JP2013020789A - Electrolyte for dye sensitized solar cell and dye sensitized solar cell manufactured using the same - Google Patents

Electrolyte for dye sensitized solar cell and dye sensitized solar cell manufactured using the same Download PDF

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風人 梁田
Kazumi Chiba
一美 千葉
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide: an excellent electrolyte for a dye sensitized solar cell, having high durability and capable of obtaining high short circuit current density and conversion efficiency; and a dye sensitized solar cell manufactured using the electrolyte.SOLUTION: There are provided: an electrolyte for a dye sensitized solar cell, containing a boric acid ester as an additive; and a dye sensitized solar cell manufactured using the electrolyte. A dye sensitized solar cell capable of obtaining high short circuit current density and conversion efficiency and also capable of maintaining high durability can be obtained by adding a boric acid ester to an electrolyte for a dye sensitized solar cell.

Description

本発明は、色素増感太陽電池用電解液に関し、さらに詳細には、高い短絡電流密度と変換効率が得られ、広範な温度範囲で使用可能であり、耐久性に優れる色素増感太陽電池用電解液およびそれを用いた色素増感太陽電池に関する。   The present invention relates to an electrolyte solution for a dye-sensitized solar cell. More specifically, the invention provides a dye-sensitized solar cell that has a high short-circuit current density and conversion efficiency, can be used in a wide temperature range, and has excellent durability. The present invention relates to an electrolytic solution and a dye-sensitized solar cell using the same.

近年、可視光域を吸収する増感色素を半導体層に担持させた色素増感太陽電池について検討が行われている。この色素増感太陽電池は、使用する材料が安価であることや比較的シンプルなプロセスで製造できること等の利点を有しており、その実用化が期待されている。   In recent years, a dye-sensitized solar cell in which a sensitizing dye that absorbs a visible light region is supported on a semiconductor layer has been studied. This dye-sensitized solar cell has advantages such as being inexpensive and capable of being manufactured by a relatively simple process, and is expected to be put to practical use.

色素増感太陽電池は、一般に、透明導電膜付き透明基体上に金属酸化物半導体の多孔質膜を形成させ、その表面に増感色素を吸着させたアノード電極(半導体電極)と、導電性基体に触媒層を形成させたカソード電極(対極)とが対向して配置され、その間に電解液が封止された構造となっている。半導体電極に光が入射すると、増感色素が可視光を吸収して励起状態となり、増感色素から半導体電極に電子が注入され、集電体を通して外部に電流が取り出される。一方、増感色素の酸化体は電解液中の酸化還元対により還元されて再生する。酸化された酸化還元対は、半導体電極に対向して設置された対極表面の触媒層で還元されてサイクルが一周する。   A dye-sensitized solar cell generally includes an anode electrode (semiconductor electrode) in which a porous film of a metal oxide semiconductor is formed on a transparent substrate with a transparent conductive film and a sensitizing dye is adsorbed on the surface, and a conductive substrate. A cathode electrode (counter electrode) on which a catalyst layer is formed is disposed so as to be opposed to each other, and an electrolytic solution is sealed therebetween. When light is incident on the semiconductor electrode, the sensitizing dye absorbs visible light to be in an excited state, electrons are injected from the sensitizing dye into the semiconductor electrode, and current is taken out through the current collector. On the other hand, the oxidized form of the sensitizing dye is reduced and regenerated by the redox pair in the electrolytic solution. The oxidized redox pair is reduced by the catalyst layer on the surface of the counter electrode disposed opposite to the semiconductor electrode, and the cycle goes around.

従来、色素増感太陽電池用の電解液として、ヨウ化リチウムやヨウ化物塩とヨウ素をメトキシアセトニトリルやアセトニトリルに溶解させたものが一般的に用いられている(非特許文献1および特許文献1)。ヨウ化物塩およびヨウ素は電解液中でIおよびI を形成し、酸化還元対として両電極間の電荷キャリアとして機能している。一方、ヨウ化リチウムは短絡電流密度を向上させるための添加剤として多用されている。 Conventionally, as an electrolyte for a dye-sensitized solar cell, lithium iodide or an iodide salt and iodine dissolved in methoxyacetonitrile or acetonitrile are generally used (Non-patent Document 1 and Patent Document 1). . Iodide salt and iodine form I and I 3 in the electrolyte, and function as charge carriers between the two electrodes as a redox pair. On the other hand, lithium iodide is frequently used as an additive for improving the short-circuit current density.

近年では、ニトリルの毒性や耐久性の低さから、ニトリルに代わる溶媒としてプロピレンカーボネートやγ−ブチロラクトンを用いた色素増感太陽電池用電解液も開示されている(特許文献1および2)。ところが、これらの溶媒に対してヨウ化リチウムは溶解性が低いという問題がある。また、リチウムイオンはイオン半径が小さいため溶媒和されやすいという特徴があるが、これらの溶媒がリチウムイオンに溶媒和すると、ニトリルを溶媒に用いた場合よりも強固に溶媒和し、その結果電解液の粘度が増大して、リチウムイオンによる短絡電流密度の向上効果を打ち消してしまうという大きな問題点があった。
さらに、ヨウ化リチウムを添加すると、酸化物半導体としてもっとも広範に用いられている酸化チタンがリチウムイオンと反応し、半導体電極の電気抵抗が増大してしまうため、長期的な安定性が著しく低下してしまうという致命的な問題点もあった。
In recent years, due to the low toxicity and durability of nitriles, dye-sensitized solar cell electrolytes using propylene carbonate or γ-butyrolactone as solvents in place of nitriles have also been disclosed (Patent Documents 1 and 2). However, there is a problem that lithium iodide has low solubility in these solvents. In addition, lithium ions have a feature that they are easily solvated because of their small ion radius. However, when these solvents are solvated with lithium ions, they are solvated more strongly than when nitrile is used as the solvent, resulting in an electrolyte solution. As a result, there is a big problem that the effect of improving the short-circuit current density by lithium ions is canceled.
Furthermore, when lithium iodide is added, titanium oxide, which is the most widely used as an oxide semiconductor, reacts with lithium ions, increasing the electrical resistance of the semiconductor electrode, which significantly reduces long-term stability. There was also a fatal problem.

色素増感太陽電池の電解液として実用的な耐久性を得るためには、200℃以上の高い沸点を有する溶媒を用いることが求められるが、沸点の向上に伴って溶媒自体の粘度も高くなるため、高沸点の溶媒を用いた電解液は短絡電流密度が低くなりやすい。このため、より大きな短絡電流密度が得られる電解液が求められているが、上述のようにヨウ化リチウムを添加剤として用いる電解液では耐久性、および得られる短絡電流密度が低く、一方、実用に際して用いることのできる、短絡電流密度向上用の添加剤、およびそれを用いた高い短絡電流密度が得られる電解液は依然として見出されていなかった。   In order to obtain practical durability as an electrolyte solution for a dye-sensitized solar cell, it is required to use a solvent having a high boiling point of 200 ° C. or higher. However, as the boiling point increases, the viscosity of the solvent itself increases. Therefore, the electrolytic solution using the high boiling point solvent tends to have a low short circuit current density. Therefore, there is a demand for an electrolytic solution that can obtain a larger short-circuit current density. However, as described above, the electrolytic solution using lithium iodide as an additive has a low durability and a short-circuit current density that is obtained. At the same time, an additive for improving the short-circuit current density that can be used, and an electrolytic solution that can obtain a high short-circuit current density using the additive have not yet been found.

従って、耐久性が高く、高い短絡電流密度と変換効率が得られる優れた色素増感太陽電池用電解液とそれを用いた色素増感太陽電池が望まれている。   Accordingly, there is a demand for an excellent dye-sensitized solar cell electrolytic solution that has high durability and provides high short-circuit current density and conversion efficiency, and a dye-sensitized solar cell using the same.

特開2007−220608号公報JP 2007-220608 A 特開2000−277182号公報JP 2000-277182 A

Japanese Journal of Applied Physics,Vol.45,No.25,2006,L638−L640Japan Journal of Applied Physics, Vol. 45, no. 25, 2006, L638-L640

したがって、本発明は、上記課題に鑑み、耐久性が高く、高い短絡電流密度と変換効率が得られる優れた色素増感太陽電池用電解液とそれを用いた色素増感太陽電池を提供することをその課題とする。   Accordingly, in view of the above problems, the present invention provides an excellent electrolyte solution for dye-sensitized solar cells that is highly durable and has high short-circuit current density and high conversion efficiency, and a dye-sensitized solar cell using the same. Is the subject.

本発明者らは鋭意検討した結果、添加剤としてホウ酸エステルを含んだ電解液を使用することで短絡電流密度と変換効率を大きく向上することができ、かつ高い耐久性を保持することができることを見出し、本発明を完成するに至った。   As a result of intensive studies, the present inventors have been able to greatly improve the short-circuit current density and conversion efficiency by using an electrolyte containing a borate ester as an additive, and can maintain high durability. As a result, the present invention has been completed.

すなわち、本発明は以下に示すものである。   That is, the present invention is as follows.

第一の発明は、下記一般式(1)で表されるホウ酸エステルを含有することを特徴とする色素増感太陽電池用電解液である。   1st invention is the electrolyte solution for dye-sensitized solar cells characterized by containing the boric acid ester represented by following General formula (1).

Figure 2013020789
(一般式(1)中、R〜Rは独立して、ハロゲン、ニトリル、アルコキシ基若しくは芳香環で一部置換されていても良い炭素数1〜20のアルキル基、またはアリール基を表す。)
Figure 2013020789
(In the general formula (1), R 1 to R 3 independently represent a halogen, nitrile, alkoxy group or an alkyl group having 1 to 20 carbon atoms which may be partially substituted with an aromatic ring, or an aryl group. .)

第二の発明は、ホウ酸エステルが、ホウ酸トリメチル、ホウ酸トリエチル、ホウ酸トリプロピル、ホウ酸トリイソプロピル、ホウ酸トリブチル、ホウ酸トリイソブチル、ホウ酸トリフェニル、ホウ酸トリス(プロピオニトリル)からなる群より選ばれる少なくとも1種であることを特徴とする第一の発明に記載の色素増感太陽電池用電解液である。   In the second invention, the borate ester is trimethyl borate, triethyl borate, tripropyl borate, triisopropyl borate, tributyl borate, triisobutyl borate, triphenyl borate, tris borate (propionitrile). The electrolyte solution for a dye-sensitized solar cell according to the first invention, which is at least one selected from the group consisting of:

第三の発明は、電解液中のホウ酸エステルの濃度が、0.001〜5.0mol/lであることを特徴とする第一又は第二の発明に記載の色素増感太陽電池用電解液である。   The third invention is the electrolysis for dye-sensitized solar cell according to the first or second invention, wherein the concentration of borate ester in the electrolytic solution is 0.001 to 5.0 mol / l. It is a liquid.

第四の発明は、ホウ酸エステルと、ドナー数が25以上であるドナー化合物と、を含有することを特徴とする第一から第三の発明のいずれかに記載の色素増感太陽電池用電解液である。   4th invention contains the boric acid ester and the donor compound whose donor number is 25 or more, Electrolysis for dye-sensitized solar cells in any one of 1st to 3rd invention characterized by the above-mentioned It is a liquid.

第五の発明は、ドナー化合物がピリジン、ピラジン、ピリミジン、イミダゾール、ピラゾール、トリアゾール、ピロリジン、ピペリジン、ヒドラジン、ピロリドン、スルホキシド、アミドの各化合物からなる群より選ばれる少なくとも1種であることを特徴とする第四の発明に記載の色素増感太陽電池用電解液である。   A fifth invention is characterized in that the donor compound is at least one selected from the group consisting of pyridine, pyrazine, pyrimidine, imidazole, pyrazole, triazole, pyrrolidine, piperidine, hydrazine, pyrrolidone, sulfoxide, and amide compounds. The electrolyte solution for a dye-sensitized solar cell according to the fourth invention.

第六の発明は、溶媒として、ニトリル、ラクトン、環状カーボネート、下記一般式(2)で表される鎖状スルホンからなる群より選ばれる少なくとも1種の有機溶媒を含むことを特徴とする第一から第五の発明のいずれかに記載の色素増感太陽電池用電解液である。   A sixth invention is characterized in that the solvent contains at least one organic solvent selected from the group consisting of a nitrile, a lactone, a cyclic carbonate, and a chain sulfone represented by the following general formula (2). To an electrolyte solution for a dye-sensitized solar cell according to any one of the fifth to fifth inventions.

Figure 2013020789
(一般式(2)中、R、Rは独立して、ハロゲン、アルコキシ基若しくは芳香環で一部置換されていても良い炭素数1〜12のアルキル基、またはアリール基を表す。)
Figure 2013020789
(In the general formula (2), R 4 and R 5 independently represent a halogen, an alkoxy group or an alkyl group having 1 to 12 carbon atoms which may be partially substituted with an aromatic ring, or an aryl group.)

第七の発明は、酸化還元性の電解質として、ハロゲンアニオンを対イオンとするハロゲン化合物およびハロゲン分子とを含有すること特徴とする第一から第六の発明のいずれかに記載の色素増感太陽電池用電解液である。   According to a seventh aspect of the invention, there is provided a dye-sensitized solar as described in any one of the first to sixth aspects, wherein the redox electrolyte contains a halogen compound having a halogen anion as a counter ion and a halogen molecule. It is an electrolyte for batteries.

第八の発明は、ハロゲン化合物がヨウ化物又は臭化物で、ハロゲン分子がヨウ素又は臭素である第七の発明に記載の色素増感太陽電池用電解液である。   The eighth invention is the electrolyte solution for a dye-sensitized solar cell according to the seventh invention, wherein the halogen compound is iodide or bromide and the halogen molecule is iodine or bromine.

第九の発明は、酸化還元性の電解質として、ポリピリジルコバルト錯体を含有することを特徴とする第一から第六の発明のいずれかに記載の色素増感太陽電池用電解液である。   A ninth invention is the electrolyte solution for a dye-sensitized solar cell according to any one of the first to sixth inventions, which contains a polypyridylcobalt complex as a redox electrolyte.

第十の発明は、導電層上に多孔質の金属酸化物半導体層を形成し、該金属酸化物半導体層に光増感作用を有する色素を吸着させてなる光電極と、前記光電極に対向配置される対極、及び前記光電極と対極間に形成され、電解液を含む電解質層とを有する色素増感太陽電池であって、
前記電解液が第一から第九の発明のいずれかに記載の色素増感太陽電池用電解液であることを特徴とする色素増感太陽電池である。
According to a tenth aspect of the present invention, there is provided a photoelectrode in which a porous metal oxide semiconductor layer is formed on a conductive layer, and a dye having a photosensitizing action is adsorbed on the metal oxide semiconductor layer, and the photoelectrode A dye-sensitized solar cell having a counter electrode disposed and an electrolyte layer formed between the photoelectrode and the counter electrode and containing an electrolyte solution,
A dye-sensitized solar cell, wherein the electrolyte solution is the electrolyte solution for a dye-sensitized solar cell according to any one of the first to ninth inventions.

第十一の発明は、下記一般式(1)で表されるホウ酸エステルと、前記ホウ酸エステルとは異なる有機溶媒と、酸化還元性の電解質と、を少なくとも含有する色素増感太陽電池用電解液を半導体電極と対極の間に充填し封止することを特徴とする色素増感太陽電池の製造方法である。   The eleventh invention is for a dye-sensitized solar cell containing at least a boric acid ester represented by the following general formula (1), an organic solvent different from the boric acid ester, and a redox electrolyte. It is a method for producing a dye-sensitized solar cell, wherein an electrolytic solution is filled between a semiconductor electrode and a counter electrode and sealed.

Figure 2013020789
(一般式(1)中、R〜Rは独立して、ハロゲン、ニトリル、アルコキシ基若しくは芳香環で一部置換されていても良い炭素数1〜20のアルキル基、またはアリール基を表す。)
Figure 2013020789
(In the general formula (1), R 1 to R 3 independently represent a halogen, nitrile, alkoxy group or an alkyl group having 1 to 20 carbon atoms which may be partially substituted with an aromatic ring, or an aryl group. .)

第十二の発明は、ホウ酸エステルと、ドナー数が25以上であるドナー化合物と、を含有させた色素増感太陽電池用電解液を半導体電極と対極の間に充填し封止することを特徴とする第十一の発明に記載の色素増感太陽電池の製造方法である。   The twelfth invention is that a dye-sensitized solar cell electrolytic solution containing a boric acid ester and a donor compound having a donor number of 25 or more is filled and sealed between a semiconductor electrode and a counter electrode. A method for producing a dye-sensitized solar cell according to the eleventh aspect of the invention.

本発明の電解液を用いた色素増感太陽電池は、高い短絡電流密度が得られ、その結果として高い変換効率が得られるとともに、その性能を長期間保持することが可能である。   The dye-sensitized solar cell using the electrolytic solution of the present invention can obtain a high short-circuit current density, and as a result, can obtain high conversion efficiency and can maintain its performance for a long time.

本発明の色素増感太陽電池の構成の一例を示す断面模式図である。It is a cross-sectional schematic diagram which shows an example of a structure of the dye-sensitized solar cell of this invention.

本発明の色素増感太陽電池用電解液は、下記一般式(1)で表されるホウ酸エステルと、ホウ酸エステルとは異なる少なくとも1種の有機溶媒と、酸化還元性の電解質を含有する。このようなホウ酸エステルを用いることにより、粘度の高い高沸点溶媒であっても、高い短絡電流密度を得ることができる。   The electrolyte solution for dye-sensitized solar cells of the present invention contains a boric acid ester represented by the following general formula (1), at least one organic solvent different from the boric acid ester, and a redox electrolyte. . By using such a borate ester, a high short-circuit current density can be obtained even with a high-boiling solvent having a high viscosity.

Figure 2013020789
Figure 2013020789

一般式(1)中、R〜Rは独立して、ハロゲン、ニトリル、アルコキシ基若しくは芳香環で一部置換されていても良い炭素数1〜20のアルキル基、またはアリール基を表す。 In General Formula (1), R 1 to R 3 independently represent a halogen, a nitrile, an alkoxy group, an alkyl group having 1 to 20 carbon atoms which may be partially substituted with an aromatic ring, or an aryl group.

本発明におけるホウ酸エステルとして、例えば、ホウ酸トリメチル、ホウ酸トリエチル、ホウ酸トリプロピル、ホウ酸トリイソプロピル、ホウ酸トリブチル、ホウ酸トリイソブチル、ホウ酸トリペンチル、ホウ酸トリヘキシル、ホウ酸トリヘプチル、ホウ酸トリメチルブチル、ホウ酸トリス(エチルヘキシル)、ホウ酸トリイソオクチル、ホウ酸トリ−n−オクチル、ホウ酸トリデシル、ホウ酸トリドデシル、ホウ酸トリフェニル、ホウ酸トリ−o−トリル、ホウ酸トリ−m−トリル、ホウ酸トリス(プロピオニトリル)、ホウ酸トリス(2−メトキシエチル)、ホウ酸トリス(クロロエチル)などが挙げられる。   Examples of the boric acid ester in the present invention include trimethyl borate, triethyl borate, tripropyl borate, triisopropyl borate, tributyl borate, triisobutyl borate, tripentyl borate, trihexyl borate, triheptyl borate, borate Trimethylbutyl borate, tris (ethylhexyl) borate, triisooctyl borate, tri-n-octyl borate, tridecyl borate, tridodecyl borate, triphenyl borate, tri-o-tolyl borate, tri-borate Examples include m-tolyl, tris borate (propionitrile), tris borate (2-methoxyethyl), tris borate (chloroethyl), and the like.

ホウ酸エステルの沸点としては、太陽電池の使用条件によっても最適値が異なるため限定はされないが、60℃以上であることが好ましく、120℃以上であることがより好ましく、180℃以上であることが特に好ましく挙げられる。
また、本発明のホウ酸エステルは電解液溶媒へ溶解することが望ましい。また、溶解させる電解液溶媒により最適値が異なるため限定はされないが、電解液の伝導率が高くなるようにホウ酸エステルの粘度は低いほうが望ましく、例えば、10mPa・s以下、より好ましくは5mPa・s以下であることが望ましい。
上述のホウ酸エステルの中でも、ホウ酸エステルが、ホウ酸トリメチル、ホウ酸トリエチル、ホウ酸トリプロピル、ホウ酸トリイソプロピル、ホウ酸トリブチル、ホウ酸トリイソブチル、ホウ酸トリフェニル、ホウ酸トリス(プロピオニトリル)が望ましく、ホウ酸トリエチル、ホウ酸トリブチル、ホウ酸トリス(プロピオニトリル)が特に望ましい。
The boiling point of the boric acid ester is not limited because the optimum value varies depending on the use conditions of the solar cell, but is preferably 60 ° C or higher, more preferably 120 ° C or higher, and 180 ° C or higher. Is particularly preferred.
Moreover, it is desirable that the boric acid ester of the present invention is dissolved in the electrolyte solvent. Further, the optimum value varies depending on the electrolyte solution to be dissolved, but is not limited. However, the viscosity of the borate ester is desirably low so that the conductivity of the electrolyte solution is high, for example, 10 mPa · s or less, more preferably 5 mPa · s. It is desirable that it is s or less.
Among the borate esters described above, borate esters are trimethyl borate, triethyl borate, tripropyl borate, triisopropyl borate, tributyl borate, triisobutyl borate, triphenyl borate, tris borate (pro Pionitrile) is desirable, and triethyl borate, tributyl borate, and tris borate (propionitrile) are particularly desirable.

電解液中のホウ酸エステル濃度としては、用いる電解液溶媒により最適値が異なるため必ずしも限定はされないが、添加効果が十分に現われるよう、物質量濃度が0.001〜5.0mol/lが望ましい。ホウ酸エステル自体には電解質の溶解度が低いため、ホウ酸エステルの濃度が高くなりすぎると、かえって短絡電流密度が低下してしまう。そのため、求める短絡電流密度が得られる範囲においてできるだけホウ酸エステルの濃度が低いことが望ましい。   The boric acid ester concentration in the electrolytic solution is not necessarily limited because the optimum value varies depending on the electrolytic solution solvent to be used. However, the concentration of the substance is preferably 0.001 to 5.0 mol / l so that the effect of addition sufficiently appears. . Since the solubility of the electrolyte is low in the borate ester itself, if the concentration of the borate ester is too high, the short-circuit current density is reduced. Therefore, it is desirable that the concentration of borate ester is as low as possible within the range where the desired short-circuit current density can be obtained.

ところで、ホウ酸エステルは消火性を有するため、例えばリチウムイオン電池など、色素増感太陽電池以外の電解液用途において、安全性を高めるための不燃性溶媒として用いることが検討されている。不燃性を発現するためには、必要な電解質を溶解させたうえで、可能な限りホウ酸エステルの濃度を高める必要がある。具体的には、少なくとも電解液全体の30vol%以上、より確実に着火を抑制するためには50vol%以上の濃度が必要である。これに対し、本発明においては、上述したように、既存の不燃性電解液として用いられているような高い濃度のホウ酸エステルを用いても、本発明の目的としている短絡電流密度の向上添加剤としては全く機能しえず、逆に色素増感太陽電池の特性を著しく低下させてしまう。一方、本発明におけるホウ酸エステルの添加濃度範囲においては、電解液の不燃化に対する有効性は認められない。
また、ホウ酸エステルが色素増感太陽電池に用いらえた事例はこれまでになく、ホウ酸エステルを少量添加することで太陽電池の短絡電流密度を向上させる具体的なメカニズムについては現在でも不明のままである上に、電解液を不燃化することで安全性の向上を図るという、従来のホウ酸エステルの使用目的やその使用方法と、本発明における電流値の向上とは本質的に異なるものであるため、従来の不燃化という目的や使用される条件・メカニズムからは、色素増感太陽電池において短絡電流密度の向上効果があるということを類推することは全く不可能である。
By the way, since boric acid ester has fire extinguishing properties, it has been studied to use it as a non-flammable solvent for enhancing safety in use of an electrolyte solution other than a dye-sensitized solar cell such as a lithium ion battery. In order to develop nonflammability, it is necessary to increase the concentration of borate ester as much as possible after dissolving the necessary electrolyte. Specifically, at least 30 vol% of the entire electrolyte solution, and a concentration of 50 vol% or more is necessary to more reliably suppress ignition. On the other hand, in the present invention, as described above, even if a high concentration boric acid ester used as an existing non-flammable electrolyte is used, the improvement addition of the short circuit current density which is the object of the present invention is added. It cannot function as an agent at all, and conversely deteriorates the characteristics of the dye-sensitized solar cell. On the other hand, the effectiveness against nonflammability of the electrolytic solution is not recognized in the concentration range of the boric acid ester in the present invention.
In addition, borate esters have never been used in dye-sensitized solar cells, and the specific mechanism for improving the short-circuit current density of solar cells by adding a small amount of borate ester is still unknown. In addition, the purpose and method of use of the conventional borate ester, which aims to improve safety by making the electrolyte nonflammable, is essentially different from the improvement of the current value in the present invention. Therefore, it is impossible to deduce that there is an effect of improving the short-circuit current density in the dye-sensitized solar cell from the conventional purpose of nonflammability and the conditions and mechanism used.

続いて、本発明の電解液の溶媒について説明する。電解液の溶媒としては、電解質を溶解できれば特には限定されず、従来公知の電解液溶媒を用いることができる。例えば、アセトニトリルやメトキシアセトニトリル、メトキシプロピオニトリル、ベンゾニトリル等のニトリル類、炭酸エチレン、炭酸プロピレン等の環状カーボネート類、炭酸ジメチル、炭酸ジエチル等の鎖状カーボネート類、γ−ブチロラクトン等のラクトン類、ジメチルホルムアミド、N−メチルピロリドン等のアミド類、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等のエーテル類、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等のアルコール類、エチレングリコール、プロピレングリコール等の多価アルコール類、ジメチルスルホキシド、また、スルホラン、メチルスルホラン等の環状スルホン類、また、N,N’−ジメチルイミダゾリジノン、N−メチルオキサゾリジノンなどが挙げられ、これらは、単独でも複数を混合して使用しても構わない。   Then, the solvent of the electrolyte solution of this invention is demonstrated. The solvent of the electrolytic solution is not particularly limited as long as the electrolyte can be dissolved, and a conventionally known electrolytic solution solvent can be used. For example, nitriles such as acetonitrile, methoxyacetonitrile, methoxypropionitrile, benzonitrile, cyclic carbonates such as ethylene carbonate and propylene carbonate, chain carbonates such as dimethyl carbonate and diethyl carbonate, lactones such as γ-butyrolactone, Amides such as dimethylformamide and N-methylpyrrolidone, ethers such as ethylene glycol dialkyl ether and propylene glycol dialkyl ether, alcohols such as ethylene glycol monoalkyl ether and propylene glycol monoalkyl ether, ethylene glycol and propylene glycol Monohydric alcohols, dimethyl sulfoxide, cyclic sulfones such as sulfolane and methyl sulfolane, N, N′-dimethylimidazolidinone, - it is like methyl oxazolidinone, they may be mixed and used s alone.

また、粘度が低く、沸点が高くて揮発性が低い、かつ十分なイオン伝導性を有する溶媒であることが好ましい。具体的な有機溶媒の沸点としては、150℃以上が好ましく、200℃以上がより好ましく挙げられる。上記の有機溶媒の中で、前記沸点を満たす有機溶媒としては、メトキシプロピオニトリル、炭酸プロピレン、γ−ブチロラクトン等が挙げられる。
また、単独では室温で固体であっても、他の有機溶媒や酸化還元対と混合することで凝固点降下を起こし、使用範囲温度で液状であれば、単独では固体であっても構わない。
Further, a solvent having a low viscosity, a high boiling point, low volatility, and sufficient ion conductivity is preferable. The boiling point of a specific organic solvent is preferably 150 ° C. or higher, and more preferably 200 ° C. or higher. Among the above organic solvents, examples of the organic solvent satisfying the boiling point include methoxypropionitrile, propylene carbonate, and γ-butyrolactone.
Moreover, even if it is a solid at room temperature alone, it may be a solid alone as long as it causes a freezing point depression by mixing with another organic solvent or a redox couple and is liquid at the operating range temperature.

さらに、本発明の電解液溶媒としては、下記一般式(2)で表される鎖状スルホンを用いることが好ましい。   Furthermore, it is preferable to use a chain sulfone represented by the following general formula (2) as the electrolyte solution solvent of the present invention.

Figure 2013020789
Figure 2013020789

一般式(2)中、R、Rは独立して、ハロゲン、アルコキシ基若しくは芳香環で一部置換されていても良い炭素数1〜12のアルキル基、またはアリール基を表す。 In General Formula (2), R 4 and R 5 independently represent a halogen, an alkoxy group, an alkyl group having 1 to 12 carbon atoms which may be partially substituted with an aromatic ring, or an aryl group.

具体的な鎖状スルホン化合物としては、ジメチルスルホン、エチルメチルスルホン、メチルイソプロピルスルホン、エチルイソプロピルスルホン、エチルイソブチルスルホン、イソブチルイソプロピルスルホン、メトキシエチルイソプロピルスルホン、フルオロエチルイソプロピルスルホン等が例示できる。これらの中でも、エチルイソプロピルスルホン、エチルイソブチルスルホン、イソブチルイソプロピルスルホン、メトキシエチルイソプロピルスルホン、フルオロエチルイソプロピルスルホン等のRおよびRの炭素数の合計が5以上、好ましくは5〜10である化合物は、広範な温度で使用でき、耐久性に優れるため特に好適に使用できる。 Specific examples of the chain sulfone compound include dimethyl sulfone, ethyl methyl sulfone, methyl isopropyl sulfone, ethyl isopropyl sulfone, ethyl isobutyl sulfone, isobutyl isopropyl sulfone, methoxyethyl isopropyl sulfone, and fluoroethyl isopropyl sulfone. Among these, a compound in which the total number of carbon atoms of R 4 and R 5 such as ethyl isopropyl sulfone, ethyl isobutyl sulfone, isobutyl isopropyl sulfone, methoxyethyl isopropyl sulfone, and fluoroethyl isopropyl sulfone is 5 or more, preferably 5 to 10 It can be used in a wide range of temperatures and is particularly suitable because of its excellent durability.

上記一般式(2)の鎖状スルホン化合物のその他の例としては、R、Rの少なくとも一方がフェニル基である化合物が挙げられ、例えば、フェニルイソプロピルスルホン、フェニルエチルスルホン、ジフェニルスルホン等が例示できる。これらの中でも、R、Rの一方がフェニル基であり、一方がハロゲン、アルコキシ基若しくは芳香環で一部置換されていても良い炭素数1〜12のアルキル基である化合物が、広範な温度で使用可能であり、耐久性に優れるため好ましく用いられ、より好ましくは、一方が置換されていない炭素数1〜5のアルキル基である化合物であり、特にフェニルイソプロピルスルホンが好適に使用できる。 Other examples of the chain sulfone compound of the general formula (2) include compounds in which at least one of R 4 and R 5 is a phenyl group, such as phenyl isopropyl sulfone, phenyl ethyl sulfone, and diphenyl sulfone. It can be illustrated. Among these, there are a wide range of compounds in which one of R 4 and R 5 is a phenyl group and one is a C 1-12 alkyl group which may be partially substituted with a halogen, an alkoxy group or an aromatic ring. It is preferably used because it can be used at a temperature and has excellent durability, and more preferably, it is a compound of which one is an unsubstituted alkyl group having 1 to 5 carbon atoms, and in particular, phenylisopropylsulfone can be suitably used.

本発明の電解液には、上記の各種有機溶媒以外にイオン液体を用いることができる。イオン液体の好ましい例としては、例えば、カチオンが、1−メチル−3−メチルイミダゾリウム、1−ブチル−3−メチルイミダゾリウム、1−ヘキシル−3−メチルイミダゾリウム、1−オクチル−3−メチルイミダゾリウム、1−メチル−2,3−ジメチルイミダゾリウム、1−ブチル−2,3−ジメチルイミダゾリウム、1−ヘキシル−2,3−ジメチルイミダゾリウム、1−オクチル−2,3−ジメチルイミダゾリウム等のイミダゾリウム系、1−メチル−ピリジウム、1−ブチル−ピリジウム、1−ヘキシル−ピリジウム等のピリジウム系、ピラゾリウム系、脂肪族アミン系であるもの、アニオンが、テトラフルオロボレート、ヘキサフルオロボレート、トリフルオロメタンスルホネートなどのフッ素化スルホン酸、トリフルオロ酢酸等のフッ素化カルボン酸、チオシアネート、ジシアナミド、テトラシアノボレート、また、ビスフルオロスルホニルイミドやビストリフルオロメタンスルホニルイミドなどのスルホニルイミド系であるもの等を挙げることができる。これらの物質は、いずれか一種を単独で用いても良いし、複数を混合して用いても良い。   In addition to the various organic solvents described above, an ionic liquid can be used for the electrolytic solution of the present invention. As preferable examples of the ionic liquid, for example, the cation is 1-methyl-3-methylimidazolium, 1-butyl-3-methylimidazolium, 1-hexyl-3-methylimidazolium, 1-octyl-3-methyl. Imidazolium, 1-methyl-2,3-dimethylimidazolium, 1-butyl-2,3-dimethylimidazolium, 1-hexyl-2,3-dimethylimidazolium, 1-octyl-2,3-dimethylimidazolium Imidazolium-based, such as 1-methyl-pyridium, 1-butyl-pyridium, 1-hexyl-pyridium and the like, pyrazolium-based, aliphatic amine-based, anion is tetrafluoroborate, hexafluoroborate, Fluorinated sulfonic acids such as trifluoromethanesulfonate, trifluoro Fluorinated carboxylic acids such as acetic acid, thiocyanate, dicyanamide, tetracyanoborate, also can be given like what is sulfonylimide system such as bisfluorosulfonylimide and bistrifluoromethanesulfonylimide. Any one of these substances may be used alone, or a plurality of these substances may be mixed and used.

本発明の電解液には、酸化還元性の電解質、すなわち酸化還元対が含有されている。酸化還元対の例として、ハロゲンアニオンを対イオンとするハロゲン化合物およびハロゲン分子が挙げられる。具体的には、ヨウ化物アニオンとヨウ素との組合せ、臭化物アニオンと臭素との組合せ、もしくはそれらの混合物が挙げられる。特に、ヨウ化物アニオンとヨウ素との組合せが、変換効率が高く好ましい。   The electrolytic solution of the present invention contains a redox electrolyte, that is, a redox couple. Examples of the redox pair include halogen compounds and halogen molecules having a halogen anion as a counter ion. Specific examples include a combination of iodide anion and iodine, a combination of bromide anion and bromine, or a mixture thereof. In particular, a combination of iodide anion and iodine is preferable because of high conversion efficiency.

上記のハロゲンアニオンを対イオンとするハロゲン化合物、具体的にはヨウ化物や臭化物等のハロゲン化物塩を構成するカチオンとしては、リチウム、ナトリウム、マグネシウム、カルシウム等の金属カチオンが例示できるが、冒頭に記載したように、高沸点溶媒下においては、金属カチオンを用いても良好な特性が得難い上、耐久性の低下を招く事例があることから、より好適なカチオンとしては、イミダゾリウム、ピリジニウム、ピロリジニウム、ピラゾリウム等のオニウムカチオンが挙げられる。特に、イミダゾリウム系や、スピロ−(1,1’)−ビピロリジニウムなどのスピロ型第4級アンモニウムを好適に利用することができる。これらの1種または2種以上を混合して用いることもできる。   Examples of the cation constituting the halogen compound having the halogen anion as a counter ion, specifically, a halide salt such as iodide or bromide, include metal cations such as lithium, sodium, magnesium and calcium. As described above, under high-boiling solvents, it is difficult to obtain good characteristics even when a metal cation is used, and there are cases in which the durability is lowered. More preferred cations include imidazolium, pyridinium, pyrrolidinium. And onium cations such as pyrazolium. In particular, imidazolium-based and spiro-type quaternary ammonium such as spiro- (1,1 ′)-bipyrrolidinium can be preferably used. These 1 type (s) or 2 or more types can also be mixed and used.

ハロゲン化物の濃度は、太陽電池として用いる際の入射光量などによって発生する電流量が異なるため最適な濃度は必ずしも一定ではないが、好ましくは0.01〜4.0mol/lであり、特に好ましくは0.5〜2.5mol/lである。濃度が0.01mol/lより小さいと十分な性能が得られない場合があり、一方、濃度が4.0mol/lより大きいと溶媒に溶解しにくい場合がある。   The concentration of halide varies depending on the amount of current generated depending on the amount of incident light when used as a solar cell, and the optimum concentration is not necessarily constant, but is preferably 0.01 to 4.0 mol / l, particularly preferably. 0.5 to 2.5 mol / l. If the concentration is less than 0.01 mol / l, sufficient performance may not be obtained. On the other hand, if the concentration is more than 4.0 mol / l, it may be difficult to dissolve in the solvent.

一方、酸化還元対として作用させるためのハロゲン分子としては、具体的にはヨウ素(I)または臭素(Br)が好ましい。特に、ハロゲン化物としてヨウ化物塩を用いる場合にはハロゲン分子としてヨウ素を用いることが望ましい。この場合ヨウ化物塩とともに、I/I の酸化還元対として作用する。電解液中のハロゲン分子の含有量は、太陽電池として用いる際の入射光量などによって発生する電流量が異なるため最適な含有量は必ずしも一定ではないが、イオン導電性及び光エネルギー変換効率の観点から、好ましくは0.01mmol〜0.5mol/lであり、特に0.05mmol〜0.2mol/lが好ましい。 On the other hand, the halogen molecule for acting as a redox pair is specifically preferably iodine (I 2 ) or bromine (Br 2 ). In particular, when an iodide salt is used as the halide, it is desirable to use iodine as the halogen molecule. In this case, it acts as a redox pair of I / I 3 together with an iodide salt. The content of halogen molecules in the electrolyte is not necessarily constant because the amount of current generated varies depending on the amount of incident light when used as a solar cell, but from the viewpoint of ion conductivity and light energy conversion efficiency. , Preferably 0.01 mmol to 0.5 mol / l, particularly preferably 0.05 mmol to 0.2 mol / l.

また、本発明におけるハロゲン化合物以外の酸化還元対としては、トリス(2,2‘−ビピリジン)コバルト錯体や、4,4’位がアルキル基置換された、トリス(4,4’−ジメチル−2,2‘−ビピリジン)コバルト錯体、トリス(4,4’−ジ−t−ブチル−2,2‘−ビピリジン)コバルト錯体、また、トリス(1,10−フェナントロリン)コバルト錯体などの、公知のポリピリジルコバルト錯体が挙げられる。
ポリピリジルコバルト錯体を酸化還元対に用いた場合の含有量は、太陽電池として用いる際の入射光量などによって発生する電流量が異なるため最適な含有量は必ずしも一定ではないが、イオン導電性及び光エネルギー変換効率の観点から、2価の錯体が0.05〜0.5mol/l、3価の錯体が0.01〜0.1mol/lが好ましい。
Examples of the redox pair other than the halogen compound in the present invention include tris (2,2′-bipyridine) cobalt complex and tris (4,4′-dimethyl-2) substituted with an alkyl group at the 4,4 ′ position. , 2′-bipyridine) cobalt complex, tris (4,4′-di-t-butyl-2,2′-bipyridine) cobalt complex, and tris (1,10-phenanthroline) cobalt complex. A pyridyl cobalt complex is mentioned.
The content of polypyridylcobalt complex used as a redox couple is not necessarily constant because the amount of current generated varies depending on the amount of incident light when used as a solar cell, but the ionic conductivity and light are not necessarily constant. From the viewpoint of energy conversion efficiency, the divalent complex is preferably 0.05 to 0.5 mol / l, and the trivalent complex is preferably 0.01 to 0.1 mol / l.

また、本発明の電解液はポリアクリロニトリル、ポリフッ化ビニリデン等のポリマーや低分子のゲル化剤などを溶媒中に添加したり、エチレン性不飽和基を有した多官能性モノマーを溶媒中で重合させる等の方法でこれらの溶媒をゲル化することで、電解質層7をゲル電解質として形成しても構わない。溶媒をゲル化させるためのポリマーはイオン性を有していても構わないが、電解質の移動を妨げる場合にはイオン性を有さないことが望ましい。   In addition, the electrolyte of the present invention can be prepared by adding a polymer such as polyacrylonitrile or polyvinylidene fluoride or a low molecular gelling agent to the solvent, or polymerizing a polyfunctional monomer having an ethylenically unsaturated group in the solvent. The electrolyte layer 7 may be formed as a gel electrolyte by gelling these solvents by a method such as The polymer for gelling the solvent may have ionicity, but it is desirable that the polymer does not have ionicity when the movement of the electrolyte is hindered.

また、ポリマーではなく、粒子を添加させてチクソトロピー性を持たせることで、セルに構成した際に固体状・ペースト性状・ゲル性状を持たせても構わない。このような粒子の材料としては、特には限定されず公知の材料を使用することができる。例えば、酸化インジウム、酸化スズと酸化インジウムの混合体(以下、「ITO」と略記する。)、シリカ等の無機酸化物、ケッチェンブラックやカーボンブラック、カーボンナノチューブ等のカーボン材料、また、カオリナイトやモンモリロナイト等の層状無機化合物、すなわち粘土鉱物でも構わない。   Further, instead of polymer, particles may be added to give thixotropy so as to give a solid, paste, or gel when the cell is formed. The material of such particles is not particularly limited, and a known material can be used. For example, indium oxide, a mixture of tin oxide and indium oxide (hereinafter abbreviated as “ITO”), inorganic oxides such as silica, carbon materials such as ketjen black, carbon black, and carbon nanotubes, and kaolinite Or a layered inorganic compound such as montmorillonite, that is, a clay mineral may be used.

また、本発明の電解液には添加剤として、ホウ酸エステルの他にドナー数が25以上であるドナー化合物を併用することが望ましい。具体的に、ホウ酸エステルと該ドナー性添加剤を併用することで働く相乗効果のメカニズムは不明であるが、短絡電流密度と開放電圧を同時に向上できる上、形状因子も向上するため、各々を単独で用いるよりも変換効率を大幅に改善することができる。
このようなドナー性の添加剤は従来公知の材料を用いことが可能であるが、一般的な溶媒であるメトキシプロピオニトリルやγ−ブチロラクトン、また、鎖状スルホンなど各種溶媒のドナー数は14から18程度であることが多く、また、酸化還元対として最も多用されているIイオンのドナー数も14であることから、これらの溶媒や電解質よりも優位に高いドナー数を有する必要がある。具体的には、25以上のドナー数を有する、ピリジン類、より好ましくは4−t−ブチルピリジンなどのアルキルピリジン類、ピラジン類や、ピリミジン類、ピペリジン類などの含窒素6員環化合物、また、イミダゾール類、ピラゾール類、トリアゾール類、ピロリジン類などの含窒素5員環化合物、さらに、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド等のアミド類、ピロリドンやN−メチルピロリドンなどの環状アミド、ジメチルスルホキシドやジフェニルスルホキシドなどのスルホキシド類などが挙げられる。これらの中で好ましい添加剤としては、4位がアルキル置換されたピリジン、2位および又は4位がアルキル置換されたイミダゾール、3位および又は5位がアルキル置換されたピラゾール、トリアゾール、N−メチルピロリドン、ジアルキルスルホキシド、ジアルキルアセトアミドが挙げられる。前記アルキル置換基としては、該ドナー化合物を添加した際に電解液の粘度が高くなりすぎないような分子サイズと、置換基導入によるドナー性向上効果との兼ね合いから、ピリジン類とスルホキシド類の場合が炭素数1から4のアルキル基、イミダゾール類、ピラゾール類、アセトアミドの場合は炭素数1または2のアルキル基であることが望ましい。
In addition, it is desirable to use a donor compound having a donor number of 25 or more in addition to a borate ester as an additive in the electrolytic solution of the present invention. Specifically, the mechanism of the synergistic effect that works by combining the borate ester and the donor additive is unclear, but the short circuit current density and the open circuit voltage can be improved at the same time, and the shape factor is also improved. The conversion efficiency can be greatly improved as compared with the case where it is used alone.
Conventionally known materials can be used as such donor additives, but the number of donors of various solvents such as methoxypropionitrile, γ-butyrolactone, and chain sulfone, which are general solvents, is 14 often a 18 order of, addition, I have been most frequently used as a redox pair - since it is a donor number of ions 14, it is necessary to have a donor number of predominantly higher than these solvents and electrolytes . Specifically, pyridines having a donor number of 25 or more, more preferably alkylpyridines such as 4-t-butylpyridine, pyrazines, nitrogen-containing 6-membered ring compounds such as pyrimidines and piperidines, Nitrogen-containing 5-membered ring compounds such as imidazoles, pyrazoles, triazoles and pyrrolidines, amides such as dimethylformamide and dimethylacetamide, cyclic amides such as pyrrolidone and N-methylpyrrolidone, dimethyl sulfoxide and diphenyl sulfoxide And sulfoxides. Among these, preferred additives are pyridine substituted with alkyl at the 4-position, imidazole substituted with alkyl at the 2-position and 4-position, pyrazole, triazole, N-methyl substituted with alkyl at the 3-position and / or 5-position. Examples include pyrrolidone, dialkyl sulfoxide, and dialkylacetamide. In the case of pyridines and sulfoxides, the alkyl substituent is a combination of a molecular size such that the viscosity of the electrolyte does not become too high when the donor compound is added, and an effect of improving donor properties by introducing the substituent. In the case where is an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms, imidazoles, pyrazoles, or acetamide, an alkyl group having 1 or 2 carbon atoms is desirable.

ここでドナー数とは、ある分子のドナーとしての性質を溶媒に無関係な量として表したもので、供与性とも呼ばれる。ドナー数は、基準のアクセプターとしてジクロロエタン中10−3MのSbClを選び、ドナーとしての反応のモルエンタルピー値として定義される。 Here, the number of donors represents the nature of a molecule as a donor as an amount irrelevant to the solvent, and is also called donating property. The number of donors is defined as the molar enthalpy value of the reaction as a donor, selecting 10 −3 M SbCl 3 in dichloroethane as the reference acceptor.

本発明の電解液は、常法に従って上記の各種溶媒中に上記ヨウ化物やヨウ素等の酸化還元対などとともに、本発明のホウ酸エステルを溶解させることによって得ることができる。一方、本発明の色素増感太陽電池は、この電解液を用いたものであるが、電解液以外は、一般的な色素増感太陽電池の構成を採用すればよい。図1に本発明の色素増感太陽電池の構成の一例を示す。図1中、1は電極基体、2は透明基体、3は透明導電膜、4は多孔質金属酸化物半導体層、5は増感色素層、6は半導体電極、7は本発明の電解液を含む電解質層、8は対極、9は電極基体、10は触媒活性層、11はスペーサー、12は周縁シール部をそれぞれ示す。   The electrolytic solution of the present invention can be obtained by dissolving the boric acid ester of the present invention together with the above-described redox couple such as iodide and iodine in the above-mentioned various solvents according to a conventional method. On the other hand, the dye-sensitized solar cell of the present invention uses this electrolytic solution, but a general dye-sensitized solar cell configuration may be adopted except for the electrolytic solution. FIG. 1 shows an example of the configuration of the dye-sensitized solar cell of the present invention. In FIG. 1, 1 is an electrode substrate, 2 is a transparent substrate, 3 is a transparent conductive film, 4 is a porous metal oxide semiconductor layer, 5 is a sensitizing dye layer, 6 is a semiconductor electrode, and 7 is an electrolytic solution of the present invention. An electrolyte layer to be included, 8 is a counter electrode, 9 is an electrode substrate, 10 is a catalyst active layer, 11 is a spacer, and 12 is a peripheral seal portion.

電極基体1は、透明基板2に透明導電膜3を形成させた、導電性ガラスなどの透明電極基体である。透明導電膜3には多孔質金属酸化物半導体層4が形成されており、金属酸化物半導体の表面に色素を吸着させた増感色素層5を有している。これらから、アノード電極である半導体電極6が構成される。   The electrode substrate 1 is a transparent electrode substrate such as conductive glass in which a transparent conductive film 3 is formed on a transparent substrate 2. A porous metal oxide semiconductor layer 4 is formed on the transparent conductive film 3 and has a sensitizing dye layer 5 in which a dye is adsorbed on the surface of the metal oxide semiconductor. From these, the semiconductor electrode 6 which is an anode electrode is comprised.

<透明基体>
電極基体1を構成する透明基体2は、可視光を透過するものが使用でき、透明なガラスが好適に利用できる。また、ガラス表面を加工して入射光を散乱させるようにしたもの、半透明なすりガラス状のものも使用できる。また、ガラスに限らず、光を透過するものであればプラスチック板やプラスチックフィルム等も使用できる。
<Transparent substrate>
As the transparent substrate 2 constituting the electrode substrate 1, one that transmits visible light can be used, and transparent glass can be suitably used. Moreover, the thing which processed the glass surface and scattered incident light, and a translucent ground glass-like thing can also be used. Moreover, not only glass but a plastic plate, a plastic film, etc. can be used if it transmits light.

透明基体2の厚さは、太陽電池の形状や使用条件により異なるため特に限定はされないが、例えばガラスやプラスチック等を用いた場合では、使用時の耐久性を考慮して1mm〜1cm程度であり、フレキシブル性が必要とされ、プラスチックフィルムなどを使用した場合は、25μm〜1mm程度である。また、必要に応じて耐候性を高めるハードコート等の表面処理を用いても構わない。   The thickness of the transparent substrate 2 is not particularly limited because it varies depending on the shape and use conditions of the solar cell. For example, when glass or plastic is used, it is about 1 mm to 1 cm in consideration of durability during use. When flexibility is required and a plastic film or the like is used, the thickness is about 25 μm to 1 mm. Moreover, you may use surface treatments, such as a hard coat which improves a weather resistance as needed.

<透明導電膜>
透明導電膜3としては、可視光を透過して、かつ導電性を有するものが使用でき、このような材料としては、例えば金属酸化物が挙げられる。特に限定はされないが、例えばフッ素をドープした酸化スズ(以下、「FTO」と略記する。)や、酸化インジウム、ITO、アンチモンをドープした酸化スズ(以下、「ATO」と略記する。)、酸化亜鉛等が好適に用いることができる。
<Transparent conductive film>
As the transparent conductive film 3, a material that transmits visible light and has conductivity can be used, and examples of such a material include metal oxide. Although not particularly limited, for example, tin oxide doped with fluorine (hereinafter abbreviated as “FTO”), tin oxide doped with indium oxide, ITO, or antimony (hereinafter abbreviated as “ATO”), oxidation. Zinc or the like can be suitably used.

また、導電性材料を分散担持させるなどの処理方法や、メッシュ形状のような細線状の導電性材料を透明基体上に形成することによって、電極全体としては透光率を高めることができていれば、不透明な導電性材料を用いることもできる。このような材料としては炭素材料や金属が挙げられる。炭素材料としては、特に限定はされないが、例えば黒鉛(グラファイト)、カーボンブラック、グラッシーカーボン、カーボンナノチューブやフラーレン等が挙げられる。また、金属としては、特に限定はされないが、例えば白金、金、銀、銅、アルミニウム、ニッケル、コバルト、クロム、鉄、モリブデン、チタン、タンタル、ニオブ又はそれらの合金等が挙げられる。   In addition, it is possible to increase the transmissivity of the electrode as a whole by forming a thin wire-like conductive material such as a mesh shape on a transparent substrate, such as by dispersing and supporting the conductive material. For example, an opaque conductive material can be used. Such materials include carbon materials and metals. Although it does not specifically limit as a carbon material, For example, graphite (graphite), carbon black, glassy carbon, a carbon nanotube, fullerene, etc. are mentioned. Further, the metal is not particularly limited, and examples thereof include platinum, gold, silver, copper, aluminum, nickel, cobalt, chromium, iron, molybdenum, titanium, tantalum, niobium, and alloys thereof.

ここで、本願発明では電解液中に含まれる酸化還元対としてハロゲン分子とハロゲン化物、より具体的にはヨウ素とヨウ化物や臭素と臭化物を用いることが望ましいため、透明導電膜に使用する導電性材料は電解液に対する耐蝕性が高いことが望ましい。したがって、特に金属酸化物、中でもFTOやITO、また表面を導電性の耐食処理を施した銅やアルミニウム、ニッケルやその合金等が特に好適である。   Here, in the present invention, it is desirable to use halogen molecules and halides, more specifically iodine and iodide or bromine and bromide as the redox pair contained in the electrolytic solution. It is desirable that the material has high corrosion resistance to the electrolytic solution. Accordingly, metal oxides, particularly FTO and ITO, and copper, aluminum, nickel, alloys thereof, and the like whose surfaces are subjected to conductive corrosion resistance treatment are particularly suitable.

透明導電膜3としては、上記の導電性材料のうち少なくとも1種類以上からなるものを、透明基体1の表面に設けて形成することができる。あるいは透明基体2を構成する材料の中へ上記導電性材料を組み込んで、透明基体と透明導電膜を一体化して電極基体1とすることも可能である。   The transparent conductive film 3 can be formed by providing at least one kind of the above conductive materials on the surface of the transparent substrate 1. Alternatively, it is also possible to incorporate the conductive material into the material constituting the transparent substrate 2 and integrate the transparent substrate and the transparent conductive film into the electrode substrate 1.

透明基体2上に透明導電膜3を形成する方法として、金属酸化物を形成する場合は、ゾルゲル法や、スパッタやCVD等の気相法、分散ペーストのコーティング等がある。また、不透明な導電性材料を使用する場合は、粉体等を、透明なバインダー等とともに固着させる方法が挙げられる。   As a method for forming the transparent conductive film 3 on the transparent substrate 2, in the case of forming a metal oxide, there are a sol-gel method, a vapor phase method such as sputtering and CVD, and a coating of a dispersion paste. Moreover, when using an opaque electroconductive material, the method of fixing powder etc. with a transparent binder etc. is mentioned.

透明基体と透明導電膜を一体化させるには、透明基体の成形時に導電性のフィラーとして上記導電膜材料を混合させるなどがある。   In order to integrate the transparent substrate and the transparent conductive film, the conductive film material may be mixed as a conductive filler at the time of forming the transparent substrate.

透明導電膜3の厚さは、用いる材料により導電性が異なるため特には限定されないが、一般的に使用されるFTO被膜付ガラスでは、0.01〜5μmであり、好ましくは0.1〜1μmである。また、必要とされる導電性は、使用する電極の面積により異なり、大面積電極ほど低抵抗であることが求められるが、一般的に100Ω/□以下、好ましくは10Ω/□以下、より好ましくは5Ω/□以下である。100Ω/□を超えると太陽電池の内部抵抗が上がるため好ましくない。   The thickness of the transparent conductive film 3 is not particularly limited because the conductivity varies depending on the material to be used, but is generally 0.01 to 5 μm, preferably 0.1 to 1 μm in the FTO-coated glass. It is. Further, the required conductivity varies depending on the area of the electrode to be used, and a larger area electrode is required to have a lower resistance, but is generally 100Ω / □ or less, preferably 10Ω / □ or less, more preferably 5Ω / □ or less. Exceeding 100Ω / □ is not preferable because the internal resistance of the solar cell increases.

透明基体及び透明導電膜から構成される電極基体1、又は透明基体と透明導電膜とを一体化した電極基体1の厚さは、上記のように太陽電池の形状や使用条件により異なるため特に限定はされないが、一般的に1μm〜1cm程度である。   The thickness of the electrode substrate 1 composed of a transparent substrate and a transparent conductive film, or the electrode substrate 1 in which the transparent substrate and the transparent conductive film are integrated varies depending on the shape and use conditions of the solar cell as described above, and thus is particularly limited. Generally, it is about 1 μm to 1 cm.

<多孔質金属酸化物半導体>
多孔質金属酸化物半導体4としては、従来公知のものが使用できる。即ち、Ti、Nb、Zn、Sn、Zr、Y、La、Taなどの遷移金属の酸化物の他、SrTiO、CaTiOなどのペロブスカイト系酸化物などが挙げられる。特に限定はされないが、酸化チタン、酸化亜鉛、酸化スズ等が挙げられ、特に二酸化チタン、さらにはアナターゼ型二酸化チタンが好適である。
<Porous metal oxide semiconductor>
A conventionally well-known thing can be used as the porous metal oxide semiconductor 4. That is, in addition to oxides of transition metals such as Ti, Nb, Zn, Sn, Zr, Y, La, and Ta, perovskite oxides such as SrTiO 3 and CaTiO 3 are exemplified. Although not particularly limited, titanium oxide, zinc oxide, tin oxide and the like can be mentioned, and titanium dioxide, and further anatase type titanium dioxide are particularly suitable.

このような多孔質金属酸化物半導体は、特に限定されず既知の方法で透明導電膜3上に設けることができる。例えば、ゾルゲル法や、分散体ペーストの塗布、また、電析や電着させる方法がある。さらに、電気抵抗値を下げるため、金属酸化物の粒界は少ないことが望ましく、塗布した金属酸化物を焼結させることが望ましい。焼結条件は用いる金属酸化物半導体の種類や形成方法、基板の耐熱温度により異なるため、適宜変更して構わないが、二酸化チタンを用いた場合、450〜550℃で焼結させることが望ましい。   Such a porous metal oxide semiconductor is not particularly limited and can be provided on the transparent conductive film 3 by a known method. For example, there are a sol-gel method, dispersion paste application, electrodeposition and electrodeposition. Furthermore, in order to lower the electrical resistance value, it is desirable that the metal oxide has few grain boundaries, and it is desirable to sinter the applied metal oxide. Sintering conditions vary depending on the type and formation method of the metal oxide semiconductor to be used and the heat-resistant temperature of the substrate, and may be appropriately changed. However, when titanium dioxide is used, it is desirable to sinter at 450 to 550 ° C.

また、増感色素をより多く吸着させるために、当該半導体層は多孔質になっていることが望ましく、具体的には比表面積が10〜200m/gであることが望ましい。また、増感色素の吸光量を増加させるため、使用する酸化物の粒径に幅を持たせて光を散乱させることが望ましい。前記半導体層の厚さは、用いる酸化物及びその性状により最適値が異なるため特には限定されないが、0.1〜50μm、好ましくは5〜30μmである。 Further, in order to adsorb more sensitizing dye, the semiconductor layer is desirably porous, and specifically has a specific surface area of 10 to 200 m 2 / g. Further, in order to increase the light absorption amount of the sensitizing dye, it is desirable to scatter the light by making the particle diameter of the oxide to be used wide. The thickness of the semiconductor layer is not particularly limited because the optimum value varies depending on the oxide used and its properties, but is 0.1 to 50 μm, preferably 5 to 30 μm.

<増感色素>
増感色素層5としては、太陽光により励起されて前記金属酸化物半導体層4に電子注入できるものであればよく、一般的に色素増感太陽電池に用いられている色素を用いることができるが、変換効率を向上させるためには、その吸収スペクトルが太陽光スペクトルと広波長域で重なっていて、耐光性が高いことが望ましい。
<Sensitizing dye>
The sensitizing dye layer 5 is not particularly limited as long as it can be excited by sunlight and can inject electrons into the metal oxide semiconductor layer 4, and dyes generally used in dye-sensitized solar cells can be used. However, in order to improve the conversion efficiency, it is desirable that the absorption spectrum overlaps with the sunlight spectrum in a wide wavelength region and the light resistance is high.

増感色素は、特に限定はされないが、ルテニウム錯体、特にルテニウムポリピリジン系錯体が望ましく、さらに望ましいのは、Ru(L)(L’)(X)2で表されるルテニウム錯体が望ましい。ここでLは4,4’−ジカルボキシ−2,2’−ビピリジン、もしくはその4級アンモニウム塩及びカルボキシル基が導入されたポリピリジン系配位子であり、L’はLと同一、もしくは4,4’−置換2,2’−ビピリジンであり、L’の4,4’位の置換基は、長鎖アルキル基、アルキル置換ビニルチエニル基、アルキル又はアルコキシ置換スチリル基、チエニル基誘導体などが挙げられる。また、XはSCN、Cl、CNである。例えば、ビス(4,4’−ジカルボキシ−2,2’−ビピリジン)ジイソチオシアネートルテニウム錯体等が挙げられる。   The sensitizing dye is not particularly limited, but is preferably a ruthenium complex, particularly a ruthenium polypyridine-based complex, and more preferably a ruthenium complex represented by Ru (L) (L ′) (X) 2. Here, L is 4,4′-dicarboxy-2,2′-bipyridine, or a polypyridine ligand into which a quaternary ammonium salt and a carboxyl group are introduced, and L ′ is the same as L, or 4, 4'-substituted 2,2'-bipyridine, and examples of the substituent at the 4'-position of L 'include a long-chain alkyl group, an alkyl-substituted vinylthienyl group, an alkyl or alkoxy-substituted styryl group, and a thienyl group derivative. It is done. X is SCN, Cl, or CN. Examples thereof include bis (4,4'-dicarboxy-2,2'-bipyridine) diisothiocyanate ruthenium complex.

他の色素としては、ルテニウム以外の金属錯体色素、例えば鉄錯体、銅錯体等が挙げられる。さらに、シアン系色素、ポルフィリン系色素、ポリエン系色素、クマリン系色素、シアニン系色素、スクアリリウム系色素、スチリル系色素、エオシン系色素等の有機色素が挙げられ、具体的には三菱製紙株式会社製色素(商品名:D149色素)等が挙げられる。これらの色素には、該金属酸化物半導体層への電子注入効率を向上させるため、該金属酸化物半導体層との結合基を有していることが望ましい。該結合基としては、特に限定はされないが、カルボキシル基、スルホニル基等が望ましい。   Examples of other dyes include metal complex dyes other than ruthenium, such as iron complexes and copper complexes. Further examples include organic dyes such as cyan dyes, porphyrin dyes, polyene dyes, coumarin dyes, cyanine dyes, squarylium dyes, styryl dyes, and eosin dyes. And a dye (trade name: D149 dye). These dyes preferably have a bonding group with the metal oxide semiconductor layer in order to improve the efficiency of electron injection into the metal oxide semiconductor layer. The linking group is not particularly limited, but is preferably a carboxyl group, a sulfonyl group or the like.

増感色素を前記多孔質金属酸化物半導体層4に吸着させる方法は、特には限定されるものではなく、例としては、室温条件、大気圧下において、色素を溶解させた溶液中に、透明導電膜2上に形成させた金属酸化物半導体層4を浸漬する方法が挙げられる。浸漬時間は、使用する半導体、色素、溶媒の種類、色素の濃度により、半導体層に均一に色素の単分子膜が形成されるよう、適宜調整することが望ましい。なお、吸着を効果的に行なうには加熱下での浸漬を行なえばよい。   The method for adsorbing the sensitizing dye to the porous metal oxide semiconductor layer 4 is not particularly limited. For example, it is transparent in a solution in which the dye is dissolved at room temperature and atmospheric pressure. A method of immersing the metal oxide semiconductor layer 4 formed on the conductive film 2 can be given. It is desirable that the immersion time is appropriately adjusted so that a monomolecular film of the dye is uniformly formed on the semiconductor layer depending on the type of the semiconductor, the dye, the solvent, and the concentration of the dye used. In addition, what is necessary is just to perform the immersion under a heating in order to perform adsorption | suction effectively.

増感色素は多孔質金属酸化物半導体層の表面上で会合しないことが望ましい。色素単独で吸着させると会合が起きる場合には、必要に応じて、共吸着剤を吸着させても構わない。このような吸着剤としては、用いる色素により最適な種類や濃度が変わるため特には限定されないが、例えばデオキシコール酸等の有機カルボン酸が挙げられる。共吸着剤を吸着させる方法としては、特には限定されないが、増感色素を溶解させる溶媒に、増感色素とともに共吸着剤を溶解させてから金属酸化物半導体層を浸漬させることで、色素の吸着工程と同時に共吸着剤を吸着させることができる。   It is desirable that the sensitizing dye does not associate on the surface of the porous metal oxide semiconductor layer. If association occurs when the dye is adsorbed alone, a co-adsorbent may be adsorbed as necessary. Such an adsorbent is not particularly limited because the optimum kind and concentration varies depending on the dye used, and examples thereof include organic carboxylic acids such as deoxycholic acid. The method for adsorbing the co-adsorbent is not particularly limited, but by dissolving the co-adsorbent together with the sensitizing dye in a solvent for dissolving the sensitizing dye, the metal oxide semiconductor layer is immersed in the solvent. The coadsorbent can be adsorbed simultaneously with the adsorption step.

増感色素を溶解するために用いる溶媒の例としては、エタノール等のアルコール類、アセトニトリル等の窒素化合物、アセトン等のケトン類、ジエチルエーテル等のエーテル類、クロロホルム等のハロゲン化脂肪族炭化水素、ヘキサン等の脂肪族炭化水素、ベンゼン等の芳香族炭化水素、酢酸エチル等のエステル類などが挙げられる。溶液中の色素濃度は、使用する色素及び溶媒の種類により適宜調整することが望ましい。例えば、5×10−5mol/L以上の濃度が望ましい。 Examples of the solvent used for dissolving the sensitizing dye include alcohols such as ethanol, nitrogen compounds such as acetonitrile, ketones such as acetone, ethers such as diethyl ether, halogenated aliphatic hydrocarbons such as chloroform, Examples thereof include aliphatic hydrocarbons such as hexane, aromatic hydrocarbons such as benzene, and esters such as ethyl acetate. It is desirable that the dye concentration in the solution is appropriately adjusted according to the type of dye and solvent used. For example, a concentration of 5 × 10 −5 mol / L or more is desirable.

<対極>
半導体電極6に対向して、カソード電極である対極8が電解質層7およびスペーサー11を介して配置される。
<Counter electrode>
Opposite the semiconductor electrode 6, a counter electrode 8 that is a cathode electrode is disposed via an electrolyte layer 7 and a spacer 11.

<対極−基体>
太陽電池の内部抵抗を小さくするため対極の基体9は電気伝導度が高いことが望ましい。また、上記のように本発明では電解質中に酸化還元対としてハロゲン分子およびハロゲン化物を用いているため、該導電性の電極基体9には電解液に対する耐蝕性が高いことが望ましい。
<Counter electrode-substrate>
In order to reduce the internal resistance of the solar cell, it is desirable that the counter substrate 9 has high electrical conductivity. In addition, as described above, in the present invention, halogen molecules and halides are used as an oxidation-reduction pair in the electrolyte. Therefore, it is desirable that the conductive electrode substrate 9 has high corrosion resistance against the electrolytic solution.

このような導電性基体の材質としては、具体的には、表面に酸化皮膜を形成し耐蝕性が良好なクロム、ニッケルや、チタン、タンタル、ニオブ、及びそれらの合金であるステンレスや、表面に酸化皮膜を形成して耐蝕性を高めたアルミニウム等が挙げられる。   Specific examples of such a conductive base material include chromium, nickel, titanium, tantalum, niobium, and stainless steels thereof, which have an oxide film formed on the surface and good corrosion resistance, and a surface thereof. Examples thereof include aluminum having an oxide film formed thereon to improve corrosion resistance.

また、他の好適な材料としては、導電性金属酸化物が挙げられる。特に限定はされないが、例えばITOやFTO、ATO、また、酸化亜鉛や酸化チタン等が好適に用いることができる。中でもFTO、ITOを好適に用いることができる。   Another suitable material is a conductive metal oxide. Although not particularly limited, for example, ITO, FTO, ATO, zinc oxide, titanium oxide, or the like can be suitably used. Among these, FTO and ITO can be preferably used.

上記導電性の電極基体9には、耐久性やハンドリング性を高めること等を目的として支持体を兼備することができる。例えば、透明性を求める場合にはガラスや透明なプラスチック樹脂板を用いることができる。また、軽量性を求める場合にはプラスチック樹脂板、フレキシブル性を求める場合にはプラスチック樹脂フィルム等を用いることができる。また、強度を高める場合には、金属板等を用いることもできる。   The conductive electrode substrate 9 can also have a support for the purpose of improving durability and handling properties. For example, when transparency is required, glass or a transparent plastic resin plate can be used. Further, a plastic resin plate can be used when lightness is required, and a plastic resin film can be used when flexibility is required. Moreover, a metal plate etc. can also be used when raising intensity | strength.

支持体の配置方法は特には限定されないが、導電性の電極基体9の表面には対極の作用部分として触媒活性層10が形成されるため、支持体は該触媒活性層が担持されない部分、特に電極基体9の裏面に配置することが好ましい。また、支持体表面に導電性材料の粉末やフィラーを埋め込む等の方法で担持することにより、導電性の電極基体と支持体を一体化することもできる。   The arrangement method of the support is not particularly limited, but the catalytically active layer 10 is formed on the surface of the conductive electrode substrate 9 as a counter electrode working part. Therefore, the support is a part where the catalytically active layer is not supported, particularly It is preferable to arrange on the back surface of the electrode substrate 9. In addition, the conductive electrode substrate and the support can be integrated by supporting the support by a method such as embedding a powder or filler of a conductive material on the support surface.

支持体の厚さは、対極の形状や使用条件により異なるため特に限定はされないが、例えばガラスやプラスチック等を用いた場合では、実使用時の耐久性を考慮して1mm〜1cm程度であり、フレキシブル性が必要とされ、プラスチックフィルム等を使用した場合は、25μm〜1mm程度である。また、必要に応じて耐候性を高めるハードコートなどの処理や、フィルム添付処理を用いても構わない。また、金属材料を支持体にした場合には、10μm〜1cm程度である。   The thickness of the support is not particularly limited because it varies depending on the shape of the counter electrode and use conditions, but for example, when glass or plastic is used, it is about 1 mm to 1 cm in consideration of durability during actual use. When flexibility is required and a plastic film or the like is used, it is about 25 μm to 1 mm. Moreover, you may use the process of a hard coat etc. which improve a weather resistance as needed, and a film attachment process. Moreover, when a metal material is used as the support, the thickness is about 10 μm to 1 cm.

導電性の電極基体9の形態や厚みについては、電極として用いる際の形状や使用条件、また、用いる材料により導電性が異なるため特には限定されず、任意の形態を選択することができる。例えば、上記支持体を用いることで実用上の強度が保持される場合、電極として使用する上で必要な電導度が確保できていれば、100nm程度の厚みでも構わない。また、支持体を用いず、導電性の電極基体9のみにて強度を確保する場合は、1mm程度以上の厚さが好ましい。   The form and thickness of the conductive electrode substrate 9 are not particularly limited because the conductivity varies depending on the shape and use conditions when used as an electrode, and the material used, and any form can be selected. For example, when practical strength is maintained by using the above-mentioned support, a thickness of about 100 nm may be used as long as electrical conductivity necessary for use as an electrode can be secured. Further, when the strength is ensured only by the conductive electrode substrate 9 without using the support, a thickness of about 1 mm or more is preferable.

また、必要とされる導電性は、使用する電極の面積により異なり、大面積電極ほど低抵抗であることが求められるが、一般的に100Ω/□以下、好ましくは5Ω/□以下、より好ましくは1Ω/□以下である。100Ω/□を超えると太陽電池の内部抵抗が増大するため、好ましくない。   Further, the required conductivity varies depending on the area of the electrode to be used, and a larger area electrode is required to have a lower resistance, but is generally 100Ω / □ or less, preferably 5Ω / □ or less, more preferably 1Ω / □ or less. If it exceeds 100Ω / □, the internal resistance of the solar cell increases, which is not preferable.

<触媒活性層>
導電性の電極基体9の表面に担持された触媒活性層10は、電解質層7中に含まれる酸化還元対として含まれるハロゲン化物やポリピリジルコバルト錯体の酸化体を還元体に十分な速度で還元することができれば、具体的には三ヨウ化物アニオン(I )をヨウ化物アニオン(I)に、もしくは三臭化物アニオン(Br )を臭化物アニオン(Br)に、ポリピリジルコバルト錯体の場合は3価のコバルト金属イオンを2価に、それぞれ還元することができれば特に限定はされず、既知の物質が使用できるが、例えば、遷移金属、導電性高分子材料、又は炭素材料等を好適に用いることができる。
その形状は、用いる触媒の種類により異なるため特には限定されない。上述の触媒材料のうち少なくとも1種類以上からなる触媒材料を、電極基体9の表面に設けて形成することができる。あるいは電極基体9を構成する材料の中へ上記触媒材料を組み込むことも可能である。
<Catalytic active layer>
The catalytically active layer 10 supported on the surface of the conductive electrode substrate 9 reduces the halide contained in the electrolyte layer 7 as an oxidation-reduction pair or an oxidized form of polypyridylcobalt complex to the reductant at a sufficient rate. Specifically, a polypyridylcobalt complex can be prepared by using a triiodide anion (I 3 ) as an iodide anion (I ) or a tribromide anion (Br 3 ) as a bromide anion (Br ). In this case, there is no particular limitation as long as trivalent cobalt metal ions can be reduced to divalent, and known substances can be used. For example, transition metals, conductive polymer materials, carbon materials, etc. It can be used suitably.
The shape is not particularly limited because it varies depending on the type of catalyst used. A catalyst material composed of at least one of the above-described catalyst materials can be provided on the surface of the electrode substrate 9. Alternatively, the catalyst material can be incorporated into the material constituting the electrode substrate 9.

触媒となる遷移金属としては、白金やパラジウム、ルテニウム、ロジウム等が好適に利用でき、また、それらを合金としても構わない。それらの中でも特に白金、もしくは白金合金が好適である。遷移金属の導電性基体上への担持方法としては既知の方法により作製できる。例えば、スパッタや蒸着、電析により直接形成する方法や、塩化白金酸等の前駆体を熱分解する方法等を用いることができる。   Platinum, palladium, ruthenium, rhodium, or the like can be suitably used as the transition metal serving as a catalyst, and these may be used as an alloy. Of these, platinum or a platinum alloy is particularly suitable. As a method for supporting the transition metal on the conductive substrate, it can be produced by a known method. For example, a method of directly forming by sputtering, vapor deposition or electrodeposition, a method of thermally decomposing a precursor such as chloroplatinic acid, or the like can be used.

導電性高分子のモノマーとして、ピロール、アニリン、チオフェン、及びそれらの誘導体の中から、少なくとも1種類以上のモノマーを重合してなる導電性高分子を触媒として使用することができる。特に、ポリアニリンやポリ(エチレンジオキシチオフェン)であることが望ましい。導電性高分子の電極基体9の担持方法としては、既知の方法を用いることができる。例えば、前記導電性基体を、前記モノマーを含有する溶液中に浸漬して電気化学的に重合する方法や、Fe(III)イオンや過硫酸アンモニウム等の酸化剤と前記モノマーを含む溶液とを、該電極基体上で反応させる化学重合法、導電性高分子を溶融状態もしくは溶解させた溶液から成膜する方法、また、導電性高分子の粒体をペースト状、もしくはエマルジョン状、もしくは高分子溶液及びバインダーを含む混合物形態に処理した後に、該電極基体上へスクリーン印刷、スプレー塗布、刷毛塗り等により形成させる方法が挙げられる。   As a monomer for the conductive polymer, a conductive polymer obtained by polymerizing at least one monomer among pyrrole, aniline, thiophene, and derivatives thereof can be used as a catalyst. In particular, polyaniline or poly (ethylenedioxythiophene) is desirable. As a method for supporting the conductive polymer electrode substrate 9, a known method can be used. For example, a method of electrochemically polymerizing the conductive substrate by immersing it in a solution containing the monomer, or a solution containing an oxidizing agent such as Fe (III) ion or ammonium persulfate and the monomer, A chemical polymerization method of reacting on an electrode substrate, a method of forming a film from a solution in which a conductive polymer is melted or dissolved, and particles of a conductive polymer in a paste, emulsion, or polymer solution and Examples of the method include forming the mixture on the electrode substrate by screen printing, spray coating, brush coating and the like after processing into a mixture containing a binder.

また、炭素材料としては特に制限されず、酸化還元対の酸化体を還元する触媒能を有する、従来公知の炭素材料を使用することができるが、中でもカーボンナノチューブやカーボンブラック、活性炭等が望ましい。炭素材料の導電性基体への担持方法としては、フッ素系のバインダー等を用いたペーストを塗布・乾燥する方法等、既知の方法を用いることができる。   The carbon material is not particularly limited, and a conventionally known carbon material having a catalytic ability to reduce an oxidant of a redox pair can be used, and among these, carbon nanotubes, carbon black, activated carbon, and the like are preferable. As a method for supporting the carbon material on the conductive substrate, a known method such as a method of applying and drying a paste using a fluorine-based binder or the like can be used.

半導体電極6と対極8の間には電解液が充填されて電解質層7が形成され、周縁シール部12によって封止されている。   Between the semiconductor electrode 6 and the counter electrode 8, an electrolyte solution is filled to form an electrolyte layer 7, which is sealed by a peripheral seal portion 12.

<スペーサー>
スペーサー11は、半導体電極と対極が接触して短絡することのないように電極間距離を制御・固定するものであり、電解液、または熱・光などにより劣化しない材質であれば特には限定されず既知の材料を任意の形状で用いることができる。材質としては例えば、ガラスやセラミック材料、フッ素系樹脂や光硬化性樹脂、熱硬化性樹脂などが挙げられる。また、周辺シール部12中に、微小なガラスやセラミック材料などを混合するなどの方法で周辺シール部がスペーサーを兼ねることもできる。
<Spacer>
The spacer 11 controls and fixes the distance between the electrodes so that the semiconductor electrode and the counter electrode do not come into contact with each other, and is not particularly limited as long as it is a material that does not deteriorate due to an electrolyte solution, heat, light, or the like. Any known material can be used in any shape. Examples of the material include glass and ceramic materials, fluorine-based resins, photo-curing resins, and thermosetting resins. In addition, the peripheral seal portion can also serve as a spacer by a method such as mixing minute glass or ceramic material in the peripheral seal portion 12.

周辺シール部は、本発明の電解液が漏洩しないよう、半導体電極と対極を貼合せて封止するものであり、電解液、または熱・光などにより劣化しない材質であれば特に制限されない。熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂、紫外線硬化樹脂、電子線硬化樹脂、金属、ゴム等を例示することができる。   The peripheral sealing part is not particularly limited as long as the semiconductor electrode and the counter electrode are bonded and sealed so that the electrolytic solution of the present invention does not leak, and the material is not deteriorated by the electrolytic solution or heat / light. Examples thereof include thermoplastic resins, thermosetting resins, ultraviolet curable resins, electron beam curable resins, metals, and rubbers.

次に、実施例及び比較例を挙げて本発明を具体的に説明するが、これらは本発明を何ら限定するものではない。   EXAMPLES Next, although an Example and a comparative example are given and this invention is demonstrated concretely, these do not limit this invention at all.

(実施例1)
以下のようにして電解液の調製および色素増感太陽電池の作製を行った。
Example 1
The electrolyte solution and the dye-sensitized solar cell were prepared as follows.

<電解液の調製>
1−メチル−3−プロピルイミダゾリウムヨウ化物(表中、「MPImI」と略記する。)0.7mol/l、ヨウ素(表中、「I」と略記する。)0.05mol/l、ホウ酸トリメチル0.1mol/lの割合で、エチルイソプロピルスルホンに溶解して電解液を調製した。
<Preparation of electrolyte>
1-methyl-3-propylimidazolium iodide (abbreviated as “MPImI” in the table) 0.7 mol / l, iodine (abbreviated as “I 2 ” in the table) 0.05 mol / l, boron An electrolyte was prepared by dissolving in ethyl isopropyl sulfone at a ratio of 0.1 mol / l of trimethyl acid.

<多孔質金属酸化物半導体層の形成>
透明導電膜付きの透明基体としてFTOガラス(日本板ガラス製25mm×50mm)を用い、その表面に酸化チタンペースト(日揮触媒化成工業株式会社製チタニアペースト PST−18NR)を、スクリーン印刷による印刷工程と90℃30分の乾燥工程とを3回繰り返して重ね塗りした後、大気雰囲気下500℃で60分間焼成することで15μm前後の厚さの多孔質酸化チタン層を形成させた。さらに、前記多孔質酸化チタン層の上に、酸化チタンペースト(日揮触媒化成工業株式会社製チタニアペースト PST−400C)をスクリーン印刷で重ね塗りした後、同様に焼成を行なって、20μm前後の厚さとした多孔質金属酸化物半導体層を完成させ、多孔質酸化チタン半導体電極とした。
<Formation of porous metal oxide semiconductor layer>
As a transparent substrate with a transparent conductive film, FTO glass (25 mm × 50 mm made by Japanese plate glass) is used, and titanium oxide paste (Titania paste PST-18NR made by JGC Catalysts & Chemicals Co., Ltd.) is applied on the surface thereof. After repeatedly applying the drying process at 30 ° C. for 30 minutes three times, the porous titanium oxide layer having a thickness of about 15 μm was formed by baking at 500 ° C. for 60 minutes in the air atmosphere. Further, a titanium oxide paste (Titania paste PST-400C manufactured by JGC Catalysts & Chemicals, Inc.) is applied over the porous titanium oxide layer by screen printing, and then fired in the same manner to obtain a thickness of about 20 μm. The completed porous metal oxide semiconductor layer was completed as a porous titanium oxide semiconductor electrode.

<増感色素の吸着>
増感色素として、一般にN719dyeと呼ばれるビス(4−カルボキシ−4’−テトラブチルアンモニウムカルボキシ−2,2’−ビピリジン)ジイソチオシアネートルテニウム錯体(Solaronix社製)を使用した。80℃にした前記多孔質酸化チタン半導体電極を、色素濃度0.5mmol/Lのアセトニトリル・t−ブチルアルコール(1:1)混合溶液中でゆっくりと振盪させながら遮光下48時間浸漬させた。その後脱水アセトニトリルにて余分な色素を洗浄してから風乾することで、太陽電池の光電極(アノード電極)として完成させた。
<Adsorption of sensitizing dye>
As the sensitizing dye, bis (4-carboxy-4′-tetrabutylammoniumcarboxy-2,2′-bipyridine) diisothiocyanate ruthenium complex (manufactured by Solaronix) generally called N719dye was used. The porous titanium oxide semiconductor electrode heated to 80 ° C. was immersed for 48 hours under light shielding while slowly shaking in a mixed solution of acetonitrile and t-butyl alcohol (1: 1) having a dye concentration of 0.5 mmol / L. Thereafter, excess pigment was washed with dehydrated acetonitrile and air-dried to complete a solar cell photoelectrode (anode electrode).

<対極>
対極として、アンカー層として、スパッタ法によりガラス基板上にTi(膜厚50nm)を成膜したのち、該Ti層上にスパッタ法によりPt(膜厚50nm)を成膜させた白金対極(ジオマテック製)を使用した。
<Counter electrode>
As a counter electrode, a platinum counter electrode (manufactured by Geomatec) was formed by depositing Ti (film thickness 50 nm) on a glass substrate by sputtering as an anchor layer and then depositing Pt (film thickness 50 nm) on the Ti layer by sputtering. )It was used.

<太陽電池セルの組み立て>
前記のように作製した光電極と、電気ドリルで0.6mmφの電解液注入孔を2個設けた対極を対向するよう設置し、両電極間に、スペーサーとして厚み50μmのFEP樹脂シートと、スペーサーの外周に熱可塑性シート(Dupont製 bynel、膜厚50μm)を重ならないように挟み、熱圧着する事により両電極を接着した。次に、前記のように作製した電解液を電解液注入孔から毛管現象にて両電極間に含浸させ、電解液注入孔上に可塑性シートを挟んで1mm厚のガラス板を置き、再度加熱圧着することで封止を実施し、太陽電池素子を作製した。
<Assembly of solar cells>
The photoelectrode produced as described above and a counter electrode provided with two 0.6 mmφ electrolyte injection holes with an electric drill are placed opposite each other, and a 50 μm thick FEP resin sheet as a spacer and a spacer A thermoplastic sheet (DuPont bynel, film thickness of 50 μm) was sandwiched between the outer circumferences of the two and bonded to each other by thermocompression bonding. Next, the electrolytic solution prepared as described above is impregnated between the electrodes by capillary action from the electrolytic solution injection hole, a 1 mm thick glass plate is placed on the electrolytic solution injection hole with a plastic sheet interposed therebetween, and thermocompression bonding is performed again. In this way, sealing was carried out to produce a solar cell element.

(実施例2)
ホウ酸トリメチルに代えてホウ酸トリエチルを用いて電解液を調製した以外は実施例1と同様にして太陽電池セルを作製した。
(Example 2)
A solar battery cell was produced in the same manner as in Example 1 except that the electrolytic solution was prepared using triethyl borate instead of trimethyl borate.

(実施例3)
ホウ酸トリメチルに代えてホウ酸トリブチルを用いて電解液を調製した以外は実施例1と同様にして太陽電池セルを作製した。
(Example 3)
A solar battery cell was produced in the same manner as in Example 1 except that the electrolyte was prepared using tributyl borate instead of trimethyl borate.

(実施例4)
ホウ酸トリメチルに代え、0.05mol/lのホウ酸トリフェニルを用いて電解液を調製した以外は実施例1と同様にして太陽電池セルを作製した。
Example 4
A solar cell was produced in the same manner as in Example 1 except that 0.05 mol / l of triphenyl borate was used instead of trimethyl borate to prepare an electrolytic solution.

(実施例5)
ホウ酸トリメチルに代え、ホウ酸トリス(プロピオニトリル)を用いて電解液を調製した以外は実施例1と同様にして太陽電池セルを作製した。
(Example 5)
A solar battery cell was produced in the same manner as in Example 1 except that the electrolytic solution was prepared using tris borate (propionitrile) instead of trimethyl borate.

(実施例6)
ホウ酸トリメチルに代え、ホウ酸トリブチルを用い、溶媒としてエチルイソプロピルスルホンに代えて3−メトキシプロピオニトリル(表中、「MPN」と略記する。)を用いて電解液を調製した以外は実施例1と同様にして太陽電池セルを作製した。
(Example 6)
Example except that tributyl borate was used instead of trimethyl borate, and 3-methoxypropionitrile (abbreviated as “MPN” in the table) was used instead of ethyl isopropyl sulfone as a solvent. A solar battery cell was produced in the same manner as in Example 1.

(実施例7)
3−メトキシプロピオニトリルに代えてγ−ブチロラクトン(表中、「GBL」と略記する。)を用いて電解液を調製した以外は実施例6と同様にして太陽電池セルを作製した。
(Example 7)
A solar battery cell was produced in the same manner as in Example 6 except that an electrolyte was prepared using γ-butyrolactone (abbreviated as “GBL” in the table) instead of 3-methoxypropionitrile.

(実施例8)
3−メトキシプロピオニトリルに代え、エチレンカーボネート・プロピレンカーボネート(30wt%:70wt%)混合溶媒(表中、「EC+PC」と略記する。)を用いて電解液を調製した以外は実施例6と同様にして太陽電池セルを作製した。
(Example 8)
The same as Example 6 except that an electrolytic solution was prepared using a mixed solvent of ethylene carbonate / propylene carbonate (30 wt%: 70 wt%) (abbreviated as “EC + PC” in the table) instead of 3-methoxypropionitrile. Thus, a solar battery cell was produced.

(実施例9)
3−メトキシプロピオニトリルに代え、エチルイソブチルスルホン(表中、「EiBS」と略記する。)を用いて電解液を調製した以外は実施例6と同様にして太陽電池セルを作製した。
Example 9
A solar cell was produced in the same manner as in Example 6 except that instead of 3-methoxypropionitrile, an electrolytic solution was prepared using ethyl isobutyl sulfone (abbreviated as “EiBS” in the table).

(実施例10)
0.1mol/lのホウ酸トリブチルに代え、0.05mol/lのホウ酸トリオクチルを用いて電解液を調製した以外は実施例6と同様にして太陽電池セルを作製した。
(Example 10)
A solar battery cell was produced in the same manner as in Example 6 except that 0.05 mol / l trioctyl borate was used instead of 0.1 mol / l tributyl borate to prepare an electrolytic solution.

(実施例11)
0.1mol/lのホウ酸トリブチルに代え、0.05mol/lのホウ酸トリ(ドデシル)を用いて電解液を調製した以外は実施例6と同様にして太陽電池セルを作製した。
(Example 11)
A solar battery cell was produced in the same manner as in Example 6 except that 0.05 mol / l tri (dodecyl) borate was used instead of 0.1 mol / l tributyl borate.

(実施例12)
0.5mol/lの4−t−ブチルピリジンも含有すること以外は実施例3と同様に電解液を調製し、太陽電池セルを作製した。
(Example 12)
An electrolyte solution was prepared in the same manner as in Example 3 except that 0.5 mol / l of 4-t-butylpyridine was also contained, and a solar battery cell was produced.

(実施例13)
0.5mol/lのイミダゾールも含有すること以外は実施例3と同様に電解液を調製し、太陽電池セルを作製した。
(Example 13)
An electrolyte solution was prepared in the same manner as in Example 3 except that 0.5 mol / l imidazole was also contained, and a solar battery cell was produced.

(実施例14)
0.5mol/lのトリアゾールも含有すること以外は実施例3と同様に電解液を調製し、太陽電池セルを作製した。
(Example 14)
An electrolyte solution was prepared in the same manner as in Example 3 except that 0.5 mol / l of triazole was also contained, and a solar battery cell was produced.

(実施例15)
0.5mol/lのジメチルピラゾールも含有すること以外は実施例3と同様に電解液を調製し、太陽電池セルを作製した。
(Example 15)
An electrolyte solution was prepared in the same manner as in Example 3 except that 0.5 mol / l dimethylpyrazole was also contained, and a solar battery cell was produced.

(実施例16)
30vol%のジメチルスルホキシドも含有すること以外は実施例3と同様に電解液を調製し、太陽電池セルを作製した。
(Example 16)
An electrolyte solution was prepared in the same manner as in Example 3 except that 30% by volume of dimethyl sulfoxide was also contained, and a solar battery cell was produced.

(実施例17)
ジメチルスルホキシドに代え、N−メチルピロリドンを用いること以外は実施例16と同様に電解液を調製し、太陽電池セルを作製した。
(Example 17)
An electrolyte solution was prepared in the same manner as in Example 16 except that N-methylpyrrolidone was used in place of dimethyl sulfoxide to prepare a solar battery cell.

(実施例18)
ジメチルスルホキシドに代え、N−ジメチルアセトアミドを用いること以外は実施例16と同様に電解液を調製し、太陽電池セルを作製した。
(Example 18)
An electrolyte solution was prepared in the same manner as in Example 16 except that N-dimethylacetamide was used in place of dimethyl sulfoxide to prepare a solar battery cell.

(実施例19)
0.5mol/lのテトラヒドロフランも含有すること以外は実施例3と同様に電解液を調製し、太陽電池セルを作製した。
(Example 19)
An electrolyte solution was prepared in the same manner as in Example 3 except that 0.5 mol / l of tetrahydrofuran was also contained, and a solar battery cell was produced.

(実施例20)
0.5mol/lのスルホランも含有すること以外は実施例3と同様に電解液を調製し、太陽電池セルを作製した。
(Example 20)
An electrolyte solution was prepared in the same manner as in Example 3 except that 0.5 mol / l sulfolane was also contained, and a solar battery cell was produced.

(実施例21)
0.5mol/lの酢酸エチルも含有すること以外は実施例3と同様に電解液を調製し、太陽電池セルを作製した。
(Example 21)
An electrolyte solution was prepared in the same manner as in Example 3 except that 0.5 mol / l of ethyl acetate was also contained, and a solar battery cell was produced.

(実施例22)
0.1mol/lのホウ酸トリブチルに代え、3mol/lのホウ酸トリエチルを含有すること以外は実施例6と同様に電解液を調製し、太陽電池セルを作製した。
(Example 22)
In place of 0.1 mol / l tributyl borate, an electrolytic solution was prepared in the same manner as in Example 6 except that 3 mol / l triethyl borate was contained, and a solar battery cell was produced.

(実施例23)
0.1mol/lのホウ酸トリブチルに代え、6mol/lのホウ酸トリエチルを含有すること以外は実施例6と同様に電解液を調製し、太陽電池セルを作製した。
(Example 23)
An electrolyte solution was prepared in the same manner as in Example 6 except that 6 mol / l triethyl borate was contained instead of 0.1 mol / l tributyl borate, and a solar battery cell was produced.

(実施例24)
<電解液の調製>
スピロ−(1,1’)−ビピロリジニウム臭化物塩(表中、「SBP−Br」と略記する。)1.0mol/l、臭素(表中、「Br」と略記する。)0.025mol/l、ホウ酸トリエチル0.1mol/lの割合で、アセトニトリルに溶解して電解液を調製した。
<セルの組立て>
増感色素の吸着工程において、増感色素として、三菱製紙製D141色素を使用し、80℃にした前記多孔質酸化チタン半導体電極を、色素濃度0.5mmol/Lのアセトニトリル・t−ブチルアルコール(1:1)混合溶液中でゆっくりと振盪させながら遮光下15時間浸漬させ、その後脱水アセトニトリルにて余分な色素を洗浄してから風乾することで太陽電池の光電極(アノード電極)として完成させた以外は実施例1と同様にセルの組立てを行なった。
(Example 24)
<Preparation of electrolyte>
Spiro- (1,1 ′)-bipyrrolidinium bromide salt (abbreviated as “SBP-Br” in the table) 1.0 mol / l, bromine (abbreviated as “Br 2 ” in the table) 0.025 mol / l. 1 and triethyl borate at a rate of 0.1 mol / l was dissolved in acetonitrile to prepare an electrolytic solution.
<Assembly of cell>
In the sensitizing dye adsorbing step, the porous titanium oxide semiconductor electrode made of Mitsubishi Paper Industries D141 dye as the sensitizing dye and heated to 80 ° C. was mixed with acetonitrile / t-butyl alcohol (pigment concentration 0.5 mmol / L). 1: 1) It was immersed in a mixed solution for 15 hours while being gently shaken, and then washed with excess acetonitrile and then air-dried to complete a photoelectrode (anode electrode) of a solar cell. A cell was assembled in the same manner as in Example 1 except for the above.

(実施例25)
<電解液の調製>
0.1mol/lのスピロ−(1,1’)−ビピロリジニウムテトラフルオロボレート(表中、「SBP−BF」と略記する。)、コバルトビス(トリフルオロフォスフェート)錯体(表中、「Co(bpy)(PF」と略記する。)0.22mol/l、トリス(2,2’−ビピリジン)コバルトトリス(トリフルオロフォスフェート)錯体(表中、「Co(bpy)(PF」と略記する。)0.033mol/l、ホウ酸トリエチル0.1mol/l、ビス−(1,1’)の割合で、エチルイソプロピルスルホンに溶解して電解液を調製した。
<セルの組立て>
増感色素の吸着工程において、増感色素として、三菱製紙製D149色素を使用し、80℃にした前記多孔質酸化チタン半導体電極を、色素濃度0.5mmol/lのアセトニトリル・t−ブチルアルコール(1:1)混合溶液中でゆっくりと振盪させながら遮光下15時間浸漬させ、その後脱水アセトニトリルにて余分な色素を洗浄してから風乾することで太陽電池の光電極(アノード電極)として完成させた以外は実施例1と同様にセルの組立てを行なった。
(Example 25)
<Preparation of electrolyte>
0.1 mol / l spiro- (1,1 ′)-bipyrrolidinium tetrafluoroborate (abbreviated as “SBP-BF 4 ” in the table), cobalt bis (trifluorophosphate) complex (in the table, “Co (bpy) 3 (PF 6 ) 2 ”)) 0.22 mol / l, tris (2,2′-bipyridine) cobalt tris (trifluorophosphate) complex (in the table, “Co (bpy) 3 (PF 6 ) 3 ”.) An electrolyte solution was prepared by dissolving in 0.033 mol / l, triethyl borate 0.1 mol / l, bis- (1,1 ′) in ethyl isopropyl sulfone. .
<Assembly of cell>
In the sensitizing dye adsorption step, a D149 dye made by Mitsubishi Paper Industries Co., Ltd. was used as the sensitizing dye, and the porous titanium oxide semiconductor electrode heated to 80 ° C. was mixed with acetonitrile / t-butyl alcohol (pigment concentration 0.5 mmol / l). 1: 1) It was immersed in a mixed solution for 15 hours while being gently shaken, and then washed with excess acetonitrile and then air-dried to complete a photoelectrode (anode electrode) of a solar cell. A cell was assembled in the same manner as in Example 1 except for the above.

(比較例1)
ホウ酸トリメチルを含まないこと以外は実施例1と同様に電解液を調製し、太陽電池セルを作製した。
(Comparative Example 1)
An electrolyte solution was prepared in the same manner as in Example 1 except that trimethyl borate was not included, and a solar battery cell was produced.

(比較例2)
エチルイソプロピルスルホン溶媒に代え、3−メトキシプロピオニトリル溶媒(表中、「MPN」と略記する。)を用いたこと以外は比較例1と同様に電解液を調製し、太陽電池セルを作製した。
(Comparative Example 2)
An electrolyte solution was prepared in the same manner as in Comparative Example 1 except that a 3-methoxypropionitrile solvent (abbreviated as “MPN” in the table) was used instead of the ethylisopropylsulfone solvent, and a solar battery cell was produced. .

(比較例3)
エチルイソプロピルスルホン溶媒に代え、γ−ブチロラクトン溶媒(表中、「GBL」と略記する。)を用いたこと以外は比較例1と同様に電解液を調製し、太陽電池セルを作製した。
(Comparative Example 3)
An electrolyte solution was prepared in the same manner as in Comparative Example 1 except that a γ-butyrolactone solvent (abbreviated as “GBL” in the table) was used instead of the ethylisopropylsulfone solvent, and a solar battery cell was produced.

(比較例4)
エチルイソプロピルスルホン溶媒に代え、エチレンカーボネート・プロピレンカーボネート(30wt%:70wt%)混合溶媒(表中、「EC+PC」と略記する。)を用いたこと以外は比較例1と同様に電解液を調製し、太陽電池セルを作製した。
(Comparative Example 4)
An electrolyte solution was prepared in the same manner as in Comparative Example 1 except that a mixed solvent of ethylene carbonate / propylene carbonate (30 wt%: 70 wt%) (abbreviated as “EC + PC” in the table) was used instead of the ethyl isopropyl sulfone solvent. A solar battery cell was produced.

(比較例5)
エチルイソプロピルスルホン溶媒に代え、エチルイソブチルスルホン溶媒(表中、「EiBS」と略記する。)を用いたこと以外は比較例1と同様に電解液を調製し、太陽電池セルを作製した。
(Comparative Example 5)
An electrolyte solution was prepared in the same manner as in Comparative Example 1 except that an ethyl isobutyl sulfone solvent (abbreviated as “EiBS” in the table) was used instead of the ethyl isopropyl sulfone solvent, and a solar battery cell was produced.

(比較例6)
0.1mol/lのホウ酸トリエチルを含まないこと以外は実施例24と同様に電解液を調製し、太陽電池セルを作製した。
(Comparative Example 6)
An electrolyte solution was prepared in the same manner as in Example 24 except that 0.1 mol / l of triethyl borate was not included, and a solar battery cell was produced.

(比較例7)
0.1mol/lのホウ酸トリエチルを含まないこと以外は実施例25と同様に電解液を調製し、太陽電池セルを作製した。
(Comparative Example 7)
An electrolyte solution was prepared in the same manner as in Example 25 except that 0.1 mol / l triethyl borate was not included, and a solar battery cell was produced.

(試験1)
<太陽電池セルの光電変換特性の測定>
実施例1〜25および比較例1〜7で作製した色素増感太陽電池に対し、25℃にて、5mm角の窓をつけた光照射面積規定用マスクを装着させた上で、分光計器製ソーラシュミレータを用い、光量100mW/cm、AM1.5の条件で光源の照射強度を調整した擬似太陽光を照射しながら、エーディーシー製直流電圧電流発生装置を用いて開放電圧(以下、「Voc」と略記する。)、短絡電流密度(以下、「Jsc」と略記する。)、形状因子(以下、「FF」と略記する。)、及び光電変換効率を評価した。「Voc」、「Jsc」、「FF」及び光電変換効率(以下、「Eff」と略記する。)の各測定値については、より大きい値が太陽電池セルの性能として好ましいことを表す。結果を表1に示す。
(Test 1)
<Measurement of photoelectric conversion characteristics of solar cells>
To the dye-sensitized solar cells prepared in Examples 1 to 25 and Comparative Examples 1 to 7, a light irradiation area defining mask with a 5 mm square window was attached at 25 ° C. Using a solar simulator, while irradiating simulated sunlight with the light intensity adjusted at a light amount of 100 mW / cm 2 and AM 1.5, an open-circuit voltage (hereinafter referred to as “Voc”) is used with an ADC DC current generator. ”, Short circuit current density (hereinafter abbreviated as“ Jsc ”), shape factor (hereinafter abbreviated as“ FF ”), and photoelectric conversion efficiency. About each measured value of "Voc", "Jsc", "FF", and photoelectric conversion efficiency (henceforth abbreviated as "Eff"), it represents that a larger value is preferable as a performance of a photovoltaic cell. The results are shown in Table 1.

Figure 2013020789
Figure 2013020789

実施例1〜11の電解液では、比較例1〜5と比べて、種々のホウ酸エステルを各種の溶媒に添加することにより、高いJsc、ひいては高い変換効率を得ることができることが示された。また、実施例12〜18では、高ドナー性の化合物を共存させることで、実施例3と比較して太陽電池の特性がさらに向上していることが示された。一方、実施例19〜21はドナー性の低い化合物を共存させた例であるが、ホウ酸エステルの添加により比較例1よりも高い変換効率が得られる一方、実施例12〜18のような高ドナー性の化合物を共存させた場合のようには太陽電池の特性は向上していないことが示された。
実施例22、23はホウ酸エステルの濃度が高い場合の例である。ホウ酸エステル量が3.0mol/lの実施例22では、比較例2と比べて十分に特性の向上が認められるが、ホウ酸エステル量が6.0mol/lの実施例23においては、比較例2に比して性能向上は小幅に留まることが示された。
実施例24、25は、酸化還元対としてそれぞれ臭素やポリピリジルコバルト錯体を用いた場合であるが、比較例6、7と比べてホウ酸エステルの添加により特性が向上していることが示された。
In the electrolyte solutions of Examples 1 to 11, it was shown that high Jsc and consequently high conversion efficiency can be obtained by adding various boric acid esters to various solvents as compared with Comparative Examples 1 to 5. . Moreover, in Examples 12-18, it was shown that the characteristic of a solar cell is further improved compared with Example 3 by coexisting a high donor property compound. On the other hand, Examples 19 to 21 are examples in which a compound having a low donor property was coexisted, but the addition of boric acid ester gave a higher conversion efficiency than Comparative Example 1, while the high efficiency as in Examples 12 to 18 was obtained. It was shown that the characteristics of the solar cell were not improved as in the case of coexisting a donor compound.
Examples 22 and 23 are examples in which the concentration of borate ester is high. In Example 22 in which the amount of borate ester was 3.0 mol / l, the property was sufficiently improved as compared with Comparative Example 2, but in Example 23 in which the amount of borate ester was 6.0 mol / l, comparison was made. Compared to Example 2, the performance improvement was shown to be small.
In Examples 24 and 25, bromine and polypyridylcobalt complexes were used as redox pairs, respectively. However, it was shown that the characteristics were improved by the addition of boric acid ester as compared with Comparative Examples 6 and 7. It was.

(試験2)
<太陽電池セルの耐久性の評価>
試験1にて用いたセルのうち、高い耐久性を有する溶媒を用いて作製された実施例1〜5、および比較例1に対して、暗中85℃1000時間の耐熱性試験を実施し、試験後室温に戻した状態での変換効率を測定した。その結果を表2に示す。
(Test 2)
<Evaluation of solar cell durability>
Of the cells used in Test 1, a heat resistance test was conducted at 85 ° C. for 1000 hours in the dark on Examples 1 to 5 and Comparative Example 1 produced using a solvent having high durability. After that, the conversion efficiency in the state returned to room temperature was measured. The results are shown in Table 2.

Figure 2013020789
Figure 2013020789

表2より、実施例1〜5、比較例1ともに高い耐久性を維持しており、ホウ酸エステルを添加しても耐久性を低下させないことが示された。   From Table 2, it was shown that Examples 1-5 and Comparative Example 1 maintained high durability, and even when boric acid ester was added, the durability was not lowered.

本発明の色素増感太陽電池用電解液は、高い耐久性を有し、ニトリル以外の溶媒においても短絡電流密度を向上させる効果があるため、各種用途に利用可能である。   Since the electrolyte solution for dye-sensitized solar cells of the present invention has high durability and has an effect of improving the short-circuit current density even in a solvent other than nitrile, it can be used for various applications.

1 電極基体
2 透明基体
3 透明導電膜
4 多孔質金属酸化物半導体層
5 増感色素層
6 半導体電極
7 電解質層
8 対極
9 電極基体
10 触媒活性層
11 スペーサー
12 周縁シール部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Electrode base | substrate 2 Transparent base | substrate 3 Transparent electrically conductive film 4 Porous metal oxide semiconductor layer 5 Sensitizing dye layer 6 Semiconductor electrode 7 Electrolyte layer 8 Counter electrode 9 Electrode base | substrate 10 Catalytic active layer 11 Spacer 12 Perimeter seal part

Claims (12)

下記一般式(1)で表されるホウ酸エステルを含有することを特徴とする色素増感太陽電池用電解液。
Figure 2013020789
(一般式(1)中、R〜Rは独立して、ハロゲン、ニトリル、アルコキシ基若しくは芳香環で一部置換されていても良い炭素数1〜20のアルキル基、またはアリール基を表す。)
An electrolyte solution for a dye-sensitized solar cell, comprising a boric acid ester represented by the following general formula (1).
Figure 2013020789
(In the general formula (1), R 1 to R 3 independently represent a halogen, nitrile, alkoxy group or an alkyl group having 1 to 20 carbon atoms which may be partially substituted with an aromatic ring, or an aryl group. .)
ホウ酸エステルが、ホウ酸トリメチル、ホウ酸トリエチル、ホウ酸トリプロピル、ホウ酸トリイソプロピル、ホウ酸トリブチル、ホウ酸トリイソブチル、ホウ酸トリフェニル、ホウ酸トリス(プロピオニトリル)からなる群より選ばれる少なくとも1種であることを特徴とする請求項1に記載の色素増感太陽電池用電解液。   The borate ester is selected from the group consisting of trimethyl borate, triethyl borate, tripropyl borate, triisopropyl borate, tributyl borate, triisobutyl borate, triphenyl borate, tris borate (propionitrile) The electrolyte solution for a dye-sensitized solar cell according to claim 1, wherein the electrolyte solution is a dye-sensitized solar cell. 電解液中のホウ酸エステルの濃度が、0.001〜5.0mol/lであることを特徴とする請求項1又は2に記載の色素増感太陽電池用電解液。   3. The dye-sensitized solar cell electrolyte according to claim 1, wherein the concentration of the borate ester in the electrolyte is 0.001 to 5.0 mol / l. ホウ酸エステルと、ドナー数が25以上であるドナー化合物と、を含有することを特徴とする請求項1から3のいずれかに記載の色素増感太陽電池用電解液。   The electrolyte solution for a dye-sensitized solar cell according to any one of claims 1 to 3, comprising a borate ester and a donor compound having a donor number of 25 or more. ドナー化合物がピリジン、ピラジン、ピリミジン、イミダゾール、ピラゾール、トリアゾール、ピロリジン、ピペリジン、ヒドラジン、ピロリドン、スルホキシド、アミドの各化合物からなる群より選ばれる少なくとも1種であることを特徴とする請求項4に記載の色素増感太陽電池用電解液。   5. The donor compound according to claim 4, wherein the donor compound is at least one selected from the group consisting of pyridine, pyrazine, pyrimidine, imidazole, pyrazole, triazole, pyrrolidine, piperidine, hydrazine, pyrrolidone, sulfoxide, and amide. An electrolyte for dye-sensitized solar cells. 溶媒として、ニトリル、ラクトン、環状カーボネート、下記一般式(2)で表される鎖状スルホンからなる群より選ばれる少なくとも1種の有機溶媒を含むことを特徴とする請求項1から5のいずれかに記載の色素増感太陽電池用電解液。
Figure 2013020789
(一般式(2)中、R、Rは独立して、ハロゲン、アルコキシ基若しくは芳香環で一部置換されていても良い炭素数1〜12のアルキル基、またはアリール基を表す。)
6. The solvent according to claim 1, wherein the solvent contains at least one organic solvent selected from the group consisting of nitriles, lactones, cyclic carbonates, and chain sulfones represented by the following general formula (2). The electrolyte solution for dye-sensitized solar cells as described in 2.
Figure 2013020789
(In the general formula (2), R 4 and R 5 independently represent a halogen, an alkoxy group or an alkyl group having 1 to 12 carbon atoms which may be partially substituted with an aromatic ring, or an aryl group.)
酸化還元性の電解質として、ハロゲンアニオンを対イオンとするハロゲン化合物およびハロゲン分子とを含有すること特徴とする請求項1から6のいずれかに記載の色素増感太陽電池用電解液。   The electrolyte solution for a dye-sensitized solar cell according to any one of claims 1 to 6, comprising a halogen compound having a halogen anion as a counter ion and a halogen molecule as a redox electrolyte. ハロゲン化合物がヨウ化物又は臭化物で、ハロゲン分子がヨウ素又は臭素である請求項7に記載の色素増感太陽電池用電解液。   The electrolyte solution for a dye-sensitized solar cell according to claim 7, wherein the halogen compound is iodide or bromide, and the halogen molecule is iodine or bromine. 酸化還元性の電解質として、ポリピリジルコバルト錯体を含有することを特徴とする請求項1から6のいずれかに記載の色素増感太陽電池用電解液。   The electrolyte solution for a dye-sensitized solar cell according to any one of claims 1 to 6, comprising a polypyridylcobalt complex as a redox electrolyte. 導電層上に多孔質の金属酸化物半導体層を形成し、該金属酸化物半導体層に光増感作用を有する色素を吸着させてなる光電極と、前記光電極に対向配置される対極、及び前記光電極と対極間に形成され、電解液を含む電解質層とを有する色素増感太陽電池であって、
前記電解液が請求項1から9のいずれかに記載の色素増感太陽電池用電解液であることを特徴とする色素増感太陽電池。
A porous metal oxide semiconductor layer formed on the conductive layer, and a photoelectrode formed by adsorbing a dye having a photosensitizing action on the metal oxide semiconductor layer; a counter electrode disposed opposite to the photoelectrode; and A dye-sensitized solar cell formed between the photoelectrode and a counter electrode and having an electrolyte layer containing an electrolyte solution,
The dye-sensitized solar cell, wherein the electrolyte solution is the electrolyte solution for a dye-sensitized solar cell according to any one of claims 1 to 9.
下記一般式(1)で表されるホウ酸エステルと、前記ホウ酸エステルとは異なる有機溶媒と、酸化還元性の電解質と、を少なくとも含有する色素増感太陽電池用電解液を半導体電極と対極の間に充填し封止することを特徴とする色素増感太陽電池の製造方法。
Figure 2013020789
(一般式(1)中、R〜Rは独立して、ハロゲン、ニトリル、アルコキシ基若しくは芳香環で一部置換されていても良い炭素数1〜20のアルキル基、またはアリール基を表す。)
A dye electrode for a dye-sensitized solar cell containing at least a boric acid ester represented by the following general formula (1), an organic solvent different from the boric acid ester, and an oxidation-reduction electrolyte, and a counter electrode A method for producing a dye-sensitized solar cell, which is filled and sealed in between.
Figure 2013020789
(In the general formula (1), R 1 to R 3 independently represent a halogen, nitrile, alkoxy group or an alkyl group having 1 to 20 carbon atoms which may be partially substituted with an aromatic ring, or an aryl group. .)
ホウ酸エステルと、ドナー数が25以上であるドナー化合物と、を含有させた色素増感太陽電池用電解液を半導体電極と対極の間に充填し封止することを特徴とする請求項11に記載の色素増感太陽電池の製造方法。   The electrolyte solution for dye-sensitized solar cells containing a boric acid ester and a donor compound having a donor number of 25 or more is filled between a semiconductor electrode and a counter electrode and sealed. The manufacturing method of the dye-sensitized solar cell of description.
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