JP2012204324A - Dye-sensitized solar cell photoelectrode - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a dye-sensitized solar cell photoelectrode which can achieve high photoelectric conversion efficiency and a method for manufacturing the dye-sensitized solar cell photoelectrode.SOLUTION: The dye-sensitized solar cell photoelectrode includes a porous metal oxide semiconductor layer and a sensitization dye adsorbed in the porous metal oxide semiconductor layer. The porous metal oxide semiconductor layer has a porosity of 40-90% by volume and an average short diameter of holes of 100-3000 nm, where a percentage of holes forming contiguous holes adjacent to one another relative to all holes is 10% or less.

Description

本発明は、高い光電交換効率を実現することが可能な色素増感太陽電池用光電極、及び、該色素増感太陽電池用光電極の製造方法に関する。 The present invention relates to a dye-sensitized solar cell photoelectrode capable of realizing high photoelectric exchange efficiency and a method for producing the dye-sensitized solar cell photoelectrode.

近年、環境問題の観点から、光エネルギーを電気エネルギーに変換することが可能な太陽電池が注目を集めている。現在実用化されている太陽電池の主流は単結晶、多結晶及び非結晶シリコンからなるシリコン系太陽電池であるが、これらは材料コストや製造プロセスにおけるエネルギーコストが高く、太陽電池の普及の大きな障害となっていた。
これに対して、色素増感太陽電池は、製造コストを低く抑えられることから、特に注目を集めている。また、色素増感太陽電池は、製造コストの低さや低環境負荷以外にも、カラフル性、軽量フレキシブル性、シースルー性等の既存シリコン太陽電池では実現が難しい付加価値を有している点でも優れている。
In recent years, solar cells capable of converting light energy into electric energy have attracted attention from the viewpoint of environmental problems. The mainstream of solar cells currently in practical use is silicon-based solar cells composed of single crystal, polycrystalline and amorphous silicon, but these are high material costs and energy costs in the manufacturing process, and are a major obstacle to the widespread use of solar cells. It was.
On the other hand, dye-sensitized solar cells are particularly attracting attention because the manufacturing cost can be kept low. Dye-sensitized solar cells are also excellent in that they have added value that is difficult to realize with existing silicon solar cells, such as colorfulness, lightweight flexibility, and see-through properties, in addition to low manufacturing cost and low environmental impact. ing.

色素増感太陽電池は、増感色素を担持した酸化物半導体層及び透明導電層を有する光電極と、対向電極と、これらの電極の間に挟まれた電解質層とから構成されており、光電極に光が照射されると、増感色素が励起状態となって電子が放出され、この電子が酸化物半導体層を介して透明電極層に達することにより電気エネルギーが取り出される。 A dye-sensitized solar cell includes a photoelectrode having an oxide semiconductor layer carrying a sensitizing dye and a transparent conductive layer, a counter electrode, and an electrolyte layer sandwiched between these electrodes. When the electrode is irradiated with light, the sensitizing dye is excited to emit electrons, and the electrons reach the transparent electrode layer through the oxide semiconductor layer, whereby electric energy is extracted.

一方で、色素増感太陽電池は、製造コストが低いものの、光電変換効率が低いことが実用化の障害となっている。これに対して、色素増感太陽電池の受光面積を拡大し、電池の出力を大きくさせることが行われていたが、単に大面積化するだけでは、電池の内部抵抗の増大により電力の損失が生じ、結果的に変換効率の低下や形状因子(フィルファクタ(FF))が小さくなるという問題があった。 On the other hand, although the production cost of the dye-sensitized solar cell is low, the low photoelectric conversion efficiency is an obstacle to practical use. On the other hand, the light receiving area of the dye-sensitized solar cell has been increased to increase the output of the battery, but simply increasing the area results in a loss of power due to an increase in the internal resistance of the battery. As a result, there is a problem that the conversion efficiency is lowered and the shape factor (fill factor (FF)) is reduced.

色素増感太陽電池では、増感色素の吸着量や、電解質中での電荷の移動度により光電変換効率が変化する。従って、光電変換効率を上げるためには、酸化物半導体層の空隙率を向上させることで表面積を大きくし、電解液をより移動しやすくする必要がある。
しかしながら、近年は電解液として、イオン液体等の高粘度のものが使用されることが多くなっており、このような場合は特に電解液の移動性が悪いものとなっていた。
In the dye-sensitized solar cell, the photoelectric conversion efficiency varies depending on the amount of the sensitizing dye adsorbed and the charge mobility in the electrolyte. Therefore, in order to increase the photoelectric conversion efficiency, it is necessary to increase the porosity of the oxide semiconductor layer to increase the surface area and make it easier to move the electrolytic solution.
However, in recent years, high-viscosity electrolytes such as ionic liquids are often used as the electrolyte, and in such cases, the mobility of the electrolyte is particularly poor.

これに対して、特許文献1には、色素増感型太陽電池等に使用される多孔質構造体の製造方法として、多孔質構造体形成粒子、増粘剤、添加剤(樹脂粒子等)及び溶媒等を含有する混合物を調製した後、基体上に付着させ、増粘剤及び添加剤を除去することにより空孔を形成する方法が開示されている。特許文献1では、添加剤の形状や大きさを適宜選択することにより、空孔の形状や大きさを制御することができるとしている。
しかしながら、特許文献1の方法では、添加剤が凝集することで、得られる多孔質構造体の空孔が不均一になるという課題が新たに生じていた。空孔が不均一になると、多孔質構造体に応力が掛かることで、クラック等を生じたり、効率的な光閉じ込め効果が得られず、光電変換効率が低下したりするという問題があった。
On the other hand, in Patent Document 1, as a method for producing a porous structure used for a dye-sensitized solar cell or the like, porous structure-forming particles, thickeners, additives (resin particles, etc.) and A method of forming pores by preparing a mixture containing a solvent and the like and then depositing the mixture on a substrate and removing the thickener and additives is disclosed. In Patent Document 1, the shape and size of the pores can be controlled by appropriately selecting the shape and size of the additive.
However, in the method of Patent Document 1, a new problem arises that the pores of the resulting porous structure become non-uniform due to the aggregation of the additive. If the pores are non-uniform, there is a problem that stress is applied to the porous structure to cause cracks or the like, an efficient light confinement effect cannot be obtained, and the photoelectric conversion efficiency is lowered.

特開2006−324011号公報JP 2006-324011 A

本発明は、クラック等の不具合が発生せず、高い変換効率を有する色素増感型太陽電池が得られる色素増感太陽電池用光電極、及び、該色素増感太陽電池用光電極の製造方法を提供することを目的とする。 The present invention relates to a dye-sensitized solar cell photoelectrode capable of obtaining a dye-sensitized solar cell having high conversion efficiency without causing defects such as cracks, and a method for producing the dye-sensitized solar cell photoelectrode The purpose is to provide.

本発明は、多孔質金属酸化物半導体層と前記多孔質金属酸化物半導体層に吸着された増感色素と有する色素増感太陽電池用光電極であって、前記多孔質金属酸化物半導体層は、空隙率が40〜90体積%、空孔の平均短径が100〜3000nmであり、かつ、隣接して連続孔を形成する空孔の割合が全空孔の10%以下である色素増感太陽電池用光電極である。
以下に本発明を詳述する。
The present invention is a photoelectrode for a dye-sensitized solar cell having a porous metal oxide semiconductor layer and a sensitizing dye adsorbed on the porous metal oxide semiconductor layer, the porous metal oxide semiconductor layer comprising: The dye sensitization has a porosity of 40 to 90% by volume, an average minor axis of pores of 100 to 3000 nm, and a ratio of adjacent pores forming continuous pores of 10% or less of all pores. It is a photoelectrode for a solar cell.
The present invention is described in detail below.

本発明者らは、鋭意検討の結果、色素増感太陽電池用光電極において、多孔質金属酸化物半導体層の空隙率及び空孔の平均短径を所定の範囲内として、かつ、隣接して連続孔を形成する空孔の割合を少なくすることで、多孔質金属酸化物半導体層の強度を向上させ、クラック等の発生を防止できるとともに、空孔の形状を制御することで、高い光電変換効率を有する色素増感太陽電池を製造することが可能な色素増感太陽電池用光電極が得られることを見出し、本発明を完成させるに至った。 As a result of intensive studies, the present inventors have determined that the porosity of the porous metal oxide semiconductor layer and the average minor axis of the pores are within a predetermined range in the dye-sensitized solar cell photoelectrode, and adjacent to each other. By reducing the proportion of pores that form continuous pores, the strength of the porous metal oxide semiconductor layer can be improved, cracks can be prevented, and high photoelectric conversion is achieved by controlling the shape of the pores. It discovered that the photoelectrode for dye-sensitized solar cells which can manufacture the dye-sensitized solar cell which has efficiency was obtained, and came to complete this invention.

上記多孔質金属酸化物半導体層は、空隙率の下限が40体積%、上限が90体積%である。上記空隙率が40体積%未満であると、増感色素の吸着量が低下することのほか、金属酸化物半導体層が緻密になりすぎて強度が弱くなることがあり、90体積%を超えると、多孔質金属酸化物半導体層の導電性が下がることのほか、金属酸化物半導体層が疎になりすぎて強度が弱くなることがある。好ましい下限は55体積%、好ましい上限は80体積%である。
なお、本明細書において空隙率とは、多孔質金属酸化物半導体層全体積中に占める中空部体積を百分率(%)で表示したものであり、例えば、ガス吸着法細孔分布測定装置アサップ2020(島津製作所社製)を用いて封入窒素圧力0〜760mmHgの条件等にて測定することができる。
In the porous metal oxide semiconductor layer, the lower limit of the porosity is 40% by volume, and the upper limit is 90% by volume. When the porosity is less than 40% by volume, the adsorption amount of the sensitizing dye is decreased, and the metal oxide semiconductor layer may be too dense and the strength may be weakened. In addition to the decrease in conductivity of the porous metal oxide semiconductor layer, the metal oxide semiconductor layer may become too sparse and weak in strength. A preferred lower limit is 55% by volume, and a preferred upper limit is 80% by volume.
In this specification, the porosity is a percentage (%) of the volume of the hollow portion occupied in the entire volume of the porous metal oxide semiconductor layer. For example, the gas adsorption method pore distribution measuring device Asap 2020 (Manufactured by Shimadzu Corporation) can be measured under conditions of an enclosed nitrogen pressure of 0 to 760 mmHg.

上記多孔質金属酸化物半導体層は、空孔の平均短径の下限が100nm、上限が3000nmである。
上記平均短径を上記範囲内とすることで、多孔質金属酸化物半導体層の強度や光拡散効果を確保しつつ、増感色素や電解質を注入する際の通り道となってその保持量を向上させることができ、その結果、得られる色素増感太陽電池が高い光電交換効率を実現することができる。上記空孔の平均短径が100nm未満であると、充分な強度や光拡散効果を得ることができないことがあり、3000nmを超えると応力が集中してやはり強度が低下することがある。好ましい下限は150nm、好ましい上限は1500nmである。
なお、上記空孔の平均短径は、例えば、多孔質金属酸化物半導体層の厚み方向の切断面を撮影したSEM写真を画像解析することで、無作為に抽出した任意個数の空孔の短径を測定した後、その平均値を求めることで測定することができる。
In the porous metal oxide semiconductor layer, the lower limit of the average minor axis of pores is 100 nm, and the upper limit is 3000 nm.
By setting the average minor axis within the above range, the retention amount of the porous metal oxide semiconductor layer is improved while maintaining the strength of the porous metal oxide semiconductor layer and the light diffusing effect, and becomes a path for injecting the sensitizing dye and electrolyte. As a result, the resulting dye-sensitized solar cell can achieve high photoelectric exchange efficiency. If the average minor axis of the vacancies is less than 100 nm, sufficient strength and light diffusion effect may not be obtained, and if it exceeds 3000 nm, stress may be concentrated and the strength may be lowered. A preferred lower limit is 150 nm and a preferred upper limit is 1500 nm.
Note that the average minor axis of the pores is, for example, an image analysis of a SEM photograph obtained by photographing a cut surface in the thickness direction of the porous metal oxide semiconductor layer. After measuring a diameter, it can measure by calculating | requiring the average value.

上記多孔質金属酸化物半導体層は、空孔の短径のCv値の好ましい上限が30%である。上記短径のCv値が30%を超えると、多孔質金属酸化物半導体層の空孔が均一にならず、意図した光拡散効果が得られないため色素増感太陽電池の光電変換効率が低下することがある。上記短径のCv値のより好ましい上限は、25%である。
なお、上記短径のCv値は、平均短径mと標準偏差σから、下記式(1)により算出することができる。
Cv=σ/m×100(%) (1)
In the porous metal oxide semiconductor layer, the preferable upper limit of the Cv value of the minor axis of the pores is 30%. When the Cv value of the short diameter exceeds 30%, the pores of the porous metal oxide semiconductor layer are not uniform, and the intended light diffusion effect cannot be obtained, so that the photoelectric conversion efficiency of the dye-sensitized solar cell decreases. There are things to do. A more preferable upper limit of the Cv value of the minor axis is 25%.
The Cv value of the minor axis can be calculated from the average minor axis m and the standard deviation σ by the following formula (1).
Cv = σ / m × 100 (%) (1)

本発明の色素増感太陽電池用光電極を構成する多孔質金属酸化物半導体層は、隣接して連続孔を形成する空孔の割合が全空孔の10%以下である。
このような空孔とすることで、光学散乱を助長可能な空孔が形成可能となり、光閉じ込め効果と、イオン拡散の促進により、更に高い光電変換効率を実現することができる。
また、空孔が均一に分布した独立孔を多く形成することにより、多孔質金属酸化物半導体層がハニカム構造を形成し、内部応力や歪を緩和して多孔質に柔軟性と強度を付与することができる。これにより厚塗りを行ってもクラック無しに半導体層を形成することができる。逆に隣接した連続孔が多い場合は空孔全体の巨大化を招き、応力が集中してクラックの原因となることがある。
上記連続孔を形成する空孔の割合が10%を超えると、光電変換効率が低下する他、多孔質金属酸化物半導体層の強度が低下してクラックが入ることがある。
上記連続孔を形成する空孔の割合の好ましい上限は5%である。
なお、本願において、「隣接して連続孔を形成する空孔」とは、独立孔である空孔が2つ以上連なった空孔のことを言い、近接する空孔同士の一部が互いに貫通している状態を意味する。
また、「連続孔を形成する空孔の割合」は、例えば、多孔質金属酸化物半導体層の厚み方向の切断面を撮影したSEM写真を画像解析することで、無作為に抽出した任意個数の空孔について、連続孔を形成している空孔の割合を計数することにより測定することができる。
In the porous metal oxide semiconductor layer constituting the photoelectrode for dye-sensitized solar cell of the present invention, the proportion of pores that form adjacent pores is 10% or less of the total pores.
By using such vacancies, vacancies that can promote optical scattering can be formed, and higher photoelectric conversion efficiency can be realized by promoting the light confinement effect and ion diffusion.
In addition, by forming a large number of independent pores with uniformly distributed pores, the porous metal oxide semiconductor layer forms a honeycomb structure and relaxes internal stress and strain to give flexibility and strength to the porous material. be able to. As a result, the semiconductor layer can be formed without cracks even if thick coating is performed. On the other hand, when there are many adjacent continuous holes, the whole hole becomes enormous, and stress may concentrate and cause cracks.
When the ratio of the void | hole which forms the said continuous hole exceeds 10%, in addition to a photoelectric conversion efficiency falling, the intensity | strength of a porous metal oxide semiconductor layer may fall and a crack may enter.
The upper limit with the preferable ratio of the void | hole which forms the said continuous hole is 5%.
In the present application, “a hole that forms a continuous hole adjacent to each other” refers to a hole in which two or more independent holes are connected, and a part of adjacent holes penetrate each other. It means the state that is.
In addition, the “ratio of vacancies that form continuous pores” is, for example, an arbitrary number of randomly extracted SEM photographs obtained by photographing SEM photographs taken in the thickness direction of the porous metal oxide semiconductor layer. About a void | hole, it can measure by counting the ratio of the void | hole which forms the continuous hole.

上記多孔質金属酸化物半導体層の空孔は、加熱消滅性樹脂粒子が消滅することにより得られたものであることが好ましい。このような空孔は、空孔の平均短径、空孔の形状、空孔の分散状態を制御することが容易であることから好ましい。
また、このようにして得られることで、上記多孔質金属酸化物半導体層は、焼結によって生まれる金属酸化物粒子同士の間隙のほかに、加熱消滅性樹脂粒子の消滅に起因する平均短径が100nm以上の空孔を多く有することとなる。これにより、従来の多孔質金属酸化物半導体層に比べて空隙率を高いものとすることができる。
The pores of the porous metal oxide semiconductor layer are preferably obtained by the disappearance of the heat extinguishing resin particles. Such holes are preferable because it is easy to control the average minor axis of the holes, the shape of the holes, and the dispersion state of the holes.
In addition, since the porous metal oxide semiconductor layer is obtained in this way, in addition to the gap between the metal oxide particles produced by sintering, the average minor axis due to the disappearance of the heat extinguishing resin particles is obtained. It will have many holes of 100 nm or more. Thereby, a porosity can be made high compared with the conventional porous metal oxide semiconductor layer.

上記多孔質金属酸化物半導体層の厚みの好ましい下限は1μm、好ましい上限は50μmである。上記厚みが1μm未満であると、半導体の量が少なく光電変換が不充分となり、50μmを超えると、色素増感太陽電池セル自体にヒビ割れが生じてしまうことがある。 The preferable lower limit of the thickness of the porous metal oxide semiconductor layer is 1 μm, and the preferable upper limit is 50 μm. If the thickness is less than 1 μm, the amount of semiconductor is small and photoelectric conversion is insufficient, and if it exceeds 50 μm, the dye-sensitized solar cell itself may be cracked.

上記多孔質金属酸化物半導体層は、酸化ケイ素、酸化チタン、酸化スズ、酸化亜鉛、酸化ジルコニウム、酸化ストロンチウム、酸化ニオブ、酸化セリウム、酸化タングステン、酸化アルミニウム、酸化インジウム、酸化ガリウム及び酸化イットリウムからなる群より選択される少なくとも1種の金属酸化物、又は、前記金属酸化物を含有する複合酸化物からなることが好ましい。これらのなかでは、バンドギャップが広く、資源も比較的に豊富にあるという理由から、酸化チタン、酸化亜鉛等が好ましい。 The porous metal oxide semiconductor layer is made of silicon oxide, titanium oxide, tin oxide, zinc oxide, zirconium oxide, strontium oxide, niobium oxide, cerium oxide, tungsten oxide, aluminum oxide, indium oxide, gallium oxide and yttrium oxide. It is preferably made of at least one metal oxide selected from the group, or a complex oxide containing the metal oxide. Of these, titanium oxide, zinc oxide, and the like are preferred because they have a wide band gap and are relatively abundant in resources.

上記多孔質金属酸化物半導体層は、金属酸化物半導体粒子からなるものであってもよい。特に、金属酸化物半導体粒子が酸化チタン粒子である場合は、例えば、通常ルチル型の酸化チタン粒子、アナターゼ型の酸化チタン粒子、ブルッカイト型の酸化チタン粒子及びこれら結晶性酸化チタンを修飾した酸化チタン粒子等を用いることができる。 The porous metal oxide semiconductor layer may be made of metal oxide semiconductor particles. In particular, when the metal oxide semiconductor particles are titanium oxide particles, for example, normal rutile type titanium oxide particles, anatase type titanium oxide particles, brookite type titanium oxide particles, and titanium oxide modified with these crystalline titanium oxides. Particles or the like can be used.

上記多孔質金属酸化物半導体層には、増感色素が吸着している。
上記増感色素としては、ルテニウム−トリス、ルテニウム−ビス型のルテニウム色素、フタロシアニンやポルフィリン、シアニジン色素、メロシアニン色素、ローダミン色素、キサンテン系色素、トリフェニルメタン色素等の有機色素が挙げられる。
A sensitizing dye is adsorbed on the porous metal oxide semiconductor layer.
Examples of the sensitizing dye include ruthenium-tris, ruthenium-bis type ruthenium dyes, and organic dyes such as phthalocyanine, porphyrin, cyanidin dye, merocyanine dye, rhodamine dye, xanthene dye, and triphenylmethane dye.

本発明の色素増感太陽電池用光電極において、上記多孔質金属酸化物半導体層及び増感色素以外の透明基板、透明導電層等の部材については、従来公知のものを使用することができる。 In the photoelectrode for dye-sensitized solar cell of the present invention, conventionally known members can be used for members such as the porous metal oxide semiconductor layer and the transparent substrate other than the sensitizing dye and the transparent conductive layer.

上記透明基板としては、透明な基板であれば特に限定されないが、珪酸塩ガラス等のガラス基板等が挙げられる。また、上記ガラス基板は、化学的、熱的に強化させたものを用いてもよい。更に、光透過性を確保できれば、種々のプラスチック基板等を使用してもよい。
上記透明基板の厚さは、0.1〜10mmが好ましく、0.3〜5mmがより好ましい。
Although it will not specifically limit as said transparent substrate if it is a transparent substrate, Glass substrates, such as silicate glass, etc. are mentioned. The glass substrate may be chemically and thermally strengthened. Furthermore, various plastic substrates or the like may be used as long as light transmittance can be secured.
The thickness of the transparent substrate is preferably 0.1 to 10 mm, and more preferably 0.3 to 5 mm.

上記透明導電層としては、InやSnOの導電性金属酸化物からなる層や金属等の導電性材料からなる層が挙げられる。上記導電性金属酸化物としては、例えば、In:Sn(ITO)、SnO:Sb、SnO:F、ZnO:Al、ZnO:F、CdSnO等が挙げられる。 Examples of the transparent conductive layer include a layer made of a conductive metal oxide such as In 2 O 3 or SnO 2 and a layer made of a conductive material such as a metal. Examples of the conductive metal oxide include In 2 O 3 : Sn (ITO), SnO 2 : Sb, SnO 2 : F, ZnO: Al, ZnO: F, and CdSnO 4 .

本発明の色素増感太陽電池用光電極は、例えば、金属酸化物半導体粒子、加熱消滅性樹脂粒子及び有機溶剤を含有する金属酸化物半導体ペーストを調製する工程、前記金属酸化物半導体ペーストを塗工する工程、前記金属酸化物半導体ペーストを乾燥し、焼成することにより、多孔質金属酸化物半導体層を形成する工程、及び、前記多孔質金属酸化物半導体層に増感色素を吸着させる工程を有し、前記金属酸化物半導体粒子は、1次結晶粒子径が100nm以下であり、前記加熱消滅性樹脂粒子は、SP値が9(cal/cm)1/2以上の溶剤中で測定したゼータ電位の絶対値が20mV以上であり、平均粒子径が100〜3000nmであり、かつ、前記金属酸化物半導体粒子に対する前記加熱消滅性樹脂粒子の添加量は、5〜100重量%である方法によって製造することができる。このような色素増感太陽電池用光電極の製造方法もまた本発明の1つである。 The photoelectrode for dye-sensitized solar cell of the present invention includes, for example, a step of preparing a metal oxide semiconductor paste containing metal oxide semiconductor particles, heat extinguishing resin particles and an organic solvent, and applying the metal oxide semiconductor paste. A step of forming a porous metal oxide semiconductor layer by drying and baking the metal oxide semiconductor paste, and a step of adsorbing a sensitizing dye to the porous metal oxide semiconductor layer The metal oxide semiconductor particles have a primary crystal particle diameter of 100 nm or less, and the heat extinguishing resin particles have a zeta value measured in a solvent having an SP value of 9 (cal / cm) 1/2 or more. The absolute value of the potential is 20 mV or more, the average particle diameter is 100 to 3000 nm, and the addition amount of the heat extinguishing resin particles to the metal oxide semiconductor particles is 5 to 100 times It can be produced by a method which is in%. Such a method for producing a dye-sensitized solar cell photoelectrode is also one aspect of the present invention.

本発明の色素増感太陽電池用光電極の製造方法は、金属酸化物半導体粒子、加熱消滅性樹脂粒子及び有機溶剤を含有する金属酸化物半導体ペーストを調製する工程を有する。 The manufacturing method of the photoelectrode for dye-sensitized solar cells of this invention has the process of preparing the metal oxide semiconductor paste containing a metal oxide semiconductor particle, a heat extinction resin particle, and an organic solvent.

上記金属酸化物半導体粒子としては、酸化ケイ素、酸化チタン、酸化スズ、酸化亜鉛、酸化ジルコニウム、酸化ストロンチウム、酸化ニオブ、酸化セリウム、酸化タングステン、酸化アルミニウム、酸化インジウム、酸化ガリウム及び酸化イットリウムからなる群より選択される少なくとも1種の金属酸化物、又は、前記金属酸化物を含有する複合酸化物からなるものを用いることが好ましい。 The metal oxide semiconductor particles include silicon oxide, titanium oxide, tin oxide, zinc oxide, zirconium oxide, strontium oxide, niobium oxide, cerium oxide, tungsten oxide, aluminum oxide, indium oxide, gallium oxide, and yttrium oxide. It is preferable to use at least one metal oxide selected from the above or a composite oxide containing the metal oxide.

上記金属酸化物半導体粒子の粒子径としては、1次結晶粒子径の上限が100nmである。上記範囲内とすることで、増感色素が吸着する表面積が拡大し、光エネルギーの吸収能力を高めることができる。好ましい下限は3nm、好ましい上限は50nmである。また、粒子径分布の異なる2種類以上の微粒子を混合してもよく、入射光を散乱させて光捕獲率を向上させる目的で、粒径の大きな、例えば1次結晶粒子径400nm程度の金属酸化物半導体粒子を混合してもよい。なお、上記1次結晶粒子径は、SEMにより測定することができる。 As the particle diameter of the metal oxide semiconductor particles, the upper limit of the primary crystal particle diameter is 100 nm. By setting it within the above range, the surface area on which the sensitizing dye is adsorbed can be increased, and the light energy absorption capability can be enhanced. A preferred lower limit is 3 nm and a preferred upper limit is 50 nm. In addition, two or more kinds of fine particles having different particle size distributions may be mixed. For the purpose of improving the light capture rate by scattering incident light, a metal oxide having a large particle size, for example, a primary crystal particle size of about 400 nm is used. Solid semiconductor particles may be mixed. The primary crystal particle diameter can be measured by SEM.

上記加熱消滅性樹脂粒子としては、酸化チタン等の金属酸化物半導体が焼結し始める500℃より低温にて分解・消滅するポリマー樹脂から構成される粒子であれば特に限定されず、例えば、ポリスチレン樹脂、ポリ(メタ)アクリレート樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、ポリウレタン樹脂、塩化ビニル樹脂、ポリオキシアルキレン樹脂、ポリ(メタ)アクリロニトリル樹脂などを含有する粒子が挙げられる。この中でも、酸素原子を含む樹脂からなる粒子が好ましく、ポリオキシアルキレン樹脂を含有する粒子が特に好ましい。
ポリ(メタ)アクリレート樹脂等上記酸素原子を含む樹脂は、所定熱が加えられると、燃焼反応を伴って分解消滅し、優れた加熱消滅性を発揮する。
また、上記ポリオキシアルキレン樹脂は、所定の温度に加熱することにより、低分子量の炭化水素、エーテル等に分解された後、燃焼反応や蒸発等の相変化によって消滅し、極めて優れた加熱消滅性を発揮する。
The heat extinguishing resin particle is not particularly limited as long as it is a particle composed of a polymer resin that decomposes and disappears at a temperature lower than 500 ° C. at which a metal oxide semiconductor such as titanium oxide begins to sinter. For example, polystyrene Examples thereof include particles containing resin, poly (meth) acrylate resin, polyethylene resin, polypropylene resin, polyurethane resin, vinyl chloride resin, polyoxyalkylene resin, poly (meth) acrylonitrile resin, and the like. Among these, particles made of a resin containing oxygen atoms are preferable, and particles containing a polyoxyalkylene resin are particularly preferable.
Resins containing oxygen atoms, such as poly (meth) acrylate resins, decompose and disappear with a combustion reaction when given heat is applied, and exhibit excellent heat extinction properties.
In addition, the above polyoxyalkylene resin is decomposed into low molecular weight hydrocarbons, ethers, etc. by heating to a predetermined temperature, and then disappears due to phase change such as combustion reaction or evaporation. Demonstrate.

上記ポリオキシアルキレン樹脂としては特に限定されないが、ポリオキシプロピレン、ポリオキシエチレン又はポリオキシテトラメチレンを含有することが好ましい。これらのポリオキシアルキレン樹脂を含有しない場合、所定の加熱消滅性や粒子強度が得られないことがある。なかでも、ポリオキシプロピレンがより好適である。なお、適度な加熱消滅性及び粒子強度を得るためには、上記加熱消滅性樹脂粒子に含有されるポリオキシアルキレン樹脂のうち、5重量%以上がポリオキシプロピレンであることが好ましい。また、ポリオキシエチレンは、エチレングリコールを含むものとする。 Although it does not specifically limit as said polyoxyalkylene resin, It is preferable to contain polyoxypropylene, polyoxyethylene, or polyoxytetramethylene. When these polyoxyalkylene resins are not contained, predetermined heat extinction properties and particle strength may not be obtained. Of these, polyoxypropylene is more preferable. In order to obtain moderate heat extinction properties and particle strength, it is preferable that 5% by weight or more of the polyoxyalkylene resin contained in the heat extinction resin particles is polyoxypropylene. Moreover, polyoxyethylene shall contain ethylene glycol.

上記ポリオキシアルキレン樹脂のうち市販されているものとしては、例えば、MSポリマーS−203、S−303、S−903(以上、カネカ社製)、サイリルSAT−200、MA−403、MA−447(以上、カネカ社製)、エピオンEP103S、EP303S、EP505S(以上、カネカ社製)、エクセスターESS−2410、ESS−2420、ESS−3630(以上、旭硝子社製)等が挙げられる。 Examples of commercially available polyoxyalkylene resins include MS polymers S-203, S-303, S-903 (manufactured by Kaneka), Silyl SAT-200, MA-403, and MA-447. (Above, manufactured by Kaneka Corporation), Epion EP103S, EP303S, EP505S (above, manufactured by Kaneka Corporation), Exester ESS-2410, ESS-2420, ESS-3630 (above, manufactured by Asahi Glass Co., Ltd.) and the like.

上記ポリオキシアルキレン樹脂の数平均分子量としては特に限定されないが、数平均分子量の好ましい下限が300、好ましい上限が100万である。上記数平均分子量が300未満であると、高い加熱消滅性を実現できないことがあり、100万を超えると、高い粒子強度を実現できないことがある。 The number average molecular weight of the polyoxyalkylene resin is not particularly limited, but the preferred lower limit of the number average molecular weight is 300, and the preferred upper limit is 1,000,000. When the number average molecular weight is less than 300, high heat extinction properties may not be realized, and when it exceeds 1,000,000, high particle strength may not be realized.

上記加熱消滅性樹脂粒子において、ポリオキシアルキレン樹脂の含有量の好ましい下限は5重量%である。5重量%未満であると、加熱消滅性を充分に実現できないことがある。 In the heat extinguishing resin particles, the preferred lower limit of the content of the polyoxyalkylene resin is 5% by weight. If it is less than 5% by weight, the heat extinction property may not be sufficiently realized.

上記加熱消滅性樹脂粒子は、架橋性モノマーを含有する重合性モノマーを重合してなる重合体を含有することが好ましい。
上記架橋性モノマーを含有することによって、上記加熱消滅性樹脂粒子の圧縮強度を向上させることができる。また、上記架橋架橋性モノマーを含有することによって、加熱消滅性樹脂粒子を有機溶剤に膨潤しないものとすることができる。
上記架橋性モノマーとしては特に限定されず、例えば、トリメチロールプロパントリ(メタ)アクリレート、エチレングリコールジ(メタ)アクリレート等のアクリル系多官能性モノマーや、ジビニルベンゼン、後述する官能基を2個以上もつマクロモノマー等が挙げられる。
The heat extinguishing resin particles preferably contain a polymer obtained by polymerizing a polymerizable monomer containing a crosslinkable monomer.
By containing the crosslinkable monomer, the compressive strength of the heat extinguishing resin particles can be improved. Further, by containing the crosslinkable monomer, the heat extinguishing resin particles can be prevented from swelling in the organic solvent.
The crosslinkable monomer is not particularly limited, and examples thereof include acrylic polyfunctional monomers such as trimethylolpropane tri (meth) acrylate and ethylene glycol di (meth) acrylate, divinylbenzene, and two or more functional groups described below. For example, macromonomers.

上記架橋性モノマーを含有する重合性モノマーにおける上記架橋性モノマーの含有量は、0.5重量%以上であることが好ましい。これにより、有機溶剤への膨潤性を更に低減することができる。より好ましくは1〜30重量%である。 The content of the crosslinkable monomer in the polymerizable monomer containing the crosslinkable monomer is preferably 0.5% by weight or more. Thereby, the swelling property to an organic solvent can further be reduced. More preferably, it is 1 to 30% by weight.

上記加熱消滅性樹脂粒子は、更に、アクリルモノマー重合体を含有することが好ましい。上記アクリルモノマー重合体は、解重合しやすく熱分解性に優れており、特にポリオキシアルキレン樹脂と共存することにより、更に分解性を向上させることができる。 The heat extinguishing resin particles preferably further contain an acrylic monomer polymer. The acrylic monomer polymer is easy to depolymerize and is excellent in thermal decomposability. Particularly, the coexistence with the polyoxyalkylene resin can further improve the decomposability.

上記アクリルモノマー重合体としては特に限定されず、例えば、エチルアクリレート、プロピルアクリレート、n−ブチルアクリレート、シクロヘキシルアクリレート、2−エチルヘキシルアクリレート、エチルメタクリレート、ブチルメタクリレート、メタクリル酸メチル、メタクリル酸ブチル、メタクリル酸イソブチル等の重合体が挙げられる。
また、トリメチロールプロパントリ(メタ)アクリレート等のアクリル系多官能性モノマーの重合体が好適に用いられる。
The acrylic monomer polymer is not particularly limited. For example, ethyl acrylate, propyl acrylate, n-butyl acrylate, cyclohexyl acrylate, 2-ethylhexyl acrylate, ethyl methacrylate, butyl methacrylate, methyl methacrylate, butyl methacrylate, isobutyl methacrylate. And the like.
A polymer of an acrylic polyfunctional monomer such as trimethylolpropane tri (meth) acrylate is preferably used.

上記加熱消滅性樹脂粒子は、SP値が9(cal/cm)1/2以上の溶剤中で測定したゼータ電位の絶対値が20mV以上である。上記ゼータ電位の絶対値が20mV以上を示す状態で金属酸化物半導体粒子及び有機溶剤と混合され、金属酸化物半導体ペーストが調製されることにより、金属酸化物半導体粒子と加熱消滅性樹脂粒子が、あるいは加熱消滅性樹脂粒子同士が、有機溶媒中で互いに電気的に反発し合い、金属酸化物半導体ペースト中で加熱消滅性樹脂粒子が凝集することなく、分散状態を保つことができる。上記加熱消滅性樹脂粒子の分散性が保たれた金属酸化物半導体ペーストを焼結することにより、空孔が均一に分布した独立孔を有する多孔質金属酸化物半導体層が得られることが本発明の特徴である。 The heat extinguishing resin particles have an absolute value of zeta potential of 20 mV or more measured in a solvent having an SP value of 9 (cal / cm) 1/2 or more. By mixing the metal oxide semiconductor particles and the organic solvent in a state where the absolute value of the zeta potential is 20 mV or more, and preparing the metal oxide semiconductor paste, the metal oxide semiconductor particles and the heat extinguishing resin particles are Alternatively, the heat extinguishing resin particles repel each other in an organic solvent, and the heat extinguishing resin particles can be maintained in a dispersed state without agglomerating in the metal oxide semiconductor paste. By sintering the metal oxide semiconductor paste in which the dispersibility of the heat extinguishing resin particles is maintained, a porous metal oxide semiconductor layer having independent pores in which pores are uniformly distributed can be obtained. It is the feature.

樹脂粒子を用いて多孔質金属酸化物半導体層に空孔形成する方法はこれまでも報告されているが、一次結晶粒子径が100nm以下の金属酸化物半導体粒子を用いる場合、その比表面積が極めて大きいため、電気的に中性である乾燥粉体状態の樹脂粒子を用いると、金属酸化物半導体粒子と樹脂粒子が、あるいは樹脂粒子同士が互いに金属酸化物半導体ペースト中で凝集し、これを焼結しても空孔が均一に分布した独立孔を有する多孔質金属酸化物半導体層を得ることはできなかった。
上記加熱消滅性樹脂粒子のゼータ電位の絶対値が20mVに満たない場合、粒子間の反発力が小さいため、乾燥粉体を添加した場合と同様にペースト中で加熱消滅性樹脂粒子の凝集が起こる。上記ゼータ電位の絶対値は、30mV以上であることがより好ましい。
また、金属酸化物半導体粒子と加熱消滅性樹脂粒子が電気的に反発するためには、双方電位の正負が同じである必要がある。
なお、上記ゼータ電位は、ゼータ電位計又は動的光散乱光度計によって測定することができる。
The method of forming pores in the porous metal oxide semiconductor layer using resin particles has been reported so far, but when using metal oxide semiconductor particles having a primary crystal particle diameter of 100 nm or less, the specific surface area is extremely high. Therefore, if resin particles in a dry powder state that is electrically neutral are used, the metal oxide semiconductor particles and the resin particles, or the resin particles are aggregated in the metal oxide semiconductor paste, and are baked. Even when bonded, it was not possible to obtain a porous metal oxide semiconductor layer having independent pores in which pores were uniformly distributed.
When the absolute value of the zeta potential of the heat extinguishing resin particles is less than 20 mV, the repulsive force between the particles is small, and the agglomeration of the heat extinguishing resin particles occurs in the paste as in the case of adding the dry powder. . The absolute value of the zeta potential is more preferably 30 mV or more.
Further, in order for the metal oxide semiconductor particles and the heat extinguishing resin particles to be electrically repelled, both potentials need to have the same positive / negative potential.
The zeta potential can be measured with a zeta potentiometer or a dynamic light scattering photometer.

また、上記SP値が9(cal/cm)1/2以上の溶剤としては、例えば、水(SP値=23.4(cal/cm)1/2、出典:ポリマーハンドブック3rdエディション)、メタノール(以下同14.5)、エタノール(12.7)、プロパノール(11.5)、ブタノール(11.4)、ジメチルホルムアミド(12.1)、ジメチルスルホキシド(14.5)、メチルエチルケトン(9.3)、アセトン(9.9)等が用いられる。 Examples of the solvent having an SP value of 9 (cal / cm) 1/2 or more include, for example, water (SP value = 23.4 (cal / cm) 1/2 , source: Polymer Handbook 3rd edition), methanol ( 14.5), ethanol (12.7), propanol (11.5), butanol (11.4), dimethylformamide (12.1), dimethyl sulfoxide (14.5), methyl ethyl ketone (9.3) , Acetone (9.9) and the like are used.

上記加熱消滅性樹脂粒子は、上記有機溶剤に24時間浸漬させた場合の膨潤度が1.5倍以下である。上記膨潤度を1.5倍以下とすることでペースト中での粒子強度が保たれ、空孔を形成する機能を発現する。
上記膨潤度が1.5倍を超えると、ペースト中での樹脂粒子強度が低下し、金属酸化物半導体粒子と混合した際、剪断によって樹脂粒子が破壊されることがある。
上記膨潤度は1.2倍以下であることが好ましい。
なお、上記膨潤度は、計量した試料を所定の有機溶剤に添加し、24時間静置後、最初に加えた試料の重量に対する試料に取り込まれた有機溶剤の重量の割合を算出することにより測定することができる。
また、上記有機溶剤とは、金属酸化物半導体ペーストを作製する際に使用される有機溶剤のことをいう。
The degree of swelling of the heat-extinguishing resin particles is 1.5 times or less when immersed in the organic solvent for 24 hours. By setting the swelling degree to 1.5 times or less, the particle strength in the paste is maintained, and the function of forming pores is exhibited.
When the degree of swelling exceeds 1.5 times, the resin particle strength in the paste is reduced, and when mixed with the metal oxide semiconductor particles, the resin particles may be destroyed by shearing.
The swelling degree is preferably 1.2 times or less.
The degree of swelling is measured by adding a weighed sample to a predetermined organic solvent, allowing to stand for 24 hours, and then calculating the ratio of the weight of the organic solvent taken into the sample to the weight of the sample added first. can do.
Moreover, the said organic solvent means the organic solvent used when producing a metal oxide semiconductor paste.

上記加熱消滅性樹脂粒子は、100〜350℃の所定の温度に加熱することにより、1時間以内に90重量%以上が消滅することが好ましい。
上記加熱消滅性樹脂粒子は、低温領域であっても極めて優れた分解性を示す。90重量%以上が消滅に要する時間が1時間を超えると、多孔質樹脂フィルムの製造に用いる場合、多孔質樹脂フィルムの製造効率が低下することがある。1時間以内に消滅する部分が90重量%未満であると、発熱量を減少し、変形を抑制する効果が不充分となることがある。
It is preferable that 90% by weight or more of the heat extinguishing resin particles disappear within one hour by heating to a predetermined temperature of 100 to 350 ° C.
The heat extinguishing resin particles exhibit extremely excellent decomposability even in a low temperature region. When the time required for disappearance of 90% by weight or more exceeds 1 hour, the production efficiency of the porous resin film may be lowered when used for the production of the porous resin film. If the portion that disappears within 1 hour is less than 90% by weight, the amount of heat generation may be reduced, and the effect of suppressing deformation may be insufficient.

上記加熱消滅性樹脂粒子の平均粒子径は、下限が100nm、上限が3000nmである。上記平均粒子径が100nm未満であると、多孔質金属酸化物半導体層の光閉じ込め効果が得られず変換効率が低下したり、ハニカム構造が形成できず強度が低下したりすることがあり、3000nmを超えると、得られる多孔質金属酸化物半導体層の強度が低下することがある。好ましい下限は150nm、好ましい上限は1500nmである。 The lower limit of the average particle diameter of the heat extinguishing resin particles is 100 nm and the upper limit is 3000 nm. If the average particle size is less than 100 nm, the optical confinement effect of the porous metal oxide semiconductor layer may not be obtained and the conversion efficiency may be reduced, or the honeycomb structure may not be formed and the strength may be reduced. If it exceeds 1, the strength of the resulting porous metal oxide semiconductor layer may decrease. A preferred lower limit is 150 nm and a preferred upper limit is 1500 nm.

上記金属酸化物半導体ペーストにおける上記加熱消滅性樹脂粒子の添加量の下限は、上記金属酸化物半導体粒子に対して5重量%、上限は100重量%である。上記添加量が5重量%未満であると、光閉じ込め効果が得られず変換効率が低下したり、ハニカム構造が形成できず強度が低下したりする。100重量%を超えると、得られる多孔質金属酸化物半導体層の強度が低下する。好ましい下限は10重量%、好ましい上限は60重量%である。 The lower limit of the addition amount of the heat extinguishing resin particles in the metal oxide semiconductor paste is 5% by weight and the upper limit is 100% by weight with respect to the metal oxide semiconductor particles. If the addition amount is less than 5% by weight, the light confinement effect cannot be obtained and the conversion efficiency is lowered, or the honeycomb structure cannot be formed and the strength is lowered. When it exceeds 100% by weight, the strength of the obtained porous metal oxide semiconductor layer is lowered. A preferred lower limit is 10% by weight and a preferred upper limit is 60% by weight.

上記加熱消滅性樹脂粒子の製造方法としては特に限定されず、例えば、懸濁重合法、乳化重合法、分散重合法、ソープフリー重合法、ミニエマルジョン重合法等の従来公知の重合方法を用いて重合する方法等が挙げられる。
なかでも、ポリオキシアルキレン樹脂を含有する粒子の製造方法としては、ポリオキシアルキレンマクロモノマー又はポリオキシアルキレンマクロモノマーと他の重合性モノマーとの混合モノマーを重合する工程を有する方法が好ましい。なお、本明細書において、マクロモノマーとは、分子末端にビニル基等の重合可能な官能基を有する高分子量の線状分子のことをいい、ポリオキシアルキレンマクロモノマーとは、線状部分がポリオキシアルキレンからなるマクロモノマーのことをいう。
また、上記加熱消滅性樹脂粒子を重合する際、モノマーに分解促進剤が添加されてもよい。
The method for producing the heat extinguishing resin particles is not particularly limited, and for example, using a conventionally known polymerization method such as a suspension polymerization method, an emulsion polymerization method, a dispersion polymerization method, a soap-free polymerization method, a mini-emulsion polymerization method or the like. The method of superposing | polymerizing etc. is mentioned.
Especially, as a manufacturing method of the particle | grains containing polyoxyalkylene resin, the method which has the process of superposing | polymerizing the mixed monomer of a polyoxyalkylene macromonomer or a polyoxyalkylene macromonomer, and another polymerizable monomer is preferable. In the present specification, the macromonomer refers to a high molecular weight linear molecule having a polymerizable functional group such as a vinyl group at the molecular end, and the polyoxyalkylene macromonomer is a polymer having a linear portion having a poly moiety. A macromonomer composed of oxyalkylene.
Moreover, when superposing | polymerizing the said heat extinction resin particle, a decomposition accelerator may be added to a monomer.

上記金属酸化物半導体ペーストは、通常バインダー樹脂を含有する。上記バインダー樹脂として、例えば、エチルセルロース等のセルロース系化合物、ポリビニルアルコール(PVA)、ポリビニルブチラール(PVB)、ポリエチレングリコール、ポリスチレン、アクリル樹脂、ポリ乳酸等が挙げられる。 The metal oxide semiconductor paste usually contains a binder resin. Examples of the binder resin include cellulose compounds such as ethyl cellulose, polyvinyl alcohol (PVA), polyvinyl butyral (PVB), polyethylene glycol, polystyrene, acrylic resin, and polylactic acid.

上記金属酸化物半導体ペーストは、有機溶剤を含有する。上記有機溶剤としては極性が高いものが好ましく、例えば、α−テレピネオール、γ−テレピネオール等のテルペン系溶剤、エタノール、イソプロピルアルコール等のアルコール系溶剤、上記アルコール系溶媒/炭化水素等の混合溶媒、ジメチルホルムアミド、ジメチルスルホキシド、テトラヒドロフラン等のへテロ化合物、水等が挙げられる。 The metal oxide semiconductor paste contains an organic solvent. The organic solvent preferably has a high polarity. For example, terpene solvents such as α-terpineol and γ-terpineol, alcohol solvents such as ethanol and isopropyl alcohol, mixed solvents such as alcohol solvents / hydrocarbons, dimethyl Examples include heteroamides such as formamide, dimethyl sulfoxide and tetrahydrofuran, and water.

上記金属酸化物半導体ペーストを調製する方法としては、上記金属酸化物半導体粒子、加熱消滅性樹脂粒子、バインダー樹脂及び有機溶剤を、例えば、2本ロールミル、3本ロールミル、ビーズミル、ボールミル、ディスパー、プラネタリーミキサー、自転公転式攪拌装置、ニーダー、押し出し機、ミックスローター、スターラー等を用いて混合する方法等が挙げられる。 Examples of the method for preparing the metal oxide semiconductor paste include the metal oxide semiconductor particles, the heat extinguishing resin particles, the binder resin, and the organic solvent, such as a two-roll mill, a three-roll mill, a bead mill, a ball mill, a disper, and a planetar. Examples of the method include mixing using a Lee mixer, a rotation and revolution type stirring device, a kneader, an extruder, a mix rotor, a stirrer, and the like.

上記金属酸化物半導体ペーストを調製する工程においては、上記加熱消滅性樹脂粒子をSP値が9(cal/cm)1/2値以上の溶媒に分散させた状態で添加することが好ましい。このように、予め高極性の溶剤に分散させておくことによって、容易に加熱消滅性樹脂粒子と金属酸化物半導体粒子を均一に混合させることができる。このような効果は金属酸化物半導体粒子がSP値の大きい溶媒中で安定に分散することに起因している。 In the step of preparing the metal oxide semiconductor paste, the heat extinguishing resin particles are preferably added in a state of being dispersed in a solvent having an SP value of 9 (cal / cm) 1/2 value or more. Thus, by preliminarily dispersing in a highly polar solvent, the heat extinguishing resin particles and the metal oxide semiconductor particles can be easily mixed uniformly. Such an effect is attributed to the fact that the metal oxide semiconductor particles are stably dispersed in a solvent having a large SP value.

本発明の色素増感太陽電池用光電極の製造方法は、金属酸化物半導体ペーストを塗工する工程を有する。
上記金属酸化物半導体ペーストを塗工する方法としては特に限定されないが、上記加熱消滅性樹脂粒子の形状を維持したまま塗工できることから、スクリーン印刷法を用いることが好ましい。
The manufacturing method of the photoelectrode for dye-sensitized solar cells of this invention has the process of applying a metal oxide semiconductor paste.
Although it does not specifically limit as a method to apply the said metal oxide semiconductor paste, It is preferable to use the screen-printing method from being able to apply, maintaining the shape of the said heat extinction resin particle.

上記金属酸化物半導体ペーストを塗工する工程は、一般的に透明導電層を形成した透明基板の該透明導電層上に塗工することによって行う。 The step of applying the metal oxide semiconductor paste is generally performed by applying on the transparent conductive layer of the transparent substrate on which the transparent conductive layer is formed.

上記スクリーン印刷工程におけるスクリーン版の目開きの大きさ、スキージアタック角、スキージ速度、スキージ押圧力等については、適宜設定することが好ましい。 The size of the screen plate opening, the squeegee tack angle, the squeegee speed, the squeegee pressing force, and the like in the screen printing step are preferably set as appropriate.

本発明の色素増感太陽電池用光電極の製造方法は、金属酸化物半導体ペーストを乾燥し、焼成することにより、多孔質金属酸化物半導体層を形成する工程を有する。 The manufacturing method of the photoelectrode for dye-sensitized solar cells of this invention has the process of forming a porous metal oxide semiconductor layer by drying and baking a metal oxide semiconductor paste.

上記金属酸化物半導体ペーストの乾燥及び焼成は、塗工する基板の種類等により、温度、時間、雰囲気等を適宜調整することができる。例えば、大気下又は不活性ガス雰囲気下、50〜800℃程度の範囲内で、10秒〜12時間程度行うことが好ましい。また、乾燥及び焼成は、単一の温度で1回又は温度を変化させて2回以上行ってもよい。 Drying and baking of the metal oxide semiconductor paste can be appropriately adjusted in temperature, time, atmosphere, and the like depending on the type of substrate to be coated. For example, it is preferable to carry out for about 10 seconds to 12 hours in the range of about 50 to 800 ° C. in the air or in an inert gas atmosphere. The drying and firing may be performed once at a single temperature or twice or more by changing the temperature.

本発明の色素増感太陽電池用光電極の製造方法は、上記多孔質金属酸化物半導体層に増感色素を吸着させる工程を行う。
上記増感色素を吸着する方法としては、例えば、増感色素を含むアルコール溶液に、上記多孔質金属酸化物半導体層が形成された基板を浸漬した後、アルコールを乾燥除去する方法等が挙げられる。
The manufacturing method of the photoelectrode for dye-sensitized solar cells of this invention performs the process which makes a sensitizing dye adsorb | suck to the said porous metal oxide semiconductor layer.
Examples of the method for adsorbing the sensitizing dye include a method of immersing the substrate on which the porous metal oxide semiconductor layer is formed in an alcohol solution containing the sensitizing dye, and then drying and removing the alcohol. .

このようにして得られた色素増感太陽電池用光電極は、対向電極と対向させて設置し、これらの電極の間に電解質層を形成することで、色素増感太陽電池セルを製造することができる。このようにして得られた色素増感太陽電池は、高い光電変換効率を達成することができる。 The dye-sensitized solar cell photoelectrode thus obtained is placed facing the counter electrode, and an electrolyte layer is formed between these electrodes to produce a dye-sensitized solar cell. Can do. The dye-sensitized solar cell thus obtained can achieve high photoelectric conversion efficiency.

本発明によれば、高い光電交換効率を実現することが可能な色素増感太陽電池用光電極、及び、該色素増感太陽電池用光電極の製造方法を提供できる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the manufacturing method of the photoelectrode for dye-sensitized solar cells which can implement | achieve high photoelectric exchange efficiency, and this photoelectrode for dye-sensitized solar cells can be provided.

実施例1で得られた色素増感太陽電池用光電極の多孔質金属酸化物半導体層の厚み方向の切断面を撮影したSEM写真である。2 is an SEM photograph obtained by photographing a cut surface in a thickness direction of a porous metal oxide semiconductor layer of a photoelectrode for dye-sensitized solar cell obtained in Example 1. FIG. 比較例1で得られた色素増感太陽電池用光電極の多孔質金属酸化物半導体層の厚み方向の切断面を撮影したSEM写真である。It is the SEM photograph which image | photographed the cut surface of the thickness direction of the porous metal oxide semiconductor layer of the photoelectrode for dye-sensitized solar cells obtained by the comparative example 1. FIG.

以下に実施例を掲げて本発明を更に詳しく説明するが、本発明はこれら実施例のみに限定されるものではない。 Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to examples. However, the present invention is not limited to these examples.

(実施例1)
(加熱消滅性樹脂粒子の作製)
モノマー成分として、ポリオキシプロピレンジメタクリレート20g(ポリオキシプロピレンユニット数=約4)、メタクリル酸イソブチル80gを攪拌混合し、モノマー溶液を調製した。得られたモノマー溶液の全量を、乳化剤としてポリオキシエチレンアルキルエーテル1重量%を含む水溶液100gに加え、攪拌分散装置を用いて攪拌し、乳化懸濁液を得た。
Example 1
(Preparation of heat extinguishing resin particles)
As monomer components, 20 g of polyoxypropylene dimethacrylate (the number of polyoxypropylene units = about 4) and 80 g of isobutyl methacrylate were mixed with stirring to prepare a monomer solution. The total amount of the monomer solution obtained was added to 100 g of an aqueous solution containing 1% by weight of polyoxyethylene alkyl ether as an emulsifier, and the mixture was stirred using a stirring and dispersing device to obtain an emulsified suspension.

次に、攪拌機、ジャケット、還流冷却機及び温度計を備えた2リットルの重合器にイオン交換水800gを仕込んだ後、重合器内を減圧し、容器内の脱酸素を行った後、窒素ガスにより圧力を大気圧まで戻し、重合器内部を窒素雰囲気とした。重合器を昇温して60℃で一定となったことを確認した後、重合開始剤として過硫酸アンモニウム1gを添加し15分間攪拌した。この重合器内に、上記乳化懸濁液の2重量%(4g)を一括して投入し、シード粒子の重合を開始した。約15分でシード粒子の重合が完了したのを確認した後、残りの乳化懸濁液を2時間かけて滴下し、更に1時間熟成して重合を完了した。重合器を室温まで冷却して加熱消滅性樹脂粒子のエマルジョンを得た。 Next, after charging 800 g of ion exchange water into a 2 liter polymerization vessel equipped with a stirrer, jacket, reflux condenser and thermometer, the inside of the polymerization vessel was depressurized and deoxygenated in the vessel, and then nitrogen gas Thus, the pressure was returned to atmospheric pressure, and the inside of the polymerization vessel was set to a nitrogen atmosphere. After confirming that the temperature of the polymerization vessel was constant at 60 ° C., 1 g of ammonium persulfate was added as a polymerization initiator and stirred for 15 minutes. Into this polymerization vessel, 2% by weight (4 g) of the emulsified suspension was charged all at once, and polymerization of seed particles was started. After confirming that the polymerization of the seed particles was completed in about 15 minutes, the remaining emulsified suspension was added dropwise over 2 hours, followed by further aging for 1 hour to complete the polymerization. The polymerization vessel was cooled to room temperature to obtain an emulsion of heat extinguishing resin particles.

得られた加熱消滅性樹脂粒子の平均粒子径を測定したところ485nmであった。なお、加熱消滅性樹脂粒子の平均粒子径(体積平均粒子径)は、動的光散乱式光度計(Particle Sizing Systems社製、「NICOMP model 380 ZLS−S」)を用いることにより測定した。
また、得られた加熱消滅性樹脂粒子エマルジョンをエタノールで希釈し、同上の動的光散乱計でゼータ電位を測定したところ、−41mVであった。
更に、得られた加熱消滅性樹脂粒子エマルジョンを、遠心分離機を用いて樹脂粒子を沈降させた後、溶媒をメチルエチルケトンに置換し、加熱消滅性樹脂粒子のメチルエチルケトン(MEK)分散液(樹脂固形分濃度20重量%)を得た。なお、加熱消滅性樹脂粒子のMEK中での膨潤度を、下記の方法で測定したところ、1.05倍であった。
It was 485 nm when the average particle diameter of the obtained heat extinction resin particle was measured. The average particle diameter (volume average particle diameter) of the heat extinguishing resin particles was measured by using a dynamic light scattering photometer (manufactured by Particle Sizing Systems, “NICOMP model 380 ZLS-S”).
Moreover, when the obtained heat extinction resin particle emulsion was diluted with ethanol and the zeta potential was measured with the same dynamic light scatterometer, it was -41 mV.
Further, after the resin particles were settled using a centrifugal separator, the obtained heat extinguishing resin particle emulsion was substituted with methyl ethyl ketone, and a methyl ethyl ketone (MEK) dispersion (resin solid content) of the heat extinguishing resin particles. A concentration of 20% by weight) was obtained. In addition, when the swelling degree in MEK of the heat extinguishing resin particle was measured by the following method, it was 1.05 times.

[膨潤度測定]
加熱消滅性樹脂粒子1gを遠沈管に計量し、MEK30gを添加する。24時間静置後、遠心分離にて粒子を沈降させて上澄みの溶媒を捨てた。膨潤した加熱消滅性樹脂粒子の重量を計量し、下記式(2)にて膨潤度を求めた。
膨潤度(倍)=(膨潤した加熱消滅性樹脂粒子の重量/最初に加えた加熱消滅性樹脂粒子の重量) (2)
[Swelling degree measurement]
Weigh 1 g of heat extinguishing resin particles into a centrifuge tube and add 30 g of MEK. After standing for 24 hours, the particles were settled by centrifugation and the supernatant solvent was discarded. The weight of the swollen heat extinguishing resin particles was weighed, and the degree of swelling was determined by the following formula (2).
Swelling degree (times) = (weight of swollen heat extinguishing resin particle / weight of heat extinguishing resin particle added first) (2)

(色素増感太陽電池用光電極の作製)
酸化チタン粉末(1次結晶粒子径15nm)20重量部、エチルセルロース(和光純薬工業社製、EC100)10重量部、テルピネオール70重量部、及び、得られた加熱消滅性樹脂粒子のMEK分散液(樹脂固形分濃度20重量%)15重量部を脱泡しながら混合した後、減圧してMEKを蒸発させた。更に3本ロールを用いて均一に混合することにより酸化チタンペーストを調製した。
(Preparation of dye-sensitized solar cell photoelectrode)
MEK dispersion of 20 parts by weight of titanium oxide powder (primary crystal particle diameter 15 nm), 10 parts by weight of ethyl cellulose (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, EC100), 70 parts by weight of terpineol, and the resulting heat extinguishing resin particles ( After mixing 15 parts by weight of a resin solid content concentration of 20% by weight, the pressure was reduced to evaporate MEK. Furthermore, the titanium oxide paste was prepared by mixing uniformly using 3 rolls.

その後、FTOを積層したガラス基板に、得られた酸化チタンペーストをスクリーン印刷法によって塗工した。次いで、150℃で30分間乾燥した後、500℃で30分間焼成することで酸化チタンからなる多孔質金属酸化物半導体層を作製した(膜厚:5μm)。更に、多孔質金属酸化物半導体層を形成したガラス基板を0.3mMのルテニウム色素溶液中に25℃で1日間にわたり浸漬することで、増感色素を吸着させて、洗浄、乾燥することにより、色素増感太陽電池用光電極を作製した。 Thereafter, the obtained titanium oxide paste was applied to a glass substrate laminated with FTO by a screen printing method. Subsequently, after drying at 150 degreeC for 30 minutes, the porous metal oxide semiconductor layer which consists of titanium oxide was produced by baking at 500 degreeC for 30 minutes (film thickness: 5 micrometers). Furthermore, by immersing the glass substrate on which the porous metal oxide semiconductor layer is formed in a 0.3 mM ruthenium dye solution at 25 ° C. for 1 day, the sensitizing dye is adsorbed, washed, and dried. A photoelectrode for a dye-sensitized solar cell was produced.

(実施例2)
(加熱消滅性樹脂粒子の作製)
モノマー成分として、トリメチルプロパントリメタクリレート5g、メタクリル酸メチル95g、重合開始剤としてイソブチロニトリル1gを攪拌混合し、モノマー溶液を調製した。得られたモノマー溶液の全量を、ポリビニルアルコール(PVA)1重量%と亜硝酸ナトリウム0.02重量%との水溶液900重量部に加え、ホモジナイザーを用いて10000rpmにて1分間攪拌し、乳化懸濁液を得た。
(Example 2)
(Preparation of heat extinguishing resin particles)
As a monomer component, 5 g of trimethylpropane trimethacrylate, 95 g of methyl methacrylate and 1 g of isobutyronitrile as a polymerization initiator were stirred and mixed to prepare a monomer solution. The total amount of the monomer solution obtained was added to 900 parts by weight of an aqueous solution of 1% by weight of polyvinyl alcohol (PVA) and 0.02% by weight of sodium nitrite, and stirred for 1 minute at 10,000 rpm using a homogenizer, emulsified suspension A liquid was obtained.

次に、攪拌機、ジャケット、還流冷却機及び温度計を備えた2リットルの重合器を用い、重合器内を減圧し、容器内の脱酸素を行った後、窒素ガスにより圧力を大気圧まで戻し、重合器内部を窒素雰囲気とした。この重合器内に、得られた乳化懸濁液の全量を一括して投入し、重合器を60℃まで昇温して重合を開始した。4時間重合した後、重合器を室温まで冷却して加熱消滅性樹脂粒子のエマルジョンを得た。 Next, using a 2 liter polymerization vessel equipped with a stirrer, jacket, reflux condenser and thermometer, the inside of the polymerization vessel was depressurized, the vessel was deoxygenated, and then the pressure was returned to atmospheric pressure with nitrogen gas. The inside of the polymerization vessel was set to a nitrogen atmosphere. The entire amount of the resulting emulsified suspension was charged all at once into the polymerization vessel, and the polymerization was started by raising the temperature of the polymerization vessel to 60 ° C. After polymerization for 4 hours, the polymerization vessel was cooled to room temperature to obtain an emulsion of heat extinguishing resin particles.

得られた加熱消滅性樹脂粒子の平均粒子径を測定したところ1340nmであった。また、得られた加熱消滅性樹脂粒子エマルジョンをエタノールで希釈し、ゼータ電位を測定したところ、−28mVであった。
更に、得られた加熱消滅性樹脂粒子エマルジョンを、遠心分離機を用いて樹脂粒子を沈降させた後、溶媒をエタノールに置換し、加熱消滅性樹脂粒子のエタノール分散液(樹脂固形分濃度20重量%)を得た。なお、加熱消滅性樹脂粒子の膨潤度(エタノール中)を、測定したところ、1.06倍であった。
It was 1340 nm when the average particle diameter of the obtained heat extinction resin particle was measured. Moreover, when the obtained heat extinction resin particle emulsion was diluted with ethanol and the zeta potential was measured, it was -28 mV.
Furthermore, after the resin particles were settled by using a centrifugal separator, the obtained heat extinguishing resin particle emulsion was replaced with ethanol, and an ethanol dispersion of the heat extinguishing resin particles (resin solid content concentration 20 wt. %). In addition, when the swelling degree (in ethanol) of the heat extinguishing resin particles was measured, it was 1.06 times.

(色素増感太陽電池用光電極の作製)
得られた加熱消滅性樹脂粒子のエタノール分散液(樹脂固形分濃度20重量%)を用いた以外は、実施例1と同様に多孔質金属酸化物半導体層(膜厚:5μm)及び色素増感太陽電池用光電極を作製した。
(Preparation of dye-sensitized solar cell photoelectrode)
A porous metal oxide semiconductor layer (film thickness: 5 μm) and dye sensitization were obtained in the same manner as in Example 1 except that the obtained ethanol dispersion of the heat extinguishing resin particles (resin solid content concentration 20% by weight) was used. A photoelectrode for a solar cell was produced.

(実施例3)
実施例1の(色素増感太陽電池用光電極の作製)において、酸化チタン粉末(1次結晶粒子径15nm)20重量部、エチルセルロース(和光純薬工業社製、EC100)10重量部、テルピネオール70重量部に対し、加熱消滅性樹脂粒子のMEK分散液(樹脂固形分濃度20重量%)を80重量部添加したこと以外は、実施例1と同様にして、多孔質金属酸化物半導体層(膜厚:5μm)及び色素増感太陽電池用光電極を作製した。
(Example 3)
In Example 1 (preparation of photoelectrode for dye-sensitized solar cell), 20 parts by weight of titanium oxide powder (primary crystal particle diameter: 15 nm), 10 parts by weight of ethyl cellulose (Wako Pure Chemical Industries, EC100), terpineol 70 The porous metal oxide semiconductor layer (film) was the same as in Example 1 except that 80 parts by weight of MEK dispersion of heat extinguishing resin particles (resin solid concentration 20% by weight) was added to parts by weight. (Thickness: 5 μm) and a dye-sensitized solar cell photoelectrode.

(実施例4)
実施例1の(色素増感太陽電池用光電極の作製)において、酸化チタン粉末(1次結晶粒子径15nm)20重量部、エチルセルロース(和光純薬工業社製、EC100)10重量部、テルピネオール70重量部に対し、加熱消滅性樹脂粒子のMEK分散液(樹脂固形分濃度20重量%)を8重量部添加したこと以外は、実施例1と同様にして、多孔質金属酸化物半導体層(膜厚:5μm)及び色素増感太陽電池用光電極を作製した。
Example 4
In Example 1 (preparation of photoelectrode for dye-sensitized solar cell), 20 parts by weight of titanium oxide powder (primary crystal particle diameter: 15 nm), 10 parts by weight of ethyl cellulose (Wako Pure Chemical Industries, EC100), terpineol 70 The porous metal oxide semiconductor layer (film) was the same as in Example 1 except that 8 parts by weight of MEK dispersion (resin solid content concentration 20% by weight) of heat extinguishing resin particles was added to parts by weight. (Thickness: 5 μm) and a dye-sensitized solar cell photoelectrode.

(実施例5)
実施例1の(色素増感太陽電池用光電極の作製)において、酸化チタン粉末(1次結晶粒子径15nm)20重量部に代えて、酸化亜鉛粉末(1次結晶粒子径12nm)20重量部を用いたこと以外は、実施例1と同様にして、多孔質金属酸化物半導体層(膜厚:7μm)及び色素増感太陽電池用光電極を作製した。
(Example 5)
In Example 1 (Preparation of photoelectrode for dye-sensitized solar cell), 20 parts by weight of zinc oxide powder (primary crystal particle diameter 12 nm) instead of 20 parts by weight of titanium oxide powder (primary crystal particle diameter 15 nm) A porous metal oxide semiconductor layer (film thickness: 7 μm) and a dye-sensitized solar cell photoelectrode were prepared in the same manner as in Example 1 except that was used.

(比較例1)
加熱消滅性樹脂粒子として、ポリスチレンパウダーを用いた。
このポリスチレンパウダーについて、無作為に抽出した100個の粒子径を測定し、その平均粒子径を求めたところ、510nmであった。また、このポリスチレンパウダーをエタノールで希釈しようとしたところ、一部が凝集したままであった。更に、このポリスチレンパウダーのエタノール懸濁液について、動的光散乱計を用いてゼータ電位を測定したところ、−1mVであった。
(Comparative Example 1)
Polystyrene powder was used as the heat extinguishing resin particles.
With respect to this polystyrene powder, 100 randomly extracted particle diameters were measured, and the average particle diameter was determined to be 510 nm. Moreover, when this polystyrene powder was diluted with ethanol, a part of the polystyrene powder remained agglomerated. Furthermore, when the zeta potential of the ethanol suspension of this polystyrene powder was measured using a dynamic light scatterometer, it was -1 mV.

(色素増感太陽電池用光電極の作製)
酸化チタン粉末(1次結晶粒子径15nm)20重量部、エチルセルロース(和光純薬工業社製、EC100)10重量部、テルピネオール70重量部、及び、ポリスチレンパウダー3重量部を脱泡しながら混合した後、更に3本ロールを用いて均一に混合することにより酸化チタンペーストを調製した。その後、実施例1と同様の手順で多孔質金属酸化物半導体層(膜厚:6μm)及び色素増感太陽電池用光電極を作製した。
(Preparation of dye-sensitized solar cell photoelectrode)
After mixing 20 parts by weight of titanium oxide powder (primary crystal particle diameter 15 nm), 10 parts by weight of ethyl cellulose (Wako Pure Chemical Industries, EC100), 70 parts by weight of terpineol, and 3 parts by weight of polystyrene powder while defoaming. Further, a titanium oxide paste was prepared by uniformly mixing using three rolls. Thereafter, a porous metal oxide semiconductor layer (film thickness: 6 μm) and a dye-sensitized solar cell photoelectrode were prepared in the same procedure as in Example 1.

(比較例2)
比較例1の(色素増感太陽電池用光電極の作製)において、ポリスチレンパウダーの添加量を3重量部から6重量部に変更した以外は比較例1と同様にして、多孔質金属酸化物半導体層(膜厚:6μm)及び色素増感太陽電池用光電極を作製した。
(Comparative Example 2)
A porous metal oxide semiconductor was prepared in the same manner as in Comparative Example 1 except that the amount of polystyrene powder added was changed from 3 parts by weight to 6 parts by weight in (preparation of dye-sensitized solar cell photoelectrode) in Comparative Example 1. A layer (film thickness: 6 μm) and a dye-sensitized solar cell photoelectrode were prepared.

(比較例3)
(加熱消滅性樹脂粒子の作製)
実施例2の(加熱消滅性樹脂粒子の作製)において、乳化懸濁液を作製する際のホモジナイザーの回転数を10000rpmから1000rpmに変更した以外は実施例2と同様にして加熱消滅性樹脂粒子を作製した。
なお、得られた加熱消滅性樹脂粒子の平均粒子径を測定したところ5660nmであった。また、得られた加熱消滅性樹脂粒子エマルジョンをエタノールで希釈し、ゼータ電位を測定したところ、−29mVであった。
更に、得られた加熱消滅性樹脂粒子エマルジョンを、遠心分離機を用いて樹脂粒子を沈降させた後、溶媒をエタノールに置換し、加熱消滅性樹脂粒子のエタノール分散液(樹脂固形分濃度20重量%)を得た。なお、加熱消滅性樹脂粒子の膨潤度(MEK中)を、測定したところ、1.05倍であった。
(Comparative Example 3)
(Preparation of heat extinguishing resin particles)
In Example 2 (Preparation of heat-extinguishing resin particles), the heat-extinguishing resin particles were prepared in the same manner as in Example 2 except that the number of rotations of the homogenizer when preparing the emulsion suspension was changed from 10,000 rpm to 1000 rpm. Produced.
In addition, it was 5660 nm when the average particle diameter of the obtained heat extinction resin particle was measured. Moreover, when the obtained heat extinction resin particle emulsion was diluted with ethanol and the zeta potential was measured, it was -29 mV.
Furthermore, after the resin particles were settled by using a centrifugal separator, the obtained heat extinguishing resin particle emulsion was replaced with ethanol, and an ethanol dispersion of the heat extinguishing resin particles (resin solid content concentration 20 wt. %). In addition, when the swelling degree (in MEK) of the heat extinguishing resin particle was measured, it was 1.05 times.

(色素増感太陽電池用光電極の作製)
得られた加熱消滅性樹脂粒子のエタノール分散液(樹脂固形分濃度20重量%)を用いて、実施例1と同様にして多孔質金属酸化物半導体層(膜厚:5μm)及び色素増感太陽電池用光電極を作製した。
(Preparation of dye-sensitized solar cell photoelectrode)
A porous metal oxide semiconductor layer (film thickness: 5 μm) and dye-sensitized solar were obtained in the same manner as in Example 1 using the obtained ethanol dispersion of the heat extinguishing resin particles (resin solid concentration 20 wt%). A photoelectrode for a battery was produced.

(比較例4)
実施例1の(色素増感太陽電池用光電極の作製)において、得られた加熱消滅性樹脂粒子のMEK分散液(樹脂固形分濃度20重量%)の添加量を15重量部から200重量部に変更した以外は実施例1と同様にして、多孔質金属酸化物半導体層(膜厚:5μm)及び色素増感太陽電池用光電極を作製した。
(Comparative Example 4)
In Example 1 (preparation of photoelectrode for dye-sensitized solar cell), the amount of addition of MEK dispersion (resin solid content concentration 20% by weight) of the heat extinguishing resin particles obtained was 15 to 200 parts by weight. A porous metal oxide semiconductor layer (film thickness: 5 μm) and a photoelectrode for dye-sensitized solar cell were prepared in the same manner as in Example 1 except for changing to

(比較例5)
実施例1の(色素増感太陽電池用光電極の作製)において、得られた加熱消滅性樹脂粒子のMEK分散液(樹脂固形分濃度20重量%)15重量部を添加しなかった以外は実施例1と同様にして、多孔質金属酸化物半導体層(膜厚:5μm)及び色素増感太陽電池用光電極を作製した。
(Comparative Example 5)
In Example 1 (Preparation of photoelectrode for dye-sensitized solar cell), except that 15 parts by weight of MEK dispersion (resin solid content concentration: 20% by weight) of the obtained heat extinguishing resin particles was not added. In the same manner as in Example 1, a porous metal oxide semiconductor layer (film thickness: 5 μm) and a dye-sensitized solar cell photoelectrode were prepared.

(比較例6)
実施例5の(色素増感太陽電池用光電極の作製)において、得られた加熱消滅性樹脂粒子のMEK分散液(樹脂固形分濃度20重量%)15重量部を添加しなかった以外は実施例1と同様にして、多孔質金属酸化物半導体層(膜厚:7μm)及び色素増感太陽電池用光電極を作製した。
(Comparative Example 6)
In Example 5 (Preparation of photoelectrode for dye-sensitized solar cell), except that 15 parts by weight of MEK dispersion (resin solid content concentration: 20% by weight) of the obtained heat extinguishing resin particles was not added. In the same manner as in Example 1, a porous metal oxide semiconductor layer (film thickness: 7 μm) and a dye-sensitized solar cell photoelectrode were prepared.

<評価>
実施例及び比較例で得られた多孔質金属酸化物半導体層及び色素増感太陽電池用光電極について以下の評価を行った。結果を表1に示した。
<Evaluation>
The following evaluation was performed about the porous metal oxide semiconductor layer and dye-sensitized solar cell photoelectrode obtained in Examples and Comparative Examples. The results are shown in Table 1.

(1)空隙率、空孔の平均短径、連続孔を形成する空孔の割合測定
(1−1)空隙率
得られた多孔質金属酸化物半導体層を、基板から剥離した後、細孔分布測定装置(島津製作所社製、「アサップ2020」)を用いて空隙率を測定した。
(1) Porosity, average short diameter of pores, ratio measurement of pores forming continuous pores (1-1) Porosity After peeling the obtained porous metal oxide semiconductor layer from the substrate, pores The porosity was measured using a distribution measuring device (manufactured by Shimadzu Corporation, “ASAP 2020”).

(1−2)空孔の平均短径及びCv値
得られた多孔質金属酸化物半導体層について、SEMを用いて厚み方向の切断面を撮影し、得られた写真から100個分の空孔を無作為に抽出し、その空孔について短径を測定し、その平均値を空孔の平均短径とした。また、平均短径と標準偏差から、上記式(1)によりCv値を算出した。
なお、実施例1で得られた色素増感太陽電池用光電極の多孔質金属酸化物半導体層の厚み方向の切断面を撮影したSEM写真を図1に、比較例1で得られた色素増感太陽電池用光電極の多孔質金属酸化物半導体層の厚み方向の切断面を撮影したSEM写真を図2に示した。
(1-2) Average short diameter of pores and Cv value With respect to the obtained porous metal oxide semiconductor layer, a cut surface in the thickness direction was photographed using SEM, and 100 pores were obtained from the obtained photograph. Were extracted at random, the minor axis of the pores was measured, and the average value was taken as the average minor axis of the pores. Further, the Cv value was calculated from the average minor axis and the standard deviation by the above formula (1).
In addition, the SEM photograph which image | photographed the cut surface of the thickness direction of the porous metal oxide semiconductor layer of the photoelectrode for dye-sensitized solar cells obtained in Example 1 is shown in FIG. The SEM photograph which image | photographed the cut surface of the thickness direction of the porous metal oxide semiconductor layer of the photoelectrode for solar sensitive cells was shown in FIG.

(1−3)連続孔を形成する空孔の割合
得られた多孔質金属酸化物半導体層について、SEMを用いて厚み方向の切断面を撮影し、得られた写真から100個分の空孔を無作為に抽出し、その空孔について2個以上が連結して連続孔を形成している空孔の数を調べ、「連結に関わる空孔の数」を計数した後、下記式(3)により「連続孔を形成する空孔の割合」を算出した。
連続孔を形成する空孔の割合(%)=(連結に関わる空孔の数/100)×100 (3)
(1-3) Percentage of pores forming continuous pores With respect to the obtained porous metal oxide semiconductor layer, a cut surface in the thickness direction was photographed using SEM, and 100 pores were obtained from the obtained photograph. Are extracted at random, and the number of holes in which two or more of the holes are connected to form a continuous hole is examined, and the number of holes related to the connection is counted. ) To calculate the “ratio of holes forming continuous holes”.
Percentage of pores forming continuous pores (%) = (number of pores involved in connection / 100) × 100 (3)

(2)残留炭素量
得られた多孔質金属酸化物半導体層を、熱重量測定装置(TG)により、エア100ml/分流通下400℃で120分間保持し、重量減少率(%)を測定した。なお、燃焼酸化による重量減少率を残留炭素量とした。
(2) Residual carbon amount The obtained porous metal oxide semiconductor layer was held at 400 ° C. for 120 minutes under a flow of 100 ml / min of air by a thermogravimetry apparatus (TG), and the weight reduction rate (%) was measured. . The weight reduction rate due to combustion oxidation was defined as the residual carbon amount.

(3)強度(クラックの発生有無)
得られた多孔質金属酸化物半導体層の表面について、SEMを用いて撮影し、得られた写真を観察して、任意の1000μm四方の領域にクラックが発生しているか確認した。
(3) Strength (presence / absence of cracks)
About the surface of the obtained porous metal oxide semiconductor layer, it image | photographed using SEM and observed the acquired photograph, and it was confirmed whether the crack has generate | occur | produced in arbitrary 1000 micrometers square area | regions.

(4)光の閉じ込め効果
上記ガラス基板上に作成した多孔質金属酸化物半導体層の全光線透過率を測定し、100%から減じた値(吸光率)を光閉じ込め効果とした。
(4) Light confinement effect The total light transmittance of the porous metal oxide semiconductor layer prepared on the glass substrate was measured, and the value (absorbance) subtracted from 100% was defined as the light confinement effect.

(5)色素増感太陽電池セルの評価
0.4MのTPAI(テトラプロピルアンモニウムヨーダイド)、0.05MのI、メトキシプロピオニトリルからなる電解質を得られた色素増感太陽電池用光電極の多孔質金属酸化物半導体層上に形成した。更に、対向電極を電解質を介して色素増感太陽電池用光電極と重ね合わせるように固定した後、側面をエポキシ系接着剤で封止することにより色素増感太陽電池セルを作製した。
(5) Evaluation of dye-sensitized solar cell Photoelectrode for dye-sensitized solar cell from which an electrolyte comprising 0.4 M TPAI (tetrapropylammonium iodide), 0.05 M I 2 and methoxypropionitrile was obtained The porous metal oxide semiconductor layer was formed. Furthermore, after fixing an opposing electrode so that it might overlap with the photoelectrode for dye-sensitized solar cells through electrolyte, the side surface was sealed with the epoxy-type adhesive agent, and the dye-sensitized solar cell was produced.

得られた色素増感太陽電池セルについて、電流−電圧特性を測定した。具体的には、A.M1.5、100mW/cmの擬似太陽光を用いて、開放電圧(Voc)、短絡電流(Jsc)、フィルファクタ(FF)、光電変換効率(Eff)を測定した。
なお、比較例2及び比較例4で得られた色素増感太陽電池用光電極については、電極に生じたクラックが大きく、電流値が計測されなかった。
About the obtained dye-sensitized solar cell, the current-voltage characteristic was measured. Specifically, A.I. Using pseudo sunlight of M1.5 and 100 mW / cm 2 , open circuit voltage (Voc), short circuit current (Jsc), fill factor (FF), and photoelectric conversion efficiency (Eff) were measured.
In addition, about the dye-sensitized solar cell photoelectrode obtained by the comparative example 2 and the comparative example 4, the crack which arose in the electrode was large and the electric current value was not measured.

本発明によれば、高い光電交換効率を実現することが可能な色素増感太陽電池用光電極、及び、該色素増感太陽電池用光電極の製造方法を提供できる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the manufacturing method of the photoelectrode for dye-sensitized solar cells which can implement | achieve high photoelectric exchange efficiency, and this photoelectrode for dye-sensitized solar cells can be provided.

Claims (6)

多孔質金属酸化物半導体層と前記多孔質金属酸化物半導体層に吸着された増感色素と有する色素増感太陽電池用光電極であって、
前記多孔質金属酸化物半導体層は、空隙率が40〜90体積%、空孔の平均短径が100〜3000nmであり、かつ、隣接して連続孔を形成する空孔の割合が全空孔の10%以下である
ことを特徴とする色素増感太陽電池用光電極。
A photoelectrode for a dye-sensitized solar cell having a porous metal oxide semiconductor layer and a sensitizing dye adsorbed on the porous metal oxide semiconductor layer,
The porous metal oxide semiconductor layer has a porosity of 40 to 90% by volume, an average minor axis of pores of 100 to 3000 nm, and a ratio of pores adjacently forming continuous pores. A photoelectrode for a dye-sensitized solar cell, wherein the photoelectrode is 10% or less.
多孔質金属酸化物半導体層の空孔は、加熱消滅性樹脂粒子が消滅することにより得られたものであることを特徴とする請求項1記載の色素増感太陽電池用光電極。 2. The dye-sensitized solar cell photoelectrode according to claim 1, wherein the pores of the porous metal oxide semiconductor layer are obtained by the disappearance of the heat extinguishing resin particles. 多孔質金属酸化物半導体層の空孔は、短径のCv値が30%以下であることを特徴とする請求項1又は2記載の色素増感太陽電池用光電極。 3. The dye-sensitized solar cell photoelectrode according to claim 1, wherein the pores of the porous metal oxide semiconductor layer have a minor axis Cv value of 30% or less. 多孔質金属酸化物半導体層は、酸化ケイ素、酸化チタン、酸化スズ、酸化亜鉛、酸化ジルコニウム、酸化ストロンチウム、酸化ニオブ、酸化セリウム、酸化タングステン、酸化アルミニウム、酸化インジウム、酸化ガリウム及び酸化イットリウムからなる群より選択される少なくとも1種の金属酸化物、又は、前記金属酸化物を含有する複合酸化物からなることを特徴とする請求項1、2又は3記載の色素増感太陽電池用光電極。 The porous metal oxide semiconductor layer is made of silicon oxide, titanium oxide, tin oxide, zinc oxide, zirconium oxide, strontium oxide, niobium oxide, cerium oxide, tungsten oxide, aluminum oxide, indium oxide, gallium oxide and yttrium oxide. 4. The dye-sensitized solar cell photoelectrode according to claim 1, wherein the photoelectrode is made of at least one kind of metal oxide selected from the above or a composite oxide containing the metal oxide. 請求項1、2、3又は4記載の色素増感太陽電池用光電極の製造方法であって、
金属酸化物半導体粒子、加熱消滅性樹脂粒子及び有機溶剤を含有する金属酸化物半導体ペーストを調製する工程、
前記金属酸化物半導体ペーストを塗工する工程、
前記金属酸化物半導体ペーストを乾燥し、焼成することにより、多孔質金属酸化物半導体層を形成する工程、及び、
前記多孔質金属酸化物半導体層に増感色素を吸着させる工程を有し、
前記金属酸化物半導体粒子は、1次結晶粒子径が100nm以下であり、
前記加熱消滅性樹脂粒子は、SP値が9(cal/cm)1/2以上の溶剤中で測定したゼータ電位の絶対値が20mV以上であり、平均粒子径が100〜3000nmであり、かつ、前記金属酸化物半導体粒子に対する前記加熱消滅性樹脂粒子の添加量は、5〜100重量%である
ことを特徴とする色素増感太陽電池用光電極の製造方法。
A method for producing a photoelectrode for a dye-sensitized solar cell according to claim 1, 2, 3, or 4,
Preparing a metal oxide semiconductor paste containing metal oxide semiconductor particles, heat extinguishing resin particles and an organic solvent;
Applying the metal oxide semiconductor paste;
Forming the porous metal oxide semiconductor layer by drying and baking the metal oxide semiconductor paste; and
Having a step of adsorbing a sensitizing dye to the porous metal oxide semiconductor layer,
The metal oxide semiconductor particles have a primary crystal particle size of 100 nm or less,
The heat extinguishing resin particles have an absolute value of zeta potential measured in a solvent having an SP value of 9 (cal / cm) 1/2 or more, an average particle diameter of 100 to 3000 nm, and The method for producing a dye-sensitized solar cell photoelectrode, wherein an amount of the heat extinguishing resin particles added to the metal oxide semiconductor particles is 5 to 100% by weight.
金属酸化物半導体ペーストを調製する工程において、加熱消滅性樹脂粒子をSP値が9(cal/cm)1/2以上の溶剤中に分散した状態で添加することを特徴とする請求項5記載の色素増感太陽電池用光電極の製造方法。 6. The step of preparing a metal oxide semiconductor paste, wherein the heat extinguishing resin particles are added in a state of being dispersed in a solvent having an SP value of 9 (cal / cm) 1/2 or more. A method for producing a photoelectrode for a dye-sensitized solar cell.
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