JP2007263834A - Evaluation method of porous metal-metal oxide complex by image sensor - Google Patents

Evaluation method of porous metal-metal oxide complex by image sensor Download PDF

Info

Publication number
JP2007263834A
JP2007263834A JP2006090887A JP2006090887A JP2007263834A JP 2007263834 A JP2007263834 A JP 2007263834A JP 2006090887 A JP2006090887 A JP 2006090887A JP 2006090887 A JP2006090887 A JP 2006090887A JP 2007263834 A JP2007263834 A JP 2007263834A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
titanium
porous
metal oxide
metal
titanium oxide
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP2006090887A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP4664223B2 (en
Inventor
Yoshiisa Isomura
佳功 磯村
Yasuo Nakatsuka
康夫 中塚
Noboru Takaesu
昇 高江洲
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Eneos Corp
Original Assignee
Nippon Oil Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nippon Oil Corp filed Critical Nippon Oil Corp
Priority to JP2006090887A priority Critical patent/JP4664223B2/en
Publication of JP2007263834A publication Critical patent/JP2007263834A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP4664223B2 publication Critical patent/JP4664223B2/en
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Landscapes

  • Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for evaluating quantitatively a porous titanium-titanium oxide complex used for a photocatalyst or a dye-sensitized solar cell. <P>SOLUTION: The porous titanium-titanium oxide complex is imaged by using an image sensor, and at least one of hue, chroma and lightness of each pixel in the imaged image is calculated, and a pixel wherein at least calculated one of hue, chroma and lightness is a prescribed value or within a prescribed range is extracted, and the porous titanium oxide portion is evaluated quantitatively based on the extracted pixel. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、多孔質チタン−チタン酸化物複合体などの多孔質金属−金属酸化物複合体を評価する方法に関し、特に、色素増感型太陽電池などに用いられる多孔質金属−金属酸化物複合体を評価する方法に関する。   The present invention relates to a method for evaluating a porous metal-metal oxide composite such as a porous titanium-titanium oxide composite, and more particularly to a porous metal-metal oxide composite used in a dye-sensitized solar cell. It relates to a method for evaluating the body.

チタン(Ti)は、実用金属中最も耐蝕性が強く、比重も鉄鋼などと比較して小さく、比強度も非常に優れている金属であり、工場プラント用材料、医療用材料などに広く使用されている。そして近年、その高い耐蝕性により、屋根材を始めとして建築材料への利用が急速に進んでいる。   Titanium (Ti) is the metal that has the strongest corrosion resistance among practical metals, its specific gravity is small compared to steel, etc., and its specific strength is very good. It is widely used for plant plant materials and medical materials. ing. In recent years, due to its high corrosion resistance, its use in building materials such as roofing materials is rapidly progressing.

また、チタンの酸化体であるチタン酸化物(チタニア)は、優れた紫外線吸収性および吸着性等の特性を有することから、顔料・塗料・化粧料・紫外線遮断材・触媒・触媒担体および各種のエレクトロニクス材料等に利用されている。さらに最近では、チタン酸化物が紫外線を吸収した際に発現する光触媒効果および両親媒性効果が注目されており、有害有機物の分解・大気汚染物質の除去・殺菌・セルフクリーニング効果等が確認されており、チタン触媒を用いた各種の商品が市販されている。   In addition, titanium oxide (titania), which is an oxidized form of titanium, has excellent properties such as UV absorption and adsorption, so it can be used in pigments, paints, cosmetics, UV blocking materials, catalysts, catalyst carriers, Used for electronics materials. More recently, the photocatalytic and amphipathic effects that occur when titanium oxide absorbs ultraviolet rays have attracted attention, and have been confirmed to be harmful organic matter decomposition, air pollutant removal, sterilization, and self-cleaning effects. Various products using a titanium catalyst are commercially available.

さらに、各種センサー、複写機、光発電装置等に用いられる光電変換素子へのチタン酸化物の適用が検討されている。例えば、1991年にグレッツエルらが発表した色素増感型太陽電池は、ルテニウム錯体によって分光増感された多孔質チタン酸化物薄膜を作用電極とする湿式太陽電池であり、シリコン太陽電池並みの性能が得られることが報告されている(非特許文献1参照)。この技術によれば、チタン酸化物等の安価な酸化物半導体微粒子をその支持体である透明電極上に塗布することで成膜し、色素を吸着するだけで優れた光電変換素子となるため、安価な光電変換素子を提供することができるという利点がある。   Furthermore, the application of titanium oxide to photoelectric conversion elements used in various sensors, copiers, photovoltaic devices and the like has been studied. For example, a dye-sensitized solar cell announced by Gretzell et al. In 1991 is a wet solar cell using a porous titanium oxide thin film spectrally sensitized with a ruthenium complex as a working electrode, and has performance similar to that of a silicon solar cell. It has been reported that it can be obtained (see Non-Patent Document 1). According to this technique, an inexpensive photoelectric semiconductor element such as titanium oxide is formed on a transparent electrode that is a support, and a film is formed. There is an advantage that an inexpensive photoelectric conversion element can be provided.

チタンもしくはチタンを主成分とする合金の表面にチタニア等のチタン酸化物の皮膜を形成させる方法としては、熱酸化法、化学酸化法、電解酸化法などがあるが、中でもチタン酸化物皮膜の均一性、再現性などに優れた電解酸化法が一般に利用されている。   Methods for forming a titanium oxide film such as titania on the surface of titanium or a titanium-based alloy include a thermal oxidation method, a chemical oxidation method, and an electrolytic oxidation method. In general, an electrolytic oxidation method having excellent properties and reproducibility is used.

チタンを電解酸化すると、通常は表面に通常1μm以下の非多孔質のチタン酸化物薄膜が生成し、表面に美しい干渉色がつくようになる。この技術は一般には装飾用途で利用されており、工業的にも広く普及している。一方で、電解質溶液の種類を選ぶことによって、形成される孔においてアスペクト比が6以上となる多孔質チタン酸化物が生成することも報告されている(特許文献1参照)。例えば特許文献1は、電解質としてハロゲン原子を含有するイオンを含む溶液を使用することによって、アスペクト比6以上のナノチューブ形状の多孔質チタン酸化物がチタン金属の表面に生成し、多孔質チタン−チタン酸化物複合体が形成されることを報告している。この多孔質チタン−チタン酸化物複合体は光触媒や光電変換素子の素材として非常に有効であり、特に多孔質チタン酸化物が均一かつ緻密に形成されているものほど良好な性質を示すため、今後の技術として大きく期待されている。   When titanium is electrolytically oxidized, a non-porous titanium oxide thin film of 1 μm or less is usually formed on the surface, and a beautiful interference color is formed on the surface. This technique is generally used for decorative purposes and is widely used industrially. On the other hand, it has also been reported that by selecting the type of electrolyte solution, a porous titanium oxide having an aspect ratio of 6 or more in the formed pores is generated (see Patent Document 1). For example, in Patent Document 1, by using a solution containing an ion containing a halogen atom as an electrolyte, a nanotube-shaped porous titanium oxide having an aspect ratio of 6 or more is generated on the surface of the titanium metal, and porous titanium-titanium. It is reported that an oxide complex is formed. This porous titanium-titanium oxide composite is very effective as a material for photocatalysts and photoelectric conversion elements, and in particular, as the porous titanium oxide is uniformly and densely formed, it exhibits better properties. It is highly expected as a technology.

しかしながら、ハロゲン原子を含有するイオンを含む電解質溶液を用いて、チタンの電解酸化を行っても、ナノチューブ形状を有する多孔質チタン−チタン酸化物が常に均一かつ緻密に形成されるわけではない。電解質の組成や電解酸化処理条件が同一であったとしても、材料となるチタン金属の表面凹凸状態によっては、多孔質チタン酸化物にむらができたり、極端な場合には、多孔質チタン酸化物がチタン金属の表面に斑状に形成されることもある。このような出来の違いは、電解酸化によって形成される多孔質チタン−チタン酸化物の面積が大きいほど顕著に現れやすい。   However, even when titanium is electrolytically oxidized using an electrolyte solution containing ions containing halogen atoms, a porous titanium-titanium oxide having a nanotube shape is not always formed uniformly and densely. Even if the electrolyte composition and electrolytic oxidation treatment conditions are the same, depending on the surface unevenness of the titanium metal used as the material, the porous titanium oxide may be uneven or, in extreme cases, the porous titanium oxide. May be formed in spots on the surface of titanium metal. Such a difference is more likely to occur as the area of the porous titanium-titanium oxide formed by electrolytic oxidation increases.

これまでは多孔質チタン酸化物の均一性や緻密性を定量的に評価する手法がなかったため、製作者の感覚で出来を判断してきたのが実情であった。多孔質チタン−チタン酸化物複合体をはじめとする多孔質金属−金属酸化物複合体を光電変換素子材料などの工業材料として使用するためには、均一性と緻密性について定量的な評価手法を開発し、品質管理手法を確立することが必要不可欠である。
特開2005−263580号公報 特公平7−92401号公報 特開2002−131133号公報 ビィ・オレガン 外,「ネイチャー(Nature)」,1991年,第353巻,p.737−739
Until now, there was no method for quantitatively evaluating the uniformity and denseness of porous titanium oxide, so the actual situation was that the judgment was made by the manufacturer. In order to use porous metal-metal oxide composites such as porous titanium-titanium oxide composites as industrial materials such as photoelectric conversion element materials, quantitative evaluation methods for uniformity and denseness should be used. It is essential to develop and establish quality control methods.
JP 2005-263580 A Japanese Patent Publication No. 7-9401 JP 2002-131133 A By Oregan et al., “Nature”, 1991, Vol. 353, p. 737-739

上述したように、これまで、多孔質チタン−チタン酸化物複合体をはじめとする多孔質金属−金属酸化物複合体の均一性と緻密性とを定量的に評価する方法がなかった。もちろん、電子顕微鏡による観察によって、局部的には多孔質金属−金属酸化物複合体の均一性と緻密性を求めることができるが、太陽電池などに用いられるような大面積の多孔質金属−金属酸化物複合体の表面全体を電子顕微鏡で観察することは現実的でない。多孔質金属−金属酸化物複合体を色素増感型太陽電池に適用する場合であれば、多孔質金属−金属酸化物複合体の表面に増感色素を付着させたときの色素の付着量を測定して、その多孔質金属−金属酸化物複合体が色素増感型太陽電池に適したものかどうかを評価することができないわけではないが、付着した色素量を湿式の分析法で定量する必要があるから、評価に手間と時間がかかる、という問題点がある。また、この手法では、サンプルである多孔質金属−金属酸化物複合体に付着した色素の全量を定量するため、多孔質金属−金属酸化物複合体におけるある特定の場所がどうなっているのかを評価することができない。   As described above, until now, there has been no method for quantitatively evaluating the uniformity and denseness of porous metal-metal oxide composites including porous titanium-titanium oxide composites. Of course, by observation with an electron microscope, the uniformity and density of the porous metal-metal oxide composite can be determined locally, but the large-area porous metal-metal used in solar cells and the like. It is not realistic to observe the entire surface of the oxide composite with an electron microscope. If the porous metal-metal oxide composite is applied to a dye-sensitized solar cell, the amount of dye attached when the sensitizing dye is attached to the surface of the porous metal-metal oxide composite Although it is not impossible to measure and evaluate whether the porous metal-metal oxide composite is suitable for a dye-sensitized solar cell, the amount of attached dye is quantified by a wet analysis method. Since it is necessary, there is a problem that it takes time and effort to evaluate. Moreover, in this method, in order to quantify the total amount of the dye attached to the porous metal-metal oxide composite as a sample, what happens to a specific place in the porous metal-metal oxide composite is determined. Cannot be evaluated.

本発明は、このような実状に鑑み成されたものであり、多孔質チタン−チタン酸化物複合体をはじめとする多孔質金属−金属酸化物複合体の均一性と緻密性を数値で表し、定量的な評価を行う方法を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of such a situation, and numerically represents the uniformity and denseness of porous metal-metal oxide composites including porous titanium-titanium oxide composites, The object is to provide a method for quantitative evaluation.

本発明の評価方法は、多孔質金属−金属酸化物複合体の表面状態を評価する評価方法において、画像センサーを用いて、多孔質金属−金属酸化物複合体を撮像し、撮像された画像中における各画素の色相、彩度および明度の少なくとも1つを算出し、算出された色相、彩度および明度の少なくとも1つが所定の範囲内あるいは所定の値である画素を抽出し、抽出された画素に基づいて、多孔質金属酸化物部分を定量的に評価することを特徴とする。   The evaluation method of the present invention is an evaluation method for evaluating the surface state of a porous metal-metal oxide composite. In the evaluation method, an image sensor is used to image the porous metal-metal oxide composite, Calculating at least one of hue, saturation, and brightness of each pixel in the pixel, extracting a pixel in which at least one of the calculated hue, saturation, and brightness is within a predetermined range or a predetermined value, and extracting the extracted pixel Based on the above, the porous metal oxide portion is quantitatively evaluated.

ここで、多孔質酸化物部分の白度に基づいて画素を抽出し、抽出された画素の数に応じて多孔質金属酸化物部分を定量的に評価してもよい。   Here, pixels may be extracted based on the whiteness of the porous oxide portion, and the porous metal oxide portion may be quantitatively evaluated according to the number of extracted pixels.

定量的に評価する方法としては、具体的には、抽出された画素の数と、撮像された画像における多孔質金属−金属酸化物複合体に対応した全画素数との比に基づくものがある。   As a method for quantitative evaluation, specifically, there is a method based on the ratio between the number of extracted pixels and the total number of pixels corresponding to the porous metal-metal oxide composite in the captured image. .

本発明の別の評価方法は、多孔質金属−金属酸化物複合体の表面状態を評価する評価方法において、多孔質金属−金属酸化物複合体に色素を吸着させ、画像センサーを用いて、色素吸着後の多孔質金属−金属酸化物複合体を撮像し、撮像された画像中における各画素の色相、彩度および明度の少なくとも1つに基づいて、画素ごとに着色度を算出し、着色度に基づいて画素を抽出し、抽出された画素に基づいて、多孔質金属酸化物部分を定量的に評価することを特徴とする。   Another evaluation method of the present invention is an evaluation method for evaluating the surface state of a porous metal-metal oxide composite, wherein a dye is adsorbed to the porous metal-metal oxide composite, and the dye is used by using an image sensor. The porous metal-metal oxide composite after adsorption is imaged, and the degree of coloring is calculated for each pixel based on at least one of the hue, saturation, and brightness of each pixel in the imaged image. A pixel is extracted based on the above, and the porous metal oxide portion is quantitatively evaluated based on the extracted pixel.

本発明においては、大面積の多孔質金属−金属酸化物複合体を評価する場合には、多孔質金属−金属酸化物複合体に対して画像センサーを走査させながら、多孔質金属−金属酸化物複合体の表面の各部分領域ごとの評価を繰り返して実行すればよい。   In the present invention, when evaluating a porous metal-metal oxide composite having a large area, the porous metal-metal oxide composite is scanned while the image sensor is scanned with respect to the porous metal-metal oxide composite. What is necessary is just to repeat and evaluate for every partial area | region of the surface of a composite_body | complex.

本発明において、多孔質金属−金属酸化物複合体は、例えば、金属に対して電解酸化あるいは陽極酸化処理を行うことによって得られるものである。そのような多孔質金属−金属酸化物複合体の代表的なものとして、多孔質チタン−チタン酸化物複合体が挙げられるが、このほか、例えば、多孔質ジルコニウム−ジルコニウム酸化物複合体や、多孔質ハフニウム−ハフニウム酸化物なども挙げられる。   In the present invention, the porous metal-metal oxide composite is obtained, for example, by subjecting a metal to electrolytic oxidation or anodization. A typical example of such a porous metal-metal oxide composite is a porous titanium-titanium oxide composite. In addition, for example, a porous zirconium-zirconium oxide composite, Examples thereof include hafnium-hafnium oxide.

以下、本発明について詳述する。   Hereinafter, the present invention will be described in detail.

本発明において用いられる画像センサーは、例えば、CCD(電荷結合素子)カメラを備え、CCDカメラで撮像した対象物の画像をデジタル信号に変換し、種々の演算処理を行うことで、対象物の面積、長さ、個数、位置などの特徴を抽出し、設定された基準をもとに判定結果を出力するものである。カメラからのビデオ出力はアナログ信号であるが、これを様々な判定、計測に応用するには、まずデジタル信号に変換する必要がある。   The image sensor used in the present invention includes, for example, a CCD (Charge Coupled Device) camera, converts an image of an object imaged by the CCD camera into a digital signal, and performs various arithmetic processes to thereby obtain an area of the object. , Features such as length, number, and position are extracted, and a determination result is output based on a set standard. The video output from the camera is an analog signal, but in order to apply it to various determinations and measurements, it must first be converted into a digital signal.

デジタル信号への変換方法は、ビデオ信号がグレースケール(濃淡)の信号であれば、ビデオ信号にあるしきい値(2値化レベル)を設定し、そのしきい値より高い(明るい)部分は白、低い(暗い)部分は黒のいずれかの値をとるようにして、灰色の部分をなくすことができる。これを2値化といい、デジタル信号では白を「1=HI」、黒を「0=LO」とする。本発明において、明度のみを用いてしきい値処理を行って画素を抽出するのであれば、二値化処理の方法を用いることができる。   If the video signal is a grayscale signal, the threshold value (binarization level) is set in the video signal, and the part that is higher (brighter) than the threshold value White and low (dark) portions can take either black values, and gray portions can be eliminated. This is called binarization. In the digital signal, white is “1 = HI” and black is “0 = LO”. In the present invention, if a pixel is extracted by performing threshold processing using only brightness, a binarization processing method can be used.

また、画像処理には、前述した2値化方法以外にグレー処理方式がある。グレー処理方式では、カメラで撮像した画像データの濃淡をそのまま扱う。2値化方式では白か黒、1か0の情報としてしか認識できないが、グレー処理方式では、濃淡を例えば8ビット(=256階調)に分割し、その情報をすべて活かした結果が得られる。したがって、検出精度が格段に向上する。本発明において、画素の明度のみを算出し、明度の値あるいは範囲に基づいて画素を抽出するのであれば、グレー処理方式を用いることができる。   In addition to the binarization method described above, there is a gray processing method for image processing. In the gray processing method, the shading of image data captured by a camera is handled as it is. In the binarization method, it can be recognized only as white, black, or 1 or 0 information, but in the gray processing method, the density is divided into, for example, 8 bits (= 256 gradations), and the result using all the information is obtained. . Therefore, the detection accuracy is greatly improved. In the present invention, if only the lightness of a pixel is calculated and pixels are extracted based on the lightness value or range, a gray processing method can be used.

さらに、カメラにおいてカラー映像信号を取得するカラー処理方式もある。カメラからのカラー映像信号を、画像入力回路のA/D(アナログ/デジタル)変換器で、R(赤)・G(緑)・B(青)の三原色のデジタルデータに変換する。このデータをもとに差分処理を行い、R−G、B−G、R−Bのデータを求める。これらのR、G、B、R−G、B−G、R−Bの6つのパラメータからその画素の色相、彩度、明度を求めることができる。この変換方法は公知であり、例えば、特許文献1(特公平7−92401)あるいは特許文献2(特開2002−131133)に記載されている。このように色相、彩度および明度を求めた後、これらについての値または範囲を設定して、指定した色(または色の範囲)、すなわち指定した色相、彩度、明度との一致度を判定し、色抽出を行うことができる。これにより、各画像は、抽出される画素と抽出されない画素とに2値化される。これらの処理により、暗い色でも安定した抽出ができる抽出能力と、高速処理を両立させることができる。   Further, there is a color processing method for obtaining a color video signal in a camera. A color video signal from the camera is converted into digital data of three primary colors of R (red), G (green), and B (blue) by an A / D (analog / digital) converter of an image input circuit. Difference processing is performed based on this data to obtain RG, BG, and RB data. From these six parameters R, G, B, RG, BG, and RB, the hue, saturation, and brightness of the pixel can be obtained. This conversion method is known, and is described in, for example, Patent Document 1 (Japanese Patent Publication No. 7-92401) or Patent Document 2 (Japanese Patent Laid-Open No. 2002-131133). After obtaining the hue, saturation, and lightness in this way, set the value or range for these to determine the degree of agreement with the specified color (or range of colors), that is, the specified hue, saturation, and lightness. In addition, color extraction can be performed. As a result, each image is binarized into extracted pixels and non-extracted pixels. With these processes, it is possible to achieve both an extraction capability that enables stable extraction even in dark colors and high-speed processing.

本発明においては、多孔質金属−金属酸化物複合体の表面状態を評価する際に、上述した画像センサーを用いて、多孔質金属−金属酸化物複合体を撮像する。その上で、撮像された画像の中から、指定した色相、彩度、明度と一致する画素を抽出する。この場合、厳密に色相、彩度、明度が特定の値を示す画素を抽出してもよいし、ある程度の範囲内の画素を抽出してもよい。また、色相、彩度、明度の全部ではなく、これらのうちの1または2について比較して画素を抽出するようにしてもよい。色の指定方法は、基準の色を設定し、その色について画像処理を行い、色相、彩度、明度を求め、指定色の色相、彩度、明度とする。基準の色は、電子顕微鏡観察などによって十分に緻密であり均一であることが確認されている基準試料について撮像して各画素ごとの色相、彩度、明度を求め、その中で最も多くの画素が示している色相、彩度、明度とする。後述するように、何らかの色見本の色相、彩度、明度を用いてもよい。したがって、多孔質チタン酸化物部分の均一性と緻密性(Du)は下記の式より求められる。   In the present invention, when the surface state of the porous metal-metal oxide composite is evaluated, the porous metal-metal oxide composite is imaged using the above-described image sensor. Then, pixels that match the specified hue, saturation, and brightness are extracted from the captured image. In this case, pixels with specific values of hue, saturation, and brightness may be extracted strictly, or pixels within a certain range may be extracted. Further, instead of all of hue, saturation, and brightness, pixels may be extracted by comparing one or two of them. As a color designation method, a reference color is set, image processing is performed for the color, hue, saturation, and brightness are obtained, and the hue, saturation, and brightness of the designated color are obtained. The reference color is imaged for a reference sample that has been confirmed to be sufficiently dense and uniform by observation with an electron microscope, etc., and the hue, saturation, and brightness of each pixel are obtained. The hue, saturation, and lightness indicated by. As will be described later, the hue, saturation, and brightness of some color sample may be used. Therefore, the uniformity and denseness (Du) of the porous titanium oxide portion can be obtained from the following formula.

Du=Pn/Ps×100(%)
ここで、Pnは、試料の単位面積当たりの抽出画素数であり、Psは、基準品の単位面積当たりの抽出画素数である。
Du = P n / P s × 100 (%)
Here, P n is the number of the extracted pixel per unit area of the sample, P s is the number of the extracted pixel per unit area of the reference product.

特に本発明においては、画像における明度に着目し、この明度に基づいて、多孔質チタン−チタン酸化物複合体の多孔質チタン酸化物の部分の白度すなわちチタン板を陽極酸化することにより表面が白色となる度合いを抽出し、抽出部分の画素面積によって多孔質チタン酸化物部分の均一性と緻密性を評価してもよい。多孔質チタン−チタン酸化物複合体においては、チタン酸化物部分が多いほど目視で白く見えることから、チタン酸化物部分の均一性、緻密性を白度と称する。したがって、白度とは、上記の、基準の色を設定する段階において、チタン板を陽極酸化して表面が十分均一に白色になった試料を用いた場合のチタン酸化物部分の均一性、緻密性を表すものである。   In particular, in the present invention, paying attention to the brightness in the image, based on this brightness, the whiteness of the porous titanium oxide portion of the porous titanium-titanium oxide composite, that is, the surface is obtained by anodizing the titanium plate. The degree of whiteness may be extracted, and the uniformity and denseness of the porous titanium oxide portion may be evaluated based on the pixel area of the extracted portion. In the porous titanium-titanium oxide composite, the more the titanium oxide portion is, the more white it looks visually. Therefore, the uniformity and denseness of the titanium oxide portion are referred to as whiteness. Therefore, the whiteness is the uniformity and fineness of the titanium oxide portion when using a sample in which the surface of the titanium plate is sufficiently anodized by anodizing the titanium plate at the stage of setting the reference color. It represents sex.

白度=Pn/Pt×100(%)
ここで、Pnは、試料の単位面積当たりの抽出画素数であり、Ptは、チタン板を陽極酸化して表面が十分均一に白色になった試料の単位面積当たりの抽出画素数である。
Whiteness = P n / P t × 100 (%)
Here, Pn is the number extraction of pixels per unit area of the sample, P t is the number extraction of pixels per unit area of the sample surface a titanium plate was anodized becomes sufficiently uniformly white.

本発明の評価方法においては、大型の板状の多孔質チタン−チタン酸化物複合体を評価する場合、例えば、工業的に製造される大型(例えば300cm2以上)の多孔質チタン−チタン酸化物複合体を評価対象とする場合には、画像センサーを走査させながら、前記多孔質金属−金属酸化物複合体の表面の各部分領域ごとの評価を繰り返して実行すればよい。例えば、評価対象を100cm2でのエリアごとに、または任意の面積のエリアごとに、移動し測定する。このように測定することによって、対象物が大型化した場合であっても、多孔質チタン酸化物の緻密性、均一性の評価を行うことができる。 In the evaluation method of the present invention, when evaluating a large plate-like porous titanium-titanium oxide composite, for example, a large-scale (for example, 300 cm 2 or more) porous titanium-titanium oxide produced industrially. When the composite is to be evaluated, the evaluation for each partial region on the surface of the porous metal-metal oxide composite may be repeatedly performed while scanning the image sensor. For example, the object to be evaluated is moved and measured for each area of 100 cm 2 or for each area of an arbitrary area. By measuring in this way, the denseness and uniformity of the porous titanium oxide can be evaluated even when the object is enlarged.

次に画像センサーにおける評価対象となる多孔質チタン−チタン酸化物複合体についての製造方法を詳細に説明する。   Next, the manufacturing method about the porous titanium-titanium oxide composite used as the evaluation object in an image sensor is demonstrated in detail.

多孔質チタン−チタン酸化物の製造では、原料として、チタンまたはチタンを主成分とする合金(以下、チタン合金という。)が用いられ、酸素、鉄、窒素、水素等で材質を調製した工業用純チタンや、ある程度のプレス成形性を有するチタン合金を用いることができる。具体的には、原料として用いられるチタンまたはチタン合金としては、JIS(日本工業規格)1種、2種、3種、4種の各種工業用純チタンや、ニッケル、ルテニウム、タンタル、パラジウム等を添加し耐食性を向上させた合金、アルミニウム、バナジウム、モリブデン、錫、鉄、クロム、ニオブ等を添加した合金等をその一例として挙げることができる。チタンまたはチタン合金の結晶型としては、単結晶、多結晶にかかわらず、α型、α+β型、β型を用いることができる。また形状に関しては、チタンまたはチタン合金そのものが板状、ロッド状、メッシュ状等の様々な形状であってよく、これらに加えて、板、ロッド、メッシュといった形状の異種導電性材料表面にチタンまたはチタン合金を膜として成長させたもの、板、ロッド、メッシュといった形状の半導体もしくは絶縁性材料表面にチタンまたはチタン合金を膜として成長させたもの等であってもよいが、これらに限定されるものではない。   In the production of porous titanium-titanium oxide, titanium or an alloy containing titanium as a main component (hereinafter referred to as titanium alloy) is used as a raw material, and the material is prepared with oxygen, iron, nitrogen, hydrogen, etc. Pure titanium or a titanium alloy having a certain degree of press formability can be used. Specifically, as titanium or titanium alloy used as a raw material, JIS (Japanese Industrial Standard) 1, 2, 3, 4 kinds of various industrial pure titanium, nickel, ruthenium, tantalum, palladium, etc. Examples thereof include alloys added with improved corrosion resistance, alloys added with aluminum, vanadium, molybdenum, tin, iron, chromium, niobium, and the like. As the crystal type of titanium or titanium alloy, α-type, α + β-type, and β-type can be used regardless of single crystal or polycrystal. Regarding the shape, titanium or a titanium alloy itself may have various shapes such as a plate shape, a rod shape, and a mesh shape. In addition to these, titanium or titanium alloy may be formed on the surface of a different conductive material having a shape such as a plate, a rod, or a mesh. Those grown as a film of titanium alloy, those grown as a film of titanium or titanium alloy on the surface of a semiconductor or insulating material in the shape of a plate, rod, mesh, etc., but are not limited thereto is not.

これらのチタンまたはチタンを主成分とする合金は、上記のどの種類によらず、表面に複数の凹部が存在するものを使用することが望ましい。ハロゲン原子を含有するイオンを含む溶液を用いて電解酸化を行うと、まず最初に凹部の部分にナノチューブ状の多孔質チタン酸化物が生成される。さらに電解酸化を続けると、この部分を起点として多孔質チタン酸化物が表面に少しずつ広がっていき、やがて表面全体が緻密かつ均一に覆われて、良好な多孔質チタン−チタン酸化物複合体が形成される。   As these titanium or an alloy containing titanium as a main component, it is desirable to use one having a plurality of recesses on the surface, regardless of any of the above types. When electrolytic oxidation is performed using a solution containing an ion containing a halogen atom, first, a nanotube-shaped porous titanium oxide is generated in a concave portion. When electrolytic oxidation is continued, the porous titanium oxide gradually spreads on the surface starting from this part, and eventually the entire surface is covered densely and uniformly, and a good porous titanium-titanium oxide composite is formed. It is formed.

これらのチタンまたはチタンを主成分とする合金の寸法は、本来特に制限されるものではないが、色素増感型太陽電池等の光電変換素子材料として多孔質チタン−チタン酸化物を用いるのであれば、あまりに寸法が小さいと製造工程のコストアップにつながり、現実的な材料とはいえない。工業的な実用性を持たせるのであれば、3000平方センチメートル以上の多孔質チタン−チタン酸化物を製造できなければならない。このサイズになると、見た目でも多孔質チタン酸化物の生成ムラがはっきりとわかるので、画像センサーによって均一性と緻密性を定量的に測定することは一層重要になってくる。   The dimensions of these titanium or titanium-based alloys are not particularly limited. However, if porous titanium-titanium oxide is used as a photoelectric conversion element material such as a dye-sensitized solar cell. If the dimensions are too small, the cost of the manufacturing process is increased, and it is not a realistic material. If it has industrial practicality, it must be able to produce a porous titanium-titanium oxide of 3000 square centimeters or more. If it becomes this size, since the generation | occurrence | production nonuniformity of porous titanium oxide will be known clearly also by appearance, it will become still more important to measure a uniformity and a denseness quantitatively with an image sensor.

次に、多項質チタン−チタン酸化物複合体を形成するための電解酸化(陽極酸化)の条件について説明する。   Next, conditions for electrolytic oxidation (anodic oxidation) for forming a multi-titanium titanium-titanium oxide composite will be described.

電解酸化は、電解質溶液中でチタンもしくはチタン合金を陽極、任意の導電材料を陰極とし、電圧をかけることにより、陽極表面上に多孔質のチタン酸化物を形成する技術のことを指し、電解酸化処理中にチタンもしくはチタン合金が陽極である状態が一度でもあればよい。したがって、陽極と陰極とを交互に入れ替えながら実施する場合も含む。   Electro-oxidation refers to a technology that forms porous titanium oxide on the surface of an anode by applying a voltage using titanium or a titanium alloy as an anode and any conductive material as a cathode in an electrolyte solution. It is sufficient that the state in which titanium or a titanium alloy is an anode is only once during processing. Therefore, the case where it implements, replacing an anode and a cathode alternately is also included.

電解酸化は、通常、印加電圧が5〜200V、好ましくは10〜150V、より好ましくは14〜110Vであって、電流密度が0.2〜500mA/cm2、好ましくは0.5〜100mA/cm2の範囲であって、時間は1分〜24時間、好ましくは5分〜10時間行われる。電解中、これらの印加電圧や電流密度を変化させることも可能であり、この際は、パルスを印加して電解を行う。パルスの周期としては特に限定はされないが、0.001Hz〜1MHzであり、好ましくは0.01Hz〜10000Hzであり、さらに好ましくは、0.1Hz〜1000Hzが挙げられる。 In the electrolytic oxidation, the applied voltage is usually 5 to 200 V, preferably 10 to 150 V, more preferably 14 to 110 V, and the current density is 0.2 to 500 mA / cm 2 , preferably 0.5 to 100 mA / cm. In the range of 2 , the time is 1 minute to 24 hours, preferably 5 minutes to 10 hours. During the electrolysis, it is also possible to change the applied voltage and current density. In this case, electrolysis is performed by applying a pulse. Although it does not specifically limit as a period of a pulse, It is 0.001 Hz-1 MHz, Preferably it is 0.01 Hz-10000 Hz, More preferably, 0.1 Hz-1000 Hz is mentioned.

また、陽極酸化時の電解質溶液の温度は0〜50℃が好ましく、より好ましくは0〜40℃である。   Moreover, 0-50 degreeC is preferable and, as for the temperature of the electrolyte solution at the time of anodizing, More preferably, it is 0-40 degreeC.

電解酸化に用いられる電解質溶液としては、チタンもしくはチタン合金をアノード分極した際に、チタンもしくはチタン合金を溶解させることができる溶解力が必要であり、そのためには電解質溶液には、ハロゲン原子を含有するイオンが含まれることが重要である。ここでいうハロゲン原子を含有するイオンとは、フッ素、塩素、臭素、ヨウ素の原子のいずれかを含有するイオンであり、具体的にはフッ化物イオン、塩化物イオン、臭化物イオン、ヨウ化物イオン、過塩素酸イオン、塩素酸イオン、臭素酸イオン、ヨウ素酸イオン、亜塩素酸イオン、亜臭素酸イオン、次亜塩素酸イオン、次亜臭素酸イオン、次亜ヨウ素酸イオン等が挙げられるが、ハロゲン化物イオン(フッ化物イオン、塩化物イオン、臭化物イオン、ヨウ化物イオン)を用いることが特に好ましい。これらのイオンは、単独でもよいし、二種以上の混合物として用いることも可能である。   As an electrolytic solution used for electrolytic oxidation, when anodic polarization of titanium or a titanium alloy is required, a dissolving power capable of dissolving titanium or the titanium alloy is required. For this purpose, the electrolytic solution contains a halogen atom. It is important that ions to be included. The ion containing a halogen atom here is an ion containing any atom of fluorine, chlorine, bromine and iodine, specifically, fluoride ion, chloride ion, bromide ion, iodide ion, Perchlorate ion, chlorate ion, bromate ion, iodate ion, chlorite ion, bromite ion, hypochlorite ion, hypobromite ion, hypoiodite ion, etc. It is particularly preferred to use halide ions (fluoride ions, chloride ions, bromide ions, iodide ions). These ions may be used alone or as a mixture of two or more.

これらのイオンを含む電解質溶液としては、水系、非水系のいずれも使用可能であるが、水系が好ましい。具体的には、ハロゲン原子を含有するイオンを形成する酸もしくは塩の水溶液が用いられる。その濃度は、酸もしくは塩として、0.0001〜10質量%が好ましく、より好ましくは0.0005〜5質量%、さらに好ましくは0.0005〜1質量%の範囲である。   The electrolyte solution containing these ions can be either aqueous or non-aqueous, but is preferably aqueous. Specifically, an aqueous solution of an acid or salt that forms ions containing a halogen atom is used. The concentration of the acid or salt is preferably 0.0001 to 10% by mass, more preferably 0.0005 to 5% by mass, and still more preferably 0.0005 to 1% by mass.

電解質溶液には、ハロゲン原子を含有するイオンを形成する酸もしくは塩とは異種の酸性化合物あるいは塩基性化合物を含有させてもよい。このような異種の酸性化合物、塩基性化合物を含有させることにより、陽極酸化速度を促進または抑制するといった、反応速度を制御することができる。かかる酸性化合物としては、前述のハロゲン化物もしくはその酸化体イオンの酸の他、硫酸、硝酸、酢酸、過酸化水素、シュウ酸、リン酸、クロム酸、グリセロリン酸等が挙げられるが、これらに限定されるものではない。かかる塩基性化合物としては、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化リチウム、アンモニア等が挙げられるが、これらに限定されるものではない。それらの濃度は、ハロゲン原子含有イオンに対して、モル比で0.001〜1000の範囲が好ましく、より好ましくは0.01〜50、さらに好ましくは0.04〜5の範囲で用いられる。   The electrolyte solution may contain an acidic compound or basic compound that is different from the acid or salt that forms ions containing halogen atoms. By containing such different kinds of acidic compounds and basic compounds, the reaction rate such as promoting or suppressing the anodic oxidation rate can be controlled. Examples of such acidic compounds include sulfuric acid, nitric acid, acetic acid, hydrogen peroxide, oxalic acid, phosphoric acid, chromic acid, glycerophosphoric acid and the like in addition to the above-mentioned halide or acid of its oxidant ion. Is not to be done. Such basic compounds include, but are not limited to, sodium hydroxide, potassium hydroxide, lithium hydroxide, ammonia and the like. These concentrations are preferably in the range of 0.001 to 1000, more preferably 0.01 to 50, and still more preferably 0.04 to 5 in terms of molar ratio to the halogen atom-containing ions.

電解質溶液には、水溶性のチタン化合物を含有させても良い。水溶性のチタン化合物は一般的に水溶液中で加水分解してチタン酸化物を生成するため、これを含有させることにより、電解酸化により生じた多孔質のチタン酸化物の表面に、さらに加水分解によりチタン酸化物が生成することとなり、多孔質チタン酸化物の電解質溶液への再溶解を防ぎ構造を強固にすることができる。かかる水溶性のチタン化合物としては、チタンイソプロポキシド等のチタンアルコキシド、三塩化チタン、四塩化チタン、フッ化チタン、テトラフルオロチタン酸アンモニウム、硫酸チタン、硫酸チタニル等が挙げられるが、これらに限定されるものではない。その濃度は、ハロゲン原子含有イオンに対して、モル比で0.001〜1000の範囲が好ましく、より好ましくは0.01〜50、さらに好ましくは0.04〜5の範囲で用いられる。   The electrolyte solution may contain a water-soluble titanium compound. A water-soluble titanium compound is generally hydrolyzed in an aqueous solution to produce titanium oxide. By containing this, the surface of the porous titanium oxide generated by electrolytic oxidation is further hydrolyzed by hydrolysis. Titanium oxide is generated, and the structure can be strengthened by preventing re-dissolution of the porous titanium oxide in the electrolyte solution. Examples of such water-soluble titanium compounds include titanium alkoxides such as titanium isopropoxide, titanium trichloride, titanium tetrachloride, titanium fluoride, ammonium tetrafluorotitanate, titanium sulfate, and titanyl sulfate. Is not to be done. The concentration is preferably in the range of 0.001 to 1000, more preferably 0.01 to 50, and still more preferably 0.04 to 5 in terms of molar ratio to the halogen atom-containing ions.

上記の材料と電解酸化条件によって得られた多孔質チタン−チタン酸化物複合体は、必要により、加熱処理、加圧処理、電子線照射、チタン酸化物の吸収波長の光照射等の後処理を行うことで、任意の結晶型に結晶化させることができる。例えば、加熱処理の場合、100℃〜1200℃、好ましくは150℃〜800℃の温度で、10分〜500分、好ましくは10分〜300分処理を行うことで結晶化する。これらの処理後も多孔質チタン酸化物の構造は崩壊しない。   The porous titanium-titanium oxide composite obtained by the above materials and electrolytic oxidation conditions may be subjected to post-treatment such as heat treatment, pressure treatment, electron beam irradiation, light irradiation at an absorption wavelength of titanium oxide, if necessary. By performing, it can be crystallized into an arbitrary crystal type. For example, in the case of heat treatment, crystallization is performed by performing treatment at a temperature of 100 ° C. to 1200 ° C., preferably 150 ° C. to 800 ° C., for 10 minutes to 500 minutes, preferably 10 minutes to 300 minutes. Even after these treatments, the structure of the porous titanium oxide does not collapse.

得られた多孔質チタン−チタン酸化物複合体上には、表面積をより増大させる目的でさらに酸化物半導体を形成してもよい。酸化物半導体を形成する方法としては、真空蒸着法、化学的蒸着法、スパッタリング法などの気相法、スピンコート法、ディップコート法、液相成長法などの液相法、溶射法や固相反応を用いた方法などの固相法、熱処理法、半導体微粒子コロイドを塗布する方法が挙げられる。   An oxide semiconductor may be further formed on the obtained porous titanium-titanium oxide composite for the purpose of further increasing the surface area. As a method for forming an oxide semiconductor, a vapor deposition method such as a vacuum deposition method, a chemical deposition method, or a sputtering method, a liquid phase method such as a spin coating method, a dip coating method, or a liquid phase growth method, a thermal spraying method, or a solid phase method. Examples include a solid phase method such as a method using a reaction, a heat treatment method, and a method of applying a semiconductor fine particle colloid.

半導体微粒子の粒径は一般にnm〜μmのオーダーであるが、投影面積を円に換算したときの直径から求めた一次粒子の粒径は好ましくは5〜200nm、より好ましくは8〜100nmである。また、分散液中の二次粒子の平均粒径は好ましくは0.01〜10μmである。   The particle size of the semiconductor fine particles is generally on the order of nm to μm, but the particle size of the primary particles obtained from the diameter when the projected area is converted into a circle is preferably 5 to 200 nm, more preferably 8 to 100 nm. The average particle size of the secondary particles in the dispersion is preferably 0.01 to 10 μm.

半導体微粒子を塗布する方法としては、アプリケーション系としてローラ法、ディップ法等、メータリング系としてエアーナイフ法、ブレード法等、またアプリケーションとメータリングを同一部分にできるものとしてワイヤーバー法、スライドホッパー法、エクストルージョン法、カーテン法等が挙げられる。また汎用機としてスピン法やスプレー法も好ましい。湿式印刷方法としては凸版、オフセット及びグラビアの三大印刷法をはじめ、凹版、ゴム版、スクリーン印刷等が好ましい。これらの中から液粘度やウェット厚さに応じて成膜方法を選択してよい。   As a method for coating semiconductor fine particles, the roller method, the dip method, etc. as the application system, the air knife method, the blade method, etc. as the metering system, and the wire bar method, the slide hopper method, etc. that can make the application and metering the same part , Extrusion method, curtain method and the like. Moreover, a spin method and a spray method are also preferable as a general purpose machine. As the wet printing method, intaglio, rubber plate, screen printing and the like are preferred, including three major printing methods of letterpress, offset and gravure. A film forming method may be selected from these according to the liquid viscosity and the wet thickness.

半導体微粒子を多孔質チタン−チタン酸化物複合体上に塗布した後、半導体微粒子同士の電気的接触を向上させるとともに、塗膜強度や多孔質チタン−チタン酸化物複合体との密着性を向上させるために、加熱処理するのが好ましい。加熱処理においては、100℃〜1200℃、好ましくは300℃〜800℃の温度で、10分〜500分、好ましくは30分〜160分処理を行う。   After applying the semiconductor fine particles on the porous titanium-titanium oxide composite, the electrical contact between the semiconductor fine particles is improved, and the coating strength and the adhesion with the porous titanium-titanium oxide composite are improved. Therefore, heat treatment is preferable. In the heat treatment, the treatment is performed at a temperature of 100 ° C. to 1200 ° C., preferably 300 ° C. to 800 ° C., for 10 minutes to 500 minutes, preferably 30 minutes to 160 minutes.

加熱処理後、四塩化チタン水溶液を用いた化学メッキ処理や三塩化チタン水溶液を用いた電気化学的メッキ処理、またはフッ化チタンやヘキサフルオロチタン酸アンモニウム、硫酸チタニルを含む水溶液を用いた結晶の液相成長を施すことで、半導体微粒子同士及び多孔質チタン−チタン酸化物複合体と半導体微粒子との密着性をさらに向上させることもできる。   After heat treatment, chemical plating treatment using titanium tetrachloride aqueous solution, electrochemical plating treatment using titanium trichloride aqueous solution, or crystal liquid using aqueous solution containing titanium fluoride, ammonium hexafluorotitanate, titanyl sulfate By performing the phase growth, the adhesion between the semiconductor fine particles and between the porous titanium-titanium oxide composite and the semiconductor fine particles can be further improved.

上記のようにして製造した多孔質チタン−チタン酸化物複合体は、触媒もしくは触媒担体として好適に使用することができる。多孔質チタン−チタン酸化物複合体は通常の電解酸化皮膜と比べて、比表面積が格段に大きく、低次酸化物が少ないために生じる電子、正孔、フォノンあるいはそれらの複合体をトラップする不純物サイトが少なく、それらが伝播する効率が良い。そのため、紫外線吸収剤、遮蔽剤、吸着剤や光活性触媒等に使用した場合、特に光触媒に使用した場合に、従来と比較して、それらの作用の大幅な向上が期待できる。なお、触媒担体として使用する場合には、通常、白金、ニッケル、銀等の金属を担持して使用することができる。   The porous titanium-titanium oxide composite produced as described above can be suitably used as a catalyst or a catalyst carrier. Porous titanium-titanium oxide composite has much larger specific surface area than ordinary electrolytic oxide film, and it is an impurity that traps electrons, holes, phonons, or their composites that are generated due to the low amount of low-order oxides. There are few sites, and the efficiency with which they propagate is good. Therefore, when used for an ultraviolet absorber, a shielding agent, an adsorbent, a photoactive catalyst, or the like, particularly when used for a photocatalyst, their functions can be expected to be greatly improved as compared with the conventional case. In addition, when using as a catalyst support | carrier, normally, metals, such as platinum, nickel, silver, can be carry | supported and used.

上記のように作製された多孔質チタン−チタン酸化物複合体は、色素増感型光電変換素子に好ましく用いることができる。色素増感型光電変換素子は、導電層、感光層、電荷輸送層および透明対極導電層をこの順に積層した構成を有する。多孔質チタン−チタン酸化物複合体を用いる場合には、導電層に多孔質チタン−チタン酸化物複合体のチタン部分を用い、感光層に多孔質チタン−チタン酸化物複合体の多孔質チタン酸化物部分を用いる。光電変換素子に強度を付与するために、透明導電層の下地として透明基板を設けてもよい。なお、対極導電層および任意で設ける基板からなる層を対極と呼び、対極は透明であることを要する。このような光電変換素子のうち、発電をさせるために外部負荷に接続したものが光電池であり、光学的情報のセンシングを目的に作られたものが光センサーである。光電池の中で、電荷輸送材料が主としてイオン輸送材料からなるものを光電気化学電池と呼び、また太陽光による発電を主目的とするものを太陽電池と呼ぶ。   The porous titanium-titanium oxide composite produced as described above can be preferably used for a dye-sensitized photoelectric conversion element. The dye-sensitized photoelectric conversion element has a configuration in which a conductive layer, a photosensitive layer, a charge transport layer, and a transparent counter electrode conductive layer are laminated in this order. When using a porous titanium-titanium oxide composite, the titanium portion of the porous titanium-titanium oxide composite is used for the conductive layer, and the porous titanium-oxidation of the porous titanium-titanium oxide composite is used for the photosensitive layer. Use physical parts. In order to give strength to the photoelectric conversion element, a transparent substrate may be provided as a base of the transparent conductive layer. In addition, the layer which consists of a counter electrode conductive layer and the board | substrate provided arbitrarily is called a counter electrode, and a counter electrode needs to be transparent. Among such photoelectric conversion elements, a photovoltaic cell is connected to an external load in order to generate power, and a photoelectric sensor is a sensor made for the purpose of sensing optical information. Among photovoltaic cells, those in which the charge transport material is mainly composed of an ion transport material are called photoelectrochemical cells, and those whose main purpose is power generation by sunlight are called solar cells.

上記光電変換素子において、色素により増感した多孔質チタン酸化物を含む感光層に入射した光は色素等を励起し、励起された色素等中の高エネルギーの電子は多孔質チタン酸化物の伝導体に渡され、さらに拡散して導電層に到達する。このとき色素は酸化体となっている。光電池において、導電層中の電子が外部回路で仕事をしながら透明対極導電層及び電荷輸送層を経て色素の酸化体に戻り、色素が再生する。感光層はアノードとして働き、透明対極導電層はカソードとして働く。それぞれの層の境界では、各層の構成成分同士が相互に拡散混合してもよい。   In the photoelectric conversion element, the light incident on the photosensitive layer containing the porous titanium oxide sensitized by the dye excites the dye and the high energy electrons in the excited dye and the like are conducted by the porous titanium oxide. It is passed to the body and further diffuses to reach the conductive layer. At this time, the dye is an oxidant. In the photovoltaic cell, electrons in the conductive layer return to the dye oxidant through the transparent counter electrode conductive layer and the charge transport layer while working in the external circuit, and the dye is regenerated. The photosensitive layer serves as an anode and the transparent counter electrode conductive layer serves as a cathode. The constituent components of each layer may be diffused and mixed with each other at the boundary between the layers.

多孔質チタン−チタン酸化物複合体は、適切な増感色素を吸着させることによりチタン部分が導電層に、多孔質チタン酸化物部分が感光層になる。感光層において、色素増感した多孔質チタン酸化物は感光体として作用し、光を吸収して電荷分離を行い電子と正孔を生じる。光吸収及びこれによる電子及び正孔の発生は主として色素において起こり、多孔質チタン酸化物はこの電子を受け取り伝達する役割を担う。すなわち、多孔質チタン酸化物は光励起下で伝導体電子によるアノード電流を与えるn型半導体である。   In the porous titanium-titanium oxide composite, a titanium portion becomes a conductive layer and a porous titanium oxide portion becomes a photosensitive layer by adsorbing an appropriate sensitizing dye. In the photosensitive layer, the dye-sensitized porous titanium oxide acts as a photoreceptor, absorbs light, separates charges, and generates electrons and holes. Light absorption and the generation of electrons and holes thereby occur mainly in the dye, and the porous titanium oxide plays a role in receiving and transmitting these electrons. That is, the porous titanium oxide is an n-type semiconductor that gives an anode current due to conductor electrons under photoexcitation.

感光層に用いる多孔質チタン酸化物は、金属化合物の溶液で処理してもよい。金属化合物としては、例えばスカンジウム、イットリウム、ランタノイド、ハフニウム、ニオブ、タンタル、ガリウム、インジウム、ゲルマニウム、アルミニウム、亜鉛、ストロンチウム、タングステン、ジルコニウム及びスズからなる群から選ばれる金属のアルコキシド、ハロゲン化物等が使用できる。金属化合物の溶液は通常水溶液またはアルコール溶液である。なお、処理とは多孔質チタン酸化物に色素を吸着させる前に、該多孔質チタン酸化物と上記溶液をある時間接触させる操作をいう。接触後に多孔質チタン酸化物に上記金属化合物が吸着していてもしていなくてもよい。処理の具体的方法としては、多孔質チタン酸化物を該溶液に浸漬する方法が好ましい例として挙げられる。また、溶液をスプレー状に一定時間吹き付ける方法も適用できる。浸漬する際の溶液の温度は特に限定されないが、典型的には−10℃〜70℃であり、好ましくは0℃〜40℃である。浸漬する時間は特に限定されず、典型的には1分〜24時間であり、好ましくは30分〜15時間である。浸漬の後、多孔質チタン酸化物を水等の溶媒で洗浄してもよい。また、浸漬やスプレー処理によって多孔質チタン酸化物に付着した物質の結合を強めるために加熱してもよい。加熱条件は、上述した条件と同様に設定すればよい。   The porous titanium oxide used for the photosensitive layer may be treated with a metal compound solution. Examples of the metal compound include scandium, yttrium, lanthanoid, hafnium, niobium, tantalum, gallium, indium, germanium, aluminum, zinc, strontium, tungsten, zirconium, and metal alkoxide, halide, etc. it can. The solution of the metal compound is usually an aqueous solution or an alcohol solution. The treatment refers to an operation of bringing the porous titanium oxide and the solution into contact with each other for a certain period of time before adsorbing the dye to the porous titanium oxide. The metal compound may or may not be adsorbed on the porous titanium oxide after contact. As a specific method for the treatment, a method of immersing porous titanium oxide in the solution can be mentioned as a preferred example. Further, a method in which the solution is sprayed for a predetermined time can be applied. Although the temperature of the solution at the time of immersion is not specifically limited, Typically, it is -10 degreeC-70 degreeC, Preferably it is 0 degreeC-40 degreeC. The immersion time is not particularly limited, and is typically 1 minute to 24 hours, and preferably 30 minutes to 15 hours. After the immersion, the porous titanium oxide may be washed with a solvent such as water. Moreover, you may heat in order to strengthen the coupling | bonding of the substance adhering to porous titanium oxide by immersion or a spray process. The heating conditions may be set similarly to the above-described conditions.

感光層に用いる増感色素は、可視域や近赤外域に吸収特性を有し半導体を増感し得るものであれば特に限定されないが、金属錯体色素、有機色素、天然色素、半導体が好ましい。色素の分子中にカルボキシル基、ヒドロキシル基、スルホニル基、ホスホニル基、カルボキシルアルキル基、ヒドロキシアルキル基、スルホニルアルキル基、ホスホニルアルキル基などの官能基を有するものが好適に用いられる。金属錯体色素としては、ルテニウム、オスミウム、鉄、コバルト、亜鉛、水銀の錯体(例えばメリクルクロム)や、金属フタロシアニン、クロロフィル等を用いることができる。また、有機色素としては、シアニン系色素、ヘミシアニン系色素、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系色素、金属フリーフタロシアニン系色素等が挙げられるが、これらに限定されるものではない。色素として用いることができる半導体としては、i型の光吸収係数が大きなアモルファス半導体や直接遷移型半導体、量子サイズ効果を示し、可視光を効率よく吸収する微粒子半導体が好ましい。通常、各種の半導体や金属錯体色素や有機色素の一種、または光電変換の波長域をできるだけ広くし、かつ変換効率を上げるため、二種類以上の色素を混合することができる。また目的とする光源の波長域と強度分布に合わせるように、混合する色素とその割合を選ぶことができる。   The sensitizing dye used in the photosensitive layer is not particularly limited as long as it has absorption characteristics in the visible region and near-infrared region and can sensitize the semiconductor, but metal complex dyes, organic dyes, natural dyes, and semiconductors are preferable. Those having a functional group such as carboxyl group, hydroxyl group, sulfonyl group, phosphonyl group, carboxylalkyl group, hydroxyalkyl group, sulfonylalkyl group, phosphonylalkyl group in the molecule of the dye are preferably used. As the metal complex dye, a complex of ruthenium, osmium, iron, cobalt, zinc, mercury (for example, mellicle chromium), metal phthalocyanine, chlorophyll, or the like can be used. Examples of organic dyes include, but are not limited to, cyanine dyes, hemicyanine dyes, merocyanine dyes, xanthene dyes, triphenylmethane dyes, metal-free phthalocyanine dyes, and the like. As a semiconductor that can be used as a dye, an amorphous semiconductor having a large i-type light absorption coefficient, a direct transition semiconductor, or a fine particle semiconductor that exhibits a quantum size effect and efficiently absorbs visible light is preferable. Usually, one of various semiconductors, metal complex dyes and organic dyes, or two or more kinds of dyes can be mixed in order to make the wavelength range of photoelectric conversion as wide as possible and increase the conversion efficiency. Further, the dye to be mixed and its ratio can be selected so as to match the wavelength range and intensity distribution of the target light source.

色素を金属酸化物に付着させる方法としては、溶媒に色素を溶解させた溶液を、金属酸化物上にスプレーコートやスピンコートなどにより塗布した後、乾燥する方法により形成することができる。この場合、適当な温度に基板を加熱しても良い。またはチタン酸化物を溶液に浸漬して吸着させる方法を用いることもできる。浸漬する時間は色素が十分に吸着すれば特に制限されることはないが、好ましくは10分〜30時間、より好ましくは10分〜20時間である。また、必要に応じて浸漬する際に溶媒や基板を加熱しても良い。好ましくは溶液にする場合の色素の濃度としては、1〜1000mmol/L、好ましくは10〜500mmol/L程度である。   As a method for attaching the dye to the metal oxide, a solution in which the dye is dissolved in a solvent is applied on the metal oxide by spray coating, spin coating, or the like, and then dried. In this case, the substrate may be heated to an appropriate temperature. Alternatively, a method in which titanium oxide is immersed in a solution and adsorbed can be used. The immersion time is not particularly limited as long as the dye is sufficiently adsorbed, but is preferably 10 minutes to 30 hours, more preferably 10 minutes to 20 hours. Moreover, you may heat a solvent and a board | substrate when immersing as needed. The concentration of the dye in the case of a solution is preferably about 1 to 1000 mmol / L, preferably about 10 to 500 mmol / L.

用いる溶媒は特に制限されるものではないが、水及び有機溶媒が好ましく用いられる。有機溶媒としては、例えば、メタノール、エタノール、1−プロパノール、2−プロパノール、1−ブタノール、2−ブタノール、t−ブタノールなどのアルコール類、アセトニトリル、プロピオニトリル、メトキシプロピオニトリル、グルタロニトリルなどのニトリル類、ベンゼン、トルエン、o−キシレン、m−キシレン、p−キシレンなどの芳香族炭化水素、ペンタン、ヘキサン、ヘプタンなどの脂肪族炭化水素、シクロヘキサンなどの脂環式炭化水素、アセトン、メチルエチルケトン、ジエチルケトン、2−ブタノンなどのケトン類、ジエチルエーテル、テトラヒドロフランなどのエーテル類、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、ニトロメタン、ジメチルホルムアミド、ジメチルスルホキシド、ヘキサメチルホスホアミド、ジメトキシエタン、γ−ブチロラクトン、γ−バレロラクトン、スルホラン、ジメトキシエタン、アジポニトリル、メトキシアセトニトリル、ジメチルアセトアミド、メチルピロリジノン、ジメチルスルホキシド、ジオキソラン、スルホラン、リン酸トリメチル、リン酸トリエチル、リン酸トリプロピル、リン酸エチルジメチル、リン酸トリブチル、リン酸トリペンチル、リン酸トリへキシル、リン酸トリヘプチル、リン酸トリオクチル、リン酸トリノニル、リン酸トリデシル、リン酸トリス(トリフフロロメチル)、リン酸トリス(ペンタフロロエチル)、リン酸トリフェニルポリエチレングリコール、ポリエチレングリコールなどが挙げられる。   The solvent to be used is not particularly limited, but water and an organic solvent are preferably used. Examples of the organic solvent include alcohols such as methanol, ethanol, 1-propanol, 2-propanol, 1-butanol, 2-butanol, and t-butanol, acetonitrile, propionitrile, methoxypropionitrile, glutaronitrile, and the like. Nitriles, aromatic hydrocarbons such as benzene, toluene, o-xylene, m-xylene and p-xylene, aliphatic hydrocarbons such as pentane, hexane and heptane, alicyclic hydrocarbons such as cyclohexane, acetone and methyl ethyl ketone , Ketones such as diethyl ketone and 2-butanone, ethers such as diethyl ether and tetrahydrofuran, ethylene carbonate, propylene carbonate, nitromethane, dimethylformamide, dimethyl sulfoxide, hexamethylphosphoa , Dimethoxyethane, γ-butyrolactone, γ-valerolactone, sulfolane, dimethoxyethane, adiponitrile, methoxyacetonitrile, dimethylacetamide, methylpyrrolidinone, dimethyl sulfoxide, dioxolane, sulfolane, trimethyl phosphate, triethyl phosphate, tripropyl phosphate, Ethyldimethyl phosphate, tributyl phosphate, tripentyl phosphate, trihexyl phosphate, triheptyl phosphate, trioctyl phosphate, trinonyl phosphate, tridecyl phosphate, tris phosphate (trifluoromethyl), tris phosphate (pentafluoro) Ethyl), triphenyl polyethylene glycol phosphate, polyethylene glycol and the like.

色素間の凝集等の相互作用を低減するために、界面活性剤としての性質を持つ無色の化合物を色素吸着液に添加し、チタン酸化物に共吸着させてもよい。このような無色の化合物の例としては、カルボキシル基やスルホ基を有するコール酸、デオキシコール酸、ケノデオキシコール酸、タウロデオキシコール酸等のステロイド化合物やスルホン酸塩類等が挙げられる。   In order to reduce the interaction such as aggregation between the dyes, a colorless compound having properties as a surfactant may be added to the dye adsorbing solution and co-adsorbed on the titanium oxide. Examples of such colorless compounds include steroid compounds such as cholic acid having a carboxyl group or sulfo group, deoxycholic acid, chenodeoxycholic acid, taurodeoxycholic acid, sulfonates, and the like.

未吸着の色素は、吸着工程後、速やかに洗浄により除去するのが好ましい。洗浄は湿式洗浄槽中でアセトニトリル、アルコール系溶媒等を用いて行うのが好ましい。   It is preferable to remove the unadsorbed dye by washing immediately after the adsorption step. Washing is preferably performed using acetonitrile, an alcohol solvent or the like in a wet washing tank.

色素を吸着させた後、アミン類、4級アンモニウム塩、少なくとも1つのウレイド基を有するウレイド化合物、少なくとも1つのシリル基を有するシリル化合物、アルカリ金属塩、アルカリ土類金属塩等を用いて、多孔質チタン酸化物の表面を処理してもよい。好ましいアミン類の例としては、ピリジン、4−t−ブチルピリジン、ポリビニルピリジン等が挙げられる。好ましい4級アンモニウム塩の例としてはテトラブチルアンモニウムヨージド、テトラヘキシルアンモニウムヨージド等が挙げられる。これらは有機溶媒に溶解して用いてもよく、液体の場合はそのまま用いてもよい。   After adsorbing the dye, porous using amines, quaternary ammonium salts, ureido compounds having at least one ureido group, silyl compounds having at least one silyl group, alkali metal salts, alkaline earth metal salts, etc. The surface of the fine titanium oxide may be treated. Examples of preferred amines include pyridine, 4-t-butylpyridine, polyvinylpyridine and the like. Examples of preferable quaternary ammonium salts include tetrabutylammonium iodide and tetrahexylammonium iodide. These may be used by dissolving in an organic solvent, or may be used as they are in the case of a liquid.

電荷輸送層は、色素の酸化体に電子を補充する機能を有する電荷輸送材料を含有する。上述した色素増感型太陽電池で用いられる電荷輸送材料は、イオンが関わる電荷輸送材料であっても、固体中のキャリア移動が関わる電荷輸送材料であってもよい。イオンが関わる電荷輸送材料としては、酸化還元対イオンが溶解した溶液、酸化還元対の溶液をポリマーマトリックスのゲルに含浸したゲル電解質組成物、固体電解質組成物等が挙げられ、固体中のキャリア移動が関わる電荷輸送材料としては、電子輸送材料や正孔輸送材料等が挙げられる。これらの電荷輸送材料は複数併用してもよい。   The charge transport layer contains a charge transport material having a function of replenishing electrons to the oxidant of the dye. The charge transport material used in the dye-sensitized solar cell described above may be a charge transport material related to ions or a charge transport material related to carrier movement in a solid. Examples of the charge transport material in which ions are involved include a solution in which a redox counter ion is dissolved, a gel electrolyte composition in which a polymer matrix gel is impregnated with a solution of a redox pair, a solid electrolyte composition, and the like. Examples of the charge transport material involved in the electron transport material include an electron transport material and a hole transport material. A plurality of these charge transport materials may be used in combination.

イオンがかかわる電荷輸送材料としての電解液は、電解質、溶媒及び添加物から構成されることが好ましい。電解液に用いる電解質の例としては、ヨウ素とヨウ化物(LiI、NaI、KI、CsI、CaI2等の金属ヨウ化物、テトラアルキルアンモニウムヨーダイド、ピリジニウムヨーダイド、イミダゾリウムヨーダイド等の4級アンモニウム化合物ヨウ素塩等)の組み合わせ、臭素と臭化物(LiBr、NaBr、KBr、CsBr、CaBr、CaBr2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、ピリジニウムブロマイド等の4級アンモニウム化合物臭素塩等)の組み合わせ、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等の金属錯体、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等のイオウ化合物、ビオロゲン色素、ヒドロキノン−キノン等が挙げられる。中でも、I2と、LiI又はピリジニウムヨーダイド、イミダゾリウムヨーダイド等の4級アンモニウム化合物ヨウ素塩とを組み合わせた電解質が好ましい。電解質は混合して用いてもよい。 The electrolyte solution as a charge transport material involving ions is preferably composed of an electrolyte, a solvent, and an additive. Examples of the electrolyte used in the electrolytic solution, iodine and iodide (LiI, NaI, KI, CsI, metal iodide such as CaI 2, tetraalkylammonium iodide, pyridinium iodide, quaternary ammonium such as imidazolium iodide A combination of bromine and bromide (metal bromide such as LiBr, NaBr, KBr, CsBr, CaBr, CaBr 2 , quaternary ammonium compound bromide such as tetraalkylammonium bromide, pyridinium bromide, etc.) Examples thereof include metal complexes such as Russianate-ferricyanate and ferrocene-ferricinium ions, sulfur compounds such as sodium polysulfide and alkylthiol-alkyldisulfides, viologen dyes, and hydroquinone-quinone. Among them, a I 2, LiI or pyridinium iodide, electrolyte obtained by combining the quaternary ammonium compound iodine salt such as imidazolium iodide. The electrolyte may be used as a mixture.

溶媒としては、一般に電気化学セルや電池に用いられる溶媒であればいずれも使用することができる。具体的には、無水酢酸、メタノール、エタノール、テトラヒドロフラン、プロピレンカーボネート、ニトロメタン、アセトニトリル、ジメチルホルムアミド、ジメチルスルホキシド、ヘキサメチルホスホアミド、エチレンカーボネート、ジメトキシエタン、γ−ブチロラクトン、γ−バレロラクトン、スルホラン、ジメトキシエタン、プロピオンニトリル、グルタロニトリル、アジポニトリル、メトキシアセトニトリル、ジメチルアセトアミド、メチルピロリジノン、ジメチルスルホキシド、ジオキソラン、スルホラン、リン酸トリメチル、リン酸トリエチル、リン酸トリプロピル、リン酸エチルジメチル、リン酸トリブチル、リン酸トリペンチル、リン酸トリへキシル、リン酸トリヘプチル、リン酸トリオクチル、リン酸トリノニル、リン酸トリデシル、リン酸トリス(トリフフロロメチル)、リン酸トリス(ペンタフロロエチル)、リン酸トリフェニルポリエチレングリコール、及びポリエチレングリコール等が使用可能である。特に、プロピレンカーボネート、エチレンカーボネート、ジメチルスルホキシド、ジメトキシエタン、アセトニトリル、γ−ブチロラクトン、スルホラン、ジオキソラン、ジメチルホルムアミド、ジメトキシエタン、テトラヒドロフラン、アジポニトリル、メトキシアセトニトリル、メトキシプロピオニトリル、ジメチルアセトアミド、メチルピロリジノン、ジメチルスルホキシド、ジオキソラン、スルホラン、リン酸トリメチル、リン酸トリエチルが好ましい。また、常温溶融塩類も用いることができる。ここで、常温溶融塩とは、常温において溶融している(すなわち液状の)イオン対からなる塩であり、通常、融点が20℃以下であり、20℃を越える温度で液状であるイオン対からなる塩を示すものである。溶媒はその1種を単独で使用しても良いし、また2種以上を混合して使用しても良い。   Any solvent can be used as long as it is generally used in electrochemical cells and batteries. Specifically, acetic anhydride, methanol, ethanol, tetrahydrofuran, propylene carbonate, nitromethane, acetonitrile, dimethylformamide, dimethyl sulfoxide, hexamethylphosphoamide, ethylene carbonate, dimethoxyethane, γ-butyrolactone, γ-valerolactone, sulfolane, dimethoxy Ethane, propiononitrile, glutaronitrile, adiponitrile, methoxyacetonitrile, dimethylacetamide, methylpyrrolidinone, dimethyl sulfoxide, dioxolane, sulfolane, trimethyl phosphate, triethyl phosphate, tripropyl phosphate, ethyldimethyl phosphate, tributyl phosphate, phosphorus Tripentyl phosphate, trihexyl phosphate, triheptyl phosphate, trioctyl phosphate, trinonyl phosphate, phosphoric acid Tridecyl, tris phosphate (trifluoromethyl), tris phosphate (pentafluoroethyl), triphenyl polyethylene glycol phosphate, polyethylene glycol, and the like can be used. In particular, propylene carbonate, ethylene carbonate, dimethyl sulfoxide, dimethoxyethane, acetonitrile, γ-butyrolactone, sulfolane, dioxolane, dimethylformamide, dimethoxyethane, tetrahydrofuran, adiponitrile, methoxyacetonitrile, methoxypropionitrile, dimethylacetamide, methylpyrrolidinone, dimethylsulfoxide , Dioxolane, sulfolane, trimethyl phosphate and triethyl phosphate are preferred. Also, room temperature molten salts can be used. Here, the room temperature molten salt is a salt composed of an ion pair that is melted at room temperature (that is, in a liquid state), and is usually an ion pair that has a melting point of 20 ° C. or lower and is liquid at a temperature exceeding 20 ° C. Is a salt. The solvent may be used alone or in combination of two or more.

また、4−t−ブチルピリジン、2−ピコリン、2,6−ルチジン等の塩基性化合物を前述の溶融塩電解質組成物や電解液に添加することが好ましい。塩基性化合物を電解液に添加する場合の好ましい濃度範囲は0.05〜2mol/Lである。溶融塩電解質組成物に添加する場合、塩基性化合物はイオン性基を有することが好ましい。溶融塩電解質組成物全体に対する塩基性化合物の質量比は、好ましくは1〜40質量%であり、より好ましくは5〜30質量%である。   Further, it is preferable to add a basic compound such as 4-t-butylpyridine, 2-picoline, or 2,6-lutidine to the above-described molten salt electrolyte composition or electrolytic solution. A preferable concentration range when adding the basic compound to the electrolytic solution is 0.05 to 2 mol / L. When added to the molten salt electrolyte composition, the basic compound preferably has an ionic group. The mass ratio of the basic compound to the entire molten salt electrolyte composition is preferably 1 to 40% by mass, more preferably 5 to 30% by mass.

ポリマーマトリックスとして使用できる材料としては、高分子マトリックス単体で、あるいは可塑剤の添加や、支持電解質の添加、または可塑剤と支持電解質の添加によって固体状態またはゲル状態が形成されれば特に制限はなく、一般的に用いられるいわゆる高分子化合物を用いることができる。   The material that can be used as the polymer matrix is not particularly limited as long as the polymer matrix alone, or the solid state or gel state is formed by the addition of a plasticizer, the addition of a supporting electrolyte, or the addition of a plasticizer and a supporting electrolyte. Generally used so-called polymer compounds can be used.

上記高分子マトリックスとしての特性を示す高分子化合物としては、ヘキサフロロプロピレン、テトラフロロエチレン、トリフロロエチレン、エチレン、プロピレン、アクリロニトリル、塩化ビニリデン、アクリル酸、メタクリル酸、マレイン酸、無水マレイン酸、メチルアクリレート、エチルアクリレート、メチルメタクリレート、スチレン、フッ化ビニリデンなどのモノマーを重合または共重合して得られる高分子化合物を挙げることができる。またこれらの高分子化合物は単独で用いても良く、また混合して用いても良い。これらの中でも、特にポリフッ化ビニリデン系高分子化合物が好ましい。   Examples of the polymer compound exhibiting characteristics as the polymer matrix include hexafluoropropylene, tetrafluoroethylene, trifluoroethylene, ethylene, propylene, acrylonitrile, vinylidene chloride, acrylic acid, methacrylic acid, maleic acid, maleic anhydride, methyl Examples thereof include polymer compounds obtained by polymerizing or copolymerizing monomers such as acrylate, ethyl acrylate, methyl methacrylate, styrene, and vinylidene fluoride. These polymer compounds may be used alone or in combination. Among these, a polyvinylidene fluoride polymer compound is particularly preferable.

また、イオン伝導性電解質の代わりに、有機固体正孔輸送材料、無機固体正孔輸送材料、或いはこの両者を組み合わせた材料を使用することもできる。   Further, instead of the ion conductive electrolyte, an organic solid hole transport material, an inorganic solid hole transport material, or a material in which both are combined can be used.

好ましく使用できる有機正孔輸送材料の例としては、トリフェニレン誘導体類、オリゴチオフェン化合物、ポリピロール、ポリアセチレン及び/又はその誘導体、ポリ(p−フェニレン)及び/又はその誘導体、ポリ(p−フェニレンビニレン)及び/又はその誘導体、ポリチエニレンビニレン及び/又はその誘導体、ポリチオフェン及び/又はその誘導体、ポリアニリン及び/又はその誘導体、ポリトルイジン及び/又はその誘導体等の導電性高分子も好ましく使用することができる。その際、ドーパントレベルをコントロールするためにトリス(4−ブロモフェニル)アミニウムヘキサクロロアンチモネートのようなカチオンラジカルを含有する化合物を正孔輸送材料に添加してもよい。また、金属酸化物半導体表面のポテンシャル制御(空間電荷層の補償)を行うためにLi[(CF3SO22N]のような塩を添加してもよい。 Examples of organic hole transport materials that can be preferably used include triphenylene derivatives, oligothiophene compounds, polypyrrole, polyacetylene and / or derivatives thereof, poly (p-phenylene) and / or derivatives thereof, poly (p-phenylene vinylene) and Conductive polymers such as / or derivatives thereof, polythienylene vinylene and / or derivatives thereof, polythiophene and / or derivatives thereof, polyaniline and / or derivatives thereof, polytoluidine and / or derivatives thereof can also be preferably used. At that time, a compound containing a cation radical such as tris (4-bromophenyl) aminium hexachloroantimonate may be added to the hole transport material in order to control the dopant level. Further, a salt such as Li [(CF 3 SO 2 ) 2 N] may be added to perform potential control (space charge layer compensation) on the surface of the metal oxide semiconductor.

無機正孔輸送材料としてはp型無機化合物半導体を用いることができ、そのバンドギャップは好ましくは2eV以上、より好ましくは2.5eV以上である。また、p型無機化合物半導体のイオン化ポテンシャルは、色素の正孔を還元するためには色素吸着電極のイオン化ポテンシャルより小さいことが必要である。使用する色素によってp型無機化合物半導体のイオン化ポテンシャルの好ましい範囲は異なるが、一般に好ましくは4.5〜5.5eV、より好ましくは4.7〜5.3eVである。好ましいp型無機化合物半導体は1価の銅を含む化合物半導体であり、その例としてはCuI、CuSCN、CuInSe2、Cu(In,Ga)Se2、CuGaSe2、Cu2O、CuS、CuGaS2、CuInS2、CuAlSe2等が挙げられる。中でも、CuI及びCuSCNが好ましく、CuIが最も好ましい。他のp型無機化合物半導体の例としては、GaP、NiO、CoO、FeO、Bi23、MoO2、Cr23等が挙げられる。 A p-type inorganic compound semiconductor can be used as the inorganic hole transport material, and the band gap is preferably 2 eV or more, more preferably 2.5 eV or more. Further, the ionization potential of the p-type inorganic compound semiconductor needs to be smaller than the ionization potential of the dye adsorption electrode in order to reduce the holes of the dye. Although the preferable range of the ionization potential of the p-type inorganic compound semiconductor varies depending on the dye used, it is generally preferably 4.5 to 5.5 eV, more preferably 4.7 to 5.3 eV. Preferred p-type inorganic compound semiconductor is a compound semiconductor containing monovalent copper, CuI and examples thereof, CuSCN, CuInSe 2, Cu ( In, Ga) Se 2, CuGaSe 2, Cu2O, CuS, CuGaS 2, CuInS 2 CuAlSe 2 and the like. Among these, CuI and CuSCN are preferable, and CuI is most preferable. Examples of other p-type inorganic compound semiconductors include GaP, NiO, CoO, FeO, Bi 2 O 3 , MoO 2 , Cr 2 O 3 and the like.

電荷輸送層は2通りの方法のいずれかにより形成できる。1つ目の方法は感光層と対極を貼り合わせておき、その間隙に液状の電荷輸送層を挟み込む方法である。2つ目の方法は感光層上に直接電荷輸送層を付与する方法で、対極はその後付与することになる。   The charge transport layer can be formed by one of two methods. The first method is a method in which a photosensitive layer and a counter electrode are bonded together, and a liquid charge transport layer is sandwiched between the gaps. The second method is a method in which a charge transport layer is directly provided on the photosensitive layer, and the counter electrode is subsequently provided.

前者の方法の場合、電荷輸送層を挟み込む際には、浸漬等による毛管現象を利用する常圧プロセス、または常圧より低い圧力にして間隙の気相を液相に置換する真空プロセスを利用できる。   In the case of the former method, when sandwiching the charge transport layer, a normal pressure process using capillary action due to immersion or the like, or a vacuum process in which the gas phase in the gap is replaced with a liquid phase at a pressure lower than normal pressure can be used. .

後者の方法において湿式の電荷輸送層を用いる場合は、通常未乾燥のまま対極を付与しエッジ部の液漏洩防止措置を施す。またゲル電解質組成物を用いる場合には、これを湿式で塗布した後で重合等の方法により固体化してよい。固体化は対極を付与する前に行っても後に行ってもよい。電解液、湿式有機正孔輸送材料、ゲル電解質組成物等からなる電荷輸送層を形成する場合は、前述の半導体微粒子層の形成方法と同様の方法を利用できる。   When a wet charge transport layer is used in the latter method, a counter electrode is usually applied in an undried state to prevent liquid leakage at the edge. Moreover, when using a gel electrolyte composition, you may solidify by methods, such as superposition | polymerization, after apply | coating this with a wet process. Solidification may be performed before or after applying the counter electrode. In the case of forming a charge transport layer made of an electrolytic solution, a wet organic hole transport material, a gel electrolyte composition, or the like, the same method as the method for forming a semiconductor fine particle layer described above can be used.

固体電解質組成物や固体正孔輸送材料を用いる場合には、真空蒸着法やCVD法等のドライ成膜処理で電荷輸送層を形成し、その後対極を付与することもできる。有機正孔輸送材料は真空蒸着法、キャスト法、塗布法、スピンコート法、浸漬法、電解重合法、光電解重合法等により電極内部に導入することができる。無機固体化合物はキャスト法、塗布法、スピンコート法、浸漬法、電解析出法、無電解メッキ法等により電極内部に導入することができる。   When a solid electrolyte composition or a solid hole transport material is used, a charge transport layer can be formed by a dry film forming process such as a vacuum deposition method or a CVD method, and then a counter electrode can be provided. The organic hole transport material can be introduced into the electrode by a vacuum deposition method, a casting method, a coating method, a spin coating method, a dipping method, an electrolytic polymerization method, a photoelectrolytic polymerization method, or the like. The inorganic solid compound can be introduced into the electrode by a casting method, a coating method, a spin coating method, a dipping method, an electrolytic deposition method, an electroless plating method, or the like.

対極は導電性材料からなる対極導電層の単層構造でもよいし、対極導電層と支持基板から構成されていてもよい。支持基板は、好ましくは透明なガラス基板又はプラスチック基板であり、これに上記の導電剤を塗布又は蒸着して用いることができる。色素増感光電変換素子は対極側から光を照射するので、光透過率が大きいことが必要であり、具体的には光透過率は30%以上が好ましく、50%以上がより好ましい。一方、対極の表面抵抗は低いほうが好ましいが、光透過率が大きくなるほど対極の表面抵抗は大きくなり、好ましくは50Ω/sq.以下、より好ましくは20Ω/sq.以下である。   The counter electrode may have a single layer structure of a counter electrode conductive layer made of a conductive material, or may be composed of a counter electrode conductive layer and a support substrate. The support substrate is preferably a transparent glass substrate or a plastic substrate, and the above-mentioned conductive agent can be applied or vapor-deposited thereon. Since the dye-sensitized photoelectric conversion element irradiates light from the counter electrode side, it is necessary that the light transmittance be large. Specifically, the light transmittance is preferably 30% or more, more preferably 50% or more. On the other hand, the surface resistance of the counter electrode is preferably low, but as the light transmittance increases, the surface resistance of the counter electrode increases, and preferably 50 Ω / sq. Or less, more preferably 20 Ω / sq. It is as follows.

対極導電層に用いるのは白金、金、ニッケル、チタン、アルミニウム、銅、銀、タングステン等の金属や炭素材料、導電性有機物等の比抵抗の小さな材料であれば制限されないが、透明性の低い材料を用いた場合は、全体の光透過率を向上させるため、支持基板上に導電材の細線パターンを形成して表面抵抗が低く、かつ透明性の高い対極を作製する必要がある。   The material used for the counter electrode conductive layer is not limited as long as it has a low specific resistance such as metals such as platinum, gold, nickel, titanium, aluminum, copper, silver, and tungsten, carbon materials, and conductive organic materials, but has low transparency. In the case of using a material, in order to improve the overall light transmittance, it is necessary to form a thin wire pattern of a conductive material on a support substrate to produce a counter electrode with low surface resistance and high transparency.

また、透明性の高い導電性材料としては、スズや亜鉛などの金属酸化物に、他の金属元素を微量ドープした酸化インジウムスズ(Indium Tin Oxide)(ITO(In23:Sn))、酸化インジウム亜鉛(Indium Zinc Oxide)(IZO(In23:Zn))、フッ素をドープした酸化スズ(Fluorine doped Tin Oxide)(FTO(SnO2:F))、アルミニウムをドープした酸化亜鉛(Aluminum doped Zinc Oxide)(AZO(ZnO:Al))などの金属酸化物からなる導電膜等などがあり、これに金属(白金、金、銀、銅、アルミニウム、マグネシウム、インジウム等)や炭素等を少量併用してもよい。 In addition, as a highly transparent conductive material, indium tin oxide (ITO (In 2 O 3 : Sn)) in which a metal oxide such as tin or zinc is slightly doped with another metal element, Indium Zinc Oxide (IZO (In 2 O 3 : Zn)), Fluorine doped Tin Oxide (FTO (SnO 2 : F)), Aluminum doped zinc oxide (Aluminum There are conductive films made of metal oxides such as doped zinc oxide (AZO (ZnO: Al)), etc., and a small amount of metal (platinum, gold, silver, copper, aluminum, magnesium, indium, etc.), carbon, etc. You may use together.

対極は電荷輸送層上に直接導電剤を塗布、メッキ又は蒸着(PVD、CVD)するか、導電層を有する基板の導電層側を貼り付けて設置すればよい。対極の抵抗を下げる目的で金属リードを用いても良い。金属リードは白金、金、ニッケル、チタン、アルミニウム、銅、銀等の金属からなるのが好ましく、アルミニウム又は銀からなるのが特に好ましい。透明基板上に金属リードを蒸着、スパッタリング等で設置し、その上にフッ素をドープした酸化スズ、ITO膜等からなる透明対極導電層を設けるのが好ましい。また、透明対極導電層を透明基板に設けた後、透明対極導電層上に金属リードを設置することも好ましい。金属リード設置による入射光量の低下は、好ましくは10%以内、より好ましくは1〜5%とする。   The counter electrode may be installed by directly applying, plating, or vapor-depositing (PVD, CVD) a conductive agent on the charge transport layer, or by attaching the conductive layer side of the substrate having the conductive layer. A metal lead may be used for the purpose of reducing the resistance of the counter electrode. The metal lead is preferably made of a metal such as platinum, gold, nickel, titanium, aluminum, copper, or silver, and particularly preferably made of aluminum or silver. It is preferable that a metal lead is disposed on the transparent substrate by vapor deposition, sputtering, or the like, and a transparent counter electrode conductive layer made of fluorine-doped tin oxide, ITO film or the like is disposed thereon. It is also preferable that a metal lead is provided on the transparent counter electrode conductive layer after the transparent counter electrode conductive layer is provided on the transparent substrate. The decrease in the amount of incident light due to the installation of the metal lead is preferably within 10%, more preferably 1 to 5%.

本発明によれは、このような方法で作製した多孔質チタン−チタン酸化物複合体を画像センサーで評価することによって、均一性と緻密性を定量的に評価することができる。次に評価の手順について詳細に説明する。   According to the present invention, the uniformity and denseness can be quantitatively evaluated by evaluating the porous titanium-titanium oxide composite produced by such a method with an image sensor. Next, the evaluation procedure will be described in detail.

評価にあたっては、まず標準品となる色相を画像センサーに記憶させることが必要である。ここでいう標準品とは、例えば均一かつ緻密に多孔質チタン酸化物が生成していることがわかっている小型の多孔質チタン−チタン酸化物複合体サンプルであってもよいし、何らかの色見本を用いても良い。いずれにせよ、基準となる色の色彩、彩度、明度を決めることが重要である。   In the evaluation, it is necessary to first store the hue that is a standard product in the image sensor. The standard product here may be, for example, a small porous titanium-titanium oxide composite sample whose porous titanium oxide is known to be uniformly and densely produced, or any color sample. May be used. In any case, it is important to determine the color, saturation, and brightness of the reference color.

標準となる色を記憶させたら、測定対象の多孔質チタン−チタン酸化物複合体を画像センサーでスキャンし、標準となる色の色彩、彩度、明度の範囲に適合する箇所の面積を評価する。適合箇所の面積は、一般に画素数で表され、均一かつ緻密であるほどこの値は大きくなる。すなわち、この方法で得た画素数によって、多孔質チタン酸化物部分の均一性と緻密性を定量的に評価することができる。   After memorizing the standard color, scan the porous titanium-titanium oxide composite to be measured with an image sensor and evaluate the area of the standard color that matches the range of color, saturation, and brightness. . The area of the conforming portion is generally represented by the number of pixels, and this value increases as it becomes more uniform and precise. That is, the uniformity and denseness of the porous titanium oxide portion can be quantitatively evaluated by the number of pixels obtained by this method.

以上の測定を行うにあたって、多孔質チタン−チタン酸化物複合体をそのまま用いてもよいが、色相の濃淡をより明確に出したいときは、多孔質チタン−チタン酸化物複合体に色素を吸着させて測定することもできる。このときに用いる色素は何であっても良いが、明度があまりに低い色素だと逆に濃淡がわかりにくくなるため、明度がある程度高いものを用いることが好ましい。この方法を用いるときは、当然ながら、標準品も同等の色を着色したものでなくてはならない。   In performing the above measurement, the porous titanium-titanium oxide composite may be used as it is. However, when it is desired to more clearly express the hue, the dye is adsorbed on the porous titanium-titanium oxide composite. Can also be measured. Any pigment may be used at this time. However, if the pigment has a lightness that is too low, the contrast becomes difficult to understand. When using this method, of course, the standard product must also have the same color.

この方法で得た画素数は、多孔質チタン−チタン酸化物複合体を光電変換素子材料等として用いたときの性能と相関があることがわかっている。したがって、画像センサーで測定した画素数は多孔質チタン−チタン酸化物複合体を工業生産したときの品質管理基準値として用いることができる。   It is known that the number of pixels obtained by this method has a correlation with performance when a porous titanium-titanium oxide composite is used as a photoelectric conversion element material or the like. Therefore, the number of pixels measured by the image sensor can be used as a quality control reference value when the porous titanium-titanium oxide composite is industrially produced.

本発明の方法により、多孔質チタン−チタン酸化物複合体をはじめとする多孔質金属−金属酸化物複合体の均一性と緻密性を定量的に評価することができる。   By the method of the present invention, the uniformity and denseness of porous metal-metal oxide composites including porous titanium-titanium oxide composites can be quantitatively evaluated.

次に、実施例によって本発明をさらに詳しく説明する。   Next, the present invention will be described in more detail by way of examples.

[実施例1]
焼鈍工程で仕上げを行ったJIS1種チタン板(寸法16×35mm、厚さ0.4mm)を電解酸化用の材料として用意した。これを走査型電子顕微鏡で観察したところ、オイルピットと思われる凹部が1平方ミリメートルあたり約1400個の密度で存在しており、その平均的な形状は長さ30μm程度、幅2μm程度であった。このチタン板を薄くスライスして断面を走査型電子顕微鏡で観察したところ、凹部の深さは0.3μm程度であった。
[Example 1]
A JIS class 1 titanium plate (size 16 × 35 mm, thickness 0.4 mm) finished in the annealing process was prepared as a material for electrolytic oxidation. When this was observed with a scanning electron microscope, there were approximately 1400 concave portions that seemed to be oil pits per square millimeter, and the average shape was about 30 μm long and about 2 μm wide. . When this titanium plate was sliced thinly and the cross section was observed with a scanning electron microscope, the depth of the recess was about 0.3 μm.

このチタン板を用いて、次の手順で電解酸化を実施した。   Using this titanium plate, electrolytic oxidation was performed by the following procedure.

まず、前処理として、チタン板をエタノール中で5分間超音波洗浄し、表面に付着した油脂等を取り除いた。前処理が終了したチタン板を陽極として、ほぼ同一形状の陰極板と平行かつ距離が20mmになるように、1000mlビーカーの上部に固定した。このビーカーをチタン板が半分程度浸かるまで濃度0.8mmol/lの過塩素酸水溶液で満たした。チタン板(陽極)および陰極をそれぞれ直流電源とコードで接続し、電圧30Vの電流を60分間流し続けた。この間に流れた電流値は80〜100mA、60分間の総電荷量は180クーロンであった。電解酸化が終了したチタン板を蒸留水で軽く洗浄し、高圧空気で乾燥させた。   First, as a pretreatment, the titanium plate was ultrasonically cleaned in ethanol for 5 minutes to remove oils and fats adhering to the surface. The titanium plate after the pretreatment was used as an anode, and it was fixed to the upper part of a 1000 ml beaker so that the distance was 20 mm in parallel with a substantially identical cathode plate. This beaker was filled with an aqueous solution of perchloric acid having a concentration of 0.8 mmol / l until the titanium plate was immersed by about half. The titanium plate (anode) and the cathode were each connected to a DC power source and a cord, and a current of 30 V was kept flowing for 60 minutes. The value of the current flowing during this period was 80 to 100 mA, and the total charge amount for 60 minutes was 180 coulombs. The titanium plate after electrolytic oxidation was lightly washed with distilled water and dried with high-pressure air.

電解酸化終了後のチタン板は、表面全体が白色の物質で緻密かつ均一に覆われていた。これを走査型電子顕微鏡で観察し、白色の物質がナノチューブ形状の多孔質チタン酸化物であることを確認した。   The titanium plate after the electrolytic oxidation was densely and uniformly covered with a white substance on the entire surface. This was observed with a scanning electron microscope, and it was confirmed that the white substance was a nanotube-shaped porous titanium oxide.

この多孔質チタン酸化物の表面を画像センサー(キーエンス製CV−3500)により色抽出を行い画像解析した。   The surface of the porous titanium oxide was subjected to color extraction with an image sensor (Keyence CV-3500) for image analysis.

カメラはCV−200C(200万画素カラーカメラ)、高解像度レンズCA−LH8、照明は斜光照明によりLED照明(バー方式)1対で行った。カメラと対象物間距離は150mm、照明間距離は180mm、照明と対象物間高さは80mm保ち照明バーを45度の角度に設定した。   The camera was a CV-200C (2 million pixel color camera), a high-resolution lens CA-LH8, and illumination was performed with a pair of LED illumination (bar system) by oblique illumination. The distance between the camera and the object was 150 mm, the distance between the lights was 180 mm, the height between the lights and the objects was 80 mm, and the illumination bar was set at an angle of 45 degrees.

画像センサーの色抽出条件は、抽出エリアを1cm2に設定し、H(色相)を最小3−最大150、S(彩度)を最小0−最大88、V(明度)を最小100−最大255とし、この条件で画素数を求めた。 The color extraction conditions of the image sensor are as follows. The extraction area is set to 1 cm 2 , H (hue) is minimum 3 to maximum 150, S (saturation) is minimum 0 to maximum 88, and V (lightness) is minimum 100 to maximum 255. And the number of pixels was obtained under these conditions.

図1は、測定のためにおける画像センサーと対象物の配置関係を模式的に示したものである。試料ステージ1上に、評価対象2を載置した。評価対象2の上方の80mmの位置に、1対の棒状の照明(光源)3を配置した。照明3の相互の間隔は180mmとした。1対の照明3の間のちょうど中間の位置であって評価対象2の上方の150mmの位置に、画像センサーのCCDカメラ4を配置し、評価対象を撮像した。CDDカメラ4からの画像信号はコントローラ5に取り込まれ、コントローラ5において、上述した各画素ごとの色相、彩度、明度の算出、画素の抽出、抽出された画素数の算出などが行われる。
[実施例2]
実施例1の方法で電解酸化時間を30分、60分、90分、120分と変化させた試料を作製しそれぞれの画素数の比較を行った結果、目視で白色度が高いものほど、抽出した画素数が高くなった。図2は、抽出画素数と電解酸化時間との関係について得られた結果を示している。
[実施例3]
実施例2の方法で得られた試料を、ルテニウム色素(Rutenium 535-bisTBA: SOLARONIX社製)のエタノール溶液(3.0×10-4mol/L)に15時間浸し、色素を吸着させた。その後、色素を吸着させた試料に対して赤色度に基づいて画素の抽出を行った。その結果、実施例2で得られた白色度の画素数が高いものほど、色素吸着した赤色度を抽出した画素数が高く、両者の相関が得られた。さらに、色素を吸着した試料切片をアルカリ溶液(10mM NaOH水溶液)に浸して色素を再分離し、その吸光度より色素量を算出した結果、実施例2の抽出画素数と色素吸着量との相関が得られた。図3は、抽出画素数と色素吸着量との関係について得られた結果を示している。
FIG. 1 schematically shows the positional relationship between an image sensor and an object for measurement. An evaluation object 2 was placed on the sample stage 1. A pair of rod-shaped illuminations (light sources) 3 was disposed at a position 80 mm above the evaluation target 2. The mutual space | interval of the illumination 3 was 180 mm. The CCD camera 4 of the image sensor was placed at a position 150 mm above the evaluation object 2 at a position just between the pair of illuminations 3, and the evaluation object was imaged. The image signal from the CDD camera 4 is taken into the controller 5, and the controller 5 performs the above-described calculation of hue, saturation, brightness, extraction of pixels, calculation of the number of extracted pixels, and the like.
[Example 2]
Samples with electrolytic oxidation times changed to 30 minutes, 60 minutes, 90 minutes, and 120 minutes by the method of Example 1 were compared and the number of pixels was compared. Increased number of pixels. FIG. 2 shows the results obtained for the relationship between the number of extracted pixels and the electrolytic oxidation time.
[Example 3]
The sample obtained by the method of Example 2 was immersed in an ethanol solution (3.0 × 10 −4 mol / L) of ruthenium dye (Rutenium 535-bisTBA: manufactured by SOLARONIX) for 15 hours to adsorb the dye. Thereafter, pixels were extracted based on the redness of the sample on which the dye was adsorbed. As a result, the higher the number of pixels of whiteness obtained in Example 2, the higher the number of pixels from which the dye-adsorbed redness was extracted, and a correlation between the two was obtained. Further, the sample slice adsorbed with the dye was immersed in an alkaline solution (10 mM NaOH aqueous solution) to re-separate the dye, and the amount of dye was calculated from the absorbance. As a result, the correlation between the number of extracted pixels and the amount of dye adsorbed in Example 2 was found. Obtained. FIG. 3 shows the results obtained for the relationship between the number of extracted pixels and the dye adsorption amount.

[実施例4]
実施例1で用いたチタン板の寸法を10cm×10cmに調整し電解酸化用の材料とし、次の手順で電解酸化を実施した。
[Example 4]
The dimension of the titanium plate used in Example 1 was adjusted to 10 cm × 10 cm to obtain a material for electrolytic oxidation, and electrolytic oxidation was performed according to the following procedure.

まず、前処理として、チタン板をエタノール中で5分間超音波洗浄し、表面に付着した油脂等を取り除いた。前処理が終了したチタン板を陽極として、1.2t×200W×150Lの陰極板(品名:エクセロードR2000/0.1μ、材質TP340、トーホーテック社製)と平行かつ距離が20mmになるように、25cm×15cm×22cmの電解槽に固定した。この電解槽にチタン板が全面浸かるまで濃度0.8mmol/lの過塩素酸水溶液7000mlで満たした。チタン板(陽極)および陰極をそれぞれ直流電源とコードで接続し、電圧60Vの電流を60分間流し続けた。この間に流れた電流値は550〜900mA、60分間の総電荷量は3000クーロンであった。電解酸化が終了したチタン板を蒸留水で軽く洗浄し、高圧空気で乾燥させた。   First, as a pretreatment, the titanium plate was ultrasonically cleaned in ethanol for 5 minutes to remove oils and fats adhering to the surface. Titanium plate that has been pre-treated is used as an anode so that a 1.2t × 200W × 150L cathode plate (product name: EXEROD R2000 / 0.1μ, material TP340, manufactured by Toho Tech Co., Ltd.) is parallel to the distance and 20 mm. And fixed to an electrolytic cell of 25 cm × 15 cm × 22 cm. The electrolytic bath was filled with 7000 ml of an aqueous solution of perchloric acid having a concentration of 0.8 mmol / l until the entire surface of the titanium plate was immersed. The titanium plate (anode) and cathode were each connected to a DC power source and a cord, and a current of 60 V was continuously applied for 60 minutes. The value of current flowing during this period was 550 to 900 mA, and the total charge amount for 60 minutes was 3000 coulombs. The titanium plate after electrolytic oxidation was lightly washed with distilled water and dried with high-pressure air.

実施例2で電解酸化時間120分行って得られた多孔質チタン酸化物切片(試料A)1cm2の面積を画像センサーにより検出したい色だけを抽出することを目的にエリア分析(色抽出)の後に2値化(カラー2値)処理を行った。かくして得られた指定色の色抽出値はH(色相)が144、S(彩度)が26、V(明度)が107であった。1cm2あたりの抽出画素数は10,707画素(ピクセル)であった。図4は、試料Aから二値化処理によって抽出された画素を示すモニター画像の図である。なお、図において白色部分が抽出された画素である。 In the area analysis (color extraction) for the purpose of extracting only the color to be detected by the image sensor, the area of 1 cm 2 of the porous titanium oxide slice (sample A) obtained by performing the electrolytic oxidation time in Example 2 for 120 minutes Later, binarization (color binary) processing was performed. The color extraction value of the designated color thus obtained was 144 for H (hue), 26 for S (saturation), and 107 for V (lightness). The number of extracted pixels per 1 cm 2 was 10,707 pixels (pixels). FIG. 4 is a diagram of a monitor image showing pixels extracted from the sample A by the binarization process. In the drawing, the white portion is extracted.

以上を基本設定として、前述の10cm×10cm電解酸化した多孔質チタン酸化物(試料B)表面の全面積を画像センサーでエリア分析し、2値化処理した抽出画素数は522,916画素/100cm2であった。基本設定値の試料との単位面積当たりの比較では試料Aは10,707画素/1cm2に対し試料Bは5,229画素/1cm2となり緻密性は試料Aの49%となった。図5は、試料Bから二値化処理によって抽出された画素を示すモニター画像の図である。なお、図において白色部分が抽出された画素である。 Based on the above, the total area of the 10 cm × 10 cm electrolytically oxidized porous titanium oxide (sample B) surface area was analyzed with an image sensor, and the number of extracted pixels subjected to binarization was 522,916 pixels / 100 cm. 2 . In comparison with the sample of the basic setting value per unit area, the sample A was 10,707 pixels / 1 cm 2 , the sample B was 5,229 pixels / 1 cm 2 , and the density was 49% of the sample A. FIG. 5 is a diagram of a monitor image showing pixels extracted from the sample B by the binarization process. In the drawing, the white portion is extracted.

また、均一性については2値化画像処理画面で確認したところ試料Bは中央部分が緻密で白色部分が多く、周囲は粗く黒色が部分的あることから均一性の指標とすることができた。   Further, when the uniformity was confirmed on the binarized image processing screen, the sample B was dense at the center and had many white portions, and the periphery was rough and partially black, so that it could be used as an index of uniformity.

本発明によれば、色素増感型太陽電池や光センサーなどの光電変換素子や、光触媒として用いられる多孔質金属−金属酸化物複合体の状態(例えば、緻密性や均一性など)を定量的に評価することが可能になる。したがって本発明を適用することにより、事前に多孔質金属−金属酸化物複合体を評価することで、より性能に優れた光電変換素子や光触媒を製造することが可能になる。   According to the present invention, the state of a photoelectric conversion element such as a dye-sensitized solar cell or an optical sensor, or a porous metal-metal oxide complex used as a photocatalyst (for example, denseness and uniformity) is quantitatively determined. It becomes possible to evaluate to. Therefore, by applying the present invention, it is possible to produce a photoelectric conversion element or a photocatalyst with better performance by evaluating the porous metal-metal oxide composite in advance.

実施例1における、対象物と画像センサーとの配置関係を示す図である。FIG. 3 is a diagram illustrating an arrangement relationship between an object and an image sensor in the first embodiment. 実施例2における、多孔質チタンーチタン酸化物複合体の電解酸化時間による白度と抽出された画素数との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the whiteness by the electrolytic oxidation time of the porous titanium-titanium oxide composite in Example 2, and the number of extracted pixels. 実施例3における、色素吸着量と抽出した画素数との関係を示すグラフである。10 is a graph showing the relationship between the amount of dye adsorption and the number of extracted pixels in Example 3. 実施例4における試料Aを2値化処理したモニター画像を示す図である。It is a figure which shows the monitor image which binarized the sample A in Example 4. FIG. 実施例4における試料Bを2値化処理したモニター画像を示す図である。It is a figure which shows the monitor image which binarized the sample B in Example 4. FIG.

符号の説明Explanation of symbols

1 試料ステージ
2 対象物
3 照明(光源)
4 CCDカメラ
5 コントローラ
1 Sample stage 2 Object 3 Illumination (light source)
4 CCD camera 5 Controller

Claims (6)

多孔質金属−金属酸化物複合体の表面状態を評価する評価方法において、
画像センサーを用いて、多孔質金属−金属酸化物複合体を撮像し、
撮像された画像中における各画素の色相、彩度および明度の少なくとも1つを算出し、
算出された前記色相、彩度および明度の少なくとも1つが所定の範囲内あるいは所定の値である画素を抽出し、
抽出された画素に基づいて、多孔質金属酸化物部分を定量的に評価することを特徴とする評価方法。
In the evaluation method for evaluating the surface state of the porous metal-metal oxide composite,
Using an image sensor, image the porous metal-metal oxide composite,
Calculating at least one of hue, saturation and brightness of each pixel in the captured image;
Extracting a pixel in which at least one of the calculated hue, saturation, and brightness is within a predetermined range or a predetermined value;
An evaluation method comprising quantitatively evaluating a porous metal oxide portion based on an extracted pixel.
前記多孔質酸化物部分の白度に基づいて前記画素を抽出し、抽出された画素の数に応じて前記多孔質金属酸化物部分を定量的に評価する、請求項1に記載の評価方法。   The evaluation method according to claim 1, wherein the pixel is extracted based on whiteness of the porous oxide portion, and the porous metal oxide portion is quantitatively evaluated according to the number of extracted pixels. 抽出された画素の数と、撮像された画像における前記多孔質金属−金属酸化物複合体に対応した全画素数との比によって、前記多孔質金属酸化物部分を定量的に評価する、請求項1に記載の評価方法。   The porous metal oxide portion is quantitatively evaluated by a ratio between the number of extracted pixels and the total number of pixels corresponding to the porous metal-metal oxide composite in the captured image. 1. The evaluation method according to 1. 多孔質金属−金属酸化物複合体の表面状態を評価する評価方法において、
前記多孔質金属−金属酸化物複合体に色素を吸着させ、
画像センサーを用いて、色素吸着後の多孔質金属−金属酸化物複合体を撮像し、
撮像された画像中における各画素の色相、彩度および明度の少なくとも1つに基づいて、画素ごとに着色度を算出し、
着色度に基づいて画素を抽出し、
抽出された画素に基づいて、多孔質金属酸化物部分を定量的に評価することを特徴とする評価方法。
In the evaluation method for evaluating the surface state of the porous metal-metal oxide composite,
Adsorbing a dye on the porous metal-metal oxide composite;
Using an image sensor, image the porous metal-metal oxide complex after dye adsorption,
Based on at least one of the hue, saturation, and brightness of each pixel in the captured image, the coloring degree is calculated for each pixel,
Extract pixels based on the degree of coloring,
An evaluation method comprising quantitatively evaluating a porous metal oxide portion based on an extracted pixel.
前記多孔質金属−金属酸化物複合体に対して前記画像センサーを走査させながら、前記多孔質金属−金属酸化物複合体の表面の各部分領域ごとの評価を繰り返して実行する、請求項1乃至4のいずれか1項に記載の評価方法。   The evaluation for each partial region of the surface of the porous metal-metal oxide composite is repeatedly performed while scanning the image sensor with respect to the porous metal-metal oxide composite. 5. The evaluation method according to any one of 4 above. 前記多孔質金属−金属酸化物複合体が多孔質チタン−チタン酸化物複合体である、請求項1乃至4のいずれか1項に記載の評価方法。   The evaluation method according to any one of claims 1 to 4, wherein the porous metal-metal oxide composite is a porous titanium-titanium oxide composite.
JP2006090887A 2006-03-29 2006-03-29 Evaluation method of porous metal-metal oxide composites by image sensor Expired - Fee Related JP4664223B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2006090887A JP4664223B2 (en) 2006-03-29 2006-03-29 Evaluation method of porous metal-metal oxide composites by image sensor

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2006090887A JP4664223B2 (en) 2006-03-29 2006-03-29 Evaluation method of porous metal-metal oxide composites by image sensor

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2007263834A true JP2007263834A (en) 2007-10-11
JP4664223B2 JP4664223B2 (en) 2011-04-06

Family

ID=38636964

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2006090887A Expired - Fee Related JP4664223B2 (en) 2006-03-29 2006-03-29 Evaluation method of porous metal-metal oxide composites by image sensor

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP4664223B2 (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2013053862A (en) * 2011-09-01 2013-03-21 Sekisui Chem Co Ltd Evaluation test piece, evaluation method for sensitizing dye, and manufacturing method of dye-sensitized solar cell
CN110702620A (en) * 2019-09-16 2020-01-17 深圳市裕展精密科技有限公司 Method and equipment for detecting dye aging
CN114761748A (en) * 2019-10-28 2022-07-15 法孚斯坦因公司 Apparatus and method for controlling reheating furnace

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0394004A (en) * 1989-06-09 1991-04-18 Nisshin Steel Co Ltd Manufacture of noble metal porous body having super fine holes
JPH0792401B2 (en) * 1992-02-04 1995-10-09 倉敷紡績株式会社 Color image extraction device
JP2000063967A (en) * 1998-08-19 2000-02-29 Shinko Res Kk Hollow metallic porous body
JP2002131133A (en) * 2000-10-26 2002-05-09 Matsushita Electric Works Ltd Method for specifying color of image, method for extracting color of image, and image processor
JP2003073755A (en) * 2001-08-31 2003-03-12 Nippon Piston Ring Co Ltd Porous metal-sintered compact for strengthening light alloy member, and manufacturing method therefor
JP2003249274A (en) * 2002-02-22 2003-09-05 Sharp Corp Dye sensitized solar cell and its manufacturing method
JP2004241234A (en) * 2003-02-05 2004-08-26 Hitachi Metals Ltd Optical electrode and dye-sensitized solar cell using it
JP2005263580A (en) * 2004-03-19 2005-09-29 Nippon Oil Corp Titania having shape of nanotube and its producing method

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0394004A (en) * 1989-06-09 1991-04-18 Nisshin Steel Co Ltd Manufacture of noble metal porous body having super fine holes
JPH0792401B2 (en) * 1992-02-04 1995-10-09 倉敷紡績株式会社 Color image extraction device
JP2000063967A (en) * 1998-08-19 2000-02-29 Shinko Res Kk Hollow metallic porous body
JP2002131133A (en) * 2000-10-26 2002-05-09 Matsushita Electric Works Ltd Method for specifying color of image, method for extracting color of image, and image processor
JP2003073755A (en) * 2001-08-31 2003-03-12 Nippon Piston Ring Co Ltd Porous metal-sintered compact for strengthening light alloy member, and manufacturing method therefor
JP2003249274A (en) * 2002-02-22 2003-09-05 Sharp Corp Dye sensitized solar cell and its manufacturing method
JP2004241234A (en) * 2003-02-05 2004-08-26 Hitachi Metals Ltd Optical electrode and dye-sensitized solar cell using it
JP2005263580A (en) * 2004-03-19 2005-09-29 Nippon Oil Corp Titania having shape of nanotube and its producing method

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2013053862A (en) * 2011-09-01 2013-03-21 Sekisui Chem Co Ltd Evaluation test piece, evaluation method for sensitizing dye, and manufacturing method of dye-sensitized solar cell
CN110702620A (en) * 2019-09-16 2020-01-17 深圳市裕展精密科技有限公司 Method and equipment for detecting dye aging
CN114761748A (en) * 2019-10-28 2022-07-15 法孚斯坦因公司 Apparatus and method for controlling reheating furnace
CN114761748B (en) * 2019-10-28 2024-08-06 法孚斯坦因公司 Apparatus and method for controlling reheating furnace

Also Published As

Publication number Publication date
JP4664223B2 (en) 2011-04-06

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Dokouzis et al. Photoelectrochromic devices with cobalt redox electrolytes
US8377504B2 (en) Method for producing electroconductive polymer electrode, and dye-sensitized solar cell equipped with the same
Bonomo et al. Electrochemical and photoelectrochemical properties of screen-printed nickel oxide thin films obtained from precursor pastes with different compositions
Zhong et al. Charge recombination reduction in dye-sensitized solar cells by depositing ultrapure TiO2 nanoparticles on “inert” BaTiO3 films
Chen et al. Electrodeposition of arborous structure nanocrystalline SnO2 and application in flexible dye-sensitized solar cells
Lim et al. Aerosol assisted chemical vapour deposited (AACVD) of TiO2 thin film as compact layer for dye-sensitised solar cell
US9105409B2 (en) Dye-sensitized solar cell and manufacturing method for thereof
Polo et al. Sensitizing effects of BiVO4 and visible light induced production of highly reductive electrons in the TiO2/BiVO4 heterojunction
EP3316327A1 (en) Photoelectric conversion element, solar battery, metal salt composition, and manufacturing method for photoelectric conversion element
El Tayyan Dye sensitized solar cell: parameters calculation and model integration
TWI396778B (en) Zinc ferrite thin film, method for manufacturing the same and application thereof
Vo et al. Solvent-engineering assisted synthesis and characterization of BiVO4 photoanode for boosting the efficiency of photoelectrochemical water splitting
JP4690884B2 (en) Method for producing titanium-porous titanium oxide composite
JP4664223B2 (en) Evaluation method of porous metal-metal oxide composites by image sensor
Al Katrib et al. Optimizing perovskite solar cell architecture in multistep routes including electrodeposition
Habibi et al. Preparation of nanostructure mixed copper-zinc oxide via co-precipitation rout for dye-sensitized solar cells: the influence of blocking layer and Co (II)/Co (III) complex redox shuttle
JP2006299388A (en) Method for producing porous titanium-titanium composite body
JP2008021582A (en) Dye-sensitized type photoelectric conversion element
Bonomo et al. Limits on the use of cobalt sulfide as anode of p-type dye-sensitized solar cells
Fiter et al. Performance boost of dye-sensitized solar cell by using barium titanate as a compact layer
Wu et al. Effect of sodium on photovoltaic properties of dye-sensitized solar cells assembled with anatase TiO2 nanosheets with exposed {0 0 1} facets
Park et al. Adsorption and electrochemical properties of photoelectrodes depending on TiO2 film thickness for dye-sensitized solar cells
JP2006299389A (en) Method for producing porous titanium-titanium oxide composite body
JP2006299387A (en) Titanium-titanium oxide composite
CN109560169A (en) A kind of high-performance optical anode material TiO2/g-C3N4The preparation method of photoelectricity very thin films

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20090115

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20101125

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20101208

A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20110106

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20140114

Year of fee payment: 3

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees