JP2013182771A - Dye-sensitized photoelectric conversion element, method for manufacturing the same, and solar cell - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a dye-sensitized photoelectric conversion element having high photoelectric conversion efficiency and high durability.SOLUTION: The dye-sensitized photoelectric conversion element has a semiconductor layer, a charge transport layer, and a counter electrode in order on a conductive substrate. The semiconductor layer contains semiconductor particles on which a sensitizing dye and a silicon compound are carried.

Description

本発明は、色素増感型光電変換素子およびその製造方法、ならびに太陽電池に関する。   The present invention relates to a dye-sensitized photoelectric conversion element, a method for producing the same, and a solar cell.

近年、無限で有害物質を発生しない太陽光の利用が精力的に検討されている。このクリーンエネルギー源である太陽光利用として現在実用化されているものは、住宅用の単結晶シリコン、多結晶シリコン、アモルファスシリコン及びテルル化カドミウムやセレン化インジウム銅等の無機系太陽電池が挙げられる。   In recent years, the use of sunlight, which is infinite and does not generate harmful substances, has been energetically studied. What is currently put into practical use as solar energy, which is a clean energy source, includes residential single crystal silicon, polycrystalline silicon, amorphous silicon, and inorganic solar cells such as cadmium telluride and indium copper selenide. .

しかしながら、これらの無機系太陽電池の欠点としては、例えば、シリコン系では、非常に純度の高いものが要求され、当然精製の工程は複雑でプロセス数が多く、製造コストが高いことが挙げられる。   However, the disadvantages of these inorganic solar cells include, for example, that silicon is required to have a very high purity, and naturally, the purification process is complicated, the number of processes is large, and the manufacturing cost is high.

その一方で、有機材料を使う太陽電池も多く提案されている。有機太陽電池としては、p型有機半導体と仕事関数の小さい金属を接合させるショットキー型光電変換素子、p型有機半導体とn型無機半導体、あるいはp型有機半導体と電子受容性有機化合物を接合させるヘテロ接合型光電変換素子等があり、利用される有機半導体は、クロロフィル、ペリレン等の合成色素や顔料、ポリアセチレン等の導電性高分子材料、またはそれらの複合材料等である。   On the other hand, many solar cells using organic materials have been proposed. As an organic solar cell, a Schottky photoelectric conversion element that joins a p-type organic semiconductor and a metal having a low work function, a p-type organic semiconductor and an n-type inorganic semiconductor, or a p-type organic semiconductor and an electron-accepting organic compound are joined. There are heterojunction photoelectric conversion elements and the like, and organic semiconductors used are synthetic dyes and pigments such as chlorophyll and perylene, conductive polymer materials such as polyacetylene, or composite materials thereof.

これらを真空蒸着法、キャスト法、またはディッピング法等により、薄膜化し電池材料が構成されている。有機材料は低コスト、大面積化が容易等の長所もあるが、変換効率は1%以下と低いものが多く、また耐久性も悪いという問題もあった。   These are thinned by a vacuum deposition method, a casting method, a dipping method, or the like to form a battery material. Although organic materials have advantages such as low cost and easy area enlargement, there are many problems that the conversion efficiency is as low as 1% or less and the durability is poor.

こうした状況の中で、良好な特性を示す太陽電池がスイスのグレッツェル博士らによって報告された(例えば、非特許文献1参照。)。   Under such circumstances, a solar cell exhibiting good characteristics has been reported by Dr. Gretzell of Switzerland (see, for example, Non-Patent Document 1).

非特許文献1において提案された電池は色素増感型太陽電池であり、ルテニウム錯体で分光増感された酸化チタン多孔質薄膜を作用電極とする湿式太陽電池である。この方式の利点は酸化チタン等の安価な金属化合物半導体を高純度まで精製する必要がないことから安価であり、また、利用可能な光は広い可視光領域にまでわたっており、可視光成分の多い太陽光を有効に電気へ変換できることである。   The battery proposed in Non-Patent Document 1 is a dye-sensitized solar cell, which is a wet solar cell using a titanium oxide porous thin film spectrally sensitized with a ruthenium complex as a working electrode. The advantage of this method is that it is not necessary to purify an inexpensive metal compound semiconductor such as titanium oxide to a high purity, and the available light extends over a wide visible light region. It can convert a lot of sunlight into electricity effectively.

しかし、二酸化チタン多孔質薄膜を作成するのに400℃を越えるような高温を用いており、ポリマー等を用いたフレキシブルな支持体を用いることができないため、用途が限定される問題があった。また、高温を使用することは、エネルギーの使用量も多く、環境に対する影響も大きくなり問題であった。   However, since a high temperature exceeding 400 ° C. is used to form the titanium dioxide porous thin film, and a flexible support using a polymer or the like cannot be used, there is a problem that the application is limited. In addition, the use of high temperature has been a problem because it uses a large amount of energy and has a large impact on the environment.

そこで、二酸化チタン等の半導体微粒子と半導体微粒子プレカーサーの共存下に400nm以下の波長の紫外光を照射することで半導体薄膜層を作製し、フレキシブルな支持体での光電変換素子が報告されている(例えば、特許文献1参照)。   Therefore, a semiconductor thin film layer is produced by irradiating ultraviolet light having a wavelength of 400 nm or less in the presence of semiconductor fine particles such as titanium dioxide and a semiconductor fine particle precursor, and a photoelectric conversion element using a flexible support has been reported ( For example, see Patent Document 1).

また、半導体プレカーサーと発泡剤の有機高分子の共存化で紫外線を照射して半導体薄膜層を形成した例も報告されている(例えば、特許文献2参照)。これは、発泡剤の有機高分子が紫外線照射により分解され、ガスとして半導体薄膜内部から抜ける際に微小な孔を作製し、薄膜の多孔質化を促進するものである。   There has also been reported an example in which a semiconductor thin film layer is formed by irradiating ultraviolet rays in the presence of a semiconductor precursor and an organic polymer of a foaming agent (see, for example, Patent Document 2). This is because the organic polymer of the foaming agent is decomposed by irradiation with ultraviolet rays, and when the gas escapes from the inside of the semiconductor thin film, fine pores are produced to promote the porous formation of the thin film.

特開2001−357896号公報JP 2001-357896 A 特開2002−231326号公報JP 2002-231326 A

Nature,353,737(1991),B.O’Regan and M.GratzelNature, 353, 737 (1991), B.R. O'Regan and M.M. Gratzel

しかしながら、特許文献1に記載の方法で作製した半導体薄膜層の場合、親水性が高く、疎水性の高い色素が二酸化チタン粒子表面に十分に吸着できなかったり、親水性を付与した色素の選択が必要になったりと、十分な効率が発揮できていないという問題があった。   However, in the case of a semiconductor thin film layer prepared by the method described in Patent Document 1, a pigment having high hydrophilicity and high hydrophobicity cannot be sufficiently adsorbed on the surface of titanium dioxide particles, or there is selection of a pigment imparted with hydrophilicity. When necessary, there was a problem that sufficient efficiency was not exhibited.

また、特許文献2に記載の方法では、薄膜を多孔質化して色素の吸着を増加させ効率を向上させているものの、色素の吸着は十分でなく、経時で効率が低下してしまい、耐久性が十分でなかった。   Further, in the method described in Patent Document 2, although the thin film is made porous to increase the adsorption of the dye to improve the efficiency, the adsorption of the dye is not sufficient, and the efficiency decreases with time, resulting in durability. Was not enough.

そこで、本発明は、高い光電変換効率および高い耐久性を有する色素増感型光電変換素子を提供することを目的とする。   Therefore, an object of the present invention is to provide a dye-sensitized photoelectric conversion element having high photoelectric conversion efficiency and high durability.

また、本発明の他の目的は、該色素増感型光電変換素子の製造方法を提供することにある。   Another object of the present invention is to provide a method for producing the dye-sensitized photoelectric conversion element.

本発明のさらに他の目的は、該色素増感型光電変換素子を用いた太陽電池を提供することにある。   Still another object of the present invention is to provide a solar cell using the dye-sensitized photoelectric conversion element.

本発明者は、鋭意研究を積み重ねた。その結果、ケイ素化合物および色素が担持されている半導体粒子を含む半導体層を有する色素増感型光電変換素子により、上記課題が解決されることを見出し、本発明を完成させるに至った。   The present inventor has accumulated extensive research. As a result, the present inventors have found that the above problems can be solved by a dye-sensitized photoelectric conversion element having a semiconductor layer containing semiconductor particles carrying a silicon compound and a dye, and have completed the present invention.

本発明の上記目的は、以下の構成により達成される。   The above object of the present invention is achieved by the following configurations.

1.導電性基材上に、半導体層、電荷輸送層、および対向電極を順次有する、色素増感型光電変換素子であって、前記半導体層は、増感色素およびケイ素化合物が担持された半導体粒子を有する、色素増感型光電変換素子。   1. A dye-sensitized photoelectric conversion element having a semiconductor layer, a charge transport layer, and a counter electrode in this order on a conductive substrate, wherein the semiconductor layer comprises semiconductor particles carrying a sensitizing dye and a silicon compound. A dye-sensitized photoelectric conversion element.

2.前記ケイ素化合物は、ポリシラザンおよびシルセスキオキサンからなる群より選択される少なくとも1種に真空紫外線を照射して形成される化合物である、上記1.に記載の色素増感型光電変換素子。   2. The silicon compound is a compound formed by irradiating at least one selected from the group consisting of polysilazane and silsesquioxane with vacuum ultraviolet rays. The dye-sensitized photoelectric conversion element as described in 1.

3.導電性基材上に、半導体層、電荷輸送層、および対向電極を順次有する、色素増感型光電変換素子の製造方法であって、半導体粒子および半導体粒子前駆体からなる群より選択される少なくとも1種と、ケイ素化合物とを含む混合液を調製する工程と、前記混合液を塗布し乾燥して塗膜を形成する工程と、前記塗膜に、波長200nm以下の真空紫外線を照射する工程と、前記真空紫外線を照射した後の前記塗膜を増感処理する工程と、を含む、色素増感型光電変換素子の製造方法。   3. A method for producing a dye-sensitized photoelectric conversion device, comprising a semiconductor layer, a charge transport layer, and a counter electrode in this order on a conductive substrate, and at least selected from the group consisting of semiconductor particles and semiconductor particle precursors A step of preparing a mixed solution containing one type and a silicon compound, a step of applying the mixed solution and drying to form a coating film, and a step of irradiating the coating film with vacuum ultraviolet light having a wavelength of 200 nm or less; And a step of sensitizing the coating film after irradiation with the vacuum ultraviolet ray. A method for producing a dye-sensitized photoelectric conversion element.

4.前記ケイ素化合物は、ポリシラザンおよびシルセスキオキサンからなる群より選択される少なくとも1種である、上記3.に記載の製造方法。   4). The silicon compound is at least one selected from the group consisting of polysilazane and silsesquioxane. The manufacturing method as described in.

5.上記1.もしくは2.に記載の色素増感型光電変換素子、または上記3.もしくは4.に記載の製造方法により得られる色素増感型光電変換素子を有する、太陽電池。   5. Above 1. Or 2. 2. The dye-sensitized photoelectric conversion element described in 3) above, or 3. Or 4. The solar cell which has a dye-sensitized photoelectric conversion element obtained by the manufacturing method of description.

本発明によれば、高い光電変換効率および高い耐久性を有する色素増感型光電変換素子が提供される。   According to the present invention, a dye-sensitized photoelectric conversion element having high photoelectric conversion efficiency and high durability is provided.

本発明の色素増感型光電変換素子の一例を示す断面概略図である。It is a cross-sectional schematic diagram which shows an example of the dye-sensitized photoelectric conversion element of this invention.

本発明は、導電性基材上に、半導体層、電荷輸送層、および対向電極を順次有する、色素増感型光電変換素子であって、前記半導体層は、増感色素およびケイ素化合物が担持された半導体粒子を有する、色素増感型光電変換素子である。   The present invention is a dye-sensitized photoelectric conversion element having a semiconductor layer, a charge transport layer, and a counter electrode in this order on a conductive substrate, and the semiconductor layer carries a sensitizing dye and a silicon compound. It is a dye-sensitized photoelectric conversion element having a semiconducting particle.

本発明の色素増感型光電変換素子が高い光電変換効率および高い耐久性を有する詳細な理由は不明であるが、半導体粒子表面に担持されたケイ素化合物が色素の吸着に良好な疎水性と親水性とのバランスを取っており、これにより高い色素吸着が可能になっていること、さらには、ケイ素化合物の担持により半導体粒子の光触媒性が弱められ、色素の分解が抑制されていることで、高い光電変換効率と高い耐久性とを有する色素増感型光電変換素子を実現していると考えられる。なお、このメカニズムは推測によるものであり、本発明は上記メカニズムに何ら制限されるものではない。   The detailed reason why the dye-sensitized photoelectric conversion element of the present invention has high photoelectric conversion efficiency and high durability is unknown, but the silicon compound supported on the surface of the semiconductor particles has good hydrophobicity and hydrophilicity for dye adsorption. It is possible to achieve high dye adsorption by this, and further, the photocatalytic property of the semiconductor particles is weakened by the loading of the silicon compound, and the decomposition of the dye is suppressed, It is considered that a dye-sensitized photoelectric conversion element having high photoelectric conversion efficiency and high durability has been realized. This mechanism is based on speculation, and the present invention is not limited to the above mechanism.

以下、本発明の構成要素および実施形態について詳細に説明する。   Hereafter, the component and embodiment of this invention are demonstrated in detail.

《色素増感型光電変換素子》
本発明の色素増感型光電変換素子(以下、単に光電変換素子とも称する)の構成について、図1を用いて説明する。
<< Dye-sensitized photoelectric conversion element >>
The structure of the dye-sensitized photoelectric conversion element of the present invention (hereinafter also simply referred to as a photoelectric conversion element) will be described with reference to FIG.

図1は、本発明の色素増感型光電変換素子の一例を示す断面概略図である。   FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing an example of the dye-sensitized photoelectric conversion element of the present invention.

図1に示すように、本発明の一実施形態による色素増感型光電変換素子は、紫外線吸収層1、導電性基材2(光入射面側に設置される)、透明導電膜3、半導体層4、電荷輸送層5、触媒層6、導電層7および導電性基材8から構成されている。   As shown in FIG. 1, the dye-sensitized photoelectric conversion device according to one embodiment of the present invention includes an ultraviolet absorbing layer 1, a conductive substrate 2 (installed on the light incident surface side), a transparent conductive film 3, and a semiconductor. It is composed of a layer 4, a charge transport layer 5, a catalyst layer 6, a conductive layer 7 and a conductive substrate 8.

本発明の色素増感型光電変換素子は、一対の電極間に電荷輸送層5を有するが、一方の電極は、導電性基材2、透明導電膜3(透明導電層3ともいう)および半導体層4から構成される半導体電極10であり、他方の電極は、触媒層6、導電層7および導電性基材8から構成される対向電極9である。   The dye-sensitized photoelectric conversion element of the present invention has a charge transport layer 5 between a pair of electrodes, one electrode being a conductive substrate 2, a transparent conductive film 3 (also referred to as a transparent conductive layer 3), and a semiconductor. The semiconductor electrode 10 is composed of the layer 4, and the other electrode is the counter electrode 9 composed of the catalyst layer 6, the conductive layer 7, and the conductive substrate 8.

以下、本発明の色素増感型光電変換素子の各構成について、さらに詳細に説明する。   Hereafter, each structure of the dye-sensitized photoelectric conversion element of this invention is demonstrated in detail.

[半導体電極]
本発明に係る半導体電極10は、図1に示すように、導電性基材2(以下、光入射面側の基板2とも称する)、透明導電膜3(以下、透明導電層3とも称する)、および半導体層4から構成される。
[Semiconductor electrode]
As shown in FIG. 1, a semiconductor electrode 10 according to the present invention includes a conductive substrate 2 (hereinafter also referred to as a light incident surface side substrate 2), a transparent conductive film 3 (hereinafter also referred to as a transparent conductive layer 3), And a semiconductor layer 4.

<導電性基材>
半導体電極10を構成する導電性基材2は、光入射11の側(光入射面側とも称する)に設けられるが、本発明の色素増感型光電変換素子の光電変換効率向上の観点から、光平均透過率が80%以上であることが好ましい。なお、光平均透過率は、例えば、HAZEメータ(日本電色工業株式会社製、NDH2000)を用いて測定することができる。
<Conductive substrate>
The conductive substrate 2 constituting the semiconductor electrode 10 is provided on the light incident 11 side (also referred to as the light incident surface side). From the viewpoint of improving the photoelectric conversion efficiency of the dye-sensitized photoelectric conversion element of the present invention, The light average transmittance is preferably 80% or more. The light average transmittance can be measured using, for example, a HAZE meter (manufactured by Nippon Denshoku Industries Co., Ltd., NDH2000).

上記のような光平均透過率を有する、本発明に適用可能なプラスチック基材としては、例えば、メタクリル酸エステル、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリエチレンナフタレート(PEN)、ポリカーボネート(PC)、ポリアリレート、ポリスチレン(PS)、芳香族ポリアミド、ポリエーテルエーテルケトン、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリイミド、ポリエーテルイミド、シクロオレフィン、セルロースエステル等のフィルムや、ガラスクロスやセルロースナノファイバーに樹脂を含浸したフィルム、アクリルモノマーにシルセスキオキサン等の無機モノマーや無機粒子を配合させて硬化させたフィルム等を挙げることができる。コストや入手の容易性、さらに耐熱性や耐候性の観点から、紫外線吸収剤が配合されたポリカーボネート(PC)や、加水分解性が抑制されたポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリエチレンナフタレート(PEN)などが好ましく用いられる。これらの材料は、単独でもまたは2種以上組み合わせて用いてもよい。   Examples of the plastic base material having the light average transmittance as described above and applicable to the present invention include methacrylic acid ester, polyethylene terephthalate (PET), polyethylene naphthalate (PEN), polycarbonate (PC), polyarylate, Polystyrene (PS), aromatic polyamide, polyetheretherketone, polysulfone, polyethersulfone, polyimide, polyetherimide, cycloolefin, cellulose ester film, glass cloth and cellulose nanofiber impregnated resin, acrylic Examples thereof include a film obtained by mixing an inorganic monomer such as silsesquioxane or inorganic particles with the monomer and curing the film. From the viewpoints of cost, availability, heat resistance and weather resistance, polycarbonate (PC) with UV absorber, polyethylene terephthalate (PET), polyethylene naphthalate (PEN) with suppressed hydrolyzability, etc. Is preferably used. These materials may be used alone or in combination of two or more.

該基材の厚さは、5〜200μm程度が好ましく、より好ましくは15〜150μmである。   As for the thickness of this base material, about 5-200 micrometers is preferable, More preferably, it is 15-150 micrometers.

<透明導電膜(透明導電層)>
半導体電極10を構成する透明導電膜3は、後述する紫外線吸収層が導電性基材2に設けられる面とは異なるもう一方の面上に設けられる。
<Transparent conductive film (transparent conductive layer)>
The transparent conductive film 3 constituting the semiconductor electrode 10 is provided on the other surface different from the surface on which the later-described ultraviolet absorbing layer is provided on the conductive substrate 2.

透明導電膜3を形成する材料としては、透明導電性金属酸化物を用いることが好ましく、例えば、SnO、CdO、ZnO、CTO系(CdSnO、CdSnO、CdSnO)、In、CdIn等が挙げられる。なお、該透明導電性金属酸化物は、単独でもまたは2種以上組み合わせて用いてもよい。 As a material for forming the transparent conductive film 3, a transparent conductive metal oxide is preferably used. For example, SnO 2 , CdO, ZnO, CTO (CdSnO 3 , Cd 2 SnO 4 , CdSnO 4 ), In 2 O 3 , CdIn 2 O 4 and the like. In addition, you may use this transparent conductive metal oxide individually or in combination of 2 or more types.

好ましくは、上記の金属酸化物に、Sn、Sb、FおよびAlから選ばれる1種または2種以上を添加した複合(ドープ)材料が挙げられる。   Preferably, a composite (dope) material in which one or more selected from Sn, Sb, F and Al is added to the above metal oxide can be used.

中でも好ましいのは、Sn(スズ)をドープしたIn(ITO)、Sb(アンチモン)をドープしたSnO、F(フッ素)をドープしたSnO等の導電性金属酸化物であり、耐熱性向上の観点から、FをドープしたSnOがより好ましく用いられる。 Among them preferred are, Sn In 2 O 3 doped with (tin) (ITO), an SnO 2, F (fluorine) conductive metal oxides SnO 2 or the like doped with doped with Sb (antimony), heat From the viewpoint of improving the properties, SnO 2 doped with F is more preferably used.

<透明導電性支持体(導電性基板)>
上記の導電性基材2と透明導電膜3とから透明導電性支持体(導電性基板)が形成される。
<Transparent conductive support (conductive substrate)>
A transparent conductive support (conductive substrate) is formed from the conductive substrate 2 and the transparent conductive film 3.

透明導電性支持体(導電性基材2と透明導電層3とからなる)の膜厚としては、0.3mm〜5mmの範囲が好ましい。また、導電性支持体の表面抵抗は、50Ω/cm以下であることが好ましく、10Ω/cm以下であることがより好ましい。 The film thickness of the transparent conductive support (consisting of the conductive substrate 2 and the transparent conductive layer 3) is preferably in the range of 0.3 mm to 5 mm. The surface resistance of the conductive support is preferably 50 [Omega / cm 2 or less, more preferably 10 [Omega / cm 2 or less.

なお、透明導電性支持体の光平均透過率の好ましい範囲は、上記基板2の光平均透過率の好ましい範囲と同様であるため、ここでは省略する。   In addition, since the preferable range of the light average transmittance of the transparent conductive support is the same as the preferable range of the light average transmittance of the substrate 2, it is omitted here.

<半導体層>
本発明に係る半導体層4は、ケイ素化合物および増感色素が表面に担持(吸着)されている半導体粒子を含む。
<Semiconductor layer>
The semiconductor layer 4 according to the present invention includes semiconductor particles in which a silicon compound and a sensitizing dye are supported (adsorbed) on the surface.

前記半導体粒子としては、例えば、シリコン、ゲルマニウムのような単体、周期表(元素周期表とも称する)の第3族〜第5族および第13族〜第15族の元素を有する化合物、金属のカルコゲニド(例えば、酸化物、硫化物、セレン化物等)、金属窒化物等が挙げられる。   Examples of the semiconductor particles include simple substances such as silicon and germanium, compounds having elements of Group 3 to Group 5 and Group 13 to Group 15 of the periodic table (also referred to as element periodic table), and metal chalcogenides. (For example, oxides, sulfides, selenides, etc.), metal nitrides, and the like.

好ましい金属のカルコゲニドとしては、例えば、チタン、スズ、亜鉛、鉄、タングステン、ジルコニウム、ハフニウム、ストロンチウム、インジウム、セリウム、イットリウム、ランタン、バナジウム、ニオブ、またはタンタルの酸化物、カドミウム、亜鉛、鉛、銀、アンチモンまたはビスマスの硫化物、カドミウムまたは鉛のセレン化物、カドミウムのテルル化物等が挙げられる。他の半導体粒子としては、亜鉛、ガリウム、インジウム、カドミウム等のリン化物、ガリウム−ヒ素または銅−インジウムのセレン化物、銅−インジウムの硫化物、チタンの窒化物等の化合物半導体粒子が挙げられる。   Preferred metal chalcogenides include, for example, titanium, tin, zinc, iron, tungsten, zirconium, hafnium, strontium, indium, cerium, yttrium, lanthanum, vanadium, niobium, or tantalum oxide, cadmium, zinc, lead, silver Antimony or bismuth sulfide, cadmium or lead selenide, cadmium telluride and the like. Examples of other semiconductor particles include phosphides such as zinc, gallium, indium, and cadmium, compound semiconductor particles such as gallium-arsenic or copper-indium selenide, copper-indium sulfide, and titanium nitride.

前記半導体粒子のさらに具体的な例としては、例えば、TiO、SnO、Fe、WO、ZnO、Nb、CdS、ZnS、PbS、Bi、CdSe、CdTe、GaP、InP、GaAs、CuInS、CuInSe、Ti等が挙げられる。好ましくは、TiO、ZnO、SnO、Fe、WO、Nb、CdS、PbSであり、より好ましくは、TiO、WO、またはNbであり、中でも特に好ましく用いられるのはTiO(酸化チタン)である。 As more specific examples of the semiconductor particles, for example, TiO 2 , SnO 2 , Fe 2 O 3 , WO 3 , ZnO, Nb 2 O 5 , CdS, ZnS, PbS, Bi 2 S 3 , CdSe, CdTe, GaP, InP, GaAs, CuInS 2 , CuInSe 2, Ti 3 N 4 and the like. Preferred is TiO 2 , ZnO, SnO 2 , Fe 2 O 3 , WO 3 , Nb 2 O 5 , CdS, PbS, more preferred is TiO 2 , WO 3 , or Nb 2 O 5 , especially among them TiO 2 (titanium oxide) is preferably used.

前記半導体粒子は、単独でもまたは2種以上組み合わせて用いてもよい。例えば、上述した金属酸化物もしくは金属硫化物の数種類を併用することもできる。また、酸化チタン対して、1〜30質量%の窒化チタン(Ti)を混合して使用してもよい。また、窒化チタン以外に酸化チタンと組み合わせることができる他の金属酸化物または金属硫化物としては、例えば、SnO、Fe、WO、ZnO、Nb、CdS、ZnS、PbS、Bi、CuInS等が挙げられる。 The semiconductor particles may be used alone or in combination of two or more. For example, several types of metal oxides or metal sulfides described above can be used in combination. Further, for the titanium oxide may be used by mixing 1 to 30% by weight of titanium nitride (Ti 3 N 4). In addition to titanium nitride, other metal oxides or metal sulfides that can be combined with titanium oxide include, for example, SnO 2 , Fe 2 O 3 , WO 3 , ZnO, Nb 2 O 5 , CdS, ZnS, and PbS. Bi 2 S 3 , CuInS 2 and the like.

また、本発明に係る半導体粒子は、有機塩基を用いて表面処理してもよい。前記有機塩基としては、例えば、ジアリールアミン、トリアリールアミン、ピリジン、4−t−ブチルピリジン、ポリビニルピリジン、キノリン、ピペリジン、アミジン等が挙げられるが、中でもピリジン、4−t−ブチルピリジン、ポリビニルピリジンが好ましい。   Further, the semiconductor particles according to the present invention may be surface-treated using an organic base. Examples of the organic base include diarylamine, triarylamine, pyridine, 4-t-butylpyridine, polyvinylpyridine, quinoline, piperidine, amidine, and the like, among which pyridine, 4-t-butylpyridine, and polyvinylpyridine. Is preferred.

本発明に係る半導体粒子は、単結晶でも多結晶でもよい。変換効率の観点からは単結晶が好ましく、製造コスト、原材料確保、エネルギーペイバックタイム等の観点からは多結晶が好ましく、半導体粒子からなる多孔質膜がより好ましい。   The semiconductor particles according to the present invention may be single crystal or polycrystalline. Single crystals are preferable from the viewpoint of conversion efficiency, polycrystals are preferable from the viewpoint of manufacturing cost, securing raw materials, energy payback time, and the like, and porous films made of semiconductor particles are more preferable.

前記半導体粒子の粒径は、一般にnm〜μmのオーダーのものを便宜選択することができる。色素の吸着性を向上させるために、粒子の高次構造的に多孔質化にすることが好ましく、種々の粒径の粒子を組み合わせることが好ましい。   The particle size of the semiconductor particles can be conveniently selected in general on the order of nm to μm. In order to improve the adsorptivity of the dye, it is preferable to make the particles highly porous, and it is preferable to combine particles having various particle sizes.

半導体粒子の作製方法としては、作花済夫著の「ゾル−ゲル法の科学」アグネ承風社(1998年)、技術情報協会著の「ゾル−ゲル法による薄膜コーティング技術」(1995年)等に記載のゾル−ゲル法、杉本忠夫著の「新合成法ゲル−ゾル法による単分散粒子の合成とサイズ形態制御、まてりあ,第35巻,第9号,1012〜1018頁(1996年)」に記載のゲル−ゾル法が好ましい。また、Degussa社が開発した塩化物を酸水素塩中で高温加水分解により酸化物を作製する方法も好ましい。   Semiconductor particle fabrication methods include "Science of Sol-Gel Method" written by Sakuo Sakuhana, Agne Jofusha (1998), and "Thin-Film Coating Technology by Sol-Gel Method" written by the Technical Information Association (1995). Sol-gel method described by Tadao Sugimoto, “Synthesis of monodisperse particles by the new synthesis method gel-sol method and size and shape control, Materia, Vol. 35, No. 9, 1012-1018 (1996). The gel-sol method described in “Year)” is preferable. In addition, a method of producing an oxide by hydrolyzing a chloride developed by Degussa in an oxyhydrogen salt is also preferable.

半導体粒子が酸化チタンの場合、上記ゾル−ゲル法、ゲル−ゾル法、塩化物の酸水素塩中での高温加水分解法はいずれも好ましいが、さらに清野学著の「酸化チタン 物性と応用技術 技報堂出版(1997年)」に記載の硫酸法および塩素法を用いることもできる。さらにゾル−ゲル法として、Barbeらのジャーナル・オブ・アメリカン・セラミック・ソサエティー,第80巻,第12号,3157〜3171頁(1997年)に記載の方法や、Burnsideらのケミストリー・オブ・マテリアルズ,第10巻,第9号,2419〜2425頁に記載の方法も好ましい。   When the semiconductor particles are titanium oxide, the sol-gel method, the gel-sol method, and the high-temperature hydrolysis method in the oxyhydrogen salt of chloride are preferable. The sulfuric acid method and the chlorine method described in “Gihodo Publishing (1997)” can also be used. Further, as a sol-gel method, the method described in Journal of American Ceramic Society of Barbe et al., Vol. 80, No. 12, pages 3157-3171 (1997), and the chemistry of materials of Burnside et al. , Vol. 10, No. 9, pages 2419-2425 are also preferred.

酸化チタンは、主としてアナターゼ型とルチル型の2種類の結晶型があるが、本発明ではアナターゼ型が好ましい。両者の混合物の場合は、アナターゼ型の含率が高い方が好ましく、80%以上であることがさらに好ましい。なお、アナターゼ含率は、X線回折法に
より求めることができ、アナターゼおよびルチルに由来する回折ピーク強度の比率から求めることができる。
Titanium oxide has mainly two types of crystal forms, anatase type and rutile type. In the present invention, the anatase type is preferable. In the case of a mixture of the two, it is preferable that the content of the anatase type is higher, and more preferably 80% or more. The anatase content can be determined by X-ray diffraction, and can be determined from the ratio of the diffraction peak intensities derived from anatase and rutile.

<ケイ素化合物>
本発明の半導体粒子に担持されているケイ素化合物は、特に制限されないが、例えば、酸化ケイ素、窒化ケイ素、酸窒化ケイ素、テトラエトキシシラン等のアルコキシシラン、ポリシラン、ポリシラザン、シルセスキオキサン、ポリシロキサン等の化合物が挙げられる。これらケイ素化合物は、単独でもまたは2種以上組み合わせても用いることができる。
<Silicon compound>
The silicon compound supported on the semiconductor particles of the present invention is not particularly limited, but for example, alkoxysilanes such as silicon oxide, silicon nitride, silicon oxynitride, tetraethoxysilane, polysilane, polysilazane, silsesquioxane, polysiloxane And the like. These silicon compounds can be used alone or in combination of two or more.

これらケイ素化合物は、半導体粒子とケイ素化合物とを含む塗膜を、200〜1000℃、好ましくは300〜800℃の温度範囲で焼成処理したり、波長が200nmを超え400nm以下の紫外線または波長200nm以下の真空紫外線などの活性エネルギー線を照射する処理を行ったりすることにより、半導体粒子上に担持される。ケイ素化合物として、アルコキシシラン、ポリシラン、ポリシラザン、シルセスキオキサン、ポリシロキサンなどの化合物を用いた場合、このような処理を行うことにより、該ケイ素化合物の少なくとも一部が、酸化ケイ素、窒化ケイ素、酸窒化ケイ素などに変換される。よって、本発明の半導体粒子に担持されるケイ素化合物は、上記のような処理により形成された化合物であってもよい。特に、色素との吸着性の観点から、ポリシラザンおよびシルセスキオキサンからなる群より選択される少なくとも1種に真空紫外線照射処理して形成された化合物であることが好ましい。   These silicon compounds are obtained by baking a coating film containing semiconductor particles and a silicon compound at a temperature in the range of 200 to 1000 ° C., preferably 300 to 800 ° C., or having a wavelength of more than 200 nm and not more than 400 nm, or a wavelength of 200 nm or less. It is carried on the semiconductor particles by performing a process of irradiating active energy rays such as vacuum ultraviolet rays. When a compound such as alkoxysilane, polysilane, polysilazane, silsesquioxane, polysiloxane or the like is used as the silicon compound, by performing such treatment, at least a part of the silicon compound includes silicon oxide, silicon nitride, Converted to silicon oxynitride or the like. Therefore, the silicon compound supported on the semiconductor particles of the present invention may be a compound formed by the above treatment. In particular, from the viewpoint of adsorptivity with a dye, a compound formed by subjecting at least one selected from the group consisting of polysilazane and silsesquioxane to vacuum ultraviolet irradiation treatment is preferable.

以下、好ましいケイ素化合物であるポリシラザンおよびシルセスキオキサンについて説明する。   Hereinafter, polysilazane and silsesquioxane which are preferable silicon compounds will be described.

[ポリシラザン]
ポリシラザンとは、ケイ素−窒素結合を有するポリマーであり、Si−N、Si−H、N−H等の結合を有する。
[Polysilazane]
Polysilazane is a polymer having a silicon-nitrogen bond, and has a bond such as Si—N, Si—H, or N—H.

本発明で用いられるポリシラザンとしては、下記一般式Aで示されるものが好ましい。   As the polysilazane used in the present invention, those represented by the following general formula A are preferable.

前記一般式A中、R、R、およびRは、それぞれ独立して、水素原子、アルキル基、アルケニル基、シクロアルキル基、アリール基、アルキルシリル基、アルキルアミノ基、またはアルコキシ基である。 In the general formula A, R 1 , R 2 , and R 3 are each independently a hydrogen atom, alkyl group, alkenyl group, cycloalkyl group, aryl group, alkylsilyl group, alkylamino group, or alkoxy group. is there.

ポリシラザンのさらに具体的な例としては、例えば、前記一般式A中のR、R、およびRのすべてが水素原子であるパーヒドロポリシラザン、Siと結合する水素原子が一部アルキル基等で置換されたオルガノポリシラザン等が好ましく挙げられ、半導体粒子への担持性、色素の構造との適合性や吸着性等から、適宜置換基を選択することができる。前記パーヒドロポリシラザンおよびオルガノポリシラザンは、混合して使用することもできる。 More specific examples of polysilazane include, for example, perhydropolysilazane in which all of R 1 , R 2 , and R 3 in the general formula A are hydrogen atoms, a part of hydrogen atoms bonded to Si are alkyl groups, and the like The organopolysilazane substituted with is preferably exemplified, and the substituent can be appropriately selected from the viewpoint of the supportability to the semiconductor particles, the compatibility with the structure of the dye, the adsorptivity, and the like. The perhydropolysilazane and the organopolysilazane can be mixed and used.

その他のポリシラザンとしては、例えば、ケイ素アルコキシドを反応させて得られるケイ素アルコキシド付加ポリシラザン(特開平5−238827号公報参照)、グリシドールを反応させて得られるグリシドール付加ポリシラザン(特開平6−122852号公報参照)、アルコールを反応させて得られるアルコール付加ポリシラザン(特開平6−240208号公報参照)、金属カルボン酸塩を反応させて得られる金属カルボン酸塩付加ポリシラザン(特開平6−299118号公報参照)、金属を含むアセチルアセトナート錯体を反応させて得られるアセチルアセトナート錯体付加ポリシラザン(特開平6−306329号公報参照)、金属微粒子を添加して得られる金属微粒子添加ポリシラザン(特開平7−196986号公報参照)等が挙げられる。   Other polysilazanes include, for example, silicon alkoxide-added polysilazanes obtained by reacting silicon alkoxide (see JP-A-5-238827) and glycidol-added polysilazanes obtained by reacting glycidol (see JP-A-6-122852). ), An alcohol-added polysilazane obtained by reacting an alcohol (see JP-A-6-240208), a metal carboxylate-added polysilazane obtained by reacting a metal carboxylate (see JP-A-6-299118), An acetylacetonate complex-added polysilazane obtained by reacting a metal-containing acetylacetonate complex (see JP-A-6-306329), a metal fine particle-added polysilazane obtained by adding metal fine particles (JP-A-7-196986) reference Etc. The.

[シルセスキオキサン]
シルセスキオキサン(Silsesqui oxane)はTレジンとも呼ばれるもので、通常のシリカが一般式〔SiO〕で表されるのに対し、シルセスキオキサン(ポリシルセスキオキサンとも称する)は一般式〔RSiO1.5〕で表される化合物である。通常はテトラエトキシシランに代表されるテトラアルコキシシラン(Si(OR’)4)の1つのアルコキシ基をアルキル基またはアリール基に置き換えた(RSi(OR’)3)化合物の加水分解−重縮合で合成されるポリシロキサンであり、分子配列の形状として、代表的には無定形、ラダー状、かご状(完全縮合ケージ状)がある。本発明においては、半導体粒子への担持性、色素の構造や吸着から適宜、形状を選択することができるが、好ましくはかご状シルセスキオキサンである。
[Silsesquioxane]
Silsesquioxane (Silsesquioxane) is also called T-resin, while ordinary silica is represented by the general formula [SiO 2 ], whereas silsesquioxane (also called polysilsesquioxane) is a general formula. It is a compound represented by [RSiO 1.5 ]. Usually, by hydrolysis-polycondensation of (RSi (OR ') 3) compound in which one alkoxy group of tetraalkoxysilane (Si (OR') 4) represented by tetraethoxysilane is replaced with an alkyl group or aryl group. The polysiloxane to be synthesized, and the molecular arrangement is typically amorphous, ladder-like, or cage-like (fully condensed cage-like). In the present invention, the shape can be appropriately selected from the supportability to the semiconductor particles, the structure of the dye and the adsorption, and a cage silsesquioxane is preferred.

本発明で用いられるかご状シルセスキオキサンとしては、具体的には〔RSiO1.5の化学式で表されるタイプ(下記一般式(1))、〔RSiO1.510の化学式で表されるタイプ(下記一般式(2))、〔RSiO1.512の化学式で表されるタイプ(下記一般式(3))、〔RSiO1.514の化学式で表されるタイプ(下記一般式(4)、下記一般式(5))、および〔RSiO1.516の化学式で表されるタイプ(下記一般式(6)、下記一般式(7))が知られている。 As the cage silsesquioxane used in the present invention, specifically, a type represented by a chemical formula of [RSiO 1.5 ] 8 (the following general formula (1)), a chemical formula of [RSiO 1.5 ] 10 A type represented by the following formula (2), a type represented by the chemical formula [RSiO 1.5 ] 12 (the following general formula (3)), and a formula [RSiO 1.5 ] 14 The types (the following general formula (6) and the following general formula (7)) represented by the chemical formulas of the types (the following general formula (4) and the following general formula (5)) and [RSiO 1.5 ] 16 are known. ing.

これらの中で、好ましいものは、上記一般式(1)で表される立方体構造のもの(T8−シルセスキオキサンとも呼ばれる)である。   Among these, those having a cubic structure represented by the general formula (1) (also referred to as T8-silsesquioxane) are preferable.

より具体的には、「高分子学会誌 第47巻12月号(1998年)第899ページ」やチッソ株式会社/アズマックス株式会社発行のカタログ「特殊シリコン試薬第7版(平成10年11月3日発行)」の第351ページに詳しい説明が記載されている。   More specifically, “Journal of the Society of Polymer Sciences, Vol. 47, December (1998), page 899” and catalogs issued by Chisso Corporation / Azmax Co., Ltd. “Special Silicon Reagent 7th Edition (November 3, 1998)” Page 351 of “Issue Date”) provides a detailed explanation.

本発明で用いられる上記一般式(1)〜(7)で表される化合物において、Rで表される置換基としては、水素原子、置換されているかもしくは非置換のアルキル基、置換されているかもしくは非置換のアルケニル基、または置換されているかもしくは非置換のアリール基等が挙げられる。これらの中から、半導体粒子への担持性、色素の構造、吸着性などから、適宜置換基を選択することができる。好ましくは、水素原子、メチル基、エチル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基、イソプロピル基、2−エチルヘキシル基、2−クロロエチル基、メタクリロキシプロピル基、アリル基、3−ヒドロキシプロピル基、3−アミノプロピル基、3−メルカプトプロピル基、3−グリシドキシプロピル基、3−メタクリロイルオキシプロピル基、ビニル基、またはフェニル基である。   In the compounds represented by the general formulas (1) to (7) used in the present invention, the substituent represented by R may be a hydrogen atom, a substituted or unsubstituted alkyl group, or a substituent. Alternatively, an unsubstituted alkenyl group, a substituted or unsubstituted aryl group, and the like can be given. Among these, substituents can be appropriately selected from the supportability to semiconductor particles, the structure of the dye, the adsorptivity, and the like. Preferably, a hydrogen atom, methyl group, ethyl group, cyclopentyl group, cyclohexyl group, isopropyl group, 2-ethylhexyl group, 2-chloroethyl group, methacryloxypropyl group, allyl group, 3-hydroxypropyl group, 3-aminopropyl group 3-mercaptopropyl group, 3-glycidoxypropyl group, 3-methacryloyloxypropyl group, vinyl group, or phenyl group.

かご状シルセスキオキサンは、対応する化合物(RSi(OR’))の加水分解および重縮合で合成される。本発明で用いられるかご状シルセスキオキサンのさらに具体的な例を、以下に示す。 The cage silsesquioxane is synthesized by hydrolysis and polycondensation of the corresponding compound (RSi (OR ′) 3 ). More specific examples of the cage silsesquioxane used in the present invention are shown below.

<増感色素>
半導体粒子に担持(吸着)されている増感色素(以下、単に色素とも称する)としては、公知のものを使用できるが、ケイ素化合物や半導体粒子との吸着率を高めて効率を高めるという観点から、カルボキシ基を有することが好ましい。
<Sensitizing dye>
As the sensitizing dye supported (adsorbed) on the semiconductor particles (hereinafter, also simply referred to as a dye), known ones can be used, but from the viewpoint of increasing the efficiency by increasing the adsorption rate with the silicon compound and the semiconductor particles. It preferably has a carboxy group.

本発明で用いられる色素の具体例としては、下記化学式(1)〜(38)で表される化合物が挙げられるが、本発明はこれらに限定されるものではない。   Specific examples of the dye used in the present invention include compounds represented by the following chemical formulas (1) to (38), but the present invention is not limited thereto.

上記に限らず、本発明に係る半導体粒子を分光増感しうるものならば、いずれの色素も本発明で用いることができる。光電変換の波長域をできるだけ広くし、かつ変換効率を上げるため、2種以上の色素を混合して用いてもよい。また、目的とする光源の波長域および強度分布に合わせるように、混合する色素の種類とその割合とを適宜選択することができる。   The present invention is not limited to the above, and any dye can be used in the present invention as long as it can spectrally sensitize the semiconductor particles according to the present invention. In order to widen the wavelength range of photoelectric conversion as much as possible and increase the conversion efficiency, two or more kinds of dyes may be mixed and used. Moreover, the kind of pigment | dye to mix and its ratio can be suitably selected so that it may match with the wavelength range and intensity distribution of the target light source.

<電荷輸送層>
本発明に係る電荷輸送層は、半導体層に含有される半導体粒子が担持している色素の酸化体を迅速に還元し、色素との界面で注入された正孔を対極に輸送する機能を担う層である。
<Charge transport layer>
The charge transport layer according to the present invention has a function of rapidly reducing an oxidant of a dye carried by semiconductor particles contained in the semiconductor layer and transporting holes injected at the interface with the dye to the counter electrode. Is a layer.

本発明に係る電荷輸送層は、レドックス電解質の分散物や正孔輸送材料としてのp型化合物半導体(電荷輸送剤)を主成分として構成されている。   The charge transport layer according to the present invention is mainly composed of a redox electrolyte dispersion or a p-type compound semiconductor (charge transport agent) as a hole transport material.

レドックス電解質としては、I/I3−系、Br/Br3−系、キノン/ハイドロキノン系等が挙げられる。このようなレドックス電解質は従来公知の方法によって得ることができ、例えば、I/I3−系の電解質は、ヨウ素のアンモニウム塩とヨウ素とを混合することによって得ることができる。 The redox electrolyte, I - / I 3- system, Br - / Br 3- system, quinone / hydroquinone system. Such a redox electrolyte can be obtained by a conventionally known method. For example, an I / I 3 -based electrolyte can be obtained by mixing an ammonium salt of iodine and iodine.

これらの分散物は、溶液である場合には液体電解質、常温において固体である高分子中に分散させた場合には固体高分子電解質、ゲル状物質に分散された場合にはゲル電解質と呼ばれる。   These dispersions are called liquid electrolytes when they are solutions, solid polymer electrolytes when dispersed in a polymer that is solid at room temperature, and gel electrolytes when dispersed in a gel-like substance.

電荷輸送層として液体電解質が用いられる場合、その溶媒としては電気化学的に不活性なものが用いられ、例えば、アセトニトリル、炭酸プロピレン、エチレンカーボネート、3−メトキシプロピオニトリル等が用いられる。固体高分子電解質の例としては特開2001−160427号公報記載の電解質が、ゲル電解質の例としては「表面科学」21巻、第5号288〜293頁に記載の電解質等が、それぞれ挙げられる。   When a liquid electrolyte is used as the charge transport layer, an electrochemically inert solvent is used as the solvent, for example, acetonitrile, propylene carbonate, ethylene carbonate, 3-methoxypropionitrile, or the like. Examples of solid polymer electrolytes include electrolytes described in JP-A No. 2001-160427, and examples of gel electrolytes include electrolytes described in “Surface Science” Vol. 21, No. 5, pages 288 to 293, respectively. .

電荷輸送剤としては、色素吸収を妨げないために大きいバンドギャップを有することが好ましい。本発明で使用する電荷輸送剤のバンドギャップは、2eV以上であることが好ましく、2.5eV以上であることがより好ましい。   The charge transfer agent preferably has a large band gap so as not to prevent dye absorption. The band gap of the charge transfer agent used in the present invention is preferably 2 eV or more, and more preferably 2.5 eV or more.

また、電荷輸送剤のイオン化ポテンシャルは、色素ホールを還元するために、色素吸着電極イオン化ポテンシャルより小さいことが必要である。使用する色素によって電荷輸送層に使用する電荷輸送剤のイオン化ポテンシャルの好ましい範囲は異なってくるが、一般に4.5eV〜5.5eVの範囲が好ましく、4.7eV〜5.3eVの範囲がより好ましい。   Further, the ionization potential of the charge transfer agent needs to be smaller than the dye adsorption electrode ionization potential in order to reduce the dye hole. The preferred range of the ionization potential of the charge transport agent used in the charge transport layer varies depending on the dye used, but generally it is preferably in the range of 4.5 eV to 5.5 eV, more preferably in the range of 4.7 eV to 5.3 eV. .

電荷輸送剤としては、正孔の輸送能力が優れている芳香族アミン誘導体が好ましい。このため、電荷輸送層を主として芳香族アミン誘導体で構成することにより、光電変換効率をより向上させることができる。   As the charge transport agent, an aromatic amine derivative having an excellent hole transport capability is preferable. For this reason, photoelectric conversion efficiency can be improved more by comprising a charge transport layer mainly with an aromatic amine derivative.

芳香族アミン誘導体としては、特に、トリフェニルジアミン誘導体を用いるのが好ましい。トリフェニルジアミン誘導体は、芳香族アミン誘導体の中でも、特に正孔の輸送能力が優れている。   As the aromatic amine derivative, it is particularly preferable to use a triphenyldiamine derivative. Triphenyldiamine derivatives are particularly excellent in the ability to transport holes among aromatic amine derivatives.

また、このような芳香族アミン誘導体は、モノマー、オリゴマー、プレポリマー、ポリマーのいずれを用いてもよく、これらを混合して用いてもよい。   Moreover, such an aromatic amine derivative may use any of a monomer, an oligomer, a prepolymer, and a polymer, and may mix and use these.

<半導体電極に対向する電極(対向電極)>
図1の半導体電極10(基板2、透明導電膜3、半導体層4からなる)に対向する対向電極9は、導電性を有するものであればよく、任意の導電性材料から構成されうる。I3−イオンの還元や他のレドックスイオンの還元反応を充分な速さで行わせる観点から、図1に記載の対向電極9に示す構成(触媒層6、導電層7、導電性基材8)のように、触媒能を持った物質で表面が覆われている触媒層6を構成として有することが好ましい。
<Electrode facing the semiconductor electrode (counter electrode)>
The counter electrode 9 facing the semiconductor electrode 10 (consisting of the substrate 2, the transparent conductive film 3, and the semiconductor layer 4) in FIG. 1 only needs to have conductivity, and can be made of any conductive material. From the viewpoint of allowing the reduction of I 3 -ion and the reduction reaction of other redox ions at a sufficient speed, the configuration shown in the counter electrode 9 shown in FIG. 1 (catalyst layer 6, conductive layer 7, conductive base material 8) It is preferable to have the catalyst layer 6 whose surface is covered with a substance having catalytic ability as shown in FIG.

触媒層の形成材料としては、白金、導電材料表面に白金めっきや白金蒸着を施したもの、ロジウム金属、ルテニウム金属、酸化ルテニウム、カーボン等が挙げられる。   Examples of the material for forming the catalyst layer include platinum, the surface of the conductive material subjected to platinum plating or platinum deposition, rhodium metal, ruthenium metal, ruthenium oxide, carbon, and the like.

なお、導電性基材8および導電層7については、上記の半導体電極10を構成する基板2および透明導電膜3に係る材料を同様に用いることができる。よって、ここでは詳細な説明は省略する。   In addition, about the electroconductive base material 8 and the conductive layer 7, the material which concerns on the board | substrate 2 and the transparent conductive film 3 which comprise said semiconductor electrode 10 can be used similarly. Therefore, detailed description is omitted here.

ただし、対向電極9を構成する導電層7については、半導体電極10を構成する透明導電膜3のように必ずしも透明である必要はなく、透明でも不透明でもよく、導電性を有する材料から形成されていればよい。   However, the conductive layer 7 constituting the counter electrode 9 does not necessarily need to be transparent like the transparent conductive film 3 constituting the semiconductor electrode 10, and may be transparent or opaque, and is formed of a conductive material. Just do it.

ここで、不透明の材料としては、例えば、金属(白金、金、銀、銅、アルミニウム、ロジウム、インジウム、クロム)、炭素等が挙げられる。   Here, examples of the opaque material include metals (platinum, gold, silver, copper, aluminum, rhodium, indium, chromium), carbon, and the like.

また、透明な材料ならば、上記の半導体電極10を構成する透明導電膜3で記載の透明導電性金属酸化物を用いることができる。   Moreover, if it is a transparent material, the transparent conductive metal oxide as described in the transparent conductive film 3 which comprises said semiconductor electrode 10 can be used.

<導電性支持体>
上記の透明導電性支持体と同様に、導電性基材8と導電層7とから導電性支持体が構成されるが、導電性支持体の膜厚および表面抵抗の好ましい範囲については、上記の透明性導電性支持体と同様であるため、ここでは説明は省略する。
<Conductive support>
Similar to the transparent conductive support described above, a conductive support is composed of the conductive base material 8 and the conductive layer 7. The preferred range of the thickness and surface resistance of the conductive support is as described above. Since it is the same as that of a transparent electroconductive support body, description is abbreviate | omitted here.

<紫外線吸収層>
本発明の色素増感型光電変換素子は、紫外線吸収層を有していてもよい。該紫外線吸収層は、紫外線を吸収し、370nm〜410nmの間に吸収端を有することが好ましく、無機紫外線吸収剤を含有することが好ましい。
<Ultraviolet absorbing layer>
The dye-sensitized photoelectric conversion element of the present invention may have an ultraviolet absorbing layer. The ultraviolet absorbing layer absorbs ultraviolet rays, preferably has an absorption edge between 370 nm and 410 nm, and preferably contains an inorganic ultraviolet absorber.

前記無機紫外線吸収剤の例としては、例えば、酸化チタン、酸化セリウム、酸化錫、酸化モリブデン、酸化亜鉛、窒化バリウム、シリカ、アルミナ、酸化アンチモン、酸化マグネシウム、酸化ジルコニウム、酸化バリウム、酸化カルシウム、酸化ストロンチウム等の金属酸化物、硫化亜鉛、窒化珪素、窒化アルミニウム、窒化ホウ素、硫酸バリウム等の無機化合物が挙げられ、これらは単独でも、または2種以上組み合わせても用いることができる。これらの材料を無機紫外線吸収剤として用いることにより、紫外線吸収層が370nm〜410nmの間に吸収端を有するように調整することができる。   Examples of the inorganic ultraviolet absorber include, for example, titanium oxide, cerium oxide, tin oxide, molybdenum oxide, zinc oxide, barium nitride, silica, alumina, antimony oxide, magnesium oxide, zirconium oxide, barium oxide, calcium oxide, and oxide. Examples thereof include metal oxides such as strontium, and inorganic compounds such as zinc sulfide, silicon nitride, aluminum nitride, boron nitride, and barium sulfate. These can be used alone or in combination of two or more. By using these materials as inorganic ultraviolet absorbers, the ultraviolet absorbing layer can be adjusted to have an absorption edge between 370 nm and 410 nm.

これら無機紫外線吸収剤の中でも金属酸化物が好ましく、低毒性であり、光に対しても非常に安定であり、且つ、紫外線吸収層の可視光領域での光平均透過率を90%以上に調整する観点から、酸化チタンまたは酸化亜鉛が特に好ましく用いられる。   Among these inorganic ultraviolet absorbers, metal oxides are preferable, have low toxicity, are very stable to light, and the light average transmittance in the visible light region of the ultraviolet absorbing layer is adjusted to 90% or more. From this viewpoint, titanium oxide or zinc oxide is particularly preferably used.

≪色素増感型光電変換素子の製造方法≫
本発明の色素増感型光電変換素子の製造方法は、特に制限されないが、例えば、半導体粒子および半導体粒子前駆体からなる群より選択される少なくとも1種と、ケイ素化合物とを含む混合液を調製する工程と、前記混合液を塗布し乾燥して塗膜を形成する工程と、前記塗膜を処理する工程と、前記処理後の塗膜を増感処理する工程と、を含む製造方法が挙げられる。
≪Method for producing dye-sensitized photoelectric conversion element≫
The method for producing the dye-sensitized photoelectric conversion device of the present invention is not particularly limited. For example, a mixed solution containing at least one selected from the group consisting of semiconductor particles and semiconductor particle precursors and a silicon compound is prepared. And a step of applying the mixed liquid and drying to form a coating film, a step of treating the coating film, and a step of sensitizing the coated film after the treatment. It is done.

前記塗膜を処理する工程において行われる処理方法としては、例えば、200〜1000℃での焼成処理、波長が200nmを超え400nm以下の紫外線を照射する処理、波長200nm以下の真空紫外線を照射する処理等が挙げられる。これらの処理方法の中でも、真空紫外線照射処理が好ましい。これにより、半導体粒子表面にケイ素化合物を効率的に担持することができ、色素の吸着性が向上し、効率や耐久性が向上する。また、ケイ素化合物の少なくとも一部は酸化ケイ素、窒化ケイ素、酸窒化ケイ素などに転化され、半導体粒子とケイ素化合物との密着性、すなわち担持性が向上し、耐久性が向上する。さらに、波長200nm以下の真空紫外光を照射することにより半導体粒子前駆体の半導体粒子への転化や、半導体粒子の結晶化の促進、すなわち導電性の向上を行うことができ、低温条件下やフレキシブルな支持体を用いた場合などにおいても、効率の高い色素増感型光電変換素子を得ることができる。   As a processing method performed in the process of processing the coating film, for example, a baking process at 200 to 1000 ° C., a process of irradiating ultraviolet light with a wavelength exceeding 200 nm and 400 nm or less, and a process of irradiating vacuum ultraviolet light with a wavelength of 200 nm or less. Etc. Among these treatment methods, vacuum ultraviolet irradiation treatment is preferable. Thereby, the silicon compound can be efficiently supported on the surface of the semiconductor particles, the adsorptivity of the dye is improved, and the efficiency and durability are improved. In addition, at least a part of the silicon compound is converted into silicon oxide, silicon nitride, silicon oxynitride, or the like, so that the adhesion between the semiconductor particles and the silicon compound, that is, the supportability is improved, and the durability is improved. Furthermore, irradiation with vacuum ultraviolet light having a wavelength of 200 nm or less can convert the semiconductor particle precursor into semiconductor particles, promote the crystallization of the semiconductor particles, that is, improve the conductivity. Even when a simple support is used, a highly efficient dye-sensitized photoelectric conversion element can be obtained.

すなわち、本発明の色素増感型光電変換素子のより好ましい製造方法は、半導体粒子および半導体粒子前駆体からなる群より選択される少なくとも1種と、ケイ素化合物とを含む混合液を調製する工程と、前記混合液を塗布し乾燥して塗膜を形成する工程と、前記塗膜に、波長200nm以下の真空紫外線を照射する工程と、前記真空紫外線を照射した後の前記塗膜を増感処理する工程と、を含む製造方法である。   That is, a more preferable method for producing the dye-sensitized photoelectric conversion device of the present invention is a step of preparing a mixed solution containing at least one selected from the group consisting of semiconductor particles and semiconductor particle precursors, and a silicon compound. , Applying the mixed solution and drying to form a coating film; irradiating the coating film with vacuum ultraviolet light having a wavelength of 200 nm or less; and sensitizing the coating film after irradiating the vacuum ultraviolet light And a manufacturing method.

以下、本発明のより好ましい製造方法について、工程順に説明する。   Hereinafter, a more preferable production method of the present invention will be described in the order of steps.

<混合液を調製する工程>
本工程では、半導体粒子および半導体粒子前駆体からなる群より選択される少なくとも1種と、ケイ素化合物と、を含む混合液を調製する。
<Step of preparing a mixed solution>
In this step, a mixed solution containing at least one selected from the group consisting of semiconductor particles and semiconductor particle precursors and a silicon compound is prepared.

前記半導体粒子の具体例は、上記と同様であるので、ここでは説明を省略する。   Since specific examples of the semiconductor particles are the same as described above, the description thereof is omitted here.

前記半導体粒子前駆体は、加熱や光照射により半導体粒子に変換される前駆体であれば特に制限されない。半導体粒子が金属酸化物である場合、半導体粒子前駆体の例としては、例えば、金属アルコキシド、金属ハロゲン化物、加水分解可能な基を有する金属化合物等が挙げられる。ここで加水分解可能な基とは、プロトンあるいは水酸基により置換可能な基であれば何でも良いが、好ましくはアシルオキシ基、アルコキシカルボニルオキシ基、カルバモイルオキシ基、アセチルアセトニル基などを挙げることができる。また、上記の金属化合物の前駆体を一部または全部加水分解したもの、その加水分解物を重合したもの、またはそれらの混合物も、前駆体として有効である。特に、金属アルコキシドまたは金属ハロゲン化物を、酸またはアルカリ条件下で、部分的に加水分解し、さらに部分的に重合した混合物は、低温での反応性にとみ、有効である。その場合の好ましい酸としては、塩酸、硝酸が挙げられるが、塩酸が最も好ましい。   The semiconductor particle precursor is not particularly limited as long as it is a precursor that is converted into semiconductor particles by heating or light irradiation. When the semiconductor particle is a metal oxide, examples of the semiconductor particle precursor include a metal alkoxide, a metal halide, a metal compound having a hydrolyzable group, and the like. Here, the hydrolyzable group may be anything as long as it can be substituted with a proton or a hydroxyl group, and preferably an acyloxy group, an alkoxycarbonyloxy group, a carbamoyloxy group, an acetylacetonyl group, and the like. Moreover, what hydrolyzed the precursor of said metal compound partially or entirely, the thing which superposed | polymerized the hydrolyzate, or those mixtures are also effective as a precursor. In particular, a mixture obtained by partially hydrolyzing a metal alkoxide or metal halide under an acid or alkaline condition and further partially polymerizing is effective in view of reactivity at a low temperature. Preferred acids in that case include hydrochloric acid and nitric acid, with hydrochloric acid being most preferred.

前記半導体粒子前駆体のさらに具体的な例としては、例えば、テトラエトキシチタン、テトラ−iso−プロポキシチタン(チタンイソプロポキシド)、テトラ−n−ブトキシチタン、テトラキス(2−エチルヘキソキシ)チタン、テトラステアロキシチタン、ジ−iso−プロポキシ・ビス(アセチルアセトナート)チタン、ジ−n−ブトキシ・ビス(トリエタノールアミナート)チタン等のチタンアルコキシド、オキソチタンビス(モノアンモニウムオキサレート)、トリ−n−ブトキシチタンモノステアレート、iso−プロポキシチタンジメタクリレート−iso−ステアレート、iso−プロポキシチタントリス(4−アミノベンゾエート)、iso−プロポキシチタントリス(ジオクチルフォスフェート)等のチタンアシレート、ジヒドロキシ・ビス(ラクタート)チタン、ジヒドロキシ・ビス(アンモニウムラクタート)チタン、(エチレングリコラート)チタンビス(ジオクチルフォスフェート)等のチタンキレート、ポリ(ジ−iso−プロピルチタネート)、ポリ(ジ−n−ブチルチタネート)、ポリ(オクチレングリコールチタネート)等のチタンポリマー等の有機チタネート類;四臭化チタン、四塩化チタン等のチタンハロゲン化物;アセチルアセトナートスズなどが挙げられる。   More specific examples of the semiconductor particle precursor include, for example, tetraethoxytitanium, tetra-iso-propoxytitanium (titanium isopropoxide), tetra-n-butoxytitanium, tetrakis (2-ethylhexoxy) titanium, tetrasteare. Titanium alkoxides such as roxytitanium, di-iso-propoxy bis (acetylacetonato) titanium, di-n-butoxy bis (triethanolaminato) titanium, oxotitanium bis (monoammonium oxalate), tri-n-butoxy Titanium acylates such as titanium monostearate, iso-propoxy titanium dimethacrylate-iso-stearate, iso-propoxy titanium tris (4-aminobenzoate), iso-propoxy titanium tris (dioctyl phosphate) Titanium chelates such as dihydroxy bis (lactate) titanium, dihydroxy bis (ammonium lactate) titanium, (ethylene glycolate) titanium bis (dioctyl phosphate), poly (di-iso-propyl titanate), poly (di-n- Organic titanates such as titanium polymers such as butyl titanate and poly (octylene glycol titanate); titanium halides such as titanium tetrabromide and titanium tetrachloride; and acetylacetonatotin.

前記半導体粒子および前記半導体粒子前駆体は併用してもよい。併用することで導電性を向上させたり、ポリシラザンやシルセスキオキサンなどのケイ素化合物の担持性、色素との吸着性などを向上させたりすることができるため好ましい。また、半導体粒子および半導体粒子前駆体は、それぞれ2種以上の化合物を併用しても良い。   The semiconductor particles and the semiconductor particle precursor may be used in combination. Use in combination is preferable because the conductivity can be improved, the support of silicon compounds such as polysilazane and silsesquioxane, and the adsorptivity with the dye can be improved. Moreover, you may use together 2 or more types of compounds for a semiconductor particle and a semiconductor particle precursor, respectively.

また、ポリシラザンとシルセスキオキサンとは併用してもよい。併用することで半導体粒子への担持性が複合的になり、色素との吸着性が向上し好ましい。また、ポリシラザンやシルセスキオキサンは、それぞれ2種以上の化合物を併用してもよい。   Polysilazane and silsesquioxane may be used in combination. Use in combination is preferable because the supportability to the semiconductor particles becomes complex and the adsorptivity with the dye is improved. Polysilazane and silsesquioxane may be used in combination of two or more compounds.

前記溶媒としては、半導体粒子が分散可能なもの、または半導体粒子前駆体やポリシラザン、シルセスキオキサンが溶解可能なもの等を適宜選択して用いることができる。有機溶媒としては、水、メタノールやエタノール等のアルコール、メチルエチルケトン、アセトン、アセチルアセトン等のケトン、ペンタン、ヘキサン、シクロヘキサン、トルエン、キシレン、ソルベッソ、ターベン等の炭化水素、塩化メチレン、トリクロロエタン等のハロゲン炭化水素、ジブチルエーテル、ジオキサン、テトラヒドロフラン等のエーテル類、酢酸n−ブチル等のエステル類等が挙げられる。これらの溶剤は、分散する半導体粒子、溶解する半導体粒子前駆体やポリシラザンやシルセスキオキサンの種類、さらには塗布・乾燥の条件等に影響する溶剤の蒸発速度等、目的にあわせて選択し、複数の溶剤を混合しても良い。   As the solvent, those in which semiconductor particles can be dispersed, those in which semiconductor particle precursors, polysilazane, and silsesquioxane can be dissolved can be appropriately selected and used. Organic solvents include water, alcohols such as methanol and ethanol, ketones such as methyl ethyl ketone, acetone and acetylacetone, hydrocarbons such as pentane, hexane, cyclohexane, toluene, xylene, solvesso and turben, and halogen hydrocarbons such as methylene chloride and trichloroethane. , Ethers such as dibutyl ether, dioxane and tetrahydrofuran, and esters such as n-butyl acetate. These solvents are selected according to the purpose, such as the semiconductor particles to be dispersed, the semiconductor particle precursors to be dissolved, the types of polysilazane and silsesquioxane, the evaporation rate of the solvent that affects the conditions of coating and drying, etc. A plurality of solvents may be mixed.

また、後述の波長200nm以下の真空紫外光を照射する工程における半導体粒子へのケイ素化合物の担持を促進するために、前記混合液にはアミンや金属触媒を添加することができる。具体的には、AZエレクトロニックマテリアルズ株式会社製、アクアミカ(登録商標)NAX120−20、NN110、NN310、NN320、NL110A、NL120A、NL150A、NP110、NP140、SP140などが挙げられる。   Moreover, in order to accelerate | stimulate the support | carrier of the silicon compound to the semiconductor particle in the process of irradiating the vacuum ultraviolet light below wavelength 200nm below mentioned, an amine and a metal catalyst can be added to the said liquid mixture. Specific examples include Aquamica (registered trademark) NAX120-20, NN110, NN310, NN320, NL110A, NL120A, NL150A, NP110, NP140, and SP140 manufactured by AZ Electronic Materials.

前記混合液には必要に応じて、例えば、界面活性剤、酸、またはキレート剤等を添加することができる。   If necessary, for example, a surfactant, an acid, a chelating agent, or the like can be added to the mixed solution.

<塗膜を形成する工程>
本工程では、上記工程で得られた混合液を導電性支持体上に塗布し、乾燥する。これにより、混合液中の固形分からなる塗膜が得られる。
<Process for forming coating film>
In this step, the liquid mixture obtained in the above step is applied onto a conductive support and dried. Thereby, the coating film which consists of solid content in a liquid mixture is obtained.

塗布方法は、特に制限されず、例えば、ナチュラルコーター、ナイフベルトコーター、フローティングナイフ、ロールコート、エアーナイフコート、ナイフオーバーロール、ナイフオンブランケット、スプレー、ディップ、キスロール、スクイーズロール、リバースロール、エアブレード、カーテンフローコーター、ドクターブレード、ワイヤーバー、ダイコーター、カンマコーター、スピンコーター、ベーカーアプリケーターおよびグラビアコーター、スクリーン印刷機等の装置を用いる種々の塗布方法が挙げられる。   Application method is not particularly limited, for example, natural coater, knife belt coater, floating knife, roll coat, air knife coat, knife over roll, knife on blanket, spray, dip, kiss roll, squeeze roll, reverse roll, air blade And various coating methods using apparatuses such as a curtain flow coater, a doctor blade, a wire bar, a die coater, a comma coater, a spin coater, a baker applicator, a gravure coater, and a screen printing machine.

本発明に係る半導体層は、単層でもよいし、粒径および/または種類が異なる半導体粒子を含有する複数の層(多層構造)であってもよい。多層構造の場合、塗布方法の例としては、例えば、エクストルージョン法またはスライドホッパー法等の多層塗布法が挙げられる。一度の塗布で膜厚が不足の場合にも多層塗布は有効である。また、多層塗布をする場合は同時に多層を塗布しても良く、数回から十数回重ね塗りしてもよい。重ね塗りであれば、スクリーン印刷法も好ましく使用できる。   The semiconductor layer according to the present invention may be a single layer or a plurality of layers (multilayer structure) containing semiconductor particles having different particle sizes and / or types. In the case of a multilayer structure, examples of the coating method include a multilayer coating method such as an extrusion method or a slide hopper method. Multi-layer coating is also effective when the film thickness is insufficient with a single coating. Moreover, when applying multilayer coating, a multilayer may be apply | coated simultaneously and you may apply it several times to dozens of times. In the case of overcoating, a screen printing method can also be preferably used.

塗布後の乾燥の条件も特に制限されず、主に溶媒の沸点等を考慮して適宜選択することができる。また、導電性基材への熱ダメージが少なくなるように、短時間で乾燥を行うことができる。乾燥温度は好ましくは200℃以下、より好ましくは150℃以下、さらに好ましくは100℃以下である。また、乾燥時間は、好ましくは1〜120分、より好ましくは1〜30分、さらに好ましくは1〜10分である。   The drying conditions after coating are not particularly limited, and can be appropriately selected mainly considering the boiling point of the solvent. Moreover, drying can be performed in a short time so that heat damage to the conductive substrate is reduced. The drying temperature is preferably 200 ° C. or lower, more preferably 150 ° C. or lower, and still more preferably 100 ° C. or lower. The drying time is preferably 1 to 120 minutes, more preferably 1 to 30 minutes, and further preferably 1 to 10 minutes.

<波長200nm以下の真空紫外線を照射する工程>
本工程では、上記のようにして得られた塗膜に対して、波長200nm以下の真空紫外線を照射する処理を行う。
<Step of irradiating vacuum ultraviolet light with a wavelength of 200 nm or less>
In this step, the coating film obtained as described above is subjected to a treatment of irradiating vacuum ultraviolet rays having a wavelength of 200 nm or less.

真空紫外光源としては、希ガスエキシマランプが好ましく用いられる。   As the vacuum ultraviolet light source, a rare gas excimer lamp is preferably used.

エキシマ光とは、希ガスエキシマーまたはヘテロエキシマーを動作媒質とするレーザー光である。Xe、Kr、Ar、Neなどの希ガスの原子は、化学的に結合して分子を作らないため、不活性ガスと呼ばれる。しかし、放電などによりエネルギーを得た希ガスの原子(励起原子)は、他の原子と結合して分子を作ることができる。希ガスがキセノンの場合には、
e+Xe→e+Xe
Xe+Xe+Xe→Xe +Xe
となり、励起されたエキシマ分子であるXe が基底状態に遷移するときに172nmのエキシマ光を発光する。エキシマランプの特徴としては、放射が一つの波長に集中し、必要な光以外がほとんど放射されないので効率が高いことが挙げられる。
Excimer light is laser light using a rare gas excimer or a hetero excimer as an operating medium. Atoms of noble gases such as Xe, Kr, Ar, and Ne are called inert gases because they are not chemically bonded to form molecules. However, rare gas atoms (excited atoms) that have gained energy by discharge or the like can be combined with other atoms to form molecules. When the rare gas is xenon,
e + Xe → e + Xe *
Xe * + Xe + Xe → Xe 2 * + Xe
Thus, when the excited excimer molecule Xe 2 * transitions to the ground state, excimer light of 172 nm is emitted. A feature of the excimer lamp is that the radiation is concentrated on one wavelength, and since only the necessary light is not emitted, the efficiency is high.

また、余分な光が放射されないので、対象物の温度を低く保つことができる。さらには始動・再始動に時間を要さないので、瞬時の点灯点滅が可能である。   Further, since no extra light is emitted, the temperature of the object can be kept low. Furthermore, since no time is required for starting and restarting, instantaneous lighting and blinking are possible.

放電の形態は、誘電体バリア放電でも無電極電界放電でもいずれも使用できる。電極の形状は、ランプに接する面が平面であっても良いが、ランプの曲面に合わせた形状にすればランプをしっかり固定できるとともに、電極がランプに密着することにより放電がより安定する。また、アルミで曲面を鏡面にすれば光の反射板にもなる。   As the form of discharge, either dielectric barrier discharge or electrodeless field discharge can be used. The electrode may have a flat surface in contact with the lamp, but if the shape is matched to the curved surface of the lamp, the lamp can be firmly fixed and the discharge is more stable when the electrode is in close contact with the lamp. Also, if the curved surface is made into a mirror surface with aluminum, it also becomes a light reflector.

Xeエキシマランプは、波長の短い172nmの紫外線を単一波長で放射することから発光効率に優れている。この光は、酸素の吸収係数が大きいため、微量な酸素でラディカルな酸素原子種やオゾンを高濃度で発生することができる。また、有機物の結合を解離させる波長の短い172nmの光のエネルギーは、能力が高いことが知られている。この活性酸素やオゾンと紫外線放射が持つ高いエネルギーによって、転化、結晶化、担持等を実現できる。したがって、波長185nm、254nmの発する低圧水銀ランプやプラズマ洗浄と比べて高スループットに伴うプロセス時間の短縮や設備面積の縮小、熱によるダメージを受けやすい有機材料やプラスチック基板などへの照射を可能としている。   The Xe excimer lamp is excellent in luminous efficiency because it emits ultraviolet light having a short wavelength of 172 nm at a single wavelength. Since this light has a large oxygen absorption coefficient, radical oxygen atomic species and ozone can be generated at a high concentration with a small amount of oxygen. In addition, it is known that the energy of light having a short wavelength of 172 nm for dissociating organic bonds has high ability. Conversion, crystallization, loading, etc. can be realized by the high energy of the active oxygen, ozone and ultraviolet radiation. Therefore, compared with low-pressure mercury lamps with wavelengths of 185 nm and 254 nm and plasma cleaning, it is possible to shorten the process time associated with high throughput, reduce the equipment area, and irradiate organic materials and plastic substrates that are easily damaged by heat. .

エキシマランプは、光の発生効率が高いため、低い電力の投入で点灯させることが可能である。また、光による温度上昇の要因となる波長の長い光は発せず、紫外線領域で、単一波長でエネルギーを照射するため、解射対象物の表面温度の上昇が抑えられる特徴を持っている。このため、熱の影響を受けやすいとされるPETなどのフレシキブルフィルム材料に適している。   Since the excimer lamp has high light generation efficiency, it can be lit with low power. In addition, light having a long wavelength that causes a temperature rise due to light is not emitted, and energy is irradiated at a single wavelength in the ultraviolet region, so that the rise in the surface temperature of the object to be fired is suppressed. For this reason, it is suitable for flexible film materials such as PET that are easily affected by heat.

真空紫外光の照射は、照射される塗膜を担持している基材がダメージを受けない範囲で、照射強度や照射時間を設定すべきである。基材としてプラスチックフィルムを用いた場合を例にとると、例えば、2kW(80W/cm×25cm)のランプを用い、基材表面の強度が好ましくは20〜300mW/cm、より好ましくは50〜200mW/cmになるように基材−ランプ間距離を設定し、好ましくは0.1秒〜10分間の照射を行うことができる。 In the irradiation with vacuum ultraviolet light, the irradiation intensity and the irradiation time should be set so that the base material carrying the irradiated coating film is not damaged. Taking the case of using a plastic film as a base material, for example, a 2 kW (80 W / cm × 25 cm) lamp is used, and the strength of the base material surface is preferably 20 to 300 mW / cm 2 , more preferably 50 to The distance between the base material and the lamp is set so as to be 200 mW / cm 2 , and preferably irradiation can be performed for 0.1 second to 10 minutes.

真空紫外線照射の雰囲気は特に制限されず、空気、N、アンモニア等、適宜選択することができる。 The atmosphere of the vacuum ultraviolet irradiation is not particularly limited, and can be appropriately selected from air, N 2 , ammonia and the like.

<増感処理する工程>
本工程では、真空紫外線照射された塗膜を増感処理する。具体的には、色素を適切な溶媒に溶解させ色素溶液を調製し、その色素溶液に真空紫外線照射された塗膜を有する導電性支持体(導電性基材2および透明導電膜3)を浸漬する。
<Step of sensitizing treatment>
In this step, the coating film irradiated with vacuum ultraviolet rays is sensitized. Specifically, a dye solution is prepared by dissolving the dye in an appropriate solvent, and the conductive support (conductive substrate 2 and transparent conductive film 3) having a coating film irradiated with vacuum ultraviolet rays is immersed in the dye solution. To do.

この際、真空紫外線照射した塗膜を有する導電性支持体に対して、予め減圧処理したり加熱処理したりして半導体層中の気泡を除去しておくことが好ましい。このような処理により、色素が半導体層の内部に深く進入できるようになる。半導体層が多孔質である場合には、このような気泡除去の処理はさらに有効となる。   At this time, it is preferable to remove bubbles in the semiconductor layer by subjecting the conductive support having a coating film irradiated with vacuum ultraviolet rays to reduced pressure treatment or heat treatment in advance. Such treatment allows the dye to penetrate deeply into the semiconductor layer. In the case where the semiconductor layer is porous, such bubble removal processing becomes more effective.

塗膜を備えた導電性支持体を、色素を含む溶液に浸漬させる時間は、色素が塗膜に深く進入して吸着等を充分に進行させ、半導体粒子を十分に増感させ、且つ、溶液中での色素の分解等により生成して分解物が色素の吸着を妨害することを抑制するという観点から、25℃条件下では3時間〜48時間の浸漬時間が好ましく、より好ましくは4時間〜24時間である。浸漬を行うことにより得られる効果は、特に半導体膜が多孔質構造膜である場合において顕著である。ただし、上記浸漬時間については25℃条件での値であり、温度条件を変化させた場合には、上記の限りではない。   The time for immersing the conductive support provided with the coating film in the solution containing the dye is sufficient for the dye to enter the coating film to sufficiently advance the adsorption, etc., sufficiently sensitize the semiconductor particles, and From the viewpoint of suppressing degradation of the dye generated by decomposition of the dye in the medium and preventing the adsorption of the dye, immersion time of 3 hours to 48 hours is preferable under the condition of 25 ° C. 24 hours. The effect obtained by the immersion is particularly remarkable when the semiconductor film is a porous structure film. However, the immersion time is a value at 25 ° C., and is not limited to the above when the temperature condition is changed.

浸漬にあたり、色素を含む溶液は、前記色素が分解しない限りにおいて、沸騰しない温度にまで加熱して用いてもよく、好ましい温度範囲は5℃〜100℃であり、より好ましくは25℃〜80℃である。溶媒が前記温度範囲で沸騰する場合には、別途調整が必要である。   In soaking, the solution containing the pigment may be used by heating to a temperature at which it does not boil as long as the pigment is not decomposed. The preferred temperature range is 5 ° C to 100 ° C, more preferably 25 ° C to 80 ° C. It is. When the solvent is boiled in the above temperature range, adjustment is separately required.

色素を溶解するために用いる溶媒は、色素を溶解することができ、かつ半導体粒子を溶解したり半導体粒子と反応したりすることがないものであれば、格別の制限はない。溶媒に溶解している水分および気体が半導体膜に進入して、色素の吸着等の増感処理を妨げることを防ぐために、溶媒は予め脱気処理および蒸留精製しておくことが好ましい。   The solvent used for dissolving the dye is not particularly limited as long as it can dissolve the dye and does not dissolve the semiconductor particles or react with the semiconductor particles. In order to prevent moisture and gas dissolved in the solvent from entering the semiconductor film and hindering sensitizing treatment such as dye adsorption, the solvent is preferably degassed and purified by distillation in advance.

好ましく用いられる溶媒としては、例えば、アセトニトリル等のニトリル系溶媒、メタノール、エタノール、n−プロパノール、t−ブチルアルコール等のアルコール系溶媒、アセトン、メチルエチルケトン等のケトン系溶媒、ジエチルエーテル、ジイソプロピルエーテル、テトラヒドロフラン、1,4−ジオキサン等のエーテル系溶媒、塩化メチレン、1,1,2−トリクロロエタン等のハロゲン化炭化水素溶媒等が挙げられる。これら溶媒は、単独でもまたは2種以上混合しても用いることができる。より好ましくは、アセトニトリル、アセトニトリル/メタノール混合溶媒、メタノール、エタノール、t−ブチルアルコール、アセトン、メチルエチルケトン、テトラヒドロフラン、または塩化メチレンである。   Examples of the solvent preferably used include nitrile solvents such as acetonitrile, alcohol solvents such as methanol, ethanol, n-propanol and t-butyl alcohol, ketone solvents such as acetone and methyl ethyl ketone, diethyl ether, diisopropyl ether and tetrahydrofuran. And ether solvents such as 1,4-dioxane, and halogenated hydrocarbon solvents such as methylene chloride and 1,1,2-trichloroethane. These solvents can be used alone or in combination of two or more. More preferably, acetonitrile, acetonitrile / methanol mixed solvent, methanol, ethanol, t-butyl alcohol, acetone, methyl ethyl ketone, tetrahydrofuran, or methylene chloride.

一般に、半導体層の厚さが厚くなるほど、単位投影面積当たりの担持色素量が増えるため、光の捕獲率が高くなるが、生成した電子の拡散距離が増すため電荷再結合によるロスも大きくなる。したがって、半導体層の好ましい厚さは0.5〜100μmである。本発明の色素増感型光電変換素子を太陽電池に用いる場合、半導体層の厚さは1〜30μmが好ましく、2〜25μmがより好ましい。半導体粒子の導電性基材1m当たりの塗布量は1.0〜100gが好ましく、4〜50gがより好ましい。半導体層の含有率で換算すると、40%〜98%、好ましくは50%〜95%である。 In general, as the thickness of the semiconductor layer increases, the amount of supported dye per unit projected area increases, and thus the light capture rate increases. However, the diffusion distance of the generated electrons increases, and the loss due to charge recombination also increases. Therefore, the preferable thickness of the semiconductor layer is 0.5 to 100 μm. When using the dye-sensitized photoelectric conversion element of this invention for a solar cell, 1-30 micrometers is preferable and, as for the thickness of a semiconductor layer, 2-25 micrometers is more preferable. The application amount of the semiconductor particles per 1 m 2 of the conductive base material is preferably 1.0 to 100 g, and more preferably 4 to 50 g. In terms of the content of the semiconductor layer, it is 40% to 98%, preferably 50% to 95%.

半導体層はどのような構造を有していてもよいが、多孔質構造膜(空隙を有する層、ポーラスな層ともいう)であることが好ましい。   The semiconductor layer may have any structure, but is preferably a porous structure film (also referred to as a layer having voids or a porous layer).

半導体層の空隙率は10体積%以下が好ましく、より好ましくは8体積%以下であり、さらに好ましくは0.01〜5体積%である。なお、半導体層の空隙率は誘電体の厚み方向に貫通性のある空隙率を意味し、水銀ポロシメーター(島津ポアライザー9220型)等の市販の装置を用いて測定する。   As for the porosity of a semiconductor layer, 10 volume% or less is preferable, More preferably, it is 8 volume% or less, More preferably, it is 0.01-5 volume%. Note that the porosity of the semiconductor layer means a porosity that is penetrating in the thickness direction of the dielectric, and is measured using a commercially available apparatus such as a mercury porosimeter (Shimadzu Polarizer 9220 type).

この後、対向電極を積層することにより、本発明の色素増感型光電変換素子が得られる。   Then, the dye-sensitized photoelectric conversion element of this invention is obtained by laminating | stacking a counter electrode.

≪太陽電池≫
本発明は、本発明の色素増感型光電変換素子を有する太陽電池を提供する。本発明の太陽電池の一例としては、例えば、図1に示す本発明の色素増感型光電変換素子の半導体電極10の構成層である透明導電層3と、対向電極9の構成層である導電層7とに、各々端子をつけて回路を形成し、光電流を取り出す形態が挙げられる。
≪Solar battery≫
The present invention provides a solar cell having the dye-sensitized photoelectric conversion element of the present invention. As an example of the solar cell of the present invention, for example, the transparent conductive layer 3 that is a constituent layer of the semiconductor electrode 10 of the dye-sensitized photoelectric conversion element of the present invention shown in FIG. A form in which a circuit is formed by attaching a terminal to the layer 7 to extract a photocurrent can be mentioned.

本発明の太陽電池は、太陽光に最適の設計および回路設計が行われ、太陽光を光源として用いたときに最適な光電変換が行われるような構造を有することが好ましい。即ち、色素増感された半導体粒子に太陽光が照射される構造となっていることが好ましい。   The solar cell of the present invention preferably has a structure such that optimal design and circuit design are performed for sunlight, and optimal photoelectric conversion is performed when sunlight is used as a light source. That is, it is preferable that the semiconductor particles subjected to dye sensitization have a structure in which sunlight is irradiated.

本発明の太陽電池に太陽光または太陽光と同等の電磁波を照射すると、半導体粒子に担持された色素は、照射された光または電磁波を吸収して励起する。   When the solar cell of the present invention is irradiated with sunlight or an electromagnetic wave equivalent to sunlight, the dye supported on the semiconductor particles is excited by absorbing the irradiated light or electromagnetic wave.

励起によって発生した電子は、半導体粒子に移動し、次いで透明導電層3および太陽電池に接続された回路を経由して、対向電極9に移動して、電荷輸送層のレドックス電解質を還元する。なお、触媒層6には白金層、導電材料に白金メッキや白金蒸着を施したもの、ロジウム、ルテニウム、酸化ルテニウム、カーボン等の材料が用いられ、例えば、電荷輸送層5中のI3−イオンの還元や、その他のレドックスイオンの還元反応を十分な速度で行わせる触媒能を有する材料が好ましく用いられる。 The electrons generated by the excitation move to the semiconductor particles, and then move to the counter electrode 9 via the circuit connected to the transparent conductive layer 3 and the solar cell to reduce the redox electrolyte of the charge transport layer. The catalyst layer 6 is made of a platinum layer, a conductive material subjected to platinum plating or platinum deposition, a material such as rhodium, ruthenium, ruthenium oxide, or carbon. For example, I 3 -ion in the charge transport layer 5 is used. A material having a catalytic ability to perform the reduction of the above and other redox ions at a sufficient rate is preferably used.

一方、半導体粒子に電子を移動させた色素は酸化体となっているが、対向電極9から電荷輸送層5のレドックス電解質を経由して電子が供給されることにより、還元されて元の状態に戻り、同時に電荷輸送層5のレドックス電解質は酸化されて、再び対向電極9から供給される電子により還元されうる状態に戻る。   On the other hand, the dye that has moved electrons to the semiconductor particles is an oxidant, but is reduced to the original state by supplying electrons from the counter electrode 9 via the redox electrolyte of the charge transport layer 5. At the same time, the redox electrolyte of the charge transport layer 5 is oxidized and returns to a state where it can be reduced again by the electrons supplied from the counter electrode 9.

このようにして電子が流れ、本発明の色素増感型光電変換素子を用いて本発明の太陽電池を構成することができる。   Thus, electrons flow, and the solar cell of the present invention can be configured using the dye-sensitized photoelectric conversion element of the present invention.

本発明の太陽電池を構成する際には、図1に記載の半導体電極10、電荷輸送層5および対向電極9をケース内に収納して封止するか、あるいはそれら全体を樹脂封止することが好ましい。   When constituting the solar cell of the present invention, the semiconductor electrode 10, the charge transport layer 5 and the counter electrode 9 shown in FIG. 1 are housed in a case and sealed, or the whole is sealed with resin. Is preferred.

以下、実施例により本発明をさらに詳細に説明するが、本発明は、これら実施例に何ら限定されるものではない。   EXAMPLES Hereinafter, although an Example demonstrates this invention further in detail, this invention is not limited to these Examples at all.

(実施例1)
《色素増感型光電変換素子1の作製》
<半導体電極10(導電性基材2、透明導電膜3、半導体層4)の形成>
酸化チタンペースト(アナターゼ型、1次粒子の平均粒径18nm、以下単にペーストAとも称する)に、パーヒドロポリシラザン(PHPS)の20質量%ジブチルエーテル溶液(AZエレクトロニックマテリアルズ株式会社製、アクアミカ(登録商標)NN320、以下単にPHPS溶液とも称する)を、ペーストA:PHPS溶液=3:2(質量比)の割合で混合し混合液を調製し、フッ素ドープ酸化スズ(FTO)薄膜を有するポリエチレンナフタレート(PEN)基材(図1の導電性基材2および透明導電膜3に相当)へスクリーン印刷法(塗布面積:5mm×5mm)により該混合液を塗布した。
Example 1
<< Preparation of dye-sensitized photoelectric conversion element 1 >>
<Formation of Semiconductor Electrode 10 (Conductive Base Material 2, Transparent Conductive Film 3, Semiconductor Layer 4)>
A 20 mass% dibutyl ether solution of perhydropolysilazane (PHPS) (manufactured by AZ Electronic Materials Co., Ltd., AQUAMICA (registered) to titanium oxide paste (anatase type, average particle size of primary particles 18 nm, hereinafter also referred to simply as paste A). (Trademark) NN320 (hereinafter also referred to simply as PHPS solution) in a ratio of paste A: PHPS solution = 3: 2 (mass ratio) to prepare a mixed solution, and polyethylene naphthalate having a fluorine-doped tin oxide (FTO) thin film The mixed solution was applied to a (PEN) substrate (corresponding to the conductive substrate 2 and the transparent conductive film 3 in FIG. 1) by a screen printing method (application area: 5 mm × 5 mm).

塗布および乾燥(120℃で3分間)を3回繰り返し、下記の条件でエキシマ照射し、厚さ15μmの半導体層を得た。   Coating and drying (at 120 ° C. for 3 minutes) were repeated three times, and excimer irradiation was performed under the following conditions to obtain a semiconductor layer having a thickness of 15 μm.

この半導体層上に重ねて、酸化チタンペースト(アナターゼ型、1次平均粒径400nm)を同様の方法で塗布し、厚さ5μmの酸化チタン薄膜を重ね塗りした。   Over the semiconductor layer, a titanium oxide paste (anatase type, primary average particle size 400 nm) was applied in the same manner, and a titanium oxide thin film having a thickness of 5 μm was overcoated.

色素として、シス−ビス(イソチオシアナト)ビス(2,2’−ビピリジル−4,4’−ジカルボキシラト)−ルテニウム(II)ビステトラブチルアンモニウム色素(N719色素:ペクセルテクノロジーズ社製、上記化学式(37)で表される化合物)をアセトニトリル:t−ブチルアルコール=1:1の混合溶媒に溶解させ、5×10−4モル/lの溶液を調製した。 As a dye, cis-bis (isothiocyanato) bis (2,2′-bipyridyl-4,4′-dicarboxylato) -ruthenium (II) bistetrabutylammonium dye (N719 dye: manufactured by Pexel Technologies, Inc., the above chemical formula ( The compound represented by 37) was dissolved in a mixed solvent of acetonitrile: t-butyl alcohol = 1: 1 to prepare a solution of 5 × 10 −4 mol / l.

酸化チタンを塗布焼結させたFTO薄膜を有するPEN基板を、この溶液に室温(25℃)で20時間浸漬させて、色素の吸着処理を行って半導体層4を形成させ、半導体電極10を作製した。   A PEN substrate having an FTO thin film coated and sintered with titanium oxide is immersed in this solution at room temperature (25 ° C.) for 20 hours, a dye adsorption process is performed to form the semiconductor layer 4, and the semiconductor electrode 10 is produced. did.

<エキシマ照射装置>
株式会社エム・ディ・コム製、エキシマ照射装置(MODEL:MECL−M−1−200、波長 172nm、ランプ封入ガス Xe)の稼動ステージ上に試料を固定し、以下の条件で試料の改質処理を行った。
<Excimer irradiation device>
A sample is fixed on the operating stage of an excimer irradiation device (MODEL: MECL-M-1-200, wavelength 172 nm, lamp-filled gas Xe) manufactured by M.D. Went.

<エキシマ照射処理>
得られた塗布試料を、温度85℃、湿度55%RHの雰囲気下で1分間処理し、乾燥試料を得た。この乾燥試料をさらに温度25℃、湿度10%RH(露点温度−8℃)の雰囲気下に10分間保持し、除湿処理を行い、下記の条件でエキシマ照射処理を行った。エキシマ照射時の露点温度は−8℃で実施した。
<Excimer irradiation treatment>
The obtained coated sample was treated for 1 minute in an atmosphere of a temperature of 85 ° C. and a humidity of 55% RH to obtain a dried sample. This dried sample was further kept in an atmosphere of a temperature of 25 ° C. and a humidity of 10% RH (dew point temperature −8 ° C.) for 10 minutes to perform a dehumidification treatment, and an excimer irradiation treatment was performed under the following conditions. The dew point temperature during excimer irradiation was -8 ° C.

<処理条件>
エキシマ光強度 130mW/cm(172nm)
試料と光源の距離 1mm
ステージ加熱温度 70℃
照射装置内の酸素濃度 1%
エキシマ照射時間 3秒
<電荷輸送層5および対向電極9(導電性基材8、導電層7、触媒層6)の形成>
触媒層6として白金を蒸着し、導電層7としてクロムを蒸着した注入口のあるガラス板(導電性基材8に相当)を対向電極9(導電性基材8、導電層7、触媒層6)として用い、上記の半導体電極10と熱硬化樹脂フィルムとを貼合、接着した後、下記の電解液を注入口から注入後、封止した。
<Processing conditions>
Excimer light intensity 130mW / cm 2 (172nm)
1mm distance between sample and light source
Stage heating temperature 70 ℃
Oxygen concentration in irradiation device 1%
Excimer irradiation time 3 seconds <Formation of charge transport layer 5 and counter electrode 9 (conductive substrate 8, conductive layer 7, catalyst layer 6)>
As a catalyst layer 6, platinum was vapor-deposited, and as a conductive layer 7, chromium was vapor-deposited and a glass plate with an inlet (corresponding to the conductive substrate 8) was used as a counter electrode 9 (conductive substrate 8, conductive layer 7, catalyst layer 6. ), The semiconductor electrode 10 and the thermosetting resin film were bonded and bonded together, and then the following electrolyte was injected from the inlet and sealed.

<電解液の調製>
ヨウ化1,2−ジメチル−3−プロピルイミダゾリウム 0.6モル/l、ヨウ化リチウム 0.1モル/l、ヨウ素 0.05モル/l、および4−(t−ブチル)ピリジン 0.5モル/lをそれぞれ含む3−メトキシプロピオニトリル溶液を電解液として調製した。
<Preparation of electrolyte>
1,2-dimethyl-3-propylimidazolium iodide 0.6 mol / l, lithium iodide 0.1 mol / l, iodine 0.05 mol / l, and 4- (t-butyl) pyridine 0.5 A 3-methoxypropionitrile solution containing mol / l was prepared as an electrolytic solution.

<紫外線吸収層の形成>
酸化亜鉛ナノ粒子を、アクリル樹脂およびエポキシ基含有シランカップリング剤(質量比19:1)の酢酸エチル溶液に超音波を用いて単分散させた。得られた分散液を、半導体電極10を構成するPEN基材(図1の2)の半導体層とは反対側の表面に、バーコーターを用いて塗布した。その後、80℃で1時間熱処理することにより溶媒の乾燥および膜の硬化を行い、膜厚1μmの紫外線吸収層1をPEN基材(図1の2)の半導体層とは反対側の表面に形成し、色素増感型光電変換素子(試料番号:色素増感型光電変換素子1)を作製した。
<Formation of UV absorbing layer>
Zinc oxide nanoparticles were monodispersed in an ethyl acetate solution of an acrylic resin and an epoxy group-containing silane coupling agent (mass ratio 19: 1) using ultrasonic waves. The obtained dispersion was applied to the surface opposite to the semiconductor layer of the PEN substrate (2 in FIG. 1) constituting the semiconductor electrode 10 using a bar coater. Then, the solvent is dried and the film is cured by heat treatment at 80 ° C. for 1 hour, and the ultraviolet absorption layer 1 having a thickness of 1 μm is formed on the surface opposite to the semiconductor layer of the PEN substrate (2 in FIG. 1). Thus, a dye-sensitized photoelectric conversion element (sample number: dye-sensitized photoelectric conversion element 1) was produced.

(実施例2)
《色素増感型光電変換素子2の作製》
ペーストAとPHPS溶液との混合液の代わりに、ペーストAおよび上記化学式S−25で表されるシルセスキオキサンを、ペーストA:シルセスキオキサン=3:0.4(質量比)の割合で混合した混合液を用いたこと以外は、実施例1と同様にして色素増感型光電変換素子2を作製した。
(Example 2)
<< Preparation of dye-sensitized photoelectric conversion element 2 >>
Instead of the mixture of paste A and PHPS solution, paste A and silsesquioxane represented by the above chemical formula S-25 are used in a ratio of paste A: silsesquioxane = 3: 0.4 (mass ratio). A dye-sensitized photoelectric conversion element 2 was produced in the same manner as in Example 1 except that the mixed solution mixed in (1) was used.

(実施例3)
《色素増感型光電変換素子3の作製》
ペーストAとPHPS溶液との混合液の代わりに、ペーストA、PHPS溶液、およびチタンイソプロポキシドと1Nの塩酸とを1:5(質量比)の割合で混合した前駆体混合液X(以下、単に前駆体混合液Xとも称する)を、ペーストA:PHPS溶液:前駆体混合液X=3:2:1(質量比)の割合で混合した混合液を用いたこと以外は、実施例1と同様にして色素増感型光電変換素子3を作製した。
(Example 3)
<< Preparation of dye-sensitized photoelectric conversion element 3 >>
Instead of the mixture of paste A and PHPS solution, a mixture of paste A, PHPS solution, and titanium isopropoxide and 1N hydrochloric acid in a ratio of 1: 5 (mass ratio) (hereinafter, Example 1 except that a mixture of paste A: PHPS solution: precursor mixture X = 3: 2: 1 (mass ratio) was used. Similarly, a dye-sensitized photoelectric conversion element 3 was produced.

(実施例4)
《色素増感型光電変換素子4の作製》
ペーストAとPHPS溶液との混合液の代わりに、ペーストA、上記化学式S−25で表されるシルセスキオキサン、および前駆体混合液Xを、ペーストA:シルセスキオキサン:前駆体混合液X=3:0.4:1(質量比)の割合で混合した混合液を用いたこと以外は、実施例1と同様にして、色素増感型光電変換素子4を作製した。
Example 4
<< Preparation of dye-sensitized photoelectric conversion element 4 >>
Instead of the mixed solution of the paste A and the PHPS solution, the paste A, the silsesquioxane represented by the chemical formula S-25, and the precursor mixed solution X are replaced with the paste A: silsesquioxane: precursor mixed solution. A dye-sensitized photoelectric conversion element 4 was produced in the same manner as in Example 1 except that a mixed liquid mixed at a ratio of X = 3: 0.4: 1 (mass ratio) was used.

(実施例5)
《色素増感型光電変換素子5の作製》
ペーストAとPHPS溶液との混合液の代わりに、ペーストA、PHPS溶液、上記化学式S−25で表されるシルセスキオキサン、および前駆体混合液Xを、ペーストA:PHPS溶液:シルセスキオキサン:前駆体混合液X=3:1:0.2:1(質量比)の割合で混合した混合液を用いたこと以外は、実施例1と同様にして、色素増感型光電変換素子5を作製した。
(Example 5)
<< Preparation of dye-sensitized photoelectric conversion element 5 >>
Instead of the mixed solution of the paste A and the PHPS solution, the paste A, the PHPS solution, the silsesquioxane represented by the above chemical formula S-25, and the precursor mixed solution X are used as a paste A: a PHPS solution: a silsesquioxy. Dye-sensitized photoelectric conversion element in the same manner as in Example 1 except that a mixed liquid in a ratio of sun: precursor mixed solution X = 3: 1: 0.2: 1 (mass ratio) was used. 5 was produced.

(実施例6)
《色素増感型光電変換素子6の作製》
ペーストAとPHPS溶液との混合液の代わりに、ペーストA、PHPS溶液、上記化学式S−25で表されるシルセスキオキサン、前駆体混合液X、およびアセチルアセトナートスズと酢酸n−ブチルとを1:5の割合で混合した前駆体混合液Y(以下、単に前駆体混合液Yとも称する)を、ペーストA:PHPS溶液:シルセスキオキサン:前駆体混合液X:前駆体混合液Y=3:1:0.2:0.5:0.5(質量比)の割合で混合した混合液を用いたこと以外は、実施例1と同様にして、色素増感型光電変換素子6を作製した。
(Example 6)
<< Preparation of dye-sensitized photoelectric conversion element 6 >>
Instead of the mixture of paste A and PHPS solution, paste A, PHPS solution, silsesquioxane represented by the above chemical formula S-25, precursor mixture X, and acetylacetonatotin and n-butyl acetate Is mixed with a precursor mixture Y (hereinafter also simply referred to as a precursor mixture Y), paste A: PHPS solution: silsesquioxane: precursor mixture X: precursor mixture Y = 3: 1: 0.2: 0.5: 0.5 (mass ratio) Except for using a mixed solution in the same manner as in Example 1, the dye-sensitized photoelectric conversion element 6 Was made.

(実施例7)
《色素増感型光電変換素子7の作製》
ペーストAとPHPS溶液との混合液の代わりに、ペーストA、PHPS溶液、前駆体混合液X、および前駆体混合液Yを、ペーストA:PHPS溶液:前駆体混合液X:前駆体混合液Y=3:1:0.5:0.5(質量比)の割合で混合した混合液を用いたこと以外は、実施例1と同様にして、色素増感型光電変換素子7を作製した。
(Example 7)
<< Preparation of dye-sensitized photoelectric conversion element 7 >>
Instead of the mixed solution of the paste A and the PHPS solution, the paste A, the PHPS solution, the precursor mixed solution X, and the precursor mixed solution Y are changed to paste A: PHPS solution: precursor mixed solution X: precursor mixed solution Y. = Dye-sensitized photoelectric conversion element 7 was produced in the same manner as in Example 1 except that a mixed liquid mixed at a ratio of 3: 1: 0.5: 0.5 (mass ratio) was used.

(実施例8)
《色素増感型光電変換素子8の作製》
ペーストAとPHPS溶液との混合液の代わりに、PHPS溶液および前駆体混合液Xを、PHPS溶液:前駆体混合液X=1:4(質量比)の割合で混合した混合液を用いたこと以外は、同様にして色素増感型光電変換素子8を作製した。
(Example 8)
<< Preparation of dye-sensitized photoelectric conversion element 8 >>
Instead of the mixed solution of the paste A and the PHPS solution, a mixed solution in which the PHPS solution and the precursor mixed solution X were mixed at a ratio of PHPS solution: precursor mixed solution X = 1: 4 (mass ratio) was used. Except for the above, dye-sensitized photoelectric conversion element 8 was produced in the same manner.

(実施例9)
《色素増感型光電変換素子9の作製》
ペーストAとPHPS溶液との混合液の代わりに、上記化学式S−25で表されるシルセスキオキサンおよび前駆体混合液Xをシルセスキオキサン:前駆体混合液X=0.4:4(質量比)の割合で混合した混合液を用いたこと以外は、実施例1と同様にして、色素増感型光電変換素子9を作製した。
Example 9
<< Preparation of dye-sensitized photoelectric conversion element 9 >>
Instead of the mixed solution of the paste A and the PHPS solution, the silsesquioxane represented by the chemical formula S-25 and the precursor mixed solution X are converted into silsesquioxane: precursor mixed solution X = 0.4: 4 ( A dye-sensitized photoelectric conversion element 9 was produced in the same manner as in Example 1 except that a mixed liquid mixed at a ratio of (mass ratio) was used.

(実施例10)
《色素増感型光電変換素子10の作製》
前駆体混合液Xの代わりに、前駆体混合液Yを用いたこと以外は、実施例3と同様にして、色素増感型光電変換素子10を作製した。
(Example 10)
<< Preparation of dye-sensitized photoelectric conversion element 10 >>
A dye-sensitized photoelectric conversion element 10 was produced in the same manner as in Example 3 except that the precursor mixture liquid Y was used instead of the precursor mixture liquid X.

(実施例11)
《色素増感型光電変換素子11の作製》
ペーストAの代わりに、酸化タングステンペースト(1次平均粒径35nm、以下、単にペーストCとも称する)を用いたこと以外は、実施例3と同様にして、色素増感型光電変換素子11を作製した。
(Example 11)
<< Preparation of dye-sensitized photoelectric conversion element 11 >>
A dye-sensitized photoelectric conversion element 11 was produced in the same manner as in Example 3 except that a tungsten oxide paste (primary average particle size 35 nm, hereinafter also referred to simply as paste C) was used instead of paste A. did.

(実施例12)
《色素増感型光電変換素子12の作製》
ペーストA、PHPS溶液、および前駆体混合液Xの混合液の代わりに、ペーストA、ペーストC、PHPS溶液、および前駆体混合液Xを、ペーストA:ペーストC:PHPS溶液:前駆体混合液X=1.5:1.5:2:1(質量比)の割合で混合した混合物を用いたこと以外は、実施例3と同様にして、色素増感型光電変換素子12を作製した。
(Example 12)
<< Preparation of dye-sensitized photoelectric conversion element 12 >>
Instead of the mixed solution of paste A, PHPS solution, and precursor mixed solution X, paste A, paste C, PHPS solution, and precursor mixed solution X are used as paste A: paste C: PHPS solution: precursor mixed solution X. = Dye-sensitized photoelectric conversion element 12 was produced in the same manner as in Example 3 except that a mixture mixed at a ratio of 1.5: 1.5: 2: 1 (mass ratio) was used.

(実施例13)
《色素増感型光電変換素子13の作製》
PHPS溶液の代わりに、アクアミカ(登録商標)MHPS−20DB(オルガノポリシラザン、AZエレクトロニックマテリアルズ株式会社製、20質量%ジブチルエーテル溶液)に変更したこと以外は、実施例3と同様にして、色素増感型光電変換素子13を作製した。
(Example 13)
<< Preparation of dye-sensitized photoelectric conversion element 13 >>
In the same manner as in Example 3, except that AQUAMICA (registered trademark) MHPS-20DB (organopolysilazane, manufactured by AZ Electronic Materials Co., Ltd., 20% by mass dibutyl ether solution) was used instead of the PHPS solution. A sensitive photoelectric conversion element 13 was produced.

(実施例14)
《色素増感型光電変換素子14の作製》
上記化学式S−25で表されるシルセスキオキサンの代わりに、上記化学式S−41で表されるシルセスキオキサンを用いたこと以外は、実施例4と同様にして、色素増感型光電変換素子14を作製した。
(Example 14)
<< Preparation of dye-sensitized photoelectric conversion element 14 >>
In the same manner as in Example 4, except that the silsesquioxane represented by the above chemical formula S-41 was used instead of the silsesquioxane represented by the above chemical formula S-25, a dye-sensitized photoelectric device was used. A conversion element 14 was produced.

(実施例15)
《色素増感型光電変換素子15の作製》
PHPS溶液の代わりに、テトラエトキシシラン(信越化学工業株式会社製、KBE−04、20質量%ジブチルエーテル溶液)を用いたこと以外は、実施例3と同様にして、色素増感型光電変換素子15を作製した。
(Example 15)
<< Preparation of dye-sensitized photoelectric conversion element 15 >>
A dye-sensitized photoelectric conversion element was obtained in the same manner as in Example 3 except that tetraethoxysilane (manufactured by Shin-Etsu Chemical Co., Ltd., KBE-04, 20% by mass dibutyl ether solution) was used instead of the PHPS solution. 15 was produced.

(実施例16)
《色素増感型光電変換素子16の作製》
エキシマ照射処理を行わずに、200℃で10分間の焼成処理を行ったこと以外は、実施例1と同様にして、色素増感型光電変換素子16を作製した。
(Example 16)
<< Preparation of dye-sensitized photoelectric conversion element 16 >>
A dye-sensitized photoelectric conversion element 16 was produced in the same manner as in Example 1 except that the baking treatment was performed at 200 ° C. for 10 minutes without performing the excimer irradiation treatment.

(実施例17)
《色素増感型光電変換素子17の作製》
エキシマ照射処理を行わずに、空気下、高圧水銀ランプを使用して1.0J/cmの積算光量で紫外線照射処理を行ったこと以外は、実施例1と同様にして、色素増感型光電変換素子17を作製した。
(Example 17)
<< Preparation of dye-sensitized photoelectric conversion element 17 >>
Except for the excimer irradiation treatment, a dye-sensitized dye was used in the same manner as in Example 1 except that ultraviolet irradiation treatment was performed in air using a high-pressure mercury lamp with an integrated light amount of 1.0 J / cm 2. A photoelectric conversion element 17 was produced.

(実施例18)
《色素増感型光電変換素子18の作製》
ペーストAとPHPS溶液との混合液の代わりに、ペーストAおよび上記化学式S−25で表されるシルセスキオキサンを、ペーストA:シルセスキオキサンをペーストA:シルセスキオキサン=3:0.4(質量比)の割合で混合した混合液を用いたこと以外は、実施例17と同様にして、色素増感型光電変換素子18を作製した。
(Example 18)
<< Preparation of dye-sensitized photoelectric conversion element 18 >>
Instead of the mixture of paste A and PHPS solution, paste A and silsesquioxane represented by the above chemical formula S-25, paste A: silsesquioxane, paste A: silsesquioxane = 3: 0 A dye-sensitized photoelectric conversion element 18 was produced in the same manner as in Example 17 except that a mixed liquid mixed at a ratio of 0.4 (mass ratio) was used.

(比較例1)
《色素増感型光電変換素子19の作製》
ペーストAとPHPS溶液との混合液の代わりにペーストAのみを用い、さらにエキシマ照射処理を行わずに、500℃で15分間の焼成処理を行ったこと以外は、実施李1と同様にして、色素増感型光電変換素子18を作製した。
(Comparative Example 1)
<< Preparation of dye-sensitized photoelectric conversion element 19 >>
Except for using only paste A instead of the mixture of paste A and PHPS solution and performing a baking treatment at 500 ° C. for 15 minutes without performing the excimer irradiation treatment, A dye-sensitized photoelectric conversion element 18 was produced.

(比較例2)
《色素増感型光電変換素子20の作製》
ペーストAとPHPS溶液との混合液の代わりにペーストAのみを用いたこと以外は、実施例1と同様にして、色素増感型光電変換素子20を作製した。
(Comparative Example 2)
<< Preparation of dye-sensitized photoelectric conversion element 20 >>
A dye-sensitized photoelectric conversion element 20 was produced in the same manner as in Example 1 except that only the paste A was used instead of the mixed solution of the paste A and the PHPS solution.

(比較例3)
《色素増感型光電変換素子21の作製》
ペーストAの代わりに、ペーストAと前駆体混合液Xとをペースト:前駆体混合液X=3:1(質量比)の割合で混合した混合液を用いたこと以外は、比較例2と同様にして、色素増感型光電変換素子21を作製した。
(Comparative Example 3)
<< Preparation of dye-sensitized photoelectric conversion element 21 >>
The same as Comparative Example 2 except that instead of paste A, a mixed liquid in which paste A and precursor mixed liquid X were mixed at a ratio of paste: precursor mixed liquid X = 3: 1 (mass ratio) was used. Thus, a dye-sensitized photoelectric conversion element 21 was produced.

(比較例4)
《色素増感型光電変換素子22の作製》
ペーストAと前駆体混合液Xとの混合液の代わりに、ペーストA、前駆体混合液X、および分子量20000のポリエチレングリコール(PEG)を、ペースト:前駆体混合液X:PEG=3:1:0.1(質量比)の割合で混合した混合液を用いたこと以外は、比較例3と同様にして、色素増感型光電変換素子22を作製した。
(Comparative Example 4)
<< Preparation of dye-sensitized photoelectric conversion element 22 >>
Instead of the mixture of the paste A and the precursor mixture X, the paste A, the precursor mixture X, and polyethylene glycol (PEG) having a molecular weight of 20000 are used as the paste: precursor mixture X: PEG = 3: 1: A dye-sensitized photoelectric conversion element 22 was produced in the same manner as in Comparative Example 3 except that a mixed liquid mixed at a ratio of 0.1 (mass ratio) was used.

《太陽電池1〜22の作製》
色素増感型光電変換素子1〜22の透明導電膜3および導電層7に、各々端子を付けて光電流を取り出すようにして、太陽電池1〜22を作製した。
<< Production of solar cells 1 to 22 >>
Solar cells 1 to 22 were produced by attaching terminals to the transparent conductive film 3 and the conductive layer 7 of the dye-sensitized photoelectric conversion elements 1 to 22 and taking out photocurrent.

得られた太陽電池1〜22について、下記のようにして発電特性を評価した。   About the obtained solar cells 1-22, the power generation characteristic was evaluated as follows.

(発電特性)
ソーラーシミュレータ(英弘精機株式会社製)を用い、AMフィルター(AM−1.5)を通したキセノンランプから100mW/cmの擬似太陽光を照射し、各光電変換素子について、I−Vテスターを用いて、室温(25℃)にて電流−電圧特性を測定して、太陽電池1〜22が具備する色素増感型光電変換素子1〜22の光電変換効率を求めた。
(Power generation characteristics)
Using a solar simulator (manufactured by Eiko Seiki Co., Ltd.), 100 mW / cm 2 of pseudo-sunlight was irradiated from a xenon lamp passed through an AM filter (AM-1.5), and an IV tester was applied to each photoelectric conversion element. The current-voltage characteristics were measured at room temperature (25 ° C.), and the photoelectric conversion efficiencies of the dye-sensitized photoelectric conversion elements 1 to 22 included in the solar cells 1 to 22 were obtained.

(耐候性の評価)
初期発電特性としての変換効率を測定し、性能の経時的低下の度合いを、メタルハライドランプ方式の耐候性試験機(ダイプラ・ウィンテス社製)を使用し、試料面放射強度:2.16MJ/m以下、ブラックパネル温度63℃、相対湿度50%RH、照射時間500時間の条件で耐候性試験を行い、その後、温度85℃、湿度85%RH環境で3000時間保存した加速試験後の変換効率残存率(加速試験後の変換効率/初期変換効率×100(%))を求め、下記の基準に従って、光、熱、および湿度に対する耐候性を評価した。
(Evaluation of weather resistance)
The conversion efficiency as the initial power generation characteristics was measured, and the degree of deterioration with time in performance was measured using a metal halide lamp type weather resistance tester (manufactured by Daipura Wintes Co., Ltd.). Sample surface radiation intensity: 2.16 MJ / m 2 Thereafter, a weather resistance test was conducted under the conditions of a black panel temperature of 63 ° C., a relative humidity of 50% RH, and an irradiation time of 500 hours, and then the conversion efficiency remaining after the acceleration test was stored for 3000 hours at a temperature of 85 ° C. and a humidity of 85% RH. The rate (conversion efficiency after acceleration test / initial conversion efficiency × 100 (%)) was determined, and weather resistance against light, heat, and humidity was evaluated according to the following criteria.

5:加速試験後の変換効率残存率が、90%以上である
4:加速試験後の変換効率残存率が、70%以上、90%未満である
3:加速試験後の変換効率残存率が、40%以上、70%未満である
2:加速試験後の変換効率残存率が、20%以上、40%未満である
1:加速試験後の変換効率残存率が、20%未満である
評価結果を表1に示す。
5: The conversion efficiency remaining rate after the acceleration test is 90% or more 4: The conversion efficiency remaining rate after the acceleration test is 70% or more and less than 90% 3: The conversion efficiency remaining rate after the acceleration test is 40% or more and less than 70% 2: The conversion efficiency remaining rate after the acceleration test is 20% or more and less than 40% 1: The conversion efficiency remaining rate after the acceleration test is less than 20% Table 1 shows.

表1の結果から明らかなように、本発明の色素増感型有機光電変換素子を用いた太陽電池は、比較例の色素増感型有機光電変換素子と比べて、高いエネルギー変換効率を有し、耐候性に優れている。   As is clear from the results in Table 1, the solar cell using the dye-sensitized organic photoelectric conversion element of the present invention has high energy conversion efficiency as compared with the dye-sensitized organic photoelectric conversion element of the comparative example. Excellent in weather resistance.

1 紫外線吸収層、
2 導電性基材(光入射面側)、
3 透明導電膜(透明導電層)、
4 半導体層、
5 電荷輸送層、
6 触媒層、
7 導電層、
8 導電性基材、
9 対向電極、
10 半導体電極、
11 光入射。
1 UV absorbing layer,
2 conductive substrate (light incident surface side),
3 transparent conductive film (transparent conductive layer),
4 Semiconductor layer,
5 charge transport layer,
6 catalyst layer,
7 conductive layer,
8 conductive substrate,
9 Counter electrode,
10 Semiconductor electrode,
11 Light incident.

Claims (5)

導電性基材上に、半導体層、電荷輸送層、および対向電極を順次有する、色素増感型光電変換素子であって、
前記半導体層は、増感色素およびケイ素化合物が担持された半導体粒子を有する、色素増感型光電変換素子。
A dye-sensitized photoelectric conversion element having a semiconductor layer, a charge transport layer, and a counter electrode in order on a conductive substrate,
The semiconductor layer is a dye-sensitized photoelectric conversion element having semiconductor particles carrying a sensitizing dye and a silicon compound.
前記ケイ素化合物は、ポリシラザンおよびシルセスキオキサンからなる群より選択される少なくとも1種に真空紫外線を照射して形成される化合物である、請求項1に記載の色素増感型光電変換素子。   The dye-sensitized photoelectric conversion element according to claim 1, wherein the silicon compound is a compound formed by irradiating at least one selected from the group consisting of polysilazane and silsesquioxane with vacuum ultraviolet rays. 導電性基材上に、半導体層、電荷輸送層、および対向電極を順次有する、色素増感型光電変換素子の製造方法であって、
半導体粒子および半導体粒子前駆体からなる群より選択される少なくとも1種と、ケイ素化合物とを含む混合液を調製する工程と、
前記混合液を塗布し乾燥して塗膜を形成する工程と、
前記塗膜に、波長200nm以下の真空紫外線を照射する工程と、
前記真空紫外線を照射した後の前記塗膜を増感処理する工程と、
を含む、色素増感型光電変換素子の製造方法。
A method for producing a dye-sensitized photoelectric conversion element having a semiconductor layer, a charge transport layer, and a counter electrode sequentially on a conductive substrate,
Preparing a mixed solution containing at least one selected from the group consisting of semiconductor particles and semiconductor particle precursors, and a silicon compound;
Applying the mixture and drying to form a coating film; and
Irradiating the coating film with vacuum ultraviolet light having a wavelength of 200 nm or less;
Sensitizing the coating film after being irradiated with the vacuum ultraviolet ray;
The manufacturing method of the dye-sensitized photoelectric conversion element containing this.
前記ケイ素化合物は、ポリシラザンおよびシルセスキオキサンからなる群より選択される少なくとも1種である、請求項3に記載の色素増感型光電変換素子の製造方法。   The method for producing a dye-sensitized photoelectric conversion element according to claim 3, wherein the silicon compound is at least one selected from the group consisting of polysilazane and silsesquioxane. 請求項1もしくは2に記載の色素増感型光電変換素子、または請求項3もしくは4に記載の製造方法により得られる色素増感型光電変換素子を有する、太陽電池。   A solar cell having the dye-sensitized photoelectric conversion element according to claim 1 or 2 or the dye-sensitized photoelectric conversion element obtained by the production method according to claim 3 or 4.
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