JP2009252403A - Method of manufacturing dye-sensitized solar cell and dye-sensitized solar cell - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a dye-sensitized solar cell forming a porous n-type semiconductor electrode on a film substrate with low temperature and in a short time. <P>SOLUTION: In a method of manufacturing the dye-sensitized solar cell manufactured by laminating a porous n-type semiconductor electrode 2 with dye supported, a charge transport layer and a counter electrod in this order on a conductive base material 1, the porous n-type semiconductor electrode is a porous semiconductor film consisting of at least a core layer having a crystalline n-type semiconductor 22 and a shell layer with its surface consisting of a microwave absorbing layer 21, and is manufactured by irradiating microwave to the porous semiconductor film. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、色素増感型太陽電池の作製方法、及び該作製方法によって作製された色素増感型太陽電池に関する。   The present invention relates to a method for producing a dye-sensitized solar cell, and a dye-sensitized solar cell produced by the production method.

近年、化石燃料の燃焼や二酸化炭素発生量の増大により、地球温暖化をはじめとする環境、エネルギーの問題がますます深刻化してきている中、エネルギー源がクリーンで無尽蔵、発電時の大気汚染物質や騒音を発生せず、環境負荷の少ない発電システムとして、太陽エネルギーを効率よくエネルギー源として取り出す各種太陽電池の技術開発が盛んに行われている。   In recent years, with the burning of fossil fuels and an increase in the amount of carbon dioxide generated, environmental and energy problems such as global warming have become more serious, and the energy source is clean and inexhaustible. Air pollutants during power generation As a power generation system that does not generate noise and has a low environmental impact, various solar cells that efficiently extract solar energy as an energy source have been actively developed.

その中でも、色素増感型太陽電池は一般的な印刷プロセスを用いた大気圧下で簡易な製造プロセスで製造できる構成であることから、素材、プロセス両面で大幅なコスト低減が期待され、単結晶シリコン系、多結晶シリコン系、アモルファスシリコン系、CIGS系等に続く次世代の太陽電池として注目を集めている。   Among them, the dye-sensitized solar cell is a structure that can be manufactured by a simple manufacturing process under atmospheric pressure using a general printing process. It is attracting attention as a next-generation solar cell following silicon, polycrystalline silicon, amorphous silicon, CIGS, and the like.

色素増感型太陽電池は半導体表面に吸着させた色素分子が太陽光を吸収し、色素のLUMO(最低空軌道)から半導体のCB(伝導帯)へ電子注入が起こることで、所謂分光増感を行う。   In dye-sensitized solar cells, dye molecules adsorbed on the semiconductor surface absorb sunlight, and electrons are injected from the dye LUMO (lowest orbital) into the semiconductor CB (conduction band), so-called spectral sensitization. I do.

色素が光エネルギーを吸収して電子を放出し、半導体のチタニアがその電子を受けて導電性基板へと引き渡す。一方、色素に残ったホールは電解質中のヨウ素イオンを酸化し、I−がI3−へと変わり、この酸化されたI3−が対極で再び電子を受けて還元され、電子が両極をサイクルすることによって発電するものである。   The dye absorbs light energy and emits electrons, and the semiconductor titania receives the electrons and delivers them to the conductive substrate. On the other hand, the holes remaining in the dye oxidize iodine ions in the electrolyte, and I- changes to I3-, and this oxidized I3- receives and reduces electrons again at the counter electrode, and the electrons cycle between the two electrodes. To generate electricity.

色素増感型太陽電池に用いられる半導体電極は、酸化チタンを主成分とするナノポーラス構造が一般的である。ナノポーラス酸化チタンがよいとされる理由は、(1)ナノポーラスによる高比表面積によって色素吸着量を飛躍的に高められること、(2)特異的に長い電子寿命を有するため半導体膜を厚膜化でき、強いては電子取り込みに優位であること、(3)色素、電解質との電子のやり取りにおいて適切なエネルギー準位を有していること、(4)材料として安価であることが挙げられる。   A semiconductor electrode used in a dye-sensitized solar cell generally has a nanoporous structure mainly composed of titanium oxide. The reason why nanoporous titanium oxide is preferable is that (1) the amount of dye adsorption can be dramatically increased by the high specific surface area due to nanoporous, and (2) the semiconductor film can be thickened because it has a particularly long electron lifetime. In other words, it is superior in electron uptake, (3) has an appropriate energy level in the exchange of electrons with the dye and electrolyte, and (4) is inexpensive as a material.

色素増感太陽電池では生産性を高めるために、フレキシブル基板への適用が検討されている。例えば、導電性基材に従来使用されているFTOガラス基板に代えて、樹脂性の導電性フィルム基板(以下、フィルム基板とする)上に多孔質半導体電極を作製することでフレキシブル化が達成されている。   In order to increase the productivity of dye-sensitized solar cells, application to flexible substrates is being studied. For example, instead of the FTO glass substrate conventionally used for the conductive base material, flexibility is achieved by producing a porous semiconductor electrode on a resinous conductive film substrate (hereinafter referred to as a film substrate). ing.

フィルム基板上に多孔質半導体層を形成する具体的な手段として、圧着法、電析法、マイクロ波焼結などによる半導体層形成法が挙げられる。その中でも、マイクロ波による焼結は短時間で導電性基材及び半導体電極自体を発熱、焼結させるため、基板への負荷が少なくフィルム基板上に多孔質半導体層を作製することができる(例えば、特許文献1参照)。   Specific means for forming the porous semiconductor layer on the film substrate include a semiconductor layer forming method such as a pressure bonding method, an electrodeposition method, and microwave sintering. Among them, since sintering by microwaves heats and sinters the conductive substrate and the semiconductor electrode itself in a short time, a porous semiconductor layer can be formed on the film substrate with little load on the substrate (for example, , See Patent Document 1).

しかしながら、TiO2やZnOなど色素増感型太陽電池に使用される半導体は誘電損率が少なく、マイクロ波の吸収が少ないため、照射する周波数や出力を大きくして透明電極基材自体を加熱するため基板への負荷が大きく、フィルム基板への適用は困難である。   However, since semiconductors used in dye-sensitized solar cells such as TiO2 and ZnO have a low dielectric loss factor and a low absorption of microwaves, the transparent electrode substrate itself is heated by increasing the irradiation frequency and output. The load on the substrate is large, and application to a film substrate is difficult.

また、透明導電層、マイクロ波吸収層、半導体層を順次積層して、エネルギー吸収効率を高めて多孔質半導体層を作製する方法が検討されている(例えば、特許文献2参照)。この場合、マイクロ波吸収層、半導体層間での電荷移動が課題になるほか、前記同様にフィルム基板への適用が困難である。   In addition, a method of laminating a transparent conductive layer, a microwave absorption layer, and a semiconductor layer in order to increase the energy absorption efficiency and producing a porous semiconductor layer has been studied (for example, see Patent Document 2). In this case, charge transfer between the microwave absorption layer and the semiconductor layer becomes a problem, and similarly to the above, it is difficult to apply to a film substrate.

このようにマイクロ波焼結法を用いて作製された半導体電極を用いた色素増感型太陽電池の光電変換効率は、特に導電性基材としてフィルム基板とした場合に不十分な値であり、更なる焼結性の向上が望まれている。
国際公開第04−033756号パンフレット 特開2006−344507号公報
Thus, the photoelectric conversion efficiency of the dye-sensitized solar cell using the semiconductor electrode produced using the microwave sintering method is an insufficient value particularly when a film substrate is used as the conductive substrate, Further improvement in sinterability is desired.
International Publication No. 04-033756 Pamphlet JP 2006-344507 A

本発明の目的は、低温、短時間でフィルム基板上に多孔質n型半導体電極を形成して色素増感型太陽電池を作製することである。   An object of the present invention is to form a dye-sensitized solar cell by forming a porous n-type semiconductor electrode on a film substrate at a low temperature for a short time.

本発明の上記目的は、以下の構成により達成することができる。   The above object of the present invention can be achieved by the following configuration.

1.導電性基材上に、色素を担持させた多孔質n型半導体電極、電荷輸送層、対向電極を順次積層させて作製する色素増感型太陽電池の作製方法において、該多孔質n型半導体電極が少なくとも結晶性n型半導体を有するコア層と該表面がマイクロ波吸収層からなるシェル層とからなる多孔質半導体膜であり、且つ該多孔質半導体膜に対してマイクロ波を照射して作製されることを特徴とする色素増感型太陽電池の作製方法。   1. In a method for producing a dye-sensitized solar cell, in which a porous n-type semiconductor electrode carrying a dye, a charge transport layer, and a counter electrode are sequentially laminated on a conductive substrate, the porous n-type semiconductor electrode Is a porous semiconductor film comprising at least a core layer having a crystalline n-type semiconductor and a shell layer having a microwave absorption layer on the surface, and is produced by irradiating the porous semiconductor film with microwaves. A method for producing a dye-sensitized solar cell.

2.マイクロ波を照射した後、更にシェル層表面を塩酸、硫酸、酢酸または硝酸で処理することを特徴とする前記1に記載の色素増感型太陽電池の作製方法。   2. 2. The method for producing a dye-sensitized solar cell according to 1, wherein the surface of the shell layer is further treated with hydrochloric acid, sulfuric acid, acetic acid or nitric acid after irradiation with microwaves.

3.前記導電性基材がフィルム基板であることを特徴とする前記1または2に記載の色素増感型太陽電池の作製方法。   3. 3. The method for producing a dye-sensitized solar cell as described in 1 or 2 above, wherein the conductive substrate is a film substrate.

4.前記シェル層が酸化マンガン、酸化ビスマスまたは酸化コバルトからなることを特徴とする前記1〜3のいずれか1項に記載の色素増感型太陽電池の作製方法。   4). 4. The method for producing a dye-sensitized solar cell according to any one of 1 to 3, wherein the shell layer is made of manganese oxide, bismuth oxide, or cobalt oxide.

5.前記シェル層の膜厚が20nm以下であることを特徴とする前記1〜4のいずれか1項に記載の色素増感型太陽電池の作製方法。   5). 5. The method for producing a dye-sensitized solar cell according to any one of 1 to 4, wherein the shell layer has a thickness of 20 nm or less.

6.前記1〜5のいずれか1項に記載の色素増感型太陽電池の作製方法によって作製されたことを特徴とする色素増感型太陽電池。   6). A dye-sensitized solar cell produced by the method for producing a dye-sensitized solar cell according to any one of 1 to 5 above.

本発明により、低温、短時間でフィルム基板上に多孔質n型半導体電極を形成して色素増感型太陽電池を作製することができた。   According to the present invention, a dye-sensitized solar cell could be produced by forming a porous n-type semiconductor electrode on a film substrate at a low temperature for a short time.

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

本発明は、導電性基材上に、色素を担持させた多孔質n型半導体電極、電荷輸送層、対向電極を順次積層させて作製する色素増感型太陽電池の作製方法において、該多孔質n型半導体電極が少なくとも結晶性n型半導体を有するコア層と該表面がマイクロ波吸収層からなるシェル層とからなる多孔質半導体膜であり、且つ該多孔質半導体膜に対してマイクロ波を照射して作製されることを特徴とする。また、マイクロ波を照射した後、更にシェル層表面を塩酸、硫酸、酢酸または硝酸で処理することが好ましい。   The present invention relates to a method for producing a dye-sensitized solar cell in which a porous n-type semiconductor electrode carrying a dye, a charge transport layer, and a counter electrode are sequentially laminated on a conductive substrate. The n-type semiconductor electrode is a porous semiconductor film comprising a core layer having at least a crystalline n-type semiconductor and a shell layer having a microwave absorption layer on the surface, and the porous semiconductor film is irradiated with microwaves It is characterized by being manufactured. Further, it is preferable to further treat the surface of the shell layer with hydrochloric acid, sulfuric acid, acetic acid or nitric acid after irradiation with microwaves.

次に、本発明の色素増感型太陽電池について、図1を用いて説明する。   Next, the dye-sensitized solar cell of the present invention will be described with reference to FIG.

図1は、本発明の色素増感型太陽電池の基本構造を示す概略断面図である。本発明の色素増感型太陽電池は、図1によって示される通り、導電性基材1、及び半導体の表面に色素3を吸着させた多孔質n型半導体電極2、更に電荷移動層(電解質層と呼ぶこともある)4、及び対向電極5を有する構成である。なお、図1において、e−は電子を表し、矢印は当該電子の流れを示す。   FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing the basic structure of the dye-sensitized solar cell of the present invention. As shown in FIG. 1, the dye-sensitized solar cell of the present invention includes a conductive substrate 1, a porous n-type semiconductor electrode 2 having a dye 3 adsorbed on the surface of a semiconductor, and a charge transfer layer (electrolyte layer). 4) and the counter electrode 5. In FIG. 1, e- represents an electron, and an arrow represents the flow of the electron.

本発明の色素増感型太陽電池を構成する際には、前記多孔質n型半導体電極(単に半導体電極とも言う)、電荷移動層及び対向電極をケース内に収納して封止するか、あるいはそれら全体を樹脂封止することが好ましい。   When constituting the dye-sensitized solar cell of the present invention, the porous n-type semiconductor electrode (also simply referred to as a semiconductor electrode), the charge transfer layer and the counter electrode are housed in a case and sealed. It is preferable to seal them entirely with resin.

本発明の色素増感型太陽電池に太陽光または太陽光と同等の電磁波を照射すると、半導体に吸着された色素3は、照射された太陽光もしくは電磁波を吸収して励起する。励起によって発生した電子は半導体に移動し、次いで導電性基材1を経由して対向電極5に移動して、電荷移動層4のレドックス電解質を還元する。   When the dye-sensitized solar cell of the present invention is irradiated with sunlight or an electromagnetic wave equivalent to sunlight, the dye 3 adsorbed on the semiconductor is excited by absorbing the irradiated sunlight or electromagnetic wave. Electrons generated by excitation move to the semiconductor, and then move to the counter electrode 5 via the conductive substrate 1 to reduce the redox electrolyte of the charge transfer layer 4.

一方、半導体に電子を移動させた色素3は酸化体となっているが、対向電極5から電荷移動層4のレドックス電解質を経由して電子が供給されることにより、還元されて元の状態に戻り、同時に電荷移動層4のレドックス電解質は酸化されて、再び対向電極5から供給される電子により還元されうる状態に戻る。このようにして電子が流れ、本発明の色素増感型太陽電池を構成することができる。   On the other hand, the dye 3 that has moved electrons to the semiconductor is an oxidant, but is reduced to the original state by supplying electrons from the counter electrode 5 via the redox electrolyte of the charge transfer layer 4. At the same time, the redox electrolyte of the charge transfer layer 4 is oxidized and returned to a state where it can be reduced again by the electrons supplied from the counter electrode 5. In this way, electrons flow and the dye-sensitized solar cell of the present invention can be configured.

以下、本発明を実施するための最良の形態について詳細に説明する。   Hereinafter, the best mode for carrying out the present invention will be described in detail.

本発明者は、マイクロ波焼結で作製された多孔質半導体膜を光電極として用いた色素増感型太陽電池において、開放電圧、短絡電流、形状因子フィルファクター、光電変換効率等の課題に関し検討を進めた結果、特にフィルム電極基板を用いてマイクロ波を照射した場合、フィルム基板が優先的に加熱され基板溶解が発生し、焼結に必要なエネルギーを半導体層自体に十分印加できず、ネッキング形成が不十分で粒界抵抗が高く短絡電流値及び光電変換効率が未だ十分に満足できるレベルには到達していないことが認められた。   The present inventor examined issues such as open-circuit voltage, short-circuit current, form factor fill factor, and photoelectric conversion efficiency in dye-sensitized solar cells using a porous semiconductor film produced by microwave sintering as a photoelectrode. As a result, when the film electrode substrate was used to irradiate microwaves, the film substrate was preferentially heated and the substrate melted, and the energy required for sintering could not be applied sufficiently to the semiconductor layer itself. It was confirmed that the formation was insufficient, the grain boundary resistance was high, the short-circuit current value and the photoelectric conversion efficiency were not yet sufficiently satisfied.

本発明者は、上記課題に鑑み鋭意検討を行った結果、導電性基材上にマイクロ波吸収層をシェル部に有するn型半導体の多孔質膜に対してマイクロ波照射をすることで焼結性が向上し、高い短絡電流値を実現できることを見出し、本発明に至った。   As a result of intensive studies in view of the above problems, the present inventor sinters by irradiating a porous film of an n-type semiconductor having a microwave absorption layer in a shell portion on a conductive substrate with microwave irradiation. As a result, the inventors have found that a high short circuit current value can be realized.

以下、本発明とその構成要素等について詳細な説明をするが、本発明を限定するものではない。   Hereinafter, although this invention and its component are demonstrated in detail, this invention is not limited.

〔多孔質n型半導体電極〕
〈結晶性n型半導体(コア層)〉
本発明に係る結晶性n型半導体について説明する。
[Porous n-type semiconductor electrode]
<Crystalline n-type semiconductor (core layer)>
The crystalline n-type semiconductor according to the present invention will be described.

本発明に係る結晶性n型半導体を構成するものとしては主に金属酸化物、金属硫化物を含む公知のものから適宜選択される。結晶性n型半導体に吸着した色素から光照射により発生した電子を受け取り、これを導電性基材へ伝達する半導体なら特に限定はなく、公知の色素増感型太陽電池に使用される金属酸化物として、酸化チタン、酸化スズ、酸化ジルコニウム、酸化亜鉛、酸化バナジウム、酸化ニオブ、酸化タンタル、酸化タングステン等の各種金属酸化物半導体、チタン酸ストロンチウム、チタン酸カルシウム、チタン酸マグネシウム、チタン酸バリウム、ニオブ酸カリウム、タンタル酸ストロンチウム等の各種複合金属酸化物半導体、酸化マグネシウム、酸化ストロンチウム、酸化アルミニウム、酸化コバルト、酸化ニッケル、酸化マンガン等の遷移金属酸化物が挙げられる。また、硫化カドミウム、硫化亜鉛などの金属硫化物、セレン化カドミウムなどの金属カルコゲナイトなども挙げられる。   The material constituting the crystalline n-type semiconductor according to the present invention is appropriately selected from known materials mainly including metal oxides and metal sulfides. There is no particular limitation as long as it is a semiconductor that receives electrons generated by light irradiation from a dye adsorbed on a crystalline n-type semiconductor and transmits the electrons to a conductive substrate, and a metal oxide used in a known dye-sensitized solar cell As various metal oxide semiconductors such as titanium oxide, tin oxide, zirconium oxide, zinc oxide, vanadium oxide, niobium oxide, tantalum oxide, tungsten oxide, strontium titanate, calcium titanate, magnesium titanate, barium titanate, niobium Examples include various composite metal oxide semiconductors such as potassium oxide and strontium tantalate, and transition metal oxides such as magnesium oxide, strontium oxide, aluminum oxide, cobalt oxide, nickel oxide, and manganese oxide. In addition, metal sulfides such as cadmium sulfide and zinc sulfide, metal chalcogenites such as cadmium selenide, and the like are also included.

また、半導体電極設計に伴いこれらの材料を適宜組み合わせて使用することもできる。コア部の結晶性n型半導体粒子の平均粒子径は10nm以上300nm以下であることが好ましく、10nm以上200nm以下であることが特に好ましい。10nm以下である場合、半導体層の細孔が小さくなることで、電解質溶液中の酸化還元物質の移動が十分に行えず、好ましい短絡電流が望めない場合がある。300nm以上である場合、色素担持に十分な比表面積を有することが難しい上、表面の光反射によって十分な発電効率が得られない可能性がある。   In addition, these materials can be used in appropriate combination with the design of the semiconductor electrode. The average particle size of the crystalline n-type semiconductor particles in the core part is preferably 10 nm or more and 300 nm or less, and particularly preferably 10 nm or more and 200 nm or less. When the thickness is 10 nm or less, the pores of the semiconductor layer become small, so that the redox substance in the electrolyte solution cannot be sufficiently transferred, and a preferable short-circuit current may not be expected. When it is 300 nm or more, it is difficult to have a specific surface area sufficient for supporting the dye, and sufficient power generation efficiency may not be obtained due to light reflection on the surface.

また、結晶性n型半導体の形状も特に限定はなく、球状、針状または不定形結晶であってもよい。   Further, the shape of the crystalline n-type semiconductor is not particularly limited, and may be a spherical, acicular or amorphous crystal.

結晶性n型半導体の形成方法としては特に限定はなく、水熱反応法、ゾルゲル法/ゲルゾル法、コロイド化学合成法、塗布熱分解法、噴霧熱分解法等の各種液相法、及び火炎噴霧法、プラズマ法、気相反応法の各種気相法を用いて形成することができる。この中でも粒子径が100nm以下で均一な粒度分布を有する水熱反応法、ゾルゲル法、火炎反応法などが好ましく用いられる。   The method for forming a crystalline n-type semiconductor is not particularly limited, and various liquid phase methods such as hydrothermal reaction method, sol-gel method / gel sol method, colloid chemical synthesis method, coating pyrolysis method, spray pyrolysis method, and flame spraying. It can be formed using various gas phase methods such as a method, a plasma method, and a gas phase reaction method. Among these, a hydrothermal reaction method, a sol-gel method, a flame reaction method, or the like having a particle size of 100 nm or less and a uniform particle size distribution is preferably used.

具体的な作製手段は公知であるが、例えば、通常酸化物微粒子作製によく用いられる酸素を含む雰囲気内においてバーナにより化学炎を形成し、この化学炎中に金属粉末を粉塵雲を形成しうる量投入して燃焼させて、酸化物微粒子10〜30nmを合成する方法や、特開2005−218937号公報のように原料気体流と酸素ガスの反応により気相中で所望の酸化物微粒子を得ることもできる。   Although a specific preparation means is known, for example, a chemical flame can be formed by a burner in an atmosphere containing oxygen, which is usually used for manufacturing fine oxide particles, and a dust cloud can be formed from the metal powder in the chemical flame. A desired amount of oxide fine particles are obtained in the gas phase by a method of synthesizing 10 to 30 nm of oxide fine particles by injecting a quantity or by reaction of a raw material gas flow and oxygen gas as disclosed in JP-A-2005-218937. You can also.

結晶性n型半導体をコアシェル構造としたり、異なる金属元素をドーピングしたりしてもよく、任意の構造、組成の結晶性n型半導体を適用することが可能である。   The crystalline n-type semiconductor may have a core-shell structure or may be doped with a different metal element, and a crystalline n-type semiconductor having an arbitrary structure and composition can be applied.

〈マイクロ波吸収層(シェル層)〉
マイクロ波吸収層をマイクロ波の電界中に置くと、双極子がマイクロ波の電場により激しく振動し、吸収体自体が加熱される。角周波数ω、誘電体の体積をVとおくと、マイクロ波吸収層が吸収するエネルギーをPは以下の式で与えられる。
<Microwave absorption layer (shell layer)>
When the microwave absorption layer is placed in a microwave electric field, the dipole vibrates violently due to the microwave electric field, and the absorber itself is heated. Assuming that the angular frequency ω and the volume of the dielectric are V, the energy absorbed by the microwave absorption layer is given by the following equation.

Figure 2009252403
Figure 2009252403

ここで誘電損率は以下の式で示され、温度及び周波数に従って変化する。   Here, the dielectric loss factor is expressed by the following equation, and changes according to temperature and frequency.

Figure 2009252403
Figure 2009252403

ここで優れた誘電損率を示すものとして、具体的にはニッケル、銅、マンガン、モリブデン、クロム、ビスマス、コバルト、鉄、バナジウム、タングステン、セリウム、イットリウム、カルシウム、ストロンチウム、ホルミウム、イッテルビウム、サマリウム、ジスプロシウムなど及び該元素を含有する化合物が好ましく、酸化物、窒化物、塩化物、炭酸塩、フッ化物などが挙げられる。   Specific examples of the excellent dielectric loss factor are nickel, copper, manganese, molybdenum, chromium, bismuth, cobalt, iron, vanadium, tungsten, cerium, yttrium, calcium, strontium, holmium, ytterbium, samarium, Dysprosium and the like and compounds containing the element are preferable, and examples thereof include oxides, nitrides, chlorides, carbonates, and fluorides.

室温から焼結に必要な温度まで加熱する場合、室温での誘電損率の優れたものが好ましい。より具体的には室温、2.45GHzのマイクロ波加熱装置で焼結に十分なエネルギーを吸収できる素材として、酸化マンガン、酸化セリウム、酸化ビスマス、酸化コバルト、酸化クロム、炭化ケイ素、チタン酸バリウムなどが挙げられる。   When heating from room temperature to the temperature required for sintering, an excellent dielectric loss factor at room temperature is preferable. More specifically, manganese oxide, cerium oxide, bismuth oxide, cobalt oxide, chromium oxide, silicon carbide, barium titanate, etc. as materials that can absorb energy sufficient for sintering with a 2.45 GHz microwave heating device Is mentioned.

具体的な誘電特性の測定方法としては、空洞共振器法、同軸線路法、導波管法などがあり、この中でも同軸線路法はプローブの中に試料を入れるだけで測定できるという特徴を持ち好ましく用いられる。また、各種酸化物の誘電特性は(福島英沖他:日本セラミックス協会秋季シンポジウム、1992)などにまとめられている本発明ではネットワークアナライザ(ヒューレットパッカード、HP8753A)とテストセット(ヒューレットパッカード、HP85044A)を用いて誘電特性の評価を行った。   Specific dielectric property measurement methods include the cavity resonator method, coaxial line method, and waveguide method. Among them, the coaxial line method is preferable because it can be measured simply by placing a sample in the probe. Used. In addition, the dielectric properties of various oxides (Fukushima Hideoki et al .: Japan Ceramic Society Autumn Symposium, 1992) etc. are summarized in the present invention using a network analyzer (Hewlett Packard, HP8753A) and a test set (Hewlett Packard, HP85044A). The dielectric properties were evaluated using this.

シェル層の誘電損率としては室温、2.45GHzでのコア部誘電損率をAε、2.45GHzでのコア部誘電損率をBεとするとBε/Aεが9.5以上が好ましく、50以上が更に好ましい。9.5以下である場合、十分半導体電極自体にマイクロ波が吸収されず焼結が進まない恐れがある。更にマイクロ波出力を上げて加熱を進めた場合、フィルム基板の溶解、破損が発生する恐れがあるため好ましくない。   As the dielectric loss factor of the shell layer, if the core dielectric loss factor at room temperature 2.45 GHz is Aε, and the core dielectric loss factor at 2.45 GHz is Bε, Bε / Aε is preferably 9.5 or more, more than 50 Is more preferable. When it is 9.5 or less, there is a possibility that the semiconductor electrode itself does not sufficiently absorb microwaves and sintering does not proceed. Further, when heating is performed by increasing the microwave output, the film substrate may be dissolved or damaged, which is not preferable.

シェル層の膜厚としては、20nm以下が好ましく、5nmm以下が更に好ましい。シェル層が20nm以上であると励起電子のコア部半導体への注入を阻害するほか、シェル層による光吸収が発生するため光電変換効率が低下する恐れがある。また、加熱中にシェル層の熱分解物が発生したり微小な粉末が飛散すると、多孔質膜の破損が生じたり、焼結が過度に促進して多孔質性が維持できない可能性がある。   The thickness of the shell layer is preferably 20 nm or less, and more preferably 5 nm or less. If the shell layer is 20 nm or more, the injection of excited electrons into the core semiconductor is inhibited, and light absorption by the shell layer occurs, so that the photoelectric conversion efficiency may be reduced. Moreover, if a pyrolyzate of the shell layer is generated or fine powder is scattered during heating, the porous membrane may be damaged, or the sintering may be promoted excessively so that the porous property cannot be maintained.

シェル層の被覆形態として特に指定はないが、結晶性n型半導体の少なくとも一部が被覆されていればよい。シェル層の被覆方法としては、一般的な公知の方法で問題ないが、沈殿法(共沈法、化学析出法)、加水分解法(塩水溶液法、アルコキシド法、ゾルゲル法等)、水熱法(沈殿法、結晶化法、水熱分解法、水熱酸化法等)、気相法、プラズマ法、無電界メッキ法、固相法などが挙げられる。この内、化学析出法、蒸着法はシェル層が均一に被覆された粒子を作製する点で好ましい。   Although there is no particular designation as a covering form of the shell layer, it is sufficient that at least a part of the crystalline n-type semiconductor is covered. As a method for coating the shell layer, there are no problems with general known methods, but precipitation methods (coprecipitation method, chemical precipitation method), hydrolysis methods (salt aqueous solution method, alkoxide method, sol-gel method, etc.), hydrothermal method, etc. (Precipitation method, crystallization method, hydrothermal decomposition method, hydrothermal oxidation method, etc.), vapor phase method, plasma method, electroless plating method, solid phase method and the like. Among these, the chemical precipitation method and the vapor deposition method are preferable in terms of producing particles in which the shell layer is uniformly coated.

また、ここで言う膜厚とはシェル層体積から換算した平均膜厚であり、後述のシェル層除去工程を有さない場合には、色素吸着や導電パスの形成のために一部コア部が露出しているものでもよい。   In addition, the film thickness referred to here is an average film thickness converted from the shell layer volume, and when there is no shell layer removal step described later, a part of the core portion is used for dye adsorption or formation of a conductive path. It may be exposed.

〈多孔質n型半導体電極〉
本発明に係る具体的な半導体電極の具体的作製方法としては、(1)結晶性n型半導体にシェル層を作製したコロイド溶液を導電性基材上に塗布、乾燥した後マイクロ波照射を行う方法、(2)バインダを添加した結晶性n型半導体を焼結して多孔質層を作製した後シェル層を作製してマイクロ波照射を行う方法などが適用できる。
<Porous n-type semiconductor electrode>
As a specific method for manufacturing a semiconductor electrode according to the present invention, (1) a colloidal solution in which a shell layer is formed on a crystalline n-type semiconductor is coated on a conductive substrate, dried, and then subjected to microwave irradiation. A method, (2) a method in which a crystalline n-type semiconductor to which a binder is added is sintered to produce a porous layer, a shell layer is produced, and microwave irradiation is applied.

上記の作製方法の中で、特に塗布方法としては公知の方法を適用することが可能で、スクリーン印刷法、インクジェット法、ロールコート法、ドクターブレード法、スピンコート法、スプレー塗布法等を挙げることができる。   Among the above-described production methods, a known method can be applied particularly as a coating method, and examples thereof include a screen printing method, an ink jet method, a roll coating method, a doctor blade method, a spin coating method, and a spray coating method. Can do.

結晶性n型半導体を含有する懸濁液は、結晶性n型半導体を溶媒中に分散させることによって調製され、溶媒としては、結晶性n型半導体を分散し得るものであれば特に制限はなく、水、有機溶媒、水と有機溶媒との混合液が包含される。有機溶媒としては、メタノールやエタノール等のアルコール、メチルエチルケトン、アセトン、アセチルアセトン等のケトン、ヘキサン、シクロヘキサン等の炭化水素等が用いられる。懸濁液中には、必要に応じて界面活性剤や粘度調節剤(ポリエチレングリコール等の多価アルコール等)を加えることができる。溶媒中の金属酸化物微粒子の濃度の範囲は0.1〜70質量%が好ましく、0.1〜30質量%が更に好ましい。   The suspension containing the crystalline n-type semiconductor is prepared by dispersing the crystalline n-type semiconductor in a solvent, and the solvent is not particularly limited as long as the crystalline n-type semiconductor can be dispersed. , Water, organic solvents, and mixtures of water and organic solvents. As the organic solvent, alcohols such as methanol and ethanol, ketones such as methyl ethyl ketone, acetone and acetyl acetone, hydrocarbons such as hexane and cyclohexane, and the like are used. A surfactant and a viscosity modifier (polyhydric alcohol such as polyethylene glycol) can be added to the suspension as necessary. The concentration range of the metal oxide fine particles in the solvent is preferably 0.1 to 70% by mass, more preferably 0.1 to 30% by mass.

本発明における半導体電極の空隙率は、0.1〜20体積%であることが好ましく、5〜20体積%であることが更に好ましい。なお、半導体電極の空隙率は、誘電体の厚み方向に貫通性のある空隙率を意味し、水銀ポロシメーター(島津ポアライザー9220型)等の市販の装置を用いて測定することができる。半導体電極の厚さは少なくとも10nm以上であることが好ましく、100〜10000nmであることが更に好ましい。   The porosity of the semiconductor electrode in the present invention is preferably 0.1 to 20% by volume, and more preferably 5 to 20% by volume. The porosity of the semiconductor electrode means a porosity that is penetrable in the thickness direction of the dielectric, and can be measured using a commercially available device such as a mercury porosimeter (Shimadzu Polarizer 9220 type). The thickness of the semiconductor electrode is preferably at least 10 nm, and more preferably 100 to 10,000 nm.

〈マイクロ波照射〉
上記のようにして得られたマイクロ波吸収層を有する結晶性n型半導体を含有した懸濁液を導電性基材上に塗布し、乾燥等を行った後、マイクロ波を照射して、導性基材上に半導体電極が形成される。
<Microwave irradiation>
A suspension containing a crystalline n-type semiconductor having a microwave absorption layer obtained as described above is applied onto a conductive substrate, dried, etc., and then irradiated with microwaves to introduce a suspension. A semiconductor electrode is formed on the conductive substrate.

本発明において使用されるマイクロ波照射装置は、半導体電極がマイクロ波吸収層を有するため、2.45GHzの比較的低い周波数の装置から28GHzの高周波数の装置まで適用できる。低周波数のマイクロ波を使用する場合には、均一な加熱を行うために放熱板やマイクロ波を透過しにくい低損失体を被マイクロ波照射体近傍に設置するなどの公知の方法を併用することができる。   The microwave irradiation apparatus used in the present invention can be applied from a relatively low frequency apparatus of 2.45 GHz to a high frequency apparatus of 28 GHz because the semiconductor electrode has a microwave absorption layer. When using low-frequency microwaves, use a well-known method such as installing a heat sink or a low-loss material that does not easily transmit microwaves in the vicinity of the microwave irradiated object in order to perform uniform heating. Can do.

マイクロ波を照射する雰囲気としては特に指定はなく、N2、Arなどの不活性ガス雰囲気下、大気中、Ar+H2などの還元ガスなど特に指定はないが、還元ガス中では半導体が還元される可能性があり、また不活性ガス中でも加熱時間がかかる場合があるため、大気中が好ましい。   There is no specific designation as an atmosphere for irradiating microwaves, and there is no special designation such as an inert gas atmosphere such as N 2 or Ar, in the atmosphere, or a reducing gas such as Ar + H 2, but the semiconductor may be reduced in the reducing gas In addition, since it may take heating time even in an inert gas, the atmosphere is preferable.

〈シェル層の表面処理〉
マイクロ波加熱処理後には、前記シェル層を適切な溶液で表面処理することが好ましい。使用する溶液としては、結晶性n型半導体が溶解しない塩酸、硫酸、酢酸、硝酸などが挙げられる。シェル層を表面処理することで色素担持量が増加するほか、電解質へのリーク抑制効果があり、短絡電流値が上昇するためより好ましい。
<Surface treatment of shell layer>
After the microwave heat treatment, the shell layer is preferably surface-treated with an appropriate solution. Examples of the solution to be used include hydrochloric acid, sulfuric acid, acetic acid, nitric acid and the like in which the crystalline n-type semiconductor does not dissolve. Surface treatment of the shell layer is more preferable because it increases the amount of dye supported, has an effect of suppressing leakage to the electrolyte, and increases the short-circuit current value.

〔導電性基材〕
本発明で用いられる導電性基材としては、当該導電性基材側を受光面とする場合には、導電性基材は実質的に透明であることが好ましい。実質的に透明であるとは光の透過率が10%以上であることを意味し、50%以上であることが好ましく、80%以上であることが特に好ましい。
[Conductive substrate]
As the conductive substrate used in the present invention, when the conductive substrate side is the light receiving surface, the conductive substrate is preferably substantially transparent. “Substantially transparent” means that the light transmittance is 10% or more, preferably 50% or more, and particularly preferably 80% or more.

導電性基材としてはそれ自体が導電性を有する基材、またはその表面に導電層を有する基材を利用することができる。後者の場合、基材としてはガラス板や、酸化チタンやアルミナ等のセラミックの研磨板、更に公知の熱スプレー熱分解法などにより導電層を有したフィルム基板を使用することが可能であるが、コスト面や可塑性などを考慮するとフィルム基板を導電性基材として用いるのが好ましい。   As the conductive substrate, a substrate having conductivity by itself or a substrate having a conductive layer on the surface thereof can be used. In the latter case, it is possible to use a glass plate, a ceramic polishing plate such as titanium oxide or alumina as a base material, and a film substrate having a conductive layer by a known thermal spray pyrolysis method, In consideration of cost and plasticity, it is preferable to use a film substrate as a conductive base material.

フィルム基板としては、具体的にはトリアセチルセルロース(TAC)、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリエチレンナフタレート(PEN)、ポリフェニレンスルファイド(PPS)、シンジオタクチックポリステレン(SPS)、ポリカーボネート(PC),ポリアリレート(PA)、ポリエーテルイミド(PEI)、ポリスルホン(PSF)、ポリエーテルスルホン(PES)、環状ポリオレフィン、フェノキシ樹脂、ブロム化フェノキシ等を挙げることができる。   Specific examples of the film substrate include triacetyl cellulose (TAC), polyethylene terephthalate (PET), polyethylene naphthalate (PEN), polyphenylene sulfide (PPS), syndiotactic polyester (SPS), polycarbonate (PC), Examples include polyarylate (PA), polyetherimide (PEI), polysulfone (PSF), polyethersulfone (PES), cyclic polyolefin, phenoxy resin, and brominated phenoxy.

これらの基材上に設ける導電層に使用する導電性材料としては、公知の種々の金属や金属酸化物等からなる無機系導電性材料、ポリマー系導電性材料、無機有機複合型の導電性材料、またはこれらを任意に混合した導電性材料等、あらゆるものを使用することができる。   Examples of the conductive material used for the conductive layer provided on these substrates include inorganic conductive materials made of various known metals and metal oxides, polymer conductive materials, and inorganic / organic composite conductive materials. Or any material such as a conductive material in which these are arbitrarily mixed can be used.

無機系導電性材料として具体的には、白金、金、銀、銅、亜鉛、チタン、アルミニウム、ロジウム、インジウム等の金属、導電性カーボン、更にスズドープ酸化インジウム(ITO)、酸化スズ(SnO2)、フッ素ドープ酸化スズ(FTO)、アンチモンドープ酸化スズ(ATO)、酸化亜鉛(ZnO2)等の金属酸化物を挙げることができる。   Specific examples of inorganic conductive materials include metals such as platinum, gold, silver, copper, zinc, titanium, aluminum, rhodium, and indium, conductive carbon, tin-doped indium oxide (ITO), tin oxide (SnO2), Examples thereof include metal oxides such as fluorine-doped tin oxide (FTO), antimony-doped tin oxide (ATO), and zinc oxide (ZnO 2).

ポリマー系導電性材料として具体的には、各種置換されていてもされていなくてもよいチオフェン、ピロール、フラン、アニリン等を重合させてなる導電性ポリマーやポリアセチレン等を挙げることができるが、導電性が高い観点からポリチオフェンが好ましく、特にポリエチレンジオキシチオフェン(PEDOT)が好ましい。   Specific examples of the polymer-based conductive material include conductive polymers obtained by polymerizing thiophene, pyrrole, furan, aniline, etc., which may or may not be variously substituted, and polyacetylene. From the viewpoint of high properties, polythiophene is preferable, and polyethylenedioxythiophene (PEDOT) is particularly preferable.

基材上に導電層を形成する方法としては、導電性材料に応じた公知の適切な方法を用いることが可能で、例えば、ITO等の金属酸化物からなる導電層を形成する場合、スパッタ法、CVD法、SPD法(スプレー熱分解堆積法)、蒸着法等の薄膜形成法が挙げられる。また、ポリマー系導電性材料からなる導電層を形成する場合は、公知の様々な塗布法により形成することが好ましい。   As a method for forming the conductive layer on the substrate, a known appropriate method according to the conductive material can be used. For example, when forming a conductive layer made of a metal oxide such as ITO, a sputtering method is used. And thin film forming methods such as CVD, SPD (spray pyrolysis deposition), and vapor deposition. Further, when forming a conductive layer made of a polymer-based conductive material, it is preferably formed by various known coating methods.

導電層の膜厚は0.01〜10μm程度が好ましく、0.05〜5μm程度が更に好ましい。導電性基材としては表面抵抗が低いほどよく、具体的には50Ω/cm2以下であることが好ましく、10Ω/cm2以下であることが更に好ましい。   The thickness of the conductive layer is preferably about 0.01 to 10 μm, more preferably about 0.05 to 5 μm. As a conductive base material, the lower the surface resistance, the better. Specifically, it is preferably 50 Ω / cm 2 or less, more preferably 10 Ω / cm 2 or less.

また、導電性基材の集電効率を向上し更に導電性を上げるために、光透過率を著しく損なわない範囲の面積率で、金、銀、銅、白金、アルミニウム、ニッケル、インジウム、チタン、タングステン等からなる金属配線層を前記導電層と併用してもよい。金属配線層を用いる場合、格子状、縞状、櫛状等のパターンとして、光が導電性基材を均一に透過するように配設するとよい。金属配線層を併用する場合、基材に蒸着、スパッタリング等で設置し、その上に前記導電層を設ける方法、前記金属のナノワイヤーを塗布乾燥する方法があり、ポリマー系導電性材料との組み合わせも公的に適用できる。   In addition, in order to improve the current collection efficiency of the conductive substrate and further increase the conductivity, the area ratio in a range that does not significantly impair the light transmittance, gold, silver, copper, platinum, aluminum, nickel, indium, titanium, A metal wiring layer made of tungsten or the like may be used in combination with the conductive layer. In the case of using a metal wiring layer, it is preferable that light is uniformly transmitted through the conductive substrate as a pattern such as a lattice shape, a stripe shape, or a comb shape. When using a metal wiring layer in combination, there is a method of installing the conductive layer on the substrate by vapor deposition, sputtering, etc., a method of applying and drying the metal nanowire, and a combination with a polymer-based conductive material Is also publicly applicable.

本発明ではマイクロ波照射により、上記導電性基材ではなく半導体電極自体を加熱することを意図しているため、フィルム基板を用いた導電性基材を用いることが好ましい。   In the present invention, it is intended to heat the semiconductor electrode itself, not the conductive base material, by microwave irradiation. Therefore, it is preferable to use a conductive base material using a film substrate.

〔短絡防止層〕
本発明の色素増感太陽電池においては、前述した導電性基材と半導体電極との間に、短絡防止層を設けることができる。これにより、電解質と半導体の短絡電流を低減することができる。特に電解質として固体のp型半導体を用いる場合は、この層を有することが好ましい。
(Short-circuit prevention layer)
In the dye-sensitized solar cell of the present invention, a short-circuit prevention layer can be provided between the conductive base material and the semiconductor electrode described above. Thereby, the short circuit current of electrolyte and a semiconductor can be reduced. In particular, when a solid p-type semiconductor is used as the electrolyte, it is preferable to have this layer.

短絡防止層としては、可視光を透過する絶縁性物質で、伝導帯のエネルギー準位が金属酸化物半導体のそれに近い値を有するn型半導体であれば特に制限はない。例えば、酸化ケイ素、酸化マグネシウム、酸化アルミニウム、炭酸カルシウム、ポリビニルアルコール、ポリウレタン等が挙げられる。また、一般的に光電変換材料に用いられるものでもよく、例えば、酸化チタン、酸化ニオブ、酸化タングステン等が挙げられる。   The short-circuit prevention layer is not particularly limited as long as it is an n-type semiconductor that is an insulating substance that transmits visible light and has a conduction band energy level close to that of a metal oxide semiconductor. For example, silicon oxide, magnesium oxide, aluminum oxide, calcium carbonate, polyvinyl alcohol, polyurethane and the like can be mentioned. Moreover, what is generally used for a photoelectric conversion material may be used, for example, titanium oxide, niobium oxide, tungsten oxide, etc. are mentioned.

短絡防止層の形成方法としては、導電層の場合と同様に真空成膜プロセスや、液相コーティング法等により作製することができる。真空成膜プロセスを用いる場合、導電層、短絡防止層、金属酸化物膜は大気開放することなく真空下でインライン成膜が可能である。   As a method for forming the short-circuit prevention layer, it can be produced by a vacuum film forming process, a liquid phase coating method, or the like, as in the case of the conductive layer. In the case of using a vacuum film formation process, the conductive layer, the short-circuit prevention layer, and the metal oxide film can be formed in-line under vacuum without opening to the atmosphere.

短絡防止層の膜厚は0.001〜0.02μmが好ましいが、適宜調整することができる。   The film thickness of the short-circuit prevention layer is preferably 0.001 to 0.02 μm, but can be adjusted as appropriate.

〔色素〕
本発明において、前述した多孔質n型半導体電極の表面に吸着させる色素としては、種々の可視光領域及び/または赤外光領域に吸収を有し、金属酸化物半導体の伝導帯より高い最低空準位を有する色素が好ましく、公知の様々な色素を使用することができる。
[Dye]
In the present invention, the dye adsorbed on the surface of the porous n-type semiconductor electrode described above has absorption in various visible light regions and / or infrared light regions, and has the lowest void higher than the conduction band of the metal oxide semiconductor. A dye having a level is preferable, and various known dyes can be used.

例えば、アゾ系色素、キノン系色素、キノンイミン系色素、キナクリドン系色素、スクアリリウム系色素、シアニン系色素、シアニジン系色素、メロシアニン系色素、トリフェニルメタン系色素、キサンテン系色素、ポルフィリン系色素、ペリレン系色素、インジゴ系色素、フタロシアニン系色素、ナフタロシアニン系色素、ローダミン系色素等が挙げられる。   For example, azo dyes, quinone dyes, quinone imine dyes, quinacridone dyes, squarylium dyes, cyanine dyes, cyanidin dyes, merocyanine dyes, triphenylmethane dyes, xanthene dyes, porphyrin dyes, perylene dyes And dyes, indigo dyes, phthalocyanine dyes, naphthalocyanine dyes, rhodamine dyes, and the like.

なお、金属錯体色素も好ましく使用され、その場合においては、Cu、Ni、Fe、Co、V、Sn、Si、Ti、Ge、Cr、Zn、Ru、Mg、Al、Pb、Mn、In、Mo、Y、Zr、Nb、Sb、La、W、Pt、Ta、Ir、Pd、Os、Ga、Tb、Eu、Rb、Bi、Se、As、Sc、Ag、Cd、Hf、Re、Au、Ac、Tc、Te、Rh等の種々の金属を用いることができる。   Metal complex dyes are also preferably used. In this case, Cu, Ni, Fe, Co, V, Sn, Si, Ti, Ge, Cr, Zn, Ru, Mg, Al, Pb, Mn, In, Mo Y, Zr, Nb, Sb, La, W, Pt, Ta, Ir, Pd, Os, Ga, Tb, Eu, Rb, Bi, Se, As, Sc, Ag, Cd, Hf, Re, Au, Ac Various metals such as Tc, Te, and Rh can be used.

上記の中で、シアニン色素、メロシアニン色素、スクワリリウム色素等のポリメチン色素は好ましい態様の1つであり、具体的には特開平11−35836号、同11−67285号、同11−86916号、同11−97725号、同11−158395号、同11−163378号、同11−214730号、同11−214731号、同11−238905号、特開2004−207224号、同2004−319202号の各公報、欧州特許第892,411号及び同911,841号の各明細書に記載の色素を挙げることができる。   Of the above, polymethine dyes such as cyanine dyes, merocyanine dyes, and squarylium dyes are one of the preferred embodiments. Specifically, JP-A Nos. 11-35836, 11-67285, 11-86916, 11-97725, 11-158395, 11-163378, 11-214730, 11-214731, 11-238905, JP-A-2004-207224, and 2004-319202 And dyes described in the specifications of European Patent Nos. 892,411 and 911,841.

更に金属錯体色素も好ましい態様の1つであり、金属フタロシアニン色素、金属ポルフィリン色素またはルテニウム錯体色素が好ましく、ルテニウム錯体色素がより好ましい。ルテニウム錯体色素としては、例えば、米国特許第4,927,721号、同4,684,537号、同5,084,365号、同5,350,644号、同5,463,057号、同5,525,440号の各明細書、特開平7−249790号、特表平10−504512号の各公報、国際公開第98/50393号パンフレット、特開2000−26487号、同2001−223037号、同2001−226607号、特許第3430254号の各公報に記載の錯体色素を挙げることができる。   Furthermore, a metal complex dye is one of the preferred embodiments, and a metal phthalocyanine dye, a metal porphyrin dye or a ruthenium complex dye is preferable, and a ruthenium complex dye is more preferable. Examples of ruthenium complex dyes include U.S. Pat. Nos. 4,927,721, 4,684,537, 5,084,365, 5,350,644, 5,463,057, Nos. 5,525,440, JP-A-7-249790, JP-T-10-504512, WO98 / 50393, JP2000-26487, 2001-2223037 And complex dyes described in JP-A Nos. 2001-226607 and 3430254.

本発明に係る上記化合物は、例えば、エフ・エム・ハーマ著「シアニン・ダイズ・アンド・リレーテッド・コンパウンズ」(1964,インター・サイエンス・パブリッシャーズ発刊)、米国特許第2,454,629号、同2,493,748号の各明細書、特開平6−301136号、同2003−203684号の各公報等に記載された方法を参考にして合成することができる。   The above-mentioned compound according to the present invention is, for example, “Cyanine Soybean and Related Compounds” (1964, published by Inter Science Publishers) by F. M. Hammer, US Pat. No. 2,454,629, It can be synthesized with reference to the methods described in the specifications of JP-A-2,493,748, JP-A-6-301136, JP-A-2003-203684, and the like.

これらの色素は吸光係数が大きく、且つ繰り返しの酸化還元に対して安定であることが好ましい。また、上記色素は金属酸化物半導体上に化学的に吸着することが好ましく、カルボキシル基、スルホン酸基、リン酸基、アミド基、アミノ基、カルボニル基、ホスフィン基等の官能基を有することが好ましい。   These dyes preferably have a large extinction coefficient and are stable against repeated redox. The dye is preferably chemically adsorbed on the metal oxide semiconductor and has a functional group such as a carboxyl group, a sulfonic acid group, a phosphoric acid group, an amide group, an amino group, a carbonyl group, or a phosphine group. preferable.

また、光電変換の波長域をできるだけ広くし、且つ変換効率を上げるため、2種類以上の色素を併用または混合することもできる。この場合、目的とする光源の波長域と強度分布に合わせるように、併用または混合する色素とその割合を選ぶことができる。   In addition, two or more kinds of dyes can be used in combination or mixed in order to widen the wavelength range of photoelectric conversion as much as possible and increase the conversion efficiency. In this case, the dye to be used or mixed and the ratio thereof can be selected so as to match the wavelength range and intensity distribution of the target light source.

本発明において、半導体電極に色素を吸着させる方法としては特に限定されず、公知の方法が用いることができる。例えば、色素を有機溶剤に溶解して色素溶液を調製し、得られた色素溶液に透明導電膜上の半導体層を浸漬する方法、または得られた色素溶液を半導体層表面に塗布する方法等が挙げられる。   In the present invention, the method for adsorbing the dye to the semiconductor electrode is not particularly limited, and a known method can be used. For example, a method of dissolving a dye in an organic solvent to prepare a dye solution and immersing the semiconductor layer on the transparent conductive film in the obtained dye solution, or a method of applying the obtained dye solution to the surface of the semiconductor layer, etc. Can be mentioned.

前者においては、ディップ法、ローラ法、エヤーナイフ法等が適用でき、後者においてはワイヤーバー法、アプリケーション法、スピン法、スプレー法、オフセット印刷法、スクリーン印刷法等が適用できる。なお、色素の吸着に先立って、半導体層の表面を予め減圧処理や加熱処理等処理を施し、表面を活性化し膜中の気泡を除去する工程を有してもよい。   In the former, a dip method, a roller method, an air knife method or the like can be applied, and in the latter, a wire bar method, an application method, a spin method, a spray method, an offset printing method, a screen printing method, or the like can be applied. Prior to the adsorption of the dye, the semiconductor layer surface may be subjected to a treatment such as decompression treatment or heat treatment in advance to activate the surface and remove bubbles in the film.

半導体層への増感効果を好ましく得る観点から、半導体膜を色素の溶液に浸漬する時間は3〜48時間が好ましく、更に好ましくは4〜24時間である。   From the viewpoint of preferably obtaining a sensitizing effect on the semiconductor layer, the time for immersing the semiconductor film in the dye solution is preferably 3 to 48 hours, and more preferably 4 to 24 hours.

また、浸漬にあたり色素溶液は色素が分解しない限りにおいて、沸騰しない温度にまで加熱して用いてもよい。好ましい温度範囲は10〜50℃、特に好ましくは15〜35℃であるが、前記の通り溶媒が前記温度範囲で沸騰する場合はこの限りでない。   In addition, the dye solution may be heated to a temperature that does not boil as long as the dye is not decomposed. The preferred temperature range is 10 to 50 ° C., particularly preferably 15 to 35 ° C., but this is not the case when the solvent boils in the temperature range as described above.

また、半導体膜を浸漬した色素溶液に超音波照射を行うこともできる。超音波照射は市販の装置を用いることができ、また照射時間としては、好ましくは30分〜4時間であり、更に好ましくは1〜3時間である。   In addition, the dye solution in which the semiconductor film is immersed can be irradiated with ultrasonic waves. A commercially available apparatus can be used for the ultrasonic irradiation, and the irradiation time is preferably 30 minutes to 4 hours, and more preferably 1 to 3 hours.

色素溶液に用いる溶媒は色素を溶解するものであればよく、従来公知の溶媒を用いることができる。また、当該溶媒は常法に従って精製された溶媒、また溶媒の使用に先立って、必要に応じて蒸留及び/または乾燥を行い、より純度の高い溶媒であることが好ましく、例えば、メタノール、エタノール、ブタノール、1種またはそれ以上の疎水性溶媒、非プロトン性溶媒、疎水性、且つ非プロトン性の溶媒またはそれらの混合物が挙げられる。   The solvent used in the dye solution may be any solvent that dissolves the dye, and a conventionally known solvent can be used. In addition, the solvent is preferably a solvent purified in accordance with a conventional method, or prior to use of the solvent, distilled and / or dried as necessary, and a higher purity solvent, for example, methanol, ethanol, Butanol, one or more hydrophobic solvents, aprotic solvents, hydrophobic and aprotic solvents or mixtures thereof.

ここで、疎水性溶媒としては、例えば、塩化メチレン、クロロホルム、四塩化炭素等のハロゲン化脂肪族炭化水素;ヘキサン、シクロヘキサン等の炭化水素;ベンゼン、トルエン、キシレン等の芳香族炭化水素;クロロベンゼン、ジクロロベンゼン等のハロゲン化芳香族炭化水素;酢酸エチル、酢酸ブチル、安息香酸エチル等のエステル類等、並びにそれらの組み合わせた混合溶媒等が挙げられる。   Here, examples of the hydrophobic solvent include halogenated aliphatic hydrocarbons such as methylene chloride, chloroform and carbon tetrachloride; hydrocarbons such as hexane and cyclohexane; aromatic hydrocarbons such as benzene, toluene and xylene; chlorobenzene, And halogenated aromatic hydrocarbons such as dichlorobenzene; esters such as ethyl acetate, butyl acetate, and ethyl benzoate;

非プロトン性溶媒としては、例えば、アセトン、メチルエチルケトン等のケトン類;ジエチルエーテル、ジイソプロピルエーテル、ジメトキシエタン等のエーテル類;アセトニトリル、ジメチルアセトアミド、ヘキサメチルリン酸トリアミド等の窒素化合物類;二硫化炭素、ジメチルスルホキシド等の硫黄化合物類;ヘキサメチルホスホルアミド等のリン化合物類、並びにそれらの組み合わせが挙げられる。   Examples of the aprotic solvent include ketones such as acetone and methyl ethyl ketone; ethers such as diethyl ether, diisopropyl ether and dimethoxyethane; nitrogen compounds such as acetonitrile, dimethylacetamide and hexamethylphosphoric triamide; carbon disulfide; Sulfur compounds such as dimethyl sulfoxide; phosphorus compounds such as hexamethylphosphoramide; and combinations thereof.

好ましく用いられる溶媒はメタノール、エタノール、n−プロパノール、ブタノール等のアルコール系溶媒、アセトン、メチルエチルケトン等のケトン系溶媒、ジエチルエーテル、ジイソプロピルエーテル、テトラヒドロフラン、1,4−ジオキサン等のエーテル系溶媒、塩化メチレン、1,1,2−トリクロロエタン等のハロゲン化炭化水素溶媒であり、特に好ましくはメタノール、エタノール、アセトン、メチルエチルケトン、テトラヒドロフラン、塩化メチレンである。   Solvents preferably used include alcohol solvents such as methanol, ethanol, n-propanol and butanol, ketone solvents such as acetone and methyl ethyl ketone, ether solvents such as diethyl ether, diisopropyl ether, tetrahydrofuran and 1,4-dioxane, methylene chloride. 1,1,2-trichloroethane and the like, particularly preferably methanol, ethanol, acetone, methyl ethyl ketone, tetrahydrofuran and methylene chloride.

色素溶液中の色素の濃度は使用する色素、溶媒の種類、色素吸着工程により適宜調整することができ、例えば、1×10−5モル/L以上、好ましくは5×10−5〜1×10−2モル/L程度が挙げられる。   The density | concentration of the pigment | dye in a pigment | dye solution can be suitably adjusted with the pigment | dye to be used, the kind of solvent, and a pigment | dye adsorption process, for example, 1x10-5 mol / L or more, Preferably it is 5x10-5-1x10. -2 mol / L.

なお、色素の吸着量が少ないと増感効果が不十分になり、逆に吸着量が多いと酸化物半導体に吸着していない色素が浮遊して、これが増感効果を減じ、光電変換効率の低下をもたらす原因となるので好ましくない。上記のことから、未吸着の色素を洗浄により速やかに除去するのが好ましい。   Note that if the adsorption amount of the dye is small, the sensitization effect becomes insufficient. Conversely, if the adsorption amount is large, the dye that is not adsorbed on the oxide semiconductor floats, which reduces the sensitization effect and reduces the photoelectric conversion efficiency. This is not preferable because it causes a decrease. From the above, it is preferable to quickly remove the unadsorbed dye by washing.

洗浄溶剤としては色素の溶解性が比較的低く、且つ比較的乾燥しやすい、アセトン等の溶剤が好ましい。また、洗浄は加熱状態で行うのが好ましい。また、洗浄により余分な色素を除去した後、色素の吸着状態をより安定にするために、酸化物半導体微粒子の表面を有機塩基性化合物で処理して、未反応色素の除去を促進させてもよい。有機塩基性化合物としては、ピリジン、キノリン等の誘導体が挙げられる。これら化合物が液体の場合にはそのまま用いてもよいが、固体の場合には溶剤、好ましくは色素溶液と同一の溶剤に溶解して用いてもよい。   As the cleaning solvent, a solvent such as acetone, which has a relatively low solubility of the dye and is relatively easy to dry, is preferable. Moreover, it is preferable to perform washing in a heated state. In addition, after removing excess dye by washing, the surface of the oxide semiconductor fine particles may be treated with an organic basic compound to promote removal of unreacted dye in order to make the adsorption state of the dye more stable. Good. Examples of the organic basic compound include derivatives such as pyridine and quinoline. When these compounds are liquid, they may be used as they are, but when they are solid, they may be dissolved in a solvent, preferably the same solvent as the dye solution.

色素を2種以上用いる場合は、混合する色素の比率は特に限定はなく、それぞれの色素より最適化し選択されるが、一般的に等モルずつの混合から、1つの色素につき10%モル程度以上使用するのが好ましい。   When two or more kinds of dyes are used, the ratio of the dyes to be mixed is not particularly limited, and is selected and optimized based on the respective dyes. Generally, from about equimolar mixing, about 10% mol or more per dye. It is preferred to use.

色素を2種以上併用する場合の具体的方法としては、混合溶解して吸着させても、色素を半導体層に順次吸着させてもよい。併用する色素を混合し溶解した溶液を用いて酸化物半導体層に色素を吸着する場合、溶液中の色素合計の濃度は1種類のみ担持する場合と同様でよい。色素を混合して使用する場合の溶媒としては前記したような溶媒が使用可能である。併用する色素それぞれについて溶液を調製し半導体層に吸着させる場合も、溶媒としては前記したような溶媒が使用可能であり、使用する各色素用の溶媒は同一でも異なっていてもよい。   As a specific method when two or more dyes are used in combination, they may be mixed and dissolved to be adsorbed, or the dyes may be adsorbed to the semiconductor layer sequentially. When the dye is adsorbed to the oxide semiconductor layer using a solution in which the dye to be used in combination is mixed and dissolved, the total concentration of the dye in the solution may be the same as when only one kind is supported. As a solvent in the case of using a mixture of dyes, the above-mentioned solvents can be used. Even when a solution is prepared for each dye to be used in combination and adsorbed to the semiconductor layer, the solvent described above can be used as the solvent, and the solvent for each dye to be used may be the same or different.

各色素について別々の溶液を調製し、各溶液に順に浸漬して作製する場合は、半導体層に色素を吸着させる順序がどのようであっても本発明の効果を得ることができる。また、各色素を単独で吸着させた半導体微粒子を混合することで作製してもよい。   In the case where a separate solution is prepared for each dye and is prepared by immersing in each solution in order, the effect of the present invention can be obtained regardless of the order in which the dye is adsorbed on the semiconductor layer. Moreover, you may produce by mixing the semiconductor fine particle which adsorb | sucked each pigment | dye independently.

酸化物半導体微粒子の薄膜に色素を担持する際、色素同士の会合を防ぐために包摂化合物の共存下、色素を担持することが効果的である。ここで包摂化合物としてはコール酸等のステロイド系化合物、クラウンエーテル、シクロデキストリン、カリックスアレン、ポリエチレンオキサイド等が挙げられるが、好ましいものとしてはデオキシコール酸、デヒドロデオキシコール酸、ケノデオキシコール酸、コール酸メチルエステル、コール酸ナトリウム等のコール酸類、ポリエチレンオキサイド等が挙げられる。   When the dye is supported on the thin film of oxide semiconductor fine particles, it is effective to support the dye in the coexistence of the inclusion compound in order to prevent association between the dyes. Examples of inclusion compounds include steroidal compounds such as cholic acid, crown ether, cyclodextrin, calixarene, polyethylene oxide, and the like. Deoxycholic acid, dehydrodeoxycholic acid, chenodeoxycholic acid, methyl cholate are preferable. Examples include esters, cholic acids such as sodium cholate, polyethylene oxide, and the like.

また、色素を担持させた後、4−t−ブチルピリジン等のアミン化合物で半導体層表面を処理してもよい。処理の方法は、例えば、アミンのエタノール溶液に色素を担持した半導体微粒子薄膜の設けられた基板を浸す方法等が採られる。   Further, after the dye is supported, the surface of the semiconductor layer may be treated with an amine compound such as 4-t-butylpyridine. The treatment method may be, for example, a method of immersing a substrate provided with a semiconductor fine particle thin film carrying a dye in an ethanol solution of amine.

〔電荷移動層〕
電荷移動層は色素の酸化体に電子を補充する機能を有する電荷輸送材料を含有する層である。本発明で用いることのできる代表的な電荷輸送材料の例としては、酸化還元対イオンが溶解した溶剤や酸化還元対イオンを含有する常温溶融塩等の電解液、酸化還元対イオンの溶液をポリマーマトリクスや低分子ゲル化剤等に含浸したゲル状の擬固体化電解質、更には高分子固体電解質等が挙げられる。
(Charge transfer layer)
The charge transfer layer is a layer containing a charge transport material having a function of replenishing electrons to the oxidant of the dye. Examples of typical charge transport materials that can be used in the present invention include a solvent in which a redox counter ion is dissolved, an electrolytic solution such as a room temperature molten salt containing the redox counter ion, and a solution of the redox counter ion as a polymer. Examples thereof include a gel-like quasi-solidified electrolyte impregnated with a matrix, a low-molecular gelling agent, and the like, and a polymer solid electrolyte.

また、イオンが関わる電荷輸送材料の他に、固体中のキャリア移動が電気伝導に関わる材料として、電子輸送材料や正孔(ホール)輸送材料を挙げることもでき、これらは併用してすることも可能である。   In addition to charge transport materials that involve ions, electron transport materials and hole transport materials can also be used as materials whose carrier transport in solids is involved in electrical conduction, and these can be used in combination. Is possible.

電荷移動層に電解液を使用する場合、含有する酸化還元対イオンとしては、一般に公知の太陽電池等において使用することができるものであれば特に限定されない。   When using an electrolytic solution for the charge transfer layer, the redox counter ion to be contained is not particularly limited as long as it can be used in a generally known solar cell or the like.

具体的には、I−/I3−系、Br2−/Br3−系等の酸化還元対イオンを含有させたもの、フェロシアン酸塩/フェリシアン酸塩やフェロセン/フェリシニウムイオン、コバルト錯体等の金属錯体等の金属酸化還元系、アルキルチオール−アルキルジスルフィド、ビオロゲン色素、ハイドロキノン/キノン等の有機酸化還元系、ポリ硫化ナトリウム、アルキルチオール/アルキルジスルフィド等の硫黄化合物等を挙げることができる。   Specifically, those containing an oxidation-reduction counter ion such as I- / I3-type, Br2- / Br3-type, ferrocyanate / ferricyanate, ferrocene / ferricinium ion, cobalt complex, etc. Examples thereof include metal redox systems such as metal complexes, organic redox systems such as alkylthiol-alkyldisulfides, viologen dyes, hydroquinones / quinones, and sulfur compounds such as sodium polysulfide and alkylthiols / alkyldisulfides.

ヨウ素系として更に具体的には、ヨウ素とLiI、NaI、KI、CsI、CaI2等の金属ヨウ化物との組み合わせ、テトラアルキルアンモニウムヨーダイド、ピリジニウムヨーダイド、イミダゾリウムヨーダイド等の4級アンモニウム化合物や、4級イミダゾリウム化合物のヨウ素塩等との組み合わせ等が挙げられる。   More specifically, the iodine system includes a combination of iodine and a metal iodide such as LiI, NaI, KI, CsI, and CaI2, quaternary ammonium compounds such as tetraalkylammonium iodide, pyridinium iodide, imidazolium iodide, The combination with the iodine salt of a quaternary imidazolium compound, etc. are mentioned.

臭素系として更に具体的には、臭素とLiBr、NaBr、KBr、CsBr、CaBr2等の金属臭化物との組み合わせ、テトラアルキルアンモニウムブロマイド、ピリジニウムブロマイド等4級アンモニウム化合物の臭素塩等との組み合わせ等が挙げられる。   More specifically, examples of bromine include combinations of bromine with metal bromides such as LiBr, NaBr, KBr, CsBr, and CaBr2, and combinations with bromine salts of quaternary ammonium compounds such as tetraalkylammonium bromide and pyridinium bromide. It is done.

溶剤としては電気化学的に不活性で、粘度が低くイオン易動度を向上したり、もしくは誘電率が高く有効キャリア濃度を向上したりして、優れたイオン伝導性を発現できる化合物であることが望ましい。   As a solvent, it is an electrochemically inert compound that has low viscosity and improved ion mobility, or has a high dielectric constant and improved effective carrier concentration, and can exhibit excellent ionic conductivity. Is desirable.

具体的にはジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート等のカーボネート化合物、3−メチル−2−オキサゾリジノン等の複素環化合物、ジオキサン、ジエチルエーテル等のエーテル化合物、エチレングリコールジアルキルエーテル、プロピレングリコールジアルキルエーテル、ポリエチレングリコールジアルキルエーテル、ポリプロピレングリコールジアルキルエーテル等の鎖状エーテル類、メタノール、エタノール、エチレングリコールモノアルキルエーテル、プロピレングリコールモノアルキルエーテル、ポリエチレングリコールモノアルキルエーテル、ポリプロピレングリコールモノアルキルエーテル等のアルコール類、エチレングリコール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、ポリエチレングリコール、プロピレングリコール、ポリプロピレングリコール、グリセリン等の多価アルコール類、アセトニトリル、グルタロジニトリル、プロピオニトリル、メトキシプロピオニトリル、メトキシアセトニトリル、ベンゾニトリル等のニトリル化合物、更にテトラヒドロフラン、ジメチルスルホキシド、スルホラン等非プロトン極性物質等を用いることができる。   Specifically, carbonate compounds such as dimethyl carbonate, diethyl carbonate, ethylene carbonate, propylene carbonate, heterocyclic compounds such as 3-methyl-2-oxazolidinone, ether compounds such as dioxane, diethyl ether, ethylene glycol dialkyl ether, propylene glycol dialkyl Ethers, chain ethers such as polyethylene glycol dialkyl ether, polypropylene glycol dialkyl ether, alcohols such as methanol, ethanol, ethylene glycol monoalkyl ether, propylene glycol monoalkyl ether, polyethylene glycol monoalkyl ether, polypropylene glycol monoalkyl ether, Ethylene glycol, diethylene glycol, triethylene Polyhydric alcohols such as glycol, polyethylene glycol, propylene glycol, polypropylene glycol, glycerin, nitrile compounds such as acetonitrile, glutaronitrile, propionitrile, methoxypropionitrile, methoxyacetonitrile, benzonitrile, tetrahydrofuran, dimethyl sulfoxide, An aprotic polar substance such as sulfolane can be used.

好ましい電解質濃度は0.1〜15Mであり、更に好ましくは0.2〜10Mである。また、ヨウ素系を使用する場合の好ましいヨウ素の添加濃度は0.01〜0.5Mである。   A preferable electrolyte concentration is 0.1 to 15M, and more preferably 0.2 to 10M. Moreover, the preferable addition density | concentration of an iodine when using an iodine type is 0.01-0.5M.

溶融塩電解質は光電変換効率と耐久性の両立という観点から好ましい。溶融塩電解質としては、例えば、国際公開第95/18456号パンフレット、特開平8−259543号、特開2001−357896号の各公報、電気化学、第65巻、11号、923頁(1997年)等に記載されているピリジニウム塩、イミダゾリウム塩、トリアゾリウム塩等の既知のヨウ素塩を含む電解質を挙げることができる。これらの溶融塩電解質は常温で溶融状態であるものが好ましく、溶媒を用いない方が好ましい。   The molten salt electrolyte is preferable from the viewpoint of achieving both photoelectric conversion efficiency and durability. Examples of the molten salt electrolyte include International Publication No. 95/18456, JP-A-8-259543, JP-A-2001-357896, Electrochemistry, Vol. 65, No. 11, page 923 (1997). And electrolytes containing known iodine salts such as pyridinium salts, imidazolium salts, and triazolium salts described in the above. These molten salt electrolytes are preferably in a molten state at room temperature, and it is preferable not to use a solvent.

オリゴマ−及びポリマー等のマトリクスに電解質あるいは電解質溶液を含有させたものや、ポリマー添加、低分子ゲル化剤やオイルゲル化剤添加、多官能モノマー類を含む重合、ポリマーの架橋反応等の手法によりゲル化(擬固体化)させて使用することもできる。   Gels obtained by adding an electrolyte or electrolyte solution to an oligomer or polymer matrix, adding polymers, adding low-molecular gelling agents or oil gelling agents, polymerization containing polyfunctional monomers, polymer cross-linking reactions, etc. (Pseudo-solidification) can also be used.

ポリマー添加によりゲル化させる場合は、特にポリアクリロニトリル、ポリフッ化ビニリデンを好ましく使用することができる。オイルゲル化剤添加によりゲル化させる場合は、好ましい化合物は分子構造中にアミド構造を有する化合物である。   In the case of gelation by adding a polymer, polyacrylonitrile and polyvinylidene fluoride can be preferably used. In the case of gelation by adding an oil gelling agent, a preferred compound is a compound having an amide structure in the molecular structure.

また、ポリマーの架橋反応により電解質をゲル化させる場合、架橋可能な反応性基を含有するポリマー及び架橋剤を併用することが望ましい。この場合、好ましい架橋可能な反応性基は含窒素複素環(例えば、ピリジン環、イミダゾール環、チアゾール環、オキサゾール環、トリアゾール環、モルホリン環、ピペリジン環、ピペラジン環等)であり、好ましい架橋剤は窒素原子に対して求電子反応可能な2官能以上の試薬(例えば、ハロゲン化アルキル、ハロゲン化アラルキル、スルホン酸エステル、酸無水物、酸クロライド、イソシアネート等)である。電解質の濃度は通常0.01〜99質量%で、好ましくは0.1〜90質量%程度である。   When the electrolyte is gelled by a polymer crosslinking reaction, it is desirable to use a polymer containing a crosslinkable reactive group and a crosslinking agent in combination. In this case, a preferable crosslinkable reactive group is a nitrogen-containing heterocyclic ring (for example, a pyridine ring, an imidazole ring, a thiazole ring, an oxazole ring, a triazole ring, a morpholine ring, a piperidine ring, a piperazine ring, etc.), and a preferable crosslinking agent is Bifunctional or higher reagent capable of electrophilic reaction with nitrogen atom (for example, alkyl halide, halogenated aralkyl, sulfonic acid ester, acid anhydride, acid chloride, isocyanate, etc.). The concentration of the electrolyte is usually 0.01 to 99% by mass, preferably about 0.1 to 90% by mass.

また、ゲル状電解質としては、電解質と金属酸化物粒子及び/または導電性粒子とを含む電解質組成物を用いることもできる。金属酸化物粒子としては、TiO2、SnO2、WO3、ZnO、ITO、BaTiO3、Nb2O5、In2O3、ZrO2、Ta2O5、La2O3、SrTiO3、Y2O3、Ho2O3、Bi2O3、CeO2、Al2O3からなる群から選択される1種または2種以上の混合物が挙げられる。これらは不純物がドープされたものや複合酸化物等であってもよい。導電性粒子としては、カーボンを主体とする物質からなるものが挙げられる。   Further, as the gel electrolyte, an electrolyte composition containing an electrolyte and metal oxide particles and / or conductive particles can also be used. The metal oxide particles are selected from the group consisting of TiO2, SnO2, WO3, ZnO, ITO, BaTiO3, Nb2O5, In2O3, ZrO2, Ta2O5, La2O3, SrTiO3, Y2O3, Ho2O3, Bi2O3, CeO2, and Al2O3. The mixture of 2 or more types is mentioned. These may be doped with impurities or complex oxides. Examples of the conductive particles include those made of a substance mainly composed of carbon.

次に、高分子電解質としては、酸化還元種を溶解あるいは酸化還元種を構成する少なくとも1つの物質と結合することができる固体状の物質であり、例えば、ポリエチレンオキシド、ポリプロピレンオキシド、ポリエチレンサクシネート、ポリ−β−プロピオラクトン、ポリエチレンイミン、ポリアルキレンスルフィド等の高分子化合物またはそれらの架橋体、ポリホスファゼン、ポリシロキサン、ポリビニルアルコール、ポリアクリル酸、ポリアルキレンオキサイド等の高分子官能基に、ポリエーテルセグメントまたはオリゴアルキレンオキサイド構造を側鎖として付加したもの、またはそれらの共重合体等が挙げられ、その中でも特にオリゴアルキレンオキサイド構造を側鎖として有するものやポリエーテルセグメントを側鎖として有するものが好ましい。   Next, the polyelectrolyte is a solid substance capable of dissolving the redox species or binding with at least one substance constituting the redox species, for example, polyethylene oxide, polypropylene oxide, polyethylene succinate, A polymer compound such as poly-β-propiolactone, polyethyleneimine, polyalkylene sulfide, or a cross-linked product thereof, polyphosphazene, polysiloxane, polyvinyl alcohol, polyacrylic acid, polyalkylene oxide, Examples include those obtained by adding an ether segment or oligoalkylene oxide structure as a side chain, or a copolymer thereof. Among them, those having an oligoalkylene oxide structure as a side chain or having a polyether segment as a side chain. It is preferred.

前記の固体中に酸化還元種を含有させるには、例えば、高分子化合物となるモノマーと酸化還元種との共存下で重合する方法、高分子化合物等の固体を必要に応じて溶媒に溶解し、次いで、前記の酸化還元種を加える方法等を用いることができる。酸化還元種の含有量は、必要とするイオン伝導性能に応じて適宜選定することができる。   In order to contain the redox species in the solid, for example, a method of polymerizing in the coexistence of a monomer that becomes a polymer compound and a redox species, a solid such as a polymer compound is dissolved in a solvent as necessary. Then, the above-mentioned method of adding the redox species can be used. The content of the redox species can be appropriately selected according to the required ion conduction performance.

本発明では、溶融塩等のイオン伝導性電解質の代わりに、有機または無機あるいはこの両者を組み合わせた固体の正孔輸送材料を使用することができる。   In the present invention, instead of an ion conductive electrolyte such as a molten salt, a solid hole transport material that is organic or inorganic or a combination of both can be used.

有機正孔輸送材料としては、芳香族アミン類やトリフェニレン誘導体類、更にポリアセチレン及びその誘導体、ポリ(p−フェニレン)及びその誘導体、ポリ(p−フェニレンビニレン)及びその誘導体、ポリチエニレンビニレン及びその誘導体、ポリチオフェン及びその誘導体、ポリアニリン及びその誘導体、ポリトルイジン及びその誘導体等の導電性高分子を好ましく用いることができる。   Organic hole transport materials include aromatic amines and triphenylene derivatives, polyacetylene and its derivatives, poly (p-phenylene) and its derivatives, poly (p-phenylene vinylene) and its derivatives, polythienylene vinylene and its Conductive polymers such as derivatives, polythiophene and derivatives thereof, polyaniline and derivatives thereof, polytoluidine and derivatives thereof can be preferably used.

正孔(ホール)輸送材料には、ドーパントレベルをコントロールするためにトリス(4−ブロモフェニル)アミニウムヘキサクロロアンチモネートのようなカチオンラジカルを含有する化合物を添加したり、酸化物半導体表面のポテンシャル制御(空間電荷層の補償)を行うためにLi[(CF3SO2)2N]のような塩を添加しても構わない。   In order to control the dopant level, the hole transport material may be added with a compound containing a cation radical such as tris (4-bromophenyl) aminium hexachloroantimonate, or the potential of the oxide semiconductor surface may be controlled. In order to perform (space charge layer compensation), a salt such as Li [(CF3SO2) 2N] may be added.

無機正孔輸送材料としては、p型無機化合物半導体を用いることができる。この目的のp型無機化合物半導体は、バンドギャップが2eV以上であることが好ましく、更に2.5eV以上であることが好ましい。   A p-type inorganic compound semiconductor can be used as the inorganic hole transport material. The p-type inorganic compound semiconductor for this purpose preferably has a band gap of 2 eV or more, and more preferably 2.5 eV or more.

また、p型無機化合物半導体のイオン化ポテンシャルは色素の正孔を還元できる条件から、色素吸着電極のイオン化ポテンシャルより小さいことが必要である。使用する色素によってp型無機化合物半導体のイオン化ポテンシャルの好ましい範囲は異なってくるが、一般に4.5〜5.5eVであることが好ましく、更に4.7〜5.3eVであることが好ましい。   Also, the ionization potential of the p-type inorganic compound semiconductor needs to be smaller than the ionization potential of the dye-adsorbing electrode from the condition that the holes of the dye can be reduced. Although the preferable range of the ionization potential of the p-type inorganic compound semiconductor varies depending on the dye used, it is generally preferably 4.5 to 5.5 eV, and more preferably 4.7 to 5.3 eV.

好ましいp型無機化合物半導体は一価の銅を含む化合物半導体であり、CuI及びCuSCNが好ましく、CuIが最も好ましい。p型無機化合物半導体を含有する電荷移動層の好ましいホール移動度は10−4〜104m2/V・secであり、更に好ましくは10−3〜103cm2/V・secである。また、電荷輸送層の好ましい導電率は10−8〜102S/cmであり、更に好ましくは10−6〜10S/cmである。   A preferred p-type inorganic compound semiconductor is a compound semiconductor containing monovalent copper, preferably CuI and CuSCN, and most preferably CuI. The preferred hole mobility of the charge transfer layer containing the p-type inorganic compound semiconductor is 10 −4 to 104 m 2 / V · sec, more preferably 10 −3 to 103 cm 2 / V · sec. The preferred conductivity of the charge transport layer is 10-8 to 102 S / cm, more preferably 10-6 to 10 S / cm.

本発明において、電荷移動層を半導体電極と対向電極との間に形成する方法としては、特に限定されるものではないが、例えば、半導体電極と対向電極とを対向配置してから両電極間に前述した電解液や各種電解質を充填して電荷移動層とする方法、半導体電極または対向電極の上に電解質や各種電解質を滴下あるいは塗布等することにより電荷移動層を形成した後、電荷移動層の上に他方の電極を重ね合わせる方法等を用いることができる。   In the present invention, the method for forming the charge transfer layer between the semiconductor electrode and the counter electrode is not particularly limited. For example, after the semiconductor electrode and the counter electrode are arranged to face each other, between the both electrodes The charge transfer layer is formed by filling the electrolyte solution or various electrolytes described above to form a charge transfer layer, or by dropping or coating the electrolyte or various electrolytes on the semiconductor electrode or the counter electrode. A method of overlaying the other electrode on the top can be used.

また、半導体電極と対向電極との間から電解質が漏れ出さないようにするため、必要に応じて半導体電極と対向電極との隙間にフィルムや樹脂を用いて封止したり、半導体電極と電荷移動層と対向電極を適当なケースに収納したりすることも好ましい。   Also, in order to prevent electrolyte from leaking between the semiconductor electrode and the counter electrode, the gap between the semiconductor electrode and the counter electrode is sealed with a film or resin as necessary, or the semiconductor electrode and the charge transfer It is also preferable to store the layer and the counter electrode in a suitable case.

前者の形成方法の場合、電荷移動層の充填方法として、浸漬等による毛管現象を利用する常圧プロセス、または常圧より低い圧力にして間隙の気相を液相に置換する真空プロセスを利用できる。   In the case of the former forming method, as a method for filling the charge transfer layer, a normal pressure process using capillary action by dipping or the like, or a vacuum process in which the gas phase in the gap is replaced with a liquid phase at a pressure lower than normal pressure can be used. .

後者の形成方法の場合、塗布方法としてはマイクログラビアコーティング、ディップコーティング、スクリーンコーティング、スピンコーティング等を用いることができる。湿式の電荷移動層においては未乾燥のまま対極を付与し、エッジ部の液漏洩防止措置を施すことになる。また、ゲル電解質の場合には湿式で塗布して重合等の方法により固体化する方法があり、その場合には乾燥、固定化した後に対極を付与することもできる。   In the latter forming method, microgravure coating, dip coating, screen coating, spin coating or the like can be used as a coating method. In the wet charge transfer layer, the counter electrode is provided in an undried state and measures for preventing liquid leakage at the edge portion are taken. In the case of a gel electrolyte, there is a method in which it is applied in a wet manner and solidified by a method such as polymerization. In that case, a counter electrode can be applied after drying and fixing.

固体電解質や固体の正孔(ホール)輸送材料の場合には、真空蒸着法やCVD法等のドライ成膜処理で電荷移動層を形成し、その後対向電極を付与することもできる。具体的には、真空蒸着法、キャスト法、塗布法、スピンコート法、浸漬法、電解重合法、光電解重合法等の手法により電極内部に導入することができ、必要に応じて基材を任意の温度に加熱して溶媒を蒸発させる等により形成する。   In the case of a solid electrolyte or a solid hole transport material, a charge transfer layer can be formed by a dry film forming process such as a vacuum deposition method or a CVD method, and then a counter electrode can be provided. Specifically, it can be introduced into the electrode by techniques such as vacuum deposition, casting, coating, spin coating, dipping, electropolymerization, and photoelectropolymerization. It is formed by evaporating the solvent by heating to an arbitrary temperature.

電荷移動層の厚さは10μm以下、より好ましくは5μm以下、更に1μm以下であることが好ましい。また、電荷移動層の導電率は1×10−10S/cm以上であることが好ましく、1×10−5S/cm以上であることが更に好ましい。   The thickness of the charge transfer layer is preferably 10 μm or less, more preferably 5 μm or less, and further preferably 1 μm or less. The conductivity of the charge transfer layer is preferably 1 × 10 −10 S / cm or more, and more preferably 1 × 10 −5 S / cm or more.

〔対向電極〕
本発明で使用できる対向電極は、前述した導電性基材と同様にそれ自体が導電性を有する基材の単層構造、またはその表面に対極導電層を有する基材を利用することができる。後者の場合、対極導電層に用いる導電性材料、基材、更にその製造方法としては、前述した導電性基材の場合と同様で、公知の種々の材料及び方法を適用することができる。
[Counter electrode]
As the counter electrode that can be used in the present invention, a single-layer structure of a base material having conductivity as in the case of the conductive base material described above, or a base material having a counter electrode conductive layer on the surface thereof can be used. In the latter case, the conductive material and the base material used for the counter electrode conductive layer, and the manufacturing method thereof are the same as those of the conductive base material described above, and various known materials and methods can be applied.

その中でも、I3−イオン等の酸化や他のレドックスイオンの還元反応を十分な速さで行わせる触媒能を持ったものを使用することが好ましく、具体的には白金電極、導電材料表面に白金メッキや白金蒸着を施したもの、ロジウム金属、ルテニウム金属、酸化ルテニウム、カーボン等が挙げられる。   Among them, it is preferable to use one having a catalytic ability that allows oxidation of I3- ions or other redox ions to be performed at a sufficiently high rate. Specifically, the surface of the platinum electrode or conductive material is white. Examples thereof include those plated with gold or platinum, rhodium metal, ruthenium metal, ruthenium oxide, and carbon.

また、前述と同様にコスト面や可撓性を考慮するとプラスチックシートを基材として使用し、導電性材料としてポリマー系材料を塗布して使用することも好ましい態様の1つである。   In addition, considering cost and flexibility as described above, using a plastic sheet as a base material and applying a polymer material as a conductive material is also one of preferred embodiments.

対極導電層の厚さは特に制限されないが、3nm〜10μmが好ましい。対極導電層が金属である場合は、その厚さは好ましくは5μm以下であり、更に好ましくは10nm〜3μmの範囲である。対向電極の表面抵抗は低い程よく、具体的には表面抵抗の範囲としては50Ω/□以下であることが好ましく、20Ω/□以下であることがより好ましく、10Ω/□以下であることが更に好ましい。   The thickness of the counter electrode conductive layer is not particularly limited, but is preferably 3 nm to 10 μm. When the counter electrode conductive layer is a metal, the thickness is preferably 5 μm or less, and more preferably in the range of 10 nm to 3 μm. The surface resistance of the counter electrode is preferably as low as possible. Specifically, the range of the surface resistance is preferably 50Ω / □ or less, more preferably 20Ω / □ or less, still more preferably 10Ω / □ or less. .

前述した導電性基材と対向電極のいずれか一方または両方から光を受光してよいので、導電性基材と対向電極の少なくとも一方が実質的に透明であればよい。発電効率の向上の観点からは、導電性基材を透明にして光を導電性基材側から入射させるのが好ましい。この場合、対向電極は光を反射する性質を有するのが好ましい。このような対向電極としては、金属または導電性の酸化物を蒸着したガラスもしくはプラスチック、または金属薄膜を使用できる。   Since light may be received from one or both of the conductive base material and the counter electrode described above, it is sufficient that at least one of the conductive base material and the counter electrode is substantially transparent. From the viewpoint of improving the power generation efficiency, it is preferable to make the conductive base material transparent so that light is incident from the conductive base material side. In this case, the counter electrode preferably has a property of reflecting light. As such a counter electrode, glass or plastic deposited with a metal or a conductive oxide, or a metal thin film can be used.

対向電極は、前述した電荷移動層上に直接導電性材料を塗布、メッキまたは蒸着(PVD、CVD)するか、対極導電層を有する基材の導電層側または導電性基材単層を貼り付ければよい。また、導電性基材の場合と同様に特に対向電極が透明の場合には、金属配線層を併用することも好ましい態様の1つである。   The counter electrode can be applied by directly applying, plating or vapor-depositing (PVD, CVD) a conductive material on the above-described charge transfer layer, or by adhering the conductive layer side of a substrate having a counter electrode conductive layer or a conductive substrate single layer. That's fine. In addition, as in the case of the conductive base material, it is also a preferable aspect to use a metal wiring layer in combination when the counter electrode is transparent.

対極としては導電性を持っており、レドックス電解質の還元反応を触媒的に作用するものが好ましい。例えば、ガラス、もしくは高分子フィルムに白金、カーボン、ロジウム、ルテニウム等を蒸着したり、導電性微粒子を塗り付けたものが用い得る。   The counter electrode is preferably conductive and has a catalytic action on the reduction reaction of the redox electrolyte. For example, glass, a polymer film deposited with platinum, carbon, rhodium, ruthenium or the like, or coated with conductive fine particles can be used.

以下、実施例を挙げて本発明を具体的に説明するが、本発明の実施態様はこれらに限定されるものではない。   EXAMPLES Hereinafter, although an Example is given and this invention is demonstrated concretely, the embodiment of this invention is not limited to these.

実施例1
〔色素増感型太陽電池封止セルSC−01の作製〕
《多孔質半導体膜層の作製》
多孔質半導体膜層は、半導体微粒子を含有するペーストを導電性基材上に塗布し、乾燥させた後、化学析出法によりマイクロ波吸収層を形成した。以下、それぞれの準備した。
Example 1
[Preparation of dye-sensitized solar cell sealing cell SC-01]
<< Preparation of porous semiconductor film layer >>
As the porous semiconductor film layer, a paste containing semiconductor fine particles was applied on a conductive substrate and dried, and then a microwave absorption layer was formed by a chemical precipitation method. Each prepared below.

(半導体微粒子分散ペースト1の作製)
ペースト処方
気相法チタニア(デグサ製P25、一次粒径21nm、BET値50m2/g)
12質量%
酸化チタンゾル(昭和電工製NTB−1) 3質量%
活性剤(花王製、エマルゲン120) 1質量%
エタノール 63質量%
純水 21質量%
上記の処方からエタノールを2倍量入れた分散液を調製し、SMT製超音波分散機UH−300を用いて30分間連続分散した後、寿工業製ウルトラアペックスミル/50μm径ジルコニアビーズを用いて10m/sec回転速度で粉砕分散処理を3時間行い、続いてロータリーエバポレーターを用いて気相法チタニアが12質量%になるまで濃縮し、半導体微粒子分散ペーストを作製した。
(Preparation of semiconductor fine particle dispersion paste 1)
Paste formulation Gas phase method Titania (Degussa P25, primary particle size 21nm, BET value 50m2 / g)
12% by mass
Titanium oxide sol (NTB-1 from Showa Denko) 3% by mass
Activator (Kao, Emulgen 120) 1% by mass
Ethanol 63 mass%
21% by mass of pure water
After preparing a dispersion containing twice the amount of ethanol from the above formulation and continuously dispersing for 30 minutes using an ultrasonic disperser UH-300 made by SMT, using Ultra Apex Mill / 50 μm diameter zirconia beads made by Kotobuki Industries The pulverization and dispersion treatment was performed at a rotation speed of 10 m / sec for 3 hours, and then concentrated using a rotary evaporator until the gas phase titania was 12 mass% to prepare a semiconductor fine particle dispersion paste.

その後、ペクセル製導電性フィルム基板(PECF−IP ITO−PEN)上にスクリーン印刷法にて塗布し、80℃で乾燥を行い多孔質半導体膜層を形成した。   Then, it apply | coated by the screen printing method on the conductive film board | substrate (PECF-IP ITO-PEN) made from Peccell, and it dried at 80 degreeC, and formed the porous semiconductor film layer.

〈マイクロ波吸収層の形成〉
塩化マンガン(II)4水和物0.01mol/L、臭素酸ナトリウム0.005mol/Lに調製した水溶液中に、前記多孔質半導体膜層を形成したフィルム基板を含浸させ、60℃で2時間保持した。TEM観察、XRD分析及びICP分析により、多孔質半導体膜層表面に5nmの二酸化マンガン層がコア層に対して49体積%析出していることが確認された。
<Formation of microwave absorption layer>
The film substrate on which the porous semiconductor film layer was formed was impregnated in an aqueous solution prepared to 0.01 mol / L of manganese (II) chloride tetrahydrate and 0.005 mol / L of sodium bromate, and the mixture was impregnated at 60 ° C. for 2 hours. Retained. It was confirmed by TEM observation, XRD analysis, and ICP analysis that 49% by volume of a 5 nm manganese dioxide layer was deposited on the surface of the porous semiconductor film layer with respect to the core layer.

〈マイクロ波照射〉
前記多孔質n型半導体電極に対して放熱板としてアルミ板その上に局所加熱を避けるため、低損失体としてアルミナ板を順次積層し、マイクロ波照射装置(四国計測製 μreactor)を用いてアルミナ板から周波数2.45GHz、出力400Wで30secマイクロ波照射を行った。
<Microwave irradiation>
In order to avoid local heating on the aluminum plate as a heat sink with respect to the porous n-type semiconductor electrode, an alumina plate is sequentially laminated as a low-loss body, and an alumina plate using a microwave irradiation device (μreactor manufactured by Shikoku Measurement) To 30 seconds of microwave irradiation at a frequency of 2.45 GHz and an output of 400 W.

〈シェル層の表面処理〉
照射後に0.1mol/L塩酸溶液中で洗浄後、純水で洗浄、乾燥を行いマイクロ波吸収層を除去した多孔質半導体膜層を作製した。
<Surface treatment of shell layer>
After irradiation, it was washed in a 0.1 mol / L hydrochloric acid solution, washed with pure water, and dried to prepare a porous semiconductor film layer from which the microwave absorption layer was removed.

〔色素増感型太陽電池の作製〕
前記多孔質半導体膜を5mm×5mm(有効面積0.25cm2)になるように周囲を削りとり、次いで色素増感型太陽電池用のルテニウム錯体色素N719の3.0×10−3mol/L、アセトニトリル:t−ブタノール=1:1の溶液に12時間浸漬し、色素吸着後、前記のアセトニトリル:t−ブタノール溶液で過剰な色素を十分に洗い落とし、真空乾燥して色素を吸着させた多孔質半導体膜層を作製した。
(Production of dye-sensitized solar cell)
The periphery of the porous semiconductor film is scraped to 5 mm × 5 mm (effective area 0.25 cm 2), then 3.0 × 10 −3 mol / L of ruthenium complex dye N719 for dye-sensitized solar cell, acetonitrile : Porous semiconductor film immersed in a solution of t-butanol = 1: 1 for 12 hours, adsorbing the dye, then thoroughly washing away the excess dye with the acetonitrile: t-butanol solution, and vacuum drying to adsorb the dye A layer was made.

Figure 2009252403
Figure 2009252403

対向電極として、ガラス基材上に白金を真空蒸着し電解質を注入するための穴を設けた。前記多孔質半導体膜層と前記対向電極とを6.5mm角の穴を開けた25μm厚のシート状スペーサー兼封止材(SOLARONIX製SX−1170−25)を用いて張り合わせ、対向電極に設けた電解質注入穴から、体積比が1:4であるアセトニトリル溶媒にジメチルプロピルアンモニウムアイオダイド、ヨウ素、t−ブチルピリジン、ヨウ化リチウムとを、それぞれの濃度が0.6mol/L、0.05mol/L、0.05mol/L、0.1mol/Lとなるように溶解したレドックス電解質を入れた電荷移動層を注入し、ホットボンドで穴を塞ぎ、上から前記封止剤を用いてカバーガラスを貼り付け封止した。   As a counter electrode, a hole for vacuum-depositing platinum on a glass substrate and injecting an electrolyte was provided. The porous semiconductor film layer and the counter electrode were bonded to each other using a 25 μm thick sheet-like spacer / sealing material (SX-1170-25 manufactured by SOLARONIX) having a 6.5 mm square hole, and provided on the counter electrode. From the electrolyte injection hole, dimethylpropylammonium iodide, iodine, t-butylpyridine, and lithium iodide are added to an acetonitrile solvent having a volume ratio of 1: 4 at concentrations of 0.6 mol / L and 0.05 mol / L, respectively. Then, a charge transfer layer containing a redox electrolyte dissolved so as to be 0.05 mol / L and 0.1 mol / L is injected, the hole is closed with a hot bond, and a cover glass is pasted from above using the sealant. Sealed.

前記ペクセル製導電性フィルム基板(PECF−IP ITO−PEN)の受光面側に反射防止フィルム(コニカミノルタオプト製ハードコート/反射防止タイプセルロース系フィルム)を張り合わせ、色素増感型太陽電池封止セルSC−01を作製した。   An anti-reflection film (Konica Minolta Op hard coat / anti-reflection type cellulose film) is laminated on the light-receiving surface side of the Peccell conductive film substrate (PECF-IP ITO-PEN), and a dye-sensitized solar cell sealing cell SC-01 was produced.

〔色素増感型太陽電池封止セルSC−02の作製〕
マイクロ波吸収層の形成を下記のように行った以外は、色素増感型太陽電池封止セルSC−01と同様にして色素増感型太陽電池封止セルSC−02を作製した。
[Preparation of dye-sensitized solar cell sealing cell SC-02]
A dye-sensitized solar cell encapsulated cell SC-02 was produced in the same manner as the dye-sensitized solar cell encapsulated cell SC-01 except that the microwave absorbing layer was formed as described below.

〈マイクロ波吸収層の形成〉
塩化マンガン(II)4水和物0.01mol/L、臭素酸ナトリウム0.005mol/Lに調製した水溶液中に、前記多孔質半導体膜層を形成したフィルム基板を含浸させ90℃で10時間保持した。TEM観察及びXRD分析により、多孔質半導体膜層表面に10nmの二酸化マンガン層がコア層に対して220体積%析出していることが確認された。
<Formation of microwave absorption layer>
The film substrate on which the porous semiconductor film layer is formed is impregnated in an aqueous solution prepared with manganese (II) chloride tetrahydrate 0.01 mol / L and sodium bromate 0.005 mol / L and held at 90 ° C. for 10 hours. did. By TEM observation and XRD analysis, it was confirmed that a manganese dioxide layer having a thickness of 10 nm was deposited on the surface of the porous semiconductor film layer by 220% by volume with respect to the core layer.

〔色素増感型太陽電池封止セルSC−03の作製〕
マイクロ波照射を下記のように行った以外は、色素増感型太陽電池封止セルSC−01と同様にして色素増感型太陽電池封止セルSC−03を作製した。
[Preparation of dye-sensitized solar cell sealing cell SC-03]
A dye-sensitized solar cell encapsulated cell SC-03 was produced in the same manner as the dye-sensitized solar cell encapsulated cell SC-01 except that the microwave irradiation was performed as follows.

〈マイクロ波照射〉
前記多孔質n型半導体電極をマイクロ波照射装置(四国計測製 μreactor)を用いて、2.45GHz、200W、30sec照射した。
<Microwave irradiation>
The porous n-type semiconductor electrode was irradiated with 2.45 GHz, 200 W, 30 sec using a microwave irradiation apparatus (μreactor manufactured by Shikoku Measurement).

〔色素増感型太陽電池封止セルSC−04の作製〕
マイクロ波照射を下記のように行った以外は、色素増感型太陽電池封止セルSC−01と同様にして色素増感型太陽電池封止セルSC−04を作製した。
[Preparation of dye-sensitized solar cell sealing cell SC-04]
A dye-sensitized solar cell encapsulated cell SC-04 was produced in the same manner as the dye-sensitized solar cell encapsulated cell SC-01 except that the microwave irradiation was performed as follows.

〈マイクロ波照射〉
前記多孔質n型半導体電極をマイクロ波照射装置(四国計測製 μreactor)を用いて、2.45GHz、100W、30sec照射した。
<Microwave irradiation>
The porous n-type semiconductor electrode was irradiated with 2.45 GHz, 100 W, 30 sec using a microwave irradiation device (μreactor manufactured by Shikoku Measurement).

〔色素増感型太陽電池封止セルSC−05の作製〕
マイクロ波吸収層の形成を下記のように行い、マイクロ波吸収層(シェル層)の表面処理を行わなかった以外は、色素増感型太陽電池封止セルSC−01と同様にして色素増感型太陽電池封止セルSC−05を作製した。
[Preparation of dye-sensitized solar cell sealing cell SC-05]
Dye sensitization was performed in the same manner as dye-sensitized solar cell sealed cell SC-01 except that the microwave absorption layer was formed as described below and the surface treatment of the microwave absorption layer (shell layer) was not performed. Type solar cell encapsulated cell SC-05 was produced.

〈マイクロ波吸収層の形成〉
酢酸セリウム(III)0.01mol/L、塩素酸カリウム0.1mol/Lに調製した水溶液中に、前記多孔質半導体膜層を形成したフィルム基板を含浸させ60℃で2時間保持した。TEM観察及びXRD分析により、多孔質半導体膜層表面に20nmの二酸化セリウムの微粒子がコア層に対して192体積%析出していることが確認された。
<Formation of microwave absorption layer>
The film substrate on which the porous semiconductor film layer was formed was impregnated in an aqueous solution prepared with 0.01 mol / L of cerium (III) acetate and 0.1 mol / L of potassium chlorate, and held at 60 ° C. for 2 hours. TEM observation and XRD analysis confirmed that 192% by volume of 20 nm cerium dioxide fine particles were deposited on the surface of the porous semiconductor film layer with respect to the core layer.

〔色素増感型太陽電池封止セルSC−06の作製〕
色素増感型太陽電池封止セルSC−01の作製において、半導体微粒子分散ペーストとして、気相法チタニア12質量部とチタニアゾル3質量部の代わりに水酸化ニオブ15質量%とシュウ酸2水和物45質量部を混合し水熱処理して作製した酸化ニオブ(50nm)を使用した以外は、同様にして色素増感型太陽電池封止セルSC−06を作製した。
[Preparation of dye-sensitized solar cell sealed cell SC-06]
In the production of the dye-sensitized solar cell sealing cell SC-01, as a semiconductor fine particle dispersion paste, 15 mass% of niobium hydroxide and oxalic acid dihydrate were used instead of 12 parts by mass of gas phase method titania and 3 parts by mass of titania sol. A dye-sensitized solar cell encapsulated cell SC-06 was similarly produced except that niobium oxide (50 nm) produced by mixing 45 parts by mass and hydrothermally treating was used.

〔色素増感型太陽電池封止セルSC−07の作製〕
気相法チタニア(デグサ製P25、一次粒径21nm、BET値50m2/g)に対してビスマスを真空蒸着した後、大気中で焼成して、シェル層として酸化ビスマス層(2.5nm)を形成した。
[Preparation of dye-sensitized solar cell sealing cell SC-07]
After vapor-depositing bismuth on vapor phase titania (Degussa P25, primary particle size 21 nm, BET value 50 m2 / g), firing in the atmosphere to form a bismuth oxide layer (2.5 nm) as a shell layer did.

〔色素増感型太陽電池封止セルSC−08の作製〕
多孔質半導体膜層を下記のように作製した以外は、色素増感型太陽電池封止セルSC−01と同様にして色素増感型太陽電池封止セルSC−08を作製した。
[Preparation of dye-sensitized solar cell sealing cell SC-08]
A dye-sensitized solar cell encapsulated cell SC-08 was produced in the same manner as the dye-sensitized solar cell encapsulated cell SC-01 except that the porous semiconductor film layer was produced as follows.

《多孔質半導体膜層の作製》
多孔質半導体膜層は、大粒子径の半導体微粒子と小粒子径のマイクロ波吸収層を含有するペーストをビーズミル分散させ、半導体微粒子に対してマイクロ波吸収層(51nm)が担持されたコアシェル粒子を作製した。以下、それぞれを準備した。
<< Preparation of porous semiconductor film layer >>
The porous semiconductor film layer is made by bead mill dispersion of a paste containing a semiconductor fine particle having a large particle size and a microwave absorption layer having a small particle size, and core-shell particles carrying the microwave absorption layer (51 nm) on the semiconductor fine particles. Produced. Each was prepared below.

〔半導体微粒子分散ペースト7の作製〕
ペースト処方
酸化チタン(テイカ製TITANIX JA−1 180nm) 13質量%
酸化ビスマス(シーアイ化成製 51nm) 2質量%
活性剤(花王製、エマルゲン120) 1質量%
エタノール 63質量%
純水 21質量%
上記の処方からエタノールを2倍量入れた分散液を調製し、SMT製超音波分散機UH−300を用いて30分間連続分散した後、寿工業製ウルトラアペックスミル/50μm径ジルコニアビーズを用いて10m/sec回転速度で粉砕分散処理を3時間行い、続いてロータリーエバポレーターを用いて酸化チタンが13質量%になるまで濃縮し、半導体微粒子分散ペーストを作製した。
[Preparation of semiconductor fine particle dispersed paste 7]
Paste formulation Titanium oxide (TITANIX JA-1 180 nm, manufactured by Teika) 13% by mass
Bismuth oxide (51 nm manufactured by C.I. Kasei) 2% by mass
Activator (Kao, Emulgen 120) 1% by mass
Ethanol 63 mass%
21% by mass of pure water
After preparing a dispersion containing twice the amount of ethanol from the above formulation and continuously dispersing for 30 minutes using an ultrasonic disperser UH-300 made by SMT, using Ultra Apex Mill / 50 μm diameter zirconia beads made by Kotobuki Industries The pulverization and dispersion treatment was performed at a rotation speed of 10 m / sec for 3 hours, and then the titanium oxide was concentrated to 13% by mass using a rotary evaporator to prepare a semiconductor fine particle dispersion paste.

その後、ペクセル製導電性フィルム基板(PECF−IP ITO−PEN)上にスクリーン印刷法にて塗布し、80℃で乾燥を行い多孔質半導体膜層を形成した。   Then, it apply | coated by the screen printing method on the conductive film board | substrate (PECF-IP ITO-PEN) made from Peccell, and it dried at 80 degreeC, and formed the porous semiconductor film layer.

〔色素増感型太陽電池封止セルSC−09の作製〕
色素増感型太陽電池封止セルSC−01の作製において、マイクロ波吸収層を作製しない以外は同様にして、色素増感型太陽電池封止セルSC−09を作製した。
[Preparation of dye-sensitized solar cell sealing cell SC-09]
In preparing the dye-sensitized solar cell sealing cell SC-01, a dye-sensitized solar cell sealing cell SC-09 was manufactured in the same manner except that the microwave absorption layer was not manufactured.

〔色素増感型太陽電池封止セルSC−10の作製〕
色素増感型太陽電池封止セルSC−04の作製において、マイクロ波吸収層を作製しない以外は同様にして、色素増感型太陽電池封止セルSC−10を作製した。
[Production of Dye-Sensitized Solar Cell Sealed Cell SC-10]
In preparing the dye-sensitized solar cell sealing cell SC-04, a dye-sensitized solar cell sealing cell SC-10 was manufactured in the same manner except that the microwave absorbing layer was not manufactured.

〔色素増感型太陽電池封止セルSC−11の作製〕
色素増感型太陽電池封止セルSC−06の作製において、マイクロ波吸収層を作製しない以外は同様にして、色素増感型太陽電池封止セルSC−11を作製した。
[Production of Dye-Sensitized Solar Cell Sealed Cell SC-11]
Dye-sensitized solar cell encapsulated cell SC-11 was produced in the same manner as in production of dye-sensitized solar cell encapsulated cell SC-06, except that the microwave absorption layer was not produced.

《太陽電池の光電変換特性評価》
上記方法で作製した太陽電池セルについて、ソーラーシミュレーター(日本分光製、低エネルギー分光感度測定装置CEP−25)により、AM1.5フィルタ、100mW/m2の強度の光を照射した時のIV特性を測定し、短絡電流Jsc(mA/cm2)及び開放電圧値Voc(V)を、同じ構成及び作製方法で3つ評価し平均値を表1に示した。また、Jsc、VocとFF(フィルファクター、形状因子)から光電変換効率η(%)を求め同じく表1に示した。
<< Evaluation of photoelectric conversion characteristics of solar cells >>
The solar cell produced by the above method is measured for IV characteristics when irradiated with light of an AM 1.5 filter and an intensity of 100 mW / m 2 by a solar simulator (manufactured by JASCO, low energy spectral sensitivity measuring device CEP-25). Then, three short circuit currents Jsc (mA / cm 2) and open circuit voltage value Voc (V) were evaluated with the same configuration and manufacturing method, and the average values are shown in Table 1. Further, the photoelectric conversion efficiency η (%) was obtained from Jsc, Voc and FF (fill factor, form factor) and is also shown in Table 1.

Figure 2009252403
Figure 2009252403

表1から、本発明の実施によってマイクロ波照射によって均一に多孔質n型半導体電極に加熱することができ、結果として光電変換効率を向上させることができた。   From Table 1, it was possible to uniformly heat the porous n-type semiconductor electrode by microwave irradiation by implementing the present invention, and as a result, the photoelectric conversion efficiency could be improved.

具体的には、比較例のSC−09、10に対してSC−01、04では、同様のマイクロ波照射を行うことにより効率的に多孔質n型半導体電極を加熱することができ、短絡電流値とフィルファクターの向上が確認された。   Specifically, in SC-01, 04 with respect to SC-09 and 10 of the comparative example, the porous n-type semiconductor electrode can be efficiently heated by performing the same microwave irradiation, and the short circuit current Improvements in value and fill factor were confirmed.

SC−05、SC−08ではシェル層の表面処理を行わなくても、比較と比べて若干の開放電圧、短絡電流値の上昇が見られた。また、SC−06とSC−11との比較から酸化ニオブをコア部として用いた場合にも、同様の効果が発現することを示している。   In SC-05 and SC-08, a slight increase in the open-circuit voltage and the short-circuit current value was observed even when the surface treatment of the shell layer was not performed. Moreover, it is shown from the comparison between SC-06 and SC-11 that similar effects are exhibited when niobium oxide is used as the core.

本発明の色素増感型太陽電池の基本構造の一例示す概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows an example of the basic structure of the dye-sensitized solar cell of this invention. 本発明におけるマイクロ波照射装置の概略図の一例である。It is an example of the schematic diagram of the microwave irradiation apparatus in this invention.

符号の説明Explanation of symbols

1 導電性基材
11 基板
12 導電層
2 多孔質n型半導体電極
21 マイクロ波吸収層
22 n型結晶性半導体
3 色素
4 電荷移動層
5 対向電極
51 基板
52 対極導電層
61 マイクロ波発生手段
7 低損失体
8 放熱板
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Conductive base material 11 Substrate 12 Conductive layer 2 Porous n-type semiconductor electrode 21 Microwave absorption layer 22 N-type crystalline semiconductor 3 Dye 4 Charge transfer layer 5 Counter electrode 51 Substrate 52 Counter electrode conductive layer 61 Microwave generating means 7 Low Loss body 8 Heat sink

Claims (6)

導電性基材上に、色素を担持させた多孔質n型半導体電極、電荷輸送層、対向電極を順次積層させて作製する色素増感型太陽電池の作製方法において、該多孔質n型半導体電極が少なくとも結晶性n型半導体を有するコア層と該表面がマイクロ波吸収層からなるシェル層とからなる多孔質半導体膜であり、且つ該多孔質半導体膜に対してマイクロ波を照射して作製されることを特徴とする色素増感型太陽電池の作製方法。 In a method for producing a dye-sensitized solar cell, in which a porous n-type semiconductor electrode carrying a dye, a charge transport layer, and a counter electrode are sequentially laminated on a conductive substrate, the porous n-type semiconductor electrode Is a porous semiconductor film comprising at least a core layer having a crystalline n-type semiconductor and a shell layer having a microwave absorption layer on the surface, and is produced by irradiating the porous semiconductor film with microwaves. A method for producing a dye-sensitized solar cell. マイクロ波を照射した後、更にシェル層表面を塩酸、硫酸、酢酸または硝酸で処理することを特徴とする請求項1に記載の色素増感型太陽電池の作製方法。 The method for producing a dye-sensitized solar cell according to claim 1, wherein after the microwave irradiation, the surface of the shell layer is further treated with hydrochloric acid, sulfuric acid, acetic acid or nitric acid. 前記導電性基材がフィルム基板であることを特徴とする請求項1または2に記載の色素増感型太陽電池の作製方法。 The method for producing a dye-sensitized solar cell according to claim 1, wherein the conductive base material is a film substrate. 前記シェル層が酸化マンガン、酸化ビスマスまたは酸化コバルトからなることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の色素増感型太陽電池の作製方法。 The method for manufacturing a dye-sensitized solar cell according to any one of claims 1 to 3, wherein the shell layer is made of manganese oxide, bismuth oxide, or cobalt oxide. 前記シェル層の膜厚が20nm以下であることを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載の色素増感型太陽電池の作製方法。 The method for producing a dye-sensitized solar cell according to any one of claims 1 to 4, wherein the thickness of the shell layer is 20 nm or less. 請求項1〜5のいずれか1項に記載の色素増感型太陽電池の作製方法によって作製されたことを特徴とする色素増感型太陽電池。 A dye-sensitized solar cell produced by the method for producing a dye-sensitized solar cell according to any one of claims 1 to 5.
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