JP2011040288A - Method of manufacturing semiconductor film, the semiconductor film, and dye-sensitized solar cell - Google Patents

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隆之 佐野
Akinori Konno
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method of manufacturing a flexible semiconductor film which is less apt to peel off, when bent, to provide the semiconductor film which is produced in the same, and to provide a dye-sensitized solar battery including the same produced in the method. <P>SOLUTION: The method of manufacturing the semiconductor film includes applying a solution containing semiconductor particles and a binder onto a first conductive substrate, drying the application liquid, and then warming it in a range of 130-300°C; while by giving a pressure of 20-40 MPa thereto, a semiconductor layer is formed. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、半導体膜の製造方法、半導体膜および色素増感太陽電池に関する。 The present invention relates to a semiconductor film manufacturing method, a semiconductor film, and a dye-sensitized solar cell.

グレッツェルが、非特許文献1に、変換効率7.9% の新しい型の光電池(色素増感光電池)を発表して以来、色素増感太陽電池の研究開発は世界的に行われてきた。グレッツェルの発表した色素増感太陽電池は、TiO(酸化チタン)電極と対向電極とを対峙させ、それらの間に電解質溶液を配置した構造を有するものである。TiO電極としては、フッ素ドープ酸化スズからなる透明導電膜付きのガラス板と、透明導電膜上に設けられ、表面に通常N3と呼ばれるルテニウム増感色素が吸着している多孔質TiO膜とからなるものが使用されている。また、対向電極としては、導電性ガラス基板に白金膜を形成したものが、電解質溶液としてはアセトニトリルなどの溶媒にI/I を含む酸化還元溶液が使用されている。 Research and development of dye-sensitized solar cells have been conducted globally since Gretzell announced a new type of photovoltaic cell (dye-sensitized photocell) with a conversion efficiency of 7.9% in Non-Patent Document 1. The dye-sensitized solar cell announced by Gretzer has a structure in which a TiO 2 (titanium oxide) electrode and a counter electrode are opposed to each other and an electrolyte solution is disposed therebetween. As the TiO 2 electrode, a glass plate with a transparent conductive film made of fluorine-doped tin oxide, a porous TiO 2 film provided on the transparent conductive film, and having a ruthenium sensitizing dye usually called N3 adsorbed on the surface, Is used. In addition, as the counter electrode, a conductive glass substrate formed with a platinum film is used, and as the electrolyte solution, an oxidation-reduction solution containing I / I 3 in a solvent such as acetonitrile is used.

従来、色素増感太陽電池のTiO電極を製造するためには、例えば、まず、数十nmサイズのTiO粉末をポリエチレングリコールやセルロース系結着剤に分散させてペーストを調製し、そのペーストをガラス基材上の透明導電膜上に塗布して塗膜を形成する。その後、500℃程度の高温で焼成して結着剤を分解し、TiO粉末粒子同士を結合させ、次いで、TiO表面に染料(色素)を吸着させる。 Conventionally, in order to manufacture a TiO 2 electrode of a dye-sensitized solar cell, for example, first, a paste is prepared by dispersing TiO 2 powder having a size of several tens of nanometers in polyethylene glycol or a cellulose-based binder. Is coated on a transparent conductive film on a glass substrate to form a coating film. Thereafter, the binder is decomposed by baking at a high temperature of about 500 ° C., the TiO 2 powder particles are bonded to each other, and then a dye (pigment) is adsorbed on the TiO 2 surface.

近年では、用途拡大のために、電極における基材をプラスチック化して、薄型かつ軽量で、屈曲性を有する光電池を開発することが求められている。また、電極における基材をプラスチック化して可撓性を持たせ、色素増感太陽電池を連続生産することにより、コストダウンを図ることも考えられている。しかしながら、上記のような、TiO粉末を使用した電極の製造方法では、高温で焼結する必要があるため、プラスチックフィルムを基材とした電極を製造することは困難であった。 In recent years, in order to expand applications, it has been demanded to develop a thin, lightweight and flexible photovoltaic cell by plasticizing a base material in an electrode. It is also considered to reduce costs by plasticizing the base material of the electrode to give flexibility and continuously producing dye-sensitized solar cells. However, in the method for producing an electrode using TiO 2 powder as described above, it is necessary to sinter at a high temperature, and thus it is difficult to produce an electrode based on a plastic film.

そこで、プラスチックフィルムを基材とした電極を低温で製造する方法として、上記ペーストの代わりに、酸化チタンとバインダーとを含む溶液を透明導電膜上に塗布し、乾燥した後、所定の圧力にて加圧プレスする方法が開示されている(例えば、特許文献1参照)。 Therefore, as a method of producing an electrode based on a plastic film at a low temperature, instead of the paste, a solution containing titanium oxide and a binder is applied on a transparent conductive film, dried, and then at a predetermined pressure. A method of press-pressing is disclosed (for example, see Patent Document 1).

グレッツェル, 「ネイチャー(Nature)」, 第353 巻, 1991年、p.737Gretzell, “Nature”, Volume 353, 1991, p. 737

特許第4086037号Patent No. 4086037

特許文献1に記載の方法により、可撓性を有するプラスチックフィルム上に酸化チタン膜を形成することができる。しかしながら、得られた酸化チタン膜は、基材との密着が不十分であり剥がれ易いものであった。当該問題は、酸化チタン膜が形成された基材を曲げた時に生じやすいものであった。すなわち、可撓性を有する基材を使用しても、曲げによって酸化チタン膜が剥がれてしまうことから、可撓性を有する基材の利点を充分に発揮させることが困難であった。したがって、特許文献1に記載の方法では、可撓性が不十分であることから、色素増感太陽電池を連続的に生産することが難しいものであった。 By the method described in Patent Document 1, a titanium oxide film can be formed on a flexible plastic film. However, the obtained titanium oxide film was insufficiently adhered to the base material and easily peeled off. The problem is likely to occur when the substrate on which the titanium oxide film is formed is bent. That is, even if a flexible substrate is used, the titanium oxide film is peeled off by bending, and thus it has been difficult to sufficiently exhibit the advantages of the flexible substrate. Therefore, in the method described in Patent Document 1, since the flexibility is insufficient, it is difficult to continuously produce a dye-sensitized solar cell.

半導体膜を曲げても半導体膜の剥がれが生じにくい可撓性を有した半導体膜の製造方法、当該製造方法によって得られる半導体膜および当該製造方法によって得られる半導体膜を具備してなる色素増感太陽電池を提供することを目的とする。 Method for manufacturing flexible semiconductor film in which peeling of semiconductor film does not occur even when semiconductor film is bent, semiconductor film obtained by the manufacturing method, and dye sensitization comprising semiconductor film obtained by the manufacturing method An object is to provide a solar cell.

本発明は下記の技術的構成により上記課題を解決できたものである。 The present invention has solved the above problems by the following technical configuration.

(1)第1の導電性基材上に、半導体微粒子とバインダーとを含む溶液を塗布し、該塗布液を乾燥させた後、20〜40MPaにて加圧し、該加圧と並行して130〜300℃の範囲内で加温することにより、半導体層を形成することを特徴とする半導体膜の製造方法。
(2)前記加温を、第1の導電性基材側に近づくほど温度が高くなるように行うことを特徴とする前記(1)に記載の半導体膜の製造方法。
(3)前記半導体微粒子が色素を吸着していることを特徴とする前記(1)に記載の半導体膜の製造方法。
(4)前記第1の導電性基材が、可撓性を有する基材上に透明導電層が形成されたものであることを特徴とする前記(1)に記載の半導体膜の製造方法。
(5)前記(1)〜(4)のいずれかに記載の方法によって得られた半導体膜。
(6)前記(1)〜(4)のいずれかに記載の方法によって得られた半導体膜を用いて、該半導体膜を構成する半導体層上に、電解質層および第2の導電性基材が順次積層されてなることを特徴とする色素増感太陽電池。
(1) A solution containing semiconductor fine particles and a binder is applied onto the first conductive substrate, and the coating solution is dried, and then pressurized at 20 to 40 MPa, and 130 in parallel with the pressing. A method for producing a semiconductor film, wherein the semiconductor layer is formed by heating within a range of ˜300 ° C.
(2) The method for manufacturing a semiconductor film according to (1), wherein the heating is performed such that the temperature becomes higher as the temperature approaches the first conductive substrate side.
(3) The method for producing a semiconductor film according to (1), wherein the semiconductor fine particles adsorb a dye.
(4) The method for producing a semiconductor film as described in (1) above, wherein the first conductive substrate is formed by forming a transparent conductive layer on a flexible substrate.
(5) A semiconductor film obtained by the method according to any one of (1) to (4).
(6) Using the semiconductor film obtained by the method according to any one of (1) to (4) above, an electrolyte layer and a second conductive substrate are formed on the semiconductor layer constituting the semiconductor film. A dye-sensitized solar cell, which is sequentially laminated.

本発明によれば、半導体膜を曲げても半導体膜の剥がれが生じにくい可撓性を有した半導体膜の製造方法、当該製造方法によって得られる半導体膜および当該製造方法によって得られる半導体膜を具備してなる色素増感太陽電池を提供することができる。 According to the present invention, there is provided a method for manufacturing a flexible semiconductor film in which the semiconductor film does not easily peel even when the semiconductor film is bent, a semiconductor film obtained by the manufacturing method, and a semiconductor film obtained by the manufacturing method. Thus, a dye-sensitized solar cell can be provided.

色素増感太陽電池の断面図である。It is sectional drawing of a dye-sensitized solar cell.

<色素増感太陽電池>
本発明の色素増感太陽電池を図を用いて説明する。
本発明を構成する色素増感太陽電池50は、図1に示すように、第1の導電性基材10上に色素を担持させた半導体層20、電解質層40および第2の導電性基材11が順次積層されてなる。後述するホットプレスにて、第1の導電性基材10上に半導体層20を形成したものが、半導体膜30である。電解質層40は図1に示すように、半導体層20と第2の基材11との間に設けてもよいし、多孔質である半導体層20内に毛細管現象を利用して浸透させるものであってもよい。
本発明の色素増感太陽電池50は、半導体層20に電解質を満たした後、色素増感太陽電池全体を樹脂成分で封止することによって、電解質の漏れ・揮発を防ぐことができるため好ましい。
<Dye-sensitized solar cell>
The dye-sensitized solar cell of this invention is demonstrated using figures.
As shown in FIG. 1, the dye-sensitized solar cell 50 constituting the present invention includes a semiconductor layer 20, an electrolyte layer 40, and a second conductive base material in which a dye is supported on the first conductive base material 10. 11 are sequentially laminated. The semiconductor film 30 is obtained by forming the semiconductor layer 20 on the first conductive base material 10 by hot pressing described later. As shown in FIG. 1, the electrolyte layer 40 may be provided between the semiconductor layer 20 and the second base material 11, or is made to penetrate into the porous semiconductor layer 20 using a capillary phenomenon. There may be.
The dye-sensitized solar cell 50 of the present invention is preferable because after the semiconductor layer 20 is filled with an electrolyte, the entire dye-sensitized solar cell can be sealed with a resin component to prevent leakage and volatilization of the electrolyte.

<半導体膜の製造方法>
本発明の半導体膜の製造方法は、第1の導電性基材上に、半導体微粒子とバインダーとを含む溶液を塗布し、該塗布液を乾燥させた後、20〜40MPaにて加圧し、該加圧と並行して130〜300℃の範囲内で加温することにより、多孔質状の半導体層を形成するものである。
本発明は、加圧と加温を並行して行うこと(ホットプレス)によって、半導体微粒子の焼結を行う。したがって、従来、半導体微粒子の焼結に必要とされていた500℃程度の高温焼成を行う必要がないため、可撓性を具備するプラスチックフィルム等を基材として使用することができる。
加圧は25〜35MPaであることが好ましい。加圧が20MPa未満では微粒子間のネッキング不良の問題がある。加圧が40MPa超では基材(第一の導電性基材)損傷の問題がある。
加温は130〜160℃であることが好ましく、140〜150℃であることがさらに好ましい。加温温度が130℃未満では微粒子間のネッキング不良の問題がある。加温温度が300℃超では透明プラスチックフィルム等のフレキシブルな基材が損傷する問題がある。
なお、加圧と加温を並行して行うとは、加圧と加温を同時に行うものであってもよいが、加圧中あるいは加圧後に加温を行うものや、加温後に加圧を行うものも含む。本発明においては、加圧と加温を同時に行うこと、または加圧中あるいは加圧後に加温を行うことが好ましい。
<Semiconductor film manufacturing method>
In the method for producing a semiconductor film of the present invention, a solution containing semiconductor fine particles and a binder is applied onto a first conductive substrate, the coating solution is dried, and then pressurized at 20 to 40 MPa, A porous semiconductor layer is formed by heating in the range of 130 to 300 ° C. in parallel with the pressurization.
In the present invention, semiconductor fine particles are sintered by performing pressurization and heating in parallel (hot pressing). Therefore, since it is not necessary to perform high-temperature firing at about 500 ° C., which has been conventionally required for sintering of semiconductor fine particles, a flexible plastic film or the like can be used as a base material.
The pressurization is preferably 25 to 35 MPa. When the pressure is less than 20 MPa, there is a problem of poor necking between the fine particles. When the pressure exceeds 40 MPa, there is a problem of damage to the base material (first conductive base material).
The heating is preferably 130 to 160 ° C, and more preferably 140 to 150 ° C. When the heating temperature is less than 130 ° C., there is a problem of poor necking between fine particles. When the heating temperature exceeds 300 ° C., there is a problem that a flexible substrate such as a transparent plastic film is damaged.
Note that performing pressurization and heating in parallel may be performed simultaneously with pressurization and warming, but may be performed during or after pressurization, or after pressurization. Including those that perform In the present invention, it is preferable to perform pressurization and warming simultaneously, or warming during or after pressurization.

半導体層を形成するために圧力を加える加圧装置の種類は、所定の圧力を生じさせることができるものであれば特に限定されない。具体的には、例えば、平板プレス、ロールプレスを使用することができる。ロールプレスは可撓性を有するプラスチックフィルムを基材に使用した場合、ロール・トゥ・ロールで連続生産することができるので好ましい。 The kind of the pressurizing device that applies pressure to form the semiconductor layer is not particularly limited as long as it can generate a predetermined pressure. Specifically, for example, a flat plate press or a roll press can be used. A roll press is preferable when a plastic film having flexibility is used as a base material because it can be continuously produced roll-to-roll.

第1の導電性基材上に、半導体微粒子とバインダーとを含む溶液を塗布し、該塗布液を乾燥させた後、加圧する際には、加圧装置と乾燥させた塗布液との間に離型材を挟むことが好ましい。これによって、形成された半導体層を構成する半導体微粒子が加圧装置に付着しにくくなるため、半導体層から半導体微粒子が剥がれにくくなり、導電性を維持しやすくなるため好ましい。
離型材の材質としては、ポリ四フッ化エチレン(PTFE)、ポリクロロ三フッ化エチレン(PCTFE)、四フッ化エチレン六フッ化プロピレン共重合体(FEP)、パーフルオロアルコキシフッ化樹脂(PFA)、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)、エチレン四フッ化エチレン共重合体(ETFE)、エチレンクロロ三フッ化エチレン共重合体(ECTFE)、ポリフッ化ビニル(PVF)等のフッ素樹脂を好ましく使用することができる。
On the first conductive substrate, a solution containing semiconductor fine particles and a binder is applied, and after the application liquid is dried, when pressurizing, between the pressurizer and the dried application liquid. It is preferable to sandwich a release material. As a result, the semiconductor fine particles constituting the formed semiconductor layer are less likely to adhere to the pressure device, and therefore, the semiconductor fine particles are less likely to be peeled off from the semiconductor layer, and the conductivity is easily maintained.
As the release material, polytetrafluoroethylene (PTFE), polychlorotrifluoride ethylene (PCTFE), tetrafluoroethylene hexafluoropropylene copolymer (FEP), perfluoroalkoxy fluororesin (PFA), Fluorine resins such as polyvinylidene fluoride (PVDF), ethylene tetrafluoride ethylene copolymer (ETFE), ethylene chlorotrifluoride ethylene copolymer (ECTFE), and polyvinyl fluoride (PVF) can be preferably used.

半導体微粒子とバインダーを分散させる溶媒は特に限定されないが、これらの混合材料に加えたときペースト状(エマルジョン)になるものであれば好ましい。分散溶媒としては例えば、水、酢酸、アルコール類、アセトン等を使用することができる。これらの分散溶媒の中でもカルボキシル基を含有しない溶媒を使用すると、吸着反応が色素と競合しないため、発電効率向上の観点から好ましい。 The solvent for dispersing the semiconductor fine particles and the binder is not particularly limited, but it is preferable if it becomes a paste (emulsion) when added to these mixed materials. As the dispersion solvent, for example, water, acetic acid, alcohols, acetone or the like can be used. Among these dispersion solvents, use of a solvent that does not contain a carboxyl group is preferable from the viewpoint of improving power generation efficiency because the adsorption reaction does not compete with the dye.

加圧と並行して行う加温は、第1の導電性基材側に近づくほど温度が高くなるように行う(温度勾配をつける)と、色素増感太陽電池の発電効率が向上するため好ましい。温度勾配をつけて加温することによって、第1の導電性基材と半導体層の接着能力が向上する。また、半導体層と加圧装置(または離型材)の接着能力が減少するため、半導体層を構成する半導体微粒子が加圧装置(または離型材)に付着しにくくなり、形成された半導体層の表面がより平滑な形状を有することになる。
温度勾配をつける方法として、具体的には例えば、半導体膜を構成する第1の導電性基材側と半導体層側の加温温度を異なるものにしたり、半導体層側を加温せずに第1の導電性基材側のみを加温したり、第1の導電性基材側を加温するとともに半導体層側を冷却する等を行えばよい。
The heating performed in parallel with the pressurization is preferably performed so that the temperature becomes higher as the first conductive substrate side is approached (temperature gradient is added), because the power generation efficiency of the dye-sensitized solar cell is improved. . By heating with a temperature gradient, the bonding ability between the first conductive substrate and the semiconductor layer is improved. In addition, since the bonding ability between the semiconductor layer and the pressure device (or release material) is reduced, the semiconductor fine particles constituting the semiconductor layer are less likely to adhere to the pressure device (or release material), and the surface of the formed semiconductor layer Will have a smoother shape.
Specifically, for example, the temperature gradient can be set by changing the heating temperature on the first conductive base material side and the semiconductor layer side constituting the semiconductor film differently or without heating the semiconductor layer side. It is only necessary to heat only one conductive substrate side, heat the first conductive substrate side, cool the semiconductor layer side, or the like.

温度勾配は、第1の導電性基材側と半導体層側の温度が10〜60℃離れていると好ましく、20〜50℃離れているとさらに好ましい。
10℃未満では半導体層剥離の問題がある。
60℃超では第1の導電性基材側の温度低下および半導体層側の温度上昇による条件不安定化の問題がある。
The temperature gradient is preferably such that the temperature on the first conductive substrate side and the semiconductor layer side is 10 to 60 ° C. apart, and more preferably 20 to 50 ° C. apart.
If it is less than 10 degreeC, there exists a problem of a semiconductor layer peeling.
Above 60 ° C., there is a problem of destabilization of conditions due to a temperature decrease on the first conductive substrate side and a temperature increase on the semiconductor layer side.

上記の温度勾配をもたせた上で、第1の導電性基材側の温度を130〜300℃とすることが好ましく、130〜160℃とすることがさらに好ましく、140〜150℃とすることが特に好ましい。
130℃未満では第1の導電性基材−半導体層間接着不良の問題がある。
300℃超では第1の導電性基材損傷の問題がある。
With the above temperature gradient, the temperature on the first conductive substrate side is preferably 130 to 300 ° C, more preferably 130 to 160 ° C, and more preferably 140 to 150 ° C. Particularly preferred.
If it is less than 130 degreeC, there exists a problem of a 1st electroconductive base material-semiconductor interlayer adhesion defect.
Above 300 ° C., there is a problem of the first conductive substrate damage.

上記の温度勾配をもたせた上で、半導体層側の温度を100〜130℃とするのが好ましく、110〜120℃とすることがさらに好ましい。
100℃未満では半導体微粒子間のネッキング不良の問題がある。
130℃超では半導体層剥離の問題がある。
The temperature on the semiconductor layer side is preferably 100 to 130 ° C, more preferably 110 to 120 ° C, with the above temperature gradient.
Below 100 ° C., there is a problem of poor necking between the semiconductor fine particles.
Above 130 ° C., there is a problem of peeling of the semiconductor layer.

半導体微粒子への色素の吸着は、半導体層を形成させる前でも、半導体層を形成させた後でもよい。半導体層を形成する前に半導体微粒子に色素吸着を行った方が、ロール・トゥ・ロールで連続生産しやすくなるため好ましい。なお、本発明においては従来必須であった500℃程度の高温焼成を必要としないため、半導体層を形成する前に半導体微粒子に色素吸着を行っても、ホットプレス時における色素分解が少ないため、光変換効率上の問題がないものである。
また、半導体層を形成する前に半導体微粒子に色素吸着を行うことにより、半導体層と第一の導電性基材との密着性が向上するため好ましい。密着性が向上する理由としては、色素吸着により半導体微粒子とバインダーであるNBRのなじみが良くなっているためと推測される。
The adsorption of the dye to the semiconductor fine particles may be performed before the semiconductor layer is formed or after the semiconductor layer is formed. It is preferable to perform dye adsorption on the semiconductor fine particles before forming the semiconductor layer, because continuous production is easy on a roll-to-roll basis. In the present invention, since high temperature baking of about 500 ° C., which has been essential in the past, is not required, even if dye adsorption is performed on the semiconductor fine particles before forming the semiconductor layer, there is little dye decomposition during hot pressing, There is no problem in light conversion efficiency.
In addition, it is preferable to perform dye adsorption on the semiconductor fine particles before forming the semiconductor layer because adhesion between the semiconductor layer and the first conductive base material is improved. The reason why the adhesion is improved is presumed that the familiarity of the semiconductor fine particles and the NBR which is the binder is improved by the dye adsorption.

以下、本発明を構成する材料を中心に説明する。 Hereinafter, the material constituting the present invention will be mainly described.

<導電性基材>
第1の導電性基材および第2の導電性基材は、導電性を有し、且つ、少なくともどちらか一方が透明性を有することが必要であるが、どちらか一方は透明性を有している必要はない。透明性を有さない導電性基材としては、例えば、金属基材を使用することができる。金属基材を使用することにより、電極の低抵抗化を達成することができるため、半導体層に担持させた色素から生じた電子を損失することなく電力として取り出すことができる。
金属基材としては、具体的には、銅、アルミニウム、金、銀、白金、クロム、ニッケル、タングステン等やこれらの金属から選択される2種以上の金属からなる基材を挙げることができる。
金属基材は第2の導電性基材(対極)に使用することが好ましい。
<Conductive substrate>
The first conductive substrate and the second conductive substrate need to have conductivity and at least one of them needs to be transparent, but one of them has transparency. You don't have to. As the conductive substrate having no transparency, for example, a metal substrate can be used. By using a metal substrate, the resistance of the electrode can be reduced, so that electrons generated from the dye supported on the semiconductor layer can be taken out as power without loss.
Specific examples of the metal substrate include copper, aluminum, gold, silver, platinum, chromium, nickel, tungsten, and the like and a substrate made of two or more metals selected from these metals.
The metal substrate is preferably used for the second conductive substrate (counter electrode).

第1の導電性基材および第2の導電性基材は、可撓性を有することが好ましい。これによってロール・トゥ・ロールで連続生産しやすくなる。上記第1の導電性基材および第2の導電性基材の厚さは5μm〜3mmであることが好ましく、10μm〜300μmであることがさらに好ましい。5μm〜3mmの範囲内にすることで、適度な強度と柔軟性を備えさせることができる。 The first conductive substrate and the second conductive substrate preferably have flexibility. This facilitates continuous production on a roll-to-roll basis. The thickness of the first conductive substrate and the second conductive substrate is preferably 5 μm to 3 mm, and more preferably 10 μm to 300 μm. By setting the thickness within the range of 5 μm to 3 mm, appropriate strength and flexibility can be provided.

第一の導電性基材または第二の導電性基材として、透明基材上に透明導電層または導電層を形成したものを使用してもよい。透明基材としては、入射する光を妨げず適度な強度を有するものであれば特に限定されないが、例えば、ガラスの他、有機フィルムや粘土膜等の可撓性を有する基材等を挙げることができる。ガラスは、板状のガラス板でもよいし、ガラスを繊維として包含するシートでもよいし、渦巻き状に成形したものでもよい。 You may use what formed the transparent conductive layer or the conductive layer on the transparent base material as a 1st conductive base material or a 2nd conductive base material. The transparent substrate is not particularly limited as long as it does not interfere with incident light and has an appropriate strength, but examples thereof include flexible substrates such as organic films and clay films in addition to glass. Can do. The glass may be a plate-like glass plate, a sheet containing glass as a fiber, or a glass formed in a spiral shape.

(可撓性を有する基材)
可撓性を有する基材としては、金属基材、有機フィルム、粘土膜等を使用することができる。これらの中でも、有機フィルムや粘土膜はより可撓性に優れるため好ましい。可撓性を有する基材を使用した半導体膜はシート化することができ、ロール・トゥ・ロールで連続生産しやすいため好ましい。
有機フィルムとしては、具体的には、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)、ポリイミド、ポリアミド、ポリアミドイミド、ポリエーテルサルフォン、ポリフェニレンサルファイド、ポリエーテルケトン、ポリエーテルイミド、トリアセチルセルロース、ポリテトラフルオロエチレン、ポリアリレート、環状ポリオレフィン、アラミド等の有機フィルムが使用できる。なお、有機フィルムは透明性を有するため透明基材として使用することもできる。
また、可撓性を有する基材として粘土膜を使用してもよい(例えば、特開2009−137833)。当該粘土膜は300℃程度の加温に耐えることができるため、ホットプレス時においても有機フィルムよりも加温温度を高くすることにより、半導体微粒子間のネッキング形成を効果的に行うことができる。なお、粘土膜は透明性を有するため透明基材として使用することもできる。
上記可撓性を有する基材の厚さは5μm〜3mmであることが好ましく、10μm〜300μmであることがさらに好ましい。5μm〜3mmの範囲内にすることで、適度な強度と柔軟性を備えさせることができる。
(Base material having flexibility)
As the substrate having flexibility, a metal substrate, an organic film, a clay film, or the like can be used. Among these, organic films and clay films are preferable because they are more flexible. A semiconductor film using a flexible substrate can be formed into a sheet and is preferable because it can be easily produced continuously in a roll-to-roll manner.
Specific examples of the organic film include polyethylene terephthalate (PET), polyethylene naphthalate (PEN), polyimide, polyamide, polyamideimide, polyethersulfone, polyphenylene sulfide, polyetherketone, polyetherimide, triacetylcellulose, Organic films such as polytetrafluoroethylene, polyarylate, cyclic polyolefin, and aramid can be used. In addition, since an organic film has transparency, it can also be used as a transparent base material.
In addition, a clay film may be used as a flexible base material (for example, JP 2009-137833 A). Since the clay film can withstand heating of about 300 ° C., necking between semiconductor fine particles can be effectively performed by raising the heating temperature higher than that of the organic film even during hot pressing. In addition, since a clay film has transparency, it can also be used as a transparent base material.
The thickness of the flexible substrate is preferably 5 μm to 3 mm, and more preferably 10 μm to 300 μm. By setting the thickness within the range of 5 μm to 3 mm, appropriate strength and flexibility can be provided.

(透明導電層)
透明導電層としては特に限定されるものではないが、光透過率の観点から、例えば、スズドープ酸化インジウム(ITO)、フッ素ドープ酸化スズ(FTO)、酸化スズ(SnO)、酸化亜鉛(ZnO)等の透明な酸化物半導体を使用することが好ましい。これらの酸化物半導体は単独で使用してもよいし、複数を使用してもよい。
(Transparent conductive layer)
There are no particular restrictions on the transparent conductive layer, from the viewpoint of light transmittance, for example, indium tin oxide (ITO), fluorine-doped tin oxide (FTO), tin oxide (SnO 2), zinc oxide (ZnO) It is preferable to use a transparent oxide semiconductor such as. These oxide semiconductors may be used alone or in combination.

透明導電層を透明基材上に形成させる方法としては、透明導電層の材質に応じた方法を用いればよいが、例えば、ITOなどの酸化物半導体を透明基材上に形成させる場合、スパッタ法、CVD法、SPD法、蒸着法などの薄膜形成法が挙げられる。透明導電層の厚さは光透過性と導電性を考慮して、0.05〜2.0μmとすることが好ましい。 As a method for forming a transparent conductive layer on a transparent substrate, a method corresponding to the material of the transparent conductive layer may be used. For example, when an oxide semiconductor such as ITO is formed on a transparent substrate, a sputtering method is used. And thin film forming methods such as CVD, SPD, and vapor deposition. The thickness of the transparent conductive layer is preferably 0.05 to 2.0 μm in consideration of light transmittance and conductivity.

(導電層)
導電層としては、任意の導電性材料を使用することができ、例えば、Cu、Pt、ITO、FTO等の金属や炭素等を使用することができる。導電層を基材に塗布する方法は、スパッタ法、CVD法、SPD法、蒸着法などの薄膜形成法が挙げられる。導電層の厚さは光透過性と導電性を考慮して、0.05〜2.0μmとすることが好ましい。
また、導電層は透明導電層と異なり、必ずしも透明性を有する必要性はない。
(Conductive layer)
As the conductive layer, any conductive material can be used. For example, a metal such as Cu, Pt, ITO, FTO, carbon, or the like can be used. Examples of the method for applying the conductive layer to the substrate include thin film forming methods such as sputtering, CVD, SPD, and vapor deposition. The thickness of the conductive layer is preferably 0.05 to 2.0 μm in consideration of light transmittance and conductivity.
Further, unlike the transparent conductive layer, the conductive layer is not necessarily required to have transparency.

導電層上には、電極活性物質として、ポリピロール、ポリチオフェン、ポリアニリン及びそれらの誘導体の群から選ばれる1種以上を塗布することが好ましい。
ポリチオフェンの誘導体としては、ポリアルキルチオフェン、PEDOT(ポリ(3,4−エチレンジオキシチオフェン)やPEDOT−TsO(p−トルエンスルフォン酸をドープしたPEDOT)、PEDOT−PSS(ポリスチレンスルフォン酸をドープしたPEDOT)が挙げられる。
On the conductive layer, it is preferable to apply at least one selected from the group of polypyrrole, polythiophene, polyaniline and derivatives thereof as an electrode active substance.
Examples of polythiophene derivatives include polyalkylthiophene, PEDOT (poly (3,4-ethylenedioxythiophene), PEDOT-TsO (PEDOT doped with p-toluenesulfonic acid), and PEDOT-PSS (PEDOT doped with polystyrene sulfonic acid). ).

ポリピロールやポリチオフェンを塗布する方法としては、これらの原料モノマーであるピロール、チオフェン、及びその誘導体、並びに重合剤を含むモノマー溶液を被塗布物にスピンコート等により塗布する方法が例示できる。そして、塗布後、例えば加熱によりモノマーを重合させることができる。 Examples of a method of applying polypyrrole or polythiophene include a method of applying a monomer solution containing these raw material monomers, pyrrole, thiophene, and derivatives thereof, and a polymerization agent to an object to be coated by spin coating or the like. And after application | coating, a monomer can be polymerized by heating, for example.

重合剤としては特に制限はないが、原料モノマーがピロール及びその誘導体である場合には、塩化鉄(III)及びその水和物を用いることができる。また、原料モノマーがチオフェン及びその誘導体である場合には、塩化鉄(III)、トリス−p−トルエンスルホン酸鉄(III)、p−ドデシルベンゼンスルホン酸鉄(III)、メタンスルホン酸鉄(III)、p−エチルベンゼンスルホン酸鉄(III)、ナフタレンスルホン酸鉄(III)(およびその水和物等)を用いることができる。 Although there is no restriction | limiting in particular as a polymerization agent, When a raw material monomer is pyrrole and its derivative (s), iron (III) chloride and its hydrate can be used. Further, when the raw material monomer is thiophene and its derivatives, iron (III) chloride, iron (III) tris-p-toluenesulfonate, iron (III) p-dodecylbenzenesulfonate, iron methanesulfonate (III ), Iron (III) p-ethylbenzenesulfonate, iron (III) naphthalenesulfonate (and hydrates thereof) can be used.

さらに、モノマー溶液に重合速度調整剤を添加してもよい。重合速度調整剤としては、重合剤のFe(III)イオンに対する弱い錯化剤であって重合速度を低減することにより膜形成が容易になるものであれば特に制限はないが、重合剤が塩化鉄(III)およびその水和物である場合、芳香族オキシスルホン酸(5−スルホサリチル酸など)を用いることができる。重合剤がトリス−p−トルエンスルホン酸鉄(III)、p−ドデシルベンゼンスルホン酸鉄(III)、メタンスルホン酸鉄(III)、p−エチルベンゼンスルホン酸鉄(III)、ナフタレンスルホン酸鉄(III)及びその水和物である場合、重合速度調整剤としてイミダゾールなどを用いることができる。 Further, a polymerization rate adjusting agent may be added to the monomer solution. The polymerization rate adjusting agent is not particularly limited as long as it is a weak complexing agent for the Fe (III) ion of the polymerization agent and can easily form a film by reducing the polymerization rate. In the case of iron (III) and its hydrate, aromatic oxysulfonic acid (such as 5-sulfosalicylic acid) can be used. Polymerization agents are iron (III) tris-p-toluenesulfonate, iron (III) p-dodecylbenzenesulfonate, iron (III) methanesulfonate, iron (III) p-ethylbenzenesulfonate, iron naphthalenesulfonate (III ) And hydrates thereof, imidazole or the like can be used as a polymerization rate adjusting agent.

これらの成分を混合したモノマー溶液の溶媒としては特に制限はないが、例えば、原料モノマー、重合剤、重合速度調整剤がそれぞれピロール、塩化鉄(III)、5−スルホサリチル酸である場合には、溶媒として水を用いることができる。原料モノマー、重合剤、重合速度調整剤がそれぞれ3,4−エチレンジオキシチオフェン、トリス−p−トルエンスルホン酸鉄(III)、イミダゾールの組み合わせである場合、溶媒としてノルマルブタノールを用いることができる。 The solvent of the monomer solution in which these components are mixed is not particularly limited. For example, when the raw material monomer, the polymerization agent, and the polymerization rate adjusting agent are pyrrole, iron (III) chloride, and 5-sulfosalicylic acid, Water can be used as the solvent. When the raw material monomer, the polymerization agent, and the polymerization rate adjusting agent are combinations of 3,4-ethylenedioxythiophene, tris-p-toluenesulfonic acid iron (III), and imidazole, respectively, normal butanol can be used as a solvent.

モノマー溶液中の原料モノマー、重合剤、及び重合速度調整剤の配合割合は、成分や重合度、重合速度等に応じて適宜調整することができる。 The mixing ratio of the raw material monomer, the polymerization agent, and the polymerization rate adjusting agent in the monomer solution can be appropriately adjusted according to the components, the degree of polymerization, the polymerization rate, and the like.

重合反応を行う条件としては、例えば加熱温度を25〜120oCとし、加熱時間を5分〜24時間とすることができる。 As conditions for conducting the polymerization reaction, for example, the heating temperature can be 25 to 120 ° C., and the heating time can be 5 minutes to 24 hours.

<半導体層>
半導体層は半導体微粒子とバインダーとを含むものである。第1の導電性基材と半導体微粒子がバインダーを介して密着するとともに、形成された半導体層において半導体微粒子同士がバインダーを介して密着する。これによって、半導体膜を曲げても半導体膜の剥がれが生じにくく、可撓性を有した半導体膜を提供することができる。半導体微粒子とバインダーとの配合比は、半導体微粒子100質量部に対して、バインダーを0.1〜10の範囲内にすることが好ましい。
バインダーが0.1質量部未満になるとペーストの分散性の低下および第1の導電性基材−半導体層間接着性低下の問題がある。
バインダーが10質量部超になると半導体微粒子間ネッキングの低下および半導体層の電気抵抗上昇の問題がある。
半導体層の厚さは0.5〜50μm程度の薄膜であることが好ましい。
<Semiconductor layer>
The semiconductor layer contains semiconductor fine particles and a binder. The first conductive substrate and the semiconductor fine particles are in close contact with each other through the binder, and the semiconductor fine particles are in close contact with each other through the binder in the formed semiconductor layer. Thus, even when the semiconductor film is bent, the semiconductor film is hardly peeled off, and a flexible semiconductor film can be provided. The compounding ratio of the semiconductor fine particles and the binder is preferably within the range of 0.1 to 10 for the binder with respect to 100 parts by mass of the semiconductor fine particles.
When the binder is less than 0.1 part by mass, there are problems of reduced paste dispersibility and first conductive substrate-semiconductor interlayer adhesion.
When the amount of the binder exceeds 10 parts by mass, there is a problem of a decrease in necking between semiconductor fine particles and an increase in electric resistance of the semiconductor layer.
The thickness of the semiconductor layer is preferably a thin film of about 0.5 to 50 μm.

(半導体微粒子)
半導体微粒子は、酸化チタン(TiO2)、酸化スズ(SnO2)、酸化タングステン(WO3)、酸化亜鉛(ZnO)、酸化ニオブ(Nb25)、酸化インジウム(In)、酸化ジルコニウム(ZrO)、酸化タンタル(Ta)、酸化ランタン(La)、チタン酸ストロンチウム(SrTiO)、酸化イットリウム(Y)、酸化ホルミウム(Ho)、酸化ビスマス(Bi)、酸化セリウム(CeO)、アルミナ(Al)などを使用することができる。これらの半導体微粒子は1種または2種以上を混合して使用してもよい。半導体微粒子は平均粒径1〜1000nmのものを好ましく使用することができる。
(Semiconductor fine particles)
Semiconductor fine particles include titanium oxide (TiO 2 ), tin oxide (SnO 2 ), tungsten oxide (WO 3 ), zinc oxide (ZnO), niobium oxide (Nb 2 O 5 ), indium oxide (In 2 O 3 ), oxidation Zirconium (ZrO 2 ), tantalum oxide (Ta 2 O 5 ), lanthanum oxide (La 2 O 3 ), strontium titanate (SrTiO 3 ), yttrium oxide (Y 2 O 3 ), holmium oxide (Ho 2 O 3 ), Bismuth oxide (Bi 2 O 3 ), cerium oxide (CeO 2 ), alumina (Al 2 O 3 ), or the like can be used. These semiconductor fine particles may be used alone or in combination of two or more. Semiconductor fine particles having an average particle diameter of 1 to 1000 nm can be preferably used.

(バインダー)
バインダーとしては分散剤および接着剤としての性質を有するものを使用することができる。具体的には例えば、カルボキシメチルセルロースを使用することができる。
バインダーの分子内には、カルボキシル基が存在しないことが発電効率を高める点から好ましい。半導体微粒子の表面は水酸基で覆われていると考えられており、この水酸基に対して色素のカルボキシル基が脱水縮合して吸着していると予想されている。したがって、バインダーのカルボキシル基が半導体微粒子の表面に吸着すると、半導体微粒子に吸着する色素量が減少することになるため、発電効率が減少してしまうおそれがある。カルボキシル基を有していないバインダーとしては、例えば、スチレンブタジエンゴム、ナフタレンブタジエンゴム等のゴム成分が挙げられる。スチレンブタジエンゴムやナフタレンブタジエンゴム等のゴム成分は、加熱しながら加圧することで接着性能が大幅に向上するため、ホットプレス法による半導体膜の密着性の向上において好ましい。
(binder)
As the binder, those having properties as a dispersant and an adhesive can be used. Specifically, for example, carboxymethyl cellulose can be used.
From the viewpoint of increasing power generation efficiency, it is preferable that no carboxyl group is present in the binder molecule. It is considered that the surface of the semiconductor fine particles is covered with a hydroxyl group, and the carboxyl group of the dye is expected to be adsorbed by dehydration condensation on the hydroxyl group. Therefore, when the carboxyl group of the binder is adsorbed on the surface of the semiconductor fine particles, the amount of the dye adsorbed on the semiconductor fine particles is reduced, so that the power generation efficiency may be reduced. Examples of the binder having no carboxyl group include rubber components such as styrene butadiene rubber and naphthalene butadiene rubber. Rubber components such as styrene butadiene rubber and naphthalene butadiene rubber are preferable in improving the adhesion of a semiconductor film by a hot press method because the adhesion performance is greatly improved by applying pressure while heating.

半導体層を第1の導電性基材上に形成させる方法としては、例えば、半導体微粒子を所望の分散媒に分散させた分散液、あるいは、ゾル−ゲル法により調整できるコロイド溶液を、必要に応じて所望の添加剤を添加した後、スクリーン印刷法、インクジェットプリント法、ロールコート法、ドクターブレード法、スピンコート法、スプレー塗布法などにより第1の導電性基材上に塗布することができる。また、コロイド溶液中に第1の導電性基材を浸漬し、電気泳動により半導体微粒子を第1の導電性基材上に付着させる泳動電着法を用いてもよい。また、コロイド溶液や分散液にポリマーマイクロビーズを混合して第1の導電性基材上に塗布した後、このポリマーマイクロビーズを加熱処理や化学処理により除去して空隙を形成させ多孔質化する方法を適用してもよい。 As a method for forming the semiconductor layer on the first conductive substrate, for example, a dispersion in which semiconductor fine particles are dispersed in a desired dispersion medium or a colloidal solution that can be adjusted by a sol-gel method is used as necessary. After adding a desired additive, it can be applied on the first conductive substrate by a screen printing method, an ink jet printing method, a roll coating method, a doctor blade method, a spin coating method, a spray coating method or the like. Alternatively, an electrophoretic electrodeposition method may be used in which the first conductive substrate is immersed in a colloidal solution, and the semiconductor fine particles are deposited on the first conductive substrate by electrophoresis. In addition, after mixing polymer microbeads in a colloidal solution or dispersion and applying the mixture on the first conductive substrate, the polymer microbeads are removed by heat treatment or chemical treatment to form voids to make it porous. A method may be applied.

(色素)
半導体微粒子には、半導体層の形成前または半導体層の形成後に色素を吸着させる。半導体層に担持させる色素は、可視光を吸収するものであれば特に制限されるものではないが、例えば、ビピリジン構造、ターピリジン構造などを含む配位子を有するルテニウム錯体や鉄錯体、ポルフィリン系やフタロシアニン系の金属錯体、エオシン、ローダミン、メロシアニン、クマリンなどの有機色素等から、用途や半導体層の材料に応じて適宜選択して用いることができる。
色素の添加量は、半導体微粒子100質量部に対して0.1〜10質量部配合することが好ましい。
0.1質量部未満では光吸収効率低下の問題がある。
10質量部超では多層吸着による光電変換効率低下の問題がある。
色素を半導体層に吸着させる方法としては、透明導電層上の半導体層を色素の溶液に含浸させる方法や、半導体微粒子に色素溶液を含浸させる方法等が挙げられる。
(Dye)
The pigment is adsorbed on the semiconductor fine particles before or after the formation of the semiconductor layer. The dye to be carried on the semiconductor layer is not particularly limited as long as it absorbs visible light. For example, a ruthenium complex or iron complex having a ligand containing a bipyridine structure, a terpyridine structure, or the like, a porphyrin type, From phthalocyanine-based metal complexes, eosin, rhodamine, merocyanine, organic dyes such as coumarin, and the like, they can be appropriately selected and used depending on the application and the material of the semiconductor layer.
The addition amount of the dye is preferably 0.1 to 10 parts by mass based on 100 parts by mass of the semiconductor fine particles.
If the amount is less than 0.1 parts by mass, there is a problem of reduction in light absorption efficiency.
If it exceeds 10 parts by mass, there is a problem of a decrease in photoelectric conversion efficiency due to multilayer adsorption.
Examples of the method for adsorbing the dye to the semiconductor layer include a method for impregnating the semiconductor layer on the transparent conductive layer with the dye solution, a method for impregnating the semiconductor fine particles with the dye solution, and the like.

デオキシコール酸やケノデオキシコール酸等のコール酸の共存下で色素を半導体層に吸着させること(共吸着)により、低温焼成で高い密着性をもつ半導体膜を作製することができるため、光電変換効率をさらに高めることができる。また、共吸着物の存在により、色素同士の凝集・半導体微粒子への多層吸着を防ぐことができるため好ましい。 By adsorbing the dye to the semiconductor layer in the coexistence of cholic acid such as deoxycholic acid and chenodeoxycholic acid (coadsorption), a semiconductor film with high adhesion can be produced by low-temperature firing, thus improving the photoelectric conversion efficiency. It can be further increased. Further, the presence of the coadsorbed material is preferable because aggregation of the dyes and multilayer adsorption to the semiconductor fine particles can be prevented.

<電解質層>
電解質層は必ずしも明確な層である必要はなく、半導体膜表面に電解質溶液を浸漬したものであってもよく、電解質溶液をゲル化剤によって半固体化したものであってもよい。また、上記電解質層としては、電子、ホール、イオン等を輸送できる物質であれば特に限定されず、例えば、CuI、CuSCN、NiO、CuO、KI等のp型半導体固体ホール輸送材料、ヨウ素/ヨウ化物、臭素/臭化物等の酸化還元電解質を有機溶媒に溶解した溶液を用いることができる。
上記有機溶媒としては、例えば、ニトリル系のアセトニトリル、メトキシプロピオニトリルや炭化水素系のプロピレンカルボナート、ジエチルカルボナート、γ−ブチロラクタンやポリエチレングリコール等の多価アルコールが挙げられる。
これらの中では、嵩高く、金属酸化物半導体多孔質層に吸着させた色素が脱離しにくいことから、酸化還元電解質を有機溶媒に溶解した溶液が好ましい。
<Electrolyte layer>
The electrolyte layer does not necessarily have to be a clear layer, and may be one obtained by immersing an electrolyte solution on the surface of a semiconductor film, or one obtained by semi-solidifying an electrolyte solution with a gelling agent. The electrolyte layer is not particularly limited as long as it is a substance that can transport electrons, holes, ions, and the like. For example, a p-type semiconductor solid hole transport material such as CuI, CuSCN, NiO, Cu 2 O, and KI, iodine A solution in which a redox electrolyte such as / iodide and bromine / bromide is dissolved in an organic solvent can be used.
Examples of the organic solvent include polyhydric alcohols such as nitrile acetonitrile, methoxypropionitrile, hydrocarbon propylene carbonate, diethyl carbonate, γ-butyrolactan, and polyethylene glycol.
In these, since the pigment | dye adsorb | sucked to the metal oxide semiconductor porous layer is bulky and it is hard to remove | eliminate, the solution which melt | dissolved the oxidation reduction electrolyte in the organic solvent is preferable.

以下、本発明を実施例を用いて説明するが、本発明はこれらに制限されるものではない。 EXAMPLES Hereinafter, although this invention is demonstrated using an Example, this invention is not restrict | limited to these.

(製造例1:色素溶液の調製)
Eosin Y色素(Aldrich社製)3.0mgにエタノール40mlを加え、遮光条件で30分間超音波攪拌して5×10−4mol/lのEosin Y色素溶液を調製した。Eosin Yの構造を化1に示した。
(Production Example 1: Preparation of dye solution)
40 ml of ethanol was added to 3.0 mg of Eosin Y dye (manufactured by Aldrich), and ultrasonically stirred for 30 minutes under light-shielding conditions to prepare a 5 × 10 −4 mol / l Eosin Y dye solution. The structure of Eosin Y is shown in Chemical Formula 1.

Figure 2011040288
Figure 2011040288

(製造例2:先染め酸化亜鉛の作製)
酸化亜鉛粉末(製品名:Nanofine−50 堺化学工業社製;表面未処理品、平均粒径20nm)1gに、上記製造例1で作製したEosin Y色素溶液を加え、マグネティックスターラーを用いて遮光・密閉条件で24時間攪拌した。このコロイド溶液を5種Cのろ紙と桐山ロートで吸引ろ過し、ドライヤーで乾燥させて色素吸着した酸化亜鉛粉末(以下、先染め酸化亜鉛という)を得た。
(Production Example 2: Preparation of dyed zinc oxide)
To 1 g of zinc oxide powder (product name: Nanofine-50, manufactured by Sakai Chemical Industry Co., Ltd .; surface untreated product, average particle size 20 nm), the Eosin Y dye solution prepared in Production Example 1 above is added, and is shielded with a magnetic stirrer. Stir for 24 hours under sealed conditions. The colloidal solution was suction filtered with 5 types C filter paper and Kiriyama funnel, and dried with a dryer to obtain a dye-adsorbed zinc oxide powder (hereinafter referred to as pre-dyed zinc oxide).

(製造例3:NBRエマルションを用いた酸化亜鉛ペーストの作製)
エタノール3mlとアセチルアセトン0.1mlを乳鉢に入れ、よく混合した。これに上記製造例2で得た先染め酸化亜鉛1gを加え、さらに混合した後、NBRエマルション(製品名:1562 日本ゼオン社製)0.1mlを加え、さらに混合してペーストを作製した。
(Production Example 3: Production of zinc oxide paste using NBR emulsion)
3 ml of ethanol and 0.1 ml of acetylacetone were placed in a mortar and mixed well. To this was added 1 g of the pre-dyed zinc oxide obtained in the above Production Example 2, and after further mixing, 0.1 ml of NBR emulsion (product name: 1562 manufactured by Nippon Zeon Co., Ltd.) was added and further mixed to prepare a paste.

(製造例4:電解液の作製)
テトラ−n−プロピルアンモニウムヨージド3.1gおよびヨウ素0.25gを、アセトニトリル:エチレンカーボネートの体積比1:4混合溶媒20mlに溶かして電解液とした。
(Production Example 4: Preparation of electrolyte)
Tetra-n-propylammonium iodide (3.1 g) and iodine (0.25 g) were dissolved in 20 ml of a 1: 4 mixed solvent of acetonitrile: ethylene carbonate to obtain an electrolytic solution.

第1の導電性基材として、ITOコートしたPETシート(トービ社製、30〜50Ω/□)を約10×2.5mmに切り出し、エタノール(関東化学)で表面を洗浄した後乾燥させたものを用いた。該PETシート上の長辺にセロテープ(登録商標)2枚をスペーサーとして貼り、スキージ法で上記製造例3で作製したペーストを塗布した。上記ペーストに含まれる溶媒をドライヤーで乾燥させ、セロテープ(登録商標)を剥がした後、該PETシート、テフロン(登録商標)テープ及びろ紙を順次重ねた積層体を、熱加圧装置(製品名:AH−1T 松浦製作所社製)を構成する2つの加熱加圧用金属プレートの間に置き、150℃/30MPaで15分間ホットプレスを行い、フレキシブルな半導体膜を作製した。 As a first conductive substrate, an ITO-coated PET sheet (manufactured by Tobi Co., 30-50Ω / □) was cut into approximately 10 × 2.5 mm, and the surface was washed with ethanol (Kanto Chemical) and then dried. Was used. Two pieces of cello tape (registered trademark) were pasted as spacers on the long side of the PET sheet, and the paste produced in Production Example 3 was applied by the squeegee method. After the solvent contained in the paste is dried with a dryer and the cello tape (registered trademark) is peeled off, the laminate in which the PET sheet, the Teflon (registered trademark) tape and the filter paper are sequentially stacked is formed into a heat press (product name: AH-1T (made by Matsuura Seisakusho Co., Ltd.) was placed between two metal plates for heating and pressing, and hot pressing was performed at 150 ° C./30 MPa for 15 minutes to produce a flexible semiconductor film.

得られた半導体膜の面積を0.25cm(0.5cm×0.5cm)になるよう削り取った。半導体膜と第2の導電性基材との直接的な接触を防ぐため、スペーサーとしてポリマーフィルム(Surlyn 膜厚25μm)を凹字型に切り取って半導体膜上に載せた。半導体膜表面に製造例4で作製した電解液を滴下し、毛細管現象により多孔質状の半導体膜に浸透させた。第2の導電性基材として白金をスパッタしたFTOガラス基板を使用し、電解液を浸透させた半導体膜上に重ねてクリップで固定し、色素増感太陽電池を作製した。 The area of the obtained semiconductor film was shaved off to 0.25 cm 2 (0.5 cm × 0.5 cm). In order to prevent direct contact between the semiconductor film and the second conductive substrate, a polymer film (Surlyn film thickness 25 μm) was cut into a concave shape as a spacer and placed on the semiconductor film. The electrolytic solution prepared in Production Example 4 was dropped on the surface of the semiconductor film, and allowed to penetrate into the porous semiconductor film by capillary action. A platinum-sputtered FTO glass substrate was used as the second conductive base material, and was superposed on a semiconductor film infiltrated with an electrolytic solution and fixed with a clip to prepare a dye-sensitized solar cell.

実施例1にて作製した積層体を、熱加圧装置(製品名:AH−1T 松浦製作所社製)を構成する2つの加熱加圧用金属プレートの間に置き、ITOコートしたPETシートと接する加熱加圧用金属プレートの温度を150℃とし、ろ紙と接する加熱加圧用金属プレートの温度を100℃とし、30MPaのプレスを行った以外は実施例1と同様にして、フレキシブルな半導体膜を作製した。
得られた半導体膜を用いた以外は実施例1と同様にして、色素増感太陽電池を作製した。
The laminated body produced in Example 1 is placed between two metal plates for heat and pressure constituting a heat and pressure apparatus (product name: AH-1T manufactured by Matsuura Seisakusho Co., Ltd.), and is in contact with an ITO-coated PET sheet. A flexible semiconductor film was produced in the same manner as in Example 1 except that the temperature of the pressing metal plate was 150 ° C., the temperature of the heating and pressing metal plate in contact with the filter paper was 100 ° C., and pressing was performed at 30 MPa.
A dye-sensitized solar cell was produced in the same manner as in Example 1 except that the obtained semiconductor film was used.

[比較例1]
第1の導電性基材として、実施例1で使用したITOコートしたPETシートを用いた。該PETシート上の長辺にセロテープ(登録商標)2枚をスペーサーとして貼り、スキージ法で上記製造例3で作製したペーストを塗布した。ドライヤーで乾燥させセロテープ(登録商標)を剥がした後、該ガラス基板をホットプレートに載せ、150℃で15分間焼結して、ホットプレスを行わないフレキシブルな半導体膜を作製した。
得られた半導体膜を用いた以外は実施例1と同様にして、色素増感太陽電池を作製した。
[Comparative Example 1]
The ITO-coated PET sheet used in Example 1 was used as the first conductive substrate. Two pieces of cello tape (registered trademark) were pasted as spacers on the long side of the PET sheet, and the paste produced in Production Example 3 was applied by the squeegee method. After drying with a drier and removing the cellotape (registered trademark), the glass substrate was placed on a hot plate and sintered at 150 ° C. for 15 minutes to produce a flexible semiconductor film not subjected to hot pressing.
A dye-sensitized solar cell was produced in the same manner as in Example 1 except that the obtained semiconductor film was used.

<評価>
太陽電池特性測定システム(分光計器)を用いて擬似太陽光(AM−1.5、100mW/cm)照射下にて、光起電力特性として短絡電流密度(Jsc)、開放電圧(Voc)、形状因子(FF)および光電変換における量子収率(Eff)を測定した。
得られた結果を表1にまとめた。
<Evaluation>
Under simulated sunlight (AM-1.5, 100 mW / cm 2 ) irradiation using a solar cell characteristic measurement system (spectrometer), short-circuit current density (Jsc), open-circuit voltage (Voc), The form factor (FF) and the quantum yield (Eff) in photoelectric conversion were measured.
The results obtained are summarized in Table 1.

Figure 2011040288
Figure 2011040288

比較例1は第一の導電性基材として、フレキシブル性を有するITOコートしたPETシートを使用したものであるが、酸化亜鉛がITOに全くといっていいほど吸着していなかったため、電池といえないレベルまで変換効率が低下した。
一方、実施例1はホットプレスを行ったことにより比較例1と比べ変換効率は上昇したが、ホットプレスした際に膜の一部あるいは膜全体がテフロン(登録商標)テープ側に吸着することが観察された。また、実施例1の半導体膜はフレキシブル性を有しているものであった。
Comparative Example 1 uses a flexible ITO-coated PET sheet as the first conductive substrate, but it cannot be said to be a battery because zinc oxide was not adsorbed to ITO at all. Conversion efficiency decreased to the level.
On the other hand, although the conversion efficiency of Example 1 increased as compared with Comparative Example 1 by performing hot pressing, a part of the film or the entire film may be adsorbed to the Teflon (registered trademark) tape side when hot pressing is performed. Observed. The semiconductor film of Example 1 was flexible.

実施例2は温度勾配を生じさせてホットプレスを行ったことにより、酸化亜鉛がITOに吸着し、高い変換効率を示すものであった。なお、実施例2にて作製した半導体膜はフレキシブル性を有しているとともに、多少の屈曲では酸化亜鉛が剥離することがなかった。 In Example 2, the temperature gradient was generated and hot pressing was performed, so that zinc oxide was adsorbed on ITO and exhibited high conversion efficiency. In addition, the semiconductor film produced in Example 2 has flexibility, and zinc oxide did not peel off to some extent.

本発明によれば、半導体膜を曲げても半導体膜の剥がれが生じにくい可撓性(フレキシブル性)を有した半導体膜の製造方法、当該製造方法によって得られた半導体膜および当該半導体膜を具備してなる色素増感太陽電池を提供することができる。 According to the present invention, there is provided a method for manufacturing a semiconductor film having flexibility (flexibility) in which the semiconductor film does not easily peel even when the semiconductor film is bent, the semiconductor film obtained by the manufacturing method, and the semiconductor film. Thus, a dye-sensitized solar cell can be provided.

10 第1の導電性基材
11 第2の導電性基材
20 半導体層
30 半導体膜
40 電解質層
50 色素増感太陽電池
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 1st electroconductive base material 11 2nd electroconductive base material 20 Semiconductor layer 30 Semiconductor film 40 Electrolyte layer 50 Dye-sensitized solar cell

Claims (6)

第1の導電性基材上に、半導体微粒子とバインダーとを含む溶液を塗布し、該塗布液を乾燥させた後、20〜40MPaにて加圧し、該加圧と並行して130〜300℃の範囲内で加温することにより、半導体層を形成することを特徴とする半導体膜の製造方法。 On the 1st electroconductive base material, after apply | coating the solution containing semiconductor fine particles and a binder and drying this coating liquid, it pressurizes at 20-40 Mpa, 130-300 degreeC in parallel with this pressurization. A method for producing a semiconductor film, wherein the semiconductor layer is formed by heating within a range of. 前記加温を、第1の導電性基材側に近づくほど温度が高くなるように行うことを特徴とする請求項1に記載の半導体膜の製造方法。 2. The method of manufacturing a semiconductor film according to claim 1, wherein the heating is performed such that the temperature increases as the temperature approaches the first conductive substrate side. 前記半導体微粒子が色素を吸着していることを特徴とする請求項1に記載の半導体膜の製造方法。 The method of manufacturing a semiconductor film according to claim 1, wherein the semiconductor fine particles adsorb a dye. 前記第1の導電性基材が、可撓性を有する基材上に透明導電層が形成されたものであることを特徴とする請求項1に記載の半導体膜の製造方法。 2. The method of manufacturing a semiconductor film according to claim 1, wherein the first conductive base material is formed by forming a transparent conductive layer on a flexible base material. 請求項1〜4のいずれかに記載の方法によって得られた半導体膜。 The semiconductor film obtained by the method in any one of Claims 1-4. 請求項1〜4のいずれかに記載の方法によって得られた半導体膜を用いて、該半導体膜を構成する半導体層上に、電解質層および第2の導電性基材が順次積層されてなることを特徴とする色素増感太陽電池。 Using the semiconductor film obtained by the method according to any one of claims 1 to 4, an electrolyte layer and a second conductive base material are sequentially laminated on the semiconductor layer constituting the semiconductor film. A dye-sensitized solar cell characterized by
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