JP2014067650A - Dye-sensitized solar cell manufacturing method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、色素増感太陽電池の製造方法に関する。 The present invention relates to a method for producing a dye-sensitized solar cell.
従来、光電変換素子として、導電性基板およびその表面に形成された金属酸化物膜を有する負極と;正極と;負極と正極との間に配される電解質と;負極と正極との間に配され、金属酸化物膜および電解質の周りを囲む、閉じた枠状のシール部材と;を備えた色素増感太陽電池が知られている(例えば、特許文献1)。 Conventionally, as a photoelectric conversion element, a negative electrode having a conductive substrate and a metal oxide film formed on the surface thereof; a positive electrode; an electrolyte disposed between the negative electrode and the positive electrode; and disposed between the negative electrode and the positive electrode In addition, a dye-sensitized solar cell including a closed frame-shaped sealing member surrounding the metal oxide film and the electrolyte is known (for example, Patent Document 1).
従来の色素増感太陽電池の製造方法は、具体的には、導電性基板の表面にマスクフィルムを貼り付け、マスクフィルムを用いたスキージ法により導電性基板の所定領域に金属酸化物を含むペーストを塗布した後、加熱して、金属酸化物膜を得る工程を含む。また、マスクフィルムを用いずに、導電性基板の全面に金属酸化物膜を形成した後、所定領域以外の領域に形成された金属酸化物膜を除去する工程を含む。 Specifically, a conventional method for producing a dye-sensitized solar cell includes a step of pasting a mask film on a surface of a conductive substrate, and a paste containing a metal oxide in a predetermined region of the conductive substrate by a squeegee method using the mask film. And a step of heating to obtain a metal oxide film. Further, the method includes forming a metal oxide film over the entire surface of the conductive substrate without using a mask film, and then removing the metal oxide film formed in a region other than the predetermined region.
しかし、上記の製造方法では、マスクフィルムを貼り付けたり取り除いたりする工程、または所定領域以外の領域に形成された金属酸化物膜を除去する工程を別途設ける必要があるため、工程が複雑化し、生産性が低下する。マスクフィルムを別途準備したり、不要な金属酸化物膜を除去したりする必要があるため、コストの面でも不利である。 However, in the above manufacturing method, it is necessary to separately provide a step of attaching or removing the mask film, or a step of removing the metal oxide film formed in a region other than the predetermined region. Productivity decreases. Since it is necessary to prepare a mask film separately or to remove an unnecessary metal oxide film, it is disadvantageous in terms of cost.
また、上記の製造方法が、金属酸化物膜の周囲に、閉じた枠状のシール部材を配置する工程を含む場合、シール部材の配置に対するアライメント精度、機械精度、および歩留まりなどを考慮して、シール部材と金属酸化物膜との間に一定の隙間を設ける必要があった。すなわち、金属酸化物膜における正極と対向する面の面積をシール部材で囲まれた領域における正極と対向する面の面積よりも一回り小さくする必要があった。よって、生産性を損なうことなく、金属酸化物膜における正極と対向する面のサイズをシール部材で囲まれた領域にまで大きくすることは困難であった。 Further, when the manufacturing method includes a step of arranging a closed frame-shaped seal member around the metal oxide film, in consideration of alignment accuracy, mechanical accuracy, yield, and the like for the arrangement of the seal member, It was necessary to provide a certain gap between the seal member and the metal oxide film. That is, it is necessary to make the area of the surface facing the positive electrode in the metal oxide film slightly smaller than the area of the surface facing the positive electrode in the region surrounded by the seal member. Therefore, it has been difficult to increase the size of the surface of the metal oxide film facing the positive electrode to a region surrounded by the seal member without impairing productivity.
さらに、上記の製造方法が、予め電解質に色素を溶解させたものを、負極複合体のシール部材の枠内における金属酸化物膜の上に投入する工程を含む場合、種類の異なる複数の色素を組み合わせて用いる場合、必要な色素の数だけ電解質を準備し、色素毎に電解質中に色素を溶解させる必要がある。よって、使用する色素の数が多い程、工程が複雑化して生産性が低下し、コストが増大するという問題があった。 Further, in the case where the above manufacturing method includes a step in which a dye previously dissolved in an electrolyte is added onto the metal oxide film in the frame of the seal member of the negative electrode composite, a plurality of different types of dyes are added. When used in combination, it is necessary to prepare electrolytes as many as the required number of dyes and dissolve the dyes in the electrolyte for each dye. Therefore, there is a problem that the more the number of dyes used, the more complicated the process, the lower the productivity, and the higher the cost.
そこで、本発明は、工程が複雑化することなく、生産性に優れ、かつ容易に有効発電面積を増大させることが可能な低コストの色素増感太陽電池の製造方法を提供することを目的とする。 Accordingly, an object of the present invention is to provide a method for producing a low-cost dye-sensitized solar cell that is excellent in productivity and can easily increase the effective power generation area without complicating the process. To do.
本発明の第1の色素増感太陽電池の製造方法は、
(1)導電性基板の一方の表面に、閉じた枠状のシール部材を配置する工程と、
(2)導電性基板の一方の表面に配置されたシール部材の枠内に、金属酸化物を含むペーストを充填する工程と、
(3)シール部材の枠内に充填された金属酸化物を含むペーストを加熱して、導電性基板の表面におけるシール部材の枠内に金属酸化物膜を形成し、負極としての導電性基板および金属酸化物膜と、シール部材とを有する負極複合体を得る工程と、
(4)負極と、正極と、負極と正極との間に配された負極複合体のシール部材および色素を含む電解質との一体化物を得る工程と、
を含み、
工程(4)において、負極複合体のシール部材の枠内における金属酸化物膜の上に、電解質と色素溶液とを個別に投入する
ことを特徴とする。
The first method for producing a dye-sensitized solar cell of the present invention is as follows.
(1) a step of disposing a closed frame-shaped sealing member on one surface of the conductive substrate;
(2) filling a paste containing a metal oxide into a frame of a sealing member disposed on one surface of the conductive substrate;
(3) The paste containing the metal oxide filled in the frame of the seal member is heated to form a metal oxide film in the frame of the seal member on the surface of the conductive substrate, and the conductive substrate as the negative electrode and Obtaining a negative electrode composite having a metal oxide film and a sealing member;
(4) a step of obtaining an integrated product of the negative electrode, the positive electrode, and the electrolyte containing the seal member and the pigment of the negative electrode composite disposed between the negative electrode and the positive electrode;
Including
In the step (4), an electrolyte and a dye solution are individually charged on the metal oxide film in the frame of the seal member of the negative electrode composite.
また、本発明の第2の色素増感太陽電池の製造方法は、
(I)導電性基板の一方の表面に、熱により硬化する樹脂からなる、閉じた枠状のシール部材を配置する工程と、
(II)導電性基板の一方の表面に配置されたシール部材の枠内に、金属酸化物を含むペーストを充填して、負極前駆体としての導電性基板およびペーストと、シール部材とを有する負極複合前駆体を得る工程と、
(III)負極複合前駆体と、液体電解質と色素溶液とを個別に注入するための孔を有する正極とを、負極前駆体と正極との間にシール部材が配置されるように重ね合わせた後、金属酸化物を含むペーストおよびシール部材を同時に加熱し、金属酸化物膜を形成して導電性基板および金属酸化物膜からなる負極を得るとともに、シール部材を硬化させて、負極および正極と、シール部材とを一体化させる工程と、
(IV)孔より、シール部材の枠内における金属酸化物膜の上に液体電解質と色素溶液とを個別に注入した後、孔を閉じる工程と、
を含むことを特徴とする。
Moreover, the second method for producing a dye-sensitized solar cell of the present invention is as follows.
(I) a step of disposing a closed frame-shaped sealing member made of a resin curable by heat on one surface of the conductive substrate;
(II) A negative electrode having a conductive substrate and paste as a negative electrode precursor, and a sealing member filled with a paste containing a metal oxide in a frame of a sealing member disposed on one surface of the conductive substrate Obtaining a composite precursor;
(III) After superposing the negative electrode composite precursor and the positive electrode having holes for individually injecting the liquid electrolyte and the dye solution so that the seal member is disposed between the negative electrode precursor and the positive electrode The metal oxide-containing paste and the sealing member are simultaneously heated to form a metal oxide film to obtain a negative electrode composed of a conductive substrate and a metal oxide film, and the sealing member is cured to obtain a negative electrode and a positive electrode. A step of integrating the sealing member;
(IV) a step of closing the hole after individually injecting the liquid electrolyte and the dye solution on the metal oxide film in the frame of the seal member from the hole;
It is characterized by including.
本発明によれば、工程が複雑化することなく、生産性に優れ、かつ容易に有効発電面積を増大させることが可能な低コストの色素増感太陽電池の製造方法を提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide a method for producing a low-cost dye-sensitized solar cell that is excellent in productivity and can easily increase the effective power generation area without complicating the process. To do.
本発明は、導電性基板および導電性基板の一方の表面に形成された、色素を吸着した金属酸化物膜を有する負極と;正極と;負極と正極との間に配された電解質と;負極と正極との間に配され、金属酸化物膜および電解質の周りを囲む、閉じた枠状のシール部材と;を備えた色素増感太陽電池の製造方法に関する。 The present invention relates to a conductive substrate and a negative electrode having a dye-adsorbed metal oxide film formed on one surface of the conductive substrate; a positive electrode; an electrolyte disposed between the negative electrode and the positive electrode; And a closed frame-shaped sealing member that is disposed between the electrode and the positive electrode and surrounds the metal oxide film and the electrolyte.
本発明は、電池の構成部材である枠状のシール部材を金属酸化物ペーストの充填枠として利用するとともに、シール部材の枠内における金属酸化物膜の上に、電解質と光増感色素の溶液とを個別に投入して、電池内にて電解質に色素を含ませるものである。
より具体的には、本発明の第1の色素増感太陽電池の製造方法は、以下の工程(1)〜(4)を含む。
工程(1):導電性基板の一方の表面に、閉じた枠状のシール部材を配置する。
工程(2):導電性基板の一方の表面に配置されたシール部材の枠内に、金属酸化物を含むペーストを充填する。
工程(3):シール部材の枠内に充填された金属酸化物を含むペーストを加熱して、導電性基板の表面におけるシール部材の枠内に金属酸化物膜を形成し、負極としての導電性基板および金属酸化物膜と、シール部材とを有する負極複合体を得る。
工程(4):負極と、正極と、負極と正極との間に配された負極複合体のシール部材および色素を含む電解質との一体化物を得る。
そして、工程(4)の一体化物を得る過程において、負極複合体のシール部材の枠内における金属酸化物膜の上に、電解質と色素溶液とを個別に投入する。
The present invention uses a frame-shaped sealing member, which is a constituent member of a battery, as a filling frame of a metal oxide paste, and a solution of an electrolyte and a photosensitizing dye on a metal oxide film in the frame of the sealing member. Are separately added, and the dye is included in the electrolyte in the battery.
More specifically, the first method for producing a dye-sensitized solar cell of the present invention includes the following steps (1) to (4).
Step (1): A closed frame-shaped sealing member is disposed on one surface of the conductive substrate.
Step (2): The paste containing the metal oxide is filled in the frame of the sealing member disposed on one surface of the conductive substrate.
Step (3): The paste containing the metal oxide filled in the frame of the seal member is heated to form a metal oxide film in the frame of the seal member on the surface of the conductive substrate, and the conductivity as the negative electrode A negative electrode composite having a substrate, a metal oxide film, and a seal member is obtained.
Step (4): An integrated product of the negative electrode, the positive electrode, the negative electrode composite seal member disposed between the negative electrode and the positive electrode, and an electrolyte containing a pigment is obtained.
Then, in the process of obtaining the integrated product in the step (4), the electrolyte and the dye solution are individually put on the metal oxide film in the frame of the seal member of the negative electrode composite.
シール部材は、正極と負極とを、両者を離して一体化し、電解質が電池の外部へ漏出するのを防ぐ目的で用いられる。また、色素増感太陽電池を複数の単セルで構成する場合、互いに隣り合う単セルの間を仕切る目的でも用いられる。本発明は、このシール部材を、上記の目的だけでなく、さらに金属酸化物膜を導電性基板上の所定領域(例えば、後述する導電性膜の表面)に形成するための枠材として利用するものである。すなわち、本発明のシール部材は、金属酸化物膜を所定領域に形成するための枠材として用いられた後、そのまま電池の構成部材の一つとして用いられる。 The sealing member is used for the purpose of preventing the electrolyte from leaking out of the battery by integrating the positive electrode and the negative electrode apart from each other. Moreover, when a dye-sensitized solar cell is comprised with a some single cell, it is used also for the purpose of partitioning between the mutually adjacent single cells. In the present invention, this seal member is used not only for the above-mentioned purpose but also as a frame material for forming a metal oxide film on a predetermined region (for example, the surface of a conductive film described later) on the conductive substrate. Is. That is, the sealing member of the present invention is used as one of the constituent members of the battery after being used as a frame material for forming the metal oxide film in a predetermined region.
したがって、本発明の製法では、従来の製法のように、マスクフィルムを貼り付けたり取り除いたりする工程、および所定領域以外の領域に形成された金属酸化物膜を除去する工程を別途設ける必要がない。その結果、本発明では、工程が複雑化することなく、金属酸化物膜を所定領域に確実かつ容易に形成することができ、優れた生産性が得られる。本発明は、ロール・ツー・ロール方式に適した製法である。
また、マスクフィルムを別途準備したり、不要な金属酸化物膜を除去したりする必要がないため、本発明はコストの面でも有利である。
Therefore, in the manufacturing method of the present invention, unlike the conventional manufacturing method, there is no need to separately provide a step of attaching or removing the mask film and a step of removing the metal oxide film formed in a region other than the predetermined region. . As a result, in the present invention, the metal oxide film can be reliably and easily formed in a predetermined region without complicating the process, and excellent productivity can be obtained. The present invention is a manufacturing method suitable for a roll-to-roll system.
Further, since it is not necessary to prepare a mask film separately or to remove an unnecessary metal oxide film, the present invention is advantageous in terms of cost.
金属酸化物膜を形成した後、金属酸化物膜の周囲に、閉じた枠状のシール部材を配置する従来の製法では、シール部材の配置に対するアライメント精度、機械精度、および歩留まりなどを考慮して、シール部材と金属酸化物膜との間に一定の隙間を設ける必要があった。すなわち、金属酸化物膜の面積(正極と対向する面の大きさ)をシール部材で囲まれる領域の面積よりも一回り小さくする必要があった。
これに対して、工程(2)を含む本発明の製法では、工程(1)にて、金属酸化物膜を形成する前にシール部材を配置する。このため、上記のようにアライメント精度等を考慮する必要がなく、シール部材と金属酸化物膜との間に隙間を設けずに金属酸化物膜を形成することができる。その結果、金属酸化物膜が正極と対向する面の大きさをシール部材で囲まれた領域全体に増大させることができる。すなわち、電池の有効発電面積を増大させることができる。
In the conventional manufacturing method in which a closed frame-shaped seal member is arranged around the metal oxide film after forming the metal oxide film, the alignment accuracy, mechanical accuracy, and yield with respect to the arrangement of the seal member are taken into consideration. It is necessary to provide a certain gap between the seal member and the metal oxide film. That is, it is necessary to make the area of the metal oxide film (the size of the surface facing the positive electrode) slightly smaller than the area of the region surrounded by the seal member.
On the other hand, in the manufacturing method of the present invention including the step (2), the seal member is disposed before the metal oxide film is formed in the step (1). For this reason, it is not necessary to consider alignment accuracy as described above, and the metal oxide film can be formed without providing a gap between the seal member and the metal oxide film. As a result, the size of the surface of the metal oxide film facing the positive electrode can be increased over the entire region surrounded by the seal member. That is, the effective power generation area of the battery can be increased.
ここで、図1は、工程(2)の一例を模式的に示す概略図である。
図1に示すように、導電性基板1は、透明基板、および透明基板の一方の表面に一定の間隔で形成された複数の導電性膜(図示しない)を有する。このような導電性膜は、例えば、レーザなどによりパターニングすることにより形成される。より具体的には、図1では、6個の単セルが直列に接続されたセル群の2つを並列に接続可能なように、12個の導電性膜が6×2列に配置されている。閉じた枠状のシール部材2は、導電性膜の周端部を囲むように配置されている。導電性基板1の表面に配置したシール部材2の枠内に、ノズル4を用いて金属酸化物を含むペースト3を充填する。導電性膜の大部分は、金属酸化物を含むペースト3で覆われている。
このようにして、電池のシールや互いに隣り合う単セル間の仕切りなどの目的で用いられるシール部材2を利用して、金属酸化物を含むペースト3を所定領域(導電性膜が形成された領域)に容易かつ確実に充填することができる。
Here, FIG. 1 is a schematic view schematically showing an example of the step (2).
As shown in FIG. 1, the conductive substrate 1 has a transparent substrate and a plurality of conductive films (not shown) formed on the one surface of the transparent substrate at a constant interval. Such a conductive film is formed, for example, by patterning with a laser or the like. More specifically, in FIG. 1, 12 conductive films are arranged in 6 × 2 rows so that two cell groups in which six single cells are connected in series can be connected in parallel. Yes. The closed frame-shaped seal member 2 is disposed so as to surround the peripheral end portion of the conductive film. The
In this way, the
工程(1)で用いる負極側の導電性基板としては、例えば、一方の表面に導電性膜が形成された透明基板、または金属等の導電性材料からなる基板が用いられる。
透明基板としては、例えば、合成樹脂板、ガラス板が挙げられる。軽量性および安全性(破損し難さ)の観点から、合成樹脂板は、熱可塑性樹脂フィルムが好ましい。熱可塑性樹脂としては、例えば、ポリエステル樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリオレフィン樹脂が挙げられる。ポリエステル樹脂としては、例えば、ポリエチレン・ナフタレート(PEN)、ポリエチレンテレフタレート(PET)が挙げられる。
導電性膜としては、例えば、錫添加酸化インジウム(ITO)、フッ素添加酸化錫(FTO)、酸化錫(SnO2)、インジウム亜鉛酸化物(IZO)、酸化亜鉛(ZnO)のような金属酸化物を含む薄膜が挙げられる。導電性の観点から、導電性膜はITO膜であるのが好ましい。導電性膜の形成方法には、従来公知の方法を適宜用いればよい。
As the conductive substrate on the negative electrode side used in the step (1), for example, a transparent substrate having a conductive film formed on one surface or a substrate made of a conductive material such as metal is used.
Examples of the transparent substrate include a synthetic resin plate and a glass plate. From the viewpoint of lightness and safety (hardness to break), the synthetic resin plate is preferably a thermoplastic resin film. Examples of the thermoplastic resin include polyester resin, polycarbonate resin, and polyolefin resin. Examples of the polyester resin include polyethylene naphthalate (PEN) and polyethylene terephthalate (PET).
Examples of the conductive film include metal oxides such as tin-added indium oxide (ITO), fluorine-added tin oxide (FTO), tin oxide (SnO 2 ), indium zinc oxide (IZO), and zinc oxide (ZnO). The thin film containing is mentioned. From the viewpoint of conductivity, the conductive film is preferably an ITO film. A conventionally known method may be appropriately used as a method for forming the conductive film.
工程(2)で用いる金属酸化物を含むペーストには、例えば、微粒子状の金属酸化物が分散した液が用いられる。分散媒には、例えば、水または有機分散媒が用いられる。有機分散媒には、例えば、アルコール、アセトン、ヘキサンが用いられる。
金属酸化物としては、例えば、酸化チタン(TiO2)、酸化錫(SnO2)、酸化タングステン(WO3)、酸化亜鉛(ZnO)、酸化ニオブ(Nb2O5)が挙げられる。
微粒子状の金属酸化物の粒径は、例えば、5〜100nmである。
For the paste containing the metal oxide used in the step (2), for example, a liquid in which fine metal oxide is dispersed is used. For example, water or an organic dispersion medium is used as the dispersion medium. For example, alcohol, acetone, or hexane is used as the organic dispersion medium.
Examples of the metal oxide include titanium oxide (TiO 2 ), tin oxide (SnO 2 ), tungsten oxide (WO 3 ), zinc oxide (ZnO), and niobium oxide (Nb 2 O 5 ).
The particle size of the fine metal oxide is, for example, 5 to 100 nm.
金属酸化物を含むペーストを加熱する工程(3)は、ペースト中の分散媒を除去するとともに、金属酸化物を焼成する工程である。金属酸化物の焼成により、導電性基板の表面におけるシール部材の枠内の領域に金属酸化物膜が形成される。 The step (3) of heating the paste containing the metal oxide is a step of removing the dispersion medium in the paste and firing the metal oxide. By firing the metal oxide, a metal oxide film is formed in a region within the frame of the seal member on the surface of the conductive substrate.
工程(3)の加熱温度は、導電性基板およびシール部材の材質等に応じて適宜決めればよい。
透明基板に熱可塑性樹脂フィルムを用いる場合、工程(3)の加熱温度は、120〜150℃の比較的低温の領域であるのが好ましい。工程(3)の加熱温度が120℃以上であれば、金属酸化物膜を形成することができる。熱可塑性樹脂フィルムおよび導電性膜が熱により損傷しないのであれば、工程(3)の加熱温度を150℃程度まで高めることができる。
加熱時間は、金属酸化物膜の厚さに応じて適宜決めればよい。上記の比較的低温の領域で加熱する場合、加熱時間は、5〜30分間であるのが好ましい。加熱時間が5分間以上であると、金属酸化物膜を形成することができる。加熱時間が30分間以下であると、生産性を損なうことがない。
What is necessary is just to determine the heating temperature of a process (3) suitably according to the material etc. of an electroconductive board | substrate and a sealing member.
When a thermoplastic resin film is used for the transparent substrate, the heating temperature in the step (3) is preferably a relatively low temperature region of 120 to 150 ° C. When the heating temperature in step (3) is 120 ° C. or higher, a metal oxide film can be formed. If the thermoplastic resin film and the conductive film are not damaged by heat, the heating temperature in the step (3) can be increased to about 150 ° C.
The heating time may be appropriately determined according to the thickness of the metal oxide film. When heating in the relatively low temperature region, the heating time is preferably 5 to 30 minutes. When the heating time is 5 minutes or longer, a metal oxide film can be formed. When the heating time is 30 minutes or less, productivity is not impaired.
透明基板にガラス板のような耐熱性に優れた材料を用いる場合、工程(3)の加熱温度は450〜600℃の比較的高温の領域であるのが好ましい。高分子化合物を含む金属酸化物を複数層塗布した後、450℃以上で加熱すると、金属酸化物に含まれる高分子化合物が除去されることで多孔質な金属酸化物膜を形成することができる。ガラス板上に形成された導電性膜が熱により損傷しないのであれば、加熱温度は550℃以上であるのがより好ましい。
上記の比較的高温の領域で加熱する場合、加熱時間は、30〜150分間であるのが好ましい。加熱時間が30分間以上であると、金属酸化物に含まれる高分子化合物が除去されることで多孔質な金属酸化物膜を形成することができる。加熱時間が150分間以下であると、生産性を損なうことがない。
上記の比較的高温の領域で加熱する場合、耐熱性の観点から、導電性膜にFTO膜を用いるのが好ましい。
When using the material excellent in heat resistance like a glass plate for a transparent substrate, it is preferable that the heating temperature of a process (3) is a relatively high temperature area | region of 450-600 degreeC. When a plurality of metal oxides containing a polymer compound are applied and then heated at 450 ° C. or higher, the polymer compound contained in the metal oxide is removed, so that a porous metal oxide film can be formed. . If the conductive film formed on the glass plate is not damaged by heat, the heating temperature is more preferably 550 ° C. or higher.
When heating in the above relatively high temperature region, the heating time is preferably 30 to 150 minutes. When the heating time is 30 minutes or more, a porous metal oxide film can be formed by removing the polymer compound contained in the metal oxide. When the heating time is 150 minutes or less, productivity is not impaired.
When heating in the above relatively high temperature region, it is preferable to use an FTO film as the conductive film from the viewpoint of heat resistance.
工程(3)の加熱温度を、上記の比較的低温または比較的高温の領域とする場合、シール部材には、例えば、上記の比較的低温または比較的高温の領域で分解(劣化)および硬化しない熱硬化性樹脂または紫外線硬化性樹脂が用いられる。また、上記の硬化性樹脂以外に、密着性、シール性、および耐熱性に優れた、樹脂材料またはゴム材料を用いてもよい。
これらのなかでも、工程(4)にて、紫外線の照射によりシール部材を硬化させて、負極および正極と、シール部材とを容易かつ確実に一体化することができる点で、シール部材に紫外線硬化性樹脂を用いるのが好ましい。
When the heating temperature in the step (3) is set to the above-described relatively low temperature or relatively high temperature region, the seal member does not decompose (deteriorate) and harden in the above relatively low temperature or relatively high temperature region, for example. A thermosetting resin or an ultraviolet curable resin is used. In addition to the curable resin, a resin material or a rubber material having excellent adhesion, sealing properties, and heat resistance may be used.
Among these, in the step (4), the sealing member is cured by irradiation with ultraviolet rays, and the negative electrode, the positive electrode, and the sealing member can be easily and surely integrated. It is preferable to use a functional resin.
本発明の色素増感太陽電池の製造方法では、工程(4)において、電解質と色素溶液とを個別に投入する。これにより、後述の工程(5)にて、電解質中の色素を金属酸化物膜に容易に吸着させることができる。電解質と色素溶液とを個別に投入することにより、種類の異なる複数の色素を組み合わせて用いる場合でも、必要な色素の数だけ電解質を準備する必要がなく、色素毎に電解質中に色素を溶解させる必要がない。使用する色素の数が多い場合において、工程を簡素化でき、生産性に優れた低コストの色素増感太陽電池の製造方法を提供することができる。その結果、簡素な工程で、意匠性に富んだ電池を容易に製造することができる。 In the method for producing a dye-sensitized solar cell of the present invention, in step (4), the electrolyte and the dye solution are separately added. Thereby, the pigment | dye in electrolyte can be easily adsorb | sucked to a metal oxide film in the below-mentioned process (5). By adding the electrolyte and the dye solution separately, it is not necessary to prepare as many electrolytes as the required number of dyes, even when using a combination of different types of dyes, and the dyes are dissolved in the electrolyte for each dye. There is no need. When the number of dyes used is large, the process can be simplified, and a low-cost method for producing a dye-sensitized solar cell excellent in productivity can be provided. As a result, a battery rich in design can be easily manufactured by a simple process.
具体的には、複数の色素溶液と、1種類の電解質とを準備すればよい。液体電解質を用いる場合、液体電解質を注入する工程において液体電解質を注入するためのシリンジを交換する必要がない。
電解質は、通常多くの薬品を調合して作製する必要があり、水分の混入を防ぐ必要がある。一方、色素溶液は、1〜3種類程度のアルコール等の溶媒に色素を溶解させるだけで作製することができる。
色素溶液を投入する工程が増えるが、複数の電解質を作製する場合と比べて、作業負荷を大幅に軽減でき、作製時間を大幅に短縮できる。
後述の工程(5)を実施する時点で電解質が色素溶液と十分に混合されていればよく、色素溶液を作製する段階では、色素を溶媒に完全に溶解させる必要がないため、色素溶液の作製に時間を要しない。
Specifically, a plurality of dye solutions and one type of electrolyte may be prepared. When a liquid electrolyte is used, it is not necessary to replace the syringe for injecting the liquid electrolyte in the step of injecting the liquid electrolyte.
The electrolyte usually needs to be prepared by blending many chemicals, and it is necessary to prevent moisture from entering. On the other hand, the dye solution can be prepared simply by dissolving the dye in a solvent such as about 1 to 3 kinds of alcohol.
Although the process of adding the dye solution increases, the workload can be greatly reduced and the production time can be greatly reduced as compared with the case of producing a plurality of electrolytes.
It is sufficient that the electrolyte is sufficiently mixed with the dye solution at the time of carrying out the step (5) described later, and it is not necessary to completely dissolve the dye in the solvent at the stage of preparing the dye solution. It does not take time.
後述する工程(5)において色素を金属酸化物膜へ吸着させるためには、工程(4)で得られる色素を含む電解質において、色素は、アセトニトリルやエタノールのような溶媒に溶解している必要がある。この溶媒は、電解質由来の溶媒でもよく色素溶液由来の溶媒でもよい。 In order to adsorb the dye to the metal oxide film in the step (5) described later, in the electrolyte containing the dye obtained in the step (4), the dye needs to be dissolved in a solvent such as acetonitrile or ethanol. is there. This solvent may be a solvent derived from an electrolyte or a solvent derived from a dye solution.
色素溶液は、種類が異なる複数の色素を混ぜることにより、所定の色に調整されているのが好ましい。複数の色を準備する場合、複数の色素を混合することで新たな色を作製することができる。よって、予め色素を含む電解質を複数準備する従来の場合と比べて、準備する色素溶液の数を減らすことができる。 The dye solution is preferably adjusted to a predetermined color by mixing a plurality of different kinds of dyes. When preparing a plurality of colors, a new color can be produced by mixing a plurality of pigments. Therefore, the number of dye solutions to be prepared can be reduced as compared with the conventional case of preparing a plurality of electrolytes containing dyes in advance.
電解質としては、例えば、液体電解質、固体電解質、ゲル状電解質が用いられる。
液体電解質としては、例えば、ヨウ素系の液体電解質が挙げられる。ヨウ素系の液体電解質は、例えば、有機溶媒、ならびに有機溶媒中に溶解するヨウ素系の電解質成分を含む。ヨウ素系の電解質成分としては、例えば、ヨウ素、ヨウ化物、およびターシャリーブチルピリジンの組み合わせが挙げられる。有機溶媒としては、例えば、アセトニトリル、エタノール、プロパノール、t−ブタノール、エチレンカーボネート、メトキシアセトニトリルが挙げられる。また、電解質としては、ヨウ素系の液体電解質以外に、コバルト錯体を用いた液体電解質が挙げられる。
As the electrolyte, for example, a liquid electrolyte, a solid electrolyte, or a gel electrolyte is used.
Examples of the liquid electrolyte include iodine-based liquid electrolytes. The iodine-based liquid electrolyte includes, for example, an organic solvent and an iodine-based electrolyte component that dissolves in the organic solvent. Examples of the iodine-based electrolyte component include a combination of iodine, iodide, and tertiary butyl pyridine. Examples of the organic solvent include acetonitrile, ethanol, propanol, t-butanol, ethylene carbonate, and methoxyacetonitrile. Examples of the electrolyte include a liquid electrolyte using a cobalt complex in addition to the iodine-based liquid electrolyte.
ゲル状電解質および固体電解質としては、例えば、ヨウ素とヨウ化物との組み合わせ、臭素と臭化物との組み合わせが挙げられる。
ヨウ化物としては、例えば、ジメチルプロピルイミダゾリウムヨウ化物(DMPImI)、金属ヨウ化物、4級アンモニウム化合物のヨウ素塩が挙げられる。金属ヨウ化物としては、例えば、ヨウ化リチウム、ヨウ化ナトリウム、ヨウ化カリウム、ヨウ化セシウム、ヨウ化カルシウムが挙げられる。4級アンモニウム化合物のヨウ素塩としては、例えば、テトラアルキルアンモニウムヨーダイドが挙げられる。
臭化物としては、例えば、金属臭化物、4級アンモニウム化合物の臭素塩が挙げられる。4級アンモニウム化合物の臭素塩としては、例えば、テトラアルキルアンモニウムブロマイドが挙げられる。
Examples of the gel electrolyte and the solid electrolyte include a combination of iodine and iodide and a combination of bromine and bromide.
Examples of the iodide include dimethylpropylimidazolium iodide (DMPImI), metal iodide, and iodine salt of a quaternary ammonium compound. Examples of the metal iodide include lithium iodide, sodium iodide, potassium iodide, cesium iodide, and calcium iodide. Examples of iodine salts of quaternary ammonium compounds include tetraalkylammonium iodide.
Examples of bromides include metal bromides and bromine salts of quaternary ammonium compounds. Examples of bromine salts of quaternary ammonium compounds include tetraalkylammonium bromide.
電解質と色素溶液との投入順序は特に限定されないが、色素溶液を投入した後、電解質を投入するのが好ましい。電解質の種類によっては有色であるため、色素溶液を電解質よりも先に投入したほうが、所定の領域に所定の色が配されていることを確認し易い。
液体電解質でもある程度の粘性を有するため、色素溶液を電解質よりも先に投入したほうが、金属酸化物膜内へ色素溶液が入り込み易い。
The order in which the electrolyte and the dye solution are charged is not particularly limited, but it is preferable that the electrolyte is charged after the dye solution is charged. Since it is colored depending on the type of the electrolyte, it is easier to confirm that a predetermined color is arranged in a predetermined region when the dye solution is added before the electrolyte.
Since the liquid electrolyte has a certain degree of viscosity, it is easier for the dye solution to enter the metal oxide film when the dye solution is added before the electrolyte.
液体電解質が色素溶液と混ざり易い場合、液体電解質と色素溶液との混合は、例えば、数分〜数時間程度静置することで行うことができる。液体電解質が色素溶液と混ざり難い場合、液体電解質および色素溶液に振動を与える等の方法を用いて液体電解質および色素溶液を攪拌すればよい。
固体電解質またはゲル状電解質と色素との混合は、例えば、固体電解質またはゲル状電解質に色素溶液を染み込ませることで行うことができる。
When the liquid electrolyte is likely to be mixed with the dye solution, the liquid electrolyte and the dye solution can be mixed by, for example, standing for about several minutes to several hours. When the liquid electrolyte is difficult to mix with the dye solution, the liquid electrolyte and the dye solution may be stirred using a method such as applying vibration to the liquid electrolyte and the dye solution.
The mixing of the solid electrolyte or gel electrolyte and the dye can be performed, for example, by impregnating the dye solution into the solid electrolyte or the gel electrolyte.
色素としては、例えば、ピリジン構造またはターピリジン構造などを含む配位子を有するルテニウム錯体;ピリジン構造またはターピリジン構造などを含む配位子を有する鉄錯体;ポリフィリン系またはフタロシアニン系の金属錯体;エオシン、ローダミン、クマリン、メロシアニン、インドリンなどの有機色素が挙げられる。
電解質への色素の溶解性の観点から、色素はルテニウム錯体または有機色素であるのが好ましく、有機色素の中では、クマリン、メロシアニン、およびインドリンがより好ましい。
Examples of the dye include a ruthenium complex having a ligand including a pyridine structure or a terpyridine structure; an iron complex having a ligand including a pyridine structure or a terpyridine structure; a porphyrin-based or phthalocyanine-based metal complex; eosin, rhodamine , Organic pigments such as coumarin, merocyanine and indoline.
From the viewpoint of the solubility of the dye in the electrolyte, the dye is preferably a ruthenium complex or an organic dye, and among the organic dyes, coumarin, merocyanine, and indoline are more preferable.
色素溶液中の色素が溶解する溶媒は、電解質の溶媒として使用可能なものが好ましい。電解質と色素溶液とを個別に投入した後、色素溶液中の色素が溶解する溶媒は、そのまま電解質の溶媒として用いられる。
液体電解質を用いる場合、作業し易さ、および色素溶液と液体電解質との混合し易さの観点から、色素溶液の溶媒は、液体電解質の溶媒と、同じ種類であるのが好ましい。
The solvent in which the dye in the dye solution dissolves is preferably one that can be used as an electrolyte solvent. After the electrolyte and the dye solution are separately added, the solvent in which the dye in the dye solution dissolves is used as it is as the solvent for the electrolyte.
In the case of using a liquid electrolyte, the solvent of the dye solution is preferably the same type as the solvent of the liquid electrolyte from the viewpoint of easy work and easy mixing of the dye solution and the liquid electrolyte.
電解質中の色素の濃度は、好ましくは0.1〜1mM、より好ましくは0.2〜0.6mMである。電解質中の色素の濃度が0.1mM以上であると、金属酸化物に十分な量の色素を吸着させることができる。電解質中の色素の濃度が1.0mM以下であると、色素のすべてが電解質中に溶解し、均一に分散するため、吸着ムラを生じることがない。また、色素が過度に存在することにより色素から金属酸化物への電子の流れが阻害されるという不具合を生じることがない。 The concentration of the dye in the electrolyte is preferably 0.1 to 1 mM, more preferably 0.2 to 0.6 mM. When the concentration of the dye in the electrolyte is 0.1 mM or more, a sufficient amount of the dye can be adsorbed to the metal oxide. When the concentration of the dye in the electrolyte is 1.0 mM or less, all of the dye is dissolved in the electrolyte and uniformly dispersed, so that adsorption unevenness does not occur. Further, the excessive presence of the dye does not cause a problem that the flow of electrons from the dye to the metal oxide is inhibited.
工程(4)にて用いる正極は、例えば、導電性基板、および導電性基板の一方の表面の所定領域(負極の金属酸化物膜と対向する領域)に形成された触媒層を有する。触媒層には、例えば、白金層が用いられる。
このような正極を用いる場合、正極の触媒層と負極の金属酸化膜とが対向するように、負極複合体と正極とを重ね合わせる。
The positive electrode used in the step (4) has, for example, a conductive substrate and a catalyst layer formed in a predetermined region (a region facing the metal oxide film of the negative electrode) on one surface of the conductive substrate. For example, a platinum layer is used as the catalyst layer.
When such a positive electrode is used, the negative electrode composite and the positive electrode are overlapped so that the catalyst layer of the positive electrode and the metal oxide film of the negative electrode face each other.
正極側の導電性基板には、例えば、一方の表面に導電性膜が形成された透明基板、またはアルミニウム、銅、錫のような金属等の導電性材料からなる基板が用いられる。
透明基板の一方の表面に導電性膜を形成する場合、触媒層は、導電性膜の表面に形成される。
As the conductive substrate on the positive electrode side, for example, a transparent substrate having a conductive film formed on one surface or a substrate made of a conductive material such as a metal such as aluminum, copper, or tin is used.
When forming a conductive film on one surface of the transparent substrate, the catalyst layer is formed on the surface of the conductive film.
上記以外にも、アルミニウム、銅、錫などの金属製、またはカーボン製のメッシュ状電極に固体電解質を保持させたものを正極に用いてもよい。また、正極には、透明基板の一方の表面に導電性接着剤層を形成し、次いで導電性接着剤層の表面に別途形成されたブラシ状のカーボンナノチューブを透明基板に転写することにより得られた電極を用いてもよい。 In addition to the above, a positive electrode may be used in which a solid electrolyte is held on a mesh electrode made of metal such as aluminum, copper, or tin, or carbon. The positive electrode is obtained by forming a conductive adhesive layer on one surface of a transparent substrate and then transferring brush-like carbon nanotubes separately formed on the surface of the conductive adhesive layer to the transparent substrate. Alternatively, an electrode may be used.
透明基板の一方の表面には、例えば、複数の単セルに対応する複数の導電性膜が一定の間隔で配置される。このような複数の導電性膜は、例えば、レーザなどを用いてITO膜をパターニングすることにより得られる。また、基板の一方の表面に、スクリーン印刷機などを用いて銀ペーストを塗布し、厚さ数μm程度の集電層を形成してもよい。 On one surface of the transparent substrate, for example, a plurality of conductive films corresponding to a plurality of single cells are arranged at regular intervals. Such a plurality of conductive films can be obtained, for example, by patterning an ITO film using a laser or the like. Further, a silver paste may be applied to one surface of the substrate using a screen printer or the like to form a current collecting layer having a thickness of about several μm.
工程(4)の好ましい具体的態様としては、以下の工程(4a)および(4b)が挙げられる。
工程(4a):シール部材の枠内における金属酸化物膜上に電解質と色素溶液とを個別に投入する。
工程(4b):負極複合体と、正極とを、負極と正極との間にシール部材、電解質、色素溶液が配置されるように重ね合わせ、負極および正極と、シール部材とを一体化させる。
Preferable specific embodiments of the step (4) include the following steps (4a) and (4b).
Step (4a): An electrolyte and a dye solution are individually charged onto the metal oxide film in the frame of the seal member.
Step (4b): The negative electrode composite and the positive electrode are overlapped so that the seal member, the electrolyte, and the dye solution are disposed between the negative electrode and the positive electrode, and the negative electrode, the positive electrode, and the seal member are integrated.
ここで、図2は、工程(4a)の実施直後の状態の一例を示す要部断面図を示す。図2は、工程(3)で得られた負極複合体におけるシール部材13の枠内の金属酸化物膜19’の上に、色素溶液15bを注入した後、液体電解質15aを注入した直後の状態を示す。負極複合体は、透明基板17の一方の表面に導電性膜18が形成された導電性基板および導電性膜18の表面に形成された金属酸化物膜19’を有する負極と、導電性基板の一方の表面に配され、金属酸化膜19’の周りを囲む、閉じた枠状のシール部材13と、を有する。
図2に示すように、色素溶液15bを液体電解質15aよりも先に注入することで、工程(5)にて色素を金属酸化物膜19’へ吸着させ易い。液体電解質15aがある程度粘性を有する場合、色素溶液15bを注入した後、液体電解質15aを注入した直後からしばらくの間は、図2に示すように、液体電解質15aおよび色素溶液15bの2相に分離した状態となる。両者がある程度混ざり易い場合、液体電解質15aと色素溶液15bとの混合は、数時間〜数日程度静置するだけで行うことができる。両者が混ざり難い場合は、所定の装置を用いて攪拌することで均一な相にすればよい。攪拌方法としては、例えば、シェーカを用いて10〜200rpmで約10分間回転させることが挙げられる。
Here, FIG. 2 shows a cross-sectional view of relevant parts showing an example of a state immediately after the execution of the step (4a). FIG. 2 shows a state immediately after injecting the
As shown in FIG. 2, by injecting the
また、工程(4)の別の具体的態様として、正極に液体電解質と色素溶液とを個別に注入するための孔を設けて、以下の工程(4a’)および(4b’)を実施してもよい。
工程(4a’):負極複合体と、液体電解質と色素溶液とを個別に注入するための孔を有する正極とを、負極と正極との間にシール部材が配置されるように重ね合わせ、負極および正極と、シール部材とを一体化させる。
工程(4b’):正極、負極、およびシール部材の一体化物における正極の孔より液体電解質と色素溶液とを個別に注入した後、孔を閉じる。
液体電解質と色素溶液とを個別に注入するための孔を有する正極としては、後述の第2の製法で用いられる正極を用いればよい。孔を閉じる方法としては、後述の第2の製法で用いられる方法を用いればよい。
Further, as another specific aspect of the step (4), holes for individually injecting the liquid electrolyte and the dye solution are provided in the positive electrode, and the following steps (4a ′) and (4b ′) are performed. Also good.
Step (4a ′): The negative electrode composite and the positive electrode having holes for individually injecting the liquid electrolyte and the dye solution are overlapped so that the seal member is disposed between the negative electrode and the positive electrode, The positive electrode and the seal member are integrated.
Step (4b ′): After the liquid electrolyte and the dye solution are individually injected from the positive electrode hole in the integrated structure of the positive electrode, the negative electrode, and the seal member, the hole is closed.
As the positive electrode having holes for individually injecting the liquid electrolyte and the dye solution, the positive electrode used in the second production method described later may be used. As a method for closing the hole, a method used in a second manufacturing method described later may be used.
正極、負極、およびシール部材を一体化させる具体的方法としては、樹脂の硬化による方法、正負極用の透明基板が熱可塑性樹脂フィルムの場合には、レーザ溶着による方法、正負極用の透明基板がガラス基板の場合には、ガラスフリットを用いた方法などが用いられる。 Specific methods for integrating the positive electrode, the negative electrode, and the seal member include a method of curing a resin, a laser welding method when the transparent substrate for positive and negative electrodes is a thermoplastic resin film, and a transparent substrate for positive and negative electrodes When is a glass substrate, a method using a glass frit or the like is used.
本発明の第2の製造方法は、シール部材に、金属酸化物膜を形成するために加えられる熱により硬化する樹脂を用いる製造方法である。具体的には、以下の(I)〜(IV)を含む。
(I)導電性基板の表面に、熱硬化性樹脂からなる、閉じた枠状のシール部材を配置する。
(II)導電性基板の表面に配置されたシール部材の枠内に、金属酸化物を含むペーストを充填し、負極前駆体としての導電性基板およびペーストと、シール部材とを有する負極複合前駆体を得る。
(III)負極複合前駆体と、液体電解質と色素溶液とを個別に注入するための孔を有する正極とを、負極前駆体と正極との間にシール部材が配置されるように重ね合わせた後、金属酸化物を含むペーストおよびシール部材を同時に加熱し、金属酸化物膜を形成して導電性基板および金属酸化物膜からなる負極を得るとともに、シール部材を硬化させて、負極および正極と、シール部材とを一体化させる。
(IV)孔より、シール部材の枠内における金属酸化物膜上に液体電解質と色素溶液とを個別に注入した後、孔を閉じる。
The 2nd manufacturing method of this invention is a manufacturing method using resin hardened | cured by the heat applied in order to form a metal oxide film for a sealing member. Specifically, the following (I) to (IV) are included.
(I) A closed frame-shaped sealing member made of a thermosetting resin is disposed on the surface of the conductive substrate.
(II) A negative electrode composite precursor in which a paste containing a metal oxide is filled in a frame of a seal member arranged on the surface of a conductive substrate, and the conductive substrate and paste as a negative electrode precursor and a seal member are included. Get.
(III) After superposing the negative electrode composite precursor and the positive electrode having holes for individually injecting the liquid electrolyte and the dye solution so that the seal member is disposed between the negative electrode precursor and the positive electrode The metal oxide-containing paste and the sealing member are simultaneously heated to form a metal oxide film to obtain a negative electrode composed of a conductive substrate and a metal oxide film, and the sealing member is cured to obtain a negative electrode and a positive electrode. The seal member is integrated.
(IV) After individually injecting the liquid electrolyte and the dye solution onto the metal oxide film in the frame of the seal member from the hole, the hole is closed.
第2の製法では、工程(II)において、第1の製法と同様に、導電性基板の表面に配置されたシール部材の枠内に、金属酸化物を含むペーストを充填する。よって、第2の製法では、導電性基板の表面に配置されたシール部材の枠内に、金属酸化物を含むペーストを充填する点について、第1の製法と同様の効果が得られる。
また、第2の製法では、工程(IV)において、第1の製法と同様に、液体電解質と色素溶液とを個別に注入する。よって、第2の製法では、電解質と色素溶液とを個別に注入する点について、第1の製法と同様の効果が得られる。
さらに、第2の製法では、工程(III)にて、金属酸化物膜を形成するための加熱とシール部材に用いる熱硬化性樹脂を硬化させるための加熱とを同時に行うため、第1の製法よりも加熱に要するコストを低減することができる。
In the second manufacturing method, in the step (II), as in the first manufacturing method, the paste containing the metal oxide is filled in the frame of the sealing member disposed on the surface of the conductive substrate. Therefore, in the second manufacturing method, the same effect as in the first manufacturing method can be obtained in that the paste containing the metal oxide is filled in the frame of the sealing member disposed on the surface of the conductive substrate.
In the second production method, in step (IV), the liquid electrolyte and the dye solution are individually injected in the same manner as in the first production method. Therefore, in the second manufacturing method, the same effect as in the first manufacturing method can be obtained in that the electrolyte and the dye solution are individually injected.
Furthermore, in the second manufacturing method, in the step (III), the heating for forming the metal oxide film and the heating for curing the thermosetting resin used for the sealing member are simultaneously performed. The cost required for heating can be reduced.
工程(III)の正極には、液体電解質と色素溶液とを個別に注入するための孔を正極の所定位置に設けたものが用いられる。
工程(III)の加熱温度は、導電性基板およびシール部材の材質等に応じて適宜決めればよい。透明基板に熱可塑性樹脂フィルムを用いる場合、工程(III)の加熱温度は、120〜150℃の比較的低温の領域であるのが好ましい。加熱温度が120℃以上であれば、金属酸化物膜を形成することができる。熱可塑性フィルムおよび導電性膜が熱により損傷しないのであれば、工程(3)の加熱温度を150℃程度まで高めることができる。
As the positive electrode in the step (III), a positive electrode provided with holes for individually injecting the liquid electrolyte and the dye solution at a predetermined position of the positive electrode is used.
What is necessary is just to determine the heating temperature of process (III) suitably according to the material etc. of an electroconductive board | substrate and a sealing member. When using a thermoplastic resin film for the transparent substrate, the heating temperature in the step (III) is preferably in a relatively low temperature region of 120 to 150 ° C. When the heating temperature is 120 ° C. or higher, a metal oxide film can be formed. If the thermoplastic film and the conductive film are not damaged by heat, the heating temperature in step (3) can be increased to about 150 ° C.
加熱時間は、金属酸化物膜の厚さに応じて適宜決めればよい。上記の比較的低温の領域で加熱する場合、加熱時間は、5〜30分間であるのが好ましい。加熱時間が5分間以上であると、金属酸化物膜を形成することができる。加熱時間が30分間以下であると、生産性を損なうことがない。 The heating time may be appropriately determined according to the thickness of the metal oxide film. When heating in the relatively low temperature region, the heating time is preferably 5 to 30 minutes. When the heating time is 5 minutes or longer, a metal oxide film can be formed. When the heating time is 30 minutes or less, productivity is not impaired.
工程(III)の加熱温度を、上記の比較的低温の領域とする場合、シール部材には、例えば、上記の比較的低温の領域で分解(劣化)せずに、硬化する樹脂が用いられる。 When the heating temperature in the step (III) is set to the above relatively low temperature region, for example, a resin that cures without being decomposed (deteriorated) in the above relatively low temperature region is used for the seal member.
透明基板にガラス板のような耐熱性に優れた材料を用いる場合、工程(III)の加熱温度は450〜600℃の比較的高温の領域であるのが好ましい。高分子化合物を含む金属酸化物を複数層塗布した後、450℃以上で加熱すると、金属酸化物に含まれる高分子化合物が除去されることで多孔質な金属酸化物膜を形成することができる。ガラス板上に形成された導電性膜が熱により損傷しないのであれば、加熱温度は550℃以上であるのがより好ましい。
上記の比較的高温の領域で加熱する場合、加熱時間は、30〜150分間であるのが好ましい。加熱時間が30分間以上であると、金属酸化物に含まれる高分子化合物が除去されることで多孔質な金属酸化物膜を形成することができる。加熱時間が150分間以下であると、生産性を損なうことがない。
上記の比較的高温の領域で加熱する場合、耐熱性の観点から、導電性膜にFTO膜を用いるのが好ましい。
When a material having excellent heat resistance such as a glass plate is used for the transparent substrate, the heating temperature in the step (III) is preferably a relatively high temperature region of 450 to 600 ° C. When a plurality of metal oxides containing a polymer compound are applied and then heated at 450 ° C. or higher, the polymer compound contained in the metal oxide is removed, so that a porous metal oxide film can be formed. . If the conductive film formed on the glass plate is not damaged by heat, the heating temperature is more preferably 550 ° C. or higher.
When heating in the above relatively high temperature region, the heating time is preferably 30 to 150 minutes. When the heating time is 30 minutes or more, a porous metal oxide film can be formed by removing the polymer compound contained in the metal oxide. When the heating time is 150 minutes or less, productivity is not impaired.
When heating in the above relatively high temperature region, it is preferable to use an FTO film as the conductive film from the viewpoint of heat resistance.
工程(III)の加熱温度を、上記の比較的高温の領域とする場合、シール部材には、例えば、上記の比較的高温の領域で分解(劣化)せずに、硬化する樹脂が用いられる。このような樹脂としては、例えば、熱硬化性ポリイミドが挙げられる。 When the heating temperature in step (III) is set to the above-described relatively high temperature region, for example, a resin that cures without being decomposed (deteriorated) in the above-described relatively high temperature region is used for the seal member. Examples of such a resin include thermosetting polyimide.
工程(IV)で注入する液体電解質には、第1の製法で用いられる液体電解質を用いればよい。
液体電解質および色素溶液を注入するための孔は、径が0.3〜2.0mmであるのが好ましい。孔の径が0.3mm以上であると、生産性を損なうことなく、電解質および色素溶液の注入を確実にかつ速やかに行うことができる。孔の径が2.0mm以下であると、正極に孔を設けることによる発電量等の電池特性への影響がない。
The liquid electrolyte used in the first manufacturing method may be used as the liquid electrolyte injected in step (IV).
The holes for injecting the liquid electrolyte and the dye solution preferably have a diameter of 0.3 to 2.0 mm. When the hole diameter is 0.3 mm or more, the electrolyte and the dye solution can be reliably and promptly injected without impairing the productivity. When the hole diameter is 2.0 mm or less, there is no influence on battery characteristics such as the amount of power generated by providing the hole in the positive electrode.
液体電解質および色素溶液を速やかにかつ確実に単セル内に注入するためには、液体電解質および色素溶液を注入する孔とは別に、液体電解質および色素溶液を注入した分に相当する空気を単セル内部から外部へ排出するための第2の孔をさらに正極に設けるのが好ましい。排気用の第2の孔は、電解質および色素溶液を注入するための孔と、大きさおよび形状は同じでもよい。 In order to quickly and reliably inject the liquid electrolyte and the dye solution into the single cell, apart from the holes for injecting the liquid electrolyte and the dye solution, air corresponding to the amount of the liquid electrolyte and the dye solution injected is supplied to the single cell. It is preferable that a second hole for discharging from the inside to the outside is further provided in the positive electrode. The second hole for exhaust may have the same size and shape as the hole for injecting the electrolyte and the dye solution.
工程(IV)において孔を閉じる方法としては、例えば、孔をシール部材で塞ぐ方法が挙げられる。シール部材には、例えば、耐電解質性およびシール性に優れた熱硬化性樹脂や紫外線硬化性樹脂が用いられる。 Examples of the method of closing the hole in the step (IV) include a method of closing the hole with a seal member. For the sealing member, for example, a thermosetting resin or an ultraviolet curable resin excellent in electrolyte resistance and sealing performance is used.
色素増感太陽電池は、例えば、方形の負極用の透明基板と方形の正極用の透明基板との間に、負極用の導電性膜、金属酸化物膜、電解質、触媒層、正極用の導電性膜の順に配置された発電部、および発電部を囲むシール部材を含む。
色素増感太陽電池は、例えば、上記の発電部を含む単セルの複数個を電気的に直列または並列に接続して構成される。互いに隣り合う単セルの発電部同士の間はシール部材で仕切られる。複数の単セルを電気的に直列に接続する場合、互いに隣り合う単セルにおける一方の単セルの正極と、他方の単セルの負極とを接続する接続部を配置する。接続部は、互いに隣り合う単セルにおける一方の単セルを構成するシール部材と、他方の単セルを構成するシール部材との間に形成される空間に配置される。複数の単セルを電気的に並列に接続する場合、上記の接続部を配置するための空間を設けずに、互いに隣り合う単セルの間をシール部材で仕切ればよい。
For example, a dye-sensitized solar cell includes a negative electrode conductive film, a metal oxide film, an electrolyte, a catalyst layer, and a positive electrode conductive film between a rectangular negative electrode transparent substrate and a rectangular positive electrode transparent substrate. And a seal member that surrounds the power generation unit.
The dye-sensitized solar cell is configured, for example, by electrically connecting a plurality of single cells including the power generation unit described above in series or in parallel. The power generation units of the single cells adjacent to each other are partitioned by a seal member. In the case where a plurality of single cells are electrically connected in series, a connecting portion that connects the positive electrode of one single cell and the negative electrode of the other single cell in adjacent single cells is disposed. The connecting portion is disposed in a space formed between a seal member constituting one unit cell and the seal member constituting the other unit cell in the unit cells adjacent to each other. When a plurality of single cells are electrically connected in parallel, the adjacent single cells may be partitioned by a seal member without providing a space for arranging the connecting portion.
ここで、図3は、本発明の製法で得られた色素増感太陽電池モジュールの一例を示す要部断面図である。図3は、工程(4)または工程(IV)を実施し、電解質と色素溶液とを混合して電解質に色素を含ませた色素増感太陽電池モジュールを示す。
図3の色素増感太陽電池は複数の単セルからなる。単セルは、透明基板14の一方の表面に導電性膜12が形成された導電性基板、および導電性膜12の表面に形成された触媒層11を有する正極;透明基板17の一方の表面に導電性膜18が形成された導電性基板および導電性膜18の表面に形成された金属酸化物膜19’を有する負極;正極と負極との間に配され、色素を含む電解質15;正極と負極との間に配置され、電解質15および金属酸化膜19’の周りを囲む、閉じた枠状のシール部材13を備える。正極と、負極とは、触媒層11と金属酸化物膜19’とが対向するように配置されている。電解質15は、正極と、負極と、シール部材13とで囲まれた空間内に配置される。隣り合う単セル同士における一方の単セルのシール部材13と他方の単セルのシール部材13との間に隙間が設けられ、その隙間に一方の単セルの正極と、他方の単セルの負極とを電気的に接続する接続部16が設けられている。これにより、複数の単セルが直列に接続されている。
Here, FIG. 3 is a cross-sectional view of an essential part showing an example of the dye-sensitized solar cell module obtained by the production method of the present invention. FIG. 3 shows a dye-sensitized solar cell module in which the step (4) or the step (IV) is performed and the electrolyte and the dye solution are mixed and the dye is included in the electrolyte.
The dye-sensitized solar cell in FIG. 3 is composed of a plurality of single cells. The single cell includes a conductive substrate having a
従来では、金属酸化物膜を形成した後、金属酸化物膜の周囲に、閉じた枠状のシール部材を配置していた。このため、図4に示すように、生産性の観点から、シール部材の配置に対するアライメント精度、機械精度、および歩留まりなどを考慮して、シール部材13と金属酸化物膜19との間に一定の隙間10を設ける必要があった。すなわち、金属酸化物膜19における正極と対向する面の面積をシール部材13で囲まれた領域における正極と対向する面の面積よりも一回り小さくする必要があった。
Conventionally, after forming a metal oxide film, a closed frame-shaped sealing member is arranged around the metal oxide film. For this reason, as shown in FIG. 4, from the viewpoint of productivity, in consideration of alignment accuracy with respect to the arrangement of the seal member, mechanical accuracy, yield, and the like, a certain amount is provided between the
これに対して、本発明では、シール部材13を配置した後、シール部材13の枠内に金属酸化物を含むペーストを充填した後、加熱して金属酸化物膜19’が形成される。
また、本発明では、金属酸化物膜19’を形成する前に、シール部材13を配置するため、従来のように、シール部材13の配置に対してアライメント精度等を考慮して、図4に示すように、シール部材13と金属酸化物膜19との間に隙間10を設ける必要がない。
よって、金属酸化物膜19’は、シール部材と対向する面全体がシール部材13に接し、シール部材13の枠内の領域全体において正極(触媒層11)と対向する面を有するように形成され得る。このように、金属酸化物膜19’が正極と対向する面のサイズを、シール部材13の枠内の領域全体にまで増大させることができる。その結果、本発明の図3に示す色素増感太陽電池の金属酸化物膜19’では、従来の図4に示す色素増感太陽電池の金属酸化物膜19と比べて、大きな有効発電面積(正極と対向する面のサイズ)が得られる。
On the other hand, in this invention, after arrange | positioning the sealing
Further, in the present invention, since the
Therefore, the
本発明の製造方法は、さらに、工程(4)または工程(IV)で得られた色素増感太陽電池モジュールに光を照射しながら、正極と負極との間に抵抗を接続するか、または光を照射しながら正極と負極との間に電圧を印加して、電解質中の色素を金属酸化物膜に吸着させる工程(5)または工程(V)を含むのが好ましい。 The production method of the present invention further includes connecting a resistor between the positive electrode and the negative electrode while irradiating light to the dye-sensitized solar cell module obtained in the step (4) or the step (IV), or light. It is preferable to include a step (5) or a step (V) in which a voltage is applied between the positive electrode and the negative electrode while irradiating and adsorbing the dye in the electrolyte to the metal oxide film.
従来では、金属酸化物膜を色素溶液に数十分〜数十時間浸漬することで、金属酸化物に色素を吸着させていた。特に、導電性膜がITO膜の場合、導電性膜への色素吸着を防ぐために、金属酸化物膜の周囲をマスクフィルムで覆う必要があった。
また、導電性基板にマスクフィルムを貼り付けた場合でも、マスクフィルムの端部より色素が侵入し、導電性基板に色素が付着する場合があった。このため、マスクフィルムを取り外した後、導電性基板に付着した色素を除去するクリーニング工程を別途設ける必要があった。
これに対して、本発明では、色素増感太陽電池に注入する電解質に色素を含ませ、工程(5)または工程(V)を実施することにより、マスクフィルムや色紙溶液を別途用いたり、クリーニング工程を別途設けたりすることなく、電池モジュールを組んだ状態で、短時間で金属酸化物膜に色素を容易に吸着させることができる。したがって、製造工程を大幅に簡素化することができ、生産性を大幅に高めることができる。従来の色素を吸着させる工程を省略することができ、ロール・ツー・ロール方式で製造することが可能である。
本発明では、工程(1)〜(5)または工程(I)〜(V)を通して、製造工程を大幅に簡素化することができ、ロール・ツー・ロール方式を用いることができるため、生産性を大幅に高めることができる。
Conventionally, the dye is adsorbed on the metal oxide by immersing the metal oxide film in the dye solution for several tens of minutes to several tens of hours. In particular, when the conductive film is an ITO film, it is necessary to cover the periphery of the metal oxide film with a mask film in order to prevent dye adsorption to the conductive film.
Further, even when a mask film is attached to the conductive substrate, the dye may enter from the end of the mask film, and the dye may adhere to the conductive substrate. For this reason, after removing the mask film, it is necessary to separately provide a cleaning process for removing the dye attached to the conductive substrate.
On the other hand, in the present invention, a dye is included in the electrolyte injected into the dye-sensitized solar cell, and a mask film or a colored paper solution is separately used or cleaned by performing the step (5) or the step (V). Without providing a separate process, the dye can be easily adsorbed to the metal oxide film in a short time in a state where the battery module is assembled. Therefore, the manufacturing process can be greatly simplified, and the productivity can be greatly increased. The process of adsorbing the conventional dye can be omitted, and it can be produced by a roll-to-roll method.
In the present invention, the manufacturing process can be greatly simplified through the steps (1) to (5) or the steps (I) to (V), and the roll-to-roll method can be used. Can be greatly increased.
ここで、図5は、本発明の製造方法において、電解質中の光増感色素が金属酸化物膜に対して吸着される過程を示す概略図である。
図5に示すように、電解質21中の光増感色素25が電子24を放出し、正の電荷を帯びる。導電性基板22および白金などを含む触媒層23を有する正極29と、導電性基板27および金属酸化物膜26を有する負極20との間に、太陽光または人工の光源等から発生する光を照射しながら正極29と負極20との間に抵抗を接続したり、光を照射しながら正極29と負極20との間に電圧を印加したりすることで、金属酸化物膜に、正の電荷を帯びた光増感色素25が吸着する。これにより、得られた色素増感太陽電池モジュールを組んだ状態で、短時間で容易に金属酸化物膜に色素を吸着させることができる。
Here, FIG. 5 is a schematic view showing a process in which the photosensitizing dye in the electrolyte is adsorbed to the metal oxide film in the production method of the present invention.
As shown in FIG. 5, the
例えば、光源にキセノンランプやメタルハライドランプを用いる場合、10,000〜100,000ルクスの光を照射すればよい。抵抗には、例えば、電球や発光ダイオードなどの公知のものを用いればよい。負極と正極との間に印加する電圧は、両極間の距離や色素の種類に応じて適宜決めればよいが、正負極の導電性膜を保護する観点から、0.5〜100Vであるのが好ましい。 For example, when a xenon lamp or a metal halide lamp is used as the light source, light of 10,000 to 100,000 lux may be irradiated. For example, a known resistor such as a light bulb or a light emitting diode may be used as the resistor. The voltage applied between the negative electrode and the positive electrode may be appropriately determined according to the distance between the two electrodes and the type of the dye, but from the viewpoint of protecting the positive and negative electrode conductive films, the voltage is 0.5 to 100V. preferable.
以下、本発明の実施例を具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されない。
[評価]
振幅変調1.5および電力密度100mW/cm2の条件で、標準光源を色素増感太陽電池(サイズ:100mm×100mm)に照射して、電流密度、開放電圧、フィルファクタ、および変換効率を計測した。
Examples of the present invention will be specifically described below, but the present invention is not limited to these examples.
[Evaluation]
A standard light source is irradiated to a dye-sensitized solar cell (size: 100 mm × 100 mm) under conditions of amplitude modulation of 1.5 and power density of 100 mW / cm 2 to measure current density, open-circuit voltage, fill factor, and conversion efficiency. did.
《実施例1》
[工程(1)]
図1に示すように、導電性基板1の一方の表面に、閉じた枠状のシール部材2を配置した。導電性基板1には、一方の表面の所定領域に導電性膜が形成された透明基板を用いた。各導電膜に、その周端部を囲む枠状のシール部材2を配置した。透明基板には、PEN樹脂フィルム(厚さ200μm)を用いた。導電性膜には、ITO膜(厚さ1500Å)を用いた。シール部材2には、紫外線硬化性樹脂((株)スリーボンド製)を用いた。市販のディスペンサを用いて、紫外線硬化樹脂を、導電性膜の周端部を囲むように塗布した。
Example 1
[Step (1)]
As shown in FIG. 1, a closed frame-shaped sealing member 2 is disposed on one surface of the conductive substrate 1. As the conductive substrate 1, a transparent substrate having a conductive film formed in a predetermined region on one surface was used. In each conductive film, a frame-shaped seal member 2 surrounding the peripheral end portion was disposed. A PEN resin film (thickness: 200 μm) was used for the transparent substrate. An ITO film (thickness 1500 mm) was used as the conductive film. For the seal member 2, an ultraviolet curable resin (manufactured by Three Bond Co., Ltd.) was used. Using a commercially available dispenser, an ultraviolet curable resin was applied so as to surround the peripheral edge of the conductive film.
[工程(2)]
図1に示すように、導電性基板の表面に配置されたシール部材2の枠内に、ノズル4より金属酸化物を含むペースト3を所定量吐出した。ペースト3には、酸化チタン微粒子(日本アエロジル(株)製、P−25、粒径20nm)をプロパノール中に分散させたものを用いた。ペースト中の酸化チタン微粒子の含有量は10重量%とした。さらに、ペーストに光触媒前駆体としてチタン(IV)イソプロポキシドを1重量%添加した。
[Step (2)]
As shown in FIG. 1, a predetermined amount of
[工程(3)]
シール部材2の枠内に充填されたペースト3を加熱して、導電性基板1の表面におけるシール部材2の枠内の領域に金属酸化物膜(塗布時の厚さ50μm、乾燥後の厚さ2〜3μm)を形成した。より具体的には、金属酸化物を含むペーストを、常温付近および湿度30%程度で約10分間乾燥(分散媒を除去)した後、金属酸化物を150℃で約10分間加熱(焼成)した。このようにして、負極としての導電性基板および金属酸化物膜と、シール部材とを有する負極複合体を得た。
[Step (3)]
The
上記で得られた負極複合体を用いて、以下の手順で、図3に示すZ型色素増感太陽電池モジュールを作製した。
[工程(4a)]
図2に示すように、減圧下にて、シール部材13の枠内における金属酸化物膜19’上に、色素溶液15bを注入した後、液体電解質15aを注入した。
色素溶液15bには、ルテニウム錯体からなるN719色素をアセトニトリルに溶解させたものを用いた。
液体電解質15aには、ヨウ素、ヨウ化リチウム、DMPImI、および4−tert−ブチルピリジンをアセトニトリルに溶解させたものを用いた。
液体電解質15aおよび色素溶液15bの混合溶液においてN719、ヨウ素、ヨウ化リチウム、DMPImI、および4−tert−ブチルピリジンの濃度は、それぞれ0.3mM、0.05M、0.1M、0.06mM、および0.5Mとした。
Using the negative electrode composite obtained above, the Z-type dye-sensitized solar cell module shown in FIG.
[Step (4a)]
As shown in FIG. 2, after the
As the
The
In the mixed solution of the
[工程(4b)]
一方の表面に導電性膜12が形成された透明基板14(ペクセル・テクノロジーズ(株)製)を準備し、白金のナノコロイド溶液への浸漬により、導電性膜12の表面に触媒層11として白金層(厚さ5nm)を形成し、正極を得た。透明基板14には、PEN樹脂フィルム(厚さ200μm)を用いた。導電性膜12には、ITO膜(厚さ1500Å)を用いた。
上記で得られた負極複合体と正極とを、負極の金属酸化膜19’と正極の触媒層11とが対向し、かつ負極と正極との間にシール部材13、液体電解質15a、および色素溶液15bが配置されるように、重ね合わせた。その後、紫外線の照射によりシール部材を硬化させることで、負極および正極と、シール部材13とを一体化させた。このとき、互いに隣り合う単セルにおける一方の単セルの正極と、他方の単セルの負極とを接続する接続部16を、一方の単セルのシール部材13と他方の単セルのシール部材との間に設けられた隙間に配置した。このようにして、色素増感太陽電池モジュールを得た。
[Step (4b)]
A transparent substrate 14 (manufactured by Pexel Technologies Co., Ltd.) having a
The negative electrode composite obtained in the above and the positive electrode are formed such that the
この色素増感太陽電池モジュールを市販のシェーカに載置し、30rpmで回転させることで、液体電解質15aおよび色素溶液15bを10分間攪拌した。
The dye-sensitized solar cell module was placed on a commercially available shaker and rotated at 30 rpm, whereby the
[工程(5)]
ペクセル・テクノロジーズ社製のソーラーシミュレータを用い、1sunまたは100,000ルクスの光を色素増感太陽電池モジュールに照射しながら、正極と負極との間に5Vの電圧を印加した。この状態を6時間維持し、色素増感太陽電池を得た。
実施例1の色素増感太陽電池では、電流密度が0.95mA/cm2、開放電圧が4.28V、フィルファクタが0.53、および変換効率が2.12%であった。
[Step (5)]
Using a solar simulator manufactured by Pexel Technologies, a voltage of 5 V was applied between the positive electrode and the negative electrode while irradiating the dye-sensitized solar cell module with light of 1 sun or 100,000 lux. This state was maintained for 6 hours to obtain a dye-sensitized solar cell.
In the dye-sensitized solar cell of Example 1, the current density was 0.95 mA / cm 2 , the open circuit voltage was 4.28 V, the fill factor was 0.53, and the conversion efficiency was 2.12%.
《実施例2》
[工程(I)および(II)]
シール部材に、紫外線硬化性樹脂の代わりに、熱硬化性樹脂((株)スリーボンド製)を用いた以外は、工程(1)および(2)と同様の方法により、導電性基板の表面に配置されたシール部材の枠内に、金属酸化物を含むペーストを充填した。このようにして、負極前駆体としての導電性基板および金属酸化物を含むペーストと、シール部材とを有する負極複合前駆体を得た。
Example 2
[Steps (I) and (II)]
The sealing member is disposed on the surface of the conductive substrate in the same manner as in steps (1) and (2) except that a thermosetting resin (manufactured by Three Bond Co., Ltd.) is used instead of the ultraviolet curable resin. The paste containing the metal oxide was filled in the frame of the sealed member. Thus, a negative electrode composite precursor having a conductive substrate and a paste containing a metal oxide as a negative electrode precursor and a sealing member was obtained.
[工程(III)]
負極複合前駆体と、液体電解質および色素溶液を個別に注入するための孔を有する正極とを、負極前駆体と正極との間にシール部材が配置されるように重ね合わせた。正極には、実施例1と同じ正極を用い、その正極の所定位置に直径1mmの孔を設けた。
その後、負極前駆体と正極とを重ね合わせたものを、常温付近および湿度30%程度で約10分間放置した後(ペーストを乾燥させた後)、150℃で約10分間加熱した。このとき、金属酸化物を含むペーストおよびシール部材が同時に加熱された。
金属酸化物を含むペーストの加熱により、当該ペーストから分散媒が除去されるとともに金属酸化物が焼成され、金属酸化物膜が形成された。揮発した分散媒は孔より外部へ排出された。このため、内部に分散媒のガス成分が滞留することがなく、当該ガスの滞留により電池が変形する等の不具合を生じることがない。
シール部材の加熱により、熱硬化性樹脂を硬化させて、負極および正極と、シール部材とを一体化させた。このとき、隣り合う単セル同士における一方の単セルの正極と、他方の単セルの負極とを接続する接続部を、隣り合うシール部材の間に設けられた隙間に配置した。
[Step (III)]
The negative electrode composite precursor and the positive electrode having holes for individually injecting the liquid electrolyte and the dye solution were overlapped so that the seal member was disposed between the negative electrode precursor and the positive electrode. As the positive electrode, the same positive electrode as in Example 1 was used, and a hole having a diameter of 1 mm was provided at a predetermined position of the positive electrode.
Then, after superposing | stacking what overlapped the negative electrode precursor and the positive electrode at about normal temperature and about 30% of humidity for about 10 minutes (after drying a paste), it heated at 150 degreeC for about 10 minutes. At this time, the paste containing the metal oxide and the seal member were simultaneously heated.
By heating the paste containing the metal oxide, the dispersion medium was removed from the paste, and the metal oxide was baked to form a metal oxide film. The volatilized dispersion medium was discharged outside through the holes. For this reason, the gas component of the dispersion medium does not stay inside, and there is no problem that the battery is deformed by the staying of the gas.
The thermosetting resin was cured by heating the sealing member, and the negative electrode and the positive electrode were integrated with the sealing member. At this time, the connection part which connects the positive electrode of one single cell and the negative electrode of the other single cell in adjacent single cells was arrange | positioned in the clearance gap provided between adjacent seal members.
[工程(IV)]
減圧下にて、孔より、シール部材の枠内における金属酸化物膜上に、色素溶液を注入した後、液体電解質を注入した。
色素溶液には、クマリン色素からなるMK-2色素をエタノールに溶解させたものを用いた。
液体電解質には、ヨウ素、ヨウ化リチウム、DMPImI、および4−tert−ブチルピリジンを、エタノールに溶解させたものを用いた。
色素溶液および液体電解質の混合溶液中におけるMK-2色素、ヨウ素、ヨウ化リチウム、DMPImI、および4−tert−ブチルピリジンの濃度は、それぞれ0.1mM、0.05M、0.1M、0.06mM、および0.5Mとした。
色素溶液および液体電解質を注入した後、シール部材で孔を塞いだ。孔を塞ぐためのシール部材には、上記と同じ熱硬化性樹脂を用いた。
このようにして、色素増感太陽電池モジュールを得た。
この色素増感太陽電池モジュールを市販のシェーカに載置し、30rpmで回転させることで、液体電解質および色素溶液を10分間攪拌した。
[Step (IV)]
Under reduced pressure, the dye solution was injected from the hole onto the metal oxide film in the frame of the seal member, and then the liquid electrolyte was injected.
As the dye solution, a solution obtained by dissolving MK-2 dye made of coumarin dye in ethanol was used.
As the liquid electrolyte, an iodine, lithium iodide, DMPImI, and 4-tert-butylpyridine dissolved in ethanol was used.
The concentrations of MK-2 dye, iodine, lithium iodide, DMPImI, and 4-tert-butylpyridine in the dye solution and the liquid electrolyte mixed solution were 0.1 mM, 0.05 M, 0.1 M, and 0.06 mM, respectively. , And 0.5M.
After injecting the dye solution and the liquid electrolyte, the hole was closed with a seal member. The same thermosetting resin as described above was used for the sealing member for closing the hole.
In this way, a dye-sensitized solar cell module was obtained.
This dye-sensitized solar cell module was placed on a commercially available shaker and rotated at 30 rpm, whereby the liquid electrolyte and the dye solution were stirred for 10 minutes.
[工程(V)]
ペクセル・テクノロジーズ社製のソーラーシミュレータを用い、1sunまたは100,000ルクスの光を色素増感太陽電池モジュールに照射しながら、正極と負極との間に5Vの電圧を印加した。この状態を6時間維持し、色素増感太陽電池を得た。
実施例2の色素増感太陽電池では、電流密度が0.81mA/cm2、開放電圧が4.27V、フィルファクタが0.56、および変換効率が1.91%であった。
[Step (V)]
Using a solar simulator manufactured by Pexel Technologies, a voltage of 5 V was applied between the positive electrode and the negative electrode while irradiating the dye-sensitized solar cell module with light of 1 sun or 100,000 lux. This state was maintained for 6 hours to obtain a dye-sensitized solar cell.
In the dye-sensitized solar cell of Example 2, the current density was 0.81 mA / cm 2 , the open circuit voltage was 4.27 V, the fill factor was 0.56, and the conversion efficiency was 1.91%.
なお、本発明の実施例においては、正極および負極を構成する透明基板に熱可塑性樹脂フィルムを用いたため、約150℃の比較的低温で金属酸化物を焼成したが、透明基板にガラス板などを用いて約500℃の高温で金属酸化物を焼成する場合でも、本発明の製法を用いることができる。高温で焼成する場合、導電性膜に錫添加酸化インジウムよりも耐熱性に優れるフッ素添加酸化錫を用いるのが好ましい。金属酸化物膜への色素吸着工程にて、正極と負極との間に印加する電圧をさらに大きくすることができ、より効果的に色素の吸着を促進させることができる。 In the examples of the present invention, since the thermoplastic resin film was used for the transparent substrate constituting the positive electrode and the negative electrode, the metal oxide was baked at a relatively low temperature of about 150 ° C., but a glass plate or the like was used for the transparent substrate. Even when the metal oxide is fired at a high temperature of about 500 ° C., the production method of the present invention can be used. In the case of firing at a high temperature, it is preferable to use fluorine-added tin oxide that has better heat resistance than tin-added indium oxide for the conductive film. In the dye adsorption step on the metal oxide film, the voltage applied between the positive electrode and the negative electrode can be further increased, and the adsorption of the dye can be promoted more effectively.
1、22、27 導電性基板
2、13 シール部材
3 金属酸化物を含むペースト
4 ノズル
10 シール部材と金属酸化物膜との間の隙間
11、23 触媒層
12、18 導電性膜
14、17 透明基板
15、21 色素を含む電解質
15a 液体電解質
15b 色素溶液
16 接続部
19、26 金属酸化物膜
20 負極
24 電子
25 光増感色素
28 光の照射
29 正極
1, 22 and 27
Claims (9)
(2)導電性基板の一方の表面に配置されたシール部材の枠内に、金属酸化物を含むペーストを充填する工程と、
(3)シール部材の枠内に充填された金属酸化物を含むペーストを加熱して、導電性基板の表面におけるシール部材の枠内に金属酸化物膜を形成し、負極としての導電性基板および金属酸化物膜と、シール部材とを有する負極複合体を得る工程と、
(4)負極と、正極と、負極と正極との間に配された負極複合体のシール部材および色素を含む電解質との一体化物を得る工程と、
を含み、
工程(4)において、負極複合体のシール部材の枠内における金属酸化物膜の上に、電解質と色素溶液とを個別に投入する
ことを特徴とする色素増感太陽電池の製造方法。 (1) a step of disposing a closed frame-shaped sealing member on one surface of the conductive substrate;
(2) filling a paste containing a metal oxide into a frame of a sealing member disposed on one surface of the conductive substrate;
(3) The paste containing the metal oxide filled in the frame of the seal member is heated to form a metal oxide film in the frame of the seal member on the surface of the conductive substrate, and the conductive substrate as the negative electrode and Obtaining a negative electrode composite having a metal oxide film and a sealing member;
(4) a step of obtaining an integrated product of the negative electrode, the positive electrode, and the electrolyte containing the seal member and the pigment of the negative electrode composite disposed between the negative electrode and the positive electrode;
Including
In the step (4), a method for producing a dye-sensitized solar cell, comprising separately supplying an electrolyte and a dye solution onto the metal oxide film in the frame of the seal member of the negative electrode composite.
工程(4)において、色素溶液を注入した後、液体電解質を注入する請求項1記載の色素増感太陽電池の製造方法。 The electrolyte is a liquid electrolyte,
The method for producing a dye-sensitized solar cell according to claim 1, wherein in step (4), the liquid electrolyte is injected after injecting the dye solution.
工程(4)は、紫外線を照射してシール部材を硬化させる工程を含む請求項1〜3のいずれか1項に記載の色素増感太陽電池の製造方法。 The sealing member is a resin that is cured by irradiation with ultraviolet rays,
A process (4) is a manufacturing method of the dye-sensitized solar cell of any one of Claims 1-3 including the process of irradiating an ultraviolet-ray and hardening a sealing member.
(II)導電性基板の一方の表面に配置されたシール部材の枠内に、金属酸化物を含むペーストを充填して、負極前駆体としての導電性基板およびペーストと、シール部材とを有する負極複合前駆体を得る工程と、
(III)負極複合前駆体と、液体電解質と色素溶液とを個別に注入するための孔を有する正極とを、負極前駆体と正極との間にシール部材が配置されるように重ね合わせた後、金属酸化物を含むペーストおよびシール部材を同時に加熱し、金属酸化物膜を形成して導電性基板および金属酸化物膜からなる負極を得るとともに、シール部材を硬化させて、負極および正極と、シール部材とを一体化させる工程と、
(IV)孔より、シール部材の枠内における金属酸化物膜の上に液体電解質と色素溶液とを個別に注入した後、孔を閉じる工程と、
を含むことを特徴とする色素増感太陽電池の製造方法。 (I) a step of disposing a closed frame-shaped sealing member made of a resin curable by heat on one surface of the conductive substrate;
(II) A negative electrode having a conductive substrate and paste as a negative electrode precursor, and a sealing member filled with a paste containing a metal oxide in a frame of a sealing member disposed on one surface of the conductive substrate Obtaining a composite precursor;
(III) After superposing the negative electrode composite precursor and the positive electrode having holes for individually injecting the liquid electrolyte and the dye solution so that the seal member is disposed between the negative electrode precursor and the positive electrode The metal oxide-containing paste and the sealing member are simultaneously heated to form a metal oxide film to obtain a negative electrode composed of a conductive substrate and a metal oxide film, and the sealing member is cured to obtain a negative electrode and a positive electrode. A step of integrating the sealing member;
(IV) a step of closing the hole after individually injecting the liquid electrolyte and the dye solution on the metal oxide film in the frame of the seal member from the hole;
A method for producing a dye-sensitized solar cell, comprising:
Priority Applications (1)
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