JP2007095370A - Dye-sensitized photoelectric conversion element, photoelectric conversion element module, electronic apparatus, moving body, and power generation system - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a dye-sensitized simple and cheap photoelectric conversion element such as a dye-sensitized solar cell of which breakage of a sealing material under heat is prevented for improved durability, with no coolant circulation facility required. <P>SOLUTION: An infrared reflection film 6 is provided on one main surface of a transparent conductive substrate 1, while a dye carrying semiconductor micro particle layer 2 is provided on the other main surface. The infrared reflection film 6 is preferred to employ a heat mirror of three-layer structure of TiO<SB>2</SB>/TiN/TiO<SB>2</SB>. The dye carrying semiconductor micro particle layer 2 is made to face a conductive substrate 3 at least whose surface constitutes a counter electrode, and their peripheries are sealed with a sealing material 4. An electrolyte layer 5 is sealed up in the space between the dye carrying semiconductor micro particle layer 2 and the conductive substrate 3, constituting the dye-sensitized photoelectric conversion element. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

この発明は、色素増感光電変換素子、光電変換素子モジュール、電子機器、移動体および発電システムに関し、例えば、色素を担持した半導体微粒子からなる色素増感半導体電極を用いた色素増感太陽電池およびこの色素増感太陽電池を用いる各種の機器、装置、システムなどに適用して好適なものである。   The present invention relates to a dye-sensitized photoelectric conversion element, a photoelectric conversion element module, an electronic device, a moving body, and a power generation system, for example, a dye-sensitized solar cell using a dye-sensitized semiconductor electrode composed of semiconductor fine particles carrying a dye, and The dye-sensitized solar cell is suitable for application to various devices, apparatuses, systems and the like.

太陽光を電気エネルギーに変換する光電変換素子である太陽電池は太陽光をエネルギー源としているため、地球環境に対する影響が極めて少なく、より一層の普及が期待されている。
太陽電池の材質としては様々なものが検討されているが、シリコンを用いたものが多数市販されており、これらは大別して単結晶または多結晶のシリコンを用いた結晶シリコン系太陽電池と、非晶質(アモルファス)シリコン系太陽電池とに分けられる。従来、太陽電池には、単結晶または多結晶のシリコン、すなわち結晶シリコンが多く用いられてきた。
Solar cells, which are photoelectric conversion elements that convert sunlight into electrical energy, use sunlight as an energy source, and therefore have very little influence on the global environment, and are expected to become more widespread.
Various materials for solar cells have been studied, but many materials using silicon are commercially available. These are roughly divided into crystalline silicon solar cells using single-crystal or polycrystalline silicon, and non-crystalline materials. It is divided into crystalline silicon solar cells. Conventionally, monocrystalline or polycrystalline silicon, that is, crystalline silicon, has been used in many solar cells.

しかし、結晶シリコン系太陽電池では、光(太陽)エネルギーを電気エネルギーに変換する性能を表す光電変換効率が、アモルファスシリコン系太陽電池に比べて高いものの、結晶成長に多くのエネルギーと時間とを要するため生産性が低く、コスト面で不利であった。
また、アモルファスシリコン系太陽電池は、結晶シリコン系太陽電池と比べて光吸収性が高く、基板の選択範囲が広い、大面積化が容易であるなどの特徴があるが、光電変換効率が結晶シリコン系太陽電池より低い。さらに、アモルファスシリコン系太陽電池は、生産性は結晶シリコン系太陽電池に比べて高いが、結晶シリコン系太陽電池と同様に製造に真空プロセスが必要であり、設備面での負担は未だに大きい。
However, although the crystalline silicon solar cell has higher photoelectric conversion efficiency representing the ability to convert light (solar) energy into electric energy than the amorphous silicon solar cell, it requires much energy and time for crystal growth. Therefore, the productivity is low and the cost is disadvantageous.
Amorphous silicon-based solar cells are more light-absorbing than crystalline silicon-based solar cells, have a wide substrate selection range, and are easy to increase in area, but have a photoelectric conversion efficiency of crystalline silicon. Lower than solar cells. Furthermore, although the productivity of amorphous silicon solar cells is higher than that of crystalline silicon solar cells, a vacuum process is required for production in the same way as crystalline silicon solar cells, and the burden on facilities is still large.

一方、上記の問題を解決し、太陽電池のより一層の低コスト化に向けて、シリコン系材料に代えて有機材料を用いた太陽電池が多く研究されてきた。しかし、これらの太陽電池の多くは光電変換効率が1%程度と非常に低く、実用化には至らなかった。
その中で1991年にグレッツェルらが提案した色素増感太陽電池は安価で高い光電変換効率を示し、また、従来のシリコン系太陽電池とは異なり製造の際に大掛かりな装置を必要としないことなどから注目されている(例えば、非特許文献1参照。)。
On the other hand, many solar cells using an organic material instead of a silicon-based material have been studied for solving the above problems and further reducing the cost of the solar cell. However, many of these solar cells have a very low photoelectric conversion efficiency of about 1%, and have not been put into practical use.
Among them, the dye-sensitized solar cell proposed by Gretzell et al. In 1991 shows high photoelectric conversion efficiency at low cost, and unlike a conventional silicon-based solar cell, it does not require a large-scale device for production. (See, for example, Non-Patent Document 1).

この色素増感太陽電池の一般的な構造は、透明導電性基板上に形成した酸化チタンなどの半導体多孔質膜に増感色素を組み合わせた半導体多孔質電極と、白金層などを基板上に形成して得られる対極とを対向させ、これらの周辺部を封止材で封止し、両極間にヨウ素やヨウ化物イオンなどの酸化・還元種を含む有機電解液を充填したものである。   The general structure of this dye-sensitized solar cell is that a semiconductor porous electrode that combines a semiconductor porous film such as titanium oxide formed on a transparent conductive substrate with a sensitizing dye and a platinum layer are formed on the substrate. The counter electrode obtained in this manner is opposed to each other, and the peripheral portions thereof are sealed with a sealing material, and an organic electrolytic solution containing oxidation / reduction species such as iodine and iodide ions is filled between both electrodes.

一方、一般的なシリコン系太陽電池においては、太陽光の照射に伴う温度上昇を防止するための方法としては、太陽電池下部に冷却水を通すことにより除熱を行う方法が知られている。
なお、酸化チタン(TiO2 )微粒子が分散されたTiO2 ペーストの作製方法が知られている(例えば、非特許文献2参照)。
Nature,353,p.737(1991) 荒川裕則「色素増感太陽電池の最新技術」(シーエムシー)p.45-47(2001)
On the other hand, in a general silicon-based solar cell, a method for removing heat by passing cooling water through the lower portion of the solar cell is known as a method for preventing a temperature rise associated with irradiation of sunlight.
A method for producing a TiO 2 paste in which titanium oxide (TiO 2 ) fine particles are dispersed is known (see, for example, Non-Patent Document 2).
Nature, 353, p.737 (1991) Hironori Arakawa “Latest Technology for Dye-Sensitized Solar Cells” (CMC) p.45-47 (2001)

色素増感太陽電池の劣化の原因の一つに封止材の破れによる液漏れがある。その原因は封止材が熱に耐えられなかったり、電解液が熱により膨張したりすることにある。このため、色素増感太陽電池の温度上昇を防止して封止材の破れを防止し、色素増感太陽電池の耐久性の向上を図ることは重要である。
しかし、一般的なシリコン系太陽電池で用いられている上記の除熱方法では、冷却水を循環させる設備が、太陽電池のシステムとは別に必要であるため、簡便ではなく、コストも高くなるという課題があった。
One cause of deterioration of the dye-sensitized solar cell is liquid leakage due to tearing of the sealing material. The cause is that the sealing material cannot withstand heat or the electrolytic solution expands due to heat. For this reason, it is important to prevent the sealing material from being broken by preventing the temperature increase of the dye-sensitized solar cell and to improve the durability of the dye-sensitized solar cell.
However, in the above heat removal method used in general silicon-based solar cells, a facility for circulating cooling water is required separately from the solar cell system, which is not simple and increases the cost. There was a problem.

そこで、この発明が解決しようとする課題は、熱による封止材の破れを防止することができることにより耐久性が高く、しかも冷却水の循環設備が不要で簡便かつ低コストの色素増感太陽電池などの色素増感光電変換素子、このような優れた色素増感光電変換素子を用いた光電変換素子モジュール、電子機器、移動体および発電システムを提供することである。   Accordingly, the problem to be solved by the present invention is that a dye-sensitized solar cell that is highly durable because it can prevent tearing of the sealing material due to heat, and that does not require a cooling water circulation facility, is simple and low-cost. A dye-sensitized photoelectric conversion element, a photoelectric conversion element module using such an excellent dye-sensitized photoelectric conversion element, an electronic device, a moving body, and a power generation system.

上記課題を解決するために、第1の発明は、
増感色素を担持した半導体電極と対極との間に電解質層を有する色素増感光電変換素子において、
受光面および/または受光面と上記半導体電極との間に赤外反射膜を有する
ことを特徴とするものである。
In order to solve the above problem, the first invention is:
In a dye-sensitized photoelectric conversion element having an electrolyte layer between a semiconductor electrode carrying a sensitizing dye and a counter electrode,
An infrared reflection film is provided between the light receiving surface and / or the light receiving surface and the semiconductor electrode.

赤外反射膜としては、好適には、可視光は透過するが、赤外光は反射することができるものが用いられ、具体的には、酸化チタン(TiO2 )/窒化チタン(TiN)/酸化チタン(TiO2 )の三層構造のヒートミラーが最も望ましいが、その他の構造のヒートミラー、例えば酸化ハフニウム(HfO2 )/銀(Ag)/酸化ハフニウム(HfO2 )の三層構造のヒートミラーを用いてもよい。酸化チタン/窒化チタン/酸化チタンの三層構造のヒートミラーにおいて、窒化チタン膜は赤外反射特性を有し、両酸化チタン膜は高い可視光透過率を有し、全体として可視光は透過し、赤外光は反射する。これに加えて、酸化チタン(特にアナターゼ型のもの)は優れた光触媒材料であり、紫外光を吸収することで有機物の直接分解や表面の超親水性化が可能であることから、受光面にこのヒートミラーを設ける場合には、受光面を清浄に保ち、曇りにくくすることが可能である。可視光透過率および赤外反射特性を得るためには、好適には、窒化チタン膜の厚さは20〜30nm、酸化チタン膜の厚さは30〜50nmに選ばれる。ヒートミラーを形成する方法は特に制限されず、各種のコーティング法を用いることができるが、膜厚の制御が容易であるコーティング法であればより望ましい。具体的には、このコーティング法としては、真空蒸着法やスパッタリング法などの真空プロセスによるコーティング法が望ましい。このヒートミラーは、例えば、金属アルコキシド溶液をスピンコートし、焼結することにより形成するようにしてもよい。 As the infrared reflection film, a film that can transmit visible light but can reflect infrared light is preferably used. Specifically, titanium oxide (TiO 2 ) / titanium nitride (TiN) / A heat mirror having a three-layer structure of titanium oxide (TiO 2 ) is most desirable, but a heat mirror having another structure, for example, a heat having a three-layer structure of hafnium oxide (HfO 2 ) / silver (Ag) / hafnium oxide (HfO 2 ). A mirror may be used. In the heat mirror with a three-layer structure of titanium oxide / titanium nitride / titanium oxide, the titanium nitride film has infrared reflection characteristics, both titanium oxide films have high visible light transmittance, and visible light is transmitted as a whole. Infrared light is reflected. In addition to this, titanium oxide (especially anatase type) is an excellent photocatalytic material, and by absorbing ultraviolet light, it is possible to directly decompose organic substances and to make the surface superhydrophilic. In the case of providing this heat mirror, it is possible to keep the light receiving surface clean and not to be fogged. In order to obtain visible light transmittance and infrared reflection characteristics, the thickness of the titanium nitride film is preferably 20 to 30 nm and the thickness of the titanium oxide film is preferably 30 to 50 nm. The method for forming the heat mirror is not particularly limited, and various coating methods can be used, but a coating method that can easily control the film thickness is more desirable. Specifically, as this coating method, a coating method using a vacuum process such as a vacuum deposition method or a sputtering method is desirable. This heat mirror may be formed, for example, by spin-coating and sintering a metal alkoxide solution.

この色素増感光電変換素子においては、半導体電極は、典型的には、透明導電性基板の一方の主面上に設けられる。透明導電性基板は、導電性または非導電性の透明支持基板上に透明導電層を設けたものであってもよい。
半導体電極が透明導電性基板の一方の主面上に設けられる場合、この透明導電性基板の他方の主面が受光面を構成し、例えばその上に赤外反射膜が設けられる。受光面と半導体電極との間に赤外反射膜を有する場合の具体例としては、半導体電極が透明支持基板の一方の主面上に透明導電層を介して設けられており、この透明支持基板の他方の主面が受光面を構成し、この透明支持基板と透明導電層との間に赤外反射膜が設けられる場合が挙げられる。この赤外反射膜は、好適には、受光面あるいは受光面と半導体電極との間にある面の全体に設けられるが、受光面あるいは受光面と半導体電極との間にある面の少なくとも一部に設けられるだけであってもよい。
In this dye-sensitized photoelectric conversion element, the semiconductor electrode is typically provided on one main surface of the transparent conductive substrate. The transparent conductive substrate may be one in which a transparent conductive layer is provided on a conductive or non-conductive transparent support substrate.
When the semiconductor electrode is provided on one main surface of the transparent conductive substrate, the other main surface of the transparent conductive substrate constitutes a light receiving surface, for example, an infrared reflective film is provided thereon. As a specific example in the case of having an infrared reflective film between the light receiving surface and the semiconductor electrode, the semiconductor electrode is provided on one main surface of the transparent support substrate via a transparent conductive layer, and this transparent support substrate The other main surface of this constitutes a light receiving surface, and an infrared reflection film is provided between the transparent support substrate and the transparent conductive layer. The infrared reflection film is preferably provided on the entire light receiving surface or the surface between the light receiving surface and the semiconductor electrode, but at least a part of the light receiving surface or the surface between the light receiving surface and the semiconductor electrode. It may be just provided.

上記の透明支持基板の材質は特に制限されず、透明であれば種々の基材を用いることができる。この透明支持基板は、光電変換素子外部から侵入する水分やガスの遮断性、耐溶剤性、耐候性などに優れているものが好ましく、具体的には、石英、ガラスなどの透明無機基板、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、ポリカーボネート、ポリスチレン、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリフェニレンサルファイド、ポリフッ化ビニリデン、テトラアセチルセルロース、ブロム化フェノキシ、アラミド類、ポリイミド類、ポリスチレン類、ポリアリレート類、ポリスルフォン類、ポリオレフィン類などの透明プラスチック基板が挙げられ、これらの中でも特に可視光領域の透過率が高い基板を用いるのが好ましいが、これらに限定されるものではない。この透明支持基板としては、加工性、軽量性などを考慮すると透明プラスチック基板を用いるのが好ましい。また、この透明支持基板の厚さは特に制限されず、光の透過率、光電変換素子の内部と外部との遮断性などによって自由に選択することができる。   The material of the transparent support substrate is not particularly limited, and various base materials can be used as long as they are transparent. This transparent support substrate is preferably one that is excellent in moisture and gas barrier properties, solvent resistance, weather resistance, etc. entering from the outside of the photoelectric conversion element. Specifically, transparent inorganic substrates such as quartz and glass, polyethylene Terephthalate, polyethylene naphthalate, polycarbonate, polystyrene, polyethylene, polypropylene, polyphenylene sulfide, polyvinylidene fluoride, tetraacetylcellulose, brominated phenoxy, aramids, polyimides, polystyrenes, polyarylates, polysulfones, polyolefins, etc. A transparent plastic substrate can be mentioned, and among these, it is preferable to use a substrate having a high transmittance in the visible light region, but it is not limited thereto. As this transparent support substrate, it is preferable to use a transparent plastic substrate in consideration of processability, lightness and the like. The thickness of the transparent support substrate is not particularly limited, and can be freely selected depending on the light transmittance, the shielding property between the inside and the outside of the photoelectric conversion element, and the like.

透明導電性基板の表面抵抗(シート抵抗)は低いほど好ましい。具体的には、透明導電性基板の表面抵抗は500Ω/□以下が好ましく、100Ω/□以下がさらに好ましい。透明支持基板上に透明導電層を形成する場合、その材料としては公知のものを使用可能であり、具体的には、インジウム−スズ複合酸化物(ITO)、フッ素ドープSnO2 (FTO)、酸化スズ(SnO2 )、酸化亜鉛(ZnO)、インジウム−亜鉛複合酸化物(IZO)などが挙げられるが、これらに限定されるものではなく、また、これらを2種類以上組み合わせて用いることもできる。また、透明導電性基板の表面抵抗を低減し、集電効率を向上させる目的で、透明導電性基板上に、導電性の高い金属などの導電材料からなる配線を別途設けてもよい。この配線に用いる導電材料に特に制限はないが、耐食性、耐酸化性が高く、導電材料自体の漏れ電流が低いことが望ましい。ただし、耐食性が低い導電材料でも、金属酸化物などからなる保護層を別途設けることで使用可能となる。また、この配線を腐食などから保護する目的で、配線は透明導電性基板と保護層との間に設置することが好ましい。さらには、基板からの暗電流低減を目的として、各種酸化物薄膜のバリア層を設けることも可能である。 The lower the surface resistance (sheet resistance) of the transparent conductive substrate, the better. Specifically, the surface resistance of the transparent conductive substrate is preferably 500Ω / □ or less, and more preferably 100Ω / □ or less. When a transparent conductive layer is formed on a transparent support substrate, a known material can be used. Specifically, indium-tin composite oxide (ITO), fluorine-doped SnO 2 (FTO), oxidation Tin (SnO 2 ), zinc oxide (ZnO), indium-zinc composite oxide (IZO), and the like are exemplified, but the invention is not limited to these, and two or more of these can be used in combination. Further, for the purpose of reducing the surface resistance of the transparent conductive substrate and improving the current collection efficiency, a wiring made of a conductive material such as a highly conductive metal may be separately provided on the transparent conductive substrate. Although there is no restriction | limiting in particular in the electrically conductive material used for this wiring, It is desirable that corrosion resistance and oxidation resistance are high, and the leakage current of electrically conductive material itself is low. However, even a conductive material having low corrosion resistance can be used by separately providing a protective layer made of a metal oxide or the like. Further, for the purpose of protecting the wiring from corrosion or the like, the wiring is preferably installed between the transparent conductive substrate and the protective layer. Furthermore, various oxide thin film barrier layers can be provided for the purpose of reducing dark current from the substrate.

この色素増感光電変換素子は、その用途に応じて様々な形状で作製することが可能であり、その形状は特に限定されない。この色素増感光電変換素子は、典型的には、平板状の透明導電性基板上に色素を担持した半導体電極が形成されたものと平板状の対極とが対向し、それらの間に電解質層を有する平面構造のものであるが、これに限定されず、他の形態であってもよい。例えば、この色素増感光電変換素子は、管状の透明導電性基板の内面(管の内面)に色素を担持した半導体電極および電解質層が順次設けられ、この管状の透明導電性基板の中央部に対極が挿入された構造を有するものであってもよい。この管状の透明導電性基板の断面形状は問わず、円形、楕円形、多角形(三角形、四角形、五角形、六角形など)などでも、これらの一部または全部を変形した形状でもよく、さらには長手方向の一部または全部の断面形状が変化してもよい。この管状の透明導電性基板は直線状でも曲線状でもよく、直線部と曲線部とが混在してもよい。また、この管状の透明導電性基板の長さ、外径、内径も問わず、必要に応じて決めることができる。この管状の透明導電性基板として透明支持基板上に透明導電層を形成したものを用いる場合、この透明導電層を形成する方法としては、透明導電物質の前駆体を湿式コーティングし、加熱分解させる方法が好ましい。この湿式コーティング法としては、スプレーコート法、ディップコート法、スピンコート法などの種々の方法を用いることができる。また、透明導電物質の前駆体のコーティング後には、不純物の分解と導電性を高めるための結晶成長とを目的とした加熱を行うことが好ましい。また、塗布と加熱とを同時に行ってもよく、このためにはスプレー熱分解法を用いることが簡便であり特に好ましい。このスプレー熱分解法は、ディップコート法やスピンコート法などに比べて、一回のコーティングで形成することができる層の厚さが数十倍程度も大きい点で極めて有利である。このスプレー熱分解法による一回のコーティングで形成することができる層の厚さは具体的には例えば数百nm程度であり、500nm以上も可能である。透明導電層を形成するためには、管状の透明支持基板の内面に、使用する透明材料に導電性を付与することができる不純物をドープすることにより透明導電層を形成するようにしてもよい。   This dye-sensitized photoelectric conversion element can be produced in various shapes depending on the application, and the shape is not particularly limited. In this dye-sensitized photoelectric conversion element, typically, a plate-like transparent conductive substrate on which a semiconductor electrode carrying a dye is formed and a plate-like counter electrode face each other, and an electrolyte layer therebetween. However, the present invention is not limited to this and may take other forms. For example, in this dye-sensitized photoelectric conversion element, a semiconductor electrode and an electrolyte layer carrying a dye are sequentially provided on the inner surface (the inner surface of a tube) of a tubular transparent conductive substrate, and the central portion of the tubular transparent conductive substrate is provided. It may have a structure in which a counter electrode is inserted. The cross-sectional shape of the tubular transparent conductive substrate is not limited, and may be a circle, an ellipse, a polygon (triangle, quadrangle, pentagon, hexagon, etc.), a part or all of these shapes, A part or all of the cross-sectional shape in the longitudinal direction may change. The tubular transparent conductive substrate may be linear or curved, and a linear portion and a curved portion may be mixed. Further, the length, outer diameter, and inner diameter of the tubular transparent conductive substrate can be determined as needed. In the case where a transparent conductive substrate having a transparent conductive layer formed thereon is used as the tubular transparent conductive substrate, the transparent conductive layer is formed by wet coating a precursor of a transparent conductive material and thermally decomposing it. Is preferred. As this wet coating method, various methods such as a spray coating method, a dip coating method, and a spin coating method can be used. Moreover, after the coating of the precursor of the transparent conductive material, it is preferable to perform heating for the purpose of decomposition of impurities and crystal growth for enhancing conductivity. Application and heating may be performed simultaneously, and for this purpose, it is particularly preferable to use a spray pyrolysis method because it is simple. This spray pyrolysis method is extremely advantageous in that the thickness of a layer that can be formed by one coating is several tens of times larger than that of a dip coating method or a spin coating method. Specifically, the thickness of the layer that can be formed by one coating by the spray pyrolysis method is, for example, about several hundred nm, and can be 500 nm or more. In order to form the transparent conductive layer, the transparent conductive layer may be formed by doping the inner surface of the tubular transparent support substrate with an impurity capable of imparting conductivity to the transparent material to be used.

ところで、色素増感太陽電池などの色素増感光電変換素子においては通常、色素増感半導体電極としてのn型半導体からなる色素担持半導体微粒子層(あるいは色素担持多孔質半導体層)に液体のホール(正孔)移動層である電解質を染み込ませた構造になっていることから、電解質が透明導電性基板あるいは透明導電層と直接接する部位が存在し、透明導電性基板あるいは透明導電層から電解質への逆電子移動反応による漏れ電流が問題となる。この漏れ電流は色素増感光電変換素子のフィルファクターおよび開放電圧を低下させるため、光電変換効率の向上には大きな問題となる。そこで、この透明導電性基板あるいは透明導電層から電解質への逆電子移動反応による漏れ電流を大幅に低減することが重要である。このためには、透明導電性基板あるいは透明導電層上に金属酸化物からなる透明な保護層を設け、この保護層の内面に色素担持半導体微粒子層を設けた構造とすることが有効である。こうすることで透明導電性基板あるいは透明導電層が金属酸化物からなる保護層により覆われ、電解質から遮断された構造になり、透明導電性基板あるいは透明導電層が電解質と直接接しないため、漏れ電流を大幅に低減することが可能となる。そして、このような構造を有する色素増感光電変換素子は、フィルファクターおよび開放電圧が高く、光電変換効率に優れた色素増感光電変換素子の実現が可能となる。この保護層を構成する金属酸化物としては、例えば、Nb2 5 、Ta2 5 、TiO2 、Al2 3 、ZrO2 、TiSrO3 およびSiO2 からなる群より選ばれた少なくとも一つの金属酸化物を用いることができる。この保護層の厚さに特に制限はないが、薄すぎる場合は透明導電性基板あるいは透明導電層と電解質との遮断性が悪く、逆に厚すぎる場合は透過率の減少および透明導電性基板あるいは透明導電層への電子注入のロスが生じてしまうため、好ましい厚さが存在することになる。この厚さは通常、0.1〜500nmであり、1〜100nmが特に好ましい。 By the way, in a dye-sensitized photoelectric conversion element such as a dye-sensitized solar cell, a liquid hole (or a dye-supporting porous semiconductor layer) made of an n-type semiconductor as a dye-sensitized semiconductor electrode is usually used. Since the structure is soaked with an electrolyte that is a hole) moving layer, there is a portion where the electrolyte is in direct contact with the transparent conductive substrate or the transparent conductive layer, and from the transparent conductive substrate or the transparent conductive layer to the electrolyte. Leakage current due to reverse electron transfer reaction becomes a problem. Since this leakage current lowers the fill factor and open circuit voltage of the dye-sensitized photoelectric conversion element, it becomes a big problem in improving the photoelectric conversion efficiency. Therefore, it is important to significantly reduce the leakage current due to the reverse electron transfer reaction from the transparent conductive substrate or transparent conductive layer to the electrolyte. For this purpose, it is effective to provide a structure in which a transparent protective layer made of a metal oxide is provided on a transparent conductive substrate or transparent conductive layer, and a dye-carrying semiconductor fine particle layer is provided on the inner surface of this protective layer. As a result, the transparent conductive substrate or transparent conductive layer is covered with a protective layer made of a metal oxide and is shielded from the electrolyte, and the transparent conductive substrate or transparent conductive layer is not in direct contact with the electrolyte. The current can be greatly reduced. A dye-sensitized photoelectric conversion element having such a structure has a high fill factor and an open circuit voltage, and can realize a dye-sensitized photoelectric conversion element excellent in photoelectric conversion efficiency. The metal oxide constituting the protective layer is, for example, at least one selected from the group consisting of Nb 2 O 5 , Ta 2 O 5 , TiO 2 , Al 2 O 3 , ZrO 2 , TiSrO 3 and SiO 2 . Metal oxides can be used. The thickness of the protective layer is not particularly limited, but if it is too thin, the barrier between the transparent conductive substrate or the transparent conductive layer and the electrolyte is poor, and conversely if it is too thick, the transmittance decreases and the transparent conductive substrate or Since a loss of electron injection into the transparent conductive layer occurs, a preferable thickness exists. This thickness is usually from 0.1 to 500 nm, particularly preferably from 1 to 100 nm.

半導体電極を構成する半導体微粒子の材料としては、シリコンに代表される元素半導体のほかに、各種の化合物半導体、ペロブスカイト構造を有する化合物などを使用することができる。これらの半導体は、光励起下で伝導帯電子がキャリアーとなり、アノード電流を与えるn型半導体であることが好ましい。これらの半導体は、具体的に例示すると、TiO2 、ZnO、WO3 、Nb2 5 、TiSrO3 、SnO2 などであり、これらの中でもアナターゼ型のTiO2 が特に好ましい。半導体の種類はこれらに限定されるものではなく、また、これらを二種類以上混合して用いることもできる。さらに、半導体微粒子は粒子状、チューブ状、棒状など必要に応じて様々な形態を取ることが可能である。 As a material for the semiconductor fine particles constituting the semiconductor electrode, various compound semiconductors, compounds having a perovskite structure, and the like can be used in addition to the elemental semiconductor represented by silicon. These semiconductors are preferably n-type semiconductors in which conduction band electrons become carriers under photoexcitation and give an anode current. Specifically, these semiconductors are TiO 2 , ZnO, WO 3 , Nb 2 O 5 , TiSrO 3 , SnO 2, etc. Among these, anatase type TiO 2 is particularly preferable. The types of semiconductor are not limited to these, and two or more of these can be used in combination. Furthermore, the semiconductor fine particles can take various forms such as particles, tubes, and rods as required.

半導体微粒子の粒径に特に制限はないが、一次粒子の平均粒径で1〜200nmが好ましく、特に好ましくは5〜100nmである。また、この平均粒径の半導体微粒子にこの平均粒径より大きい平均粒径の半導体微粒子を混合し、平均粒径の大きい半導体微粒子により入射光を散乱させ、量子収率を向上させることも可能である。この場合、別途混合する半導体微粒子の平均粒径は20〜500nmであることが好ましい。   Although there is no restriction | limiting in particular in the particle size of semiconductor fine particle, 1-200 nm is preferable at the average particle diameter of a primary particle, Most preferably, it is 5-100 nm. It is also possible to improve the quantum yield by mixing semiconductor fine particles having an average particle size larger than the average particle size into semiconductor fine particles having an average particle size and scattering incident light by the semiconductor fine particles having a large average particle size. is there. In this case, the average particle diameter of the semiconductor fine particles to be mixed separately is preferably 20 to 500 nm.

半導体微粒子層は多くの色素を吸着することができるように、表面積の大きいものが好ましい。このため、この半導体微粒子層を支持体上に形成した状態での表面積は、投影面積に対して10倍以上であることが好ましく、100倍以上であることがより好ましい。この上限に特に制限はないが、通常1000倍程度である。半導体微粒子層は一般に、その厚さが増大するほど単位投影面積当たりの担持色素量が増えるため光の捕獲率が高くなるが、注入した電子の拡散距離が増すため電荷再結合によるロスも大きくなる。従って、半導体微粒子層には好ましい厚さが存在するが、その厚さは一般的には0.1〜100μmであり、1〜50μmであることがより好ましく、3〜30μmであることが特に好ましい。半導体微粒子層は支持体に形成した後に半導体微粒子同士を電子的にコンタクトさせ、膜強度の向上や支持体との密着性を向上させるために焼成することが好ましい。焼成温度の範囲に特に制限はないが、温度を上げ過ぎると支持体の抵抗が高くなってしまい、溶融することもあるため、通常は40〜700℃であり、より好ましくは40〜650℃である。また、焼成時間も特に制限はないが、通常は10分〜10時間程度である。焼成後、半導体微粒子層の表面積を増大させたり、半導体微粒子間のネッキングを高めたりする目的で、例えば四塩化チタン水溶液や直径10nm以下の酸化チタン超微粒子ゾルのディップ処理を行ってもよい。透明導電性基板の支持体にプラスチック基板を用いている場合は、結着剤を含むペーストを基板上に塗布し、加熱プレスによる基板への圧着を行うことも可能である。   The semiconductor fine particle layer preferably has a large surface area so that it can adsorb many dyes. For this reason, the surface area of the semiconductor fine particle layer formed on the support is preferably 10 times or more, more preferably 100 times or more the projected area. The upper limit is not particularly limited, but is usually about 1000 times. In general, as the thickness of the semiconductor fine particle layer increases, the amount of the supported dye increases per unit projected area and thus the light capture rate increases. However, the diffusion distance of injected electrons increases and the loss due to charge recombination also increases. . Accordingly, a preferable thickness exists in the semiconductor fine particle layer, but the thickness is generally 0.1 to 100 μm, more preferably 1 to 50 μm, and particularly preferably 3 to 30 μm. . After the semiconductor fine particle layer is formed on the support, the semiconductor fine particles are preferably brought into contact with each other electronically and fired to improve the film strength and the adhesion to the support. Although there is no restriction | limiting in particular in the range of a calcination temperature, Since resistance of a support body will become high and it may fuse | melt if it raises temperature too much, Usually, it is 40-700 degreeC, More preferably, it is 40-650 degreeC. is there. The firing time is not particularly limited, but is usually about 10 minutes to 10 hours. For example, a titanium tetrachloride aqueous solution or a titanium oxide ultrafine particle sol having a diameter of 10 nm or less may be dipped for the purpose of increasing the surface area of the semiconductor fine particle layer or increasing necking between the semiconductor fine particles after firing. In the case where a plastic substrate is used as the support for the transparent conductive substrate, it is possible to apply a paste containing a binder onto the substrate and to perform pressure bonding to the substrate by a heating press.

半導体微粒子層の作製方法に特に制限はないが、物性、利便性、製造コストなどを考慮した場合には湿式製膜法が好ましく、半導体微粒子の粉末あるいはゾルを水などの溶媒に均一分散したペーストを調製し、透明導電性基板あるいは透明導電層上に塗布する方法が好ましい。塗布は、その方法に特に制限はなく、公知の方法に従って行うことができ、例えば、ディップ法、スプレー法、ワイヤーバー法、スピンコート法、ローラーコート法、ブレードコート法、グラビアコート法、また、湿式印刷方法としては、例えば、凸版、オフセット、グラビア、凹版、ゴム版、スクリーン印刷など様々な方法により行うことができる。半導体微粒子の材料として結晶酸化チタン(TiO2 )を用いる場合、その結晶型はアナターゼ型が光触媒活性の点から好ましい。アナターゼ型酸化チタンは市販の粉末、ゾル、スラリーでもよいし、あるいは、酸化チタンアルコキシドを加水分解するなどの公知の方法によって所定の粒径のものを作ってもよい。市販の粉末を使用する際には粒子の二次凝集を解消することが好ましく、塗布液調製時に乳鉢やボールミルなどを使用して粒子の粉砕を行うことが好ましい。このとき、二次凝集が解かれた粒子が再度凝集するのを防ぐため、アセチルアセトン、塩酸、硝酸、界面活性剤、キレート剤などを添加することができる。また、増粘の目的でポリエチレンオキシドやポリビニルアルコールなどの高分子、セルロース系の増粘剤など、各種の増粘剤を添加することもできる。 There are no particular restrictions on the method for producing the semiconductor fine particle layer, but in view of physical properties, convenience, production cost, etc., a wet film-forming method is preferable, and a paste in which semiconductor fine particle powder or sol is uniformly dispersed in a solvent such as water. The method of preparing and coating on a transparent conductive substrate or a transparent conductive layer is preferable. Coating is not particularly limited in its method and can be performed according to a known method, for example, dipping method, spray method, wire bar method, spin coating method, roller coating method, blade coating method, gravure coating method, As the wet printing method, for example, various methods such as letterpress, offset, gravure, intaglio, rubber plate, and screen printing can be used. When crystalline titanium oxide (TiO 2 ) is used as the material for the semiconductor fine particles, the crystal type is preferably anatase type from the viewpoint of photocatalytic activity. The anatase type titanium oxide may be a commercially available powder, sol, or slurry, or may be made with a predetermined particle diameter by a known method such as hydrolysis of titanium oxide alkoxide. When using a commercially available powder, it is preferable to eliminate secondary aggregation of the particles, and it is preferable to pulverize the particles using a mortar, ball mill or the like when preparing the coating solution. At this time, acetylacetone, hydrochloric acid, nitric acid, a surfactant, a chelating agent, or the like can be added in order to prevent the particles after the secondary aggregation from being aggregated again. For the purpose of thickening, various thickeners such as polymers such as polyethylene oxide and polyvinyl alcohol, and cellulose-based thickeners can be added.

半導体微粒子層に担持させる増感色素としては、増感作用を示すものであれば特に制限はないが、半導体へ吸着する酸官能基が必要であり、具体的にはカルボキシ基、リン酸基を有するものが好ましく、この中でも特にカルボキシ基を有するものが好ましい。増感色素の具体例を挙げると、ローダミンB、ローズベンガル、エオシン、エリスロシンなどのキサンテン系色素、メロシアニン、キノシアニン、クリプトシアニンなどのシアニン系色素、フェノサフラニン、カブリブルー、チオシン、メチレンブルーなどの塩基性染料、クロロフィル、亜鉛ポルフィリン、マグネシウムポルフィリンなどのポルフィリン系化合物が挙げられ、その他のものとしてアゾ色素、フタロシアニン化合物、クマリン系化合物、ビピリジン錯化合物、アントラキノン系色素、多環キノン系色素などが挙げられる。これらの中でも、リガンド(配位子)がピリジン環またはイミダゾリウム環を含み、Ru、Os、Ir、Pt、Co、FeおよびCuからなる群より選ばれた少なくとも一種の金属の錯体の増感色素は量子収率が高く好ましい。特に、シス−ビス(イソチオシアナート)−N,N−ビス(2,2’−ジピリジル−4,4’−ジカルボン酸)−ルテニウム(II)またはトリス(イソチオシアナート)−ルテニウム(II)−2,2' :6' ,2" −ターピリジン−4,4' ,4" −トリカルボン酸を基本骨格とする増感色素分子は吸収波長域が広く好ましい。ただし、増感色素はこれらのものに限定されるものではなく、また、これらの増感色素を二種類以上混合して用いてもよい。   The sensitizing dye supported on the semiconductor fine particle layer is not particularly limited as long as it exhibits a sensitizing action, but an acid functional group that adsorbs to the semiconductor is necessary. Specifically, a carboxy group and a phosphate group are required. Those having a carboxy group are particularly preferable. Specific examples of the sensitizing dye include xanthene dyes such as rhodamine B, rose bengal, eosin and erythrosine, cyanine dyes such as merocyanine, quinocyanine and cryptocyanine, basics such as phenosafranine, fogry blue, thiocin and methylene blue. Examples thereof include porphyrin compounds such as dyes, chlorophyll, zinc porphyrin, and magnesium porphyrin, and others include azo dyes, phthalocyanine compounds, coumarin compounds, bipyridine complex compounds, anthraquinone dyes, and polycyclic quinone dyes. Among these, a sensitizing dye of a complex of at least one metal selected from the group consisting of Ru, Os, Ir, Pt, Co, Fe and Cu, wherein the ligand (ligand) includes a pyridine ring or an imidazolium ring Is preferable because of its high quantum yield. In particular, cis-bis (isothiocyanato) -N, N-bis (2,2′-dipyridyl-4,4′-dicarboxylic acid) -ruthenium (II) or tris (isothiocyanato) -ruthenium (II) — A sensitizing dye molecule having 2,2 ': 6', 2 "-terpyridine-4,4 ', 4" -tricarboxylic acid as a basic skeleton has a wide absorption wavelength range and is preferable. However, the sensitizing dyes are not limited to these, and two or more kinds of these sensitizing dyes may be mixed and used.

上記のように、半導体微粒子層に担持させる増感色素としては、カルボキシ基を有するカルボン酸類を吸着基とした色素分子が好ましいが、このようにカルボン酸類を吸着基とした色素分子を増感色素として用いる色素増感光電変換素子においては、カルボン酸は会合体を作りやすいことから、色素が半導体表面で会合を起こした場合、それらの色素間の電子トラップによって半導体への電子注入が妨げられ、光電変換効率の低下が避けられないという欠点がある。そこで、この欠点を解消し、会合体を作りやすいカルボン酸などの酸官能基を吸着基とした色素を増感色素として用いた場合においても高い光電変換効率を得ることができるようにする方法について検討を行った。いま、一例として、増感色素の分子が酸官能基としてカルボキシ基を複数個有する場合を考える。この増感色素の分子のカルボキシ基同士が水素結合することにより会合が起きる。この会合を防止するために、増感色素の分子の酸官能基をアルカリ化合物、例えばNaOHで中和することを考えた。この中和により、増感色素分子のCOOHがCOO- となったものにNa+ が結合してCOO- Na+ となるが、溶液中では解離しているためCOO- の状態となっている。こうして中和され、解離したCOO- はアニオンであるため、増感色素分子同士はこのアニオンの負電荷間に働く斥力(電荷反発)により会合が起こりにくくなる。このため、例えばこの色素溶液に半導体微粒子層を浸漬させて色素を担持させる場合、色素分子が半導体表面で会合を起こしにくくなり、それらの色素間の電子トラップを大幅に低減することができる。以上のことは、リン酸基などの他の酸官能基およびKOHなどの他のアルカリ化合物の場合にも基本的には成立し得るものである。すなわち、上記の欠点を解消するためには、色素の分子として半導体微粒子層に吸着するための酸官能基を複数個有するものを用い、これらの酸官能基の一部を、Li、Na、K、テトラメチルアンモニウム、テトラエチルアンモニウム、テトラプロピルアンモニウム、テトラブチルアンモニウム、イミダゾリウム化合物およびピリジニウム化合物からなる群より選ばれた少なくとも一種の金属または化合物の水酸化物からなるアルカリ化合物により中和するようにする。これらの金属または化合物の中でも、Na、K、テトラメチルアンモニウム、テトラエチルアンモニウム、テトラプロピルアンモニウム、1−エチル−3−メチルイミダゾリウム化合物が好ましく、この中でも無機アルカリ(アルカリ金属)であるNa、Kが特に好ましい。これらの無機アルカリは、酸化チタンなどからなる半導体微粒子層の導電性を向上させる効果があるほか、イオン半径が小さいため、半導体微粒子層への色素の吸着密度を増加させることが可能になる。色素分子の中和方法に特に制限はないが、例えば、色素とアルカリ化合物とのモル数による規定量混合、pHによる滴定などにより行うことができる。色素の部分中和は色素溶液調製前に行っても構わないし、色素溶液中にアルカリを所定量混合して中和しても構わない。色素分子の中和を色素溶液中で行う場合は中和による水分が発生するため、別途水分除去の操作を行うようにしてもよい。色素分子は複数個の酸官能基を有し、その中の一部が中和されることになるが、色素分子の部分中和量が少なすぎる場合は色素分子間の会合抑制が不十分であり、逆に多すぎる場合は色素分子の吸着力の低下から十分な光電変換を行うことができなくなってしまうため、適当な中和量が存在することになる。具体的な中和量は、色素分子内の酸官能基数に対して0.25〜0.75であることが好ましく、0.35〜0.65であることが特に好ましい。この中和量は、色素分子全体の全酸官能基数に対する割合と言い換えることもできる。 As described above, the sensitizing dye supported on the semiconductor fine particle layer is preferably a dye molecule having a carboxy group-containing carboxylic acid as an adsorbing group. However, the dye molecule having the carboxylic acid as an adsorbing group is preferably a sensitizing dye. In the dye-sensitized photoelectric conversion element used as the carboxylic acid, since the carboxylic acid easily forms an association, when the dye causes an association on the semiconductor surface, the electron trap between the dyes prevents the electron injection into the semiconductor, There is a disadvantage that a decrease in photoelectric conversion efficiency is unavoidable. Therefore, a method for solving this drawback and enabling high photoelectric conversion efficiency to be obtained even when a dye having an acid functional group such as a carboxylic acid that easily forms an aggregate is used as an sensitizing dye. Study was carried out. As an example, let us consider a case where a molecule of a sensitizing dye has a plurality of carboxy groups as acid functional groups. Association occurs when the carboxy groups of the molecules of the sensitizing dye are hydrogen-bonded to each other. In order to prevent this association, it was considered to neutralize the acid functional group of the molecule of the sensitizing dye with an alkali compound such as NaOH. This neutralization, COOH sensitizing dye molecules COO - and became things by bonding Na + COO - has a state - but the Na +, in solution COO because of the dissociation. Since the neutralized and dissociated COO is an anion, the sensitizing dye molecules are less likely to associate with each other due to repulsive force (charge repulsion) acting between the negative charges of the anion. For this reason, for example, when the semiconductor fine particle layer is immersed in this dye solution to support the dye, the dye molecules are less likely to associate on the semiconductor surface, and the electron traps between these dyes can be greatly reduced. The above can basically be established also in the case of other acid functional groups such as phosphate groups and other alkaline compounds such as KOH. That is, in order to eliminate the above-mentioned drawbacks, a dye molecule having a plurality of acid functional groups for adsorbing to the semiconductor fine particle layer is used, and some of these acid functional groups are replaced with Li, Na, K Neutralizing with an alkali compound comprising at least one metal selected from the group consisting of tetramethylammonium, tetraethylammonium, tetrapropylammonium, tetrabutylammonium, imidazolium compounds and pyridinium compounds or a hydroxide of a compound. . Among these metals or compounds, Na, K, tetramethylammonium, tetraethylammonium, tetrapropylammonium, and 1-ethyl-3-methylimidazolium compounds are preferable, and among these, Na and K which are inorganic alkalis (alkali metals) are preferable. Particularly preferred. These inorganic alkalis have the effect of improving the conductivity of the semiconductor fine particle layer made of titanium oxide and the like, and since the ionic radius is small, the adsorption density of the dye to the semiconductor fine particle layer can be increased. There is no particular limitation on the method of neutralizing the dye molecule, but for example, it can be carried out by mixing in a specified amount based on the number of moles of the dye and the alkali compound, or titration with pH. The partial neutralization of the dye may be performed before preparing the dye solution, or may be neutralized by mixing a predetermined amount of alkali in the dye solution. When neutralization of the dye molecules is performed in the dye solution, water is generated by the neutralization, and therefore, a water removal operation may be performed separately. The dye molecule has a plurality of acid functional groups, and some of them will be neutralized, but if the amount of partial neutralization of the dye molecule is too small, the association inhibition between the dye molecules is insufficient. On the other hand, if the amount is too large, sufficient photoelectric conversion cannot be performed due to a decrease in the adsorptive power of the dye molecules, so that an appropriate neutralization amount exists. The specific neutralization amount is preferably from 0.25 to 0.75, particularly preferably from 0.35 to 0.65, based on the number of acid functional groups in the dye molecule. This neutralization amount can be rephrased as a ratio to the total number of acid functional groups of the entire dye molecule.

半導体微粒子層への色素の担持(吸着)方法に特に制限はないが、上記の色素を例えばアルコール類、ニトリル類、ニトロメタン、ハロゲン化炭化水素、エーテル類、ジメチルスルホキシド、アミド類、N−メチルピロリドン、1,3−ジメチルイミダゾリジノン、3−メチルオキサゾリジノン、エステル類、炭酸エステル類、ケトン類、炭化水素、水などの溶媒に溶解させ、これに半導体微粒子層を浸漬させたり、色素溶液を半導体微粒子層上に塗布したりすることができる。また、色素分子同士の会合を低減する目的でデオキシコール酸などを添加してもよい。さらには、紫外線吸収剤を併用してもよい。   The method for supporting (adsorbing) the dye on the semiconductor fine particle layer is not particularly limited. For example, alcohols, nitriles, nitromethane, halogenated hydrocarbons, ethers, dimethyl sulfoxide, amides, N-methylpyrrolidone can be used. , 1,3-dimethylimidazolidinone, 3-methyloxazolidinone, esters, carbonates, ketones, hydrocarbons, water, etc., are dissolved in a semiconductor fine particle layer, or a dye solution is used as a semiconductor. It can be applied on the fine particle layer. Further, deoxycholic acid or the like may be added for the purpose of reducing association between the dye molecules. Furthermore, you may use a ultraviolet absorber together.

半導体微粒子層に色素を吸着させた後に、過剰に吸着した色素の除去を促進する目的でアミン類を用いて半導体微粒子層の表面を処理してもよい。アミン類の例としてはピリジン、4−tert−ブチルピリジン、ポリビニルピリジンなどが挙げられ、これらが液体の場合はそのまま用いてもよいし、有機溶媒に溶解して用いてもよい。   After the dye is adsorbed on the semiconductor fine particle layer, the surface of the semiconductor fine particle layer may be treated with amines for the purpose of promoting the removal of the excessively adsorbed dye. Examples of amines include pyridine, 4-tert-butylpyridine, polyvinylpyridine, and the like. When these are liquid, they may be used as they are, or may be used after being dissolved in an organic solvent.

ところで、色素増感太陽電池などの色素増感光電変換素子においては通常、電解液中の逆電子移動を防ぐために、色素担持半導体微粒子層と結合する物質からなる添加剤が加えられる。この添加剤としては、tert−ブチルピリジン、1−メトキシベンゾイミダゾール、長鎖アルキル基(C=13程度)を持つホスホン酸などが用いられる。これらの添加剤の特徴は、電解液に均一に混合できること、色素担持半導体微粒子層に結合できる官能基を有することである。しかし、本発明者らの知見によれば、従来の色素増感光電変換素子においては、電解液封入後に、半導体微粒子層の表面に予め吸着させていた色素が溶出してしまい、光電変換効率が急速に劣化してしまうことが確認された。そこで、逆電子移動反応を防止しつつ、半導体微粒子層に予め吸着させておく色素の溶出を防止し、光電変換効率の向上を図ることが必要である。このためには、電解液に添加剤を加えるのではなく、半導体微粒子層に予め色素および添加剤を吸着させ、このとき添加剤は色素の間の隙間の部分に吸着させ、しかも電解液には添加剤が含まれないようにすることが有効である。その方法としては、例えば、色素が吸着した半導体微粒子層を添加剤を含む溶液に浸漬することにより、色素の間の隙間の部分の半導体微粒子層の表面に添加剤を吸着させた後、この色素および添加剤が吸着した半導体微粒子層と対極との間に添加剤を含まない電解液を封入する。こうすることで、色素担持半導体微粒子層に吸着した添加剤により逆電子移動反応を防止しつつ、電解液による色素の溶出を防止することができ、光電変換効率の経時劣化を効果的に防止することができる。添加剤としては、半導体微粒子層に結合する官能基(イミダゾリル基、カルボキシ基、ホスホン基など)を有し、結合の結果脱着を起こさず、かつ吸着の結果、半導体微粒子層の表面の露出を抑えることができる分子が用いられ、具体的には、例えば、tert−ブチルピリジン、1−メトキシベンゾイミダゾール、デカンリン酸などの長鎖アルキル基(C=13程度)を持つホスホン酸などが用いられる。   Incidentally, in a dye-sensitized photoelectric conversion element such as a dye-sensitized solar cell, an additive composed of a substance that is bonded to the dye-carrying semiconductor fine particle layer is usually added in order to prevent reverse electron transfer in the electrolytic solution. As this additive, tert-butylpyridine, 1-methoxybenzimidazole, phosphonic acid having a long-chain alkyl group (about C = 13) or the like is used. The characteristics of these additives are that they can be mixed uniformly in the electrolyte and have functional groups that can be bonded to the dye-carrying semiconductor fine particle layer. However, according to the knowledge of the present inventors, in the conventional dye-sensitized photoelectric conversion element, the dye previously adsorbed on the surface of the semiconductor fine particle layer is eluted after the electrolytic solution is sealed, and the photoelectric conversion efficiency is increased. It was confirmed that it deteriorated rapidly. Therefore, it is necessary to improve the photoelectric conversion efficiency by preventing elution of the dye previously adsorbed on the semiconductor fine particle layer while preventing the reverse electron transfer reaction. For this purpose, instead of adding an additive to the electrolytic solution, the dye and additive are adsorbed in advance on the semiconductor fine particle layer, and at this time, the additive is adsorbed in a gap portion between the dyes, It is effective not to include additives. As the method, for example, the dye is adsorbed on the surface of the semiconductor fine particle layer in the space between the dyes by immersing the semiconductor fine particle layer on which the dye is adsorbed in a solution containing the additive, and then the dye. In addition, an electrolyte containing no additive is sealed between the semiconductor fine particle layer on which the additive is adsorbed and the counter electrode. By doing so, the additive adsorbed on the dye-carrying semiconductor fine particle layer can prevent the reverse electron transfer reaction, and can prevent the dye from being eluted by the electrolytic solution, thereby effectively preventing the deterioration of photoelectric conversion efficiency over time. be able to. As an additive, it has a functional group (imidazolyl group, carboxy group, phosphone group, etc.) that binds to the semiconductor fine particle layer, does not cause desorption as a result of bonding, and suppresses exposure of the surface of the semiconductor fine particle layer as a result of adsorption. Specifically, for example, phosphonic acid having a long-chain alkyl group (about C = 13) such as tert-butylpyridine, 1-methoxybenzimidazole, and decanephosphoric acid is used.

対極は導電性物質であれば任意のものを用いることができるが、絶縁性の物質でも、半導体電極に面している側に導電層が設置されていれば、これも使用可能である。ただし、対極の材料としては電気化学的に安定である材料を用いることが好ましく、具体的には、白金、金、カーボン、導電性ポリマーなどを用いることが望ましい。また、酸化還元の触媒効果を向上させる目的で、半導体電極に面している側は微細構造で表面積が増大していることが好ましく、例えば、白金であれば白金黒状態に、カーボンであれば多孔質状態になっていることが望まれる。白金黒状態は白金の陽極酸化法、塩化白金酸処理などによって、多孔質状態のカーボンは、カーボン微粒子の焼結や有機ポリマーの焼成などの方法によって形成することができる。また、透明導電性基板上に白金など酸化還元触媒効果の高い金属を配線するか、表面を塩化白金酸処理することにより、透明な対極として使用することもできる。この対極の形状に制限はないが、管状の透明導電性基板を用いる場合、この対極の形状は、棒状、管状、ワイヤー状などのいずれでもよいが、透明基板の内面に沿った形状であることが好ましい。   Any material can be used as the counter electrode as long as it is a conductive material, but an insulating material can also be used as long as a conductive layer is provided on the side facing the semiconductor electrode. However, as the counter electrode material, an electrochemically stable material is preferably used, and specifically, platinum, gold, carbon, a conductive polymer, or the like is preferably used. For the purpose of improving the catalytic effect of redox, it is preferable that the side facing the semiconductor electrode has a fine structure and the surface area is increased. It is desired to be in a porous state. The platinum black state can be formed by a method such as platinum anodization or chloroplatinic acid treatment, and the porous carbon can be formed by a method such as sintering of carbon fine particles or firing of an organic polymer. Moreover, it can also be used as a transparent counter electrode by wiring a metal having a high redox catalytic effect such as platinum on a transparent conductive substrate or treating the surface with chloroplatinic acid. The shape of the counter electrode is not limited. However, when a tubular transparent conductive substrate is used, the shape of the counter electrode may be any of a rod shape, a tube shape, a wire shape, and the like, but the shape along the inner surface of the transparent substrate. Is preferred.

電解質は、ヨウ素(I2 )と金属ヨウ化物もしくは有機ヨウ化物との組み合わせ、臭素(Br2 )と金属臭化物あるいは有機臭化物との組み合わせのほか、フェロシアン酸塩/フェリシアン酸塩やフェロセン/フェリシニウムイオンなどの金属錯体、ポリ硫化ナトリウム、アルキルチオール/アルキルジスルフィドなどのイオウ化合物、ビオロゲン色素、ヒドロキノン/キノンなどを用いることができる。上記金属化合物のカチオンとしてはLi、Na、K、Mg、Ca、Csなど、上記有機化合物のカチオンとしてはテトラアルキルアンモニウム類、ピリジニウム類、イミダゾリウム類などの4級アンモニウム化合物が好ましいが、これらに限定されるものではなく、これらを2種類以上混合して用いることもできる。この中でも、I2 とLiI、NaIやイミダゾリウムヨーダイドなどの4級アンモニウム化合物とを組み合わせた電解質が好ましい。電解質塩の濃度は、溶媒に対して0.05〜10Mが好ましく、さらに好ましくは0.2〜3Mである。I2 やBr2 の濃度は0.0005〜1Mが好ましく、さらに好ましくは0.001〜0.5Mである。また、開放電圧、短絡電流を向上させる目的で4−tert−ブチルピリジンやベンズイミダゾリウムなどの各種添加剤を加えることもできる。 Electrolytes include combinations of iodine (I 2 ) and metal iodide or organic iodide, bromine (Br 2 ) and metal bromide or organic bromide, ferrocyanate / ferricyanate, ferrocene / ferri Metal complexes such as sinium ion, sodium polysulfide, sulfur compounds such as alkyl thiol / alkyl disulfide, viologen dye, hydroquinone / quinone, and the like can be used. Lithium, Na, K, Mg, Ca, Cs and the like are preferable as the cation of the metal compound, and quaternary ammonium compounds such as tetraalkylammonium, pyridinium, and imidazolium are preferable as the cation of the organic compound. There is no limitation, and two or more of these may be mixed and used. Among these, an electrolyte obtained by combining I 2 and a quaternary ammonium compound such as LiI, NaI or imidazolium iodide is preferable. The concentration of the electrolyte salt is preferably 0.05 to 10M, more preferably 0.2 to 3M with respect to the solvent. The concentration of I 2 or Br 2 is preferably 0.0005 to 1M, more preferably 0.001 to 0.5M. Various additives such as 4-tert-butylpyridine and benzimidazolium can also be added for the purpose of improving the open circuit voltage and the short circuit current.

上記電解質組成物を構成する溶媒として水、アルコール類、エーテル類、エステル類、炭酸エステル類、ラクトン類、カルボン酸エステル類、リン酸トリエステル類、複素環化合物類、ニトリル類、ケトン類、アミド類、ニトロメタン、ハロゲン化炭化水素、ジメチルスルホキシド、スルフォラン、N−メチルピロリドン、1,3−ジメチルイミダゾリジノン、3−メチルオキサゾリジノン、炭化水素などが挙げられるが、これらに限定されるものではなく、また、これらを2種類以上混合して用いることもできる。さらに、溶媒としてテトラアルキル系、ピリジニウム系、イミダゾリウム系4級アンモニウム塩の室温イオン性液体を用いることも可能である。   Water, alcohols, ethers, esters, carbonate esters, lactones, carboxylic acid esters, phosphoric acid triesters, heterocyclic compounds, nitriles, ketones, amides as a solvent constituting the electrolyte composition Nitromethane, halogenated hydrocarbons, dimethyl sulfoxide, sulfolane, N-methylpyrrolidone, 1,3-dimethylimidazolidinone, 3-methyloxazolidinone, hydrocarbons and the like, but are not limited thereto, Moreover, these can also be used in mixture of 2 or more types. Furthermore, it is also possible to use a room temperature ionic liquid of a tetraalkyl, pyridinium, or imidazolium quaternary ammonium salt as a solvent.

光電変換素子の漏液あるいは電解質の揮発を低減する目的で、上記電解質組成物へゲル化剤、ポリマー、架橋モノマーなどを溶解させ、ゲル状電解質として使用することも可能である。ゲルマトリクスと電解質組成物との比率は、電解質組成物が多ければイオン導電率は高くなるが、機械的強度は低下し、逆に電解質組成物が少なすぎると機械的強度は大きいがイオン導電率は低下するため、電解質組成物はゲル状電解質の50〜99wt%が望ましく、80〜97wt%がより好ましい。また、上記電解質と可塑剤とをポリマーに溶解させ、可塑剤を揮発除去することで全固体型の光電変換素子を実現することも可能である。   For the purpose of reducing the leakage of the photoelectric conversion element or the volatilization of the electrolyte, it is possible to dissolve the gelling agent, polymer, crosslinking monomer, etc. in the above electrolyte composition and use it as a gel electrolyte. The ratio of the gel matrix to the electrolyte composition is such that the more the electrolyte composition, the higher the ionic conductivity, but the mechanical strength decreases. Conversely, if the electrolyte composition is too small, the mechanical strength increases but the ionic conductivity. Therefore, the electrolyte composition is desirably 50 to 99 wt%, more preferably 80 to 97 wt% of the gel electrolyte. It is also possible to realize an all-solid photoelectric conversion element by dissolving the electrolyte and the plasticizer in a polymer and volatilizing and removing the plasticizer.

光電変換素子の製造方法は特に限定されないが、例えば電解質組成物が液状、もしくは光電変換素子内部でゲル化させることが可能であり、導入前は液状の電解質組成物の場合には、半導体電極と対極とを対向させ、これらの二つの電極が互いに接しないように、この半導体電極が形成されていない部分を利用して封止する。このとき、半導体電極と対極との隙間の大きさに特に制限はないが、通常1〜100μmであり、より好ましくは1〜50μmである。これらの電極間の距離が長すぎると、導電率の低下から光電流が減少してしまう。封止方法は特に制限されないが、耐光性、絶縁性、防湿性を備えた材料を用いることが好ましく、エポキシ樹脂、紫外線硬化樹脂、アクリル樹脂、ポリイソブチレン樹脂、EVA(エチレンビニルアセテート) 、アイオノマー樹脂、セラミック、各種熱融着樹脂などを用いることができ、また、種々の溶接法を用いることができる。また、電解質組成物の溶液を注液する注入口が必要であるが、注入口の場所は特に限定されない。注液方法に特に制限はないが、予め封止され、溶液の注入口を開けられた素子の内部に注液を行う方法が好ましい。この場合、注入口に溶液を数滴垂らし、毛細管現象により注液する方法が簡便である。また、必要に応じて減圧もしくは加熱下で注液の操作を行うこともできる。完全に溶液が注入された後、注入口に残った溶液を除去し、注入口を封止する。この封止方法にも特に制限はないが、必要であればガラス板やプラスチック基板を封止剤で貼り付けて封止することもできる。また、ポリマーなどを用いたゲル状電解質、全固体型の電解質の場合、半導体電極上で電解質組成物と可塑剤とを含むポリマー溶液をキャスト法により揮発除去させる。可塑剤を完全に除去した後、上記方法と同様に封止を行う。この封止は真空シーラーなどを用いて、不活性ガス雰囲気下、もしくは減圧中で行うことが好ましい。封止を行った後、電解質を半導体電極へ十分に含漬させるため、必要に応じて加熱、加圧の操作を行うことも可能である。   The manufacturing method of the photoelectric conversion element is not particularly limited. For example, the electrolyte composition can be liquid or gelled inside the photoelectric conversion element. In the case of a liquid electrolyte composition before introduction, the semiconductor electrode and The counter electrode is opposed to each other, and sealing is performed using a portion where the semiconductor electrode is not formed so that these two electrodes do not contact each other. At this time, although there is no restriction | limiting in particular in the magnitude | size of the clearance gap between a semiconductor electrode and a counter electrode, Usually, it is 1-100 micrometers, More preferably, it is 1-50 micrometers. If the distance between these electrodes is too long, the photocurrent decreases due to the decrease in conductivity. The sealing method is not particularly limited, but it is preferable to use a material having light resistance, insulation, and moisture resistance. Epoxy resin, ultraviolet curable resin, acrylic resin, polyisobutylene resin, EVA (ethylene vinyl acetate), ionomer resin Ceramics, various heat-sealing resins, etc. can be used, and various welding methods can be used. Moreover, although the inlet which injects the solution of electrolyte composition is required, the place of an inlet is not specifically limited. Although there is no restriction | limiting in particular in the liquid injection method, The method of injecting into the inside of the element sealed beforehand and opened the injection port of the solution is preferable. In this case, a method of dropping a few drops of the solution at the injection port and injecting the solution by capillary action is simple. In addition, the injection operation can be performed under reduced pressure or under heating as necessary. After the solution is completely injected, the solution remaining at the inlet is removed and the inlet is sealed. Although there is no restriction | limiting in particular also in this sealing method, If necessary, it can also seal by affixing a glass plate or a plastic substrate with a sealing agent. In the case of a gel electrolyte using a polymer or the like, or an all solid electrolyte, a polymer solution containing an electrolyte composition and a plasticizer is volatilized and removed on a semiconductor electrode by a casting method. After completely removing the plasticizer, sealing is performed in the same manner as in the above method. This sealing is preferably performed using a vacuum sealer or the like under an inert gas atmosphere or under reduced pressure. After sealing, in order to fully immerse the electrolyte in the semiconductor electrode, it is possible to perform heating and pressurizing operations as necessary.

色素増感光電変換素子は、最も典型的には色素増感太陽電池として構成される。この色素増感光電変換素子は、およそ電力が必要なもの全てに用いることができ、大きさも問わないが、例えば、電子機器、移動体、動力装置、建設機械、工作機械、発電システムなどに用いることができ、用途などによって出力、大きさ、形状などが決められる。ただし、色素増感光電変換素子は、色素増感太陽電池以外のもの、例えば色素増感光センサーなどであってもよい。   The dye-sensitized photoelectric conversion element is most typically configured as a dye-sensitized solar cell. This dye-sensitized photoelectric conversion element can be used for almost any device that requires electric power and may be of any size. For example, the dye-sensitized photoelectric conversion device is used for an electronic device, a moving body, a power device, a construction machine, a machine tool, a power generation system, etc. The output, size, shape, etc. are determined depending on the application. However, the dye-sensitized photoelectric conversion element may be other than a dye-sensitized solar cell, for example, a dye-sensitized photosensor.

第2の発明は、
複数の光電変換素子を並べて配線した光電変換素子モジュールにおいて、
少なくとも一つの上記光電変換素子が、
増感色素を担持した半導体電極と対極との間に電解質層を有する色素増感光電変換素子において、
受光面および/または受光面と上記半導体電極との間に赤外反射膜を有するものである
ことを特徴とするものである。
The second invention is
In the photoelectric conversion element module in which a plurality of photoelectric conversion elements are arranged and wired,
At least one of the photoelectric conversion elements is
In a dye-sensitized photoelectric conversion element having an electrolyte layer between a semiconductor electrode carrying a sensitizing dye and a counter electrode,
A light receiving surface and / or an infrared reflective film is provided between the light receiving surface and the semiconductor electrode.

この場合、複数の光電変換素子は、その全てが上記の色素増感光電変換素子であってもよいし、上記の色素増感光電変換素子と他の光電変換素子、具体的には従来の一般的な色素増感光電変換素子やシリコン系光電変換素子などとの組み合わせであってもよい。複数の光電変換素子には、太陽光スペクトルのより広い波長帯の光を有効に利用するために、好適には、互いに異なる波長帯の光を光電変換可能な少なくとも二種類の上記色素増感光電変換素子を含むようにしてもよい。
この光電変換素子モジュールの形態は特に制限されず、必要に応じて決めることができる。また、複数の光電変換素子の配置方法も特に制限されず、必要に応じて決めることができるが、具体的には、例えば、二次元的に並列配置したり、これを複数段積層して三次元的に配置したりすることができる。複数の光電変換素子間の配線の仕方は、直列、並列のいずれであってもよい。
第2の発明においては、上記以外のことについては、その性質に反しない限り、第1の発明に関連して説明したことが成立する。
In this case, all of the plurality of photoelectric conversion elements may be the above dye-sensitized photoelectric conversion elements, or the above-described dye-sensitized photoelectric conversion elements and other photoelectric conversion elements, specifically, conventional general-purpose photoelectric conversion elements. A combination with a typical dye-sensitized photoelectric conversion element or a silicon photoelectric conversion element may also be used. For the plurality of photoelectric conversion elements, in order to effectively use light in a wider wavelength band of the sunlight spectrum, it is preferable that at least two types of the above dye-sensitized photoelectric converters capable of photoelectrically converting light in different wavelength bands. A conversion element may be included.
The form of this photoelectric conversion element module is not particularly limited, and can be determined as necessary. In addition, the arrangement method of the plurality of photoelectric conversion elements is not particularly limited and can be determined as necessary. Specifically, for example, two-dimensionally arranging them in parallel or stacking a plurality of stages to form a tertiary It can be arranged originally. The wiring method between the plurality of photoelectric conversion elements may be either serial or parallel.
In the second invention, what has been described in relation to the first invention is valid as far as it is not contrary to the nature thereof.

第3の発明は、
一つまたは複数の光電変換素子を用いた電子機器において、
少なくとも一つの上記光電変換素子が、
増感色素を担持した半導体電極と対極との間に電解質層を有する色素増感光電変換素子において、
受光面および/または受光面と上記半導体電極との間に赤外反射膜を有するものである
ことを特徴とするものである。
The third invention is
In electronic equipment using one or more photoelectric conversion elements,
At least one of the photoelectric conversion elements is
In a dye-sensitized photoelectric conversion element having an electrolyte layer between a semiconductor electrode carrying a sensitizing dye and a counter electrode,
A light receiving surface and / or an infrared reflective film is provided between the light receiving surface and the semiconductor electrode.

この電子機器は、基本的にはどのようなものであってもよく、携帯型のものと据え置き型のものとの双方を含むが、具体例を挙げると、携帯電話、モバイル機器、ロボット、パーソナルコンピュータ、ゲーム機器、車載機器、家庭電気製品、工業製品などである。
第3の発明においては、上記以外のことについては、その性質に反しない限り、第1の発明に関連して説明したことが成立する。
This electronic device may basically be any type, and includes both portable and stationary types. Specific examples include cell phones, mobile devices, robots, personal computers, and the like. Computers, game devices, in-vehicle devices, home appliances, industrial products, etc.
In the third aspect of the invention, what has been described in relation to the first aspect of the invention other than the above is valid as long as it is not contrary to the nature thereof.

第4の発明は、
一つまたは複数の光電変換素子を用いた移動体において、
少なくとも一つの上記光電変換素子が、
増感色素を担持した半導体電極と対極との間に電解質層を有する色素増感光電変換素子において、
受光面および/または受光面と上記半導体電極との間に赤外反射膜を有するものである
ことを特徴とするものである。
The fourth invention is:
In a moving body using one or more photoelectric conversion elements,
At least one of the photoelectric conversion elements is
In a dye-sensitized photoelectric conversion element having an electrolyte layer between a semiconductor electrode carrying a sensitizing dye and a counter electrode,
A light receiving surface and / or an infrared reflective film is provided between the light receiving surface and the semiconductor electrode.

この移動体は、基本的にはどのようなものであってもよく、具体例を挙げると、自動車、二輪車、航空機、ロケット、宇宙船などである。
第4の発明においては、上記以外のことについては、その性質に反しない限り、第1の発明に関連して説明したことが成立する。
This moving body may be basically any type, and specific examples include automobiles, two-wheeled vehicles, aircraft, rockets, and space ships.
In the fourth invention, the matters other than the above are explained in relation to the first invention unless they are contrary to the nature.

第5の発明は、
一つまたは複数の光電変換素子を用いた発電システムにおいて、
少なくとも一つの上記光電変換素子が、
増感色素を担持した半導体電極と対極との間に電解質層を有する色素増感光電変換素子において、
受光面および/または受光面と上記半導体電極との間に赤外反射膜を有するものである
ことを特徴とするものである。
この発電システムは、基本的にはどのようなものであってもよく、その規模も問わない。
第5の発明においては、上記以外のことについては、その性質に反しない限り、第1の発明に関連して説明したことが成立する。
The fifth invention is:
In a power generation system using one or more photoelectric conversion elements,
At least one of the photoelectric conversion elements is
In a dye-sensitized photoelectric conversion element having an electrolyte layer between a semiconductor electrode carrying a sensitizing dye and a counter electrode,
A light receiving surface and / or an infrared reflective film is provided between the light receiving surface and the semiconductor electrode.
This power generation system may be basically any type, and its scale is not limited.
In the fifth invention, what has been described in relation to the first invention holds true for matters other than those described above, unless they are contrary to the nature thereof.

上述のように構成されたこの発明においては、受光面および/または受光面と半導体電極との間に赤外反射膜を有することにより、受光面に赤外光、すなわち熱線が入射しても反射することができ、しかも光電変換に主として寄与する可視光はこの赤外反射膜を透過するため、光電変換を支障なく行うことができる。   In the present invention configured as described above, an infrared reflection film is provided between the light receiving surface and / or the light receiving surface and the semiconductor electrode so that infrared light, that is, heat rays are incident on the light receiving surface. In addition, visible light that mainly contributes to photoelectric conversion passes through the infrared reflection film, and thus photoelectric conversion can be performed without any problem.

この発明によれば、色素増感光電変換素子の受光面に入射する赤外光を反射することができることにより、この赤外光の吸収に起因して封止材や電解質層が加熱されるのを防止することができる。このため、熱による封止材の劣化や電解質層の膨張を防止することができることから、熱による封止材の破れを防止することができ、色素増感光電変換素子の耐久性の向上を図ることができる。しかも、この色素増感光電変換素子では冷却水の循環設備が不要であるため、簡便かつ低コストである。そして、このような優れた色素増感光電変換素子を用いることにより、高性能の光電変換素子モジュール、電子機器、移動体および発電システムを得ることができる。   According to the present invention, the infrared light incident on the light receiving surface of the dye-sensitized photoelectric conversion element can be reflected, whereby the sealing material and the electrolyte layer are heated due to the absorption of the infrared light. Can be prevented. For this reason, since deterioration of the sealing material due to heat and expansion of the electrolyte layer can be prevented, tearing of the sealing material due to heat can be prevented, and durability of the dye-sensitized photoelectric conversion element can be improved. be able to. In addition, since this dye-sensitized photoelectric conversion element does not require a circulating facility for cooling water, it is simple and low-cost. By using such an excellent dye-sensitized photoelectric conversion element, it is possible to obtain a high-performance photoelectric conversion element module, an electronic device, a moving body, and a power generation system.

以下、この発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。なお、実施形態の全図において、同一または対応する部分には同一の符号を付す。
図1はこの発明の第1の実施形態による色素増感光電変換素子を示す。
図1に示すように、この色素増感光電変換素子においては、透明導電性基板1上に色素担持半導体微粒子層2(色素増感半導体電極)が形成されたものと、少なくともその表面が対極を構成する導電性基板3とが、それらの色素担持半導体微粒子層2および導電性基板3が所定の間隔をおいて互いに対向した状態で、透明導電性基板1および導電性基板3の周辺部において封止材4によって互いに接着され、封止されている。色素担持半導体微粒子層2と導電性基板3との間隔は、例えば1〜100μm、典型的には数十〜100μm、好ましくは1〜50μmである。封止材4としては、例えば、すでに述べたものを用いることができる。色素担持半導体微粒子層2と導電性基板3と封止材4とによって囲まれた空間に電解質層5が封入されている。さらに、図示は省略するが、例えば、これらの全体がケース内に収納され封止され、あるいは、ケース内に収納する代わりにこれら全体が樹脂封止される。透明導電性基板1および導電性基板3は、いずれも例えば長方形の形状を有するが、他の形状であっても構わない。透明導電性基板1と導電性基板3とは導線などにより互いに電気的に接続され、それらの間に負荷が接続される。この場合、透明導電性基板1側から色素担持半導体微粒子層2に光が当たる構造となっている。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In all the drawings of the embodiments, the same or corresponding parts are denoted by the same reference numerals.
FIG. 1 shows a dye-sensitized photoelectric conversion element according to the first embodiment of the present invention.
As shown in FIG. 1, in this dye-sensitized photoelectric conversion element, a dye-carrying semiconductor fine particle layer 2 (dye-sensitized semiconductor electrode) is formed on a transparent conductive substrate 1, and at least its surface has a counter electrode. The transparent conductive substrate 1 and the peripheral portion of the conductive substrate 3 are sealed in a state where the dye-carrying semiconductor fine particle layer 2 and the conductive substrate 3 face each other at a predetermined interval. They are bonded and sealed to each other by a stopper 4. The distance between the dye-carrying semiconductor fine particle layer 2 and the conductive substrate 3 is, for example, 1 to 100 μm, typically several tens to 100 μm, preferably 1 to 50 μm. As the sealing material 4, for example, those already described can be used. An electrolyte layer 5 is enclosed in a space surrounded by the dye-carrying semiconductor fine particle layer 2, the conductive substrate 3, and the sealing material 4. Further, although not shown in the drawings, for example, the entirety of these is housed and sealed in a case, or instead of being housed in the case, the whole is resin-sealed. The transparent conductive substrate 1 and the conductive substrate 3 both have, for example, a rectangular shape, but may have other shapes. The transparent conductive substrate 1 and the conductive substrate 3 are electrically connected to each other by a conducting wire or the like, and a load is connected between them. In this case, light is applied to the dye-carrying semiconductor fine particle layer 2 from the transparent conductive substrate 1 side.

図2に、特に、透明導電性基板1が透明基板1a上に透明電極1bを形成したものであり、導電性基板3が透明または不透明の基板3a上に対極3bを形成したものである場合の色素増感光電変換素子を示す。
透明導電性基板1(あるいは透明基板1aおよび透明電極1b)、色素担持半導体微粒子層2、導電性基板3(あるいは基板3aおよび対極3b)、封止材4および電解質層5としては、すでに挙げたものの中から、必要に応じて選択することができる。
In FIG. 2, in particular, the transparent conductive substrate 1 is obtained by forming the transparent electrode 1b on the transparent substrate 1a, and the conductive substrate 3 is obtained by forming the counter electrode 3b on the transparent or opaque substrate 3a. 1 shows a dye-sensitized photoelectric conversion element.
The transparent conductive substrate 1 (or the transparent substrate 1a and the transparent electrode 1b), the dye-carrying semiconductor fine particle layer 2, the conductive substrate 3 (or the substrate 3a and the counter electrode 3b), the sealing material 4 and the electrolyte layer 5 have already been mentioned. You can choose from those as needed.

この色素増感光電変換素子で特徴的なことは、透明導電性基板1の一方の主面からなる受光面に赤外反射膜6が設けられていることである。この赤外反射膜6としては、好適には、TiO2 /TiN/TiO2 の三層構造のヒートミラーが用いられる。ここで、このヒートミラーの可視光透過率および赤外反射特性を最適化するため、好適には、TiN膜の厚さは20〜30nm、TiO2 膜の厚さは30〜50nmに選ばれる。このように受光面に赤外反射膜6が設けられていることにより、色素増感光電変換素子に入射する光のうち赤外光を選択的に反射することができ、しかも光電変換に主として寄与する可視光は透過して色素担持半導体微粒子層2に到達することができる。 What is characteristic about this dye-sensitized photoelectric conversion element is that an infrared reflection film 6 is provided on the light-receiving surface formed of one main surface of the transparent conductive substrate 1. As the infrared reflection film 6, a heat mirror having a three-layer structure of TiO 2 / TiN / TiO 2 is preferably used. Here, in order to optimize the visible light transmittance and infrared reflection characteristics of the heat mirror, the thickness of the TiN film is preferably selected to be 20 to 30 nm, and the thickness of the TiO 2 film is preferably set to 30 to 50 nm. By providing the infrared reflection film 6 on the light receiving surface in this way, infrared light can be selectively reflected among light incident on the dye-sensitized photoelectric conversion element, and contributes mainly to photoelectric conversion. Visible light that passes through can reach the dye-carrying semiconductor fine particle layer 2.

次に、この色素増感光電変換素子の製造方法について説明する。
まず、透明導電性基板1を用意する。次に、この透明導電性基板1の受光面となる一方の主面に、例えば真空蒸着、スパッタリングなどの真空プロセスにより、TiO2 膜、TiN膜およびTiO2 膜を順次形成する。次に、この透明導電性基板1の他方の主面に、半導体微粒子が分散されたペーストを所定のギャップ(厚さ)に塗布する。次に、この透明導電性基板1を所定温度に加熱して半導体微粒子を焼結する。次に、この半導体微粒子が焼結された透明導電性基板1を色素溶液に浸漬するなどして半導体微粒子に色素を担持させる。こうして色素担持半導体微粒子層2が形成される。
Next, the manufacturing method of this dye-sensitized photoelectric conversion element is demonstrated.
First, the transparent conductive substrate 1 is prepared. Next, a TiO 2 film, a TiN film, and a TiO 2 film are sequentially formed on one main surface serving as a light receiving surface of the transparent conductive substrate 1 by a vacuum process such as vacuum deposition or sputtering. Next, a paste in which semiconductor fine particles are dispersed is applied to the other main surface of the transparent conductive substrate 1 in a predetermined gap (thickness). Next, the transparent conductive substrate 1 is heated to a predetermined temperature to sinter the semiconductor fine particles. Next, the semiconductor fine particles are supported on the dye by, for example, immersing the transparent conductive substrate 1 on which the semiconductor fine particles are sintered in the dye solution. Thus, the dye-carrying semiconductor fine particle layer 2 is formed.

一方、導電性基板3を別途用意する。そして、上記の透明導電性基板1とこの導電性基板3とを色素担持半導体微粒子層2および導電性基板3が所定の間隔、例えば1〜100μm、好ましくは1〜50μmの間隔をおいて互いに対向するように配置するとともに、封止材4によって電解質層5が封入される空間を作り、この空間に予め形成された注液口から電解質層5を注入する。その後、この注液口を塞ぐ。これによって、色素増感光電変換素子が製造される。   On the other hand, a conductive substrate 3 is prepared separately. Then, the transparent conductive substrate 1 and the conductive substrate 3 are opposed to each other with a predetermined distance, for example, 1 to 100 μm, preferably 1 to 50 μm, between the dye-carrying semiconductor fine particle layer 2 and the conductive substrate 3. In addition, a space in which the electrolyte layer 5 is enclosed by the sealing material 4 is formed, and the electrolyte layer 5 is injected from a liquid injection port formed in advance in this space. Thereafter, the liquid injection port is closed. Thus, a dye-sensitized photoelectric conversion element is manufactured.

次に、この色素増感光電変換素子の動作について説明する。
透明導電性基板1の受光面に設けられた赤外反射膜6に入射した光のうち赤外光はこのヒートミラー7により反射され、可視光だけがこの赤外反射膜6を透過し、さらに透明導電性基板1を透過して色素担持半導体微粒子層2に入射する。こうして色素担持半導体微粒子層2に入射した光は、この色素担持半導体微粒子層2の増感色素を励起して電子を発生する。この電子は、速やかに色素から色素担持半導体微粒子層2の半導体微粒子に渡される。一方、電子を失った色素は、電解質層5のイオンから電子を受け取り、電子を渡した分子は、再び導電性基板3の表面で電子を受け取る。この一連の反応により、色素担持半導体微粒子層2と電気的に接続された透明導電性基板1と導電性基板3との間に起電力が発生する。こうして光電変換が行われる。
Next, the operation of this dye-sensitized photoelectric conversion element will be described.
Of the light incident on the infrared reflecting film 6 provided on the light receiving surface of the transparent conductive substrate 1, infrared light is reflected by the heat mirror 7, and only visible light passes through the infrared reflecting film 6. The light passes through the transparent conductive substrate 1 and enters the dye-carrying semiconductor fine particle layer 2. The light thus incident on the dye-carrying semiconductor fine particle layer 2 excites the sensitizing dye in the dye-carrying semiconductor fine particle layer 2 to generate electrons. The electrons are quickly transferred from the dye to the semiconductor fine particles of the dye-carrying semiconductor fine particle layer 2. On the other hand, the dye that has lost the electrons receives electrons from the ions of the electrolyte layer 5, and the molecules that have transferred the electrons receive electrons again on the surface of the conductive substrate 3. By this series of reactions, an electromotive force is generated between the transparent conductive substrate 1 and the conductive substrate 3 that are electrically connected to the dye-carrying semiconductor fine particle layer 2. In this way, photoelectric conversion is performed.

以上のように、この第1の実施形態によれば、色素増感光電変換素子の受光面に赤外反射膜6が設けられていることにより、赤外光の吸収により発生する熱により封止材4や電解質層5が加熱される問題がない。このため、熱により封止材4が劣化したり電解質層5が膨張したりすることがなく、封止材4の破れを有効に防止することができ、電解質層5の漏出を防止することができる。これによって、色素増感光電変換素子の耐久性の向上を図ることができ、ひいては寿命および信頼性の向上を図ることができる。しかも、除熱を行うための冷却水の循環設備が不要であるため、簡便かつ低コストである。   As described above, according to the first embodiment, since the infrared reflection film 6 is provided on the light receiving surface of the dye-sensitized photoelectric conversion element, sealing is performed by heat generated by absorption of infrared light. There is no problem that the material 4 and the electrolyte layer 5 are heated. For this reason, the sealing material 4 does not deteriorate or the electrolyte layer 5 expands due to heat, so that the sealing material 4 can be effectively prevented from being broken, and leakage of the electrolyte layer 5 can be prevented. it can. Thereby, the durability of the dye-sensitized photoelectric conversion element can be improved, and as a result, the life and reliability can be improved. And since the cooling water circulation facility for heat removal is unnecessary, it is simple and low-cost.

〈実施例1〉
透明導電性基板1としてFTO(フッ素ドープSnO2 )基板を用い、その一方の主面に酸素雰囲気下でTiOを真空蒸着することによりTiO2 膜を厚さ30nm形成した。次に、このTiO2 膜上にTiNをターゲットとしてスパッタリング法によりTiN膜を厚さ30nm形成した。次に、このTiN膜上に酸素雰囲気下でTiOを真空蒸着することによりTiO2 膜を厚さ30nm形成した。こうして、受光面に赤外反射膜6としてTiO2 /TiN/TiO2 の三層構造のヒートミラーを形成した。
<Example 1>
An FTO (fluorine-doped SnO 2 ) substrate was used as the transparent conductive substrate 1, and TiO 2 film was formed in a thickness of 30 nm on one main surface by vacuum deposition of TiO under an oxygen atmosphere. Next, a TiN film having a thickness of 30 nm was formed on the TiO 2 film by sputtering using TiN as a target. Next, TiO 2 film was formed to a thickness of 30 nm on this TiN film by vacuum deposition of TiO in an oxygen atmosphere. In this way, a heat mirror having a three-layer structure of TiO 2 / TiN / TiO 2 was formed as the infrared reflecting film 6 on the light receiving surface.

半導体微粒子としてTiO2 微粒子を用いた。TiO2 微粒子が分散されたペーストを非特許文献2を参考にして以下のように作製した。125mlのチタンイソプロポキシドを750mlの0.1M硝酸水溶液に室温で撹拌しながらゆっくり滴下した。滴下が終了したら、この溶液を80℃の恒温槽に移し、8時間撹拌して、白濁した半透明のゾル溶液を得た。このゾル溶液を室温まで放冷し、ガラスフィルターでろ過した後、700mlにメスアップした。得られたゾル溶液をオートクレーブへ移し、220℃で12時間水熱処理を行った後、1時間超音波処理を行うことにより分散処理した。次に、この溶液をエバポレーターにより40℃で濃縮し、TiO2 の含有量が20wt%になるように調製した。この濃縮ゾル溶液に、ペースト中のTiO2 に対して20wt%のポリエチレングリコール(分子量50万)とペースト中のTiO2 に対して30wt%の粒径200nmのアナターゼ型TiO2 を添加し、これらを撹拌脱泡機で均一に混合し、増粘したTiO2 ペーストを得た。 TiO 2 fine particles were used as the semiconductor fine particles. A paste in which TiO 2 fine particles were dispersed was prepared as follows with reference to Non-Patent Document 2. 125 ml of titanium isopropoxide was slowly added dropwise to 750 ml of 0.1 M nitric acid aqueous solution with stirring at room temperature. When the dropping was completed, this solution was transferred to a constant temperature bath at 80 ° C. and stirred for 8 hours to obtain a cloudy translucent sol solution. The sol solution was allowed to cool to room temperature, filtered through a glass filter, and then made up to 700 ml. The obtained sol solution was transferred to an autoclave, hydrothermally treated at 220 ° C. for 12 hours, and then subjected to dispersion treatment by performing ultrasonic treatment for 1 hour. Next, this solution was concentrated by an evaporator at 40 ° C. to prepare a TiO 2 content of 20 wt%. To the concentrate sol solution was added anatase TiO 2 of 30 wt% of the particle size 200nm TiO 2 with in the paste and 20 wt% polyethylene glycol (molecular weight 500,000) with respect to TiO 2 in the paste, these The mixture was uniformly mixed with a stirring deaerator to obtain a thickened TiO 2 paste.

上記のように得られたTiO2 ペーストを、FTO基板の他方の主面にブレードコーティング法により、大きさ5mm×5mm、ギャップ(厚さ)200μmで塗布した後、500℃に30分間保持し、このFTO基板上にTiO2 を焼結した。次に、こうして焼結されたTiO2 膜上に0.1MのTiCl4 水溶液を滴下し、室温下、15時間保持した後、洗浄を行い、その後再び500℃で30分間焼成を行った。
次に、こうして作製したTiO2 焼結体の不純物を除去し、活性を高める目的で、紫外線照射装置により30分間、紫外線露光を行った。
The TiO 2 paste obtained as described above was applied to the other main surface of the FTO substrate by a blade coating method with a size of 5 mm × 5 mm and a gap (thickness) of 200 μm, and then held at 500 ° C. for 30 minutes, TiO 2 was sintered on this FTO substrate. Next, a 0.1 M TiCl 4 aqueous solution was dropped on the TiO 2 film thus sintered, and kept at room temperature for 15 hours, washed, and then fired again at 500 ° C. for 30 minutes.
Next, for the purpose of removing impurities and increasing the activity of the TiO 2 sintered body thus produced, ultraviolet exposure was performed for 30 minutes with an ultraviolet irradiation device.

次に、十分に精製したビス(2,2' −ジピリジル−4,4' −ジカルボン酸)−ルテニウム(II)ジテトラブチルアンモニウム錯体(通称N719色素)を0.3mMの濃度でアセトニトリル:tert−ブタノール=1:1混合溶媒に溶解させた。次に、この色素溶液中に上記半導体微粒子層を室温下、24時間浸漬させ、色素を担持させた。こうして、色素担持半導体微粒子層2として色素担持TiO2 微粒子層を得た。この色素担持TiO2 微粒子層を4−tert−ブチルピリジンのアセトニトリル溶液、アセトニトリルの順で洗浄し、暗所で乾燥させた。 Next, fully purified bis (2,2′-dipyridyl-4,4′-dicarboxylic acid) -ruthenium (II) ditetrabutylammonium complex (commonly known as N719 dye) was added at a concentration of 0.3 mM acetonitrile: tert- Butanol was dissolved in a 1: 1 mixed solvent. Next, the semiconductor fine particle layer was immersed in the dye solution at room temperature for 24 hours to carry the dye. Thus, a dye-supported TiO 2 fine particle layer was obtained as the dye-supported semiconductor fine particle layer 2. The dye-supported TiO 2 fine particle layer was washed with an acetonitrile solution of 4-tert-butylpyridine and acetonitrile in order, and dried in the dark.

対極としては、予め0.5mmφの注液口が開けられたFTO基板上にCr膜を厚さ50nm、次いでPt膜を厚さ100nm、スパッタリング法により順次形成し、その上に塩化白金酸のイソプロピルアルコール(IPA)溶液をスプレーコートし、385℃で15分間加熱したものを用いた。
次に、上記のように準備された色素担持TiO2 微粒子層のTiO2 面と対極のPt面とを対向させ、外周を封止材4として厚さ30μmのアイオノマー樹脂フィルムとアクリル系紫外線硬化樹脂とを用いて封止した。
As a counter electrode, a Cr film was formed on a FTO substrate, in which a 0.5 mmφ injection hole was previously opened, and then a Pt film was formed in succession by a sputtering method with a thickness of 100 nm, and isopropyl chloroplatinic acid was formed thereon. An alcohol (IPA) solution was spray coated and heated at 385 ° C. for 15 minutes.
Next, the TiO 2 surface of the dye-supported TiO 2 fine particle layer prepared as described above is opposed to the Pt surface of the counter electrode, and an ionomer resin film having a thickness of 30 μm and an acrylic ultraviolet curable resin with the outer periphery as a sealing material 4 And sealed with.

一方、メトキシアセトニトリル2gにヨウ化ナトリウム(NaI)0.030g、1−プロピル−2,3−ジメチルイミダゾリウムヨーダイド1.0g、ヨウ素(I2 )0.10g、4−tert−ブチルピリジン0.054gを溶解させ、電解質組成物を調製した。
上記の混合溶液を予めFTO基板に形成した素子の注入口から送液ポンプを用いて注入し、減圧することで素子内部の気泡を追い出した。次に、注入口をアイオノマー樹脂フィルム、アクリル樹脂、ガラス基板で封止し、色素増感光電変換素子を得た。
On the other hand, 0.030 g of sodium iodide (NaI), 1.0 g of 1-propyl-2,3-dimethylimidazolium iodide, 0.10 g of iodine (I 2 ), 4-tert-butylpyridine 054 g was dissolved to prepare an electrolyte composition.
The above mixed solution was injected from the injection port of the element formed in advance on the FTO substrate using a liquid feed pump, and the pressure inside the element was reduced to expel bubbles inside the element. Next, the inlet was sealed with an ionomer resin film, an acrylic resin, and a glass substrate to obtain a dye-sensitized photoelectric conversion element.

〈比較例1〉
透明導電性基板1としてのFTO基板の一方の主面に赤外反射膜6としてTiO2 /TiN/TiO2 の三層構造のヒートミラーを形成しないこと以外は実施例1と同様にして色素増感光電変換素子を作製した。
<Comparative example 1>
Except that a heat mirror having a three-layer structure of TiO 2 / TiN / TiO 2 is not formed as an infrared reflecting film 6 on one main surface of the FTO substrate as the transparent conductive substrate 1, the dye increase is performed in the same manner as in Example 1. A photoelectric conversion element was produced.

実施例1において透明導電性基板1としてのFTO基板の一方の主面、すなわち受光面に赤外反射膜6としてTiO2 /TiN/TiO2 の三層構造のヒートミラーを形成したものと、比較例1における透明導電性基板1としてのFTO基板との紫外−可視−近赤外透過スペクトルの測定結果を図3に示す。また、以上のようにして作製した実施例1および比較例1の色素増感光電変換素子の擬似太陽光(AM1.5、100mW/cm2 )照射時における電流(I)−電圧(V)曲線の短絡電流、開放電圧、フィルファクターおよび光電変換効率の測定結果を表1に示す。 Compared with Example 1 in which a heat mirror having a three-layer structure of TiO 2 / TiN / TiO 2 was formed as an infrared reflecting film 6 on one main surface of the FTO substrate as the transparent conductive substrate 1, that is, the light receiving surface. The measurement result of the ultraviolet-visible-near infrared transmission spectrum with the FTO substrate as the transparent conductive substrate 1 in Example 1 is shown in FIG. Moreover, the current (I) -voltage (V) curve at the time of the pseudo sunlight (AM1.5, 100 mW / cm < 2 >) irradiation of the dye-sensitized photoelectric conversion element of Example 1 and Comparative Example 1 produced as described above. Table 1 shows the measurement results of the short-circuit current, open-circuit voltage, fill factor, and photoelectric conversion efficiency.

Figure 2007095370
Figure 2007095370

図3から、受光面に赤外反射膜6としてTiO2 /TiN/TiO2 の三層構造のヒートミラーを形成した場合には、赤外光が効果的にカットされていることが分かる。
また、表1から、実施例1の色素増感光電変換素子は、受光面に赤外反射膜6としてTiO2 /TiN/TiO2 の三層構造のヒートミラーを形成しない比較例1の色素増感光電変換素子と比べて、光電変換特性にほとんど差がないことが分かる。
FIG. 3 shows that when a heat mirror having a three-layer structure of TiO 2 / TiN / TiO 2 is formed as the infrared reflecting film 6 on the light receiving surface, infrared light is effectively cut.
Further, from Table 1, the dye-sensitized photoelectric conversion element of Example 1 is the dye-sensitized dye of Comparative Example 1 in which a heat mirror having a three-layer structure of TiO 2 / TiN / TiO 2 is not formed on the light receiving surface as the infrared reflection film 6. It can be seen that there is almost no difference in photoelectric conversion characteristics compared to the photoelectric conversion element.

次に、この発明の第2の実施形態による色素増感光電変換素子について説明する。
図4に示すように、この色素増感光電変換素子においては、透明導電性基板1の透明基板1aと透明導電層1bとの間に赤外反射膜6が設けられている。
上記以外のことは第1の実施形態による色素増感光電変換素子と同様である。
この第2の実施形態によれば、第1の実施形態と同様な利点を得ることができる。
Next explained is a dye-sensitized photoelectric conversion element according to the second embodiment of the invention.
As shown in FIG. 4, in this dye-sensitized photoelectric conversion element, an infrared reflection film 6 is provided between the transparent substrate 1a and the transparent conductive layer 1b of the transparent conductive substrate 1.
Other than the above, this is the same as the dye-sensitized photoelectric conversion element according to the first embodiment.
According to the second embodiment, the same advantages as those of the first embodiment can be obtained.

次に、この発明の第3の実施形態による色素増感光電変換素子について説明する。
図5に示すように、この色素増感光電変換素子においては、透明導電層1b上に透明な金属酸化物層7が設けられ、その上に色素担持半導体微粒子層2が設けられている。具体的には、例えば、透明導電層1bを形成した後、湿式コーティング法、例えばスプレー熱分解法により金属酸化物層7として厚さが20nmのNb2 5 層を形成する。
上記以外のことは第1の実施形態による色素増感光電変換素子と同様である。
Next explained is a dye-sensitized photoelectric conversion element according to the third embodiment of the invention.
As shown in FIG. 5, in this dye-sensitized photoelectric conversion element, a transparent metal oxide layer 7 is provided on a transparent conductive layer 1b, and a dye-carrying semiconductor fine particle layer 2 is provided thereon. Specifically, for example, after forming the transparent conductive layer 1b, an Nb 2 O 5 layer having a thickness of 20 nm is formed as the metal oxide layer 7 by a wet coating method, for example, a spray pyrolysis method.
Other than the above, this is the same as the dye-sensitized photoelectric conversion element according to the first embodiment.

この第3の実施形態によれば、第1の実施形態と同様な利点に加えて次のような利点を得ることができる。すなわち、金属酸化物層7により透明導電層1bと電解質層5として用いられる電解液とが直接接することが防止されるため、逆電子移動反応による漏れ電流を大幅に低減することができ、それによってフィルファクターおよび開放電圧を高くすることができ、光電変換効率のより一層の向上を図ることができる。   According to the third embodiment, in addition to the same advantages as those of the first embodiment, the following advantages can be obtained. That is, since the metal oxide layer 7 prevents the transparent conductive layer 1b and the electrolytic solution used as the electrolyte layer 5 from being in direct contact with each other, the leakage current due to the reverse electron transfer reaction can be greatly reduced, thereby The fill factor and the open circuit voltage can be increased, and the photoelectric conversion efficiency can be further improved.

次に、この発明の第4の実施形態による色素増感光電変換素子について説明する。
図6に示すように、この色素増感光電変換素子においては、色素担持半導体微粒子層2には増感色素8が吸着しているだけでなく、この増感色素8の間の隙間の部分に添加剤9も吸着している。そして、この場合、電解質層5を構成する電解液中には、従来と異なり添加剤が加えられていない。増感色素8および添加剤9は、例えば、すでに挙げたものの中から必要に応じて選択することができる。
上記以外のことは第1の実施形態による色素増感光電変換素子と同様である。
Next explained is a dye-sensitized photoelectric conversion element according to the fourth embodiment of the invention.
As shown in FIG. 6, in this dye-sensitized photoelectric conversion element, not only the sensitizing dye 8 is adsorbed to the dye-supporting semiconductor fine particle layer 2 but also in a gap portion between the sensitizing dyes 8. Additive 9 is also adsorbed. In this case, no additive is added to the electrolyte solution constituting the electrolyte layer 5 unlike the conventional case. The sensitizing dye 8 and the additive 9 can be selected, for example, from those already mentioned as necessary.
Other than the above, this is the same as the dye-sensitized photoelectric conversion element according to the first embodiment.

次に、この色素増感光電変換素子の製造方法について説明する。
まず、第1の実施形態と同様にして透明導電性基板1上に色素担持半導体微粒子層2を形成する。この状態の色素担持半導体微粒子層2を図7Aに模式的に示す。この色素担持半導体微粒子層2は第1の実施形態と同様に形成する。
次に、図7Bに示すように、容器10内に、添加剤9を溶媒に溶かした溶液11を入れておき、この溶液11中に色素担持半導体微粒子層2が形成された透明導電性基板1を浸漬し、さらに容器10に蓋12をして、色素担持半導体微粒子層2に添加剤9を吸着させる。具体例を挙げると、溶液11として、NaI0.1M、1−プロピル−2,3ジメチルイミダゾリウムヨウ化物(DMP II)0.6M、I2 0.05M、添加剤であるtert−ブチルピリジン(TBP)0.5Mのメトキシアセトニトリル(MeACN)溶液からなる電解液を調製し、この電解液に色素担持半導体微粒子層2を5〜10分間浸漬し、色素が吸着できなかったサイトの色素担持半導体微粒子層2の表面に添加剤9としてtert−ブチルピリジンを吸着させる。その後、メトキシアセトニトリルにより、色素担持半導体微粒子層2に付着した電解液をすすぎ落とし、風乾させる。
Next, the manufacturing method of this dye-sensitized photoelectric conversion element is demonstrated.
First, the dye-carrying semiconductor fine particle layer 2 is formed on the transparent conductive substrate 1 in the same manner as in the first embodiment. The dye-carrying semiconductor fine particle layer 2 in this state is schematically shown in FIG. 7A. The dye-carrying semiconductor fine particle layer 2 is formed in the same manner as in the first embodiment.
Next, as shown in FIG. 7B, a transparent conductive substrate 1 in which a solution 11 in which an additive 9 is dissolved in a solvent is placed in a container 10, and a dye-carrying semiconductor fine particle layer 2 is formed in the solution 11. Then, the container 10 is further covered with a lid 12 to adsorb the additive 9 to the dye-carrying semiconductor fine particle layer 2. Specifically, as the solution 11, NaI 0.1M, 1-propyl-2,3 dimethylimidazolium iodide (DMP II) 0.6M, I 2 0.05M, an additive tert-butylpyridine (TBP) ) Prepare an electrolyte solution consisting of 0.5M methoxyacetonitrile (MeACN) solution, immerse the dye-carrying semiconductor fine particle layer 2 in this electrolyte solution for 5 to 10 minutes, and the dye-carrying semiconductor fine particle layer at the site where the dye could not be adsorbed Tert-butylpyridine is adsorbed on the surface of 2 as an additive 9. Thereafter, the electrolytic solution adhering to the dye-carrying semiconductor fine particle layer 2 is rinsed off with methoxyacetonitrile and air-dried.

こうして添加剤9を吸着させた後、色素担持半導体微粒子層2が形成された透明導電性基板1を容器10から取り出す。この後、色素担持半導体微粒子層2の表面を洗浄する。この状態の色素担持半導体微粒子層2を図7Cに模式的に示す。
この後、第1の実施形態と同様にして、色素担持半導体微粒子層2と導電性基板3とを対向させ、それらの間に電解質層5を封入し、図7Dに示すように、目的とする色素増感光電変換素子を製造する。
After the additive 9 is thus adsorbed, the transparent conductive substrate 1 on which the dye-carrying semiconductor fine particle layer 2 is formed is taken out from the container 10. Thereafter, the surface of the dye-carrying semiconductor fine particle layer 2 is washed. The dye-carrying semiconductor fine particle layer 2 in this state is schematically shown in FIG. 7C.
Thereafter, in the same manner as in the first embodiment, the dye-carrying semiconductor fine particle layer 2 and the conductive substrate 3 are opposed to each other, and the electrolyte layer 5 is sealed between them, as shown in FIG. 7D. A dye-sensitized photoelectric conversion element is manufactured.

この第4の実施形態によれば、第1の実施形態と同様な利点に加えて次のような利点を得ることができる。すなわち、色素担持半導体微粒子層2に添加剤9を予め吸着させておき、かつ電解質層5として添加剤9を加えていない電解液を用いているので、色素担持半導体微粒子層2の表面に予め吸着させた添加剤9により逆電子移動反応を防止しつつ、光電変換効率の経時劣化を防止することができ、寿命の向上を図ることができる。   According to the fourth embodiment, the following advantages can be obtained in addition to the advantages similar to those of the first embodiment. That is, since the additive 9 is adsorbed in advance on the dye-carrying semiconductor fine particle layer 2 and the electrolyte solution to which the additive 9 is not added is used as the electrolyte layer 5, it is adsorbed in advance on the surface of the dye-carrying semiconductor fine particle layer 2. While the reverse electron transfer reaction is prevented by the additive 9 made, the deterioration of photoelectric conversion efficiency with time can be prevented, and the lifetime can be improved.

次に、この発明の第5の実施形態による色素増感光電変換素子について説明する。
この色素増感光電変換素子においては、色素担持半導体微粒子層2において、色素分子がその酸官能基により半導体微粒子に吸着しており、かつ、色素分子の一部の酸官能基がLi、Na、K、テトラメチルアンモニウム、テトラエチルアンモニウム、テトラプロピルアンモニウム、テトラブチルアンモニウム、イミダゾリウム化合物およびピリジニウム化合物からなる群より選ばれた少なくとも一種の金属または化合物の水酸化物からなるアルカリ化合物により中和されてアニオンとなっている。こうすることで、アニオン間に働く斥力により、色素分子同士の会合が抑制され、色素分子間の電子トラップの大幅な低減を図ることができる。
上記以外のことは第1の実施形態による色素増感光電変換素子と同様である。
Next explained is a dye-sensitized photoelectric conversion element according to the fifth embodiment of the invention.
In this dye-sensitized photoelectric conversion element, in the dye-carrying semiconductor fine particle layer 2, the dye molecules are adsorbed to the semiconductor fine particles by the acid functional groups, and some of the acid functional groups of the dye molecules are Li, Na, K, tetramethylammonium, tetraethylammonium, tetrapropylammonium, tetrabutylammonium, imidazolium compound and pyridinium compound neutralized by an alkali compound consisting of at least one metal selected from the group consisting of a compound or a hydroxide of a compound and an anion It has become. By doing so, association between the dye molecules is suppressed by the repulsive force acting between the anions, and an electron trap between the dye molecules can be greatly reduced.
Other than the above, this is the same as the dye-sensitized photoelectric conversion element according to the first embodiment.

この色素増感光電変換素子の製造方法は、色素溶液において、例えば、予め、色素分子の一部の酸官能基をLi、Na、K、テトラメチルアンモニウム、テトラエチルアンモニウム、テトラプロピルアンモニウム、テトラブチルアンモニウム、イミダゾリウム化合物およびピリジニウム化合物からなる群より選ばれた少なくとも一種の金属または化合物の水酸化物からなるアルカリ化合物により中和してアニオンとしておくことを除いて、第1の実施形態による色素増感光電変換素子の製造方法と同様である。   The method for producing the dye-sensitized photoelectric conversion element is as follows. In the dye solution, for example, a part of the acid functional group of the dye molecule is previously Li, Na, K, tetramethylammonium, tetraethylammonium, tetrapropylammonium, tetrabutylammonium. The dye sensitization according to the first embodiment except that it is neutralized with an alkali compound comprising at least one metal selected from the group consisting of an imidazolium compound and a pyridinium compound or a hydroxide of a compound to form an anion. It is the same as the manufacturing method of a photoelectric conversion element.

この第5の実施形態によれば、第1の実施形態と同様な利点に加えて次のような利点を得ることができる。すなわち、色素の酸官能基の一部をアルカリ化合物により中和することでこの酸官能基はアニオンとなり、その負電荷間に働く斥力(電荷反発)により増感色素分子同士の会合が起こりにくくなるため、色素分子間の電子トラップの大幅な低減を図ることができ、これによって色素増感光電変換素子の電流、電圧を大きく増加させることができ、光電変換効率の向上を図ることができる。   According to the fifth embodiment, the following advantages can be obtained in addition to the advantages similar to those of the first embodiment. That is, by neutralizing a part of the acid functional group of the dye with an alkali compound, the acid functional group becomes an anion, and the repulsive force (charge repulsion) acting between the negative charges makes it difficult for the sensitizing dye molecules to associate with each other. Therefore, the electron traps between the dye molecules can be significantly reduced, whereby the current and voltage of the dye-sensitized photoelectric conversion element can be greatly increased, and the photoelectric conversion efficiency can be improved.

〈実施例2〉
TiO2 焼結体の不純物を除去し、さらに紫外線露光を行った後に色素を担持させる際に下記のプロセスを用いること以外は実施例1と同様にして色素増感光電変換素子を作製した。
すなわち、十分に精製したシス−ビス(イソチオシアナート)−N,N−ビス(2,2' −ジピリジル−4,4' −ジカルボン酸)−ルテニウム(II)2水和物を1mMの濃度でメタノールに溶解させた。次に、この溶液にNaOHをカルボン酸数の0.5倍量添加し十分に撹拌し、カルボキシ基の中和を行った後、エバポレーターで濃縮し、ジエチルエーテルにて再結晶させた。この沈殿物をろ別し、ジエチルエーテルで洗浄後、50℃で24時間真空乾燥で乾燥させた。
<Example 2>
A dye-sensitized photoelectric conversion element was produced in the same manner as in Example 1 except that the following process was used when the dye was supported after removing impurities from the TiO 2 sintered body and further subjected to ultraviolet exposure.
That is, fully purified cis-bis (isothiocyanate) -N, N-bis (2,2′-dipyridyl-4,4′-dicarboxylic acid) -ruthenium (II) dihydrate at a concentration of 1 mM. Dissolved in methanol. Next, 0.5 times the amount of carboxylic acid was added to this solution and stirred sufficiently to neutralize the carboxy group, and then concentrated with an evaporator and recrystallized with diethyl ether. The precipitate was separated by filtration, washed with diethyl ether, and dried by vacuum drying at 50 ° C. for 24 hours.

次に、こうして得られたシス−ビス(イソチオシアナート)−N,N−ビス(2,2'
−ジピリジル−4,4' −ジカルボン酸)−ルテニウム(II)2Na塩を0.3mMの濃度で溶解したtert−ブチルアルコール/アセトニトリル混合溶媒(体積比1:1)に上記のTiO2 焼結体を室温下、24時間浸漬させ、色素を担持させた。このTiO2 焼結体を4−tert−ブチルピリジンのアセトニトリル溶液、アセトニトリルの順で洗浄し、暗所で乾燥させた。
こうして作製した実施例2の色素増感光電変換素子では、部分中和なしの色素および完全中和の色素を用いたものと比較して、フィルファクターおよび開放電圧が飛躍的に向上し、光電変換効率に優れている。
Next, the cis-bis (isothiocyanate) -N, N-bis (2,2 ′) thus obtained is obtained.
- dipyridyl-4,4 '- dicarboxylic acid) - ruthenium (II) the 2Na salt was dissolved at a concentration of 0.3 mM tert-butyl alcohol / acetonitrile mixed solvent (volume ratio 1: 1) of the above TiO 2 sintered body Was immersed at room temperature for 24 hours to carry the dye. This TiO 2 sintered body was washed sequentially with an acetonitrile solution of 4-tert-butylpyridine and acetonitrile and dried in the dark.
In the dye-sensitized photoelectric conversion element of Example 2 produced in this way, the fill factor and the open-circuit voltage were drastically improved as compared with those using a dye without partial neutralization and a dye with complete neutralization, and photoelectric conversion Excellent efficiency.

次に、この発明の第6の実施形態による色素増感光電変換素子について説明する。
図8〜図10はこの色素増感光電変換素子を示し、図8は側面図、図9は縦断面図、図10は横断面図を示す。
図8〜図10に示すように、この色素増感光電変換素子は、円形断面の管状の透明基板1aの外周面、すなわち受光面に赤外反射膜6が設けられ、この管状の透明基板1aの内面に、透明導電層1b、色素担持半導体微粒子層2および電解質層5が順次設けられ、この管状構造の中央部に、この管状構造の中心軸に沿って延在するように対極13が挿入された構造を有する。この対極13は、例えば棒状、管状あるいはワイヤー状の形状を有する。この場合、この対極13は管状の透明基板1aよりも少し長く、その一端部13aはこの管状の透明基板1aの一端部とほぼ一致しており、他端部13bはこの管状の透明基板1aの他端部から少し突き出ている。管状の透明基板1aの一端部と対極13の一端部13aとの間および管状の透明基板1aの他端部と対極13の他端部13bとの間は封止材4により封止されており、電解質層5が外部に洩れないようになっている。対極13および透明導電層1bには、それぞれリード線14、15が接続されている。
管状の透明基板1aを構成する透明材料、透明導電層1b、色素担持半導体微粒子層2、電解質層5および対極13としては、すでに挙げたものの中から、必要に応じて選択することができる。
また、この色素増感光電変換素子の長さや直径に特に制限はなく、この色素増感光電変換素子の用途、出力などに応じて適宜決められる。
上記以外のことは第1の実施形態による色素増感光電変換素子と同様である。
Next explained is a dye-sensitized photoelectric conversion element according to the sixth embodiment of the invention.
8 to 10 show the dye-sensitized photoelectric conversion element, FIG. 8 is a side view, FIG. 9 is a longitudinal sectional view, and FIG. 10 is a transverse sectional view.
As shown in FIGS. 8 to 10, in this dye-sensitized photoelectric conversion element, an infrared reflection film 6 is provided on the outer peripheral surface of a tubular transparent substrate 1a having a circular cross section, that is, a light receiving surface, and this tubular transparent substrate 1a. The transparent conductive layer 1b, the dye-carrying semiconductor fine particle layer 2 and the electrolyte layer 5 are sequentially provided on the inner surface of the tube, and the counter electrode 13 is inserted into the central portion of the tubular structure so as to extend along the central axis of the tubular structure. Has a structured. The counter electrode 13 has, for example, a rod shape, a tubular shape, or a wire shape. In this case, the counter electrode 13 is slightly longer than the tubular transparent substrate 1a, one end 13a thereof substantially coincides with one end of the tubular transparent substrate 1a, and the other end 13b of the tubular transparent substrate 1a. It protrudes slightly from the other end. The gap between one end of the tubular transparent substrate 1a and one end 13a of the counter electrode 13 and the other end of the tubular transparent substrate 1a and the other end 13b of the counter electrode 13 are sealed with a sealing material 4. The electrolyte layer 5 is prevented from leaking outside. Lead wires 14 and 15 are connected to the counter electrode 13 and the transparent conductive layer 1b, respectively.
The transparent material constituting the tubular transparent substrate 1a, the transparent conductive layer 1b, the dye-carrying semiconductor fine particle layer 2, the electrolyte layer 5 and the counter electrode 13 can be selected from those already mentioned as necessary.
Moreover, there is no restriction | limiting in particular in the length and diameter of this dye-sensitized photoelectric conversion element, and it determines suitably according to the use, output, etc. of this dye-sensitized photoelectric conversion element.
Other than the above, this is the same as the dye-sensitized photoelectric conversion element according to the first embodiment.

次に、この色素増感光電変換素子の製造方法について説明する。
まず、透明材料からなり、所定の長さ、外径および内径を有する管状の透明基板1aを用意する。次に、この管状の透明基板1aの外周面に赤外反射膜6を形成する。次に、この管状の透明基板1aの内面に透明導電層1bを形成する。この透明導電層1bの形成には、例えば湿式コーティング法、好適にはスプレー熱分解法が用いられる。次に、この透明導電層1bの内面に、半導体微粒子が分散されたペーストを所定の厚さに塗布する。次に、管状の透明基板1aおよび透明導電層1bの全体を所定温度に加熱して半導体微粒子を焼結する。次に、この半導体微粒子が焼結された管状の透明基板1aおよび透明導電層1bの全体を色素溶液に浸漬するなどして半導体微粒子に色素を担持させる。こうして色素担持半導体微粒子層2が形成される。
Next, the manufacturing method of this dye-sensitized photoelectric conversion element is demonstrated.
First, a tubular transparent substrate 1a made of a transparent material and having a predetermined length, outer diameter, and inner diameter is prepared. Next, the infrared reflective film 6 is formed on the outer peripheral surface of the tubular transparent substrate 1a. Next, the transparent conductive layer 1b is formed on the inner surface of the tubular transparent substrate 1a. For the formation of the transparent conductive layer 1b, for example, a wet coating method, preferably a spray pyrolysis method is used. Next, a paste in which semiconductor fine particles are dispersed is applied to a predetermined thickness on the inner surface of the transparent conductive layer 1b. Next, the whole of the tubular transparent substrate 1a and the transparent conductive layer 1b is heated to a predetermined temperature to sinter the semiconductor fine particles. Next, the semiconductor transparent particles are supported on the dye by, for example, immersing the entire tubular transparent substrate 1a and the transparent conductive layer 1b on which the semiconductor particles are sintered in a dye solution. Thus, the dye-carrying semiconductor fine particle layer 2 is formed.

一方、所定の長さおよび直径を有する対極13を用意する。そして、この対極13を管状の透明基板1aの中央部に挿入し、対極13と管状の透明基板1aとを、この対極13と管状の透明基板1aの内面に形成された色素担持半導体微粒子層2とが所定の間隔、例えば1〜100μm、好ましくは1〜50μmの間隔をおいて互いに対向するように保持するとともに、管状の透明基板1aの一端部と対極13の一端部13aとの間および管状の透明基板1aの他端部と対極13の他端部13bとの間を封止材4により封止して電解質層5が封入される空間を作り、この空間に予め形成された注入口から電解質層5を注入する。その後、この注入口を塞ぐ。次に、対極13および透明導電層1bにそれぞれリード線14、15を接続する。こうして、色素増感光電変換素子が製造される。   On the other hand, a counter electrode 13 having a predetermined length and diameter is prepared. The counter electrode 13 is inserted into the central portion of the tubular transparent substrate 1a, and the counter electrode 13 and the tubular transparent substrate 1a are inserted into the counter electrode 13 and the inner surface of the tubular transparent substrate 1a. Are held so as to face each other at a predetermined interval, for example, 1 to 100 μm, preferably 1 to 50 μm, and between one end of the tubular transparent substrate 1a and one end 13a of the counter electrode 13 and tubular The space between the other end portion of the transparent substrate 1a and the other end portion 13b of the counter electrode 13 is sealed with a sealing material 4 to create a space in which the electrolyte layer 5 is enclosed. An electrolyte layer 5 is injected. Thereafter, the inlet is closed. Next, lead wires 14 and 15 are connected to the counter electrode 13 and the transparent conductive layer 1b, respectively. In this way, a dye-sensitized photoelectric conversion element is manufactured.

この第6の実施形態によれば、第1の実施形態と同様な利点に加えて次のような利点を得ることができる。すなわち、色素増感光電変換素子が、管状の透明基板1aの内面に透明導電層1b、色素担持半導体微粒子層2および電解質層5が順次設けられ、この管状の透明基板1aの中央部に対極13が挿入された構造を有することにより、管状の透明基板1aの表面にどの方向から光が入射しても光電変換が可能であり、このため光の入射角度に対する発電量の変化を大幅に低減することができる。また、この色素増感光電変換素子は封止部の面積が極めて小さいため、屋外における耐久性も極めて優れている。   According to the sixth embodiment, in addition to the same advantages as those of the first embodiment, the following advantages can be obtained. That is, in the dye-sensitized photoelectric conversion element, the transparent conductive layer 1b, the dye-carrying semiconductor fine particle layer 2 and the electrolyte layer 5 are sequentially provided on the inner surface of the tubular transparent substrate 1a, and the counter electrode 13 is provided at the center of the tubular transparent substrate 1a. Is inserted into the surface of the tubular transparent substrate 1a, the photoelectric conversion is possible no matter which direction the light enters, and thus the change in the amount of power generation with respect to the incident angle of light is greatly reduced. be able to. In addition, since this dye-sensitized photoelectric conversion element has a very small sealing area, it has excellent durability outdoors.

〈実施例3〉
管状の透明基板1aとして石英管(内径2.5mmφ、長さ50mm)を用い、その外周面に実施例1と同様にして受光面に赤外反射膜6としてTiO2 /TiN/TiO2 の三層構造のヒートミラーを形成した。次に、フッ化アンモニウムとジブチルスズジアセテートのエタノール溶液とを用いたスプレー熱分解法により、この石英管の内面に、透明導電層1bとしてFTO膜を形成した。また、この石英管には電解液注入用の注入口として0.5mmφの穴を2箇所開けた。
次に、石英管の外周面をマスク材によりマスキングし、実施例1と同様にして得られたTiO2 ペーストを、石英管の内面に形成された透明導電層1bとしてのFTO膜上にディップコート法により塗布した後、450℃に30分間保持し、このFTO膜上にTiO2 を焼結した。次に、こうしてTiO2 の焼結を行った石英管を0.05MのTiCl4 水溶液中に浸漬させ、70℃に30分間保持した後、洗浄を行い、その後再び450℃で30分間焼成を行った。
次に、こうして作製したTiO2 焼結体の不純物を除去し、活性を高める目的で、紫外線照射装置により30分間、紫外線露光を行った。
<Example 3>
A quartz tube (inner diameter: 2.5 mmφ, length: 50 mm) is used as the tubular transparent substrate 1 a, and the outer peripheral surface thereof is made of TiO 2 / TiN / TiO 2 as the infrared reflecting film 6 on the light receiving surface in the same manner as in the first embodiment. A layered heat mirror was formed. Next, an FTO film was formed as a transparent conductive layer 1b on the inner surface of the quartz tube by spray pyrolysis using ammonium fluoride and an ethanol solution of dibutyltin diacetate. In addition, two holes of 0.5 mmφ were formed in this quartz tube as injection ports for electrolyte injection.
Next, the outer peripheral surface of the quartz tube is masked with a mask material, and the TiO 2 paste obtained in the same manner as in Example 1 is dip coated on the FTO film as the transparent conductive layer 1b formed on the inner surface of the quartz tube. After coating by the method, it was kept at 450 ° C. for 30 minutes, and TiO 2 was sintered on this FTO film. Next, the quartz tube thus sintered in TiO 2 is immersed in a 0.05 M TiCl 4 aqueous solution, kept at 70 ° C. for 30 minutes, washed, and then fired again at 450 ° C. for 30 minutes. It was.
Next, for the purpose of removing impurities and increasing the activity of the TiO 2 sintered body thus produced, ultraviolet exposure was performed for 30 minutes with an ultraviolet irradiation device.

次に、実施例1と同様にして上記のTiO2 焼結体に色素を担持させた。こうして、色素担持半導体微粒子層2として色素担持TiO2 微粒子層を得た。この色素担持TiO2 微粒子層を4−tert−ブチルピリジンのアセトニトリル溶液、アセトニトリルの順で洗浄し、暗所で乾燥させた。
対極13として、2.4mmφ、長さ60mmのTi棒にPtめっき(厚さ200nm)を施したものを用いた。
次に、上記のように準備された石英管の内部に上記のPtめっきTi棒を挿入し、石英管の端部を、封止材4としてアクリル系UV硬化樹脂を用いて封止した。
Next, a dye was supported on the TiO 2 sintered body in the same manner as in Example 1. Thus, a dye-supported TiO 2 fine particle layer was obtained as the dye-supported semiconductor fine particle layer 2. The dye-supported TiO 2 fine particle layer was washed with an acetonitrile solution of 4-tert-butylpyridine and acetonitrile in order, and dried in the dark.
As the counter electrode 13, a Ti rod having a diameter of 2.4 mmφ and a length of 60 mm and subjected to Pt plating (thickness: 200 nm) was used.
Next, the Pt-plated Ti rod was inserted into the quartz tube prepared as described above, and the end of the quartz tube was sealed with an acrylic UV curable resin as the sealing material 4.

一方、メトキシアセトニトリル3gにヨウ化ナトリウム(NaI)0.04g、1−プロピル−2,3−ジメチルイミダゾリウムヨーダイド0.479g、ヨウ素(I2 )0.0381g、4−tert−ブチルピリジン0.2gを溶解させ、電解質組成物を調製した。
上記混合溶液を予め石英管に形成した注入口から送液ポンプを用いて注入し、減圧することで素子内部の気泡を追い出した。次に、注入口にアクリル系UV硬化樹脂を滴下し、ガラス基板を被せて硬化させ、色素増感光電変換素子を得た。
この色素増感光電変換素子の有効面積は、光の入射方向に対して1cm2 (0.25cm(石英管の内径)×4cm(TiO2 焼結体の長さ)である。
Meanwhile, 3 g of methoxyacetonitrile, 0.04 g of sodium iodide (NaI), 0.479 g of 1-propyl-2,3-dimethylimidazolium iodide, 0.0381 g of iodine (I 2 ), 4-tert-butylpyridine 2 g was dissolved to prepare an electrolyte composition.
The mixed solution was injected from an injection port previously formed in the quartz tube using a liquid feed pump, and the bubbles inside the device were driven out by reducing the pressure. Next, an acrylic UV curable resin was dropped into the injection port, and the glass substrate was covered and cured to obtain a dye-sensitized photoelectric conversion element.
The effective area of the dye-sensitized photoelectric conversion element is 1 cm 2 (0.25 cm (inner diameter of the quartz tube) × 4 cm (length of the TiO 2 sintered body) with respect to the incident direction of light.

〈実施例4〉
図11および図12に示すように、実施例3で作製した色素増感光電変換素子20を用いて光電変換素子モジュールを作製した。ここで、図11および図12はそれぞれこの光電変換素子モジュールの平面図および横断面図である。
すなわち、図11および図12に示すように、実施例1で作製した色素増感光電変換素子20を10本直列に接続し、二枚の50mm角のガラス基板21、22の間へ並べて挟み込み、その隙間へ2液混合型シリコーンゴム23を充填し、硬化させ、光電変換素子モジュール30を得た。この光電変換素子モジュール30の有効面積は、光の入射方向に対して10cm2 (0.25cm×4cm×10セル) である。
<Example 4>
As shown in FIGS. 11 and 12, a photoelectric conversion element module was prepared using the dye-sensitized photoelectric conversion element 20 prepared in Example 3. Here, FIG. 11 and FIG. 12 are a plan view and a cross-sectional view of the photoelectric conversion element module, respectively.
That is, as shown in FIG. 11 and FIG. 12, ten dye-sensitized photoelectric conversion elements 20 prepared in Example 1 are connected in series, and are arranged and sandwiched between two 50 mm square glass substrates 21 and 22, The two-component mixed silicone rubber 23 was filled in the gap and cured to obtain a photoelectric conversion element module 30. The effective area of the photoelectric conversion element module 30 is 10 cm 2 (0.25 cm × 4 cm × 10 cells) with respect to the incident direction of light.

〈比較例2〉
透明基材として10mm×50mmの平坦な石英基板、対極としてPtめっき(厚さ200nm)を施した10mm×50mmの平坦なTi板を用いたこと以外は実施例3と同様に色素増感光電変換素子を作製した。この色素増感光電変換素子の有効面積は、光の入射方向に対して1cm2 (0.25cm×4cm)である。
〈比較例3〉
比較例2で作製した色素増感光電変換素子を10本直列に接続し、二枚の50mm角のガラス基板の間へ並べて挟み込み、その隙間へ2液混合型シリコーンゴムを充填し、硬化させ、光電変換素子モジュールを得た。この光電変換素子モジュールの有効面積は、光の入射方向に対して10cm2 (0.25cm×4cm×10セル) である。
<Comparative example 2>
Dye-sensitized photoelectric conversion as in Example 3 except that a 10 mm × 50 mm flat quartz substrate was used as the transparent substrate and a 10 mm × 50 mm flat Ti plate plated with Pt (thickness 200 nm) was used as the counter electrode. An element was produced. The effective area of the dye-sensitized photoelectric conversion element is 1 cm 2 (0.25 cm × 4 cm) with respect to the incident direction of light.
<Comparative Example 3>
Ten dye-sensitized photoelectric conversion elements prepared in Comparative Example 2 were connected in series, sandwiched between two 50 mm square glass substrates, filled with a two-component mixed silicone rubber in the gap, cured, A photoelectric conversion element module was obtained. The effective area of the photoelectric conversion element module is 10 cm 2 (0.25 cm × 4 cm × 10 cells) with respect to the incident direction of light.

以上のように作製した実施例3および比較例2の色素増感光電変換素子ならびに実施例4および比較例3の光電変換素子モジュールにおいて、擬似太陽光(AM1.5,100mW/cm2 )照射時に光の入射角度を90°から0°まで変化させた場合の光電変換効率の維持率を図13に示す。
上記の光電変換素子および光電変換素子モジュールを屋外に暴露し、10日おきに90日まで光電変換効率を測定した。図14にこのときの光電変換効率の維持率を示す。
In the dye-sensitized photoelectric conversion elements of Example 3 and Comparative Example 2 and the photoelectric conversion element modules of Example 4 and Comparative Example 3 produced as described above, when irradiated with artificial sunlight (AM1.5, 100 mW / cm 2 ). FIG. 13 shows the maintenance ratio of the photoelectric conversion efficiency when the incident angle of light is changed from 90 ° to 0 °.
The photoelectric conversion element and the photoelectric conversion element module were exposed to the outdoors, and the photoelectric conversion efficiency was measured up to 90 days every 10 days. FIG. 14 shows the maintenance rate of the photoelectric conversion efficiency at this time.

図14から、実施例3の色素増感光電変換素子の光電変換効率は、光の入射角度依存性が全くないことが分かる。また、実施例4の光電変換素子モジュールも、比較例3の光電変換素子モジュールと比較して、光電変換効率の光の入射角度依存性が少なく、より広角において光電変換可能となった。
また、図14から、実施例3の色素増感光電変換素子および実施例4の光電変換素子モジュールは屋外暴露における光電変換効率の維持率が高いことが分かる。
From FIG. 14, it can be seen that the photoelectric conversion efficiency of the dye-sensitized photoelectric conversion element of Example 3 has no dependency on the incident angle of light. In addition, the photoelectric conversion element module of Example 4 also has less dependency on the incident angle of light of photoelectric conversion efficiency than the photoelectric conversion element module of Comparative Example 3, and can perform photoelectric conversion at a wider angle.
Moreover, it can be seen from FIG. 14 that the dye-sensitized photoelectric conversion element of Example 3 and the photoelectric conversion element module of Example 4 have a high photoelectric conversion efficiency maintenance rate in outdoor exposure.

〈実施例5〉
色素としてブラックダイ、すなわちトリス(イソチオシアナート)−ルテニウム(II)−2,2' :6' ,2''−ターピリジン−4,4' ,4''−トリカルボン酸、トリス−テトラブチルアンモニウム塩(tris(isothiocyanato)-ruthenium(II)-2,2':6',2''-terpyridine-4,4',4''-tricarboxylic acid,tris-tetrabutylammonium salt)を用いたこと以外は実施例3と同様に色素増感光電変換素子を作製した。この色素増感光電変換素子の有効面積は、光の入射方向に対して1cm2 (0.25cm×4cm)である。
<Example 5>
Black dye as a dye, that is, tris (isothiocyanate) -ruthenium (II) -2,2 ′: 6 ′, 2 ″ -terpyridine-4,4 ′, 4 ″ -tricarboxylic acid, tris-tetrabutylammonium salt Example except that (tris (isothiocyanato) -ruthenium (II) -2,2 ': 6', 2 ''-terpyridine-4,4 ', 4''-tricarboxylic acid, tris-tetrabutylammonium salt) was used In the same manner as in Example 3, a dye-sensitized photoelectric conversion element was produced. The effective area of the dye-sensitized photoelectric conversion element is 1 cm 2 (0.25 cm × 4 cm) with respect to the incident direction of light.

図15に示すように、実施例3で作製した色素増感光電変換素子20を10本直列に接続したものと、実施例5で作製した色素増感光電変換素子40を10本直列に接続したものとを上下に積層し、これを二枚の50mm角のガラス基板21、22の間へ並べて挟み込み、その隙間へ2液混合型シリコーンゴム23を充填し、硬化させ、光電変換素子モジュール50を得た。この光電変換素子モジュール50の有効面積は、光の入射方向に対して10cm2 (0.25cm×4cm×10セル) である。 As shown in FIG. 15, 10 dye-sensitized photoelectric conversion elements 20 prepared in Example 3 were connected in series, and 10 dye-sensitized photoelectric conversion elements 40 prepared in Example 5 were connected in series. Are stacked between two 50 mm square glass substrates 21 and 22, and the two-component mixed silicone rubber 23 is filled in the gap and cured, so that the photoelectric conversion element module 50 is Obtained. The effective area of the photoelectric conversion element module 50 is 10 cm 2 (0.25 cm × 4 cm × 10 cells) with respect to the incident direction of light.

この光電変換素子モジュール50では、実施例3の色素増感光電変換素子20で色素として使用しているN719は波長500nm付近に吸収ピークを有し、実施例5の色素増感光電変換素子40で色素として使用しているブラックダイは波長650nm付近に吸収ピークを有し、吸収帯の波長域が互いに異なるため、色素増感光電変換素子20だけ、あるいは色素増感光電変換素子40だけを用いた光電変換素子モジュールに比べて、太陽光スペクトルのより広い波長帯の光を光電変換することができ、より高い量子効率を得ることができる。このため、発電量を増加させることができる。   In this photoelectric conversion element module 50, N719 used as a dye in the dye-sensitized photoelectric conversion element 20 of Example 3 has an absorption peak near the wavelength of 500 nm. In the dye-sensitized photoelectric conversion element 40 of Example 5, Since the black die used as the dye has an absorption peak near the wavelength of 650 nm and the absorption band has different wavelength ranges, only the dye-sensitized photoelectric conversion element 20 or only the dye-sensitized photoelectric conversion element 40 was used. Compared with the photoelectric conversion element module, light in a wider wavelength band of the sunlight spectrum can be photoelectrically converted, and higher quantum efficiency can be obtained. For this reason, power generation amount can be increased.

以上、この発明の実施形態および実施例について具体的に説明したが、この発明は、上述の実施形態および実施例に限定されるものではなく、この発明の技術的思想に基づく各種の変形が可能である。
例えば、上述の実施形態および実施例において挙げた数値、構造、形状、材料、原料、プロセスなどはあくまでも例に過ぎず、必要に応じてこれらと異なる数値、構造、形状、材料、原料、プロセスなどを用いてもよい。
また、例えば、第1〜第6の実施形態の二つ以上を組み合わせてもよい。
Although the embodiments and examples of the present invention have been specifically described above, the present invention is not limited to the above-described embodiments and examples, and various modifications based on the technical idea of the present invention are possible. It is.
For example, the numerical values, structures, shapes, materials, raw materials, processes, and the like given in the above-described embodiments and examples are merely examples, and numerical values, structures, shapes, materials, raw materials, processes, and the like that are different from these as necessary. May be used.
Further, for example, two or more of the first to sixth embodiments may be combined.

この発明の第1の実施形態による色素増感光電変換素子の要部の断面図である。It is sectional drawing of the principal part of the dye-sensitized photoelectric conversion element by 1st Embodiment of this invention. この発明の第1の実施形態による色素増感光電変換素子の要部の断面図である。It is sectional drawing of the principal part of the dye-sensitized photoelectric conversion element by 1st Embodiment of this invention. この発明の実施例1において測定した紫外−可視−近赤外透過スペクトルを示す略線図である。It is a basic diagram which shows the ultraviolet-visible-near-infrared transmission spectrum measured in Example 1 of this invention. この発明の第2の実施形態による色素増感光電変換素子の要部の断面図である。It is sectional drawing of the principal part of the dye-sensitized photoelectric conversion element by 2nd Embodiment of this invention. この発明の第3の実施形態による色素増感光電変換素子の要部の断面図である。It is sectional drawing of the principal part of the dye-sensitized photoelectric conversion element by 3rd Embodiment of this invention. この発明の第4の実施形態による色素増感光電変換素子の要部の断面図である。It is sectional drawing of the principal part of the dye-sensitized photoelectric conversion element by 4th Embodiment of this invention. この発明の第4の実施形態による色素増感光電変換素子の製造方法を説明するための模式図である。It is a schematic diagram for demonstrating the manufacturing method of the dye-sensitized photoelectric conversion element by 4th Embodiment of this invention. この発明の第6の実施形態による色素増感光電変換素子を示す側面図である。It is a side view which shows the dye-sensitized photoelectric conversion element by 6th Embodiment of this invention. この発明の第6の実施形態による色素増感光電変換素子を示す縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view which shows the dye-sensitized photoelectric conversion element by 6th Embodiment of this invention. この発明の第6の実施形態による色素増感光電変換素子を示す横断面図である。It is a cross-sectional view showing a dye-sensitized photoelectric conversion element according to a sixth embodiment of the present invention. この発明の実施例3による光電変換素子モジュールを示す平面図である。It is a top view which shows the photoelectric conversion element module by Example 3 of this invention. この発明の実施例3による光電変換素子モジュールを示す断面図である。It is sectional drawing which shows the photoelectric conversion element module by Example 3 of this invention. この発明の実施例3および比較例2による色素増感光電変換素子ならびに実施例5および比較例3による光電変換素子モジュールの光電変換効率の維持率の光の入射角度依存性を示す略線図である。It is a basic diagram which shows the incident angle dependence of light of the maintenance factor of the photoelectric conversion efficiency of the dye-sensitized photoelectric conversion element by Example 3 and Comparative Example 2 of this invention and the photoelectric conversion element module by Example 5 and Comparative Example 3. is there. この発明の実施例3および比較例2による色素増感光電変換素子ならびに実施例5および比較例3による光電変換素子モジュールの光電変換効率の維持率の屋外暴露日数依存性を示す略線図である。It is a basic diagram which shows the outdoor exposure days dependence of the maintenance factor of the photoelectric conversion efficiency of the dye-sensitized photoelectric conversion element by Example 3 and Comparative Example 2 of this invention and the photoelectric conversion element module by Example 5 and Comparative Example 3. FIG. . この発明の実施例5による光電変換素子モジュールを示す断面図である。It is sectional drawing which shows the photoelectric conversion element module by Example 5 of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

1…透明導電性基板、1a…透明基板、1b…透明導電層、2…色素担持半導体微粒子層、3…導電性基板、3a…基板、3b…対極、4…封止材、5…電解質層、6…赤外反射膜、7…金属酸化物層、8…増感色素、9…添加剤、10…容器、11…溶液、12…蓋、13…対極、14、15…リード線
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Transparent conductive substrate, 1a ... Transparent substrate, 1b ... Transparent conductive layer, 2 ... Dye carrying | support semiconductor fine particle layer, 3 ... Conductive substrate, 3a ... Substrate, 3b ... Counter electrode, 4 ... Sealing material, 5 ... Electrolyte layer , 6 ... Infrared reflective film, 7 ... Metal oxide layer, 8 ... Sensitizing dye, 9 ... Additive, 10 ... Container, 11 ... Solution, 12 ... Lid, 13 ... Counter electrode, 14, 15 ... Lead wire

Claims (10)

増感色素を担持した半導体電極と対極との間に電解質層を有する色素増感光電変換素子において、
受光面および/または受光面と上記半導体電極との間に赤外反射膜を有する
ことを特徴とする色素増感光電変換素子。
In a dye-sensitized photoelectric conversion element having an electrolyte layer between a semiconductor electrode carrying a sensitizing dye and a counter electrode,
A dye-sensitized photoelectric conversion element comprising a light receiving surface and / or an infrared reflecting film between the light receiving surface and the semiconductor electrode.
上記半導体電極は透明導電性基板の一方の主面上に設けられており、この透明導電性基板の他方の主面が上記受光面を構成し、その上に上記赤外反射膜が設けられていることを特徴とする請求項1記載の色素増感光電変換素子。   The semiconductor electrode is provided on one main surface of the transparent conductive substrate, the other main surface of the transparent conductive substrate constitutes the light receiving surface, and the infrared reflective film is provided thereon. The dye-sensitized photoelectric conversion element according to claim 1, wherein 上記半導体電極は透明支持基板の一方の主面上に透明導電層を介して設けられており、この透明支持基板の他方の主面が上記受光面を構成し、上記透明支持基板と上記透明導電層との間に上記赤外反射膜が設けられていることを特徴とする請求項1記載の色素増感光電変換素子。   The semiconductor electrode is provided on one main surface of the transparent support substrate via a transparent conductive layer, and the other main surface of the transparent support substrate constitutes the light receiving surface, and the transparent support substrate and the transparent conductive substrate The dye-sensitized photoelectric conversion element according to claim 1, wherein the infrared reflection film is provided between the layers. 上記赤外反射膜は酸化チタン/窒化チタン/酸化チタンの三層構造のヒートミラーであることを特徴とする請求項1記載の色素増感光電変換素子。   2. The dye-sensitized photoelectric conversion element according to claim 1, wherein the infrared reflection film is a heat mirror having a three-layer structure of titanium oxide / titanium nitride / titanium oxide. 上記半導体電極が半導体微粒子からなることを特徴とする請求項1記載の色素増感光電変換素子。   2. The dye-sensitized photoelectric conversion element according to claim 1, wherein the semiconductor electrode comprises semiconductor fine particles. 上記色素増感光電変換素子が色素増感太陽電池であることを特徴とする請求項1記載の色素増感光電変換素子。   The dye-sensitized photoelectric conversion element according to claim 1, wherein the dye-sensitized photoelectric conversion element is a dye-sensitized solar cell. 複数の光電変換素子を並べて配線した光電変換素子モジュールにおいて、
少なくとも一つの上記光電変換素子が、
増感色素を担持した半導体電極と対極との間に電解質層を有する色素増感光電変換素子において、
受光面および/または受光面と上記半導体電極との間に赤外反射膜を有するものである
ことを特徴とする光電変換素子モジュール。
In the photoelectric conversion element module in which a plurality of photoelectric conversion elements are arranged and wired,
At least one of the photoelectric conversion elements is
In a dye-sensitized photoelectric conversion element having an electrolyte layer between a semiconductor electrode carrying a sensitizing dye and a counter electrode,
A photoelectric conversion element module comprising a light receiving surface and / or an infrared reflective film between the light receiving surface and the semiconductor electrode.
一つまたは複数の光電変換素子を用いた電子機器において、
少なくとも一つの上記光電変換素子が、
増感色素を担持した半導体電極と対極との間に電解質層を有する色素増感光電変換素子において、
受光面および/または受光面と上記半導体電極との間に赤外反射膜を有するものである
ことを特徴とする電子機器。
In electronic equipment using one or more photoelectric conversion elements,
At least one of the photoelectric conversion elements is
In a dye-sensitized photoelectric conversion element having an electrolyte layer between a semiconductor electrode carrying a sensitizing dye and a counter electrode,
An electronic device comprising a light receiving surface and / or an infrared reflecting film between the light receiving surface and the semiconductor electrode.
一つまたは複数の光電変換素子を用いた移動体において、
少なくとも一つの上記光電変換素子が、
増感色素を担持した半導体電極と対極との間に電解質層を有する色素増感光電変換素子において、
受光面および/または受光面と上記半導体電極との間に赤外反射膜を有するものである
ことを特徴とする移動体。
In a moving body using one or more photoelectric conversion elements,
At least one of the photoelectric conversion elements is
In a dye-sensitized photoelectric conversion element having an electrolyte layer between a semiconductor electrode carrying a sensitizing dye and a counter electrode,
A moving body comprising a light receiving surface and / or an infrared reflecting film between the light receiving surface and the semiconductor electrode.
一つまたは複数の光電変換素子を用いた発電システムにおいて、
少なくとも一つの上記光電変換素子が、
増感色素を担持した半導体電極と対極との間に電解質層を有する色素増感光電変換素子において、
受光面および/または受光面と上記半導体電極との間に赤外反射膜を有するものである
ことを特徴とする発電システム。
In a power generation system using one or more photoelectric conversion elements,
At least one of the photoelectric conversion elements is
In a dye-sensitized photoelectric conversion element having an electrolyte layer between a semiconductor electrode carrying a sensitizing dye and a counter electrode,
A power generation system comprising: a light receiving surface and / or an infrared reflective film between the light receiving surface and the semiconductor electrode.
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