JP2013171722A - 色素増感光電変換素子およびその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】第1基板22と、第1基板上に配置された第1電極18と、第1電極上に形成され、酸化還元電解質に対する触媒活性を有する触媒層21と、触媒層と接し、酸化還元電解質を溶媒に溶解した電解液14と、電解液に接し、半導体微粒子と色素分子を備える多孔質半導体層12と、多孔質半導体層に配置された第2電極10と、第2電極上に配置された第2基板20と、第1基板と第2基板の間に配置され、電解液を封止する封止材16とを備え、第1電極および第2電極は、第1基板上および第2基板上に塗布されたITO微粒子含有膜の焼結層で構成される。
【選択図】図7
Description
(色素増感光電変換素子)
第1の実施の形態に係る色素増感光電変換素子200の模式的断面構造は、図1に示すように表される。
第1の実施の形態に係る色素増感光電変換素子200の動作原理は、図3に示すように表される。
次に、図7〜図9を参照して、第1の実施の形態に係る色素増感光電変換素子200の構成例について説明する。
ITO微粒子含有膜は、ガラス基板で構成される第1基板22上および第2基板20上に、ITO微粒子(ITOナノ粒子)300(図8、図9参照)が分散されているペーストをスクリーン印刷により(例えば900nm程度)成膜される。
図10(a)は、比較例としてのITO膜18aを示す模式図である。従来において、ITO膜18aは真空設備を要するスパッタで成膜されるのが一般的であった。このスパッタITO膜は平坦で比較的大面積で形成される膜であるため、色素増感光電変換素子を作製する際には、レーザ加工や半導体プロセスであるフオトエッチング処理などの追加加工が必要となり、製造コストが増加する問題があった。
上記の問題点を解消すべく、本発明者は、ガラス基板に、ITOナノ粒子300が分散されているペーストをスクリーン印刷で900nm程度成膜し、種々の温度条件で熱処理を実施し、面内抵抗の確認を行った。
第1の実施の形態に係る色素増感光電変換素子200は、次の工程(a)〜(l)によって製造される。
(b)ITO微粒子含有膜を第1基板22の融点以下の温度で大気焼成する工程、
(c)大気焼成後に、ITO微粒子含有膜にN2雰囲気下で第1基板22の融点以下の温度で熱処理を加えて第1電極18を形成する工程、
(d)第1電極18上に触媒層21として導電性薄膜を形成する工程、
(e)第2基板20上にブロック層301を形成したITO微粒子300を含むITO微粒子含有膜を形成する工程、
(f)ITO微粒子含有膜を第2基板20の融点以下の温度で大気焼成する工程、
(g)大気焼成後に、ITO微粒子含有膜にN2雰囲気下で第1基板の融点以下の温度で熱処理を加えて第2電極10を形成する工程、
(h)ITO微粒子300の層にブロック層301を形成する工程、
(i)第2電極10上に半導体微粒子を備える多孔質半導体層12を形成する工程、
(j)多孔質半導体層12を色素溶液に浸漬させて色素分子を吸着させる工程、
(k)第1基板22上に第1電極18と触媒層21とを形成した対極基板と、第2基板20上に第2電極10と色素分子を吸着させた多孔質半導体層12とを形成した作用極基板とを、封止材16を介して貼り合わせる工程、
(l)対極基板と作用極基板との間に、電解液14を注入する工程
なお、第1基板22上にITO微粒子含有膜を形成する工程は、ITO微粒子300を含むペーストを第1基板22上に塗布する工程とすることができる。
図19(a)〜(d)に、大気焼成およびN2雰囲気下の熱処理を行った後のITO微粒子含有膜の状態を示す。
上述のような工程で得られた基板を色素増感光電変換素子200の対極基板として、素子評価を行った。
(複数の色素増感光電変換素子の製造方法)
次に、図25〜図30を参照して、第2の実施の形態に係る色素増感光電変換素子200の他の製造方法について説明する。
図31は、第1の実施の形態に係る色素増感光電変換素子200の動作原理を示す。
上記のように、実施の形態によって記載したが、この開示の一部をなす論述および図面は例示的なものであり、この発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例および運用技術が明らかとなろう。
10…第2電極(透明電極)
12…多孔質半導体層
12a、21a…ペースト
14…電荷輸送層(電解液)
16…封止材
18…第1電極(ITO膜)
20…第2基板(ガラス基板)
21…触媒層
22…第1基板(ガラス基板)
22a…注入孔
22b…抜気孔
23a、23b…マスク部材
25a、25b…スキージ
26…酸化還元電解質
28…酸化還元電解質
30…色素分子
32…色素分子
44…容器
45…色素溶液
200…色素増感光電変換素子
300…ITOナノ粒子(ITO微粒子)
301…ブロック層
303…ペースト
400…スパッタITO膜
Claims (11)
- 第1基板と、
前記第1基板上に配置された第1電極と、
前記第1電極上に形成され、酸化還元電解質に対する触媒活性を有する触媒層と、
前記触媒層と接し、前記酸化還元電解質を溶媒に溶解した電解液と、
前記電解液に接し、半導体微粒子と色素分子を備える多孔質半導体層と、
前記多孔質半導体層に配置された第2電極と、
前記第2電極上に配置された第2基板と、
前記第1基板と前記第2基板の間に配置され、前記電解液を封止する封止材と
を備え、
前記第1電極および前記第2電極は、前記第1基板上および前記第2基板上に塗布されたITO微粒子含有膜の焼結層で構成されることを特徴とする色素増感光電変換素子。 - 前記ITO微粒子含有膜は、1μm以下の厚さまで積層されて構成されることを特徴とする請求項1に記載の色素増感光電変換素子。
- 前記第2基板上に形成される焼結層に含まれるITO微粒子の表面には、TiO2若しくはNb2O5から成るブロック層が形成されていることを特徴とする請求項1または2に記載の色素増感光電変換素子。
- 前記ITO微粒子の粒径は10〜20nmであり、前記ブロック層の厚さは10nm以下であることを特徴とする請求項3に記載の色素増感光電変換素子。
- 第1基板上にITO微粒子含有膜を形成する工程と、
前記ITO微粒子含有膜を前記第1基板の融点以下の温度で大気焼成する工程と、
前記大気焼成後に、前記ITO微粒子含有膜にN2雰囲気下で前記第1基板の融点以下の温度で熱処理を加えて第1電極を形成する工程と、
前記第1電極上に触媒層として導電性薄膜を形成する工程と、
前記導電性薄膜形成の際に、再度N2雰囲気下で熱処理を加え、高抵抗化した前記ITO微粒子を低抵抗化する工程と、
第2基板上にITO微粒子を含むITO微粒子含有膜を形成する工程と、
前記ITO微粒子含有膜を前記第2基板の融点以下の温度で大気焼成する工程と、
ブロック層を形成する工程と、
前記ITO微粒子含有膜にN2雰囲気下で前記第1基板の融点以下の温度で熱処理を加えて第2電極を形成する工程と、
前記第2電極上に半導体微粒子を備える多孔質半導体層を形成する工程と、
前記多孔質半導体層形成の際に、再度N2雰囲気下で熱処理を加え、高抵抗化した前記ITO微粒子を低抵抗化する工程と、
前記多孔質半導体層を色素溶液に浸漬させて色素分子を吸着させる工程と、
前記第1基板上に前記第1電極と前記触媒層とを形成した対極基板と、前記第2基板上に前記第2電極と前記色素分子を吸着させた前記多孔質半導体層とを形成した作用極基板とを、封止材を介して貼り合わせる工程と、
前記対極基板と前記作用極基板との間に、電解液を注入する工程と
を有することを特徴とする色素増感光電変換素子の製造方法。 - 前記第1基板上にITO微粒子含有膜を形成する工程は、ITO微粒子を含むペーストを前記第1基板上に塗布する工程であることを特徴とする請求項5に記載の色素増感光電変換素子の製造方法。
- 前記第2基板上にブロック層を形成したITO微粒子を含むITO微粒子含有膜を形成する工程は、ITO微粒子を含むペーストを前記第2基板上に塗布した後に、溶液を塗布してブロック層を形成する工程であることを特徴とする請求項5に記載の色素増感光電変換素子の製造方法。
- 前記第1基板および前記第2基板はソーダライムガラスで構成された場合に、前記融点以下の温度は450〜550℃であり、無機アルカリガラス、石英で構成された場合に、550℃以上での焼成を行うことを特徴とする請求項5〜7のいずれか1項に記載の色素増感光電変換素子の製造方法。
- 前記N2雰囲気下とは、酸素濃度を抑えた状態で1sccm以上のN2を流した条件であることを特徴とする請求項5〜8のいずれか1項に記載の色素増感光電変換素子の製造方法。
- 前記ブロック層は、TiO2若しくはNb2O5の前駆体溶液をスピンコート法またはディップ法によって前記ITO微粒子の表面に塗布して形成されることを特徴とする請求項5〜7のいずれか1項に記載の色素増感光電変換素子の製造方法。
- 第1基板上に、ITO微粒子含有膜を形成する工程と、
前記ITO微粒子含有膜を前記第1基板の融点以下の温度で大気焼成する工程と、
前記大気焼成後に、前記ITO微粒子含有膜にN2雰囲気下で前記第1基板の融点以下の温度で熱処理を加えて第1電極を形成する工程と、
前記第1電極上に触媒層として導電性薄膜を形成する工程と、
前記導電性薄膜形成の際に、再度N2雰囲気下で熱処理を加え、高抵抗化した前記ITO微粒子を低抵抗化する工程と、
第2基板上に、ITO微粒子を含むITO微粒子含有膜を形成する工程と、
前記ITO微粒子含有膜を前記第2基板の融点以下の温度で大気焼成する工程と、
ブロック層を形成する工程と、
前記ITO微粒子含有膜にN2雰囲気下で前記第1基板の融点以下の温度で熱処理を加えて第2電極を形成する工程と、
前記第2電極上に半導体微粒子を備える多孔質半導体層を形成する工程と、
前記多孔質半導体層形成の際に、再度N2雰囲気下で熱処理を加え、高抵抗化した前記ITO微粒子を低抵抗化する工程と、
前記多孔質半導体層を色素溶液に浸漬させて色素分子を吸着させる工程と、
前記第1基板上に複数の前記第1電極と前記触媒層とを形成した対極基板と、前記第2基板上に複数の前記第2電極と前記色素分子を吸着させた前記多孔質半導体層とを形成した作用極基板とを、それぞれ色素増感光電変換素子となるセルを区画するように封止材を介して貼り合わせる工程と、
それぞれ色素増感光電変換素子となるセル毎に分離するためのスクライブラインを前記第1基板上または前記第2基板上に形成するスクライブ工程と、
前記スクライブラインに沿ってブレークして、分離する分離工程と、
分離された色素増感光電変換素子の各セルに電解液を注入する工程と
を有することを特徴とする色素増感光電変換素子の製造方法。
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