JP2007084671A - 半導体微粒子分散用バインダー組成物 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 テトライソプロポキシチタンと、該テトライソプロポキシチタンと反応性を有する有機溶媒とからなり、該テトライソプロポキシチタンの一部が該有機溶媒との反応によって変性された変性物を含んでいるとともに、ゲル化により形成される固形分が、赤外分光分析(IR)により、下記式: A600cm−1/A400cm−1 式中、A600cm−1は、TiO2に由来する波数600cm−1でのピーク高さ を示し、 A400cm−1は、TiOHに由来する波数400cm−1でのピーク高さ を示す、で表されるピーク強度比が1.09以上となる赤外線吸収スペクトルを示すことを特徴とする。
【選択図】図1
Description
本発明の他の目的は、上記半導体微粒子分散用バインダー組成物に半導体微粒子が分散され、半導体多孔質膜を形成するためのコーティング層の形成に使用される半導体微粒子分散スラリーを提供することにある。
本発明の更に他の目的は、上記の半導体微粒子分散用バインダー組成物を用いて形成される色素増感型太陽電池の負極における半導体多孔質膜を提供することにある。
A600cm−1/A400cm−1
式中、A600cm−1は、TiO2に由来する波数600cm−1でのピーク高さ
を示し、
A400cm−1は、TiOHに由来する波数400cm−1でのピーク高さ
を示す、
で表されるピーク強度比が1.09以上となる赤外線吸収スペクトルを示すことを特徴とする半導体微粒子分散用バインダー組成物が提供される。
(1)前記バインダー組成物中に含まれるチタン成分の平均組成が、下記式(1):
Ti・(O−iC3H7)4−xn・Rn (1)
式中、Rは、有機溶媒との反応によりテトライソプロポキシチタン中に導入さ
れる変性基であり、
xは、前記有機溶媒の反応価数であり、
nは、0<xn<4 を満足する数である、
で表されること、
(2)前記有機溶媒が、炭素数1、2または4である一価の低級アルコール、アセチルアセトンまたはエチレングリコールであり、前記チタン成分の平均組成が、下記式(1a),(1b)或いは(1c):
Ti・(O−iC3H7)4−n・(OR1)n (1a)
式中、R1は、炭素数1、2または4のアルキル基であり、
nは、0<n<4の数である、
Ti・(O−iC3H7)4−n・(CH3COCHCOCH3)n (1b)
式中、nは、0<n<4の数である、
Ti・(O−iC3H7)4−2n・(OC2H4)n (1c)
式中、nは、0<n<2の数である、
で表されること、
(3)チタン元素を、テトライソプロポキシチタン換算で、0.1乃至3モル/Lの濃度で含有していること、
が好適である。
かかる半導体微粒子分散スラリーにおいては、前記半導体微粒子が二酸化チタンであることが好適である。
A600cm−1/A400cm−1
で表されるピーク強度比が1.09以上となる。即ち、A600cm−1は、TiO2に由来する波数600cm−1でのピーク高さを示し、A400cm−1は、TiOHに由来する波数400cm−1でのピーク高さを示し、上記ピーク強度比が1.09以上であるということは、一定量以上の量でテトライソプロポキシチタンの変性物(Tiに結合している4個のアルコキシル基の一部が、有機溶媒化合物が有している反応性の官能基と置換されている)が生成しており、従って、ゲル化物(固形分)には、テトライソプロポキシチタンの縮合によるTiO2結合が多量に生成していることを意味している。例えば、テトライソプロポキシチタンと有機溶媒とが単に混合されているに過ぎない場合には、両者は単に同一場に存在しているに過ぎず、有機溶媒中に含まれている水とテトライソプロポキシチタンが極若干量TiOHに反応するだけとなる。従ってTiO2結合の量が少なくなるため、上記ピーク強度比は1.09未満となる。
本発明の半導体微粒子分散用バインダー組成物は、テトライソプロポキシチタンを、該テトライソプロポキシチタンと反応性を有する有機溶媒に分散させたものであり、該テトライソプロポキシチタンの一部が該有機溶媒と反応して変性されているものであり、前述した図1における半導体多孔質膜3を形成するための材料として使用される。
Ti・(O−iC3H7)4−xn・Rn (1)
式中、Rは、有機溶媒との反応によりテトライソプロポキシチタン中に導入さ
れる変性基であり、
xは、前記有機溶媒の反応価数であり、
nは、0<xn<4 を満足する数である。
Ti・(O−iC3H7)4+nR1OH
→ Ti・(O−iC3H7)4−n・(OR1)n+nC3H7OH
従って、このバインダー組成物のチタン成分の平均組成は、下記式(1a)で表されることとなる。
Ti・(O−iC3H7)4−n・(OR1)n (1a)
式中、R1は、炭素数1、2または4のアルキル基であり、
nは、0<n<4の数である。
Ti・(O−iC3H7)4+nCH3COCH2COCH3
→Ti・(O−iC3H7)4−n・(CH3COCHCOCH3)n+nC3H7OH
従って、このバインダー組成物のチタン成分の平均組成は、下記式(1b)で表されることとなる。
Ti・(O−iC3H7)4−n・(CH3COCHCOCH3)n (1b)
式中、nは、0<n<4の数である。
Ti・(O−iC3H7)4+nC2H4・(OH)2
→Ti・(O−iC3H7)4−2n・(OC2H4)n +2nC3H7OH
従って、このバインダー組成物のチタン成分の平均組成は、下記式(1c)で表されることとなる。
Ti・(O−iC3H7)4−2n・(OC2H4)n (1c)
式中、nは、0<n<2の数である。
A600cm−1/A400cm−1
式中、A600cm−1は、TiO2に由来する波数600cm−1でのピーク高さ
を示し、
A400cm−1は、TiOHに由来する波数400cm−1でのピーク高さ
を示す、
で表されるピーク強度比が1.09以上、特に1.25以上となる程度に変性物が生じていることが必要である。即ち、この値が大きいほど、コーティング組成物中に含まれる変性物の量が多く(前記式(1)等におけるnの値が大きいこと)、形成されるゲル化物(固形分)中にはTiO2が高密度で存在することを意味しており、この結果、このバインダー組成物を用いて形成される半導体多孔質膜では、高密度のTiO2をバインダーとして半導体粒子が分散されるため、ばらつきが少なく、高い変換効率を安定して得ることができるのである。尚、上記のピーク強度比は、通常、最大で3.0程度である。
上述した本発明のバインダー組成物は、テトライソプロポキシチタンを、不活性ガス雰囲気中、0〜25℃の温度で、反応性有機溶媒中に攪拌下に滴下して反応させることにより製造される。
上記のようにして調製された半導体微粒子分散用バインダーは、これに半導体微粒子を分散させてスラリーとし、このスラリーを用いてのコーティング及び焼成により、図1において3で示されている半導体多孔質膜3が形成される。
以下、上述した半導体微粒子分散スラリーを用いての色素増感型太陽電池における半導体多孔質膜の形成及び負極の製造プロセスを、図1を参照して説明する。
窒素ガス雰囲気中、5℃の温度で、速度1,000rpmの攪拌下においた0.4リットルのブタノール中に、滴下速度0.2ml/sec.で140gのテトライソプイロポキシドを滴下して、2時間かけてチタンアルコキシド溶液を調製した。このチタンアルコキシド溶液をゲル化(ゲル化条件:130℃かける2時間)させて形成した固形分を赤外分光分析(IR)したところ、下記式:
A600cm−1/A400cm−1
式中、A600cm−1は、TiO2に由来する波数600cm−1でのピーク高さ
を示し、
A400cm−1は、TiOHに由来する波数400cm−1でのピーク高さ
を示す、
で表されるピーク強度比が1.31であった。
上記で調製したチタンアルコキシド溶液と、二酸化チタン粒子(構成粒子径は、15〜350nmの汎用チタニア粒子)とを、該チタンアルコキシド溶液中のテトライソプロポキシド換算でのTi元素量が二酸化チタン微粒子100重量部当り40重量部となるように混合して、固形分濃度が25重量%の二酸化チタン微粒子ペーストを調製した。
以上のようにして得られた負極を用いて、これと、LiI/I20.5mol/0.05mol)をメトキシプロピオニトリルに溶かしたものに4-tert-butyl pyridine(ターシャリーブチルピリジン)を添加して作製した電解質を、白金を蒸着したITO/PETフィルムで構成される正極とで挟み込んだ色素増感型太陽電池を作製した。この電池を同様の方法で10ケ用意し、変換効率を測定したところ、3.9%〜4.8%で、その平均は約4%であり、バラツキを抑制でき、且つ平均性能も高くなることが確認された。
A600cm−1/A400cm−1
で表されるピーク強度比が1.09であった。
上記で調製したチタンアルコキシド溶液と、二酸化チタン粒子(構成粒子径は、15〜350nmの汎用チタニア粒子)とを、該チタンアルコキシド溶液中のテトライソプロポキシド換算でのTi元素量が二酸化チタン微粒子100重量部当り40重量部となるように混合して、固形分濃度が25重量%の二酸化チタン微粒子ペーストを調製した。
以上のようにして得られた負極を用いて、これと、LiI/I20.5mol/0.05mol)をメトキシプロピオニトリルに溶かしたものに4-tert-butyl pyridine(ターシャリーブチルピリジン)を添加して作製した電解質を、白金を蒸着したITO/PETフィルムで構成される正極とで挟み込んだ色素増感型太陽電池を作製した。この電池を同様の方法で10ケ用意し、変換効率を測定したところ、3.9%〜4.7%で、その平均は約4%であり、バラツキを抑制でき、且つ平均性能も高くなることが確認された。
A600cm−1/A400cm−1
で表されるピーク強度比が1.17であった。
上記で調製したチタンアルコキシド溶液と、二酸化チタン粒子(構成粒子径は、15〜350nmの汎用チタニア粒子)とを、該チタンアルコキシド溶液中のテトライソプロポキシド換算でのTi元素量が二酸化チタン微粒子100重量部当り40重量部となるように混合し、固形分濃度が25重量%の二酸化チタン微粒子ペーストを調製した。
以上のようにして得られた負極を用いて、これと、LiI/I20.5mol/0.05mol)をメトキシプロピオニトリルに溶かしたものに4-tert-butyl pyridine(ターシャリーブチルピリジン)を添加して作製した電解質を、白金を蒸着したITO/PETフィルムで構成される正極とで挟み込んだ色素増感型太陽電池を作製した。この電池を同様の方法で10ケ用意し、変換効率を測定したところ、3.9%〜4.8%で、その平均は約4%であり、バラツキを抑制でき、且つ平均性能も高くなることが確認された。
A600cm−1/A400cm−1
で表されるピーク強度比が1.065であった。
上記で調製したチタンアルコキシド溶液と、二酸化チタン粒子(構成粒子径は、15〜350nmの汎用チタニア粒子)とを、該チタンアルコキシド溶液中のテトライソプロポキシド換算でのTi元素量が二酸化チタン微粒子100重量部当り40重量部となるように混合し、固形分濃度が25重量%の二酸化チタン微粒子ペーストを調製した。
以上のようにして得られた負極を用いて、これと、LiI/I20.5mol/0.05mol)をメトキシプロピオニトリルに溶かしたものに4-tert-butyl pyridine(ターシャリーブチルピリジン)を添加して作製した電解質を、白金を蒸着したITO/PETフィルムで構成される正極とで挟み込んだ色素増感型太陽電池を作製した。この電池を同様の方法で10ケ用意し、変換効率を測定したところ、2.0%〜4.4%で、その平均は約2.6%であり、バラツキ範囲が大きく、且つ平均性能も低くなってしまう。
A600cm−1/A400cm−1
で表されるピーク強度比が1.07であった。
上記で調製したチタンアルコキシド溶液と、二酸化チタン粒子(構成粒子径は、15〜350nmの汎用チタニア粒子)とを、該チタンアルコキシド溶液中のテトライソプロポキシド換算でのTi元素量が二酸化チタン微粒子100重量部当り40重量部となるように混合して、固形分濃度が25重量%の二酸化チタン微粒子ペーストを調製した。
以上のようにして得られた負極を用いて、これと、LiI/I20.5mol/0.05mol)をメトキシプロピオニトリルに溶かしたものに4-tert-butyl pyridine(ターシャリーブチルピリジン)を添加して作製した電解質を、白金を蒸着したITO/PETフィルムで構成される正極とで挟み込んだ色素増感型太陽電池を作製した。この電池を同様の方法で10ケ用意し、変換効率を測定したところ、2.9%〜4.8%で、その平均は約3.1%であり、バラツキ範囲が大きく、且つ平均性能も低くなってしまう。
1a:透明基板
1b:透明導電層
3:半導体多孔質膜
5:増感色素
7:負極
8:電解質液
10:正極
Claims (8)
- テトライソプロポキシチタンと、該テトライソプロポキシチタンと反応性を有する有機溶媒とからなり、該テトライソプロポキシチタンの一部が該有機溶媒との反応によって変性された変性物を含んでいるとともに、ゲル化により形成される固形分が、赤外分光分析(IR)により、下記式:
A600cm−1/A400cm−1
式中、A600cm−1は、TiO2に由来する波数600cm−1でのピーク高さ
を示し、
A400cm−1は、TiOHに由来する波数400cm−1でのピーク高さ
を示す、
で表されるピーク強度比が1.09以上となる赤外線吸収スペクトルを示すことを特徴とする半導体微粒子分散用バインダー組成物。 - 前記バインダー組成物中に含まれるチタン成分の平均組成が、下記式(1):
Ti・(O−iC3H7)4−xn・Rn (1)
式中、Rは、有機溶媒との反応によりテトライソプロポキシチタン中に導入さ
れる変性基であり、
xは、前記有機溶媒の反応価数であり、
nは、0<xn<4 を満足する数である、
で表される請求項1に記載の半導体微粒子分散用バインダー組成物。 - 前記有機溶媒が、炭素数1、2または4である一価の低級アルコール、アセチルアセトンまたはエチレングリコールであり、前記チタン成分の平均組成が、下記式(1a),(1b)或いは(1c):
Ti・(O−iC3H7)4−n・(OR1)n (1a)
式中、R1は、炭素数1、2または4のアルキル基であり、
nは、0<n<4の数である、
Ti・(O−iC3H7)4−n・(CH3COCHCOCH3)n (1b)
式中、nは、0<n<4の数である、
Ti・(O−iC3H7)4−2n・(OC2H4)n (1c)
式中、nは、0<n<2の数である、
で表される請求項2に記載の半導体微粒子分散用バインダー組成物。 - チタン元素を、テトライソプロポキシチタン換算で、0.1乃至3モル/Lの濃度で含有している請求項1乃至3の何れかに記載の半導体微粒子分散用バインダー組成物。
- 不活性ガス雰囲気中、0〜25℃の温度で、テトライソプロポキシチタンを、該テトライソプロポキシチタンと反応性を有する有機溶媒中に攪拌下に滴下して反応させることにより、テトライソプロポキシチタンの一部を有機溶媒により変性することを特徴とする半導体微粒分散用バインダー組成物の製造方法。
- 請求項1乃至4の何れかに記載の半導体分散用バインダー組成物と、半導体微粒子と、沸点が200℃以下の有機溶媒とを含有する半導体微粒子分散スラリー。
- 前記半導体微粒子が二酸化チタンである請求項6に記載の半導体微粒子分散スラリー。
- 請求項6または7に記載の半導体微粒子分散スラリーを塗布することにより形成されたコーティング膜を、200℃以下の温度で焼成することにより得られる半導体多孔質膜。
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