JP2006318765A - Photoelectric conversion element, photoelectric conversion element module - Google Patents

Photoelectric conversion element, photoelectric conversion element module Download PDF

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    • Y02E10/542Dye sensitized solar cells

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a photoelectric conversion element having structure enhancing the degree of flexibility of selecting the material of an electrode. <P>SOLUTION: The photoelectric conversion element has a first support 1, a first electrode 3 and a second electrode 4 separated from each other and positioned on the main surface of the first support, a photoelectric conversion layer 5 comprising a dye-adsorbed semiconductor layer and coming in contact with the first electrode, a second support 2 arranged to face the main surface of the first support, and a carrier transport layer 6 installed between the first support and the second support. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、光電変換素子および光電変換素子モジュールに関する。   The present invention relates to a photoelectric conversion element and a photoelectric conversion element module.

化石燃料に代るエネルギー源として太陽光を電力に変換できる太陽電池が注目されている。現在、一部実用化され始めた太陽電池としては、結晶系シリコン基板を用いた太陽電池及び薄膜シリコン太陽電池がある。しかし、前者はシリコン基板の作製コストが高いこと、後者は多種の半導体ガスや複雑な装置を用いる必要があり、依然として製造コストが高いことが問題となっている。そのため、いずれの太陽電池においても光電変換の高効率化による発電出力当たりのコストを低減する努力が続けられているが、上記問題を解決するには到っていない。   Solar cells that can convert sunlight into electric power are attracting attention as an energy source to replace fossil fuels. Currently, some solar cells that have begun to be put into practical use include solar cells using crystalline silicon substrates and thin-film silicon solar cells. However, the former has a problem that the manufacturing cost of the silicon substrate is high, and the latter needs to use various semiconductor gases and complicated apparatuses, and the manufacturing cost is still high. For this reason, efforts have been made to reduce the cost per power generation output by increasing the efficiency of photoelectric conversion in any of the solar cells, but they have not yet solved the above problem.

新しいタイプの太陽電池として特許文献1で、金属錯体の光誘起電子移動を応用した湿式太陽電池が示された。この湿式太陽電池は、2枚のガラス基板にそれぞれ形成された電極間に、光電変換材料と電解質材料とを用いて光電変換層を構成したものである。この光電変換材料は、光増感色素を吸着させることで、可視光領域に吸収スペクトルをもつようになる。この太陽電池において、光電変換層に光が照射されると電子が発生し、電子は外部電気回路を通って電極に移動する。電極に移動した電子は、電解質中のイオンによって運ばれ対向する電極を経由して光電変換層にもどる。このようにして電気エネルギーが取り出せる。   As a new type of solar cell, Patent Document 1 discloses a wet solar cell to which photoinduced electron transfer of a metal complex is applied. In this wet solar cell, a photoelectric conversion layer is formed by using a photoelectric conversion material and an electrolyte material between electrodes formed on two glass substrates. This photoelectric conversion material has an absorption spectrum in the visible light region by adsorbing a photosensitizing dye. In this solar cell, when the photoelectric conversion layer is irradiated with light, electrons are generated, and the electrons move to an electrode through an external electric circuit. The electrons that have moved to the electrode are carried by the ions in the electrolyte and return to the photoelectric conversion layer via the opposing electrode. In this way, electric energy can be extracted.

この動作を基本として、特許文献2においては、複数の色素増感型太陽電池を直列接続した色素増感型太陽電池モジュールが示されている。具体的には、個々の色素増感型太陽電池は、短冊形にパターニングを行った透明導電膜(電極)を形成したガラス基板上に、酸化チタン層、絶縁性多孔質層および対極を順次積層した構造を有している。また、1つの色素増感型太陽電池の導電層を、隣接する色素増感型太陽電池と対極を接触するように配置することで、両太陽電池が直列接続されている。
特許第2664194号公報 国際公開第WO97/16838号パンフレット
Based on this operation, Patent Document 2 discloses a dye-sensitized solar cell module in which a plurality of dye-sensitized solar cells are connected in series. Specifically, each dye-sensitized solar cell is formed by sequentially laminating a titanium oxide layer, an insulating porous layer, and a counter electrode on a glass substrate on which a transparent conductive film (electrode) patterned in a strip shape is formed. It has the structure. Moreover, both the solar cells are connected in series by disposing the conductive layer of one dye-sensitized solar cell so that the counter electrode is in contact with the adjacent dye-sensitized solar cell.
Japanese Patent No. 2664194 International Publication No. WO97 / 16838 Pamphlet

上記太陽電池は、互いに対向する電極間に光電変換層を有するという構成を有しているため、光電変換層に光を照射するために、対向する電極の少なくとも一方は透明である必要があり、さらに、IR損を小さくするために電気伝導度が高いことも求められるので、材料選択の自由度が小さかった。
本発明は係る事情に鑑みてなされたものであり、電極の材料選択の自由度を高くすることができる構造を有する光電変換素子を提供するものである。
Since the solar cell has a configuration in which a photoelectric conversion layer is provided between electrodes facing each other, at least one of the facing electrodes needs to be transparent in order to irradiate the photoelectric conversion layer with light. Furthermore, since high electrical conductivity is also required to reduce IR loss, the degree of freedom in material selection is small.
This invention is made | formed in view of the situation which concerns, and provides the photoelectric conversion element which has a structure which can make the freedom degree of selection of the material of an electrode high.

課題を解決するための手段及び発明の効果Means for Solving the Problems and Effects of the Invention

本発明の光電変換素子は、第一支持体と、第一支持体の主面上にあり、互いに非接触である第一及び第二電極と、色素が吸着された半導体層からなり、第一電極に接する光電変換層と、第一支持体の前記主面に対向するように配置された第二支持体と、第一及び第二支持体の間に設けられたキャリア輸送層を有することを特徴とする。   The photoelectric conversion element of the present invention comprises a first support, a first and second electrodes that are on the main surface of the first support and are not in contact with each other, and a semiconductor layer on which a dye is adsorbed. A photoelectric conversion layer in contact with the electrode, a second support disposed so as to face the main surface of the first support, and a carrier transport layer provided between the first and second supports. Features.

本発明によれば、第一及び第二電極の両方が第一支持体上に形成されている。従って、第二支持体側から光を照射することによって、電極を介さずに光電変換層に光を照射することができる。従って、第一及び第二電極の材料には、透明度の高いものを用いる必要がない。このため、第一及び第二電極を電気伝導度の高い材料で形成することができ、これらの電極でのIR損を低減することができ、光電変換効率を向上させることができる。   According to the present invention, both the first and second electrodes are formed on the first support. Therefore, by irradiating light from the second support side, it is possible to irradiate light to the photoelectric conversion layer without using an electrode. Therefore, it is not necessary to use a highly transparent material for the first and second electrodes. For this reason, the first and second electrodes can be formed of a material having high electrical conductivity, the IR loss at these electrodes can be reduced, and the photoelectric conversion efficiency can be improved.

本発明の光電変換素子は、第一支持体と、第一支持体の主面上にあり、互いに非接触である第一及び第二電極と、色素が吸着された半導体層からなり、第一電極に接する光電変換層と、第一支持体の前記主面に対向するように配置された第二支持体と、第一及び第二支持体の間に設けられたキャリア輸送層を有する。   The photoelectric conversion element of the present invention comprises a first support, a first and second electrodes that are on the main surface of the first support and are not in contact with each other, and a semiconductor layer on which a dye is adsorbed. A photoelectric conversion layer in contact with the electrode; a second support disposed so as to face the main surface of the first support; and a carrier transport layer provided between the first and second supports.

1.第一支持体、第二支持体
第一支持体の材料としては、半導体層を形成するときに必要なプロセス温度に対する耐熱性を有し、絶縁性の基板であれば特に限定されない。例えば、ソーダガラス、溶融石英ガラス、結晶石英ガラス等のガラス基板、耐熱性樹脂板、セラミック基板等が挙げられる。例えば、エチルセルロースを含有した多孔性半導体形成用ペーストを用いる場合には500℃程度の耐熱性があることが好ましく、エチルセルロースを含有していないペーストであれば120℃程度の耐熱性があればよい。
1. The first support and the second support The material of the first support is not particularly limited as long as it is heat-resistant to the process temperature necessary for forming the semiconductor layer and is an insulating substrate. Examples thereof include glass substrates such as soda glass, fused quartz glass, and crystalline quartz glass, heat resistant resin plates, ceramic substrates, and the like. For example, when a paste for forming a porous semiconductor containing ethyl cellulose is used, it is preferable that the paste has heat resistance of about 500 ° C., and if the paste does not contain ethyl cellulose, heat resistance of about 120 ° C. is sufficient.

耐熱性樹脂板は、例えば、ポリエステル、ポリアクリル、ポリイミド、テフロン(登録商標)、ポリエチレン、ポリプロピレン、PETなどからなる。   The heat resistant resin plate is made of, for example, polyester, polyacryl, polyimide, Teflon (registered trademark), polyethylene, polypropylene, PET, or the like.

さらに、第一支持体は、完成した光電変換素子を他の構造体に取り付けるときに利用することも可能である。つまり、ガラス等の支持体を用いる際には、ガラス周辺部を、金属加工部品とねじを用いて他の支持体に容易に取り付けることができる。   Furthermore, the first support can be used when the completed photoelectric conversion element is attached to another structure. That is, when using a support such as glass, the peripheral portion of the glass can be easily attached to another support using a metal processed part and a screw.

第一支持体についての説明は、基本的に第二支持体についても当てはまる。但し、第二支持体は加熱する必要がなく、耐熱性は必要としないため、強化ガラスやより安価で軽量な可撓性フィルム等、より多種類の材料を用いることが可能である。また、キャリア輸送層に揮発の恐れのある溶媒を使用する場合は、この溶媒に対して透湿性の低い材料を用いることが好ましい。また、封止層を作製する際の作業性を良くする為、第二支持体はある程度固定されていることが好ましい。従って、例えば、第二支持体として可撓性フィルムを用い、第二支持体を第一支持体の上に載せて、両者を熱圧着させておくことが好ましい。可撓性フィルムは、例えば、変性ポリプロピレンなどからなる。   The description of the first support basically applies to the second support. However, since the second support does not need to be heated and does not require heat resistance, it is possible to use more types of materials such as tempered glass and a cheaper and lighter flexible film. Moreover, when using the solvent with a possibility of volatilization for a carrier transport layer, it is preferable to use a material with low moisture permeability with respect to this solvent. Moreover, in order to improve workability | operativity at the time of producing a sealing layer, it is preferable that the 2nd support body is fixed to some extent. Therefore, for example, it is preferable to use a flexible film as the second support, place the second support on the first support, and heat-press both of them. The flexible film is made of, for example, modified polypropylene.

なお、第一支持体と第二支持体の少なくとも一方が、光透過性を有することが必要であり、第二支持体が光透過性を有することが好ましい。第二支持体側には電極が形成されていないので、より広い受光面積が確保できるからである。   In addition, it is required that at least one of the first support and the second support has light transmittance, and it is preferable that the second support has light transmittance. This is because an electrode is not formed on the second support side, so that a wider light receiving area can be secured.

2.第一電極
第一電極は、光電変換層で発生した電子を外部回路に取り出す機能を有する。スムーズに電子を取り出すため、第一電極は、光電変換層とオーミック接触となる材料で形成されることが好ましい。従って、第一電極は、光電変換層よりも仕事関数が小さいことが好ましい。第一電極の材料としては、例えば、ITO(インジウム−スズ複合酸化物)、フッ素ドープされた酸化スズ、ボロン、ガリウムまたはアルミニウムがドープされた酸化亜鉛、ニオブがドープされた酸化チタン等の透明導電性金属酸化物などが挙げられる。また、銀、銅、アルミニウム、インジウム、チタン、ニッケル、タンタル、鉄等が挙げられ、これらのうちいくつかを組み合わせて作製された合金でも良い。
2. First electrode The first electrode has a function of extracting electrons generated in the photoelectric conversion layer to an external circuit. In order to extract electrons smoothly, the first electrode is preferably formed of a material that is in ohmic contact with the photoelectric conversion layer. Therefore, the first electrode preferably has a work function smaller than that of the photoelectric conversion layer. As the material of the first electrode, for example, ITO (indium-tin composite oxide), fluorine-doped tin oxide, boron, zinc oxide doped with gallium or aluminum, titanium oxide doped with niobium, etc. Metal oxides and the like. Moreover, silver, copper, aluminum, indium, titanium, nickel, tantalum, iron, etc. are mentioned, The alloy produced combining some of these may be sufficient.

キャリア輸送層にヨウ素等の腐食力の強い材料を有するものを用いる場合は耐食性が必要となり、酸化物導電材料、耐食性の強い金属または表面に緻密な酸化物材料を構成する金属等が好ましく、具体的にはITO、フッ素ドープされた酸化錫、チタン、タンタル等が挙げられる。   When using a material having a strong corrosive material such as iodine for the carrier transport layer, corrosion resistance is required, and an oxide conductive material, a metal having a strong corrosion resistance or a metal constituting a dense oxide material on the surface is preferable. Specifically, ITO, fluorine-doped tin oxide, titanium, tantalum and the like can be mentioned.

耐食性が必要となる部分はキャリア輸送層と第一電極との界面のみであるため、第一電極の表面を耐食性の強い材料で被覆する方法でもよい。   Since the part where corrosion resistance is required is only the interface between the carrier transport layer and the first electrode, a method of coating the surface of the first electrode with a material having strong corrosion resistance may be used.

第一電極は、例えばストライプ状に形成することができ、その幅は、隣の第一電極または第二電極と接触しなければ一様でなくてもよい。また、光電変換素子モジュールを作製する場合、隣接する光電変換素子同士を直列に接続する部分に関しては、接触してもよい。   The first electrode can be formed, for example, in a stripe shape, and the width thereof may not be uniform unless it is in contact with the adjacent first electrode or second electrode. Moreover, when producing a photoelectric conversion element module, you may contact about the part which connects adjacent photoelectric conversion elements in series.

隣接する第一電極の間隔は光電変換層中の電子が第一電極に到達できる程度であれば特に限定されないが、例えば100μm以内であることが好ましく、さらに好ましくは50μm以内である。なぜなら、この場合、光電変換層中の最も離れた位置と第一電極との距離が大きくなりすぎず、光電変換層で発生した電子が第一電極に到達可能だからである。同様の理由により、光電変換層の端とこの端に最も近い位置にある第一電極との距離も、例えば50μm以内であることが好ましい。また、隣接する第一電極間の距離は、接触せず形成できる程度であれば特に限定されないが、例えば間隔が1μm以上であればよい。   The interval between the adjacent first electrodes is not particularly limited as long as the electrons in the photoelectric conversion layer can reach the first electrode, but is preferably within 100 μm, and more preferably within 50 μm. This is because in this case, the distance between the farthest position in the photoelectric conversion layer and the first electrode does not become too large, and electrons generated in the photoelectric conversion layer can reach the first electrode. For the same reason, the distance between the end of the photoelectric conversion layer and the first electrode located closest to the end is also preferably within 50 μm, for example. Further, the distance between adjacent first electrodes is not particularly limited as long as it can be formed without contact, but for example, the distance may be 1 μm or more.

第一電極の膜厚は特に限定はされないが、例えば支持体上に第一電極を形成する場合には、抵抗が高くなりすぎないように0.1μm以上であることが好ましい。また、受光面の有効利用のため、第一電極上に光電変換層があることが好ましいため、第一電極の膜厚は光電変換層より薄いことが好ましい。   The thickness of the first electrode is not particularly limited. For example, when the first electrode is formed on the support, it is preferably 0.1 μm or more so that the resistance does not become too high. Moreover, since it is preferable that a photoelectric conversion layer exists on a 1st electrode for the effective utilization of a light-receiving surface, it is preferable that the film thickness of a 1st electrode is thinner than a photoelectric conversion layer.

3.第二電極
第二電極は、外部回路から電子を取り入れ、酸化還元反応を促進させることにより、電子を酸化還元種にスムーズに渡す2つの機能を有する。第二電極の表面に用いる材料としては、後述するキャリア輸送層での酸化還元反応を促進させるもの(触媒機能を有するもの)であればよい。
3. Second electrode The second electrode has two functions of smoothly passing electrons to the redox species by taking in electrons from an external circuit and promoting the redox reaction. The material used for the surface of the second electrode may be any material that promotes a redox reaction in the carrier transport layer described later (has a catalytic function).

隣接する第二電極の間隔は酸化還元種が第二電極に到達できる程度であれば特に限定されないが、例えば150μm以内であることが好ましく、さらに好ましくは100μm以内である。なぜなら、この程度の間隔であれば、光電変換層中の最も離れた位置と第二電極との間での酸化還元種の移動距離が大きくなりすぎないためである。同様の理由により、光電変換層の端とこの端に最も近い位置にある第二電極との距離も、例えば75μm以内であることが好ましい。ただし、この距離は電解液中の酸化還元種の移動度が大きくなれば、間隔は大きくても良く、移動度が小さくなれば、間隔は小さいほうが良い。
第二電極は、第一電極と非接触になるように形成する。また、酸化還元種が第二電極に到達できる程度であれば特に限定されないが、第一及び第二電極間の距離は、100μm以下であることが好ましい。それは100μm以上であれば、酸化還元種の輸送抵抗が大きくなり、性能が低下するためである。
The distance between the adjacent second electrodes is not particularly limited as long as the redox species can reach the second electrode, but is preferably within 150 μm, and more preferably within 100 μm. This is because the distance of the redox species between the farthest position in the photoelectric conversion layer and the second electrode does not become too large if the distance is at this level. For the same reason, the distance between the end of the photoelectric conversion layer and the second electrode closest to the end is also preferably within, for example, 75 μm. However, this distance may be large if the mobility of the redox species in the electrolytic solution is large, and the distance is preferably small if the mobility is small.
The second electrode is formed so as not to be in contact with the first electrode. The distance between the first and second electrodes is preferably 100 μm or less, although not particularly limited as long as the redox species can reach the second electrode. This is because when the thickness is 100 μm or more, the transport resistance of the redox species increases and the performance decreases.

第二電極は、光電変換層と接触していても、非接触であってもよい。
第二電極が光電変換層と接触する構造を用いる場合、光電変換層から第二電極への電子注入を防ぐために、第二電極は、光電変換層とショットキー接触となる材料で形成されることが好ましい。従って、第二電極は、光電変換層よりも仕事関数が大きいことが好ましい。また、第二電極は、第一電極よりも仕事関数が大きいことが好ましい。
The second electrode may be in contact with the photoelectric conversion layer or non-contact.
When using a structure in which the second electrode is in contact with the photoelectric conversion layer, the second electrode should be formed of a material that is in Schottky contact with the photoelectric conversion layer in order to prevent electron injection from the photoelectric conversion layer to the second electrode. Is preferred. Therefore, it is preferable that the second electrode has a work function larger than that of the photoelectric conversion layer. The second electrode preferably has a work function larger than that of the first electrode.

第二電極と半導体層は接触していない構造にすることもできる。このような構造は、たとえば、第二電極の表面を高分子材料などで被覆し、その上に多孔性半導体層の原料ペーストを印刷・乾燥し、焼成する際に高分子材料も酸化除去することで作製できる。この高分子材料の被覆厚をサブミクロン以下の非常に薄いものとしておくことで、キャリア輸送層中のイオンが第二電極と多孔性半導体層との間を移動する距離を従来の光電変換素子より短くでき、光電変換効率の向上を可能ならしめる。
この場合使用できる材料としては、一般的に多孔性半導体層を形成するために用いられる酸化チタンペースト中に含有されている高分子材料より分解温度が高い材料が考えられる。具体的に例えば、酸化チタンペースト中の高分子材料にニトロセルロース、第二電極表面の高分子材料にエチルセルロースを用いることができる。
The second electrode and the semiconductor layer may be not in contact with each other. Such a structure is, for example, that the surface of the second electrode is covered with a polymer material, and the raw material paste of the porous semiconductor layer is printed and dried thereon, and the polymer material is also oxidized and removed when firing. Can be produced. By making the coating thickness of this polymer material very thin, which is less than submicron, the distance that ions in the carrier transport layer move between the second electrode and the porous semiconductor layer is larger than that of conventional photoelectric conversion elements. It can be shortened and the photoelectric conversion efficiency can be improved.
As a material that can be used in this case, a material having a decomposition temperature higher than that of a polymer material generally contained in a titanium oxide paste used for forming a porous semiconductor layer can be considered. Specifically, for example, nitrocellulose can be used as the polymer material in the titanium oxide paste, and ethylcellulose can be used as the polymer material on the surface of the second electrode.

焼成条件は、酸化チタンペースト中の高分子材料の分解温度で数十分間保持することによってこの高分子材料を優先的に分解させ、その後、第二電極表面の高分子材料の分解温度以上の所定の焼成温度で焼成すること(例えば500℃)によってこの高分子材料を分解させることにより、第二電極と多孔性半導体層が非接触な構造にすることが出来る。   The firing condition is that the polymer material is preferentially decomposed by holding it at the decomposition temperature of the polymer material in the titanium oxide paste for several tens of minutes, and then the decomposition temperature of the polymer material on the surface of the second electrode By decomposing the polymer material by firing at a predetermined firing temperature (for example, 500 ° C.), the second electrode and the porous semiconductor layer can be brought into a non-contact structure.

第二電極は、例えば、白金やパラジウムまたはそれらを含む合金や、カーボン(カーボンブラック、グラファイト、ガラス炭素、アモルファス炭素、ハードカーボン、ソフトカーボン、カーボンホイスカー、カーボンナノチューブ、フラーレン)などで形成することができる。   The second electrode may be formed of, for example, platinum, palladium, an alloy containing them, or carbon (carbon black, graphite, glass carbon, amorphous carbon, hard carbon, soft carbon, carbon whisker, carbon nanotube, fullerene) or the like. it can.

第二電極は、単一材料で形成してもよく、導電層と、この導電層を被覆する被覆層からなってもよい。この場合、導電層は、触媒機能を有する必要がないので、材料選択の自由度が高く、製造コストを下げるために銅などの安価な材料を用いたり、外部回路から電子を取り入れるときのIR損を低減するために導電率の高い材料を用いたりすることができる。また、導電層は、被覆層に覆われているのでキャリア輸送層に含まれる酸化還元種による腐食等の影響が小さく、その点でも材料選択の自由度が高い。なお、導電層も腐食に強い材料で形成することが好ましい。
また、製造工程数を減らすために、導電層と第一電極に同じ材料を用い、両者を同一工程で形成してもよい。具体的な作製方法としては、たとえば、既知の方法を用いて導電層及び第一電極を作製し、導電層上にのみ酸化還元反応を促進させる材料で被覆膜を形成して第二電極を作製する。
The second electrode may be formed of a single material, and may be composed of a conductive layer and a coating layer that covers the conductive layer. In this case, since the conductive layer does not need to have a catalytic function, the degree of freedom in material selection is high, and in order to reduce the manufacturing cost, an inexpensive material such as copper is used or IR loss when electrons are taken from an external circuit is used. In order to reduce the above, a material having high conductivity can be used. In addition, since the conductive layer is covered with the coating layer, the influence of corrosion due to the redox species contained in the carrier transport layer is small, and also in this respect, the degree of freedom in material selection is high. Note that the conductive layer is also preferably formed of a material resistant to corrosion.
In order to reduce the number of manufacturing steps, the same material may be used for the conductive layer and the first electrode, and both may be formed in the same step. As a specific production method, for example, a conductive layer and a first electrode are produced using a known method, a coating film is formed only on the conductive layer with a material that promotes a redox reaction, and a second electrode is formed. Make it.

第二電極の表面積は、半導体層の投影面積の5%以上あればよい。また、第二電極をアスペクト比の高いストライプ形状にしたり、第二電極の表面に凹凸を形成することにより、第二電極の表面積を増大させ、FFを向上させることができる。また、第二電極の表面積を増やすために、第二電極表面を塩化白金酸で処理する方法を用いてもよい。第二電極は、例えばストライプ状に形成することができ、その幅は、第一電極と同程度でよい。   The surface area of the second electrode may be 5% or more of the projected area of the semiconductor layer. Moreover, the surface area of a 2nd electrode can be increased and FF can be improved by making a 2nd electrode into stripe shape with a high aspect ratio, or forming an unevenness | corrugation in the surface of a 2nd electrode. In order to increase the surface area of the second electrode, a method of treating the surface of the second electrode with chloroplatinic acid may be used. The second electrode can be formed in a stripe shape, for example, and the width thereof may be approximately the same as that of the first electrode.

4.光電変換層
光電変換層は、色素が吸着された半導体層からなる。
4−1.半導体層
半導体層は、好ましくは、多孔性であり、その形態は、粒子状、膜状等の種々な形態のものを用いることができるが、膜状の形態であることが好ましい。半導体層を構成する材料としては、酸化チタン、酸化亜鉛、酸化タングステン、チタン酸バリウム、チタン酸ストロンチウム、硫化カドミウム等の公知の半導体を1種類または2種類以上組み合わせて用いることができる。中でも、変換効率、安定性、安全性の点から酸化チタンが好ましい。
4). Photoelectric conversion layer The photoelectric conversion layer is composed of a semiconductor layer to which a dye is adsorbed.
4-1. Semiconductor Layer The semiconductor layer is preferably porous, and various forms such as a particle form and a film form can be used, but a film form is preferred. As a material constituting the semiconductor layer, known semiconductors such as titanium oxide, zinc oxide, tungsten oxide, barium titanate, strontium titanate, and cadmium sulfide can be used alone or in combination of two or more. Among these, titanium oxide is preferable in terms of conversion efficiency, stability, and safety.

膜状の半導体層を基板上に形成する方法としては、種々の公知の方法を使用することができる。具体的には、スクリーン印刷法、インクジェット法などの基板上に半導体粒子を含有するペーストを塗布し、その後焼成する方法、基板上に所望の原料ガスを用いたCVD法またはMOCVD法等により成膜する方法、原料固体を用いたPVD法、蒸着法、スパッタリング法またはゾル−ゲル法、電気化学的な酸化還元反応を利用した方法等が挙げられる。このうち、厚膜化や製造コストの観点より、ペーストを用いたスクリーン印刷法が好ましい。   Various known methods can be used as a method for forming a film-like semiconductor layer on a substrate. Specifically, a paste containing semiconductor particles is applied on a substrate such as a screen printing method or an ink jet method, and then fired, or a film is formed on the substrate by a CVD method or a MOCVD method using a desired source gas. And a method using a raw material solid, a PVD method using a raw material solid, a vapor deposition method, a sputtering method or a sol-gel method, an electrochemical oxidation-reduction reaction, and the like. Among these, the screen printing method using a paste is preferable from the viewpoint of thickening and manufacturing cost.

半導体層の膜厚は、特に限定されるものではないが、変換効率の観点より、5〜50μm程度が好ましい。   Although the film thickness of a semiconductor layer is not specifically limited, About 5-50 micrometers is preferable from a viewpoint of conversion efficiency.

変換効率を向上させるためには、後述する色素を半導体層により多く吸着させることが必要である。このため、半導体層は、比表面積が大きなものが好ましく、10〜200m2/g程度が好ましい。なお、本明細書において示す比表面積はBET吸着法により測定した値である。 In order to improve the conversion efficiency, it is necessary to adsorb more dye, which will be described later, to the semiconductor layer. For this reason, a semiconductor layer with a large specific surface area is preferable, and about 10-200 m < 2 > / g is preferable. In addition, the specific surface area shown in this specification is a value measured by the BET adsorption method.

上述の半導体粒子としては、市販されているもののうち適当な平均粒径、例えば1nm〜500nm程度の平均粒径を有する単一又は化合物半導体の粒子等が挙げられる。また、半導体粒子として酸化チタンを用いる場合、次の手法により作製することができる。   As the above-mentioned semiconductor particles, single or compound semiconductor particles having an appropriate average particle diameter among commercially available particles, for example, an average particle diameter of about 1 nm to 500 nm can be mentioned. Moreover, when using titanium oxide as a semiconductor particle, it can produce with the following method.

チタンイソプロポキシド(キシダ化学株式会社製)125mlを0.1Mの硝酸水溶液(キシダ化学株式会社製)750mLに滴下し加水分解をさせ、80℃で8時間加熱することにより、ゾル液の作製を行う。その後、チタン製オートクレーブにて230℃で11時間、粒子成長させ、超音波分散を30分間行うことにより、平均一次粒径15nmの酸化チタン粒子を含むコロイド溶液の作製を行う。該溶液に200mlのエタノールを加え、5000rpmにて遠心分離を行う手順を繰り返すことにより、該溶液のPHを中性にし、酸化チタン粒子を作製することができる。なお、本明細書においる平均粒径は、SEM観察により測定した値である。   125 ml of titanium isopropoxide (manufactured by Kishida Chemical Co., Ltd.) was dropped into 750 mL of a 0.1M aqueous nitric acid solution (manufactured by Kishida Chemical Co., Ltd.), hydrolyzed, and heated at 80 ° C. for 8 hours to prepare a sol solution. Do. Thereafter, particles are grown in a titanium autoclave at 230 ° C. for 11 hours, and ultrasonic dispersion is performed for 30 minutes, thereby preparing a colloidal solution containing titanium oxide particles having an average primary particle size of 15 nm. By repeating the procedure of adding 200 ml of ethanol to the solution and centrifuging at 5000 rpm, the pH of the solution can be neutralized and titanium oxide particles can be produced. In addition, the average particle diameter in this specification is a value measured by SEM observation.

これらの半導体粒子を懸濁させペーストを作製するために使用される溶媒は、エチレングリコールモノメチルエーテル等のグライム系溶媒、イソプロピルアルコール等のアルコール系溶媒、イソプロピルアルコール/トルエン等の混合溶媒、水等が挙げられる。具体的には、以下に示す工程にてペーストを作製することができる。   Solvents used for suspending these semiconductor particles to prepare a paste include glyme solvents such as ethylene glycol monomethyl ether, alcohol solvents such as isopropyl alcohol, mixed solvents such as isopropyl alcohol / toluene, water, and the like. Can be mentioned. Specifically, a paste can be produced by the steps shown below.

上述の工程により作製した酸化チタン粒子を洗浄した後、エチルセルロース(キシダ化学株式会社製)とテルピネオール(キシダ化学株式会社製)を無水エタノールに溶解させたものを加え、攪拌することにより酸化チタン粒子を分散させる。その後、40mbarの真空下、50℃にてエタノールを蒸発させることで、最終的な組成として、酸化チタン固体濃度20wt%、エチルセルロース10wt%、テルピネオール64wt%となるように濃度調整を行った酸化チタンペーストの作製を行う。   After washing the titanium oxide particles produced by the above-mentioned process, ethyl cellulose (manufactured by Kishida Chemical Co., Ltd.) and terpineol (manufactured by Kishida Chemical Co., Ltd.) dissolved in absolute ethanol are added, and the titanium oxide particles are stirred by stirring. Disperse. Thereafter, ethanol was evaporated at 50 ° C. under a vacuum of 40 mbar, so that the final composition was titanium oxide solid concentration 20 wt%, ethyl cellulose 10 wt%, and terpineol 64 wt%. Is made.

上述の半導体層の乾燥及び焼成は、使用する基板や半導体粒子の種類により、温度、時間、雰囲気等の条件を適宜調整して行われる。そのような条件として、例えば、大気下又は不活性ガス雰囲気下、50〜800℃程度の範囲内で、10秒〜12時間程度が挙げられる。この乾燥及び焼成は、単一の温度で1回又は温度を変化させて2回以上行うことができる。   The above-described drying and firing of the semiconductor layer is performed by appropriately adjusting conditions such as temperature, time, atmosphere, and the like according to the type of substrate and semiconductor particles used. Such conditions include, for example, about 10 seconds to 12 hours in the range of about 50 to 800 ° C. in the air or in an inert gas atmosphere. This drying and baking can be performed once at a single temperature or twice or more by changing the temperature.

4−2.色素
半導体層に吸着して光増感剤として機能する色素としては、種々の可視光領域及び/又は赤外光領域に吸収をもつものが挙げられる。更に、半導体層に色素を強固に吸着させるためには、色素分子中にカルボン酸基、カルボン酸無水基、アルコキシ基、ヒドロキシル基、ヒドロキシアルキル基、スルホン酸基、エステル基、メルカプト基、ホスホニル基等のインターロック基を有するものが好ましい。これらの中でも、カルボン酸基及びカルボン酸無水基がより好ましい。なお、インターロック基は、励起状態の色素と半導体層の伝導帯との間の電子移動を容易にする電気的結合を提供するものである。
4-2. Dyes Adsorbed on the semiconductor layer and functioning as a photosensitizer include those having absorption in various visible light regions and / or infrared light regions. Furthermore, in order to strongly adsorb the dye to the semiconductor layer, the carboxylic acid group, carboxylic anhydride group, alkoxy group, hydroxyl group, hydroxyalkyl group, sulfonic acid group, ester group, mercapto group, phosphonyl group in the dye molecule. Those having an interlocking group such as Among these, a carboxylic acid group and a carboxylic anhydride group are more preferable. The interlock group provides an electrical coupling that facilitates electron transfer between the excited dye and the conduction band of the semiconductor layer.

これらインターロック基を含有する色素として、例えば、ルテニウムビピリジン系色素、アゾ系色素、キノン系色素、キノンイミン系色素、キナクリドン系色素、スクアリリウム系色素、シアニン系色素、メロシアニン系色素、トリフェニルメタン系色素、キサンテン系色素、ポルフィリン系色素、フタロシアニン系色素、ベリレン系色素、インジゴ系色素、ナフタロシアニン系色素等が挙げられる。   Examples of these dyes containing an interlock group include ruthenium bipyridine dyes, azo dyes, quinone dyes, quinone imine dyes, quinacridone dyes, squarylium dyes, cyanine dyes, merocyanine dyes, and triphenylmethane dyes. Xanthene dyes, porphyrin dyes, phthalocyanine dyes, berylene dyes, indigo dyes, naphthalocyanine dyes, and the like.

色素を半導体層に吸着させる方法としては、例えば支持体に形成された半導体層を、色素が溶解された溶液(色素吸着用溶液)に浸漬する方法が挙げられる。   Examples of the method for adsorbing the dye to the semiconductor layer include a method of immersing the semiconductor layer formed on the support in a solution in which the dye is dissolved (dye adsorption solution).

色素を溶解させる溶媒としては、色素を溶解可能なものであればよく、具体的には、エタノール等のアルコール類、アセトン等のケトン類、ジエチルエーテル、テトラヒドロフラン等のエーテル類、アセトニトリル等の窒素化合物類、クロロホルム等のハロゲン化脂肪族炭化水素、ヘキサン等の脂肪族炭化水素、ベンゼン等の芳香族炭化水素、酢酸エチル等のエステル類、水等が挙げられる。これらの溶媒は2種類以上を混合して用いることもできる。   The solvent for dissolving the dye may be any solvent that can dissolve the dye. Specifically, alcohols such as ethanol, ketones such as acetone, ethers such as diethyl ether and tetrahydrofuran, and nitrogen compounds such as acetonitrile. , Halogenated aliphatic hydrocarbons such as chloroform, aliphatic hydrocarbons such as hexane, aromatic hydrocarbons such as benzene, esters such as ethyl acetate, water, and the like. Two or more of these solvents can be used in combination.

溶液中の色素濃度は、使用する色素及び溶媒の種類により適宜調整することができるが、吸着機能を向上させるためにはできるだけ高濃度である方が好ましく、例えば、1×10-5モル/リットル以上であることが好ましい。 The concentration of the dye in the solution can be appropriately adjusted depending on the kind of the dye and the solvent to be used, but is preferably as high as possible in order to improve the adsorption function, for example, 1 × 10 −5 mol / liter. The above is preferable.

5.キャリア輸送層
キャリア輸送層は、第一及び第二支持体間に設けられる。このようなキャリア輸送層は、例えば、第一及び第二支持体間にキャリア輸送液を注入することにより、光電変換層中の空隙および第二支持体と光電変換層間の空隙にキャリア輸送液を充填することによって形成することができる。キャリア輸送液は、イオンを輸送できる材料で構成され、好ましくは、電解液、高分子電解質等のイオン導電体で構成される。イオン導電体は、例えば、酸化還元種とこれを溶解可能な溶媒からなる。酸化還元種は、具体的には、鉄系、コバルト系など金属類や、塩素、臭素、ヨウ素などのハロゲンを用いたものが考えられ、一般にヨウ素が用いられる。なお、キャリア輸送層は、種々の方法で、ゲル化又は擬固体化させたものであってもよい。
5. Carrier transport layer The carrier transport layer is provided between the first and second supports. Such a carrier transport layer, for example, by injecting a carrier transport liquid between the first and second supports, the carrier transport liquid is introduced into the gaps in the photoelectric conversion layer and the gaps between the second support and the photoelectric conversion layer. It can be formed by filling. The carrier transport liquid is made of a material capable of transporting ions, and preferably made of an ionic conductor such as an electrolytic solution or a polymer electrolyte. The ionic conductor is composed of, for example, a redox species and a solvent capable of dissolving it. Specific examples of the redox species include iron-based and cobalt-based metals, and halogens such as chlorine, bromine, and iodine, and iodine is generally used. The carrier transport layer may be gelled or quasi-solidified by various methods.

ヨウ素を酸化還元種として用いる場合、一般に電池等に使用できるものであれば特に限定されないが、その中でも、ヨウ化リチウム、ヨウ化ナトリウム、ヨウ化カリウム、ヨウ化カルシウム等の金属ヨウ化物との組み合わせが最も好ましい。さらに、ジメチルプロピルイミダゾールアイオダイド等のイミダゾール塩等を混入させてもよい。   When iodine is used as a redox species, it is not particularly limited as long as it can generally be used for batteries, etc. Among them, combinations with metal iodides such as lithium iodide, sodium iodide, potassium iodide, calcium iodide, etc. Is most preferred. Further, an imidazole salt such as dimethylpropylimidazole iodide may be mixed.

また、上記酸化還元種を溶解するための溶媒としては、プロピレンカーボネート等のカーボネート化合物、アセトニトリル等のニトリル化合物、エタノール等のアルコール類、その他、水や非プロトン極性物質等が挙げられるが、その中でも、カーボネート化合物やニトリル化合物が好ましい。これらの溶媒は2種類以上を混合して用いることもできる。一方、溶媒の揮発が問題となる場合は、溶媒の代わりに溶融塩を用いてもよい。   Examples of the solvent for dissolving the redox species include carbonate compounds such as propylene carbonate, nitrile compounds such as acetonitrile, alcohols such as ethanol, water, aprotic polar substances, and the like. Carbonate compounds and nitrile compounds are preferred. Two or more of these solvents can be used in combination. On the other hand, when the volatilization of the solvent becomes a problem, a molten salt may be used instead of the solvent.

電解質濃度としては、種々の電解質により選択されるが、0.01〜1.5モル/リットルの範囲が好ましい。   The electrolyte concentration is selected depending on various electrolytes, but is preferably in the range of 0.01 to 1.5 mol / liter.

なお、第二電極と光電変換層が接触している場合でも、光電変換層から第二電極への直接の電子移動は実質的には起こらず、電子移動は、キャリア輸送層を介して行われることが実験で実証されている。従って、この場合でもキャリア輸送層は、必要である。   Even when the second electrode and the photoelectric conversion layer are in contact, direct electron transfer from the photoelectric conversion layer to the second electrode does not substantially occur, and the electron transfer is performed via the carrier transport layer. This has been demonstrated in experiments. Accordingly, even in this case, a carrier transport layer is necessary.

6.封止層
キャリア輸送層で使用される溶媒の揮発と水等の浸入を防ぐために、第一及び第二支持体間を封止する封止層を形成することが好ましい。また、封止層に樹脂系の材料を用いる場合、(1)基板上に物が落ちたり、力がかかった場合に衝撃を吸収でき、(2)長期にわたる使用時に、支持体として用いるガラスのたわみ等を吸収できる、等の利点がある。
6). Sealing layer In order to prevent volatilization of the solvent used in the carrier transport layer and intrusion of water or the like, it is preferable to form a sealing layer that seals between the first and second supports. In addition, when a resin-based material is used for the sealing layer, (1) it can absorb an impact when an object falls on the substrate or a force is applied, and (2) the glass used as a support when used over a long period of time. There are advantages such as being able to absorb deflection and the like.

封止層は、たとえば、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂、ポリイソブチレン系樹脂、ホットメルト樹脂、ガラスフリットなどの材料を用いて形成することが好ましい。特に、キャリア輸送液の溶媒としてニトリル系溶媒、カーボネート系溶媒を使用する場合、シリコーン樹脂やホットメルト樹脂( 例えば、アイオノマー樹脂) 、ポリイソブチレン系樹脂、ガラスフリットが好ましい。また、2種類以上の樹脂を二層以上にして用いることもできる。   The sealing layer is preferably formed using a material such as a silicone resin, an epoxy resin, a polyisobutylene resin, a hot melt resin, or a glass frit. In particular, when a nitrile solvent or a carbonate solvent is used as a solvent for the carrier transport liquid, a silicone resin, a hot melt resin (for example, an ionomer resin), a polyisobutylene resin, or a glass frit is preferable. Two or more kinds of resins can be used in two or more layers.

封止層のパターンは、シリコーン樹脂やエポキシ樹脂、ガラスフリットなどを使用する場合、ディスペンサーによって形成することができる。また、ホットメルト樹脂を使用する場合は、シート状のホットメルト樹脂にパターニングした穴を開けて、封止パターンを形成することができる。   The pattern of the sealing layer can be formed by a dispenser when silicone resin, epoxy resin, glass frit, or the like is used. Moreover, when using hot-melt resin, the sealing pattern can be formed by making the hole patterned in the sheet-like hot-melt resin.

封止層の膜厚は、光電変換層と第二支持体とが接する膜厚であることが好ましい。封止層の膜厚が薄い場合、支持体がたわむことにより、支持体と光電変換層との間に生じた隙間が大きくなるため、キャリア輸送層のみの部分の増加が起こる。封止層の膜厚が厚い場合も支持体と光電変換層との間の隙間が大きくなるためキャリア輸送層のみの部分の増加が起こる。入射光の一部が光電変換層に到達する前にキャリア輸送層に吸収されることを抑制するため、このような隙間は小さいことが好ましい。   The film thickness of the sealing layer is preferably such that the photoelectric conversion layer and the second support are in contact with each other. When the film thickness of the sealing layer is thin, a gap formed between the support and the photoelectric conversion layer is increased due to the support being bent, so that only the carrier transport layer is increased. Even when the sealing layer is thick, the gap between the support and the photoelectric conversion layer becomes large, so that only the carrier transport layer increases. In order to prevent a part of incident light from being absorbed by the carrier transport layer before reaching the photoelectric conversion layer, such a gap is preferably small.

なお、本発明は、上記記載の光電変換素子の少なくとも2つが直列に接続されてなることを特徴とする光電変換素子モジュールも提供する。このモジュールは、隣接する光電変換素子の光電変換層及びキャリア輸送層を分離する絶縁層をさらに備えてもよい。   In addition, this invention also provides the photoelectric conversion element module characterized by connecting at least 2 of the said photoelectric conversion elements in series. The module may further include an insulating layer that separates the photoelectric conversion layer and the carrier transport layer of adjacent photoelectric conversion elements.

以下、本発明を実施例及び比較例により更に具体的に説明するが、これらの実施例及び比較例により本発明が限定されるものではない。   EXAMPLES Hereinafter, although an Example and a comparative example demonstrate this invention further more concretely, this invention is not limited by these Examples and a comparative example.

実施例1では、図1(断面図)に示すような光電変換素子(色素増感太陽電池)の作製を行った。その製造工程を以下に示す。   In Example 1, a photoelectric conversion element (dye-sensitized solar cell) as shown in FIG. 1 (cross-sectional view) was produced. The manufacturing process is shown below.

1.基板上への第一及び第二電極の作製
ガラス基板1上に真空蒸着法を用いて、チタンからなる第一電極3及び、白金からなる第二電極4をそれぞれ幅10μm、隣り合う第二電極の右端と第一電極の左端(または、第二電極の左端と第一電極の右端)の間隔10μm、膜厚5μm、4cm角で作製した。その後、基板1に電解液注入口(不図示)を開けた。
1. Production of first and second electrodes on a substrate Using a vacuum deposition method on a glass substrate 1, a first electrode 3 made of titanium and a second electrode 4 made of platinum are each 10 μm wide and adjacent second electrodes. The gap between the right end of the first electrode and the left end of the first electrode (or the left end of the second electrode and the right end of the first electrode) was 10 μm, the film thickness was 5 μm, and 4 cm square. Thereafter, an electrolyte injection port (not shown) was opened in the substrate 1.

2.光電変換層の作製
次に、多孔性半導体層の作製し、これに色素を吸着させることによって光電変換層5を作製した。以下、詳述する。
2. Production of photoelectric conversion layer Next, a porous semiconductor layer was produced, and a photoelectric conversion layer 5 was produced by adsorbing a dye thereto. Details will be described below.

2−1.多孔性半導体層の作製
市販の酸化チタンペースト(Solaronix社製、商品名Ti−Nanoxide D/SP、平均粒径13nm)をスクリーン印刷法により、第一電極3及び第二電極4が形成されているガラス基板1上に2cm角で塗布した。次に、500℃で20分間焼成した。膜厚15μmの酸化チタン膜からなる多孔性半導体層を得た。
2-1. Production of porous semiconductor layer The first electrode 3 and the second electrode 4 are formed by screen printing of a commercially available titanium oxide paste (manufactured by Solaronix, trade name Ti-Nanoxide D / SP, average particle size 13 nm). It apply | coated on the glass substrate 1 at 2 square cm. Next, it was baked at 500 ° C. for 20 minutes. A porous semiconductor layer made of a titanium oxide film having a thickness of 15 μm was obtained.

2−2.色素の吸着
化学式(1)で示す増感色素N719(Solaronix社製 Ru535bisTBA)を3×10-4モル/リットルの濃度となるようエタノール(Aldrich Chemical Company製(以下、「ACC製」という。))に溶解し、溶液を調製した。
次に、多孔性半導体層を形成したガラス基板を、この溶液中に120時間保持し、増感色素を多孔性半導体層に吸着させた。その後、該多孔性半導体層をエタノール(ACC製)で洗浄・乾燥を行い、光電変換層5を作製した。
2-2. Adsorption of dye Sensitizing dye N719 represented by chemical formula (1) (Ru535bisTBA manufactured by Solaronix) is ethanol (manufactured by Aldrich Chemical Company (hereinafter, “manufactured by ACC”) in a concentration of 3 × 10 −4 mol / liter) To prepare a solution.
Next, the glass substrate on which the porous semiconductor layer was formed was held in this solution for 120 hours to adsorb the sensitizing dye to the porous semiconductor layer. Thereafter, the porous semiconductor layer was washed and dried with ethanol (manufactured by ACC) to produce a photoelectric conversion layer 5.

3.酸化還元性電解液の作製
キャリア輸送層6を形成するために用いる酸化還元性電解液は、アセトニトリル(ACC製)に、濃度0.1モル/リットルのヨウ化リチウム(ACC製)、濃度0.01モル/リットルのヨウ素(ACC製)、濃度0.5モル/リットルのTBP(ACC製)、濃度0.6モル/リットルのジメチルプロピルイミダゾールアイオダイド(DMPII、四国化成製)を溶解させて作製した。
3. Preparation of Redox Electrolyte Solution The redox electrolyte solution used to form the carrier transport layer 6 is acetonitrile (manufactured by ACC), 0.1 mol / liter lithium iodide (manufactured by ACC), and a concentration of 0.8. Prepared by dissolving 01 mol / liter iodine (manufactured by ACC), 0.5 mol / liter TBP (manufactured by ACC), and 0.6 mol / liter dimethylpropylimidazole iodide (DMPII, manufactured by Shikoku Kasei). did.

4.キャリア輸送層の作製
上記で得られた光電変換層5上に、カバーガラスからなる第二支持体2を載せ、その状態で、外周にUV硬化樹脂(スリーボンド社製:製品名31x−088:20μmガラスビーズ スペーサー入り)を塗布し、すぐにUV光を照射し、封止層7を形成した。その後、電解液注入口から、酸化還元性電解液を注入し、電解液注入口を閉じることにより、キャリア輸送層6を形成した。最後に、各電極にリード線を取付けて、太陽電池を作製した。
4). Production of Carrier Transport Layer On the photoelectric conversion layer 5 obtained above, the second support 2 made of a cover glass is placed, and in this state, a UV curable resin (manufactured by Three Bond Co., Ltd .: product name 31x-088: 20 μm) is placed on the outer periphery. Glass beads with spacers) were applied, and immediately irradiated with UV light to form the sealing layer 7. Thereafter, the carrier transport layer 6 was formed by injecting the redox electrolyte from the electrolyte inlet and closing the electrolyte inlet. Finally, a lead wire was attached to each electrode to produce a solar cell.

実施例2では、図2(断面図)に示すような光電変換素子の作製を行った。本実施例では、第二支持体2と光電変換層5が接するようにするため、UV硬化樹脂にスペーサーが混入していないもの(スリーボンド社製:製品名31x−088)を用いる以外は、実施例1に準じて作製を行った。   In Example 2, a photoelectric conversion element as shown in FIG. 2 (cross-sectional view) was manufactured. In this example, the second support 2 and the photoelectric conversion layer 5 were brought into contact with each other, except that a spacer not mixed in the UV curable resin (manufactured by Three Bond: product name 31x-088) was used. Fabrication was performed according to Example 1.

(比較例1)
図3(断面図)に示すように、第一支持体1と第一電極3として、SnO2膜が成膜された透明基板であるガラス板(日本板硝子社製)を用い、第二支持体2と第二電極4として第一支持体1と同様の基板上にPtペースト(Solaronix社製、 HYPERLINK "http://www.solaronix.com/products/Chemicals/Pt-catalyst%20TSP.htm" Pt-Catalyst T/SP)を印刷し、400度で30分間焼成することにより、粒径数10nmから数100nmの白金微粒子が基板に付着した白金膜を作製したものを用いる以外は、実施例1に準じて太陽電池を作製した。
(Comparative Example 1)
As shown in FIG. 3 (cross-sectional view), a glass plate (manufactured by Nippon Sheet Glass Co., Ltd.), which is a transparent substrate on which a SnO 2 film is formed, is used as the first support 1 and the first electrode 3. 2 and the second electrode 4 on the same substrate as the first support 1 Pt paste (Solaronix, HYPERLINK "http://www.solaronix.com/products/Chemicals/Pt-catalyst%20TSP.htm" Pt -Catalyst T / SP) was printed and fired at 400 degrees for 30 minutes, except that a platinum film having platinum particles with a particle size of several tens to several hundreds of nanometers attached to the substrate was used. A solar cell was produced in the same manner.

(実施例1、2及び比較例1のまとめ)
実施例1、2及び比較例1で得られた太陽電池に、対極側から1kW/m2 の強度の光(AM1.5ソーラーシミュレータ)を照射して、光電変換効率を測定した。測定結果を表1に示す。
(Summary of Examples 1 and 2 and Comparative Example 1)
The solar cells obtained in Examples 1 and 2 and Comparative Example 1 were irradiated with light (AM1.5 solar simulator) having an intensity of 1 kW / m 2 from the counter electrode side, and the photoelectric conversion efficiency was measured. The measurement results are shown in Table 1.

実施例1,2では、比較例1よりも変換効率が高い。その理由は、これらの実施例では、第一及び第二電極3,4を金属で形成しているので、抵抗によるIR損を低減でき、FFを向上することができたことであると考えられる。
また、実施例2では、実施例1よりも変換効率が高い。その理由は、実施例2では、第二支持体2と多孔性半導体層5が接触しているので、第二支持体2側から入射した光が多孔性半導体層5に到達する前に通るキャリア輸送層6の距離が短くなり、キャリア輸送層6での光吸収量が減少したためであると考えられる。
In Examples 1 and 2, the conversion efficiency is higher than that in Comparative Example 1. The reason is considered that in these examples, the first and second electrodes 3 and 4 are made of metal, so that the IR loss due to the resistance can be reduced and the FF can be improved. .
In the second embodiment, the conversion efficiency is higher than that in the first embodiment. The reason is that in Example 2, the second support 2 and the porous semiconductor layer 5 are in contact with each other, so that the light incident from the second support 2 side passes before reaching the porous semiconductor layer 5. This is presumably because the distance of the transport layer 6 was shortened and the amount of light absorption in the carrier transport layer 6 was reduced.

6個のユニットセルを直列に接続した集積化された光電変換素子モジュールの作製を行った。その製造工程を図4(a)〜(d)(平面図)を用いて説明する。
まず、図4(a)に示すように、64mm×60mmのガラス板からなる第一支持体1上に、幅8μm、長さ14mm、膜厚5μmのチタン膜からなる第一電極3を形成した。図4(a)の縦方向及び横方向に隣接する第一電極間距離aは、10μmとした。また、第一電極は、第一支持体1の中央部62mm×52mmに形成した。形成方法は既知のフォトマスクを用いた手法を用いてパターン形成し、電子ビーム蒸着を用いて形成した。
次に、同様の手法を用いて、図4(a)に示すように第一電極3の半分を覆うように、幅12μm、長さ7.2mm、厚み2μmの白金膜からなる第二電極4を形成した。
図4(a)中の一点鎖線で囲む領域11が後工程でユニットセルとなる。本実施例のモジュールは、6つのユニットセルを備えることになる。また、電解液注入口(不図示)をユニットセルと同数だけ空けた。
An integrated photoelectric conversion element module in which six unit cells are connected in series was manufactured. The manufacturing process will be described with reference to FIGS. 4A to 4D (plan view).
First, as shown in FIG. 4A, a first electrode 3 made of a titanium film having a width of 8 μm, a length of 14 mm, and a thickness of 5 μm was formed on a first support 1 made of a glass plate of 64 mm × 60 mm. . The distance a between the first electrodes adjacent to each other in the vertical and horizontal directions in FIG. 4A was 10 μm. The first electrode was formed in the central part 62 mm × 52 mm of the first support 1. As a forming method, a pattern was formed using a method using a known photomask and formed using electron beam evaporation.
Next, using the same method, the second electrode 4 made of a platinum film having a width of 12 μm, a length of 7.2 mm, and a thickness of 2 μm so as to cover half of the first electrode 3 as shown in FIG. Formed.
A region 11 surrounded by an alternate long and short dash line in FIG. 4A becomes a unit cell in a later process. The module of this embodiment includes six unit cells. Further, the same number of electrolyte inlets (not shown) as the unit cells were opened.

次に、第一電極3と第二電極4を形成したガラス基板上に、実施例1と同様の方法で図4(b)に示すような形状で(A=9.5mm、B=5mm、間隔3mm)多孔性半導体層を形成した。この多孔性半導体層に、実施例1と同様の方法で、色素を吸着させることにより、光電変換層5を作製した。光電変換層5の大きさは、横5mm×縦50mm×膜厚20μmである。   Next, on the glass substrate on which the first electrode 3 and the second electrode 4 are formed, the shape as shown in FIG. 4B (A = 9.5 mm, B = 5 mm, A porous semiconductor layer was formed with an interval of 3 mm. A photoelectric conversion layer 5 was produced by adsorbing a dye to the porous semiconductor layer in the same manner as in Example 1. The size of the photoelectric conversion layer 5 is 5 mm wide × 50 mm long × 20 μm thick.

次に、図4(c)に示すように、UV硬化樹脂(スリーボンド社製:製品名31x−088)を幅が2mmで塗布し、絶縁層8を形成した。   Next, as shown in FIG. 4C, a UV curable resin (manufactured by Three Bond: product name 31x-088) was applied with a width of 2 mm to form an insulating layer 8.

次に、図4(d)に示すように、可撓性フィルムからなる第二支持体2を圧着し、UV硬化樹脂を塗布した部分にのみUV照射した。その後、熱圧着を行うことにより、第一及び第二支持体1,2を貼り合わせた。次に、封止層として、周囲をUV硬化樹脂にて封止を行った(不図示)。   Next, as shown in FIG.4 (d), the 2nd support body 2 which consists of a flexible film was crimped | bonded, and UV irradiation was performed only to the part which apply | coated UV cured resin. Then, the 1st and 2nd support bodies 1 and 2 were bonded together by performing thermocompression bonding. Next, the periphery was sealed with a UV curable resin as a sealing layer (not shown).

次に、電解液を実施例1に準じて作製し、前記電解液注入口から前記電解液をキャピラリー効果により注入し、電解液注入口を閉じることにより、キャリア輸送層を形成し、光電変換素子モジュールの作製を行った。   Next, an electrolytic solution is prepared according to Example 1, the electrolytic solution is injected from the electrolytic solution injection port by a capillary effect, and the electrolytic solution injection port is closed to form a carrier transport layer, and a photoelectric conversion element The module was made.

また、得られた光電変換素子に、1kW/m2 の強度の光(AM1.5ソーラーシミュレータ)を照射して、光電変換効率を測定した。 The obtained photoelectric conversion element was irradiated with light having an intensity of 1 kW / m 2 (AM1.5 solar simulator), and the photoelectric conversion efficiency was measured.

測定の結果、短絡電流32.4mA、開放電圧4.1V、FF=0.6、変換効率5.3%であった。開放電圧は、ユニットセルの和と同程度であり、光電変換素子が直列に接続されていることが分かる。さらに、同様のモジュールを20個作製したところ、いずれもVocが4.0Vから4.2Vの間であった。この結果により、モジュール同士の差は大きくない考えられる。従って、本発明の光電変換素子モジュールは、接点不良による故障が起こりにくく、歩留まりが高いことが分かる。   As a result of the measurement, the short-circuit current was 32.4 mA, the open-circuit voltage was 4.1 V, FF = 0.6, and the conversion efficiency was 5.3%. The open circuit voltage is about the same as the sum of the unit cells, and it can be seen that the photoelectric conversion elements are connected in series. Furthermore, when 20 similar modules were produced, Voc was between 4.0V and 4.2V in all cases. From this result, it is considered that the difference between modules is not large. Therefore, it can be seen that the photoelectric conversion element module of the present invention is less prone to failure due to contact failure and has a high yield.

本発明の実施例1の光電変換素子の断面図である。It is sectional drawing of the photoelectric conversion element of Example 1 of this invention. 本発明の実施例2の光電変換素子の断面図である。It is sectional drawing of the photoelectric conversion element of Example 2 of this invention. 本発明の比較例1の光電変換素子モジュールの断面図である。It is sectional drawing of the photoelectric conversion element module of the comparative example 1 of this invention. 本発明の実施例3の光電変換素子モジュールの製造工程を示す平面図である。It is a top view which shows the manufacturing process of the photoelectric conversion element module of Example 3 of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

1:第一支持体 2:第二支持体 3:第一電極 4:第二電極 5:光電変換層 6:キャリア輸送層 7:封止層 8:絶縁層 1: First support 2: Second support 3: First electrode 4: Second electrode 5: Photoelectric conversion layer 6: Carrier transport layer 7: Sealing layer 8: Insulating layer

Claims (9)

第一支持体と、
第一支持体の主面上にあり、互いに非接触である第一及び第二電極と、
色素が吸着された半導体層からなり、第一電極に接する光電変換層と、
第一支持体の前記主面に対向するように配置された第二支持体と、
第一及び第二支持体の間に設けられたキャリア輸送層を有することを特徴とする光電変換素子。
A first support;
First and second electrodes on the major surface of the first support and in non-contact with each other;
A photoelectric conversion layer made of a semiconductor layer adsorbed with a dye and in contact with the first electrode;
A second support disposed to face the main surface of the first support;
A photoelectric conversion element comprising a carrier transport layer provided between the first and second supports.
前記半導体層が多孔質である請求項1に記載の素子。 The device according to claim 1, wherein the semiconductor layer is porous. 第一及び第二支持体の少なくとも一方は、光透過性を有する請求項1に記載の素子。 The element according to claim 1, wherein at least one of the first and second supports has light transmittance. 第一及び第二電極の少なくとも一方は、ストライプ状である請求項1に記載の素子。 The element according to claim 1, wherein at least one of the first electrode and the second electrode has a stripe shape. 第二電極は、導電層と、この導電層を被覆する被覆層からなる請求項1に記載の素子。 The element according to claim 1, wherein the second electrode includes a conductive layer and a coating layer covering the conductive layer. 前記導電層は、第一電極と同一材料からなる請求項5に記載の素子。 The element according to claim 5, wherein the conductive layer is made of the same material as the first electrode. 光電変換層と第二支持体が接している請求項1に記載の素子。 The device according to claim 1, wherein the photoelectric conversion layer is in contact with the second support. 請求項1から7のいずれか1つに記載の光電変換素子の少なくとも2つが直列に接続されてなることを特徴とする光電変換素子モジュール。 8. A photoelectric conversion element module comprising at least two of the photoelectric conversion elements according to claim 1 connected in series. 隣接する光電変換素子の光電変換層及びキャリア輸送層を分離する絶縁層をさらに備える請求項8に記載のモジュール。 The module of Claim 8 further provided with the insulating layer which isolate | separates the photoelectric converting layer and carrier transport layer of an adjacent photoelectric conversion element.
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