 チタンテトライソプロポキシド60gを2−プロパノー
ル300mlに徐々に加え、透明な酸化チタンのゾル溶
液を調製した。ITO粒子(三井金属鉱業社製、平均粒
径20nm)10gを2−プロパノール100mlに分
散させ、ITO懸濁液を調製した。ITO懸濁液を先の
酸化チタンのゾル溶液に一気に加え、30秒間激しく攪
拌した。この反応溶液をろ過して、酸化チタンを被覆し
たITO粒子を分別した。過剰な酸化チタンを取り除く
ため、分別した粒子を2−プロパノール200mlに加
え、攪拌した。続いて、ろ過後、乾燥させて酸化チタン
を被覆したITO粒子を得た。得られた粒子をTEM観
察したところ、平均粒径が40nmであり、ITO粒子
表面に酸化チタンが平均膜厚10nmで被覆していると
概算した。また、得られた粒子をX線回折で調べた結
果、被覆した酸化チタンはアナターゼ型であった。
Example 9 (1) Preparation of ITO Particles Coated with Titanium Oxide 60 g of titanium tetraisopropoxide was gradually added to 300 ml of 2-propanol to prepare a transparent titanium oxide sol solution. 10 g of ITO particles (manufactured by Mitsui Kinzoku Mining Co., Ltd., average particle size: 20 nm) were dispersed in 100 ml of 2-propanol to prepare an ITO suspension. The ITO suspension was added at once to the sol solution of titanium oxide, and stirred vigorously for 30 seconds. The reaction solution was filtered to separate the ITO particles coated with titanium oxide. To remove excess titanium oxide, the separated particles were added to 200 ml of 2-propanol and stirred. Subsequently, after filtration, the particles were dried to obtain ITO particles coated with titanium oxide. When the obtained particles were observed by TEM, it was estimated that the average particle diameter was 40 nm, and that the surface of the ITO particles was covered with titanium oxide with an average film thickness of 10 nm. Further, as a result of examining the obtained particles by X-ray diffraction, the coated titanium oxide was of an anatase type.

【0149】前項で調製した酸化チタン被覆ITO粒子
6gに水2mlとアセチルアセトン0.2mlを添加
し、せん断応力を利用してペーストを用意した。メノウ
乳鉢でこのペーストをポリエチレングリコール(分子量
400)に分散させた。ポリエチレングリコールに対す
るペーストの割合は30wt%である。酸化チタン被覆I
TO粒子を分散させたポリエチレングリコールをスクリ
ーン版(メッシュ200、塗布面積1cm)で導電性
ガラス基板(F−SnO,10Ω/sq,旭硝子製)
上に形成した導電性粒子からなる層の上にスクリーン印
刷した。続いて、この基板を3時間かけて450℃まで
昇温し、450℃で1時間焼成した。スクリーン印刷と
焼成の工程を2回繰返し膜厚15μmの多孔質酸化チタ
ン膜を得た。
To 6 g of the titanium oxide-coated ITO particles prepared in the preceding section, 2 ml of water and 0.2 ml of acetylacetone were added, and a paste was prepared using shear stress. This paste was dispersed in polyethylene glycol (molecular weight 400) in an agate mortar. The ratio of paste to polyethylene glycol is 30% by weight. Titanium oxide coating I
Conductive glass substrate (F-SnO 2 , 10Ω / sq, manufactured by Asahi Glass) on a screen plate (mesh 200, coating area 1 cm 2 ) of polyethylene glycol in which TO particles are dispersed.
Screen printing was performed on the layer of conductive particles formed thereon. Subsequently, the temperature of the substrate was raised to 450 ° C. over 3 hours, and baked at 450 ° C. for 1 hour. The steps of screen printing and firing were repeated twice to obtain a porous titanium oxide film having a thickness of 15 μm.

【0150】(2)光電変換素子の作製 増感色素を担持した多孔質酸化チタンの透明電極は、次
のような手順で作製した。前項で作製した多孔質酸化チ
タン膜を被着した導電性ガラス基板(10mm×20m
m)と、増感色素である[Ru(4,4'-シ゛カルホ゛キシル-2,2'-シ゛ヒ゜
リシ゛ン)2(NCS)2]0.3mMを溶かした脱水エタノール5
0mlを100mlのナス型フラスコに入れ、80℃で
還流を行いながら増感色素の吸着処理を行った。ナス型
フラスコから先の導電性ガラス基板を取り出し、脱水エ
タノールで洗浄して、多孔質酸化チタン膜に担持されて
いない増感色素を取り除いた。また、透明電極付きガラ
ス(10mm×20mm)に白金を20nmの厚さでス
パッタしてこれを対電極とした。電解質液としては,ヨ
ウ化テトラプロピルアンモニウム0.5モル/lとヨウ
素0.04モル/lを含むエチレンカーボネートとアセ
トニトリルとの混合液(容量混合比=80/20)を用
いた。前記のようにして得た半導体電極とその対極との
間に、電解液および孔径100nmの柱状の空隙のあい
た濾過フィルター(ワットマン社製,ポロシティー30
%)多孔質支持体を挟み込み光電変換素子を作製した。
(2) Production of Photoelectric Conversion Element A transparent electrode of porous titanium oxide carrying a sensitizing dye was produced by the following procedure. A conductive glass substrate (10 mm × 20 m) coated with the porous titanium oxide film prepared in the previous section.
m) and 0.3 mM of a sensitizing dye [Ru (4,4'-carboxyl-2,2'-dihydroxy) 2 (NCS) 2 ] in dehydrated ethanol 5
0 ml was placed in a 100 ml eggplant-shaped flask, and the sensitizing dye was adsorbed while refluxing at 80 ° C. The conductive glass substrate was removed from the eggplant-shaped flask and washed with dehydrated ethanol to remove the sensitizing dye not carried on the porous titanium oxide film. Also, platinum was sputtered on a glass with a transparent electrode (10 mm × 20 mm) to a thickness of 20 nm, and this was used as a counter electrode. As the electrolyte solution, a mixed solution of ethylene carbonate and acetonitrile containing 0.5 mol / l of tetrapropylammonium iodide and 0.04 mol / l of iodine (volume mixing ratio = 80/20) was used. Between the semiconductor electrode obtained as described above and its counter electrode, an electrolytic solution and a filtration filter having a columnar void having a pore diameter of 100 nm (Whatman Corp., Porosity 30)
%) A photoelectric conversion element was produced by sandwiching a porous support.

【0151】実施例10 (1)導電性微粒子からなる層の作製 界面活性剤を含む水とアセチルアセトンとの混合液(容
量混合比=20/1)中にITO粒子(三井金属鉱業
製,平均粒径20nm)を濃度約1wt%で分散させてス
ラリー液を調製した。次に、このスラリー液を厚さ1m
mの導電電極付きガラス基板(10mm×20mm,F
−SnO2,10Ω/sq,旭硝子製)上に塗布し、乾
燥し、得られた乾燥物を500℃で30分間、空気中で
焼成し、基板上に厚さ2μmの多孔質な透明性微粒子か
らなる層を形成した。このとき導電性微粒子からなる層
の透過度は約80%であった。
Example 10 (1) Preparation of Layer Made of Conductive Fine Particles ITO particles (manufactured by Mitsui Mining & Smelting, average particle size) were mixed in a mixed solution (volume mixing ratio = 20/1) of water and acetylacetone containing a surfactant. (Diameter: 20 nm) was dispersed at a concentration of about 1 wt% to prepare a slurry liquid. Next, this slurry liquid was applied to a
m glass substrate with conductive electrodes (10 mm x 20 mm, F
-SnO 2 , 10Ω / sq, manufactured by Asahi Glass Co., Ltd.), dried, and fired at 500 ° C. for 30 minutes in air to form porous transparent fine particles having a thickness of 2 μm on a substrate. Was formed. At this time, the transmittance of the layer made of the conductive fine particles was about 80%.

【0152】(2)多孔質酸化チタン膜の作製 酸化チタン(日本アエロジル社製,P25,平均粒径2
0nm)9gに水21mlとアセチルアセトン0.2m
lを添加し、さらにこの懸濁液にpHを1.5に保つよ
うに硝酸を加え、メノウ乳鉢で3時間分散させた。その
後、ポリエチレングリコール(分子量20000)を添
加しペーストを作製する。ポリエチレングリコールは酸
化チタンに対し30wt%である。酸化チタンを分散させ
たペーストをスクリーン版(200メッシュ、塗布面積
1cm2)で前記ITO粒子が塗布された透明電極付き
ガラス基板上にスクリーン印刷した。続いて、この基板
を450℃の電気炉に入れ、450℃で30分焼成し
た。これにより膜厚15μmの多孔質酸化チタン膜を得
(2) Preparation of Porous Titanium Oxide Film Titanium oxide (manufactured by Nippon Aerosil Co., Ltd., P25, average particle size 2)
0nm) 9g of water 21ml and acetylacetone 0.2m
was added to the suspension, and nitric acid was added to the suspension so as to maintain the pH at 1.5, followed by dispersion in an agate mortar for 3 hours. Thereafter, polyethylene glycol (molecular weight: 20,000) is added to prepare a paste. Polyethylene glycol is 30% by weight based on titanium oxide. The paste in which titanium oxide was dispersed was screen-printed on a glass substrate with a transparent electrode to which the ITO particles had been applied, using a screen plate (200 mesh, application area: 1 cm 2 ). Subsequently, the substrate was placed in an electric furnace at 450 ° C. and baked at 450 ° C. for 30 minutes. As a result, a porous titanium oxide film having a thickness of 15 μm was obtained.

【0153】(3)光電変換素子の作製 増感色素を担持した多孔質酸化チタンの透明電極は、次
のような手順で作製した。前項で作製した多孔質酸化チ
タン膜を被着した導電性ガラス基板(10mm×20m
m)と、増感色素である[Ru(4,4'-シ゛カルホ゛キシル-2,2'-シ゛ヒ゜
リシ゛ン)2(NCS)2]0.3mMを溶かした脱水エタノール5
0mlを100mlのナス型フラスコに入れ、80℃で
還流を行いながら増感色素の吸着処理を行った。ナス型
フラスコから先の導電性ガラス基板を取り出し、脱水エ
タノールで洗浄して、多孔質酸化チタン膜に担持されて
いない増感色素を取り除いた。また、透明電極付きガラ
ス(10mm×20mm)に白金を20nmの厚さでス
パッタしてこれを対電極とした。電解質液としては,ヨ
ウ化テトラプロピルアンモニウム0.5モル/lとヨウ
素0.04モル/lを含むエチレンカーボネートとアセ
トニトリルとの混合液(容量混合比=80/20)を用
いた。前記のようにして得た半導体電極とその対極との
間に、電解液および孔径100nmの柱状の空隙のあい
た濾過フィルター(ワットマン社製,ポロシティー30
%)多孔質支持体を挟み込み光電変換素子を作製した。
(3) Production of Photoelectric Conversion Element A transparent electrode of porous titanium oxide carrying a sensitizing dye was produced by the following procedure. A conductive glass substrate (10 mm × 20 m) coated with the porous titanium oxide film prepared in the previous section.
m) and 0.3 mM of a sensitizing dye [Ru (4,4'-carboxyl-2,2'-dihydroxy) 2 (NCS) 2 ] in dehydrated ethanol 5
0 ml was placed in a 100 ml eggplant-shaped flask, and the sensitizing dye was adsorbed while refluxing at 80 ° C. The conductive glass substrate was removed from the eggplant-shaped flask and washed with dehydrated ethanol to remove the sensitizing dye not carried on the porous titanium oxide film. Also, platinum was sputtered on a glass with a transparent electrode (10 mm × 20 mm) to a thickness of 20 nm, and this was used as a counter electrode. As the electrolyte solution, a mixed solution of ethylene carbonate and acetonitrile containing 0.5 mol / l of tetrapropylammonium iodide and 0.04 mol / l of iodine (volume mixing ratio = 80/20) was used. Between the semiconductor electrode obtained as described above and its counter electrode, an electrolytic solution and a filtration filter having a columnar void having a pore diameter of 100 nm (Whatman Corp., Porosity 30)
%) A photoelectric conversion element was produced by sandwiching a porous support.

【0154】前記の実施例9及び実施例10で作製され
た本発明の光電変換素子に45mW/cmのキセノン
ランプ光を照射し(照射面積1cm)、光電変換効率
を評価した。また、液漏れおよび長期信頼性に関しては
前述に従い評価した。結果を下記の表6に要約して示
す。
The xenon lamp light of 45 mW / cm 2 (irradiation area 1 cm 2 ) was applied to the photoelectric conversion elements of the present invention produced in the above Examples 9 and 10 to evaluate the photoelectric conversion efficiency. In addition, liquid leakage and long-term reliability were evaluated as described above. The results are summarized in Table 6 below.

【0155】[0155]

【表6】 電解液保持 光電変換効率 光電変換効率試 料 試験結果 (%) 保持率(%) 実施例9 液漏れ無し 6.3 99 実施例10 液漏れ無し 6.3 99[Table 6] electrolyte solution holding photoelectric conversion efficiency photoelectric conversion efficiency specimen test result (%) Retention (%) Example 9 leakage without 6.3 99 Example 10 leakage without 6.3 99

【0156】前記の表6に示すように、少なくとも、一
方の面上に半導体層が被着された電極と、この電極の前
記半導体層と対峙する対電極と、該電極の前記半導体層
と対電極との間に配置された電解質層とを有する光電変
換素子において、1)導電性物質上の半導体被膜に増感
色素を担持させた構造とすること、2)前記電解質層
を、多孔質支持体と、該多孔質支持体内に充満された電
解液とから構成することで高い光電変換効率を持ち、か
つ液漏れがなく、長期信頼性に優れた光電変換素子を提
供できる。
As shown in Table 6 above, at least an electrode having a semiconductor layer attached on one surface, a counter electrode facing the semiconductor layer of this electrode, and a pair of the electrode and the semiconductor layer. In a photoelectric conversion element having an electrolyte layer disposed between the electrode and an electrode, 1) a structure in which a sensitizing dye is supported on a semiconductor film on a conductive material; 2) the electrolyte layer is formed of a porous support; By comprising the body and the electrolytic solution filled in the porous support, a photoelectric conversion element having high photoelectric conversion efficiency, no liquid leakage, and excellent in long-term reliability can be provided.

【0157】また、表6に示すように、少なくとも、一
方の面上に半導体層が被着された電極と、この電極の前
記半導体層と対峙する対電極と、該電極の前記半導体層
と対電極との間に配置された電解質層とを有する光電変
換素子において、1)前記電極と半導体層との間に導電
性微粒子層を配設すること、2)前記電解質層を、多孔
質支持体と、該多孔質支持体内に充満された電解液とか
ら構成することの両者を利用することで高い光電変換効
率を持ち、かつ液漏れがなく、長期信頼性に優れた光電
変換素子を提供できる。
As shown in Table 6, at least one electrode having a semiconductor layer attached on one surface, a counter electrode facing the semiconductor layer of the electrode, and a pair of the electrode and the semiconductor layer. In a photoelectric conversion element having an electrolyte layer disposed between the electrode and an electrode, 1) disposing a conductive fine particle layer between the electrode and the semiconductor layer; and 2) forming the electrolyte layer on a porous support. By using both the electrolyte solution and the electrolyte solution filled in the porous support, a photoelectric conversion element having high photoelectric conversion efficiency, no liquid leakage, and excellent long-term reliability can be provided. .

【0158】実施例11 (1)導電性微粒子からなる層の作製 界面活性剤を含む水とアセチルアセトンとの混合液(容
量混合比=20/1)中にITO粒子(三井金属鉱業
製,平均粒径20nm)を濃度約1wt%で分散させてス
ラリー液を調製した。次に、このスラリー液を厚さ1m
mの導電電極付きガラス基板(10mm×20mm,F
−SnO2,10Ω/sq,旭硝子製)上に塗布し、乾
燥し、得られた乾燥物を500℃で30分間、空気中で
焼成し、基板上に厚さ2μmの多孔質な透明性微粒子か
らなる層を形成した。このとき導電性微粒子からなる層
の透過度は約80%であった。
Example 11 (1) Preparation of Layer Made of Conductive Fine Particles ITO particles (manufactured by Mitsui Mining & Smelting, average particle size) were mixed in a mixed solution (volume mixing ratio = 20/1) of water and acetylacetone containing a surfactant. (Diameter: 20 nm) was dispersed at a concentration of about 1 wt% to prepare a slurry liquid. Next, this slurry liquid was applied to a
m glass substrate with conductive electrodes (10 mm x 20 mm, F
-SnO 2 , 10Ω / sq, manufactured by Asahi Glass Co., Ltd.), dried, and fired at 500 ° C. for 30 minutes in air to form porous transparent fine particles having a thickness of 2 μm on a substrate. Was formed. At this time, the transmittance of the layer made of the conductive fine particles was about 80%.

【0159】(2)酸化チタン被覆ITO粒子の調製 チタンテトライソプロポキシド60gを2−プロパノー
ル300mlに徐々に加え、透明な酸化チタンのゾル溶
液を調製した。ITO粒子(三井金属鉱業社製、平均粒
径20nm)10gを2−プロパノール100mlに分
散させ、ITO懸濁液を調製した。ITO懸濁液を先の
酸化チタンのゾル溶液に一気に加え、30秒間激しく攪
拌した。この反応溶液をろ過して、酸化チタンを被覆し
たITO粒子を分別した。過剰な酸化チタンを取り除く
ため、分別した粒子を2−プロパノール200mlに加
え、攪拌した。続いて、ろ過後、乾燥させて酸化チタン
を被覆したITO粒子を得た。得られた粒子をTEM観
察したところ、平均粒径が40nmであり、ITO粒子
表面に酸化チタンが平均膜厚10nmで被覆していると
概算した。また、得られた粒子をX線回折で調べた結
果、被覆した酸化チタンはアナターゼ型であった。
(2) Preparation of titanium oxide-coated ITO particles 60 g of titanium tetraisopropoxide was gradually added to 300 ml of 2-propanol to prepare a transparent sol solution of titanium oxide. 10 g of ITO particles (manufactured by Mitsui Kinzoku Mining Co., Ltd., average particle size: 20 nm) were dispersed in 100 ml of 2-propanol to prepare an ITO suspension. The ITO suspension was added at once to the sol solution of titanium oxide, and stirred vigorously for 30 seconds. The reaction solution was filtered to separate the ITO particles coated with titanium oxide. To remove excess titanium oxide, the separated particles were added to 200 ml of 2-propanol and stirred. Subsequently, after filtration, the particles were dried to obtain ITO particles coated with titanium oxide. When the obtained particles were observed by TEM, it was estimated that the average particle diameter was 40 nm, and that the surface of the ITO particles was covered with titanium oxide with an average film thickness of 10 nm. Further, as a result of examining the obtained particles by X-ray diffraction, the coated titanium oxide was of an anatase type.

【0160】前項で調製した酸化チタン被覆ITO粒子
6gに水2mlとアセチルアセトン0.2mlを添加
し、せん断応力を利用してペーストを用意した。メノウ
乳鉢でこのペーストをポリエチレングリコール(分子量
400)に分散させた。ポリエチレングリコールに対す
るペーストの割合は30wt%である。酸化チタン被覆I
TO粒子を分散させたポリエチレングリコールをスクリ
ーン版(メッシュ200、塗布面積1cm2)で導電性
ガラス基板(F−SnO,10Ω/sq,旭硝子製)
上に形成した導電性粒子からなる層の上にスクリーン印
刷した。続いて、この基板を3時間かけて450℃まで
昇温し、450℃で1時間焼成した。スクリーン印刷と
焼成の工程を2回繰返し膜厚15μmの多孔質酸化チタ
ン膜を得た。
To 6 g of the titanium oxide-coated ITO particles prepared in the preceding paragraph, 2 ml of water and 0.2 ml of acetylacetone were added, and a paste was prepared by utilizing shear stress. This paste was dispersed in polyethylene glycol (molecular weight 400) in an agate mortar. The ratio of paste to polyethylene glycol is 30% by weight. Titanium oxide coating I
Conductive glass substrate (F-SnO 2 , 10Ω / sq, manufactured by Asahi Glass Co., Ltd.) on a screen plate (mesh 200, coating area 1 cm 2) of polyethylene glycol in which TO particles are dispersed.
Screen printing was performed on the layer of conductive particles formed thereon. Subsequently, the temperature of the substrate was raised to 450 ° C. over 3 hours, and baked at 450 ° C. for 1 hour. The steps of screen printing and firing were repeated twice to obtain a porous titanium oxide film having a thickness of 15 μm.

【0161】(3)光電変換素子の作製 増感色素を担持した多孔質酸化チタンの透明電極は、次
のような手順で作製した。前項で作製した多孔質酸化チ
タン膜を被着した導電性ガラス基板(10mm×20m
m)と、増感色素である[Ru(4,4'-シ゛カルホ゛キシル-2,2'-シ゛ヒ゜
リシ゛ン)2(NCS)2]0.3mMを溶かした脱水エタノール5
0mlを100mlのナス型フラスコに入れ、80℃で
還流を行いながら増感色素の吸着処理を行った。ナス型
フラスコから先の導電性ガラス基板を取り出し、脱水エ
タノールで洗浄して、多孔質酸化チタン膜に担持されて
いない増感色素を取り除いた。また、透明電極付きガラ
ス(10mm×20mm)に白金を20nmの厚さでス
パッタしてこれを対電極とした。電解質液としては,ヨ
ウ化テトラプロピルアンモニウム0.5モル/lとヨウ
素0.04モル/lを含むエチレンカーボネートとアセ
トニトリルとの混合液(容量混合比=80/20)を用
いた。前記のようにして得た半導体電極とその対極との
間に、電解液および孔径100nmの柱状の空隙のあい
た濾過フィルター(ワットマン社製,ポロシティー30
%)多孔質支持体を挟み込み光電変換素子を作製した。
(3) Production of Photoelectric Conversion Element A transparent electrode of porous titanium oxide carrying a sensitizing dye was produced by the following procedure. A conductive glass substrate (10 mm × 20 m) coated with the porous titanium oxide film prepared in the previous section.
m) and 0.3 mM of a sensitizing dye [Ru (4,4'-carboxyl-2,2'-dihydroxy) 2 (NCS) 2 ] in dehydrated ethanol 5
0 ml was placed in a 100 ml eggplant-shaped flask, and the sensitizing dye was adsorbed while refluxing at 80 ° C. The conductive glass substrate was removed from the eggplant-shaped flask and washed with dehydrated ethanol to remove the sensitizing dye not carried on the porous titanium oxide film. Also, platinum was sputtered on a glass with a transparent electrode (10 mm × 20 mm) to a thickness of 20 nm, and this was used as a counter electrode. As the electrolyte solution, a mixed solution of ethylene carbonate and acetonitrile containing 0.5 mol / l of tetrapropylammonium iodide and 0.04 mol / l of iodine (volume mixing ratio = 80/20) was used. Between the semiconductor electrode obtained as described above and its counter electrode, an electrolytic solution and a filtration filter having a columnar void having a pore diameter of 100 nm (Whatman Corp., Porosity 30)
%) A photoelectric conversion element was produced by sandwiching a porous support.

【0162】本発明の光電変換素子に45mW/cm
のキセノンランプ光を照射し(照射面積1cm)、光
電変換効率を評価した。また、液漏れおよび長期信頼性
に関しては前述に従い評価した。結果を下記の表7に示
す。
The photoelectric conversion device of the present invention has a capacity of 45 mW / cm 2.
Was irradiated (irradiation area: 1 cm 2 ), and the photoelectric conversion efficiency was evaluated. In addition, liquid leakage and long-term reliability were evaluated as described above. The results are shown in Table 7 below.

【0163】[0163]

【表7】 電解液保持 光電変換効率 光電変換効率試 料 試験結果 (%) 保持率(%) 実施例11 液漏れ無し 6.7 99Table 7 electrolyte solution holding photoelectric conversion efficiency photoelectric conversion efficiency specimen test result (%) Retention (%) Example 11 from leaking without 6.7 99

【0164】前記の表7に示すように、少なくとも、一
方の面上に半導体層が被着された電極と、この電極の前
記半導体層と対峙する対電極と、該電極の前記半導体層
と対電極との間に配置された電解質層とを有する光電変
換素子において、1)導電性物質上の半導体被膜に増感
色素を担持させた構造とすること、2)前記電極と半導
体層との間に導電性微粒子層を配設すること、3)前記
電解質層を、多孔質支持体と、該多孔質支持体内に充満
された電解液とから構成することで高い光電変換効率を
持ち、かつ液漏れがなく、長期信頼性に優れた光電変換
素子を提供できる。
As shown in Table 7 above, at least an electrode having a semiconductor layer attached on one surface, a counter electrode facing the semiconductor layer of this electrode, and a pair of the electrode and the semiconductor layer. In a photoelectric conversion element having an electrolyte layer disposed between the electrode and the electrode, 1) a structure in which a sensitizing dye is supported on a semiconductor film on a conductive substance; 2) a space between the electrode and the semiconductor layer 3) having a high photoelectric conversion efficiency by forming the electrolyte layer from a porous support and an electrolytic solution filled in the porous support, and It is possible to provide a photoelectric conversion element having no leakage and excellent in long-term reliability.

【0165】[0165]

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
光電変換素子の半導体層として、導電性物質の外表面に
半導体の薄膜を被着させることにより構成された半導体
層を使用することにより、低抵抗損失および低透過損失
の光電変換素子を得ることができる。また、本発明によ
れば、光電変換素子の半導体層と透明電極との間に導電
性粒子からなる層を介在させることにより、半導体層と
透明電極との接触面積を大きくし、半導体層と透明電極
の界面における抵抗損失を低減でき、優れた光電変換効
率をもつ光電変換素子を得ることができる。また、本発
明によれば、半導体層と対電極との間に電解液を保持し
た多孔質支持体を設けることにより、電解液の液漏れを
起こさない長期信頼性に優れた光電変換素子を得ること
ができる。
As described above, according to the present invention,
By using a semiconductor layer formed by depositing a semiconductor thin film on the outer surface of a conductive substance as a semiconductor layer of a photoelectric conversion element, a photoelectric conversion element with low resistance loss and low transmission loss can be obtained. it can. Further, according to the present invention, by interposing a layer made of conductive particles between the semiconductor layer of the photoelectric conversion element and the transparent electrode, the contact area between the semiconductor layer and the transparent electrode is increased, and The resistance loss at the interface between the electrodes can be reduced, and a photoelectric conversion element having excellent photoelectric conversion efficiency can be obtained. Further, according to the present invention, by providing a porous support holding an electrolytic solution between a semiconductor layer and a counter electrode, a photoelectric conversion element excellent in long-term reliability that does not cause leakage of the electrolytic solution is obtained. be able to.

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

【図1】導電性物質の外表面に半導体の薄膜を被着させ
ることにより構成された半導体層を使用した本発明の光
電変換素子の一例の概要断面図である。
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of an example of a photoelectric conversion element of the present invention using a semiconductor layer formed by depositing a semiconductor thin film on an outer surface of a conductive substance.

【図2】導電性物質の外表面に半導体の薄膜を被着させ
ることにより構成された半導体層を使用した本発明の光
電変換素子の別の例の部分拡大概要断面図である。
FIG. 2 is a partially enlarged schematic cross-sectional view of another example of the photoelectric conversion element of the present invention using a semiconductor layer formed by depositing a semiconductor thin film on the outer surface of a conductive substance.

【図3】従来の光電変換素子と本発明の光電変換素子の
各半導体層における透過損失および抵抗損失を説明する
模式的断面図であり、(a)は従来の光電変換素子であ
り、(b)は導電性物質の外表面に半導体の薄膜を被着
させることにより構成された半導体層を使用した本発明
の光電変換素子である。
3A and 3B are schematic cross-sectional views illustrating transmission loss and resistance loss in each semiconductor layer of a conventional photoelectric conversion element and a photoelectric conversion element of the present invention, wherein FIG. 3A is a conventional photoelectric conversion element, and FIG. 3) is a photoelectric conversion element of the present invention using a semiconductor layer formed by depositing a semiconductor thin film on the outer surface of a conductive substance.

【図4】半導体層と透明電極との間に導電性粒子からな
る層を介在させた本発明の光電変換素子の一例の部分拡
大概要断面図である。
FIG. 4 is a partially enlarged schematic cross-sectional view of an example of the photoelectric conversion element of the present invention in which a layer made of conductive particles is interposed between a semiconductor layer and a transparent electrode.

【図5】図2に示されるような導電性物質の外表面に半
導体の薄膜を被着させることにより構成された半導体層
と透明電極との間に導電性粒子からなる層を介在させた
本発明の光電変換素子の一例の部分拡大概要断面図であ
る。
FIG. 5 is a book in which a layer made of conductive particles is interposed between a semiconductor layer formed by depositing a semiconductor thin film on the outer surface of a conductive substance as shown in FIG. 2 and a transparent electrode; 1 is a partially enlarged schematic cross-sectional view of an example of a photoelectric conversion element of the present invention.

【図6】半導体層と対電極との間に電解液を保持した多
孔質支持体を設けた本発明の光電変換素子の一例の概要
断面図である。
FIG. 6 is a schematic cross-sectional view of an example of the photoelectric conversion element of the present invention in which a porous support holding an electrolytic solution is provided between a semiconductor layer and a counter electrode.

【図7】図5に示されるような導電性物質の外表面に半
導体の薄膜を被着させることにより構成された半導体層
と透明電極との間に導電性粒子からなる層を介在させ、
半導体層と対電極との間に電解液を保持した多孔質支持
体を設けた本発明の光電変換素子の一例の部分拡大概要
断面図である。
7 is a diagram showing a state in which a layer of conductive particles is interposed between a semiconductor layer formed by depositing a semiconductor thin film on the outer surface of a conductive substance as shown in FIG. 5 and a transparent electrode;
FIG. 3 is a partially enlarged schematic cross-sectional view of an example of the photoelectric conversion element of the present invention in which a porous support holding an electrolyte is provided between a semiconductor layer and a counter electrode.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 本発明の光電変換素子 3,11 透明基板 5 透明電極 7 半導体層 9 対電極 13 電解質層 15 導電性物質層 17 半導体膜 19 増感色素 21、23 導電性粒子 25 導電性粒子層 27 多孔質支持体 100 従来の光電変換素子 Reference Signs List 1 photoelectric conversion element of the present invention 3, 11 transparent substrate 5 transparent electrode 7 semiconductor layer 9 counter electrode 13 electrolyte layer 15 conductive material layer 17 semiconductor film 19 sensitizing dye 21, 23 conductive particle 25 conductive particle layer 27 porous Support 100 Conventional photoelectric conversion element

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 西原 昭二 大阪府茨木市丑寅一丁目1番88号 日立マ クセル株式会社内 (72)発明者 岸 文彦 大阪府茨木市丑寅一丁目1番88号 日立マ クセル株式会社内 Fターム(参考) 5F051 AA14 5H032 AA06 AS16 AS17 BB02 BB05 BB10 CC06 CC14 CC17 EE02 EE04 EE07 EE08 EE16 EE18 HH01 HH04 HH07 HH08  ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (72) Inventor Shoji Nishihara 1-1-88 Ushitora, Ibaraki City, Osaka Prefecture Inside Hitachi Maxell Co., Ltd. (72) Inventor Fumihiko Kishi 1-1-88 Ushitora, Ibaraki City, Osaka Hitachi Maxell F term (reference) 5F051 AA14 5H032 AA06 AS16 AS17 BB02 BB05 BB10 CC06 CC14 CC17 EE02 EE04 EE07 EE08 EE16 EE18 HH01 HH04 HH07 HH08

Claims (26)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 少なくとも、一方の面上に半導体層が被
着された電極と、この電極の前記半導体層と対峙する対
電極と、該電極の前記半導体層と対電極との間に配置さ
れた電解質層を有する光電変換素子において、 前記半導体層が導電性物質と、半導体材料とから構成さ
れていることを特徴とする光電変換素子。
1. An electrode having a semiconductor layer deposited on at least one surface thereof, a counter electrode facing the semiconductor layer of the electrode, and a electrode disposed between the semiconductor layer and the counter electrode of the electrode. A photoelectric conversion element having an electrolyte layer, wherein the semiconductor layer is composed of a conductive material and a semiconductor material.
【請求項2】 前記半導体層は、導電性物質層と該導電
性物質層の表面上に形成された半導体材料層とから構成
されていることを特徴とする請求項1に記載の光電変換
素子。
2. The photoelectric conversion element according to claim 1, wherein the semiconductor layer is composed of a conductive material layer and a semiconductor material layer formed on a surface of the conductive material layer. .
【請求項3】 前記半導体層は、導電性物質の粒子の外
表面に被覆された半導体材料の薄膜から構成されている
ことを特徴とする請求項1に記載の光電変換素子。
3. The photoelectric conversion device according to claim 1, wherein the semiconductor layer is formed of a thin film of a semiconductor material coated on outer surfaces of particles of a conductive substance.
【請求項4】 前記半導体層は、更に増感色素を担持し
ていることを特徴とする請求項1〜3の何れかに記載の
光電変換素子。
4. The photoelectric conversion device according to claim 1, wherein the semiconductor layer further supports a sensitizing dye.
【請求項5】 前記導電性物質は金属元素含有化合物で
あり、前記半導体材料は金属元素含有化合物であり、前
記導電性物質中に存在する金属元素に対する前記半導体
材料中に存在する金属元素の元素比が、0.1以上8.
0以下であることを特徴とする請求項1〜3の何れかに
記載の光電変換素子。
5. The conductive substance is a metal element-containing compound, the semiconductor material is a metal element-containing compound, and an element of a metal element present in the semiconductor material with respect to a metal element present in the conductive substance. The ratio is 0.1 or more.
The photoelectric conversion element according to claim 1, wherein the value is 0 or less.
【請求項6】 前記導電性物質が光透過性であることを
特徴とする請求項1〜3の何れかに記載の光電変換素
子。
6. The photoelectric conversion device according to claim 1, wherein the conductive material is light-transmissive.
【請求項7】 前記導電性物質の光透過率が60%以上
であることを特徴とする請求項6に記載の光電変換素
子。
7. The photoelectric conversion device according to claim 6, wherein the light transmittance of the conductive material is 60% or more.
【請求項8】 少なくとも、一方の面上に半導体層が被
着された電極と、この電極の前記半導体層と対峙する対
電極と、該電極の前記半導体層と対電極との間に配置さ
れた電解質層を有する光電変換素子の製造方法におい
て、 前記半導体層は、 (a)導電性物質のスラリー液を前記電極面上に塗布し、
乾燥し、その後焼結させて導電性物質層を形成するステ
ップと、 (b)前記ステップ(a)で得られた導電性物質層の表面に半
導体材料の被膜を形成するステップと、により作製され
ることを特徴とする光電変換素子の製造方法。
8. An electrode having a semiconductor layer attached on at least one surface, a counter electrode facing the semiconductor layer of the electrode, and a counter electrode disposed between the semiconductor layer and the counter electrode of the electrode. In the method for manufacturing a photoelectric conversion element having an electrolyte layer, the semiconductor layer, (a) applying a slurry liquid of a conductive substance on the electrode surface,
Drying, then sintering to form a conductive material layer; (b) forming a film of a semiconductor material on the surface of the conductive material layer obtained in the step (a). A method for manufacturing a photoelectric conversion element, comprising:
【請求項9】 少なくとも、一方の面上に半導体層が被
着された電極と、この電極の前記半導体層と対峙する対
電極と、該電極の前記半導体層と対電極との間に配置さ
れた電解質層を有する光電変換素子の製造方法におい
て、 前記半導体層は、 (i)半導体材料のゾル溶液を用いて前記導電性粒子の外
表面に半導体材料を被覆するステップと、 (ii)前記半導体材料で被覆された前記導電性粒子を前記
電極に塗布し、次いで、加熱焼結させるステップと、に
より作製されることを特徴とする光電変換素子の製造方
法。
9. An electrode having a semiconductor layer attached to at least one surface thereof, a counter electrode facing the semiconductor layer of the electrode, and being disposed between the semiconductor layer and the counter electrode of the electrode. In the method for manufacturing a photoelectric conversion element having an electrolyte layer, the semiconductor layer, (i) a step of coating a semiconductor material on the outer surface of the conductive particles using a sol solution of a semiconductor material, (ii) the semiconductor Applying the conductive particles coated with a material to the electrodes, and then heating and sintering the electrodes.
【請求項10】 前記ステップ(i)と(ii)の間に、前記
導電性粒子を被覆する半導体膜の少なくとも一部を除去
して、下部の導電性粒子外表面を露出させるステップを
更に有することを特徴とする請求項9に記載の光電変換
素子の製造方法。
10. The method according to claim 10, further comprising removing at least a part of the semiconductor film covering the conductive particles to expose a lower conductive particle outer surface between the steps (i) and (ii). The method for manufacturing a photoelectric conversion element according to claim 9, wherein:
【請求項11】 少なくとも、一方の面上に半導体層が
被着された電極と、この電極の前記半導体層と対峙する
対電極と、該電極の前記半導体層と対電極との間に配置
された電解質層を有する光電変換素子において、 前記電極と前記半導体層との間に導電性微粒子からなる
層を配設したことを特徴とする光電変換素子。
11. An electrode having a semiconductor layer deposited on at least one surface, a counter electrode facing the semiconductor layer of the electrode, and a electrode disposed between the semiconductor layer and the counter electrode of the electrode. A photoelectric conversion element having an electrolyte layer, wherein a layer made of conductive fine particles is disposed between the electrode and the semiconductor layer.
【請求項12】 前記導電性微粒子の粒径が3nm〜5
00nmの範囲内であることを特徴とする請求項11に
記載の光電変換素子。
12. The conductive fine particles having a particle size of 3 nm to 5 nm.
The photoelectric conversion device according to claim 11, wherein the thickness is within a range of 00 nm.
【請求項13】 前記導電性微粒子の体積抵抗率が10
−9Ω-cm〜10 Ω-cmの範囲内であることを特徴
とする請求項11に記載の光電変換素子。
13. The conductive fine particles having a volume resistivity of 10
-9Ω-cm-10 7Characteristic within the range of Ω-cm
The photoelectric conversion element according to claim 11, wherein
【請求項14】 前記導電性微粒子層の膜厚が10nm
〜3000nmの範囲内であることを特徴とする請求項
11に記載の光電変換素子。
14. The conductive fine particle layer has a thickness of 10 nm.
The photoelectric conversion device according to claim 11, wherein the photoelectric conversion device has a wavelength within a range from 3,000 nm to 3,000 nm.
【請求項15】 前記導電性微粒子は酸化スズ、酸化亜
鉛、酸化アルミニウム、酸化珪素、三酸化インジウム及
び三酸化ストロンチウムからなる群から選択される一種
類以上の結晶性金属酸化物微粒子又はこれらの複合酸化
物微粒子であることを特徴とする請求項11に記載の光
電変換素子。
15. The conductive fine particles are one or more crystalline metal oxide fine particles selected from the group consisting of tin oxide, zinc oxide, aluminum oxide, silicon oxide, indium trioxide and strontium trioxide, or a composite thereof. The photoelectric conversion element according to claim 11, wherein the photoelectric conversion element is an oxide fine particle.
【請求項16】 前記複合酸化物微粒子はインジウム錫
酸化物(ITO)であることを特徴とする請求項15に
記載の光電変換素子。
16. The photoelectric conversion device according to claim 15, wherein the composite oxide fine particles are indium tin oxide (ITO).
【請求項17】 少なくとも、一方の面上に半導体層が
被着された電極と、この電極の前記半導体層と対峙する
対電極と、該電極の前記半導体層と対電極との間に配置
された電解質層を有する光電変換素子において、 前記電解質層が、多孔質支持体と、該多孔質支持体内に
充満された電解液とから構成されていることを特徴とす
る光電変換素子。
17. An electrode having a semiconductor layer attached to at least one surface thereof, a counter electrode facing the semiconductor layer of the electrode, and being disposed between the semiconductor layer and the counter electrode of the electrode. A photoelectric conversion element having an electrolyte layer, wherein the electrolyte layer is composed of a porous support and an electrolytic solution filled in the porous support.
【請求項18】 前記多孔質支持体のポロシティーが3
0%〜80%の範囲内であることを特徴とする請求項1
7に記載の光電変換素子。
18. The porosity of the porous support is 3
2. The method according to claim 1, wherein the value is in the range of 0% to 80%.
8. The photoelectric conversion element according to 7.
【請求項19】 前記多孔質支持体の厚さが1μm〜1
mmの範囲内であることを特徴とする請求項17に記載
の光電変換素子。
19. The thickness of the porous support is from 1 μm to 1 μm.
The photoelectric conversion element according to claim 17, wherein the distance is within the range of mm.
【請求項20】 前記多孔質支持体が濾過フィルタ、セ
パレータ又は不織布からなることを特徴とする請求項1
7〜19の何れかに記載の光電変換素子。
20. The method according to claim 1, wherein the porous support comprises a filter, a separator or a nonwoven fabric.
20. The photoelectric conversion element according to any one of 7 to 19.
【請求項21】 前記濾過フィルタは、ガラス繊維、ポ
リオレフィン類及びポリエステル類からなる群から選択
される素材により形成されていることを特徴とする請求
項20に記載の光電変換素子。
21. The photoelectric conversion device according to claim 20, wherein the filter is made of a material selected from the group consisting of glass fibers, polyolefins, and polyesters.
【請求項22】 前記セパレータ又は不織布は、ポリオ
レフィン類、ポリエステル類、ポリアミド類、ポリフェ
リレンスルフィド、ビニヨン(塩化ビニルと酢酸ビニル
の共重合物)、ポリイミド、ビニロン(アセタール化ポ
リビニルアルコール)からなる群から選択される少なく
とも1種類の素材により形成されていることを特徴とす
る請求項20に記載の光電変換素子。
22. The separator or nonwoven fabric is a group consisting of polyolefins, polyesters, polyamides, polyphenylene sulfide, vinylon (copolymer of vinyl chloride and vinyl acetate), polyimide, vinylon (acetalized polyvinyl alcohol). The photoelectric conversion device according to claim 20, wherein the photoelectric conversion device is formed of at least one kind of material selected from the group consisting of:
【請求項23】 少なくとも、一方の面上に色素増感半
導体層が被着された電極と、この電極の前記色素増感半
導体層と対峙する対電極と、該電極の前記色素増感半導
体層と対電極との間に配置された電解質層を有する光電
変換素子において、 前記色素増感半導体層が導電性物質と、半導体材料とか
ら構成され、かつ、 前記電極と前記色素増感半導体層との間に導電性微粒子
からなる層を配設したことを特徴とする光電変換素子。
23. An electrode having a dye-sensitized semiconductor layer adhered on at least one surface thereof, a counter electrode facing the dye-sensitized semiconductor layer of the electrode, and the dye-sensitized semiconductor layer of the electrode. Wherein the dye-sensitized semiconductor layer is formed of a conductive material and a semiconductor material, and the electrode and the dye-sensitized semiconductor layer A photoelectric conversion element, wherein a layer made of conductive fine particles is provided therebetween.
【請求項24】 少なくとも、一方の面上に色素増感半
導体層が被着された電極と、この電極の前記色素増感半
導体層と対峙する対電極と、該電極の前記色素増感半導
体層と対電極との間に配置された電解質層を有する光電
変換素子において、 前記色素増感半導体層が導電性物質と、半導体材料とか
ら構成され、かつ、 前記電解質層が、多孔質支持体と、該多孔質支持体内に
充満された電解液とから構成されていることを特徴とす
る光電変換素子。
24. An electrode having a dye-sensitized semiconductor layer deposited on at least one surface, a counter electrode facing the dye-sensitized semiconductor layer of the electrode, and the dye-sensitized semiconductor layer of the electrode. And a photoelectric conversion element having an electrolyte layer disposed between the counter electrode, wherein the dye-sensitized semiconductor layer is made of a conductive material and a semiconductor material, and the electrolyte layer is a porous support and And a liquid electrolyte filled in the porous support.
【請求項25】 少なくとも、一方の面上に色素増感半
導体層が被着された電極と、この電極の前記色素増感半
導体層と対峙する対電極と、該電極の前記色素増感半導
体層と対電極との間に配置された電解質層を有する光電
変換素子において、 前記電極と前記色素増感半導体層との間に導電性微粒子
からなる層を配設し、かつ、 前記電解質層が、多孔質支持体と、該多孔質支持体内に
充満された電解液とから構成されていることを特徴とす
る光電変換素子。
25. An electrode having a dye-sensitized semiconductor layer deposited on at least one surface, a counter electrode facing the dye-sensitized semiconductor layer of the electrode, and the dye-sensitized semiconductor layer of the electrode. And a photoelectric conversion element having an electrolyte layer disposed between the counter electrode, wherein a layer made of conductive fine particles is disposed between the electrode and the dye-sensitized semiconductor layer, and the electrolyte layer is A photoelectric conversion element comprising: a porous support; and an electrolyte filled in the porous support.
【請求項26】 少なくとも、一方の面上に色素増感半
導体層が被着された電極と、この電極の前記色素増感半
導体層と対峙する対電極と、該電極の前記色素増感半導
体層と対電極との間に配置された電解質層を有する光電
変換素子において、 前記色素増感半導体層が導電性物質と、半導体材料とか
ら構成され、かつ、 前記電極と前記色素増感半導体層との間に導電性微粒子
からなる層を配設し、かつ、 前記電解質層が、多孔質支持体と、該多孔質支持体内に
充満された電解液とから構成されていることを特徴とす
る光電変換素子。
26. An electrode having a dye-sensitized semiconductor layer applied on at least one surface thereof, a counter electrode facing the dye-sensitized semiconductor layer of the electrode, and the dye-sensitized semiconductor layer of the electrode. Wherein the dye-sensitized semiconductor layer is formed of a conductive material and a semiconductor material, and the electrode and the dye-sensitized semiconductor layer A layer made of conductive fine particles is disposed therebetween, and the electrolyte layer is constituted by a porous support and an electrolyte filled in the porous support. Conversion element.
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