JP2005285756A - Electrolyte composition, dye-sensitized solar cell, and its manufacturing method - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an electrolyte composition capable of eliminating possibility of leakage of liquid completely, reducing work cost and material cost by simplifying a sealing process and expanding selection of a sealing material, and improving basic photoelectric transfer characteristic. <P>SOLUTION: This electrolyte composition used in a dye-sensitized solar cell for converting light energy into electric energy by carrying coloring matter in a semiconductor and exciting coloring matter by light contains at least aluminum oxide and water and is like paste. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、色素増感太陽電池に用いる電解質組成物、色素増感太陽電池およびその製造方法に関する   The present invention relates to an electrolyte composition used for a dye-sensitized solar cell, a dye-sensitized solar cell, and a method for producing the same.

シリコンなどの半導体を用いた光電変換素子は、太陽光、レーザ光などの光線を電気エネルギーに変換するものであり、これを応用した太陽電池は、石油の代替エネルギー源として、またCO2を排出しないエネルギー源として注目されている。太陽電池に使用される光電変換素子の種類としては単結晶シリコン型、アモルファスシリコン型、多結晶シリコン型、その他化合物型などがあげられるが、これらには以下のような問題点がある。即ち、単結晶シリコン型の場合は、半導体製造と同じプロセスによって製造されるため、変換効率は高いものの、単価が高いものとなっている。また、光吸収係数が小さいためある程度の厚みが必要となり(50μm以上が好ましい)、高価な高純度シリコンの使用量が増え、材料費が高くなることがあげられる。一方、多結晶シリコンを用いて生産コストを下げたとしても、太陽電池の高価なシリコン材料の厚さを減らすことはできないため依然、材料費としては高価である。このような事情から製造費が低コストでかつ大面積に作製できるアモルファスシリコン太陽電池の研究が進められていが、これも原料は同じであり、十分なコスト低減効果が有るとは言い難い。 Photoelectric conversion elements using semiconductors such as silicon convert light rays such as sunlight and laser light into electrical energy, and solar cells using these elements also emit CO 2 as an alternative energy source for petroleum. Not attracting attention as an energy source. The types of photoelectric conversion elements used in solar cells include single crystal silicon type, amorphous silicon type, polycrystalline silicon type, and other compound types, but these have the following problems. That is, since the single crystal silicon type is manufactured by the same process as semiconductor manufacturing, the conversion efficiency is high, but the unit price is high. Further, since the light absorption coefficient is small, a certain thickness is required (preferably 50 μm or more), the amount of expensive high-purity silicon used is increased, and the material cost is increased. On the other hand, even if the production cost is reduced by using polycrystalline silicon, the thickness of the expensive silicon material of the solar cell cannot be reduced, so that the material cost is still high. Under these circumstances, research on amorphous silicon solar cells that can be manufactured in a large area with a low manufacturing cost is underway. However, the raw materials are the same, and it is difficult to say that there is a sufficient cost reduction effect.

一方、光電変換デバイスの一形態として、従来の太陽電池とは異なり、原料にSiを用いるのではなく、例えば特許文献1に記載されているように、第1の透明電極と、その上に設けられた透明半導体と、透明半導体表面に吸着した増感効果を有する色材、その上の電荷輸送層と、電荷輸送層の上の第2の透明電極からなるデバイスが注目されている。この様なデバイスは、高価な高純度Si原料が不要であり、安価な酸化物半導体、例えば酸化チタンや酸化亜鉛などが用いられるため、原料費が大幅に低く抑えられる。また、Si太陽電池とは異なり、高真空下での製造装置も不要であるため、製造設備などの大幅なコスト減も考えられ、太陽電池普及のための大きなステップとなると考えられる。   On the other hand, as one form of the photoelectric conversion device, unlike a conventional solar cell, instead of using Si as a raw material, for example, as described in Patent Document 1, a first transparent electrode is provided on the first transparent electrode. Attention has been focused on a device comprising a transparent semiconductor obtained, a color material having a sensitizing effect adsorbed on the surface of the transparent semiconductor, a charge transport layer thereon, and a second transparent electrode on the charge transport layer. Such a device does not require an expensive high-purity Si raw material, and an inexpensive oxide semiconductor such as titanium oxide or zinc oxide is used, so that the raw material cost can be significantly reduced. In addition, unlike Si solar cells, a manufacturing apparatus under high vacuum is not required, and thus a significant cost reduction of manufacturing facilities can be considered, which is considered to be a big step for the spread of solar cells.

この光電変換デバイスは、以下の過程を経て動作する。   This photoelectric conversion device operates through the following process.

入射した光が、第1の透明電極、透明半導体を通して増感効果を有する色材に、または第2の透明電極、キャリア層を通して増感色材に到達すると、光はこの増感効果を有する色材を励起し、LUMOレベルに電子を、HOMOレベルにホールを生じる。励起によって生じた増感色材のLUMOレベルの電子は、速やかに透明半導体の伝導帯へ移動し、第1の透明電極に渡る。増感色材のHOMOレベルに残ったホールはキャリア移動層から電子を受け取り、増感色材は中和される。電子を渡した事によりキャリア移動層中に生じたイオンもしくはホールはキャリア移動層中を拡散し、第2の透明電極に到達し、第2の透明電極から電子を受け取る。電子を受け取った第1の透明電極を負極、電子を渡した第2の透明電極を正極とする事により、入射した光パターンを電気信号、または電力として得ることができる。   When the incident light reaches the color material having a sensitizing effect through the first transparent electrode and the transparent semiconductor or reaches the sensitizing color material through the second transparent electrode and the carrier layer, the light has a color having the sensitizing effect. The material is excited, generating electrons at the LUMO level and holes at the HOMO level. The LUMO level electrons of the sensitized color material generated by excitation quickly move to the conduction band of the transparent semiconductor and pass to the first transparent electrode. The holes remaining at the HOMO level of the sensitizing color material receive electrons from the carrier transfer layer, and the sensitizing color material is neutralized. Ions or holes generated in the carrier transport layer by passing electrons are diffused in the carrier transport layer, reach the second transparent electrode, and receive electrons from the second transparent electrode. By using the first transparent electrode that receives electrons as the negative electrode and the second transparent electrode that passes electrons as the positive electrode, the incident light pattern can be obtained as an electrical signal or power.

特許第2664194号公報Japanese Patent No. 2664194

ところが、このような光電変換素子においては、液体の電解質を用いているためその耐久性が問題である。   However, in such a photoelectric conversion element, since a liquid electrolyte is used, its durability is a problem.

長時間の使用において見られる主な劣化要因としては、(1)電解質の漏洩、揮散(2)電極間の短絡(3)色素の劣化(4)多孔質電極の剥離(5)透明電極の劣化などが考えられる。このなかでも(1)電解質の漏洩、揮散はもっとも大きな問題であり、製造行程においても液体封止を大面積で長時間の光照射に耐えうる形で行うのは非常に困難である。   The main deterioration factors found in long-term use are: (1) electrolyte leakage, volatilization (2) short circuit between electrodes (3) dye deterioration (4) peeling of porous electrode (5) deterioration of transparent electrode And so on. Among these, (1) leakage and volatilization of the electrolyte are the biggest problems, and it is very difficult to perform liquid sealing in a form that can withstand long-time light irradiation in a large area even in the manufacturing process.

近年の研究において、ポリエチレングリコールのように高い沸点を有する溶媒を用いた電解質や、主成分として常温で液体であり、揮発しないイオン性液体を使用した電解質の研究が精力的に行われている。これらの研究においては電解質がほとんど揮発しないため耐久性の優れたものが発表されているが、液体の電解質を用いる限りは、たとえ微小な封止破壊であっても、毛細管現象で多量の電解液の漏洩が起こり得ることから、フレキシブルな基板を用いた系で長期に渡って完全な封止状態を維持するのは非常に困難であり、封止材料の選択および封止工程の完全さが非常に高いレベルで求められる。   In recent years, studies have been vigorously conducted on electrolytes using a solvent having a high boiling point such as polyethylene glycol, and electrolytes using an ionic liquid that is liquid at room temperature and does not volatilize as a main component. In these studies, the electrolyte is hardly volatilized, so it has been announced that it has excellent durability. However, as long as a liquid electrolyte is used, even if it is a minute sealing breakage, a large amount of electrolyte solution due to capillary action It is very difficult to maintain a complete sealing state for a long time in a system using a flexible substrate, and the selection of the sealing material and the completeness of the sealing process are very difficult. Is required at a high level.

封止の困難さを回避するため、固体の電解質を適用する研究も行われており、P型半導体であるヨウ化銅を使ったものや、導電性高分子有機ホール輸送層を用いる研究も行われている。しかし、これらは長期間特性が維持できないことや、変換効率が低いなど、十分なものは未だ得られていない。   In order to avoid the difficulty of sealing, research on applying solid electrolytes has also been conducted, and research using copper iodide, which is a P-type semiconductor, and conducting polymer organic hole transport layers are also conducted. It has been broken. However, sufficient properties such as inability to maintain characteristics for a long time and low conversion efficiency have not been obtained yet.

これらの問題を解決するために現在最も有力視されているのは液体電解質のゲル化である。Chem.commun.2002,374などには、低分子型ゲル化剤を用いた研究、chem.lett.948,2002などには、セル中に反応前駆体を導入、重合してマトリクスを構築した後に電解液を浸潤させる方法、chem.lett.918(2002)には、電解液内にビニルピリジンポリマーと多官能性ハロゲン化物を架橋剤として、ミクロ層分離構造のネットワークを構築しゲル化する方法が提案されている。   In order to solve these problems, the most promising method at present is gelation of a liquid electrolyte. Chem. commun. 2002, 374, etc., research using low molecular weight gelling agents, chem. lett. 948, 2002 and the like, a method in which a reaction precursor is introduced into a cell and polymerized to construct a matrix and then infiltrated with an electrolyte, chem. lett. 918 (2002) proposes a method of forming a gel of a micro-layer separation structure by using a vinylpyridine polymer and a polyfunctional halide as a cross-linking agent in an electrolytic solution.

いずれも性能は液体の電解質と同等または同等に近いものが得られているが、セル封止後に反応液を注入し、熱などでゲル化を促進する必要があるため、製造過程は通常の液体電解質を用いたものより繁雑である。   In either case, the performance is equivalent or close to that of a liquid electrolyte, but it is necessary to inject a reaction solution after sealing the cell and promote gelation by heat, etc. More complicated than those using electrolytes.

また特開2003−226766号公報ではHFP−PVDF共重合体で多孔質フィルムを形成し電解液を含浸させ、フィルム状の電解質とする方法を検討している。電解質の取り扱いを簡便にする方法の一つとして非常に有用であると考えられる。この光電変換デバイスは、透明導電膜としてITOを成膜したプラスチックフィルムを媒体として用い、ロールtoロールで一貫生産することにより大幅なコストダウンが出来ると考えられる。しかし、所定のパターンに電解質を付与するために、成形したフィルム状電解質を所定の位置に設置する工程、あるいは全体にフィルムを付与し、適宜不要部分を除去する工程が必要と考えられ、そのための工程、装置、アライメント方法などが必要になると考えられる。   Japanese Patent Application Laid-Open No. 2003-226766 discusses a method of forming a porous film with an HFP-PVDF copolymer and impregnating with an electrolytic solution to obtain a film-like electrolyte. It is considered to be very useful as one method for simplifying the handling of the electrolyte. This photoelectric conversion device is considered to be able to significantly reduce the cost by using a plastic film formed with ITO as a transparent conductive film as a medium and performing integrated production by roll-to-roll. However, in order to apply an electrolyte to a predetermined pattern, it is considered necessary to install a molded film-like electrolyte at a predetermined position, or to apply a film to the whole and appropriately remove unnecessary portions. Processes, equipment, alignment methods, etc. are considered necessary.

本発明は、上記従来の課題に鑑み、ペースト状の分散体をスクリーン印刷などの方法により基板に付与する多孔質半導体製造工程と同様の工程で電解質を付与することが出来、しかも液体電解質と比べ大きく性能が劣らないペースト状電解質を提供し、工程の簡便化を図ることを目的とする。   In view of the above-mentioned conventional problems, the present invention can apply an electrolyte in the same process as the porous semiconductor manufacturing process in which a paste-like dispersion is applied to a substrate by a method such as screen printing, and compared with a liquid electrolyte. The object is to provide a paste-like electrolyte that does not greatly deteriorate in performance and to simplify the process.

上述した目的を達成するために、鋭意検討の結果、水を含むアルミナ酸化物微粒子を電解液に添加することにより、電解質を透明性の高いペースト状にし、スクリーン印刷などの方法により電解質を付与することが可能であり、かつ添加前の光電変換特性と同等、条件によってはこれを上回る性能を発揮することを見出し本発明を完成するに到った。   In order to achieve the above-described object, as a result of intensive studies, by adding alumina oxide fine particles containing water to the electrolytic solution, the electrolyte is made into a highly transparent paste, and the electrolyte is applied by a method such as screen printing. The present invention has been completed by finding that it is possible to achieve the same performance as the photoelectric conversion characteristics before addition, and that the performance can be exceeded depending on the conditions.

即ち、本発明の電解質組成物は、半導体に色素を担持し、該色素の光励起により光エネルギーを電気エネルギーに変換する色素増感太陽電池に用いる電解質組成物であって、少なくともアルミニウム酸化物と水、好ましくはアルミニウム酸化物1〜20wt%と、水5〜30wt%を含有し、ペースト状であることを特徴とする。   That is, the electrolyte composition of the present invention is an electrolyte composition used for a dye-sensitized solar cell in which a dye is supported on a semiconductor and light energy is converted into electric energy by photoexcitation of the dye, and includes at least aluminum oxide and water. Preferably, it contains 1 to 20 wt% aluminum oxide and 5 to 30 wt% water, and is paste-like.

また、本発明の色素増感太陽電池は上記電解質組成物からなる電解質層を有することを特徴とする。   The dye-sensitized solar cell of the present invention is characterized by having an electrolyte layer made of the above electrolyte composition.

また、本発明の色素増感太陽電池の製造方法は、上記電解質組成物を電極上の半導体に塗布して電解質層を形成する工程と、該電解質層上に対向電極を設ける工程と、を有することを特徴とする。   Moreover, the method for producing a dye-sensitized solar cell of the present invention includes a step of applying the electrolyte composition to a semiconductor on an electrode to form an electrolyte layer, and a step of providing a counter electrode on the electrolyte layer. It is characterized by that.

本発明の電解質組成物は、液漏れの懸念を払拭し、また封止工程の簡略化と封止材料の選択拡大により作業コストと材料コストを低減することができる。さらに、基本的な光電変換特性の向上も見られるため非常に効果的である。   The electrolyte composition of the present invention can eliminate the concern of liquid leakage, and can reduce work costs and material costs by simplifying the sealing process and expanding the selection of sealing materials. Furthermore, the improvement of basic photoelectric conversion characteristics is also seen, which is very effective.

以下に本発明の詳細を記する。   Details of the present invention will be described below.

図1は、本発明の色素増感太陽電池の一例を示す概略断面図である。図1に示す色素増感太陽電池は、半導体電極基板10と対向基板11間に電解質層4を挟持してなる。半導体電極基板10は、基体1上に導電層2を形成した導電性基板上に、色素を担持させた半導体電極3を形成してなり、対向基板11は、基体6上に対向電極5を形成してなる。尚、導電層2、対向電極5は、基体1、基体6が導電性を有する場合には、必ずしも設ける必要はない。また、光電変換効率の観点からは、導電性基体、対向基板11のいずれか一方を非透明とすることが好ましいが、用途に応じて両方とも透明としてもよい。   FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing an example of the dye-sensitized solar cell of the present invention. The dye-sensitized solar cell shown in FIG. 1 has an electrolyte layer 4 sandwiched between a semiconductor electrode substrate 10 and a counter substrate 11. The semiconductor electrode substrate 10 is formed by forming a semiconductor electrode 3 carrying a dye on a conductive substrate in which a conductive layer 2 is formed on a base 1. The counter substrate 11 forms a counter electrode 5 on a base 6. Do it. The conductive layer 2 and the counter electrode 5 are not necessarily provided when the substrate 1 and the substrate 6 are conductive. From the viewpoint of photoelectric conversion efficiency, it is preferable that either the conductive substrate or the counter substrate 11 be non-transparent, but both may be transparent depending on the application.

<電解質層4>
電解質層は、アルミニウム酸化物と水を含有するペースト状の電解質組成物からなる。本発明の電解質組成物は、例えば、電解液に、アルミニウム酸化物(アルミナ)を水で分散することにより得えられたペーストを添加し、混合することによって電解質全体をペースト状に加工すること等により得ることができる。
<Electrolyte layer 4>
The electrolyte layer is made of a paste-like electrolyte composition containing aluminum oxide and water. The electrolyte composition of the present invention is, for example, that a paste obtained by dispersing aluminum oxide (alumina) with water is added to an electrolytic solution, and the whole electrolyte is processed into a paste by mixing. Can be obtained.

アルミニウム酸化物の含有量は、好ましくは1〜20wt%、より好ましくは5〜15wt%である。アルミニウム酸化物が1wt%未満ではペースト状になりにくい可能性があり、20wt%を超えると電解質の相対量が減るため、変換効率が低下する可能性がある。また、水の含有量は、好ましくは5〜30wt%、より好ましくは10〜20wt%である。水が5wt%未満ではペーストの均一性が失われ、塗布可能なペースト状にならない可能性があり、20wt%を超えると電解質の流出、変換効率の低下などの現象が発生する可能性がある。   The content of aluminum oxide is preferably 1 to 20 wt%, more preferably 5 to 15 wt%. If the aluminum oxide is less than 1 wt%, it may be difficult to form a paste. If the aluminum oxide exceeds 20 wt%, the relative amount of the electrolyte is reduced, which may reduce the conversion efficiency. The water content is preferably 5 to 30 wt%, more preferably 10 to 20 wt%. If the water content is less than 5 wt%, the uniformity of the paste is lost, and there is a possibility that the paste does not become a paste that can be applied. If the water content exceeds 20 wt%, phenomena such as electrolyte outflow and reduced conversion efficiency may occur.

尚、本発明においては、半導体電極と対向電極を組み合わせてセル内に液体を充填した後に、光または熱などにより流動性を消失せしめる“ゲル化”と区別するため、以降、流動性をアルミニウム酸化物により低減させた状態を“ペースト状”、このような電解質組成物を“ペースト状電解質組成物”と記述する。また、本発明において、アルミニウム酸化物とは、アルミナ水和物、アルミナ水酸化物をも含む。   In the present invention, after the liquid is filled in the cell by combining the semiconductor electrode and the counter electrode, it is distinguished from “gelation” in which the fluidity is lost by light or heat. The state reduced by the product is described as “paste-like”, and such an electrolyte composition is described as “paste-like electrolyte composition”. In the present invention, the aluminum oxide includes alumina hydrate and alumina hydroxide.

アルミニウム酸化物としては、バイヤー法とよばれ、天然鉱物であるボーキサイトを熱苛性ソーダ処理して得られる水酸化アルミニウムを焼成して製造されたものを用いることができる。この他にも、金属アルミニウムペレットを水中で火花放電させた後に、得られた水酸化アルミニウムを焼成する方法、無機のアルミニウム塩(ミョウバン等)を分解する方法等により製造されるものを使用できる。   As an aluminum oxide, what is called a Bayer method and what was manufactured by baking the aluminum hydroxide obtained by carrying out the hot caustic soda processing of the bauxite which is a natural mineral can be used. In addition to this, those produced by spark discharge of metal aluminum pellets in water and then calcining the obtained aluminum hydroxide, methods of decomposing inorganic aluminum salts (alum etc.), etc. can be used.

アルミニウム酸化物の結晶構造としては、熱処理する温度に応じて、キブサイト型、ベーマイト型の水酸化アルミニウムからγ、σ、η、θ、α型のアルミニウム酸化物に転移していくことが知られている。もちろん、本発明に於いては、これらのいずれの結晶構造のものも使用可能である。中でも、インク吸収性、形成される電解質層の透明性の面では、γ型結晶タイプのアルミニウム酸化物が好ましい。   As for the crystal structure of aluminum oxide, it is known that the transition from kibsite-type and boehmite-type aluminum hydroxide to γ, σ, η, θ, α-type aluminum oxides depends on the heat treatment temperature. Yes. Of course, any of these crystal structures can be used in the present invention. Among these, γ-type crystal type aluminum oxide is preferable in terms of ink absorbability and transparency of the formed electrolyte layer.

また、アルミニウム酸化物として、以下の組成式で表されるアルミナ水和物を用いることができる。   As the aluminum oxide, alumina hydrate represented by the following composition formula can be used.

Al23-n(OH)2n・mH2
(式中、nは1、2または3の整数のいずれかを表し、mは0〜10、好ましくは0〜5の値を表す。)
mH2Oは、多くの場合結晶格子の形成に関与しない脱離可能な水相をも表すものである為、mは整数または整数でない値を取ることもできる。またこの種の材料を加熱するとmは0の値に達することがありうる。
Al 2 O 3-n (OH) 2n · mH 2 O
(In the formula, n represents an integer of 1, 2 or 3, and m represents a value of 0 to 10, preferably 0 to 5.)
Since mH 2 O often represents a detachable aqueous phase that does not participate in the formation of a crystal lattice, m can take an integer or a non-integer value. Also, when this type of material is heated, m can reach a value of zero.

アルミナ水和物は一般的には、米国特許第4242271号明細書、米国特許第4202870号明細書に記載されているようなアルミニウムアルコキシドの加水分解やアルミン酸ナトリウムの加水分解など、また、特公昭57−44605号公報等に記載されているアルミン酸ナトリウム等の水溶液に硫酸アルミニウム、塩化アルミニウム等の水溶液を加えて中和を行う方法などの公知の方法で製造することができる。アルミナ水和物としては、これらの方法で製造されたものや、Disperal(商品名:SASOL社製)等の市販品から選択することができる。   Alumina hydrate is generally used for hydrolysis of aluminum alkoxide and sodium aluminate as described in U.S. Pat. No. 4,242,271 and U.S. Pat. No. 4,420,870. It can be produced by a known method such as a method in which an aqueous solution of aluminum sulfate, aluminum chloride or the like is added to an aqueous solution of sodium aluminate or the like described in JP-A-57-44605. As an alumina hydrate, it can select from what was manufactured by these methods, and commercial items, such as Disperal (brand name: product made from SASOL).

アルミニウム酸化物は、好ましくは平均粒子径が1μm以下であり、さらに好ましくは50nm以上500nm未満である。平均粒子径が1μmを超えると、電解質組成物の透明度が下がる傾向にある。また、BET比表面積は100m2/g以上が好ましい。100m2/gより小さくなると光の散乱により、電解質組成物の白濁が生じる場合がある。 The aluminum oxide preferably has an average particle size of 1 μm or less, more preferably 50 nm or more and less than 500 nm. When the average particle diameter exceeds 1 μm, the transparency of the electrolyte composition tends to decrease. Further, the BET specific surface area is preferably 100 m 2 / g or more. If it is less than 100 m 2 / g, the electrolyte composition may become cloudy due to light scattering.

次に、電解液としては、イオン性液体を主体とするものが好ましい。   Next, as the electrolytic solution, those mainly composed of an ionic liquid are preferable.

イオン性液体としては、イミダゾリウム塩、ピリジニウム塩、ピラゾリウム塩、トリアゾリウム塩等が挙げられるが、これらに限定されるものではない。またこれらを単独もしくは2種類以上混合して用いることができる。イオン性液体は、常温において液体であるものが好ましい。特に1−メチル−3−エチルイミダゾリウム塩、1−メチル−3−プロピルイミダゾリウム塩などのイミダゾリウム塩が好適に用いられる。また、イオン性液体の対アニオンはレドックス対として用いているヨウ素イオンが好ましいが、溶解性、粘度その他諸特性の調整のため、Cl-、Br-などのハロゲンイオン、NSC-、BF4 -、PF6 -、ClO4 -、(CF3SO22-、(CF3CF2SO22-、CF3SO3 -、CF3COO-、Ph4-、(CF3SO23-、F(HF)n等またはこれらの混合物を用いてもかまわない。 Examples of the ionic liquid include, but are not limited to, imidazolium salts, pyridinium salts, pyrazolium salts, triazolium salts, and the like. Moreover, these can be used individually or in mixture of 2 or more types. The ionic liquid is preferably a liquid at room temperature. In particular, imidazolium salts such as 1-methyl-3-ethylimidazolium salt and 1-methyl-3-propylimidazolium salt are preferably used. The counter anion of the ionic liquid is preferably an iodine ion used as a redox pair. However, in order to adjust the solubility, viscosity and other properties, halogen ions such as Cl and Br , NSC , BF 4 , PF 6 , ClO 4 , (CF 3 SO 2 ) 2 N , (CF 3 CF 2 SO 2 ) 2 N , CF 3 SO 3 , CF 3 COO , Ph 4 B , (CF 3 SO 2 ) 3 C , F (HF) n or the like or a mixture thereof may be used.

電解質組成物には、イオン性液体に加え、またはイオン性液体の代わりに溶媒の揮発が起こりにくい、沸点が高く蒸気圧が無い、あるいは非常に小さい液体を用いることができ、沸点150℃以上の有機溶媒を用いることがより好ましい。さらには、含有する有機溶媒の蒸気圧が20℃において1mmHg以下であると、より揮発防止効果が高まるので好ましい。使用可能である有機溶媒の例を次に示すが、これに限定されるものではない。   As the electrolyte composition, in addition to the ionic liquid, or in place of the ionic liquid, a solvent that hardly volatilizes, a liquid having a high boiling point and no vapor pressure, or a very small liquid can be used. It is more preferable to use an organic solvent. Furthermore, when the vapor pressure of the organic solvent contained is 1 mmHg or less at 20 ° C., the volatilization prevention effect is further enhanced, which is preferable. Although the example of the organic solvent which can be used is shown next, it is not limited to this.

Figure 2005285756
Figure 2005285756

有機溶媒を多く含む電解質組成物はペースト状にした際、タックが小さく、塗布工程に用いる際、非常に扱いやすい。また、イオン性液体に比べ粘度が低いため、半導体へ浸透しやすくなることも好ましく用いられる理由の一つである。   An electrolyte composition containing a large amount of an organic solvent has a small tack when made into a paste and is very easy to handle when used in a coating process. Moreover, since the viscosity is lower than that of an ionic liquid, it is one of the reasons that it is preferably used because it easily penetrates into a semiconductor.

このほかにも粘度調整などの目的で有機溶媒を含有することができる。好ましくはイオンの移動度を高めるため、粘度は低いもの、有効キャリア濃度を高くするために誘電率が高いものが好ましい。例えば炭酸エステル類、ラクトン類、エーテル類、アルコール類、グリコール類、テトラヒドロフラン類、ニトリル類、カルボン酸エステル類、リン酸トリエステル類、N−メチルピロリドン、2−メチル−1,3−ジオキソラン、スルホラン等の複素環化合物類、ジメチルスルホキシド、ホルムアミド、N,N−ジメチルホルムアミド、ニトロメタン等の非プロトン性有機溶媒等またはこれらの混合物を用いても良い。   In addition, an organic solvent can be contained for the purpose of adjusting the viscosity. Preferably, the viscosity is low in order to increase ion mobility, and the dielectric constant is high in order to increase the effective carrier concentration. For example, carbonates, lactones, ethers, alcohols, glycols, tetrahydrofurans, nitriles, carboxylic acid esters, phosphoric acid triesters, N-methylpyrrolidone, 2-methyl-1,3-dioxolane, sulfolane Or aprotic organic solvents such as dimethyl sulfoxide, formamide, N, N-dimethylformamide, nitromethane, etc., or a mixture thereof.

電解質組成物の酸化還元対としてはヨウ素分子(I2)と、例えばアルカリ金属のヨウ化物、有機カチオンのヨウ素塩などを混合することによりえられる、I-とI3 -を含むものが好ましく用いられる。 As the redox couple of the electrolyte composition, those containing I and I 3 obtained by mixing iodine molecules (I 2 ) with, for example, alkali metal iodides and iodine salts of organic cations are preferably used. It is done.

ヨウ化物としては、例えば、アルカリ金属またはアルカリ土類金属(Li,Na,K,Mgなど)のヨウ化物、テトラアルキルアンモニウムヨード塩、ピリジニウムヨード塩、イミダゾリウムヨード塩等の4級アンモニウム化合物や、複素環含窒素化合物のヨウ化物を使用することができる。具体的な例としては、1,3−ジメチルイミダゾリウムアイオダイド、1−メチル−3−エチルイミダゾリウムアイオダイド、1−メチル−3−プロピルイミダゾリウムアイオダイド、1−メチル−3−ヘキシルイミダゾリウムアイオダイド、1,2−ジメチル−3−プロピルイミダゾールアイオダイド、1−エチル−3−イソプロピルイミダゾリウムアイオダイド、ピロリジニウムアイオダイド等を挙げることができ、これらの中から選ばれる1種または2種以上を使用することができる。   Examples of iodides include, for example, iodides of alkali metals or alkaline earth metals (Li, Na, K, Mg, etc.), quaternary ammonium compounds such as tetraalkylammonium iodide salts, pyridinium iodide salts, imidazolium iodide salts, An iodide of a heterocyclic nitrogen-containing compound can be used. Specific examples include 1,3-dimethylimidazolium iodide, 1-methyl-3-ethylimidazolium iodide, 1-methyl-3-propylimidazolium iodide, 1-methyl-3-hexylimidazolium iodide. Examples include iodide, 1,2-dimethyl-3-propylimidazole iodide, 1-ethyl-3-isopropylimidazolium iodide, pyrrolidinium iodide, and the like, one or two selected from these More than seeds can be used.

また、電解質塩の濃度は溶媒またはイオン性液体に対して0.05M〜5Mが好ましく、より好ましくは0.2M〜1Mである。I2やBr2の濃度は0.0005M〜1Mが好ましく、より好ましくは0.001M〜0.1Mである。また、開放電圧、短絡電流を向上させる目的で4−tert−ブチルピリジンやカルボン酸など各種添加剤を加えることもできる。 Further, the concentration of the electrolyte salt is preferably 0.05M to 5M, more preferably 0.2M to 1M with respect to the solvent or ionic liquid. The concentration of I 2 or Br 2 is preferably 0.0005M to 1M, more preferably 0.001M to 0.1M. Various additives such as 4-tert-butylpyridine and carboxylic acid can be added for the purpose of improving the open circuit voltage and the short circuit current.

電解質組成物における電解液成分の占める比率が高くなるにしたがってイオン導電率は向上するが、ペースト性状はより液体に近くなる。したがって、電解質組成物中の電解液成分の比率は、50wt%以上であることが好ましく、70wt%〜90wt%がより好ましい。   The ionic conductivity improves as the proportion of the electrolyte component in the electrolyte composition increases, but the paste properties become closer to liquid. Therefore, the ratio of the electrolytic solution component in the electrolyte composition is preferably 50 wt% or more, and more preferably 70 wt% to 90 wt%.

<半導体電極基板10>
半導体電極基板は、例えば以下の様にして形成することができる。
<Semiconductor electrode substrate 10>
The semiconductor electrode substrate can be formed as follows, for example.

まず、酸化チタン微粒子などの半導体微粒子、分散剤、増粘剤などの被膜形成用添加剤および溶剤を混合し、サンドミル等の分散装置を用いて分散させ、半導体微粒子分散体を調製する。溶剤、分散剤は被膜形成に好適な物を適宜選択できる。例えば水、アセチルアセトンの混合物を好ましく用いることができる。また増粘剤は、半導体微粒子分散体の粘度増加等による膜均一性の向上と、半導体電極を焼成した際のはがれ、クラックなどを抑制する効果を狙った物であり、半導体電極を焼成する温度より低い温度で完全に蒸発するものが好適に用いられる。例えば電極を500℃で焼成する際は、沸点が500℃以下のヒドロキシプロピルセルロースなどのセルロース系バインダーや、分子量10000から20000程度のポリエチレングリコール等を好適に用いることができる。各種添加剤の添加量は半導体微粒子分散体中の半導体微粒子の合計の15〜75重量%が好ましい。   First, semiconductor fine particles such as titanium oxide fine particles, a film forming additive such as a dispersant and a thickener, and a solvent are mixed and dispersed using a dispersing device such as a sand mill to prepare a semiconductor fine particle dispersion. As the solvent and the dispersant, those suitable for film formation can be appropriately selected. For example, a mixture of water and acetylacetone can be preferably used. The thickener is intended to improve the uniformity of the film by increasing the viscosity of the semiconductor fine particle dispersion and to prevent peeling and cracking when the semiconductor electrode is fired. Those that completely evaporate at a lower temperature are preferably used. For example, when the electrode is baked at 500 ° C., a cellulose binder such as hydroxypropyl cellulose having a boiling point of 500 ° C. or less, polyethylene glycol having a molecular weight of about 10,000 to 20,000, and the like can be suitably used. The addition amount of various additives is preferably 15 to 75% by weight of the total of the semiconductor fine particles in the semiconductor fine particle dispersion.

次に、得られた半導体微粒子分散体を導電性基体上に塗布する。塗布方法としては、スリットコーター、スピンコーター、ロールコーター、ディップコーターなどの機器を用いた方法や、スクリーン印刷、フレキソ印刷、グラビア印刷などの印刷法、ドクターブレード、バーコーター等による比較的簡便な方法等が挙げられるが、これに限るものではない。導電性基体上に成膜される半導体電極の膜厚は、5〜15μm程度、好ましくは10μm程度が望ましい。このように塗布した後、クラック、はがれ等が生じないよう乾燥させ、空気中500℃程度の温度で焼成することにより、半導体微粒子材料からなる多孔質の半導体電極が形成される。   Next, the obtained semiconductor fine particle dispersion is applied onto a conductive substrate. As a coating method, a method using a device such as a slit coater, spin coater, roll coater, dip coater, a printing method such as screen printing, flexographic printing or gravure printing, a relatively simple method using a doctor blade, a bar coater, etc. However, it is not limited to this. The film thickness of the semiconductor electrode formed on the conductive substrate is about 5 to 15 μm, preferably about 10 μm. After coating in this way, it is dried so as not to cause cracks, peeling, etc., and fired in air at a temperature of about 500 ° C. to form a porous semiconductor electrode made of a semiconductor fine particle material.

半導体微粒子としては、金属酸化物の微粒子が好ましく用いられ、マグネシウム、ストロンチウム、カルシウム等のアルカリ土類金属、チタン、錫、亜鉛、インジウム、ジルコニウム、ニオブ、タンタル、クロム、モリブデン、タングステン等の遷移金属の酸化物、およびこれらの酸化物の混合体が好適に用いられる。導電性の高い金属微粒子表面を酸化することによって半導体微粒子を形成してもよい。   As the semiconductor fine particles, metal oxide fine particles are preferably used, alkaline earth metals such as magnesium, strontium and calcium, transition metals such as titanium, tin, zinc, indium, zirconium, niobium, tantalum, chromium, molybdenum and tungsten. These oxides and mixtures of these oxides are preferably used. Semiconductor fine particles may be formed by oxidizing the surface of highly conductive metal fine particles.

半導体微粒子の粒径は、小さい方が、半導体電極の表面積が大きくなり、光電変換効率が向上するため、好ましい。しかしながら、半導体微粒子分散体の作製、安定性、成膜の容易さなどと性能を鑑みると、半導体微粒子の平均粒径が5〜100nm、好ましくは10〜30nmが最も望ましい。   A smaller particle size of the semiconductor fine particles is preferable because the surface area of the semiconductor electrode is increased and the photoelectric conversion efficiency is improved. However, the average particle size of the semiconductor fine particles is most desirably 5 to 100 nm, preferably 10 to 30 nm in view of the production, stability, ease of film formation and performance of the semiconductor fine particle dispersion.

また、半導体微粒子を焼結して半導体電極を形成する際は、その焼成温度によっても表面状態がかわるため、注意が必要である。最も一般的に用いられている、酸化チタン(アナタース)微粒子を用いた半導体電極は450℃程度で焼成するのが最も好適である。   In addition, when forming semiconductor electrodes by sintering semiconductor fine particles, care must be taken because the surface state changes depending on the firing temperature. The most commonly used semiconductor electrode using titanium oxide (anatase) fine particles is most preferably fired at about 450 ° C.

また、フィルム基板に対応するため200℃以下の加熱によって半導体電極を形成する方法も好適に用いられる。一つには、特開2002−100416号公報に示されるような、粒子を電気泳動により基板に付着させる方法が挙げられる。また、低温焼成用に開発された酸化チタンゾル、たとえばsolaronix社Ti−Nanoxide D−Lや昭和電工のSP200などを塗布し、150℃程度で焼成する方法もある。   Moreover, in order to respond | correspond to a film substrate, the method of forming a semiconductor electrode by heating at 200 degrees C or less is also used suitably. One is a method of attaching particles to a substrate by electrophoresis as disclosed in JP-A-2002-100416. In addition, there is a method in which a titanium oxide sol developed for low-temperature firing, such as Solaronix Ti-Nanoxide DL or Showa Denko SP200, is applied and fired at about 150 ° C.

このようにして形成した半導体電極の性能をさらに向上させるために、各種薬品による化学的処理、または紫外光照射などの物理的処理など、半導体電極の表面処理を施してもかまわない。たとえば酸化チタン多孔質半導体電極を形成した後に、四塩化チタン水溶液を滴下し、数時間保持することにより変換効率が向上することが知られており、このような処理をおこなってもかまわない。   In order to further improve the performance of the semiconductor electrode thus formed, the semiconductor electrode may be subjected to surface treatment such as chemical treatment with various chemicals or physical treatment such as ultraviolet light irradiation. For example, it is known that after forming a titanium oxide porous semiconductor electrode, a conversion efficiency is improved by dropping a titanium tetrachloride aqueous solution and holding it for several hours, and such treatment may be performed.

半導体電極に担持させる色素としては、従来公知のものであって、色素含有液として使用する溶液組成に於いて安定に溶解しうるものが使用できる。たとえばルテニウムポリピリジニウム錯体、クロロフィル、ポルフィリン、フタロシアニン、トリフェニルメタン、フルオレッセイン、ローダミンなどのキサンテン系色素、ポリメチン、スクアリリウム、クマリン等の各種色素が用いられる。色素は、半導体電極へのエネルギー移動をスムーズにさせるため、半導体電極となんらかの結合を有する官能基を具備していることが望ましい。例えばカルボキシル基、ホスホニル基、アミノ基、スルホン基などの極性基を持って、半導体電極の金属原子に配位、あるいはエステル様の結合を形成できるものが好ましい。   As the dye to be carried on the semiconductor electrode, conventionally known dyes that can be stably dissolved in the solution composition used as the dye-containing liquid can be used. For example, various dyes such as a ruthenium polypyridinium complex, chlorophyll, porphyrin, phthalocyanine, triphenylmethane, fluorescein, rhodamine and other xanthene dyes, polymethine, squarylium and coumarin are used. The dye preferably has a functional group having some bond with the semiconductor electrode in order to smoothly transfer energy to the semiconductor electrode. For example, those having a polar group such as a carboxyl group, a phosphonyl group, an amino group, and a sulfone group and capable of forming a coordination or ester-like bond with the metal atom of the semiconductor electrode are preferable.

次に半導体電極に色素を担持させる方法としては、例えばアルコールなどの溶媒に色素を溶解した色素溶液に半導体電極基板を浸漬し、必要に応じて還流等する事により半導体電極表面に色素を吸着させる方法等が挙げられる。色素溶液中の色素濃度は0.1mM〜1mM程度が好ましく、さらに好ましくは0.3mM〜0.5mM程度が好ましい。浸漬時間は室温であれば12Hr、40℃程度であれば1Hr、50℃程度であれば30分程度が好ましいが、半導体電極の成膜状況によって染着の程度が異なるため、使用する半導体電極の種類と処理プロセスによって適宜温度と浸漬時間を調節する必要がある。   Next, as a method of supporting the dye on the semiconductor electrode, for example, the semiconductor electrode substrate is immersed in a dye solution in which the dye is dissolved in a solvent such as alcohol, and the dye is adsorbed on the surface of the semiconductor electrode by refluxing as necessary. Methods and the like. The dye concentration in the dye solution is preferably about 0.1 mM to 1 mM, more preferably about 0.3 mM to 0.5 mM. The immersion time is preferably 12 hours at room temperature, 1 hour at about 40 ° C., and about 30 minutes at about 50 ° C. However, the degree of dyeing varies depending on the film formation state of the semiconductor electrode. It is necessary to adjust the temperature and immersion time as appropriate according to the type and treatment process.

染着が終了したら、エタノール、アセトニトリルなどで余分の色素を洗い、電解質組成物への逆電子移動防止処理として酢酸などの有機酸やt−ブチルピリジンなどの塩基などで表面処理をしても良い。   When dyeing is completed, excess dye may be washed with ethanol, acetonitrile or the like, and surface treatment may be performed with an organic acid such as acetic acid or a base such as t-butylpyridine as a reverse electron transfer prevention treatment to the electrolyte composition. .

<対向基板11>
対向電極は電解質層の還元反応を促進するような触媒作用を有するものが好ましい。具体的には白金電極や炭素電極上に白金を蒸着したもの、カーボン粒子を吸着したものなどが用いられる。高価な白金の代わりに導電性高分子で処理した基板を用いても構わない。Synthetic Metals 1994,66,263にある、p−トルエンスルホン酸鉄をドープしたPEDOTなどが好適に用いられる。
<Counter substrate 11>
The counter electrode preferably has a catalytic action that promotes the reduction reaction of the electrolyte layer. Specifically, platinum deposited on a platinum electrode or carbon electrode, or carbon particles adsorbed are used. A substrate treated with a conductive polymer may be used instead of expensive platinum. PEDOT doped with iron p-toluenesulfonate in Synthetic Metals 1994, 66, 263 is preferably used.

<色素増感太陽電池の製造>
半導体電極基板の半導体電極上に、スクリーン印刷などの手法を用いて電解質組成物を適量塗布し、対向基板の対向電極側を相対させる。この際、電解質組成物が適度な粘度を有しているため圧着することにより両基板は密着するが、基板間隔を一定に保つ目的で一定膜厚の両面テープのような素材で接着してもかまわない。また、熱可塑性フィルムを用い、熱圧着することにより両基板を接着することも可能である。さらには液体の接着剤を用いて両基板を接着または周囲を封止することも可能である。この場合は基板間距離を一定に保つため、接着剤中あるいは電解質中にスペーサーとなるビーズのようなものを添加しても構わない。または受光面から離れた部位に一定膜厚のフィルムをはさんだ上で接着しても構わない。あるいはいずれかの基板上に一定高さのスペーサー組成物を固定、形成してもかまわない。
<Manufacture of dye-sensitized solar cells>
On the semiconductor electrode of the semiconductor electrode substrate, an appropriate amount of the electrolyte composition is applied using a method such as screen printing, and the counter electrode side of the counter substrate is made to face. At this time, since the electrolyte composition has an appropriate viscosity, the two substrates are brought into close contact with each other by pressure bonding, but may be bonded with a material such as a double-sided tape having a constant film thickness in order to keep the substrate interval constant. It doesn't matter. It is also possible to bond both substrates by thermocompression bonding using a thermoplastic film. Furthermore, it is also possible to adhere both substrates or seal the periphery using a liquid adhesive. In this case, in order to keep the distance between the substrates constant, beads or the like serving as a spacer may be added in the adhesive or the electrolyte. Alternatively, a film having a certain film thickness may be sandwiched between parts separated from the light receiving surface and adhered. Alternatively, a spacer composition having a certain height may be fixed and formed on any substrate.

また、電解質組成物が流出しないように、太陽電池セルを封止してもよい。封止材としては特に制限されないが、例えば、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、エチレン/メタクリル酸共重合体からなる熱可塑性樹脂、ガラスフリット等が好適に用いられる。この際、電解質組成物の付与量を調整すること、十分な間隙を設けることなど、電解質組成物のはみ出しなどにより接着性が損なわれないよう配慮することが必要である。   Moreover, you may seal a photovoltaic cell so that electrolyte composition may not flow out. Although it does not restrict | limit especially as a sealing material, For example, a thermoplastic resin which consists of an epoxy resin, a silicone resin, an ethylene / methacrylic acid copolymer, a glass frit etc. are used suitably. At this time, it is necessary to consider that adhesiveness is not impaired by the protrusion of the electrolyte composition, such as adjusting the application amount of the electrolyte composition and providing a sufficient gap.

また、半導体電極中への電解液の染みだしを促進するため、問題ない程度で加熱してもかまわない。   Moreover, in order to promote the exudation of the electrolyte into the semiconductor electrode, heating may be performed to the extent that there is no problem.

また、太陽電池セル全体の保護のため、リード線などにより電気の引き出し線を確保した上で、全体をフィルムでラミネートあるいは液状樹脂でコーティングしてもかまわない。   Further, in order to protect the entire solar battery cell, the entire lead-out line may be secured with a lead wire or the like, and the whole may be laminated with a film or coated with a liquid resin.

<電解質原体の製造>
平均粒子径が約0.2μmのアルミナ水和物(SASOL社製「Disperal HP18」、)を固形分として20wt%、酢酸0.4wt%、水79.6wt%を、自公転攪拌装置(シンキー社製「AR100」)で攪拌し、粘調液状の電解質原体1を製造した。
<Manufacture of electrolyte base>
An alumina hydrate having an average particle size of about 0.2 μm (“Disperal HP18” manufactured by SASOL) as a solid content is 20 wt%, acetic acid 0.4 wt%, and water 99.6 wt%. The product was stirred with “AR100”) to produce a viscous liquid electrolyte base 1.

更に、表2に示す組成とした以外は同様にして、電解質原体2〜4を製造した。電解質原体3は水分の少ない組成で、白濁し大きな粒状の塊が残るママコ状になってしまった。電解質原体4は水分が多い組成で、ほぼ液状であった。   Furthermore, electrolyte raw materials 2 to 4 were produced in the same manner except that the compositions shown in Table 2 were used. Electrolyte base 3 has a composition with little moisture, and has become mako-like with white turbidity and a large granular lump. The electrolyte base 4 has a composition with a lot of water and is almost liquid.

Figure 2005285756
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<実施例1>
電解質原体1と電解液(平均分子量200のポリエチレングリコールを溶媒とし、ヨウ化リチウムを0.5M、ヨウ素を0.05M溶解した高沸点溶剤液体電解質)を表3に示す割合で混合し、自公転攪拌装置(シンキー社製「AR100」)で攪拌し、均一なペースト状の電解質組成物を得た。
<Example 1>
Electrolyte base 1 and electrolyte solution (high-boiling-point solvent liquid electrolyte in which polyethylene glycol having an average molecular weight of 200 is used as a solvent, 0.5M of lithium iodide and 0.05M of iodine are dissolved) are mixed at a ratio shown in Table 3, The mixture was stirred with a revolutionary stirring device (“AR100” manufactured by Shinky Corporation) to obtain a uniform paste-like electrolyte composition.

この電解質組成物を用いて色素増感太陽電池セルを以下のように作製した。   Using this electrolyte composition, a dye-sensitized solar cell was produced as follows.

まず、透明導電膜を成膜したガラス基板(SnO2:F成膜ガラス基板、日本板硝子株式会社製、シート抵抗10Ω/□)に酸化チタン微粒子分散ペースト(ソラロニクス社製「Ti−Nanoxide D」)をドクターブレード法により塗布し、室温で乾燥した後500℃の電気炉で30分間焼成し、酸化チタン多孔質の半導体電極を得た(膜厚11μm)。更に、この半導体電極基板をruthenium535bisTBA(solaronix社)のエタノール0.4mM溶液に12時間浸漬したのちエタノール、アセトニトリルで洗浄し、半導体電極に色素を吸着させた(有効面積0.5cm2)。 First, a titanium oxide fine particle dispersion paste (“Ti-Nanoxide D” manufactured by Solaronics) on a glass substrate (SnO 2 : F film-formed glass substrate, manufactured by Nippon Sheet Glass Co., Ltd., sheet resistance 10 Ω / □) formed with a transparent conductive film Was applied by a doctor blade method, dried at room temperature, and then baked in an electric furnace at 500 ° C. for 30 minutes to obtain a porous titanium oxide semiconductor electrode (film thickness: 11 μm). Further, this semiconductor electrode substrate was immersed in a 0.4 mM ethanol solution of ruthenium 535bisTBA (solaronix) for 12 hours and then washed with ethanol and acetonitrile to adsorb the dye to the semiconductor electrode (effective area 0.5 cm 2 ).

その後、半導体電極基板の半導体電極側に電解質組成物をスパチュラで適量塗布し、スペーサーとして厚さ25μmのフィルムを挟み、対向基板(白金をスパッタした導電性ガラス基板)を合わせ気泡の入らないよう密着させクリップで固定し、色素増感太陽電池セルを完成した。   Then, apply an appropriate amount of electrolyte composition to the semiconductor electrode side of the semiconductor electrode substrate with a spatula, sandwich a 25 μm-thick film as a spacer, match the counter substrate (conductive glass substrate sputtered with platinum), and adhere tightly so that bubbles do not enter And fixed with a clip to complete a dye-sensitized solar cell.

UVカットフィルタを用いて波長420nm以下の紫外光をカットした1kwのキセノンランプを用い、受光面の光量が100mW/cm2となるように照射し、光電変換効率を測定した。結果を表4に示す。 Using a 1 kw xenon lamp obtained by cutting ultraviolet light having a wavelength of 420 nm or less using a UV cut filter, irradiation was performed so that the amount of light on the light receiving surface was 100 mW / cm 2, and the photoelectric conversion efficiency was measured. The results are shown in Table 4.

また、このセルを、周囲を封止しない状態で1週間放置し、光電変換効率を測定した。結果を表4に示す。1週間放置後も、周囲からの液体、電解質の流れ出しは認められず、変換効率も同等であった。   Moreover, this cell was left for 1 week without sealing the periphery, and the photoelectric conversion efficiency was measured. The results are shown in Table 4. Even after being left for one week, no liquid or electrolyte flowed out from the surroundings, and the conversion efficiency was equivalent.

<実施例2〜5、比較例1〜3>
表3に示す電解質組成物を用いた以外は実施例1と同様にして色素増感太陽電池セルを構成し、同様に評価した。結果を表4に示す。
<Examples 2-5, Comparative Examples 1-3>
Except having used the electrolyte composition shown in Table 3, the dye-sensitized solar cell was comprised like Example 1 and evaluated similarly. The results are shown in Table 4.

比較例2においては、電解質原体3を用いて電解質組成物の作製を試みたが、電解質原体を均一に混合することが困難で塊状の固体となってしまったため基板に挟んで適当なギャップを取ることが出来ず、変換効率の測定は行えなかった。アルミナ水和物に対する水が少なすぎるため電解質原体がママコ状になってしまったためと考えられる。   In Comparative Example 2, an attempt was made to prepare an electrolyte composition using the electrolyte base 3, but it was difficult to uniformly mix the electrolyte base and it became a massive solid. The conversion efficiency could not be measured. This is probably because the amount of water with respect to the alumina hydrate is too small, and the electrolyte base has become mamako-like.

比較例3においては、電解質原体4を用いて、各種比率で電解液成分と混合し、電解質組成物の作製を試みたが、ペースト状の電解質組成物は得られなかった。水に対しアルミナ水和物が少なすぎるため、ペースト化が起こらなかったものと思われる。   In Comparative Example 3, an attempt was made to prepare an electrolyte composition by using the electrolyte base 4 and mixing it with various components of the electrolyte solution at various ratios, but no paste-like electrolyte composition was obtained. It seems that pasting did not occur because there was too little alumina hydrate relative to water.

Figure 2005285756
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これらの結果より、ペースト状電解質を一定条件で作製すると半導体電極上に塗布し対極と挟み込むだけで液体電解質を用いたときと変わらない、あるいはより良好な特性の光電変換デバイスが作製できる。アルミナ添加量が5wt%以下の場合はペースト化が不充分で電解液流出の恐れがありまた特性もペースト化前のものと差が少ない。アルミナ、水分の合計が50wt%に達するものは効率が低下してしまう。好ましくはアルミナと水分の合計が30wt%程度、アルミナ固形分が10wt%程度が好ましいと考えられる。   From these results, when the paste-like electrolyte is produced under a certain condition, a photoelectric conversion device having the same or better characteristics can be produced by simply applying the paste-like electrolyte on the semiconductor electrode and sandwiching it with the counter electrode. When the amount of alumina added is 5 wt% or less, pasting is insufficient and there is a risk of electrolyte outflow, and the characteristics are less different from those before pasting. If the total of alumina and moisture reaches 50 wt%, the efficiency will be reduced. Preferably, the total of alumina and moisture is preferably about 30 wt%, and the alumina solid content is preferably about 10 wt%.

<実施例6>
平均粒子径が100nmのアルミナ水和物(SASOL社製「DISPAL23N4−80」)を用いた以外は実施例1と同様にして、ペースト状の電解質組成物を得、これを用いて色素増感太陽電池セルを構成し評価した。結果を表4に示す。
<Example 6>
A paste-like electrolyte composition was obtained in the same manner as in Example 1 except that alumina hydrate having an average particle size of 100 nm (“DISPAL23N4-80” manufactured by SASOL) was used. A battery cell was constructed and evaluated. The results are shown in Table 4.

<実施例7>
平均粒子径が300nmのアルミナ水和物(SASOL社製「DISPAL40」)を用いた以外は実施例1と同様にして、ペースト状の電解質組成物を得、これを用いて色素増感太陽電池セルを構成し評価した。結果を表4に示す。
<Example 7>
A paste-like electrolyte composition was obtained in the same manner as in Example 1 except that alumina hydrate having an average particle diameter of 300 nm (“DISPAL40” manufactured by SASOL) was used, and using this, a dye-sensitized solar cell was obtained. Was constructed and evaluated. The results are shown in Table 4.

尚、電解質組成物は白濁しており、他のサンプルに比べ透明度は劣ると思われる。   In addition, the electrolyte composition is cloudy and is considered to be inferior in transparency compared to other samples.

<比較例4>
一次粒子の平均径が約7nmの親水性シリカ(商品名「AEROSIL 300」、日本アエロジル社製)20wt%、酢酸0.4wt%、水79.6wt%を、自公転攪拌装置(シンキー社製「AR100」)で攪拌したところ、非常に粘度が低く、電解質原体1と同様のペーストは得られなかった。
<Comparative example 4>
Hydrophobic silica (trade name “AEROSIL 300”, manufactured by Nippon Aerosil Co., Ltd.) 20 wt%, acetic acid 0.4 wt%, water 79.6 wt% of primary particles having an average diameter of about 7 nm were mixed with a revolving stirrer (Sinky Corporation “ When stirred with AR100 "), the viscosity was very low and a paste similar to that of the electrolyte base 1 could not be obtained.

<比較例5>
比較例4で用いた親水性シリカ13.9wt%、酢酸2.8wt%、水83.3wt%を、自公転攪拌装置(シンキー社製「AR100」)で攪拌したところ、電解質原体1と同様のペーストが得られた。
<Comparative Example 5>
When 13.9 wt% of hydrophilic silica used in Comparative Example 4, 2.8 wt% of acetic acid, and 83.3 wt% of water were stirred with a self-revolving stirrer (“AR100” manufactured by Sinky Corporation), the same as the electrolyte base 1 A paste of was obtained.

このペーストと、実施例1で用いた電解液とを混合し、自公転攪拌装置(シンキー社製「AR100」)で攪拌したが、いかなる比率においても非常に粘度が低く、適度な粘度を有し、流動性の無いペースト状の電解質は得られなかった。   This paste and the electrolytic solution used in Example 1 were mixed and stirred with a self-revolving stirrer (“AR100” manufactured by Shinky Corp.), but the viscosity was very low at any ratio and had an appropriate viscosity. A paste electrolyte without fluidity was not obtained.

<比較例6>
比較例4で用いた親水性シリカを固形分として12.46wt%と、実施例1で用いた電解液87.54wt%を混合し、自公転攪拌装置(シンキー社製「AR100」)で攪拌し、均一なペースト状の電解質を得た。
<Comparative Example 6>
12.46 wt% of the hydrophilic silica used in Comparative Example 4 as a solid content and 87.54 wt% of the electrolyte used in Example 1 were mixed and stirred with a self-revolving stirrer (“AR100” manufactured by Sinky). A uniform paste-like electrolyte was obtained.

この電解質を用いて、実施例1と同様にして色素増感太陽電池セルを構成し評価した。
結果を表4に示す。
Using this electrolyte, a dye-sensitized solar cell was constructed and evaluated in the same manner as in Example 1.
The results are shown in Table 4.

Figure 2005285756
Figure 2005285756

本発明の色素増感太陽電池の一例を示す概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows an example of the dye-sensitized solar cell of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

1 基体
2 導電層
3 半導体電極
4 電解質層
5 対向電極
6 基体
10 半導体電極基板
11 対向基板
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Base body 2 Conductive layer 3 Semiconductor electrode 4 Electrolyte layer 5 Counter electrode 6 Base body 10 Semiconductor electrode substrate 11 Counter substrate

Claims (4)

半導体に色素を担持し、該色素の光励起により光エネルギーを電気エネルギーに変換する色素増感太陽電池に用いる電解質組成物であって、少なくともアルミニウム酸化物と水を含有し、ペースト状であることを特徴とする電解質組成物。   An electrolyte composition for use in a dye-sensitized solar cell that supports a dye on a semiconductor and converts light energy into electric energy by photoexcitation of the dye, and contains at least aluminum oxide and water, and is in a paste form An electrolyte composition. アルミニウム酸化物を1〜20wt%、水を5〜30wt%含有することを特徴とする請求項1に記載の電解質組成物。   2. The electrolyte composition according to claim 1, comprising 1 to 20 wt% of aluminum oxide and 5 to 30 wt% of water. 請求項1または2に記載の電解質組成物からなる電解質層を有することを特徴とする色素増感太陽電池。   A dye-sensitized solar cell comprising an electrolyte layer made of the electrolyte composition according to claim 1. 請求項1または2に記載の電解質組成物を電極上の半導体に塗布して電解質層を形成する工程と、該電解質層上に対向電極を設ける工程と、を有することを特徴とする色素増感太陽電池の製造方法。   3. A dye sensitizing method comprising: a step of applying the electrolyte composition according to claim 1 or 2 to a semiconductor on an electrode to form an electrolyte layer; and a step of providing a counter electrode on the electrolyte layer. A method for manufacturing a solar cell.
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