JP2008243623A - Manufacturing method of photoelectric conversion element, and photoelectric conversion element - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a manufacturing method of a highly reliable photoelectric conversion element provided with high photoelectric conversion efficiency, high durability, and particularly high temperature retaining characteristics. <P>SOLUTION: This is the manufacturing method of the photoelectric conversion element equipped with a first substrate 3 equipped with a first electrode 6 having a semiconductor layer 7 carrying sensitized dye, a second substrate 9 equipped with a second electrode 11 opposingly facing the semiconductor layer 7 of the first electrode 6, a charge transport layer 13 formed between the first electrode 6 and the second electrode 11, and a sealing part 15 which is formed at the surrounding of the charge transport layer 13 and which retains the charge transport layer 13 between the first electrode 6 and the second electrode 11. This includes a step of sealing the charge transport layer 13 with the sealing part 15 in an atmosphere of lower pressure than the atmosphere by 0.02 MPa or more. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、色素増感太陽電池などに用いるのに適した光電変換素子の製造方法および光電変換素子に関する。   The present invention relates to a method for producing a photoelectric conversion element suitable for use in a dye-sensitized solar cell and the like, and a photoelectric conversion element.

例えば、太陽電池などの光電変換素子はクリーンなエネルギー源として非常に期待されており、すでにシリコン半導体のpn接合を用いたpn接合型太陽電池などが実用化されている。しかしながら、このようなシリコン系太陽電池は、高純度材料を原料とし、あるいは1000℃程度の高温プロセスや真空プロセスを必要とするため、製造コストの低減が大きな課題であった。   For example, photoelectric conversion elements such as solar cells are highly expected as clean energy sources, and pn junction solar cells using silicon semiconductor pn junctions have already been put into practical use. However, such a silicon-based solar cell uses a high-purity material as a raw material, or requires a high-temperature process or a vacuum process of about 1000 ° C., so that a reduction in manufacturing cost has been a major issue.

そのような状況にあって、近年、高純度材料、高エネルギープロセスを比較的必要とせず、固液界面に生じる電位勾配により、電荷分離を行う湿式太陽電池が注目を集めている。特に、半導体電極の表面に、光を吸収する色素を吸着させ、半導体電極のバンドギャップより長波長の可視光を、色素で吸収させることにより、照射した光エネルギーのうちどれだけ電気エネルギーに変換したかを示す光電変換効率の向上をねらった、いわゆる色素増感型の光電変換素子に関する研究が盛んに行われている。   Under such circumstances, in recent years, wet solar cells that perform charge separation by a potential gradient generated at a solid-liquid interface without relatively requiring high-purity materials and high-energy processes have been attracting attention. In particular, by absorbing a light-absorbing dye on the surface of the semiconductor electrode and absorbing the visible light having a wavelength longer than the band gap of the semiconductor electrode with the dye, how much of the irradiated light energy is converted into electrical energy. Research on so-called dye-sensitized photoelectric conversion elements that aim to improve the photoelectric conversion efficiency is actively conducted.

1991年にグレッツェルらが提唱した色素増感太陽電池は、シリコン半導体のpn接合とは異なる機構により作動し、高い光電変換効率を示して注目を浴びてきた。色素増感太陽電池は、光を捕集した色素が生成する励起電子を半導体内に注入することで光電変換を実現している。従って、光捕集力を高めるために増感色素を半導体に多量に担持させること、さらに増感色素からできるだけ早く半導体へ電子を注入させることが重要である。グレッツェル・セルとも言われるこの新しい色素増感太陽電池は、超微粒子の酸化チタンからなる多孔質膜に増感色素であるRu錯体を担持させることで、この課題を解決している(例えば、非特許文献1参照。)。   The dye-sensitized solar cell proposed by Gretzell et al. In 1991 has been attracting attention because it operates by a mechanism different from a pn junction of a silicon semiconductor and exhibits high photoelectric conversion efficiency. The dye-sensitized solar cell realizes photoelectric conversion by injecting excited electrons generated by a dye that collects light into a semiconductor. Therefore, it is important to support a large amount of a sensitizing dye on a semiconductor in order to increase the light collecting ability, and to inject electrons from the sensitizing dye into the semiconductor as soon as possible. This new dye-sensitized solar cell, also referred to as a Gretzel cell, solves this problem by supporting a Ru film that is a sensitizing dye on a porous film made of ultrafine titanium oxide (for example, a non-colored cell). (See Patent Document 1).

酸化チタンからなる多孔質膜は、ゾル・ゲル法により作製することができる。膜のポロシティーは約50%ほどであり、内部表面積が非常に大きいナノ多孔性構造が形成されている。例えば、膜厚が8μmであれば、ラフネスファクター(基板面積に対する多孔質内部の実面積の割合)は約720にも達する。この表面を幾何学的に計算すると、増感色素の担持量は、1.2×10-7mol/cm3に達し、実に、最大吸収波長で入射光の約98%が吸収されることになる。 A porous film made of titanium oxide can be produced by a sol-gel method. The porosity of the membrane is about 50%, and a nanoporous structure having a very large internal surface area is formed. For example, if the film thickness is 8 μm, the roughness factor (ratio of the actual area inside the porous to the substrate area) reaches about 720. When this surface is geometrically calculated, the amount of sensitizing dye supported reaches 1.2 × 10 −7 mol / cm 3 , and about 98% of incident light is actually absorbed at the maximum absorption wavelength. Become.

また、Ru錯体として、グレッツェルらは、ビス(ビピリジル)Ru(II)錯体を開発した。そのRu錯体は、一般式シス−X2ビス(2,2’−ビピリジル−4,4’−ジカルボキシレート)Ru(II)の構造を持つ。XはCl−、CN−、SCN−等である。これらについて蛍光、可視光吸収、電気化学的及び光酸化還元的挙動の系統的な研究が行なわれたところ、これらのうち、シス−(ジイソシアネート)−ビス(2,2’−ビピリジル−4,4’−ジカルボキシレート)Ru(II)は、太陽光吸収剤および色素増感剤として格段に優れた性能を持つことが示された。 As a Ru complex, Gretzell et al. Developed a bis (bipyridyl) Ru (II) complex. The Ru complex has a structure of the general formula cis-X 2 bis (2,2′-bipyridyl-4,4′-dicarboxylate) Ru (II). X is Cl-, CN-, SCN- or the like. These have been systematically studied for fluorescence, visible light absorption, electrochemical and photoredox behavior, and of these, cis- (diisocyanate) -bis (2,2′-bipyridyl-4,4). '-Dicarboxylate) Ru (II) has been shown to have significantly better performance as a solar absorber and dye sensitizer.

このRu錯体の可視光吸収は、金属原子であるRuから配位子であるカルボキシル基への電荷移動遷移である。また、カルボキシル基は、Ru錯体が担持された酸化チタンのTi原子に直接配位して、色素増感剤と酸化チタンの間に密接な電子的接触を形成している。この電子的な接触により、Ru錯体から酸化チタンの伝導帯への電子注入が1ピコ秒以下の極めて速い速度で起こり、その逆方向の酸化されたRu錯体による酸化チタンの伝導帯へ注入された電子の再捕獲は、マイクロ秒のオーダーで起こるとされている。この速度差が光励起電子の方向性を生み出し、電荷分離を極めて高い効率で行う。そして、これがpn接合面の電位勾配により電荷分離を行うpn接合型太陽電池との違いであり、グレッツェル・セルの本質的な特徴である。   The visible light absorption of this Ru complex is a charge transfer transition from Ru as a metal atom to a carboxyl group as a ligand. In addition, the carboxyl group is directly coordinated to the Ti atom of titanium oxide on which the Ru complex is supported, thereby forming an intimate electronic contact between the dye sensitizer and the titanium oxide. Due to this electronic contact, electron injection from the Ru complex into the conduction band of titanium oxide occurred at an extremely fast rate of 1 picosecond or less, and was injected into the conduction band of titanium oxide by the oxidized Ru complex in the opposite direction. Electron recapture is thought to occur on the order of microseconds. This speed difference creates the directionality of the photoexcited electrons and performs charge separation with extremely high efficiency. This is a difference from a pn-junction type solar cell that performs charge separation by the potential gradient of the pn junction surface, and is an essential feature of a Gretzel cell.

ところで、色素増感型の光電変換素子の構造は、二枚の電極間に電解質溶液などの物質が挟まれた、いわゆるサンドイッチ構造であり、そういう意味では液晶素子の構造に似ている。色素増感型の光電変換素子の製造方法として、一般的には、透明導電層が形成されたガラスなどの基板上に酸化チタンなどの半導体微粒子を塗布焼成し、微粒子の表面に増感色素を担持して第1の電極を形成し、この第1の電極と、同じく透明導電層が形成されたガラスなどの基板上に白金や炭素などを固着させた第2の電極と、を、熱可塑性樹脂やUV硬化性樹脂などで貼り合わせ、電極間に電解質溶液を注液し、最後に注液口をふさぐ方法があげられる。したがって、色素増感型の光電変換素子は、簡便な装置で製造することができる。
グレッツェル(Gratzel)、外1名、「ネイチャー(Nature)」、(英国)、1991年10月24日、第353巻、p.737−740
By the way, the structure of a dye-sensitized photoelectric conversion element is a so-called sandwich structure in which a substance such as an electrolyte solution is sandwiched between two electrodes, and in that sense, is similar to the structure of a liquid crystal element. As a method for producing a dye-sensitized photoelectric conversion element, generally, semiconductor fine particles such as titanium oxide are applied and baked on a substrate such as glass on which a transparent conductive layer is formed, and a sensitizing dye is applied to the surface of the fine particles. A first electrode is formed by supporting the first electrode and a second electrode in which platinum or carbon is fixed on a substrate such as glass on which a transparent conductive layer is similarly formed. Examples of the method include bonding with a resin or a UV curable resin, injecting an electrolyte solution between the electrodes, and finally closing the injection port. Therefore, the dye-sensitized photoelectric conversion element can be manufactured with a simple apparatus.
Gratzel, 1 other, “Nature” (UK), Oct. 24, 1991, volume 353, p. 737-740

しかし、照射した光エネルギーのうちどれだけ電気エネルギーに変換したかを示す変換効率は飛躍的に向上したものの、高い光電変換効率と高い耐久性を兼ねそろえる光電変換素子の製造方法については、ほとんど開発が進んでいない。   However, although the conversion efficiency that shows how much of the irradiated light energy is converted into electrical energy has improved dramatically, most of the methods for manufacturing photoelectric conversion elements that combine high photoelectric conversion efficiency and high durability have been developed. Is not progressing.

本発明は、上記の問題に鑑みてなされたものであり、高い光電変換効率と高い耐久性、特に高温保持特性を兼ねそろえた信頼性の高い光電変換素子の製造方法を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a method for producing a highly reliable photoelectric conversion element having both high photoelectric conversion efficiency and high durability, particularly high temperature holding characteristics. To do.

上記課題を解決するために、請求項1に記載の光電変換素子の製造方法は、増感色素を担持した半導体層を有する第1の電極を備えた第1の基板と、第1の電極の半導体層に対峙する第2の電極を備えた第2の基板と、第1の電極と第2の電極との間に形成された電荷輸送層と、電荷輸送層の周囲に形成され、第1の電極と第2の電極との間に電荷輸送層を保持する封止部と、を備える光電変換素子の製造方法であって、電荷輸送層を、大気圧よりも0.02MPa以上低い圧力雰囲気内で、封止部により、密封するステップを含むことを特徴とする。   In order to solve the above problems, a method for producing a photoelectric conversion device according to claim 1 includes a first substrate including a first electrode having a semiconductor layer carrying a sensitizing dye, and a first electrode. A second substrate having a second electrode facing the semiconductor layer; a charge transport layer formed between the first electrode and the second electrode; and formed around the charge transport layer, And a sealing portion that holds the charge transport layer between the second electrode and the second electrode, wherein the charge transport layer is at a pressure atmosphere lower than the atmospheric pressure by 0.02 MPa or more. And the step of sealing with a sealing portion.

請求項2に記載の発明は、上記請求項1に記載の光電変換素子の製造方法において、密封が室温雰囲気内で行われることを特徴とする。   According to a second aspect of the present invention, in the method for manufacturing a photoelectric conversion element according to the first aspect, the sealing is performed in a room temperature atmosphere.

請求項3に記載の光電変換素子は、増感色素を担持した半導体層を有する第1の電極を備えた第1の基板と、第1の電極の半導体層に対峙する第2の電極を備えた第2の基板と、第1の電極と第2の電極との間に形成された電荷輸送層と、電荷輸送層の周囲に形成され、第1の電極と第2の電極との間に電荷輸送層を保持する封止部と、を備える光電変換素子であって、電荷輸送層が保持されている部分の圧力が外部の圧力よりも0.02MPa以上低いことを特徴とする。   The photoelectric conversion element according to claim 3 includes a first substrate including a first electrode having a semiconductor layer carrying a sensitizing dye, and a second electrode facing the semiconductor layer of the first electrode. A second substrate, a charge transport layer formed between the first electrode and the second electrode, and formed around the charge transport layer, between the first electrode and the second electrode. And a sealing portion that holds the charge transport layer, wherein a pressure of a portion where the charge transport layer is held is 0.02 MPa or more lower than an external pressure.

請求項4に記載の発明は、上記請求項3に記載の発明において、電荷輸送層が保持されている部分の圧力が室温雰囲気内で外部の圧力よりも0.02MPa以上低いことを特徴とする。   The invention according to claim 4 is characterized in that, in the invention according to claim 3, the pressure of the portion where the charge transport layer is held is 0.02 MPa or more lower than the external pressure in the room temperature atmosphere. .

本発明によれば、高い光電変換効率と高い耐久性、特に高温保持特性を兼ねそろえた信頼性の高い光電変換素子の製造方法を提供することができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the manufacturing method of the highly reliable photoelectric conversion element which combined high photoelectric conversion efficiency and high durability, especially a high temperature holding characteristic can be provided.

以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態について説明する。以下の説明では具体例を挙げて本発明を説明する場合があるが、本発明は以下の具体例に限定されない。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following description, the present invention may be described with specific examples, but the present invention is not limited to the following specific examples.

図1は、光電変換素子の一例を示す概要断面図である。図1に示されているように、光電変換素子1は、基板3(第1の基板とする)と、基板3の一方の面に成膜された電極5と、基板3に成膜された電極5上に形成され、増感色素が担持された半導体層7(電極5と半導体層7とで構成される電極6を第1の電極とする)と、半導体層7に対峙する基板9(第2の基板とする)と、基板9の一方の表面に成膜された対電極11(第2の電極とする)と、電極6と対電極11との間に形成された電荷輸送層13と、電極6と対電極11との間であって、電荷輸送層13の周囲に形成された封止部15と、を基本構成とする。   FIG. 1 is a schematic cross-sectional view illustrating an example of a photoelectric conversion element. As shown in FIG. 1, the photoelectric conversion element 1 was formed on a substrate 3 (referred to as a first substrate), an electrode 5 formed on one surface of the substrate 3, and a substrate 3. A semiconductor layer 7 formed on the electrode 5 and carrying a sensitizing dye (the electrode 6 composed of the electrode 5 and the semiconductor layer 7 is a first electrode) and a substrate 9 facing the semiconductor layer 7 ( A second substrate), a counter electrode 11 (formed as a second electrode) formed on one surface of the substrate 9, and a charge transport layer 13 formed between the electrode 6 and the counter electrode 11. And a sealing portion 15 formed between the electrode 6 and the counter electrode 11 and around the charge transport layer 13 is a basic configuration.

以下、各構成要件について詳述する。   Hereinafter, each component requirement is explained in full detail.

基板3は、耐久性の観点から、ガラスを用いて作製されることが多いが、光電変換素子1の内部と外部の圧力の差を保持することができるのであれば、樹脂フィルムも用いることもできる。透明なフィルムとしては、再生セルロースフィルム、ジアセテートセルロースフィルム、トリアセテートセルロースフィルム、テトラアセチルセルロースフィルム、ポリエチレンフィルム、ポリプロピレンフィルム、ポリ塩化ビニルフィルム、ポリ塩化ビニリデンフィルム、ポリビニルアルコールフィルム、ポリエチレンテレフタレートフィルム、ポリカーボネートフィルム、ポリエチレンナフタレートフィルム、ポリエーテルサルフォンフィルム、ポリエーテルエーテルケトンフィルム、ポリスルフォンフィルム、ポリエーテルイミドフィルム、ポリイミドフィルム、ポリアリレートフィルム、シクロオレフィンポリマーフィルム、ノルボルネン樹脂フィルム、ポリスチレンフィルム、塩酸ゴムフィルム、ナイロンフィルム、ポリアクリレートフィルム、ポリフッ化ビニルフィルム、ポリ四フッ化エチレンフィルムなどがある。この中で、特にポリエチレンテレフタレートフィルムやポリエチレンナフタレートフィルム、ポリエーテルサルフォンフィルム、ポリイミドフィルム、ポリアリレートフィルム、シクロオレフィンポリマーフィルム、ノルボルネン樹脂フィルムは、強靭性で且つ耐熱性に優れていて好ましい。また、基板9を光入射基板として機能させるのであれば、基板3のフィルムとして、ニッケル、亜鉛、チタンなどの金属箔を使用することができる。   The substrate 3 is often made of glass from the viewpoint of durability, but a resin film may be used as long as the difference between the pressure inside and outside the photoelectric conversion element 1 can be maintained. it can. Transparent films include recycled cellulose film, diacetate cellulose film, triacetate cellulose film, tetraacetyl cellulose film, polyethylene film, polypropylene film, polyvinyl chloride film, polyvinylidene chloride film, polyvinyl alcohol film, polyethylene terephthalate film, polycarbonate film Polyethylene naphthalate film, polyethersulfone film, polyetheretherketone film, polysulfone film, polyetherimide film, polyimide film, polyarylate film, cycloolefin polymer film, norbornene resin film, polystyrene film, hydrochloric acid rubber film, Nylon film, polyacryle Tofirumu, polyvinyl fluoride film, and the like polytetrafluoroethylene film. Among these, a polyethylene terephthalate film, a polyethylene naphthalate film, a polyether sulfone film, a polyimide film, a polyarylate film, a cycloolefin polymer film, and a norbornene resin film are particularly preferable because they are tough and excellent in heat resistance. If the substrate 9 is to function as a light incident substrate, a metal foil such as nickel, zinc, or titanium can be used as the film of the substrate 3.

電極5は、光電変換素子1の負極として機能する。   The electrode 5 functions as the negative electrode of the photoelectric conversion element 1.

電極5は、金属そのもので形成されるか、またはフィルム上に導電材層を積層して形成される。好ましい導電材としては金属、例えば、白金、金、銀、銅、アルミニウム、ロジウム、インジウム等、または炭素、もしくは導電性の金属酸化物、例えば、インジウム−錫複合酸化物、アンチモンをドープした酸化錫、フッ素をドープした酸化錫等,あるいは上記化合物の複合物または上記化合物上に酸化シリコン、酸化スズ、酸化チタン、酸化ジルコニウム、酸化アルミニウムなどをコートした材料が挙げられる。   The electrode 5 is formed of a metal itself or is formed by laminating a conductive material layer on a film. Preferred conductive materials include metals such as platinum, gold, silver, copper, aluminum, rhodium, indium, etc., or carbon or conductive metal oxides such as indium-tin composite oxide, tin oxide doped with antimony , Fluorine-doped tin oxide or the like, or a composite of the above compound or a material obtained by coating silicon oxide, tin oxide, titanium oxide, zirconium oxide, aluminum oxide or the like on the above compound.

電極5は、表面抵抗が低い程よい。表面抵抗は、200Ω/□以下であることが好ましく、50Ω/□以下であることがより好ましい。下限は、特に制限はないが、通常0.1Ω/□である。   The electrode 5 is better as the surface resistance is lower. The surface resistance is preferably 200Ω / □ or less, and more preferably 50Ω / □ or less. The lower limit is not particularly limited, but is usually 0.1Ω / □.

電極5は、光透過率が高い程よい。好ましい光透過率の範囲としては、50%以上であり、より好ましくは80%以上である。   The electrode 5 is better as the light transmittance is higher. A preferable light transmittance range is 50% or more, and more preferably 80% or more.

電極5の膜厚は、0.1〜10μmであることが好ましい。この範囲内であれば、均一な膜厚の電極膜を形成することができ、また、光透過性が低下せず、十分な光を半導体層7に入射させることができるからである。透明な電極5を使用する場合、光は増感色素が担持された半導体層7が被着される側の電極5から入射させることが好ましい。   The film thickness of the electrode 5 is preferably 0.1 to 10 μm. This is because within this range, an electrode film having a uniform thickness can be formed, and light transmittance is not lowered, and sufficient light can be incident on the semiconductor layer 7. When the transparent electrode 5 is used, light is preferably incident from the electrode 5 on the side where the semiconductor layer 7 carrying the sensitizing dye is deposited.

半導体層7は、半導体粒子とバインダーの混合溶液を、公知慣用の方法、例えば、ドクターブレードやバーコータなどを使う塗布方法、スプレー法、ディップコーティング法、スクリーン印刷法、スピンコート法などにより、電極5の表面に塗布し、その後、ガラス基板であれば、500℃前後で加熱焼成し、フィルム基板であればプレス機で圧力を加えて形成することができる。   The semiconductor layer 7 is formed by applying a mixed solution of semiconductor particles and a binder to the electrode 5 by a known and conventional method, for example, a coating method using a doctor blade or a bar coater, a spray method, a dip coating method, a screen printing method, a spin coating method, or the like. If it is a glass substrate, it can be heated and fired at around 500 ° C., and if it is a film substrate, it can be formed by applying pressure with a press.

半導体材料としては、Cd、Zn、In、Pb、Mo、W、Sb、Bi、Cu、Hg、Ti、Ag、Mn、Fe、V、Sn、Zr、Sr、Ga、Si、Crなどの金属元素の酸化物、SrTiO3、CaTiO3などのペロブスカイト、CdS、ZnS、In23、PbS、Mo2S、WS2、Sb23、Bi23、ZnCdS2、Cu2Sなどの硫化物、CdSe、In2Se3、WSe2、HgS、PbSe、CdTeなどの金属カルコゲナイド、GaAs、Si、Se、Cd23、Zn23、InP、AgBr、PbI2、HgI2、BiI3などの半導体材料、当該半導体材料から選ばれる少なくとも一種を含む複合体、例えば、CdS/TiO2、CdS/AgI、Ag2S/AgI、CdS/ZnO、CdS/HgS、CdS/PbS、ZnO/ZnS、ZnO/ZnSe、CdS/HgS、CdSx/CdSe1x、CdSx/Te1x、CdSex/Te1x、ZnS/CdSe、ZnSe/CdSe、CdS/ZnS、TiO2/Cd32、CdS/CdSeCdyZn1yS、CdS/HgS/CdSなどが挙げられる。なかでも、グレッツェル・セルでは、酸化チタンが電荷輸送層13中への光溶解を回避する点と高い光電変換特性を示す点で好ましい。 Semiconductor materials include metal elements such as Cd, Zn, In, Pb, Mo, W, Sb, Bi, Cu, Hg, Ti, Ag, Mn, Fe, V, Sn, Zr, Sr, Ga, Si, and Cr. oxides, SrTiO 3, perovskites such as CaTiO 3, CdS, ZnS, in 2 S 3, PbS, Mo 2 S, sulfides such as WS 2, Sb 2 S 3, Bi 2 S 3, ZnCdS 2, Cu 2 S Metal, chalcogenides such as CdSe, In 2 Se 3 , WSe 2 , HgS, PbSe, CdTe, GaAs, Si, Se, Cd 2 P 3 , Zn 2 P 3 , InP, AgBr, PbI 2 , HgI 2 , BiI 3 A semiconductor material such as CdS / TiO 2 , CdS / AgI, Ag 2 S / AgI, CdS / ZnO, CdS / HgS, CdS / PbS, ZnO / ZnS, ZnO / ZnSe, CdS / HgS, CdS x / CdSe 1 - x, CdS x / Te 1 - x, CdSe x / Te 1 - x, ZnS / CdSe, ZnSe / CdSe, CdS / ZnS, TiO 2 / Cd 3 P 2 , CdS / CdSeCd y Zn 1 -y S, CdS / HgS / CdS and the like can be mentioned. Among these, in the Gretzel cell, titanium oxide is preferable in that it avoids photodissolution in the charge transport layer 13 and exhibits high photoelectric conversion characteristics.

半導体層7における半導体粒子の粒径は、一般的に5〜1000nmであることが好ましい。この範囲内であれば、半導体層7の細孔径が適切な孔径になり、電荷輸送層13を構成する電解質が半導体層7の中に十分浸透して、優れた光電変換特性を得ることができるからである。半導体粒子の粒径は、特に好ましくは、10〜100nmである。   In general, the particle diameter of the semiconductor particles in the semiconductor layer 7 is preferably 5 to 1000 nm. Within this range, the pore diameter of the semiconductor layer 7 becomes an appropriate pore diameter, and the electrolyte constituting the charge transport layer 13 can sufficiently penetrate into the semiconductor layer 7 to obtain excellent photoelectric conversion characteristics. Because. The particle size of the semiconductor particles is particularly preferably 10 to 100 nm.

半導体層7の膜厚は、0.1〜100μmであることが好ましい。この範囲内であれば、十分な光電変換効果が得られ、また、可視光および近赤外光に対する透過性が悪化することもないからである。半導体層7の膜厚は、より好ましくは、1〜50μmであり、特に好ましくは、5〜30μmであり、最も好ましくは、10〜20μmである。   The film thickness of the semiconductor layer 7 is preferably 0.1 to 100 μm. This is because, within this range, a sufficient photoelectric conversion effect can be obtained, and the transparency to visible light and near infrared light is not deteriorated. The film thickness of the semiconductor layer 7 is more preferably 1 to 50 μm, particularly preferably 5 to 30 μm, and most preferably 10 to 20 μm.

増感色素としては、従来の色素増感型の光電変換素子で常用される色素であれば全て使用できる。このような色素は、例えば、RuL2(H2O)2タイプのルテニウム−シス−ジアクア−ビピリジル錯体、またはルテニウム−トリス(RuL3)、ルテニウム−ビス(RuL2)、オスニウム−トリス(OsL3)、オスニウム−ビス(OsL2)タイプの遷移金属錯体、もしくは亜鉛−テトラ(4−カルボキシフェニル)ポルフィリン、鉄−ヘキサシアニド錯体、フタロシアニンなどが挙げられる。また、9−フェニルキサンテン系色素、クマリン系色素、アクリジン系色素、トリフェニルメタン系色素、テトラフェニルメタン系色素、キノン系色素、アゾ系色素、インジゴ系色素、シアニン系色素、メロシアニン系色素、キサンテン系色素など有機色素も好適に使用できる。このなかでも、ルテニウム−ビス(RuL2)誘導体は、可視光域で広い吸収スペクトルを有するため、特に好ましい。 As the sensitizing dye, any dye that is commonly used in conventional dye-sensitized photoelectric conversion elements can be used. Such dyes are, for example, RuL 2 (H 2 O) 2 type ruthenium-cis-diaqua-bipyridyl complexes, or ruthenium-tris (RuL 3 ), ruthenium-bis (RuL 2 ), osnium-tris (OsL 3). ), Osnium-bis (OsL 2 ) type transition metal complexes, or zinc-tetra (4-carboxyphenyl) porphyrin, iron-hexocyanide complex, phthalocyanine, and the like. Also, 9-phenylxanthene dyes, coumarin dyes, acridine dyes, triphenylmethane dyes, tetraphenylmethane dyes, quinone dyes, azo dyes, indigo dyes, cyanine dyes, merocyanine dyes, xanthenes Organic dyes such as system dyes can also be suitably used. Among these, ruthenium-bis (RuL 2 ) derivatives are particularly preferable because they have a wide absorption spectrum in the visible light region.

半導体層7へ増感色素を担持させる方法は、例えば、増感色素を溶かした溶液に、半導体層7を被着させた電極5を備えた基板3を浸漬させる方法が挙げられる。この溶液の溶媒としては、水、アルコール、トルエン、ジメチルホルムアミドなど増感色素を溶解可能なものであれば全て使用できる。また、増感色素溶液に半導体層7を被着させた電極5を備えた基板3を一定時間浸漬させているときに、加熱還流をしたり、超音波を印加したりすることもできる。半導体層7へ増感色素を担持させた後に、担持せずに半導体層7に残ってしまった増感色素は、アルコールでの洗浄あるいは加熱還流により取り除くことが好ましい。   Examples of the method of supporting the sensitizing dye on the semiconductor layer 7 include a method of immersing the substrate 3 including the electrode 5 on which the semiconductor layer 7 is deposited in a solution in which the sensitizing dye is dissolved. Any solvent can be used as the solvent for the solution as long as it can dissolve the sensitizing dye, such as water, alcohol, toluene, and dimethylformamide. Further, when the substrate 3 provided with the electrode 5 having the semiconductor layer 7 deposited on the sensitizing dye solution is immersed for a certain period of time, it can be heated and refluxed or an ultrasonic wave can be applied. After the sensitizing dye is supported on the semiconductor layer 7, the sensitizing dye remaining on the semiconductor layer 7 without being supported is preferably removed by washing with alcohol or heating under reflux.

半導体粒子への増感色素の担持量は、1×10-8〜1×10-6mol/cm2であればよく、特に0.1×10-7〜9.0×10-7mol/cm2であることが好ましい。この範囲内であれば、経済的かつ十分に光電変換効率向上の効果を得ることができる。 The amount of the sensitizing dye supported on the semiconductor particles may be 1 × 10 −8 to 1 × 10 −6 mol / cm 2 , and particularly 0.1 × 10 −7 to 9.0 × 10 −7 mol / cm 2. it is preferable that the cm 2. Within this range, the effect of improving the photoelectric conversion efficiency can be obtained economically and sufficiently.

基板9は、基板3と同じ材料で作製することができる。基板9の透光性は透明、不透明のいずれでもよいが、両側の基板から光を入射させることができる点で、透明であることが好ましい。基板3のフィルムとして、金属箔を使用した場合は、基板9は透光性のある材料を使用することが好ましい。   The substrate 9 can be made of the same material as the substrate 3. The translucency of the substrate 9 may be either transparent or opaque, but is preferably transparent in that light can be incident from the substrates on both sides. When a metal foil is used as the film of the substrate 3, it is preferable to use a light-transmitting material for the substrate 9.

対電極11は光電変換素子1の正極として機能し、増感色素が担持された半導体層7が被着される側の電極5と同様に形成できる。   The counter electrode 11 functions as a positive electrode of the photoelectric conversion element 1 and can be formed in the same manner as the electrode 5 on the side where the semiconductor layer 7 carrying the sensitizing dye is deposited.

対電極11としては、光電変換素子1の正極として効率よく作用するために、電解質の還元体に電子を与える触媒作用を有する素材を使用することが好ましい。このような素材は、例えば、白金、金、銀、銅、アルミニウム、ロジウム、インジウム等の金属、またはグラファイト、カーボンナノチューブ、白金を担持したカーボンなど炭素材料、もしくはインジウム−錫複合酸化物、アンチモンをドープした酸化錫、フッ素をドープした酸化錫等の導電性の金属酸化物、あるいはポリエチレンジオキシチオフェン、ポリピロール、ポリアニリンなど導電性高分子である。これらのうち、白金、グラファイト、ポリエチレンジオキシチオフェンなどが特に好ましい。対電極11が配置される側の基板9は、対電極11の被着面側に透明導電膜(図示せず)を有することもできる。この透明導電膜は、例えば、電極5と同じ材料から成膜することができる。この場合、対電極11も透明であることが好ましく、対電極11も透明であれば、対電極11側から、あるいは両側から光を照射してもよい。このような構成は、反射光などの影響により、光電変換素子1の表裏面両側からの光照射が期待される場合に有効となる。   As the counter electrode 11, it is preferable to use a material having a catalytic action to give electrons to the electrolyte reductant in order to efficiently act as the positive electrode of the photoelectric conversion element 1. Such materials include, for example, metals such as platinum, gold, silver, copper, aluminum, rhodium, and indium, or carbon materials such as graphite, carbon nanotubes, and carbon carrying platinum, or indium-tin composite oxide and antimony. Conductive metal oxides such as doped tin oxide and fluorine-doped tin oxide, or conductive polymers such as polyethylenedioxythiophene, polypyrrole, and polyaniline. Of these, platinum, graphite, polyethylenedioxythiophene and the like are particularly preferable. The substrate 9 on the side on which the counter electrode 11 is arranged can also have a transparent conductive film (not shown) on the surface to which the counter electrode 11 is attached. For example, the transparent conductive film can be formed from the same material as the electrode 5. In this case, it is preferable that the counter electrode 11 is also transparent. If the counter electrode 11 is also transparent, light may be irradiated from the counter electrode 11 side or from both sides. Such a configuration is effective when light irradiation from both the front and back surfaces of the photoelectric conversion element 1 is expected due to the influence of reflected light and the like.

電荷輸送層13は、電荷輸送材料を供給することにより形成され、電荷輸送材料は、電解質を必要に応じて溶媒により溶解することにより得られる。   The charge transport layer 13 is formed by supplying a charge transport material, and the charge transport material is obtained by dissolving an electrolyte in a solvent as necessary.

電解質としては、酸化体と還元体からなる一対の酸化還元系構成物質であれば特に限定されないが、酸化体と還元体が同一電荷を持つ酸化還元系構成物質が好ましい。本明細書における酸化還元系構成物質とは、酸化還元反応において可逆的に酸化体および還元体の形で存在する一対の物質を意味する。このような酸化還元系構成物質としては、例えば、塩素化合物−塩素、ヨウ素化合物−ヨウ素、臭素化合物−臭素、タリウムイオン(III)−タリウムイオン(I)、水銀イオン(II)−水銀イオン(I)、ルテニウムイオン(III)−ルテニウムイオン(II)、銅イオン(II)−銅イオン(I)、鉄イオン(III)−鉄イオン(II)、バナジウムイオン(III)−バナジウムイオン(II)、マンガン酸イオン−過マンガン酸イオン、フェリシアン化物−フェロシアン化物、キノン−ヒドロキノン、フマル酸−コハク酸などが挙げられるが、これらに限定はされない。これらの中でも、ヨウ素化合物−ヨウ素が好ましく、ヨウ素化合物としては、ヨウ化リチウム、ヨウ化カリウムなどの金属ヨウ化物、テトラアルキルアンモニウムヨージド、ピリジニウムヨージドなどのヨウ化4級アンモニウム塩化合物、ヨウ化ジメチルプロピルイミダゾリウムなどのヨウ化イミダゾリウム化合物が特に好ましい。   The electrolyte is not particularly limited as long as it is a pair of redox constituents composed of an oxidant and a reductant, but a redox constituent that has the same charge as the oxidant and the reductant is preferable. The redox-system constituent material in this specification means a pair of substances that reversibly exist in the form of an oxidant and a reductant in a redox reaction. Examples of such a redox-based constituent material include chlorine compound-chlorine, iodine compound-iodine, bromine compound-bromine, thallium ion (III) -thallium ion (I), mercury ion (II) -mercury ion (I ), Ruthenium ion (III) -ruthenium ion (II), copper ion (II) -copper ion (I), iron ion (III) -iron ion (II), vanadium ion (III) -vanadium ion (II), Examples thereof include, but are not limited to, manganate ion-permanganate ion, ferricyanide-ferrocyanide, quinone-hydroquinone, fumaric acid-succinic acid, and the like. Among these, an iodine compound-iodine is preferable. Examples of the iodine compound include metal iodides such as lithium iodide and potassium iodide, quaternary ammonium iodide compounds such as tetraalkylammonium iodide and pyridinium iodide, and iodide. Particularly preferred are imidazolium iodide compounds such as dimethylpropylimidazolium.

電解質を溶解するために使用される溶媒は、酸化還元系構成物質を溶解してイオン伝導性に優れた化合物が好ましい。溶媒としては、水性溶媒および有機溶媒のいずれも使用できるが、酸化還元系構成物質をより安定化させるため、有機溶媒を用いることが好ましい。有機化合物として、例えば、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、メチルエチルカーボネート、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート等のカーボネート化合物、酢酸メチル、プロピオン酸メチル、γ−ブチロラクトン等のエステル化合物、ジエチルエーテル、1,2−ジメトキシエタン、1,3−ジオキソシラン、テトラヒドロフラン、2−メチル−テトラヒドロフラン等のエーテル化合物、3−メチル−2−オキサゾジリノン、2−メチルピロリドン等の複素環化合物、アセトニトリル、メトキシアセトニトリル、プロピオニトリル等のニトリル化合物、スルフォラン、ジジメチルスルフォキシド、ジメチルホルムアミド等の非プロトン性極性化合物などが挙げられる。これらは、それぞれ単独で用いることもできるし、また、2種類以上を混合して併用することもできる。なかでも、太陽電池出力特性向上の観点からはエチレンカーボネート、プロピレンカーボネート等のカーボネ−ト化合物、γ―ブチロラクトン,3−メチル−2−オキサゾジリノン、2−メチルピロリドン等の複素環化合物、アセトニトリル、メトキシアセトニトリル、プロピオニトリル、3−メトキシプロピオニトリル、吉草酸ニトリル等のニトリル化合物が好ましい。一方で、減圧環境下で素子を製造する場合、溶剤揮発の観点からγ―ブチロラクトンなど蒸気圧の低いものが好ましい。   The solvent used for dissolving the electrolyte is preferably a compound that dissolves the redox constituents and has excellent ion conductivity. As the solvent, either an aqueous solvent or an organic solvent can be used, but it is preferable to use an organic solvent in order to further stabilize the redox constituent. Examples of organic compounds include carbonate compounds such as dimethyl carbonate, diethyl carbonate, methyl ethyl carbonate, ethylene carbonate, and propylene carbonate, ester compounds such as methyl acetate, methyl propionate, and γ-butyrolactone, diethyl ether, and 1,2-dimethoxyethane. , Ether compounds such as 1,3-dioxosilane, tetrahydrofuran, 2-methyl-tetrahydrofuran, heterocyclic compounds such as 3-methyl-2-oxazodilinone, 2-methylpyrrolidone, nitrile compounds such as acetonitrile, methoxyacetonitrile, propionitrile, Examples include aprotic polar compounds such as sulfolane, didimethyl sulfoxide, and dimethylformamide. These can be used alone or in combination of two or more. Among these, from the viewpoint of improving the output characteristics of solar cells, carbonate compounds such as ethylene carbonate and propylene carbonate, heterocyclic compounds such as γ-butyrolactone, 3-methyl-2-oxazozirinone and 2-methylpyrrolidone, acetonitrile, methoxyacetonitrile Nitrile compounds such as propionitrile, 3-methoxypropionitrile and valeric nitrile are preferred. On the other hand, when a device is produced under a reduced pressure environment, a device having a low vapor pressure such as γ-butyrolactone is preferable from the viewpoint of solvent volatilization.

また、イオン性液体を用いることも、不揮発性、難燃性などの観点から有効といえる。その場合、公知のイオン性液体全般を用いることができるが,例えば、イミダゾリウム系、ピリジン系、脂環式アミン系、脂肪族アミン系、アゾニウムアミン系イオン性液体またはEP−718288号、WO95/18456号、電気化学第65巻11号923頁(1997年)、J. Electrochem. Soc.143巻,10号,3099頁(1996年)、Inorg. Chem. 35巻,1168頁(1996年)に記載されたイオン性液体が挙げられる。   It can also be said that using an ionic liquid is effective from the viewpoint of non-volatility and flame retardancy. In that case, all known ionic liquids can be used. For example, imidazolium-based, pyridine-based, alicyclic amine-based, aliphatic amine-based, azonium amine-based ionic liquid or EP-716288, WO95 / 18456, Electrochemical Vol. 65, No. 11, page 923 (1997), J. MoI. Electrochem. Soc. 143, 10, 3099 (1996), Inorg. Chem. 35, 1168 (1996).

さらに、電荷輸送材料に電解質を用いる場合、ゲル化電解質または高分子電解質を用いることもできる。ゲル化剤としては、ポリマー、ポリマー架橋反応等により得られたゲル化剤、重合することができる多官能モノマーによるゲル化剤、オイルゲル化剤などが挙げられる。ゲル化電解質、高分子電解質には、一般に用いられるものを適用することができるが、ポリフッ化ビニリデンなどのフッ化ビニリデン系重合体、ポリアクリル酸などのアクリル酸系重合体、ポリアクリロニトリルなどのアクリロニトリル系重合体、ポリエチレンオキシドなどのポリエーテル系重合体、構造中にアミド構造を有する化合物を用いることが好ましい。   Furthermore, when an electrolyte is used as the charge transport material, a gelled electrolyte or a polymer electrolyte can also be used. Examples of the gelling agent include a gelling agent obtained by a polymer, a polymer crosslinking reaction, a gelling agent based on a polyfunctional monomer that can be polymerized, and an oil gelling agent. Generally used gelling electrolytes and polymer electrolytes can be used, but vinylidene fluoride polymers such as polyvinylidene fluoride, acrylic acid polymers such as polyacrylic acid, and acrylonitrile such as polyacrylonitrile. It is preferable to use a polymer having a amide structure in the structure or a polyether polymer such as polyethylene oxide.

また、電荷輸送材料として、導電性高分子やホール輸送材料を用いてもよい。この場合、一般的に色素増感型の光電変換素子や有機太陽電池、有機EL素子などに用いられる材料を用いることができる。   Further, as the charge transport material, a conductive polymer or a hole transport material may be used. In this case, materials generally used for dye-sensitized photoelectric conversion elements, organic solar cells, organic EL elements, and the like can be used.

なお、電荷輸送材料の一部に有機溶媒、イオン性液体など液体が含まれる場合、電荷輸送層13に不織布や多孔質材料など、液体を含浸できる材料を用いてもよい。   In addition, when a liquid such as an organic solvent or an ionic liquid is included in a part of the charge transport material, a material that can be impregnated with a liquid, such as a nonwoven fabric or a porous material, may be used for the charge transport layer 13.

また、電荷輸送材料は、固体型であってもよく、その形態は問われない。   Further, the charge transport material may be a solid type, and its form is not limited.

封止部15は、電極6と対電極11との間に電荷輸送層13を保持する。   The sealing unit 15 holds the charge transport layer 13 between the electrode 6 and the counter electrode 11.

封止部15の材料は、電荷輸送層13を密封することができれば、一般的に用いられる材料を適用することができる。熱可塑性樹脂を用いてもよいし、エポキシ樹脂などの反応性樹脂を用いてもよい。反応性樹脂としては、熱で反応する樹脂でもよいし、紫外線などの光で反応する樹脂でもよい。また、ガラスフリットなど無機系の樹脂を用いてもよい。   As a material of the sealing portion 15, a generally used material can be applied as long as the charge transport layer 13 can be sealed. A thermoplastic resin may be used, or a reactive resin such as an epoxy resin may be used. The reactive resin may be a resin that reacts with heat or a resin that reacts with light such as ultraviolet rays. In addition, an inorganic resin such as glass frit may be used.

ここで、光電変換素子1内部の圧力は、使用環境の温度(例えば、室温)において、外部の圧力よりも低い。特に、その差は、0.02MPa以上であることが好ましい。このような構成を採用することにより、光電変換素子1は、80℃以上の高温環境下に曝された場合にも、優れた光電変換効率を有する。   Here, the pressure inside the photoelectric conversion element 1 is lower than the external pressure at the temperature of the use environment (for example, room temperature). In particular, the difference is preferably 0.02 MPa or more. By adopting such a configuration, the photoelectric conversion element 1 has excellent photoelectric conversion efficiency even when exposed to a high temperature environment of 80 ° C. or higher.

次に、光電変換素子1の製造方法について、説明する。   Next, the manufacturing method of the photoelectric conversion element 1 is demonstrated.

光電変換素子1の製造方法は、増感色素を担持した半導体層7を有する第1の電極6を備えた第1の基板3と、第1の電極6の半導体層7に対峙する第2の電極11を備えた第2の基板9と、第1の電極6と第2の電極11との間に形成された電荷輸送層13と、電荷輸送層13の周囲に形成され、第1の電極6と第2の電極11との間に電荷輸送層13を保持する封止部15と、を備える光電変換素子の製造方法であって、電荷輸送層13を、大気圧よりも0.02MPa以上低い圧力雰囲気内で封止部により密封するステップを含む。   The manufacturing method of the photoelectric conversion element 1 includes a first substrate 3 including a first electrode 6 having a semiconductor layer 7 carrying a sensitizing dye, and a second substrate facing the semiconductor layer 7 of the first electrode 6. A second substrate 9 provided with an electrode 11, a charge transport layer 13 formed between the first electrode 6 and the second electrode 11, and a first electrode formed around the charge transport layer 13. 6 and a second electrode 11, and a sealing part 15 that holds the charge transport layer 13. A photoelectric conversion element manufacturing method comprising: a charge transport layer 13 of 0.02 MPa or more than atmospheric pressure Sealing with a seal in a low pressure atmosphere.

ここで、電荷輸送層13を密封する際の雰囲気の圧力がその際の温度における光電変換素子1内部の圧力となる。すなわち、電荷輸送層13を密封する際の雰囲気の温度が室温であり、圧力が大気圧よりも0.02MPa以上低ければ、得られた光電変換素子1内部の圧力は、室温において、大気圧より0.02MPa以上低くなる。ここで、電荷輸送層13を密封する際には、圧力のみならず温度の管理も非常に重要である。光電変換素子1の使用環境の温度よりも低い温度下で電荷輸送層13を密封した場合、使用環境の温度下では、光電変換素子1内部の圧力は、大気圧よりも0.02MPa以上低くならない場合がある。そのため、電荷輸送層13を密封する際の温度を光電変換素子1の使用環境の温度よりも高くすることにより、使用環境の温度下では、光電変換素子1内部の圧力を大気圧よりも低くしてもよい。   Here, the pressure of the atmosphere when sealing the charge transport layer 13 becomes the pressure inside the photoelectric conversion element 1 at the temperature at that time. That is, if the temperature of the atmosphere when sealing the charge transport layer 13 is room temperature and the pressure is 0.02 MPa or more lower than atmospheric pressure, the pressure inside the obtained photoelectric conversion element 1 is lower than atmospheric pressure at room temperature. It becomes 0.02 MPa or more lower. Here, when sealing the charge transport layer 13, not only the pressure but also the temperature management is very important. When the charge transport layer 13 is sealed at a temperature lower than the temperature of the usage environment of the photoelectric conversion element 1, the pressure inside the photoelectric conversion element 1 does not become lower than the atmospheric pressure by 0.02 MPa or more under the temperature of the usage environment. There is a case. Therefore, by making the temperature at which the charge transport layer 13 is sealed higher than the temperature of the usage environment of the photoelectric conversion element 1, the pressure inside the photoelectric conversion element 1 is made lower than the atmospheric pressure under the temperature of the usage environment. May be.

なお、基板3付きの第1の電極6と基板9付きの第2の電極11とを貼り合わせるステップと電荷輸送層13を形成するステップは前後しても、同時であってもよい。   Note that the step of bonding the first electrode 6 with the substrate 3 and the second electrode 11 with the substrate 9 and the step of forming the charge transport layer 13 may be performed before or after or simultaneously.

以下、実施例により本発明をより具体的に説明する。本発明は以下に示す実施例に限定されない。
(実施例1)
まず、平均1次粒子径が20nmの高純度酸化チタン粉末をエチルセルロース中に分散させ、スクリーン印刷用のペーストを作製した。これを第1のペーストとした。また、平均1次粒子径が20nmと平均1次粒子径が400nmの高純度酸化チタン粉末をエチルセルロース中に分散させ、スクリーン印刷用のペーストを作製した。これを第2のペーストとした。
Hereinafter, the present invention will be described more specifically with reference to examples. The present invention is not limited to the following examples.
Example 1
First, a high-purity titanium oxide powder having an average primary particle diameter of 20 nm was dispersed in ethyl cellulose to prepare a screen printing paste. This was used as the first paste. Further, a high-purity titanium oxide powder having an average primary particle size of 20 nm and an average primary particle size of 400 nm was dispersed in ethyl cellulose to prepare a screen printing paste. This was used as the second paste.

次に、第1のペーストを透明電極付き導電性ガラス基板(旭硝子社製、フッ素ドープSnO2、厚さ1mm、表面抵抗10Ω/□)上に塗布し、乾燥させ、得られた乾燥物を500℃で30分間、空気中で焼成し、透明電極の上に厚さ10μmの多孔質酸化チタン膜を形成した。そして、形成した多孔質酸化チタン膜上に第2のペーストを塗布し、乾燥させ、得られた乾燥物を500℃で30分間、空気中で焼成し、厚さ10μmの多孔質酸化チタン膜上にさらに4μmの多孔質酸化チタン膜を形成した。その後、多孔質酸化チタン膜が形成された基板を、[Ru(4、4’−ジカルボキシル−2、2’−ビピリジン)2−(NCS)2]で表される増感色素溶液中に浸漬して、室温、暗所下で24時間静置し、色素吸着処理を行って、ガラス基板付き透明電極を作製した。 Next, the first paste is applied onto a conductive glass substrate with a transparent electrode (manufactured by Asahi Glass Co., Ltd., fluorine-doped SnO 2 , thickness 1 mm, surface resistance 10 Ω / □) and dried. The porous titanium oxide film having a thickness of 10 μm was formed on the transparent electrode by firing in air at 30 ° C. for 30 minutes. Then, the second paste is applied on the formed porous titanium oxide film and dried, and the obtained dried product is baked in the air at 500 ° C. for 30 minutes, on the porous titanium oxide film having a thickness of 10 μm. Further, a 4 μm porous titanium oxide film was formed. Thereafter, the substrate on which the porous titanium oxide film is formed is immersed in a sensitizing dye solution represented by [Ru (4,4′-dicarboxyl-2,2′-bipyridine) 2- (NCS) 2]. Then, it was left to stand at room temperature in a dark place for 24 hours, and a dye adsorption treatment was performed to produce a transparent electrode with a glass substrate.

また、透明電極付き導電性ガラス基板(旭硝子社製、フッ素ドープSnO2、表面抵抗10Ω/□)上表面に白金をスパッタ法により形成し、ガラス基板付き対電極を作製した。 Moreover, platinum was formed on the upper surface of a conductive glass substrate with a transparent electrode (manufactured by Asahi Glass Co., Ltd., fluorine-doped SnO 2 , surface resistance 10Ω / □) to produce a counter electrode with a glass substrate.

そして、対電極上に、透明電極における多孔質酸化チタン膜の周囲を囲むような枠状の封止部を熱溶融性接着剤で形成し、枠状の封止部と対電極とで形成された凹部内底面に電荷輸送材料としての電解液を含浸させた不織布シートを載置した。ここで、電解液は、0.5mol/dm3のメチルトリプロピルアンモニウムヨージドと0.01mol/dm3のヨウ化リチウムと0.005mol/dm3のヨウ素と0.5mol/dm3の4−tert−ブチルピリジンとをγ―ブチロラクトンで溶解して作製した。 Then, on the counter electrode, a frame-shaped sealing portion surrounding the porous titanium oxide film in the transparent electrode is formed with a hot-melt adhesive, and the frame-shaped sealing portion and the counter electrode are formed. A nonwoven fabric sheet impregnated with an electrolytic solution as a charge transport material was placed on the bottom surface of the recessed portion. Here, the electrolytic solution was 0.5 mol / dm 3 methyltripropylammonium iodide, 0.01 mol / dm 3 lithium iodide, 0.005 mol / dm 3 iodine, 0.5 mol / dm 3 4- It was prepared by dissolving tert-butylpyridine with γ-butyrolactone.

その後、室温かつ真空ポンプにより0.01MPaに減圧された雰囲気下で、透明電極と対電極とを、封止部が挟持されるように貼り合わせ、封止部のみを加熱して、光電変換素子を作製した。ここで、貼り合わせたときの圧力と温度、封止部の加熱前後の厚みの変化から素子内部の圧力は室温で少なくとも0.03MPa以下であった。   Thereafter, the transparent electrode and the counter electrode are bonded together so that the sealing portion is sandwiched in an atmosphere reduced to 0.01 MPa by a vacuum pump at room temperature, and only the sealing portion is heated, and the photoelectric conversion element Was made. Here, the pressure inside the device was at least 0.03 MPa or less at room temperature from the pressure and temperature at the time of bonding and the change in thickness before and after heating the sealing portion.

キセノンランプで0.1mW/cm2の光を照射したときの太陽電池出力を初期値とし、85℃の高温環境下で500時間保持した後の太陽電池出力の初期値に対する相対値を調べた結果、0.97であった。
(実施例2)
素子作製時の圧力が0.075MPaであること以外は、実施例1と同様の方法で光電変換素子を作製し、実施例1と同様の条件で保持した前後の太陽電池出力を調べた結果、保持後の初期値に対する相対値は0.93であった。このときの素子内部の圧力は室温でほぼ0.1MPaであった。
(比較例)
素子作製時の圧力が大気圧であること以外は、実施例1と同様の方法で光電変換素子を作製し、実施例1と同様の条件で保持した前後の太陽電池出力を調べた結果、保持後の初期値に対する相対値は0.84であった。
Results of investigating the relative value to the initial value of the solar cell output after holding the solar cell output when irradiated with 0.1 mW / cm 2 light with a xenon lamp for 500 hours in a high temperature environment of 85 ° C. 0.97.
(Example 2)
Except that the pressure at the time of element production was 0.075 MPa, a photoelectric conversion element was produced by the same method as in Example 1, and the solar cell output before and after being held under the same conditions as in Example 1 was examined. The relative value with respect to the initial value after holding was 0.93. The pressure inside the device at this time was approximately 0.1 MPa at room temperature.
(Comparative example)
Except that the pressure at the time of device fabrication was atmospheric pressure, a photoelectric conversion device was fabricated by the same method as in Example 1, and the solar cell output before and after being held under the same conditions as in Example 1 was checked. The relative value to the later initial value was 0.84.

高温保持試験において初期値に対する相対値は少なくとも0.9以上であることが望ましく、比較例においては優れた高温保持特性が得られなかったのに対して、実施例1および2においては優れた高温保持特性が得られた。   In the high temperature holding test, the relative value with respect to the initial value is desirably at least 0.9, and in the comparative examples, excellent high temperature holding characteristics were not obtained, whereas in Examples 1 and 2, an excellent high temperature was obtained. Retention characteristics were obtained.

光電変換素子の一例を示す概要断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows an example of a photoelectric conversion element.

符号の説明Explanation of symbols

1 光電変換素子
3 基板(第1の基板)
5 電極
6 電極(第1の電極)
7 半導体層
9 基板(第2の基板)
11 対電極(第2の電極)
13 電荷輸送層
15 封止部
1 photoelectric conversion element 3 substrate (first substrate)
5 electrode 6 electrode (first electrode)
7 Semiconductor layer 9 Substrate (second substrate)
11 Counter electrode (second electrode)
13 Charge transport layer 15 Sealing part

Claims (4)

増感色素を担持した半導体層を有する第1の電極を備えた第1の基板と、
前記第1の電極の半導体層に対峙する第2の電極を備えた第2の基板と、
前記第1の電極と前記第2の電極との間に形成された電荷輸送層と、
前記電荷輸送層の周囲に形成され、前記第1の電極と前記第2の電極との間に前記電荷輸送層を保持する封止部と、
を備える光電変換素子の製造方法であって、
前記電荷輸送層を、大気圧よりも0.02MPa以上低い圧力雰囲気内で、前記封止部により、密封するステップを含むことを特徴とする光電変換素子の製造方法。
A first substrate comprising a first electrode having a semiconductor layer carrying a sensitizing dye;
A second substrate comprising a second electrode facing the semiconductor layer of the first electrode;
A charge transport layer formed between the first electrode and the second electrode;
A sealing portion formed around the charge transport layer and holding the charge transport layer between the first electrode and the second electrode;
A method for producing a photoelectric conversion element comprising:
A method for producing a photoelectric conversion element, comprising: sealing the charge transport layer with the sealing portion in a pressure atmosphere lower than atmospheric pressure by 0.02 MPa or more.
前記密封が室温雰囲気内で行われることを特徴とする請求項1に記載の光電変換素子の製造方法。   The method for producing a photoelectric conversion element according to claim 1, wherein the sealing is performed in a room temperature atmosphere. 増感色素を担持した半導体層を有する第1の電極を備えた第1の基板と、
前記第1の電極の半導体層に対峙する第2の電極を備えた第2の基板と、
前記第1の電極と前記第2の電極との間に形成された電荷輸送層と、
前記電荷輸送層の周囲に形成され、前記第1の電極と前記第2の電極との間に前記電荷輸送層を保持する封止部と、
を備える光電変換素子であって、
前記電荷輸送層が保持されている部分の圧力が外部の圧力よりも0.02MPa以上低いことを特徴とする光電変換素子。
A first substrate comprising a first electrode having a semiconductor layer carrying a sensitizing dye;
A second substrate comprising a second electrode facing the semiconductor layer of the first electrode;
A charge transport layer formed between the first electrode and the second electrode;
A sealing portion formed around the charge transport layer and holding the charge transport layer between the first electrode and the second electrode;
A photoelectric conversion element comprising:
The photoelectric conversion element, wherein a pressure of a portion where the charge transport layer is held is 0.02 MPa or more lower than an external pressure.
前記電荷輸送層が保持されている部分の圧力が室温雰囲気内で外部の圧力よりも0.02MPa以上低いことを特徴とする請求項3に記載の光電変換素子。   The photoelectric conversion element according to claim 3, wherein the pressure of the portion where the charge transport layer is held is 0.02 MPa or more lower than the external pressure in a room temperature atmosphere.
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