JP2016119467A - Photoelectric conversion element - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a photoelectric conversion element in which electrolyte is sufficiently filled in a porous semiconductor electrode thereby to achieve excellent photoelectric conversion efficiency.SOLUTION: In a photoelectric conversion element 10 having a porous semiconductor electrode layer 13 having a photosensitizing compound and semiconductor nano-crystal particles, and an electrolyte layer 14 between an electrode 11 and a counter electrode 12 which are a pair of electrodes, the porous semiconductor electrode layer 13 has indefinite-shape gaps 13A and linear gaps 13B leading to the indefinite-shape gaps 13A, and the electrolyte layer 14 is composed of a solid electrolyte or a highly viscous electrolytic solution.SELECTED DRAWING: Figure 2

Description

本発明は、光電変換素子に関する。   The present invention relates to a photoelectric conversion element.

再生可能エネルギーの導入が世界的な潮流となりつつある中、光電変換素子である太陽電池にも高い関心が集まっている。太陽電池としては、単結晶シリコン型、多結晶シリコン型、アモルファスシリコン型などシリコンを材料とするもの、セレン化銅インジウムなど化合物半導体を材料とするものなどが実用化されている。しかしながら、これらのいずれの太陽電池もモジュール生産に多大なエネルギーを要することから、生産コスト低減には制約があり、太陽電池の大規模な普及を図る上で制約となっている。   As the introduction of renewable energy is becoming a global trend, there is a great interest in solar cells, which are photoelectric conversion elements. As solar cells, those using silicon such as single crystal silicon type, polycrystalline silicon type, and amorphous silicon type, and those using compound semiconductor such as copper indium selenide have been put into practical use. However, since any of these solar cells requires a large amount of energy for module production, there is a limitation in reducing the production cost, which is a limitation in the large-scale spread of solar cells.

一方、生産エネルギーが相対的に低く、低コスト化を図る上で有利な太陽電池として、色素増感太陽電池がある。色素増感太陽電池は、ガラスなどからなる透明基板上に、導電性透明薄膜、多孔質半導体電極、光増感化合物(増感色素等)、酸化還元対を有する電解質含有体(電解液等)、対極を順に積層させた構造をしている。増感色素を保持する半導体電極を多孔質化させることによって比表面積を数百倍から千倍に拡大し、保持される増感色素の量を大幅に増やしたことにより、大きな光電流を得られるようにした点が特徴である(例えば、非特許文献1、2参照)。   On the other hand, there is a dye-sensitized solar cell as a solar cell that is relatively low in production energy and advantageous for cost reduction. A dye-sensitized solar cell has a conductive transparent thin film, a porous semiconductor electrode, a photosensitizing compound (sensitizing dye, etc.), and an electrolyte-containing body (electrolytic solution, etc.) having a redox pair on a transparent substrate made of glass or the like. The counter electrode is laminated in order. By making the semiconductor electrode holding the sensitizing dye porous, the specific surface area is increased from several hundred times to 1000 times, and the amount of the sensitizing dye held is greatly increased, so that a large photocurrent can be obtained. This is a feature (see Non-Patent Documents 1 and 2, for example).

一般的に、色素増感太陽電池用半導体電極は、半導体ナノ結晶粒子とバインダーとを含む分散液を、粘性を調整した塗工液に処方し、これをスクリーン印刷等の方法により基板に塗布した後、加熱焼成によってバインダーを除去し、多孔質化することによって得られる。半導体ナノ結晶粒子としては酸化チタンが用いられる場合が多い。   Generally, a semiconductor electrode for a dye-sensitized solar cell is prepared by formulating a dispersion liquid containing semiconductor nanocrystal particles and a binder into a coating liquid whose viscosity is adjusted, and applying this to a substrate by a method such as screen printing. Thereafter, the binder is removed by heating and baking to obtain a porous structure. Titanium oxide is often used as the semiconductor nanocrystal particle.

色素増感太陽電池の発電原理は、(1)半導体電極表面に固定された光増感化合物が太陽光等の外部光を吸収して励起状態となる、(2)これが半導体電極に対して電子を放出する、(3)放出された電子が半導体電極を拡散移動し、導電性透明基板に到着する、(4)導電性基板から外部回路を経由して対極に移動する、(5)対極において電解液中の酸化還元対を還元する、(6)この還元体が電解液中を移動して色素に到着し、電子放出した光増感化合物を還元して基底状態に戻す、という(1)〜(6)のサイクルに基づく。本サイクルを繰り返すことにより、光が照射されている間、持続的に発電がなされる。   The power generation principle of the dye-sensitized solar cell is as follows: (1) the photosensitized compound fixed on the surface of the semiconductor electrode absorbs external light such as sunlight and enters an excited state. (2) This is an electron with respect to the semiconductor electrode. (3) The emitted electrons diffuse through the semiconductor electrode and arrive at the conductive transparent substrate, (4) move from the conductive substrate to the counter electrode via an external circuit, (5) at the counter electrode Reduce the redox couple in the electrolyte solution. (6) The reductant moves through the electrolyte solution and arrives at the dye, reducing the electron-sensitized photosensitized compound to the ground state (1). Based on cycle (6). By repeating this cycle, power generation is continuously performed while light is irradiated.

このような発電原理に鑑みたとき、半導体電極中に形成される多孔質構造は、適切な表面積と適切な細孔径とを同時に有する必要がある。すなわち、発電サイクルの起点である太陽光吸収を増やすためには増感色素量が多いほど有利であるため、色素固定面である半導体電極表面の面積が多い方が望ましい。一方、電解液中の酸化還元対が色素を基底状態に戻し、発電サイクルを完結させるためには、電解液が多孔質構造中の細孔に十分に充填され、電解液と色素が接触している必要があるが、細孔が狭すぎると電解液が充分に浸透できず、細孔内に充填されないため、適切に設定された直径を超える細孔を構築する必要がある。とりわけ、電解液の粘度が高く、細孔に対して浸透しにくい場合にこの問題は顕著となる。   In view of such a power generation principle, the porous structure formed in the semiconductor electrode needs to have an appropriate surface area and an appropriate pore diameter at the same time. That is, in order to increase the sunlight absorption that is the starting point of the power generation cycle, the larger the amount of the sensitizing dye, the more advantageous. Therefore, it is desirable that the area of the semiconductor electrode surface that is the dye fixing surface is large. On the other hand, in order for the redox couple in the electrolyte to return the dye to the ground state and complete the power generation cycle, the electrolyte is sufficiently filled in the pores in the porous structure, and the electrolyte and the dye are in contact with each other. However, if the pores are too narrow, the electrolyte solution cannot penetrate sufficiently and is not filled in the pores, so it is necessary to construct pores that exceed the appropriately set diameter. In particular, this problem becomes significant when the electrolyte has a high viscosity and is difficult to penetrate into the pores.

色素増感型の光電変換素子において多孔質半導体電極層への電解液充填を促進する方法としては、多孔質半導体電極層中に空隙を設けた構造が既に提案されている。例えば、特許文献1では多孔質半導体層材料にナノチューブ状の結晶チタニア(チタニアナノチューブ)を単体もしくは混合物として用いることで、十分な空隙と比表面積を有した多孔質半導体電極層を形成している。   As a method for accelerating the filling of the porous semiconductor electrode layer with the electrolyte in the dye-sensitized photoelectric conversion element, a structure in which voids are provided in the porous semiconductor electrode layer has already been proposed. For example, in Patent Document 1, a porous semiconductor electrode layer having sufficient voids and specific surface area is formed by using nanotube-like crystalline titania (titania nanotube) as a single body or a mixture as a porous semiconductor layer material.

また、特許文献2では、塗工液中に空隙形成用材料を添加することにより、空隙率および空隙寸法が制御された多孔質半導体電極層の製造方法を提案している。   Patent Document 2 proposes a method for producing a porous semiconductor electrode layer in which the void ratio and void size are controlled by adding a void-forming material to the coating liquid.

これらの方法によって得られる多孔質半導体電極層は電解液を円滑に充填することができ、光電変換特性の向上が期待できる。   The porous semiconductor electrode layer obtained by these methods can be smoothly filled with an electrolytic solution, and an improvement in photoelectric conversion characteristics can be expected.

しかしながら、これら従来の例においては、光電変換特性の向上を図る上で最適な半導体電極層構造とはなっていない。例えば、特許文献1のチタニアナノチューブを添加する方法においては、チタニアナノチューブの配置が制御されておらず、多孔質半導体中に乱雑に配置された状態であるため、必要以上に大きな空隙が形成され、増感色素の配置数を過度に減らしている。   However, these conventional examples do not have an optimal semiconductor electrode layer structure for improving the photoelectric conversion characteristics. For example, in the method of adding titania nanotubes of Patent Document 1, since the arrangement of titania nanotubes is not controlled and is randomly arranged in the porous semiconductor, voids larger than necessary are formed, The number of sensitizing dyes is excessively reduced.

また特許文献2の、塗工液中に空隙形成用材料を添加する方法では、得られる空隙は一般的に真球形状の孤立孔である。このとき、空隙は膜外部との経路を持たないため、膜外部から内部に向かって電解液を十分に充填させるという空孔形成の目的を十分に果たすことができない。   Further, in the method of Patent Document 2 in which a material for forming voids is added to the coating liquid, the voids obtained are generally true spherical isolated holes. At this time, since the voids do not have a path to the outside of the film, the void forming purpose of sufficiently filling the electrolyte solution from the outside to the inside of the film cannot be sufficiently achieved.

本発明は上記の課題を解決し、電解質が多孔質半導体電極層中に十分充填され、これによって優れた光電変換効率が得られる光電変換素子を提供することを目的とする。   An object of the present invention is to solve the above-described problems and to provide a photoelectric conversion element in which an electrolyte is sufficiently filled in a porous semiconductor electrode layer, and thereby excellent photoelectric conversion efficiency can be obtained.

上記課題を解決するための本発明に係る光電変換素子は、一対の電極間に、光増感化合物及び半導体ナノ結晶粒子を有する多孔質半導体電極層と電解質層とが設けられた光電変換素子であって、多孔質半導体電極層は、不定形状の空隙と、不定形状の空隙に繋がった筋状の空隙とを有し、電解質層は固体電解質または高粘性電解液からなることを特徴とする。   A photoelectric conversion element according to the present invention for solving the above problems is a photoelectric conversion element in which a porous semiconductor electrode layer having a photosensitizing compound and semiconductor nanocrystal particles and an electrolyte layer are provided between a pair of electrodes. The porous semiconductor electrode layer has an irregularly shaped void and a streaky void connected to the irregularly shaped void, and the electrolyte layer is made of a solid electrolyte or a highly viscous electrolyte.

本発明によれば、電解質が多孔質半導体電極層中に十分充填され、これによって優れた光電変換効率が得られる光電変換素子を提供することができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, electrolyte can fully be filled in a porous semiconductor electrode layer, and the photoelectric conversion element from which the outstanding photoelectric conversion efficiency is obtained by this can be provided.

光電変換素子の概略断面図である。It is a schematic sectional drawing of a photoelectric conversion element. 実施例1によって得られた半導体電極の断面SEM観察像を示す。The cross-sectional SEM observation image of the semiconductor electrode obtained by Example 1 is shown.

以下、本発明の一実施形態に係る光電変換素子10について図面を参照しながら詳細に説明する。   Hereinafter, the photoelectric conversion element 10 according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

図1は、光電変換素子10の概略断面図である。図1に示すように、光電変換素子10は、一対の電極である電極11及び対極12と、この電極間に設けられる多孔質半導体電極層13及び電解質層14と、を備える。   FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of the photoelectric conversion element 10. As shown in FIG. 1, the photoelectric conversion element 10 includes a pair of electrodes 11 and a counter electrode 12, and a porous semiconductor electrode layer 13 and an electrolyte layer 14 provided between the electrodes.

電極11である第1の電子集電電極は基材15の一方の面に設けられる。多孔質半導体電極層13は、基材15の電極11を有する面に設けられ、光増感化合物と、半導体ナノ結晶粒子と、不定形状の空隙13Aと、不定形状の空隙13Aに繋がった筋状の空隙13Bと、を有する。電解質層14は、多孔質半導体電極層13を挟むように電極11に対向して設けられる。対極12は、一方の面に第2の電子集電電極19を有し、電解質層14を挟むように多孔質半導体電極層13に第2の電子集電電極19を対向させて設けられる。電解質層14は固体電解質または高粘性電解液からなるものである。   The first electron collecting electrode that is the electrode 11 is provided on one surface of the substrate 15. The porous semiconductor electrode layer 13 is provided on the surface of the base material 15 having the electrode 11 and is connected to the photosensitizing compound, the semiconductor nanocrystal particles, the irregularly shaped void 13A, and the irregularly shaped void 13A. And the gap 13B. The electrolyte layer 14 is provided to face the electrode 11 so as to sandwich the porous semiconductor electrode layer 13. The counter electrode 12 has a second electron current collecting electrode 19 on one surface, and is provided with the second electron current collecting electrode 19 facing the porous semiconductor electrode layer 13 so as to sandwich the electrolyte layer 14. The electrolyte layer 14 is made of a solid electrolyte or a highly viscous electrolyte.

ここで、不定形状とは真球形状等とは異なり輪郭線に規則性を持たない形状であることを意味している。規則性をもたない形状としては、例えばアメーバ状等が挙げられる。   Here, the indefinite shape means a shape having no regularity in the contour line unlike a true spherical shape or the like. Examples of the shape having no regularity include an amoeba shape.

本発明においては、前記多孔質半導体電極層が、不定形状の空隙と、前記不定形状の空隙に繋がった筋状の空隙とを有することで、固体または高粘性電解液が不定形状の空隙へ浸透し、不定形状の空隙と繋がった筋状の空隙から電解液が多孔質半導体電極層に浸透し、空隙や細孔に十分に充填されることで、光電変換効率の向上が可能になる。   In the present invention, the porous semiconductor electrode layer has an irregularly shaped void and a streaky void connected to the irregularly shaped void, so that the solid or high-viscosity electrolyte permeates into the irregularly shaped void. Then, the electrolytic solution penetrates into the porous semiconductor electrode layer from the streak-like voids connected to the irregular-shaped voids, and the voids and the pores are sufficiently filled, so that the photoelectric conversion efficiency can be improved.

通常、色素増感太陽電池の多孔質半導体電極中に形成される細孔は、半導体粒子同士が密に積み重なることにより、その隙間として与えられる。粒径が完全に揃っており、かつ粒子が最密充填していると仮定した場合、幾何学的計算によって与えられる細孔径は粒径のおよそ1/3である。多孔質半導体電極中の比表面積を増大させ、吸着色素量を増やす目的から、半導体粒子として一般には粒径20〜50nmが選ばれることから、このとき形成される細孔はおよそ7〜17nmと求められる。これは、固体電解質または高粘性電解質を充填する上で甚だ不十分な細孔径である。   Usually, the pores formed in the porous semiconductor electrode of the dye-sensitized solar cell are given as a gap between the semiconductor particles stacked densely. Assuming that the particle sizes are perfectly aligned and the particles are closest packed, the pore size given by the geometric calculation is approximately 1/3 of the particle size. For the purpose of increasing the specific surface area in the porous semiconductor electrode and increasing the amount of adsorbed dye, a particle size of 20 to 50 nm is generally selected as the semiconductor particle, and the pores formed at this time are determined to be about 7 to 17 nm. It is done. This is a very insufficient pore size for filling a solid electrolyte or a highly viscous electrolyte.

また、塗工液中に空隙形成用材料を添加し、粒子同士の隙間より大きな径の細孔を設けた場合であっても、それが孤立孔である場合は、孤立孔同士を繋ぐ細孔は上記の通り粒子同士の隙間からなる7〜17nmの径しか有さない。従って、膜中に形成された孤立孔の全てに電解液を十分に充填することは困難である。   In addition, even when a void forming material is added to the coating liquid and pores having a diameter larger than the gap between the particles are provided, if these are isolated pores, the pores connecting the isolated pores Has a diameter of 7 to 17 nm consisting of gaps between particles as described above. Therefore, it is difficult to sufficiently fill all the isolated holes formed in the film with the electrolytic solution.

一方、本発明においては、電解液の浸透性を向上させるために必要な不定形状の空隙と、この不定形状の空隙と繋がった筋状の空隙を設けている。不定形状の空隙と繋がった筋状の空隙は、膜外部から浸透してくる電解液が膜内部の空隙へ連絡する通路としての役割を持ち、不定形状の空隙へ電解質が滞りなく十分に充填されることを可能にしている。さらに、膜外部から膜内部への電解液を連絡する通路としてのみでなく、膜中の空隙と空隙とを繋ぐ通路として役割も果たすことで、電解質の充填性がより向上する。   On the other hand, in the present invention, an irregularly shaped void necessary for improving the permeability of the electrolytic solution and a streaky void connected to the irregularly shaped void are provided. The streak-like voids connected to the irregularly shaped voids serve as a passage for the electrolyte that permeates from the outside of the membrane to communicate with the voids inside the membrane, and the irregularly shaped voids are sufficiently filled with electrolyte without stagnation. Making it possible. Further, not only as a passage for connecting the electrolyte solution from the outside of the membrane to the inside of the membrane, but also as a passage connecting the voids in the membrane, the electrolyte filling property is further improved.

これによって、固体電解質や高粘性電解液であっても多孔質半導体電極層に十分充填させることができ、高い変換効率を有する光電変換素子が得られる。   Thereby, even if it is a solid electrolyte or a highly viscous electrolyte, the porous semiconductor electrode layer can be sufficiently filled, and a photoelectric conversion element having high conversion efficiency can be obtained.

不定形状の空隙と、この不定形状の空隙と繋がった筋状の空隙とを有する多孔質半導体電極層を形成する方法としては、例えば、半導体ナノ結晶粒子の分散液中に、加熱消滅性粒子の凝集体もしくは加熱消滅性繊維を含む液を加えて得られた塗工液を用いて多孔質半導体電極層を形成する方法が挙げられる。
本発明の光電変換素子の好適な製造方法は、一対の電極間に、光増感化合物及び半導体ナノ結晶粒子を有する多孔質半導体電極層と電解質層とが設けられ、前記電解質層は固体電解質または高粘性電解液からなる光電変換素子の製造方法であって、前記半導体ナノ結晶粒子の分散液中に、加熱消滅性粒子の凝集体又は加熱消滅性繊維を含む液を加えて得られた塗工液を用いて、不定形状の空隙と、前記不定形状の空隙に繋がった筋状の空隙とを有する前記多孔質半導体電極層を形成する多孔質半導体電極層形成工程を含むことである。
As a method for forming a porous semiconductor electrode layer having an irregularly shaped void and a streaky void connected to the irregularly shaped void, for example, in a dispersion of semiconductor nanocrystal particles, The method of forming a porous semiconductor electrode layer using the coating liquid obtained by adding the liquid containing an aggregate or a heat extinction fiber is mentioned.
In a preferred method for producing the photoelectric conversion element of the present invention, a porous semiconductor electrode layer having a photosensitizing compound and semiconductor nanocrystal particles and an electrolyte layer are provided between a pair of electrodes, and the electrolyte layer is a solid electrolyte or A method for producing a photoelectric conversion element comprising a highly viscous electrolytic solution, the coating obtained by adding a liquid containing aggregates of heat extinguishing particles or heat extinguishing fibers to the dispersion of the semiconductor nanocrystal particles A step of forming a porous semiconductor electrode layer using a liquid to form the porous semiconductor electrode layer having an irregularly shaped void and a streaky void connected to the irregularly shaped void;

次に、本発明に係る光電変換素子10の一実施形態についてさらに詳細に説明する。尚、以下に述べる実施の形態は、本発明の好適な実施の形態であるから技術的に好ましい種々の限定が付されているが、本発明の範囲は以下の説明において本発明を限定する旨の記載がない限り、これらの態様に限られるものではない。   Next, an embodiment of the photoelectric conversion element 10 according to the present invention will be described in more detail. Although the embodiments described below are preferred embodiments of the present invention, various technically preferable limitations are attached thereto, but the scope of the present invention is intended to limit the present invention in the following description. Unless otherwise described, the present invention is not limited to these embodiments.

<電極11>
電極11は、基材15の表面上に配置された透明な電子集電電極である。
<Electrode 11>
The electrode 11 is a transparent electron current collecting electrode disposed on the surface of the substrate 15.

基材15の種類は、可視光に透明な材質からなり、一定の機械的強度を有する材料であれば特に限定されるものではなく、例えば、ガラス、透明プラスチック板、透明プラスチック膜、無機物透明結晶体などが用いられる。   The type of the substrate 15 is not particularly limited as long as it is made of a material transparent to visible light and has a certain mechanical strength. For example, glass, a transparent plastic plate, a transparent plastic film, an inorganic transparent crystal The body is used.

基材15の形状は特に限定されるものではなく、平板状、曲面状、線状、環状などであってよい。   The shape of the substrate 15 is not particularly limited, and may be a flat plate shape, a curved surface shape, a linear shape, an annular shape, or the like.

電子集電電極としては、可視光に対して透明な導電性物質であれば特に限定されるものではなく、通常の光電変換素子、あるいは液晶パネル等に用いられる公知のものを使用できる。   The electron collecting electrode is not particularly limited as long as it is a conductive material transparent to visible light, and a known photoelectric conversion element or a known one used for a liquid crystal panel or the like can be used.

導電性物質は、例えば、インジウム・スズ酸化物(以下、ITOと称す)、フッ素ドープ酸化スズ(以下、FTOと称す)、アンチモンドープ酸化スズ(以下、ATOと称す)等が挙げられ、これらが単独あるいは複数積層されていてもよい。   Examples of the conductive material include indium tin oxide (hereinafter referred to as ITO), fluorine-doped tin oxide (hereinafter referred to as FTO), antimony-doped tin oxide (hereinafter referred to as ATO), and the like. A single layer or a plurality of layers may be stacked.

電子集電電極の厚さは5nm〜100μmが好ましく、50nm〜10μmが更に好ましい。   The thickness of the electron collector electrode is preferably 5 nm to 100 μm, more preferably 50 nm to 10 μm.

電極11は、電子集電電極と基材15が一体となっている公知のものを用いることもでき、例えば、FTOコートガラス、ITOコートガラス、酸化亜鉛:アルミニウムコートガラス、FTOコート透明プラスチック膜、ITOコート透明プラスチック膜等が挙げられる。   As the electrode 11, a known one in which the electron collector electrode and the base material 15 are integrated can be used. For example, FTO-coated glass, ITO-coated glass, zinc oxide: aluminum-coated glass, FTO-coated transparent plastic film, Examples thereof include an ITO-coated transparent plastic film.

また、酸化スズや酸化インジウムに原子価の異なる陽イオン若しくは陰イオンをドープした透明電極、メッシュ状、ストライプ状など光が透過できる構造にした金属電極をガラス基板等の基板上に設けたものでもよい。これらは単独あるいは2種以上の混合、または積層したものでも構わない。   In addition, a transparent electrode obtained by doping cations or anions with different valences into tin oxide or indium oxide, or a metal electrode having a structure capable of transmitting light, such as a mesh shape or a stripe shape, provided on a substrate such as a glass substrate Good. These may be used singly or as a mixture of two or more kinds or laminated ones.

また、電子集電電極として、金属リード線等を用いてもよい。   Moreover, you may use a metal lead wire etc. as an electronic current collection electrode.

金属リード線の材質はアルミニウム、銅、銀、金、白金、ニッケル等の金属が挙げられる。金属リード線は、基板に蒸着、スパッタリング、圧着等で設置し、その上にITOやFTOを設ける方法が挙げられる。   Examples of the material of the metal lead wire include metals such as aluminum, copper, silver, gold, platinum, and nickel. For example, the metal lead wire may be provided on the substrate by vapor deposition, sputtering, pressure bonding, or the like, and ITO or FTO may be provided thereon.

<多孔質半導体電極層13>
多孔質半導体電極層13は、可視光に透明な基材15に配置された電子集電電極11上に設けられる。
<Porous semiconductor electrode layer 13>
The porous semiconductor electrode layer 13 is provided on the electron collecting electrode 11 disposed on the base material 15 that is transparent to visible light.

多孔質半導体電極層13の形成方法としては、半導体ナノ結晶粒子を含む後述する塗工液(6)を基材15の電極11が設けられた面にスクリーン印刷等の方法によって塗布し、これを乾燥、焼成することが挙げられる。従って以下では塗工法によって不定形状な空隙13Aと、不定形状の空隙13Aに繋がった筋状の空隙13Bを有する多孔質半導体電極層13を形成する方法を述べるが、必ずしも本方法に限定されるものではなく、例えば塗布後の乾燥条件によって形成するなど、広く公知の方法を用いることができる。   As a method for forming the porous semiconductor electrode layer 13, a coating liquid (6) described later containing semiconductor nanocrystal particles is applied to the surface of the substrate 15 on which the electrode 11 is provided by a method such as screen printing. Drying and firing can be mentioned. Therefore, in the following, a method for forming the porous semiconductor electrode layer 13 having the irregularly shaped void 13A and the streaky void 13B connected to the irregularly shaped void 13A by a coating method will be described, but the method is not necessarily limited to this method. Instead, for example, a widely known method can be used, such as formation by drying conditions after coating.

不定形状な空隙13Aと、不定形状の空隙13Aに繋がった筋状の空隙13Bを有する多孔質半導体電極層13は、塗工液(6)を透明な電子集電電極が配置された基材15上に塗布し、焼成する塗工法によって得ることができる。   The porous semiconductor electrode layer 13 having the irregularly shaped void 13A and the streaky void 13B connected to the irregularly shaped void 13A is formed by applying the coating liquid (6) to the base material 15 on which the transparent electron collector electrode is disposed. It can be obtained by a coating method in which it is applied and fired.

<塗工液(6)>
塗工液(6)は、半導体ナノ結晶粒子(1)を含有する半導体ナノ結晶粒子分散液(2)と、加熱消滅性粒子の凝集体もしくは加熱消滅性繊維(3)と、バインダー樹脂(4)と、分散溶媒(5)と、を含む。
<Coating fluid (6)>
The coating liquid (6) comprises a semiconductor nanocrystal particle dispersion (2) containing semiconductor nanocrystal particles (1), an aggregate of heat extinguishing particles or heat extinguishing fibers (3), and a binder resin (4). And a dispersion solvent (5).

<塗工液(6)の調製>
塗工液(6)は、まず半導体ナノ結晶粒子(1)を単独で分散して半導体ナノ結晶粒子分散液(2)を得た後、加熱消滅性粒子の凝集体もしくは加熱消滅性繊維(3)、バインダー樹脂(4)、分散溶媒(5)を混合分散し脱溶することで塗工液(6)を得る。各成分については後述する。
<Preparation of coating liquid (6)>
The coating liquid (6) is obtained by first dispersing the semiconductor nanocrystal particles (1) alone to obtain a semiconductor nanocrystal particle dispersion (2), and then agglomerates of heat extinguishing particles or heat extinguishing fibers (3 ), A binder resin (4), and a dispersion solvent (5) are mixed and dispersed, and dissolved to obtain a coating liquid (6). Each component will be described later.

半導体ナノ結晶粒子、加熱消滅性粒子凝集体もしくは加熱消滅性繊維、バインダー樹脂、分散溶媒の混合方法は、上記の方法に限定されず、均一混合効果が得られるものであれば特に限定されるものではない。   The method of mixing the semiconductor nanocrystal particles, the heat extinguishing particle aggregate or the heat extinguishing fiber, the binder resin, and the dispersion solvent is not limited to the above method, and is particularly limited as long as a uniform mixing effect can be obtained. is not.

しかしながら混合は、半導体ナノ結晶粒子分散体を攪拌しているところに、加熱消滅性粒子凝集体もしくは加熱消滅性繊維、バインダー樹脂、分散溶媒を加えることが望ましく、マグネチックスターラーや攪拌子などで簡易な攪拌を行った後に、均一混合処理を行うのが好ましい。   However, it is desirable to add a heat extinguishing particle aggregate or a heat extinguishing fiber, a binder resin, and a dispersion solvent while stirring the semiconductor nanocrystal particle dispersion. It is preferable to carry out a uniform mixing process after performing agitation.

具体的な均一混合処理として、撹拌羽根式ミキサー、三本ロールミル、スターラー、ボールミル、ペイントコンディショナー、サンドミル、アトライター、ディスパーザー、ジェットミル、あるいは超音波分散等が挙げられる。均一混合処理の際に、加熱消滅性粒子が液中で凝集され、筋状を含む不定形状の空隙を与える凝集体が形成される。   Specific examples of the uniform mixing treatment include a stirring blade mixer, a three-roll mill, a stirrer, a ball mill, a paint conditioner, a sand mill, an attritor, a disperser, a jet mill, and ultrasonic dispersion. During the uniform mixing treatment, the heat extinguishing particles are aggregated in the liquid to form aggregates that give voids of irregular shapes including streaks.

また、均一混合処理に、加熱、冷却、加圧又は減圧を行ってもよい。   Moreover, you may perform a heating, cooling, pressurization, or pressure reduction for a uniform mixing process.

塗工液には、半導体ナノ結晶粒子の再凝集を防ぐため、塩酸、硝酸、酢酸等の酸、ポリオキシエチレン(10)オクチルフェニルエーテル等の界面活性剤、アセチルアセトン、2−アミノエタノール、エチレンジアミン等のキレート化剤等を添加することができる。さらに、ポリカルボン酸などのカチオン系分散剤を添加しても良い。チタニア粉末を媒体により均一に分散させることができ、チタニア粉末と溶媒との分離等を生ずることのないアセチルアセトンが好ましい。これらは単独、あるいは2種以上の混合溶媒として用いることができる。分散溶媒は、分散体に対して1〜5重量%加えることが好ましい。   In the coating liquid, in order to prevent re-aggregation of semiconductor nanocrystal particles, acids such as hydrochloric acid, nitric acid, acetic acid, surfactants such as polyoxyethylene (10) octylphenyl ether, acetylacetone, 2-aminoethanol, ethylenediamine, etc. A chelating agent or the like can be added. Further, a cationic dispersant such as polycarboxylic acid may be added. Acetylacetone that can uniformly disperse the titania powder with a medium and does not cause separation of the titania powder and the solvent is preferable. These can be used alone or as a mixed solvent of two or more. The dispersion solvent is preferably added in an amount of 1 to 5% by weight based on the dispersion.

<半導体ナノ結晶粒子(1)>
本発明に使用する半導ナノ結晶粒子は、結晶性半導体粒子であれば特に限定されるものではなく、公知のものを使用することができる。半導ナノ結晶粒子は、結晶性半導体の凝集体であってもよい。
<Semiconductor nanocrystal particles (1)>
The semiconductor nanocrystal particles used in the present invention are not particularly limited as long as they are crystalline semiconductor particles, and known ones can be used. The semiconductor nanocrystal particle may be an aggregate of a crystalline semiconductor.

半導ナノ結晶粒子は、具体的には、シリコン、ゲルマニウムのような単体半導体、あるいは金属のカルコゲニドに代表される化合物半導体、またはペロブスカイト構造を有する化合物等を挙げることができる。   Specific examples of the semiconductor nanocrystal particles include a single semiconductor such as silicon and germanium, a compound semiconductor typified by a metal chalcogenide, or a compound having a perovskite structure.

金属のカルコゲニドとしてはチタン、スズ、亜鉛、鉄、タングステン、ジルコニウム、ハフニウム、ストロンチウム、インジウム、セリウム、イットリウム、ランタン、バナジウム、ニオブ、あるいはタンタルの酸化物、カドミウム、亜鉛、鉛、銀、アンチモン、ビスマスの硫化物、カドミウム、鉛のセレン化物、カドミウムのテルル化物等が挙げられる。   Metal chalcogenides include titanium, tin, zinc, iron, tungsten, zirconium, hafnium, strontium, indium, cerium, yttrium, lanthanum, vanadium, niobium, or tantalum oxides, cadmium, zinc, lead, silver, antimony, bismuth. Sulfide, cadmium, lead selenide, cadmium telluride and the like.

他の化合物半導体としては亜鉛、ガリウム、インジウム、カドミウム、等のリン化物、ガリウム砒素、銅−インジウム−セレン化物、銅−インジウム−硫化物等が好ましい。   Other compound semiconductors are preferably phosphides such as zinc, gallium, indium, cadmium, gallium arsenide, copper-indium-selenide, copper-indium-sulfide, and the like.

また、ペロブスカイト構造を有する化合物としては、チタン酸ストロンチウム、チタン酸カルシウム、チタン酸ナトリウム、チタン酸バリウム、ニオブ酸カリウム等が好ましい。   As the compound having a perovskite structure, strontium titanate, calcium titanate, sodium titanate, barium titanate, potassium niobate and the like are preferable.

これらの中でも酸化物半導体が好ましく、特に酸化チタン、酸化亜鉛、酸化スズ、酸化ニオブが好ましく、この中で伝導体エネルギーの高い酸化チタンが最も好ましい。半導体ナノ結晶粒子は単独、あるいは2種以上の混合で使用しても構わない。   Among these, an oxide semiconductor is preferable, and titanium oxide, zinc oxide, tin oxide, and niobium oxide are particularly preferable. Among these, titanium oxide having a high conductor energy is most preferable. The semiconductor nanocrystal particles may be used alone or in combination of two or more.

使用する酸化チタンの平均1次粒子径は1nm以上500nm以下が好ましく、5nm以上300nm以下がより好ましく、10nm以上300nm以下がさらに好ましい。平均1次粒子径が小さすぎると、半導体多孔質膜が過剰に緻密化し、多孔質膜中に形成される細孔径が小さくなるため、電解質の浸透もしくは充填が制約されるという問題がある。一方、平均1次粒子径が大きすぎると、半導体多孔質膜内に含まれる表面積が低下するため、吸着色素量を十分に確保できないという問題がある。   The average primary particle diameter of the titanium oxide used is preferably 1 nm to 500 nm, more preferably 5 nm to 300 nm, and even more preferably 10 nm to 300 nm. If the average primary particle size is too small, the semiconductor porous membrane is excessively densified and the pore size formed in the porous membrane becomes small, so that there is a problem that permeation or filling of the electrolyte is restricted. On the other hand, if the average primary particle size is too large, the surface area contained in the semiconductor porous membrane is reduced, and thus there is a problem that the amount of adsorbed dye cannot be sufficiently secured.

<半導体ナノ結晶粒子分散液(2)>
半導体ナノ結晶粒子を分散溶媒に分散することで、半導体ナノ結晶粒子分散液を得る。
<Semiconductor nanocrystal particle dispersion (2)>
A semiconductor nanocrystal particle dispersion liquid is obtained by dispersing the semiconductor nanocrystal particles in a dispersion solvent.

半導体ナノ結晶粒子を分散する溶媒としては、水、メタノール、エタノール、イソプロピルアルコール、α−テルピネオール等のアルコール系溶媒、アセトン、メチルエチルケトン、あるいはメチルイソブチルケトン等のケトン系溶媒、ギ酸エチル、酢酸エチル、あるいは酢酸n−ブチル等のエステル系溶媒、ジエチルエーテル、ジメトキシエタン、テトラヒドロフラン、ジオキソラン、あるいはジオキサン等のエーテル系溶媒、N,N−ジメチルホルムアミド、N,N−ジメチルアセトアミド、あるいはN−メチル−2−ピロリドン等のアミド系溶媒、ジクロロメタン、クロロホルム、ブロモホルム、ヨウ化メチル、ジクロロエタン、トリクロロエタン、トリクロロエチレン、クロロベンゼン、o−ジクロロベンゼン、フルオロベンゼン、ブロモベンゼン、ヨードベンゼン、あるいは1−クロロナフタレン等のハロゲン化炭化水素系溶媒、n−ペンタン、n−ヘキサン、n−オクタン、1,5−ヘキサジエン、シクロヘキサン、メチルシクロヘキサン、シクロヘキサジエン、ベンゼン、トルエン、o−キシレン、m−キシレン、p−キシレン、エチルベンゼン、あるいはクメン等の炭化水素系溶媒を挙げることができる。これらは単独、あるいは2種以上の混合溶媒として用いることができる。   Solvents for dispersing the semiconductor nanocrystal particles include water, methanol, ethanol, isopropyl alcohol, alcohol solvents such as α-terpineol, ketone solvents such as acetone, methyl ethyl ketone, or methyl isobutyl ketone, ethyl formate, ethyl acetate, or Ester solvents such as n-butyl acetate, ether solvents such as diethyl ether, dimethoxyethane, tetrahydrofuran, dioxolane, or dioxane, N, N-dimethylformamide, N, N-dimethylacetamide, or N-methyl-2-pyrrolidone Amide solvents such as dichloromethane, chloroform, bromoform, methyl iodide, dichloroethane, trichloroethane, trichloroethylene, chlorobenzene, o-dichlorobenzene, fluorobenzene, Halogenated hydrocarbon solvents such as lomobenzene, iodobenzene or 1-chloronaphthalene, n-pentane, n-hexane, n-octane, 1,5-hexadiene, cyclohexane, methylcyclohexane, cyclohexadiene, benzene, toluene, o Examples thereof include hydrocarbon solvents such as xylene, m-xylene, p-xylene, ethylbenzene, and cumene. These can be used alone or as a mixed solvent of two or more.

分散は一般的に知られている手法を用いることができ、例えばビーズミル、ペイントシェーカー等のメディア分散、超音波やローターによるせん断などを利用したホモジナイザー、ジェットミルなどで分散することができる。   For the dispersion, a generally known method can be used. For example, the dispersion can be performed by a media dispersion such as a bead mill or a paint shaker, a homogenizer utilizing ultrasonic waves or shearing by a rotor, a jet mill, or the like.

<加熱消滅性粒子の凝集体もしくは加熱消滅性繊維(3)>
塗工法によって不定形状な空隙13Aと、不定形状な空隙13Aと繋がった筋状の空隙13Bを有する多孔質半導体電極層13を形成するためには、加熱消滅性粒子凝集体もしくは加熱消滅性繊維を使用する。
<Aggregates of heat extinguishing particles or heat extinguishing fibers (3)>
In order to form the porous semiconductor electrode layer 13 having the irregularly shaped voids 13A and the streaky voids 13B connected to the irregularly shaped voids 13A by a coating method, a heat extinguishing particle aggregate or a heat extinguishing fiber is used. use.

加熱消滅性粒子凝集体を用いる場合、加熱消滅性粒子としては、塗工膜の通常焼成雰囲気である空気中、500℃焼成において燃焼、消滅するものであれば特に限定されるものではなく、公知のポリマー樹脂や炭素材料等、いずれの材料も使用することができる。   In the case of using the heat extinguishing particle aggregate, the heat extinguishing particle is not particularly limited as long as it burns and disappears at 500 ° C. in the air that is the normal firing atmosphere of the coating film, and is not particularly limited. Any material such as a polymer resin or a carbon material can be used.

具体的なポリマーとしては、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、ポリスチレンアクリル、ポリエステル、ポリメチルメタクリレート、ポリウレタン等のポリマー樹脂が好ましい。また炭素材料としては、グラフェン、カーボンナノチューブ、フラーレン、カーボンファイバー等が挙げられる。
特にポリメチルメタクリレートが好ましく、中でも、重量平均分子量(Mw)が30,000以上45,000以下、ガラス転移温度(Tg)が80℃以上95℃以下のポリメチルメタクリレートが特に好ましい。Mw及びTgが本範囲内にあるポリメチルメタクリレートを使用することにより、500℃焼成における昇温過程で、加熱消滅性粒子は軟化し変形した後、燃焼し消滅する。これにより、半導体多孔質電極の内部に形成される不定形状の空隙が、高粘度電解液を注入、浸透させる上でより望ましい構造となる。
As specific polymers, polymer resins such as polyethylene, polypropylene, polystyrene, polystyrene acrylic, polyester, polymethyl methacrylate, and polyurethane are preferable. Examples of the carbon material include graphene, carbon nanotube, fullerene, and carbon fiber.
In particular, polymethyl methacrylate is preferable, and polymethyl methacrylate having a weight average molecular weight (Mw) of 30,000 to 45,000 and a glass transition temperature (Tg) of 80 ° C. to 95 ° C. is particularly preferable. By using polymethylmethacrylate having Mw and Tg within this range, the heat extinguishing particles are softened and deformed and then burned and disappeared in the temperature rising process at 500 ° C. As a result, the irregularly shaped void formed inside the semiconductor porous electrode has a more desirable structure for injecting and permeating the high-viscosity electrolyte.

加熱消滅性粒子の凝集体を含む液を作成してから、これを半導体ナノ粒子分散液に投入し、塗工液を調製することが望ましい。   It is desirable to prepare a coating liquid by preparing a liquid containing agglomerates of heat extinguishing particles and then adding it to the semiconductor nanoparticle dispersion.

加熱消滅性粒子凝集体もしくは加熱消滅性繊維の含有量は、多孔質半導体電極を与える粒子である半導体ナノ結晶粒子に対して10〜50質量%とするのが好ましい。含有量が10%以下であると、空隙がほとんど発生せず、電解液の充填を図る上で不十分である。含有量が50%を越えると、空隙が増えすぎるため、多孔質半導体層に形成した場合強度が低下し、色素増感太陽電池として劣化が進みやすい。従って加熱消滅性粒子は多孔質半導体電極を与える粒子に対して10%以上50%以下が好ましい。   The content of the heat extinguishing particle aggregate or the heat extinguishing fiber is preferably 10 to 50% by mass with respect to the semiconductor nanocrystal particles which are particles giving the porous semiconductor electrode. When the content is 10% or less, almost no voids are generated, which is insufficient for filling the electrolytic solution. When the content exceeds 50%, voids increase excessively, so that when formed in the porous semiconductor layer, the strength is lowered, and deterioration as a dye-sensitized solar cell is likely to proceed. Accordingly, the heat extinguishing particles are preferably 10% or more and 50% or less with respect to the particles giving the porous semiconductor electrode.

加熱消滅性粒子の平均粒子径は、凝集体粒径として100nm以上2,000nm以下となるものであれば特に限定されない。凝集体粒径は体積基準メジアン径(Dv50)として定義される。本発明においては凝集体の粒径として本範囲にあることが重要である。凝集体の粒径が100nmを下回ると、電解液充填を十分に進行させうるだけの孔として作用しない。一方、凝集体の粒径が2,000nmを超える場合は、加熱消滅後に形成される孔が必要以上に大きくなり、場合によっては半導体多孔膜の膜厚をも上回ることとなる。この場合は多孔膜中の空孔というよりも塗膜欠陥になってしまい、不均一な半導体多孔膜を与えることとなるため、望ましくない。   The average particle diameter of the heat extinguishing particles is not particularly limited as long as the aggregate particle diameter is 100 nm or more and 2,000 nm or less. Aggregate particle size is defined as the volume-based median diameter (Dv50). In the present invention, it is important that the particle diameter of the aggregate is within this range. When the particle size of the aggregate is less than 100 nm, it does not act as a hole that can sufficiently advance the electrolyte filling. On the other hand, when the particle size of the aggregate exceeds 2,000 nm, the pores formed after the heating disappears become larger than necessary, and sometimes exceeds the thickness of the semiconductor porous film. In this case, it is not desirable because it causes a coating film defect rather than a void in the porous film, resulting in a non-uniform semiconductor porous film.

加熱消滅性粒子の凝集体を形成する方法は、特に限定されるものではない。例えば、加熱消滅性粒子を親和性の高い溶媒中で単分散させた後、親和性の低い溶媒中に投入し、凝集させることができる。あるいは、粒子を加熱もしくは圧着し、凝集させてもよい。また、メカノケミカルボンディングや、スプレー噴霧による気相中での凝集反応を利用してもよい。   The method for forming the aggregate of the heat extinguishing particles is not particularly limited. For example, the heat extinguishing particles can be monodispersed in a solvent with high affinity and then put into a solvent with low affinity to be aggregated. Alternatively, the particles may be aggregated by heating or pressure bonding. Moreover, you may utilize the agglutination reaction in the gaseous phase by mechanochemical bonding or spray atomization.

また、加熱消滅性粒子を含む溶液に超音波を照射し、そのキャビテーション作用によって凝集させてもよい。超音波を照射する方法は特に限定されるものではなく、公知の方法を使用することができる。   Alternatively, the solution containing the heat extinguishing particles may be irradiated with ultrasonic waves and aggregated by the cavitation action. The method of irradiating ultrasonic waves is not particularly limited, and a known method can be used.

例えば、加熱消滅性粒子を含む溶液を入れた容器に棒状もしくは平板状の振動子を投入し、容器内部で超音波を発生させる方法、加熱消滅性粒子を含む溶液もしくは溶液を入れた容器を、振動子を底部に有する液槽内に投入もしくは設置し、液槽内に発生する超音波を利用する方法、棒状もしくは平板状の振動子が設置された容器に加熱消滅性粒子を含む溶液を通過させ、通過時のみ超音波を発生させる方法等がある。   For example, a rod-shaped or flat plate-like vibrator is put into a container containing a solution containing heat extinguishing particles, and a method of generating ultrasonic waves inside the container, a solution containing heat extinguishing particles or a container containing a solution, A method in which a vibrator is placed in or installed in a liquid tank at the bottom and ultrasonic waves generated in the liquid tank are used, and a solution containing heat extinguishing particles is passed through a container in which a rod-like or flat vibrator is installed. And a method of generating ultrasonic waves only when passing through.

加熱消滅性繊維を用いる場合は、その材質は空気中、500℃焼成において燃焼、消滅するものであれば特に限定されるものではなく、公知のポリマー樹脂や炭素材料、いずれの材料も使用することができる。   When using a heat extinguishing fiber, the material is not particularly limited as long as it burns and disappears in air at 500 ° C., and any known polymer resin or carbon material may be used. Can do.

<バインダー樹脂(4)>
バインダー樹脂は、塗工液の塗工性を調整するために添加されるものであって、増粘効果が得られ、溶媒に溶解し、塗工膜の通常焼成雰囲気である空気中、500℃焼成において燃焼、消滅するものであれば特に限定されるものではない。例えば、ポリエチレングリコール、ポリビニルアルコール、エチルセルロース等が挙げられる。
<Binder resin (4)>
The binder resin is added to adjust the coating property of the coating liquid, and has a thickening effect, is dissolved in a solvent, and is 500 ° C. in air, which is a normal firing atmosphere of the coating film. There is no particular limitation as long as it burns and disappears during firing. For example, polyethylene glycol, polyvinyl alcohol, ethyl cellulose and the like can be mentioned.

<分散溶媒(5)>
分散体に使用する溶媒は、半導体ナノ結晶粒子分散体を作製した際と同じ溶媒が好ましいが、異なる場合は、分散処理を終えた後、塗工液に使用する溶媒に置換を行えばよい。
<Dispersion solvent (5)>
The solvent used for the dispersion is preferably the same solvent used when the semiconductor nanocrystal particle dispersion is prepared. However, if different, the solvent used for the coating solution may be replaced after the dispersion treatment.

半導体ナノ結晶粒子分散体と異なる場合の溶媒としては、水、メタノール、エタノール、イソプロピルアルコール、α−テルピネオール等のアルコール系溶媒、アセトン、メチルエチルケトン、あるいはメチルイソブチルケトン等のケトン系溶媒、ギ酸エチル、酢酸エチル、あるいは酢酸n−ブチル等のエステル系溶媒、ジエチルエーテル、ジメトキシエタン、テトラヒドロフラン、ジオキソラン、あるいはジオキサン等のエーテル系溶媒、N,N−ジメチルホルムアミド、N,N−ジメチルアセトアミド、あるいはN−メチル−2−ピロリドン等のアミド系溶媒、ジクロロメタン、クロロホルム、ブロモホルム、ヨウ化メチル、ジクロロエタン、トリクロロエタン、トリクロロエチレン、クロロベンゼン、o−ジクロロベンゼン、フルオロベンゼン、ブロモベンゼン、ヨードベンゼン、あるいは1−クロロナフタレン等のハロゲン化炭化水素系溶媒、n−ペンタン、n−ヘキサン、n−オクタン、1,5−ヘキサジエン、シクロヘキサン、メチルシクロヘキサン、シクロヘキサジエン、ベンゼン、トルエン、o−キシレン、m−キシレン、p−キシレン、エチルベンゼン、あるいはクメン等の炭化水素系溶媒を挙げることができる。これらは単独、あるいは2種以上の混合溶媒として用いることができる。   Solvents different from the semiconductor nanocrystal particle dispersion include water, methanol, ethanol, isopropyl alcohol, alcohol solvents such as α-terpineol, ketone solvents such as acetone, methyl ethyl ketone, or methyl isobutyl ketone, ethyl formate, acetic acid. Ester solvents such as ethyl or n-butyl acetate, ether solvents such as diethyl ether, dimethoxyethane, tetrahydrofuran, dioxolane, or dioxane, N, N-dimethylformamide, N, N-dimethylacetamide, or N-methyl- Amide solvents such as 2-pyrrolidone, dichloromethane, chloroform, bromoform, methyl iodide, dichloroethane, trichloroethane, trichloroethylene, chlorobenzene, o-dichlorobenzene, fluoro Halogenated hydrocarbon solvents such as benzene, bromobenzene, iodobenzene, or 1-chloronaphthalene, n-pentane, n-hexane, n-octane, 1,5-hexadiene, cyclohexane, methylcyclohexane, cyclohexadiene, benzene, Examples thereof include hydrocarbon solvents such as toluene, o-xylene, m-xylene, p-xylene, ethylbenzene, and cumene. These can be used alone or as a mixed solvent of two or more.

<多孔質半導体電極層13の調製>
塗工液を透明な電子集電電極16が配置された基材15上に塗工し、焼成することにより、多孔質半導体電極層13を得る。すなわち、加熱消滅性粒子の凝集体もしくは加熱消滅性繊維(3)は上述のような粒径により半導体ナノ結晶粒子分散液(2)に分散している。加熱消滅性粒子の凝集体もしくは加熱消滅性繊維(3)は、焼成の加熱工程における加熱により気化、燃焼などにより消滅する。このため、焼成後の多孔質半導体電極層13には半導体ナノ結晶粒子の層に不定形状な空隙13Aと、不定形状の空隙13Aに繋がった筋状の空隙13Bが生成される。
<Preparation of porous semiconductor electrode layer 13>
The porous semiconductor electrode layer 13 is obtained by coating the coating liquid on the base material 15 on which the transparent electronic current collecting electrode 16 is disposed and baking it. That is, the aggregates of heat extinguishing particles or the heat extinguishing fibers (3) are dispersed in the semiconductor nanocrystal particle dispersion liquid (2) with the above-described particle size. Aggregates of heat extinguishing particles or heat extinguishing fibers (3) disappear due to vaporization, combustion, and the like due to heating in the heating step of baking. For this reason, in the porous semiconductor electrode layer 13 after firing, voids 13A having an irregular shape in the layer of semiconductor nanocrystal particles and streaky voids 13B connected to the voids 13A having an irregular shape are generated.

塗工液の塗布方法に特に制限はなく、公知の方法に従って行なうことができる。塗工法は、例えば、印刷法、ディップ法、スプレー法、ワイヤーバー法、スピンコート法、ローラーコート法、ブレードコート法、グラビアコート法等を用いることができる。印刷方法としては、凸版、オフセット、グラビア、凹版、ゴム版、スクリーン印刷等、様々な方法を用いることができる。   There is no restriction | limiting in particular in the coating method of a coating liquid, According to a well-known method, it can carry out. As the coating method, for example, a printing method, a dip method, a spray method, a wire bar method, a spin coating method, a roller coating method, a blade coating method, a gravure coating method, or the like can be used. As a printing method, various methods such as letterpress, offset, gravure, intaglio, rubber plate, and screen printing can be used.

塗工された膜の焼成は、塗工液に含まれる半導体ナノ結晶粒子を電気的かつ機械的に接触させ、膜強度の向上、基板との密着性向上、電気抵抗の低減を図ると同時に、分散体に含まれる加熱消滅性粒子の凝集体、バインダー樹脂、分散溶媒といった半導体粒子以外の成分を消失させるために行われる。   Firing of the coated film brings semiconductor nanocrystal particles contained in the coating solution into electrical and mechanical contact to improve film strength, improve adhesion with the substrate, and reduce electrical resistance. This is performed in order to eliminate components other than semiconductor particles such as aggregates of heat extinguishing particles, binder resin, and dispersion solvent contained in the dispersion.

焼成方法は特に制限はなく、マッフル炉など公知の方法を使うことができる。焼成温度の範囲に特に制限はないが、温度を上げ過ぎると電子集電電極の抵抗が高くなったり、基材が溶融したりするため、30〜700℃が好ましく、100〜600℃がより好ましい。また、焼成時間にも特に制限はないが、10分〜10時間が好ましい。   The firing method is not particularly limited, and a known method such as a muffle furnace can be used. Although there is no restriction | limiting in particular in the range of baking temperature, 30-700 degreeC is preferable and 100-600 degreeC is more preferable since resistance of an electron current collection electrode will become high or a base material will melt | melt if temperature is raised too much. . Moreover, although there is no restriction | limiting in particular also in baking time, 10 minutes-10 hours are preferable.

焼成後、半導体粒子の表面積の増大や、光増感化合物から半導体ナノ結晶粒子への電子注入効率を高める目的で、例えば四塩化チタンの水溶液や有機溶剤との混合溶液を用いた化学メッキや三塩化チタン水溶液を用いた電気化学的メッキ処理を行なってもよい。   After firing, for the purpose of increasing the surface area of the semiconductor particles and increasing the efficiency of electron injection from the photosensitizing compound to the semiconductor nanocrystal particles, for example, chemical plating using an aqueous solution of titanium tetrachloride or a mixed solution with an organic solvent, An electrochemical plating process using a titanium chloride aqueous solution may be performed.

これによって得られた半導体電極に多孔質半導体層が形成されており、多孔質半導体層は、不定形状な空隙と、不定形状な空隙と繋がった筋状の空隙とを有している。このような構造は、半導体電極膜の断面を電子顕微鏡で観察することにより確認できる。   A porous semiconductor layer is formed on the semiconductor electrode obtained as described above, and the porous semiconductor layer has an irregularly shaped void and a streaky void connected to the irregularly shaped void. Such a structure can be confirmed by observing the cross section of the semiconductor electrode film with an electron microscope.

多孔質半導体電極層13の比表面積は、30〜60m/gであることが好ましい。ここで、比表面積とは、多孔質半導体電極層13の単位質量(1g)あたりの表面積(m)である。 The specific surface area of the porous semiconductor electrode layer 13 is preferably 30 to 60 m 2 / g. Here, the specific surface area is a surface area (m 2 ) per unit mass (1 g) of the porous semiconductor electrode layer 13.

比表面積が30m/g未満では色素吸着量が減少して電子の授受が減少するため電池性能が低下する場合がある。また、比表面積が60m/gを超えると、空隙が減少することで電解液の充填が不十分となり、変換効率が低下する場合がある。 When the specific surface area is less than 30 m 2 / g, the amount of dye adsorbed decreases and the exchange of electrons decreases, so that the battery performance may deteriorate. On the other hand, if the specific surface area exceeds 60 m 2 / g, the voids are reduced, so that the electrolyte solution is not sufficiently filled, and the conversion efficiency may be lowered.

また多孔質半導体電極層13の空隙率は、10〜50%であることが好ましい。空隙率とは、多孔質半導体電極層13の断面積に対する空隙の面積の割合である。空隙率が10%未満では電解液の充填が不十分となり、変換効率が低下する場合がある。空隙率が50%を超えると、比表面積が減少するため色素吸着量が減り、変換効率が低下したり、多孔質半導体層の膜強度が低下する場合がある。   The porosity of the porous semiconductor electrode layer 13 is preferably 10 to 50%. The porosity is the ratio of the area of the void to the cross-sectional area of the porous semiconductor electrode layer 13. If the porosity is less than 10%, the electrolyte solution is not sufficiently filled, and the conversion efficiency may be lowered. When the porosity exceeds 50%, the specific surface area decreases, so that the amount of dye adsorbed decreases, conversion efficiency may decrease, and the film strength of the porous semiconductor layer may decrease.

<光増感化合物>
多孔質半導体電極層13の表面には光増感化合物が配置される。光増感化合物は、太陽光等の外部光を吸収して励起状態となり、多孔質半導体電極層13に対して電子を放出する。外部光を吸収するための光増感化合物としては、使用される励起光により光励起される化合物であれば特に限定されない。光増感化合物の具体的には以下の化合物が挙げられる。
<Photosensitizing compound>
A photosensitizing compound is disposed on the surface of the porous semiconductor electrode layer 13. The photosensitizing compound absorbs external light such as sunlight and enters an excited state, and emits electrons to the porous semiconductor electrode layer 13. The photosensitizing compound for absorbing external light is not particularly limited as long as it is a compound that is photoexcited by the excitation light used. Specific examples of the photosensitizing compound include the following compounds.

特表平7−500630号公報、特開平10−233238号公報、特開2000−26487号公報、特開2000−323191号公報、特開2001−59062号公報等に記載の金属錯体化合物、特開平10−93118号公報、特開2002−164089号公報、特開2004−95450号公報、J.Phys.Chem.C,7224,Vol.111(2007)等に記載のクマリン化合物、同特開2004−95450号公報、Chem.Commun.,4887(2007)等に記載のポリエン化合物、特開2003−264010号公報、特開2004−63274号公報、特開2004−115636号公報、特開2004−200068号、特開2004−235052号公報、J.Am.Chem.Soc.,12218,Vol.126(2004)、Chem.Commun.,3036(2003)、Angew.Chem.Int.Ed.,1923,Vol.47(2008)等に記載のインドリン化合物、J.Am.Chem.Soc.,16701,Vol.128(2006)、J.Am.Chem.Soc.,14256,Vol.128(2006)等に記載のチオフェン化合物、特開平11−86916号公報、特開平11−214730号公報、特開2000−106224号公報、特開2001−76773号公報、特開2003−7359号公報等に記載のシアニン色素、特開平11−214731号公報、特開平11−238905号公報、特開2001−52766号公報、特開2001−76775号公報、特開2003−7360号等に記載メロシアニン色素、特開平10−92477号公報、特開平11−273754号公報、特開平11−273755号公報、特開2003−31273号等に記載の9−アリールキサンテン化合物、特開平10−93118号公報、特開2003−31273号等に記載のトリアリールメタン化合物、特開平9−199744号公報、特開平10−233238号公報、特開平11−204821号公報、特開平11−265738号、J.Phys.Chem.,2342,Vol.91(1987)、J.Phys.Chem.B,6272,Vol.97(1993)、Electroanal.Chem.,31,Vol.537(2002)、特開2006−032260号公報、J.Porphyrins Phthalocyanines,230,Vol.3(1999)、Angew.Chem.Int.Ed.,373,Vol.46(2007)、Langmuir,5436,Vol.24(2008)等に記載のフタロシアニン化合物、ポルフィリン化合物等を挙げることができる。   The metal complex compounds described in JP 7-500630 A, JP 10-233238 A, JP 2000-26487 A, JP 2000-323191 A, JP 2001-59062 A, etc. 10-93118, JP-A No. 2002-164089, JP-A No. 2004-95450, J. Pat. Phys. Chem. C, 7224, Vol. 111 (2007), etc., JP-A-2004-95450, Chem. Commun. , 4887 (2007), etc., JP-A No. 2003-264010, JP-A No. 2004-63274, JP-A No. 2004-115636, JP-A No. 2004-200068, JP-A No. 2004-235052. J. et al. Am. Chem. Soc. , 12218, Vol. 126 (2004), Chem. Commun. , 3036 (2003), Angew. Chem. Int. Ed. , 1923, Vol. 47 (2008), etc .; Am. Chem. Soc. 16701, Vol. 128 (2006), J.M. Am. Chem. Soc. , 14256, Vol. 128 (2006), JP-A-11-86916, JP-A-11-214730, JP-A-2000-106224, JP-A-2001-76773, JP-A-2003-7359. And the merocyanine dyes described in JP-A-11-214731, JP-A-11-238905, JP-A-2001-52766, JP-A-2001-76775, JP-A-2003-7360, etc. 9-arylxanthene compounds described in JP-A-10-92477, JP-A-11-273754, JP-A-11-273755, JP-A-2003-3273, etc., JP-A-10-93118, Triarylmethane compounds described in Japanese Unexamined Patent Publication No. 2003-31273, JP-A-9- 99744, JP-A No. 10-233238, JP-A No. 11-204821, JP-A No. 11-265738, J. Phys. Chem. , 2342, Vol. 91 (1987), J. MoI. Phys. Chem. B, 6272, Vol. 97 (1993), Electroanaly. Chem. , 31, Vol. 537 (2002), JP-A-2006-032260, J. Pat. Porphyrins Phthalocyanines, 230, Vol. 3 (1999), Angew. Chem. Int. Ed. , 373, Vol. 46 (2007), Langmuir, 5436, Vol. 24 (2008) etc., and the phthalocyanine compound, porphyrin compound, etc. can be mentioned.

特にこの中で、金属錯体化合物、クマリン化合物、ポリエン化合物、インドリン化合物、チオフェン化合物を用いることが好ましい。   Among these, it is particularly preferable to use metal complex compounds, coumarin compounds, polyene compounds, indoline compounds, and thiophene compounds.

<光増感化合物の多孔質半導体電極層13への配置方法>
多孔質半導体電極層13に光増感化合物を配置させる方法としては、光増感化合物溶液中あるいは分散液中に半導体電極を浸漬し、吸着させる方法、溶液あるいは分散液を電子輸送層に塗布して吸着させる方法を用いることができる。
<Method for Arranging Photosensitizing Compound to Porous Semiconductor Electrode Layer 13>
As a method for disposing the photosensitizing compound on the porous semiconductor electrode layer 13, a method of immersing the semiconductor electrode in a photosensitizing compound solution or dispersion and adsorbing it, or applying the solution or dispersion to the electron transport layer. Can be used.

前者の場合、浸漬法、ディップ法、ローラー法、エアーナイフ法等を用いることができ、後者の場合は、ワイヤーバー法、スライドホッパー法、エクストルージョン法、カーテン法、スピン法、スプレー法等を用いることができる。   In the former case, dipping method, dipping method, roller method, air knife method, etc. can be used, and in the latter case, wire bar method, slide hopper method, extrusion method, curtain method, spin method, spray method, etc. Can be used.

また、二酸化炭素などを用いた超臨界流体中で吸着させても構わない。   Further, it may be adsorbed in a supercritical fluid using carbon dioxide or the like.

光増感化合物を吸着させる際、縮合剤を併用してもよい。縮合剤は、無機物表面に物理的あるいは化学的に光増感化合物と電子輸送化合物を結合すると思われる触媒的作用をするもの、または化学量論的に作用し、化学平衡を有利に移動させるものの何れであってもよい。更に、縮合助剤としてチオールやヒドロキシ化合物を添加してもよい。   When adsorbing the photosensitizing compound, a condensing agent may be used in combination. The condensing agent has a catalytic action that seems to physically or chemically bond the photosensitizing compound and the electron transport compound to the inorganic surface, or acts stoichiometrically to favorably shift the chemical equilibrium. Either may be sufficient. Furthermore, a thiol or a hydroxy compound may be added as a condensation aid.

光増感化合物を溶解、あるいは分散する溶媒は、水、メタノール、エタノール、あるいはイソプロピルアルコール等のアルコール系溶媒、アセトン、メチルエチルケトン、あるいはメチルイソブチルケトン等のケトン系溶媒、ギ酸エチル、酢酸エチル、あるいは酢酸n−ブチル等のエステル系溶媒、ジエチルエーテル、ジメトキシエタン、テトラヒドロフラン、ジオキソラン、あるいはジオキサン等のエーテル系溶媒、N,N−ジメチルホルムアミド、N,N−ジメチルアセトアミド、あるいはN−メチル−2−ピロリドン等のアミド系溶媒、ジクロロメタン、クロロホルム、ブロモホルム、ヨウ化メチル、ジクロロエタン、トリクロロエタン、トリクロロエチレン、クロロベンゼン、o−ジクロロベンゼン、フルオロベンゼン、ブロモベンゼン、ヨードベンゼン、あるいは1−クロロナフタレン等のハロゲン化炭化水素系溶媒、n−ペンタン、n−ヘキサン、n−オクタン、1,5−ヘキサジエン、シクロヘキサン、メチルシクロヘキサン、シクロヘキサジエン、ベンゼン、トルエン、o−キシレン、m−キシレン、p−キシレン、エチルベンゼン、あるいはクメン等の炭化水素系溶媒を挙げることができ、これらは単独、あるいは2種以上の混合として用いることができる。   Solvents for dissolving or dispersing the photosensitizing compound are water, methanol, ethanol, alcohol solvents such as isopropyl alcohol, ketone solvents such as acetone, methyl ethyl ketone, or methyl isobutyl ketone, ethyl formate, ethyl acetate, or acetic acid. Ester solvents such as n-butyl, ether solvents such as diethyl ether, dimethoxyethane, tetrahydrofuran, dioxolane, or dioxane, N, N-dimethylformamide, N, N-dimethylacetamide, or N-methyl-2-pyrrolidone Amido solvents, dichloromethane, chloroform, bromoform, methyl iodide, dichloroethane, trichloroethane, trichloroethylene, chlorobenzene, o-dichlorobenzene, fluorobenzene, bromoben Halogenated hydrocarbon solvents such as ethylene, iodobenzene or 1-chloronaphthalene, n-pentane, n-hexane, n-octane, 1,5-hexadiene, cyclohexane, methylcyclohexane, cyclohexadiene, benzene, toluene, o Examples include hydrocarbon solvents such as -xylene, m-xylene, p-xylene, ethylbenzene, and cumene, and these can be used alone or as a mixture of two or more.

また、光増感化合物は、その種類によっては化合物間の凝集を抑制した方がより効果的に働くものが存在するため、凝集解離剤を併用しても構わない。   In addition, depending on the type of photosensitizing compound, there are compounds that work more effectively when aggregation between the compounds is suppressed, and therefore, an aggregation dissociator may be used in combination.

凝集解離剤としてはコール酸、ケノデオキシコール酸などのステロイド化合物、長鎖アルキルカルボン酸または長鎖アルキルホスホン酸が好ましく、用いる色素に対して適宜選ばれる。これら凝集解離剤の添加量は、色素1質量部に対して0.01〜500質量部が好ましく、0.1〜100質量部がより好ましい。   The aggregating / dissociating agent is preferably a steroid compound such as cholic acid or chenodeoxycholic acid, a long-chain alkyl carboxylic acid or a long-chain alkyl phosphonic acid, and is appropriately selected according to the dye used. The addition amount of these aggregating and dissociating agents is preferably 0.01 to 500 parts by mass, more preferably 0.1 to 100 parts by mass with respect to 1 part by mass of the dye.

これらを用い、光増感化合物、あるいは光増感化合物と凝集解離剤を吸着する際の温度としては、−50℃以上、200℃以下が好ましい。   The temperature at which these are used to adsorb the photosensitizing compound or the photosensitizing compound and the aggregation / dissociation agent is preferably −50 ° C. or more and 200 ° C. or less.

また、この吸着は静置しても攪拌しながら行なっても構わない。   Moreover, this adsorption may be carried out while standing or stirring.

攪拌する場合の方法としては、スターラー、ボールミル、ペイントコンディショナー、サンドミル、アトライター、ディスパーザー、あるいは超音波分散等が挙げられるが、これらに限定されるものではない。   Examples of the stirring method include, but are not limited to, a stirrer, a ball mill, a paint conditioner, a sand mill, an attritor, a disperser, and ultrasonic dispersion.

吸着に要する時間は、5秒以上、1000時間以下が好ましく、10秒以上、500時間以下がより好ましく、1分以上、150時間が更に好ましい。   The time required for adsorption is preferably 5 seconds or more and 1000 hours or less, more preferably 10 seconds or more and 500 hours or less, and further preferably 1 minute or more and 150 hours.

また、吸着は暗所で行なうことが好ましい。   Adsorption is preferably performed in a dark place.

<電解質層14>
本発明において電解質層14を構成する電解質含有体としては、固体電解質または高粘性電解液を用いることができる。固体電解質としては、電解質含有体を適当なゲル化剤を用いてゲル化した擬固体であってもよいし、ホール輸送材料からなる固体であってもよい。また、高粘性電解液とは、5mPa・s以上の粘度を持つ電解液を指す。高粘性電解液の例としてはヨウ素イオンを含み、イオン液体を溶媒とする電解液が挙げられるが、粘度が5mPa・s以上であり、酸化還元対を含む電解液であれば特に限定されるものではない。
<Electrolyte layer 14>
In the present invention, as the electrolyte-containing body constituting the electrolyte layer 14, a solid electrolyte or a highly viscous electrolyte can be used. The solid electrolyte may be a pseudo solid obtained by gelling an electrolyte-containing body using an appropriate gelling agent, or may be a solid made of a hole transport material. Further, the high viscosity electrolyte refers to an electrolyte having a viscosity of 5 mPa · s or more. Examples of the highly viscous electrolytic solution include an electrolytic solution containing iodine ions and using the ionic liquid as a solvent, but are particularly limited as long as the electrolytic solution has a viscosity of 5 mPa · s or more and includes a redox couple. is not.

電解質含有体が液体である場合は、ヨウ素/ヨウ化物イオン、フェリシアン化物/フェロシアン化物、キノン/ヒドロキノンなどの酸化還元対と、ヨウ化リチウム、ターシャリーブチルピリジンなどの添加剤が、溶媒に溶解されてなるものが用いられる。溶媒としては、アセトニトリル、メトキシアセトニトリル、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、γ−ブチロラクトンなどの有機溶媒や、イミダゾリウム塩、ピリジニウム塩、ピロリジニウム塩などのイオン液体を用いることができるが、これらに限定されるものではない。また、これらの溶媒の2種以上を混合して用いることもできる。   When the electrolyte-containing material is a liquid, redox couples such as iodine / iodide ions, ferricyanide / ferrocyanide, quinone / hydroquinone, and additives such as lithium iodide and tertiary butylpyridine are added to the solvent. What is dissolved is used. As the solvent, organic solvents such as acetonitrile, methoxyacetonitrile, propionitrile, ethylene carbonate, propylene carbonate, and γ-butyrolactone, and ionic liquids such as imidazolium salt, pyridinium salt, and pyrrolidinium salt can be used. It is not limited. Moreover, 2 or more types of these solvents can also be mixed and used.

上記液体電解質含有体に対してゲル化剤を添加し、擬固体として用いることもできる。ゲル化剤としては架橋性ポリマー、層状ケイ酸塩鉱物などを用いることができるが、これらに限定されるものではない。   A gelling agent may be added to the liquid electrolyte-containing body to use it as a pseudo-solid. As the gelling agent, a crosslinkable polymer, a layered silicate mineral, or the like can be used, but is not limited thereto.

ホール輸送材料としては、公知のホール輸送性化合物が用いられ、その具体例としては特公昭34−5466号公報等に示されているオキサジアゾール化合物、特公昭45−555号公報等に示されているトリフェニルメタン化合物、特公昭52−4188号公報等に示されているピラゾリン化合物、特公昭55−42380号公報等に示されているヒドラゾン化合物、特開昭56−123544号公報等に示されているオキサジアゾール化合物、特開昭54−58445号公報に示されているテトラアリールベンジジン化合物、特開昭58−65440号公報あるいは特開昭60−98437号公報に示されているスチルベン化合物等を挙げることができ、単独でも2種以上の混合物でも構わない。   As the hole transporting material, known hole transporting compounds are used, and specific examples thereof include oxadiazole compounds disclosed in Japanese Patent Publication No. 34-5466 and the like, and Japanese Patent Publication No. 45-555. Triphenylmethane compounds, pyrazoline compounds shown in JP-B-52-4188, hydrazone compounds shown in JP-B-55-42380, etc., and JP-A-56-123544 Oxadiazole compounds, tetraarylbenzidine compounds disclosed in JP-A-54-58445, stilbene compounds disclosed in JP-A-58-65440 or JP-A-60-98437 These may be used alone or in combination of two or more.

ホール輸送材料を用いた場合の電解質層の作製方法には特に制限はないが、製造コスト等を考慮した場合、特に湿式製膜法が好ましく、多孔体半導体層上に塗布する方法が好ましい。   There is no particular limitation on the method for producing the electrolyte layer when using the hole transport material, but in consideration of the manufacturing cost and the like, the wet film-forming method is particularly preferable, and the method of coating on the porous semiconductor layer is preferable.

この湿式製膜法を用いた場合、塗布方法は特に制限はなく、公知の方法に従って行なうことができる。例えば、ディップ法、スプレー法、ワイヤーバー法、スピンコート法、ローラーコート法、ブレードコート法、グラビアコート法、また、湿式印刷方法として、凸版、オフセット、グラビア、凹版、ゴム版、スクリーン印刷等様々な方法を用いることができる。また、超臨界流体あるいは亜臨界流体中で製膜してもよい。   When this wet film-forming method is used, the coating method is not particularly limited, and can be performed according to a known method. For example, dip method, spray method, wire bar method, spin coating method, roller coating method, blade coating method, gravure coating method, and wet printing methods such as relief printing, offset, gravure, intaglio printing, rubber printing, screen printing, etc. Can be used. Alternatively, the film may be formed in a supercritical fluid or a subcritical fluid.

<対極12>
対極12は、電解質層14の電解質含有体が液体の場合は、透明な電子集電電極が配置された基材18もしくは金属板等、導電性材料の表面に触媒層が形成されてなる。触媒層に用いる材料は、導電性を示す材料であれば特に制限されない。そして、電気化学的に安定であることが好ましい。例えば、白金、カーボン、金、導電性ポリマーなどが挙げられる。基材18は、電極11の基材15と同様の材料を使用することができる。
<Counter electrode 12>
When the electrolyte-containing material of the electrolyte layer 14 is a liquid, the counter electrode 12 is formed by forming a catalyst layer on the surface of a conductive material such as a substrate 18 or a metal plate on which a transparent electron current collecting electrode is disposed. The material used for the catalyst layer is not particularly limited as long as the material exhibits conductivity. And it is preferable that it is electrochemically stable. For example, platinum, carbon, gold, a conductive polymer, etc. are mentioned. The base material 18 can use the same material as the base material 15 of the electrode 11.

触媒層の形成方法は公知の方法を用いることができ、例えば、スパッタ法、蒸着法、スプレー法、スピンコート法、化学気相成長法(CVD法)などが挙げられる。   A known method can be used as a method for forming the catalyst layer, and examples thereof include a sputtering method, a vapor deposition method, a spray method, a spin coating method, and a chemical vapor deposition method (CVD method).

また、電解質層14の電解質含有体が固体の場合は、電解質含有体上に対極12を直接設けることができる。このとき、対極12として用いる材料は、導電性を示す材料であれば特に制約されないが、白金、金、銀、銅、アルミニウム等の金属、グラファイト、グラフェン、フラーレン、カーボンナノチューブ等の炭素系化合物、ITO、FTO等の導電性金属酸化物、ポリチオフェン、ポリアニリン等の導電性高分子が挙げられる。   Moreover, when the electrolyte containing body of the electrolyte layer 14 is solid, the counter electrode 12 can be directly provided on the electrolyte containing body. At this time, the material used as the counter electrode 12 is not particularly limited as long as it is a material exhibiting conductivity. However, metals such as platinum, gold, silver, copper, and aluminum, carbon-based compounds such as graphite, graphene, fullerene, and carbon nanotubes, Examples thereof include conductive metal oxides such as ITO and FTO, and conductive polymers such as polythiophene and polyaniline.

固体の電解質含有体上に対極を設ける方法は、塗布、ラミネート、蒸着、CVD、貼り合わせ等の方法から適宜選択することができる。   The method of providing the counter electrode on the solid electrolyte-containing body can be appropriately selected from methods such as coating, laminating, vapor deposition, CVD, and bonding.

本発明の優れた効果を以下の例で説明する。なお、本説明は発明の効果を具体的に説明するためのものであって、発明内容を限定するものではない。
(実施例1)
<半導体ナノ粒子分散液>
The superior effects of the present invention are illustrated in the following examples. In addition, this description is for demonstrating the effect of invention specifically, Comprising: Invention content is not limited.
Example 1
<Semiconductor nanoparticle dispersion>

半導体ナノ結晶粒子として酸化チタン凝集体(日本アエロジル株式会社製P25、平均一次粒子径21nm)をエタノールに投入することにより、酸化チタン10重量部とエタノール90重量部からなる溶液を調整した。これをマグネチックスターラーによって16時間攪拌することにより、予め酸化チタン凝集体をよく濡らしておいた。   A solution composed of 10 parts by weight of titanium oxide and 90 parts by weight of ethanol was prepared by introducing titanium oxide aggregates (P25 manufactured by Nippon Aerosil Co., Ltd., average primary particle diameter of 21 nm) as semiconductor nanocrystal particles into ethanol. This was agitated with a magnetic stirrer for 16 hours, so that the titanium oxide aggregates were well wetted in advance.

このようにして調整した溶液に対し、超音波ホモジナイザー(BRANSON社製Sonifier SLPe40)を用い、周波数40kHzの超音波を30分間照射することによって、キャビテーションに由来する衝撃力を与え、酸化チタン凝集体を分散させた半導体ナノ粒子分散液を得た。   The solution prepared as described above is irradiated with ultrasonic waves having a frequency of 40 kHz for 30 minutes using an ultrasonic homogenizer (Sonifier SLPe40 manufactured by BRANSON), thereby giving an impact force derived from cavitation, and the titanium oxide aggregates. A dispersed semiconductor nanoparticle dispersion was obtained.

<加熱消滅性粒子の凝集体もしくは加熱消滅性繊維>
一方、加熱消滅性粒子A(ポリスチレンアクリル樹脂)の粉末を水に投入することにより、加熱消滅性粒子A20重量部と水80重量部からなる溶液を調整した。これをマグネチックスターラーによって1時間攪拌後、超音波ホモジナイザー(BRANSON社製Sonifier SLPe40)を用い、周波数40kHzの超音波を30分間照射することによって、キャビテーションに由来する衝撃力を与え、加熱消滅性粒子Aの水分散液を得た。これを遠心分離機(日立工機株式会社製himac CT6E)で処理後、上澄みを捨て、同量のエタノールを投入するという操作を3回繰り返し、水とエタノールを置換した。加熱消滅性粒子Aは水に対して親和性がよく、エタノールに対して親和性が悪いため、本操作によって加熱消滅性粒子Aの凝集体を含むエタノール溶液が得られた。
<Agglomerates of heat extinguishing particles or heat extinguishing fibers>
On the other hand, a solution composed of 20 parts by weight of heat extinguishable particles A and 80 parts by weight of water was prepared by adding powder of heat extinguisher particles A (polystyrene acrylic resin) to water. After stirring this with a magnetic stirrer for 1 hour, an ultrasonic homogenizer (Sonifier SLPe40 manufactured by BRANSON) was used to irradiate ultrasonic waves with a frequency of 40 kHz for 30 minutes, thereby giving an impact force derived from cavitation, and heat extinguishing particles. An aqueous dispersion of A was obtained. This was treated with a centrifuge (Himac CT6E manufactured by Hitachi Koki Co., Ltd.), and then the supernatant was discarded and the same amount of ethanol was added three times to replace water and ethanol. Since the heat extinguishing particles A have good affinity for water and poor affinity for ethanol, an ethanol solution containing aggregates of the heat extinguishing particles A was obtained by this operation.

このようにして得られた凝集体(造孔剤)の粒度分布をレーザー回折式粒度分布計((株)堀場製作所製LA−950)によって測定し、体積基準メジアン径(Dv50)を算出した。   The particle size distribution of the thus obtained aggregate (pore forming agent) was measured with a laser diffraction particle size distribution meter (LA-950, manufactured by Horiba, Ltd.), and the volume-based median diameter (Dv50) was calculated.

<塗工液>
作製された半導体ナノ粒子分散液に対し、加熱消滅性粒子A凝集体を含む液を、酸化チタン100重量部に対し加熱消滅性粒子Aが50重量部となるよう投入した。さらに、バインター樹脂としてエチルセルロース(関東化学(株)製、トルエン:エタノール=80:20溶媒中5%溶液の25℃における粘度=45cP)、溶媒としてα−テルピネオール(関東化学社製)を添加し、マグネチックスターラーで1時間攪拌した後、ロータリーエバポレーターでエタノールを除去し、スクリーン印刷用に好適な粘度を有する塗工液を得た。
<Coating fluid>
A liquid containing the heat extinguishing particle A aggregate was added to the prepared semiconductor nanoparticle dispersion so that the heat extinguishing particle A was 50 parts by weight with respect to 100 parts by weight of titanium oxide. Furthermore, ethyl cellulose (manufactured by Kanto Chemical Co., Inc., toluene: ethanol = 80: 20, 5% solution in a solvent at 25 ° C. viscosity = 45 cP) as a binder resin, α-terpineol (manufactured by Kanto Chemical Co., Inc.) as a solvent, After stirring for 1 hour with a magnetic stirrer, ethanol was removed with a rotary evaporator to obtain a coating solution having a viscosity suitable for screen printing.

塗工液は、エタノール除去後において酸化チタンが15重量部となるよう、それぞれの添加量を調整した。   Each addition amount of the coating liquid was adjusted so that titanium oxide would be 15 parts by weight after ethanol removal.

<多孔質半導体電極層13>
この塗工液を、FTO(F−doped Tin Oxide)が表面に製膜されたガラス基板にスクリーン印刷によって塗布した後、空気中500℃で30分間焼成し、多孔質半導体電極を形成した。
<Porous semiconductor electrode layer 13>
This coating solution was applied to a glass substrate having FTO (F-doped Tin Oxide) formed on the surface thereof by screen printing, and then baked in air at 500 ° C. for 30 minutes to form a porous semiconductor electrode.

このとき得られた半導体電極の断面を観察するため、断面露出装置(JEOL製クロスセクションポリッシャー)によって露出された電極断面を電子走査型顕微鏡(SEM)で観察した。   In order to observe the cross section of the semiconductor electrode obtained at this time, the cross section of the electrode exposed by a cross section exposing device (JEOL cross section polisher) was observed with an electron scanning microscope (SEM).

また、得られた画像を二値化処理ソフトウェア(Media Cybernetics社製Image Pro Plus)を用い、酸化チタンの断面膜に対する空隙の占める割合を計算し、空隙率(%)を算出した。並行して、得られた多孔質半導体層を電極基板から剥がし、これを窒素吸着法によるBET比表面積測定装置(島津製作所製TristarIII3020)を用いてBET比表面積(m/g)を測定した。 Moreover, the ratio which the space | gap occupied with respect to the cross-sectional film | membrane of a titanium oxide was calculated for the obtained image using the binarization processing software (Image Pro Plus by Media Cybernetics), and porosity (%) was computed. In parallel, the obtained porous semiconductor layer was peeled off from the electrode substrate, and the BET specific surface area (m 2 / g) was measured using a BET specific surface area measuring apparatus (Tristar III 3020 manufactured by Shimadzu Corporation) by a nitrogen adsorption method.

<光増感化合物の多孔質半導体電極層13への配置>
得られた多孔質半導体電極層13を、ルテニウム錯体として0.5mMに調整したN719色素(シス−ビス(イソチオシアナート)ビス(2,2’−ビピリジル−4,4’−ジカルボキシレート)ルテニウム(II)−ビス−テトラ−n−ブチルアンモニウム、Solaronix社製)(前記光増感化合物)のアセトニトリル/t−ブタノール(体積比1:1)混合溶液中に室温で2日間、暗所にて静置し、半導体電極表面に光増感化合物を吸着させた。
<Arrangement of photosensitizing compound on porous semiconductor electrode layer 13>
N719 dye (cis-bis (isothiocyanato) bis (2,2′-bipyridyl-4,4′-dicarboxylate) ruthenium) in which the obtained porous semiconductor electrode layer 13 was adjusted to 0.5 mM as a ruthenium complex. (II) -bis-tetra-n-butylammonium (manufactured by Solaronix) (the photosensitizing compound) in acetonitrile / t-butanol (volume ratio 1: 1) mixed solution at room temperature for 2 days in the dark. The photosensitizing compound was adsorbed on the surface of the semiconductor electrode.

光増感化合物を担持した半導体電極上に、自社合成品の化合物(1)を溶解したクロロベンゼン(固形分10%)溶液に1−エチル−3−メチルイミダゾリニウムジシアナミド(シグマアルドリッチ社製、27mM)、4−t−ブチルピリジン(アクロス社製、55mM)を加えて得た溶液を、光増感剤を担持した半導体電極上に滴下して自然乾燥した。   1-Ethyl-3-methylimidazolinium dicyanamide (manufactured by Sigma-Aldrich) in a chlorobenzene (solid content 10%) solution in which the compound (1) of the in-house synthesized product is dissolved on a semiconductor electrode carrying a photosensitizing compound, 27 mM) and 4-t-butylpyridine (manufactured by Acros, 55 mM) were added dropwise onto a semiconductor electrode carrying a photosensitizer and dried naturally.

更に、自社合成品の化合物(2)を溶解したクロロベンゼン(固形分2%)に、1−エチル−3−メチルイミダゾリニウムジシアナミド(シグマアルドリッチ社製、5mM)を加えて得た溶液をスピンコートして製膜し、固体電解質含有体を形成した。この上に金を100nm真空蒸着して対極を形成し、太陽電池を作製した。   Furthermore, spin a solution obtained by adding 1-ethyl-3-methylimidazolinium dicyanamide (Sigma Aldrich, 5 mM) to chlorobenzene (solid content 2%) in which the compound (2) of the in-house synthesized product is dissolved. Coating was performed to form a solid electrolyte-containing body. On this, gold was vacuum-deposited to a thickness of 100 nm to form a counter electrode, and a solar cell was produced.

作製した太陽電池のIV測定を行い、変換効率を算出した。IV測定は疑似太陽光照射下(AM1.5、100mW/cm)において行った。 The produced solar cell was subjected to IV measurement, and the conversion efficiency was calculated. The IV measurement was performed under simulated sunlight irradiation (AM1.5, 100 mW / cm 2 ).

(実施例2)
加熱消滅性粒子として、加熱消滅性粒子B(ポリウレタン樹脂粒子)を用い、塗工液中における加熱消滅性粒子Bの濃度を、酸化チタン100重量部に対し加熱消滅性粒子Bを30重量部とした以外は、実施例1と同様にして太陽電池を作製、評価した。
(Example 2)
As the heat extinguishing particles, heat extinguishing particles B (polyurethane resin particles) are used, and the concentration of the heat extinguishing particles B in the coating liquid is 30 parts by weight with respect to 100 parts by weight of titanium oxide. A solar cell was produced and evaluated in the same manner as in Example 1 except that.

(実施例3)
加熱消滅性粒子として、加熱消滅性粒子C(ポリスチレンアクリル樹脂粒子)を用いた以外は、実施例1と同様にして太陽電池を作製、評価した。
(Example 3)
A solar cell was prepared and evaluated in the same manner as in Example 1 except that the heat extinguishing particles C (polystyrene acrylic resin particles) were used as the heat extinguishing particles.

(実施例4)
加熱消滅性粒子として、カーボンナノチューブを用いた。カーボンナノチューブ(シグマアルドリッチ社製 SMW100 直径10nm)をエタノールに投入することにより、カーボンナノチューブ20重量部とエタノール80重量部からなる溶液を調整した。これをマグネチックスターラーによって1時間攪拌後、超音波ホモジナイザー(BRANSON社製Sonifier SLPe40)を用い、周波数40kHzの超音波を4時間照射することによって、カーボンナノチューブのエタノール分散液を得た。
Example 4
Carbon nanotubes were used as the heat extinguishing particles. A solution composed of 20 parts by weight of carbon nanotubes and 80 parts by weight of ethanol was prepared by introducing carbon nanotubes (SMW100, diameter 10 nm, manufactured by Sigma-Aldrich) into ethanol. This was stirred with a magnetic stirrer for 1 hour, and then an ultrasonic dispersion of carbon nanotubes was obtained by irradiating ultrasonic waves with a frequency of 40 kHz for 4 hours using an ultrasonic homogenizer (Sonifier SLPe40 manufactured by BRANSON).

実施例1と同様に作製された半導体ナノ粒子分散液に対し、上記のカーボンナノチューブ分散液を、酸化チタン100重量部に対しカーボンナノチューブが50重量部となるよう投入した。   With respect to the semiconductor nanoparticle dispersion prepared in the same manner as in Example 1, the above carbon nanotube dispersion was added so that the carbon nanotubes were 50 parts by weight with respect to 100 parts by weight of titanium oxide.

その後は実施例1と同様に太陽電池を作製し、評価した。   Thereafter, solar cells were prepared and evaluated in the same manner as in Example 1.

(実施例5)
半導体ナノ結晶粒子に酸化亜鉛(TECNAN社製TECNAPOW、平均一次粒子径30nm)を用いた以外は実施例1と同様にして太陽電池を作製、評価した。
(Example 5)
A solar cell was prepared and evaluated in the same manner as in Example 1 except that zinc oxide (TECNAPOW manufactured by TECNAN, average primary particle diameter of 30 nm) was used for the semiconductor nanocrystal particles.

(実施例6)
実施例1と同様に作製された半導体ナノ粒子分散液に対し、酸化チタン100重量部に対し加熱消滅性粒子Aを80重量部とした以外は、実施例1と同様にして太陽電池を作製、評価した。
(Example 6)
A solar cell was produced in the same manner as in Example 1 except that the semiconductor nanoparticle dispersion produced in the same manner as in Example 1 was changed to 80 parts by weight of the heat extinguishing particles A with respect to 100 parts by weight of titanium oxide. evaluated.

(実施例7)
実施例1と同様に作製された半導体ナノ粒子分散液に対し、酸化チタン100重量部に対し加熱消滅性粒子Aを70重量部とした以外は、実施例1と同様にして太陽電池を作製、評価した。
(Example 7)
A solar cell was produced in the same manner as in Example 1 except that the heat-extinguishing particles A were 70 parts by weight with respect to 100 parts by weight of titanium oxide with respect to the semiconductor nanoparticle dispersion produced in the same manner as in Example 1. evaluated.

(実施例8)
実施例1と同様に作製された半導体ナノ粒子分散液に対し、酸化チタン100重量部に対し加熱消滅性粒子Aを60重量部とした以外は、実施例1と同様にして太陽電池を作製、評価した。
(Example 8)
A solar cell was produced in the same manner as in Example 1 except that 60 parts by weight of the heat extinguishing particles A were added to 100 parts by weight of titanium oxide with respect to the semiconductor nanoparticle dispersion prepared in the same manner as in Example 1. evaluated.

(実施例9)
実施例1と同様に作製された半導体ナノ粒子分散液に対し、酸化チタン100重量部に対し加熱消滅性粒子Aを20重量部とした以外は、実施例1と同様にして太陽電池を作製、評価した。
Example 9
A solar cell was produced in the same manner as in Example 1 except that the heat-extinguishing particles A were 20 parts by weight with respect to 100 parts by weight of titanium oxide with respect to the semiconductor nanoparticle dispersion produced in the same manner as in Example 1. evaluated.

(実施例10)
実施例1と同様に作製された半導体ナノ粒子分散液に対し、酸化チタン100重量部に対し加熱消滅性粒子Aを10重量部とした以外は、実施例1と同様にして太陽電池を作製、評価した。
(Example 10)
A solar cell was produced in the same manner as in Example 1, except that the heat-extinguishing particles A were 10 parts by weight with respect to 100 parts by weight of titanium oxide with respect to the semiconductor nanoparticle dispersion produced in the same manner as in Example 1. evaluated.

(実施例11)
加熱消滅性粒子として、加熱消滅性粒子A2(ポリスチレンアクリル樹脂)を用いた。過熱消滅性粒子A2の濃度を、酸化チタン100重量部に対し加熱消滅性粒子A2を10重量部とした以外は、実施例1と同様にして太陽電池を作製、評価した。
(Example 11)
As the heat extinguishing particles, heat extinguishing particles A2 (polystyrene acrylic resin) were used. A solar cell was fabricated and evaluated in the same manner as in Example 1 except that the concentration of the superheat extinguishing particles A2 was changed to 10 parts by weight of the heat extinguishing particles A2 with respect to 100 parts by weight of titanium oxide.

(実施例12)
加熱消滅性粒子として、加熱消滅性粒子A2(ポリスチレンアクリル樹脂)を用いた。過熱消滅性粒子A2の濃度を、酸化チタン100重量部に対し加熱消滅性粒子A2を15重量部とした以外は、実施例1と同様にして太陽電池を作製、評価した。
(Example 12)
As the heat extinguishing particles, heat extinguishing particles A2 (polystyrene acrylic resin) were used. A solar cell was produced and evaluated in the same manner as in Example 1 except that the concentration of the superheat extinguishing particles A2 was changed to 15 parts by weight of the heat extinguishing particles A2 with respect to 100 parts by weight of titanium oxide.

(実施例13)
加熱消滅性粒子として、加熱消滅性粒子A2(ポリスチレンアクリル樹脂)を用いた。過熱消滅性粒子A2の濃度を、酸化チタン100重量部に対し加熱消滅性粒子A2を30重量部とした以外は、実施例1と同様にして太陽電池を作製、評価した。
(Example 13)
As the heat extinguishing particles, heat extinguishing particles A2 (polystyrene acrylic resin) were used. A solar cell was produced and evaluated in the same manner as in Example 1 except that the concentration of the superheat extinguishing particles A2 was changed to 30 parts by weight of the heat extinguishing particles A2 with respect to 100 parts by weight of titanium oxide.

(実施例14)
加熱消滅性粒子として、加熱消滅性粒子A2(ポリスチレンアクリル樹脂)を用いた。過熱消滅性粒子A2の濃度を、酸化チタン100重量部に対し加熱消滅性粒子A2を60重量部とした以外は、実施例1と同様にして太陽電池を作製、評価した。
(Example 14)
As the heat extinguishing particles, heat extinguishing particles A2 (polystyrene acrylic resin) were used. A solar cell was prepared and evaluated in the same manner as in Example 1 except that the concentration of the superheat extinguishing particles A2 was changed to 60 parts by weight of the heat extinguishing particles A2 with respect to 100 parts by weight of titanium oxide.

(実施例15)
加熱消滅性粒子として、加熱消滅性粒子A2(ポリスチレンアクリル樹脂)を用いた。過熱消滅性粒子A2の濃度を、酸化チタン100重量部に対し加熱消滅性粒子A2を65重量部とした以外は、実施例1と同様にして太陽電池を作製、評価した。
(Example 15)
As the heat extinguishing particles, heat extinguishing particles A2 (polystyrene acrylic resin) were used. A solar cell was prepared and evaluated in the same manner as in Example 1 except that the concentration of the superheat extinguishing particles A2 was changed to 65 parts by weight of the heat extinguishing particles A2 with respect to 100 parts by weight of titanium oxide.

(実施例16)
加熱消滅性粒子として、加熱消滅性粒子G(ポリメチルメタクリレート樹脂)を用いた。加熱消滅性粒子Gの濃度を、酸化チタン100重量部に対し加熱消滅性粒子Gを30重量部とした以外は、実施例1と同様にして太陽電池を作製、評価した。本ポリメチルメタクリレートG微粒子のゲル浸透クロマトグラフィー(東ソー株式会社製 HLC−8220)によって求めた重量平均分子量(Mw)は31,500であり、また示差走査熱量分析計(セイコーインスツメンツ株式会社製 DSC6200)によって求めたガラス転移温度(Tg)は85℃であった。
(Example 16)
As the heat extinguishing particles, heat extinguishing particles G (polymethyl methacrylate resin) were used. A solar cell was prepared and evaluated in the same manner as in Example 1 except that the concentration of the heat extinguishing particles G was 30 parts by weight with respect to 100 parts by weight of titanium oxide. The weight average molecular weight (Mw) calculated | required by the gel permeation chromatography (Tosoh Corporation HLC-8220) of this polymethylmethacrylate G microparticles | fine-particles is 31,500, and a differential scanning calorimetry (Seiko Instruments Inc. make) The glass transition temperature (Tg) calculated | required by DSC6200) was 85 degreeC.

(比較例1)
加熱消滅性粒子を用いなかった以外は実施例1と同様にして太陽電池を作製、評価した。
(Comparative Example 1)
A solar cell was prepared and evaluated in the same manner as in Example 1 except that no heat extinguishing particles were used.

(比較例2)
半導ナノ結晶粒子に酸化亜鉛(TECNAN社製TECNAPOW、平均一次粒子径30nm)を用い、加熱消滅性粒子を用いなかった以外は実施例1と同様にして太陽電子を作製、評価した。
(Comparative Example 2)
Solar electrons were prepared and evaluated in the same manner as in Example 1 except that zinc oxide (TECNAPOW manufactured by TECNAN, average primary particle diameter of 30 nm) was used for the semiconductor nanocrystal particles, and no heat extinguishing particles were used.

(比較例3)
加熱消滅性粒子として、加熱消滅性粒子D(ポリスチレンアクリル樹脂粒子)を用いた。加熱消滅性粒子Dは粉末状のまま、作製された半導体ナノ粒子分散液に対し、酸化チタン100重量部に対し加熱消滅性粒子Dを50重量部投入した。それ以外は実施例1と同様にして太陽電池を作製、評価した。
(Comparative Example 3)
As the heat extinguishing particles, heat extinguishing particles D (polystyrene acrylic resin particles) were used. In the powdered semiconductor nanoparticle dispersion, 50 parts by weight of the heat-extinguishing particles D were added to 100 parts by weight of titanium oxide while the heat-extinguishing particles D remained in powder form. Otherwise, solar cells were produced and evaluated in the same manner as in Example 1.

(比較例4)
半導ナノ結晶粒子に酸化亜鉛(TECNAN社製TECNAPOW、平均一次粒子径30nm)を用い、加熱消滅性粒子として加熱消滅性粒子Dを用いた。加熱消滅性粒子Dは粉末状のまま、作製された半導体ナノ粒子分散液に対し、酸化チタン100重量部に対し加熱消滅性粒子Dを50重量部投入した。それ以外は実施例1と同様にして太陽電池を作製、評価した。
(Comparative Example 4)
Zinc oxide (TECNAPOW manufactured by TECNAN, average primary particle size of 30 nm) was used as the semiconductor nanocrystal particles, and the heat extinguishing particles D were used as the heat extinguishing particles. In the powdered semiconductor nanoparticle dispersion, 50 parts by weight of the heat-extinguishing particles D were added to 100 parts by weight of titanium oxide while the heat-extinguishing particles D remained in powder form. Otherwise, solar cells were produced and evaluated in the same manner as in Example 1.

(比較例5)
加熱性消滅粒子として、加熱性消滅粒子E(ポリスチレンアクリル樹脂)を用いた。加熱消滅性粒子Eは粉末状のまま、作製された半導体ナノ粒子分散液に対し、酸化チタン100重量部に対し加熱消滅性粒子Eを30重量部投入した。それ以外は実施例1と同様にして太陽電池を作製、評価した。
(Comparative Example 5)
As the heat extinction particles, heat extinction particles E (polystyrene acrylic resin) were used. With the heat extinguishing particles E in powder form, 30 parts by weight of the heat extinguishing particles E were added to 100 parts by weight of titanium oxide with respect to the prepared semiconductor nanoparticle dispersion. Otherwise, solar cells were produced and evaluated in the same manner as in Example 1.

(比較例6)
加熱性消滅粒子として、加熱性消滅粒子Eを用いた。以外は実施例1と同様にして太陽電池を作製、評価した。加熱消滅性粒子Eは粉末状のまま、作製された半導体ナノ粒子分散液に対し、酸化チタン100重量部に対し加熱消滅性粒子Eを60重量部投入した。それ以外は実施例1と同様にして太陽電池を作製、評価した。
(Comparative Example 6)
As the heat extinction particles, the heat extinction particles E were used. A solar cell was prepared and evaluated in the same manner as in Example 1 except for the above. With the heat extinguishing particles E in a powder form, 60 parts by weight of the heat extinguishing particles E were added to 100 parts by weight of titanium oxide with respect to the prepared semiconductor nanoparticle dispersion. Otherwise, solar cells were produced and evaluated in the same manner as in Example 1.

(比較例7)
加熱性消滅粒子として、加熱性消滅粒子F(ポリウレタン)を用いた。加熱消滅性粒子Fは粉末状のまま、作製された半導体ナノ粒子分散液に対し、酸化チタン100重量部に対し加熱消滅性粒子Fを30重量部投入した。それ以外は実施例1と同様にして太陽電池を作製、評価した。
(Comparative Example 7)
As the heat extinction particles, heat extinction particles F (polyurethane) were used. With the heat extinguishing particles F in a powder form, 30 parts by weight of the heat extinguishing particles F were added to 100 parts by weight of titanium oxide with respect to the prepared semiconductor nanoparticle dispersion. Otherwise, solar cells were produced and evaluated in the same manner as in Example 1.

(比較例8)
加熱性消滅粒子として、加熱性消滅粒子Fを用いた。加熱消滅性粒子Fは粉末状のまま、作製された半導体ナノ粒子分散液に対し、酸化チタン100重量部に対し加熱消滅性粒子Fを60重量部投入した。それ以外は実施例1と同様にして太陽電池を作製、評価した。
(Comparative Example 8)
As the heat extinction particles, the heat extinction particles F were used. While the heat extinguishing particles F remained in powder form, 60 parts by weight of the heat extinguishing particles F were added to 100 parts by weight of titanium oxide with respect to the prepared semiconductor nanoparticle dispersion. Otherwise, solar cells were produced and evaluated in the same manner as in Example 1.

(比較例9)
加熱消滅性粒子として、加熱消滅性粒子H(ポリメチルメタクリレート樹脂)を用いた。加熱消滅性粒子Hの濃度を、酸化チタン100重量部に対し加熱消滅性粒子Hを30重量部とした以外は、実施例1と同様にして太陽電池を作製、評価した。本ポリメチルメタクリレートH微粒子のゲル浸透クロマトグラフィー(東ソー株式会社製 HLC−8220)によって求めた重量平均分子量(Mw)は27,000、示差走査熱量分析計(セイコーインスツメンツ株式会社製 DSC6200)によって求めたガラス転移温度(Tg)は75℃であった。
(Comparative Example 9)
As the heat extinguishing particles, heat extinguishing particles H (polymethyl methacrylate resin) were used. A solar cell was produced and evaluated in the same manner as in Example 1 except that the concentration of the heat extinguishing particles H was 30 parts by weight with respect to 100 parts by weight of titanium oxide. The weight average molecular weight (Mw) determined by gel permeation chromatography (HLC-8220, manufactured by Tosoh Corporation) of the polymethylmethacrylate H fine particles was 27,000, and a differential scanning calorimeter (DSC6200, manufactured by Seiko Instruments Inc.). The determined glass transition temperature (Tg) was 75 ° C.

(比較例10)
加熱消滅性粒子として、加熱消滅性粒子I(ポリメチルメタクリレート樹脂)を用いた。加熱消滅性粒子Iの濃度を、酸化チタン100重量部に対し加熱消滅性粒子Iを30重量部とした以外は、実施例1と同様にして太陽電池を作製、評価した。本ポリメチルメタクリレートI微粒子の前記ゲル浸透クロマトグラフィーによって求めた重量平均分子量(Mw)は48,400、また前記示差走査熱量分析計によって求めたガラス転移温度(Tg)は99℃であった。
(Comparative Example 10)
As the heat extinguishing particles, heat extinguishing particles I (polymethyl methacrylate resin) were used. A solar cell was prepared and evaluated in the same manner as in Example 1 except that the concentration of the heat extinguishing particles I was 30 parts by weight with respect to 100 parts by weight of titanium oxide. The polymethyl methacrylate I fine particles had a weight average molecular weight (Mw) determined by the gel permeation chromatography of 48,400 and a glass transition temperature (Tg) determined by the differential scanning calorimeter of 99 ° C.

図2に、実施例1によって得られた半導体電極の断面SEM(走査電子顕微鏡)像を示す。本画像より、不定形状の空隙13Aと、不定形状の空隙13Aと繋がった筋状の空隙13Bの存在を確認した。   In FIG. 2, the cross-sectional SEM (scanning electron microscope) image of the semiconductor electrode obtained by Example 1 is shown. From this image, the presence of the irregularly shaped gap 13A and the streaky gap 13B connected to the irregularly shaped gap 13A was confirmed.

また、表1に、実施例1〜16および比較例1〜10の結果を示す。   Table 1 shows the results of Examples 1 to 16 and Comparative Examples 1 to 10.

実施例1〜16は変換効率が1.5%以上の高効率な太陽電池を得ることができた。比較例と比べると、効率は倍以上上がった。不定形状な空隙と不定形状な空隙と繋がった筋状の空隙を有することで、電解液の浸透性が向上し、性能が向上したと考えられる。   In Examples 1 to 16, a highly efficient solar cell with a conversion efficiency of 1.5% or more could be obtained. Compared with the comparative example, the efficiency increased more than twice. It is considered that the permeability of the electrolytic solution is improved and the performance is improved by having the streak-shaped void connected to the irregular-shaped void and the irregular-shaped void.

不定形状の空隙と、不定形状の空隙と繋がった筋状の空隙を有する空隙を与える加熱消滅性粒子を用いれば、材料種を限らずとも変換効率を上げることが可能であることが実施例1〜4により確認できた。実施例5では酸化亜鉛を用いたことで、不定形状の空隙と、不定形状の空隙と繋がった筋状の空隙が形成され、高効率な太陽電池を得られたが、酸化チタンに比べ低い傾向にあった。   Example 1 shows that the use of heat extinguishing particles that provide voids having irregularly shaped voids and streaky voids connected to irregularly shaped voids can increase the conversion efficiency without limiting the type of material. It was confirmed by ~ 4. In Example 5, by using zinc oxide, an irregularly shaped void and a streaky void connected to the irregularly shaped void were formed, and a high-efficiency solar cell was obtained. However, it tends to be lower than titanium oxide. It was in.

実施例6〜11は比表面積の水準を振ったデータである。不定形状の空隙と、不定形状の空隙と繋がった筋状の空隙を有しているため変換効率は高いが比表面積が30m/g以下では電池性能が低下する。これは、色素吸着量が減少して電子の授受が減少したためと思われる。また、比表面積が60m/g以上になると、空隙が減少することで電解液の充填が不十分であり、変換効率が低下したと考えられる。 Examples 6 to 11 are data obtained by changing the level of specific surface area. The conversion efficiency is high because of the irregularly shaped voids and the streaky voids connected to the irregularly shaped voids. However, when the specific surface area is 30 m 2 / g or less, the battery performance decreases. This is probably because the amount of dye adsorbed and electron transfer decreased. In addition, when the specific surface area is 60 m 2 / g or more, it is considered that the gap is reduced, so that the electrolyte solution is insufficiently filled and the conversion efficiency is lowered.

実施例12〜15は空隙率の振れたデータである。空隙率が10〜50%の範囲では高い変換効率を得られているが、空隙率が10%以下では電解液の充填が不十分であり、変換効率が低下したと考えられる。空隙率が50%以上では、比表面積が減少するため色素吸着量が減り、変換効率が低下する。また、多孔質半導体層の膜強度も低下し、電池の劣化原因となり得る。   Examples 12 to 15 are data with varying porosity. When the porosity is in the range of 10 to 50%, high conversion efficiency is obtained. However, when the porosity is 10% or less, the electrolytic solution is not sufficiently filled, and the conversion efficiency is considered to be lowered. When the porosity is 50% or more, the specific surface area decreases, so that the amount of dye adsorption decreases and the conversion efficiency decreases. Moreover, the film | membrane intensity | strength of a porous semiconductor layer also falls and can cause deterioration of a battery.

比較例3〜8は、不定形状の空隙は形成されたもの、不定形状の空隙と繋がった筋状の空隙が形成されなかった。粉末状で投下した加熱消滅性粒子は多孔質半導体層中に不定形状の空隙を形成することができるが、不定形状の空隙と繋がった筋状の空隙を与えられなかった。加熱消滅性粒子の添加量を変更しても材料種を変更しても、多孔質半導体層中に不定形状の空隙と繋がった筋状の空隙は与えられない。加熱消滅性粒子を分散液として作製し用いたことにより、本発明は達成される。   In Comparative Examples 3 to 8, an irregularly shaped void was formed, but a streak-like void connected to the irregularly shaped void was not formed. Although the heat extinguishing particles dropped in a powder form can form an irregularly shaped void in the porous semiconductor layer, a streak-like void connected to the irregularly shaped void was not provided. Even if the addition amount of the heat extinguishing particles is changed or the material type is changed, no streak-like void connected to the irregular void is provided in the porous semiconductor layer. The present invention is achieved by producing and using the heat extinguishing particles as a dispersion.

実施例1〜16によって得られた太陽電池のうち、加熱消滅性粒子としてポリメチルメタクリレートを用いた実施例16がとりわけ高い変換効率を示している。ポリメチルメタクリレートであれば一義的に高い変換効率を与えるわけではなく、重量平均分子量及びガラス転移温度を適切な範囲内に置くことによって高い変換効率を得られることが、実施例16と比較例9、10との比較からわかる。すなわち、比較例9ではガラス転移温度が低すぎるため、加熱消滅性粒子が過度に軟化している。一方、比較例10ではガラス転移温度が高すぎるため、消滅によって得られる細孔の連結性が不十分である。これら比較例9、10においては不定形状の空隙もしくは筋状の空隙の一方もしくは両方の形成が確認できなかったことから、高粘度電解液を半導体多孔質電極の内部まで注入、浸透させる上でより望ましい構造となっていないことがわかる。   Of the solar cells obtained in Examples 1 to 16, Example 16 using polymethyl methacrylate as the heat extinguishing particles shows particularly high conversion efficiency. Polymethyl methacrylate does not give uniquely high conversion efficiency, and it is possible to obtain high conversion efficiency by placing the weight average molecular weight and glass transition temperature within appropriate ranges. Example 16 and Comparative Example 9 From the comparison with 10. That is, in Comparative Example 9, since the glass transition temperature is too low, the heat extinguishing particles are excessively softened. On the other hand, in Comparative Example 10, since the glass transition temperature is too high, the connectivity of the pores obtained by disappearance is insufficient. In these comparative examples 9 and 10, formation of one or both of irregularly shaped voids or streaky voids could not be confirmed. Therefore, when injecting and penetrating the high-viscosity electrolyte into the semiconductor porous electrode, It can be seen that the structure is not desirable.

以上より、本発明によって高い変換効率を与えることができる光電変換素子を得ることができた。   As mentioned above, the photoelectric conversion element which can give high conversion efficiency by this invention was able to be obtained.

10:光電変換素子
11:電極
12:対極
13:多孔質半導体電極層
13A:不定形状の空隙
13B:筋状の空隙
14:電解質層
15:基材
18:基材
20:触媒層
10: Photoelectric conversion element 11: Electrode 12: Counter electrode 13: Porous semiconductor electrode layer 13A: Undefined-shaped void 13B: Streaky void 14: Electrolyte layer 15: Base material 18: Base material 20: Catalyst layer

特開2003−332602号公報JP 2003-332602 A 特許第4887664号Japanese Patent No. 4887664

Nature, 353 (1991) 737Nature, 353 (1991) 737 J. Am. Chem. Soc., 115 (1993)6382J. et al. Am. Chem. Soc. , 115 (1993) 6382

Claims (6)

一対の電極間に、光増感化合物及び半導体ナノ結晶粒子を有する多孔質半導体電極層と電解質層とが設けられた光電変換素子であって、
前記多孔質半導体電極層は、不定形状の空隙と、前記不定形状の空隙に繋がった筋状の空隙とを有し、
前記電解質層は固体電解質または高粘性電解液からなることを特徴とする光電変換素子。
A photoelectric conversion element in which a porous semiconductor electrode layer having a photosensitizing compound and semiconductor nanocrystal particles and an electrolyte layer are provided between a pair of electrodes,
The porous semiconductor electrode layer has an irregularly shaped void, and a streaky void connected to the irregularly shaped void,
The photoelectric layer is made of a solid electrolyte or a highly viscous electrolytic solution.
前記多孔質半導体電極層に含まれる半導体ナノ結晶粒子が酸化チタンの粒子であることを特徴とする請求項1に記載の光電変換素子。   The photoelectric conversion element according to claim 1, wherein the semiconductor nanocrystal particles contained in the porous semiconductor electrode layer are titanium oxide particles. 前記多孔質半導体電極層の比表面積が30〜60m/gであることを特徴とする請求項1または2に記載の光電変換素子。 The photoelectric conversion element according to claim 1, wherein the porous semiconductor electrode layer has a specific surface area of 30 to 60 m 2 / g. 前記多孔質半導体電極層の空隙率が10〜50%であることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の光電変換素子。   The photoelectric conversion element according to claim 1, wherein a porosity of the porous semiconductor electrode layer is 10 to 50%. 一対の電極間に、光増感化合物及び半導体ナノ結晶粒子を有する多孔質半導体電極層と電解質層とが設けられ、前記電解質層は固体電解質または高粘性電解液からなる光電変換素子の製造方法であって、
前記半導体ナノ結晶粒子の分散液中に、加熱消滅性粒子の凝集体又は加熱消滅性繊維を含む液を加えて得られた塗工液を用いて不定形状の空隙と、前記不定形状の空隙に繋がった筋状の空隙とを有する前記多孔質半導体電極層を形成する多孔質半導体電極層形成工程を含むことを特徴とする光電変換素子の製造方法。
A porous semiconductor electrode layer having a photosensitizing compound and semiconductor nanocrystal particles and an electrolyte layer are provided between a pair of electrodes, and the electrolyte layer is a method for producing a photoelectric conversion element comprising a solid electrolyte or a highly viscous electrolyte. There,
Using the coating liquid obtained by adding a liquid containing an aggregate of heat-extinguishing particles or a heat-extinguishing fiber to the dispersion of the semiconductor nanocrystal particles, the voids having an irregular shape and the voids having the irregular shape are formed. A method for producing a photoelectric conversion element comprising a porous semiconductor electrode layer forming step of forming the porous semiconductor electrode layer having connected streaky voids.
前記加熱消滅性粒子は、重量平均分子量(Mw)が30,000以上45,000以下、ガラス転移温度(Tg)が80℃以上95℃以下のポリメチルメタクリレートであることを特徴とする請求項5に記載の光電変換素子の製造方法。
6. The heat extinguishing particles are polymethyl methacrylate having a weight average molecular weight (Mw) of 30,000 to 45,000 and a glass transition temperature (Tg) of 80 ° C. or more and 95 ° C. or less. The manufacturing method of the photoelectric conversion element of description.
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