JP2012119189A - Photoelectrode and dye-sensitized solar cell - Google Patents

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    • Y02E10/542Dye sensitized solar cells

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a photoelectrode excellent in utilization efficiency of incident light, and a dye-sensitized solar cell provided with the same.SOLUTION: A photoelectrode 1 is configured such that: a transparent electrode 10, a photoelectric conversion layer 13, and a light reflecting layer 14 are laminated in this order; the photoelectric conversion layer 13 is formed of a porous semiconductor on which a sensitizing dye is supported; and the light reflecting layer 14 is formed of a porous material on which the sensitizing dye is not supported. A dye-sensitized solar cell is configured to include the photoelectrode 1.

Description

本発明は、光電極と該光電極を備えた色素増感太陽電池に関する。   The present invention relates to a photoelectrode and a dye-sensitized solar cell including the photoelectrode.

一般に良く知られている色素増感太陽電池は、いわゆるグレッツエル型と呼ばれるものである(非特許文献1参照)。すなわち、表面に透明導電層が設けられた透明基材を使用して、この導電層上に酸化チタン等の半導体からなる多孔質膜(多孔質半導体層)を設け、この比表面積の大きな多孔質半導体層に増感色素を担持させて光電変換層とすることで、増感色素の担持量を増大させた光電極とし、このような光電極を使用することで、多くの励起電子が取り出し可能となったものである。   A generally well-known dye-sensitized solar cell is a so-called Gretzell type (see Non-Patent Document 1). That is, using a transparent substrate having a transparent conductive layer on the surface, a porous film (porous semiconductor layer) made of a semiconductor such as titanium oxide is provided on the conductive layer, and a porous material having a large specific surface area. By making a photoelectric conversion layer by supporting a sensitizing dye on a semiconductor layer, a photoelectrode with an increased amount of sensitizing dye can be used. By using such a photoelectrode, many excited electrons can be extracted. It has become.

しかし、この色素増感太陽電池では、増感色素が担持された多孔質半導体層を入射光が通過する時のみ、発電されるに過ぎない。この時の色素増感太陽電池の光電極における入射光の振る舞いについて、図3(a)に模式図を示す。ここに示すように、光電極9Aの基材91側から入射した入射光は、光電変換層93において増感色素に吸収され、光励起電子を多孔質半導体層の内部に放出することで発電に寄与する。ここで、符号92は導電層を示す。しかし、増感色素に吸収されて発電に寄与する入射光はごく一部であり、ほとんどの入射光は、光電変換層93を透過してしまうので、光電極9Aにおける光エネルギーの利用効率は極めて低い。そこで、色素増感太陽電池の発電効率を向上させるために、入射光の利用効率の改善が強く求められている。   However, in this dye-sensitized solar cell, electric power is generated only when incident light passes through the porous semiconductor layer carrying the sensitizing dye. FIG. 3A schematically shows the behavior of incident light at the photoelectrode of the dye-sensitized solar cell at this time. As shown here, incident light incident from the substrate 91 side of the photoelectrode 9A is absorbed by the sensitizing dye in the photoelectric conversion layer 93 and contributes to power generation by releasing photoexcited electrons into the porous semiconductor layer. To do. Here, reference numeral 92 denotes a conductive layer. However, only a small part of incident light is absorbed by the sensitizing dye and contributes to power generation, and most of the incident light is transmitted through the photoelectric conversion layer 93. Therefore, the utilization efficiency of light energy in the photoelectrode 9A is extremely high. Low. Therefore, in order to improve the power generation efficiency of the dye-sensitized solar cell, improvement in the utilization efficiency of incident light is strongly demanded.

このような観点から、基材上に複数の多孔質半導体層を積層し、基材から遠い方に配置された半導体層を、入射光を反射又は散乱させる光反射層として機能させる手法が種々検討されている。具体的には、多孔質半導体層を三層以上積層し、これら半導体層を構成する半導体粒子の平均粒子径を、基材に近い方では小さく、基材から遠い方では大きくする手法(特許文献1参照)、半導体粒子の平均粒子径を、基材から遠ざかるにつれて大きくする手法(特許文献2参照)が開示されている。いずれの手法も、半導体粒子の平均粒子径が大きい方の多孔質半導体層を、光反射層として機能させようとするものである。   From this point of view, various investigations have been made on a method of laminating a plurality of porous semiconductor layers on a base material and causing the semiconductor layer disposed far from the base material to function as a light reflecting layer that reflects or scatters incident light. Has been. Specifically, a method of laminating three or more porous semiconductor layers, and increasing the average particle diameter of the semiconductor particles constituting these semiconductor layers to a smaller value closer to the base material and a larger one farther from the base material (Patent Literature) 1), and a technique (see Patent Document 2) for increasing the average particle diameter of semiconductor particles as the distance from the substrate increases. In any method, the porous semiconductor layer having the larger average particle diameter of the semiconductor particles is caused to function as a light reflecting layer.

しかし、これら特許文献に記載の手法では、光反射層の材質が、光電変換層を構成する多孔質半導体層の材質と同じであり、多孔質半導体層に増感色素を担持させて(染色して)光電変換層とする時に、光反射層にも増感色素が多量に担持されて(染色されて)しまうという問題点があった。この時の色素増感太陽電池の光電極における入射光の振る舞いについて、図3(b)に模式図を示す。なお、図3(b)では、多孔質半導体層が二層である場合を示しているが、多孔質半導体層が三層以上である場合も同様である。ここに示すように、光電極9Bの基材91側から入射した入射光は、光電変換層93(多孔質半導体層は半導体粒子の平均粒子径が小さい)において一部が増感色素に吸収され、発電に寄与する。そして、光電変換層93を透過した透過光は、一部が光反射層94をさらに通過し、残りの一部が光反射層94(多孔質半導体層は半導体粒子の平均粒子径が大きい)で反射されて、光電変換層93に再入射し、発電に寄与する。しかし、光反射層94には、多量の増感色素が担持されているので、光反射層94を通過しなかった透過光のほとんどは、この増感色素に吸収されてしまい、光電変換層93に再入射する反射光はごく一部に限られる。したがって、光電極の入射光の利用効率を改善するという所望の効果が得られない。   However, in the methods described in these patent documents, the material of the light reflecting layer is the same as the material of the porous semiconductor layer constituting the photoelectric conversion layer, and a sensitizing dye is carried on the porous semiconductor layer (dyed). When the photoelectric conversion layer is used, there is a problem that a large amount of sensitizing dye is supported (dyed) in the light reflection layer. FIG. 3B schematically shows the behavior of incident light at the photoelectrode of the dye-sensitized solar cell at this time. FIG. 3B shows a case where the porous semiconductor layer has two layers, but the same applies to the case where the porous semiconductor layer has three or more layers. As shown here, a part of incident light incident from the substrate 91 side of the photoelectrode 9B is absorbed by the sensitizing dye in the photoelectric conversion layer 93 (the porous semiconductor layer has a small average particle diameter of the semiconductor particles). Contributes to power generation. A part of the transmitted light transmitted through the photoelectric conversion layer 93 further passes through the light reflecting layer 94, and the remaining part is the light reflecting layer 94 (the porous semiconductor layer has a large average particle diameter of the semiconductor particles). The light is reflected and reenters the photoelectric conversion layer 93 to contribute to power generation. However, since a large amount of sensitizing dye is carried on the light reflecting layer 94, most of the transmitted light that has not passed through the light reflecting layer 94 is absorbed by the sensitizing dye, and the photoelectric conversion layer 93. Only a small part of the reflected light re-enters. Therefore, the desired effect of improving the utilization efficiency of incident light of the photoelectrode cannot be obtained.

これに対して、光反射層とするための、平均粒子径が大きい半導体粒子の表面に、増感色素ではない疎水性有機化合物を吸着させ、多孔質半導体層の染色時に、光反射層での染色を抑制する手法(特許文献3参照)、光反射層の形成時に使用するペーストに、半導体粒子以外に、少なくとも一部の表面官能基がアルキル基で置換されたシリカ重合体を含むバインダを配合し、疎水性を付与することで、光反射層での染色を抑制する手法(特許文献4参照)が開示されている。いずれの手法も、光反射層である多孔質半導体層の形成材料を化学修飾して疎水性を付与し、染色工程において色素の担持を阻害しようとするものである。   On the other hand, a hydrophobic organic compound that is not a sensitizing dye is adsorbed on the surface of a semiconductor particle having a large average particle diameter to form a light reflecting layer, and when the porous semiconductor layer is dyed, In addition to semiconductor particles, a binder containing a silica polymer in which at least some of the surface functional groups are substituted with an alkyl group is added to the paste used when forming the light reflecting layer (see Patent Document 3). And the technique (refer patent document 4) which suppresses the dyeing | staining in a light reflection layer by providing hydrophobicity is disclosed. In any of these methods, the forming material of the porous semiconductor layer, which is a light reflecting layer, is chemically modified to impart hydrophobicity, and attempts to inhibit the loading of the dye in the dyeing process.

特開2003−142170号公報JP 2003-142170 A 特開2002−352868号公報JP 2002-352868 A 特開2002−075474号公報JP 2002-0775474 A 特開2009−016304号公報JP 2009-016304 A

Nature、第353巻、第737ページ、1991年Nature, 353, 737, 1991

しかし、特許文献3及び4に記載の手法では、多孔質半導体層を形成するための焼成工程で、多孔質半導体層の形成材料が500℃程度まで加熱された際に、化学修飾部位の多くが分解除去されてしまうので、結果として、光反射層での染色が十分に抑制されず、図3(b)に示すように、光電極の入射光の利用効率を十分に改善できないという問題点があった。   However, in the methods described in Patent Documents 3 and 4, when the forming material of the porous semiconductor layer is heated to about 500 ° C. in the firing step for forming the porous semiconductor layer, many of the chemically modified sites are formed. As a result, the dyeing in the light reflecting layer is not sufficiently suppressed, and as shown in FIG. 3B, the utilization efficiency of incident light of the photoelectrode cannot be sufficiently improved. there were.

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、入射光の利用効率に優れた光電極、及び該光電極を備えた色素増感太陽電池を提供することを課題とする。   This invention is made | formed in view of the said situation, and makes it a subject to provide the dye-sensitized solar cell provided with the photoelectrode excellent in the utilization efficiency of incident light, and this photoelectrode.

上記課題を解決するため、
本発明は、透明電極、光電変換層及び光反射層がこの順に積層された光電極であって、前記光電変換層は、増感色素が担持された多孔質半導体からなり、前記光反射層は、増感色素が担持されていない多孔質体からなることを特徴とする光電極を提供する。
本発明の光電極においては、前記光反射層における多孔質体が、金属カルコゲニド化合物から形成されたことが好ましい。
また、本発明は、上記本発明の光電極を備えたことを特徴とする色素増感太陽電池を提供する。
To solve the above problem,
The present invention is a photoelectrode in which a transparent electrode, a photoelectric conversion layer, and a light reflection layer are laminated in this order, the photoelectric conversion layer is made of a porous semiconductor carrying a sensitizing dye, and the light reflection layer is A photoelectrode comprising a porous body on which a sensitizing dye is not supported is provided.
In the photoelectrode of the present invention, the porous body in the light reflecting layer is preferably formed from a metal chalcogenide compound.
The present invention also provides a dye-sensitized solar cell comprising the photoelectrode of the present invention.

本発明によれば、入射光の利用効率に優れた光電極、及び該光電極を備えた色素増感太陽電池を提供できる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the dye-sensitized solar cell provided with the photoelectrode excellent in the utilization efficiency of incident light, and this photoelectrode can be provided.

本発明の光電極を例示する概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which illustrates the photoelectrode of this invention. 図1に示す光電極の製造方法を説明するための概略断面図である。It is a schematic sectional drawing for demonstrating the manufacturing method of the photoelectrode shown in FIG. 光電極における入射光の振る舞いを説明するための模式図であり、(a)光反射層を備えていない光電極、(b)増感色素が担持された光反射層を備えた光電極、(c)本発明の光電極の場合の模式図である。It is a schematic diagram for demonstrating the behavior of the incident light in a photoelectrode, (a) The photoelectrode which is not provided with the light reflection layer, (b) The photoelectrode provided with the light reflection layer by which the sensitizing dye was carry | supported, ( c) A schematic view of the photoelectrode of the present invention. 実験例1及び2における光反射層の光反射率を示すグラフである。It is a graph which shows the light reflectivity of the light reflection layer in Experimental example 1 and 2.

<光電極>
本発明の光電極は、透明電極、光電変換層及び光反射層がこの順に積層された光電極であって、前記光電変換層は、増感色素が担持された多孔質半導体からなり、前記光反射層は、増感色素が担持されていない多孔質体からなることを特徴とする。
前記光反射層は、増感色素が担持されていないので、入射光の反射能及び散乱能に優れ、光電極は入射光の利用効率に極めて優れたものとなる。
以下、図面を参照しながら、本発明について詳しく説明する。
<Photoelectrode>
The photoelectrode of the present invention is a photoelectrode in which a transparent electrode, a photoelectric conversion layer, and a light reflection layer are laminated in this order, and the photoelectric conversion layer is made of a porous semiconductor carrying a sensitizing dye, and the light The reflective layer is characterized by comprising a porous body on which no sensitizing dye is supported.
Since the light reflecting layer does not carry a sensitizing dye, the light reflecting layer is excellent in incident light reflectivity and scattering ability, and the photoelectrode is extremely excellent in incident light utilization efficiency.
Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

図1は、本発明の光電極を例示する概略断面図である。
ここに示す光電極1は、基材11の表面に導電層12が設けられ、導電層12上に光電変換層13及び光反射層14がこの順に積層され、概略構成されている。基材11及び導電層12は電極(透明電極)10を構成する。
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view illustrating a photoelectrode of the present invention.
In the photoelectrode 1 shown here, a conductive layer 12 is provided on the surface of a base material 11, and a photoelectric conversion layer 13 and a light reflection layer 14 are laminated on the conductive layer 12 in this order, and is roughly configured. The base material 11 and the conductive layer 12 constitute an electrode (transparent electrode) 10.

基材11は、少なくとも可視光を透過させるもの(透明基材)であれば良く、その材質はガラス又はプラスチックであることが好ましい。特に、光電変換効率を高めるために、可視光透過率は高いほど好ましく、70%以上であることが好ましく、75%以上であることがより好ましく、80%以上であることがさらに好ましく、85%以上であることが特に好ましい。本発明において、可視光とは、好ましくは波長360〜830nmの光を意味する。可視光透過率は、例えば、積分球付き透過率光度計で測定できる。   The base material 11 should just be what can permeate | transmit visible light (transparent base material), and it is preferable that the material is glass or a plastics. In particular, in order to increase the photoelectric conversion efficiency, the visible light transmittance is preferably as high as possible, preferably 70% or more, more preferably 75% or more, further preferably 80% or more, 85% The above is particularly preferable. In the present invention, visible light preferably means light having a wavelength of 360 to 830 nm. The visible light transmittance can be measured by, for example, a transmittance photometer with an integrating sphere.

前記ガラスは、特に限定されず、ソーダライムガラス、石英ガラス、ホウケイ酸ガラス、バイコールガラス、無アルカリガラス、青板ガラス、白板ガラス等が例示できる。
前記プラスチックは、特に限定されず、ポリアクリル、ポリカーボネート、ポリエステル、ポリイミド、ポリスチレン、ポリ塩化ビニル、ポリアミド等が例示できる。これらのなかでは、ポリエステル、特にポリエチレンテレフタレート(PET)は、透明耐熱フィルムとして大量に生産及び使用されている。
薄く、軽く、かつフレキシブルな色素増感太陽電池を製造する観点からは、基材11はPETフィルムであることが好ましい。
The glass is not particularly limited, and examples thereof include soda lime glass, quartz glass, borosilicate glass, Vycor glass, alkali-free glass, blue plate glass, and white plate glass.
The plastic is not particularly limited, and examples thereof include polyacryl, polycarbonate, polyester, polyimide, polystyrene, polyvinyl chloride, and polyamide. Among these, polyester, especially polyethylene terephthalate (PET), is produced and used in large quantities as a transparent heat-resistant film.
From the viewpoint of producing a thin, light and flexible dye-sensitized solar cell, the substrate 11 is preferably a PET film.

導電層12は、少なくとも可視光を透過させるもの(透明導電層)であれば良く、その材質としては、金属酸化物、導電性高分子等が例示できる。
前記金属酸化物としては、酸化インジウム/酸化スズ(ITO)、フッ素ドープ酸化スズ(FTO)、酸化亜鉛、酸化スズ、アンチモンドープ酸化スズ(ATO)、酸化インジウム/酸化亜鉛(IZO)、酸化ガリウム/酸化亜鉛(GZO)、酸化チタン等が例示できる。これらの中でも、伝導度が高いITO、耐熱性及び耐候性に優れたFTOが特に好ましい。
導電層12は、単層及び複数層のいずれであっても良く、複数層の場合、すべての層が同じでも異なっていても良く、一部の層が異なっていても良い。
The conductive layer 12 only needs to transmit at least visible light (transparent conductive layer), and examples of the material thereof include metal oxides and conductive polymers.
Examples of the metal oxide include indium oxide / tin oxide (ITO), fluorine-doped tin oxide (FTO), zinc oxide, tin oxide, antimony-doped tin oxide (ATO), indium oxide / zinc oxide (IZO), gallium oxide / Examples include zinc oxide (GZO) and titanium oxide. Among these, ITO with high conductivity and FTO excellent in heat resistance and weather resistance are particularly preferable.
The conductive layer 12 may be either a single layer or a plurality of layers. In the case of a plurality of layers, all the layers may be the same or different, and some layers may be different.

光電変換層13は、増感色素が担持された多孔質半導体層からなる。
前記多孔質半導体層の好ましい形成材料としては、酸化チタン(TiO)が例示できる。
前記多孔質半導体層の形成材料の形状としては、粒子状、針状、板状、繊維状等が例示できる。
前記多孔質半導体層の厚さは、1〜30μmであることが好ましく、3〜20μmであることがより好ましい。下限値以上であることにより、光を一層十分に活用でき、色素増感太陽電池における光電変換効率が一層向上する。また、上限値以下であることで、光を一層有効利用でき、酸化/還元反応種の拡散抵抗が小さくなって、電極自体の抵抗が小さくなるため、色素増感太陽電池における光電変換効率が一層向上する。
The photoelectric conversion layer 13 is composed of a porous semiconductor layer on which a sensitizing dye is supported.
As a preferable forming material of the porous semiconductor layer, titanium oxide (TiO 2 ) can be exemplified.
Examples of the shape of the material for forming the porous semiconductor layer include particles, needles, plates, fibers, and the like.
The thickness of the porous semiconductor layer is preferably 1 to 30 μm, and more preferably 3 to 20 μm. By being more than a lower limit, light can be utilized more fully and the photoelectric conversion efficiency in a dye-sensitized solar cell further improves. Moreover, since the light can be used more effectively by being below the upper limit value, the diffusion resistance of the oxidation / reduction reaction species is reduced, and the resistance of the electrode itself is reduced, so that the photoelectric conversion efficiency in the dye-sensitized solar cell is further increased. improves.

前記増感色素は、特に限定されず、通常の色素増感太陽電池で使用されているもので良い。具体的には、シス−ジ(チオシアナト)−ビス(2,2’−ビピリジル−4,4’−ジカルボン酸)ルテニウム(II)、シス−ジ(チオシアナト)−ビス(2,2’−ビピリジル−4,4’−ジカルボン酸)ルテニウム(II)のビス−テトラブチルアンモニウム塩(以下、N719と略記する)、トリ(チオシアナト)−(4,4’,4’ ’−トリカルボキシ−2,2’:6’,2’ ’−ターピリジン)ルテニウムのトリス−テトラブチルアンモニウム塩(ブラックダイ)等のルテニウム系色素が例示できる。また、クマリン系色素、ポリエン系色素、シアニン系色素、ヘミシアニン系色素、チオフェン系色素、インドリン系色素、キサンテン系色素、カルバゾール系色素、ペリレン系色素、ポルフィリン系色素、フタロシアニン系色素、メロシアニン系色素、カテコール系色素、スクアリリウム系色素等の各種有機色素が例示できる。さらに、これらの色素を組み合わせたドナー−アクセプター複合色素等が例示できる。   The said sensitizing dye is not specifically limited, What is used with the normal dye-sensitized solar cell may be used. Specifically, cis-di (thiocyanato) -bis (2,2′-bipyridyl-4,4′-dicarboxylic acid) ruthenium (II), cis-di (thiocyanato) -bis (2,2′-bipyridyl- 4,4′-dicarboxylic acid) ruthenium (II) bis-tetrabutylammonium salt (hereinafter abbreviated as N719), tri (thiocyanato)-(4,4 ′, 4 ′ ′-tricarboxy-2,2 ′) : Ruthenium-based dyes such as 6 ', 2' '-terpyridine) ruthenium tris-tetrabutylammonium salt (black dye). In addition, coumarin dyes, polyene dyes, cyanine dyes, hemicyanine dyes, thiophene dyes, indoline dyes, xanthene dyes, carbazole dyes, perylene dyes, porphyrin dyes, phthalocyanine dyes, merocyanine dyes, Examples include various organic dyes such as catechol dyes and squarylium dyes. Furthermore, the donor-acceptor composite dye etc. which combined these dyes can be illustrated.

多孔質半導体層に担持されている前記色素は、一種のみでも良いし、二種以上でも良い。二種以上の場合、その組み合わせ及び比率は、目的に応じて適宜選択すれば良い。   The said pigment | dye carry | supported by the porous semiconductor layer may be only 1 type, and 2 or more types may be sufficient as it. In the case of two or more kinds, the combination and ratio may be appropriately selected according to the purpose.

光反射層14は、増感色素が担持されていない多孔質体からなる。
光反射層14における前記多孔質体の材質は、半導体であっても良いし、半導体でなくても良い。そして、半導体である場合、前記多孔質半導体層と同じ材質でも良い。
光反射層14は、光反射率(可視光反射率)が高いほど好ましく、白色のもの又は白色味を帯びたものや、金属光沢を有するものが好ましい。前記多孔質体の形成材料として、好ましくは金属元素とカルコゲンとを含む化合物、より好ましくは金属元素とカルコゲンとからなる化合物が例示できる。ここで、「カルコゲン」とは、第16族元素の総称であり、酸素(O)、硫黄(S)、セレン(Se)、テルル(Te)、ポロニウム(Po)が例示できる。好ましい、前記多孔質体の材質として、より具体的には、酸化チタン、酸化ジルコニウム、硫酸バリウム等の金属カルコゲニド化合物が例示できる。
The light reflecting layer 14 is made of a porous body that does not carry a sensitizing dye.
The material of the porous body in the light reflecting layer 14 may be a semiconductor or may not be a semiconductor. And when it is a semiconductor, the same material as the said porous semiconductor layer may be sufficient.
The light reflection layer 14 is preferably as the light reflectance (visible light reflectance) is high, and is preferably white, white, or having a metallic luster. Examples of the material for forming the porous body include a compound preferably containing a metal element and a chalcogen, and more preferably a compound consisting of a metal element and a chalcogen. Here, “chalcogen” is a generic name for Group 16 elements, and examples thereof include oxygen (O), sulfur (S), selenium (Se), tellurium (Te), and polonium (Po). More preferable examples of the material for the porous body include metal chalcogenide compounds such as titanium oxide, zirconium oxide, and barium sulfate.

光反射層14における前記多孔質体の形成材料の形状は、粒子状、針状、板状、繊維状等が例示できる。
また、前記多孔質体の形成材料は、光電変換層13における前記多孔質半導体層の形成材料よりも大きさが大きいことが好ましい。例えば、前記多孔質体及び多孔質半導体層の形成材料が、いずれも粒子状である場合には、前記多孔質体の形成材料は、前記多孔質半導体層の形成材料よりも平均粒子径が大きいことが好ましい。このようにすることで、光反射率が一層向上する。そして、入射光の波長や、増感色素の光吸収特性を考慮して、形成材料の大きさを選択することが好ましい。一例を挙げると、粒子径が光の波長の約1/2の値である粒子は、この光を効率良く反射することが知られているので、例えば、ある特定の増感色素(例えば、N719等)を使用し、この色素の光感度が低い波長域(例えば、700〜800nm)の光反射率を向上させたい場合には、好ましくは平均粒子径を、より好ましくは粒子径を、この波長域の1/2の値(例えば、350〜400nm)とすると良い。
以上の工程により、光電極1が得られる。
Examples of the shape of the material for forming the porous body in the light reflecting layer 14 include a particle shape, a needle shape, a plate shape, and a fiber shape.
Moreover, it is preferable that the forming material of the porous body is larger in size than the forming material of the porous semiconductor layer in the photoelectric conversion layer 13. For example, when the material for forming the porous body and the porous semiconductor layer are both in the form of particles, the material for forming the porous body has a larger average particle diameter than the material for forming the porous semiconductor layer. It is preferable. By doing so, the light reflectance is further improved. The size of the forming material is preferably selected in consideration of the wavelength of incident light and the light absorption characteristics of the sensitizing dye. For example, since it is known that particles having a particle diameter of about half the wavelength of light reflect this light efficiently, for example, a specific sensitizing dye (for example, N719) is used. Etc.), and when it is desired to improve the light reflectance in a wavelength region where the photosensitivity of the dye is low (for example, 700 to 800 nm), preferably the average particle size, more preferably the particle size, It is preferable to set the value to a half of the range (for example, 350 to 400 nm).
Through the above steps, the photoelectrode 1 is obtained.

前記光反射層の厚さは、0.1〜10μmであることが好ましく、2〜6μmであることがより好ましい。下限値以上であることにより、光反射率が一層向上し、色素増感太陽電池における光電変換効率が一層向上する。また、上限値以下であることで、光電極の厚さを薄くできる。   The thickness of the light reflecting layer is preferably 0.1 to 10 μm, and more preferably 2 to 6 μm. By being more than a lower limit, a light reflectance improves further and the photoelectric conversion efficiency in a dye-sensitized solar cell further improves. Moreover, the thickness of a photoelectrode can be made thin because it is below an upper limit.

前記光反射層の光反射率は、可視光に対して40%以上であることが好ましい。特に、波長450〜780nmの光に対して、60%以上であることが好ましく、70%以上であることがより好ましい。   The light reflectance of the light reflecting layer is preferably 40% or more with respect to visible light. In particular, it is preferably 60% or more and more preferably 70% or more with respect to light having a wavelength of 450 to 780 nm.

光電極1は、上記構成により、入射光の利用効率に極めて優れる。光電極1における入射光の振る舞いについて、図3(c)に模式図を示す。ここに示すように、光電極1の基材11側から入射した入射光は、光電変換層13において一部が増感色素に吸収され、発電に寄与する。そして、光電変換層13を透過した透過光は、一部が光反射層14をさらに通過するものの、光反射層14に増感色素が担持されていないので、光反射層14を通過しなかった透過光の大半が反射されて、光電変換層13に再入射し、発電に寄与する。このように、光電変換層13に再入射する透過光の比率が高いので、入射光の利用効率は極めて高い。   The photoelectrode 1 is very excellent in the utilization efficiency of incident light by the above configuration. About the behavior of the incident light in the photoelectrode 1, a schematic diagram is shown in FIG. As shown here, a part of incident light incident from the substrate 11 side of the photoelectrode 1 is absorbed by the sensitizing dye in the photoelectric conversion layer 13 and contributes to power generation. The transmitted light that has passed through the photoelectric conversion layer 13 partially passes through the light reflection layer 14 but does not pass through the light reflection layer 14 because no sensitizing dye is supported on the light reflection layer 14. Most of the transmitted light is reflected and reenters the photoelectric conversion layer 13 to contribute to power generation. Thus, since the ratio of the transmitted light that reenters the photoelectric conversion layer 13 is high, the utilization efficiency of the incident light is extremely high.

光電極1は、例えば、以下の方法で製造できる。図2は、光電極1の製造方法を説明するための概略断面図である。
まず、図2(a)に示すように、表面に導電層12が設けられた基材11を使用し、その導電層12上に多孔質半導体層13aを積層する。
多孔質半導体層13aは、公知の方法で積層すれば良く、例えば、多孔質半導体層13aの形成材料を含有するペーストを使用する方法、エアロゾルデポジション法(以下、AD法と略記する)等で積層できる。
The photoelectrode 1 can be manufactured by the following method, for example. FIG. 2 is a schematic cross-sectional view for explaining the manufacturing method of the photoelectrode 1.
First, as shown in FIG. 2A, a base material 11 having a conductive layer 12 on the surface is used, and a porous semiconductor layer 13 a is laminated on the conductive layer 12.
The porous semiconductor layer 13a may be laminated by a known method, for example, a method using a paste containing a material for forming the porous semiconductor layer 13a, an aerosol deposition method (hereinafter abbreviated as AD method), or the like. Can be stacked.

ペーストを使用して積層する方法について、多孔質半導体層13aとして、多孔質酸化チタン層を形成する場合を例に挙げて以下説明するが、形成材料として酸化チタン以外のものを使用する場合も、同様の方法で積層できる。
多孔質酸化チタン層は、例えば、基材上に酸化チタン含有ペーストを塗布し、加熱処理(焼成)することにより形成できる。ペーストの塗布方法は特に限定されず、スクリーン印刷法、スピンコート法、スキージ法、ドクターブレード法、エアスプレー法等の公知の方法が例示できる。
The method of laminating using a paste will be described below by taking as an example the case of forming a porous titanium oxide layer as the porous semiconductor layer 13a, but also when using a material other than titanium oxide as the forming material, It can laminate | stack by the same method.
The porous titanium oxide layer can be formed, for example, by applying a titanium oxide-containing paste on a base material and subjecting it to a heat treatment (firing). The method for applying the paste is not particularly limited, and examples thereof include known methods such as a screen printing method, a spin coating method, a squeegee method, a doctor blade method, and an air spray method.

前記酸化チタン含有ペーストの好ましいものとしては、酸化チタン、有機バインダ樹脂及び溶剤が配合されたものが例示できる。さらに必要に応じて、多孔質酸化チタン層に空隙部を形成するための加熱消滅性樹脂粒子や、各種添加剤が配合されていても良い。   As a preferable thing of the said titanium oxide containing paste, what mix | blended titanium oxide, organic binder resin, and the solvent can be illustrated. Furthermore, if necessary, heat extinguishing resin particles for forming voids in the porous titanium oxide layer and various additives may be blended.

多孔質酸化チタン層は、表面積が大きいほど色素を効率良く担持できる。そこで、形成材料である酸化チタンの表面積は大きいほど好ましい。
酸化チタンの表面積を大きくするために、酸化チタンの一次粒子径(体積平均粒子径)は小さいほど好ましい。そこで、酸化チタン粒子の一次粒子径は、3〜500nmであることが好ましく、3〜200nmであることがより好ましい。また、酸化チタン粒子中、一次粒子径が3〜500nmであるものの含有量は60質量%以上であることが好ましい。3nm以上であることにより、粒子界面での相互作用が小さくなり、粒子の分散が容易になる。また、酸化チタン粒子の合成が容易になり、安価に入手できる。一方、500nm以下であることにより、酸化チタン粒子の表面積が一層大きくなる。ただし、例えば、一次粒子径が3〜5nmの酸化チタン粒子のみでは、粒子同士が密に合着し、多孔質酸化チタン層の表面積が十分に大きくならない可能性がある。そこで、例えば、一次粒子径が5〜50nmのもののみを用いてもよいし、一次粒子径が3〜50nmのものと、50〜500nmのものとを併用するなど、一次粒子径が異なる二種以上のものを併用しても良い。
A porous titanium oxide layer can carry | support a pigment | dye efficiently, so that a surface area is large. Therefore, the larger the surface area of titanium oxide as the forming material, the better.
In order to increase the surface area of titanium oxide, the primary particle diameter (volume average particle diameter) of titanium oxide is preferably as small as possible. Therefore, the primary particle diameter of the titanium oxide particles is preferably 3 to 500 nm, and more preferably 3 to 200 nm. Moreover, it is preferable that content of what a primary particle diameter is 3-500 nm in a titanium oxide particle is 60 mass% or more. By being 3 nm or more, the interaction at the particle interface becomes small, and the dispersion of the particles becomes easy. Moreover, the synthesis | combination of a titanium oxide particle becomes easy and can be obtained cheaply. On the other hand, when the thickness is 500 nm or less, the surface area of the titanium oxide particles is further increased. However, for example, with only titanium oxide particles having a primary particle diameter of 3 to 5 nm, the particles may be closely bonded to each other, and the surface area of the porous titanium oxide layer may not be sufficiently increased. Therefore, for example, only those having a primary particle diameter of 5 to 50 nm may be used, or two kinds having different primary particle diameters such as a combination of those having a primary particle diameter of 3 to 50 nm and those having a primary particle diameter of 50 to 500 nm are used. The above may be used in combination.

酸化チタンの結晶型は、アナターゼ型、ルチル型及びブルカイト型のいずれでも良い。色素増感太陽電池の製造に利用する場合には、例えば、アナターゼ型とすることにより、ルチル型よりも反応活性を高くでき、色素からの電子注入が一層効率的になる。また、ルチル型は屈折率が高いため、ルチル型とすることにより、光散乱効果及び光閉じこめ効果を一層高めることができ、多孔質酸化チタン層における光利用効率を一層高めることができる。   The crystal form of titanium oxide may be any of anatase type, rutile type and brookite type. When used for the production of a dye-sensitized solar cell, for example, by using an anatase type, the reaction activity can be made higher than that of a rutile type, and the electron injection from the dye becomes more efficient. Further, since the rutile type has a high refractive index, the rutile type can further enhance the light scattering effect and the light confinement effect, and can further increase the light utilization efficiency in the porous titanium oxide layer.

酸化チタンの形状は、特に限定されず、球状又はその類似形状、正八面体状又はその類似形状、星状又はその類似形状、針状、板状、繊維状等が例示できる。これらの中では、球状又は正八面体状の類似形状のものが容易に入手できる。また、長繊維状等の繊維状とすることで、光散乱効果と電子移動効率を、一層高めることができる。   The shape of titanium oxide is not particularly limited, and examples thereof include a spherical shape or a similar shape thereof, a regular octahedral shape or a similar shape thereof, a star shape or a similar shape thereof, a needle shape, a plate shape, and a fiber shape. Among these, a spherical or regular octahedral shape having a similar shape is easily available. Moreover, the light scattering effect and the electron transfer efficiency can be further enhanced by using a fibrous form such as a long fiber form.

前記ペースト中の酸化チタンの配合量は、5〜40質量%であることが好ましく、10〜30質量%であることがより好ましい。下限値以上であることで、適度な膜厚でペーストを塗布でき、さらに、粘度調整のために有機バインダ樹脂等を過剰に加える必要がなくなる。また、上限値以下であることで、ペーストの粘度が一層良好となり、ペーストの塗布が一層容易となって、さらに塗布後のペーストの膜厚が厚くなり過ぎない。特に、酸化チタンの配合量が10〜30質量%の場合には、全体の濃度調整が一層容易となり、適度な厚さの多孔質酸化チタン層を容易に形成できる。   It is preferable that the compounding quantity of the titanium oxide in the said paste is 5-40 mass%, and it is more preferable that it is 10-30 mass%. By being more than a lower limit, a paste can be apply | coated with moderate film thickness, and also it becomes unnecessary to add organic binder resin etc. excessively for viscosity adjustment. Moreover, by being below the upper limit, the viscosity of the paste becomes better, the application of the paste becomes easier, and the thickness of the paste after application does not become too thick. In particular, when the amount of titanium oxide is 10 to 30% by mass, the overall concentration can be adjusted more easily, and a porous titanium oxide layer having an appropriate thickness can be easily formed.

前記有機バインダ樹脂は、溶剤に溶解して、酸化チタン含有ペーストの粘度を調整する。また、酸化チタン及び前記加熱消滅性樹脂粒子の分散状態を安定化させる。   The organic binder resin is dissolved in a solvent to adjust the viscosity of the titanium oxide-containing paste. Further, the dispersion state of the titanium oxide and the heat extinguishing resin particles is stabilized.

前記有機バインダ樹脂は、前記加熱消滅性樹脂粒子と同様に、酸化チタン含有ペーストの加熱処理時に、消失する性能を有するものが好ましい。また、酸化チタンを良好に分散させ、極性溶媒に溶解し易いものが好ましい。   The organic binder resin preferably has the ability to disappear during the heat treatment of the titanium oxide-containing paste, like the heat extinguishing resin particles. Moreover, the thing which disperses titanium oxide satisfactorily and is easily dissolved in a polar solvent is preferable.

前記有機バインダ樹脂としては、特に限定されず、エチルセルロース、メチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース、ヒドロキシプロピルセルロース、カルボキシメチルセルロース、ポリエチレングリコール、ポリビニルアルコール、ポリビニルブチラールなどのポリビニルアルコールアセタール変性物、ゼラチン、ポリアクリル酸、ポリアクリルアミド、デキストリン等が例示できる。これらの中でも、色素増感太陽電池の酸化チタン電極を形成するためのペーストの原料としては、使用実績と入手の容易性の観点から、エチルセルロースが特に好ましいものとして例示できる。エチルセルロースの市販品としては、「エトセル(登録商標)(米国ダウケミカルカンパニー製)」等が例示できる。   The organic binder resin is not particularly limited, and is modified with polyvinyl alcohol acetal such as ethyl cellulose, methyl cellulose, hydroxyethyl cellulose, hydroxypropyl cellulose, carboxymethyl cellulose, polyethylene glycol, polyvinyl alcohol, polyvinyl butyral, gelatin, polyacrylic acid, polyacrylamide And dextrin. Among these, as a raw material of a paste for forming a titanium oxide electrode of a dye-sensitized solar cell, ethyl cellulose can be exemplified as a particularly preferable one from the viewpoint of actual use and availability. Examples of commercially available ethyl cellulose include “Etocel (registered trademark) (manufactured by Dow Chemical Company, USA)”.

エチルセルロースのグレードは、例えば、トルエン:エタノール=80:20の混合溶媒に5%濃度で溶解した際の粘度で表される。エチルセルロースを用いる場合、そのグレードは、酸化チタンの大きさ又は配合量、前記加熱消滅性樹脂粒子の粒子径又は配合量、溶媒の種類、及び界面活性剤の配合の有無等により適宜選択される。例えば、粘度が好ましくは7〜100cP、より好ましくは10〜45cPのエチルセルロースが用いられる。   The grade of ethyl cellulose is represented, for example, by the viscosity when dissolved in a mixed solvent of toluene: ethanol = 80: 20 at a concentration of 5%. When using ethyl cellulose, the grade is appropriately selected depending on the size or blending amount of titanium oxide, the particle size or blending amount of the heat extinguishing resin particles, the type of solvent, the presence or absence of blending of a surfactant, and the like. For example, ethyl cellulose having a viscosity of preferably 7 to 100 cP, more preferably 10 to 45 cP is used.

前記有機バインダ樹脂は、一種を単独で使用しても良いし、二種以上を併用しても良い。二種以上を併用する場合、その組み合わせ及び比率は、目的に応じて適宜選択すれば良い。   The said organic binder resin may be used individually by 1 type, and may use 2 or more types together. When using 2 or more types together, the combination and ratio may be appropriately selected according to the purpose.

前記ペースト中の前記有機バインダ樹脂の配合量は、3〜30質量%であることが好ましい。下限値以上であることにより、ペーストの分散安定性が一層向上する。また、上限値以下であることにより、ペーストの粘度が高くなり過ぎず、ペーストを基材に一層容易に塗布できる。   The blending amount of the organic binder resin in the paste is preferably 3 to 30% by mass. By being above the lower limit, the dispersion stability of the paste is further improved. Moreover, the viscosity of a paste does not become high too much and it can apply | coat a paste to a base material more easily because it is below an upper limit.

前記ペーストに配合される溶媒は、特に限定されないが、適度な極性、沸点及び蒸気圧を有するものが好ましい。   Although the solvent mix | blended with the said paste is not specifically limited, What has moderate polarity, a boiling point, and vapor pressure is preferable.

前記溶媒の極性は、酸化チタンの分散性に影響する。そして、酸化チタンの表面には酸素原子が存在するため、前記溶媒は、極性の観点からは、水素結合を形成可能な水酸基を有するアルコール類又はアミド類が好ましい。
また、前記溶媒は、前記ペーストの保存時における各成分の濃度変化が抑制されるように、ある程度沸点が高く、飽和蒸気圧が低いものが好ましい。
また、前記溶媒は、焼成時に揮発するよう、前記ペーストの焼成温度(例えば、500℃)以下の沸点を有し、かつ揮発前に分解等により残渣を形成しないものが好ましい。
The polarity of the solvent affects the dispersibility of titanium oxide. And since an oxygen atom exists in the surface of titanium oxide, from the viewpoint of polarity, the solvent is preferably an alcohol or an amide having a hydroxyl group capable of forming a hydrogen bond.
The solvent is preferably a solvent having a certain boiling point and a low saturated vapor pressure so that the concentration change of each component during storage of the paste is suppressed.
Further, the solvent preferably has a boiling point not higher than the baking temperature (for example, 500 ° C.) of the paste and does not form a residue by decomposition or the like before volatilization so as to volatilize during baking.

前記溶媒として具体的には、アルコール類、アミド類、スルホキシド類、アミン類、エーテル類、エステル類、天然アルコール類、水等が例示できる。
前記アルコール類としては、ブチルアルコール、ベンジルアルコール、ブチルカルビトール等が例示できる。
前記アミド類としては、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、n−メチル−2−ピロリドン等が例示できる。
前記スルホキシド類としては、ジメチルスルホキシド等が例示できる。
前記エーテル類のうち、環状エーテル類としてはジオキサン等が例示でき、グリコールエーテル類としてはエチルセロソルブ、メチルセロソルブ等が例示できる。
前記エステル類としては、ジブチルフタレート等が例示できる。
前記天然アルコール類としては、テルピネオール等が例示できる。
これらの中でも、これまでの使用実績等から、特に好ましいものとしてテルピネオールが例示できる。テルピネオールは市販品が入手でき、安価であり、大量かつ容易に入手できる。
Specific examples of the solvent include alcohols, amides, sulfoxides, amines, ethers, esters, natural alcohols, water and the like.
Examples of the alcohols include butyl alcohol, benzyl alcohol, and butyl carbitol.
Examples of the amides include dimethylformamide, dimethylacetamide, n-methyl-2-pyrrolidone and the like.
Examples of the sulfoxides include dimethyl sulfoxide.
Among the ethers, examples of the cyclic ethers include dioxane, and examples of the glycol ethers include ethyl cellosolve and methyl cellosolve.
Examples of the esters include dibutyl phthalate.
Examples of the natural alcohols include terpineol.
Among these, terpineol can be exemplified as a particularly preferable one from the past use record. Terpineol is commercially available, is inexpensive, and is readily available in large quantities.

前記溶剤は、一種を単独で使用しても良いし、二種以上を併用しても良い。二種以上を併用する場合、その組み合わせ及び比率は、目的に応じて適宜選択すれば良い。   The said solvent may be used individually by 1 type, and may use 2 or more types together. When using 2 or more types together, the combination and ratio may be appropriately selected according to the purpose.

前記加熱消滅性樹脂粒子の材質としては、基材上に形成した酸化チタン含有ペースト層を加熱した時に、確実に消失可能なポリスチレン、アクリル系樹脂等の合成樹脂が例示できる。   Examples of the material of the heat extinguishing resin particles include synthetic resins such as polystyrene and acrylic resin that can be surely lost when the titanium oxide-containing paste layer formed on the substrate is heated.

前記加熱消滅性樹脂粒子の平均粒子径は、10nm〜1μmであることが好ましい。下限値以上であることにより、酸化チタン層における空隙部がより大きくなり、例えば、電解質溶液との接触による反応場の提供、光散乱による光の利用効率向上等の観点で一層有利である。また、上限値以下であることで、空隙部が大きくなりすぎず、多孔質酸化チタン層の表面積が一層大きくなる。その結果、多孔質酸化チタン層における色素の担持量が一層増大し、色素増感太陽電池における発電効率が一層向上する。さらに、空隙部が大きくなり過ぎないことにより、酸化チタン電極自体の強度を一層向上させることができる。前記加熱消滅性樹脂粒子の平均粒子径の下限値は、20nmであることがより好ましく、30nmであることがさらに好ましい。そして、上限値は500nmであることがより好ましく、300nmであることがより好ましい。   The average particle size of the heat extinguishing resin particles is preferably 10 nm to 1 μm. By being more than the lower limit, the void portion in the titanium oxide layer becomes larger, which is more advantageous from the viewpoints of providing a reaction field by contact with the electrolyte solution and improving light utilization efficiency by light scattering, for example. Moreover, by being below an upper limit, a space | gap part does not become large too much and the surface area of a porous titanium oxide layer becomes still larger. As a result, the amount of the dye supported on the porous titanium oxide layer is further increased, and the power generation efficiency in the dye-sensitized solar cell is further improved. Furthermore, since the void portion does not become too large, the strength of the titanium oxide electrode itself can be further improved. The lower limit value of the average particle diameter of the heat extinguishing resin particles is more preferably 20 nm, and further preferably 30 nm. The upper limit is more preferably 500 nm, and more preferably 300 nm.

前記加熱消滅性樹脂粒子は、一種を単独で使用しても良いし、二種以上を併用しても良い。二種以上を併用する場合、その組み合わせ及び比率は、目的に応じて適宜選択すれば良い。   The heat extinguishing resin particles may be used singly or in combination of two or more. When using 2 or more types together, the combination and ratio may be appropriately selected according to the purpose.

前記ペースト中の前記加熱消滅性樹脂粒子の配合量は、3〜60質量%であることが好ましく、10〜40質量%であることがより好ましい。下限値以上であることで、多孔質酸化チタン層に空隙部を適度に形成でき、多孔質酸化チタン層の表面積を一層大きくできる。また、上限値以下であることで、焼成後の多孔質酸化チタン層の密度が一層高くなり、電極としての電導性が向上すると共に、多孔質酸化チタン層の強度が一層向上する。特に配合量が10〜40質量%であると、前記加熱消滅性樹脂粒子の配合効果が顕著に高く、多孔質酸化チタン層がより一層好ましい多孔質構造となり、光電変換効率がより一層高い色素増感太陽電池を提供できる。   The amount of the heat extinguishing resin particles in the paste is preferably 3 to 60% by mass, and more preferably 10 to 40% by mass. By being more than a lower limit, a void can be appropriately formed in the porous titanium oxide layer, and the surface area of the porous titanium oxide layer can be further increased. Moreover, by being below an upper limit, the density of the porous titanium oxide layer after baking becomes higher, the electrical conductivity as an electrode improves, and the intensity | strength of a porous titanium oxide layer improves further. In particular, when the blending amount is 10 to 40% by mass, the blending effect of the heat extinguishing resin particles is remarkably high, the porous titanium oxide layer has a more preferable porous structure, and the dye conversion is further enhanced in photoelectric conversion efficiency. A solar cell can be provided.

前記添加剤としては、界面活性剤等の分散剤、分散安定剤、消泡剤、酸化防止剤、着色剤、粘度調整剤等が例示できる。   Examples of the additive include a dispersant such as a surfactant, a dispersion stabilizer, an antifoaming agent, an antioxidant, a colorant, and a viscosity modifier.

前記ペーストは、安定化のために、分散剤が配合されたものが好ましい。
塩等の強イオン性の分散剤は、酸化チタンへのアルカリ金属等の付着による性能変化を引き起こす可能性が高い。そこで、前記分散剤としては、非アルカリ金属性の分散剤が好ましく、ノニオン性及びイオン性のいずれも好適である。
The paste preferably contains a dispersant for stabilization.
A strong ionic dispersant such as a salt is highly likely to cause a change in performance due to adhesion of an alkali metal or the like to titanium oxide. Therefore, as the dispersant, a non-alkali metal dispersant is preferable, and both nonionic and ionic are preferable.

前記分散剤は特に限定されず、プロピレングリコール脂肪酸エステル類、グリセリン脂肪酸エステル類、ポリグリセリン脂肪酸エステル類、ポリオキシエチレングリセリン脂肪酸エステル類、ソルビタン脂肪酸エステル類、ポリオキシエチレンソルビタン脂肪酸エステル類、ポリオキシエチレンソルビット脂肪酸エステル類、ポリオキシエチレンアルキルエーテル類、ポリオキシエチレンポリオキシプロピレンアルキルエーテル類、ポリオキシエチレンアルキルエーテルリン酸類、ポリオキシエチレンアルキルエーテルカルボン酸類、ポリエチレングリコール脂肪酸エステル類等が例示できる。
前記分散剤は、酸化チタン粒子、加熱消滅性樹脂粒子及び添加剤の種類並びに濃度に応じて、適宜選択すれば良く、特に分散性が高いことから、ポリオキシエチレンアルキルエーテルカルボン酸類が好ましい。
The dispersant is not particularly limited, and propylene glycol fatty acid esters, glycerin fatty acid esters, polyglycerin fatty acid esters, polyoxyethylene glycerin fatty acid esters, sorbitan fatty acid esters, polyoxyethylene sorbitan fatty acid esters, polyoxyethylene Examples include sorbite fatty acid esters, polyoxyethylene alkyl ethers, polyoxyethylene polyoxypropylene alkyl ethers, polyoxyethylene alkyl ether phosphoric acids, polyoxyethylene alkyl ether carboxylic acids, polyethylene glycol fatty acid esters and the like.
The dispersant may be appropriately selected according to the types and concentrations of the titanium oxide particles, the heat extinguishing resin particles and the additives, and polyoxyethylene alkyl ether carboxylic acids are preferred because of particularly high dispersibility.

前記ペーストを調製する際の、配合成分の添加順序は特に限定されない。例えば、酸化チタン及び加熱消滅性樹脂粒子が良好な分散状態となるように、適宜調節すれば良い。また、ペーストは、例えば、公知の分散機を使用して調製できる。   The order of addition of the blending components when preparing the paste is not particularly limited. For example, what is necessary is just to adjust suitably so that a titanium oxide and a heat extinction resin particle may be in a favorable dispersion state. Moreover, a paste can be prepared using a well-known disperser, for example.

前記ペーストの加熱処理(焼成)時の温度は、200〜500℃であることが好ましく、300〜500℃であることがより好ましい。
また、前記ペーストの加熱処理(焼成)の時間は、10分〜10時間であることが好ましく、30分〜3時間であることがより好ましい。
The temperature during the heat treatment (firing) of the paste is preferably 200 to 500 ° C, and more preferably 300 to 500 ° C.
Moreover, it is preferable that it is 10 minutes-10 hours, and, as for the time of the heat processing (baking) of the said paste, it is more preferable that it is 30 minutes-3 hours.

ここまでは、ペーストを使用する方法について説明したが、多孔質半導体層13aは、AD法でも積層できる。
AD法とは、ヘリウム、アルゴン等の搬送ガスによって微粒子を亜音速〜超音速程度まで加速させ、基材に高速で吹きつけて、微粒子と基材又は微粒子同士を接合させて、基材上に薄膜を形成する技術である。
基材表面に衝突した微粒子は、少なくともその一部が基材表面に食い込んで、容易には剥離しない状態となる。さらに吹き付けを継続することにより、基材表面に食い込んだ微粒子に対して、別の微粒子が衝突し、微粒子同士の衝突によって、互いの微粒子表面に新生面が形成されて、主にこの新生面において微粒子同士が接合する。この微粒子同士の衝突においては、微粒子が溶融するような温度上昇は生じ難いため、微粒子同士が接合した界面には、ガラス質からなる粒界層は実質的に存在しない。そして、微粒子の吹き付けを継続することで、次第に基材表面に多数の微粒子が接合して、多孔質の薄膜が形成される。形成された薄膜は、充分な強度を有するので、焼成による焼き締めが不要である。
So far, the method using the paste has been described, but the porous semiconductor layer 13a can also be laminated by the AD method.
In the AD method, fine particles are accelerated to subsonic to supersonic speed by a carrier gas such as helium or argon, and sprayed onto the base material at high speed to join the fine particles and the base material or the fine particles to each other on the base material. This is a technique for forming a thin film.
At least a part of the fine particles colliding with the surface of the base material bites into the surface of the base material and is not easily peeled off. Furthermore, by continuing the spraying, another fine particle collides with the fine particle that has sunk on the surface of the base material, and a new surface is formed on the surface of each fine particle due to the collision between the fine particles. Join. In the collision between the fine particles, a temperature rise that causes the fine particles to melt hardly occurs. Therefore, a grain boundary layer made of vitreous substantially does not exist at the interface where the fine particles are joined. And by continuing spraying of microparticles | fine-particles, many microparticles | fine-particles join gradually to the base-material surface, and a porous thin film is formed. Since the formed thin film has sufficient strength, baking by baking is unnecessary.

AD法としては、例えば、「国際公開第WO01/27348A1号パンフレット」に開示されている超微粒子ビーム堆積法、「特許第3265481号公報」の脆性材料超微粒子低温成形法が適用できる。
AD法を適用する場合、多孔質半導体層13aの形成材料としては、前記ペーストを使用する方法の場合と同様のものが使用できる。
ここまでの工程により、多孔質半導体層13aを形成できる。
As the AD method, for example, the ultrafine particle beam deposition method disclosed in “International Publication No. WO01 / 27348A1 Pamphlet” and the brittle material ultrafine particle low temperature molding method of “Patent No. 32655481” can be applied.
When the AD method is applied, the same material as the method using the paste can be used as the material for forming the porous semiconductor layer 13a.
Through the steps so far, the porous semiconductor layer 13a can be formed.

次いで、図2(b)に示すように、多孔質半導体層13aに増感色素を担持させて(多孔質半導体層13aを染色して)、光電変換層13とする。増感色素の担持は、例えば、吸着により行われる。
増感色素は、例えば、これを含有する溶液(以下、「色素溶液」と略記する)を多孔質半導体層13aに接触させることで担持させることができる。
前記色素溶液を接触させる方法は、特に限定されず、塗布法、滴下法、印刷法、浸漬法等、液体を基材に接触させる各方法が例示でき、接触させる溶液の量や種類に応じて任意に選択できる。
Next, as shown in FIG. 2B, a sensitizing dye is supported on the porous semiconductor layer 13 a (the porous semiconductor layer 13 a is dyed) to obtain a photoelectric conversion layer 13. The loading of the sensitizing dye is performed, for example, by adsorption.
The sensitizing dye can be supported, for example, by bringing a solution containing the sensitizing dye (hereinafter abbreviated as “dye solution”) into contact with the porous semiconductor layer 13a.
The method for bringing the dye solution into contact is not particularly limited, and examples thereof include each method for bringing a liquid into contact with a substrate, such as a coating method, a dropping method, a printing method, and a dipping method. Can be arbitrarily selected.

前記色素溶液中の溶媒成分は、使用する色素の種類に応じて適宜選択すれば良く、アルコール類、ニトリル類、エーテル類、エステル類、ケトン類、炭化水素類、ハロゲン化炭化水素類等が例示できる。
前記アルコール類は、直鎖状、分岐鎖状及び環状のいずれでも良く、一価アルコール及び多価アルコールのいずれでも良く、メタノール、エタノール、1−プロパノール、2−プロパノール、1−ブタノール、2−メチル−1−プロパノール(イソブタノール)、2−ブタノール、2−メチル−2−プロパノール(tert−ブタノール)、エチレングリコール等が例示できる
前記ニトリル類としては、アセトニトリル、プロピオニトリル等が例示できる。
前記エーテル類は、直鎖状、分岐鎖状及び環状のいずれでも良く、ジメチルエーテル、ジエチルエーテル、エチルメチルエーテル、テトラヒドロフラン等が例示できる。
前記エステル類としては、酢酸エチル、酢酸プロピル、酢酸ブチル等が例示できる。
前記ケトン類としては、アセトン、メチルエチルケトン、ジエチルケトン、メチルイソブチルケトン等が例示できる。
前記炭化水素類は、直鎖状、分岐鎖状及び環状のいずれでも良く、脂肪族系炭化水素及び芳香族系炭化水素のいずれでも良く、ペンタン、ヘキサン、ヘプタン、オクタン、シクロヘキサン、トルエン、キシレン等が例示できる。
前記ハロゲン化炭化水素類としては、塩化メチレン、クロロホルム等が例示できる。
The solvent component in the dye solution may be appropriately selected according to the kind of the dye used, and examples thereof include alcohols, nitriles, ethers, esters, ketones, hydrocarbons, halogenated hydrocarbons, and the like. it can.
The alcohols may be linear, branched or cyclic, and may be monohydric alcohols or polyhydric alcohols, such as methanol, ethanol, 1-propanol, 2-propanol, 1-butanol, 2-methyl. Examples include -1-propanol (isobutanol), 2-butanol, 2-methyl-2-propanol (tert-butanol), and ethylene glycol. Examples of the nitriles include acetonitrile and propionitrile.
The ethers may be linear, branched or cyclic, and examples thereof include dimethyl ether, diethyl ether, ethyl methyl ether, and tetrahydrofuran.
Examples of the esters include ethyl acetate, propyl acetate, butyl acetate and the like.
Examples of the ketones include acetone, methyl ethyl ketone, diethyl ketone, and methyl isobutyl ketone.
The hydrocarbons may be linear, branched or cyclic, and may be any of aliphatic hydrocarbons and aromatic hydrocarbons, such as pentane, hexane, heptane, octane, cyclohexane, toluene, xylene, etc. Can be illustrated.
Examples of the halogenated hydrocarbons include methylene chloride and chloroform.

前記溶媒は、水分含量が低いほど好ましく、乾燥剤等を使用して無水化処理したものが好ましい。水分含量を低減することで、色素の担持阻害が一層抑制され、一層良好な状態で色素を担持させることができる。   The said solvent is so preferable that a water content is low, and what was dehydrated using a desiccant etc. is preferable. By reducing the water content, inhibition of pigment loading is further suppressed, and the pigment can be loaded in a better state.

前記溶媒は、一種を単独で使用しても良いし、二種以上を併用しても良い。二種以上を併用する場合、その組み合わせ及び比率は、目的に応じて適宜選択すれば良い。   The said solvent may be used individually by 1 type, and may use 2 or more types together. When using 2 or more types together, the combination and ratio may be appropriately selected according to the purpose.

前記色素溶液の色素濃度は特に限定されないが、通常は0.05〜1mMであることが好ましく、0.1〜0.5mMであることがより好ましい。なお、本明細書において、濃度を表す単位「M」は「mol/L」を指す。   The dye concentration of the dye solution is not particularly limited, but is usually preferably 0.05 to 1 mM, more preferably 0.1 to 0.5 mM. In the present specification, the unit “M” representing concentration refers to “mol / L”.

前記色素溶液の接触は、乾燥雰囲気下で行うことが好ましく、窒素ガス、ヘリウムガス、アルゴンガス等の不活性ガス雰囲気下で行うことがより好ましい。ここで、「乾燥雰囲気」とは、気体中の水分含量が本発明の効果を妨げないように低減されていることを指す。このようにして、接触時の多孔質半導体層13a又は色素溶液への水分混入を抑制することで、色素の担持阻害が一層抑制され、一層良好な状態で色素を担持させることができる。   The contact of the dye solution is preferably performed in a dry atmosphere, and more preferably in an inert gas atmosphere such as nitrogen gas, helium gas, or argon gas. Here, the “dry atmosphere” means that the moisture content in the gas is reduced so as not to hinder the effects of the present invention. In this way, by suppressing the mixing of moisture into the porous semiconductor layer 13a or the dye solution at the time of contact, the inhibition of dye support is further suppressed, and the dye can be supported in a better state.

前記色素溶液の接触後、多孔質半導体層13aは、必要に応じてアルコール等の溶媒で洗浄したり、乾燥させたりしても良い。
ここまでの工程により、光電変換層13を形成できる。
After the contact with the dye solution, the porous semiconductor layer 13a may be washed with a solvent such as alcohol or dried as necessary.
Through the steps up to here, the photoelectric conversion layer 13 can be formed.

次いで、図2(c)に示すように、光電変換層13上に光反射層14を積層する。
多孔質半導体層13aに担持された増感色素の劣化を抑制するために、光反射層14は、高温での加熱工程が不要な方法で形成することが好ましく、AD法、又は形成材料のゾルを使用する方法がより好ましい。
Next, as illustrated in FIG. 2C, the light reflecting layer 14 is stacked on the photoelectric conversion layer 13.
In order to suppress the deterioration of the sensitizing dye supported on the porous semiconductor layer 13a, the light reflecting layer 14 is preferably formed by a method that does not require a heating process at a high temperature. The method using is more preferable.

AD法では、窒素ガス、酸素ガス、空気、ヘリウムガス、アルゴンガスなどの搬送ガスと多孔質体の形成材料とを適量混合させたエアロゾルを調製し、減圧処理室内で保持した、光電変換層13を備えた基材10に対して、このエアロゾルを高速で衝突させることにより、常温環境下で光反射層14を形成できる。ここで、「常温」とは、室温に対して著しく高温でない温度のことであり、従来技術の焼成工程で必要とされる数百℃という温度に対して十分低い温度であり、実質的に100℃以下の温度を指す。
多孔質体の形成材料の一次粒子径は、100〜500nmであることが好ましい。
前記搬送ガスは、窒素、アルゴン等の不活性ガスであることが好ましい。
前記減圧処理室内の圧力は、1kPa以下であることが好ましい。
エアロゾルの衝突速度は、10〜400m/秒であることが好ましい。
In the AD method, an aerosol in which an appropriate amount of a carrier gas such as nitrogen gas, oxygen gas, air, helium gas, and argon gas is mixed with a porous material is prepared, and the photoelectric conversion layer 13 is held in a vacuum processing chamber. The light reflecting layer 14 can be formed in a room temperature environment by causing the aerosol to collide at high speed against the base material 10 provided with. Here, “normal temperature” means a temperature that is not extremely high with respect to room temperature, and is a temperature that is sufficiently lower than the temperature of several hundred degrees C. required in the baking process of the prior art. Refers to a temperature below ℃.
The primary particle diameter of the material for forming the porous body is preferably 100 to 500 nm.
The carrier gas is preferably an inert gas such as nitrogen or argon.
The pressure in the decompression chamber is preferably 1 kPa or less.
The aerosol collision speed is preferably 10 to 400 m / sec.

形成材料のゾルを使用する方法としては、光反射層14の形成材料について、エタノール等のアルコール系容媒、アセトニトリル等のニトリル系溶媒など、低沸点溶媒でゾルを調製し、これを塗布して、好ましくは低温又は低圧条件下で、より好ましくは低温及び低圧条件下で乾燥させて、前記溶媒を除去する方法が例示できる。さらに、乾燥後の塗布層を加圧処理することで、形成材料同士、形成材料と光電変換層13とが、それぞれ圧着され、光電変換層13からの剥離が一層抑制された光反射層14を形成できる。   As a method of using a sol of a forming material, a sol is prepared with a low-boiling solvent such as an alcohol-based medium such as ethanol, a nitrile-based solvent such as acetonitrile or the like, and applied to the forming material of the light reflecting layer 14. An example is a method in which the solvent is removed by drying under low temperature or low pressure conditions, more preferably under low temperature and low pressure conditions. Further, by applying pressure treatment to the coating layer after drying, the light reflecting layer 14 in which the forming materials, the forming material, and the photoelectric conversion layer 13 are pressure-bonded and peeling from the photoelectric conversion layer 13 is further suppressed. Can be formed.

前記ゾルの塗布方法は、多孔質半導体層13a積層時の前記ペーストの塗布方法と同様で良いが、エアスプレー法が好ましい。
乾燥時の温度は室温(25℃)〜100℃であることが好ましく、圧力は3〜50kPaであることが好ましい。また、加圧処理時に印加する圧力は、10〜200MPaであることが好ましい。
The method for applying the sol may be the same as the method for applying the paste when the porous semiconductor layer 13a is laminated, but the air spray method is preferable.
The drying temperature is preferably room temperature (25 ° C.) to 100 ° C., and the pressure is preferably 3 to 50 kPa. Moreover, it is preferable that the pressure applied at the time of a pressurization process is 10-200 Mpa.

上記で説明した製造方法では、多孔質半導体層に増感色素を担持させて、予め光電変換層を形成しておき、この光電変換層上に光反射層を形成する。したがって、光反射層が染色時の増感色素と接触する機会が無い点で、多孔質半導体層及び光反射層を形成してから、多孔質半導体層に増感色素を担持させて光電変換層を形成するという従来の光電極の製造方法とは、全く相違する。そして、光電変換層を形成してから光反射層を形成するからこそ、光反射層14は、増感色素の担持が高度に抑制されるのであり、この点において本発明の光電極は、従来の光電極とは全く相違するものであり、入射光の利用効率に極めて優れる。   In the production method described above, a sensitizing dye is supported on the porous semiconductor layer, a photoelectric conversion layer is formed in advance, and a light reflection layer is formed on the photoelectric conversion layer. Therefore, in the point that the light reflecting layer does not have an opportunity to come into contact with the sensitizing dye at the time of dyeing, after forming the porous semiconductor layer and the light reflecting layer, the porous semiconductor layer carries the sensitizing dye, and the photoelectric conversion layer This is completely different from the conventional method of manufacturing a photoelectrode, in which is formed. And since the light reflection layer is formed after the photoelectric conversion layer is formed, the light reflection layer 14 is highly suppressed in carrying the sensitizing dye. This photoelectrode is completely different from the photoelectrode, and the utilization efficiency of incident light is extremely excellent.

<色素増感太陽電池>
本発明の色素増感太陽電池は、上記本発明の光電極を備えたことを特徴とする。そして、かかる光電極を備えたこと以外は、従来の色素増感太陽電池と同様の構成とすることができる。例えば、透明基材の表面に、白金(Pt)等の導電層が設けられた対向電極を用意して、所定の間隔をおいて、これら電極同士を対向配置し、これら電極間の空隙部に電解質を充填すれば良い。
本発明の色素増感太陽電池は、光電極が入射光の利用効率に極めて優れるので、発電性能に極めて優れたものである。
<Dye-sensitized solar cell>
The dye-sensitized solar cell of the present invention includes the above-described photoelectrode of the present invention. And it can be set as the structure similar to the conventional dye-sensitized solar cell except having provided this photoelectrode. For example, a counter electrode provided with a conductive layer such as platinum (Pt) on the surface of a transparent substrate is prepared, and the electrodes are arranged to face each other at a predetermined interval. What is necessary is just to fill electrolyte.
The dye-sensitized solar cell of the present invention is extremely excellent in power generation performance because the photoelectrode is extremely excellent in utilization efficiency of incident light.

以下、具体的実施例により、本発明についてさらに詳しく説明する。ただし、本発明は、以下に示す実施例に何ら限定されるものではない。   Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to specific examples. However, the present invention is not limited to the following examples.

<光電極の製造>
[実施例1]
(AD法により形成された光反射層を有する光電極の製造)
以下に示す方法で、図1に示す構造の光電極を製造した。
表面に透明導電層としてFTOを備えたガラス基材を使用して、その透明導電層上に、酸化チタンペースト(Ti−Nanoxide T/SP、Solaronix社製)をスクリーン印刷法にて塗布し、窒素大気圧雰囲気下、500℃で30分間加熱して焼成することで、多孔質酸化チタン層を形成し、電極基材とした。多孔質酸化チタン層の厚さは10μmであった。
次いで、アセトニトリル/tert−ブタノール(1/1、体積比)の混合溶媒に濃度が0.5mMとなるようにN719を溶解させたN719溶液を調製した。そして、窒素ガス雰囲気下、室温において、電極基材をこのN719溶液に24時間浸漬した。その後、電極基材をN719溶液から取り出し、脱水アセトニトリルで洗浄して、過剰分のN719を除去し、さらに乾燥雰囲気下で乾燥させることで、N719を多孔質酸化チタン層に担持(吸着)させた光電変換層を形成した。
次いで、光電変換層上に、アナターゼ型酸化チタン(一次粒子径400nm)を使用して、AD法により多孔質酸化チタン層を形成して、光反射層とした。AD法は、アルゴンを搬送ガスとし、温度:室温(25℃)、圧力:0.5kPa、エアロゾルの衝突速度:200m/秒の条件で行った。光反射層としての多孔質酸化チタン層の厚さは5μmであった。
以上により、光反射層に増感色素が担持されていない光電極を得た。
<Manufacture of photoelectrodes>
[Example 1]
(Production of a photoelectrode having a light reflection layer formed by the AD method)
The photoelectrode having the structure shown in FIG. 1 was manufactured by the following method.
Using a glass substrate provided with FTO as a transparent conductive layer on the surface, a titanium oxide paste (Ti-Nanoxide T / SP, manufactured by Solaronix) was applied on the transparent conductive layer by a screen printing method, and nitrogen was applied. A porous titanium oxide layer was formed by heating and baking at 500 ° C. for 30 minutes in an atmospheric pressure atmosphere to obtain an electrode substrate. The thickness of the porous titanium oxide layer was 10 μm.
Next, an N719 solution in which N719 was dissolved in a mixed solvent of acetonitrile / tert-butanol (1/1, volume ratio) to a concentration of 0.5 mM was prepared. And the electrode base material was immersed in this N719 solution for 24 hours at room temperature in nitrogen gas atmosphere. Thereafter, the electrode substrate was taken out from the N719 solution, washed with dehydrated acetonitrile to remove excess N719, and further dried in a dry atmosphere, whereby N719 was supported (adsorbed) on the porous titanium oxide layer. A photoelectric conversion layer was formed.
Next, a porous titanium oxide layer was formed on the photoelectric conversion layer by an AD method using anatase-type titanium oxide (primary particle diameter 400 nm) to obtain a light reflecting layer. The AD method was performed under the conditions of argon as a carrier gas, temperature: room temperature (25 ° C.), pressure: 0.5 kPa, and aerosol collision speed: 200 m / sec. The thickness of the porous titanium oxide layer as the light reflecting layer was 5 μm.
As a result, a photoelectrode in which no sensitizing dye was supported on the light reflecting layer was obtained.

[実施例2]
(形成材料のゾルを使用して形成された光反射層を有する光電極の製造)
実施例1と同様の方法で、電極基材の多孔質酸化チタン層にN719を担持させ、光電変換層を形成した。
次いで、アナターゼ型酸化チタン(一次粒子径400nm)とエタノールを使用して、酸化チタンの濃度が30%の分散ゾルを調製し、これをエアスプレー法により光電変換層上に塗布して、温度:50℃、圧力:10kPaの低温及び低圧条件下で乾燥させた。さらに、乾燥後の塗布層をプレス機により100MPaで加圧して、多孔質酸化チタン層を形成して、光反射層とした。光反射層としての多孔質酸化チタン層の厚さは5μmであった。
以上により、光反射層に増感色素が担持されていない光電極を得た。
[Example 2]
(Manufacture of a photoelectrode having a light reflecting layer formed using a sol of a forming material)
In the same manner as in Example 1, N719 was supported on the porous titanium oxide layer of the electrode substrate to form a photoelectric conversion layer.
Next, a dispersion sol having a titanium oxide concentration of 30% is prepared using anatase-type titanium oxide (primary particle diameter 400 nm) and ethanol, and this is applied onto the photoelectric conversion layer by an air spray method. Drying was performed under low temperature and low pressure conditions of 50 ° C. and pressure: 10 kPa. Furthermore, the coated layer after drying was pressurized at 100 MPa with a press machine to form a porous titanium oxide layer, which was used as a light reflecting layer. The thickness of the porous titanium oxide layer as the light reflecting layer was 5 μm.
As a result, a photoelectrode in which no sensitizing dye was supported on the light reflecting layer was obtained.

<光反射層における光反射率の比較>
[実験例1]
(増感色素が担持されていない光反射層を備えた試料の作製と光反射率の測定)
厚さ1mmのガラス基材上に、実施例1と同様の条件でAD法により、厚さ4μmの多孔質酸化チタン層を形成し、試料1を得た。
次いで、積分球付き分光光度計(日立ハイテクノロジーズ社製U−4100)により、試料1の光反射率(積分反射率)を測定した。測定結果を図4に示す。
<Comparison of light reflectance in light reflecting layer>
[Experimental Example 1]
(Preparation of a sample with a light reflecting layer on which no sensitizing dye is supported and measurement of light reflectance)
A porous titanium oxide layer having a thickness of 4 μm was formed on a glass substrate having a thickness of 1 mm by the AD method under the same conditions as in Example 1, and Sample 1 was obtained.
Subsequently, the light reflectance (integral reflectance) of the sample 1 was measured with a spectrophotometer with an integrating sphere (U-4100 manufactured by Hitachi High-Technologies Corporation). The measurement results are shown in FIG.

[実験例2]
(増感色素が担持されている光反射層を備えた試料の作製と光反射率の測定)
厚さ1mmのガラス基材上に、実施例1と同様の条件で、AD法により多孔質酸化チタン層を形成し、さらに、実施例1と同様の方法で多孔質酸化チタン層にN719を担持させて、試料2を得た。
次いで、実験例1と同様の方法で、試料2の光反射率(積分反射率)を測定した。測定結果を図4に示す。
[Experiment 2]
(Preparation of sample with light reflecting layer carrying sensitizing dye and measurement of light reflectance)
A porous titanium oxide layer is formed by AD method on a glass substrate having a thickness of 1 mm under the same conditions as in Example 1, and N719 is supported on the porous titanium oxide layer by the same method as in Example 1. Sample 2 was obtained.
Next, the light reflectance (integral reflectance) of Sample 2 was measured by the same method as in Experimental Example 1. The measurement results are shown in FIG.

N719の吸光度を測定すると、波長530nm付近に極大値を有する。そこで、波長530nmでの光反射率を比較した。
図4から波長530nmにおいて、試料1は光反射率が81.4%であった。試料1では増感色素による光の吸収がなく、波長530nmでの酸化チタンの光の吸収は無視し得るので、試料1の光の非反射率、すなわち、試料1を透過した光及び試料1中に閉じ込められた光の割合の合計値は18.6%(=(100−81.4)%)であった。閉じ込められた光の割合は、透過した光の割合に対して微小なので、以下、光の非反射率を便宜上、光透過率と呼ぶ。一方、試料2は、光透過率が試料1と同等であると考えられ、当該波長での光反射率が26.0%であったので、試料2の増感色素による光吸収率は、55.4%(=(100−18.6−26.0)%)と算出された。これらの結果を表1に示す。
When the absorbance of N719 is measured, it has a maximum value in the vicinity of a wavelength of 530 nm. Therefore, the light reflectance at a wavelength of 530 nm was compared.
From FIG. 4, at a wavelength of 530 nm, the sample 1 had a light reflectance of 81.4%. In sample 1, there is no light absorption by the sensitizing dye, and light absorption of titanium oxide at a wavelength of 530 nm is negligible. Therefore, the non-reflectance of the light of sample 1, that is, the light transmitted through sample 1 and in sample 1 The total value of the ratio of light trapped in the light was 18.6% (= (100-81.4)%). Since the ratio of the confined light is very small with respect to the ratio of the transmitted light, the non-reflectance of light is hereinafter referred to as “light transmittance” for convenience. On the other hand, sample 2 is considered to have the same light transmittance as sample 1, and the light reflectance at the wavelength is 26.0%. Therefore, the light absorption rate of sample 2 by the sensitizing dye is 55. Calculated to be 4% (= (100-18.6-26.0)%). These results are shown in Table 1.

Figure 2012119189
Figure 2012119189

このように、光反射層に増感色素を担持させないことで、光反射率が飛躍的に向上することを確認できた。すなわち、光電極とした場合にも、同様の光反射率の向上が見込まれるので、本発明の光電極は、入射光の利用効率が極めて高いと言える。   As described above, it was confirmed that the light reflectance was drastically improved by not supporting the sensitizing dye in the light reflection layer. That is, when a photoelectrode is used, the same improvement in light reflectivity is expected, so that the photoelectrode of the present invention can be said to have very high utilization efficiency of incident light.

本発明は、色素増感太陽電池の製造に利用可能である。   The present invention can be used for the production of a dye-sensitized solar cell.

1・・・光電極、10・・・電極(透明電極)、11・・・基材(透明基材)、12・・・導電層(透明導電層)、13・・・光電変換層、13a・・・多孔質半導体層、14・・・光反射層   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Photoelectrode, 10 ... Electrode (transparent electrode), 11 ... Base material (transparent base material), 12 ... Conductive layer (transparent conductive layer), 13 ... Photoelectric conversion layer, 13a ... Porous semiconductor layer, 14 ... Light reflecting layer

Claims (3)

透明電極、光電変換層及び光反射層がこの順に積層された光電極であって、
前記光電変換層は、増感色素が担持された多孔質半導体からなり、
前記光反射層は、増感色素が担持されていない多孔質体からなることを特徴とする光電極。
A transparent electrode, a photoelectric conversion layer, and a light reflection layer are laminated in this order,
The photoelectric conversion layer is made of a porous semiconductor carrying a sensitizing dye,
The light reflecting layer is made of a porous body that does not carry a sensitizing dye.
前記光反射層における多孔質体が、金属カルコゲニド化合物から形成されたことを特徴とする請求項1に記載の光電極。   The photoelectrode according to claim 1, wherein the porous body in the light reflecting layer is formed of a metal chalcogenide compound. 請求項1又は2に記載の光電極を備えたことを特徴とする色素増感太陽電池。   A dye-sensitized solar cell comprising the photoelectrode according to claim 1.
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