JP2003298082A - Composite semiconductor - Google Patents

Composite semiconductor

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JP2003298082A
JP2003298082A JP2002092815A JP2002092815A JP2003298082A JP 2003298082 A JP2003298082 A JP 2003298082A JP 2002092815 A JP2002092815 A JP 2002092815A JP 2002092815 A JP2002092815 A JP 2002092815A JP 2003298082 A JP2003298082 A JP 2003298082A
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宣宏 岡田
Masaaki Kurihara
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a photoelectric conversion element exhibiting a high open voltage (Voc) and a high functional factor (F.F.) and a photochemical cell employing it. <P>SOLUTION: Surface of a crystalline n-type semiconductor is coated with at least any one kind of metal carbonate, metal oxide and metal titanate to produce a composite semiconductor and a film of semiconductor containing the composite semiconductor is formed on a conductive support, thus producing the photoelectric conversion element. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

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、複合半導体と、そ
れを用いた光電変換素子に関する。さらにはその素子を
用いた光化学電池に関する。
TECHNICAL FIELD The present invention relates to a composite semiconductor and a photoelectric conversion element using the same. Furthermore, it relates to a photochemical cell using the device.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、二酸化炭素発生量の増加や化石燃
料の燃焼による地球温暖化などの環境エネルギー問題が
深刻化する中で、その対策として、無限でかつ有害物質
を発生しない太陽エネルギーを効率よくエネルギー源と
して取り出す技術の開発がさかんに行われている。中で
も、コストの高い従来のp−n型シリコン太陽電池に変
わって、効率とコストの両方の面で優れた光化学電池が
注目を集めている。
2. Description of the Related Art In recent years, as environmental energy problems such as global warming caused by an increase in carbon dioxide generation and burning of fossil fuels have become serious, as a countermeasure, infinite solar energy that does not generate harmful substances is used efficiently. The development of technology to extract it as an energy source is being actively conducted. Above all, a photochemical cell, which is excellent in both efficiency and cost, has been attracting attention in place of the conventional high cost pn silicon solar cell.

【0003】光化学電池の中でも、Michael G
ratzelらによって公知化された(Nature
1991,353,737−740)色素増感型湿式太
陽電池は、極めて低コストかつ高効率であり、この公知
化以降、多くの研究がなされてきた。色素増感型湿式太
陽電池は、ガラスやポリマーといった支持体上に優れた
導電性と透明性を兼ね備えた酸化インジウム系膜(IT
O)やフッ素などをドープした酸化スズ系膜(FTO)
がコーティングした基板(導電性支持体)上に、さら
に、安価な材料である数十ナノメートルサイズの酸化チ
タンの多孔質構造の膜をn型酸化物半導体として積層し
た光電変換素子を陰極とし、同様の基板上に主に白金の
薄膜を積層した陽極を用いて、主にヨウ素などの酸化還
元イオンを含んだ電解液を介して陰極と陽極を配置した
構造が一般的である。
Among the photochemical cells, Michael G
publicized by ratzel et al. (Nature
1991, 353, 737-740) Dye-sensitized wet solar cells are extremely low in cost and highly efficient, and many studies have been conducted since the publication. The dye-sensitized wet type solar cell is an indium oxide-based film (IT) having excellent conductivity and transparency on a support such as glass or polymer.
O) or fluorine doped tin oxide film (FTO)
On a substrate (conductive support) coated with, a photoelectric conversion element in which a film having a porous structure of titanium oxide of several tens of nanometer size which is an inexpensive material is laminated as an n-type oxide semiconductor is used as a cathode, A general structure is one in which an anode having a platinum thin film laminated on a similar substrate is used, and the cathode and the anode are arranged mainly via an electrolytic solution containing redox ions such as iodine.

【0004】そして、陰極には太陽光の可視領域の波長
の光を吸収し励起電子を発生させるために、錯体色素に
代表される光増感剤が担持されていることが多い。光増
感剤から発生した励起電子は、n型酸化物半導体に移動
し、更に両電極を接続する導線を通って陽極へ移動す
る。陽極へ移動した電子は、電解液を還元し、電解液は
電子を放出して酸化状態となった光増感剤を還元する。
こうした一連の流れを繰り返すことで、色素増感型湿式
太陽電池は機能する。このような色素増感型湿式太陽電
池のような光化学電池では、半導体に移動した励起電子
が、導電性支持体へと移動する過程において、酸化状態
にある光増感剤と再結合したり、酸化状態にある電解液
の酸化還元イオンと再結合し、電圧が低下することによ
って電池の光電変換性能が低下するという問題があっ
た。
The cathode often carries a photosensitizer represented by a complex dye in order to absorb light having a wavelength in the visible region of sunlight and generate excited electrons. Excited electrons generated from the photosensitizer move to the n-type oxide semiconductor and further to the anode through the lead wire connecting both electrodes. The electrons that have moved to the anode reduce the electrolytic solution, and the electrolytic solution releases the electrons to reduce the photosensitizer in the oxidized state.
The dye-sensitized wet solar cell functions by repeating such a series of flows. In a photochemical cell such as a dye-sensitized wet solar cell, an excited electron transferred to a semiconductor is recombined with a photosensitizer in an oxidized state in the process of moving to a conductive support, There has been a problem that the photoelectric conversion performance of the battery is deteriorated by the recombination with the redox ions of the electrolytic solution in an oxidized state and the decrease in voltage.

【0005】この問題を解決するために、Kirthi
Tennakoneらは酸化スズ(コア)に、数ナノ
メートル厚の酸化マグネシウムまたは酸化アルミニウム
の絶縁性化合物を被覆(シェル)した、いわゆるコア−
シェル型のn型酸化物半導体を用いた光電変換素子とす
ることによって、酸化スズ微粒子からなる光電変換素子
の性能を改善することを示した(Jpn.J.App
l.Phys.Vol.40.2001,353,p
p.L732−734)(J.Phys.D:App
l.Phys.34.2001,868−873)。し
かしながら、この技術においては、電圧は650mV程
度にとどまり、十分な電圧が得られたとはいえない。
In order to solve this problem, Kirthi
Tennakone et al., A so-called core, in which tin oxide (core) is coated (shell) with an insulating compound of magnesium oxide or aluminum oxide having a thickness of several nanometers.
It was shown that the photoelectric conversion element using the shell-type n-type oxide semiconductor improves the performance of the photoelectric conversion element formed of fine particles of tin oxide (Jpn. J. App.
l. Phys. Vol. 40.2001,353, p
p. L732-734) (J. Phys. D: App.
l. Phys. 34.2001, 868-873). However, in this technique, the voltage remained at about 650 mV, and it cannot be said that a sufficient voltage was obtained.

【0006】また、特開2000−113913号公報
や、特開2001−155791号公報には、酸化物半
導体をコア、酸化チタンをシェルに用いたコア−シェル
型の酸化物微粒子を半導体とすることが開示されてい
る。これらの技術はシェル部の抵抗がコア部の抵抗より
高いために、あるいは、シェル部の伝導帯準位がコア部
の伝導帯準位より高いために、コア部に注入された電子
がシェル部の保護によって酸化状態にある光増感剤や酸
化状態にある電解質内の酸化還元イオンと再結合する確
率を低くすることを目的にしたものである。しかしなが
ら、酸化チタンをシェルに用いるため、製造が容易でな
いといった問題があった。
Further, in JP-A-2000-113913 and JP-A-2001-155791, a core-shell type oxide fine particle in which an oxide semiconductor is used as a core and titanium oxide is used as a shell is used as a semiconductor. Is disclosed. In these technologies, electrons injected into the core part are injected into the shell part because the resistance of the shell part is higher than the resistance of the core part or the conduction band level of the shell part is higher than the conduction band level of the core part. The purpose of this is to reduce the probability of recombination with the photosensitizer in the oxidized state and the redox ion in the electrolyte in the oxidized state. However, since titanium oxide is used for the shell, there is a problem that the production is not easy.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、従来
のn型半導体が積層されてなる光電変換素子に比べ、容
易に製造できかつ高い開放電圧(Voc)が得られる複
合半導体の提供と、それを用いた光電変換素子および光
化学電池を提供することにある。
SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a composite semiconductor that can be easily manufactured and can obtain a high open circuit voltage (Voc), as compared with a conventional photoelectric conversion device in which n-type semiconductors are stacked. , And to provide a photoelectric conversion element and a photochemical cell using the same.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】本発明者らは、前記課題
を解決するため、鋭意検討した結果、結晶性n型半導体
をコアとし、該コアの表面が金属炭酸塩、金属酸化物ま
たはチタン酸金属塩のいずれか1種以上からなるシェル
で被覆された複合半導体を用いることにより、高い開放
電圧(Voc)と、更には高い曲線因子(F.F.)を
有する光電変換素子を得られることを見出し本発明に至
った。
The inventors of the present invention have made extensive studies in order to solve the above-mentioned problems, and as a result, have found that a crystalline n-type semiconductor is used as a core and the surface of the core is a metal carbonate, a metal oxide or titanium. A photoelectric conversion element having a high open circuit voltage (Voc) and a high fill factor (FF) can be obtained by using a composite semiconductor coated with a shell made of any one or more of acid metal salts. This has led to the present invention.

【0009】すなわち、本発明は (1)結晶性n型半導体の表面を金属炭酸塩、金属酸化
物およびチタン酸金属塩のいずれか1種以上を被覆して
なることを特徴とする複合半導体。 (2)(1)に記載の結晶性n型半導体が、結晶性酸化
チタンであることを特徴とする複合半導体。 (3)該金属炭酸塩、該金属酸化物及び該チタン酸金属
塩の金属が、アルカリ土類金属またはアルカリ金属であ
ることを特徴とする(1)または(2)に記載の複合半
導体。
That is, the present invention (1) is a composite semiconductor characterized in that the surface of a crystalline n-type semiconductor is coated with one or more of metal carbonate, metal oxide and metal titanate. (2) A composite semiconductor, wherein the crystalline n-type semiconductor according to (1) is crystalline titanium oxide. (3) The composite semiconductor according to (1) or (2), wherein the metal of the metal carbonate, the metal oxide and the metal titanate is an alkaline earth metal or an alkali metal.

【0010】(4)(1)〜(3)のいずれかに記載の
複合半導体の膜が導電性支持体上に積層されてなること
を特徴とする光電変換素子。 (5)(4)に記載の半導体の膜が、さらに光増感剤を
含有することを特徴とする光電変換素子。 (6)(4)または(5)のいずれかに記載の光電変換
素子が対向電極と電解質層を介して対向していることを
特徴とする光化学電池に関する。
(4) A photoelectric conversion element comprising a film of the composite semiconductor according to any one of (1) to (3) laminated on a conductive support. (5) A photoelectric conversion element, wherein the semiconductor film according to (4) further contains a photosensitizer. (6) A photochemical cell, wherein the photoelectric conversion element according to any one of (4) and (5) is opposed to a counter electrode via an electrolyte layer.

【0011】以下、本発明を詳細に説明する。まず、本
発明の複合半導体についての詳細を説明する。本発明の
複合半導体は、結晶性n型半導体をコアとし、該コアの
表面が金属炭酸塩、金属酸化物およびチタン酸金属塩の
いずれか1種以上で被覆されたシェアからなることを特
徴とする。本発明は上記のごとく特定の材料をシェルに
用いることで酸化状態にある光増感剤や酸化状態にある
電解質内の酸化還元イオンと再結合する確率が大きく低
減でき、その結果、高い開放電圧(Voc)が得られ
る。さらには高い曲線因子(F.F.)も得られること
を達成したものである。
The present invention will be described in detail below. First, details of the composite semiconductor of the present invention will be described. The composite semiconductor of the present invention has a crystalline n-type semiconductor as a core, and the core has a surface covered with one or more kinds of metal carbonate, metal oxide and metal titanate. To do. The present invention can greatly reduce the probability of recombination with the redox ions in the photosensitizer in the oxidation state or the electrolyte in the oxidation state by using the specific material for the shell as described above, and as a result, a high open-circuit voltage. (Voc) is obtained. Furthermore, it has achieved that a high fill factor (FF) is also obtained.

【0012】本発明の複合半導体は、コア部として結晶
性のn型半導体の一次粒子の表面を特定の材料で被覆し
たシェル部からなる微粒子構造であるか、または、コア
部を構成する結晶性のn型半導体の粒子を予め焼結一体
化した焼結体の表面を特定の材料で被覆したシェル部か
らなる構造であってもかまわず、また、これらを組み合
わせた構造であってもかまわない。尚、本発明の複合半
導体のコアに用いられる結晶性n型半導体の好ましい粒
子サイズは、一次粒子径が1〜5000nm、より好ま
しくは2〜100nm、さらに好ましくは2〜50nm
である。即ち、一次粒子径5000nmより大きい場合
は、半導体の膜の光透過性が低下して入射した光を有効
に使えない場合があるためであり、また、一次粒子径が
1nmに満たないような場合は、半導体粒子の電子伝導
度が低下して発生した励起電子を後述する導電性支持体
に移送する際のロスが大きくなる場合があるからであ
る。
The composite semiconductor of the present invention has a fine particle structure composed of a shell part in which the surface of primary particles of crystalline n-type semiconductor is coated with a specific material as the core part, or the crystalline structure which constitutes the core part. The structure may be composed of a shell part in which the surface of a sintered body obtained by previously sintering and integrating the n-type semiconductor particles is coated with a specific material, or a structure in which these are combined. . The crystalline n-type semiconductor used for the core of the composite semiconductor of the present invention preferably has a primary particle size of 1 to 5000 nm, more preferably 2 to 100 nm, and further preferably 2 to 50 nm.
Is. That is, if the primary particle diameter is larger than 5000 nm, the light transmittance of the semiconductor film may be deteriorated and the incident light may not be effectively used. Also, in the case where the primary particle diameter is less than 1 nm. This is because there is a case that the loss in transferring the excited electrons generated by the decrease in the electronic conductivity of the semiconductor particles to the conductive support described later becomes large.

【0013】本発明の複合半導体は後述する導電性支持
体上に膜の一部として積層されて光電変換素子となるも
のであり、複合半導体が微粒子構造の場合は微粒子を焼
結した膜構造をとるため多孔質構造を有している。ま
た、結晶性のn型半導体の粒子を予め焼結一体化した膜
構造とした後、表面を特定の材料で被覆した場合であっ
ても多孔質構造を有している。従って、本発明の光電変
換素子を構成する複合半導体の膜は電解質との接触面積
が大きくなり、また、光増感剤担持して用いる場合はそ
の担持量が増え、光電変換性能が高くなるばかりか、シ
ェル部の存在による酸化状態にある光増感剤や酸化状態
にある電解質内の酸化還元イオンと再結合確率の低減効
果がより顕著になる。
The composite semiconductor of the present invention is laminated as a part of a film on a conductive support to be described later to form a photoelectric conversion element. When the composite semiconductor has a fine particle structure, a film structure obtained by sintering fine particles is used. Therefore, it has a porous structure. Further, even if the surface of the crystalline n-type semiconductor particles is coated with a specific material after being sintered and integrated into a film structure, it has a porous structure. Therefore, the film of the composite semiconductor constituting the photoelectric conversion element of the present invention has a large contact area with the electrolyte, and when the photosensitizer is used as a carrier, the amount of the carrier is increased and the photoelectric conversion performance is not only improved. In addition, the effect of reducing the probability of recombination with the photosensitizer in the oxidized state and the redox ion in the electrolyte in the oxidized state due to the presence of the shell portion becomes more remarkable.

【0014】尚、本発明において、多孔質構造とは、例
えば窒素ガスを用いたBET表面積測定によって得られ
た質量あたりの表面積から算出される表面積の増大がそ
の粒子が存在する面を平面に投影した面積の5倍以上の
ものをいう。本発明では、結晶性のn型半導体の粒子を
予め焼結一体化したコア部としての焼結体の表面を特定
の材料で被覆してシェル部とした場合が、電子伝導能力
に優れるといった観点から、好ましく用いられる場合が
ある。
In the present invention, the porous structure means, for example, that the surface where the particles are present is projected on a plane by the increase of the surface area calculated from the surface area per mass obtained by BET surface area measurement using nitrogen gas. The area is 5 times or more the area. In the present invention, in the case where the surface of the sintered body as a core portion in which crystalline n-type semiconductor particles are sintered and integrated in advance is coated with a specific material to form a shell portion, the electron conductivity is excellent. Therefore, it may be preferably used.

【0015】本発明の複合半導体のコア部に用いられる
結晶性n型半導体は、酸化チタン、酸化スズ、酸化亜
鉛、酸化インジウム、酸化ニオブ、酸化タングステン、
酸化バナジウムなどの各種酸化物半導体や、チタン酸ス
トロンチウム、チタン酸カルシウム、チタン酸バリウ
ム、ニオブ酸カリウムなどの各種複合酸化物半導体や、
カドミウム、ビスマスの硫化物や、カドミウムのセレン
化物及びテルル化物や、ガリウムのリン化物や、ガリウ
ムのヒ素化物などの結晶性を持ったn型半導体のことで
あり、これらを組み合わせて用いることもできる。これ
らの中で、焼結のしやすさや光電変換能力の高さなどの
観点から、結晶性酸化チタンが好ましい。
The crystalline n-type semiconductor used in the core portion of the composite semiconductor of the present invention is titanium oxide, tin oxide, zinc oxide, indium oxide, niobium oxide, tungsten oxide,
Various oxide semiconductors such as vanadium oxide, various composite oxide semiconductors such as strontium titanate, calcium titanate, barium titanate, and potassium niobate,
It is an n-type semiconductor having crystallinity such as sulfides of cadmium and bismuth, selenides and tellurides of cadmium, phosphides of gallium, and arsenides of gallium, and these can be used in combination. . Among these, crystalline titanium oxide is preferable from the viewpoints of easiness of sintering and high photoelectric conversion ability.

【0016】結晶性n型半導体として結晶性酸化チタン
を用いる場合は、アナターゼ型酸化チタン、ルチル型酸
化チタン、ブル−カイト型酸化チタンのいずれか、また
は上記酸化チタンが2種以上混合したものであってもか
まわないが、上記酸化チタンが2種以上混合するもので
ある場合、その比率は特に限定はないが、アナターゼ型
酸化チタンが50質量%以上であることが好ましい。
When crystalline titanium oxide is used as the crystalline n-type semiconductor, it may be any one of anatase type titanium oxide, rutile type titanium oxide and brookite type titanium oxide, or a mixture of two or more of the above titanium oxides. Although it does not matter, when the titanium oxide is a mixture of two or more kinds, the ratio is not particularly limited, but the anatase type titanium oxide is preferably 50% by mass or more.

【0017】尚、本発明においてアナターゼ型酸化チタ
ンは、(101)(200)(004)の各結晶面のピ
ーク強度比がX線回折で、約100:35:20の強度
比で観測される結晶性の酸化チタンのことであり、ルチ
ル型酸化チタンは、(110)(211)(101)の
各結晶面のピーク強度比がX線回折で、約100:6
0:50の強度比で観測される結晶性の酸化チタンのこ
とであり、ブル−カイト型酸化チタンは、(120)
(121)(111)の各結晶面のピーク強度比がX線
回折で、約100:90:80の強度比で観測される結
晶性の酸化チタンのことである。
In the present invention, the anatase-type titanium oxide is observed at a peak intensity ratio of each crystal face of (101) (200) (004) by X-ray diffraction at an intensity ratio of about 100: 35: 20. It is crystalline titanium oxide, and rutile type titanium oxide has a peak intensity ratio of each crystal plane of (110) (211) (101) in X-ray diffraction of about 100: 6.
It is crystalline titanium oxide observed at an intensity ratio of 0:50, and brookite type titanium oxide is (120)
This is crystalline titanium oxide whose peak intensity ratio of each of the (121) and (111) crystal faces is observed by X-ray diffraction at an intensity ratio of about 100: 90: 80.

【0018】本発明で用いる結晶性酸化チタンの結晶性
の程度は、X線回折で上記のようなピークが観測されれ
ば特に限定はないが、高い方が好ましい。半導体膜の光
電変換性能は、膜を構成している半導体粒子の結晶性に
起因する部分も大きく、結晶性が高いほうが電子伝導性
に優れるなどの高活性を示すからである。
The degree of crystallinity of the crystalline titanium oxide used in the present invention is not particularly limited as long as the above-mentioned peaks are observed by X-ray diffraction, but a higher degree is preferable. This is because the photoelectric conversion performance of the semiconductor film is largely due to the crystallinity of the semiconductor particles forming the film, and the higher the crystallinity, the higher the electron conductivity and the higher activity.

【0019】以下に本発明の結晶性酸化チタンの結晶性
の程度をアナターゼ型酸化チタンを例にして述べる。結
晶性酸化チタンがアナターゼ型酸化チタンの場合には、
メインピークである(101)面のX線回折ピークの半
価幅が、好ましくは1.3°以下、より好ましくは0.
75°以下、最も好ましくは0.30°以下である。こ
れらのX線回折測定は、例えば粉末X線回折装置を用い
て行われ、その線源としてはCu K α線が使用され
る。アナターゼ型以外の型の酸化チタンも半価幅から結
晶性の程度を同様に示すことが可能である。尚、このよ
うな、高い結晶性を有する半導体は、後述する焼結工程
とは別に予め半導体を焼成することによって得ることも
可能である。
The crystallinity of the crystalline titanium oxide of the present invention will be described below.
The degree will be described by taking anatase type titanium oxide as an example. Conclusion
When the crystalline titanium oxide is anatase type titanium oxide,
Half of the X-ray diffraction peak of the (101) plane, which is the main peak
The valence range is preferably 1.3 ° or less, more preferably 0.
It is 75 ° or less, most preferably 0.30 ° or less. This
These X-ray diffraction measurements are performed using, for example, a powder X-ray diffractometer.
Cu K as the radiation source αLines are used
It Titanium oxide of types other than anatase type is also bound from the half-value width.
The degree of crystallinity can be similarly indicated. This is
For semiconductors with high crystallinity, the sintering process described later
Alternatively, it can be obtained by firing the semiconductor in advance.
It is possible.

【0020】次に本発明の複合半導体のシェル部を構成
する材料について説明する。本発明の複合半導体のシェ
ル部を形成する材料は、金属炭酸塩、金属酸化物および
チタン酸金属塩のいずれかであり、これらを組み合わせ
て使用することもできる。本発明では、これらの特定の
材料からなるシェルの存在により、高い電圧と高い曲線
因子を達成するものである。
Next, materials constituting the shell portion of the composite semiconductor of the present invention will be described. The material forming the shell portion of the composite semiconductor of the present invention is any one of metal carbonate, metal oxide and metal titanate, and these can be used in combination. The present invention achieves high voltage and high fill factor due to the presence of the shell made of these particular materials.

【0021】本発明において金属炭酸塩とは、金属元素
の炭酸塩であれば特に限定はなく、炭酸リチウム、炭酸
ナトリウム、炭酸カリウムなどのアルカリ金属炭酸塩、
炭酸マグネシウム、炭酸カルシウム、炭酸ストロンチウ
ム、炭酸バリウムなどのアルカリ土類金属炭酸塩、炭酸
コバルト、炭酸ニッケル、炭酸マンガンなどの遷移金属
炭酸塩、炭酸ランタン、炭酸イッテルビウム、炭酸セリ
ウムなどのランタノイド炭酸塩などが例示できる。
In the present invention, the metal carbonate is not particularly limited as long as it is a carbonate of a metal element, and alkali metal carbonates such as lithium carbonate, sodium carbonate and potassium carbonate,
Alkaline earth metal carbonates such as magnesium carbonate, calcium carbonate, strontium carbonate and barium carbonate, transition metal carbonates such as cobalt carbonate, nickel carbonate and manganese carbonate, lanthanide carbonates such as lanthanum carbonate, ytterbium carbonate and cerium carbonate. It can be illustrated.

【0022】本発明において金属酸化物とは、金属元素
の酸化物であれば特に限定はなく、酸化リチウム、酸化
ナトリウム、酸化カリウムなどのアルカリ金属酸化物、
酸化マグネシウム、酸化カルシウム、酸化ストロンチウ
ム、酸化バリウムなどのアルカリ土類金属酸化物、酸化
コバルト、酸化ニッケル、酸化マンガンなどの遷移金属
酸化物、酸化ガドリニウム、酸化サマリウム、酸化イッ
テルビウムなどのランタノイド酸化物などが例示でき
る。
In the present invention, the metal oxide is not particularly limited as long as it is an oxide of a metal element, and alkali metal oxides such as lithium oxide, sodium oxide and potassium oxide,
Alkaline earth metal oxides such as magnesium oxide, calcium oxide, strontium oxide and barium oxide, transition metal oxides such as cobalt oxide, nickel oxide and manganese oxide, lanthanoid oxides such as gadolinium oxide, samarium oxide and ytterbium oxide. It can be illustrated.

【0023】本発明においてチタン酸金属塩とは、金属
元素のチタン酸塩であれば特に限定はなく、チタン酸ナ
トリウムに代表されるチタン酸アルカリ金属塩、チタン
酸マグネシウム、チタン酸ストロンチウム、チタン酸カ
ルシウム、チタン酸バリウムなどのチタン酸アルカリ土
類金属塩、チタン酸鉛、チタン酸ネオジム、チタン酸カ
ドミウムなどが例示できる。これらのなかで、金属炭酸
塩、金属酸化物、チタン酸金属塩を形成する金属がマグ
ネシウム、カルシウム、ストロンチウム、バリウムのア
ルカリ土類金属類またはリチウム、ナトリウム、カリウ
ムのアルカリ金属であることがより高い電圧が得られる
ため好ましい。なお、いずれの材料に関しても、結晶性
または非結晶性の限定はない。
In the present invention, the metal titanate is not particularly limited as long as it is a titanate of a metal element, and alkali metal titanate represented by sodium titanate, magnesium titanate, strontium titanate, titanic acid. Examples thereof include calcium, barium titanate and other alkaline earth metal titanates, lead titanate, neodymium titanate, cadmium titanate and the like. Among these, it is more preferable that the metal forming the metal carbonate, metal oxide or metal titanate is an alkaline earth metal such as magnesium, calcium, strontium or barium or an alkali metal such as lithium, sodium or potassium. It is preferable because a voltage can be obtained. It should be noted that any material is not limited to crystalline or amorphous.

【0024】本発明においてシェルを形成する材料は、
その抵抗値が、好ましくはコア部を形成する結晶性n型
半導体の抵抗値よりも大きいものがよい。また、シェル
がチタン酸アルカリ土類金属塩のようなn型半導体の場
合はコア部の結晶性n型半導体内の電子の流出防止や、
より高い開放電圧値の発現を可能にするために、シェル
の伝導帯準位は、コアの結晶性n型半導体のそれよりも
高いものが好ましい。とりわけ、コア部が酸化チタンの
場合は、シェルを形成するn型半導体としてはチタン酸
アルカリ土類金属塩が伝導帯準位の高さ及び製造の容易
さの観点から好ましく、更に好ましくはチタン酸カルシ
ウムである。
The material forming the shell in the present invention is
The resistance value thereof is preferably larger than the resistance value of the crystalline n-type semiconductor forming the core portion. In addition, when the shell is an n-type semiconductor such as an alkaline earth metal titanate, prevention of outflow of electrons in the crystalline n-type semiconductor of the core part,
The conduction band level of the shell is preferably higher than that of the crystalline n-type semiconductor of the core in order to enable the development of a higher open circuit voltage value. In particular, when the core portion is titanium oxide, an alkaline earth metal titanate is preferable as the n-type semiconductor forming the shell from the viewpoint of high conduction band level and ease of production, and more preferably titanic acid. It is calcium.

【0025】本発明において複合半導体のシェル部は、
コア部を完全に被覆していても部分的に被覆していても
かまわないが、その厚さは、シェル部の厚さの平均値と
して求められる。具体的には、透過型電子顕微鏡(TE
M)を用いて、直接観察するか、或いは、測定深さが一
般的に5nm以下であるX線光電子分光法(XPS)を
用いて、コアを構成するn型半導体の特定の元素(例え
ば、コアを構成するn型半導体が酸化チタンの場合はチ
タン)とシェルを形成する材料の特定の元素(例えば、
炭酸カルシウムの場合はカルシウム)の原子数比と、後
述の方法で求めたシェルの組成から分かるシェルの比重
を用いて算出することもできる。なお、この原子数比を
求めるために選択される特定の元素は、分析の容易さ
(ピークの重なりが少ないこと、ピークの強度が強いこ
と、好ましくはコア/シェルのいずれか片方のみに存在
すること)によって適宜選択される。
In the present invention, the shell portion of the composite semiconductor is
The core may be completely covered or partially covered, but its thickness is obtained as an average value of the thickness of the shell. Specifically, a transmission electron microscope (TE
M) for direct observation, or using X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) whose measurement depth is generally 5 nm or less, a specific element of the n-type semiconductor constituting the core (for example, When the n-type semiconductor constituting the core is titanium oxide, titanium and a specific element of the material forming the shell (for example,
In the case of calcium carbonate, it can also be calculated using the atomic ratio of (calcium) and the specific gravity of the shell found from the composition of the shell obtained by the method described below. It should be noted that the specific element selected for obtaining this atomic ratio is for ease of analysis (small peak overlap, strong peak intensity, and preferably present only in one of the core / shell). It is selected as appropriate.

【0026】また、飛行時間型二次イオン質量分析法
(TOF−SIMS)のような装置を用いエッチングし
ながら組成分布を求め、その組成の変化が顕在化するま
でのエッチング厚みを用いてシェル厚みを求めることも
できる。更に簡易的には、シェル部、コア部の材料の比
重とその原料の使用量、及びコア粒子の平均粒径から算
出することも可能である。シェルの厚さは、電圧の向上
が達成される限りにおいて特に限定はないが、好ましく
は、0.1nm以上、より好ましくは0.4nm以上で
ある。0.1nmより薄いと電圧向上効果が不十分な場
合があり、0.4nm以上で電圧向上効果がより顕著に
なるためである。一方、上限に関しては、用いられたコ
ア粒子の半径を超えない範囲が好ましく用いられるが、
好ましくは5nm未満、より好ましくは3nm未満であ
る。
The composition distribution is determined while etching using an apparatus such as time-of-flight secondary ion mass spectrometry (TOF-SIMS), and the shell thickness is calculated by using the etching thickness until the change in the composition becomes apparent. You can also ask. More simply, it can be calculated from the specific gravities of the materials of the shell portion and the core portion, the amounts of the raw materials used, and the average particle diameter of the core particles. The thickness of the shell is not particularly limited as long as the voltage can be improved, but it is preferably 0.1 nm or more, more preferably 0.4 nm or more. This is because if it is thinner than 0.1 nm, the voltage improving effect may be insufficient, and if it is 0.4 nm or more, the voltage improving effect becomes more remarkable. On the other hand, with respect to the upper limit, a range not exceeding the radius of the core particles used is preferably used,
It is preferably less than 5 nm, more preferably less than 3 nm.

【0027】なお、シェル部の厚みが0.4nmに満た
ないような薄い領域の場合、その組成をX線回折によっ
て分析するのが困難になる場合があるが、そのような場
合は、同様な操作で形成された複合半導体とそのコア部
からなる半導体をXPSを用いて測定し、それらの差に
よって、本発明のシェル部が形成されているか否か判定
することができる。また、簡易的には0.4nm以上の
シェルを形成してX線回折装置などを用いて分析し、シ
ェルの構造が特定されている場合と同様の原料及び操作
を用い、シェル形成材料の添加量によってその厚みを制
御した場合には、その材料は、0.4nm以上で形成さ
れたシェルの構造と同様の構造を有すると判定すること
もできる。
In the case of a thin region where the thickness of the shell portion is less than 0.4 nm, it may be difficult to analyze its composition by X-ray diffraction. The composite semiconductor formed by the operation and the semiconductor composed of the core portion thereof are measured by XPS, and it is possible to determine whether or not the shell portion of the present invention is formed by the difference between them. In addition, for the sake of simplicity, a shell having a thickness of 0.4 nm or more is formed and analyzed using an X-ray diffractometer or the like, and the same raw material and operation as in the case where the shell structure is specified are used to add the shell-forming material. When the thickness is controlled by the amount, it can be determined that the material has a structure similar to that of the shell formed to 0.4 nm or more.

【0028】次いで、本発明における光電変換素子を構
成する複合半導体を含有する半導体膜について説明す
る。本発明の光電変換素子は、図1に示すように、透明
性基板1と透明導電膜4とからなる導電性支持体の、透
明導電膜4上に本発明の複合半導体を含有する半導体膜
2が積層されたものである。本発明の半導体膜は、本発
明の複合半導体を半導体膜全体に対して、1質量%以上
含有する。複合半導体の半導体膜全体に対する質量分率
は、電圧向上の効果がより顕著になるため、好ましくは
30質量%以上、より好ましくは50質量%以上、最も
好ましくは70質量%以上である。上限に関しては、特
に限定する必要はないが、後述のように半導体膜に光増
感剤を含んでなることが好ましいため、その上限は、好
ましくは99質量%以下、さらに好ましくは98%以
下、最も好ましくは96%以下である。尚、本発明の半
導体膜には、本発明の複合半導体と光増感剤のみからな
る半導体膜も含まれる。
Next, a semiconductor film containing a composite semiconductor which constitutes the photoelectric conversion element of the present invention will be described. As shown in FIG. 1, the photoelectric conversion element of the present invention is a semiconductor film 2 containing a composite semiconductor of the present invention on a transparent conductive film 4 of a conductive support composed of a transparent substrate 1 and a transparent conductive film 4. Are laminated. The semiconductor film of the present invention contains the composite semiconductor of the present invention in an amount of 1% by mass or more based on the entire semiconductor film. The mass fraction of the composite semiconductor with respect to the entire semiconductor film is preferably 30% by mass or more, more preferably 50% by mass or more, and most preferably 70% by mass or more because the effect of improving the voltage becomes more remarkable. The upper limit is not particularly limited, but since the semiconductor film preferably contains a photosensitizer as described below, the upper limit is preferably 99% by mass or less, more preferably 98% or less, Most preferably it is 96% or less. The semiconductor film of the present invention also includes a semiconductor film composed only of the composite semiconductor of the present invention and a photosensitizer.

【0029】本発明の半導体膜には、本発明の複合半導
体以外にも種々の半導体の添加が可能である。具体的に
は、アモルファス酸化チタン、アナターゼ型低結晶性を
有する過酸化チタン、アナターゼ型低結晶性酸化チタ
ン、ルチル型酸化チタン、ブルーカイト型酸化チタン、
酸化亜鉛、酸化スズ、酸化インジウム、酸化ニオブ、酸
化タングステン、酸化バナジウムなどの各種酸化物半導
体や、チタン酸ストロンチウム、チタン酸カルシウム、
チタン酸バリウム、ニオブ酸カリウムなどの各種複合酸
化物半導体や、カドミウム、ビスマスの硫化物や、カド
ミウムのセレン化物及びテルル化物や、ガリウムのリン
化物や、ガリウムのヒ素化物などの半導体などが挙げら
れる。また、これらを組み合わせて用いることもでき
る。
Various semiconductors other than the composite semiconductor of the present invention can be added to the semiconductor film of the present invention. Specifically, amorphous titanium oxide, titanium peroxide having anatase type low crystallinity, anatase type low crystalline titanium oxide, rutile type titanium oxide, brookite type titanium oxide,
Various oxide semiconductors such as zinc oxide, tin oxide, indium oxide, niobium oxide, tungsten oxide, vanadium oxide, strontium titanate, calcium titanate,
Various complex oxide semiconductors such as barium titanate and potassium niobate, sulfides of cadmium and bismuth, selenides and tellurides of cadmium, gallium phosphide, gallium arsenide, and other semiconductors. . Further, these may be used in combination.

【0030】本発明の半導体膜には上記の半導体以外
に、必要に応じて、光電変換素子の性能を落とさない程
度の量の、アセチルアセトンなどの有機物バインダー、
金属過酸化物(例えば過酸化チタン、過酸化スズ、過酸
化ニオブ等)や金属アルコキシドなどの無機物バインダ
ー、硝酸、硫酸といった無機物、ポリエチレングリコー
ル、ポリプロピレングリコール、セルロース及びその変
性体などの高分子化合物、ノニオン系、アニオン系、カ
チオン系やシリコーン系などの各種界面活性剤類、キレ
ート補助剤類を加えることも可能である。
In the semiconductor film of the present invention, in addition to the above semiconductors, if necessary, an organic binder such as acetylacetone in an amount not deteriorating the performance of the photoelectric conversion element,
Inorganic binders such as metal peroxides (eg titanium peroxide, tin peroxide, niobium peroxide) and metal alkoxides, inorganic substances such as nitric acid and sulfuric acid, polymer compounds such as polyethylene glycol, polypropylene glycol, cellulose and its modified products, It is also possible to add various surfactants such as nonionic, anionic, cationic and silicone type, and chelate auxiliary agents.

【0031】本発明の半導体膜は、可視光領域の光をよ
り効率的に吸収し、高い光電変換性能を得ることを目的
として光増感剤を含んでなることが好ましい。本発明の
光増感剤は、光を吸収する能力があれば特に限定はない
が、光化学電池として使用する場合、太陽光の波長域の
吸収特性が良好のものが好ましく、可視光を吸収するも
のがより好ましい。尚、ここで言う可視光は波長が約4
00nm〜約800nmの範囲のものを示す。具体的に
は、色素や金属微粒子などがあげられるが、好ましくは
入射光を吸収して励起状態とし内部にホールと電子の対
を形成する色素がよい。また、半導体の伝導帯準位以上
に色素のLUMO準位が位置することが望ましい。それ
によって半導体膜により効率的に電子を注入することが
できるからである。
The semiconductor film of the present invention preferably contains a photosensitizer for the purpose of more efficiently absorbing light in the visible light region and obtaining high photoelectric conversion performance. The photosensitizer of the present invention is not particularly limited as long as it has the ability to absorb light, but when used as a photochemical cell, it is preferable that it has good absorption characteristics in the wavelength range of sunlight, and absorbs visible light. The thing is more preferable. The wavelength of visible light here is about 4
The range is from 00 nm to about 800 nm. Specific examples thereof include dyes and metal fine particles, but dyes that absorb incident light to be in an excited state and form pairs of holes and electrons are preferable. Further, it is desirable that the LUMO level of the dye is located above the conduction band level of the semiconductor. This is because electrons can be injected more efficiently into the semiconductor film.

【0032】本発明の光増感剤に用いる色素を半導体膜
に担持する場合、その結合形態は特に限定はないが、好
ましくは半導体膜中でキレート結合やエステル結合のよ
うな化学結合しているのが望ましい。そのため分子中に
カルボキシル基、カルボキシアルキル基、ヒドロキシル
基、ヒドロキシアルキル基、スルフォン酸基、リン酸基
などの反応性官能基を有するものが好ましい。色素は、
金属錯体と有機分子どちらも可能であるが、好ましくは
耐光性や分光増感の効果に優れている金属錯体がよい。
When the dye used in the photosensitizer of the present invention is carried on the semiconductor film, its bonding form is not particularly limited, but preferably it is chemically bonded such as chelate bond or ester bond in the semiconductor film. Is desirable. Therefore, those having a reactive functional group such as a carboxyl group, a carboxyalkyl group, a hydroxyl group, a hydroxyalkyl group, a sulfonic acid group and a phosphoric acid group in the molecule are preferable. The dye is
Although both a metal complex and an organic molecule are possible, a metal complex that is excellent in light resistance and spectral sensitization effect is preferable.

【0033】金属錯体としては、中心金属は、例えばル
テニウム、オスミウム、鉄、銅、ニッケル、コバルト、
パラジウムなどが挙げられ、配位子は、π共役系を含む
ものが好ましく、例えばビピリジン誘導体、ターピリジ
ン誘導体、フェナントロリン誘導体、キノリン誘導体な
どが挙げられる。さらに、上記記載の配位子に加えて、
チオシアン酸基、シアン基、クロロ基、ブロモ基などを
配位させたものが良い。また、単核錯体に限らず、多角
錯体でもよい。上記以外にも、フタロシアニン系錯体、
ポルフィリン系錯体なども挙げられる。
In the metal complex, the central metal is, for example, ruthenium, osmium, iron, copper, nickel, cobalt,
Palladium or the like can be used, and the ligand preferably contains a π-conjugated system, and examples thereof include a bipyridine derivative, a terpyridine derivative, a phenanthroline derivative, and a quinoline derivative. Furthermore, in addition to the ligand described above,
Those in which a thiocyanate group, a cyan group, a chloro group, a bromo group and the like are coordinated are preferable. Further, it is not limited to a mononuclear complex and may be a polygonal complex. In addition to the above, phthalocyanine-based complex,
Examples include porphyrin-based complexes.

【0034】有機分子としては、例えばローダミンB、
ローズベンガル、エオシン、エリスロシン等のキサンテ
ン系色素、キノシアニン、クリプトシアニン等のシアニ
ン系色素、フェノサフラニン、チオシン、メチレンブル
ー等の塩基性染料、アントラキノン系色素、多環キノン
系色素等を用いることができる。尚、光増感剤は上記の
ものを単一で用いてもよいし、2種以上混合して用いて
もかまわない。
Examples of organic molecules include rhodamine B,
A xanthene dye such as rose bengal, eosin and erythrosine, a cyanine dye such as quinocyanine and cryptocyanine, a basic dye such as phenosafranine, thiocin and methylene blue, an anthraquinone dye, a polycyclic quinone dye and the like can be used. The above-mentioned photosensitizers may be used alone or in combination of two or more kinds.

【0035】本発明においては、光増感剤としての色素
の担持量は、紫外−可視吸光スペクトル測定によって色
素の吸光度から色素量を換算して求める。また、半導体
膜に必要に応じて添加した本発明の複合半導体以外の半
導体が混合している時は、これらにも光増感剤は吸着可
能である。その際には、半導体膜に混在する全ての物質
に吸着した全ての光増感剤を本発明における光増感剤量
とする。光増感剤は、先述したような複合半導体に予め
担持してもよく、複合半導体を含んでなる半導体膜を形
成後に担持してもよく、半導体膜を焼結後に担持しても
よい。更に、コア部のn型半導体の一次粒子、あるいは
コア部の粒子を予め焼結した焼結体に光増感剤を担持さ
せた後に、先述したシェル部の材料を被覆した形状をと
ってもよい。
In the present invention, the supported amount of the dye as the photosensitizer is determined by converting the dye amount from the absorbance of the dye by UV-visible absorption spectrum measurement. Further, when a semiconductor other than the composite semiconductor of the present invention, which is optionally added, is mixed in the semiconductor film, the photosensitizer can be adsorbed to these as well. At that time, all the photosensitizers adsorbed on all the substances mixed in the semiconductor film are defined as the photosensitizer amount in the present invention. The photosensitizer may be preliminarily supported on the composite semiconductor as described above, may be supported after forming a semiconductor film containing the composite semiconductor, or may be supported after sintering the semiconductor film. Furthermore, the n-type semiconductor primary particles of the core portion or the sintered body obtained by previously sintering the particles of the core portion may carry the photosensitizer, and then may have a shape in which the material of the shell portion described above is coated.

【0036】次に本発明の半導体膜を積層する導電性支
持体を構成する透明性基板と透明導電膜について以下に
説明する。本発明で透明とは、光の透過率が10%以上
であることを意味し、50%以上であることが好まし
く、70%以上が特に好ましい。本発明に用いる透明性
基板としては、上記透明性を有するガラスや有機物など
を用いることができ、特に限定はされない。
Next, the transparent substrate and the transparent conductive film which constitute the conductive support for laminating the semiconductor film of the present invention will be described below. In the present invention, “transparent” means that the light transmittance is 10% or more, preferably 50% or more, and particularly preferably 70% or more. As the transparent substrate used in the present invention, the above-mentioned transparent glass or organic substance can be used and is not particularly limited.

【0037】具体的には、有機物の例としては、透明ポ
リマーフィルムが挙げられ、ポリエチレンテレフタレー
ト(PET)、ポリエチレンナフタレート(PEN)、
シンジオタクチックポリスチレン(SPS)、ポリフェ
ニレンスルフィド(PPS)、ポリアリレート(PA
r)、ポリスルフォン(PSF)、ポリエーテルスルフ
ォン(PES)、ポリエーテルイミド(PEI)、ポリ
カーボネート(PC)、テトラアセチルセルロース(T
AC)、ポリメタクリル酸メチル(PMMA)などを用
いることができる。一方、透明導電膜としても上記透明
性を有するものであれば良く、好ましいものには金属酸
化物半導体が挙げられ、例えばITO(In―Sn―O
化合物)やFTO(フッ素などがドープされた酸化ス
ズ)、あるいは酸化亜鉛などが好適である。
Specifically, examples of organic substances include transparent polymer films such as polyethylene terephthalate (PET), polyethylene naphthalate (PEN),
Syndiotactic polystyrene (SPS), polyphenylene sulfide (PPS), polyarylate (PA
r), polysulfone (PSF), polyethersulfone (PES), polyetherimide (PEI), polycarbonate (PC), tetraacetyl cellulose (T
AC), polymethylmethacrylate (PMMA) and the like can be used. On the other hand, the transparent conductive film may be any one having the above-mentioned transparency, and a preferable example thereof is a metal oxide semiconductor, for example, ITO (In-Sn-O).
Compounds), FTO (tin oxide doped with fluorine, etc.), zinc oxide and the like are preferable.

【0038】以下に、本発明の複合半導体および複合半
導体を含有する半導体膜が導電性支持体上に積層してな
る光電変換素子の製造方法について詳細に説明する。本
発明の複合半導体は、コア部に用いる材料に予めシェル
部に用いる材料を被覆して製造する場合とコア部に用い
る材料を焼結一体化したものにシェル部に用いる材料を
被覆して製造する方法の2法に大別できるが、シェル部
に用いる材料の前駆体となる有機、無機の金属化合物を
用いることもできる。尚、コア部に用いる材料を焼結一
体化したものにシェル部に用いる材料を被覆して製造す
る方法の場合は本発明の半導体膜を製造する過程で複合
半導体を製造することが可能となる。
The method for producing the photoelectric conversion element in which the composite semiconductor of the present invention and the semiconductor film containing the composite semiconductor of the present invention are laminated on a conductive support will be described in detail below. The composite semiconductor of the present invention is manufactured by coating the material used for the core part with the material used for the shell part in advance and by manufacturing the compound used for the core part by sintering and integrating the material used for the shell part. The method can be roughly divided into two methods, but an organic or inorganic metal compound that is a precursor of the material used for the shell portion can also be used. In the case of a method of manufacturing by sintering the material used for the core part and coating the material used for the shell part, it becomes possible to manufacture a composite semiconductor in the process of manufacturing the semiconductor film of the present invention. .

【0039】以下の4通りの具体的製造方法を例示す
る。第一の方法は、複合半導体の粒子を作製する工程、
該複合半導体の粒子を含む分散液を作製する工程、該分
散液を導電性支持体上に塗布する塗布工程、それに引き
続く焼結工程を経て導電性支持体上に半導体膜を形成
し、さらに所望により光増感剤を該半導体膜内に吸着さ
せる吸着工程の順によって光電変換素子を製造する方法
である。
The following four specific manufacturing methods will be illustrated. The first method is a step of producing composite semiconductor particles,
A step of preparing a dispersion liquid containing the particles of the composite semiconductor, a coating step of coating the dispersion liquid on a conductive support, and a subsequent sintering step to form a semiconductor film on the conductive support, and further desired Is a method for producing a photoelectric conversion element by the order of an adsorption step of adsorbing the photosensitizer in the semiconductor film.

【0040】第二の方法は、予め粒子状の複合半導体を
作製せずに、該複合半導体のコア部材料とシェル部材料
またはその前駆体を含む分散液を作製する工程、該分散
液を導電性支持体上に塗布する塗布工程、それに引き続
く焼結工程(この工程で複合半導体が形成すると同時に
半導体膜が形成される)、さらに所望により光増感剤を
該半導体膜内に吸着させる吸着工程の順によって光電変
換素子を製造する方法である。
The second method is a step of preparing a dispersion liquid containing a core material and a shell material of the composite semiconductor or a precursor thereof without preparing a particulate composite semiconductor in advance, and the dispersion liquid is electrically conductive. Coating step of coating on a flexible support, a subsequent sintering step (a semiconductor film is formed at the same time when a composite semiconductor is formed in this step), and an adsorption step of adsorbing a photosensitizer into the semiconductor film, if desired. It is a method of manufacturing a photoelectric conversion element in the order of.

【0041】第三の方法は、予め粒子状の複合半導体を
作製せずに、該複合半導体のコア部材料を含む分散液を
作製する工程、該分散液を導電性支持体上に塗布する塗
布工程、所望によりそれに引き続く乾燥又は焼結工程、
次いでシェル部材料またはその前駆体の溶液または分散
液に浸漬するかシェル部材料またはその前駆体の溶液ま
たは分散液を塗設するなどの方法でシェル部材料又はそ
の前駆体を付着させ、所望により再度焼結する工程(こ
の工程で複合半導体が形成すると同時に半導体膜が形成
される)、さらに所望により光増感剤を該半導体膜内に
吸着させる吸着工程の順によって光電変換素子を製造す
る方法である。
The third method is a step of preparing a dispersion liquid containing the core material of the composite semiconductor without preparing a particulate composite semiconductor in advance, and coating the dispersion liquid on a conductive support. A process, optionally a subsequent drying or sintering process,
Then, the shell material or the precursor thereof is attached by a method such as dipping in a solution or a dispersion liquid of the shell material or a precursor thereof, or applying a solution or a dispersion liquid of the shell material or a precursor thereof, and if desired, A method for manufacturing a photoelectric conversion element by the steps of re-sintering (a semiconductor film is formed at the same time when a composite semiconductor is formed in this step) and, if desired, an adsorption step of adsorbing a photosensitizer in the semiconductor film. Is.

【0042】第四の方法は、予め粒子状の複合半導体を
作製せずに、該複合半導体のコア部材料を含む分散液を
作製する工程、該分散液を導電性支持体上に塗布する塗
布工程、所望によりそれに引き続く乾燥又は焼結工程、
次いで所望により光増感剤を該膜内に吸着させる吸着工
程、次いでシェル部材料またはその前駆体の溶液または
分散液に浸漬するかシェル部材料またはその前駆体の溶
液または分散液を塗設するなどの方法でシェル部材料又
はその前駆体を付着させ、所望により再度焼結する工程
(この工程で複合半導体が形成すると同時に半導体膜も
形成される)の順によって光電変換素子を製造する方法
である。
The fourth method is a step of preparing a dispersion liquid containing a core material of the composite semiconductor without preparing a particulate composite semiconductor in advance, and applying the dispersion liquid onto a conductive support. A process, optionally a subsequent drying or sintering process,
Next, if desired, an adsorption step of adsorbing the photosensitizer in the film, followed by dipping in a solution or dispersion of the shell material or its precursor, or applying a solution or dispersion of the shell material or its precursor. A method of manufacturing a photoelectric conversion element by the steps of depositing a shell material or a precursor thereof by a method such as the above and sintering again if desired (in this step, a semiconductor film is simultaneously formed with a composite semiconductor). is there.

【0043】上記記載のシェル部材料の前駆体には、好
ましくは有機金属化合物や無機金属化合物が用いられ
る。上記方法のうち、第二から第四の方法で行う場合
で、かつ、シェル部にチタン酸金属塩を作製する場合に
は、シェル部材料をそのまま用いる方法ならば上記記述
以外に特に制限はないが、シェル部材料をその前駆体か
ら、焼結工程で形成して目的の複合半導体を作製する場
合には、焼結の容易さなどの観点からコア部は結晶性酸
化チタンが好ましい。これらのなかで、本発明の複合半
導体を光電変換素子に用いた場合に電子伝導能力が優れ
ると言った観点から、第三および第四の方法が好ましく
用いられる場合がある。また、製造の容易さの観点から
は、第二の方法が好ましく用いられる場合がある。
As the precursor of the shell material described above, an organic metal compound or an inorganic metal compound is preferably used. Of the above methods, when the second to fourth methods are used and when the metal titanate salt is produced in the shell part, there is no particular limitation other than the above description as long as the shell part material is used as it is. However, when the shell material is formed from its precursor in the sintering step to produce the desired composite semiconductor, the core portion is preferably crystalline titanium oxide from the viewpoint of ease of sintering. Of these, the third and fourth methods may be preferably used from the viewpoint of excellent electron conductivity when the composite semiconductor of the present invention is used in a photoelectric conversion element. The second method may be preferably used from the viewpoint of ease of production.

【0044】以下に上記各工程条件について詳説する。
先ず、分散液を作製する工程について説明する。本発明
において、複合半導体、コア部材料或いはシェル部材料
またはその前駆体を含む分散液の媒体は、室温下におい
て液状を保持できれば特に制限はなく、例えば水や、エ
タノール、メタノール、プロパノール、ブタノール、イ
ソプロピルアルコールなどといったアルコール系有機溶
媒や、アセトン、アセトニトリル、プロピオ二トリル、
ジメチルスルホキシド、ジメチルホルムアミドなどとい
った親水性有機溶媒や、ジクロロメタン、クロロホル
ム、四塩化炭素、酢酸エチル、ジエチルエーテル、テト
ラヒドロフラン、トルエンなどといった疎水性有機溶媒
及びこれらの混合物などが挙げられる。
The above process conditions will be described in detail below.
First, the process of producing a dispersion liquid will be described. In the present invention, the composite semiconductor, the medium of the dispersion containing the core material or shell material or its precursor is not particularly limited as long as it can maintain a liquid state at room temperature, for example, water, ethanol, methanol, propanol, butanol, Alcohol-based organic solvents such as isopropyl alcohol, acetone, acetonitrile, propionitol,
Examples thereof include hydrophilic organic solvents such as dimethylsulfoxide and dimethylformamide, hydrophobic organic solvents such as dichloromethane, chloroform, carbon tetrachloride, ethyl acetate, diethyl ether, tetrahydrofuran and toluene, and mixtures thereof.

【0045】さらに、複合半導体またはコア部材料の分
散性を高めたり、粘度を調整するといった目的で、アセ
チルアセトンなどの有機物バインダー、金属過酸化物
(例えば過酸化チタン、過酸化スズ、過酸化ニオブ等)
や金属アルコキシドなどの無機物バインダー、硝酸、硫
酸といった無機物、ポリエチレングリコール、ポリプロ
ピレングリコール、セルロース及びその変性体などの高
分子化合物、ノニオン系、アニオン系、カチオン系やシ
リコーン系などの各種界面活性剤類、キレート補助剤類
を添加して用いることもできる。
Further, an organic binder such as acetylacetone, a metal peroxide (for example, titanium peroxide, tin peroxide, niobium peroxide, etc.) for the purpose of enhancing the dispersibility of the composite semiconductor or the core material and adjusting the viscosity. )
And inorganic binders such as metal alkoxides, inorganics such as nitric acid and sulfuric acid, polyethylene glycol, polypropylene glycol, polymer compounds such as cellulose and its modified products, various surfactants such as nonionic, anionic, cationic and silicone type, A chelating auxiliary agent can also be added and used.

【0046】また、分散液内の混合性をよくするため
に、本発明に用いる複合半導体やコア材料の結晶性n型
半導体は予め以下に記す処理しておくことも可能であ
る。例えば、結晶性n型半導体として結晶性酸化チタン
を用いた場合、硝酸加熱処理を数時間施すことで、媒体
に高い分散性をもつ粉末を得ることができる。分散液の
固型分質量濃度は、特に限定は無く、塗布のしやすさ、
乾燥の速さなどによって適宜選択されるが、好ましくは
10〜50%で、さらに好ましくは15〜40%であ
る。
Further, in order to improve the mixing property in the dispersion liquid, the composite semiconductor used in the present invention or the crystalline n-type semiconductor of the core material may be previously treated as described below. For example, when crystalline titanium oxide is used as the crystalline n-type semiconductor, a nitric acid heat treatment can be performed for several hours to obtain a powder having high dispersibility in the medium. The solid content mass concentration of the dispersion is not particularly limited, the ease of application,
It is appropriately selected depending on the drying speed and the like, but is preferably 10 to 50%, more preferably 15 to 40%.

【0047】分散液を作製する際の混合条件は特に限定
されないが、より微分散をさせることを目的として、ペ
イントシェーカー、ボールミル、ホモジナイザーといっ
た混合攪拌機や超音波ホモジナイザーなどを使用でき
る。また、分散される粒子を予め乳鉢などによって、十
分に粉砕しておくことも有効な手段である。コア材料の
結晶性n型半導体と、シェル材料の前駆体である有機金
属化合物や無機金属化合物を混合する場合は、それぞれ
を独立に或いは混合後に上記の条件下で分散することが
できる。独立に分散した場合は、必要に応じて、分散後
に混ぜ合わせて使用できる。シェル部材料の前駆体を溶
液で供給する場合は、後述の前駆体が溶解する媒体を用
いて行われる。具体的には、上記分散液と同様の媒体が
使用できる。
The mixing conditions for preparing the dispersion are not particularly limited, but a mixing stirrer such as a paint shaker, a ball mill and a homogenizer, an ultrasonic homogenizer and the like can be used for the purpose of more fine dispersion. It is also an effective means to sufficiently pulverize the dispersed particles in advance with a mortar or the like. When the crystalline n-type semiconductor of the core material and the organometallic compound or the inorganic metal compound which is the precursor of the shell material are mixed, they can be dispersed individually or after mixing under the above conditions. When dispersed independently, they can be mixed and used after dispersion, if necessary. When the precursor of the shell material is supplied as a solution, a medium in which the precursor described later is dissolved is used. Specifically, the same medium as the above dispersion liquid can be used.

【0048】複合半導体のシェル部には、金属炭酸塩、
金属酸化物およびチタン酸金属塩のいずれかを用いる
が、先述したように、これらの材料を直接用いても良い
し、これらの材料の前駆体である有機金属化合物や無機
金属化合物を用いても良い。シェル部材料を前駆体で供
給する場合の有機金属化合物および無機金属化合物は、
後の焼結工程において、シェル部を形成する目的の材料
に変化するものであれば特に限定はないが、具体的に
は、有機金属化合物としては酢酸塩、シュウ酸塩、ギ酸
塩、安息香酸塩の有機金属塩や金属アルコキシドなどの
低分子有機金属化合物類、ポリアクリル酸金属塩に代表
される高分子有機金属化合物類が例示でき、無機金属化
合物としては硝酸塩、硫酸塩、塩化物塩、リン酸塩、珪
酸塩などが例示できる。また、これらの材料を組み合わ
せて用いることもできる。これらの中で、有機金属化合
物は、その有機物が半導体膜に残存しにくいといった観
点から低分子有機金属化合物類が好ましく、最も好まし
くはシュウ酸塩である。また、無機金属化合物は、残留
物の残存のしやすさや焼結などによって過熱された際に
発生するガスの安全性といった観点から硝酸塩が好まし
い。
A metal carbonate,
Although either a metal oxide or a metal titanate is used, as described above, these materials may be used directly, or an organometallic compound or an inorganic metal compound which is a precursor of these materials may be used. good. The organometallic compound and the inorganic metallic compound when the shell part material is supplied as a precursor are
In the subsequent sintering step, there is no particular limitation as long as it can be changed to a material for forming the shell portion, but specifically, the organometallic compound is acetate, oxalate, formate, benzoic acid. Low molecular weight organometallic compounds such as organometallic salts and metal alkoxides of salts, high molecular weight organometallic compounds represented by polyacrylic acid metal salts can be exemplified, and as inorganic metal compounds, nitrates, sulfates, chloride salts, Examples thereof include phosphates and silicates. Further, these materials can be used in combination. Among these, the organometallic compound is preferably a low molecular weight organometallic compound, and most preferably an oxalate, from the viewpoint that the organic substance is unlikely to remain in the semiconductor film. In addition, the inorganic metal compound is preferably a nitrate salt from the viewpoint of the ease of leaving a residue and the safety of the gas generated when overheated by sintering or the like.

【0049】次に塗布工程について説明する。本発明の
おいて塗布の方法は特に限定されず、導電性支持体上に
半導体膜を形成できれば良いが、具体的には、スクリー
ン印刷法、スピンコーター法、ディップコーター法、ド
クターブレード法、ワイヤーバーによる塗布法などが例
示できる。塗布後は、必要であれば室温にて乾燥させる
工程を施してもよい。また塗布作業を数回に分けて重ね
塗りする場合は、一回の塗布ごとに上記記述の乾燥工程
を行う方が好ましい。また、下記に述べる焼結工程のみ
を行うことで、上記記載の乾燥工程をかねてもよい。
Next, the coating process will be described. The method of coating in the present invention is not particularly limited as long as it can form a semiconductor film on a conductive support, and specifically, a screen printing method, a spin coater method, a dip coater method, a doctor blade method, a wire. A coating method using a bar can be exemplified. After application, a step of drying at room temperature may be performed if necessary. Further, when the coating operation is divided into several times and repeated coating is performed, it is preferable to perform the above-described drying step for each coating. Further, the drying step described above may be omitted by performing only the sintering step described below.

【0050】次に焼結工程について説明する。本発明に
おいて焼結温度は、用いる半導体の種類、シェルの種
類、必要な焼結程度や用いる導電性支持体の耐熱性によ
って異なり、目的に応じて適宜選択される。一般には、
焼結温度が高い方が、短時間で粒子同士を接合すること
ができ、粒子間のより高い導電性が得られやすいため好
ましいが、物質によっては結晶相転移を起こして光電変
換性能を落とす場合がある。また、導電性支持体の種類
も焼結温度を決定するにあたり重要である。即ち、導電
性支持体は、透明性基板と透明導電膜から構成され、そ
れぞれに耐熱温度がある。
Next, the sintering process will be described. In the present invention, the sintering temperature varies depending on the type of semiconductor used, the type of shell, the required degree of sintering, and the heat resistance of the conductive support used, and is appropriately selected according to the purpose. In general,
Higher sintering temperature is preferable because particles can be bonded to each other in a short time and higher conductivity between particles is easily obtained, but depending on the substance, a crystal phase transition may occur to deteriorate photoelectric conversion performance. There is. The type of conductive support is also important in determining the sintering temperature. That is, the conductive support is composed of a transparent substrate and a transparent conductive film, and each has a heat resistant temperature.

【0051】例えば、透明性基板にポリマーフィルムな
どの融点や軟化点の低い有機物を用い、透明導電膜にI
TOを用いた時は、ポリマーフィルムの耐熱温度より低
い焼結温度とすればよく、好ましくは250℃以下、よ
り好ましくは200℃以下がよい。一方、透明性基板に
ガラスを用い、透明導電膜にFTOを用いた時は、ガラ
スの耐熱温度より低い焼結温度とすることが必要で、好
ましくは600℃以下がよい。焼結時間は、好ましくは
10分以上1時間以下、より好ましくは20分以上1時
間以下である。
For example, an organic material having a low melting point or softening point such as a polymer film is used for the transparent substrate and I is used for the transparent conductive film.
When TO is used, the sintering temperature may be lower than the heat resistant temperature of the polymer film, preferably 250 ° C. or lower, more preferably 200 ° C. or lower. On the other hand, when glass is used for the transparent substrate and FTO is used for the transparent conductive film, the sintering temperature needs to be lower than the heat resistant temperature of glass, and preferably 600 ° C. or lower. The sintering time is preferably 10 minutes or more and 1 hour or less, more preferably 20 minutes or more and 1 hour or less.

【0052】焼結時の雰囲気ガスに関しては特に限定は
無く、目的に応じ、適宜選択される。具体的には、窒
素、アルゴンといった不活性ガス雰囲気、水素に代表さ
れる還元雰囲気、窒素と酸素の混合ガス雰囲気、大気、
炭酸ガス、酸素などを使用できる。これらの中で、とり
わけシェル部材料をその前駆体で供給して焼結時にシェ
ル部材料を形成するような工程においては、大気や、窒
素と酸素の混合ガス雰囲気が好適に使用される。この場
合の窒素と酸素の混合比率は、目的の構造体を得るため
に適宜選択できる。
The atmosphere gas at the time of sintering is not particularly limited and may be appropriately selected depending on the purpose. Specifically, an inert gas atmosphere such as nitrogen or argon, a reducing atmosphere represented by hydrogen, a mixed gas atmosphere of nitrogen and oxygen, the atmosphere,
Carbon dioxide, oxygen, etc. can be used. Among them, the atmosphere or a mixed gas atmosphere of nitrogen and oxygen is preferably used particularly in the step of supplying the shell material with its precursor to form the shell material during sintering. In this case, the mixing ratio of nitrogen and oxygen can be appropriately selected to obtain the target structure.

【0053】以上の条件で形成された焼結後の半導体膜
の厚さは、好ましくは0.5μm以上50μm以下、よ
り好ましくは1.0μm以上30μm以下である。0.
5μmより薄い厚さでは前記の光増感剤を充分に吸着さ
せることができず、エネルギー変換効率を高めることは
できない。一方、50μmより厚くなると、半導体膜そ
のものの機械的強度が低下し導電性支持体から剥がれや
すくなると同時に光透過性が低下し、光増感剤まで十分
な光が到達しなくなる不具合が生じる。また、半導体膜
内の電子移動経路が長くなり、内部抵抗が増加しエネル
ギー変換効率が低下する恐れがある。
The thickness of the sintered semiconductor film formed under the above conditions is preferably 0.5 μm or more and 50 μm or less, more preferably 1.0 μm or more and 30 μm or less. 0.
If the thickness is less than 5 μm, the above-mentioned photosensitizer cannot be sufficiently adsorbed and the energy conversion efficiency cannot be increased. On the other hand, when the thickness is more than 50 μm, the mechanical strength of the semiconductor film itself is lowered and the semiconductor film is easily peeled off from the conductive support, and at the same time, the light transmittance is lowered, resulting in a problem that sufficient light cannot reach the photosensitizer. In addition, the electron transfer path in the semiconductor film becomes long, the internal resistance increases, and the energy conversion efficiency may decrease.

【0054】次に、光増感剤を半導体膜内に担持させる
吸着工程について説明する。ここでは、光増感剤として
色素を用いた場合について詳細を示すが、半導体膜内の
複合半導体、および必要に応じて添加したその他の物質
に光増感剤を安定に吸着させることができれば吸着工程
に特に制限はない。
Next, the adsorption step of supporting the photosensitizer in the semiconductor film will be described. Here, details of the case where a dye is used as the photosensitizer will be described. However, if the photosensitizer can be stably adsorbed to the composite semiconductor in the semiconductor film and other substances added as necessary, adsorption is possible. There is no particular limitation on the process.

【0055】以下に、光増感剤としての色素を溶解した
溶液に光電変換素子を接触することで吸着させることを
例に吸着工程を説明する。色素を溶解する溶媒は有機溶
媒なら特に限定はないが、好ましくはエタノール、ジメ
チルスルホキシド、アセトニトリルなどが挙げられる。
色素濃度は、使用する色素及び溶媒の種類によって適宜
調整することができるが、例えば1×10 -5mol/l
以上、さらに5×10-5mol/l〜1×10-2mol
/l程度が好ましい。吸着は、上記色素溶媒に半導体膜
を数時間から数日間浸漬させる方法でも良いし、上記色
素溶媒に半導体膜を入れた状態で50℃〜150℃(溶
媒によっては還流状態)での吸着を10分以上数時間以
下程度で行うこともできる。以上、どちらの方法でも可
能であるが、後者の方がより好ましい。吸着後は、膜表
面を非プロトン性又は疎水性溶媒で洗うことが好まし
い。
Below, a dye as a photosensitizer was dissolved.
It is adsorbed by contacting the photoelectric conversion element with the solution.
The adsorption process will be described as an example. Solvents that dissolve dyes are organic
The medium is not particularly limited, but preferably ethanol or dime
Examples include tyl sulfoxide, acetonitrile and the like.
Appropriate dye concentration depends on the type of dye and solvent used
It can be adjusted, for example, 1 × 10 -Fivemol / l
Above, further 5 × 10-Fivemol / l-1 × 10-2mol
/ L is preferable. Adsorption is performed on the above dye solvent with a semiconductor film.
The method of soaking for a few hours to several days
50 ℃ to 150 ℃ (melting condition)
Adsorption under reflux condition (depending on the medium) is 10 minutes or more and several hours or less.
It can also be done below. Above, either method is possible
However, the latter is more preferable. After adsorption, the film surface
It is preferable to wash the surface with an aprotic or hydrophobic solvent.
Yes.

【0056】次に、上記のようにして製造した光電変換
素子を、光化学電池に用いる方法について説明する。本
発明の光電変換素子を用いた光化学電池の構造を図1に
示すとともに以下に図1に基づいて説明する。透明性基
板1と透明導電膜4からなる導電性支持体の透明導電膜
4の上、本発明の複合半導体を含んでなる半導体膜2が
積層されてなる光電変換素子が陰極となる。半導体膜2
には、所望により光増感剤が担持されている。この光電
変換素子の半導体膜2側は、電解質層3を介して、正極
として働く透明性基板6で支持された対向電極5が対向
している。
Next, a method of using the photoelectric conversion element manufactured as described above in a photochemical cell will be described. The structure of a photochemical cell using the photoelectric conversion element of the present invention is shown in FIG. 1 and will be described below with reference to FIG. The photoelectric conversion element formed by stacking the semiconductor film 2 containing the composite semiconductor of the present invention on the transparent conductive film 4 of the conductive support composed of the transparent substrate 1 and the transparent conductive film 4 serves as a cathode. Semiconductor film 2
Optionally, a photosensitizer is supported. On the semiconductor film 2 side of this photoelectric conversion element, a counter electrode 5 supported by a transparent substrate 6 serving as a positive electrode is opposed via the electrolyte layer 3.

【0057】以下、電解質層3と対向電極5について詳
しく解説する。電解質層3は光増感剤や半導体に電子を
補充する機能を有する層である。代表的な例としては酸
化還元対を有機溶媒に溶解した液体、酸化還元対を有機
溶媒に溶解した液体をポリマーマトリックスに含浸した
いわゆるゲル電解質、酸化還元対を含有する溶融塩また
は無機あるいは有機の固体電解質などが挙げられる。ま
た、ホール輸送能力をもつ有機ポリマーや、CuIやC
uNCSといったp型半導体を用いても上記記載内容と
同様な働きをすることが可能である。
The electrolyte layer 3 and the counter electrode 5 will be described in detail below. The electrolyte layer 3 is a layer having a function of supplementing electrons to the photosensitizer and the semiconductor. As a typical example, a liquid in which a redox couple is dissolved in an organic solvent, a so-called gel electrolyte in which a liquid in which a redox couple is dissolved in an organic solvent is impregnated in a polymer matrix, a molten salt containing a redox couple or an inorganic or organic Examples include solid electrolytes. In addition, organic polymers with hole transport capability, CuI and C
Even if a p-type semiconductor such as uNCS is used, the same operation as described above can be achieved.

【0058】酸化還元対としては例えばヨウ素とヨウ化
物(例えばヨウ化リチウム、ヨウ化テトラブチルアンモ
ニウム、ヨウ化テトラプロピルアンモニウム等)の組み
合わせ、臭素と臭化物の組み合わせ、アルキルビオロー
ゲンとその還元体の組み合わせなどが挙げられる。ま
た、キノン/ハイドロキノン、鉄(II)イオン/鉄(II
I)イオン、銅(I)イオン/銅(II)イオンなども可能
である。さらに、電解質溶液の電気伝導度を上げる目的
で、電解質溶液中に支持電解質を加えてもよい。支持電
解質としては、塩化カルシウム、硫酸ナトリウム、塩化
アンモニウム等を挙げることができる。これらを溶かす
有機溶媒には、非プロトン性の極性溶媒(例えばアセト
ニトリル、メトキシアセトニトリル、メトシキプロピオ
ニトリル、炭酸エチレン、炭酸プロピレン、ジメチルホ
ルムアミド、ジメチルスルホキシド、1,3−ジメチル
イミダゾリノン、3−メチルオキサゾリジノン等)が好
ましい。酸化還元対は電子のキャリアになるので、ある
程度の濃度が必要であり、望ましい濃度は0.01mo
l/l以上であり、より好ましくは0.3mol/l以
上である。
As the redox couple, for example, a combination of iodine and iodide (for example, lithium iodide, tetrabutylammonium iodide, tetrapropylammonium iodide, etc.), a combination of bromine and bromide, a combination of alkyl viologen and a reduced form thereof, etc. Is mentioned. In addition, quinone / hydroquinone, iron (II) ion / iron (II
I) ion, copper (I) ion / copper (II) ion, etc. are also possible. Further, a supporting electrolyte may be added to the electrolyte solution for the purpose of increasing the electric conductivity of the electrolyte solution. Examples of the supporting electrolyte include calcium chloride, sodium sulfate, ammonium chloride and the like. Organic solvents that dissolve these include aprotic polar solvents (eg, acetonitrile, methoxyacetonitrile, methoxypropionitrile, ethylene carbonate, propylene carbonate, dimethylformamide, dimethyl sulfoxide, 1,3-dimethylimidazolinone, 3-methyl). Oxazolidinone) is preferred. Since the redox couple serves as an electron carrier, a certain concentration is required, and a desirable concentration is 0.01 mo.
It is 1 / l or more, more preferably 0.3 mol / l or more.

【0059】対向電極5としてはその導電性などの観点
から白金、パラジウム、金、銀などの貴金属材料あるい
は銅やアルミニウムなどの金属材料を用いることが可能
である。また、カーボンでも可能である。電解質層との
接触の際の安定性や触媒効果などを考慮すると、好まし
くは白金がよい。また、光透過性までを考慮すると、前
述の透明導電性材料も選択可能であり、ITOやFTO
などの透明導電膜も利用できる。
As the counter electrode 5, it is possible to use a noble metal material such as platinum, palladium, gold, or silver, or a metal material such as copper or aluminum from the viewpoint of conductivity. It is also possible to use carbon. Considering the stability and the catalytic effect at the time of contact with the electrolyte layer, platinum is preferable. In addition, considering the light transmittance, the above-mentioned transparent conductive material can be selected, such as ITO or FTO.
It is also possible to use a transparent conductive film such as.

【0060】また、対向電極5を支持している透明性基
板6に関しては、透明性基板1に同じ材料で可能であ
る。尚、本発明では対向電極に金属材料を用いた場合、
透明性基板との間に陰極のように透明導電膜4を必要に
応じて用いてかまわない。光化学電池の組み立て方とし
ては、公知の方法によって行う。あらかじめ作製した陰
極と陽極を前もって固定してから、電解質を注入しても
良いし、どちらかの電極上に電解質を滴下した後、その
上から対極を重ねて電池としても良い。その際、両電極
間にフィルム状や粒子状のスペーサーを介在させていて
もよい。
The transparent substrate 6 supporting the counter electrode 5 can be made of the same material as the transparent substrate 1. In the present invention, when a metal material is used for the counter electrode,
A transparent conductive film 4 such as a cathode may be used between the transparent substrate and the transparent substrate if necessary. The photochemical cell is assembled by a known method. An electrolyte may be injected after previously fixing a cathode and an anode prepared in advance, or an electrolyte may be dropped on either of the electrodes and then the counter electrode may be stacked thereon to form a battery. At that time, a film-shaped or particle-shaped spacer may be interposed between both electrodes.

【0061】光化学電池では電解質層などの構成物の蒸
発を防ぐために、公知の方法によって、電池セルの側面
をパラフィンなどのポリマーやエポキシ系樹脂、ポリア
クリレート系樹脂、シリコーン系樹脂、フッ素系樹脂な
どの接着剤で密封することが好ましい。また、透明性基
板1または6が融点、軟化点が低いポリマーフィルムの
場合は融着させ密封することも可能である。
In the photochemical battery, in order to prevent the evaporation of components such as the electrolyte layer, the side surface of the battery cell is coated with a polymer such as paraffin, an epoxy resin, a polyacrylate resin, a silicone resin, a fluorine resin by a known method. It is preferable to seal with the adhesive. Further, when the transparent substrate 1 or 6 is a polymer film having a low melting point and a low softening point, it can be fused and sealed.

【0062】[0062]

【発明の実施の形態】以下に本発明の光電変換素子およ
び光化学電池の作製方法について実施例によって具体的
に説明するが、本発明はこれらに限定されない。本実施
例における複合半導体のコアおよびシェルの組成同定
は、RINT−2500(理学電気(株)製)を用い、
測定条件は、線源がCu Kα線、走査軸が2θ/θ、
ステップ間隔が0.02°、スキャンスピードが4.0
°/min、加速電圧が40kV、加速電流が200m
Aで行い、得られた結果を、JCPDSカードを基に帰
属して求めた。なお、測定の際に使用したスリットは、
発散スリットが1°、散乱スリットが1°、受光スリッ
トが0.15mmであり、検出器の前にグラファイトモ
ノクロメーターを装着した。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, the method for producing a photoelectric conversion element and a photochemical cell of the present invention will be specifically described with reference to Examples, but the present invention is not limited thereto. RINT-2500 (manufactured by Rigaku Denki Co., Ltd.) was used to identify the composition of the core and shell of the composite semiconductor in this example.
The measurement conditions were Cu K α ray for the radiation source, 2θ / θ for the scanning axis,
Step interval is 0.02 °, scan speed is 4.0
° / min, acceleration voltage 40kV, acceleration current 200m
The results obtained were determined by belonging to the JCPDS card. In addition, the slit used at the time of measurement,
The divergence slit was 1 °, the scattering slit was 1 °, the light receiving slit was 0.15 mm, and a graphite monochromator was attached in front of the detector.

【0063】本実施例における色素吸着量は以下のよう
に導いた。MPC2200(島津製作所(株)製)を用
い、測定条件は、波長300nm〜800nmにおける
透過モードで行い、色素の吸光度から色素量を換算し
た。本実施例における光化学電池セルの性能は以下のよ
うに測定した。ソーラーシミュレーター(ワコム電創
(株)製)によって、約100mW/cm2である擬似
太陽光をセルに照射し、I−Vカーブトレーサー(英弘
精機(株)製)によって、開放電圧値(Voc)、曲線
因子(F.F.)を求めた。セル測定面積は、1cm2
である。
The dye adsorption amount in this example was derived as follows. Using MPC2200 (manufactured by Shimadzu Corporation), the measurement conditions were a transmission mode at a wavelength of 300 nm to 800 nm, and the dye amount was converted from the absorbance of the dye. The performance of the photochemical battery cell in this example was measured as follows. The solar simulator (manufactured by Wacom Denso Co., Ltd.) irradiates the cell with pseudo sunlight of about 100 mW / cm 2 , and the IV curve tracer (manufactured by Eiko Seiki Co., Ltd.) opened the voltage value (Voc). , Fill factor (FF) was determined. Cell measurement area is 1 cm 2.
Is.

【0064】また、本実施例に用いた結晶性酸化チタン
微粒子(日本アエロジル(株)製P−25)は、RIN
T−2500(理学電気(株)製)を用いてCu Kα
線による粉末X線回折測定を行ったところ、結晶性の高
いアナターゼ型とルチル型の混合物のピーク波形を示
し、その割合はアナターゼ:ルチル=約8:2で、アナ
ターゼ型のメインピークの(101)面のX線回折ピー
クの半価幅は約0.40°であった。本実施例における
シェルの厚みは、シェル前駆体材料中の金属元素量が同
定されたシェル材料に全て変化したことを前提とし、そ
の比重とコア半導体の比重及びコア半導体の平均粒径を
用いて算出した。
Further, the crystalline titanium oxide fine particles (P-25 manufactured by Nippon Aerosil Co., Ltd.) used in this example were RIN.
Cu K α using T-2500 (manufactured by Rigaku Denki Co., Ltd.)
When powder X-ray diffraction measurement by X-ray was performed, a peak waveform of a highly crystalline mixture of anatase type and rutile type was shown, and the ratio was anatase: rutile = about 8: 2, which was the main peak of anatase type (101 The half-value width of the X-ray diffraction peak of the () plane was about 0.40 °. The thickness of the shell in this example is premised on that the amount of the metal element in the shell precursor material is changed to the identified shell material, and using its specific gravity, the specific gravity of the core semiconductor, and the average particle diameter of the core semiconductor, It was calculated.

【0065】[0065]

【実施例1】(1)半導体膜用の分散液の作製 結晶性酸化チタン微粒子(日本アエロジル(株)製 P
−25)6gと、水120gと、硝酸1.49gをまぜ
た後、80℃で約8時間の加熱処理を施した。放冷後、
エバポレーターにより水分を全て留去し粉末状にし、乳
鉢でよく粉砕した。n型半導体として上記記述の方法に
よって得られた結晶性酸化チタン微粒子1gと、水3.
68gと、シェル前駆体としてシュウ酸カルシウム・1
水和物0.21gをよくまぜ、超音波ホモジナイザーを
用いて約10分間分散した。分散後、1.7質量%過酸
化チタン水溶液(田中転写(株)製)1gと、Trit
on−X100(Aldrich社製)0.06gをゆ
っくりと加え撹拌した。
Example 1 (1) Preparation of Dispersion Liquid for Semiconductor Film Crystalline titanium oxide fine particles (P manufactured by Nippon Aerosil Co., Ltd.)
-25) 6 g, 120 g of water and 1.49 g of nitric acid were mixed and then heat-treated at 80 ° C. for about 8 hours. After cooling down,
All the water was distilled off with an evaporator to give a powder, which was well ground in a mortar. 1. As a n-type semiconductor, 1 g of crystalline titanium oxide fine particles obtained by the method described above, and 3.
68g and calcium oxalate as shell precursor-1
0.21 g of the hydrate was mixed well and dispersed using an ultrasonic homogenizer for about 10 minutes. After dispersion, 1 g of 1.7 mass% titanium peroxide aqueous solution (manufactured by Tanaka Transfer Co., Ltd.) and Trit
0.06 g of on-X100 (manufactured by Aldrich) was slowly added and stirred.

【0066】(2)光電変換素子(複合半導体含有半導
体電極)の作製 フッ素をドープした酸化スズ(FTO:シート抵抗約8
Ω/□)をコーティングした透明導電性ガラスの導電面
側にワイヤーバー(ワイヤー巻線部300m/m、芯径
12.5m/m、巻線径1.0m/m)を用いて(1)
の分散液を塗布した。塗布後室温にて約1時間風乾し
た。この透明導電性ガラスに塗布した半導体膜を電気炉
に入れ約30分間の焼結を500℃の温度で行った。焼
結後の膜厚は約8μm程度であった。得られた半導体膜
の粉末X線回折測定を行ったところ、複合半導体のコア
を形成している結晶性酸化チタン(アナターゼ型、ルチ
ル型の混合)と、シェルを形成している炭酸カルシウム
に帰属されるピークが観測された。また、シェルの厚み
は、1.1nmと算出された。次にシス−ジ(チオシア
ナト)−ビス(2,2’―ビピリジル−4,4’−ジカ
ルボキシレート)ルテニウム(II)のビス−テトラブチ
ルアンモニウム塩で表される分光増感色素のエタノール
溶液(3×10-4mol/l)中で約45分間還流し、
半導体膜内に上記色素を吸着させた。還流後はアセトニ
トリルで膜表面を軽く洗った。上記色素の吸着量は5.
5×10-8mol/cm2であった。
(2) Preparation of photoelectric conversion element (semiconductor electrode containing composite semiconductor) Fluorine-doped tin oxide (FTO: sheet resistance of about 8)
Use a wire bar (wire winding part 300m / m, core diameter 12.5m / m, winding diameter 1.0m / m) on the conductive surface side of transparent conductive glass coated with Ω / □) (1)
Was applied. After coating, it was air dried at room temperature for about 1 hour. The semiconductor film coated on this transparent conductive glass was placed in an electric furnace and sintered at a temperature of 500 ° C. for about 30 minutes. The film thickness after sintering was about 8 μm. When powder X-ray diffraction measurement of the obtained semiconductor film was carried out, crystalline titanium oxide (mixing of anatase type and rutile type) forming the core of the composite semiconductor and calcium carbonate forming the shell were assigned. The observed peak was observed. The thickness of the shell was calculated to be 1.1 nm. Next, an ethanol solution of a spectral sensitizing dye represented by a bis-tetrabutylammonium salt of cis-di (thiocyanato) -bis (2,2'-bipyridyl-4,4'-dicarboxylate) ruthenium (II) ( Refluxing in 3 × 10 −4 mol / l) for about 45 minutes,
The above dye was adsorbed in the semiconductor film. After the reflux, the membrane surface was lightly washed with acetonitrile. The adsorption amount of the above dye is 5.
It was 5 × 10 −8 mol / cm 2 .

【0067】(3)光化学電池の作製 対極には、スライドガラス上にスパッタにより膜厚約
0.1μm白金膜を作製し、さらに塩化白金酸水溶液を
数滴滴下し、乾燥、焼結(385℃、15分間)の工程
を経て白金微粒子が蒸着した、白金電極を準備した。電
解液(メトキシプロピオニトリルを溶媒としたヨウ素
0.05mol/l 、ヨウ化リチウム0.1mol/
l 、tert−ブチルピリジン0.5mol/l、ジ
メチルプロピルイミダゾリウムアイオダイド0.6mo
l/lの溶液)を調整し、作製した半導体電極上に電解
液を垂らし、その上から対極を重ねることで光化学電池
を作製した。
(3) Preparation of photochemical cell As a counter electrode, a platinum film having a thickness of about 0.1 μm was prepared on a slide glass by sputtering, and several drops of chloroplatinic acid aqueous solution were further dropped, followed by drying and sintering (385 ° C.). , 15 minutes) and platinum fine particles were vapor-deposited thereon to prepare a platinum electrode. Electrolyte solution (iodine 0.05 mol / l using methoxypropionitrile as a solvent, lithium iodide 0.1 mol / l
1, tert-butylpyridine 0.5 mol / l, dimethylpropyl imidazolium iodide 0.6 mo
1 / l solution) was prepared, an electrolytic solution was dropped on the prepared semiconductor electrode, and a counter electrode was overlaid thereon to prepare a photochemical cell.

【0068】(4)セル性能の測定 光の強度が約100mW/cm2である擬似太陽光を、
作製した光化学電池セルに照射することで、セル性能を
測定した。Voc=0.76V、F.F.=0.56で
あった。
(4) Measurement of cell performance Pseudo sunlight having an intensity of light of about 100 mW / cm 2
Cell performance was measured by irradiating the produced photochemical battery cell. Voc = 0.76V, F.V. F. Was 0.56.

【0069】[0069]

【実施例2】シュウ酸カルシウム・1水和物の添加量を
0.50gに変更した以外は、実施例1と同様にして半
導体膜用の分散液を作製し、実施例1と同様にして、光
電変換素子(複合半導体含有半導体電極)の作製、光化
学電池の作製、セル性能の測定を行ったところ、半導体
膜中に複合半導体のコアを形成している結晶性酸化チタ
ン(アナターゼ型、ルチル型の混合)と、シェルを形成
している炭酸カルシウムに帰属されるピークが観測され
た。また、シェルの厚みは、2.4nmと算出された。
また、色素吸着量は2.3×10-8mol/cm2であ
った。セル性能は、Voc=0.77V、F.F.=
0.60であった。
Example 2 A dispersion for a semiconductor film was prepared in the same manner as in Example 1 except that the amount of calcium oxalate monohydrate added was changed to 0.50 g, and the same procedure as in Example 1 was carried out. When a photoelectric conversion element (semiconductor electrode containing a composite semiconductor), a photochemical cell, and cell performance were measured, crystalline titanium oxide (anatase type, rutile) forming the core of the composite semiconductor in the semiconductor film was observed. And a peak attributed to the calcium carbonate forming the shell. The thickness of the shell was calculated to be 2.4 nm.
The amount of dye adsorbed was 2.3 × 10 −8 mol / cm 2 . The cell performance is Voc = 0.77V, F.S. F. =
It was 0.60.

【0070】[0070]

【実施例3】シュウ酸カルシウム・1水和物のかわり
に、シュウ酸マグネシウム・2水和物0.50gに変更
した以外は、実施例1と同様にして半導体膜用の分散液
を作製し、実施例1と同様にして、光電変換素子(複合
半導体含有半導体電極)の作製、光化学電池の作製、セ
ル性能の測定を行ったところ、半導体膜中に複合半導体
のコアを形成している結晶性酸化チタン(アナターゼ
型、ルチル型の混合)と、シェルを形成している酸化マ
グネシウムに帰属されるピークが観測された。また、シ
ェルの厚みは、0.60nmと算出された。また、色素
吸着量は6.1×10-8mol/cm2であった。セル
性能は、Voc=0.79V、F.F.=0.64であ
った。
Example 3 A dispersion for a semiconductor film was prepared in the same manner as in Example 1 except that 0.50 g of magnesium oxalate dihydrate was used instead of calcium oxalate monohydrate. A photoelectric conversion element (composite semiconductor-containing semiconductor electrode) was prepared, a photochemical cell was prepared, and cell performance was measured in the same manner as in Example 1. Crystals forming a composite semiconductor core in the semiconductor film were obtained. Peaks attributed to soluble titanium oxide (mixture of anatase type and rutile type) and magnesium oxide forming a shell were observed. The thickness of the shell was calculated to be 0.60 nm. The amount of dye adsorbed was 6.1 × 10 -8 mol / cm 2 . The cell performance is Voc = 0.79V, F.S. F. = 0.64.

【0071】[0071]

【実施例4】シュウ酸カルシウム・1水和物のかわり
に、シュウ酸ストロンチウム・1水和物0.13gに変
更し、さらにTriton−X100の添加量を0.1
3gに変更した以外は、実施例1と同様にして半導体膜
用の分散液を作製し、実施例1と同様にして、光電変換
素子(複合半導体含有半導体電極)の作製、光化学電池
の作製、セル性能の測定を行ったところ、半導体膜中に
複合半導体のコアを形成している結晶性酸化チタン(ア
ナターゼ型、ルチル型の混合)と、シェルを形成してい
る炭酸ストロンチウムに帰属されるピークが観測され
た。また、シェルの厚みは、0.43nmと算出され
た。また、色素吸着量は6.6×10-8mol/cm2
であった。セル性能は、Voc=0.79V、F.F.
=0.60であった。
Example 4 Instead of calcium oxalate monohydrate, strontium oxalate monohydrate was changed to 0.13 g, and the amount of Triton-X100 added was 0.1.
A dispersion for a semiconductor film was prepared in the same manner as in Example 1 except that the amount was changed to 3 g, and a photoelectric conversion element (composite semiconductor-containing semiconductor electrode) was prepared and a photochemical cell was prepared in the same manner as in Example 1. When cell performance was measured, the peaks attributable to crystalline titanium oxide (mixture of anatase type and rutile type) forming the core of the composite semiconductor in the semiconductor film and strontium carbonate forming the shell were observed. Was observed. Further, the thickness of the shell was calculated to be 0.43 nm. Further, the dye adsorption amount is 6.6 × 10 −8 mol / cm 2
Met. The cell performance is Voc = 0.79V, F.S. F.
= 0.60.

【0072】[0072]

【実施例5】シュウ酸カルシウム・1水和物のかわり
に、シュウ酸ストロンチウム・1水和物0.21gに変
更し、さらにTriton−X100の添加量を0.0
6gに変更した以外は、実施例1と同様にして半導体膜
用の分散液を作製し、実施例1と同様にして、光電変換
素子(複合半導体含有半導体電極)の作製、光化学電池
の作製、セル性能の測定を行ったところ、半導体膜中に
複合半導体のコアを形成している結晶性酸化チタン(ア
ナターゼ型、ルチル型の混合)と、シェルを形成してい
る炭酸ストロンチウムに帰属されるピークが観測され
た。また、シェルの厚みは、0.67nmと算出され
た。また、色素吸着量は6.7×10-8mol/cm2
であった。セル性能は、Voc=0.80V、F.F.
=0.64であった。
Example 5 Instead of calcium oxalate monohydrate, strontium oxalate monohydrate was changed to 0.21 g, and the amount of Triton-X100 added was 0.0.
A dispersion for a semiconductor film was prepared in the same manner as in Example 1 except that the amount was changed to 6 g, and a photoelectric conversion element (composite semiconductor-containing semiconductor electrode) was prepared in the same manner as in Example 1, a photochemical cell was prepared, When cell performance was measured, the peaks attributable to crystalline titanium oxide (mixture of anatase type and rutile type) forming the core of the composite semiconductor in the semiconductor film and strontium carbonate forming the shell were observed. Was observed. Further, the thickness of the shell was calculated to be 0.67 nm. Further, the dye adsorption amount is 6.7 × 10 −8 mol / cm 2
Met. The cell performance is Voc = 0.80V, F.S. F.
= 0.64.

【0073】[0073]

【実施例6】シュウ酸カルシウム・1水和物のかわり
に、硝酸マグネシウム・6水和物0.75gに変更し、
さらにTriton−X100の添加量を0.26gに
変更した以外は、実施例1と同様にして半導体膜用の分
散液を作製し、実施例1と同様にして、光電変換素子
(複合半導体含有半導体電極)の作製、光化学電池の作
製、セル性能の測定を行ったところ、半導体膜中に複合
半導体のコアを形成している結晶性酸化チタン(アナタ
ーゼ型、ルチル型の混合)と、シェルを形成している酸
化マグネシウムに帰属されるピークが観測された。ま
た、シェルの厚みは、0.52nmと算出された。ま
た、色素吸着量は8.4×10-8mol/cm2であっ
た。セル性能は、Voc=0.85V、F.F.=0.
73であった。
Example 6 Instead of calcium oxalate monohydrate, magnesium nitrate hexahydrate 0.75 g was used.
Furthermore, except that the addition amount of Triton-X100 was changed to 0.26 g, a dispersion liquid for a semiconductor film was prepared in the same manner as in Example 1, and the photoelectric conversion element (composite semiconductor-containing semiconductor was prepared in the same manner as in Example 1). Electrode) production, photochemical cell production, and cell performance measurement showed that crystalline titanium oxide (a mixture of anatase type and rutile type) forming the core of the composite semiconductor in the semiconductor film formed a shell. A peak attributed to magnesium oxide was observed. Moreover, the thickness of the shell was calculated to be 0.52 nm. The amount of dye adsorbed was 8.4 × 10 -8 mol / cm 2 . The cell performance is Voc = 0.85V, F.O. F. = 0.
It was 73.

【0074】[0074]

【実施例7】シュウ酸カルシウム・1水和物のかわり
に、硝酸カルシウム・4水和物0.30gに変更し、さ
らにTriton−X100の添加量を0.26gに変
更した以外は、実施例1と同様にして半導体膜用の分散
液を作製し、実施例1と同様にして、光電変換素子(複
合半導体含有半導体電極)の作製、光化学電池の作製、
セル性能の測定を行ったところ、半導体膜中に複合半導
体のコアを形成している結晶性酸化チタン(アナターゼ
型、ルチル型の混合)と、シェルを形成しているチタン
酸カルシウムに帰属されるピークが観測された。また、
シェルの厚みは、0.65nmと算出された。また、色
素吸着量は6.5×10-8mol/cm2であった。セ
ル性能は、Voc=0.81V、F.F.=0.68で
あった。
[Example 7] Instead of calcium oxalate monohydrate, calcium nitrate tetrahydrate 0.30 g was changed, and the addition amount of Triton-X100 was changed to 0.26 g. A dispersion for a semiconductor film was prepared in the same manner as in Example 1, and a photoelectric conversion element (composite semiconductor-containing semiconductor electrode) was prepared, a photochemical cell was prepared in the same manner as in Example 1.
When the cell performance was measured, it was attributed to crystalline titanium oxide (a mixture of anatase type and rutile type) forming the core of the composite semiconductor in the semiconductor film and calcium titanate forming the shell. A peak was observed. Also,
The shell thickness was calculated to be 0.65 nm. The amount of dye adsorbed was 6.5 × 10 -8 mol / cm 2 . The cell performance is Voc = 0.81V, F.S. F. = 0.68.

【0075】[0075]

【実施例8】シュウ酸カルシウム・1水和物のかわり
に、硝酸ストロンチウム0.21gに変更し、さらにT
riton−X100の添加量を0.26gに変更した
以外は、実施例1と同様にして半導体膜用の分散液を作
製し、実施例1と同様にして、光電変換素子(複合半導
体含有半導体電極)の作製、光化学電池の作製、セル性
能の測定を行ったところ、半導体膜中に複合半導体のコ
アを形成している結晶性酸化チタン(アナターゼ型、ル
チル型の混合)と、シェルを形成しているチタン酸カル
シウムに帰属されるピークが観測された。また、シェル
の厚みは、0.59nmと算出された。また、色素吸着
量は5.9×10-8mol/cm2であった。セル性能
は、Voc=0.80V、F.F.=0.65であっ
た。
Example 8 Instead of calcium oxalate monohydrate, strontium nitrate was changed to 0.21 g, and T
A dispersion for a semiconductor film was prepared in the same manner as in Example 1 except that the addition amount of the Riton-X100 was changed to 0.26 g, and the photoelectric conversion element (composite semiconductor-containing semiconductor electrode) was prepared in the same manner as in Example 1. ), A photochemical cell, and cell performance were measured, and it was found that crystalline titanium oxide (a mixture of anatase type and rutile type) forming the core of the composite semiconductor in the semiconductor film formed a shell. A peak attributed to calcium titanate was observed. The thickness of the shell was calculated to be 0.59 nm. The amount of dye adsorbed was 5.9 × 10 −8 mol / cm 2 . The cell performance is Voc = 0.80V, F.S. F. = 0.65.

【0076】[0076]

【実施例9】シュウ酸カルシウム・1水和物のかわり
に、シュウ酸リチウム0.13gに変更し、さらにTr
iton−X100の添加量を0.13gに変更した以
外は、実施例1と同様にして半導体膜用の分散液を作製
し、実施例1と同様にして、光電変換素子(複合半導体
含有半導体電極)の作製、光化学電池の作製、セル性能
の測定を行ったところ、半導体膜中に複合半導体のコア
を形成している結晶性酸化チタン(アナターゼ型、ルチ
ル型の混合)と、シェルを形成している炭酸リチウムに
帰属されるピークが観測された。また、シェルの厚み
は、0.70nmと算出された。また、色素吸着量は
3.5×10-8mol/cm2であった。セル性能は、
Voc=0.79V、F.F.=0.66であった。
[Example 9] Instead of calcium oxalate monohydrate, the amount of lithium oxalate was changed to 0.13 g, and Tr
A dispersion liquid for a semiconductor film was prepared in the same manner as in Example 1 except that the addition amount of iton-X100 was changed to 0.13 g, and the photoelectric conversion element (composite semiconductor-containing semiconductor electrode) was prepared in the same manner as in Example 1. ), A photochemical cell, and cell performance were measured, and it was found that crystalline titanium oxide (a mixture of anatase type and rutile type) forming the core of the composite semiconductor in the semiconductor film formed a shell. A peak attributed to the existing lithium carbonate was observed. Further, the thickness of the shell was calculated to be 0.70 nm. The amount of dye adsorbed was 3.5 × 10 −8 mol / cm 2 . Cell performance is
Voc = 0.79V, F.V. F. = 0.66.

【0077】[0077]

【比較例1】シュウ酸カルシウム・1水和物の添加をせ
ずに、あとは実施例1と同様にして半導体膜用の分散液
を作製し、実施例1と同様にして、光電変換素子(複合
半導体含有半導体電極)の作製、光化学電池の作製、セ
ル性能の測定を行ったところ、半導体膜中の粉末X線回
折測定では結晶性酸化チタン(アナターゼ型、ルチル型
の混合)のみが観測され、また、色素吸着量は4.7×
10-8mol/cm2であった。セル性能は、Voc=
0.67V、F.F.=0.46であった。
Comparative Example 1 A dispersion liquid for a semiconductor film was prepared in the same manner as in Example 1 without adding calcium oxalate monohydrate, and the photoelectric conversion element was prepared in the same manner as in Example 1. When (composite semiconductor-containing semiconductor electrode) was manufactured, a photochemical battery was manufactured, and cell performance was measured, only crystalline titanium oxide (mixture of anatase type and rutile type) was observed in powder X-ray diffraction measurement in the semiconductor film. In addition, the dye adsorption amount is 4.7 x
It was 10 -8 mol / cm 2 . Cell performance is Voc =
0.67V, F.I. F. Was 0.46.

【0078】[0078]

【表1】 [Table 1]

【0079】本発明の実施例および比較例を表にまとめ
る。シェル部の質量比(シェル/コア)は、シェル材料
の前駆体が完全にシェル材料の組成に変化したとした時
のシェル/コアの仕込み質量比とする。
Examples and comparative examples of the present invention are summarized in the table. The mass ratio (shell / core) of the shell part is the charged mass ratio of the shell / core when the precursor of the shell material is completely changed to the composition of the shell material.

【0080】[0080]

【発明の効果】以上詳述したように、本発明によれば、
結晶性n型半導体をコアとし、該コアの表面が金属炭酸
塩、金属酸化物およびチタン酸金属塩のいずれかからな
るシェルで被覆されたことを特徴とする複合半導体を含
有する半導体膜からなる光電変換素子を光化学電池に用
いることで、高い開放電圧(Voc)と高い曲線因子
(F.F.)の発現が可能な電池を提供することができ
る。
As described in detail above, according to the present invention,
A semiconductor film containing a composite semiconductor characterized in that a crystalline n-type semiconductor is used as a core, and the surface of the core is covered with a shell made of any one of metal carbonate, metal oxide and metal titanate. By using the photoelectric conversion element in a photochemical cell, it is possible to provide a cell capable of exhibiting a high open circuit voltage (Voc) and a high fill factor (FF).

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

【図1】本発明の実施例に関わる光電変換素子および光
化学電池の断面の模式図を示す。
FIG. 1 shows a schematic view of a cross section of a photoelectric conversion element and a photochemical cell according to an example of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 透明性基板 2 半導体膜 3 電解質層 4 透明導電膜 5 対向電極 6 透明性基板 1 Transparent substrate 2 Semiconductor film 3 Electrolyte layer 4 Transparent conductive film 5 Counter electrode 6 Transparent substrate

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 結晶性n型半導体の表面を金属炭酸塩、
金属酸化物およびチタン酸金属塩のいずれか1種以上を
被覆してなることを特徴とする複合半導体。
1. A metal carbonate on the surface of a crystalline n-type semiconductor,
A composite semiconductor, which is coated with at least one of a metal oxide and a metal titanate.
【請求項2】 請求項1に記載の結晶性n型半導体が、
結晶性酸化チタンであることを特徴とする複合半導体。
2. The crystalline n-type semiconductor according to claim 1,
A composite semiconductor, which is crystalline titanium oxide.
【請求項3】 該金属炭酸塩、該金属酸化物および該チ
タン酸金属塩の金属が、アルカリ土類金属またはアルカ
リ金属であることを特徴とする請求項1または2に記載
の複合半導体。
3. The composite semiconductor according to claim 1, wherein the metal of the metal carbonate, the metal oxide and the metal titanate is an alkaline earth metal or an alkali metal.
【請求項4】 請求項1〜3のいずれかに記載の複合半
導体を含有する半導体の膜が導電性支持体上に積層され
てなることを特徴とする光電変換素子。
4. A photoelectric conversion element comprising a semiconductor film containing the composite semiconductor according to claim 1 laminated on a conductive support.
【請求項5】 請求項4に記載の半導体の膜が、さらに
光増感剤を含有することを特徴とする光電変換素子。
5. A photoelectric conversion element, wherein the semiconductor film according to claim 4 further contains a photosensitizer.
【請求項6】 請求項4または5のいずれかに記載の光
電変換素子と対向電極が電解質層を介して対向している
ことを特徴とする光化学電池。
6. A photochemical cell, wherein the photoelectric conversion element according to claim 4 and the counter electrode face each other via an electrolyte layer.
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