JP2016018897A - Method for forming photoelectrode base material layer used for dye-sensitized solar battery, base material for dye-sensitized solar batteries, method for manufacturing dye-sensitized solar battery, and dye-sensitized solar battery - Google Patents

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Hironori Arakawa
裕則 荒川
弘宜 小澤
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弘宜 小澤
直之 柴山
Naoyuki Shibayama
直之 柴山
知弘 齊藤
Tomohiro Saito
知弘 齊藤
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for forming a photoelectrode base material layer used for a dye-sensitized solar battery, which enables the shortening of a manufacturing time and makes difficult to cause surface delamination.SOLUTION: A method for forming a photoelectrode base material layer 4 used for a dye-sensitized solar battery having a transparent electrode 1 and a photoelectric conversion layer including a metal oxide photoelectrode base material layer 4 and a sensitizing dye adsorbed thereon comprises: a metal mask-setting step for disposing, over the transparent electrode 1, a metal mask 30 having an opening 30a for forming the photoelectrode base material layer 4; a squeegee step for applying a metal oxide-containing paste 14 onto the transparent electrode 1 in the opening 30a with a squeegee 31; a metal mask-removing step for removing the metal mask 30, thereby forming a paste layer 14A shaped so as to follow the geometry of the opening 30a on the transparent electrode 1; and a dry step for drying the paste layer 14A, thereby forming the photoelectrode base material layer 4.SELECTED DRAWING: Figure 2

Description

本発明は、色素増感太陽電池に用いる光電極基材層の形成方法、色素増感太陽電池用基材、色素増感太陽電池の製造方法、および色素増感太陽電池に関する。   The present invention relates to a method for forming a photoelectrode substrate layer used for a dye-sensitized solar cell, a substrate for a dye-sensitized solar cell, a method for producing a dye-sensitized solar cell, and a dye-sensitized solar cell.

従来、ガラス板などの透明基板上に透明導電膜が形成されてなる透明電極と、導電性基板からなる対向電極と、これら両電極間に配置される例えばヨウ素系の電解質層と、透明電極と対向電極の間であって、かつ透明電極の表面に配置された光電変換層と、を備える色素増感太陽電池が知られている。
このような色素増感太陽電池における光電変換層としては、例えば、酸化チタン(TiO)などの金属酸化物を形成した後、ルテニウムや有機色素などの増感色素を吸着させたものが知られている。
光電変換層に用いる金属酸化物としては、例えば、酸化チタン、酸化亜鉛などの金属酸化物のナノ粒子が用いられている。
Conventionally, a transparent electrode in which a transparent conductive film is formed on a transparent substrate such as a glass plate, a counter electrode made of a conductive substrate, for example, an iodine-based electrolyte layer disposed between both electrodes, and a transparent electrode There is known a dye-sensitized solar cell including a photoelectric conversion layer disposed between opposing electrodes and on the surface of a transparent electrode.
As a photoelectric conversion layer in such a dye-sensitized solar cell, for example, a layer obtained by forming a metal oxide such as titanium oxide (TiO 2 ) and then adsorbing a sensitizing dye such as ruthenium or an organic dye is known. ing.
As the metal oxide used in the photoelectric conversion layer, for example, metal oxide nanoparticles such as titanium oxide and zinc oxide are used.

このような色素増感太陽電池の製造方法の例として、特許文献1には、透光性基板としてプラスチック製基板を用いることができるように、チタニア粒子を含有する水性ペースト塗布して塗膜を形成し、この塗膜をプレス処理して機能性半導体層(光電極基材層)を形成した後、この機能性半導体層に増感色素を担持させる色素増感型太陽電池の製造方法が記載されている。   As an example of a method for producing such a dye-sensitized solar cell, Patent Document 1 discloses that a coating film is formed by applying an aqueous paste containing titania particles so that a plastic substrate can be used as a translucent substrate. A method for producing a dye-sensitized solar cell is described in which a functional semiconductor layer (photoelectrode substrate layer) is formed by pressing the coating film to form a functional semiconductor layer, and then a sensitizing dye is supported on the functional semiconductor layer. Has been.

特許第4446011号公報Japanese Patent No. 4446011

しかしながら、上記のような従来技術には、以下のような問題があった。
色素増感太陽電池は、金属材料と比べると高抵抗である透明導電膜を使用しているため、大面積化すると発電ロスが大きくなる。そこで、透明基板上における透明導電膜の所定領域に、例えば、短冊状のセルを複数形成し、それらを直列に接続することが考えられる。この場合には、光電変換層および光電極基材層の形状を、例えば、矩形状にする必要がある。
特許文献1のように、水性ペーストの塗膜により光電極基材層を形成する場合、例えば、版を用いたスクリーン印刷によって複数する方法や、まず塗膜を光電極基材層を形成する領域の全面に形成してから、不要な領域の塗膜を削り取る方法が考えられる。
しかし、スクリーン印刷を用いる方法では、スクリーン印刷の版を洗浄する工程に手間が掛かるという問題がある。また、スクリーン印刷では、転写時に水性ペーストが版のメッシュを通過するため、光電極基材層の表面が粗くなり、ネッキングを形成するためプレスすると、微視的な圧力バラツキが大きくなって、表面剥離が起こりやすくなるという問題がある。
また、広範囲に光電極基材層を形成してから不要な領域を削りとる方法では、不要な領域の除去工程に時間がかかるため、製造時間が長くなり、生産性や製造コストが悪くなるという問題がある。
However, the prior art as described above has the following problems.
Since the dye-sensitized solar cell uses a transparent conductive film having a higher resistance than a metal material, the power generation loss increases when the area is increased. Therefore, for example, it is conceivable to form a plurality of strip-shaped cells in a predetermined region of the transparent conductive film on the transparent substrate and connect them in series. In this case, the photoelectric conversion layer and the photoelectrode substrate layer need to be rectangular, for example.
When forming a photoelectrode substrate layer with a coating film of an aqueous paste as in Patent Document 1, for example, a method of multiple printing by screen printing using a plate, or a region where a coating film is first formed on the photoelectrode substrate layer A method may be considered in which after the film is formed on the entire surface, an unnecessary region of the coating film is scraped off.
However, in the method using screen printing, there is a problem that it takes time to clean the screen printing plate. Also, in screen printing, the aqueous paste passes through the plate mesh during transfer, so the surface of the photoelectrode substrate layer becomes rough, and when pressing to form necking, the microscopic pressure variation increases, There is a problem that peeling easily occurs.
In addition, the method of removing unnecessary areas after forming a photoelectrode substrate layer over a wide area takes time to remove the unnecessary areas, which increases manufacturing time and decreases productivity and manufacturing cost. There's a problem.

本発明は、上記のような問題に鑑みてなされたものであり、製造時間を短縮することができるとともに、表面剥離が起こりにくい光電極基材層の形成方法および色素増感太陽電池用基材を提供することを目的とする。
また、本発明は、本発明の光電極基材層の形成方法を用いることにより、製造時間を短縮して低コスト化が可能な色素増感太陽電池の製造方法、および色素増感太陽電池を提供することを目的とする。
The present invention has been made in view of the above problems, and can reduce the manufacturing time and form a photoelectrode substrate layer that hardly causes surface peeling and a substrate for a dye-sensitized solar cell. The purpose is to provide.
In addition, the present invention provides a method for producing a dye-sensitized solar cell and a dye-sensitized solar cell capable of reducing the production time and reducing the cost by using the method for forming a photoelectrode substrate layer of the present invention. The purpose is to provide.

上記の課題を解決するために、本発明の第1の態様の光電極基材層の形成方法は、透明電極と、金属酸化物からなる光電極基材層に増感色素を吸着させた光電変換層とを有する色素増感太陽電池に用いる光電極基材層の形成方法であって、前記透明電極上に、前記光電極基材層を形成するための開口部を有するメタルマスクを配置するメタルマスク配置工程と、前記金属酸化物を含有するペーストを、スキージを用いて、前記開口部内の前記透明電極上に塗布するスキージ工程と、前記メタルマスクを除去して、前記透明電極上に、前記開口部の形状に沿って整形されたペースト層を形成するメタルマスク除去工程と、前記ペースト層を乾燥させることにより前記光電極基材層を形成する乾燥工程と、を備える方法とする。   In order to solve the above-mentioned problem, a method for forming a photoelectrode substrate layer according to the first aspect of the present invention is a photoelectric method in which a sensitizing dye is adsorbed on a transparent electrode and a photoelectrode substrate layer made of a metal oxide. A method for forming a photoelectrode substrate layer used in a dye-sensitized solar cell having a conversion layer, wherein a metal mask having an opening for forming the photoelectrode substrate layer is disposed on the transparent electrode. A metal mask arranging step, a squeegee step of applying a paste containing the metal oxide on the transparent electrode in the opening using a squeegee, removing the metal mask, and on the transparent electrode, The method includes a metal mask removing step of forming a paste layer shaped along the shape of the opening, and a drying step of forming the photoelectrode substrate layer by drying the paste layer.

上記光電極基材層の製造方法では、前記メタルマスクは、前記開口部の隅部が円弧状に形成されていることが好ましい。   In the method for manufacturing a photoelectrode substrate layer, it is preferable that the metal mask has a corner of the opening formed in an arc shape.

本発明の第2の態様の色素増感太陽電池用基材は、透明電極上に、上記光電極基材層の形成方法によって光電極基材層が形成された構成とする。   The substrate for a dye-sensitized solar cell according to the second aspect of the present invention has a configuration in which a photoelectrode substrate layer is formed on a transparent electrode by the method for forming a photoelectrode substrate layer.

上記色素増感太陽電池用基材では、前記光電極基材層は、層上面の算術平均粗さRaが、1.1μm以下であることが好ましい。   In the dye-sensitized solar cell substrate, the photoelectrode substrate layer preferably has an arithmetic average roughness Ra of the upper surface of the layer of 1.1 μm or less.

本発明の第3の態様の色素増感太陽電池の製造方法は、上記光電極基材層の形成方法によって、透明電極上に、光電極基材層を形成し、該光電極基材層に増感色素を吸着させて光電変換層を形成する方法とする。   In the method for producing a dye-sensitized solar cell according to the third aspect of the present invention, a photoelectrode substrate layer is formed on a transparent electrode by the above-described method for forming a photoelectrode substrate layer. A method of forming a photoelectric conversion layer by adsorbing a sensitizing dye.

本発明の第4の態様の色素増感太陽電池は、上記色素増感太陽電池の製造方法によって、製造された構成とする。   The dye-sensitized solar cell of the 4th aspect of this invention is set as the structure manufactured by the manufacturing method of the said dye-sensitized solar cell.

本発明の第5の態様の色素増感太陽電池は、上記色素増感太陽電池用基材を備える構成とする。   The dye-sensitized solar cell of the 5th aspect of this invention is set as the structure provided with the said base material for dye-sensitized solar cells.

本発明の光電極基材層の製造方法および色素増感太陽電池用基材によれば、金属酸化物を含有するペーストを、スキージを用いてメタルマスクの開口部内に塗布して、光電極基材層を形成するため、製造時間を短縮することができるとともに、表面剥離が起こりにくくすることができるという効果を奏する。
本発明の色素増感太陽電池の製造方法、および色素増感太陽電池は、本発明の光電極基材層の形成方法を用いるため、製造時間を短縮して低コスト化が可能となるという効果を奏する。
According to the method for producing a photoelectrode substrate layer and the substrate for a dye-sensitized solar cell of the present invention, a paste containing a metal oxide is applied into an opening of a metal mask using a squeegee, and a photoelectrode substrate Since the material layer is formed, the manufacturing time can be shortened and the surface peeling can be made difficult to occur.
Since the method for producing a dye-sensitized solar cell of the present invention and the method for forming a photoelectrode substrate layer of the present invention use the method for forming a photoelectrode substrate layer of the present invention, the manufacturing time can be reduced and the cost can be reduced. Play.

本発明の実施形態の色素増感太陽電池の構成を示す模式的な断面図である。It is typical sectional drawing which shows the structure of the dye-sensitized solar cell of embodiment of this invention. 本発明の実施形態の光電極基材層の形成方法の工程説明図である。It is process explanatory drawing of the formation method of the photoelectrode base material layer of embodiment of this invention. 本発明の実施形態の光電極基材層の形成方法に用いるメタルマスクの平面図、およびそのA−A断面図である。It is the top view of the metal mask used for the formation method of the photoelectrode base material layer of embodiment of this invention, and its AA sectional drawing. 本発明の実施形態の光電極基材層の構成を示す模式的な工程説明図である。It is typical process explanatory drawing which shows the structure of the photoelectrode base material layer of embodiment of this invention.

以下では、本発明の実施形態の色素増感太陽電池について添付図面を参照して説明する。
図1は、本発明の実施形態の色素増感太陽電池の構成を示す模式的な断面図である。
Below, the dye-sensitized solar cell of embodiment of this invention is demonstrated with reference to an accompanying drawing.
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing a configuration of a dye-sensitized solar cell according to an embodiment of the present invention.

図1に示すように、本実施形態の色素増感太陽電池100は、光透過性を有し負極として用いられる透明電極1と、透明電極1に対向して配置され正極として用いられる対向電極2と、これら透明電極1および対向電極2の間に配置された電解質層3と、透明電極1および対向電極2の間であって、透明電極1の表面に配置された発電層5(光電変換層)とを備える。
なお、図1は、1つの発電層5の断面を示している。色素増感太陽電池100では、例えば、短冊状、矩形状などの適宜の平面視形状を有する複数の発電層5が、透明電極1上に、互いに離間して配置されている。
As shown in FIG. 1, a dye-sensitized solar cell 100 according to this embodiment includes a transparent electrode 1 that has light transmittance and is used as a negative electrode, and a counter electrode 2 that is disposed to face the transparent electrode 1 and is used as a positive electrode. An electrolyte layer 3 disposed between the transparent electrode 1 and the counter electrode 2, and a power generation layer 5 (photoelectric conversion layer) disposed between the transparent electrode 1 and the counter electrode 2 on the surface of the transparent electrode 1. ).
FIG. 1 shows a cross section of one power generation layer 5. In the dye-sensitized solar cell 100, for example, a plurality of power generation layers 5 having an appropriate plan view shape such as a strip shape or a rectangular shape are disposed on the transparent electrode 1 so as to be separated from each other.

透明電極1は、透光性を有する絶縁体からなる透明基板11と、透明基板11の表面に形成(配置)された透光性を有する透明導電膜12とから構成されている。   The transparent electrode 1 is composed of a transparent substrate 11 made of a translucent insulator and a translucent transparent conductive film 12 formed (arranged) on the surface of the transparent substrate 11.

透明基板11としては、例えば、合成樹脂製、ガラス製の板部材またはシート部材などを使用することができる。
透明基板11は、透明性と耐久性の観点から、例えば、ポリエチレン・ナフタレート(PEN)フィルムなどの熱可塑性樹脂が好ましい。
また透明基板11の材料としては、ポリエチレン・ナフタレートの他にも、ポリエチレン・テレフタレート、ポリエステル、ポリカーボネート、ポリオレフィンなどを使用することもできる。
As the transparent substrate 11, for example, a synthetic resin or glass plate member or sheet member can be used.
The transparent substrate 11 is preferably a thermoplastic resin such as a polyethylene naphthalate (PEN) film from the viewpoint of transparency and durability.
In addition to polyethylene naphthalate, polyethylene terephthalate, polyester, polycarbonate, polyolefin and the like can also be used as the material for the transparent substrate 11.

透明導電膜12は、スズ添加酸化インジウム(ITO)を使用することが好ましいが、この他にも、例えば、フッ素添加酸化スズ(FTO)、酸化スズ(SnO)、インジウム亜鉛酸化物(IZO)、酸化亜鉛(ZnO)などの、透光性を有する導電性金属酸化物を含む薄膜を使用することができる。 The transparent conductive film 12 is preferably made of tin-added indium oxide (ITO), but besides this, for example, fluorine-added tin oxide (FTO), tin oxide (SnO 2 ), indium zinc oxide (IZO). A thin film containing a light-transmitting conductive metal oxide such as zinc oxide (ZnO) can be used.

対向電極2は、電解質層3の電解質を還元するため電解質層3と接する表面に設けられた触媒層22と、電極本体を構成する導電性基板21とからなる。
触媒層22としては、例えば、白金、カーボン、導電性高分子などを用いることができる。
導電性基板21としては、例えば、アルミニウム、銅、スズ、チタンなどの導電性を有する板状部材や、合成樹脂フィルムやガラスなどの絶縁基板の表面にITOやFTOなどの導電層が形成された構成を採用することができる。
The counter electrode 2 includes a catalyst layer 22 provided on the surface in contact with the electrolyte layer 3 in order to reduce the electrolyte of the electrolyte layer 3 and a conductive substrate 21 constituting the electrode body.
As the catalyst layer 22, for example, platinum, carbon, a conductive polymer, or the like can be used.
As the conductive substrate 21, for example, a conductive plate such as aluminum, copper, tin, or titanium, or a conductive layer such as ITO or FTO is formed on the surface of an insulating substrate such as a synthetic resin film or glass. A configuration can be employed.

電解質層3としては、例えば、ヨウ素系電解液が使用される。具体的には、ヨウ素、ヨウ化物イオン、ターシャリーブチルピリジンなどの電解質成分が、エチレンカーボネートやメトキシアセトニトリルなどの有機溶媒に溶解されたものが用いられる。   For example, an iodine electrolyte solution is used as the electrolyte layer 3. Specifically, an electrolyte component such as iodine, iodide ion or tertiary butyl pyridine dissolved in an organic solvent such as ethylene carbonate or methoxyacetonitrile is used.

なお、電解質層3は、電解液に限られるものではなく、固体電解質であってもよい。
固体電解質としては、例えば、DMPImI(ジメチルプロピルイミダゾリウムヨウ化物)が例示され、この他、LiI、NaI、KI、CsI、CaIなどの金属ヨウ化物、テトラアルキルアンモニウムヨーダイドなど4級アンモニウム化合物のヨウ素塩などのヨウ化物とIとを組み合わせたもの、LiBr、NaBr、KBr、CsBr、CaBrなどの金属臭化物、およびテトラアルキルアンモニウムブロマイドなど4級アンモニウム化合物の臭素塩などの臭化物とBrとを組み合わせたものなどを適宜使用することができる。
The electrolyte layer 3 is not limited to the electrolytic solution, and may be a solid electrolyte.
The solid electrolyte, for example, is illustrated DMPImI (dimethylpropyl imidazolium iodide) is, in this other, LiI, NaI, KI, CsI, metal iodide such as CaI 2, tetraalkylammonium iodide and quaternary ammonium compounds a combination of a iodide and I 2, such as iodine salt, LiBr, NaBr, KBr, CsBr , metal bromide such as CaBr 2, and bromides and Br 2, such as bromine salts of quaternary ammonium compounds such as tetraalkylammonium bromide A combination of these can be used as appropriate.

発電層5は、金属酸化物からなる酸化物半導体によって形成された光電極基材層に増感色素を吸着させた層状部である。
発電層5の平面視の形状は、四つの角に丸みがつけられた矩形状である。
発電層5の光電極基材層に用いる酸化物半導体の例としては、例えば、酸化チタン(TiO)、酸化スズ(SnO)、酸化タングステン(WO)、酸化亜鉛(ZnO)、酸化ニオブ(Nb)などの金属酸化物を挙げることができる。
これら酸化物半導体の平均粒径は、例えば、10nm以上400nm以下であることが好ましい。
発電層5に用いる増感色素の例としては、例えば、ビピリジン構造若しくは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や鉄錯体、ポルフィリン系やフタロシアニン系の金属錯体、またはエオシン、ローダミン、メロシアニン、クマリンなどの有機色素などを挙げることができる。
The power generation layer 5 is a layered portion in which a sensitizing dye is adsorbed on a photoelectrode substrate layer formed of an oxide semiconductor made of a metal oxide.
The shape of the power generation layer 5 in plan view is a rectangular shape with four rounded corners.
Examples of the oxide semiconductor used for the photoelectrode base layer of the power generation layer 5 include, for example, titanium oxide (TiO 2 ), tin oxide (SnO 2 ), tungsten oxide (WO 3 ), zinc oxide (ZnO), and niobium oxide. A metal oxide such as (Nb 2 O 5 ) can be given.
The average particle diameter of these oxide semiconductors is preferably 10 nm or more and 400 nm or less, for example.
Examples of the sensitizing dye used in the power generation layer 5 include, for example, a ruthenium complex or iron complex having a ligand containing a bipyridine structure or a terpyridine structure, a porphyrin-based or phthalocyanine-based metal complex, or eosin, rhodamine, merocyanine, coumarin. And organic dyes such as

このような構成の色素増感太陽電池100の製造方法について、発電層5を形成するための光電極基材層の形成方法を中心として説明する。
図2(a)、(b)、(c)、(d)は、本発明の実施形態の光電極基材層の形成方法の工程説明図である。図3(a)は、本発明の実施形態の光電極基材層の形成方法に用いるメタルマスクの平面図である。図3(b)は、図3(a)におけるA−A断面図である。図4は、本発明の実施形態の光電極基材層の構成を示す模式的な工程説明図である。
A method for manufacturing the dye-sensitized solar cell 100 having such a configuration will be described with a focus on a method for forming a photoelectrode substrate layer for forming the power generation layer 5.
2A, 2B, 2C, and 2D are process explanatory views of a method for forming a photoelectrode substrate layer according to an embodiment of the present invention. Fig.3 (a) is a top view of the metal mask used for the formation method of the photoelectrode base material layer of embodiment of this invention. FIG.3 (b) is AA sectional drawing in Fig.3 (a). FIG. 4 is a schematic process explanatory diagram showing the configuration of the photoelectrode substrate layer according to the embodiment of the present invention.

色素増感太陽電池100を製造するには、まず、本実施形態の光電極基材層の形成方法によって、透明電極1上に光電極基材層が形成された色素増感太陽電池用基材を製造し、この色素増感太陽電池用基材に、電解質層3、対向電極2を積層した構造を形成していく。
そこで、まず、本実施形態の光電極基材層の形成方法について説明する。
本実施形態の光電極基材層の形成方法は、メタルマスク配置工程、スキージ工程、メタルマスク除去工程、乾燥工程、および加圧工程を備え、これらの工程をこの順に行う。
In order to manufacture the dye-sensitized solar cell 100, first, a substrate for a dye-sensitized solar cell in which a photoelectrode substrate layer is formed on the transparent electrode 1 by the method for forming a photoelectrode substrate layer of the present embodiment. And a structure in which the electrolyte layer 3 and the counter electrode 2 are laminated on the dye-sensitized solar cell base material is formed.
Therefore, first, a method for forming the photoelectrode substrate layer of this embodiment will be described.
The photoelectrode substrate layer forming method of the present embodiment includes a metal mask arranging step, a squeegee step, a metal mask removing step, a drying step, and a pressing step, and these steps are performed in this order.

メタルマスク配置工程は、図2(a)に示すように、透明電極1の透明導電膜12上に、光電極基材層4(図2(d)参照)を形成するための開口部30aを有するメタルマスク30を配置する工程である。
本工程に用いるメタルマスク30の一例を図3(a)、(b)に示す。
メタルマスク30は、例えば、ステンレス鋼、ニッケルの薄板に、光電極基材層4の外形および配置位置を規定する開口部30aを設けたものである。
In the metal mask arranging step, as shown in FIG. 2A, an opening 30a for forming the photoelectrode substrate layer 4 (see FIG. 2D) is formed on the transparent conductive film 12 of the transparent electrode 1. In this step, the metal mask 30 is disposed.
An example of the metal mask 30 used in this step is shown in FIGS.
The metal mask 30 is, for example, a thin plate of stainless steel or nickel provided with an opening 30a that defines the outer shape and arrangement position of the photoelectrode substrate layer 4.

メタルマスク30の板厚は、光電極基材層4の層厚に応じて、光電極基材層4の層厚以上の適宜厚さとすることができる。ここで、メタルマスク30の板厚と光電極基材層4の層厚との差は、光電極基材層4の層厚が、後述する乾燥工程の終了までの間に変化する量に一致している。
ただし、メタルマスク30の板厚tは、50μm以上500μm以下であることが好ましい。
メタルマスク30の板厚tが、50μm未満であると、メタルマスク30自体の耐久性が低下する。また、メタルマスク30の板厚tが、500μmを超えると、後述するペーストの塗布量が多くなるため、光電極基材層4の中央部に凹みができ易くなる。光電極基材層4に凹みができると電池性能が低下する。
The plate thickness of the metal mask 30 can be set to an appropriate thickness not less than the layer thickness of the photoelectrode substrate layer 4 according to the layer thickness of the photoelectrode substrate layer 4. Here, the difference between the plate thickness of the metal mask 30 and the layer thickness of the photoelectrode substrate layer 4 is equal to the amount that the layer thickness of the photoelectrode substrate layer 4 changes until the end of the drying step described later. I'm doing it.
However, the plate thickness t of the metal mask 30 is preferably 50 μm or more and 500 μm or less.
When the thickness t of the metal mask 30 is less than 50 μm, the durability of the metal mask 30 itself is lowered. Moreover, when the plate thickness t of the metal mask 30 exceeds 500 μm, the amount of paste applied later increases, so that it becomes easy to form a dent in the central portion of the photoelectrode substrate layer 4. If the photoelectrode base material layer 4 has a dent, the battery performance decreases.

図3(a)に示すように、開口部30aの一例としては、円弧状隅部30bによって四隅が丸められた平面視略矩形形状を採用することができる。図3(a)では、一例として、開口部30aが、短手方向に適宜の間隔をあけて4箇所に形成された場合を図示している。ただし、開口部30aの形状、配置、個数は、形成すべき光電極基材層4に必要な形状に応じて適宜変更することが可能である。例えば、矩形以外の多角形であってもよい。
ただし、光電極基材層4の角部の欠けを防止するためには、開口部30aの隅部には円弧状隅部30bを設けることが好ましい。
円弧状隅部30bの曲率半径は、2cm以上20cm以下であることが好ましい。
なお、円弧状隅部30bにおける円弧状の形状は、円弧には限定されず、例えば、楕円弧や、曲率が滑らかに変化する適宜の曲線形状が可能である。円弧以外の場合、上記の好ましい曲率半径は、最小の曲率半径に適用すればよい。
以下では、一例として、円弧状隅部30bが半径Rの円弧からなるものとして説明する。
As shown in FIG. 3A, as an example of the opening 30a, a substantially rectangular shape in plan view in which four corners are rounded by an arcuate corner 30b can be adopted. In FIG. 3A, as an example, a case where the openings 30a are formed at four positions with appropriate intervals in the short direction is illustrated. However, the shape, arrangement, and number of the openings 30a can be appropriately changed according to the shape necessary for the photoelectrode substrate layer 4 to be formed. For example, it may be a polygon other than a rectangle.
However, in order to prevent the corners of the photoelectrode substrate layer 4 from being chipped, it is preferable to provide arcuate corners 30b at the corners of the openings 30a.
The radius of curvature of the arcuate corner 30b is preferably 2 cm or more and 20 cm or less.
Note that the arc shape at the arc corner 30b is not limited to an arc, and for example, an elliptical arc or an appropriate curved shape whose curvature changes smoothly is possible. In the case other than the circular arc, the preferable radius of curvature may be applied to the minimum radius of curvature.
Hereinafter, as an example, the description will be made assuming that the arcuate corner portion 30b is formed of an arc having a radius R.

本工程では、このようなメタルマスク30を、図2(a)に示すように、透明電極1の透明導電膜12上に配置する。このとき、開口部30aの位置は、透明電極1上において、発電層5を形成すべき位置に位置合わせしておく。
メタルマスク30を配置したら、透明電極1との間に位置ズレが生じないように、メタルマスク30の位置を固定する。
以上で、メタルマスク配置工程が終了する。
In this step, such a metal mask 30 is disposed on the transparent conductive film 12 of the transparent electrode 1 as shown in FIG. At this time, the position of the opening 30a is aligned with the position on the transparent electrode 1 where the power generation layer 5 is to be formed.
When the metal mask 30 is disposed, the position of the metal mask 30 is fixed so that no positional deviation occurs with respect to the transparent electrode 1.
This completes the metal mask placement process.

次に、スキージ工程を行う。本工程は、図2(b)に示すように、発電層5を形成するための金属酸化物である酸化物半導体を含有するペースト14を、スキージ31を用いて、開口部30a内の透明電極1上に塗布する工程である。
ペースト14は、発電層5を構成する酸化物半導体を純水のみ、純水と有機溶剤との混合液、または有機溶剤に分散してペースト化したものである。
ペースト14の粘度は、スキージングによって、メタルマスク30の板厚と同じ層厚を有するペースト層が形成できる粘度であれば、特に限定されない。
なお、ペースト14は、光電極粒子の前駆体を混合させてもよい。
Next, a squeegee process is performed. In this step, as shown in FIG. 2B, the paste 14 containing the oxide semiconductor, which is a metal oxide for forming the power generation layer 5, is applied to the transparent electrode in the opening 30 a using the squeegee 31. It is the process of apply | coating on 1.
The paste 14 is a paste in which the oxide semiconductor constituting the power generation layer 5 is dispersed only in pure water, in a mixed solution of pure water and an organic solvent, or in an organic solvent.
The viscosity of the paste 14 is not particularly limited as long as it can form a paste layer having the same layer thickness as the plate thickness of the metal mask 30 by squeezing.
The paste 14 may be mixed with a precursor of photoelectrode particles.

スキージ31の構成は、開口部30a内のペースト14を、メタルマスク30の表面に沿って均すことができる部材であれば、特に限定されない。   The configuration of the squeegee 31 is not particularly limited as long as it is a member that can level the paste 14 in the opening 30 a along the surface of the metal mask 30.

本工程では、ペースト14を調製しておき、開口部30a内の透明電極1上に、開口部30aからオーバーフローする量のペースト14を導入する。
そして、スキージ31をメタルマスク30の表面に密着させた状態で、メタルマスク30の表面に沿って移動する。
これにより、図2(b)に示すように、開口部30aよりも突出したペースト14が、スキージングされ、開口部30a内のペースト14の層厚が、メタルマスク30の板厚と同じ厚さに揃えられる。また、ペースト14が開口部30aの内周面および開口部30aの内部に露出する透明導電膜12の全体に、隙間無く塗布される。
スキージ31によって、各開口部30a上をスキージングしたら、スキージ工程が終了する。
In this step, the paste 14 is prepared, and an amount of the paste 14 overflowing from the opening 30a is introduced onto the transparent electrode 1 in the opening 30a.
Then, the squeegee 31 moves along the surface of the metal mask 30 with the squeegee 31 being in close contact with the surface of the metal mask 30.
Thereby, as shown in FIG. 2B, the paste 14 protruding from the opening 30 a is squeezed, and the layer thickness of the paste 14 in the opening 30 a is the same as the plate thickness of the metal mask 30. To be aligned. Further, the paste 14 is applied to the entire inner surface of the opening 30a and the entire transparent conductive film 12 exposed to the inside of the opening 30a without any gap.
When the squeegee 31 is squeezed on each opening 30a, the squeegee process is finished.

次に、メタルマスク除去工程を行う。本工程は、図2(c)に示すように、メタルマスク30を除去して、透明電極1上に、開口部30aの形状に沿って整形されたペースト層14Aを形成する工程である。
本工程では、メタルマスク30を、図示白抜き矢印のように、透明電極1の上方に剥離することで、透明電極1上から除去する。
これにより、透明電極1の透明導電膜12上には、開口部30aの内周面の形状が転写され、メタルマスク30の板厚と同じ層厚を有するペースト層14Aのみが残留する。
このとき、ペースト層14Aは、ある程度の流動性を有するため、図示黒矢印のように、外周部が側方にわずかにだれる。このため、図2(d)に示すように、側面に透明導電膜12側から上面14aに向かってペースト層14Aの内側に倒れる傾斜面14bが形成されて台形状断面を有する層状部となる。
また、ペースト層14Aの上面14aは、外周部が傾斜面14bの影響を受けてわずかに変形するが、全体としては層厚が一定の状態を保っている。また、スキージング後に、微細な凹凸が生じても、表面張力によって、凹凸が緩和される。
以上で、メタルマスク除去工程が終了する。
Next, a metal mask removing process is performed. This step is a step of removing the metal mask 30 and forming a paste layer 14A shaped along the shape of the opening 30a on the transparent electrode 1, as shown in FIG.
In this step, the metal mask 30 is removed from the transparent electrode 1 by peeling it above the transparent electrode 1 as indicated by the outlined arrows.
Thereby, the shape of the inner peripheral surface of the opening 30 a is transferred onto the transparent conductive film 12 of the transparent electrode 1, and only the paste layer 14 </ b> A having the same layer thickness as the plate thickness of the metal mask 30 remains.
At this time, since the paste layer 14A has a certain degree of fluidity, the outer peripheral portion slightly leans to the side as shown by the black arrow in the figure. For this reason, as shown in FIG.2 (d), the inclined surface 14b which falls inward of the paste layer 14A toward the upper surface 14a from the transparent conductive film 12 side is formed in a side surface, and becomes a layered part which has a trapezoid cross section.
Further, the upper surface 14a of the paste layer 14A is slightly deformed due to the influence of the inclined surface 14b at the outer peripheral portion, but the layer thickness is kept constant as a whole. Even if fine irregularities occur after squeezing, the irregularities are alleviated by the surface tension.
Thus, the metal mask removal process is completed.

次に、乾燥工程を行う。本工程は、図2(d)に示すように、ペースト層14Aを乾燥させることにより光電極基材層4を形成する工程である。
ペースト層14Aを乾燥させる手段は、透明電極1の変質や変形が生じない限り、特に限定されず、適宜の加熱手段を採用することができる。
ペースト層14Aが乾燥されると、ペースト層14Aに含まれる液体成分が蒸発して、酸化物半導体粒子の集合体が残り、ペースト層14Aと略同じ外形を有する光電極基材層4が形成される。
このとき、光電極基材層4の上面4a(層上面)は、スキージングによって、メタルマスク30の表面に整列して平滑化された後に、乾燥するため、表面粗さが小さい平滑面になる。
具体的には、光電極基材層4の上面4aの表面粗さは、算術平均粗さRaで、0.5μm以下程度になっている。
乾燥工程後の上面4aの表面粗さは、後述する加圧工程における表面剥離とも関係するため、少なくとも算術平均粗さRaで、1.1μm以下にすることが好ましい。
Next, a drying process is performed. This step is a step of forming the photoelectrode substrate layer 4 by drying the paste layer 14A, as shown in FIG.
The means for drying the paste layer 14A is not particularly limited as long as the transparent electrode 1 is not altered or deformed, and an appropriate heating means can be employed.
When the paste layer 14A is dried, the liquid component contained in the paste layer 14A evaporates, leaving an aggregate of oxide semiconductor particles, and the photoelectrode substrate layer 4 having substantially the same outer shape as the paste layer 14A is formed. The
At this time, the upper surface 4a (layer upper surface) of the photoelectrode base material layer 4 is smoothed by being aligned with the surface of the metal mask 30 by squeezing and then dried, so that it becomes a smooth surface having a small surface roughness. .
Specifically, the surface roughness of the upper surface 4a of the photoelectrode substrate layer 4 is an arithmetic average roughness Ra, which is about 0.5 μm or less.
Since the surface roughness of the upper surface 4a after the drying process is also related to surface peeling in the pressurizing process described later, it is preferable to set at least the arithmetic average roughness Ra to 1.1 μm or less.

ペースト層14Aに含有される液体成分が蒸発すると乾燥工程が終了する。
このようにして、図4に示すように、透明導電膜12上に、平面視略矩形状の複数の光電極基材層4が形成される。
光電極基材層4の外形は、メタルマスク30の開口部30aに沿う略矩形状であり、メタルマスク30の円弧状隅部30bの形状に対応して、平面視で、円弧状に丸められた円弧状角部4cが形成されている。円弧状角部4cの曲率半径は、円弧状隅部30bの半径Rと略同一(同一の場合を含む)である。ただし、円弧状角部4cも他の外周部と同様に、傾斜面4bが形成されているため、円弧状角部4cは、部分円錐面状になっており、平均的な半径が半径Rと略同一になっている。
光電極基材層4は、乾燥される結果、酸化物半導体の粒子との間に適宜空孔が形成された多孔質状の層状体になっている。
When the liquid component contained in the paste layer 14A evaporates, the drying process ends.
In this way, as shown in FIG. 4, a plurality of photoelectrode substrate layers 4 having a substantially rectangular shape in plan view are formed on the transparent conductive film 12.
The outer shape of the photoelectrode base material layer 4 is a substantially rectangular shape along the opening 30a of the metal mask 30, and is rounded into an arc shape in plan view corresponding to the shape of the arc corner portion 30b of the metal mask 30. An arcuate corner 4c is formed. The radius of curvature of the arcuate corner 4c is substantially the same (including the same case) as the radius R of the arcuate corner 30b. However, since the arcuate corner portion 4c is also formed with the inclined surface 4b like the other outer peripheral portions, the arcuate corner portion 4c has a partial conical surface shape, and the average radius is the radius R. It is almost the same.
As a result of drying, the photoelectrode substrate layer 4 is a porous layered body in which pores are appropriately formed between the oxide semiconductor particles.

次に、加圧工程を行う。本工程は、光電極基材層4の酸化物半導体の粒子間にネッキングを形成するため、光電極基材層4の上面4aを加圧する工程である。
乾燥工程において、加熱温度を、酸化物半導体粒子の焼成が進む温度に上げれば、加熱のみによってネッキングが形成されるため、本工程は不要である。ただし、透明基板11として、例えば、焼成温度に対する耐熱性を有しない合成樹脂などを用いる場合、光電極基材層4を十分な高温で加熱できず、良好なネッキングを形成することができないため、本工程を行う。
具体的には、例えば、金属ロールを用いて、100MPa程度で光電極基材層4を加圧する。
Next, a pressurizing process is performed. This step is a step of pressurizing the upper surface 4 a of the photoelectrode substrate layer 4 in order to form necking between the oxide semiconductor particles of the photoelectrode substrate layer 4.
In the drying step, if the heating temperature is increased to a temperature at which the firing of the oxide semiconductor particles proceeds, necking is formed only by heating, so this step is unnecessary. However, as the transparent substrate 11, for example, when using a synthetic resin or the like that does not have heat resistance to the firing temperature, the photoelectrode substrate layer 4 cannot be heated at a sufficiently high temperature and a good necking cannot be formed. This step is performed.
Specifically, for example, the photoelectrode base material layer 4 is pressurized at about 100 MPa using a metal roll.

このとき、上面4aの表面粗さが、算術平均粗さRaで、1.1μmを超えていると、加圧時に、凸部のみに応力が集中して、凹部における加圧が不十分となる。これにより、酸化物半導体粒子のネッキングにムラが生じるため、加圧手段を上面4aから離間する際に、上面4aの一部が加圧手段に付着して剥離してしまう。
上面4aの表面粗さが、算術平均粗さRaで、1.1μm以下であると、このような剥離を防止することができる。特に、本実施形態では、上面4aの表面粗さは、加圧前に、算術平均粗さRaで、0.5μm以下であるため、このような加圧後の表面剥離を確実に防止することができる。
At this time, when the surface roughness of the upper surface 4a is an arithmetic average roughness Ra exceeding 1.1 μm, stress is concentrated only on the convex portion during pressurization, and the pressurization in the concave portion becomes insufficient. . As a result, unevenness occurs in the necking of the oxide semiconductor particles, and when the pressurizing unit is separated from the upper surface 4a, a part of the upper surface 4a adheres to the pressurizing unit and peels off.
Such peeling can be prevented when the surface roughness of the upper surface 4a is an arithmetic average roughness Ra of 1.1 μm or less. In particular, in the present embodiment, the surface roughness of the upper surface 4a is an arithmetic average roughness Ra of 0.5 μm or less before pressurization, and thus it is possible to reliably prevent such surface peeling after pressurization. Can do.

また、上面4aの外縁部では、平面視で外側に角状の凸部があると、角の先端部の周囲では層状部の面積が相対的に小さいため、加圧によって割れるなどして、角部が欠損するおそれがある。
しかし、本実施形態では、図4に示すように、光電極基材層4の角部には、平均的な半径が、略半径Rになっている円弧状角部4cが形成されているため、とがった角部に比べると、角部の面積が頂点に向かってより漸減して、層状部の強度が増しているため、加圧による割れが抑制される。
Further, in the outer edge portion of the upper surface 4a, if there is a square-shaped convex portion on the outside in plan view, the area of the layered portion is relatively small around the tip portion of the corner. There is a risk of loss of parts.
However, in the present embodiment, as shown in FIG. 4, the corner portions of the photoelectrode substrate layer 4 are formed with arcuate corner portions 4 c having an average radius of approximately the radius R. Compared with the sharp corner, the area of the corner is gradually decreased toward the apex, and the strength of the layered portion is increased, so that cracking due to pressurization is suppressed.

このように、本実施形態の加圧工程では、光電極基材層4の上面4aや円弧状角部4cにおける表面剥離や欠損が抑制されるため、それらによる脱落片の発生が抑制される。
このため、良好な品質の光電極基材層4を形成することができる。
以上で、本実施形態の光電極基材層の形成方法が終了する。
Thus, in the pressurization process of this embodiment, since surface peeling and a defect | deletion in the upper surface 4a and the circular-arc corner | angular part 4c of the photoelectrode base material layer 4 are suppressed, generation | occurrence | production of the fallen piece by them is suppressed.
For this reason, the photoelectrode base material layer 4 of good quality can be formed.
This is the end of the method for forming the photoelectrode substrate layer of the present embodiment.

このようにして、図2(d)、図4に示すように、透明電極1上に、光電極基材層4が形成された色素増感太陽電池用基材6が形成される。
本実施形態の色素増感太陽電池の製造方法では、この色素増感太陽電池用基材6を用いて、色素増感太陽電池100を製造する。
そのため、まず、色素増感太陽電池用基材6上の光電極基材層4に増感色素を吸着させて、発電層5を形成する。
増感色素を吸着させる手段は、増感色素の材質に応じて、適宜選択できる。
例えば、増感色素がルテニウム色素N719の場合には、ルテニウム色素N719とエタノールとの混合溶液に光電極基材層4を浸漬して、取り出した後、乾燥することにより、吸着させることができる。
また、有機色素やRu(ルテニウム)色素などの増感色素の前躯体を予めペースト14に混合しておく場合には、光電極基材層4に前躯体がすでに吸着されているため、常温下で加圧することにより、この前躯体から増感色素を形成する。
In this way, as shown in FIGS. 2D and 4, the dye-sensitized solar cell substrate 6 in which the photoelectrode substrate layer 4 is formed is formed on the transparent electrode 1.
In the method for manufacturing a dye-sensitized solar cell according to this embodiment, the dye-sensitized solar cell 100 is manufactured using the dye-sensitized solar cell substrate 6.
Therefore, first, the power generation layer 5 is formed by adsorbing the sensitizing dye to the photoelectrode base material layer 4 on the dye-sensitized solar cell base material 6.
The means for adsorbing the sensitizing dye can be appropriately selected according to the material of the sensitizing dye.
For example, when the sensitizing dye is ruthenium dye N719, it can be adsorbed by immersing the photoelectrode substrate layer 4 in a mixed solution of ruthenium dye N719 and ethanol, taking it out, and drying it.
Further, when a precursor of a sensitizing dye such as an organic dye or a Ru (ruthenium) dye is mixed with the paste 14 in advance, the precursor is already adsorbed on the photoelectrode substrate layer 4, so The sensitizing dye is formed from this precursor by pressurizing with.

増感色素を担持した発電層5が形成されたら、電解質層3、対向電極2を組み合わせることで、図1に示すような色素増感太陽電池100が製造される。
以上で、本実施形態の色素増感太陽電池の製造方法が終了する。
When the power generation layer 5 carrying the sensitizing dye is formed, the dye-sensitized solar cell 100 as shown in FIG. 1 is manufactured by combining the electrolyte layer 3 and the counter electrode 2.
This is the end of the method for manufacturing the dye-sensitized solar cell of the present embodiment.

このような本実施形態の光電極基材層の形成方法によれば、酸化物半導体粒子を含有するペースト14を、スキージ31を用いてメタルマスク30の開口部30a内に塗布して、光電極基材層4を形成する。このため、製造時間を短縮することができるとともに、表面剥離が起こりにくくすることができる。
このように本実施形態では、光電極基材層4を、より大きな形状に形成した後に外周部を削り取る、といった工程を行うこともなく、例えば、短冊状(矩形状)の光電極基材層4を複数隣り合わせて形成することができる。これにより、短冊状の複数の発電層5を形成することができる。このような発電層5は図示略の配線によって、例えば、直列に接続されており、これにより、発電層5の個々の面積をあまり大きくすることなく全体として、大容量の発電を行うことができる。これにより、発電層5が大面積化することによる発電ロスを低減できる。
したがって、大面積の色素増感太陽電池100でも電池性能の低下を抑え得る光電極基材層4を、Roll−tо−Rollなどを用いて、容易に且つ連続して形成することができる。
また、光電極基材層4の形成に際し、ペースト14を塗布して、ペーストの溶剤の沸点以下で加温することで、塗工ムラを抑えるとともに、光電極基材層4の乾燥ムラを抑えることができる。乾燥ムラを抑える事が出来れば、加圧時に均一に圧力を加える事が出来るため、粒子間のネッキングの効果を向上させることができる。
According to such a method for forming a photoelectrode substrate layer of the present embodiment, the paste 14 containing oxide semiconductor particles is applied to the opening 30a of the metal mask 30 using the squeegee 31, and the photoelectrode The base material layer 4 is formed. For this reason, manufacturing time can be shortened and surface peeling can be made difficult to occur.
As described above, in this embodiment, the photoelectrode base material layer 4 is formed in a larger shape and then the outer peripheral portion is scraped off. For example, a strip-shaped (rectangular) photoelectrode base material layer is used. A plurality of 4 can be formed adjacent to each other. Thereby, a plurality of strip-shaped power generation layers 5 can be formed. Such power generation layers 5 are connected in series, for example, by wires not shown in the figure, and as a result, large-capacity power generation can be performed as a whole without enlarging individual areas of the power generation layers 5. . Thereby, the electric power generation loss by the electric power generation layer 5 becoming large area can be reduced.
Therefore, the photoelectrode base material layer 4 that can suppress deterioration in battery performance even in the large-area dye-sensitized solar cell 100 can be easily and continuously formed using Roll-to-Roll or the like.
Further, when forming the photoelectrode substrate layer 4, the paste 14 is applied and heated at a temperature equal to or lower than the boiling point of the solvent of the paste, thereby suppressing coating unevenness and suppressing drying unevenness of the photoelectrode substrate layer 4. be able to. If drying unevenness can be suppressed, pressure can be uniformly applied during pressurization, and therefore the effect of necking between particles can be improved.

なお、上記実施形態の説明では、メタルマスク30が円弧状隅部30bを有し、光電極基材層4の角部に円弧状角部4cが形成される場合の例で説明した。ただし、光電極基材層4の角部の欠損などが生じない場合には、メタルマスクの隅部を、折れ線状に屈曲した隅部として、光電極基材層の角部もこれに対応した折れ線状の角部に形成してもよい。
例えば、光電極基材層4を焼成することにより、加圧を行わない場合や、酸化物半導体の種類により加圧力が低くても、ネッキングを形成することができる場合には、角部で欠損が生じない。
In the description of the above embodiment, the metal mask 30 has the arcuate corners 30 b and the arcuate corners 4 c are formed at the corners of the photoelectrode substrate layer 4. However, when the corners of the photoelectrode substrate layer 4 are not damaged, the corners of the metal electrode are the corners bent in a polygonal line, and the corners of the photoelectrode substrate layer correspond to this. You may form in a polygonal corner | angular part.
For example, if no pressure is applied by firing the photoelectrode substrate layer 4 or if necking can be formed even if the applied pressure is low depending on the type of oxide semiconductor, the corners are deficient. Does not occur.

上記実施形態に説明したすべての構成要素は、本発明の技術的思想の範囲で適宜組み合わせを代えたり、削除したりして実施することができる。   All the components described in the above embodiments can be implemented by appropriately changing or deleting the combination within the scope of the technical idea of the present invention.

以下では、上記実施形態の光電極基材層の形成方法の実施例1、2について、比較例1とともに説明する。
なお、wt%は、重量%を表す。
Below, Example 1, 2 of the formation method of the photoelectrode base material layer of the said embodiment is demonstrated with the comparative example 1. FIG.
In addition, wt% represents weight%.

[実施例1]
実施例1では、まず、平均粒径が20nmの酸化チタン微粒子を、t−ブタノールおよび純水に溶かしてよく攪拌し、ペースト状の混合物とすることで、ペースト14として酸化チタンペーストを得た。ここで、平均粒径とは、個数平均粒径を言い、SEM(電界放射型走査電子顕微鏡)観察により測定した値である。なお、この酸化チタンペーストの混合比率は、酸化チタン微粒子が10wt%〜20wt%、t−ブタノールが60wt%〜70wt%、純水が10wt%〜20wt%である。
[Example 1]
In Example 1, first, titanium oxide fine particles having an average particle diameter of 20 nm were dissolved in t-butanol and pure water and stirred well to obtain a paste-like mixture, whereby a titanium oxide paste was obtained as paste 14. Here, the average particle diameter refers to the number average particle diameter, and is a value measured by SEM (field emission scanning electron microscope) observation. The mixing ratio of the titanium oxide paste is 10 wt% to 20 wt% for titanium oxide fine particles, 60 wt% to 70 wt% for t-butanol, and 10 wt% to 20 wt% for pure water.

その後、メタルマスク30として、ステンレス製メタルマスク(厚さt:100μm)を透明電極1上に配置し(メタルマスク配置工程)、ペースト14を透明電極1上に塗布した(スキージ工程)。その後、150度で1時間加熱した(乾燥工程)。
光電極基材層4の上面4aの算術平均粗さRaを表面粗さ測定装置で測定したところ、Ra=0.45(μm)であった。
次に、金属ロールを用いて、光電極基材層4を圧力100MPaで加圧した(加圧工程)。この光電極基材層4の膜厚は加圧前が15μm、加圧後が10μmであった。
本実施例の加圧工程において、光電極基材層4の上面4aの表面剥離が発生せず、角部の欠損も生じなかった。
これにより、透明電極1上に光電極基材層4が形成された色素増感太陽電池用基材6を得た。
Thereafter, a stainless steel metal mask (thickness t: 100 μm) was placed on the transparent electrode 1 as the metal mask 30 (metal mask placement step), and the paste 14 was applied on the transparent electrode 1 (squeegee step). Then, it heated at 150 degree | times for 1 hour (drying process).
When the arithmetic average roughness Ra of the upper surface 4a of the photoelectrode substrate layer 4 was measured with a surface roughness measuring device, Ra = 0.45 (μm).
Next, the photoelectrode base material layer 4 was pressurized at a pressure of 100 MPa using a metal roll (pressurizing step). The film thickness of the photoelectrode substrate layer 4 was 15 μm before pressurization and 10 μm after pressurization.
In the pressurizing step of this example, the surface peeling of the upper surface 4a of the photoelectrode substrate layer 4 did not occur, and no corners were lost.
Thereby, the base material 6 for dye-sensitized solar cells in which the photoelectrode base material layer 4 was formed on the transparent electrode 1 was obtained.

[実施例2]
酸化チタン微粒子が20wt%、1−ヘキサノールが80wt%の酸化チタンペーストを用意し、その他の条件は実施例1と同様に光電極基材層4を作製し、色素増感太陽電池用基材6を得た。
光電極基材層4の上面4aの加圧前の算術平均粗さRaを表面粗さ測定装置で測定したところ、Ra=1.04(μm)であった。
この光電極基材層4の膜厚は加圧前が15μm、加圧後が10μmであった。
本実施例の加圧工程において、光電極基材層4の上面4aの表面剥離が発生せず、角部の欠損も生じなかった。
[Example 2]
A titanium oxide paste containing 20 wt% of titanium oxide fine particles and 80 wt% of 1-hexanol was prepared. Under the other conditions, the photoelectrode substrate layer 4 was prepared in the same manner as in Example 1, and the substrate 6 for dye-sensitized solar cell 6 Got.
When the arithmetic average roughness Ra before pressurization of the upper surface 4a of the photoelectrode substrate layer 4 was measured with a surface roughness measuring device, Ra = 1.04 (μm).
The film thickness of the photoelectrode substrate layer 4 was 15 μm before pressurization and 10 μm after pressurization.
In the pressurizing step of this example, the surface peeling of the upper surface 4a of the photoelectrode substrate layer 4 did not occur, and no corners were lost.

[比較例1]
実施例1と同材質、同形状のものを、上記メタルマスク配置工程およびスキージ工程をスクリーン印刷版による印刷によって置き換えて、色素増感太陽電池用基材を製造した。
本比較例における加圧前の光電極基材層の上面の算術平均粗さRaは、Ra=1.40(μm)であった。
加圧前後の光電極基材層の膜厚は、上記第1の実施形態と同様に、加圧前が15μm、加圧後が10μmであった。ただし、本比較例では、加圧工程において、光電極基材層の一部が表面剥離してしまった。これは、算術平均粗さRaが1.1μmを超えているためであると考えられる。
[Comparative Example 1]
A substrate for a dye-sensitized solar cell was manufactured by replacing the metal mask placement step and the squeegee step with the same material and shape as in Example 1 by printing with a screen printing plate.
The arithmetic average roughness Ra of the upper surface of the photoelectrode base material layer before pressurization in this comparative example was Ra = 1.40 (μm).
The film thickness of the photoelectrode substrate layer before and after pressurization was 15 μm before pressurization and 10 μm after pressurization, as in the first embodiment. However, in this comparative example, a part of the photoelectrode base material layer was peeled off in the pressurizing step. This is presumably because the arithmetic average roughness Ra exceeds 1.1 μm.

このように、実施例1、2における色素増感太陽電池用基材6の光電極基材層4の表面粗さは、1.1μm以下であって、比較例1における色素増感太陽電池用基材の光電極基材層の表面粗さに比べて格段に小さいことが分かる。   Thus, the surface roughness of the photoelectrode substrate layer 4 of the dye-sensitized solar cell substrate 6 in Examples 1 and 2 is 1.1 μm or less, and for the dye-sensitized solar cell in Comparative Example 1 It turns out that it is remarkably small compared with the surface roughness of the photoelectrode base material layer of a base material.

次に、上記実施形態の色素増感太陽電池の製造方法の実施例3について説明する。   Next, Example 3 of the method for manufacturing the dye-sensitized solar cell of the above embodiment will be described.

[実施例3]
実施例1の色素増感太陽電池用基材6の光電極基材層4を、増感色素であるルテニウム色素N719(72mg)とエタノール(200mL)との混合液に25℃で2時間浸漬した。これにより、光電極基材層4にルテニウム色素が吸着されて、発電層5が形成された。
この発電層5間に銀配線とそれを保護する樹脂層を形成し、発電層5が並列に接続された100mm×100mmの色素増感太陽電池100を製造した。
[Example 3]
The photoelectrode substrate layer 4 of the dye-sensitized solar cell substrate 6 of Example 1 was immersed in a mixed solution of ruthenium dye N719 (72 mg) and ethanol (200 mL) as a sensitizing dye at 25 ° C. for 2 hours. . As a result, the ruthenium dye was adsorbed on the photoelectrode substrate layer 4 to form the power generation layer 5.
A silver wiring and a resin layer protecting the same were formed between the power generation layers 5, and a 100 mm × 100 mm dye-sensitized solar cell 100 in which the power generation layers 5 were connected in parallel was manufactured.

次に、この色素増感太陽電池100に、AM(エアマス)1.5、100mW/cmの標準光源照射を行って、電池性能を計測した。
この場合、計測された電流密度は10.0mA/cm、開放電圧は0.60V、フィルファクタは0.60、変換効率は3.6%であった。
このように、実施例1の光電極基材層の形成方法、およびこれを用いた色素増感太陽電池の製造方法を用いて製造された色素増感太陽電池100によれば、容易に光電極基材層4、発電層5を形成することができ、電池性能も良好であった。
一方で、スクリーン印刷版を用いた比較例1の色素増感太陽電池用基材の場合は、均一な光電極基材層を形成する事が出来ず、加圧時に剥離してしまった為、色素増感太陽電池を作製する事ができなかった。
Next, this dye-sensitized solar cell 100 was irradiated with a standard light source of AM (air mass) 1.5 and 100 mW / cm 2 to measure battery performance.
In this case, the measured current density was 10.0 mA / cm 2 , the open circuit voltage was 0.60 V, the fill factor was 0.60, and the conversion efficiency was 3.6%.
Thus, according to the formation method of the photoelectrode base material layer of Example 1, and the dye-sensitized solar cell 100 manufactured using the manufacturing method of the dye-sensitized solar cell using the same, the photoelectrode can be easily obtained. The base material layer 4 and the power generation layer 5 could be formed, and the battery performance was also good.
On the other hand, in the case of the dye-sensitized solar cell substrate of Comparative Example 1 using a screen printing plate, it was not possible to form a uniform photoelectrode substrate layer, and it was peeled off during pressurization, A dye-sensitized solar cell could not be produced.

1 透明電極
2 対向電極
3 電解質層
4 光電極基材層
4a 上面(層上面)
4c 円弧状角部
5 発電層(光電変換層)
6 色素増感太陽電池用基材
11 透明基板
12 透明導電膜
14 ペースト
14a 上面
14A ペースト層
21 導電層
22 触媒層
30 メタルマスク
30a 開口部
30b 円弧状隅部(隅部)
31 スキージ
100 色素増感太陽電池
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Transparent electrode 2 Counter electrode 3 Electrolyte layer 4 Photoelectrode base material layer 4a Upper surface (layer upper surface)
4c Arc corner 5 Power generation layer (photoelectric conversion layer)
6 Dye-sensitized solar cell substrate 11 Transparent substrate 12 Transparent conductive film 14 Paste 14a Upper surface 14A Paste layer 21 Conductive layer 22 Catalyst layer 30 Metal mask 30a Opening 30b Arc-shaped corner (corner)
31 Squeegee 100 Dye-sensitized solar cell

Claims (7)

透明電極と、金属酸化物からなる光電極基材層に増感色素を吸着させた光電変換層とを有する色素増感太陽電池に用いる光電極基材層の形成方法であって、
前記透明電極上に、前記光電極基材層を形成するための開口部を有するメタルマスクを配置するメタルマスク配置工程と、
前記金属酸化物を含有するペーストを、スキージを用いて、前記開口部内の前記透明電極上に塗布するスキージ工程と、
前記メタルマスクを除去して、前記透明電極上に、前記開口部の形状に沿って整形されたペースト層を形成するメタルマスク除去工程と、
前記ペースト層を乾燥させることにより前記光電極基材層を形成する乾燥工程と、
を備える、光電極基材層の形成方法。
A method for forming a photoelectrode substrate layer used in a dye-sensitized solar cell having a transparent electrode and a photoelectric conversion layer in which a sensitizing dye is adsorbed on a photoelectrode substrate layer made of a metal oxide,
A metal mask arranging step of arranging a metal mask having an opening for forming the photoelectrode substrate layer on the transparent electrode;
Applying a paste containing the metal oxide on the transparent electrode in the opening using a squeegee; and
Removing the metal mask, and forming a paste layer shaped along the shape of the opening on the transparent electrode; and
A drying step of forming the photoelectrode substrate layer by drying the paste layer;
A method for forming a photoelectrode substrate layer, comprising:
前記メタルマスクは、
前記開口部の隅部が円弧状に形成されている
ことを特徴とする請求項1に記載の光電極基材層の形成方法。
The metal mask is
The method for forming a photoelectrode substrate layer according to claim 1, wherein a corner of the opening is formed in an arc shape.
透明電極上に、前記請求項1または2に記載の光電極基材層の形成方法によって光電極基材層が形成された、色素増感太陽電池用基材。   A substrate for a dye-sensitized solar cell, wherein a photoelectrode substrate layer is formed on a transparent electrode by the method for forming a photoelectrode substrate layer according to claim 1 or 2. 前記光電極基材層は、
層上面の算術平均粗さRaが、1.1μm以下である
ことを特徴とする、請求項3に記載の色素増感太陽電池用基材。
The photoelectrode substrate layer is
4. The dye-sensitized solar cell substrate according to claim 3, wherein the arithmetic mean roughness Ra of the upper surface of the layer is 1.1 μm or less. 5.
請求項1または2に記載の光電極基材層の形成方法によって、透明電極上に、光電極基材層を形成し、該光電極基材層に増感色素を吸着させて光電変換層を形成する、
色素増感太陽電池の製造方法。
A photoelectrode substrate layer is formed on a transparent electrode by the method for forming a photoelectrode substrate layer according to claim 1, and a sensitizing dye is adsorbed on the photoelectrode substrate layer to form a photoelectric conversion layer. Form,
A method for producing a dye-sensitized solar cell.
請求項5に記載の色素増感太陽電池の製造方法によって、製造された、
色素増感太陽電池。
Manufactured by the method for producing a dye-sensitized solar cell according to claim 5,
Dye-sensitized solar cell.
請求項3または4に記載の色素増感太陽電池用基材を備える、
色素増感太陽電池。
Comprising the dye-sensitized solar cell substrate according to claim 3 or 4,
Dye-sensitized solar cell.
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