JP2013012388A - Photoelectric conversion element, method for manufacturing the same, photoelectric conversion module, laminate, and photoelectrode material - Google Patents

Photoelectric conversion element, method for manufacturing the same, photoelectric conversion module, laminate, and photoelectrode material Download PDF

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a photoelectric conversion element capable of having a substrate composed of a polymeric resin substrate, such as a polymeric film, and achieving low manufacturing costs, a method for manufacturing the same, a photoelectric conversion module, a laminate, and a photoelectrode material.SOLUTION: The photoelectric conversion element comprises a laminate of a photoelectrode layer, an insulating layer, and a catalyst layer, a conductive substrate, and a transparent conductive layer. The laminate intervenes between the conductive substrate and the transparent conductive layer, and the photoelectrode layer and at least one of the insulating layer and the catalyst layer are burned products made from green sheets.

Description

本技術は、光電変換素子およびその製造方法、光電変換モジュール、積層体ならびに光電極材料に関する。詳しくは、基材として高分子樹脂基材を用いることができる光電変換素子およびその製造方法に関する。   The present technology relates to a photoelectric conversion element and a manufacturing method thereof, a photoelectric conversion module, a laminate, and a photoelectrode material. In detail, it is related with the photoelectric conversion element which can use a polymeric resin base material as a base material, and its manufacturing method.

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。特に、近年では、製造に膨大なエネルギーを必要とし、かつ高価なシリコン系太陽電池にかわる太陽電池として、色素増感太陽電池の研究開発が盛んに行われている。   From the viewpoint of effective use of resources and prevention of environmental pollution, solar cells that directly convert sunlight into electrical energy have attracted attention and research and development have been promoted. In particular, in recent years, research and development of dye-sensitized solar cells have been actively conducted as solar cells that require enormous energy for production and replace expensive silicon-based solar cells.

例えば、下記の非特許文献1および特許文献1には、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開示されている。また、例えば、下記の特許文献2には、複数の色素増感光電変換素子を直列に接続した色素増感光電変換素子モジュールおよびその製造方法が開示されている。   For example, the following Non-Patent Document 1 and Patent Document 1 include a photoelectric conversion electrode and a dye-sensitized solar cell using a porous semiconductor layer sensitized with a dye, and a material and a manufacturing technique for producing the electrode. Is disclosed. Further, for example, Patent Document 2 below discloses a dye-sensitized photoelectric conversion element module in which a plurality of dye-sensitized photoelectric conversion elements are connected in series and a method for manufacturing the same.

従来提案されている色素増感型光電変換セル(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 (photoelectric conversion element) includes a titanium oxide porous layer (working electrode) spectrally sensitized with a sensitizing dye such as a ruthenium complex, an electrolyte mainly composed of iodine, 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、400℃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、400℃以上の温度を与えることにより、ペースト中のバインダー等の添加物が除去され、酸化チタン粒子層が多孔質となる。さらに、酸化チタンの粒子間にネッキングが生じ、酸化チタン粒子層における電子伝達性が良好となり、色素増感型光電変換セルの光電変換効率が向上する。   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 400 ° C. or higher to the applied paste. . By applying a temperature of 400 ° C. or higher to the applied paste, additives such as a binder in the paste are removed, and the titanium oxide particle layer becomes porous. Further, necking occurs between the titanium oxide particles, the electron transfer property in the titanium oxide particle layer is improved, and the photoelectric conversion efficiency of the dye-sensitized photoelectric conversion cell 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成方法も試みられている(非特許文献2参照)。また、耐熱性基板上に酸化物半導体またはその前駆体を含む層を形成し、これを加熱焼成して得られる酸化物半導体膜を、被転写基板上に転写する方法なども試みられている(特許文献3参照)。   Therefore, in order to use a resin base material, a firing 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). In addition, a method of transferring an oxide semiconductor film obtained by forming a layer containing an oxide semiconductor or a precursor thereof on a heat-resistant substrate and heating and firing the layer onto a substrate to be transferred has been tried ( (See Patent Document 3).

しかしながら、樹脂基材の耐熱性を考慮して、分散ペーストの焼成温度を150℃以下程度としようとすると、バインダー等の添加物を加える事が困難で、分散ペーストの粘度の調整が困難である。また、分散ペーストの材料の配合比をパターン化することも困難である。そのため、プロセス工数や製造コストが増加してしまう。また、低温焼成では、ネッキングによる結合性も低下し、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しまう。さらに、加熱焼成して得られる酸化物半導体膜を被転写基板上に転写する方法では、バインダー等が除去された事により焼成後の酸化チタン多孔質層が非常にもろくなるため、これらの作業が困難である。   However, in consideration of the heat resistance of the resin substrate, it is difficult to add an additive such as a binder when the firing temperature of the dispersion paste is set to about 150 ° C. or less, and it is difficult to adjust the viscosity of the dispersion paste. . It is also difficult to pattern the mixing ratio of the dispersion paste materials. Therefore, process man-hours and manufacturing costs increase. Moreover, in low temperature baking, the connectivity by necking also decreases, and the conversion efficiency of the dye-sensitized photoelectric conversion cell remains low. Furthermore, in the method of transferring the oxide semiconductor film obtained by heating and baking onto the substrate to be transferred, the titanium oxide porous layer after baking becomes very brittle due to the removal of the binder and the like. Have difficulty.

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”

米国特許4927721号明細書US Pat. No. 4,927,721 特開2009−110797号公報JP 2009-110797 A 特開2002−184475号公報JP 2002-184475 A

したがって、本技術の目的は、基材として高分子樹脂基材を用いることができる光電変換素子およびその製造方法、光電変換モジュール、積層体ならびに光電極材料を提供することを目的とする。   Therefore, the objective of this technique aims at providing the photoelectric conversion element which can use a polymer resin base material as a base material, its manufacturing method, a photoelectric conversion module, a laminated body, and a photoelectrode material.

上述した課題を解決するために、第1の技術は、
光電極層、絶縁層および触媒層の積層体と、
導電基材と、
透明導電層と
を備え、
積層体は、導電基材と透明導電層との間に介在され、
光電極層と、絶縁層および触媒層のうちの少なくとも一方とは、グリーンシートの焼成体である光電変換素子である。
In order to solve the above-described problem, the first technique is:
A laminate of a photoelectrode layer, an insulating layer and a catalyst layer;
A conductive substrate;
A transparent conductive layer, and
The laminate is interposed between the conductive substrate and the transparent conductive layer,
The photoelectrode layer and at least one of the insulating layer and the catalyst layer is a photoelectric conversion element that is a fired body of a green sheet.

第2の技術は、
光電極層と、
絶縁層と、
触媒層と、
集電電極と
を備え、
集電電極は、光電極層と絶縁層との間に介在され、
触媒層は、絶縁層の一主面上に設けられ、
光電極層と、絶縁層および触媒層のうちの少なくとも一方とは、グリーンシートの焼成体である光電変換素子である。
The second technology is
A photoelectrode layer;
An insulating layer;
A catalyst layer;
A collecting electrode, and
The collecting electrode is interposed between the photoelectrode layer and the insulating layer,
The catalyst layer is provided on one main surface of the insulating layer,
The photoelectrode layer and at least one of the insulating layer and the catalyst layer is a photoelectric conversion element that is a fired body of a green sheet.

第3の技術は、
光電極層前駆体、絶縁層前駆体および触媒層前駆体からなる積層体を形成する工程と、
積層体を焼成する工程と
を備え、
光電極層前駆体と、絶縁層前駆体および触媒層前駆体のうちの少なくとも一方とは、グリーンシートからなる光電変換素子の製造方法である。
The third technology is
Forming a laminate comprising a photoelectrode layer precursor, an insulating layer precursor and a catalyst layer precursor;
A step of firing the laminate,
The photoelectrode layer precursor and at least one of the insulating layer precursor and the catalyst layer precursor is a method for producing a photoelectric conversion element comprising a green sheet.

第4の技術は、
集電電極の一主面上に光電極層前駆体を形成する工程と、
導電基材の一主面に対して、絶縁層前駆体および触媒層前駆体を形成する工程と、
集電電極の他主面と絶縁層前駆体とを対向させて貼り合わせ、光電極層前駆体が形成された集電電極と、絶縁層前駆体および触媒層前駆体が形成された導電基材とが一体的とされた積層体を形成する工程と、
積層体を焼成する工程と
を備え、
光電極層前駆体と、絶縁層前駆体および触媒層前駆体のうちの少なくとも一方とは、グリーンシートからなる光電変換素子の製造方法である。
The fourth technology is
Forming a photoelectrode layer precursor on one main surface of the collecting electrode;
Forming an insulating layer precursor and a catalyst layer precursor on one main surface of the conductive substrate;
A collector electrode on which the other main surface of the collector electrode and the insulating layer precursor are bonded to face each other to form a photoelectrode layer precursor, and a conductive substrate on which the insulating layer precursor and the catalyst layer precursor are formed Forming a laminated body integrated with each other;
A step of firing the laminate,
The photoelectrode layer precursor and at least one of the insulating layer precursor and the catalyst layer precursor is a method for producing a photoelectric conversion element comprising a green sheet.

第5の技術は、
グリーンシートからなる触媒層前駆体と、
グリーンシートからなる絶縁層前駆体と、
グリーンシートからなる光電極層前駆体と
を備え、
触媒層前駆体、絶縁層前駆体および光電極層前駆体が順に積層された積層体である。
The fifth technology is
A catalyst layer precursor comprising a green sheet;
An insulating layer precursor comprising a green sheet;
A photoelectrode layer precursor made of a green sheet,
It is a laminate in which a catalyst layer precursor, an insulating layer precursor, and a photoelectrode layer precursor are sequentially laminated.

第6の技術は、
導電基材と、
グリーンシートからなる触媒層前駆体と、
グリーンシートからなる絶縁層前駆体と、
グリーンシートからなる光電極層前駆体と
を備え、
導電基材の一主面上に、触媒層前駆体、絶縁層前駆体および光電極層前駆体が順に積層された光電極材料である。
The sixth technology is
A conductive substrate;
A catalyst layer precursor comprising a green sheet;
An insulating layer precursor comprising a green sheet;
A photoelectrode layer precursor made of a green sheet,
A photoelectrode material in which a catalyst layer precursor, an insulating layer precursor, and a photoelectrode layer precursor are sequentially laminated on one main surface of a conductive substrate.

光電極層と、絶縁層および触媒層のうちの少なくとも一方とをグリーンシートの焼成体とすることにより、グリーンシート自体が可撓性を有するため、光電変換素子の製造工程における作業性が向上する。グリーンシートは、所望の形状に型抜きを行うことも容易であり、光電変換素子を大判化することも容易である。また、400℃以上の温度を与えて焼成を行った後に、光電極層、絶縁層および触媒層を高分子樹脂基材上に配置することができ、光電変換素子の変換効率の低下を抑制することができる。光電極層の未焼成体であるグリーンシートが半導体微粒子を含み、したがって、光電極層が半導体微粒子を含むことが好ましい。グリーンシートを焼成することにより、半導体微粒子間にネッキングが生じた多孔質半導体層を得られるからである。   By making the photoelectrode layer and at least one of the insulating layer and the catalyst layer into a fired body of the green sheet, the green sheet itself has flexibility, so the workability in the manufacturing process of the photoelectric conversion element is improved. . The green sheet can be easily cut into a desired shape, and the photoelectric conversion element can be easily enlarged. In addition, after firing at a temperature of 400 ° C. or higher, the photoelectrode layer, the insulating layer, and the catalyst layer can be disposed on the polymer resin substrate, thereby suppressing a decrease in conversion efficiency of the photoelectric conversion element. be able to. It is preferable that the green sheet, which is an unfired body of the photoelectrode layer, contains semiconductor fine particles, and thus the photoelectrode layer contains semiconductor fine particles. This is because by firing the green sheet, a porous semiconductor layer in which necking occurs between the semiconductor fine particles can be obtained.

光電極層、絶縁層および触媒層は、グリーンシートの焼成体であることが好ましい。光電変換素子の製造工程における作業性がより向上するからである。光電極層、絶縁層および触媒層の前駆体として、グリーンシートを用いることにより、製造工程の簡略化や、同時処理による設備投資の削減およびリードタイムの短縮が可能となるからである。また、光電極層、絶縁層または触媒層を厚く形成することもできるからである。なお、これらのグリーンシートは、種類の異なるもの同士を複数枚重ね合わせて圧力をかけるだけで容易に積層構造にすることもできる。   The photoelectrode layer, the insulating layer, and the catalyst layer are preferably green sheet fired bodies. This is because workability in the manufacturing process of the photoelectric conversion element is further improved. This is because by using a green sheet as a precursor for the photoelectrode layer, the insulating layer, and the catalyst layer, it is possible to simplify the manufacturing process, reduce the equipment investment by simultaneous processing, and shorten the lead time. In addition, the photoelectrode layer, the insulating layer, or the catalyst layer can be formed thick. In addition, these green sheets can also be easily made into a laminated structure only by superposing a plurality of different types of sheets and applying pressure.

導電基材は、可撓性を有することが好ましく、光電極層前駆体、絶縁層前駆体および触媒層前駆体からなる積層体が、導電基材の側に触媒層が配置されるようにして導電基材に対して貼り合わされることが好ましい。導電基材をグリーンシートの支持基材とすることができ、光電変換素子の製造工程における作業性がより向上するからである。さらに、グリーンシートの焼成後においても、光電極層、絶縁層および触媒層の取り扱いが容易となるからである。なお、焼成後のグリーンシートは、特別な結着剤や粘着剤を用いずに、例えば、一主面上に透明導電層が形成された基材に対して圧着するだけで、焼成後のグリーンシートと透明導電層とを貼り合わせることができる。   The conductive base material is preferably flexible, and the laminate composed of the photoelectrode layer precursor, the insulating layer precursor, and the catalyst layer precursor is arranged such that the catalyst layer is disposed on the conductive base material side. It is preferable to be bonded to the conductive substrate. This is because the conductive substrate can be used as a support substrate for the green sheet, and the workability in the manufacturing process of the photoelectric conversion element is further improved. Furthermore, even after the green sheet is fired, the photoelectrode layer, the insulating layer, and the catalyst layer can be easily handled. The fired green sheet can be obtained by, for example, simply pressing the green sheet to a substrate having a transparent conductive layer formed on one main surface without using a special binder or adhesive. A sheet | seat and a transparent conductive layer can be bonded together.

光電変換素子が、可撓性を有する樹脂基材をさらに備え、透明導電層が、樹脂基材上に形成されることが好ましい。または、光電極層、絶縁層および触媒層の積層体が、曲面形状を有していることが好ましい。光電極層、絶縁層および触媒層の前駆体としてのグリーンシートは、可撓性を有するため、光電変換素子の形状を、平板形状以外の形状、例えば曲面形状とすることができるからである。基材として高分子樹脂基材を用いることにより、光電変換素子を軽量に構成することができ、したがって、光電変換素子の複数個を電気的に接続して光電変換モジュールを構成した場合にも、光電変換モジュールを軽量に構成することができる。さらに、本技術によれば、光電変換素子の形状を、例えば曲面形状とすることができるため、光電変換モジュールを構成した場合に、光電変換モジュールの形状や設置場所などの自由度が向上する。   It is preferable that the photoelectric conversion element further includes a flexible resin base material, and the transparent conductive layer is formed on the resin base material. Or it is preferable that the laminated body of a photoelectrode layer, an insulating layer, and a catalyst layer has a curved-surface shape. This is because the green sheet as the precursor of the photoelectrode layer, the insulating layer, and the catalyst layer has flexibility, so that the photoelectric conversion element can have a shape other than a flat plate shape, for example, a curved shape. By using a polymer resin base material as a base material, the photoelectric conversion element can be configured to be lightweight. Therefore, even when a photoelectric conversion module is configured by electrically connecting a plurality of photoelectric conversion elements, The photoelectric conversion module can be configured to be lightweight. Furthermore, according to the present technology, since the shape of the photoelectric conversion element can be, for example, a curved shape, when the photoelectric conversion module is configured, the degree of freedom such as the shape and installation location of the photoelectric conversion module is improved.

本技術によれば、基材として高分子フィルムなどの高分子樹脂基材が使用でき、製造コストが抑えられた光電変換素子およびその製造方法、光電変換モジュール、積層体ならびに光電極材料を提供することができる。   According to the present technology, a polymer resin substrate such as a polymer film can be used as a substrate, and a photoelectric conversion element, a manufacturing method thereof, a photoelectric conversion module, a laminate, and a photoelectrode material with reduced manufacturing costs are provided. be able to.

図1は、本技術の第1の実施形態に係る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 photoelectric conversion element according to the first embodiment of the present technology. 図2A〜図2Dは、本技術の第1の実施形態に係る光電変換素子の製造方法の一例を説明するための図である。2A to 2D are diagrams for describing an example of a method for manufacturing a photoelectric conversion element according to the first embodiment of the present technology. 図3A〜図3Dは、本技術の第1の実施形態に係る光電変換素子の製造方法の一例を説明するための図である。図3Eは、光電極層前駆体、絶縁層前駆体および触媒層前駆体が順に積層された積層体の構成例を示す斜視図である。図3Fは、本技術の第1の実施形態に係る光電変換素子の製造方法の一例を説明するための図である。Drawing 3A-Drawing 3D are figures for explaining an example of a manufacturing method of a photoelectric conversion element concerning a 1st embodiment of this art. FIG. 3E is a perspective view illustrating a configuration example of a laminate in which a photoelectrode layer precursor, an insulating layer precursor, and a catalyst layer precursor are sequentially laminated. FIG. 3F is a diagram for describing an example of the manufacturing method of the photoelectric conversion element according to the first embodiment of the present technology. 図4A〜図4Dは、本技術の第1の実施形態に係る光電変換素子の製造方法の一例を説明するための図である。4A to 4D are diagrams for describing an example of a method for manufacturing a photoelectric conversion element according to the first embodiment of the present technology. 図5Aおよび図5Bは、本技術の第1の実施形態に係る光電変換素子の製造方法の一例を説明するための図である。FIG. 5A and FIG. 5B are diagrams for explaining an example of the method for manufacturing the photoelectric conversion element according to the first embodiment of the present technology. 図6A〜図6Fは、本技術の第1の実施形態に係る光電変換素子の製造方法の他の一例を説明するための図である。6A to 6F are diagrams for explaining another example of the method for manufacturing the photoelectric conversion element according to the first embodiment of the present technology. 図7A〜図7Dは、本技術の第1の実施形態に係る光電変換素子の製造方法の他の一例を説明するための図である。Drawing 7A-Drawing 7D are figures for explaining other examples of a manufacturing method of a photoelectric conversion element concerning a 1st embodiment of this art. 図8Aは、本技術の第2の実施形態に係る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8B〜図8Dは、本技術の第2の実施形態に係る光電変換素子の製造方法の一例を説明するための図である。FIG. 8A is a schematic cross-sectional view illustrating an example of a configuration of a photoelectric conversion element according to the second embodiment of the present technology. 8B to 8D are diagrams for describing an example of a method for manufacturing a photoelectric conversion element according to the second embodiment of the present technology. 図9A〜図9Cは、本技術の第2の実施形態に係る光電変換素子の製造方法の一例を説明するための図である。9A to 9C are diagrams for describing an example of a method for manufacturing a photoelectric conversion element according to the second embodiment of the present technology. 図10Aは、本技術の第3の実施形態に係る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10B〜図10Dは、本技術の第3の実施形態に係る光電変換素子の製造方法の一例を説明するための図である。FIG. 10A is a schematic cross-sectional view illustrating an example of a configuration of a photoelectric conversion element according to a third embodiment of the present technology. 10B to 10D are diagrams for explaining an example of a method for manufacturing a photoelectric conversion element according to the third embodiment of the present technology. 図11A〜図11Dは、本技術の第3の実施形態に係る光電変換素子の製造方法の一例を説明するための図である。FIG. 11A to FIG. 11D are diagrams for explaining an example of a method for manufacturing a photoelectric conversion element according to the third embodiment of the present technology. 図12Aは、本技術の第4の実施形態に係る光電変換モジュールの構成の一例を示す模式的断面図である。図12Bは、本技術の第4の実施形態に係る光電変換モジュールの構成の第1の変形例を示す模式的断面図である。図12Cは、本技術の第4の実施形態に係る光電変換モジュールの構成の第2の変形例を示す模式的断面図である。FIG. 12A is a schematic cross-sectional view illustrating an example of a configuration of a photoelectric conversion module according to the fourth embodiment of the present technology. FIG. 12B is a schematic cross-sectional view illustrating a first modification of the configuration of the photoelectric conversion module according to the fourth embodiment of the present technology. FIG. 12C is a schematic cross-sectional view illustrating a second modification example of the configuration of the photoelectric conversion module according to the fourth embodiment of the present technology. 図13Aは、光電極層、絶縁層および触媒層ならびに導電基材の積層体の複数個が封止された光電変換モジュールの例を示す模式的断面図である。図13Bは、光電極層、集電電極、絶縁層、触媒層および導電基材の積層体の複数個が封止された光電変換モジュールの例を示す模式的断面図である。FIG. 13A is a schematic cross-sectional view illustrating an example of a photoelectric conversion module in which a plurality of stacked layers of a photoelectrode layer, an insulating layer, a catalyst layer, and a conductive base material are sealed. FIG. 13B is a schematic cross-sectional view illustrating an example of a photoelectric conversion module in which a plurality of stacked bodies of a photoelectrode layer, a collecting electrode, an insulating layer, a catalyst layer, and a conductive base material are sealed. 図14Aは、サンプル1およびサンプル2の光電変換素子についての光電変換効率の測定結果を示すグラフである。図14Bは、サンプル1およびサンプル2の光電変換素子についての電気特性の測定結果を示すグラフである。14A is a graph showing the measurement results of photoelectric conversion efficiency for the photoelectric conversion elements of Sample 1 and Sample 2. FIG. FIG. 14B is a graph showing measurement results of electrical characteristics of the photoelectric conversion elements of Sample 1 and Sample 2.

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(積層構造の例)
2.第2の実施形態(モノリシック構造の例)
3.第3の実施形態(TCOフリーの構造の例)
4.第4の実施形態(光電変換モジュールの例)
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 (example of laminated structure)
2. Second embodiment (example of monolithic structure)
3. Third Embodiment (Example of TCO-free structure)
4). Fourth Embodiment (Example of photoelectric conversion module)

<1.第1の実施形態>
[光電変換素子の構成]
図1は、本技術の第1の実施形態に係る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、この光電変換素子1は、光電極層3、絶縁層5および触媒層7の積層体13と、導電基材9と、透明導電層15とを備える。導電基材9と透明導電層15とは、対向して配置され、導電基材9と透明導電層15との間には、積層体13および電解液21が介在される。積層体13は、触媒層7が導電基材9の側に配置されるようにして導電基材9と透明導電層15との間に介在される。積層体13および電解液21は、導電基材9、透明導電層15および封止材19により封止されている。光電極層3は、具体的には、色素が担持された多孔質半導体層である。したがって、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。図1に示す構成例では、基材17および透明導電層15が透明とされ、例えば、基材17は、透明導電層15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を受光する受光面となる。
<1. First Embodiment>
[Configuration of photoelectric conversion element]
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view illustrating an example of the configuration of the photoelectric conversion element according to the first embodiment of the present technology. As shown in FIG. 1, the photoelectric conversion element 1 includes a laminate 13 of a photoelectrode layer 3, an insulating layer 5 and a catalyst layer 7, a conductive base material 9, and a transparent conductive layer 15. The conductive substrate 9 and the transparent conductive layer 15 are disposed to face each other, and the laminate 13 and the electrolytic solution 21 are interposed between the conductive substrate 9 and the transparent conductive layer 15. The laminate 13 is interposed between the conductive substrate 9 and the transparent conductive layer 15 so that the catalyst layer 7 is disposed on the conductive substrate 9 side. The laminate 13 and the electrolytic solution 21 are sealed with the conductive base material 9, the transparent conductive layer 15, and the sealing material 19. Specifically, the photoelectrode layer 3 is a porous semiconductor layer on which a dye is supported. Therefore, the photoelectric conversion element 1 constitutes a so-called dye-sensitized solar cell. In the configuration example shown in FIG. 1, the base material 17 and the transparent conductive layer 15 are transparent. For example, the base material 17 has another main surface opposite to the one main surface on which the transparent conductive layer 15 is formed. The other main surface is a light receiving surface that receives irradiation of light such as sunlight.

本技術においては、光電極層3が、グリーンシートの焼成体とされる。さらに、絶縁層5および触媒層7のうちの少なくとも一方が、グリーンシートの焼成体とされる。   In the present technology, the photoelectrode layer 3 is a fired green sheet. Furthermore, at least one of the insulating layer 5 and the catalyst layer 7 is a green sheet fired body.

以下、この光電変換素子1を構成する光電極層3、絶縁層5、触媒層7、導電基材9および透明導電層15、ならびに基材17、封止材19および電解液21について順次説明する。   Hereinafter, the photoelectrode layer 3, the insulating layer 5, the catalyst layer 7, the conductive base material 9 and the transparent conductive layer 15, the base material 17, the sealing material 19, and the electrolytic solution 21 that constitute the photoelectric conversion element 1 will be described in order. .

(光電極層)
光電極層3は、半導体微粒子を含む層であり、例えば、増感色素が担持された半導体微粒子を含む。光電極層3は、金属酸化物半導体微粒子を含む多孔質半導体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。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、これらに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。
(Photoelectrode layer)
The photoelectrode layer 3 is a layer containing semiconductor fine particles, and includes, for example, semiconductor fine particles carrying a sensitizing dye. The photoelectrode layer 3 is preferably a porous semiconductor 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. 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 is 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 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、10nm以上100nm以下であることがより好ましく、10nm以上60nm以下であることが特に好ましい。平均一次粒子径を10nm以上100nm以下の範囲内とすることで、多孔質半導体層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。   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 10 nm or more and 100 nm or less, and particularly preferably 10 nm or more and 60 nm or less. By making the average primary particle diameter within the range of 10 nm or more and 100 nm or less, the denseness of the porous semiconductor layer is not deteriorated, and the adsorption of the dye is inhibited or the penetration of the electrolytic solution is inhibited by being too dense. It is because it can prevent. 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 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.

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。本技術では、後述するように、光電極層3が、グリーンシートの焼成体とされる。グリーンシートの作製のためのスラリー(グリーンシート形成用組成物)の調製においては、金属酸化物半導体微粒子、バインダー、可塑剤および溶媒などが混合されるが、これらの配合比や金属酸化物半導体微粒子の粒径は、所望するグリーンシートの可塑性などにより適宜選択されうる。   Metal oxide semiconductor fine particles having different particle size distributions may be mixed. In the present technology, as described later, the photoelectrode layer 3 is a green sheet fired body. In the preparation of a slurry for forming a green sheet (a composition for forming a green sheet), metal oxide semiconductor fine particles, a binder, a plasticizer, a solvent, and the like are mixed. The particle size of can be appropriately selected depending on the desired plasticity of the green sheet.

また、本技術では、後述するように、グリーンシートを焼成することにより得られた多孔質半導体層に対して、増感色素を担持させることにより光電極層3が得られる。   In the present technology, as described later, the photoelectrode layer 3 is obtained by supporting a sensitizing dye on the porous semiconductor layer obtained by firing the green sheet.

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。   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. Typical co-adsorbents include, for example, chenodeoxycholic acid, taurodeoxycholate, and 1 -Decylphosphonic acid and the like. The structural features 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, and are interposed between dye molecules. In order to prevent 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の伝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 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 are transferred to the conduction band of the porous semiconductor layer. This is desirable because it can be communicated quickly.

光電極層3の厚さは、1μm以上50μm以下であることが好ましい。光電極層3の厚さを上記の範囲内とすることにより、光電極層3の形成時に割れや剥がれが生じにくくなり、光電極層3の形成を安定させることができる。また、光電極層3の表層と透明導電層15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 photoelectrode layer 3 is preferably 1 μm or more and 50 μm or less. By setting the thickness of the photoelectrode layer 3 within the above range, cracking and peeling are less likely to occur when the photoelectrode layer 3 is formed, and the formation of the photoelectrode layer 3 can be stabilized. In addition, the distance between the surface layer of the photoelectrode layer 3 and the transparent conductive layer 15 can be within an appropriate range, and the generated charges are effectively transmitted to the conductive surface, so that good conversion efficiency can be obtained.

(絶縁層)
絶縁層5は、光電極層3と触媒層7とが直接接触することによる電気的な短絡を防止するために設けられる層である。絶縁層5は、多孔質層であることが好ましい。絶縁層5へ電解液21が浸透することにより、光電極層3と触媒層7との間における電解液21中の酸化剤が円滑に移動できるようになるからである。例えば、レドックス対としてI-/I3 -の酸化還元種を用いる場合には、光電極層3で生成される酸化剤、例えばI3 -(I2とI-との結合体)は、絶縁層5へ浸透した電解液21中を移動して触媒層7に到達し、触媒層7から電子を受け取り、還元される。なお、後述するように、絶縁層5への電解液21の含浸は、光電変換素子の製造工程の最終段で行うことができるため、光電変換素子の製造工程における作業性が低下することはない。
(Insulating layer)
The insulating layer 5 is a layer provided to prevent an electrical short circuit due to the direct contact between the photoelectrode layer 3 and the catalyst layer 7. The insulating layer 5 is preferably a porous layer. This is because the oxidant in the electrolytic solution 21 between the photoelectrode layer 3 and the catalyst layer 7 can smoothly move when the electrolytic solution 21 penetrates into the insulating layer 5. For example, when using a redox species of I / I 3 as a redox pair, an oxidant generated in the photoelectrode layer 3, for example, I 3 (a combination of I 2 and I ) is insulated. It moves through the electrolyte solution 21 that has penetrated into the layer 5 to reach the catalyst layer 7, receives electrons from the catalyst layer 7, and is reduced. As will be described later, since the impregnation of the electrolytic solution 21 into the insulating layer 5 can be performed at the final stage of the manufacturing process of the photoelectric conversion element, workability in the manufacturing process of the photoelectric conversion element does not deteriorate. .

絶縁層5の材料としては、例えば、酸化チタン、酸化ジルコニウム、酸化シリコン(シリカ)および酸化アルミニウムなどからなる群から選択された少なくとも1種類の材料(例えば、金属酸化物材料)から構成されている形態とすることができる。本技術においては、絶縁層5および触媒層7のうちの少なくとも一方が、グリーンシートの焼成体とされる。絶縁層5をグリーンシートの焼成体としない場合には、絶縁層5を、各種の湿式法または各種の乾式法により形成してもよい。湿式法としては、例えば、絶縁層5を構成する材料を含む溶液を用いた塗布法や印刷法などを挙げることができる。乾式法としては、例えば、スパッタリング法や真空蒸着法などの物理気相成長(Physical Vapor Deposition(PVD))法や、各種の化学気相成長(Chemical Vapor Deposition(CVD))法を挙げることができる。絶縁層を、織布、不織布、または、織布もしくは不織布と上述した材料からなる層との積層構造から構成するようにしてもよい。織布または不織布を構成する材料としては、例えば、合成繊維を挙げることができる。合成繊維としては、具体的には、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエステル、ポリテトラフルオロエチレン、ポリイミド、ポリフェニレンスルフィド、ポリビニルアルコール、アラミド、ナイロン(登録商標)、ビニロン、ポリオレフィン、レーヨン、低密度ポリエチレン、エチレン酢酸ビニル、共重合ポリアミド、共重合ポリエステルなどや、天然繊維のコットン、セルロース、ガラス繊維、合成ゴムを繊維状にしたものなどが挙げられる。   The material of the insulating layer 5 is made of, for example, at least one material (for example, a metal oxide material) selected from the group consisting of titanium oxide, zirconium oxide, silicon oxide (silica), aluminum oxide, and the like. It can be in the form. In the present technology, at least one of the insulating layer 5 and the catalyst layer 7 is a fired body of a green sheet. When the insulating layer 5 is not a fired green sheet, the insulating layer 5 may be formed by various wet methods or various dry methods. Examples of the wet method include a coating method and a printing method using a solution containing a material constituting the insulating layer 5. Examples of the dry method include physical vapor deposition (PVD) methods such as sputtering and vacuum vapor deposition, and various chemical vapor deposition (CVD) methods. . The insulating layer may be composed of a woven fabric, a nonwoven fabric, or a laminated structure of a woven fabric or a nonwoven fabric and a layer made of the above-described material. Examples of the material constituting the woven fabric or the nonwoven fabric include synthetic fibers. Specific examples of synthetic fibers include polyethylene, polypropylene, polyester, polytetrafluoroethylene, polyimide, polyphenylene sulfide, polyvinyl alcohol, aramid, nylon (registered trademark), vinylon, polyolefin, rayon, low density polyethylene, and ethylene. Examples include vinyl acetate, copolyamide, copolyester, and the like, natural fibers of cotton, cellulose, glass fiber, and synthetic rubber in the form of fibers.

(触媒層)
触媒層7は、電解液21中のI3 -などの還元反応を促進させ、還元反応を充分な速度で行なわせるために設けられる層である。触媒層7の材料としては、還元反応を充分な速度で行なわせる触媒能を有するものであればよく、例えば、カーボン(C)、白金(Pt)、ロジウム(Rh)、ルテニウム(Ru)、イリジウム(Ir)などを挙げることができる。本技術においては、絶縁層5および触媒層7のうちの少なくとも一方が、グリーンシートの焼成体とされる。触媒層7をグリーンシートの焼成体としない場合には、触媒層7を、各種の湿式法または各種の乾式法により形成してもよい。湿式法としては、例えば、触媒層7を構成する材料を含む溶液を用いた塗布法や印刷法などを挙げることができる。乾式法としては、例えば、スパッタリング法や真空蒸着法などの物理気相成長法や、各種の化学気相成長法を挙げることができる。
(Catalyst layer)
The catalyst layer 7 is a layer provided in order to promote the reduction reaction of I 3 or the like in the electrolytic solution 21 and perform the reduction reaction at a sufficient rate. The material of the catalyst layer 7 may be any material that has a catalytic ability to cause the reduction reaction at a sufficient rate. For example, carbon (C), platinum (Pt), rhodium (Rh), ruthenium (Ru), iridium (Ir) and the like can be mentioned. In the present technology, at least one of the insulating layer 5 and the catalyst layer 7 is a fired body of a green sheet. When the catalyst layer 7 is not a green sheet fired body, the catalyst layer 7 may be formed by various wet methods or various dry methods. Examples of the wet method include a coating method and a printing method using a solution containing a material constituting the catalyst layer 7. Examples of the dry method include physical vapor deposition methods such as sputtering and vacuum vapor deposition, and various chemical vapor deposition methods.

(導電基材)
導電基材9は、透明導電層15と対向配置され、導電基材9は、透明導電層15と対向する一主面を有し、この一主面に触媒層7が形成される。導電基材9および導電基材9の一主面上に形成された触媒層7により、色素増感太陽電池(光電変換素子1)の対向電極が構成される。該対向電極は、色素増感太陽電池の正極として機能する。
(Conductive substrate)
The conductive base material 9 is disposed to face the transparent conductive layer 15, and the conductive base material 9 has one main surface that faces the transparent conductive layer 15, and the catalyst layer 7 is formed on the one main surface. The counter electrode of the dye-sensitized solar cell (photoelectric conversion element 1) is configured by the conductive base material 9 and the catalyst layer 7 formed on one main surface of the conductive base material 9. The counter electrode functions as a positive electrode of the dye-sensitized solar cell.

導電基材9の材料としては、導電性を有していればよく、例えば、金属などの基板または箔が挙げられるが、これら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、チタン、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、これらに限定されるものではない。そのほか、絶縁基材の一主面上に導電性の層を形成して、導電性の層が形成された側の主面を光電極層3に対向するようにすれば、絶縁基材と導電性の層との組を導電基材9として用いることも可能である。   The material of the conductive base material 9 may be conductive as long as it is conductive, and examples thereof include, but are not limited to, a metal substrate or foil. Examples of the metal include platinum, gold, silver, copper, titanium, aluminum, rhodium, and indium, but are not limited thereto. In addition, if a conductive layer is formed on one main surface of the insulating base and the main surface on the side where the conductive layer is formed is opposed to the photoelectrode layer 3, the insulating base and the conductive base are electrically conductive. It is also possible to use a pair with a conductive layer as the conductive substrate 9.

導電基材9は、可撓性を有することが好ましい。導電基材9上にグリーンシートを配置することにより、導電基材9をグリーンシートの支持基材とできるからである。したがって、グリーンシートの取り扱いおよびグリーンシートの焼成体の取り扱いが容易となり、光電変換素子1の製造工程における作業性が向上するからである。導電基材9の厚さは、特に制限はないが、導電基材9をグリーンシートの支持基材とする観点からは、30μm以上であることが好ましい。   The conductive substrate 9 preferably has flexibility. This is because by disposing a green sheet on the conductive substrate 9, the conductive substrate 9 can be used as a support substrate for the green sheet. Therefore, handling of the green sheet and handling of the green sheet fired body are facilitated, and workability in the manufacturing process of the photoelectric conversion element 1 is improved. Although there is no restriction | limiting in particular in the thickness of the electrically conductive base material 9, It is preferable that it is 30 micrometers or more from a viewpoint which makes the electrically conductive base material 9 the support base material of a green sheet.

(透明導電層)
透明導電層15は、例えば、後述する基材17の一主面上に設けられる。光子を吸収して励起状態となった増感色素中の電子は、光電極層3を通って透明導電層15に到達し、透明導電層15から外部回路へと取り出される。
(Transparent conductive layer)
The transparent conductive layer 15 is provided, for example, on one main surface of the substrate 17 described later. Electrons in the sensitizing dye that have been excited by absorbing photons reach the transparent conductive layer 15 through the photoelectrode layer 3 and are extracted from the transparent conductive layer 15 to an external circuit.

透明導電層15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ことが好ましい。透明導電層15の材料としては、例えば、導電性の良好な金属酸化物や炭素など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。透明導電層15と光電極層3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。また、例えば、透明導電層15の表面の有機物の除去のために、清浄化処理として紫外線照射処理やオゾン(O3)処理を施してもよい。 The transparent conductive layer 15 preferably has little light absorption from the visible to the near infrared region of sunlight. As a material for the transparent conductive layer 15, for example, a metal oxide or carbon having good conductivity is preferably used. 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 transparent conductive layer 15 and the photoelectrode layer 3 for the purpose of promoting binding, improving electron transfer, or preventing a reverse electron process. Further, for example, in order to remove organic substances on the surface of the transparent conductive layer 15, an ultraviolet irradiation process or an ozone (O 3 ) process may be performed as a cleaning process.

(基材)
基材17としては、透明性を有する基材であればよく、特に限定されるものではない。透明性を有する基材としては、例えば、透明無機基板または透明有機基板を用いることができ、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い。透明無機基板としては、例えば、ガラス基板、サファイア基板、石英基板などを挙げることができ、ガラス基板としては、例えば、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。透明有機基板としては、例えば、樹脂基板を挙げることができ、樹脂基板としては、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)、ポリフッ化ビニリデン、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。また、例えば、基材17として、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。
(Base material)
The substrate 17 is not particularly limited as long as it is a substrate having transparency. As the substrate having transparency, for example, a transparent inorganic substrate or a transparent organic substrate can be used, and a substrate that absorbs less light from the visible to the near infrared region of sunlight is preferable. Examples of the transparent inorganic substrate include a glass substrate, a sapphire substrate, and a quartz substrate, and examples of the glass substrate include blue plate, BK7, and lead glass, but are not limited thereto. It is not a thing. Examples of the transparent organic substrate include a resin substrate. Examples of the resin substrate include polyethylene terephthalate (PET), polyethylene naphthalate (PEN), polyimide (PI), polyester, polyethylene (PE), polycarbonate ( PC), polyvinyl butyrate, polypropylene (PP), polyvinylidene fluoride, tetraacetyl cellulose, syndioctaic polystyrene, polyphenylene sulfide, polyarylate, polysulfone, polyester sulfone, polyether imide, cyclic polyolefin, brominated phenoxy, vinyl chloride However, it is not limited to these. For example, a film, a sheet, a substrate, or the like can be used as the base material 17, but is not limited thereto.

基材17が可撓性を有する樹脂基材であることが好ましい。また、透明導電層15が、可撓性を有する樹脂基材からなる基材17上に形成されていることが好ましい。本技術では、光電極層3と、絶縁層5および触媒層7のうちの少なくとも一方とが、グリーンシートの焼成体とされる。したがって、基材17の形状は、平板形状に限定されない。例えば、グリーンシートをたわませた状態で焼成することにより、例えば、曲面形状とされて透明導電層15が形成された基材17を用いて、光電変換素子1を構成することができる。基材17として可撓性を有する樹脂基材を用いることにより、光電変換素子を平板形状以外の形状とすることができるとともに、光電変換素子を軽量とすることができ、光電変換素子の設置の形態の自由度が向上する。例えば、建築物の屋根や壁面、窓部など、立体的な構造物への光電変換素子の設置がしやすくなる。光電変換素子が、曲面形状など、平板形状以外の形状の場合は、光電極層3、絶縁層5および触媒層7からなる積層体13が、曲面形状を有していることが好ましい。   It is preferable that the base material 17 is a resin base material having flexibility. Moreover, it is preferable that the transparent conductive layer 15 is formed on the base material 17 which consists of a resin base material which has flexibility. In the present technology, the photoelectrode layer 3 and at least one of the insulating layer 5 and the catalyst layer 7 are used as a green sheet fired body. Therefore, the shape of the base material 17 is not limited to a flat plate shape. For example, by baking in a state where the green sheet is bent, the photoelectric conversion element 1 can be configured using, for example, the base material 17 having a curved shape and the transparent conductive layer 15 formed thereon. By using a flexible resin base material as the base material 17, the photoelectric conversion element can be made into a shape other than a flat plate shape, and the photoelectric conversion element can be reduced in weight. The degree of freedom of form is improved. For example, the photoelectric conversion element can be easily installed on a three-dimensional structure such as a roof, a wall surface, or a window of a building. In the case where the photoelectric conversion element has a shape other than a flat plate shape such as a curved surface shape, the laminate 13 composed of the photoelectrode layer 3, the insulating layer 5, and the catalyst layer 7 preferably has a curved surface shape.

(封止材)
導電基材9と透明導電層15との間には、光電極層3、絶縁層5および触媒層7の積層体13を取り囲むようにして、封止材19が設けられる。封止材19は、後述する電解液21の漏れや揮発を防ぐために設けられる。光電極層3と触媒層7との間隔(絶縁層5の厚さといってもよい)は、好ましくは1〜100μm、より好ましくは1〜20μmである。封止材19の材料としては、電解液21に対する耐性を有することが好ましく、例えば、電解液21に対する耐性を有する樹脂やセラミック、ガラスフリットなどを使用することができる。封止材19の材料としては、例えば、熱融着フィルム、熱硬化型樹脂、紫外線硬化型樹脂などを使用することができ、具体的には、例えば、エポキシ樹脂、ポリイソブチレン樹脂、ウレタン樹脂、シリコン樹脂、ポリオレフィン樹脂、アクリル系接着剤、エチレンビニルアセテート(EVA)、アイオノマー樹脂、二軸延伸したポリプロピレンフィルムやポリエチレンフィルムといった各種熱融着フィルムなどを用いることができる。
(Encapsulant)
A sealing material 19 is provided between the conductive substrate 9 and the transparent conductive layer 15 so as to surround the stacked body 13 of the photoelectrode layer 3, the insulating layer 5, and the catalyst layer 7. The sealing material 19 is provided to prevent leakage and volatilization of the electrolyte solution 21 described later. The distance between the photoelectrode layer 3 and the catalyst layer 7 (which may be referred to as the thickness of the insulating layer 5) is preferably 1 to 100 μm, more preferably 1 to 20 μm. The material of the sealing material 19 is preferably resistant to the electrolytic solution 21, and for example, a resin, ceramic, glass frit, or the like that is resistant to the electrolytic solution 21 can be used. As a material of the sealing material 19, for example, a heat-sealing film, a thermosetting resin, an ultraviolet curable resin, or the like can be used. Specifically, for example, an epoxy resin, a polyisobutylene resin, a urethane resin, Various heat-sealing films such as silicon resin, polyolefin resin, acrylic adhesive, ethylene vinyl acetate (EVA), ionomer resin, biaxially stretched polypropylene film and polyethylene film can be used.

(電解液)
電解液21は、導電基材9と、透明導電層15と、封止材19とによって囲まれた空間に封入される。図1においては図示を省略するが、例えば、導電基材9には、電解液の注入に用いられ、最終的には塞がれる注入口が設けられる。
(Electrolyte)
The electrolytic solution 21 is sealed in a space surrounded by the conductive base material 9, the transparent conductive layer 15, and the sealing material 19. Although not shown in FIG. 1, for example, the conductive base material 9 is provided with an injection port that is used for injection of an electrolytic solution and is finally closed.

電解液21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、ヨウ素(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。 The electrolytic solution 21 is preferably composed of an electrolyte, a medium, and an additive. The electrolyte is a mixture of iodine (I 2 ) and iodide (for example, LiI, NaI, KI, CsI, MgI 2 , CaI 2 , CuI, tetraalkylammonium iodide, pyridinium iodide, imidazolium iodide, etc.), Br A mixture of 2 and bromide (for example, LiBr) is preferable, and among these, 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 not limited to this combination.

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.

電解液21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 electrolytic solution 21 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.

電解液21としてはこのほか、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。   In addition to this, the electrolyte 21 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.

[光電変換素子の製造方法]
次に、本技術の第1の実施形態に係る光電変換素子1の製造方法の一例について説明する。
[Production Method of Photoelectric Conversion Element]
Next, an example of a method for manufacturing the photoelectric conversion element 1 according to the first embodiment of the present technology will be described.

本技術では、光電変換素子の製造方法が、光電極層前駆体、絶縁層前駆体および触媒層前駆体からなる積層体を形成する工程と、該積層体を焼成する工程とを備える。本技術では、光電極層前駆体と、絶縁層前駆体および触媒層前駆体のうちの少なくとも一方とが、グリーンシートからなることを特徴とする。   In the present technology, a method for manufacturing a photoelectric conversion element includes a step of forming a laminate including a photoelectrode layer precursor, an insulating layer precursor, and a catalyst layer precursor, and a step of firing the laminate. The present technology is characterized in that the photoelectrode layer precursor and at least one of the insulating layer precursor and the catalyst layer precursor are made of a green sheet.

(積層体形成の工程)
「グリーンシートの作製」
光電極層前駆体の作製を例にとり、グリーンシートの作製方法について説明する。
(Process for forming the laminate)
"Production of green sheets"
Taking a photoelectrode layer precursor as an example, a method for producing a green sheet will be described.

まず、グリーンシート形成用組成物としてのスラリーを調製する。グリーンシート形成用組成物としてのスラリーは、例えば酸化チタンなどの半導体微粒子からなる原料粉末、バインダーおよび溶媒を含有し、必要に応じて、可塑剤や分散剤を含有する。したがって、まず、原料粉末、バインダーおよび溶媒などをそれぞれ秤量し、所定の配合比によりこれらを混合する。個々の材料の配合比は、例えば、原料粉末の粒径や所望するスラリーの粘度などにより適宜選択される。酸化チタンなどの半導体微粒子からなる原料粉末の粒径は、例えば、10nm〜60nm程度のものが選ばれる。光電極層3の緻密性を向上させる目的や、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目的から、スラリーの調製時に、粒度分布の異なる金属酸化物半導体微粒子を混合するようにしてもよい。   First, a slurry as a green sheet forming composition is prepared. The slurry as the green sheet forming composition contains, for example, raw material powder made of semiconductor fine particles such as titanium oxide, a binder and a solvent, and contains a plasticizer and a dispersant as required. Therefore, first, the raw material powder, the binder, the solvent, and the like are weighed and mixed at a predetermined blending ratio. The mixing ratio of the individual materials is appropriately selected depending on, for example, the particle diameter of the raw material powder and the desired viscosity of the slurry. The particle size of the raw material powder made of semiconductor fine particles such as titanium oxide is, for example, about 10 nm to 60 nm. In order to improve the denseness of the photoelectrode layer 3 and to mix metal oxide semiconductor particles having a large particle size as scattering particles, metal oxide semiconductor particles having different particle size distributions are mixed during slurry preparation. May be.

バインダーとしては、例えば、有機物からなるバインダーを使用することができ、具体的には、例えば、アクリル樹脂系バインダーなどを使用することができる。溶媒としては、原料粉末およびバインダーを分散できるものであれば特に限定されないが、グリーンシートの焼成温度よりも低い温度領域で揮発することが好ましい。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。   As the binder, for example, a binder made of an organic material can be used, and specifically, for example, an acrylic resin binder can be used. The solvent is not particularly limited as long as it can disperse the raw material powder and the binder, but it is preferably volatilized in a temperature range lower than the firing temperature of the green sheet. 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.

次に、原料粉末、バインダーおよび溶媒などの混合物を、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て、十分に混合する。原料粉末の分散性を向上させるため、混合を数回に分けて行ってもよい。   Next, the mixture of the raw material powder, the binder, the solvent, and the like is sufficiently mixed using, for example, a stirring process, an ultrasonic dispersion process, a bead dispersion process, a kneading process, a homogenizer process, and the like. In order to improve the dispersibility of the raw material powder, the mixing may be performed in several steps.

次に、フィルタによりスラリーをろ過し、スラリー中の異物を除去する。次に、ろ過後のスラリーに対して、内部の気泡を除去するための真空脱泡を行う。以上により、グリーンシート形成用組成物としてのスラリーが得られる。   Next, the slurry is filtered with a filter to remove foreign matters in the slurry. Next, vacuum defoaming is performed on the filtered slurry to remove internal bubbles. By the above, the slurry as a composition for green sheet formation is obtained.

次に、例えば、樹脂フィルムなどの表面に対してスラリーを均一に塗布または印刷することにより、スラリーをシート状に成形する。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、ダイコート法、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、リバースロールコート法、コンマコート法、ナイフコート法、スプレーコート法、カーテンコート法、ディップ法、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。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, for example, the slurry is formed into a sheet by uniformly applying or printing the slurry on the surface of a resin film or the like. As a coating or printing method, it is preferable to use a simple and suitable method for mass production. Examples of coating methods include die coating, micro gravure coating, wire bar coating, direct gravure coating, reverse roll coating, comma coating, knife coating, spray coating, curtain coating, dipping, and spin. A coating method or the like can be used, but is not particularly limited thereto. 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 the invention is not particularly limited thereto.

図2Aに示すように、例えば、スラリー93は、ポンプ94によりスリットコーターに投入される。スリットコーターのダイ95は、例えば、ロール96と対向するように配置される。ロール96の回転に伴い、ロール96の周面の一部に巻きつけられたフィルム99が、一定の速さでダイ95とロール96との間を走行するようにされる。フィルム99を一定の速さで走行させながらスラリー93を塗布することにより、ほぼ均一な厚さのシート状のスラリー93を得ることができる。塗布するスラリー93の厚さについては、ダイ95のスリットのギャップ幅およびフィルムの送り速さにより調整が可能である。   As shown in FIG. 2A, for example, the slurry 93 is put into a slit coater by a pump 94. The die 95 of the slit coater is disposed so as to face the roll 96, for example. As the roll 96 rotates, the film 99 wound around a part of the peripheral surface of the roll 96 is allowed to travel between the die 95 and the roll 96 at a constant speed. By applying the slurry 93 while running the film 99 at a constant speed, a sheet-like slurry 93 having a substantially uniform thickness can be obtained. The thickness of the slurry 93 to be applied can be adjusted by the gap width of the slit of the die 95 and the film feed speed.

後にグリーンシートを剥がしやすくするために、フィルム99の表面には、剥離性を付与する組成物があらかじめ塗布または印刷されることにより、離型処理が施されていることが好ましい。剥離性を付与する組成物としては、例えば、バインダーを主成分とし、ワックスやフッ素などが添加された塗料またはシリコン樹脂を挙げることができる。   In order to make it easier to peel off the green sheet later, it is preferable that a release treatment is applied to the surface of the film 99 by applying or printing a composition for imparting peelability in advance. Examples of the composition that imparts releasability include a paint or a silicone resin containing a binder as a main component and added with wax, fluorine, or the like.

次に、図2Bに示すように、シート状のスラリー93に対して、例えば、ヒーター97a、97bおよび97cにより加熱および乾燥を行う。乾燥は、100℃にて5分程度行われ、スラリー中の溶媒が除去される。図2Bでは、複数個のヒーターを用いて連続的にスラリー93の乾燥を行う例を示しているが、乾燥方法としては、連続式、バッチ式のどちらでも構わない。乾燥後に、塗布されたスラリーの厚さを膜厚測定装置により測定し、塗布されるスラリーの厚さが一定となるように、ダイ95のスリットの開閉およびスリットのギャップ幅を制御するようにしてもよい。これにより、光電極層前駆体3p(グリーンシート)が、フィルム99上に形成される。   Next, as shown in FIG. 2B, the sheet-like slurry 93 is heated and dried by, for example, heaters 97a, 97b, and 97c. Drying is performed at 100 ° C. for about 5 minutes, and the solvent in the slurry is removed. FIG. 2B shows an example in which the slurry 93 is continuously dried using a plurality of heaters, but the drying method may be either a continuous method or a batch method. After drying, the thickness of the applied slurry is measured by a film thickness measuring device, and the opening and closing of the slit of the die 95 and the gap width of the slit are controlled so that the thickness of the applied slurry is constant. Also good. Thereby, the photoelectrode layer precursor 3p (green sheet) is formed on the film 99.

次に、図2Cに示すように、乾燥後の光電極層前駆体3pを、フィルム99とともに所定の大きさおよび形状に切り抜く。光電極層前駆体3pおよびフィルム99の切り抜きは、例えば、ピナクル型やトムソン型(ビク型)を使用して、打ち抜きにより行うことができる。または、ナイフやハサミで所望の形状に切り抜くといったこともできる。   Next, as shown in FIG. 2C, the dried photoelectrode layer precursor 3p is cut out together with the film 99 into a predetermined size and shape. The photoelectrode layer precursor 3p and the film 99 can be cut out by punching using, for example, a Pinnacle type or a Thomson type (Bik type). Or it can cut out to a desired shape with a knife or scissors.

次に、図2Dに示すように、光電極層前駆体3pからフィルム99を剥離することにより、グリーンシートからなる光電極層前駆体3pが得られる。   Next, as shown in FIG. 2D, the photoelectrode layer precursor 3p made of a green sheet is obtained by peeling the film 99 from the photoelectrode layer precursor 3p.

絶縁層前駆体5pまたは触媒層前駆体7pについても、上述した方法と同様にして、グリーンシートを作製することができる。グリーンシートからなる絶縁層前駆体5pの作製においては、原料粉末として、例えば、粒径100nm〜500nmの酸化チタン粉末が用いられる。グリーンシートからなる触媒層前駆体7pの作製においては、原料粉末として、例えば、カーボン粉末が用いられる。   Also for the insulating layer precursor 5p or the catalyst layer precursor 7p, a green sheet can be produced in the same manner as described above. In the production of the insulating layer precursor 5p made of a green sheet, for example, titanium oxide powder having a particle size of 100 nm to 500 nm is used as the raw material powder. In the production of the catalyst layer precursor 7p made of a green sheet, for example, carbon powder is used as the raw material powder.

「積層構造の形成」
まず、上述した方法により、グリーンシートからなる光電極層前駆体3p、グリーンシートからなる絶縁層前駆体5pおよびグリーンシートからなる触媒層前駆体7pを作製する。次に、図3A〜図3Cにそれぞれ示す光電極層前駆体3p、絶縁層前駆体5pおよび触媒層前駆体7pを順に重ね合わせる。光電極層前駆体3p、絶縁層前駆体5pおよび触媒層前駆体7pを順に重ね合わせて所定の圧力を加えることにより、図3Dに示すように、これらが一体的に構成された積層体11を得ることができる。粒度分布の異なる金属酸化物半導体微粒子を用いて作製したグリーンシートをさらに積層するようにしてもよい。
"Formation of laminated structure"
First, by the method described above, a photoelectrode layer precursor 3p made of a green sheet, an insulating layer precursor 5p made of a green sheet, and a catalyst layer precursor 7p made of a green sheet are prepared. Next, the photoelectrode layer precursor 3p, the insulating layer precursor 5p, and the catalyst layer precursor 7p shown in FIGS. By laminating the photoelectrode layer precursor 3p, the insulating layer precursor 5p, and the catalyst layer precursor 7p in order and applying a predetermined pressure, as shown in FIG. Can be obtained. Green sheets produced using metal oxide semiconductor fine particles having different particle size distributions may be further laminated.

なお、光電極層前駆体3p、絶縁層前駆体5pおよび触媒層前駆体7pを順次形成することにより積層体11と同様の積層構造を得ることもできるが、本技術によれば、これらを別個に製作しておくことができるため、リードタイムを短縮することができる。すなわち、光電極層前駆体3p、絶縁層前駆体5pおよび触媒層前駆体7pをそれぞれ別個のラインで製作でき、同時処理によりプロセスフローが簡略され、工程や品質の管理も容易となる。なお、積層体11は、図3Eに示すように、ロール状とすることもでき、光電変換素子または光電極材料の製造のための原反として供給することもできる。   In addition, by sequentially forming the photoelectrode layer precursor 3p, the insulating layer precursor 5p, and the catalyst layer precursor 7p, a stacked structure similar to the stacked body 11 can be obtained. The lead time can be shortened. That is, the photoelectrode layer precursor 3p, the insulating layer precursor 5p, and the catalyst layer precursor 7p can be manufactured on separate lines, and the process flow is simplified by simultaneous processing, and the process and quality control are facilitated. In addition, the laminated body 11 can also be made into a roll shape, as shown to FIG. 3E, and can also be supplied as a raw material for manufacture of a photoelectric conversion element or a photoelectrode material.

また、光電変換素子の発電効率を向上させるために、例えば、光入射側においてより多くの光を取込み、光をより多く拡散させるための拡散層を光電変換素子に設ける場合にも、グリーンシートを複数枚貼り合わせることで、容易に所望の構造を実現できる。例えば、粒径の異なる酸化チタンを用い、拡散層前駆体となるグリーンシートを作製しておき、該グリーンシートを光電極層前駆体などのグリーンシートとともに重ね合わせるようにすればよい。   Further, in order to improve the power generation efficiency of the photoelectric conversion element, for example, when a light diffusion layer for taking in more light on the light incident side and diffusing more light is provided in the photoelectric conversion element, the green sheet is also used. A desired structure can be easily realized by laminating a plurality of sheets. For example, a titanium sheet having a different particle size may be used to produce a green sheet that serves as a diffusion layer precursor, and the green sheet may be overlapped with a green sheet such as a photoelectrode layer precursor.

次に、図3Fに示すように、金属や透明導電膜などの導電基材9に、触媒層前駆体7pが導電基材9の側に配置されるようにして積層体11を貼り合わせる。導電基材9に対する積層体11の貼り合わせは、導電基材9と積層体11とを重ね合わせて圧力P1を加えるだけでよく、導電基材9および積層体11に圧力P1を加える方法も、面プレスやロールプレス(線プレス)、水圧プレスなど、特に限定されない。導電基材9に対する積層体11の貼り合わせは、例えば、プレス装置を用いての圧着により行うことができる。プレス装置としては、例えば、平板プレス装置やカレンダープレス装置(ロールプレス装置)、熱プレス装置などを挙げることができるが、これらに限定されない。プレス圧力に対応する圧力P1は、例えば、1MPa〜100MPa程度に設定されるが、プレス圧力、プレス時間、プレス温度などの各種条件は、各種の試験を行い、決定すればよい。   Next, as shown in FIG. 3F, the laminate 11 is bonded to the conductive base material 9 such as a metal or a transparent conductive film so that the catalyst layer precursor 7p is disposed on the conductive base material 9 side. The laminate 11 is bonded to the conductive substrate 9 only by applying the pressure P1 by overlapping the conductive substrate 9 and the laminate 11, and the method of applying the pressure P1 to the conductive substrate 9 and the laminate 11, It is not particularly limited, such as a surface press, a roll press (line press), or a hydraulic press. The laminate 11 can be bonded to the conductive substrate 9 by, for example, pressure bonding using a press device. Examples of the press device include, but are not limited to, a flat plate press device, a calendar press device (roll press device), and a hot press device. The pressure P1 corresponding to the press pressure is set to, for example, about 1 MPa to 100 MPa, but various conditions such as the press pressure, the press time, and the press temperature may be determined by performing various tests.

導電基材9の厚さには特に制限はなく、例えば、厚さ30μm程度のチタン箔などが使用できる。導電基材9は、焼成後のグリーンシートの強度を確保するための支持基材としての機能も有する。   There is no restriction | limiting in particular in the thickness of the electrically conductive base material 9, For example, the titanium foil etc. about 30 micrometers thick can be used. The conductive substrate 9 also has a function as a support substrate for securing the strength of the green sheet after firing.

図4Aは、導電基材9と積層体11とが貼り合わされた状態を示している。図4Aに示すように、積層体12は、導電基材9の一主面上に、触媒層前駆体7p、絶縁層前駆体5pおよび光電極層前駆体3pが順に積層されて構成される。積層体12は、例えば、光電変換素子の光電極材料とすることができる。導電基材9が可撓性を有する場合には、積層体12は、図3Eに示す積層体11と同様に、ロール状とすることもでき、光電変換素子の製造のための原反として供給することもできる。   FIG. 4A shows a state where the conductive base material 9 and the laminate 11 are bonded together. As shown in FIG. 4A, the laminate 12 is configured by laminating a catalyst layer precursor 7p, an insulating layer precursor 5p, and a photoelectrode layer precursor 3p in this order on one main surface of the conductive substrate 9. The laminated body 12 can be used as a photoelectrode material of a photoelectric conversion element, for example. When the conductive substrate 9 has flexibility, the laminated body 12 can also be formed in a roll shape, like the laminated body 11 shown in FIG. 3E, and supplied as a raw material for manufacturing a photoelectric conversion element. You can also

(焼成の工程)
次に、積層体12に対して焼成処理を行う。積層体12に対する焼成は、バッチ式の焼成炉あるいは連続式の焼成炉を用いて行うことができる。焼成は、例えば、500℃30分程度の条件で実施する。積層体12に対して焼成処理を行うことにより、グリーンシート中のバインダーおよび可塑剤が除去されるとともに、光電極層3における半導体微粒子間にネッキングが生じ、半導体微粒子間の電子的な接続が向上する。本技術によれば、焼成の工程を、例えば、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で行う必要がなく、光電変換素子の光電変換効率が低下することがない。
(Baking process)
Next, a firing process is performed on the laminate 12. Firing of the laminate 12 can be performed using a batch-type firing furnace or a continuous-type firing furnace. Firing is performed, for example, under conditions of about 500 ° C. for about 30 minutes. By performing the firing process on the laminate 12, the binder and the plasticizer in the green sheet are removed, and necking occurs between the semiconductor fine particles in the photoelectrode layer 3, thereby improving the electronic connection between the semiconductor fine particles. To do. According to the present technology, it is not necessary to perform the baking step in a low temperature region where a polymer resin substrate such as a polymer film can be used, and the photoelectric conversion efficiency of the photoelectric conversion element does not decrease.

(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、光電極層前駆体3pを焼成することにより得られる多孔質半導体層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 the sensitizing dye and capable of mediating dye adsorption on the porous semiconductor layer obtained by firing the photoelectrode layer precursor 3p. For example, ethanol, Alcohol solvents such as isopropyl alcohol and benzyl alcohol, nitrile solvents such as acetonitrile and propionitrile, halogen solvents such as chloroform, dichloromethane and chlorobenzene, ether solvents such as diethyl ether and tetrahydrofuran, ethyl acetate and butyl acetate Ester solvents, ketone solvents such as acetone, methyl ethyl ketone and cyclohexanone, carbonate solvents such as diethyl carbonate and propylene carbonate, carbohydrate solvents such as hexane, octane, toluene and xylene, dimethylformamide Dimethylacetamide, dimethyl sulfoxide, 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、積層体12の焼成体を、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。光電極層前駆体3pを焼成することにより得られる多孔質半導体層を、増感色素を含む溶液中に積層体12の焼成体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。このようにして、光電極層3、絶縁層5および触媒層7からなる積層体13が導電基材9の一主面上に形成された積層体14を得ることができる。   Next, for example, the fired body of the laminate 12 is immersed in a solution containing a sensitizing dye, whereby the sensitizing dye is supported on the metal oxide fine particles. Utilizing the affinity of the linked substituents of the sensitizing dye by immersing the porous semiconductor layer obtained by firing the photoelectrode layer precursor 3p together with the fired body of the laminate 12 in a solution containing the sensitizing dye Thus, the sensitizing dye can be brought into contact with and bonded to the porous surface of the porous semiconductor. Of course, the method for supporting the sensitizing dye is not limited to this method. In this way, a laminate 14 in which a laminate 13 composed of the photoelectrode layer 3, the insulating layer 5, and the catalyst layer 7 is formed on one main surface of the conductive substrate 9 can be obtained.

(導電性基材の形成)
次に、図4Cに示すように、光電変換素子の光入射側となる導電性基材を準備する。導電性基材は、例えば、基材17と、基材17の一主面上に形成される透明導電層15から構成される。例えば、溶融押出法、射出成形法などを用い、板状やフィルム状の基材17を成形し、次に、スパッタリング法などの薄膜作製技術により、透明導電層15を基材17上に形成する。
(Formation of conductive substrate)
Next, as shown to FIG. 4C, the electroconductive base material used as the light-incidence side of a photoelectric conversion element is prepared. The conductive substrate includes, for example, a substrate 17 and a transparent conductive layer 15 formed on one main surface of the substrate 17. For example, a plate-like or film-like substrate 17 is formed using a melt extrusion method, an injection molding method, or the like, and then the transparent conductive layer 15 is formed on the substrate 17 by a thin film manufacturing technique such as a sputtering method. .

(積層体と導電性基材との貼り合わせ)
次に、図4Dに示すように、積層体14と、基材17および透明導電層15から構成される導電性基材とを貼り合わせる。基材17および透明導電層15から構成される導電性基材に対する積層体14の貼り合わせは、導電性基材と積層体14とを重ね合わせて圧力P2を加えるだけでよい。導電性基材および積層体14に圧力P2を加える方法も、面プレスやロールプレス(線プレス)、水圧プレスなど、特に限定されない。導電性基材に対する積層体14の貼り合わせは、例えば、プレス装置を用いての圧着により行うことができる。プレス装置としては、例えば、平板プレス装置やカレンダープレス装置(ロールプレス装置)、熱プレス装置を挙げることができるが、これらに限定されない。プレス圧力に対応する圧力P2は、例えば、1MPa〜100MPa程度に設定されるが、プレス圧力、プレス時間、プレス温度などの各種条件は、各種の試験を行い、決定すればよい。導電性基材と積層体14との貼り合わせに際して、密着性を向上させるために、導電性基材を加熱するようにしてもよい。
(Lamination of laminate and conductive substrate)
Next, as shown in FIG. 4D, the laminate 14 and a conductive base material composed of the base material 17 and the transparent conductive layer 15 are bonded together. The laminated body 14 is bonded to the conductive base material composed of the base material 17 and the transparent conductive layer 15 only by superposing the conductive base material and the laminated body 14 and applying the pressure P2. The method of applying the pressure P2 to the conductive substrate and the laminate 14 is not particularly limited, such as a surface press, a roll press (line press), or a hydraulic press. The laminate 14 can be bonded to the conductive substrate by, for example, pressure bonding using a press device. Examples of the press device include, but are not limited to, a flat plate press device, a calendar press device (roll press device), and a hot press device. The pressure P2 corresponding to the press pressure is set to, for example, about 1 MPa to 100 MPa, but various conditions such as the press pressure, the press time, and the press temperature may be determined by performing various tests. When the conductive base material and the laminate 14 are bonded together, the conductive base material may be heated in order to improve adhesion.

(電解液の充填)
次に、図5Aに示すように、導電基材9と透明導電層15との間に封止材19を配置する。封止材19は、導電基材9または透明導電層15の周縁部に配置される。導電基材9の周縁部に、あらかじめスクリーン印刷などにより封止材19としての紫外線硬化型接着剤を形成しておき、この紫外線硬化型接着剤を介して、導電基材9と透明導電層15とを貼り合わせるようにしてもよい。これにより、導電基材9と、透明導電層15と、封止材19とにより、電解液21が充填される空間が形成される。
(Filling with electrolyte)
Next, as shown in FIG. 5A, a sealing material 19 is disposed between the conductive base material 9 and the transparent conductive layer 15. The sealing material 19 is disposed on the periphery of the conductive base material 9 or the transparent conductive layer 15. An ultraviolet curable adhesive as a sealing material 19 is formed in advance on the periphery of the conductive base material 9 by screen printing or the like, and the conductive base material 9 and the transparent conductive layer 15 are interposed via the ultraviolet curable adhesive. May be pasted together. Thus, a space filled with the electrolytic solution 21 is formed by the conductive base material 9, the transparent conductive layer 15, and the sealing material 19.

次に、この空間に例えば導電基材9に予め形成された注入口から電解液を注入し、空間内に電解液を充填する。この場合、注入口に電解液を数滴垂らし、毛細管現象による方法が簡便である。電解液の注入方法にも特に制限はないが、周縁部(外周部)をあらかじめ封止し、減圧下において、注入口から光電変換素子の内部に電解液の注入を行う方法が好ましい。その後、この注入口を塞ぐ。これにより、図5Bに示す、目的とする光電変換素子1が製造される。周縁部(外周部)の一部のみ残して封止材19を配置しておき、封止材19が配置されていない部分を注入口として、該注入口から光電変換素子の内部に電解液の注入を行い、その後、減圧下で、該注入口を封止するようにしてもよい。   Next, an electrolytic solution is injected into this space from, for example, an injection port formed in advance in the conductive base material 9, and the space is filled with the electrolytic solution. In this case, a method using a capillary phenomenon by dropping several drops of the electrolytic solution at the inlet is simple. The method for injecting the electrolytic solution is not particularly limited, but a method in which the peripheral edge (outer peripheral portion) is sealed in advance and the electrolytic solution is injected into the photoelectric conversion element from the injection port under reduced pressure is preferable. Thereafter, the inlet is closed. Thereby, the target photoelectric conversion element 1 shown in FIG. 5B is manufactured. The sealing material 19 is disposed leaving only a part of the peripheral edge (outer peripheral portion), and the portion where the sealing material 19 is not disposed is used as an injection port, and the electrolytic solution is introduced into the photoelectric conversion element from the injection port. Injection may be performed, and then the injection port may be sealed under reduced pressure.

樹脂基材の耐熱性を考慮して150℃以下程度の焼成温度で分散ペーストを焼成して多孔質半導体層を得る方法では、バインダーや可塑剤などの添加物を加える事が困難であり、バインダー等の有機物の含有量を極力減らした分散ペーストの開発が必要となる。しかしながら、有機物の含有量を極力減らした分散ペーストの調製の場合、粘度の調整が困難である。また、調製後の分散ペーストの粘度も低く、分散ペーストの塗布においては、膜厚分布のバラツキが発生しやすいためにスクリーン印刷法などの手法が使えず、主にブレード法やスプレー法、スピン法などを使わざるをえない。ブレード法やスプレー法、スピン法などを用いる場合には、分散ペーストの材料の配合比をパターン化するためのプロセスも必要となる。そのため、分散ペーストの調製のプロセス工数や製造コストがかえって増加してしまい、色素増感太陽電池の製造コスト低減の妨げとなっていた。   Considering the heat resistance of the resin base material, it is difficult to add an additive such as a binder or a plasticizer in the method of obtaining a porous semiconductor layer by firing a dispersion paste at a firing temperature of about 150 ° C. or less. It is necessary to develop a dispersion paste that reduces the content of organic substances such as However, in the case of preparing a dispersion paste with the organic content reduced as much as possible, it is difficult to adjust the viscosity. In addition, the dispersion paste after preparation has a low viscosity, and dispersion coating thickness tends to vary in the application of dispersion paste, so screen printing and other methods cannot be used. Mainly the blade method, spray method, and spin method I have to use. When using a blade method, a spray method, a spin method, or the like, a process for patterning the mixing ratio of the material of the dispersion paste is also required. For this reason, the process man-hours and the manufacturing costs for preparing the dispersion paste are increased, which hinders the reduction of the manufacturing costs of the dye-sensitized solar cells.

本技術によれば、光電極層3と、絶縁層5および触媒層7のうちの少なくとも一方とがグリーンシートの焼成体とされるので、光電極層前駆体3pの焼成を高温にて行うことができる。したがって、低温で焼成することにより、ネッキングが不十分となることがないため、酸化チタン粒子間の結合性の低下が抑制され、色素増感太陽電池の変換効率や耐久性の低下を防止できる。また、色素増感太陽電池製造における材料費の主要素であるガラスを、比較的廉価な高分子樹脂基材に置き換えることが可能となる。   According to the present technology, since the photoelectrode layer 3 and at least one of the insulating layer 5 and the catalyst layer 7 are fired bodies of the green sheet, the photoelectrode layer precursor 3p is fired at a high temperature. Can do. Accordingly, since firing at a low temperature does not result in insufficient necking, a decrease in connectivity between titanium oxide particles is suppressed, and a decrease in conversion efficiency and durability of the dye-sensitized solar cell can be prevented. In addition, it is possible to replace glass, which is the main component of material costs in the production of dye-sensitized solar cells, with a relatively inexpensive polymer resin substrate.

従来の技術では、焼成後の酸化チタン多孔質層は、バインダー等が除去されて非常にもろくなり、被転写基板上に転写する作業が困難となるが、本技術によれば、対極となる導電基材を支持基材として使用でき、グリーンシートの焼成体の取り扱いが容易である。しかも、透明導電層が形成された高分子樹脂基材上にグリーンシートの焼成体をプレスするだけで、グリーンシートの焼成体、透明導電層および高分子樹脂基材の積層体を得ることができる。   In the conventional technique, the sintered titanium oxide porous layer becomes very brittle due to the removal of the binder and the like, making it difficult to transfer it onto the substrate to be transferred. A base material can be used as a support base material, and handling of the fired body of a green sheet is easy. Moreover, a green sheet fired body, a transparent conductive layer and a polymer resin base material laminate can be obtained simply by pressing the green sheet fired body on the polymer resin base material on which the transparent conductive layer is formed. .

本技術によれば、種類の異なるグリーンシートを複数枚重ね合わせて圧力をかけるだけで光電極層などの積層構造を容易に得ることができる。また、グリーンシートは、多様な形状に加工することが容易であり、例えば、光電極層などの厚膜化や、色素増感太陽電池の大判化にも対応可能である。   According to the present technology, it is possible to easily obtain a laminated structure such as a photoelectrode layer only by applying a pressure by superposing a plurality of different types of green sheets. In addition, the green sheet can be easily processed into various shapes, and can cope with, for example, increasing the thickness of the photoelectrode layer or the like and increasing the size of the dye-sensitized solar cell.

[光電変換素子の製造方法の他の一例]
グリーンシートは、多様な形状に加工が可能であり、また、その屈曲性から、光電極層などを全体として曲面形状とすることも可能である。
[Another example of manufacturing method of photoelectric conversion element]
The green sheet can be processed into various shapes, and due to its flexibility, the photoelectrode layer and the like can be formed into a curved surface as a whole.

例えば、図6A〜図6Dに示すように、上述した方法により、グリーンシートからなる光電極層前駆体3p、グリーンシートからなる絶縁層前駆体5pおよびグリーンシートからなる触媒層前駆体7pを作製する。次に、光電極層前駆体3p、絶縁層前駆体5pおよび触媒層前駆体7pを順に重ね合わせて所定の圧力を加えることにより、これらが一体的に構成された積層体11を得る。   For example, as shown in FIGS. 6A to 6D, a photoelectrode layer precursor 3p made of a green sheet, an insulating layer precursor 5p made of a green sheet, and a catalyst layer precursor 7p made of a green sheet are produced by the method described above. . Next, the photoelectrode layer precursor 3p, the insulating layer precursor 5p, and the catalyst layer precursor 7p are sequentially superposed and a predetermined pressure is applied, thereby obtaining a laminate 11 in which these are integrally configured.

次に、図6Eに示すように、導電基材9に積層体11を貼り合わせる。このとき、曲面形状を有する支持台の上で導電基材9に対する積層体11の貼り合わせを行うことにより、または、導電基材9に対する積層体11の貼り合わせ後に、積層体12を湾曲させることにより、積層体12を全体として曲面形状とすることができる。次に、積層体12に対して焼成処理を行うことにより、図6Fに示すように、曲面形状の積層体14を得ることができる。この場合において、光電極層3、絶縁層5および触媒層7も、それぞれ全体として曲面形状を有する層となっている。   Next, as shown in FIG. 6E, the laminate 11 is bonded to the conductive base material 9. At this time, the laminated body 12 is curved by bonding the laminated body 11 to the conductive base material 9 on a support base having a curved shape or after the laminated body 11 is bonded to the conductive base material 9. Thereby, the laminated body 12 can be made into a curved surface shape as a whole. Next, as shown in FIG. 6F, a curved laminate 14 can be obtained by firing the laminate 12. In this case, the photoelectrode layer 3, the insulating layer 5, and the catalyst layer 7 are also layers having curved surfaces as a whole.

次に、図7Aに示すように、光電変換素子の光入射側となる導電性基材を準備する。このとき、基材17としては、積層体14の曲面形状に対応した形状を有する基材を用いることができ、基材17の一主面上に形成される透明導電層15も、積層体14の曲面形状に対応した形状とすることができる。   Next, as shown to FIG. 7A, the electroconductive base material used as the light-incidence side of a photoelectric conversion element is prepared. At this time, a substrate having a shape corresponding to the curved surface shape of the laminate 14 can be used as the substrate 17, and the transparent conductive layer 15 formed on one main surface of the substrate 17 is also the laminate 14. It can be made into the shape corresponding to the curved surface shape.

次に、図7B〜図7Dに示すように、積層体14と、基材17および透明導電層15から構成される導電性基材とを貼り合わせ、封止材19を配置した後に電解液を充填することで、全体として曲面形状を有する光電変換素子31が得られる。光電変換素子31の曲面形状を、例えば、曲面形状を有する建造物や構造物にあわせて設計しておけば、曲面形状を有する建造物や構造物への光電変換素子31の設置が容易となる。   Next, as shown in FIG. 7B to FIG. 7D, the laminate 14 and the conductive base material composed of the base material 17 and the transparent conductive layer 15 are bonded together, and after the sealing material 19 is disposed, the electrolytic solution is added. By filling, the photoelectric conversion element 31 having a curved surface shape as a whole is obtained. If the curved surface shape of the photoelectric conversion element 31 is designed according to, for example, a building or structure having a curved surface shape, the photoelectric conversion element 31 can be easily installed on the building or structure having a curved surface shape. .

<2.第2の実施形態>
[光電変換素子の構成]
図8Aは、本技術の第2の実施形態に係る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8Aに示すように、第2の実施形態に係る光電変換素子71は、光電極層3、絶縁層5および触媒層7の積層体13を備える点において、第1の実施形態と共通する。第2の実施形態においても、光電極層3が、グリーンシートの焼成体とされ、絶縁層5および触媒層7のうちの少なくとも一方が、グリーンシートの焼成体とされる。第2の実施形態では、導電基材39と透明導電層15aとの間に積層体13が介在され、導電基材39が、基材17の一主面上に形成された透明導電層15bと電気的に接続される点において、第1の実施形態と異なっている。また、光電変換素子71は、封止材19を備えず、ラミネーションフィルム27により電解液21が封止される点において、第1の実施形態と異なっている。図8Aに示す光電変換素子71は、1枚の基材に正極と負極とを形成する、いわゆるモノリシック構造を有する光電変換素子である。
<2. Second Embodiment>
[Configuration of photoelectric conversion element]
FIG. 8A is a schematic cross-sectional view illustrating an example of a configuration of a photoelectric conversion element according to the second embodiment of the present technology. As shown in FIG. 8A, the photoelectric conversion element 71 according to the second embodiment is common to the first embodiment in that it includes a stacked body 13 of the photoelectrode layer 3, the insulating layer 5, and the catalyst layer 7. Also in the second embodiment, the photoelectrode layer 3 is a green sheet fired body, and at least one of the insulating layer 5 and the catalyst layer 7 is a green sheet fired body. In the second embodiment, the laminate 13 is interposed between the conductive base material 39 and the transparent conductive layer 15 a, and the conductive base material 39 is formed on one main surface of the base material 17. It is different from the first embodiment in that it is electrically connected. Moreover, the photoelectric conversion element 71 is different from the first embodiment in that the sealing material 19 is not provided and the electrolytic solution 21 is sealed by the lamination film 27. A photoelectric conversion element 71 illustrated in FIG. 8A is a photoelectric conversion element having a so-called monolithic structure in which a positive electrode and a negative electrode are formed on a single substrate.

[光電変換素子の製造方法]
次に、図8B〜図8Dおよび図9A〜図9Cを参照しながら、本技術の第2の実施形態に係る光電変換素子71の製造方法の一例について説明する。
[Production Method of Photoelectric Conversion Element]
Next, an example of a method for manufacturing the photoelectric conversion element 71 according to the second embodiment of the present technology will be described with reference to FIGS. 8B to 8D and FIGS. 9A to 9C.

まず、第1の実施形態に係る光電変換素子1の場合と同様にして、グリーンシート形成用組成物としてのスラリーを調製する。次に、スラリーを均一に塗布または印刷した後、シート状のスラリーを加熱乾燥することにより、グリーンシートを作製する。次に、グリーンシートを所定の大きさおよび形状に切り抜き、光電極層前駆体3pを作製する。同様にして、絶縁層前駆体5pおよび触媒層前駆体7pを作製する。   First, the slurry as a composition for green sheet formation is prepared like the case of the photoelectric conversion element 1 which concerns on 1st Embodiment. Next, after applying or printing the slurry uniformly, the sheet-like slurry is dried by heating to produce a green sheet. Next, the green sheet is cut into a predetermined size and shape to produce a photoelectrode layer precursor 3p. Similarly, the insulating layer precursor 5p and the catalyst layer precursor 7p are produced.

次に、第1の実施形態に係る光電変換素子1の場合と同様にして、光電極層前駆体3p、絶縁層前駆体5pおよび触媒層前駆体7pの積層体11を作製し、プレス装置などにより、導電基材39に積層体11を貼り合わせる。なお、導電基材39の材料としては、電解液21に対する反応性が低い材料が選択されることが好ましい。導電基材39の材料としては、例えば、金属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。金属としては、例えば、チタン、タングステン、モリブデン、タンタル、ニオブ、ジルコニウム、亜鉛、ニッケル、クロムおよび鉄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。具体的には例えば、金属としては、例えば、チタン、タングステン、モリブデン、タンタル、ニオブ、ジルコニウム、亜鉛、ニッケル、クロム、鉄などの単体、またはこれらを2種以上含む合金を挙げることができる。合金としては、ステンレス鋼(Stainless Used Steel:SUS)、NiCu合金、NiCr合金などのニッケル合金などを用いることが好ましい。ステンレス鋼としては、SUS304、SUS304L、SUS310S、SUS316、SUS316L、SUS317L、SUS321、SUS347などを用いることが好ましい。導電基材39を電解液21から保護するために、例えば、樹脂材料などにより導電基材39を被覆するようにしてもよい。導電基材39は、可撓性を有することが好ましく、導電基材39の厚さとしては、導電基材39をグリーンシートの焼成体の支持基材とする観点から、30μm以上であることが好ましい。   Next, similarly to the case of the photoelectric conversion element 1 according to the first embodiment, a stacked body 11 of the photoelectrode layer precursor 3p, the insulating layer precursor 5p, and the catalyst layer precursor 7p is manufactured, and a press device or the like. Thus, the laminate 11 is bonded to the conductive base material 39. In addition, as a material of the conductive base material 39, it is preferable to select a material having low reactivity with the electrolytic solution 21. As a material of the conductive base material 39, for example, a metal can be used, but is not limited thereto. As the metal, for example, one or more selected from the group consisting of titanium, tungsten, molybdenum, tantalum, niobium, zirconium, zinc, nickel, chromium, and iron can be used. Specifically, for example, as the metal, for example, a simple substance such as titanium, tungsten, molybdenum, tantalum, niobium, zirconium, zinc, nickel, chromium, iron, or an alloy containing two or more of these can be given. As the alloy, nickel alloys such as stainless steel (SUS), NiCu alloy, NiCr alloy, etc. are preferably used. As stainless steel, it is preferable to use SUS304, SUS304L, SUS310S, SUS316, SUS316L, SUS317L, SUS321, SUS347, or the like. In order to protect the conductive base material 39 from the electrolytic solution 21, for example, the conductive base material 39 may be covered with a resin material or the like. The conductive base material 39 preferably has flexibility, and the thickness of the conductive base material 39 is preferably 30 μm or more from the viewpoint of using the conductive base material 39 as a support base material for a green sheet fired body. preferable.

次に、光電極層前駆体3p、絶縁層前駆体5pおよび触媒層前駆体7pに対して焼成処理を行う。光電極層前駆体3p、絶縁層前駆体5pおよび触媒層前駆体7pに対する焼成は、例えば、500℃30分程度の条件で実施する。焼成処理の後、光電極層前駆体3p、絶縁層前駆体5pおよび触媒層前駆体7pの焼成体ならびに導電基材39の積層体を、増感色素を含む溶液中に浸し、金属酸化物微粒子に増感色素を担持させる。   Next, a baking process is performed with respect to the photoelectrode layer precursor 3p, the insulating layer precursor 5p, and the catalyst layer precursor 7p. Firing on the photoelectrode layer precursor 3p, the insulating layer precursor 5p, and the catalyst layer precursor 7p is performed, for example, under conditions of about 500 ° C. for about 30 minutes. After the firing treatment, the laminate of the photoelectrode layer precursor 3p, the insulating layer precursor 5p and the catalyst layer precursor 7p and the conductive substrate 39 is immersed in a solution containing a sensitizing dye, and metal oxide fine particles A sensitizing dye is supported on the surface.

次に、図8B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、透明導電層15を基材17の一主面上に形成し、光電変換素子の光入射側となる導電性基材を準備する。次に、図8Cに示すように、エッチング加工やレーザ加工、研磨加工などにより、透明導電層15を負極側の透明導電層15aと正極側の透明導電層15bとに分離する。マスクなどを用いて、あらかじめ透明導電層15をパターンニングし、負極側透明導電層15aおよび正極側透明導電層15bを形成するようにしてもよい。   Next, as shown in FIG. 8B, the transparent conductive layer 15 is formed on one main surface of the base material 17 by a thin film manufacturing technique such as sputtering, and a conductive base material that becomes the light incident side of the photoelectric conversion element is formed. prepare. Next, as shown in FIG. 8C, the transparent conductive layer 15 is separated into a negative electrode side transparent conductive layer 15a and a positive electrode side transparent conductive layer 15b by etching, laser processing, polishing, or the like. The transparent conductive layer 15 may be patterned in advance using a mask or the like to form the negative electrode side transparent conductive layer 15a and the positive electrode side transparent conductive layer 15b.

次に、図8Dに示すように、光電極層3、絶縁層5および触媒層7ならびに導電基材39の積層体34と、基材17および透明導電層15から構成される導電性基材とを貼り合わせる。基材17および透明導電層15から構成される導電性基材に対する積層体34の貼り合わせは、導電性基材と積層体34とを重ね合わせて圧力P2を加えるだけでよい。圧力P2は、例えば、1MPa〜100MPa程度に設定される。導電性基材と積層体34との貼り合わせに際して、密着性を向上させるために、導電性基材を加熱するようにしてもよい。   Next, as shown in FIG. 8D, a conductive substrate composed of a laminate 34 of the photoelectrode layer 3, the insulating layer 5 and the catalyst layer 7 and the conductive substrate 39, the substrate 17 and the transparent conductive layer 15, Paste together. The laminated body 34 is bonded to the conductive base material composed of the base material 17 and the transparent conductive layer 15 only by superposing the conductive base material and the laminated body 34 and applying the pressure P2. The pressure P2 is set to about 1 MPa to 100 MPa, for example. When the conductive base material and the laminate 34 are bonded together, the conductive base material may be heated in order to improve adhesion.

次に、図9Aに示すように、導電基材39と正極側透明導電層15bとを電気的に接続させる。接続の方法としては、導電性接着剤を用いた接着や溶接、はんだ付けなど、特に限定されるものではなく、基材17の耐熱性などを考慮して適宜選択すればよい。   Next, as shown in FIG. 9A, the conductive base material 39 and the positive electrode side transparent conductive layer 15b are electrically connected. The connection method is not particularly limited, such as adhesion using an electrically conductive adhesive, welding, or soldering, and may be appropriately selected in consideration of the heat resistance of the base material 17.

次に、図9Bに示すように、樹脂材料などからなるラミネーションフィルムを用い、電解液21を封入する。以上により、図9Cに示す光電変換素子71が得られる。   Next, as shown in FIG. 9B, an electrolytic solution 21 is sealed using a lamination film made of a resin material or the like. Thus, the photoelectric conversion element 71 illustrated in FIG. 9C is obtained.

モノリシック構造を採用することにより、材料費の主要素であるガラスの使用量を減らすことができ、光電変換素子の製造コストが抑えられる。本技術によれば、モノリシック構造を有する光電変換素子の製造工程において、積層構造を形成するために下層より複数の層を順次形成していく必要がなく、したがって、リードタイムを短縮することができる。また、膜厚分布のバラツキが発生しやすいスクリーン印刷法などの手法を用いずに、積層構造の各層を形成することができる。   By adopting the monolithic structure, it is possible to reduce the amount of glass used as the main component of the material cost, and to suppress the manufacturing cost of the photoelectric conversion element. According to the present technology, in the manufacturing process of the photoelectric conversion element having a monolithic structure, it is not necessary to sequentially form a plurality of layers from the lower layer in order to form a stacked structure, and therefore the lead time can be shortened. . In addition, each layer of the stacked structure can be formed without using a method such as a screen printing method in which variations in film thickness distribution tend to occur.

<3.第3の実施形態>
[光電変換素子の構成]
図10Aは、本技術の第3の実施形態に係る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10Aに示すように、第3の実施形態に係る光電変換素子81は、光電極層3と、絶縁層5と、触媒層7と、集電電極44とを備える。集電電極44は、光電極層3と絶縁層5との間に介在される。触媒層7は、例えば、導電基材49の一主面上に形成されており、光電極層3、集電電極44、絶縁層5、触媒層7および導電基材49の積層体と、電解液21とが、ラミネーションフィルム28により封止される。
<3. Third Embodiment>
[Configuration of photoelectric conversion element]
FIG. 10A is a schematic cross-sectional view illustrating an example of a configuration of a photoelectric conversion element according to a third embodiment of the present technology. As shown in FIG. 10A, the photoelectric conversion element 81 according to the third embodiment includes a photoelectrode layer 3, an insulating layer 5, a catalyst layer 7, and a collecting electrode 44. The collecting electrode 44 is interposed between the photoelectrode layer 3 and the insulating layer 5. The catalyst layer 7 is formed, for example, on one main surface of the conductive base material 49, and includes a laminate of the photoelectrode layer 3, the collecting electrode 44, the insulating layer 5, the catalyst layer 7, and the conductive base material 49, and electrolysis. The liquid 21 is sealed with a lamination film 28.

第3の実施形態では、光電極層3と、絶縁層5および触媒層7のうちの少なくとも一方とが、グリーンシートの焼成体とされる点において、第2の実施形態と共通する。また、第3の実施形態では、光電極層3、絶縁層5、触媒層7および導電基材と、電解液21とが、ラミネーションフィルムにより封止される点において、第2の実施形態と共通する。ここで、第3の実施形態では、集電電極44が光電極層3と絶縁層5との間に介在され、基材17上には透明導電層を備えない点において、第2の実施形態と異なっている。図10Aに示す光電変換素子81は、光入射側となる基材に透明導電層を必要としない、いわゆるTCOフリー(Transparent Conductive Oxide-free)構造を有する光電変換素子である。   The third embodiment is common to the second embodiment in that the photoelectrode layer 3 and at least one of the insulating layer 5 and the catalyst layer 7 are used as a green sheet fired body. Further, the third embodiment is common to the second embodiment in that the photoelectrode layer 3, the insulating layer 5, the catalyst layer 7, the conductive base material, and the electrolytic solution 21 are sealed with a lamination film. To do. Here, in the third embodiment, the current collector electrode 44 is interposed between the photoelectrode layer 3 and the insulating layer 5, and the second embodiment is not provided with a transparent conductive layer on the substrate 17. Is different. The photoelectric conversion element 81 shown in FIG. 10A is a photoelectric conversion element having a so-called TCO-free (Transparent Conductive Oxide-free) structure that does not require a transparent conductive layer on the light-incident substrate.

[光電変換素子の製造方法]
次に、図10B〜図10Dおよび図11A〜図11Dを参照しながら、本技術の第3の実施形態に係る光電変換素子81の製造方法の一例について説明する。
[Production Method of Photoelectric Conversion Element]
Next, an example of a method for manufacturing the photoelectric conversion element 81 according to the third embodiment of the present technology will be described with reference to FIGS. 10B to 10D and FIGS. 11A to 11D.

まず、第1の実施形態に係る光電変換素子1の場合と同様にして、グリーンシート形成用組成物としてのスラリーを調製する。次に、スラリーを均一に塗布または印刷した後、シート状のスラリーを加熱乾燥することにより、グリーンシートを作製する。次に、グリーンシートを所定の大きさおよび形状に切り抜き、光電極層前駆体3pを作製する。   First, the slurry as a composition for green sheet formation is prepared like the case of the photoelectric conversion element 1 which concerns on 1st Embodiment. Next, after applying or printing the slurry uniformly, the sheet-like slurry is dried by heating to produce a green sheet. Next, the green sheet is cut into a predetermined size and shape to produce a photoelectrode layer precursor 3p.

次に、第1の実施形態に係る光電変換素子1の場合と同様にして、図10Bに示すように、プレス装置などにより、集電電極44の一主面上に光電極層前駆体3pを貼り合わせる。集電電極44に対する光電極層前駆体3pの貼り合わせは、集電電極44と光電極層前駆体3pとを重ね合わせて圧力P4を加えるだけでよい。圧力P4は、例えば、1MPa〜100MPa程度に設定される。以下、集電電極44において、光電極層前駆体3pが貼り付けられる側の面をS1、面S1の反対面を面S2と称する。   Next, similarly to the case of the photoelectric conversion element 1 according to the first embodiment, as shown in FIG. 10B, the photoelectrode layer precursor 3p is formed on one main surface of the current collecting electrode 44 by a press device or the like. to paste together. Bonding of the photoelectrode layer precursor 3p to the current collecting electrode 44 may be performed only by applying the pressure P4 while superposing the current collecting electrode 44 and the photoelectrode layer precursor 3p. The pressure P4 is set to about 1 MPa to 100 MPa, for example. Hereinafter, in the current collecting electrode 44, the surface on which the photoelectrode layer precursor 3p is attached is referred to as S1, and the surface opposite to the surface S1 is referred to as surface S2.

集電電極44の材料としては、多孔質であり導電性に優れた材料を用いることが好ましく、例えば、第3の実施形態の導電基材39と同様のものを使用することができる。集電電極44の構造としては、例えば、電解液を集電電極44の表面に垂らしたとき、電解液が電極深さ方向に浸透して、裏面側まで到達することが可能な構造が好ましく、例えば、穴の開いたフィルム、シート、箔、基板などを用いることができる。より具体的には、メッシュ(例えば、平織、綾織、平畳織、綾畳織など)、多孔質体、不織布、繊維焼結体、エキスパンドメタル、パンチングメタル、エッチング加工などで穴を開けた箔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。集電電極44としては、プラスチック材料などからなる基材の表面を金属などの導電材料で被覆したものを用いるようにしてもよい。集電電極44の厚さとしては、集電電極44をグリーンシートの焼成体の支持基材とする観点から、30μm以上であることが好ましい。また、電解液中のイオンが効率的に移動し、これに伴う電子の移動が阻害されないようにすることを考慮すると、例えば、100μm以下であることが好ましい。   As the material of the current collecting electrode 44, a porous material having excellent conductivity is preferably used. For example, the same material as the conductive base material 39 of the third embodiment can be used. As the structure of the current collecting electrode 44, for example, when the electrolytic solution is hung on the surface of the current collecting electrode 44, a structure in which the electrolytic solution penetrates in the electrode depth direction and can reach the back surface side is preferable. For example, a film with a hole, a sheet, a foil, a substrate, or the like can be used. More specifically, a foil (for example, plain weave, twill weave, plain tatami mat, twill mat weave, etc.), porous body, non-woven fabric, fiber sintered body, expanded metal, punching metal, foil with holes made by etching, etc. However, it is not limited to these. As the current collecting electrode 44, a surface of a base material made of a plastic material or the like covered with a conductive material such as a metal may be used. The thickness of the current collecting electrode 44 is preferably 30 μm or more from the viewpoint of using the current collecting electrode 44 as a supporting base material for the green sheet fired body. Further, considering that ions in the electrolytic solution move efficiently and the movement of electrons associated therewith is not inhibited, for example, the thickness is preferably 100 μm or less.

次に、光電極層前駆体3pの場合と同様にして、グリーンシートからなる絶縁層前駆体5pおよびグリーンシートからなる触媒層前駆体7pを作製する。   Next, as in the case of the photoelectrode layer precursor 3p, an insulating layer precursor 5p made of a green sheet and a catalyst layer precursor 7p made of a green sheet are produced.

次に、図10Cに示すように、触媒層前駆体7pが導電基材49に接するようにして、プレス装置などにより、絶縁層前駆体5pおよび触媒層前駆体7pの積層体と、導電基材49とを貼り合わせる。導電基材49に対する絶縁層前駆体5pおよび触媒層前駆体7pの積層体の貼り合わせは、導電基材49と絶縁層前駆体5pおよび触媒層前駆体7pの積層体とを重ね合わせて圧力P5を加えるだけでよい。圧力P5は、例えば、1MPa〜100MPa程度に設定される。なお、導電基材49に対して、触媒層前駆体7pおよび絶縁層前駆体5pを順次貼り合わせるようにしてもよい。以下、絶縁層前駆体5pの露出面をS3と称する。   Next, as shown in FIG. 10C, the laminated body of the insulating layer precursor 5p and the catalyst layer precursor 7p and the conductive base material by a press device or the like so that the catalyst layer precursor 7p is in contact with the conductive base material 49. 49 and pasted together. The laminated body of the insulating layer precursor 5p and the catalyst layer precursor 7p to the conductive base material 49 is formed by superposing the laminated body of the conductive base material 49 and the insulating layer precursor 5p and the catalyst layer precursor 7p on the pressure P5. Just add. The pressure P5 is set to about 1 MPa to 100 MPa, for example. Note that the catalyst layer precursor 7p and the insulating layer precursor 5p may be sequentially bonded to the conductive base material 49. Hereinafter, the exposed surface of the insulating layer precursor 5p is referred to as S3.

次に、図10Dに示すように、面S3と面S2とが対向するようにして、プレス装置などにより、集電電極44および光電極層前駆体3pの積層体と、絶縁層前駆体5p、触媒層前駆体7pおよび導電基材49の積層体とを貼り合わせる。貼り合わせは、それぞれの積層体を重ね合わせて圧力P6を加えるだけでよい。圧力P6は、例えば、1MPa〜100MPa程度に設定される。なお、貼り合わせの前に、集電電極44および導電基材49のそれぞれに対して、チタンまたは表面処理を施したチタンなどからなる配線取り出し用の金属箔をとりつけるようにしてもよい。配線取り出し用の金属箔の接続の方法としては、導電性接着剤を用いた接着や溶接、はんだ付けなどにより行うことができる。これにより、図11Aに示すように、光電極層前駆体3p、集電電極44、絶縁層前駆体5p、触媒層前駆体7pおよび導電基材49が一体的に構成された積層体42が得られる。   Next, as shown in FIG. 10D, the stacked body of the collector electrode 44 and the photoelectrode layer precursor 3p, the insulating layer precursor 5p, and the insulating layer precursor 5p with a pressing device or the like so that the surfaces S3 and S2 face each other. The catalyst layer precursor 7p and the laminate of the conductive base material 49 are bonded together. For the bonding, it is only necessary to superimpose the respective laminates and apply the pressure P6. The pressure P6 is set to about 1 MPa to 100 MPa, for example. In addition, before bonding, a metal foil for wiring extraction made of titanium or titanium subjected to surface treatment may be attached to each of the collecting electrode 44 and the conductive base material 49. As a method of connecting the metal foil for taking out the wiring, it can be performed by adhesion, welding, soldering, or the like using a conductive adhesive. As a result, as shown in FIG. 11A, a laminated body 42 in which the photoelectrode layer precursor 3p, the collector electrode 44, the insulating layer precursor 5p, the catalyst layer precursor 7p, and the conductive base material 49 are integrally formed is obtained. It is done.

次に、積層体42に対して焼成処理を行う。積層体42に対する焼成は、例えば、500℃30分程度の条件で実施する。焼成処理の後、積層体42を、増感色素を含む溶液中に浸し、金属酸化物微粒子に増感色素を担持させる。これにより、図11Bに示すように、光電極層3、集電電極44、絶縁層5、触媒層7および導電基材49が一体的に構成された積層体43が得られる。   Next, a firing process is performed on the stacked body 42. Firing on the stacked body 42 is performed, for example, under conditions of about 500 ° C. for about 30 minutes. After the firing treatment, the laminate 42 is immersed in a solution containing a sensitizing dye, and the sensitizing dye is supported on the metal oxide fine particles. As a result, as shown in FIG. 11B, a laminate 43 in which the photoelectrode layer 3, the collecting electrode 44, the insulating layer 5, the catalyst layer 7 and the conductive base material 49 are integrally formed is obtained.

次に、図11Cに示すように、積層体43を、基材17およびラミネーションフィルム28により封止する。なお、第3の実施形態では、基材17上に透明導電層を形成する必要がないため、基材17として透明性を有するフィルム等を使用することもでき、光電変換素子を小型かつ軽量に構成することも容易である。このとき、外部との接続用の端子として、集電電極44の一部および導電基材49の一部、または配線取り出し用の金属箔が、ラミネーションフィルム28の外側となるようにして封止が行われる。また、このとき、電解液21の注入を行いやすいように、基材17およびラミネーションフィルム28のうち、一部を封止せずにしておく。   Next, as shown in FIG. 11C, the laminate 43 is sealed with the base material 17 and the lamination film 28. In the third embodiment, since it is not necessary to form a transparent conductive layer on the base material 17, a transparent film or the like can be used as the base material 17, and the photoelectric conversion element can be reduced in size and weight. It is also easy to configure. At this time, as a terminal for connection to the outside, sealing is performed so that a part of the collecting electrode 44 and a part of the conductive base material 49 or a metal foil for wiring extraction is outside the lamination film 28. Done. At this time, part of the base material 17 and the lamination film 28 is not sealed so that the electrolyte solution 21 can be easily injected.

次に、電解液21を注入した後、基材17およびラミネーションフィルム28のうち、封止せずにしておいた一部を封止する。以上により、図11Dに示す光電変換素子81が得られる。第3の実施形態によれば、第2の実施形態と同様の効果を得ることができる。   Next, after injecting the electrolytic solution 21, a part of the base material 17 and the lamination film 28 which are not sealed is sealed. Thus, the photoelectric conversion element 81 illustrated in FIG. 11D is obtained. According to the third embodiment, the same effects as those of the second embodiment can be obtained.

<4.第4の実施形態>
[光電変換モジュールの構成]
図12Aは、本技術の第4の実施形態に係る光電変換モジュールの構成の一例を示す模式的断面図である。図12Aに示すように、光電変換モジュール91は、第1の実施形態に係る光電変換素子の複数個が電気的に接続されて構成されている。
<4. Fourth Embodiment>
[Configuration of photoelectric conversion module]
FIG. 12A is a schematic cross-sectional view illustrating an example of a configuration of a photoelectric conversion module according to the fourth embodiment of the present technology. As shown in FIG. 12A, the photoelectric conversion module 91 is configured by electrically connecting a plurality of photoelectric conversion elements according to the first embodiment.

図12Aに示す光電変換モジュール91では、例えば、基板17を共通とする光電変換素子1aおよび光電変換素子1bが、導電部材30を介して、電気的に接続される。導電部材30は、例えば、金属配線や導電ペーストなどからなるが、導電性を有するものであれば、これらに限定されない。なお、図12Aに示すように、光電変換モジュール91には、ガラスや樹脂などの支持基材10が必要に応じて設けられる。このとき、光電変換素子1aおよび光電変換素子1bは、支持基材10上に配置される。   In the photoelectric conversion module 91 shown in FIG. 12A, for example, the photoelectric conversion element 1 a and the photoelectric conversion element 1 b sharing the substrate 17 are electrically connected via the conductive member 30. The conductive member 30 is made of, for example, metal wiring or conductive paste, but is not limited thereto as long as it has conductivity. As shown in FIG. 12A, the photoelectric conversion module 91 is provided with a support base material 10 such as glass or resin as necessary. At this time, the photoelectric conversion element 1 a and the photoelectric conversion element 1 b are disposed on the support base material 10.

[光電変換モジュールの第1の変形例]
図12Bは、本技術の第4の実施形態に係る光電変換モジュールの構成の第1の変形例を示す模式的断面図である。図12Bに示すように、光電変換モジュール101は、第2の実施形態に係る光電変換素子の複数個が電気的に接続されて構成されている。図12Bに示す光電変換モジュール101では、例えば、導電基材39aが透明導電層15bに接続されることにより、基板17を共通とする光電変換素子71aおよび光電変換素子71bが、電気的に接続される。
[First Modification of Photoelectric Conversion Module]
FIG. 12B is a schematic cross-sectional view illustrating a first modification of the configuration of the photoelectric conversion module according to the fourth embodiment of the present technology. As illustrated in FIG. 12B, the photoelectric conversion module 101 is configured by electrically connecting a plurality of photoelectric conversion elements according to the second embodiment. In the photoelectric conversion module 101 illustrated in FIG. 12B, for example, the conductive base material 39 a is connected to the transparent conductive layer 15 b, whereby the photoelectric conversion element 71 a and the photoelectric conversion element 71 b sharing the substrate 17 are electrically connected. The

[光電変換モジュールの第2の変形例]
図12Cは、本技術の第4の実施形態に係る光電変換モジュールの構成の第2の変形例を示す模式的断面図である。図12Cに示すように、光電変換モジュール111は、第3の実施形態に係る光電変換素子の複数個が電気的に接続されて構成されている。図12Cに示す光電変換モジュール111では、例えば、集電電極44aと導電基材49bとが導電部材40を介して接続されることにより、基板17を共通とする光電変換素子81aおよび光電変換素子81bが、電気的に接続される。
[Second Modification of Photoelectric Conversion Module]
FIG. 12C is a schematic cross-sectional view illustrating a second modification example of the configuration of the photoelectric conversion module according to the fourth embodiment of the present technology. As shown in FIG. 12C, the photoelectric conversion module 111 is configured by electrically connecting a plurality of photoelectric conversion elements according to the third embodiment. In the photoelectric conversion module 111 shown in FIG. 12C, for example, the current collecting electrode 44a and the conductive base material 49b are connected via the conductive member 40, whereby the photoelectric conversion element 81a and the photoelectric conversion element 81b sharing the substrate 17 are used. Are electrically connected.

第4の実施形態によれば、光電極層などをパターンニングして基材上に形成する必要がないため、複雑な工程を必要とせずに、光電変換モジュールを製造することができる。   According to the fourth embodiment, since it is not necessary to pattern the photoelectrode layer or the like and form it on the substrate, the photoelectric conversion module can be manufactured without requiring a complicated process.

[光電変換モジュールの第3の変形例]
光電極層3、絶縁層5および触媒層7などからなる積層体の複数個を、ラミネートフィルムなどにより封止するようにしてもよい。図13Aは、光電極層、絶縁層および触媒層ならびに導電基材の積層体の複数個が封止された光電変換モジュールの例を示す模式的断面図である。図13Aに示す光電変換モジュール121では、導電基材39aが透明導電層15bに接続されることにより、光電極層3、絶縁層5および触媒層7からなる積層体が直列に接続されている。
[Third Modification of Photoelectric Conversion Module]
A plurality of laminates composed of the photoelectrode layer 3, the insulating layer 5, the catalyst layer 7, and the like may be sealed with a laminate film or the like. FIG. 13A is a schematic cross-sectional view illustrating an example of a photoelectric conversion module in which a plurality of stacked layers of a photoelectrode layer, an insulating layer, a catalyst layer, and a conductive base material are sealed. In the photoelectric conversion module 121 shown in FIG. 13A, the conductive base material 39a is connected to the transparent conductive layer 15b, so that the laminate composed of the photoelectrode layer 3, the insulating layer 5, and the catalyst layer 7 is connected in series.

[光電変換モジュールの第4の変形例]
図13Bは、光電極層、集電電極、絶縁層、触媒層および導電基材の積層体の複数個が封止された光電変換モジュールの例を示す模式的断面図である。図13Bに示す光電変換モジュール131では、導電部材46を介して、一方の積層体の光電極層と、該積層体とは異なる積層体の触媒層とが接続されている。
[Fourth Modification of Photoelectric Conversion Module]
FIG. 13B is a schematic cross-sectional view illustrating an example of a photoelectric conversion module in which a plurality of stacked bodies of a photoelectrode layer, a collecting electrode, an insulating layer, a catalyst layer, and a conductive base material are sealed. In the photoelectric conversion module 131 shown in FIG. 13B, a photoelectrode layer of one stacked body and a catalyst layer of a stacked body different from the stacked body are connected through a conductive member 46.

光電極層3、絶縁層5および触媒層7などからなる積層体の複数個を、ラミネートフィルムなどにより封止することにより、光電変換モジュール1つあたりの起電力を大きくすることができる。図13Aに示す光電変換モジュール121または図13Bに示す光電変換モジュール131の複数個をさらに接続してもよい。   The electromotive force per photoelectric conversion module can be increased by sealing a plurality of laminates including the photoelectrode layer 3, the insulating layer 5, and the catalyst layer 7 with a laminate film or the like. A plurality of photoelectric conversion modules 121 shown in FIG. 13A or a plurality of photoelectric conversion modules 131 shown in FIG. 13B may be further connected.

なお、本技術は、以下のような構成をとることもできる。
(1)
光電極層、絶縁層および触媒層の積層体と、
導電基材と、
透明導電層と
を備え、
上記積層体は、上記導電基材と上記透明導電層との間に介在され、
上記光電極層と、上記絶縁層および上記触媒層のうちの少なくとも一方とは、グリーンシートの焼成体である光電変換素子。
(2)
上記積層体は、上記触媒層が上記導電基材の側に配置されるようにして上記導電基材と上記透明導電層との間に介在される(1)に記載の光電変換素子。
(3)
上記導電基材は、可撓性を有する(1)または(2)に記載の光電変換素子。
(4)
可撓性を有する樹脂基材をさらに備え、
上記透明導電層は、上記樹脂基材上に形成される(1)〜(3)のいずれかに記載の光電変換素子。
(5)
光電極層と、
絶縁層と、
触媒層と、
集電電極と
を備え、
上記集電電極は、上記光電極層と上記絶縁層との間に介在され、
上記触媒層は、上記絶縁層の一主面上に設けられ、
上記光電極層と、上記絶縁層および上記触媒層のうちの少なくとも一方とは、グリーンシートの焼成体である光電変換素子。
(6)
上記光電極層、上記絶縁層および上記触媒層は、グリーンシートの焼成体である(1)〜(5)のいずれかに記載の光電変換素子。
(7)
上記光電極層は、半導体微粒子を含み、上記半導体微粒子がネッキングした多孔質半導体層である(1)〜(6)のいずれかに記載の光電変換素子。
(8)
(1)〜(7)のいずれかに記載の光電変換素子の複数個が電気的に接続された光電変換モジュール。
(9)
導電基材の一主面に、光電極層前駆体、絶縁層前駆体および触媒層前駆体からなる積層体を形成する工程と、
上記積層体を焼成する工程と
を備え、
上記光電極層前駆体と、上記絶縁層前駆体および上記触媒層前駆体のうちの少なくとも一方とは、グリーンシートからなる光電変換素子の製造方法。
(10)
上記積層体の焼成体と、透明導電層とを貼り合わせる工程をさらに備え、
上記積層体の焼成体と、上記透明導電層との貼り合わせは、圧着により行われる(9)に記載の光電変換素子の製造方法。
(11)
導電基材に対して、上記積層体を貼り合わせる工程をさらに備える(9)または(10)に記載の光電変換素子の製造方法。
(12)
集電電極の一主面上に光電極層前駆体を形成する工程と、
導電基材の一主面に対して、絶縁層前駆体および触媒層前駆体を形成する工程と、
上記集電電極の他主面と上記絶縁層前駆体とを対向させて貼り合わせ、上記光電極層前駆体が形成された上記集電電極と、上記絶縁層前駆体および上記触媒層前駆体が形成された上記導電基材とが一体的とされた積層体を形成する工程と、
上記積層体を焼成する工程と
を備え、
上記光電極層前駆体と、上記絶縁層前駆体および上記触媒層前駆体のうちの少なくとも一方とは、グリーンシートからなる光電変換素子の製造方法。
(13)
グリーンシートからなる触媒層前駆体と、
グリーンシートからなる絶縁層前駆体と、
グリーンシートからなる光電極層前駆体と
を備え、
上記触媒層前駆体、上記絶縁層前駆体および上記光電極層前駆体が順に積層された積層体。
(14)
導電基材と、
グリーンシートからなる触媒層前駆体と、
グリーンシートからなる絶縁層前駆体と、
グリーンシートからなる光電極層前駆体と
を備え、
上記導電基材の一主面上に、上記触媒層前駆体、上記絶縁層前駆体および上記光電極層前駆体が順に積層された光電極材料。
In addition, this technique can also take the following structures.
(1)
A laminate of a photoelectrode layer, an insulating layer and a catalyst layer;
A conductive substrate;
A transparent conductive layer, and
The laminate is interposed between the conductive substrate and the transparent conductive layer,
The photoelectric conversion element, wherein the photoelectrode layer and at least one of the insulating layer and the catalyst layer are a fired body of a green sheet.
(2)
The said laminated body is a photoelectric conversion element as described in (1) interposed between the said conductive base material and the said transparent conductive layer so that the said catalyst layer may be arrange | positioned at the said conductive base side.
(3)
The said electroconductive base material is a photoelectric conversion element as described in (1) or (2) which has flexibility.
(4)
A resin base material having flexibility;
The said transparent conductive layer is a photoelectric conversion element in any one of (1)-(3) formed on the said resin base material.
(5)
A photoelectrode layer;
An insulating layer;
A catalyst layer;
A collecting electrode, and
The current collecting electrode is interposed between the photoelectrode layer and the insulating layer,
The catalyst layer is provided on one main surface of the insulating layer,
The photoelectric conversion element, wherein the photoelectrode layer and at least one of the insulating layer and the catalyst layer are a fired body of a green sheet.
(6)
The photoelectric conversion element according to any one of (1) to (5), wherein the photoelectrode layer, the insulating layer, and the catalyst layer are green sheet fired bodies.
(7)
The photoelectric conversion element according to any one of (1) to (6), wherein the photoelectrode layer is a porous semiconductor layer containing semiconductor fine particles, and the semiconductor fine particles are necked.
(8)
A photoelectric conversion module in which a plurality of the photoelectric conversion elements according to any one of (1) to (7) are electrically connected.
(9)
Forming a laminate composed of a photoelectrode layer precursor, an insulating layer precursor and a catalyst layer precursor on one main surface of the conductive substrate;
And firing the laminate.
The said photoelectrode layer precursor and at least one of the said insulating layer precursor and the said catalyst layer precursor are manufacturing methods of the photoelectric conversion element which consists of a green sheet.
(10)
And further comprising a step of bonding the fired body of the laminate and the transparent conductive layer,
The process for producing a photoelectric conversion element according to (9), wherein the fired body of the laminate and the transparent conductive layer are bonded together by pressure bonding.
(11)
The method for producing a photoelectric conversion element according to (9) or (10), further comprising a step of bonding the laminate to the conductive substrate.
(12)
Forming a photoelectrode layer precursor on one main surface of the collecting electrode;
Forming an insulating layer precursor and a catalyst layer precursor on one main surface of the conductive substrate;
The other main surface of the current collecting electrode and the insulating layer precursor are bonded to face each other, the current collecting electrode on which the photoelectrode layer precursor is formed, the insulating layer precursor and the catalyst layer precursor are Forming a laminate in which the formed conductive base material is integrated; and
And firing the laminate.
The said photoelectrode layer precursor and at least one of the said insulating layer precursor and the said catalyst layer precursor are manufacturing methods of the photoelectric conversion element which consists of a green sheet.
(13)
A catalyst layer precursor comprising a green sheet;
An insulating layer precursor comprising a green sheet;
A photoelectrode layer precursor made of a green sheet,
A laminate in which the catalyst layer precursor, the insulating layer precursor, and the photoelectrode layer precursor are sequentially laminated.
(14)
A conductive substrate;
A catalyst layer precursor comprising a green sheet;
An insulating layer precursor comprising a green sheet;
A photoelectrode layer precursor made of a green sheet,
A photoelectrode material in which the catalyst layer precursor, the insulating layer precursor, and the photoelectrode layer precursor are sequentially laminated on one main surface of the conductive substrate.

グリーンシートの焼成体から光電極層が構成された光電変換素子と、スプレー法により形成された前駆体の焼成体から光電極層が構成された光電変換素子とを製作し、それぞれの光電変換素子の電気特性について評価を行った。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。   A photoelectric conversion element in which a photoelectrode layer is formed from a fired body of a green sheet and a photoelectric conversion element in which a photoelectrode layer is formed from a fired body of a precursor formed by a spray method are manufactured. The electrical characteristics of were evaluated. 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>
以下、サンプル1の光電変換素子の製造工程について説明する。サンプル1は、グリーンシートの焼成体から光電極層を構成した参考例である。
<Sample 1>
Hereinafter, the manufacturing process of the photoelectric conversion element of Sample 1 will be described. Sample 1 is a reference example in which a photoelectrode layer is formed from a fired green sheet.

まず、以下の材料を混合した後、ビーズ分散機を用いて分散処理を行うことにより、光電極層前駆体を形成するためのスラリーを調製した。
酸化チタン微粒子:アエロジル(エボニック デグサ ゲーエムベーハーの登録商標)P−25(粒径:20nm)
溶媒:メチルエチルケトンおよびエタノール
分散剤:日油株式会社製 マリアリム(登録商標) AFB−1521(重量平均分子量:30,000)
バインダー:アクリル樹脂とメチルエチルケトン(MEK)溶媒の混合材
可塑剤:フタル酸ジブチル
First, after mixing the following materials, the slurry for forming a photoelectrode layer precursor was prepared by performing a dispersion process using a bead disperser.
Titanium oxide fine particles: Aerosil (registered trademark of Evonik Degussa GmbH) P-25 (particle size: 20 nm)
Solvent: Methyl ethyl ketone and ethanol Dispersant: Mariim (registered trademark) AFB-1521 (weight average molecular weight: 30,000) manufactured by NOF Corporation
Binder: Mixture of acrylic resin and methyl ethyl ketone (MEK) solvent Plasticizer: Dibutyl phthalate

次に、調製したスラリーに対して、フィルタによるろ過および真空脱泡を行い、離型処理が施された樹脂フィルムの表面に対してスラリーを均一に塗布または印刷した。次に、シート状のスラリーを加熱乾燥した後、5mm□の大きさに切り抜き、光電極層前駆体としてのグリーンシートを得た。   Next, filtration with a filter and vacuum defoaming were performed on the prepared slurry, and the slurry was uniformly applied or printed on the surface of the resin film subjected to the mold release treatment. Next, the sheet-like slurry was dried by heating, and then cut out to a size of 5 mm □ to obtain a green sheet as a photoelectrode layer precursor.

次に、510℃30分の条件で、グリーンシートを焼成処理した。   Next, the green sheet was baked under conditions of 510 ° C. for 30 minutes.

次に、CVD法により透明導電層としてのFTOの層が一主面上に形成されたガラス基板を用意し、透明導電層が形成されたガラス基板に対して、透明導電層の表面の有機物の除去のために、紫外線照射処理およびオゾン(O3)処理を10分間施した。 Next, a glass substrate having an FTO layer as a transparent conductive layer formed on one main surface by a CVD method is prepared, and the organic material on the surface of the transparent conductive layer is formed on the glass substrate on which the transparent conductive layer is formed. For removal, ultraviolet irradiation treatment and ozone (O 3 ) treatment were performed for 10 minutes.

次に、小型平板プレス装置により、焼成後の光電極層前駆体と、透明導電層が形成されたガラス基板との貼り合わせを行った。このとき、プレス圧力を1MPaに設定した。   Next, the fired photoelectrode layer precursor was bonded to the glass substrate on which the transparent conductive layer was formed by a small flat plate press. At this time, the press pressure was set to 1 MPa.

次に、焼成後の光電極層前駆体と透明導電層が形成されたガラス基板との積層体をN719溶液に2日間浸漬することにより、金属酸化物微粒子への増感色素の担持を行い、光電極層、透明導電層およびガラス基板の積層体を得た。以下に、N719溶液の構成を示す。
溶質:N719 0.3mM
溶媒:tert−ブチルアルコールおよびアセトニトリル(重量比1:1)
Next, the sensitizing dye is supported on the metal oxide fine particles by immersing the laminate of the fired photoelectrode layer precursor and the glass substrate on which the transparent conductive layer is formed in an N719 solution for 2 days, A laminate of a photoelectrode layer, a transparent conductive layer and a glass substrate was obtained. Below, the structure of N719 solution is shown.
Solute: N719 0.3 mM
Solvent: tert-butyl alcohol and acetonitrile (weight ratio 1: 1)

次に、電解液を調製し、光電極層、透明導電層およびガラス基板の積層体を調製した電解液に5分間浸漬した。以下に、電解液の構成を示す。
溶質:ヨウ化ナトリウム(NaI) 0.05M、1−プロピル−2,3−ジメチルイミダゾリウムヨーダイド(DMPImI) 0.7M、ヨウ素(I2) 0.1Mおよびtert−ブチルピリジン 0.1M
溶媒:メトキシプロピオニトリル
Next, an electrolytic solution was prepared and immersed for 5 minutes in the prepared electrolytic solution of a photoelectrode layer, a transparent conductive layer and a glass substrate. Below, the structure of electrolyte solution is shown.
Solute: Sodium iodide (NaI) 0.05M, 1- propyl-2,3-dimethyl imidazolium iodide (DMPImI) 0.7M, iodine (I 2) 0.1M and tert- butylpyridine 0.1M
Solvent: Methoxypropionitrile

次に、一主面上にFTOの層が形成されたガラス基板を用意し、スクリーン印刷法により、FTO層の表面上にカーボンからなる触媒層を形成した。   Next, a glass substrate having an FTO layer formed on one main surface was prepared, and a catalyst layer made of carbon was formed on the surface of the FTO layer by screen printing.

次に、光電極層と触媒層とが対向するようにして、光電極層、透明導電層およびガラス基板の積層体と、触媒層、FTO層およびガラス基板の積層体とを、厚さ30μmのシリコン樹脂のスペーサーを介して貼り合わせた。以上により、サンプル1の光電変換素子を得た。   Next, with the photoelectrode layer and the catalyst layer facing each other, a laminate of the photoelectrode layer, the transparent conductive layer, and the glass substrate, and a laminate of the catalyst layer, the FTO layer, and the glass substrate are formed with a thickness of 30 μm. It bonded together through the spacer of the silicon resin. Thus, a photoelectric conversion element of Sample 1 was obtained.

<サンプル2>
FTOの層が形成されたガラス基板に対して、光電極層形成用の分散液を調製してスプレー法により塗布した後、焼成処理を行うことにより光電極層を構成したこと以外はサンプル1の場合と同様にして、サンプル2の光電変換素子を得た。
<Sample 2>
Sample 1 except that a photoelectrode layer was prepared by preparing a dispersion for forming a photoelectrode layer on a glass substrate on which an FTO layer was formed and applying the dispersion by a spray method, followed by firing treatment. In the same manner as in the case, a photoelectric conversion element of Sample 2 was obtained.

[光電変換素子の評価]
まず、山下電装株式会社製のソーラーシミュレータを用い、サンプル1およびサンプル2の光電変換素子について、光電変換効率の測定を行った。
[Evaluation of photoelectric conversion element]
First, the photoelectric conversion efficiency of the photoelectric conversion elements of Sample 1 and Sample 2 was measured using a solar simulator manufactured by Yamashita Denso Co., Ltd.

図14Aは、サンプル1およびサンプル2の光電変換素子についての光電変換効率の測定結果を示すグラフである。図14Aは、電流密度[mA/cm2]を縦軸にとり、電圧[V]を横軸にとったグラフである。図14Aにおいては、サンプル1に関する測定結果をL1により、サンプル2に関する測定結果をL2により、それぞれ示した。 14A is a graph showing the measurement results of photoelectric conversion efficiency for the photoelectric conversion elements of Sample 1 and Sample 2. FIG. FIG. 14A is a graph with the current density [mA / cm 2 ] on the vertical axis and the voltage [V] on the horizontal axis. In FIG. 14A, the measurement result for sample 1 is shown by L1, and the measurement result for sample 2 is shown by L2.

次に、交流インピーダンス法により、サンプル1およびサンプル2の光電変換素子について、電気特性の測定を行った。   Next, the electrical characteristics of the photoelectric conversion elements of Sample 1 and Sample 2 were measured by the AC impedance method.

図14Bは、サンプル1およびサンプル2の光電変換素子についての電気特性の測定結果を示すグラフである。図14Bは、測定されたインピーダンスZの実数成分を横軸に、虚数成分を縦軸にプロットした複素インピーダンスプロット(コール コール プロット(Cole-Cole Plot)、ナイキストプロットともいう。)である。図14Bにおいては、サンプル1に関する測定結果をL3により、サンプル2に関する測定結果をL4により、それぞれ示した。   FIG. 14B is a graph showing measurement results of electrical characteristics of the photoelectric conversion elements of Sample 1 and Sample 2. FIG. 14B is a complex impedance plot (also called Cole-Cole Plot or Nyquist plot) in which the real component of the measured impedance Z is plotted on the horizontal axis and the imaginary component is plotted on the vertical axis. In FIG. 14B, the measurement result for sample 1 is indicated by L3, and the measurement result for sample 2 is indicated by L4.

下記の表1に、サンプル1およびサンプル2に関する、AM1.5Gの光照射による光電変換効率の測定結果と、電気特性の測定結果とを示す。なお、表1中、Voc[V]、Jsc[mA/cm2]、FF[%]、Eff.[%]およびRs.[Ω]は、光電変換素子の開放電圧、短絡電流密度、フィルファクタ、光電変換効率および直列抵抗をそれぞれ表す。 Table 1 below shows the measurement result of photoelectric conversion efficiency and the measurement result of electrical characteristics of Sample 1 and Sample 2 by light irradiation of AM1.5G. In Table 1, Voc [V], Jsc [mA / cm 2 ], FF [%], Eff. [%] And Rs. [Ω] represents the open-circuit voltage, short-circuit current density, fill factor, photoelectric conversion efficiency, and series resistance of the photoelectric conversion element, respectively.

Figure 2013012388
Figure 2013012388

図14Aおよび図14Bならびに表1より以下のことがわかった。グリーンシートの焼成体により光電極層を構成した場合であっても、光電極層形成用の分散液を塗布して焼成処理を行うことにより光電極層を構成した場合と比較して、同等の光電変換効率が得られることがわかった。さらに、電気特性の測定結果から、光電極層の電気特性および光電極層の密着性に差異がないことがわかった。   14A and 14B and Table 1 revealed the following. Even when the photoelectrode layer is constituted by a green sheet fired body, it is equivalent to the case where the photoelectrode layer is constituted by applying a dispersion for forming a photoelectrode layer and performing a firing treatment. It was found that photoelectric conversion efficiency can be obtained. Furthermore, from the measurement results of the electrical characteristics, it was found that there is no difference in the electrical characteristics of the photoelectrode layer and the adhesion of the photoelectrode layer.

以上説明したように、本技術によれば、少なくとも光電極層の前駆体として、取り扱いが容易なグリーンシートを用いるので、焼成処理の後に、光電極層と高分子樹脂基材との貼り合わせを行うことができる。また、製造工程の簡略化や、同時処理による設備投資の削減およびリードタイムの短縮が可能となる。さらに、光電極層、絶縁層または触媒層を厚く形成することもできるため、光電極層、絶縁層および触媒層などの積層構造も容易に実現することができる。したがって、本技術によれば、工程を複雑化させずに基材として高分子樹脂基材を用いることができる光電変換素子およびその製造方法、光電変換モジュール、積層体ならびに光電極材料を提供することができる。   As described above, according to the present technology, since a green sheet that is easy to handle is used as at least a precursor of the photoelectrode layer, the photoelectrode layer and the polymer resin base material are bonded together after the baking treatment. It can be carried out. In addition, the manufacturing process can be simplified, and the capital investment and lead time can be reduced by simultaneous processing. Furthermore, since the photoelectrode layer, the insulating layer, or the catalyst layer can be formed thick, a laminated structure of the photoelectrode layer, the insulating layer, and the catalyst layer can be easily realized. Therefore, according to the present technology, it is possible to provide a photoelectric conversion element that can use a polymer resin base material as a base material without complicating the process, a manufacturing method thereof, a photoelectric conversion module, a laminate, and a photoelectrode material. 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.

1、31、71、81 光電変換素子
3 光電極層
5 絶縁層
7 触媒層
3p 光電極層前駆体
5p 絶縁層前駆体
7p 触媒層前駆体
9 導電基材
11、12、14、34、42、43 積層体
15 透明導電層
17 基材
39、49 導電基材
44 集電電極
91、101、111、121、131 光電変換モジュール
1, 31, 71, 81 Photoelectric conversion element 3 Photoelectrode layer 5 Insulating layer 7 Catalyst layer 3p Photoelectrode layer precursor 5p Insulating layer precursor 7p Catalyst layer precursor 9 Conductive substrate 11, 12, 14, 34, 42, 43 Laminated body 15 Transparent conductive layer 17 Base material 39, 49 Conductive base material 44 Current collecting electrode 91, 101, 111, 121, 131 Photoelectric conversion module

Claims (14)

光電極層、絶縁層および触媒層の積層体と、
導電基材と、
透明導電層と
を備え、
上記積層体は、上記導電基材と上記透明導電層との間に介在され、
上記光電極層と、上記絶縁層および上記触媒層のうちの少なくとも一方とは、グリーンシートの焼成体である光電変換素子。
A laminate of a photoelectrode layer, an insulating layer and a catalyst layer;
A conductive substrate;
A transparent conductive layer, and
The laminate is interposed between the conductive substrate and the transparent conductive layer,
The photoelectric conversion element, wherein the photoelectrode layer and at least one of the insulating layer and the catalyst layer are a fired body of a green sheet.
上記光電極層、上記絶縁層および上記触媒層は、グリーンシートの焼成体である請求項1に記載の光電変換素子。   The photoelectric conversion element according to claim 1, wherein the photoelectrode layer, the insulating layer, and the catalyst layer are green sheet fired bodies. 上記積層体は、上記触媒層が上記導電基材の側に配置されるようにして上記導電基材と上記透明導電層との間に介在される請求項1に記載の光電変換素子。   The photoelectric conversion element according to claim 1, wherein the laminate is interposed between the conductive substrate and the transparent conductive layer such that the catalyst layer is disposed on the conductive substrate side. 上記導電基材は、可撓性を有する請求項1に記載の光電変換素子。   The photoelectric conversion element according to claim 1, wherein the conductive substrate has flexibility. 可撓性を有する樹脂基材をさらに備え、
上記透明導電層は、上記樹脂基材上に形成される請求項1記載の光電変換素子。
A resin base material having flexibility;
The photoelectric conversion element according to claim 1, wherein the transparent conductive layer is formed on the resin base material.
上記光電極層は、半導体微粒子を含み、上記半導体微粒子がネッキングした多孔質半導体層である請求項1に記載の光電変換素子。   The photoelectric conversion element according to claim 1, wherein the photoelectrode layer is a porous semiconductor layer containing semiconductor fine particles, and the semiconductor fine particles are necked. 光電極層と、
絶縁層と、
触媒層と、
集電電極と
を備え、
上記集電電極は、上記光電極層と上記絶縁層との間に介在され、
上記触媒層は、上記絶縁層の一主面上に設けられ、
上記光電極層と、上記絶縁層および上記触媒層のうちの少なくとも一方とは、グリーンシートの焼成体である光電変換素子。
A photoelectrode layer;
An insulating layer;
A catalyst layer;
A collecting electrode, and
The current collecting electrode is interposed between the photoelectrode layer and the insulating layer,
The catalyst layer is provided on one main surface of the insulating layer,
The photoelectric conversion element, wherein the photoelectrode layer and at least one of the insulating layer and the catalyst layer are a fired body of a green sheet.
請求項1に記載の光電変換素子の複数個が電気的に接続された光電変換モジュール。   A photoelectric conversion module in which a plurality of the photoelectric conversion elements according to claim 1 are electrically connected. 光電極層前駆体、絶縁層前駆体および触媒層前駆体からなる積層体を形成する工程と、
上記積層体を焼成する工程と
を備え、
上記光電極層前駆体と、上記絶縁層前駆体および上記触媒層前駆体のうちの少なくとも一方とは、グリーンシートからなる光電変換素子の製造方法。
Forming a laminate comprising a photoelectrode layer precursor, an insulating layer precursor and a catalyst layer precursor;
And firing the laminate.
The said photoelectrode layer precursor and at least one of the said insulating layer precursor and the said catalyst layer precursor are manufacturing methods of the photoelectric conversion element which consists of a green sheet.
上記積層体の焼成体と、透明導電層とを貼り合わせる工程をさらに備え、
上記積層体の焼成体と、上記透明導電層との貼り合わせは、圧着により行われる請求項9に記載の光電変換素子の製造方法。
And further comprising a step of bonding the fired body of the laminate and the transparent conductive layer,
The method for producing a photoelectric conversion element according to claim 9, wherein the laminate of the fired body of the laminate and the transparent conductive layer are bonded by pressure bonding.
導電基材に対して、上記積層体を貼り合わせる工程をさらに備える請求項9に記載の光電変換素子の製造方法。   The manufacturing method of the photoelectric conversion element of Claim 9 further equipped with the process of bonding the said laminated body with respect to a conductive base material. 集電電極の一主面上に光電極層前駆体を形成する工程と、
導電基材の一主面に対して、絶縁層前駆体および触媒層前駆体を形成する工程と、
上記集電電極の他主面と上記絶縁層前駆体とを対向させて貼り合わせ、上記光電極層前駆体が形成された上記集電電極と、上記絶縁層前駆体および上記触媒層前駆体が形成された上記導電基材とが一体的とされた積層体を形成する工程と、
上記積層体を焼成する工程と
を備え、
上記光電極層前駆体と、上記絶縁層前駆体および上記触媒層前駆体のうちの少なくとも一方とは、グリーンシートからなる光電変換素子の製造方法。
Forming a photoelectrode layer precursor on one main surface of the collecting electrode;
Forming an insulating layer precursor and a catalyst layer precursor on one main surface of the conductive substrate;
The other main surface of the current collecting electrode and the insulating layer precursor are bonded to face each other, the current collecting electrode on which the photoelectrode layer precursor is formed, the insulating layer precursor and the catalyst layer precursor are Forming a laminate in which the formed conductive base material is integrated; and
And firing the laminate.
The said photoelectrode layer precursor and at least one of the said insulating layer precursor and the said catalyst layer precursor are manufacturing methods of the photoelectric conversion element which consists of a green sheet.
グリーンシートからなる触媒層前駆体と、
グリーンシートからなる絶縁層前駆体と、
グリーンシートからなる光電極層前駆体と
を備え、
上記触媒層前駆体、上記絶縁層前駆体および上記光電極層前駆体が順に積層された積層体。
A catalyst layer precursor comprising a green sheet;
An insulating layer precursor comprising a green sheet;
A photoelectrode layer precursor made of a green sheet,
A laminate in which the catalyst layer precursor, the insulating layer precursor, and the photoelectrode layer precursor are sequentially laminated.
導電基材と、
グリーンシートからなる触媒層前駆体と、
グリーンシートからなる絶縁層前駆体と、
グリーンシートからなる光電極層前駆体と
を備え、
上記導電基材の一主面上に、上記触媒層前駆体、上記絶縁層前駆体および上記光電極層前駆体が順に積層された光電極材料。
A conductive substrate;
A catalyst layer precursor comprising a green sheet;
An insulating layer precursor comprising a green sheet;
A photoelectrode layer precursor made of a green sheet,
A photoelectrode material in which the catalyst layer precursor, the insulating layer precursor, and the photoelectrode layer precursor are sequentially laminated on one main surface of the conductive substrate.
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