JP2007035594A - Photoelectric cell - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、半導体膜と電解質層の間に反射層を設けることによって光の利用率を向上させた光電変換効率の高い光電気セルに関する。 The present invention relates to a photoelectric cell having a high photoelectric conversion efficiency in which a utilization rate of light is improved by providing a reflective layer between a semiconductor film and an electrolyte layer.
近年、酸化チタンは高いバンドギャップを有することから光触媒、さらには光エネルギーを電気エネルギーに変換する、いわゆる光電変換材料として好適に用いられるようになっている。また、リチウムバッテリーのような2次電池、水素吸蔵材料、プロトン導電材料等にも利用されるようになってきている。 In recent years, since titanium oxide has a high band gap, it has been suitably used as a photocatalyst, and also as a so-called photoelectric conversion material that converts light energy into electric energy. Moreover, it has come to be used also for secondary batteries such as lithium batteries, hydrogen storage materials, proton conductive materials, and the like.
光電変換材料は光エネルギーを電気エネルギーとして連続して取り出せる材料であり、電極間の電気化学反応を利用して光エネルギーを電気エネルギーに変換する材料である。
光電変換材料に光を照射すると、一方の電極側で電子が発生し、対電極に移動し、対電極に移動した電子は、電解質中をイオンとして移動して一方の電極に戻る。このようなエネルギー変換は連続的に行われるため、たとえば、太陽電池などに利用されている。
The photoelectric conversion material is a material that can continuously extract light energy as electric energy, and is a material that converts light energy into electric energy using an electrochemical reaction between electrodes.
When the photoelectric conversion material is irradiated with light, electrons are generated on one electrode side, move to the counter electrode, and the electrons moved to the counter electrode move as ions in the electrolyte and return to the one electrode. Since such energy conversion is performed continuously, it is used, for example, for solar cells.
一般的な太陽電池は、先ず透明性導電膜をコートしたガラス板などの支持体上に光電変換材料用半導体の膜を形成して電極とし、次に、対電極として別の透明性導電膜をコートしたガラス板などの支持体を備え、これらの電極間に電解質を封入して構成されている。 In general solar cells, first a semiconductor film for photoelectric conversion material is formed on a support such as a glass plate coated with a transparent conductive film as an electrode, and then another transparent conductive film is used as a counter electrode. A support such as a coated glass plate is provided, and an electrolyte is sealed between these electrodes.
光電変換材料用半導体に吸着した光増感材に太陽光を照射すると、光増感材は可視領域の光を吸収し、光増感材中の電子が励起され、励起された電子は半導体に移動し、次いで、透明導電性ガラス電極を通って対電極に移動し、対電極に移動した電子は電解質中の酸化還元系を還元する。一方、半導体に電子を移動させた光増感材は、酸化体の状態になっているが、この酸化体は電解質中の酸化還元系によって還元され、元の状態に戻る。このようにして電子が連続的に流れることから光電変換材料用半導体を用いた太陽電池として機能する。 When the photosensitizer adsorbed on the semiconductor for photoelectric conversion material is irradiated with sunlight, the photosensitizer absorbs light in the visible region, the electrons in the photosensitizer are excited, and the excited electrons are applied to the semiconductor. The electrons then move to the counter electrode through the transparent conductive glass electrode, and the electrons transferred to the counter electrode reduce the redox system in the electrolyte. On the other hand, the photosensitizer that has moved electrons to the semiconductor is in an oxidant state, but this oxidant is reduced by the redox system in the electrolyte and returns to its original state. Thus, since electrons flow continuously, it functions as a solar cell using a semiconductor for photoelectric conversion materials.
このような光電変換材料としては、半導体膜表面に可視光領域に吸収を持つ光増感色素を吸着させたものが用いられている。たとえば、特開平1−220380号公報(特許文献1)には、金属酸化物半導体の表面に、遷移金属錯体などの発色剤層を有する太陽電池を記載している。また、特表平5−504023号公報(特許文献2)には、金属イオンでドープした酸化チタン半導体層の表面に、遷移金属錯体などの光増感色素層を有する太陽電池を記載している。 As such a photoelectric conversion material, a material in which a photosensitizing dye having absorption in a visible light region is adsorbed on the surface of a semiconductor film is used. For example, Japanese Patent Laid-Open No. 1-220380 (Patent Document 1) describes a solar cell having a color former layer such as a transition metal complex on the surface of a metal oxide semiconductor. Japanese Patent Application Laid-Open No. 5-504023 (Patent Document 2) describes a solar cell having a photosensitizing dye layer such as a transition metal complex on the surface of a titanium oxide semiconductor layer doped with metal ions. .
また、本出願人は、特開平11−339867号公報(特許文献3)に特定範囲の細孔容積の金属産物半導体膜を用いることを提案している。さらには特開2000−77691号公報(特許文献4)、特開2001−155791号公報(特許文献5)にコアセル構造を有する金属酸化物粒子を用いた光電気セルを開示している。また、特開2002−123065号(特許文献6)にて金属酸化物半導体膜に多孔質金属酸化物半導体膜と非孔質金属酸化物半導体膜を併用することを提案している。
上記のような太陽電池では、光を吸収して励起した光増感色素層からチタニア膜へ電子の移動が迅速に行われることが光変換効率向上に重要であり、迅速に電子移動が行われないと再度ルテニウム錯体と電子の再結合が起こり、光変換効率が低下する問題がある。本願出願人は、このような問題点を解決するために特許文献3〜5を提案しているものの、必ずしも光電変換効率が充分ではなく、また用途に制限があり、さらに改良が望まれていた。
In the solar cell as described above, it is important for improving the light conversion efficiency that the electron transfer from the photosensitizing dye layer excited by absorbing light to the titania film is important, and the electron transfer is performed quickly. Otherwise, there is a problem that the recombination of the ruthenium complex and the electrons occurs again and the light conversion efficiency is lowered. The applicant of the present application has proposed
このような状況のもと、本発明者らは、さらに鋭意研究を重ねた結果、半導体膜と電解質層の間に反射層を設けることによって光電変換効率が向上することを見出して本発明を完成するに至った。 Under these circumstances, the present inventors have conducted further extensive research and found that the photoelectric conversion efficiency is improved by providing a reflective layer between the semiconductor film and the electrolyte layer, thereby completing the present invention. It came to do.
すなわち、本発明に係る光電気セルは、以下に示される。
[1]表面に電極層(1)を有し、かつ該電極層(1)表面に光増感材を吸着した半導体膜
(3)が形成されてなる基板(6)と、表面に電極層(2)を有する基板(7)とが、
前記電極層(1)および電極層(2)が対向するように配置してなり、
半導体膜(3)と電極層(2)との間に電解質が封入された電解質層(5)を設けてなる光電気セルにおいて、
電解質層(5)と半導体膜(3)との間に反射層(4)を設けてなり、
少なくとも一方の基板および電極層が透明性を有する光電気セル。
[2]前記反射層が高屈折率のコアと低屈折率のセルとからなるコアセル粒子を含んでなる[1]の光電気セル。
[3]前記反射層の厚さが0.4〜10.0μmの範囲にある[1]または[2]の光電気セル。
[4]前記反射層の波長領域が400〜1000nmの範囲の平均透過率が90%以上であ
る[1]〜[3]の光電気セル。
[5]前記反射層の光増感材の吸着量が50μg/cm2以下である[1]〜[4]の光電気セル。[6]前記コアセル粒子のコアの屈折率(NC)が1.8〜2.5の範囲にあり、セルの屈折率(NS)が1.2〜2.0の範囲にあり、屈折率差NC−NSが0.2以上である[1]〜[5]の光電気セル。
[7]前記コアセル粒子のコアがTiO2、ZrO2、BaTiO3、Al2O3からなる群から選択
される少なくとも1種からなり、セルがSiO2、Al2O3、Si3N4、AlN、SiO2-Al2O3疎水性有機ポリマー、フッ素化合物からなる群から選択される少なくとも1種からなる光電気セル。
[8]前記コアセル粒子のコアがTiO2からなり、セルがSiO2からなる[1]〜[7]の光電気
セル。
[9]前記コアセル粒子の平均粒子径が100〜700nmの範囲にある[1]〜[8]の光電気
セル。
That is, the photoelectric cell according to the present invention is shown below.
[1] A substrate (6) having an electrode layer (1) on the surface and a semiconductor film (3) having a photosensitizer adsorbed on the electrode layer (1) surface, and an electrode layer on the surface A substrate (7) having (2),
The electrode layer (1) and the electrode layer (2) are arranged so as to face each other,
In a photoelectric cell comprising an electrolyte layer (5) in which an electrolyte is sealed between a semiconductor film (3) and an electrode layer (2),
A reflective layer (4) is provided between the electrolyte layer (5) and the semiconductor film (3);
A photoelectric cell in which at least one of the substrate and the electrode layer has transparency.
[2] The photoelectric cell according to [1], wherein the reflective layer includes core cell particles including a high refractive index core and a low refractive index cell.
[3] The photoelectric cell according to [1] or [2], wherein the thickness of the reflective layer is in the range of 0.4 to 10.0 μm.
[4] The photoelectric cell according to [1] to [3], wherein an average transmittance in a wavelength range of the reflective layer in a range of 400 to 1000 nm is 90% or more.
[5] The photoelectric cell according to [1] to [4], wherein the amount of adsorption of the photosensitizer in the reflective layer is 50 μg / cm 2 or less. [6] The refractive index (N C ) of the core of the core cell particles is in the range of 1.8 to 2.5, and the refractive index (N S ) of the cell is in the range of 1.2 to 2.0. The photoelectric cell of [1] to [5], wherein the rate difference N C −N S is 0.2 or more.
[7] The core of the core cell particle is made of at least one selected from the group consisting of TiO 2 , ZrO 2 , BaTiO 3 and Al 2 O 3 , and the cell is made of SiO 2 , Al 2 O 3 , Si 3 N 4 , A photoelectric cell comprising at least one selected from the group consisting of AlN, SiO 2 —Al 2 O 3 hydrophobic organic polymer, and fluorine compound.
[8] The photoelectric cell according to [1] to [7], wherein the core of the core cell particle is made of TiO 2 and the cell is made of SiO 2 .
[9] The photoelectric cell according to [1] to [8], wherein the average particle diameter of the core cell particles is in the range of 100 to 700 nm.
本発明によれば、半導体膜上に反射層を設けることによって光の利用率を向上させ、このため高い光電変換効率を達成できる光電気セルを提供することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the utilization rate of light can be improved by providing a reflective layer on a semiconductor film, and the photoelectric cell which can achieve high photoelectric conversion efficiency for this reason can be provided.
以下、本発明に係る光電気セルについて具体的に説明する。
[光電気セル]
本発明に係る光電気セルは、
表面に電極層(1)を有し、かつ該電極層(1)表面に光増感材を吸着した半導体膜(
3)が形成されてなる基板(6)と、表面に電極層(2)を有する基板(7)とが、
前記電極層(1)および電極層(2)が対向するように配置してなり、
半導体膜(3)と電極層(2)との間に電解質が封入された電解質層(5)を設けてなる光電気セルにおいて、
電解質層(5)と半導体膜(3)との間に反射層(4)を設けてなり、
少なくとも一方の基板および電極層が透明性を有していることを特徴としている。
The photoelectric cell according to the present invention will be specifically described below.
[Photoelectric cell]
The photovoltaic cell according to the present invention comprises:
A semiconductor film having an electrode layer (1) on the surface and adsorbing a photosensitizer on the surface of the electrode layer (1) (
3) formed substrate (6), and substrate (7) having an electrode layer (2) on the surface,
The electrode layer (1) and the electrode layer (2) are arranged so as to face each other,
In a photoelectric cell comprising an electrolyte layer (5) in which an electrolyte is sealed between a semiconductor film (3) and an electrode layer (2),
A reflective layer (4) is provided between the electrolyte layer (5) and the semiconductor film (3);
It is characterized in that at least one of the substrate and the electrode layer has transparency.
このような光電気セルとして、たとえば、図1に示すものが挙げられる。
図1は、本発明に係る光電気セルの一実施例を示す概略断面図であり、透明基板6表面に透明電極層1を有し、かつ該透明電極層1表面に光増感材を吸着した半導体膜3が形成されてなる基板と、基板7表面に電極層2を有する基板とが、前記電極層1および2が対向するように配置され、半導体膜3と電極層2の間に電解質が封入された電解質層5を有し、電解質層(5)と半導体膜(3)との間に反射層(4)が設けられている。
An example of such a photoelectric cell is shown in FIG.
FIG. 1 is a schematic sectional view showing an embodiment of a photoelectric cell according to the present invention, which has a
透明基板6としてはガラス基板、PET等の有機ポリマー基板等の透明でかつ絶縁性を有する基板を用いることができる。
また、基板7としては使用に耐える強度を有していれば特に制限はなく、ガラス基板、PET等の有機ポリマー基板等の絶縁性基板の他に金属チタン、金属アルミ、金属銅、金属ニッケルなどの導電性基板を使用することができる。
As the
In addition, the
透明基板6表面に形成された透明電極層1としては、酸化錫、Sb、FまたはPがドーピングされた酸化錫、Snおよび/またはFがドーピングされた酸化インジウム、酸化アンチモン、酸化亜鉛、貴金属等の従来公知の電極を使用することができる。
The
このような透明電極層1は、熱分解法、CVD法等の従来公知の方法により形成することができる。
また、基板7表面に形成された電極層2としては、白金、ロジウム、ルテニウム金属、ルテニウム酸化物等の電極材料、酸化錫、Sb、FまたはPがドーピングされた酸化錫、Snおよび/またはFがドーピングされた酸化インジウム、酸化アンチモンなどの導電性材料の表面に前記電極材料をメッキあるいは蒸着した電極、カーボン電極など従来公知の電極を用いることができる。
Such a
The electrode layer 2 formed on the surface of the
このような電極層2は、基板7上に前記電極を直接コーティング、メッキあるいは蒸着させて、導電性材料を熱分解法、CVD法等の従来公知の方法により導電層を形成した後、該導電層上に前記電極材料をメッキあるいは蒸着するなど従来公知の方法により形成することができる。
Such an electrode layer 2 is formed by directly coating, plating, or vapor-depositing the electrode on the
なお、基板7は、透明基板6と同様に透明なものであってもよく、また電極層2は、透明電極層1と同様に透明電極であってもよい。
このような透明基板6と透明電極層1の可視光透過率は高い方が好ましく、具体的には50%以上、特に好ましくは90%以上であることが望ましい。可視光透過率が50%未満の場合は光電変換効率が低くなることがある。
The
It is preferable that the visible light transmittance of the
これら透明電極層1および電極層2の抵抗値は、各々100Ω/cm2以下であること
が好ましい。電極層の抵抗値が100Ω/cm2を超えて高くなると光電変換効率が低く
なることがある。
The resistance values of the
半導体膜3は、前記透明基板6上に形成された透明電極層1上に形成されている。
なお半導体膜3は、基板7上に形成された電極層2上に形成されていてもよい。
この半導体膜3の膜厚は、0.1〜50μm、さらには2〜20μmの範囲にあること
が好ましい。
The
The
The thickness of the
半導体膜3の細孔容積が0.05〜0.8ml/g、平均細孔径が2〜250nmの範囲にあることが好ましい。
細孔容積が0.05ml/g未満の場合は分光増感色素吸着量が低く、0.8ml/gを超えて高い場合は膜内の電子移動性が低下し光電変換効率が低下することがある。
The
When the pore volume is less than 0.05 ml / g, the spectral sensitizing dye adsorption amount is low, and when it exceeds 0.8 ml / g, the electron mobility in the film is lowered and the photoelectric conversion efficiency is lowered. is there.
半導体膜3としては、従来公知の半導体膜を使用することができる。
たとえば、無機半導体材料から形成された無機半導体膜、有機半導体材料から形成された有機半導体膜、有機無機ハイブリッド半導体膜などを用いることができる。
As the
For example, an inorganic semiconductor film formed from an inorganic semiconductor material, an organic semiconductor film formed from an organic semiconductor material, an organic-inorganic hybrid semiconductor film, or the like can be used.
有機半導体材料としては、フタロシアニン、フタロシアニン−ビスナフトハロシアニン、ポリフェノール、ポリアントラセン、ポリシラン、ポリピロールなど従来公知の化合物を挙げることができる。 Examples of the organic semiconductor material include conventionally known compounds such as phthalocyanine, phthalocyanine-bisnaphthalocyanine, polyphenol, polyanthracene, polysilane, and polypyrrole.
半導体膜は、無機半導体材料から形成された無機半導体膜を用いることが好ましい。中でも無機半導体材料として金属酸化物を用いた場合は、多孔質で光増感材吸着量の高い金属酸化物半導体を得ることができるので好ましい。このような金属酸化物半導体膜としては、酸化チタン、酸化ランタン、酸化ジルコニウム、酸化ニオビウム、酸化タングステン、酸化ストロンチウム、酸化亜鉛、酸化スズ、酸化インジウムから選ばれる少なくとも1種の金属酸化物からなる金属酸化物半導体膜を挙げることができる。 As the semiconductor film, an inorganic semiconductor film formed from an inorganic semiconductor material is preferably used. Among these, the use of a metal oxide as the inorganic semiconductor material is preferable because a porous metal oxide semiconductor having a high photosensitizer adsorption amount can be obtained. As such a metal oxide semiconductor film, a metal composed of at least one metal oxide selected from titanium oxide, lanthanum oxide, zirconium oxide, niobium oxide, tungsten oxide, strontium oxide, zinc oxide, tin oxide, and indium oxide. An oxide semiconductor film can be given.
本発明では特に半導体膜が、酸化チタンから構成されるもの望ましく、さらにバインダーとしても作用するペルオキソチタン酸に由来する酸化チタンと、酸化チタン粒子から構成されるものが望ましい。 In the present invention, the semiconductor film is particularly preferably composed of titanium oxide, and further preferably composed of titanium oxide derived from peroxotitanic acid that also acts as a binder and titanium oxide particles.
酸化チタン粒子
酸化チタン粒子は他の金属酸化物粒子に比較して分光増感色素の吸着量が高く且つ半導体膜内の電子移動性が高く、さらに安定性、安全性、膜形成が容易である等の優れた特性がある。
Titanium oxide particles Titanium oxide particles have higher spectral sensitizing dye adsorption and higher electron mobility in the semiconductor film than other metal oxide particles, and are more stable, safer and easier to form. Etc. have excellent properties.
酸化チタン粒子としては、アナタース型酸化チタン、ブルッカイト型酸化チタン、ルチル型酸化チタン等の結晶性酸化チタンが好ましく、なかでもアナタース型酸化チタン、ブルッカイト型酸化チタンはバンドギャップが高く光電変換効率の高い光電気セルを得ることができる。 As the titanium oxide particles, crystalline titanium oxides such as anatase-type titanium oxide, brookite-type titanium oxide, and rutile-type titanium oxide are preferable. Among them, anatase-type titanium oxide and brookite-type titanium oxide have a high band gap and high photoelectric conversion efficiency. A photoelectric cell can be obtained.
このような、結晶性酸化チタンの結晶子径は5〜50nm、さらには7〜30nmの範囲にあることが好ましい。
例えば、アナタース型酸化チタン粒子の結晶子径は、X線解折により(1.0.1)面のピークの半値幅を測定しDebyeーScherrerの式により計算によって求めることが出来、このアナタース型酸化チタン粒子の結晶子径が5nm未満の場合は粒子内の電子移動性が低下し、50nmを超えて大きい場合は分光増感色素の吸着量が低下し、光電変換効率が低下する。
The crystallite diameter of such crystalline titanium oxide is preferably in the range of 5 to 50 nm, more preferably 7 to 30 nm.
For example, the crystallite size of the anatase-type titanium oxide particles can be obtained by measuring the half-value width of the peak of the (1.0. 1) plane by X-ray diffraction and calculating by the Debye-Scherrer formula. When the crystallite diameter of the titanium oxide particles is less than 5 nm, the electron mobility in the particles decreases, and when it exceeds 50 nm, the adsorption amount of the spectral sensitizing dye decreases and the photoelectric conversion efficiency decreases.
また、アナタース型酸化チタン粒子の粒子径はレーザードップラー式粒子径測定機(日機装(株)製:マイクロトラック)によって測定することができ、平均粒子径は5〜600nm、さらには10〜500nmの範囲にあることが好ましい。 Further, the particle diameter of the anatase-type titanium oxide particles can be measured with a laser Doppler particle size measuring instrument (manufactured by Nikkiso Co., Ltd .: Microtrac), and the average particle diameter is in the range of 5 to 600 nm, more preferably in the range of 10 to 500 nm. It is preferable that it exists in.
結晶性酸化チタン粒子の平均粒子径が5nm未満では、形成された半導体膜にクラックが発生しやすく、少ない回数で後述する膜厚を有するクラックのない厚膜を形成すること
が困難であり、さらに半導体膜の細孔径、細孔容積が低下し分光増感色素の吸着量が低下するので好ましくない。
If the average particle diameter of the crystalline titanium oxide particles is less than 5 nm, cracks are likely to occur in the formed semiconductor film, and it is difficult to form a crack-free thick film having a film thickness described later with a small number of times. This is not preferable because the pore diameter and pore volume of the semiconductor film are decreased and the amount of adsorption of the spectral sensitizing dye is decreased.
また、600nmを超えて大きい場合は半導体膜の強度が不充分となるので好ましくない。
また平均細孔径が2nm未満の場合は分光増感色素の吸着量が低下し、250nmを超えて高い場合は電子移動性が低下し光電変換効率が低下することがある。
On the other hand, if it exceeds 600 nm, the strength of the semiconductor film becomes insufficient, which is not preferable.
Moreover, when the average pore diameter is less than 2 nm, the amount of the spectral sensitizing dye adsorbed decreases, and when it exceeds 250 nm, the electron mobility may decrease and the photoelectric conversion efficiency may decrease.
前記アナタース型酸化チタン粒子としては従来公知の方法により得られるものを使用することができるが、酸化チタンがペルオキソチタン酸に由来する酸化チタン粒子が好ましい。 As the anatase-type titanium oxide particles, those obtained by a conventionally known method can be used, and titanium oxide particles derived from peroxotitanic acid are preferred.
以下、ペルオキソチタン酸に由来する酸化チタン粒子の製造方法について例示する。
先ず、チタン化合物の水溶液、または水和酸化チタンのゾルまたはゲルに過酸化水素を加えて加熱してペルオキソチタン酸を調製する。本発明でペルオキソチタン酸とは過酸化水和チタンをいい、可視光領域に吸収を持っている。
Hereinafter, a method for producing titanium oxide particles derived from peroxotitanic acid will be exemplified.
First, hydrogen peroxide is added to a titanium compound aqueous solution, or a hydrated titanium oxide sol or gel, and heated to prepare peroxotitanic acid. In the present invention, peroxotitanic acid refers to titanium peroxide hydrated titanium and has absorption in the visible light region.
水和酸化チタンのゾルまたはゲルは、チタン化合物の水溶液に酸またはアルカリを加えて加水分解し、必要に応じて洗浄しあるいは洗浄して加熱熟成することによって得られる。 The hydrated titanium oxide sol or gel is obtained by adding an acid or alkali to an aqueous solution of a titanium compound to hydrolyze it, and washing or aging by washing as necessary.
前記チタン化合物としては特に制限はないが、ハロゲン化チタン、硫酸チタニル等のチタン塩、テトラアルコキシチタン等のチタンアルコキシド、水素化チタン等のチタン化合物を用いることが出来る。 The titanium compound is not particularly limited, and titanium salts such as titanium halide and titanyl sulfate, titanium alkoxides such as tetraalkoxy titanium, and titanium compounds such as titanium hydride can be used.
次いで、ペルオキソチタン酸にアルカリ、好ましくはアンモニアおよび/またはアミンを添加してアルカリ性にした後、80〜350℃の温度範囲で加熱熟成することによって酸化チタンコロイド粒子を得る。必要に応じて得られた酸化チタンコロイド粒子を種粒子としてペルオキソチタン酸に添加した後、前記工程を繰り返すことも可能である。このようにして得られる酸化チタンコロイド粒子はX線解折により結晶性の高いアナターゼ型チタンである。 Next, alkali, preferably ammonia and / or amine is added to peroxotitanic acid to make it alkaline, and then titanium oxide colloidal particles are obtained by heating and aging at a temperature range of 80 to 350 ° C. The titanium oxide colloidal particles obtained as necessary may be added as seed particles to peroxotitanic acid, and then the above steps may be repeated. The titanium oxide colloidal particles thus obtained are anatase-type titanium having high crystallinity by X-ray diffraction.
つぎに、前記半導体膜3は、酸化チタン粒子とともに酸化チタンバインダー成分を含んでいる。
バインダー(ペルオキソチタン酸)
このような酸化チタンバインダー成分としては、前記したと同様に酸化チタンゾルおよび/またはゾル・ゲル法などで得られたオルソチタン酸のゲルまたはゾルに過酸化水素を加えて含水チタン酸を溶解したペルオキソチタン酸が挙げられる。
Next, the
Binder (Peroxotitanic acid)
As such a titanium oxide binder component, as described above, a peroxo compound obtained by dissolving hydrogenated titanic acid by adding hydrogen peroxide to an orthotitanic acid gel or sol obtained by a titanium oxide sol and / or sol-gel method or the like. Titanic acid is mentioned.
このようなバインダー成分を含んでいると電極との密着性が向上し、得られる半導体膜の強度が向上し、かつ、酸化チタン粒子の表面に光増感材の吸着層を形成することができ、さらに酸化チタン粒子同士の接触面積が増加し、電子移動性を向上させることが可能となり、光電変換効率の高い光電気セルを得ることができる。 When such a binder component is contained, the adhesion with the electrode is improved, the strength of the resulting semiconductor film is improved, and an adsorption layer of a photosensitizer can be formed on the surface of the titanium oxide particles. Furthermore, the contact area between the titanium oxide particles is increased, the electron mobility can be improved, and a photoelectric cell with high photoelectric conversion efficiency can be obtained.
半導体膜3中の酸化チタンバインダー成分と酸化チタン粒子との比率は、酸化物換算重量比(酸化チタンバインダー成分/酸化チタン粒子)で0.03〜0.50、好ましくは0.1〜0.3の範囲にあることが望ましい。
The ratio of the titanium oxide binder component to the titanium oxide particles in the
重量比が0.03未満では、光増感材の吸着量が不充分であったり、基材との密着性、
半導体膜の強度等が不充分となることがある。
重量比が0.50を超えて高い場合は多孔質な半導体膜が得られないことがあり、さら
に光増感材吸着量が増加しないことがある。
If the weight ratio is less than 0.03, the amount of adsorption of the photosensitizer is insufficient, the adhesion to the substrate,
The strength of the semiconductor film may be insufficient.
When the weight ratio is higher than 0.50, a porous semiconductor film may not be obtained, and the photosensitizer adsorption amount may not increase.
半導体膜3は、細孔容積が0.1〜0.8ml/g、平均細孔径が2〜250nmの範囲にあることが好ましい。細孔容積が0.1ml/gより小さい場合は光増感材吸着量が低
くなり、また0.8ml/gを超えて高い場合には膜内の電子移動性が低下して光電変換
効率を低下させることがある。また平均細孔径が2nm未満の場合は光増感材の吸着量が低下し、250nmを超えて高い場合は電子移動性が低下し光電変換効率が低下することもある。
The
このような半導体膜は、酸化チタンバインダー成分の前駆体としてのペルオキソチタン酸と酸化チタン粒子分散ゾルと分散媒とからなる光電気セル用半導体膜形成用塗布液を用いて作製することができる。 Such a semiconductor film can be produced using a coating liquid for forming a semiconductor film for photoelectric cells, which is composed of peroxotitanic acid as a precursor of a titanium oxide binder component, a titanium oxide particle-dispersed sol, and a dispersion medium.
こうして得られた半導体膜の膜厚は、0.1〜50μmの範囲にあることが好ましい。
本発明では、半導体膜3は光増感材を吸着している。
光増感材としては、可視光領域および/または赤外光領域の光を吸収して励起するものであれば特に制限はなく、たとえば有機色素、金属錯体などを用いることができる。
The film thickness of the semiconductor film thus obtained is preferably in the range of 0.1 to 50 μm.
In the present invention, the
The photosensitizer is not particularly limited as long as it absorbs and excites light in the visible light region and / or infrared light region. For example, organic dyes, metal complexes, and the like can be used.
有機色素としては、分子中にカルボキシル基、ヒドロキシアルキル基、ヒドロキシル基、スルホン基、カルボキシアルキル基等の官能基を有する従来公知の有機色素が使用できる。具体的には、キサンテン、クマリン、アクリジン、テトラフェニルメタン、キノン、エオシンY、ジブロモフルオレセイン、フルオレセイン、フルオレシン、メタルフリーフタロシアニン、シアニン系色素、メタロシアニン系色素、トリフェニルメタン系色素およびウラニン、エオシン、ローズベンガル、ローダミンB、ジブロムフルオレセイン等のキサンテン系色素等が挙げられる。これらの有機色素は半導体膜への吸着速度が早いという特性を有している。 As the organic dye, a conventionally known organic dye having a functional group such as a carboxyl group, a hydroxyalkyl group, a hydroxyl group, a sulfone group, or a carboxyalkyl group in the molecule can be used. Specifically, xanthene, coumarin, acridine, tetraphenylmethane, quinone, eosin Y, dibromofluorescein, fluorescein, fluorescein, metal-free phthalocyanine, cyanine dyes, metarocyanine dyes, triphenylmethane dyes and uranin, eosin, Examples thereof include xanthene dyes such as rose bengal, rhodamine B, and dibromofluorescein. These organic dyes have a characteristic that the adsorption rate to the semiconductor film is fast.
また、金属錯体としては、特開平1-220380号公報、特表平5-504023号公報などに記載された銅フタロシアニン、チタニルフタロシアニンなどの金属フタロシアニン、クロロフィル、ヘミン、ルテニウム-トリス(2,2'-ビスピリジル-4,4'-ジカルボキシラート)、シス-(SCN-)-ビス(2,2'-ビピリジル-4,4'-ジカルボキシレート)ルテニウム、ルテニウム-シ
ス-ジアクア-ビス(2,2'-ビピリジル-4,4'-ジカルボキシラート)などのルテニウム-シス-
ジアクア-ビピリジル錯体、亜鉛-テトラ(4-カルボキシフェニル)ポルフィンなどのポルフィリン、鉄-ヘキサシアニド錯体等のルテニウム、オスミウム、鉄、亜鉛などの錯体を挙
げることができる。これらの金属錯体は分光増感の効果や耐久性に優れている。
Examples of the metal complex include metal phthalocyanines such as copper phthalocyanine and titanyl phthalocyanine described in JP-A-1-220380 and JP-A-5-504023, chlorophyll, hemin, ruthenium-tris (2,2 ′ -Bispyridyl-4,4'-dicarboxylate), cis- (SCN-)-bis (2,2'-bipyridyl-4,4'-dicarboxylate) ruthenium, ruthenium-cis-diaqua-bis (2, Ruthenium-cis-, such as 2'-bipyridyl-4,4'-dicarboxylate)
Examples thereof include complexes of ruthenium, osmium, iron, zinc and the like, such as diaqua-bipyridyl complexes, porphyrins such as zinc-tetra (4-carboxyphenyl) porphine, and iron-hexocyanide complexes. These metal complexes are excellent in the effect of spectral sensitization and durability.
上記の有機色素および金属錯体は単独で用いてもよく、2種以上を混合して用いてもよく、さらに有機色素と金属錯体とを併用してもよい。
このような光増感材の吸着方法は、特に制限はなく、半導体膜上に後述する反射層を形成した後、光増感材を溶媒に溶解した溶液を、ディッピング法、スピナー法、スプレー法等の方法により半導体膜に吸収させ、次いで乾燥する等の一般的な方法が採用できる。さらに必要に応じて前記吸収工程を繰り返してもよい。また、光増感材溶液を加熱環流しながら前記基板と接触させて光増感材を半導体膜に吸着させることもできる。
The above organic dyes and metal complexes may be used alone, or two or more kinds may be mixed and used, and an organic dye and a metal complex may be used in combination.
The adsorption method of such a photosensitizer is not particularly limited, and after forming a reflective layer described later on the semiconductor film, a solution obtained by dissolving the photosensitizer in a solvent is used as a dipping method, a spinner method, or a spray method. A general method such as absorption by a semiconductor film by a method such as drying and then drying can be employed. Furthermore, you may repeat the said absorption process as needed. Further, the photosensitizer can be adsorbed to the semiconductor film by bringing the photosensitizer solution into contact with the substrate while heating and refluxing.
光増感材を溶解させる溶媒としては、光増感材を溶解するものであればよく、具体的には、水、アルコール類、トルエン、ジメチルホルムアミド、クロロホルム、エチルセルソルブ、N−メチルピロリドン、テトラヒドロフラン等を用いることができる。 As the solvent for dissolving the photosensitizer, any solvent that dissolves the photosensitizer can be used. Specifically, water, alcohols, toluene, dimethylformamide, chloroform, ethyl cellosolve, N-methylpyrrolidone, Tetrahydrofuran or the like can be used.
半導体膜に吸着させる光増感材の量は、半導体膜の比表面積1cm2あたり50μg以
上であることが好ましい。光増感材の量が50μg未満の場合、光電変換効率が不充分となることがある。
The amount of the photosensitizer adsorbed on the semiconductor film is preferably 50 μg or more per 1 cm 2 of the specific surface area of the semiconductor film. When the amount of the photosensitizer is less than 50 μg, the photoelectric conversion efficiency may be insufficient.
反射層4
本発明に係る光電気セルは、半導体膜3上に反射層4が設けられている。
この反射層4はバインダーと、高屈折率のコアと低屈折率のセルとからなるコアセル粒子とから構成されている。以下のコアセル粒子を吸収しにくいので光散乱能が高く、反射性能が高いために得られる反射層が半導体膜で利用されなかった光を反射し、この光が半導体膜に照射され、増感材を励起し、この結果光電変換効率を向上させることができる。(コアセル粒子)
本発明に用いるコアセル粒子は、高屈折率のコアと低屈折率のセルとからなっている。
In the photoelectric cell according to the present invention, the
The
The core cell particles used in the present invention are composed of a high refractive index core and a low refractive index cell.
コア成分としてはTiO2、ZrO2、BaTiO3、Al2O3、Fe2O3、Nb2O5、これらの複合物等が挙げられる。なかでもTiO2、ZrO2、BaTiO3、Al2O3は白色であるため特定の光の波長を吸収しにくいので好ましい。特にTiO2は高屈折率で、得られるコアセル粒子は光散乱能が高く、反射性能が高いために得られる反射層が半導体膜で利用されなかった光を反射し、この光が半導体膜に照射され、増感材を励起し、この結果光電変換効率を向上させることができるので好適に用いることができる。 Examples of the core component include TiO 2 , ZrO 2 , BaTiO 3 , Al 2 O 3 , Fe 2 O 3 , Nb 2 O 5 , and composites thereof. Of these, TiO 2 , ZrO 2 , BaTiO 3 , and Al 2 O 3 are preferable because they are white and hardly absorb the wavelength of specific light. In particular, TiO 2 has a high refractive index, and the resulting core cell particles have a high light scattering ability and a high reflection performance, so that the resulting reflective layer reflects light that was not used in the semiconductor film, and this light is irradiated onto the semiconductor film. Thus, the sensitizer can be excited and, as a result, the photoelectric conversion efficiency can be improved.
このようなコアは球状粒子であることが好ましく、コア粒子が球状であると球状のコアセル粒子が得られ、より光散乱効果が高くなる。
コア粒子の平均粒子径は概ね100〜700nmの範囲にあることが好ましい。
Such a core is preferably a spherical particle, and when the core particle is spherical, a spherical core cell particle is obtained, and the light scattering effect becomes higher.
The average particle size of the core particles is preferably in the range of about 100 to 700 nm.
コア粒子の平均粒子径が100nm未満の場合は、光散乱(反射)できる光の波長が短いものに限られ、散乱効果が不充分となる。
コア粒子の平均粒子径が700nmを超えると、長波長の光を充分に散乱(反射)させることはできるが、反射層にクラックが生成して強度が不充分となったり、半導体膜との密着性が不充分となることがある。
When the average particle diameter of the core particles is less than 100 nm, the light scattering (reflecting) light is limited to a short wavelength, and the scattering effect is insufficient.
If the average particle diameter of the core particles exceeds 700 nm, long-wavelength light can be sufficiently scattered (reflected), but cracks are generated in the reflective layer, resulting in insufficient strength or adhesion to the semiconductor film. May be insufficient.
コア成分の屈折率(NC)は1.8〜2.5、さらには1.9〜2.3の範囲にあるこ
とが好ましい。この範囲にあると反射性能に優れた、コア成分の屈折率(NC)が1.8
未満の場合は、セル層の屈折率によっても異なるが、充分な反射性能が得られない。
The refractive index (N C ) of the core component is preferably in the range of 1.8 to 2.5, more preferably 1.9 to 2.3. Within this range, the core component has a refractive index (N C ) of 1.8, which is excellent in reflection performance.
When the ratio is less than 1, it varies depending on the refractive index of the cell layer, but sufficient reflection performance cannot be obtained.
コア成分の屈折率(NC)が2.5を超えると、透明性に優れ、安価で加工性にも優れ
た材料の入手が困難である。
つぎに、セル成分としては、前記コア成分より屈折率が高く、コア成分にセルを形成できれば特に制限はないが、SiO2、Al2O3、Si3N4、AlN、SiO2-Al2O3、疎水性
有機ポリマー、フッ素化合物等が挙げられる。なかでもSiO2はコア成分の表面に均一にセルを形成することができるとともに、後述する光増感材の吸着量が低く、このため反射層で光を吸収することなく、高い光散乱(反射)効果が得られる。
When the refractive index (N C ) of the core component exceeds 2.5, it is difficult to obtain a material excellent in transparency, inexpensive and excellent in processability.
Then, as the cell component, the core higher refractive index than component is not particularly limited as long form cells in the core component, SiO 2, Al 2 O 3 , Si 3
セル成分の屈折率(NS)は1.2〜2.0、さらには1.4〜1.8の範囲にあるこ
とが好ましい。セル成分の屈折率(NS)が1.2未満のものは、コア粒子を緻密に被覆
することが困難であったり、光増感材の吸着を抑制できる材料の入手が困難である。
セル成分の屈折率(NS)が2.0を超えると、コア成分との屈折率差が小さくなり、充
分な反射性能が得られない場合がある。
The cell component has a refractive index (N s ) of 1.2 to 2.0, more preferably 1.4 to 1.8. When the refractive index (N S ) of the cell component is less than 1.2, it is difficult to densely coat the core particles, or it is difficult to obtain a material that can suppress the adsorption of the photosensitizer.
When the refractive index (N S ) of the cell component exceeds 2.0, the difference in refractive index from the core component becomes small, and sufficient reflection performance may not be obtained.
セル層の厚さは、コアセル粒子の平均粒子径が100〜700nmの範囲となれば特に制限はなく、概ね0.5〜20nm、さらには0.5〜5.0nmの範囲にあることが好ましい。 The thickness of the cell layer is not particularly limited as long as the average particle diameter of the core cell particles is in the range of 100 to 700 nm, and is preferably in the range of about 0.5 to 20 nm, more preferably 0.5 to 5.0 nm. .
セル層の厚さが0.5nm未満の場合は、緻密なセルを形成できないためにコア粒子への色素の吸着が起こり、光散乱(反射)効果が充分に得られないことがある。セル層の厚さが20nmを超えると、低屈折率のセル層が厚いため、コア粒子の性質、光学特性を十分に生かすことができず、光散乱(反射)効果が不充分となることがある。 When the thickness of the cell layer is less than 0.5 nm, a dense cell cannot be formed, so that the dye is adsorbed to the core particles, and the light scattering (reflection) effect may not be sufficiently obtained. When the thickness of the cell layer exceeds 20 nm, the cell layer having a low refractive index is thick, so that the properties and optical characteristics of the core particles cannot be fully utilized, and the light scattering (reflection) effect may be insufficient. is there.
このようなコアセル粒子を使用することで、入射した光が散乱されて、光増感材を吸着した半導体層に集めることができるので、光の利用効率を高めることができる。
このコアセル粒子のコア成分の屈折率(NC)とセル成分の屈折率(NS)との差は0.2以上、さらには0.4以上あることが好ましい。このような屈折率差を有するものは、反射性能が高く効果的に、入射光を散乱できる。なおコア成分の屈折率(NC)とセル成
分の屈折率(NS)との差が0.2未満の場合は、前記光散乱(反射)性能が不充分とな
ることがある。なお、本発明に用いるコアセル粒子は、コア粒子に前記セル成分を1層形成した粒子であっても、2層以上形成した粒子であってもよい。このとき、セル層は、粒子の外殻になるほど順次屈折率の低い成分を形成した粒子が好ましい。
By using such core cell particles, incident light is scattered and can be collected on the semiconductor layer that has adsorbed the photosensitizer, so that the light utilization efficiency can be increased.
The difference between the refractive index (N C ) of the core component of the core cell particles and the refractive index (N S ) of the cell component is preferably 0.2 or more, more preferably 0.4 or more. Those having such a refractive index difference have high reflection performance and can effectively scatter incident light. When the difference between the refractive index (N C ) of the core component and the refractive index (N S ) of the cell component is less than 0.2, the light scattering (reflection) performance may be insufficient. The core cell particles used in the present invention may be particles in which one layer of the cell component is formed on the core particles or particles in which two or more layers are formed. At this time, the cell layer is preferably a particle in which components having a refractive index are sequentially formed so as to become an outer shell of the particle.
反射層を形成するバインダー成分としては、前記コアセル粒子を結合して反射層を形成でき、光増感材の吸着を抑制できれば特に制限はないが、SiO2、TiO2、Al2O3等が挙げられる。なかでも、セル成分がSiO2の場合は粒子径が10nm以下のSiO2微粒子を用いることにより、反射(光散乱)効果を損なうことなく、また膜の形成が容易になるので好適に用いることができる。 The binder component for forming the reflective layer is not particularly limited as long as the core layer particles can be combined to form the reflective layer and the adsorption of the photosensitizer can be suppressed, but SiO 2 , TiO 2 , Al 2 O 3, etc. Can be mentioned. In particular, when the cell component is SiO 2 , it is preferable to use SiO 2 fine particles having a particle diameter of 10 nm or less because the reflection (light scattering) effect is not impaired and the film can be easily formed. it can.
反射層4中のバインダー成分とコアセル粒子との比率は、酸化物換算重量比(バインダー成分/コアセル粒子)で0.03〜0.50、好ましくは0.1〜0.3の範囲にあることが望ましい。この比率であれば膜強度を高くすることができ、密着性を高めることが可能である。
The ratio of the binder component to the core cell particles in the
前記重量比が0.03未満では、コアセル粒子間の結合が弱く、膜の強度が不充分とな
ったり、半導体膜との密着性が不充分となることがある。
重量比が0.50を超えて高い場合は、コアセル粒子の割合が低く、光散乱(反射)効
果が不充分となることがある。
If the weight ratio is less than 0.03, the bonds between the core cell particles are weak, and the strength of the film may be insufficient, or the adhesion to the semiconductor film may be insufficient.
When the weight ratio is higher than 0.50, the ratio of the core cell particles is low, and the light scattering (reflection) effect may be insufficient.
反射層4の厚さは0.4〜10.0μm、さらには1.0〜5.0μmの範囲にあることが好ましい。
反射層の厚さが薄いと、光散乱(反射)効果が不充分となることがある。また反射層の厚さが厚すぎても、かえって電子の移動距離が長くなり、光電変換効率が不充分となることがある。
The thickness of the
If the thickness of the reflective layer is thin, the light scattering (reflection) effect may be insufficient. Moreover, even if the thickness of the reflective layer is too thick, the moving distance of electrons becomes long, and the photoelectric conversion efficiency may be insufficient.
反射層4の波長領域が400〜1000nmの範囲の平均透過率は、90%以上であることが望ましい。平均透過率が90%未満の場合は、光の吸収が起こるため、光散乱(反射)効果が不充分となることがある。平均透過率のさらに好ましい範囲は95%以上である。
The average transmittance in the range where the wavelength region of the
なお、反射層4は、前記した光増感材を吸着していてもよい。
反射層4の光増感材の吸着量は50μg/cm2以下、さらには20μg/cm2以下であることが好ましい。反射層4の光増感材の吸着量が多くなると、光増感材による光の吸収が起こり光散乱(反射)効果が不充分となることがある。なお、実質的に反射層に光増感材の吸着はない方が好ましい。
The
The adsorption amount of the photosensitizer of the
反射層4は、細孔容積が0.1〜0.8ml/g、平均細孔径が2〜250nmの範囲に
あることが好ましい。細孔容積が小さい場合は、電解質の拡散を阻害し、光電変換効率が低下することがある。また、細孔容積が高い場合には反射層内の電子移動性が低下して光電変換効率を低下させることがある。また平均細孔径が小さい場合は、電解質の拡散が低下し、光電変換効率が不充分となることがある。平均細孔径が大きい場合は電子移動性が低下し光電変換効率が低下することがある。
The
このような反射層4は、バインダー成分の前駆体とコアセル粒子と分散媒とからなる光電気セル用反射層形成用塗布液を用いて作製することができる。
本発明に用いるバインダー成分前駆体としては、コアセル粒子を結合して反射層を形成でき、光増感材の吸着を抑制できれば特に制限はないが、シリカゾル、チタニアゾル、アルミナゾル等が挙げられる。
Such a
The binder component precursor used in the present invention is not particularly limited as long as it can bind the core cell particles to form a reflective layer and suppress the adsorption of the photosensitizer, and examples thereof include silica sol, titania sol, and alumina sol.
なかでも、セル成分がSiO2の場合は粒子径が10nm以下のシリカ微粒子分散ゾル
を用いることにより、反射(光散乱)効果を損なうことなく、また膜の形成が容易になるので好ましい。
In particular, when the cell component is SiO 2 , it is preferable to use a silica fine particle-dispersed sol having a particle diameter of 10 nm or less because the film formation is facilitated without impairing the reflection (light scattering) effect.
コアセル粒子としては前記したコアセル粒子を用いるが、このようなコアセル粒子の調製方法としては、前記したコアセル粒子が得られれば特に制限はなく、従来公知の方法を採用することができる。 As the core cell particles, the above-described core cell particles are used. The method for preparing such core cell particles is not particularly limited as long as the above-described core cell particles can be obtained, and conventionally known methods can be employed.
例えば、コアがTiO2でセルがSiO2からなるコアセル粒子の場合、TiO2コロイド粒子分散液に、シリカ源として、シリカゾル、ケイ酸ソーダを脱アルカリして得られる珪酸液、あるいは有機珪素化合物/有機珪素化合物の加水分解物等を加え、TiO2コロイド粒子表面に析出させ、必要に応じて、熟成、洗浄等することによって得ることができる。 For example, in the case of core cell particles in which the core is made of TiO 2 and the cell is made of SiO 2 , a silica solution obtained by dealkalizing silica sol and sodium silicate as a silica source in a TiO 2 colloidal particle dispersion, or an organosilicon compound / It can be obtained by adding a hydrolyzate of an organosilicon compound, depositing it on the surface of the TiO 2 colloidal particles, aging, washing, etc. as necessary.
このときのTiO2コロイド粒子分散液としては、半導体膜に用いた酸化チタン粒子分散ゾルは好適に用いることができる。
また、TiO2等のコア粒子に、真空下または常圧下でエチルシリケートのような有機
珪素化合物溶液を噴霧し、蒸着、乾燥、焼成して得ることもできる。
As the TiO 2 colloidal particle dispersion at this time, the titanium oxide particle-dispersed sol used for the semiconductor film can be preferably used.
Alternatively, it can be obtained by spraying an organic silicon compound solution such as ethyl silicate on core particles such as TiO 2 under vacuum or normal pressure, vapor deposition, drying and firing.
また、コアがTiO2でセルがフッ素化合物の場合、フッ素を含むシランカップリング剤、フッ素樹脂コーティング剤等を前駆体とし、TiO2粒子表面に析出させ、必要に応じ
て、熟成、洗浄、焼成等を行なうことにより、得ることができる。
In addition, when the core is TiO 2 and the cell is a fluorine compound, a silane coupling agent containing fluorine, a fluororesin coating agent, etc. are used as a precursor and deposited on the surface of the TiO 2 particles, and if necessary, aged, washed and fired It can obtain by performing etc.
本発明に用いる光電気セル用反射層形成用塗布液中のバインダー成分前駆体とコアセル粒子との比率は、酸化物換算の重量比(バインダー成分/コアセル粒子)で0.05〜0.50、好ましくは0.1〜0.3の範囲にあることが望ましい。 The ratio of the binder component precursor and the core cell particles in the coating liquid for forming the reflective layer for photoelectric cells used in the present invention is 0.05 to 0.50 in terms of oxide weight ratio (binder component / core cell particles). Preferably it is in the range of 0.1 to 0.3.
前記重量比が0.03未満では、コアセル粒子間の結合が弱く、膜の強度が不充分とな
ったり、半導体膜との密着性が不充分となることがある。
重量比が0.50を超えて高い場合は、コアセル粒子の割合が低く、光散乱(反射)効
果が不充分となることがある。
If the weight ratio is less than 0.03, the bonds between the core cell particles are weak, and the strength of the film may be insufficient, or the adhesion to the semiconductor film may be insufficient.
When the weight ratio is higher than 0.50, the ratio of the core cell particles is low, and the light scattering (reflection) effect may be insufficient.
このようなバインダー成分前駆体およびコアセル粒子は、光電気セル用反射層形成用塗布液中に、酸化物換算で1〜30重量%、好ましくは2〜20重量%の濃度で含まれていることが望ましい。 Such a binder component precursor and core cell particles are contained in the coating liquid for forming a reflective layer for photoelectric cells at a concentration of 1 to 30% by weight, preferably 2 to 20% by weight in terms of oxide. Is desirable.
分散媒としては、バインダー成分前駆体およびコアセル粒子が分散でき、かつ乾燥した際に除去できるものであれば特に制限はなく使用することができるが、特にアルコール類が好ましい。 The dispersion medium can be used without particular limitation as long as it can disperse the binder component precursor and the core cell particles and can be removed when dried, but alcohols are particularly preferable.
さらにまた、本発明に用いる光電気セル用反射層形成用塗布液には、必要に応じて膜形成助剤が含まれていてもよい。膜形成助剤としてはポリエチレングリコール、ポリビニルピロリドン、ヒドロキシプロピルセルロース、ポリアクリル酸、ポリビニルアルコール等が挙げられる。このような膜形成助剤が塗布液中に含まれていると、塗布液の粘度が高くなり、これにより均一に乾燥した膜が得られ、さらにコアセル粒子が緻密に充填して、嵩密度が高く、かつ多孔質で、半導体膜との密着性の高い反射層を得ることができる。 Furthermore, the coating liquid for forming a reflective layer for photoelectric cells used in the present invention may contain a film forming aid as required. Examples of the film forming aid include polyethylene glycol, polyvinyl pyrrolidone, hydroxypropyl cellulose, polyacrylic acid, and polyvinyl alcohol. When such a film forming aid is contained in the coating solution, the viscosity of the coating solution increases, thereby obtaining a uniformly dried film, and further, the core cell particles are densely packed and the bulk density is increased. A reflective layer that is high and porous and has high adhesion to the semiconductor film can be obtained.
反射層の製造方法は、このような光電気セル用反射層形成用塗布液を半導体膜上に塗布し、乾燥した後、硬化させることを特徴としている。
塗布液は最終的に形成される反射層の膜厚が0.4〜5.0μmの範囲となるように塗布されることが好ましい。塗布液の塗布方法としては、ディッピング法、スピナー法、スプレー法、ロールコーター法、フレキソ印刷、スクリーン印刷、インクジェット印刷など従来公知の方法で塗布することができる。
The method for producing a reflective layer is characterized in that such a coating liquid for forming a reflective layer for photoelectric cells is applied on a semiconductor film, dried and then cured.
The coating solution is preferably applied such that the finally formed reflective layer has a thickness in the range of 0.4 to 5.0 μm. As a coating method of the coating liquid, it can be applied by a conventionally known method such as a dipping method, a spinner method, a spray method, a roll coater method, flexographic printing, screen printing, and inkjet printing.
乾燥温度は分散媒を除去できる温度であればよい。
硬化させる方法としては、バインダーの種類によっても異なるが加熱硬化、紫外線照射などの方法を採用することができる。なお、塗布液中に膜成形助剤が含まれている場合には、塗膜硬化後、さらに加熱処理して膜成形助剤を分解してもよい。
The drying temperature may be any temperature that can remove the dispersion medium.
As a curing method, a method such as heat curing or ultraviolet irradiation can be employed although it varies depending on the type of the binder. In addition, when the film forming aid is contained in the coating solution, the film forming aid may be decomposed by further heat treatment after the coating film is cured.
ついで、光増感材を吸着させるが、光増感材の吸着方法は特に制限はなく、前記したように半導体膜上に反射層を形成した後、光増感材を溶媒に溶解した溶液を、ディッピング法、スピナー法、スプレー法等の方法により半導体膜に吸収させ、次いで乾燥する等の一般的な方法が採用できる。さらに必要に応じて前記吸収工程を繰り返してもよい。また、光増感材溶液を加熱環流しながら前記基板と接触させて光増感材を半導体膜に吸着させることもできる。 Next, the photosensitizer is adsorbed, but the method for adsorbing the photosensitizer is not particularly limited. After the reflective layer is formed on the semiconductor film as described above, a solution obtained by dissolving the photosensitizer in a solvent is used. A general method such as dipping, spinner, spraying or the like absorbing the semiconductor film and then drying can be employed. Furthermore, you may repeat the said absorption process as needed. Further, the photosensitizer can be adsorbed to the semiconductor film by bringing the photosensitizer solution into contact with the substrate while heating and refluxing.
反射層の光増感材の吸着量は、半導体膜と反射層の合計の吸着量から予め半導体膜のみの光増感材の吸着量を減じることによって求めることができる。
反射層は、電極間設けられていればよいが、好ましくは透明基板表面に設けれらた透明電極の表面に設けることが望ましい。
The adsorption amount of the photosensitizer on the reflective layer can be obtained by subtracting the adsorption amount of the photosensitizer on the semiconductor film alone from the total adsorption amount of the semiconductor film and the reflective layer.
The reflective layer may be provided between the electrodes, but is preferably provided on the surface of the transparent electrode provided on the transparent substrate surface.
本発明に係る光電気セルは、半導体膜3(反射層4)と電極層2とを対向して配置し、側面を樹脂などでシールし、反射層と電極と間に電解質を封入することで形成される。
電解質としては、従来公知の、電気化学的に活性な塩とともに酸化還元系を形成する少なくとも1種の化合物との混合物が使用される。
In the photoelectric cell according to the present invention, the semiconductor film 3 (reflective layer 4) and the electrode layer 2 are arranged to face each other, the side surface is sealed with resin or the like, and an electrolyte is sealed between the reflective layer and the electrode. It is formed.
As the electrolyte, a conventionally known mixture of at least one compound that forms a redox system with an electrochemically active salt is used.
電気化学的に活性な塩としては、テトラプロピルアンモニウムアイオダイドなどの4級アンモニウム塩が挙げられる。酸化還元系を形成する化合物としては、キノン、ヒドロキノン、沃素(I-/I- 3)、沃化カリウム、臭素(Br-/Br- 3)、臭化カリウム等が挙げられる。 Examples of the electrochemically active salt include quaternary ammonium salts such as tetrapropylammonium iodide. Examples of the compound forming the redox system, quinone, hydroquinone, iodine (I - / I - 3) , potassium iodide, bromine (Br - / Br - 3) , potassium bromide, and the like.
さらに、本発明では電解質として固体電解質を用いることができる。
固体電解質としては、CuI、CuBr、CuSCN、ポリアニリン、ポリピロール、ポリチオフェン、アリールアミン系ポリマー、アクリル基および/またはメタクリル基を有するポリマー、ポリビニルカルバゾール、トリフェニルジアミンポリマー、L-valine誘導体低分子ゲル、ポリオリゴエチレングリコールメタクリレート、poly(o-methoxy aniline)
、poly(epichlorohydrin-Co-ethylene oxide)、
2,2',7,7'-tetorakis(N,N-di-P-methoxyphenyl-amine)-9,9'-spirobifluorene、パーフルオロスルフォネートなどのようなプロトン伝導性を有するフッ素系のイオン交換樹脂、パ
ーフルオロカーボン共重合体、パーフルオロカーボンスルホン酸等の他、ポリエチレンオキサイドや、イオンゲル法としてたとえばイミダゾリウムカチオンとBr-、BF4 -、N-(SO2CF3)2で対イオンを形成し、これにビニルモノマー、PMMAモノマーを加え
て重合させたものも好適に用いることができる。なお、ここで固体電解質はゲル状である電解質を含んで意味している。
Furthermore, in the present invention, a solid electrolyte can be used as the electrolyte.
Examples of solid electrolytes include CuI, CuBr, CuSCN, polyaniline, polypyrrole, polythiophene, arylamine-based polymers, polymers having acrylic groups and / or methacrylic groups, polyvinylcarbazole, triphenyldiamine polymers, L-valine derivative low molecular gels, poly Oligoethylene glycol methacrylate, poly (o-methoxy aniline)
, Poly (epichlorohydrin-Co-ethylene oxide),
Fluorine ions with proton conductivity such as 2,2 ', 7,7'-tetorakis (N, N-di-P-methoxyphenyl-amine) -9,9'-spirobifluorene, perfluorosulfonate In addition to exchange resins, perfluorocarbon copolymers, perfluorocarbon sulfonic acids, etc., polyethylene oxide and ion gel methods such as imidazolium cations and Br − , BF 4 − , N— (SO 2 CF 3 ) 2 form counter ions. And what added and polymerized the vinyl monomer and the PMMA monomer to this can also be used suitably. Here, the solid electrolyte includes a gel electrolyte.
また本発明では、前記電解質層には必要に応じて電解質に溶媒を混合して用いることもできる。このとき使用される溶媒は半導体膜に吸着した光増感材が脱着して溶解することのない程度に光増感材の溶解度の低いものが望ましい。溶媒として、具体的には水、アルコール類、オリゴエーテル類、プロピオンカーボネート等のカーボネート類、燐酸エステル類、ジメチルホルムアミド、ジメチルスルホキシド、N-メチルピロリドン、N-ビニルピロリドン、スルホラン66の硫黄化合物、炭酸エチレン、アセトニトリル等が挙げられる。 Moreover, in this invention, a solvent can also be mixed and used for the said electrolyte layer as needed. The solvent used at this time is preferably a solvent having a low solubility of the photosensitizer so that the photosensitizer adsorbed on the semiconductor film does not desorb and dissolve. Specific examples of solvents include water, alcohols, oligoethers, carbonates such as propion carbonate, phosphate esters, dimethylformamide, dimethyl sulfoxide, N-methylpyrrolidone, N-vinylpyrrolidone, sulfolane 66, sulfur compounds, and carbonic acid. Examples include ethylene and acetonitrile.
[実施例]
以下、実施例により説明するが、本発明はこれらの実施例により限定されるものではない。
[実施例1]
半導体膜の形成
酸化チタン粒子(A)の調製
5gの水素化チタンを1リットルの純水に懸濁し、濃度5重量%の過酸化水素液400gを30分かけて添加し、ついで80℃に加熱して溶解してペルオキソチタン酸の溶液を調製した。この溶液の全量から90容積%を分取し、濃アンモニア水を添加してpH9に調整し、オートクレーブに入れ、220℃で5時間、飽和蒸気圧下で水熱処理を行って酸化チタン粒子(A)分散液を調製した。得られた酸化チタン粒子は、X線回折により結晶
性の高いアナターゼ型酸化チタンであった。このアナターゼ型酸化チタン粒子の平均粒子径を表1に示す。
[Example]
Hereinafter, although an example explains, the present invention is not limited by these examples.
[Example 1]
Formation of semiconductor film
Preparation of titanium oxide particles (A) 5 g of titanium hydride was suspended in 1 liter of pure water, 400 g of a hydrogen peroxide solution having a concentration of 5% by weight was added over 30 minutes, and then heated to 80 ° C. to dissolve. A solution of peroxotitanic acid was prepared. 90% by volume was taken from the total amount of this solution, adjusted to pH 9 by adding concentrated aqueous ammonia, placed in an autoclave, hydrothermally treated at 220 ° C. for 5 hours under saturated vapor pressure, and titanium oxide particles (A) A dispersion was prepared. The obtained titanium oxide particles were anatase type titanium oxide having high crystallinity by X-ray diffraction. Table 1 shows the average particle diameter of the anatase-type titanium oxide particles.
半導体膜形成用塗布液の調製
次に、上記で得られた酸化チタン粒子(A)分散液を高沸点溶媒のターピネオールに溶
媒置換すると共に濃縮して濃度10%とし、前記ペルオキソチタン酸溶液の残り10容積%と混合し、この混合液中のチタンをTiO2換算し、TiO2重量の30重量%となるように膜形成助剤としてヒドロキシプロピルセルロースを添加して半導体膜形成用塗布液を調製した。
Preparation of coating solution for forming semiconductor film Next, the titanium oxide particle (A) dispersion obtained above was replaced with terpineol, a high boiling point solvent, and concentrated to a concentration of 10%, and the rest of the peroxotitanic acid solution 10 was mixed with volume%, titanium in the mixed liquor TiO 2 terms, prepare a semiconductor film-forming coating solution with the addition of hydroxypropyl cellulose as a film-forming auxiliaries such that 30 wt% of TiO 2 by weight did.
次いで、フッ素ドープした酸化スズが電極層として形成された透明ガラス基板上に前記塗布液をスクリーン印刷法で塗布し、自然乾燥し、引き続き低圧水銀ランプを用いて6000mJ/cm2の紫外線を照射してペルオキソ酸を分解させ、塗膜を硬化させた。塗膜
を300℃で30分間加熱してヒドロキシプロピルセルロースの分解およびアニーリングを行って半導体膜を形成した。
Next, the coating solution is applied by screen printing on a transparent glass substrate on which fluorine-doped tin oxide is formed as an electrode layer, naturally dried, and subsequently irradiated with 6000 mJ / cm 2 of ultraviolet rays using a low-pressure mercury lamp. The peroxo acid was decomposed to cure the coating film. The coating film was heated at 300 ° C. for 30 minutes to decompose and anneal the hydroxypropyl cellulose to form a semiconductor film.
得られた半導体膜の膜厚および窒素吸着法によって求めた細孔容積と平均細孔径を表1に示す。
反射層(1)の形成
酸化チタン粒子(B)の調製
イソプロポキシドチタンとヒドロキシプロピルセルロースをエタノールに溶解し、これに水を徐々に添加してイソプロポキシドチタンを加水分解した。この溶液の全量から90容積%を分取し、濃アンモニア水を添加してpH9に調整し、オートクレーブに入れ、250℃で5時間、飽和蒸気圧下で水熱処理を行って酸化チタン粒子(B)を調製した。得られた酸化チタン粒子は、X線回折により結晶性の高いアナターゼ型酸化チタンであった
。このアナターゼ型酸化チタン粒子の屈折率および平均粒子径を表1に示す。なお、屈折率は酸化チタンの既知の屈折率を示した。
Table 1 shows the thickness of the obtained semiconductor film and the pore volume and average pore diameter determined by the nitrogen adsorption method.
Formation of the reflective layer (1)
Preparation of Titanium Oxide Particles (B) Isopropoxide titanium and hydroxypropylcellulose were dissolved in ethanol, and water was gradually added to hydrolyze the isopropoxide titanium. 90% by volume is taken from the total amount of this solution, adjusted to pH 9 by adding concentrated aqueous ammonia, placed in an autoclave, hydrothermally treated at 250 ° C. for 5 hours under saturated vapor pressure, and titanium oxide particles (B) Was prepared. The obtained titanium oxide particles were anatase type titanium oxide having high crystallinity by X-ray diffraction. Table 1 shows the refractive index and average particle diameter of the anatase-type titanium oxide particles. The refractive index is a known refractive index of titanium oxide.
コアセル粒子(1)の調製
上記で得られた、酸化チタン粒子(B)を水に分散させ、ケイ酸ソーダを脱アルカリし
て得られるケイ酸液を酸化チタン粒子に対して1重量%の固形分量となるように添加し、85℃に加温し5時間保持し、遠心分離によるデカンテーションを繰り返し洗浄し、コアセル粒子(1)を得た。コアセル粒子(1)の平均粒子径およびセルの屈折率を表1に示す。なお、セルの屈折率はシリカの既知の屈折率を示した。
Preparation of core cell particles (1) Disperse the titanium oxide particles (B) obtained above in water and dealkalize sodium silicate so that the silicic acid solution is 1% by weight solids with respect to the titanium oxide particles. It added so that it might become a quantity, and it heated at 85 degreeC, hold | maintained for 5 hours, and repeated washing | cleaning by the decantation by centrifugation, and the core cell particle (1) was obtained. Table 1 shows the average particle diameter of the core cell particles (1) and the refractive index of the cells. In addition, the refractive index of the cell showed the known refractive index of silica.
反射層形成用塗布液(1)の調製
次に、上記で得られたコアセル粒子(1)をターピネオールに溶媒置換すると共に濃縮して濃度10%まで濃縮し、粒子径が5nmのシリカゾルを混合し、この混合液中の固形分重量の30重量%となるように膜形成助剤としてヒドロキシプロピルセルロースを添加して反射層形成用塗布液(1)を調製した。
Preparation of coating solution (1) for forming a reflective layer Next, the core cell particles (1) obtained above were replaced with terpineol and concentrated to a concentration of 10%, and silica sol having a particle size of 5 nm was mixed. A reflection layer forming coating solution (1) was prepared by adding hydroxypropylcellulose as a film forming aid so as to be 30% by weight of the solid content in the mixed solution.
次いで、半導体膜上に前記塗布液をスクリーン法で塗布し、自然乾燥し、塗膜を300℃で30分間加熱して硬化させるとともにヒドロキシプロピルセルロースの分解およびアニーリングを行って反射層(1)を形成した。 Next, the coating solution is applied onto the semiconductor film by a screen method, dried naturally, and the coating film is heated at 300 ° C. for 30 minutes to be cured, and hydroxypropylcellulose is decomposed and annealed to form the reflective layer (1). Formed.
得られた反射層(1)の膜厚および窒素吸着法によって求めた細孔容積と平均細孔径を表1に示す。
分光増感色素の吸着
次に、分光増感色素として RuL2(NCS)2, L=4.4'-dicarboxy-2,2' bipyridineで表され
るルテニウム錯体の濃度3×10-4モル/リットルのエタノール溶液を調製した。この分光増感色素液を80℃に保持し、これに半導体膜および反射層(1)を形成したガラス基板を1時間浸漬して吸着させた。半導体膜および反射層(1)の分光増感色素の吸着量を表1に示す。
Table 1 shows the film thickness of the obtained reflective layer (1) and the pore volume and average pore diameter determined by the nitrogen adsorption method.
Adsorption of spectral sensitizing dye Next, the concentration of ruthenium complex represented by RuL 2 (NCS) 2 , L = 4.4'-dicarboxy-2,2 'bipyridine as spectral sensitizing dye is 3 × 10 −4 mol / liter. An ethanol solution was prepared. This spectral sensitizing dye solution was kept at 80 ° C., and a glass substrate on which the semiconductor film and the reflective layer (1) were formed was immersed in and adsorbed for 1 hour. Table 1 shows the amount of the spectral sensitizing dye adsorbed on the semiconductor film and the reflective layer (1).
光電気セルの(1)作成
アセトニトリルとエチレンカーボネートの容積比(アセトニトリル:エチレンカーボネート)が1:4となるように混合し、これにテトラプロピルアンモニウムアイオダイドを0.46モル/リットル、ヨウ素を0.06モル/リットルとなるように混合して電解質層用混合物を得た。
(1) Preparation of Photoelectric Cell Mixing was performed so that the volume ratio of acetonitrile to ethylene carbonate (acetonitrile: ethylene carbonate) was 1: 4. Tetrapropylammonium iodide was 0.46 mol / liter and iodine was 0. The mixture for electrolyte layer was obtained by mixing so as to be 0.06 mol / liter.
前記で調製した電極を一方の電極とし、他方の電極としてフッ素ドープした酸化スズを電極として形成し、その上に白金を担持した透明ガラス基板を対向して 配置し、側面を
樹脂にてシールし、電極間に上記の電解質層用混合物を封入し、さらに電極間をリード線で接続して光電気セル(1)を作成した。
The electrode prepared above is used as one electrode, and fluorine-doped tin oxide as the other electrode is formed as an electrode. A transparent glass substrate carrying platinum is placed on the opposite side, and the side is sealed with a resin. The above electrolyte layer mixture was sealed between the electrodes, and the electrodes were further connected with lead wires to produce a photoelectric cell (1).
光電気セル(1)は、ソーラーシュミレーターで100W/m2の強度の光を入射角9
0°で照射して、Voc(開回路状態の電圧)、Joc(回路を短絡したときに流れる電流の密度)、FF(曲線因子)およびη(変換効率)を測定した。結果を表1に示す。
The photoelectric cell (1) is a solar simulator that emits light with an intensity of 100 W / m 2 at an incident angle of 9
Irradiated at 0 °, Voc (voltage in an open circuit state), Joc (density of current flowing when the circuit was short-circuited), FF (fill factor) and η (conversion efficiency) were measured. The results are shown in Table 1.
[実施例2]
反射層(2)の形成
実施例1と同様にして半導体膜を形成した後、実施例1と同様にして調製した反射層形成用塗布液(1)を、最終的に得られる反射層の厚みが1μmとなるように塗布した以外
は同様にして反射層(2)を形成した。
[Example 2]
Formation of Reflective Layer (2) After forming a semiconductor film in the same manner as in Example 1, the reflective layer-forming coating solution (1) prepared in the same manner as in Example 1 is finally obtained. The reflective layer (2) was formed in the same manner except that the coating was applied so as to be 1 μm.
分光増感色素の吸着
実施例1において、半導体膜および反射層(2)を形成したガラス基板を浸漬した以外は同様にして分光増感色素を吸着させた。半導体膜および反射層(2)の分光増感色素の吸着量を表1に示す。
Spectral sensitizing dye adsorption In Example 1, the spectral sensitizing dye was adsorbed in the same manner except that the glass substrate on which the semiconductor film and the reflective layer (2) were formed was immersed. Table 1 shows the amount of the spectral sensitizing dye adsorbed on the semiconductor film and the reflective layer (2).
光電気セルの(2)作成
実施例1において、反射層(2)を形成した電極を一方の電極とした以外は同様にして光電気セル(2)を作成した。
(2) Preparation of Photoelectric Cell A photoelectric cell (2) was prepared in the same manner as in Example 1, except that the electrode on which the reflective layer (2) was formed was one electrode.
光電気セル(2)について、Voc、Joc、FFおよびηを測定した。結果を表1に示す。
[実施例3]
反射層(3)の形成
実施例1と同様にして半導体膜を形成した後、実施例1と同様にして調製した反射層形成用塗布液(1)を、最終的に得られる反射層の厚みが5μmとなるように塗布した以外
は同様にして反射層(3)を形成した。
For the photoelectric cell (2), Voc, Joc, FF and η were measured. The results are shown in Table 1.
[Example 3]
Formation of Reflective Layer (3) After forming a semiconductor film in the same manner as in Example 1, the reflective layer forming coating solution (1) prepared in the same manner as in Example 1 is used to obtain the thickness of the reflective layer finally obtained. A reflective layer (3) was formed in the same manner except that the coating was applied to a thickness of 5 μm.
分光増感色素の吸着
実施例1において、半導体膜および反射層(3)を形成したガラス基板を浸漬した以外は同様にして分光増感色素を吸着させた。半導体膜および反射層(3)の分光増感色素の吸着量を表1に示す。
Spectral sensitizing dye adsorption In Example 1, the spectral sensitizing dye was adsorbed in the same manner except that the glass substrate on which the semiconductor film and the reflective layer (3) were formed was immersed. Table 1 shows the adsorption amounts of the spectral sensitizing dyes of the semiconductor film and the reflective layer (3).
光電気セルの(3)作成
実施例1において、反射層(3)を形成した電極を一方の電極とした以外は同様にして光電気セル(3)を作成した。
(3) Preparation of Photoelectric Cell A photoelectric cell (3) was prepared in the same manner as in Example 1 except that the electrode on which the reflective layer (3) was formed was used as one electrode.
光電気セル(3)について、Voc、Joc、FFおよびηを測定した。結果を表1に示す。
[実施例4]
コアセル粒子(2)の調製
酸化チタン粒子(B)を水に分散させ、ケイ酸ソーダを脱アルカリして得られるケイ酸
液をチタニア粒子に対して2重量%の固形分量となるように添加し、85℃に加温し1時間保持し、遠心分離によるデカンテーションを繰り返し洗浄し、コアセル粒子(2)を得た。コアセル粒子(2)の平均粒子径およびセルの屈折率を表1に示す。なお、セルの屈折率はシリカの既知の屈折率を示した。
反射層(4)の形成
反射層形成用塗布液(2)の調製
実施例1において、コアセル粒子(2)を用いた以外は同様にして反射層形成用塗布液(2)を調製した。
For the photoelectric cell (3), Voc, Joc, FF and η were measured. The results are shown in Table 1.
[Example 4]
Preparation of core cell particles (2) Disperse the titanium oxide particles (B) in water and add a silicic acid solution obtained by dealkalizing sodium silicate so as to have a solid content of 2% by weight with respect to the titania particles. The mixture was heated to 85 ° C. and held for 1 hour, and decantation by centrifugation was repeatedly washed to obtain core cell particles (2). Table 1 shows the average particle diameter of the core cell particles (2) and the refractive index of the cells. In addition, the refractive index of the cell showed the known refractive index of silica.
Formation of reflective layer (4)
Preparation of Reflective Layer Forming Coating Liquid (2) A reflective layer forming coating liquid (2) was prepared in the same manner as in Example 1 except that the core cell particles (2) were used.
ついで、実施例1と同様にして半導体膜を形成した後、反射層形成用塗布液(2)を、最終的に得られる反射層の厚みが3μmとなるように塗布した以外は同様にして反射層(4)を形成した。 Next, after forming a semiconductor film in the same manner as in Example 1, the reflective layer forming coating solution (2) was similarly reflected except that the thickness of the finally obtained reflective layer was 3 μm. Layer (4) was formed.
分光増感色素の吸着
実施例1において、半導体膜および反射層(4)を形成したガラス基板を浸漬した以外は同様にして分光増感色素を吸着させた。半導体膜および反射層(4)の分光増感色素の吸着量を表1に示す。
Spectral sensitizing dye adsorption In Example 1, the spectral sensitizing dye was adsorbed in the same manner except that the glass substrate on which the semiconductor film and the reflective layer (4) were formed was immersed. Table 1 shows the adsorption amounts of the spectral sensitizing dyes of the semiconductor film and the reflective layer (4).
光電気セルの(4)作成
実施例1において、反射層(4)を形成した電極を一方の電極とした以外は同様にして光電気セル(4)を作成した。
(4) Preparation of Photoelectric Cell A photoelectric cell (4) was prepared in the same manner as in Example 1, except that the electrode on which the reflective layer (4) was formed was one electrode.
光電気セル(4)について、Voc、Joc、FFおよびηを測定した。結果を表1に示す。
[実施例5]
酸化チタン粒子(C)の調製
イソプロポキシドチタンとヒドロキシプロピルセルロースをエタノールに溶解し、これに水を徐々に添加してイソプロポキシドチタンを加水分解した。この溶液の全量から90容積%を分取し、濃アンモニア水を添加してpH10に調整し、オートクレーブに入れ、250℃で5時間、飽和蒸気圧下で水熱処理を行って酸化チタン粒子(C)を調製した。
得られた酸化チタン粒子は、X線回折により結晶性の高いアナターゼ型酸化チタンであった。このアナターゼ型酸化チタン粒子の屈折率および平均粒子径を表1に示す。なお、屈折率は酸化チタンの既知の屈折率を示した。
For the photoelectric cell (4), Voc, Joc, FF and η were measured. The results are shown in Table 1.
[Example 5]
Preparation of Titanium Oxide Particles (C) Isopropoxide titanium and hydroxypropyl cellulose were dissolved in ethanol, and water was gradually added to hydrolyze the isopropoxide titanium. 90% by volume was taken from the total amount of this solution, adjusted to pH 10 by adding concentrated aqueous ammonia, placed in an autoclave, hydrothermally treated at 250 ° C. for 5 hours under saturated vapor pressure, and titanium oxide particles (C) Was prepared.
The obtained titanium oxide particles were anatase type titanium oxide having high crystallinity by X-ray diffraction. Table 1 shows the refractive index and average particle diameter of the anatase-type titanium oxide particles. The refractive index is a known refractive index of titanium oxide.
コアセル粒子(3)の調製
上記で得られた、酸化チタン粒子(C)を水に分散させ、ケイ酸ソーダを脱アルカリし
て得られるケイ酸液を酸化チタン粒子に対して1重量%の固形分量となるように添加し、85℃に加温し5時間保持し、遠心分離によるデカンテーションを繰り返し洗浄し、コアセル粒子(3)を得た。コアセル粒子(3)の平均粒子径およびセルの屈折率を表1に示す。なお、セルの屈折率はシリカの既知の屈折率を示した。
Preparation of core cell particles (3) Disperse the titanium oxide particles (C) obtained above in water and dealkalize sodium silicate so that the silicic acid solution is 1% by weight solids with respect to the titanium oxide particles. It added so that it might become a quantity, and it heated at 85 degreeC, hold | maintained for 5 hours, and repeated washing | cleaning by the decantation by centrifugation, and obtained the core cell particle (3). Table 1 shows the average particle diameter of the core cell particles (3) and the refractive index of the cells. In addition, the refractive index of the cell showed the known refractive index of silica.
反射層(5)の形成
反射層形成用塗布液(3)の調製
実施例1において、コアセル粒子(3)を用いた以外は同様にして反射層形成用塗布液(3)を調製した。
Formation of the reflective layer (5)
Preparation of Reflective Layer Forming Coating Liquid (3) A reflective layer forming coating liquid (3) was prepared in the same manner as in Example 1 except that the core cell particles (3) were used.
ついで、実施例1と同様にして半導体膜を形成した後、反射層形成用塗布液(3)を、最終的に得られる反射層の厚みが3μmとなるように塗布した以外は同様にして反射層(5)を形成した。 Next, after forming the semiconductor film in the same manner as in Example 1, the reflective layer forming coating solution (3) was similarly reflected except that the thickness of the finally obtained reflective layer was 3 μm. Layer (5) was formed.
分光増感色素の吸着
実施例1において、半導体膜および反射層(5)を形成したガラス基板を浸漬した以外は同様にして分光増感色素を吸着させた。半導体膜および反射層(5)の分光増感色素の吸着量を表1に示す。
Spectral sensitizing dye adsorption In Example 1, the spectral sensitizing dye was adsorbed in the same manner except that the glass substrate on which the semiconductor film and the reflective layer (5) were formed was immersed. Table 1 shows the amount of the spectral sensitizing dye adsorbed on the semiconductor film and the reflective layer (5).
光電気セルの(5)作成
実施例1において、反射層(5)を形成した電極を一方の電極とした以外は同様にして光電気セル(5)を作成した。
(5) Preparation of Photoelectric Cell A photoelectric cell (5) was prepared in the same manner as in Example 1 except that the electrode on which the reflective layer (5) was formed was one electrode.
光電気セル(5)について、Voc、Joc、FFおよびηを測定した。結果を表1に示す。
[実施例6]
コアセル粒子(4)の調製
実施例1と同様にして調製した酸化チタン粒子(B)の溶媒をエタノールに置換し、つ
いで、エタノールをヘキサンに置換した後、N2をバブリングしてN2雰囲気にし、ポリシラザンをSi3N4として酸化チタン粒子に対して0.8重量%となるように添加し、ついで、65℃に加温して8時間保持し、遠心分離によるデカンテーションを繰り返し洗浄し、コアセル粒子(4)を得た。コアセル粒子(4)の平均粒子径およびセルの屈折率を表1に示す。なお、セルの屈折率はポリシラザンの既知の屈折率を示した。
For the photoelectric cell (5), Voc, Joc, FF and η were measured. The results are shown in Table 1.
[Example 6]
Preparation of core cell particles (4) The solvent of titanium oxide particles (B) prepared in the same manner as in Example 1 was replaced with ethanol, then ethanol was replaced with hexane, and N 2 was bubbled into an N 2 atmosphere. Polysilazane was added as Si 3 N 4 to 0.8 wt% with respect to the titanium oxide particles, then heated to 65 ° C. and held for 8 hours, and decantation by centrifugation was repeatedly washed, Core cell particles (4) were obtained. Table 1 shows the average particle diameter of the core cell particles (4) and the refractive index of the cells. In addition, the refractive index of the cell showed the known refractive index of polysilazane.
反射層(6)の形成
反射層形成用塗布液(4)の調製
実施例1において、コアセル粒子(4)を用いた以外は同様にして反射層形成用塗布液(4)を調製した。
Formation of reflective layer (6)
Preparation of Reflective Layer Forming Coating Liquid (4) A reflective layer forming coating liquid (4) was prepared in the same manner as in Example 1 except that the core cell particles (4) were used.
ついで、実施例1と同様にして半導体膜を形成した後、反射層形成用塗布液(4)を、最終的に得られる反射層の厚みが3μmとなるように塗布した以外は同様にして反射層(6)を形成した。 Next, after forming a semiconductor film in the same manner as in Example 1, the reflective layer forming coating solution (4) was similarly reflected except that the thickness of the finally obtained reflective layer was 3 μm. Layer (6) was formed.
分光増感色素の吸着
実施例1において、半導体膜および反射層(6)を形成したガラス基板を浸漬した以外は同様にして分光増感色素を吸着させた。半導体膜および反射層(6)の分光増感色素の吸着量を表1に示す。
Spectral sensitizing dye adsorption In Example 1, the spectral sensitizing dye was adsorbed in the same manner except that the glass substrate on which the semiconductor film and the reflective layer (6) were formed was immersed. Table 1 shows the adsorption amounts of the spectral sensitizing dyes of the semiconductor film and the reflective layer (6).
光電気セルの(6)作成
実施例1において、反射層(6)を形成した電極を一方の電極とした以外は同様にして光電気セル(6)を作成した。
(6) Preparation of Photoelectric Cell A photoelectric cell (6) was prepared in the same manner as in Example 1, except that the electrode on which the reflective layer (6) was formed was one electrode.
光電気セル(6)について、Voc、Joc、FFおよびηを測定した。結果を表1に示す。
[実施例7]
コアセル粒子(5)の調製
実施例1と同様にして調製した酸化チタン粒子(B)の溶媒をエタノールに置換し、こ
れに、アルミニウムトリイソプロポキシドをイソプロパノールに溶解した溶液とエチルシリケートとをSiO2/Al2O3=5/1となるように混合した溶液を、固形分が酸化チ
タン粒子に対して1重量%となるように濃度1重量%のアンモニア水と同時に添加し、ついで、85℃に加温し1時間保持し、遠心分離によるデカンテーションを繰り返し洗浄してコアセル粒子(5)を得た。コアセル粒子(5)の平均粒子径およびセルの屈折率を表1に示す。なお、セルの屈折率はシリカ・アルミナ(SiO2/Al2O3=5/1)の既
知の屈折率を示した。
For the photoelectric cell (6), Voc, Joc, FF and η were measured. The results are shown in Table 1.
[Example 7]
Preparation of core cell particles (5) The solvent of titanium oxide particles (B) prepared in the same manner as in Example 1 was replaced with ethanol, and a solution of aluminum triisopropoxide dissolved in isopropanol and ethyl silicate were mixed with SiO 2. The solution mixed so that 2 / Al 2 O 3 = 5/1 was added at the same time with ammonia water having a concentration of 1% by weight so that the solid content was 1% by weight with respect to the titanium oxide particles. The mixture was heated to 0 ° C. and held for 1 hour, and decantation by centrifugation was repeatedly washed to obtain core cell particles (5). Table 1 shows the average particle diameter of the core cell particles (5) and the refractive index of the cells. The refractive index of the cell was a known refractive index of silica / alumina (SiO 2 / Al 2 O 3 = 5/1).
反射層(7)の形成
反射層形成用塗布液(5)の調製
実施例1において、コアセル粒子(5)を用いた以外は同様にして反射層形成用塗布液(5)を調製した。
Formation of reflective layer (7)
Preparation of Reflective Layer Forming Coating Solution (5) A reflective layer forming coating solution (5) was prepared in the same manner as in Example 1 except that the core cell particles (5) were used.
ついで、実施例1と同様にして半導体膜を形成した後、反射層形成用塗布液(5)を、最終的に得られる反射層の厚みが3μmとなるように塗布した以外は同様にして反射層(7)を形成した。 Next, after forming a semiconductor film in the same manner as in Example 1, the reflective layer forming coating solution (5) was similarly reflected except that the thickness of the finally obtained reflective layer was 3 μm. Layer (7) was formed.
分光増感色素の吸着
実施例1において、半導体膜および反射層(7)を形成したガラス基板を浸漬した以外は同様にして分光増感色素を吸着させた。半導体膜および反射層(7)の分光増感色素の吸着量を表1に示す。
Spectral sensitizing dye adsorption In Example 1, the spectral sensitizing dye was adsorbed in the same manner except that the glass substrate on which the semiconductor film and the reflective layer (7) were formed was immersed. Table 1 shows the adsorption amounts of the spectral sensitizing dyes of the semiconductor film and the reflective layer (7).
光電気セルの(7)作成
実施例1において、反射層(7)を形成した電極を一方の電極とした以外は同様にして光電気セル(7)を作成した。
(7) Preparation of Photoelectric Cell A photoelectric cell (7) was prepared in the same manner as in Example 1, except that the electrode on which the reflective layer (7) was formed was one electrode.
光電気セル(7)について、Voc、Joc、FFおよびηを測定した。結果を表1に示す。
[比較例1]
光電気セル(R1)の作成
実施例1において、反射層(1)を形成しなかった以外は実施例1と同様にして光電気セル(R1)を作成した。
For the photoelectric cell (7), Voc, Joc, FF and η were measured. The results are shown in Table 1.
[Comparative Example 1]
Production of Photoelectric Cell (R1) A photoelectric cell (R1) was produced in the same manner as in Example 1 except that the reflective layer (1) was not formed.
光電気セル(R1)について、Voc、Joc、FFおよびηを測定した。結果を表1に示す。
[比較例2]
反射層膜形成用塗布液(R1)の調製
実施例1と同様にして得た酸化チタン粒子(B)をターピネオールに溶媒置換すると共
に濃縮して濃度10%まで濃縮し、粒子径が10nmの酸化チタンゾルを混合し、この混合液中の固形分の30重量%となるように膜形成助剤としてヒドロキシプロピルセルロースを添加して反射層膜形成用塗布液(R1)を調製した。
For the photoelectric cell (R1), Voc, Joc, FF and η were measured. The results are shown in Table 1.
[Comparative Example 2]
Preparation of Reflective Layer Film Forming Coating Solution (R1) Titanium oxide particles (B) obtained in the same manner as in Example 1 were replaced with terpineol, concentrated and concentrated to a concentration of 10%, and oxidized with a particle size of 10 nm. A titanium sol was mixed, and hydroxypropylcellulose was added as a film forming aid so as to have a solid content of 30% by weight in the mixed liquid to prepare a reflection layer film forming coating liquid (R1).
反射層(R1)の形成
実施例1と同様にして半導体膜を形成した後、反射層形成用塗布液(R1)を、最終的に得られる反射層の厚みが3μmとなるように塗布した以外は同様にして反射層(R1)を形成した。
Formation of Reflective Layer (R1) After forming a semiconductor film in the same manner as in Example 1, the reflective layer forming coating solution (R1) was applied so that the thickness of the finally obtained reflective layer was 3 μm. In the same manner, a reflective layer (R1) was formed.
分光増感色素の吸着
実施例1において、半導体膜および反射層(R1)を形成したガラス基板を浸漬した以外は同様にして分光増感色素を吸着させた。半導体膜および反射層(R1)の分光増感色素の吸着量を表1に示す。
Spectral sensitizing dye adsorption In Example 1, the spectral sensitizing dye was adsorbed in the same manner except that the glass substrate on which the semiconductor film and the reflective layer (R1) were formed was immersed. Table 1 shows the amount of the spectral sensitizing dye adsorbed on the semiconductor film and the reflective layer (R1).
光電気セルの(R2)作成
実施例1において、反射層(R1)を形成した電極を一方の電極とした以外は同様にして光電気セル(R2)を作成した。
(R2) Preparation of Photoelectric Cell A photoelectric cell (R2) was prepared in the same manner as in Example 1 except that the electrode on which the reflective layer (R1) was formed was one electrode.
光電気セル(R2)について、Voc、Joc、FFおよびηを測定した。結果を表1に示す。
[比較例3]
コアセル粒子(R1)の調製
シリカゾル(触媒化成工業(株)製:SS−550、平均粒子径550nm、SiO2濃度20重量%)の溶媒をメタノールに置換した後、さらに、ヘキサンに置換した後、N2
をバブリングしN2雰囲気にし、ポリシラザンをSi3N4としてシリカ粒子に対して0.
8重量%となるように添加し、65℃に加温して8時間保持し、遠心分離によるデカンテーションを繰り返し洗浄してコアセル粒子(R1)を得た。コアセル粒子(R1)の平均粒子径およびセルの屈折率を表1に示す。なお、セルの屈折率はポリシラザンの既知の屈折率を示した。
Voc, Joc, FF and η were measured for the photoelectric cell (R2). The results are shown in Table 1.
[Comparative Example 3]
Preparation of Core Cell Particles (R1) After replacing the solvent of silica sol (manufactured by Catalytic Chemical Industry Co., Ltd .: SS-550, average particle size 550 nm, SiO 2 concentration 20% by weight) with methanol, and further substituting with hexane, N 2
Is bubbled into an N 2 atmosphere, and polysilazane is made Si 3 N 4 with respect to silica particles.
It added so that it might become 8 weight%, and it heated at 65 degreeC and hold | maintained for 8 hours, and repeated decantation by centrifugation and wash | cleaned and obtained the core cell particle (R1). Table 1 shows the average particle diameter of the core cell particles (R1) and the refractive index of the cells. In addition, the refractive index of the cell showed the known refractive index of polysilazane.
反射層(R2)の形成
反射層形成用塗布液(R2)の調製
実施例1において、コアセル粒子(R1)を用いた以外は同様にして反射層形成用塗布液(R2)を調製した。
Formation of reflective layer (R2)
Preparation of Reflective Layer Forming Coating Liquid (R2) A reflective layer forming coating liquid (R2) was prepared in the same manner as in Example 1 except that the core cell particles (R1) were used.
ついで、実施例1と同様にして半導体膜を形成した後、反射層形成用塗布液(R2)を、最終的に得られる反射層の厚みが3μmとなるように塗布した以外は同様にして反射層(R2)を形成した。 Next, after forming a semiconductor film in the same manner as in Example 1, the reflective layer forming coating solution (R2) was similarly reflected except that the thickness of the finally obtained reflective layer was 3 μm. Layer (R2) was formed.
分光増感色素の吸着
実施例1において、半導体膜および反射層(R2)を形成したガラス基板を浸漬した以外は同様にして分光増感色素を吸着させた。半導体膜および反射層(R2)の分光増感色素の吸着量を表1に示す。
Spectral sensitizing dye adsorption In Example 1, the spectral sensitizing dye was adsorbed in the same manner except that the glass substrate on which the semiconductor film and the reflective layer (R2) were formed was immersed. Table 1 shows the adsorption amounts of the spectral sensitizing dyes of the semiconductor film and the reflective layer (R2).
光電気セルの(R3)作成
実施例1において、反射層(R2)を形成した電極を一方の電極とした以外は同様にして光電気セル(R3)を作成した。
(R3) Preparation of Photoelectric Cell A photoelectric cell (R3) was prepared in the same manner as in Example 1, except that the electrode on which the reflective layer (R2) was formed was one electrode.
光電気セル(R3)について、Voc、Joc、FFおよびηを測定した。結果を表1に示す。 Voc, Joc, FF and η were measured for the photoelectric cell (R3). The results are shown in Table 1.
1…透明電極層
2…電極層
3…半導体膜
4…反射層
5…電解質層
6…透明基板
7…基板
DESCRIPTION OF
Claims (9)
表面に電極層(2)を有する基板(7)とが、前記電極層(1)および電極層(2)が対向するように配置してなり、
半導体膜(3)と電極層(2)との間に電解質が封入された電解質層(5)を設けてなる光電気セルにおいて、
電解質層(5)と半導体膜(3)との間に反射層(4)を設けてなり、
少なくとも一方の基板および電極層が透明性を有していることを特徴とする光電気セル。 A substrate (6) comprising a semiconductor film (3) having an electrode layer (1) on the surface and adsorbing a photosensitizer on the surface of the electrode layer (1);
The substrate (7) having the electrode layer (2) on the surface is arranged so that the electrode layer (1) and the electrode layer (2) face each other,
In a photoelectric cell comprising an electrolyte layer (5) in which an electrolyte is sealed between a semiconductor film (3) and an electrode layer (2),
A reflective layer (4) is provided between the electrolyte layer (5) and the semiconductor film (3);
At least one substrate and an electrode layer have transparency, The photoelectric cell characterized by the above-mentioned.
1〜4のいずれかに記載の光電気セル。 The photoelectric cell according to claim 1, wherein the adsorption amount of the photosensitizer in the reflective layer is 50 μg / cm 2 or less.
率(NS)が1.2〜2.0の範囲にあり、屈折率差NC−NSが0.2以上であることを
特徴とする請求項1〜5のいずれかに記載の光電気セル。 The core cell particles have a core refractive index (N C ) in the range of 1.8 to 2.5, a cell refractive index (N S ) in the range of 1.2 to 2.0, and a refractive index difference N The photoelectric cell according to claim 1, wherein C— N S is 0.2 or more.
The photoelectric cell according to any one of claims 1 to 8, wherein an average particle diameter of the core cell particles is in a range of 100 to 700 nm.
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