JP2007018809A - Dye-sensitized solar cell module and its manufacturing method - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a dye-sensitized solar cell module capable of restraining cost and weight. <P>SOLUTION: This dye-sensitized solar cell module is provided, on a substrate 11, with first photoelectric conversion elements 1a and second photoelectric conversion elements 1b; the first photoelectric conversion element is composed by stacking a first conductive layer 12a, a porous semiconductor layer 13a with a dye adsorbed thereto, a porous insulation layer 14a, a catalyst layer 15a and a second conductive layer 17a in that order from the substrate and by impregnating an electrolyte into the porous semiconductor layer and the porous insulation layer; the second photoelectric conversion element 1b is composed by stacking a third conductive layer 12b, a catalyst layer 15b, a porous insulation layer 14, a porous semiconductor layer 13b with a dye adsorbed thereto and a fourth conductive layer 17b in that order from the substrate; and the porous semiconductor layers and the second photoelectric conversion elements are alternately arranged and serially connected. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、色素増感型太陽電池モジュールおよびその製造方法に関する。   The present invention relates to a dye-sensitized solar cell module and a method for manufacturing the same.

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およ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は、金属錯体の光誘起電子移動を応用した湿式太陽電池が例えば特許文献1に示されている。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、光増感色素である金属錯体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。この湿式太陽電池において、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対極に移動する。対極に移動した電子は、電解質中のイオンによって運ばれ、光電変換層にもどる。このような電子の移動の繰り返しにより電気エネルギーが取り出される。   As a new type of solar cell, for example, 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 metal complex which is a photosensitizing dye. In this wet solar cell, electrons are generated when the photoelectric conversion layer is irradiated with light, and the electrons move to the counter electrode through an external electric circuit. The electrons that have moved to the counter electrode are carried by the ions in the electrolyte and return to the photoelectric conversion layer. Electric energy is taken out by repeating such movement of electrons.

しかしながら、特許文献1に記載の色素増感型太陽電池の基本構造は、2枚のガラス基板の間に電解液を注入することで色素増感型太陽電池を作り込んだものである。従って、小面積の太陽電池の試作は可能であっても、1m角のような大面積の太陽電池への適用は困難となる。なぜならば、このような太陽電池について、一つの太陽電池セルの面積を大きくすると、発生電流は面積に比例して増加する。しかし、電極部分に用いる透明導電性膜の面内方向の電圧降下が増大し、ひいては太陽電池としての内部直列電気抵抗が増大する。その結果、光電変換時の電流電圧特性における曲線因子(フィルファクタ、FF)、さらには短絡電流が低下し、光電変換効率が低くなるという問題がある。   However, the basic structure of the dye-sensitized solar cell described in Patent Document 1 is one in which a dye-sensitized solar cell is built by injecting an electrolyte between two glass substrates. Therefore, even if trial production of a solar cell with a small area is possible, application to a solar cell with a large area such as 1 m square is difficult. This is because in such a solar battery, when the area of one solar battery cell is increased, the generated current increases in proportion to the area. However, the voltage drop in the in-plane direction of the transparent conductive film used for the electrode portion increases, and as a result, the internal series electric resistance as a solar cell increases. As a result, there is a problem that the fill factor (fill factor, FF) in the current-voltage characteristics at the time of photoelectric conversion, and further, the short-circuit current is lowered and the photoelectric conversion efficiency is lowered.

これら問題を解決するために、アモルファスシリコン層を第1および第2導電層で挟んだ構造のアモルファスシリコン太陽電池のモジュール等に使用されている長方形の単位セルの第1導電層と隣り合う単位セルの第2導電層を接触させる集積化構造が考えられる。   In order to solve these problems, a unit cell adjacent to a first conductive layer of a rectangular unit cell used in an amorphous silicon solar cell module having a structure in which an amorphous silicon layer is sandwiched between first and second conductive layers An integrated structure in which the second conductive layer is contacted is conceivable.

また、例えば特許文献2では、図3に示すように、複数の色素増感型太陽電池セルを直列接続してなる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、個々の太陽電池セルは、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。なお、図3中、31は透明基板、32は透明導電膜、33は多孔性酸化チタン層、34は中間多孔性絶縁層、35は対向電極、36は絶縁層、37は電気絶縁性液体密閉用トップカバーを表している。   For example, Patent Document 2 discloses a dye-sensitized solar cell module in which a plurality of dye-sensitized solar cells are connected in series as shown in FIG. Specifically, each solar cell has a structure in which a titanium oxide layer, an insulating porous layer, and a counter electrode are sequentially laminated on a glass substrate on which a transparent conductive film (electrode) patterned in a strip shape is formed. Have. 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. In FIG. 3, 31 is a transparent substrate, 32 is a transparent conductive film, 33 is a porous titanium oxide layer, 34 is an intermediate porous insulating layer, 35 is a counter electrode, 36 is an insulating layer, and 37 is an electrically insulating liquid sealed. Represents the top cover.

また、例えば特許文献3では、透光性基板31上に透明導電膜32、多孔性半導体層33、絶縁層34および触媒層35を有する集積化構造が開示されている。この技術は、各層の構成粒子の粒径を特定することにより触媒層の透明導電層への混入を防ぐものであり、製造工程では、透光性基板上に多孔性半導体層/絶縁層/触媒層を形成した後に、色素吸着を行っている。   For example, Patent Document 3 discloses an integrated structure having a transparent conductive film 32, a porous semiconductor layer 33, an insulating layer 34, and a catalyst layer 35 on a translucent substrate 31. This technology prevents the catalyst layer from being mixed into the transparent conductive layer by specifying the particle size of the constituent particles of each layer. In the manufacturing process, the porous semiconductor layer / insulating layer / catalyst is formed on the translucent substrate. After the layer is formed, dye adsorption is performed.

また、例えば特許文献4では、図4に示す構造の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、短冊状にパターニングされた透明電極41を有するガラス基板40上に、酸化チタン層42と白金層43を交互に製膜したものを2つ作製し、それぞれの基板を酸化チタン層と白金層が相対するように向かい合わせた状態で重ね合わせ、重ね合わせた酸化チタン/白金層の各対の間に樹脂等の絶縁性接着剤44を設置し、この絶縁性接着剤にて対向するガラス基板40を接着させることにより、複数の太陽電池セルが直列接続された色素増感型太陽電池モジュールが作製されている(以下、W型モジュールという)。   For example, Patent Document 4 discloses a dye-sensitized solar cell module having the structure shown in FIG. Specifically, on the glass substrate 40 having the transparent electrode 41 patterned in a strip shape, two films in which a titanium oxide layer 42 and a platinum layer 43 are alternately formed are produced, and each substrate is formed with a titanium oxide layer. And the platinum layer facing each other so that they face each other, and an insulating adhesive 44 such as a resin is placed between each overlapped titanium oxide / platinum layer pair, and facing each other with this insulating adhesive By attaching the glass substrate 40 to be bonded, a dye-sensitized solar cell module in which a plurality of solar cells are connected in series is manufactured (hereinafter referred to as a W-type module).

特許第2664194号公報Japanese Patent No. 2664194 国際公開第WO97/16838号パンフレットInternational Publication No. WO97 / 16838 Pamphlet 特開2002−367686号公報Japanese Patent Laid-Open No. 2002-367686 国際再公表特許WO2002/052654号パンフレットInternational republished patent WO2002 / 052654 pamphlet

上記特許文献4のW型モジュールでは、2枚の透明導電膜付きガラス基板40、40を用い、その間に素子を形成し、太陽電池モジュールを作製している。したがって、太陽電池モジュールの製作コストが増加し、かつ、重量が重くなる問題があった。   In the W-type module of Patent Document 4, two glass substrates with a transparent conductive film 40 and 40 are used, and an element is formed between them to produce a solar cell module. Therefore, there are problems that the manufacturing cost of the solar cell module increases and the weight increases.

本発明は、上記の問題点を鑑みたものであり、太陽電池特性を維持しながらコストおよび重量を抑えることができる新規な色素増感型太陽電池モジュールおよびその製造方法を提供する。   The present invention has been made in view of the above-described problems, and provides a novel dye-sensitized solar cell module and a method for manufacturing the same that can reduce cost and weight while maintaining solar cell characteristics.

かくして、本発明によれば、1枚の基板上に第1光電変換素子と第2光電変換素子とを備え、前記第1光電変換素子は、前記基板から第1導電層、色素を吸着させた多孔性半導体層、多孔性絶縁層、触媒層および第2導電層をこの順で積層し、かつ、多孔性半導体層および多孔性絶縁層に電解質を含浸させて構成され、前記第2光電変換素子は、前記基板から第3導電層、触媒層、多孔性絶縁層、色素を吸着させた多孔性半導体層および第4導電層をこの順で積層し、かつ、多孔性絶縁層および多孔性半導体層に電解質を含浸させて構成され、第1光電変換素子と第2光電変換素子とは交互に配置され、第1光電変換素子と第2光電変換素子とが直列接続している色素増感太陽電池モジュールが提供される。   Thus, according to the present invention, the first photoelectric conversion element and the second photoelectric conversion element are provided on one substrate, and the first photoelectric conversion element adsorbs the first conductive layer and the dye from the substrate. A porous semiconductor layer, a porous insulating layer, a catalyst layer, and a second conductive layer are laminated in this order, and the porous semiconductor layer and the porous insulating layer are impregnated with an electrolyte. The second photoelectric conversion element A third conductive layer, a catalyst layer, a porous insulating layer, a porous semiconductor layer on which a dye is adsorbed, and a fourth conductive layer are laminated in this order from the substrate, and the porous insulating layer and the porous semiconductor layer The dye-sensitized solar cell is formed by impregnating an electrolyte into the first and second photoelectric conversion elements, and the first photoelectric conversion element and the second photoelectric conversion element are connected in series. A module is provided.

また、本発明の別の観点によれば、基板上に第1光電変換素子と第2光電変換素子とを形成する工程を備え、前記工程が、前記基板上の第1光電変換素子形成領域に第1導電層、多孔性半導体層、多孔性絶縁層、触媒層および第2導電層をこの順で積層し、かつ、前記基板上の第2光電変換素子形成領域に第3導電層、触媒層、多孔性絶縁層、多孔性半導体層および第4導電層をこの順で積層して積層体を形成する工程と、前記積層体に色素溶液を含浸させて少なくとも多孔性半導体層に色素を吸着させる工程と、多孔性絶縁層から色素を除去する工程と、多孔性半導体層および多孔性絶縁層に電解質を含浸させる工程を備える色素増感型太陽電池モジュールの製造方法が提供される。
また、本発明のさらに別の観点によれば、基板上に第1光電変換素子と第2光電変換素子とを形成する工程を備え、前記工程が、前記基板上の第1光電変換素子形成領域に第1導電層、多孔性半導体層、多孔性絶縁層、触媒層および第2導電層をこの順で積層し、かつ、前記基板上の第2光電変換素子形成領域に第3導電層、触媒層、多孔性絶縁層、多孔性半導体層および第4導電層をこの順で積層して積層体を形成する工程と、前記積層体に色素溶液を含浸させて少なくとも多孔性半導体層に色素を吸着させる工程と、多孔性半導体層および多孔性絶縁層に電解質を含浸させる工程を備え、積層体を形成する工程での第2光電変換素子形成領域において、多孔性絶縁層形成用材料としてのケイ素原子を含むゾル液または懸濁液を触媒層上に塗布し焼成して多孔性絶縁層を形成する色素増感型太陽電池モジュールの製造方法が提供される。
Moreover, according to another viewpoint of this invention, it comprises the process of forming a 1st photoelectric conversion element and a 2nd photoelectric conversion element on a board | substrate, The said process is a 1st photoelectric conversion element formation area on the said board | substrate. The first conductive layer, the porous semiconductor layer, the porous insulating layer, the catalyst layer, and the second conductive layer are laminated in this order, and the third conductive layer and the catalyst layer are formed in the second photoelectric conversion element formation region on the substrate. A step of laminating a porous insulating layer, a porous semiconductor layer and a fourth conductive layer in this order to form a laminate, and impregnating the laminate with a dye solution to adsorb the dye to at least the porous semiconductor layer There is provided a method for producing a dye-sensitized solar cell module, comprising a step, a step of removing a dye from a porous insulating layer, and a step of impregnating a porous semiconductor layer and a porous insulating layer with an electrolyte.
Moreover, according to another viewpoint of this invention, it comprises the process of forming a 1st photoelectric conversion element and a 2nd photoelectric conversion element on a board | substrate, The said process is the 1st photoelectric conversion element formation area | region on the said board | substrate. The first conductive layer, the porous semiconductor layer, the porous insulating layer, the catalyst layer and the second conductive layer are laminated in this order, and the third conductive layer and the catalyst are formed in the second photoelectric conversion element formation region on the substrate. Laminating a layer, a porous insulating layer, a porous semiconductor layer, and a fourth conductive layer in this order to form a laminate, and impregnating the laminate with a dye solution to adsorb the dye to at least the porous semiconductor layer And a step of impregnating the porous semiconductor layer and the porous insulating layer with an electrolyte, and in the second photoelectric conversion element forming region in the step of forming a laminate, silicon atoms as a porous insulating layer forming material A sol solution or suspension containing Fabric was fired to a manufacturing method of the dye-sensitized solar cell modules forming the porous insulating layer.

本発明によれば、1枚の基板上に第1光電変換素子と第2光電変換素子が交互に配置された構造であり、基板と反対側の面からは別の基板が省略されているため、コストおよび重量を抑えた新規な構造の色素増感型太陽電池モジュールを作製できる。
また、本発明によれば、基板側を受光面とする入射光に対して、第2光電変換素子における多孔性絶縁層の色素吸着量が少ない構造の太陽電池モジュールを作製できるため、受光面から入射した光が多孔性絶縁層の色素によって吸収され難くなり、多孔性半導体層に到達する光の減少を抑制することができ、多孔性絶縁層への色素吸着量が多いものに比べて発生電流値を向上させることが可能である。
According to the present invention, the first photoelectric conversion element and the second photoelectric conversion element are alternately arranged on one substrate, and another substrate is omitted from the surface opposite to the substrate. Thus, a dye-sensitized solar cell module having a novel structure with reduced cost and weight can be produced.
In addition, according to the present invention, a solar cell module having a structure in which the amount of dye adsorption of the porous insulating layer in the second photoelectric conversion element is small with respect to incident light having the light receiving surface on the substrate side can be manufactured. Incident light is less likely to be absorbed by the dye of the porous insulating layer, and the reduction of light reaching the porous semiconductor layer can be suppressed, and the generated current is larger than that with a large amount of dye adsorbed to the porous insulating layer. The value can be improved.

本発明の色素増感型太陽電池モジュールは、1枚の基板上に第1光電変換素子と第2光電変換素子とを備え、前記第1光電変換素子は、前記基板から第1導電層、色素を吸着させた多孔性半導体層、多孔性絶縁層、触媒層および第2導電層をこの順で積層し、かつ、多孔性半導体層および多孔性絶縁層に電解質を含浸させて構成され、前記第2光電変換素子は、前記基板から第3導電層、触媒層、多孔性絶縁層、色素を吸着させた多孔性半導体層および第4導電層をこの順で積層し、かつ、多孔性絶縁層および多孔性半導体層に電解質を含浸させて構成され、第1光電変換素子と第2光電変換素子とは交互に配置され、第1光電変換素子と第2光電変換素子とが直列接続していることを特徴としている。
ここで、第1光電変換素子と第2光電変換素子との直列接続は、隣接する第1導電層と第3導電層とを交互に電気的に接続、絶縁し、さらに、電気的に接続された第1導電層と第3導電層を有する第1光電変換素子と第2光電変換素子の第2導電層と第4導電層を絶縁し、絶縁された第1導電層と第3導電層を有する第1光電変換素子と第2光電変換素子の第2導電層と第4導電層を電気的に接続する。
ここで、本発明において、単位色素吸着量とは、多孔性半導体層または多孔性絶縁層における単位重量あたりに吸着した色素のモル量[モル/g]を意味する。
The dye-sensitized solar cell module of the present invention includes a first photoelectric conversion element and a second photoelectric conversion element on a single substrate, and the first photoelectric conversion element includes a first conductive layer, a dye from the substrate. The porous semiconductor layer, the porous insulating layer, the catalyst layer, and the second conductive layer adsorbed on the porous semiconductor layer are laminated in this order, and the porous semiconductor layer and the porous insulating layer are impregnated with an electrolyte. The two photoelectric conversion element includes a third conductive layer, a catalyst layer, a porous insulating layer, a porous semiconductor layer having a dye adsorbed thereon, and a fourth conductive layer stacked in this order from the substrate, and the porous insulating layer and It is configured by impregnating a porous semiconductor layer with an electrolyte, the first photoelectric conversion element and the second photoelectric conversion element are alternately arranged, and the first photoelectric conversion element and the second photoelectric conversion element are connected in series. It is characterized by.
Here, in the serial connection of the first photoelectric conversion element and the second photoelectric conversion element, the adjacent first conductive layer and third conductive layer are alternately electrically connected, insulated, and further electrically connected. The first photoelectric conversion element having the first conductive layer and the third conductive layer, the second conductive layer of the second photoelectric conversion element, and the fourth conductive layer are insulated, and the insulated first conductive layer and third conductive layer are insulated. The first photoelectric conversion element and the second conductive layer and the fourth conductive layer of the second photoelectric conversion element are electrically connected.
Here, in the present invention, the unit dye adsorption amount means the molar amount [mol / g] of the dye adsorbed per unit weight in the porous semiconductor layer or the porous insulating layer.

本発明の色素増感型太陽電池モジュール(以下、太陽電池モジュールと称する場合がある)の一例を図1に示す。
本発明の太陽電池モジュールは、基板11上に、第1光電変換素子1aと第2光電変換素子1bを交互に隣接して配置した構造である。第1光電変換素子1aは、基板11側から第1導電層12a、色素を吸着させた多孔性半導体層13a、多孔性絶縁層14a、触媒層15aおよび第2導電層17aをこの順で積層し、かつ、多孔性半導体層13aおよび多孔性絶縁層14aに電解質が含浸して構成されている。第2光電変換素子1bは、基板11側から第3導電層12b、触媒層15b、多孔性絶縁層14b、色素を吸着させた多孔性半導体層13bおよび第4導電層17bをこの順で積層し、かつ、多孔性絶縁層14bおよび多孔性半導体層13bに電解質が含浸して構成されている。このように、第1光電変換素子1aと第2光電変換素子1bとでは、多孔性半導体層と多孔性絶縁層と触媒層の膜厚方向の積層順が逆となっている。
An example of the dye-sensitized solar cell module of the present invention (hereinafter sometimes referred to as a solar cell module) is shown in FIG.
The solar cell module of the present invention has a structure in which the first photoelectric conversion elements 1 a and the second photoelectric conversion elements 1 b are alternately arranged adjacent to each other on the substrate 11. The first photoelectric conversion element 1a includes a first conductive layer 12a, a porous semiconductor layer 13a having a dye adsorbed thereon, a porous insulating layer 14a, a catalyst layer 15a, and a second conductive layer 17a in this order from the substrate 11 side. In addition, the porous semiconductor layer 13a and the porous insulating layer 14a are impregnated with an electrolyte. In the second photoelectric conversion element 1b, the third conductive layer 12b, the catalyst layer 15b, the porous insulating layer 14b, the porous semiconductor layer 13b on which the dye is adsorbed, and the fourth conductive layer 17b are stacked in this order from the substrate 11 side. The porous insulating layer 14b and the porous semiconductor layer 13b are impregnated with an electrolyte. Thus, in the 1st photoelectric conversion element 1a and the 2nd photoelectric conversion element 1b, the lamination | stacking order of the film thickness direction of the porous semiconductor layer, the porous insulating layer, and the catalyst layer is reverse.

また、第1光電変換素子1aと第2光電変換素子1bとが直列接続している。
さらに、第1光電変換素子1aと第2光電変換素子1bの間および周囲には素子間絶縁層16が形成されている。
このような構成の太陽電池モジュールは、基板上に第1光電変換素子と第2光電変換素子とを形成する工程を備える。この工程は、以下の第1〜4工程を備える。
Moreover, the 1st photoelectric conversion element 1a and the 2nd photoelectric conversion element 1b are connected in series.
Further, an inter-element insulating layer 16 is formed between and around the first photoelectric conversion element 1a and the second photoelectric conversion element 1b.
The solar cell module having such a configuration includes a step of forming a first photoelectric conversion element and a second photoelectric conversion element on a substrate. This step includes the following first to fourth steps.

第1工程:基板11上の第1光電変換素子形成領域に第1導電層12a、多孔性半導体層13a、多孔性絶縁層14a、触媒層15aおよび第2導電層17aをこの順で積層し、かつ、基板11上の第2光電変換素子形成領域に第3導電層12b、触媒層15b、多孔性絶縁層14b、多孔性半導体層13bおよび第4導電層17bをこの順で積層して積層体を形成する。
このとき、第2光電変換素子形成領域の多孔性絶縁層14bは、0.05μm以上5μm以下の膜厚で形成することが好ましく、より好ましいのは0.01μm以上2μm以下である。第2光電変換素子形成領域の多孔性絶縁層14bの膜厚が5μmを越えると、多孔性絶縁膜の空隙に含浸する電解質の量が多くなり、基板11から第2光電変換素子1bへ入射する光が多孔性絶縁層内の電解質中の光吸収物質(例えばヨウ素)に吸収される光吸収量が増加し、この多孔性絶縁層に接する次層の多孔性半導体層への光の入射量が減少するため、太陽電池モジュールの短絡電流密度、光電変換効率等の特性が低下する。
また、第2光電変換素子形成領域の多孔性絶縁層14bが0.05μmより薄くなると、触媒層15bと多孔性半導体層13bが接触する部分が生じ易くなり、多孔性半導体層から触媒層への電子の逆の流れ(逆電流)が発生するため、好ましくない。
First step: First conductive layer 12a, porous semiconductor layer 13a, porous insulating layer 14a, catalyst layer 15a and second conductive layer 17a are laminated in this order on the first photoelectric conversion element formation region on substrate 11; In addition, the third conductive layer 12b, the catalyst layer 15b, the porous insulating layer 14b, the porous semiconductor layer 13b, and the fourth conductive layer 17b are stacked in this order on the second photoelectric conversion element formation region on the substrate 11 to form a stacked body. Form.
At this time, the porous insulating layer 14b in the second photoelectric conversion element formation region is preferably formed with a film thickness of 0.05 μm to 5 μm, and more preferably 0.01 μm to 2 μm. When the thickness of the porous insulating layer 14b in the second photoelectric conversion element formation region exceeds 5 μm, the amount of electrolyte impregnated in the voids of the porous insulating film increases and enters the second photoelectric conversion element 1b from the substrate 11. The amount of light absorbed by the light-absorbing substance (for example, iodine) in the electrolyte in the porous insulating layer increases, and the amount of light incident on the porous semiconductor layer of the next layer in contact with the porous insulating layer is Since it decreases, characteristics, such as a short circuit current density of a solar cell module, photoelectric conversion efficiency, fall.
Further, when the porous insulating layer 14b in the second photoelectric conversion element forming region is thinner than 0.05 μm, a portion where the catalyst layer 15b and the porous semiconductor layer 13b are in contact with each other is likely to be generated, and the porous semiconductor layer to the catalyst layer is easily formed. Since a reverse flow (reverse current) of electrons occurs, it is not preferable.

また、この第1工程では、第2光電変換素子形成領域の多孔性絶縁層14bの形成材料として、色素が吸着し難い材料を用いる場合(a)と、色素をよく吸着し、かつ、酸性溶液に可溶な材料と共に、多孔性絶縁層形成用材料を用いる場合(b)がある。
(a)の場合、色素が吸着し難い材料としては、代表的なものとして酸化ケイ素が挙げられ、多孔性絶縁層の形成時には、加熱によって酸化ケイ素を生成する有機ケイ素化合物を用いたり、あるいは酸化ケイ素の微粒子を用いることができる。
(b)の場合、多孔性絶縁層形成用材料としては、酸化チタン、酸化ニオブ、酸化ジルコニウム、酸化アルミニウム、チタン酸バリウム等の微粒子を1種または2種以上組み合わせて使用可能である。酸性溶液に可溶な材料としては、酸化マグネシウム、酸化亜鉛、酸化ニッケル、酸化モリブデン等の金属酸化物を1種または2種以上を組み合わせて使用可能であり、これらの材料は多孔性絶縁層形成時の加熱によって、多孔性絶縁層を覆う被覆膜となり、次の第2工程の色素吸着時の一部の色素がこの被覆膜に吸着する。
第1工程の後、次の第2工程の前に、第1および第2光電変換素子形成領域の各積層体の間およびそれらの周囲に隔壁となる上記素子間絶縁層16を形成し、さらに、隣接する1つの触媒層15a上と1つの多孔性半導体層13b上にそれらを電気的に接続する上記導電層17を形成してもよい。
Moreover, in this 1st process, when using the material which a pigment | dye does not adsorb | suck easily as a formation material of the porous insulating layer 14b of a 2nd photoelectric conversion element formation area, it adsorb | sucks a pigment | dye well, and an acidic solution There is a case (b) where a porous insulating layer forming material is used together with a soluble material.
In the case of (a), silicon oxide is a representative material that is difficult to adsorb the dye. When forming the porous insulating layer, an organic silicon compound that generates silicon oxide by heating is used, or oxidation is performed. Silicon fine particles can be used.
In the case of (b), as the porous insulating layer forming material, fine particles such as titanium oxide, niobium oxide, zirconium oxide, aluminum oxide and barium titanate can be used singly or in combination. As materials soluble in acidic solutions, metal oxides such as magnesium oxide, zinc oxide, nickel oxide, and molybdenum oxide can be used alone or in combination of two or more. These materials form a porous insulating layer. By the heating at the time, a coating film is formed to cover the porous insulating layer, and a part of the dye at the time of dye adsorption in the next second step is adsorbed to the coating film.
After the first step and before the next second step, the inter-element insulating layer 16 serving as a partition is formed between and around each stacked body of the first and second photoelectric conversion element forming regions, and The conductive layer 17 that electrically connects them may be formed on the adjacent catalyst layer 15a and the porous semiconductor layer 13b.

第2工程:前記積層体に色素溶液を含浸させて少なくとも多孔性半導体層13a、13bに色素を吸着させる。この際、多孔性絶縁層14bにも色素溶液が含浸するため、上記(b)の場合は一部の色素が被覆膜に吸着する。   Second step: The laminate is impregnated with a dye solution to adsorb the dye to at least the porous semiconductor layers 13a and 13b. At this time, since the dye solution is also impregnated into the porous insulating layer 14b, in the case of (b), a part of the dye is adsorbed on the coating film.

第3工程:上記(b)の場合、多孔性絶縁層から色素を除去する。
多孔性絶縁層および多孔性半導体層の単位色素吸着量は、各層の材料によって異なる。そのため、太陽電池モジュールを作製する前に、第2光電変換素子形成領域に形成予定の多孔性絶縁層および多孔性半導体層とそれぞれ同じ材料で、多孔性絶縁層サンプルおよび多孔性半導体層サンプルを作製し、第2光電変換素子に用いる色素を前記多孔性絶縁層サンプルおよび多孔性半導体層サンプルに吸着させてそれぞれの単位色素吸着量を予め測定することが好ましい。
Third step: In the case of (b) above, the dye is removed from the porous insulating layer.
The unit dye adsorption amount of the porous insulating layer and the porous semiconductor layer varies depending on the material of each layer. Therefore, before producing the solar cell module, a porous insulating layer sample and a porous semiconductor layer sample are produced using the same materials as the porous insulating layer and the porous semiconductor layer to be formed in the second photoelectric conversion element formation region, respectively. And it is preferable to adsorb | suck the pigment | dye used for a 2nd photoelectric conversion element to the said porous insulating layer sample and a porous semiconductor layer sample, and to measure each unit pigment | dye adsorption amount previously.

第4工程:多孔性半導体層13a、13bおよび多孔性絶縁層14a、14bに電解質を含浸させる。この際、電解質は流動性を有する酸化還元性電解液を用い、各層の内部中心まで十分に浸透させることが好ましい。
以下、本発明の太陽電池モジュールの各構成要素およびその形成方法を、概ね工程順に説明する。
Fourth step: Porous semiconductor layers 13a and 13b and porous insulating layers 14a and 14b are impregnated with an electrolyte. At this time, it is preferable to use a redox electrolytic solution having fluidity and sufficiently infiltrate the inner center of each layer.
Hereinafter, each component of the solar cell module of the present invention and a method for forming the component will be described in the order of steps.

(基板)
基板11としては、例えば、ソーダ石灰フロートガラス、石英ガラス、結晶石英ガラスなどの透明ガラス基板、耐熱透光性樹脂からなる可撓性フィルムを使用することができる。可撓性フィルムの樹脂材料としては、テトラアセチルセルロース(TAC)、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリフェニレンスルファイド(PPS)、ポリカーボネート(PC)、ポリアリレート(PA)、ポリエーテルイミド(PEI)、フェノキシ樹脂等が挙げられる。これら樹脂はコスト面、フレキシブルな面で有利である。これらの材料からなる透光性基板はその表面に後述の透光性導電層を形成する必要がある。
また、基板11と反対側に位置する後述の第2、第4導電層17a、17bはどちらか一方が透光性を有しておれば良く、第2、第4導電層17a、17bが透光性を有していれば、基板11は透光性を有さない材料にて構成されてもよい。基板11が透光性を有さいない場合は、その材料として、具体的には白金、金、銀、銅、アルミニウム、ニッケル、チタンなどの金属を用いることができる。
(substrate)
As the substrate 11, for example, a transparent glass substrate such as soda lime float glass, quartz glass, or crystal quartz glass, or a flexible film made of a heat-resistant translucent resin can be used. As a resin material for the flexible film, tetraacetylcellulose (TAC), polyethylene terephthalate (PET), polyphenylene sulfide (PPS), polycarbonate (PC), polyarylate (PA), polyetherimide (PEI), phenoxy resin Etc. These resins are advantageous in terms of cost and flexibility. It is necessary to form a translucent conductive layer described later on the surface of the translucent substrate made of these materials.
Also, any one of second and fourth conductive layers 17a and 17b, which will be described later, located on the side opposite to the substrate 11 only needs to be translucent, and the second and fourth conductive layers 17a and 17b are transparent. As long as it has optical property, the board | substrate 11 may be comprised with the material which does not have translucency. When the substrate 11 does not have translucency, specifically, a metal such as platinum, gold, silver, copper, aluminum, nickel, or titanium can be used as the material.

(第1および第3導電層)
基板11が透光性を有する場合、第1および第3導電層12a、12b(導電層12)も透光性を有する必要がある。透光性を有する導電層12の材料としては、インジウム錫複合酸化物(ITO)、酸化錫にフッ素をドープしたもの(FTO)、酸化亜鉛(ZnO)などが挙げられる。特に、FTOからなる透光性導電層をソーダ石灰フロートガラスからなる透光性基板に積層した透光性導電基板は本発明に好適である。透光性導電層を透光性基板の上に形成する方法は特に限定されず、例えば公知のスパッタ法、スプレー法などが挙げられる。透光性導電層の膜厚は0.02〜5μm程度が好ましく、膜抵抗は低いほど良いが40Ω/sq以下であることが好ましい。
基板11が透光性を必要とせず、基板11に金属を用いた場合には、第1および第3導電層は省略しても良い。また、セラミックなどを基板11の材料に用いた場合には、上記の透光性を有する導電層材料を用いてもよく、あるいは透光性を有さない白金、金、銀、銅、アルミニウム、ニッケル、チタン等の金属材料を用いてもよい。
(First and third conductive layers)
When the substrate 11 has translucency, the first and third conductive layers 12a and 12b (conductive layer 12) also need to have translucency. Examples of the material of the light-transmitting conductive layer 12 include indium tin composite oxide (ITO), tin oxide doped with fluorine (FTO), and zinc oxide (ZnO). In particular, a translucent conductive substrate in which a translucent conductive layer made of FTO is laminated on a translucent substrate made of soda-lime float glass is suitable for the present invention. The method for forming the light-transmitting conductive layer on the light-transmitting substrate is not particularly limited, and examples thereof include a known sputtering method and spray method. The film thickness of the translucent conductive layer is preferably about 0.02 to 5 μm, and the lower the film resistance, the better, but it is preferably 40Ω / sq or less.
When the substrate 11 does not need translucency and a metal is used for the substrate 11, the first and third conductive layers may be omitted. Further, when ceramic or the like is used as the material of the substrate 11, the above-described conductive layer material having translucency may be used, or platinum, gold, silver, copper, aluminum, which does not have translucency, A metal material such as nickel or titanium may be used.

また、第1および第3導電層の抵抗を下げるために金属リード線を加えてもよい。金属リード線の材質としては、白金、金、銀、銅、アルミニウム、ニッケル、チタン等が好ましい。金属リード線を基板上に例えば公知のスパッタ法、蒸着法等で形成し、金属リード線を含む基板上に第1および第3導電層を形成することができる。あるいは、基板上に第1および第3導電層を形成した後、その上に金属リード線を形成してもよい。ただし、金属リード線を設けることにより入射光量の低下を招くので、金属リード線の太さは0.1〜4mm程度が好ましい。   In addition, a metal lead wire may be added to reduce the resistance of the first and third conductive layers. The material of the metal lead wire is preferably platinum, gold, silver, copper, aluminum, nickel, titanium or the like. The metal lead wire can be formed on the substrate by, for example, a known sputtering method or vapor deposition method, and the first and third conductive layers can be formed on the substrate including the metal lead wire. Alternatively, after forming the first and third conductive layers on the substrate, metal lead wires may be formed thereon. However, since the amount of incident light is reduced by providing a metal lead wire, the thickness of the metal lead wire is preferably about 0.1 to 4 mm.

(多孔性半導体層)
多孔性半導体層13a、13bは、半導体から構成され、その形態は、粒子状、多数の微細孔を有する膜状等の種々の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。多孔性半導体層を構成する半導体としては、一般に光電変換材料に使用されるものであれば特に限定されず、例えば酸化チタン、酸化鉄、酸化ニオブ、酸化ジルコニウム、酸化セリウム、酸化タングステン、酸化ニッケル、チタン酸ストロンチウム、硫化カドミウム、硫化鉛、硫化亜鉛、リン化インジウム、銅−インジウム硫化物(CuInS2)、CuAlO2、SrCu22等の単独、化合物または組み合わせが挙げられる。その中でも、酸化チタン、酸化亜鉛、酸化錫、酸化ニオブが好ましく、光電変換効率、安定性および安全性の点から、酸化チタンが特に好ましい。
(Porous semiconductor layer)
The porous semiconductor layers 13a and 13b are made of a semiconductor, and the form thereof can be various forms such as particles and films having a large number of micropores. Is preferred. The semiconductor constituting the porous semiconductor layer is not particularly limited as long as it is generally used for photoelectric conversion materials. For example, titanium oxide, iron oxide, niobium oxide, zirconium oxide, cerium oxide, tungsten oxide, nickel oxide, Examples thereof include strontium titanate, cadmium sulfide, lead sulfide, zinc sulfide, indium phosphide, copper-indium sulfide (CuInS 2 ), CuAlO 2 , SrCu 2 O 2 and the like alone or in combination. Among these, titanium oxide, zinc oxide, tin oxide and niobium oxide are preferable, and titanium oxide is particularly preferable from the viewpoint of photoelectric conversion efficiency, stability and safety.

本発明において、酸化チタンは、アナターゼ型酸化チタン、ルチル型酸化チタン、無定形酸化チタン、メタチタン酸、オルソチタン酸などの各種の狭義の酸化チタンおよび水酸化チタン、含水酸化チタン等を包含する。アナターゼ型とルチル型の2種類の結晶は、その製法や熱履歴によりいずれの形もとりうるが、アナターゼ型が一般的である。特に、本発明の有機色素の増感に関しては、アナターゼ型の含有率の高いものが好ましくその割合は80%以上が好ましい。   In the present invention, the titanium oxide includes various narrowly defined titanium oxides such as anatase type titanium oxide, rutile type titanium oxide, amorphous titanium oxide, metatitanic acid, orthotitanic acid, titanium hydroxide, and hydrous titanium oxide. The two types of crystals, anatase type and rutile type, can take either form depending on the production method and thermal history, but the anatase type is common. In particular, regarding the sensitization of the organic dye of the present invention, those having a high content of anatase type are preferable, and the ratio is preferably 80% or more.

多孔性半導体層を構成する上記半導体は、安定性、結晶成長の容易さ、製造コスト等の観点から微粒子からなる多結晶焼結体が好ましい。また、2種類以上の粒子サイズの同一または異なる半導体を混合して用いてもよい。   The semiconductor constituting the porous semiconductor layer is preferably a polycrystalline sintered body made of fine particles from the viewpoints of stability, ease of crystal growth, production cost, and the like. Further, two or more kinds of semiconductors having the same or different particle sizes may be mixed and used.

異なる粒子サイズの半導体粒子の平均粒径の比率は10倍以上の差を有していることが好ましい。平均粒径の大きい半導体粒子は入射光を散乱させ光捕捉率をあげる目的で使用することができ、その平均粒径は100〜500nmが好ましく、平均粒径の小さい半導体粒子は色素の吸着点をより多くし吸着量を増加させる目的で平均粒径の大きい半導体粒子と混合することができ、その平均粒径は5〜50nmが好ましい。特に、異なる半導体を混合する場合、色素吸着作用の強い半導体を小粒径にすれば色素吸着量をより増加させるのに効果的である。   It is preferable that the ratio of the average particle diameter of the semiconductor particles having different particle sizes has a difference of 10 times or more. Semiconductor particles having a large average particle diameter can be used for the purpose of scattering incident light and increasing the light capture rate, and the average particle diameter is preferably 100 to 500 nm, and the semiconductor particles having a small average particle diameter have a dye adsorption point. It can be mixed with semiconductor particles having a large average particle size for the purpose of increasing the amount of adsorption and the average particle size is preferably 5 to 50 nm. In particular, when different semiconductors are mixed, it is effective to further increase the amount of dye adsorption if the semiconductor having a strong dye adsorption action is made to have a small particle size.

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。
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を作製し、2倍のエタノールを加え、5000rpmにて遠心分離を行うことにより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、X線回折装置の測定結果とシェラーの式より導き出される平均粒径を意味する。
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.
125 mL of titanium isopropoxide (manufactured by Kishida Chemical Co., Ltd.) was dropped into 750 mL of 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 to prepare a colloidal solution containing titanium oxide particles having an average primary particle size of 15 nm, and twice as much ethanol is added. Titanium oxide particles can be produced by centrifuging at 5000 rpm. In addition, the average particle diameter in this specification means the average particle diameter derived from the measurement result of the X-ray diffractometer and the Scherrer equation.

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。
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た。その後、40mbarの真空下、50℃にてエタノールを蒸発させて酸化チタンペーストの作製を行う。なお、最終的な組成として、酸化チタン固体濃度20重量%、エチルセルロース10重量%、テルピネオール64重量%となるように濃度調整を行う。
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.
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. Dispersed. Thereafter, ethanol is evaporated at 50 ° C. under a vacuum of 40 mbar to produce a titanium oxide paste. The final composition is adjusted so that the titanium oxide solid concentration is 20% by weight, ethyl cellulose is 10% by weight, and terpineol is 64% by weight.

<多孔性半導体層の形成方法>
多孔性半導体層13a、13bの形成方法としては特に限定されないが、例えば半導体微粒子を含有する懸濁液を塗布し、乾燥および/または焼成する方法が挙げられる。この際、第1段目の塗布は第1光電変換素子形成領域の透明導電層12a上であり、第2段目の塗布は第2光電変換素子形成領域の後述の多孔性絶縁層14b上である。
上記の方法は、まず、半導体微粒子(例えば酸化チタン)を適当な溶媒に懸濁する。そのような溶媒としては、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類、イソプロピルアルコール/トルエン等のアルコール系混合溶媒、水等が挙げられる。
<Method for forming porous semiconductor layer>
The method for forming the porous semiconductor layers 13a and 13b is not particularly limited, and examples thereof include a method in which a suspension containing semiconductor fine particles is applied, dried and / or baked. At this time, the first-stage application is on the transparent conductive layer 12a in the first photoelectric conversion element formation region, and the second-stage application is on a porous insulating layer 14b described later in the second photoelectric conversion element formation area. is there.
In the above method, first, semiconductor fine particles (for example, titanium oxide) are suspended in a suitable solvent. Examples of such a solvent include glyme solvents such as ethylene glycol monomethyl ether, alcohols such as isopropyl alcohol, alcohol mixed solvents such as isopropyl alcohol / toluene, water, and the like.

多孔性半導体層の形成に際して、半導体微粒子懸濁液の塗布は、ドクターブレード法、スキージ法、スピンコート法、スクリーン印刷法など公知の方法が挙げられる。その後、塗布膜を乾燥および焼成する。乾燥および焼成に必要な温度、時間、雰囲気等は、使用される基板および半導体粒子の種類に応じて、適宜調整することができ、例えば、大気下または不活性ガス雰囲気下、50〜800℃程度の範囲で10秒〜12時間程度が挙げられる。乾燥および焼成は、単一の温度で1回のみ行ってもよいし、温度を変化させて2回以上行ってもよい。多孔性半導体層を複数層で形成する場合には、平均粒径の異なる半導体微粒子懸濁液を準備し、塗布、乾燥および焼成の工程を2回以上行ってもよい。   In forming the porous semiconductor layer, the semiconductor fine particle suspension may be applied by a known method such as a doctor blade method, a squeegee method, a spin coating method, or a screen printing method. Thereafter, the coating film is dried and baked. The temperature, time, atmosphere, and the like necessary for drying and firing can be appropriately adjusted according to the type of substrate and semiconductor particles used, for example, about 50 to 800 ° C. in the air or in an inert gas atmosphere. In the range of about 10 seconds to 12 hours. Drying and firing may be performed only once at a single temperature, or may be performed twice or more by changing the temperature. When the porous semiconductor layer is formed of a plurality of layers, semiconductor fine particle suspensions having different average particle diameters may be prepared, and the coating, drying, and firing steps may be performed twice or more.

多孔性半導体層(複数層からなる場合は各層)の厚みは、特に限定されるものではなく、例えば0.1〜100μm程度が挙げられる。また、色素吸着の観点から、多孔性半導体層は表面積が大きいものが好ましく、例えば10〜200m2/g程度が挙げられる。
多孔性半導体層を形成した後、半導体微粒子同士の電気的接続の向上、多孔性半導体層の表面積の向上、半導体微粒子上の欠陥準位の低減を目的として、多孔性半導体層を処理液で処理してもよい。例えば、多孔性半導体層が酸化チタン膜の場合、四塩化チタン水溶液で半導体層を処理することができる。
The thickness of the porous semiconductor layer (each layer in the case of a plurality of layers) is not particularly limited, and examples thereof include about 0.1 to 100 μm. In addition, from the viewpoint of dye adsorption, the porous semiconductor layer preferably has a large surface area, for example, about 10 to 200 m 2 / g.
After forming the porous semiconductor layer, the porous semiconductor layer is treated with a treatment solution for the purpose of improving the electrical connection between the semiconductor particles, increasing the surface area of the porous semiconductor layer, and reducing the defect level on the semiconductor particles. May be. For example, when the porous semiconductor layer is a titanium oxide film, the semiconductor layer can be treated with an aqueous titanium tetrachloride solution.

なお、上記多孔性半導体層の形成では半導体微粒子懸濁液を用いた場合を説明したが、半導体微粒子ペーストを用いて上記と同様に多孔性半導体層を形成することも可能である。半導体微粒子ペーストとしては、市販の酸化チタンペースト(例えば、ソラロニクス社製のTi−nanoxide、D、T/SP、D/SP)を用いても良い。   In addition, although the case where the semiconductor fine particle suspension was used was demonstrated in formation of the said porous semiconductor layer, it is also possible to form a porous semiconductor layer similarly to the above using a semiconductor fine particle paste. As the semiconductor fine particle paste, a commercially available titanium oxide paste (for example, Ti-nanoxide, D, T / SP, D / SP manufactured by Solaronics) may be used.

(触媒層)
触媒層15a、15bとしては、後述する電解質の酸化還元反応を活性させるものであればよく、その材料としては、例えば白金、カーボン(カーボンブラック、ケッチェンブラック、カーボンナノチューブ、フラーレン)などから選択することができ、中でも白金が好ましい。ただし、太陽電池モジュールの基板と反対側を受光面とする場合は、第2光電変換素子の触媒層は透光性が必要であるため、薄膜であることが望ましい。触媒材料によっても好ましい膜厚は異なるが、例えば白金を用いる場合は0.5〜1000nm、さらに好ましくは0.5〜300nmである。
(Catalyst layer)
The catalyst layers 15a and 15b may be any material that activates the redox reaction of the electrolyte described later, and the material is selected from, for example, platinum, carbon (carbon black, ketjen black, carbon nanotube, fullerene). Of these, platinum is preferred. However, when the light receiving surface is the side opposite to the substrate of the solar cell module, the catalyst layer of the second photoelectric conversion element needs to be translucent, and thus is preferably a thin film. Although the preferred film thickness varies depending on the catalyst material, for example, when platinum is used, it is 0.5 to 1000 nm, more preferably 0.5 to 300 nm.

触媒層の形成方法としては、白金を用いる場合、PVC法、蒸着法、スパッタリング法等の公知技術により形成することができる。また、カーボンを用いる場合は、カーボンを溶媒に分散してペースト状にしたものをスクリーン印刷法などの塗布法により触媒層を形成することができる。この際、第1段目の塗布は第2光電変換素子形成領域の透明導電膜上であり、第2段目の塗布は第1光電変換素子形成領域の後述の多孔性絶縁層上である。   As a formation method of a catalyst layer, when using platinum, it can form by well-known techniques, such as a PVC method, a vapor deposition method, sputtering method. When carbon is used, the catalyst layer can be formed by applying a paste in which carbon is dispersed in a solvent by a coating method such as a screen printing method. At this time, the first-stage coating is on the transparent conductive film in the second photoelectric conversion element formation region, and the second-stage coating is on a porous insulating layer described later in the first photoelectric conversion element formation region.

(第1光電変換素子の多孔性絶縁層)
第1光電変換素子1aの多孔性絶縁層14aに用いられる材料としては、例えば、酸化チタン、酸化ニオブ、酸化ジルコニウム、酸化ケイ素(シリカガラス、ソーダガラス)、酸化アルミニウム、チタン酸バリウム等が挙げられ、これらの材料の1種または2種以上を選択的に用いることができ、これらの材料は平均粒径5〜500nm、好ましくは10〜300nmの粒子状のものが好ましい。酸化チタンとしては、アナターゼ型よりも粒径の大きなルチル型が好ましい。
(Porous insulating layer of the first photoelectric conversion element)
Examples of the material used for the porous insulating layer 14a of the first photoelectric conversion element 1a include titanium oxide, niobium oxide, zirconium oxide, silicon oxide (silica glass, soda glass), aluminum oxide, and barium titanate. One or more of these materials can be selectively used, and these materials are preferably in the form of particles having an average particle size of 5 to 500 nm, preferably 10 to 300 nm. The titanium oxide is preferably a rutile type having a larger particle size than the anatase type.

<第1光電変換素子の多孔性絶縁層の形成方法>
上記の多孔性絶縁層形成用微粒子を溶媒中で分散し、さらに高分子化合物を混合して混合ペーストを作製し、この混合ペーストを第1光電変換素子1aの多孔性半導体層13上に塗布法により塗布し、塗布膜を乾燥し焼成することにより、多孔性絶縁層14aを形成することができる。
<Method for Forming Porous Insulating Layer of First Photoelectric Conversion Element>
The above porous insulating layer forming fine particles are dispersed in a solvent, and a polymer compound is further mixed to prepare a mixed paste, and this mixed paste is applied onto the porous semiconductor layer 13 of the first photoelectric conversion element 1a. The porous insulating layer 14a can be formed by applying the coating film, drying the coating film, and baking it.

(第2光電変換素子の多孔性絶縁層)
第2光電変換素子1bの多孔性絶縁層14bに用いられる材料としては、第1光電変換素子1aの多孔性絶縁層14aと同じ材料が挙げられる。また、第2光電変換素子1bの多孔性絶縁層14bを形成するに際して例えば酸化チタン、酸化ニオブ等を用いる場合、これらの材料に色素が吸着するのを抑制するために、酸化マグネシウム、酸化亜鉛、酸化ニッケル、酸化モリブデン等の金属酸化物の微粒子を併用することが好ましい。金属酸化物微粒子の平均粒径としては、5〜100nm、好ましくは10〜50nmである。第2光電変換素子1bの多孔性絶縁層14bの膜厚としては、10〜10000nm、好ましくは50〜5000nmである。
(Porous insulating layer of the second photoelectric conversion element)
Examples of the material used for the porous insulating layer 14b of the second photoelectric conversion element 1b include the same materials as the porous insulating layer 14a of the first photoelectric conversion element 1a. Further, when using, for example, titanium oxide, niobium oxide or the like when forming the porous insulating layer 14b of the second photoelectric conversion element 1b, in order to suppress the adsorption of the dye to these materials, magnesium oxide, zinc oxide, It is preferable to use fine particles of metal oxide such as nickel oxide and molybdenum oxide in combination. The average particle diameter of the metal oxide fine particles is 5 to 100 nm, preferably 10 to 50 nm. The film thickness of the porous insulating layer 14b of the second photoelectric conversion element 1b is 10 to 10000 nm, preferably 50 to 5000 nm.

<第2光電変換素子の多孔性絶縁層の形成方法>
[酸化ケイ素などの色素が吸着し難い材料からなる多孔性絶縁層を形成する場合]
多孔性絶縁層が、例えば酸化ケイ素から構成される場合、以下のゾル−ゲル法により形成することができる。この場合、有機ケイ素化合物(例えばテトラメトキシシラン、テトラエトキシシラン、等)、エタノール、塩酸を純水などの溶媒に溶解したゾル液を撹拌した後、高分子化合物としてポリエチレングリコール(分子量約2000)を約40重量%となるよう添加し、該混合液を塗布する。塗布膜を乾燥した後、500℃に温度を調節した焼成炉の中へ入れ焼成を行う。この際、上記高分子化合物が、多孔性絶縁層の多孔性(比表面積)を高めるために、ゾル液に添加されることが好ましい。他の高分子化合物としては、例えば、エチルセルロース、ニトロセルロースなどが挙げられる。
このゾル液を第2光電変換素子1bの触媒層15b上に塗布法により塗布し、塗布膜を乾燥し焼成することにより、多孔性絶縁層14bを形成することができる。
ゾル−ゲル法の他に、酸化ケイ素微粒子を溶媒中で分散し、高分子化合物を混合して混合ペーストを作製し、この混合ペーストを第2光電変換素子1bの触媒層15b上に塗布法により塗布し、塗布膜を乾燥し焼成することにより、多孔性絶縁層14bを形成することができる。
<Method for Forming Porous Insulating Layer of Second Photoelectric Conversion Element>
[When forming a porous insulating layer made of a material difficult to adsorb dyes such as silicon oxide]
When the porous insulating layer is made of, for example, silicon oxide, it can be formed by the following sol-gel method. In this case, after stirring a sol solution in which an organic silicon compound (eg, tetramethoxysilane, tetraethoxysilane, etc.), ethanol, hydrochloric acid is dissolved in a solvent such as pure water, polyethylene glycol (molecular weight of about 2000) is used as a polymer compound. Add about 40% by weight and apply the mixture. After the coating film is dried, it is baked in a baking furnace whose temperature is adjusted to 500 ° C. At this time, the polymer compound is preferably added to the sol solution in order to increase the porosity (specific surface area) of the porous insulating layer. Examples of other polymer compounds include ethyl cellulose and nitrocellulose.
The porous insulating layer 14b can be formed by applying this sol solution onto the catalyst layer 15b of the second photoelectric conversion element 1b by a coating method, and drying and baking the coating film.
In addition to the sol-gel method, silicon oxide fine particles are dispersed in a solvent and a polymer compound is mixed to prepare a mixed paste. This mixed paste is applied onto the catalyst layer 15b of the second photoelectric conversion element 1b by a coating method. The porous insulating layer 14b can be formed by coating, drying and baking the coating film.

[色素が吸着し易い材料からなる多孔性絶縁層を形成する場合]
酸化チタン、酸化ジルコニウムなど、比較的色素が吸着し易い多孔性絶縁層形成用微粒子を用いて多孔性絶縁層を形成する場合、後の色素吸着工程による多孔性絶縁層に対する色素吸着を抑制するために、酸化マグネシウム、酸化亜鉛、酸化ニッケル、酸化モリブデンなどの金属酸化物微粒子が用いられる。この金属酸化物微粒子と多孔性絶縁層形成用微粒子とを溶媒中で分散し、さらに高分子化合物を混合して混合ペーストを作製し、この混合ペーストを第2光電変換素子1bの触媒層15b上に塗布法により塗布し、塗布膜を乾燥し焼成することにより、多孔性絶縁層形成用微粒子が焼結してなる多孔性絶縁層14bが形成されると共に、多孔性絶縁層14bを覆う金属酸化物の被覆膜を形成することができる(特開2003−249275号公報参照)。
[When forming a porous insulating layer made of a material that easily adsorbs a dye]
When forming a porous insulating layer using fine particles for forming a porous insulating layer, such as titanium oxide and zirconium oxide, which are relatively easy to adsorb dyes, in order to suppress dye adsorption to the porous insulating layer in the subsequent dye adsorption step In addition, metal oxide fine particles such as magnesium oxide, zinc oxide, nickel oxide, and molybdenum oxide are used. The metal oxide fine particles and the porous insulating layer forming fine particles are dispersed in a solvent, and a polymer compound is further mixed to prepare a mixed paste. The mixed paste is applied to the catalyst layer 15b of the second photoelectric conversion element 1b. The coating film is applied by a coating method, and the coating film is dried and baked to form a porous insulating layer 14b formed by sintering the fine particles for forming the porous insulating layer, and the metal oxide covering the porous insulating layer 14b. A coating film can be formed (see Japanese Patent Application Laid-Open No. 2003-249275).

なお、色素が吸着し易い材料からなる多孔性絶縁層14bを形成した場合、その後の色素吸着工程において、積層体を有する基板を色素溶液に浸漬して多孔性半導体層14bへの色素吸着を行うが、多孔性絶縁層14b内の被覆膜にも色素が吸着するため、酸性溶液で被覆膜を除去することによって多孔性絶縁層14bから色素を除去する。酸性溶液としては塩酸、硝酸などが用いられ、その濃度は溶解時間や使用する色素にも影響されるが、0.2〜2N(規定度)程度が好ましい。
このように第2光電変換素子1bの多孔性絶縁層14bを形成することにより、基板側を受光面とする入射光に対して、第2光電変換素子1bにおける多孔性絶縁層14bの色素吸着量が少ないため、受光面から入射した光が多孔性絶縁層14bの色素によって吸収され難くなり、多孔性半導体層13bに到達する光の減少を抑制することができ、多孔性絶縁層への色素吸着量が多いものに比べて発生電流値が向上する。したがって、色素増感型太陽電池モジュールの光電変換効率が向上する。
When the porous insulating layer 14b made of a material that easily adsorbs the dye is formed, in the subsequent dye adsorbing step, the substrate having the laminate is immersed in the dye solution to adsorb the dye to the porous semiconductor layer 14b. However, since the dye is also adsorbed to the coating film in the porous insulating layer 14b, the dye is removed from the porous insulating layer 14b by removing the coating film with an acidic solution. Hydrochloric acid, nitric acid or the like is used as the acidic solution, and its concentration is influenced by the dissolution time and the dye used, but is preferably about 0.2 to 2N (normality).
By forming the porous insulating layer 14b of the second photoelectric conversion element 1b in this way, the amount of dye adsorbed by the porous insulating layer 14b in the second photoelectric conversion element 1b with respect to incident light having the light receiving surface on the substrate side. Therefore, the light incident from the light receiving surface is difficult to be absorbed by the dye of the porous insulating layer 14b, and the decrease in the light reaching the porous semiconductor layer 13b can be suppressed, and the dye adsorbs to the porous insulating layer. The generated current value is improved as compared with a large amount. Therefore, the photoelectric conversion efficiency of the dye-sensitized solar cell module is improved.

(素子間絶縁層)
素子間絶縁層16の形成材料としては、市販されているものを用いることができる。例えば、紫外線硬化材31X−088(スリーボンド社製)、エポキシ樹脂、ハイミラン(デュポン社製)などが挙げられる。
(Insulation layer between elements)
As a material for forming the inter-element insulating layer 16, a commercially available material can be used. For example, ultraviolet curable material 31X-088 (manufactured by Three Bond Co., Ltd.), epoxy resin, high Milan (manufactured by DuPont Co., Ltd.) and the like can be mentioned.

(第2および第4導電層)
非受光面側に形成される場合の第2および第4導電層17a、17bの材料としては、受光面とされる基板上の透明導電膜12(第1および第3導電膜12a、12b)よりも比抵抗が小さい金属が好ましく、具体的には白金、金、銀、銅、アルミニウム、ニッケル、チタンが好ましい。また、インジウム錫複合酸化物(ITO)、酸化錫(SnO2)、酸化錫にフッ素をドープしたもの(FTO)、酸化亜鉛(ZnO)などの導電性酸化膜の膜厚を厚くし、シート抵抗を低くしたものも用いることができる。具体的には、これらの金属や導電性酸化物のシート抵抗は、10Ω/□〜0.01Ω/□、さらに、2Ω/□〜0.01Ω/□であることが好ましく、この場合に、太陽電池の内部抵抗が低下し、FFが向上する。
また、非受光面側に形成される場合の第2および第4導電層は、入射光の光閉じ込めの観点から、光透過率が小さいことが好ましく、具体的には、その光透過率は、50%以下、より好ましくは、30%以下である。
(Second and fourth conductive layers)
The material of the second and fourth conductive layers 17a and 17b when formed on the non-light-receiving surface side is from the transparent conductive film 12 (first and third conductive films 12a and 12b) on the substrate serving as the light-receiving surface. However, a metal having a small specific resistance is preferable, and specifically, platinum, gold, silver, copper, aluminum, nickel, and titanium are preferable. In addition, the thickness of the conductive oxide film such as indium tin composite oxide (ITO), tin oxide (SnO 2 ), tin oxide doped with fluorine (FTO), zinc oxide (ZnO), etc. is increased to increase sheet resistance. A material having a low value can also be used. Specifically, the sheet resistance of these metals and conductive oxides is preferably 10Ω / □ to 0.01Ω / □, and more preferably 2Ω / □ to 0.01Ω / □. The internal resistance of the battery is lowered and the FF is improved.
In addition, the second and fourth conductive layers when formed on the non-light-receiving surface side preferably have a low light transmittance from the viewpoint of light confinement of incident light. Specifically, the light transmittance is 50% or less, more preferably 30% or less.

第2および第4導電層は、以下のような手順を経て、形成することができる。
(1)第1光電変換素子1aが形成される領域に、第1導電層12a、多孔性半導体層13a、多孔性絶縁層14a、触媒層15aを形成し、第2光電変換素子1bが形成される領域に、第3導電層12b、触媒層15b、多孔性絶縁層14b、多孔性半導体層13bを形成する。
(2)色素溶液に上記積層体を浸漬する。その後、アルコール溶液等にて余分な色素を上記積層体から除去する。
(3)第1光電変換素子1aと第2光電変換素子1bとの間に素子間絶縁層16を形成する。
(4)公知のスパッタ法、蒸着法、スプレー法等を用いて、第1光電変換層1aの触媒層15a上、第2光電変換素子1bの多孔性半導体層13b上および素子間絶縁層16上にそれぞれの光電変換素子が電気的導通するよう導電層17を形成する。但し、一方の第1光電変換素子1aの第2導電層17aと直列接続された第2光電変換素子1bの第4導電層17bは、他方の第1光電変換素子1aの第2導電層17aとは電気的に直列接続されない。
The second and fourth conductive layers can be formed through the following procedure.
(1) In the region where the first photoelectric conversion element 1a is formed, the first conductive layer 12a, the porous semiconductor layer 13a, the porous insulating layer 14a, and the catalyst layer 15a are formed, and the second photoelectric conversion element 1b is formed. The third conductive layer 12b, the catalyst layer 15b, the porous insulating layer 14b, and the porous semiconductor layer 13b are formed in the region.
(2) Immerse the laminate in the dye solution. Thereafter, excess pigment is removed from the laminate with an alcohol solution or the like.
(3) The inter-element insulating layer 16 is formed between the first photoelectric conversion element 1a and the second photoelectric conversion element 1b.
(4) On the catalyst layer 15a of the first photoelectric conversion layer 1a, on the porous semiconductor layer 13b of the second photoelectric conversion element 1b, and on the inter-element insulating layer 16 using a known sputtering method, vapor deposition method, spray method or the like. The conductive layer 17 is formed so that the respective photoelectric conversion elements are electrically connected to each other. However, the fourth conductive layer 17b of the second photoelectric conversion element 1b connected in series with the second conductive layer 17a of one first photoelectric conversion element 1a is different from the second conductive layer 17a of the other first photoelectric conversion element 1a. Are not electrically connected in series.

(色素)
本発明において、色素としては、可視光領域および/または赤外光領域に吸収を持つ有機色素、金属錯体色素などの各種の光増感色素を1種または2種以上を選択的に用いることができる。
(Dye)
In the present invention, as the dye, one or more of various photosensitizing dyes such as organic dyes and metal complex dyes having absorption in the visible light region and / or infrared light region may be selectively used. it can.

有機色素としては、例えば、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、ペリレン系色素、インジゴ系色素、ナフタロシアニン系色素などが挙げられる。有機色素は一般的に吸光係数が、遷移金属に分子が配位結合した形態をとる金属錯体色素に比べて大きい。   Examples of organic dyes include azo dyes, quinone dyes, quinone imine dyes, quinacridone dyes, squarylium dyes, cyanine dyes, merocyanine dyes, triphenylmethane dyes, xanthene dyes, porphyrin dyes, and perylenes. And dyes such as indigo dyes and naphthalocyanine dyes. Organic dyes generally have a larger extinction coefficient than metal complex dyes in which molecules are coordinated to transition metals.

金属錯体色素としては、Cu、Ni、Fe、Co、V、Sn、Si、Ti、Ge、Cr、Zn、Ru、Mg、Al、Pb、Mn、In、Mo、Y、Zr、Nb、Sb、La、W、Pt、Ta、Ir、Pd、Os、Ga、Tb、Eu、Rb、Bi、Se、As、Sc、Ag、Cd、Hf、Re、Au、Ac、Tc、Te、Rhなどの金属に分子が配位結合した形態のものが挙げあられ、フタロシアニン系色素、ルテニウム系色素などが好ましく用いられる。これらの中でも、ルテニウム系金属錯体色素がより好ましく、特に、式(1)のルテニウム535色素、式(2)のルテニウム535−ビスTBA色素、式(3)のルテニウム620−1H3TBA色素(ソラロニクス社製)であることが好ましい。   Metal complex dyes include Cu, Ni, Fe, Co, V, Sn, Si, Ti, Ge, Cr, Zn, Ru, Mg, Al, Pb, Mn, In, Mo, Y, Zr, Nb, Sb, Metals such as La, W, Pt, Ta, Ir, Pd, Os, Ga, Tb, Eu, Rb, Bi, Se, As, Sc, Ag, Cd, Hf, Re, Au, Ac, Tc, Te, Rh In other words, phthalocyanine dyes, ruthenium dyes, and the like are preferably used. Among these, ruthenium-based metal complex dyes are more preferable, and in particular, ruthenium 535 dye of formula (1), ruthenium 535-bis TBA dye of formula (2), ruthenium 620-1H3TBA dye of formula (3) (manufactured by Solaronics) ) Is preferable.

Figure 2007018809
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本発明において、色素を多孔性半導体層に強固に吸着するため、色素は分子中にカルボキシル基、アルコキシ基、ヒドロキシル基、スルホン酸基、エステル基、メルカプト基、ホスホニル基などのインターロック基を有するものが好ましい。一般的に色素は、前記インターロック基を介して半導体に固定され、励起状態の色素と半導体の伝導帯との間の電子の移動を容易にする電気的結合を提供する働きも持つ。   In the present invention, the dye has an interlocking group such as a carboxyl group, an alkoxy group, a hydroxyl group, a sulfonic acid group, an ester group, a mercapto group, and a phosphonyl group in order to strongly adsorb the dye to the porous semiconductor layer. Those are preferred. In general, a dye is fixed to a semiconductor via the interlock group, and has a function of providing an electrical coupling that facilitates the movement of electrons between the excited dye and the conduction band of the semiconductor.

<多孔性半導体層への色素の吸着方法>
多孔性半導体層に色素を吸着させる方法としては、上記工程を経て得られた基板上の積層体を色素溶液に浸漬し、その後洗浄により溶媒を除去し乾燥させる方法が挙げられる。色素溶液の溶媒としては、使用する色素を溶解するものであれば特に限定されず、例えばアルコール、トルエン、アセトニトリル、テトラヒドロフラン(THF)、クロロホルム、ジメチルホルムアミド等の有機溶媒を用いることができる。これらの溶媒は精製されたものを用いることが好ましい。色素の溶解性を向上させるために、溶媒温度を上昇させたり、2種類以上の異なる溶媒を混合してもよい。溶媒中の色素濃度は、使用する色素、溶媒の種類、色素吸着工程のための条件等に応じて適宜調整することができ、例えば1×10-5モル/リットル以上が好ましく、1×10-5〜1×10-3モル/リットルがさらに好ましい。
<Method of adsorbing dye to porous semiconductor layer>
Examples of the method for adsorbing the dye to the porous semiconductor layer include a method of immersing the laminate on the substrate obtained through the above steps in the dye solution, and then removing the solvent by washing and drying. The solvent of the dye solution is not particularly limited as long as it dissolves the dye to be used. For example, an organic solvent such as alcohol, toluene, acetonitrile, tetrahydrofuran (THF), chloroform, dimethylformamide and the like can be used. These solvents are preferably purified. In order to improve the solubility of the dye, the solvent temperature may be increased, or two or more different solvents may be mixed. The dye concentration in the solvent can be appropriately adjusted according to the dye to be used, the type of solvent, the conditions for the dye adsorption step, etc., for example, preferably 1 × 10 −5 mol / liter or more, and 1 × 10 − 5 to 1 × 10 −3 mol / liter is more preferable.

<色素吸着量の測定実験>
ここで、第2光電変換素子の多孔性半導体層の材料として酸化チタン、多孔性絶縁層の材料として酸化ジルコニウム、酸化アルミニウム、ルチル型酸化チタンおよびシリカガラスを用い、多孔性半導体と多孔性絶縁層の色素吸着量を測定した。その測定実験は以下のようにして行った。
<Dye adsorption measurement experiment>
Here, titanium oxide is used as the material of the porous semiconductor layer of the second photoelectric conversion element, zirconium oxide, aluminum oxide, rutile titanium oxide and silica glass are used as the material of the porous insulating layer, and the porous semiconductor and the porous insulating layer are used. The amount of dye adsorbed was measured. The measurement experiment was performed as follows.

[実験1]
多孔性絶縁層形成用材料である平均粒径30nmの酸化ジルコニウム微粒子をテルピネオール(キシダ化学株式会社製)中で分散し、エチルセルロース(キシダ化学株式会社製)を混合し、最終的に酸化ジルコニウムの固形分濃度が16重量%となるようにペーストを調整した。さらに、このペーストに被覆膜形成用材料である酸化マグネシウム粉末(キシダ化学株式会社製)を酸化ジルコニウムに対して10重量%混入し、塩酸でpHを1程度に調整し、10分間攪拌した後、超音波分散を10分間行うことにより、酸化マグネシウムを酸化ジルコニウム中に分散させ、最終的に酸化マグネシウムと酸化ジルコニウムの合計固形分濃度が18重量%となるように多孔性絶縁層形成用混合ペーストを調整した。
[Experiment 1]
Zirconium oxide fine particles having an average particle diameter of 30 nm, which is a material for forming a porous insulating layer, are dispersed in terpineol (manufactured by Kishida Chemical Co., Ltd.), mixed with ethyl cellulose (manufactured by Kishida Chemical Co., Ltd.), and finally solid zirconium oxide is obtained. The paste was adjusted so that the partial concentration was 16% by weight. Furthermore, magnesium oxide powder (manufactured by Kishida Chemical Co., Ltd.), which is a material for forming a coating film, is mixed in this paste at 10% by weight with respect to zirconium oxide, and after adjusting the pH to about 1 with hydrochloric acid and stirring for 10 minutes Then, ultrasonic dispersion is performed for 10 minutes to disperse magnesium oxide in zirconium oxide, and finally, a mixed paste for forming a porous insulating layer so that the total solid concentration of magnesium oxide and zirconium oxide becomes 18% by weight Adjusted.

20mm×20mmの日本板ガラス社製のSnO2膜付きガラス基板を2枚用意し、2枚のうち1枚の基板上に上記混合ペーストを塗布し、塗膜を乾燥し、450℃で焼成させた。その結果、膜厚が1μmの多孔性絶縁層(サンプル1)が得られた。 Two glass substrates with SnO 2 film of 20 mm × 20 mm manufactured by Nippon Sheet Glass Co., Ltd. were prepared, the mixed paste was applied on one of the two substrates, the coating film was dried, and baked at 450 ° C. . As a result, a porous insulating layer (sample 1) having a film thickness of 1 μm was obtained.

また、もう1枚のSnO2膜付きガラス基板に多孔性半導体層として市販の酸化チタンペースト(ソラロニクス社製、商品名Ti−Nanoxide D/SP、平均粒径13nm)をスクリーン印刷機(ニューロング精密工業製LS−150)を用いて塗布し、500℃60分で焼成することにより、多孔性半導体層としての膜厚約14μmの酸化チタン膜(サンプル2)を得た。 In addition, a commercially available titanium oxide paste (manufactured by Solaronics, trade name Ti-Nanoxide D / SP, average particle size 13 nm) as a porous semiconductor layer on another glass substrate with SnO 2 film was screen printed by a neuron precision Industrial use LS-150) was applied and baked at 500 ° C. for 60 minutes to obtain a titanium oxide film (sample 2) having a film thickness of about 14 μm as a porous semiconductor layer.

次に、上記サンプル1に色素を以下のようにして吸着させた。
まず、増感色素としてルテニウム535−ビスTBA色素(ソラロニクス社製)を用い、これのエタノール溶液(色素濃度:4×10-4モル/リットル、アルドリッチ社製)を調製した。次に、この色素溶液にサンプル1を浸漬し、80℃の温度条件のもとで20時間放置した。その後、サンプル1をエタノールで洗浄し乾燥した。
サンプル2についてもサンプル1と全く同一の工程にて色素を吸着させた。
Next, the pigment | dye was made to adsorb | suck to the said sample 1 as follows.
First, ruthenium 535-bis TBA dye (manufactured by Solaronics) was used as a sensitizing dye, and an ethanol solution thereof (dye concentration: 4 × 10 −4 mol / liter, manufactured by Aldrich) was prepared. Next, Sample 1 was immersed in this dye solution and allowed to stand for 20 hours under a temperature condition of 80 ° C. Thereafter, Sample 1 was washed with ethanol and dried.
In Sample 2, the dye was adsorbed in the same process as Sample 1.

その後、サンプル1を0.5N塩酸中に約10分間浸漬し、色素が吸着した酸化マグネシウムを塩酸中に溶解させて、酸化マグネシウムに吸着した色素を酸化マグネシウムとともに除去し、約60℃で約20分間乾燥させた。   Thereafter, the sample 1 is immersed in 0.5N hydrochloric acid for about 10 minutes to dissolve the magnesium oxide adsorbed on the dye in hydrochloric acid, and the dye adsorbed on the magnesium oxide is removed together with the magnesium oxide. Let dry for minutes.

上記工程を経て得られたサンプル1とサンプル2の色素吸着量を測定するため、これらを0.1N水酸化ナトリウム水溶液10mlに浸漬し、色素をサンプル1およびサンプル2から脱離させた。得られた脱離色素を含む水酸化ナトリウム水溶液を光通過方向の長さが1cmのセルに入れ、530nmにおける吸光度を分光光度計UV−3150(島津製作所製)を用いて測定した。さらに、色素濃度が0.002mM、0.005mM、0.01mMおよび0.02mMである4種類の水酸化ナトリウム水溶液を用意し、それぞれの吸光度を測定することで検量線を得た。その後、上記4種類の検量線と脱離色素溶液の吸光度を比較することで、脱離色素の色素濃度、さらには単位色素吸着量を測定した。その結果を表1に示す。   In order to measure the dye adsorption amounts of Sample 1 and Sample 2 obtained through the above steps, they were immersed in 10 ml of 0.1N aqueous sodium hydroxide solution, and the dye was desorbed from Sample 1 and Sample 2. The obtained sodium hydroxide aqueous solution containing the leaving dye was put into a cell having a length of 1 cm in the light passing direction, and the absorbance at 530 nm was measured using a spectrophotometer UV-3150 (manufactured by Shimadzu Corporation). Further, four types of aqueous sodium hydroxide solutions having dye concentrations of 0.002 mM, 0.005 mM, 0.01 mM, and 0.02 mM were prepared, and calibration curves were obtained by measuring the respective absorbances. Then, the dye density | concentration of a desorption dye, and also unit dye adsorption amount were measured by comparing the absorbance of a desorption dye solution with the above four kinds of calibration curves. The results are shown in Table 1.

[実験2]
実験1のサンプル1で用いた酸化ジルコニウムの代わりに多孔性絶縁層形成用材料として酸化アルミニウム(平均粒径40nm)を用いたこと以外は、実験1のサンプル1と同様の工程を行なって、固形分濃度16%の混合ペーストを作製し、実験1のサンプル1と同様の工程を行なってサンプル3の積層体を作製し、上記と同様に色素吸着を行ない、単位色素吸着量を測定した。その結果を表1に示す。
[Experiment 2]
The same process as Sample 1 of Experiment 1 was performed except that aluminum oxide (average particle size 40 nm) was used as the porous insulating layer forming material instead of the zirconium oxide used in Sample 1 of Experiment 1, and the solid A mixed paste having a partial concentration of 16% was prepared, the same process as Sample 1 of Experiment 1 was performed to prepare a laminate of Sample 3, dye adsorption was performed in the same manner as described above, and the unit dye adsorption amount was measured. The results are shown in Table 1.

[実験3]
酸化ジルコニウム(平均粒径30nm)およびルチル型酸化チタン(平均粒径300nm)の各微粒子を重量比(80:20)で混合した多孔性絶縁層形成用材料を用いたこと以外は、実験1のサンプル1と同様の工程を行なって、固形分濃度15%の混合ペーストを作製し、実験1のサンプル1と同様の工程を行なってサンプル4の積層体を作製し、上記と同様に色素吸着を行ない、単位色素吸着量を測定した。その結果を表1に示す。
[Experiment 3]
Except that a porous insulating layer forming material in which fine particles of zirconium oxide (average particle size 30 nm) and rutile-type titanium oxide (average particle size 300 nm) were mixed at a weight ratio (80:20) was used, The same process as Sample 1 is performed to prepare a mixed paste having a solid content concentration of 15%, the same process as Sample 1 of Experiment 1 is performed to prepare a laminate of Sample 4, and dye adsorption is performed in the same manner as described above. The unit dye adsorption amount was measured. The results are shown in Table 1.

[実験4]
テトラエトキシシラン50g、エタノール74g、純水47gおよび塩酸0.6gをビーカー内で混合し室温で5分間撹拌した後、高分子化合物としてポリエチレングリコール(分子量約2000)を40重量%となるように添加し、撹拌してゾル液を得た。このゾル液中に触媒層が形成された20mm×20mmの日本板ガラス社製のSnO2膜付きガラス基板を浸漬し、引き上げた後、500℃で20分間焼成し、シリカガラス膜を得た。この工程を3回繰り返すことにより、多孔性絶縁層としての膜厚約0.8μmのシリカガラス膜を形成し、サンプル5を形成した。このサンプル5について上記と同様に色素吸着を行ない、単位色素吸着量を測定した。その結果を表1に示す。
[Experiment 4]
50 g of tetraethoxysilane, 74 g of ethanol, 47 g of pure water and 0.6 g of hydrochloric acid were mixed in a beaker and stirred at room temperature for 5 minutes, and then polyethylene glycol (molecular weight of about 2000) was added as a polymer compound to 40% by weight. And stirred to obtain a sol solution. A 20 mm × 20 mm glass substrate with SnO 2 film manufactured by Nippon Sheet Glass Co., Ltd., on which a catalyst layer was formed, was immersed in this sol solution, pulled up, and then fired at 500 ° C. for 20 minutes to obtain a silica glass film. By repeating this process three times, a silica glass film having a film thickness of about 0.8 μm as a porous insulating layer was formed, and sample 5 was formed. The sample 5 was subjected to dye adsorption in the same manner as described above, and the unit dye adsorption amount was measured. The results are shown in Table 1.

Figure 2007018809
Figure 2007018809

表1より、酸化マグネシウムの被覆膜で一旦被覆し、色素吸着後、色素と共に被覆膜を除去した多孔性絶縁層(サンプル1、3、4)および酸化ケイ素からなる多孔性絶縁層(サンプル5)は、酸化チタンからなる多孔性半導体層(サンプル2)と比べて、単位色素吸着量が0.1倍以下に抑えられていることが分かる。また、サンプル1、3、4とは異なって色素除去工程が省略されているサンプル5の結果から、酸化ケイ素は色素を吸着し難い材料であることが分かり、第2光電変換素子用の多孔性絶縁膜の材料に好適であると言える。
なお、他の吸着色素量の測定方法としては、作製された各サンプルの多孔質半導体層または多孔質絶縁層を丁寧に基板から削り取り、多孔質半導体層または多孔質絶縁層に吸着した色素を離脱させて吸着量を計ることができる。
From Table 1, a porous insulating layer (samples 1, 3, and 4) that was once coated with a magnesium oxide coating film, adsorbed to the dye, and then removed together with the dye, and a porous insulating layer made of silicon oxide (sample) 5) shows that the unit dye adsorption amount is suppressed to 0.1 times or less as compared with the porous semiconductor layer (sample 2) made of titanium oxide. Further, from the results of sample 5 in which the dye removal step is omitted unlike samples 1, 3, and 4, it can be seen that silicon oxide is a material that hardly adsorbs the dye, and the porosity for the second photoelectric conversion element It can be said that it is suitable for the material of the insulating film.
Another method for measuring the amount of adsorbed dye is to carefully scrape the porous semiconductor layer or porous insulating layer of each prepared sample from the substrate and remove the dye adsorbed on the porous semiconductor layer or porous insulating layer. It is possible to measure the amount of adsorption.

(電解質:酸化還元種)
電解質としては、液体電解質、固体電解質、ゲル電解質、溶融塩ゲル電解質のいずれであってもよい。
液体電解質は、酸化還元種を含む液状物であればよく、一般に電池や太陽電池などにおいて使用することができるものであれば特に限定されない。具体的には、酸化還元種とこれを溶解可能な溶剤からなるもの、酸化還元種とこれを溶解可能な溶融塩からなるもの、酸化還元種とこれを溶解可能な溶剤と溶融塩からなるものが挙げられる。
固体電解質は、電子、ホール、イオンを輸送できる導電性材料で、太陽電池の電解質として用いることができ、流動性がないものであればよい。具体的には、ポリカルバゾールなどのホール輸送材、テトラニトロフロオルレノンなどの電子輸送材、ポリロールなどの導電性ポリマー、液体電解質を高分子化合物により固体化した高分子電解質、ヨウ化銅、チオシアン酸銅などのp型半導体、溶融塩を含む液体電解質を微粒子により固体化した電解質などが挙げられる。
ゲル電解質は、通常、電解質とゲル化剤からなる。ゲル化剤としては、例えば、架橋ポリアクリル樹脂誘導体や架橋ポリアクリロニトリル誘導体、ポリアルキレンオキシド誘導体、シリコーン樹脂類、側鎖に含窒素複素環式四級化合物塩構造を有するポリマーなどの高分子ゲル化剤などが挙げられ、これらを好適に用いることができる。溶融塩ゲル電解質は、通常、ゲル電解質材料と常温型溶融塩からなる。常温型溶融塩としては、例えば、ピリジニウム塩類、イミダゾリウム塩類などの含窒素複素環式四級アンモニウム塩化合物類などが挙げられ、これらを好適に用いることができる。
(Electrolyte: Redox species)
The electrolyte may be any of a liquid electrolyte, a solid electrolyte, a gel electrolyte, and a molten salt gel electrolyte.
The liquid electrolyte is not particularly limited as long as it is a liquid substance containing a redox species, and can be generally used in a battery, a solar battery, or the like. Specifically, those comprising a redox species and a solvent capable of dissolving this, those comprising a redox species and a molten salt capable of dissolving this, and those comprising a redox species, a solvent capable of dissolving this and a molten salt. Is mentioned.
The solid electrolyte is a conductive material that can transport electrons, holes, and ions, and can be used as an electrolyte of a solar cell and has no fluidity. Specifically, hole transport materials such as polycarbazole, electron transport materials such as tetranitrofluororenone, conductive polymers such as polyroll, polymer electrolytes obtained by solidifying liquid electrolytes with polymer compounds, copper iodide, thiocyanate Examples thereof include a p-type semiconductor such as copper acid, and an electrolyte obtained by solidifying a liquid electrolyte containing a molten salt with fine particles.
The gel electrolyte is usually composed of an electrolyte and a gelling agent. Examples of gelling agents include polymer gelation such as crosslinked polyacrylic resin derivatives, crosslinked polyacrylonitrile derivatives, polyalkylene oxide derivatives, silicone resins, and polymers having a nitrogen-containing heterocyclic quaternary compound salt structure in the side chain. An agent etc. are mentioned, and these can be used conveniently. The molten salt gel electrolyte is usually composed of a gel electrolyte material and a room temperature molten salt. Examples of the room temperature type molten salt include nitrogen-containing heterocyclic quaternary ammonium salt compounds such as pyridinium salts and imidazolium salts, and these can be suitably used.

本発明において用いられる酸化還元種としては、例えば、I-/I3-系、Br2-/Br3-系、Fe2+/Fe3+系、キノン/ハイドロキノン系等の酸化還元種が挙げられる。
具体的には、ヨウ化リチウム(LiI)、ヨウ化ナトリウム(NaI)、ヨウ化カリウム(KI)、ヨウ化カルシウム(CaI2)などの金属ヨウ化物とヨウ素(I2)の組み合わせ、テトラエチルアンモニウムアイオダイド(TEAI)、テトラプロピルアンモニウムアイオダイド(TPAI)、テトラブチルアンモニウムアイオダイド(TBAI)、テトラヘキシルアンモニウムアイオダイド(THAI)などのテトラアルキルアンモニウム塩とヨウ素の組み合わせ、および臭化リチウム(LiBr)、臭化ナトリウム(NaBr)、臭化カリウム(KBr)、臭化カルシウム(CaBr2)などの金属臭化物と臭素の組み合わせが好ましく、これらの中でも、LiIとI2の組み合わせが特に好ましい。
Examples of the redox species used in the present invention include redox species such as I / I 3− , Br 2− / Br 3 − , Fe 2+ / Fe 3+ , and quinone / hydroquinone. It is done.
Specifically, a combination of metal iodide such as lithium iodide (LiI), sodium iodide (NaI), potassium iodide (KI), calcium iodide (CaI 2 ) and iodine (I 2 ), tetraethylammonium ion Tetraalkylammonium salts and iodine combinations such as dye (TEAI), tetrapropylammonium iodide (TPAI), tetrabutylammonium iodide (TBAI), tetrahexylammonium iodide (THAI), and lithium bromide (LiBr), A combination of metal bromide such as sodium bromide (NaBr), potassium bromide (KBr), calcium bromide (CaBr 2 ) and bromine is preferable, and among these, a combination of LiI and I 2 is particularly preferable.

また、酸化還元種の溶媒としては、プロピレンカーボネートなどのカーボネート化合物、アセトニトリルなどのニトリル化合物、エタノールなどのアルコール類、水、非プロトン極性物質などが挙げられる。これらの中でも、カーボネート化合物やニトリル化合物が特に好ましい。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。   Examples of the solvent for the redox species include carbonate compounds such as propylene carbonate, nitrile compounds such as acetonitrile, alcohols such as ethanol, water, and aprotic polar substances. Among these, carbonate compounds and nitrile compounds are particularly preferable. Two or more of these solvents can be used in combination.

電解質の添加剤として、t-ブチルピリジン(TBP)などの含窒素芳香族化合物、あるいはジメチルプロピルイミダゾールアイオダイド(DMPII)、メチルプロピルイミダゾールアイオダイド(MPII)、エチルメチルイミダゾールアイオダイド(EMII)、エチルイミダゾールアイオダイド(EII)、ヘキシルメチルイミダゾールアイオダイド(HMII)などのイミダゾール塩を添加しても良い。   As electrolyte additives, nitrogen-containing aromatic compounds such as t-butylpyridine (TBP), dimethylpropylimidazole iodide (DMPII), methylpropylimidazole iodide (MPII), ethylmethylimidazole iodide (EMII), ethyl Imidazole salts such as imidazole iodide (EII) and hexylmethylimidazole iodide (HMII) may be added.

電解質中の電解質濃度は、0.001〜1.5モル/リットルの範囲が好ましく、0.01〜0.7モル/リットルの範囲が特に好ましい。
次に、本発明を製造例、実施例および比較例によりさらに具体的に説明するが、これらの製造例、実施例および比較例により本発明が限定されるものではない。
The electrolyte concentration in the electrolyte is preferably in the range of 0.001 to 1.5 mol / liter, particularly preferably in the range of 0.01 to 0.7 mol / liter.
Next, the present invention will be described more specifically with reference to Production Examples, Examples and Comparative Examples, but the present invention is not limited to these Production Examples, Examples and Comparative Examples.

(実施例1)
<第1光電変換素子の多孔性半導体層および第2光電変換素子の触媒層の作製>
図2に示すように、導電層が形成された支持体として51mm×65mmの日本板ガラス社製のSnO2膜付きガラス基板(基板X)を用いた。なお、図2中、22は第1光電変換素子形成領域に形成された多孔性半導体層(酸化チタン膜)を表し、23は第2光電変換素子形成領域に形成された触媒層(白金膜)を表している。以下、図1および2を参照しながら説明する。
Example 1
<Preparation of porous semiconductor layer of first photoelectric conversion element and catalyst layer of second photoelectric conversion element>
As shown in FIG. 2, a 51 mm × 65 mm glass substrate with SnO 2 film (substrate X) manufactured by Nippon Sheet Glass Co., Ltd. was used as a support on which a conductive layer was formed. In FIG. 2, 22 represents a porous semiconductor layer (titanium oxide film) formed in the first photoelectric conversion element formation region, and 23 represents a catalyst layer (platinum film) formed in the second photoelectric conversion element formation region. Represents. Hereinafter, a description will be given with reference to FIGS.

先ず、図2中の寸法Aを14mm、寸法Bを5mm、寸法Cを13mm、寸法Dを5mm、寸法Eを14mm、寸法Fを5mm、寸法Gを5mm、寸法Hを13mm、寸法Iを5mm、寸法Jを13mm、寸法Kを5mm、寸法Lを5mmとなるように、第2光電変換素子形成領域に触媒層として白金膜23をスパッタにより約5nmの膜厚で成膜した。   First, the dimension A in FIG. 2 is 14 mm, the dimension B is 5 mm, the dimension C is 13 mm, the dimension D is 5 mm, the dimension E is 14 mm, the dimension F is 5 mm, the dimension G is 5 mm, the dimension H is 13 mm, and the dimension I is 5 mm. Then, a platinum film 23 having a thickness of about 5 nm was formed by sputtering as a catalyst layer in the second photoelectric conversion element formation region so that the dimension J was 13 mm, the dimension K was 5 mm, and the dimension L was 5 mm.

次に、市販の酸化チタンペースト(ソラロニクス社製、商品名Ti−Nanoxide D/SP、平均粒径13nm)を、スクリーン印刷機(ニューロング精密工業製LS−150)を用いて、第1光電変換素子形成領域に塗布し、室温にて1時間レベリングを行った後、得られた塗膜を80℃で20分間予備乾燥し、膜厚14μmの酸化チタン塗布膜22を得た。   Next, the first photoelectric conversion was performed using a commercially available titanium oxide paste (manufactured by Solaronics, trade name Ti-Nanoxide D / SP, average particle size 13 nm) using a screen printer (LS-150, manufactured by Neurong Seimitsu Kogyo). After applying to the element formation region and leveling at room temperature for 1 hour, the obtained coating film was pre-dried at 80 ° C. for 20 minutes to obtain a titanium oxide coating film 22 having a thickness of 14 μm.

次に、図2中、寸法Mが12mm、寸法Nが20mm、寸法Pが20mm、寸法Qが12mmとなるように、導電層であるSnO2膜にレーザー光(YAGレーザー・基本波長1.06μm)を照射しSnO2膜を蒸発させることにより、スクライブライン211、212を形成した。 Next, in FIG. 2, laser light (YAG laser, fundamental wavelength 1.06 μm) is applied to the SnO 2 film as the conductive layer so that the dimension M is 12 mm, the dimension N is 20 mm, the dimension P is 20 mm, and the dimension Q is 12 mm. ) To evaporate the SnO 2 film to form scribe lines 211 and 212.

<多孔性絶縁層の作製>
平均粒径30nmの酸化ジルコニウムをテルピネオール(キシダ化学株式会社製)中で分散し、エチルセルロース(キシダ化学株式会社製)を混合し、最終的に酸化ジルコニウムの固形分濃度が16重量%となるようにペーストAを調整した。次に、上記実験1と同様の方法で、酸化ジルコニウムのペーストを調整し、該ペーストに平均粒径20nmの酸化マグネシウム粉末(キシダ化学株式会社製)を酸化ジルコニウムに対して10重量%混入し、塩酸でpHを1程度に調整し、10分間攪拌した後、超音波分散を10分間行うことにより、酸化マグネシウム微粒子をペースト中に分散させ、最終的に酸化マグネシウム、酸化ジルコニウムの固形分濃度が18重量%となるように混合ペーストBを調整した。
<Preparation of porous insulating layer>
Zirconium oxide having an average particle size of 30 nm is dispersed in terpineol (manufactured by Kishida Chemical Co., Ltd.) and mixed with ethyl cellulose (manufactured by Kishida Chemical Co., Ltd.) so that the solid content concentration of zirconium oxide finally becomes 16% by weight. Paste A was prepared. Next, a zirconium oxide paste was prepared in the same manner as in Experiment 1 above, and magnesium oxide powder (manufactured by Kishida Chemical Co., Ltd.) having an average particle diameter of 20 nm was mixed with the paste in an amount of 10% by weight with respect to zirconium oxide. The pH is adjusted to about 1 with hydrochloric acid, stirred for 10 minutes, and then subjected to ultrasonic dispersion for 10 minutes to disperse the magnesium oxide fine particles in the paste. Finally, the solid content concentration of magnesium oxide and zirconium oxide is 18 Mixing paste B was adjusted so that it might become weight%.

予備乾燥を行った第1光電変換素子形成領域の酸化チタン膜22上にスクリーン印刷機(ニューロング精密工業製LS−150)を用いてペーストAを塗布し、さらに第2光電変換素子形成領域の触媒層23上に上記で形成した酸化チタン膜と同じ形となるように混合ペーストBを塗布し、得られた塗膜を80℃で20分間予備乾燥し、それぞれ膜厚1μm程度のペーストB塗付膜を得た。   Paste A is applied onto the titanium oxide film 22 in the first photoelectric conversion element formation region that has been subjected to the preliminary drying using a screen printing machine (LS-150 manufactured by Neurong Seimitsu Kogyo), and further in the second photoelectric conversion element formation region. The mixed paste B was applied on the catalyst layer 23 so as to have the same shape as the titanium oxide film formed above, and the obtained coating film was preliminarily dried at 80 ° C. for 20 minutes, and each coated with paste B having a thickness of about 1 μm. A film was obtained.

<第2光電変換素子の多孔性半導体層および第1光電変換素子の触媒層の作製>
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、スクリーン印刷機(ニューロング精密工業製LS−150)を用いて、図2の触媒層23上に形成された絶縁層上に塗布し、室温にて1時間レベリングを行った後、得られた塗膜を80℃で20分間予備乾燥し、450℃で1時間焼成を行い、膜厚14μmの酸化チタン塗布膜を得た。次に、図2の酸化チタン膜22上に形成された絶縁層上に、触媒層として白金膜をスパッタにより約5nmの膜厚で成膜した。
このようにして得られた酸化チタン塗布膜とペーストB塗布膜と白金膜の積層体を酸素雰囲気下、約500℃で60分間焼成した。これにより、酸化チタン膜からなる多孔性半導体層と、多孔性絶縁層が形成された。
<Preparation of porous semiconductor layer of second photoelectric conversion element and catalyst layer of first photoelectric conversion element>
A commercially available titanium oxide paste (manufactured by Solaronix, trade name Ti-Nanoxide D / SP, average particle size 13 nm) was screened on the catalyst layer 23 of FIG. After coating on the insulating layer formed and leveling at room temperature for 1 hour, the resulting coating film was pre-dried at 80 ° C. for 20 minutes and baked at 450 ° C. for 1 hour to obtain a film thickness of 14 μm. A titanium oxide coating film was obtained. Next, on the insulating layer formed on the titanium oxide film 22 in FIG. 2, a platinum film having a thickness of about 5 nm was formed as a catalyst layer by sputtering.
The laminate of the titanium oxide coating film, paste B coating film and platinum film thus obtained was baked at about 500 ° C. for 60 minutes in an oxygen atmosphere. As a result, a porous semiconductor layer made of a titanium oxide film and a porous insulating layer were formed.

<色素の吸着>
次に、色素を以下のようにして前記積層体へ吸着させた。
まず、増感色素としてルテニウム535−bisTBA色素(ソラロニクス社製)を用い、これのエタノール溶液(色素濃度:4×10-4モル/リットル、アルドリッチ社製)を調製した。次に、この溶液に上記積層体を浸漬し、80℃の温度条件のもとで20時間放置した。その後、積層体をエタノールで洗浄および乾燥を行った。これにより、各多孔性半導体層および各多孔性絶縁層に色素が吸着し、第2光電変換素子形成領域においては、多孔性絶縁層に形成されている酸化マグネシウム被覆層に色素が吸着する。
第1および第2光電変換素子形成領域において、各多孔性半導体層の単位色素吸着量は1.6×10-5モル/g、各多孔性絶縁層の単位色素吸着量は、1.0×10-6モル/gであった。
<Dye adsorption>
Next, the dye was adsorbed to the laminate as follows.
First, ruthenium 535-bisTBA dye (manufactured by Solaronics) was used as a sensitizing dye, and an ethanol solution thereof (dye concentration: 4 × 10 −4 mol / liter, produced by Aldrich) was prepared. Next, the laminate was immersed in this solution and allowed to stand for 20 hours under a temperature condition of 80 ° C. Thereafter, the laminate was washed with ethanol and dried. Thereby, a pigment | dye adsorb | sucks to each porous semiconductor layer and each porous insulating layer, and a pigment | dye adsorb | sucks to the magnesium oxide coating layer currently formed in the porous insulating layer in the 2nd photoelectric conversion element formation area.
In the first and second photoelectric conversion element formation regions, the unit dye adsorption amount of each porous semiconductor layer is 1.6 × 10 −5 mol / g, and the unit dye adsorption amount of each porous insulating layer is 1.0 × 10 −6 mol / g.

<酸化マグネシウム被膜層の除去>
色素を吸着させた上記積層体を0.5N−塩酸中に約10分間浸漬した。これにより、第2光電変換素子形成領域の多孔性絶縁層における色素が吸着した酸化マグネシウム被覆層が塩酸中に溶解し、酸化マグネシウムとともに色素が多孔性絶縁層から除去される。その後、積層体を水にて洗浄し、約60℃で約20分間乾燥させた。
<Removal of magnesium oxide coating layer>
The layered product on which the dye was adsorbed was immersed in 0.5N hydrochloric acid for about 10 minutes. Thereby, the magnesium oxide coating layer in which the dye in the porous insulating layer in the second photoelectric conversion element formation region is adsorbed is dissolved in hydrochloric acid, and the dye is removed from the porous insulating layer together with magnesium oxide. Thereafter, the laminate was washed with water and dried at about 60 ° C. for about 20 minutes.

<素子間絶縁層、第2および第4導電層の形成>
図2中、第1および第2光電変換素子形成領域の各積層体の間および各積層体の周囲に、紫外線硬化材31X−088(スリーボンド社製)を塗布し、紫外線照射ランプを用いて塗布部分に紫外線を照射し、図1に示すように隔壁となる素子間絶縁層16を形成した。
さらに、第1光電変換素子と第2光電変換素子を1対毎に電気的に接続するために、エレクトロンビーム蒸着器(ANELVA社製)を用いて、図1に示すように、チタンからなる約1μmの膜厚の導電層17を形成した。積層後の導電層のシート抵抗は、3.63×10-5Ω/□であった。
<Formation of inter-element insulating layer, second and fourth conductive layers>
In FIG. 2, an ultraviolet curable material 31X-088 (manufactured by Three Bond Co., Ltd.) is applied between and around each laminated body in the first and second photoelectric conversion element forming regions, and is applied using an ultraviolet irradiation lamp. The portion was irradiated with ultraviolet rays to form an inter-element insulating layer 16 serving as a partition as shown in FIG.
Further, in order to electrically connect the first photoelectric conversion element and the second photoelectric conversion element for each pair, as shown in FIG. 1, an electron beam vapor deposition device (manufactured by ANELVA) is used. A conductive layer 17 having a thickness of 1 μm was formed. The sheet resistance of the conductive layer after lamination was 3.63 × 10 −5 Ω / □.

<電解質の調整>
酸化還元性電解質として、溶媒をアセトニトリルとし、その中にDMPIIを0.6モル/リットル、LiIを0.1モル/リットル、TBPを0.5モル/リットル、I2を0.02モル/リットル溶解させた電解液を作製した。
<Adjustment of electrolyte>
As a redox electrolyte, acetonitrile was used as the solvent, DMPII was 0.6 mol / liter, LiI was 0.1 mol / liter, TBP was 0.5 mol / liter, and I 2 was 0.02 mol / liter. A dissolved electrolyte was prepared.

<電解質の注入>
熱融着シート(商品名:Surlyn、デュポン製)をラミネートしたPETフィルムをトップカバーとして上記積層体を覆うように熱融着し、熱融着シートに設けた封口から、上記積層体へキャピラリー効果により酸化還元性電解液を注入し、各多孔性半導体層および各多孔性絶縁層に電解液を含浸させ、封口を熱融着により封止することで、実施例1の色素増感型太陽電池モジュールを作製した。
得られた太陽電池モジュールに対し、1kW/m2 の強度の光(AM1.5ソーラーシミュレータ)を照射して、短絡電流密度、開放電圧、フィルファクターおよび光電変換効率を測定した。その結果を表2に示す。
<Injection of electrolyte>
Using a PET film laminated with a heat-sealing sheet (trade name: Surlyn, manufactured by DuPont) as a top cover, the film is heat-sealed so as to cover the laminated body, and a capillary effect is applied to the laminated body from the sealing provided on the heat-sealing sheet. The dye-sensitized solar cell of Example 1 is injected by injecting the redox electrolyte solution, impregnating each porous semiconductor layer and each porous insulating layer with the electrolyte solution, and sealing the sealing by thermal fusion. A module was produced.
The obtained solar cell module was irradiated with light having an intensity of 1 kW / m 2 (AM1.5 solar simulator), and short-circuit current density, open-circuit voltage, fill factor, and photoelectric conversion efficiency were measured. The results are shown in Table 2.

(実施例2)
多孔性絶縁層(焼成前)の作製を以下の手順で行った以外は、実施例1と同様にして色素増感型太陽電池モジュールを作製した。以下、実施例1と異なる工程のみを説明する。
<多孔性絶縁層の作製>
平均粒径40nmの酸化アルミニウム微粒子をテルピネオール(キシダ化学株式会社製)中で分散し、エチルセルロース(キシダ化学株式会社製)を混合し、最終的に酸化アルミニウムの固形分濃度が14重量%となるようにペーストCを調整した。次に、上記実験2と同様の方法で、酸化アルミニウムのペーストを調整し、該ペーストに平均粒径20nmの酸化マグネシウム粉末(キシダ化学株式会社製)を酸化アルミニウムに対して11重量%混入し、塩酸でpHを1程度に調整し、10分間攪拌した後、超音波分散を10分間行うことにより、酸化マグネシウム微粒子をペースト中に分散させ、最終的に酸化マグネシウムと酸化アルミニウムの合計固形分濃度が16重量%となるように混合ペーストDを調整した。
(Example 2)
A dye-sensitized solar cell module was produced in the same manner as in Example 1 except that the porous insulating layer (before firing) was produced according to the following procedure. Only the steps different from those in Example 1 will be described below.
<Preparation of porous insulating layer>
Aluminum oxide fine particles having an average particle diameter of 40 nm are dispersed in terpineol (manufactured by Kishida Chemical Co., Ltd.) and mixed with ethyl cellulose (manufactured by Kishida Chemical Co., Ltd.), so that the solid content concentration of aluminum oxide finally becomes 14% by weight. Paste C was prepared. Next, an aluminum oxide paste was prepared in the same manner as in Experiment 2, and 11 wt% of magnesium oxide powder (manufactured by Kishida Chemical Co., Ltd.) having an average particle diameter of 20 nm was mixed with the paste in an amount of 11 wt% After adjusting the pH to about 1 with hydrochloric acid and stirring for 10 minutes, ultrasonic dispersion is performed for 10 minutes to disperse the magnesium oxide fine particles in the paste, and finally the total solid concentration of magnesium oxide and aluminum oxide is The mixed paste D was adjusted to 16% by weight.

予備乾燥を行った酸化チタン膜22上にスクリーン印刷機(ニューロング精密工業製LS−150)を用いてペーストCを塗布し、さらに触媒層23上に上記で形成した酸化チタン膜と同じ形となるように混合ペーストDを塗布し、得られた塗膜を80℃で20分間予備乾燥し、それぞれ膜厚2μm程度の多孔性絶縁層を得た。
第2光電変換素子形成領域において、多孔性半導体層の単位色素吸着量は、1.5×10-5モル/g、ペーストDで形成した多孔性絶縁層の単位色素吸着量は、1.0×10-6モル/gであった。
得られた実施例2の太陽電池モジュールに、1kW/m2 の強度の光(AM1.5ソーラーシミュレータ)を照射して、短絡電流密度、開放電圧、フィルファクターおよび光電変換効率を測定した。その結果を表2に示す。
A paste C is applied on the preliminarily dried titanium oxide film 22 using a screen printer (LS-150 manufactured by Neurong Seimitsu Kogyo), and the same shape as the titanium oxide film formed above on the catalyst layer 23. The mixed paste D was applied so that the resulting coating film was pre-dried at 80 ° C. for 20 minutes to obtain porous insulating layers each having a thickness of about 2 μm.
In the second photoelectric conversion element formation region, the unit dye adsorption amount of the porous semiconductor layer is 1.5 × 10 −5 mol / g, and the unit dye adsorption amount of the porous insulating layer formed of the paste D is 1.0. × 10 -6 mol / g.
The obtained solar cell module of Example 2 was irradiated with light having an intensity of 1 kW / m 2 (AM1.5 solar simulator), and short-circuit current density, open-circuit voltage, fill factor, and photoelectric conversion efficiency were measured. The results are shown in Table 2.

(実施例3)
多孔性絶縁層(焼成前)の作製を以下の手順で行った以外は、実施例1と同様にして色素増感型太陽電池モジュールを作製した。但し、第2光電変換素子の多孔性絶縁層の形成を第1光電変換素子の多孔性半導体層の形成よりも先に行った。以下、実施例1と異なる工程のみを説明する。
(Example 3)
A dye-sensitized solar cell module was produced in the same manner as in Example 1 except that the porous insulating layer (before firing) was produced according to the following procedure. However, the formation of the porous insulating layer of the second photoelectric conversion element was performed prior to the formation of the porous semiconductor layer of the first photoelectric conversion element. Only the steps different from those in Example 1 will be described below.

<多孔性絶縁層の作製>
テトラエトキシシラン250g、エタノール370g、純水235g、塩酸3gを51mm×65mmの大きさのガラス基板が入るガラス容器内で混合して室温で5分間撹拌し、さらにポリエチレングリコール(分子量約2000)を40重量%となるように添加し、撹拌してゾル液を得た。ガラス基板X(図2参照)の第1光電変換素子形成領域(符号22の領域)にカプトンテープを貼ることでマスキングし、ガラス基板をゾル液中に浸漬し、引き上げた後、500℃に維持した焼成炉に該基板をいれて20分間焼成し、シリカガラス膜を得た。この工程を3回繰り返すことにより、第2光電変換素子形成領域の触媒層上に膜厚約1μmのシリカガラスからなる絶縁層を得た。
第2光電変換素子形成領域において、多孔性半導体層の単位色素吸着量は、1.6×10-5モル/g、シリカガラスからなる多孔性絶縁層の単位色素吸着量は、5.6×10-7モル/gであった。得られた実施例3の太陽電池モジュールに、1kW/m2 の強度の光(AM1.5ソーラーシミュレータ)を照射して、短絡電流密度、開放電圧、フィルファクターおよび光電変換効率を測定した。その結果を表2に示す。
<Preparation of porous insulating layer>
250 g of tetraethoxysilane, 370 g of ethanol, 235 g of pure water, and 3 g of hydrochloric acid were mixed in a glass container containing a glass substrate having a size of 51 mm × 65 mm, stirred for 5 minutes at room temperature, and further added with polyethylene glycol (molecular weight of about 2000) for 40 minutes. It added so that it might become weight%, and it stirred and obtained the sol liquid. Masking is performed by applying a Kapton tape on the first photoelectric conversion element formation region (region 22) of the glass substrate X (see FIG. 2), and the glass substrate is immersed in a sol solution, pulled up, and then maintained at 500 ° C. The substrate was placed in a fired baking furnace and baked for 20 minutes to obtain a silica glass film. By repeating this process three times, an insulating layer made of silica glass having a thickness of about 1 μm was obtained on the catalyst layer in the second photoelectric conversion element formation region.
In the second photoelectric conversion element formation region, the unit dye adsorption amount of the porous semiconductor layer is 1.6 × 10 −5 mol / g, and the unit dye adsorption amount of the porous insulating layer made of silica glass is 5.6 ×. 10 −7 mol / g. The obtained solar cell module of Example 3 was irradiated with light having an intensity of 1 kW / m 2 (AM1.5 solar simulator), and short-circuit current density, open-circuit voltage, fill factor, and photoelectric conversion efficiency were measured. The results are shown in Table 2.

(実施例4)
多孔性絶縁層(焼成前)の作製を以下の手順で行った以外は、実施例1と同様にして色素増感型太陽電池モジュールを作製した。以下、実施例1と異なる工程のみを説明する。
Example 4
A dye-sensitized solar cell module was produced in the same manner as in Example 1 except that the porous insulating layer (before firing) was produced according to the following procedure. Only the steps different from those in Example 1 will be described below.

<多孔性絶縁層の作製>
平均粒径30nmの酸化ケイ素微粒子をテルピネオール(キシダ化学株式会社製)中で分散し、エチルセルロース(キシダ化学株式会社製)を混合し、最終的に酸化アルミニウムの固形分濃度が15重量%となるようにペーストEを調整した。
予備乾燥を行った酸化チタン膜22上にスクリーン印刷機(ニューロング精密工業製LS−150)を用いてペーストEを塗布し、さらに触媒層23上に上記で形成した酸化チタン膜と同じ形となるように混合ペーストEを塗布し、得られた塗膜を80℃で20分間予備乾燥した後に500℃20分で焼成を行い、それぞれ膜厚2μm程度の絶縁層を得た。
第2光電変換素子形成領域において、多孔性半導体層の単位色素吸着量は、1.6×10-5モル/g、ペーストEで形成した多孔性絶縁層の単位色素吸着量は、6.6×10-7モル/gであった。得られた実施例4の太陽電池モジュールに、1kW/m2 の強度の光(AM1.5ソーラーシミュレータ)を照射して、短絡電流密度、開放電圧、フィルファクターおよび光電変換効率を測定した。その結果を表2に示す。
<Preparation of porous insulating layer>
Silicon oxide fine particles having an average particle size of 30 nm are dispersed in terpineol (manufactured by Kishida Chemical Co., Ltd.) and mixed with ethyl cellulose (manufactured by Kishida Chemical Co., Ltd.), so that the solid content concentration of aluminum oxide finally becomes 15% by weight. Paste E was prepared.
Paste E is applied onto the preliminarily dried titanium oxide film 22 using a screen printing machine (LS-150 manufactured by Neurong Seimitsu Kogyo), and the same shape as the titanium oxide film formed above on the catalyst layer 23. The mixed paste E was applied so that the obtained coating film was pre-dried at 80 ° C. for 20 minutes and then baked at 500 ° C. for 20 minutes to obtain insulating layers each having a thickness of about 2 μm.
In the second photoelectric conversion element formation region, the unit dye adsorption amount of the porous semiconductor layer is 1.6 × 10 −5 mol / g, and the unit dye adsorption amount of the porous insulating layer formed of the paste E is 6.6. × 10 -7 mol / g. The obtained solar cell module of Example 4 was irradiated with light having an intensity of 1 kW / m 2 (AM1.5 solar simulator), and short-circuit current density, open-circuit voltage, fill factor, and photoelectric conversion efficiency were measured. The results are shown in Table 2.

(実施例5〜7)
第2光電変換素子形成領域の多孔性絶縁層(焼成前)の作製において、実施例1の混合ペーストBを用いてスクリーン印刷法による塗布膜の膜厚を調整することにより、焼成後の膜厚が2μm(実施例5)、3μm(実施例6)および4μm(実施例7)の酸化ジルコニウムからなる多孔性絶縁層を作製した以外は、実施例1と同様にして色素増感型太陽電池モジュールを作製した。
(Examples 5-7)
In preparation of the porous insulating layer (before baking) of a 2nd photoelectric conversion element formation area, the film thickness after baking is adjusted by adjusting the film thickness of the coating film by a screen printing method using the mixed paste B of Example 1. FIG. Is a dye-sensitized solar cell module in the same manner as in Example 1 except that a porous insulating layer made of zirconium oxide of 2 μm (Example 5), 3 μm (Example 6) and 4 μm (Example 7) is prepared. Was made.

得られた実施例5〜7の太陽電池モジュールに、1kW/m2 の強度の光(AM1.5ソーラーシミュレータ)を照射して、短絡電流密度、開放電圧、フィルファクターおよび光電変換効率を測定した。その結果を表2に示す。 The obtained solar cell modules of Examples 5 to 7 were irradiated with light having an intensity of 1 kW / m 2 (AM1.5 solar simulator), and short-circuit current density, open-circuit voltage, fill factor, and photoelectric conversion efficiency were measured. . The results are shown in Table 2.

(実施例8および9)
導電層17(図1参照)の厚みを500nm、300nmとした以外は、実施例1と同様にして色素増感太陽電池モジュールを作製した。導電層17のシート抵抗は、厚み500nmでは65mΩ/□、厚み300nmでは1.317Ω/□であった。
得られた実施例8および9の太陽電池モジュールに、1kW/m2 の強度の光(AM1.5ソーラーシミュレータ)を照射して、短絡電流密度、開放電圧、フィルファクターおよび光電変換効率を測定した。その結果を表2に示す。
(Examples 8 and 9)
A dye-sensitized solar cell module was produced in the same manner as in Example 1 except that the thickness of the conductive layer 17 (see FIG. 1) was 500 nm and 300 nm. The sheet resistance of the conductive layer 17 was 65 mΩ / □ at a thickness of 500 nm and 1.317 Ω / □ at a thickness of 300 nm.
The obtained solar cell modules of Examples 8 and 9 were irradiated with light having an intensity of 1 kW / m 2 (AM1.5 solar simulator), and short-circuit current density, open-circuit voltage, fill factor, and photoelectric conversion efficiency were measured. . The results are shown in Table 2.

(比較例1)
多孔性絶縁層(焼成前)の作製を以下の手順で行った以外は、実施例1と同様にして色素増感型太陽電池モジュールを作製した。以下、実施例1と異なる工程のみを説明する。
(Comparative Example 1)
A dye-sensitized solar cell module was produced in the same manner as in Example 1 except that the porous insulating layer (before firing) was produced according to the following procedure. Only the steps different from those in Example 1 will be described below.

<絶縁層の作製>
予備乾燥を行った第1光電変換素子形成領域の酸化チタン膜22上にスクリーン印刷機(ニューロング精密工業製LS−150)により実施例1で用いたペーストAを塗布し、さらに第2光電変換素子形成領域の触媒層23上に、上記で形成した酸化チタン膜と同じ形となるようにペーストAを塗布し、得られた塗膜を80℃で20分間予備乾燥した後に500℃60分焼成し、膜厚1μm程度の絶縁層を得た。
第2光電変換素子形成領域において、多孔性半導体層の単位色素吸着量は、1.4×10-5モル/g、多孔性絶縁層の単位色素吸着量は、2.0×10-6モル/gであった。
得られた太陽電池に、1kW/m2 の強度の光(AM1.5ソーラーシミュレータ)を照射して、短絡電流密度、開放電圧、フィルファクターおよび光電変換効率を測定した。その結果を表2に示す。
<Preparation of insulating layer>
The paste A used in Example 1 was applied onto the titanium oxide film 22 in the first photoelectric conversion element forming region that had been pre-dried by a screen printing machine (LS-150, manufactured by Neurong Seimitsu Kogyo), and further the second photoelectric conversion was performed. On the catalyst layer 23 in the element formation region, the paste A was applied so as to have the same shape as the titanium oxide film formed above, and the obtained coating film was pre-dried at 80 ° C. for 20 minutes and then baked at 500 ° C. for 60 minutes. Thus, an insulating layer having a thickness of about 1 μm was obtained.
In the second photoelectric conversion element formation region, the unit dye adsorption amount of the porous semiconductor layer is 1.4 × 10 −5 mol / g, and the unit dye adsorption amount of the porous insulating layer is 2.0 × 10 −6 mol. / G.
The obtained solar cell was irradiated with light having an intensity of 1 kW / m 2 (AM1.5 solar simulator), and short-circuit current density, open-circuit voltage, fill factor, and photoelectric conversion efficiency were measured. The results are shown in Table 2.

(比較例2)
第2光電変換素子形成領域の多孔性絶縁層の形成用ペーストを以下の手順で行った以外は、実施例2と同様にして、色素増感太陽電池を作製した。
<絶縁層形成用ペーストの作製>
多孔性絶縁層形成用材料である平均粒径30nmの酸化アルミニウム微粒子をテルピネオール(キシダ化学株式会社製)中で分散し、エチルセルロース(キシダ化学株式会社製)を混合し、最終的に酸化アルミニウムの固形分濃度が17重量%となるようにペーストを調整した。
第2光電変換素子形成領域において、多孔性半導体層の単位色素吸着量は、1.5×10-5モル/g、多孔性絶縁層の単位色素吸着量は、2.2×10-6モル/gであった。
得られた太陽電池に、1kW/m2 の強度の光(AM1.5ソーラーシミュレータ)を照射して、短絡電流密度、開放電圧、フィルファクターおよび光電変換効率を測定した。その結果を表2に示す。
(Comparative Example 2)
A dye-sensitized solar cell was produced in the same manner as in Example 2, except that the paste for forming the porous insulating layer in the second photoelectric conversion element formation region was subjected to the following procedure.
<Preparation of insulating layer forming paste>
Aluminum oxide fine particles having an average particle diameter of 30 nm, which is a porous insulating layer forming material, are dispersed in terpineol (manufactured by Kishida Chemical Co., Ltd.), mixed with ethyl cellulose (manufactured by Kishida Chemical Co., Ltd.), and finally solid aluminum oxide. The paste was adjusted so that the partial concentration was 17% by weight.
In the second photoelectric conversion element formation region, the unit dye adsorption amount of the porous semiconductor layer is 1.5 × 10 −5 mol / g, and the unit dye adsorption amount of the porous insulating layer is 2.2 × 10 −6 mol. / G.
The obtained solar cell was irradiated with light having an intensity of 1 kW / m 2 (AM1.5 solar simulator), and short-circuit current density, open-circuit voltage, fill factor, and photoelectric conversion efficiency were measured. The results are shown in Table 2.

(比較例3および4)
第2光電変換素子形成の多孔性絶縁層(焼成前)の作製において、実施例1の混合ペーストBを用いてスクリーン印刷法による塗布膜の膜厚を調整することにより、焼成後の膜厚が6μm、8μmの酸化ジルコニウムからなる多孔性絶縁層を作製した以外は、実施例1と同様にして色素増感型太陽電池モジュールを作製した。
得られた比較例2および3の太陽電池モジュールに、1kW/m2 の強度の光(AM1.5ソーラーシミュレータ)を照射して、短絡電流密度、開放電圧、フィルファクターおよび光電変換効率を測定した。その結果を表2に示す。
(Comparative Examples 3 and 4)
In preparation of the porous insulating layer (before baking) of 2nd photoelectric conversion element formation, the film thickness after baking is adjusted by adjusting the film thickness of the coating film by the screen printing method using the mixed paste B of Example 1. A dye-sensitized solar cell module was produced in the same manner as in Example 1 except that porous insulating layers made of zirconium oxide of 6 μm and 8 μm were produced.
The obtained solar cell modules of Comparative Examples 2 and 3 were irradiated with light having an intensity of 1 kW / m 2 (AM1.5 solar simulator), and short-circuit current density, open-circuit voltage, fill factor, and photoelectric conversion efficiency were measured. . The results are shown in Table 2.

(比較例5および6)
導電層17(図1参照)の厚みを100nm、50nmとした以外は、実施例1と同様にして色素増感太陽電池モジュールを作製した。導電層17のシート抵抗は、厚み100nmでは26.45Ω/□、厚み50nmでは56.00Ω/□であった。
得られた比較例5および6の太陽電池モジュールに、1kW/m2 の強度の光(AM1.5ソーラーシミュレータ)を照射して、短絡電流密度、開放電圧、フィルファクターおよび光電変換効率を測定した。その結果を表2に示す。
(Comparative Examples 5 and 6)
A dye-sensitized solar cell module was produced in the same manner as in Example 1 except that the thickness of the conductive layer 17 (see FIG. 1) was 100 nm and 50 nm. The sheet resistance of the conductive layer 17 was 26.45Ω / □ at a thickness of 100 nm and 56.00Ω / □ at a thickness of 50 nm.
The obtained solar cell modules of Comparative Examples 5 and 6 were irradiated with light having an intensity of 1 kW / m 2 (AM1.5 solar simulator), and short-circuit current density, open-circuit voltage, fill factor, and photoelectric conversion efficiency were measured. . The results are shown in Table 2.

Figure 2007018809
Figure 2007018809

得られた結果より、実施例1〜8の太陽電池モジュールは、比較例1〜6の太陽電池モジュールよりも短絡電流密度とフィルファクター(FF)が高く、結果として光電変換効率が高いことが分かった。
特に、実施例1〜4と比較例1および2を比較すると、第2光電変換素子における多孔性絶縁層の色素吸着量が、多孔性半導体の単位色素吸着量の0.1倍以上になっている比較例1および2では、多孔性絶縁層の色素によるフィルター効果により、短絡電流が減少していることが分かる。
また、実施例1、5〜7と比較例3および4を比較すると、第2光電変換素子の多孔性絶縁層の膜厚が5μmを超えた比較例2および3は光電変換効率が低くなっており、これは多孔性絶縁膜の体積が大きくなることで電解液の体積が大きくなり、そのため電解液中のヨウ素の光吸収が増加して多孔性半導体層に入射する光が減少するため、短絡電流密度およびフィルファクターが減少し、その結果光電変換効率が低下していると考えられる。
さらに、実施例1、8、9と比較例4、5を比較すると、導電層(第2および第4導電層)のシート抵抗が2Ω/□以下の場合に、FFが向上し、高い変換効率が得られている。
From the obtained result, it turns out that the solar cell module of Examples 1-8 has a short circuit current density and a fill factor (FF) higher than the solar cell module of Comparative Examples 1-6, and, as a result, photoelectric conversion efficiency is high. It was.
In particular, when Examples 1-4 and Comparative Examples 1 and 2 are compared, the dye adsorption amount of the porous insulating layer in the second photoelectric conversion element is 0.1 times or more the unit dye adsorption amount of the porous semiconductor. In Comparative Examples 1 and 2, it can be seen that the short-circuit current is reduced due to the filter effect of the pigment in the porous insulating layer.
Further, when Examples 1, 5 to 7 and Comparative Examples 3 and 4 are compared, Comparative Examples 2 and 3 in which the thickness of the porous insulating layer of the second photoelectric conversion element exceeds 5 μm have low photoelectric conversion efficiency. This is because the volume of the electrolyte is increased by increasing the volume of the porous insulating film, so that the light absorption of iodine in the electrolyte is increased and the light incident on the porous semiconductor layer is decreased. It is considered that the current density and the fill factor are reduced, and as a result, the photoelectric conversion efficiency is lowered.
Furthermore, when Examples 1, 8, and 9 are compared with Comparative Examples 4 and 5, when the sheet resistance of the conductive layers (second and fourth conductive layers) is 2Ω / □ or less, FF is improved and high conversion efficiency is achieved. Is obtained.

本発明の色素増感型太陽電池モジュールの概略構成を示す断面図である。It is sectional drawing which shows schematic structure of the dye-sensitized solar cell module of this invention. 図1の太陽電池モジュールの製造方法を説明する図であって、基板上の成膜状態を示す概略平面図である。It is a figure explaining the manufacturing method of the solar cell module of FIG. 1, Comprising: It is a schematic plan view which shows the film-forming state on a board | substrate. 従来の色素増感型太陽電池モジュールの概略断面図である。It is a schematic sectional drawing of the conventional dye-sensitized solar cell module. 別の従来の色素増感型太陽電池モジュールの概略断面図である。It is a schematic sectional drawing of another conventional dye-sensitized solar cell module.

符号の説明Explanation of symbols

1a 第1光電変換素子
1b 第2光電変換素子
11 基板
12 導電層
12a 第1導電層
12b 第3導電層
13a、13b 多孔性半導体層
14a、14b 多孔性絶縁層
15a、15b 触媒層
16 素子間絶縁層
17 導電層
17a 第2導電層
17b 第4導電層
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1a 1st photoelectric conversion element 1b 2nd photoelectric conversion element 11 Board | substrate 12 Conductive layer 12a 1st conductive layer 12b 3rd conductive layer 13a, 13b Porous semiconductor layers 14a, 14b Porous insulation layers 15a, 15b Catalyst layer 16 Inter-element insulation Layer 17 Conductive layer 17a Second conductive layer 17b Fourth conductive layer

Claims (13)

1枚の基板上に第1光電変換素子と第2光電変換素子とを備え、
前記第1光電変換素子は、前記基板から第1導電層、色素を吸着させた多孔性半導体層、多孔性絶縁層、触媒層および第2導電層をこの順で積層し、かつ、多孔性半導体層および多孔性絶縁層に電解質を含浸させて構成され、
前記第2光電変換素子は、前記基板から第3導電層、触媒層、多孔性絶縁層、色素を吸着させた多孔性半導体層および第4導電層をこの順で積層し、かつ、多孔性絶縁層および多孔性半導体層に電解質を含浸させて構成され、
第1光電変換素子と第2光電変換素子とは交互に配置され、第1光電変換素子と第2光電変換素子とが直列接続していることを特徴とする色素増感太陽電池モジュール。
A first photoelectric conversion element and a second photoelectric conversion element are provided on a single substrate,
The first photoelectric conversion element includes a porous semiconductor layer in which a first conductive layer, a porous semiconductor layer having a dye adsorbed thereon, a porous insulating layer, a catalyst layer, and a second conductive layer are stacked in this order from the substrate. Layer and porous insulating layer impregnated with electrolyte,
The second photoelectric conversion element is formed by laminating a third conductive layer, a catalyst layer, a porous insulating layer, a porous semiconductor layer adsorbing a dye, and a fourth conductive layer in this order from the substrate, and porous insulating Layer and porous semiconductor layer impregnated with electrolyte,
The dye-sensitized solar cell module, wherein the first photoelectric conversion element and the second photoelectric conversion element are alternately arranged, and the first photoelectric conversion element and the second photoelectric conversion element are connected in series.
基板、第1導電層および第3導電層が透光性である請求項1に記載の色素増感太陽電池モジュール。   The dye-sensitized solar cell module according to claim 1, wherein the substrate, the first conductive layer, and the third conductive layer are translucent. 第2導電層および第4導電層のシート抵抗が、第1導電層および第3導電層のシート抵抗よりも低い請求項2に記載の色素増感太陽電池モジュール。   The dye-sensitized solar cell module according to claim 2, wherein the sheet resistance of the second conductive layer and the fourth conductive layer is lower than the sheet resistance of the first conductive layer and the third conductive layer. 第2導電層および第4導電層のシート抵抗が、2Ω/□以下である請求項3に記載の色素増感太陽電池モジュール。   The dye-sensitized solar cell module according to claim 3, wherein the sheet resistance of the second conductive layer and the fourth conductive layer is 2 Ω / □ or less. 第2光電変換素子において、多孔性絶縁層は、多孔性半導体層の単位色素吸着量よりも少ない単位色素吸着量の色素を有する請求項1〜4のいずれか1つに記載の色素増感型太陽電池モジュール。   5. The dye-sensitized dye according to claim 1, wherein in the second photoelectric conversion element, the porous insulating layer has a dye having a unit dye adsorption amount smaller than a unit dye adsorption amount of the porous semiconductor layer. Solar cell module. 第2光電変換素子において、多孔性絶縁層の単位色素吸着量が、多孔性半導体層の単位色素吸着量の0.1倍以下である請求項5に記載の色素増感型太陽電池モジュール。   The dye-sensitized solar cell module according to claim 5, wherein in the second photoelectric conversion element, the unit dye adsorption amount of the porous insulating layer is 0.1 times or less the unit dye adsorption amount of the porous semiconductor layer. 第2光電変換素子の多孔性絶縁層が酸化ケイ素、ルチル型酸化チタン、酸化ニオブ、酸化ジルコニウムおよび酸化アルミニウムからなる群より選ばれる1種または2種以上からなる請求項1〜6のいずれか1つに記載の色素増感型太陽電池モジュール。   The porous insulating layer of the second photoelectric conversion element is composed of one or more selected from the group consisting of silicon oxide, rutile titanium oxide, niobium oxide, zirconium oxide, and aluminum oxide. 2. A dye-sensitized solar cell module according to 1. 第2光電変換素子の多孔性絶縁層の膜厚が0.05μm以上5μm以下である請求項1〜7のいずれか1つに記載の色素増感型太陽電池モジュール。   The dye-sensitized solar cell module according to any one of claims 1 to 7, wherein a film thickness of the porous insulating layer of the second photoelectric conversion element is 0.05 µm or more and 5 µm or less. 基板上に第1光電変換素子と第2光電変換素子とを形成する工程を備え、前記工程が、
前記基板上の第1光電変換素子形成領域に第1導電層、多孔性半導体層、多孔性絶縁層、触媒層および第2導電層をこの順で積層し、かつ、前記基板上の第2光電変換素子形成領域に第3導電層、触媒層、多孔性絶縁層、多孔性半導体層および第4導電層をこの順で積層して積層体を形成する工程と、
前記積層体に色素溶液を含浸させて少なくとも多孔性半導体層に色素を吸着させる工程と、
多孔性絶縁層から色素を除去する工程と、
多孔性半導体層および多孔性絶縁層に電解質を含浸させる工程を備えることを特徴とする色素増感型太陽電池モジュールの製造方法。
Comprising a step of forming a first photoelectric conversion element and a second photoelectric conversion element on a substrate, the step comprising:
A first conductive layer, a porous semiconductor layer, a porous insulating layer, a catalyst layer, and a second conductive layer are laminated in this order on the first photoelectric conversion element forming region on the substrate, and the second photoelectric layer on the substrate is stacked. A step of laminating a third conductive layer, a catalyst layer, a porous insulating layer, a porous semiconductor layer, and a fourth conductive layer in this order in the conversion element forming region; and
Impregnating the laminate with a dye solution to adsorb the dye to at least the porous semiconductor layer; and
Removing the pigment from the porous insulating layer;
A method for producing a dye-sensitized solar cell module, comprising a step of impregnating a porous semiconductor layer and a porous insulating layer with an electrolyte.
積層体を形成する工程での第2光電変換素子形成領域において、多孔性絶縁層形成用材料と金属酸化物微粒子とを含む混合材料を触媒層上に塗布し焼成して、前記金属酸化物微粒子からなる被覆膜を有する多孔性絶縁層を形成し、
色素を除去する工程において、積層体を酸性溶液中に浸漬し、色素を吸着した前記被覆膜を酸性溶液中に溶解させて色素と共に多孔性絶縁層から除去する請求項9に記載の色素増感型太陽電池モジュールの製造方法。
In the second photoelectric conversion element formation region in the step of forming the laminate, the mixed material containing the porous insulating layer forming material and the metal oxide fine particles is applied onto the catalyst layer and baked, and the metal oxide fine particles Forming a porous insulating layer having a coating film comprising:
The dye enhancement according to claim 9, wherein, in the step of removing the dye, the laminate is immersed in an acidic solution, and the coating film adsorbing the dye is dissolved in the acidic solution and removed together with the dye from the porous insulating layer. Manufacturing method of sensitive solar cell module.
前記金属酸化物微粒子が酸化マグネシウム、酸化亜鉛、酸化ニッケルおよび酸化モリブデンからなる群より選ばれる1種または2種以上からなる請求項10に記載の色素増感型太陽電池モジュールの製造方法。   The method for producing a dye-sensitized solar cell module according to claim 10, wherein the metal oxide fine particles comprise one or more selected from the group consisting of magnesium oxide, zinc oxide, nickel oxide and molybdenum oxide. 基板上に第1光電変換素子と第2光電変換素子とを形成する工程を備え、前記工程が、
前記基板上の第1光電変換素子形成領域に第1導電層、多孔性半導体層、多孔性絶縁層、触媒層および第2導電層をこの順で積層し、かつ、前記基板上の第2光電変換素子形成領域に第3導電層、触媒層、多孔性絶縁層、多孔性半導体層および第4導電層をこの順で積層して積層体を形成する工程と、
前記積層体に色素溶液を含浸させて少なくとも多孔性半導体層に色素を吸着させる工程と、
多孔性半導体層および多孔性絶縁層に電解質を含浸させる工程を備え、
積層体を形成する工程での第2光電変換素子形成領域において、多孔性絶縁層形成用材料としてのケイ素原子を含むゾル液または懸濁液を触媒層上に塗布し焼成して多孔性絶縁層を形成することを特徴とする色素増感型太陽電池モジュールの製造方法。
Comprising a step of forming a first photoelectric conversion element and a second photoelectric conversion element on a substrate, the step comprising:
A first conductive layer, a porous semiconductor layer, a porous insulating layer, a catalyst layer, and a second conductive layer are laminated in this order on the first photoelectric conversion element forming region on the substrate, and the second photoelectric layer on the substrate is stacked. A step of laminating a third conductive layer, a catalyst layer, a porous insulating layer, a porous semiconductor layer, and a fourth conductive layer in this order in the conversion element forming region; and
Impregnating the laminate with a dye solution to adsorb the dye to at least the porous semiconductor layer; and
Comprising a step of impregnating a porous semiconductor layer and a porous insulating layer with an electrolyte;
In the second photoelectric conversion element forming region in the step of forming a laminate, a porous insulating layer is formed by applying and baking a sol solution or suspension containing silicon atoms as a porous insulating layer forming material on the catalyst layer. A method for producing a dye-sensitized solar cell module, wherein
ゾル液が高分子化合物を含む請求項12に記載の色素増感型太陽電池モジュールの製造方法。   The method for producing a dye-sensitized solar cell module according to claim 12, wherein the sol solution contains a polymer compound.
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