JP2013251229A - Photoelectric conversion element and dye-sensitized solar cell - Google Patents

Photoelectric conversion element and dye-sensitized solar cell Download PDF

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恭男 千葉
Ryosuke Yamanaka
良亮 山中
Atsushi Fukui
篤 福井
Ryoichi Furumiya
良一 古宮
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a photoelectric conversion element capable of reducing costs and improving short circuit current density.SOLUTION: In a photoelectric conversion element, a photoelectric conversion layer having a porous semiconductor layer, a collector electrode supported by a translucent supporting body and contacting with a part of the photoelectric conversion layer, a charge transport layer, and counter electrode are sequentially provided on a translucent supporting body. A reflective layer is provided between the photoelectric conversion element and the collector electrode. The reflective layer contacts with at least a part of a part except the part contacting with the collector electrode among the photoelectric conversion layer, and is covered by the collector electrode.

Description

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

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

新しいタイプの太陽電池として、金属錯体の光誘起電子移動を応用した光電変換素子を含む太陽電池が提案されている(たとえば、特許文献1)。特許文献1に記載の光電変換素子では、光増感色素を吸着させて可視光領域に吸収スペクトルをもたせた光電変換層と電解液とが2枚のガラス基板により挟持されており、上記の2枚のガラス基板の表面にはそれぞれ第1電極および第2電極が形成されている。   As a new type of solar cell, a solar cell including a photoelectric conversion element using photoinduced electron transfer of a metal complex has been proposed (for example, Patent Document 1). In the photoelectric conversion element described in Patent Document 1, a photoelectric conversion layer that adsorbs a photosensitizing dye and has an absorption spectrum in a visible light region and an electrolytic solution are sandwiched between two glass substrates. A first electrode and a second electrode are formed on the surface of the glass substrate.

第1電極側から光を照射すると、光電変換層に電子が発生し、発生した電子が一方の第1電極から外部電気回路を通って対向する第2電極に移動する。移動した電子は、電解質中のイオンに運ばれて光電変換層に戻る。このような一連の電子の移動により、電気エネルギーを取り出すことができる。しかしながら、光電変換素子では透明導電膜付きガラス板を使用しているため、色素増感太陽電池全体のコストが透明導電膜のコストに影響され、更なる低コスト化が限界になりつつある。   When light is irradiated from the first electrode side, electrons are generated in the photoelectric conversion layer, and the generated electrons move from one first electrode to the opposing second electrode through an external electric circuit. The moved electrons are transported to ions in the electrolyte and return to the photoelectric conversion layer. Electrical energy can be extracted by such a series of electron movements. However, since the photoelectric conversion element uses a glass plate with a transparent conductive film, the cost of the entire dye-sensitized solar cell is affected by the cost of the transparent conductive film, and further cost reduction is becoming the limit.

そのような中、従来の色素増感太陽電池に対する新しいセル形状の太陽電池として、特許文献2に記載の光電変換素子を含む太陽電池が提案されている。特許文献2に記載の光電変換素子では、光入射側の透明導電膜は使用されておらず、色素が担持された多孔性半導体層の上に集電電極が形成されており、この集電電極から電子が取り出される。   Under such circumstances, a solar cell including a photoelectric conversion element described in Patent Document 2 has been proposed as a new cell-shaped solar cell for a conventional dye-sensitized solar cell. In the photoelectric conversion element described in Patent Document 2, a transparent conductive film on the light incident side is not used, and a current collecting electrode is formed on a porous semiconductor layer on which a dye is supported. Electrons are taken out from

特開平01−220380号公報Japanese Patent Laid-Open No. 01-220380 特開2001−283941号公報JP 2001-283941 A

特許文献2に記載の光電変換素子では、透明導電膜を使用していないため、低コスト化が期待される。また、透明導電膜による光の吸収ロスがなくなるため、光入射側からの光の透過率が高くなり、よって、電流が向上すると期待されていた。しかし、透明導電膜を使用していない光電変換素子では、透明導電膜を使用している光電変換素子に比べて短絡電流密度(Jsc)が低いことが課題となっている。   In the photoelectric conversion element described in Patent Document 2, since a transparent conductive film is not used, cost reduction is expected. In addition, since there is no light absorption loss due to the transparent conductive film, the light transmittance from the light incident side is increased, and thus the current is expected to be improved. However, a photoelectric conversion element that does not use a transparent conductive film has a problem that a short-circuit current density (Jsc) is lower than a photoelectric conversion element that uses a transparent conductive film.

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、低コスト化が期待でき、且つ短絡電流密度が向上した光電変換素子を提供することである。   This invention is made | formed in view of this point, The place made into the objective is providing the photoelectric conversion element which can anticipate cost reduction and the short circuit current density improved.

本発明者らは、透明導電膜を使用しない高効率な光電変換素子の実現のために鋭意検討したところ、集電電極と光電変換層との界面の一部に反射層を設ければ光電変換素子の短絡電流密度が向上することを見出し、本発明を完成するに至った。   The present inventors diligently studied to realize a highly efficient photoelectric conversion element that does not use a transparent conductive film. If a reflective layer is provided at a part of the interface between the collector electrode and the photoelectric conversion layer, the photoelectric conversion is performed. The inventors have found that the short-circuit current density of the device is improved, and have completed the present invention.

具体的には、本発明の光電変換素子では、透光性支持体の上に、多孔性半導体層を有する光電変換層と、透光性支持体に支持され光電変換層の一部に接する集電電極と、電荷輸送層と、対極とが順に設けられている。光電変換層と集電電極との間には、反射層が設けられている。反射層は、光電変換層のうち集電電極が接している部分以外の部分の少なくとも一部に接しているとともに、集電電極に覆われている。   Specifically, in the photoelectric conversion element of the present invention, a photoelectric conversion layer having a porous semiconductor layer on a translucent support, and a collector that is supported by the translucent support and is in contact with a part of the photoelectric conversion layer. An electric electrode, a charge transport layer, and a counter electrode are provided in this order. A reflective layer is provided between the photoelectric conversion layer and the current collecting electrode. The reflective layer is in contact with at least a portion of the photoelectric conversion layer other than the portion with which the collector electrode is in contact, and is covered with the collector electrode.

光電変換層と電荷輸送層との間に位置する集電電極の厚さは、反射層の厚さよりも薄いことが好ましい。   The thickness of the current collecting electrode located between the photoelectric conversion layer and the charge transport layer is preferably thinner than the thickness of the reflective layer.

反射層は、多孔性半導体層を構成する粒子の平均粒径よりも大きな平均粒径を有する粒子を含むことが好ましい。   The reflective layer preferably contains particles having an average particle size larger than the average particle size of the particles constituting the porous semiconductor layer.

反射層と多孔性半導体層とは、化合物半導体材料からなることが好ましい。ここで、化合物半導体材料とは、複数種の元素が互いに結合されてなる半導体材料を意味する。   The reflective layer and the porous semiconductor layer are preferably made of a compound semiconductor material. Here, the compound semiconductor material means a semiconductor material in which plural kinds of elements are bonded to each other.

光電変換層は、多孔性半導体層と、多孔性半導体層内に設けられた光増感剤およびキャリア輸送材料とを含むことが好ましい。   The photoelectric conversion layer preferably includes a porous semiconductor layer, and a photosensitizer and a carrier transport material provided in the porous semiconductor layer.

本発明の色素増感太陽電池は、本発明の光電変換素子を備えている。   The dye-sensitized solar cell of the present invention includes the photoelectric conversion element of the present invention.

本発明に係る光電変換素子によれば、低コスト化が期待でき、短絡電流密度の向上が期待できる。   According to the photoelectric conversion element of the present invention, cost reduction can be expected and an improvement in short-circuit current density can be expected.

本発明の光電変換素子の構成の一例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows an example of a structure of the photoelectric conversion element of this invention. 従来の光電変換素子の構成の一例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows an example of a structure of the conventional photoelectric conversion element. 本発明の光電変換素子における反射層の構成の一例を示す平面図である。It is a top view which shows an example of a structure of the reflection layer in the photoelectric conversion element of this invention. 本発明の光電変換素子における反射層の構成の別の一例を示す平面図である。It is a top view which shows another example of a structure of the reflection layer in the photoelectric conversion element of this invention. 本発明の光電変換素子における反射層の構成のまた別の一例を示す平面図である。It is a top view which shows another example of a structure of the reflection layer in the photoelectric conversion element of this invention. 実施例1の反射層の構成を示す平面図である。3 is a plan view showing a configuration of a reflective layer of Example 1. FIG. (a)〜(b)は、実施例3の反射層を形成する方法を示す平面図である。(A)-(b) is a top view which shows the method of forming the reflective layer of Example 3. FIG.

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

<光電変換素子>
図1は、本発明に係る光電変換素子の構成の一例を示す断面図である。図1に示す光電変換素子では、透光性支持体1の上に、多孔性半導体層を有する光電変換層2と、透光性支持体1に支持され光電変換層2の一部に接する集電電極4と、電荷輸送層5と、対極6と、対極支持体7とが順に設けられている。また、図1に示す光電変換素子では、光電変換層2および電荷輸送層5は封止部8により封止されていることが好ましい。このように、図1に示す光電変換素子には透明導電膜が設けられていないので、光電変換素子の製造コストの低減を図ることができる。
<Photoelectric conversion element>
FIG. 1 is a cross-sectional view illustrating an example of a configuration of a photoelectric conversion element according to the present invention. In the photoelectric conversion element shown in FIG. 1, a photoelectric conversion layer 2 having a porous semiconductor layer on a translucent support 1, and a collector supported by the translucent support 1 and in contact with a part of the photoelectric conversion layer 2 The electric electrode 4, the charge transport layer 5, the counter electrode 6, and the counter electrode support body 7 are provided in this order. In the photoelectric conversion element shown in FIG. 1, the photoelectric conversion layer 2 and the charge transport layer 5 are preferably sealed with a sealing portion 8. As described above, since the transparent conductive film is not provided in the photoelectric conversion element illustrated in FIG. 1, the manufacturing cost of the photoelectric conversion element can be reduced.

図1に示す光電変換素子では、透光性支持体1を受光面としたときには、光は透光性支持体1を透過して光電変換層2に入射され、光電変換層2で電子が生成される。生成された電子は、集電電極4を介して光電変換素子の外部へ取り出され、外部電気回路を通って対極6へ移動する。対極6へ移動した電子は、電荷輸送層5内および集電電極4内を移動して、光電変換層2へ戻る。   In the photoelectric conversion element shown in FIG. 1, when the translucent support 1 is used as a light receiving surface, light passes through the translucent support 1 and enters the photoelectric conversion layer 2, and electrons are generated in the photoelectric conversion layer 2. Is done. The generated electrons are taken out of the photoelectric conversion element through the collector electrode 4 and moved to the counter electrode 6 through the external electric circuit. The electrons moved to the counter electrode 6 move in the charge transport layer 5 and the current collecting electrode 4 and return to the photoelectric conversion layer 2.

一方、対極支持体7を受光面としたときには、光は対極支持体7、対極6、電荷輸送層5および集電電極4を透過して光電変換層2に入射され、光電変換層2で電子が生成される。生成された電子は、集電電極4を介して光電変換素子の外部へ取り出され、外部電気回路を通って対極6へ移動する。対極6へ移動した電子は、電荷輸送層5内および集電電極4内を移動して、光電変換層2へ戻る。この場合、対極6および集電電極4は透光性材料からなることが好ましい。また、対極6および集電電極4が透光性に優れない場合には、透光性支持体1の裏面(図1では透光性支持体1の上面)に反射用ミラーなどを設けることにより、透光性支持体1の裏面から光を集めて発電させることができる。   On the other hand, when the counter electrode support 7 is used as a light receiving surface, light passes through the counter electrode support 7, the counter electrode 6, the charge transport layer 5, and the collector electrode 4 and is incident on the photoelectric conversion layer 2. Is generated. The generated electrons are taken out of the photoelectric conversion element through the collector electrode 4 and moved to the counter electrode 6 through the external electric circuit. The electrons moved to the counter electrode 6 move in the charge transport layer 5 and the current collecting electrode 4 and return to the photoelectric conversion layer 2. In this case, the counter electrode 6 and the current collecting electrode 4 are preferably made of a translucent material. Further, when the counter electrode 6 and the current collecting electrode 4 are not excellent in translucency, a reflection mirror or the like is provided on the back surface of the translucent support 1 (the upper surface of the translucent support 1 in FIG. 1). The light can be collected from the back surface of the translucent support 1 to generate electric power.

図1に示す光電変換素子では、光電変換層2と集電電極4との間には、反射層3が設けられている。反射層3は、光電変換層2のうち集電電極4が接している部分以外の部分の少なくとも一部に接しているとともに、集電電極4に覆われている。このように集電電極4は反射層3だけでなく光電変換層2にも接しているので、短絡電流密度を増加させることができる。   In the photoelectric conversion element shown in FIG. 1, a reflective layer 3 is provided between the photoelectric conversion layer 2 and the current collecting electrode 4. The reflective layer 3 is in contact with at least a portion of the photoelectric conversion layer 2 other than the portion with which the collector electrode 4 is in contact, and is covered with the collector electrode 4. Thus, since the current collecting electrode 4 is in contact with not only the reflective layer 3 but also the photoelectric conversion layer 2, the short-circuit current density can be increased.

詳細には、本発明者らは、図2に示す光電変換素子において内部短絡成分が増加する理由および短絡電流密度が低下する理由を鋭意検討したところ、次に示すことが分かった。ここで、図2は、従来の光電変換素子の構成の一例を示す断面図である。   Specifically, the present inventors have intensively studied the reason why the internal short-circuit component increases and the reason why the short-circuit current density decreases in the photoelectric conversion element shown in FIG. Here, FIG. 2 is a cross-sectional view showing an example of the configuration of a conventional photoelectric conversion element.

図2に示す光電変換素子では、反射層23は、光電変換層2と集電電極24との間に層状に一様に形成されている。ここで、反射層23には、電子が流れにくい。そのため、図2に示す光電変換素子では、電子は光電変換層2と集電電極24との間を移動し難いので、光電変換素子の内部抵抗成分が増加する。これにより、短絡電流密度が低下する。   In the photoelectric conversion element shown in FIG. 2, the reflective layer 23 is uniformly formed in a layer shape between the photoelectric conversion layer 2 and the current collecting electrode 24. Here, electrons hardly flow through the reflective layer 23. For this reason, in the photoelectric conversion element shown in FIG. 2, electrons hardly move between the photoelectric conversion layer 2 and the current collecting electrode 24, so that the internal resistance component of the photoelectric conversion element increases. Thereby, a short circuit current density falls.

しかし、図1に示す光電変換素子では、上述のように、集電電極4は反射層3だけでなく光電変換層2にも接している。よって、図1に示す光電変換素子では、図2に示す光電変換素子に比べて、光電変換層2で生成した電子が光電変換層2から集電電極4へ速やかに移動するので、光電変換素子の短絡電流密度が増加する。   However, in the photoelectric conversion element shown in FIG. 1, the collector electrode 4 is in contact with not only the reflective layer 3 but also the photoelectric conversion layer 2 as described above. Therefore, in the photoelectric conversion element shown in FIG. 1, compared to the photoelectric conversion element shown in FIG. 2, electrons generated in the photoelectric conversion layer 2 move quickly from the photoelectric conversion layer 2 to the current collecting electrode 4. The short circuit current density increases.

また、図1に示す光電変換素子では、反射層3は、光電変換層2と集電電極4との間に間隔をあけて設けられている。そのため、図1に示す光電変換素子では、反射層3を挟むことなく光電変換層2と集電電極4とが接触する箇所が存在するため、光電変換層2で生成した電子が光電変換層2から集電電極4へ移動し易くなる。これにより、光電変換素子の内部抵抗成分の増加が抑制され、光電変換素子の短絡電流密度がさらに増加する。   In the photoelectric conversion element shown in FIG. 1, the reflective layer 3 is provided between the photoelectric conversion layer 2 and the current collecting electrode 4 with a gap. For this reason, in the photoelectric conversion element shown in FIG. 1, there is a portion where the photoelectric conversion layer 2 and the collecting electrode 4 are in contact with each other without sandwiching the reflective layer 3, so that electrons generated in the photoelectric conversion layer 2 are converted into the photoelectric conversion layer 2. It becomes easy to move from to the current collecting electrode 4. Thereby, the increase in the internal resistance component of the photoelectric conversion element is suppressed, and the short-circuit current density of the photoelectric conversion element further increases.

さらに、反射層3は、反射層3に入射された光を散乱させて光電変換層2へ入射させるという機能を有する。そのため、図1に示す光電変換素子では、反射層3で散乱した光が光電変換層2へ再吸収される。これにより、光電変換層2で生成される電子数は、反射層が設けられていない場合に比べて、多くなる。そして、集電電極4が光電変換層2にも接しているため、より多くの電子を速やかに集電電極4へ移動させることができる。したがって、光電変換素子の短絡電流密度のさらなる増加を図ることができる。以下では、本発明に係る光電変換素子の構成部材をそれぞれ説明する。   Further, the reflective layer 3 has a function of scattering the light incident on the reflective layer 3 and causing it to enter the photoelectric conversion layer 2. Therefore, in the photoelectric conversion element shown in FIG. 1, the light scattered by the reflection layer 3 is reabsorbed by the photoelectric conversion layer 2. Thereby, the number of electrons produced | generated in the photoelectric converting layer 2 becomes large compared with the case where the reflection layer is not provided. Since the current collecting electrode 4 is also in contact with the photoelectric conversion layer 2, more electrons can be quickly moved to the current collecting electrode 4. Therefore, the further increase in the short circuit current density of a photoelectric conversion element can be aimed at. Below, the structural member of the photoelectric conversion element which concerns on this invention is each demonstrated.

<透光性支持体>
透光性支持体1を構成する材料は、一般に光電変換素子の支持体に使用可能な材料であり且つ本発明の効果を発揮し得る材料であれば、特に限定されない。しかし、光電変換素子の受光面となる部分では光透過性が必要となるため、透光性支持体1は、光透過性を有する材料からなることが好ましく、たとえば、ソーダガラス、溶融石英ガラス、または結晶石英ガラスなどのガラス基板であっても良いし、耐熱性樹脂材料からなる可撓性フィルムであっても良い。ただし、透光性支持体1は、受光面として使用される場合であっても、少なくとも後述の光増感剤に実効的な感度を有する波長の光を実質的に透過する(当該光の透過率がたとえば80%以上、好ましくは90%以上)ものであれば良く、必ずしも全ての波長の光に対して透過性を有する必要はない。
<Translucent support>
The material which comprises the translucent support body 1 will not be specifically limited if it is a material which can generally be used for the support body of a photoelectric conversion element, and can exhibit the effect of this invention. However, since light transmissivity is required in the portion that becomes the light receiving surface of the photoelectric conversion element, the translucent support 1 is preferably made of a material having light transmissivity, such as soda glass, fused silica glass, Alternatively, it may be a glass substrate such as crystalline quartz glass, or may be a flexible film made of a heat resistant resin material. However, even when the translucent support 1 is used as a light-receiving surface, at least light having a wavelength having an effective sensitivity to a photosensitizer described later is substantially transmitted (transmission of the light). The ratio is, for example, 80% or more, preferably 90% or more), and does not necessarily have transparency to light of all wavelengths.

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

加熱を伴って透光性支持体1の上に他の層を形成する場合、たとえば250℃程度の加熱を伴って透光性支持体1の上に多孔性半導体層を形成する場合には、上記のフィルムを構成する材料の中でも250℃以上の耐熱性を有するテフロン(登録商標)を用いることが特に好ましい。   When forming another layer on the translucent support 1 with heating, for example, when forming a porous semiconductor layer on the translucent support 1 with heating at about 250 ° C., Among the materials constituting the film, it is particularly preferable to use Teflon (registered trademark) having heat resistance of 250 ° C. or higher.

完成した光電変換素子を他の構造体に取り付けるときに、透光性支持体1を利用できる。すなわち、金属加工部品とねじとを用いて、ガラス基板などからなる透光性支持体1の周辺部を他の支持体に容易に取り付けることができる。   The translucent support 1 can be used when the completed photoelectric conversion element is attached to another structure. That is, the peripheral part of the translucent support body 1 which consists of a glass substrate etc. can be easily attached to another support body using a metal processing component and a screw.

透光性支持体1の厚さは特に限定されず、たとえば0.2〜5mm程度であることが好ましい。   The thickness of the translucent support 1 is not particularly limited, and is preferably about 0.2 to 5 mm, for example.

<光電変換層>
光電変換層2は、多孔性半導体層を有する。この多孔性半導体層内には、光増感剤とキャリア輸送材料とが設けられていることが好ましい。以下、それぞれを順に説明する。
<Photoelectric conversion layer>
The photoelectric conversion layer 2 has a porous semiconductor layer. It is preferable that a photosensitizer and a carrier transport material are provided in the porous semiconductor layer. Each will be described in turn below.

−多孔性半導体層−
本発明では、多孔性半導体層は、半導体材料から構成される。ここで、多孔性とは、比表面積が0.5〜300m2/gであることをいい、空孔率が20%以上であることを言う。このような比表面積は気体吸着法であるBET法によって求められ、空孔率は多孔性半導体層の厚さ、多孔性半導体層の質量、および半導体微粒子の密度から計算によって求められる。多孔性半導体層は、0.5〜300m2/gの比表面積を有することにより、多くの光増感剤を吸着でき、よって太陽光を効率良く吸収できる。また、多孔性半導体層の空孔率を20%以上とすることにより、キャリア輸送材料の十分な拡散が可能となり、電子を光電変換層2にスムーズに戻すことができる。
-Porous semiconductor layer-
In the present invention, the porous semiconductor layer is composed of a semiconductor material. Here, the porosity means that the specific surface area is 0.5 to 300 m 2 / g, and that the porosity is 20% or more. Such a specific surface area is obtained by the BET method which is a gas adsorption method, and the porosity is obtained by calculation from the thickness of the porous semiconductor layer, the mass of the porous semiconductor layer, and the density of the semiconductor fine particles. Since the porous semiconductor layer has a specific surface area of 0.5 to 300 m 2 / g, it can adsorb many photosensitizers, and thus can absorb sunlight efficiently. Further, by setting the porosity of the porous semiconductor layer to 20% or more, the carrier transport material can be sufficiently diffused, and the electrons can be smoothly returned to the photoelectric conversion layer 2.

多孔性半導体層を構成する材料は、一般に光電変換素子に使用可能な材料であり且つ本発明の効果を発揮し得る材料であれば、特に限定されない。このような材料は、たとえば、酸化チタン、酸化亜鉛、酸化錫、酸化鉄、酸化ニオブ、酸化セリウム、酸化タングステン、チタン酸バリウム、チタン酸ストロンチウム、硫化カドミウム、硫化鉛、硫化亜鉛、リン化インジウム、銅−インジウム硫化物(CuInS2)、CuAlO2、またはSrCu22などの化合物半導体材料であることが好ましい。多孔性半導体層を構成する材料としては、上記列挙された材料のうちの一つを単独で用いても良いし、上記列挙された材料のうちの2つ以上の組み合わせて用いても良い。光電変換効率、安定性および安全性の観点から、多孔性半導体層を構成する材料としては酸化チタンを用いることが好ましい。 The material which comprises a porous semiconductor layer will not be specifically limited if it is a material which can generally be used for a photoelectric conversion element, and can exhibit the effect of this invention. Such materials include, for example, titanium oxide, zinc oxide, tin oxide, iron oxide, niobium oxide, cerium oxide, tungsten oxide, barium titanate, strontium titanate, cadmium sulfide, lead sulfide, zinc sulfide, indium phosphide, A compound semiconductor material such as copper-indium sulfide (CuInS 2 ), CuAlO 2 , or SrCu 2 O 2 is preferable. As the material constituting the porous semiconductor layer, one of the above listed materials may be used alone, or two or more of the above listed materials may be used in combination. From the viewpoint of photoelectric conversion efficiency, stability and safety, it is preferable to use titanium oxide as a material constituting the porous semiconductor layer.

本発明において、多孔性半導体層を構成する材料として酸化チタンを用いる場合、用いる酸化チタンは、アナターゼ型酸化チタン、ルチル型酸化チタン、無定形酸化チタン、メタチタン酸、またはオルソチタン酸などの各種の狭義の酸化チタンであっても良いし、水酸化チタンであっても良いし、含水酸化チタンであっても良い。これらの酸化チタンを単独で用いても良いし、混合して用いても良い。アナターゼ型酸化チタンとルチル型酸化チタンとについては、製法または熱履歴によりどちらの形態にもなり得るが、アナターゼ型酸化チタンが一般的である。光増感剤の吸着の容易性という観点からは、多孔性半導体層を構成する材料としては、アナターゼ型酸化チタンの含有率の高いものを用いることが好ましく、アナターゼ型酸化チタンの含有率が80%以上であるものを用いることがより好ましい。酸化チタンの製造方法は、特に限定されず、気相法、または液相法(水熱合成法もしくは硫酸法)などの各種文献に記載されている公知の方法であれば良く、デグサ(Degussa)社が開発した、塩化物を高温加水分解により得る方法であっても良い。   In the present invention, when titanium oxide is used as the material constituting the porous semiconductor layer, the titanium oxide to be used is various types such as anatase type titanium oxide, rutile type titanium oxide, amorphous titanium oxide, metatitanic acid, or orthotitanic acid. Titanium oxide in a narrow sense may be used, titanium hydroxide may be used, and hydrous titanium oxide may be used. These titanium oxides may be used alone or in combination. Anatase-type titanium oxide and rutile-type titanium oxide can be in either form depending on the production method or thermal history, but anatase-type titanium oxide is common. From the viewpoint of easy adsorption of the photosensitizer, it is preferable to use a material having a high content of anatase-type titanium oxide as the material constituting the porous semiconductor layer, and a content of the anatase-type titanium oxide is 80. It is more preferable to use what is% or more. The method for producing titanium oxide is not particularly limited, and may be a known method described in various literatures such as a gas phase method or a liquid phase method (hydrothermal synthesis method or sulfuric acid method). Degussa A method developed by the company to obtain chloride by high-temperature hydrolysis may be used.

多孔性半導体層の形態としては、単結晶または多結晶のいずれでもよい。しかし、安定性、結晶成長の困難さ、および製造コストなどの点では、多孔性半導体層は、多結晶焼結体であることが好ましく、微粉末(ナノスケールからマイクロスケール)からなる多結晶焼結体であることが特に好ましい。   The form of the porous semiconductor layer may be either single crystal or polycrystal. However, in terms of stability, difficulty in crystal growth, and manufacturing cost, the porous semiconductor layer is preferably a polycrystalline sintered body, and is a polycrystalline sintered body made of fine powder (nanoscale to microscale). Particularly preferred is a ligation.

多孔性半導体層は、大きさが同一の化合物半導体材料からなる粒子を用いて構成されても良いし、大きさが互いに異なる化合物半導体材料からなる粒子を用いて構成されても良い。相対的に大きな粒子は、入射光を散乱させるため、光捕捉率の向上に寄与すると考えられる。相対的に小さな粒子を用いれば光増感剤の吸着点がより多くなるので、相対的に小さな粒子は光増感剤の吸着量の向上に寄与すると考えられる。   The porous semiconductor layer may be composed of particles made of compound semiconductor materials having the same size, or may be composed of particles made of compound semiconductor materials having different sizes. Since relatively large particles scatter incident light, it is considered that they contribute to an improvement in the light capture rate. If relatively small particles are used, the number of adsorption points of the photosensitizer is increased. Therefore, it is considered that relatively small particles contribute to an improvement in the adsorption amount of the photosensitizer.

相対的に大きな粒子の平均粒径は、相対的に小さな粒子の平均粒径に対して10倍以上であることが好ましい。たとえば、相対的に大きな粒子の平均粒径は100〜500nmであることが好ましく、相対的に小さな粒子の平均粒径は5nm〜50nmであることが好ましい。大きさが互いに異なる粒子は、同一の材料からなっても良いし、異なる材料からなっても良い。大きさが互いに異なる粒子が異なる材料からなる場合、相対的に小さな粒子を吸着作用の強い材料で構成することが好ましい。なお、上記平均粒径は、X線回折測定から得られるスペクトル(XRD(X線回折)の回折ピーク)を用いて算出されても良いし、走査型電子顕微鏡(SEM)で直接観察を行うことにより求められても良い。   The average particle size of relatively large particles is preferably 10 times or more than the average particle size of relatively small particles. For example, the average particle size of relatively large particles is preferably 100 to 500 nm, and the average particle size of relatively small particles is preferably 5 to 50 nm. The particles having different sizes may be made of the same material or different materials. When particles having different sizes are made of different materials, it is preferable that relatively small particles are made of a material having a strong adsorption action. The average particle diameter may be calculated using a spectrum (XRD (X-ray diffraction) diffraction peak) obtained from X-ray diffraction measurement, or directly observed with a scanning electron microscope (SEM). May be required.

多孔性半導体層の厚さは、特に限定されず、たとえば0.1〜100μm程度が適当である。また、多孔性半導体層には光増感剤が吸着されるため、多孔性半導体層の表面積は大きいことが好ましく、たとえば多孔性半導体層のBET比表面積は10〜200m2/g程度であることが好ましい。 The thickness of the porous semiconductor layer is not particularly limited, and for example, about 0.1 to 100 μm is appropriate. Further, since the photosensitizer is adsorbed on the porous semiconductor layer, the surface area of the porous semiconductor layer is preferably large. For example, the BET specific surface area of the porous semiconductor layer is about 10 to 200 m 2 / g. Is preferred.

−多孔性半導体層の形成方法−
多孔性半導体層を形成する方法としては、特に限定されず、公知の方法が挙げられる。たとえば、上記いずれかの化合物半導体材料からなる粒子を含有する懸濁液を透光性支持体1の上に塗布してから乾燥および焼成の少なくとも一方を行うという方法が挙げられる。
-Method for forming porous semiconductor layer-
It does not specifically limit as a method of forming a porous semiconductor layer, A well-known method is mentioned. For example, there is a method in which a suspension containing particles made of any one of the above compound semiconductor materials is applied on the translucent support 1 and then at least one of drying and baking is performed.

この方法では、まず、上記いずれかの化合物半導体材料からなる微粒子を適当な溶剤に懸濁して、懸濁液を得る。このような溶剤としては、エチレングリコールモノメチルエーテルなどのグライム系溶剤、イソプロピルアルコールなどのアルコール類、イソプロピルアルコール/トルエンなどのアルコール系混合溶剤、または水などが挙げられる。また、このような懸濁液の代わりに市販の酸化チタンペースト(たとえば、Solaronix社製、Ti−nanoxide、T、D、T/SP、D/SP、R/SP)を用いても良い。   In this method, first, fine particles made of any one of the above compound semiconductor materials are suspended in a suitable solvent to obtain a suspension. Examples of such a solvent include glyme solvents such as ethylene glycol monomethyl ether, alcohols such as isopropyl alcohol, alcohol-based mixed solvents such as isopropyl alcohol / toluene, and water. Further, instead of such a suspension, a commercially available titanium oxide paste (for example, manufactured by Solaronix, Ti-nanoxide, T, D, T / SP, D / SP, R / SP) may be used.

次いで、ドクターブレード法、スキージ法、スピンコート法、またはスクリーン印刷法など公知の方法により、得られた懸濁液を透光性支持体1の上に塗布し、乾燥および焼成の少なくとも一方を行って多孔性半導体層を形成する。   Subsequently, the obtained suspension is applied onto the translucent support 1 by a known method such as a doctor blade method, a squeegee method, a spin coating method, or a screen printing method, and at least one of drying and baking is performed. To form a porous semiconductor layer.

乾燥および焼成に必要な温度、時間、ならびに雰囲気などは、それぞれ、多孔性半導体層を構成することとなる材料の種類に応じて適宜設定することが好ましい。たとえば、雰囲気としては大気雰囲気下または不活性ガス雰囲気下が挙げられ、温度および時間としては50〜800℃程度の範囲で10秒〜12時間程度が挙げられる。この乾燥および焼成は、単一の温度で1回行なっても良いし、温度を変化させて2回以上行っても良い。   It is preferable that the temperature, time, atmosphere, and the like necessary for drying and firing are appropriately set according to the type of material that constitutes the porous semiconductor layer. For example, the atmosphere includes an air atmosphere or an inert gas atmosphere, and the temperature and time include a range of about 50 to 800 ° C. and a time of about 10 seconds to 12 hours. This drying and baking may be performed once at a single temperature, or may be performed twice or more by changing the temperature.

多孔性半導体層が複数層で構成されている場合、互いに異なる材料からなる粒子を含む懸濁液を調製することが好ましく、調製した懸濁液の塗布と、乾燥および焼成の少なくとも一方とを2回以上繰り返し行なうことが好ましい。   In the case where the porous semiconductor layer is composed of a plurality of layers, it is preferable to prepare a suspension containing particles made of different materials, and the application of the prepared suspension and at least one of drying and baking are performed. It is preferable to repeat it more than once.

多孔性半導体層を形成した後、多孔性半導体層を構成する材料からなる微粒子同士の電気的接続の向上、多孔性半導体層の表面積の増加、および多孔性半導体層を構成する材料からなる微粒子の欠陥準位の低減を目的として、多孔性半導体層を所定の液体で処理しても良い。多孔性半導体層を処理する方法は多孔性半導体層を構成する材料などに依存するため一概に言えないが、多孔性半導体層が酸化チタンからなる場合には四塩化チタン水溶液などで酸化チタン膜を表面処理することが好ましい。   After forming the porous semiconductor layer, the electrical connection between the fine particles made of the material constituting the porous semiconductor layer is improved, the surface area of the porous semiconductor layer is increased, and the fine particles made of the material constituting the porous semiconductor layer For the purpose of reducing the defect level, the porous semiconductor layer may be treated with a predetermined liquid. The method for treating the porous semiconductor layer depends on the material constituting the porous semiconductor layer and cannot be generally stated. However, when the porous semiconductor layer is made of titanium oxide, the titanium oxide film is formed with a titanium tetrachloride aqueous solution or the like. A surface treatment is preferred.

−光増感剤−
多孔性半導体層に吸着されて光増感剤として機能する増感色素としては、特に限定されないが、可視光領域および赤外光領域の少なくとも一方の領域の光を吸収可能な種々の有機色素であっても良いし、可視光領域および赤外光領域の少なくとも一方の領域の光を吸収可能な種々の金属錯体色素であっても良い。これらの色素を単独で用いても良いし、2種以上を混合して用いても良い。
-Photosensitizer-
The sensitizing dye that is adsorbed on the porous semiconductor layer and functions as a photosensitizer is not particularly limited, but various organic dyes that can absorb light in at least one of the visible light region and the infrared light region. There may be various metal complex dyes capable of absorbing light in at least one of the visible light region and the infrared light region. These pigments may be used alone or in combination of two or more.

有機色素としては、たとえば、アゾ系色素、キノン系色素、キノンイミン系色素、キナクリドン系色素、スクアリリウム系色素、シアニン系色素、メロシアニン系色素、トリフェニルメタン系色素、キサンテン系色素、ポルフィリン系色素、ペリレン系色素、インジゴ系色素、またはナフタロシアニン系色素などが挙げられる。有機色素の吸光係数は、一般に、遷移金属に分子が配位結合した形態をとる金属錯体色素に比べて大きい。   Examples of organic dyes include azo dyes, quinone dyes, quinone imine dyes, quinacridone dyes, squarylium dyes, cyanine dyes, merocyanine dyes, triphenylmethane dyes, xanthene dyes, porphyrin dyes, and perylenes. And dyes such as indigo dyes and naphthalocyanine dyes. In general, the extinction coefficient of an organic dye is larger than that of a metal complex dye in which a molecule is coordinated to a transition metal.

金属錯体色素としては、Cu、Ni、Fe、Co、V、Sn、Si、Ti、Ge、Cr、Zn、Ru、Mg、Al、Pb、Mn、In、Mo、Y、Zr、Nb、Sb、La、W、Pt、TA、Ir、Pd、Os、Ga、Tb、Eu、Rb、Bi、Se、As、Sc、Ag、Cd、Hf、Re、Au、Ac、Tc、Te、またはRhなどの金属原子に配位子が配位結合した形態のものが挙げられる。金属錯体色素は、たとえば、ポルフィリン系色素、フタロシアニン系色素、またはナフタロシアニン系色素であることが好ましく、これらの中でもフタロシアニン系色素またはルテニウム系色素であることがより好ましく、ルテニウム系金属錯体色素であることがさらに好ましい。   As metal complex dyes, Cu, Ni, Fe, Co, V, Sn, Si, Ti, Ge, Cr, Zn, Ru, Mg, Al, Pb, Mn, In, Mo, Y, Zr, Nb, Sb, La, W, Pt, TA, Ir, Pd, Os, Ga, Tb, Eu, Rb, Bi, Se, As, Sc, Ag, Cd, Hf, Re, Au, Ac, Tc, Te, or Rh The thing of the form which the ligand coordinated to the metal atom is mentioned. The metal complex dye is preferably, for example, a porphyrin dye, a phthalocyanine dye, or a naphthalocyanine dye, more preferably a phthalocyanine dye or a ruthenium dye, and a ruthenium metal complex dye. More preferably.

金属錯体色素は、化学式(1)〜(3)で表されるルテニウム系金属錯体色素であることが特に好ましい。市販のルテニウム系金属錯体色素として、たとえば、Solaronix社製の商品名Ruthenium535色素、Ruthenium535−bisTBA色素、またはRuthenium620−1H3TBA色素などが挙げられる。   The metal complex dye is particularly preferably a ruthenium-based metal complex dye represented by chemical formulas (1) to (3). Examples of commercially available ruthenium-based metal complex dyes include trade name Ruthenium 535 dye, Ruthenium 535-bis TBA dye, or Ruthenium 620-1H3TBA dye manufactured by Solaronix.

Figure 2013251229
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また、多孔性半導体層に増感色素を強固に吸着させるためには、増感色素が分子中にカルボキシル基、アルコキシ基、ヒドロキシル基、スルホン酸基、エステル基、メルカプト基、またはホスホニル基などのインターロック基を有することが好ましい。一般に、インターロック基は、増感色素が多孔性半導体層に固定される際に増感色素と多孔性半導体層との間に存在し、増感色素の励起状態と多孔性半導体層を構成する半導体材料の伝導帯との間の電子の移動を容易にする電気的結合を提供する。   In order to strongly adsorb the sensitizing dye to the porous semiconductor layer, the sensitizing dye has a carboxyl group, alkoxy group, hydroxyl group, sulfonic acid group, ester group, mercapto group, or phosphonyl group in the molecule. It preferably has an interlock group. In general, the interlock group exists between the sensitizing dye and the porous semiconductor layer when the sensitizing dye is fixed to the porous semiconductor layer, and constitutes the excited state of the sensitizing dye and the porous semiconductor layer. It provides an electrical coupling that facilitates the transfer of electrons to and from the conduction band of the semiconductor material.

このような増感色素の吸着量は、1×10-8mol/cm2以上1×10-6mol/cm2以下であることが好ましく、5×10-8mol/cm2以上5×10-7mol/cm2であることがより好ましい。光増感剤の吸着量が1×10-8mol/cm2未満であれば、光電変換効率の低下を招くおそれがある。一方、光増感剤の吸着量が1×10-6mol/cm2を超えると、開放電圧が低下するという不具合を招くことがある。 The adsorption amount of such a sensitizing dye is preferably 1 × 10 −8 mol / cm 2 or more and 1 × 10 −6 mol / cm 2 or less, preferably 5 × 10 −8 mol / cm 2 or more and 5 × 10. More preferably, it is −7 mol / cm 2 . If the adsorption amount of the photosensitizer is less than 1 × 10 −8 mol / cm 2 , the photoelectric conversion efficiency may be lowered. On the other hand, when the adsorption amount of the photosensitizer exceeds 1 × 10 −6 mol / cm 2 , there may be a problem that the open circuit voltage is lowered.

−色素吸着法−
多孔性半導体層に増感色素を吸着させる方法としては、たとえば増感色素を溶解した溶液(以下では「色素吸着用溶液」と記す)に多孔性半導体層を浸漬させるという方法が代表的なものとして挙げられる。このとき、色素吸着用溶液が加熱されていれば、色素吸着用溶液を多孔性半導体層の微細孔の奥部まで浸透させるという効果を得ることができる。
-Dye adsorption method-
A typical method for adsorbing a sensitizing dye to the porous semiconductor layer is, for example, a method in which the porous semiconductor layer is immersed in a solution in which the sensitizing dye is dissolved (hereinafter referred to as “dye adsorption solution”). As mentioned. At this time, if the dye adsorbing solution is heated, the effect of allowing the dye adsorbing solution to permeate deep into the fine pores of the porous semiconductor layer can be obtained.

増感色素を溶解させる溶剤としては、たとえばアルコール、トルエン、アセトニトリル、テトラヒドロフラン(THF)、クロロホルム、またはジメチルホルムアミドなどが挙げられる。これらの溶剤は、通常、精製されたものであることが好ましく、2種類以上を混合して用いることができる。色素吸着用溶液中の増感色素の濃度は、使用する増感色素の種類、溶媒の種類、および色素吸着工程などの条件に応じて適宜設定でき、たとえば1×10-5モル/リットル以上であることが好ましい。増感色素の溶解性を向上させるためには、加熱しながら色素吸着用溶液を調製することが好ましい。 Examples of the solvent for dissolving the sensitizing dye include alcohol, toluene, acetonitrile, tetrahydrofuran (THF), chloroform, and dimethylformamide. These solvents are usually preferably purified, and two or more types can be mixed and used. The concentration of the sensitizing dye in the dye adsorbing solution can be appropriately set according to conditions such as the type of the sensitizing dye to be used, the type of the solvent, and the dye adsorbing step, and is, for example, 1 × 10 −5 mol / liter or more. Preferably there is. In order to improve the solubility of the sensitizing dye, it is preferable to prepare a dye adsorption solution while heating.

−キャリア輸送材料−
キャリア輸送材料は、下記<電荷輸送層>で示すように、イオンを輸送可能な導電性材料であることが好ましく、たとえば液体電解質、固体電解質、ゲル電解質、または溶融塩ゲル電解質などであることが好ましい。多孔性半導体層に含まれるキャリア輸送材料は、電荷輸送層5を構成する材料と同じであっても良いし、電荷輸送層5を構成する材料とは異なっても良い。
-Carrier transport material-
The carrier transport material is preferably a conductive material capable of transporting ions, as shown in <Charge transport layer> below, for example, a liquid electrolyte, a solid electrolyte, a gel electrolyte, or a molten salt gel electrolyte. preferable. The carrier transport material contained in the porous semiconductor layer may be the same as the material constituting the charge transport layer 5 or may be different from the material constituting the charge transport layer 5.

キャリア輸送材料を多孔性半導体層内に設ける方法は、特に限定されない。たとえば、キャリア輸送材料を含む溶液に多孔性半導体層を浸漬させても良い。封止部8を用いて対極支持体7を集電電極4に貼り合わせてから、キャリア輸送材料を光電変換層2内に注入しても良い。多孔性半導体層に含まれるキャリア輸送材料が電荷輸送層5を構成する材料と同じ場合には、キャリア輸送材料を所定の位置に注入することにより、電荷輸送層5が形成されると同時にキャリア輸送材料が多孔性半導体層に包含されるという方法をとることができる。   The method for providing the carrier transport material in the porous semiconductor layer is not particularly limited. For example, the porous semiconductor layer may be immersed in a solution containing a carrier transport material. The carrier transport material may be injected into the photoelectric conversion layer 2 after the counter electrode support 7 is bonded to the collector electrode 4 using the sealing portion 8. When the carrier transport material contained in the porous semiconductor layer is the same as the material constituting the charge transport layer 5, the carrier transport material is injected into a predetermined position, so that the charge transport layer 5 is formed and the carrier transport is performed at the same time. A method can be adopted in which the material is included in the porous semiconductor layer.

<反射層>
反射層3を構成する材料は、一般に光電変換素子に使用可能な材料であり且つ本発明の効果を発揮し得る材料であれば特に限定されず、多孔性半導体層を構成する材料として列挙した材料であることが好ましい。つまり、反射層3を構成する材料は、このような材料は、たとえば、酸化チタン、酸化亜鉛、酸化錫、酸化鉄、酸化ニオブ、酸化セリウム、酸化タングステン、チタン酸バリウム、チタン酸ストロンチウム、硫化カドミウム、硫化鉛、硫化亜鉛、リン化インジウム、銅−インジウム硫化物(CuInS2)、CuAlO2、またはSrCu22などの化合物半導体材料であることが好ましい。反射層3を構成する材料としては、上記列挙された材料のうちの一つを単独で用いても良いし、上記列挙された材料のうちの2つ以上の組み合わせて用いても良い。光電変換効率、安定性および安全性の観点から、反射層3を構成する材料としては酸化チタンを用いることが好ましい。
<Reflective layer>
The material constituting the reflective layer 3 is not particularly limited as long as it is a material that can generally be used for a photoelectric conversion element and can exhibit the effects of the present invention, and the materials listed as materials constituting the porous semiconductor layer. It is preferable that That is, the material constituting the reflective layer 3 is, for example, titanium oxide, zinc oxide, tin oxide, iron oxide, niobium oxide, cerium oxide, tungsten oxide, barium titanate, strontium titanate, cadmium sulfide. A compound semiconductor material such as lead sulfide, zinc sulfide, indium phosphide, copper-indium sulfide (CuInS 2 ), CuAlO 2 , or SrCu 2 O 2 is preferable. As a material constituting the reflective layer 3, one of the above listed materials may be used alone, or two or more of the above listed materials may be used in combination. From the viewpoint of photoelectric conversion efficiency, stability, and safety, it is preferable to use titanium oxide as a material constituting the reflective layer 3.

本発明において、反射層3を構成する材料として酸化チタンを用いる場合、用いる酸化チタンは、アナターゼ型酸化チタン、ルチル型酸化チタン、無定形酸化チタン、メタチタン酸、またはオルソチタン酸などの各種の狭義の酸化チタンであっても良いし、水酸化チタンであっても良いし、含水酸化チタンであっても良い。これらの酸化チタンを単独で用いても良いし、混合して用いても良い。アナターゼ型酸化チタンとルチル型酸化チタンとについては、製法または熱履歴によりどちらの形態にもなり得るが、アナターゼ型酸化チタンが一般的である。酸化チタンの製造方法は、特に限定されず、気相法、または液相法(水熱合成法もしくは硫酸法)などの各種文献に記載されている公知の方法であれば良く、デグサ(Degussa)社が開発した、塩化物を高温加水分解により得る方法であっても良い。   In the present invention, when titanium oxide is used as the material constituting the reflective layer 3, the titanium oxide used is various narrow meanings such as anatase type titanium oxide, rutile type titanium oxide, amorphous titanium oxide, metatitanic acid, or orthotitanic acid. It may be titanium oxide, titanium hydroxide, or hydrous titanium oxide. These titanium oxides may be used alone or in combination. Anatase-type titanium oxide and rutile-type titanium oxide can be in either form depending on the production method or thermal history, but anatase-type titanium oxide is common. The method for producing titanium oxide is not particularly limited, and may be a known method described in various literatures such as a gas phase method or a liquid phase method (hydrothermal synthesis method or sulfuric acid method). Degussa A method developed by the company to obtain chloride by high-temperature hydrolysis may be used.

反射層3の形態としては、単結晶または多結晶のいずれでもよい。しかし、安定性、結晶成長の困難さ、および製造コストなどの点では、反射層3は、多結晶焼結体であることが好ましく、微粉末(ナノスケールからマイクロスケール)からなる多結晶焼結体であることが特に好ましい。   The form of the reflective layer 3 may be either single crystal or polycrystal. However, in terms of stability, difficulty in crystal growth, and manufacturing cost, the reflective layer 3 is preferably a polycrystalline sintered body, and is a polycrystalline sintered body made of fine powder (nanoscale to microscale). The body is particularly preferred.

反射層3は、多孔性半導体層を構成する粒子の平均粒径よりも大きな平均粒径を有する粒子を含むことが好ましい。一例としては、反射層3を構成する粒子の平均粒径は、多孔性半導体層を構成する粒子の平均粒径に対して2倍以上であることが好ましく、多孔性半導体層を構成する粒子の平均粒径に対して3倍以上20倍以下であることがより好ましい。別の言い方をすると、多孔性半導体層を構成する粒子の平均粒径が10nm以上30nm以下であるときには、反射層3を構成する粒子の平均粒径は30nm以上600nm以下であることが好ましい。これにより、光電変換層2で吸収できなかった光を散乱させることができる。よって、光電変換層2で吸収できなかった光の光路長が伸びるので、長波長光の光の吸収を増加させることができる。それだけでなく、光電変換層2で吸収できなかった光を散乱させて光電変換層2へ再吸収させることができるので、光電変換層2において生成される電子の量が増加し、よって、光電変換素子の短絡電流密度がさらに増加する。   The reflective layer 3 preferably includes particles having an average particle size larger than the average particle size of the particles constituting the porous semiconductor layer. As an example, the average particle size of the particles constituting the reflective layer 3 is preferably at least twice the average particle size of the particles constituting the porous semiconductor layer. It is more preferable that the average particle size is 3 to 20 times. In other words, when the average particle size of the particles constituting the porous semiconductor layer is 10 nm or more and 30 nm or less, the average particle size of the particles constituting the reflective layer 3 is preferably 30 nm or more and 600 nm or less. Thereby, the light which could not be absorbed by the photoelectric conversion layer 2 can be scattered. Therefore, since the optical path length of the light that could not be absorbed by the photoelectric conversion layer 2 is increased, the absorption of the light of the long wavelength light can be increased. In addition, since the light that could not be absorbed by the photoelectric conversion layer 2 can be scattered and reabsorbed by the photoelectric conversion layer 2, the amount of electrons generated in the photoelectric conversion layer 2 increases, and thus the photoelectric conversion The short circuit current density of the device further increases.

多孔性半導体層および反射層3のそれぞれが相対的に小さな粒子と相対的に大きな粒子とを含んでいる場合には、反射層3における相対的に大きな粒子の平均粒径が多孔性半導体層における相対的に大きな粒子の平均粒径よりも大きいことが好ましい。たとえば、反射層3における相対的に大きな粒子の平均粒径は、多孔性半導体層における相対的に大きな粒子の平均粒径に対して2倍以上であることが好ましく、より好ましくは3倍以上5倍以下である。別の言い方をすると、多孔性半導体層における相対的に大きな粒子の平均粒径が50nm以上500nm以下であるときには、反射層3における相対的に大きな粒子の平均粒径は150nm以上2500nm以下であることが好ましい。この場合であっても、上記効果(つまり、長波長光の光の吸収の増加という効果と光電変換素子の短絡電流密度がさらに増加するという効果)を得ることができる。   When each of the porous semiconductor layer and the reflective layer 3 includes relatively small particles and relatively large particles, the average particle diameter of the relatively large particles in the reflective layer 3 is It is preferably larger than the average particle size of relatively large particles. For example, the average particle size of relatively large particles in the reflective layer 3 is preferably 2 times or more, more preferably 3 times or more 5 times the average particle size of relatively large particles in the porous semiconductor layer. Is less than double. In other words, when the average particle size of relatively large particles in the porous semiconductor layer is 50 nm or more and 500 nm or less, the average particle size of relatively large particles in the reflective layer 3 is 150 nm or more and 2500 nm or less. Is preferred. Even in this case, the above effects (that is, the effect of increasing the absorption of light of long wavelength light and the effect of further increasing the short-circuit current density of the photoelectric conversion element) can be obtained.

多孔性半導体層および反射層3のそれぞれが相対的に小さな粒子と相対的に大きな粒子とを含んでいる場合には、反射層3における相対的に大きな粒子の割合(反射層3を構成する粒子の総数に対する反射層3を構成する粒子のうち相対的に大きな粒子の個数の割合)が多孔性半導体層における相対的に大きな粒子の割合(多孔性半導体層を構成する粒子の総数に対する多孔性半導体層を構成する粒子のうち相対的に大きな粒子の個数の割合)よりも高くても良い。たとえば、反射層3における相対的に大きな粒子の割合は、多孔性半導体層における相対的に大きな粒子の割合に対して2倍以上であることが好ましく、より好ましくは5倍以上10倍以下である。この場合であっても、上記効果(つまり、長波長光の光の吸収の増加という効果と光電変換素子の短絡電流密度がさらに増加するという効果)を得ることができる。   When each of the porous semiconductor layer and the reflective layer 3 includes relatively small particles and relatively large particles, the ratio of relatively large particles in the reflective layer 3 (particles constituting the reflective layer 3) The ratio of the relatively large particles in the particles constituting the reflective layer 3 to the total number of particles is a ratio of relatively large particles in the porous semiconductor layer (the porous semiconductor relative to the total number of particles constituting the porous semiconductor layer) The ratio of the number of relatively large particles among the particles constituting the layer) may be higher. For example, the ratio of relatively large particles in the reflective layer 3 is preferably 2 times or more, more preferably 5 to 10 times the ratio of relatively large particles in the porous semiconductor layer. . Even in this case, the above effects (that is, the effect of increasing the absorption of light of long wavelength light and the effect of further increasing the short-circuit current density of the photoelectric conversion element) can be obtained.

ここで、反射層3が相対的に小さな粒子と相対的に大きな粒子とを含む場合、相対的に大きな粒子の平均粒径は、相対的に小さな粒子の平均粒径に対して10倍以上であることが好ましい。相対的に大きな粒径の平均粒径が100〜500nmであるときには、相対的に小さな粒径の平均粒径は5〜50nmであることが好ましい。相対的に大きな粒子と相対的に小さな粒子とは、同一の材料で構成されていても良いし、異なる材料で構成されていても良い。なお、反射層3は、単一の大きさの粒子から構成されても良い。また、反射層3を構成する粒子の平均粒径は、多孔性半導体層を構成する粒子の平均粒径を測定する方法と同様の方法にしたがって求めることができる。   Here, when the reflective layer 3 includes relatively small particles and relatively large particles, the average particle size of the relatively large particles is more than 10 times the average particle size of the relatively small particles. Preferably there is. When the average particle size of the relatively large particle size is 100 to 500 nm, the average particle size of the relatively small particle size is preferably 5 to 50 nm. The relatively large particles and the relatively small particles may be made of the same material or different materials. The reflective layer 3 may be composed of particles having a single size. Moreover, the average particle diameter of the particles constituting the reflective layer 3 can be determined according to the same method as the method for measuring the average particle diameter of the particles constituting the porous semiconductor layer.

電荷輸送層5側に位置する光電変換層2の面における反射層3の平面形状は特に限定されない。反射層3は、電荷輸送層5側に位置する光電変換層2の面において、たとえば、図3に示すようにストライプ状に配置されても良いし、図4に示すようにドット状に配置されても良いし、図5に示すように格子状に配置されても良い。図3〜図5は、それぞれ、本発明の光電変換素子における反射層の構成の一例を示す平面図である。   The planar shape of the reflective layer 3 on the surface of the photoelectric conversion layer 2 located on the charge transport layer 5 side is not particularly limited. The reflective layer 3 may be arranged in a stripe shape as shown in FIG. 3 on the surface of the photoelectric conversion layer 2 located on the charge transport layer 5 side, or in a dot shape as shown in FIG. Alternatively, they may be arranged in a lattice pattern as shown in FIG. 3-5 is a top view which shows an example of a structure of the reflection layer in the photoelectric conversion element of this invention, respectively.

反射層3の厚さは、特に限定されないが、後述のように光電変換層2と電荷輸送層5との間に位置する集電電極4の厚さよりも厚いことが好ましく、たとえば0.2nm以上1000μm以下であることが好ましい。このことは、後述の集電電極4で説明する。   The thickness of the reflective layer 3 is not particularly limited, but is preferably thicker than the thickness of the current collecting electrode 4 located between the photoelectric conversion layer 2 and the charge transport layer 5 as described later, for example, 0.2 nm or more It is preferable that it is 1000 micrometers or less. This will be described with reference to the collecting electrode 4 described later.

なお、反射層3は、光電変換層2と集電電極4との間に設けられており、光電変換層2に接するとともに集電電極4に覆われている。そのため、反射層3は、電荷輸送層5には接していない。   The reflective layer 3 is provided between the photoelectric conversion layer 2 and the collector electrode 4, is in contact with the photoelectric conversion layer 2, and is covered with the collector electrode 4. Therefore, the reflective layer 3 is not in contact with the charge transport layer 5.

また、反射層3の個数は、図1に示す個数に限定されない。集電電極4が光電変換層2の一部に接し、且つ、反射層3が光電変換層2のうち集電電極4が接している部分以外の部分の少なくとも一部に接しているとともに集電電極4に覆われているのであれば、反射層3の個数は1つであっても良い。しかし、反射層3が光電変換層2の厚さ方向に対して垂直な方向において互いに間隔をあけて設けられていれば、光電変換層2で生成した電子が光電変換層2から集電電極4へ移動する経路を確保し易くなる。よって、反射層3は、光電変換層2の厚さ方向に対して垂直な方向において互いに間隔(たとえば0.2μm以上1000μm以下、好ましくは1μm以上500μm以下)をあけて設けられていることが好ましい。   Further, the number of the reflective layers 3 is not limited to the number shown in FIG. The current collecting electrode 4 is in contact with a part of the photoelectric conversion layer 2, and the reflection layer 3 is in contact with at least a part of the photoelectric conversion layer 2 other than the part in contact with the current collecting electrode 4 and the current collecting As long as it is covered with the electrode 4, the number of the reflective layers 3 may be one. However, if the reflective layer 3 is provided at intervals in the direction perpendicular to the thickness direction of the photoelectric conversion layer 2, electrons generated in the photoelectric conversion layer 2 are transferred from the photoelectric conversion layer 2 to the current collecting electrode 4. It is easy to secure a route to move to. Therefore, it is preferable that the reflective layer 3 is provided with a gap (for example, 0.2 μm or more and 1000 μm or less, preferably 1 μm or more and 500 μm or less) in a direction perpendicular to the thickness direction of the photoelectric conversion layer 2. .

−反射層の形成方法−
反射層3を形成する方法としては、特に限定されず、多孔質半導体層の形成方法と同様の公知の方法が挙げられる。たとえば、上記いずれかの化合物半導体材料からなる粒子を含有する懸濁液を多孔質半導体層の上に塗布してから乾燥および焼成の少なくとも一方を行うという方法が挙げられる。
-Method for forming the reflective layer-
The method for forming the reflective layer 3 is not particularly limited, and a known method similar to the method for forming the porous semiconductor layer may be used. For example, there may be mentioned a method in which a suspension containing particles made of any one of the above compound semiconductor materials is applied on a porous semiconductor layer and then dried and fired.

この方法では、まず、上記いずれかの化合物半導体材料からなる微粒子を適当な溶剤に懸濁して、懸濁液を得る。このような溶剤としては、エチレングリコールモノメチルエーテルなどのグライム系溶剤、イソプロピルアルコールなどのアルコール類、イソプロピルアルコール/トルエンなどのアルコール系混合溶剤、または水などが挙げられる。また、このような懸濁液の代わりに市販の酸化チタンペースト(例えば、Solaronix社製、Ti−nanoxide、T、D、T/SP、D/SP)を用いても良い。または、市販のペーストまたは市販の粒子を上記溶剤に混合して懸濁液を得ても良いし、市販のペースト同士を混合して懸濁液を得ても良い。   In this method, first, fine particles made of any one of the above compound semiconductor materials are suspended in a suitable solvent to obtain a suspension. Examples of such a solvent include glyme solvents such as ethylene glycol monomethyl ether, alcohols such as isopropyl alcohol, alcohol-based mixed solvents such as isopropyl alcohol / toluene, and water. Further, instead of such a suspension, a commercially available titanium oxide paste (eg, Solaronix, Ti-nanoxide, T, D, T / SP, D / SP) may be used. Alternatively, a commercially available paste or commercially available particles may be mixed with the solvent to obtain a suspension, or a commercially available paste may be mixed with each other to obtain a suspension.

このとき、上記微粒子には、多孔性半導体層を構成することとなる材料からなる粒子の平均粒径よりも大きい粒子が含まれていることが好ましい。上記微粒子の平均粒径と多孔性半導体層を構成することとなる材料からなる粒子の平均粒径との関係、および、具体的な大きさなどに関しては、上述の通りである。   At this time, it is preferable that the fine particles include particles larger than the average particle diameter of particles made of a material that constitutes the porous semiconductor layer. The relationship between the average particle diameter of the fine particles and the average particle diameter of the particles made of the material constituting the porous semiconductor layer, the specific size, and the like are as described above.

次いで、ドクターブレード法、スキージ法、スピンコート法、またはスクリーン印刷法など公知の方法により、得られた懸濁液を多孔性半導体層の上に塗布し、乾燥および焼成の少なくとも一方を行って反射層3を形成する。具体的には、所定のパターン形状を有するスクリーンを用いて部分的に反射層を形成しても良いし(スクリーン印刷法)、一様に反射層を形成してからレーザスクライブにより反射層の一部を除去しても良い。これにより、たとえば図3〜図5に示す反射層3が形成される。   Next, the obtained suspension is applied onto the porous semiconductor layer by a known method such as a doctor blade method, a squeegee method, a spin coating method, or a screen printing method, and at least one of drying and baking is performed and reflection is performed. Layer 3 is formed. Specifically, the reflective layer may be partially formed by using a screen having a predetermined pattern shape (screen printing method), or after the uniform formation of the reflective layer, laser scribe may be used to form one of the reflective layers. The portion may be removed. Thereby, for example, the reflective layer 3 shown in FIGS. 3 to 5 is formed.

乾燥および焼成に必要な温度、時間、ならびに雰囲気などは、それぞれ、反射層3を構成することとなる材料の種類に応じて適宜設定することが好ましい。たとえば、雰囲気としては大気雰囲気下または不活性ガス雰囲気下が挙げられ、温度および時間としては50〜800℃程度の範囲で10秒〜12時間程度が挙げられる。この乾燥および焼成は、単一の温度で1回行なっても良いし、温度を変化させて2回以上行っても良い。   It is preferable that the temperature, time, atmosphere, and the like necessary for drying and firing are appropriately set according to the type of material constituting the reflective layer 3. For example, the atmosphere includes an air atmosphere or an inert gas atmosphere, and the temperature and time include a range of about 50 to 800 ° C. and a time of about 10 seconds to 12 hours. This drying and baking may be performed once at a single temperature, or may be performed twice or more by changing the temperature.

反射層3が複数層で構成されている場合、互いに異なる材料からなる粒子を含む懸濁液を調製することが好ましく、調製した懸濁液の塗布と、乾燥および焼成の少なくとも一方とを2回以上繰り返し行なうことが好ましい。   When the reflective layer 3 is composed of a plurality of layers, it is preferable to prepare a suspension containing particles made of different materials, and the application of the prepared suspension and at least one of drying and baking are performed twice. It is preferable to repeat the above.

<集電電極>
本発明において、集電電極4は、透光性支持体1に支持されており、反射層3だけでなく光電変換層2にも接している。それだけでなく、集電電極4は、図1に示すように封止部8の外側にも設けられていることが好ましく、これにより、外部電気回路を介して集電電極4を対極6にスムーズに接続することができる。
<Collector electrode>
In the present invention, the collecting electrode 4 is supported by the translucent support 1 and is in contact with not only the reflective layer 3 but also the photoelectric conversion layer 2. In addition, it is preferable that the current collecting electrode 4 is also provided outside the sealing portion 8 as shown in FIG. 1, so that the current collecting electrode 4 can be smoothly connected to the counter electrode 6 via an external electric circuit. Can be connected to.

集電電極4は、キャリア輸送材料を含むことが好ましく、これにより、対極6へ移動した電子を光電変換層2へスムーズに移動させることができる。ここで、キャリア輸送材料は、下記<電荷輸送層>で述べるようにイオンを輸送可能な導電性材料であれば良く、電荷輸送層5を構成する材料と同じであっても良いし、電荷輸送層5を構成する材料とは異なっても良い。また、キャリア輸送材料を集電電極4内に設ける方法は、特に限定されず、キャリア輸送材料を含む溶液に集電電極4を浸漬させても良いし、封止部8を用いて対極支持体7を集電電極4に貼り合わせてからキャリア輸送材料を集電電極4内に注入させても良い。また、集電電極4に含まれるキャリア輸送材料が電荷輸送層5を構成する材料と同じ場合には、キャリア輸送材料を所定の位置に注入することにより、電荷輸送層5が形成されると同時にキャリア輸送材料が集電電極4に包含されるという方法をとることができる。   The current collecting electrode 4 preferably contains a carrier transport material, whereby the electrons moved to the counter electrode 6 can be smoothly moved to the photoelectric conversion layer 2. Here, the carrier transport material may be a conductive material capable of transporting ions as described in <Charge transport layer> below, and may be the same as the material constituting the charge transport layer 5, or the charge transport material. The material constituting the layer 5 may be different. The method for providing the carrier transporting material in the current collecting electrode 4 is not particularly limited, and the current collecting electrode 4 may be immersed in a solution containing the carrier transporting material, or the counter electrode support using the sealing portion 8. The carrier transport material may be injected into the current collecting electrode 4 after 7 is bonded to the current collecting electrode 4. Further, when the carrier transport material included in the current collecting electrode 4 is the same as the material constituting the charge transport layer 5, the charge transport layer 5 is formed at the same time as the carrier transport material is injected into a predetermined position. A method in which a carrier transport material is included in the current collecting electrode 4 can be employed.

集電電極4を構成する材料としては、導電性を有するものであれば特に限定されず、光透過性を有していても良いし、光透過性を有していなくても良い。ただし、対極支持体7を受光面にする場合は、透光性支持体1と同じく光透過性が必要となる。また、集電電極4を構成する材料は、キャリア輸送材料(電解質など)に対して腐食性を有しないことが好ましい。具体的には、集電電極4を構成する材料としては、インジウム錫複合酸化物(ITO)、酸化錫(SnO2)、酸化錫にフッ素をドープしたもの(FTO)、または酸化亜鉛(ZnO)などが挙げられ、チタン、ニッケル、またはタンタルなどのキャリア輸送材料に対して腐食性を示さない金属を用いることもできる。 The material constituting the current collecting electrode 4 is not particularly limited as long as it has conductivity, and may or may not have light transparency. However, in the case where the counter electrode support 7 is used as the light receiving surface, the light transmission is required as in the case of the light transmissive support 1. Moreover, it is preferable that the material which comprises the current collection electrode 4 does not have corrosivity with respect to carrier transport materials (electrolyte etc.). Specifically, the material constituting the current collecting electrode 4 is indium tin composite oxide (ITO), tin oxide (SnO 2 ), tin oxide doped with fluorine (FTO), or zinc oxide (ZnO). A metal that does not exhibit corrosiveness to the carrier transport material such as titanium, nickel, or tantalum can also be used.

集電電極4の厚さは、特に限定されないが、たとえば0.02〜50μm程度であることが好ましい。光電変換層2と電荷輸送層5との間に位置する集電電極4の厚さは、反射層3の厚さよりも薄いことが好ましく、たとえば反射層3の厚さの1/10倍以上1/2倍以下であることがより好ましい。別の言い方をすると、反射層3の厚さが1μm以上50μm以下であるときには、光電変換層2と電荷輸送層5との間に位置する集電電極4の厚さは0.1μm以上25μm以下であることが好ましい。これにより、集電電極4による光の吸収を抑制することができる。   Although the thickness of the current collection electrode 4 is not specifically limited, For example, it is preferable that it is about 0.02-50 micrometers. The thickness of the current collecting electrode 4 located between the photoelectric conversion layer 2 and the charge transport layer 5 is preferably thinner than the thickness of the reflective layer 3, for example, 1/10 or more times the thickness of the reflective layer 3. More preferably, it is not more than 2 times. In other words, when the thickness of the reflective layer 3 is 1 μm or more and 50 μm or less, the thickness of the collecting electrode 4 positioned between the photoelectric conversion layer 2 and the charge transport layer 5 is 0.1 μm or more and 25 μm or less. It is preferable that Thereby, absorption of the light by the current collection electrode 4 can be suppressed.

集電電極4のシート抵抗値は、低ければ低いほどFF(曲線因子)を向上させることができるため好ましく、特に40Ω/□以下であることが好ましい。   The sheet resistance value of the current collecting electrode 4 is preferably as low as possible because FF (curve factor) can be improved, and particularly preferably 40Ω / □ or less.

集電電極4が緻密な構造をなす場合、複数の小孔が集電電極4に形成されていることが好ましい。ここで、複数の小孔は、キャリア輸送材料のパスとして機能する。つまり、電荷輸送層5に含まれるキャリア輸送材料は、集電電極4に形成された複数の小孔の内部を通って、光電変換層2の多孔性半導体層と対極6との間を移動できる。小孔の径は、0.1μm〜100μm程度であることが好ましく、1μm〜50μm程度であることがさらに好ましい。小孔と小孔との間隔は、1μm〜200μm程度であることが好ましく、10μm〜300μm程度であることがさらに好ましい。このような小孔は、物理接触またはレーザー加工により形成されることが好ましい。なお、小孔の形成が困難な場合には、ストライプ状の開口部を集電電極4に形成すれば良い。これにより、小孔を形成した場合と同様の効果が得られる。ストライプ状の開口部の間隔は1μm〜200μm程度であることが好ましく、10μm〜300μm程度であることがさらに好ましい。   When the current collecting electrode 4 has a dense structure, it is preferable that a plurality of small holes are formed in the current collecting electrode 4. Here, the plurality of small holes function as paths for the carrier transport material. That is, the carrier transport material contained in the charge transport layer 5 can move between the porous semiconductor layer of the photoelectric conversion layer 2 and the counter electrode 6 through the inside of the plurality of small holes formed in the current collecting electrode 4. . The diameter of the small holes is preferably about 0.1 μm to 100 μm, and more preferably about 1 μm to 50 μm. The distance between the small holes is preferably about 1 μm to 200 μm, and more preferably about 10 μm to 300 μm. Such small holes are preferably formed by physical contact or laser processing. If it is difficult to form a small hole, a striped opening may be formed in the current collecting electrode 4. Thereby, the same effect as the case where a small hole is formed is acquired. The interval between the stripe-shaped openings is preferably about 1 μm to 200 μm, and more preferably about 10 μm to 300 μm.

集電電極4の形成方法は、特に限定されない。たとえば、スパッタ法またはスプレー法などの公知の方法により、集電電極4で反射層3を覆い、且つ、反射層3から露出する光電変換層2の面の上と封止部8の上とに集電電極4を形成することが好ましい。   The formation method of the current collection electrode 4 is not specifically limited. For example, the reflective layer 3 is covered with the collector electrode 4 by a known method such as a sputtering method or a spray method, and on the surface of the photoelectric conversion layer 2 exposed from the reflective layer 3 and on the sealing portion 8. It is preferable to form the current collecting electrode 4.

<電荷輸送層>
本発明において、「電荷輸送層」とは、透光性支持体1と対極支持体7と封止部8とによって囲まれた空間の中にキャリア輸送材料が充填されて構成されたものである。キャリア輸送材料は、イオンを輸送できる導電性材料で構成されていることが好ましく、キャリア輸送材料の好適な材料としては、たとえば液体電解質、固体電解質、ゲル電解質、または溶融塩ゲル電解質などが挙げられる。
<Charge transport layer>
In the present invention, the “charge transport layer” is configured by filling a space surrounded by the translucent support 1, the counter electrode support 7, and the sealing portion 8 with a carrier transport material. . The carrier transport material is preferably composed of a conductive material capable of transporting ions. Examples of suitable materials for the carrier transport material include a liquid electrolyte, a solid electrolyte, a gel electrolyte, or a molten salt gel electrolyte. .

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

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

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

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

ゲル電解質は、通常、電解質とゲル化剤からなる。電解質は、たとえば上記液体電解質であっても良いし、上記固体電解質であっても良い。   The gel electrolyte is usually composed of an electrolyte and a gelling agent. The electrolyte may be, for example, the liquid electrolyte or the solid electrolyte.

ゲル化剤としては、たとえば、架橋ポリアクリル樹脂誘導体、架橋ポリアクリロニトリル誘導体、ポリアルキレンオキシド誘導体、シリコーン樹脂類、または側鎖に含窒素複素環式四級化合物塩構造を有するポリマーなどの高分子ゲル化剤などが挙げられる。   Examples of the gelling agent include polymer gels such as cross-linked polyacrylic resin derivatives, cross-linked polyacrylonitrile derivatives, polyalkylene oxide derivatives, silicone resins, or polymers having a nitrogen-containing heterocyclic quaternary compound salt structure in the side chain. And the like.

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

電荷輸送層は、必要に応じて、次に示す添加剤を含んでいても良い。添加剤としては、t-ブチルピリジン(TBP)などの含窒素芳香族化合物であっても良いし、ジメチルプロピルイミダゾールアイオダイド(DMPII)、メチルプロピルイミダゾールアイオダイド(MPII)、エチルメチルイミダゾールアイオダイド(EMII)、エチルイミダゾールアイオダイド(EII)、またはヘキシルメチルイミダゾールアイオダイド(HMII)などのイミダゾール塩であっても良い。   The charge transport layer may contain the following additives as required. The additive may be a nitrogen-containing aromatic compound such as t-butylpyridine (TBP), dimethylpropylimidazole iodide (DMPII), methylpropylimidazole iodide (MPII), ethylmethylimidazole iodide ( It may be an imidazole salt such as EMII), ethylimidazole iodide (EII), or hexylmethylimidazole iodide (HMII).

電解質の濃度は、0.001〜1.5モル/リットルの範囲が好ましく、0.01〜0.7モル/リットルの範囲が特に好ましい。ただし、本発明に係る光電変換素子において受光面側に触媒層(対極6)がある場合には、入射光は、電荷輸送層5内の電解液を通って、色素が吸着された多孔性半導体層に達する。これにより、キャリアが励起される。   The concentration of the electrolyte is preferably in the range of 0.001 to 1.5 mol / liter, and particularly preferably in the range of 0.01 to 0.7 mol / liter. However, when the photoelectric conversion element according to the present invention has a catalyst layer (counter electrode 6) on the light receiving surface side, incident light passes through the electrolytic solution in the charge transport layer 5 and is a porous semiconductor in which a dye is adsorbed. Reach the layer. Thereby, a carrier is excited.

<対極>
対極6は、対極支持体7の上に設けられており、電荷輸送層5に接している。対極6は、集電電極4とは反対側の極である。対極6を構成する材料は、集電電極4を構成する材料と同様であっても良いし、対極支持体7を受光面とするときには光透過性を有する材料からなることが好ましい。
<Counter electrode>
The counter electrode 6 is provided on the counter electrode support 7 and is in contact with the charge transport layer 5. The counter electrode 6 is a pole on the opposite side to the collecting electrode 4. The material constituting the counter electrode 6 may be the same as the material constituting the current collecting electrode 4, or is preferably made of a light transmissive material when the counter electrode support 7 is a light receiving surface.

また、対極6は、触媒層と導電層との積層体であることが好ましい。ここで、触媒層は、電荷輸送層5と導電層との間に設けられていることが好ましく、電解質の酸化還元反応を活性化させる働きを有することが好ましく、たとえば、白金、カーボンブラック、ケッチェンブラック、カーボンナノチューブ、またはフラーレンなどからなることが好ましい。なお、このように触媒層が導電性を有する場合には、対極6は触媒層のみで構成されていても良い。   The counter electrode 6 is preferably a laminate of a catalyst layer and a conductive layer. Here, the catalyst layer is preferably provided between the charge transport layer 5 and the conductive layer, and preferably has a function of activating the oxidation-reduction reaction of the electrolyte, such as platinum, carbon black, kettle. It is preferably made of chain black, carbon nanotube, fullerene or the like. In addition, when the catalyst layer has conductivity as described above, the counter electrode 6 may be formed only of the catalyst layer.

対極6は、集電電極4の形成方法と同様であれば良い。対極6として白金を用いる場合には、スパッタ法、塩化白金酸の熱分解、または電着などの公知の方法により対極6を対極支持体7の上に形成できる。対極6の厚さは、特に限定されず、たとえば0.5nm〜1000nm程度が適当である。   The counter electrode 6 may be the same as the method for forming the current collecting electrode 4. When platinum is used as the counter electrode 6, the counter electrode 6 can be formed on the counter electrode support 7 by a known method such as sputtering, thermal decomposition of chloroplatinic acid, or electrodeposition. The thickness of the counter electrode 6 is not specifically limited, For example, about 0.5 nm-1000 nm are suitable.

対極6を構成する材料としてカーボンブラック、ケッチェンブラック、カーボンナノチューブ、またはフラーレンなどのカーボンを用いる場合には、対極6の形成方法としては溶剤に分散してペースト状にしたカーボンをスクリーン印刷法などにより対極支持体7上に塗布するという方法を用いることができる。   When carbon such as carbon black, ketjen black, carbon nanotube, or fullerene is used as a material constituting the counter electrode 6, the counter electrode 6 is formed by a screen printing method in which carbon dispersed in a solvent is pasted. The method of apply | coating on the counter electrode support body 7 can be used.

<対極支持体>
対極支持体7は、対極6を支持する。対極支持体7を構成する材料は、一般に光電変換素子の支持体に使用可能な材料であり且つ本発明の効果を発揮し得る材料であれば、特に限定されない。対極支持体7は、受光面として使用される場合には光透過性が必要となるので、上記<透光性支持体>で列挙した何れかの材料で構成されていることが好ましい。しかし、対極支持体7は、基本的には、光透過性を有していても良いし、光透過性を有していなくても良い。対極支持体7は、光透過性を必要としない場合には、たとえば金属などの無機材料からなる板または膜であっても良いし、プラスチックなどの有機材料からなる板または膜であっても良い。
<Counter electrode support>
The counter electrode support 7 supports the counter electrode 6. The material which comprises the counter electrode support body 7 will not be specifically limited if it is a material which can generally be used for the support body of a photoelectric conversion element, and can exhibit the effect of this invention. When the counter electrode support 7 is used as a light receiving surface, it needs to be light transmissive. Therefore, the counter electrode support 7 is preferably made of any of the materials listed in the above <Translucent support>. However, the counter electrode support 7 may basically have light transmission properties or may not have light transmission properties. The counter electrode support 7 may be, for example, a plate or a film made of an inorganic material such as a metal, or a plate or a film made of an organic material such as a plastic when light transparency is not required. .

透光性支持体1と同じく、完成した光電変換素子を他の構造体に取り付けるときに、対極支持体7を利用できる。すなわち、金属加工部品とねじとを用いて、対極支持体7の周辺部を他の支持体に容易に取り付けることができる。   As with the translucent support 1, the counter electrode support 7 can be used when the completed photoelectric conversion element is attached to another structure. That is, the peripheral part of the counter electrode support body 7 can be easily attached to another support body using a metal processed part and a screw.

対極支持体7の厚さは特に限定されないが、たとえば0.2〜5mm程度であることが好ましい。   Although the thickness of the counter electrode support body 7 is not specifically limited, For example, it is preferable that it is about 0.2-5 mm.

<封止部>
封止部8は、透光性支持体1と対極支持体7とを保持し、電荷輸送層5の漏えい防止機能を有し、落下物または応力(衝撃)を吸収する機能を有し、長期にわたる使用時において透光性支持体1および対極支持体7のそれぞれに作用するたわみなどを吸収する機能を有する。
<Sealing part>
The sealing portion 8 holds the translucent support 1 and the counter electrode support 7, has a function of preventing leakage of the charge transport layer 5, has a function of absorbing falling objects or stress (impact), and has a long-term It has a function of absorbing the deflection acting on each of the translucent support 1 and the counter electrode support 7 during the use.

封止部8を構成する材料は、一般に光電変換素子に使用可能な材料であり且つ上述の機能を発揮し得る材料であれば、特に限定されない。このような材料としては、紫外線硬化性樹脂または熱硬化性樹脂などが挙げられ、具体的にはシリコーン樹脂、エポキシ樹脂、ポリイソブチレン系樹脂、ホットメルト樹脂、またはガラスフリットなどが挙げられる。これらを単独で用いて封止部8を形成しても良いし、これら2種類以上の材料を2層以上に積層して封止部8を形成しても良い。   The material which comprises the sealing part 8 will not be specifically limited if it is a material which can generally be used for a photoelectric conversion element, and can demonstrate the above-mentioned function. Examples of such a material include an ultraviolet curable resin or a thermosetting resin, and specifically include a silicone resin, an epoxy resin, a polyisobutylene resin, a hot melt resin, or a glass frit. The sealing part 8 may be formed by using these alone, or the sealing part 8 may be formed by laminating two or more kinds of these materials in two or more layers.

紫外線硬化樹脂としては、スリーボンド社製、型番:31X−101を用いることができる。熱硬化性樹脂としては、スリーボンド社製、型番:31X−088、または一般に市販されているエポキシ樹脂などを用いることができる。   As the ultraviolet curable resin, model number: 31X-101 manufactured by Three Bond Co., Ltd. can be used. As the thermosetting resin, model number: 31X-088 manufactured by Three Bond Co., or a commercially available epoxy resin can be used.

封止部8を構成する材料としてシリコーン樹脂、エポキシ樹脂、またはガラスフリットを使用する場合には、封止部8のパターンは、ディスペンサーを用いて形成できる。封止部8を構成する材料としてホットメルト樹脂を使用する場合には、封止部8のパターンは、シート状のホットメルト樹脂にパターニングした穴を開けることにより形成できる。   When silicone resin, epoxy resin, or glass frit is used as the material constituting the sealing portion 8, the pattern of the sealing portion 8 can be formed using a dispenser. In the case where a hot melt resin is used as a material constituting the sealing portion 8, the pattern of the sealing portion 8 can be formed by making a hole patterned in the sheet-like hot melt resin.

<色素増感型太陽電池>
本発明に係る色素増感型太陽電池は、本発明に係る光電変換素子を含む電極と、対電極と、本発明に係る光電変換素子を含む電極と対電極との間に設けられたキャリア輸送層とを備えている。これにより、短絡電流密度の増加が期待される色素増感型太陽電池を提供することができる。
<Dye-sensitized solar cell>
The dye-sensitized solar cell according to the present invention includes an electrode including the photoelectric conversion element according to the present invention, a counter electrode, and carrier transport provided between the electrode including the photoelectric conversion element according to the present invention and the counter electrode. With layers. Thereby, the dye-sensitized solar cell with which the increase in a short circuit current density is anticipated can be provided.

以下、実施例を挙げて本発明をより詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。なお、以下において、特に断りのない限り、各層の厚さは表面粗さ形状測定機(Veeco社製、商品名:Dektak150)を用いて測定された。   EXAMPLES Hereinafter, although an Example is given and this invention is demonstrated in detail, this invention is not limited to these. In the following, unless otherwise specified, the thickness of each layer was measured using a surface roughness shape measuring instrument (trade name: Dektak150, manufactured by Veeco).

<実施例1>
図1に示される光電変換素子を作製した。透光性支持体1として、51mm×70mm×厚さ1mmのガラス基板(コーニング社7059)を用意した。
<Example 1>
The photoelectric conversion element shown in FIG. 1 was produced. A glass substrate (Corning 7059) of 51 mm × 70 mm × thickness 1 mm was prepared as the translucent support 1.

<封止部の形成>
絶縁層を形成したガラス基板の上であって多孔性半導体層が形成される箇所の周囲に、開口部の幅が0.5mmであるスクリーン版を設置した。スクリーン印刷機(ニューロング精密工業株式会社製、型式:LS-34TVA)を用いてガラスフリットをガラス基板の上に塗布し、室温で1時間のレべリングを行った。得られた塗布膜を80℃で20分予備乾燥した後、450度で一時間焼成した。これにより、封止部8を形成した。
<Formation of sealing part>
A screen plate having an opening width of 0.5 mm was placed on the glass substrate on which the insulating layer was formed and around the portion where the porous semiconductor layer was formed. A glass frit was applied on a glass substrate using a screen printing machine (Neurong Seimitsu Kogyo Co., Ltd., model: LS-34TVA), and leveling was performed for 1 hour at room temperature. The obtained coating film was pre-dried at 80 ° C. for 20 minutes and then baked at 450 ° C. for 1 hour. Thereby, the sealing part 8 was formed.

<多孔性半導体層の形成>
焼成後の多孔性半導体層の大きさが5mm×5mm×12μmとなるように、1cm間隔でスクリーン版をガラス基板の上に設置した。スクリーン印刷機(ニューロング精密工業株式会社製、型式:LS -34TVA)を用いて酸化チタンペースト(Solaronix社製、商品名:Ti-Nanoxide D/SP、平均粒径13nm)をガラス基板の上に塗布し、室温で1時間のレベリングを行った。
<Formation of porous semiconductor layer>
Screen plates were placed on the glass substrate at 1 cm intervals so that the size of the fired porous semiconductor layer was 5 mm × 5 mm × 12 μm. Titanium oxide paste (Solaronix, trade name: Ti-Nanoxide D / SP, average particle size 13 nm) is placed on a glass substrate using a screen printer (Neurong Seimitsu Kogyo Co., Ltd., Model: LS-34TVA). It was applied and leveled for 1 hour at room temperature.

得られた塗膜を80℃で20分間予備乾燥した後、450℃で1時間焼成した。そして、この一連の工程を2回繰り返した。これにより、酸化チタンからなる多孔性半導体層が得られた。   The obtained coating film was pre-dried at 80 ° C. for 20 minutes and then baked at 450 ° C. for 1 hour. Then, this series of steps was repeated twice. Thereby, a porous semiconductor layer made of titanium oxide was obtained.

<反射層の形成>
ストライプ形状からなるパターンを有するスクリーンを多孔性半導体層の上に配置した。上記スクリーン印刷機を用いて酸化チタンペースト(Solaronix社製、商品名:Ti-Nanoxide R/SP、平均粒径100nm以上)を多孔性半導体層の上に塗布し、室温で1時間のレべリングを行った。
<Formation of reflective layer>
A screen having a pattern having a stripe shape was disposed on the porous semiconductor layer. Titanium oxide paste (Solaronix, trade name: Ti-Nanoxide R / SP, average particle size of 100 nm or more) is applied on the porous semiconductor layer using the above screen printer and leveled at room temperature for 1 hour. Went.

得られた塗膜を80℃で20分間予備乾燥した後、450℃で1時間焼成した。このようにして得られた反射層3は、図6に示す平面形状を有していた。具体的には、幅0.5mmの反射層3が6本形成され、隣り合う反射層3の間隔は0.3mmであり、多孔性半導体層の周縁と端に位置する反射層3との間隔は0.25mmであった。また、反射層3の厚さは6μmであった。   The obtained coating film was pre-dried at 80 ° C. for 20 minutes and then baked at 450 ° C. for 1 hour. The reflective layer 3 thus obtained had a planar shape shown in FIG. Specifically, six reflection layers 3 having a width of 0.5 mm are formed, the interval between the adjacent reflection layers 3 is 0.3 mm, and the interval between the reflection layer 3 located at the periphery and the end of the porous semiconductor layer. Was 0.25 mm. The thickness of the reflective layer 3 was 6 μm.

<集電電極の形成>
6mm×10mmの開口部が形成されたメタルマスクを用意した。多孔性半導体層の上面がメタルマスクの開口部から露出するように、用意したメタルマスクをガラス基板の上に設置した。電子ビーム蒸着器ei-5(アルバック株式会社製)を用いて、ターゲットをチタンとし、蒸着速度を5Å/Sとして、チタンからなる集電電極4を形成した。集電電極4の厚さは約500nmであった。
<Formation of current collecting electrode>
A metal mask having an opening of 6 mm × 10 mm was prepared. The prepared metal mask was placed on the glass substrate so that the upper surface of the porous semiconductor layer was exposed from the opening of the metal mask. Using an electron beam vapor deposition device ei-5 (manufactured by ULVAC, Inc.), a current collector electrode 4 made of titanium was formed with a target of titanium and a vapor deposition rate of 5 Å / S. The thickness of the current collecting electrode 4 was about 500 nm.

<増感色素の吸着>
アセトニトリル(Aldrich Chemical Company製)とt−ブチルアルコール(Aldrich Chemical Company製)との混合溶剤(体積比1:1)を得た。濃度が4×10-4モル/リットルになるように、増感色素(Solaronix社製、商品名:Ruthenium620−1H3TBA)を上記混合溶剤に溶解させた。このようにして色素吸着用溶液を得た。
<Adsorption of sensitizing dye>
A mixed solvent (volume ratio of 1: 1) of acetonitrile (manufactured by Aldrich Chemical Company) and t-butyl alcohol (manufactured by Aldrich Chemical Company) was obtained. A sensitizing dye (manufactured by Solaronix, trade name: Ruthenium 620-1H3TBA) was dissolved in the above mixed solvent so that the concentration was 4 × 10 −4 mol / liter. In this way, a dye adsorption solution was obtained.

上記<集電電極の形成>で得られたガラス基板を所望の大きさに切断した。切断されたガラス基板を色素吸着用溶液に40℃の温度条件で20時間浸漬し、増感色素を多孔性半導体層に吸着させた。得られた積層体をエタノール(Aldrich Chemical Company製)で洗浄し、約80℃で約10分間乾燥させた。   The glass substrate obtained in the above <formation of current collecting electrode> was cut into a desired size. The cut glass substrate was immersed in a dye adsorption solution at a temperature of 40 ° C. for 20 hours to adsorb the sensitizing dye to the porous semiconductor layer. The obtained laminate was washed with ethanol (manufactured by Aldrich Chemical Company) and dried at about 80 ° C. for about 10 minutes.

<対極および対極支持体の形成>
対極支持体7として、SnO2膜が形成されたガラス板(日本板硝子社製)を用意した。このガラス板の表面に白金を蒸着させて、厚さが300nmの白金膜からなる対極6を形成した。
<Formation of counter electrode and counter electrode support>
A glass plate (manufactured by Nippon Sheet Glass Co., Ltd.) on which an SnO 2 film was formed was prepared as the counter electrode support 7. Platinum was vapor-deposited on the surface of the glass plate to form a counter electrode 6 made of a platinum film having a thickness of 300 nm.

紫外線硬化剤(スリーボンド社製、型番:31X−101)を封止部8の上に塗布し、封止部8の上に塗布された紫外線硬化剤を用いて対極6と集電電極4とを重ね合わせてから紫外線を照射した。これにより、対極6と集電電極4とが封止部8を介して貼りあわされた。   An ultraviolet curing agent (manufactured by Three Bond Co., Ltd., model number: 31X-101) is applied on the sealing portion 8, and the counter electrode 6 and the collector electrode 4 are bonded using the ultraviolet curing agent applied on the sealing portion 8. Ultraviolet rays were irradiated after overlapping. As a result, the counter electrode 6 and the collecting electrode 4 were pasted together via the sealing portion 8.

<電荷輸送材料の調製>
溶剤としてのアセトニトリルに、濃度が0.1モル/リットルとなるようにLiI(酸化還元種、Aldrich Chemical Company製)を溶解させ、濃度が0.01モル/リットルとなるようにI2(酸化還元種、東京化成工業株式会社製)を溶解させた。さらに、上記アセトニトリルに、濃度0.5モル/リットルとなるようにt−ブチルピリジン(添加剤、TBP(4-tert-butylpyridine)、Aldrich Chemical Company製)を溶解させ、濃度0.6モル/リットルとなるようにジメチルプロピルイミダゾールアイオダイド(DMPII、四国化成工業株式会社製)を溶解させた。これにより、電解質を得た。
<Preparation of charge transport material>
LiI (redox species, manufactured by Aldrich Chemical Company) is dissolved in acetonitrile as a solvent so that the concentration becomes 0.1 mol / liter, and I 2 (oxidation-reduction) so that the concentration becomes 0.01 mol / liter. Seed, manufactured by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.) was dissolved. Further, t-butylpyridine (additive, TBP (4-tert-butylpyridine), manufactured by Aldrich Chemical Company) was dissolved in acetonitrile so as to have a concentration of 0.5 mol / liter, and the concentration was 0.6 mol / liter. Dimethylpropylimidazole iodide (DMPII, manufactured by Shikoku Chemicals Co., Ltd.) was dissolved so that Thereby, an electrolyte was obtained.

対極6および対極支持体7に予め空けておいた電解液注入用孔から上記電解質を注入してから、紫外線硬化樹脂(スリーボンド社製、型番:31X−101 229)を用いて電解液注入用孔を封止した。これにより、本実施例1における光電変換素子を得た。   After injecting the electrolyte from the electrolyte injection hole previously vacated in the counter electrode 6 and the counter electrode support 7, the electrolyte injection hole using an ultraviolet curable resin (manufactured by Three Bond, model number: 31X-101 229) Was sealed. Thereby, the photoelectric conversion element in the present Example 1 was obtained.

得られた光電変換素子に1kW/m2の強度の光(AM1.5ソーラーシミュレータ)を照射したところ、短絡電流密度は15.0mA/cm2であった。 When the obtained photoelectric conversion element was irradiated with light having an intensity of 1 kW / m 2 (AM1.5 solar simulator), the short-circuit current density was 15.0 mA / cm 2 .

<実施例2>
中心間隔が1mmであり直径が1mmである反射層3を16個形成したことを除いては上記実施例1と同様の方法にしたがって、実施例2の光電変換素子を製造した。
<Example 2>
A photoelectric conversion element of Example 2 was manufactured according to the same method as Example 1 except that 16 reflective layers 3 having a center interval of 1 mm and a diameter of 1 mm were formed.

得られた光電変換素子に1kW/m2の強度の光(AM1.5ソーラーシミュレータ)を照射したところ、短絡電流密度は13.5mA/cm2であった。 When the obtained photoelectric conversion element was irradiated with light having an intensity of 1 kW / m 2 (AM1.5 solar simulator), the short-circuit current density was 13.5 mA / cm 2 .

<実施例3>
2種類のスクリーンを用いて図5に示す反射層を形成したことを除いては上記実施例1と同様の方法にしたがって、実施例3の光電変換素子を製造した。具体的には、第1のスクリーンを用いて図7(a)に示す反射層3を形成してから、第2のスクリーンを用いて図7(b)に示す反射層3を形成した。図7(a)〜(b)は、実施例3の反射層を形成する方法を示す平面図である。
<Example 3>
A photoelectric conversion element of Example 3 was manufactured according to the same method as in Example 1 except that the reflective layer shown in FIG. 5 was formed using two types of screens. Specifically, the reflective layer 3 shown in FIG. 7A was formed using the first screen, and then the reflective layer 3 shown in FIG. 7B was formed using the second screen. 7A to 7B are plan views showing a method for forming the reflective layer of Example 3. FIG.

得られた光電変換素子に1kW/m2の強度の光(AM1.5ソーラーシミュレータ)を照射したところ、短絡電流密度は14.5mA/cm2であった。 When the obtained photoelectric conversion element was irradiated with light having an intensity of 1 kW / m 2 (AM1.5 solar simulator), the short-circuit current density was 14.5 mA / cm 2 .

<実施例4>
反射層を多孔性半導体層の上面全体に形成してからレーザースクライブにより反射層の一部分を削り取ることにより、幅が0.2mmである反射層を13本形成したことを除いては上記実施例1と同様の方法にしたがって、実施例4の光電変換素子を製造した。
<Example 4>
Example 1 except that 13 reflective layers having a width of 0.2 mm were formed by forming a reflective layer over the entire upper surface of the porous semiconductor layer and then scraping off part of the reflective layer by laser scribing. The photoelectric conversion device of Example 4 was manufactured according to the same method as described above.

得られた光電変換素子に1kW/m2の強度の光(AM1.5ソーラーシミュレータ)を照射したところ、短絡電流密度は14.5mA/cm2であった。 When the obtained photoelectric conversion element was irradiated with light having an intensity of 1 kW / m 2 (AM1.5 solar simulator), the short-circuit current density was 14.5 mA / cm 2 .

<比較例1>
レーザスクライブによる反射層の一部分の削り取りを行なわなかったことを除いては上記実施例4と同様の方法にしたがって、比較例1の光電変換素子を製造した。つまり、比較例1の光電変換素子では、反射層は、光電変換層と集電電極との間に、一様に設けられていた。
<Comparative Example 1>
A photoelectric conversion element of Comparative Example 1 was produced in the same manner as in Example 4 except that a part of the reflective layer was not scraped off by laser scribing. That is, in the photoelectric conversion element of Comparative Example 1, the reflective layer was uniformly provided between the photoelectric conversion layer and the current collecting electrode.

得られた光電変換素子に1kW/m2の強度の光(AM1.5ソーラーシミュレータ)を照射したところ、短絡電流密度は11.0mA/cm2であった。 When the obtained photoelectric conversion element was irradiated with light having an intensity of 1 kW / m 2 (AM1.5 solar simulator), the short-circuit current density was 11.0 mA / cm 2 .

<考察>
以上により、実施例1〜4では、比較例1に比べて短絡電流密度が高くなった。その理由としては、次に示すことが考えられる。実施例1〜4では、集電電極は反射層だけでなく光電変換層にも接しているので、光電変換層で生成した電子は光電変換層から集電電極へ速やかに移動する。これにより、光電変換素子の短絡電流密度が増加する。それだけでなく、実施例1〜4では、反射層は光電変換層と集電電極との間に間隔をあけて設けられているので、反射層を挟むことなく光電変換層と集電電極とが接触する箇所が存在する。そのため、光電変換層で生成した電子が当該光電変換層から集電電極へ移動し易くなる。これにより、光電変換素子の内部抵抗成分の増加が抑制され、よって、光電変換素子の短絡電流密度がさらに増加する。
<Discussion>
As described above, in Examples 1 to 4, the short-circuit current density was higher than that in Comparative Example 1. The reason is considered as follows. In Examples 1 to 4, since the current collecting electrode is in contact with not only the reflective layer but also the photoelectric conversion layer, electrons generated in the photoelectric conversion layer quickly move from the photoelectric conversion layer to the current collecting electrode. Thereby, the short circuit current density of a photoelectric conversion element increases. In addition, in Examples 1 to 4, since the reflective layer is provided with a gap between the photoelectric conversion layer and the current collecting electrode, the photoelectric conversion layer and the current collecting electrode are not sandwiched between the reflective layers. There is a contact point. For this reason, electrons generated in the photoelectric conversion layer easily move from the photoelectric conversion layer to the current collecting electrode. Thereby, the increase in the internal resistance component of the photoelectric conversion element is suppressed, and thus the short-circuit current density of the photoelectric conversion element further increases.

一方、比較例1では、集電電極は光電変換層に接しないので、光電変換層で生成した電子は光電変換層から集電電極へ速やかに移動し難い。したがって、光電変換素子の短絡電流密度の低下を招く。その上、反射層は光電変換層と集電電極との間に一様に設けられている。ここで、反射層には、電子が流れにくい。そのため、比較例1では、電子は光電変換層と集電電極との間を移動し難いので、光電変換素子の内部抵抗成分が増加する。これによっても、光電変換素子の短絡電流密度の低下を招く。   On the other hand, in Comparative Example 1, since the current collecting electrode does not contact the photoelectric conversion layer, electrons generated in the photoelectric conversion layer are unlikely to move quickly from the photoelectric conversion layer to the current collecting electrode. Therefore, the short circuit current density of the photoelectric conversion element is reduced. In addition, the reflective layer is uniformly provided between the photoelectric conversion layer and the current collecting electrode. Here, electrons hardly flow through the reflective layer. Therefore, in Comparative Example 1, electrons do not easily move between the photoelectric conversion layer and the current collecting electrode, so that the internal resistance component of the photoelectric conversion element increases. This also causes a decrease in the short circuit current density of the photoelectric conversion element.

今回開示された実施の形態および実施例はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。   It should be understood that the embodiments and examples disclosed herein are illustrative and non-restrictive in every respect. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, rather than the description above, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.

1 透光性支持体、2 光電変換層、3 反射層、4 集電電極、5 電荷輸送層、6 対極、7 対極支持体、8 封止部。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Translucent support body, 2 Photoelectric conversion layer, 3 Reflective layer, 4 Current collection electrode, 5 Charge transport layer, 6 Counter electrode, 7 Counter electrode support body, 8 Sealing part.

Claims (6)

透光性支持体の上に、多孔性半導体層を有する光電変換層と、前記透光性支持体に支持され前記光電変換層の一部に接する集電電極と、電荷輸送層と、対極とが順に設けられた光電変換素子であって、
前記光電変換層と前記集電電極との間には、反射層が設けられており、
前記反射層は、前記光電変換層のうち前記集電電極が接している部分以外の部分の少なくとも一部に接しているとともに、前記集電電極に覆われている光電変換素子。
On the translucent support, a photoelectric conversion layer having a porous semiconductor layer, a collector electrode supported by the translucent support and in contact with a part of the photoelectric conversion layer, a charge transport layer, and a counter electrode Is a photoelectric conversion element provided in order,
A reflective layer is provided between the photoelectric conversion layer and the collecting electrode,
The reflective layer is in contact with at least a portion of the photoelectric conversion layer other than the portion with which the current collecting electrode is in contact, and is covered with the current collecting electrode.
前記光電変換層と前記電荷輸送層との間に位置する集電電極の厚さは、前記反射層の厚さよりも薄い請求項1に記載の光電変換素子。   2. The photoelectric conversion element according to claim 1, wherein a thickness of the current collecting electrode positioned between the photoelectric conversion layer and the charge transport layer is thinner than a thickness of the reflective layer. 前記反射層は、前記多孔性半導体層を構成する粒子の平均粒径よりも大きな平均粒径を有する粒子を含む請求項1または2に記載の光電変換素子。   3. The photoelectric conversion element according to claim 1, wherein the reflective layer includes particles having an average particle size larger than an average particle size of particles constituting the porous semiconductor layer. 前記反射層と前記多孔性半導体層とは、化合物半導体材料からなる請求項1〜3のいずれかに記載の光電変換素子。   The photoelectric conversion element according to claim 1, wherein the reflective layer and the porous semiconductor layer are made of a compound semiconductor material. 前記光電変換層は、前記多孔性半導体層と、前記多孔性半導体層内に設けられた光増感剤およびキャリア輸送材料とを含む請求項1〜4のいずれかに記載の光電変換素子。   The photoelectric conversion element according to claim 1, wherein the photoelectric conversion layer includes the porous semiconductor layer, and a photosensitizer and a carrier transport material provided in the porous semiconductor layer. 請求項1〜5のいずれかに記載の光電変換素子を備えた色素増感太陽電池。   The dye-sensitized solar cell provided with the photoelectric conversion element in any one of Claims 1-5.
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