JP2009087563A - Laminated body for oxide semiconductor electrode, oxide semiconductor electrode, dye-sensitized solar cell, manufacturing method for laminated body of oxide semiconductor electrode, and manufacturing method for oxide semiconductor electrode - Google Patents

Laminated body for oxide semiconductor electrode, oxide semiconductor electrode, dye-sensitized solar cell, manufacturing method for laminated body of oxide semiconductor electrode, and manufacturing method for oxide semiconductor electrode Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a laminated body for an oxide semiconductor electrode and an oxide semiconductor electrode with superior semiconductor characteristics capable of forming an electrode layer made of metal oxide by using a spray thermal decomposition method on a porous layer including metal oxide semiconductor fine particles without damaging semiconductor characteristics of the porous layer. <P>SOLUTION: In the laminated body for an oxide semiconductor electrode comprising a heat-resistant substrate, the porous layer formed on the heat-resistant substrate and including the metal oxide semiconductor fine particles, and a first electrode layer formed on the porous layer by using the spray thermal decomposition method and made of the metal oxide, the metal oxide semiconductor fine particles have their surface coated by an insulating material, and the problems can be solved by using the laminated body for an oxide semiconductor electrode. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、色素増感型太陽電池等に好適に用いられる酸化物半導体電極、当該酸化物半導体電極を作製するため好適に用いられる酸化物半導体電極用積層体、および、酸化物半導体電極が用いられた色素増感型太陽電池等に関するものである。   The present invention uses an oxide semiconductor electrode suitably used for a dye-sensitized solar cell and the like, a laminate for an oxide semiconductor electrode suitably used for producing the oxide semiconductor electrode, and an oxide semiconductor electrode The obtained dye-sensitized solar cell and the like.

近年、二酸化炭素の増加が原因とされる地球温暖化等の環境問題が深刻となり、世界的にその対策が進められている。中でも環境に対する負荷が小さく、クリーンなエネルギー源として、太陽光エネルギーを利用した太陽電池に関する積極的な研究開発が進められている。このような太陽電池としては、単結晶シリコン太陽電池、多結晶シリコン太陽電池、アモルファスシリコン太陽電池、および化合物半導体太陽電池などが既に実用化されているが、これらの太陽電池は製造コストが高い等の問題がある。そこで、環境負荷が小さく、かつ製造コストを削減できる太陽電池として、色素増感型太陽電池が注目され研究開発が進められている。
このような色素増感型太陽電池には、金属酸化物半導体微粒子を含む多孔質層を有する酸化物半導体電極が用いられている。
In recent years, environmental problems such as global warming caused by an increase in carbon dioxide have become serious, and countermeasures are being promoted worldwide. In particular, active research and development on solar cells using solar energy as a clean energy source with a low environmental impact is underway. As such solar cells, single crystal silicon solar cells, polycrystalline silicon solar cells, amorphous silicon solar cells, compound semiconductor solar cells and the like have already been put into practical use, but these solar cells have high production costs, etc. There is a problem. Therefore, as a solar cell that has a small environmental load and can reduce the manufacturing cost, a dye-sensitized solar cell has attracted attention and research and development has been promoted.
In such a dye-sensitized solar cell, an oxide semiconductor electrode having a porous layer containing metal oxide semiconductor fine particles is used.

色素増感型太陽電池セルの一般的な構成の一例を図8に示す。図8に例示するように、一般的な色素増感型太陽電池セル100は、基材111上に、第1電極層112および色素増感剤を担持した金属酸化物半導体微粒子を含む多孔質層113がこの順で積層した酸化物半導体電極110と、対向基材121上に第2電極層122が形成された対電極基材120との間に、酸化還元対を有する電解質層101がシール材102の内側に形成された構成を有するものである。そして、金属酸化物半導体微粒子の表面に吸着した色素増感剤が、基材111側から太陽光を受光することによって励起され、励起された電子が第1電極層へ伝導し、外部回路を通じて第2電極層へ伝導される。その後、酸化還元対を介して色素増感剤の基底準位に電子が戻ることよって発電するものである。このような色素増感型太陽電池としては、上記多孔質層を多孔質二酸化チタンから構成し、色素増感剤の含有量を増加させたグレッチェルセルが代表的であり、発電効率の高い色素増感型太陽電池として広く研究の対象となっている。   An example of a general configuration of the dye-sensitized solar cell is shown in FIG. As illustrated in FIG. 8, a general dye-sensitized solar cell 100 includes a porous layer including metal oxide semiconductor fine particles carrying a first electrode layer 112 and a dye sensitizer on a base 111. An electrolyte layer 101 having a redox pair is a sealing material between the oxide semiconductor electrode 110 in which the layers 113 are stacked in this order and the counter electrode substrate 120 in which the second electrode layer 122 is formed on the counter substrate 121. 102 has a configuration formed inside 102. Then, the dye sensitizer adsorbed on the surface of the metal oxide semiconductor fine particles is excited by receiving sunlight from the substrate 111 side, and the excited electrons are conducted to the first electrode layer, and are then passed through the external circuit. Conducted to two electrode layers. Thereafter, electricity is generated by returning the electrons to the ground level of the dye sensitizer through the redox pair. A typical example of such a dye-sensitized solar cell is a Gretcher cell in which the porous layer is made of porous titanium dioxide and the content of the dye sensitizer is increased. It has been widely studied as a sensitized solar cell.

上記グレッチェルセルの特徴である多孔質の多孔質層を形成するには、一般的に多孔質層形成用組成物に対して300℃〜700℃での焼成処理を行うことが必要である。したがって、上記基材としては、焼成処理に耐え得る耐熱性を有する材質でなければ用いることができず、一般的な高分子フィルムは使用することができない問題点があった。   In order to form a porous porous layer that is characteristic of the Gretchel cell, it is generally necessary to perform a baking treatment at 300 ° C. to 700 ° C. on the porous layer forming composition. Therefore, the base material cannot be used unless it is a heat-resistant material that can withstand the baking treatment, and a general polymer film cannot be used.

このような問題点に対し、特許文献1には、耐熱基板上に金属酸化物半導体微粒子を含有する多孔質層を形成した後、当該多孔質層上に金属酸化物からなる電極層を形成することによって酸化物半導体電極用積層体を形成し、次に、酸化物半導体電極用積層体の電極層上に基材を接着させ、さらに耐熱基板を剥離することによって酸化物半導体電極を形成する方法(転写方法)が開示されている。このような転写方法によれば、耐熱基板上で焼成した多孔質層を転写することにより、任意の基材上へ多孔質層を形成することが可能である。したがって、このような転写方法は酸化物半導体電極の用途等に応じて適当な基材を選択することができる点において有用である。   In order to solve such problems, Patent Document 1 discloses that after a porous layer containing metal oxide semiconductor fine particles is formed on a heat-resistant substrate, an electrode layer made of a metal oxide is formed on the porous layer. Forming the oxide semiconductor electrode laminate, and then bonding the base material onto the electrode layer of the oxide semiconductor electrode laminate, and further peeling the heat-resistant substrate to form the oxide semiconductor electrode (Transfer method) is disclosed. According to such a transfer method, it is possible to form a porous layer on an arbitrary base material by transferring the porous layer fired on the heat-resistant substrate. Therefore, such a transfer method is useful in that an appropriate base material can be selected according to the use of the oxide semiconductor electrode.

ここで、上記転写方法においては上記酸化物半導体電極用積層体を製造する過程において、上記多孔質層上に金属酸化物からなる電極層がされるが、当該電極層を形成する方法として、スパッタリング法、蒸着法等の一般的に金属酸化物からなる層を形成する方法が用いられている。なかでも、緻密で導電性に優れた電極層を形成可能な方法としてスプレー熱分解法が知られている。スプレー熱分解法とは、加熱された多孔質層上に金属化合物を含む金属化合物溶液を噴霧することにより、上記多孔質層上に上記金属化合物に含まれる金属を酸化させて金属酸化物からなる電極層を形成する方法である。このようなスプレー熱分解法は、より緻密で導電性の高い電極層を高効率で形成することが可能な方法として着目されている。スプレー熱分解法を用いて上記電極層を形成する具体例としては、例えば、特許文献2に記載されている。   Here, in the above transfer method, an electrode layer made of a metal oxide is formed on the porous layer in the process of manufacturing the oxide semiconductor electrode laminate. As a method for forming the electrode layer, sputtering is performed. Generally, a method of forming a layer made of a metal oxide such as a vapor deposition method or a vapor deposition method is used. Among them, a spray pyrolysis method is known as a method capable of forming a dense electrode layer having excellent conductivity. The spray pyrolysis method comprises a metal oxide formed by spraying a metal compound solution containing a metal compound onto a heated porous layer to oxidize a metal contained in the metal compound on the porous layer. This is a method of forming an electrode layer. Such a spray pyrolysis method is attracting attention as a method capable of forming a denser and highly conductive electrode layer with high efficiency. A specific example of forming the electrode layer using a spray pyrolysis method is described in Patent Document 2, for example.

特開2002−184475号公報JP 2002-184475 A 特開2006−310256号公報JP 2006-310256 A

ところで、色素増感型太陽電池に用いられる酸化物半導体電極としては、通常、上記多孔質層に、酸化チタンの金属酸化物からなる半導体微粒子が含まれるものが用いられるが、このような金属酸化物半導体微粒子を含有する多孔質層上に、上述したスプレー熱分解法で電極層を形成すると多孔質層が劣化してしまうという問題点があった。
すなわち、上述したようにスプレー熱分解法は、多孔質層上に金属化合物を含む金属化合物溶液を噴霧し、金属化合物に含まれる金属を酸化させることよって金属酸化物からなる電極層を形成する方法であるが、上記金属酸化物半導体微粒子を含有する多孔質層上にこのような方法で電極層を形成すると、上記金属化合物に含まれる金属を酸化させる酸素が、多孔質層中の金属酸化物半導体微粒子から供給されてしまい、当該金属酸化物半導体微粒子が還元されるという現象が生じてしまう。このため、電極層が形成される際に上記多孔質層の導電性が低下し、その結果として半導体特性が損なわれてしまうのである。
By the way, as an oxide semiconductor electrode used for a dye-sensitized solar cell, one in which semiconductor fine particles made of a metal oxide of titanium oxide are usually used in the porous layer is used. When the electrode layer is formed on the porous layer containing the fine semiconductor particles by the above-described spray pyrolysis method, there is a problem that the porous layer is deteriorated.
That is, as described above, the spray pyrolysis method is a method of forming an electrode layer made of a metal oxide by spraying a metal compound solution containing a metal compound on the porous layer and oxidizing the metal contained in the metal compound. However, when the electrode layer is formed on the porous layer containing the metal oxide semiconductor fine particles by such a method, oxygen that oxidizes the metal contained in the metal compound is converted into the metal oxide in the porous layer. A phenomenon occurs in which the metal oxide semiconductor fine particles are reduced by being supplied from the semiconductor fine particles. For this reason, when the electrode layer is formed, the conductivity of the porous layer is lowered, and as a result, the semiconductor characteristics are impaired.

本発明は、このような問題点に鑑みてなされたものであり、金属酸化物半導体微粒子を含有する多孔質層上に、当該多孔質層の半導体特性を損なうことなく、スプレー熱分解法によって金属酸化物からなる電極層を形成することが可能であり、半導体特性に優れた酸化物半導体電極用積層体および酸化物半導体電極を提供することを主目的とするものである。   The present invention has been made in view of such problems, and a metal is formed on a porous layer containing metal oxide semiconductor fine particles by a spray pyrolysis method without impairing the semiconductor characteristics of the porous layer. An object of the present invention is to provide an oxide semiconductor electrode laminate and an oxide semiconductor electrode that can form an oxide electrode layer and have excellent semiconductor characteristics.

上記課題を解決するために本発明は、耐熱基板と、上記耐熱基板上に形成され、金属酸化物半導体微粒子を含む多孔質層と、上記多孔質層上にスプレー熱分解法によって形成され、金属酸化物からなる第1電極層と、を有する酸化物半導体電極用積層体であって、上記金属酸化物半導体微粒子が絶縁性材料で表面が被覆されていることを特徴とする、酸化物半導体電極用積層体を提供する。   In order to solve the above problems, the present invention provides a heat-resistant substrate, a porous layer formed on the heat-resistant substrate and containing metal oxide semiconductor fine particles, and formed on the porous layer by a spray pyrolysis method. An oxide semiconductor electrode having a first electrode layer made of an oxide, wherein the metal oxide semiconductor fine particles are coated with an insulating material on the surface thereof A laminate is provided.

本発明によれば、上記多孔質層に含まれる金属酸化物半導体微粒子が絶縁性材料で被覆されていることにより、本発明の酸化物半導体電極用積層体を製造する工程において、上記多孔質層上にスプレー熱分解法によって第1電極層が形成される場合であっても、上記金属酸化物半導体微粒子が還元されることを防止することができる。
また、本発明によれば上記第1電極層はスプレー熱分解法によって形成されたものであるため、上記多孔質層との電子授受性能に優れたものになる。
このため、本発明によれば製造過程において多孔質層の導電性が損なわれることが少なくなる結果、半導体特性に優れた酸化物半導体電極用積層体を得ることができる。
このようなことから、本発明によれば金属酸化物半導体微粒子を含有する多孔質層上に、当該多孔質層の半導体特性を損なうことなく、スプレー熱分解法によって金属酸化物からなる電極層を形成することが可能であり、半導体特性に優れた酸化物半導体電極用積層体を得ることができる。
According to the present invention, in the step of producing the oxide semiconductor electrode laminate of the present invention, the metal oxide semiconductor fine particles contained in the porous layer are coated with an insulating material. Even when the first electrode layer is formed thereon by spray pyrolysis, the metal oxide semiconductor fine particles can be prevented from being reduced.
Further, according to the present invention, since the first electrode layer is formed by spray pyrolysis, the electron transfer performance with the porous layer is excellent.
For this reason, according to this invention, as a result that the electroconductivity of a porous layer decreases in a manufacture process, the laminated body for oxide semiconductor electrodes excellent in the semiconductor characteristic can be obtained.
Therefore, according to the present invention, an electrode layer made of a metal oxide is formed on a porous layer containing metal oxide semiconductor fine particles by a spray pyrolysis method without impairing the semiconductor characteristics of the porous layer. Therefore, it is possible to obtain a stacked body for an oxide semiconductor electrode that is excellent in semiconductor characteristics.

また、上記課題を解決するために本発明は、基材と、上記基材上にスプレー熱分解法によって形成され、金属酸化物からなる第1電極層と、上記第1電極層上に形成され、金属酸化物半導体微粒子を含む多孔質層と、を有する酸化物半導体電極であって、上記金属酸化物半導体微粒子が絶縁性材料で表面が被覆されていることを特徴とする、酸化物半導体電極を提供する。   In order to solve the above problems, the present invention provides a base material, a first electrode layer formed on the base material by a spray pyrolysis method, made of a metal oxide, and formed on the first electrode layer. An oxide semiconductor electrode comprising: a porous layer containing metal oxide semiconductor fine particles, wherein the metal oxide semiconductor fine particles have a surface coated with an insulating material I will provide a.

本発明によれば、上記多孔質層に含まれる金属酸化物半導体微粒子が絶縁性材料で被覆されており、かつ、上記第1電極層はスプレー熱分解法によって形成されたものであることにより、上述した理由と同様の理由で半導体特性に優れた酸化物半導体電極を得ることができる。   According to the present invention, the metal oxide semiconductor fine particles contained in the porous layer are coated with an insulating material, and the first electrode layer is formed by spray pyrolysis, An oxide semiconductor electrode excellent in semiconductor characteristics can be obtained for the same reason as described above.

本発明の酸化物半導体電極は、上記基材と、上記第1電極層との間に接着性樹脂を含む接着層が形成されていることが好ましい。このような接着層が形成されていることにより、本発明の酸化物半導体電極を、上述した転写方式によって製造することが容易になるからである。   As for the oxide semiconductor electrode of this invention, it is preferable that the contact bonding layer containing adhesive resin is formed between the said base material and the said 1st electrode layer. This is because by forming such an adhesive layer, the oxide semiconductor electrode of the present invention can be easily manufactured by the transfer method described above.

また本発明は、上記本発明に係る酸化物半導体電極、および、対向基材と、上記対向基材上に形成され、金属酸化物からなる第2電極層とを有する対電極基材が、上記多孔質層と、上記第2電極層とが対向するように配置されており、上記酸化物半導体電極と、上記対電極基材との間に酸化還元対を含む電解質層が形成された構成を有することを特徴とする、色素増感型太陽電池を提供する。   Moreover, the present invention provides the above-described oxide semiconductor electrode according to the present invention, a counter substrate, and a counter electrode substrate having a second electrode layer formed on the counter substrate and made of a metal oxide. The porous layer and the second electrode layer are disposed so as to face each other, and an electrolyte layer including a redox pair is formed between the oxide semiconductor electrode and the counter electrode base material. A dye-sensitized solar cell is provided.

本発明によれば、半導体特性に優れた上記本発明に係る酸化物半導体電極が用いられていることにより、発電効率に優れた色素増感型太陽電池を得ることができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the dye-sensitized solar cell excellent in power generation efficiency can be obtained by using the oxide semiconductor electrode which concerns on the said this invention excellent in the semiconductor characteristic.

また本発明は、耐熱基板を用い、上記耐熱基板上に金属酸化物半導体微粒子を含有する多孔質層形成用層を形成する多孔質層形成用層形成工程、および、上記多孔質層形成用層に含まれる金属酸化物半導体微粒子の表面を絶縁性材料で被覆する絶縁性被覆工程とを有することにより、上記耐熱基板上に、絶縁性材料で表面が被覆された金属酸化物半導体微粒子を含有する多孔質層を形成する、多孔質層形成工程と、上記多孔質層上に、スプレー熱分解法によって金属酸化物からなる第1電極層を形成する、第1電極層形成工程と、を有することを特徴とする、酸化物半導体電極用積層体の製造方法を提供する。   The present invention also provides a porous layer forming layer forming step of forming a porous layer forming layer containing metal oxide semiconductor fine particles on the heat resistant substrate using the heat resistant substrate, and the porous layer forming layer. A metal oxide semiconductor fine particle whose surface is coated with an insulating material on the heat-resistant substrate. A porous layer forming step for forming a porous layer; and a first electrode layer forming step for forming a first electrode layer made of a metal oxide on the porous layer by spray pyrolysis. The manufacturing method of the laminated body for oxide semiconductor electrodes characterized by these is provided.

本発明によれば上記多孔質層形成工程が、上記多孔質層形成用層形成工程および上記絶縁性被覆工程を有し、絶縁性材料で表面が被覆された金属酸化物半導体微粒子を含有する多孔質層を形成するものであることにより、上記第1電極層形成工程においてスプレー熱分解法で第1電極層が形成される際に、上記多孔質層に含まれる金属酸化物半導体微粒子が還元されることを防止することができる。
また、本発明によれば上記第1電極層形成工程がスプレー熱分解法によって第1電極層を形成するものであることにより、上記多孔質層上に緻密で、多孔質層との電子授受性能に優れた第1電極層を形成することができる。
このようなことから本発明によれば、半導体特性に優れた酸化物半導体電極用積層体を製造することができる。
According to the present invention, the porous layer forming step includes the porous layer forming layer forming step and the insulating coating step, and includes a metal oxide semiconductor fine particle whose surface is coated with an insulating material. By forming the porous layer, the metal oxide semiconductor fine particles contained in the porous layer are reduced when the first electrode layer is formed by spray pyrolysis in the first electrode layer forming step. Can be prevented.
Further, according to the present invention, the first electrode layer forming step forms the first electrode layer by spray pyrolysis, so that the electron transfer performance with the porous layer is dense and dense. The 1st electrode layer excellent in can be formed.
For this reason, according to the present invention, it is possible to manufacture a laminated body for an oxide semiconductor electrode having excellent semiconductor characteristics.

さらに本発明は、耐熱基板を用い、上記耐熱基板上に金属酸化物半導体微粒子を含有する多孔質層形成用層を形成する多孔質層形成用層形成工程、および、上記多孔質層形成用層に含まれる金属酸化物半導体微粒子の表面を絶縁性材料で被覆する絶縁性被覆工程とを有することにより、上記耐熱基板上に、絶縁性材料で表面が被覆された金属酸化物半導体微粒子を含有する多孔質層を形成する、多孔質層形成工程と、上記多孔質層上に、スプレー熱分解法によって金属酸化物からなる第1電極層を形成する、第1電極層形成工程と、上記第1電極層上に、基材を接着する基材接着工程と、上記耐熱基板を、上記多孔質層から剥離する耐熱基板剥離工程と、を有することを特徴とする、酸化物半導体電極の製造方法を提供する。   Furthermore, the present invention provides a porous layer forming layer forming step of forming a porous layer forming layer containing metal oxide semiconductor fine particles on the heat resistant substrate using the heat resistant substrate, and the porous layer forming layer. A metal oxide semiconductor fine particle whose surface is coated with an insulating material on the heat-resistant substrate. A porous layer forming step of forming a porous layer; a first electrode layer forming step of forming a first electrode layer made of a metal oxide on the porous layer by spray pyrolysis; and the first A method for producing an oxide semiconductor electrode, comprising: a base material adhesion step for adhering a base material on an electrode layer; and a heat resistance substrate peeling step for peeling the heat resistant substrate from the porous layer. provide.

本発明によれば上記多孔質層形成工程が、上記多孔質層形成用層形成工程および上記絶縁性被覆工程を有し、絶縁性材料で表面が被覆された金属酸化物半導体微粒子を含有する多孔質層を形成するものであり、かつ、上記第1電極層形成工程がスプレー熱分解法によって第1電極層を形成するものであることにより、上述した理由と同様で半導体特性に優れた酸化物半導体電極を製造することができる。   According to the present invention, the porous layer forming step includes the porous layer forming layer forming step and the insulating coating step, and includes a metal oxide semiconductor fine particle whose surface is coated with an insulating material. An oxide having excellent semiconductor characteristics for the same reason as described above, because the first electrode layer forming step is to form the first electrode layer by spray pyrolysis. A semiconductor electrode can be manufactured.

本発明の酸化物半導体電極用積層体および酸化物半導体電極は、金属酸化物半導体微粒子を含有する多孔質層上に、当該多孔質層の半導体特性を損なうことなく、スプレー熱分解法によって金属酸化物からなる電極層を形成することが可能であり、半導体特性に優れるという効果を奏する。   The laminate for an oxide semiconductor electrode and the oxide semiconductor electrode according to the present invention are formed on a porous layer containing metal oxide semiconductor fine particles by metal spray oxidation without damaging the semiconductor characteristics of the porous layer. It is possible to form an electrode layer made of a material, and there is an effect that the semiconductor characteristics are excellent.

本発明は、酸化物半導体電極用積層体、酸化物半導体電極およびこれを用いた色素増感型太陽電池、酸化物半導体電極用積層体の製造方法、および、酸化物半導体電極の製造方法に関するものである。
以下、これらについて順に説明する。
The present invention relates to a laminate for an oxide semiconductor electrode, an oxide semiconductor electrode, a dye-sensitized solar cell using the same, a method for producing a laminate for an oxide semiconductor electrode, and a method for producing an oxide semiconductor electrode. It is.
Hereinafter, these will be described in order.

A.酸化物半導体電極用積層体
まず、本発明の酸化物半導体電極用積層体について説明する。本発明の酸化物半導体電極洋積層体は、耐熱基板と、上記耐熱基板上に形成され、金属酸化物半導体微粒子を含む多孔質層と、上記多孔質層上にスプレー熱分解法によって形成され、金属酸化物からなる第1電極層と、を有するものであって、上記金属酸化物半導体微粒子が絶縁性材料で表面が被覆されていることを特徴とするものである。
A. First, the laminated body for oxide semiconductor electrodes of this invention is demonstrated. The oxide semiconductor electrode western laminate of the present invention is formed on a heat resistant substrate, a porous layer formed on the heat resistant substrate and containing metal oxide semiconductor fine particles, and a spray pyrolysis method on the porous layer, A first electrode layer made of a metal oxide, wherein the surface of the metal oxide semiconductor fine particles is covered with an insulating material.

このような本発明の酸化物半導体電極用積層体について図を参照しながら説明する。図1は本発明の酸化物半導体電極用積層体の一例を示す概略断面図である。図1に例示するように、本発明の酸化物半導体電極用積層体10は、耐熱基板1と、上記耐熱基板1上に形成され、金属酸化物半導体微粒子を含む多孔質層2と、上記多孔質層2上に形成され、金属酸化物からなる第1電極層3と、を有するものであり、多孔質層2に含有される上記金属酸化物半導体微粒子が絶縁性材料で表面が被覆されていることを特徴とするものである。
また、本発明における第1電極層3は、スプレー熱分解法によって上記多孔質層2上に形成されたものである。
Such a laminated body for oxide semiconductor electrodes of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing an example of the oxide semiconductor electrode laminate of the present invention. As illustrated in FIG. 1, an oxide semiconductor electrode laminate 10 of the present invention includes a heat resistant substrate 1, a porous layer 2 formed on the heat resistant substrate 1 and containing metal oxide semiconductor fine particles, and the porous A first electrode layer 3 made of a metal oxide and having a surface covered with an insulating material of the metal oxide semiconductor fine particles contained in the porous layer 2. It is characterized by being.
The first electrode layer 3 in the present invention is formed on the porous layer 2 by spray pyrolysis.

ここで、上述したようにスプレー熱分解法とは、加熱された多孔質層上に金属化合物を含む金属化合物溶液を噴霧し、多孔質層上で上記金属化合物に含まれる金属を酸化させることよって金属酸化物からなる第1電極層を形成する方法である。   Here, as described above, the spray pyrolysis method is performed by spraying a metal compound solution containing a metal compound on a heated porous layer and oxidizing the metal contained in the metal compound on the porous layer. This is a method of forming a first electrode layer made of a metal oxide.

本発明によれば、上記多孔質層に含まれる金属酸化物半導体微粒子が絶縁性材料で被覆されていることにより、本発明の酸化物半導体電極用積層体を製造する工程において、上記多孔質層上に、スプレー熱分解法によって第1電極層が形成される場合であっても、上記金属酸化物半導体微粒子が還元されることを防止することができる。
すなわち、上述したようにスプレー熱分解法は、多孔質層上に金属化合物を含む金属化合物溶液を噴霧し、金属化合物に含まれる金属を酸化させることよって金属酸化物からなる電極層を形成する方法であり、緻密で多孔質層との電子授受性能に優れた電極層を形成できる方法として有用であるが、第1電極層が形成される際に多孔質層に含まれる金属酸化物半導体微粒子が還元されるという現象が生じ、多孔質層が劣化されてしまうという問題点があった。この点、本発明によれば、上記金属酸化物半導体微粒子として、表面が絶縁性材料で被覆されたものを用いることにより、スプレー熱分解法において金属化合物が酸化される際に、上記金属酸化物半導体微粒子から酸素が供給されることを防止することができる。
また、本発明の酸化物半導体電極用積層体は、上記第1電極層が上述したスプレー熱分解法によって形成されたものであるため、上記多孔質層との電子授受性能に優れたものになる。このため、本発明によれば製造過程において多孔質層の導電性が損なわれることが少なくなる結果、半導体特性に優れた酸化物半導体電極用積層体を得ることができる。
このようなことから、本発明によれば金属酸化物半導体微粒子を含有する多孔質層上に、当該多孔質層の半導体特性を損なうことなく、スプレー熱分解法によって金属酸化物からなる電極層を形成することが可能であり、半導体特性に優れた酸化物半導体電極用積層体を得ることができる。
According to the present invention, in the step of producing the oxide semiconductor electrode laminate of the present invention, the metal oxide semiconductor fine particles contained in the porous layer are coated with an insulating material. Moreover, even when the first electrode layer is formed by spray pyrolysis, the metal oxide semiconductor fine particles can be prevented from being reduced.
That is, as described above, the spray pyrolysis method is a method of forming an electrode layer made of a metal oxide by spraying a metal compound solution containing a metal compound on the porous layer and oxidizing the metal contained in the metal compound. The metal oxide semiconductor fine particles contained in the porous layer when the first electrode layer is formed are useful as a method for forming a dense electrode layer having excellent electron transfer performance with the porous layer. There was a problem that the phenomenon of reduction occurred and the porous layer deteriorated. In this regard, according to the present invention, when the metal compound is oxidized in the spray pyrolysis method by using the metal oxide semiconductor fine particles whose surface is coated with an insulating material, the metal oxide semiconductor fine particles are used. It is possible to prevent oxygen from being supplied from the semiconductor fine particles.
In the oxide semiconductor electrode laminate according to the present invention, since the first electrode layer is formed by the spray pyrolysis method described above, the electron transfer performance with the porous layer is excellent. . For this reason, according to this invention, as a result that the electroconductivity of a porous layer decreases in a manufacture process, the laminated body for oxide semiconductor electrodes excellent in the semiconductor characteristic can be obtained.
Therefore, according to the present invention, an electrode layer made of a metal oxide is formed on a porous layer containing metal oxide semiconductor fine particles by a spray pyrolysis method without impairing the semiconductor characteristics of the porous layer. Therefore, it is possible to obtain a stacked body for an oxide semiconductor electrode that is excellent in semiconductor characteristics.

なお、本発明の酸化物半導体電極用積層体は、後述する酸化物半導体電極を作製するために好適に用いられるものである。   In addition, the laminated body for oxide semiconductor electrodes of this invention is used suitably in order to produce the oxide semiconductor electrode mentioned later.

本発明の酸化物半導体電極は、少なくとも耐熱基板、多孔質層、および、第1電極層を有するものであり、必要に応じて他の任意の構成を有してもよいものである。
以下、本発明の酸化物半導体電極に用いられる各構成について順に説明する。
The oxide semiconductor electrode of the present invention has at least a heat-resistant substrate, a porous layer, and a first electrode layer, and may have any other configuration as necessary.
Hereafter, each structure used for the oxide semiconductor electrode of this invention is demonstrated in order.

1.多孔質層
最初に、本発明に用いられる多孔質層について説明する。本発明に用いられる多孔質層は、本発明の酸化物半導体電極用積層体を用いて作製される酸化物半導体電極に半導体特性を付与する性質を有するものである。また、本発明に用いられる多孔質層は表面が絶縁性材料で被覆された金属酸化物半導体微粒子を含むことを特徴とするものである。
以下、このような多孔質層について詳細に説明する。
1. Porous layer First, the porous layer used in the present invention will be described. The porous layer used in the present invention has a property of imparting semiconductor characteristics to an oxide semiconductor electrode produced using the oxide semiconductor electrode laminate of the present invention. The porous layer used in the present invention is characterized by containing metal oxide semiconductor fine particles whose surface is coated with an insulating material.
Hereinafter, such a porous layer will be described in detail.

(1)金属酸化物半導体微粒子
まず、本発明に用いられる金属酸化物半導体微粒子について説明する。上述したように本発明に用いられる金属酸化物半導体微粒子は、表面が絶縁性材料によって被覆されていることを特徴とするものである。
(1) Metal oxide semiconductor fine particles First, the metal oxide semiconductor fine particles used in the present invention will be described. As described above, the metal oxide semiconductor fine particles used in the present invention are characterized in that the surface is coated with an insulating material.

本発明に用いられる金属酸化物半導体微粒子としては、半導体特性を備える金属酸化物材料からなるものであれば特に限定されるものではなく、本発明の酸化物半導体電極用積層体の用途等に応じて適宜選択して用いることができる。本発明に用いられる金属酸化物半導体微粒子を構成する金属酸化物材料としては、例えば、TiO、ZnO、SnO、ITO、ZrO、MgO、Al、CeO、Bi、Mn、Y、WO、Ta、Nb、La等を挙げることができる。これらの金属酸化物材料からなる金属酸化物半導体微粒子は、多孔性の多孔質層を形成するのに適しており、エネルギー変換効率の向上、コストの削減を図ることができるため本発明に好適に用いられる。 The metal oxide semiconductor fine particles used in the present invention are not particularly limited as long as they are made of a metal oxide material having semiconductor characteristics. Depending on the use of the oxide semiconductor electrode laminate of the present invention, etc. Can be appropriately selected and used. Examples of the metal oxide material constituting the metal oxide semiconductor fine particles used in the present invention include TiO 2 , ZnO, SnO 2 , ITO, ZrO 2 , MgO, Al 2 O 3 , CeO 2 , Bi 2 O 3 , Mn 3 O 4, Y 2 O 3, WO 3, Ta 2 O 5, Nb 2 O 5, La 2 O 3 and the like. The metal oxide semiconductor fine particles made of these metal oxide materials are suitable for forming a porous porous layer, and can improve energy conversion efficiency and reduce costs, and thus are suitable for the present invention. Used.

本発明に用いられる金属酸化物半導体微粒子は、すべて同一の金属酸化物材料からなるものであってもよく、あるいは、異なる金属酸化物材料からなるものを2種類以上用いられていてもよい。また、本発明に用いられる金属酸化物半導体微粒子は、一種をコア微粒子とし、他の金属酸化物半導体微粒子により、コア微粒子を包含してシェルを形成するコアシェル構造としてもよい。
なかでも本発明においては、上記半導体酸化物微粒子としてTiOからなるものを用いることが最も好ましい。TiOは特に半導体特性に優れるからである。
The metal oxide semiconductor fine particles used in the present invention may be all made of the same metal oxide material, or two or more types made of different metal oxide materials may be used. In addition, the metal oxide semiconductor fine particles used in the present invention may have a core-shell structure in which one type is a core fine particle and the other metal oxide semiconductor fine particles include the core fine particle to form a shell.
In particular, in the present invention, it is most preferable to use TiO 2 as the semiconductor oxide fine particles. This is because TiO 2 is particularly excellent in semiconductor characteristics.

本発明に用いられる金属酸化物半導体微粒子の粒径としては、多孔質層の表面積を所望の範囲内にできる程度であれば特に限定されるものではないが、通常、1nm〜10μmの範囲内が好ましく、特に10nm〜1000nmの範囲内であることが好ましい。粒径が上記範囲よりも小さいと各々の金属酸化物半導体微粒子が凝集し二次粒子を形成してしまう場合があり、また粒径が上記範囲より大きいと、多孔質層が厚膜化してしまうだけではなく、多孔質層の多孔度、すなわち比表面積が減少してしまう可能性があるからである。ここで、多孔質層の表面積が小さくなると、例えば、本発明の酸化物半導体電極用積層体を用いて色素増感型太陽電池を作製したに用いた場合に、光電変換するのに十分な色素増感剤を多孔質層に担持させることが困難になる場合がある。   The particle size of the metal oxide semiconductor fine particles used in the present invention is not particularly limited as long as the surface area of the porous layer can be within a desired range, but is usually within the range of 1 nm to 10 μm. It is preferable that it is in the range of 10 nm-1000 nm especially. If the particle size is smaller than the above range, the respective metal oxide semiconductor fine particles may aggregate to form secondary particles, and if the particle size is larger than the above range, the porous layer becomes thicker. This is because the porosity of the porous layer, that is, the specific surface area may decrease. Here, when the surface area of the porous layer is reduced, for example, when a dye-sensitized solar cell is produced using the oxide semiconductor electrode laminate of the present invention, a dye sufficient for photoelectric conversion is used. It may be difficult to support the sensitizer on the porous layer.

また本発明においては、上記金属酸化物半導体微粒子としてすべて同一の粒径のものを用いてもよく、あるいは、粒径の異なる複数の金属酸化物半導体微粒子を2種類以上用いてもよい。粒径の異なる金属酸化物半導体微粒子を併用することにより、多孔質層における光散乱効果を高めることができるため、例えば、本発明の酸化物半導体電極用積層体を用いて色素増感型太陽電池を作製した場合に、色素増感剤による光吸収を効率的に行うことが可能となるという利点がある。   In the present invention, all the metal oxide semiconductor fine particles may have the same particle diameter, or two or more kinds of metal oxide semiconductor fine particles having different particle diameters may be used. Since the light scattering effect in the porous layer can be enhanced by using the metal oxide semiconductor particles having different particle diameters in combination, for example, a dye-sensitized solar cell using the oxide semiconductor electrode laminate of the present invention Is advantageous in that light absorption by the dye sensitizer can be efficiently performed.

本発明において、粒径の異なる金属酸化物半導体微粒子を2種類以上用いる場合、異なる粒径の組み合わせとしては、例えば、10〜50nmの範囲内にある金属酸化物半導体微粒子と、50〜800nmの範囲内にある金属酸化物半導体微粒子との組み合わせを例示することができる。   In the present invention, when two or more kinds of metal oxide semiconductor fine particles having different particle diameters are used, examples of the combination of different particle diameters include, for example, metal oxide semiconductor fine particles in a range of 10 to 50 nm and a range of 50 to 800 nm. The combination with the metal oxide semiconductor fine particle in the inside can be illustrated.

本発明に用いられる金属酸化物半導体微粒子は、表面が絶縁性材料によって被覆されているものであるが、本発明に用いられる絶縁性材料としては、金属酸化物半導体微粒子の表面を被覆した際に、スプレー熱分解法によって多孔質層上に第1電極層が形成される際に、金属酸化物半導体微粒子を構成する金属酸化物材料が還元される程度の絶縁性を有するものであれば特に限定されるものではないが、通常は、金属酸化物が用いられる。金属酸化物は絶縁性に優れるのみではなく、溶液に多孔質層を浸漬するのみで細孔内部にまで成膜することができるため、成膜性に優れるからである。   The metal oxide semiconductor fine particles used in the present invention are those whose surfaces are coated with an insulating material, but the insulating materials used in the present invention are those when the surface of the metal oxide semiconductor fine particles is coated. When the first electrode layer is formed on the porous layer by the spray pyrolysis method, it is particularly limited as long as the metal oxide material constituting the metal oxide semiconductor fine particles has an insulating property that can be reduced. Usually, a metal oxide is used although it is not. This is because the metal oxide is not only excellent in insulation, but also excellent in film formability because it can be formed into the pores only by immersing the porous layer in the solution.

本発明において上記絶縁性材料として用いられる金属酸化物としては、例えば、酸化アルミニウム(Al)、酸化マグネシウム(MgO)、酸化スズ(SnO)、酸化カルシウム(CaO)、酸化タングステン(WO)、酸化インジウム(In)、酸化ビスマス(Bi)、酸化タンタル(Ta)、酸化セリウム(CeO)、酸化ニオブ(Nb)、酸化イットリウム(Y)、および、酸化アンチモン(Sb)等を挙げることができる。本発明においてはこれらのいずれの金属酸化物であっても好適に用いられるが、なかでも、酸化アルミニウム(Al)、酸化マグネシウム(MgO)、酸化スズ(SnO)、酸化カルシウム(CaO)が用いられることが好ましい。 Examples of the metal oxide used as the insulating material in the present invention include aluminum oxide (Al 2 O 3 ), magnesium oxide (MgO), tin oxide (SnO 2 ), calcium oxide (CaO), and tungsten oxide (WO 3 ), indium oxide (In 2 O 3 ), bismuth oxide (Bi 2 O 3 ), tantalum oxide (Ta 2 O 5 ), cerium oxide (CeO 2 ), niobium oxide (Nb 2 O 5 ), yttrium oxide (Y 2 O 3 ) and antimony oxide (Sb 2 O 3 ). In the present invention, any of these metal oxides is preferably used. Among them, aluminum oxide (Al 2 O 3 ), magnesium oxide (MgO), tin oxide (SnO 2 ), calcium oxide (CaO) ) Is preferably used.

なお、本発明に用いられる絶縁性材料は、1種類のみであってもよく、あるいは、2種類以上であってもよい。   Note that the insulating material used in the present invention may be only one type or two or more types.

本発明において、金属酸化物半導体微粒子の表面に被覆された絶縁性材料の厚みは特に限定されるものではなく、使用される絶縁性材料の種類等に応じて、スプレー熱分解法によって多孔質層上に第1電極層が形成される際に、金属酸化物半導体微粒子を構成する金属酸化物材料が還元されることを所望の程度に防止できる範囲で任意に調整することができる。上記絶縁性材料として金属酸化物を用いた場合、被覆される金属酸化物の厚みは、通常、0.1nm〜50nmの範囲内であることが好ましく、なかでも0.5nm〜10nmの範囲内であることが好ましく、さらに1nm〜5nmの範囲内であることが好ましい。   In the present invention, the thickness of the insulating material coated on the surface of the metal oxide semiconductor fine particles is not particularly limited, and depending on the type of insulating material used, etc., the porous layer can be formed by spray pyrolysis. When the first electrode layer is formed thereon, the metal oxide material constituting the metal oxide semiconductor fine particles can be arbitrarily adjusted within a range that can be prevented to a desired extent. When a metal oxide is used as the insulating material, the thickness of the metal oxide to be coated is usually preferably in the range of 0.1 nm to 50 nm, and more preferably in the range of 0.5 nm to 10 nm. It is preferable that it is within a range of 1 nm to 5 nm.

また、本発明において金属酸化物半導体微粒子の表面に絶縁性材料が被覆されている態様としては、スプレー熱分解法によって多孔質層上に第1電極層が形成される際に、金属酸化物半導体微粒子を構成する金属酸化物材料が還元されることを所望の程度に防止できる態様であれば特に限定されるものではない。このような態様としては、個々の金属酸化物半導体微粒子の表面が被覆されている態様であってもよく、あるいは、複数個の金属酸化物半導体微粒子が一体となって被覆されている態様であってもよい。   Further, in the present invention, the metal oxide semiconductor fine particles are coated with an insulating material on the surface when the first electrode layer is formed on the porous layer by spray pyrolysis. There is no particular limitation as long as the metal oxide material constituting the fine particles can be prevented from being reduced to a desired degree. Such an aspect may be an aspect in which the surface of each metal oxide semiconductor fine particle is coated, or an aspect in which a plurality of metal oxide semiconductor fine particles are integrally coated. May be.

なお、本発明において金属酸化物半導体微粒子の表面に絶縁性材料が「被覆されている」とは、金属酸化物半導体微粒子の表面の全て覆うように絶縁性材料が付着している態様のみではなく、本発明の目的を損なわない範囲内で金属酸化物半導体微粒子の表面が一部露出するように絶縁性材料が付着している態様を含むものとする。   In the present invention, the surface of the metal oxide semiconductor fine particles is “covered” with the insulating material is not only an aspect in which the insulating material is attached so as to cover the entire surface of the metal oxide semiconductor fine particles. The embodiment includes an aspect in which an insulating material is attached so that a part of the surface of the metal oxide semiconductor fine particles is exposed within a range not impairing the object of the present invention.

(2)任意の成分
本発明に用いられる多孔質層には、上記表面が絶縁性材料によって被覆された金属酸化物半導体微粒子の他に他の任意の成分が含まれていてもよい。本発明に用いられる任意の成分としては、本発明の酸化物半導体電極用積層体に所望の機能を付与できるものであれば特に限定されるものではない。なかでも本発明に用いられる多孔質層には、後述する第1電極層を構成する金属酸化物が有する金属元素と同一の金属元素(以下、電極金属元素と称する場合がある。)を含むことが好ましい。上記多孔質層が、電極金属元素を含むことにより、本発明の酸化物半導体電極用積層体を用いて作製される酸化物半導体電極を導電性に優れたものにできるからである。
(2) Arbitrary component The porous layer used in the present invention may contain other optional components in addition to the metal oxide semiconductor fine particles whose surface is coated with an insulating material. The optional component used in the present invention is not particularly limited as long as a desired function can be imparted to the oxide semiconductor electrode laminate of the present invention. In particular, the porous layer used in the present invention contains the same metal element (hereinafter sometimes referred to as an electrode metal element) as the metal element contained in the metal oxide constituting the first electrode layer described later. Is preferred. This is because, when the porous layer contains an electrode metal element, the oxide semiconductor electrode produced using the oxide semiconductor electrode laminate of the present invention can be made excellent in conductivity.

上記任意の成分として上述した電極金属元素を含む場合、多孔質層中における電極金属元素の存在分布は、本発明の酸化物半導体電極用積層体の用途等に応じて、任意に決定することができる。なかでも本発明においては、第1電極層側の表面から反対側表面に向かって減少傾向の濃度勾配をもつ存在分布であることが好ましい。多孔質層中において電極金属元素がこのように分布することにより、多孔質層の集電効率を一層向上することができるからである。   When the electrode metal element described above is included as the optional component, the distribution of the electrode metal element in the porous layer can be arbitrarily determined according to the use of the oxide semiconductor electrode laminate of the present invention. it can. In particular, in the present invention, the existence distribution having a decreasing concentration gradient from the surface on the first electrode layer side to the opposite surface is preferable. This is because the current collection efficiency of the porous layer can be further improved by such distribution of the electrode metal element in the porous layer.

本発明において、多孔質層中に電極金属元素が含まれること、および上記の存在分布を有することは、電子線をプローブとして特定したい金属元素の特性X線強度を二次元でマッピングすることにより判断することができる。具体的には、日本電子社(JEOL)製のEPMA(Electron Probe Micro Analyzer)により判断することができる。また、上記金属元素の濃度勾配については、上記EPMAにより得られる断面元素マッピング図の縦方向(断面垂直方向)の検出強度プロファイルにより判断することができる。   In the present invention, the presence of the electrode metal element in the porous layer and the presence distribution described above are determined by mapping the characteristic X-ray intensity of the metal element to be specified using the electron beam as a probe in two dimensions. can do. Specifically, it can be determined by EPMA (Electron Probe Micro Analyzer) manufactured by JEOL. Further, the concentration gradient of the metal element can be determined from the detected intensity profile in the vertical direction (cross-sectional vertical direction) of the cross-sectional element mapping diagram obtained by the EPMA.

また本発明における多孔質層には、任意成分として色素増感剤が含まれることが好ましい。すなわち、上記多孔質層に含まれる金属酸化物半導体微粒子の表面に色素増感剤が付着していることが好ましい。上記多孔質層に色素増感剤が含まれることにより、本発明の酸化物半導体電極用積層体を色素増感型太陽電池を作製するために用いる場合に、色素増感型太陽電池セルの製造工程を簡易化できるからである。   The porous layer in the present invention preferably contains a dye sensitizer as an optional component. That is, it is preferable that a dye sensitizer is attached to the surface of the metal oxide semiconductor fine particles contained in the porous layer. When the porous layer contains a dye sensitizer, when the oxide semiconductor electrode laminate of the present invention is used to produce a dye-sensitized solar cell, a dye-sensitized solar cell is produced. This is because the process can be simplified.

本発明に用いられる色素増感剤としては、光を吸収し起電力を生じさせることが可能なものであれば特に限定はされない。このような色素増感剤としては、有機色素または金属錯体色素を挙げることができる。上記有機色素としては、アクリジン系、アゾ系、インジゴ系、キノン系、クマリン系、メロシアニン系、フェニルキサンテン系の色素が挙げられる。本発明においてはこれらの有機色素の中でも、クマリン系色素を用いることが好ましい。また、上記金属錯体色素としては、ルテニウム系色素が好ましく、特にルテニウム錯体であるルテニウムビピリジン色素およびルテニウムターピリジン色素が好ましい。このようなルテニウム錯体は、吸収する光の波長範囲が広いため、光電変換できる光の波長領域を大幅に広げることができるからである。   The dye sensitizer used in the present invention is not particularly limited as long as it can absorb light and generate an electromotive force. Examples of such a dye sensitizer include organic dyes and metal complex dyes. Examples of the organic dye include acridine, azo, indigo, quinone, coumarin, merocyanine, and phenylxanthene dyes. In the present invention, among these organic dyes, a coumarin dye is preferably used. The metal complex dye is preferably a ruthenium dye, and particularly preferably a ruthenium bipyridine dye and a ruthenium terpyridine dye, which are ruthenium complexes. This is because such a ruthenium complex has a wide wavelength range of light to be absorbed, so that the wavelength range of light that can be photoelectrically converted can be greatly expanded.

さらに、本発明における多孔質層には、表面が絶縁性材料によって被覆されていない金属酸化物半導体微粒子が含まれていてもよい。多孔質層にこのような金属半導体微粒子が含まれる態様としては、多孔質層中に表面が絶縁性材料によって被覆された金属酸化物半導体微粒子と、表面が絶縁性材料によって被覆されていない金属酸化物半導体微粒子とが、均一に含まれる態様であってもよく、あるいは、多孔質層の第1電極層が形成された側の表面付近に、その反対側の表面付近よりも絶縁性材料によって被覆された金属酸化物半導体微粒子が多く存在する態様であってもよい。   Furthermore, the porous layer in the present invention may contain metal oxide semiconductor fine particles whose surface is not covered with an insulating material. As an aspect in which such a metal semiconductor fine particle is included in the porous layer, the metal oxide semiconductor fine particle whose surface is coated with an insulating material in the porous layer and the metal oxide whose surface is not covered with an insulating material The semiconductor semiconductor fine particles may be uniformly contained, or the porous layer is coated with an insulating material near the surface on the side where the first electrode layer is formed, rather than near the surface on the opposite side. An embodiment in which a large number of the prepared metal oxide semiconductor particles are present may be employed.

(3)多孔質層
本発明用いられる多孔質層の膜厚は、本発明の酸化物半導体電極用積層体の用途に応じて、多孔質層に所望の機械強度を付与できる範囲内であれば特に限定されない。なかでも本発明における多孔質層の膜厚は、通常、1μm〜100μmの範囲内であることが好ましく、特に5μm〜30μmの範囲内であることが好ましい。多孔質層の厚みが上記範囲よりも厚いと、多孔質層自体の凝集破壊が起りやすく、膜抵抗となりやすくなってしまう場合があるからである。また、上記範囲よりも薄いと厚みが均一な多孔質層を形成するのが困難となったり、例えば、本発明の酸化物半導体電極用積層体を用いて色素増感型太陽電池を作製した場合に、色素増感剤を含んだ多孔質層が太陽光などを十分に吸収できないために、性能不良になる可能性があるからである。
(3) Porous layer The thickness of the porous layer used in the present invention is within a range in which a desired mechanical strength can be imparted to the porous layer according to the use of the oxide semiconductor electrode laminate of the present invention. There is no particular limitation. In particular, the thickness of the porous layer in the present invention is usually preferably in the range of 1 μm to 100 μm, particularly preferably in the range of 5 μm to 30 μm. This is because if the thickness of the porous layer is larger than the above range, the porous layer itself tends to cause cohesive failure, which tends to cause membrane resistance. In addition, if it is thinner than the above range, it becomes difficult to form a porous layer having a uniform thickness, for example, when a dye-sensitized solar cell is produced using the oxide semiconductor electrode laminate of the present invention. Furthermore, the porous layer containing the dye sensitizer cannot sufficiently absorb sunlight or the like, which may cause poor performance.

本発明における多孔質層は、単一の層からなる構成でもよく、また複数の層が積層された構成でもよい。なかでも本発明においては複数の層が積層された構成を有することが好ましい。複数の層が積層された構成としては、本発明の酸化物半導体電極用積層体の製造方法等に応じて任意の構成を適宜選択して採用することができる。なかでも本発明においては、多孔質層が上記第1電極層と接する酸化物半導体層と、上記酸化物半導体層上に形成され、かつ上記酸化物半導体層よりも空孔率が高い介在層と、からなる2層構造であることが好ましい。多孔質層がこのような酸化物半導体層と、介在層とからなる2層構造を有することにより、多孔質層の性能を低下させることなく、耐熱基板と、多孔質層との密着力を低下させることが可能になる結果、転写方式により、本発明の酸化物半導体電極用積層体から酸化物半導体電極を形成することができるからである。   The porous layer in the present invention may be composed of a single layer or may be composed of a plurality of layers. In particular, the present invention preferably has a configuration in which a plurality of layers are laminated. As a structure in which a plurality of layers are laminated, any structure can be appropriately selected and employed in accordance with the method for manufacturing the oxide semiconductor electrode laminate of the present invention. In particular, in the present invention, an oxide semiconductor layer in contact with the first electrode layer, a porous layer formed on the oxide semiconductor layer, and an intervening layer having a higher porosity than the oxide semiconductor layer, A two-layer structure consisting of Since the porous layer has a two-layer structure including such an oxide semiconductor layer and an intervening layer, the adhesion between the heat-resistant substrate and the porous layer is reduced without reducing the performance of the porous layer. As a result, the oxide semiconductor electrode can be formed from the stacked body for oxide semiconductor electrodes of the present invention by a transfer method.

多孔質層が上記酸化物半導体層と上記介在層との2層構造を有する場合、酸化物半導体層と介在層との厚み比としては特に限定されるものではなく、本発明の酸化物半導体電極の用途等に応じて任意に決定することができる。なかでも本発明においては上記酸化物半導体層と上記介在層との厚み比が、10:0.1〜10:5の範囲内であることが好ましく、なかでも10:0.1〜10:3の範囲内であることが好ましい。介在層の厚みが上記範囲よりも厚いと、例えば、介在層の凝集破壊が起り易くなることによって、本発明の酸化物半導体電極用積層体を用いて酸化物半導体電極を作製する際に歩留まりが悪くなったり、また、本発明の酸化物半導体電極用積層体を用いて色素増感型太陽電池を作製した際に、多孔質層に含まれる金属酸化物半導体微粒子の表面に所望量の色素増感剤を吸着させることができない可能性があるからである。また厚みが上記範囲よりも薄いと、介在層を形成したことによる多孔質層と耐熱基板との密着力低下が少なくなり、本発明の酸化物半導体電極用積層体から酸化物半導体電極を作製する際の生産性向上に寄与できない場合があるからである。   When the porous layer has a two-layer structure of the oxide semiconductor layer and the intervening layer, the thickness ratio between the oxide semiconductor layer and the intervening layer is not particularly limited, and the oxide semiconductor electrode of the present invention It can be arbitrarily determined in accordance with the use of etc. Especially in this invention, it is preferable that the thickness ratio of the said oxide semiconductor layer and the said intervening layer exists in the range of 10: 0.1-10: 5, Especially 10: 0.1-10: 3 It is preferable to be within the range. If the thickness of the intervening layer is larger than the above range, for example, the intervening layer is likely to cause cohesive failure, so that the yield is increased when the oxide semiconductor electrode is manufactured using the oxide semiconductor electrode stack of the present invention. When a dye-sensitized solar cell is produced using the oxide semiconductor electrode laminate of the present invention, a desired amount of dye is increased on the surface of the metal oxide semiconductor fine particles contained in the porous layer. This is because the sensitizer may not be adsorbed. If the thickness is less than the above range, the decrease in adhesion between the porous layer and the heat-resistant substrate due to the formation of the intervening layer is reduced, and an oxide semiconductor electrode is produced from the oxide semiconductor electrode laminate of the present invention. This is because there may be cases where it cannot contribute to productivity improvement.

上記酸化物半導体層の空孔率としては、10%〜60%の範囲内であることが好ましく、中でも20%〜50%の範囲内であることが好ましい。、酸化物半導体層の空孔率が上記範囲よりも小さいと、例えば、本発明の酸化物半導体電極を用いて色素増感型太陽電池を作製した用いた場合に、多孔質層において太陽光を有効に吸収できなくなる可能性があるからである。また記範囲よりも大きいと、酸化物半導体層に所望量の色素増感剤を含有させることができなくなる可能性があるからである。   The porosity of the oxide semiconductor layer is preferably in the range of 10% to 60%, and more preferably in the range of 20% to 50%. When the porosity of the oxide semiconductor layer is smaller than the above range, for example, when a dye-sensitized solar cell is produced using the oxide semiconductor electrode of the present invention, sunlight is emitted from the porous layer. This is because there is a possibility that it cannot be effectively absorbed. Moreover, it is because it may become impossible to make the oxide semiconductor layer contain a desired amount of the dye sensitizer when the range is larger than the above range.

また上記介在層の空孔率としては、上記酸化物半導体層の空孔率よりも大きければ特に限定されないが、通常、25%〜65%の範囲内であることが好ましく、なかでも、30%〜60%の範囲内であることが好ましい。   The porosity of the intervening layer is not particularly limited as long as it is larger than the porosity of the oxide semiconductor layer, but it is usually preferably in the range of 25% to 65%, and in particular, 30% It is preferable to be within a range of ˜60%.

なお、本発明における空孔率とは単位体積当たりの金属酸化物半導体微粒子の非占有率のことを示す。上記空孔率の測定方法としては、細孔容積をガス吸着量測定装置(Autosorb−1MP;Quantachrome製)にて測定し、単位面積あたりの体積との比率から算出する。介在層の空孔率については酸化物半導体層と積層された多孔質層として求め、酸化物半導体層単体で求めた値より算出する。   In addition, the porosity in this invention shows the nonoccupancy rate of the metal oxide semiconductor fine particle per unit volume. As a method for measuring the porosity, the pore volume is measured with a gas adsorption amount measuring device (Autosorb-1MP; manufactured by Quantachrome), and is calculated from the ratio to the volume per unit area. About the porosity of an intervening layer, it calculates | requires as a porous layer laminated | stacked with the oxide semiconductor layer, and calculates from the value calculated | required by the oxide semiconductor layer single-piece | unit.

2.第1電極層
次に、本発明に用いられる第1電極層について説明する。本発明に用いられる第1電極層は、上記多孔質層上にスプレー熱分解法によって形成され、金属酸化物からなるものである。
2. First Electrode Layer Next, the first electrode layer used in the present invention will be described. The first electrode layer used in the present invention is formed on the porous layer by a spray pyrolysis method and is made of a metal oxide.

ここで、本発明に用いられる第1電極層はスプレー熱分解法によって形成されたものであるが、第1電極層がスプレー熱分解法によって形成されたものであることは、第1電極層と多孔質層との間に、第1電極層と多孔質層とが混合された領域が形成されていることを確認することにより、特定することができる。
すなわち、上述したようにスプレー熱分解法によって多孔質層上に第1電極層を形成する場合、第1電極層を構成する材料が一部上記多孔質層中に浸透することは避けれられないため、浸透した領域に第1電極層を構成する材料と多孔質層を構成する材料とが混合された領域が形成されることになる。したがって、この領域の存在を確認することによって、上記第1電極層がスプレー熱分解法によって形成されたものであることを特定することができる。
以下、このような第1電極層について説明する。
Here, the first electrode layer used in the present invention is formed by a spray pyrolysis method. However, the first electrode layer is formed by a spray pyrolysis method. It can be specified by confirming that a region in which the first electrode layer and the porous layer are mixed is formed between the porous layer and the porous layer.
That is, as described above, when the first electrode layer is formed on the porous layer by the spray pyrolysis method, it is inevitable that a part of the material constituting the first electrode layer penetrates into the porous layer. A region where the material constituting the first electrode layer and the material constituting the porous layer are mixed is formed in the permeated region. Therefore, by confirming the presence of this region, it can be specified that the first electrode layer is formed by spray pyrolysis.
Hereinafter, such a first electrode layer will be described.

本発明に用いられる金属酸化物としては、所望の導電性を有するものであれば特に限定されるものではない。なかでも本発明に用いられる金属酸化物は太陽光の透過性を有するものであることが好ましい。これにより、本発明の酸化物半導体電極用積層体を用いて色素増感型太陽電池を作製した場合に、発電効率が損なわれることを防止できるからである。   The metal oxide used in the present invention is not particularly limited as long as it has desired conductivity. Especially, it is preferable that the metal oxide used for this invention has sunlight permeability. Thereby, when a dye-sensitized solar cell is produced using the oxide semiconductor electrode laminate of the present invention, it is possible to prevent power generation efficiency from being impaired.

このような太陽光の透過性を有する金属酸化物としては、例えば、SnO、ITO、IZO、ZnOを挙げることができる。本発明においては、これらのいずれの金属酸化物であっても好適に用いることができるが、なかでもフッ素ドープしたSnO(以下、FTOと称する。)、ITOを用いることが好ましい。FTOおよびITOは、導電性および太陽光の透過性の両方に優れているからである。 Examples of such a metal oxide having sunlight permeability include SnO 2 , ITO, IZO, and ZnO. In the present invention, any of these metal oxides can be suitably used. Among these, fluorine-doped SnO 2 (hereinafter referred to as FTO) and ITO are preferably used. This is because FTO and ITO are excellent in both conductivity and sunlight permeability.

本発明に用いられる第1電極層は、単一の層からなる構成であってもよく、また、複数の層が積層された構成であってもよい。複数の層が積層された構成としては、例えば、仕事関数が互いに異なる層を積層する態様や、互いに異なる金属酸化物からなる層を積層する態様を挙げることができる。   The first electrode layer used in the present invention may be composed of a single layer or may be composed of a plurality of layers laminated. Examples of the configuration in which a plurality of layers are stacked include a mode in which layers having different work functions are stacked and a mode in which layers made of different metal oxides are stacked.

本発明に用いられる第1電極層の厚みは、本発明の酸化物半導体電極用積層体の用途等に応じて、所望の導電性を実現できる範囲内であれば特に限定されない。なかでも本発明における第1電極層の厚みとしては、通常、5nm〜2000nmの範囲内が好ましく、特に10nm〜1000nmの範囲内であることが好ましい。厚みが上記範囲よりも厚いと、均質な第1電極層を形成することが困難となる場合があり、また、厚みが上記範囲よりも薄いと、本発明の酸化物半導体電極用積層体の用途によっては第1電極層の導電性が不足する可能性があるからである。
なお、上記厚みは、第1電極層が複数の層が積層された構成される場合には、すべての層の厚みを合計した総厚みを指すものとする。
The thickness of the 1st electrode layer used for this invention will not be specifically limited if it exists in the range which can implement | achieve desired electroconductivity according to the use etc. of the laminated body for oxide semiconductor electrodes of this invention. In particular, the thickness of the first electrode layer in the present invention is usually preferably in the range of 5 nm to 2000 nm, and particularly preferably in the range of 10 nm to 1000 nm. If the thickness is larger than the above range, it may be difficult to form a homogeneous first electrode layer. If the thickness is smaller than the above range, the oxide semiconductor electrode laminate of the present invention is used. This is because there is a possibility that the conductivity of the first electrode layer may be insufficient.
In addition, the said thickness shall point out the total thickness which added the thickness of all the layers, when the 1st electrode layer is comprised by the laminated | stacked several layer.

3.耐熱基板
次に、本発明に用いられる耐熱基板について説明する。本発明に用いられる耐熱基板としては、所望の耐熱性を有するものであれば特に限定されない。なかでも、本発明の電極用積層体は、耐熱基板上に多孔質層が形成される過程において高温の焼成処理がなされることが一般的であることから、本発明に用いられる耐熱基板としては、上記多孔質層を形成する際に行われる焼成処理時の加熱温度に耐え得る耐熱性を有することが好ましい。このような十分な耐熱性を備える耐熱基板を用いることにより、本発明の酸化物半導体電極用積層体を製造する過程において、多孔質層を形成する際に焼成処理を充分に高温で行うことができるため、多孔質層を形成する金属酸化物半導体微粒子間の結着性を高くすることができるという利点がある。
3. Next, the heat resistant substrate used in the present invention will be described. The heat-resistant substrate used in the present invention is not particularly limited as long as it has desired heat resistance. Among them, the electrode laminate of the present invention is generally subjected to a high-temperature firing process in the process of forming a porous layer on a heat-resistant substrate, and therefore, as a heat-resistant substrate used in the present invention, It is preferable to have heat resistance that can withstand the heating temperature during the baking treatment performed when the porous layer is formed. By using such a heat-resistant substrate having sufficient heat resistance, the firing process can be performed at a sufficiently high temperature when forming the porous layer in the process of producing the oxide semiconductor electrode laminate of the present invention. Therefore, there is an advantage that the binding property between the metal oxide semiconductor fine particles forming the porous layer can be increased.

本発明に用いられる耐熱基板は、上記耐熱性を有するもののなかでも、さらに耐酸性を有するものであることが好ましい。ここで、本発明における「耐酸性」とは、本発明の酸化物半導体電極用積層体を作製する過程において、多孔質層を形成するために用いられる多孔質層形成用塗工液が酸性である場合に、その多孔質層形成用塗工液によって耐熱基板が腐食されない程度の耐酸性、または多少腐食した場合であっても、その酸分解生成物が多孔質層等の変質、剥離等を生じさせない程度の耐酸性をいう。   It is preferable that the heat resistant substrate used in the present invention has acid resistance among the above heat resistant materials. Here, “acid resistance” in the present invention means that the coating liquid for forming a porous layer used for forming the porous layer in the process of producing the oxide semiconductor electrode laminate of the present invention is acidic. In some cases, even if the heat-resistant substrate is not corroded by the porous layer forming coating solution, or even if it is somewhat corroded, the acid decomposition product may cause alteration or peeling of the porous layer. Acid resistance to the extent that it does not occur.

本発明に用いられる耐熱基板は、上述した耐酸性および耐熱性を有するものであれば、単層であってもよく、複数層であってもよい。上記耐熱基板が単層である場合、耐熱基板の材料としては、可撓性、耐熱性および耐酸性を有するものであれば特に限定されるものではないが、例えば、金属単体、金属合金および金属酸化物等の金属等を挙げることができる。上記金属単体としては、例えばTi、W、Mo、Nb、Cr、Ni、Ag、Zr、Pt、Ta、Au等を挙げることができ、中でもTi、W、Pt、Auが好ましい。上記金属合金としては、例えばSUS、Ti合金、Fe合金、Ni合金、Al合金、W合金、Mg合金、Co合金、Cr合金等を挙げることができ、中でもSUS、Ti合金、Al合金が好ましい。上記金属酸化物としては、例えばSi酸化物、Al酸化物、Ti酸化物、Zr酸化物、Sn酸化物、Cr酸化物、W酸化物等を挙げることができ、中でもSi酸化物、Al酸化物、Ti酸化物が好ましい。   The heat resistant substrate used in the present invention may be a single layer or a plurality of layers as long as it has the acid resistance and heat resistance described above. When the heat-resistant substrate is a single layer, the material of the heat-resistant substrate is not particularly limited as long as it has flexibility, heat resistance, and acid resistance. For example, a single metal, a metal alloy, and a metal Examples thereof include metals such as oxides. Examples of the metal simple substance include Ti, W, Mo, Nb, Cr, Ni, Ag, Zr, Pt, Ta, and Au. Among these, Ti, W, Pt, and Au are preferable. Examples of the metal alloy include SUS, Ti alloy, Fe alloy, Ni alloy, Al alloy, W alloy, Mg alloy, Co alloy, and Cr alloy. Among them, SUS, Ti alloy, and Al alloy are preferable. Examples of the metal oxide include Si oxide, Al oxide, Ti oxide, Zr oxide, Sn oxide, Cr oxide, and W oxide. Ti oxide is preferred.

一方、上記耐熱基板が複数層である場合は、例えば上記耐熱基板が、耐熱性層と、上記耐熱性層の少なくとも上記多孔質層側の表面に形成された耐酸性層と、を有するもの等を挙げることができる。   On the other hand, when the heat-resistant substrate has a plurality of layers, for example, the heat-resistant substrate has a heat-resistant layer and an acid-resistant layer formed on the surface of at least the porous layer side of the heat-resistant layer. Can be mentioned.

上記耐熱性層は、多孔質層を形成する際に行われる焼成処理時の加熱温度に対して、充分な耐熱性を有するものであれば特に限定されるものではない。このような耐熱性層の材料としては、例えば、金属、ガラス、セラミックス等を挙げることができ、中でも、金属が好ましい。さらに、上記金属としては、具体的には金属単体、金属合金および金属酸化物等を挙げることができる。また、上記金属単体、金属合金および金属酸化物は、一般的に充分な耐熱性を有していることから、その種類等は特に限定されるものではない。なお、上記金属単体としては、具体的にはTi、W、Pt、Au等が好ましく、上記金属合金としては、具体的にはSUS、Ti合金、Al合金等が好ましく、上記金属酸化物としては、具体的にはSi酸化物、Al酸化物、Ti酸化物等が好ましい。   The heat-resistant layer is not particularly limited as long as the heat-resistant layer has sufficient heat resistance with respect to the heating temperature during the baking treatment performed when the porous layer is formed. Examples of the material for such a heat-resistant layer include metals, glasses, ceramics, and the like, among which metals are preferable. Furthermore, specific examples of the metal include a simple metal, a metal alloy, and a metal oxide. Moreover, since the said metal simple substance, a metal alloy, and a metal oxide generally have sufficient heat resistance, the kind etc. are not specifically limited. In addition, as said metal simple substance, specifically Ti, W, Pt, Au etc. are preferable, As said metal alloy, SUS, Ti alloy, Al alloy etc. are specifically preferable, As said metal oxide, Specifically, Si oxide, Al oxide, Ti oxide and the like are preferable.

上記耐酸性層は、耐酸性および耐熱性を有するものであれば特に限定されるものではない。このような耐酸性層の材料としては、例えば、金属、ガラス、セラミックス等を挙げることができ、中でも、金属が好ましい。さらに、上記金属としては、具体的には、金属単体、金属合金および金属酸化物等を挙げることができる。上記金属単体としては、例えばTi、W、Mo、Nb、Cr、Ni、Ag、Zr、Pt、Ta、Au等を挙げることができ、中でもTi、W、Pt、Auが好ましい。上記金属合金としては、例えばSUS、Ti合金、Fe合金、Ni合金、Al合金、W合金、Mg合金、Co合金、Cr合金等を挙げることができ、中でもSUS、Ti合金、Al合金が好ましい。上記金属酸化物としては、例えばSi酸化物、Al酸化物、Ti酸化物、Zr酸化物、Sn酸化物、Cr酸化物、W酸化物等を挙げることができ、中でもSi酸化物、Al酸化物、Ti酸化物が好ましい。   The acid-resistant layer is not particularly limited as long as it has acid resistance and heat resistance. Examples of the material for such an acid-resistant layer include metals, glasses, ceramics, and the like. Among these, metals are preferable. Furthermore, specific examples of the metal include a simple metal, a metal alloy, and a metal oxide. Examples of the metal simple substance include Ti, W, Mo, Nb, Cr, Ni, Ag, Zr, Pt, Ta, and Au. Among these, Ti, W, Pt, and Au are preferable. Examples of the metal alloy include SUS, Ti alloy, Fe alloy, Ni alloy, Al alloy, W alloy, Mg alloy, Co alloy, and Cr alloy. Among them, SUS, Ti alloy, and Al alloy are preferable. Examples of the metal oxide include Si oxide, Al oxide, Ti oxide, Zr oxide, Sn oxide, Cr oxide, and W oxide. Ti oxide is preferred.

本発明に用いられる耐熱基板が上記耐熱性層および耐酸性層を有するものである場合、耐熱性層および耐酸性層の組合せとしては、特に限定されるものではなく、任意に選択することができる。例えば、耐熱性層の材料が金属、ガラスまたはセラミックスであって、耐酸性層の材料が金属である組合せ等を挙げることができ、中でも、上記耐熱性層および上記耐酸性層の材料が金属である組合せが好ましい。可撓性に優れた耐熱基板とすることができるからである。   When the heat-resistant substrate used in the present invention has the heat-resistant layer and the acid-resistant layer, the combination of the heat-resistant layer and the acid-resistant layer is not particularly limited and can be arbitrarily selected. . For example, the combination of the material of the heat resistant layer is metal, glass or ceramics, and the material of the acid resistant layer is metal. Among them, the material of the heat resistant layer and the acid resistant layer is metal. Some combinations are preferred. This is because a heat-resistant substrate having excellent flexibility can be obtained.

上記耐熱性層および上記耐酸性層の材料が金属である組合せとしては、例えば、耐熱性層の材料が金属単体、金属合金または金属酸化物であって、耐酸性層の材料が上記耐熱性層に用いた金属以外の金属単体、金属合金または金属酸化物である組合せを挙げることができる。具体的には、耐熱性層の材料/耐酸性層の材料の組合せとして、Ti単体/Ti酸化物、SUS/Cr単体、SUS/Si酸化物、SUS/Ti酸化物、SUS/Al酸化物、SUS/Cr酸化物等を挙げることができる。   As a combination in which the material of the heat resistant layer and the acid resistant layer is a metal, for example, the material of the heat resistant layer is a simple metal, a metal alloy, or a metal oxide, and the material of the acid resistant layer is the heat resistant layer. The combination which is a metal simple substance, a metal alloy, or a metal oxide other than the metal used for the above can be mentioned. Specifically, as a combination of the material of the heat resistant layer / the material of the acid resistant layer, Ti simple substance / Ti oxide, SUS / Cr simple substance, SUS / Si oxide, SUS / Ti oxide, SUS / Al oxide, Examples thereof include SUS / Cr oxide.

また、上記耐熱性層および上記耐酸性層の材料が金属である場合、上記耐熱性層に含まれる金属元素と、上記耐酸性層に含まれる金属元素とが異なることが好ましい。なお、ここで「耐熱性層に含まれる金属元素」とは、耐熱性層に最も多く含まれる金属元素を意味するものである。従って、例えばSUSが、Cr、Ni等を含有する場合であっても、「耐熱性層に含まれる金属元素」はFeとなる。また、「耐酸性層に含まれる金属元素」についても同様である。このような耐熱性層および耐酸性層の組合せとしては、耐熱性層の材料/耐酸性層の材料の組合せとして、SUS/Cr単体、SUS/Si酸化物、SUS/Ti酸化物、SUS/Al酸化物、SUS/Cr酸化物等を挙げることができる。
また、上記耐熱基板は、可撓性を有することが好ましい。Roll to Roll方式により酸化物半導体電極用積層体を製造することが可能となるからである。
Moreover, when the material of the said heat resistant layer and the said acid resistant layer is a metal, it is preferable that the metal element contained in the said heat resistant layer differs from the metal element contained in the said acid resistant layer. Here, “a metal element contained in the heat-resistant layer” means a metal element contained most in the heat-resistant layer. Therefore, for example, even when SUS contains Cr, Ni or the like, the “metal element contained in the heat-resistant layer” is Fe. The same applies to the “metal element contained in the acid-resistant layer”. As a combination of such a heat-resistant layer and an acid-resistant layer, as a combination of a material of a heat-resistant layer / a material of an acid-resistant layer, SUS / Cr simple substance, SUS / Si oxide, SUS / Ti oxide, SUS / Al Examples thereof include oxides and SUS / Cr oxides.
The heat resistant substrate preferably has flexibility. This is because a stacked body for oxide semiconductor electrodes can be manufactured by the Roll to Roll method.

4.酸化物半導体電極用積層体の用途
本発明の酸化物半導体電極用積層体の用途は特に限定されるものではないが、特に色素増感型太陽電池等に用いられる酸化物半導体電極を作製するために用いられる。すなわち、色素増感型太陽電池等に用いられる酸化物半導体電極は、基材上に、第1電極層と多孔質層とがこの順で積層された構成を有するものであるが、本発明の酸化物半導体電極用積層体を用いれば、耐熱基板上に形成された多孔質層および第1電極層を、任意の基材上に転写することによって容易に酸化物半導体電極を作製するため、このような用途に好適に用いられる。
4). Use of Oxide Semiconductor Electrode Laminate The use of the oxide semiconductor electrode laminate of the present invention is not particularly limited, but in particular to produce an oxide semiconductor electrode used for dye-sensitized solar cells and the like. Used for. That is, an oxide semiconductor electrode used for a dye-sensitized solar cell or the like has a configuration in which a first electrode layer and a porous layer are laminated in this order on a base material. If the oxide semiconductor electrode laminate is used, an oxide semiconductor electrode can be easily produced by transferring the porous layer and the first electrode layer formed on the heat-resistant substrate onto an arbitrary substrate. It is suitably used for such applications.

5.酸化物半導体電極用積層体の製造方法
本発明の酸化物半導体電極用積層体は、多孔質層に用いられる金属酸化物半導体微粒子として、表面が絶縁性材料によって被覆されたものを用い、かつ、上記多孔質層上にスプレー熱分解法によって第1電極層を形成すること以外は、一般的に公知の手法を用いて製造することができる。なかでも本発明の酸化物半導体電極用積層体は、後述する「D.酸化物半導体電極用積層体の製造方法」の項において説明する方法によって高効率で製造することができる。
5). Manufacturing method of oxide semiconductor electrode laminate The oxide semiconductor electrode laminate of the present invention uses metal oxide semiconductor fine particles used for the porous layer, the surface of which is coated with an insulating material, and It can be generally produced using a known method except that the first electrode layer is formed on the porous layer by spray pyrolysis. Among these, the oxide semiconductor electrode laminate of the present invention can be produced with high efficiency by the method described in the section “D. Method for producing oxide semiconductor electrode laminate” described later.

B.酸化物半導体電極
次に、本発明の酸化物半導体電極について説明する。本発明の酸化物半導体電極は、基材と、上記基材上にスプレー熱分解法によって形成され、金属酸化物からなる第1電極層と、上記第1電極層上に形成され、金属酸化物半導体微粒子を含む多孔質層と、を有するものであって、上記金属酸化物半導体微粒子が絶縁性材料で表面が被覆されていることを特徴とするものである。
B. Next, the oxide semiconductor electrode of the present invention will be described. An oxide semiconductor electrode according to the present invention is formed on a base material, a first electrode layer formed on the base material by a spray pyrolysis method, made of a metal oxide, and formed on the first electrode layer. A porous layer containing semiconductor fine particles, wherein the metal oxide semiconductor fine particles are coated with an insulating material on the surface.

このような本発明の酸化物半導体電極について図を参照しながら説明する。図2は本発明の酸化物半導体電極の一例を示す概略断面図である。図2に例示するように本発明の酸化物半導体電極11は、基材4と、上記基材4上にスプレー熱分解法によって形成され、金属酸化物からなる第1電極層3と、上記第1電極層3上に形成され、金属酸化物半導体微粒子を含む多孔質層2と、を有するものであり、上記多孔質層2に含まれる金属酸化物半導体微粒子が絶縁性材料で表面が被覆されていることを特徴とするものである。   Such an oxide semiconductor electrode of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 2 is a schematic sectional view showing an example of the oxide semiconductor electrode of the present invention. As illustrated in FIG. 2, the oxide semiconductor electrode 11 of the present invention includes a base material 4, a first electrode layer 3 formed on the base material 4 by spray pyrolysis and made of a metal oxide, and the first 1 and a porous layer 2 containing metal oxide semiconductor fine particles, and the metal oxide semiconductor fine particles contained in the porous layer 2 are covered with an insulating material on the surface. It is characterized by that.

本発明によれば、上記多孔質層に含まれる金属酸化物半導体微粒子が絶縁性材料で被覆されており、かつ、上記第1電極層はスプレー熱分解法によって形成されたものであることにより半導体特性に優れた酸化物半導体電極を得ることができる。
ここで、本発明によって半導体特性に優れた酸化物半導体電極を得ることができる理由については、上記「A.酸化物半導体電極用積層体」の項において説明した理由と同様であるため、ここでの説明は省略する。
According to the present invention, the metal oxide semiconductor fine particles contained in the porous layer are covered with an insulating material, and the first electrode layer is formed by a spray pyrolysis method. An oxide semiconductor electrode having excellent characteristics can be obtained.
Here, the reason why an oxide semiconductor electrode excellent in semiconductor characteristics can be obtained by the present invention is the same as the reason described in the above section “A. Stack for oxide semiconductor electrode”, Description of is omitted.

本発明の酸化物半導体電極は、少なくとも基材、第1電極層および多孔質層を有するものであり、必要に応じて他の任意の構成を有してもよいものである。
以下、本発明の酸化物半導体電極に用いられる各構成について順に説明する。
The oxide semiconductor electrode of the present invention has at least a substrate, a first electrode layer, and a porous layer, and may have any other configuration as necessary.
Hereafter, each structure used for the oxide semiconductor electrode of this invention is demonstrated in order.

なお、本発明の酸化物半導体電極に用いられる、第1電極層および多孔質層については、上記「A.酸化物半導体電極用積層体」の項において説明したものと同様であるためここでの説明は省略する。   Note that the first electrode layer and the porous layer used in the oxide semiconductor electrode of the present invention are the same as those described in the section “A. Stack for oxide semiconductor electrode” above, so here Description is omitted.

1.基材
まず、本発明に用いられる基材について説明する。本発明に用いられる基材としては、本発明に用いられる第1電極層および多孔質層を支持することが可能な程度の自己支持性を有するものであれば特に限定されるものではない。したがって、本発明に用いられる基材は可撓性を有するフレキシブル材であってもよく、または、石英ガラス、パイレックス(登録商標)、合成石英板等の可撓性を有さないリジッド材であってもよい。なかでも本発明に用いられる基材はフレキシブル材であることが好ましく、上記フレキシブル材のなかでもフィルム基材であることが好ましい。フィルム基材は加工性に優れ、製造コストの低減ができるからである。
1. Base material First, the base material used for this invention is demonstrated. The base material used in the present invention is not particularly limited as long as it has a self-supporting property capable of supporting the first electrode layer and the porous layer used in the present invention. Therefore, the base material used in the present invention may be a flexible material having flexibility, or may be a rigid material having no flexibility, such as quartz glass, Pyrex (registered trademark), and synthetic quartz plate. May be. In particular, the base material used in the present invention is preferably a flexible material, and among the flexible materials, a film base material is preferable. This is because the film substrate is excellent in processability and can reduce the manufacturing cost.

上記フィルム基材としては、例えば、エチレン・テトラフルオロエチレン共重合体フィルム、二軸延伸ポリエチレンテレフタレートフィルム、ポリエーテルサルフォン(PES)フィルム、ポリエーテルエーテルケトン(PEEK)フィルム、ポリエーテルイミド(PEI)フィルム、ポリイミド(PI)フィルム、ポリエステルナフタレート(PEN)、ポリカーボネート(PC)等の樹脂フィルム基材等を挙げることができ、なかでも二軸延伸ポリエチレンテレフタレートフィルム(PET)、ポリエステルナフタレート(PEN)、ポリカーボネートフィルム(PC)が好ましい。   Examples of the film substrate include an ethylene / tetrafluoroethylene copolymer film, a biaxially stretched polyethylene terephthalate film, a polyethersulfone (PES) film, a polyetheretherketone (PEEK) film, and a polyetherimide (PEI). Examples thereof include resin film substrates such as films, polyimide (PI) films, polyester naphthalate (PEN), and polycarbonate (PC). Among them, biaxially stretched polyethylene terephthalate film (PET), polyester naphthalate (PEN) Polycarbonate film (PC) is preferred.

また、本発明に用いられる基材の厚みは、本発明の酸化物半導体電極の用途等に応じて適宜選択することができるものであるが、通常、50μm〜2000μmの範囲内であることが好ましく、特に75μm〜1800μmの範囲内であることが好ましく、さらに100μm〜1500μmの範囲内であることが好ましい。基材の厚みが上記範囲よりも薄いと、本発明の酸化物半導体電極に充分な機械的強度を付与できない可能性があるからである。また基材の厚みが大きすぎると、本発明の酸化物半導体電極の加工適性を損なう可能性があるからである。   Further, the thickness of the base material used in the present invention can be appropriately selected according to the use of the oxide semiconductor electrode of the present invention, but is usually preferably in the range of 50 μm to 2000 μm. In particular, it is preferably in the range of 75 μm to 1800 μm, and more preferably in the range of 100 μm to 1500 μm. This is because if the thickness of the substrate is thinner than the above range, sufficient mechanical strength may not be imparted to the oxide semiconductor electrode of the present invention. Moreover, it is because the processability of the oxide semiconductor electrode of this invention may be impaired when the thickness of a base material is too large.

また、本発明に用いられる基材は、耐熱性、耐候性、水蒸気、その他のガスバリア性に優れたものであることが好ましい。上記基材がガスバリア性を有することにより、例えば、本発明の酸化物半導体電極を色素増感型太陽電池に用いた場合に、色素増感型太陽電池の経時安定性を向上できるからである。なかでも本発明においては、酸素透過率が温度23℃、湿度90%の条件下において1cc/m/day・atm以下、水蒸気透過率が温度37.8℃、湿度100%の条件下において1g/m/day以下のガスバリア性を有する基材を用いることが好ましい。本発明においては、このようなガスバリア性を達成するために、任意の基材上にガスバリア層を設けたものを用いてもよい。 Moreover, it is preferable that the base material used for this invention is excellent in heat resistance, a weather resistance, water vapor | steam, and other gas barrier properties. This is because when the base material has gas barrier properties, for example, when the oxide semiconductor electrode of the present invention is used in a dye-sensitized solar cell, the temporal stability of the dye-sensitized solar cell can be improved. In particular, in the present invention, the oxygen transmission rate is 1 cc / m 2 / day · atm or less under conditions of a temperature of 23 ° C. and a humidity of 90%, and the water vapor transmission rate is 1 g under the conditions of a temperature of 37.8 ° C. and a humidity of 100%. It is preferable to use a base material having a gas barrier property of / m 2 / day or less. In the present invention, in order to achieve such a gas barrier property, a material provided with a gas barrier layer on an arbitrary substrate may be used.

2.任意の構成
本発明の酸化物半導体電極は、少なくとも上記基材、第1電極層および多孔質層とを有するものであるが、必要に応じて他の任意の構成を有するものであってもよい。本発明に用いられる任意の構成は特に限定されるものではなく、本発明の酸化物半導体電極の用途や、本発明の酸化物半導体電極の製造方法に応じて任意の機能を有するものを用いることができる。なかでも本発明の酸化物半導体電極は、上記任意の構成として、上記基材と上記第1電極層との間に形成され、接着性樹脂を含む接着層を有することが好ましい。このような接着層が形成されていることにより、本発明の酸化物半導体電極を、上述した転写方式によって製造することが容易になるからである。
2. Arbitrary Configuration The oxide semiconductor electrode of the present invention has at least the base material, the first electrode layer, and the porous layer, but may have other arbitrary configurations as necessary. . The arbitrary structure used in the present invention is not particularly limited, and a structure having an arbitrary function is used depending on the use of the oxide semiconductor electrode of the present invention and the method for manufacturing the oxide semiconductor electrode of the present invention. Can do. Especially, it is preferable that the oxide semiconductor electrode of this invention has an adhesive layer formed between the said base material and the said 1st electrode layer as said arbitrary structures, and containing adhesive resin. This is because by forming such an adhesive layer, the oxide semiconductor electrode of the present invention can be easily manufactured by the transfer method described above.

本発明の酸化物半導体電極が上記接着層を有する場合について図を参照しながら説明する。図3は本発明の酸化物半導体電極が上記接着層を有する場合の一例を示す概略断面図である。図3に例示するように、本発明の酸化物半導体電極11’は、基材4と、第1電極層3との間に接着性樹脂を含む接着層5が形成されているものであってもよい。   The case where the oxide semiconductor electrode of the present invention has the above adhesive layer will be described with reference to the drawings. FIG. 3 is a schematic cross-sectional view showing an example of the case where the oxide semiconductor electrode of the present invention has the adhesive layer. As illustrated in FIG. 3, the oxide semiconductor electrode 11 ′ of the present invention is such that an adhesive layer 5 containing an adhesive resin is formed between the base material 4 and the first electrode layer 3. Also good.

上記接着層に用いられる接着性樹脂としては、所望の温度で融解する樹脂であれば特に限定されるものではない。なかでも本発明に用いられる接着性樹脂は融点が50℃〜200℃の範囲内であることが好ましく、特に60℃〜180℃の範囲内であることが好ましく、さらに65℃〜150℃の範囲内であることが好ましい。融点が上記範囲よりも低いと、例えば、本発明の酸化物半導体電極を用いて作製した色素増感型太陽電池を、屋外で使用した場合に、基材と第1電極層との間の密着性が十分に保持されない可能性があるからである。また、融点が上記範囲よりも高いと、例えば、転写方式によって本発明の酸化物半導体電極を作製する際に、転写工程において融点以上の加熱工程が必要となるため、本発明に用いられる基材の種類によっては、基材自体が熱によるダメージを受ける場合があるからである。   The adhesive resin used for the adhesive layer is not particularly limited as long as it is a resin that melts at a desired temperature. Among them, the adhesive resin used in the present invention preferably has a melting point in the range of 50 ° C to 200 ° C, particularly preferably in the range of 60 ° C to 180 ° C, and more preferably in the range of 65 ° C to 150 ° C. It is preferable to be within. When the melting point is lower than the above range, for example, when a dye-sensitized solar cell produced using the oxide semiconductor electrode of the present invention is used outdoors, the adhesion between the substrate and the first electrode layer This is because there is a possibility that the property is not sufficiently maintained. Further, when the melting point is higher than the above range, for example, when the oxide semiconductor electrode of the present invention is produced by a transfer method, a heating step higher than the melting point is required in the transfer step. This is because the base material itself may be damaged by heat depending on the type of.

本発明に用いられる接着性樹脂としては、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリイソブチレン、ポリスチレン、エチレン‐プロピレンゴム等のポリオレフィン、エチレン‐酢酸ビニル共重合体、エチレン‐アクリル酸共重合体、エチルセルロース、トリ酢酸セルロース等のセルロース誘導体、ポリ(メタ)アクリル酸とそのエステルとの共重合体、ポリ酢酸ビニル、ポリビニルアルコール、ポリビニルブチラール等のポリビニルアセタール、ポリアセタール、ポリアミド、ポリイミド、ナイロン、ポリエステル樹脂、ウレタン樹脂、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、フッ素樹脂等を挙げることができる。また、本発明に用いられる接着性樹脂としては、例えば、特開2006−310256号公報に記載されたものを挙げることができる。本発明においては、これらの接着性樹脂のいずれであっても好適に用いることができるが、なかでも接着性、電解液に対する耐性、光透過性及び転写性の点から、ポリオレフィン、エチレン‐酢酸ビニル共重合体、ウレタン樹脂、エポキシ樹脂、シラン変性樹脂、および酸変性樹脂が好ましい。   Examples of the adhesive resin used in the present invention include polyethylene, polypropylene, polyisobutylene, polystyrene, polyolefin such as ethylene-propylene rubber, ethylene-vinyl acetate copolymer, ethylene-acrylic acid copolymer, ethyl cellulose, triacetic acid. Cellulose derivatives such as cellulose, copolymers of poly (meth) acrylic acid and its esters, polyvinyl acetals such as polyvinyl acetate, polyvinyl alcohol and polyvinyl butyral, polyacetals, polyamides, polyimides, nylons, polyester resins, urethane resins, epoxies Examples thereof include a resin, a silicone resin, and a fluororesin. Moreover, as adhesive resin used for this invention, what was described in Unexamined-Japanese-Patent No. 2006-310256 can be mentioned, for example. In the present invention, any of these adhesive resins can be suitably used. Among them, polyolefin, ethylene-vinyl acetate are preferred from the viewpoints of adhesion, resistance to electrolyte, light transmission and transferability. A copolymer, urethane resin, epoxy resin, silane-modified resin, and acid-modified resin are preferred.

また、本発明に用いられる接着層は、光安定化剤、紫外線吸収剤、熱安定剤および酸化防止剤からなる群から選ばれる少なくとも1種の添加剤を含有することが好ましい。これらの添加剤を含むことにより、長期にわたって安定した機械強度、黄変防止、ひび割れ防止、優れた加工適性を得ることができるからである。   Moreover, it is preferable that the contact bonding layer used for this invention contains the at least 1 sort (s) of additive chosen from the group which consists of a light stabilizer, a ultraviolet absorber, a heat stabilizer, and antioxidant. By including these additives, it is possible to obtain stable mechanical strength over a long period of time, prevention of yellowing, prevention of cracking, and excellent processability.

光安定化剤は、接着層に用いられる熱可塑性樹脂中の光劣化開始の活性種を補足し、光酸化を防止するものである。具体的には、ヒンダードアミン系化合物、ヒンダードピペリジン系化合物などの光安定化剤が挙げられる。   The light stabilizer supplements the active species at the start of photodegradation in the thermoplastic resin used in the adhesive layer and prevents photooxidation. Specific examples include light stabilizers such as hindered amine compounds and hindered piperidine compounds.

紫外線吸収剤は、太陽光中の有害な紫外線を吸収して、分子内で無害な熱エネルギーへと変換し、接着層に用いられる熱可塑性樹脂中の光劣化開始の活性種が励起されるのを防止するものである。具体的には、ベンゾフェノン系、ベンゾトリアゾール系、サルチレート系、アクリロニトリル系、金属錯塩系、ヒンダードアミン系、および超微粒子酸化チタン(粒子径:0.01μm〜0.06μm)もしくは超微粒子酸化亜鉛(粒子径:0.01μm〜0.04μm)などの無機系等の紫外線吸収剤が挙げられる。   UV absorbers absorb harmful UV rays in sunlight and convert them into innocuous heat energy within the molecule, which excites the active species that initiate photodegradation in the thermoplastic resin used in the adhesive layer. Is to prevent. Specifically, benzophenone-based, benzotriazole-based, salicylate-based, acrylonitrile-based, metal complex-based, hindered amine-based, and ultrafine titanium oxide (particle size: 0.01 μm to 0.06 μm) or ultrafine zinc oxide (particle size) : 0.01 [mu] m to 0.04 [mu] m).

熱安定剤としては、トリス(2,4‐ジ‐t‐ブチルフェニル)フォスファイト、ビス[2,4‐ビス(1,1−ジメチルエチル)‐6‐メチルフェニル]エチルエステル亜リン酸、テトラキス(2,4‐ジ‐t‐ブチルフェニル)[1,1‐ビフェニル]‐4,4´‐ジイルビスホスフォナイト、およびビス(2,4‐ジ‐t‐ブチルフェニル)ペンタエリスリトールジフォスファイト等のリン系熱安定剤;8‐ヒドロキシ‐5,7‐ジ‐t‐ブチル‐フラン‐2‐オンとo‐キシレンとの反応生成物等のラクトン系熱安定剤などを挙げることができる。リン系熱安定剤とラクトン系熱安定剤とを併用することが好ましい。   Thermal stabilizers include tris (2,4-di-t-butylphenyl) phosphite, bis [2,4-bis (1,1-dimethylethyl) -6-methylphenyl] ethyl ester phosphorous acid, tetrakis (2,4-di-tert-butylphenyl) [1,1-biphenyl] -4,4'-diylbisphosphonite, and bis (2,4-di-tert-butylphenyl) pentaerythritol diphosphite And a lactone heat stabilizer such as a reaction product of 8-hydroxy-5,7-di-t-butyl-furan-2-one and o-xylene. It is preferable to use a phosphorus-based heat stabilizer and a lactone-based heat stabilizer in combination.

酸化防止剤は、接着層に用いられる熱可塑性樹脂の酸化劣化を防止するものである。具体的には、フェノール系、アミン系、イオウ系、リン系、およびラクトン系などの酸化防止剤が挙げられる。   The antioxidant prevents oxidative deterioration of the thermoplastic resin used for the adhesive layer. Specific examples include phenol-based, amine-based, sulfur-based, phosphorus-based, and lactone-based antioxidants.

これらの光安定化剤、紫外線吸収剤、熱安定剤および酸化防止剤は、それぞれ1種単独でも2種以上を組み合わせて用いることもできる。   These light stabilizers, ultraviolet absorbers, heat stabilizers and antioxidants can be used alone or in combination of two or more.

さらに、本発明に用いられる他の化合物としては上記以外に、架橋剤、分散剤、レベリング剤、可塑剤、消泡剤等を挙げることができる。   Furthermore, as other compounds used in the present invention, in addition to the above, a crosslinking agent, a dispersing agent, a leveling agent, a plasticizer, an antifoaming agent, and the like can be given.

本発明に用いられる接着層の厚みは、接着層を構成する接着性樹脂の種類に応じて、必要な接着力を発現できる範囲内であれば特に限定されないが、通常、5μm〜300μmの範囲内であることが好ましく、特に10μm〜200μmの範囲内であることが好ましい。接着層の厚みが上記範囲よりも薄いと所望の接着力を得ることができない場合があり、また厚みが上記範囲よりも厚いと接着層により層間接着強度を十分に発現させるために過剰な加熱が必要となり、基材などへの熱ダメージが大きくなる場合があるからである。   The thickness of the adhesive layer used in the present invention is not particularly limited as long as it is within a range in which a necessary adhesive force can be expressed, depending on the type of the adhesive resin constituting the adhesive layer. It is preferable that it is in the range of 10 micrometers-200 micrometers especially. If the thickness of the adhesive layer is thinner than the above range, a desired adhesive force may not be obtained, and if the thickness is thicker than the above range, excessive heating is required to sufficiently express the interlayer adhesive strength by the adhesive layer. This is because the thermal damage to the base material and the like may increase.

3.酸化物半導体電極
本発明の酸化物半導体電極における多孔質層は、パターニングされていることが好ましい。多孔質層がパターニングされていることにより、本発明の酸化物半導体電極を、モジュール起電力の高い色素増感型太陽電池を作製するのに好適なものにできるからである。本発明における多孔質層のパターニングは、少なくとも多孔質層がパターニングされていればよい。また、多孔質層が、上記酸化物半導体層と、上記介在層とからなる場合には、両層が同一形状でパターニングされていることが好ましい。
3. Oxide Semiconductor Electrode The porous layer in the oxide semiconductor electrode of the present invention is preferably patterned. This is because the oxide semiconductor electrode of the present invention can be made suitable for producing a dye-sensitized solar cell having a high module electromotive force by patterning the porous layer. The porous layer in the present invention may be patterned as long as at least the porous layer is patterned. Moreover, when a porous layer consists of the said oxide semiconductor layer and the said intervening layer, it is preferable that both layers are patterned by the same shape.

本発明において多孔質層がパターニングされている場合のパターンは、本発明の酸化物半導体電極の用途等に応じて任意に決定することができるが、なかでも、ストライプ形状のパターンとすることが最も好ましい。   The pattern in the case where the porous layer is patterned in the present invention can be arbitrarily determined according to the use of the oxide semiconductor electrode of the present invention. preferable.

4.酸化物半導体電極の用途
本発明の酸化物半導体電極は、色素増感型光充電キャパシタに用いられる色素増感型光充電キャパシタ用基材、エレクトロクロミックディスプレイに用いられるエレクトロクロミックディスプレイ用基材、光触媒反応を用いて大気中の汚染物質を分解できる汚染物質分解基板、および色素増感型太陽電池に用いられる色素増感型太陽電池用基材等として用いることができるが、なかでも色素増感型太陽電池に用いられる色素増感型太陽電池用基材として好適に用いられる。
4). Applications of Oxide Semiconductor Electrode The oxide semiconductor electrode of the present invention is a substrate for a dye-sensitized photocharge capacitor used for a dye-sensitized photocharge capacitor, an electrochromic display substrate used for an electrochromic display, and a photocatalyst. It can be used as a pollutant decomposition substrate capable of decomposing pollutants in the atmosphere using a reaction, and a dye-sensitized solar cell substrate used for dye-sensitized solar cells, among which dye-sensitized type It is suitably used as a dye-sensitized solar cell substrate used in solar cells.

5.酸化物半導体電極の製造方法
本発明の酸化物半導体電極は、多孔質層に用いられる金属酸化物半導体微粒子として、表面が絶縁性材料によって被覆されたものを用い、かつ、上記多孔質層上にスプレー熱分解法によって第1電極層を形成すること以外は、一般的に公知の手法を用いて製造することができる。なかでも本発明の酸化物半導体電極は、後述する「D.酸化物半導体電極の製造方法」の項において説明する方法によって高効率で製造することができる。
5). Method for Producing Oxide Semiconductor Electrode The oxide semiconductor electrode of the present invention uses a metal oxide semiconductor fine particle used for the porous layer whose surface is coated with an insulating material, and on the porous layer. Except for forming the first electrode layer by spray pyrolysis, it can be generally produced using a known method. In particular, the oxide semiconductor electrode of the present invention can be produced with high efficiency by the method described in the section “D. Method for producing oxide semiconductor electrode” described later.

C.色素増感型太陽電池
次に、本発明の色素増感型太陽電池について説明する。本発明の色素増感型太陽電池は、上記本発明に係る酸化物半導体電極、および、対向基材と、上記対向基材上に形成され、金属酸化物からなる第2電極層とを有する対電極基材が、上記多孔質層と、上記第2電極層とが対向するように配置されており、上記酸化物半導体電極と、上記対電極基材との間に酸化還元対を含む電解質層が形成された構成を有することを特徴とするものである。
C. Next, the dye-sensitized solar cell of the present invention will be described. The dye-sensitized solar cell of the present invention is a pair having the oxide semiconductor electrode according to the present invention, a counter substrate, and a second electrode layer formed on the counter substrate and made of a metal oxide. An electrode base is disposed such that the porous layer and the second electrode layer face each other, and an electrolyte layer including a redox pair between the oxide semiconductor electrode and the counter electrode base It has the structure in which was formed.

このような本発明の色素増感型太陽電池について図を参照しながら説明する。図4は本発明の色素増感型太陽電池の一例を示す概略断面図である。図4に例示するように本発明の色素増感型太陽電池20は、上記本発明に係る酸化物半導体電極11’、および、対向基材21aと、上記対向基材21a上に形成され、金属酸化物からなる第2電極層21bとを有する対電極基材21が、上記酸化物半導体電極11’が備える多孔質層2と、上記第2電極層21とが対向するように配置されており、上記酸化物半導体電極11’と、上記対電極基材21との間に酸化還元対を含む電解質層22が形成された構成を有するものである。ここで、本発明に用いられる酸化物半導体電極11’は、多孔質層2に色素増感剤が含まれるものである。また、図4に例示するように、本発明の色素増感型太陽電池20は、通常、電解質層22の周囲にシール材23が付与されているものである。   Such a dye-sensitized solar cell of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 4 is a schematic sectional view showing an example of the dye-sensitized solar cell of the present invention. As illustrated in FIG. 4, the dye-sensitized solar cell 20 of the present invention is formed on the oxide semiconductor electrode 11 ′, the counter substrate 21 a, and the counter substrate 21 a according to the present invention. The counter electrode base material 21 having the second electrode layer 21b made of an oxide is disposed so that the porous layer 2 provided in the oxide semiconductor electrode 11 ′ and the second electrode layer 21 face each other. In addition, an electrolyte layer 22 including a redox pair is formed between the oxide semiconductor electrode 11 ′ and the counter electrode base material 21. Here, in the oxide semiconductor electrode 11 ′ used in the present invention, the porous layer 2 contains a dye sensitizer. In addition, as illustrated in FIG. 4, the dye-sensitized solar cell 20 of the present invention is usually provided with a sealing material 23 around the electrolyte layer 22.

本発明によれば、半導体特性に優れた上記本発明に係る酸化物半導体電極が用いられていることにより、発電効率に優れた色素増感型太陽電池を得ることができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the dye-sensitized solar cell excellent in power generation efficiency can be obtained by using the oxide semiconductor electrode which concerns on the said this invention excellent in the semiconductor characteristic.

本発明の色素増感型太陽電池は、少なくとも上記酸化物半導体電極、対電極基材および電解質層を有するものであり、必要に応じて他の任意の構成を有してもよいものである。
以下、本発明の色素増感型太陽電池に用いられる各構成について順に説明する。
The dye-sensitized solar cell of the present invention has at least the oxide semiconductor electrode, the counter electrode base material, and the electrolyte layer, and may have any other configuration as necessary.
Hereafter, each structure used for the dye-sensitized solar cell of this invention is demonstrated in order.

1.酸化物半導体電極
まず、本発明に用いられる酸化物半導体電極について説明する。本発明に用いられる酸化物半導体電極は、上記本発明に係る酸化物半導体電極であり、多孔質層に色素増感剤が含まれるものである。
このような酸化物半導体電極については、上記「B.酸化物半導体電極」の項において説明したものと同様であるため、ここでの詳しい説明は省略する。
1. Oxide Semiconductor Electrode First, the oxide semiconductor electrode used in the present invention will be described. The oxide semiconductor electrode used in the present invention is the oxide semiconductor electrode according to the present invention, and includes a porous layer containing a dye sensitizer.
Such an oxide semiconductor electrode is the same as that described in the above section “B. Oxide Semiconductor Electrode”, and thus a detailed description thereof is omitted here.

2.電解質層
次に、本発明に用いられる電解質層について説明する。本発明における電解質層は、酸化還元対を含むものである。
2. Electrolyte Layer Next, the electrolyte layer used in the present invention will be described. The electrolyte layer in the present invention includes a redox pair.

本発明における電解質層に用いられる酸化還元対としては、一般的に色素増感型太陽電池の電解質層に用いられているものであれば特に限定はされるものではない。中でも本発明に用いられる酸化還元対は、ヨウ素およびヨウ化物の組合せ、臭素および臭化物の組合せであることが好ましい。   The redox couple used in the electrolyte layer in the present invention is not particularly limited as long as it is generally used in the electrolyte layer of a dye-sensitized solar cell. Among them, the redox pair used in the present invention is preferably a combination of iodine and iodide and a combination of bromine and bromide.

上記酸化還元対として本発明に用いられるヨウ素およびヨウ化物の組合せとしては、例えば、LiI、NaI、KI、CaI等の金属ヨウ化物と、Iとの組合せを挙げることができる。
さらに、上記臭素および臭化物の組み合わせとしては、例えば、LiBr、NaBr、KBr、CaBr等の金属臭化物と、Brとの組合せを挙げることができる。
Examples of the combination of iodine and iodide used in the present invention as the redox couple, for example, can be cited LiI, NaI, KI, and metal iodide such as CaI 2, a combination of I 2.
Further, examples of the combination of bromine and bromide include a combination of a metal bromide such as LiBr, NaBr, KBr, and CaBr 2 and Br 2 .

本発明における電解質層には、上記酸化還元対以外のその他の化合物として、架橋剤、光重合開始剤、増粘剤、常温融解塩等の添加剤を含有していてもよい。   The electrolyte layer in the present invention may contain additives such as a crosslinking agent, a photopolymerization initiator, a thickener, and a room temperature molten salt as other compounds other than the redox couple.

電解質層は、ゲル状、固体状または液体状のいずれの形態からなる電解質層であってもよい。電解質層をゲル状とした場合には、物理ゲルと化学ゲルのいずれであってもよい。ここで、物理ゲルは物理的な相互作用で室温付近でゲル化しているものであり、化学ゲルは架橋反応などにより化学結合でゲルを形成しているものである。
また、電解質層を液体状とした場合には、例えば、アセトニトリル、メトキシアセトニトリル、炭酸プロピレンなどを溶媒とし、酸化還元対を含んだものや、同じくイミダゾリウム塩をカチオンとするイオン性液体を溶媒とすることができる。
さらに、電解質層を固体状とした場合には、酸化還元対を含まずにそれ自身が正孔輸送剤として機能するものであればよく、例えばCuI、ポリピロール、ポリチオフェンなどを含む正孔輸送剤であってもよい。
The electrolyte layer may be an electrolyte layer having any form of gel, solid, or liquid. When the electrolyte layer is in a gel form, either a physical gel or a chemical gel may be used. Here, the physical gel is gelled near room temperature due to physical interaction, and the chemical gel is a gel formed by chemical bonding by a crosslinking reaction or the like.
When the electrolyte layer is in a liquid state, for example, acetonitrile, methoxyacetonitrile, propylene carbonate or the like is used as a solvent, and an ionic liquid containing a redox couple or an imidazolium salt as a cation is used as a solvent. can do.
Furthermore, when the electrolyte layer is in a solid state, it may be any material that does not include a redox pair and functions as a hole transporting agent. For example, a hole transporting agent including CuI, polypyrrole, polythiophene, etc. There may be.

3.対電極基材
次に本発明に用いられる対電極基材について説明する。本発明における対電極基材は、第2電極層および対向基材からなるものである。
3. Next, the counter electrode substrate used in the present invention will be described. The counter electrode base material in this invention consists of a 2nd electrode layer and a counter base material.

(1)第2電極層
本発明に用いられる第2電極層としては、所望の導電性を有する金属酸化物からなるものであれば特に限定されるものではない。なお、上述したように本発明に用いられる酸化物半導体電極が有する第1電極層は、同じく金属酸化物からなるものであり、スプレー熱分解法によって上記多孔質層上に形成されたものであるが、本発明に用いられる第2電極層は、スプレー熱分解法によって形成されたものに限定されるものではない点において、上記第1電極層と異なるものである。
(1) Second electrode layer The second electrode layer used in the present invention is not particularly limited as long as it is made of a metal oxide having desired conductivity. As described above, the first electrode layer included in the oxide semiconductor electrode used in the present invention is also made of a metal oxide, and is formed on the porous layer by spray pyrolysis. However, the second electrode layer used in the present invention is different from the first electrode layer in that it is not limited to the one formed by spray pyrolysis.

本発明において第2電極層に用いられる金属酸化物としては、所望の導電性を有するものであれば特に限定されるものではない。このような金属酸化物としては、上記「A.酸化物半導体電極用積層体」の項において第1電極層に用いられる金属酸化物として説明したものと同様のものを用いることができる。   In the present invention, the metal oxide used for the second electrode layer is not particularly limited as long as it has desired conductivity. As such a metal oxide, the same thing as what was demonstrated as a metal oxide used for a 1st electrode layer in the above-mentioned "A. Oxide semiconductor electrode laminated body" section can be used.

本発明に用いられる第2電極層は、単一の層からなる構成であってもよく、また、複数の層が積層された構成であってもよい。複数の層が積層された構成としては、例えば、仕事関数が互いに異なる層を積層する発明や、互いに異なる金属酸化物からなる層を積層する発明を挙げることができる。   The second electrode layer used in the present invention may be composed of a single layer or may be composed of a plurality of layers laminated. Examples of the configuration in which a plurality of layers are laminated include an invention in which layers having different work functions are laminated, and an invention in which layers made of different metal oxides are laminated.

また、本発明に用いられる第2電極層の厚みは、通常、5nm〜2000nmの範囲内が好ましく、特に10nm〜1000nmの範囲内であることが好ましい。   The thickness of the second electrode layer used in the present invention is usually preferably in the range of 5 nm to 2000 nm, and particularly preferably in the range of 10 nm to 1000 nm.

(2)対向基材
本発明における対向基材は、上記「B.酸化物半導体電極」の、基材の項において説明したものと同様のものを用いることができるため、ここでの説明は省略する。
(2) Opposite base material The counter base material in the present invention can be the same as that described in the section of the base material of “B. Oxide semiconductor electrode”, and the description thereof is omitted here. To do.

(3)その他の層
本発明に用いられる対電極基材には必要に応じて、上記第2電極層および対向基材以外のその他の構成を有するものであってもよい。本発明に用いられるその他の構成としては、触媒層を挙げることができる。本発明においては、上記第2電極層上に触媒層が形成されていることにより、本発明の色素増感型太陽電池をより発電効率に優れたものにできる。このような触媒層の例としては、上記第2電極層上にPtを蒸着した態様を挙げることができるが、この限りではない。
(3) Other layers The counter electrode base material used in the present invention may have other configurations than the second electrode layer and the counter base material, if necessary. Examples of other configurations used in the present invention include a catalyst layer. In the present invention, since the catalyst layer is formed on the second electrode layer, the dye-sensitized solar cell of the present invention can be made more excellent in power generation efficiency. Examples of such a catalyst layer include an embodiment in which Pt is vapor-deposited on the second electrode layer, but is not limited thereto.

4.色素増感型太陽電池
本発明の色素増感型太陽電池は、上記酸化物半導体電極の多孔質層等、および、上記対電極基材の第2電極層等がパターニングされていることにより、一対の酸化物半導体電極および対電極基材に複数のセルが連結された構成を有するものであってもよい。このような構成を有することにより、本発明の色素増感型太陽電池を起電力の高いものにできるからである。
4). Dye-sensitized solar cell The dye-sensitized solar cell of the present invention includes a pair of layers formed by patterning the porous layer of the oxide semiconductor electrode and the second electrode layer of the counter electrode substrate. A plurality of cells may be connected to the oxide semiconductor electrode and the counter electrode base material. This is because by having such a configuration, the dye-sensitized solar cell of the present invention can have a high electromotive force.

このような構成を有する色素増感型太陽電池の例について図を参照しながら説明する。図5は、本発明の色素増感型太陽電池が、複数のセルが連結した構成を有する場合の一例を示す概略断面図である。図5に例示するように本発明の色素増感型太陽電池20’は、酸化物半導体電極11’が有する接着層5、第1電極層3、多孔質層2、および対電極基材21が有する第2電極層21bがパターニングされていることにより、一対の酸化物半導体電極11’と対電極基材21との間に複数のセルCが形成されており、これらのセルCが配線24により連結された構成を有するものであってもよい。なお、図5に示す例は、3つのセルCが連結された構成を有するものになる。   An example of a dye-sensitized solar cell having such a configuration will be described with reference to the drawings. FIG. 5 is a schematic cross-sectional view showing an example in which the dye-sensitized solar cell of the present invention has a configuration in which a plurality of cells are connected. As illustrated in FIG. 5, the dye-sensitized solar cell 20 ′ of the present invention includes an adhesive layer 5, a first electrode layer 3, a porous layer 2, and a counter electrode base material 21 included in the oxide semiconductor electrode 11 ′. A plurality of cells C are formed between the pair of oxide semiconductor electrodes 11 ′ and the counter electrode base material 21 by patterning the second electrode layer 21 b having, and these cells C are connected by the wiring 24. It may have a connected configuration. Note that the example shown in FIG. 5 has a configuration in which three cells C are connected.

また、上記パターニングの形状としては、本発明の色素増感型太陽電池に求める起電力等により任意に決定することができるが、なかでも本発明においてはストライプ形状のパターニングとすることが最も好ましい。   The shape of the patterning can be arbitrarily determined depending on the electromotive force required for the dye-sensitized solar cell of the present invention, and in the present invention, the patterning in the stripe shape is most preferable.

5.色素増感型太陽電池の製造方法
次に本発明の色素増感型太陽電池の作製方法の一例について説明する。本発明の色素増感型太陽電池は、上記本発明の酸化物半導体電極が有する多孔質層と、上記対電極基材が有する第2電極基材との間に電解質層を形成することにより製造することができる。
5). Next, an example of a method for producing the dye-sensitized solar cell of the present invention will be described. The dye-sensitized solar cell of the present invention is manufactured by forming an electrolyte layer between the porous layer of the oxide semiconductor electrode of the present invention and the second electrode substrate of the counter electrode substrate. can do.

本発明において、上記本発明の酸化物半導体電極が有する多孔質層と、上記対電極基材が有する第2電極基材との間に電解質層を形成する方法としては、各層を厚み精度よく形成できる方法であれば特に限定されない。このような方法としては、上記酸化物半導体電極の多孔質層上に電解質層を形成した後、当該電解質層上に対電極基材を配置する方法(第1の方法)と、上記酸化物半導体電極および対電極基材を、多孔質層と第2電極層とが対向するように配置した後、多孔質層と第2電極層との間に電解質層を形成する方法(第2の方法)と、を挙げることができる。   In the present invention, as a method of forming an electrolyte layer between the porous layer of the oxide semiconductor electrode of the present invention and the second electrode substrate of the counter electrode substrate, each layer is formed with high thickness accuracy. There is no particular limitation as long as it can be performed. As such a method, after forming an electrolyte layer on the porous layer of the oxide semiconductor electrode, a method of arranging a counter electrode substrate on the electrolyte layer (first method), and the oxide semiconductor A method of forming an electrolyte layer between the porous layer and the second electrode layer after arranging the electrode and the counter electrode base material so that the porous layer and the second electrode layer face each other (second method) Can be mentioned.

上記第1の方法としては、例えば、電解質層形成用組成物を上記多孔質層上に塗布し、乾燥させることにより電解質層を形成した後に、対電極基材を付与する塗布法を用いることができる。また、上記第2の方法としては、上記酸化物半導体電極の多孔質層と、対電極基材が有する第2電極層とが対向するように所定の間隙を有して配置させ、その間隙に、電解質層形成用組成物を注入することにより、電解質層を形成する注入法を用いることができる。   As the first method, for example, an application method of applying a counter electrode substrate after forming an electrolyte layer by applying a composition for forming an electrolyte layer on the porous layer and drying it is used. it can. As the second method, the porous layer of the oxide semiconductor electrode and the second electrode layer of the counter electrode base material are arranged with a predetermined gap so as to face each other. By injecting the composition for forming an electrolyte layer, an injection method for forming an electrolyte layer can be used.

上記塗布法における、多孔質層形成用組成物の塗布方法としては、公知の塗布法を用いることができ、具体的には、ダイコート、グラビアコート、グラビアリバースコート、ロールコート、リバースロールコート、バーコート、ブレードコート、ナイフコート、エアナイフコート、スロットダイコート、スライドダイコート、ディップコート、マイクロバーコート、マイクロバーリバースコートや、スクリーン印刷(ロータリー方式)等を挙げることができる。   As the coating method of the composition for forming a porous layer in the above coating method, a known coating method can be used. Specifically, die coating, gravure coating, gravure reverse coating, roll coating, reverse roll coating, bar Examples include coat, blade coat, knife coat, air knife coat, slot die coat, slide die coat, dip coat, micro bar coat, micro bar reverse coat, and screen printing (rotary method).

また、上記塗布法により電解質層を形成する場合、電解質層を形成する電解質層形成用組成物としては、少なくとも酸化還元対および酸化還元対を保持する高分子化合物を有するものであれば特に限定はされない。   Further, when the electrolyte layer is formed by the coating method, the electrolyte layer forming composition for forming the electrolyte layer is not particularly limited as long as it has at least a redox couple and a polymer compound that holds the redox couple. Not.

上記注入法により電解質層を形成する場合、電解質層を形成する電解質層形成用組成物としては、少なくとも酸化還元対を有するものであれば特に限定はされないが、形成される電解質層をゲル状とする場合には、さらに、ゲル化剤が含有されたものとする。例えば、物理ゲルの場合は、ゲル化剤としてポリアクリロニトリル、ポリメタクリレート等を挙げることができる。また、化学ゲルの場合は、アクリル酸エステル系、メタクリル酸エステル系等を挙げることができる。   When the electrolyte layer is formed by the above injection method, the electrolyte layer forming composition for forming the electrolyte layer is not particularly limited as long as it has at least a redox pair. In this case, it is assumed that a gelling agent is further contained. For example, in the case of a physical gel, examples of the gelling agent include polyacrylonitrile and polymethacrylate. Moreover, in the case of a chemical gel, an acrylic ester type, a methacrylic ester type, etc. can be mentioned.

上記多孔質層と、対電極基材が有する第2電極層との間隙に電解質層形成用組成物を注入する方法としては、特に限定はされないが、例えば、毛細管現象を利用して注入させる方法や、上記多孔質層と、上記第2電極との間隙を真空状態にし、電解質層形成用組成物を接触させた状態で大気圧に開放することで注入する方法などを挙げることができる。   The method for injecting the composition for forming an electrolyte layer into the gap between the porous layer and the second electrode layer of the counter electrode base material is not particularly limited, but for example, a method of injecting using a capillary phenomenon In addition, a method may be used in which the gap between the porous layer and the second electrode is in a vacuum state and is injected by releasing the pressure to atmospheric pressure in a state where the composition for forming an electrolyte layer is in contact.

また、注入法により、電解質層形成用組成物を注入した後、例えば、温度調整、紫外線照射または電子線照射等を行い、二次元または三次元の架橋反応を生じさせることによりゲル状さらには固体状の電解質層を形成することができる。   Moreover, after injecting the composition for forming an electrolyte layer by an injection method, for example, temperature adjustment, ultraviolet irradiation, electron beam irradiation, or the like is performed, and a two-dimensional or three-dimensional crosslinking reaction is caused to generate a gel or solid. The electrolyte layer can be formed.

また本発明において、対向基材上に第2電極層を形成する方法は特に限定されず、一般的な方法を用いることができる。   In the present invention, the method for forming the second electrode layer on the counter substrate is not particularly limited, and a general method can be used.

D.酸化物半導体電極用積層体の製造方法
次に、本発明の酸化物半導体電極用積層体の製造方法について説明する。本発明の酸化物半導体電極用積層体の製造方法は、耐熱基板を用い、上記耐熱基板上に金属酸化物半導体微粒子を含有する多孔質層形成用層を形成する多孔質層形成用層形成工程、および、上記多孔質層形成用層に含まれる金属酸化物半導体微粒子の表面を絶縁性材料で被覆する絶縁性被覆工程とを有することにより、上記耐熱基板上に、絶縁性材料で表面が被覆された金属酸化物半導体微粒子を含有する多孔質層を形成する多孔質層形成工程と、上記多孔質層上に、スプレー熱分解法によって金属酸化物からなる第1電極層を形成する、第1電極層形成工程と、を有することを特徴とするものである。
D. Next, the manufacturing method of the laminated body for oxide semiconductor electrodes of this invention is demonstrated. The method for producing a laminate for an oxide semiconductor electrode according to the present invention uses a heat resistant substrate and forms a porous layer forming layer containing metal oxide semiconductor fine particles on the heat resistant substrate. And an insulating coating step of coating the surface of the metal oxide semiconductor fine particles contained in the porous layer forming layer with an insulating material, so that the surface is coated with the insulating material on the heat-resistant substrate. A porous layer forming step of forming a porous layer containing the metal oxide semiconductor fine particles formed, and a first electrode layer made of a metal oxide is formed on the porous layer by spray pyrolysis, And an electrode layer forming step.

このような本発明の酸化物半導体電極用積層体の製造方法について図を参照しながら説明する。図6は本発明の酸化物半導体電極用積層体の製造方法の一例を示す概略図である。図6に例示するように、本発明の酸化物半導体電極用積層体の製造方法は、耐熱基板1を用い(図6(a))、上記耐熱基板1上に金属酸化物半導体微粒子を含有する多孔質層形成用層2’を形成する多孔質層形成用層形成工程(図6(b)−1)、および、上記多孔質層形成用層2’に含まれる金属酸化物半導体微粒子の表面を絶縁性材料で被覆する絶縁性被覆工程(図6(b)−2)とを有することにより、上記耐熱基板1に、絶縁性材料で表面が被覆された金属酸化物半導体微粒子を含有する多孔質層2を形成する、多孔質層形成工程と(図6(b))、上記多孔質層2上に、スプレー熱分解法によって金属酸化物からなる第1電極層3を形成する、第1電極層形成工程と(図6(c))、を有することを特徴とし、耐熱基板1上に、多孔質層2と第1電極層とがこの順で積層された構成を有する酸化物半導体電極用積層体10を製造するものである(図6(d))。   The manufacturing method of such a laminated body for oxide semiconductor electrodes of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 6 is a schematic view showing an example of a method for producing a laminated body for an oxide semiconductor electrode according to the present invention. As illustrated in FIG. 6, the method for manufacturing a laminated body for an oxide semiconductor electrode according to the present invention uses a heat resistant substrate 1 (FIG. 6A), and contains metal oxide semiconductor fine particles on the heat resistant substrate 1. The porous layer forming layer forming step (FIG. 6 (b) -1) for forming the porous layer forming layer 2 ′, and the surface of the metal oxide semiconductor fine particles contained in the porous layer forming layer 2 ′ Having a metal oxide semiconductor fine particle whose surface is coated with an insulating material on the heat-resistant substrate 1. A porous layer forming step for forming a porous layer 2 (FIG. 6B), and a first electrode layer 3 made of a metal oxide is formed on the porous layer 2 by spray pyrolysis, An electrode layer forming step (FIG. 6C), and on the heat-resistant substrate 1, In which porous layer 2 and the first electrode layer is manufactured an oxide semiconductor electrode stack 10 having a stacked in this order (FIG. 6 (d)).

本発明によれば上記多孔質層形成工程が、上記多孔質層形成用層形成工程および上記絶縁性被覆工程を有し、絶縁性材料で表面が被覆された金属酸化物半導体微粒子を含有する多孔質層を形成するものであることにより、上記第1電極層形成工程においてスプレー熱分解法で第1電極層が形成される際に、上記多孔質層に含まれる金属酸化物半導体微粒子が還元されることを防止することができる。
また、本発明によれば上記第1電極層形成工程がスプレー熱分解法によって第1電極層を形成するものであることにより、上記多孔質層上に緻密で、多孔質層との電子授受性能に優れた第1電極層を形成することができる。
このようなことから本発明によれば、半導体特性に優れた酸化物半導体電極用積層体を製造することができる。
According to the present invention, the porous layer forming step includes the porous layer forming layer forming step and the insulating coating step, and includes a metal oxide semiconductor fine particle whose surface is coated with an insulating material. By forming the porous layer, the metal oxide semiconductor fine particles contained in the porous layer are reduced when the first electrode layer is formed by spray pyrolysis in the first electrode layer forming step. Can be prevented.
Further, according to the present invention, the first electrode layer forming step forms the first electrode layer by spray pyrolysis, so that the electron transfer performance with the porous layer is dense and dense. The 1st electrode layer excellent in can be formed.
For this reason, according to the present invention, it is possible to manufacture a laminated body for an oxide semiconductor electrode having excellent semiconductor characteristics.

本発明の酸化物半導体電極用積層体の製造方法は、少なくとも上記多孔質層形成工程と、上記第1電極層形成工程とを有するものであり、必要に応じて他の任意の工程を有してもよいものである。
以下、本発明に用いられる各工程について順に説明する。
The manufacturing method of the laminated body for oxide semiconductor electrodes of this invention has at least the said porous layer formation process and the said 1st electrode layer formation process, and has other arbitrary processes as needed. It may be.
Hereafter, each process used for this invention is demonstrated in order.

1.多孔質層形成工程
まず、本発明に用いられる多孔質層形成工程について説明する。本工程は耐熱基板を用い、当該耐熱基板上に絶縁性材料で表面が被覆された金属酸化物半導体微粒子を含有する多孔質層を形成する工程である。また、本工程は耐熱基板を用い、上記耐熱基板上に金属酸化物半導体微粒子を含有する多孔質層形成用層を形成する多孔質層形成用層形成工程、および、上記多孔質層形成用層に含まれる金属酸化物半導体微粒子の表面を絶縁性材料で被覆する絶縁性被覆工程とを有するものである。
以下、このような多孔質層形成工程について詳細に説明する。
1. Porous layer forming step First, the porous layer forming step used in the present invention will be described. This step is a step of using a heat resistant substrate and forming a porous layer containing metal oxide semiconductor fine particles whose surface is coated with an insulating material on the heat resistant substrate. Further, this step uses a heat resistant substrate, and a porous layer forming layer forming step for forming a porous layer forming layer containing metal oxide semiconductor fine particles on the heat resistant substrate, and the porous layer forming layer described above And an insulating coating step of coating the surface of the metal oxide semiconductor fine particles contained in the substrate with an insulating material.
Hereinafter, such a porous layer forming step will be described in detail.

(1)多孔質層形成用層形成工程
最初に、上記多孔質層形成用層形成工程について説明する。本工程は耐熱基板を用い、上記耐熱基板上に金属酸化物半導体微粒子を含有する多孔質層形成用層を形成する工程である。
なお、本工程によって形成される多孔質層形成用層とは、表面に絶縁性材料が被覆されていない金属酸化物半導体微粒子からなるものであり、後述する絶縁性被覆工程において、上記金属酸化物半導体微粒子の表面に絶縁性材料が被覆されることによって多孔質層とされるものである。
(1) Porous layer forming layer forming step First, the porous layer forming layer forming step will be described. This step is a step of forming a porous layer forming layer containing metal oxide semiconductor fine particles on the heat resistant substrate using a heat resistant substrate.
The porous layer forming layer formed in this step is composed of metal oxide semiconductor fine particles whose surface is not coated with an insulating material, and in the insulating coating step described later, The surface of the semiconductor fine particles is coated with an insulating material to form a porous layer.

本工程において、耐熱基板上に多孔質層形成用層を形成する方法としては、空隙率が所望の範囲内である多孔質層形成用層を形成できる方法であれば特に限定されるものではない。なかでも本工程においては、金属酸化物半導体微粒子および樹脂を含有する多孔質層形成用塗工液を耐熱基板上に塗工した後、これを焼成することによって多孔質層形成用層を形成する方法を用いることが好ましい。以下、このような方法で多孔質層形成用層を形成する方法について説明する。   In this step, the method for forming the porous layer forming layer on the heat-resistant substrate is not particularly limited as long as the porous layer forming layer having a porosity within a desired range can be formed. . In particular, in this step, a porous layer forming layer is formed by coating a porous layer forming coating solution containing metal oxide semiconductor fine particles and a resin on a heat-resistant substrate and then firing the coating solution. The method is preferably used. Hereinafter, a method for forming the porous layer forming layer by such a method will be described.

a.耐熱基板
本工程に用いられる耐熱基板としては、後述する焼成処理時の焼成温度に対する耐熱性を有するものであれば特に限定されない。このような耐熱基板としては、上記「A.酸化物半導体電極用積層体」の項において説明したものと同様のものを用いることができる。
a. Heat-resistant substrate The heat-resistant substrate used in this step is not particularly limited as long as it has heat resistance with respect to the firing temperature during the firing treatment described later. As such a heat-resistant substrate, the same substrate as described in the above section “A. Stack for oxide semiconductor electrode” can be used.

b.多孔質層形成用塗工液
本工程に用いられる多孔質層形成用塗工液は、少なくとも金属酸化物半導体微粒子と、樹脂とを含有するものである。ここで、上記金属酸化物半導体微粒子については、表面が絶縁性材料で被覆されていないこと以外は、上記「A.酸化物半導体電極用積層体」の項において説明したものと同様であるため、ここで説明は省略する。
b. Porous layer forming coating solution The porous layer forming coating solution used in this step contains at least metal oxide semiconductor fine particles and a resin. Here, the metal oxide semiconductor fine particles are the same as those described in the section “A. Oxide semiconductor electrode laminate” except that the surface is not coated with an insulating material. The description is omitted here.

上記多孔質層形成用塗工液に用いられる樹脂としては、当該塗工液の塗膜を焼成する際に時に分解させることができるものであれば特に限定されるものではない。このような樹脂としては、例えば、セルロース系樹脂、ポリエステル系樹脂、ポリアミド系樹脂、ポリアクリル酸エステル系樹脂、ポリアクリル系樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリウレタン樹脂、ポリオレフィン系樹脂、ポリビニルアセタール系樹脂、フッ素系樹脂、ポリイミド樹脂などのほか、ポリエチレングリコールのような多価アルコール類等を挙げることができる。   The resin used for the coating liquid for forming the porous layer is not particularly limited as long as it can be decomposed at the time of baking the coating film of the coating liquid. Examples of such resins include cellulose resins, polyester resins, polyamide resins, polyacrylate resins, polyacryl resins, polycarbonate resins, polyurethane resins, polyolefin resins, polyvinyl acetal resins, and fluorine resins. In addition to resins and polyimide resins, polyhydric alcohols such as polyethylene glycol can be used.

また、本工程に用いられる多孔質層形成用塗工液には、上記樹脂および金属酸化物半導体微粒子を溶解・分散するために溶媒が用いられていてもよい。本工程に用いられる溶媒としては、上記樹脂を所望量溶解できるものであれば特に限定されるものではない。このような溶媒としては、水またはメタノール、エタノール、イソプロピルアルコール、プロピレングリコールモノメチルエーテル、ターピネオール、ジクロロメタン、アセトン、アセトニトリル、酢酸エチル、tert−ブチルアルコール等の各種溶剤を挙げることができる。中でも、水ないしアルコール系の溶媒であることが好ましい。   Moreover, in the coating liquid for forming a porous layer used in this step, a solvent may be used for dissolving and dispersing the resin and the metal oxide semiconductor fine particles. The solvent used in this step is not particularly limited as long as it can dissolve the resin in a desired amount. Examples of such a solvent include water and various solvents such as methanol, ethanol, isopropyl alcohol, propylene glycol monomethyl ether, terpineol, dichloromethane, acetone, acetonitrile, ethyl acetate, and tert-butyl alcohol. Among these, water or an alcohol solvent is preferable.

c.多孔質層形成用塗工液の塗布方法
次に、上記多孔質層形成用塗工液を上記耐熱基板上に塗布する方法について説明する。本工程に用いられる塗布方法としては膜厚が均一で、平面性に優れた塗膜を形成できる方法であれば特に限定されない。このような方法としては、例えば、ダイコート、グラビアコート、グラビアリバースコート、ロールコート、リバースロールコート、バーコート、ブレードコート、ナイフコート、エアナイフコート、スロットダイコート、スライドダイコート、ディップコート、マイクロバーコート、マイクロバーリバースコート、オフセットコート、スクリーン印刷(ロータリー方式)等を挙げることができる。
c. Next, a method for applying the porous layer forming coating solution onto the heat resistant substrate will be described. The coating method used in this step is not particularly limited as long as it is a method capable of forming a coating film having a uniform film thickness and excellent flatness. Examples of such methods include die coating, gravure coating, gravure reverse coating, roll coating, reverse roll coating, bar coating, blade coating, knife coating, air knife coating, slot die coating, slide die coating, dip coating, micro bar coating, Microbar reverse coating, offset coating, screen printing (rotary method) and the like can be mentioned.

d.焼成方法
次に、上記多孔質層形成用塗工液の塗膜を焼成する方法について説明する。本工程において上記塗膜を焼成する方法としては、加熱ムラなく一様に焼成できる方法であれば特に限定はされず、公知の加熱方法を用いることができる。
d. Next, a method for firing the coating film of the porous layer forming coating solution will be described. In the present step, the method for baking the coating film is not particularly limited as long as it can be uniformly baked without heating unevenness, and a known heating method can be used.

また、本工程における焼成温度は、上記多孔質層形成用塗工液に含まれる樹脂を熱分解できる範囲内であれば特に限定されないが、通常、300℃〜700℃の範囲内であることが好ましく、特に、350℃〜600℃の範囲内であることが好ましい。   In addition, the firing temperature in this step is not particularly limited as long as it is within a range where the resin contained in the porous layer forming coating solution can be thermally decomposed, but is usually within a range of 300 ° C to 700 ° C. It is particularly preferable that the temperature be in the range of 350 ° C to 600 ° C.

(2)絶縁性被覆工程
次に、本工程に用いられる絶縁性被覆工程について説明する。本工程は、上記多孔質層形成用層形成工程によって形成された上記多孔質層形成用層に含まれる金属酸化物半導体微粒子の表面を、絶縁性材料で被覆する工程である。
(2) Insulating coating process Next, the insulating coating process used for this process is demonstrated. This step is a step of covering the surface of the metal oxide semiconductor fine particles contained in the porous layer forming layer formed by the porous layer forming layer forming step with an insulating material.

本工程において、上記多孔質層形成用層に含まれる金属酸化物半導体微粒子の表面を絶縁性材料で被覆する方法としては、上記金属酸化物半導体微粒子の表面を均一に絶縁性材料で被覆できる方法であれば特に限定されるものではない。このような方法としては、溶液浸漬法や電気的析出法等を挙げることができる。
ここで、上記溶液浸漬法とは、上記多孔質層形成用層が形成された耐熱基板を、処理液に浸漬(塗布することを含む)し、多孔質層形成用層の表面に絶縁性材料またはその前駆態を含有する処理液を物理的・化学的に吸着させる方法である。上記処理液に用いられる絶縁性材料の前駆体としては、例えば、アルコキシド、無機化合物、錯体等を挙げることができる。
また、多孔質層形成用層の表面へ上記絶縁性材料または前駆体を吸着させる方法としては、上記多孔質層形成用層の表面の水酸基と処理液中の絶縁性材料または前駆体の官能基との間での加水分解や重縮合を使用することもでき、静電相互作用による吸着を利用することもできる。
なお、上記処理液として絶縁性材料の前駆体を含有するものを用いた場合は、処理液への浸漬(塗布することを含む)後、必要に応じて洗浄し乾燥させた後、空気中600℃以下の温度で焼成することにより絶縁性材料を形成することができる。
In this step, as a method of coating the surface of the metal oxide semiconductor fine particles contained in the porous layer forming layer with an insulating material, a method that can uniformly coat the surface of the metal oxide semiconductor fine particles with an insulating material If it is, it will not specifically limit. Examples of such a method include a solution immersion method and an electric deposition method.
Here, the solution dipping method means that the heat-resistant substrate on which the porous layer forming layer is formed is immersed (including coating) in a treatment liquid, and an insulating material is formed on the surface of the porous layer forming layer. Alternatively, the treatment liquid containing the precursor is physically and chemically adsorbed. Examples of the precursor of the insulating material used in the treatment liquid include alkoxides, inorganic compounds, complexes, and the like.
Further, as a method of adsorbing the insulating material or precursor to the surface of the porous layer forming layer, the hydroxyl group on the surface of the porous layer forming layer and the functional group of the insulating material or precursor in the treatment liquid are used. Hydrolysis and polycondensation can be used, and adsorption by electrostatic interaction can also be used.
In addition, when the thing containing the precursor of an insulating material is used as the said process liquid, after being immersed in a process liquid (including application | coating), after washing | cleaning as needed and drying, it is 600 in air. An insulating material can be formed by baking at a temperature of 0 ° C. or lower.

(3)その他
本工程においては、上記多孔質層形成用層形成工程を、耐熱基板上に介在層形成用層を形成する介在層形成用層形成工程と、上記介在層形成用層上に酸化物半導体層形成用層を形成する酸化物半導体層形成用層形成工程と、上記介在層形成用層および上記酸化物半導体層形成用層を焼成して、多孔質である介在層および酸化物半導体層からなる多孔質層を形成する焼成工程とを用いることにより、本工程により形成される多孔質層を酸化物半導体層および介在層の2層からなる構成を有するものとすることができる。
(3) Others In this step, the layer forming step for forming the porous layer is divided into the layer forming step for forming the intervening layer on the heat-resistant substrate and the layer forming step for forming the intervening layer. A layer forming step for forming an oxide semiconductor layer for forming a layer for forming an oxide semiconductor layer, and firing the intermediate layer forming layer and the oxide semiconductor layer forming layer to form a porous intermediate layer and oxide semiconductor By using a firing step for forming a porous layer composed of layers, the porous layer formed by this step can have a structure composed of two layers, an oxide semiconductor layer and an intervening layer.

2.第1電極層形成工程
次に、本発明に用いられる第1電極層形成工程について説明する。本工程は、上記多孔質層形成工程によって形成された多孔質層上に、スプレー熱分解法によって金属酸化物からなる第1電極層を形成する工程である。
2. First Electrode Layer Forming Step Next, the first electrode layer forming step used in the present invention will be described. This step is a step of forming a first electrode layer made of a metal oxide by a spray pyrolysis method on the porous layer formed by the porous layer forming step.

上述したように、本工程はスプレー熱分解法によって上記多孔質層上に金属酸化物からなる第1電極層を形成する工程であるが、スプレー熱分解法とは、加熱された多孔質層上に金属化合物を含む金属化合物溶液を噴霧し、多孔質層上で上記金属化合物に含まれる金属を酸化させることよって金属酸化物からなる第1電極層を形成する方法である。より具体的には、上記多孔質層を金属酸化物膜形成温度以上の温度に加熱し、第1電極層を構成する金属酸化物が有する金属元素を含む金属塩または金属錯体(以下、単に「金属源」と称する場合がある。)が溶解した第1電極層形成用塗工液を、多孔質層上に噴霧して接触させることにより、上記多孔質層上に第1電極層を設ける方法である。   As described above, this step is a step of forming the first electrode layer made of a metal oxide on the porous layer by spray pyrolysis, and the spray pyrolysis is a method for forming a heated porous layer. A metal compound solution containing a metal compound is sprayed on the porous layer to oxidize the metal contained in the metal compound on the porous layer, thereby forming a first electrode layer made of a metal oxide. More specifically, the porous layer is heated to a temperature equal to or higher than the metal oxide film formation temperature, and a metal salt or metal complex containing a metal element contained in the metal oxide constituting the first electrode layer (hereinafter simply referred to as “ A method of providing the first electrode layer on the porous layer by spraying and contacting the first electrode layer forming coating solution in which the metal source is dissolved)) on the porous layer. It is.

ここで、上記「金属酸化物膜形成温度」とは、上記第1電極層形成用塗工液に含まれる金属元素が酸素と結合し、第1電極層等である金属酸化物膜を形成することが可能な温度をいい、金属源が溶解してなる金属イオン等の種類、第1電極層形成用塗工液の組成等によって大きく異なるものである。このような「金属酸化物膜形成温度」は、以下の方法により測定することができる。すなわち、実際に所望の金属源が溶解した第1電極層形成用塗工液を用意し、上記多孔質層を備えた耐熱基板の加熱温度を変化させて接触させることにより、第1電極層である金属酸化物膜を形成することができる最低の基材加熱温度を測定する。この最低の基材加熱温度を上記スプレー法における「金属酸化物膜形成温度」とすることができる。この際、金属酸化物膜が形成したか否かは、通常、X線回折装置(リガク製、RINT−1500)より得られた結果から判断し、結晶性のないアモルファス膜の場合は、光電子分光分析装置(V.G.Scientific社製、ESCALAB 200i−XL)より得られた結果から判断するものとする。   Here, the “metal oxide film forming temperature” means that the metal element contained in the first electrode layer forming coating solution is combined with oxygen to form a metal oxide film such as the first electrode layer. The temperature at which the metal source is dissolved is greatly different depending on the type of metal ion or the like in which the metal source is dissolved, the composition of the first electrode layer forming coating solution, and the like. Such “metal oxide film formation temperature” can be measured by the following method. That is, a first electrode layer forming coating solution in which a desired metal source is actually dissolved is prepared, and the heating temperature of the heat-resistant substrate having the porous layer is changed and brought into contact with the first electrode layer. The lowest substrate heating temperature at which a certain metal oxide film can be formed is measured. This minimum substrate heating temperature can be set as the “metal oxide film forming temperature” in the spray method. At this time, whether or not the metal oxide film is formed is usually judged from the result obtained from an X-ray diffraction apparatus (Rigaku, RINT-1500). In the case of an amorphous film having no crystallinity, photoelectron spectroscopy is performed. It shall judge from the result obtained from the analyzer (the product made by VG Scientific, ESCALAB 200i-XL).

以下、このような第1電極層形成工程について詳細に説明する。   Hereinafter, the first electrode layer forming step will be described in detail.

(1)第1電極層形成用塗工液
まず、本工程に用いられる第1電極層形成用塗工液について説明する。本工程に用いられる第1電極層形成用塗工液は、第1電極層を構成する金属酸化物が有する金属元素を含む金属塩または金属錯体と、溶媒とからなり必要に応じて他の化合物を含むものである。
(1) First Electrode Layer Forming Coating Liquid First, the first electrode layer forming coating liquid used in this step will be described. The coating solution for forming the first electrode layer used in this step comprises a metal salt or metal complex containing a metal element contained in the metal oxide constituting the first electrode layer, and a solvent, and other compounds as necessary. Is included.

(金属源)
上記第1電極層形成用塗工液に用いられる金属源としては、金属酸化物膜を形成可能なものであれば特に限定されるものではない。本工程に用いられる金属源としては、主に金属塩と、金属錯体とを挙げることができる。
ここで、本発明により製造される酸化物半導体電極用積層体は、色素増感型太陽電池等に好適に用いられる酸化物半導体電極を作製するために好適に用いられるものであるため、本工程において形成される第1電極層は、透光性および導電性に優れたものであることが好ましい。したがって、上記金属源としてはこのような第1電極層を形成可能なものであることが好ましいものであり、その具体例としては、トリス(アセチルアセトナート)インジウム(III)、2−エチルヘキサン酸インジウム(III)、テトラエチルすず、酸化ジブチルすず(IV)、トリシクロヘキシルすず(IV)ヒドロキシド、亜鉛アセチルアセトナート、乳酸亜鉛三水和物、サリチル酸亜鉛三水和物、ステアリン酸亜鉛、テトラエチルすず、酸化ジブチルすず(IV)、トリシクロヘキシルすず(IV)ヒドロキシド、フッ化アンモニウム、アンチモン(III)ブトキシド、アンチモン(III)エトキシド、テトラエチルすず、酸化ジブチルすず(IV)、トリシクロヘキシルすず(IV)ヒドロキシド、テトラエチルすず、酸化ジブチルすず(IV)、トリシクロヘキシルすず(IV)ヒドロキシド等を挙げることができる。
(Metal source)
The metal source used in the first electrode layer forming coating solution is not particularly limited as long as it can form a metal oxide film. Examples of the metal source used in this step mainly include metal salts and metal complexes.
Here, the oxide semiconductor electrode laminate produced according to the present invention is preferably used for producing an oxide semiconductor electrode suitably used for a dye-sensitized solar cell or the like. It is preferable that the 1st electrode layer formed in is excellent in translucency and electroconductivity. Therefore, it is preferable that the metal source is capable of forming such a first electrode layer. Specific examples thereof include tris (acetylacetonato) indium (III), 2-ethylhexanoic acid. Indium (III), tetraethyltin, dibutyltin oxide (IV), tricyclohexyltin (IV) hydroxide, zinc acetylacetonate, zinc lactate trihydrate, zinc salicylate trihydrate, zinc stearate, tetraethyltin, Dibutyltin oxide (IV), tricyclohexyltin (IV) hydroxide, ammonium fluoride, antimony (III) butoxide, antimony (III) ethoxide, tetraethyltin, dibutyltin oxide (IV), tricyclohexyltin (IV) hydroxide , Tetraethyltin, oxidation Butyl tin (IV), and tri-cyclohexyl tin (IV) hydroxide and the like.

なお、本工程に用いられる金属源は1種類のみであってもよく、あるいは、2種類以上であってもよい。   In addition, the metal source used for this process may be only one type, or may be two or more types.

上記第1電極層形成用塗工液における金属源の濃度としては、上記金属源の種類に応じて任意に調整すればよいものである。なかでも上記金属源として金属塩を用いる場合、その濃度は0.001mol/L〜1mol/Lの範囲内であることが好ましく、特に0.01mol/L〜0.5mol/Lの範囲内であることが好ましい。一方、上記金属源として金属錯体を用いる場合、その濃度は0.001mol/L〜1mol/Lの範囲内であることが好ましく、特に0.01mol/L〜0.5mol/Lの範囲内であることが好ましい。濃度が上記範囲以下であると、第1電極層の形成に時間がかかりすぎる可能性があり、濃度が上記範囲以上であると、均一な膜厚の第1電極層を得ることができない可能性があるからである。   The concentration of the metal source in the first electrode layer forming coating solution may be arbitrarily adjusted according to the type of the metal source. In particular, when a metal salt is used as the metal source, the concentration is preferably in the range of 0.001 mol / L to 1 mol / L, and particularly in the range of 0.01 mol / L to 0.5 mol / L. It is preferable. On the other hand, when a metal complex is used as the metal source, the concentration is preferably in the range of 0.001 mol / L to 1 mol / L, particularly in the range of 0.01 mol / L to 0.5 mol / L. It is preferable. If the concentration is below the above range, it may take too much time to form the first electrode layer, and if the concentration is above the above range, it may not be possible to obtain the first electrode layer with a uniform thickness. Because there is.

(溶媒)
第1電極層形成用塗工液に用いられる溶媒としては、上記金属源を所望の濃度で溶解することができるものであれば特に限定されるものではない。このような溶媒としては、例えば、金属源として金属塩を用いる場合は、水、メタノール、エタノール、イソプロピルアルコール、プロパノール、ブタノール等の総炭素数が5以下の低級アルコール、トルエン、およびこれらの混合溶媒等を挙げることができる。一方、上記金属源として金属錯体を用いる場合は、上述した低級アルコール、トルエン、およびこれらの混合溶媒を挙げることができる。
(solvent)
The solvent used in the first electrode layer forming coating solution is not particularly limited as long as it can dissolve the metal source at a desired concentration. As such a solvent, for example, when a metal salt is used as a metal source, water, methanol, ethanol, isopropyl alcohol, propanol, butanol and the like, a lower alcohol having a total carbon number of 5 or less, toluene, and a mixed solvent thereof Etc. On the other hand, when a metal complex is used as the metal source, the above-mentioned lower alcohol, toluene, and a mixed solvent thereof can be exemplified.

(添加剤)
本工程に用いられる第1電極層形成用塗工液には、上記金属源以外に任意の添加剤が含有されていてもよい。このような任意の添加剤としては、例えば、酸化剤、還元剤、補助イオン源や界面活性剤等を挙げることができる。
(Additive)
The first electrode layer forming coating solution used in this step may contain any additive other than the metal source. Examples of such an optional additive include an oxidizing agent, a reducing agent, an auxiliary ion source, and a surfactant.

上記酸化剤は、上述した金属源が溶解してなる金属イオン等の酸化を促進する働きを有するものであり、第1電極層形成用塗工液に含ませることにより、本工程において第1電極層を形成しやすい環境にすることができるという機能を有するものである。   The oxidizing agent has a function of accelerating the oxidation of metal ions and the like formed by dissolving the above-described metal source, and is included in the first electrode layer forming coating solution, whereby the first electrode is formed in this step. It has a function of enabling an environment in which a layer is easily formed.

本工程に用いられる酸化剤としては、上述した溶媒に溶解させることができ、上記金属イオン等の酸化を促進することができるものであれば特に限定されるものではなく、本工程に用いられる金属源の種類等に応じて適宜選択して用いることができる。このような酸化剤のとしては、例えば、過酸化水素、亜硝酸ナトリウム、亜硝酸カリウム、臭素酸ナトリウム、臭素酸カリウム、酸化銀、二クロム酸、過マンガン酸カリウム等をあげることができる。中でも本工程においては、過酸化水素、亜硝酸ナトリウムを使用することが好ましい。   The oxidizing agent used in this step is not particularly limited as long as it can be dissolved in the above-described solvent and can promote the oxidation of the above metal ions, etc. The metal used in this step It can be appropriately selected and used according to the type of the source. Examples of such an oxidizing agent include hydrogen peroxide, sodium nitrite, potassium nitrite, sodium bromate, potassium bromate, silver oxide, dichromic acid, and potassium permanganate. Among these, it is preferable to use hydrogen peroxide and sodium nitrite in this step.

(還元剤)
上記還元剤は、分解反応により電子を放出し、水の電気分解によって水酸化物イオンを発生させ、第1電極層形成用塗工液のpHを上げる性質を有するものである。このような還元剤を第1電極層形成用塗工液に含ませることにより、本工程において第1電極層を形成しやすい環境にすることができる。
(Reducing agent)
The reducing agent has a property of releasing electrons by a decomposition reaction and generating hydroxide ions by water electrolysis to increase the pH of the first electrode layer forming coating solution. By including such a reducing agent in the coating solution for forming the first electrode layer, an environment in which the first electrode layer can be easily formed in this step can be provided.

本工程に用いられる還元剤としては、上述した溶媒に溶解させることができ、分解反応により電子を放出することができるものであれば、に限定されるものではない。このような還元剤としては、例えば、ボラン−tert−ブチルアミン錯体、ボラン−N,Nジエチルアニリン錯体、ボラン−ジメチルアミン錯体、ボラン−トリメチルアミン錯体等のボラン系錯体、水酸化シアノホウ素ナトリウム、水酸化ホウ素ナトリウム等を挙げることができる。なかでも本工程においては、ボラン系錯体を使用することが好ましい。   The reducing agent used in this step is not limited to any one as long as it can be dissolved in the above-described solvent and can emit electrons by a decomposition reaction. Examples of such a reducing agent include borane complexes such as borane-tert-butylamine complex, borane-N, N diethylaniline complex, borane-dimethylamine complex, borane-trimethylamine complex, sodium cyanoborohydride, hydroxide A sodium boron etc. can be mentioned. Among these, in this step, it is preferable to use a borane complex.

なお、上記第1電極層形成用塗工液には、還元剤および酸化剤の両方が含まれていてもよい。   The first electrode layer forming coating liquid may contain both a reducing agent and an oxidizing agent.

上記補助イオン源は、電子と反応し水酸化物イオンを発生するものであり、上記第1電極層形成用塗工液のpHを上昇させて、第1電極層の形成しやすい環境にする性質を有するものである。本工程に用いられる補助イオン源としては、例えば、塩素酸イオン、過塩素酸イオン、亜塩素酸イオン、次亜塩素酸イオン、臭素酸イオン、次臭素酸イオン、硝酸イオン、および亜硝酸イオン等を挙げることができる。   The auxiliary ion source reacts with electrons to generate hydroxide ions, and raises the pH of the first electrode layer forming coating solution to make it easy to form the first electrode layer. It is what has. Examples of the auxiliary ion source used in this step include chlorate ion, perchlorate ion, chlorite ion, hypochlorite ion, bromate ion, hypobromate ion, nitrate ion, and nitrite ion. Can be mentioned.

また、上記界面活性剤は、第1電極層形成用塗工液と多孔質層との界面に作用し、多孔質層上に第1電極層を形成し易くする働きを有するものである。本工程に用いられる界面活性剤の具体例としては、例えば、サーフィノール485、サーフィノールSE、サーフィノールSE−F、サーフィノール504、サーフィノールGA、サーフィノール104A、サーフィノール104BC、サーフィノール104PPM、サーフィノール104E、サーフィノール104PA等のサーフィノールシリーズ(以上、全て日信化学工業(株)社製)、NIKKOL AM301、NIKKOL AM313ON(以上、全て日光ケミカル社製)等を挙げることができる。   The surfactant acts on the interface between the first electrode layer forming coating solution and the porous layer, and has a function of facilitating the formation of the first electrode layer on the porous layer. Specific examples of the surfactant used in this step include, for example, Surfinol 485, Surfinol SE, Surfinol SE-F, Surfinol 504, Surfinol GA, Surfinol 104A, Surfinol 104BC, Surfinol 104PPM, Surfynol series such as Surfinol 104E and Surfinol 104PA (all manufactured by Nissin Chemical Industry Co., Ltd.), NIKKOL AM301, NIKKOL AM313ON (all manufactured by Nikko Chemical Co., Ltd.) and the like.

(2)第1電極層形成用塗工液と多孔質層との接触方法
次に、本工程において第1電極層形成用塗工液と上記多孔質層とを接触させる方法について説明する。本工程において第1電極層形成用塗工液と上記多孔質層とを接触させる方法としては、上記多孔質層上に第1電極形成用塗工液を均一に接触させることができる方法であれば特に限定されるものではないが、なかでも上記第1電極層形成用塗工液と上記多孔質層とが接触する際に、加熱された多孔質層の温度を低下させない方法であることが好ましい。多孔質層の温度が低下すると所望の第1電極層を得ることができない可能性があるからである。
(2) Method for Contacting First Electrode Layer Forming Coating Liquid and Porous Layer Next, a method for bringing the first electrode layer forming coating liquid and the porous layer into contact in this step will be described. In this step, the first electrode layer-forming coating solution and the porous layer may be brought into contact with each other as long as the first electrode-forming coating solution can be uniformly contacted on the porous layer. Although not particularly limited, it is a method that does not lower the temperature of the heated porous layer when the first electrode layer forming coating solution and the porous layer are in contact with each other. preferable. This is because if the temperature of the porous layer is lowered, the desired first electrode layer may not be obtained.

また、本工程においては、「金属酸化物膜形成温度」以上の温度まで加熱された多孔質層上に上記第1電極層形成用塗工液が接触されることになるが、上記「金属酸化物膜形成温度」は、金属源の種類、第1電極層形成用塗工液の組成等によって大きく異なるものである。したがって、本工程における上記「金属酸化物膜形成温度」は、上記金属源の種類によって適宜決定すればよいものであるが、例えば、第1電極層形成用塗工液に酸化剤および/または還元剤を加えない場合は400℃〜600℃の範囲内であることが好ましく、なかでも450℃〜550℃の範囲内であることが好ましい。一方、第1電極層形成用塗工液に酸化剤および/または還元剤を加える場合は150℃〜600℃の範囲内であるkとがこのましく、なかでも250℃〜400℃の範囲内であることが好ましい。特に本工程においてITOからなる第1電極層を形成する場合は、300℃〜500℃の範囲内であることが好ましく、特に350℃〜450℃の範囲内であることがより好ましい。   In this step, the first electrode layer forming coating solution is brought into contact with the porous layer heated to a temperature equal to or higher than the “metal oxide film forming temperature”. The “material film formation temperature” varies greatly depending on the type of metal source, the composition of the first electrode layer forming coating solution, and the like. Therefore, the “metal oxide film formation temperature” in this step may be appropriately determined depending on the type of the metal source. For example, an oxidizing agent and / or a reduction agent may be added to the first electrode layer forming coating solution. When the agent is not added, it is preferably in the range of 400 ° C. to 600 ° C., and particularly preferably in the range of 450 ° C. to 550 ° C. On the other hand, when an oxidizing agent and / or a reducing agent is added to the first electrode layer forming coating solution, k is preferably in the range of 150 ° C. to 600 ° C., and more preferably in the range of 250 ° C. to 400 ° C. It is preferable that In particular, when the first electrode layer made of ITO is formed in this step, the temperature is preferably in the range of 300 ° C. to 500 ° C., and more preferably in the range of 350 ° C. to 450 ° C.

本工程において、上記多孔質層を加熱するこのような加熱方法としては、例えば、ホットプレート、オーブン、焼成炉、赤外線ランプ、熱風送風機等の加熱方法を挙げることができる。なかでも多孔質層の温度を上記温度に保持しながら第1電極層形成用塗工液に接触できる方法が好ましく、具体的にはホットプレートにより耐熱基板裏面側から加熱する方法が好ましい。   In this step, examples of such a heating method for heating the porous layer include heating methods such as a hot plate, an oven, a baking furnace, an infrared lamp, and a hot air blower. In particular, a method capable of contacting the first electrode layer forming coating solution while maintaining the temperature of the porous layer at the above temperature is preferable, and specifically, a method of heating from the rear surface side of the heat resistant substrate with a hot plate is preferable.

E.酸化物半導体電極の製造方法
次に、本発明の酸化物半導体電極の製造方法について説明する。本発明の酸化物半導体電極の製造方法は、耐熱基板を用い、上記耐熱基板上に金属酸化物半導体微粒子を含有する多孔質層形成用層を形成する多孔質層形成用層形成工程、および、上記多孔質層形成用層に含まれる金属酸化物半導体微粒子の表面を絶縁性材料で被覆する絶縁性被覆工程とを有することにより、上記耐熱基板上に、絶縁性材料で表面が被覆された金属酸化物半導体微粒子を含有する多孔質層を形成する、多孔質層形成工程と、上記多孔質層上に、スプレー熱分解法によって金属酸化物からなる第1電極層を形成する、第1電極層形成工程と、上記第1電極層上に、基材を接着する基材接着工程と、上記耐熱基板を、上記多孔質層から剥離する耐熱基板剥離工程と、を有することを特徴とするものである。
E. Next, a method for manufacturing an oxide semiconductor electrode according to the present invention will be described. The method for producing an oxide semiconductor electrode of the present invention uses a heat resistant substrate, and a porous layer forming layer forming step of forming a porous layer forming layer containing metal oxide semiconductor fine particles on the heat resistant substrate, and A metal whose surface is covered with an insulating material on the heat-resistant substrate by having an insulating coating step of coating the surface of the metal oxide semiconductor fine particles contained in the porous layer forming layer with an insulating material A porous layer forming step for forming a porous layer containing oxide semiconductor fine particles, and a first electrode layer for forming a first electrode layer made of a metal oxide on the porous layer by a spray pyrolysis method It has a formation process, a base material adhesion process for adhering a base material on the first electrode layer, and a heat resistant substrate peeling process for peeling the heat resistant substrate from the porous layer. is there.

このような本発明の酸化物半導体電極の製造方法について図を参照しながら説明する。図7は本発明の酸化物半導体電極の製造方法の一例を示す概略図である。図7に例示するように本発明の酸化物半導体電極の製造方法は、耐熱基板1を用い(図7(a))、上記耐熱基板1上に金属酸化物半導体微粒子を含有する多孔質層形成用層2’を形成する多孔質層形成用層形成工程(図7(b)−1)、および、上記多孔質層形成用層2’に含まれる金属酸化物半導体微粒子の表面を絶縁性材料で被覆する絶縁性被覆工程(図7(b)−2)とを有することにより、上記耐熱基板1に、絶縁性材料で表面が被覆された金属酸化物半導体微粒子を含有する多孔質層2を形成する、多孔質層形成工程と(図7(b))、上記多孔質層2上に、スプレー熱分解法によって金属酸化物からなる第1電極層3を形成する、第1電極層形成工程と(図7(c))、上記第1電極層3上に、接着性樹脂からなる接着層5を介して基材4を接着する基材接着工程と(図7(d))、上記耐熱基板1を、上記多孔質層2から剥離する耐熱基板剥離工程と(図7(e))、を有するものであり、基材4上に、第1電極層3と多孔質層2とがこの順で積層された構成を有する酸化物半導体電極11’を製造するものである(図7(f))。   Such a method for producing an oxide semiconductor electrode of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 7 is a schematic view showing an example of a method for producing an oxide semiconductor electrode of the present invention. As illustrated in FIG. 7, the oxide semiconductor electrode manufacturing method of the present invention uses a heat-resistant substrate 1 (FIG. 7A), and forms a porous layer containing metal oxide semiconductor fine particles on the heat-resistant substrate 1. A porous layer forming layer forming step (FIG. 7 (b) -1) for forming the working layer 2 ′, and the surface of the metal oxide semiconductor fine particles contained in the porous layer forming layer 2 ′ A porous layer 2 containing metal oxide semiconductor fine particles whose surface is coated with an insulating material on the heat-resistant substrate 1 by having an insulating coating step (FIG. 7B-2) coated with A porous layer forming step to be formed (FIG. 7B), and a first electrode layer forming step in which a first electrode layer 3 made of a metal oxide is formed on the porous layer 2 by spray pyrolysis. (FIG. 7C), an adhesive layer 5 made of an adhesive resin is formed on the first electrode layer 3. A base material bonding step for bonding the base material 4 (FIG. 7D), and a heat resistant substrate peeling step for peeling the heat resistant substrate 1 from the porous layer 2 (FIG. 7E). The oxide semiconductor electrode 11 ′ having a configuration in which the first electrode layer 3 and the porous layer 2 are laminated in this order on the base material 4 is manufactured (FIG. 7F). .

本発明によれば上記多孔質層形成工程が、上記多孔質層形成用層形成工程および上記絶縁性被覆工程を有し、絶縁性材料で表面が被覆された金属酸化物半導体微粒子を含有する多孔質層を形成するものであり、かつ、上記第1電極層形成工程がスプレー熱分解法によって第1電極層を形成するものであることにより、半導体特性に優れた酸化物半導体電極を製造することができる。   According to the present invention, the porous layer forming step includes the porous layer forming layer forming step and the insulating coating step, and includes a metal oxide semiconductor fine particle whose surface is coated with an insulating material. An oxide semiconductor electrode having excellent semiconductor characteristics is manufactured by forming a first electrode layer by spray pyrolysis, wherein the first electrode layer forming step is to form a porous layer. Can do.

本発明の酸化物半導体電極の製造方法は、少なくとも上記多孔質層形成工程と、上記第1電極層形成工程と、上記基材接着工程と、上記耐熱基板剥離工程とを有するものであり、必要に応じて他の任意の工程を有してもよいものである。
以下、本発明に用いられる各工程について順に説明する。
The manufacturing method of the oxide semiconductor electrode of the present invention includes at least the porous layer forming step, the first electrode layer forming step, the base material bonding step, and the heat-resistant substrate peeling step, and is necessary. Depending on the, other optional steps may be included.
Hereafter, each process used for this invention is demonstrated in order.

なお、本発明に用いられる上記多孔質層形成工程および上記第1電極層形成工程については、上記「D.酸化物半導体電極用積層体の製造方法」の項において説明したものと同様であるため、ここでの説明は省略する。   The porous layer forming step and the first electrode layer forming step used in the present invention are the same as those described in the above section “D. Method for producing oxide semiconductor electrode laminate”. Explanation here is omitted.

1.基材接着工程
まず、本発明に用いられる基材接着工程について説明する。本工程は、上記第1電極層形成工程によって形成された第1電極層上に基材を接着する工程である。
1. Substrate bonding step First, the substrate bonding step used in the present invention will be described. This step is a step of bonding the base material on the first electrode layer formed by the first electrode layer forming step.

本工程において、上記第1電極層上に基材を接着する方法としては、所望の接着力を持って基材を上記第1電極層上に接着できる方法であれば特に限定されるものではない。なかでも本工程においては、接着層を介して上記第1電極層と上記基材とを接着することが好ましい。このような方法によれば、上記第1電極層と上記基材とを所望の接着力で接着させることが容易だからである。
なお、このような方法によって上記第1電極層と基材とを接着した場合、本発明によって製造される酸化物半導体電極は、基材と、第1電極層との間に接着層が形成された構成を有するものになる。
In this step, the method for adhering the base material on the first electrode layer is not particularly limited as long as it can adhere the base material on the first electrode layer with a desired adhesive force. . Especially in this process, it is preferable to adhere | attach the said 1st electrode layer and the said base material through an contact bonding layer. This is because according to such a method, it is easy to bond the first electrode layer and the base material with a desired adhesive force.
When the first electrode layer and the base material are bonded by such a method, the oxide semiconductor electrode manufactured according to the present invention has an adhesive layer formed between the base material and the first electrode layer. It will have a configuration.

ここで、本工程に用いられる基材、および、接着層については、いずれも上記「B.酸化物半導体電極」の項において説明したものと同様であるため、ここでの説明は省略する。   Here, the base material and the adhesive layer used in this step are the same as those described in the above section “B. Oxide Semiconductor Electrode”, and thus the description thereof is omitted here.

本工程において、接着層を介して第1電極層と基材とを接着させる方法としては、予め基材上に接着層を形成しておき、接着層を有する基材を接着層と上記第1電極層とが接着するように配置した後、熱融着する方法と、接着性樹脂からなるフィルムを作製し、当該フィルムを介して、上記第1電極層と、基材とをラミネートする方法等を挙げることができる。   In this step, as a method of bonding the first electrode layer and the base material via the adhesive layer, the adhesive layer is formed on the base material in advance, and the base material having the adhesive layer is used as the adhesive layer and the first layer. A method in which the electrode layer is disposed so as to adhere, and then heat-sealed; a film made of an adhesive resin; and a method in which the first electrode layer and the substrate are laminated through the film, etc. Can be mentioned.

なお、基材上に接着性樹脂からなる接着層を形成する方法は特に限定されるものではなく、例えば、接着性樹脂とを含む接着層形成用塗工液を上記基材上に塗工することによって形成することができる。   The method for forming an adhesive layer made of an adhesive resin on the substrate is not particularly limited. For example, an adhesive layer forming coating solution containing an adhesive resin is applied on the substrate. Can be formed.

2.耐熱基板剥離工程
次に、本発明に用いられる耐熱基板剥離工程について説明する。本工程は上記基材接着工程の後、多孔質層上に接着された耐熱基板を、上記多孔質層から剥離する工程である。
2. Next, the heat-resistant substrate peeling process used for this invention is demonstrated. This step is a step of peeling the heat-resistant substrate bonded on the porous layer from the porous layer after the base material bonding step.

上記耐熱基板剥離工程において、耐熱基板付酸化物半導体電極から耐熱基板を剥離する方法は、特に限定されず、一般的な剥離方法を用いることができる。また本工程においては、耐熱基板を機械的研磨除去や、エッチングなどによる化学的除去により剥離することもできる。   In the heat-resistant substrate peeling step, a method for peeling the heat-resistant substrate from the oxide semiconductor electrode with a heat-resistant substrate is not particularly limited, and a general peeling method can be used. In this step, the heat-resistant substrate can be peeled off by mechanical polishing or chemical removal such as etching.

なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と、実質的に同一の構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなる場合であっても本発明の技術的範囲に包含される。   The present invention is not limited to the above embodiment. The above-described embodiment is an exemplification, and the technical idea described in the claims of the present invention has substantially the same configuration and exhibits the same function and effect regardless of the case. It is included in the technical scope of the invention.

以下、実施例を用いて、本発明をさらに具体的に説明する。   Hereinafter, the present invention will be described more specifically with reference to examples.

1.実施例
(1)多孔質層形成用層の作製
一次粒径20nmのTiO微粒子(日本アエロジル社製P25)1質量%、主成分がポリメチルメタクリレートであるアクリル樹脂(分子量25000、ガラス転移温度105℃:三菱レーヨン社製BR87)10質量%となるようにホモジナイザーを用いてメチルエチルケトンおよびトルエンにアクリル樹脂を溶解させた後、TiO微粒子を分散させることにより介在層形成用塗工液を調整した。この介在層形成用塗工液を耐熱基板として用意した無アルカリガラス基板(厚み0.7mm)上にワイヤーバーにて塗工し乾燥させることにより介在層形成用層を形成した。次に、酸化物半導体層形成用塗工液としてSolaronix SA社製Ti Nanoxide Dを準備し、これを上記所定領域にのみに介在層形成用層が形成された耐熱基板上にドクターブレード(5mil)にて塗布した。次いで室温下にて20分放置した後、100℃で30分間乾燥させることにより酸化物半導体層形成用層を形成した。その後、電気マッフル炉(デンケン社製P90)を用い500℃、30分間、大気圧雰囲気下にて焼成することにより、介在層形成用層上に酸化物半導体層形成用層が形成された構成を有する多孔質形成用層を形成した。
1. Example (1) Production of Layer for Forming Porous Layer Acrylic resin (molecular weight 25000, glass transition temperature 105) of 1% by mass of TiO 2 fine particles (P25 manufactured by Nippon Aerosil Co., Ltd.) having a primary particle diameter of 20 nm and the main component of which is polymethyl methacrylate ° C: BR87 manufactured by Mitsubishi Rayon Co., Ltd.) An acrylic resin was dissolved in methyl ethyl ketone and toluene using a homogenizer so as to be 10% by mass, and then a coating solution for forming an intervening layer was prepared by dispersing TiO 2 fine particles. The intervening layer forming layer was formed by applying the intervening layer forming coating solution on a non-alkali glass substrate (thickness 0.7 mm) prepared as a heat-resistant substrate with a wire bar and drying. Next, Solar Nanox Ti Nanoxide D is prepared as a coating liquid for forming an oxide semiconductor layer, and this is applied to a doctor blade (5 mil) on a heat-resistant substrate having an intervening layer forming layer formed only in the predetermined region. Was applied. Next, after standing at room temperature for 20 minutes, an oxide semiconductor layer forming layer was formed by drying at 100 ° C. for 30 minutes. Thereafter, an oxide semiconductor layer forming layer is formed on the intervening layer forming layer by firing in an atmospheric pressure atmosphere at 500 ° C. for 30 minutes using an electric muffle furnace (P90 manufactured by Denken). A porous forming layer was formed.

(2)絶縁性材料の被覆
多孔質層が形成された耐熱基板を、マグネシウムエトキシド(関東化学社製)の4質量%エタノール溶液中に24時間浸漬させ、エタノールで洗浄した後、空気中、550℃で60分間焼成を行うことにより、多孔質層中に含まれるTiO微粒子の表面を酸化マグネシウムで被覆した。被覆された酸化マグネシウムの膜厚は電子透過顕微鏡(TEM)の観察から約2nmであった。
(2) Coating of insulating material The heat-resistant substrate on which the porous layer was formed was immersed in a 4 mass% ethanol solution of magnesium ethoxide (manufactured by Kanto Chemical Co., Inc.) for 24 hours, washed with ethanol, By baking at 550 ° C. for 60 minutes, the surface of the TiO 2 fine particles contained in the porous layer was coated with magnesium oxide. The film thickness of the coated magnesium oxide was about 2 nm as observed with an electron transmission microscope (TEM).

(3)第1電極層の形成
エタノールに塩化インジウム0.1mol/L、塩化スズ0.005mol/Lを溶解した第1電極層形成用塗工液を用意した。上記多孔質層が形成された耐熱基板を、多孔質層を上向きにした状態でホットプレート(400℃)上へ設置して多孔質を加熱した。次に、加熱された多孔質層上に、上記第1電極層形成用塗工液を超音波噴霧器によって噴霧し、透明電極であるITO膜を500nm形成した。これにより酸化物半導体電極用積層体を得た。
(3) Formation of first electrode layer A coating solution for forming a first electrode layer was prepared by dissolving indium chloride 0.1 mol / L and tin chloride 0.005 mol / L in ethanol. The heat-resistant substrate on which the porous layer was formed was placed on a hot plate (400 ° C.) with the porous layer facing upward to heat the porous. Next, the first electrode layer forming coating solution was sprayed on the heated porous layer with an ultrasonic sprayer to form an ITO film as a transparent electrode having a thickness of 500 nm. This obtained the laminated body for oxide semiconductor electrodes.

(4)基材の接着
対向基材としてPETフィルム(東洋紡A5100 厚み125μm)を用い、その表面にヒートシール剤(東洋紡 MD1985)を塗布、風乾させることより接着層を形成した。上記基材を、接着層が上記第1電極層に接するように上記酸化物半導体電極用積層体と120℃で貼り合せた。
(4) Adhesion of base material A PET film (Toyobo A5100, thickness 125 μm) was used as an opposing base material, and a heat sealant (Toyobo MD1985) was applied to the surface and air-dried to form an adhesive layer. The base material was bonded to the oxide semiconductor electrode laminate at 120 ° C. so that the adhesive layer was in contact with the first electrode layer.

(5)耐熱基板の剥離
次に、上記耐熱基板を物理的に剥離した。これらの工程によって酸化物半導体電極を得た。
(5) Peeling of heat-resistant substrate Next, the heat-resistant substrate was physically peeled. Through these steps, an oxide semiconductor electrode was obtained.

(6)色素増感剤の担持
色素増感剤としてルテニウム錯体(小島化学株式会社RuL(NCS))を無水エタノール溶液に濃度3×10−4mol/Lとなるように溶解させることによって吸着用色素溶液を調整した。次に、当該吸着用色素溶液中に酸化物半導体電極を浸漬し、その後乾燥することによって上記多孔質層中に色素増感剤を担持させた。
(6) Loading of dye sensitizer By dissolving a ruthenium complex (Kojima Chemical Co., Ltd. RuL 2 (NCS) 2 ) as a dye sensitizer in an absolute ethanol solution to a concentration of 3 × 10 −4 mol / L. A dye solution for adsorption was prepared. Next, the oxide semiconductor electrode was immersed in the dye solution for adsorption, and then dried to support the dye sensitizer in the porous layer.

(7)色素増感型太陽電池の作製
メトキシアセトニトリルを溶媒とし、濃度0.1mol/Lのヨウ化リチウム、濃度0.05mol/Lのヨウ素、濃度0.3mol/Lのジメチルプロピルイミダゾリウムアイオダイド、濃度0.5mol/Lのターシャリーブチルピリジンを溶解させたものを電解質層形成用塗工液とした。次に、上記酸化物半導体電極の多孔質層を1cm×1cmにトリミングした後、対電極基材を厚さ20μmのサーリンによって貼り合せ、その間に電解質層形成用塗工液を含浸させることによって色素増感型太陽電池を作製した。上記対電極基材としては、膜厚150nmを有し、表面抵抗7Ω/□である、ITOスパッタ層を有する対向基材上に膜厚50nmの白金膜をスパッタリングにて付与したものを用いた。
(7) Production of dye-sensitized solar cell Using methoxyacetonitrile as a solvent, lithium iodide at a concentration of 0.1 mol / L, iodine at a concentration of 0.05 mol / L, dimethylpropylimidazolium iodide at a concentration of 0.3 mol / L A solution in which tertiary butylpyridine having a concentration of 0.5 mol / L was dissolved was used as an electrolyte layer forming coating solution. Next, after the porous layer of the oxide semiconductor electrode is trimmed to 1 cm × 1 cm, the counter electrode base material is bonded with Surlyn having a thickness of 20 μm, and the electrolyte layer forming coating liquid is impregnated therebetween, thereby coloring the dye A sensitized solar cell was produced. As the counter electrode substrate, a substrate having a thickness of 150 nm and having a surface resistance of 7 Ω / □ and a platinum film having a thickness of 50 nm provided by sputtering on an opposing substrate having an ITO sputter layer was used.

(8)評価
作製した色素増感型太陽電池の評価は、AM1.5、擬似太陽光(入射光強度100mW/cm)を光源として、色素増感剤を吸着させた多孔質層を有する基材側から入射させ、ソースメジャーユニット(ケースレー2400型)にて電圧印加により電流電圧特性を測定した。その結果、短絡電流15、2mA/cm、開放電圧730mV、変換効率6.8%であった。
(8) Evaluation The evaluation of the produced dye-sensitized solar cell is based on AM1.5, a group having a porous layer on which a dye sensitizer is adsorbed using pseudo-sunlight (incident light intensity of 100 mW / cm 2 ) as a light source. Incidence was made from the material side, and current-voltage characteristics were measured by applying voltage with a source measure unit (Caseley 2400 type). As a result, the short-circuit current was 15, 2 mA / cm 2 , the open-circuit voltage was 730 mV, and the conversion efficiency was 6.8%.

2.比較例
絶縁性材料による被覆を行わなかったこと以外は実施例1と同様の方法により色素増感型太陽電池を作製した。作製した色素増感型太陽電池について上記実施例1と同様の評価を行った結果、短絡電流14.8mA/cm、開放電圧680mV、変換効率5.7%であった。
2. Comparative Example A dye-sensitized solar cell was produced in the same manner as in Example 1 except that the coating with the insulating material was not performed. The produced dye-sensitized solar cell was evaluated in the same manner as in Example 1. As a result, the short-circuit current was 14.8 mA / cm 2 , the open-circuit voltage was 680 mV, and the conversion efficiency was 5.7%.

本発明の酸化物半導体電極用積層体の一例を示す概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows an example of the laminated body for oxide semiconductor electrodes of this invention. 本発明の酸化物半導体電極の一例を示す概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows an example of the oxide semiconductor electrode of this invention. 本発明の酸化物半導体電極の他の例を示す概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows the other example of the oxide semiconductor electrode of this invention. 本発明の色素増感型太陽電池の一例を示す概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows an example of the dye-sensitized solar cell of this invention. 本発明の色素増感型太陽電池の他の例を示す概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows the other example of the dye-sensitized solar cell of this invention. 本発明の酸化物半導体電極用積層体の製造方法の一例を示す概略図である。It is the schematic which shows an example of the manufacturing method of the laminated body for oxide semiconductor electrodes of this invention. 本発明の酸化物半導体電極の製造方法の一例を示す概略図である。It is the schematic which shows an example of the manufacturing method of the oxide semiconductor electrode of this invention. 一般的な色素増感方太陽電池の例を示す概略図である。It is the schematic which shows the example of a general dye-sensitized solar cell.

符号の説明Explanation of symbols

1 … 耐熱基板
2 … 多孔質層
3 … 第1電極層
4 … 基材
5 … 接着層
10 … 酸化物半導体電極用積層体
11,11’ … 酸化物半導体電極
20,20’ … 色素増感型太陽電池
21 … 対電極基材
21a … 対向基材
21b … 第2電極層
22 … 電解質層
23 … シール材
24 … 配線
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Heat-resistant board | substrate 2 ... Porous layer 3 ... 1st electrode layer 4 ... Base material 5 ... Adhesive layer 10 ... Stacked body for oxide semiconductor electrodes 11, 11 '... Oxide semiconductor electrode 20, 20' ... Dye-sensitized type Solar cell 21 ... Counter electrode base material 21a ... Opposing base material 21b ... Second electrode layer 22 ... Electrolyte layer 23 ... Sealing material 24 ... Wiring

Claims (6)

耐熱基板と、前記耐熱基板上に形成され、金属酸化物半導体微粒子を含む多孔質層と、前記多孔質層上にスプレー熱分解法によって形成され、金属酸化物からなる第1電極層と、を有する酸化物半導体電極用積層体であって、
前記金属酸化物半導体微粒子が絶縁性材料で表面が被覆されていることを特徴とする、酸化物半導体電極用積層体。
A heat-resistant substrate, a porous layer formed on the heat-resistant substrate and containing metal oxide semiconductor fine particles, and a first electrode layer formed on the porous layer by a spray pyrolysis method and made of a metal oxide. A laminated body for an oxide semiconductor electrode,
A laminate for an oxide semiconductor electrode, wherein the metal oxide semiconductor fine particles are coated with an insulating material on the surface.
基材と、前記基材上にスプレー熱分解法によって形成され、金属酸化物からなる第1電極層と、前記第1電極層上に形成され、金属酸化物半導体微粒子を含む多孔質層と、を有する酸化物半導体電極であって、
前記金属酸化物半導体微粒子が絶縁性材料で表面が被覆されていることを特徴とする、酸化物半導体電極。
A base material, a first electrode layer formed on the base material by a spray pyrolysis method and made of a metal oxide, a porous layer formed on the first electrode layer and containing metal oxide semiconductor fine particles, An oxide semiconductor electrode comprising:
An oxide semiconductor electrode characterized in that the metal oxide semiconductor fine particles are coated with an insulating material on the surface.
前記基材と、前記第1電極層との間に接着性樹脂を含む接着層が形成されていることを特徴とする、請求項2に記載の酸化物半導体電極。   The oxide semiconductor electrode according to claim 2, wherein an adhesive layer containing an adhesive resin is formed between the base material and the first electrode layer. 請求項2または請求項3に記載の酸化物半導体電極、および、対向基材と、前記対向基材上に形成され、金属酸化物からなる第2電極層とを有する対電極基材が、前記多孔質層と、前記第2電極層とが対向するように配置されており、前記酸化物半導体電極と、前記対電極基材との間に酸化還元対を含む電解質層が形成された構成を有することを特徴とする、色素増感型太陽電池。   The counter electrode substrate comprising the oxide semiconductor electrode according to claim 2 or 3, and a counter substrate, and a second electrode layer formed on the counter substrate and made of a metal oxide, A structure in which a porous layer and the second electrode layer are arranged to face each other, and an electrolyte layer including a redox pair is formed between the oxide semiconductor electrode and the counter electrode substrate. A dye-sensitized solar cell, comprising: 耐熱基板を用い、前記耐熱基板上に金属酸化物半導体微粒子を含有する多孔質層形成用層を形成する多孔質層形成用層形成工程、および、前記多孔質層形成用層に含まれる金属酸化物半導体微粒子の表面を絶縁性材料で被覆する絶縁性被覆工程とを有することにより、前記耐熱基板上に、絶縁性材料で表面が被覆された金属酸化物半導体微粒子を含有する多孔質層を形成する多孔質層形成工程と、
前記多孔質層上に、スプレー熱分解法によって金属酸化物からなる第1電極層を形成する第1電極層形成工程と、を有することを特徴とする酸化物半導体電極用積層体の製造方法。
Using a heat resistant substrate, a porous layer forming layer forming step for forming a porous layer forming layer containing metal oxide semiconductor fine particles on the heat resistant substrate, and metal oxidation contained in the porous layer forming layer Forming a porous layer containing metal oxide semiconductor fine particles whose surfaces are coated with an insulating material on the heat-resistant substrate. A porous layer forming step,
And a first electrode layer forming step of forming a first electrode layer made of a metal oxide on the porous layer by a spray pyrolysis method.
耐熱基板を用い、前記耐熱基板上に金属酸化物半導体微粒子を含有する多孔質層形成用層を形成する多孔質層形成用層形成工程、および、前記多孔質層形成用層に含まれる金属酸化物半導体微粒子の表面を絶縁性材料で被覆する絶縁性被覆工程とを有することにより、前記耐熱基板上に、絶縁性材料で表面が被覆された金属酸化物半導体微粒子を含有する多孔質層を形成する多孔質層形成工程と、
前記多孔質層上に、スプレー熱分解法によって金属酸化物からなる第1電極層を形成する第1電極層形成工程と、
前記第1電極層上に、基材を接着する基材接着工程と、
前記耐熱基板を前記多孔質層から剥離する耐熱基板剥離工程と、を有することを特徴とする、酸化物半導体電極の製造方法。
Using a heat resistant substrate, a porous layer forming layer forming step for forming a porous layer forming layer containing metal oxide semiconductor fine particles on the heat resistant substrate, and metal oxidation contained in the porous layer forming layer Forming a porous layer containing metal oxide semiconductor fine particles whose surfaces are coated with an insulating material on the heat-resistant substrate. A porous layer forming step,
A first electrode layer forming step of forming a first electrode layer made of a metal oxide on the porous layer by spray pyrolysis;
A base material bonding step of bonding a base material on the first electrode layer;
And a heat-resistant substrate peeling step of peeling the heat-resistant substrate from the porous layer.
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