JP2012064485A - Dye-sensitized photoelectric conversion device - Google Patents

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Hidetoshi Takahashi
秀俊 高橋
Yuichi Sasaki
勇一 佐々木
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    • Y02E10/50Photovoltaic [PV] energy
    • Y02E10/542Dye sensitized solar cells

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a dye-sensitized photoelectric conversion device which is useful as a solar cell and exhibits improved utilization of light.SOLUTION: A dye-sensitized photoelectric conversion device 10 has at least the following constituents disposed therein in order from the light incident side: a light transmissive support 1; a light transmitting conductive layer 2 provided on the surface of the light transmissive support 1 on a side opposite to the light incident side; a porous semiconductor layer 3 which supports a photosensitization pigment 13; an electrolyte layer 4 which is disposed for an electrolyte to infiltrate into the porous semiconductor layer 3 and also composed of a high refractive index material whose refractive index is higher by 0.3 or more than that of the electrolyte, and further contains high refractive index fine particles 14 having an anisotropic shape whose major axis to minor axis ratio is 2 or greater; and a counter electrode 5. The high refractive index fine particles 14 should preferably consist of titanium oxide TiOfine particles, etc. whose average major axis is 0.3 μm or more and whose major axis to minor axis ratio is 2 or greater, and which comes in a shape, for example, like a needle, a rod, or an elliptic body.

Description

本発明は、太陽電池などとして有用な色素増感光電変換装置に関するものであり、より詳しくは、光利用率が向上した色素増感光電変換装置に関するものである。   The present invention relates to a dye-sensitized photoelectric conversion device useful as a solar cell or the like, and more particularly to a dye-sensitized photoelectric conversion device having an improved light utilization rate.

エネルギー源として石炭や石油などの化石燃料を用いると、二酸化炭素が発生する。二酸化炭素は地球温暖化を引き起こす原因物質の1つである。原子力エネルギーの利用では放射性元素が生成し、放射能汚染などの危険性が伴う。また、これらのエネルギー資源は有限であり、いずれ枯渇する。従って、これらのエネルギー源に過度に依存していくことには問題がある。近年、これらに代わる、無尽蔵なエネルギー源として、太陽光が注目されている。太陽電池は、太陽光のもつエネルギーを電気エネルギーに変換する光電変換装置であり、太陽光をエネルギー源としているため、地球環境に与える影響が極めて小さい。このため、太陽電池のより一層の普及が期待されている。   Carbon dioxide is generated when fossil fuels such as coal and oil are used as energy sources. Carbon dioxide is one of the causative substances that cause global warming. In the use of nuclear energy, radioactive elements are generated and there is a risk of radioactive contamination. Moreover, these energy resources are limited and will eventually be exhausted. Therefore, reliance on these energy sources is problematic. In recent years, sunlight has attracted attention as an inexhaustible energy source to replace them. A solar cell is a photoelectric conversion device that converts the energy of sunlight into electrical energy, and uses sunlight as an energy source, and therefore has a very small influence on the global environment. For this reason, further spread of solar cells is expected.

太陽電池の原理や構成材料として、様々なものが提案されている。そのうち、半導体のpn接合を利用する太陽電池は、現在最も普及しており、シリコンを半導体材料とした太陽電池が多数市販されている。しかし、pn接合を用いた太陽電池の製造には、高純度の半導体材料を製造する工程や、pn接合を形成する工程が必要である。このため、高温プロセスなどの製造工程におけるエネルギー消費が大きいという問題がある。また、製造工程数が多く、クリーンルームや真空装置などの大がかりな装置が必要であるので、製造コストが高くなるという問題もある。   Various things are proposed as a principle and constituent material of a solar cell. Among them, solar cells using a semiconductor pn junction are currently most popular, and many solar cells using silicon as a semiconductor material are commercially available. However, manufacturing a solar cell using a pn junction requires a process for manufacturing a high-purity semiconductor material and a process for forming a pn junction. For this reason, there exists a problem that energy consumption in manufacturing processes, such as a high temperature process, is large. In addition, since the number of manufacturing processes is large and a large-scale apparatus such as a clean room or a vacuum apparatus is necessary, there is a problem that the manufacturing cost increases.

一方、色素によって光増感された光誘起電子移動を応用した色素増感型太陽電池が、グレッツェルらによって提案されている(特許公報第2664194号(第2および3頁、図1)、およびB.O'Regan and M.Graetzel,Nature,353,p.737-740(1991)など参照。)。   On the other hand, a dye-sensitized solar cell using photoinduced electron transfer photosensitized by a dye has been proposed by Gretzel et al. (Patent Publication No. 2664194 (2nd and 3rd pages, FIG. 1)) and B (See O'Regan and M. Graetzel, Nature, 353, p. 737-740 (1991).)

図6は、一般的な色素増感型太陽電池100の構造を示す要部断面図である。色素増感型太陽電池100は、主として、ガラスなどの透明基板101、透明導電層(負極集電体)102、光増感色素を保持した半導体電極層(負極)103、電解質層104、対向電極(正極)105、対向基板106、および(図示省略した)封止材などで構成されている。   FIG. 6 is a cross-sectional view of a main part showing the structure of a general dye-sensitized solar cell 100. The dye-sensitized solar cell 100 mainly includes a transparent substrate 101 such as glass, a transparent conductive layer (negative electrode current collector) 102, a semiconductor electrode layer (negative electrode) 103 holding a photosensitizing dye, an electrolyte layer 104, a counter electrode. (Positive electrode) 105, counter substrate 106, and sealing material (not shown).

透明導電層102は、ITO(Indium Tin Oxide;インジウム・スズ複合酸化物)やFTO(フッ素がドープされた酸化スズ)などからなり、透明基板101の上に設けられており、負極集電体として機能する。負極である半導体電極層103は、透明導電層102に接して設けられている。半導体電極層103としては、酸化チタンTiO2などの金属酸化物半導体の微粒子を焼結させた多孔質層が用いられることが多い。光増感色素は、半導体電極層103を構成する金属酸化物の表面に吸着されている。電解質層104としては、酸化還元種(レドックス対)を含む電解液などが用いられる。対向電極105は白金層などで構成され、対向基板106上に設けられている。 The transparent conductive layer 102 is made of ITO (Indium Tin Oxide) or FTO (fluorine-doped tin oxide), and is provided on the transparent substrate 101 as a negative electrode current collector. Function. The semiconductor electrode layer 103 that is a negative electrode is provided in contact with the transparent conductive layer 102. As the semiconductor electrode layer 103, a porous layer obtained by sintering fine particles of a metal oxide semiconductor such as titanium oxide TiO 2 is often used. The photosensitizing dye is adsorbed on the surface of the metal oxide constituting the semiconductor electrode layer 103. As the electrolyte layer 104, an electrolytic solution containing a redox species (redox pair) or the like is used. The counter electrode 105 is composed of a platinum layer or the like, and is provided on the counter substrate 106.

色素増感型太陽電池100は、光が透明基板101側から入射するように構成されている。入射した光の一部は光増感色素によって吸収され、この光吸収によって励起された電子の一部が半導体電極層103に取り出される。一方、電子を失った光増感色素は、電解質層104中の還元剤によって還元される。この反応によって電解質層104中に生じた酸化剤は、対向電極(正極)105から電子を受け取り還元される。この結果、色素増感型太陽電池100は、透明導電層102および半導体電極層103を負極、対向電極105を正極とする光電池として動作する。   The dye-sensitized solar cell 100 is configured such that light enters from the transparent substrate 101 side. A part of the incident light is absorbed by the photosensitizing dye, and a part of the electrons excited by the light absorption is extracted to the semiconductor electrode layer 103. On the other hand, the photosensitizing dye that has lost electrons is reduced by the reducing agent in the electrolyte layer 104. The oxidizing agent generated in the electrolyte layer 104 by this reaction receives electrons from the counter electrode (positive electrode) 105 and is reduced. As a result, the dye-sensitized solar cell 100 operates as a photovoltaic cell having the transparent conductive layer 102 and the semiconductor electrode layer 103 as a negative electrode and the counter electrode 105 as a positive electrode.

色素増感型太陽電池には、製造に真空処理工程が必要ないので、大がかりな装置を必要とせず、また、酸化チタンなどの安価な酸化物半導体を用いて、少ない工程で、生産性よく製造できる長所がある。また、可視光領域を中心として広い波長領域に、各波長領域の光を吸収できる光増感色素が種々存在するので、用いる色素を変えることによって、吸収する光の波長を選択したり、あるいは複数の色素を組み合わせることによって、広い波長領域の光を利用したりできる長所がある。加えて、プラスチックなどの、軽量でフレキシブルな基材を用いて、ロール・ツー・ロール・プロセスで、さらに生産性よく安価に製造できる可能性を秘めている。このため、新世代の太陽電池として、近年非常に注目されている。   Dye-sensitized solar cells do not require a vacuum treatment process for manufacturing, so large-scale equipment is not required, and inexpensive oxide semiconductors such as titanium oxide are used to manufacture with low productivity and high productivity. There are advantages. In addition, there are various photosensitizing dyes that can absorb light in each wavelength region in a wide wavelength region centered on the visible light region. Therefore, the wavelength of light to be absorbed can be selected by changing the dye used, or multiple By combining these dyes, there is an advantage that light in a wide wavelength region can be used. In addition, it has the potential to be manufactured at a lower cost with higher productivity by a roll-to-roll process using a lightweight and flexible substrate such as plastic. For this reason, it has attracted much attention in recent years as a new generation solar cell.

しかしながら、色素増感太陽電池の光電変換効率は、まだ、シリコン系太陽電池の光電変換効率に比べると低いのが現状である。そこで、光電変換効率の向上のために、様々な取り組みが報告されている。その1つに、半導体電極層103に光散乱機能をもたせ、入射した光の利用率を向上させ、光電変換効率を向上させる技術が知られている。   However, at present, the photoelectric conversion efficiency of the dye-sensitized solar cell is still lower than the photoelectric conversion efficiency of the silicon-based solar cell. Therefore, various efforts have been reported to improve photoelectric conversion efficiency. For example, a technique is known in which the semiconductor electrode layer 103 is provided with a light scattering function, the utilization rate of incident light is improved, and the photoelectric conversion efficiency is improved.

例えば、後述の特許文献1には、図7に示すように、ガラス基板201、電極206、高屈折材料薄膜207、光吸収粒子層203、光反射粒子層208、電解液部204、および対向電極205で構成されている色素増感型太陽電池200などが提案されている。特許文献1には下記のように説明されている。   For example, in Patent Document 1 described later, as shown in FIG. 7, a glass substrate 201, an electrode 206, a highly refractive material thin film 207, a light-absorbing particle layer 203, a light-reflecting particle layer 208, an electrolyte part 204, and a counter electrode A dye-sensitized solar cell 200 composed of 205 has been proposed. Patent Document 1 explains as follows.

電極206は、格子状あるいは複数の帯状に形成された金属からなる。高屈折材料薄膜207は、例えば酸化チタン(ルチル)などの高屈折率材料の薄膜であり、その膜厚は約50〜100nm程度が好ましい。光吸収粒子層203は、高屈折材料薄膜207が形成されたガラス基板201に半導体微粒子213を堆積させ、光増感色素を吸着させた層である。半導体微粒子213は、例えば酸化チタン微粒子(アナターゼ)などであり、その粒径は約80nm以下で、光吸収粒子層203の厚さは約10μm以下であるのが好ましい。光反射粒子層208は、光吸収粒子層203に高屈折材料粒子218を堆積させた層である。高屈折材料粒子218は、例えば酸化チタン微粒子(ルチル)などであり、その粒径は約200〜500nmで、光反射粒子層208の厚さは、約5〜10μm程度であるのが好ましい。電解液部204は、光吸収粒子層203および光反射粒子層208を含むか、あるいは電解液が光吸収粒子層203および光反射粒子層208を浸潤するように設けられている。   The electrode 206 is made of a metal formed in a lattice shape or a plurality of belt shapes. The high refractive material thin film 207 is a thin film of a high refractive index material such as titanium oxide (rutile), for example, and the film thickness is preferably about 50 to 100 nm. The light absorbing particle layer 203 is a layer in which the semiconductor fine particles 213 are deposited on the glass substrate 201 on which the high refractive material thin film 207 is formed and the photosensitizing dye is adsorbed. The semiconductor fine particles 213 are, for example, titanium oxide fine particles (anatase), and the particle diameter is preferably about 80 nm or less, and the thickness of the light absorption particle layer 203 is preferably about 10 μm or less. The light reflecting particle layer 208 is a layer obtained by depositing highly refractive material particles 218 on the light absorbing particle layer 203. The high refractive material particles 218 are, for example, titanium oxide fine particles (rutile), and the particle diameter is preferably about 200 to 500 nm, and the thickness of the light reflecting particle layer 208 is preferably about 5 to 10 μm. The electrolytic solution portion 204 includes the light absorbing particle layer 203 and the light reflecting particle layer 208, or is provided so that the electrolytic solution infiltrates the light absorbing particle layer 203 and the light reflecting particle layer 208.

色素増感型太陽電池200の特徴の1つは、高屈折材料粒子218の粒径が、光の散乱が最大になるように、約200〜500nmの範囲で制御されていることである。これにより、光吸収粒子層203を一旦透過した光を光反射粒子層208で効率よく反射させ、再度光吸収粒子層203内に戻すことができる。光反射粒子層208による散乱は、散乱による1次回折波の散乱角が、電解液と高屈折材料粒子218の全反射に相当するような散乱をおこす角度になるように、高屈折材料粒子218の粒径を制御した場合に最大になる。   One of the features of the dye-sensitized solar cell 200 is that the particle size of the high refractive material particles 218 is controlled in a range of about 200 to 500 nm so that light scattering is maximized. Thereby, the light once transmitted through the light absorbing particle layer 203 can be efficiently reflected by the light reflecting particle layer 208 and returned to the light absorbing particle layer 203 again. Scattering by the light-reflecting particle layer 208 is performed so that the scattering angle of the first-order diffracted wave due to the scattering becomes an angle that causes scattering corresponding to total reflection between the electrolytic solution and the high-refractive material particles 218. The maximum is obtained when the particle size is controlled.

色素増感型太陽電池200の他の特徴は、光反射粒子層208によって反射され、光吸収粒子層203に戻された光が、再び光吸収粒子層203を透過してしまっても、この反射光のほとんどは高屈折材料薄膜207によって全反射され、光吸収粒子層3内に再度戻されることである。なお、高屈折材料薄膜207は、ガラス基板201側からの光の入射に対しては反射防止膜と同等に作用するので、入射光の透過を低下させることはない。   Another feature of the dye-sensitized solar cell 200 is that the light reflected by the light-reflecting particle layer 208 and returned to the light-absorbing particle layer 203 is reflected even if it passes through the light-absorbing particle layer 203 again. Most of the light is totally reflected by the high refractive material thin film 207 and returned to the light absorbing particle layer 3 again. Note that the high-refractive-material thin film 207 acts in the same manner as the antireflection film for the incidence of light from the glass substrate 201 side, and thus does not reduce the transmission of incident light.

このように、一旦色素増感型太陽電池200の光吸収粒子層203に入射した光は、光反射粒子層208による散乱と、高屈折率薄膜207による全反射とを繰り返すことにより、光吸収粒子層203内に閉じ込められる。このため、光吸収粒子層203を薄層化しても、入射された光は光増感色素によって有効に吸収される。これと、光吸収粒子層203の薄層化による集電効率の向上と低抵抗化とによって、変換効率を大幅に高めることができる。   Thus, the light once incident on the light-absorbing particle layer 203 of the dye-sensitized solar cell 200 repeats scattering by the light-reflecting particle layer 208 and total reflection by the high-refractive-index thin film 207, whereby light-absorbing particles. Confined within layer 203. For this reason, even if the light-absorbing particle layer 203 is thinned, incident light is effectively absorbed by the photosensitizing dye. The conversion efficiency can be significantly increased by improving the current collection efficiency and reducing the resistance by thinning the light absorbing particle layer 203.

なお、光反射粒子層208の高屈折材料粒子218にも光増感色素を吸着させ、光反射粒子層208においても光電変換を行わせ、変換効率を高めることも可能である。また、色素増感型太陽電池200では、高屈折材料粒子218を光反射粒子層208として光吸収粒子層203上に堆積させる例を示したが、高屈折材料粒子218を電解液部204内に分散させるようにしてもよい。また、高屈折材料粒子208は、光の波数kに対して1.3×π/kの粒径をもつ酸化チタンの粒子を用いるもので、その粒径は約200〜500nmの範囲に包含される。   It is also possible to adsorb the photosensitizing dye also to the high refractive material particles 218 of the light reflecting particle layer 208 so that photoelectric conversion is performed also in the light reflecting particle layer 208 to increase the conversion efficiency. Further, in the dye-sensitized solar cell 200, the example in which the high refractive material particles 218 are deposited on the light absorbing particle layer 203 as the light reflecting particle layer 208 has been shown, but the high refractive material particles 218 are placed in the electrolytic solution portion 204. You may make it disperse | distribute. Further, the high refractive material particles 208 use titanium oxide particles having a particle size of 1.3 × π / k with respect to the wave number k of light, and the particle size is included in the range of about 200 to 500 nm. The

また、上述した光吸収粒子層203と光反射粒子層208とのような積層構造にするのではなく、光吸収粒子層中に光散乱を目的とした粗大粒子を添加する構成も提案されている。例えば、後述の非特許文献1では、高性能色素増感型太陽電池の実現のために、光散乱に適した酸化チタン微粒子の粒径および形状が検討され、六角星状の高純度酸化チタン微粒子を添加することにより、10%の光電変換効率を達成することができた例が示されている。   In addition, a configuration is proposed in which coarse particles for the purpose of light scattering are added to the light-absorbing particle layer instead of the laminated structure such as the light-absorbing particle layer 203 and the light-reflecting particle layer 208 described above. . For example, in Non-Patent Document 1 described later, in order to realize a high-performance dye-sensitized solar cell, the particle size and shape of titanium oxide fine particles suitable for light scattering are studied, and hexagonal star-shaped high-purity titanium oxide fine particles An example is shown in which 10% photoelectric conversion efficiency could be achieved by adding.

従来の、一般的な色素増感型太陽電池100の半導体電極層103では、表面積を大きくして、多くの光増感色素を吸着できるように、粒径が数十nmの酸化チタン微粒子が用いられる。この場合、半導体電極層103の透明性が高く、入射光が光増感色素によって十分に吸収されず、一部が半導体電極層103を透過してしまい、この結果、入射光の吸収率が不十分になるという問題がある。これは、光増感色素の吸光係数が低い波長領域で顕著である。この対策として、半導体電極層103の厚さを厚くすると、光の吸収率は向上するものの、厚くし過ぎると、集電効率の低下と内部抵抗の増加とによって、かえって変換効率は低下する。すなわち、半導体電極層103の厚さには最適厚さがあり、半導体電極層103の厚さの調節だけでは、光エネルギーの利用率を向上させることはできない。   In the conventional semiconductor electrode layer 103 of the general dye-sensitized solar cell 100, titanium oxide fine particles having a particle diameter of several tens of nanometers are used so that a large surface area can be adsorbed. It is done. In this case, the transparency of the semiconductor electrode layer 103 is high, and the incident light is not sufficiently absorbed by the photosensitizing dye, and part of the light is transmitted through the semiconductor electrode layer 103. As a result, the absorption rate of the incident light is low. There is a problem of becoming enough. This is remarkable in the wavelength region where the absorption coefficient of the photosensitizing dye is low. As a countermeasure, when the thickness of the semiconductor electrode layer 103 is increased, the light absorption rate is improved. However, when the thickness is excessively increased, the conversion efficiency is decreased due to a decrease in the current collection efficiency and an increase in the internal resistance. That is, the thickness of the semiconductor electrode layer 103 has an optimum thickness, and the utilization rate of light energy cannot be improved only by adjusting the thickness of the semiconductor electrode layer 103.

そこで、光を散乱させやすい、粒子径の大きい高屈折材料粒子を用い、特許文献1のように光反射粒子層208を形成したり、非特許文献1のように半導体電極層を構成する酸化物微粒子層中に混在させたりして、透過してしまう光を減らし、光の利用率を向上させる提案がなされている。このような工夫によって光の多重散乱効果を利用して、光路の増長や光の閉じ込め効果により、光の吸収率を上げることは可能である。しかし、光反射粒子層208や半導体電極層103の厚さを厚くし過ぎると、内部抵抗の増加を招くので、透過してしまう光をなくすことはできない。半導体電極層103や光反射粒子層208を透過した光は、電解液や対向電極で吸収されてしまい、利用できない。   Therefore, a high-refractive material particle having a large particle diameter that easily scatters light is used to form the light-reflecting particle layer 208 as in Patent Document 1 or an oxide that constitutes a semiconductor electrode layer as in Non-Patent Document 1. Proposals have been made to reduce the amount of light transmitted through mixing in the fine particle layer and to improve the light utilization rate. With such a device, it is possible to increase the light absorption rate by increasing the optical path or confining light by utilizing the multiple scattering effect of light. However, if the thickness of the light reflecting particle layer 208 or the semiconductor electrode layer 103 is excessively increased, the internal resistance is increased, so that the transmitted light cannot be eliminated. The light transmitted through the semiconductor electrode layer 103 and the light reflecting particle layer 208 is absorbed by the electrolytic solution and the counter electrode and cannot be used.

また、特許文献1には、高屈折材料粒子218を電解液部204内に分散させるようにしてもよいと記載されているが、実際にそれを行った実施例は示されていない。   Further, Patent Document 1 describes that the high refractive material particles 218 may be dispersed in the electrolytic solution portion 204, but an example in which this is actually performed is not shown.

本発明は、このような状況に鑑みてなされたものであって、その目的は、太陽電池などとして有用で、光の利用率が向上した色素増感光電変換装置を提供することにある。   The present invention has been made in view of such circumstances, and an object of the present invention is to provide a dye-sensitized photoelectric conversion device that is useful as a solar cell or the like and has improved light utilization.

即ち、本発明は、光入射側から順に、少なくとも、
光透過性基体と、
前記光透過性基板の、前記光入射側とは反対側の表面に設けられた光透過性導電層と 、
光増感色素を保持する多孔質半導体層と、
電解液が前記多孔質半導体層に浸潤するように配置され、加えて、屈折率が前記電解 液よりも0.3以上大きい高屈折率材料からなるとともに、異方的形状を有する高屈折 率微粒子を含有する電解質層と、
対向電極と
が配置されている、第1の色素増感光電変換装置に係わるものである。
That is, the present invention, in order from the light incident side, at least,
A light transmissive substrate;
A light transmissive conductive layer provided on a surface of the light transmissive substrate opposite to the light incident side;
A porous semiconductor layer holding a photosensitizing dye;
High-refractive-index fine particles that are arranged so as to infiltrate the porous semiconductor layer and that are made of a high-refractive-index material having a refractive index that is 0.3 or more larger than that of the electrolytic solution and have an anisotropic shape An electrolyte layer containing,
The present invention relates to a first dye-sensitized photoelectric conversion device in which a counter electrode is disposed.

また、光入射側から順に、少なくとも、
光透過性基体と、
前記光透過性支持体の、前記光入射側とは反対側の表面に設けられた光透過性導電層 と、
光増感色素を保持する多孔質半導体層と、
電解液が前記多孔質半導体層に浸潤するように配置され、加えて、屈折率が前記電解 液よりも0.3以上大きい高屈折率材料からなるとともに、平均粒子径が異なる2種類以上の球形高屈折率微粒子を含有する電解質層と、
対向電極と
が配置されている、第2の色素増感光電変換装置に係わるものである。
Also, in order from the light incident side, at least,
A light transmissive substrate;
A light transmissive conductive layer provided on a surface of the light transmissive support opposite to the light incident side; and
A porous semiconductor layer holding a photosensitizing dye;
The electrolyte solution is arranged so as to infiltrate the porous semiconductor layer. In addition, the electrolyte solution is made of a high refractive index material having a refractive index of 0.3 or more larger than that of the electrolyte solution, and two or more types of spherical shapes having different average particle diameters. An electrolyte layer containing fine particles of high refractive index;
The present invention relates to a second dye-sensitized photoelectric conversion device in which a counter electrode is disposed.

本発明の色素増感光電変換装置によれば、前記電解質層には、屈折率が前記電解液よりも0.3以上大きい高屈折率材料からなる高屈折率微粒子が含有されている。このため、前記多孔質半導体層を一旦透過してしまった透過光を前記高屈折率微粒子の表面で効率よく散乱させ、再度前記多孔質半導体層内に戻すことができる。これにより光の利用率を高めることができる。後述の実施例で示すように、前記高屈折率微粒子の表面で透過光を効率よく散乱させるには、前記高屈折率微粒子の屈折率が、周囲にある前記電解液の屈折率に比べ0.3以上大きいことが必要である。   According to the dye-sensitized photoelectric conversion device of the present invention, the electrolyte layer contains high refractive index fine particles made of a high refractive index material having a refractive index of 0.3 or more larger than that of the electrolytic solution. For this reason, the transmitted light once transmitted through the porous semiconductor layer can be efficiently scattered on the surface of the high refractive index fine particles and returned again into the porous semiconductor layer. Thereby, the utilization factor of light can be increased. As will be described later in the examples, in order to efficiently scatter transmitted light on the surface of the high refractive index fine particles, the refractive index of the high refractive index fine particles is set to be less than the refractive index of the surrounding electrolyte. It must be 3 or larger.

この際、前記高屈折率微粒子が球形である場合には、透過光を最も効果的に散乱させることのできる最適粒子径は波長によって変化し、透過光の波長が400nmである場合と800nmである場合とでは2倍程度異なる。本発明の第2の色素増感光電変換装置では、平均粒子径が異なる2種類以上の前記球形高屈折率微粒子を前記電解質層が含有しているので、波長400〜800nmの透過光を効率よく散乱させることができる。一方、本発明の第1の色素増感光電変換装置では、前記異方的形状を有する高屈折率微粒子を前記電解質層が含有している。前記異方的形状を有する高屈折率微粒子は、その配向方向の変化によって透過光に対する実効的な粒子径が変化するので、1種類の平均粒子径の高屈折率微粒子で波長400〜800nmの光をすべて効率よく散乱させることができる。   At this time, when the high refractive index fine particles are spherical, the optimum particle diameter capable of scattering the transmitted light most effectively varies depending on the wavelength, and the wavelength of the transmitted light is 400 nm and 800 nm. It differs by about 2 times. In the second dye-sensitized photoelectric conversion device of the present invention, since the electrolyte layer contains two or more types of spherical high refractive index fine particles having different average particle diameters, transmitted light having a wavelength of 400 to 800 nm can be efficiently obtained. Can be scattered. On the other hand, in the first dye-sensitized photoelectric conversion device of the present invention, the electrolyte layer contains the high refractive index fine particles having the anisotropic shape. The high refractive index fine particles having the anisotropic shape change the effective particle diameter with respect to the transmitted light according to the change in the orientation direction thereof, and therefore the high refractive index fine particles having one kind of average particle diameter are light having a wavelength of 400 to 800 nm. Can be efficiently scattered.

本発明の実施の形態1に基づく色素増感光電変換装置の断面構造を示す概略図である。It is the schematic which shows the cross-section of the dye-sensitized photoelectric conversion apparatus based on Embodiment 1 of this invention. 同、変形例に基づく色素増感光電変換装置の断面構造を示す概略図である。It is the schematic which shows the cross-section of the dye-sensitized photoelectric conversion apparatus based on a modification. 本発明の実施の形態2に基づく色素増感光電変換装置の断面構造を示す概略図である。It is the schematic which shows the cross-section of the dye-sensitized photoelectric conversion apparatus based on Embodiment 2 of this invention. 本発明の実施例6および比較例3〜9による色素増感光電変換装置の電流−電圧特性を示すグラフである。It is a graph which shows the current-voltage characteristic of the dye-sensitized photoelectric conversion apparatus by Example 6 and Comparative Examples 3-9 of this invention. 本発明の実施例6および比較例3〜9による色素増感光電変換装置の光電変換効率を示すグラフである。It is a graph which shows the photoelectric conversion efficiency of the dye-sensitized photoelectric conversion apparatus by Example 6 and Comparative Examples 3-9 of this invention. 従来の、一般的な色素増感型太陽電池の断面構造の一例を示す概略図である。It is the schematic which shows an example of the cross-sectional structure of the conventional common dye-sensitized solar cell. 特許文献1に示されている、色素増感型太陽電池の断面構造を示す概略図である。It is the schematic which shows the cross-section of the dye-sensitized solar cell shown by patent document 1. FIG.

本発明の第1の色素増感光電変換装置において、前記高屈折率微粒子の前記屈折率が1.7以上であり、平均長径が0.3μm以上であるのがよい。   In the first dye-sensitized photoelectric conversion device of the present invention, the refractive index of the high refractive index fine particles is preferably 1.7 or more and the average major axis is preferably 0.3 μm or more.

また、前記高屈折率微粒子の短径に対する長径の比が2以上であるのがよい。   The ratio of the major axis to the minor axis of the high refractive index fine particles is preferably 2 or more.

また、前記異方性形状が、針状、棒状、紡錘状、惰円体状、又はカプセル形状であるのがよい。   The anisotropic shape may be a needle shape, a rod shape, a spindle shape, an ellipsoid shape, or a capsule shape.

また、短径に対する長径の比が2未満である球状又は粒状の微粒子が、前記電解質層にさらに含有されているのがよい。この際、前記球状又は粒状の微粒子が、屈折率が前記電解液よりも0.3以上大きい高屈折率材料からなるのがよい。また、前記球状又は粒状の微粒子の平均粒子径が、前記高屈折率微粒子の短径以上であり、かつ長径以下であるのがよい。   Moreover, it is preferable that spherical or granular fine particles having a ratio of the major axis to the minor axis of less than 2 are further contained in the electrolyte layer. At this time, the spherical or granular fine particles are preferably made of a high refractive index material having a refractive index larger by 0.3 or more than that of the electrolytic solution. The average particle diameter of the spherical or granular fine particles is preferably not less than the short diameter and not more than the long diameter of the high refractive index fine particles.

本発明の第2の色素増感光電変換装置において、前記高屈折率微粒子の前記屈折率が1.7以上であるのがよい。   In the second dye-sensitized photoelectric conversion device of the present invention, it is preferable that the refractive index of the high refractive index fine particles is 1.7 or more.

また、前記平均粒子径が最大で2倍異なる前記球形高屈折率微粒子を、少なくとも2種類添加するのがよい。   Further, it is preferable to add at least two kinds of the spherical high refractive index fine particles whose average particle diameter is different by a maximum of 2 times.

本発明の第1及び第2の色素増感光電変換装置において、前記高屈折率微粒子が酸化チタンTiO2微粒子であるのがよい。 In the first and second dye-sensitized photoelectric conversion devices of the present invention, the high refractive index fine particles may be titanium oxide TiO 2 fine particles.

また、前記電解質層における前記高屈折率微粒子の含有率が、1〜50質量%であるのがよい。   Moreover, it is good that the content rate of the said high refractive index fine particle in the said electrolyte layer is 1-50 mass%.

また、前記電解質層にゲル化剤が含有されているのがよい。ゲル化剤は、液体状の電解質をゲル状にする目的で用いられる。   Moreover, it is preferable that the electrolyte layer contains a gelling agent. The gelling agent is used for the purpose of turning a liquid electrolyte into a gel.

以下、本発明の実施の形態に基づき、詳細を図面参照下に具体的に説明する。   Hereinafter, based on the embodiment of the present invention, details will be specifically described with reference to the drawings.

[実施の形態1]
実施の形態1では、請求項1〜7および11〜13に記載した色素増感光電変換装置の例として、色素増感型太陽電池として好適な例について説明する。
[Embodiment 1]
In Embodiment 1, an example suitable as a dye-sensitized solar cell will be described as an example of the dye-sensitized photoelectric conversion device described in claims 1 to 7 and 11 to 13.

図1は、本発明の実施の形態1に基づく色素増感光電変換装置10の断面構造を示す概略図である。色素増感光電変換装置10は、主として、光透過性基板1、光透過性導電層(負極集電体)2、光増感色素を保持する多孔質半導体層(負極)3、電解質層4、対向電極(正極)5、対向基板6、および(図示省略した)封止材などで構成されている。   FIG. 1 is a schematic diagram showing a cross-sectional structure of a dye-sensitized photoelectric conversion device 10 according to Embodiment 1 of the present invention. The dye-sensitized photoelectric conversion device 10 mainly includes a light-transmitting substrate 1, a light-transmitting conductive layer (negative electrode current collector) 2, a porous semiconductor layer (negative electrode) 3 holding a photosensitizing dye, an electrolyte layer 4, It is composed of a counter electrode (positive electrode) 5, a counter substrate 6, and a sealing material (not shown).

多孔質半導体層(負極)3は、酸化チタンTiO2などの金属酸化物半導体微粒子からなる多孔質層であり、金属酸化物半導体微粒子11および12などの表面に光増感色素13が保持されている。多孔質半導体層(負極)3は、平均粒子径の小さい半導体微粒子11からなる透過層3aと、平均粒子径の小さい半導体微粒子11と平均粒子径の大きい半導体微粒子12とが含まれており、透過層3aで吸収されずに透過してきた透過光を散乱させ、透過層3aへ戻す働きを有する散乱層3bとからなるのがよい。これにより光の利用率を高めることができる。 The porous semiconductor layer (negative electrode) 3 is a porous layer made of metal oxide semiconductor fine particles such as titanium oxide TiO 2, and the photosensitizing dye 13 is held on the surfaces of the metal oxide semiconductor fine particles 11 and 12. Yes. The porous semiconductor layer (negative electrode) 3 includes a transmission layer 3a composed of semiconductor fine particles 11 having a small average particle diameter, semiconductor fine particles 11 having a small average particle diameter, and semiconductor fine particles 12 having a large average particle diameter. It is preferable to include a scattering layer 3b having a function of scattering transmitted light that has been transmitted without being absorbed by the layer 3a and returning it to the transmission layer 3a. Thereby, the utilization factor of light can be increased.

さらに、本実施の形態の特徴として、異方的形状を有する高屈折率微粒子14が電解質層4に含まれている。高屈折率微粒子14は、電解質層4を構成している電解液よりも屈折率が0.3以上大きい高屈折率材料からなる。このため、多孔質半導体層3を一旦透過してしまった光を高屈折率微粒子14の表面で効率よく散乱させ、再度多孔質半導体層3内に戻すことができる。これにより光の利用率をさらに高めることができる。後述の実施例で示すように、高屈折率微粒子14の表面で透過光を効率よく散乱させるには、高屈折率微粒子14の屈折率が、周囲にある電解液の屈折率に比べ0.3以上大きいことが必要である。電解液の屈折率は1.45〜1.50程度であるので、高屈折率微粒子14の屈折率は1.75〜1.80程度であるのがよい。例えば、高屈折率微粒子14が酸化チタンTiO2微粒子であるのがよい。 Further, as a feature of the present embodiment, high refractive index fine particles 14 having an anisotropic shape are included in the electrolyte layer 4. The high refractive index fine particles 14 are made of a high refractive index material having a refractive index larger by 0.3 or more than the electrolytic solution constituting the electrolyte layer 4. For this reason, the light once transmitted through the porous semiconductor layer 3 can be efficiently scattered on the surface of the high refractive index fine particles 14 and returned to the porous semiconductor layer 3 again. Thereby, the utilization factor of light can be further increased. As shown in the examples described later, in order to efficiently scatter transmitted light on the surface of the high refractive index fine particles 14, the refractive index of the high refractive index fine particles 14 is 0.3 compared to the refractive index of the surrounding electrolyte. More than that is necessary. Since the refractive index of the electrolytic solution is about 1.45 to 1.50, the refractive index of the high refractive index fine particles 14 is preferably about 1.75 to 1.80. For example, the high refractive index fine particles 14 are preferably titanium oxide TiO 2 fine particles.

高屈折率微粒子が球形である場合には、透過光を最も効果的に散乱させることのできる最適粒子径は波長によって変化するので、透過光を効率よく散乱させるには、高屈折率微粒子の粒子径を透過光の波長に合わせる必要がある。高屈折率微粒子が、異方性のない、均一な光学的性質をもつ、球形の微粒子である場合には、光散乱が最も大きくなる最適粒子径DoptはMieの散乱理論によって計算することができる。しかし、Mie理論の一般式は非常に複雑であるので、最適粒子径Doptについて経験式が複数提案されている(非特許文献1参照。)。これらの経験式では、最適粒子径は波長に比例する。   When the high-refractive-index fine particles are spherical, the optimum particle diameter that can scatter the transmitted light most effectively varies depending on the wavelength. Therefore, to efficiently scatter the transmitted light, the particles of the high-refractive-index fine particles It is necessary to adjust the diameter to the wavelength of transmitted light. When the high-refractive-index fine particles are spherical fine particles having uniform optical properties without anisotropy, the optimum particle diameter Dopt at which light scattering is maximized can be calculated by Mie's scattering theory. . However, since the general formula of the Mie theory is very complicated, a plurality of empirical formulas have been proposed for the optimum particle diameter Dopt (see Non-Patent Document 1). In these empirical formulas, the optimum particle size is proportional to the wavelength.

表1は、これらの経験式に基づいて計算した最適粒子径の値である。ここで球状粒子は酸化チタンであり、溶媒はアセトニトリルであるとした。
Table 1 shows values of optimum particle diameters calculated based on these empirical formulas. Here, the spherical particles are titanium oxide, and the solvent is acetonitrile.

表1に示すように、波長400nmの光を最も効果的に散乱させる、高屈折率微粒子の最適粒子径(最小値)は0.15〜0.22μmである。また、波長800nmの光を最も効果的に散乱させる、高屈折率微粒子の最適粒子径は0.30〜0.45μm(最大値)である。従って、波長400〜800nmの透過光をすべて効率よく散乱させるには、理想的には、最小値から最大値まで種々の粒子径をもつ非常に多種類の球形微粒子を添加する必要がある。実際上これは不可能であるとしても、少なくとも、粒子径が最大で2倍異なる複数種の球形微粒子を添加する必要がある。   As shown in Table 1, the optimum particle diameter (minimum value) of the high refractive index fine particles that most effectively scatter light with a wavelength of 400 nm is 0.15 to 0.22 μm. The optimum particle diameter of the high refractive index fine particles that most effectively scatter light having a wavelength of 800 nm is 0.30 to 0.45 μm (maximum value). Therefore, in order to efficiently scatter all the transmitted light having a wavelength of 400 to 800 nm, it is ideally necessary to add very many kinds of spherical fine particles having various particle diameters from the minimum value to the maximum value. Even if this is impossible in practice, it is necessary to add at least a plurality of types of spherical fine particles having a particle diameter that is twice as large as the maximum.

これに対し、本実施の形態では、高屈折率微粒子14は異方的形状を有するので、その配向方向によって、透過光に対する実効的な粒子径が連続的に変化する。従って、異方的形状を有する高屈折率微粒子14では、後述の実施例で示すように、平均長径が0.3μm以上であり、短径に対する長径の比が2以上である高屈折率微粒子を用いれば、1種類添加しておくだけで、波長400〜800nmの光をすべて効率よく散乱させることができる。なお、異方的形状は、とくに限定されることはなく、例えば、針状、棒状、紡錘状、惰円体状、又はカプセル形状などである。   On the other hand, in the present embodiment, since the high refractive index fine particles 14 have an anisotropic shape, the effective particle diameter with respect to the transmitted light continuously changes depending on the orientation direction. Therefore, in the high refractive index fine particles 14 having an anisotropic shape, high refractive index fine particles having an average major axis of 0.3 μm or more and a ratio of the major axis to the minor axis of 2 or more are used, as shown in Examples described later. If used, it is possible to efficiently scatter all light having a wavelength of 400 to 800 nm by adding only one kind. The anisotropic shape is not particularly limited, and examples thereof include a needle shape, a rod shape, a spindle shape, an ellipsoid shape, and a capsule shape.

図2は、本発明の実施の形態の変形例に基づく色素増感光電変換装置20の断面構造を示す概略図である。色素増感光電変換装置20では、電解質層4に、球状で、平均直径が高屈折率微粒子14の短径以上であり、かつ長径以下である微粒子15が、含まれている。微粒子15が多孔質半導体層3と対向電極5とのスペーサになるように電解質層4を薄く形成すると、高屈折率微粒子14は長径が電解質層4の厚さより大きいので、長径が対向電極5の面におおよそ平行になるように、すなわち透過光の進路におおよそ直交するように配向する。この結果、高屈折率微粒子14がランダムに配向している場合に比べて、透過光を効率よく散乱して、多孔質半導体層3内へ戻すことができ、これにより光の利用率を高めることができる。   FIG. 2 is a schematic diagram showing a cross-sectional structure of a dye-sensitized photoelectric conversion device 20 based on a modification of the embodiment of the present invention. In the dye-sensitized photoelectric conversion device 20, the electrolyte layer 4 includes fine particles 15 that are spherical and have an average diameter that is greater than or equal to the minor axis of the high refractive index fine particles 14 and less than or equal to the major axis. When the electrolyte layer 4 is thinly formed so that the fine particles 15 become spacers between the porous semiconductor layer 3 and the counter electrode 5, the long diameter of the high refractive index fine particles 14 is larger than the thickness of the electrolyte layer 4. They are oriented so that they are approximately parallel to the plane, that is, approximately perpendicular to the path of transmitted light. As a result, compared with the case where the high refractive index fine particles 14 are randomly oriented, the transmitted light can be efficiently scattered and returned into the porous semiconductor layer 3, thereby increasing the light utilization rate. Can do.

この際、球状微粒子15が、屈折率が前記電解液よりも0.3以上大きい高屈折率材料からなるのがよい。このようにすれば、球状微粒子15も、多孔質半導体層3を一旦透過してしまった透過光をその表面で効率よく散乱させ、再度多孔質半導体層3内に戻す高屈折率材料粒子として機能する。   At this time, the spherical fine particles 15 are preferably made of a high refractive index material having a refractive index of 0.3 or more larger than that of the electrolytic solution. In this way, the spherical fine particles 15 also function as high refractive index material particles that efficiently scatter the transmitted light once transmitted through the porous semiconductor layer 3 on the surface and return the light into the porous semiconductor layer 3 again. To do.

電解質層4における高屈折率微粒子14の含有率が、1〜50質量%であるのがよい。
高屈折率微粒子14の含有率が1質量%より小さいと、高屈折率微粒子14の、有意な効果が得られない。高屈折率微粒子14の含有率が50質量%をこえると、取り扱いが難しくなる。
The content of the high refractive index fine particles 14 in the electrolyte layer 4 is preferably 1 to 50% by mass.
If the content of the high refractive index fine particles 14 is less than 1% by mass, the significant effect of the high refractive index fine particles 14 cannot be obtained. If the content of the high refractive index fine particles 14 exceeds 50% by mass, handling becomes difficult.

また、記電解質層4にゲル化剤が含有されているのがよい。色素増感型太陽電池20からの電解液の漏液や、電解液を構成する溶媒の揮発を減少させる目的で、電解質構成物にゲル化剤、ポリマー、架橋モノマーなどを溶解させるほか、無機セラミック粒子を分散させてゲル状電解質として用いることも可能である。ゲル化材料と電解質構成物の比率は、電解質構成物が多ければイオン導電率は高くなるが、機械的強度は低下する。逆に、電解質構成物が少なすぎると、機械的強度は大きいが、イオン導電率は低下する。   The electrolyte layer 4 preferably contains a gelling agent. In order to reduce the leakage of the electrolyte solution from the dye-sensitized solar cell 20 and the volatilization of the solvent constituting the electrolyte solution, in addition to dissolving the gelling agent, polymer, crosslinking monomer, etc. in the electrolyte composition, inorganic ceramics It is also possible to disperse the particles and use it as a gel electrolyte. As for the ratio of the gel material and the electrolyte composition, the more the electrolyte composition, the higher the ionic conductivity, but the lower the mechanical strength. On the contrary, when there are too few electrolyte components, although mechanical strength is large, ionic conductivity falls.

また、電解質が、ポリマーなどを用いてゲル化された電解質や、全固体型の電解質である場合、電解質と可塑剤とを含むポリマー溶液を、半導体電極層の上にキャスト法などによって塗布する。その後、可塑剤を揮発させ、完全に除去した後、上記と同様に封止材によって封止する。この封止は、真空シーラーなどを用いて、不活性ガス雰囲気下、もしくは減圧中で行うことが好ましい。封止を行った後、電解質層の電解液が半導体電極層に十分に浸透するように、必要に応じて加熱、加圧の操作を行うことも可能である。   Further, when the electrolyte is an electrolyte gelled using a polymer or the like, or an all solid electrolyte, a polymer solution containing an electrolyte and a plasticizer is applied on the semiconductor electrode layer by a casting method or the like. Thereafter, the plasticizer is volatilized and completely removed, and then sealed with a sealing material in the same manner as described above. This sealing is preferably performed using a vacuum sealer or the like in an inert gas atmosphere or in a reduced pressure. After sealing, it is possible to perform heating and pressurizing operations as necessary so that the electrolyte solution of the electrolyte layer sufficiently penetrates into the semiconductor electrode layer.

その他の色素増感光電変換装置10または20の部材は、従来の色素増感型太陽電池と同様である。すなわち、光透過性基板1は、ガラス板や、PENやPETなどのプラスチックフィルムなどからなる。光透過性導電層(負極集電体)2は、ITOやFTOなどからなり、光透過性基板1上に設けられている。電解質層4は多孔質半導体層3と対向電極5との間に配置され、I-/I3 -(三ヨウ化物イオンI3 -は、I2がヨウ化物イオンI-と結びついてイオンとして存在している化学種である。)などの酸化還元種(レドックス対)を含む電解液などで構成されている。電解液は、多孔質半導体層3に浸潤できるように配置されている。対向電極5は、下地層に積層された白金層や、カーボン層などからなり、対向基板6の上に設けられている。対向基板6はガラス板やプラスチックフィルムなどからなる。 The other members of the dye-sensitized photoelectric conversion device 10 or 20 are the same as those of the conventional dye-sensitized solar cell. That is, the light transmissive substrate 1 is made of a glass plate or a plastic film such as PEN or PET. The light transmissive conductive layer (negative electrode current collector) 2 is made of ITO, FTO, or the like, and is provided on the light transmissive substrate 1. The electrolyte layer 4 is disposed between the porous semiconductor layer 3 and the counter electrode 5, and I / I 3 (triiodide ion I 3 is present as ions by combining I 2 with iodide ion I −. It is composed of an electrolytic solution containing a redox species (redox pair). The electrolytic solution is arranged so as to be able to infiltrate the porous semiconductor layer 3. The counter electrode 5 is made of a platinum layer, a carbon layer, or the like laminated on the base layer, and is provided on the counter substrate 6. The counter substrate 6 is made of a glass plate or a plastic film.

色素増感光電変換装置10および20は、光が入射すると、対向電極5を正極、半導体電極層3を負極とする光電池として動作する。   When light is incident, the dye-sensitized photoelectric conversion devices 10 and 20 operate as a photovoltaic cell having the counter electrode 5 as a positive electrode and the semiconductor electrode layer 3 as a negative electrode.

すなわち、光透過性基板1および光透過性導電層2を透過してきた光子を光増感色素13が吸収すると、光増感色素13中の電子が基底状態から励起状態へ励起される。励起状態の電子は、光増感色素13と多孔質半導体層3との間の電気的結合を介して、多孔質半導体層3の伝導帯に取り出され、多孔質半導体層3を通って光透過性導電層2に到達する。   That is, when the photosensitizing dye 13 absorbs photons transmitted through the light-transmitting substrate 1 and the light-transmitting conductive layer 2, the electrons in the photosensitizing dye 13 are excited from the ground state to the excited state. Excited electrons are taken out to the conduction band of the porous semiconductor layer 3 through electrical coupling between the photosensitizing dye 13 and the porous semiconductor layer 3, and light is transmitted through the porous semiconductor layer 3. The conductive conductive layer 2 is reached.

一方、電子を失った光増感色素13は、電解質層4中の還元剤、例えばI-から下記の反応
2I- → I2 + 2e-
2 + I- → I3 -
によって電子を受け取り、電解質層4中に酸化剤、例えばI3 -を生成させる。生じた酸化剤は拡散によって対向電極5に到達し、上記の反応の逆反応
3 - → I2 + I-
2 + 2e- → 2I-
によって対向電極5から電子を受け取り、もとの還元剤に還元される。
On the other hand, the photosensitizing dye 13 that has lost electrons is converted from the reducing agent in the electrolyte layer 4, for example, I to the following reaction 2I → I 2 + 2e −.
I 2 + I - → I 3 -
To receive electrons and produce an oxidizing agent, for example, I 3 in the electrolyte layer 4. The generated oxidant reaches the counter electrode 5 by diffusion, and the reverse reaction of the above reaction I 3 → I 2 + I
I 2 + 2e - → 2I -
Thus, electrons are received from the counter electrode 5 and reduced to the original reducing agent.

光透過性導電層2から外部回路へ流れ出した電子は、外部回路で電気的仕事をした後、対向電極5に戻る。このようにして、光増感色素13にも電解質層4にも何の変化も残さず、光エネルギーが電気エネルギーに変換される。   The electrons flowing out from the light-transmissive conductive layer 2 to the external circuit return to the counter electrode 5 after performing electrical work in the external circuit. In this way, light energy is converted into electrical energy without leaving any change in the photosensitizing dye 13 or the electrolyte layer 4.

色素増感光電変換装置10または20を作製するには、まず、光透過性基板1に設けられた光透過性導電層2上に、金属酸化物半導体微粒子からなる微粒子層を形成した後、焼成して金属酸化物半導体多孔質層(多孔質半導体層)3を形成する。次に、多孔質半導体層3に光増感色素を吸着させる。色素を吸着させる方法に特に制限はないが、例えば、色素分子を溶解させた溶液を調製し、多孔質半導体層3が形成された光透過性基板1を色素溶液に浸漬するか、または、多孔質半導体層3に色素溶液を塗布、噴霧、または滴下するかなどして、多孔質半導体層3に色素溶液をしみこませた後、溶媒を蒸発させる。次に、多孔質半導体層3と対向電極5とが対向するように光透過性基板1と対向基板6とを配置して、封止剤7を介して貼り合わせる。最後に、電解液を注入して電解質層4を形成する。   In order to fabricate the dye-sensitized photoelectric conversion device 10 or 20, first, a fine particle layer made of metal oxide semiconductor fine particles is formed on the light transmissive conductive layer 2 provided on the light transmissive substrate 1, and then fired. Thus, a metal oxide semiconductor porous layer (porous semiconductor layer) 3 is formed. Next, a photosensitizing dye is adsorbed on the porous semiconductor layer 3. The method for adsorbing the dye is not particularly limited. For example, a solution in which a dye molecule is dissolved is prepared, and the light-transmitting substrate 1 on which the porous semiconductor layer 3 is formed is immersed in the dye solution, or porous. After the dye solution is soaked into the porous semiconductor layer 3 by applying, spraying, or dropping the dye solution to the porous semiconductor layer 3, the solvent is evaporated. Next, the light transmissive substrate 1 and the counter substrate 6 are disposed so that the porous semiconductor layer 3 and the counter electrode 5 face each other, and are bonded together with a sealant 7. Finally, an electrolyte solution is injected to form the electrolyte layer 4.

金属酸化物半導体多孔質層(多孔質半導体層)3は、多くの光増感色素を吸着することができるように、多孔質層内部の空孔に面する微粒子表面も含めた実表面積の大きいものが好ましく、多孔質半導体層3の実表面積は、多孔質半導体層3の外側表面の面積(投影面積)に対して10倍以上であることが好ましく、さらに100倍以上であることが好ましい。   The metal oxide semiconductor porous layer (porous semiconductor layer) 3 has a large actual surface area including the surface of fine particles facing pores in the porous layer so that a large amount of photosensitizing dye can be adsorbed. The actual surface area of the porous semiconductor layer 3 is preferably 10 times or more, more preferably 100 times or more the area (projected area) of the outer surface of the porous semiconductor layer 3.

一般に、多孔質半導体層3の厚さが増し、単位投影面積当たりに含まれる半導体微粒子11または12の数が増加するほど、実表面積が増加し、単位投影面積あたりに保持できる色素量が増加するので、入射光に対する光吸収率が高くなる。一方、多孔質半導体層3の厚さが増加すると、光増感色素13から多孔質半導体層3に移行した電子が光透過性導電層2に達するまでに拡散する距離が増加するため、多孔質半導体層3内での電荷再結合による電子のロスも大きくなる。従って、多孔質半導体層3には好ましい厚さが存在するが、一般的には0.1〜100μmであり、1〜30μmであるのがより好ましい。   Generally, as the thickness of the porous semiconductor layer 3 increases and the number of semiconductor fine particles 11 or 12 contained per unit projected area increases, the actual surface area increases and the amount of dye that can be held per unit projected area increases. Therefore, the light absorption rate with respect to incident light becomes high. On the other hand, when the thickness of the porous semiconductor layer 3 increases, the distance that electrons transferred from the photosensitizing dye 13 to the porous semiconductor layer 3 diffuse until reaching the light-transmissive conductive layer 2 increases. The loss of electrons due to charge recombination in the semiconductor layer 3 also increases. Accordingly, the porous semiconductor layer 3 has a preferable thickness, but is generally 0.1 to 100 μm, and more preferably 1 to 30 μm.

色素増感光電変換装置10および20の他の部材について、従来の色素増感型太陽電池と同様であるが、以下、さらに詳述する。   The other members of the dye-sensitized photoelectric conversion devices 10 and 20 are the same as those of the conventional dye-sensitized solar cell, but will be described in further detail below.

多孔質半導体層は、典型的には光透過性導電性基板上に設けられる。この光透過性導電性基板は、導電性または非導電性の光透過性基板上に光透過性導電層を形成したものであっても、全体が導電性の光透過性基板であってもよい。この光透過性基板の材質は特に制限されず、光透過性であれば種々の基材を用いることができる。この光透過性基板は、色素増感光電変換装置外部から侵入する水分やガスの遮断性、耐溶剤性、耐候性などに優れているものが好ましく、具体的には、石英、サファイア、ガラスなどの光透過性無機材料基板、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、ポリカーボネート、ポリスチレン、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリフェニレンサルファイド、ポリフッ化ビニリデン、テトラアセチルセルロース、ブロム化フェノキシ、アラミド類、ポリイミド類、ポリスチレン類、ポリアリレート類、ポリスルフォン類、ポリオレフィン類などの光透過性プラスチック基板が挙げられ、これらの中でも特に可視光領域の透過率が高い基板を用いるのが好ましいが、これらに限定されるものではない。この光透過性基板としては、加工性、軽量性などを考慮すると光透過性プラスチック基板を用いるのが好ましい。また、この光透過性基板の厚さは特に制限されず、光の透過率、色素増感光電変換装置の内部と外部との遮断性などによって自由に選択することができる。   The porous semiconductor layer is typically provided on a light transmissive conductive substrate. The light-transmitting conductive substrate may be a light-transmitting conductive layer formed on a conductive or non-conductive light-transmitting substrate, or may be a conductive light-transmitting substrate as a whole. . The material of the light transmissive substrate is not particularly limited, and various base materials can be used as long as they are light transmissive. This light-transmitting substrate is preferably one that is excellent in moisture and gas barrier properties, solvent resistance, weather resistance, and the like that enter from the outside of the dye-sensitized photoelectric conversion device. Specifically, quartz, sapphire, glass, etc. Optically transparent inorganic material substrate, polyethylene terephthalate, polyethylene naphthalate, polycarbonate, polystyrene, polyethylene, polypropylene, polyphenylene sulfide, polyvinylidene fluoride, tetraacetylcellulose, brominated phenoxy, aramids, polyimides, polystyrenes, polyarylates Examples thereof include light-transmitting plastic substrates such as polysulfones and polyolefins. Among these, it is preferable to use a substrate having a high transmittance in the visible light region, but it is not limited thereto. As this light-transmitting substrate, it is preferable to use a light-transmitting plastic substrate in consideration of processability and lightness. The thickness of the light-transmitting substrate is not particularly limited, and can be freely selected depending on the light transmittance, the shielding property between the inside and outside of the dye-sensitized photoelectric conversion device, and the like.

光透過性導電性基板の表面抵抗(シート抵抗)は低いほど好ましい。具体的には、光透過性導電性基板の表面抵抗は500Ω/□以下が好ましく、100Ω/□がさらに好ましい。光透過性基板上に光透過性導電膜を形成する場合、この光透過性導電膜の材料としては公知のものを使用可能であり、具体的には、インジウム・スズ複合酸化物(ITO)、フッ素ドープ酸化スズ(FTO)、アンチモンドープ酸化スズ(ATO)、酸化スズ、酸化亜鉛、インジウム・亜鉛複合酸化物(IZO)などが挙げられるが、これらに限定されるものではなく、また、これらを2種類以上組み合わせて用いることもできる。また、光透過性導電性基板の表面抵抗を低減し、集電効率を向上させる目的で、光透過性導電性基板上に、導電性の高い金属などやカーボンなどの導電材料からなる配線を別途設けてもよい。この配線に用いる導電材料に特に制限はないが、耐食性、耐酸化性が高く、導電材料自体の漏れ電流が低いことが望ましい。ただし、耐食性が低い導電材料でも、金属酸化物などからなる保護層を別途設けることで使用可能となる。また、この配線を腐食などから保護する目的で、配線は光透過性導電性基板と保護層との間に設置することが好ましい。   The lower the surface resistance (sheet resistance) of the light transmissive conductive substrate, the better. Specifically, the surface resistance of the light-transmitting conductive substrate is preferably 500Ω / □ or less, and more preferably 100Ω / □. When a light transmissive conductive film is formed on a light transmissive substrate, a known material can be used as the material of the light transmissive conductive film. Specifically, indium-tin composite oxide (ITO), Fluorine-doped tin oxide (FTO), antimony-doped tin oxide (ATO), tin oxide, zinc oxide, indium / zinc composite oxide (IZO), etc. are included, but are not limited to these. Two or more types can be used in combination. In addition, for the purpose of reducing the surface resistance of the light transmissive conductive substrate and improving the current collection efficiency, wiring made of a conductive material such as highly conductive metal or carbon is separately provided on the light transmissive conductive substrate. It may be provided. Although there is no restriction | limiting in particular in the electrically conductive material used for this wiring, It is desirable that corrosion resistance and oxidation resistance are high, and the leakage current of electrically conductive material itself is low. However, even a conductive material having low corrosion resistance can be used by separately providing a protective layer made of a metal oxide or the like. For the purpose of protecting the wiring from corrosion and the like, the wiring is preferably installed between the light-transmitting conductive substrate and the protective layer.

半導体電極層の材料として、各種の金属酸化物半導体や、ペロブスカイト構造を有する化合物などを用いることができる。この際、金属酸化物半導体微粒子の材料が、光励起下で伝導帯電子がキャリアとなり、アノード電流を生じるn型半導体材料であることが好ましい。このような半導体材料は、具体的に例示すると、TiO2、ZnO、WO3、Nb25、SrTiO3、およびSnO2などであり、これらの中でもアナターゼ型のTiO2がとくに好ましい。ただし、金属酸化物半導体微粒子2の材料はこれらに限定されるものではない。また、これらの材料を2種類以上混合して用いることもできる。さらに、半導体微粒子は粒子状、チューブ状、棒状など必要に応じて様々な形態を取ることが可能である。 As a material for the semiconductor electrode layer, various metal oxide semiconductors, compounds having a perovskite structure, and the like can be used. At this time, the material of the metal oxide semiconductor fine particles is preferably an n-type semiconductor material in which conduction band electrons serve as carriers under photoexcitation to generate an anode current. Specific examples of such semiconductor materials include TiO 2 , ZnO, WO 3 , Nb 2 O 5 , SrTiO 3 , and SnO 2 , and among these, anatase TiO 2 is particularly preferable. However, the material of the metal oxide semiconductor fine particles 2 is not limited to these. Also, two or more of these materials can be mixed and used. Furthermore, the semiconductor fine particles can take various forms such as particles, tubes, and rods as required.

金属酸化物半導体多孔質層1の厚さは1〜30μmであるのがよい。厚さが1μm未満である場合、十分な光電変換効率が得られない。厚さが厚いほど光電変換効率は向上するが、厚さが30μmをこえると、膜厚の増加による光電変換効率向上の効果が乏しくなる。従って、厚さは30μm以下が好ましい。金属酸化物半導体微粒子2の形状は、特に限定されるものではなく、一般的な形状であってよい。金属酸化物半導体微粒子2の粒子径は、可視光を透過させるために、一次粒子の平均粒子径が1〜100nmであるのが好ましい。   The thickness of the metal oxide semiconductor porous layer 1 is preferably 1 to 30 μm. When the thickness is less than 1 μm, sufficient photoelectric conversion efficiency cannot be obtained. As the thickness is increased, the photoelectric conversion efficiency is improved. However, when the thickness exceeds 30 μm, the effect of improving the photoelectric conversion efficiency due to the increase in the film thickness becomes poor. Therefore, the thickness is preferably 30 μm or less. The shape of the metal oxide semiconductor fine particles 2 is not particularly limited, and may be a general shape. The metal oxide semiconductor fine particles 2 preferably have an average primary particle diameter of 1 to 100 nm in order to transmit visible light.

半導体微粒子の粒径に特に制限はないが、一次粒子の平均粒径で1〜200nmが好ましく、特に好ましくは5〜100nmである。また、この平均粒径の半導体微粒子にこの平均粒径より大きい平均粒径の半導体微粒子を混合し、平均粒径の大きい半導体微粒子により入射光を散乱させ、量子収率を向上させることも可能である。この場合、別途混合する半導体微粒子の平均粒径は20〜500nmであることが好ましい。   Although there is no restriction | limiting in particular in the particle size of semiconductor fine particle, 1-200 nm is preferable at the average particle diameter of a primary particle, Most preferably, it is 5-100 nm. It is also possible to improve the quantum yield by mixing semiconductor fine particles having an average particle size larger than the average particle size into semiconductor fine particles having an average particle size and scattering incident light by the semiconductor fine particles having a large average particle size. is there. In this case, the average particle diameter of the semiconductor fine particles to be mixed separately is preferably 20 to 500 nm.

半導体微粒子からなる多孔質半導体層の作製方法に特に制限はないが、物性、利便性、製造コストなどを考慮した場合には湿式製膜法が好ましく、半導体微粒子の粉末あるいはゾルを水や有機溶媒などの溶媒に均一分散したペーストを調製し、光透過性導電性基板上に塗液の層を被着させるのが好ましい。その方法に特に制限はなく、公知の方法、例えば、塗布法または印刷法などによって行うことができる。塗布方法としては、例えば、ディップ法、スプレーコート法、ワイヤーバーコート法、スピンコート法、ローラーコート法、ブレードコート法、グラビアコート法、また、湿式印刷方法としては、例えば、凸版印刷法、オフセット印刷法、グラビア印刷法、凹版印刷法、ゴム版印刷法、およびスクリーン印刷法などにより行うことができる。半導体微粒子の材料として結晶酸化チタンを用いる場合、その結晶型はアナターゼ型が光触媒活性の点から好ましい。アナターゼ型酸化チタンは市販の粉末、ゾル、スラリーでもよいし、あるいは、酸化チタンアルコキシドを加水分解するなどの公知の方法によって所定の粒径のものを作ってもよい。市販の粉末を使用する際には粒子の二次凝集を解消することが好ましく、塗布液調製時に乳鉢やボールミルや超音波分散装置などを使用して粒子の分散を行うことが好ましい。このとき、二次凝集が解かれた粒子が再度凝集するのを防ぐため、アセチルアセトン、塩酸、硝酸、界面活性剤、キレート剤などを添加することができる。また、増粘の目的でポリエチレンオキシドやポリビニルアルコールなどの高分子、セルロース系の増粘剤など、各種の増粘剤を添加することもできる。   There are no particular restrictions on the method for producing the porous semiconductor layer comprising semiconductor fine particles, but in view of physical properties, convenience, production costs, etc., a wet film-forming method is preferred, and the semiconductor fine particle powder or sol is mixed with water or an organic solvent. It is preferable to prepare a paste uniformly dispersed in a solvent such as, and to apply a coating liquid layer on a light-transmitting conductive substrate. There is no restriction | limiting in particular in the method, For example, it can carry out by the well-known method, for example, the apply | coating method or the printing method. As a coating method, for example, a dip method, a spray coating method, a wire bar coating method, a spin coating method, a roller coating method, a blade coating method, a gravure coating method, and as a wet printing method, for example, a relief printing method, an offset printing method, It can be performed by a printing method, a gravure printing method, an intaglio printing method, a rubber plate printing method, a screen printing method, or the like. When crystalline titanium oxide is used as the material of the semiconductor fine particles, the anatase type is preferable from the viewpoint of photocatalytic activity. The anatase-type titanium oxide may be a commercially available powder, sol, or slurry, or may be made with a predetermined particle size by a known method such as hydrolysis of titanium oxide alkoxide. When using a commercially available powder, it is preferable to eliminate secondary agglomeration of the particles, and it is preferable to disperse the particles using a mortar, ball mill, ultrasonic dispersion device or the like when preparing the coating solution. At this time, acetylacetone, hydrochloric acid, nitric acid, a surfactant, a chelating agent, or the like can be added in order to prevent the particles after the secondary aggregation from being aggregated again. For the purpose of thickening, various thickeners such as polymers such as polyethylene oxide and polyvinyl alcohol, and cellulose-based thickeners can be added.

半導体微粒子からなる多孔質半導体層、言い換えると半導体微粒子層は多くの光増感色素を吸着することができるように、表面積の大きいものが好ましい。このため、半導体微粒子層を基板上に塗設した状態での表面積は、投影面積に対して10倍以上であることが好ましく、100倍以上であることがより好ましい。この上限に特に制限はないが、通常1000倍程度である。半導体微粒子層は一般に、その厚さが増大するほど単位投影面積当たりの担持色素量が増えるため光の捕獲率が高くなるが、注入した電子の拡散距離が増すため電荷再結合によるロスも大きくなる。従って、半導体微粒子層には好ましい厚さが存在するが、その厚さは一般的には0.1〜100μmであり、1〜50μmであることがより好ましく、3〜30μmであることが特に好ましい。半導体微粒子層は基板に塗布した後に粒子同士を電子的にコンタクトさせ、膜強度の向上や基板との密着性を向上させるために、焼成することが好ましい。焼成温度の範囲に特に制限はないが、温度を上げ過ぎると基板の抵抗が高くなってしまい、溶融することもあるため、通常は40〜700℃であり、より好ましくは40〜650℃である。また、焼成時間も特に制限はないが、通常は10分〜10時間程度である。焼成後、半導体微粒子層の表面積を増大させたり、半導体微粒子間のネッキングを高めたりする目的で、例えば四塩化チタン水溶液を用いた化学めっきや三塩化チタン水溶液を用いたネッキング処理や直径10nm以下の半導体超微粒子ゾルのディップ処理などを行ってもよい。光透過性導電性基板にプラスチック基板を用いる場合は、結着剤を含むペーストを基板上に塗布し、加熱プレスによる基板への圧着を行うことも可能である。   The porous semiconductor layer made of semiconductor fine particles, in other words, the semiconductor fine particle layer preferably has a large surface area so that a large amount of photosensitizing dye can be adsorbed. For this reason, the surface area of the semiconductor fine particle layer coated on the substrate is preferably 10 times or more, more preferably 100 times or more the projected area. The upper limit is not particularly limited, but is usually about 1000 times. In general, as the thickness of the semiconductor fine particle layer increases, the amount of the supported dye increases per unit projected area and thus the light capture rate increases. However, the diffusion distance of injected electrons increases and the loss due to charge recombination also increases. . Accordingly, a preferable thickness exists in the semiconductor fine particle layer, but the thickness is generally 0.1 to 100 μm, more preferably 1 to 50 μm, and particularly preferably 3 to 30 μm. . The semiconductor fine particle layer is preferably fired in order to make the particles electronically contact each other after being applied to the substrate and to improve the film strength and the adhesion to the substrate. Although there is no restriction | limiting in particular in the range of baking temperature, Since resistance of a board | substrate will become high if it raises temperature too much and it may fuse | melt, it is usually 40-700 degreeC, More preferably, it is 40-650 degreeC. . The firing time is not particularly limited, but is usually about 10 minutes to 10 hours. After firing, for the purpose of increasing the surface area of the semiconductor fine particle layer or increasing the necking between the semiconductor fine particles, for example, chemical plating using a titanium tetrachloride aqueous solution or necking treatment using a titanium trichloride aqueous solution or a diameter of 10 nm or less. A dip treatment of the semiconductor ultrafine particle sol may be performed. In the case where a plastic substrate is used as the light-transmitting conductive substrate, it is possible to apply a paste containing a binder onto the substrate and perform pressure bonding to the substrate by a heating press.

多孔質半導体層に保持させる光増感色素としては、増感作用を示すものであれば特に制限はないが、例えば、ローダミンBやローズベンガルやエオシンやエリスロシンなどのキサンテン系色素、メロシアニンやキノシアニンやクリプトシアニンなどのシアニン系色素、フェノサフラニンやカブリブルーやチオシンやメチレンブルーなどの塩基性染料、その他のアゾ色素、クロロフィルや亜鉛ポルフィリンやマグネシウムポルフィリンなどのポルフィリン系化合物、フタロシアニン系化合物、クマリン系化合物、ルテニウムRuのビピリジン錯体やテルピリジン錯体、アントラキノン系色素、多環キノン系色素、スクアリリウム系色素などが挙げられる。中でも、配位子がピリジン環を有するルテニウムRuのビピリジン錯体は、量子収率が高く、光増感色素として好ましい。ただし、光増感色素はこれに限定されるものではなく、単独で、もしくは2種類以上を混合して用いることができる。   The photosensitizing dye to be held in the porous semiconductor layer is not particularly limited as long as it exhibits a sensitizing action. For example, xanthene dyes such as rhodamine B, rose bengal, eosin and erythrosine, merocyanine, quinocyanine, Cyanine dyes such as cryptocyanine, basic dyes such as phenosafranine, fog blue, thiocin and methylene blue, other azo dyes, porphyrin compounds such as chlorophyll, zinc porphyrin and magnesium porphyrin, phthalocyanine compounds, coumarin compounds, ruthenium Examples include Ru bipyridine complexes, terpyridine complexes, anthraquinone dyes, polycyclic quinone dyes, and squarylium dyes. Among them, a ruthenium Ru bipyridine complex whose ligand has a pyridine ring has a high quantum yield and is preferable as a photosensitizing dye. However, the photosensitizing dye is not limited to this, and can be used alone or in combination of two or more.

光増感色素の多孔質半導体層への吸着方法に特に制限はないが、上記の光増感色素を例えばアルコール類、ニトリル類、ニトロメタン、ハロゲン化炭化水素、エーテル類、ジメチルスルホキシド、アミド類、N−メチルピロリドン、1,3−ジメチルイミダゾリジノン、3−メチルオキサゾリジノン、エステル類、炭酸エステル類、ケトン類、炭化水素、水などの溶媒に溶解させ、これに多孔質半導体層を浸漬させたり、色素溶液を多孔質半導体層上に塗布したりすることができる。また、酸性度の高い色素を用いる場合には、色素分子同士の会合を低減する目的でデオキシコール酸などを添加してもよい。   The method for adsorbing the photosensitizing dye to the porous semiconductor layer is not particularly limited, but the above-described photosensitizing dye is, for example, alcohols, nitriles, nitromethane, halogenated hydrocarbons, ethers, dimethyl sulfoxide, amides, N-methylpyrrolidone, 1,3-dimethylimidazolidinone, 3-methyloxazolidinone, esters, carbonates, ketones, hydrocarbons, water, and other solvents can be dissolved in the porous semiconductor layer. The dye solution can be applied onto the porous semiconductor layer. In addition, when a dye having high acidity is used, deoxycholic acid or the like may be added for the purpose of reducing association between the dye molecules.

光増感色素を吸着させた後に、過剰に吸着した色素の除去を促進する目的で、アミン類を用いて多孔質半導体層の表面を処理してもよい。アミン類の例としてはピリジン、4−tert−ブチルピリジン、ポリビニルピリジンなどが挙げられ、これらが液体の場合はそのまま用いてもよいし、有機溶媒に溶解して用いてもよい。   After adsorbing the photosensitizing dye, the surface of the porous semiconductor layer may be treated with amines for the purpose of promoting the removal of the excessively adsorbed dye. Examples of amines include pyridine, 4-tert-butylpyridine, polyvinylpyridine, and the like. When these are liquid, they may be used as they are, or may be used after being dissolved in an organic solvent.

電解質層4としては、電解液、またはゲル状あるいは固体状の電解質が使用可能である。電解質としては、酸化還元系(レドックス対)を含む溶液が挙げられ、具体的には、ヨウ素I2と金属ヨウ化物塩または有機ヨウ化物塩との組み合わせや、臭素Br2と金属臭化物塩または有機臭化物塩との組み合わせを用いる。そのほか、フェロシアン酸塩/フェリシアン酸塩やフェロセン/フェリシニウムイオンなどの金属錯体、ポリ硫化ナトリウム、アルキルチオール/アルキルジスルフィドなどのイオウ化合物、ビオロゲン色素、ヒドロキノン/キノンなどを用いることができる。上記金属化合物を構成するカチオンは、リチウムLi+、ナトリウムNa+、カリウムK+、セシウムCs+、マグネシウムMg2+、およびカルシウムCa2+などであり、上記有機化合物を構成するカチオンは、テトラアルキルアンモニウムイオン類、ピリジニウムイオン類、イミダゾリウムイオン類などの第4級アンモニウムイオンが好適であるが、これらに限定されるものではなく、単独もしくは2種類以上を混合して用いることができる。 As the electrolyte layer 4, an electrolytic solution, or a gel or solid electrolyte can be used. Examples of the electrolyte include a solution containing a redox system (redox couple ). Specifically, a combination of iodine I 2 and a metal iodide salt or an organic iodide salt, bromine Br 2 and a metal bromide salt or an organic salt. A combination with a bromide salt is used. In addition, metal complexes such as ferrocyanate / ferricyanate and ferrocene / ferricinium ions, sulfur compounds such as sodium polysulfide and alkylthiol / alkyl disulfide, viologen dyes, hydroquinone / quinone, and the like can be used. The cations constituting the metal compound are lithium Li + , sodium Na + , potassium K + , cesium Cs + , magnesium Mg 2+ , calcium Ca 2+ , and the cation constituting the organic compound is a tetraalkyl. Quaternary ammonium ions such as ammonium ions, pyridinium ions, and imidazolium ions are suitable, but are not limited to these, and can be used alone or in admixture of two or more.

上記の中でも特に、ヨウ素I2と、ヨウ化リチウムLiI、ヨウ化ナトリウムNaI、またはイミダゾリウムヨーダイドなどの第4級アンモニウム化合物とを組み合わせた電解質が好適である。電解液における電解質塩の濃度は0.05M〜5Mが好ましく、さらに好ましくは0.2M〜3Mである。ヨウ素I2または臭素Br2の濃度は0.0005M〜1Mが好ましく、さらに好ましくは0.001〜0.3Mである。 Among these, an electrolyte combining iodine I 2 and a quaternary ammonium compound such as lithium iodide LiI, sodium iodide NaI, or imidazolium iodide is particularly preferable. The concentration of the electrolyte salt in the electrolytic solution is preferably 0.05M to 5M, more preferably 0.2M to 3M. The concentration of iodine I 2 or bromine Br 2 is preferably 0.0005M to 1M, and more preferably 0.001 to 0.3M.

電解液を構成する溶媒として、水、アルコール類、エーテル類、エステル類、炭酸エステル類、ラクトン類、カルボン酸エステル類、リン酸トリエステル類、複素環化合物類、ニトリル類、ケトン類、アミド類、ニトロメタン、ハロゲン化炭化水素、ジメチルスルホキシド、スルフォラン、N−メチルピロリドン、1,3−ジメチルイミダゾリジノン、3−メチルオキサゾリジノン、および炭化水素などが挙げられるが、これらに限定されるものではなく、単独で、もしくは2種類以上を混合して用いることができる。また、溶媒としてテトラアルキル系、ピリジニウム系、イミダゾリウム系第4級アンモニウム塩の室温イオン性液体を用いることも可能である。   Solvents that make up the electrolyte include water, alcohols, ethers, esters, carbonates, lactones, carboxylic esters, phosphate triesters, heterocyclic compounds, nitriles, ketones, amides , Nitromethane, halogenated hydrocarbons, dimethyl sulfoxide, sulfolane, N-methylpyrrolidone, 1,3-dimethylimidazolidinone, 3-methyloxazolidinone, and hydrocarbons, but are not limited thereto, It can be used alone or in admixture of two or more. Moreover, it is also possible to use a room temperature ionic liquid of a tetraalkyl, pyridinium, or imidazolium quaternary ammonium salt as a solvent.

対向電極は導電性物質であれば任意のものを用いることができるが、絶縁性の物質でも多孔質半導体層に面している側に導電性の触媒層が設置されていれば、これも使用可能である。ただし、対向電極の材料としては電気化学的に安定である材料を用いることが好ましく、具体的には、白金、金、カーボン、導電性ポリマーなどを用いることが望ましい。また、酸化還元の触媒効果を向上させる目的で、多孔質半導体層に面している側は微細構造で表面積が増大していることが好ましく、例えば、白金であれば白金黒状態に、カーボンであれば多孔質状態になっていることが望まれる。白金黒状態は白金の陽極酸化法、白金化合物の還元処理などによって、また多孔質状態のカーボンは、カーボン微粒子の焼結や有機ポリマーの焼成などの方法により形成することができる。また、光透過性導電性基板上に白金など酸化還元触媒効果の高い金属を配線するか、表面に白金化合物を還元処理することにより、光透過性な対向電極として使用することもできる。   Any material can be used as the counter electrode as long as it is a conductive material, but even an insulating material can be used if a conductive catalyst layer is provided on the side facing the porous semiconductor layer. Is possible. However, it is preferable to use an electrochemically stable material as the material of the counter electrode, and specifically, platinum, gold, carbon, a conductive polymer, or the like is preferably used. For the purpose of improving the catalytic effect of redox, it is preferable that the side facing the porous semiconductor layer has a fine structure and has a large surface area. If it exists, it is desired to be in a porous state. The platinum black state can be formed by a method of anodizing platinum, a reduction treatment of a platinum compound, or the like, and the porous carbon can be formed by a method such as sintering of carbon fine particles or firing of an organic polymer. Moreover, it can also be used as a light-transmitting counter electrode by wiring a metal having a high redox catalyst effect such as platinum on a light-transmitting conductive substrate, or by reducing the surface of a platinum compound.

色素増感光電変換装置が1枚の光透過性基板上に積層されたいわゆるモノリシック構造であって多孔質絶縁層を設ける場合、その材料は導電性を持たない材料であれば特に制限はないが、特にジルコニア、アルミナ、チタニア、シリカが好適である。多孔質絶縁層はこれら酸化物の粒子から構成され、空孔率は10%以上であることが好ましい。空孔率の上限に制限はないが、絶縁層の物理的強度の観点から通常は10〜80%程度が好ましい。空孔率が10%以下であると、電解質の拡散に影響を及ぼし、セル特性を著しく低下させてしまう。また、細孔径は1〜1000nmが好ましい。1nm以下であると、電解質の拡散や色素の含浸に影響を及ぼし、セル特性を低下させてしまう。さらに、1000nm以上であると絶縁層中に触媒電極層の触媒粒子が侵入するためショートする恐れが生じる。この多孔質絶縁層の製造方法に制限はないが、上記酸化物粒子の焼結体であることが好ましい。   When the dye-sensitized photoelectric conversion device has a so-called monolithic structure laminated on one light transmissive substrate and is provided with a porous insulating layer, the material is not particularly limited as long as the material does not have conductivity. In particular, zirconia, alumina, titania and silica are suitable. The porous insulating layer is composed of these oxide particles, and the porosity is preferably 10% or more. Although there is no restriction | limiting in the upper limit of a porosity, Usually, about 10 to 80% is preferable from a viewpoint of the physical strength of an insulating layer. When the porosity is 10% or less, the diffusion of the electrolyte is affected, and the cell characteristics are remarkably deteriorated. The pore diameter is preferably 1 to 1000 nm. When the thickness is 1 nm or less, the diffusion of the electrolyte and the impregnation of the dye are affected, and the cell characteristics are deteriorated. Furthermore, if the thickness is 1000 nm or more, the catalyst particles of the catalyst electrode layer enter the insulating layer, which may cause a short circuit. Although there is no restriction | limiting in the manufacturing method of this porous insulating layer, It is preferable that it is the sintered compact of the said oxide particle.

色素増感光電変換装置の製造方法は特に限定されないが、例えば電解質組成物が液状、もしくは光電変換装置内部でゲル化させることが可能であり、導入前は液状の電解質組成物の場合、多孔質半導体層と対向電極とを向かい合わせ、これらの電極が接しないように多孔質半導体層が形成されていない基板部分を封止する。このとき、多孔質半導体層と対向電極との隙間の大きさに特に制限はないが、通常1〜100μmであり、より好ましくは1〜50μmである。この電極間の距離が長すぎると、導電率の低下から光電流が減少してしまう。封止方法は特に制限されないが、耐光性、絶縁性、防湿性を備えた材料を用いることが好ましく、エポキシ樹脂、紫外線硬化樹脂、アクリル系接着剤、EVA(エチレンビニルアセテート)、アイオノマー樹脂、セラミック、各種熱融着フィルムなどを用いることができ、また、種々の溶接法を用いることができる。また、電解質組成物の溶液の注液方法に特に制限はないが、外周が予め封止され、溶液の注入口を開けられた上記セルの内部に減圧下で注液を行う方法が好ましい。この場合、注入口に溶液を数滴垂らし、毛細管現象により注液する方法が簡便である。また、必要に応じて減圧もしくは加熱下で注液の操作を行うこともできる。完全に溶液が注入された後、注入口に残った溶液を除去し、注入口を封止する。この封止方法にも特に制限はないが、必要であればガラス板やプラスチック基板を封止剤で貼り付けて封止することもできる。また、この方法以外にも、液晶パネルの液晶滴下注入(ODF;One Drop Filling)工程のように、電解液を基板上に滴下して減圧下で貼り合わせて封止することもできる。また、ポリマーなどを用いたゲル状電解質や全固体型の電解質の場合、多孔質半導体層上で電解質組成物と可塑剤とを含むポリマー溶液をキャスト法により揮発除去させる。可塑剤を完全に除去した後、上記方法と同様に封止を行う。この封止は真空シーラーなどを用いて、不活性ガス雰囲気下、もしくは減圧中で行うことが好ましい。封止を行った後、電解質を多孔質半導体層へ十分に含漬させるため、必要に応じて加熱、加圧の操作を行うことも可能である。   The production method of the dye-sensitized photoelectric conversion device is not particularly limited. For example, the electrolyte composition can be liquid or gelled inside the photoelectric conversion device, and in the case of a liquid electrolyte composition before introduction, it is porous. The semiconductor layer and the counter electrode face each other, and the substrate portion on which the porous semiconductor layer is not formed is sealed so that these electrodes do not contact each other. At this time, although there is no restriction | limiting in particular in the magnitude | size of the clearance gap between a porous semiconductor layer and a counter electrode, Usually, it is 1-100 micrometers, More preferably, it is 1-50 micrometers. If the distance between the electrodes is too long, the photocurrent decreases due to the decrease in conductivity. The sealing method is not particularly limited, but it is preferable to use a material having light resistance, insulation, and moisture resistance. Epoxy resin, ultraviolet curable resin, acrylic adhesive, EVA (ethylene vinyl acetate), ionomer resin, ceramic Various heat-sealing films can be used, and various welding methods can be used. The method for injecting the electrolyte composition solution is not particularly limited, but a method in which the outer periphery is sealed in advance and the solution is injected under reduced pressure inside the cell in which the solution inlet is opened is preferable. In this case, a method of dropping a few drops of the solution at the injection port and injecting the solution by capillary action is simple. In addition, the injection operation can be performed under reduced pressure or under heating as necessary. After the solution is completely injected, the solution remaining at the inlet is removed and the inlet is sealed. Although there is no restriction | limiting in particular also in this sealing method, If necessary, it can also seal by affixing a glass plate or a plastic substrate with a sealing agent. In addition to this method, an electrolytic solution can be dropped on a substrate and bonded together under reduced pressure as in a liquid crystal drop injection (ODF: One Drop Filling) process of a liquid crystal panel. In the case of a gel electrolyte using a polymer or the like, or an all solid electrolyte, a polymer solution containing an electrolyte composition and a plasticizer is volatilized and removed by a casting method on the porous semiconductor layer. After completely removing the plasticizer, sealing is performed in the same manner as in the above method. This sealing is preferably performed using a vacuum sealer or the like under an inert gas atmosphere or under reduced pressure. After sealing, in order to fully immerse the electrolyte in the porous semiconductor layer, it is possible to perform heating and pressurizing operations as necessary.

色素増感光電変換装置はその用途に応じて様々な形状で作製することが可能であり、その形状は特に限定されない。色素増感光電変換装置は、最も典型的には、色素増感太陽電池として構成される。ただし、色素増感光電変換装置は、色素増感太陽電池以外のもの、例えば色素増感光センサーなどであってもよい。電子機器は、基本的にはどのようなものであってもよく、携帯型のものと据え置き型のものとの双方を含むが、具体例を挙げると、携帯電話、モバイル機器、ロボット、パーソナルコンピュータ、車載機器、各種家庭電気製品などである。この場合、色素増感光電変換装置は、例えばこれらの電子機器の電源として用いられる色素増感太陽電池である。   The dye-sensitized photoelectric conversion device can be produced in various shapes depending on the application, and the shape is not particularly limited. The dye-sensitized photoelectric conversion device is most typically configured as a dye-sensitized solar cell. However, the dye-sensitized photoelectric conversion device may be other than a dye-sensitized solar cell, for example, a dye-sensitized photosensor. Electronic devices may be basically any type, including both portable and stationary types, but specific examples include mobile phones, mobile devices, robots, personal computers. , In-vehicle equipment, various home appliances. In this case, the dye-sensitized photoelectric conversion device is, for example, a dye-sensitized solar cell used as a power source for these electronic devices.

[実施の形態2]
実施の形態2では、請求項8〜10に記載した色素増感光電変換装置の例として、色素増感型太陽電池として好適な例について説明する。
[Embodiment 2]
In Embodiment 2, an example suitable as a dye-sensitized solar cell will be described as an example of the dye-sensitized photoelectric conversion device described in claims 8 to 10.

図3は、本発明の実施の形態2に基づく色素増感光電変換装置30の断面構造を示す概略図である。色素増感光電変換装置30は、主として、光透過性基板1、光透過性導電層(負極集電体)2、光増感色素を保持する多孔質半導体層(負極)3、電解質層4、対向電極(正極)5、対向基板6、および(図示省略した)封止材などで構成されている。   FIG. 3 is a schematic diagram showing a cross-sectional structure of the dye-sensitized photoelectric conversion device 30 according to the second embodiment of the present invention. The dye-sensitized photoelectric conversion device 30 mainly includes a light-transmitting substrate 1, a light-transmitting conductive layer (negative electrode current collector) 2, a porous semiconductor layer (negative electrode) 3 holding a photosensitizing dye, an electrolyte layer 4, It is composed of a counter electrode (positive electrode) 5, a counter substrate 6, and a sealing material (not shown).

色素増感光電変換装置30が色素増感光電変換装置10と異なるのは、異方的形状をもつ高屈折率微粒子14の代わりに、平均粒子径が小さい球形高屈折率微粒子21と、平均粒子径が大きい球形高屈折率微粒子22とを用いて、透過光を効率よく散乱させるようにした点である。これ以外は実施の形態1と同じであるので、重複を避け、説明を省略する。   The dye-sensitized photoelectric conversion device 30 is different from the dye-sensitized photoelectric conversion device 10 in that instead of the high refractive index fine particles 14 having an anisotropic shape, spherical high refractive index fine particles 21 having a small average particle diameter, and average particles This is the point that the transmitted light is efficiently scattered using the spherical high refractive index fine particles 22 having a large diameter. Other than this, the second embodiment is the same as the first embodiment.

以下、本発明の実施例について説明するが、本発明は下記実施例に何ら限定されるものではない。本実施例では、実施の形態で説明した色素増感光電変換装置10(図1参照。)を作製し、その性能を評価した。   Examples of the present invention will be described below, but the present invention is not limited to the following examples. In this example, the dye-sensitized photoelectric conversion device 10 (see FIG. 1) described in the embodiment was manufactured and its performance was evaluated.

<色素増感光電変換装置の作製>
(1)光透過性基板1および光透過性導電層2として、アモルファス太陽電池用のFTO層付き導電性ガラス基板(日本板硝子(株)製、シート抵抗10Ω/□、厚さ1.1mm)を用い、縦15mm×横25mmの長方形に加工した。この導電性ガラス基板を、洗浄用溶媒としてアセトン、アルコール、アルカリ系洗浄液、および超純水を順に用いて超音波洗浄した後、十分に乾燥させた。この導電性ガラス基板のうち、横方向の一方の端部から10mmまでの領域を電極引き出し部として用い、残りの縦15mm×横15mmの正方形の領域に多孔質半導体層3を形成する。
<Preparation of dye-sensitized photoelectric conversion device>
(1) As the light-transmissive substrate 1 and the light-transmissive conductive layer 2, a conductive glass substrate with an FTO layer for amorphous solar cells (manufactured by Nippon Sheet Glass Co., Ltd., sheet resistance 10Ω / □, thickness 1.1 mm) Used, processed into a rectangle of 15 mm length × 25 mm width. The conductive glass substrate was subjected to ultrasonic cleaning using acetone, alcohol, an alkaline cleaning liquid, and ultrapure water in this order as a cleaning solvent, and then sufficiently dried. Of this conductive glass substrate, a region from one end in the horizontal direction to 10 mm is used as an electrode lead portion, and the porous semiconductor layer 3 is formed in the remaining square region of 15 mm in length × 15 mm in width.

(2)次に、導電性ガラス基板1、2の上記正方形の領域のFTO層上に、直径5mm、厚さ20μmの酸化チタン微粒子ペースト層を形成した。この際、スクリーン印刷機と円形スクリーンマスクを用い、まずFTO層上に透明なTi-Nanoxide TSPペースト(商品名;Solaronix社製)層を7μmの厚さで形成し、次に散乱粒子を含むTi-Nanoxide DSPペースト(商品名;Solaronix社製)層を13μmの厚さで積層し、合計20μmの厚さの酸化チタン微粒子ペースト層を形成した。   (2) Next, a titanium oxide fine particle paste layer having a diameter of 5 mm and a thickness of 20 μm was formed on the FTO layer in the square area of the conductive glass substrates 1 and 2. At this time, a transparent Ti-Nanoxide TSP paste (trade name; manufactured by Solaronix) is first formed on the FTO layer with a thickness of 7 μm using a screen printer and a circular screen mask, and then Ti containing scattering particles is formed. A -Nanoxide DSP paste (trade name; manufactured by Solaronix) layer was laminated to a thickness of 13 μm to form a titanium oxide fine particle paste layer having a total thickness of 20 μm.

(3)次に、電気炉を用いて、500℃の下で30分間酸化チタンペースト層を焼成し、酸化チタン多孔質層を作製した。放冷後、酸化チタン多孔質層を0.1mol/Lの四塩化チタンTiCl4水溶液中に浸漬し、70℃の下で30分間保持した。次に、純水およびエタノールを用いて酸化チタン多孔質層を十分に洗浄し、乾燥させた。この後、電気炉を用いて500℃の下で30分間酸化チタン多孔質層を再び焼成した。これらの工程で、次式
TiCl4 + 2H2O → TiO2 + 4HCl
で表される化学反応が起こり、生成した酸化チタンによって、酸化チタン多孔質層における酸化チタン微粒子間のネッキングが強化される。次に、エキシマーランプを用いて酸化チタン多孔質層に紫外光を3分間照射し、酸化チタン多孔質層の活性を高める処理を行った。このとき、酸化チタン多孔質層に含まれる有機物などの不純物が、酸化チタンの触媒作用によって酸化分解され、除去される。
(3) Next, using an electric furnace, the titanium oxide paste layer was baked at 500 ° C. for 30 minutes to produce a titanium oxide porous layer. After being allowed to cool, the titanium oxide porous layer was immersed in a 0.1 mol / L titanium tetrachloride TiO 4 aqueous solution and kept at 70 ° C. for 30 minutes. Next, the titanium oxide porous layer was sufficiently washed with pure water and ethanol and dried. Thereafter, the porous titanium oxide layer was fired again at 500 ° C. for 30 minutes using an electric furnace. In these steps, the following formula: TiCl 4 + 2H 2 O → TiO 2 + 4HCl
The necking between the titanium oxide fine particles in the titanium oxide porous layer is strengthened by the generated titanium oxide. Next, the excimer lamp was used to irradiate the titanium oxide porous layer with ultraviolet light for 3 minutes to perform a treatment for increasing the activity of the titanium oxide porous layer. At this time, impurities such as organic substances contained in the titanium oxide porous layer are oxidatively decomposed and removed by the catalytic action of titanium oxide.

(4)次に、室温にて24時間酸化チタン多孔質層をZ907色素溶液に浸漬し、酸化チタン多孔質層に光増感色素Z907を吸着させた。Z907は、シス−ビス(イソチオシアナト)(H2dcbpy)(dnbpy)ルテニウム錯体(ここで、H2dcbpyは4,4'-ジカルボキシ-2,2'-ビピリジンであり、dnbpyは4,4'-ジノニル-2,2'-ビピリジンである。)である。色素溶液は、tert−ブチルアルコールとアセトニトリルとを1:1の体積比で混合した混合溶媒に、Z907を0.5mMの濃度で溶解させた溶液を用いた。次に、アセトニトリルを用いて酸化チタン多孔質層を洗浄した後、暗所でアセトニトリルを蒸発させ、酸化チタン多孔質層を乾燥させた。この結果、光増感色素が吸着された多孔質半導体層3を得た。 (4) Next, the titanium oxide porous layer was immersed in a Z907 dye solution at room temperature for 24 hours to adsorb the photosensitizing dye Z907 to the titanium oxide porous layer. Z907 is cis-bis (isothiocyanato) (H 2 dcbpy) (dnbpy) ruthenium complex (where H 2 dcbpy is 4,4′-dicarboxy-2,2′-bipyridine and dnbpy is 4,4 ′ -Dinonyl-2,2'-bipyridine). As the dye solution, a solution in which Z907 was dissolved at a concentration of 0.5 mM in a mixed solvent in which tert-butyl alcohol and acetonitrile were mixed at a volume ratio of 1: 1 was used. Next, after the titanium oxide porous layer was washed with acetonitrile, acetonitrile was evaporated in the dark and the titanium oxide porous layer was dried. As a result, the porous semiconductor layer 3 on which the photosensitizing dye was adsorbed was obtained.

(5)次に、1,3−ジメチル−3−イミダゾリウムヨーダイド1.65g(1mol/L)、ヨウ素I20.28g(0.15mol/L)、N−ブチル−ベンズイミダゾール0.64g(0.5mol/L)、およびグアニジンチオシアネート0.09g(0.1mol/L)を3−メトキシプロピオニトリル7.35gに溶解させ、液体状の電解質組成物を調製した(上記()内の濃度は、電解質組成物における各成分のモル濃度である。)。得られた電解質組成物1.84gに対し、ゲル化剤として、表面が疎水性化されたシリカ微粒子R805(商品名;日本アエロジル(株)製)0.16gを添加した後、ミキサー(THINKY社製)を用いてよく攪拌し、ゲル電解液を調製した。ゲル電解液における質量比は、
液体状電解質組成物:シリカ微粒子R805 = 92:8
である。
(5) Next, 1.65 g (1 mol / L) of 1,3-dimethyl-3-imidazolium iodide, 0.28 g of iodine I 2 (0.15 mol / L), 0.64 g of N-butyl-benzimidazole (0.5 mol / L) and 0.09 g (0.1 mol / L) of guanidine thiocyanate were dissolved in 7.35 g of 3-methoxypropionitrile to prepare a liquid electrolyte composition (in the above ()). The concentration is the molar concentration of each component in the electrolyte composition.) After adding 0.16 g of silica fine particles R805 (trade name; manufactured by Nippon Aerosil Co., Ltd.) having a hydrophobic surface as a gelling agent to 1.84 g of the obtained electrolyte composition, a mixer (THINKY Corporation) was added. The gel electrolyte solution was prepared by thoroughly stirring the mixture. The mass ratio in the gel electrolyte is
Liquid electrolyte composition: silica fine particles R805 = 92: 8
It is.

(6)次に、上記ゲル電解液に高屈折微粒子として針状酸化チタン微粒子FTL100(商品名;石原産業(株)製)を加え、光散乱性ゲル電解液を調製した。光散乱性ゲル電解液における質量比は
ゲル電解液:酸化チタン微粒子FTL100 = 95:5
である。この光散乱性ゲル電解液を、導電性ガラス基板1および2上の多孔質半導体層3に被着させた。
(6) Next, acicular titanium oxide fine particles FTL100 (trade name; manufactured by Ishihara Sangyo Co., Ltd.) were added to the gel electrolyte as highly refractive fine particles to prepare a light scattering gel electrolyte. The mass ratio in the light-scattering gel electrolyte is: gel electrolyte: titanium oxide fine particles FTL100 = 95: 5
It is. This light-scattering gel electrolyte was applied to the porous semiconductor layer 3 on the conductive glass substrates 1 and 2.

(7)一方、対向基板6として、前述した光透過性基板1および光透過性導電層2と同様、アモルファス太陽電池用のFTO層付き導電性ガラス基板(日本板硝子(株)製、シート抵抗10Ω/□、厚さ1.1mm)を、縦15mm×横25mmの長方形に加工したものを用意した。この導電性ガラス基板のうち、横方向の一方の端部から10mmまでの領域を電極引き出し部として用いた。残る縦15mm×横15mmの正方形の領域のFTO層上に、スパッタリング法によって、厚さ50nmのクロムCr層と厚さ100nmの白金Pt層とを順次積層して形成し、対向電極5を作製した。   (7) On the other hand, as the counter substrate 6, similarly to the light transmissive substrate 1 and the light transmissive conductive layer 2 described above, a conductive glass substrate with an FTO layer for amorphous solar cells (manufactured by Nippon Sheet Glass Co., Ltd., sheet resistance 10Ω) / □, thickness 1.1 mm) was processed into a rectangle of 15 mm length × 25 mm width. Of this conductive glass substrate, a region from one end in the horizontal direction to 10 mm was used as the electrode lead-out portion. A counter electrode 5 was formed by sequentially laminating a chromium Cr layer having a thickness of 50 nm and a platinum Pt layer having a thickness of 100 nm on the remaining FTO layer having a square area of 15 mm in length and 15 mm in width by a sputtering method. .

(8)次に、ディスペンサーを用いて、正方形の領域の外周から内側の領域に2mmの幅で硬化するよう、導電性ガラス基板1、2上に紫外線(UV)硬化型接着剤を被着させた。この後、多孔質半導体層3と対向電極5とが向かい合うように、導電性ガラス基板1、2および対向基板6のそれぞれの正方形の領域を対向させ、貼り合せた。対向基板6には直径0.5mmの孔が設けられており、この孔は接着する際の空気の逃げ道として機能する。   (8) Next, using a dispenser, an ultraviolet (UV) curable adhesive is applied onto the conductive glass substrates 1 and 2 so as to be cured at a width of 2 mm from the outer periphery to the inner region of the square region. It was. Thereafter, the square regions of the conductive glass substrates 1 and 2 and the counter substrate 6 were opposed to each other and bonded so that the porous semiconductor layer 3 and the counter electrode 5 face each other. The counter substrate 6 is provided with a hole having a diameter of 0.5 mm, and this hole functions as an air escape path for bonding.

(9)次に、対向基板6に設けられた孔を紫外線(UV)硬化型接着剤で埋めて封止した後、紫外線(UV)を照射して紫外線(UV)硬化型接着剤を硬化させ、色素増感光電変換装置を作製した。   (9) Next, after the holes provided in the counter substrate 6 are filled with an ultraviolet (UV) curable adhesive and sealed, the ultraviolet (UV) is irradiated to cure the ultraviolet (UV) curable adhesive. Then, a dye-sensitized photoelectric conversion device was produced.

光散乱性ゲル電解液における質量比を
ゲル電解液:FTL100 = 90:10
とした。これ以外は実施例1と同様にして、色素増感光電変換装置を作製した。
The mass ratio in the light-scattering gel electrolyte is expressed as follows: Gel electrolyte: FTL100 = 90: 10
It was. Except for this, a dye-sensitized photoelectric conversion device was produced in the same manner as in Example 1.

光散乱性ゲル電解液における質量比を
ゲル電解液:FTL100 = 80:20
とした。これ以外は実施例1と同様にして、色素増感光電変換装置を作製した。
The mass ratio in the light-scattering gel electrolyte solution is defined as gel electrolyte solution: FTL100 = 80: 20
It was. Except for this, a dye-sensitized photoelectric conversion device was produced in the same manner as in Example 1.

光散乱性ゲル電解液における質量比を
ゲル電解液:FTL100 = 70:30
とした。これ以外は実施例1と同様にして、色素増感光電変換装置を作製した。
The mass ratio in the light-scattering gel electrolyte is gel electrolyte: FTL100 = 70: 30
It was. Except for this, a dye-sensitized photoelectric conversion device was produced in the same manner as in Example 1.

高屈折微粒子として針状酸化チタン微粒子FTL200(商品名;石原産業(株)製)を用い、光散乱性ゲル電解液における質量比を
ゲル電解液:酸化チタン微粒子FTL200 = 80:20
とした。これ以外は実施例1と同様にして、色素増感光電変換装置を作製した。
Using acicular titanium oxide fine particles FTL200 (trade name; manufactured by Ishihara Sangyo Co., Ltd.) as the high refractive fine particles, the mass ratio in the light-scattering gel electrolyte is gel electrolyte: titanium oxide fine particles FTL200 = 80: 20
It was. Except for this, a dye-sensitized photoelectric conversion device was produced in the same manner as in Example 1.

実施例3と同様、高屈折微粒子として針状酸化チタン微粒子FTL100を用い、光散乱性ゲル電解液における質量比を
ゲル電解液:酸化チタン微粒子FTL100 = 80:20
として、色素増感光電変換装置を作製した。ただし、光増感色素としてZ907と少し構造の異なる光増感色素を用いた。
As in Example 3, acicular titanium oxide fine particles FTL100 were used as the high refractive fine particles, and the mass ratio in the light-scattering gel electrolyte was determined as follows: Gel electrolyte: titanium oxide fine particles FTL100 = 80: 20
As a result, a dye-sensitized photoelectric conversion device was produced. However, a photosensitizing dye having a slightly different structure from Z907 was used as the photosensitizing dye.

[比較例1]
高屈折微粒子を加えず、ゲル電解液をそのまま電解質として用いた。これ以外は実施例1と同様にして、色素増感光電変換装置を作製した。
[Comparative Example 1]
The gel electrolyte was used as an electrolyte as it was without adding highly refractive fine particles. Except for this, a dye-sensitized photoelectric conversion device was produced in the same manner as in Example 1.

[比較例2]
高屈折微粒子として針状炭酸カルシウム微粒子Whiscal(商品名;丸尾カルシウム(株)製)を用い、光散乱性ゲル電解液における質量比を
ゲル電解液:炭酸カルシウム微粒子Whiscal = 80:20
とした。これ以外は実施例1と同様にして、色素増感光電変換装置を作製した。
[Comparative Example 2]
Acicular calcium carbonate fine particles Whiscal (trade name; manufactured by Maruo Calcium Co., Ltd.) are used as the high refractive fine particles, and the mass ratio in the light-scattering gel electrolyte is determined as follows: Gel electrolyte: calcium carbonate fine particles Whiscal = 80: 20
It was. Except for this, a dye-sensitized photoelectric conversion device was produced in the same manner as in Example 1.

[比較例3]
実施例6と同様、光増感色素としてZ907と少し構造の異なる光増感色素を用いた。これ以外は比較例1と同様にして、色素増感光電変換装置を作製した。
[Comparative Example 3]
As in Example 6, a photosensitizing dye having a slightly different structure from Z907 was used as the photosensitizing dye. Except this, it carried out similarly to the comparative example 1, and produced the dye-sensitized photoelectric conversion apparatus.

[比較例4]
高屈折微粒子として球状酸化チタン微粒子ST01(商品名;石原産業(株)製)を用い、光散乱性ゲル電解液における質量比を
ゲル電解液:酸化チタン微粒子ST01 = 80:20
とした。これ以外は実施例6と同様にして、色素増感光電変換装置を作製した。
[Comparative Example 4]
Spherical titanium oxide fine particles ST01 (trade name; manufactured by Ishihara Sangyo Co., Ltd.) are used as the high refractive fine particles, and the mass ratio in the light-scattering gel electrolyte is gel electrolyte: titanium oxide fine particles ST01 = 80: 20
It was. Except for this, a dye-sensitized photoelectric conversion device was produced in the same manner as in Example 6.

[比較例5]
高屈折微粒子として球状酸化チタン微粒子P25(商品名;日本アエロジル(株)製)を用い、光散乱性ゲル電解液における質量比を
ゲル電解液:酸化チタン微粒子P25 = 80:20
とした。これ以外は実施例6と同様にして、色素増感光電変換装置を作製した。
[Comparative Example 5]
Spherical titanium oxide fine particles P25 (trade name; manufactured by Nippon Aerosil Co., Ltd.) are used as the high refractive fine particles, and the mass ratio in the light-scattering gel electrolyte is determined as follows: Gel electrolyte: titanium oxide fine particles P25 = 80: 20
It was. Except for this, a dye-sensitized photoelectric conversion device was produced in the same manner as in Example 6.

[比較例6]
高屈折微粒子として球状酸化チタン微粒子PT501A(商品名;石原産業(株)製)を用い、光散乱性ゲル電解液における質量比を
ゲル電解液:酸化チタン微粒子PT501A = 80:20
とした。これ以外は実施例6と同様にして、色素増感光電変換装置を作製した。
[Comparative Example 6]
Spherical titanium oxide fine particles PT501A (trade name; manufactured by Ishihara Sangyo Co., Ltd.) are used as the high refractive fine particles, and the mass ratio in the light scattering gel electrolyte is gel electrolyte: titanium oxide fine particles PT501A = 80: 20.
It was. Except for this, a dye-sensitized photoelectric conversion device was produced in the same manner as in Example 6.

[比較例7]
高屈折微粒子として球状酸化チタン微粒子ST41(商品名;石原産業(株)製)を用い、光散乱性ゲル電解液における質量比を
ゲル電解液:酸化チタン微粒子ST41 = 80:20
とした。これ以外は実施例6と同様にして、色素増感光電変換装置を作製した。
[Comparative Example 7]
Spherical titanium oxide fine particles ST41 (trade name; manufactured by Ishihara Sangyo Co., Ltd.) are used as the high refractive fine particles, and the mass ratio in the light-scattering gel electrolyte is gel electrolyte: titanium oxide fine particles ST41 = 80: 20
It was. Except for this, a dye-sensitized photoelectric conversion device was produced in the same manner as in Example 6.

[比較例8]
高屈折微粒子として球状酸化チタン微粒子TA300(商品名;富士チタン工業(株)製)を用い、光散乱性ゲル電解液における質量比を
ゲル電解液:酸化チタン微粒子TA300 = 80:20
とした。これ以外は実施例6と同様にして、色素増感光電変換装置を作製した。
[Comparative Example 8]
Spherical titanium oxide fine particles TA300 (trade name; manufactured by Fuji Titanium Industry Co., Ltd.) are used as the high refractive fine particles, and the mass ratio in the light-scattering gel electrolyte is gel electrolyte: titanium oxide fine particles TA300 = 80: 20
It was. Except for this, a dye-sensitized photoelectric conversion device was produced in the same manner as in Example 6.

[比較例9]
高屈折微粒子として球状酸化チタン微粒子G2(商品名;昭和タイタニウム(株)製)を用い、光散乱性ゲル電解液における質量比を
ゲル電解液:酸化チタン微粒子G2 = 80:20
とした。これ以外は実施例6と同様にして、色素増感光電変換装置を作製した。
[Comparative Example 9]
Spherical titanium oxide fine particles G2 (trade name; manufactured by Showa Titanium Co., Ltd.) are used as the high refractive fine particles, and the mass ratio in the light-scattering gel electrolyte is gel electrolyte: titanium oxide fine particles G2 = 80: 20
It was. Except for this, a dye-sensitized photoelectric conversion device was produced in the same manner as in Example 6.

表2は、実施例1〜6および比較例2、4〜9で用いた高屈折微粒子などの特徴を示す表である。
Table 2 is a table showing characteristics of the high refractive fine particles used in Examples 1 to 6 and Comparative Examples 2 and 4 to 9.

<色素増感光電変換装置の評価>
0.188cm2の円形マスクを用いて擬似太陽光(AM1.5、100mW/cm2)を照射しながら、作製した色素増感光電変換装置の短絡電流、開放電圧、フィルファクタ、および光電変換効率を24℃にて評価した。
<Evaluation of dye-sensitized photoelectric conversion device>
While irradiating pseudo sunlight (AM1.5,100mW / cm 2) using a circular mask 0.188Cm 2, short-circuit current of the dye-sensitized photoelectric conversion device was produced, the open voltage, fill factor, and photoelectric conversion efficiency Was evaluated at 24 ° C.

表3は、実施例1〜5および比較例1、2で作製した色素増感光電変換装置の特性を示す表である。
Table 3 is a table | surface which shows the characteristic of the dye-sensitized photoelectric conversion apparatus produced in Examples 1-5 and Comparative Examples 1 and 2. FIG.

表4は、実施例6およびこれと対比される比較例3〜9で作製した色素増感光電変換装置の特性を示す表である。表中、記載が2行になっている例は、2回の実験結果を示している。
Table 4 is a table | surface which shows the characteristic of the dye-sensitized photoelectric conversion apparatus produced in Example 6 and Comparative Examples 3-9 contrasted with this. In the table, the example with two lines shows the results of two experiments.

比較例1と実施例1〜5との光電変換効率の比較、および比較例3と比較例4〜9との変換効率の比較から、電解質層に添加する微粒子として、酸化チタン微粒子のような高屈折率微粒子であれば、光電変換効率を向上させる効果があることがわかる。   From the comparison of the photoelectric conversion efficiency between Comparative Example 1 and Examples 1 to 5 and the comparison of the conversion efficiency between Comparative Example 3 and Comparative Examples 4 to 9, the fine particles added to the electrolyte layer are as high as titanium oxide fine particles. It can be seen that the refractive index fine particles have an effect of improving the photoelectric conversion efficiency.

一方、比較例1と比較例2との比較から、炭酸カルシウム微粒子を添加した場合には、わずかではあるが変換効率は低下することがわかる。これは、炭酸カルシウム程度の屈折率であれば、透過光を散乱させる効果よりも、炭酸カルシウム微粒子の添加によって電解質層の内部抵抗が増加することによる損失の方が大きいからであると考えられる。ただし、変換効率の低下はわずかであるので、炭酸カルシウムの屈折率よりも少し大きい屈折率を有する微粒子であれば、微粒子の添加によって透過光を散乱させる効果の方が、電解質層の内部抵抗が増加することによる損失を上回ると期待される。炭酸カルシウムの短径方向の屈折率は約1.68であるので、高屈折率微粒子に求められる屈折率は、それより少し大きい1.75〜1.8程度と予想される。電解質液の屈折率は1.45〜1.5程度であるので、高屈折率微粒子は電解質液の屈折率より0.3程度大きい屈折率を有していればよいことがわかる。   On the other hand, the comparison between Comparative Example 1 and Comparative Example 2 shows that the conversion efficiency decreases slightly when calcium carbonate fine particles are added. This is presumably because the loss due to the increase in the internal resistance of the electrolyte layer due to the addition of the calcium carbonate fine particles is larger than the effect of scattering the transmitted light if the refractive index is about the same as calcium carbonate. However, since the reduction in conversion efficiency is slight, if the fine particles have a refractive index slightly larger than the refractive index of calcium carbonate, the effect of scattering the transmitted light by adding the fine particles is greater in the internal resistance of the electrolyte layer. It is expected to outweigh the losses from the increase. Since the refractive index of calcium carbonate in the minor axis direction is about 1.68, the refractive index required for the high refractive index fine particles is expected to be about 1.75 to 1.8, which is a little larger than that. Since the refractive index of the electrolyte solution is about 1.45 to 1.5, it can be seen that the high refractive index fine particles only need to have a refractive index that is about 0.3 larger than the refractive index of the electrolyte solution.

実施例1〜4間の比較から、高屈折率微粒子の添加率が20質量%までは、添加率が大きいほど光電変換効率が向上するが、添加率が30質量%に達すると、添加率が20質量%である場合に比べて変換効率がやや低下することがわかる。これは、添加率が20質量%をこえるあたりから、微粒子の添加によって透過光を散乱させる効果が頭打ちになり、微粒子の添加によって電解質層の内部抵抗が増加することによる損失が上回るためであると考えられる。   From the comparison between Examples 1 to 4, when the addition rate of the high refractive index fine particles is up to 20% by mass, the photoelectric conversion efficiency improves as the addition rate increases, but when the addition rate reaches 30% by mass, the addition rate increases. It turns out that conversion efficiency falls a little compared with the case where it is 20 mass%. This is because, since the addition rate exceeds 20% by mass, the effect of scattering the transmitted light by the addition of the fine particles reaches a peak, and the loss due to the increase in the internal resistance of the electrolyte layer by the addition of the fine particles is exceeded. Conceivable.

図4および図5は、それぞれ、本発明の実施例6および比較例3〜9による色素増感光電変換装置の電流−電圧特性を示すグラフおよび光電変換効率を示すグラフである。これらの例では、同じ光増感色素を用いており、高屈折率微粒子の添加率も20質量%と同じであるので、光電変換効率を直接比較して高屈折率微粒子の効果を検討することができる。図5から、高屈折率微粒子が1種類の平均粒子径をもつ球状微粒子である比較例4〜9においては、平均粒子径が0.2μmより大きく、0.39μm近傍である場合に、光電変換効率が最良になることがわかる。また、図5に示されているように、高屈折率微粒子として長径1.68μm、短径0.13μmの針状微粒子FTL100(商品名;石原産業(株)製)を用いた実施例6では、比較例4〜9のどの場合よりも高い光電変換効率が得られた。これは、既述したように、異方的形状を有する高屈折率微粒子は、その配向方向の変化によって透過光に対する実効的な粒子径が変化するので、1種類の粒子径の高屈折率微粒子で効率よく透過光を散乱させることができるためであると考えられる。   4 and 5 are a graph showing current-voltage characteristics and a graph showing photoelectric conversion efficiency of the dye-sensitized photoelectric conversion devices according to Example 6 and Comparative Examples 3 to 9 of the present invention, respectively. In these examples, the same photosensitizing dye is used, and the addition rate of the high refractive index fine particles is the same as 20% by mass, so the photoelectric conversion efficiency is directly compared to examine the effect of the high refractive index fine particles. Can do. From FIG. 5, in Comparative Examples 4 to 9, in which the high refractive index fine particles are spherical fine particles having one kind of average particle diameter, the photoelectric conversion is performed when the average particle diameter is larger than 0.2 μm and in the vicinity of 0.39 μm. It turns out that the efficiency is the best. Further, as shown in FIG. 5, in Example 6 using needle-shaped fine particles FTL100 (trade name; manufactured by Ishihara Sangyo Co., Ltd.) having a major axis of 1.68 μm and a minor axis of 0.13 μm as the high refractive index fine particles. The photoelectric conversion efficiency higher than any of Comparative Examples 4 to 9 was obtained. As described above, the high refractive index fine particles having an anisotropic shape change the effective particle diameter with respect to the transmitted light according to the change in the orientation direction, so the high refractive index fine particles with one kind of particle diameter. This is considered to be because the transmitted light can be scattered efficiently.

実施の形態1で述べた最適粒子径Doptについて経験式、および比較例3〜9の結果を参考にすると、波長400〜800nmの透過光をすべて効率よく散乱させるには、異方的形状を有する高屈折率微粒子の平均長径が0.3μm以上であり、短径に対する長径の比が2以上であるのが好ましい、と結論することができる。   Referring to the empirical formula for the optimum particle diameter Dopt described in the first embodiment and the results of Comparative Examples 3 to 9, it has an anisotropic shape in order to efficiently scatter all the transmitted light having a wavelength of 400 to 800 nm. It can be concluded that the average major axis of the high refractive index fine particles is 0.3 μm or more, and the ratio of the major axis to the minor axis is preferably 2 or more.

以上、本発明を実施の形態および実施例に基づいて説明したが、本発明はこれらの例に何ら限定されるものではなく、発明の主旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能であることは言うまでもない。   Although the present invention has been described based on the embodiments and examples, it is needless to say that the present invention is not limited to these examples and can be appropriately changed without departing from the gist of the invention. .

本発明は、光利用効率のよい色素増感型太陽電池などの色素増感光電変換装置を提供し、その普及に寄与する。   The present invention provides a dye-sensitized photoelectric conversion device such as a dye-sensitized solar cell with good light utilization efficiency, and contributes to its popularization.

1…光透過性基板、2…光透過性導電層(負極集電体)、
3…光増感色素を保持する半導体電極層(負極)、3a…透過層、3b…散乱層、
4…電解質層、5…対向電極(正極)、6…対向基板、10…光増感型太陽電池、
11…平均粒子径の小さい半導体微粒子、12…平均粒子径の大きい半導体微粒子、
13…光増感色素、14…異方的形状を有する高屈折率微粒子、15…球状微粒子、
100…光増感型太陽電池、101…透明基板、102…透明導電層(負極集電体)、
103…光増感色素を保持した半導体電極層(負極)、104…電解質層、
105…対向電極(正極)、106…対向基板、200…光増感型太陽電池、
201…ガラス基板、203…半導体電極層(負極)、204…電解液部、
205…対向電極(正極)、206…電極(負極集電体)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Light transmissive board | substrate, 2 ... Light transmissive conductive layer (negative electrode collector),
3 ... Semiconductor electrode layer (negative electrode) holding photosensitizing dye, 3a ... Transmission layer, 3b ... Scattering layer,
4 ... electrolyte layer, 5 ... counter electrode (positive electrode), 6 ... counter substrate, 10 ... photosensitized solar cell,
11 ... Semiconductor fine particles having a small average particle diameter, 12 ... Semiconductor fine particles having a large average particle diameter,
13 ... Photosensitizing dye, 14 ... High refractive index fine particles having anisotropic shape, 15 ... Spherical fine particles,
DESCRIPTION OF SYMBOLS 100 ... Photosensitized solar cell, 101 ... Transparent substrate, 102 ... Transparent conductive layer (negative electrode collector),
103 ... Semiconductor electrode layer (negative electrode) holding a photosensitizing dye, 104 ... Electrolyte layer,
105 ... Counter electrode (positive electrode), 106 ... Counter substrate, 200 ... Photosensitized solar cell,
201 ... Glass substrate, 203 ... Semiconductor electrode layer (negative electrode), 204 ... Electrolyte part,
205 ... Counter electrode (positive electrode), 206 ... Electrode (negative electrode current collector)

特開平10−255863号公報(請求項1,2及び11、第3頁、図1)Japanese Patent Laid-Open No. 10-255863 (claims 1, 2 and 11, page 3, FIG. 1)

住友大阪セメント株式会社、テクニカルレポート2005年度、色素増感太陽電池用酸化チタン、p.36-40Sumitomo Osaka Cement Co., Ltd., Technical Report 2005, Titanium oxide for dye-sensitized solar cells, p.36-40

Claims (13)

光入射側から順に、少なくとも、
光透過性基体と、
前記光透過性支持体の、前記光入射側とは反対側の表面に設けられた光透過性導電層 と、
光増感色素を保持する多孔質半導体層と、
電解液が前記多孔質半導体層に浸潤するように配置され、加えて、屈折率が前記電解 液よりも0.3以上大きい高屈折率材料からなるとともに、異方的形状を有する高屈折 率微粒子を含有する電解質層と、
対向電極と
が配置されている、色素増感光電変換装置。
In order from the light incident side, at least,
A light transmissive substrate;
A light transmissive conductive layer provided on a surface of the light transmissive support opposite to the light incident side; and
A porous semiconductor layer holding a photosensitizing dye;
High-refractive-index fine particles that are arranged so as to infiltrate the porous semiconductor layer and that are made of a high-refractive-index material having a refractive index that is 0.3 or more larger than that of the electrolytic solution and have an anisotropic shape An electrolyte layer containing,
A dye-sensitized photoelectric conversion device in which a counter electrode is disposed.
前記高屈折率微粒子の前記屈折率が1.7以上であり、平均長径が0.3μm以上である、請求項1に記載した色素増感光電変換装置。   2. The dye-sensitized photoelectric conversion device according to claim 1, wherein the high refractive index fine particles have a refractive index of 1.7 or more and an average major axis of 0.3 μm or more. 前記高屈折率微粒子の短径に対する長径の比が2以上である、請求項1に記載した色素増感光電変換装置。   The dye-sensitized photoelectric conversion device according to claim 1, wherein a ratio of a major axis to a minor axis of the high refractive index fine particles is 2 or more. 前記異方性形状が、針状、棒状、紡錘状、惰円体状、又はカプセル形状である、請求項1に記載した色素増感光電変換装置。   The dye-sensitized photoelectric conversion device according to claim 1, wherein the anisotropic shape is a needle shape, a rod shape, a spindle shape, an ellipsoid shape, or a capsule shape. 短径に対する長径の比が2未満である球状又は粒状の微粒子が、前記電解質層にさらに含有されている、請求項1に記載した色素増感光電変換装置。   2. The dye-sensitized photoelectric conversion device according to claim 1, wherein spherical or granular fine particles having a ratio of a major axis to a minor axis of less than 2 are further contained in the electrolyte layer. 前記球状又は粒状の微粒子が、屈折率が前記電解液よりも0.3以上大きい高屈折率材料からなる、請求項5に記載した色素増感光電変換装置。   The dye-sensitized photoelectric conversion device according to claim 5, wherein the spherical or granular fine particles are made of a high refractive index material having a refractive index of 0.3 or more larger than that of the electrolytic solution. 前記球状又は粒状の微粒子の平均粒子径が、前記高屈折率微粒子の短径以上であり、かつ長径以下である、請求項5に記載した色素増感光電変換装置。   The dye-sensitized photoelectric conversion device according to claim 5, wherein an average particle diameter of the spherical or granular fine particles is not less than a short diameter and not more than a long diameter of the high refractive index fine particles. 光入射側から順に、少なくとも、
光透過性基体と、
前記光透過性支持体の、前記光入射側とは反対側の表面に設けられた光透過性導電層 と、
光増感色素を保持する多孔質半導体層と、
電解液が前記多孔質半導体層に浸潤するように配置され、加えて、屈折率が前記電解 液よりも0.3以上大きい高屈折率材料からなるとともに、平均粒子径が異なる2種類以上の球形高屈折率微粒子を含有する電解質層と、
対向電極と
が配置されている、色素増感光電変換装置。
In order from the light incident side, at least,
A light transmissive substrate;
A light transmissive conductive layer provided on a surface of the light transmissive support opposite to the light incident side; and
A porous semiconductor layer holding a photosensitizing dye;
The electrolyte solution is arranged so as to infiltrate the porous semiconductor layer. In addition, the electrolyte solution is made of a high refractive index material having a refractive index of 0.3 or more larger than that of the electrolyte solution, and has two or more types of spherical shapes having different average particle diameters. An electrolyte layer containing fine particles of high refractive index;
A dye-sensitized photoelectric conversion device in which a counter electrode is disposed.
前記高屈折率微粒子の前記屈折率が1.7以上である、請求項8に記載した色素増感光電変換装置。   The dye-sensitized photoelectric conversion device according to claim 8, wherein the refractive index of the high refractive index fine particles is 1.7 or more. 前記平均粒子径が最大で2倍異なる前記球形高屈折率微粒子を、少なくとも2種類添加する、請求項8に記載した色素増感光電変換装置。   9. The dye-sensitized photoelectric conversion device according to claim 8, wherein at least two kinds of the spherical high refractive index fine particles different in the average particle diameter by a maximum of 2 times are added. 前記高屈折率微粒子が酸化チタンTiO2微粒子である、請求項1又は8に記載した色素増感光電変換装置。 The dye-sensitized photoelectric conversion device according to claim 1 or 8, wherein the high refractive index fine particles are titanium oxide TiO 2 fine particles. 前記電解質層における前記高屈折率微粒子の含有率が、1〜50質量%である、請求項請求項1又は8に記載した色素増感光電変換装置。   The dye-sensitized photoelectric conversion device according to claim 1 or 8, wherein a content of the high refractive index fine particles in the electrolyte layer is 1 to 50% by mass. 前記電解質層がゲル化剤を含有している、請求項1又は8に記載した色素増感光電変換装置。   The dye-sensitized photoelectric conversion device according to claim 1 or 8, wherein the electrolyte layer contains a gelling agent.
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