JP2002141115A - Photoelectric conversion device, its manufacturing method, and solar battery system - Google Patents

Photoelectric conversion device, its manufacturing method, and solar battery system

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JP2002141115A
JP2002141115A JP2000335006A JP2000335006A JP2002141115A JP 2002141115 A JP2002141115 A JP 2002141115A JP 2000335006 A JP2000335006 A JP 2000335006A JP 2000335006 A JP2000335006 A JP 2000335006A JP 2002141115 A JP2002141115 A JP 2002141115A
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semiconductor crystal
photoelectric conversion
needle
conversion device
crystal
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Kaoru Konakahara
馨 小中原
Hiroshi Okura
央 大倉
Toru Den
透 田
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Canon Inc
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a photoelectric conversion device in which photoelectric conversion efficiency is enhanced by improving the transfer passage of charges such as electrons. SOLUTION: This photoelectric conversion device is equipped with a generating means 16 generating charges on incident light; and a needlelike semiconductor crystal 17 coming in contact with the generation means 16, and transferring one of generated charges to an electrode. Granular semiconductor crystal 18 is formed in the needlelike semiconductor crystal 17, and a coat material 24 is formed in the needlelike and granular semiconductors 17, 18.

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、光電変換装置、そ
の製造方法及び太陽電池に関し、特に、入射光に基づい
て生成された電荷の一方を電極に移動させる針状の半導
体結晶とを備えた光電変換装置、その製造方法及び太陽
電池に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a photoelectric conversion device, a method of manufacturing the same, and a solar cell, and more particularly to a photoelectric conversion device having a needle-like semiconductor crystal for transferring one of electric charges generated based on incident light to an electrode. The present invention relates to a photoelectric conversion device, a manufacturing method thereof, and a solar cell.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、光エネルギーを電気エネルギーに
変換する方法としては、シリコンやガリウム−砒素など
の半導体接合を用いた太陽電池が一般的である。中でも
半導体のpn接合を用いた単結晶シリコン太陽電池や多
結晶シリコン太陽電池、PIN接合を用いたアモルファ
スシリコン太陽電池がよく知られており、実用化が進み
つつある。
2. Description of the Related Art Conventionally, as a method of converting light energy into electric energy, a solar cell using a semiconductor junction such as silicon or gallium-arsenic is generally used. Above all, a single-crystal silicon solar cell and a polycrystalline silicon solar cell using a pn junction of a semiconductor, and an amorphous silicon solar cell using a PIN junction are well known, and their practical use is progressing.

【0003】しかし、シリコン太陽電池は製造コストが
高く、また製造自体でエネルギーを多く消費するので、
導入コストや消費エネルギーを回収するには、長期間の
使用が必要である。現在の普及のネックになっているの
は主にこのコスト面にある。
[0003] However, silicon solar cells are expensive to manufacture and consume a lot of energy in the manufacturing itself.
Long-term use is required to recover installation costs and energy consumption. It is mainly at this cost that the bottleneck of the current spread is.

【0004】一方、近年、第2世代薄膜太陽電池として
CdTeやCuIn(Ga)Seなどの実用化研究も進
展しているが、これらの材料系では環境問題や資源的な
問題が提起されている。
On the other hand, in recent years, research on practical use of CdTe, CuIn (Ga) Se, and the like as second-generation thin-film solar cells has been advanced, but these materials have raised environmental and resource problems. .

【0005】太陽電池をシリコンやガリウム−砒素など
の半導体接合を用いないで製造する方法として、半導体
と電解質溶液との界面で起きる光電気化学反応を利用し
たものがあり、この方法で製造された太陽電池は湿式太
陽電池と称されており、半導体接合を用いて製造した乾
式太陽電池と区別されている。
As a method of manufacturing a solar cell without using a semiconductor junction such as silicon or gallium-arsenic, there is a method utilizing a photoelectrochemical reaction occurring at an interface between a semiconductor and an electrolyte solution. Solar cells are called wet solar cells, and are distinguished from dry solar cells manufactured using semiconductor junctions.

【0006】湿式太陽電池において用いられる酸化チタ
ン、酸化錫等の金属酸化物半導体は、乾式太陽電池にお
いて用いられるシリコン、ガリウム−砒素等と比較し
て、低コストで製造が可能であり、特に酸化チタンは光
電変換特性と安定性との両面において優れていることか
ら、将来のエネルギー変換材料として期待されている。
[0006] Metal oxide semiconductors such as titanium oxide and tin oxide used in wet solar cells can be manufactured at a lower cost than silicon, gallium-arsenic, etc. used in dry solar cells, and especially oxidized oxide semiconductors. Titanium is excellent in both photoelectric conversion characteristics and stability, and is expected as a future energy conversion material.

【0007】しかし、酸化チタン等の安定な光半導体
は、バンドギャップが3eV以上と広いため、太陽光の
約4%である紫外光しか利用できないので、現段階で
は、変換効率の点で好ましいものでなく、改善が求めら
れている。
However, since a stable optical semiconductor such as titanium oxide has a wide band gap of 3 eV or more, only ultraviolet light, which is about 4% of sunlight, can be used. Instead, improvements are required.

【0008】そこで、光半導体の表面に、色素を吸着し
た光化学電池(色素増感太陽電池)が研究された。初期
の頃は半導体の単結晶電極が用いられてきた。この電極
としては、酸化チタン、酸化亜鉛、硫化カドミウム、酸
化錫等がある。
Therefore, a photochemical cell (dye-sensitized solar cell) in which a dye is adsorbed on the surface of an optical semiconductor has been studied. In the early days, semiconductor single-crystal electrodes were used. The electrodes include titanium oxide, zinc oxide, cadmium sulfide, tin oxide and the like.

【0009】しかし、単結晶電極は色素の吸着量が少な
いため効率が低くコストが高かったため、半導体電極を
多孔質にする試みがなされた。坪村らは微粒子を焼結し
た多孔質酸化亜鉛からなる半導体電極に色素を吸着させ
効率が改善した報告をしている(NATURE,261(1976)p4
02)。多孔質の半導体電極を用いる点についての提案
は、特開平10−112337号公報、特開平9−23
7641号公報においてもなされている。
However, single-crystal electrodes have low efficiency because of the small amount of dye adsorbed and are expensive, and attempts have been made to make the semiconductor electrodes porous. Tsubomura et al. Reported that dyes were adsorbed on a semiconductor electrode made of porous zinc oxide with sintered fine particles to improve efficiency (NATURE, 261 (1976) p4)
02). Proposals for using a porous semiconductor electrode are disclosed in JP-A-10-112337 and JP-A-9-23.
No. 7641 discloses this.

【0010】また、Graetzelらは色素と半導体電極をさ
らに改善してシリコン太陽電池並みの性能が得られたこ
とを報告している(J. Am. Chem. Soc. 115(1993)638
2、米国特許第5350644号)。ここでは色素にル
テニウム系色素を用い、半導体電極としてはアナターゼ
型の多孔質酸化チタン(TiO2)を用いている。
Have reported that a dye and a semiconductor electrode were further improved to obtain a performance comparable to that of a silicon solar cell (J. Am. Chem. Soc. 115 (1993) 638).
2, U.S. Pat. No. 5,350,644). Here, a ruthenium-based dye is used as the dye, and anatase-type porous titanium oxide (TiO 2 ) is used as the semiconductor electrode.

【0011】図11は、Graetzel型の色素増感半導体電
極を用いた光化学電池(以下、「Graetzel型セル」と称
する。)の概略構成を示す模式的な断面図である。図1
1において、63は電解液、62は電解液63内で入射
光を吸収する光吸収層、61は光吸収層62内部に形成
されているアナターゼ型TiO2微粒子接合体、65,
66は電解液63を覆うように形成された透明電極層で
あり光の入射側をアノード,逆側をカソードとしてい
る。64は透明電極層66が形成されたガラス基板であ
る。
FIG. 11 is a schematic sectional view showing a schematic structure of a photochemical battery (hereinafter, referred to as a "Graetzel type cell") using a Graetzel type dye-sensitized semiconductor electrode. FIG.
In 1, 63 is an electrolytic solution, 62 is a light absorbing layer that absorbs incident light in the electrolytic solution 63, 61 is an anatase-type TiO 2 fine particle conjugate formed inside the light absorbing layer 62,
Reference numeral 66 denotes a transparent electrode layer formed so as to cover the electrolytic solution 63. The light incident side is an anode, and the opposite side is a cathode. 64 is a glass substrate on which the transparent electrode layer 66 is formed.

【0012】また、アナターゼ型TiO2微粒子接合体
61は、TiO2微粒子が相互に接合したポーラス状の
接合体である。さらに、光吸収層62は、アナターゼ型
TiO 2微粒子接合体61の表面に接合させた色素であ
る。
Also, anatase type TiOTwoFine particle conjugate
61 is TiOTwoPorous shape with fine particles bonded to each other
It is a joined body. Further, the light absorption layer 62 is made of an anatase type.
TiO TwoThe dye bonded to the surface of the fine particle bonded body 61
You.

【0013】次に、Graetzel型セルの製造方法について
説明する。まず、ガラス基板64に透明電極層65を形
成する。そして、透明電極層65に、アナターゼ型Ti
2微粒子接合体61を作成する。この作製方法には各
種があるが、一般的には20nm程度の微粒子径を有す
るアナターゼ型TiO2微粒子を分散させたペーストを
透明電極層65上に塗布し、350〜500℃で焼成し
て、厚みが約10μmのアナターゼ型TiO2微粒子接
合体61を作成する。
Next, a method for manufacturing a Graetzel type cell will be described. First, a transparent electrode layer 65 is formed on a glass substrate 64. Then, anatase type Ti
An O 2 particle bonded body 61 is formed. There are various types of this manufacturing method. Generally, a paste in which anatase-type TiO 2 fine particles having a fine particle diameter of about 20 nm are dispersed is applied on the transparent electrode layer 65, and baked at 350 to 500 ° C. An anatase-type TiO 2 fine particle bonded body 61 having a thickness of about 10 μm is formed.

【0014】この際、アナターゼ型TiO2微粒子が相
互に程よく接合すると、空孔度が50%程度でラスネス
ファクター(実質的な表面積/見かけ上の表面積)が1
000程度の膜構造のアナターゼ型TiO2微粒子接合
体61が得られる。
At this time, when the anatase type TiO 2 fine particles are joined to each other moderately, the porosity is about 50% and the lathness factor (substantial surface area / apparent surface area) is 1
An anatase-type TiO 2 fine particle conjugate 61 having a film structure of about 000 is obtained.

【0015】次に、アナターゼ型TiO2微粒子接合体
61の表面に光吸収層62を形成する。光吸収層62に
は各種の物質が検討されているが、一般的にはルテニウ
ム錯体などが利用される。光吸収層62を溶かした溶液
に透明電極層65及びアナターゼ型TiO2微粒子接合
体61を形成したガラス基板64を浸して乾燥させる
と、アナターゼ型TiO2微粒子接合体61の表面に、
光吸収層62が結合される。
Next, a light absorbing layer 62 is formed on the surface of the anatase-type TiO 2 fine particle assembly 61. Various materials have been studied for the light absorbing layer 62, but a ruthenium complex or the like is generally used. When the glass substrate 64 on which the transparent electrode layer 65 and the anatase-type TiO 2 fine particle bonded body 61 are formed is immersed in a solution in which the light absorbing layer 62 is dissolved and dried, the surface of the anatase-type TiO 2 fine-particle bonded body 61
The light absorbing layer 62 is bonded.

【0016】光吸収層62を溶かした溶媒にはエタノー
ルやアセトニトリルなどが用いられる。これは、エタノ
ール等は、光吸収層62をよく溶解するという性質と、
光吸収層62がアナターゼ型TiO2微粒子接合体61
への吸着することを妨げないという性質と、アナターゼ
型TiO2微粒子接合体61の表面に残留しても電気化
学的に不活性であるという性質とを有しているからであ
る。
As a solvent in which the light absorbing layer 62 is dissolved, ethanol, acetonitrile, or the like is used. This is because ethanol and the like dissolve the light absorbing layer 62 well,
The light absorbing layer 62 is made of an anatase-type TiO 2 fine particle bonded body 61.
This is because it has a property that it does not hinder the adsorption to the surface and a property that it is electrochemically inactive even if it remains on the surface of the anatase-type TiO 2 fine particle bonded body 61.

【0017】次に、同様に、ガラス基板64に透明電極
層66を形成する。そして、透明電極層66の表面に、
白金やグラファイトなどの薄膜を形成する。この薄膜は
レドックスにおける電荷やり取りの際の触媒として作用
する。そして、電解液63を、透明電極層65,66間
に注入等することによって、Graetzel型セルを製造す
る。
Next, similarly, a transparent electrode layer 66 is formed on the glass substrate 64. Then, on the surface of the transparent electrode layer 66,
Form a thin film such as platinum or graphite. This thin film acts as a catalyst for charge exchange in the redox. Then, a Graetzel type cell is manufactured by injecting the electrolytic solution 63 between the transparent electrode layers 65 and 66 or the like.

【0018】電解液63の溶媒としては、アセトニトリ
ルや炭酸エチレンなどが用いられる。これは、アセトニ
トリル等は、電気化学的に不活性であるという性質と、
電解質を十分な量溶解できるという性質とを有している
からである。また、電解質については安定なイオンのレ
ドックス対であるI-/I3 -やBr-/Br3 -などが用い
られる。
As a solvent for the electrolytic solution 63, acetonitrile, ethylene carbonate or the like is used. This is due to the fact that acetonitrile and the like are electrochemically inert,
This is because it has a property that a sufficient amount of the electrolyte can be dissolved. As the electrolyte, a stable ion redox pair such as I / I 3 or Br / Br 3 is used.

【0019】たとえば、I-/I3 -対をつくるときに
は、ヨウ素のアンモニウム塩とヨウ素とを混合する。そ
の後、耐久性を持たせるため接着剤などでGraetzel型セ
ルの封止をすることが好ましい。
[0019] For example, I - / I 3 - when making pairs, mixed ammonium salt of iodine and iodine. Thereafter, it is preferable to seal the Graetzel type cell with an adhesive or the like in order to impart durability.

【0020】続いて、Graetzel型セルの動作原理につい
て説明する。Graetzel型セルに図11に示すように、透
明電極層65側から光を入射させると、入射光により光
吸収層62において電子が励起され、アナターゼ型Ti
2微粒子接合体61側に移動する。電子を失って酸化
状態にある光吸収層62は、迅速に電解液63のヨウ素
イオンから電子を受け取って還元され元の状態に戻る。
Next, the operation principle of the Graetzel type cell will be described. As shown in FIG. 11, when light is incident on the Graetzel type cell from the transparent electrode layer 65 side, electrons are excited in the light absorbing layer 62 by the incident light, and the anatase Ti
It moves to the O 2 fine particle bonded body 61 side. The light absorbing layer 62 which has lost the electrons and is in the oxidized state quickly receives the electrons from the iodine ions of the electrolytic solution 63 and is reduced to return to the original state.

【0021】アナターゼ型TiO2微粒子接合体61側
に移動した電子は、アナターゼ型TiO2微粒子接合体
61内をホッピング伝導などの機構により移動して、ア
ノードである透明電極層65に到達する。また、光吸収
層62に電子を供給して酸化状態(I3 -)になったヨウ
素イオンは、カソードである透明電極層66から電子を
受け取って還元され、元の状態(I-)に戻る。
The electrons that have moved toward the anatase-type TiO 2 fine particle bonded body 61 move through the anatase-type TiO 2 fine-particle bonded body 61 by a mechanism such as hopping conduction, and reach the transparent electrode layer 65 as the anode. Further, the light absorption layer 62 by supplying electrons oxidation state (I 3 -) iodide ions became is reduced from the transparent electrode layer 66 is a cathode receives electrons, the original state - Return to (I) .

【0022】上記動作原理から推測できるように、光吸
収層62で生成した電子とホールとが、効率よく分離、
移動するためには、光吸収層62の励起状態の電子のエ
ネルギー準位はアナターゼ型TiO2微粒子の伝導帯よ
り高い必要があり、光吸収層62のホールのエネルギー
準位はレドックス準位より低い必要性があるが、Graetz
el型セルは、シリコン太陽電池に比較して、エネルギー
変換効率が低く、また短絡電流量が少なく、開放電圧も
低いので、改善が望まれていた。さらに、Graetzel型セ
ルのフィルファクターや耐久性を高めることも要求され
ている。
As can be inferred from the above operating principle, electrons and holes generated in the light absorbing layer 62 can be efficiently separated,
In order to move, the energy level of the electrons in the excited state of the light absorption layer 62 needs to be higher than the conduction band of the anatase-type TiO 2 fine particles, and the energy level of the holes in the light absorption layer 62 is lower than the redox level. There is a need, Graetz
Since the el-type cell has a lower energy conversion efficiency, a smaller short-circuit current, and a lower open-circuit voltage as compared with the silicon solar cell, improvement has been desired. Further, it is also required to increase the fill factor and durability of the Graetzel type cell.

【0023】[0023]

【発明が解決しようとする課題】しかし、従来の技術で
は、アナターゼ型TiO2微粒子接合体が電子の移動路
として用いていたので、透明電極層とアナターゼ型Ti
2微粒子接合体との界面や、アナターゼ型TiO2微粒
子間の界面で、電子伝導が散乱される傾向があった。こ
のため、透明電極層とアナターゼ型TiO2微粒子接合
体との界面や、アナターゼ型TiO2微粒子間の界面に
生じる内部抵抗が大きくなり、その結果、光電変換効率
が低下していた。
However, in the prior art, since the anatase-type TiO 2 fine particle conjugate is used as the electron transfer path, the transparent electrode layer and the anatase-type Ti
Electron conduction tended to be scattered at the interface with the bonded O 2 fine particles and at the interface between the anatase TiO 2 fine particles. For this reason, the internal resistance generated at the interface between the transparent electrode layer and the anatase-type TiO 2 fine particle bonded body and at the interface between the anatase-type TiO 2 fine particles is increased, and as a result, the photoelectric conversion efficiency is reduced.

【0024】また、アナターゼ型TiO2微粒子接合体
は異形であるため、アナターゼ型TiO2微粒子間に光
吸収層を溶かした溶液が入り込むまでに時間を要する。
また、電解液中のイオンの拡散にも時間を要する。さら
に、電子の移動速度が一定にならないなどの問題点があ
った。
Further, since the anatase-type TiO 2 fine particle conjugate has an irregular shape, it takes time for the solution in which the light absorbing layer is dissolved to enter between the anatase-type TiO 2 fine particles.
Also, it takes time to diffuse ions in the electrolyte. Further, there is a problem that the moving speed of the electrons is not constant.

【0025】そこで、本発明は、電子等の電荷の移動路
を工夫して、光電変換効率を高くした光電変換装置を提
供することを課題とする。
Therefore, an object of the present invention is to provide a photoelectric conversion device with improved photoelectric conversion efficiency by devising a path for moving charges such as electrons.

【0026】また、本発明は、電子の移動路の位置に拘
わらず、電荷が一定速度で移動する光電変換装置を提供
することを課題とする。
Another object of the present invention is to provide a photoelectric conversion device in which electric charges move at a constant speed irrespective of the position of a moving path of electrons.

【0027】[0027]

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明は、入射光に基づいて電荷を生成する生成手
段と、前記生成手段に接して形成され、生成された前記
電荷の一方を電極に移動させる針状の半導体結晶とを備
えた光電変換装置であって、前記針状の半導体結晶は電
着によって形成されており、さらに、電着によって前記
針状の半導体結晶に粒状の半導体結晶が形成されている
ことを特徴とする。
In order to solve the above-mentioned problems, the present invention provides a generating means for generating a charge based on incident light, and one of the generated charges formed in contact with the generating means. And a needle-like semiconductor crystal for moving the needle-like semiconductor crystal to an electrode, wherein the needle-like semiconductor crystal is formed by electrodeposition, A semiconductor crystal is formed.

【0028】また、本発明は、入射光に基づいて電荷を
生成する生成手段と、前記生成手段に接して形成され、
生成された前記電荷の一方を電極に移動させる針状の半
導体結晶とを備えた光電変換装置であって、前記針状の
半導体結晶に、粒状の半導体結晶を形成し、さらに、前
記針状及び前記粒状の半導体結晶にコート材を形成す
る。
According to the present invention, there is further provided a generating means for generating an electric charge based on incident light, and formed in contact with the generating means.
A needle-like semiconductor crystal that moves one of the generated charges to an electrode, comprising: forming a granular semiconductor crystal on the needle-like semiconductor crystal; A coating material is formed on the granular semiconductor crystal.

【0029】さらに、本発明は、基板に電極を形成する
工程と、前記電極に電荷を移動させる針状の半導体結晶
を形成する工程と、前記針状の半導体結晶の表面に入射
光に基づいて電荷を生成する生成手段を形成する工程と
を備えた光電変換装置の製造方法であって、前記針状の
半導体結晶を電着によって形成する工程と、前記針状の
半導体結晶に粒状の半導体結晶を電着によって形成する
工程とを備えることを特徴とする。
The present invention further provides a step of forming an electrode on a substrate, a step of forming a needle-like semiconductor crystal for transferring charges to the electrode, and a step of forming a needle-like semiconductor crystal on the surface of the needle-like semiconductor crystal based on incident light. Forming a means for generating electric charges, comprising: a step of forming the acicular semiconductor crystal by electrodeposition; and a step of forming a granular semiconductor crystal on the acicular semiconductor crystal. Forming by electro-deposition.

【0030】さらにまた、本発明は、基板に電極を形成
する工程と、前記電極に電荷を移動させる針状の半導体
結晶を形成する工程と、前記針状の半導体結晶の表面に
入射光に基づいて電荷を生成する生成手段を形成する工
程とを備えた光電変換装置の製造方法であって、前記針
状の半導体結晶に粒状の半導体結晶を形成する工程と、
前記針状及び粒状の半導体結晶をコート材によってコー
ティングする工程とを備える。
Still further, the present invention provides a method of forming an electrode on a substrate, a step of forming a needle-like semiconductor crystal for transferring electric charges to the electrode, and a step of forming a needle-like semiconductor crystal on the surface of the needle-like semiconductor crystal based on incident light. Forming a generating means for generating an electric charge by a method of manufacturing a photoelectric conversion device, the step of forming a granular semiconductor crystal on the needle-like semiconductor crystal,
Coating the needle-like and granular semiconductor crystals with a coating material.

【0031】また、本発明の太陽電池は、上記光電変換
装置と、前記光電変換装置の表面及び裏面を被覆する被
覆手段と、前記被覆手段を固定するフレーム材とを備え
ることを特徴とする。
Further, a solar cell of the present invention is characterized by comprising the above-mentioned photoelectric conversion device, covering means for covering the front and back surfaces of the photoelectric conversion device, and a frame member for fixing the covering means.

【0032】[0032]

【発明の実施の形態】以下、図面を用いて本発明の実施
形態について説明する。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

【0033】本発明の光電変換装置では、電子受容型
(n型)若しくは電子供与型(p型)の電荷移動層に用
いる針状結晶を電着方法によって作成することである。
針状結晶とは所謂ウィスカーであり、欠陥のない針状単
結晶若しくは螺旋転移などを含んだ針状結晶からなって
いる。
In the photoelectric conversion device of the present invention, needle-like crystals used for an electron-accepting (n-type) or electron-donating (p-type) charge transfer layer are formed by an electrodeposition method.
The acicular crystal is a so-called whisker, and is composed of an acicular single crystal having no defect or an acicular crystal containing a helical transition or the like.

【0034】さらに、図1(a)〜図1(c)に示すよ
うに針状結晶は1点より多数の針状結晶が成長したもの
や、樹枝状に形成されたものや、折れ線状に成長したも
のも含む。
Further, as shown in FIGS. 1 (a) to 1 (c), the needle-like crystal is formed by growing a large number of needle-like crystals from one point, forming a dendrite, or forming a polygonal line. Including those that have grown.

【0035】また、針状結晶は円柱及び円錐、円錐で先
端が平坦なもの、円柱で先端が尖っているものや、先端
が平坦なものなどすべて含む。さらに、三角錐、四角
錐、六角錐、それ以外の多角錐状やその多角錐の先端が
平坦なもの、また三角柱、四角柱、六角柱、それ以外の
多角柱状、或いは先端が尖った三角柱、四角柱、六角
柱、それ以外の多角柱状やその先端が平坦なものなども
含まれ、さらに、これらの折れ線状構造も含まれる。
The needle-shaped crystal includes a cylinder and a cone, a cone having a flat tip, a column having a sharp tip, and a flat tip. In addition, triangular pyramids, quadrangular pyramids, hexagonal pyramids, other polygonal pyramids and those whose tips are flat, and triangular prisms, quadrangular prisms, hexagonal prisms, other polygonal prisms, or triangular prisms with sharp tips, It also includes quadrangular prisms, hexagonal prisms, polygonal prisms other than those, and those having flat ends, and further includes these broken-line structures.

【0036】針状結晶の横切断面は、結晶にもよるが、
三角形、四角形、六角形、それ以外の多角形となり、ほ
ぼ円形に近くなるものがある。各辺は必ずしも等しくな
らなくともよく、辺の長さが異なる場合もある。また、
針状結晶は、光吸収率にも依存するが、少なくとものア
スペクト比は5以上、できれば10以上、さらに100
以上が好ましい。
The cross section of the needle-shaped crystal depends on the crystal.
Triangles, quadrangles, hexagons, and other polygons, some of which are almost circular. The sides do not necessarily have to be equal, and may have different lengths. Also,
Needle-like crystals also have an aspect ratio of at least 5 and preferably at least 10 and more preferably at least 100, depending on the light absorption rate.
The above is preferred.

【0037】また針状結晶の横切断面の重心を通る最小
長さも500nm以下であること、できれば100nm
以下、さらに50nm以下が好ましい。さらに、結晶性
を高めるために針状結晶をc軸配向させて成長させるこ
とは、電子移動効率の向上に好ましい。ここでアスペク
ト比とは針状結晶の横切断面が円形又は円形に近い状態
の形状の場合は直径に対する長さの比率をいい、針状結
晶の横切断面が六角形等の角形の場合は切断面の重心を
通る最小長さに対する長さの比率をいうものとする。
The minimum length passing through the center of gravity of the cross section of the needle-like crystal is also 500 nm or less, preferably 100 nm.
Hereinafter, it is more preferably 50 nm or less. Further, it is preferable to grow the needle-shaped crystal with c-axis orientation in order to improve the crystallinity, in order to improve the electron transfer efficiency. Here, the aspect ratio refers to the ratio of the length to the diameter when the horizontal cut surface of the needle-shaped crystal is a circle or a shape close to a circle, and when the horizontal cut surface of the needle-shaped crystal is a square such as a hexagon. It refers to the ratio of the length to the minimum length passing through the center of gravity of the cut surface.

【0038】また、針状結晶及び混合結晶としてはエネ
ルギーギャップの大きなものが好ましく、具体的にはエ
ネルギーギャップが3eV以上のものが好ましい。電子
受容型(n型)結晶としては、たとえばTiO2、Zn
O、SnO2などが好ましく、電子供与型(p型)結晶
としてはたとえばNiO、CuIなどが挙げられる。
The needle-like crystal and the mixed crystal preferably have a large energy gap, and more preferably have an energy gap of 3 eV or more. Examples of the electron accepting (n-type) crystal include TiO 2 , Zn
O, SnO 2 and the like are preferable, and examples of the electron donating (p-type) crystal include NiO and CuI.

【0039】また、混合結晶とは電荷移動層のいずれか
が少なくとも2種類以上の異なった様態若しくは組成の
混合物からなる半導体層であり、且つその半導体層の1
種類以上が針状結晶を含んだ混合結晶を意味するものと
する。
The mixed crystal is a semiconductor layer in which any one of the charge transfer layers is composed of a mixture of at least two or more different modes or compositions.
More than one kind means a mixed crystal containing needle-like crystals.

【0040】図2 (a),図2(b)は半導体針状結
晶及び混合結晶についての具体的な構成例を示す図であ
る。図11に示したGraetzel型セルと比較すると、粒界
の影響がほとんど解消されることにより電子及びホール
の移動が容易になる。さらに図2(b)のように半導体
粒状結晶18が半導体針状結晶17に付着することによ
り、粒界の影響が小さくラフネスファクターを向上する
ことができる。
FIGS. 2 (a) and 2 (b) are views showing specific examples of the structure of the semiconductor needle crystal and the mixed crystal. Compared to the Graetzel type cell shown in FIG. 11, the effect of the grain boundary is almost eliminated, so that the movement of electrons and holes becomes easier. Further, as shown in FIG. 2B, the semiconductor granular crystal 18 adheres to the semiconductor needle crystal 17, so that the influence of the grain boundary is small and the roughness factor can be improved.

【0041】なお、後述するように、混合結晶に、混合
結晶と異なる材料からなるコート材24を形成してい
る。コート材24は半導体粒状結晶18よりも径を小さ
くしているので、さらに、ラフネスファクターを増加さ
せると共に、コート材24に付着しやすい色素を使用可
能としている。
As described later, a coating material 24 made of a material different from that of the mixed crystal is formed on the mixed crystal. Since the diameter of the coating material 24 is smaller than that of the semiconductor granular crystal 18, the roughness factor is further increased, and a dye that easily adheres to the coating material 24 can be used.

【0042】さらに、ガラス基板のいずれの面から光が
照射されても、広範囲に照射光が光吸収層62に到達さ
せることができる。そのため、透明電極層65に到達す
る電子量が増加する。
Further, even if light is irradiated from any surface of the glass substrate, the irradiated light can reach the light absorbing layer 62 over a wide range. Therefore, the amount of electrons reaching the transparent electrode layer 65 increases.

【0043】以下、針状結晶及びその混合結晶の効果を
説明するために、本実施形態と従来のGraetzel型セルと
を比較しながら説明する。
Hereinafter, in order to explain the effects of the acicular crystal and the mixed crystal thereof, the present embodiment will be described by comparing the present embodiment with a conventional Graetzel type cell.

【0044】前述したGraetzel型セルを始めとする色素
増感型セルでは、色素1層の光吸収率が十分ではないた
めに、表面積を大きくして実質的な光吸収量を大きくし
ている。本実施形態は色素増感に限らず、光吸収率が十
分ではないために表面積を大きくする構成の光電変換装
置一般に広く利用可能である。この表面を大きくする方
法にはGraetzel型セルの様に微粒子を分散、接合させる
方法が簡単ではあるが、電子の移動が十分効率的ではな
い問題がある。
In the dye-sensitized cells such as the above-described Graetzel type cell, since the light absorption of one dye layer is not sufficient, the surface area is increased to increase the substantial light absorption. The present embodiment is not limited to dye sensitization, and can be widely used in general for photoelectric conversion devices having a structure in which the surface area is increased due to insufficient light absorption. As a method for enlarging the surface, a method of dispersing and joining fine particles like a Graetzel type cell is simple, but there is a problem that the movement of electrons is not sufficiently efficient.

【0045】たとえば上記Graetzel型セルにおいてアナ
ターゼ型TiO2微粒子接合体61を有する透明電極層
65側から光入射を行った場合と、透明電極層66側か
ら光入射を行った場合とを比較すると、前者の方が光電
変換効率がよい場合が多い。これは単なる色素による光
吸収量の差だけではなく、光吸収により励起された電子
がアナターゼ型TiO2微粒子接合体61を移動して、
透明電極層65に到達する確率が、透明電極層65から
光励起位置が離れるに従って低下していくことを示唆し
ている。即ち、結晶粒界が多いGraetzel型セルでは十分
効率的な電子移動が達成されていないことを示唆してい
る。
For example, in the above Graetzel type cell, the case where light is incident from the transparent electrode layer 65 side having the anatase type TiO 2 fine particle bonded body 61 is compared with the case where light is incident from the transparent electrode layer 66 side. The former often has better photoelectric conversion efficiency. This is not only the difference in the amount of light absorbed by the dye, but also the electrons excited by the light absorption move through the anatase-type TiO 2 fine particle conjugate 61,
This indicates that the probability of reaching the transparent electrode layer 65 decreases as the photoexcitation position moves away from the transparent electrode layer 65. That is, this suggests that a Graetzel type cell having many crystal grain boundaries has not achieved sufficiently efficient electron transfer.

【0046】図3は、本実施形態の光電変換装置の構成
例を示す図である。図3において、10はガラス基板1
4及び透明電極層15を有する電極付き基板でありガラ
ス基板64及び透明電極層65に相当する。11は半導
体結晶層でありアナターゼ型TiO2微粒子接合体61
に相当する。12は電荷移動層であり電解液63に相当
する。13は電極付き基板でありガラス基板64及び透
明電極層66に相当する。半導体結晶層11と電荷移動
層12との間に生成手段であるところの光吸収層16が
設けられる。
FIG. 3 is a diagram showing a configuration example of the photoelectric conversion device of the present embodiment. In FIG. 3, reference numeral 10 denotes a glass substrate 1
4 and a transparent electrode layer 15, and corresponds to the glass substrate 64 and the transparent electrode layer 65. Reference numeral 11 denotes a semiconductor crystal layer, which is an anatase-type TiO 2 fine particle bonded body 61.
Is equivalent to Reference numeral 12 denotes a charge transfer layer, which corresponds to the electrolyte 63. Reference numeral 13 denotes a substrate with electrodes, which corresponds to the glass substrate 64 and the transparent electrode layer 66. Between the semiconductor crystal layer 11 and the charge transfer layer 12, there is provided a light absorption layer 16 which is a generating means.

【0047】図4(a),図4(b)は、それぞれ図3
の電極付き基板10及び半導体結晶層11の拡大図であ
る。図4(c)は、図4(b)の半導体粒状結晶18の
拡大図である。半導体結晶層11は、図4(a)に示す
ように半導体針状結晶17だけで形成したり、図4
(b)に示すように半導体針状結晶17と半導体粒状結
晶18とによって形成してもよく、さらに、図4(c)
に示すように、半導体針状結晶17と半導体粒状結晶1
8との表面にコート材24を形成してもよい。ここで、
半導体針状結晶17及び半導体粒状結晶18はたとえば
酸化亜鉛を材料としており、コート材24はたとえば酸
化チタンを材料としている。
FIGS. 4 (a) and 4 (b) correspond to FIG.
FIG. 2 is an enlarged view of a substrate with electrodes 10 and a semiconductor crystal layer 11 of FIG. FIG. 4C is an enlarged view of the semiconductor granular crystal 18 of FIG. 4B. The semiconductor crystal layer 11 may be formed of only the semiconductor needle-like crystal 17 as shown in FIG.
As shown in FIG. 4B, it may be formed by a semiconductor needle crystal 17 and a semiconductor granular crystal 18, and furthermore, FIG.
As shown in the figure, the semiconductor needle-like crystal 17 and the semiconductor granular crystal 1
8, a coating material 24 may be formed on the surface. here,
The semiconductor needle crystals 17 and the semiconductor granular crystals 18 are made of, for example, zinc oxide, and the coating material 24 is made of, for example, titanium oxide.

【0048】また、半導体粒状結晶18は、半導体針状
結晶17と異なる形状としており、特に、半導体針状結
晶のアスペクト比が小さい場合に、これを形成すると、
電荷移動層12に接する表面積が多くなるので、ラフネ
スファクターを増大することができる。なお、半導体粒
状結晶18は、電子等の移動効率を考慮して、電着など
によって直径が50〜150nmの粒子となるように形
成している。
The semiconductor granular crystal 18 has a shape different from that of the semiconductor needle-like crystal 17. In particular, when the semiconductor needle-like crystal 18 has a small aspect ratio, when it is formed,
Since the surface area in contact with the charge transfer layer 12 increases, the roughness factor can be increased. The semiconductor granular crystal 18 is formed into particles having a diameter of 50 to 150 nm by electrodeposition or the like in consideration of the transfer efficiency of electrons and the like.

【0049】さらに、コート材24は、半導体粒状結晶
18の直径が20nm〜40nmの粒子となるように形
成している。
Further, the coating material 24 is formed so that the diameter of the semiconductor granular crystals 18 is 20 nm to 40 nm.

【0050】また、ここでは、半導体針状結晶17もし
くは混合結晶はn型ワイドギャップ半導体もしくはp型
ワイドギャップ半導体としているが、半導体針状結晶1
7もしくは混合結晶17,18がn型ワイドギャップ半
導体の場合には、色素の様な光吸収層16を挟んでp型
のワイドギャップ半導体やレドックス対を含んだ電解
液、高分子導電体などの電子供与型の電荷輸送層12が
必要である。また、逆に半導体針状結晶17もしくは混
合結晶17,18がp型ワイドギャップ半導体の場合に
は、光吸収層16を挟んで電子受容型の電荷輸送層12
が必要である。
Here, the semiconductor needle-like crystal 17 or the mixed crystal is an n-type wide-gap semiconductor or a p-type wide-gap semiconductor.
In the case where 7 or the mixed crystals 17 and 18 are n-type wide-gap semiconductors, a p-type wide-gap semiconductor, an electrolyte containing a redox pair, a polymer conductor, etc. An electron-donating charge transport layer 12 is required. On the other hand, when the semiconductor needle-like crystal 17 or the mixed crystals 17 and 18 are p-type wide-gap semiconductors, the electron-accepting type charge transport layer 12 is sandwiched between the light absorbing layers 16.
is necessary.

【0051】半導体針状結晶層17とアナターゼ型Ti
2微粒子接合体61とを比較すると、半導体針状結晶
層17の方が光励起により生成した電子若しくはホール
が、電極付き基板10側へ移動するまでに粒界により散
乱される確率が少なくなる。特に、図3,図4に示すよ
うに、全ての半導体針状結晶の一端が透明電極層15に
接合された状態で構成されている場合には、Graetzel型
セルと比較した場合に、電子若しくはホールの移動時に
粒界の影響はほどんど解消される。
The semiconductor needle crystal layer 17 and the anatase Ti
Compared with the O 2 fine particle bonded body 61, the probability that electrons or holes generated by photoexcitation in the semiconductor needle-like crystal layer 17 are scattered by grain boundaries before moving to the substrate 10 with electrodes is reduced. In particular, as shown in FIGS. 3 and 4, when one end of all of the semiconductor needle-shaped crystals is configured to be joined to the transparent electrode layer 15, the electrons or electrons are smaller than those of the Graetzel type cell. The effect of grain boundaries is almost completely eliminated when the hole moves.

【0052】図5(a)は、図3に示す光電変換装置の
半導体結晶層11側から光を入射する様子を示す図であ
り、図5(b)は、図5(a)と逆に電荷移動層12側
から光を入射する様子を示す図である。図5(c)は、
半導体結晶層11側と電荷移動層12側との双方向から
光を入射する様子を示す図である。なお、図5におい
て、図1と同様の部分には、同一の符号を付している。
FIG. 5A is a view showing a state in which light is incident from the semiconductor crystal layer 11 side of the photoelectric conversion device shown in FIG. 3, and FIG. 5B is a view opposite to FIG. 5A. FIG. 3 is a diagram illustrating a state in which light is incident from the charge transfer layer 12 side. FIG. 5 (c)
FIG. 3 is a diagram showing a state in which light is incident from both directions of the semiconductor crystal layer 11 side and the charge transfer layer 12 side. In FIG. 5, the same parts as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals.

【0053】図5(a)〜図5(c)の中では、光吸収
層16へ到達する入射光の光量は、図5(c),図5
(a),図5(b)の順に少なくなるが、光吸収層16
に照射光が十分な照射光が到達すれば、いずれのパター
ンによって光を照射してもよい。ただし、後述するよう
に、光を照射するパターンが種々の事情により制約され
る場合がある。
5 (a) to 5 (c), the amounts of incident light reaching the light absorbing layer 16 are shown in FIGS. 5 (c) and 5 (c).
5A, the light absorption layer 16 decreases in the order of FIG.
Irradiation may be performed in any pattern as long as sufficient irradiation light reaches the irradiation light. However, as will be described later, the pattern for irradiating light may be restricted by various circumstances.

【0054】以下、図3等に示す各部材について、光電
変換装置の製造工程に即して説明する。
Hereinafter, each member shown in FIG. 3 and the like will be described in accordance with the manufacturing process of the photoelectric conversion device.

【0055】(電極付き基板について)光電変換装置
は、光の入射側の電極付き基板を、ガラス基板14など
のように透明とする必要がある。すなわち、図5(a)
では電極付き基板10を透明とする必要があり、図5
(b)では電極付き基板13を透明とする必要があり、
図5(c)では電極付き基板10,13をそれぞれ透明
とする必要がある。
(Regarding the Substrate with Electrodes) In the photoelectric conversion device, the substrate with electrodes on the light incident side needs to be transparent like the glass substrate 14 or the like. That is, FIG.
In FIG. 5, it is necessary to make the substrate with electrodes 10 transparent.
In (b), the substrate 13 with electrodes needs to be transparent,
In FIG. 5C, the substrates with electrodes 10 and 13 need to be transparent.

【0056】ガラス基板14の材質、厚さは、光電変換
装置に要求される耐久性に応じて適宜設計することがで
きる。光入射側の電極付き基板は透光性である限り、ガ
ラス基板、プラスチック基板などが好適に用いられる。
光入射側とはならない電極付き基板としては、金属基
板、セラミック基板などを適宜用いることができる。光
入射側の電極付き基板の表面には、SiO2などからな
る反射防止膜を設けることが好ましい。
The material and thickness of the glass substrate 14 can be appropriately designed according to the durability required for the photoelectric conversion device. As the substrate with an electrode on the light incident side, a glass substrate, a plastic substrate, or the like is suitably used as long as it is translucent.
A metal substrate, a ceramic substrate, or the like can be used as appropriate as a substrate with an electrode that is not the light incident side. It is preferable to provide an antireflection film made of SiO 2 or the like on the surface of the substrate with electrodes on the light incident side.

【0057】(電極について)図5に示すように、電極
付き基板10,13間には、半導体結晶層11、電荷移
動層12が設けられている。また、図3を用いて説明し
たように、電極付き基板10,13は、それぞれたとえ
ば透明電極及びガラス基板を有している。透明電極は、
インジウム−スズ複合酸化物、酸化スズにフッ素をドー
プしたもの等によって作成している。
(Regarding Electrodes) As shown in FIG. 5, a semiconductor crystal layer 11 and a charge transfer layer 12 are provided between the substrates 10 and 13 with electrodes. Further, as described with reference to FIG. 3, each of the substrates with electrodes 10 and 13 has, for example, a transparent electrode and a glass substrate. The transparent electrode
It is made of indium-tin composite oxide, tin oxide doped with fluorine, or the like.

【0058】図5では、厳密に図示していないが、電極
付き基板13は、電荷移動層12の外側の全面に設けて
も良いし、一部に設けても良い。例えば、電荷移動層1
2が固体でない場合には、これを保持するという観点か
ら、電荷移動層12側の透明電極層は電極付き基板13
に係るガラス基板の全面に設けたほうがよいが、電荷移
動層12が固体ならば電荷移動層12側の透明電極層は
電極付き基板13に係るガラス基板の全面に設けてなく
ともよい。
Although not strictly shown in FIG. 5, the electrode-attached substrate 13 may be provided on the entire surface outside the charge transfer layer 12, or may be provided on a part thereof. For example, the charge transfer layer 1
In the case where 2 is not solid, the transparent electrode layer on the side of the charge transfer layer 12 has
It is preferable that the transparent electrode layer on the side of the charge transfer layer 12 is not provided on the entire surface of the glass substrate of the electrode-attached substrate 13 if the charge transfer layer 12 is solid.

【0059】また、電荷移動層12側の透明電極層の表
面には、たとえばレドックス対の還元を効率よく行わせ
るためにPt、Cなどの触媒を設けておくことが好まし
い。さらに、光源と光吸収層16との間の電気抵抗が十
分低い場合には、光入射側の透明電極は、たとえばフィ
ンガー電極などを設けることも可能である。
It is preferable to provide a catalyst such as Pt or C on the surface of the transparent electrode layer on the side of the charge transfer layer 12 in order to efficiently reduce the redox couple, for example. Further, when the electric resistance between the light source and the light absorbing layer 16 is sufficiently low, the transparent electrode on the light incident side may be provided with, for example, a finger electrode.

【0060】なお、ここでは、電極付き基板10,13
には、透明電極層を設ける場合を例に説明したが、光を
入射しない側の電極付き基板に係る電極は、必ずしも透
明電極層である必要はなく、Cu,Ag,Al等からな
る金属電極を用いることもできる。
Here, the substrates with electrodes 10 and 13
Has been described as an example in which a transparent electrode layer is provided. However, the electrode of the substrate with an electrode on which light does not enter does not necessarily have to be a transparent electrode layer, and a metal electrode made of Cu, Ag, Al, or the like. Can also be used.

【0061】(半導体結晶層について)次に、半導体結
晶層11について説明する。半導体針状結晶17は、た
とえばCVDのように電着を用いなくても、メッキのよ
うに電着を用いても作成することができる。電着を用い
て針状結晶を作成するときは、図6(a)に示すように
ガラス基板14と平行方向に針状結晶を成長させるよ
り、図4(a)に示すようにガラス基板14に垂直方向
に成長させたり、図6(b)に示すように樹枝状に成長
させることが好ましい。
(Regarding Semiconductor Crystal Layer) Next, the semiconductor crystal layer 11 will be described. The semiconductor needle-like crystal 17 can be formed, for example, without using electrodeposition such as CVD or using electrodeposition such as plating. When a needle-like crystal is formed by electrodeposition, the needle-like crystal is grown in a direction parallel to the glass substrate 14 as shown in FIG. It is preferable to grow in a vertical direction, or to grow like a tree as shown in FIG.

【0062】なお、針状結晶は、厳密にガラス基板14
と垂直方向に成長させることは困難であり、針状結晶の
長手方向とガラス基板14とのなす角度がたとえば60
°以上であれば好ましく、80°以上であることがより
好ましい。また、針状結晶の形態は、直線的であること
が好ましい。
It should be noted that the needle-shaped crystal is strictly
It is difficult to grow the crystal in a direction perpendicular to the glass substrate 14.
° or more, more preferably 80 ° or more. Further, it is preferable that the shape of the acicular crystal is linear.

【0063】図7は、半導体針状結晶17の成長方向を
制御する手法の説明図である。図7(a)には、たとえ
ばガラス基板14に設けた下地金属層42上にアルミニ
ウム層を0.1〜数μm程度形成し、アルミニウム層を
陽極酸化させてナノホール層43として、各ナノホール
に針状結晶を成長させている様子を示している。
FIG. 7 is an explanatory diagram of a technique for controlling the growth direction of the semiconductor needle-like crystal 17. FIG. 7A shows an example in which an aluminum layer is formed to a thickness of about 0.1 to several μm on a base metal layer 42 provided on a glass substrate 14, and the aluminum layer is anodized to form a nanohole layer 43. 1 shows a state in which a shape crystal is grown.

【0064】また、図7(b)には、金属電極44の上
部に設けたアルミニウム層を0.1〜数μm程度形成
し、アルミニウム層を陽極酸化させてナノホール層43
とし、各ナノホールに針状結晶を成長させている様子を
図示している。
In FIG. 7B, an aluminum layer provided on the metal electrode 44 is formed to a thickness of about 0.1 to several μm, and the aluminum layer is anodized to form a nanohole layer 43.
And a state in which a needle-like crystal is grown in each nanohole.

【0065】なお、アルミニウム層の陽極酸化は、蓚
酸、りん酸、硫酸などが利用され、各ナノホールの間隔
は陽極酸化電圧によって制御している。さらに、ナノホ
ール層43を形成することによって、針状結晶の径を制
御することができる。針状結晶の径を制御するには、各
ナノホールの径を陽極酸化後にりん酸溶液などでエッチ
ングすることにより制御し、制御した各ナノホールに針
状結晶を成長させることによって制御している。
The anodic oxidation of the aluminum layer uses oxalic acid, phosphoric acid, sulfuric acid, or the like, and the distance between the nanoholes is controlled by the anodic oxidation voltage. Further, by forming the nanohole layer 43, the diameter of the needle-like crystal can be controlled. To control the diameter of the needle-like crystal, the diameter of each nanohole is controlled by etching with a phosphoric acid solution or the like after anodic oxidation, and the needle-like crystal is grown in each controlled nanohole.

【0066】このナノホールを作成した後に、針状結晶
成分のめっき浴中で電解させると、各ナノホールの下地
金属層42又は金属電極44から半導体針状結晶17が
ナノホール層43を通して成長させることができる。こ
のとき、一般的に電着条件が針状結晶の径や長さを決定
する上で重要なファクターとなる。
When the nanoholes are formed and then electrolyzed in a plating bath of a needle-like crystal component, the semiconductor needle-like crystals 17 can be grown from the base metal layer 42 or the metal electrode 44 of each nanohole through the nanohole layer 43. . At this time, the electrodeposition conditions are generally important factors in determining the diameter and length of the needle-shaped crystal.

【0067】また、針状結晶の径や長さや成長方向を制
御した後に、半導体粒状結晶18を用いたゲル溶液など
に浸漬させることにより、図8(a),図8(b)にそ
れぞれ示すように、半導体針状結晶17の表面に半導体
粒状結晶18を形成し、さらに、混合結晶にコート材2
4を形成することができる。このことにより、針状結晶
の表面積が不十分な場合でもラフネスファクターが大き
い半導体粒状結晶18を作成することができ、且つ電子
若しくはホールの移動において粒界の影響が少ない半導
体針状結晶17を作成することができる。
After controlling the diameter, length, and growth direction of the needle-like crystal, the needle-like crystal is immersed in a gel solution or the like using the semiconductor granular crystal 18, as shown in FIGS. 8A and 8B, respectively. Thus, the semiconductor granular crystal 18 is formed on the surface of the semiconductor needle-like crystal 17, and the mixed material is further coated with the coating material 2.
4 can be formed. Thereby, even when the surface area of the acicular crystal is insufficient, the semiconductor granular crystal 18 having a large roughness factor can be produced, and the semiconductor acicular crystal 17 having less influence of the grain boundary on the movement of electrons or holes can be produced. can do.

【0068】また、半導体針状結晶層17は、主として
2つの製造方法がある。1つは、電解電着法による製造
方法である。他は、無電解電着法による製造方法であ
る。各製造方法について説明する。
The semiconductor needle-like crystal layer 17 is mainly manufactured by two methods. One is a manufacturing method by an electrolytic electrodeposition method. The other is a manufacturing method by an electroless electrodeposition method. Each manufacturing method will be described.

【0069】図9は、図1に示す半導体針状結晶層を電
解電着法による製造方法の説明図である。図9に示すよ
うに、マントルヒーター81に、電解液87を入れたビ
ーカー86を載置する。そして、ビーカー86の中に、
対極102、参照極101及び作用極103を入れて電
解すると、針状結晶が形成される。このとき、作用極1
03は直接電極付き基板10を使用しても良いし、冶具
などを用いて絶縁部を作り、希望範囲のみ電極付き基板
10に針状結晶を形成しても良い。
FIG. 9 is an explanatory view of a method of manufacturing the semiconductor needle-like crystal layer shown in FIG. 1 by electrolytic electrodeposition. As shown in FIG. 9, a beaker 86 containing an electrolyte 87 is placed on a mantle heater 81. And in the beaker 86,
When the counter electrode 102, the reference electrode 101 and the working electrode 103 are charged and electrolyzed, a needle-like crystal is formed. At this time, the working electrode 1
For the substrate 03, the substrate 10 with electrodes may be used directly, or an insulating part may be formed using a jig or the like, and needle-like crystals may be formed on the substrate 10 with electrodes only in a desired range.

【0070】電解液87は、アセトニトリルやIPAや
水等の電解溶媒を用いることができ、電解液87の溶質
の種類、溶質濃度、溶液中の酸素などの活性気体濃度、
電解液の温度、デキストリン等の反応促進剤を混入の有
無及びその混入した場合にあっては濃度や、作用極10
3への電解電位値、電解電流値、電解時間などによっ
て、針状結晶の形状を変更することができる。また、針
状結晶は、たとえば暗室で形成するようにしてもよく、
また、電解液87を撹拌等によって対流を起こす事によ
り形状を変更する事ができる。
As the electrolytic solution 87, an electrolytic solvent such as acetonitrile, IPA or water can be used. The type of solute of the electrolytic solution 87, the solute concentration, the concentration of active gas such as oxygen in the solution,
The temperature of the electrolytic solution, the presence or absence of a reaction accelerator such as dextrin,
The shape of the acicular crystal can be changed depending on the electrolysis potential value, electrolysis current value, electrolysis time, etc. The needle-shaped crystals may be formed in, for example, a dark room,
The shape can be changed by causing convection of the electrolyte 87 by stirring or the like.

【0071】また、電極付き基板10等の材質により多
少異なるが、一般的に表面洗浄としてIPA及びアセト
ンを用いて、あらかじめ透明電極層15等を洗浄してお
くことが好ましく、透明電極電極層15等をごく微量溶
解するアノード処理が重要である。
Although it differs somewhat depending on the material of the substrate with electrodes 10 and the like, it is generally preferable to wash the transparent electrode layer 15 and the like in advance using IPA and acetone for surface cleaning. It is important to carry out anodic treatment for dissolving a very small amount.

【0072】図10は、図1に示す半導体針状結晶17
を無電解電着法による製造方法の説明図である。図10
に示すように、電極付き基板10を電解液87に浸し
て、石英筒85越しに光源83から電極付き基板10に
光を照射することにより針状結晶を形成する。なお、上
記の電解電着法による製造と同様に、針状結晶の形成時
の種々の条件を変更すると、針状結晶の形状を変えるこ
とができる。また、無電解時には触媒としてPdやAg
を透明電極層15等に付着させることが有効である。
FIG. 10 shows the semiconductor needle-like crystal 17 shown in FIG.
FIG. 4 is an explanatory view of a manufacturing method by an electroless electrodeposition method. FIG.
As shown in (1), a needle-like crystal is formed by immersing the substrate with electrodes 10 in the electrolytic solution 87 and irradiating the substrate with electrodes 10 with light from the light source 83 through the quartz tube 85. As in the case of the above-mentioned production by the electrolytic electrodeposition method, the shape of the needle crystal can be changed by changing various conditions at the time of forming the needle crystal. Also, when electroless, Pd or Ag is used as a catalyst.
Is effectively attached to the transparent electrode layer 15 or the like.

【0073】なお、半導体粒状結晶18は、電子等の移
動効率を考慮して、電着などによって直径が100nm
程度となるように形成している。
The semiconductor granular crystal 18 has a diameter of 100 nm by electrodeposition in consideration of the transfer efficiency of electrons and the like.
It is formed so that it is about.

【0074】(光吸収層について)光吸収層16には、
各種の半導体や色素を利用することができる。半導体を
利用する場合には、i型の光吸収係数が大きなアモルフ
ァス半導体や、直接遷移型半導体が好ましい。色素を利
用する場合には、金属錯体色素又はポリメチン色素、ペ
リレン色素、ローズベンガル、エオシンY、マーキュロ
クロム、サンタリン(Santaiin)色素、シアニン(Cyan
in)色素などの有機色素や天然色素が好ましい。これら
の色素は半導体微粒子の表面に対する適当な結合基を有
していることが好ましい。
(Regarding Light Absorbing Layer) The light absorbing layer 16 includes
Various semiconductors and dyes can be used. When a semiconductor is used, an i-type amorphous semiconductor having a large light absorption coefficient or a direct transition semiconductor is preferable. When a dye is used, metal complex dye or polymethine dye, perylene dye, rose bengal, eosin Y, mercurochrome, Santalin (Santaiin) dye, cyanine (Cyan)
in) Organic dyes such as dyes and natural dyes are preferred. These dyes preferably have an appropriate bonding group to the surface of the semiconductor fine particles.

【0075】また、好ましい結合基としては、COOH
基、シアノ基、PO32基、又は、オキシム、ジオキシ
ム、ヒドロキシキノリン、サリチレート及びαケトエノ
レートのようなπ伝導性を有するキレート化基が挙げら
れる。この中でもCOOH基、PO32基が特に好まし
い。本実施形態に使用する色素が金属錯体色素の場合、
ルテニウム錯体色素{Ru(dcbpy)2(SCN)2、(dcbpy=2,2-
bipyridine-4,4'-dicarboxylic acid)等]が利用できる
が、酸化・還元体が安定であることが重要である。
Further, preferred binding groups include COOH
Groups, cyano groups, PO 3 H 2 groups or chelating groups having π conductivity such as oximes, dioximes, hydroxyquinolines, salicylates and α-keto enolates. Of these, a COOH group and a PO 3 H 2 group are particularly preferred. When the dye used in the present embodiment is a metal complex dye,
Ruthenium complex dyes {Ru (dcbpy) 2 (SCN) 2, (dcbpy = 2,2-
bipyridine-4,4'-dicarboxylic acid) can be used, but it is important that the oxidized and reduced form is stable.

【0076】また、光吸収層の励起された電子の電位、
即ち光励起した色素の電位(色素のLUMO電位)や半
導体中の伝導帯電位が、電子受容型電荷輸送層の電子受
容電位(n型半導体の伝導帯電位など)より高く、かつ
光吸収層で光励起により生成したホール電位が、電子供
与型電荷移動層の電子供与電位(p型半導体の価電子帯
電位、レドックス対のポテンシャル電位など)より低い
ことが必要である。光吸収層16の近傍における励起さ
れた電子−ホールの再結合確率を低くすることも、光電
変換効率を増大させる上で重要となる。
Also, the potential of the excited electrons in the light absorbing layer,
That is, the potential of the dye that has been photoexcited (LUMO potential of the dye) and the conduction charge potential in the semiconductor are higher than the electron acceptance potential of the electron-accepting charge transport layer (such as the conduction charge potential of an n-type semiconductor), and the photoabsorption layer causes photoexcitation. Is required to be lower than the electron donating potential of the electron donating type charge transfer layer (such as the valence charge potential of the p-type semiconductor and the potential potential of the redox couple). Reducing the recombination probability of excited electrons and holes in the vicinity of the light absorption layer 16 is also important for increasing the photoelectric conversion efficiency.

【0077】(電荷移動層について)n型の針状結晶を
用いた場合、光吸収層を挟んで電荷移動層12をホール
が移動するように作成する必要がある。このとき電荷移
動層12には、湿式太陽電池と同様に、レドックス系を
用いることができる。レドックス系を用いる場合でも、
単純な溶液系のみでなく、カーボンパウダーを保持材に
したり、電解質をゲル化してもよい。また、溶融塩やイ
オン伝導性ポリマーを用いる方法もある。さらに電荷を
移動する方法として電界重合有機ポリマーやCuI,C
uSCN,NiOなどのp型半導体を用いることもでき
る。
(Charge Transfer Layer) When an n-type needle crystal is used, it is necessary to form the charge transfer layer 12 so that holes move with the light absorbing layer interposed therebetween. At this time, a redox system can be used for the charge transfer layer 12 as in the case of a wet solar cell. Even when using a redox system,
In addition to a simple solution system, carbon powder may be used as a holding material, or an electrolyte may be gelled. There is also a method using a molten salt or an ion conductive polymer. As a method of further transferring electric charges, an electric field polymerization organic polymer, CuI, C
A p-type semiconductor such as uSCN or NiO can also be used.

【0078】一方、p型の針状結晶を形成した場合に
は、電荷移動層12を電子が移動するように作成する必
要がある。そのため、n型の半導体であるZnO,Ti
2,SnO2などを材料として用いることができる。
On the other hand, when a p-type needle-like crystal is formed, it is necessary to form the charge transfer layer 12 so that electrons move. Therefore, n-type semiconductors such as ZnO and Ti
O 2 , SnO 2 or the like can be used as a material.

【0079】ホールが移動する電荷移動層12は、半導
体針状結晶間をこれが満たす必要があるため、電荷移動
層12を作成する際に、液体や高分子などに利用できる
浸透法や、固体の移動層に利用できる電着、CVD法な
どが適している。
Since the charge transfer layer 12 in which holes move needs to fill the gap between the semiconductor needle crystals, when the charge transfer layer 12 is formed, the charge transfer layer 12 may be formed by a penetration method that can be used for a liquid or a polymer, or a solid method. Electrodeposition, a CVD method, and the like that can be used for the moving layer are suitable.

【0080】なお、光照射により色素で生成した電子と
正孔との再結合を効率良く防ぐには電荷移動層12より
素早く電子が光吸収層16中の正孔と結合する必要があ
り、このような条件に適するホールが移動する電荷移動
層12を用いる方が好ましい。
In order to efficiently prevent recombination of electrons and holes generated in the dye by light irradiation, electrons need to bond with holes in the light absorbing layer 16 more quickly than in the charge transfer layer 12. It is preferable to use the charge transfer layer 12 in which holes suitable for such conditions move.

【0081】(封止について)特に、図示してはない
が、本実施形態の光電変換装置は少なくとも電極付き基
板10,13間を封止して、その中に、たとえば電荷移
動層12を注入するようにして、耐候性を高めることが
好ましい。封止材には接着剤や樹脂を用いることができ
る。なお、光入射側を封止する場合、封止材は透光性で
あることが好ましい。
(Seal) Although not particularly shown, the photoelectric conversion device of the present embodiment seals at least the space between the substrates 10 and 13 with electrodes, and injects, for example, the charge transfer layer 12 therein. Thus, it is preferable to increase the weather resistance. An adhesive or a resin can be used for the sealing material. When the light incident side is sealed, the sealing material is preferably light-transmitting.

【0082】[0082]

【実施例】以下、本発明の実施例について説明する。Embodiments of the present invention will be described below.

【0083】(実施例1)本発明の実施例1では、電解
電着法によって、半導体針状結晶17を作成した場合に
ついて、図3,図4及び図9を用いて説明する。まず、
電極付き基板10として、導電性ガラス基板(Fドープ
SnO2、10Ω/□)を用意し、この基板を作用極1
03として、マントルヒーター81によってたとえば8
5℃に加熱された電解液87であるところの0.01m
ol/L硝酸亜鉛水溶液に浸し、導電性ガラス基板に−
1.6Vの電位を10000秒間印加した。
(Embodiment 1) In Embodiment 1 of the present invention, a case where a semiconductor needle crystal 17 is formed by an electrolytic electrodeposition method will be described with reference to FIGS. 3, 4 and 9. First,
A conductive glass substrate (F-doped SnO 2 , 10Ω / □) was prepared as the substrate 10 with electrodes, and this substrate was
03, for example, 8
0.01 m which is the electrolyte 87 heated to 5 ° C.
ol / L zinc nitrate aqueous solution, and the conductive glass substrate
A potential of 1.6 V was applied for 10,000 seconds.

【0084】つづいて、60℃まで加熱した0.1mo
l/L硝酸亜鉛のIPA溶液に基板を浸し、たとえば−
5.0Vの電圧を100秒間印加した。その後、管状電
気炉中にこの基板を設置し、酸素を1.67×10-3
/S流しながら、たとえば500℃で熱処理を1時間行
なった。
Subsequently, 0.1 mol heated to 60 ° C.
The substrate is immersed in 1 / L zinc nitrate IPA solution, for example,
A voltage of 5.0 V was applied for 100 seconds. Thereafter, the substrate was placed in a tubular electric furnace, and oxygen was added to 1.67 × 10 −3 L.
For example, a heat treatment was performed at 500 ° C. for 1 hour while flowing / S.

【0085】この結果、導電性ガラス基板表面には半導
体針状結晶17であるところのZnO針状結晶が、図3
に示すように、導電性ガラス基板に対して垂直方向に成
長していた。半導体針状結晶17の径は100〜200
nmであり、アスペクト比は50〜100であった。
As a result, the needle-like ZnO crystal, which is the semiconductor needle-like crystal 17, was formed on the surface of the conductive glass substrate in FIG.
As shown in the figure, the growth was perpendicular to the conductive glass substrate. The diameter of the semiconductor needle crystal 17 is 100 to 200.
nm, and the aspect ratio was 50-100.

【0086】また、半導体針状結晶17の表面には、半
導体粒状結晶18が電着されていた。半導体粒状結晶1
8の径は20〜40nmであった。
The semiconductor granular crystals 18 were electrodeposited on the surface of the semiconductor needle crystals 17. Semiconductor granular crystal 1
The diameter of 8 was 20 to 40 nm.

【0087】また、光吸収層16として色素を用いた。
具体的には、Graetzelらが報告しているRu錯体であるRu
((bipy)(COOH)2)2(SCN)2を用いた。色素を蒸留エタノー
ルに溶解し、この中にZnO針状結晶を形成した導電性
ガラス基板をたとえば24時間浸して、色素をZnO針
状結晶に吸着させた後に、電解液87の中から取りだし
て、80℃程度の温度下で乾燥させた。
A dye was used for the light absorbing layer 16.
Specifically, Ru is a Ru complex reported by Graetzel et al.
((bipy) (COOH) 2 ) 2 (SCN) 2 was used. The dye is dissolved in distilled ethanol, and the conductive glass substrate on which the ZnO needle crystals are formed is immersed in the ethanol for 24 hours, for example, so that the dye is adsorbed on the ZnO needle crystals. It was dried at a temperature of about 80 ° C.

【0088】また、電荷移動層12としてはI-/I3 -
のレドックス対を用いた。溶質はテトラプロピルアンモ
ニウムヨウ化物(tetrapropylammonium iodide )
(0.46mol/L)とヨウ素(0.06mol/
L)とを用い、溶媒はエチレンカルボナート(ethylene
carbonate)(80vol%)とアセトニトリル(acet
onitrile)(20vol%)の混合液を用いた。この混
合液を、ZnO針状結晶を形成した導電性ガラス基板に
滴下してから、電極付き基板13を貼り合わせてセルを
作成した。電極付き基板13には、導電性ガラス基板上
に白金を1nm厚にスパッタ成膜したものを用いた。
The charge transfer layer 12 is formed of I / I 3
Redox couples were used. Solute is tetrapropylammonium iodide
(0.46 mol / L) and iodine (0.06 mol / L)
L) and the solvent is ethylene carbonate (ethylene
carbonate) (80 vol%) and acetonitrile (acet)
onitrile) (20 vol%). This mixed solution was dropped on a conductive glass substrate on which ZnO needle-like crystals were formed, and then a substrate 13 with electrodes was attached to form a cell. As the electrode-attached substrate 13, a conductive glass substrate formed by sputtering platinum with a thickness of 1 nm was used.

【0089】また、比較例として粒径100nmを主成
分としたZnO粉末を分散させたペーストを導電性ガラ
ス基板上に塗布し、500℃で30分間焼成させる事に
より、ZnO膜を形成し、他の製造工程は、上記と同様
にしてセルを作成した。そして紫外線カットフィルター
を取り付けた500Wのキセノンランプ光を電極付き基
板13側から照射した。そしてこの時生じた光電変換反
応による光電流の値を測定した。
As a comparative example, a paste in which ZnO powder having a particle diameter of 100 nm as a main component was dispersed was applied on a conductive glass substrate and baked at 500 ° C. for 30 minutes to form a ZnO film. A cell was prepared in the same manner as described above. Then, xenon lamp light of 500 W equipped with an ultraviolet cut filter was irradiated from the substrate 13 side with the electrode. Then, the value of the photocurrent due to the photoelectric conversion reaction generated at this time was measured.

【0090】測定の結果、本実施例のセルの方が開放電
位、フィルファクターともに7%程度向上した。これは
針状結晶を用いたことによって電子受容型電荷移動層の
内部抵抗が減少したことに起因すると考えられる。
As a result of the measurement, the open potential and the fill factor of the cell of this example were improved by about 7%. This is considered to be because the internal resistance of the electron-accepting type charge transfer layer was reduced by using the needle-like crystals.

【0091】(実施例2)本発明の実施例2では、電解
電着法によって、半導体針状結晶17及び半導体粒状結
晶18を成長させた後にチタンを含有した溶液を塗布
し、基板を熱処理することにより、混合結晶にコート材
24を形成する場合について、図3,図4及び図9を用
いて説明する。
Embodiment 2 In Embodiment 2 of the present invention, a semiconductor-containing crystal 17 and a semiconductor granular crystal 18 are grown by electrolytic electrodeposition, a solution containing titanium is applied, and the substrate is heat-treated. The case where the coating material 24 is formed on the mixed crystal will be described with reference to FIGS. 3, 4, and 9.

【0092】まず、電極付き基板10として、導電性ガ
ラス基板(FドープSnO2、10Ω/□)を用意し、
この基板を作用極103として、マントルヒーター81
によってたとえば85℃に加熱された電解87であると
ころの0.001mol/L塩化亜鉛水溶液に浸し、導
電性ガラス基板にたとえば−1.2Vの電圧を2000
0秒間印加した。
First, a conductive glass substrate (F-doped SnO 2 , 10Ω / □) was prepared as the substrate 10 with electrodes.
This substrate is used as the working electrode 103 and the mantle heater 81
Immersed in an aqueous solution of 0.001 mol / L zinc chloride, which is an electrolysis 87 heated to, for example, 85 ° C.
Applied for 0 seconds.

【0093】つづいて、60℃まで加熱した0.1mo
l/L硝酸亜鉛のIPA溶液に基板を浸し、−5.0V
の電圧を100秒間印加した。その後、管状電気炉中に
この基板を設置し、酸素を1.67×10-3L/S流し
ながら、たとえば500℃で熱処理を1時間行なった。
Subsequently, 0.1 mol heated to 60 ° C.
The substrate was immersed in 1 / L zinc nitrate IPA solution, and
Was applied for 100 seconds. Thereafter, the substrate was placed in a tubular electric furnace, and a heat treatment was performed at, for example, 500 ° C. for 1 hour while flowing oxygen at 1.67 × 10 −3 L / S.

【0094】この結果、実施例1と同様に、導電性ガラ
ス基板表面には半導体針状結晶17が導電性ガラス基板
に対して垂直方向に成長していた。さらに、半導体針状
結晶17の表面に半導体粒状結晶18が電着されてい
た。半導体針状結晶17の径は50〜150nmであり
アスペクト比は50〜100であった。また半導体粒状
結晶18の径は20〜40nmであった。
As a result, similarly to Example 1, the semiconductor needle-like crystals 17 were grown on the surface of the conductive glass substrate in the direction perpendicular to the conductive glass substrate. Further, the semiconductor granular crystals 18 were electrodeposited on the surface of the semiconductor needle crystals 17. The diameter of the semiconductor needle-like crystal 17 was 50 to 150 nm, and the aspect ratio was 50 to 100. The diameter of the semiconductor granular crystal 18 was 20 to 40 nm.

【0095】その後、0.1mol/L四塩化チタン水
溶液中にこの基板を浸した。続いて、管状電気炉中に設
置し酸素を1.67×10-3L/S流しながら500℃
で30分間焼成を行った。この結果、混合結晶は、酸化
チタンからなるコート材24によってコーティングされ
ていた。
Thereafter, the substrate was immersed in a 0.1 mol / L aqueous solution of titanium tetrachloride. Subsequently, it was placed in a tubular electric furnace and 500 ° C. while flowing oxygen at 1.67 × 10 −3 L / S.
For 30 minutes. As a result, the mixed crystal was coated with the coating material 24 made of titanium oxide.

【0096】また、光吸収層16として色素を用いた。
具体的には、Graetzelらが報告しているRu錯体であるRu
((bipy)(COOH)2)2(SCN)2を用いた。色素を蒸留エタノー
ルに溶解し、この中にコート材24によって半導体針状
結晶17及び半導体粒状結晶18がコーティングされた
基板をたとえば24時間浸して、色素を半導体針状結晶
17等に吸着させた後に、電解液87の中から取りだし
て、80℃程度の温度下で乾燥させた。
Further, a dye was used for the light absorbing layer 16.
Specifically, Ru is a Ru complex reported by Graetzel et al.
((bipy) (COOH) 2 ) 2 (SCN) 2 was used. The dye is dissolved in distilled ethanol, and a substrate coated with the semiconductor needle crystals 17 and the semiconductor granular crystals 18 by the coating material 24 is immersed therein for, for example, 24 hours to adsorb the dye onto the semiconductor needle crystals 17 and the like. And taken out from the electrolyte 87 and dried at a temperature of about 80 ° C.

【0097】また、導電性ガラス(FドープSnO2
10Ω/□)上に白金を1nm厚にスパッタ成膜した対
極を用い、電荷移動層12としてはレドックス対はI-
/I3 -を用いた。溶質は0.05mol/L I2(ヨウ
素)と0.1mol/L LiI(ヨウ化リチウム)と
0.6mol/L DMPI(Im)(1,2-ジメチル-3-
プロピルイミダゾリウム アイオダイド)と0.5mo
l/L TBP(4-tert-ブチルピリジン)、溶媒はMA
N(MeOAN)(メトキシアセトニトリル)を用い
た。この混合液を混合結晶を形成した導電性ガラス基板
に滴下してから、電極付き基板13を貼り合わせてセル
を作成した。
Further, conductive glass (F-doped SnO)Two,
10 Ω / □) on platinum
The redox pair is I-
/ IThree -Was used. The solute is 0.05 mol / L ITwo(You
Element) and 0.1 mol / L LiI (lithium iodide)
0.6 mol / L DMPI (Im) (1,2-dimethyl-3-
Propyl imidazolium iodide) and 0.5mo
1 / L TBP (4-tert-butylpyridine), solvent is MA
Using N (MeOAN) (methoxyacetonitrile)
Was. A conductive glass substrate on which a mixed crystal is formed by mixing this mixed liquid
And the substrate 13 with electrodes is attached to the cell.
It was created.

【0098】また、比較例として粒径100nmを主成
分としたZnO粉末を分散させたペーストを導電性ガラ
ス上に塗布して、500℃で30分間焼成したものを用
いて同様にセルを組み立てた。そして、実施例1と同様
に紫外線カットフィルターを取り付けた500Wのキセ
ノンランプ光を対極側から照射し、この時生じた光電変
換反応による光電流の値を測定した。その測定結果、本
発明のセルの方が開放電位、フィルファクター共に増加
していた。
Further, as a comparative example, a cell in which a paste in which ZnO powder having a particle diameter of 100 nm as a main component was dispersed was applied on conductive glass and baked at 500 ° C. for 30 minutes was similarly assembled. . Then, in the same manner as in Example 1, a 500 W xenon lamp light with an ultraviolet cut filter was applied from the counter electrode side, and the value of the photocurrent due to the photoelectric conversion reaction generated at this time was measured. As a result of the measurement, both the open potential and the fill factor of the cell of the present invention were increased.

【0099】(実施例3)本発明の実施例3では、電解
電着法によりナノホールから半導体針状結晶層を作成し
た場合について図7,図9を用いて説明する。まず、ガ
ラス基板41および下地電極層42として、導電性ガラ
ス基板(FドープSnO2、10Ω/□)を用意し、こ
の基板の表面に、Alをたとえば0.5μm成膜した。
そしてAl層を蓚酸0.3mol/L中で40Vにて陽
極酸化させた後、りん酸5wt.%中に40分浸した。
この処理により陽極酸化されたナノホール層43には、
約50nmの径のナノホールが約100nm間隔で多数
形成された。
(Embodiment 3) In Embodiment 3 of the present invention, a case where a semiconductor needle-like crystal layer is formed from nanoholes by an electrolytic electrodeposition method will be described with reference to FIGS. First, a conductive glass substrate (F-doped SnO 2 , 10Ω / □) was prepared as the glass substrate 41 and the base electrode layer 42, and Al was deposited on the surface of the substrate, for example, to a thickness of 0.5 μm.
After the Al layer was anodized at 40 V in 0.3 mol / L of oxalic acid, phosphoric acid of 5 wt. % For 40 minutes.
In the nanohole layer 43 anodized by this process,
Many nanoholes having a diameter of about 50 nm were formed at intervals of about 100 nm.

【0100】次に、この基板を作用極103として、マ
ントルヒーター81によってたとえば85℃に加熱され
た電解液87であるところの5m mol/L塩化亜鉛
と0.1mol/L塩化カリウムの水溶液に浸し、導電
性ガラス基板に−0.9Vの電位を5000秒間印加し
た。
Next, this substrate is used as a working electrode 103 and immersed in an aqueous solution of 5 mmol / L zinc chloride and 0.1 mol / L potassium chloride, which is an electrolyte 87 heated to, for example, 85 ° C. by a mantle heater 81. A potential of -0.9 V was applied to the conductive glass substrate for 5000 seconds.

【0101】つづいて、60℃まで加熱した0.1mo
l/L硝酸亜鉛のIPA溶液に基板を浸し、たとえば−
5.0Vの電圧を100秒間印加した。その後、管状電
気炉中にこの基板を設置し、酸素を1.67×10-3
/S流しながら、たとえば500℃で熱処理を1時間行
なった。
Subsequently, 0.1 mol heated to 60 ° C.
The substrate is immersed in 1 / L zinc nitrate IPA solution, for example,
A voltage of 5.0 V was applied for 100 seconds. Thereafter, the substrate was placed in a tubular electric furnace, and oxygen was added to 1.67 × 10 −3 L.
For example, a heat treatment was performed at 500 ° C. for 1 hour while flowing / S.

【0102】この結果、導電性ガラス基板表面にはナノ
ホールから半導体針状結晶17であるところのZnO針
状結晶が、図7(a),図7(b)に示すように、導電
性ガラス基板に対して垂直方向に成長していた。ZnO
針状結晶の径は30〜50nmとなり、長さはその30
〜60倍であった。
As a result, as shown in FIGS. 7 (a) and 7 (b), on the surface of the conductive glass substrate, a ZnO needle-like crystal, which is a semiconductor needle-like crystal 17 from nanoholes, is formed. Growth in the vertical direction. ZnO
The diameter of the acicular crystal is 30 to 50 nm, and the length is 30
6060 times.

【0103】また、半導体針状結晶17の表面には、半
導体粒状結晶18が電着されていた。半導体針状結晶1
7の径は100〜200nmであり、アスペクト比は5
0〜100であった。また、半導体粒状結晶18の径は
20〜40nmであった。
On the surface of the semiconductor needle-like crystal 17, a semiconductor granular crystal 18 was electrodeposited. Semiconductor needle crystal 1
7 has a diameter of 100 to 200 nm and an aspect ratio of 5
It was 0-100. The diameter of the semiconductor granular crystal 18 was 20 to 40 nm.

【0104】また、光吸収層16として色素を用いた。
色素は市販のエオシンYを用いた。色素を蒸留エタノー
ルに溶解し、この中にZnO針状結晶を形成した導電性
ガラス基板をたとえば24時間浸して、色素をZnO針
状結晶に吸着させた後に、電解液87から取りだして、
80℃程度の温度下で乾燥させた。
A dye was used for the light absorbing layer 16.
As the dye, commercially available eosin Y was used. The dye is dissolved in distilled ethanol, and the conductive glass substrate on which the ZnO needle crystals are formed is immersed therein for, for example, 24 hours, and the dye is adsorbed on the ZnO needle crystals.
It was dried at a temperature of about 80 ° C.

【0105】また、電荷移動層12としてはI-/I3 -
のレドックス対を用いた。溶質は0.05mol/L
2(ヨウ素)と0.1mol/L Lil(よう化リチ
ウム)と0.6mol/L DMPI(Im)(1,2-ジ
メチル-3-プロピルイミダゾリウム アイオダイド)と
0.5mol/L TBP(4-tert-ブチルピリジン)と
を用いた。溶媒はMAN(MeOAN)(メトキシアセ
トニトリル)を用いた。この混合液を、ZnO針状結晶
を形成した導電性ガラス基板に滴下してから、電極付き
基板13を貼り合わせてセルを作成した。電極付き基板
13には、導電性ガラス基板上に白金を1nm厚にスパ
ッタ成膜したものを用いた。
The charge transfer layer 12 is formed of I / I 3
Redox couples were used. Solute is 0.05mol / L
I 2 (iodine), 0.1 mol / L Lil (lithium iodide), 0.6 mol / L DMPI (Im) (1,2-dimethyl-3-propylimidazolium iodide) and 0.5 mol / L TBP (4 -tert-butylpyridine). MAN (MeOAN) (methoxyacetonitrile) was used as the solvent. This mixed solution was dropped on a conductive glass substrate on which ZnO needle-like crystals were formed, and then a substrate 13 with electrodes was attached to form a cell. As the electrode-attached substrate 13, a conductive glass substrate formed by sputtering platinum with a thickness of 1 nm was used.

【0106】また、比較例として粒径100nmを主成
分としたZnO粉末を分散させたペーストを導電性ガラ
ス基板上に塗布し、500℃で30分間焼成させる事に
より、ZnO膜を形成して、他の製造工程は、上記と同
様にしてセルを作成した。そして実施例1と同様に紫外
線カットフィルターを取り付けた500Wのキセノンラ
ンプ光を電極付き基板13側から照射した。そしてこの
時生じた光電変換反応による光電流の値を測定した。
As a comparative example, a paste in which ZnO powder having a particle diameter of 100 nm as a main component was dispersed was applied on a conductive glass substrate and baked at 500 ° C. for 30 minutes to form a ZnO film. In other manufacturing steps, cells were prepared in the same manner as described above. In the same manner as in Example 1, a 500 W xenon lamp with a UV cut filter was applied from the side of the substrate 13 with electrodes. Then, the value of the photocurrent due to the photoelectric conversion reaction generated at this time was measured.

【0107】測定の結果、本実施例のセルの方が開放電
位、フィルファクターともに5%程度向上した。これは
針状結晶を用いたことによって電子受容型電荷移動層の
内部抵抗が減少したことに起因すると考えられる。
As a result of the measurement, the open-circuit potential and the fill factor of the cell of this example were improved by about 5%. This is considered to be because the internal resistance of the electron-accepting type charge transfer layer was reduced by using the needle-like crystals.

【0108】(実施例4)本発明の実施例4では、電解
電着法により半導体針状結晶層を成長させ、そこに半導
体結晶を形成した場合について、図8,図9を用いて説
明する。ガラス基板41上に下地電極層42としてPt
を1μm程度の厚さで成膜した。次に、下地電極層42
を成膜したガラス基板41を作用極103として、マン
トルヒーター81によってたとえば85℃に加熱された
電解液87であるところの0.01mol/L硝酸亜鉛
のDMF(ジメチルスルフォキシド)溶液に浸し、−
1.0Vの電位を10000秒間印加した。つづいて、
60℃まで加熱した0.1mol/L硝酸亜鉛のIPA
溶液に基板を浸し、たとえば−5.0Vの電圧を100
秒間印加した。その後、管状電気炉中にこの基板を設置
し、酸素を1.67×10-3L/S流しながら、たとえ
ば500℃で熱処理を1時間行なった。
(Embodiment 4) In Embodiment 4 of the present invention, a case where a semiconductor needle crystal layer is grown by electrolytic electrodeposition and a semiconductor crystal is formed thereon will be described with reference to FIGS. . Pt as a base electrode layer 42 on a glass substrate 41
Was formed to a thickness of about 1 μm. Next, the base electrode layer 42
The glass substrate 41 on which is formed as a working electrode 103 is immersed in a 0.01 mol / L zinc nitrate DMF (dimethyl sulfoxide) solution which is an electrolyte 87 heated to, for example, 85 ° C. by a mantle heater 81, −
A potential of 1.0 V was applied for 10,000 seconds. Then,
IPA of 0.1 mol / L zinc nitrate heated to 60 ° C
The substrate is immersed in the solution, and for example, a voltage of
For 2 seconds. Thereafter, the substrate was placed in a tubular electric furnace, and a heat treatment was performed at, for example, 500 ° C. for 1 hour while flowing oxygen at 1.67 × 10 −3 L / S.

【0109】その後、下地電極層42の表面には、半導
体針状結晶17であるところのZnO針状結晶が、図8
(a)に示しすように成長していた。ZnO針状結晶の
径は40〜70nmとなり、長さはその20〜200倍
であった。
Thereafter, on the surface of the base electrode layer 42, a ZnO needle crystal, which is the semiconductor needle crystal 17, is formed as shown in FIG.
It grew as shown in FIG. The diameter of the acicular ZnO crystal was 40 to 70 nm, and the length was 20 to 200 times the length.

【0110】また、半導体針状結晶17の表面には、半
導体粒状結晶18が電着されていた。半導体針状結晶1
7の径は100〜200nmであり、アスペクト比は5
0〜100であった。また、半導体粒状結晶18の径は
20〜40nmであった。
On the surface of the semiconductor needle-like crystal 17, a semiconductor granular crystal 18 was electrodeposited. Semiconductor needle crystal 1
7 has a diameter of 100 to 200 nm and an aspect ratio of 5
It was 0-100. The diameter of the semiconductor granular crystal 18 was 20 to 40 nm.

【0111】また、ZnO針状結晶を形成したガラス基
板41を、粒径約20nmのアナターゼ型TiO2微結
晶(P25)3gを水40mL、アセチルアセトン0.
2mL、トリトン−X(登録商標:ユニオン・カーバイ
ト社)0.2mLと混合してスラリー状にした溶液内に
浸浸させ、さらに酸素を1.67×10-3L/s流しな
がら450℃で1時間焼成を行って、ZnO針状結晶に
半導体粒状結晶18を形成した。
Further, a glass substrate 41 on which ZnO needle-like crystals were formed was prepared by adding 3 g of anatase-type TiO 2 microcrystals (P25) having a particle size of about 20 nm to 40 mL of water and 0.1 mL of acetylacetone.
2 mL and 0.2 mL of Triton-X (registered trademark: Union Carbide Co., Ltd.) were immersed in a slurry solution, and further 450 ° C. while flowing oxygen at 1.67 × 10 −3 L / s. For 1 hour to form semiconductor granular crystals 18 on ZnO needle crystals.

【0112】また、光吸収層16として色素を用いた。
色素は市販のマーキュロクロムを用いた。色素を蒸留エ
タノールに溶解し、この中に、半導体粒状結晶18、Z
nO針状結晶を形成したガラス基板41をたとえば24
時間浸して、色素を半導体粒状結晶18が形成されたZ
nO針状結晶に吸着させた後に、溶液から取りだして、
80℃程度の温度下で乾燥させた。
Further, a dye was used for the light absorbing layer 16.
Commercially available mercurochrome was used as the dye. The dye is dissolved in distilled ethanol, into which semiconductor granular crystals 18, Z
The glass substrate 41 on which the nO needle-shaped crystals are formed is
After immersion for a time, the dye is Z
After being adsorbed on the nO needle crystal, it is taken out of the solution,
It was dried at a temperature of about 80 ° C.

【0113】そして、電極付き基板として、導電性ガラ
ス(FドープSnO2、10Ω/□)上にグラファイト
を約1nm厚に形成したものを用い、電荷移動層12に
はp型半導体であるCuIを使用した。
As the substrate with electrodes, a conductive glass (F-doped SnO 2 , 10 Ω / □) formed with graphite to a thickness of about 1 nm is used, and the charge transfer layer 12 is made of CuI which is a p-type semiconductor. used.

【0114】CuIは、無水のアセトニトリルに溶解
し、色素を担持したZnO針状結晶とアナターゼ型Ti
2微結晶の混合結晶の膜界面に析出させた。こうし
て、固体状の電荷移動層12をガラス基板41と対極配
置される電極付き基板と重ね合せて、光電変換装置を作
成した。
CuI is dissolved in anhydrous acetonitrile, and a dye-supported needle-like ZnO crystal and anatase Ti
It was deposited at the film interface of the mixed crystal of O 2 microcrystals. In this way, the photoelectric conversion device was prepared by superposing the solid charge transfer layer 12 on the glass substrate 41 and the electrode-provided substrate disposed opposite the electrode.

【0115】また、比較例として粒径約30nmを主成
分としたZnO粉末を熱処理したものを用いてZnO針
状結晶を形成して、他の製造工程は、上記と同様にして
セルを作成した。そして実施例1と同様に紫外線カット
フィルターを取り付けた500Wのキセノンランプ光を
電極付き基板側から照射した。そしてこの時生じた光電
変換反応による光電流の値を測定した。
Further, as a comparative example, a ZnO powder having a particle size of about 30 nm as a main component was heat-treated to form a needle-like ZnO crystal. . In the same manner as in Example 1, a 500 W xenon lamp with a UV cut filter was applied from the substrate with electrodes. Then, the value of the photocurrent due to the photoelectric conversion reaction generated at this time was measured.

【0116】測定の結果、本実施例のセルの方が開放電
位、フィルファクターともに9%程度向上した。これは
針状結晶を用いたことによって電子受容型電荷移動層の
内部抵抗が減少したことに起因すると考えられる。
As a result of the measurement, the open-circuit potential and the fill factor of the cell of this example were improved by about 9%. This is considered to be because the internal resistance of the electron-accepting type charge transfer layer was reduced by using the needle-like crystals.

【0117】(実施例5)本発明の実施例5では、無電
解電着法により半導体針状結晶層を作成した場合につい
て図7(b),図10を用いて説明する。まず、電極付
き基板10として、導電性ガラス基板(FドープSnO
2、10Ω/□)を用意し、透明電極層15に触媒とし
てPdを付着するために、この基板の表面処理としてS-
1(高純度化学社製)に3分程度浸して、その後P-1(高
純度化学社製)に1分程度浸すという作業をたとえば3
回繰り返した。
(Embodiment 5) In Embodiment 5 of the present invention, a case where a semiconductor needle-like crystal layer is formed by an electroless electrodeposition method will be described with reference to FIGS. First, a conductive glass substrate (F-doped SnO
2 , 10 Ω / □), and Sd is applied as a surface treatment on this substrate in order to attach Pd as a catalyst to the transparent electrode layer 15.
1 (made by Kojundo Chemical Co., Ltd.) for about 3 minutes, and then immersion in P-1 (made by Kojundo Chemical Co., Ltd.) for about 1 minute
Repeated times.

【0118】次に、この基板を、電解液87であるとこ
ろの0.01mol/L硝酸亜鉛と0.1mol/Lジ
メチルアミンボランを混合した水溶液に浸して、固定台
82に導電性ガラス基板を固定した。電解液87を85
℃程度の温度までマントルヒーター81によって加熱し
て、上部から光源83であるところのキセノンランプか
ら光を照射して、1時間程度電着を行った。この結果、
導電性ガラス基板上に、半導体針状結晶17としてZn
O針状結晶が形成された。この結晶の径は50〜80n
mであり、長さはその10〜20倍であった。
Next, this substrate was immersed in an aqueous solution of a mixture of 0.01 mol / L zinc nitrate and 0.1 mol / L dimethylamine borane, which is an electrolyte 87, and a conductive glass substrate was Fixed. 85 of electrolyte 87
Heating was performed by a mantle heater 81 to a temperature of about ° C., and light was irradiated from above from a xenon lamp, which is a light source 83, to perform electrodeposition for about one hour. As a result,
On a conductive glass substrate, Zn as a semiconductor needle-like crystal 17 was formed.
O-needle crystals formed. The diameter of this crystal is 50-80n
m, and the length was 10 to 20 times the length.

【0119】その後、半導体粒状結晶18をZnO針状
結晶に形成するために、0.1mol/L四塩化チタン
水溶液中に基板を浸透させ、さらに酸素を1.67×1
-3L/s流しながら500度で30分間焼成を行っ
た。
Thereafter, in order to form the semiconductor granular crystals 18 into ZnO needle-like crystals, the substrate is permeated into a 0.1 mol / L aqueous solution of titanium tetrachloride, and oxygen is further added to 1.67 × 1.
The baking was performed at 500 ° C. for 30 minutes while flowing at 0 −3 L / s.

【0120】光吸収層16であるところの色素は市販の
エオシンYを用いた。色素を蒸留エタノールに溶解し、
この中にZnO電極を24時間浸して色素を半導体粒状
結晶18が形成されたZnO針状結晶に吸着させた後
に、0.1mol/L四塩化チタン水溶液中から取りだ
し、80℃で乾燥させた。また、導電性ガラス上に白金
を1nm厚にスパッタ成膜した電極付き基板13を用
い、レドックス対はI-/I3 -を用いた。溶質は0.0
5mol/L I2(ヨウ素)と0.1mol/LLiI
(よう化リチウム)と0.6mol/L DMPI(I
m)(1,2-ジメチル-3-プロピルイミダゾリウム アイオ
ダイド)と0.5mol/L TBP(4-tert-ブチルピ
リジン)、溶媒はMAN(MeOAN)(メトキシアセ
トニトリル)を用いた。この混合液をZnO付き導電性
ガラスに滴下し、電極付き基板13で挟んで光電変換装
置を製造した。
As the dye serving as the light absorbing layer 16, commercially available eosin Y was used. Dissolve the dye in distilled ethanol,
The ZnO electrode was immersed therein for 24 hours to adsorb the dye onto the ZnO needle crystals on which the semiconductor granular crystals 18 were formed, and then taken out of a 0.1 mol / L aqueous solution of titanium tetrachloride and dried at 80 ° C. In addition, a substrate 13 with electrodes in which platinum was formed by sputtering to a thickness of 1 nm on conductive glass was used, and the redox pair used was I / I 3 . Solute is 0.0
5 mol / L I 2 (iodine) and 0.1 mol / L LiI
(Lithium iodide) and 0.6 mol / L DMPI (I
m) (1,2-Dimethyl-3-propylimidazolium iodide), 0.5 mol / L TBP (4-tert-butylpyridine), and MAN (MeOAN) (methoxyacetonitrile) as a solvent. This mixed solution was dropped on conductive glass with ZnO, and sandwiched between substrates 13 with electrodes to manufacture a photoelectric conversion device.

【0121】また、比較例として粒径100nmを主成
分としたZnO粉末を熱処理したものを用いて同様にセ
ルを組み立てた。そして実施例1と同様に紫外線カット
フィルターを取り付けた500Wのキセノンランプ光を
対極側から照射した。そしてこの時生じた光電変換反応
による光電流の値を測定した。その測定結果本実施形態
のセルの方が開放電位、フィルファクターともに7%程
度大きかった。これは針状結晶を用いたことによって電
子受容型電荷移動層の内部抵抗が減少したことに起因す
ると考えられる。
As a comparative example, a cell was similarly assembled using a heat-treated ZnO powder having a particle diameter of 100 nm as a main component. In the same manner as in Example 1, a 500 W xenon lamp with a UV cut filter was applied from the counter electrode side. Then, the value of the photocurrent due to the photoelectric conversion reaction generated at this time was measured. As a result of the measurement, the open-circuit potential and the fill factor of the cell of this embodiment were about 7% higher. This is considered to be because the internal resistance of the electron-accepting type charge transfer layer was reduced by using the needle-like crystals.

【0122】以上、本発明の実施形態及び実施例では、
光電変換装置を例に説明したが、たとえば光電変換装置
に表面及び裏面を被覆するシートやガラスなどの被覆手
段と、その被覆手段を固定するフレーム材とを備えるこ
とによって太陽電池を形成してもよい。
As described above, in the embodiments and examples of the present invention,
Although the photoelectric conversion device has been described as an example, for example, a solar cell may be formed by providing the photoelectric conversion device with a covering unit such as a sheet or glass covering the front and back surfaces and a frame material for fixing the covering unit. Good.

【0123】[0123]

【発明の効果】以上説明したように、本発明の光電変換
装置は、入射光に基づいて生成した電荷の一方を電極に
移動させる針状の半導体結晶を電着によって形成してい
るので、光電変換効率を向上させることができる。
As described above, in the photoelectric conversion device of the present invention, a needle-like semiconductor crystal for transferring one of the charges generated based on the incident light to the electrode is formed by electrodeposition. Conversion efficiency can be improved.

【0124】また、本発明の光電変換装置は、上記のよ
うに半導体結晶の形状を針状としているため、電子の移
動路の位置に拘わらず、電荷が一定速度で移動させた
り、光電変換装置の開放電圧を高くすることができる。
Further, in the photoelectric conversion device of the present invention, since the shape of the semiconductor crystal is needle-shaped as described above, the charge can be moved at a constant speed regardless of the position of the electron movement path, or the photoelectric conversion device can be used. Open circuit voltage can be increased.

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

【図1】針状結晶の定義の説明図である。FIG. 1 is an explanatory diagram of the definition of a needle crystal.

【図2】半導体針状結晶及び混合結晶についての具体的
な構成例を示す図である。
FIG. 2 is a diagram showing a specific configuration example of a semiconductor needle crystal and a mixed crystal.

【図3】本発明の実施形態の光電変換装置の構成例を示
す図である。
FIG. 3 is a diagram illustrating a configuration example of a photoelectric conversion device according to an embodiment of the present invention.

【図4】図3の光電変換装置の拡大図である。FIG. 4 is an enlarged view of the photoelectric conversion device of FIG.

【図5】図3の光電変換装置に光を入射する様子を示す
図である。
FIG. 5 is a diagram showing how light is incident on the photoelectric conversion device of FIG. 3;

【図6】電荷を移動させる半導体結晶の拡大図である。FIG. 6 is an enlarged view of a semiconductor crystal for transferring charges.

【図7】針状結晶の成長方向を制御する手法の説明図で
ある。
FIG. 7 is an explanatory diagram of a technique for controlling a growth direction of a needle crystal.

【図8】半導体針状結晶の表面に粒状の半導体結晶を形
成した様子を示す図である。
FIG. 8 is a diagram showing a state in which a granular semiconductor crystal is formed on the surface of a semiconductor needle crystal.

【図9】図1に示す半導体針状結晶層を電解電着法によ
る製造方法の説明図である。
9 is an explanatory view of a method for producing the semiconductor needle-like crystal layer shown in FIG. 1 by an electrolytic electrodeposition method.

【図10】図1に示す半導体針状結晶を無電解電着法に
よる製造方法の説明図である。
10 is an explanatory diagram of a method for producing the semiconductor needle-like crystal shown in FIG. 1 by an electroless electrodeposition method.

【図11】従来の光化学電池の構成図である。FIG. 11 is a configuration diagram of a conventional photochemical cell.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10,13 電極付き基板 11 半導体結晶層 12 電荷移動層 14,41,64 ガラス基板 15,65,66 透明電極層 16,62 光吸収層 17 半導体針状結晶 18 半導体粒状結晶 42 下地電極層 43 ナノホール層 44 金属電極 61 アナターゼ型TiO2微粒子接合体 63 電解液 81 マントルヒーター 82 固定台 83 光源 85 石英筒 86 ビーカー 87 電解液 101 参照極 102 対極 103 作用極10, 13 Substrate with electrode 11 Semiconductor crystal layer 12 Charge transfer layer 14, 41, 64 Glass substrate 15, 65, 66 Transparent electrode layer 16, 62 Light absorbing layer 17 Semiconductor needle crystal 18 Semiconductor granular crystal 42 Base electrode layer 43 Nanohole Layer 44 Metal electrode 61 Anatase-type TiO 2 fine particle bonded body 63 Electrolyte 81 Mantle heater 82 Fixed base 83 Light source 85 Quartz tube 86 Beaker 87 Electrolyte 101 Reference electrode 102 Counter electrode 103 Working electrode

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 田 透 東京都大田区下丸子3丁目30番2号 キヤ ノン株式会社内 Fターム(参考) 5F051 AA14 5H032 AA06 AS16 BB07 BB10 CC11 CC16 EE02 EE16 HH04  ────────────────────────────────────────────────── ─── Continuing on the front page (72) Inventor Toru Tada 3-30-2 Shimomaruko, Ota-ku, Tokyo F-term in Canon Inc. (reference) 5F051 AA14 5H032 AA06 AS16 BB07 BB10 CC11 CC16 EE02 EE16 HH04

Claims (19)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 入射光に基づいて電荷を生成する生成手
段と、前記生成手段に接して形成され、生成された前記
電荷の一方を電極に移動させる針状の半導体結晶とを備
えた光電変換装置であって、 前記針状の半導体結晶は電着によって形成されており、
さらに、電着によって前記針状の半導体結晶に粒状の半
導体結晶が形成されていることを特徴とする光電変換装
置。
1. A photoelectric conversion device comprising: generating means for generating electric charges based on incident light; and a needle-shaped semiconductor crystal formed in contact with the generating means and moving one of the generated electric charges to an electrode. An apparatus, wherein the needle-shaped semiconductor crystal is formed by electrodeposition,
Further, a granular semiconductor crystal is formed on the acicular semiconductor crystal by electrodeposition.
【請求項2】 入射光に基づいて電荷を生成する生成手
段と、前記生成手段に接して形成され、生成された前記
電荷の一方を電極に移動させる針状の半導体結晶とを備
えた光電変換装置であって、 前記針状の半導体結晶に、粒状の半導体結晶を形成し、
さらに、前記針状及び前記粒状の半導体結晶にコート材
を形成する光電変換装置。
2. A photoelectric conversion device comprising: a generating means for generating an electric charge based on incident light; and a needle-like semiconductor crystal formed in contact with the generating means and moving one of the generated electric charges to an electrode. An apparatus, wherein a granular semiconductor crystal is formed on the acicular semiconductor crystal,
Further, a photoelectric conversion device for forming a coating material on the acicular and granular semiconductor crystals.
【請求項3】 前記針状の半導体結晶は、電着によって
形成されていることを特徴とする請求項2記載の光電変
換装置。
3. The photoelectric conversion device according to claim 2, wherein said needle-like semiconductor crystal is formed by electrodeposition.
【請求項4】 前記針状の半導体結晶は、横切断面の重
心を通る最小長さが1μm以下であり、且つアスペクト
比が10以上であることを特徴とする請求項1から3の
いずれか1項記載の光電変換装置。
4. The needle-like semiconductor crystal according to claim 1, wherein the minimum length passing through the center of gravity of the cross-section is 1 μm or less and the aspect ratio is 10 or more. 2. The photoelectric conversion device according to claim 1.
【請求項5】 前記針状の半導体結晶は、前記電極に対
して垂直方向に形成することを特徴とする請求項1から
4のいずれか1項記載の光電変換装置。
5. The photoelectric conversion device according to claim 1, wherein the needle-like semiconductor crystal is formed in a direction perpendicular to the electrode.
【請求項6】 前記針状の半導体結晶は、酸化亜鉛であ
ることを特徴とする請求項1から4のいずれか1項記載
の光電変換装置。
6. The photoelectric conversion device according to claim 1, wherein the needle-like semiconductor crystal is zinc oxide.
【請求項7】 前記粒状の半導体結晶は、前記電荷の一
方が前記電極に移動するのを妨げないように直径100
nm以下の粒子としていることを特徴とする請求項1か
ら6のいずれか1項記載の光電変換装置。
7. The granular semiconductor crystal has a diameter of 100 to prevent one of the charges from moving to the electrode.
The photoelectric conversion device according to any one of claims 1 to 6, wherein the particles are particles having a size of nm or less.
【請求項8】 前記粒状半導体結晶は、前記針状の半導
体結晶の表面に存在することを特徴とする請求項1から
7のいずれか1項記載の光電変換装置。
8. The photoelectric conversion device according to claim 1, wherein the granular semiconductor crystal exists on a surface of the needle-like semiconductor crystal.
【請求項9】 前記生成手段を色素によって構成するこ
とを特徴とする請求項1から8のいずれか1項記載の光
電変換装置。
9. The photoelectric conversion device according to claim 1, wherein said generation means is constituted by a dye.
【請求項10】 前記粒状の半導体結晶は、金属酸化物
であることを特徴とする請求項1から9のいずれか1項
記載の光電変換装置。
10. The photoelectric conversion device according to claim 1, wherein the granular semiconductor crystal is a metal oxide.
【請求項11】 前記粒状の半導体結晶は、酸化亜鉛で
あることを特徴とする請求項1から10のいずれか1項
記載の光電変換装置。
11. The photoelectric conversion device according to claim 1, wherein the granular semiconductor crystal is zinc oxide.
【請求項12】 前記粒状の半導体結晶は、酸化チタン
であることを特徴とする請求項1から10のいずれか1
項記載の光電変換装置。
12. The semiconductor device according to claim 1, wherein said granular semiconductor crystal is titanium oxide.
Item 6. The photoelectric conversion device according to Item 1.
【請求項13】 前記粒状の半導体結晶は、酸化錫であ
ることを特徴とする請求項1から10のいずれか1項記
載の光電変換装置。
13. The photoelectric conversion device according to claim 1, wherein the granular semiconductor crystal is tin oxide.
【請求項14】 前記コート材は、酸化チタンであるこ
とを特徴とする請求項1から13のいずれか1項記載の
光電変換装置。
14. The photoelectric conversion device according to claim 1, wherein the coating material is titanium oxide.
【請求項15】 前記電極にナノホールを有する層を形
成し、前記ナノホールに前記針状の半導体結晶を形成す
ることを特徴とする請求項1から14のいずれか1項記
載の光電変換装置。
15. The photoelectric conversion device according to claim 1, wherein a layer having nanoholes is formed on the electrode, and the needle-like semiconductor crystal is formed on the nanoholes.
【請求項16】 前記針状の半導体結晶は、c軸配向さ
せていることを特徴とする請求項1から15のいずれか
1項記載の光電変換装置。
16. The photoelectric conversion device according to claim 1, wherein the acicular semiconductor crystal is c-axis oriented.
【請求項17】 基板に電極を形成する工程と、 前記電極に電荷を移動させる針状の半導体結晶を形成す
る工程と、 前記針状の半導体結晶の表面に入射光に基づいて電荷を
生成する生成手段を形成する工程とを備えた光電変換装
置の製造方法であって、 前記針状の半導体結晶を電着によって形成する工程と、 前記針状の半導体結晶に粒状の半導体結晶を電着によっ
て形成する工程とを備えることを特徴とする光電変換装
置の製造方法。
17. A step of forming an electrode on a substrate; a step of forming a needle-like semiconductor crystal for transferring charges to the electrode; and generating charges on the surface of the needle-like semiconductor crystal based on incident light. Forming a generating means, comprising: a step of forming the acicular semiconductor crystal by electrodeposition; and a step of forming a granular semiconductor crystal on the acicular semiconductor crystal by electrodeposition. Forming a photoelectric conversion device.
【請求項18】 基板に電極を形成する工程と、 前記電極に電荷を移動させる針状の半導体結晶を形成す
る工程と、 前記針状の半導体結晶の表面に入射光に基づいて電荷を
生成する生成手段を形成する工程とを備えた光電変換装
置の製造方法であって、 前記針状の半導体結晶に粒状の半導体結晶を形成する工
程と、 前記針状及び粒状の半導体結晶をコート材によってコー
ティングする工程とを備える光電変換装置の製造方法。
18. A step of forming an electrode on a substrate; a step of forming a needle-shaped semiconductor crystal for transferring charges to the electrode; and generating charges based on incident light on a surface of the needle-shaped semiconductor crystal. Forming a granular semiconductor crystal on the acicular semiconductor crystal, and coating the acicular and granular semiconductor crystal with a coating material. And a method for manufacturing a photoelectric conversion device.
【請求項19】 請求項1から16のいずれか1項記載
の光電変換装置と、 前記光電変換装置の表面及び裏面を被覆する被覆手段
と、 前記被覆手段を固定するフレーム材とを備えることを特
徴とする太陽電池。
19. A photoelectric conversion device comprising: the photoelectric conversion device according to any one of claims 1 to 16; a covering unit that covers a front surface and a back surface of the photoelectric conversion device; and a frame member that fixes the covering unit. Features solar cells.
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