JP2007149652A - Photoelectrochemical battery - Google Patents

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Kunihito Miyake
邦仁 三宅
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Sumitomo Chemical Co Ltd
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    • Y02E10/50Photovoltaic [PV] energy
    • Y02E10/542Dye sensitized solar cells

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a photoelectrochemical battery, in which the charge transport layer such as an electrolyte and a solvent or the like contained in the charge transport layer will not be lost, and which has superior durability, even if it is stored at a high temperature. <P>SOLUTION: A conductive substrate, semiconductor particulates with photosensitive coloring elements absorbed, and a laminate containing a charge transport layer and a counter electrode, are sealed by a sealing compound, to make the photoelectrochemical battery. The sealing compound contains resin, containing a hydroxyl group, such as ethylene-vinyl alcohol copolymer, partially saponified polyvinyl alcohol, or fully saponified polyvinyl alcohol. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、太陽電池などの光電気化学電池に関する。   The present invention relates to a photoelectrochemical cell such as a solar cell.

近年、地球温暖化防止のために大気中に放出されるCOの削減が求められている。COの削減の有力な手段として、例えば、家屋の屋根などに設置し得るpn接合型のシリコン系太陽電池などの光電気化学電池を用いるソーラーシステムの利用促進が提唱されている。しかしながら、上記シリコン系光電気化学電池に用いられる単結晶、多結晶及びアモルファスシリコンは、その製造過程において高温、高真空条件が必要なために高コストになるという問題があった。
一方、非特許文献1には、光増感色素を表面に吸着させた酸化チタンの薄膜を導電性基板に積層させた光電変換素子、電荷移動層及び対極を含む光電気化学電池が提案されている。該光電気化学電池は、従来のシリコン系太陽電池と比較すると、使用する材料の多くは安価で、製造過程においても高温高真空条件が必要でないことから、より安価になることが期待されている。
ところで、非特許文献1に提案されている電荷移動層は、電解質としてヨウ素・ヨウ化物等を用い、溶媒としてアセトニトリル等の揮発性溶媒を用いており、長期使用する必要がある場合は、電荷移動層が揮発しないように封止剤が用いられる。
例えば、非特許文献2に、ポリエチレン系樹脂の接着剤であるBYNEL(登録商標、デュポン社)を封止剤として用いた光電気化学電池が提案されている。
In recent years, in order to prevent global warming, reduction of CO 2 released into the atmosphere has been demanded. As an effective means for reducing CO 2 , for example, promotion of utilization of a solar system using a photoelectrochemical cell such as a pn junction type silicon solar cell that can be installed on a roof of a house has been proposed. However, the single crystal, polycrystal and amorphous silicon used in the silicon photoelectrochemical cell have a problem of high cost because high temperature and high vacuum conditions are required in the production process.
On the other hand, Non-Patent Document 1 proposes a photoelectrochemical cell including a photoelectric conversion element in which a thin film of titanium oxide having a photosensitizing dye adsorbed on its surface is laminated on a conductive substrate, a charge transfer layer, and a counter electrode. Yes. Compared to conventional silicon-based solar cells, the photoelectrochemical cell is expected to be cheaper because many of the materials used are inexpensive and high-temperature high-vacuum conditions are not required in the manufacturing process. .
By the way, the charge transfer layer proposed in Non-Patent Document 1 uses iodine / iodide as an electrolyte and a volatile solvent such as acetonitrile as a solvent. A sealant is used so that the layer does not volatilize.
For example, Non-Patent Document 2 proposes a photoelectrochemical cell using BYNEL (registered trademark, DuPont), which is an adhesive of polyethylene resin, as a sealant.

Nature(第737−740頁、353巻、1991年)Nature (pages 737-740, 353, 1991) Nature materials(第406頁左下欄下から2行目、2巻、2003年)Nature materials (Page 406, lower left column, 2nd line, 2nd volume, 2003)

本発明者らが、電荷移動層に含まれる電解質としてヨウ素・ヨウ化物を用い、溶媒としてアセトニトリルを用い、封止剤として前記接着剤を用いてなる光電気化学電池を85℃で保存すると、ヨウ素が消失して、耐久性が十分ではないことが明らかになった。
本発明の目的は、高温で保存しても、電荷移動層に含まれる電解質や溶媒等の電荷移動層が失われず、耐久性に優れた光電気化学電池を提供することである。
When the present inventors stored a photoelectrochemical cell using iodine / iodide as an electrolyte contained in the charge transfer layer, acetonitrile as a solvent, and the adhesive as a sealant at 85 ° C., iodine was used. Disappeared and it became clear that the durability was not sufficient.
An object of the present invention is to provide a photoelectrochemical cell excellent in durability without losing a charge transfer layer such as an electrolyte or a solvent contained in the charge transfer layer even when stored at a high temperature.

本発明者らが、光電気化学電池の封止剤について検討したところ、ある種の樹脂を含む封止剤を用いて得られる光電気化学電池が、耐久性に優れていることを見出し、本発明を完成させた。
すなわち、本発明は、導電性基板、光増感色素を吸着させた半導体微粒子、電荷移動層及び対極を含む積層体を、封止剤で封止してなる光電気化学電池において、封止剤が水酸基を含む樹脂を含有することを特徴とする光電気化学電池である。
When the present inventors examined the sealing agent of a photoelectrochemical cell, it discovered that the photoelectrochemical cell obtained using the sealing agent containing a certain kind of resin was excellent in durability, and this book Completed the invention.
That is, the present invention provides a sealing agent in a photoelectrochemical cell comprising a laminate including a conductive substrate, semiconductor fine particles adsorbed with a photosensitizing dye, a charge transfer layer and a counter electrode, sealed with the sealing agent. Contains a resin containing a hydroxyl group.

本発明の光電気化学電池は、アセトニトリル等の揮発性溶媒やヨウ素などの電解質の揮発を防止できる封止剤により封止されるため、耐久性に優れる。   The photoelectrochemical cell of the present invention is excellent in durability because it is sealed with a sealant capable of preventing volatilization of an electrolyte such as iodine and a volatile solvent such as acetonitrile.

以下、本発明を詳細に説明する。
本発明の光電気化学電池は、導電性基板、光増感色素を吸着させた半導体微粒子、電荷移動層及び対極を含む積層体を、封止剤で封止してなる光電気化学電池である。
湿式光電気化学電池は、光増感色素を吸着させた半導体微粒子の層(以下、色素吸着半導体粒子層という場合がある)に接する導電性基板と対極との間に電解液が充填されている。
また、乾式光電気化学電池は、導電性基板と対極との間が、固体のホール輸送材料を介して積層されており、光増感色素を吸着させた半導体微粒子は固体のホール輸送材料中に含有されている。
Hereinafter, the present invention will be described in detail.
The photoelectrochemical cell of the present invention is a photoelectrochemical cell formed by sealing a laminate including a conductive substrate, semiconductor fine particles adsorbing a photosensitizing dye, a charge transfer layer, and a counter electrode with a sealant. .
In a wet photoelectrochemical cell, an electrolytic solution is filled between a conductive substrate in contact with a layer of semiconductor fine particles adsorbed with a photosensitizing dye (hereinafter sometimes referred to as a dye-adsorbing semiconductor particle layer) and a counter electrode. .
In the dry photoelectrochemical cell, the conductive substrate and the counter electrode are stacked via a solid hole transport material, and the semiconductor fine particles adsorbing the photosensitizing dye are contained in the solid hole transport material. Contained.

本発明の湿式光電気化学電池を例にして以下に説明する。具体例を図1に示した。導電性基板(8)と、該導電性基板(8)に対向する対極(9)と、これらの間に、光増感色素(4)が吸着された半導体微粒子層(3)が存在する。湿式光電気化学電池の場合は、(色素が吸着された)半導体粒子層(3)は電解液(5)で充填された状態で、封止材(10)で封止されている。
導電性基板(8)は、上から順に基板(1)と導電層(2)で構成されている。対極(9)は、下から順に基板(7)と導電層(6)で構成されている。
The wet photoelectrochemical cell of the present invention will be described below as an example. A specific example is shown in FIG. A conductive substrate (8), a counter electrode (9) facing the conductive substrate (8), and a semiconductor fine particle layer (3) on which the photosensitizing dye (4) is adsorbed exist between these. In the case of a wet photoelectrochemical cell, the semiconductor particle layer (3) (with the dye adsorbed) is sealed with a sealing material (10) in a state filled with the electrolytic solution (5).
The conductive substrate (8) is composed of a substrate (1) and a conductive layer (2) in order from the top. The counter electrode (9) is composed of a substrate (7) and a conductive layer (6) in order from the bottom.

本発明の光電気化学電池に用いられる導電性基板(8)及び対極(9)における導電層(導電性基板としては(2)、対極としては(6))としては電気抵抗が低いほど好ましい。また、導電性基板の導電層(2)としては、高波長領域、具体的には350nmより長波長側の領域で、高い透過率、具体的には80%以上の透過率であることが好ましい。
導電層に用いられる導電性物質としては、例えば、鉄、ニッケル、クロム、チタン、アルミニウム、白金、金、銀、コバルト、パラジウム、銅、タンタル、ルテニウム、タングステン、亜鉛、錫等の金属;該金属のアロイ;インジウム−スズ複合酸化物(ITO)、酸化スズにフッ素をドープしたもの等の導電性金属酸化物;炭素、ポリエチレンジオキシチオフェン(PEDOT)、ポリアニリン等の導電性高分子などが挙げられる。導電性高分子には、通常、パラトルエンスルホン酸等がドーピングされている。
具体的な導電層としては、例えば、導電性物質そのもの、又は、不導体の基板表面に導電性物質の薄膜を蒸着、スパッタリング、接着等により形成したものなどが挙げられる。
導電性基板(8)は、入射した光を閉じ込め、有効に利用するために、導電性物質の表面にテクスチャー構造を有するものが好ましい。
The lower the electrical resistance of the conductive layer (the conductive substrate (2) and the counter electrode (6)) in the conductive substrate (8) and the counter electrode (9) used in the photoelectrochemical cell of the present invention is preferred. In addition, the conductive layer (2) of the conductive substrate preferably has a high transmittance in a high wavelength region, specifically a region longer than 350 nm, specifically a transmittance of 80% or more. .
Examples of the conductive substance used for the conductive layer include metals such as iron, nickel, chromium, titanium, aluminum, platinum, gold, silver, cobalt, palladium, copper, tantalum, ruthenium, tungsten, zinc, and tin; Alloys; conductive metal oxides such as indium-tin composite oxide (ITO), tin oxide doped with fluorine; conductive polymers such as carbon, polyethylenedioxythiophene (PEDOT), polyaniline, etc. . The conductive polymer is usually doped with paratoluenesulfonic acid or the like.
Specific examples of the conductive layer include a conductive substance itself or a nonconductive substrate surface formed by vapor deposition, sputtering, adhesion, or the like on a nonconductive substrate surface.
The conductive substrate (8) preferably has a texture structure on the surface of the conductive material in order to confine incident light and effectively use it.

導電性基板(8)及び対極(9)における不導体の基板(導電性基板としては(1)、対極としては(7))としては、ガラス又はプラスチックなどが挙げられる。
プラスチックとしては、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリエチレンナフタレート(PEN)、ポリフェニレンスルフィド(PPS)、ポリカーボネート(PC)、ポリプロピレン(PP)、ポリイミド(PI)、トリアセチルセルロース(TAC)、シンジオタクチックポリスチレン(SPS)、ポリアリレート(PAR);アートン(JSRの登録商標)、ゼオネックス(日本ゼオンの登録商標)、ゼオノア(日本ゼオンの登録商標)、アペル(三井化学の登録商標)やトーパス(Ticona社の登録商標)等の環状ポリオレフィン(COP);ポリエーテルスルホン(PES)、ポリエーテルイミド(PEI)、ポリスルフォン(PSF)、ポリアミド(PA)等が挙げられる。
Examples of the non-conductive substrate ((1) as the conductive substrate and (7) as the counter electrode) in the conductive substrate (8) and the counter electrode (9) include glass or plastic.
Examples of the plastic include polyethylene terephthalate (PET), polyethylene naphthalate (PEN), polyphenylene sulfide (PPS), polycarbonate (PC), polypropylene (PP), polyimide (PI), triacetyl cellulose (TAC), syndiotactic polystyrene ( SPS), polyarylate (PAR); Arton (registered trademark of JSR), ZEONEX (registered trademark of ZEON), ZEONOR (registered trademark of ZEON), Apel (registered trademark of Mitsui Chemicals) and Topas (registered by Ticona) Examples thereof include cyclic polyolefin (COP) such as trademark); polyethersulfone (PES), polyetherimide (PEI), polysulfone (PSF), polyamide (PA), and the like.

導電性基板(8)及び対極(9)としては、ガラス又はプラスチックに導電性の金属酸化物を塗布したものが好ましい。中でも、フッ素をドーピングした二酸化スズからなる導電層を積層した導電性ガラス、インジウム−スズ複合酸化物(ITO)からなる導電層を積層した導電性PETが、電気抵抗が低く、光の透過性に優れ、入手もしやすいことから特に好ましい。   As the conductive substrate (8) and the counter electrode (9), a glass or plastic coated with a conductive metal oxide is preferable. Among these, conductive glass with a conductive layer made of tin dioxide doped with fluorine and conductive PET with a conductive layer made of indium-tin composite oxide (ITO) have low electrical resistance and light transmittance. It is particularly preferable because it is excellent and easily available.

本発明に用いられる半導体微粒子とは、一次粒径が、1〜5000nm程度、好ましくは5〜500nm程度の半導体特性を有する微粒子である。反射による光電変換効率の向上を目的として、一次粒径の異なる半導体微粒子を混入させてもよい。また、チューブや中空形状の微粒子を用いてもよい。   The semiconductor fine particles used in the present invention are fine particles having a semiconductor characteristic with a primary particle size of about 1 to 5000 nm, preferably about 5 to 500 nm. For the purpose of improving photoelectric conversion efficiency by reflection, semiconductor fine particles having different primary particle diameters may be mixed. Tubes and hollow fine particles may be used.

半導体微粒子(2)の材質としては、例えば、酸化チタン、酸化スズ、酸化亜鉛、酸化鉄、酸化タングステン、酸化ジルコニウム、酸化ハフニウム、酸化ストロンチウム、酸化インジウム、酸化セリウム、酸化イットリウム、酸化ランタン、酸化バナジウム、酸化ニオブ、酸化タンタル、酸化ガリウム、酸化ニッケル、チタン酸ストロンチウム、チタン酸バリウム、ニオブ酸カリウム、タンタル酸ナトリウム等の金属酸化物;ヨウ化銀、臭化銀、ヨウ化銅、臭化銅等の金属ハロゲン化物;硫化亜鉛、硫化チタン、硫化インジウム、硫化ビスマス、硫化カドミウム、硫化ジルコニウム、硫化タンタル、硫化モリブデン、硫化銀、硫化銅、硫化スズ、硫化タングステン、硫化アンチモン等の金属硫化物;セレン化カドミウム、セレン化ジルコニウム、セレン化亜鉛、セレン化チタン、セレン化インジウム、セレン化タングステン、セレン化モリブデン、セレン化ビスマス、セレン化鉛等の金属セレン化物;テルル化カドミウム、テルル化タングステン、テルル化モリブデン、テルル化亜鉛、テルル化ビスマス等の金属テルル化物;リン化亜鉛、リン化ガリウム、リン化インジウム、リン化カドミウム等の金属リン化物;ガリウム砒素、銅−インジウム−セレン化物、銅−インジウム−硫化物、シリコン、ゲルマニウム等が挙げられる。さらに、酸化亜鉛/酸化スズ、酸化スズ/酸化チタンのような二種以上の混合物であってもよい。
中でも、酸化チタン、酸化スズ、酸化亜鉛、酸化鉄、酸化タングステン、酸化ジルコニウム、酸化ハフニウム、酸化ストロンチウム、酸化インジウム、酸化セリウム、酸化イットリウム、酸化ランタン、酸化バナジウム、酸化ニオブ、酸化タンタル、酸化ガリウム、酸化ニッケル、チタン酸ストロンチウム、チタン酸バリウム、ニオブ酸カリウム、タンタル酸ナトリウム、酸化亜鉛/酸化スズ、酸化スズ/酸化チタン等の金属酸化物が、比較的安価で入手しやすく、光増感色素が吸着されやすいことから好ましく、とりわけ、酸化チタンが好適である。
Examples of the material of the semiconductor fine particles (2) include titanium oxide, tin oxide, zinc oxide, iron oxide, tungsten oxide, zirconium oxide, hafnium oxide, strontium oxide, indium oxide, cerium oxide, yttrium oxide, lanthanum oxide, and vanadium oxide. , Niobium oxide, tantalum oxide, gallium oxide, nickel oxide, strontium titanate, barium titanate, potassium niobate, sodium tantalate, etc .; silver iodide, silver bromide, copper iodide, copper bromide, etc. Metal halides of: metal sulfides such as zinc sulfide, titanium sulfide, indium sulfide, bismuth sulfide, cadmium sulfide, zirconium sulfide, tantalum sulfide, molybdenum sulfide, silver sulfide, copper sulfide, tin sulfide, tungsten sulfide, and antimony sulfide; selenium Cadmium iodide, zirconium selenide Metal selenides such as zinc selenide, titanium selenide, indium selenide, tungsten selenide, molybdenum selenide, bismuth selenide, lead selenide; cadmium telluride, tungsten telluride, molybdenum telluride, zinc telluride, Metal tellurides such as bismuth telluride; metal phosphides such as zinc phosphide, gallium phosphide, indium phosphide, cadmium phosphide; gallium arsenide, copper-indium-selenide, copper-indium-sulfide, silicon, germanium Etc. Further, it may be a mixture of two or more of zinc oxide / tin oxide and tin oxide / titanium oxide.
Among them, titanium oxide, tin oxide, zinc oxide, iron oxide, tungsten oxide, zirconium oxide, hafnium oxide, strontium oxide, indium oxide, cerium oxide, yttrium oxide, lanthanum oxide, vanadium oxide, niobium oxide, tantalum oxide, gallium oxide, Metal oxides such as nickel oxide, strontium titanate, barium titanate, potassium niobate, sodium tantalate, zinc oxide / tin oxide, tin oxide / titanium oxide are relatively inexpensive and readily available, and photosensitizing dyes Titanium oxide is particularly preferable because it is easily adsorbed.

半導体微粒子の表面に、四塩化チタン水溶液を用いた化学メッキや三塩化チタン水溶液を用いた電気化学的メッキ処理を行ってもよい。このことにより、半導体微粒子の表面積を増大させたり、半導体微粒子近傍の純度を高めたり、半導体微粒子表面に存在する鉄等の不純物を覆い隠したり、または、半導体微粒子の連結性、結合性を高めたりすることができる。
半導体微粒子は多くの光増感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、半導体微粒子(2)の層を基板上に塗布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、さらに100倍以上であることが好ましい。この上限は、通常、1000倍程度である。
半導体微粒子(2)の層は、半導体微粒子の単層でもよいが、通常、複数層の半導体微粒子からなり、また、粒径の異なる複数の半導体微粒子からなる層である。
The surface of the semiconductor fine particles may be subjected to chemical plating using a titanium tetrachloride aqueous solution or electrochemical plating using a titanium trichloride aqueous solution. This increases the surface area of the semiconductor fine particles, increases the purity in the vicinity of the semiconductor fine particles, masks impurities such as iron existing on the surface of the semiconductor fine particles, or increases the connectivity and bonding properties of the semiconductor fine particles. can do.
The semiconductor fine particles preferably have a large surface area so that many photosensitizing dyes can be adsorbed. For this reason, the surface area of the semiconductor fine particle (2) applied on the substrate is preferably 10 times or more, more preferably 100 times or more the projected area. This upper limit is usually about 1000 times.
The layer of semiconductor fine particles (2) may be a single layer of semiconductor fine particles, but is usually a layer composed of a plurality of semiconductor fine particles and a plurality of semiconductor fine particles having different particle diameters.

湿式光電気化学電池の場合、通常、導電性基板の上に半導体微粒子層を形成させたのち、該層の微粒子に光増感色素を吸着させる。
導電性基板上に半導体微粒子層を形成する方法としては、半導体微粒子をスプレー噴霧等で直接、導電性基板上に薄膜として形成する方法;導電性基板を電極として電気的に半導体微粒子薄膜を析出させる方法;半導体微粒子のスラリーを導電性基板上に塗布した後、乾燥、硬化又は焼成することによって製造する方法などが例示される。
In the case of a wet photoelectrochemical cell, a semiconductor fine particle layer is usually formed on a conductive substrate, and then a photosensitizing dye is adsorbed on the fine particles of the layer.
As a method for forming a semiconductor fine particle layer on a conductive substrate, a method in which semiconductor fine particles are directly formed as a thin film on a conductive substrate by spraying or the like; a semiconductor fine particle thin film is electrically deposited using a conductive substrate as an electrode Method: A method in which a slurry of semiconductor fine particles is applied on a conductive substrate and then dried, cured, or baked is exemplified.

半導体微粒子のスラリーを導電性基板上に塗布する方法についてさらに詳しく説明すると、例えば、ドクターブレード、スキージ、スピンコート、ディップコートやスクリーン印刷等の手法が挙げられる。これらの手法において、スラリー中の半導体微粒子の分散状態における平均粒径は、0.01nm〜100μmであることが好ましい。
スラリーを分散させる分散媒としては、半導体微粒子を分散させ得るものであれば特に限定されず、水、又はエタノール、イソプロパノール、t−ブタノールやテルピネオール等のアルコール溶媒;アセトン等のケトン溶媒等の有機溶媒が用いられる。これらの水や有機溶媒は混合物であってもよい。分散液には、ポリエチレングリコール等のポリマー;Triton−X等の界面活性剤;酢酸、蟻酸、硝酸や塩酸等の有機酸又は無機酸;アセチルアセトン等のキレート剤を含んでいてもよい。
半導体微粒子のスラリーを塗布した導電性基板を焼成することにより、半導体微粒子層を形成することが好ましい。該焼成温度は、通常、導電層または基板の融点未満で、焼成温度の上限は1200℃であり、好ましくは600℃以下である。また、焼成時間は、通常、10時間以内である。導電性基板上の半導体微粒子層の厚みは、通常、0.1〜200μmであり、好ましくは1〜50μmである。
The method for applying the semiconductor fine particle slurry onto the conductive substrate will be described in more detail. Examples thereof include a doctor blade, squeegee, spin coating, dip coating, and screen printing. In these methods, the average particle size in the dispersed state of the semiconductor fine particles in the slurry is preferably 0.01 nm to 100 μm.
The dispersion medium for dispersing the slurry is not particularly limited as long as it can disperse the semiconductor fine particles. Water or an alcohol solvent such as ethanol, isopropanol, t-butanol or terpineol; an organic solvent such as a ketone solvent such as acetone. Is used. These water and organic solvent may be a mixture. The dispersion may contain a polymer such as polyethylene glycol; a surfactant such as Triton-X; an organic acid or inorganic acid such as acetic acid, formic acid, nitric acid or hydrochloric acid; and a chelating agent such as acetylacetone.
It is preferable to form the semiconductor fine particle layer by firing the conductive substrate coated with the semiconductor fine particle slurry. The firing temperature is usually lower than the melting point of the conductive layer or substrate, and the upper limit of the firing temperature is 1200 ° C., preferably 600 ° C. or less. The firing time is usually within 10 hours. The thickness of the semiconductor fine particle layer on the conductive substrate is usually from 0.1 to 200 μm, preferably from 1 to 50 μm.

導電性基板上に比較的低温で半導体微粒子の層を形成するその他の方法としては、水熱処理を施してポーラスな半導体微粒子の層を形成するHydrothermal法(実用化に向けた色素増感光電気化学電池、第2講(箕浦秀樹)第63〜65頁、NTS社発行(2003))、分散された半導体粒子の分散液を基板に電着する泳動電着法(T.Miyasaka et al.,Chem.Lett.,1250(2002))、半導体ペーストを基板に塗布、乾燥後にプレスするプレス法(実用化に向けた色素増感光電気化学電池、第12講(萬 雄彦)第312〜313頁、NTS社発行(2003))等が挙げられる。   As another method for forming a semiconductor fine particle layer on a conductive substrate at a relatively low temperature, a hydrothermal method in which a porous semiconductor fine particle layer is formed by hydrothermal treatment (a dye-sensitized photoelectrochemical cell for practical use). 2nd lecture (Hideki Kajiura) pp. 63-65, published by NTS (2003)), electrophoretic electrodeposition method (T. Miyasaka et al., Chem.) Of electrodepositing a dispersion of dispersed semiconductor particles on a substrate. Lett., 1250 (2002)), a method of applying a semiconductor paste to a substrate, pressing after drying (a dye-sensitized photoelectrochemical cell for practical use, 12th lecture (Takehiko Tsuji), pages 312 to 313, NTS Issue (2003)).

本発明に用いられる光増感色素は、可視光領域および/または赤外光領域に吸収を持つものであり、種々の金属錯体や有機色素の一種または二種以上を用いることができる。光増感色素の分子中にカルボキシル基、ヒドロキシアルキル基、ヒドロキシル基、スルホン基、カルボキシアルキル基等の官能基を有する光増感色素が半導体への吸着が早い傾向があることから好ましい。また、光電変換効率や耐久性に優れているため、金属錯体が好ましい。金属錯体としては、銅フタロシアニン、チタニルフタロシアニンなどの金属フタロシアニン、クロロフィル、ヘミン、特開平1−220380号公報や特表平5−504023号公報に記載のルテニウム、オスミウム、鉄、亜鉛の錯体を用いることができる。   The photosensitizing dye used in the present invention has absorption in the visible light region and / or the infrared light region, and one or more of various metal complexes and organic dyes can be used. A photosensitizing dye having a functional group such as a carboxyl group, a hydroxyalkyl group, a hydroxyl group, a sulfone group, or a carboxyalkyl group in the molecule of the photosensitizing dye is preferred because it tends to be adsorbed to a semiconductor quickly. Moreover, since it is excellent in photoelectric conversion efficiency and durability, a metal complex is preferable. As the metal complex, metal phthalocyanines such as copper phthalocyanine and titanyl phthalocyanine, chlorophyll, hemin, and ruthenium, osmium, iron, and zinc complexes described in JP-A-1-220380 and JP-A-5-504023 are used. Can do.

ルテニウム錯体をさらに詳しく例示すれば、cis-ビス(イソチオシアネート)ビス(2,2'-ビピリジル-4,4'-ジカルボキシレート)-ルテニウム(II) ビス-テトラブチルアンモニウム、cis-ビス(イソチオシアネート)ビス(2,2'-ビピリジル-4,4'-ジカルボキシレート)-ルテニウム(II)、トリス(イソチオシアネート)−ルテニウム(II)-2,2':6',2"-テーピリジン-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、cis-ビス(イソチオシアネート)(2,2'-ビピリジル-4,4'-ジカルボキシレート)(2,2'-ビピリジル-4,4'-ジノニル)ルテニウム(II)などが挙げられる。   More detailed examples of ruthenium complexes include cis-bis (isothiocyanate) bis (2,2'-bipyridyl-4,4'-dicarboxylate) -ruthenium (II) bis-tetrabutylammonium, cis-bis (iso Thiocyanate) bis (2,2'-bipyridyl-4,4'-dicarboxylate) -ruthenium (II), tris (isothiocyanate) -ruthenium (II) -2,2 ': 6', 2 "-thepyridine- Tris-tetrabutylammonium 4,4 ', 4 "-tricarboxylate, cis-bis (isothiocyanate) (2,2'-bipyridyl-4,4'-dicarboxylate) (2,2'-bipyridyl-4, 4'-dinonyl) ruthenium (II) and the like.

有機色素としては、例えば、メタルフリーフタロシアニン、シアニン系色素、メロシアニン系色素、キサンテン系色素、トリフェニルメタン色素、スクアリリウム系色素などが挙げられる。シアニン系色素としては、具体的には、NK1194、NK3422(いずれも日本感光色素研究所製)などが例示される。メロシアニン系色素としては、具体的には、NK2426、NK2501(いずれも日本感光色素研究所製)が挙げられる。キサンテン系色素としては、例えば、ウラニン、エオシン、ローズベンガル、ローダミンB、ジブロムフルオレセインなどが挙げられる。トリフェニルメタン色素としては、例えば、マラカイトグリーン、クリスタルバイオレットが挙げられる。
クマリン系色素としては、NKX−2677(林原生物化学研究所製)(以下の構造式参照)等が挙げられる。
インドリン系等の有機色素として、D149(三菱製紙社製)(以下の構造式参照)等が挙げられる。
Examples of the organic dye include metal-free phthalocyanine, cyanine dye, merocyanine dye, xanthene dye, triphenylmethane dye, squarylium dye, and the like. Specific examples of cyanine dyes include NK1194 and NK3422 (both manufactured by Nippon Photosensitive Dye Research Laboratories). Specific examples of merocyanine dyes include NK2426 and NK2501 (both manufactured by Nippon Photosensitivity Laboratories). Examples of xanthene dyes include uranin, eosin, rose bengal, rhodamine B, dibromofluorescein and the like. Examples of the triphenylmethane dye include malachite green and crystal violet.
Examples of the coumarin dye include NKX-2777 (manufactured by Hayashibara Biochemical Laboratories) (see the following structural formula).
Examples of organic dyes such as indoline include D149 (manufactured by Mitsubishi Paper Industries) (see the following structural formula).

Figure 2007149652
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導電性基板に積層された半導体微粒子への光増感色素の吸着方法としては、例えば、本発明の光増感色素を含む溶液中に、よく乾燥した半導体微粒子層及び導電性基板からなる積層体を数時間浸漬する方法が挙げられる。光増感色素の吸着は室温(25℃)で行ってもよいし、加熱下に行ってもよいし、光増感色素を含む溶液を還流させながら行ってもよい。
光増感色素の吸着方法としては、導電性基板に半導体微粒子層を形成する前に行っても、半導体微粒子と光増感色素を同時に導電性基板に塗布してもよいが、導電性基板に形成された半導体微粒子層に光増感色素を吸着させる方法がより好ましい。半導体微粒子層を加熱処理する場合、光増感色素吸着は加熱処理後に行うことが好ましく、加熱処理後、半導体微粒子層の表面に水が吸着する前に、光増感色素を吸着させる方法が特に好ましい。
As a method for adsorbing a photosensitizing dye to semiconductor fine particles laminated on a conductive substrate, for example, a laminate comprising a well-dried semiconductor fine particle layer and a conductive substrate in a solution containing the photosensitizing dye of the present invention For several hours. Adsorption of the photosensitizing dye may be performed at room temperature (25 ° C.), may be performed under heating, or may be performed while refluxing a solution containing the photosensitizing dye.
The photosensitizing dye can be adsorbed before the semiconductor fine particle layer is formed on the conductive substrate, or the semiconductor fine particles and the photosensitizing dye may be applied to the conductive substrate at the same time. A method of adsorbing the photosensitizing dye to the formed semiconductor fine particle layer is more preferable. When the semiconductor fine particle layer is heat-treated, the photosensitizing dye adsorption is preferably performed after the heat treatment, and a method of adsorbing the photosensitizing dye after the heat treatment and before water is adsorbed on the surface of the semiconductor fine particle layer is particularly preferable. preferable.

半導体微粒子に付着していない光増感色素が浮遊することによる増感効果の低減を抑制するため、未吸着の光増感色素は洗浄によって除去することが望ましい。
吸着する光増感色素は1種類でもよいし、数種混合して用いてもよい。用途が光電気化学電池である場合、太陽光などの照射光の光電変換の波長域をできるだけ広くするように、混合する光増感色素を選ぶことが好ましい。また、光増感色素の半導体微粒子に対する吸着量は、半導体微粒子1gに対して0.01〜1ミリモルが好ましい。このような色素量とすると、半導体微粒子における増感効果が十分に得られ、半導体微粒子に付着していない色素が浮遊することによる増感効果の低減を抑制する傾向にあることから好ましい。
また、半導体微粒子(2)に吸着される光増感色素は、同一でも異なっていてもよい。例えば、第一層目を300nm〜500nmの光増感色素を吸着させ、第二層目に500nm〜700nmの光増感色素を吸着させ、第三層目に700〜900nmの光増感色素を吸着させる等の、各層に、吸収波長の異なる光増感色素を吸着させてもよい。
In order to suppress the reduction of the sensitizing effect due to floating of the photosensitizing dye not attached to the semiconductor fine particles, it is desirable to remove the unadsorbed photosensitizing dye by washing.
The photosensitizing dye to be adsorbed may be one kind or a mixture of several kinds. When the application is a photoelectrochemical cell, it is preferable to select a photosensitizing dye to be mixed so that the wavelength range of photoelectric conversion of irradiation light such as sunlight is as wide as possible. Further, the adsorption amount of the photosensitizing dye to the semiconductor fine particles is preferably 0.01 to 1 mmol per 1 g of the semiconductor fine particles. Such a dye amount is preferable because the sensitizing effect in the semiconductor fine particles can be sufficiently obtained and the reduction of the sensitizing effect due to floating of the dye not attached to the semiconductor fine particles tends to be suppressed.
Further, the photosensitizing dyes adsorbed on the semiconductor fine particles (2) may be the same or different. For example, a 300-500 nm photosensitizing dye is adsorbed on the first layer, a 500-700 nm photosensitizing dye is adsorbed on the second layer, and a 700-900 nm photosensitizing dye is adsorbed on the third layer. Photosensitizing dyes having different absorption wavelengths may be adsorbed on each layer, such as adsorbing.

光増感色素同士が会合や凝集等の相互作用することを抑制する目的で、無色の化合物を共吸着させてもよい。共吸着させる疎水性化合物としては、例えば、カルボキシル基を有するステロイド化合物(例えば、ケノデオキシコール酸)等が挙げられる。また、余分な色素の除去を促進する目的で、色素を吸着させた後、アミン類を用いて半導体微粒子の表面を処理してもよい。好ましいアミン類としては、例えば、ピリジン、4−tert−ブチルピリジンやポリビニルピリジン等が挙げられる。これらが液体の場合はそのまま用いてもよいし、固体の場合は有機溶媒に溶解して用いてもよい。   A colorless compound may be co-adsorbed for the purpose of suppressing interaction such as association and aggregation between photosensitizing dyes. Examples of the hydrophobic compound to be co-adsorbed include a steroid compound having a carboxyl group (for example, chenodeoxycholic acid). Further, for the purpose of accelerating the removal of excess dye, the surface of the semiconductor fine particles may be treated with amines after adsorbing the dye. Examples of preferable amines include pyridine, 4-tert-butylpyridine, and polyvinylpyridine. When these are liquids, they may be used as they are, or when they are solids, they may be dissolved in an organic solvent.

本発明の電荷移動層に含まれる電解質としては、例えば、Iと各種ヨウ化物との組合せ、Brと各種の臭化物との組合せ、フェロシアン酸塩−フェリシアン酸塩の金属錯体の組合せ、フェロセン−フェリシニウムイオンの金属錯体の組合せ、アルキルチオール−アルキルジスルフィドのイオウ化合物の組合せ、アルキルビオローゲンとその還元体の組合せ、ポリヒドロキシベンゼン類とその酸化体の組合せ等が挙げられる。
ここで、Iと組合せ得るヨウ化物としては、例えば、LiI、NaI、KI、CsIやCaI等の金属ヨウ化物;1−プロピル−3−メチルイミダゾリウムアイオダイド、1−プロピル−2,3−ジメチルイミダゾリウムアイドダイド等の4級イミダゾリウム化合物のヨウ素塩;4級ピリジニウム化合物のヨウ素塩;テトラアルキルアンモニウム化合物のヨウ素塩等が挙げられる。
Brと組合せ得るヨウ化物としては、例えば、LiBr、NaBr、KBr、CsBrやCaBr等の金属臭化物;テトラアルキルアンモニウムブロマイドやピリジニウムブロマイド等の4級アンモニウム化合物の臭素塩等が挙げられる。
アルキルビオローゲンとしては、例えば、メチルビオローゲンクロリド、ヘキシルビオローゲンブロミド、ベンジルビオローゲンテトラフルオロボレートなどが挙げられ、ポリヒドロキシベンゼン類としては、例えばハイドロキノンやナフトハイドロキノン等が挙げられる。
電解質としては中でも、I及びヨウ素化物の組み合わせであることが好ましく、とりわけ、金属ヨウ化物、4級イミダゾリウム化合物のヨウ素塩や4級ピリジニウム化合物のヨウ素塩、及びテトラアルキルアンモニウム化合物のヨウ素塩からなる群から選ばれる少なくとも1種のヨウ化物とIとの組合せが好ましい。
Examples of the electrolyte contained in the charge transfer layer of the present invention include a combination of I 2 and various iodides, a combination of Br 2 and various bromides, a combination of ferrocyanate-ferricyanate metal complexes, Examples include combinations of metal complexes of ferrocene-ferricinium ions, combinations of sulfur compounds of alkyl thiol-alkyl disulfides, combinations of alkyl viologens and reduced forms thereof, combinations of polyhydroxybenzenes and oxidized forms thereof.
Here, examples of the iodide that can be combined with I 2 include metal iodides such as LiI, NaI, KI, CsI, and CaI 2 ; 1-propyl-3-methylimidazolium iodide, 1-propyl-2,3 -Iodine salts of quaternary imidazolium compounds such as dimethyl imidazolium idide; iodine salts of quaternary pyridinium compounds; iodine salts of tetraalkylammonium compounds.
Examples of iodides that can be combined with Br 2 include metal bromides such as LiBr, NaBr, KBr, CsBr, and CaBr 2 ; bromine salts of quaternary ammonium compounds such as tetraalkylammonium bromide and pyridinium bromide, and the like.
Examples of alkyl viologen include methyl viologen chloride, hexyl viologen bromide, and benzyl viologen tetrafluoroborate. Examples of polyhydroxybenzenes include hydroquinone and naphthohydroquinone.
Among them, the electrolyte is preferably a combination of I 2 and iodide, and in particular, from metal iodide, iodine salt of quaternary imidazolium compound, iodine salt of quaternary pyridinium compound, and iodine salt of tetraalkylammonium compound. A combination of at least one iodide selected from the group and I 2 is preferred.

本発明の光電気化学電池が湿式である場合、電荷移動層には電解液が含まれる。電解液としては、例えば、水、電解質を溶解する有機溶媒が挙げられる。
有機溶媒としては、例えば、アセトニトリル、メトキシアセトニトリルやプロピオニトリル等のニトリル系溶媒;エチレンカーボネートやプロピレンカーボネート等のカーボネート系溶媒;γ−ブチロラクトン等のラクトン系溶媒;N,N−ジメチルホルムアミド等のアミド系溶媒;1−メチル−3−プロピルイミダゾリウムアイオダイドや1−メチル−3−ヘキシルイミダゾリウムアイオダイド;1−エチル−3−メチルイミダゾリウム−ビス(トリフルオロメタンスルホン酸)イミド等のイオン性液体が挙げられる。
電解液は、ポリアクリロニトリル、ポリビニリデンフルオライド、ポリ4−ビニルピリジンやChemistry Letters,1241(1998)に示される低分子ゲル化剤でゲル化されていてもよい。
When the photoelectrochemical cell of the present invention is wet, the charge transfer layer contains an electrolyte. Examples of the electrolytic solution include water and an organic solvent that dissolves the electrolyte.
Examples of the organic solvent include nitrile solvents such as acetonitrile, methoxyacetonitrile, and propionitrile; carbonate solvents such as ethylene carbonate and propylene carbonate; lactone solvents such as γ-butyrolactone; amides such as N, N-dimethylformamide Ionic liquids such as 1-methyl-3-propylimidazolium iodide and 1-methyl-3-hexylimidazolium iodide; 1-ethyl-3-methylimidazolium-bis (trifluoromethanesulfonic acid) imide Is mentioned.
The electrolytic solution may be gelled with a polyacrylonitrile, polyvinylidene fluoride, poly-4-vinylpyridine, or a low-molecular gelling agent shown in Chemistry Letters, 1241 (1998).

本発明の光電気化学電池が乾式である場合、電荷移動層には、固体のホール輸送材料などの固体電解層が用いられる。
固体のホール輸送材料としては、CuIやCuSCN等の一価の銅を含むp型無機半導体からなるものや、Synthetic Metal,89,215(1997)及びNature,395,583(1998)で示されるような芳香族アミン類;ポリチオフェン及びその誘導体;ポリピロール及びその誘導体;ポリアニリン及びその誘導体;ポリ(p−フェニレン)及びその誘導体;ポリ(p−フェニレンビニレン)及びその誘導体等の導電性高分子からなるものなどが挙げられる。
When the photoelectrochemical cell of the present invention is dry, a solid electrolytic layer such as a solid hole transport material is used for the charge transfer layer.
Examples of solid hole transport materials include those made of p-type inorganic semiconductors containing monovalent copper such as CuI and CuSCN, and those shown in Synthetic Metal, 89 , 215 (1997) and Nature, 395 , 583 (1998). Aromatic amines; Polythiophene and its derivatives; Polypyrrole and its derivatives; Polyaniline and its derivatives; Poly (p-phenylene) and its derivatives; Conductive polymers such as poly (p-phenylene vinylene) and its derivatives Etc.

本発明に用いられる封止剤は、水酸基を含む樹脂を含有するものであり、該樹脂を封止剤として用いることにより、電解液としてアセトニトリル等の揮発性溶媒やヨウ素を用いた場合、それらが特に高温で揮発しにくいため、耐久性が著しく向上する。
水酸基を含む樹脂としては、取り扱いの容易さから熱可塑性樹脂が好ましい。
水酸基を含む樹脂の具体例としては、エチレン−酢酸ビニル共重合体の酢酸エステルが加水分解されたエチレン−ビニルアルコール共重合体、ポリ酢酸ビニルの酢酸エステルが一部加水分解された部分ケン化ポリビニルアルコール、ポリ酢酸ビニルの酢酸エステルが約98モル%以上加水分解された完全ケン化ポリビニルアルコールなど、樹脂の構造単位であるビニルエステルを加水分解して得られる構造単位を含むものなどが挙げられる。
水酸基を含む樹脂はフィルムとして用いることができ、フィルムとして用いる場合には、当該フィルムは、延伸処理して用いてもよい。
The sealant used in the present invention contains a resin containing a hydroxyl group, and when the resin is used as a sealant, when a volatile solvent such as acetonitrile or iodine is used as an electrolyte, they are In particular, since it is difficult to volatilize at high temperatures, the durability is remarkably improved.
As the resin containing a hydroxyl group, a thermoplastic resin is preferable because of easy handling.
Specific examples of the resin containing a hydroxyl group include an ethylene-vinyl alcohol copolymer obtained by hydrolyzing an acetate ester of an ethylene-vinyl acetate copolymer, and a partially saponified polyvinyl alcohol obtained by partially hydrolyzing an acetate ester of polyvinyl acetate. Examples thereof include those containing a structural unit obtained by hydrolyzing a vinyl ester which is a structural unit of a resin, such as alcohol and a fully saponified polyvinyl alcohol obtained by hydrolyzing about 98 mol% or more of polyvinyl acetate.
The resin containing a hydroxyl group can be used as a film, and when used as a film, the film may be used after being stretched.

水酸基を含む樹脂の中でも、電熱プレス等による熱圧着による封止のし易さの観点からは、エチレン−ビニルアルコール共重合体が好ましく用いられる。
エチレン−ビニルアルコール共重合体としては、例えば、クラレ社製エバール(登録商標)、日本合成化学社製ソアノール(登録商標)、ソアライト(登録商標)などが挙げられる。エバールとしては、EVAL RESIN&FILM カタログ(2002.6月発行)中のいずれものグレードも使用可能であるが、例えば、エチレン重合比の異なるL、F,T、J,H,E,E,Gグレードがいずれも使用できる。また、これらのフィルムには滑剤が含まれていてもよい。
また、エチレン−ビニルアルコール共重合体、部分ケン化ポリビニルアルコール、完全ケン化ポリビニルアルコールは、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリアミド(PA)、ポリエチレン(PE)、ポリプロピレン(PP)、アルミニウム、SiO膜等との多層構造を形成していてもよい。
ポリビニルアルコールとしては、例えば、クラレ社製クラレポバール、日本合成化学社製ゴーセノール、日本酢ビポバール社製J−ポバール、電気化学工業社製デンカポバール、ユニチカ社製ユニチカポバール等が挙げられる。ポバールには、可塑剤が入っていてもよい。
これらの樹脂には、導電性基板(8)と対極(9)の間隔を一定に保つためのスペーサーや、アセトニトリル等揮発性溶媒やヨウ素の蒸散を更に抑制するためにSiO,TiO、Alなどの充填剤を混合されていてもよい。
また、本発明の封止剤には、ハイミラン(登録商標、三井デュポンポリケミカル製)等のアイオノマー樹脂;ガラスフリット;SX1170(Solaronix製)等のホットメルト接着剤;Amosil 4(Solaronix製)のような接着剤;BYNEL(デュポン製)のような無水物変性LLDPE(直鎖状低密度ポリエチレンを無水マレイン酸などの酸無水物で変性したもの)、エポキシ系接着剤を併用してもよい。
Among the resins containing a hydroxyl group, an ethylene-vinyl alcohol copolymer is preferably used from the viewpoint of easy sealing by thermocompression bonding using an electrothermal press or the like.
Examples of the ethylene-vinyl alcohol copolymer include Eval (registered trademark) manufactured by Kuraray Co., Ltd., Soarnol (registered trademark) manufactured by Nippon Gosei Kagaku Co., Ltd., and Soarite (registered trademark). As EVAL, any grade in the EVAL RESIN & FILM catalog (issued in May 2006) can be used. For example, all grades of L, F, T, J, H, E, E, and G with different ethylene polymerization ratios can be used. Can be used. Further, these films may contain a lubricant.
In addition, ethylene-vinyl alcohol copolymer, partially saponified polyvinyl alcohol, and fully saponified polyvinyl alcohol are polyethylene terephthalate (PET), polyamide (PA), polyethylene (PE), polypropylene (PP), aluminum, SiO 2 film, etc. A multilayer structure may be formed.
Examples of the polyvinyl alcohol include Kuraray Co., Ltd., Kuraray Poval, Nippon Synthetic Chemical Co., Ltd. Gohsenol, Nippon Vinegar Bipoval Co., Ltd., J-Poval, Denki Poval Co., Ltd., Unitika Co., Ltd., etc. The poval may contain a plasticizer.
These resins include spacers for keeping the distance between the conductive substrate (8) and the counter electrode (9) constant, and volatile solvents such as acetonitrile and SiO 2 , TiO 2 , Al to further suppress evaporation of iodine. A filler such as 2 O 3 may be mixed.
The sealing agent of the present invention includes ionomer resins such as Himiran (registered trademark, manufactured by Mitsui DuPont Polychemical); glass frit; hot melt adhesives such as SX1170 (manufactured by Solaronix); and Amosil 4 (manufactured by Solaronix). Adhesive: Anhydrous-modified LLDPE (linear low density polyethylene modified with acid anhydride such as maleic anhydride) such as BYNEL (manufactured by DuPont) or an epoxy adhesive may be used in combination.

封止剤の形状としては、例えば、フィルム、シートなどの封止される形状に予め成形されたものや、封止前には水を含んで液状であり、封止時には乾燥するものなどが挙げられ、取り扱いの容易さから、フィルム、シートなどの封止される形状に予め成形されたものが好ましい。
フィルムの厚みとしては、通常1μm〜1mm程度のものが用いられる。
成型された封止剤を用いて封止する方法としては、作用極と対極の間に封止剤を挟みこみ、電熱プレスにて貼り合わせる方法が挙げられる。貼り合せ温度は、樹脂が溶融する以上の温度にて実施すれば良いが、通常50〜300℃の間で実施される。
レーザー光等を用いて、封止材部分を局所的に加熱溶融して貼り合せることもできる。 色素が既に設置されたセルを封止する場合は、色素が熱で劣化しない範囲で加熱時間を調整すること好ましい。
Examples of the shape of the sealant include those formed in advance into a shape to be sealed, such as a film and a sheet, and those that are in a liquid state containing water before sealing and are dried at the time of sealing. From the viewpoint of ease of handling, it is preferable to pre-form the film, sheet, or the like into a sealed shape.
The thickness of the film is usually about 1 μm to 1 mm.
As a method of sealing using the molded sealing agent, there is a method in which the sealing agent is sandwiched between the working electrode and the counter electrode and bonded together by an electric heating press. The bonding temperature may be set at a temperature higher than the temperature at which the resin melts, but is usually performed at 50 to 300 ° C.
The sealing material portion can be locally heated and melted and bonded using laser light or the like. When sealing a cell in which a pigment has already been installed, it is preferable to adjust the heating time within a range where the pigment does not deteriorate with heat.

次に、実施例等を挙げて本発明を更に詳細に説明するが、本発明はこれらの例により限定されるものではない。   EXAMPLES Next, although an Example etc. are given and this invention is demonstrated further in detail, this invention is not limited by these examples.

(実施例1)
導電性基板である、フッ素をドープした酸化スズ膜付き導電性ガラス(日本板硝子製、10Ω/□)の導電性面に、酸化チタン分散液であるTi−Nanoxide T(商品名、Solaronix社製)をドクターブレードを用いて塗布後、500℃で焼成し、ガラスを冷却して、導電性基板に半導体微粒子層を形成させた。続いて、cis-ビス(イソチオシアネート)ビス(2,2'-ビピリジル-4,4'-ジカルボキシレート)-ルテニウム(II) ビス-テトラブチルアンモニウムの溶液(濃度は0.0003モル/リットル、溶媒はt−ブチルアルコール/アセトニトリル=1/1の混合溶媒)に16時間浸漬し、溶液から取り出したのち、アセトニトリルで洗浄後、自然乾燥させ、導電性基板及び光増感色素を吸着させた半導体微粒子層の積層体(酸化チタン電極の面積は7cm)を得た。次に、該層の周りに、封止剤として50μm厚のエチレン−ビニルアルコール共重合樹脂(エバール(クラレ(株)の登録商標) F101)フィルムを設置後、フッ素ドープ酸化スズ膜付きで、白金蒸着済みの導電性ガラスに、あらかじめドリルにより穴をあけたものを重ね合わせた。電熱プレス機にて熱圧着後、あらかじめ開けておいた対極の穴から電解液(溶媒はアセトニトリル;溶媒中のヨウ素濃度は0.05モル/リットル、同じくヨウ化リチウム濃度は0.1モル/リットル、同じく4−t−ブチルピリジン濃度は0.5モル/リットル、同じく1−プロピル−2,3−ジメチルイミダゾリウムアイオダイド濃度は0.6モル/リットル)をセル内に注入した。その後、穴を封じるためエチレン−ビニルアルコール共重合樹脂(エバール(クラレ(株)の登録商標) F101)フィルム及びガラス板を穴の上に設置後、電熱プレス機にて熱圧着し封止した光電気化学電池を得た。
このようにして作製した光電気化学電池について、キセノン耐候性試験機に入れ、光照射し(光量: 0.48W/m2(340nm)、ブラックパネル温度:83℃、湿度:50%RH、雨なし)、変換効率の経時変化を観察した。変換効率の測定は、山下電装社製ソーラーシミュレーターを用いて測定した。
初期の効率を1とした時の350時間後の変換効率の保持率を表1に示す。
Example 1
Ti-Nanoxide T (trade name, manufactured by Solaronix), a titanium oxide dispersion, on the conductive surface of a conductive glass with a tin oxide film doped with fluorine (manufactured by Nippon Sheet Glass, 10Ω / □), which is a conductive substrate. After applying using a doctor blade, it was baked at 500 ° C., the glass was cooled, and a semiconductor fine particle layer was formed on the conductive substrate. Subsequently, a solution of cis-bis (isothiocyanate) bis (2,2′-bipyridyl-4,4′-dicarboxylate) -ruthenium (II) bis-tetrabutylammonium (concentration is 0.0003 mol / liter, The solvent was immersed in a mixed solvent of t-butyl alcohol / acetonitrile = 1/1) for 16 hours, taken out from the solution, washed with acetonitrile, and then naturally dried to adsorb the conductive substrate and the photosensitizing dye. A laminate of fine particle layers (the area of the titanium oxide electrode was 7 cm 2 ) was obtained. Next, a 50 μm-thick ethylene-vinyl alcohol copolymer resin (EVAL (registered trademark of Kuraray Co., Ltd.) F101) film as a sealant is placed around the layer, followed by fluorine-doped tin oxide film, platinum A pre-drilled conductive glass was superposed on the vapor-deposited conductive glass. After thermocompression bonding with an electrothermal press machine, the electrolyte solution (solvent is acetonitrile; iodine concentration in the solvent is 0.05 mol / liter, and lithium iodide concentration is 0.1 mol / liter). The 4-t-butylpyridine concentration was 0.5 mol / liter, and the 1-propyl-2,3-dimethylimidazolium iodide concentration was 0.6 mol / liter). Then, an ethylene-vinyl alcohol copolymer resin (EVAL (registered trademark of Kuraray Co., Ltd.) F101) film and a glass plate were placed on the hole to seal the hole, and then sealed by thermocompression bonding with an electric heating press. An electrochemical cell was obtained.
The photoelectrochemical cell produced in this way is placed in a xenon weathering tester and irradiated with light (light intensity: 0.48W / m2 (340nm), black panel temperature: 83 ° C, humidity: 50% RH, no rain) The change in conversion efficiency over time was observed. The conversion efficiency was measured using a solar simulator manufactured by Yamashita Denso.
Table 1 shows the conversion efficiency retention after 350 hours when the initial efficiency is 1.

(比較例1)
封止剤として、無水物変性LLDPEであるBYNEL(登録商標、デュポン社製)を用いる以外は、実施例1と同様にして光電気化学電池を得た。次いで、光電変換効率の経時変化を実施例1と同様にして測定した。結果を表1に示した。
(Comparative Example 1)
A photoelectrochemical cell was obtained in the same manner as in Example 1 except that BYNEL (registered trademark, manufactured by DuPont), which is an anhydride-modified LLDPE, was used as the sealant. Next, the change with time in photoelectric conversion efficiency was measured in the same manner as in Example 1. The results are shown in Table 1.

Figure 2007149652
Figure 2007149652

(実施例2)
ガラス板の周囲に、封止剤として50μm厚のエチレン−ビニルアルコール共重合樹脂(エバール(クラレ(株)の登録商標) F101)フィルムを設置後、あらかじめドリルにより穴をあけたガラス板を重ね合わせた。電熱プレス機にて熱圧着後、あらかじめ開けておいた対極の穴から電解液(溶媒はアセトニトリル;溶媒中のヨウ素濃度は0.05モル/リットル、ヨウ化リチウム濃度は0.1モル/リットル、4−t−ブチルピリジン濃度は0.5モル/リットル、1−プロピル−2,3−ジメチルイミダゾリウムアイオダイド濃度は0.6モル/リットル)をセル内に注入した。その後、穴を封じるためエチレン−ビニルアルコール共重合樹脂(エバール(クラレ(株)の登録商標) F101)フィルム及びガラス板を穴の上に設置後、電熱プレス機にて熱圧着し封止した。
電解液を封入したガラス板を85℃のオーブンでエージングし、その際のヨウ素量の経時変化を362nmの吸光度で測定した。初期の吸光度を1とした時の吸光度の保持率を表2に示す。吸光度が大きいほど、光電気化学電池に封入されたヨウ素の保持率が高いことを意味する。
(実施例3)
封止剤として40μm厚のポリビニルアルコール樹脂(ポバール(クラレ(株)の登録商標) VL−F)を用いる以外は、実施例2と同様に実施した。
(Example 2)
A 50 μm thick ethylene-vinyl alcohol copolymer resin (EVAL (registered trademark of Kuraray Co., Ltd.) F101) film is placed around the glass plate as a sealant, and a glass plate with holes drilled in advance is placed on top of it. It was. After thermocompression bonding with an electric heat press, the electrolyte solution (solvent is acetonitrile; iodine concentration in the solvent is 0.05 mol / liter, lithium iodide concentration is 0.1 mol / liter, The 4-t-butylpyridine concentration was 0.5 mol / liter, and the 1-propyl-2,3-dimethylimidazolium iodide concentration was 0.6 mol / liter). Thereafter, an ethylene-vinyl alcohol copolymer resin (EVAL (registered trademark of Kuraray Co., Ltd.) F101) film and a glass plate were placed on the hole to seal the hole, and then sealed by thermocompression using an electric heating press.
The glass plate in which the electrolytic solution was sealed was aged in an oven at 85 ° C., and the change over time in the amount of iodine was measured at an absorbance of 362 nm. Table 2 shows the absorbance retention when the initial absorbance is 1. It means that the higher the absorbance, the higher the retention rate of iodine encapsulated in the photoelectrochemical cell.
(Example 3)
The same procedure as in Example 2 was performed except that a polyvinyl alcohol resin (Poval (registered trademark of Kuraray Co., Ltd.) VL-F) having a thickness of 40 μm was used as the sealant.

(比較例2)
封止剤として、無水物変性LLDPEであるBYNEL(登録商標、デュポン社製)を用いる以外は、実施例2と同様にして電解液を封入したガラス板を得た。次いで、吸光度の経時変化を実施例2と同様にして測定した。結果を表2に示す。
(Comparative Example 2)
A glass plate enclosing an electrolyte solution was obtained in the same manner as in Example 2 except that BYNEL (registered trademark, manufactured by DuPont), which is an anhydride-modified LLDPE, was used as the sealant. Next, the change in absorbance with time was measured in the same manner as in Example 2. The results are shown in Table 2.

Figure 2007149652
Figure 2007149652

本発明の光電気化学電池は、従来の封止剤を用いた場合と比較して、高温下での使用や長期間の使用でもヨウ素などの電解質や揮発性溶媒の消失が著しく低減されることから、耐久性に優れる。このような優れた特性から、太陽光による太陽電池、トンネルや屋内での人工光による光電気化学電池に用いることができる。また、本発明の光電気化学電池は、光の照射を受けて電流が流れることから、光センサーとして用いることができる。   In the photoelectrochemical cell of the present invention, the disappearance of electrolytes such as iodine and volatile solvents is remarkably reduced even when used at a high temperature or for a long period of time compared to the case where a conventional sealant is used. Therefore, it has excellent durability. Because of such excellent characteristics, it can be used in solar cells using sunlight, photoelectrochemical cells using artificial light in tunnels and indoors. In addition, the photoelectrochemical cell of the present invention can be used as an optical sensor because a current flows when irradiated with light.

本発明の湿式光電気化学の断面模式図である。It is a cross-sectional schematic diagram of the wet photoelectrochemistry of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

1 基板
2 導電層
3 半導体粒子層
4 光増感色素
5 電解液
6 導電層
7 基板
8 導電性基板
9 対極
10 封止剤
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Substrate 2 Conductive layer 3 Semiconductor particle layer 4 Photosensitizing dye 5 Electrolyte 6 Conductive layer 7 Substrate 8 Conductive substrate 9 Counter electrode 10 Sealant

Claims (5)

導電性基板、光増感色素を吸着させた半導体微粒子、電荷移動層及び対極を含む積層体を、封止剤で封止してなる光電気化学電池において、封止剤が水酸基を含む樹脂を含有することを特徴とする光電気化学電池。   In a photoelectrochemical cell in which a laminate including a conductive substrate, semiconductor fine particles adsorbed with a photosensitizing dye, a charge transfer layer, and a counter electrode is sealed with a sealant, the sealant includes a resin containing a hydroxyl group. A photoelectrochemical cell comprising: 水酸基を含む樹脂が、エチレン−ビニルアルコール共重合体、部分ケン化ポリビニルアルコール及び完全ケン化ポリビニルアルコールからなる群から選ばれる少なくとも1種の樹脂であることを特徴とする請求項1に記載の光電気化学電池。   The light according to claim 1, wherein the resin containing a hydroxyl group is at least one resin selected from the group consisting of an ethylene-vinyl alcohol copolymer, a partially saponified polyvinyl alcohol, and a fully saponified polyvinyl alcohol. Electrochemical battery. 半導体微粒子が酸化チタンであることを特徴とする請求項1又は2に記載の光電気化学電池。   3. The photoelectrochemical cell according to claim 1, wherein the semiconductor fine particles are titanium oxide. 電荷移動層が、I及びヨウ素化物の組み合わせであることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の光電気化学電池。 The photoelectrochemical cell according to claim 1, wherein the charge transfer layer is a combination of I 2 and iodide. エチレン−ビニルアルコール共重合体、部分ケン化ポリビニルアルコール及び完全ケン化ポリビニルアルコールからなる群から選ばれる少なくとも1種の水酸基を含む樹脂を含有する光電気化学電池用封止剤。   An encapsulant for a photoelectrochemical cell comprising a resin containing at least one hydroxyl group selected from the group consisting of an ethylene-vinyl alcohol copolymer, a partially saponified polyvinyl alcohol, and a fully saponified polyvinyl alcohol.
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