JP2008053140A - Semiconductor particulate paste - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、色素増感型太陽電池の負極に設けられる酸化物半導体層の形成に使用される酸化物半導体微粒子ペーストに関するものである。 The present invention relates to an oxide semiconductor fine particle paste used for forming an oxide semiconductor layer provided on a negative electrode of a dye-sensitized solar cell.
現在、地球規模の環境問題や化石エネルギー資源枯渇問題などの観点から太陽光発電に対する期待が大きく、単結晶及び多結晶シリコン光電変換素子が太陽電池として実用化されている。しかし、この種の太陽電池は、高価格であること、シリコン原料の供給問題などを有しており、シリコン以外の材料を用いた太陽電池の実用化が望まれている。 Currently, there is great expectation for photovoltaic power generation from the viewpoint of global environmental problems and fossil energy resource depletion problems, and single crystal and polycrystalline silicon photoelectric conversion elements are put into practical use as solar cells. However, this type of solar cell is expensive and has a problem of supply of silicon raw materials, and the practical application of solar cells using materials other than silicon is desired.
上記のような見地から、最近では、シリコン以外の材料を用いた太陽電池として、色素増感型太陽電池が注目されている。この色素増感型太陽電池は、図1に示すように、透明ガラスや透明樹脂フィルムなどの透明基板1a上に透明導電膜1b(例えばITO膜)を電極基板1として使用し、この電極基板1の透明導電膜1b上に二酸化チタンなどの金属酸化物半導体の多孔質層3を設け、この多孔質層3の表面に増感色素(例えばRu色素)5を吸着させたものを負電極構造体7として有しており、このような負電極構造体7を、電解質8を間に挟んで正極10に対峙させた構造を有している。
From the above viewpoint, recently, a dye-sensitized solar cell has attracted attention as a solar cell using a material other than silicon. As shown in FIG. 1, this dye-sensitized solar cell uses a transparent conductive film 1b (for example, ITO film) as an electrode substrate 1 on a transparent substrate 1a such as transparent glass or a transparent resin film. A negative electrode structure in which a porous layer 3 of a metal oxide semiconductor such as titanium dioxide is provided on the transparent conductive film 1b and a sensitizing dye (for example, Ru dye) 5 is adsorbed on the surface of the porous layer 3 7 and has such a structure that the negative electrode structure 7 is opposed to the
このような構造の色素増感型太陽電池では、負電極構造体7側から可視光を照射すると、色素5が励起され、基底状態から励起状態へと遷移し、励起された色素5の電子は、半導体の多孔質層3の伝導帯へ注入され、外部回路12を通って正電極10に移動する。正電極10に移動した電子は、電解質中のイオンによって運ばれ、色素5に戻る。このような過程の繰り返しにより電気エネルギーが取り出されるわけである。このような色素増感型太陽電池の発電メカニズムは、pn接合型光電変換素子と異なり、光の捕捉と電子伝導が別々の場所で行われ、植物の光電変換プロセスに非常に似たものとなっている。
In the dye-sensitized solar cell having such a structure, when visible light is irradiated from the negative electrode structure 7 side, the dye 5 is excited and transitions from the ground state to the excited state. Then, it is injected into the conduction band of the porous layer 3 of the semiconductor and moves to the
ところで、上記のように負電極構造体7側からの光照射を行った場合には、透明導電膜1bでの抵抗が大きく、セル(電池として機能する発電最小単位)を大型化すると、内部抵抗(曲率因子、Fill Factor;FF)や変換効率が大きく低下するという問題がある。 By the way, when light irradiation from the negative electrode structure 7 side is performed as described above, the resistance in the transparent conductive film 1b is large, and if the cell (minimum power generation unit functioning as a battery) is enlarged, the internal resistance There is a problem that the conversion efficiency is greatly lowered (Fill factor; FF).
このような問題を解決するために、特許文献1には、負電極の対向電極側(正電極側)から光を照射して発電を行う色素増感型太陽電池が開示されている。この構造の太陽電池では、負電極側から光を照射するものではないため、色素を担持している半導体多孔質層を、直接、低抵抗金属板上に設けることができ、セルの大型化によるFFや変換効率の低下を有効に回避することができる。
ところで、上記のような色素増感型太陽電池は、負電極側及び対向電極側の何れから光を照射するタイプのものでも、負極側に形成されている色素を担持している酸化物半導体層は、一般にゾルゲル法により形成されている。この方法は、酸化物半導体微粒子及びバインダーを有機溶媒に分散したペースト状のゾル液を電極基板表面に塗布し、焼成することにより酸化物半導体層を形成するものである。即ち、バインダーとしては、酸化物半導体を形成している金属のアルコキシドが使用され、焼成時に該アルコキシドが酸化物半導体微粒子と縮合し、酸化物半導体微粒子同士を結合したゲルを形成することにより、酸化物半導体層が形成されることとなる。 By the way, the dye-sensitized solar cell as described above is a type that irradiates light from either the negative electrode side or the counter electrode side, and the oxide semiconductor layer carrying the dye formed on the negative electrode side Is generally formed by a sol-gel method. In this method, an oxide semiconductor layer is formed by applying a paste-form sol liquid in which oxide semiconductor fine particles and a binder are dispersed in an organic solvent to the surface of an electrode substrate and baking it. In other words, the alkoxide of the metal forming the oxide semiconductor is used as the binder, and the alkoxide is condensed with the oxide semiconductor fine particles during firing to form a gel in which the oxide semiconductor fine particles are bonded to each other. A physical semiconductor layer will be formed.
しかしながら、上記のような半導体微粒子のペーストを用いてのゾルゲル法により形成される酸化物半導体層は、比較的緻密であり、多孔質の層を形成しにくいという問題があった。通常、酸化物半導体層は、緻密であるほど光の散乱がなく、光透過性に優れているため、太陽電池の用途としては望ましいのであるが、本発明者等の研究によると、酸化物半導体層が緻密であると、反面、増感剤である色素の吸着量が少なくなるため、高い変換効率を確保することが困難になるという問題があった。特に、光を対向電極側から照射する場合には、酸化物半導体層には高い光透過性が必要であると考えられていたため、酸化物半導体層を緻密な層とする傾向があり、高い変換効率を得にくい傾向があった。 However, the oxide semiconductor layer formed by the sol-gel method using the semiconductor fine particle paste as described above has a problem that it is relatively dense and it is difficult to form a porous layer. In general, an oxide semiconductor layer is more desirable as a solar cell because it is denser and does not scatter light and has better light transmittance. However, according to research by the present inventors, an oxide semiconductor layer is preferable. On the other hand, when the layer is dense, there is a problem in that it is difficult to ensure high conversion efficiency because the amount of adsorption of the dye as the sensitizer decreases. In particular, when irradiating light from the counter electrode side, the oxide semiconductor layer has been considered to require high light transmittance, so the oxide semiconductor layer tends to be a dense layer, and high conversion is required. There was a tendency that it was difficult to obtain efficiency.
しかるに、本発明者等は、酸化物半導体層は適度に多孔質に形成されている方が色素吸着量が増大し、高い変換効率を得る上で有利となるという知見を見出し、本発明を完成するに至った。 However, the present inventors have found that the oxide semiconductor layer is formed to be appropriately porous, which increases the amount of dye adsorption and is advantageous in obtaining high conversion efficiency, and completes the present invention. It came to do.
即ち、本発明の目的は、多孔質の酸化物半導体層を形成し得る酸化物半導体微粒子ペーストを提供することにある。 That is, an object of the present invention is to provide an oxide semiconductor fine particle paste capable of forming a porous oxide semiconductor layer.
本発明によれば、酸化チタン微粒子と、チタン系バインダーと、有機溶媒と、炭素数が5以上の高級アルコールからなる多孔質化促進剤とからなることを特徴とする酸化物半導体微粒子ペーストが提供される。 According to the present invention, there is provided an oxide semiconductor fine particle paste comprising titanium oxide fine particles, a titanium-based binder, an organic solvent, and a porosification accelerator composed of a higher alcohol having 5 or more carbon atoms. Is done.
本発明の酸化物半導体微粒子ペーストにおいては、
(1)前記酸化チタン微粒子は、5〜500nmの粒径を有していること、
(2)前記チタン系バインダーは、チタンイソプロポキシドであること、
(3)前記チタン系バインダーを、前記酸化チタン微粒子100重量部当り5乃至60重量部の量で含有していること、
(4)さらに、変性化剤として、グリコールエーテル及び/またはβ−ジケトンを含有しており、前記チタンイソプロポキシドの少なくとも一部は、該変性化剤によって変性されていること、
(5)前記変性化剤を、前記チタンイソプロポキシド100重量部当り0.01乃至30重量部の量で含有していること、
(6)前記有機溶媒は、炭素数が4以下の低級アルコールであること、
(7)前記多孔質化促進剤を、前記酸化チタン微粒子100重量部当たり0.01乃至50重量部の量で含有していること、
(8)10乃至50重量%の固形分濃度を有していること、
が好適である。
In the oxide semiconductor fine particle paste of the present invention,
(1) The titanium oxide fine particles have a particle size of 5 to 500 nm,
(2) The titanium-based binder is titanium isopropoxide,
(3) containing the titanium-based binder in an amount of 5 to 60 parts by weight per 100 parts by weight of the titanium oxide fine particles;
(4) Furthermore, glycol ether and / or β-diketone is contained as a modifying agent, and at least a part of the titanium isopropoxide is modified by the modifying agent,
(5) containing the modifying agent in an amount of 0.01 to 30 parts by weight per 100 parts by weight of the titanium isopropoxide;
(6) The organic solvent is a lower alcohol having 4 or less carbon atoms,
(7) containing the porosification agent in an amount of 0.01 to 50 parts by weight per 100 parts by weight of the titanium oxide fine particles;
(8) having a solid content concentration of 10 to 50% by weight;
Is preferred.
本発明の酸化物半導体微粒子ペーストによれば、これを負電極基板の上にコーティングしてや焼成することにより多孔質の酸化物半導体層を形成することができる。即ち、この酸化物半導体層を、1μm×1μm面積の大きさの水平断面でみて、面積が10000nm2以上の大きさの細孔が、全細孔数当り、5〜80%の個数で存在しているような多孔質層とすることが可能となる。例えば、多孔質化促進剤(炭素数が5以上のアルコール)を含有していないペーストを用いた場合には、上記のような多孔質化を実現することができず、上記のような大きな細孔がほとんど形成されていない比較的緻密な酸化物半導体層が形成されるに過ぎない。 According to the oxide semiconductor fine particle paste of the present invention, a porous oxide semiconductor layer can be formed by coating it on a negative electrode substrate or baking it. That is, when this oxide semiconductor layer is viewed in a horizontal cross section with a size of 1 μm × 1 μm, there are 5 to 80% of pores having an area of 10000 nm 2 or more per total number of pores. It becomes possible to make it a porous layer. For example, when a paste that does not contain a porosification accelerator (alcohol having 5 or more carbon atoms) is used, the above-described porosification cannot be realized, and the above-described large fine particles cannot be realized. Only a relatively dense oxide semiconductor layer in which almost no holes are formed is formed.
従って、本発明の酸化物半導体微粒子ペーストを用いて形成された多孔質の酸化物半導体層には、多量の色素を吸着担持させることができ、この結果、高変換率の色素増感型太陽電池を得ることができる。 Therefore, a large amount of dye can be adsorbed and supported on the porous oxide semiconductor layer formed using the oxide semiconductor fine particle paste of the present invention. As a result, a dye-sensitized solar cell having a high conversion rate can be obtained. Can be obtained.
<酸化物半導体微粒子ペースト>
本発明の酸化物半導体微粒子ペーストは、酸化物半導体である酸化チタンの微粒子を、チタン系バインダー及び多孔質化促進剤とともに、有機溶媒中に分散させたものであり、かかるペーストを負電極基板の表面に塗布し、焼成することによって、多孔質の酸化物半導体(二酸化チタン)の層を形成することができる。
<Oxide semiconductor fine particle paste>
The oxide semiconductor fine particle paste of the present invention is obtained by dispersing fine particles of titanium oxide, which is an oxide semiconductor, in an organic solvent together with a titanium-based binder and a porosification accelerator. A porous oxide semiconductor (titanium dioxide) layer can be formed by applying to the surface and baking.
本発明において、上記のペーストの形成に用いる酸化チタン微粒子は、多孔質化の点で、その粒径が5〜500nm、特に5〜350nmの範囲にあるのがよい。 In the present invention, the fine particles of titanium oxide used for forming the paste are preferably in the range of 5 to 500 nm, particularly 5 to 350 nm in terms of porosity.
チタン系バインダーは、酸化チタン微粒子と縮合してゲル化を生じせしめ、酸化チタン微粒子同士を結合させて多孔質化せしめるものである。このようなチタン系バインダーとしては、容易にゲル化を生じることから炭素数が4以下の低級アルコールのアルコキシドであることが好ましく、特にイソプロポキシドであることが好適であり、最も好適には、チタンイソプロポキシド(テトラチタンイソプロポキシド)が使用される。 The titanium-based binder is condensed with the titanium oxide fine particles to cause gelation, and the titanium oxide fine particles are bonded to each other to make them porous. Such a titanium-based binder is preferably an alkoxide of a lower alcohol having 4 or less carbon atoms because it easily gels, and is particularly preferably isopropoxide, most preferably Titanium isopropoxide (tetratitanium isopropoxide) is used.
かかるチタン系バインダーは、一般に、チタンアルコキシド換算で、酸化チタン微粒子100重量部当り5乃至60重量部、特に10乃至50重量部の量で使用するのがよい。この量が少ないと、ゲル化が有効に行われず、有効な酸化物半導体層を形成することが困難となり、また、上記範囲よりも多量に使用した場合には、多孔質化が困難となる傾向がある。 In general, such a titanium-based binder is preferably used in an amount of 5 to 60 parts by weight, particularly 10 to 50 parts by weight, per 100 parts by weight of titanium oxide fine particles, in terms of titanium alkoxide. If this amount is small, gelation will not be performed effectively, it will be difficult to form an effective oxide semiconductor layer, and if used in a larger amount than the above range, it will be difficult to make it porous. There is.
また、上記のチタン系バインダーは、その少なくとも一部が変性化剤によって変性されていてもよく、このような変性化のために、本発明のペースト中には、変性化剤が添加されていてよい。かかる変性化剤としては、グリコールエーテルや、アセチルアセトンなどのβ−ジケトンを例示することができ、これらは、1種単独でも組み合わせで添加されていてもよい。 Further, at least a part of the above-mentioned titanium-based binder may be modified with a modifying agent. For such modification, a modifying agent is added to the paste of the present invention. Good. Examples of such modifying agents include glycol ethers and β-diketones such as acetylacetone, and these may be added singly or in combination.
即ち、グリコールエーテルは、チタン系バインダーのアルコキシル基の一部と置換することにより変性せしめ、β−ジケトンは、チタン系バインダー中の一部のチタン原子とキレート結合を形成することにより、変性せしめるものであり、このような変性化により焼成時におけるゲル化を促進させることができる。また、これらの変性化剤は、その分子サイズが比較的大きく、このため、焼成時に揮散するときに後述する多孔質化促進剤とともに大きな細孔の形成に寄与し、多孔質化を促進させる作用も示す。本発明において、最も好適に使用される変性剤は、β−ジケトンである。 That is, glycol ether is modified by substituting a part of the alkoxyl group of the titanium-based binder, and β-diketone is modified by forming a chelate bond with a part of the titanium atom in the titanium-based binder. Thus, the gelation during firing can be promoted by such modification. In addition, these modifying agents have a relatively large molecular size, and therefore contribute to the formation of large pores together with the later-described porosification promoter when volatilized during firing, and the effect of promoting the porosification. Also shown. In the present invention, the modifying agent most preferably used is β-diketone.
本発明において、上記の変性化剤は、チタンイソプロポキシド100重量部当り、0.01乃至30重量部、特に0.05乃至10重量部の量で使用するのが好ましく、このような量で変性化剤を用いたときに、最も効果的に多孔質化を実現することができる。 In the present invention, the modifying agent is preferably used in an amount of 0.01 to 30 parts by weight, particularly 0.05 to 10 parts by weight, based on 100 parts by weight of titanium isopropoxide. When a denaturing agent is used, it is possible to achieve the most effective porosity.
また、多孔質化促進剤としては、炭素数が5以上のアルコール、例えばペンタノール、ヘキサノール、ヘプタノール、オクタノール、ノナノール、デカノール、ドデカノールであり、これらは、単独或いは2種以上の組み合わせで使用することができる。本発明において、特に好適に使用されるものは、デカノール及びドデカノールである。即ち、これらの多孔質化促進剤は、適度な揮発性を有していると同時に、分子が比較的大きい。このため、ペーストの焼成によって揮散するときに、ゲル化体中に大きな細孔を形成し、これにより、前述したサイズの大きな細孔を多数有する多孔質の酸化物半導体(酸化チタン)層を形成することが可能となる。例えば、このような多孔質化剤を使用しない場合には、大きな細孔を有する多孔質の酸化物半導体層を形成することができない。 Further, as the porosification accelerator, there are alcohols having 5 or more carbon atoms, such as pentanol, hexanol, heptanol, octanol, nonanol, decanol, and dodecanol, which are used alone or in combination of two or more. Can do. In the present invention, decanol and dodecanol are particularly preferably used. That is, these porosification promoters have moderate volatility and at the same time have relatively large molecules. For this reason, when volatilized by baking of the paste, large pores are formed in the gelled body, thereby forming a porous oxide semiconductor (titanium oxide) layer having a large number of large pores as described above. It becomes possible to do. For example, when such a porosifying agent is not used, a porous oxide semiconductor layer having large pores cannot be formed.
本発明において、上記のような多孔質化促進剤は、酸化チタン微粒子100重量部当り、0.01乃至50重量部、特に0.5乃至10重量部の量で使用するのが好ましい。この量が少ないと、有効量の大きな細孔を形成することが困難となり、従って、多孔質の酸化物半導体層を形成することが困難となる。また、この量が多すぎると、多孔質化が促進しすぎてしまい、形成される酸化物半導体層が脆くなってしまい、実用化が困難となってしまうおそれがある。 In the present invention, the above porosification promoter is preferably used in an amount of 0.01 to 50 parts by weight, particularly 0.5 to 10 parts by weight, per 100 parts by weight of titanium oxide fine particles. When this amount is small, it is difficult to form a large effective amount of pores, and thus it is difficult to form a porous oxide semiconductor layer. On the other hand, if the amount is too large, the porous structure is promoted too much, the oxide semiconductor layer to be formed becomes brittle, and there is a possibility that it will be difficult to put it to practical use.
上述した酸化チタン微粒子、チタン系バインダー、多孔質化促進剤及び必要により使用される変性化剤を分散させる有機溶媒としては、易揮発性であれば特に制限なく使用することができるが、一般的には、各種のエーテル、セロソルブ、炭素数が4以下の低級アルコール、例えばメタノール、エタノール、イソプロパノール、n−ブタノール、sec−ブタノール、t−ブタノールなどが好適であり、これらの有機溶媒は、単独で使用してもよいし、2種以上を組み合わせた混合溶媒の形で使用することもできる。特に好適には、炭素数が4以下のアルコールが使用される。尚、炭素数が4以下の低級アルコールを有機溶媒として使用したときには、その種類がチタン系バインダー中のアルコキシドを形成しているアルコールと異なっているときには、チタン系バインダー中のアルコキシル基の一部が有機溶媒として使用されている低級アルコールと置換され(即ち、変性)、ゲル化が促進されることが判っている。 As the organic solvent for dispersing the above-described titanium oxide fine particles, titanium-based binder, porosification accelerator, and modifying agent used as necessary, any organic solvent can be used without particular limitation as long as it is easily volatile. For example, various ethers, cellosolves, and lower alcohols having 4 or less carbon atoms such as methanol, ethanol, isopropanol, n-butanol, sec-butanol, and t-butanol are suitable. These organic solvents are used alone. You may use, and it can also use in the form of the mixed solvent which combined 2 or more types. Particularly preferably, an alcohol having 4 or less carbon atoms is used. When a lower alcohol having 4 or less carbon atoms is used as the organic solvent, when the type is different from the alcohol forming the alkoxide in the titanium binder, a part of the alkoxyl group in the titanium binder is It has been found that substitution with lower alcohols used as organic solvents (ie, modification) promotes gelation.
本発明において、有機溶媒量は、ペーストが適度なコーティング性を示す程度の量で使用すればよく、一般的には、ペーストの固形分濃度が、10乃至50重量%、特に15乃至40重量%の範囲となる程度の量で使用するのがよい。溶媒量が多すぎると、ペーストが低粘性となり、垂れ等により安定な厚みのコーティング層を形成することが困難となり、また、溶媒量が少ないと、高粘性となり作業性が低下してしまうからである。 In the present invention, the amount of the organic solvent may be used in such an amount that the paste exhibits an appropriate coating property. In general, the solid content concentration of the paste is 10 to 50% by weight, particularly 15 to 40% by weight. It is better to use it in an amount that is in the range. If the amount of solvent is too large, the paste will have low viscosity and it will be difficult to form a coating layer with a stable thickness due to dripping, etc., and if the amount of solvent is small, it will become highly viscous and workability will be reduced. is there.
既に述べたように、上述した各成分からなる本発明の酸化物半導体微粒子ペーストは、所定の負極基板上に塗布し、焼成することにより多孔質の酸化チタン層(酸化物半導体層)を形成することができる。ペーストの塗布は、ナイフコーティング、ロールコーティング等の公知の手段によって行うことができ、その塗布量は、焼成後に所定厚み(例えば1乃至15μm程度)の酸化チタン層が形成される程度の量とする。また、塗布後の焼成及び焼成時間は、形成される酸化チタン層が、1μm×1μm面積の大きさの水平断面でみて、面積が10000nm2以上の大きさの細孔が、全細孔数当り、5〜80%、特に20〜60%の個数で存在しているものとなるように設定されるべきであり、一般的には、600℃以下、特に250乃至500℃の温度で、5分乃至1時間程度に設定される。この温度が必要以上に高く、或いは必要以上に長時間行うと、形成される酸化チタン層が緻密になってしまうので注意を要する。かかる焼成により、上記バインダー成分のゲル化(脱水縮合)により形成されたTiO2ゲルが酸化チタン微粒子同士を接合し、且つ多孔質化促進剤(さらには変性化剤)の揮散により、多孔質化された酸化チタン層が形成されることとなる。 As described above, the oxide semiconductor fine particle paste of the present invention comprising the above-described components is applied on a predetermined negative electrode substrate and baked to form a porous titanium oxide layer (oxide semiconductor layer). be able to. The paste can be applied by a known means such as knife coating or roll coating, and the coating amount is such that a titanium oxide layer having a predetermined thickness (for example, about 1 to 15 μm) is formed after firing. . In addition, the firing and firing time after coating are such that the formed titanium oxide layer has a pore size of an area of 10000 nm 2 or more per total number of pores as viewed in a horizontal section of 1 μm × 1 μm area. 5 to 80%, especially 20 to 60%, and should be set so as to be present at a temperature of 600 ° C. or less, particularly 250 to 500 ° C. for 5 minutes. It is set to about 1 hour. If this temperature is higher than necessary or longer than necessary, the formed titanium oxide layer becomes dense, so care must be taken. By such firing, the TiO 2 gel formed by the gelation (dehydration condensation) of the binder component joins the titanium oxide fine particles to each other, and the porous material is made porous by volatilization of the porosification accelerator (and also the modifier). A titanium oxide layer thus formed is formed.
上記のようにして形成された酸化チタン層は、これを色素溶液を接触させることにより、増感色素を吸着させ、吸着後、乾燥して色素溶液の溶媒を除去することにより、色素増感型太陽電池の負極構造体としての使用に供される。色素溶液の接触は、通常は、ディッピングにより行われ、吸着処理時間(浸漬時間)は、通常、30分〜24時間程度である。 The titanium oxide layer formed as described above is a dye-sensitized type by adsorbing a sensitizing dye by bringing it into contact with a dye solution, drying the adsorbed dye and removing the solvent from the dye solution. It is used for use as a negative electrode structure of a solar cell. The contact of the dye solution is usually performed by dipping, and the adsorption treatment time (immersion time) is usually about 30 minutes to 24 hours.
用いる増感色素は、カルボキシレート基、シアノ基、ホスフェート基、オキシム基、ジオキシム基、ヒドロキシキノリン基、サリチレート基、α−ケト−エノール基などの結合基を有するそれ自体公知のものが使用され、前述した特許文献等に記載されているもの、例えばルテニウム錯体、オスミウム錯体、鉄錯体などを何ら制限なく使用することができる。特に幅広い吸収帯を有するなどの点で、ルテニウム−トリス(2,2’−ビスピリジル−4,4’−ジカルボキシラート)、ルテニウム−シス−ジアクア−ビス(2,2’−ビスピリジル−4,4’−ジカルボキシラート)などのルテニウム系錯体が好適である。このような増感色素の色素溶液は、溶媒としてエタノールやブタノールなどのアルコール系有機溶媒を用いて調製され、その色素濃度は、通常、3×10−4乃至5×10−4mol/l程度とするのがよい。このような色素吸着により、酸化チタン層の吸着色素量は、1×10−8乃至5×10−7g/cm2程度となる。 As the sensitizing dye to be used, those known per se having a bonding group such as a carboxylate group, a cyano group, a phosphate group, an oxime group, a dioxime group, a hydroxyquinoline group, a salicylate group, an α-keto-enol group are used. Those described in the above-mentioned patent documents, for example, ruthenium complexes, osmium complexes, iron complexes and the like can be used without any limitation. Ruthenium-tris (2,2′-bispyridyl-4,4′-dicarboxylate), ruthenium-cis-diaqua-bis (2,2′-bispyridyl-4,4) in that it has a particularly broad absorption band. Ruthenium-based complexes such as' -dicarboxylate) are preferred. Such a dye solution of a sensitizing dye is prepared using an alcohol-based organic solvent such as ethanol or butanol as a solvent, and the dye concentration is usually about 3 × 10 −4 to 5 × 10 −4 mol / l. It is good to do. By such dye adsorption, the amount of adsorbed dye of the titanium oxide layer becomes about 1 × 10 −8 to 5 × 10 −7 g / cm 2 .
本発明の半導体微粒子ペーストは、例えばITO等の透明導電層上に塗布して多孔質の酸化チタン層として、図1に示す構造を有する負極側から光を照射して発電させるタイプの色素増感型太陽電池に使用することもできるが、特に対向電極側から光を照射して発電させる逆照射型の色素増感型太陽電池に好適に使用される。このような逆照射型の太陽電池の構造を図2に示した。 The semiconductor fine particle paste of the present invention is applied to a transparent conductive layer such as ITO, for example, as a porous titanium oxide layer, and is a dye sensitized type that generates power by irradiating light from the negative electrode side having the structure shown in FIG. Although it can be used for a solar cell, it is preferably used for a back-irradiated dye-sensitized solar cell that generates power by irradiating light from the counter electrode side. The structure of such a back-illuminated solar cell is shown in FIG.
図2において、かかる太陽電池は、全体として20で示す負電極構造体と、全体として21で示す対向電極(正電極)構造体とを備え、これら電極構造体20,21の間に電解質23が配置されたものであり、可視光を対向電極構造体21側から照射して負電極構造体20に入射させることにより発電が行われる。
In FIG. 2, such a solar cell includes a
電解質23としては、公知の太陽電池と同様、リチウムイオン等の陽イオンや塩素イオン等の陰イオンを含む種々の電解質溶液を使用することができる。また、この電解質23中には、酸化型構造及び還元型構造を可逆的にとり得るような酸化還元対を存在させることが好ましく、このような酸化還元対としては、例えばヨウ素−ヨウ素化合物、臭素−臭素化合物、キノン−ヒドロキノンなどを挙げることができる。このような電解質23は、一般に、電気絶縁性の樹脂等により封止され、電極構造体20,21間から漏洩しないように構成されている。
As the
また、液体の電解質以外に、ゲル電解質、固体電解質を使用することができる。ゲル電解質は、例えば、ポリアクリロニトリル、ポリメタクリレートのような、物理的な相互作用で室温付近でゲル化している物理ゲルや、アクリル酸エステル系、メタクリル酸エステル系の架橋反応等により化学結合でゲルを形成している化学ゲルが挙げられる。
また、固体電解質としては、ポリピロール、CuIなどが挙げられる。ゲル電解質、固体電解質を使用する場合、低粘度の前駆体を酸化物半導体膜に含浸させ、加熱、紫外線照射、電子線照射などの手段で二次元または三次元の架橋反応を起こさせることにより、ゲル化または固体化することができる。しかしながら、発電効率を考えると電解液を使用することが好ましい。
In addition to a liquid electrolyte, a gel electrolyte or a solid electrolyte can be used. Gel electrolytes are, for example, physical gels such as polyacrylonitrile and polymethacrylate that are gelled near room temperature due to physical interaction, and gels that are chemically bonded by acrylate-based and methacrylate-based crosslinking reactions. The chemical gel which forms is mentioned.
Examples of the solid electrolyte include polypyrrole and CuI. When using a gel electrolyte or solid electrolyte, impregnating a low-viscosity precursor into an oxide semiconductor film and causing a two-dimensional or three-dimensional crosslinking reaction by means of heating, ultraviolet irradiation, electron beam irradiation, etc. It can be gelled or solidified. However, in view of power generation efficiency, it is preferable to use an electrolytic solution.
負電極構造体20は、負電極として機能する金属基板25を備えており、この金属基板25上には、通常、耐腐食性導電層27を介して酸化物半導体層29が形成され、この酸化物半導体層29には、増感剤である色素30が担持されている。図1に示されているように、色素30を担持している酸化物半導体層29が対向電極構造体21に対面しており、電解質23に接触している。即ち、かかる酸化物半導体層29が、前述した本発明の半導体微粒子ペーストにより形成される多孔質の酸化チタン層である。
The
一方、対極構造体21は、透明基板37上に透明導電膜39を形成した構造を有しており、透明導電膜39上には、電子還元性の導電層40が形成されており、この導電層40が電解質23に接触する構造となっている。
On the other hand, the
即ち、図2に示す構造の本発明の太陽電池においては、対向電極構造体21側からの可視光の照射によって、色素30が励起され、励起された色素30の電子は、酸化物半導体層29の伝導帯へ注入され、金属基板25から外部負荷31を通って対向電極(正電極)構造体21に移動し、透明導電膜39から導電層40を通って電解質23中のイオンによって運ばれ、色素30に戻る。この繰り返しにより、外部負荷31により電気エネルギーが取り出されるわけであり、このような発電のメカニズムは、対向電極構造体21側から光照射する点を除けば、負電極構造体20側から光照射するものと基本的には同じである。
That is, in the solar cell of the present invention having the structure shown in FIG. 2, the
このように、対向電極構造体21側から光照射を行う場合には、負電極構造体20側に透明性を持たせる必要が無く、このため、負電極構造体20側に低抵抗の金属基板25が設けられており、透明導電膜を形成する必要がなく、大きな利点をもたらす。
As described above, when light irradiation is performed from the
即ち、負電極構造体20側から光照射をして色素30を励起するためには、酸化物半導体層29は、ITO等の透明導電膜上に形成する必要があり、光不透過性の金属基板25上に設けることができない。しかるに、ITO等の透明導電膜は電気抵抗が高いため、セルが小面積の場合には、高い変換効率や高い内部抵抗(FF)を確保できるものの、セルを大面積化した場合には、変換効率及びFFの大きな低下をもたらしてしまう。しかるに、対向電極構造体21側から光照射する構造を採用する場合には、酸化物半導体層29がITO等の透明導電膜を介することなく、必要により耐腐食性導電層27を介して金属基板25上に設けられるため、負電極構造体20側の高抵抗化が回避されており、セルを大面積化した場合にも、FFや変換効率の低下を有効に防止することが可能となるわけである。
That is, in order to excite the
上述した負極構造体20に設けられる金属基板25は、低電気抵抗の金属材料から形成されたものであれば特に制限されないが、一般的には、6×10−6Ω・m以下の比抵抗を有する金属乃至合金、例えばアルミニウム、鉄(スチール)、銅などが使用される。また、金属基板25の厚みは特に制限されず、適度な機械的強度が保持される程度の厚みを有していればよい。また、生産性を考慮しないのであれば、金属基板25は、例えば蒸着等により、樹脂フィルム等に形成されていてもよい。勿論、この樹脂フィルム等の基材は透明である必要はない。
The
また、本発明において、上記の金属基板25の表面には、図示されている如く、耐腐食性導電層27が形成されており、この耐腐食性導電層27を介して酸化物半導体層29が設けられていることが好ましい。このような耐腐食性導電層27を設けることは、整流障壁や耐久性の点で顕著な効果をもたらす。即ち、この耐腐食性導電層27は、例えばニッケルやチタンなどの電解質23に対して耐腐食性を有する金属から形成されるものであり、かかる層27を設けることにより、金属基板25の電解質23による腐食を防止することができ、このような腐食による性能低下を回避し、耐久性を向上させることができる。また、このような耐腐食性を有する金属は、金属基板25と比較すると抵抗が高く、このため、逆電流(逆電子移動量)を阻止し、有効な整流障壁となり、この結果、変換効率を高め、変換効率のバラツキを回避し、安定性した電池性能を確保することもできる。このような耐腐食性導電層27は、メッキ法により容易に形成することができるが、クラッド法により、金属基板25と圧延一体化して形成することもできる。
In the present invention, a corrosion-resistant
また、上記の耐腐食性導電層27は、化成処理によって形成することもできる。化成処理は、基本的には、水溶液から化学反応によって金属表面に皮膜を析出させるものであるが、このような反応型に対して、最近では、所定の組成のコーティング液を塗布し、加熱乾燥することにより不溶化した皮膜を形成する塗布型と呼ばれる方法も開発されており、何れの化成処理によっても耐腐食性導電層27を形成することができる。
Moreover, said corrosion-resistant
例えば、反応型及び塗布型の何れの方法も、形成される皮膜はクロム系とノンクロム系に大別されるが、クロム系皮膜は、一般に耐腐食性が高く、ノンクロム系皮膜は、耐腐食性は劣るが、環境に与える負荷が少なく、また金属基板25との密着性が高いという利点がある。
For example, in both the reaction type and the coating type, the formed film is roughly classified into a chromium type and a non-chromium type, but the chromium type film generally has high corrosion resistance, and the non-chromium type film has corrosion resistance. Although it is inferior, there are advantages that the load to the environment is small and the adhesion to the
反応型のクロム系皮膜としては、アルカリ−クロム酸塩法、クロム酸塩法、リン酸−クロム酸塩法などによるものが代表的である。 Typical examples of the reactive chromium-based film are those based on the alkali-chromate method, the chromate method, the phosphoric acid-chromate method, and the like.
アルカリ−クロム酸塩法には、炭酸ナトリウム、クロム酸ナトリウム、水酸化ナトリウムなどを主成分とする水溶液で高温処理して化学的に皮膜を形成させるMBV法、炭酸ナトリウム、クロム酸ナトリウム、ケイ酸ナトリウム(水ガラス)などを含む水溶液で高温処理して皮膜を形成させるEW法、炭酸ナトリウム、クロム酸ナトリウム、塩基性炭酸クロム、過マンガン酸カリなどを含む水溶液で高温処理して化学的に皮膜を形成させるPylimin法などがあり、何れも皮膜組成は、金属基板25としてアルミニウム製のものを用いた場合を例に取ると、Al2O3、Cr2O3などを主体とする。 The alkali-chromate method includes an MBV method in which a film is chemically formed by high-temperature treatment with an aqueous solution mainly composed of sodium carbonate, sodium chromate, sodium hydroxide, etc., sodium carbonate, sodium chromate, silicic acid High temperature treatment with aqueous solution containing sodium (water glass), etc. to form a film, EW method, high temperature treatment with aqueous solution containing sodium carbonate, sodium chromate, basic chromium carbonate, potassium permanganate, etc. In any case, the film composition is mainly composed of Al 2 O 3 , Cr 2 O 3, etc., when an aluminum substrate is used as an example.
また、クロム酸塩法は、クロム酸塩や重クロム酸塩を主成分とし、必要によりフッ化物が添加された水溶液中に金属基板を浸漬して化学的に皮膜を形成させる方法であり、促進系では、さらにCNイオンが水溶液中に添加される。このような皮膜の組成は、一般に、アルミニウムを例にとると
Cr(OH)2・HCrO4、Al(OH)2・2H2O
を主体としており、促進系では、さらにCrFe(CN)6を膜中に含んでいる。
The chromate method is a method of forming a film chemically by immersing a metal substrate in an aqueous solution containing chromate or dichromate as the main component and, if necessary, fluoride added. In the system, further CN ions are added to the aqueous solution. The composition of such a film is generally Cr (OH) 2 .HCrO 4 , Al (OH) 2 .2H 2 O when aluminum is taken as an example.
In the acceleration system, CrFe (CN) 6 is further included in the film.
さらに、リン酸−クロム酸塩法は、リン酸を含むクロム酸又は重クロム酸水溶液を用いて皮膜を形成させるであり、必要により水溶液中には、フッ化物が添加されている。このような方法により形成される皮膜は、アルミニウムを例に取ると、CrPO4、AlPO4、AlO(OH)を主体としている。 Furthermore, in the phosphoric acid-chromate method, a film is formed using a chromic acid or dichromic acid aqueous solution containing phosphoric acid, and fluoride is added to the aqueous solution as necessary. The film formed by such a method is mainly composed of CrPO 4 , AlPO 4 , and AlO (OH) when aluminum is taken as an example.
また、反応型のノンクロム系皮膜としては、ベーマイト法、リン酸亜鉛法、ノンクロメート化成処理などが代表的である。ベーマイト法は、アルミニウムの処理に使用される方法であり、高温の純水または飽和水蒸気(皮膜促進剤として、少量のトリエタノールアミンやアンモニア水が添加されることもある)で処理して表面に皮膜を生成する方法であり、処理温度等によって、皮膜組成は、Al2O3・3H2O(バイヤライト)或いはAl2O3・H2O(ベーマイト)を主体とする。また、リン酸亜鉛法は、リン酸亜鉛、硝酸塩及びフッ化物を含む水溶液で金属基板25の表面を低温で処理して皮膜を形成するものであり、皮膜組成は、アルミニウムを例に取ると、Zn3(PO4)2・4H2OやAlPO4を主体とするものである。さらに、ノンクロメート化成処理法は、TiやZrのメチル化物などの有機金属、リン酸、硝酸或いはタンニン酸などを含む水溶液で金属基板の表面を処理して皮膜を形成するものであり、皮膜組成は、アルミニウムの場合、Me(OH)PO4・Al2O3やAl(Me−キレート)を主体とするものである。
Typical examples of the reactive non-chromic coating include boehmite method, zinc phosphate method, and non-chromate chemical conversion treatment. The boehmite method is a method used for the treatment of aluminum. It is treated with high-temperature pure water or saturated steam (a small amount of triethanolamine or aqueous ammonia may be added as a film accelerator) to the surface. This is a method for forming a film, and the film composition is mainly Al 2 O 3 .3H 2 O (Bayerite) or Al 2 O 3 .H 2 O (Boehmite) depending on the processing temperature or the like. In addition, the zinc phosphate method is to form a film by treating the surface of the
一方、塗布型は、ポリアクリル酸などのアクリル樹脂にクロム、ジルコニア、チタンなどの金属酸化物、コロイダルシリカなどを分散させたコーティング液或いはシランカップリング剤などのカップリング剤の溶液(コーティング液)をローラなどにより塗布し、乾燥することにより不溶化した皮膜を形成するものである。かかる方法により耐腐食性導電層27を形成する場合には、樹脂を含有しないコーティング液を使用し、樹脂分を含まない皮膜を形成することが好適である。即ち、耐腐食性導電層27が樹脂分を含有している場合、後述する酸化物半導体層29を形成する際の焼成に際して、樹脂分が揮散してしまい、この結果、逆電流防止効果、電解質に対する耐性などが損なわれてしまうからである。
On the other hand, the coating type is a coating solution in which a metal oxide such as chromium, zirconia or titanium, colloidal silica or the like is dispersed in an acrylic resin such as polyacrylic acid or a solution of a coupling agent such as a silane coupling agent (coating solution). Is coated with a roller or the like and dried to form an insolubilized film. When the corrosion-resistant
上記のように化成処理によって耐腐食性導電層27を形成する場合には、処理液中への浸漬、スプレー、或いはローラ塗布などにより連続的に形成させることができ、蒸着などのように格別の高価な装置を必要とせず、生産性の点で特に有利である。特に塗布型の化成処理によって耐腐食性導電層27を形成する場合には、皮膜形成後の水洗などの洗浄処理が不要であり、生産性の点で特に好適である。
When the corrosion-resistant
上述した耐腐食性導電層27の厚みは、適度な耐腐食性や整流障壁性(逆電流防止性)が確保される限り、可及的に薄いことが望ましく、その種類によっても異なるが、一般的には、1,000nm以下、特に5〜500nm、最も好ましくは5乃至100nmの範囲にあることが好適である。
The thickness of the above-described corrosion-resistant
また、耐腐食性導電層27の上に形成される酸化物半導体層29は、先に述べた通り、本発明の酸化物半導体微粒子ペーストを用いて形成された多孔質の酸化チタン層であり、前述したように、この層に色素溶液を接触させることにより、増感色素30が吸着担持される。即ち、かかる酸化物半導体(酸化チタン)層29は、前述した大きなサイズの細孔を多数有する多孔質構造を有しているため、増感色素30の吸着量が多く、この結果、高変換率を実現することが可能となるのであり、これは、本発明の半導体微粒子ペーストの大きな利点である。
The
本発明において、上記のような多孔質の酸化物半導体層29は、その厚みが1乃至15μm、特に3乃至10μmの範囲にあることが好適である。即ち、この厚みがあまり薄いと、十分な量の色素30を吸着させることができず、高い変換効率を得ることが困難となるおそれがある。また、この厚みが必要以上に厚くなると、酸化物半導体層29での光の散乱の度合いが高くなり、光透過性が低下し、十分な量の光が酸化物半導体層29内に侵入せず、この結果、色素吸着量が多いにもかかわらず、変換効率が低下する傾向にあるからである。
In the present invention, the porous
また、先に述べたように、本発明の色素増感型太陽電池では、対向電極(正電極)21側から光を照射して色素30を励起させるため、この対向電極20は透明であることが必要であり、透明基板37上に透明導電膜39を形成した構造を有している。
Further, as described above, in the dye-sensitized solar cell of the present invention, since the
透明基板37としては、透明なガラス板や透明樹脂フィルム乃至シートが使用される。透明樹脂フィルム乃至シートとしては、透明である限り任意のものが使用されるが、例えば、低密度ポリエチレン、高密度ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリ1−ブテン、ポリ4−メチル−1−ペンテン、或いはエチレン、プロピレン、1−ブテン、4−メチル−1−ペンテン等のα−オレフィン同士のランダム乃至ブロック共重合体等のポリオレフィン系樹脂;エチレン−酢酸ビニル共重合体、エチレン−ビニルアルコール共重合体、エチレン−塩化ビニル共重合体等のエチレン−ビニル化合物共重合体樹脂;ポリスチレン、アクリロニトリル−スチレン共重合体、ABS、α−メチルスチレン−スチレン共重合体等のスチレン系樹脂;ポリビニルアルコール、ポリビニルピロリドン、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン、塩化ビニル−塩化ビニリデン共重合体、ポリアクリル酸、ポリメタクリル酸、ポリアクリル酸メチル、ポリメタクリル酸メチル等のビニル系樹脂;ナイロン6、ナイロン6−6、ナイロン6−10、ナイロン11、ナイロン12等のポリアミド樹脂;ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート等のポリエステル樹脂;ポリカーボネート;ポリフェニレンオキサイド;カルボキシメチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロースなどのセルロース誘導体;酸化澱粉、エーテル化澱粉、デキストリンなどの澱粉;及びこれらの混合物からなる樹脂;などからなるものを用いることができる。一般的には、強度や耐熱性等の見地から、ポリエチレンテレフタレートフィルムが好適に使用される。また、透明基板37の厚みや大きさは、特に制限されず、最終的に使用される色素増感型太陽電池の用途に応じて適宜決定される。
As the
透明導電膜39としては、酸化インジウム−酸化錫合金からなる膜(ITO膜)、酸化錫にフッ素をドープした膜(FTO膜)などが代表的であるが、電子還元性が高く、特にカソードとして望ましい特性を有していることから、ITO膜が好適である。これらは蒸着により上記の透明基板37上に形成され、その厚みは、通常、5乃至7μm程度である。
Typical examples of the transparent conductive film 39 include a film made of an indium oxide-tin oxide alloy (ITO film), a film in which tin oxide is doped with fluorine (FTO film), and the like. An ITO film is preferred because it has desirable characteristics. These are formed on the
また、上記の透明導電膜39上には電子還元性の導電層40が形成される。即ち、この導電層40は、高い電子還元性を有するものであり、透明導電膜39に流れ込んだ電子を電解質23に速やかに移行せしめる。かかる導電層40としては、通常、白金により形成される。また、かかる導電層40は、その厚みが6nm以下と薄いことが好適であり、これにより、高い可視光透過率を確保することができる。このような厚みの薄い導電層40は、例えば白金の蒸着により容易に形成することができ、また、その厚みは1nm以上であればよい。この厚みが1nmよりも薄いと、厚みのバラツキを生じ易く、安定した電子還元性を得ることが困難となるおそれがある。
An electron reducing
上記のような構造の負電極構造体20及び対向電極構造体21を有する本発明の色素増感型太陽電池は、図2に示すように、これら電極構造体20,21を、電解質23を間に挟んで対峙させ、電解質を樹脂等により封止することにより、使用に供される。
As shown in FIG. 2, the dye-sensitized solar cell of the present invention having the
上述した逆照射型の色素増感型太陽電池は、負極構造体20中に設けられる酸化物半導体層29が極めて大きな細孔を有する多孔質なものであるため、色素吸着量が多く、電子発生層を多く含むものとなっており、高い変換効率を有している。
In the back-irradiated dye-sensitized solar cell described above, the
また、図2に示す構造の色素増感型太陽電池は、負電極構造体20の対向電極構造体21側からの光照射により発電を行うため、酸化物半導体層29の支持基板として低抵抗の金属基板25を用いることができ、この結果、変換効率や効率因子(FF)を低下させることなく、セルの大面積化を計ることができ、極めて実用性が高い。さらには、低抵抗の金属基板25を介して集電が行われるため、グリッド等の格別の集電部材を用いることなくセルの接続を行うことができ、生産性やコストの点でも極めて有利である。
In addition, since the dye-sensitized solar cell having the structure shown in FIG. 2 generates power by irradiating light from the
本発明の優れた効果を、次の実験例で説明する。
(実施例1)
バインダーであるテトラチタンイソプロポキシドを有機溶媒(ブタノール)で希釈したチタンアルコキシド溶液を調製した(チタンイソプロポキシド濃度;2mol/L)。尚、赤外吸光分析(IR)により、チタンアルコキシド溶液中では、チタンイソプロポキシド中のイソプロポキシル基の一部がブチル基で置換されていることを確認した。
The excellent effect of the present invention will be described in the following experimental example.
(Example 1)
A titanium alkoxide solution in which tetratitanium isopropoxide as a binder was diluted with an organic solvent (butanol) was prepared (titanium isopropoxide concentration: 2 mol / L). In addition, it was confirmed by infrared absorption analysis (IR) that a part of isopropoxyl group in titanium isopropoxide was substituted with a butyl group in the titanium alkoxide solution.
このチタンアルコキシド溶液に、二酸化チタン微粒子(構成粒子径は、15〜350nmの汎用チタニア粒子)、アセチルアセトン(変性化剤)、デカノール(多孔質化促進剤)及びブタノール/エタノール混合溶媒(混合比:50/50)を加え、攪拌・振とうの分散処理を行って酸化物半導体微粒子ペーストを調製した。かかるペーストにおいて、チタンイソプロポキシド中のチタン原子にキレート結合が形成されていることをIRにより確認した。このペーストの組成は、以下の通りである。 To this titanium alkoxide solution, titanium dioxide fine particles (general-purpose titania particles having a particle size of 15 to 350 nm), acetylacetone (modifying agent), decanol (porosification accelerator) and butanol / ethanol mixed solvent (mixing ratio: 50) / 50) was added, and the mixture was stirred and shaken to prepare an oxide semiconductor fine particle paste. In this paste, it was confirmed by IR that a chelate bond was formed on the titanium atom in titanium isopropoxide. The composition of this paste is as follows.
ペースト組成
固形分濃度:20重量%
バインダー(チタンイソプロポキシド):
二酸化チタン微粒子100重量部当り20重量部
変性化剤(アセチルアセトン):
二酸化チタン微粒子100重量部当り6重量部
多孔質化促進剤(デカノール):
二酸化チタン微粒子100重量部当り2重量部
Paste composition Solid content concentration: 20% by weight
Binder (titanium isopropoxide):
20 parts by weight per 100 parts by weight of titanium dioxide fine particles Modification agent (acetylacetone):
6 parts by weight per 100 parts by weight of titanium dioxide fine particles Porosification accelerator (decanol):
2 parts by weight per 100 parts by weight of titanium dioxide fine particles
次いで、金属基板として、リン酸クロメート処理(処理層約50nm)されたアルミニウム板(厚み0.3mm)を用意し、このアルミニウム板上に、上記で調製したペーストを塗布し、450℃で0.5時間焼成し、厚みが8μmの酸化チタン層を形成した。この酸化チタン層の表面を電子顕微鏡で観察を行い、その写真の写真から、形成された酸化チタン層は、1μm×1μm面積当たり、面積が10000 nm2以上の大きさの細孔が、全細孔数当り30%である多孔質層であった。 Next, an aluminum plate (thickness: 0.3 mm) subjected to a phosphoric acid chromate treatment (treatment layer: about 50 nm) was prepared as a metal substrate, and the paste prepared above was applied onto this aluminum plate, and the aluminum plate was treated at 0.4 ° C. at 450 ° C. Firing was performed for 5 hours to form a titanium oxide layer having a thickness of 8 μm. The surface of the titanium oxide layer is observed with an electron microscope. From the photograph, the formed titanium oxide layer has fine pores with an area of 10,000 nm 2 or more per 1 μm × 1 μm area. The porous layer was 30% per number of pores.
さらに、純度99.5%のエタノールに分散させたルテニウム錯体色素からなる色素溶液中に、上記の酸化チタン層を18時間漬浸させ、次いで乾燥することにより、負極構造体を得た。尚、用いたルテニウム錯体色素は、下記式で表される。
[Ru(dcbpy)2(NCS)2]・2H2O
Further, the titanium oxide layer was immersed in a dye solution composed of a ruthenium complex dye dispersed in ethanol having a purity of 99.5% for 18 hours, and then dried to obtain a negative electrode structure. The ruthenium complex dye used is represented by the following formula.
[Ru (dcbpy) 2 (NCS) 2 ] · 2H 2 O
一方、白金を蒸着したITO/PETフィルムで構成される対向電極(正極)構造体を用意した。
この対向電極構造体と上記で作製した負電極構造体との間に電解質を挟みこんで周縁部を樹脂でシールした図2に示す構造の色素増感型太陽電池を作製した。尚、電解質としては、LiI/I2(0.5mol/0.05mol)をメトキシプロピオニトリルに溶かしたものに4−tert−ブチルピリジンを添加したものを用いた。
On the other hand, a counter electrode (positive electrode) structure composed of an ITO / PET film deposited with platinum was prepared.
A dye-sensitized solar cell having the structure shown in FIG. 2 was produced in which the electrolyte was sandwiched between the counter electrode structure and the negative electrode structure produced above, and the periphery was sealed with resin. As the electrolyte used was added 4-tert-butylpyridine LiI / I 2 a (0.5 mol / 0.05 mol) to those dissolved in methoxypropionitrile.
得られた電池の変換効率を測定したところ、測定面積1cm2で、以下の通りであった。
変換効率:3.60%
FF(内部抵抗):0.55
JSC(短絡電流密度):11.0mA/cm2
VOC(開放電圧):0.60V
When the conversion efficiency of the obtained battery was measured, the measurement area was 1 cm 2 and was as follows.
Conversion efficiency: 3.60%
FF (internal resistance): 0.55
J SC (short circuit current density): 11.0 mA / cm 2
V OC (open voltage): 0.60V
(実施例2)
アセチルアセトン(変性化剤)及びデカノール(多孔質化促進剤)を使用しない以外は、実験例1と全く同様にして固形分濃度が20重量%の酸化物半導体層形成用のペーストを調製し、このペーストを使用して、実験例1と全く同様にして、リン酸クロメート処理(処理層約50nm)されたアルミニウム板の上に8μmの厚みの酸化チタン層を形成した。
(Example 2)
Except not using acetylacetone (modifying agent) and decanol (porosification accelerator), a paste for forming an oxide semiconductor layer having a solid content concentration of 20% by weight was prepared in exactly the same manner as in Experimental Example 1, Using the paste, a titanium oxide layer having a thickness of 8 μm was formed on an aluminum plate subjected to phosphoric acid chromate treatment (treated layer: about 50 nm) in the same manner as in Experimental Example 1.
この酸化チタン層の表面を電子顕微鏡で観察を行い、その写真から、形成された酸化チタン層は、1μm×1μm面積当たり、面積が10000nm2以上の大きさの細孔が、全細孔数当り20%であった。 The surface of this titanium oxide layer is observed with an electron microscope. From the photograph, the formed titanium oxide layer has 1 μm × 1 μm area, and pores with an area of 10000 nm 2 or more per total number of pores. 20%.
次いで、上記の酸化チタン層を表面に有するアルミニウム板を用いて、実験例1と全く同様にして、図2に示す構造の色素増感型太陽電池を作製した。得られた電池の変換効率を測定したところ、測定面積1cm2で、以下の通りであった。
変換効率:1.84%
FF(内部抵抗):0.56
JSC(短絡電流密度):4.32mA/cm2
VOC(開放電圧):0.76V
Next, using the aluminum plate having the titanium oxide layer on the surface, a dye-sensitized solar cell having the structure shown in FIG. When the conversion efficiency of the obtained battery was measured, the measurement area was 1 cm 2 and was as follows.
Conversion efficiency: 1.84%
FF (internal resistance): 0.56
J SC (short circuit current density): 4.32 mA / cm 2
V OC (open voltage): 0.76V
20:負電極構造体
21:対向電極(正電極)構造体
23:電解質
25:金属基板
27:耐腐食性導電層
29:酸化物半導体(酸化チタン)層
30:色素
37:透明基板
39:透明導電膜
40:導電層
20: Negative electrode structure 21: Counter electrode (positive electrode) structure 23: Electrolyte 25: Metal substrate 27: Corrosion-resistant conductive layer 29: Oxide semiconductor (titanium oxide) layer 30: Dye 37: Transparent substrate 39: Transparent Conductive film 40: conductive layer
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