JP2014071950A - Electrolyte for photoelectric conversion element and photoelectric conversion element using the same - Google Patents

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浩志 松井
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an electrolyte for a photoelectric conversion element which can provide excellent durability to the photoelectric conversion element; and provide a photoelectric conversion element using the electrolyte.SOLUTION: A photoelectric conversion element electrolyte 40 used for a photoelectric conversion element 100 comprises: a redox pair 41 composed of a halide ion and a polyhalide ion; and a sulfur-containing compound 42. The sulfur-containing compound is composed of at least one compound selected from a group consisting of a compound having a -SX group, a compound having a -Sgroup and a compound having a -S-S- group where X represents a monovalent cation.

Description

本発明は、光電変換素子用電解質及びこれを用いた光電変換素子に関する。   The present invention relates to an electrolyte for a photoelectric conversion element and a photoelectric conversion element using the same.

光電変換素子として、色素増感太陽電池が知られている。   A dye-sensitized solar cell is known as a photoelectric conversion element.

色素増感太陽電池は一般に、作用極と、対極と、作用極と対極とを連結する封止部と、作用極、対極及び封止部によって囲まれるセル空間内に充填される電解質とを備えている。作用極の一例として、透明導電性基板と、透明導電性基板の上に設けられる酸化物半導体層と、酸化物半導体層の近傍に設けられる金属配線とを有する構造が挙げられる。ここで、金属配線は、電解質による腐食を防止するため、配線保護層で被覆されるのが一般的である(例えば下記特許文献1参照)。   A dye-sensitized solar cell generally includes a working electrode, a counter electrode, a sealing portion that connects the working electrode and the counter electrode, and an electrolyte that is filled in a cell space surrounded by the working electrode, the counter electrode, and the sealing portion. ing. As an example of the working electrode, there is a structure having a transparent conductive substrate, an oxide semiconductor layer provided on the transparent conductive substrate, and a metal wiring provided in the vicinity of the oxide semiconductor layer. Here, the metal wiring is generally covered with a wiring protective layer in order to prevent corrosion due to the electrolyte (see, for example, Patent Document 1 below).

特開2011−91012号公報JP 2011-91012 A

しかし、上記特許文献1に記載の色素増感太陽電池は、以下の課題を有していた。   However, the dye-sensitized solar cell described in Patent Document 1 has the following problems.

すなわち、上記特許文献1に記載の色素増感太陽電池においては、金属配線が電解質により腐食される場合があった。このため、上記色素増感太陽電池は、耐久性の点で改善の余地を有していた。   That is, in the dye-sensitized solar cell described in Patent Document 1, the metal wiring may be corroded by the electrolyte. For this reason, the dye-sensitized solar cell has room for improvement in terms of durability.

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、光電変換素子に対して優れた耐久性を付与できる光電変換素子用電解質及びこれを用いた光電変換素子を提供することを目的とする。   This invention is made | formed in view of the said situation, and it aims at providing the electrolyte for photoelectric conversion elements which can provide the outstanding durability with respect to a photoelectric conversion element, and a photoelectric conversion element using the same.

本発明者らは、上記課題が生じる原因について検討した。まず上記特許文献1に記載の色素増感太陽電池においては、金属配線が配線保護層で覆われており、しかも配線保護層は緻密に形成されている。このため、金属配線が電解質によって腐食されにくくなっていると考えられる。しかし、色素増感太陽電池を取り巻く温度、圧力、湿度等は時々刻々と変化する。このため、配線保護層に過大な応力が加わって万一亀裂等の欠陥が生じた場合には、その亀裂を通して電解質が入り込み、金属配線と接触する結果、金属配線が腐食され、耐久性が低下するのではないかと本発明者らは考えた。そこで、本発明者らは、さらに鋭意研究を重ねた結果、電解質中に、酸化還元対のほか、特定の硫黄含有化合物を含めることにより、上記課題を解決しうることを見出し、本発明を完成するに至った。   The present inventors examined the cause of the above problem. First, in the dye-sensitized solar cell described in Patent Document 1, the metal wiring is covered with a wiring protective layer, and the wiring protective layer is densely formed. For this reason, it is considered that the metal wiring is hardly corroded by the electrolyte. However, the temperature, pressure, humidity and the like surrounding the dye-sensitized solar cell change every moment. For this reason, if an excessive stress is applied to the wiring protective layer and a defect such as a crack occurs, the electrolyte enters through the crack and comes into contact with the metal wiring, resulting in corrosion of the metal wiring and reduced durability. The present inventors thought that this would be the case. Therefore, as a result of further earnest research, the present inventors have found that the above-mentioned problems can be solved by including a specific sulfur-containing compound in addition to the redox couple in the electrolyte, and the present invention has been completed. It came to do.

すなわち本発明は、光電変換素子に用いられる光電変換素子用電解質であって、ハロゲン化物イオン及びポリハロゲン化物イオンからなる酸化還元対と、硫黄含有化合物とを含み、前記硫黄含有化合物が、−SX基を有する化合物、−S基を有する化合物、及び−S−S−基を有する化合物からなる群より選ばれる少なくとも1種の化合物で構成され、Xは一価の陽イオンを表す光電変換素子用電解質である。 That is, the present invention is an electrolyte for a photoelectric conversion element used for a photoelectric conversion element, comprising an oxidation-reduction pair comprising a halide ion and a polyhalide ion, and a sulfur-containing compound, wherein the sulfur-containing compound is -SX. compounds having a group, -S - compounds having a group, and is composed of at least one compound selected from the group consisting of compounds having a -S-S- group, X is a photoelectric conversion element that represents a monovalent cation Electrolyte.

この光電変換素子用電解質によれば、金属配線と、金属配線を覆って電解質から保護する配線保護層と、電解質とを有する光電変換素子の電解質として用いられる場合に有用である。すなわち、光電変換素子を取り巻く温度、圧力、湿度等は時々刻々と変化する。このため、配線保護層に過大な応力が加わって亀裂等の欠陥が生じる可能性がある。ここで、−SX基を有する化合物、−S基を有する化合物、−S−S−基を有する化合物からなる硫黄含有化合物は、金属配線の表面にSAM(Self-assembled monolayer)を形成するので、金属配線に対して高い腐食性を有するポリハロゲン化物イオンよりも金属配線に吸着しやすい。このため、酸化還元対と金属配線との接触を十分に抑制することができる。従って、本発明の光電変換素子用電解質によれば、配線保護層に万一亀裂等の欠陥が生じても、金属配線の腐食を十分に抑制することができ、その結果、光電変換素子に優れた耐久性を付与することができる。 This electrolyte for a photoelectric conversion element is useful when used as an electrolyte of a photoelectric conversion element having a metal wiring, a wiring protective layer that covers the metal wiring and protects from the electrolyte, and an electrolyte. That is, the temperature, pressure, humidity, etc. surrounding the photoelectric conversion element change from moment to moment. For this reason, an excessive stress is applied to the wiring protective layer, which may cause a defect such as a crack. Wherein the compound having an -SX group, -S - a compound having a group, a sulfur-containing compound comprising a compound having an -S-S- group, because it forms a SAM (Self-assembled monolayer) on the surface of the metal wire More easily adsorbed to metal wiring than polyhalide ions having high corrosiveness to metal wiring. For this reason, the contact between the oxidation-reduction pair and the metal wiring can be sufficiently suppressed. Therefore, according to the electrolyte for a photoelectric conversion element of the present invention, even if a defect such as a crack occurs in the wiring protective layer, corrosion of the metal wiring can be sufficiently suppressed, and as a result, the photoelectric conversion element is excellent. Durability can be imparted.

上記光電変換素子用電解質において、前記硫黄含有化合物が、分子内に前記ポリハロゲン化物イオンと同極性の電荷を有する官能基をさらに含むことが好ましい。   In the above-described electrolyte for photoelectric conversion elements, it is preferable that the sulfur-containing compound further includes a functional group having a charge of the same polarity as the polyhalide ion in the molecule.

この場合、配線保護層に亀裂等の欠陥が生じ、その欠陥に硫黄含有化合物が入り込んで金属配線に吸着した後、ポリハロゲン化物イオンが金属配線に近づこうとしても、上記硫黄含有化合物に含まれる官能基とポリハロゲン化物イオンとが同極性であるため、両者の間に電気的反発力が働き、ポリハロゲン化物イオンを金属配線から遠ざけることができる。このため、上記光電変換素子用電解質によれば、金属配線の腐食をより十分に抑制することができ、その結果、光電変換素子に対してより優れた耐久性を付与することができる。   In this case, a defect such as a crack is generated in the wiring protective layer, and after the sulfur-containing compound enters the defect and is adsorbed on the metal wiring, polyhalide ions are included in the sulfur-containing compound even if they approach the metal wiring. Since the functional group and the polyhalide ion have the same polarity, an electric repulsive force acts between them, and the polyhalide ion can be kept away from the metal wiring. For this reason, according to the said electrolyte for photoelectric conversion elements, corrosion of metal wiring can be suppressed more fully, As a result, the more outstanding durability can be provided with respect to a photoelectric conversion element.

また本発明は、第1電極と、前記第1電極に対向する第2電極と、前記第1電極及び前記第2電極の間に設けられる電解質とを備え、前記第1電極が、導電性基板と、導電性基板上に設けられる酸化物半導体層と、前記導電性基板上に設けられる配線部とを有し、前記配線部が、前記導電性基板上に設けられる金属配線と、前記金属配線を覆って前記電解質から保護する配線保護層とを有し、前記電解質が、上記光電変換素子用電解質で構成される光電変換素子である。   The present invention further includes a first electrode, a second electrode facing the first electrode, and an electrolyte provided between the first electrode and the second electrode, wherein the first electrode is a conductive substrate. And an oxide semiconductor layer provided on the conductive substrate, and a wiring portion provided on the conductive substrate, the wiring portion provided on the conductive substrate, and the metal wiring And a wiring protective layer that protects the electrolyte from the electrolyte, and the electrolyte is a photoelectric conversion element composed of the electrolyte for photoelectric conversion elements.

この光電変換素子によれば、当該光電変換素子を取り巻く温度、圧力、湿度等が時々刻々と変化することにより配線保護層に亀裂等の欠陥が生じることもある。ここで、−SX基を有する化合物、−S基を有する化合物、及び−S−S−基を有する化合物などの硫黄含有化合物は、金属配線の表面にSAM(Self-assembled monolayer)を形成するので、金属配線に対して高い腐食性を有するポリハロゲン化物イオンよりも金属配線に吸着しやすい。このため、酸化還元対と金属配線との接触を十分に抑制することができる。従って、本発明の光電変換素子によれば、配線保護層に万一亀裂等の欠陥が生じても、金属配線の腐食が十分に抑制され、その結果、優れた耐久性を有することが可能となる。 According to this photoelectric conversion element, defects such as cracks may occur in the wiring protective layer due to changes in the temperature, pressure, humidity and the like surrounding the photoelectric conversion element every moment. Wherein the compound having an -SX group, -S - compound having a group, and sulfur-containing compounds such as a compound having an -S-S- group forms a SAM (Self-assembled monolayer) on the surface of the metal wire Therefore, it is more easily adsorbed to the metal wiring than polyhalide ions having high corrosiveness to the metal wiring. For this reason, the contact between the oxidation-reduction pair and the metal wiring can be sufficiently suppressed. Therefore, according to the photoelectric conversion element of the present invention, even if a defect such as a crack occurs in the wiring protective layer, corrosion of the metal wiring is sufficiently suppressed, and as a result, it is possible to have excellent durability. Become.

本発明によれば、光電変換素子に対して優れた耐久性を付与できる光電変換素子用電解質及びこれを用いた光電変換素子が提供される。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the electrolyte for photoelectric conversion elements which can provide the outstanding durability with respect to a photoelectric conversion element, and a photoelectric conversion element using the same are provided.

本発明の光電変換素子の一実施形態を示す断面図である。It is sectional drawing which shows one Embodiment of the photoelectric conversion element of this invention. 図1の電解質を示す部分断面図である。It is a fragmentary sectional view which shows the electrolyte of FIG.

以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら詳細に説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

図1は、本発明の光電変換素子の一実施形態を示す断面図、図2は、図1の電解質を示す部分断面図である。   FIG. 1 is a cross-sectional view showing an embodiment of the photoelectric conversion element of the present invention, and FIG. 2 is a partial cross-sectional view showing the electrolyte of FIG.

図1に示すように、色素増感太陽電池100は、作用極10と、作用極10に対向する対極20と、作用極10及び対極20を連結する環状の封止部30と、作用極10及び対極20との間に配置される電解質40とを備えている。   As shown in FIG. 1, the dye-sensitized solar cell 100 includes a working electrode 10, a counter electrode 20 that faces the working electrode 10, an annular sealing portion 30 that connects the working electrode 10 and the counter electrode 20, and a working electrode 10. And an electrolyte 40 disposed between the counter electrode 20 and the counter electrode 20.

対極20は、対極基板21と、対極基板21の作用極10側に設けられて電解質の還元に寄与する触媒層22とを備えている。   The counter electrode 20 includes a counter electrode substrate 21 and a catalyst layer 22 that is provided on the working electrode 10 side of the counter electrode substrate 21 and contributes to the reduction of the electrolyte.

作用極10は、透明基板11及び透明基板11の上に設けられる透明導電膜12からなる透明導電性基板15と、封止部30の内側であって透明導電性基板15の透明導電膜12の上に設けられる多孔質酸化物半導体層13と、透明導電性基板15の透明導電膜12の上に設けられる配線部16とを有している。多孔質酸化物半導体層13には光増感色素が担持されている。配線部16は、透明導電性基板15の透明導電膜12の上に設けられる金属配線17と、金属配線17を覆って電解質40から保護する配線保護層18とを有している。   The working electrode 10 includes a transparent conductive substrate 15 formed of a transparent substrate 11 and a transparent conductive film 12 provided on the transparent substrate 11, and a transparent conductive film 12 of the transparent conductive substrate 15 inside the sealing portion 30. It has a porous oxide semiconductor layer 13 provided thereon and a wiring portion 16 provided on the transparent conductive film 12 of the transparent conductive substrate 15. The porous oxide semiconductor layer 13 carries a photosensitizing dye. The wiring portion 16 includes a metal wiring 17 provided on the transparent conductive film 12 of the transparent conductive substrate 15 and a wiring protection layer 18 that covers the metal wiring 17 and protects it from the electrolyte 40.

ここで、図2に示すように、電解質40は、ハロゲン化物イオン及びポリハロゲン化物イオンからなる酸化還元対41と、硫黄含有化合物42と、有機溶媒43とを含む。ここで、硫黄含有化合物42は、−SX基を有する化合物、−S基を有する化合物、及び−S−S−基を有する化合物からなる群より選ばれる少なくとも1種の化合物で構成されている。ここで、Xは一価の陽イオンを表す。なお、図2においては、説明の便宜上、ハロゲン化物イオンとポリハロゲン化物イオンをまとめて酸化還元対41として表示しているが、実際には、ハロゲン化物イオンとポリハロゲン化物イオンは、電解質40中でまとめて酸化還元対41として存在しておらず、それぞれ別々に存在している。 Here, as shown in FIG. 2, the electrolyte 40 includes a redox pair 41 composed of halide ions and polyhalide ions, a sulfur-containing compound 42, and an organic solvent 43. Here, a sulfur-containing compound 42 is a compound having an -SX group, -S - made up of at least one compound selected from the group consisting of compounds having compound having a group, and -S-S- group . Here, X represents a monovalent cation. In FIG. 2, for convenience of explanation, halide ions and polyhalide ions are collectively shown as a redox pair 41, but actually, halide ions and polyhalide ions are present in the electrolyte 40. In summary, they do not exist as the redox pair 41 but exist separately.

上述した色素増感太陽電池100によれば、当該色素増感太陽電池100を取り巻く温度、圧力、湿度等が時々刻々と変化するため、配線保護層18に亀裂等の欠陥が生じる可能性がある。ここで、−SX基を有する化合物、−S基を有する化合物および−S−S−基を有する化合物からなる群より選ばれる少なくとも1種の化合物で構成される硫黄含有化合物42は、金属配線の表面にSAM(Self-assembled monolayer)を形成するので、金属配線17に対して高い腐食性を有するポリハロゲン化物イオンよりも金属配線17に吸着しやすい。このため、酸化還元対41と金属配線17との接触を十分に抑制することができる。従って、色素増感太陽電池100によれば、配線保護層18に万一亀裂等の欠陥が生じても、金属配線17の腐食が十分に抑制され、その結果、優れた耐久性を有することが可能となる。 According to the dye-sensitized solar cell 100 described above, the temperature, pressure, humidity, and the like surrounding the dye-sensitized solar cell 100 change from moment to moment, so that defects such as cracks may occur in the wiring protective layer 18. . Wherein the compound having an -SX group, -S - sulfur-containing compound 42 comprised of at least one compound selected from the group consisting of compounds having the compound and -S-S- groups having a group, a metal wiring Since a SAM (Self-assembled monolayer) is formed on the surface of the metal wire, it is more easily adsorbed to the metal wiring 17 than polyhalide ions having high corrosiveness to the metal wiring 17. For this reason, the contact between the oxidation-reduction pair 41 and the metal wiring 17 can be sufficiently suppressed. Therefore, according to the dye-sensitized solar cell 100, even if a defect such as a crack occurs in the wiring protective layer 18, corrosion of the metal wiring 17 is sufficiently suppressed, and as a result, it has excellent durability. It becomes possible.

次に、作用極10、対極20、封止部30、電解質40及び光増感色素について詳細に説明する。   Next, the working electrode 10, the counter electrode 20, the sealing part 30, the electrolyte 40, and the photosensitizing dye will be described in detail.

<作用極>
作用極10は、上述したように、透明基板11と、透明導電膜12と、多孔質酸化物半導体層13と、配線部16とを有している。
<Working electrode>
As described above, the working electrode 10 includes the transparent substrate 11, the transparent conductive film 12, the porous oxide semiconductor layer 13, and the wiring portion 16.

(透明基板)
透明基板11を構成する材料は、例えば透明な材料であればよく、このような透明な材料としては、例えばホウケイ酸ガラス、ソーダライムガラス、白板ガラス、石英ガラスなどのガラス、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリエチレンナフタレート(PEN)、ポリカーボネート(PC)、ポリエーテルスルフォン(PES)などが挙げられる。透明基板11の厚さは、色素増感太陽電池100のサイズに応じて適宜決定され、特に限定されるものではないが、例えば50〜10000μmの範囲にすればよい。
(Transparent substrate)
The material which comprises the transparent substrate 11 should just be a transparent material, for example, As such a transparent material, glass, such as borosilicate glass, soda lime glass, white plate glass, quartz glass, polyethylene terephthalate (PET), for example , Polyethylene naphthalate (PEN), polycarbonate (PC), polyethersulfone (PES) and the like. The thickness of the transparent substrate 11 is appropriately determined according to the size of the dye-sensitized solar cell 100 and is not particularly limited, but may be in the range of 50 to 10,000 μm, for example.

(透明導電膜)
透明導電膜12を構成する材料としては、例えばスズ添加酸化インジウム(ITO)、酸化スズ(SnO)、フッ素添加酸化スズ(FTO)、アンチモンドープ酸化錫(ATO)などの導電性金属酸化物が挙げられる。中でも、透明導電膜12は、高い耐熱性及び耐薬品性を有することから、FTOで構成されることが好ましい。透明導電膜12の厚さは例えば0.01〜2μmの範囲にすればよい。
(Transparent conductive film)
Examples of the material constituting the transparent conductive film 12 include conductive metal oxides such as tin-added indium oxide (ITO), tin oxide (SnO 2 ), fluorine-added tin oxide (FTO), and antimony-doped tin oxide (ATO). Can be mentioned. Especially, since the transparent conductive film 12 has high heat resistance and chemical resistance, it is preferable to be comprised by FTO. The thickness of the transparent conductive film 12 may be in the range of 0.01 to 2 μm, for example.

(多孔質酸化物半導体層)
多孔質酸化物半導体層13は、酸化物半導体粒子で構成されている。酸化物半導体粒子は、例えば酸化チタン(TiO)、酸化亜鉛(ZnO)、酸化タングステン(WO)、酸化ニオブ(Nb)、チタン酸ストロンチウム(SrTiO)、酸化スズ(SnO)、酸化インジウム(In)、酸化ジルコニウム(ZrO)、酸化タリウム(Ta)、酸化ランタン(La)、酸化イットリウム(Y)、酸化ホルミウム(Ho)、酸化ビスマス(Bi)、酸化セリウム(CeO)、酸化アルミニウム(Al)又はこれらの2種以上で構成される。多孔質酸化物半導体層13の厚さは通常、0.5〜50μmである。
(Porous oxide semiconductor layer)
The porous oxide semiconductor layer 13 is composed of oxide semiconductor particles. The oxide semiconductor particles include, for example, titanium oxide (TiO 2 ), zinc oxide (ZnO), tungsten oxide (WO 5 ), niobium oxide (Nb 2 O 5 ), strontium titanate (SrTiO 5 ), tin oxide (SnO 2 ). , Indium oxide (In 3 O 3 ), zirconium oxide (ZrO 2 ), thallium oxide (Ta 2 O 5 ), lanthanum oxide (La 2 O 3 ), yttrium oxide (Y 2 O 3 ), holmium oxide (Ho 2 O) 3 ), bismuth oxide (Bi 2 O 3 ), cerium oxide (CeO 2 ), aluminum oxide (Al 2 O 3 ), or two or more thereof. The thickness of the porous oxide semiconductor layer 13 is usually 0.5 to 50 μm.

(金属配線)
金属配線17は、透明導電膜12よりも低い抵抗を有する材料からなる。このような材料として、例えば金、銀、銅、アルミニウム、ニッケル、チタン及びカーボンなどが挙げられる。これらは単独で又は2種以上を組み合わせて用いることができる。中でも、金属配線17を構成する材料としては、金、銀又は銅が好ましく用いられる。金属配線17の厚さは通常、1〜100μmである。
(Metal wiring)
The metal wiring 17 is made of a material having a lower resistance than the transparent conductive film 12. Examples of such materials include gold, silver, copper, aluminum, nickel, titanium, and carbon. These can be used alone or in combination of two or more. Among these, gold, silver or copper is preferably used as a material constituting the metal wiring 17. The thickness of the metal wiring 17 is usually 1 to 100 μm.

(配線保護層)
配線保護層18は、絶縁材料で構成される。絶縁材料は、金属配線17を電解質40から保護することが可能なものであればいかなるものでもよい。絶縁材料としては、例えば、低融点ガラスフリット又はこれを含有するペースト状組成物の塗膜を焼成して得られるものが挙げられる。低融点ガラスフリットとしては、例えばホウ酸鉛系ガラス、ホウケイ酸ビスマス塩系ガラス、アルミノリン酸塩系ガラス及びリン酸亜鉛系ガラスなどのガラス成分が挙げられる。配線保護層18の厚さは通常、1〜100μmである。また、配線保護層は単層であっても複数層であっても構わない。
(Wiring protection layer)
The wiring protective layer 18 is made of an insulating material. Any insulating material may be used as long as it can protect the metal wiring 17 from the electrolyte 40. Examples of the insulating material include those obtained by firing a low melting point glass frit or a coating film of a paste-like composition containing the glass frit. Examples of the low melting glass frit include glass components such as lead borate glass, bismuth borosilicate salt glass, aluminophosphate glass, and zinc phosphate glass. The thickness of the wiring protective layer 18 is usually 1 to 100 μm. The wiring protective layer may be a single layer or a plurality of layers.

<対極>
対極20は、上述したように、対極基板21と触媒層22とを備えている。
<Counter electrode>
The counter electrode 20 includes the counter electrode substrate 21 and the catalyst layer 22 as described above.

対極基板21は、例えばチタン、ニッケル、白金、モリブデン、タングステン、ステンレス、アルミニウム等の耐食性の金属材料や、上述した透明基板11にITO、FTO等の導電性酸化物からなる膜を形成したもので構成される。対極基板21の厚さは、色素増感太陽電池100のサイズなどに応じて適宜決定され、特に限定されるものではないが、例えば0.01〜10mmとすればよい。   The counter electrode substrate 21 is formed by, for example, forming a film made of a corrosion-resistant metal material such as titanium, nickel, platinum, molybdenum, tungsten, stainless steel, or aluminum, or a film made of a conductive oxide such as ITO or FTO on the transparent substrate 11 described above. Composed. The thickness of the counter electrode substrate 21 is appropriately determined according to the size of the dye-sensitized solar cell 100, and is not particularly limited, but may be, for example, 0.01 to 10 mm.

触媒層22は、白金、炭素系材料又は導電性高分子などから構成される。   The catalyst layer 22 is composed of platinum, a carbon-based material, a conductive polymer, or the like.

<封止部>
封止部30としては、例えばアイオノマー、エチレン−ビニル酢酸無水物共重合体、エチレン−メタクリル酸共重合体、エチレン−ビニルアルコール共重合体などを含む各種変性ポリオレフィン樹脂、紫外線硬化樹脂、及び、ビニルアルコール重合体などの樹脂が挙げられる。
<Sealing part>
Examples of the sealing portion 30 include various modified polyolefin resins including, for example, ionomers, ethylene-vinyl acetic anhydride copolymers, ethylene-methacrylic acid copolymers, ethylene-vinyl alcohol copolymers, ultraviolet curable resins, and vinyl. Examples thereof include resins such as alcohol polymers.

<電解質>
電解質40は通常、電解液で構成され、この電解液は、酸化還元対41と、硫黄含有化合物42と、有機溶媒43とを含んでいる。
<Electrolyte>
The electrolyte 40 is usually composed of an electrolytic solution, and the electrolytic solution includes a redox couple 41, a sulfur-containing compound 42, and an organic solvent 43.

有機溶媒43としては、例えばアセトニトリル、メトキシアセトニトリル、メトキシプロピオニトリル、プロピオニトリル、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、ジエチルカーボネート、γ−ブチロラクトンなどを用いることができる。   As the organic solvent 43, for example, acetonitrile, methoxyacetonitrile, methoxypropionitrile, propionitrile, ethylene carbonate, propylene carbonate, diethyl carbonate, γ-butyrolactone, and the like can be used.

酸化還元対41は、ハロゲン化物イオンとポリハロゲン化物イオンとからなる。酸化還元対41としては、例えばヨウ化物イオン及びポリヨウ化物イオンからなる対のほか、臭素イオン及びポリ臭化物イオンからなる対などが挙げられる。   The oxidation-reduction pair 41 is composed of halide ions and polyhalide ions. Examples of the redox pair 41 include a pair consisting of iodide ion and polyiodide ion, and a pair consisting of bromine ion and polybromide ion.

硫黄含有化合物42は、−SX基を有する化合物、−S基を有する化合物、及び−S−S−基を有する化合物からなる群より選ばれる少なくとも1種の化合物であればよい。ここで、Xは一価の陽イオンを表す。 Sulfur-containing compounds 42 include compounds having an -SX group, -S - may be at least one compound selected from the group consisting of compounds having compound having a group, and -S-S- group. Here, X represents a monovalent cation.

−SX基を有する化合物は、下記式(1)で表すことができる。

Figure 2014071950
式(1)中、Rは特に制限されないが、Rとしては、例えば置換若しくは無置換の複素環基、置換若しくは無置換の炭素数1〜5のアルキル基、置換若しくは無置換のオリゴエチレングリコール基などが挙げられる。 The compound having a —SX group can be represented by the following formula (1).
Figure 2014071950
In formula (1), R 1 is not particularly limited. Examples of R 1 include a substituted or unsubstituted heterocyclic group, a substituted or unsubstituted alkyl group having 1 to 5 carbon atoms, and a substituted or unsubstituted oligoethylene. A glycol group etc. are mentioned.

mは、Rに結合する−SX基の数を表す。mは特に限定されないが、通常は1〜3程度のものを用いることができる。 m represents the number of —SX groups bonded to R 1 . Although m is not particularly limited, usually about 1 to 3 can be used.

Xは一価の陽イオンであればよい。Xとしては、例えば水素イオン、一価の無機カチオンおよび一価の有機カチオンなどが挙げられる。一価の無機カチオンとしては、例えばナトリウムイオン、カリウムイオンなどが挙げられる。一価の有機カチオンとしては、例えばアンモニウムイオン、四級化イミダゾリウムイオンなどが挙げられる。   X may be a monovalent cation. Examples of X include a hydrogen ion, a monovalent inorganic cation, and a monovalent organic cation. Examples of the monovalent inorganic cation include sodium ion and potassium ion. Examples of monovalent organic cations include ammonium ions and quaternized imidazolium ions.

上記式(1)で表される化合物としては、例えば2−メルカプトベンゾチアゾールなどのチアゾール系化合物、2−メルカプトピリミジンなどのピリミジン系化合物、2−メルカプト−1,3,4−チアジアゾール、2,5−ジメルカプト−1,3,4−チアジアゾールなどのチアジアゾール系化合物、およびトリチオシアヌリック酸(1,3,5−トリアジン−2,4,6−トリチオール)などが挙げられる。これらは単独で又は2種以上を組み合せて用いることができる。   Examples of the compound represented by the above formula (1) include thiazole compounds such as 2-mercaptobenzothiazole, pyrimidine compounds such as 2-mercaptopyrimidine, 2-mercapto-1,3,4-thiadiazole, 2,5 -Thiadiazole compounds such as dimercapto-1,3,4-thiadiazole, trithiocyanuric acid (1,3,5-triazine-2,4,6-trithiol) and the like. These can be used alone or in combination of two or more.

−S基を有する化合物としては、上記式(1)で表される化合物における−SX基の少なくとも一部において電離によりXが脱離したものが挙げられる。 -S - The compound having a group, by ionizing at least part of the -SX group in the compound represented by the above formula (1) X + can be mentioned those desorbed.

−S−S−基を有する化合物としては、例えば下記式(2)で表される化合物が挙げられる。

Figure 2014071950
式(2)中、RおよびRは特に制限されるものではなく、RおよびRとしては、Rと同様の基を選ぶことができる。 Examples of the compound having a -S-S- group include a compound represented by the following formula (2).
Figure 2014071950
In formula (2), R 2 and R 3 are not particularly limited, and R 2 and R 3 can be the same group as R 1 .

式(2)で表される化合物としては、例えば2,5−ジメルカプト−1,3,4−チアジアゾールなどのチアジアゾール系化合物の二量体などが挙げられる。   Examples of the compound represented by the formula (2) include dimers of thiadiazole compounds such as 2,5-dimercapto-1,3,4-thiadiazole.

硫黄含有化合物42は、分子内にポリハロゲン化物イオンと同極性の電荷を有する官能基を含むとさらに好ましい。すなわち、硫黄含有化合物42は、負電荷を有する官能基を含むとさらに好ましい。   More preferably, the sulfur-containing compound 42 includes a functional group having a charge of the same polarity as that of the polyhalide ion in the molecule. That is, it is more preferable that the sulfur-containing compound 42 includes a functional group having a negative charge.

この場合、配線保護層18に亀裂等の欠陥が生じ、その亀裂等の欠陥に硫黄含有化合物42が入り込んで金属配線17に吸着した後、ポリハロゲン化物イオンが金属配線17に近づこうとしても、上記硫黄含有化合物42に含まれる官能基とポリハロゲン化物イオンとが同極性であるため、両者の間に電気的反発力が働き、ポリハロゲン化物イオンを金属配線17から遠ざけることができる。このため、電解質40によれば、金属配線17の腐食をより十分に抑制することができ、その結果、色素増感太陽電池100に対してより優れた耐久性を付与することができる。   In this case, a defect such as a crack occurs in the wiring protective layer 18, and the sulfur compound 42 enters the defect such as the crack and is adsorbed to the metal wiring 17, and then the polyhalide ions approach the metal wiring 17. Since the functional group contained in the sulfur-containing compound 42 and the polyhalide ion have the same polarity, an electrical repulsive force acts between them, and the polyhalide ion can be kept away from the metal wiring 17. For this reason, according to the electrolyte 40, corrosion of the metal wiring 17 can be suppressed more sufficiently, and as a result, more excellent durability can be imparted to the dye-sensitized solar cell 100.

負電荷を有する官能基としては、例えばカルボキシル基、スルホ基、スルホニル基及びホスホリル基などが挙げられる。硫黄含有化合物42は、これらを1種類単独で含んでもよいし、2種以上の組合せを含んでいてもよい。   Examples of the functional group having a negative charge include a carboxyl group, a sulfo group, a sulfonyl group, and a phosphoryl group. The sulfur-containing compound 42 may contain one kind alone or two or more kinds in combination.

これらの負電荷を有する官能基は、例えば式(1)における置換複素環基、置換アルキル基などの置換基として導入することができる。   These functional groups having a negative charge can be introduced as substituents such as a substituted heterocyclic group and a substituted alkyl group in the formula (1).

硫黄含有化合物42の分子サイズは、特に制限されるものではないが、酸化還元対41に含まれるポリハロゲン化物イオンの分子サイズ以下であることが好ましい。   The molecular size of the sulfur-containing compound 42 is not particularly limited, but is preferably equal to or smaller than the molecular size of the polyhalide ion contained in the redox couple 41.

この場合、配線保護層18に亀裂等の欠陥が生じた場合に、その亀裂等の欠陥が、ポリハロゲン化物イオンが侵入できる程度の大きさであっても、硫黄含有化合物42はその亀裂等の欠陥に入り込みやすくなり、金属配線17に容易に吸着することができる。このため、硫黄含有化合物42の分子サイズが、ポリハロゲン化物イオンの分子サイズを超える場合に比べて、金属配線17とポリヨウ化物イオンとの接触をより十分に抑制することができる。例えば、トリヨウ化物イオンの長手方向の分子サイズは約6Å程度と見積もられている。   In this case, when a defect such as a crack occurs in the wiring protective layer 18, even if the defect such as the crack is large enough to allow polyhalide ions to enter, the sulfur-containing compound 42 does not have the crack or the like. It becomes easy to enter a defect and can be easily adsorbed to the metal wiring 17. For this reason, compared with the case where the molecular size of the sulfur containing compound 42 exceeds the molecular size of a polyhalide ion, the contact with the metal wiring 17 and a polyiodide ion can be suppressed more fully. For example, the molecular size in the longitudinal direction of triiodide ions is estimated to be about 6 cm.

電解質40中の硫黄含有化合物42の濃度は、特に限定されないが、通常は1〜500mMである。   The concentration of the sulfur-containing compound 42 in the electrolyte 40 is not particularly limited, but is usually 1 to 500 mM.

なお、電解質40は、有機溶媒43に代えて、イオン液体を用いてよい。また電解質40は、有機溶媒43に代えて、イオン液体と有機溶媒43との混合物を用いてもよい。また、これらの溶媒が酸化還元対41を形成するためのソースを兼ねても構わない。イオン液体としては、例えばピリジニウム塩、イミダゾリウム塩、トリアゾリウム塩、アンモニウム塩、ピロリジニウム塩等の既知のヨウ化物塩、ビストリフルオロメチルスルホニルイミド塩、テトラシアノホウ酸塩等であって、室温付近で溶融状態にある常温溶融塩が用いられる。このような常温溶融塩としては、例えば1−ヘキシル−3−メチルイミダゾリウムヨーダイド、1−プロピル−3−メチルイミダゾリウムヨーダイド、1−エチル−3−プロピルイミダゾリウムヨーダイド、ジメチルイミダゾリウムアイオダイド、エチルメチルイミダゾリウムアイオダイド、ジメチルプロピルイミダゾリウムアイオダイド、ブチルメチルイミダゾリウムアイオダイド、又は、メチルプロピルイミダゾリウムアイオダイドなどが好適に用いられる。また、電解質40には添加剤を加えることができる。添加剤としては、LiI、I、4−t−ブチルピリジン、グアニジウムチオシアネート、1−メチルベンゾイミダゾール、1-ブチルベンゾイミダゾールなどが挙げられる。また、電解質40はポリフッ化ビニリデン、ポリエチレンオキサイド誘導体、アミノ酸誘導体などの高分子からなる有機系ゲル化剤やSiO、TiO、カーボンナノチューブなどの無機ナノ粒子などによりゲル化されていても構わない。 The electrolyte 40 may use an ionic liquid instead of the organic solvent 43. The electrolyte 40 may use a mixture of an ionic liquid and the organic solvent 43 instead of the organic solvent 43. These solvents may also serve as a source for forming the redox couple 41. Examples of the ionic liquid include known iodide salts such as pyridinium salt, imidazolium salt, triazolium salt, ammonium salt, pyrrolidinium salt, bistrifluoromethylsulfonylimide salt, tetracyanoborate, etc. A room temperature molten salt in a state is used. Examples of such room temperature molten salts include 1-hexyl-3-methylimidazolium iodide, 1-propyl-3-methylimidazolium iodide, 1-ethyl-3-propylimidazolium iodide, and dimethylimidazolium iodide. Dide, ethylmethylimidazolium iodide, dimethylpropylimidazolium iodide, butylmethylimidazolium iodide, methylpropylimidazolium iodide, or the like is preferably used. An additive can be added to the electrolyte 40. As the additive, LiI, I 2, 4- t- butylpyridine, guanidinium thiocyanate, 1-methylbenzimidazole, 1-butyl-benzimidazole and the like. The electrolyte 40 may be gelled with an organic gelling agent made of a polymer such as polyvinylidene fluoride, a polyethylene oxide derivative, or an amino acid derivative, or inorganic nanoparticles such as SiO 2 , TiO 2 , or a carbon nanotube. .

<光増感色素>
光増感色素としては、例えばビピリジン構造、ターピリジン構造などを配位子として含むルテニウム錯体、ポルフィリン、フタロシアニンなどの含金属錯体、エオシン、ローダミン、メロシアニンなどの有機色素が挙げられる。中でも、ターピリジン構造を含む配位子を有するルテニウム錯体が好ましい。この場合、色素増感太陽電池100の光電変換特性をより向上させることができる。
<Photosensitizing dye>
Examples of the photosensitizing dye include a ruthenium complex containing a bipyridine structure, a terpyridine structure or the like as a ligand, a metal-containing complex such as porphyrin or phthalocyanine, and an organic dye such as eosin, rhodamine or merocyanine. Among these, a ruthenium complex having a ligand containing a terpyridine structure is preferable. In this case, the photoelectric conversion characteristics of the dye-sensitized solar cell 100 can be further improved.

次に、上記色素増感太陽電池100の製造方法について説明する。但し、以下の製造方法は一例であって、手順などはこれに限定されるものではない。   Next, a method for producing the dye-sensitized solar cell 100 will be described. However, the following manufacturing method is an example, and the procedure is not limited thereto.

まず1つの透明基板11の上に、透明導電膜12を形成してなる透明導電性基板15を用意する。   First, a transparent conductive substrate 15 formed by forming a transparent conductive film 12 on one transparent substrate 11 is prepared.

透明導電膜12の形成方法としては、スパッタ法、蒸着法、スプレー熱分解法及びCVD法などが用いられる。   As a method for forming the transparent conductive film 12, a sputtering method, a vapor deposition method, a spray pyrolysis method, a CVD method, or the like is used.

次に、透明導電膜12の上に金属配線17を形成する。金属配線17は、例えば、導電材を含むペーストを透明導電膜12上に塗布し、乾燥させた後、焼成することによって得ることができる。金属配線17は、他にも、めっき、スパッタ、溶接などによっても形成することができ、特に手法を限定されることなく形成することができる。   Next, a metal wiring 17 is formed on the transparent conductive film 12. The metal wiring 17 can be obtained by, for example, applying a paste containing a conductive material on the transparent conductive film 12, drying it, and baking it. In addition, the metal wiring 17 can be formed by plating, sputtering, welding, or the like, and can be formed without any particular limitation.

次に、透明導電膜12の上の領域であって、金属配線17に囲まれる領域に、多孔質酸化物半導体層13を形成する。多孔質酸化物半導体層13は、酸化物半導体粒子を含む多孔質酸化物半導体層形成用ペーストを塗布した後、焼成して形成する。   Next, the porous oxide semiconductor layer 13 is formed in a region on the transparent conductive film 12 and surrounded by the metal wiring 17. The porous oxide semiconductor layer 13 is formed by applying a porous oxide semiconductor layer forming paste containing oxide semiconductor particles and then baking.

酸化物半導体層形成用ペーストは、一般に上述した酸化物半導体粒子のほか、ポリエチレングリコールなどの樹脂及び、テレピネオールなどの溶媒を含む。   The oxide semiconductor layer forming paste generally contains a resin such as polyethylene glycol and a solvent such as terpineol in addition to the oxide semiconductor particles described above.

酸化物半導体層形成用ペーストの塗布方法としては、例えばスクリーン印刷法、ドクターブレード法、インクジェットプリント法、ロールコート法、スピンコート法、スプレー塗布法、バーコート法などを用いることができる。   As a coating method of the oxide semiconductor layer forming paste, for example, a screen printing method, a doctor blade method, an ink jet printing method, a roll coating method, a spin coating method, a spray coating method, a bar coating method, or the like can be used.

焼成温度は酸化物半導体粒子や基材の材質などにより異なるが、ガラス基板を用いる場合には通常は350〜600℃であり、焼成時間も、酸化物半導体粒子、添加物、溶媒の材質などにより異なるが、通常は0.5〜5時間である。   The firing temperature varies depending on the material of the oxide semiconductor particles and the base material, but when a glass substrate is used, it is usually 350 to 600 ° C., and the firing time also depends on the material of the oxide semiconductor particles, additives, solvent, etc. Although it varies, it is usually 0.5 to 5 hours.

次に、金属配線17上に以下のようにして配線保護層18を形成する。   Next, the wiring protective layer 18 is formed on the metal wiring 17 as follows.

配線保護層18の形成法についても特に限定されるものはないが、一例として絶縁ペーストによるものについて説明する。まず配線保護層18を形成するための絶縁材料を含む絶縁ペーストを準備する。続いて、この絶縁ペーストを、例えばスクリーン印刷法やディスペンスなどの手法により金属配線17を被覆するように塗布する。その後、上記絶縁材料を加熱処理する。こうして、金属配線17を配線保護層18で被覆して配線部16が得られる。   The method for forming the wiring protective layer 18 is not particularly limited, but an example using an insulating paste will be described. First, an insulating paste containing an insulating material for forming the wiring protective layer 18 is prepared. Subsequently, this insulating paste is applied so as to cover the metal wiring 17 by a method such as screen printing or dispensing. Thereafter, the insulating material is heat-treated. In this way, the wiring part 16 is obtained by covering the metal wiring 17 with the wiring protective layer 18.

こうして作用極10が得られる。   Thus, the working electrode 10 is obtained.

次に、作用極10の多孔質酸化物半導体層13の表面に、上述した光増感色素を吸着させる。このためには、作用極10を、光増感色素を含有する溶液の中に浸漬させ、その光増感色素を多孔質酸化物半導体層13に吸着させた後に上記溶液の溶媒成分で余分な光増感色素を洗い流し、乾燥させることで、光増感色素を多孔質酸化物半導体層13に吸着させればよい。   Next, the above-described photosensitizing dye is adsorbed on the surface of the porous oxide semiconductor layer 13 of the working electrode 10. For this purpose, the working electrode 10 is immersed in a solution containing a photosensitizing dye, the photosensitizing dye is adsorbed on the porous oxide semiconductor layer 13, and then the solvent component of the solution is used to add an excess. The photosensitizing dye may be adsorbed on the porous oxide semiconductor layer 13 by washing away the photosensitizing dye and drying it.

次に、多孔質酸化物半導体層13の上に電解質40を配置する。このとき、電解質40は、酸化還元対41と硫黄含有化合物42とを有機溶媒43中に溶解させることにより得ることができる。電解質40は、例えば作用極10上に塗布することにより配置することが可能である。   Next, the electrolyte 40 is disposed on the porous oxide semiconductor layer 13. At this time, the electrolyte 40 can be obtained by dissolving the redox couple 41 and the sulfur-containing compound 42 in the organic solvent 43. The electrolyte 40 can be disposed, for example, by being applied on the working electrode 10.

次に、対極20を用意する。対極20は、対極基板21の上に触媒層22を形成することにより得ることができる。触媒層22の形成方法としては、スパッタ法、スクリーン印刷法、又は、蒸着法などが用いられる。   Next, the counter electrode 20 is prepared. The counter electrode 20 can be obtained by forming the catalyst layer 22 on the counter electrode substrate 21. As a method for forming the catalyst layer 22, a sputtering method, a screen printing method, a vapor deposition method, or the like is used.

次に、上記のようにして得られた対極20を、作用極10と対極20との間に電解質40を配置するように重ね合わせた後、封止部形成体を介して作用極10と対極20とを貼り合せる。こうして作用極10と対極20との間に封止部30が形成される。   Next, the counter electrode 20 obtained as described above is overlaid so that the electrolyte 40 is disposed between the working electrode 10 and the counter electrode 20, and then the working electrode 10 and the counter electrode are interposed through the sealing portion forming body. 20 and pasted together. Thus, the sealing portion 30 is formed between the working electrode 10 and the counter electrode 20.

以上のようにして色素増感太陽電池100が得られる。   The dye-sensitized solar cell 100 is obtained as described above.

本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。例えば上記実施形態では、透明導電性基板15の透明導電膜12上に多孔質酸化物半導体層13が設けられ、こちら側から受光する構造となっているが、多孔質酸化物半導体層13が形成される基材に不透明な材料(例えば金属基板)を用い、対極20を形成する基材に透明な材料を用いて対極側から受光する構造をとっても構わず、さらに、両面から受光する構造としても構わない。   The present invention is not limited to the above embodiment. For example, in the above embodiment, the porous oxide semiconductor layer 13 is provided on the transparent conductive film 12 of the transparent conductive substrate 15 to receive light from this side, but the porous oxide semiconductor layer 13 is formed. An opaque material (for example, a metal substrate) may be used for the base material to be formed, a transparent material may be used for the base material for forming the counter electrode 20, and a structure for receiving light from the counter electrode side may be employed. I do not care.

以下、本発明の内容を、実施例を挙げてより具体的に説明するが、本発明は下記の実施例に限定されるものではない。   Hereinafter, the content of the present invention will be described more specifically with reference to examples. However, the present invention is not limited to the following examples.

(実施例1)
はじめに、以下のようにして作用極を作製した。まず20cm×20cm×4mmのFTO膜付きガラス基板を準備した。続いて、FTO膜付きガラス基板のうちFTO膜側の表面上に、金属配線形成用の銀ペーストを、スクリーン印刷法によって格子状に印刷し、130℃で乾燥させた。このとき、銀ペーストとしては、焼成後の体積抵抗率が約3×10−6Ωcmのものを用いた。具体的には、銀ペーストは、主に、銀粒子と、バインダ材となるガラスフリットと、増粘剤および溶剤とで構成した。そして、乾燥後の塗膜を500℃で焼結することにより金属配線を形成した。
Example 1
First, a working electrode was produced as follows. First, a glass substrate with an FTO film of 20 cm × 20 cm × 4 mm was prepared. Subsequently, a silver paste for forming a metal wiring was printed in a grid pattern on the surface on the FTO film side of the glass substrate with an FTO film by a screen printing method and dried at 130 ° C. At this time, a silver paste having a volume resistivity after firing of about 3 × 10 −6 Ωcm was used. Specifically, the silver paste was mainly composed of silver particles, a glass frit serving as a binder material, a thickener, and a solvent. And the metal wiring was formed by sintering the coating film after drying at 500 degreeC.

次に、FTO膜付きガラス基板のうちFTO膜の表面上であって、金属配線で囲まれる領域に、スクリーン印刷法によって平均粒径約20nmの酸化チタンを含む多孔質酸化物半導体層形成用ペーストを塗布し、乾燥した。その後、この塗膜を500℃で1時間焼成することにより、FTO膜付きガラス基板上に、厚さ12μmの多孔質酸化物半導体層を形成した。こうして作用極を作製した。   Next, a paste for forming a porous oxide semiconductor layer containing titanium oxide having an average particle diameter of about 20 nm by a screen printing method in a region surrounded by metal wiring on the surface of the FTO film of the glass substrate with an FTO film Was applied and dried. Thereafter, this coating film was baked at 500 ° C. for 1 hour to form a porous oxide semiconductor layer having a thickness of 12 μm on the glass substrate with the FTO film. Thus, a working electrode was produced.

次に、低融点ガラスフリットを主成分として含む絶縁ペーストを準備し、この絶縁ペーストを、スクリーン印刷法によって金属配線を被覆するように塗布した。次いで、この絶縁ペーストを乾燥した後、480℃で1時間焼成することにより、厚さ約15μm(金属配線中央部)の配線保護層を形成した。こうして配線部を有する構造体を得た。   Next, an insulating paste containing a low-melting glass frit as a main component was prepared, and this insulating paste was applied so as to cover the metal wiring by a screen printing method. Next, this insulating paste was dried and then baked at 480 ° C. for 1 hour to form a wiring protective layer having a thickness of about 15 μm (metal wiring central portion). Thus, a structure having a wiring part was obtained.

次に、上記のようにして得た作用極を、光増感色素としてのルテニウムビピリジン錯体であるN719色素をアセトニトリルとt−ブタノールの混合溶媒中に溶解してなる色素溶液中に一昼夜浸漬して作用極に光増感色素を担持させた。   Next, the working electrode obtained as described above was immersed overnight in a dye solution obtained by dissolving N719 dye, which is a ruthenium bipyridine complex as a photosensitizing dye, in a mixed solvent of acetonitrile and t-butanol. A photosensitizing dye was supported on the working electrode.

次いで、3−メトキシプロピオニトリルからなる溶媒中に、ヨウ素、3−ヘキシル−1−メチルイミダゾリウムヨウ化物塩、グアニジンチオシアネート、N−メチルベンズイミダゾール、2−メルカプトベンゾチアゾールを溶解してなる電解質を調製した。このとき、硫黄含有化合物である2−メルカプトベンゾチアゾールの電解質中の濃度が4mMとなるようにした。そして、この電解質を、水平に配置した上記作用極の上に多孔質酸化物半導体層及び配線部を覆うように配置した。   Next, an electrolyte obtained by dissolving iodine, 3-hexyl-1-methylimidazolium iodide salt, guanidine thiocyanate, N-methylbenzimidazole, 2-mercaptobenzothiazole in a solvent composed of 3-methoxypropionitrile. Prepared. At this time, the concentration of 2-mercaptobenzothiazole, which is a sulfur-containing compound, in the electrolyte was 4 mM. And this electrolyte was arrange | positioned so that a porous oxide semiconductor layer and a wiring part may be covered on the said working electrode arrange | positioned horizontally.

次に、対極を用意した。対極は、作用極と同程度の大きさであって、厚さ40μmのチタン箔の上にスパッタリング法によって厚さ8nmの白金からなる触媒層を形成することによって用意した。   Next, a counter electrode was prepared. The counter electrode had the same size as the working electrode, and was prepared by forming a catalyst layer made of platinum having a thickness of 8 nm on a titanium foil having a thickness of 40 μm by a sputtering method.

そして、作製した作用極および対極を、両極間に電解質を配置した状態で封止部形成体を介して対向配置し、封止部形成体を加熱融着することでセルを封止した。封止作業は、試料を減圧環境下に置いた状態で実施した。こうして色素増感太陽電池を得た。   And the produced working electrode and counter electrode were opposingly arranged through the sealing part formation body in the state which arrange | positioned electrolyte between both electrodes, and the cell was sealed by heat-sealing the sealing part formation body. The sealing operation was performed with the sample placed in a reduced pressure environment. Thus, a dye-sensitized solar cell was obtained.

(実施例2)
電解質を調製する際に、溶媒中に溶解させる硫黄含有化合物として、2−メルカプトベンゾチアゾールを、2−メルカプトピリミジンに変更したこと以外は実施例1と同様にして色素増感太陽電池を得た。
(Example 2)
When preparing the electrolyte, a dye-sensitized solar cell was obtained in the same manner as in Example 1 except that 2-mercaptobenzothiazole was changed to 2-mercaptopyrimidine as a sulfur-containing compound to be dissolved in a solvent.

(実施例3)
電解質を調製する際に、溶媒中に溶解させる硫黄含有化合物として、2−メルカプトベンゾチアゾールを、2−メルカプト−1,3,4−チアジアゾールに変更したこと以外は実施例1と同様にして色素増感太陽電池を得た。
(Example 3)
When the electrolyte was prepared, the dye increase was performed in the same manner as in Example 1 except that 2-mercaptobenzothiazole was changed to 2-mercapto-1,3,4-thiadiazole as a sulfur-containing compound to be dissolved in the solvent. A solar cell was obtained.

(実施例4)
電解質を調製する際に、溶媒中に溶解させる硫黄含有化合物として、2−メルカプトベンゾチアゾールを、トリチオシアヌリック酸に変更したこと以外は実施例1と同様にして色素増感太陽電池を得た。
Example 4
When the electrolyte was prepared, a dye-sensitized solar cell was obtained in the same manner as in Example 1 except that 2-mercaptobenzothiazole was changed to trithiocyanuric acid as a sulfur-containing compound to be dissolved in the solvent. .

(実施例5)
電解質を調製する際に、溶媒中に溶解させる硫黄含有化合物として、2−メルカプトベンゾチアゾールを、2−メルカプト−1,3,4−チアジアゾールのカリウム塩に変更したこと以外は実施例1と同様にして色素増感太陽電池を得た。
(Example 5)
As in Example 1, except that 2-mercaptobenzothiazole was changed to a potassium salt of 2-mercapto-1,3,4-thiadiazole as a sulfur-containing compound to be dissolved in a solvent when the electrolyte was prepared. Thus, a dye-sensitized solar cell was obtained.

(実施例6)
電解質を調製する際に、溶媒中に溶解させる硫黄含有化合物として、2−メルカプトベンゾチアゾールを、2−メルカプトベンゾチアゾールの二量体(2−メルカプトベンゾチアゾールを酸化してジスルフィド化したもの)に変更したこと以外は実施例1と同様にして色素増感太陽電池を得た。
(Example 6)
When preparing an electrolyte, 2-mercaptobenzothiazole is changed to a dimer of 2-mercaptobenzothiazole (a product obtained by oxidizing and disulfating 2-mercaptobenzothiazole) as a sulfur-containing compound to be dissolved in a solvent. Except that, a dye-sensitized solar cell was obtained in the same manner as in Example 1.

(実施例7)
電解質を調製する際に、溶媒中に溶解させる硫黄含有化合物として、2−メルカプトベンゾチアゾールを、5−カルボキシ−1−ペンタンチオールに変更したこと以外は実施例1と同様にして色素増感太陽電池を得た。
(Example 7)
Dye-sensitized solar cell in the same manner as in Example 1 except that 2-mercaptobenzothiazole was changed to 5-carboxy-1-pentanethiol as a sulfur-containing compound to be dissolved in a solvent when preparing the electrolyte. Got.

(比較例1)
電解質を調製する際に、溶媒中に硫黄含有化合物である2−メルカプトベンゾチアゾールを溶解させなかったこと以外は実施例1と同様にして色素増感太陽電池を得た。
(Comparative Example 1)
When preparing the electrolyte, a dye-sensitized solar cell was obtained in the same manner as in Example 1 except that 2-mercaptobenzothiazole, which is a sulfur-containing compound, was not dissolved in the solvent.

<光電変換特性の評価>
実施例1〜7及び比較例1で得られた色素増感太陽電池について、光電変換効率(η)を測定した。続いて、色素増感太陽電池について、60℃の環境下で300h放置した後の光電変換効率(η)を測定した。そして、下記式:光電変換効率の低下率(%)=(η−η)/η×100
に基づき、光電変換効率の低下率を算出した。結果を表1に示す。
<Evaluation of photoelectric conversion characteristics>
For the dye-sensitized solar cells obtained in Examples 1 to 7 and Comparative Example 1, the photoelectric conversion efficiency (η 0 ) was measured. Subsequently, the photoelectric conversion efficiency (η) after leaving the dye-sensitized solar cell for 300 hours in an environment of 60 ° C. was measured. And the following formula: Reduction rate of photoelectric conversion efficiency (%) = (η−η 0 ) / η 0 × 100
Based on the above, the reduction rate of the photoelectric conversion efficiency was calculated. The results are shown in Table 1.

表1に示す結果より、実施例1〜7の色素増感太陽電池は、比較例1の色素増感太陽電池に比べて、光電変換効率の低下率が低いことが分かった。   From the results shown in Table 1, it was found that the dye-sensitized solar cells of Examples 1 to 7 had a lower rate of decrease in photoelectric conversion efficiency than the dye-sensitized solar cell of Comparative Example 1.

以上より、本発明の電解質によれば、光電変換素子に対して、優れた耐久性を付与できることが確認された。

Figure 2014071950
As mentioned above, according to the electrolyte of this invention, it was confirmed that the outstanding durability can be provided with respect to a photoelectric conversion element.

Figure 2014071950

10…作用極(第1電極)
13…多孔質酸化物半導体層
15…透明導電性基板(導電性基板)
16…配線部
17…金属配線
18…配線保護層
20…対極(第2電極)
40…電解質
41…酸化還元対
42…硫黄含有化合物
100…色素増感太陽電池(光電変換素子)
10 ... Working electrode (first electrode)
13 ... Porous oxide semiconductor layer 15 ... Transparent conductive substrate (conductive substrate)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 16 ... Wiring part 17 ... Metal wiring 18 ... Wiring protective layer 20 ... Counter electrode (2nd electrode)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 40 ... Electrolyte 41 ... Redox couple 42 ... Sulfur containing compound 100 ... Dye-sensitized solar cell (photoelectric conversion element)

Claims (3)

光電変換素子に用いられる光電変換素子用電解質であって、
ハロゲン化物イオン及びポリハロゲン化物イオンからなる酸化還元対と、
硫黄含有化合物とを含み、
前記硫黄含有化合物が、−SX基を有する化合物、−S基を有する化合物、及び−S−S−基を有する化合物からなる群より選ばれる少なくとも1種の化合物で構成され、Xは一価の陽イオンを表す光電変換素子用電解質。
An electrolyte for a photoelectric conversion element used for a photoelectric conversion element,
A redox couple consisting of halide and polyhalide ions;
A sulfur-containing compound,
Said sulfur-containing compound is a compound having an -SX group, -S - composed of at least one compound selected from the group consisting of compounds having compound having a group, and -S-S- group, X is a monovalent An electrolyte for a photoelectric conversion element that represents a positive ion.
前記硫黄含有化合物が、分子内に前記ポリハロゲン化物イオンと同極性の電荷を有する官能基をさらに含む、請求項1に記載の光電変換素子用電解質。   The electrolyte for a photoelectric conversion element according to claim 1, wherein the sulfur-containing compound further includes a functional group having a charge of the same polarity as the polyhalide ion in the molecule. 第1電極と、
前記第1電極に対向する第2電極と、
前記第1電極及び前記第2電極の間に設けられる電解質とを備え、
前記第1電極が、
導電性基板と、
導電性基板上に設けられる酸化物半導体層と、
前記導電性基板上に設けられる配線部とを有し、
前記配線部が、前記導電性基板上に設けられる金属配線と、
前記金属配線を覆って前記電解質から保護する配線保護層とを有し、
前記電解質が、請求項1又は2のいずれか一項に記載の光電変換素子用電解質で構成される光電変換素子。
A first electrode;
A second electrode facing the first electrode;
An electrolyte provided between the first electrode and the second electrode,
The first electrode is
A conductive substrate;
An oxide semiconductor layer provided over a conductive substrate;
A wiring portion provided on the conductive substrate;
The wiring part is provided with a metal wiring provided on the conductive substrate;
A wiring protective layer that covers the metal wiring and protects it from the electrolyte;
The photoelectric conversion element comprised with the electrolyte for photoelectric conversion elements as described in any one of Claim 1 or 2 in which the said electrolyte is.
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