JP2010238507A - Electrode for dye-sensitized solar cell and dye-sensitized solar cell - Google Patents

Electrode for dye-sensitized solar cell and dye-sensitized solar cell Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an electrode capable of manufacturing a dye-sensitized solar cell excellent in a conversion efficiency and a dye-sensitized solar cell. <P>SOLUTION: The electrode for a dye-sensitized solar cell has a nonwoven cloth composed of a tin oxide containing fiber which is formed by using a spinnable sol solution containing a tin compound, and the porosity of the nonwoven cloth is 60-90%. Specifically, the tin oxide containing fiber composing the nonwoven cloth is preferred to be oriented in on direction. The dye-sensitized solar cell is provided with the above electrode. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は色素増感型太陽電池用電極及び色素増感型太陽電池に関する。   The present invention relates to a dye-sensitized solar cell electrode and a dye-sensitized solar cell.

色素増感型太陽電池はシリコン半導体を使用せず、低コストで作製できることから、近年注目を集めている。この色素増感型太陽電池は図1に模式的断面図を示すように、基材11a上に透明導電膜11bと白金11cを順に有する正極11、基材10a上に透明導電膜10bを有する負極10、負極10と隣接して存在する色素を吸着した多孔質酸化チタン粒子層12、及び電解液13としてヨウ素溶液を備えた構造を有する。このような色素増感型太陽電池の負極側から光をあてると、色素が光を吸収し、電子を放出するとともに、色素は電解液13であるヨウ素イオン(3I)を酸化し、三ヨウ化物イオン(I )とする。この放出された電子は多孔質酸化チタン粒子層12を導電して透明導電膜10bに到達した後、外部回路を通じて正極11に到達する。そして、正極11に到達した電子は三ヨウ化物イオン(I )をヨウ素イオン(3I)に還元する。このようなサイクルによって、発電することができる。 Dye-sensitized solar cells have attracted attention in recent years because they can be produced at low cost without using silicon semiconductors. As shown in the schematic cross-sectional view of FIG. 1, this dye-sensitized solar cell has a positive electrode 11 having a transparent conductive film 11b and a platinum 11c in this order on a base material 11a, and a negative electrode having a transparent conductive film 10b on the base material 10a. 10, a porous titanium oxide particle layer 12 that adsorbs a pigment existing adjacent to the negative electrode 10, and an iodine solution as the electrolytic solution 13. When light is applied from the negative electrode side of such a dye-sensitized solar cell, the dye absorbs light and emits electrons, and the dye oxidizes iodine ions (3I ) that are the electrolyte solution 13, thereby forming triiodine. It is referred to as a compound ion (I 3 ). The emitted electrons conduct through the porous titanium oxide particle layer 12 and reach the transparent conductive film 10b, and then reach the positive electrode 11 through an external circuit. Then, the electrons that have reached the positive electrode 11 reduce triiodide ions (I 3 ) to iodine ions (3I ). Electricity can be generated by such a cycle.

このような色素増感型太陽電池の電極として、「透明導電層を有するプラスチックフィルムおよび透明導電層のうえに積層された多孔質金属酸化物層からなり、該多孔質金属酸化物層がエレクトロスピニング法によって得た、平均繊維径50〜1000nmの繊維状金属酸化物から構成される金属酸化物不織布からなることを特徴とする色素増感型太陽電池用電極」が提案されている(特許文献1)。このような金属酸化物不織布は、「金属酸化物前駆体およびこれとの錯体を形成する化合物の混合物と、溶媒と、高アスペクト形成性の溶質とから成る溶液を、エレクトロスピニング法にて捕集基板上に吐出して累積および焼成させることによって、金属酸化物不織布を得ることができる」ものであることが開示され、実際に、「チタンテトラノルマルブトキシド(和光純薬工業株式会社製、一級)1重量部に、酢酸(和光純薬工業株式会社製、特級)1.3重量部を添加し均一な溶液を得た。この溶液にイオン交換水1重量部を攪拌しながら添加することにより溶液中にゲルが生成した。生成したゲルは、さらに攪拌を続けることにより解離し、透明な溶液を調製した。調製した溶液に、ポリエチレングリコール(和光純薬工業株式会社製、一級、平均分子量300,000〜500,000)0.016重量部混合し紡糸溶液を調製」し、この紡糸溶液を用いてエレクトロスピニング法により累積および焼成し、二酸化チタンからなる金属酸化物不織布を製造したことが開示されている。しかしながら、このような方法により製造される金属酸化物不織布は金属酸化物粒子を用いて形成しているため粒界が多く、緻密でなく、導電性が悪く、集電効率が悪い結果、変換効率の低いものであった。   As an electrode of such a dye-sensitized solar cell, “a plastic film having a transparent conductive layer and a porous metal oxide layer laminated on the transparent conductive layer, and the porous metal oxide layer is electrospun. A dye-sensitized solar cell electrode characterized in that it is made of a metal oxide nonwoven fabric made of a fibrous metal oxide having an average fiber diameter of 50 to 1000 nm obtained by a method has been proposed (Patent Document 1). ). Such a metal oxide nonwoven fabric is obtained by collecting a solution comprising a mixture of a metal oxide precursor and a compound that forms a complex with the precursor, a solvent, and a high aspect-forming solute by an electrospinning method. It is disclosed that a metal oxide nonwoven fabric can be obtained by discharging and accumulating and firing on a substrate ", and in fact," titanium tetranormal butoxide (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd., first grade) " To 1 part by weight, 1.3 parts by weight of acetic acid (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd., special grade) was added to obtain a uniform solution, and 1 part by weight of ion-exchanged water was added to this solution while stirring. The gel was dissociated by further stirring to prepare a transparent solution, and polyethylene glycol (Wako Pure Chemical Industries, Ltd. Preparation of a spinning solution by mixing 0.016 parts by weight of primary and average molecular weight 300,000 to 500,000), and using this spinning solution, accumulation and firing are performed by an electrospinning method to obtain a metal oxide nonwoven fabric made of titanium dioxide. It is disclosed that it was manufactured. However, since the metal oxide nonwoven fabric produced by such a method is formed using metal oxide particles, it has many grain boundaries, is not dense, has poor conductivity, and has poor current collection efficiency. Was low.

同様の色素増感型金属酸化物半導体電極の製造方法として、「基板上に形成された透明導電膜上に酸化チタン半導体膜を形成する工程を有する色素増感型金属酸化物半導体電極の製造方法において、該酸化チタン半導体膜の形成に当たり、酸化チタン前駆体含有原料液をエレクトロスピニング法により該透明導電膜に向けて噴射することにより、該透明導電膜上に酸化チタン前駆体を含むナノファイバーの堆積層を形成し、次いで該堆積層を焼成することを特徴とする色素増感型金属酸化物半導体電極の製造方法。」が提案され、この「酸化チタン前駆体含有原料液」が酸化チタン前駆体5〜60重量%と高分子化合物1〜30重量%を含む溶液であることを開示している(特許文献2)。また、実施例において、酸化チタン前駆体含有原料液として、ポリ酢酸ビニル0.5g、N,N−DMF4.5g、チタニウムテトラ−i−プロポキシド2.0g及び酢酸0.5gを使用し、ナノファイバーの堆積層を形成した後、500℃で1時間焼成したことを開示している。しかしながら、このような方法により製造されるナノファイバーの堆積層も前記特許文献1と同様に粒界が多く、緻密でなく、導電性が悪く、集電効率が悪い結果、変換効率の低いものであった。   As a method for producing a similar dye-sensitized metal oxide semiconductor electrode, “a method for producing a dye-sensitized metal oxide semiconductor electrode having a step of forming a titanium oxide semiconductor film on a transparent conductive film formed on a substrate” In forming the titanium oxide semiconductor film, the titanium oxide precursor-containing raw material liquid is sprayed toward the transparent conductive film by an electrospinning method, whereby the nanofibers containing the titanium oxide precursor on the transparent conductive film are formed. A method for producing a dye-sensitized metal oxide semiconductor electrode, characterized in that a deposited layer is formed and then the deposited layer is fired, is proposed. This “titanium oxide precursor-containing raw material liquid” is used as a titanium oxide precursor. It discloses that it is a solution containing 5 to 60% by weight of a body and 1 to 30% by weight of a polymer compound (Patent Document 2). In the examples, 0.5 g of polyvinyl acetate, 4.5 g of N, N-DMF, 2.0 g of titanium tetra-i-propoxide, and 0.5 g of acetic acid are used as the titanium oxide precursor-containing raw material liquid. It discloses that after forming a fiber deposition layer, it was fired at 500 ° C. for 1 hour. However, the nanofiber deposited layer manufactured by such a method has many grain boundaries, is not dense, is not conductive, has poor conductivity, and has low current collection efficiency as in Patent Document 1, resulting in low conversion efficiency. there were.

特開2007−48659号公報(請求項1、請求項2、請求項4、段落番号0012、段落番号0081〜0082など)JP 2007-48659 A (Claim 1, Claim 2, Claim 4, Paragraph No. 0012, Paragraph Nos. 0081 to 0082, etc.) 国際公開番号WO2006/041092号パンフレット(特許請求の範囲、実施例など)International Publication Number WO2006 / 041092 Pamphlet (Claims, Examples, etc.)

本発明は上述のような問題を解決するためになされたもので、変換効率の優れる色素増感型太陽電池を製造できる電極、及び色素増感型太陽電池を提供することを目的とする。   The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to provide an electrode that can produce a dye-sensitized solar cell with excellent conversion efficiency, and a dye-sensitized solar cell.

本発明の請求項1にかかる発明は、「すず化合物を含む曳糸性ゾル溶液を用いて形成した酸化すず含有繊維からなる不織布を有する色素増感型太陽電池用電極であり、前記不織布の空隙率が60〜90%であることを特徴とする、色素増感型太陽電池用電極。」である。   The invention according to claim 1 of the present invention is an electrode for a dye-sensitized solar cell having a nonwoven fabric composed of tin oxide-containing fibers formed using a spinnable sol solution containing a tin compound, and the voids of the nonwoven fabric An electrode for a dye-sensitized solar cell, wherein the rate is 60 to 90%. "

本発明の請求項2にかかる発明は、「不織布を構成する酸化すず含有繊維が一方向に配向してい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用電極。」である。   The invention according to claim 2 of the present invention is “the electrode for a dye-sensitized solar cell according to claim 1, wherein the tin oxide-containing fibers constituting the nonwoven fabric are oriented in one direction.” It is.

本発明の請求項3にかかる発明は、「請求項1又は2に記載の色素増感型太陽電池用電極を備えた色素増感型太陽電池。」である。   The invention according to claim 3 of the present invention is “a dye-sensitized solar cell including the dye-sensitized solar cell electrode according to claim 1 or 2”.

本発明の請求項1にかかる発明は、すず化合物を含む曳糸性ゾル溶液を用いて形成した酸化すず含有繊維は粒界が少なく、内部充実の密度の高い緻密な繊維であり、しかも不織布の空隙率が60〜90%であるという、酸化すず含有繊維同士の接点が十分、かつ酸化チタン粒子を十分に充填できるため、導電性、集電性能に優れ、変換効率の高い色素増感型太陽電池を製造できる電極である。   In the invention according to claim 1 of the present invention, tin oxide-containing fibers formed by using a spinnable sol solution containing a tin compound are dense fibers with few grain boundaries and high internal density. Dye-sensitized solar with a porosity of 60-90%, which has sufficient contact between tin oxide-containing fibers and can be sufficiently filled with titanium oxide particles. It is an electrode capable of producing a battery.

本発明の請求項2にかかる発明は、酸化すず含有繊維が一方向に配向していることによって、繊維の配向方向における電子の取り出し効率が高いため、導電性、集電性能に優れ、変換効率の高い色素増感型太陽電池を製造できる電極である。   In the invention according to claim 2 of the present invention, since the tin oxide-containing fibers are oriented in one direction, the electron extraction efficiency in the fiber orientation direction is high. It is an electrode which can manufacture a high dye-sensitized solar cell.

本発明の請求項3にかかる発明は、前記色素増感型太陽電池用電極を備えているため、変換効率の高い色素増感型太陽電池である。   The invention according to claim 3 of the present invention is a dye-sensitized solar cell with high conversion efficiency because it includes the dye-sensitized solar cell electrode.

従来の色素増感型太陽電池の模式的断面図Schematic cross-sectional view of a conventional dye-sensitized solar cell 本発明の色素増感型太陽電池の模式的断面図Schematic sectional view of the dye-sensitized solar cell of the present invention 本発明の不織布を製造できる製造装置の模式的断面図Typical sectional drawing of the manufacturing apparatus which can manufacture the nonwoven fabric of this invention 不織布の抵抗率の測定方法を示す図The figure which shows the measuring method of the resistivity of the nonwoven fabric 負極と多孔質酸化チタン粒子層との複合体に銀ペーストを塗った状態を表す平面図Plan view showing a state in which a silver paste is applied to a composite of a negative electrode and a porous titanium oxide particle layer

本発明の色素増感型太陽電池用電極(以下、単に「電極」と表記することがある)を構成する不織布は、すず化合物を含む曳糸性ゾル溶液を用いて形成した酸化すず含有繊維からなる。曳糸性ゾル溶液を用いて紡糸を行っているため、紡糸後に反応が進み、Sn−O−Snネットワークが形成され、粒子状から作ったものより、粒界の少ない繊維が得られる。しかも内部充実の密度の高い緻密な繊維であるため導電性に優れている。   The nonwoven fabric constituting the dye-sensitized solar cell electrode of the present invention (hereinafter sometimes simply referred to as “electrode”) is a tin oxide-containing fiber formed using a spinnable sol solution containing a tin compound. Become. Since spinning is performed using a spinnable sol solution, the reaction proceeds after spinning, a Sn-O-Sn network is formed, and fibers with fewer grain boundaries are obtained than those made from particles. In addition, because it is a dense fiber with high internal density, it has excellent conductivity.

本発明の不織布を構成する酸化すず含有繊維同士は接着しているのが好ましい。電子が繊維の長さ方向だけではなく、繊維同士の接着点を介して導電することもでき、更に導電性に優れているためである。この接着は導電しやすいように、接着剤を介することなく接着している状態である、焼結した状態にあるのが好ましい。   The tin oxide-containing fibers constituting the nonwoven fabric of the present invention are preferably bonded to each other. This is because electrons can be conducted not only through the length direction of the fibers but also through the adhesion points between the fibers, and further excellent in conductivity. This adhesion is preferably in a sintered state in which the adhesion is performed without using an adhesive so as to facilitate electrical conduction.

その結果、不織布の抵抗率は45Ω・cm以下であるのが好ましい。より好ましくは抵抗率が30Ω・cm以下である。抵抗率が小さければ小さい程、導電性に優れていることを意味するため、抵抗率の下限は特に限定するものではない。なお、「抵抗率」は次の手順により得られる値をいう。
(1)不織布から5mm×10mm角の試料Sを採取し、試料Sの厚さ(d:単位=μm)を測定する。この測定は、試料S断面の電子顕微鏡写真(倍率:1万倍)を撮り、その電子顕微鏡写真における無作為に選んだ5点における厚さを計測し、その算術平均値を試料Sの厚さとする。
(2)ガラス板G上に銀ペーストPを介して前記試料Sを載せた後、温度60℃で1時間乾燥し、銀ペーストPで接着する。なお、銀ペーストPによる接着は、試料Sの長手方向における各端部から2.5mmの領域に行い、試料Sのみの領域を5mm×5mm角とする(図4参照)。
(3)両端の銀ペーストPに端子を接続した後、抵抗計により抵抗値(R:単位=Ω)を測定する。
(4)この抵抗値(R)と厚さ(d)から、次の式により抵抗率(ρ:単位=Ω・cm)を算出する。
ρ=R/(1×10/d)
(5)3つの試料Sについて抵抗率をそれぞれ算出し、その算術平均値を「抵抗率」とする。
As a result, the nonwoven fabric preferably has a resistivity of 45 Ω · cm or less. More preferably, the resistivity is 30 Ω · cm or less. The smaller the resistivity, the better the conductivity, so the lower limit of the resistivity is not particularly limited. “Resistivity” means a value obtained by the following procedure.
(1) A 5 mm × 10 mm square sample S is collected from the nonwoven fabric, and the thickness (d: unit = μm) of the sample S is measured. In this measurement, an electron micrograph (magnification: 10,000 times) of the cross section of the sample S is taken, the thicknesses at five randomly selected points in the electron micrograph are measured, and the arithmetic average value is calculated as the thickness of the sample S. To do.
(2) After the sample S is placed on the glass plate G via the silver paste P, the sample S is dried at a temperature of 60 ° C. for 1 hour and adhered with the silver paste P. Note that the adhesion with the silver paste P is performed on a region 2.5 mm from each end in the longitudinal direction of the sample S, and the region of the sample S alone is a 5 mm × 5 mm square (see FIG. 4).
(3) After connecting a terminal to the silver paste P at both ends, the resistance value (R: unit = Ω) is measured with an ohmmeter.
(4) From this resistance value (R) and thickness (d), the resistivity (ρ: unit = Ω · cm) is calculated by the following equation.
ρ = R / (1 × 10 4 / d)
(5) The resistivity is calculated for each of the three samples S, and the arithmetic average value is defined as “resistivity”.

なお、不織布を構成する酸化すず含有繊維の平均繊維径は1μm以下であるのが好ましい。このような平均繊維径であると、表面積が広く、多孔質酸化チタン粒子との接触点が多くなり、集電性能に優れているためである。平均繊維径が小さければ小さい程、多孔質酸化チタン粒子との接触点が多くなり、集電性能が高くなるため、平均繊維径は0.5μm以下であるのがより好ましく、0.4μm以下であるのが更に好ましい。他方、平均繊維径の下限は特に限定するものではないが、不織布の取り扱い性に優れているように、50nm以上であるのが好ましい。この「平均繊維径」は繊維の40点における繊維径の算術平均値をいい、「繊維径」は不織布表面を1〜5万倍に拡大した顕微鏡写真を撮り、この写真を元に算出した値を意味し、繊維断面形状が円形でない場合には、同じ断面積を有する円の直径を繊維径とする。   In addition, it is preferable that the average fiber diameter of the tin oxide containing fiber which comprises a nonwoven fabric is 1 micrometer or less. This is because such an average fiber diameter has a large surface area, increases the number of contact points with the porous titanium oxide particles, and is excellent in current collecting performance. The smaller the average fiber diameter, the more contact points with the porous titanium oxide particles and the higher the current collecting performance. Therefore, the average fiber diameter is more preferably 0.5 μm or less, and 0.4 μm or less. More preferably. On the other hand, the lower limit of the average fiber diameter is not particularly limited, but is preferably 50 nm or more so as to be excellent in the handleability of the nonwoven fabric. This "average fiber diameter" refers to the arithmetic average value of the fiber diameters at 40 points of the fiber. "Fiber diameter" is a value calculated based on this photograph taken by taking a micrograph of the nonwoven fabric surface magnified 1 to 50,000 times. When the fiber cross-sectional shape is not circular, the diameter of a circle having the same cross-sectional area is defined as the fiber diameter.

また、不織布を構成する酸化すず含有繊維のアスペクト比は1000以上であるのが好ましい。アスペクト比が1000以上であるということは繊維長の長い繊維であることを意味し、繊維長の長い繊維であると、繊維の長さ方向に導電でき、集電性能に優れるためである。つまり、アスペクト比が小さいと、繊維同士の界面、繊維と粒子との界面、及び/又は粒子同士の界面を介して電子が流れることになり、これら界面が抵抗となって内部抵抗が増加し、変換効率が低下するが、アスペクト比が1000以上であると、これら界面が少なく、抵抗が小さいため、結果として変換効率を高くしやすいためである。アスペクト比が大きければ大きい程、導電性に優れるため、アスペクト比の上限は特に限定するものではない。好ましくは、繊維長が実質的に連続で、アスペクト比が無限大である。なお、アスペクト比は平均繊維長(単位:μm)を平均繊維径(単位:μm)で除した商である。この「平均繊維長」は40本の繊維の繊維長の算術平均値をいい、「繊維長」は不織布表面を500〜5万倍に拡大した顕微鏡写真を撮り、この写真を元に算出した値を意味する。   Moreover, it is preferable that the aspect ratio of the tin oxide containing fiber which comprises a nonwoven fabric is 1000 or more. An aspect ratio of 1000 or more means that the fiber has a long fiber length. If the fiber has a long fiber length, it can conduct in the length direction of the fiber and has excellent current collecting performance. In other words, when the aspect ratio is small, electrons flow through the interface between fibers, the interface between fibers and particles, and / or the interface between particles, and these interfaces become resistance and increase internal resistance. This is because the conversion efficiency is lowered, but when the aspect ratio is 1000 or more, these interfaces are few and the resistance is small, and as a result, the conversion efficiency is easily increased. The higher the aspect ratio, the better the conductivity, so the upper limit of the aspect ratio is not particularly limited. Preferably, the fiber length is substantially continuous and the aspect ratio is infinite. The aspect ratio is a quotient obtained by dividing the average fiber length (unit: μm) by the average fiber diameter (unit: μm). This "average fiber length" refers to the arithmetic average value of the fiber lengths of 40 fibers, and "fiber length" is a value calculated based on this photograph taken by taking a micrograph of the nonwoven fabric surface magnified 500 to 50,000 times. Means.

本発明の不織布はすず化合物を含む曳糸性ゾル溶液を用いて形成されているため、不織布は酸化すず含有繊維からなる。しかしながら、酸化すず含有繊維の導電性及び透明性を損なわない範囲内で他の物質を含むことができる。例えば、カーボンナノチューブを含んでいることができる。カーボンナノチューブの場合、1mass%以下含むことができる。   Since the nonwoven fabric of the present invention is formed using a spinnable sol solution containing a tin compound, the nonwoven fabric is composed of tin oxide-containing fibers. However, other substances can be included as long as the conductivity and transparency of the tin oxide-containing fiber are not impaired. For example, carbon nanotubes can be included. In the case of carbon nanotubes, it can be contained in an amount of 1 mass% or less.

本発明の不織布は空隙率が60〜90%である。空隙率が60%未満であると、酸化チタン粒子の存在できる空隙が少なく、放出される電子量自体が少なくなり、発電効率が低下する傾向があるためで、好ましい空隙率は65%以上である。一方、空隙率が90%を超えると、空隙が多くなる結果、酸化すず含有繊維同士の接点が少なくなり、接点を通じた導電性が低下する結果、発電効率が低下する傾向があるためで、好ましい空隙率は85%以下である。なお、空隙率は次の式から算出することができる。
P={1−W/(t×SG)}×100
ここで、Pは空隙率(単位:%)、Wは目付(単位:g/m)、tは厚さ(単位:μm)、SGは酸化すず含有繊維の比重(単位:g/cm、酸化すず100%の場合4.6g/cm)をそれぞれ表わす。
The nonwoven fabric of the present invention has a porosity of 60 to 90%. When the porosity is less than 60%, there are few voids in which titanium oxide particles can exist, the amount of emitted electrons itself is reduced, and power generation efficiency tends to be lowered. Therefore, the preferred porosity is 65% or more. . On the other hand, when the porosity exceeds 90%, the voids increase, resulting in a decrease in the number of contacts between the tin oxide-containing fibers, and a decrease in conductivity through the contacts. The porosity is 85% or less. The porosity can be calculated from the following equation.
P = {1-W / (t × SG)} × 100
Here, P is the porosity (unit:%), W is the basis weight (unit: g / m 2), t is the thickness (unit: μm), SG is the tin oxide-containing fiber density (unit: g / cm 3 In the case of 100% tin oxide, it represents 4.6 g / cm 3 ).

なお、不織布の目付は特に限定するものではないが、取り扱い性、生産性の点から0.5〜20g/mであるのが好ましく、0.5〜10g/mであるのがより好ましい。また、厚さも特に限定するものではないが、1〜100μmであるのが好ましく、1〜50μmであるのが更に好ましい。この「目付」は不織布1mあたりの重量を算出した値であり、「厚さ」は不織布断面の電子顕微鏡写真(倍率:1万倍)を撮り、その電子顕微鏡写真における無作為に選んだ5点における厚さを計測し、算術平均した値をいう。 In addition, although the fabric weight of a nonwoven fabric is not specifically limited, It is preferable that it is 0.5-20 g / m < 2 > from the point of handleability and productivity, and it is more preferable that it is 0.5-10 g / m < 2 >. . Moreover, although thickness is not specifically limited, It is preferable that it is 1-100 micrometers, and it is still more preferable that it is 1-50 micrometers. This “weight” is a value calculated from the weight per 1 m 2 of the nonwoven fabric, and the “thickness” is an electron micrograph (magnification: 10,000 times) of the cross section of the nonwoven fabric, which is randomly selected in the electron micrograph 5 The value obtained by measuring the thickness at a point and arithmetically averaging it.

本発明の不織布はすず化合物を含む曳糸性ゾル溶液を用いて形成した酸化すず含有繊維からなるが、「曳糸性ゾル溶液」であるかどうかは、次の手順により判断できる。つまり、アースしたアルミ板に対し、水平方向に配置した金属ノズル(内径:0.4mm)から曳糸性を判断する溶液(固形分濃度:20〜50wt%)を押し出す(押出量:0.5〜1.0g/hr)と共に、ノズルに電圧を印加(電界強度:1〜3kV/cm、極性:プラス印加又はマイナス印加)し、ノズル先端に溶液の固化を生じさせることなく、1分間以上、連続して紡糸し、アルミ板上に繊維を集積させて不織布を形成する。この集積した繊維の電子顕微鏡写真を撮り、観察し、液滴がなく、繊維の平均繊維径(40点の算術平均値)が1μm以下、アスペクト比が1000以上の不織布を製造できる条件が存在する場合には、その溶液は「曳糸性あり」と判断する。これに対して、前記条件(すなわち、固形分濃度、押出量、電界強度、及び/又は極性)を変え、いかに組み合わせても、液滴がある場合、オイル状で一定した繊維形態でない場合、平均繊維径が5μmを超える場合、あるいは、アスペクト比が1000未満(例えば、粒子状)で、不織布を製造できる条件が存在しない場合には、その溶液は「曳糸性なし」と判断する。   The nonwoven fabric of the present invention is composed of tin oxide-containing fibers formed using a spinnable sol solution containing a tin compound. Whether it is a “spinnable sol solution” can be determined by the following procedure. That is, a solution (solid content concentration: 20 to 50 wt%) for judging the spinnability is extruded from a metal nozzle (inner diameter: 0.4 mm) arranged in a horizontal direction against a grounded aluminum plate (extrusion amount: 0.5). -1.0 g / hr) and a voltage applied to the nozzle (electric field strength: 1 to 3 kV / cm, polarity: positive application or negative application) for 1 minute or more without causing solidification of the solution at the nozzle tip, Spinning continuously, fibers are accumulated on an aluminum plate to form a nonwoven fabric. Electron micrographs of the accumulated fibers are taken and observed, and there are conditions under which there can be produced a non-woven fabric having no droplets, an average fiber diameter of 40 fibers (arithmetic average value of 40 points) and an aspect ratio of 1000 or more. In some cases, the solution is judged to be “threadable”. On the other hand, if the conditions (that is, the solid content concentration, the extrusion amount, the electric field strength, and / or the polarity) are changed and they are combined in any way, when there are droplets, when the oil form is not a constant fiber form, the average When the fiber diameter exceeds 5 μm, or when the aspect ratio is less than 1000 (for example, in the form of particles) and there is no condition for producing a nonwoven fabric, the solution is judged to be “no spinnability”.

このようなすず化合物を含む曳糸性ゾル溶液は、例えば、一般式SnX・bHO(XはCl原子、Br原子、I原子、F原子、OH基、SO基、NO基またはCHCOO基を表し、aは1〜4の整数を、bは0〜6の整数をそれぞれ表す)で表わされるすず化合物を、すず化合物を溶解可能な溶媒に溶解させて調製できる。より具体的には、すず化合物として、SnCl、SnCl・2HO、SnBr、SnI、SnF、SnSO、Sn(CHCOO)、Sn(NO等を挙げることができ、これらの中でも、SnCl・2HO、SnCl、SnBrは反応性、溶解性の点から好適に使用できる。なお、Sn(CHClなどの有機化合物で化学修飾したものであっても使用することができる。 The spinnable sol solution containing such a tin compound has, for example, a general formula SnX a · bH 2 O (where X is a Cl atom, a Br atom, an I atom, an F atom, an OH group, a SO 4 group, a NO 3 group, or It can be prepared by dissolving a tin compound represented by CH 3 COO group, wherein a represents an integer of 1 to 4 and b represents an integer of 0 to 6 in a solvent capable of dissolving the tin compound. More specifically, examples of tin compounds include SnCl 2 , SnCl 2 .2H 2 O, SnBr 2 , SnI 2 , SnF 2 , SnSO 4 , Sn (CH 3 COO) 2 , Sn (NO 3 ) 2 and the like. Among these, SnCl 2 .2H 2 O, SnCl 2 , and SnBr 2 can be preferably used from the viewpoint of reactivity and solubility. Incidentally, it is possible to use even those chemically modified with an organic compound such as Sn (CH 3) 2 Cl 2 .

また、曳糸性ゾル溶液として、例えば、一般式Sn(OR)、Sn(OR)(R=メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基など)で表されるアルコキシドを用いることもできる。 Further, as the spinnable sol solution, for example, an alkoxide represented by the general formula Sn (OR) 2 or Sn (OR) 4 (R = methyl group, ethyl group, propyl group, butyl group, etc.) can be used. .

なお、曳糸性ゾル溶液は導電性を向上させるために、フッ素系化合物を含んでいても良い。このフッ素系化合物は、通常、ドーパントとして使用されているものを使用することができ、例えば、フッ化アンモニウム、フッ化水素などを用いることができる。   The spinnable sol solution may contain a fluorine-based compound in order to improve conductivity. As this fluorine-based compound, those usually used as a dopant can be used, and for example, ammonium fluoride, hydrogen fluoride, and the like can be used.

すず化合物を溶解可能な溶媒はすず化合物を溶解できるものであれば良く、特に限定するものではないが、アルコールを使用することができる。より具体的には、メチルアルコール、エチルアルコール、プロピルアルコール、ブチルアルコール、オクチルアルコール、2−メトキシエタノール、2−エトキシエタノール、エチレングリコール、1−メトキシ−2−プロピルアルコール、メトキシエトキシエタノール、2−フェニルエチルアルコール、ベンジルアルコール、アリルアルコール、2−メチル−2−プロペン−1−オール、3−メチル−3−ブテン−1−オール、フェノール、メトキシフェノール、エトキシフェノール、クレゾール、エチルフェノールなどを使用することができる。   The solvent capable of dissolving the tin compound is not particularly limited as long as it can dissolve the tin compound, and alcohol can be used. More specifically, methyl alcohol, ethyl alcohol, propyl alcohol, butyl alcohol, octyl alcohol, 2-methoxyethanol, 2-ethoxyethanol, ethylene glycol, 1-methoxy-2-propyl alcohol, methoxyethoxyethanol, 2-phenyl Use ethyl alcohol, benzyl alcohol, allyl alcohol, 2-methyl-2-propen-1-ol, 3-methyl-3-buten-1-ol, phenol, methoxyphenol, ethoxyphenol, cresol, ethylphenol, etc. Can do.

曳糸性ゾル溶液の粘度は50〜1000cP(センチポイズ)であるのが好ましく、70〜700cP(センチポイズ)であるのがより好ましい。粘度が50cP未満であると曳糸性ではない傾向があり、粘度が1000cPを超えると繊維径が大きくなる傾向があるためである。曳糸性ゾル溶液をこのような粘度とするために、前記すず化合物の溶解液を加熱しても良い。   The viscosity of the spinnable sol solution is preferably 50 to 1000 cP (centipoise), and more preferably 70 to 700 cP (centipoise). This is because if the viscosity is less than 50 cP, there is a tendency not to be spinnable, and if the viscosity exceeds 1000 cP, the fiber diameter tends to increase. In order to make the spinnable sol solution have such a viscosity, the tin compound solution may be heated.

なお、ゾル溶液が曳糸性で、不織布の導電性に悪影響を及ぼさなければ、カーボンナノチューブのような固形物を含むことができる。この場合、曳糸性ゾル溶液を調製した後に固形物を添加して調製することができる。   If the sol solution is spinnable and does not adversely affect the conductivity of the nonwoven fabric, it can contain solids such as carbon nanotubes. In this case, it can be prepared by preparing a spinnable sol solution and then adding a solid.

本発明の不織布は前記曳糸性ゾル溶液を用いて形成したものである。例えば、静電紡糸法、乾式法により紡糸したゲル繊維を巻き取ることなく、集積することによって製造することができる。これらの中でも静電紡糸法によれば、前記平均繊維径が1μm以下及び/又はアスペクト比が1000以上(特には連続繊維)を製造しやすいため好適である。   The nonwoven fabric of the present invention is formed using the spinnable sol solution. For example, it can be produced by collecting gel fibers spun by an electrostatic spinning method or a dry method without winding them. Among these, the electrospinning method is preferable because the average fiber diameter is 1 μm or less and / or the aspect ratio is 1000 or more (particularly continuous fiber).

好適である静電紡糸法について説明すると、曳糸性ゾル溶液を紡糸空間へ供給するとともに、供給した曳糸性ゾル溶液に電界を作用させることにより繊維化させ、すず化合物ゲル状繊維を形成する。より具体的には、ノズル、ワイヤー、ブラシ等の供給手段によって、曳糸性ゾル溶液を紡糸空間へ供給する。例えば、ノズルを使用する場合、内径が0.1〜3mmのものを使用すると平均繊維径1μm以下のすず化合物ゲル状繊維を製造しやすい。なお、供給手段が金属製であると、一方の電極として使用できる。   The electrospinning method that is suitable will be described. The spinnable sol solution is supplied to the spinning space, and the supplied spinnable sol solution is fiberized by applying an electric field to form a tin compound gel fiber. . More specifically, the spinnable sol solution is supplied to the spinning space by supply means such as a nozzle, a wire, and a brush. For example, when a nozzle is used, a tin compound gel-like fiber having an average fiber diameter of 1 μm or less can be easily produced by using a nozzle having an inner diameter of 0.1 to 3 mm. In addition, when a supply means is metal, it can be used as one electrode.

なお、曳糸性ゾル溶液に作用させる電界は、すず化合物ゲル状繊維の繊維径、供給手段と支持体との距離、曳糸性ゾル溶液の溶媒、曳糸性ゾル溶液の粘度などによって変化するため、特に限定するものではないが、0.5〜5kV/cmであるのが好ましい。5kV/cmを超えると、空気の絶縁破壊が生じやすく、他方で、0.5kV/cm未満であると、繊維形状となりにくいためである。このように電界を作用させることにより、曳糸性ゾル溶液に静電荷が蓄積され、支持体側の電極によって電気的に引っ張られ、引き伸ばされて繊維化する。電気的に引き伸ばしているため、繊維が支持体に近づくにしたがって繊維の速度が加速され、細径化する。また、溶媒の蒸発によって細くなり、曳糸性ゾル中の静電気密度が高まり、その電気的反発力によって分裂して更に細くなるのではないかと考えている。   The electric field applied to the spinnable sol solution varies depending on the fiber diameter of the tin compound gel fiber, the distance between the supply means and the support, the solvent of the spinnable sol solution, the viscosity of the spinnable sol solution, and the like. Therefore, although not particularly limited, it is preferably 0.5 to 5 kV / cm. If it exceeds 5 kV / cm, air breakdown tends to occur, and if it is less than 0.5 kV / cm, it is difficult to form a fiber shape. By applying an electric field in this way, an electrostatic charge is accumulated in the spinnable sol solution, which is electrically pulled by the electrode on the support side, and stretched to be fiberized. Since the fibers are electrically stretched, the speed of the fibers is accelerated and the diameter is reduced as the fibers approach the support. In addition, it is thought that it becomes thinner by evaporation of the solvent, the electrostatic density in the spinnable sol increases, and it is split by the electric repulsive force and further thinned.

このような電界は、例えば、供給手段(例えば、ノズル)と支持体との間に電位差を設けることによって作用させることができる。例えば、供給手段に電圧を印加するとともに支持体をアースすることによって電位差を設けることができるし、逆に、支持体に電圧を印加するとともに供給手段をアースすることによって電位差を設けることもできる。   Such an electric field can be applied, for example, by providing a potential difference between the supply means (for example, a nozzle) and the support. For example, a potential difference can be provided by applying a voltage to the supply means and grounding the support, and conversely, a potential difference can be provided by applying a voltage to the support and grounding the supply means.

次いで、前記すず化合物ゲル状繊維を支持体上に集積させる。この時に、支持体を300〜750℃(好ましくは350〜700℃であり、より好ましくは400〜650℃であり、更に好ましくは450〜600℃)で加熱するのが好ましい。このように支持体を加熱すると、すず化合物ゲル状繊維を集積させるだけではなく、すず化合物ゲル状繊維を焼成でき、酸化すず化合物の結晶化が進行して、また酸化すず含有繊維同士が接着(焼結)するため導電性が高くなる。また、溶媒などの有機成分も除去される。更には、繊維の収縮を抑え、クラックを生じることなく不織布を製造できる。   Subsequently, the said tin compound gel-like fiber is integrated | stacked on a support body. At this time, it is preferable to heat the support at 300 to 750 ° C. (preferably 350 to 700 ° C., more preferably 400 to 650 ° C., still more preferably 450 to 600 ° C.). When the support is heated in this manner, not only the tin compound gel-like fibers are accumulated, but also the tin compound gel-like fibers can be fired, the crystallization of the tin oxide compound proceeds, and the tin-containing fibers adhere to each other ( Sintering) increases the conductivity. Also, organic components such as solvents are removed. Furthermore, the nonwoven fabric can be manufactured without suppressing the shrinkage of the fiber and causing cracks.

このように支持体を加熱する場合、支持体はすず化合物ゲル状繊維を焼成できる温度に維持しても使用できるものであれば良く、特に限定するものではないが、例えば、金属製、セラミックス製、カーボン製のロール又はコンベアを使用できる。なお、セラミックス製のように、導電性のない場合には、別途金属等の導電性材料を電極として設置する。例えば、コンベアの供給手段(例えば、ノズル)側と反対側に、コンベアと接触して又は離間させて導電性材料を設置する。また、支持体は多孔性であっても良いし、無孔性であっても良い。なお、支持体を前記のような温度とするには、例えば、支持体の内部又は外部にヒーターを設置し、加熱することによって実施できる。また、支持体によるすず化合物ゲル状繊維の加熱焼成時間は、すず化合物ゲル状繊維の結晶化が進行し、導電性に優れる酸化すず含有繊維となるように、10秒以上であるのが好ましい。このすず化合物ゲル状繊維の集積と焼成を同時に行なう場合、効率的に酸化すず化合物とすることができるように、酸素存在下、特に空気雰囲気下で実施するのが好ましい。   When the support is heated in this manner, the support is not particularly limited as long as it can be used even if it is maintained at a temperature at which the tin compound gel fiber can be fired. Carbon rolls or conveyors can be used. In addition, when it is not conductive like ceramics, a conductive material such as metal is separately provided as an electrode. For example, the conductive material is installed on the side opposite to the supply means (for example, nozzle) side of the conveyor, in contact with or away from the conveyor. The support may be porous or non-porous. The temperature of the support can be set, for example, by setting a heater inside or outside the support and heating it. In addition, the heating and firing time of the tin compound gel fiber by the support is preferably 10 seconds or longer so that the crystallization of the tin compound gel fiber proceeds and the tin-containing fiber having excellent conductivity is obtained. When accumulating and firing the tin compound gel fibers at the same time, it is preferably performed in the presence of oxygen, particularly in an air atmosphere so that a tin oxide compound can be efficiently formed.

以上、支持体ですず化合物ゲル状繊維の集積と焼成を同時に行う製造方法であるが、支持体上にすず化合物ゲル状繊維を集積して繊維ウエブを形成した後に焼成する方法によっても、酸化すず含有繊維からなる不織布を製造することができる。なお、この場合の焼成条件は前述の同時に焼成する場合と同様の条件で実施できる。   As mentioned above, it is a manufacturing method in which compound gel-like fibers are accumulated and fired at the same time on the support, but tin oxide is also oxidized by a method in which tin compound gel-like fibers are accumulated on the support to form a fiber web and then fired. A nonwoven fabric composed of the contained fibers can be produced. The firing conditions in this case can be carried out under the same conditions as in the case of simultaneous firing described above.

なお、本発明の不織布は空隙率が60〜90%であるが、このような空隙率となりやすいように、支持体を加熱する場合であっても、加熱しない場合であっても、すず化合物ゲル状繊維を集積させる支持体を200m/min.以上の速度で移動させるのが好ましい。このような速度で支持体を移動させることによって、すず化合物ゲル状繊維は一方向に配向しやすく、繊維同士の長さ方向に連続して密着し、繊維の充填率が高まる結果として空隙率が低くなりやすいためである。より好ましい支持体の移動速度は300m/min.以上であり、更に好ましい支持体の移動速度は400m/min.以上である。なお、支持体の移動速度の上限は特に限定するものではないが1200m/min.以下であるのが好ましい。   The non-woven fabric of the present invention has a porosity of 60 to 90%, so that it is easy to achieve such a porosity, even if the support is heated or not heated, the tin compound gel 200 m / min. It is preferable to move at the above speed. By moving the support at such a speed, the tin compound gel-like fibers are easily oriented in one direction, and are continuously adhered in the length direction of the fibers, resulting in an increase in the filling rate of the fibers, resulting in a void ratio. This is because it tends to be low. A more preferable support moving speed is 300 m / min. Thus, a more preferable support moving speed is 400 m / min. That's it. The upper limit of the moving speed of the support is not particularly limited, but is 1200 m / min. It is preferable that:

また、このようにして作製した不織布は酸化すず含有繊維が一方向に配向していることによって、繊維の配向方向へ電子が流れ易く、導電性、集電性能に優れているため好適である。   The non-woven fabric produced in this way is suitable because the tin oxide-containing fibers are oriented in one direction, so that electrons easily flow in the fiber orientation direction and are excellent in conductivity and current collecting performance.

なお、本発明における「一方向に配向している」とは、繊維配向の標準偏差値が30以下であることをいう。この繊維配向の標準偏差値が小さければ小さい程、酸化すず含有繊維が一方向に配向していることを意味し、更に導電性、集電性能に優れているため、好ましい繊維配向の標準偏差値は28以下である。なお、繊維配向の標準偏差値の下限は酸化すず含有繊維全部が同じ方向に配向している0である。   In the present invention, “oriented in one direction” means that the standard deviation value of fiber orientation is 30 or less. The smaller the standard deviation value of this fiber orientation, the smaller the tin oxide-containing fibers are oriented in one direction, and the better the electrical conductivity and current collection performance, so the preferred standard deviation value of fiber orientation. Is 28 or less. In addition, the minimum of the standard deviation value of fiber orientation is 0 in which all the tin oxide-containing fibers are oriented in the same direction.

この「繊維配向の標準偏差値」は、不織布表面の電子顕微鏡写真上に直線を引いた場合に形成される、酸化すず含有繊維と前記直線とのなす角度(同じ回転方向にて測定)を100点について測定し、その測定の結果得られる角度の標準偏差値をいう。なお、不織布表面の電子顕微鏡写真は1000倍の倍率で撮影したものを使用するのが好ましい。また、直線は任意の方向に対して引くことができ、特に限定するものではない。なお、1本の直線で100点の角度を確保できない場合には、1本目の直線と平行に直線を引いて角度を測定する。また、角度の標準偏差値は次の式から得られる値をいう。
標準偏差値={(nΣA−(ΣA))/n(n−1)}1/2
ここで、Aは各々の角度(°)を意味し、nは測定点数である100を意味する。
This “standard deviation value of fiber orientation” is the angle (measured in the same rotational direction) formed by the tin oxide-containing fiber and the straight line formed when a straight line is drawn on the electron micrograph of the nonwoven fabric surface. A standard deviation value of an angle obtained by measuring a point and obtaining the measurement result. In addition, it is preferable to use what was image | photographed by 1000 time as the electron micrograph of the nonwoven fabric surface. The straight line can be drawn in any direction and is not particularly limited. In addition, when the angle of 100 points cannot be ensured with one straight line, the angle is measured by drawing a straight line parallel to the first straight line. The standard deviation value of the angle is a value obtained from the following equation.
Standard deviation value = {(nΣA 2 − (ΣA) 2 ) / n (n−1)} 1/2
Here, A means each angle (°), and n means 100, which is the number of measurement points.

不織布の空隙率を60〜90%とするために、すず化合物ゲル状繊維を集積した後かつ加熱焼成前に、加熱焼成中に、又は加熱焼成後に、加圧するのが好ましい。加圧することによって繊維の充填率が高まり、空隙率を低くできるなど、空隙率の制御が可能であるためである。加圧は不織布の形成方法、特に静電紡糸法により支持体を移動させる場合にはその移動速度によって変化するため、特に限定するものではないが、空隙率を90%以下とできるように、1g/cm以上であるのが好ましく、5g/cm以上であるのがより好ましく、10g/cm以上であるのが更に好ましい。他方、空隙率が60%未満とならないように、50g/cm以下であるのが好ましい。なお、すず化合物ゲル状繊維を集積した後かつ加熱焼成前に、又は加熱焼成後に加圧する場合には同時に加熱することもできる。この場合、100〜450℃に加熱するのが好ましい。 In order to adjust the porosity of the nonwoven fabric to 60 to 90%, it is preferable to pressurize after accumulating the tin compound gel-like fibers and before heating and baking, during or after heating and baking. This is because the porosity can be controlled by increasing the fiber filling rate and reducing the porosity by pressurization. The pressurization is not particularly limited because it changes depending on the moving speed when the support is moved by a nonwoven fabric forming method, particularly by an electrostatic spinning method, but 1 g is used so that the porosity can be 90% or less. / Cm 2 or more is preferable, 5 g / cm 2 or more is more preferable, and 10 g / cm 2 or more is still more preferable. On the other hand, as the porosity is not less than 60%, preferably at 50 g / cm 2 or less. In addition, after accumulating a tin compound gel-like fiber and before heat-firing, or when pressurizing after heat-firing, it can also heat simultaneously. In this case, it is preferable to heat to 100 to 450 ° C.

以上のような方法により、本発明の不織布を製造することができるが、平均繊維径が1μm以下の酸化すず含有繊維は、供給手段による曳糸性ゾル溶液の供給量、電界強度、ゾル溶液の濃度、及び/又はゾル溶液の粘度等を調整することによって得ることができる。   The nonwoven fabric of the present invention can be produced by the method as described above, but the tin oxide-containing fibers having an average fiber diameter of 1 μm or less are supplied with the supply amount of the spinnable sol solution by the supply means, the electric field strength, It can be obtained by adjusting the concentration and / or the viscosity of the sol solution.

本発明の不織布の製造方法を、製造装置の模式的断面図の一例である図3をもとに簡単に説明する。   The manufacturing method of the nonwoven fabric of this invention is demonstrated easily based on FIG. 3 which is an example of typical sectional drawing of a manufacturing apparatus.

まず、前述のように調製された曳糸性ゾル溶液はゾル溶液貯留部1から定量ポンプ等によって、ノズル群2〜211へと供給され、ノズル群2〜211から紡糸空間へ押し出される。一方、ゾル溶液貯留部1からノズル群2〜211へ曳糸性ゾル溶液を供給する金属製供給管3に電圧が印加されるとともに、支持体4はアースされているため、曳糸性ゾル溶液に電界が作用し、前記押し出された曳糸性ゾル溶液は繊維化し、すず化合物ゲル状繊維となり、支持体4へ向かって飛翔する。なお、ノズル群2〜211は不織布の地合いを向上させるために、揺動(特には、支持体4の幅方向に揺動)させても良い。このすず化合物ゲル状繊維は支持体4に到達し、集積して不織布となるが、支持体4はヒーター5によって300〜750℃に加熱され、維持されているため、すず化合物ゲル状繊維は焼成され、酸化すず含有繊維となる。つまり、酸化すず含有繊維からなる不織布となる。なお、支持体4はコンベアであり、その表面速度を調節することにより、すず化合物ゲル状繊維を一方向に配向させ、繊維同士の長さ方向に連続して密着させることにより、空隙率の低い不織布を形成することができる。 First, the metering pump or the like spinnable sol solution prepared as described above from the sol solution storage part 1, it is supplied to the nozzle group 2 1 to 2 11, extruded from the nozzle groups 2 1 to 2 11 to the spinning space It is. On the other hand, since a voltage is applied to the metal supply pipe 3 that supplies the spinnable sol solution from the sol solution storage unit 1 to the nozzle groups 2 1 to 2 11 , and the support 4 is grounded, the spinnability is increased. An electric field acts on the sol solution, and the extruded spinnable sol solution becomes a fiber, becomes a tin compound gel fiber, and flies toward the support 4. The nozzle groups 2 1 to 2 11 may be swung (in particular, swung in the width direction of the support 4) in order to improve the texture of the nonwoven fabric. The tin compound gel fibers reach the support 4 and accumulate to form a nonwoven fabric. However, since the support 4 is heated and maintained at 300 to 750 ° C. by the heater 5, the tin compound gel fibers are fired. And becomes tin oxide-containing fibers. That is, it becomes a nonwoven fabric made of tin oxide-containing fibers. In addition, the support body 4 is a conveyor, and by adjusting the surface speed thereof, the tin compound gel-like fibers are oriented in one direction, and are continuously adhered in the length direction of the fibers, whereby the porosity is low. A nonwoven fabric can be formed.

図3の製造装置においては、加熱された支持体4によって発生する気流によってすず化合物ゲル状繊維の均一な飛翔が乱れないように、気体供給装置6をノズル群2〜211よりも上流側に配置し、ノズル群2〜211から支持体4へ向かう気体(特には空気)の流れを形成している。同時に、支持体4よりも下流側に排気装置7を配置し、供給された気体を排気している。また、図3の製造装置においては、前記加熱された支持体4によって発生する気流の影響を更に少なくするために、支持体4を垂直に配置し、この支持体4に対して直角方向にノズル群2〜211を配置している。なお、支持体4の重力の作用方向上方にノズル群2〜211を配置しなければ、同様の効果が得られる。更に、図3の製造装置においては、揮発した曳糸性ゾル溶液の溶媒が分散しないように、容器8にノズル群2〜211、支持体4等が収納されている。 In the manufacturing apparatus of FIG. 3, the gas supply device 6 is located upstream of the nozzle groups 2 1 to 2 11 so that the uniform flight of the tin compound gel fibers is not disturbed by the air flow generated by the heated support 4. And a flow of gas (particularly air) from the nozzle groups 2 1 to 2 11 toward the support 4 is formed. At the same time, an exhaust device 7 is arranged downstream of the support 4 to exhaust the supplied gas. Further, in the manufacturing apparatus of FIG. 3, in order to further reduce the influence of the air flow generated by the heated support 4, the support 4 is arranged vertically, and the nozzle is perpendicular to the support 4. Groups 2 1 to 2 11 are arranged. The same effect can be obtained if the nozzle groups 2 1 to 2 11 are not arranged above the gravity direction of the support 4. Further, in the manufacturing apparatus of FIG. 3, the nozzle groups 2 1 to 2 11 , the support 4 and the like are accommodated in the container 8 so that the solvent of the volatilized spinnable sol solution is not dispersed.

本発明の電極は前述のような不織布に加えて、電子を集電して外部回路へと供給できるように透明導電性膜を含み、この不織布と透明導電性膜とは接触しているのが好ましい。この透明導電性膜は光を遮ることなく、多孔質酸化チタン粒子層まで光を透過させることができるように透明であり、可視光領域(約400〜700nm)の光透過率が80%以上である程に透明であるのが好ましい。また、電子を集電し外部回路へと供給できるように、抵抗率が1×10−3Ω・cm以下である程に導電性であるのが好ましい。このような透明導電性膜としては、例えば、酸化すず系(フッ素ドープ酸化すず;FTO)、酸化インジュウム系(酸化インジュウム・すず;ITO)、酸化亜鉛系(アルミニウムドープ酸化亜鉛;AZO、ガリュウムドープ酸化亜鉛;GZO)などを挙げることができる。 In addition to the nonwoven fabric as described above, the electrode of the present invention includes a transparent conductive film so that electrons can be collected and supplied to an external circuit, and the nonwoven fabric and the transparent conductive film are in contact with each other. preferable. This transparent conductive film is transparent so that light can be transmitted to the porous titanium oxide particle layer without blocking light, and the light transmittance in the visible light region (about 400 to 700 nm) is 80% or more. It is preferable that it is transparent to some extent. Moreover, it is preferable that the resistivity is as low as 1 × 10 −3 Ω · cm or less so that electrons can be collected and supplied to an external circuit. Examples of such transparent conductive films include tin oxide (fluorine-doped tin oxide; FTO), indium oxide (indium oxide and tin; ITO), and zinc oxide (aluminum-doped zinc oxide; AZO, gallium-doped). And zinc oxide (GZO).

本発明の電極における不織布は透明導電性膜と接触しているのが好ましいが、このように接触していると、不織布において集電した電子を速やかに透明導電性膜に導電することができる。この接触状態は不織布と透明導電性膜とが接着した状態にあっても良いし、接着していない状態にあっても良いが、導電性という観点から、接着した状態にあるのが好ましい。この接着した状態にある場合であっても、接着していることによって光の透過性を妨げたり、導電性を妨げることは変換効率の低下に繋がるため、透明導電性膜と不織布とは酸化すず化合物や酸化チタンなどの光触媒作用を示すものや、その他の透明導電素材(酸化亜鉛など)によって接着しているのが好ましい。このような接着した状態は、例えば、焼結した状態にある。なお、透明導電性膜と不織布との焼結は、透明導電性膜及び/又は不織布にすず化合物を含むゾル溶液等の接着剤を付与し、これらを積層した状態で乾燥し、続いて接着性及び導電性を高めるために焼結することによって実施できる。この焼結は通常、加熱処理により行うことができるが、再表2003―031673号公報に開示されているように、高周波電界中で低温プラズマに暴露する方法によれば、積極的な加熱処理を行うことなく低温で焼結できるため、プラスチック基材のような低融点の基材上の透明導電性膜と不織布とを焼結することができる。   The nonwoven fabric in the electrode of the present invention is preferably in contact with the transparent conductive film. However, when in contact with the nonwoven fabric, electrons collected in the nonwoven fabric can be quickly conducted to the transparent conductive film. This contact state may be in a state where the non-woven fabric and the transparent conductive film are adhered or in a state where they are not adhered, but from the viewpoint of conductivity, it is preferably in an adhered state. Even in this bonded state, the transparent conductive film and the non-woven fabric are not oxidized because blocking the light transmission or blocking the conductivity leads to a decrease in conversion efficiency. It is preferable that they are bonded by a compound or a photocatalytic action such as titanium oxide or other transparent conductive materials (such as zinc oxide). Such a bonded state is, for example, a sintered state. The sintering of the transparent conductive film and the nonwoven fabric is performed by applying an adhesive such as a sol solution containing a tin compound to the transparent conductive film and / or the nonwoven fabric, drying them in a laminated state, and subsequently adhesiveness. And by sintering to increase conductivity. This sintering can usually be performed by heat treatment. However, according to the method of exposing to low-temperature plasma in a high-frequency electric field as disclosed in Table 2003-031673, aggressive heat treatment is performed. Since it can sinter at low temperature without performing, it can sinter the transparent conductive film and nonwoven fabric on a low melting-point base material like a plastic base material.

なお、焼結のためにすず化合物を含むゾル溶液を用いる場合、ゾル溶液は前述と同様の曳糸性ゾル溶液であるのが好ましい。焼結した時に粒界が形成されにくく、導電性に優れているためである。また、ゾル溶液の固形分濃度は0.5〜10mass%であるのが好ましい。これは透明導電性膜と不織布を焼結し、さらに不織布を構成する酸化すず含有繊維同士を焼結することができるためである。濃度が0.5mass%未満であると焼結が不十分になる傾向があり、また10mass%を超えると焼結の際の収縮によりクラックが入りやすくなり、導電性が悪くなる傾向があるためである。また、透明導電性膜と不織布とを焼結する場合には、透明導電膜の耐熱温度を考慮して焼結する。例えば、透明導電膜がフッ素ドープ酸化すず膜(FTO膜)からなる場合、焼結温度は300〜450℃であるのが好ましい。   When a sol solution containing a tin compound is used for sintering, the sol solution is preferably a spinnable sol solution similar to that described above. This is because grain boundaries are hardly formed when sintered and are excellent in conductivity. Moreover, it is preferable that the solid content concentration of a sol solution is 0.5-10 mass%. This is because the transparent conductive film and the nonwoven fabric can be sintered, and the tin oxide-containing fibers constituting the nonwoven fabric can be sintered. If the concentration is less than 0.5 mass%, the sintering tends to be insufficient, and if it exceeds 10 mass%, cracking tends to occur due to shrinkage during sintering, and the conductivity tends to deteriorate. is there. Moreover, when sintering a transparent conductive film and a nonwoven fabric, it considers the heat-resistant temperature of a transparent conductive film, and sinters. For example, when the transparent conductive film is made of a fluorine-doped tin oxide film (FTO film), the sintering temperature is preferably 300 to 450 ° C.

本発明の電極は前述のような不織布と透明導電性膜とを有するのが好ましいが、透明導電性膜を支持する基材を更に有することができる。この基材は特に限定するものではないが、例えば、ガラス、プラスチックフィルムなどの透明な材料から構成することができる。   The electrode of the present invention preferably has a non-woven fabric and a transparent conductive film as described above, but can further have a substrate for supporting the transparent conductive film. Although this base material is not specifically limited, For example, it can comprise from transparent materials, such as glass and a plastic film.

本発明の色素増感型太陽電池(以下、単に「太陽電池」と表記することがある)について、模式的断面図である図2をもとに説明する。本発明の太陽電池は正極21、基材20a、透明導電性膜20b及び不織布20cからなる本発明の負極20、負極の不織布20cに充填された色素を吸着した多孔質酸化チタン粒子の層22、及び電解液23を備えた構造を有する。本発明の太陽電池においては、本発明の電極を負極20としており、本発明の電極は不織布20cを備えており、この不織布20c内に色素を吸着した多孔質酸化チタン粒子が充填された層22を備えているため、色素が光を吸収し、放出した電子は多孔質酸化チタン粒子から酸化すず含有繊維へと効率的に導電し、透明導電性膜20bに速やかに到達する。そのため、変換効率の高い太陽電池である。つまり、従来の負極のように不織布を備えていない場合、電子は多孔質酸化チタン粒子を伝って導電するが、多孔質酸化チタンにおける電子移動距離は10〜15μmといわれていたため、取り出すことのできる電子量が少なく、変換効率の悪いものであったが、本発明においては、多孔質酸化チタン粒子が酸化すず含有繊維と接触した状態にあることができるため、電子は多孔質酸化チタン粒子を伝い、酸化すず含有繊維からなる不織布20cによって速やかに集電されるため、変換効率の高い太陽電池である。   The dye-sensitized solar cell of the present invention (hereinafter sometimes simply referred to as “solar cell”) will be described with reference to FIG. 2 which is a schematic cross-sectional view. The solar cell of the present invention comprises a negative electrode 20 of the present invention comprising a positive electrode 21, a base material 20a, a transparent conductive film 20b and a nonwoven fabric 20c, a layer 22 of porous titanium oxide particles adsorbed with a pigment filled in the negative electrode nonwoven fabric 20c, And an electrolyte solution 23. In the solar cell of the present invention, the electrode of the present invention is the negative electrode 20, and the electrode of the present invention is provided with a nonwoven fabric 20 c, and a layer 22 filled with porous titanium oxide particles adsorbing a dye in the nonwoven fabric 20 c. Therefore, the dye absorbs light, and the emitted electrons are efficiently conducted from the porous titanium oxide particles to the tin oxide-containing fibers, and quickly reach the transparent conductive film 20b. Therefore, it is a solar cell with high conversion efficiency. That is, when the nonwoven fabric is not provided as in the conventional negative electrode, electrons are conducted through the porous titanium oxide particles, but the electron moving distance in the porous titanium oxide was said to be 10 to 15 μm, and thus can be taken out. Although the amount of electrons was small and conversion efficiency was poor, in the present invention, the porous titanium oxide particles can be in contact with the tin-containing fibers, so that the electrons travel through the porous titanium oxide particles. Since it is quickly collected by the nonwoven fabric 20c made of tin oxide-containing fibers, it is a solar cell with high conversion efficiency.

本発明の太陽電池は本発明の電極を用いていること以外は従来の太陽電池と同じ構成からなることができる。例えば、正極21はガラス等の基材21a上に酸化インジュウムスズ(ITO)などの透明導電性膜21b、白金21cを順に有する電極からなる。この正極は市販されているため入手可能である。   The solar cell of the present invention can have the same configuration as the conventional solar cell except that the electrode of the present invention is used. For example, the positive electrode 21 is composed of an electrode having a transparent conductive film 21b such as indium tin oxide (ITO) and platinum 21c in this order on a base material 21a such as glass. This positive electrode is available because it is commercially available.

負極20の不織布20cに充填された色素を吸着した多孔質酸化チタン粒子の層22は、例えば、酸化チタンを含有するペーストを調製し、このペーストを不織布に塗布し、焼成した後に、色素を吸着させることによって形成することができる。又は、液相析出法により不織布表面に酸化チタン粒子を析出させた後、析出した酸化チタン粒子に色素を吸着させることによっても形成することができる。なお、液相析出法とは、金属フルオロ錯体の加水分解を利用した薄膜合成法であり、反応機構は次の通りである。
MF (x−2n)−+nHO=MO+nF+2nH
BO+4H+4F=HBF+3H
The layer 22 of porous titanium oxide particles adsorbing the pigment filled in the nonwoven fabric 20c of the negative electrode 20 is prepared, for example, by preparing a paste containing titanium oxide, applying this paste to the nonwoven fabric, and baking it, and then adsorbing the pigment Can be formed. Alternatively, it can also be formed by depositing titanium oxide particles on the surface of the nonwoven fabric by a liquid phase deposition method and then adsorbing a dye to the deposited titanium oxide particles. The liquid phase precipitation method is a thin film synthesis method using hydrolysis of a metal fluoro complex, and the reaction mechanism is as follows.
MF x (x-2n) - + nH 2 O = MO n + nF - + 2nH +
H 3 BO 3 + 4H + + 4F = HBF 4 + 3H 2 O

このように、液相析出法は金属フルオロ錯体(MF (x−2n)−)の加水分解反応により、金属酸化物を溶液中で析出させるとともに、フッ化物イオンと反応しやすいホウ酸(HBO)を添加することにより、より安定なほうふっ化水素酸(HBF)を形成し、効率的に金属酸化物を析出させることができる方法である。このように、液中において金属酸化物を析出させることができるため、本発明のような空隙率の小さい不織布であっても、不織布の空隙へ酸化チタン粒子を析出させ、十分に充填することができる。 Thus, in the liquid phase precipitation method, a metal oxide is precipitated in a solution by a hydrolysis reaction of a metal fluoro complex (MF x (x-2n) − ), and boric acid (H that easily reacts with fluoride ions (H By adding 3 BO 3 ), a more stable hydrofluoric acid (HBF 4 ) can be formed, and the metal oxide can be efficiently precipitated. As described above, since the metal oxide can be precipitated in the liquid, even in the case of a nonwoven fabric having a low porosity as in the present invention, titanium oxide particles can be precipitated and sufficiently filled in the voids of the nonwoven fabric. it can.

電解液23としてのヨウ素溶液は試薬として市販されているため入手可能である。このような正極21と色素を吸着した多孔質酸化チタン粒子を充填した不織布層20cを備えた負極20との間にスペーサーを介在させて空隙を形成し、この空隙に電解液23を注液することにより、本発明の太陽電池を製造することができる。   Since the iodine solution as the electrolytic solution 23 is commercially available as a reagent, it can be obtained. A gap is formed between such a positive electrode 21 and the negative electrode 20 provided with the nonwoven fabric layer 20c filled with porous titanium oxide particles adsorbed with a dye, and an electrolyte solution 23 is poured into the gap. Thus, the solar cell of the present invention can be manufactured.

以下に、本発明の実施例を記載するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。   Examples of the present invention will be described below, but the present invention is not limited to the following examples.

(実施例1)
(1)不織布の作製;
(1)−1 曳糸性ゾルの調製;
100mlの反応容器に塩化第1すず(SnCl)10gとメタノール100mlを加え、撹拌して溶解させた。この反応容器の開口部を、溶媒の蒸散のために穴を開けた蓋で蓋をした状態で、温度40℃に設定したオーブン中に一日放置した。その後、この溶液をエバポレーターで濃縮し、粘度120cPの曳糸性ゾル溶液(濃度:47%)を得た。
Example 1
(1) Production of nonwoven fabric;
(1) -1 preparation of spinnable sol;
10 g of first tin chloride (SnCl 2 ) and 100 ml of methanol were added to a 100 ml reaction vessel, and dissolved by stirring. The opening of the reaction vessel was left in an oven set at a temperature of 40 ° C. for one day with the lid covered with a hole pierced for solvent evaporation. Thereafter, this solution was concentrated by an evaporator to obtain a spinnable sol solution (concentration: 47%) having a viscosity of 120 cP.

(1)−2 不織布の製造;
上記調製した曳糸性ゾル溶液を、金属ノズル(内径:0.4mm)を備えたプラスチックシリンジに2ml入れ、押し出し量0.3g/時間の速度で金属ノズルから押し出すとともに、金属ノズルに電圧12kV印加し、金属ノズルの先端から6cm離れた金属ドラム(アース)上に集積し、すず化合物ゲル状繊維の繊維ウエブを形成した。なお、繊維を集積させる際に、ドラムを高速回転させた(ドラム表面速度:750m/min.)。
(1) -2 Production of nonwoven fabric;
2 ml of the prepared spinnable sol solution is put into a plastic syringe equipped with a metal nozzle (inner diameter: 0.4 mm), extruded from the metal nozzle at a rate of 0.3 g / hour of extrusion, and a voltage of 12 kV is applied to the metal nozzle. Then, they were accumulated on a metal drum (earth) 6 cm away from the tip of the metal nozzle to form a fiber web of tin compound gel fibers. When the fibers were accumulated, the drum was rotated at a high speed (drum surface speed: 750 m / min.).

次いで、この繊維ウエブを電気炉に入れ、室温から10℃/min.の速度で450℃まで昇温し、温度450℃で30分間維持することにより焼成し、内部充実の酸化すず含有繊維同士が焼結した不織布(平均繊維径:0.1μm、目付:5.7g/m、厚さ:15μm、空隙率:90%、見掛密度:0.38g/cm、抵抗率:25Ω・cm)を製造した。この不織布を電子顕微鏡で観察したところ、アスペクト比が1000以上で、実質的に連続した繊維からなっていた。 Subsequently, this fiber web was put into an electric furnace and from room temperature to 10 ° C./min. The non-woven fabric (average fiber diameter: 0.1 μm, basis weight: 5.7 g) fired by maintaining the temperature at 450 ° C. at a rate of 450 ° C. and maintaining for 30 minutes at a temperature of 450 ° C. / M 2 , thickness: 15 μm, porosity: 90%, apparent density: 0.38 g / cm 3 , resistivity: 25 Ω · cm). When this nonwoven fabric was observed with an electron microscope, it was composed of substantially continuous fibers having an aspect ratio of 1000 or more.

(2)太陽電池の作製;
(2)−1 負極の作製;
15mm角のフッ素ドープ酸化すず膜被覆ガラス(FTOガラス、旭硝子ファブリテック社製、TCOガラス、タイプDU A−110U80)を用意し、エタノール及びアセトンで透明導電性膜(フッ素ドープ酸化すず膜)表面を洗浄した後、紫外線を5分間照射して更に洗浄した。
(2) Production of solar cell;
(2) -1 Production of negative electrode;
Prepare 15mm square fluorine-doped tin oxide film-covered glass (FTO glass, manufactured by Asahi Glass Fabrictech Co., Ltd., TCO glass, type DU A-110U80), and surface the transparent conductive film (fluorine-doped tin oxide film) with ethanol and acetone. After washing, the substrate was further washed by irradiating with ultraviolet rays for 5 minutes.

前記(1)−1で製造した曳糸性ゾル溶液を1−ブタノールで5wt%まで希釈した。この希釈液をFTOガラスのフッ素ドープ酸化すず膜に塗った後、前記(1)−2で製造した不織布(5mm角)、四フッ化エチレン樹脂シートの順に載せた後、10g/cmで加圧しながら、温度80℃で5分間加熱し、不織布とFTOガラスとを接着した。接着後、電気炉で室温から20℃/min.の速度で450℃まで昇温し、温度450℃で30分間維持することにより焼成し、不織布をFTOガラスの透明導電性膜(フッ素ドープ酸化すず膜)と酸化すず化合物により焼結した負極を作製した。 The spinnable sol solution prepared in (1) -1 was diluted to 1 wt% with 1-butanol. After applying this diluted solution to the fluorine-doped tin oxide film of FTO glass, the non-woven fabric (5 mm square) produced in the above (1) -2 and the tetrafluoroethylene resin sheet were placed in this order, and added at 10 g / cm 2 . While pressing, it was heated at a temperature of 80 ° C. for 5 minutes to bond the nonwoven fabric and the FTO glass. After bonding, the temperature is lowered from room temperature to 20 ° C./min. The anode was heated to 450 ° C. at a rate of 450 ° C. and maintained at 450 ° C. for 30 minutes, and the nonwoven fabric was sintered with a transparent conductive film (fluorine-doped tin oxide film) of FTO glass and a tin oxide compound. did.

(2)−2 負極と多孔質酸化チタン粒子との複合;
負極の不織布の存在しない場所にマスキングを施した後、(NHTiF−0.1MとHBO−0.2Mの混合液に浸漬し、不織布表面に酸化チタン粒子を析出させた。温度100℃で30分間乾燥した後、1℃/min.の速度で温度450℃まで昇温し、450℃で30分間維持することにより焼成し、不織布中に多孔質酸化チタン粒子を混在させた。
(2) -2 Composite of negative electrode and porous titanium oxide particles;
After masking the area where the non-woven fabric of the negative electrode does not exist, it is immersed in a mixed solution of (NH 4 ) 2 TiF 6 -0.1M and H 3 BO 3 -0.2M to deposit titanium oxide particles on the surface of the non-woven fabric. It was. After drying at a temperature of 100 ° C. for 30 minutes, 1 ° C./min. The temperature was raised to a temperature of 450 ° C. at a rate of 450 ° C. and maintained at 450 ° C. for 30 minutes.

次いで、色素N719(0.05984g)をt−ブタノール50ml、アセトニトリル50mlに溶解させた色素溶液中に、前記多孔質酸化チタン粒子が混在する負極を室温下、一日浸漬し、多孔質酸化チタン粒子に色素を吸着させた後、脱水したアセトニトリルで洗浄し、不織布中に色素を吸着した多孔質酸化チタン粒子が混在する負極を製造した。   Next, the negative electrode mixed with the porous titanium oxide particles was immersed in a dye solution prepared by dissolving the dye N719 (0.05984 g) in 50 ml of t-butanol and 50 ml of acetonitrile at room temperature for one day. After the dye was adsorbed on the substrate, it was washed with dehydrated acetonitrile to produce a negative electrode in which porous titanium oxide particles adsorbed with the dye were mixed in the nonwoven fabric.

(2)−3 電解液の調製;
遮光性のビンに3−メトキシプロピオンニトリル(10ml)、LiI(0.13358g)、I(0.1269g)、4TBP(4−tert−butylpyridine(0.67605g))、DMPr2−I(1,2−Dimetyl−3−n−propylimdazoliumiodide(1.3572g)を入れ、撹拌して溶解させ、電解液を調製した。
(2) -3 Preparation of electrolyte solution;
In a light-shielding bottle, 3-methoxypropiononitrile (10 ml), LiI (0.13358 g), I 2 (0.1269 g), 4TBP (4-tert-butylpyridine (0.67605 g)), DMPr2-I (1,2 -Dimethyl-3-n-propylimidazoliumiodide (1.3572 g) was added and dissolved by stirring to prepare an electrolytic solution.

(2)−4 正極の作製;
15mm角のすずドープ酸化インジウム(ITO)膜被覆ネサガラス(フルウチ化学社製)を用意し、エタノール及びアセトンでITO膜表面を洗浄した後、紫外線を5分間照射して更に洗浄した。
(2) -4 Production of positive electrode;
A 15 mm square tin-doped indium oxide (ITO) film-coated Nesa glass (manufactured by Furuuchi Chemical Co., Ltd.) was prepared, and the ITO film surface was washed with ethanol and acetone, and then further washed by irradiating with ultraviolet rays for 5 minutes.

次いで、スパッタリング装置(JEOL JFC−1600)を用い、電流40mAで2分間の蒸着処理を2回(白金の厚みの狙い値:60nm)行い、前記ITO膜表面に白金を蒸着し、正極を作製した。   Next, using a sputtering apparatus (JEOL JFC-1600), vapor deposition was performed twice for 2 minutes at a current of 40 mA (target value of platinum thickness: 60 nm), and platinum was deposited on the surface of the ITO film to produce a positive electrode. .

(2)−5 太陽電池の組み立て;
負極、正極のそれぞれのガラス(FG)に銀ペーストP(藤倉化成製、ドータイトD−500)をL字型に塗り、端子をとった(図5参照、図中Cは不織布)。
(2) -5 assembly of solar cell;
Silver paste P (manufactured by Fujikura Kasei, Dotite D-500) was applied to each of the negative electrode and positive electrode glass (FG) in an L shape, and terminals were taken (see FIG. 5, where C is a non-woven fabric).

次いで、スペーサー(タマポリ製、HM−52、厚さ:30μm)を用いて、負極と正極を組み合わせ、(2)−3で調製した電解液を封入し、クリップで固定して、色素増感型太陽電池を組み立てた。   Next, using a spacer (manufactured by Tamapoly, HM-52, thickness: 30 μm), the negative electrode and the positive electrode are combined, the electrolytic solution prepared in (2) -3 is enclosed, fixed with a clip, and dye-sensitized. A solar cell was assembled.

(実施例2)
次の方法により不織布を製造し、その不織布を使用したこと以外は実施例1と同様にして、色素増感型太陽電池を組み立てた。
(Example 2)
A non-woven fabric was produced by the following method, and a dye-sensitized solar cell was assembled in the same manner as in Example 1 except that the non-woven fabric was used.

(1)−2 不織布の製造;
実施例1と同様にして製造した繊維ウエブを電気炉に入れ、10g/cmで加圧した状態で、室温から10℃/min.の速度で450℃まで昇温し、温度450℃で30分間維持することにより焼成し、内部充実の酸化すず含有繊維同士が焼結した不織布(平均繊維径:0.1μm、目付:12.2g/m、厚さ:14μm、空隙率77%、見掛密度:0.87g/cm、抵抗率:25Ω・cm)を製造した。この不織布を電子顕微鏡で観察したところ、アスペクト比が1000以上で、実質的に連続した繊維からなっていた。
(1) -2 Production of nonwoven fabric;
A fiber web produced in the same manner as in Example 1 was placed in an electric furnace and pressurized at 10 g / cm 2 to 10 ° C./min. The non-woven fabric (average fiber diameter: 0.1 μm, basis weight: 12.2 g) sintered at a temperature of 450 ° C. and sintered for 30 minutes at a temperature of 450 ° C. / m 2, thickness: 14 [mu] m, porosity 77%, apparent density: 0.87 g / cm 3, the resistivity: 25Ω · cm) were prepared. When this nonwoven fabric was observed with an electron microscope, it was composed of substantially continuous fibers having an aspect ratio of 1000 or more.

(実施例3)
次の方法により不織布を製造し、その不織布を使用したこと以外は実施例1と同様にして、色素増感型太陽電池を組み立てた。
Example 3
A non-woven fabric was produced by the following method, and a dye-sensitized solar cell was assembled in the same manner as in Example 1 except that the non-woven fabric was used.

(1)−2 不織布の製造;
実施例1と同様にして製造した繊維ウエブを電気炉に入れ、20g/cmで加圧した状態で、室温から10℃/min.の速度で450℃まで昇温し、温度450℃で30分間維持することにより焼成し、内部充実の酸化すず含有繊維同士が焼結した不織布(平均繊維径:0.1μm、目付:15.1g/m、厚さ:16μm、空隙率:75%、見掛密度:0.94g/cm、抵抗率:25Ω・cm)を製造した。この不織布を電子顕微鏡で観察したところ、アスペクト比が1000以上で、実質的に連続した繊維からなっていた。
(1) -2 Production of nonwoven fabric;
A fiber web produced in the same manner as in Example 1 was placed in an electric furnace and pressurized at 20 g / cm 2 to 10 ° C./min. The non-woven fabric (average fiber diameter: 0.1 μm, basis weight: 15.1 g) sintered at a temperature of 450 ° C. and sintered for 30 minutes at a temperature of 450 ° C. / M 2 , thickness: 16 μm, porosity: 75%, apparent density: 0.94 g / cm 3 , resistivity: 25 Ω · cm). When this nonwoven fabric was observed with an electron microscope, it was composed of substantially continuous fibers having an aspect ratio of 1000 or more.

(実施例4)
次の方法により不織布を製造し、その不織布を使用したこと以外は実施例1と同様にして、色素増感型太陽電池を組み立てた。
Example 4
A non-woven fabric was produced by the following method, and a dye-sensitized solar cell was assembled in the same manner as in Example 1 except that the non-woven fabric was used.

(1)−2 不織布の製造;
実施例1と同様に調製した曳糸性ゾル溶液を、金属ノズル(内径:0.4mm)を備えたプラスチックシリンジに2ml入れ、押し出し量0.3g/時間の速度で金属ノズルから押し出すとともに、金属ノズルに電圧12kV印加し、金属ノズルの先端から6cm離れた金属ドラム(アース)上に集積し、すず化合物ゲル状繊維の繊維ウエブを形成した。なお、繊維を集積させる際に、ドラムを高速回転させた(ドラム表面速度:1000m/min.)。
(1) -2 Production of nonwoven fabric;
2 ml of the spinnable sol solution prepared in the same manner as in Example 1 was put into a plastic syringe equipped with a metal nozzle (inner diameter: 0.4 mm) and extruded from the metal nozzle at a rate of 0.3 g / hour of extrusion. A voltage of 12 kV was applied to the nozzle, and it was accumulated on a metal drum (earth) 6 cm away from the tip of the metal nozzle to form a fiber web of tin compound gel fibers. When the fibers were accumulated, the drum was rotated at a high speed (drum surface speed: 1000 m / min.).

次いで、この繊維ウエブを電気炉に入れ、10g/cmで加圧した状態で、室温から10℃/min.の速度で450℃まで昇温し、温度450℃で30分間維持することにより焼成し、内部充実の酸化すず含有繊維同士が焼結した不織布(平均繊維径:0.1μm、目付:21.3g/m、厚さ:14μm、空隙率:60%、見掛密度:1.52g/cm、抵抗率:25Ω・cm)を製造した。この不織布を電子顕微鏡で観察したところ、アスペクト比が1000以上で、実質的に連続した繊維からなっていた。 Next, this fiber web was put in an electric furnace and pressurized from 10 g / cm 2 to 10 ° C./min. The non-woven fabric (average fiber diameter: 0.1 μm, basis weight: 21.3 g) sintered at a temperature of 450 ° C. and sintered for 30 minutes at a temperature of 450 ° C. / M 2 , thickness: 14 μm, porosity: 60%, apparent density: 1.52 g / cm 3 , resistivity: 25 Ω · cm). When this nonwoven fabric was observed with an electron microscope, it was composed of substantially continuous fibers having an aspect ratio of 1000 or more.

(比較例1)
(紡糸液の調製)
ポリ酢酸ビニル(PVAc)2.875gをN,N−ジメチルホルムアミド(DMF)22.125gに加えて溶解させ、更にチタンテトライソプロポキシド(TTiP)5gと酢酸2.5gを混合した溶液を加え、紡糸液とした。
(Comparative Example 1)
(Preparation of spinning solution)
2.875 g of polyvinyl acetate (PVAc) was added to 22.125 g of N, N-dimethylformamide (DMF) and dissolved, and a solution in which 5 g of titanium tetraisopropoxide (TTip) was mixed with 2.5 g of acetic acid was added. A spinning solution was obtained.

(不織布の製造)
前記調製した紡糸液を、金属ノズル(内径:0.4mm)を備えたプラスチックシリンジに2ml入れ、押し出し量0.3g/時間の速度で金属ノズルから押し出すとともに、金属ノズルに電圧12kV印加し、金属ノズルの先端から6cm離れた金属ドラム(アース)上に集積し、PVAc/TTiP混合繊維の繊維ウエブを形成した。なお、繊維を集積させる際に、ドラムを0.5m/min.で回転させた。その後、温度120℃で30分熱処理し、含有溶媒を取り除き、不織布とした。
(Manufacture of non-woven fabric)
2 ml of the prepared spinning solution is put into a plastic syringe equipped with a metal nozzle (inner diameter: 0.4 mm), extruded from the metal nozzle at a rate of extrusion amount of 0.3 g / hour, and a voltage of 12 kV is applied to the metal nozzle. It accumulated on the metal drum (earth | ground) 6 cm away from the front-end | tip of a nozzle, and formed the fiber web of the PVAc / TTiP mixed fiber. When collecting the fibers, the drum was rotated at 0.5 m / min. Then, it heat-processed for 30 minutes at the temperature of 120 degreeC, the containing solvent was removed, and it was set as the nonwoven fabric.

(負極の作製)
15mm角のフッ素ドープ酸化すず膜被覆ガラス(FTOガラス、旭硝子ファブリテック社製、TCOガラス、タイプDU A−110U80)を用意し、エタノール及びアセトンで透明導電性膜(フッ素ドープ酸化すず膜)表面を洗浄した後、紫外線を5分間照射して更に洗浄した。
(Preparation of negative electrode)
Prepare 15mm square fluorine-doped tin oxide film-covered glass (FTO glass, manufactured by Asahi Glass Fabrictech Co., Ltd., TCO glass, type DU A-110U80), and surface the transparent conductive film (fluorine-doped tin oxide film) with ethanol and acetone. After washing, the substrate was further washed by irradiating with ultraviolet rays for 5 minutes.

次いで、FTOガラスのフッ素ドープ酸化すず膜上に、前記不織布(5mm角)、四フッ化エチレン樹脂シートに順に載せた後、1kg/cmで加圧した状態で、温度120℃で10分間加熱し、不織布とFTOガラスとを接着した。接着後、電気炉で室温から10℃/min.の速度で450℃まで昇温し、温度450℃で30分間維持することにより焼成して不純物を取り除き、酸化チタン繊維からなる不織布をFTOガラスの透明導電性膜(フッ素ドープ酸化すず膜)に焼結した負極を作成した。なお、酸化チタン繊維はアスペクト比が1000以上で、実質的に連続した多孔質の繊維であり、また、不織布の物性は、平均繊維径0.1μm、目付14.0g/m、厚さ16μm、空隙率75%、見掛密度0.88g/cmであった。 Next, after placing the non-woven fabric (5 mm square) and the tetrafluoroethylene resin sheet in order on the fluorine-doped tin oxide film of FTO glass, heating was performed at a temperature of 120 ° C. for 10 minutes under a pressure of 1 kg / cm 2. Then, the nonwoven fabric and the FTO glass were bonded. After bonding, the temperature is increased from room temperature to 10 ° C./min. The temperature is raised to 450 ° C. at a rate of 450 ° C. and maintained at 450 ° C. for 30 minutes to remove impurities by baking, and the nonwoven fabric made of titanium oxide fibers is baked into a transparent conductive film (fluorine-doped tin oxide film) of FTO glass. A bonded negative electrode was prepared. The titanium oxide fiber is a substantially continuous porous fiber having an aspect ratio of 1000 or more, and the physical properties of the nonwoven fabric are an average fiber diameter of 0.1 μm, a basis weight of 14.0 g / m 2 , and a thickness of 16 μm. The porosity was 75% and the apparent density was 0.88 g / cm 3 .

(負極と多孔質酸化チタン粒子との複合)
前記負極の不織布の存在しない場所にマスキングを施した後、(NHTiF−0.1MとHBO−0.2Mの混合液に浸漬し、不織布表面に酸化チタン粒子を析出させた。温度100℃で30分間乾燥した後、1℃/min.の速度で温度450℃まで昇温し、450℃で30分間維持することにより焼成し、不織布中に多孔質酸化チタン粒子を混在させた。
(Composite of negative electrode and porous titanium oxide particles)
After masking the negative electrode where the non-woven fabric is not present, the negative electrode is immersed in a mixed solution of (NH 4 ) 2 TiF 6 -0.1M and H 3 BO 3 -0.2M to deposit titanium oxide particles on the non-woven fabric surface. I let you. After drying at a temperature of 100 ° C. for 30 minutes, 1 ° C./min. The temperature was raised to a temperature of 450 ° C. at a rate of 450 ° C. and maintained at 450 ° C. for 30 minutes.

次いで、色素N719(0.05984g)をt−ブタノール50ml、アセトニトリル50mlに溶解させた色素溶液中に、前記多孔質酸化チタン粒子が混在する負極を室温下、一日浸漬し、多孔質酸化チタン粒子に色素を吸着させた後、脱水したアセトニトリルで洗浄し、不織布中に色素を吸着した多孔質酸化チタン粒子が混在する負極を製造した。   Next, the negative electrode mixed with the porous titanium oxide particles was immersed in a dye solution prepared by dissolving the dye N719 (0.05984 g) in 50 ml of t-butanol and 50 ml of acetonitrile at room temperature for one day. After the dye was adsorbed on the substrate, it was washed with dehydrated acetonitrile to produce a negative electrode in which porous titanium oxide particles adsorbed with the dye were mixed in the nonwoven fabric.

その後、実施例1の(2)−3(電解液の調製)、(2)−4(正極の作製)、(2)−5(太陽電池の組み立て)と同様にして、色素増感型太陽電池を組み立てた。   Thereafter, dye-sensitized solar cells were prepared in the same manner as in (2) -3 (preparation of electrolytic solution), (2) -4 (preparation of positive electrode), and (2) -5 (assembly of solar cells) in Example 1. I assembled the battery.

(比較例2)
次の方法により不織布を製造し、その不織布を使用したこと以外は実施例1と同様にして、色素増感型太陽電池を組み立てた。
(Comparative Example 2)
A non-woven fabric was produced by the following method, and a dye-sensitized solar cell was assembled in the same manner as in Example 1 except that the non-woven fabric was used.

(1)−2 不織布の製造;
実施例1と同様に調製した曳糸性ゾル溶液を、金属ノズル(内径:0.4mm)を備えたプラスチックシリンジに2ml入れ、押し出し量0.3g/時間の速度で金属ノズルから押し出すとともに、金属ノズルに電圧12kV印加し、金属ノズルの先端から6cm離れた金属ドラム(アース)上に集積し、すず化合物ゲル状繊維の繊維ウエブを形成した。なお、繊維を集積させる際に、ドラムを0.5m/min.で回転させた。
(1) -2 Production of nonwoven fabric;
2 ml of the spinnable sol solution prepared in the same manner as in Example 1 was put into a plastic syringe equipped with a metal nozzle (inner diameter: 0.4 mm) and extruded from the metal nozzle at a rate of 0.3 g / hour of extrusion. A voltage of 12 kV was applied to the nozzle, and it was accumulated on a metal drum (earth) 6 cm away from the tip of the metal nozzle to form a fiber web of tin compound gel fibers. When collecting the fibers, the drum was set at 0.5 m / min. It was rotated with.

次いで、この繊維ウエブを電気炉に入れ、室温から10℃/min.の速度で450℃まで昇温し、温度450℃で30分間維持することにより焼成し、内部充実の酸化すず含有繊維同士が焼結した不織布(平均繊維径:0.1μm、目付:3.4g/m、厚さ:15μm、空隙率:94%、見掛密度:0.23g/cm、抵抗率:25Ω・cm)を製造した。この不織布を電子顕微鏡で観察したところ、アスペクト比が1000以上で、実質的に連続した繊維からなっていた。 Subsequently, this fiber web was put into an electric furnace and from room temperature to 10 ° C./min. The non-woven fabric (average fiber diameter: 0.1 μm, basis weight: 3.4 g) fired by heating at 450 ° C. at a rate of 450 ° C. and maintained for 30 minutes at a temperature of 450 ° C. / M 2 , thickness: 15 μm, porosity: 94%, apparent density: 0.23 g / cm 3 , resistivity: 25 Ω · cm). When this nonwoven fabric was observed with an electron microscope, it was composed of substantially continuous fibers having an aspect ratio of 1000 or more.

(比較例3)
次の方法により不織布を製造し、その不織布を使用したこと以外は実施例1と同様にして、色素増感型太陽電池を組み立てた。
(Comparative Example 3)
A non-woven fabric was produced by the following method, and a dye-sensitized solar cell was assembled in the same manner as in Example 1 except that the non-woven fabric was used.

(1)−2 不織布の製造;
実施例1と同様に調製した曳糸性ゾル溶液を、金属ノズル(内径:0.4mm)を備えたプラスチックシリンジに2ml入れ、押し出し量0.3g/時間の速度で金属ノズルから押し出すとともに、金属ノズルに電圧12kV印加し、金属ノズルの先端から6cm離れた金属ドラム(アース)上に集積し、すず化合物ゲル状繊維の繊維ウエブを形成した。なお、繊維を集積させる際に、ドラムを1000m/min.で回転させた。
(1) -2 Production of nonwoven fabric;
2 ml of the spinnable sol solution prepared in the same manner as in Example 1 was put into a plastic syringe equipped with a metal nozzle (inner diameter: 0.4 mm) and extruded from the metal nozzle at a rate of 0.3 g / hour of extrusion. A voltage of 12 kV was applied to the nozzle, and it was accumulated on a metal drum (earth) 6 cm away from the tip of the metal nozzle to form a fiber web of tin compound gel fibers. When collecting the fibers, the drum was set at 1000 m / min. It was rotated with.

次いで、この繊維ウエブを電気炉に入れ、20g/cmで加圧した状態で、室温から10℃/min.の速度で450℃まで昇温し、温度450℃で30分間維持することにより焼成し、内部充実の酸化すず含有繊維同士が焼結した不織布(平均繊維径:0.1μm、目付:23.6g/m、厚さ:13μm、空隙率:55%、見掛密度:1.82g/cm、抵抗率:25Ω・cm)を製造した。この不織布を電子顕微鏡で観察したところ、アスペクト比が1000以上で、実質的に連続した繊維からなっていた。 The fiber web was then placed in an electric furnace and pressurized from 20 g / cm 2 to 10 ° C./min. The non-woven fabric (average fiber diameter: 0.1 μm, basis weight: 23.6 g) sintered at a temperature of 450 ° C. and sintered for 30 minutes at a temperature of 450 ° C. / M 2 , thickness: 13 μm, porosity: 55%, apparent density: 1.82 g / cm 3 , resistivity: 25 Ω · cm). When this nonwoven fabric was observed with an electron microscope, it was composed of substantially continuous fibers having an aspect ratio of 1000 or more.

(太陽電池の評価)
(1)光量の校正;
予め、擬似太陽光(擬似太陽光照射装置:セリック製、SXL−500V2形)の光量の校正を行った。
(Evaluation of solar cells)
(1) Light quantity calibration;
In advance, the amount of light of simulated sunlight (simulated sunlight irradiation device: manufactured by Celic, SXL-500V2 type) was calibrated.

次いで、10分間、擬似太陽光を照射し、擬似太陽光照射装置の光源をウォームアップした。   Subsequently, simulated sunlight was irradiated for 10 minutes, and the light source of the simulated sunlight irradiation apparatus was warmed up.

次いで、フォトダイオード(分光計器製、シリコン系フォトダイオード、BS−520)に擬似太陽光を照射し、出力電流値が0.606mAを示すように試料台の高さを調節した。これによりAM1.5(100mW/cm)の太陽光が試料に照射できているものとした。 Next, simulated sunlight was irradiated to a photodiode (manufactured by Spectrometer Co., Ltd., silicon photodiode, BS-520), and the height of the sample stage was adjusted so that the output current value was 0.606 mA. Thus, it was assumed that AM1.5 (100 mW / cm 2 ) sunlight could be irradiated to the sample.

(2)変換効率の測定;
ケースレー社2400型ソースメータを用いて、各太陽電池(電極面積:0.25cm)の変換効率を測定した。つまり、電流−電圧特性の測定を−0.1〜+0.8Vの範囲で電圧を変化させ、電圧値及び電流値を読み取って測定を行い、変換効率を見積もった。この結果は表2に示す通りであった。なお、表1は紡糸液の状態及び不織布を製造する上で、特に空隙率に影響を及ぼすドラムの表面速度と加圧力についてまとめたものである。
(2) Measurement of conversion efficiency;
The conversion efficiency of each solar cell (electrode area: 0.25 cm 2 ) was measured using a Keithley 2400 source meter. That is, the measurement of current-voltage characteristics was performed by changing the voltage in the range of −0.1 to +0.8 V, reading the voltage value and the current value, and estimating the conversion efficiency. The results are shown in Table 2. Table 1 summarizes the state of the spinning solution and the surface speed of the drum and the applied pressure that particularly affect the porosity in producing the nonwoven fabric.

Figure 2010238507
Figure 2010238507

Figure 2010238507
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この表1、2の結果から、曳糸性の紡糸液を使用すること、及び不織布の空隙率が60〜90%であることによって変換効率が高くなることがわかった。   From the results shown in Tables 1 and 2, it was found that the conversion efficiency is increased by using a spinnable spinning solution and the non-woven fabric having a porosity of 60 to 90%.

本発明の色素増感型太陽電池用電極は色素増感型太陽電池の負極として使用することができる。   The electrode for dye-sensitized solar cells of the present invention can be used as a negative electrode for dye-sensitized solar cells.

1 ゾル溶液貯留部
〜211 ノズル群
3 供給管
4 支持体
5 ヒーター
6 気体供給装置
7 排気装置
8 容器
10、20 負極
10a、20a 基材
10b、20b 透明導電性膜
20c 不織布
11、21 正極
11a、21a 基材
11b、21b 透明導電膜
11c、21c 白金
12、22 多孔質酸化チタン粒子層
13、23 電解液
G ガラス板
S 試料
P 銀ペースト
FG ガラス
C 不織布
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Sol solution storage part 2 1-2 2 11 nozzle group 3 Supply pipe 4 Support body 5 Heater 6 Gas supply apparatus 7 Exhaust apparatus 8 Container 10, 20 Negative electrode 10a, 20a Base material 10b, 20b Transparent conductive film 20c Nonwoven fabric 11, 21 Positive electrode 11a, 21a Base material 11b, 21b Transparent conductive film 11c, 21c Platinum 12, 22 Porous titanium oxide particle layer 13, 23 Electrolyte G Glass plate S Sample P Silver paste FG Glass C Nonwoven fabric

Claims (3)

すず化合物を含む曳糸性ゾル溶液を用いて形成した酸化すず含有繊維からなる不織布を有する色素増感型太陽電池用電極であり、前記不織布の空隙率が60〜90%であることを特徴とする、色素増感型太陽電池用電極。 A dye-sensitized solar cell electrode having a nonwoven fabric composed of tin oxide-containing fibers formed using a spinnable sol solution containing a tin compound, characterized in that the porosity of the nonwoven fabric is 60 to 90% An electrode for a dye-sensitized solar cell. 不織布を構成する酸化すず含有繊維が一方向に配向してい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用電極。 The dye-sensitized solar cell electrode according to claim 1, wherein tin oxide-containing fibers constituting the nonwoven fabric are oriented in one direction. 請求項1又は2に記載の色素増感型太陽電池用電極を備えた色素増感型太陽電池。 A dye-sensitized solar cell comprising the dye-sensitized solar cell electrode according to claim 1.
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