JP2018037555A - Method for manufacturing photoelectric conversion element - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、光電変換素子の製造方法に関する。 The present invention relates to a method for manufacturing a photoelectric conversion element.
光電変換素子として、安価で、高い光電変換効率が得られることから色素を用いた光電変換素子が注目されており、色素を用いた光電変換素子に関して種々の開発が行われている。 As a photoelectric conversion element, a photoelectric conversion element using a dye is attracting attention because it is inexpensive and high photoelectric conversion efficiency is obtained, and various developments have been made on photoelectric conversion elements using a dye.
このような色素を用いた光電変換素子としては、例えば下記特許文献1の色素増感型太陽電池が知られている。下記特許文献1には、対向する2枚の電極基板と、2枚の電極基板同士を接合する環状の封止部と、2枚の電極基板と封止部とによって形成されるセル空間に配置される電解液とを備え、封止部が、電解液と接する耐電解液層と、耐電解液層の外側に設けられ、ガスの透過を抑えるための耐ガス透過層とで構成される色素増感型太陽電池が開示されている。 As a photoelectric conversion element using such a dye, for example, a dye-sensitized solar cell disclosed in Patent Document 1 below is known. In the following Patent Document 1, two electrode substrates facing each other, an annular sealing portion that joins the two electrode substrates, and a cell space formed by the two electrode substrates and the sealing portion are arranged. And a sealing portion provided on the outer side of the electrolyte solution layer and a gas-resistant layer for suppressing gas permeation. A sensitized solar cell is disclosed.
しかし、上述した特許文献1に記載の色素増感型太陽電池は、耐久性の点で改善の余地を有していた。 However, the dye-sensitized solar cell described in Patent Document 1 described above has room for improvement in terms of durability.
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、優れた耐久性を有する光電変換素子を製造できる光電変換素子の製造方法を提供することを目的とする。 This invention is made | formed in view of the said situation, and it aims at providing the manufacturing method of the photoelectric conversion element which can manufacture the photoelectric conversion element which has the outstanding durability.
本発明者らは、上記特許文献1に記載の色素増感型太陽電池において上記課題が生じる原因について検討した。その結果、上記特許文献1記載の色素増感型太陽電池においては、耐ガス透過層が外気に接触しているため、酸素ガスが吸収されやすく、酸素吸収能が早期に飽和状態に達し、封止部の外側にある酸素が封止部を透過して電解液中に浸入しやすくなり、その結果、光電変換素子の発電性能が早期に低下し始めるためではないかと本発明者らは考えた。そこで、本発明者らはさらに鋭意研究を重ねた結果、以下の発明により上記課題を解決しうることを見出した。 The present inventors examined the cause of the above problem in the dye-sensitized solar cell described in Patent Document 1. As a result, in the dye-sensitized solar cell described in Patent Document 1, since the gas-resistant permeation layer is in contact with the outside air, oxygen gas is easily absorbed, and the oxygen absorption capacity reaches a saturated state at an early stage. The present inventors thought that oxygen outside the stop portion permeates the sealing portion and easily enters the electrolyte, and as a result, the power generation performance of the photoelectric conversion element starts to deteriorate early. . Therefore, as a result of further earnest studies, the present inventors have found that the above-described problems can be solved by the following invention.
すなわち本発明は、電極基板と、前記電極基板に対向する対向基板と、前記電極基板又は前記対向基板上に設けられる酸化物半導体層と、前記酸化物半導体層に吸着される色素と、前記電極基板及び前記対向基板を接合し、前記酸化物半導体層を包囲する環状の封止部と、前記電極基板、前記対向基板及び前記封止部によって形成されるセル空間に配置される電解質とを有し、前記封止部が酸素吸収粒子を含有する光電変換素子を製造する光電変換素子の製造方法であって、前記電極基板又は前記対向基板上に前記酸化物半導体層を形成する酸化物半導体層形成工程と、前記電極基板及び前記対向基板のうち少なくとも一方に、前記封止部を形成する環状の封止材を固定する封止材固定工程と、前記酸化物半導体層に色素を吸着させる色素吸着工程と、前記電極基板又は前記対向基板上に前記電解質を配置する電解質配置工程と、前記電極基板及び前記対向基板を、前記封止材を介して貼り合せる貼合せ工程とを含み、前記電極基板及び前記対向基板のうち少なくとも一方に固定される前記封止材が酸素吸収粒子を含む、光電変換素子の製造方法である。 That is, the present invention includes an electrode substrate, a counter substrate facing the electrode substrate, an oxide semiconductor layer provided on the electrode substrate or the counter substrate, a dye adsorbed on the oxide semiconductor layer, and the electrode An annular sealing portion that joins the substrate and the counter substrate and surrounds the oxide semiconductor layer, and an electrolyte that is disposed in a cell space formed by the electrode substrate, the counter substrate, and the sealing portion. And a method of manufacturing a photoelectric conversion element in which the sealing portion manufactures a photoelectric conversion element containing oxygen-absorbing particles, wherein the oxide semiconductor layer forms the oxide semiconductor layer on the electrode substrate or the counter substrate. A forming step, a sealing material fixing step of fixing an annular sealing material forming the sealing portion on at least one of the electrode substrate and the counter substrate, and a dye that adsorbs the dye to the oxide semiconductor layer Suck A step of arranging the electrolyte on the electrode substrate or the counter substrate, and a bonding step of bonding the electrode substrate and the counter substrate through the sealing material. And the said sealing material fixed to at least one among the said opposing board | substrates is a manufacturing method of a photoelectric conversion element containing oxygen absorption particles.
本発明の光電変換素子の製造方法によれば、得られる光電変換素子において、封止部が酸素吸収粒子を含有する。すなわち、酸素吸収粒子が封止部内に存在している。このため、得られる光電変換素子において、封止部の外側から侵入する酸素が酸素吸収粒子によって十分に吸収される。このため、封止部が酸素吸収粒子を含有していない場合と比べて、酸素が、封止部の外側から封止部を透過して電解質中に侵入することが十分に抑制される。また、封止材固定工程において、電極基板及び対向基板の少なくとも一方に固定される封止材内には酸素吸収粒子が粒子の形態で含まれている。このため、封止材固定工程から光電変換素子が得られるまでの過程において、酸素吸収粒子が外気に触れることが十分に抑制される。すなわち、封止材固定工程から光電変換素子が得られるまでの過程において、酸素が酸素吸収粒子によって吸収されることが十分に抑制される。このため、得られる光電変換素子において、酸素吸収粒子の酸素吸収能が飽和状態に達するまでの時間が十分に確保され、光電変換素子の発電性能が早期に低下し始めることが十分に抑制される。よって、本発明の光電変換素子の製造方法によれば、優れた耐久性を有する光電変換素子を製造することが可能となる。 According to the method for producing a photoelectric conversion element of the present invention, in the obtained photoelectric conversion element, the sealing portion contains oxygen absorbing particles. That is, oxygen absorbing particles are present in the sealing portion. For this reason, in the obtained photoelectric conversion element, oxygen that enters from the outside of the sealing portion is sufficiently absorbed by the oxygen-absorbing particles. For this reason, compared with the case where the sealing part does not contain oxygen-absorbing particles, it is sufficiently suppressed that oxygen penetrates the sealing part from the outside of the sealing part and enters the electrolyte. In the sealing material fixing step, oxygen absorbing particles are included in the form of particles in the sealing material fixed to at least one of the electrode substrate and the counter substrate. For this reason, in the process from a sealing material fixing process to a photoelectric conversion element being obtained, it is fully suppressed that oxygen absorption particles touch external air. That is, oxygen is sufficiently suppressed from being absorbed by the oxygen-absorbing particles in the process from the sealing material fixing step until the photoelectric conversion element is obtained. For this reason, in the obtained photoelectric conversion element, the time until the oxygen absorption capacity of the oxygen absorbing particles reaches a saturated state is sufficiently secured, and the power generation performance of the photoelectric conversion element is sufficiently suppressed from starting to deteriorate early. . Therefore, according to the method for manufacturing a photoelectric conversion element of the present invention, it is possible to manufacture a photoelectric conversion element having excellent durability.
上記製造方法では、前記封止材固定工程において、前記電極基板に前記封止材を第1封止材として固定し、前記対向基板に前記封止材を第2封止材として固定し、前記第1封止材中の酸素吸収粒子の含有率(体積%)と前記第2封止材中の酸素吸収粒子の含有率(体積%)とが異なることが好ましい。 In the manufacturing method, in the sealing material fixing step, the sealing material is fixed to the electrode substrate as a first sealing material, the sealing material is fixed to the counter substrate as a second sealing material, It is preferable that the content rate (volume%) of the oxygen absorbing particles in the first sealing material is different from the content rate (volume%) of the oxygen absorbing particles in the second sealing material.
この場合、第1封止材及び第2封止材のうち、酸素吸収粒子の含有率が小さい封止材の方が、酸素吸収粒子の含有率が大きい封止材に比べて、電極基板又は対向基板に対して、より優れた接着性を有する。従って、第1封止材及び第2封止材中の酸素吸収粒子の含有率が大きく且つ第1封止材中の酸素吸収粒子の含有率と第2封止材中の酸素吸収粒子の含有率とが同一である場合と比べて、得られる光電変換素子において、封止部が電極基板及び対向基板に対して、より優れた接着性を有する。従って、本発明の製造方法により得られる光電変換素子は、より優れた耐久性を有することが可能となる。 In this case, among the first sealing material and the second sealing material, the sealing material having a smaller content rate of oxygen absorbing particles is compared with the sealing material having a higher content rate of oxygen absorbing particles, or the electrode substrate or It has better adhesion to the counter substrate. Therefore, the content rate of the oxygen absorbing particles in the first sealing material and the second sealing material is large, the content rate of the oxygen absorbing particles in the first sealing material and the content of the oxygen absorbing particles in the second sealing material. Compared with the case where a rate is the same, in the photoelectric conversion element obtained, the sealing part has more excellent adhesiveness with respect to an electrode substrate and a counter substrate. Therefore, the photoelectric conversion element obtained by the production method of the present invention can have more excellent durability.
上記製造方法では、前記酸化物半導体層形成工程において、前記電極基板上に前記酸化物半導体層が形成され、前記酸化物半導体層形成工程と前記色素吸着工程との間で前記封止材固定工程が行われ、前記色素吸着工程において、前記酸化物半導体層および前記第1封止材が形成された前記電極基板を色素溶液に接触させることによって前記酸化物半導体層に前記色素を吸着させ、前記封止材固定工程において、前記第1封止材中の前記酸素吸収粒子の含有率(体積%)が、前記第2封止材中の前記酸素吸収粒子の含有率(体積%)よりも小さいことが好ましい。 In the manufacturing method, in the oxide semiconductor layer formation step, the oxide semiconductor layer is formed on the electrode substrate, and the sealing material fixing step is performed between the oxide semiconductor layer formation step and the dye adsorption step. In the dye adsorption step, the dye semiconductor is adsorbed on the oxide semiconductor layer by bringing the electrode substrate on which the oxide semiconductor layer and the first sealing material are formed into contact with a dye solution, In the sealing material fixing step, the content (volume%) of the oxygen absorbing particles in the first sealing material is smaller than the content (volume%) of the oxygen absorbing particles in the second sealing material. It is preferable.
この場合、封止材固定工程において、酸化物半導体層が形成された電極基板上には、酸素吸収粒子の含有率がより小さい第1封止材が固定される。そして、色素吸着工程において、酸化物半導体層および第1封止材が形成された電極基板が色素溶液に接触されることによって酸化物半導体層に色素が吸着される。このとき、第1封止材中の酸素吸収粒子の含有率は、第2封止材中の酸素吸収粒子の含有率よりも小さい。このため、第1封止材が色素溶液と接触しても、第1封止材中の酸素吸収粒子に吸着される色素の量が少ない。一方、第2封止材は色素溶液に接触することがないため、第2封止材中の酸素吸収粒子に色素は吸着せず、酸素吸収粒子において十分な酸素吸収能が確保される。従って、得られる光電変換素子において、封止部中の酸素吸収粒子の酸素吸収能が飽和状態に達するまでの時間が延び、光電変換素子の発電性能が早期に低下し始めることが十分に抑制される。よって、本発明の光電変換素子の製造方法は、より優れた耐久性を有する光電変換素子を製造することが可能となる。 In this case, in the sealing material fixing step, the first sealing material having a smaller content of oxygen-absorbing particles is fixed on the electrode substrate on which the oxide semiconductor layer is formed. And in a pigment | dye adsorption process, a pigment | dye is adsorb | sucked to an oxide semiconductor layer when the electrode substrate in which the oxide semiconductor layer and the 1st sealing material were formed is contacted with a pigment | dye solution. At this time, the content rate of the oxygen absorbing particles in the first sealing material is smaller than the content rate of the oxygen absorbing particles in the second sealing material. For this reason, even if a 1st sealing material contacts with a pigment | dye solution, there is little quantity of the pigment | dye adsorb | sucked to the oxygen absorption particle in a 1st sealing material. On the other hand, since the second sealing material does not come into contact with the dye solution, the dye does not adsorb to the oxygen-absorbing particles in the second sealing material, and sufficient oxygen-absorbing ability is secured in the oxygen-absorbing particles. Therefore, in the obtained photoelectric conversion element, the time until the oxygen absorption capacity of the oxygen absorbing particles in the sealing portion reaches a saturated state is extended, and it is sufficiently suppressed that the power generation performance of the photoelectric conversion element starts to deteriorate early. The Therefore, the manufacturing method of the photoelectric conversion element of this invention can manufacture the photoelectric conversion element which has the more outstanding durability.
上記製造方法では、前記第1封止材中の前記酸素吸収粒子の含有率が0体積%であることが好ましい。 In the said manufacturing method, it is preferable that the content rate of the said oxygen absorption particle in a said 1st sealing material is 0 volume%.
この場合、封止材固定工程において、酸化物半導体層が形成された電極基板上には、酸素吸収粒子の含有率が0体積%である第1封止材が固定される。そして、色素吸着工程において、酸化物半導体層および第1封止材が形成された電極基板が色素溶液に接触されることによって酸化物半導体層に色素が吸着される。このとき、第1封止材中の酸素吸収粒子の含有率は0体積%である。このため、第1封止材が色素溶液と接触しても、第1封止材中の酸素吸収粒子に吸着される色素がない。一方、第2封止材は色素溶液に接触することがないため、第2封止材中の酸素吸収粒子に色素は吸着せず、酸素吸収粒子において十分な酸素吸収能が確保される。従って、得られる光電変換素子において、封止部中の酸素吸収粒子の酸素吸収能が飽和状態に達するまでの時間が延び、光電変換素子の発電性能が早期に低下し始めることがより十分に抑制される。よって、本発明の光電変換素子の製造方法は、より一層優れた耐久性を有する光電変換素子を製造することが可能となる。 In this case, in the sealing material fixing step, the first sealing material in which the content of oxygen-absorbing particles is 0% by volume is fixed on the electrode substrate on which the oxide semiconductor layer is formed. And in a pigment | dye adsorption process, a pigment | dye is adsorb | sucked to an oxide semiconductor layer when the electrode substrate in which the oxide semiconductor layer and the 1st sealing material were formed is contacted with a pigment | dye solution. At this time, the content rate of the oxygen absorbing particles in the first sealing material is 0% by volume. For this reason, even if a 1st sealing material contacts with a pigment | dye solution, there is no pigment | dye adsorb | sucked to the oxygen absorption particle in a 1st sealing material. On the other hand, since the second sealing material does not come into contact with the dye solution, the dye does not adsorb to the oxygen-absorbing particles in the second sealing material, and sufficient oxygen-absorbing ability is secured in the oxygen-absorbing particles. Therefore, in the obtained photoelectric conversion element, the time until the oxygen absorption capacity of the oxygen absorbing particles in the sealing portion reaches a saturated state is prolonged, and the power generation performance of the photoelectric conversion element is more sufficiently suppressed from starting earlier. Is done. Therefore, the method for producing a photoelectric conversion element of the present invention can produce a photoelectric conversion element having further excellent durability.
本発明によれば、優れた耐久性を有する光電変換素子を製造できる光電変換素子の製造方法が提供される。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the manufacturing method of the photoelectric conversion element which can manufacture the photoelectric conversion element which has the outstanding durability is provided.
以下、本発明の光電変換素子の製造方法の実施形態について図面を参照しながら詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments of a method for producing a photoelectric conversion element of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
<第1実施形態>
まず本発明に係る光電変換素子の製造方法の第1実施形態の説明に先立ち、本発明の光電変換素子の製造方法の第1実施形態によって製造される光電変換素子について図1を参照しながら説明する。図1は、本発明に係る光電変換素子の製造方法の第1実施形態により得られる光電変換素子を示す断面図である。
<First Embodiment>
First, prior to the description of the first embodiment of the method for manufacturing a photoelectric conversion element according to the present invention, the photoelectric conversion element manufactured by the first embodiment of the method for manufacturing a photoelectric conversion element of the present invention will be described with reference to FIG. To do. FIG. 1 is a cross-sectional view showing a photoelectric conversion element obtained by the first embodiment of the method for manufacturing a photoelectric conversion element according to the present invention.
図1に示すように、光電変換素子100は1つの光電変換セル60を備えている。光電変換セル60は、電極基板10と、電極基板10に対向する対向基板20と、電極基板10及び対向基板20を接着させる環状の封止部40と、電極基板10上に設けられる酸化物半導体層30と、酸化物半導体層30に吸着される色素と、電極基板10、対向基板20及び封止部40によって形成されるセル空間に配置される電解質50とを備えている。
As shown in FIG. 1, the
電極基板10は、透明基板11と、透明基板11上に設けられる透明導電層12とを備えている。
The
対向基板20は、基板と電極を兼ねる導電性基板21と、導電性の触媒層22とを備える。
The
封止部40は、電極基板10上に設けられる環状の第1封止部41と、対向基板20上に設けられる環状の第2封止部42とで構成されている。第1封止部41と第2封止部42とは互いに接着されている。また、第2封止部42は酸素吸収粒子40aを含有している。第1封止部41中の酸素吸収粒子40aの含有率R1(体積%)は、第2封止部42中の酸素吸収粒子40aの含有率R2(体積%)よりも小さくなっている。
The sealing
次に、上記電極基板10、対向基板20、酸化物半導体層30、色素、封止部40及び電解質50について詳細に説明する。
Next, the
(電極基板)
電極基板10は、上述した通り、透明基板11と、透明基板11上に設けられる透明導電層12とを備えている。
(Electrode substrate)
As described above, the
透明基板11を構成する材料は、例えば透明な材料であればよく、このような透明な材料としては、例えばホウケイ酸ガラス、ソーダライムガラス、白板ガラス、石英ガラスなどのガラス、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリエチレンナフタレート(PEN)、ポリカーボネート(PC)、及び、ポリエーテルスルフォン(PES)などが挙げられる。透明基板11の厚さは、光電変換素子100のサイズに応じて適宜決定され、特に限定されるものではないが、例えば0.05〜40mmの範囲にすればよい。
The material which comprises the
透明導電層12を構成する材料としては、例えばスズ添加酸化インジウム(ITO)、酸化スズ(SnO2)、及び、フッ素添加酸化スズ(FTO)などの導電性金属酸化物が挙げられる。透明導電層12は、単層でも、異なる導電性金属酸化物で構成される複数の層の積層体で構成されてもよい。透明導電層12が単層で構成される場合、透明導電層12は、高い耐熱性及び耐薬品性を有することから、FTOで構成されることが好ましい。透明導電層12の厚さは、特に限定されるものではないが、例えば0.01〜2μmの範囲にすればよい。
Examples of the material constituting the transparent
(対向基板)
対向基板20は、上述した通り、基板と電極を兼ねる導電性基板21と、導電性の触媒層22とを備える。
(Opposite substrate)
As described above, the
導電性基板21は、例えばチタン、ニッケル、白金、モリブデン、タングステン、アルミニウム、ステンレス等の耐食性の金属材料で構成される。また導電性基板21は、基板と電極を分けて、上述した絶縁性の透明基板に電極としてITO、FTO等の導電性酸化物からなる透明導電層を形成した積層体で構成されてもよい。導電性基板21の厚さは、光電変換素子100のサイズに応じて適宜決定され、特に限定されるものではないが、例えば5〜4000μmとすればよい。
The
触媒層22は、白金、炭素系材料又は導電性高分子などから構成される。ここで、炭素系材料としては、カーボンナノチューブが好適に用いられる。なお、対向基板20は、導電性基板21が触媒機能を有する場合(例えばカーボンなどを含有する場合)には触媒層22を有していなくてもよい。
The
(酸化物半導体層)
酸化物半導体層30は、酸化物半導体粒子で構成されている。酸化物半導体粒子は、例えば酸化チタン(TiO2)、酸化亜鉛(ZnO)、酸化タングステン(WO3)、酸化ニオブ(Nb2O5)、チタン酸ストロンチウム(SrTiO3)、酸化スズ(SnO2)、酸化インジウム(In3O3)、酸化ジルコニウム(ZrO2)、酸化タリウム(Ta2O5)、酸化ランタン(La2O3)、酸化イットリウム(Y2O3)、酸化ホルミウム(Ho2O3)、酸化ビスマス(Bi2O3)、酸化セリウム(CeO2)、酸化アルミニウム(Al2O3)又はこれらの2種以上で構成される。酸化物半導体層30の厚さは、特に限定されるものではないが、例えば0.1〜100μmとすればよい。
(Oxide semiconductor layer)
The
(色素)
色素としては、例えばビピリジン構造、ターピリジン構造などを含む配位子を有するルテニウム錯体、ポルフィリン、エオシン、ローダミン、メロシアニンなどの有機色素などの光増感色素や、ハロゲン化鉛系ペロブスカイト結晶などの有機−無機複合色素などが挙げられる。ハロゲン化鉛系ペロブスカイトとしては、例えばCH3NH3PbX3(X=Cl、Br、I)が用いられる。ここで、色素として光増感色素を用いる場合には、光電変換素子100は色素増感光電変換素子となり、光電変換セル60は色素増感光電変換セルとなる。
(Dye)
Examples of the dye include a photosensitizing dye such as a ruthenium complex having a ligand containing a bipyridine structure, a terpyridine structure, or the like, an organic dye such as porphyrin, eosin, rhodamine, or merocyanine, and an organic- Examples include inorganic composite dyes. For example, CH 3 NH 3 PbX 3 (X = Cl, Br, I) is used as the lead halide perovskite. Here, when a photosensitizing dye is used as the dye, the
上記色素の中でも、ビピリジン構造又はターピリジン構造を含む配位子を有するルテニウム錯体からなる光増感色素が好ましい。この場合、光電変換素子100の光電変換特性をより向上させることができる。
Among the above dyes, a photosensitizing dye composed of a ruthenium complex having a ligand containing a bipyridine structure or a terpyridine structure is preferable. In this case, the photoelectric conversion characteristics of the
(封止部)
封止部40は、封止材料と酸素吸収粒子40aとを含有する。封止材料は、特に限定されるものではないが、封止材料としては、例えば変性ポリオレフィン樹脂、ビニルアルコール重合体などの熱可塑性樹脂が挙げられる。変性ポリオレフィン樹脂としては、例えばアイオノマー、エチレン−ビニル酢酸無水物共重合体、エチレン−メタクリル酸共重合体およびエチレン−ビニルアルコール共重合体が挙げられる。これらの樹脂は単独で又は2種以上を組み合せて用いることができる。中でも、変性ポリオレフィン樹脂が好ましい。この場合、電極基板10及び対向基板20に対する密着性がより高くなる。
(Sealing part)
The sealing
上述した通り、封止部40は、第1封止部41及び第2封止部42で構成されているが、第1封止部41及び第2封止部42中の封止材料は互いに異なる材料で構成されていてもよいし、同一の材料で構成されていてもよい。
As described above, the sealing
酸素吸収粒子40aは、封止材料よりも高い酸素吸収性を有する粒子であれば特に限定されるものではない。酸素吸収粒子40aとしては、例えばセリウム系酸素吸収粒子、鉄系酸素吸収粒子、コバルト系酸素吸収粒子及び有機系酸素吸収粒子などが挙げられる。中でも、酸素吸収反応に水分を必要としないことから、セリウム系酸素吸収粒子が好ましい。
The oxygen-absorbing
セリウム系酸素吸収粒子としては、例えば酸化セリウムなどが挙げられる。 Examples of the cerium-based oxygen absorbing particles include cerium oxide.
鉄系酸素吸収粒子としては、例えば還元鉄粉などが挙げられる。 Examples of the iron-based oxygen absorbing particles include reduced iron powder.
コバルト系酸素吸収粒子としては、例えばナフテン酸コバルトなどが挙げられる。 Examples of the cobalt-based oxygen absorbing particles include cobalt naphthenate.
有機系酸素吸収粒子としては、例えばアスコルビン酸類などが挙げられる。 Examples of organic oxygen absorbing particles include ascorbic acids.
第2封止部42A中の酸素吸収粒子40aの含有率R2(体積%)と第1封止部41中の酸素吸収粒子40aの含有率R1(体積%)との差(R2−R1)は2体積%以上であることが好ましい。この場合、第1封止部41の接着性を第2封止部42の接着性よりもより向上させることができる。(R2−R1)は、10体積%以上であることがより好ましい。第1封止部41は酸素吸収粒子40aを含有しないことが特に好ましい。この場合、第1封止部41の接着性を第2封止部42の接着性よりもより一層向上させることができる。従って、光電変換素子100において、電極基板10及び対向基板20に対する封止部40の接着性をより向上させることができる。
The difference (R2−R1) between the content R2 (volume%) of the
第2封止部42中の酸素吸収粒子40aの含有率R2(体積%)は、第1封止部41中の酸素吸収粒子40aの含有率R1(体積%)より大きければ特に制限されるものではないが、2体積%以上であることが好ましい。この場合、封止部40の外側から侵入する酸素が酸素吸収粒子40aによって十分に吸収される。このため、光電変換素子100の耐久性をより向上させることができる。R2は10体積%以上であることが好ましい。但し、R2は90体積%以下であることが好ましい。この場合、電極基板10及び対向基板20に対する封止部40の接着性をより向上させることができる。R2は50体積%以下であることが好ましい。
The content R2 (volume%) of the
(電解質)
電解質50は、例えば酸化還元対と有機溶媒とを含んでいる。有機溶媒としては、アセトニトリル、メトキシアセトニトリル、メトキシプロピオニトリル、プロピオニトリル、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、ジエチルカーボネート、γ−ブチロラクトン、バレロニトリルなどを用いることができる。酸化還元対としては、例えばヨウ化物イオン/ポリヨウ化物イオン(例えばI−/I3 −)、臭化物イオン/ポリ臭化物イオンなどのハロゲン原子を含む酸化還元対のほか、亜鉛錯体、鉄錯体、コバルト錯体などのレドックス対が挙げられる。なお、ヨウ化物イオン/ポリヨウ化物イオンは、ヨウ素(I2)と、アニオンとしてのアイオダイド(I−)を含む塩(イオン性液体や固体塩)とによって形成することができる。アニオンとしてアイオダイドを有するイオン性液体を用いる場合には、ヨウ素のみ添加すればよく、有機溶媒や、アニオンとしてアイオダイド以外のイオン性液体を用いる場合には、LiIやテトラブチルアンモニウムアイオダイドなどのアニオンとしてアイオダイド(I−)を含む塩を添加すればよい。
(Electrolytes)
The
また電解質50は、有機溶媒に代えて、イオン液体を用いてもよい。イオン液体としては、例えばピリジニウム塩、イミダゾリウム塩、トリアゾリウム塩等の既知のヨウ素塩であって、室温付近で溶融状態にある常温溶融塩が用いられる。このような常温溶融塩としては、例えば、1−ヘキシル−3−メチルイミダゾリウムアイオダイド、1−エチル−3−プロピルイミダゾリウムアイオダイド、1−エチル−3−メチルイミダゾリウムアイオダイド、1,2−ジメチル−3−プロピルイミダゾリウムアイオダイド、1−ブチル−3−メチルイミダゾリウムアイオダイド、又は、1−メチル−3−プロピルイミダゾリウムアイオダイドが好適に用いられる。
The
また電解質50は、上記有機溶媒に代えて、上記イオン液体と上記有機溶媒との混合物を用いてもよい。
The
また電解質50には添加剤を加えることができる。添加剤としては、LiI、4−t−ブチルピリジン、グアニジウムチオシアネート、1−メチルベンゾイミダゾール、1−ブチルベンゾイミダゾールなどが挙げられる。
An additive can be added to the
さらに電解質50としては、上記電解質にSiO2、TiO2、カーボンナノチューブなどのナノ粒子を混練してゲル様となった擬固体電解質であるナノコンポジットゲル電解質を用いてもよく、また、ポリフッ化ビニリデン、ポリエチレンオキサイド誘導体、アミノ酸誘導体などの有機系ゲル化剤を用いてゲル化した電解質を用いてもよい。
Furthermore, as the
次に、上述した光電変換素子100の製造方法について図2〜図6を参照しながら説明する。図2〜図6は、本発明に係る光電変換素子の製造方法の第1実施形態の一連の工程を示す切断面端面図である。
Next, a method for manufacturing the above-described
<準備工程>
まず電極基板10及び対向基板20を準備する。電極基板10は、透明基板11の上に透明導電層12を形成することによって得ることができる。透明導電層12の形成方法としては、スパッタ法、蒸着法、スプレー熱分解法及びCVD法などが用いられる。
<Preparation process>
First, the
対向基板20は、導電性基板21の上に触媒層22を形成することによって得ることができる。触媒層22の形成方法としては、スパッタ法、蒸着法などが用いられる。これらのうちスパッタ法が膜の均一性の点から好ましい。
The
<酸化物半導体層形成工程>
次に、図2に示すように、電極基板10上に酸化物半導体層30を形成する。酸化物半導体層30は、電極基板10の上に酸化物半導体層形成用ペーストを印刷した後、焼成することで形成することができる。
<Oxide semiconductor layer formation process>
Next, as illustrated in FIG. 2, the
酸化物半導体層形成用ペーストは、上述した酸化物半導体粒子のほか、ポリエチレングリコールなどの樹脂及び、テレピネオールなどの溶媒を含む。酸化物半導体層形成用ペーストの印刷方法としては、例えばスクリーン印刷法、ドクターブレード法、バーコート法などを用いることができる。 The oxide semiconductor layer forming paste includes a resin such as polyethylene glycol and a solvent such as terpineol in addition to the oxide semiconductor particles described above. As a method for printing the oxide semiconductor layer forming paste, for example, a screen printing method, a doctor blade method, a bar coating method, or the like can be used.
焼成温度は、酸化物半導体粒子により異なるが、通常は350℃〜600℃であり、焼成時間も、酸化物半導体粒子により異なるが、通常は1〜5時間である。 The firing temperature varies depending on the oxide semiconductor particles, but is usually 350 ° C. to 600 ° C., and the firing time also varies depending on the oxide semiconductor particles, but is usually 1 to 5 hours.
<封止材固定工程>
次に、第1封止部41を形成するための環状の第1封止材41Aを準備する。第1封止材41Aとしては、上述した封止材料を含むものが用いられる。環状の第1封止材41Aは、上述した封止材料と必要に応じて用いられる酸素吸収粒子40aとを溶融混練するなどしてフィルムを得た後、このフィルムに開口を形成することによって得ることができる。
<Sealing material fixing process>
Next, an annular
次に、図3に示すように、電極基板10上に第1封止材41Aを固定する。電極基板10上に環状の第1封止材41Aを固定するには、環状の第1封止材41Aを電極基板10上に配置し、環状の第1封止材41Aを加熱により溶融させて電極基板10に接着させればよい。こうして電極基板10上に酸化物半導体層30及び第1封止材41Aが固定された構造体A1が得られる。
Next, as shown in FIG. 3, the
一方、第2封止部42を形成するための環状の第2封止材42Aを準備する。第2封止材42Aは酸素吸収粒子を含有している。第2封止材42Aは、上述した封止材料と上述した酸素吸収粒子40aとを溶融混練してフィルムを得た後、このフィルムに開口を形成することによって得ることができる。
On the other hand, an annular
このとき、第2封止材42A中の酸素吸収粒子40aの含有率R2(体積%)と第1封止材41A中の酸素吸収粒子40aの含有率R1(体積%)との差(R2−R1)は0体積%より大きければ特に制限されないが、2体積%以上であることが好ましい。この場合、第1封止材41Aの接着性を第2封止材42Aの接着性よりもより向上させることができる。(R2−R1)は、10体積%以上であることがより好ましい。第1封止材41Aは酸素吸収粒子40aを含有しないことが特に好ましい。この場合、第1封止材41Aの接着性を第2封止材42Aの接着性よりもより一層向上させることができる。従って、得られる光電変換素子100において、電極基板10及び対向基板20に対する封止部40の接着性をより向上させることができる。
At this time, the difference (R2−) between the content R2 (volume%) of the
次に、図4に示すように、対向基板20の上に第2封止材42Aを固定する。対向基板20の上に環状の第2封止材42Aを固定するには、環状の第2封止材42Aを対向基板20上に配置し、環状の第2封止材42Aを加熱により溶融させて対向基板20に接着させればよい。こうして、対向基板20上に第2封止材42Aが固定された構造体Bが得られる。
Next, as shown in FIG. 4, the
<色素吸着工程>
次に、上記のようにして得られた構造体A1の酸化物半導体層30に色素を吸着させる。酸化物半導体層30に色素を吸着させるには、構造体A1を、色素を含有する色素溶液中に浸漬させればよい。但し、色素を含有する色素溶液を酸化物半導体層30上に塗布した後、乾燥させることによって色素を酸化物半導体層30に吸着させてもよい。こうして構造体A2が得られる。
<Dye adsorption process>
Next, a dye is adsorbed on the
<電解質配置工程>
次に、図5に示すように、構造体A2の電極基板10の上に電解質50を配置し、構造体A3を得る。
<Electrolyte placement process>
Next, as shown in FIG. 5, the
<貼合せ工程>
次に、図6に示すように、構造体A3と構造体Bとを重ね合わせ、電極基板10及び対向基板20を第1封止材41A及び第2封止材42Aを介して貼り合わせる。こうして、第1封止材41Aは第1封止部41となり、第2封止材42Aは第2封止部42となり、電極基板10と対向基板20との間に、第1封止部41及び第2封止部42で構成される封止部40が形成される。
<Lamination process>
Next, as shown in FIG. 6, the structure A3 and the structure B are overlapped, and the
電極基板10及び対向基板20の貼合せは、第1封止材41A及び第2封止材42Aを加熱しながら加圧して行えばよい。
The
以上のようにして、1つの光電変換セル60からなる光電変換素子100が得られる。
As described above, the
上記製造方法によれば、得られる光電変換素子100において、封止部40が酸素吸収粒子40aを含有する。すなわち、酸素吸収粒子40aが封止部40内に存在している。このため、得られる光電変換素子100において、封止部40の外側から侵入する酸素が酸素吸収粒子40aによって十分に吸収される。このため、封止部40が酸素吸収粒子40aを含有していない場合と比べて、酸素が、封止部40の外側から封止部40を透過して電解質50中に侵入することが十分に抑制される。また、封止材固定工程において、電極基板10に固定される第1封止材41A及び対向基板20に固定される第2封止材42A内には酸素吸収粒子40aが粒子の形態で含まれている。このため、封止材固定工程から光電変換素子100が得られるまでの過程において、酸素吸収粒子40aが外気に触れることが十分に抑制される。すなわち、封止材固定工程から光電変換素子100が得られるまでの過程において、酸素が酸素吸収粒子40aによって吸収されることが十分に抑制される。このため、得られる光電変換素子100において、酸素吸収粒子40aの酸素吸収能が飽和状態に達するまでの時間が十分に確保され、光電変換素子100の発電性能が早期に低下し始めることが十分に抑制される。よって、光電変換素子100の製造方法は、優れた耐久性を有する光電変換素子100を製造することが可能となる。
According to the said manufacturing method, in the
また、上記製造方法によれば、第1封止材41A及び第2封止材42Aのうち、酸素吸収粒子40aの含有率が小さい第1封止材41Aの方が、酸素吸収粒子40aの含有率が大きい第2封止材42Aに比べて、電極基板10又は対向基板20に対して、より優れた接着性を有する。従って、第1封止材41A中の酸素吸収粒子40aの含有率R1が第2封止材42A中の酸素吸収粒子40aの含有率R2と同様に大きく且つR1とR2とが同一である場合と比べて、得られる光電変換素子100において、封止部40が電極基板10及び対向基板20に対して、より優れた接着性を有する。従って、上記製造方法により得られる光電変換素子100は、より優れた耐久性を有することが可能となる。
Moreover, according to the said manufacturing method, the
さらに、上記製造方法によれば、封止材固定工程において、酸化物半導体層30が形成された電極基板10上には、酸素吸収粒子40aの含有率がより小さい第1封止材41Aが固定される。そして、色素吸着工程において、構造体Aが色素溶液中に浸漬されると、酸化物半導体層30および第1封止材41Aが色素溶液に接触して酸化物半導体層30に色素が吸着される。このとき、第1封止材41A中の酸素吸収粒子40aの含有率R1は、第2封止材42A中の酸素吸収粒子40aの含有率R2よりも小さい。このため、第1封止材41Aが色素溶液と接触しても、第1封止材41A中の酸素吸収粒子40aに吸着される色素の量が少ない。一方、第2封止材42Aは色素溶液に接触することがないため、第2封止材42A中の酸素吸収粒子40aに色素は吸着せず、酸素吸収粒子40aにおいて十分な酸素吸収能が確保される。従って、得られる光電変換素子100において、封止部40中の酸素吸収粒子40aの酸素吸収能が飽和状態に達するまでの時間が延び、光電変換素子100の発電性能が早期に低下し始めることが十分に抑制される。よって、上記製造方法は、より優れた耐久性を有する光電変換素子100を製造することが可能となる。
Furthermore, according to the manufacturing method, in the sealing material fixing step, the
特に、第1封止材41A中の酸素吸収粒子40aの含有率R1が0体積%であると、色素吸着工程において、第1封止材41Aが色素溶液と接触しても、第1封止材41A中の酸素吸収粒子40aに吸着される色素がない。このため、上記製造方法によれば、より一層優れた耐久性を有する光電変換素子100を製造することが可能となる。
In particular, when the content R1 of the
<第2実施形態>
次に、本発明に係る光電変換素子の製造方法の第2実施形態について図7〜10を参照しながら説明する。なお、図7〜10において、第1実施形態と同一又は同等の構成要素については同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
Second Embodiment
Next, 2nd Embodiment of the manufacturing method of the photoelectric conversion element which concerns on this invention is described, referring FIGS. 7-10, the same code | symbol is attached | subjected about the component same or equivalent to 1st Embodiment, and the overlapping description is abbreviate | omitted.
まず本発明に係る光電変換素子の製造方法の第2実施形態の説明に先立ち、本発明の光電変換素子の製造方法の第2実施形態によって製造される光電変換素子について図7を参照しながら説明する。図7は、本発明に係る光電変換素子の製造方法の第2実施形態により得られる光電変換素子を示す断面図である。 First, prior to the description of the second embodiment of the method for manufacturing a photoelectric conversion element according to the present invention, the photoelectric conversion element manufactured by the second embodiment of the method for manufacturing a photoelectric conversion element of the present invention will be described with reference to FIG. To do. FIG. 7: is sectional drawing which shows the photoelectric conversion element obtained by 2nd Embodiment of the manufacturing method of the photoelectric conversion element which concerns on this invention.
図7に示すように、光電変換素子200は、光電変換セル60を構成する封止部40に代えて、光電変換セル260を構成する封止部240が用いられている点で第1実施形態の光電変換素子100と相違する。ここで、封止部240は、電極基板10と対向基板20とを接合していること以外は第1実施形態の第2封止部42と同様の構成を有する。
As shown in FIG. 7, the
次に、光電変換素子200の製造方法について図8〜10を参照しながら説明する。図8〜10は、光電変換素子200の製造方法の一連の工程を示す切断面端面図である。
Next, a method for manufacturing the
<準備工程>
まず電極基板10及び対向基板20を準備する。
<Preparation process>
First, the
<酸化物半導体層形成工程>
次に、電極基板10上に酸化物半導体層30を形成する(図2参照)。
<Oxide semiconductor layer formation process>
Next, the
<封止材固定工程>
次に、第2封止部240を形成するための環状の封止材240Aを準備する。封止材240Aは、第1実施形態の第2封止材42Aと同様の構成を有する。このため、封止材240Aは酸素吸収粒子を含有している。封止材240Aは、上述した封止材料と上述した酸素吸収粒子40aとを溶融混練してフィルムを得た後、このフィルムに開口を形成することによって得ることができる。
<Sealing material fixing process>
Next, an
次に、図8に示すように、電極基板10上に封止材240Aを固定する。電極基板10の透明導電層12上に環状の封止材240Aを固定するには、環状の封止材240Aを電極基板10の透明導電層12上に配置し、環状の封止材240Aを加熱により溶融させて電極基板10に接着させればよい。こうして電極基板10上に酸化物半導体層30及び封止材240Aが固定された構造体A21が得られる。
Next, as shown in FIG. 8, the sealing
<色素吸着工程>
次に、上記のようにして得られた構造体A21の酸化物半導体層30に色素を吸着させる。酸化物半導体層30に色素を吸着させるには、構造体A21を、色素を含有する色素溶液中に浸漬させればよい。但し、色素を含有する色素溶液を酸化物半導体層30上に塗布した後、乾燥させることによって色素を酸化物半導体層30に吸着させてもよい。こうして構造体A22が得られる。
<Dye adsorption process>
Next, a dye is adsorbed on the
<電解質配置工程>
次に、図9に示すように、構造体A22の電極基板10の上に電解質50を配置し、構造体A23を得る。
<Electrolyte placement process>
Next, as shown in FIG. 9, the
<貼合せ工程>
次に、図10に示すように、構造体A23と対向基板20とを重ね合わせ、電極基板10及び対向基板20を、封止材240Aを介して貼り合わせる。こうして、封止材240Aは封止部240となり、電極基板10と対向基板20との間に封止部240が形成される。
<Lamination process>
Next, as shown in FIG. 10, the structure A23 and the
電極基板10及び対向基板20の貼合せは、封止材240Aを加熱しながら加圧して行えばよい。
Bonding of the
以上のようにして、1つの光電変換セル260からなる光電変換素子200が得られる。
As described above, the
上記製造方法によっても、得られる光電変換素子200において、封止部240が酸素吸収粒子40aを含有する。すなわち、酸素吸収粒子40aが封止部240内に存在している。このため、得られる光電変換素子200において、封止部240の外側から侵入する酸素が酸素吸収粒子40aによって十分に吸収される。このため、封止部240が酸素吸収粒子40aを含有していない場合と比べて、酸素が、封止部240の外側から封止部240を透過して電解質50中に侵入することが十分に抑制される。また、封止材固定工程において、電極基板10に固定される封止材240A内には酸素吸収粒子40aが粒子の形態で含まれている。このため、封止材固定工程から光電変換素子200が得られるまでの過程において、酸素吸収粒子40aが外気に触れることが十分に抑制される。すなわち、封止材固定工程から光電変換素子200が得られるまでの過程において、酸素が酸素吸収粒子40aによって吸収されることが十分に抑制される。このため、得られる光電変換素子200において、酸素吸収粒子40aの酸素吸収能が飽和状態に達するまでの時間が十分に確保され、光電変換素子200の発電性能が早期に低下し始めることが十分に抑制される。よって、光電変換素子200の製造方法によれば、優れた耐久性を有する光電変換素子200を製造することが可能となる。
Also by the said manufacturing method, in the
本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。例えば上記第1実施形態では、封止材固定工程において、第2封止材42Aが対向基板20に固定され、第1封止材41Aが電極基板10に固定されているが、逆に、第1封止材41Aが対向基板20に固定され、第2封止材42Aが電極基板10に固定されてもよい。
The present invention is not limited to the above embodiment. For example, in the first embodiment, in the sealing material fixing step, the
さらに上記第2実施形態では、封止材固定工程において、封止材240Aが電極基板10に固定されているが、封止材240Aは対向基板20に固定されていてもよい。
Further, in the second embodiment, the sealing
さらにまた、図7に示す光電変換素子200は第1実施形態の製造方法で製造されてもよい。この場合、色素吸着工程において、電極基板10に固定される第1封止材41Aは色素溶液に触れるが、対向基板20に固定する第2封止材42Aは色素溶液に触れない。このため、第2実施形態の製造方法で光電変換素子200を製造する場合に比べて、光電変換素子200の耐久性が向上する。
Furthermore, the
また上記実施形態によって得られる光電変換素子100,200は、1つの光電変換セルで構成されているが、光電変換素子100,200は、光電変換セルを複数備えていてもよい。ここで、複数の光電変換セルは直列に接続されていてもよいし、並列に接続されていてもよい。
Moreover, although the
さらに上記実施形態では、電極基板10上に酸化物半導体層30が設けられ、光電変換素子100,200が、電極基板10側から受光が行われる構造を有しているが、対向基板20を構成する導電性基板21として透明基板11に電極としてITO、FTO等の導電性酸化物からなる透明導電層を形成した積層体(透明な材料)を用いる場合には、酸化物半導体層30が設けられる基材として透明基板11に代えて不透明な材料(例えば金属基板)を用い、対向基板20側から受光が行われる構造を有してもよい。さらに、対向基板20を構成する導電性基板21として、透明基板11に電極としてITO、FTO等の導電性酸化物からなる透明導電層を形成した積層体(透明な材料)を用いる場合には、光電変換素子100,200は、電極基板10からも対向基板20からも受光が行われる構造を有することとなる。
Further, in the above embodiment, the
また上記実施形態では、酸化物半導体層形成工程において、透明導電層12上に酸化物半導体層30を形成しているが、酸化物半導体層30は対向基板20の導電性基板21上に形成してもよい。但し、この場合、触媒層22は透明導電層12上に設けられることになる。
In the above embodiment, the
さらに、上記実施形態では、対向基板20が導電性基板21と触媒層22とで構成されているが、対向基板20が絶縁性基板で構成されてもよい。絶縁性基板としては、例えばガラス基板又は樹脂フィルムなどを用いることができる。但し、この場合には、酸化物半導体層形成工程の後、酸化物半導体層30の上に多孔性絶縁層を形成した後、対極を形成する工程を行う必要がある。ここで、対極としては、対向基板20と同様のものを用いることができる。あるいは、対極は、例えばカーボン等を含む多孔質の単一の層で構成されてもよい。多孔質絶縁層は、主として電解質40を内部に含浸させるためのものである。このような多孔質絶縁層としては、例えば酸化物の焼成体を用いることができる。なお、多孔質絶縁層は、酸化物半導体層30を囲むように、電極基板10と対極との間に設けられるように形成してもよい。
Furthermore, in the said embodiment, although the opposing board |
以下、本発明の内容を、実施例を挙げてより具体的に説明するが、本発明は下記の実施例に限定されるものではない。 Hereinafter, the content of the present invention will be described more specifically with reference to examples. However, the present invention is not limited to the following examples.
(実施例1)
まず、ガラス上にFTOからなる透明導電層が形成された電極基板(商品名「TECa7」、ピルキントン社製)の上に酸化物半導体層を形成した。酸化物半導体層は、酸化物半導体層形成用ペースト(商品名「PST−21NR」、日揮触媒化成株式会社製)を用意し、このペーストをスクリーン印刷により電極基板の透明導電層上に焼成後の厚さが9μmとなるように印刷し、乾燥させた後、500℃で30分間焼成することによって形成した。
Example 1
First, an oxide semiconductor layer was formed on an electrode substrate (trade name “TECa7”, manufactured by Pilkington) on which a transparent conductive layer made of FTO was formed on glass. As the oxide semiconductor layer, an oxide semiconductor layer forming paste (trade name “PST-21NR”, manufactured by JGC Catalysts & Chemicals Co., Ltd.) is prepared, and this paste is baked on the transparent conductive layer of the electrode substrate by screen printing. After printing to a thickness of 9 μm and drying, it was formed by baking at 500 ° C. for 30 minutes.
次に、環状の第1封止材を準備した。第1封止材は、無水マレイン酸変性ポリエチレン樹脂(商品名「バイネル 4164」、デュポン社製)からなる56mm×56mm×50μmの寸法を有するフィルムを用意し、このフィルムの中央に、54mm×54mmの寸法を有する1つの開口を形成することで用意した。そして、この環状の第1封止材を、電極基板上に酸化物半導体層を包囲するように配置した。そして、この第1封止材を200℃で0.5分間加熱し溶融させることによって電極基板に接着させた。こうして電極基板上に酸化物半導体層及び第1封止材が固定された構造体A1を得た。 Next, an annular first sealing material was prepared. As the first sealing material, a film having a size of 56 mm × 56 mm × 50 μm made of maleic anhydride-modified polyethylene resin (trade name “Binnel 4164”, manufactured by DuPont) is prepared, and 54 mm × 54 mm is provided at the center of the film. It was prepared by forming one opening having the following dimensions. And this cyclic | annular 1st sealing material was arrange | positioned so that an oxide semiconductor layer might be surrounded on an electrode substrate. The first sealing material was bonded to the electrode substrate by heating and melting at 200 ° C. for 0.5 minutes. Thus, a structure A1 in which the oxide semiconductor layer and the first sealing material were fixed on the electrode substrate was obtained.
一方、厚さ40μmのチタン箔の上にスパッタリング法により、厚さ10nmの白金からなる触媒層を形成することによって対向基板としての対極を用意した。このとき、チタン箔の表面において、封止部を形成する予定の周縁部には、触媒層が成膜されないようにマスキングを施した。 On the other hand, a counter electrode as a counter substrate was prepared by forming a catalyst layer made of platinum having a thickness of 10 nm on a titanium foil having a thickness of 40 μm by a sputtering method. At this time, on the surface of the titanium foil, masking was performed so that the catalyst layer was not formed on the peripheral portion where the sealing portion was to be formed.
また、環状の第2封止材を準備した。第2封止材は、無水マレイン酸変性ポリエチレン樹脂(商品名「バイネル 4164」、デュポン社製)に、セリウム系酸素吸収剤からなる酸素吸収粒子(三井金属社製)を混練して56mm×56mm×50μmの寸法を有するフィルムを作製し、このフィルムに1つの54mm×54mmの寸法を有する開口を形成することで用意した。このとき、フィルムは、酸素吸収粒子の含有率が50体積%となるように形成した。 Moreover, the cyclic | annular 2nd sealing material was prepared. The second sealing material is a 56 mm × 56 mm obtained by kneading oxygen absorbing particles (made by Mitsui Kinzoku Co., Ltd.) made of a cerium-based oxygen absorbent into maleic anhydride-modified polyethylene resin (trade name “Binell 4164”, manufactured by DuPont). A film having a size of × 50 μm was prepared, and this film was prepared by forming one opening having a size of 54 mm × 54 mm. At this time, the film was formed so that the content of oxygen-absorbing particles was 50% by volume.
そして、対向基板のチタン箔のうち触媒層が成膜されていない周縁部に、環状の第2封止材を配置した。そして、この第2封止材を150℃で3分間加熱し溶融させることによって対向基板に接着させた。こうして、対向基板上に第2封止材が固定された構造体Bを得た。 And the cyclic | annular 2nd sealing material was arrange | positioned in the peripheral part in which the catalyst layer was not formed into a film among the titanium foil of a counter substrate. And this 2nd sealing material was adhere | attached on the opposing board | substrate by heating and melting for 3 minutes at 150 degreeC. Thus, a structure B in which the second sealing material was fixed on the counter substrate was obtained.
次に、上記構造体A1を色素溶液中に16時間浸漬することにより、酸化物半導体層に色素を吸着させ、構造体A2を得た。このとき、色素溶液としては、0.2mMのZ907色素溶液を用いた。 Next, the structure A1 was immersed in a dye solution for 16 hours to adsorb the dye to the oxide semiconductor layer, thereby obtaining a structure A2. At this time, a 0.2 mM Z907 dye solution was used as the dye solution.
次に、上記構造体A2の酸化物半導体層の上に電解質を滴下し、構造体A3を得た。このとき、電解質としては、メトキシプロピオニトリルからなる溶媒中に、ヨウ素を0.01Mとなるように溶解させたものを用いた。 Next, an electrolyte was dropped on the oxide semiconductor layer of the structure A2 to obtain a structure A3. At this time, an electrolyte in which iodine was dissolved to 0.01 M in a solvent composed of methoxypropionitrile was used.
そして、真空度600Paの真空チャンバ内で、上記構造体A3に対して構造体Bを重ね合わせ、板状の本体部に環状の突出部を設けてなる段付き熱型を用い、突出部の表面温度を200℃になるようにして、第1封止材及び第2封止材を加圧しながら加熱溶融することで、電極基板と対向基板とを接合させた。このとき、加圧はプレス推力を約1kNにして行った。また、封止部の厚さは50μmとなった。 Then, in a vacuum chamber with a vacuum degree of 600 Pa, the surface of the protrusion is formed using a stepped thermal mold in which the structure B is overlaid on the structure A3 and an annular protrusion is provided on the plate-like main body. The electrode substrate and the counter substrate were bonded to each other by heating and melting the first sealing material and the second sealing material while applying a pressure at a temperature of 200 ° C. At this time, pressurization was performed with a press thrust of about 1 kN. Moreover, the thickness of the sealing part became 50 micrometers.
以上のようにして、1つの光電変換セルからなる光電変換素子を得た。 As described above, a photoelectric conversion element composed of one photoelectric conversion cell was obtained.
(実施例2)
第1封止材を第2封止材と同一の材料で形成し、この第1封止材を電極基板に固定することにより第1封止材及び第2封止材のいずれにも酸素吸収粒子を含有させたこと以外は実施例1と同様にして光電変換素子を得た。
(Example 2)
The first sealing material is formed of the same material as the second sealing material, and the first sealing material is fixed to the electrode substrate, whereby oxygen is absorbed in both the first sealing material and the second sealing material. A photoelectric conversion element was obtained in the same manner as in Example 1 except that particles were contained.
(実施例3)
対向基板に第2封止材を固定する代わりに第1封止材を固定し、電極基板には第1封止材を固定する代わりに第2封止材を固定したこと以外は実施例1と同様にして光電変換素子を得た。
(Example 3)
Example 1 except that the first sealing material is fixed instead of fixing the second sealing material to the counter substrate, and the second sealing material is fixed to the electrode substrate instead of fixing the first sealing material. A photoelectric conversion element was obtained in the same manner.
(比較例1)
第2封止材を第1封止材と同一の材料で形成し、この第2封止材を対向基板に固定することにより、第1封止材及び第2封止材のいずれにも酸素吸収粒子を含有させなかったこと以外は実施例1と同様にして光電変換素子を得た。
(Comparative Example 1)
By forming the second sealing material with the same material as the first sealing material and fixing the second sealing material to the counter substrate, oxygen is added to both the first sealing material and the second sealing material. A photoelectric conversion element was obtained in the same manner as in Example 1 except that the absorbent particles were not contained.
<発電性能>
上記のようにして得られた実施例1〜3及び比較例1の光電変換素子について、作製直後に200ルクスの白色光を照射した状態でIV曲線を測定し、このIV曲線から算出される最大出力動作電力Pm0(μW)を「出力1」として算出し、これを初期発電量とした。結果を表1に示す。なお、IV曲線の測定に用いた光源、照度計および電源は以下の通りである。
光源:白色LED(製品名「LEL−SL5N−F」、東芝ライテック社製)
照度計:製品名「デジタル照度計51013」、横河メータ&インスツルメンツ社製
電源:電圧/電流 発生器(製品名「R6246I」、ADVANTEST製)
<Power generation performance>
With respect to the photoelectric conversion elements of Examples 1 to 3 and Comparative Example 1 obtained as described above, an IV curve was measured in a state of being irradiated with white light of 200 lux immediately after production, and the maximum calculated from this IV curve. The output operating power Pm 0 (μW) was calculated as “output 1”, and this was used as the initial power generation amount. The results are shown in Table 1. The light source, illuminance meter, and power source used for measuring the IV curve are as follows.
Light source: White LED (product name “LEL-SL5N-F”, manufactured by Toshiba Lighting & Technology Corp.)
Illuminance meter: Product name “Digital Illuminance Meter 51013”, Yokogawa Meter & Instruments Power Supply: Voltage / Current Generator (Product name “R6246I”, ADVANTEST)
<耐久性>
実施例1〜3及び比較例1の光電変換素子に対し、作製直後から、200ルクスの白色光を2500時間照射した。このとき、500時間経過するたびごとに実施例1〜3及び比較例1の光電変換素子についてIV曲線を測定し、このIV曲線から算出される各時間の最大出力動作電力PW(μW)を「出力2」として算出した。そして、下記式に基づいて出力維持率を算出した。結果を表1に示す。
出力維持率=出力2/出力1×100(%)
The photoelectric conversion elements of Examples 1 to 3 and Comparative Example 1 were irradiated with 200 lux of white light for 2500 hours immediately after fabrication. At this time, every time 500 hours elapse, IV curves are measured for the photoelectric conversion elements of Examples 1 to 3 and Comparative Example 1, and the maximum output operating power PW (μW) for each time calculated from this IV curve is expressed as “ Calculated as “Output 2”. And the output maintenance factor was computed based on the following formula. The results are shown in Table 1.
Output maintenance rate = Output 2 / Output 1 x 100 (%)
表1に示すように、実施例1〜3の光電変換素子はいずれも、1000時間経過しても出力維持率の低下が開始されなかったのに対し、比較例1の光電変換素子は500時間経過したときには出力維持率が低下し始めることが分かった。そして、2500時間経過しても、実施例1〜3の光電変換素子は、90%以上の出力維持率を示したのに対し、比較例1の光電変換素子は、出力維持率が79%にまで低下していた。 As shown in Table 1, all of the photoelectric conversion elements of Examples 1 to 3 did not start decreasing the output retention rate even after 1000 hours, whereas the photoelectric conversion element of Comparative Example 1 was 500 hours. It was found that the output maintenance ratio began to decrease when the time elapsed. And even if 2500 hours passed, the photoelectric conversion elements of Examples 1 to 3 showed an output maintenance ratio of 90% or more, whereas the photoelectric conversion element of Comparative Example 1 had an output maintenance ratio of 79%. It had dropped to.
以上の結果から、本発明の光電変換素子の製造方法によれば、優れた耐久性を有する光電変換素子が製造できることが確認された。 From the above results, it was confirmed that according to the method for producing a photoelectric conversion element of the present invention, a photoelectric conversion element having excellent durability can be produced.
10…電極基板
20…対向基板
30…酸化物半導体層
40,240…封止部
40a…酸素吸収粒子
41A…第1封止材
42A…第2封止材
240A…第2封止材
50…電解質
60,260…光電変換セル
100,200…光電変換素子
DESCRIPTION OF
Claims (4)
前記電極基板又は前記対向基板上に前記酸化物半導体層を形成する酸化物半導体層形成工程と、
前記電極基板及び前記対向基板のうち少なくとも一方に、前記封止部を形成する環状の封止材を固定する封止材固定工程と、
前記酸化物半導体層に色素を吸着させる色素吸着工程と、
前記電極基板又は前記対向基板上に前記電解質を配置する電解質配置工程と、
前記電極基板及び前記対向基板を、前記封止材を介して貼り合せる貼合せ工程とを含み、
前記電極基板及び前記対向基板のうち少なくとも一方に固定される前記封止材が酸素吸収粒子を含む、光電変換素子の製造方法。 An electrode substrate; a counter substrate facing the electrode substrate; an oxide semiconductor layer provided on the electrode substrate or the counter substrate; a dye adsorbed on the oxide semiconductor layer; the electrode substrate and the counter substrate And an annular sealing portion that surrounds the oxide semiconductor layer, and an electrolyte disposed in a cell space formed by the electrode substrate, the counter substrate, and the sealing portion, and the sealing A method for producing a photoelectric conversion element, wherein a part produces a photoelectric conversion element containing oxygen-absorbing particles,
An oxide semiconductor layer forming step of forming the oxide semiconductor layer on the electrode substrate or the counter substrate;
A sealing material fixing step of fixing an annular sealing material forming the sealing portion on at least one of the electrode substrate and the counter substrate;
A dye adsorption step for adsorbing the dye to the oxide semiconductor layer;
An electrolyte disposing step of disposing the electrolyte on the electrode substrate or the counter substrate;
A bonding step of bonding the electrode substrate and the counter substrate through the sealing material,
The method for manufacturing a photoelectric conversion element, wherein the sealing material fixed to at least one of the electrode substrate and the counter substrate includes oxygen-absorbing particles.
前記酸化物半導体層形成工程と前記色素吸着工程との間で前記封止材固定工程が行われ、
前記色素吸着工程において、前記酸化物半導体層および前記第1封止材が形成された前記電極基板を色素溶液に接触させることによって前記酸化物半導体層に前記色素を吸着させ、
前記封止材固定工程において、前記第1封止材中の前記酸素吸収粒子の含有率(体積%)が、前記第2封止材中の前記酸素吸収粒子の含有率(体積%)よりも小さい、請求項2に記載の光電変換素子の製造方法。 In the oxide semiconductor layer forming step, the oxide semiconductor layer is formed on the electrode substrate,
The sealing material fixing step is performed between the oxide semiconductor layer forming step and the dye adsorption step,
In the dye adsorption step, the dye semiconductor is adsorbed on the oxide semiconductor layer by contacting the electrode substrate on which the oxide semiconductor layer and the first sealing material are formed with a dye solution,
In the sealing material fixing step, the content rate (volume%) of the oxygen-absorbing particles in the first sealing material is higher than the content rate (volume%) of the oxygen-absorbing particles in the second sealing material. The manufacturing method of the photoelectric conversion element of Claim 2 which is small.
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