JP2012204169A - Dye sensitized photoelectric conversion element and method for manufacturing the same, and method for forming metal oxide semiconductor layer - Google Patents

Dye sensitized photoelectric conversion element and method for manufacturing the same, and method for forming metal oxide semiconductor layer Download PDF

Info

Publication number
JP2012204169A
JP2012204169A JP2011068341A JP2011068341A JP2012204169A JP 2012204169 A JP2012204169 A JP 2012204169A JP 2011068341 A JP2011068341 A JP 2011068341A JP 2011068341 A JP2011068341 A JP 2011068341A JP 2012204169 A JP2012204169 A JP 2012204169A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
dye
photoelectric conversion
conversion element
metal oxide
sensitized photoelectric
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2011068341A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Masakazu Muroyama
雅和 室山
Hitoshi Watanabe
仁 渡辺
Kazuaki Fukushima
和明 福島
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sony Corp
Original Assignee
Sony Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Sony Corp filed Critical Sony Corp
Priority to JP2011068341A priority Critical patent/JP2012204169A/en
Publication of JP2012204169A publication Critical patent/JP2012204169A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50Photovoltaic [PV] energy
    • Y02E10/542Dye sensitized solar cells
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02PCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Landscapes

  • Photovoltaic Devices (AREA)
  • Hybrid Cells (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a technology for forming an oxide semiconductor electrode by a simple method in a low temperature region where a polymer film base material can be used.SOLUTION: A dye sensitized photoelectric conversion element includes a conductive layer, a porous semiconductor layer, an electrolyte layer and a counter electrode. The porous semiconductor layer can be obtained by applying or printing a porous semiconductor formation composition, which contains a metal oxide semiconductor fine particle, a dispersant and a solvent, on a conductive layer and then firing the composition. The dispersant comprises an acetylene hydrocarbon skeleton and has one or more functional groups adsorbing to the metal oxide semiconductor fine particle.

Description

本技術は、金属酸化物半導体層を備える色素増感型光電変換素子およびその製造方法に関する。詳しくは、色素増感型光電変換素子およびその製造方法ならびに金属酸化物半導体層の形成方法に関する。   The present technology relates to a dye-sensitized photoelectric conversion element including a metal oxide semiconductor layer and a method for manufacturing the same. Specifically, the present invention relates to a dye-sensitized photoelectric conversion element, a method for producing the same, and a method for forming a metal oxide semiconductor layer.

近年、資源の有効利用や環境汚染の防止の面から、太陽光を直接電気エネルギーに変換
する太陽電池が注目され、研究開発が推進されている。従来、太陽電池としては、結晶シリコン系太陽電池、アモルファスシリコン系太陽電池などのシリコン系太陽電池が、主に用いられてきた。
In recent years, solar cells that directly convert sunlight into electrical energy have been attracting attention and research and development from the viewpoint of effective use of resources and prevention of environmental pollution. Conventionally, silicon solar cells such as crystalline silicon solar cells and amorphous silicon solar cells have been mainly used as solar cells.

シリコン系太陽電池を製造するには、膨大なエネルギーを必要とするため、シリコン系太陽電池は、太陽光を利用する省エネルギー電池である太陽電池の本来の目的とは相反するものとなっている。また、多大なエネルギーを使用する結果として、シリコン系太陽電池は高価なものとならざるを得ない。   Since a huge amount of energy is required to manufacture a silicon-based solar cell, the silicon-based solar cell is contrary to the original purpose of a solar cell that is an energy-saving battery using sunlight. Further, as a result of using a great deal of energy, silicon-based solar cells must be expensive.

そこで、上述のシリコン系太陽電池の問題点を解決すべく、色素によって増感された多孔質半導体層を用いた光電変換用電極および色素増感太陽電池、ならびにこれを作製するための材料および製造技術が提案されている(非特許文献1および特許文献1参照)。   Therefore, in order to solve the problems of the silicon-based solar cell described above, a photoelectric conversion electrode and a dye-sensitized solar cell using a porous semiconductor layer sensitized with a dye, and a material and a production for producing the electrode. Techniques have been proposed (see Non-Patent Document 1 and Patent Document 1).

従来提案されている色素増感型光電変換セル(色素増感型光電変換素子)は、ルテニウム錯体などの増感色素によって分光増感された酸化チタン多孔質層(作用電極)と、ヨウ素を主体とする電解質と、対電極とを備えている。この電池の第1の利点は、酸化チタンなどの安価な酸化物半導体を用いるため、安価な光電変換素子を提供できる点である。第2の利点は、用いられるルテニウム錯体が可視光域に幅広く吸収を有していることから比較的高い変換効率が得られる点である。   A conventionally proposed dye-sensitized photoelectric conversion cell (dye-sensitized photoelectric conversion element) mainly comprises a titanium oxide porous layer (working electrode) spectrally sensitized with a sensitizing dye such as a ruthenium complex, and iodine. An electrolyte and a counter electrode. The first advantage of this battery is that an inexpensive photoelectric conversion element can be provided because an inexpensive oxide semiconductor such as titanium oxide is used. The second advantage is that a relatively high conversion efficiency can be obtained because the ruthenium complex used has a wide absorption in the visible light region.

酸化チタン多孔質層の形成に際しては、酸化チタン粒子の分散ペーストを作製してそれを基材上に塗布し、塗布されたペーストに対して、500℃以上の温度を与えることが一般的である。塗布されたペーストに対して、500℃以上の温度を与えることにより、酸化チタンの粒子間にネッキングが生じ、酸化チタン粒子層が多孔質となる。したがって、酸化チタン粒子層における電子伝達性が向上する。   When forming a titanium oxide porous layer, it is common to prepare a dispersion paste of titanium oxide particles, apply it on a substrate, and apply a temperature of 500 ° C. or higher to the applied paste. . By applying a temperature of 500 ° C. or higher to the applied paste, necking occurs between the titanium oxide particles, and the titanium oxide particle layer becomes porous. Therefore, the electron transferability in the titanium oxide particle layer is improved.

上述したように、通常、色素増感型光電変換セルの製造には、高温の焼結プロセスを必要とする。このため、基材の材質が、ガラスのような耐熱性の高い材質に限られ、基材の材料費や、製造時に消費するエネルギー費などが高くなり、色素増感型光電変換セルの製造コストが高くなってしまう。   As described above, the production of a dye-sensitized photoelectric conversion cell usually requires a high-temperature sintering process. For this reason, the material of the base material is limited to a material having high heat resistance such as glass, and the material cost of the base material and the energy cost to be consumed at the time of manufacture are increased, and the manufacturing cost of the dye-sensitized photoelectric conversion cell Becomes higher.

そこで、樹脂基材を用いるために、樹脂が溶解しない温度を与えて酸化チタン多孔質層を低温で焼成する焼結方法も試みられている(非特許文献2参照)。しかしながら、色素増感型光電変換セルの変換効率が低いものにとどまっていた。また、低温焼成では、酸化チタン多孔質層がもろくなり、色素増感型光電変換セルの耐久性が低かった。さらに、低温で焼成する焼結方法では、焼結時間が比較的長時間となり、量産時のプロセスとしては適しているといえなかった。   Therefore, in order to use a resin base material, a sintering method in which a temperature at which the resin does not dissolve is given and the titanium oxide porous layer is fired at a low temperature has been attempted (see Non-Patent Document 2). However, the dye-sensitized photoelectric conversion cell has only a low conversion efficiency. Moreover, in the low temperature firing, the porous titanium oxide layer became brittle, and the durability of the dye-sensitized photoelectric conversion cell was low. Furthermore, the sintering method for firing at a low temperature requires a relatively long sintering time and is not suitable as a mass production process.

樹脂基材を用いる場合の無機酸化物多孔質層の製造方法として、無機酸化物粒子層を加圧することで、発電特性を改善する方法が提案されている(非特許文献3および特許文献2参照)。しかしながら、加圧処理に用いられる圧力が、数百kgf/cm2と高圧であるため、高圧の油圧装置が必要となってしまう。さらに、加圧処理は、ロールツーロールなどの連続生産装置に適用するには、圧力を伝達するロールの磨耗や破損、処理速度の遅さなどのため、連続生産には不向きな方法であった。 As a method for producing an inorganic oxide porous layer in the case of using a resin base material, methods for improving power generation characteristics by pressurizing the inorganic oxide particle layer have been proposed (see Non-Patent Document 3 and Patent Document 2). ). However, since the pressure used for the pressure treatment is as high as several hundred kgf / cm 2 , a high-pressure hydraulic device is required. Furthermore, the pressurization process is unsuitable for continuous production due to wear and breakage of rolls that transmit pressure, slow processing speed, etc., when applied to continuous production equipment such as roll-to-roll. .

B.O'Regan,M.Graetzel,Nature,353,p.737-740(1991)B. O'Regan, M. Graetzel, Nature, 353, p. 737-740 (1991) ECN contributions 16th European Photovoltaic Solar Energy Conference and Exhibition, May 1-5, 2000 abstract; P.M. Sommeling et.al, “Flexible dye-sensitizednanocristalline TiO2 solar cells”ECN contributions 16th European Photovoltaic Solar Energy Conference and Exhibition, May 1-5, 2000 abstract; P.M.Sommeling et.al, “Flexible dye-sensitizednanocristalline TiO2 solar cells” Nanoletters,1,(2001),p.p.97-100,H.Lindstron,et.al.Nanoletters, 1, (2001), p.p.97-100, H. Lindstron, et.al.

米国特許4927721号明細書US Pat. No. 4,927,721 国際公開第00/072373号International Publication No. 00/072373

高分子フィルムなどの高分子樹脂基材が使用可能な低温度領域において、簡便な方法により、多孔質半導体層を製造する技術が望まれている。   There is a demand for a technique for producing a porous semiconductor layer by a simple method in a low temperature region where a polymer resin substrate such as a polymer film can be used.

したがって、本技術の目的は、製造工程を複雑化させずに、高分子樹脂基材が使用可能な低温度領域において製造することができる色素増感型光電変換素子およびその製造方法ならびに金属酸化物半導体層の形成方法を提供することを目的とする。   Accordingly, an object of the present technology is to provide a dye-sensitized photoelectric conversion element that can be manufactured in a low temperature region where a polymer resin substrate can be used without complicating the manufacturing process, a manufacturing method thereof, and a metal oxide. It is an object to provide a method for forming a semiconductor layer.

上述した課題を解決するために、第1の技術は、
導電層、多孔質半導体層、電解質層、および対極を備え、
多孔質半導体層は、金属酸化物半導体微粒子、分散剤および溶媒を含有する多孔質半導体形成用組成物を導電層上に塗布または印刷して焼成することにより得られ、
分散剤は、アセチレン系炭化水素骨格からなり、金属酸化物半導体微粒子に吸着する官能基を1つ以上有する色素増感型光電変換素子である。
In order to solve the above-described problem, the first technique is:
A conductive layer, a porous semiconductor layer, an electrolyte layer, and a counter electrode;
The porous semiconductor layer is obtained by applying or printing a porous semiconductor-forming composition containing metal oxide semiconductor fine particles, a dispersant and a solvent on a conductive layer and firing the composition.
The dispersant is a dye-sensitized photoelectric conversion element having an acetylene hydrocarbon skeleton and having one or more functional groups adsorbed on the metal oxide semiconductor fine particles.

第2の技術は、
金属酸化物半導体微粒子、分散剤および溶媒を含有する多孔質半導体形成用組成物を導電層上に塗布または印刷する工程と、
塗布された多孔質半導体形成用組成物を焼成し、導電層上に多孔質半導体層を形成する工程と、
多孔質半導体層に増感色素を担持させる工程と、
増感色素が担持された多孔質半導体層に対向して対極を設ける工程と、
多孔質半導体層と、対極との間に電解質層を設ける工程と
を備え、
分散剤は、アセチレン系炭化水素骨格からなり、金属酸化物半導体微粒子に吸着する官能基を1つ以上有する色素増感型光電変換素子の製造方法である。
The second technology is
Applying or printing a porous semiconductor forming composition containing metal oxide semiconductor fine particles, a dispersant and a solvent on the conductive layer;
Firing the applied composition for forming a porous semiconductor, and forming a porous semiconductor layer on the conductive layer;
A step of supporting a sensitizing dye on the porous semiconductor layer;
Providing a counter electrode facing the porous semiconductor layer carrying the sensitizing dye; and
And a step of providing an electrolyte layer between the porous semiconductor layer and the counter electrode,
The dispersant is a method for producing a dye-sensitized photoelectric conversion element having an acetylene-based hydrocarbon skeleton and having one or more functional groups adsorbed on the metal oxide semiconductor fine particles.

第3の技術は、
金属酸化物半導体微粒子、分散剤および溶媒を含有する多孔質半導体形成用組成物を導電層上に塗布または印刷し、焼成する工程を備え、
分散剤は、アセチレン系炭化水素骨格からなり、金属酸化物半導体微粒子に吸着する官能基を1つ以上有する金属酸化物半導体層の形成方法である。
The third technology is
A step of applying or printing a composition for forming a porous semiconductor containing metal oxide semiconductor fine particles, a dispersant and a solvent on a conductive layer, followed by firing.
The dispersant is a method for forming a metal oxide semiconductor layer having an acetylene-based hydrocarbon skeleton and having one or more functional groups adsorbed on the metal oxide semiconductor fine particles.

分散剤は、アセチレン系炭化水素骨格として、少なくともアセチレンアルコール構造またはアセチレンジオール構造を有することが好ましい。また、金属酸化物半導体微粒子に吸着する官能基として、少なくとも、アミノ基、カルボキシル基、ヒドロキシ基、チオール基、ホスホノ基、シアノ基、ニトロ基、スルホニル基およびスルフィニル基からなる群から選ばれた少なくとも1種以上を有することが好ましい。   The dispersant preferably has at least an acetylene alcohol structure or an acetylene diol structure as an acetylene hydrocarbon skeleton. The functional group adsorbed on the metal oxide semiconductor fine particles is at least selected from the group consisting of an amino group, a carboxyl group, a hydroxy group, a thiol group, a phosphono group, a cyano group, a nitro group, a sulfonyl group, and a sulfinyl group. It is preferred to have one or more.

金属酸化物半導体微粒子の平均一次粒子径は、5nm以上500nm以下であることが好ましい。金属酸化物半導体微粒子の平均一次粒子径が、5nm以上500nm以下であると、結晶性の劣化を抑制でき、また、多孔質半導体層に吸着させる色素の総量の減少を抑制できるからである。   The average primary particle diameter of the metal oxide semiconductor fine particles is preferably 5 nm or more and 500 nm or less. This is because when the average primary particle diameter of the metal oxide semiconductor fine particles is 5 nm or more and 500 nm or less, the deterioration of crystallinity can be suppressed, and the decrease in the total amount of the dye adsorbed on the porous semiconductor layer can be suppressed.

金属酸化物半導体微粒子は、チタン、亜鉛、スズおよびニオブの少なくとも1種を含む金属酸化物を含むことが好ましい。金属酸化物半導体微粒子は、アナターゼ型またはブリュッカイト型の結晶構造を有する酸化チタンを含むことがより好ましい。吸着させる色素と金属酸化物間にて適切なエネルギーバンドを形成し、その後、光照射により色素にて発生した電子が金属酸化物に円滑に伝達し、その後のヨウ素の酸化還元による発電に寄与することができるからである。   The metal oxide semiconductor fine particles preferably contain a metal oxide containing at least one of titanium, zinc, tin and niobium. More preferably, the metal oxide semiconductor fine particles include titanium oxide having an anatase type or brucite type crystal structure. An appropriate energy band is formed between the dye to be adsorbed and the metal oxide, and then the electrons generated in the dye by light irradiation are smoothly transferred to the metal oxide, contributing to the subsequent power generation by redox of iodine. Because it can.

色素増感型光電変換素子が、可撓性を有する樹脂基材をさらに備え、導電層が、樹脂基材上に形成されることが好ましい。色素増感型光電変換素子を、可撓性を有する色素増感型光電変換素子とできるからである。   It is preferable that the dye-sensitized photoelectric conversion element further includes a resin base material having flexibility, and the conductive layer is formed on the resin base material. This is because the dye-sensitized photoelectric conversion element can be a flexible dye-sensitized photoelectric conversion element.

塗布された多孔質半導体形成用組成物の焼成は、40℃以上175℃以下の温度範囲で行われることが好ましい。基材に樹脂フィルムを用いる場合であっても、基材の変形などを引き起こしにくいからである。   Firing of the applied composition for forming a porous semiconductor is preferably performed in a temperature range of 40 ° C. or higher and 175 ° C. or lower. This is because even when a resin film is used for the base material, it is difficult to cause deformation of the base material.

本技術では、多孔質半導体層が、金属酸化物半導体微粒子、分散剤および溶媒を含有する多孔質半導体形成用組成物を導電層上に塗布または印刷して焼成することにより得られる。分散剤が、アセチレン系炭化水素骨格からなり、金属酸化物半導体微粒子に吸着する官能基を1つ以上有することから、金属酸化物微粒子表面に官能基が吸着した際には、分散剤の分子が直線状の分子形態をとる。そのため、アセチレン系炭化水素骨格が立体反発効果を発現し、良好な分散性が得られる。   In the present technology, the porous semiconductor layer is obtained by applying or printing a porous semiconductor-forming composition containing metal oxide semiconductor fine particles, a dispersant and a solvent on a conductive layer and baking it. Since the dispersant is composed of an acetylene hydrocarbon skeleton and has one or more functional groups that are adsorbed on the metal oxide semiconductor fine particles, when the functional groups are adsorbed on the surface of the metal oxide fine particles, the molecules of the dispersant are It takes a linear molecular form. Therefore, the acetylene-based hydrocarbon skeleton exhibits a steric repulsion effect, and good dispersibility is obtained.

分散液(多孔質半導体形成用組成物)を加熱することにより、分散剤および溶媒が除去され、多孔質半導体層における、発電特性を劣化させる不純物の含有が低減される。本技術では、高分子フィルムなどの高分子樹脂基材の変形などが起こりにくい温度領域で揮発する特徴を有する分散剤と水または有機溶媒を分散液に用いることが好ましい。高分子フィルムなどの高分子樹脂基材の変形などが起こりにくい温度領域で揮発する特徴を有する分散剤と水または有機溶媒を分散液に用いた場合には、比較的低い温度で、分散液中の金属酸化物半導体微粒子以外の物質が効果的に除去される。また、分散剤が存在していた領域が空隙になることから、色素の吸着や電解液の浸透が促進される。   By heating the dispersion (the composition for forming a porous semiconductor), the dispersant and the solvent are removed, and the inclusion of impurities that deteriorate the power generation characteristics in the porous semiconductor layer is reduced. In the present technology, it is preferable to use a dispersant and water or an organic solvent having a characteristic of volatilizing in a temperature range in which deformation of a polymer resin substrate such as a polymer film is unlikely to occur in the dispersion. When a dispersant and water or an organic solvent that volatilizes in a temperature range where deformation of a polymer resin substrate such as a polymer film is unlikely to occur and the dispersion is used, the dispersion is used at a relatively low temperature. Substances other than the metal oxide semiconductor fine particles are effectively removed. Moreover, since the area | region which the dispersing agent existed becomes a space | gap, adsorption | suction of a pigment | dye and electrolyte penetration are accelerated | stimulated.

本技術によれば、高分子フィルムなどの高分子樹脂基材が使用可能な低温度領域において、簡便な方法により、色素増感型光電変換素子およびその製造方法ならびに金属酸化物半導体層の形成方法を提供することができる。   According to the present technology, in a low temperature region where a polymer resin substrate such as a polymer film can be used, a dye-sensitized photoelectric conversion element, a method for producing the same, and a method for forming a metal oxide semiconductor layer can be obtained by a simple method. Can be provided.

図1は、本技術の第1の実施形態に係る色素増感型光電変換素子の構成の一例を示す模式的断面図である。FIG. 1 is a schematic cross-sectional view illustrating an example of the configuration of the dye-sensitized photoelectric conversion element according to the first embodiment of the present technology. 図2Aおよび図2Bは、本技術の第1の実施形態に係る色素増感型光電変換素子の製造方法の一例を説明するための工程図である。2A and 2B are process diagrams for explaining an example of the method for manufacturing the dye-sensitized photoelectric conversion element according to the first embodiment of the present technology. 図3A〜図3Dは、本技術の第1の実施形態に係る色素増感型光電変換素子の製造方法の一例を説明するための工程図である。3A to 3D are process diagrams for explaining an example of a method for manufacturing the dye-sensitized photoelectric conversion element according to the first embodiment of the present technology. 図4Aは、色素増感型光電変換素子をロール状に巻き取り可能に構成した例を示す斜視図である。図4Bは、図4Aに示す色素増感型光電変換素子と衣服とを組み合わせた例を示す図である。FIG. 4A is a perspective view showing an example in which a dye-sensitized photoelectric conversion element is configured to be rollable. FIG. 4B is a diagram showing an example in which the dye-sensitized photoelectric conversion element shown in FIG. 4A is combined with clothes.

本技術の実施形態について図面を参照しながら以下の順序で説明する。なお、以下の実施形態の全図においては、同一または対応する部分には同一の符号を付す。
1.第1の実施形態(金属酸化物半導体層を備える色素増感型光電変換素子の例)
2.第2の実施形態(折りたたみ可能に構成された色素増感型光電変換素子の例)
Embodiments of the present technology will be described in the following order with reference to the drawings. In all the drawings of the following embodiments, the same or corresponding parts are denoted by the same reference numerals.
1. First embodiment (an example of a dye-sensitized photoelectric conversion element including a metal oxide semiconductor layer)
2. Second embodiment (example of dye-sensitized photoelectric conversion element configured to be foldable)

<1.第1の実施形態>
[色素増感太陽電池の構成]
図1は、本技術の第1の実施形態に係る色素増感型光電変換素子の構成の一例を示す模式的断面図である。図1に示すように、この色素増感型光電変換素子1は、導電性基材3と、導電性基材13と、色素が担持された多孔質半導体層5と、電解質層7と、対極15aとを備える。色素増感型光電変換素子1は、いわゆる色素増感型太陽電池を構成する。
<1. First Embodiment>
[Configuration of dye-sensitized solar cell]
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view illustrating an example of the configuration of the dye-sensitized photoelectric conversion element according to the first embodiment of the present technology. As shown in FIG. 1, the dye-sensitized photoelectric conversion element 1 includes a conductive substrate 3, a conductive substrate 13, a porous semiconductor layer 5 on which a dye is supported, an electrolyte layer 7, and a counter electrode. 15a. The dye-sensitized photoelectric conversion element 1 constitutes a so-called dye-sensitized solar cell.

導電性基材3と導電性基材13とが対向配置されている。導電性基材3は、導電性基材13と対向する一主面を有し、この一主面に多孔質半導体層5が形成されている。導電性基材13は、導電性基材3と対向する一主面を有し、この一主面に対極15aが形成されている。対向する多孔質半導体層5と対極15aとの間に電解質層7が介在されている。導電性基材3および導電性基材13の少なくとも一方は、透明とされ、例えば、導電性基材3は、多孔質半導体層5が形成された一主面とは反対側の他主面を有し、この他主面が太陽光などの光の照射Lを受光する受光面となる。   The conductive substrate 3 and the conductive substrate 13 are disposed to face each other. The conductive substrate 3 has one main surface facing the conductive substrate 13, and the porous semiconductor layer 5 is formed on this one main surface. The conductive substrate 13 has one main surface facing the conductive substrate 3, and a counter electrode 15a is formed on the one main surface. An electrolyte layer 7 is interposed between the opposed porous semiconductor layer 5 and the counter electrode 15a. At least one of the conductive base material 3 and the conductive base material 13 is transparent. For example, the conductive base material 3 has the other main surface opposite to the one main surface on which the porous semiconductor layer 5 is formed. The other main surface is a light receiving surface that receives the irradiation L of light such as sunlight.

導電性基材3と導電性基材13との対向面の周縁部には、電解質層の漏れや揮発を防ぐために、封止材が設けられる。多孔質半導体層5と対極15aとの間隔は、好ましくは1〜100μm、より好ましくは1〜40μmである。電解質層7は、多孔質半導体層5が形成された導電性基材3と、対極15aが形成された導電性基材13と、封止材とによって囲まれた空間に封入されている。図1においては図示を省略するが、導電性基材3、13の少なくとも一方には、電解質の注入に用いられ、最終的には塞がれる注入口が設けられる。封止材の材料としては、例えば、熱可塑性樹脂、光硬化性樹脂、ガラスフリットなどを用いることができるが、これに限定されるものではない。   In order to prevent leakage and volatilization of the electrolyte layer, a sealing material is provided at the peripheral edge portion of the opposing surface of the conductive base material 3 and the conductive base material 13. The distance between the porous semiconductor layer 5 and the counter electrode 15a is preferably 1 to 100 μm, more preferably 1 to 40 μm. The electrolyte layer 7 is enclosed in a space surrounded by the conductive base material 3 on which the porous semiconductor layer 5 is formed, the conductive base material 13 on which the counter electrode 15a is formed, and a sealing material. Although not shown in FIG. 1, at least one of the conductive base materials 3 and 13 is provided with an injection port that is used for injection of electrolyte and is finally closed. As a material of the sealing material, for example, a thermoplastic resin, a photocurable resin, a glass frit, and the like can be used, but the material is not limited thereto.

導電性基材3、13は、例えば、互いに同一の正方形または長方形の平面形状を有する。導電性基材3、13を面内方向に互いにずらして配置し、図1に示す導電層3a、13aの周縁部のうちの一部を封止材の外側に露出させ、この露出した導電層3a、13a上に集電層などを形成するようにしてもよい。この集電層は、外部リードとの接続や色素増感型光電変換素子1同士を接続する場合に用いることができる。必要に応じて小面積の色素増感型光電変換素子1を連結することにより、色素増感型光電変換装置が構成される。例えば、色素増感型光電変換素子1を直列に組み合わせることにより、色素増感型光電変換装置の起電圧を高くすることができる。   The conductive substrates 3 and 13 have, for example, the same square or rectangular planar shape. The conductive base materials 3 and 13 are arranged so as to be shifted from each other in the in-plane direction, and a part of the periphery of the conductive layers 3a and 13a shown in FIG. 1 is exposed to the outside of the sealing material. A current collecting layer or the like may be formed on 3a and 13a. This current collecting layer can be used when connecting to an external lead or connecting the dye-sensitized photoelectric conversion elements 1 to each other. A dye-sensitized photoelectric conversion device is configured by connecting small-area dye-sensitized photoelectric conversion elements 1 as necessary. For example, the electromotive voltage of the dye-sensitized photoelectric conversion device can be increased by combining the dye-sensitized photoelectric conversion elements 1 in series.

以下、この色素増感型光電変換素子1を構成する導電性基材3、13、多孔質半導体層5、増感色素、対極15a、および電解質層7について順次説明する。   Hereinafter, the conductive substrates 3 and 13, the porous semiconductor layer 5, the sensitizing dye, the counter electrode 15 a, and the electrolyte layer 7 that constitute the dye-sensitized photoelectric conversion element 1 will be sequentially described.

(導電性基材)
導電性基材3は、基材3bと、この基材3bの一主面上に形成された導電層3aとを備え、この導電層3a上に多孔質半導体層5が形成される。導電性基材13は、基材13bと、この基材13bの一主面上に形成された導電層13aとを備え、この導電層13a上に対極15aが形成される。
(Conductive substrate)
The conductive substrate 3 includes a substrate 3b and a conductive layer 3a formed on one main surface of the substrate 3b, and the porous semiconductor layer 5 is formed on the conductive layer 3a. The conductive base material 13 includes a base material 13b and a conductive layer 13a formed on one main surface of the base material 13b, and a counter electrode 15a is formed on the conductive layer 13a.

基材3b、13bとしては、透明性を有するものが好ましく、種々の基材を用いることができる。透明性を有する基材としては、太陽光の可視から近赤外領域に対して光吸収が少ないものが好ましく、例えば、ガラス基材、樹脂基材などを用いることができるが、これに限定されるものではない。ガラス基材の材料としては、例えば、石英、青板、BK7、鉛ガラスなどを用いることができるが、これらに限定されるものではない。樹脂基材としては、例えば、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリエチレンナフタレート(PEN)、ポリイミド(PI)、ポリエステル、ポリエチレン(PE)、ポリカーボネート(PC)、ポリビニルブチラート、ポリプロピレン(PP)、テトラアセチルセルロース、シンジオクタチックポリスチレン、ポリフェニレンスルフィド、ポリアリレート、ポリスルフォン、ポリエステルスルフォン、ポリエーテルイミド、環状ポリオレフィン、ブロム化フェノキシ、塩化ビニルなどを用いることができるが、これらに限定されるものではない。基材3b、13bとしては、例えば、フィルム、シート、基板などを用いることができるが、これに限定されるものではない。   As the base materials 3b and 13b, those having transparency are preferable, and various base materials can be used. The substrate having transparency is preferably one that absorbs less light from the visible to the near-infrared region of sunlight. For example, a glass substrate or a resin substrate can be used, but is not limited thereto. It is not something. As a material for the glass substrate, for example, quartz, blue plate, BK7, lead glass, or the like can be used, but is not limited thereto. Examples of the resin base material include polyethylene terephthalate (PET), polyethylene naphthalate (PEN), polyimide (PI), polyester, polyethylene (PE), polycarbonate (PC), polyvinyl butyrate, polypropylene (PP), and tetraacetyl cellulose. Syndioctane polystyrene, polyphenylene sulfide, polyarylate, polysulfone, polyester sulfone, polyetherimide, cyclic polyolefin, brominated phenoxy, vinyl chloride, and the like can be used, but are not limited thereto. As the base materials 3b and 13b, for example, a film, a sheet, a substrate, or the like can be used, but is not limited thereto.

導電層3a、13aは、透明であることが好ましく、太陽光の可視から近赤外領域に対して光吸収が少ないことが好ましい。導電層3a、13aの材料としては、例えば、導電性の良好な金属酸化物、炭素を用いることが好ましい。金属酸化物としては、例えば、インジウム−スズ複合酸化物(ITO)、フッ素ドープSnO2(FTO)、アンチモンドープSnO2(ATO)、酸化スズ(SnO2)、酸化亜鉛(ZnO)、インジウム−亜鉛複合酸化物(IZO)、アルミニウム−亜鉛複合酸化物(AZO)、およびガリウム−亜鉛複合酸化物(GZO)からなる群より選択される1種以上を用いることができる。導電層3aと多孔質半導体層5との間に、結着の促進、電子伝達の改善、または逆電子過程の防止などを目的とした層をさらに設けるようにしてもよい。 The conductive layers 3a and 13a are preferably transparent, and preferably have little light absorption from the visible to the near infrared region of sunlight. As a material for the conductive layers 3a and 13a, for example, it is preferable to use a metal oxide or carbon having good conductivity. Examples of the metal oxide include indium-tin composite oxide (ITO), fluorine-doped SnO 2 (FTO), antimony-doped SnO 2 (ATO), tin oxide (SnO 2 ), zinc oxide (ZnO), and indium-zinc. One or more selected from the group consisting of composite oxide (IZO), aluminum-zinc composite oxide (AZO), and gallium-zinc composite oxide (GZO) can be used. A layer may be further provided between the conductive layer 3a and the porous semiconductor layer 5 for the purpose of promoting binding, improving electron transfer, or preventing reverse electron processes.

(多孔質半導体層)
多孔質半導体層5は、金属酸化物半導体微粒子を含む多孔質層であることが好ましい。金属酸化物半導体微粒子は、チタン、亜鉛、スズおよびニオブの少なくとも1種を含む金属酸化物を含むことが好ましい。このような金属酸化物を含むことで、吸着させる色素と金属酸化物間にて適切なエネルギーバンドを形成し、その後、光照射により色素にて発生した電子が金属酸化物に円滑に伝達し、その後のヨウ素の酸化還元による発電に寄与することができるからである。具体的には、金属酸化物半導体微粒子の材料としては、酸化チタン、酸化スズ、酸化タングステン、酸化亜鉛、酸化インジウム、酸化ニオブ、酸化鉄、酸化ニッケル、酸化コバルト、酸化ストロンチウム、酸化タンタル、酸化アンチモン、酸化ランタノイド、酸化イットリウム、および酸化バナジウムなどからなる群より選ばれる1種以上を用いることができるが、これらの限定されるものではない。多孔質半導体層表面が増感色素によって増感されるためには、多孔質半導体層5の伝導帯が増感色素の光励起準位から電子を受け取りやすい位置に存在することが好ましい。この観点からすると、上述した金属酸化物半導体微粒子の材料の中でも、酸化チタン、酸化亜鉛、酸化スズ、および酸化ニオブからなる群より選ばれる1種以上が特に好ましい。さらに、価格や環境衛生性などの観点から、酸化チタンが最も好ましい。金属酸化物半導体微粒子は、アナターゼ型またはブリュッカイト型の結晶構造を有する酸化チタンを含むことが特に好ましい。このような酸化チタンを含むことで、吸着させる色素と金属酸化物間にて適切なエネルギーバンドを形成し、その後、光照射により色素にて発生した電子が金属酸化物に円滑に伝達し、その後のヨウ素の酸化還元による発電に寄与することができるからである。
(Porous semiconductor layer)
The porous semiconductor layer 5 is preferably a porous layer containing metal oxide semiconductor fine particles. The metal oxide semiconductor fine particles preferably contain a metal oxide containing at least one of titanium, zinc, tin and niobium. By including such a metal oxide, an appropriate energy band is formed between the dye to be adsorbed and the metal oxide, and then electrons generated in the dye by light irradiation are smoothly transmitted to the metal oxide, This is because it can contribute to the subsequent power generation by oxidation and reduction of iodine. Specifically, the material of the metal oxide semiconductor fine particles includes titanium oxide, tin oxide, tungsten oxide, zinc oxide, indium oxide, niobium oxide, iron oxide, nickel oxide, cobalt oxide, strontium oxide, tantalum oxide, and antimony oxide. One or more selected from the group consisting of lanthanoid oxide, yttrium oxide, vanadium oxide, and the like can be used, but are not limited thereto. In order for the surface of the porous semiconductor layer to be sensitized by the sensitizing dye, the conduction band of the porous semiconductor layer 5 is preferably present at a position where electrons are easily received from the photoexcitation level of the sensitizing dye. From this viewpoint, among the materials of the metal oxide semiconductor fine particles described above, one or more selected from the group consisting of titanium oxide, zinc oxide, tin oxide, and niobium oxide is particularly preferable. Furthermore, titanium oxide is most preferable from the viewpoints of price and environmental hygiene. The metal oxide semiconductor fine particles particularly preferably contain titanium oxide having an anatase type or brucite type crystal structure. By including such titanium oxide, an appropriate energy band is formed between the dye to be adsorbed and the metal oxide, and then electrons generated in the dye by light irradiation are smoothly transmitted to the metal oxide, and thereafter This is because it can contribute to power generation by oxidation-reduction of iodine.

金属酸化物半導体微粒子の平均一次粒子径は、5nm以上500nm以下であることが好ましく、20nm以上100nm以下であることがより好ましく、40nm以上60nm以下であることが特に好ましい。粒度分布の異なる金属酸化物半導体微粒子を混合するようにしてもよい。   The average primary particle diameter of the metal oxide semiconductor fine particles is preferably 5 nm or more and 500 nm or less, more preferably 20 nm or more and 100 nm or less, and particularly preferably 40 nm or more and 60 nm or less. Metal oxide semiconductor fine particles having different particle size distributions may be mixed.

平均一次粒子径を20nm以上100nm以下の範囲内とすることで、多孔質半導体層5の緻密性が劣化することなく、かつ過度に緻密となることによる色素の吸着の阻害や電解液の浸透の阻害を防止できるからである。なお、平均一次粒子径が5nm未満であると、結晶性が極端に劣化し、アナターゼ構造を維持できなくアモルファス構造となる傾向がある。一方、平均一次粒子径が500nmを超えると、比表面積が著しく低下し、多孔質半導体層5に吸着させる発電に寄与する色素の総量が減少する傾向がある。ここで、平均一次粒子径は、一次粒子が分散できる溶媒系を用いて、所望な分散剤を添加して一次粒子まで分散処理した希薄溶液を用いて、光散乱法により測定する方法より求めたものである。   By making the average primary particle diameter within the range of 20 nm or more and 100 nm or less, the denseness of the porous semiconductor layer 5 is not deteriorated, and the adsorption of the dye and the penetration of the electrolytic solution due to the excessively dense are prevented. This is because inhibition can be prevented. When the average primary particle size is less than 5 nm, the crystallinity is extremely deteriorated, and the anatase structure cannot be maintained and an amorphous structure tends to be obtained. On the other hand, when the average primary particle diameter exceeds 500 nm, the specific surface area is remarkably lowered, and the total amount of the dye contributing to power generation to be adsorbed on the porous semiconductor layer 5 tends to decrease. Here, the average primary particle diameter was determined by a method of measuring by a light scattering method using a dilute solution in which a desired dispersant was added and dispersed to primary particles using a solvent system in which primary particles can be dispersed. Is.

(増感色素)
光電変換用の増感色素としては、増感作用を示すものであれば特に限定はないが、通常、可視光領域付近の光を吸収できる物質、例えば、ビピリジン錯体、テルピリジン錯体、メロシアニン色素、ポルフィリン、およびフタロシアニンなどが用いられる。
(Sensitizing dye)
The sensitizing dye for photoelectric conversion is not particularly limited as long as it exhibits a sensitizing action, but usually a substance capable of absorbing light in the vicinity of the visible light region, for example, a bipyridine complex, a terpyridine complex, a merocyanine dye, a porphyrin , And phthalocyanine are used.

単独で用いる増感色素としては、例えば、ビピリジン錯体の1種であるシス−ビス(イソチオシアナト)ビス(2,2’−ビピリジル−4,4’−ジカルボン酸)ルテニウム(II)二テトラブチルアンモニウム錯体(通称N719)が、増感色素としての性能に優れており、一般的に用いられている。その他、ビピリジン錯体の1種であるシス−ビス(イソチオシアナト)ビス(2,2’−ビピリジル−4,4’−ジカルボン酸)ルテニウム(II)(通称:N3)や、テルピリジン錯体の1種であるトリス(イソチオシアナト)(2,2’:6’,2”−テルピリジル−4,4’,4”−トリカルボン酸)ルテニウム(II)三テトラブチルアンモニウム錯体(通称ブラックダイ)が一般的に用いられる。   As a sensitizing dye used alone, for example, cis-bis (isothiocyanato) bis (2,2′-bipyridyl-4,4′-dicarboxylic acid) ruthenium (II) ditetrabutylammonium complex which is one kind of bipyridine complex (Commonly known as N719) is excellent in performance as a sensitizing dye and is generally used. In addition, cis-bis (isothiocyanato) bis (2,2′-bipyridyl-4,4′-dicarboxylic acid) ruthenium (II) (common name: N3), which is a kind of bipyridine complex, is a kind of terpyridine complex. Tris (isothiocyanato) (2,2 ′: 6 ′, 2 ″ -terpyridyl-4,4 ′, 4 ″ -tricarboxylic acid) ruthenium (II) tritetrabutylammonium complex (commonly known as black dye) is generally used.

特にN3やブラックダイを用いる場合には、共吸着剤もよく用いられる。共吸着剤は多孔質半導体層3上で色素分子が会合するのを防止するために添加される分子であり、代表的な共吸着剤としては、例えば、ケノデオキシコール酸、タウロデオキシコール酸塩、および1−デクリルホスホン酸などが挙げられる。これらの分子の構造的特徴としては、多孔質半導体層5を構成する酸化チタンに吸着されやすい官能基として、カルボキシル基やホスホノ基などをもつこと、および、色素分子間に介在して色素分子間の干渉を防止するために、σ結合で形成されていることなどが挙げられる。   In particular, when N3 or a black die is used, a co-adsorbent is often used. The co-adsorbent is a molecule added to prevent the dye molecules from associating on the porous semiconductor layer 3, and typical co-adsorbents include, for example, chenodeoxycholic acid, taurodeoxycholate, and Examples thereof include 1-decylphosphonic acid. The structural characteristics of these molecules are that they have a carboxyl group, a phosphono group, etc. as functional groups that are easily adsorbed to titanium oxide constituting the porous semiconductor layer 5, and are interposed between dye molecules. In order to prevent the interference, it may be formed by σ coupling.

その他の増感色素としては、例えば、アゾ系色素、キナクリドン系色素、ジケトピロロピロール系色素、スクワリリウム系色素、シアニン系色素、メロシアニン系色素、トリフェニルメタン系色素、キサンテン系色素、ポルフィン系色素、クロロフィル系色素、ルテニウム錯体系色素、インジゴ系色素、ペリレン系色素、オキサジン系色素、アントラキノン系色素、フタロシアニン系色素、ナフタロシアニン系色素など、およびその誘導体が挙げられるが光を吸収し多孔質半導体層5の伝導帯に励起電子を注入できる増感色素であればこれらに限定されない。これらの増感色素はその構造中に連結基を1個以上有する場合は、多孔質半導体層表面に連結することができ、光励起された増感色素の励起電子を多孔質半導体層5の電導帯に迅速に伝えることができるので望ましい。   Examples of other sensitizing dyes include azo dyes, quinacridone dyes, diketopyrrolopyrrole dyes, squarylium dyes, cyanine dyes, merocyanine dyes, triphenylmethane dyes, xanthene dyes, porphine dyes. Chlorophyll dyes, ruthenium complex dyes, indigo dyes, perylene dyes, oxazine dyes, anthraquinone dyes, phthalocyanine dyes, naphthalocyanine dyes, and their derivatives, but they absorb light and are porous semiconductors. Any sensitizing dye capable of injecting excited electrons into the conduction band of the layer 5 is not limited thereto. When these sensitizing dyes have one or more linking groups in their structure, they can be connected to the surface of the porous semiconductor layer, and the excited electrons of the photoexcited sensitizing dye can be connected to the conduction band of the porous semiconductor layer 5. This is desirable because it can be communicated quickly.

導電層3a上に形成される多孔質半導体層5の厚さは、0.5μm以上200μm以下であることが望ましい。多孔質半導体層5の厚さを上記の範囲内とすることにより、多孔質半導体層5の形成時に割れや剥がれが生じにくくなり、多孔質半導体層5の形成を安定させることができる。また、多孔質半導体層5の表層と導電面との距離を適正な範囲とでき、発生電荷が導電面に有効に伝えられ、良好な変換効率が得られる。   The thickness of the porous semiconductor layer 5 formed on the conductive layer 3a is desirably 0.5 μm or more and 200 μm or less. By setting the thickness of the porous semiconductor layer 5 within the above range, cracks and peeling are less likely to occur when the porous semiconductor layer 5 is formed, and the formation of the porous semiconductor layer 5 can be stabilized. In addition, the distance between the surface layer of the porous semiconductor layer 5 and the conductive surface can be in an appropriate range, and the generated charges are effectively transmitted to the conductive surface, so that good conversion efficiency can be obtained.

(対極)
対極15aは、導電層13a上に形成され、対極15aおよび導電層13aにより、対向電極15が構成される。対向電極15は、色素増感太陽電池(色素増感型光電変換素子)の正極として機能する。対極15aに用いる導電性の材料としては、例えば、金属、金属酸化物、または炭素などが挙げられるが、これに限定されるものではない。金属としては、例えば、白金、金、銀、銅、アルミニウム、ロジウム、インジウムなどを用いることができるが、これに限定されるものではない。金属酸化物としては、例えば、ITO(インジウム−スズ酸化物)、酸化スズ(フッ素などがドープされた物を含む)、酸化亜鉛などを用いることができるが、これに限定されるものではない。対極15aの膜厚は、特に制限はないが、5nm以上100μm以下であることが好ましい。
(Counter electrode)
The counter electrode 15a is formed on the conductive layer 13a, and the counter electrode 15 is configured by the counter electrode 15a and the conductive layer 13a. The counter electrode 15 functions as a positive electrode of a dye-sensitized solar cell (dye-sensitized photoelectric conversion element). Examples of the conductive material used for the counter electrode 15a include, but are not limited to, metals, metal oxides, and carbon. Examples of metals that can be used include platinum, gold, silver, copper, aluminum, rhodium, and indium, but are not limited thereto. Examples of the metal oxide include ITO (indium-tin oxide), tin oxide (including a material doped with fluorine), zinc oxide, and the like, but are not limited thereto. The thickness of the counter electrode 15a is not particularly limited, but is preferably 5 nm or more and 100 μm or less.

(電解質層)
電解質層7は、電解質、媒体、および添加物から構成されることが好ましい。電解質は、I2とヨウ化物(例としてLiI、NaI、KI、CsI、MgI2、CaI2、CuI、テトラアルキルアンモニウムヨーダイド、ピリジニウムヨーダイド、イミダゾリウムヨーダイドなど)の混合物、Br2と臭化物(例としてLiBrなど)の混合物、この中でもI2とヨウ化物の組み合わせとしてLiI、ピリジニウムヨーダイド、イミダゾリウムヨーダイドなどを混合した電解質が好ましいがこの組み合わせに限定されるものではない。
(Electrolyte layer)
The electrolyte layer 7 is preferably composed of an electrolyte, a medium, and an additive. The electrolyte is a mixture of I 2 and iodide (for example, LiI, NaI, KI, CsI, MgI 2 , CaI 2 , CuI, tetraalkylammonium iodide, pyridinium iodide, imidazolium iodide, etc.), Br 2 and bromide. A mixture of (for example, LiBr) is preferable. Among them, an electrolyte in which LiI, pyridinium iodide, imidazolium iodide, or the like is mixed as a combination of I 2 and iodide is preferable, but the combination is not limited thereto.

媒体に対する電解質の濃度は、I2が0.01M以上0.5M以下であることが好ましく、ヨウ化物の混合物が0.1M以上15M以下であることが好ましい。また、色素増感太陽電池の開放電圧を向上させる目的で、4−tert−ブチルピリジンやベンズイミダゾリウム類などの各種添加剤を加えることもできる。 As for the concentration of the electrolyte with respect to the medium, I 2 is preferably 0.01 M or more and 0.5 M or less, and the iodide mixture is preferably 0.1 M or more and 15 M or less. Further, various additives such as 4-tert-butylpyridine and benzimidazoliums can be added for the purpose of improving the open-circuit voltage of the dye-sensitized solar cell.

電解質層7に用いられる媒体は、良好なイオン電導性を発現できる化合物であることが好ましい。溶液状の媒体としては、例えば、ジオキサン、ジエチルエーテルなどのエーテル化合物、エチレングリコールジアルキルエーテル、プロピレングリコールジアルキルエーテル、ポリエチレングリコールジアルキルエーテル、ポリプロピレングリコールジアルキルエーテルなどの鎖状エーテル類、メタノール、エタノール、エチレングリコールモノアルキルエーテル、プロピレングリコールモノアルキルエーテル、ポリエチレングリコールモノアルキルエーテル、ポリプロピレングリコールモノアルキルエーテルなどのアルコール類、エチレングリコール、プロピレングリコール、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール、グリセリンなどの多価アルコール類、アセトニトリル、グルタロジニトリル、メトキシアセトニトリル、プロピオニトリル、ベンゾニトリルなどのニトリル化合物、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネートなどのカーボネート化合物、3−メチル−2−オキサゾリジノンなどの複素環化合物、ジメチルスルホキシド、スルホランなど非プロトン極性物質などを用いることができる。   The medium used for the electrolyte layer 7 is preferably a compound that can exhibit good ionic conductivity. Examples of the solution medium include ether compounds such as dioxane and diethyl ether, chain ethers such as ethylene glycol dialkyl ether, propylene glycol dialkyl ether, polyethylene glycol dialkyl ether, and polypropylene glycol dialkyl ether, methanol, ethanol, and ethylene glycol. Alcohols such as monoalkyl ether, propylene glycol monoalkyl ether, polyethylene glycol monoalkyl ether, polypropylene glycol monoalkyl ether, polyhydric alcohols such as ethylene glycol, propylene glycol, polyethylene glycol, polypropylene glycol, glycerin, acetonitrile, glutarodi Nitrile, methoxyacetonitrile, Pionitoriru, nitrile compounds such as benzonitrile, ethylene carbonate, carbonate compounds such as propylene carbonate, heterocyclic compounds such as 3-methyl-2-oxazolidinone, dimethyl sulfoxide, or the like can be used aprotic polar substances such as sulfolane.

また、固体状(ゲル状を含む)の媒体を用いる目的で、ポリマーを含ませることもできる。この場合、ポリアクリロニトリル、ポリフッ化ビニリデンなどのポリマーを前記溶液状媒体中に添加することで、エチレン性不飽和基を有した多官能性モノマーを前記溶液状媒体中で重合させて媒体を固体状にする。   Further, for the purpose of using a solid (including gel) medium, a polymer may be included. In this case, by adding a polymer such as polyacrylonitrile or polyvinylidene fluoride to the solution-like medium, a polyfunctional monomer having an ethylenically unsaturated group is polymerized in the solution-like medium, thereby solidifying the medium. To.

電解質層7としてはこの他、CuI、CuSCN媒体を必要としない電解質および、2,2’,7,7’−テトラキス(N,N−ジ−p−メトキシフェニルアミン)9,9’−スピロビフルオレンのような正孔輸送材料を用いることができる。   As the electrolyte layer 7, an electrolyte that does not require a CuI or CuSCN medium, and 2,2 ′, 7,7′-tetrakis (N, N-di-p-methoxyphenylamine) 9,9′-spirobi A hole transport material such as fluorene can be used.

[色素増感太陽電池の製造方法]
次に、本技術の第1の実施形態に係る色素増感太陽電池の製造方法の一例について説明する。
[Method for producing dye-sensitized solar cell]
Next, an example of a method for manufacturing the dye-sensitized solar cell according to the first embodiment of the present technology will be described.

(多孔質半導体層側の透明導電性基材の形成)
まず、図2Aに示すように、板状やフィルム状の基材3bを成形する。成形方法としては、例えば溶融押出法、射出成形法などを用いることができるが、これに限定されるものではない。次に、図2Bに示すように、スパッタリング法などの薄膜作製技術により、導電層3aを基材3b上に形成する。これにより、導電性基材3が得られる。
(Formation of transparent conductive substrate on the porous semiconductor layer side)
First, as shown in FIG. 2A, a plate-like or film-like substrate 3b is formed. As a molding method, for example, a melt extrusion method, an injection molding method, or the like can be used, but the method is not limited thereto. Next, as shown in FIG. 2B, a conductive layer 3a is formed on the substrate 3b by a thin film manufacturing technique such as sputtering. Thereby, the electroconductive base material 3 is obtained.

(多孔質半導体層の形成)
次に、図2Cに示すように、導電性基材3の導電層3a上に多孔質半導体層5を形成する。
(Formation of porous semiconductor layer)
Next, as shown in FIG. 2C, the porous semiconductor layer 5 is formed on the conductive layer 3 a of the conductive substrate 3.

本技術では、金属酸化物半導体微粒子、分散剤および溶媒を含有する分散液(多孔質半導体形成用組成物)を用いて多孔質半導体層5を形成することを特徴とする。後述するように、分散剤は、アセチレン系炭化水素骨格を有し、具体的には、アセチレン系炭化水素骨格として、少なくともアセチレンアルコール構造またはアセチレンジオール構造を有する。また、分散剤は、金属酸化物半導体粒子に吸着する官能基として、少なくとも、アミノ基、カルボキシル基、ヒドロキシ基(水酸基)、チオール基、ホスホノ基、シアノ基、ニトロ基、スルホニル基およびスルフィニル基からなる群から選ばれた少なくとも1種以上を有する。溶媒としては、水または有機溶媒を使用することができる。   The present technology is characterized in that the porous semiconductor layer 5 is formed using a dispersion (a composition for forming a porous semiconductor) containing metal oxide semiconductor fine particles, a dispersant and a solvent. As will be described later, the dispersant has an acetylene-based hydrocarbon skeleton, and specifically has at least an acetylene alcohol structure or an acetylenic diol structure as the acetylene-based hydrocarbon skeleton. Moreover, the dispersant is at least an amino group, a carboxyl group, a hydroxy group (hydroxyl group), a thiol group, a phosphono group, a cyano group, a nitro group, a sulfonyl group, and a sulfinyl group as a functional group adsorbed on the metal oxide semiconductor particles. Having at least one selected from the group consisting of As the solvent, water or an organic solvent can be used.

以下、多孔質半導体層5の形成工程の詳細について説明する。   Hereinafter, the detail of the formation process of the porous semiconductor layer 5 is demonstrated.

まず、金属酸化物半導体微粒子および分散剤を溶媒中に分散させて、多孔質半導体層形成用組成物である分散液(ペースト)を調製する。必要に応じて、結着剤(バインダー)を溶媒中にさらに分散させるようにしてもよい。ペースト作製の際には、必要に応じて、水熱合成から得られた単分散コロイド粒子を利用してもよい。   First, metal oxide semiconductor fine particles and a dispersing agent are dispersed in a solvent to prepare a dispersion (paste) that is a composition for forming a porous semiconductor layer. If necessary, a binder (binder) may be further dispersed in the solvent. In preparing the paste, monodispersed colloidal particles obtained from hydrothermal synthesis may be used as necessary.

金属酸化物半導体微粒子としては、例えば、上述した酸化チタン、酸化スズ、酸化タングステン、酸化亜鉛、酸化インジウム、酸化ニオブ、酸化鉄、酸化ニッケル、酸化コバルト、酸化ストロンチウム、酸化タンタル、酸化アンチモン、酸化ランタノイド、酸化イットリウム、および酸化バナジウムなどからなる群より選ばれる1種以上を好適に用いることができる。   Examples of the metal oxide semiconductor fine particles include titanium oxide, tin oxide, tungsten oxide, zinc oxide, indium oxide, niobium oxide, iron oxide, nickel oxide, cobalt oxide, strontium oxide, tantalum oxide, antimony oxide, and lanthanoid oxide. One or more selected from the group consisting of yttrium oxide, vanadium oxide, and the like can be suitably used.

分散剤としては、アセチレン系炭化水素骨格を有する分散剤を用いることができる。アセチレン系炭化水素骨格を有する分散剤としては、下記式(化1)で示される構造を有するものが好ましい。   As the dispersant, a dispersant having an acetylene hydrocarbon skeleton can be used. As the dispersant having an acetylene hydrocarbon skeleton, one having a structure represented by the following formula (Formula 1) is preferable.

1−C(CH3)(OR2)−C≡C−C(CH3)(OR3)−R4・・・(化1)
(式中、R1は、H、CH3、C25、isoC37、C49から選ばれる。R2は、H、CH3、C25、isoC37,C49から選ばれる。R3は、−(CH2−CH2m−OHを表す。R4は、−(CH2−CH2n−OHを表す。なお、mおよびnは、それぞれ1≦m≦10、1≦n≦10の範囲内の値である。)
R 1 —C (CH 3 ) (OR 2 ) —C≡C—C (CH 3 ) (OR 3 ) —R 4 (Chemical Formula 1)
(In the formula, R 1 is selected from H, CH 3 , C 2 H 5 , isoC 3 H 7 and C 4 H 9. R 2 is H, CH 3 , C 2 H 5 , isoC 3 H 7 , Selected from C 4 H 9, R 3 represents — (CH 2 —CH 2 ) m —OH, R 4 represents — (CH 2 —CH 2 ) n —OH, wherein m and n are These values are within the range of 1 ≦ m ≦ 10 and 1 ≦ n ≦ 10, respectively.

式(化1)で示される構造を有する分散剤は、mが10を超えると固体化傾向がある。また、nが10を超えると固体化傾向がある。そのため、mおよびnは、それぞれ1≦m≦10、1≦n≦10の範囲内の値であることが好ましい。   The dispersant having the structure represented by the formula (Chemical Formula 1) tends to be solidified when m exceeds 10. Moreover, when n exceeds 10, there exists a tendency to solidify. Therefore, m and n are preferably values within the range of 1 ≦ m ≦ 10 and 1 ≦ n ≦ 10, respectively.

すなわち、分散剤は、アセチレン系炭化水素骨格として、少なくともアセチレンアルコール構造またはアセチレンジオール構造を有することが好ましい。アセチレンアルコール構造を有するとは、例えば、炭素間三重結合を1つ有し、かつ該炭素間三重結合に隣接する炭素のうちの一方にヒドロキシ基を有する構造が好ましい。アセチレンジオール構造を有するとは、例えば、炭素間三重結合を1つ有し、かつ該炭素間三重結合に隣接する2つの炭素にヒドロキシ基を有する構造が好ましい。   That is, the dispersant preferably has at least an acetylene alcohol structure or an acetylene diol structure as an acetylene hydrocarbon skeleton. Having an acetylene alcohol structure is, for example, preferably a structure having one carbon-carbon triple bond and having a hydroxy group on one of the carbons adjacent to the carbon-carbon triple bond. The structure having an acetylenic diol structure is preferably, for example, a structure having one carbon-carbon triple bond and having a hydroxy group at two carbons adjacent to the carbon-carbon triple bond.

また、分散剤は、金属酸化物半導体粒子に吸着する官能基を少なくとも1つ以上有していることが好ましい。金属酸化物半導体粒子に吸着する官能基としては、アミノ基、カルボキシル基、ヒドロキシ基、チオール基、ホスホノ基、シアノ基、ニトロ基、スルホニル基およびスルフィニル基からなる群から少なくとも1種以上が選ばれることが好ましい。カルボキシル基含有物質としては、例えば、3,5−ジメチル−3−カルボキシル−1−ヘキシンなどを挙げることができる。チオール基含有物質としては、例えば、3,5−ジメチル−3−チオニル−1−ヘキシンなどを挙げることができる。   The dispersant preferably has at least one functional group that adsorbs to the metal oxide semiconductor particles. As the functional group adsorbed on the metal oxide semiconductor particles, at least one or more selected from the group consisting of amino group, carboxyl group, hydroxy group, thiol group, phosphono group, cyano group, nitro group, sulfonyl group and sulfinyl group is selected. It is preferable. Examples of the carboxyl group-containing substance include 3,5-dimethyl-3-carboxyl-1-hexyne. Examples of the thiol group-containing substance include 3,5-dimethyl-3-thionyl-1-hexyne.

分散剤がアセチレン系炭化水素骨格を有し、金属酸化物半導体粒子に吸着する官能基を少なくとも1つ以上有していることから、金属酸化物微粒子表面に官能基が吸着した際には、分散剤の分子が直線状の分子形態をとる。そのため、アセチレン系炭化水素骨格が、理想的な立体反発効果を発現し、良好な分散性が得られる。   Since the dispersant has an acetylene hydrocarbon skeleton and has at least one functional group that adsorbs to the metal oxide semiconductor particles, when the functional group is adsorbed on the surface of the metal oxide fine particles, Agent molecules take a linear molecular form. Therefore, the acetylene-based hydrocarbon skeleton exhibits an ideal steric repulsion effect, and good dispersibility can be obtained.

さらに、このような分散液を用いた場合には、溶媒中の金属酸化物半導体粒子の分散および分散安定性を確保することが可能であることに加え、分散液を加熱することにより、分散剤および溶媒を除去することが可能である。したがって、多孔質半導体層5における、発電特性を劣化させる不純物の含有を低減することができる。また、このような分散剤の添加により、後述する焼成工程において、分散剤が存在していた領域が空隙になることから、色素の吸着や電解液の浸透の促進が達成される。本技術では、エチルセルロースなどの高分子材料を含有する分散液を用い、高温で焼成して得られる多孔質半導体層と比較して、緻密な多孔質半導体層を得ることができる。   Further, when such a dispersion is used, it is possible to ensure the dispersion and dispersion stability of the metal oxide semiconductor particles in the solvent, and in addition to heating the dispersion, And the solvent can be removed. Therefore, it is possible to reduce the content of impurities that degrade the power generation characteristics in the porous semiconductor layer 5. In addition, by adding such a dispersant, the region where the dispersant was present becomes a void in the baking step described later, so that the adsorption of the dye and the promotion of the penetration of the electrolytic solution are achieved. In the present technology, a dense porous semiconductor layer can be obtained as compared with a porous semiconductor layer obtained by baking at a high temperature using a dispersion containing a polymer material such as ethyl cellulose.

多孔質半導体層の緻密性は、分散液中の固形分の割合に依存する。このことから、分散液中の固形分の割合を調整することにより、多孔質半導体層の緻密性を制御することも可能である。良好な光電変換効率が得られるという観点からは、分散液中の固形分の割合が、8%以上12%以下の範囲内であることが好ましい。なお、多孔質半導体層の緻密性は、例えば、SEM(走査型電子顕微鏡:Scanning Electron Microscope)による断面観察などにより、確認することが可能である。   The denseness of the porous semiconductor layer depends on the ratio of the solid content in the dispersion. From this, it is also possible to control the denseness of the porous semiconductor layer by adjusting the ratio of the solid content in the dispersion. From the viewpoint of obtaining good photoelectric conversion efficiency, the ratio of the solid content in the dispersion is preferably in the range of 8% to 12%. The denseness of the porous semiconductor layer can be confirmed by, for example, cross-sectional observation with a SEM (Scanning Electron Microscope).

溶媒としては、例えば、メタノール、エタノール、イソプロパノール、n−ブタノール、sec−ブタノール、t−ブタノールなどの炭素数が4以下の低級アルコール、エチレングリコール、プロピレングリコール(1,3−プロパンジオール)、1,3−プロパンジオール、1,4−ブタンジオール、1,2−ブタンジオール、1,3−ブタンジオール、2−メチル−1,3−プロパンジオールなどの脂肪族グリコール、メチルエチルケトンなどのケトン類、ジメチルエチルアミンなどのアミン類などが単独または2種以上混合して用いることができるが、特にこれに限定されるものではない。分散方法としては、例えば、公知の方法を用いることができ、具体的には例えば、攪拌処理、超音波分散処理、ビーズ分散処理、混錬処理、ホモジナイザー処理などを用いることができるが、特にこれに限定されるものではない。   Examples of the solvent include lower alcohols having 4 or less carbon atoms such as methanol, ethanol, isopropanol, n-butanol, sec-butanol, t-butanol, ethylene glycol, propylene glycol (1,3-propanediol), 1, Aliphatic glycols such as 3-propanediol, 1,4-butanediol, 1,2-butanediol, 1,3-butanediol, 2-methyl-1,3-propanediol, ketones such as methyl ethyl ketone, dimethylethylamine Such amines can be used alone or in admixture of two or more, but are not particularly limited thereto. As the dispersion method, for example, a known method can be used. Specifically, for example, stirring treatment, ultrasonic dispersion treatment, bead dispersion treatment, kneading treatment, homogenizer treatment, etc. can be used. It is not limited to.

次に、調製された分散液を導電層3a上に塗布または印刷した後、乾燥させることにより、溶媒を揮発させる。これにより、多孔質半導体層5が導電層3a上に形成される。乾燥条件は特に限定されるものではなく、自然乾燥であっても、乾燥温度や乾燥時間などを調整する人工的乾燥であってもよい。人工的に乾燥させる場合には、乾燥温度や乾燥時間は、基材3bの耐熱性を配慮し、基材3bを変質させない範囲で設定することが好ましい。塗布または印刷の方法としては、簡便で量産性に適した方法を用いることが好ましい。塗布方法としては、例えば、スプレーコート法、マイクログラビアコート法、ワイヤーバーコート法、ダイレクトグラビアコート法、ダイコート法、ディップ法、リバースロールコート法、カーテンコート法、コンマコート法、ナイフコート法、スピンコート法などを用いることができるが、特にこれに限定されるものではない。また、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、スクリーン印刷法などを用いることができるが、特にこれに限定されるものではない。   Next, after applying or printing the prepared dispersion liquid on the conductive layer 3a, the solvent is volatilized by drying. Thereby, the porous semiconductor layer 5 is formed on the conductive layer 3a. The drying conditions are not particularly limited, and may be natural drying or artificial drying that adjusts the drying temperature, drying time, and the like. In the case of artificially drying, it is preferable to set the drying temperature and drying time in a range that does not change the quality of the base material 3b in consideration of the heat resistance of the base material 3b. As a coating or printing method, it is preferable to use a simple and suitable method for mass production. Examples of coating methods include spray coating, micro gravure coating, wire bar coating, direct gravure coating, die coating, dipping, reverse roll coating, curtain coating, comma coating, knife coating, and spin coating. A coating method or the like can be used, but is not particularly limited thereto. In addition, as a printing method, for example, a relief printing method, an offset printing method, a gravure printing method, an intaglio printing method, a rubber plate printing method, a screen printing method and the like can be used, but it is not particularly limited thereto. .

(焼成)
次に、上述のようにして作製した多孔質半導体層5を焼成し、多孔質半導体層5における金属酸化物半導体微粒子間の電子的な接続を向上させる。
(Baking)
Next, the porous semiconductor layer 5 produced as described above is fired to improve the electronic connection between the metal oxide semiconductor fine particles in the porous semiconductor layer 5.

焼成温度は、基材が変質しない範囲であることが好ましい。焼成温度は、具体的には、好ましくは40〜175℃、より好ましくは40〜150℃程度である。アセチレン系炭化水素骨格を有する分散剤として、上述の式(化1)示される構造を有するものを用いると、上記温度範囲で分散剤を揮発させることができ、好ましい。樹脂基材を用いて金属酸化物半導体層を製造する際、例えば、PETを基材に使用した場合は100℃程度まで、PENを基材に使用した場合は、150℃程度までの加温であることが好ましい。上記温度範囲内であれば、基材の変形など引き起こさず、製造に支障をきたすことがないため好ましい。   The firing temperature is preferably in a range where the substrate does not change in quality. Specifically, the firing temperature is preferably about 40 to 175 ° C, more preferably about 40 to 150 ° C. As the dispersant having an acetylene hydrocarbon skeleton, a dispersant having a structure represented by the above formula (Chemical Formula 1) is preferably used because the dispersant can be volatilized in the above temperature range. When manufacturing a metal oxide semiconductor layer using a resin base material, for example, when PET is used as a base material, it is heated up to about 100 ° C., and when PEN is used as a base material, it is heated up to about 150 ° C. Preferably there is. If it is in the said temperature range, since a deformation | transformation of a base material etc. will not be caused and it will not interfere with manufacture, it is preferable.

焼成時間は、好ましくは30秒間〜2時間程度であるが、特にこの時間範囲に制限されるものではない。   The firing time is preferably about 30 seconds to 2 hours, but is not particularly limited to this time range.

(色素担持)
次に、増感色素を溶媒に溶解させて、溶液を調製する。増感色素を溶解させるために必要に応じて、加熱、溶解助剤の添加および不溶分のろ過を行ってもよい。溶媒としては、増感色素を溶解可能であり、かつ、多孔質半導体層5に色素吸着の仲立ちを行えるものであることが好ましく、例えば、エタノール、イソプロピルアルコール、ベンジルアルコールなどのアルコール系溶剤、アセトニトリル、プロピオニトリルなどのニトリル系溶剤、クロロホルム、ジクロロメタン、クロロベンゼンなどのハロゲン系溶剤、ジエチルエーテル、テトラヒドロフランなどのエーテル系溶剤、酢酸エチル、酢酸ブチルなどのエステル系溶剤、アセトン、メチルエチルケトン、シクロヘキサノンなどのケトン系溶剤、炭酸ジエチル、炭酸プロピレンなどの炭酸エステル系溶剤、ヘキサン、オクタン、トルエン、キシレンなどの炭水化物系溶剤、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、ジメチルスルホキシド、1,3−ジメチルイミダゾリノン、Nメチルピロリドン、水などを単独または2種以上混合して用いることができるが、これに限定されるものではない。
(Dye support)
Next, a sensitizing dye is dissolved in a solvent to prepare a solution. In order to dissolve the sensitizing dye, heating, addition of a dissolution aid, and filtration of insoluble matter may be performed as necessary. The solvent is preferably a solvent capable of dissolving a sensitizing dye and capable of mediating dye adsorption on the porous semiconductor layer 5, for example, an alcohol solvent such as ethanol, isopropyl alcohol, benzyl alcohol, acetonitrile, etc. , Nitrile solvents such as propionitrile, halogen solvents such as chloroform, dichloromethane and chlorobenzene, ether solvents such as diethyl ether and tetrahydrofuran, ester solvents such as ethyl acetate and butyl acetate, ketones such as acetone, methyl ethyl ketone and cyclohexanone Solvents, carbonate solvents such as diethyl carbonate and propylene carbonate, carbohydrate solvents such as hexane, octane, toluene and xylene, dimethylformamide, dimethylacetamide, dimethylsulfoxide 1,3-dimethyl imidazolinone, N-methylpyrrolidone, water and the like can be used alone or in combination, but is not limited thereto.

次に、例えば、多孔質半導体層5を、増感色素を含む溶液中に浸すことにより、金属酸化物微粒子に増感色素を担持させる。多孔質半導体層5を、増感色素を含む溶液中に導電性基材3ごと浸すことにより、増感色素の連結置換基の親和性を利用して、多孔質半導体の多孔質表面に増感色素を接触させて結合させることができる。もちろん、増感色素を担持させる方法は、この方法に限定されない。   Next, for example, the porous semiconductor layer 5 is immersed in a solution containing a sensitizing dye, whereby the sensitizing dye is supported on the metal oxide fine particles. By immersing the porous semiconductor layer 5 together with the conductive substrate 3 in a solution containing a sensitizing dye, the affinity of the connecting substituent of the sensitizing dye is used to sensitize the porous surface of the porous semiconductor. The dye can be contacted and bound. Of course, the method for supporting the sensitizing dye is not limited to this method.

(対極側の透明導電性基材の形成)
次に、多孔質半導体層側の透明導電性基材と同様にして、対極側の透明導電性基材を形成する。
(Formation of transparent conductive substrate on the counter electrode side)
Next, a transparent conductive substrate on the counter electrode side is formed in the same manner as the transparent conductive substrate on the porous semiconductor layer side.

図3Aに示すように、板状やフィルム状の基材13bを成形する。成形方法としては、基材3bと同様の成形方法を用いることができる。次に、図3Bに示すように、スパッタリング法などの薄膜作製技術により、導電層13aを基材13b上に形成する。これにより、導電性基材13が得られる。   As shown in FIG. 3A, a plate-like or film-like substrate 13b is formed. As a molding method, the same molding method as that for the substrate 3b can be used. Next, as shown in FIG. 3B, the conductive layer 13a is formed on the base material 13b by a thin film manufacturing technique such as sputtering. Thereby, the electroconductive base material 13 is obtained.

(対極の形成)
次に、図3Cに示すように、スパッタリング法などの薄膜作製技術により、導電性基材13の導電層13a上に対極15aを形成する。
(Formation of counter electrode)
Next, as illustrated in FIG. 3C, the counter electrode 15 a is formed on the conductive layer 13 a of the conductive substrate 13 by a thin film manufacturing technique such as a sputtering method.

(電解質の充填)
次に、導電性基材13の導電層13aの周縁部に、封止剤としての紫外線硬化型接着剤をスクリーン印刷により形成した後、この紫外線硬化型接着剤を介して、導電性基材3を貼り合わせる。この際、多孔質半導体層5および対極15aが、所定間隔、例えば1〜100μm、好ましくは1〜50μmの間隔をおいて対向するように配置する。これにより、導電性基材3と導電性基材13と封止剤とにより、電解質層7が充填される空間が形成される。次に、この空間に例えば導電性基材3に予め形成された注入口から電解質を注入し、空間内に電解質を充填して電解質層7とする。その後、この注入口を塞ぐ。これにより、図3Dに示す、目的とする色素増感太陽電池が製造される。
(Electrolyte filling)
Next, an ultraviolet curable adhesive as a sealant is formed on the peripheral edge of the conductive layer 13a of the conductive substrate 13 by screen printing, and then the conductive substrate 3 is passed through the ultraviolet curable adhesive. Paste together. At this time, the porous semiconductor layer 5 and the counter electrode 15a are arranged to face each other at a predetermined interval, for example, 1 to 100 μm, preferably 1 to 50 μm. Thereby, a space filled with the electrolyte layer 7 is formed by the conductive base material 3, the conductive base material 13, and the sealing agent. Next, an electrolyte is injected into the space from, for example, an injection port previously formed in the conductive base material 3, and the electrolyte is filled into the space to form the electrolyte layer 7. Thereafter, the inlet is closed. Thereby, the target dye-sensitized solar cell shown to FIG. 3D is manufactured.

従来の金属酸化物半導体層の形成方法では、金属酸化物半導体微粒子に分散剤や増粘剤などを添加し、スクリーン印刷などに適した粘度挙動を有するインクを調整して用いていた。そうすると、高分子フィルムを基材として用いた場合などには、焼成温度がフィルムの耐熱性から制限されることとなるが、例えば、150℃以下程度の比較的低い温度では、添加した分散剤や増粘剤が燃焼や揮発をせずに、金属酸化物半導体層中に残留してしまう。添加した分散剤や増粘剤が金属酸化物半導体層中に残留していると、金属酸化物半導体微粒子相互の焼結反応が抑制される。また、酸化チタン表面への増感色素の吸着が阻害される。したがって、増感色素が太陽光を吸収・励起する過程で発生した電子の移動が妨げられ、金属酸化物半導体層の抵抗値が高くなり、発電効率の低下を招いてしまう。   In a conventional method for forming a metal oxide semiconductor layer, a dispersant, a thickener, or the like is added to metal oxide semiconductor fine particles, and ink having a viscosity behavior suitable for screen printing is adjusted and used. Then, when a polymer film is used as a base material, the firing temperature is limited due to the heat resistance of the film. For example, at a relatively low temperature of about 150 ° C. or less, the added dispersant or The thickener remains in the metal oxide semiconductor layer without burning or volatilizing. When the added dispersant or thickener remains in the metal oxide semiconductor layer, the sintering reaction between the metal oxide semiconductor fine particles is suppressed. Moreover, adsorption | suction of the sensitizing dye to the titanium oxide surface is inhibited. Therefore, the movement of electrons generated in the process in which the sensitizing dye absorbs and excites sunlight is hindered, the resistance value of the metal oxide semiconductor layer is increased, and power generation efficiency is reduced.

本技術では、高分子フィルムなどの高分子樹脂基材の変形などが起こりにくい温度領域で揮発する特徴を有する分散剤と水または有機溶媒を分散液に用いる。そのため、比較的低い温度で、分散液中の金属酸化物半導体微粒子以外の物質を効果的に除去し、金属酸化物半導体微粒子相互を固着させることができる。また、上述したように、焼成工程において、分散剤が存在していた領域が空隙になることから、色素の吸着や電解液の浸透が促進される。そのため、増感色素が太陽光を吸収・励起する過程で発生した電子の移動は妨げられず、金属酸化物半導体層の抵抗値が高くなることを防止できる。   In the present technology, a dispersant having a characteristic of volatilizing in a temperature range where deformation of a polymer resin substrate such as a polymer film hardly occurs and water or an organic solvent is used for the dispersion. Therefore, substances other than the metal oxide semiconductor particles in the dispersion can be effectively removed and the metal oxide semiconductor particles can be fixed to each other at a relatively low temperature. Further, as described above, in the firing step, the region where the dispersant was present becomes a void, so that the adsorption of the dye and the penetration of the electrolytic solution are promoted. Therefore, the movement of electrons generated in the process in which the sensitizing dye absorbs and excites sunlight is not hindered, and the resistance value of the metal oxide semiconductor layer can be prevented from increasing.

[色素増感太陽電池の動作]
次に、本技術の第1の実施形態に係る色素増感型光電変換素子1の動作について説明する。
[Operation of dye-sensitized solar cell]
Next, the operation of the dye-sensitized photoelectric conversion element 1 according to the first embodiment of the present technology will be described.

色素増感型光電変換素子1は、導電性基材3の受光面に光の照射Lがされると、対向電極15を正極、導電層3aを負極とする電池として動作する。その原理は次の通りである。   The dye-sensitized photoelectric conversion element 1 operates as a battery having the counter electrode 15 as a positive electrode and the conductive layer 3a as a negative electrode when the light receiving surface L of the conductive substrate 3 is irradiated with light L. The principle is as follows.

基材3bおよび導電層3aを透過してきた光子を増感色素が吸収すると、増感色素中の電子が基底状態(HOMO)から励起状態(LUMO)へ励起される。励起状態の電子は、増感色素と多孔質半導体層5との間の電気的結合を介して、多孔質半導体層5の伝導帯に引き出され、多孔質半導体層5を通って導電層3aに到達する。   When the sensitizing dye absorbs the photons transmitted through the substrate 3b and the conductive layer 3a, the electrons in the sensitizing dye are excited from the ground state (HOMO) to the excited state (LUMO). Excited electrons are drawn out to the conduction band of the porous semiconductor layer 5 through the electrical coupling between the sensitizing dye and the porous semiconductor layer 5 and pass through the porous semiconductor layer 5 to the conductive layer 3a. To reach.

一方、電子を失った増感色素は、電解質層4中の還元剤、例えばI-から下記の反応によって電子を受け取り、電解質層7中に酸化剤、例えばI3 -(I2とI-との結合体)を生成させる。
2I-→I2+2e-
2+I-→I3 -
On the other hand, the sensitizing dye that has lost electrons receives electrons from the reducing agent in the electrolyte layer 4, such as I −, by the following reaction, and oxidants such as I 3 (I 2 and I and the like in the electrolyte layer 7. To form a conjugate).
2I → I 2 + 2e
I 2 + I - → I 3 -

生成した酸化剤、例えばI3 -は拡散によって対極15aに到達し、例えば下記の反応(上記の反応の逆反応)によって対極15aから電子を受け取り、もとの還元剤、例えばI-に還元される。
3 -→I2+I-
2+2e-→2I-
The generated oxidizing agent, for example, I 3 reaches the counter electrode 15a by diffusion, receives electrons from the counter electrode 15a by, for example, the following reaction (reverse reaction of the above reaction), and is reduced to the original reducing agent, for example, I −. The
I 3 → I 2 + I
I 2 + 2e - → 2I -

導電層3aから外部回路へ送り出された電子は、外部回路で電気的仕事をした後、対極15aに戻る。このようにして、増感色素にも電解質層7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。なお、上記説明では、導電層3aの材料としてFTOを用い、光増感色素としてN719を用い、多孔質半導体層5の材料として酸化チタンTiO2を用い、レドックス対としてI-/I3 -の酸化還元種を用いることを想定した。 The electrons sent from the conductive layer 3a to the external circuit return to the counter electrode 15a after performing electrical work in the external circuit. In this way, light energy is converted into electrical energy without leaving any change in the sensitizing dye or the electrolyte layer 7. In the above description, FTO is used as the material of the conductive layer 3a, N719 is used as the photosensitizing dye, titanium oxide TiO 2 is used as the material of the porous semiconductor layer 5, and I / I 3 is used as the redox pair. The use of redox species was assumed.

[色素増感型光電変換素子の構成例]
図4Aは、色素増感型光電変換素子をロール状に巻き取り可能に構成した例を示す斜視
図である。
[Configuration example of dye-sensitized photoelectric conversion element]
FIG. 4A is a perspective view showing an example in which a dye-sensitized photoelectric conversion element is configured to be rollable.

本技術によれば、基材として、フィルム状の樹脂基材を使用することができる。したがって、色素増感型光電変換素子を、可撓性を有するフレキシブル色素増感型光電変換素子として構成することができる。図4Aに示す色素増感型光電変換素子21は、例えば、使用しないときには、小さく丸められ、色素増感型光電変換素子21の可搬性を向上させることができる。また、色素増感型光電変換素子21を広げることにより、使用時には大きな受光面を得ることができ、大きな起電力を得ることができる。   According to the present technology, a film-like resin base material can be used as the base material. Therefore, the dye-sensitized photoelectric conversion element can be configured as a flexible dye-sensitized photoelectric conversion element having flexibility. For example, when not used, the dye-sensitized photoelectric conversion element 21 illustrated in FIG. 4A is rounded down to improve the portability of the dye-sensitized photoelectric conversion element 21. Further, by expanding the dye-sensitized photoelectric conversion element 21, a large light receiving surface can be obtained during use, and a large electromotive force can be obtained.

図4Bは、図4Aに示す色素増感型光電変換素子と衣服とを組み合わせた例を示す図である。   FIG. 4B is a diagram showing an example in which the dye-sensitized photoelectric conversion element shown in FIG. 4A is combined with clothes.

図4Bに示すように、例えば、上着31の肩部や袖部などに色素増感型光電変換素子21を配置することができる。屋外では太陽光の照射により、屋内では蛍光灯などからの光の照射により、色素増感型光電変換素子21から電力を得ることができる。色素増感型光電変換素子21は、例えば、携帯用オーディオプレイヤーなどの電源として使用することが可能である。   As shown in FIG. 4B, for example, the dye-sensitized photoelectric conversion element 21 can be disposed on the shoulder or sleeve of the jacket 31. Electric power can be obtained from the dye-sensitized photoelectric conversion element 21 by irradiating sunlight outdoors and by irradiating light from a fluorescent lamp or the like indoors. The dye-sensitized photoelectric conversion element 21 can be used as a power source for a portable audio player, for example.

本技術によれば、基材として、フィルム状の樹脂基材を使用することができるため、図4Bに示すように、色素増感型光電変換素子21を上着31に組み込み、色素増感型光電変換素子21を携帯用電源として使用することができる。上着31には、色素増感型光電変換素子21のほかに、電気回路または電子回路が形成されたフレキシブル基板や電池、通信機器などを組み込むようにしてもよい。   According to the present technology, since a film-like resin base material can be used as the base material, as shown in FIG. 4B, the dye-sensitized photoelectric conversion element 21 is incorporated in the outer jacket 31, and the dye-sensitized type is used. The photoelectric conversion element 21 can be used as a portable power source. In addition to the dye-sensitized photoelectric conversion element 21, a flexible substrate on which an electric circuit or an electronic circuit is formed, a battery, a communication device, or the like may be incorporated in the outer jacket 31.

<2.第2の実施形態>
色素増感型光電変換素子は、折りたたみ可能に構成されてもよい。例えば、一枚の板状やフィルム状の基材上を複数の区画に区分して電解質などを封止し、色素増感太陽電池セルを複数備えるようにして色素増感型光電変換素子を構成してもよい。複数の色素増感太陽電池セルは、電気的に直列接続または並列接続される。
<2. Second Embodiment>
The dye-sensitized photoelectric conversion element may be configured to be foldable. For example, a single plate-like or film-like substrate is divided into a plurality of compartments, the electrolyte is sealed, and a dye-sensitized solar cell is configured to include a plurality of dye-sensitized solar cells. May be. The plurality of dye-sensitized solar cells are electrically connected in series or in parallel.

このとき、隣接する色素増感太陽電池セルの間に薄肉部を設け、該薄肉部で色素増感型光電変換素子が屈曲しやすいようにしておくと便宜である。該薄肉部は、色素増感型光電変換素子において、折り線に対応する部分となる。このようにすることで、色素増感型光電変換素子を折りたたみやすくすることができる。色素増感型光電変換素子は、使用しないときには、小さく折りたたまれ、使用時には、例えば、縦方向、横方向と順に広げられる。   At this time, it is convenient to provide a thin portion between adjacent dye-sensitized solar cells so that the dye-sensitized photoelectric conversion element is easily bent at the thin portion. The thin portion is a portion corresponding to a fold line in the dye-sensitized photoelectric conversion element. By doing in this way, a dye-sensitized photoelectric conversion element can be made easy to fold. When not in use, the dye-sensitized photoelectric conversion element is folded into a small size, and when in use, for example, the dye-sensitized photoelectric conversion element is expanded in the vertical direction and the horizontal direction in this order.

色素増感型光電変換素子を折りたたみ可能に構成することにより、色素増感型光電変換素子の可搬性を向上させるとともに、使用時には大きな受光面を得ることができ、大きな起電力を得ることができる。したがって、第2の実施形態に係る色素増感型光電変換素子は、アウトドアの用途に特に適した電源として利用することができる。   By making the dye-sensitized photoelectric conversion element foldable, the portability of the dye-sensitized photoelectric conversion element can be improved, and a large light-receiving surface can be obtained during use, thereby obtaining a large electromotive force. . Therefore, the dye-sensitized photoelectric conversion element according to the second embodiment can be used as a power source particularly suitable for outdoor use.

このように、本技術によれば、基材として、フィルム状の樹脂基材を使用することができ、フレキシブル基板などと組み合わせた場合にも、色素増感型光電変換素子が可撓性を有し、建築物の屋根や壁面、窓部など、立体的な構造物への設置が可能である。さらに、色素増感型光電変換素子が丸めたり、折りたためたりできるようにすることで、色素増感型光電変換素子を、アウトドアや災害時の携帯用発電機とすることもできる。   Thus, according to the present technology, a film-like resin base material can be used as the base material, and the dye-sensitized photoelectric conversion element has flexibility even when combined with a flexible substrate. However, it can be installed on a three-dimensional structure such as a roof, wall surface, or window of a building. Further, by allowing the dye-sensitized photoelectric conversion element to be rounded or folded, the dye-sensitized photoelectric conversion element can be used as a portable generator during outdoor or disaster.

なお、本技術は、以下のような構成をとることもできる。
(1)
導電層、多孔質半導体層、電解質層、および対極を備え、
上記多孔質半導体層は、金属酸化物半導体微粒子、分散剤および溶媒を含有する多孔質半導体形成用組成物を上記導電層上に塗布または印刷して焼成することにより得られ、
上記分散剤は、アセチレン系炭化水素骨格からなり、上記金属酸化物半導体微粒子に吸着する官能基を1つ以上有する色素増感型光電変換素子。
(2)
上記分散剤は、上記アセチレン系炭化水素骨格として、少なくともアセチレンアルコール構造またはアセチレンジオール構造を有する(1)記載の色素増感型光電変換素子。
(3)
上記分散剤は、金属酸化物に吸着する官能基として、少なくとも、アミノ基、カルボキシル基、ヒドロキシ基、チオール基、ホスホノ基、シアノ基、ニトロ基、スルホニル基およびスルフィニル基からなる群から選ばれた少なくとも1種以上を有する(1)または(2)記載の色素増感型光電変換素子。
(4)
上記金属酸化物半導体微粒子の平均一次粒子径は、5nm以上500nm以下である(1)〜(3)のいずれかに記載の色素増感型光電変換素子。
(5)
上記金属酸化物半導体微粒子は、チタン、亜鉛、スズおよびニオブの少なくとも1種を含む金属酸化物を含む(1)〜(4)のいずれかに記載の色素増感型光電変換素子。
(6)
上記金属酸化物半導体微粒子は、アナターゼ型またはブリュッカイト型の結晶構造を有する酸化チタンを含む(1)〜(5)のいずれかに記載の色素増感型光電変換素子。
(7)
可撓性を有する樹脂基材をさらに備え、
上記導電層は、上記樹脂基材上に形成される(1)〜(6)のいずれかに記載の色素増感型光電変換素子。
(8)
(1)〜(7)のいずれかに記載の色素増感型光電変換素子を1以上備える衣服。
(9)
金属酸化物半導体微粒子、分散剤および溶媒を含有する多孔質半導体形成用組成物を導電層上に塗布または印刷し、焼成することにより得られ、
上記分散剤は、アセチレン系炭化水素骨格からなり、上記金属酸化物半導体微粒子に吸着する官能基を1つ以上有する色素増感型光電変換素子用光電極。
(10)
金属酸化物半導体微粒子、分散剤および溶媒を含有する多孔質半導体形成用組成物を導電層上に塗布または印刷する工程と、
上記塗布された多孔質半導体形成用組成物を焼成し、上記導電層上に多孔質半導体層を形成する工程と、
上記多孔質半導体層に増感色素を担持させる工程と、
上記増感色素が担持された上記多孔質半導体層に対向して対極を設ける工程と、
上記多孔質半導体層と、上記対極との間に電解質層を設ける工程と
を備え、
上記分散剤は、アセチレン系炭化水素骨格からなり、上記金属酸化物半導体微粒子に吸着する官能基を1つ以上有する色素増感型光電変換素子の製造方法。
(11)
上記塗布または印刷された多孔質半導体形成用組成物の焼成は、40℃以上175℃以下の温度範囲で行われる(10)記載の色素増感型光電変換素子の製造方法。
(12)
金属酸化物半導体微粒子、分散剤および溶媒を含有する多孔質半導体形成用組成物を導電層上に塗布または印刷し、焼成する工程を備え、
上記分散剤は、アセチレン系炭化水素骨格からなり、上記金属酸化物半導体微粒子に吸着する官能基を1つ以上有する金属酸化物半導体層の形成方法。
In addition, this technique can also take the following structures.
(1)
A conductive layer, a porous semiconductor layer, an electrolyte layer, and a counter electrode;
The porous semiconductor layer is obtained by applying or printing a porous semiconductor forming composition containing metal oxide semiconductor fine particles, a dispersant and a solvent on the conductive layer and baking the composition.
The dispersant is a dye-sensitized photoelectric conversion element having an acetylene hydrocarbon skeleton and having one or more functional groups adsorbed on the metal oxide semiconductor fine particles.
(2)
The dye-sensitized photoelectric conversion element according to (1), wherein the dispersant has at least an acetylene alcohol structure or an acetylene diol structure as the acetylene hydrocarbon skeleton.
(3)
The dispersant was selected from the group consisting of at least an amino group, a carboxyl group, a hydroxy group, a thiol group, a phosphono group, a cyano group, a nitro group, a sulfonyl group, and a sulfinyl group as a functional group that adsorbs to the metal oxide. The dye-sensitized photoelectric conversion element according to (1) or (2), which has at least one kind.
(4)
The average primary particle diameter of the metal oxide semiconductor fine particles is the dye-sensitized photoelectric conversion device according to any one of (1) to (3), which is 5 nm to 500 nm.
(5)
The said metal oxide semiconductor fine particle is a dye-sensitized photoelectric conversion element in any one of (1)-(4) containing the metal oxide containing at least 1 sort (s) of titanium, zinc, tin, and niobium.
(6)
The said metal oxide semiconductor fine particle is a dye-sensitized photoelectric conversion element in any one of (1)-(5) containing the titanium oxide which has a crystal structure of an anatase type or a brookite type.
(7)
A resin base material having flexibility;
The dye-sensitized photoelectric conversion element according to any one of (1) to (6), wherein the conductive layer is formed on the resin base material.
(8)
A garment comprising one or more dye-sensitized photoelectric conversion elements according to any one of (1) to (7).
(9)
It is obtained by applying or printing a porous semiconductor-forming composition containing metal oxide semiconductor fine particles, a dispersant and a solvent on a conductive layer, and baking the composition.
The dispersing agent is a photoelectrode for a dye-sensitized photoelectric conversion element having an acetylene hydrocarbon skeleton and having one or more functional groups adsorbed on the metal oxide semiconductor fine particles.
(10)
Applying or printing a porous semiconductor forming composition containing metal oxide semiconductor fine particles, a dispersant and a solvent on the conductive layer;
Firing the applied composition for forming a porous semiconductor, and forming a porous semiconductor layer on the conductive layer;
A step of supporting a sensitizing dye on the porous semiconductor layer;
Providing a counter electrode facing the porous semiconductor layer carrying the sensitizing dye; and
A step of providing an electrolyte layer between the porous semiconductor layer and the counter electrode,
The said dispersing agent consists of acetylene type hydrocarbon frame | skeletons, The manufacturing method of the dye-sensitized photoelectric conversion element which has one or more functional groups adsorb | sucking to the said metal oxide semiconductor fine particle.
(11)
Firing of the coated or printed composition for forming a porous semiconductor is carried out in a temperature range of 40 ° C. or higher and 175 ° C. or lower.
(12)
A step of applying or printing a composition for forming a porous semiconductor containing metal oxide semiconductor fine particles, a dispersant and a solvent on a conductive layer, followed by firing.
The said dispersing agent consists of acetylene type hydrocarbon frame | skeleton, The formation method of the metal oxide semiconductor layer which has one or more functional groups which adsorb | suck to the said metal oxide semiconductor fine particle.

以下、実施例により本技術を具体的に説明するが、本技術はこれらの実施例のみに限定されるものではない。   Hereinafter, the present technology will be specifically described by way of examples. However, the present technology is not limited only to these examples.

<サンプル1−1>
以下、サンプル1−1の金属酸化物半導体層の製造工程について説明する。サンプル1−1は、アセチレンアルコール構造を有する分散剤を分散液に用いた実施例である。
<Sample 1-1>
Hereinafter, the manufacturing process of the metal oxide semiconductor layer of Sample 1-1 will be described. Sample 1-1 is an example in which a dispersant having an acetylene alcohol structure was used for the dispersion.

まず、可視領域に吸収のない基板として、ソーダライムガラス基板を準備し、ソーダライムガラス基板上に、電流−電圧を印加する可視領域に吸収のない導電層として透明導電層を形成した。透明導電層として、厚さ100nmのITO膜をスパッタリング法により形成し、透明導電性基材を得た。なお、透明導電層は、フォトリソグラフィー法により形成されたマスクを用いて、必要に応じて塩化水素などに代表される無機酸によりパターン加工することが可能であるが、本実施例では、パターン化は行わないこととした。   First, a soda lime glass substrate was prepared as a substrate having no absorption in the visible region, and a transparent conductive layer was formed on the soda lime glass substrate as a conductive layer having no absorption in the visible region to which a current-voltage was applied. As a transparent conductive layer, an ITO film having a thickness of 100 nm was formed by sputtering to obtain a transparent conductive substrate. The transparent conductive layer can be patterned with an inorganic acid typified by hydrogen chloride or the like, if necessary, using a mask formed by a photolithography method. In this embodiment, the transparent conductive layer is patterned. Did not do.

次に、透明導電性基材上に、増感色素を保持した多孔質半導体層を以下のようにして形成した。   Next, a porous semiconductor layer holding a sensitizing dye was formed on the transparent conductive substrate as follows.

まず、以下の材料を、ビーズ分散機を用いて16時間分散処理を行うことで、酸化チタン分散溶液を調製した。
酸化チタン微粒子:昭和タイタニウム株式会社製 酸化チタン 5g
溶媒:エタノール 45g
分散剤:3,5−ジメチル−1−ヘキシン−3−オール 0.5g
First, a titanium oxide dispersion solution was prepared by dispersing the following materials for 16 hours using a bead disperser.
Titanium oxide microparticles: Showa Titanium Co., Ltd. Titanium oxide 5g
Solvent: 45g ethanol
Dispersant: 3,5-dimethyl-1-hexyn-3-ol 0.5 g

次に、調製した酸化チタン分散溶液を透明導電層上にスプレー塗布し、塗膜を形成した後、オーブン中、150℃の温度環境下、1時間焼成することにより、多孔質半導体層を形成し、目的とする金属酸化物半導体層が得られた。   Next, after spray-coating the prepared titanium oxide dispersion solution on the transparent conductive layer to form a coating film, the porous semiconductor layer is formed by baking in an oven at a temperature environment of 150 ° C. for 1 hour. As a result, a target metal oxide semiconductor layer was obtained.

<サンプル2−1>
以下、サンプル2−1の色素増感型光電変換素子の製造工程について説明する。サンプル2−1は、アセチレンジオール構造を有する分散剤を分散液に用いた実施例である。
<Sample 2-1>
Hereinafter, the manufacturing process of the dye-sensitized photoelectric conversion element of Sample 2-1 will be described. Sample 2-1 is an example in which a dispersant having an acetylenic diol structure was used as the dispersion.

まず、可視領域に吸収のない基板として、ソーダライムガラス基板を準備し、ソーダライムガラス基板上に、電流−電圧を印加する可視領域に吸収のない導電層として透明導電層を形成した。透明導電層として、厚さ100nmのITO膜をスパッタリング法により形成し、透明導電性基材を得た。なお、透明導電層は、フォトリソグラフィー法により形成されたマスクを用いて、必要に応じて塩化水素などに代表される無機酸によりパターン加工することが可能であるが、本実施例では、パターン化は行わないこととした。   First, a soda lime glass substrate was prepared as a substrate having no absorption in the visible region, and a transparent conductive layer was formed on the soda lime glass substrate as a conductive layer having no absorption in the visible region to which a current-voltage was applied. As a transparent conductive layer, an ITO film having a thickness of 100 nm was formed by sputtering to obtain a transparent conductive substrate. The transparent conductive layer can be patterned with an inorganic acid typified by hydrogen chloride or the like, if necessary, using a mask formed by a photolithography method. In this embodiment, the transparent conductive layer is patterned. Did not do.

次に、透明導電性基材上に、増感色素を保持した多孔質半導体層を以下のようにして形成した。   Next, a porous semiconductor layer holding a sensitizing dye was formed on the transparent conductive substrate as follows.

まず、以下の材料を、ビーズ分散機を用いて16時間分散処理を行うことで、酸化チタン分散溶液を調製した。
酸化チタン微粒子:昭和タイタニウム株式会社製 酸化チタン 5g
溶媒:エタノール 45g
分散剤:3,6−ジメチル−4−オクチル−3,6−ジオール 0.5g
First, a titanium oxide dispersion solution was prepared by dispersing the following materials for 16 hours using a bead disperser.
Titanium oxide microparticles: Showa Titanium Co., Ltd. Titanium oxide 5g
Solvent: 45g ethanol
Dispersant: 3,6-dimethyl-4-octyl-3,6-diol 0.5 g

次に、調製した酸化チタン分散溶液を透明導電層上にスプレー塗布し、塗膜を形成した後、オーブン中、150℃の温度環境下、1時間焼成することにより、多孔質半導体層を形成した。   Next, after spray-coating the prepared titanium oxide dispersion solution on the transparent conductive layer to form a coating film, the porous semiconductor layer was formed by baking in an oven at a temperature environment of 150 ° C. for 1 hour. .

次に、多孔質半導体層を以下の組成の色素溶液に浸漬して増感色素を吸着させた。その後、余剰の増感色素をエタノールにて洗浄して乾燥させ、光増感色素を保持した多孔質半導体層を形成した。
増感色素:シス−ビス(イソチオシアナト)ビス(2,2’−ビピリジル−4,4’−ジカルボン酸) ルテニウム(II)二テトラブチルアンモニウム錯体(通称N719) 25mg
溶媒:エタノール 50ml
Next, the porous semiconductor layer was immersed in a dye solution having the following composition to adsorb the sensitizing dye. Thereafter, excess sensitizing dye was washed with ethanol and dried to form a porous semiconductor layer holding the photosensitizing dye.
Sensitizing dye: cis-bis (isothiocyanato) bis (2,2′-bipyridyl-4,4′-dicarboxylic acid) ruthenium (II) ditetrabutylammonium complex (common name N719) 25 mg
Solvent: ethanol 50ml

次に、多孔質半導体層を形成した透明導電性基材と、対極を形成した透明導電性基材とを対向配置させて樹脂フィルム製スペーサーおよびアクリル系紫外線硬化樹脂を用いて封止した。樹脂フィルム製スペーサーとしては、厚さ25μmのフィルム(三井・デュポンポリケミカル社製、商品名:ハイミラン(登録商標))を用いた。   Next, the transparent conductive base material on which the porous semiconductor layer was formed and the transparent conductive base material on which the counter electrode was formed were placed opposite to each other and sealed with a resin film spacer and an acrylic ultraviolet curable resin. As the resin film spacer, a film having a thickness of 25 μm (manufactured by Mitsui DuPont Polychemical Co., Ltd., trade name: High Milan (registered trademark)) was used.

次に、注液口から送液ポンプを用いて以下の組成の電解液を注入し、電解質層を形成した。以上により、目的とする色素増感型光電変換素子を得た。
メトキシプロピオニトリル 1.5g
ヨウ化ナトリウム 0.02g
1−プロピル−2,3−ジメチルイミダソリウムヨーダイド 0.8g
ヨウ素 0.1g
4−tert−ブチルピリジン(TBP) 0.05g
Next, an electrolyte solution having the following composition was injected from the injection port using a liquid feed pump to form an electrolyte layer. Thus, the intended dye-sensitized photoelectric conversion element was obtained.
Methoxypropionitrile 1.5g
Sodium iodide 0.02g
1-propyl-2,3-dimethylimidazolium iodide 0.8g
Iodine 0.1g
4-tert-butylpyridine (TBP) 0.05 g

次に、上述のようにして得られた色素増感型光電変換素子について、疑似太陽光(AM1.5、100mw/cm2)照射時における電流−電圧曲線における短絡電流、開放電圧、フィルファクタ、および光電変換効率を測定した。その結果、光電変換効率5%の良好な変換効率を有する色素増感型光電変換素子が得られた。 Next, for the dye-sensitized photoelectric conversion element obtained as described above, the short-circuit current, the open-circuit voltage, the fill factor in the current-voltage curve during irradiation with pseudo sunlight (AM1.5, 100 mw / cm 2 ), And the photoelectric conversion efficiency was measured. As a result, a dye-sensitized photoelectric conversion element having a good conversion efficiency of 5% was obtained.

<サンプル2−2>
以下、サンプル2−2の色素増感型光電変換素子の製造工程について説明する。サンプル2−2は、アセチレンアルコール構造を有するとともに、金属酸化物微粒子に吸着する官能基としてアミノ基を含有する分散剤を分散液に用いた実施例である。
<Sample 2-2>
Hereinafter, the manufacturing process of the dye-sensitized photoelectric conversion element of Sample 2-2 will be described. Sample 2-2 is an example in which a dispersant containing an acetylene alcohol structure and containing an amino group as a functional group adsorbed on the metal oxide fine particles is used in the dispersion.

まず、可視領域に吸収のない基板として、ソーダライムガラス基板を準備し、ソーダライムガラス基板上に、電流−電圧を印加する可視領域に吸収のない導電層として透明導電層を形成した。透明導電層として、厚さ100nmのITO膜をスパッタリング法により形成し、透明導電性基材を得た。なお、透明導電層は、フォトリソグラフィー法により形成されたマスクを用いて、必要に応じて塩化水素などに代表される無機酸によりパターン加工することが可能であるが、本実施例では、パターン化は行わないこととした。   First, a soda lime glass substrate was prepared as a substrate having no absorption in the visible region, and a transparent conductive layer was formed on the soda lime glass substrate as a conductive layer having no absorption in the visible region to which a current-voltage was applied. As a transparent conductive layer, an ITO film having a thickness of 100 nm was formed by sputtering to obtain a transparent conductive substrate. The transparent conductive layer can be patterned with an inorganic acid typified by hydrogen chloride or the like, if necessary, using a mask formed by a photolithography method. In this embodiment, the transparent conductive layer is patterned. Did not do.

次に、透明導電性基材上に、増感色素を保持した多孔質半導体層を以下のようにして形成した。   Next, a porous semiconductor layer holding a sensitizing dye was formed on the transparent conductive substrate as follows.

まず、以下の材料を、ビーズ分散機を用いて16時間分散処理を行うことで、酸化チタン分散溶液を調製した。
酸化チタン微粒子:昭和タイタニウム株式会社製 酸化チタン 5g
溶媒:エタノール 45g
分散剤:3,5−ジメチル−3−アミノ−1−ヘキシン 0.5g
First, a titanium oxide dispersion solution was prepared by dispersing the following materials for 16 hours using a bead disperser.
Titanium oxide microparticles: Showa Titanium Co., Ltd. Titanium oxide 5g
Solvent: 45g ethanol
Dispersant: 3,5-dimethyl-3-amino-1-hexyne 0.5 g

次に、調製した酸化チタン分散溶液を透明導電層上にスプレー塗布し、塗膜を形成した後、3.0×10-7torrの超高真空中、150℃の温度環境下、1時間焼成することにより、多孔質半導体層を形成した。 Next, the prepared titanium oxide dispersion solution is spray-coated on the transparent conductive layer to form a coating film, and then fired in an ultrahigh vacuum of 3.0 × 10 −7 torr in a temperature environment of 150 ° C. for 1 hour. As a result, a porous semiconductor layer was formed.

次に、多孔質半導体層を以下の組成の色素溶液に浸漬して増感色素を吸着させた。その後、余剰の増感色素をエタノールにて洗浄して乾燥させ、光増感色素を保持した多孔質半導体層を形成した。
増感色素:シス−ビス(イソチオシアナト)ビス(2,2’−ビピリジル−4,4’−ジカルボン酸) ルテニウム(II)二テトラブチルアンモニウム錯体(通称N719) 25mg
溶媒:エタノール 50ml
Next, the porous semiconductor layer was immersed in a dye solution having the following composition to adsorb the sensitizing dye. Thereafter, excess sensitizing dye was washed with ethanol and dried to form a porous semiconductor layer holding the photosensitizing dye.
Sensitizing dye: cis-bis (isothiocyanato) bis (2,2′-bipyridyl-4,4′-dicarboxylic acid) ruthenium (II) ditetrabutylammonium complex (common name N719) 25 mg
Solvent: ethanol 50ml

次に、多孔質半導体層を形成した透明導電性基材と、対極を形成した透明導電性基材とを対向配置させて樹脂フィルム製スペーサーおよびアクリル系紫外線硬化樹脂を用いて封止した。樹脂フィルム製スペーサーとしては、厚さ25μmのフィルム(三井・デュポンポリケミカル社製、商品名:ハイミラン(登録商標))を用いた。   Next, the transparent conductive base material on which the porous semiconductor layer was formed and the transparent conductive base material on which the counter electrode was formed were placed opposite to each other and sealed with a resin film spacer and an acrylic ultraviolet curable resin. As the resin film spacer, a film having a thickness of 25 μm (manufactured by Mitsui DuPont Polychemical Co., Ltd., trade name: High Milan (registered trademark)) was used.

次に、注液口から送液ポンプを用いて以下の組成の電解液を注入し、電解質層を形成した。以上により、目的とする色素増感型光電変換素子を得た。
メトキシプロピオニトリル 1.5g
ヨウ化ナトリウム 0.02g
1−プロピル−2,3−ジメチルイミダソリウムヨーダイド 0.8g
ヨウ素 0.1g
4−tert−ブチルピリジン(TBP) 0.05g
Next, an electrolyte solution having the following composition was injected from the injection port using a liquid feed pump to form an electrolyte layer. Thus, the intended dye-sensitized photoelectric conversion element was obtained.
Methoxypropionitrile 1.5g
Sodium iodide 0.02g
1-propyl-2,3-dimethylimidazolium iodide 0.8g
Iodine 0.1g
4-tert-butylpyridine (TBP) 0.05 g

次に、上述のようにして得られた色素増感型光電変換素子について、疑似太陽光(AM1.5、100mw/cm2)照射時における電流−電圧曲線における短絡電流、開放電圧、フィルファクタ、および光電変換効率を測定した。その結果、光電変換効率5.7%の良好な変換効率を有する色素増感型光電変換素子が得られた。 Next, for the dye-sensitized photoelectric conversion element obtained as described above, the short-circuit current, the open-circuit voltage, the fill factor in the current-voltage curve during irradiation with pseudo sunlight (AM1.5, 100 mw / cm 2 ), And the photoelectric conversion efficiency was measured. As a result, a dye-sensitized photoelectric conversion element having a good conversion efficiency of 5.7% was obtained.

<サンプル3−1>
サンプル3−1〜サンプル3−6の色素増感型光電変換素子を作製し、光散乱法を用いて、金属酸化物半導体微粒子の粒度分布と光電変換効率との相関を評価した。
<Sample 3-1>
The dye-sensitized photoelectric conversion elements of Sample 3-1 to Sample 3-6 were prepared, and the correlation between the particle size distribution of the metal oxide semiconductor fine particles and the photoelectric conversion efficiency was evaluated using a light scattering method.

まず、可視領域に吸収のない基板として、ソーダライムガラス基板を準備し、ソーダライムガラス基板上に、電流−電圧を印加する可視領域に吸収のない導電層として透明導電層を形成した。透明導電層として、厚さ100nmのITO膜をスパッタリング法により形成し、透明導電性基材を得た。なお、透明導電層は、フォトリソグラフィー法により形成されたマスクを用いて、必要に応じて塩化水素などに代表される無機酸によりパターン加工することが可能であるが、本実施例では、パターン化は行わないこととした。   First, a soda lime glass substrate was prepared as a substrate having no absorption in the visible region, and a transparent conductive layer was formed on the soda lime glass substrate as a conductive layer having no absorption in the visible region to which a current-voltage was applied. As a transparent conductive layer, an ITO film having a thickness of 100 nm was formed by sputtering to obtain a transparent conductive substrate. The transparent conductive layer can be patterned with an inorganic acid typified by hydrogen chloride or the like, if necessary, using a mask formed by a photolithography method. In this embodiment, the transparent conductive layer is patterned. Did not do.

次に、透明導電性基材上に、増感色素を保持した多孔質半導体層を以下のようにして形成した。   Next, a porous semiconductor layer holding a sensitizing dye was formed on the transparent conductive substrate as follows.

まず、以下の材料を、ビーズ分散機を用いて16時間分散処理を行うことで、酸化チタン分散溶液を調製した。なお、酸化チタンに対する分散剤の添加量は酸化チタン重量比で5%であった。また、酸化チタン分散溶液の固形分は8%であった。
酸化チタン微粒子:昭和タイタニウム株式会社製 酸化チタン 4g
酸化チタン微粒子平均粒径:90nm
溶媒:2プロパノール 46g
分散剤:3,5−ジメチル−3−アミノ−1−ヘキシン 0.2g
First, a titanium oxide dispersion solution was prepared by dispersing the following materials for 16 hours using a bead disperser. The amount of dispersant added to titanium oxide was 5% in terms of titanium oxide weight ratio. Further, the solid content of the titanium oxide dispersion was 8%.
Titanium oxide fine particles: Showa Titanium Co., Ltd. Titanium oxide 4g
Titanium oxide fine particle average particle diameter: 90 nm
Solvent: 46g 2-propanol
Dispersant: 3,5-dimethyl-3-amino-1-hexyne 0.2 g

次に、調製した酸化チタン分散溶液を透明導電層上にスプレー塗布し、塗膜を形成した後、オーブン中、150℃の温度環境下、30分間焼成することにより、多孔質半導体層を形成した。     Next, after spray-coating the prepared titanium oxide dispersion solution on the transparent conductive layer to form a coating film, the porous semiconductor layer was formed by baking in an oven at a temperature environment of 150 ° C. for 30 minutes. .

次に、多孔質半導体層を以下の組成の色素溶液に浸漬して増感色素を吸着させた。その後、余剰の増感色素をエタノールにて洗浄して乾燥させ、光増感色素を保持した多孔質半導体層を形成した。
増感色素:シス−ビス(イソチオシアナト)ビス(2,2’−ビピリジル−4,4’−ジカルボン酸) ルテニウム(II)二テトラブチルアンモニウム錯体(通称N719) 25mg
溶媒:エタノール 50ml
Next, the porous semiconductor layer was immersed in a dye solution having the following composition to adsorb the sensitizing dye. Thereafter, excess sensitizing dye was washed with ethanol and dried to form a porous semiconductor layer holding the photosensitizing dye.
Sensitizing dye: cis-bis (isothiocyanato) bis (2,2′-bipyridyl-4,4′-dicarboxylic acid) ruthenium (II) ditetrabutylammonium complex (common name N719) 25 mg
Solvent: ethanol 50ml

次に、多孔質半導体層を形成した透明導電性基材と、対極を形成した透明導電性基材とを対向配置させて樹脂フィルム製スペーサーおよびアクリル系紫外線硬化樹脂を用いて封止した。樹脂フィルム製スペーサーとしては、厚さ25μmのフィルム(三井・デュポンポリケミカル社製、商品名:ハイミラン(登録商標))を用いた。   Next, the transparent conductive base material on which the porous semiconductor layer was formed and the transparent conductive base material on which the counter electrode was formed were placed opposite to each other and sealed with a resin film spacer and an acrylic ultraviolet curable resin. As the resin film spacer, a film having a thickness of 25 μm (manufactured by Mitsui DuPont Polychemical Co., Ltd., trade name: High Milan (registered trademark)) was used.

次に、注液口から送液ポンプを用いて以下の組成の電解液を注入し、電解質層を形成した。以上により、目的とする色素増感型光電変換素子を得た。
メトキシプロピオニトリル 1.5g
ヨウ化ナトリウム 0.02g
1−プロピル−2,3−ジメチルイミダソリウムヨーダイド 0.8g
ヨウ素 0.1g
4−tert−ブチルピリジン(TBP) 0.05g
Next, an electrolyte solution having the following composition was injected from the injection port using a liquid feed pump to form an electrolyte layer. Thus, the intended dye-sensitized photoelectric conversion element was obtained.
Methoxypropionitrile 1.5g
Sodium iodide 0.02g
1-propyl-2,3-dimethylimidazolium iodide 0.8g
Iodine 0.1g
4-tert-butylpyridine (TBP) 0.05 g

次に、上述のようにして得られた色素増感型光電変換素子について、疑似太陽光(AM1.5、100mw/cm2)照射時における電流−電圧曲線における短絡電流、開放電圧、フィルファクタ、および光電変換効率を測定した。その結果、光電変換効率3.5%の変換効率を有する色素増感型光電変換素子が得られた。 Next, for the dye-sensitized photoelectric conversion element obtained as described above, the short-circuit current, the open-circuit voltage, the fill factor in the current-voltage curve during irradiation with pseudo sunlight (AM1.5, 100 mw / cm 2 ), And the photoelectric conversion efficiency was measured. As a result, a dye-sensitized photoelectric conversion element having a conversion efficiency of 3.5% was obtained.

<サンプル3−2>
酸化チタン分散溶液を構成する材料を以下に示すものとしたこと以外は、サンプル3−1の場合と同様にして、サンプル3−2の色素増感型光電変換素子を作製した。
酸化チタン微粒子:昭和タイタニウム株式会社製 酸化チタン 4g
酸化チタン微粒子平均粒径:60nm
溶媒:2プロパノール 46g
分散剤:3,5−ジメチル−3−アミノ−1−ヘキシン 0.2g
<Sample 3-2>
A dye-sensitized photoelectric conversion element of Sample 3-2 was produced in the same manner as in Sample 3-1, except that the materials constituting the titanium oxide dispersion solution were as follows.
Titanium oxide fine particles: Showa Titanium Co., Ltd. Titanium oxide 4g
Titanium oxide fine particle average particle diameter: 60 nm
Solvent: 46g 2-propanol
Dispersant: 3,5-dimethyl-3-amino-1-hexyne 0.2 g

次に、上述のようにして得られた色素増感型光電変換素子について、疑似太陽光(AM1.5、100mw/cm2)照射時における電流−電圧曲線における短絡電流、開放電圧、フィルファクタ、および光電変換効率を測定した。その結果、光電変換効率4.5%の変換効率を有する色素増感型光電変換素子が得られた。 Next, for the dye-sensitized photoelectric conversion element obtained as described above, the short-circuit current, the open-circuit voltage, the fill factor in the current-voltage curve during irradiation with pseudo sunlight (AM1.5, 100 mw / cm 2 ), And the photoelectric conversion efficiency was measured. As a result, a dye-sensitized photoelectric conversion element having a conversion efficiency of 4.5% was obtained.

<サンプル3−3>
酸化チタン分散溶液を構成する材料を以下に示すものとしたこと以外は、サンプル3−1の場合と同様にして、サンプル3−3の色素増感型光電変換素子を作製した。
酸化チタン微粒子:昭和タイタニウム株式会社製 酸化チタン 4g
酸化チタン微粒子平均粒径:50nm
溶媒:2プロパノール 46g
分散剤:3,5−ジメチル−3−アミノ−1−ヘキシン 0.2g
<Sample 3-3>
A dye-sensitized photoelectric conversion element of Sample 3-3 was produced in the same manner as in Sample 3-1, except that the materials constituting the titanium oxide dispersion solution were as follows.
Titanium oxide fine particles: Showa Titanium Co., Ltd. Titanium oxide 4g
Titanium oxide fine particle average particle diameter: 50 nm
Solvent: 46g 2-propanol
Dispersant: 3,5-dimethyl-3-amino-1-hexyne 0.2 g

次に、上述のようにして得られた色素増感型光電変換素子について、疑似太陽光(AM1.5、100mw/cm2)照射時における電流−電圧曲線における短絡電流、開放電圧、フィルファクタ、および光電変換効率を測定した。その結果、光電変換効率5.5%の変換効率を有する色素増感型光電変換素子が得られた。 Next, for the dye-sensitized photoelectric conversion element obtained as described above, the short-circuit current, the open-circuit voltage, the fill factor in the current-voltage curve during irradiation with pseudo sunlight (AM1.5, 100 mw / cm 2 ), And the photoelectric conversion efficiency was measured. As a result, a dye-sensitized photoelectric conversion element having a conversion efficiency of 5.5% was obtained.

<サンプル3−4>
酸化チタン分散溶液を構成する材料を以下に示すものとしたこと以外は、サンプル3−1の場合と同様にして、サンプル3−4の色素増感型光電変換素子を作製した。
酸化チタン微粒子:昭和タイタニウム株式会社製 酸化チタン 4g
酸化チタン微粒子平均粒径:30nm
溶媒:2プロパノール 46g
分散剤:3,5−ジメチル−3−アミノ−1−ヘキシン 0.2g
<Sample 3-4>
A dye-sensitized photoelectric conversion element of Sample 3-4 was produced in the same manner as in Sample 3-1, except that the materials constituting the titanium oxide dispersion solution were as follows.
Titanium oxide fine particles: Showa Titanium Co., Ltd. Titanium oxide 4g
Titanium oxide fine particle average particle diameter: 30 nm
Solvent: 46g 2-propanol
Dispersant: 3,5-dimethyl-3-amino-1-hexyne 0.2 g

次に、上述のようにして得られた色素増感型光電変換素子について、疑似太陽光(AM1.5、100mw/cm2)照射時における電流−電圧曲線における短絡電流、開放電圧、フィルファクタ、および光電変換効率を測定した。その結果、光電変換効率3.5%の変換効率を有する色素増感型光電変換素子が得られた。 Next, for the dye-sensitized photoelectric conversion element obtained as described above, the short-circuit current, the open-circuit voltage, the fill factor in the current-voltage curve during irradiation with pseudo sunlight (AM1.5, 100 mw / cm 2 ), And the photoelectric conversion efficiency was measured. As a result, a dye-sensitized photoelectric conversion element having a conversion efficiency of 3.5% was obtained.

<サンプル3−5>
酸化チタン分散溶液を構成する材料を以下に示すものとしたこと以外は、サンプル3−1の場合と同様にして、サンプル3−5の色素増感型光電変換素子を作製した。
酸化チタン微粒子:昭和タイタニウム株式会社製 酸化チタン 4g
酸化チタン微粒子平均粒径:20nm
溶媒:2プロパノール 46g
分散剤:3,5−ジメチル−3−アミノ−1−ヘキシン 0.2g
<Sample 3-5>
A dye-sensitized photoelectric conversion element of Sample 3-5 was produced in the same manner as in Sample 3-1, except that the materials constituting the titanium oxide dispersion solution were as follows.
Titanium oxide fine particles: Showa Titanium Co., Ltd. Titanium oxide 4g
Titanium oxide fine particle average particle diameter: 20 nm
Solvent: 46g 2-propanol
Dispersant: 3,5-dimethyl-3-amino-1-hexyne 0.2 g

次に、上述のようにして得られた色素増感型光電変換素子について、疑似太陽光(AM1.5、100mw/cm2)照射時における電流−電圧曲線における短絡電流、開放電圧、フィルファクタ、および光電変換効率を測定した。その結果、光電変換効率2.5%の変換効率を有する色素増感型光電変換素子が得られた。 Next, for the dye-sensitized photoelectric conversion element obtained as described above, the short-circuit current, the open-circuit voltage, the fill factor in the current-voltage curve during irradiation with pseudo sunlight (AM1.5, 100 mw / cm 2 ), And the photoelectric conversion efficiency was measured. As a result, a dye-sensitized photoelectric conversion element having a conversion efficiency of 2.5% was obtained.

<サンプル3−6>
酸化チタン分散溶液を構成する材料を以下に示すものとしたこと以外は、サンプル3−1の場合と同様にして、サンプル3−6の色素増感型光電変換素子を作製した。
酸化チタン微粒子:昭和タイタニウム株式会社製 酸化チタン 4g
酸化チタン微粒子平均粒径:15nm
溶媒:2プロパノール 46g
分散剤:3,5−ジメチル−3−アミノ−1−ヘキシン 0.2g
<Sample 3-6>
A dye-sensitized photoelectric conversion element of Sample 3-6 was produced in the same manner as in Sample 3-1, except that the material constituting the titanium oxide dispersion solution was as follows.
Titanium oxide fine particles: Showa Titanium Co., Ltd. Titanium oxide 4g
Titanium oxide fine particle average particle diameter: 15 nm
Solvent: 46g 2-propanol
Dispersant: 3,5-dimethyl-3-amino-1-hexyne 0.2 g

次に、上述のようにして得られた色素増感型光電変換素子について、疑似太陽光(AM1.5、100mw/cm2)照射時における電流−電圧曲線における短絡電流、開放電圧、フィルファクタ、および光電変換効率を測定した。その結果、光電変換効率1.5%の変換効率を有する色素増感型光電変換素子が得られた。 Next, for the dye-sensitized photoelectric conversion element obtained as described above, the short-circuit current, the open-circuit voltage, the fill factor in the current-voltage curve during irradiation with pseudo sunlight (AM1.5, 100 mw / cm 2 ), And the photoelectric conversion efficiency was measured. As a result, a dye-sensitized photoelectric conversion element having a conversion efficiency of 1.5% was obtained.

下記の表1に、サンプル3−1〜サンプル3−6に関する、金属酸化物半導体微粒子の粒度分布と光電変換効率の測定結果とを示す。   Table 1 below shows the particle size distribution of the metal oxide semiconductor fine particles and the measurement result of the photoelectric conversion efficiency with respect to Sample 3-1 to Sample 3-6.

Figure 2012204169
Figure 2012204169

表1より以下のことがわかった。金属酸化物半導体微粒子の平均粒径を20nm〜100nmの範囲内とすることで、色素増感型光電変換素子の光電変換効率を良好なものとする効果が得られることがわかった。特に、金属酸化物半導体微粒子の平均粒径を40nm〜60nmの範囲内とすると、効果が高いことがわかった。   Table 1 shows the following. It turned out that the effect which makes the photoelectric conversion efficiency of a dye-sensitized photoelectric conversion element favorable is acquired by making the average particle diameter of metal oxide semiconductor fine particle into the range of 20 nm-100 nm. In particular, it has been found that the effect is high when the average particle size of the metal oxide semiconductor fine particles is in the range of 40 nm to 60 nm.

<サンプル4−1>
サンプル4−1〜サンプル4−5の色素増感型光電変換素子を作製し、酸化チタン分散溶液の固形分の割合と光電変換効率との相関を評価した。
<Sample 4-1>
The dye-sensitized photoelectric conversion elements of Sample 4-1 to Sample 4-5 were prepared, and the correlation between the solid content ratio of the titanium oxide dispersion and the photoelectric conversion efficiency was evaluated.

まず、可視領域に吸収のない基板として、ソーダライムガラス基板を準備し、ソーダライムガラス基板上に、電流−電圧を印加する可視領域に吸収のない導電層として透明導電層を形成した。透明導電層として、厚さ100nmのITO膜をスパッタリング法により形成し、透明導電性基材を得た。なお、透明導電層は、フォトリソグラフィー法により形成されたマスクを用いて、必要に応じて塩化水素などに代表される無機酸によりパターン加工することが可能であるが、本実施例では、パターン化は行わないこととした。   First, a soda lime glass substrate was prepared as a substrate having no absorption in the visible region, and a transparent conductive layer was formed on the soda lime glass substrate as a conductive layer having no absorption in the visible region to which a current-voltage was applied. As a transparent conductive layer, an ITO film having a thickness of 100 nm was formed by sputtering to obtain a transparent conductive substrate. The transparent conductive layer can be patterned with an inorganic acid typified by hydrogen chloride or the like, if necessary, using a mask formed by a photolithography method. In this embodiment, the transparent conductive layer is patterned. Did not do.

次に、透明導電性基材上に、増感色素を保持した多孔質半導体層を以下のようにして形成した。   Next, a porous semiconductor layer holding a sensitizing dye was formed on the transparent conductive substrate as follows.

まず、以下の材料を、ビーズ分散機を用いて16時間分散処理を行うことで、酸化チタン分散溶液を調製した。なお、酸化チタンに対する分散剤の添加量は酸化チタン重量比で5%であった。また、酸化チタン分散溶液の固形分は4%であった。
酸化チタン微粒子:昭和タイタニウム株式会社製 酸化チタン 2g
酸化チタン微粒子平均粒径:60nm
溶媒:2プロパノール 48g
分散剤:3,5−ジメチル−3−アミノ−1−ヘキシン 0.1g
First, a titanium oxide dispersion solution was prepared by dispersing the following materials for 16 hours using a bead disperser. The amount of dispersant added to titanium oxide was 5% in terms of titanium oxide weight ratio. Further, the solid content of the titanium oxide dispersion was 4%.
Titanium oxide fine particles: Showa Titanium Co., Ltd. Titanium oxide 2g
Titanium oxide fine particle average particle diameter: 60 nm
Solvent: 48 g of 2-propanol
Dispersant: 3,5-dimethyl-3-amino-1-hexyne 0.1 g

次に、調製した酸化チタン分散溶液を透明導電層上にスプレー塗布し、塗膜を形成した後、オーブン中、150℃の温度環境下、30分間焼成することにより、多孔質半導体層を形成した。     Next, after spray-coating the prepared titanium oxide dispersion solution on the transparent conductive layer to form a coating film, the porous semiconductor layer was formed by baking in an oven at a temperature environment of 150 ° C. for 30 minutes. .

次に、多孔質半導体層を以下の組成の色素溶液に浸漬して増感色素を吸着させた。その後、余剰の増感色素をエタノールにて洗浄して乾燥させ、光増感色素を保持した多孔質半導体層を形成した。
増感色素:シス−ビス(イソチオシアナト)ビス(2,2’−ビピリジル−4,4’−ジカルボン酸) ルテニウム(II)二テトラブチルアンモニウム錯体(通称N719) 25mg
溶媒:エタノール 50ml
Next, the porous semiconductor layer was immersed in a dye solution having the following composition to adsorb the sensitizing dye. Thereafter, excess sensitizing dye was washed with ethanol and dried to form a porous semiconductor layer holding the photosensitizing dye.
Sensitizing dye: cis-bis (isothiocyanato) bis (2,2′-bipyridyl-4,4′-dicarboxylic acid) ruthenium (II) ditetrabutylammonium complex (common name N719) 25 mg
Solvent: ethanol 50ml

次に、多孔質半導体層を形成した透明導電性基材と、対極を形成した透明導電性基材とを対向配置させて樹脂フィルム製スペーサーおよびアクリル系紫外線硬化樹脂を用いて封止した。樹脂フィルム製スペーサーとしては、厚さ25μmのフィルム(三井・デュポンポリケミカル社製、商品名:ハイミラン(登録商標))を用いた。   Next, the transparent conductive base material on which the porous semiconductor layer was formed and the transparent conductive base material on which the counter electrode was formed were placed opposite to each other and sealed with a resin film spacer and an acrylic ultraviolet curable resin. As the resin film spacer, a film having a thickness of 25 μm (manufactured by Mitsui DuPont Polychemical Co., Ltd., trade name: High Milan (registered trademark)) was used.

次に、注液口から送液ポンプを用いて以下の組成の電解液を注入し、電解質層を形成した。以上により、目的とする色素増感型光電変換素子を得た。
メトキシプロピオニトリル 1.5g
ヨウ化ナトリウム 0.02g
1−プロピル−2,3−ジメチルイミダソリウムヨーダイド 0.8g
ヨウ素 0.1g
4−tert−ブチルピリジン(TBP) 0.05g
Next, an electrolyte solution having the following composition was injected from the injection port using a liquid feed pump to form an electrolyte layer. Thus, the intended dye-sensitized photoelectric conversion element was obtained.
Methoxypropionitrile 1.5g
Sodium iodide 0.02g
1-propyl-2,3-dimethylimidazolium iodide 0.8g
Iodine 0.1g
4-tert-butylpyridine (TBP) 0.05 g

次に、上述のようにして得られた色素増感型光電変換素子について、疑似太陽光(AM1.5、100mw/cm2)照射時における電流−電圧曲線における短絡電流、開放電圧、フィルファクタ、および光電変換効率を測定した。その結果、光電変換効率3.0%の変換効率を有する色素増感型光電変換素子が得られた。 Next, for the dye-sensitized photoelectric conversion element obtained as described above, the short-circuit current, the open-circuit voltage, the fill factor in the current-voltage curve during irradiation with pseudo sunlight (AM1.5, 100 mw / cm 2 ), And the photoelectric conversion efficiency was measured. As a result, a dye-sensitized photoelectric conversion element having a conversion efficiency of 3.0% was obtained.

<サンプル4−2>
酸化チタン分散溶液を構成する材料を以下に示すものとし、酸化チタン分散溶液の固形分が8%となるようにしたこと以外は、サンプル4−1の場合と同様にして、サンプル4−2の色素増感型光電変換素子を作製した。
酸化チタン微粒子:昭和タイタニウム株式会社製 酸化チタン 4g
酸化チタン微粒子平均粒径:60nm
溶媒:2プロパノール 46g
分散剤:3,5−ジメチル−3−アミノ−1−ヘキシン 0.2g
<Sample 4-2>
The material constituting the titanium oxide dispersion solution is as follows, and the sample 4-2 was prepared in the same manner as in the case of the sample 4-1, except that the solid content of the titanium oxide dispersion solution was 8%. A dye-sensitized photoelectric conversion element was produced.
Titanium oxide fine particles: Showa Titanium Co., Ltd. Titanium oxide 4g
Titanium oxide fine particle average particle diameter: 60 nm
Solvent: 46g 2-propanol
Dispersant: 3,5-dimethyl-3-amino-1-hexyne 0.2 g

次に、上述のようにして得られた色素増感型光電変換素子について、疑似太陽光(AM1.5、100mw/cm2)照射時における電流−電圧曲線における短絡電流、開放電圧、フィルファクタ、および光電変換効率を測定した。その結果、光電変換効率4.5%の変換効率を有する色素増感型光電変換素子が得られた。 Next, for the dye-sensitized photoelectric conversion element obtained as described above, the short-circuit current, the open-circuit voltage, the fill factor in the current-voltage curve during irradiation with pseudo sunlight (AM1.5, 100 mw / cm 2 ), And the photoelectric conversion efficiency was measured. As a result, a dye-sensitized photoelectric conversion element having a conversion efficiency of 4.5% was obtained.

<サンプル4−3>
酸化チタン分散溶液を構成する材料を以下に示すものとし、酸化チタン分散溶液の固形分が10%となるようにしたこと以外は、サンプル4−1の場合と同様にして、サンプル4−3の色素増感型光電変換素子を作製した。
酸化チタン微粒子:昭和タイタニウム株式会社製 酸化チタン 5g
酸化チタン微粒子平均粒径:60nm
溶媒:2プロパノール 45g
分散剤:3,5−ジメチル−3−アミノ−1−ヘキシン 0.25g
<Sample 4-3>
The material constituting the titanium oxide dispersion solution is as follows. Except that the solid content of the titanium oxide dispersion solution is 10%, the same as in the case of sample 4-1, the sample 4-3 A dye-sensitized photoelectric conversion element was produced.
Titanium oxide microparticles: Showa Titanium Co., Ltd. Titanium oxide 5g
Titanium oxide fine particle average particle diameter: 60 nm
Solvent: 45 g of 2-propanol
Dispersant: 0.25 g of 3,5-dimethyl-3-amino-1-hexyne

次に、上述のようにして得られた色素増感型光電変換素子について、疑似太陽光(AM1.5、100mw/cm2)照射時における電流−電圧曲線における短絡電流、開放電圧、フィルファクタ、および光電変換効率を測定した。その結果、光電変換効率5.5%の変換効率を有する色素増感型光電変換素子が得られた。 Next, for the dye-sensitized photoelectric conversion element obtained as described above, the short-circuit current, the open-circuit voltage, the fill factor in the current-voltage curve during irradiation with pseudo sunlight (AM1.5, 100 mw / cm 2 ), And the photoelectric conversion efficiency was measured. As a result, a dye-sensitized photoelectric conversion element having a conversion efficiency of 5.5% was obtained.

<サンプル4−4>
酸化チタン分散溶液を構成する材料を以下に示すものとし、酸化チタン分散溶液の固形分が12%となるようにしたこと以外は、サンプル4−1の場合と同様にして、サンプル4−4の色素増感型光電変換素子を作製した。
酸化チタン微粒子:昭和タイタニウム株式会社製 酸化チタン 6g
酸化チタン微粒子平均粒径:60nm
溶媒:2プロパノール 44g
分散剤:3,5−ジメチル−3−アミノ−1−ヘキシン 0.3g
<Sample 4-4>
The material constituting the titanium oxide dispersion solution is as follows, and the sample 4-4 was prepared in the same manner as in the case of the sample 4-1, except that the solid content of the titanium oxide dispersion solution was 12%. A dye-sensitized photoelectric conversion element was produced.
Titanium oxide fine particles: Showa Titanium Co., Ltd. Titanium oxide 6g
Titanium oxide fine particle average particle diameter: 60 nm
Solvent: 44 g of 2-propanol
Dispersant: 3,5-dimethyl-3-amino-1-hexyne 0.3 g

次に、上述のようにして得られた色素増感型光電変換素子について、疑似太陽光(AM1.5、100mw/cm2)照射時における電流−電圧曲線における短絡電流、開放電圧、フィルファクタ、および光電変換効率を測定した。その結果、光電変換効率6.0%の変換効率を有する色素増感型光電変換素子が得られた。 Next, for the dye-sensitized photoelectric conversion element obtained as described above, the short-circuit current, the open-circuit voltage, the fill factor in the current-voltage curve during irradiation with pseudo sunlight (AM1.5, 100 mw / cm 2 ), And the photoelectric conversion efficiency was measured. As a result, a dye-sensitized photoelectric conversion device having a conversion efficiency of 6.0% was obtained.

<サンプル4−5>
酸化チタン分散溶液を構成する材料を以下に示すものとし、酸化チタン分散溶液の固形分が15%となるようにしたこと以外は、サンプル4−1の場合と同様にして、サンプル4−5の色素増感型光電変換素子の作製を試みた。
酸化チタン微粒子:昭和タイタニウム株式会社製 酸化チタン 7.5g
酸化チタン微粒子平均粒径:60nm
溶媒:2プロパノール 42.5g
分散剤:3,5−ジメチル−3−アミノ−1−ヘキシン 0.375g
<Sample 4-5>
The material constituting the titanium oxide dispersion solution is shown below, and the sample 4-5 was prepared in the same manner as in the case of the sample 4-1, except that the solid content of the titanium oxide dispersion solution was 15%. An attempt was made to prepare a dye-sensitized photoelectric conversion element.
Titanium oxide fine particles: Showa Titanium Co., Ltd. Titanium oxide 7.5g
Titanium oxide fine particle average particle diameter: 60 nm
Solvent: 42.5 g of 2-propanol
Dispersant: 0.375 g of 3,5-dimethyl-3-amino-1-hexyne

酸化チタン分散溶液の固形分が15%としたところ、良好な分散性が得られず、透明導電層上に多孔質半導体層を形成できなかった。   When the solid content of the titanium oxide dispersion was 15%, good dispersibility was not obtained, and a porous semiconductor layer could not be formed on the transparent conductive layer.

下記の表2に、サンプル4−1〜サンプル4−5に関する、酸化チタン分散溶液の固形分の割合と光電変換効率の測定結果とを示す。   Table 2 below shows the ratio of the solid content of the titanium oxide dispersion solution and the measurement result of the photoelectric conversion efficiency for Sample 4-1 to Sample 4-5.

Figure 2012204169
Figure 2012204169

表2より以下のことがわかった。酸化チタン分散溶液の固形分の割合が12%のときにもっとも良好な光電変換効率が得られ、酸化チタン分散溶液の固形分の割合を15%とすると、多孔質半導体層の形成が困難であることがわかった。   Table 2 shows the following. The best photoelectric conversion efficiency can be obtained when the solid content of the titanium oxide dispersion is 12%. If the solid content of the titanium oxide dispersion is 15%, it is difficult to form a porous semiconductor layer. I understood it.

<サンプル5−1>
サンプル5−1〜サンプル5−5の色素増感型光電変換素子を作製し、焼成温度と光電変換効率との相関を評価した。
<Sample 5-1>
Samples 5-1 to 5-5 were prepared dye-sensitized photoelectric conversion elements, and the correlation between the firing temperature and the photoelectric conversion efficiency was evaluated.

まず、可視領域に吸収のない基板として、ソーダライムガラス基板を準備し、ソーダライムガラス基板上に、電流−電圧を印加する可視領域に吸収のない導電層として透明導電層を形成した。透明導電層として、厚さ100nmのITO膜をスパッタリング法により形成し、透明導電性基材を得た。なお、透明導電層は、フォトリソグラフィー法により形成されたマスクを用いて、必要に応じて塩化水素などに代表される無機酸によりパターン加工することが可能であるが、本実施例では、パターン化は行わないこととした。   First, a soda lime glass substrate was prepared as a substrate having no absorption in the visible region, and a transparent conductive layer was formed on the soda lime glass substrate as a conductive layer having no absorption in the visible region to which a current-voltage was applied. As a transparent conductive layer, an ITO film having a thickness of 100 nm was formed by sputtering to obtain a transparent conductive substrate. The transparent conductive layer can be patterned with an inorganic acid typified by hydrogen chloride or the like, if necessary, using a mask formed by a photolithography method. In this embodiment, the transparent conductive layer is patterned. Did not do.

次に、透明導電性基材上に、増感色素を保持した多孔質半導体層を以下のようにして形成した。   Next, a porous semiconductor layer holding a sensitizing dye was formed on the transparent conductive substrate as follows.

まず、以下の材料を、ビーズ分散機を用いて16時間分散処理を行うことで、酸化チタン分散溶液を調製した。なお、酸化チタンに対する分散剤の添加量は酸化チタン重量比で5%であった。また、酸化チタン分散溶液の固形分は8%であった。
酸化チタン微粒子:昭和タイタニウム株式会社製 酸化チタン 4g
酸化チタン微粒子平均粒径:60nm
溶媒:2プロパノール 46g
分散剤:3,5−ジメチル−3−アミノ−1−ヘキシン 0.2g
First, a titanium oxide dispersion solution was prepared by dispersing the following materials for 16 hours using a bead disperser. The amount of dispersant added to titanium oxide was 5% in terms of titanium oxide weight ratio. Further, the solid content of the titanium oxide dispersion was 8%.
Titanium oxide fine particles: Showa Titanium Co., Ltd. Titanium oxide 4g
Titanium oxide fine particle average particle diameter: 60 nm
Solvent: 46g 2-propanol
Dispersant: 3,5-dimethyl-3-amino-1-hexyne 0.2 g

次に、調製した酸化チタン分散溶液を透明導電層上にスプレー塗布し、塗膜を形成した後、オーブン中、100℃の温度環境下、30分間焼成することにより、多孔質半導体層を形成した。     Next, after spray-coating the prepared titanium oxide dispersion solution on the transparent conductive layer to form a coating film, the porous semiconductor layer was formed by baking in an oven at a temperature environment of 100 ° C. for 30 minutes. .

次に、多孔質半導体層を以下の組成の色素溶液に浸漬して増感色素を吸着させた。その後、余剰の増感色素をエタノールにて洗浄して乾燥させ、光増感色素を保持した多孔質半導体層を形成した。
増感色素:シス−ビス(イソチオシアナト)ビス(2,2’−ビピリジル−4,4’−ジカルボン酸) ルテニウム(II)二テトラブチルアンモニウム錯体(通称N719) 25mg
溶媒:エタノール 50ml
Next, the porous semiconductor layer was immersed in a dye solution having the following composition to adsorb the sensitizing dye. Thereafter, excess sensitizing dye was washed with ethanol and dried to form a porous semiconductor layer holding the photosensitizing dye.
Sensitizing dye: cis-bis (isothiocyanato) bis (2,2′-bipyridyl-4,4′-dicarboxylic acid) ruthenium (II) ditetrabutylammonium complex (common name N719) 25 mg
Solvent: ethanol 50ml

次に、多孔質半導体層を形成した透明導電性基材と、対極を形成した透明導電性基材とを対向配置させて樹脂フィルム製スペーサーおよびアクリル系紫外線硬化樹脂を用いて封止した。樹脂フィルム製スペーサーとしては、厚さ25μmのフィルム(三井・デュポンポリケミカル社製、商品名:ハイミラン(登録商標))を用いた。   Next, the transparent conductive base material on which the porous semiconductor layer was formed and the transparent conductive base material on which the counter electrode was formed were placed opposite to each other and sealed with a resin film spacer and an acrylic ultraviolet curable resin. As the resin film spacer, a film having a thickness of 25 μm (manufactured by Mitsui DuPont Polychemical Co., Ltd., trade name: High Milan (registered trademark)) was used.

次に、注液口から送液ポンプを用いて以下の組成の電解液を注入し、電解質層を形成した。以上により、目的とする色素増感型光電変換素子を得た。
メトキシプロピオニトリル 1.5g
ヨウ化ナトリウム 0.02g
1−プロピル−2,3−ジメチルイミダソリウムヨーダイド 0.8g
ヨウ素 0.1g
4−tert−ブチルピリジン(TBP) 0.05g
Next, an electrolyte solution having the following composition was injected from the injection port using a liquid feed pump to form an electrolyte layer. Thus, the intended dye-sensitized photoelectric conversion element was obtained.
Methoxypropionitrile 1.5g
Sodium iodide 0.02g
1-propyl-2,3-dimethylimidazolium iodide 0.8g
Iodine 0.1g
4-tert-butylpyridine (TBP) 0.05 g

次に、上述のようにして得られた色素増感型光電変換素子について、疑似太陽光(AM1.5、100mw/cm2)照射時における電流−電圧曲線における短絡電流、開放電圧、フィルファクタ、および光電変換効率を測定した。その結果、光電変換効率1.0%の変換効率を有する色素増感型光電変換素子が得られた。 Next, for the dye-sensitized photoelectric conversion element obtained as described above, the short-circuit current, the open-circuit voltage, the fill factor in the current-voltage curve during irradiation with pseudo sunlight (AM1.5, 100 mw / cm 2 ), And the photoelectric conversion efficiency was measured. As a result, a dye-sensitized photoelectric conversion element having a conversion efficiency of 1.0% was obtained.

<サンプル5−2>
焼成温度を125℃にしたこと以外は、サンプル5−1の場合と同様にして、サンプル5−2の色素増感型光電変換素子を作製した。
<Sample 5-2>
A dye-sensitized photoelectric conversion element of Sample 5-2 was produced in the same manner as in Sample 5-1, except that the firing temperature was 125 ° C.

次に、上述のようにして得られた色素増感型光電変換素子について、疑似太陽光(AM1.5、100mw/cm2)照射時における電流−電圧曲線における短絡電流、開放電圧、フィルファクタ、および光電変換効率を測定した。その結果、光電変換効率2.0%の変換効率を有する色素増感型光電変換素子が得られた。 Next, for the dye-sensitized photoelectric conversion element obtained as described above, the short-circuit current, the open-circuit voltage, the fill factor in the current-voltage curve during irradiation with pseudo sunlight (AM1.5, 100 mw / cm 2 ), And the photoelectric conversion efficiency was measured. As a result, a dye-sensitized photoelectric conversion element having a conversion efficiency of 2.0% was obtained.

<サンプル5−3>
焼成温度を150℃にしたこと以外は、サンプル5−1の場合と同様にして、サンプル5−3の色素増感型光電変換素子を作製した。
<Sample 5-3>
A dye-sensitized photoelectric conversion element of Sample 5-3 was produced in the same manner as in Sample 5-1, except that the firing temperature was 150 ° C.

次に、上述のようにして得られた色素増感型光電変換素子について、疑似太陽光(AM1.5、100mw/cm2)照射時における電流−電圧曲線における短絡電流、開放電圧、フィルファクタ、および光電変換効率を測定した。その結果、光電変換効率4.5%の変換効率を有する色素増感型光電変換素子が得られた。 Next, for the dye-sensitized photoelectric conversion element obtained as described above, the short-circuit current, the open-circuit voltage, the fill factor in the current-voltage curve during irradiation with pseudo sunlight (AM1.5, 100 mw / cm 2 ), And the photoelectric conversion efficiency was measured. As a result, a dye-sensitized photoelectric conversion element having a conversion efficiency of 4.5% was obtained.

<サンプル5−4>
焼成温度を175℃にしたこと以外は、サンプル5−1の場合と同様にして、サンプル5−4の色素増感型光電変換素子を作製した。
<Sample 5-4>
A dye-sensitized photoelectric conversion element of Sample 5-4 was produced in the same manner as in Sample 5-1, except that the firing temperature was 175 ° C.

次に、上述のようにして得られた色素増感型光電変換素子について、疑似太陽光(AM1.5、100mw/cm2)照射時における電流−電圧曲線における短絡電流、開放電圧、フィルファクタ、および光電変換効率を測定した。その結果、光電変換効率5.0%の変換効率を有する色素増感型光電変換素子が得られた。 Next, for the dye-sensitized photoelectric conversion element obtained as described above, the short-circuit current, the open-circuit voltage, the fill factor in the current-voltage curve during irradiation with pseudo sunlight (AM1.5, 100 mw / cm 2 ), And the photoelectric conversion efficiency was measured. As a result, a dye-sensitized photoelectric conversion element having a conversion efficiency of 5.0% was obtained.

<サンプル5−5>
焼成温度を200℃にしたこと以外は、サンプル5−1の場合と同様にして、サンプル5−5の色素増感型光電変換素子を作製した。
<Sample 5-5>
A dye-sensitized photoelectric conversion element of Sample 5-5 was produced in the same manner as in Sample 5-1, except that the firing temperature was 200 ° C.

次に、上述のようにして得られた色素増感型光電変換素子について、疑似太陽光(AM1.5、100mw/cm2)照射時における電流−電圧曲線における短絡電流、開放電圧、フィルファクタ、および光電変換効率を測定した。その結果、光電変換効率5.5%の変換効率を有する色素増感型光電変換素子が得られた。 Next, for the dye-sensitized photoelectric conversion element obtained as described above, the short-circuit current, the open-circuit voltage, the fill factor in the current-voltage curve during irradiation with pseudo sunlight (AM1.5, 100 mw / cm 2 ), And the photoelectric conversion efficiency was measured. As a result, a dye-sensitized photoelectric conversion element having a conversion efficiency of 5.5% was obtained.

下記の表3に、サンプル5−1〜サンプル5−5に関する、焼成温度と光電変換効率の測定結果とを示す。   Table 3 below shows the baking temperature and the measurement result of the photoelectric conversion efficiency with respect to Sample 5-1 to Sample 5-5.

Figure 2012204169
Figure 2012204169

表3より、焼成温度が高くなるにつれ、光電変換効率が向上する傾向があることがわかった。焼成温度が高くなるにつれ、光電変換効率が向上する傾向はあるが、基材に例えばPENを使用する場合には、基材の変形を防止する観点から、150℃程度30分間までの加温であることが好ましい。   From Table 3, it was found that the photoelectric conversion efficiency tends to improve as the firing temperature increases. As the firing temperature increases, the photoelectric conversion efficiency tends to improve. However, when PEN is used for the base material, for example, from the viewpoint of preventing the base material from being deformed, it is heated up to about 150 ° C. for 30 minutes. Preferably there is.

<サンプル6−1>
多孔質半導体層の形成に際しては、多孔質半導体層の緻密性を向上させる目的から、酸化チタン分散溶液の調製時に、粒度分布の異なる金属酸化物半導体微粒子を混合することがある。そこで、サンプル6−1〜サンプル6−4の色素増感型光電変換素子を作製し、粒度分布の異なる金属酸化物半導体微粒子の混合の割合と光電変換効率との相関を評価した。
<Sample 6-1>
In forming the porous semiconductor layer, for the purpose of improving the density of the porous semiconductor layer, metal oxide semiconductor fine particles having different particle size distributions may be mixed during the preparation of the titanium oxide dispersion. Therefore, dye-sensitized photoelectric conversion elements of Sample 6-1 to Sample 6-4 were prepared, and the correlation between the mixing ratio of metal oxide semiconductor fine particles having different particle size distributions and photoelectric conversion efficiency was evaluated.

まず、可視領域に吸収のない基板として、ソーダライムガラス基板を準備し、ソーダライムガラス基板上に、電流−電圧を印加する可視領域に吸収のない導電層として透明導電層を形成した。透明導電層として、厚さ100nmのITO膜をスパッタリング法により形成し、透明導電性基材を得た。なお、透明導電層は、フォトリソグラフィー法により形成されたマスクを用いて、必要に応じて塩化水素などに代表される無機酸によりパターン加工することが可能であるが、本実施例では、パターン化は行わないこととした。   First, a soda lime glass substrate was prepared as a substrate having no absorption in the visible region, and a transparent conductive layer was formed on the soda lime glass substrate as a conductive layer having no absorption in the visible region to which a current-voltage was applied. As a transparent conductive layer, an ITO film having a thickness of 100 nm was formed by sputtering to obtain a transparent conductive substrate. The transparent conductive layer can be patterned with an inorganic acid typified by hydrogen chloride or the like, if necessary, using a mask formed by a photolithography method. In this embodiment, the transparent conductive layer is patterned. Did not do.

次に、透明導電性基材上に、増感色素を保持した多孔質半導体層を以下のようにして形成した。   Next, a porous semiconductor layer holding a sensitizing dye was formed on the transparent conductive substrate as follows.

まず、以下の材料を、ビーズ分散機を用いて16時間分散処理を行うことで、酸化チタン分散溶液を調製した。酸化チタン分散溶液中、平均粒径が50nmの酸化チタン微粒子を基本とし、平均粒径が20nmの酸化チタン微粒子を混合した。
酸化チタン微粒子(平均粒径:50nm):昭和タイタニウム株式会社製 酸化チタン 4g
酸化チタン微粒子(平均粒径:20nm):昭和タイタニウム株式会社製 酸化チタン 0g
溶媒:2プロパノール 46g
分散剤:3,5−ジメチル−3−アミノ−1−ヘキシン 0.2g
First, a titanium oxide dispersion solution was prepared by dispersing the following materials for 16 hours using a bead disperser. In the titanium oxide dispersion solution, titanium oxide fine particles having an average particle diameter of 50 nm were basically mixed, and titanium oxide fine particles having an average particle diameter of 20 nm were mixed.
Titanium oxide fine particles (average particle size: 50 nm): 4 g of titanium oxide manufactured by Showa Titanium Co., Ltd.
Titanium oxide fine particles (average particle size: 20 nm): Titanium oxide 0 g, manufactured by Showa Titanium Co., Ltd.
Solvent: 46g 2-propanol
Dispersant: 3,5-dimethyl-3-amino-1-hexyne 0.2 g

次に、調製した酸化チタン分散溶液を透明導電層上にスプレー塗布し、塗膜を形成した後、オーブン中、150℃の温度環境下、30分間焼成することにより、多孔質半導体層を形成した。     Next, after spray-coating the prepared titanium oxide dispersion solution on the transparent conductive layer to form a coating film, the porous semiconductor layer was formed by baking in an oven at a temperature environment of 150 ° C. for 30 minutes. .

次に、多孔質半導体層を以下の組成の色素溶液に浸漬して増感色素を吸着させた。その後、余剰の増感色素をエタノールにて洗浄して乾燥させ、光増感色素を保持した多孔質半導体層を形成した。
増感色素:シス−ビス(イソチオシアナト)ビス(2,2’−ビピリジル−4,4’−ジカルボン酸) ルテニウム(II)二テトラブチルアンモニウム錯体(通称N719) 25mg
溶媒:エタノール 50ml
Next, the porous semiconductor layer was immersed in a dye solution having the following composition to adsorb the sensitizing dye. Thereafter, excess sensitizing dye was washed with ethanol and dried to form a porous semiconductor layer holding the photosensitizing dye.
Sensitizing dye: cis-bis (isothiocyanato) bis (2,2′-bipyridyl-4,4′-dicarboxylic acid) ruthenium (II) ditetrabutylammonium complex (common name N719) 25 mg
Solvent: ethanol 50ml

次に、多孔質半導体層を形成した透明導電性基材と、対極を形成した透明導電性基材とを対向配置させて樹脂フィルム製スペーサーおよびアクリル系紫外線硬化樹脂を用いて封止した。樹脂フィルム製スペーサーとしては、厚さ25μmのフィルム(三井・デュポンポリケミカル社製、商品名:ハイミラン(登録商標))を用いた。   Next, the transparent conductive base material on which the porous semiconductor layer was formed and the transparent conductive base material on which the counter electrode was formed were placed opposite to each other and sealed with a resin film spacer and an acrylic ultraviolet curable resin. As the resin film spacer, a film having a thickness of 25 μm (manufactured by Mitsui DuPont Polychemical Co., Ltd., trade name: High Milan (registered trademark)) was used.

次に、注液口から送液ポンプを用いて以下の組成の電解液を注入し、電解質層を形成した。以上により、目的とする色素増感型光電変換素子を得た。
メトキシプロピオニトリル 1.5g
ヨウ化ナトリウム 0.02g
1−プロピル−2,3−ジメチルイミダソリウムヨーダイド 0.8g
ヨウ素 0.1g
4−tert−ブチルピリジン(TBP) 0.05g
Next, an electrolyte solution having the following composition was injected from the injection port using a liquid feed pump to form an electrolyte layer. Thus, the intended dye-sensitized photoelectric conversion element was obtained.
Methoxypropionitrile 1.5g
Sodium iodide 0.02g
1-propyl-2,3-dimethylimidazolium iodide 0.8g
Iodine 0.1g
4-tert-butylpyridine (TBP) 0.05 g

次に、上述のようにして得られた色素増感型光電変換素子について、疑似太陽光(AM1.5、100mw/cm2)照射時における電流−電圧曲線における短絡電流、開放電圧、フィルファクタ、および光電変換効率を測定した。その結果、光電変換効率5.5%の変換効率を有する色素増感型光電変換素子が得られた。 Next, for the dye-sensitized photoelectric conversion element obtained as described above, the short-circuit current, the open-circuit voltage, the fill factor in the current-voltage curve during irradiation with pseudo sunlight (AM1.5, 100 mw / cm 2 ), And the photoelectric conversion efficiency was measured. As a result, a dye-sensitized photoelectric conversion element having a conversion efficiency of 5.5% was obtained.

<サンプル6−2>
酸化チタン分散溶液を構成する材料を以下に示すものとし、酸化チタン分散溶液中、平均粒径が20nmの酸化チタン微粒子の割合を酸化チタン重量比で5%としたこと以外は、サンプル6−1の場合と同様にして、サンプル6−2の色素増感型光電変換素子を作製した。
酸化チタン微粒子(平均粒径:50nm):昭和タイタニウム株式会社製 酸化チタン 3.8g
酸化チタン微粒子(平均粒径:20nm):昭和タイタニウム株式会社製 酸化チタン 0.2g
溶媒:2プロパノール 46g
分散剤:3,5−ジメチル−3−アミノ−1−ヘキシン 0.2g
<Sample 6-2>
The material constituting the titanium oxide dispersion solution is shown below, and sample 6-1 except that the ratio of titanium oxide fine particles having an average particle diameter of 20 nm in the titanium oxide dispersion solution is 5% by weight of titanium oxide. In the same manner as described above, a dye-sensitized photoelectric conversion element of Sample 6-2 was produced.
Titanium oxide fine particles (average particle size: 50 nm): 3.8 g titanium oxide manufactured by Showa Titanium Co., Ltd.
Titanium oxide fine particles (average particle diameter: 20 nm): Titanium oxide 0.2 g manufactured by Showa Titanium Co., Ltd.
Solvent: 46g 2-propanol
Dispersant: 3,5-dimethyl-3-amino-1-hexyne 0.2 g

次に、上述のようにして得られた色素増感型光電変換素子について、疑似太陽光(AM1.5、100mw/cm2)照射時における電流−電圧曲線における短絡電流、開放電圧、フィルファクタ、および光電変換効率を測定した。その結果、光電変換効率5.5%の変換効率を有する色素増感型光電変換素子が得られた。 Next, for the dye-sensitized photoelectric conversion element obtained as described above, the short-circuit current, the open-circuit voltage, the fill factor in the current-voltage curve during irradiation with pseudo sunlight (AM1.5, 100 mw / cm 2 ), And the photoelectric conversion efficiency was measured. As a result, a dye-sensitized photoelectric conversion element having a conversion efficiency of 5.5% was obtained.

<サンプル6−3>
酸化チタン分散溶液を構成する材料を以下に示すものとし、酸化チタン分散溶液中、平均粒径が20nmの酸化チタン微粒子の割合を酸化チタン重量比で10%としたこと以外は、サンプル6−1の場合と同様にして、サンプル6−3の色素増感型光電変換素子を作製した。
酸化チタン微粒子(平均粒径:50nm):昭和タイタニウム株式会社製 酸化チタン 3.6g
酸化チタン微粒子(平均粒径:20nm):昭和タイタニウム株式会社製 酸化チタン 0.4g
溶媒:2プロパノール 46g
分散剤:3,5−ジメチル−3−アミノ−1−ヘキシン 0.2g
<Sample 6-3>
The material constituting the titanium oxide dispersion solution is as follows, and sample 6-1 except that the ratio of titanium oxide fine particles having an average particle diameter of 20 nm in the titanium oxide dispersion solution is 10% by weight of titanium oxide. In the same manner as described above, a dye-sensitized photoelectric conversion element of Sample 6-3 was produced.
Titanium oxide fine particles (average particle size: 50 nm): Titanium oxide 3.6 g manufactured by Showa Titanium Co., Ltd.
Titanium oxide fine particles (average particle diameter: 20 nm): 0.4 g of titanium oxide manufactured by Showa Titanium Co., Ltd.
Solvent: 46g 2-propanol
Dispersant: 3,5-dimethyl-3-amino-1-hexyne 0.2 g

次に、上述のようにして得られた色素増感型光電変換素子について、疑似太陽光(AM1.5、100mw/cm2)照射時における電流−電圧曲線における短絡電流、開放電圧、フィルファクタ、および光電変換効率を測定した。その結果、光電変換効率6.0%の変換効率を有する色素増感型光電変換素子が得られた。 Next, for the dye-sensitized photoelectric conversion element obtained as described above, the short-circuit current, the open-circuit voltage, the fill factor in the current-voltage curve during irradiation with pseudo sunlight (AM1.5, 100 mw / cm 2 ), And the photoelectric conversion efficiency was measured. As a result, a dye-sensitized photoelectric conversion device having a conversion efficiency of 6.0% was obtained.

<サンプル6−4>
酸化チタン分散溶液を構成する材料を以下に示すものとし、酸化チタン分散溶液中、平均粒径が20nmの酸化チタン微粒子の割合を酸化チタン重量比で20%としたこと以外は、サンプル6−1の場合と同様にして、サンプル6−4の色素増感型光電変換素子を作製した。
酸化チタン微粒子(平均粒径:50nm):昭和タイタニウム株式会社製 酸化チタン 3.2g
酸化チタン微粒子(平均粒径:20nm):昭和タイタニウム株式会社製 酸化チタン 0.8g
溶媒:2プロパノール 46g
分散剤:3,5−ジメチル−3−アミノ−1−ヘキシン 0.2g
<Sample 6-4>
The material constituting the titanium oxide dispersion solution is as follows, and sample 6-1 except that the ratio of titanium oxide fine particles having an average particle diameter of 20 nm in the titanium oxide dispersion solution is 20% by weight of titanium oxide. In the same manner as described above, a dye-sensitized photoelectric conversion element of Sample 6-4 was produced.
Titanium oxide fine particles (average particle diameter: 50 nm): Titanium oxide 3.2 g, manufactured by Showa Titanium Co., Ltd.
Titanium oxide fine particles (average particle size: 20 nm): 0.8 g of titanium oxide manufactured by Showa Titanium Co., Ltd.
Solvent: 46g 2-propanol
Dispersant: 3,5-dimethyl-3-amino-1-hexyne 0.2 g

次に、上述のようにして得られた色素増感型光電変換素子について、疑似太陽光(AM1.5、100mw/cm2)照射時における電流−電圧曲線における短絡電流、開放電圧、フィルファクタ、および光電変換効率を測定した。その結果、光電変換効率4.0%の変換効率を有する色素増感型光電変換素子が得られた。 Next, for the dye-sensitized photoelectric conversion element obtained as described above, the short-circuit current, the open-circuit voltage, the fill factor in the current-voltage curve during irradiation with pseudo sunlight (AM1.5, 100 mw / cm 2 ), And the photoelectric conversion efficiency was measured. As a result, a dye-sensitized photoelectric conversion element having a conversion efficiency of 4.0% was obtained.

下記の表4に、サンプル6−1〜サンプル6−4に関する、粒度分布の異なる金属酸化物半導体微粒子の混合の割合と光電変換効率の測定結果とを示す。   Table 4 below shows the mixing ratio of the metal oxide semiconductor fine particles having different particle size distributions and the measurement results of the photoelectric conversion efficiency with respect to Sample 6-1 to Sample 6-4.

Figure 2012204169
Figure 2012204169

表4より以下のことがわかった。平均粒径20nmの酸化チタン微粒子の割合が10%程度のときに光電変換効率が最も良好となることがわかった。また、平均粒径20nmの酸化チタン微粒子を、10%を超えて混合すると、平均粒径20nmの酸化チタン微粒子の特性が支配的になり、かえって光電変換効率が低下することがわかった。   Table 4 shows the following. It was found that the photoelectric conversion efficiency was the best when the proportion of fine titanium oxide particles having an average particle diameter of 20 nm was about 10%. Further, it was found that when the titanium oxide fine particles having an average particle diameter of 20 nm are mixed exceeding 10%, the characteristics of the titanium oxide fine particles having an average particle diameter of 20 nm become dominant, and the photoelectric conversion efficiency is lowered.

<サンプル7−1>
多孔質半導体層の形成に際しては、酸化チタン分散溶液の調製時に、散乱粒子として、大粒径の金属酸化物半導体微粒子を混合することがある。そこで、サンプル7−1〜サンプル7−4の色素増感型光電変換素子を作製し、粒度分布の異なる金属酸化物半導体微粒子の混合の割合と光電変換効率との相関を評価した。
<Sample 7-1>
When forming the porous semiconductor layer, metal oxide semiconductor fine particles having a large particle size may be mixed as scattering particles when preparing the titanium oxide dispersion. Therefore, dye-sensitized photoelectric conversion elements of Sample 7-1 to Sample 7-4 were prepared, and the correlation between the mixing ratio of metal oxide semiconductor fine particles having different particle size distributions and photoelectric conversion efficiency was evaluated.

まず、可視領域に吸収のない基板として、ソーダライムガラス基板を準備し、ソーダライムガラス基板上に、電流−電圧を印加する可視領域に吸収のない導電層として透明導電層を形成した。透明導電層として、厚さ100nmのITO膜をスパッタリング法により形成し、透明導電性基材を得た。なお、透明導電層は、フォトリソグラフィー法により形成されたマスクを用いて、必要に応じて塩化水素などに代表される無機酸によりパターン加工することが可能であるが、本実施例では、パターン化は行わないこととした。   First, a soda lime glass substrate was prepared as a substrate having no absorption in the visible region, and a transparent conductive layer was formed on the soda lime glass substrate as a conductive layer having no absorption in the visible region to which a current-voltage was applied. As a transparent conductive layer, an ITO film having a thickness of 100 nm was formed by sputtering to obtain a transparent conductive substrate. The transparent conductive layer can be patterned with an inorganic acid typified by hydrogen chloride or the like, if necessary, using a mask formed by a photolithography method. In this embodiment, the transparent conductive layer is patterned. Did not do.

次に、透明導電性基材上に、増感色素を保持した多孔質半導体層を以下のようにして形成した。   Next, a porous semiconductor layer holding a sensitizing dye was formed on the transparent conductive substrate as follows.

まず、以下の材料を、ビーズ分散機を用いて16時間分散処理を行うことで、酸化チタン分散溶液を調製した。酸化チタン分散溶液中、平均粒径が50nmの酸化チタン微粒子を基本とし、散乱粒子として、平均粒径が200nmの酸化チタン微粒子を混合した。
酸化チタン微粒子(平均粒径:50nm):昭和タイタニウム株式会社製 酸化チタン 4.0g
酸化チタン微粒子(平均粒径:200nm):昭和タイタニウム株式会社製 酸化チタン 0g
溶媒:2プロパノール 46g
分散剤:3,5−ジメチル−3−アミノ−1−ヘキシン 0.2g
First, a titanium oxide dispersion solution was prepared by dispersing the following materials for 16 hours using a bead disperser. In the titanium oxide dispersion solution, titanium oxide fine particles having an average particle diameter of 50 nm were basically used, and titanium oxide fine particles having an average particle diameter of 200 nm were mixed as scattering particles.
Titanium oxide fine particles (average particle size: 50 nm): Titanium oxide 4.0 g manufactured by Showa Titanium Co., Ltd.
Titanium oxide fine particles (average particle diameter: 200 nm): Titanium oxide 0 g, manufactured by Showa Titanium Co., Ltd.
Solvent: 46g 2-propanol
Dispersant: 3,5-dimethyl-3-amino-1-hexyne 0.2 g

次に、調製した酸化チタン分散溶液を透明導電層上にスプレー塗布し、塗膜を形成した後、オーブン中、150℃の温度環境下、30分間焼成することにより、多孔質半導体層を形成した。   Next, after spray-coating the prepared titanium oxide dispersion solution on the transparent conductive layer to form a coating film, the porous semiconductor layer was formed by baking in an oven at a temperature environment of 150 ° C. for 30 minutes. .

次に、多孔質半導体層を以下の組成の色素溶液に浸漬して増感色素を吸着させた。その後、余剰の増感色素をエタノールにて洗浄して乾燥させ、光増感色素を保持した多孔質半導体層を形成した。
増感色素:シス−ビス(イソチオシアナト)ビス(2,2’−ビピリジル−4,4’−ジカルボン酸) ルテニウム(II)二テトラブチルアンモニウム錯体(通称N719) 25mg
溶媒:エタノール 50ml
Next, the porous semiconductor layer was immersed in a dye solution having the following composition to adsorb the sensitizing dye. Thereafter, excess sensitizing dye was washed with ethanol and dried to form a porous semiconductor layer holding the photosensitizing dye.
Sensitizing dye: cis-bis (isothiocyanato) bis (2,2′-bipyridyl-4,4′-dicarboxylic acid) ruthenium (II) ditetrabutylammonium complex (common name N719) 25 mg
Solvent: ethanol 50ml

次に、多孔質半導体層を形成した透明導電性基材と、対極を形成した透明導電性基材とを対向配置させて樹脂フィルム製スペーサーおよびアクリル系紫外線硬化樹脂を用いて封止した。樹脂フィルム製スペーサーとしては、厚さ25μmのフィルム(三井・デュポンポリケミカル社製、商品名:ハイミラン(登録商標))を用いた。   Next, the transparent conductive base material on which the porous semiconductor layer was formed and the transparent conductive base material on which the counter electrode was formed were placed opposite to each other and sealed with a resin film spacer and an acrylic ultraviolet curable resin. As the resin film spacer, a film having a thickness of 25 μm (manufactured by Mitsui DuPont Polychemical Co., Ltd., trade name: High Milan (registered trademark)) was used.

次に、注液口から送液ポンプを用いて以下の組成の電解液を注入し、電解質層を形成した。以上により、目的とする色素増感型光電変換素子を得た。
メトキシプロピオニトリル 1.5g
ヨウ化ナトリウム 0.02g
1−プロピル−2,3−ジメチルイミダソリウムヨーダイド 0.8g
ヨウ素 0.1g
4−tert−ブチルピリジン(TBP) 0.05g
Next, an electrolyte solution having the following composition was injected from the injection port using a liquid feed pump to form an electrolyte layer. Thus, the intended dye-sensitized photoelectric conversion element was obtained.
Methoxypropionitrile 1.5g
Sodium iodide 0.02g
1-propyl-2,3-dimethylimidazolium iodide 0.8g
Iodine 0.1g
4-tert-butylpyridine (TBP) 0.05 g

次に、上述のようにして得られた色素増感型光電変換素子について、疑似太陽光(AM1.5、100mw/cm2)照射時における電流−電圧曲線における短絡電流、開放電圧、フィルファクタ、および光電変換効率を測定した。その結果、光電変換効率5.5%の変換効率を有する色素増感型光電変換素子が得られた。 Next, for the dye-sensitized photoelectric conversion element obtained as described above, the short-circuit current, the open-circuit voltage, the fill factor in the current-voltage curve during irradiation with pseudo sunlight (AM1.5, 100 mw / cm 2 ), And the photoelectric conversion efficiency was measured. As a result, a dye-sensitized photoelectric conversion element having a conversion efficiency of 5.5% was obtained.

<サンプル7−2>
酸化チタン分散溶液を構成する材料を以下に示すものとし、酸化チタン分散溶液中、平均粒径が200nmの酸化チタン微粒子の割合を酸化チタン重量比で5%としたこと以外は、サンプル7−1の場合と同様にして、サンプル7−2の色素増感型光電変換素子を作製した。
酸化チタン微粒子(平均粒径:50nm):昭和タイタニウム株式会社製 酸化チタン 3.8g
酸化チタン微粒子(平均粒径:200nm):昭和タイタニウム株式会社製 酸化チタン 0.2g
溶媒:2プロパノール 46g
分散剤:3,5−ジメチル−3−アミノ−1−ヘキシン 0.2g
<Sample 7-2>
The material constituting the titanium oxide dispersion solution is as follows. Sample 7-1 except that the ratio of titanium oxide fine particles having an average particle diameter of 200 nm in the titanium oxide dispersion solution is 5% by weight of titanium oxide. In the same manner as described above, a dye-sensitized photoelectric conversion element of Sample 7-2 was produced.
Titanium oxide fine particles (average particle size: 50 nm): 3.8 g titanium oxide manufactured by Showa Titanium Co., Ltd.
Titanium oxide fine particles (average particle size: 200 nm): Titanium oxide 0.2 g manufactured by Showa Titanium Co., Ltd.
Solvent: 46g 2-propanol
Dispersant: 3,5-dimethyl-3-amino-1-hexyne 0.2 g

次に、上述のようにして得られた色素増感型光電変換素子について、疑似太陽光(AM1.5、100mw/cm2)照射時における電流−電圧曲線における短絡電流、開放電圧、フィルファクタ、および光電変換効率を測定した。その結果、光電変換効率5.5%の変換効率を有する色素増感型光電変換素子が得られた。 Next, for the dye-sensitized photoelectric conversion element obtained as described above, the short-circuit current, the open-circuit voltage, the fill factor in the current-voltage curve during irradiation with pseudo sunlight (AM1.5, 100 mw / cm 2 ), And the photoelectric conversion efficiency was measured. As a result, a dye-sensitized photoelectric conversion element having a conversion efficiency of 5.5% was obtained.

<サンプル7−3>
酸化チタン分散溶液を構成する材料を以下に示すものとし、酸化チタン分散溶液中、平均粒径が200nmの酸化チタン微粒子の割合を酸化チタン重量比で10%としたこと以外は、サンプル7−1の場合と同様にして、サンプル7−3の色素増感型光電変換素子を作製した。
酸化チタン微粒子(平均粒径:50nm):昭和タイタニウム株式会社製 酸化チタン 3.5g
酸化チタン微粒子(平均粒径:200nm):昭和タイタニウム株式会社製 酸化チタン 0.5g
溶媒:2プロパノール 46g
分散剤:3,5−ジメチル−3−アミノ−1−ヘキシン 0.2g
<Sample 7-3>
The material constituting the titanium oxide dispersion solution is as follows. Sample 7-1 except that the ratio of titanium oxide fine particles having an average particle diameter of 200 nm in the titanium oxide dispersion solution is 10% by weight of titanium oxide. In the same manner as in Example 1, a dye-sensitized photoelectric conversion element of Sample 7-3 was produced.
Titanium oxide fine particles (average particle size: 50 nm): Titanium oxide 3.5 g, manufactured by Showa Titanium Co., Ltd.
Titanium oxide fine particles (average particle size: 200 nm): 0.5 g of titanium oxide manufactured by Showa Titanium Co., Ltd.
Solvent: 46g 2-propanol
Dispersant: 3,5-dimethyl-3-amino-1-hexyne 0.2 g

次に、上述のようにして得られた色素増感型光電変換素子について、疑似太陽光(AM1.5、100mw/cm2)照射時における電流−電圧曲線における短絡電流、開放電圧、フィルファクタ、および光電変換効率を測定した。その結果、光電変換効率6.0%の変換効率を有する色素増感型光電変換素子が得られた。 Next, for the dye-sensitized photoelectric conversion element obtained as described above, the short-circuit current, the open-circuit voltage, the fill factor in the current-voltage curve during irradiation with pseudo sunlight (AM1.5, 100 mw / cm 2 ), And the photoelectric conversion efficiency was measured. As a result, a dye-sensitized photoelectric conversion device having a conversion efficiency of 6.0% was obtained.

<サンプル7−4>
酸化チタン分散溶液を構成する材料を以下に示すものとし、酸化チタン分散溶液中、平均粒径が200nmの酸化チタン微粒子の割合を酸化チタン重量比で20%としたこと以外は、サンプル7−1の場合と同様にして、サンプル7−4の色素増感型光電変換素子を作製した。
酸化チタン微粒子(平均粒径:50nm):昭和タイタニウム株式会社製 酸化チタン 3.2g
酸化チタン微粒子(平均粒径:200nm):昭和タイタニウム株式会社製 酸化チタン 0.8g
溶媒:2プロパノール 46g
分散剤:3,5−ジメチル−3−アミノ−1−ヘキシン 0.2g
<Sample 7-4>
The material constituting the titanium oxide dispersion solution is as follows. Sample 7-1 except that the ratio of titanium oxide fine particles having an average particle diameter of 200 nm in the titanium oxide dispersion solution is 20% by weight of titanium oxide. In the same manner as described above, a dye-sensitized photoelectric conversion element of Sample 7-4 was produced.
Titanium oxide fine particles (average particle diameter: 50 nm): Titanium oxide 3.2 g, manufactured by Showa Titanium Co., Ltd.
Titanium oxide fine particles (average particle size: 200 nm): 0.8 g of titanium oxide manufactured by Showa Titanium Co., Ltd.
Solvent: 46g 2-propanol
Dispersant: 3,5-dimethyl-3-amino-1-hexyne 0.2 g

次に、上述のようにして得られた色素増感型光電変換素子について、疑似太陽光(AM1.5、100mw/cm2)照射時における電流−電圧曲線における短絡電流、開放電圧、フィルファクタ、および光電変換効率を測定した。その結果、光電変換効率6.0%の変換効率を有する色素増感型光電変換素子が得られた。 Next, for the dye-sensitized photoelectric conversion element obtained as described above, the short-circuit current, the open-circuit voltage, the fill factor in the current-voltage curve during irradiation with pseudo sunlight (AM1.5, 100 mw / cm 2 ), And the photoelectric conversion efficiency was measured. As a result, a dye-sensitized photoelectric conversion device having a conversion efficiency of 6.0% was obtained.

下記の表5に、サンプル7−1〜サンプル7−4に関する、粒度分布の異なる金属酸化物半導体微粒子の混合の割合と光電変換効率の測定結果とを示す。   Table 5 below shows the mixing ratio of the metal oxide semiconductor fine particles having different particle size distributions and the measurement results of the photoelectric conversion efficiency with respect to Sample 7-1 to Sample 7-4.

Figure 2012204169
Figure 2012204169

表5より以下のことがわかった。平均粒径200nmの酸化チタン微粒子の割合が10%程度のときに光電変換効率が最も良好となり、それ以上では散乱の効果が飽和することがわかった。   Table 5 shows the following. It was found that the photoelectric conversion efficiency was the best when the ratio of the titanium oxide fine particles having an average particle diameter of 200 nm was about 10%, and that the scattering effect was saturated above that.

以上説明したように、本技術によれば、色素増感型光電変換素子に備えられる多孔質半導体層が、金属酸化物半導体微粒子、分散剤および溶媒を含有する多孔質半導体形成用組成物を、透明導電層上に塗布または印刷して焼成することにより得られる。また、分散剤が、アセチレン系炭化水素骨格からなり、金属酸化物に吸着する官能基を1つ以上有する。   As described above, according to the present technology, the porous semiconductor layer provided in the dye-sensitized photoelectric conversion element comprises a porous semiconductor forming composition containing metal oxide semiconductor fine particles, a dispersant and a solvent. It is obtained by coating or printing on a transparent conductive layer and baking. The dispersant is composed of an acetylene hydrocarbon skeleton and has one or more functional groups that are adsorbed on the metal oxide.

分散剤が、基材の変形などを引き起こしにくい、比較的低い温度で揮発する特徴を有するため、分散液中の金属酸化物半導体微粒子以外の物質が効果的に除去されるとともに、基材の選択の幅が広がり、樹脂材料を基材として好適に使用することができる。本技術によれば、樹脂材料が使用可能な低温度領域において、簡便な方法により、金属酸化物半導体層を形成することができ、発電効率に優れた色素増感型光電変換素子を製造することができる。   Since the dispersant has the characteristic of volatilizing at a relatively low temperature that does not easily cause deformation of the substrate, substances other than the metal oxide semiconductor particles in the dispersion are effectively removed and the substrate is selected. The resin material can be suitably used as a base material. According to the present technology, a metal oxide semiconductor layer can be formed by a simple method in a low temperature region where a resin material can be used, and a dye-sensitized photoelectric conversion element excellent in power generation efficiency is manufactured. Can do.

本技術は、上述した本技術の実施形態に限定されるものでは無く、本技術の要旨を逸脱しない範囲内で様々な変形や応用が可能である。   The present technology is not limited to the above-described embodiments of the present technology, and various modifications and applications are possible without departing from the gist of the present technology.

例えば、上述の実施形態および実施例において挙げた構成、方法、工程、形状、材料および数値などはあくまでも例に過ぎず、必要に応じてこれと異なる構成、方法、工程、形状、材料および数値などを用いてもよい。   For example, the configurations, methods, steps, shapes, materials, numerical values, and the like given in the above-described embodiments and examples are merely examples, and different configurations, methods, steps, shapes, materials, numerical values, and the like are necessary as necessary. May be used.

また、上述の実施形態の構成、方法、工程、形状、材料および数値などは、本技術の主旨を逸脱しない限り、互いに組み合わせることが可能である。   The configurations, methods, processes, shapes, materials, numerical values, and the like of the above-described embodiments can be combined with each other without departing from the gist of the present technology.

また、上述の実施形態に係る色素増感太陽電池(セル)を複数組み合わせてモジュールを形成するようにしてもよい。複数の色素増感太陽電池は、電気的に直列および/または並列に接続され、例えば直列に組み合わせた場合には高い起電圧を得ることができる。   Further, a module may be formed by combining a plurality of dye-sensitized solar cells (cells) according to the above-described embodiment. The plurality of dye-sensitized solar cells are electrically connected in series and / or in parallel. For example, when combined in series, a high electromotive voltage can be obtained.

1、21 色素増感型光電変換素子
3、13 導電性基材
3a、13a 導電層
3b、13b 基材
5 多孔質半導体層
7 電解質層
15 対向電極
15a 対極
31 上着
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1, 21 Dye-sensitized photoelectric conversion element 3, 13 Conductive base material 3a, 13a Conductive layer 3b, 13b Base material 5 Porous semiconductor layer 7 Electrolyte layer 15 Counter electrode 15a Counter electrode 31 Outer coating

Claims (10)

導電層、多孔質半導体層、電解質層、および対極を備え、
上記多孔質半導体層は、金属酸化物半導体微粒子、分散剤および溶媒を含有する多孔質半導体形成用組成物を上記導電層上に塗布または印刷して焼成することにより得られ、
上記分散剤は、アセチレン系炭化水素骨格からなり、上記金属酸化物半導体微粒子に吸着する官能基を1つ以上有する色素増感型光電変換素子。
A conductive layer, a porous semiconductor layer, an electrolyte layer, and a counter electrode;
The porous semiconductor layer is obtained by applying or printing a porous semiconductor forming composition containing metal oxide semiconductor fine particles, a dispersant and a solvent on the conductive layer and baking the composition.
The dispersant is a dye-sensitized photoelectric conversion element having an acetylene hydrocarbon skeleton and having one or more functional groups adsorbed on the metal oxide semiconductor fine particles.
上記分散剤は、上記アセチレン系炭化水素骨格として、少なくともアセチレンアルコール構造またはアセチレンジオール構造を有する請求項1記載の色素増感型光電変換素子。   The dye-sensitized photoelectric conversion element according to claim 1, wherein the dispersant has at least an acetylene alcohol structure or an acetylene diol structure as the acetylene hydrocarbon skeleton. 上記分散剤は、金属酸化物に吸着する官能基として、少なくとも、アミノ基、カルボキシル基、ヒドロキシ基、チオール基、ホスホノ基、シアノ基、ニトロ基、スルホニル基およびスルフィニル基からなる群から選ばれた少なくとも1種以上を有する請求項1記載の色素増感型光電変換素子。   The dispersant was selected from the group consisting of at least an amino group, a carboxyl group, a hydroxy group, a thiol group, a phosphono group, a cyano group, a nitro group, a sulfonyl group, and a sulfinyl group as a functional group that adsorbs to the metal oxide. The dye-sensitized photoelectric conversion element according to claim 1, comprising at least one kind. 上記金属酸化物半導体微粒子の平均一次粒子径は、5nm以上500nm以下である請求項1記載の色素増感型光電変換素子。   2. The dye-sensitized photoelectric conversion element according to claim 1, wherein the metal oxide semiconductor fine particles have an average primary particle diameter of 5 nm to 500 nm. 上記金属酸化物半導体微粒子は、チタン、亜鉛、スズおよびニオブの少なくとも1種を含む金属酸化物を含む請求項1記載の色素増感型光電変換素子。   The dye-sensitized photoelectric conversion element according to claim 1, wherein the metal oxide semiconductor fine particles include a metal oxide containing at least one of titanium, zinc, tin, and niobium. 上記金属酸化物半導体微粒子は、アナターゼ型またはブリュッカイト型の結晶構造を有する酸化チタンを含む請求項1記載の色素増感型光電変換素子。   The dye-sensitized photoelectric conversion element according to claim 1, wherein the metal oxide semiconductor fine particles include titanium oxide having an anatase type or a brucite type crystal structure. 可撓性を有する樹脂基材をさらに備え、
上記導電層は、上記樹脂基材上に形成される請求項1記載の色素増感型光電変換素子。
A resin base material having flexibility;
The dye-sensitized photoelectric conversion element according to claim 1, wherein the conductive layer is formed on the resin base material.
金属酸化物半導体微粒子、分散剤および溶媒を含有する多孔質半導体形成用組成物を導電層上に塗布または印刷する工程と、
上記塗布された多孔質半導体形成用組成物を焼成し、上記導電層上に多孔質半導体層を形成する工程と、
上記多孔質半導体層に増感色素を担持させる工程と、
上記増感色素が担持された上記多孔質半導体層に対向して対極を設ける工程と、
上記多孔質半導体層と、上記対極との間に電解質層を設ける工程と
を備え、
上記分散剤は、アセチレン系炭化水素骨格からなり、上記金属酸化物半導体微粒子に吸着する官能基を1つ以上有する色素増感型光電変換素子の製造方法。
Applying or printing a porous semiconductor forming composition containing metal oxide semiconductor fine particles, a dispersant and a solvent on the conductive layer;
Firing the applied composition for forming a porous semiconductor, and forming a porous semiconductor layer on the conductive layer;
A step of supporting a sensitizing dye on the porous semiconductor layer;
Providing a counter electrode facing the porous semiconductor layer carrying the sensitizing dye; and
A step of providing an electrolyte layer between the porous semiconductor layer and the counter electrode,
The said dispersing agent consists of acetylene type hydrocarbon frame | skeletons, The manufacturing method of the dye-sensitized photoelectric conversion element which has one or more functional groups adsorb | sucking to the said metal oxide semiconductor fine particle.
上記塗布または印刷された多孔質半導体形成用組成物の焼成は、40℃以上175℃以下の温度範囲で行われる請求項8記載の色素増感型光電変換素子の製造方法。   The method for producing a dye-sensitized photoelectric conversion element according to claim 8, wherein the firing of the coated or printed composition for forming a porous semiconductor is performed in a temperature range of 40 ° C. or more and 175 ° C. or less. 金属酸化物半導体微粒子、分散剤および溶媒を含有する多孔質半導体形成用組成物を導電層上に塗布または印刷し、焼成する工程を備え、
上記分散剤は、アセチレン系炭化水素骨格からなり、上記金属酸化物半導体微粒子に吸着する官能基を1つ以上有する金属酸化物半導体層の形成方法。
A step of applying or printing a composition for forming a porous semiconductor containing metal oxide semiconductor fine particles, a dispersant and a solvent on a conductive layer, followed by firing.
The said dispersing agent consists of acetylene type hydrocarbon frame | skeleton, The formation method of the metal oxide semiconductor layer which has one or more functional groups which adsorb | suck to the said metal oxide semiconductor fine particle.
JP2011068341A 2011-03-25 2011-03-25 Dye sensitized photoelectric conversion element and method for manufacturing the same, and method for forming metal oxide semiconductor layer Pending JP2012204169A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2011068341A JP2012204169A (en) 2011-03-25 2011-03-25 Dye sensitized photoelectric conversion element and method for manufacturing the same, and method for forming metal oxide semiconductor layer

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2011068341A JP2012204169A (en) 2011-03-25 2011-03-25 Dye sensitized photoelectric conversion element and method for manufacturing the same, and method for forming metal oxide semiconductor layer

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2012204169A true JP2012204169A (en) 2012-10-22

Family

ID=47184948

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2011068341A Pending JP2012204169A (en) 2011-03-25 2011-03-25 Dye sensitized photoelectric conversion element and method for manufacturing the same, and method for forming metal oxide semiconductor layer

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2012204169A (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2017188316A1 (en) * 2016-04-27 2017-11-02 積水化学工業株式会社 Solar cell module, solar cell system, method for constructing solar cell module, and method for constructing solar cell system
US11541953B2 (en) 2019-12-10 2023-01-03 Canyon Bicycles Gmbh Bicycle rack, single bicycle rack and bicycle rack system

Citations (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH08183663A (en) * 1994-12-28 1996-07-16 Kyocera Corp Ceramic molding composition
JP2001247314A (en) * 2000-03-07 2001-09-11 Ricoh Co Ltd Method for forming thin film and photoelectric transfer element
JP2003500857A (en) * 1999-05-25 2003-01-07 フォッシュカルパテント・イー・ウプサラ・アクチボラゲット Manufacturing method of nanostructured thin film electrode
JP2003192451A (en) * 2001-12-27 2003-07-09 Tdk Corp Water-based coating composition for ceramic green sheet, method for manufacturing ceramic green sheet and method for manufacturing ceramic electronic parts
JP2005097719A (en) * 2003-08-15 2005-04-14 Hoden Seimitsu Kako Kenkyusho Ltd Non-chromium surface treatment agent for galvanized product
WO2007043533A1 (en) * 2005-10-11 2007-04-19 Kyocera Corporation Photoelectric transducer, process for producing the same, and photovoltaic apparatus
JP2007185565A (en) * 2006-01-11 2007-07-26 Pioneer Electronic Corp Coating device, method of cleaning coating device and method of manufacturing plasma display panel
JP2008062181A (en) * 2006-09-07 2008-03-21 Gifu Univ Method for manufacturing porous zinc oxide electrode and dye-sensitized solar cell
JP2010066430A (en) * 2008-09-10 2010-03-25 Ricoh Co Ltd Intermediate transfer body and image forming apparatus
JP2010168264A (en) * 2008-12-26 2010-08-05 Nitto Denko Corp Inorganic porous body and method for producing the same
JP2010277762A (en) * 2009-05-27 2010-12-09 Tdk Corp Metal oxide electrode for dye-sensitized solar cell, dye-sensitized solar cell, and manufacturing method of metal oxide electrode

Patent Citations (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH08183663A (en) * 1994-12-28 1996-07-16 Kyocera Corp Ceramic molding composition
JP2003500857A (en) * 1999-05-25 2003-01-07 フォッシュカルパテント・イー・ウプサラ・アクチボラゲット Manufacturing method of nanostructured thin film electrode
JP2001247314A (en) * 2000-03-07 2001-09-11 Ricoh Co Ltd Method for forming thin film and photoelectric transfer element
JP2003192451A (en) * 2001-12-27 2003-07-09 Tdk Corp Water-based coating composition for ceramic green sheet, method for manufacturing ceramic green sheet and method for manufacturing ceramic electronic parts
JP2005097719A (en) * 2003-08-15 2005-04-14 Hoden Seimitsu Kako Kenkyusho Ltd Non-chromium surface treatment agent for galvanized product
WO2007043533A1 (en) * 2005-10-11 2007-04-19 Kyocera Corporation Photoelectric transducer, process for producing the same, and photovoltaic apparatus
JP2007185565A (en) * 2006-01-11 2007-07-26 Pioneer Electronic Corp Coating device, method of cleaning coating device and method of manufacturing plasma display panel
JP2008062181A (en) * 2006-09-07 2008-03-21 Gifu Univ Method for manufacturing porous zinc oxide electrode and dye-sensitized solar cell
JP2010066430A (en) * 2008-09-10 2010-03-25 Ricoh Co Ltd Intermediate transfer body and image forming apparatus
JP2010168264A (en) * 2008-12-26 2010-08-05 Nitto Denko Corp Inorganic porous body and method for producing the same
JP2010277762A (en) * 2009-05-27 2010-12-09 Tdk Corp Metal oxide electrode for dye-sensitized solar cell, dye-sensitized solar cell, and manufacturing method of metal oxide electrode

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2017188316A1 (en) * 2016-04-27 2017-11-02 積水化学工業株式会社 Solar cell module, solar cell system, method for constructing solar cell module, and method for constructing solar cell system
US11541953B2 (en) 2019-12-10 2023-01-03 Canyon Bicycles Gmbh Bicycle rack, single bicycle rack and bicycle rack system

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5023866B2 (en) Dye-sensitized photoelectric conversion element, method for producing the same, and electronic device
Chen et al. Dextran based highly conductive hydrogel polysulfide electrolyte for efficient quasi-solid-state quantum dot-sensitized solar cells
Ono et al. Study on dye-sensitized solar cell using novel infrared dye
CN101937778A (en) Dye sensitization photoelectric converter
Nwanya et al. Dyed sensitized solar cells: A technically and economically alternative concept to pn junction photovoltaic devices.
KR101587746B1 (en) Pigment sensitization solar cell
Bang et al. Effect of acetic acid in TiO2 paste on the performance of dye-sensitized solar cells
JP4338981B2 (en) Dye-sensitized photoelectric conversion element
CN101416345A (en) Dye sensitization photoelectric converter
Chen et al. On the photophysical and electrochemical studies of dye-sensitized solar cells with the new dye CYC-B1
Raja et al. Improving the efficiency of dye-sensitized solar cells via the impact of triphenylamine-based inventive organic additives on biodegradable cellulose polymer gel electrolytes
CN101712694B (en) Ruthenium metal complex and photoelectric component therefrom
Ren et al. A comparative study on indoline dye-and ruthenium complex-sensitized hierarchically structured ZnO solar cells
Kamaraj et al. Performance of 4-Subsituted Pyridine Based Additive and Cobalt Redox in Poly (ethylene glycol)–Hydroxyethylcellulose Polymer Electrolytes with DTTCY Acid Sensitizer on Dye Sensitized Solar Cells
WO2012101939A1 (en) Dye-sensitized solar cell and method for manufacturing same
Higashino et al. Synthesis of push–pull porphyrin with two electron-donating and two electron-withdrawing groups and its application to dye-sensitized solar cell
EP2879230A1 (en) Photoelectric conversion layer composition and photoelectric conversion element
JP5606754B2 (en) Dye-sensitized solar cell
JP2012204169A (en) Dye sensitized photoelectric conversion element and method for manufacturing the same, and method for forming metal oxide semiconductor layer
Gonzalez-Flores et al. Influence of redox couple on the performance of ZnO dye solar cells and minimodules with benzothiadiazole-based photosensitizers
JP2015141955A (en) photoelectric conversion element
KR20100066158A (en) Novel organic dye incorporating a trialkoxysilyl and preparation thereof
TWI383988B (en) Novel ruthenium complex and photoelectric component using the same
JP2003297445A (en) Coating composition for photoelectric conversion element
JP2004238213A (en) Method of manufacturing titanium oxide particle and photoelectric conversion device using the same

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20140128

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20140922

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20140930

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20141119

A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20150602