JP2013149526A - Photoelectric conversion element and dye-sensitized solar cell - Google Patents

Photoelectric conversion element and dye-sensitized solar cell Download PDF

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a photoelectric conversion element excellent in photoelectric conversion efficiency, and a dye-sensitized solar cell.SOLUTION: The photoelectric conversion element comprises a photoelectric conversion layer in which a dye compound of chemical formula (I) is adsorbed to a semiconductor layer. In the formula (I), R is any of -CF, -CN, -OCH, and -SCH.

Description

本発明は、光電変換素子および色素増感太陽電池に関する。   The present invention relates to a photoelectric conversion element and a dye-sensitized solar cell.

化石燃料に代わるエネルギー源として、太陽光を電力に変換する太陽電池が注目されている。現在、結晶系シリコン基板を用いた太陽電池および薄膜シリコン太陽電池などが実用化されている。しかし、前者の太陽電池には、シリコン基板の作製コストが高いという問題がある。後者の薄膜シリコン太陽電池には、多種の半導体製造用ガスおよび複雑な装置を用いる必要があるために製造コストが高くなるという問題がある。このため、いずれの太陽電池にも、光電変換の高効率化による発電出力当たりのコストを低減する努力が続けられているが、上記の問題を解決するには至っていない。   As an energy source to replace fossil fuels, solar cells that convert sunlight into electric power have attracted attention. Currently, solar cells using crystalline silicon substrates, thin-film silicon solar cells, and the like have been put into practical use. However, the former solar cell has a problem that the production cost of the silicon substrate is high. The latter thin-film silicon solar cell has a problem that the manufacturing cost increases because it is necessary to use various semiconductor manufacturing gases and complicated apparatuses. For this reason, although efforts have been made to reduce the cost per power generation output by increasing the efficiency of photoelectric conversion in any of the solar cells, the above problem has not been solved.

新しいタイプの太陽電池として、金属錯体の光誘起電子移動を応用した光電変換素子を含む色素増感太陽電池が提案されている(たとえば、特許文献1)。この色素増感太陽電池は、色素化合物が半導体層に吸着されて構成された光電変換層を有する電極(第1電極)、第1電極の対電極となる第2電極、および液体電解質などからなるキャリア輸送層とを備えている。このような色素増感太陽電池に光が照射されると、光電変換層で電子が発生し、発生した電子が外部電気回路を通って第2電極へ移動し、第2電極へ移動した電子が液体電解質中のイオンにより運ばれて光電変換層に戻る。このような一連の電子の流れにより、電気エネルギーが取り出される。   As a new type of solar cell, a dye-sensitized solar cell including a photoelectric conversion element applying photoinduced electron transfer of a metal complex has been proposed (for example, Patent Document 1). This dye-sensitized solar cell includes an electrode (first electrode) having a photoelectric conversion layer configured by adsorbing a dye compound to a semiconductor layer, a second electrode serving as a counter electrode of the first electrode, and a liquid electrolyte. And a carrier transport layer. When such a dye-sensitized solar cell is irradiated with light, electrons are generated in the photoelectric conversion layer, the generated electrons move to the second electrode through the external electric circuit, and the electrons moved to the second electrode It is carried by the ions in the liquid electrolyte and returns to the photoelectric conversion layer. Electrical energy is extracted by such a series of electron flows.

光電変換層に用いられる半導体材料(たとえばTiO2)のバンドギャップエネルギーは大きいため、半導体材料単独では太陽光のうち紫外線成分のみを利用できるにすぎない。そのため、光電変換層には色素化合物が含まれており、色素化合物の増感作用により太陽光の可視光を利用した光電変換を実現することができる。 Since the semiconductor material (for example, TiO 2 ) used for the photoelectric conversion layer has a large band gap energy, the semiconductor material alone can use only the ultraviolet component of sunlight. Therefore, the photoelectric conversion layer contains a dye compound, and photoelectric conversion using visible light of sunlight can be realized by the sensitizing action of the dye compound.

このような色素増感太陽電池では、光電変換効率が色素化合物に大きく依存することが知られている。色素化合物としては、たとえば、下記化学式(XI)で表される「N3」と呼ばれる色素化合物、または下記化学式(XII)で表される「N719」と呼ばれる色素化合物などが知られている。なお、下記化学式(XII)におけるTBAは、テトラブチルアンモニウムを示す。   In such a dye-sensitized solar cell, it is known that the photoelectric conversion efficiency greatly depends on the dye compound. As the dye compound, for example, a dye compound called “N3” represented by the following chemical formula (XI) or a dye compound called “N719” represented by the following chemical formula (XII) is known. Note that TBA in the following chemical formula (XII) represents tetrabutylammonium.

Figure 2013149526
Figure 2013149526

Figure 2013149526
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特開平01−220380号公報Japanese Patent Laid-Open No. 01-220380

色素増感太陽電池においては、光電変換効率の更なる向上が要求されている。
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的は、光電変換効率に優れた光電変換素子および色素増感太陽電池を提供することである。
In dye-sensitized solar cells, further improvement in photoelectric conversion efficiency is required.
This invention is made | formed in view of this point, The objective is to provide the photoelectric conversion element and dye-sensitized solar cell excellent in photoelectric conversion efficiency.

本発明にかかる光電変換素子は、下記化学式(I)で表される色素化合物が半導体層に吸着されて構成された光電変換層を含む。なお、下記化学式(I)において、Rは、−CF3、−CN、−OCH3、および−SCH3のいずれかである。 The photoelectric conversion element according to the present invention includes a photoelectric conversion layer configured by adsorbing a dye compound represented by the following chemical formula (I) to a semiconductor layer. In the following chemical formula (I), R is any of —CF 3 , —CN, —OCH 3 , and —SCH 3 .

Figure 2013149526
Figure 2013149526

本発明にかかる色素増感太陽電池は、上記化学式(I)で表される色素化合物が半導体層に吸着されて構成された光電変換層を含む第1電極と、第1電極の対電極となる第2電極と、第1電極と第2電極との間に設けられたキャリア輸送層とを備える。   The dye-sensitized solar cell according to the present invention is a first electrode including a photoelectric conversion layer configured by adsorbing the dye compound represented by the chemical formula (I) to a semiconductor layer, and a counter electrode of the first electrode. A second electrode; and a carrier transport layer provided between the first electrode and the second electrode.

本発明に係る光電変換素子および色素増感太陽電池では、光電変換効率の更なる向上を図ることができる。   In the photoelectric conversion element and the dye-sensitized solar cell according to the present invention, the photoelectric conversion efficiency can be further improved.

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

以下、本発明の光電変換素子および色素増感太陽電池について図面を用いて説明する。なお、本発明の図面において、同一の参照符号は、同一部分または相当部分を表すものである。また、長さ、幅、厚さ、深さなどの寸法関係は図面の明瞭化と簡略化のために適宜変更されており、実際の寸法関係を表すものではない。   Hereinafter, the photoelectric conversion element and the dye-sensitized solar cell of the present invention will be described with reference to the drawings. In the drawings of the present invention, the same reference numerals represent the same or corresponding parts. In addition, dimensional relationships such as length, width, thickness, and depth are changed as appropriate for clarity and simplification of the drawings, and do not represent actual dimensional relationships.

<光電変換素子>
本発明の光電変換素子は、半導体層に色素化合物が吸着されて構成された光電変換層を有し、色素化合物は上記化学式(I)で表される。上記化学式(I)において、Rは、−CF3、−CN、−OCH3、および−SCH3のいずれかである。上記化学式(I)で表される色素化合物は、光電変換効率に優れた光電変換素子の提供に貢献する。よって、本発明では、光電変換素子の光電変換効率を向上させることができる。
<Photoelectric conversion element>
The photoelectric conversion element of the present invention has a photoelectric conversion layer constituted by adsorbing a dye compound to a semiconductor layer, and the dye compound is represented by the above chemical formula (I). In the above chemical formula (I), R is any one of —CF 3 , —CN, —OCH 3 , and —SCH 3 . The dye compound represented by the chemical formula (I) contributes to the provision of a photoelectric conversion element excellent in photoelectric conversion efficiency. Therefore, in this invention, the photoelectric conversion efficiency of a photoelectric conversion element can be improved.

[半導体層の構成]
本発明の光電変換素子の光電変換層に使用される半導体層は、半導体材料からなる。半導体層の形態としては、粒子状の半導体材料を含む層、および多数の微細孔が形成された膜状(多孔性半導体層)などが挙げられるが、多数の微細孔が形成された膜状であることが好ましい。これにより、色素化合物の吸着量などを十分に確保することができる。
[Configuration of semiconductor layer]
The semiconductor layer used for the photoelectric conversion layer of the photoelectric conversion element of this invention consists of semiconductor materials. Examples of the form of the semiconductor layer include a layer containing a particulate semiconductor material and a film shape (porous semiconductor layer) in which a large number of micropores are formed. Preferably there is. Thereby, the adsorption amount of the dye compound and the like can be sufficiently ensured.

色素化合物の吸着量などを十分に確保するという観点では、半導体層の比表面積は10〜200m2/g程度であることが好ましい。ここで、半導体層の比表面積は、気体吸着法であるBET法によって求められる。 From the viewpoint of sufficiently securing the adsorption amount of the coloring compound, the specific surface area of the semiconductor layer is preferably about 10 to 200 m 2 / g. Here, the specific surface area of the semiconductor layer is determined by a BET method which is a gas adsorption method.

半導体層を構成する半導体材料としては、一般に光電変換材料に使用されるものであれば特に限定されない。このような材料としては、例えば、酸化チタン、酸化亜鉛、酸化錫、酸化鉄、酸化ニオブ、酸化セリウム、酸化タングステン、酸化ニッケル、酸化ジルコニウム、チタン酸ストロンチウム、硫化カドミウム、硫化鉛、硫化亜鉛、リン化インジウム、銅−インジウム硫化物(CuInS2)、CuAlO2、またはSrCu22などの化合物が挙げられる。これらの化合物を単独で用いても良いし、これらの化合物を組み合せて用いても良い。これらの化合物の中でも、酸化チタン、酸化亜鉛、酸化錫、または酸化ニオブを用いることが好ましい。光電変換効率、安定性、および安全性の点では、酸化チタンを用いることがより好ましい。 The semiconductor material constituting the semiconductor layer is not particularly limited as long as it is generally used for a photoelectric conversion material. Examples of such materials include titanium oxide, zinc oxide, tin oxide, iron oxide, niobium oxide, cerium oxide, tungsten oxide, nickel oxide, zirconium oxide, strontium titanate, cadmium sulfide, lead sulfide, zinc sulfide, and phosphorus. And compounds such as indium phosphide, copper-indium sulfide (CuInS 2 ), CuAlO 2 , or SrCu 2 O 2 . These compounds may be used alone, or these compounds may be used in combination. Among these compounds, it is preferable to use titanium oxide, zinc oxide, tin oxide, or niobium oxide. In terms of photoelectric conversion efficiency, stability, and safety, it is more preferable to use titanium oxide.

本発明において、半導体層を構成する材料として酸化チタンを用いる場合、酸化チタンは、アナターゼ型酸化チタン、ルチル型酸化チタン、無定形酸化チタン、メタチタン酸、またはオルソチタン酸などの各種の狭義の酸化チタンであっても良いし、水酸化チタンであっても良いし、含水酸化チタンであっても良い。これらを単独で用いても良いし、混合して用いても良い。アナターゼ型酸化チタンとルチル型酸化チタンとについては、製法または熱履歴によりどちらの形態にもなり得るが、アナターゼ型酸化チタンが一般的である。特に、色素化合物の増感作用の向上という点では、半導体層におけるアナターゼ型酸化チタンの含有率は高いことが好ましく、たとえば80%以上であることが好ましい。   In the present invention, when titanium oxide is used as a material constituting the semiconductor layer, the titanium oxide is oxidized in various narrow sense such as anatase type titanium oxide, rutile type titanium oxide, amorphous titanium oxide, metatitanic acid, or orthotitanic acid. It may be titanium, titanium hydroxide, or hydrous titanium oxide. These may be used alone or in combination. Anatase-type titanium oxide and rutile-type titanium oxide can be in either form depending on the production method or thermal history, but anatase-type titanium oxide is common. In particular, in terms of improving the sensitizing action of the dye compound, the content of anatase-type titanium oxide in the semiconductor layer is preferably high, for example 80% or more.

半導体層を構成する半導体材料は、安定性、結晶成長の容易さ、および製造コストの低減化などの観点から、微粒子(微粒子は半導体材料からなる)からなる多結晶焼結体であることが好ましい。   The semiconductor material constituting the semiconductor layer is preferably a polycrystalline sintered body made of fine particles (the fine particles are made of a semiconductor material) from the viewpoints of stability, ease of crystal growth, and reduction in manufacturing cost. .

半導体材料の平均粒径は、特に限定されないが、光電変換層の光散乱性が半導体材料の平均粒径により調整可能であることを考慮して適宜設定することが好ましく、たとえば1〜500nm程度であることが好ましい。半導体層は、平均粒径が同一の半導体材料からなっても良いし、平均粒径が相対的に大きな半導体材料と平均粒径が相対的に小さな半導体材料とが混合されて構成されていても良い。なお、本明細書では、平均粒径は、SEM観察により測定された値である。   The average particle size of the semiconductor material is not particularly limited, but is preferably set appropriately in consideration that the light scattering property of the photoelectric conversion layer can be adjusted by the average particle size of the semiconductor material, for example, about 1 to 500 nm. Preferably there is. The semiconductor layer may be made of a semiconductor material having the same average particle diameter, or may be configured by mixing a semiconductor material having a relatively large average particle diameter and a semiconductor material having a relatively small average particle diameter. good. In the present specification, the average particle diameter is a value measured by SEM observation.

平均粒径が相対的に大きな半導体材料と平均粒径が相対的に小さな半導体材料とが半導体層に含まれる場合、半導体層は、平均粒径が相対的に大きな半導体材料からなる層と平均粒径が相対的に小さな半導体材料からなる層とが積層されて構成されていることが好ましい。平均粒径が相対的に大きな半導体材料からなる層は、光散乱性に優れるため、入射光を散乱させて光捕捉率の向上に寄与する。一方、平均粒径が相対的に小さな半導体材料からなる層は、色素化合物の吸着点を増加させ、よって、色素化合物の吸着量の増加に寄与する。色素化合物の吸着量の増加という点では、色素化合物の吸着作用に優れた半導体材料を平均粒径が相対的に小さな半導体材料とすることが好ましい。また、入射光を色素増感太陽電池の内部で最大限に利用できるという点では、平均粒径が相対的に小さな半導体材料からなる層(低散乱層)と平均粒径が相対的に大きな半導体材料からなる層(高散乱層)とが光の入射側から順に設けられていることが好ましい。   When the semiconductor layer includes a semiconductor material having a relatively large average particle size and a semiconductor material having a relatively small average particle size, the semiconductor layer is composed of a layer made of a semiconductor material having a relatively large average particle size and an average particle size. It is preferable that a layer made of a semiconductor material having a relatively small diameter is laminated. A layer made of a semiconductor material having a relatively large average particle diameter is excellent in light scattering properties, and thus scatters incident light and contributes to an improvement in light capture rate. On the other hand, a layer made of a semiconductor material having a relatively small average particle size increases the adsorption point of the dye compound, and thus contributes to an increase in the adsorption amount of the dye compound. In terms of an increase in the amount of the dye compound adsorbed, it is preferable to use a semiconductor material having a relatively small average particle diameter as a semiconductor material having an excellent action of adsorbing the dye compound. In addition, in terms of maximum utilization of incident light inside the dye-sensitized solar cell, a layer made of a semiconductor material having a relatively small average particle size (low scattering layer) and a semiconductor having a relatively large average particle size It is preferable that a layer made of a material (high scattering layer) is provided in order from the light incident side.

平均粒径が相対的に小さな半導体材料は、5nm以上50nm以下の平均粒径を有することが好ましく、10nm以上30nm以下の平均粒径を有することが好ましい。これにより、投影面積に対して十分に大きい実効表面積が得られるので、入射光を高い収率で電気エネルギーに変換できるという効果も得られる。また、平均粒径が相対的に大きな半導体材料は、平均粒径が相対的に小さな半導体材料の平均粒径の10倍以上の平均粒径を有することが好ましく、より好ましくは100nm以上500nm以下の平均粒径を有することである。   The semiconductor material having a relatively small average particle diameter preferably has an average particle diameter of 5 nm to 50 nm, and preferably has an average particle diameter of 10 nm to 30 nm. Thereby, since an effective surface area sufficiently large with respect to the projected area can be obtained, an effect that incident light can be converted into electric energy with high yield can be obtained. Further, the semiconductor material having a relatively large average particle diameter preferably has an average particle diameter that is 10 times or more the average particle diameter of the semiconductor material having a relatively small average particle diameter, and more preferably 100 nm to 500 nm. Having an average particle size.

半導体層の膜厚は、特に限定されないが、光電変換効率の観点から、0.5〜50μm程度であることが好ましい。また、半導体層の幅は、特に限定されないが、1〜20mm程度であることが好ましい。   Although the film thickness of a semiconductor layer is not specifically limited, From a viewpoint of photoelectric conversion efficiency, it is preferable that it is about 0.5-50 micrometers. The width of the semiconductor layer is not particularly limited, but is preferably about 1 to 20 mm.

[半導体層の形成方法]
本発明では、半導体層はたとえば導電性支持体上に形成されることが好ましい。半導体層の形成方法は特に限定されず、下記(1)〜(4)のいずれかであることが好ましい。厚膜の半導体層を低コストで形成できるという点では、下記(1)を用いることが好ましい
(1) 半導体材料からなる粒子を含有するペーストをスクリーン印刷法またはインクジェット法などにより導電性支持体上に塗布してから、そのペーストを焼成する
(2) 所望の原料ガスを用いたCVD法またはMOCVD法などにより、導電性支持体上に半導体層を形成する
(3) PVD法、蒸着法、またはスパッタリング法などにより、導電性支持体上に半導体層を形成する
(4) ゾル−ゲル法または電気化学的な酸化還元反応を利用した方法などにより、導電性支持体上に半導体層を形成する。
[Method of forming semiconductor layer]
In the present invention, the semiconductor layer is preferably formed on a conductive support, for example. The formation method of a semiconductor layer is not specifically limited, It is preferable that it is either of following (1)-(4). The following (1) is preferably used in that a thick semiconductor layer can be formed at low cost. (1) A paste containing particles made of a semiconductor material is applied on a conductive support by a screen printing method or an inkjet method. (2) A semiconductor layer is formed on the conductive support by a CVD method or a MOCVD method using a desired source gas. (3) PVD method, vapor deposition method, or A semiconductor layer is formed on the conductive support by sputtering or the like. (4) A semiconductor layer is formed on the conductive support by a sol-gel method or a method using an electrochemical oxidation-reduction reaction.

半導体材料として酸化チタンを用いた場合の半導体層の形成方法を以下に示す。
まず、チタンイソプロポキシド(キシダ化学株式会社製)125mLを0.1Mの硝酸水溶液(キシダ化学株式会社製)750mLに滴下して加水分解させてから、80℃で8時間加熱する。これにより、ゾル液が調製される。得られたゾル液をチタン製オートクレーブ中で230℃で11時間加熱して酸化チタン粒子を成長させ、超音波分散を30分間行ない、平均粒径(平均一次粒径)15nmの酸化チタン粒子を含むコロイド溶液を調製する。得られたコロイド溶液に当該コロイド溶液の2倍容量のエタノールを加え、これを回転数5000rpmで遠心分離する。これにより、酸化チタン粒子を得る。
A method for forming a semiconductor layer in the case where titanium oxide is used as a semiconductor material is described below.
First, 125 mL of titanium isopropoxide (manufactured by Kishida Chemical Co., Ltd.) is dropped into 750 mL of a 0.1 M aqueous nitric acid solution (manufactured by Kishida Chemical Co., Ltd.) and hydrolyzed, and then heated at 80 ° C. for 8 hours. Thereby, a sol liquid is prepared. The obtained sol solution is heated at 230 ° C. for 11 hours in a titanium autoclave to grow titanium oxide particles, subjected to ultrasonic dispersion for 30 minutes, and contains titanium oxide particles having an average particle size (average primary particle size) of 15 nm. Prepare a colloidal solution. To the obtained colloid solution, ethanol twice the volume of the colloid solution is added, and this is centrifuged at a rotational speed of 5000 rpm. Thereby, titanium oxide particles are obtained.

次いで、得られた酸化チタン粒子を洗浄する。その後、酸化チタン粒子をエチルセルロースとテルピネオールとを無水エタノールに溶解させたものと混合して攪拌する。これにより、酸化チタン粒子が分散する。その後、上記混合液を真空条件下で加熱してエタノールを蒸発させ、酸化チタンペーストを得る。最終的な組成として例えば酸化チタン固体濃度が20wt%、エチルセルロース濃度が10wt%、且つテルピネオール濃度が64wt%となるように、各濃度を調整する。   Next, the obtained titanium oxide particles are washed. Thereafter, the titanium oxide particles are mixed with ethyl cellulose and terpineol dissolved in absolute ethanol and stirred. Thereby, the titanium oxide particles are dispersed. Thereafter, the mixed solution is heated under vacuum to evaporate ethanol to obtain a titanium oxide paste. As the final composition, for example, each concentration is adjusted so that the titanium oxide solid concentration is 20 wt%, the ethyl cellulose concentration is 10 wt%, and the terpineol concentration is 64 wt%.

ここで、酸化チタンペーストを調製するために用いる溶剤としては、上記以外にエチレングリコールモノメチルエーテルなどのグライム系溶剤、イソプロピルアルコールなどのアルコール系溶剤、イソプロピルアルコール/トルエンなどの混合溶剤、または水などが挙げられる。酸化チタン以外の半導体粒子を含むペーストを調製する場合にも、これらの溶剤を用いることができる。   Here, as the solvent used for preparing the titanium oxide paste, in addition to the above, a glyme solvent such as ethylene glycol monomethyl ether, an alcohol solvent such as isopropyl alcohol, a mixed solvent such as isopropyl alcohol / toluene, or water is used. Can be mentioned. These solvents can also be used when preparing a paste containing semiconductor particles other than titanium oxide.

次いで、上記の方法により酸化チタンペーストを導電層上に塗布し、乾燥させてから焼成する。これにより、酸化チタンからなる半導体層が得られる。ここで、乾燥条件および焼成条件、たとえば温度、時間、または雰囲気などの条件は、使用する支持体の材料または半導体材料により適宜調整される。焼成は、例えば、大気雰囲気下または酸素ガス雰囲気下で、50〜800℃程度の範囲内(好ましくは50〜550℃の範囲内)で、10秒〜12時間程度で行なわれることが好ましい。また、乾燥および焼成は、それぞれ、単一の温度で1回行なわれても良いし、温度を変化させて2回以上行なわれても良い。   Next, a titanium oxide paste is applied on the conductive layer by the above method, dried, and fired. Thereby, a semiconductor layer made of titanium oxide is obtained. Here, drying conditions and firing conditions, for example, conditions such as temperature, time, or atmosphere, are appropriately adjusted depending on the material of the support or the semiconductor material to be used. Firing is preferably performed, for example, in an air atmosphere or an oxygen gas atmosphere within a range of about 50 to 800 ° C. (preferably within a range of 50 to 550 ° C.) for about 10 seconds to 12 hours. Moreover, each of drying and baking may be performed once at a single temperature, or may be performed twice or more at different temperatures.

[色素化合物]
上記化学式(I)で表わされる色素化合物は、たとえば下記化学式(II)で表されるbis(4,4’−dicarboxy−2,2’−bipyridine)2−(4−trifluoromethylphenyl)pyridine Ruthenium(II)であっても良いし、下記化学式(II)のTBA塩であっても良い。以下、これらの色素化合物の合成方法の一例を示す。
[Dye compound]
The dye compound represented by the chemical formula (I) is, for example, a bis (4,4′-dicboxy-2,2′-bipyridine) 2- (4-trifluoromethylphenyl) pyridine ruthenium (II) represented by the following chemical formula (II). It may be a TBA salt of the following chemical formula (II). Hereinafter, an example of a method for synthesizing these dye compounds will be described.

Figure 2013149526
Figure 2013149526

[bis(4,4’−dicarboxy−2,2’−bipyridine) 2−(4−trifluoromethylphenyl)pyridine Ruthenium(II)の合成方法]
上記化学式(II)で表される色素化合物は、下記化学式(III)で表されるcis−dichloro−bis(4,4’−dicarboxy−2,2’−bipyridine) Rutheniumを用いて合成されることが好ましい。以下では、下記化学式(III)で表される化合物の合成方法を示してから、下記化学式(III)で表される化合物を用いた上記化学式(II)で表される化合物の合成方法を示す。
[Bis (4,4′-dicarboxy-2,2′-bipyridine] Synthesis Method of 2- (4-trifluoromethylphenyl) pyridine Ruthenium (II)]
The dye compound represented by the chemical formula (II) is synthesized using cis-dichroro-bis (4,4′-dicboxy-2,2′-bipyridine) Ruthenium represented by the following chemical formula (III). Is preferred. Below, after showing the synthesis | combining method of the compound represented by following Chemical formula (III), the synthesis | combining method of the compound represented by the said Chemical formula (II) using the compound represented by the following Chemical formula (III) is shown.

Figure 2013149526
Figure 2013149526

1. cis−dichloro−bis(4,4’−dicarboxy−2,2’−bipyridine) Rutheniumの合成
ジムロート冷却管が装着された500mL三口フラスコに、5.0g(20.5mmol)の2,2’−Bipyridine−4,4’−dicarboxylic Acidと、3.14g(5.1mmol)のDichloro(p−cymene)−ruthenium(II) dimerと、240mLのジメチルホルムアミドとを加え、窒素雰囲気下において170℃で1.5時間攪拌する。反応容器(三口フラスコ)を空冷した後に反応液をろ過し、得られたろ液を90℃で減圧濃縮する。これにより、目的物の粗生成物が得られる。
1. cis-dichloro-bis (4,4'-dicboxy-2,2'-bipyridine) Synthesis of Ruthenium -4,4'-dicboxylic Acid, 3.14 g (5.1 mmol) of Dichroro (p-cymene) -ruthenium (II) dimer, and 240 mL of dimethylformamide were added at 1.70 ° C. under a nitrogen atmosphere. Stir for 5 hours. After cooling the reaction vessel (three-necked flask) with air, the reaction solution is filtered, and the obtained filtrate is concentrated under reduced pressure at 90 ° C. Thereby, the target crude product is obtained.

得られた粗生成物に200mLのアセトンを加える。析出した成分を吸引ろ過により分取してから、アセトンで洗浄後、真空乾燥させる。これにより、6.61g(収率98%)のcis−dichloro−bis(4,4’−dicarboxy−2,2’−bipyridine) Rutheniumが得られる。   200 mL of acetone is added to the resulting crude product. The precipitated components are collected by suction filtration, washed with acetone, and then vacuum dried. As a result, 6.61 g (yield 98%) of cis-dichroro-bis (4,4′-dicarboxy-2,2′-bipyridine) Ruthenium is obtained.

本発明者らは、上記方法により得られた化合物に対して1H−NMRスペクトルおよびIR吸収スペクトルを測定し、目的の化合物が得られていることを確認している。1H−NMRスペクトルの測定結果は以下の通りである。 The present inventors have measured the 1 H-NMR spectrum and IR absorption spectrum of the compound obtained by the above method and confirmed that the target compound has been obtained. The measurement result of 1 H-NMR spectrum is as follows.

1H−NMRスペクトル(溶媒:d6−DMSO)に現れたピークの化学シフトσ:10.08ppm(ピリジン環上水素、2H)、9.03ppm(ピリジン環上水素、2H)、8.86ppm(ピリジン環上水素、2H)、8.21ppm(ピリジン環上水素、2H)、7.73ppm(ピリジン環上水素、2H)、7.47ppm(ピリジン環上水素、2H)。 Chemical shifts of peaks appearing in 1 H-NMR spectrum (solvent: d6-DMSO) σ: 10.08 ppm (hydrogen on pyridine ring, 2H), 9.03 ppm (hydrogen on pyridine ring, 2H), 8.86 ppm (pyridine) Ring hydrogen, 2H), 8.21 ppm (hydrogen on pyridine ring, 2H), 7.73 ppm (hydrogen on pyridine ring, 2H), 7.47 ppm (hydrogen on pyridine ring, 2H).

2. bis(4,4’−dicarboxy−2,2’−bipyridine) 2−(4−trifluoromethylphenyl)pyridine Ruthenium(II)の合成
500mL三口フラスコに、1.32g(2.00mmol)のcis−Dichloro−bis(4,4’−dicarboxy−2,2’−bipyridine) Ruthenium(上記合成方法にしたがって得られた化合物)と、0.92g(4.1mmol)の2−[4−(Trifluoromethyl)phenyl]pyridineと、250mLのエチレングリコールとを加え、窒素雰囲気下において170℃で1.5時間攪拌する。得られた反応溶液を室温まで冷却した後、この反応溶液に8.8mLの37%テトラブチルアンモニウムヒドロキシド−メタノール溶液を加え、窒素雰囲気下において170℃で7時間撹拌する。反応容器を空冷してから反応液をろ過し、得られたろ液を90℃、2mmHgで減圧濃縮してから、溶媒を留去する。溶媒留去後の残渣に100mLの蒸留水を加えて撹拌した後、0.5N硝酸水溶液をさらに加えることにより溶液のpHを1.8とする。この溶液を室温で12時間静置し、析出した結晶を吸引ろ過により分取する。得られた結晶を、蒸留水と酢酸エチルとで洗浄してから真空乾燥させる。これにより、1.11gの粗結晶が得られる。
2. bis (4,4′-dicarboxy-2,2′-bipyridine) Synthesis of 2- (4-trifluoromethyl) pyridine Ruthenium (II) In a 500 mL three-necked flask, 1.32 g (2.00 mmol) of cis-Dichloro-bis ( 4,4′-dicarboxy-2,2′-bipyridine) Ruthenium (a compound obtained according to the above synthesis method), 0.92 g (4.1 mmol) of 2- [4- (Trifluoromethyl) phenyl] pyridine, Add 250 mL of ethylene glycol and stir at 170 ° C. for 1.5 hours under nitrogen atmosphere. After cooling the resulting reaction solution to room temperature, 8.8 mL of 37% tetrabutylammonium hydroxide-methanol solution is added to the reaction solution, and the mixture is stirred at 170 ° C. for 7 hours under a nitrogen atmosphere. The reaction vessel is air-cooled and the reaction solution is filtered. The obtained filtrate is concentrated under reduced pressure at 90 ° C. and 2 mmHg, and then the solvent is distilled off. 100 mL of distilled water is added to the residue after the solvent is distilled off and stirred, and then a 0.5N aqueous nitric acid solution is further added to adjust the pH of the solution to 1.8. This solution is allowed to stand at room temperature for 12 hours, and the precipitated crystals are collected by suction filtration. The obtained crystals are washed with distilled water and ethyl acetate and then vacuum-dried. This gives 1.11 g of crude crystals.

得られた粗結晶をセファデックス(登録商標)カラムで精製する。具体的には、まず蒸留水を溶離液として用い流出する成分を除去した後、1N水酸化ナトリウム水溶液を溶離液として用い流出する成分を分取する。分取されたこの成分に対して減圧留去を行なって溶媒を除いた後、残渣を60mLの蒸留水に溶解させる。残渣が溶解された溶液に0.5N硝酸水溶液を加えることにより溶液のpHを1.8とする。この溶液を室温で12時間、静置し、析出した結晶を吸引ろ過により分取する。分取された結晶を蒸留水で洗浄してから、真空乾燥する。これにより、0.51gの目的物(結晶)が得られる。   The resulting crude crystals are purified with a Sephadex (registered trademark) column. Specifically, first, components that flow out are removed using distilled water as an eluent, and then components that flow out are collected using a 1N sodium hydroxide aqueous solution as an eluent. The separated component is distilled off under reduced pressure to remove the solvent, and the residue is dissolved in 60 mL of distilled water. The pH of the solution is adjusted to 1.8 by adding a 0.5N aqueous nitric acid solution to the solution in which the residue is dissolved. This solution is allowed to stand at room temperature for 12 hours, and the precipitated crystals are collected by suction filtration. The collected crystals are washed with distilled water and then vacuum-dried. Thereby, 0.51 g of the target product (crystal) is obtained.

本発明者らは、上記方法により得られた化合物に対してH−NMRスペクトル、19F−NMRスペクトル、およびIR吸収スペクトルを測定するとともにLC−MSを行って、目的の化合物が得られていることを確認している。H−NMRスペクトル、19F−NMRスペクトル、およびIR吸収スペクトルの測定結果は以下に示すとおりである。 The present inventors measured the 1 H-NMR spectrum, 19 F-NMR spectrum, and IR absorption spectrum of the compound obtained by the above method and conducted LC-MS to obtain the desired compound. Make sure that The measurement results of 1 H-NMR spectrum, 19 F-NMR spectrum, and IR absorption spectrum are as shown below.

1H−NMRスペクトル(溶媒:d4−MeOH−MeONa)に現れたピークの化学シフトσ:9.02ppm(芳香環上水素、1H)、8.95ppm(芳香環上水素、1H)、8.92ppm(芳香環上水素、1H)、8.89ppm(芳香環上水素、1H)、8.19ppm(芳香環上水素、1H)、8.04ppm(芳香環上水素、1H)、8.00ppm(芳香環上水素、1H)、7.86ppm(芳香環上水素、2H)、7.78ppm(芳香環上水素、3H)、7.71ppm(芳香環上水素、1H)、7.67ppm(芳香環上水素、1H)、7.63ppm(芳香環上水素、2H)、7.13ppm(芳香環上水素、1H)、7.05ppm(芳香環上水素、1H)、6.66ppm(芳香環上水素、1H)。 Chemical shift of peak appearing in 1 H-NMR spectrum (solvent: d4-MeOH-MeONa) σ: 9.02 ppm (hydrogen on aromatic ring, 1H), 8.95 ppm (hydrogen on aromatic ring, 1H), 8.92 ppm (Hydrogen on aromatic ring, 1H), 8.89 ppm (hydrogen on aromatic ring, 1H), 8.19 ppm (hydrogen on aromatic ring, 1H), 8.04 ppm (hydrogen on aromatic ring, 1H), 8.00 ppm (aromatic Ring hydrogen, 1H), 7.86 ppm (hydrogen on aromatic ring, 2H), 7.78 ppm (hydrogen on aromatic ring, 3H), 7.71 ppm (hydrogen on aromatic ring, 1H), 7.67 ppm (on aromatic ring) Hydrogen, 1H), 7.63 ppm (hydrogen on aromatic ring, 2H), 7.13 ppm (hydrogen on aromatic ring, 1H), 7.05 ppm (hydrogen on aromatic ring, 1H), 6.66 ppm (hydrogen on aromatic ring, 1H).

19F−NMRスペクトル(溶媒:d4−MeOH−MeONa)に現れたピークの化学シフトσ:−64.3ppm。 Chemical shift σ of peak appearing in 19 F-NMR spectrum (solvent: d4-MeOH-MeONa): -64.3 ppm.

IR吸収スペクトル(KBr錠剤法で測定)に現れたピークのピーク波数:3090cm-1、2879cm-1、2821cm-1、1941cm-1、1716cm-1、1604cm-1、1540cm-1、1471cm-1、1405cm-1、1375cm-1、1317cm-1、1255cm-1、1230cm-1、1159cm-1、1116cm-1、1072cm-1、1006cm-1、894cm-1、769cm-1、682cm-1Peak wave numbers of peaks appearing in the IR absorption spectrum (measured by the KBr tablet method): 3090 cm −1 , 2879 cm −1 , 2821 cm −1 , 1941 cm −1 , 1716 cm −1 , 1604 cm −1 , 1540 cm −1 , 1471 cm −1 , 1405cm -1, 1375cm -1, 1317cm -1 , 1255cm -1, 1230cm -1, 1159cm -1, 1116cm -1, 1072cm -1, 1006cm -1, 894cm -1, 769cm -1, 682cm -1.

[Bis(4,4’−dicarboxy−2,2’−bipyridine) 2−(4−trifluoromethylphenyl)pyridine Ruthenium(II)のTBA(テトラブチルアンモニウム)塩の作製方法]
合成された240mg(0.30mmol)のbis(4,4’−dicarboxy−2,2’−bipyridine) 2−(4−trifluoromethylphenyl)pyridine Ruthenium(II)に、50mLのメタノールを加え、3.8mL(1.50mol)の10%テトラブチルアンモニウムヒドロキシド−メタノール溶液をさらに加えて、均一な溶液とする。この溶液に0.5N硝酸水溶液を加えることにより溶液のpHを3.8とした後、5℃で12時間保管する。このようにして析出した結晶を吸引ろ過により分取し、分取された結晶を蒸留水およびジエチルエーテルで洗浄してから真空乾燥させる。これにより、236mgの目的物(結晶)が得られる。
[Method for producing TBA (tetrabutylammonium) salt of Bis (4,4′-dicboxy-2,2′-bipyridine) 2- (4-trifluoromethylphenyl) pyridine Ruthenium (II)]
To the synthesized 240 mg (0.30 mmol) of bis (4,4′-dicarboxy-2,2′-bipyridine) 2- (4-trifluoromethylphenyl) pyridine Ruthenium (II), 50 mL of methanol was added and 3.8 mL ( 1.50 mol) of 10% tetrabutylammonium hydroxide-methanol solution is further added to obtain a uniform solution. The solution is adjusted to pH 3.8 by adding a 0.5N aqueous nitric acid solution and then stored at 5 ° C. for 12 hours. The crystals thus precipitated are collected by suction filtration, and the collected crystals are washed with distilled water and diethyl ether and then vacuum dried. Thereby, 236 mg of the target product (crystal) is obtained.

本発明者らは、上記方法により得られた化合物に対して1H−NMRスペクトルおよび19F−NMRスペクトルを行い、目的の化合物が得られていることを確認している。分析結果は以下に示す通りである。 The present inventors conducted 1 H-NMR spectrum and 19 F-NMR spectrum on the compound obtained by the above method, and confirmed that the target compound was obtained. The analysis results are as shown below.

1H−NMRスペクトル(溶媒:d4−MeOH−MeONa)に現れたピークの化学シフトσ:9.07ppm(芳香環上水素、1H)、8.99ppm(芳香環上水素、1H)、8.96ppm(芳香環上水素、1H)、8.94ppm(芳香環上水素、1H)、8.21ppm(芳香環上水素、1H)、8.10ppm(芳香環上水素、1H)、8.02ppm(芳香環上水素、1H)、7.96〜7.90ppm(芳香環上水素、4H)、7.81ppm(芳香環上水素、1H)、7.78ppm(芳香環上水素、1H)、7.73ppm(芳香環上水素、1H)、7.69ppm(芳香環上水素、1H)、7.60ppm(芳香環上水素、1H)、7.14ppm(芳香環上水素、1H)、7.08ppm(芳香環上水素、1H)、6.62ppm(芳香環上水素、1H)、3.23ppm(N−CH2−CH2−CH2−CH3、8H)、1.67ppm(N−CH2−CH2−CH2−CH3、8H)、1.42ppm(N−CH2−CH2−CH2−CH3、8H)、1.02ppm(N−CH2−CH2−CH2−CH3、12H)。 Chemical shift of peak appearing in 1 H-NMR spectrum (solvent: d4-MeOH-MeONa) σ: 9.07 ppm (hydrogen on aromatic ring, 1H), 8.99 ppm (hydrogen on aromatic ring, 1H), 8.96 ppm (Hydrogen on aromatic ring, 1H), 8.94 ppm (hydrogen on aromatic ring, 1H), 8.21 ppm (hydrogen on aromatic ring, 1H), 8.10 ppm (hydrogen on aromatic ring, 1H), 8.02 ppm (aromatic Ring hydrogen, 1H), 7.96-7.90 ppm (hydrogen on aromatic ring, 4H), 7.81 ppm (hydrogen on aromatic ring, 1H), 7.78 ppm (hydrogen on aromatic ring, 1H), 7.73 ppm (Hydrogen on aromatic ring, 1H), 7.69 ppm (hydrogen on aromatic ring, 1H), 7.60 ppm (hydrogen on aromatic ring, 1H), 7.14 ppm (hydrogen on aromatic ring, 1H), 7.08 ppm (aromatic Hydrogen on the ring, 1H), 6.62 ppm (hydrogen on aromatic ring, 1H), 3.23 ppm (N—CH 2 —CH 2 —CH 2 —CH 3 , 8H), 1.67 ppm (N—CH 2 —CH 2 —CH 2 —CH 3) 8H), 1.42 ppm (N—CH 2 —CH 2 —CH 2 —CH 3 , 8H), 1.02 ppm (N—CH 2 —CH 2 —CH 2 —CH 3 , 12H).

19F−NMRスペクトル(溶媒:d4−MeOH−MeONa)に現れたピークの化学シフトσ:−64.5ppm。 Chemical shift σ of peak appearing in 19 F-NMR spectrum (solvent: d4-MeOH-MeONa): −64.5 ppm.

半導体層に対する色素化合物の吸着量は、1×10-8mol/cm2以上1×10-6mol/cm2以下であることが好ましく、5×10-8mol/cm2以上5×10-7mol/cm2であることがより好ましい。半導体層に対する色素化合物の吸着量が1×10-8mol/cm2未満であれば、光電変換効率の低下を招くおそれがある。一方、半導体層に対する色素化合物の吸着量が1×10-6mol/cm2を超えると、開放電圧が低下するという不具合を招くことがある。 The amount of the dye compound adsorbed on the semiconductor layer is preferably 1 × 10 −8 mol / cm 2 or more and 1 × 10 −6 mol / cm 2 or less, preferably 5 × 10 −8 mol / cm 2 or more and 5 × 10 −. More preferably, it is 7 mol / cm 2 . If the amount of the dye compound adsorbed to the semiconductor layer is less than 1 × 10 −8 mol / cm 2 , the photoelectric conversion efficiency may be reduced. On the other hand, if the amount of the dye compound adsorbed to the semiconductor layer exceeds 1 × 10 −6 mol / cm 2 , the open circuit voltage may be reduced.

このような色素化合物を半導体層に吸着させる方法としては、たとえば、色素化合物が溶解された溶液(色素溶液)に半導体層を浸漬させるという方法が挙げられる。このとき、色素溶液を半導体層に十分に浸透させるという点においては、色素溶液を加熱することが好ましい。ここで、色素溶液の溶媒としては、上記化学式(I)で表される色素化合物を溶解可能な溶媒であれば特に限定されずに用いることができ、たとえば、エタノールなどのアルコール類、アセトンなどのケトン類、ジエチルエーテルもしくはテトラヒドロフランなどのエーテル類、アセトニトリルなどの窒素化合物類、クロロホルムなどのハロゲン化脂肪族炭化水素、ヘキサンなどの脂肪族炭化水素、ベンゼンなどの芳香族炭化水素、酢酸エチルなどのエステル類、または水などを用いることができる。また、これらの溶媒を混合して用いても良い。   As a method of adsorbing such a dye compound to the semiconductor layer, for example, a method of immersing the semiconductor layer in a solution (dye solution) in which the dye compound is dissolved may be mentioned. At this time, it is preferable to heat the dye solution in terms of sufficiently allowing the dye solution to penetrate into the semiconductor layer. Here, the solvent of the dye solution is not particularly limited as long as it is a solvent capable of dissolving the dye compound represented by the above chemical formula (I). For example, alcohols such as ethanol, acetone and the like can be used. Ketones, ethers such as diethyl ether or tetrahydrofuran, nitrogen compounds such as acetonitrile, halogenated aliphatic hydrocarbons such as chloroform, aliphatic hydrocarbons such as hexane, aromatic hydrocarbons such as benzene, esters such as ethyl acetate Or water can be used. Further, these solvents may be mixed and used.

<色素増感太陽電池>
図1は、本発明の色素増感太陽電池の構成の一例を示す断面図である。図1に示す色素増感太陽電池は、第1電極112と、第1電極112の対電極である第2電極111と、第1電極112と第2電極111との間に設けられたキャリア輸送層107とを備える。ここで、第1電極112は、本発明における光電変換層104を含む。よって、図1に示す色素増感太陽電池では、光電変換効率の更なる向上を図ることができる。図1に示す色素増感太陽電池では、触媒層105がキャリア輸送層107と第2電極111との間に設けられていることが好ましく、第1電極112における光電変換層104とキャリア輸送層107とが封止部材103により環囲されていることが好ましい。
<Dye-sensitized solar cell>
FIG. 1 is a cross-sectional view showing an example of the configuration of the dye-sensitized solar cell of the present invention. The dye-sensitized solar cell shown in FIG. 1 has carrier transport provided between the first electrode 112, the second electrode 111 that is a counter electrode of the first electrode 112, and the first electrode 112 and the second electrode 111. Layer 107. Here, the first electrode 112 includes the photoelectric conversion layer 104 in the present invention. Therefore, in the dye-sensitized solar cell shown in FIG. 1, the photoelectric conversion efficiency can be further improved. In the dye-sensitized solar cell illustrated in FIG. 1, the catalyst layer 105 is preferably provided between the carrier transport layer 107 and the second electrode 111, and the photoelectric conversion layer 104 and the carrier transport layer 107 in the first electrode 112. Is preferably surrounded by the sealing member 103.

[第1電極]
第1電極112は、たとえば光電変換層104が導電性支持体110上に形成されて構成されていることが好ましい。本発明に用いられる導電性支持体110としては、たとえば導電層102が絶縁基板100の表面上に形成されて構成されたものを用いることができる。
[First electrode]
The first electrode 112 is preferably configured, for example, by forming the photoelectric conversion layer 104 on the conductive support 110. As the conductive support 110 used in the present invention, for example, a structure in which the conductive layer 102 is formed on the surface of the insulating substrate 100 can be used.

絶縁基板100は、色素増感太陽電池の受光面となる部分では光透過性を必要とするため、光透過性の材料からなることが好ましい。たとえば、絶縁基板100は、ソーダガラス、溶融石英ガラス、または結晶石英ガラスなどのガラス基板であっても良く、可撓性フィルムなどの耐熱性樹脂板であっても良い。ただし、絶縁基板100は、受光面として使用される場合であっても、少なくとも色素化合物に実効的な感度を有する波長の光を実質的に透過する(当該光の透過率がたとえば80%以上、好ましくは90%以上)ものであることが好ましく、必ずしも全ての波長の光に対して透過性を有しなくても良い。   The insulating substrate 100 is preferably made of a light-transmitting material because it needs light-transmitting properties at the portion that becomes the light receiving surface of the dye-sensitized solar cell. For example, the insulating substrate 100 may be a glass substrate such as soda glass, fused silica glass, or crystal quartz glass, or may be a heat resistant resin plate such as a flexible film. However, even when the insulating substrate 100 is used as a light receiving surface, it substantially transmits light having a wavelength having effective sensitivity to at least the dye compound (the transmittance of the light is, for example, 80% or more, 90% or more is preferable, and it is not always necessary to have transparency to light of all wavelengths.

可撓性フィルム(以下、「フィルム」ともいう)を構成する材料としては、たとえばテトラアセチルセルロース(TAC)、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリフェニレンスルファイド(PPS)、ポリカーボネート(PC)、ポリアリレート(PA)、ポリエーテルイミド(PEI)、フェノキシ樹脂、またはポリテトラフルオロエチレン(PTFE)などが挙げられる。   Examples of the material constituting the flexible film (hereinafter also referred to as “film”) include tetraacetyl cellulose (TAC), polyethylene terephthalate (PET), polyphenylene sulfide (PPS), polycarbonate (PC), and polyarylate (PA). ), Polyetherimide (PEI), phenoxy resin, or polytetrafluoroethylene (PTFE).

加熱を伴って絶縁基板100上に他の層を形成する場合、たとえば250℃程度の加熱を伴って絶縁基板100上に半導体層を形成する場合には、上記のフィルムを構成する材料の中でも250℃以上の耐熱性を有するポリテトラフルオロエチレンを用いることが特に好ましい。   When forming another layer on the insulating substrate 100 with heating, for example, when forming a semiconductor layer on the insulating substrate 100 with heating at about 250 ° C., among the materials constituting the film, 250 is used. It is particularly preferable to use polytetrafluoroethylene having a heat resistance of at least ° C.

作製された色素増感太陽電池を他の構造体に取り付けるときに、絶縁基板100を利用できる。すなわち、金属加工部品とねじとを用いて、ガラス基板などの絶縁基板100の周辺部を他の支持体に容易に取り付けることができる。   When the produced dye-sensitized solar cell is attached to another structure, the insulating substrate 100 can be used. In other words, the peripheral portion of the insulating substrate 100 such as a glass substrate can be easily attached to another support using a metal processed component and a screw.

絶縁基板100の厚みは特に限定されないが、0.05〜5mm程度であることが好ましく、光透過性などを考慮すれば0.2mm〜5mm程度であることがより好ましい。   The thickness of the insulating substrate 100 is not particularly limited, but is preferably about 0.05 to 5 mm, and more preferably about 0.2 to 5 mm in consideration of light transmittance and the like.

導電層102を構成する材料は、一般に色素増感太陽電池の導電層に使用可能で、かつ本発明の効果を発揮し得る材料であれば、特に限定されない。しかし、導電層102は、色素増感太陽電池の受光面となる場合には光透過性を必要とするため、光透過性の材料からなることが好ましい。たとえば、導電層102は、インジウム錫複合酸化物(ITO)、フッ素をドープした酸化錫(FTO)、または酸化亜鉛(ZnO)などからなることが好ましい。ただし、導電層102は、絶縁基板100と同じく、受光面として使用される場合であっても、少なくとも色素化合物に実効的な感度を有する波長の光を実質的に透過する(当該光の透過率がたとえば80%以上、好ましくは90%以上)ものであることが好ましく、必ずしも全ての波長の光に対して透過性を有しなくても良い。   The material constituting the conductive layer 102 is not particularly limited as long as it is a material that can generally be used for the conductive layer of a dye-sensitized solar cell and can exhibit the effects of the present invention. However, the conductive layer 102 is preferably made of a light-transmitting material because it needs light transmission when it becomes the light-receiving surface of the dye-sensitized solar cell. For example, the conductive layer 102 is preferably made of indium tin composite oxide (ITO), fluorine-doped tin oxide (FTO), zinc oxide (ZnO), or the like. However, like the insulating substrate 100, the conductive layer 102 substantially transmits light having a wavelength having effective sensitivity to at least the dye compound even when used as a light receiving surface (transmittance of the light). Is, for example, 80% or more, preferably 90% or more), and may not necessarily be transparent to light of all wavelengths.

導電層102の膜厚は、特に限定されないが、0.02〜5μm程度であることが好ましい。導電層102の膜抵抗は、低いほど好ましく、40Ω/sq以下であることが好ましい。   The thickness of the conductive layer 102 is not particularly limited, but is preferably about 0.02 to 5 μm. The film resistance of the conductive layer 102 is preferably as low as possible, and is preferably 40 Ω / sq or less.

導電層102の抵抗を下げるために、金属リード線を用いることができる。たとえば、スパッタ法、蒸着法、またはスクリーン印刷法等により金属リード線が形成された絶縁基板101上に導電層102を形成しても良いし、絶縁基板100上に導電層102を形成した後、その導電層102上に金属リード線を形成しても良い。金属リード線の材料としては、白金、金、銀、銅、アルミニウム、ニッケル、またはチタン等が好ましいが、金属リード線が後述するキャリア輸送層107により腐食する材料からなる場合には酸化珪素が含まれるガラス材料などで金属リード線を保護することが好ましい。なお、金属リード線が太すぎると受光面からの入射光量の低下を招くおそれがあるため、金属リード線の太さは0.1〜4mm程度であることが好ましい。   A metal lead can be used to reduce the resistance of the conductive layer 102. For example, the conductive layer 102 may be formed on the insulating substrate 101 on which the metal lead wires are formed by sputtering, vapor deposition, screen printing, or the like. After the conductive layer 102 is formed on the insulating substrate 100, A metal lead wire may be formed on the conductive layer 102. The material of the metal lead wire is preferably platinum, gold, silver, copper, aluminum, nickel, or titanium. However, when the metal lead wire is made of a material corroded by the carrier transport layer 107 described later, silicon oxide is included. It is preferable to protect the metal lead wire with a glass material or the like. Note that if the metal lead wire is too thick, the amount of incident light from the light receiving surface may be reduced, and thus the thickness of the metal lead wire is preferably about 0.1 to 4 mm.

導電層102を絶縁基板101上に形成する方法は特に限定されず、たとえばスパッタ法またはスプレー法などであることが好ましい。   A method for forming the conductive layer 102 over the insulating substrate 101 is not particularly limited, and for example, a sputtering method or a spray method is preferable.

[第2電極]
本発明に用いられる第2電極111は、たとえば導電層106が絶縁基板101上に形成されて構成されても良いし、導電層106のみからなっても良い。導電層106は、導電性材料からなることが好ましく、たとえば、n型半導体材料またはp型半導体材料からなっても良いし、金、白金、銀、銅、アルミニウム、インジウム、チタン、タンタルまたはタングステンなどの金属からなっても良いし、SnO2、ITO、CuIまたはZnOなどからなる透明導電膜であっても良い。
[Second electrode]
The second electrode 111 used in the present invention may be configured, for example, by forming the conductive layer 106 on the insulating substrate 101 or may be composed of only the conductive layer 106. The conductive layer 106 is preferably made of a conductive material, and may be made of an n-type semiconductor material or a p-type semiconductor material, for example, gold, platinum, silver, copper, aluminum, indium, titanium, tantalum, or tungsten. A transparent conductive film made of SnO 2 , ITO, CuI, ZnO, or the like may be used.

導電層106が絶縁基板101上に形成されて第2電極111が構成されている場合、第2電極111は、ガラス、プラスチックまたは透明ポリマーシートなどからなる絶縁基板101の表面に導電層が形成されて構成された電極であることが好ましく、すなわち第1電極112の導電性支持体110と同様に構成されていることが好ましい。このとき、絶縁基板101は、第1電極112における絶縁基板100と同様に構成されていることが好ましい。   When the conductive layer 106 is formed on the insulating substrate 101 to form the second electrode 111, the second electrode 111 has a conductive layer formed on the surface of the insulating substrate 101 made of glass, plastic, a transparent polymer sheet, or the like. In other words, the electrode is preferably configured similarly to the conductive support 110 of the first electrode 112. At this time, the insulating substrate 101 is preferably configured similarly to the insulating substrate 100 in the first electrode 112.

[キャリア輸送層]
本発明において、「キャリア輸送層」とは、封止部材103よりも内側であって且つ第1電極112(具体的には第1電極112における光電変換層104)と第2電極111とで挟まれた領域に、キャリア輸送材料が注入されて構成されている。したがって、少なくとも光電変換層104にはキャリア輸送材料が充填される。
[Carrier transport layer]
In the present invention, the “carrier transport layer” is inside the sealing member 103 and sandwiched between the first electrode 112 (specifically, the photoelectric conversion layer 104 in the first electrode 112) and the second electrode 111. A carrier transport material is injected into the formed region. Therefore, at least the photoelectric conversion layer 104 is filled with a carrier transport material.

キャリア輸送材料は、イオンを輸送可能な導電性材料であることが好ましく、たとえば液体電解質、固体電解質、ゲル電解質、または溶融塩ゲル電解質などであることが好ましい。   The carrier transport material is preferably a conductive material capable of transporting ions, and is preferably a liquid electrolyte, a solid electrolyte, a gel electrolyte, a molten salt gel electrolyte, or the like.

液体電解質は、酸化還元種を含む液状物であればよく、一般に電池または太陽電池などにおいて使用できるものであれば特に限定されない。具体的には、液体電解質としは、酸化還元種と酸化還元種を溶解可能な溶剤とからなるもの、酸化還元種と酸化還元種を溶解可能な溶融塩とからなるもの、または酸化還元種と上記溶剤と上記溶融塩とからなるものなどを挙げることができる。   The liquid electrolyte is not particularly limited as long as it is a liquid substance containing a redox species, and can generally be used in a battery or a solar battery. Specifically, the liquid electrolyte includes a redox species and a solvent capable of dissolving the redox species, a redox species and a molten salt capable of dissolving the redox species, or a redox species. What consists of the said solvent and the said molten salt etc. can be mentioned.

酸化還元種としては、たとえばI-/I3-系、Br2-/Br3-系、Fe2+/Fe3+系、またはキノン/ハイドロキノン系などが挙げられる。具体的には、酸化還元種は、ヨウ化リチウム(LiI)、ヨウ化ナトリウム(NaI)、ヨウ化カリウム(KI)、またはヨウ化カルシウム(CaI2)などの金属ヨウ化物とヨウ素(I2)との組み合わせであっても良い。酸化還元種は、テトラエチルアンモニウムアイオダイド(TEAI)、テトラプロピルアンモニウムアイオダイド(TPAI)、テトラブチルアンモニウムアイオダイド(TBAI)、またはテトラヘキシルアンモニウムアイオダイド(THAI)などのテトラアルキルアンモニウム塩とヨウ素との組み合わせであっても良い。酸化還元種は、臭化リチウム(LiBr)、臭化ナトリウム(NaBr)、臭化カリウム(KBr)、または臭化カルシウム(CaBr2)などの金属臭化物と臭素との組み合わせであっても良い。これらの中でも、LiIとI2との組み合わせが特に好ましい。 Examples of the redox species include I / I 3− , Br 2− / Br 3 − , Fe 2+ / Fe 3+ , or quinone / hydroquinone. Specifically, the redox species include metal iodide such as lithium iodide (LiI), sodium iodide (NaI), potassium iodide (KI), or calcium iodide (CaI 2 ) and iodine (I 2 ). It may be a combination. The redox species includes tetraalkylammonium iodide (TEAI), tetrapropylammonium iodide (TPAI), tetrabutylammonium iodide (TBAI), or tetraalkylammonium iodide (THAI) and iodine. It may be a combination. The redox species may be a combination of bromide with a metal bromide such as lithium bromide (LiBr), sodium bromide (NaBr), potassium bromide (KBr), or calcium bromide (CaBr 2 ). Among these, a combination of LiI and I 2 is particularly preferable.

酸化還元種を溶解可能な溶媒としては、たとえば、プロピレンカーボネートなどのカーボネート系溶剤、アセトニトリルなどのニトリル系溶剤、エタノールなどのアルコール類、水、または非プロトン極性物質などが挙げられる。これらの中でも、カーボネート化合物またはニトリル化合物が特に好ましい。これらの溶媒を2種類以上混合して用いることもできる。   Examples of the solvent capable of dissolving the redox species include carbonate solvents such as propylene carbonate, nitrile solvents such as acetonitrile, alcohols such as ethanol, water, and aprotic polar substances. Among these, carbonate compounds or nitrile compounds are particularly preferable. Two or more kinds of these solvents can be mixed and used.

液体電解質中の電解質濃度は、0.001〜1.5mol/Lの範囲が好ましく、0.01〜0.7mol/Lの範囲が特に好ましい。   The electrolyte concentration in the liquid electrolyte is preferably in the range of 0.001 to 1.5 mol / L, particularly preferably in the range of 0.01 to 0.7 mol / L.

固体電解質は、電子、ホール、またはイオンを輸送できる導電性材料であり、色素増感太陽電池の電解質として用いることができ、且つ流動性がないものであることが好ましい。具体的には、固体電解質は、ポリカルバゾールなどのホール輸送材、テトラニトロフロオルレノンなどの電子輸送材、ポリロールなどの導電性ポリマー、液体電解質を高分子化合物により固体化した高分子電解質、ヨウ化銅、チオシアン酸銅などのp型半導体、または溶融塩を含む液体電解質を微粒子により固体化した電解質などが挙げられる。   The solid electrolyte is a conductive material that can transport electrons, holes, or ions, and can be used as an electrolyte of a dye-sensitized solar cell, and preferably has no fluidity. Specifically, a solid electrolyte includes a hole transport material such as polycarbazole, an electron transport material such as tetranitrofluororenone, a conductive polymer such as polyroll, a polymer electrolyte obtained by solidifying a liquid electrolyte with a polymer compound, iodine Examples thereof include p-type semiconductors such as copper halide and copper thiocyanate, or electrolytes obtained by solidifying liquid electrolytes containing molten salts with fine particles.

ゲル電解質は、通常、電解質とゲル化剤からなる。電解質は、たとえば上記液体電解質であっても良いし、上記固体電解質であっても良い。ゲル化剤としては、たとえば、架橋ポリアクリル樹脂誘導体、架橋ポリアクリロニトリル誘導体、ポリアルキレンオキシド誘導体、シリコーン樹脂類、または側鎖に含窒素複素環式四級化合物塩構造を有するポリマーなどの高分子ゲル化剤などが挙げられる。   The gel electrolyte is usually composed of an electrolyte and a gelling agent. The electrolyte may be, for example, the liquid electrolyte or the solid electrolyte. Examples of the gelling agent include polymer gels such as cross-linked polyacrylic resin derivatives, cross-linked polyacrylonitrile derivatives, polyalkylene oxide derivatives, silicone resins, or polymers having a nitrogen-containing heterocyclic quaternary compound salt structure in the side chain. And the like.

溶融塩ゲル電解質は、通常、上記のようなゲル電解質と常温型溶融塩とからなる。常温型溶融塩としては、たとえばピリジニウム塩類またはイミダゾリウム塩類などの含窒素複素環式四級アンモニウム塩類などが挙げられる。   The molten salt gel electrolyte is usually composed of the gel electrolyte as described above and a room temperature molten salt. Examples of the room temperature molten salt include nitrogen-containing heterocyclic quaternary ammonium salts such as pyridinium salts and imidazolium salts.

上記の電解質(具体的には、液体電解質、固体電解質、ゲル電解質、または溶融塩ゲル電解質)は、必要に応じて、次に示す添加剤を含んでいても良い。添加剤としては、t−ブチルピリジン(TBP)などの含窒素芳香族化合物であっても良いし、ジメチルプロピルイミダゾールアイオダイド(DMPII)、メチルプロピルイミダゾールアイオダイド(MPII)、エチルメチルイミダゾールアイオダイド(EMII)、エチルイミダゾールアイオダイド(EII)、またはヘキシルメチルイミダゾールアイオダイド(HMII)などのイミダゾール塩であっても良い。   The above electrolyte (specifically, a liquid electrolyte, a solid electrolyte, a gel electrolyte, or a molten salt gel electrolyte) may contain the following additives as necessary. The additive may be a nitrogen-containing aromatic compound such as t-butylpyridine (TBP), dimethylpropylimidazole iodide (DMPII), methylpropylimidazole iodide (MPII), ethylmethylimidazole iodide ( It may be an imidazole salt such as EMII), ethylimidazole iodide (EII), or hexylmethylimidazole iodide (HMII).

[触媒層]
触媒層105は、キャリア輸送層107と、第2電極111における導電層106との間に設けられている。触媒層105を構成する材料は、キャリア輸送層107の酸化還元反応を活性化可能な材料であることが好ましく、たとえば、白金(仕事関数:6.35eV)であっても良いし、カーボンブラック、グラファイト、ガラス炭素、アモルファス炭素、ハードカーボン、ソフトカーボン、カーボンホイスカー、カーボンナノチューブ、またはフラーレンなどカーボン材料(仕事関数4.7ev)であっても良い。
[Catalyst layer]
The catalyst layer 105 is provided between the carrier transport layer 107 and the conductive layer 106 in the second electrode 111. The material constituting the catalyst layer 105 is preferably a material capable of activating the redox reaction of the carrier transport layer 107, and may be, for example, platinum (work function: 6.35 eV), carbon black, Carbon materials (work function 4.7 ev) such as graphite, glass carbon, amorphous carbon, hard carbon, soft carbon, carbon whisker, carbon nanotube, or fullerene may be used.

白金からなる触媒層105の形成方法としては、PVC法、蒸着法、またはスパッタリング法等により、第2電極111の導電層106上に白金層を形成するという方法が挙げられる。また、カーボンからなる触媒層105の形成方法としては、スクリーン印刷法などの塗布法により、カーボンを溶媒に分散してペースト状にしたものを導電層106上に塗布するという方法が挙げられる。   Examples of a method for forming the catalyst layer 105 made of platinum include a method in which a platinum layer is formed on the conductive layer 106 of the second electrode 111 by a PVC method, a vapor deposition method, a sputtering method, or the like. As a method for forming the catalyst layer 105 made of carbon, there is a method in which a paste obtained by dispersing carbon in a solvent is applied onto the conductive layer 106 by a coating method such as a screen printing method.

[封止部材]
封止部材103は、色素増感太陽電池の内部への水などの浸入を防止するために設けられ、キャリア輸送層107が液体電解質から構成される場合には液体電解質の蒸発を防止するために設けられる。また、封止部材103は、色素増感太陽電池への落下物による衝撃または応力を吸収するという役割、および長期にわたる使用により絶縁基板100,101に作用するたわみなどを吸収するという役割なども担う。
[Sealing member]
The sealing member 103 is provided to prevent water and the like from entering the inside of the dye-sensitized solar cell. When the carrier transport layer 107 is made of a liquid electrolyte, the sealing member 103 is used to prevent evaporation of the liquid electrolyte. Provided. Further, the sealing member 103 also plays a role of absorbing impact or stress due to falling objects on the dye-sensitized solar cell, and a role of absorbing deflection acting on the insulating substrates 100 and 101 due to long-term use. .

封止部材103は、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂、ポリイソブチレン系樹脂、ホットメルト樹脂、またはガラスフリットなどからなることが好ましい。これらの材料のうち2種類以上の材料を混合して封止部材103を形成しても良いし、単一の材料からなる二種以上の層を積層して封止部材103を形成しても良い。   The sealing member 103 is preferably made of silicone resin, epoxy resin, polyisobutylene resin, hot melt resin, glass frit, or the like. Two or more kinds of these materials may be mixed to form the sealing member 103, or two or more layers made of a single material may be laminated to form the sealing member 103. good.

キャリア輸送層107においてニトリル系溶剤またはカーボネート系溶剤が酸化還元性電解質の溶剤として使用される場合には、封止部材103は、シリコーン樹脂、ホットメルト樹脂(例えば、アイオノマー樹脂)、ポリイソブチレン系樹脂、またはガラスフリットからなることが好ましい。   In the case where a nitrile solvent or a carbonate solvent is used as a solvent for the redox electrolyte in the carrier transport layer 107, the sealing member 103 includes a silicone resin, a hot melt resin (for example, an ionomer resin), and a polyisobutylene resin. Or glass frit.

封止部材103がシリコーン樹脂、エポキシ樹脂またはガラスフリットからなる場合には、ディスペンサーを用いることにより、封止部材103を中空に形成することができる。封止部材103がホットメルト樹脂からなる場合には、ホットメルト樹脂からなるシートにパターニングした穴を開けることにより、封止部材103を中空に形成することができる。このようにして形成された中空部分は、光電変換層104およびキャリア輸送層107が形成される領域となる。   When the sealing member 103 is made of silicone resin, epoxy resin, or glass frit, the sealing member 103 can be formed hollow by using a dispenser. When the sealing member 103 is made of a hot melt resin, the sealing member 103 can be formed in a hollow shape by opening a patterned hole in a sheet made of the hot melt resin. The hollow portion formed in this manner is a region where the photoelectric conversion layer 104 and the carrier transport layer 107 are formed.

以下、実施例を挙げて本発明をより詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。   EXAMPLES Hereinafter, although an Example is given and this invention is demonstrated in detail, this invention is not limited to these.

<実施例1>
図1に示す色素増感太陽電池を作製した。具体的には、導電性支持体110として、SnO2膜からなる導電層102がガラスからなる絶縁基板100上に形成されて構成されたガラス基板(日本板硝子社製、商品名「SnO2膜付ガラス」)を用いた。スクリーン印刷機(ニューロング精密工業製LS−150)を用いて、上記導電性支持体110の導電層102の所定の位置に、市販の酸化チタンペースト(Solaronix社製、商品名「Ti−Nanoxide T/SP」)を塗布した。焼成炉(デンケン社製のKDF P−100)を用いて、酸化チタンペーストが塗布された導電性支持体110を500℃で40分間、空気中で焼成した。これにより、酸化チタンからなる膜厚8μmの半導体層が得られた。スクリーン印刷機を用いて、得られた半導体層の上に市販の酸化チタンペースト(Solaronix社製、商品名「Ti−Nanoxide D/SP」)を塗布し、上記焼成炉を用いて、酸化チタンペーストが新たに塗布された導電性支持体110を500℃で40分間、空気中で焼成した。これにより、酸化チタンからなる膜厚が12μmである半導体層が形成された。
<Example 1>
The dye-sensitized solar cell shown in FIG. 1 was produced. Specifically, as a conductive support 110, a glass substrate (made by Nippon Sheet Glass Co., Ltd., trade name “SnO 2 film attached” is formed by forming a conductive layer 102 made of SnO 2 film on an insulating substrate 100 made of glass. Glass ") was used. Using a screen printing machine (LS-150, manufactured by Neurong Seimitsu Kogyo Co., Ltd.), a commercially available titanium oxide paste (manufactured by Solaronix, trade name “Ti-Nanoxide T” is formed at a predetermined position of the conductive layer 102 of the conductive support 110. / SP "). The conductive support 110 coated with the titanium oxide paste was baked in the air at 500 ° C. for 40 minutes using a baking furnace (KDF P-100 manufactured by Denken). As a result, a semiconductor layer made of titanium oxide and having a thickness of 8 μm was obtained. Using a screen printer, a commercially available titanium oxide paste (manufactured by Solaronix, trade name “Ti-Nanoxide D / SP”) is applied on the obtained semiconductor layer, and the titanium oxide paste is applied using the above baking furnace. The conductive support 110 newly coated with was fired at 500 ° C. for 40 minutes in air. As a result, a semiconductor layer made of titanium oxide and having a thickness of 12 μm was formed.

アセトニトリルとn−ブタノールとを体積比1:1で混合した溶剤に、上記化学式(I)(RがCF3である)で表される色素化合物を0.3mmol/Lの濃度で溶解させた。このようにして得られた色素溶液に上記半導体層を浸漬させ、室温で24時間放置した。これにより、上記色素化合物が半導体層に吸着され、よって、光電変換層104が得られた。その後、絶縁基板100をエタノールで洗浄し、約35℃で約1分間乾燥させた。 The dye compound represented by the above chemical formula (I) (R is CF 3 ) was dissolved at a concentration of 0.3 mmol / L in a solvent in which acetonitrile and n-butanol were mixed at a volume ratio of 1: 1. The semiconductor layer was immersed in the dye solution thus obtained and left at room temperature for 24 hours. Thereby, the said pigment | dye compound was adsorb | sucked to the semiconductor layer, and the photoelectric converting layer 104 was obtained. Thereafter, the insulating substrate 100 was washed with ethanol and dried at about 35 ° C. for about 1 minute.

第2電極111として、SnO2膜からなる導電層106がガラスからなる絶縁基板101上に形成されて構成されたガラス基板(日本板硝子社製、商品名「SnO2膜付ガラス」)を用いた。蒸着機(アネルバ製のEVD500A)を用いて、上記第2電極111の導電層106の所定の位置に、白金を0.1nm/secの蒸着速度で蒸着した。これにより、厚さ50nmの触媒層105が導電層106の上に形成された。その後、第2電極111の所定の位置に電解液注入口を2か所形成した(図示せず)。 As the second electrode 111, a glass substrate (made by Nippon Sheet Glass Co., Ltd., trade name “SnO 2 film-attached glass”) in which the conductive layer 106 made of SnO 2 film is formed on the insulating substrate 101 made of glass was used. . Using a vapor deposition machine (EVD500A manufactured by Anelva), platinum was vapor-deposited at a predetermined position of the conductive layer 106 of the second electrode 111 at a vapor deposition rate of 0.1 nm / sec. As a result, a catalyst layer 105 having a thickness of 50 nm was formed on the conductive layer 106. Thereafter, two electrolyte inlets were formed at predetermined positions of the second electrode 111 (not shown).

スクリーン印刷機(ニューロング精密工業製のLS−150)を用いて、光電変換層104の外周に、光電変換層104に接触しないように紫外線硬化樹脂(スリーボンド社製、品番「31X−101」)を塗布した。塗布された紫外線硬化樹脂の上部に、触媒層105が絶縁基板101よりも紫外線硬化樹脂側に位置するように第2電極111を貼り合わせた。そして、紫外線ランプ(セン特殊光源株式会社製のHR10001N−4)を用いて、紫外線硬化樹脂を硬化させるとともに、この紫外線硬化樹脂(封止部材103)を介して光電変換層104を含む第1電極112と第2電極111とを接着した。   Using a screen printing machine (LS-150 manufactured by Neurong Seimitsu Kogyo), an ultraviolet curable resin (manufactured by Three Bond, product number “31X-101”) is provided on the outer periphery of the photoelectric conversion layer 104 so as not to contact the photoelectric conversion layer 104. Was applied. The second electrode 111 was bonded to the upper part of the applied ultraviolet curable resin so that the catalyst layer 105 was positioned on the ultraviolet curable resin side with respect to the insulating substrate 101. Then, the ultraviolet curable resin is cured using an ultraviolet lamp (HR10001N-4 manufactured by Sen Special Light Source Co., Ltd.), and the photoelectric conversion layer 104 is included through the ultraviolet curable resin (sealing member 103). 112 and the second electrode 111 were bonded.

その後、電解液を、第2電極111に形成された電解液注入口からキャピラリー効果により注入した。電解液としては、アセトニトリル(Aldrich Chemical Company製)に、濃度が0.1mol/LとなるようにLiI(Aldrich Chemical Company製)を溶解させ、濃度が0.05mol/LとなるようにI2(Aldrich Chemical Company製)を溶解させ、濃度が0.5mol/LとなるようにTBP(Aldrich Chemical Company製)を溶解させ、濃度が0.6mol/LとなるようにDMPII(四国化成製)を溶解させて調製したものを用いた。電解液の注入後、電解液注入口に紫外線硬化樹脂(スリーボンド社製、品番「31X−101」)を塗布し、紫外線ランプ(セン特殊光源株式会社のHR10001N−4)を用いてその紫外線硬化樹脂を硬化させた。これにより、実施例1の色素増感太陽電池を作製した。 Thereafter, the electrolytic solution was injected from the electrolytic solution inlet formed in the second electrode 111 by the capillary effect. As an electrolytic solution, LiI (manufactured by Aldrich Chemical Company) was dissolved in acetonitrile (manufactured by Aldrich Chemical Company) so that the concentration was 0.1 mol / L, and I 2 (manufactured by Aldrich Chemical Company) was prepared so that the concentration became 0.05 mol / L. Dissolve Aldrich Chemical Company, dissolve TBP (Aldrich Chemical Company) to a concentration of 0.5 mol / L, and dissolve DMPII (Shikoku Chemicals) to a concentration of 0.6 mol / L Were used. After injection of the electrolytic solution, an ultraviolet curable resin (product number “31X-101” manufactured by ThreeBond Co., Ltd.) is applied to the electrolytic solution injection port, and the ultraviolet curable resin is used by using an ultraviolet lamp (HR10001N-4 of Sen Special Light Source Co., Ltd.). Was cured. Thereby, the dye-sensitized solar cell of Example 1 was produced.

得られた色素増感太陽電池に対して1kW/m2の強度の光(AM1.5ソーラーシミュレータ)を照射して、短絡電流(Jsc)、開放電圧(Voc)、フィルファクター(FF)および光電変換効率(η)を測定した。 The obtained dye-sensitized solar cell is irradiated with light of 1 kW / m 2 intensity (AM1.5 solar simulator), and short circuit current (Jsc), open circuit voltage (Voc), fill factor (FF) and photoelectric Conversion efficiency (η) was measured.

<実施例2>
色素化合物を化学式(I)で表される化合物(RがCNである)としたことを除いては上記実施例1と同様にして実施例2の色素増感太陽電池を作製した。上記実施例1と同様の方法にしたがって、得られた色素増感太陽電池の短絡電流(Jsc)、開放電圧(Voc)、フィルファクター(FF)および光電変換効率(η)を測定した。
<Example 2>
A dye-sensitized solar cell of Example 2 was produced in the same manner as in Example 1 except that the dye compound was a compound represented by the chemical formula (I) (R is CN). According to the same method as in Example 1, the short-circuit current (Jsc), open-circuit voltage (Voc), fill factor (FF), and photoelectric conversion efficiency (η) of the obtained dye-sensitized solar cell were measured.

<実施例3>
色素化合物を化学式(I)で表される化合物(RがOCH3である)としたことを除いては上記実施例1と同様にして実施例3の色素増感太陽電池を作製した。上記実施例1と同様の方法にしたがって、得られた色素増感太陽電池の短絡電流(Jsc)、開放電圧(Voc)、フィルファクター(FF)および光電変換効率(η)を測定した。
<Example 3>
A dye-sensitized solar cell of Example 3 was produced in the same manner as in Example 1 except that the dye compound was a compound represented by the chemical formula (I) (R is OCH 3 ). According to the same method as in Example 1, the short-circuit current (Jsc), open-circuit voltage (Voc), fill factor (FF), and photoelectric conversion efficiency (η) of the obtained dye-sensitized solar cell were measured.

<実施例4>
色素化合物を化学式(I)で表される化合物(RがSCH3である)としたことを除いては上記実施例1と同様にして実施例4の色素増感太陽電池を作製した。上記実施例1と同様の方法にしたがって、得られた色素増感太陽電池の短絡電流(Jsc)、開放電圧(Voc)、フィルファクター(FF)および光電変換効率(η)を測定した。
<Example 4>
A dye-sensitized solar cell of Example 4 was produced in the same manner as in Example 1 except that the dye compound was a compound represented by the chemical formula (I) (R is SCH 3 ). According to the same method as in Example 1, the short-circuit current (Jsc), open-circuit voltage (Voc), fill factor (FF), and photoelectric conversion efficiency (η) of the obtained dye-sensitized solar cell were measured.

<比較例1>
色素化合物を化学式(XI)で表される化合物としたことを除いては上記実施例1と同様にして比較例1の色素増感太陽電池を作製した。上記実施例1と同様の方法にしたがって、得られた色素増感太陽電池の短絡電流(Jsc)、開放電圧(Voc)、フィルファクター(FF)および光電変換効率(η)を測定した。
<Comparative Example 1>
A dye-sensitized solar cell of Comparative Example 1 was produced in the same manner as in Example 1 except that the dye compound was a compound represented by the chemical formula (XI). According to the same method as in Example 1, the short-circuit current (Jsc), open-circuit voltage (Voc), fill factor (FF), and photoelectric conversion efficiency (η) of the obtained dye-sensitized solar cell were measured.

測定結果を表1に示す。   The measurement results are shown in Table 1.

Figure 2013149526
Figure 2013149526

表1に示すように、化学式(I)で表される色素化合物を使用した色素増感太陽電池(実施例1〜4)では、化学式(XI)で表される色素化合物を使用した色素増感太陽電池(比較例1)よりも、Jscが大きく、Vocが高く、ηが高いことが分かった。その理由としては、化学式(I)で表される色素化合物は、化学式(XI)で表される色素化合物に比べて、光電変換素子の光電変換効率の向上に貢献するということが考えられる。   As shown in Table 1, in the dye-sensitized solar cells (Examples 1 to 4) using the dye compound represented by the chemical formula (I), the dye sensitization using the dye compound represented by the chemical formula (XI) is used. It was found that Jsc was larger, Voc was higher, and η was higher than the solar cell (Comparative Example 1). The reason is considered that the dye compound represented by the chemical formula (I) contributes to the improvement of the photoelectric conversion efficiency of the photoelectric conversion element as compared with the dye compound represented by the chemical formula (XI).

100,101 絶縁基板、102,106 導電層、103 封止部材、104 光電変換層、105 触媒層、107 キャリア輸送層、110 導電性支持体、111 第2電極、112 第1電極。   100, 101 Insulating substrate, 102, 106 Conductive layer, 103 Sealing member, 104 Photoelectric conversion layer, 105 Catalyst layer, 107 Carrier transport layer, 110 Conductive support, 111 Second electrode, 112 First electrode.

Claims (2)

下記化学式(I)で表される色素化合物が半導体層に吸着されて構成された光電変換層を含む光電変換素子。
Figure 2013149526
上記化学式(I)において、Rは、−CF3、−CN、−OCH3、および−SCH3のいずれかである。
A photoelectric conversion element comprising a photoelectric conversion layer constituted by adsorbing a dye compound represented by the following chemical formula (I) to a semiconductor layer.
Figure 2013149526
In the above chemical formula (I), R is any one of —CF 3 , —CN, —OCH 3 , and —SCH 3 .
下記化学式(I)で表される色素化合物が半導体層に吸着されて構成された光電変換層を含む第1電極と、
前記第1電極の対電極となる第2電極と、
前記第1電極と前記第2電極との間に設けられたキャリア輸送層と
を備えた色素増感太陽電池。
Figure 2013149526
上記化学式(I)において、Rは、−CF3、−CN、−OCH3、および−SCH3のいずれかである。
A first electrode including a photoelectric conversion layer constituted by adsorbing a dye compound represented by the following chemical formula (I) to a semiconductor layer;
A second electrode as a counter electrode of the first electrode;
A dye-sensitized solar cell comprising a carrier transport layer provided between the first electrode and the second electrode.
Figure 2013149526
In the above chemical formula (I), R is any one of —CF 3 , —CN, —OCH 3 , and —SCH 3 .
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