JP2005158726A - Dye-sensitized solar cell, electrode substrate therefor, and its manufacturing method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、色素増感型太陽電池用電極基板及びその製造方法並びに色素増感型太陽電池に関する。 The present invention relates to an electrode substrate for a dye-sensitized solar cell, a method for producing the same, and a dye-sensitized solar cell.
太陽光発電システムは、化石燃料や核燃料を用いた発電システムに比べて周囲の環境に及ぼす負荷が小さく、また、省資源化を図り易いことから、今日ではその利用が拡大している。 The use of solar power generation systems is increasing today because the load on the surrounding environment is small compared to power generation systems using fossil fuels and nuclear fuel, and it is easy to save resources.
太陽光発電システムに使用される太陽電池は、光エネルギーを電気エネルギーに直接変換することができる光電変換素子であり、この太陽電池には、シリコン太陽電池、化合物半導体太陽電池(ガリウムヒ素太陽電池、インジウムリン太陽電池、CIS(銅インジウムセレン)型太陽電池等)、色素増感型太陽電池等がある。これらの太陽電池のうち、シリコン太陽電池は民生用の太陽電池として既に広く利用されている。また、近年では、シリコン太陽電池に比べても低コスト化が容易な色素増感型太陽電池に対する注目が高まっている。 The solar cell used in the photovoltaic power generation system is a photoelectric conversion element that can directly convert light energy into electrical energy. This solar cell includes a silicon solar cell, a compound semiconductor solar cell (gallium arsenide solar cell, Indium phosphide solar cells, CIS (copper indium selenium) solar cells, etc.), dye-sensitized solar cells, and the like. Among these solar cells, silicon solar cells are already widely used as consumer solar cells. In recent years, attention has been focused on dye-sensitized solar cells that can be easily reduced in cost compared to silicon solar cells.
図6は、代表的な色素増感型太陽電池(グレッツェル・セル)の断面構造を示す概略図である。図示の色素増感型太陽電池150は、I− /I3 −レドックス対を含有した電解質溶液105を1対の電極基板120、130で挟持した構造を有する湿式太陽電池である。
FIG. 6 is a schematic view showing a cross-sectional structure of a typical dye-sensitized solar cell (Gretzel cell). Dye-sensitized
電極基板120は、透明ガラス基板111と、その片面に形成された透明導電膜(フッ素ドープ酸化スズ膜)113と、その上に形成された多孔質半導体層(多孔質酸化チタン薄膜)115とを有している。多孔質半導体層115はゾルゲル法によって形成されたものであり、多数のアナターゼ型酸化チタン微粒子の焼結体である。この多孔質半導体層115の表面には、ルテニウム(Ru)錯体の1種からなる色素117が吸着されており、色素117の吸収波長域は、酸化チタンの吸収波長域よりも長波長側にまで及んでいる。色素117を光励起したときの電子のエネルギー準位は、酸化チタンの伝導帯端の位置よりも高い。図6においては、便宜上、色素117を1つの層として描いている。一方、電極基板130は、透明ガラス基板121と、その片面に形成された透明導電膜(フッ素ドープ酸化スズ膜)123と、その上に形成された白金薄膜125とを有している。電極基板120中の透明導電膜113と電極基板130中の透明導電膜123とは、リード線135a、135bによって負荷140に接続されている。
The
色素増感型太陽電池150に色素117の吸収波長域内の光を照射すると、色素117が励起状態となり、光励起された電子(e− )が多孔質半導体層115に注入される。電子(e− )を失った色素117は、電解質溶液105中のI− /I3 −レドックス対から電子を奪って(I− と反応してI3 −を生じて)、元の状態に戻る。一方、多孔質半導体層115に注入された電子(e− )は透明導電膜113に移動し、更に、リード線135a、負荷140、及びリード線135bを介して電極基板130に達してI3 −と反応し、I− を生じさせる。したがって、上記の光照射によって色素増感型太陽電池150には閉回路が形成される。この閉回路が形成されると、色素増感型太陽電池150は定常的に発電する。色素117を利用することにより、多孔質半導体層115の吸収波長域の光よりも更に長波長の光を利用して発電することが可能になるので、光電変換効率を高めることができる。なお、白金薄膜125は、電極基板130の導電性を上げる役割を果たす他に、I− /I3 −レドックス対のI3 −がI− に還元される際の触媒としての役割も果たす。
When the dye-sensitized
色素増感型太陽電池の研究開発は、主に光電変換効率の向上に主眼をおいてなされてきている。ゾルゲル法により多孔質半導体層を形成し、この多孔質半導体層に特定の色素を担持させると共に特定の電解質を用いることによって、比較的高い光電変換効率を有するものが得られている。 Research and development of dye-sensitized solar cells has mainly been focused on improving photoelectric conversion efficiency. By forming a porous semiconductor layer by a sol-gel method, supporting a specific dye on the porous semiconductor layer, and using a specific electrolyte, one having a relatively high photoelectric conversion efficiency is obtained.
また、例えば特許文献1には、半導体電極の下地となっている透明電極を、多数の孔部を有する金属膜と、この金属膜上に直接又は窒化ケイ素、窒化アルミニウム、ニッケル−クロムメタル等の層を介して形成されて前記の金属薄膜を覆う透明導電層とによって形成することで導電性を高め、これにより光電変換効率を向上させた色素増感型太陽電池が記載されている。更に、特許文献1には、透明ガラス基板に代えて透明樹脂フィルムを用いることも記載されている。 Further, for example, in Patent Document 1, a transparent electrode serving as a base for a semiconductor electrode is formed by a metal film having a large number of holes, and directly or directly on the metal film, such as silicon nitride, aluminum nitride, nickel-chromium metal, etc. There is described a dye-sensitized solar cell that is formed through a transparent conductive layer that is formed through a layer and covers the metal thin film, thereby improving conductivity and thereby improving photoelectric conversion efficiency. Furthermore, Patent Document 1 also describes that a transparent resin film is used instead of the transparent glass substrate.
一般に、透明ガラス基板に代えて透明樹脂フィルムを用いることにより、可撓性に富んだ色素増感型太陽電池を得ることができる。色素増感型太陽電池の可撓性が高ければこの太陽電池の設置場所の選択の自由度が高まるので、種々の場所に広範囲に亘って設置することが容易になる。その結果として、色素増感型太陽電池の光電変換効率が仮に比較的低くても、全体としては所望の発電量を確保することが可能になる。また、軽量化されるので、たとえ大面積の太陽電池とした場合でも設置の際の作業性を向上させることが容易である。更に、携帯型電子機器の電源として利用した場合には、携帯型電子機器の携帯性(軽量性)を維持することが容易である。
しかしながら、電極基板の材料として例えばポリエチレンテレフタレート(以下、「PET」と略記する。)等の安価で比較的耐熱性の低い透明樹脂フィルムを用いると、透明導電膜を形成する際の温度を透明樹脂フィルムの耐熱温度以下にしなければならないことから、緻密な透明導電膜を形成することが困難になる。同様のことが、特許文献1に記載されている上述の窒化ケイ素、窒化アルミニウム、ニッケル−クロムメタル等の層を物理的気相蒸着法又は化学的気相蒸着法によって形成する場合についても当てはまる。 However, when an inexpensive and relatively low heat-resistant transparent resin film such as polyethylene terephthalate (hereinafter abbreviated as “PET”) is used as a material for the electrode substrate, the temperature at which the transparent conductive film is formed is changed to the transparent resin. Since it must be below the heat-resistant temperature of a film, it becomes difficult to form a dense transparent conductive film. The same applies to the case where the above-described layers of silicon nitride, aluminum nitride, nickel-chromium metal and the like described in Patent Document 1 are formed by physical vapor deposition or chemical vapor deposition.
その結果として、耐熱性が比較的低い透明樹脂フィルムを基材として用いた電極基板を利用して作製された色素増感型太陽電池では、電解質が透明導電膜に浸透してその下地層まで達し易い。光電変換効率の高い色素増感型太陽電池を得るうえからは、上述のI− /I3 −レドックス対のようなハロゲン系のレドックス対を含有した電解質層を用いることが好ましいが、ハロゲン系のレドックス対は化学的な活性が高く、多くの金属を腐食させる。 As a result, in a dye-sensitized solar cell manufactured using an electrode substrate using a transparent resin film having a relatively low heat resistance as a base material, the electrolyte penetrates into the transparent conductive film and reaches the underlying layer. easy. From the top to obtain a high dye-sensitized solar cell photoelectric conversion efficiency, the above I - / I 3 - is preferably used an electrolyte layer containing a halogen-based redox pair, such as redox pairs, halogen-based Redox pairs are highly chemically active and corrode many metals.
特許文献1に記載された色素増感型太陽電池における前述の金属薄膜の材料としては、導電性及び経済性を考慮すると銅(Cu)が最も好ましいと考えられるが、銅はハロゲン系のレドックス対との接触によって比較的容易に腐食する。このため、特許文献1に記載された色素増感型太陽電池では、光電変換効率が高いものを低コストの下に得ようとすると、その性能が経時的に低下し易くなり、その性能が経時的に低下し難いものを得ようとすると、光電変換効率の高いものを得難くなるという問題が生じる。 As the material of the above-mentioned metal thin film in the dye-sensitized solar cell described in Patent Document 1, copper (Cu) is considered most preferable in consideration of conductivity and economy, but copper is a halogen-based redox pair. Corrosion is relatively easy by contact with. For this reason, in the dye-sensitized solar cell described in Patent Document 1, if an attempt is made to obtain a solar cell having high photoelectric conversion efficiency at a low cost, the performance is likely to deteriorate with time, and the performance is deteriorated over time. When trying to obtain a product that is difficult to decrease, a problem arises that it becomes difficult to obtain a product with high photoelectric conversion efficiency.
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであって、その第1の目的は、透明樹脂フィルムを基材として用いた色素増感型太陽電池用電極基板であって、光電変換効率が高く、性能の経時的な低下が抑制された色素増感型太陽電池を低コストの下に得ることが容易な色素増感型太陽電池用電極基板を提供することにある。 The present invention has been made in order to solve the above-mentioned problems, and a first object thereof is a dye-sensitized solar cell electrode substrate using a transparent resin film as a base material, which has a photoelectric conversion efficiency. It is an object of the present invention to provide a dye-sensitized solar cell electrode substrate that is easy to obtain a dye-sensitized solar cell that is high and has reduced performance degradation over time at low cost.
また、本発明の第2の目的は、透明樹脂フィルムを基材として用いた色素増感型太陽電池用電極基板であって、光電変換効率が高く、性能の経時的な低下が抑制された色素増感型太陽電池を低コストの下に得ることが容易な色素増感型太陽電池用電極基板の製造方法を提供することにある。 The second object of the present invention is a dye-sensitized solar cell electrode substrate using a transparent resin film as a base material, which has high photoelectric conversion efficiency and suppresses deterioration in performance over time. An object of the present invention is to provide a method for producing an electrode substrate for a dye-sensitized solar cell, which makes it easy to obtain a sensitized solar cell at low cost.
そして、本発明の第3の目的は、電極基板の基材として透明樹脂フィルムを用いた色素増感型太陽電池であって、光電変換効率が高く、性能の経時的な低下が抑制されたものを低コストの下に得ることが容易な色素増感型太陽電池を提供することにある。 A third object of the present invention is a dye-sensitized solar cell using a transparent resin film as a base material for an electrode substrate, which has high photoelectric conversion efficiency and suppresses deterioration in performance over time. Is to provide a dye-sensitized solar cell that can be easily obtained at low cost.
上述した第1の目的を達成する本発明の色素増感型太陽電池用電極基板は、透明樹脂フィルムと、該透明樹脂フィルムの片面に形成された透明電極と、多数の半導体微粒子を用いて前記透明電極上に形成された多孔質半導体電極と、該多孔質半導体電極を形成している半導体微粒子の表面に担持された色素とを有する色素増感型太陽電池用電極基板であって、前記透明電極が、多数の細線を組み合わせた形状を呈する金属製の第1導電層と、電気めっき、無電解めっき、又は化成処理によって形成されて少なくとも前記第1導電層の外表面を覆う腐食防止層と、前記腐食防止層を覆う金属酸化物製の第2導電層とを含み、前記腐食防止層が色素増感型太陽電池用の電解質に対して耐食性を有していることを特徴とする(以下、この色素増感型太陽電池用電極基板を「電極基板I」ということがある。)。 The electrode substrate for a dye-sensitized solar cell of the present invention that achieves the first object described above uses the transparent resin film, the transparent electrode formed on one side of the transparent resin film, and a large number of semiconductor fine particles. An electrode substrate for a dye-sensitized solar cell, comprising: a porous semiconductor electrode formed on a transparent electrode; and a dye supported on the surface of semiconductor fine particles forming the porous semiconductor electrode, wherein the transparent substrate A first conductive layer made of metal having a shape in which a plurality of thin wires are combined, and a corrosion prevention layer formed by electroplating, electroless plating, or chemical conversion treatment and covering at least the outer surface of the first conductive layer; And a second conductive layer made of a metal oxide covering the corrosion prevention layer, wherein the corrosion prevention layer has corrosion resistance to an electrolyte for a dye-sensitized solar cell (hereinafter, referred to as “the corrosion prevention layer”). This dye-sensitized type The electrode substrate for a solar cell may be referred to as "electrode substrate I".).
この電極基板Iでは、金属酸化物製の第2導電層の他に金属製の第1導電層が形成されているので、電極基板I全体の導電性を比較的容易に高めることができる。また、第1導電層の外表面を覆う腐食防止層として、電気めっき、無電解めっき、又は化成処理によって形成されたものを用いているので、基材である透明樹脂フィルムの耐熱性が比較的低くても、腐食防止層の緻密化を図り易い。更に、この腐食防止層は色素増感型太陽電池用の電解質に対して耐食性を有している。 In this electrode substrate I, since the first conductive layer made of metal is formed in addition to the second conductive layer made of metal oxide, the conductivity of the entire electrode substrate I can be relatively easily increased. In addition, since the corrosion prevention layer covering the outer surface of the first conductive layer is formed by electroplating, electroless plating, or chemical conversion treatment, the heat resistance of the transparent resin film as the base material is relatively Even if it is low, it is easy to make the corrosion prevention layer dense. Furthermore, this corrosion prevention layer has corrosion resistance with respect to the electrolyte for dye-sensitized solar cells.
腐食防止層が緻密で、かつ、この腐食防止層が色素増感型太陽電池用の電解質に対して耐食性を有していれば、電極基板Iを用いて色素増感型太陽電池を作製したときに、第1導電層への電解質の浸透が抑制される。したがって、たとえ色素増感型太陽電池の電解質にハロゲン系のレドックス対が含有されていたとしても、また、たとえ第1導電層の材料がハロゲン系のレドックス対によって腐食され易いものであったとしても、このレドックス対によって第1導電層が腐食されることに起因する電極基板Iの導電性の低下を抑制することができる。第1導電層の材料として安価で導電性の高い銅等を使用した場合でも、電極基板Iの導電性の低下を抑制することができる。 When the corrosion prevention layer is dense and the corrosion prevention layer has corrosion resistance to the electrolyte for the dye-sensitized solar cell, when the dye-sensitized solar cell is manufactured using the electrode substrate I Further, the penetration of the electrolyte into the first conductive layer is suppressed. Therefore, even if the halogen-based redox couple is contained in the electrolyte of the dye-sensitized solar cell, and even if the material of the first conductive layer is easily corroded by the halogen-based redox couple. The reduction in conductivity of the electrode substrate I due to the corrosion of the first conductive layer by the redox pair can be suppressed. Even when inexpensive and highly conductive copper or the like is used as the material of the first conductive layer, it is possible to suppress a decrease in the conductivity of the electrode substrate I.
これらの理由から、本発明の電極基板Iによれば、光電変換効率が高く、性能の経時的な低下が抑制された色素増感型太陽電池を低コストの下に容易に得ることが可能になる。 For these reasons, according to the electrode substrate I of the present invention, it is possible to easily obtain a dye-sensitized solar cell with high photoelectric conversion efficiency and suppressed performance degradation over time at low cost. Become.
本発明の電極基板Iにおいては、(1)前記透明電極が、前記透明樹脂フィルムの片面に形成された接着剤層を更に含み、該接着剤層によって前記第1導電層が前記透明樹脂フィルムに接合されている(以下、この色素増感型太陽電池用電極基板を「電極基板II」ということがある。)こと、(2)前記腐食防止層が、前記第1導電層の外表面の他に該第1導電層の下地層表面のうちで前記第1導電層によって覆われていない領域も覆っている(以下、この色素増感型太陽電池用電極基板を「電極基板III」 ということがある。)こと、又は(3)前記透明電極が、前記腐食防止層をクロメート処理することによって形成された表面処理層を更に含み、該表面処理層が前記腐食防止層と前記第2導電層との間に介在している(以下、この色素増感型太陽電池用電極基板を「電極基板IV」ということがある。)こと、が好ましい。 In the electrode substrate I of the present invention, (1) the transparent electrode further includes an adhesive layer formed on one side of the transparent resin film, and the first conductive layer is formed on the transparent resin film by the adhesive layer. (Hereinafter, the electrode substrate for the dye-sensitized solar cell may be referred to as “electrode substrate II”), and (2) the corrosion prevention layer is not the outer surface of the first conductive layer. Further, a region of the surface of the base layer of the first conductive layer that is not covered by the first conductive layer is also covered (hereinafter, this dye-sensitized solar cell electrode substrate is referred to as "electrode substrate III"). Or (3) the transparent electrode further includes a surface treatment layer formed by subjecting the corrosion prevention layer to chromate treatment, and the surface treatment layer includes the corrosion prevention layer and the second conductive layer. (Hereinafter referred to as this dye increase) The electrode substrate for type solar cell may be referred to as "electrode substrate IV".) It is preferred.
上記の(1)に記載の電極基板IIによれば、第1導電層の材料として例えば圧延によって形成された金属箔を利用することが可能になるので、製造コストを抑え易い。上記の(2)に記載の電極基板III によれば、第1導電層とその下地層との界面に電解質が浸透することに起因する第1導電層の腐食や、下地層が腐食もしくは溶解することに起因する第1導電層の腐食を抑制することが可能になるので、色素増感型太陽電池の性能の経時的な低下を更に抑え易い。そして、上記の(3)に記載の電極基板IVによれば、ハロゲン系のレドックス対に対する耐食性が高い腐食防止層を形成し易い。 According to the electrode substrate II described in (1) above, it is possible to use, for example, a metal foil formed by rolling as the material of the first conductive layer, so that the manufacturing cost can be easily suppressed. According to the electrode substrate III described in (2) above, the corrosion of the first conductive layer caused by the electrolyte permeating into the interface between the first conductive layer and the base layer, or the base layer corrodes or dissolves. Since it becomes possible to suppress the corrosion of the 1st conductive layer resulting from this, it is further easy to suppress the time-dependent fall of the performance of a dye-sensitized solar cell. According to the electrode substrate IV described in (3) above, it is easy to form a corrosion prevention layer having high corrosion resistance against the halogen-based redox couple.
本発明の電極基板I〜IVのいずれにおいても、(4)前記第1導電層が銅薄膜、ニッケル薄膜、又はステンレス薄膜によって形成されている(以下、この色素増感型太陽電池用電極基板を「電極基板V」ということがある。)こと、とすることができる。 In any of the electrode substrates I to IV of the present invention, (4) the first conductive layer is formed of a copper thin film, a nickel thin film, or a stainless thin film (hereinafter, this dye-sensitized solar cell electrode substrate is It may be referred to as “electrode substrate V”).
この電極基板Vによれば、第1導電層の導電率が高いことから、当該電極基板V全体の導電性を高め易い。 According to this electrode substrate V, since the conductivity of the first conductive layer is high, it is easy to increase the conductivity of the entire electrode substrate V.
前述した第1の目的を達成する本発明の他の色素増感型太陽電池用電極基板は、透明樹脂フィルムと、該透明樹脂フィルムの片面に形成された透明電極と、多数の半導体微粒子を用いて前記透明電極上に形成された多孔質半導体電極と、該多孔質半導体電極を形成している半導体微粒子の表面に担持された色素とを有する色素増感型太陽電池用電極基板であって、前記透明電極が、多数の細線を組み合わせた形状を呈する金属製の第1導電層と、該第1導電層を覆う金属酸化物製の第2導電層とを含み、前記第1導電層が99.3%よりも高純度のアルミニウムによって形成されていることを特徴とする(以下、この色素増感型太陽電池用電極基板を「電極基板VI」ということがある。)。 Another electrode substrate for a dye-sensitized solar cell of the present invention that achieves the first object described above uses a transparent resin film, a transparent electrode formed on one side of the transparent resin film, and a large number of semiconductor fine particles. An electrode substrate for a dye-sensitized solar cell, comprising: a porous semiconductor electrode formed on the transparent electrode; and a dye supported on the surface of the semiconductor fine particles forming the porous semiconductor electrode, The transparent electrode includes a metal first conductive layer having a shape in which a number of thin wires are combined, and a metal oxide second conductive layer covering the first conductive layer, and the first conductive layer is 99. It is characterized by being formed of aluminum having a purity higher than 3% (hereinafter, this dye-sensitized solar cell electrode substrate may be referred to as "electrode substrate VI").
純度が99.3%よりも高いアルミニウムは、レドックス対に対する耐食性が高い。したがって、高純度のアルミニウムによって第1導電層が形成された上記の電極基板VIによっても、光電変換効率が高く、性能の経時的な低下が抑制された色素増感型太陽電池を低コストの下に容易に得ることが可能になる。 Aluminum with a purity higher than 99.3% has high corrosion resistance to the redox couple. Therefore, the above-described electrode substrate VI in which the first conductive layer is formed of high-purity aluminum also enables a low-cost dye-sensitized solar cell with high photoelectric conversion efficiency and suppressed performance degradation over time. Can be easily obtained.
前述した第2の目的を達成する本発明の色素増感型太陽電池用電極基板の製造方法は、透明樹脂フィルムと、該透明樹脂フィルムの片面に形成された透明電極と、多数の半導体微粒子を用いて前記透明電極上に形成された多孔質半導体電極と、該多孔質半導体電極を形成している半導体微粒子の表面に担持された色素とを有する色素増感型太陽電池用電極基板の製造方法であって、多数の細線を組み合わせた形状を呈する金属製の第1導電層が片面に形成された透明樹脂フィルムを用意する準備工程と、前記透明樹脂フィルム上に、少なくとも前記第1導電層の外表面を覆うようにして、色素増感型太陽電池用の電解質に対して耐食性を有する腐食防止層を電気めっき、無電解めっき、又は化成処理により形成する腐食防止層形成工程と、前記腐食防止層を覆う金属酸化物製の第2導電層を形成する第2導電層形成工程と、前記第2導電層上に、多数の半導体微粒子を用いて前記多孔質半導体電極を形成する多孔質半導体電極形成工程と、前記多孔質半導体電極を形成している半導体微粒子の表面に色素を担持させる色素担持工程と、を含むことを特徴する。 The method for producing a dye-sensitized solar cell electrode substrate of the present invention that achieves the second object described above comprises a transparent resin film, a transparent electrode formed on one side of the transparent resin film, and a large number of semiconductor fine particles. A method for producing an electrode substrate for a dye-sensitized solar cell, comprising: a porous semiconductor electrode formed on the transparent electrode, and a dye supported on the surface of semiconductor fine particles forming the porous semiconductor electrode And a preparation step of preparing a transparent resin film having a metal first conductive layer formed on one side and having a shape formed by combining a number of fine wires, and at least the first conductive layer on the transparent resin film. A corrosion prevention layer forming step in which a corrosion prevention layer is formed by electroplating, electroless plating, or chemical conversion treatment so as to cover the outer surface and having corrosion resistance to the electrolyte for the dye-sensitized solar cell; A second conductive layer forming step of forming a second conductive layer made of a metal oxide covering the corrosion prevention layer; and a porous layer for forming the porous semiconductor electrode on the second conductive layer using a large number of semiconductor fine particles A semiconductor electrode forming step; and a dye supporting step of supporting a dye on the surface of the semiconductor fine particles forming the porous semiconductor electrode.
本発明の色素増感型太陽電池用電極基板の製造方法によれば、前述した技術的効果を奏する本発明の電極基板Iを製造することができる。 According to the method for producing an electrode substrate for a dye-sensitized solar cell of the present invention, the electrode substrate I of the present invention that exhibits the technical effects described above can be produced.
本発明の色素増感型太陽電池用電極基板の製造方法においては、(A)前記準備工程が、接着剤によって片面に金属箔が接合された透明樹脂フィルムを用意する第1サブ工程と、前記金属箔をパターニングして前記第1導電層を得る第2サブ工程とを含むこと、(B)前記腐食防止層形成工程で、前記第1導電層の外表面の他に該第1導電層の下地層表面のうちで前記第1導電層によって覆われていない領域も覆うようにして前記腐食防止層を形成すること、又は(C)前記腐食防止層にクロメート処理を施す表面処理工程を更に含み、該表面処理工程を前記第2導電層形成工程の前に行うこと、が好ましい。 In the method for producing a dye-sensitized solar cell electrode substrate of the present invention, (A) the preparation step includes a first sub-step of preparing a transparent resin film in which a metal foil is bonded to one side by an adhesive; A second sub-step of patterning a metal foil to obtain the first conductive layer, and (B) in the corrosion prevention layer forming step, in addition to the outer surface of the first conductive layer, Forming a corrosion prevention layer so as to cover a region of the surface of the underlayer that is not covered by the first conductive layer; or (C) a surface treatment step of performing a chromate treatment on the corrosion prevention layer. It is preferable to perform the surface treatment step before the second conductive layer forming step.
上記の(A)に記載の製造方法によれば、第1導電層の材料として例えば圧延によって形成された金属箔を利用することが可能になるので、製造コストを抑え易い。上記の(B)に記載の製造方法によれば、第1導電層の外表面のみならず、第1導電層とその下地層との界面、及び、下地層表面のうちで前記第1導電層によって覆われていない領域も腐食防止層によって覆われるので、第1導電層とその下地層との界面に電解質が浸透することに起因する第1導電層の腐食や、下地層が腐食もしくは溶解することに起因する第1導電層の腐食までも抑制される。その結果として、電解液による第1導電層の腐食が更に起こり難い電極基板Iを得ることができる。そして、上記の(C)に製造方法によれば、ハロゲン系のレドックス対に対する耐食性が高い腐食防止層を形成し易い。 According to the manufacturing method described in the above (A), it is possible to use, for example, a metal foil formed by rolling as the material of the first conductive layer, so that the manufacturing cost can be easily suppressed. According to the manufacturing method described in (B) above, not only the outer surface of the first conductive layer, but also the interface between the first conductive layer and the underlayer, and the surface of the underlayer, the first conductive layer. Since the region not covered with the coating is also covered with the corrosion prevention layer, the corrosion of the first conductive layer caused by the electrolyte permeating into the interface between the first conductive layer and the base layer, or the base layer is corroded or dissolved. Even the corrosion of the first conductive layer due to this is suppressed. As a result, it is possible to obtain an electrode substrate I in which corrosion of the first conductive layer due to the electrolytic solution is less likely to occur. And according to said (C) manufacturing method, it is easy to form the corrosion prevention layer with high corrosion resistance with respect to a halogen-type redox couple.
本発明の色素増感型太陽電池用電極基板の製造方法のいずれにおいても、(D)前記第1導電層が銅薄膜、ニッケル薄膜、又はステンレス薄膜によって形成されていること、とすることができる。 In any of the methods for producing a dye-sensitized solar cell electrode substrate of the present invention, (D) the first conductive layer may be formed of a copper thin film, a nickel thin film, or a stainless thin film. .
この製造方法に製造方法によれば、第1導電層の導電率が高いことから、導電性が高い電極基板Iを易い。 According to this manufacturing method, since the conductivity of the first conductive layer is high, the electrode substrate I having high conductivity can be easily obtained.
前述した第3の目的を達成する本発明の色素増感型太陽電池は、色素が担持された半導体電極を有する第1の電極基板と、該第1の電極基板に対向して配置された第2の電極基板と、前記第1の電極基板と前記第2の電極基板との間に介在する電解質層とを備えた色素増感型太陽電池であって、前記第1の電極基板が上述した本発明の電極基板I〜Vのいずれかであることを特徴とする(以下、この色素増感型太陽電池を「色素増感型太陽電池I」ということがある。)。 The dye-sensitized solar cell of the present invention that achieves the third object described above includes a first electrode substrate having a semiconductor electrode carrying a dye, and a first electrode substrate disposed opposite to the first electrode substrate. A dye-sensitized solar cell comprising two electrode substrates and an electrolyte layer interposed between the first electrode substrate and the second electrode substrate, wherein the first electrode substrate has been described above. It is one of the electrode substrates I to V of the present invention (hereinafter, this dye-sensitized solar cell may be referred to as “dye-sensitized solar cell I”).
第2の電極基板は、半導体電極を有していない電極基板であり、色素増感型太陽電池での対極として利用される。第2の電極基板の内側面(色素増感型太陽電池に使用したときの内側面)には、多くの場合、白金薄膜が形成されている。白金はハロゲン系のレドックス対によっても腐食しにくいので、基材として透明樹脂フィルムを用いた場合でも、第2の電極基板では白金薄膜以外に腐食防止層を形成する必要性に欠ける。 The second electrode substrate is an electrode substrate that does not have a semiconductor electrode, and is used as a counter electrode in a dye-sensitized solar cell. In many cases, a platinum thin film is formed on the inner surface (the inner surface when used in a dye-sensitized solar cell) of the second electrode substrate. Since platinum is not easily corroded even by a halogen-based redox couple, even when a transparent resin film is used as a base material, the second electrode substrate lacks the necessity of forming a corrosion prevention layer in addition to the platinum thin film.
本発明の色素増感型太陽電池Iによれば、第1の電極基板として上述した本発明の電極基板I〜Vのいずれかを用いているので、光電変換効率が高く、性能の経時的低下が抑制されたものを低コストの下に得ることが容易である。 According to the dye-sensitized solar cell I of the present invention, since any one of the above-described electrode substrates I to V of the present invention is used as the first electrode substrate, the photoelectric conversion efficiency is high, and the performance deteriorates over time. It is easy to obtain what is suppressed at low cost.
本発明の色素増感型太陽電池Iにおいては、前記第1の電極基板が前述した本発明の電極基板Vであること、とすることができる。 In the dye-sensitized solar cell I of the present invention, the first electrode substrate can be the electrode substrate V of the present invention described above.
前述した第3の目的を達成する本発明の他の色素増感型太陽電池は、色素が担持された半導体電極を有する第1の電極基板と、該第1の電極基板に対向して配置された第2の電極基板と、前記第1の電極基板と前記第2の電極基板との間に介在する電解質層とを備えた色素増感型太陽電池であって、前記第1の電極基板が上述した本発明の電極基板VIであることを特徴とする(以下、この色素増感型太陽電池を「色素増感型太陽電池II」ということがある。)。 Another dye-sensitized solar cell of the present invention that achieves the third object described above is provided with a first electrode substrate having a semiconductor electrode carrying a dye, and facing the first electrode substrate. A dye-sensitized solar cell comprising a second electrode substrate and an electrolyte layer interposed between the first electrode substrate and the second electrode substrate, wherein the first electrode substrate comprises: It is the electrode substrate VI of the present invention described above (hereinafter, this dye-sensitized solar cell may be referred to as “dye-sensitized solar cell II”).
既に説明したように、純度が99.3%よりも高いアルミニウムは、レドックス対に対する耐食性が高い。したがって、本発明の色素増感型太陽電池IIによれば、第1の電極基板として上述した本発明の電極基板VIを用いているので、光電変換効率が高く、性能の経時的低下が抑制されたものを低コストの下に得ることが容易である。 As already explained, aluminum having a purity higher than 99.3% has high corrosion resistance against the redox couple. Therefore, according to the dye-sensitized solar cell II of the present invention, since the above-described electrode substrate VI of the present invention is used as the first electrode substrate, the photoelectric conversion efficiency is high and the deterioration of the performance over time is suppressed. It is easy to obtain the product at low cost.
本発明の色素増感型太陽電池用電極基板によれば、可撓性及び光電変換効率が高く、性能の経時的な低下が抑制された色素増感型太陽電池を低コストの下に得ることが容易になるので、実用的な色素増感型太陽電池を得ることも容易になる。 According to the electrode substrate for a dye-sensitized solar cell of the present invention, it is possible to obtain a dye-sensitized solar cell with high flexibility and photoelectric conversion efficiency and with suppressed deterioration of performance over time at low cost. Therefore, it becomes easy to obtain a practical dye-sensitized solar cell.
また、本発明の色素増感型太陽電池用電極基板の製造方法によれば、上述した本発明の色素増感型太陽電池用電極基板を得ることができる。 Moreover, according to the manufacturing method of the electrode substrate for dye-sensitized solar cells of this invention, the electrode substrate for dye-sensitized solar cells of this invention mentioned above can be obtained.
そして、本発明の色素増感型太陽電池によれば、半導体電極を有する第1の電極基板として、上述した本発明の色素増感型太陽電池用電極基板を用いているので、可撓性及び光電変換効率が高いものを低コストの下に提供すること可能になる。 And according to the dye-sensitized solar cell of the present invention, since the electrode substrate for the dye-sensitized solar cell of the present invention described above is used as the first electrode substrate having a semiconductor electrode, flexibility and Those with high photoelectric conversion efficiency can be provided at low cost.
以下、本発明の色素増感型太陽電池用電極基板及びその製造方法、並びに色素増感型太陽電池それぞれの形態について、図面を参照しつつ順次説明する。 Hereinafter, the electrode substrate for a dye-sensitized solar cell of the present invention, a method for producing the same, and the form of each of the dye-sensitized solar cells will be sequentially described with reference to the drawings.
<色素増感型太陽電池用電極基板(第1形態)及びその製造方法>
図1は、本発明の色素増感型太陽電池用電極基板の基本的な断面構造の一例を示す概略図である。図示の色素増感型太陽電池用電極基板20(以下、「電極基板20」と称する。)では、透明樹脂フィルム1の片面に、第1導電層6と腐食防止層7と第2導電層8とを含む透明電極10が形成され、この透明電極10上に多孔質半導体電極15が形成されている。多孔質半導体電極15は多数の半導体微粒子15aにより形成されており、半導体微粒子15aの表面には色素17が担持されている。なお、図1においては、便宜上、色素17を1つの層として描いている。以下、電極基板20及びその製造方法について詳述する。
<Dye-sensitized solar cell electrode substrate (first embodiment) and production method thereof>
FIG. 1 is a schematic view showing an example of a basic cross-sectional structure of an electrode substrate for a dye-sensitized solar cell of the present invention. In the illustrated dye-sensitized solar cell electrode substrate 20 (hereinafter referred to as “
(1)透明樹脂フィルム
透明樹脂フィルム1は、その膜厚が125μmであるときに、紫外域から赤外域に亘る波長域中の所望の波長域の光を平均値で概ね85%以上透過させ、かつ、所望の耐光性及び耐候性を有するものであればよく、任意の樹脂材料を用いて、また必要に応じて各種の添加剤を併用して、種々の方法により形成することができる。上記「所望の波長域」は、多孔質半導体電極15及び色素17それぞれの吸収波長域を考慮して、適宜選定可能である。
(1) Transparent resin film When the film thickness is 125 μm, the transparent resin film 1 transmits light of a desired wavelength region in a wavelength region ranging from an ultraviolet region to an infrared region in an average value of approximately 85% or more, And what is necessary is just to have desired light resistance and a weather resistance, and it can form by various methods, using arbitrary resin materials and using various additives together as needed. The “desired wavelength range” can be appropriately selected in consideration of the absorption wavelength ranges of the
この透明樹脂フィルム1としては、例えば、二軸延伸ポリエチレンテレフタレート(PET)フィルム、エチレン・テトラフルオロエチレン共重合体フィルム、ポリエーテルサルフォン(PES)フィルム、ポリエーテルエーテルケトン(PEEK)フィルム、ポリエーテルイミド(PEI)フィルム、ポリイミド(PI)フィルム、ポリエステルナフタレート(PEN)フィルム、ポリカーボネート(PC)フィルム、環状ポリオレフィンフィルム等を用いることができる。電極基板20の製造コストを抑えるという観点からは、エンジニアリングプラスチックのような比較的高価な樹脂材料によって形成されたものよりも、比較的安価な樹脂材料によって形成されたものの方が好ましい。
Examples of the transparent resin film 1 include a biaxially stretched polyethylene terephthalate (PET) film, an ethylene / tetrafluoroethylene copolymer film, a polyethersulfone (PES) film, a polyetheretherketone (PEEK) film, and a polyether. An imide (PEI) film, a polyimide (PI) film, a polyester naphthalate (PEN) film, a polycarbonate (PC) film, a cyclic polyolefin film, or the like can be used. From the viewpoint of reducing the manufacturing cost of the
透明樹脂フィルム1の膜厚は、電極基板20を用いて作製される色素増感型太陽電池の用途等に応じて、概ね15〜500μmの範囲内で適宜選定可能である。なお、後述するように透明電極10及び多孔質半導体電極15を形成する際には熱処理を施す必要があるので、透明樹脂フィルム1の材質及び膜厚を選定するにあたっては、その耐熱性をも考慮することが好ましい。
The film thickness of the transparent resin film 1 can be appropriately selected within a range of about 15 to 500 μm depending on the use of the dye-sensitized solar cell produced using the
(2)透明電極
透明電極10は、電極基板20を用いて作製された色素増感型太陽電池に所望の波長域の光が照射されたときに、多孔質半導体電極15からキャリア(電子)を受け取るもの、又は、多孔質半導体電極15にキャリア(正孔)を伝えるものであり、この透明電極10は、上記の「所望波長域」の光を概ね80%以上透過させるものであることが好ましい。
(2) Transparent electrode The
図示の透明電極10は、透明樹脂フィルム1の片面全体に形成された接着剤層5と、接着剤層5によって透明樹脂フィルム1に接合された第1導電層6と、第1導電層6の外表面及び接着剤層3の露出面を覆う腐食防止層7と、腐食防止層7を覆う第2導電層8とを含んでいる。
The illustrated
接着剤層5は、主に金属箔(圧延金属箔や電解金属箔等)をパターニングして第1導電層6を形成する際に使用されるものである。例えば金属蒸着膜をパターニングして第1導電層6を得る場合や、蒸着によって第1導電層6を直接形成する場合には、接着剤層5を省略することができる。
The
この接着剤層5は、(i)透明電極10の光透過率が所望の値となる光透過性を有していること、(ii)金属箔と透明樹脂フィルムを接着剤により貼り合せた後に前記の金属箔をエッチングにより所望形状にパターニングして第1導電層6を形成する場合には、耐エッチング性を有していること、(iii) 色素増感型太陽電池の製造過程で多孔質半導体電極に色素を担持させる際に使用される色素溶液に対して耐溶剤性を有していること、(iv)色素増感型太陽電池に使用される電解質に対して耐性(耐電解質性)を有していること、が好ましい。
The
このような要件を満たす接着剤層5の材料の具体例としては、アクリル系、エステル系、ウレタン系、フッ素系、ポリイミド系、エポキシ系、ポリウレタンエステル系、アクリルウレタン系等の接着剤が挙げられる。これらの接着剤は、紫外線硬化型であってもよいし、熱硬化型であってもよい。透明樹脂フィルム1と前述の金属箔との接合は、上述した接着剤を用いて、ドライラミネーション法、ウェットラミネーション法等の方法により行うことができる。
Specific examples of the material of the
第1導電層6は、透明電極10の導電性を高めるためのものであり、多数の細線を組み合わせた形状を呈する金属製の導電層である。ここで、本発明でいう「金属製の導電層」とは、単体金属によって形成された導電層を含む他に、合金によって形成された導電層をも含むものとする。
The 1st
第1導電層6の平面視上の形状は、透明電極10の光透過率が所望の値となる範囲内で、例えば図2に示すような格子状の他、網目状、平行ストライプ状等、適宜選定可能である。
The shape of the first
導電性の高い透明電極10を得るという観点から、第1導電層6の材料としては、銅(Cu)、鉄(Fe)、ニッケル(Ni)、クロム(Cr)、アルミニウム(Al)、金(Au)、銀(Ag)、チタン(Ti)、ステンレス等の金属又は合金を用いることが好ましく、これらの中でも、導電性の高い材料である銅、ニッケル、チタン、ステンレス等を用いることが好ましい。また、電極基板20の製造コストを抑えるという観点からは、安価な金属である銅、ニッケル、ステンレスを用いることが好ましい。第1導電層6の膜厚は、その材質及び形状に応じて、透明電極10の光透過率及びシート抵抗が所望の値となる範囲内で適宜選定でき、概ね5〜50μmである。
From the viewpoint of obtaining a
第1導電層6の材料として銅薄膜を用いる場合には、電磁波シールドフィルムの材料として使用される導電性フィルム、すなわち、透明樹脂フィルムの片面に接着剤によって銅箔が接合されているフィルム、あるいは、電磁波シールドフィルムそのものを転用することができるので、電極基板20の製造コストを抑えるうえで有利である。上記の導電性フィルム又は電磁波シールドフィルムを転用した場合には、その基材である透明樹脂フィルをそのまま電極基板20の透明樹脂フィル1として利用することができる。
When a copper thin film is used as the material for the first
腐食防止層7は、電極基板20を用いて色素増感型太陽電池を作製したときに、電解質が第1導電層6にまで浸透するのを防止するためのものであり、電気めっき、無電解めっき、又は化成処理によって形成される。また、この腐食防止層は、色素増感型太陽電池用の電解質に対して耐食性を有している材料によって形成される。
The corrosion prevention layer 7 is for preventing the electrolyte from penetrating into the first
第2導電層8は、色素増感型太陽電池に所定の波長域の光が照射されたときに、多孔質半導体電極15からキャリア(電子)を受け取るもの、又は、多孔質半導体電極15にキャリア(正孔)を供給するものであり、種々の導電性金属酸化物を用いて形成することが可能である。第1導電層6が開口部を有する場合、第2導電層8は、第1導電層6をその開口部も含めて平面視上覆うように形成することが好ましい。
The second
この第2導電層8は、光透過性及び導電性を考慮すると、酸化インジウムスズ(ITO)、フッ素ドープ酸化スズ、酸化スズ、酸化インジウム亜鉛(IZO)、酸化亜鉛(ZnO)等によって形成することが好ましく、これらの中でも、導電性及び光透過性の両方に優れた材料であるフッ素ドープ酸化スズ又はITOによって形成することが好ましい。第2導電層8の膜厚は概ね0.1nm〜500nmの範囲内で適宜選定可能であり、そのシート抵抗は概ね15Ω/□以下のできるだけ低い値であることが好ましい。
The second
電極基板20を製造するにあたっては、まず、第1導電層6が片面に形成された透明樹脂フィルム1を用意する準備工程、少なくとも第1導電層6の外表面を覆うようにして腐食防止層7を形成する腐食防止層形成工程、及び腐食防止層7を覆う金属酸化物製の第2導電層8を形成する第2導電層形成工程を順次行って、透明樹脂フィルム1上に透明電極10を形成する。
In manufacturing the
準備工程で用意する透明樹脂フィルム1、すなわち、第1導電層6が片面に形成された透明樹脂フィルム1は、自ら製造してもよいし、他で製造されたものを購入してもよい。
The transparent resin film 1 prepared in the preparation step, that is, the transparent resin film 1 on which the first
第1導電層6を自ら形成する場合、この第1導電層6は、その元となる金属箔又は金属蒸着膜を、例えばフォトリソグラフィーを利用して所望のパターン形状にエッチングすることにより、形成することができる。フォトリソグラフィーを利用して第1導電層6を形成するにあたっては、例えば、レジスト塗布、プリベーク、露光(密着露光)処理、現像処理、及びポストベークを順次行ってレジストパターン(エッチングマスク)を形成し、このレジストパターン(エッチングマスク)を用いて酸化鉄や塩化第二鉄溶液等のエッチング液によるエッチングを行った後に、レジストパターン(マスク)の剥離、及びリンス処理をこの順番で行う。上記の金属蒸着膜は、真空蒸着法、スパッタリング法、イオンプレーティング法等の物理気相成長法(PVD法)や、プラズマCVD等の化学気相成長法(CVD法)等によって形成することができる。
When the first
金属蒸着膜を成膜するにあたって、形成したい第1導電層6の形状に対応したパターンの開口部を有するマスクを利用すれば、金属蒸着膜の成膜だけで直接第1導電層6を形成することができる。
When forming a metal vapor deposition film, if a mask having an opening having a pattern corresponding to the shape of the first
前述した準備工程に引き続き行われる腐食防止層形成工程では、電気めっき、無電解めっき、又は化成処理によって前述した腐食防止層7を形成する。電気めっき、無電解めっき、又は化成処理によれば、透明樹脂フィル1の耐熱性が低くても、比較的緻密な腐食防止層7を容易に形成することができる。このときのめっき条件、化成処理条件は、透明樹脂フィルム1の耐熱性や形成しようとする腐食防止層7の組成等に応じて、適宜選定される。 In the corrosion prevention layer forming step performed subsequent to the preparation step described above, the above-described corrosion prevention layer 7 is formed by electroplating, electroless plating, or chemical conversion treatment. According to electroplating, electroless plating, or chemical conversion treatment, even if the heat resistance of the transparent resin fill 1 is low, a relatively dense corrosion prevention layer 7 can be easily formed. The plating conditions and chemical conversion treatment conditions at this time are appropriately selected according to the heat resistance of the transparent resin film 1 and the composition of the corrosion prevention layer 7 to be formed.
例えば電気めっきによれば、ニッケル(Ni)、亜鉛(Zn)、金(Au)、白金(Pt)、クロム(Cr)、アルミニウム(Al)、カドミウム(Cd)、タングステン(W)、スズ(Sn)、コバルト(Co)、及び鉄(Fe)等の金属、又は前記の金属同士の合金を含み、色素増感型太陽電池用の電解質に対して耐食性を有する腐食防止層7を形成することができる。電気めっきの際のめっき浴としては、例えば上述の金属のイオンを含有した通常のめっき浴(シアン浴、硼弗化浴、ピロリン酸浴、及びジンケート浴や、次亜リン酸又は水素化硼素塩を添加しためっき浴等)を用いることができる。 For example, according to electroplating, nickel (Ni), zinc (Zn), gold (Au), platinum (Pt), chromium (Cr), aluminum (Al), cadmium (Cd), tungsten (W), tin (Sn ), Cobalt (Co), iron (Fe), or other metals, or alloys of the above metals, and forming a corrosion prevention layer 7 having corrosion resistance to the electrolyte for dye-sensitized solar cells. it can. Examples of plating baths used for electroplating include ordinary plating baths containing the above-described metal ions (cyanogen bath, borofluoride bath, pyrophosphate bath, zincate bath, hypophosphorous acid or boron hydride salt). A plating bath to which is added) can be used.
無電解めっきによれば、ニッケル(Ni)、亜鉛(Zn)、金(Au)、白金(Pt)、クロム(Cr)、アルミニウム(Al)、カドミウム(Cd)、タングステン(W)、スズ(Sn)、コバルト(Co)、鉄(Fe)、チタン(Ti)、マンガン(Mn)、及びジルコニウム(Zr)等の金属、又は前記の金属同士の合金を含み、色素増感型太陽電池用の電解質に対して耐食性を有する腐食防止層7を形成することができる。無電解めっきの際のめっき浴としては、例えば上述の金属のイオンを含有した通常のめっき浴(アルカリ浴等)を用いることができる。無電解めっきによれば、対象物全体をめっき溶中に浸漬させることにより、対象物全体に腐食防止層を形成することができる。 According to electroless plating, nickel (Ni), zinc (Zn), gold (Au), platinum (Pt), chromium (Cr), aluminum (Al), cadmium (Cd), tungsten (W), tin (Sn ), Cobalt (Co), iron (Fe), titanium (Ti), manganese (Mn), zirconium (Zr) and other metals, or an alloy of the above metals, and an electrolyte for dye-sensitized solar cells Therefore, the corrosion prevention layer 7 having corrosion resistance can be formed. As a plating bath at the time of electroless plating, for example, a normal plating bath (alkali bath or the like) containing the above metal ions can be used. According to electroless plating, a corrosion prevention layer can be formed on the entire object by immersing the entire object in the plating solution.
化成処理方法による腐食防止層7の形成は、例えばリン酸金属塩を含有した化成処理剤(以下、「リン酸金属塩化成処理剤」という。)を、第1導電層6まで形成した透明樹脂フィルム1に第1導電層6側から塗布することによって、あるいは、第1導電層6まで形成した透明樹脂フィルム1をリン酸金属塩化成処理剤に浸漬することによって、行うことができる。リン酸金属塩化成処理剤を塗布する場合、塗布方法としては公知の手法を用いることができる。
The formation of the corrosion prevention layer 7 by the chemical conversion treatment method is, for example, a transparent resin in which a chemical conversion treatment agent containing a metal phosphate (hereinafter referred to as “phosphate metal chlorination treatment agent”) is formed up to the first
上記のリン酸金属塩の具体例としては、例えばリン酸クロム(III)塩、リン酸クロム(VI)塩、リン酸ジルコニウム塩、リン酸チタン塩、リン酸リチウム塩、リン酸マンガン塩、リン酸亜鉛塩、リン酸コバルト塩、リン酸スズ塩、リン酸ニッケル塩、リン酸タングステン塩、リン酸モリブデン塩等が挙げられる。これらのリン酸金属塩は、1種単独で、又は2種以上を混合して使用される。化成処理剤は、例えばフェノール樹脂、アクリル樹脂、ウレタン樹脂等の水溶性合成樹脂を1種又は2種以上含有していてもよい。化成処理剤に水溶性合成樹脂を含有させた場合には、化成処理後に80〜200℃程度の熱処理を施して、共有結合や配位結合等の架橋反応を促進させることが好ましい。この熱処理によって、より緻密な腐食防止層7を形成することができる。 Specific examples of the metal phosphate include, for example, chromium (III) phosphate, chromium (VI) phosphate, zirconium phosphate, titanium phosphate, lithium phosphate, manganese phosphate, phosphorus Examples include zinc oxide salts, cobalt phosphate salts, tin phosphate salts, nickel phosphate salts, tungsten phosphate salts, and molybdenum phosphate salts. These metal phosphates are used singly or in combination of two or more. The chemical conversion treatment agent may contain one or more water-soluble synthetic resins such as phenol resin, acrylic resin, and urethane resin. When the chemical conversion treatment agent contains a water-soluble synthetic resin, it is preferable to perform a heat treatment at about 80 to 200 ° C. after the chemical conversion treatment to promote a crosslinking reaction such as a covalent bond or a coordinate bond. By this heat treatment, a denser corrosion prevention layer 7 can be formed.
なお、腐食防止層7を形成するにあたっては、前処理として予め脱脂処理をしておくことが好ましい。脱脂処理の方法としては、例えばアルカリ浸漬法、電解洗浄法、酸洗浄法、電解酸洗浄法、酸活性化法等の公知の方法を用いることができる。予め脱脂処理を行うことにより、より緻密な腐食防止層7を形成することができる。 In addition, when forming the corrosion prevention layer 7, it is preferable to degrease beforehand as a pretreatment. As a method of degreasing treatment, known methods such as an alkali dipping method, an electrolytic cleaning method, an acid cleaning method, an electrolytic acid cleaning method, and an acid activation method can be used. By performing a degreasing process in advance, a denser corrosion prevention layer 7 can be formed.
腐食防止層7は、少なくとも第1導電層6の外表面(上面及び各側面)を覆っていればよいが、図示のように、第1導電層6の外表面の他に、第1導電層6の下地層(図示の例では接着剤層5)表面のうちで第1導電層6によって覆われていない領域も覆っていることが好ましい。このような腐食防止層7を形成することにより、電極基板20を用いて色素増感型太陽電池を作製したときに、第1導電層6とその下地層との界面に電解質が浸透することに起因する第1導電層6の腐食や、下地層が腐食もしくは溶解することに起因する第1導電層6の腐食を抑制することが可能になる。
The corrosion prevention layer 7 only needs to cover at least the outer surface (upper surface and each side surface) of the first
必要に応じて、腐食防止層7をクロメート処理することもできる。このクロメート処理は、腐食防止層7の主成分が亜鉛であるときに特に好適である。クロメート処理を施すことにより、電極基板20を用いて色素増感型太陽電池を作製したときに電解質が第1導電層6に浸透するのを更に抑制することが可能になる。クロメート処理を行う際の条件は、透明樹脂フィル1の耐熱性や腐食防止層7の組成等に応じて、適宜選定される。腐食防止層7をクロメート処理した場合には、クロメート処理によって形成された表面処理層(図示せず。)が、腐食防止層7と第2導電層8との間に介在することになる。
If necessary, the corrosion prevention layer 7 can be chromated. This chromate treatment is particularly suitable when the main component of the corrosion prevention layer 7 is zinc. By performing the chromate treatment, it is possible to further suppress the penetration of the electrolyte into the first
上記の表面処理層は、例えば、クロムを含む金属、銅クロム合金等からなるクロム合金、又は酸化クロムからなる被膜である。クロメート処理は、亜鉛めっき又は亜鉛合金めっきによって形成した腐食防止層7に施すことが特に好ましい。クロメート処理の対象物が亜鉛めっき層又は亜鉛合金めっき層である場合には、表面処理層(クロメート処理層)とめっき層(腐食防止層7)との密着性をより高めることができる。 The surface treatment layer is, for example, a coating made of chromium-containing metal, a chromium alloy made of a copper chromium alloy, or chromium oxide. The chromate treatment is particularly preferably performed on the corrosion prevention layer 7 formed by galvanization or zinc alloy plating. When the chromate treatment target is a zinc plating layer or a zinc alloy plating layer, the adhesion between the surface treatment layer (chromate treatment layer) and the plating layer (corrosion prevention layer 7) can be further enhanced.
上述のようにして腐食防止層を形成する腐食防止層形成工程を行った後、腐食防止層7を覆う金属酸化物製の第2導電層8を形成する第2導電層形成工程を行うことにより、透明電極10を得ることができる。
After performing the corrosion prevention layer forming step for forming the corrosion prevention layer as described above, the second conductive layer forming step for forming the metal oxide second
第2導電層8の形成は、真空蒸着法、スパッタリング法、イオンプレーティング法等の物理気相成長等により行うことができ、製造コストを抑えるという観点からはイオンプレーティング法、スパッタリング法により行うことが好ましい。
The formation of the second
(3)多孔質半導体電極
多孔質半導体電極15は、光励起された色素17からキャリア(電子)を受け取ることができるもの、又は、光励起された色素17にキャリア(正孔)を伝えることができるものであればよい。この多孔質半導体電極15は、単一成分の層とすることもできるし、混合物の層とすることもできる。更には、複数の多孔質半導体膜の積層物とすることもできる。多孔質半導体電極15の導電型は、通常、N型である。
(3) Porous semiconductor electrode The
多孔質半導体電極15の材料としては、例えば、酸化チタン、酸化亜鉛、酸化スズ、酸化インジウムスズ、酸化ジルコニウム、酸化ケイ素、酸化マグネシウム、酸化アルミニウム、酸化セシウム、酸化ビスマス、酸化マンガン、酸化イットリウム、酸化タングステン、酸化タンタル、酸化ニオブ、酸化ランタン等の金属酸化物半導体を用いることができる。これらの金属酸化物半導体は多孔質半導体層を形成するのに適しており、色素増感型太陽電池のエネルギー変換効率の向上、コストの削減を図ることができるため好ましい。電極基板20を用いた色素増感型太陽電池の耐久性や、電極基板20を製造する際の安全性及び経済性等を考慮すると、多孔質半導体電極15の材料としては酸化チタンが好ましく、特に、アナターゼ型の酸化チタンが好ましい。なお、本発明でいう「半導体微粒子」は、微粒子形状の半導体を含む他に、不定形の微小半導体や微粉末状の半導体をも含むものとする。
Examples of the material of the
上記の金属酸化物半導体微粒子の平均粒子径は概ね10〜250nmの範囲内であることが好ましく、特に、量子サイズ効果が発現する大きさであることが好ましい。また、多孔質半導体層7の膜厚は、概ね5〜30μmの範囲内で適宜選定可能である。 The average particle diameter of the metal oxide semiconductor fine particles is preferably within a range of about 10 to 250 nm, and particularly preferably has a size that exhibits a quantum size effect. The film thickness of the porous semiconductor layer 7 can be appropriately selected within a range of approximately 5 to 30 μm.
電極基板20を製造するにあたっては、前述した第2導電層形成工程に引き続き、多数の半導体微粒子を用いて第2導電層8上に多孔質半導体電極15を形成する多孔質半導体電極形成工程を行う。電極基板20を用いた色素増感型太陽電池の光電変換効率を高めるという観点からは、色素9を多孔質半導体電極15に単分子膜状に、かつ、できるだけ多量に担持させることが好ましく、そのためには、多孔質半導体電極15の比表面積をできるだけ大きくすることが好ましい。また、同様の観点から、多孔質半導体電極15は、量子サイズ効果が発現するメソスコピックな多孔質体にすることが特に好ましい。
In manufacturing the
多孔質半導体電極15は、例えばゾルゲル法によって形成することもできるが、ゾルゲル法によって形成する場合には比較的高温での焼結処理が必要となることから、透明樹脂フィルム1の耐熱性が低い場合には不向きである。多孔質半導体電極15を比較的低温で形成するうえからは、所望の金属酸化物半導体微粒子が分散した塗布液を調製し、この塗布液を第2導電層8上に塗布した後に乾燥させることが好ましい。
The
必要に応じて、上記の塗布液には、多孔質半導体電極15において光散乱中心(図示せず。)として機能する微粒子を含有させることができる。多孔質半導体電極15にこの微粒子を組み込むことにより、色素17の光励起に寄与する光量を増大させることができ、結果として、色素増感型太陽電池の光電変換効率を向上させることができる。光散乱中心として機能する微粒子の具体例としては、例えば粒子径が概ね50〜200nmの酸化チタン微粒子を挙げることができる。
If necessary, the coating liquid may contain fine particles that function as light scattering centers (not shown) in the
多孔質半導体電極15を形成するための塗布液は、例えば、(i)所定の溶媒中で半導体微粒子を結晶化微粒子として析出させてゾル液とする方法、又は(ii)半導体微粒子をボールミル、サンドミル、ロールミル等で適当な分散媒と混合し、混練機、ホモジナイザー、プラネタリーミキサー等の公知の分散機により分散媒中に分散させて分散液とする方法、によって調製することができる。上記(ii)の方法によって塗布液を調製するにあたって、使用する半導体微粒子が凝集していた場合には、分散液を得るまでの工程の適当な時期、例えば分散媒と混合する前や、分散媒と混合する過程で、あるいは分散媒と混合した後に、凝集している半導体微粒子をほぐすことが好ましい。上記(i)のゾル液と上記(ii)の分散液とを混合して塗布液を調製することもできる。
The coating liquid for forming the
上記の分散媒としては、例えば、(a)クロロホルム、塩化メチレン、ジクロロエタン等の塩素系分散媒、(b)テトラヒドロフラン等のエーテル系分散媒、(c)トルエン、キシレン等の芳香族炭化水素系分散媒、(d)アセトン、メチルエチルケトン等のケトン系分散媒、(e)酢酸エチル、酢酸ブチル、エチルセルソルブアセテート等のエステル系分散媒、(f)イソプロピルアルコール(IPA)、エタノール、メタノール、ブチルアルコール等のアルコール系分散媒、(g)その他(N−メチル−2−ピロリドン、純水等)、を用いることができる。塗布液に後述の結着剤を含有させる場合には、この結着剤を溶解させることが可能な分散媒を用いる。 Examples of the dispersion medium include (a) a chlorine-based dispersion medium such as chloroform, methylene chloride, and dichloroethane, (b) an ether-based dispersion medium such as tetrahydrofuran, and (c) an aromatic hydrocarbon-based dispersion such as toluene and xylene. Medium, (d) ketone dispersion medium such as acetone, methyl ethyl ketone, (e) ester dispersion medium such as ethyl acetate, butyl acetate, ethyl cellosolve acetate, (f) isopropyl alcohol (IPA), ethanol, methanol, butyl alcohol Alcohol-based dispersion medium such as (g) and others (N-methyl-2-pyrrolidone, pure water, etc.) can be used. When a binder described later is contained in the coating solution, a dispersion medium capable of dissolving the binder is used.
多孔質半導体電極15と透明電極10との密着性や多孔質半導体電極15自身の機械的強度を向上させるために、上述の塗布液には、高分子材料からなる結着剤を溶解させることができる。例えば、セルロース系樹脂、ポリエステル系樹脂、ポリアミド系樹脂、ポリアクリル酸エステル系樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリウレタン樹脂、ポリオレフィン系樹脂、ポリビニルアセタール系樹脂、フッ素系樹脂、ポリイミド樹脂等の樹脂や、ポリエチレングリコールのような多価アルコール類を結着剤として使用することができる。塗布液中への結着剤の添加量は極力少ない方が好ましい。具体的には、塗布液中の全固形分に対する結着剤の割合を0.5質量%以下とすることが好ましく、0.2質量%以下とすることが更に好ましい。
In order to improve the adhesion between the
塗布液には、上述の結着剤の他に、その塗工適性を向上させるために各種の添加剤を含有させることができる。この添加剤としては、例えば、界面活性剤、粘度調整剤、分散助剤、pH調整剤等が挙げられる。例えば、pH調整剤としては、硝酸、塩酸、酢酸、ジメチルホルムアミド、アンモニア等を用いることができる。 In addition to the above-described binder, the coating liquid can contain various additives in order to improve the coating suitability. Examples of the additive include a surfactant, a viscosity modifier, a dispersion aid, a pH adjuster, and the like. For example, nitric acid, hydrochloric acid, acetic acid, dimethylformamide, ammonia or the like can be used as a pH adjuster.
塗布液の塗工方法としては、ダイコート、グラビアコート、グラビアリバースコート、ロールコート、リバースロールコート、バーコート、ブレードコート、ナイフコート、エアナイフコート、スロットダイコート、スライドダイコート、ディップコート、マイクロバーコート、マイクロバーリバースコート、スクリーン印刷(ロータリー方式)、インクジェット、スプレーコート等、種々の方法を適用することができる。このような塗工方法により単数回又は複数回、塗布液の塗布及び乾燥を繰り返して、所望の膜厚の多孔質半導体電極15を形成する。塗膜の乾燥は、透明樹脂フィルム1の耐熱温度以下で行う必要がある。具体的には、概ね100℃以上、透明樹脂フィルム1の耐熱温度以下の温度範囲内で加熱乾燥することが好ましい。
As the coating method of the coating liquid, die coating, gravure coating, gravure reverse coating, roll coating, reverse roll coating, bar coating, blade coating, knife coating, air knife coating, slot die coating, slide die coating, dip coating, micro bar coating, Various methods such as microbar reverse coating, screen printing (rotary method), ink jet, spray coating, and the like can be applied. By applying such a coating method one or more times, coating and drying of the coating solution are repeated to form the
(4)色素
色素17は、多孔質半導体電極15を増感させるためのものである。この色素17としては、(A)その吸収波長域が、多孔質半導体電極15の吸収波長域よりも長波長側にまで及んでいるもの、(B)多孔質半導体電極15がN型半導体である場合には、光励起されたときの電子のエネルギー準位が多孔質半導体電極15の伝導帯端の位置よりも高いもの、(C)多孔質半導体電極15がN型半導体である場合には、多孔質半導体電極15へキャリアを注入するのに要する時間が、多孔質半導体電極15からキャリアを再捕獲するのに要する時間に比べて短いもの、が好ましい。
(4)
例えば多孔質半導体電極15がアナターゼ型の酸化チタンによって形成されている場合、色素17としては、下式(I)によって表されるルテニウム錯体を用いることが好ましい。
For example, when the
電極基板20を用いて光電変換効率の高い色素増感型太陽電池を得るうえからは、上記の式(I)で示されるルテニウム錯体の中でも、XがNCS(チオシアネート)である(シス−ジ(チオシアネート)−N、N’−ビス(2,2’−ビピリジル−4,4’−ジカルボン酸)ルテニウム(II)を用いることが特に好ましい。
In order to obtain a dye-sensitized solar cell with high photoelectric conversion efficiency using the
勿論、上述したルテニウム錯体以外の金属錯体色素や、有機色素を使用することもできる。有機色素の具体例としては、例えば、アクリジン系、アゾ系、インジゴ系、キノン系、クマリン系、メロシアニン系、フェニルキサンテン系の色素が挙げられる。これらの有機色素の中でも、クマリン系の色素が好ましい。 Of course, metal complex dyes other than the ruthenium complex described above and organic dyes can also be used. Specific examples of the organic dye include acridine dyes, azo dyes, indigo dyes, quinone dyes, coumarin dyes, merocyanine dyes, and phenylxanthene dyes. Of these organic dyes, coumarin dyes are preferable.
電極基板20を製造するにあたっては、前述した多孔質半導体電極形成工程に引き続き、多孔質半導体電極15に色素を担持させる色素担持工程を行う。この工程で、色素17は、多孔質半導体電極15を形成している半導体微粒子15aの表面に担持される。光電変換効率の高い色素増感型太陽電池を得るという観点からは、できるだけ多くの半導体微粒子15aに色素17を担持させることが好ましく、特に、多孔質半導体電極15を形成している半導体微粒子15aそれぞれの表面に色素17を担持させることが好ましい。
In manufacturing the
そのためには、多孔質半導体電極15の細孔内表面にまで色素17を吸着させることが可能な方法によって、多孔質半導体電極15に色素17を担持させることが好ましい。例えば、色素の溶液(以下、「色素担持用塗工液」という。)を調製し、この色素担持用塗工液に多孔質半導体電極15まで形成した電極基板を浸漬し、その後に乾燥するという方法、あるいは、色素担持用塗工液を多孔質半導体電極15に塗布し、浸透させた後に乾燥するという方法等によれば、多孔質半導体電極15の細孔内表面にまで色素9を吸着させることができ、半導体微粒子15aそれぞれの表面に色素17を担持させることも可能である。色素担持用塗工液は、用いる色素の種類に応じて水系溶媒及び有機系溶媒のいずれかを適宜選択して、調製する。
For this purpose, it is preferable to support the
光電変換効率の高い色素増感型太陽電池を得るという観点からは、色素17を単分子膜の状態で多孔質半導体電極15に担持させることが好ましく、そのためには、多孔質半導体電極15に担持された余分な色素を、色素担持用塗工液の調製に使用し得る溶媒等によって洗浄、除去することが好ましい。
From the viewpoint of obtaining a dye-sensitized solar cell with high photoelectric conversion efficiency, it is preferable to support the
多孔質半導体電極15に予め表面処理を施しておくことにより、多孔質半導体電極15がN型半導体のときには色素17から多孔質半導体電極15へのキャリアの移動速度を高めることが可能である。多孔質半導体電極15に色素17を担持させた後にこれら多孔質半導体電極15及び色素17に所定の処理、例えば、多孔質半導体電極15が酸化チタンによって形成され、色素17が上述したルテニウム錯体である場合には、t−ブチルピリジン等の塩基による処理を施すことにより、電極基板20を用いた色素増感型太陽電池の光電変換効率を向上させることが可能である。
By subjecting the
(5)任意部材
必要に応じて、電極基板20にはガスバリア層やパターニング層等を形成することができる。以下、これらの任意部材について説明する。
(5) Arbitrary member A gas barrier layer, a patterning layer, etc. can be formed in the
(a)ガスバリア層
ガスバリア層は、電極基板20を用いて色素増感型太陽電池を作製したときに、電極基板20を通して酸素や水分が色素増感型太陽電池内に侵入すること、及び、色素増感型太陽電池で使用される電解質が電極基板20を通して外部に揮散すること、を防止するためのものであり、透明樹脂フィルム1と透明電極10との間又は透明樹脂フィルム1の背面(透明電極10が形成されている面とは反対側の面を意味する。)に設けることができる。
(A) Gas barrier layer The gas barrier layer is formed by allowing oxygen or moisture to enter the dye-sensitized solar cell through the
このガスバリア層の酸素透過率は概ね1cc/m2 /day・atm(約10ml/m2 /day/MPa)以下であることが好ましく、その水蒸気透過率は概ね1g/m2 /day以下であることが好ましい。このようなガスバリア層は、所望の有機材料の蒸着膜(物理気相成長法又は化学気相成長法によって形成された膜を意味する。以下同じ。)又はフィルムによって、あるいは、所望の無機材料の蒸着膜によって、形成することができる。 The oxygen permeability of the gas barrier layer is preferably about 1 cc / m 2 / day · atm (about 10 ml / m 2 / day / MPa) or less, and the water vapor permeability is about 1 g / m 2 / day or less. It is preferable. Such a gas barrier layer is a vapor-deposited film of a desired organic material (meaning a film formed by physical vapor deposition or chemical vapor deposition, the same shall apply hereinafter) or film, or of a desired inorganic material. It can be formed by a deposited film.
色素増感型太陽電池内への酸素の侵入を防止することにより、色素17や電解質の劣化が抑制されるので、色素増感型太陽電池の性能の経時的な低下を抑制することができる。また、水分の侵入を抑制することにより、例えば第2導電層8をITOのように比較的水分によって劣化し易い材料によって形成した場合でもその性能の経時的低下が抑制されるので、色素増感型太陽電池の性能の経時的低下を抑制することができる。
By preventing oxygen from entering the dye-sensitized solar cell, deterioration of the
(b)パターニング層
本明細書でいう「パターニング層」とは、光照射によって表面の濡れ性を変化させることができる層を意味する。このパターニング層の具体例としては、(i)疎水性バインダー中に光触媒(光半導体の微粒子)が分散した構造を有する光触媒含有層、(ii)クロロシランやアルコキシシラン等を加水分解、重縮合して得られるオルガノポリシロキサンの層、(iii) 撥水牲や撥油性に優れた反応性シリコーンが架橋したオルガノポリシロキサンの層、(iv)フルオロアルキルシラン等を用いた撥水性を示す自己組織化膜、等を挙げることができる。
(B) Patterning layer The “patterning layer” in the present specification means a layer capable of changing the wettability of the surface by light irradiation. Specific examples of this patterning layer include: (i) a photocatalyst-containing layer having a structure in which a photocatalyst (fine particles of photo semiconductor) is dispersed in a hydrophobic binder, and (ii) hydrolysis and polycondensation of chlorosilane, alkoxysilane, or the like. The resulting organopolysiloxane layer, (iii) a reactive silicone-crosslinked organopolysiloxane layer with excellent water repellency and oil repellency, and (iv) a self-assembled film exhibiting water repellency using fluoroalkylsilane, etc. , Etc.
上記(i)の光触媒含有層は、この光触媒含有層に含まれている光触媒の吸収波長を含む波長域の光でその表面を選択的に露光することにより、露光された領域の濡れ性を変化させてここを親水化することができる。このような光触媒含有層は、例えば、疎水性バインダー中に光触媒が分散した塗工液を調製し、この塗工液を所望箇所に塗布して塗膜を形成した後、この塗膜を乾燥することにより形成することができる。 The photocatalyst-containing layer (i) above changes the wettability of the exposed region by selectively exposing the surface with light in a wavelength region including the absorption wavelength of the photocatalyst contained in the photocatalyst-containing layer. This can be made hydrophilic. Such a photocatalyst-containing layer is prepared by, for example, preparing a coating liquid in which a photocatalyst is dispersed in a hydrophobic binder, applying the coating liquid to a desired location to form a coating film, and then drying the coating film. Can be formed.
また、上記(ii)〜(iv)の各層は、例えば紫外光によってその表面を選択的に露光することにより、露光された領域の濡れ性を変化させてここを親水化することができる。上記(ii)〜(iv)の各層の表面を選択的に露光するにあたっては、必要に応じて、フォトマスク(紫外線マスク)における被露光物側の表面に光触媒含有層を設けることができる。この光触媒含有層をフォトマスクに設けることにより、より長波長の紫外光によっても所望の親水化処理を施すことが可能になる。 Moreover, each layer of said (ii)-(iv) can change the wettability of the exposed area | region by selectively exposing the surface, for example by ultraviolet light, and can hydrophilize here. In selectively exposing the surface of each layer of (ii) to (iv) above, a photocatalyst-containing layer can be provided on the surface of the photomask (ultraviolet mask) on the exposed object side, if necessary. By providing this photocatalyst-containing layer on the photomask, it is possible to perform a desired hydrophilization treatment with longer wavelength ultraviolet light.
パターニング層は透明電極10上に設けられて、多孔質半導体電極15の下地層として使用される。パターニング層の表面のうちで多孔質半導体電極15を形成しようとする領域が上述のようにして親水化される。この状態のパターニング層上に多孔質半導体層15の材料となる前述の塗布液を塗工すると、実質的に上記の親水化された領域上にのみ塗膜、ひいては多孔質半導体電極15を形成することができる。
The patterning layer is provided on the
例えば動作電圧又は動作電流の大きい色素増感型太陽電池を得るうえからは、この色素増感型太陽電池の構造を、比較的小型のセルが複数個、電気的に並列又は直列に接続された構造にすることが好ましい。この場合、1つの電極基板20には、1つの透明電極10が形成されてその上に複数の多孔質半導体電極15が形成されるか、又は、複数の透明電極10が形成されて個々の透明電極10上に多孔質半導体電極15が1つずつ形成されることになる。パターニング層は、複数の多孔質半導体電極15を所望箇所に形成するうえで有用である。
For example, in order to obtain a dye-sensitized solar cell having a large operating voltage or operating current, a plurality of relatively small cells are electrically connected in parallel or in series to the structure of this dye-sensitized solar cell. A structure is preferred. In this case, one
以上説明した部材によって構成されている電極基板20では、金属酸化物製の第2導電層8の他に金属製の第1導電層6が形成されているので、全体の導電性を比較的容易に高めることができる。また、第1導電層6の外表面を覆う腐食防止層7として、電気めっき、無電解めっき、又は化成処理によって形成されたものが用いられているので、透明樹脂フィルム1の耐熱性が比較的低くても、腐食防止層7の緻密化を図り易い。
In the
更に、この腐食防止層7は色素増感型太陽電池用の電解質に対して耐食性を有している。したがって、たとえ色素増感型太陽電池の電解質にハロゲン系のレドックス対が含有されていたとしても、また、たとえ第1導電層6の材料がハロゲン系のレドックス対によって腐食され易いものであったとしても、このレドックス対によって第1導電層6が腐食されることに起因する電極基板20の導電性の低下を抑制することができる。第1導電層6の材料として安価で導電性の高い銅等を使用した場合でも、電極基板20の導電性の低下を抑制することができる。
Furthermore, this corrosion prevention layer 7 has corrosion resistance with respect to the electrolyte for dye-sensitized solar cells. Therefore, even if the halogen-based redox couple is contained in the electrolyte of the dye-sensitized solar cell, and the material of the first
これらの理由から、電極基板20によれば、光電変換効率が高く、性能の経時的な低下が抑制された色素増感型太陽電池を低コストの下に容易に得ることが可能になる。
For these reasons, according to the
<色素増感型太陽電池用基板(第2形態)>
図3は、本発明の色素増感型太陽電池用電極基板の基本的な断面構造の他の例を示す概略図である。図示の色素増感型太陽電池用電極基板20A(以下、「電極基板20A」と称する。)は、99.3%よりも高純度のアルミニウムによって第1導電層6Aが形成され、かつ、図1に示した第1形態の電極基板20で形成されている腐食防止層7が当該電極基板20Aでは省略されているという点で、第1形態の電極基板20と異なる。
<Dye-sensitized solar cell substrate (second embodiment)>
FIG. 3 is a schematic view showing another example of the basic cross-sectional structure of the electrode substrate for a dye-sensitized solar cell of the present invention. The illustrated dye-sensitized solar
この点を除けば、本形態の電極基板20Aは第1形態の電極基板20と同様の構成を有している。図示のように、第2導電層8は、第1導電層6Aの外表面を覆っていると共に、第1導電層6Aによって覆われることなく露出している接着剤層5の表面を覆っている。図3に示した構成部材のうち、第1導電層6A以外の構成部材は図1に示した電極基板20と共通するので、これらの構成部材については図1で用いた参照符号と同じ参照符号を付してその説明を省略する。
Except this point, the
第1導電層6Aは、上述のように高純度のアルミニウムによって形成されたものである。この第1導電層6Aは、例えば、所望膜厚のアルミニウム箔を接着剤層5によって透明樹脂フィルム1上に接合し、その上に所定形状のエッチングマスクを形成してからエッチングを施して所望形状にパターニングすることにより、得ることができる。
The first
第1導電層6Aの材料として用いるアルミニウムの純度は、ヨウ素系のレドックス対を含有した電解液に対する耐食性が高い電極基板20Aを得るという観点から、99.3%よりも高いことが好ましく、99.5%以上であることが更に好ましい。
The purity of aluminum used as the material of the first
このように、電極基板20Aは高純度のアルミニウムによって形成された第1導電層6Aを有しているので、電解液にヨウ素系のレドックス対が含有されている色素増感型太陽電池用の電極基板として特に好適である。この電極基板20A5では、第1導電層6Aの耐食性が高いことから、第1形態の電極基板20で使用されている腐食防止層7を省略したとしても、第1導電層6Aが腐食されることに起因する導電性の低下を抑制することができる。したがって、電極基板20Aによれば、光電変換効率が高く、性能の経時的な低下が抑制された色素増感型太陽電池を低コストの下に容易に得ることが可能になる。なお、必要に応じて、第1形態の電極基板20におけるのと同様にして、第1導電層6Aの外表面を覆う腐食防止層を電気めっき、無電解めっき、又は化成処理により形成することもできる。
As described above, since the
<色素増感型太陽電池(第1形態)>
図4は、本発明の色素増感型太陽電池の基本的な断面構造の一例を示す概略図である。図示の色素増感型太陽電池50では、上述した第1形態の電極基板20が光電極として用いられており、透明樹脂フィル22の片面に第1導電膜24と第2導電膜26とがこの順番で積層された色素増感型太陽電池用電極基板30(以下、「電極基板30」と称する。)が対極として用いられている。電極基板30に代えて、図1に示した透明電極10が透明樹脂フィルムの片面に形成され、この透明電極10上に図4に示した第2導電膜26に相当する導電膜が形成されている電極基板を用いてもよい。
<Dye-sensitized solar cell (first embodiment)>
FIG. 4 is a schematic view showing an example of a basic cross-sectional structure of the dye-sensitized solar cell of the present invention. In the illustrated dye-sensitized
電極基板20の構成については既に説明したので、ここでは省略する。また、対極として用いられている電極基板30における透明樹脂フィルム22及び第1導電膜24としては、それぞれ、上述した電極基板20での透明樹脂フィルム1又は第2導電層8と同様のものを用いることができるので、これら透明樹脂フィルム22及び第1導電膜24についても、ここではその説明を省略する。
Since the configuration of the
第2導電膜26は、電極基板20の導電性を向上させるためのものである。第2導電膜26は、電極基板30を用いた色素増感型太陽電池で使用される電解質の種類に応じて、この電解質に対して耐食性を有する導電性材料を適宜選択して形成することが好ましい。第2導電膜26の材料としては白金(Pt)が最も好ましいが、カーボン、導電性高分子等によって第2導電膜26を形成することもできる。電極基板30を用いて光電変換効率の高い色素増感型太陽電池を得るという観点からは、色素増感型太陽電池の電解質においてレドックス対を構成する一方のイオン種が光照射時にキャリアと反応して他方のイオン種を生成する際に触媒として機能し得る金属(例えば白金(Pt))によって、第2導電膜26を形成することが好ましい。
The second
この第2導電膜26は、例えば蒸着法、スパッタリング法、CVD法等の方法により形成することができ、その膜厚は概ね1〜500nmの範囲内で適宜選定可能である。電極基板30の製造コストを抑えるという観点からは、スパッタリング法によって第2導電膜26を形成することが好ましい。
The second
光電極である電極基板20と対極である電極基板30とは、電極基板20中の多孔質半導体電極15と電極基板30中の第2導電膜26とが互いに対向するようにして配置されており、これらの電極基板20、30の間には電解質層35が介在している。電極基板20中の透明電極10はリード線40aによって負荷45に接続されており、この負荷45はリード線40bによって電極基板30中の第1導電膜24に接続されている。なお、図示を省略しているが、色素増感型太陽電池50では、電解質層35を形成している電解質が漏出するのを防止するために、電極基板20、30及び電解質層35の周囲を封止剤により封止している。
The
電極基板20、30の間隔を精度よく所望の間隔に保って短絡を防止するために、電極基板20と電極基板30との間にガラススペーサ、樹脂スペーサ、オレフィン系多孔質膜等のスペーサを配置してもよい。スぺーサーは、電極基板20、30の一方に予め形成しておくこともできるし、色素増感型太陽電池を組み立てる際に電極基板20、30の少なくとも一方に固着させて使用することもできる。また、前記スペーサが封止剤を兼ねることもできる。
Spacers such as glass spacers, resin spacers, and olefinic porous membranes are disposed between the
電解質層35は、電極基板20と電極基板30との間に位置し、光励起された色素17によって還元される一方で、電極基板30を介して供給されるキャリア(電子)によって酸化されて、電極基板20、リード線40a、負荷45、リード線40b、及び電極基板30を含む閉回路の形成を可能にする。
The
この電解質層35の材料としては、キャリアの輸送に寄与するレドックス対を少なくとも含有した、色素増感型太陽電池に用いられる種々の電解質を用いることができ、その形態は液体状、固体状、及びゲル状のいずれでもよい。色素増感型太陽電池50の耐久性及び安定性の向上を図るという観点からは、常温溶融塩電解液又はゲル状の電解質を用いることが好ましい。
As the material of the
上記のレドックス対は、電解質に用いられるものであれば特に限定はされるものではなく、その原料の組み合わせとしては、ヨウ素とヨウ化物との組み合わせ、又は、臭素と臭化物との組み合わせが挙げられる。例えば、ヨウ素とヨウ化物との組合せの具体例としては、ヨウ化リチウム(LiI)、ヨウ化ナトリウム(NaI)、ヨウ化カリウム(KI)、ヨウ化カルシウム(CaI2 )等の金属ヨウ化物とヨウ素(I2 )との組み合わせを挙げることができる。また、臭素と臭化物との組み合わせの具体例としては、臭化リチウム(LiBr)、臭化ナトリウム(NaBr)、臭化カリウム(KBr)、臭化カルシウム(CaBr2 )等の金属臭化物と臭素(Br2 )との組み合わせを挙げることができる。 The redox couple is not particularly limited as long as it is used for an electrolyte, and the combination of raw materials includes a combination of iodine and iodide, or a combination of bromine and bromide. For example, specific examples of combinations of iodine and iodide include metal iodides such as lithium iodide (LiI), sodium iodide (NaI), potassium iodide (KI), calcium iodide (CaI 2 ), and iodine. A combination with (I 2 ) can be mentioned. Specific examples of combinations of bromine and bromide include lithium bromide (LiBr), sodium bromide (NaBr), potassium bromide (KBr), calcium bromide (CaBr 2 ), and the like, and bromide (Br). 2 ) and a combination thereof.
電解質層35の材料としてゲル状の電解質を用いる場合、この電解質は物理ゲル及び化学ゲルのいずれであってもよい。物理ゲルは物理的な相互作用で室温付近でゲル化しているものであり、化学ゲルは架橋反応等の化学結合でゲルを形成しているものである。物理ゲルは、ポリアクリロニトリル、ポリメタクリレート等のゲル化剤を用いて作製することができ、化学ゲルは、アクリル酸エステル系、メタクリル酸エステル系のもの等を用いることができる。
When a gel electrolyte is used as the material of the
また、電解質層35の材料として固体状の電解質を用いる場合、この電解質としてはヨウ化銅(CuI)や、ポリピロール、ポリチオフェン等の正孔輸送性の高い導電性の高分子を用いることが好ましい。
When a solid electrolyte is used as the material of the
電解質層35の厚さは適宜選定可能であるが、電解質層35の厚さと多孔質半導体電極15の膜厚との合計が2μm〜100μmの範囲内、その中でも、2μm〜50μmの範囲内になるように電解質層35の厚さを選定することが好ましい。上記の範囲よりも電解質層35の厚さが薄いと、多孔質半導体電極15と第2導電膜26とが接触し易くなるため、短絡の原因となる。また、電解質層35の厚さが上記の範囲よりも厚いと、色素増感型太陽電池50の内部抵抗が大きくなり、性能が低下する。
Although the thickness of the
上述した電解質層35は、その材料に応じて、種々の方法により形成することができる。例えば、電解質層35の形成に用いる電解質層形成用塗工液を多孔質半導体電極15上に塗布し、乾燥させることにより形成する方法(以下、「塗布法」と記載する場合がある。)、又は、多孔質半導体電極15と第2導電層26とが所定の間隔を有するように電極基板20、30を配置し、電極基板20と電極基板30との間隙に電解質層形成用塗工液を注入することにより電解質層35を形成する方法(以下、「注入法」と記載する場合がある。)等を挙げることができる。以下、これらの「塗布法」及び「注入法」について説明する。
The
(I)塗布法
塗布法は、主に固体状の電解質層を形成するために用いられる方法であり、この塗布法で用いる電解質層形成用塗工液としては、少なくともレドックス対とこのレドックス対を保持する高分子とを含有したものを用いる。他に、架橋剤や光重合開始剤等が添加されていることが好ましい。
(I) Coating method The coating method is a method mainly used for forming a solid electrolyte layer. As a coating solution for forming an electrolyte layer used in this coating method, at least a redox pair and this redox pair are used. A material containing a polymer to be retained is used. In addition, it is preferable to add a crosslinking agent, a photopolymerization initiator, and the like.
電解質層形成用塗工液の塗布は、ダイコート、グラビアコート、グラビアリバースコート、ロールコート、リバースロールコート、バーコート、ブレードコート、ナイフコート、エアナイフコート、スロットダイコート、スライドダイコート、ディップコート、マイクロバーコート、マイクロバーリバースコートや、スクリーン印刷(ロータリー方式)等、種々の方法によって行うことができる。 The coating solution for forming the electrolyte layer can be applied by die coating, gravure coating, gravure reverse coating, roll coating, reverse roll coating, bar coating, blade coating, knife coating, air knife coating, slot die coating, slide die coating, dip coating, and micro bar. It can be performed by various methods such as coating, microbar reverse coating, and screen printing (rotary method).
電解質層形成用塗工液に上述の光重合開始剤が含有されている場合には、この電解質層形成用工液を塗布した後に光重合開始剤を感光させることにより、電解質層35を形成することができる。
When the above-mentioned photopolymerization initiator is contained in the electrolyte layer forming coating solution, the
(II)注入法
注入法は、液体状、ゲル状又は固体状の電解質層を形成するために用いられる方法であり、この方法で電解質層35を形成する際には、前述したスペーサを利用して、電極基板20と電極基板30とが所望の間隔に保持されたセルを予め形成しておくことが好ましい。電解質層形成用塗工液の注入は、例えば毛細管現象を利用して行うことができる。ゲル状又は固体状の電解質層35を形成する場合には、電解質層形成用塗工液を注入した後に例えば温度調整、紫外線照射、電子線照射等を行って、二次元又は三次元の架橋反応を生じさせる。
(II) Injection Method The injection method is a method used to form a liquid, gel, or solid electrolyte layer. When forming the
以上説明した色素増感型太陽電池50は、前述した第1形態の電極基板20を備えているので、当該電極基板20についての説明の中で述べた理由と同じ理由から、光電変換効率が高く、性能の経時的低下が抑制されたものを低コストの下に得ることが容易なものである。
Since the dye-sensitized
<色素増感型太陽電池(第2形態)>
図5は、本発明の色素増感型太陽電池の基本的な断面構造の他の例を示す概略図である。図示の色素増感型太陽電池60は、図3に示した第2形態の電極基板20Aが光電極として用いられているという点で、第1形態の色素増感型太陽電池50と異なる。この点を除けば、本形態の色素増感型太陽電池60は第1形態の色素増感型太陽電池50と同様の構成を有しているので、図5に示した構成部材のうちの電極基板20A以外の構成部材については、図4で用いた参照符号と同じ参照符号を付してその説明を省略する。
<Dye-sensitized solar cell (second form)>
FIG. 5 is a schematic view showing another example of the basic cross-sectional structure of the dye-sensitized solar cell of the present invention. The illustrated dye-sensitized
このような構成を有する色素増感型太陽電池60は、前述した第2形態の電極基板20Aを備えているので、当該電極基板20Aについての説明の中で述べた理由と同じ理由から、光電変換効率が高く、性能の経時的低下が抑制されたものを低コストの下に得ることが容易なものである。
Since the dye-sensitized
<実施例1>
(準備工程)
まず、厚さ100μmのポリエチレンテレフタレート(PET)フィルム(東洋紡社製のE5100)と厚さ9μmの銅箔とを、ウレタン系接着剤(Tg;20℃、平均分子量;3万)を用いたドライラミネーション加工により貼り合わせた。
<Example 1>
(Preparation process)
First, dry lamination using a 100 μm thick polyethylene terephthalate (PET) film (E5100 manufactured by Toyobo Co., Ltd.) and a 9 μm thick copper foil using a urethane adhesive (Tg; 20 ° C., average molecular weight: 30,000). Bonded by processing.
次に、上記の銅箔上にレジストを塗布してレジスト層を形成し、このレジスト層に所定形状のマスクを用いての露光処理、及び現像処理を順次施して所定形状のエッチングマスクを形成してから、前記の銅箔をエッチングし、その後にレジスト除去(エッチングマスクの剥離)を行った。これにより、前記の銅箔が格子状にパターニングされて、第1導電層が得られた。この第1導電層における開口部(格子の目に相当する部分)の大きさは300μm□であり、各部の線幅は10μmである。また、第1導電層の開口率は90%である。第1導電層の各開口部からは、上記のPETフィルムと銅箔とを貼り合わせるために用いた接着剤層が露出している。 Next, a resist is applied on the copper foil to form a resist layer, and the resist layer is subjected to an exposure process using a mask having a predetermined shape and a development process in order to form an etching mask having a predetermined shape. After that, the copper foil was etched, and then the resist was removed (peeling of the etching mask). Thereby, the said copper foil was patterned in the grid | lattice form, and the 1st conductive layer was obtained. The size of the opening in the first conductive layer (the part corresponding to the grid eyes) is 300 μm □, and the line width of each part is 10 μm. The aperture ratio of the first conductive layer is 90%. From each opening of the first conductive layer, the adhesive layer used to bond the PET film and the copper foil is exposed.
(腐食防止層形成工程)
まず、水に塩化ニッケルを300g/l、塩化スズを15g/l、酸性フッ化アンモニウムを56g/l、ホウ酸を30g/lの割合でそれぞれ溶解させて、ニッケル(Ni)−スズ(Sn)合金めっき浴を調製した。
(Corrosion prevention layer forming process)
First, nickel (Ni) -tin (Sn) is dissolved in water at a rate of 300 g / l of nickel chloride, 15 g / l of tin chloride, 56 g / l of acidic ammonium fluoride, and 30 g / l of boric acid. An alloy plating bath was prepared.
次に、第1導電層が形成された上記のPETフィルムを上述のめっき浴に浸漬し、10分間電気めっきを行った。これにより、第1導電層の外表面にはNi−Sn合金からなる腐食防止層が形成された。なお、腐食防止層の組成は、X線回折により同定した。 Next, the above PET film on which the first conductive layer was formed was immersed in the above plating bath and electroplated for 10 minutes. Thereby, the corrosion prevention layer which consists of a Ni-Sn alloy was formed in the outer surface of the 1st conductive layer. The composition of the corrosion prevention layer was identified by X-ray diffraction.
(第2導電層形成工程)
腐食防止層まで形成した上記のPETフィルムをイオンプレーティング装置のチャンバー内に配置し、このPETフィルムに成膜圧力1.5×10−1Pa、アルゴンガス流量18sccm、酸素ガス流量28sccm、成膜電流値60Aの条件の下に昇華材料としての酸化インジウムスズ(ITO)を蒸着させて、ITOからなる膜厚150nmの第2導電層を形成した。この第2導電層は、腐食防止層を覆うと共に、接着剤層表面のうちで第1導電層又は腐食防止層によって覆われることなく露出したままとなっていた領域も覆っている。
(Second conductive layer forming step)
The PET film formed up to the corrosion prevention layer is placed in the chamber of the ion plating apparatus, and the film forming pressure is 1.5 × 10 −1 Pa, the argon gas flow rate is 18 sccm, the oxygen gas flow rate is 28 sccm, and the film formation is performed. Indium tin oxide (ITO) as a sublimation material was deposited under the condition of a current value of 60 A to form a second conductive layer made of ITO having a thickness of 150 nm. The second conductive layer covers the corrosion prevention layer and also covers a region of the adhesive layer surface that has been exposed without being covered by the first conductive layer or the corrosion prevention layer.
第2導電層まで形成することにより、前述のPETフィルムの片面には、接着剤層、第1導電層、及び第2導電層によって構成される透明電極が形成された。この透明電極の表面抵抗値は、0.052Ω/□であった。 By forming up to the second conductive layer, a transparent electrode composed of the adhesive layer, the first conductive layer, and the second conductive layer was formed on one side of the PET film. The surface resistance value of this transparent electrode was 0.052Ω / □.
(耐久性の確認)
上記の透明電極まで形成したPETフィルムのヨウ素電解質に対する耐性を確認するために、まず、メトキシアセトニトリルを溶媒とするヨウ素電解質溶液を調製した。このヨウ素電解質溶液は、ヨウ化リチウムを0.1mol/l、ヨウ素を0.05mol/l、ジメチルプロピルイミダゾリウムアイオダイドを0.3mol/l、ターシャリーブチルピリジンを0.5mol/lの割合でそれぞれ含有している。
(Durability check)
In order to confirm the resistance of the PET film formed up to the transparent electrode to the iodine electrolyte, an iodine electrolyte solution using methoxyacetonitrile as a solvent was first prepared. This iodine electrolyte solution was lithium iodide at a rate of 0.1 mol / l, iodine at 0.05 mol / l, dimethylpropylimidazolium iodide at 0.3 mol / l, and tertiary butylpyridine at a rate of 0.5 mol / l. Contains each.
次に、透明電極まで形成した前述のPETフィルムを上記のヨウ素電解質溶液に一昼夜浸漬してから、その表面抵抗値を測定した。その結果、ヨウ素電解質溶液に浸漬した後での表面抵抗値は0.051Ω/□であり、浸漬前の抵抗値を維持していた。 Next, the above-mentioned PET film formed up to the transparent electrode was immersed in the iodine electrolyte solution all day and night, and then the surface resistance value was measured. As a result, the surface resistance value after being immersed in the iodine electrolyte solution was 0.051Ω / □, and the resistance value before immersion was maintained.
(多孔質半導体電極形成工程)
まず、一次粒子径が15nmの酸化チタン(TiO2 )微粒子(昭和電工社製のF−5)と結着剤としてのポリエステル樹脂とを、水とポリプロピレングリコールモノメチルエーテルとの混液中にホモジナイザーを用いて溶解、分散させて、前記のTiO2 微粒子を20.5質量%含有し、前記の結着剤を0.3質量%含有する塗布液(スラリー)を調製した。
(Porous semiconductor electrode formation process)
First, titanium oxide (TiO 2 ) fine particles having a primary particle size of 15 nm (F-5 manufactured by Showa Denko KK) and a polyester resin as a binder are used in a mixture of water and polypropylene glycol monomethyl ether. Then, a coating solution (slurry) containing 20.5% by mass of the TiO 2 fine particles and 0.3% by mass of the binder was prepared.
次いで、上記のスラリーをドクターブレード法により前述の透明電極上に塗布し、その後に150℃で30分間乾燥して、多数の半導体微粒子(TiO2 微粒子)によって形成された膜厚12μmの多孔質半導体電極を得た。 Next, the slurry is applied onto the transparent electrode by the doctor blade method and then dried at 150 ° C. for 30 minutes to form a porous semiconductor having a film thickness of 12 μm formed by a large number of semiconductor fine particles (TiO 2 fine particles). An electrode was obtained.
(色素担持工程)
増感色素としてのルテニウム錯体(小島化学株式会社製)をその濃度が3×10−4mol/lとなるようにエタノールに溶解させた色素担持用塗工液を用意し、上述の多孔質半導体電極まで形成したPETフィルムをこの色素担持用塗工液中に浸漬して、液温40℃の条件下で1時間放置した。次いで、前記のPETフィルムを色素担持用塗工液から引き上げ、多孔質半導体電極に付着した色素担持用塗工液を風乾させた。これにより、多孔質半導体電極を形成している半導体微粒子(TiO2 微粒子)の表面に上記の色素が坦持された。
(Dye support process)
A dye-supporting coating solution prepared by dissolving a ruthenium complex (manufactured by Kojima Chemical Co., Ltd.) as a sensitizing dye in ethanol so that its concentration is 3 × 10 −4 mol / l is prepared. The PET film formed up to the electrode was immersed in the dye-carrying coating solution and allowed to stand for 1 hour at a liquid temperature of 40 ° C. Next, the PET film was lifted from the dye-carrying coating solution, and the dye-carrying coating solution adhering to the porous semiconductor electrode was air-dried. Thus, the surface of the semiconductor particles forming the porous semiconductor electrode (TiO 2 fine particles) The above dye is carrying.
この後、平面視したときに前述した多孔質半導体電極が1cm×1cmの正方形となるようにトリミングして、図1に示した電極基板20と同様の構成を有する色素増感型太陽電池用電極基板(以下、「電極基板A」という。)を得た。
Thereafter, the above-described porous semiconductor electrode is trimmed so as to be a 1 cm × 1 cm square when viewed in plan, and has the same configuration as that of the
<実施例2>
水に塩化ニッケルを35g/l、塩化亜鉛を7g/l、クエン酸ナトリウムを118g/l、次亜リン酸ナトリウムを64g/lの割合でそれぞれ溶解させてめっき浴を調製し、このめっき浴を用いた無電解めっきによって腐食防止層を形成した以外は実施例1と同様にして、色素増感型太陽電池用電極基板(以下、「電極基板B」という。)を得た。
<Example 2>
A plating bath was prepared by dissolving nickel chloride in water at a rate of 35 g / l, zinc chloride at 7 g / l, sodium citrate at 118 g / l, and sodium hypophosphite at 64 g / l. A dye-sensitized solar cell electrode substrate (hereinafter referred to as “electrode substrate B”) was obtained in the same manner as in Example 1 except that the corrosion prevention layer was formed by the electroless plating used.
本実施例で形成した腐食防止層は、ニッケル及び亜鉛を含有するものであり、この腐食防止層は、第1導電層の外表面のみならず、第1導電層の下地となっている接着剤層表面のうちで第1導電層によって覆われていない領域をも覆っている。 The corrosion prevention layer formed in this example contains nickel and zinc, and this corrosion prevention layer is not only the outer surface of the first conductive layer but also the adhesive serving as the foundation of the first conductive layer. A region of the layer surface that is not covered by the first conductive layer is also covered.
腐食防止層の形成後に、透明電極の耐久性を実施例1と同条件の下に確認したところ、ヨウ素電解質溶液に浸漬した後での表面抵抗値は0.054Ω/□と確認前の抵抗値を維持していた。 After the formation of the corrosion prevention layer, the durability of the transparent electrode was confirmed under the same conditions as in Example 1. As a result, the surface resistance value after immersion in the iodine electrolyte solution was 0.054Ω / □, and the resistance value before confirmation. Was maintained.
<実施例3>
リン酸ニッケル塩を主成分とする水溶液(リン酸ニッケル塩の濃度は10質量%)とアミノフェノール系樹脂(平均分子量;5000、アミノ含有量;50mol%)の5質量%水溶液とを混合してリン酸金属塩化成処理剤を調製し、この化成処理剤を用いた化成処理によって腐食防止層を形成した以外は実施例1と同様にして、色素増感型太陽電池用電極基板(以下、「電極基板C」という。)を得た。
<Example 3>
An aqueous solution containing nickel phosphate as a main component (the concentration of nickel phosphate is 10% by mass) and a 5% by mass aqueous solution of an aminophenol-based resin (average molecular weight: 5000, amino content: 50 mol%) A dye-sensitized solar cell electrode substrate (hereinafter referred to as “a”) was prepared in the same manner as in Example 1 except that a metal phosphate chlorination treatment agent was prepared and a corrosion prevention layer was formed by chemical conversion treatment using this chemical conversion treatment agent. Electrode substrate C ") was obtained.
上記の化成処理は、リン酸金属塩化成処理剤をワイヤーバーにより第1導電層及びその周囲に塗布した後に、120℃で2分間加熱乾燥することで行った。この化成処理により、第1導電層の外表面にはリン酸ニッケル塩による化成処理皮膜層(腐食防止層)が形成された。 The chemical conversion treatment was performed by applying a metal phosphate chlorination treatment agent to the first conductive layer and its surroundings with a wire bar and then heating and drying at 120 ° C. for 2 minutes. By this chemical conversion treatment, a chemical conversion treatment film layer (corrosion prevention layer) made of nickel phosphate was formed on the outer surface of the first conductive layer.
腐食防止層の形成後に、透明電極の耐久性を実施例1と同条件の下に確認したところ、ヨウ素電解質溶液に浸漬した後での表面抵抗値は0.050Ω/□と確認前の抵抗値を維持していた。 After the formation of the corrosion prevention layer, the durability of the transparent electrode was confirmed under the same conditions as in Example 1. As a result, the surface resistance value after immersion in the iodine electrolyte solution was 0.050Ω / □, and the resistance value before confirmation. Was maintained.
<実施例4>
第1導電層の材料として厚さ12μmのアルミニウム箔(東洋アルミニウム社製、純度99.7%)を用い、腐食防止層を形成しない以外は実施例1と同様にして、PETフィルムの片面に接着剤層、第1導電層、平坦化透明層及び第2導電層からなる色素増感型太陽電池用電極基板(以下、「電極基板D」という。)を形成した。この透明電極の表面抵抗値は、0.009Ω/□であった。
<Example 4>
Adhering to one side of a PET film in the same manner as in Example 1 except that an aluminum foil having a thickness of 12 μm (Toyo Aluminum Co., Ltd., purity: 99.7%) was used as the material for the first conductive layer, and no corrosion prevention layer was formed. A dye-sensitized solar cell electrode substrate (hereinafter referred to as “electrode substrate D”) composed of an agent layer, a first conductive layer, a planarized transparent layer, and a second conductive layer was formed. The surface resistance value of this transparent electrode was 0.009Ω / □.
透明電極の耐久性を実施例1と同条件の下に確認したところ、ヨウ素電解質溶液に浸漬した後での表面抵抗値は0.010Ω/□と確認前の抵抗値を維持していた。 When the durability of the transparent electrode was confirmed under the same conditions as in Example 1, the surface resistance value after being immersed in the iodine electrolyte solution was 0.010Ω / □, and the resistance value before confirmation was maintained.
<実施例5>
まず、実施例1での第2導電層の形成と同じ条件の下に、膜厚100μmのPETフィルム(東洋紡社製のE5100)の片面に第1導電膜としてのITO膜(膜厚150nm)を形成し、その上に、第2導電膜としての白金薄膜(膜厚50nm)をスパッタリング法によって形成して、図3に示した電極基板30と同様の構成を有する色素増感型太陽電池用電極基板(以下、「電極基板X」という。)を得た。
<Example 5>
First, under the same conditions as the formation of the second conductive layer in Example 1, an ITO film (
この電極基板Xと実施例1で作製した電極基板Aとを厚さ20μmの熱融着フィルム(デュポン社製のサーリン(商品名)を用いて貼り合せ、電極基板Xと電極基板Aとの間隙に電解質層形成用塗工液を充填して、図3に示した色素増感型太陽電池50と同様の構成を有する色素増感型太陽電池を得た。
The electrode substrate X and the electrode substrate A prepared in Example 1 were bonded together using a heat-sealing film having a thickness of 20 μm (Surlin (trade name) manufactured by DuPont), and the gap between the electrode substrate X and the electrode substrate A was Then, a coating solution for forming an electrolyte layer was filled to obtain a dye-sensitized solar cell having the same configuration as that of the dye-sensitized
このとき、上記の熱融着フィルムは、電極基板X、電極基板Aそれぞれの内縁部にのみ融着するように、その形状を予め矩形枠状に成形して用いた。また、電解質層形成用塗工液としては、メトキシアセトニトリルを溶媒とし、この溶媒にヨウ化リチウムを0.1mol/l、ヨウ素を0.05mol/l、ジメチルプロピルイミダゾリウムアイオダイドを0.3mol/l、ターシャリーブチルピリジンを0.5mol/lの割合でそれぞれ溶解させたものを用いた。 At this time, the above heat-sealing film was used by previously shaping the heat-sealing film into a rectangular frame shape so as to be fused only to the inner edge portions of the electrode substrate X and the electrode substrate A, respectively. As the electrolyte layer forming coating solution, methoxyacetonitrile is used as a solvent, and in this solvent, lithium iodide is 0.1 mol / l, iodine is 0.05 mol / l, and dimethylpropylimidazolium iodide is 0.3 mol / l. 1 and tertiary butylpyridine dissolved in a ratio of 0.5 mol / l were used.
得られた色素増感型太陽電池の性能を測定するにあたり、擬似太陽光(AM1.5、照射強度100mW/cm2 )を光源として用いたときの電流電圧特性を、ソースメジャーユニット(ケースレー2400型)により求めた。その結果、電池特性としての変換効率は5.5%、曲線因子は0.62であった。 In measuring the performance of the obtained dye-sensitized solar cell, the current-voltage characteristics when using pseudo-sunlight (AM1.5, irradiation intensity 100 mW / cm 2 ) as a light source are shown as a source measure unit (Keutley 2400 type). ). As a result, the conversion efficiency as battery characteristics was 5.5%, and the fill factor was 0.62.
<実施例6>
電極基板Aに代えて実施例2で作製した電極基板Bを用いた以外は実施例5と同様にして、色素増感型太陽電池を得た。この色素増感型太陽電池の性能を実施例5と同様にして求めたところ、電池特性としての変換効率は5.2%、曲線因子は0.60であった。
<Example 6>
A dye-sensitized solar cell was obtained in the same manner as in Example 5 except that the electrode substrate B produced in Example 2 was used in place of the electrode substrate A. The performance of this dye-sensitized solar cell was determined in the same manner as in Example 5. As a result, the conversion efficiency as battery characteristics was 5.2%, and the fill factor was 0.60.
<実施例7>
電極基板Aに代えて実施例3で作製した電極基板Cを用いた以外は実施例5と同様にして、色素増感型太陽電池を得た。この色素増感型太陽電池の性能を実施例5と同様にして求めたところ、電池特性としての変換効率は5.6%、曲線因子は0.63であった。
<Example 7>
A dye-sensitized solar cell was obtained in the same manner as in Example 5 except that the electrode substrate C produced in Example 3 was used instead of the electrode substrate A. When the performance of this dye-sensitized solar cell was determined in the same manner as in Example 5, the conversion efficiency as the cell characteristics was 5.6%, and the fill factor was 0.63.
<実施例8>
電極基板Aに代えて実施例4で作製した電極基板Dを用いた以外は実施例5と同様にして、色素増感型太陽電池を得た。この色素増感型太陽電池の性能を実施例5と同様にして求めたところ、電池特性としての変換効率は6.2%、曲線因子は0.69であった。
<Example 8>
A dye-sensitized solar cell was obtained in the same manner as in Example 5 except that the electrode substrate D produced in Example 4 was used instead of the electrode substrate A. The performance of this dye-sensitized solar cell was determined in the same manner as in Example 5. As a result, the conversion efficiency as battery characteristics was 6.2%, and the fill factor was 0.69.
<比較例1>
腐食防止層を形成しない以外は実施例1と同様にして、PETフィルムの片面に接着剤層、第1導電層、及び第2導電層からなる透明電極を形成した。そして、このPETフィルムのヨウ素電解質に対する耐性を実施例1と同条件の下に確認した。その結果、ヨウ素電解質溶液に一昼夜浸漬した後での表面抵抗値は、測定限界(106 Ω/□)を超えていた。
<Comparative Example 1>
A transparent electrode composed of an adhesive layer, a first conductive layer, and a second conductive layer was formed on one side of the PET film in the same manner as in Example 1 except that the corrosion prevention layer was not formed. And the tolerance with respect to the iodine electrolyte of this PET film was confirmed on the same conditions as Example 1. FIG. As a result, the surface resistance value after being immersed in the iodine electrolyte solution all day and night exceeded the measurement limit (10 6 Ω / □).
1 透明樹脂フィルム
5 接着剤層
6、6A 第1導電層
7 腐食防止層
8 第2導電層
10 透明電極
15 多孔質半導体電極
15a 半導体微粒子
17 色素
20、20A 色素増感型太陽電池用電極基板
22 透明樹脂フィルム
24 第1導電膜
26 第2導電膜
30 色素増感型太陽電池用電極基板
35 電解質層
50、60 色素増感型太陽電池
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
Claims (14)
前記透明電極が、多数の細線を組み合わせた形状を呈する金属製の第1導電層と、電気めっき、無電解めっき、又は化成処理によって形成されて少なくとも前記第1導電層の外表面を覆う腐食防止層と、前記腐食防止層を覆う金属酸化物製の第2導電層とを含み、前記腐食防止層が色素増感型太陽電池用の電解質に対して耐食性を有していることを特徴とする色素増感型太陽電池用電極基板。 A transparent resin film, a transparent electrode formed on one side of the transparent resin film, a porous semiconductor electrode formed on the transparent electrode using a large number of semiconductor fine particles, and the porous semiconductor electrode are formed. A dye-sensitized solar cell electrode substrate having a dye supported on the surface of semiconductor fine particles,
Corrosion prevention in which the transparent electrode is formed by a metal first conductive layer having a shape in which a number of fine wires are combined, and electroplating, electroless plating, or chemical conversion treatment and covers at least the outer surface of the first conductive layer And a second conductive layer made of a metal oxide covering the corrosion prevention layer, wherein the corrosion prevention layer has corrosion resistance to the electrolyte for the dye-sensitized solar cell. Electrode substrate for dye-sensitized solar cell.
前記透明電極が、多数の細線を組み合わせた形状を呈する金属製の第1導電層と、該第1導電層を覆う金属酸化物製の第2導電層とを含み、前記第1導電層が99.3%よりも高純度のアルミニウムによって形成されていることを特徴とする色素増感型太陽電池用電極基板。 A transparent resin film, a transparent electrode formed on one side of the transparent resin film, a porous semiconductor electrode formed on the transparent electrode using a large number of semiconductor fine particles, and the porous semiconductor electrode are formed A dye-sensitized solar cell electrode substrate having a dye supported on the surface of semiconductor fine particles,
The transparent electrode includes a metal first conductive layer having a shape in which a number of thin wires are combined, and a metal oxide second conductive layer covering the first conductive layer, and the first conductive layer is 99. An electrode substrate for a dye-sensitized solar cell, characterized by being made of aluminum having a purity higher than 3%.
多数の細線を組み合わせた形状を呈する金属製の第1導電層が片面に形成された透明樹脂フィルムを用意する準備工程と、
前記透明樹脂フィルム上に、少なくとも前記第1導電層の外表面を覆うようにして、色素増感型太陽電池用の電解質に対して耐食性を有する腐食防止層を電気めっき、無電解めっき、又は化成処理により形成する腐食防止層形成工程と、
前記腐食防止層を覆う金属酸化物製の第2導電層を形成する第2導電層形成工程と、
前記第2導電層上に、多数の半導体微粒子を用いて前記多孔質半導体電極を形成する多孔質半導体電極形成工程と、
前記多孔質半導体電極を形成している半導体微粒子の表面に色素を担持させる色素担持工程と、
を含むことを特徴する色素増感型太陽電池用電極基板の製造方法。 A transparent resin film, a transparent electrode formed on one side of the transparent resin film, a porous semiconductor electrode formed on the transparent electrode using a large number of semiconductor fine particles, and the porous semiconductor electrode are formed. A method for producing a dye-sensitized solar cell electrode substrate having a dye supported on the surface of semiconductor fine particles,
A preparatory step of preparing a transparent resin film in which a first conductive layer made of metal having a shape combining a number of fine wires is formed on one side;
On the transparent resin film, a corrosion prevention layer having corrosion resistance with respect to the electrolyte for the dye-sensitized solar cell so as to cover at least the outer surface of the first conductive layer is electroplated, electroless plated, or chemically formed. A corrosion prevention layer forming step formed by the treatment;
A second conductive layer forming step of forming a second conductive layer made of a metal oxide covering the corrosion prevention layer;
Forming a porous semiconductor electrode on the second conductive layer using a plurality of semiconductor fine particles; and
A dye carrying step of carrying a dye on the surface of the semiconductor fine particles forming the porous semiconductor electrode;
The manufacturing method of the electrode substrate for dye-sensitized solar cells characterized by including this.
前記第1の電極基板が請求項1〜5のいずれか1項に記載の色素増感型太陽電池用電極基板であることを特徴とする色素増感型太陽電池。 A first electrode substrate having a semiconductor electrode carrying a dye; a second electrode substrate disposed opposite to the first electrode substrate; the first electrode substrate; and the second electrode substrate; A dye-sensitized solar cell having an electrolyte layer interposed therebetween,
The dye-sensitized solar cell, wherein the first electrode substrate is the electrode substrate for a dye-sensitized solar cell according to any one of claims 1 to 5.
前記第1の電極基板が請求項6に記載の色素増感型太陽電池用電極基板であることを特徴とする色素増感型太陽電池。
A first electrode substrate having a semiconductor electrode carrying a dye; a second electrode substrate disposed opposite to the first electrode substrate; the first electrode substrate; and the second electrode substrate; A dye-sensitized solar cell having an electrolyte layer interposed therebetween,
The dye-sensitized solar cell, wherein the first electrode substrate is the electrode substrate for a dye-sensitized solar cell according to claim 6.
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