JP2018088480A - Solar battery, solar battery module, and method of manufacturing solar battery - Google Patents

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塩澤 真人
Masato Shiozawa
真人 塩澤
真也 森部
Masaya Moribe
真也 森部
加藤 直彦
Naohiko Kato
直彦 加藤
樋口 和夫
Kazuo Higuchi
和夫 樋口
友紀 田端
Yuki Tabata
友紀 田端
佐野 利行
Toshiyuki Sano
利行 佐野
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To improve an output characteristic of a solar battery.SOLUTION: A solar cell module 10 comprises a plurality of solar batteries 40 each of which includes: a transparent substrate 11 in which a transparent conductive film 12 that passes through a light is formed; an electron transport layer 24 provided to the transparent substrate 11 through a ground layer 22; a positive hole transport layer 26 adjacently provided to the electron transport layer 24; and a counter electrode 30 adjacent to the positive hole transport layer 26. In the electron transport layer 24, an additive compound including a quaternary ammonium cation having a hydroxy group and a material constructing the positive hole transport layer 26 (e.g., Cu compound) are filled.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本明細書で開示する発明は、太陽電池、太陽電池モジュール及びその製造方法に関する。   The invention disclosed in this specification relates to a solar cell, a solar cell module, and a manufacturing method thereof.

従来、この種の太陽電池としては、例えば、CuIを正孔輸送層とする太陽電池に対して1−エチル−3−メチルイミダゾリウムチオシアネート(EMISCN)や1−プロピル−3−メチルイミダゾリウムヨージド(PMII)などを所定の配合量で添加したものが提案されている(例えば、特許文献1参照)。この太陽電池では、変換効率の低下を抑制すると共に耐久性をより向上することができる。   Conventionally, as this type of solar cell, for example, 1-ethyl-3-methylimidazolium thiocyanate (EMISCN) or 1-propyl-3-methylimidazolium iodide is used for a solar cell having CuI as a hole transport layer. The thing which added (PMII) etc. by the predetermined compounding quantity is proposed (for example, refer patent document 1). In this solar cell, it is possible to suppress the decrease in conversion efficiency and further improve the durability.

特開2012−204276号公報JP 2012-204276 A

しかしながら、上述の特許文献1の太陽電池では、変換効率の低下抑制と耐久性を向上しているものの、まだ十分でなく、例えば新たな添加剤の検討など、更なる改良が求められていた。   However, although the above-described solar cell of Patent Document 1 has improved the reduction in conversion efficiency and improved durability, it is still not sufficient, and further improvements such as the study of new additives have been demanded.

本発明は、このような課題に鑑みなされたものであり、出力特性をより向上することができる新規な太陽電池及びその製造方法を提供することを主目的とする。   This invention is made | formed in view of such a subject, and it aims at providing the novel solar cell which can improve output characteristics more, and its manufacturing method.

上述した目的を達成するために鋭意研究したところ、本発明者らは、水酸基を有する4級アンモニウムカチオンを含む化合物を添加すると、太陽電池の出力特性をより向上することができることを見いだし、本明細書で開示する発明を完成するに至った。   As a result of intensive studies to achieve the above-described object, the present inventors have found that the output characteristics of a solar cell can be further improved by adding a compound containing a quaternary ammonium cation having a hydroxyl group. The invention disclosed in the book has been completed.

即ち、本明細書で開示する太陽電池は、
光吸収層で被覆され、水酸基を有する4級アンモニウムカチオンを含む添加化合物を含む電子輸送層を有する光電極と、
前記光電極と対極との間に介在する固体の正孔輸送層と、
を備えたものである。
That is, the solar cell disclosed in this specification is
A photoelectrode having an electron transport layer coated with a light absorbing layer and comprising an additive compound comprising a quaternary ammonium cation having a hydroxyl group;
A solid hole transport layer interposed between the photoelectrode and the counter electrode;
It is equipped with.

本明細書で開示する太陽電池モジュールは、上述した太陽電池を複数備えているものである。   The solar cell module disclosed in this specification includes a plurality of the solar cells described above.

本明細書で開示する太陽電池の製造方法は、
光吸収層で被覆された電子輸送層を有する光電極とこの光電極に向かい合うように配置された対極との間に正孔輸送層が介在する太陽電池を製造する方法であって、
水酸基を有する4級アンモニウムカチオンを含む添加化合物と、前記正孔輸送層を構成するCu化合物とを含む溶液を用い前記電子輸送層に該Cu化合物と該添加化合物とを充填する充填工程、を含むものである。
The manufacturing method of the solar cell disclosed in this specification is:
A method for producing a solar cell in which a hole transport layer is interposed between a photoelectrode having an electron transport layer coated with a light absorption layer and a counter electrode disposed so as to face the photoelectrode,
A filling step of filling the electron transport layer with the Cu compound and the additive compound using a solution containing an additive compound containing a quaternary ammonium cation having a hydroxyl group and a Cu compound constituting the hole transport layer. It is a waste.

この太陽電池、太陽電池モジュール及び太陽電池の製造方法は、出力特性をより向上する新規なものを提供することができる。このような効果が得られる理由は、以下のように推測される。例えば、この添加化合物は、水酸基を有する4級アンモニウムカチオンの水酸基が電子輸送層との親和性に優れる一方、4級アンモニウムカチオンとアニオンとの結合部位が正孔輸送層との親和性に優れるものと推察される。このため、この添加化合物は、電子輸送層の細孔内への正孔輸送層の充填性をより高めることができると考えられる。また、この添加化合物は、電子輸送層と正孔輸送層との間に介在することによって、電子の再結合(リーク電流)の発生をより抑制することができると考えられる。その結果、太陽電池の出力特性をより向上することができるものと推察される。   The solar cell, the solar cell module, and the method for manufacturing the solar cell can provide a novel one that further improves the output characteristics. The reason why such an effect is obtained is presumed as follows. For example, in this additive compound, a hydroxyl group of a quaternary ammonium cation having a hydroxyl group has excellent affinity with an electron transport layer, while a binding site between a quaternary ammonium cation and an anion has excellent affinity with a hole transport layer. It is guessed. For this reason, it is thought that this additive compound can further improve the filling property of the hole transport layer into the pores of the electron transport layer. Moreover, it is thought that this additive compound can suppress generation | occurrence | production of electron recombination (leakage current) more by interposing between an electron carrying layer and a positive hole transport layer. As a result, it is assumed that the output characteristics of the solar cell can be further improved.

太陽電池モジュール10の構成の概略の一例を示す断面図。FIG. 3 is a cross-sectional view illustrating an example of a schematic configuration of a solar cell module 10. 太陽電池40の構成の概略の一例を示す断面図。FIG. 3 is a cross-sectional view illustrating an example of a schematic configuration of a solar cell 40. 実験例1〜6の太陽電池の相対出力の検討結果。The examination result of the relative output of the solar cell of Experimental Examples 1-6. 実験例1、2の1000ルクスの光照射時の交流インピーダンス測定結果。The alternating current impedance measurement result at the time of 1000 lux light irradiation of Experimental example 1 and 2. FIG. 実験例1の太陽電池の断面のFE−SEM像。The FE-SEM image of the cross section of the solar cell of Experimental example 1. 実験例2の太陽電池の断面のFE−SEM像。The FE-SEM image of the cross section of the solar cell of Experimental Example 2.

太陽電池モジュールの一実施形態を図面を用いて説明する。図1は、太陽電池モジュール10の構成の概略の一例を示す断面図である。図1に示すように、本実施形態に係る太陽電池モジュール10は、光透過導電性基板14上に複数の太陽電池40(以下セルとも称する)が順次配列した構成となっている。これらのセルは直列に接続されている。この太陽電池モジュール10では、各セルの間を埋めるように、シール材32が形成されており、光透過導電性基板14とは反対側のシール材32の面に平板状の保護部材34が形成されている。本実施形態に係る太陽電池40は、光が透過する光透過基板11の表面に光透過導電膜12が形成されている光透過導電性基板14と、下地層22を介して光透過導電膜12に形成されている電子輸送層24と、電子輸送層24に隣接して設けられた正孔輸送層26と、正孔輸送層26及びセパレータ29を介して設けられた対極30と、を備えている。光電極20は、光透過導電性基板14と、光透過基板11の受光面13の反対側の面に分離形成された光透過導電膜12に配設された下地層22と、下地層22に配設され受光に伴い電子を放出する電子輸送層24とを備えている。電子輸送層は、光を吸収する光吸収層によりその表面が被覆されている。この太陽電池40では、光電極20と対極30とが正孔輸送層26を介して接続されているいわゆる全固体型の太陽電池として構成されている。このように、太陽電池40では、有機溶媒等の電解液を介さずに発電可能な構成となっている。   One embodiment of a solar cell module will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a cross-sectional view illustrating an example of a schematic configuration of the solar cell module 10. As shown in FIG. 1, the solar cell module 10 according to this embodiment has a configuration in which a plurality of solar cells 40 (hereinafter also referred to as cells) are sequentially arranged on a light-transmitting conductive substrate 14. These cells are connected in series. In this solar cell module 10, a sealing material 32 is formed so as to fill between the cells, and a flat protective member 34 is formed on the surface of the sealing material 32 on the side opposite to the light-transmitting conductive substrate 14. Has been. The solar cell 40 according to this embodiment includes a light-transmitting conductive substrate 12 having a light-transmitting conductive film 12 formed on the surface of a light-transmitting substrate 11 through which light is transmitted, and a light-transmitting conductive film 12 via a base layer 22. An electron transport layer 24, a hole transport layer 26 provided adjacent to the electron transport layer 24, and a counter electrode 30 provided via the hole transport layer 26 and the separator 29. Yes. The photoelectrode 20 includes a light-transmitting conductive substrate 14, a base layer 22 disposed on a light-transmitting conductive film 12 formed separately on the surface opposite to the light-receiving surface 13 of the light-transmitting substrate 11, and a base layer 22 And an electron transport layer 24 that emits electrons upon receiving light. The surface of the electron transport layer is covered with a light absorption layer that absorbs light. This solar cell 40 is configured as a so-called all solid-state solar cell in which the photoelectrode 20 and the counter electrode 30 are connected via the hole transport layer 26. Thus, the solar cell 40 has a configuration capable of generating power without using an electrolyte such as an organic solvent.

光透過導電性基板14は、光透過基板11と光透過導電膜12とにより構成され、光透過性及び導電性を有するものであり、シリコン太陽電池や液晶表示パネルに用いられているものを使用することができる。具体的には、フッ素ドープSnO2コートガラス、ITOコートガラス、ZnO:Alコートガラス、アンチモンドープ酸化スズ(SnO2−Sb)等が挙げられる。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光透過電極、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も使用できる。この光透過導電性基板14の光透過導電膜12側の両端には、集電電極16,17が設けられており、この集電電極16,17を介して太陽電池40で発電した電力を利用することができる。 The light-transmitting conductive substrate 14 is composed of the light-transmitting substrate 11 and the light-transmitting conductive film 12, and has a light-transmitting property and conductivity, and is used for silicon solar cells and liquid crystal display panels. can do. Specific examples include fluorine-doped SnO 2 coated glass, ITO coated glass, ZnO: Al coated glass, and antimony-doped tin oxide (SnO 2 —Sb). In addition, a light transmissive electrode in which tin oxide or indium oxide is doped with cations or anions having different valences, or a metal electrode having a structure capable of transmitting light, such as a mesh shape or a stripe shape, is provided on a substrate such as a glass substrate. Can also be used. Current collecting electrodes 16 and 17 are provided at both ends of the light transmitting conductive substrate 14 on the light transmitting conductive film 12 side, and electric power generated by the solar cell 40 via the current collecting electrodes 16 and 17 is used. can do.

光透過基板11としては、例えば、光透過ガラス、光透過プラスチック板、光透過プラスチック膜、無機物光透過結晶体などが挙げられ、このうち、光透過ガラスが好ましい。この光透過基板11は、光透過性を有するガラス基板、ガラス基板表面を適当に荒らすなどして光の反射を防止したもの、すりガラス状の半透明のガラス基板などとしてもよい。光透過導電膜12は、例えば、光透過基板11上に酸化スズを付着させることにより形成することができる。特に、フッ素をドープした酸化スズ(FTO)等の金属酸化物を用いれば、好適な光透過導電膜12を形成することができる。光透過導電膜12は、所定の間隔に溝18が形成されており、この溝18の幅に相当する間隔を隔てて複数の光透過導電膜12の領域が分離形成されている。   Examples of the light transmissive substrate 11 include a light transmissive glass, a light transmissive plastic plate, a light transmissive plastic film, an inorganic light transmissive crystal, and the like. Among these, a light transmissive glass is preferable. The light transmissive substrate 11 may be a light transmissive glass substrate, a glass substrate surface that is appropriately roughened to prevent reflection of light, a ground glass-like translucent glass substrate, or the like. The light transmissive conductive film 12 can be formed, for example, by depositing tin oxide on the light transmissive substrate 11. In particular, if a metal oxide such as tin oxide (FTO) doped with fluorine is used, a suitable light-transmitting conductive film 12 can be formed. The light transmissive conductive film 12 has grooves 18 formed at predetermined intervals, and a plurality of regions of the light transmissive conductive film 12 are separately formed at intervals corresponding to the width of the grooves 18.

下地層22は、光透過導電性基板14から正孔輸送層26へのリーク電流(逆電子移動)を抑制もしくは防止する層であり、例えば、透光性及び導電性のある材料が好ましく、例えば、酸化チタンや酸化亜鉛、酸化スズなどのn型半導体などが挙げられ、このうち酸化チタンがより好ましい。酸化チタンは、リーク電流を抑制、防止し、且つ電子輸送層24から光透過導電性基板14へ電子を流しやすいからである。下地層22では、電子輸送層24に比してより緻密な材料とすることが好ましい。なお、この下地層22を形成しないものとしても太陽電池40として十分機能することから、この下地層22を省略しても構わない。   The underlayer 22 is a layer that suppresses or prevents leakage current (reverse electron transfer) from the light-transmitting conductive substrate 14 to the hole transport layer 26. For example, a light-transmitting and conductive material is preferable. In addition, n-type semiconductors such as titanium oxide, zinc oxide, and tin oxide can be used, and among these, titanium oxide is more preferable. This is because titanium oxide suppresses and prevents leakage current and easily allows electrons to flow from the electron transport layer 24 to the light-transmitting conductive substrate 14. The underlayer 22 is preferably made of a denser material than the electron transport layer 24. Note that even if the base layer 22 is not formed, the base layer 22 may be omitted because it functions sufficiently as the solar cell 40.

電子輸送層24は、n型半導体により形成されているものとしてもよい。n型半導体としては、金属酸化物半導体や金属硫化物半導体などが適しており、例えば、酸化チタン(TiO2)、酸化スズ(SnO2)、酸化亜鉛(ZnO)、硫化カドミウム(CdS)、硫化亜鉛(ZnS)のうち少なくとも1以上であることが好ましく、このうち多孔質の酸化チタンがより好ましい。これらの半導体材料を微結晶又は多結晶状態にして薄膜化することにより、良好な多孔質のn型半導体層を形成することができる。特に、多孔質の酸化チタン層は、光電極20が有するn型半導体層として好適である。光吸収層の材料(例えば有機色素)は、多孔質のn型半導体の表面に吸着されて光吸収層を形成するものとしてもよい。この吸着は、化学吸着や物理吸着等によって行うことができる。具体的には、多孔質のn型半導体層を光透過導電性基板14上に形成したのち、このn型半導体層へ光吸収層の材料を含む溶液を滴下して乾燥する方法や、光吸収層の材料を含む溶液に光透過導電性基板14を浸漬し乾燥する方法などにより作製することができる。 The electron transport layer 24 may be formed of an n-type semiconductor. As the n-type semiconductor, a metal oxide semiconductor or a metal sulfide semiconductor is suitable. For example, titanium oxide (TiO 2 ), tin oxide (SnO 2 ), zinc oxide (ZnO), cadmium sulfide (CdS), sulfide It is preferable that it is at least 1 or more among zinc (ZnS), and among these, porous titanium oxide is more preferable. By thinning these semiconductor materials into a microcrystalline or polycrystalline state, a good porous n-type semiconductor layer can be formed. In particular, the porous titanium oxide layer is suitable as an n-type semiconductor layer included in the photoelectrode 20. The material of the light absorption layer (for example, organic dye) may be adsorbed on the surface of the porous n-type semiconductor to form the light absorption layer. This adsorption can be performed by chemical adsorption or physical adsorption. Specifically, a method in which a porous n-type semiconductor layer is formed on the light-transmitting conductive substrate 14 and then a solution containing the material of the light absorption layer is dropped onto the n-type semiconductor layer and dried, or light absorption For example, the light-transmitting conductive substrate 14 may be dipped in a solution containing the layer material and dried.

この電子輸送層24には、水酸基を有する4級アンモニウムカチオンを含む添加化合物(以下単に「添加化合物」とも称する)が含まれている。この太陽電池40において、電子輸送層24から正孔輸送層26には、Cu化合物及び添加化合物が含まれていることが好ましい。即ち、電子輸送層24には、正孔輸送層26の材料であるCu化合物と添加化合物とが充填されているものとしてもよい。水酸基を有する4級アンモニウムカチオンを含む添加化合物は、その水酸基が電子輸送層24との親和性に優れる一方、4級アンモニウムカチオンとアニオンとの結合部位が正孔輸送層26との親和性に優れると考えられる。このような、水酸基を有する4級アンモニウムカチオンを含む添加化合物が介在することにより、電子輸送層24の細孔内への正孔輸送層26の充填性をより高めることができると考えられる。また、添加化合物が電子輸送層24と正孔輸送層26との間に介在することにより、光吸収層から電子輸送層24へ注入された電子と正孔輸送層との再結合(リーク電流)の発生をより抑制することができると考えられる。なお、この添加化合物は、正孔輸送層26のCu化合物と共に電子輸送層24に供給されたものとしてもよい。この添加化合物は、水酸基を有する4級アンモニウムカチオンとハロゲンアニオンとを含むものとしてもよい。また、この添加化合物は、炭素数5以下のアルキル基を有する4級アンモニウムカチオンを含むものとしてもよい。このアルキル基は、炭素数3以下や炭素数2以下、炭素数1など、炭素数が短いほど正孔輸送層を構成する材料との親和性がより向上し、好ましい。この4級アンモニウムカチオンのアルキル基は、すべてが異なる基であるものとしてもよいし、2以上が同じ基であるものとしてもよいし、すべてが同じ基であるものとしてもよい。このアルキル基は、ペンチル基(イソペンチル基、ネオペンチル基を含む)や1〜3級のブチル基、エチル基、メチル基などが挙げられる。このうち、3級ブチル基やメチル基が好ましく、すべてがメチル基であることがより好ましい。また、添加化合物は、上記炭素数5以下のアルキル基より長い炭素鎖に水酸基が接続されている構造を有することが好ましい。この炭素鎖は、例えば、炭素数6以下の直鎖としてもよいし、炭素数6以下で分岐鎖を有するものとしてもよい。この水酸基は、電子輸送層との親和性が良好であり、炭素鎖の先端側に接続されていることが好ましい。具体的には、添加化合物は、次式(1)〜(3)で示される化合物のうち1以上であるものとしてもよい。即ち、この添加化合物は、トリメチル−2−ヒドロキシエチルアンモニウム塩である、ヨウ化コリン(融点272℃)、臭化コリン(融点298℃)及び塩化コリン(融点302℃)のうち1以上であるものとしてもよい。このうち、正孔輸送層の材料(例えばCuI)を考慮すると、ヨウ化コリンが好ましい。また、この添加化合物は、太陽電池の使用温度範囲内において固体で存在することが好ましく、融点が40℃以上、より好ましくは50℃以上、更に好ましくは60℃以上である。添加化合物が固体で存在すると、例えば、カチオンの移動や消失などがより抑制されるため、安定した効果を得ることができる。この添加化合物の融点は、取り扱いの容易さを考慮すると、350℃以下であることが好ましく、300℃以下であることがより好ましい。   The electron transport layer 24 contains an additive compound containing a quaternary ammonium cation having a hydroxyl group (hereinafter also simply referred to as “additive compound”). In this solar cell 40, it is preferable that the electron transport layer 24 to the hole transport layer 26 contain a Cu compound and an additive compound. That is, the electron transport layer 24 may be filled with a Cu compound that is a material of the hole transport layer 26 and an additive compound. The additive compound containing a quaternary ammonium cation having a hydroxyl group has excellent affinity with the electron transport layer 24, while the bonding site between the quaternary ammonium cation and anion has excellent affinity with the hole transport layer 26. it is conceivable that. It is considered that the filling property of the hole transport layer 26 into the pores of the electron transport layer 24 can be further enhanced by the interposition of such an additive compound containing a quaternary ammonium cation having a hydroxyl group. Further, since the additive compound is interposed between the electron transport layer 24 and the hole transport layer 26, recombination (leakage current) between the electrons injected from the light absorption layer into the electron transport layer 24 and the hole transport layer. It is considered that the occurrence of the occurrence can be further suppressed. Note that this additive compound may be supplied to the electron transport layer 24 together with the Cu compound of the hole transport layer 26. This additive compound may contain a quaternary ammonium cation having a hydroxyl group and a halogen anion. Further, the additive compound may include a quaternary ammonium cation having an alkyl group having 5 or less carbon atoms. The shorter the number of carbon atoms, such as 3 or less carbon atoms, 2 or less carbon atoms, or 1 carbon atom, the alkyl group is more preferable because the affinity with the material constituting the hole transport layer is further improved. The alkyl groups of the quaternary ammonium cation may all be different groups, two or more may be the same group, or all may be the same group. Examples of the alkyl group include a pentyl group (including isopentyl group and neopentyl group), a primary to tertiary butyl group, an ethyl group, and a methyl group. Among these, a tertiary butyl group and a methyl group are preferable, and it is more preferable that all are methyl groups. The additive compound preferably has a structure in which a hydroxyl group is connected to a carbon chain longer than the alkyl group having 5 or less carbon atoms. This carbon chain may be, for example, a straight chain having 6 or less carbon atoms or a branched chain having 6 or less carbon atoms. This hydroxyl group has good affinity with the electron transport layer and is preferably connected to the tip side of the carbon chain. Specifically, the additive compound may be one or more of the compounds represented by the following formulas (1) to (3). That is, the additive compound is a trimethyl-2-hydroxyethylammonium salt which is one or more of choline iodide (melting point 272 ° C.), choline bromide (melting point 298 ° C.) and choline chloride (melting point 302 ° C.). It is good. Of these, choline iodide is preferable in consideration of the material of the hole transport layer (for example, CuI). Further, this additive compound is preferably present in a solid state within the use temperature range of the solar cell, and has a melting point of 40 ° C. or higher, more preferably 50 ° C. or higher, and further preferably 60 ° C. or higher. When the additive compound is present in a solid state, for example, movement and disappearance of the cation are further suppressed, so that a stable effect can be obtained. The melting point of this additive compound is preferably 350 ° C. or less, more preferably 300 ° C. or less, considering the ease of handling.

この添加化合物は、正孔輸送層を構成する化合物の濃度(M)に対する添加化合物の濃度(M)の割合(添加量)が0.1%以上10%以下の範囲で光電極内に含まれることが好ましい。この範囲では、添加化合物の添加効果、例えば、出力特性の向上などの太陽電池特性をより向上することができる。この添加化合物は、上記添加量が0.2%以上であることがより好ましく、0.6%以上であることが更に好ましい。また、この添加化合物は、上記添加量が9.4%以下であることがより好ましく、8%以下であることが更に好ましい。   This additive compound is included in the photoelectrode in a range (addition amount) of the concentration (M) of the additive compound to the concentration (M) of the compound constituting the hole transport layer in the range of 0.1% to 10%. It is preferable. In this range, the addition effect of the additive compound, for example, solar cell characteristics such as improvement of output characteristics can be further improved. The additive amount is more preferably 0.2% or more, and still more preferably 0.6% or more. In addition, the additive amount of the additive compound is more preferably 9.4% or less, and further preferably 8% or less.

また、この電子輸送層24は、光吸収層で被覆されている。光吸収層には、有機色素、金属錯体及び有機ハロゲン化金属化合物のうち1以上の光吸収材が含まれるものとしてもよい。この光吸収材は、有機色素としてもよい。有機色素は、例えば、BODIPY系色素(BODIPY−FLなど)、インドリン系色素(D131,D149,D205,D358など)、カルバゾール系色素(MK2など)、クマリン系色素(C343,NKX−2587,NKX−2677など)及びスクワリリウム系色素(SQ2など)などのうち1以上であるものとしてもよい。また、有機色素として、芳香族アミンをドナーに、π共役系分子を介してシアノカルボン酸アンカー基を持つものとしてもよい。このような色素としては、例えば、3-[6-[4-[bis(2',4'-dibutyloxybiphenyl-4yl)amino-]phenyl]-4,4-dihexyl-cyclopenta-[2,1-b;3,4-b']dithiophene-2-yl]-2-cyanoacylic acid色素(化学式(4))などが挙げられ、この色素を用いることが好ましい。また、光吸収材は、金属錯体であるものとしてもよい。金属錯体に含まれる金属は、例えば、Zn,Cu,Fe,Pd,Pt,Ni,Co,Ruなどが挙げられる。このうち、Ru錯体(Ruthenizer470(Ru470),N719,Z907など)、金属ポルフィリン系色素(PtTPTBP,PdTPTBP、DTBCなど)、金属フタロシアニン系色素(CuPc,ZnPcなど)及び金属ナフタロシアニン系色素(CuNc,ZnNcなど)などのうち1以上であるものとしてもよい。これらの光吸収材は、単独で用いてもよいし、組み合わせて用いてもよい。このうち、色素としては、Ru錯体化合物(Z907、N719)、Znポルフィリン化合物(DTBC)、カルバゾール系色素(MK2)、及びインドリンダブルロダニン化合物(D149及びD358)などが好ましい。また、光吸収材としての有機ハロゲン化金属化合物としては、CH3NH3PbI3などのペロブスカイト結晶などが挙げられる。例示した化合物の構造式を下記の化学式に示す。なお、下記の化学式には示さなかったが、PdTPTBPはPtTPTBPのPtがPdになったもの、ZnPcはCuPcのCuがZnになったもの、ZnNcはCuNcのCuがZnになったものである。 The electron transport layer 24 is covered with a light absorption layer. The light absorbing layer may include one or more light absorbing materials among organic dyes, metal complexes, and organic metal halide compounds. This light absorbing material may be an organic dye. Examples of organic dyes include BODIPY dyes (such as BODIPY-FL), indoline dyes (such as D131, D149, D205, and D358), carbazole dyes (such as MK2), and coumarin dyes (C343, NKX-2587, NKX-). 2677 or the like) or squarylium dye (SQ2 or the like). The organic dye may have an aromatic amine as a donor and a cyanocarboxylic acid anchor group via a π-conjugated molecule. Examples of such a dye include 3- [6- [4- [bis (2 ′, 4′-dibutyloxybiphenyl-4yl) amino-] phenyl] -4,4-dihexyl-cyclopenta- [2,1-b ; 3,4-b ′] dithiophene-2-yl] -2-cyanoacylic acid dye (chemical formula (4)) and the like, and it is preferable to use this dye. Further, the light absorbing material may be a metal complex. Examples of the metal contained in the metal complex include Zn, Cu, Fe, Pd, Pt, Ni, Co, Ru, and the like. Among these, Ru complexes (Ruthenizer 470 (Ru470), N719, Z907, etc.), metal porphyrin dyes (PtTPTBP, PdTPTBP, DTBC, etc.), metal phthalocyanine dyes (CuPc, ZnPc, etc.) and metal naphthalocyanine dyes (CuNc, ZnNc) Etc.) may be one or more. These light absorbing materials may be used alone or in combination. Of these, Ru complex compounds (Z907, N719), Zn porphyrin compounds (DTBC), carbazole dyes (MK2), indoline double rhodanine compounds (D149 and D358) and the like are preferable. Examples of the organic metal halide compound as the light absorbing material include perovskite crystals such as CH 3 NH 3 PbI 3 . The structural formulas of the exemplified compounds are shown in the following chemical formula. Although not shown in the following chemical formula, PdTPTBP is obtained by changing Pt of PtTPTBP to Pd, ZnPc is obtained by changing Cu of CuPc to Zn, and ZnNc is obtained by changing Cu of CuNc to Zn.

正孔輸送層26は、光電極20と対極30との間に介在し固体の化合物を含む層である。この正孔輸送層は、固体p型半導体層としてもよい。この正孔輸送層は、Cu化合物により構成されているものとしてもよい。Cu化合物としては、例えば、CuI、CuO、Cu2Oのうちいずれか1以上などが挙げられるが、このうちCuIがより好ましい。この正孔輸送層26には、水酸基を有する4級アンモニウムカチオンを含む添加化合物が含まれているものとしてもよい。即ち、正孔輸送層26は、正孔輸送層26を構成する化合物の濃度(M)に対する添加化合物の濃度(M)の割合(添加量)を0.1%以上10%以下とした溶液を用いて作製されているものとしてもよい。添加化合物の含有量は、上述した電子輸送層24と同じ範囲としてもよいし、異なる範囲としてもよい。 The hole transport layer 26 is a layer that is interposed between the photoelectrode 20 and the counter electrode 30 and contains a solid compound. This hole transport layer may be a solid p-type semiconductor layer. This hole transport layer may be composed of a Cu compound. Examples of the Cu compound include one or more of CuI, CuO, and Cu 2 O. Of these, CuI is more preferable. The hole transport layer 26 may contain an additive compound containing a quaternary ammonium cation having a hydroxyl group. That is, the hole transport layer 26 is a solution in which the ratio (addition amount) of the additive compound concentration (M) to the compound concentration (M) constituting the hole transport layer 26 is 0.1% or more and 10% or less. It is good also as what is produced using. The content of the additive compound may be in the same range as the electron transport layer 24 described above, or may be in a different range.

セパレータ29は、下地層22、電子輸送層24及び正孔輸送層26が積層された光電極20の1つの側面に隣接するように断面I字状に形成されている。セパレータ29の一端は光透過導電性基板14上の溝18と接触している。これにより、光電極20と対極30との直接接触が回避される。セパレータ29は、絶縁性の材料からなり、例えば、ガラスビーズ、二酸化ケイ素(シリカ)及びルチル型の酸化チタンなどで形成されていてもよい。このセパレータ29としては、シリカ粒子を焼結した絶縁体が好ましい。シリカ粒子は、屈折率が低く光散乱が小さく良好な光透過性を有するため、セパレータに好ましい。   The separator 29 is formed in an I-shaped cross section so as to be adjacent to one side surface of the photoelectrode 20 on which the base layer 22, the electron transport layer 24 and the hole transport layer 26 are laminated. One end of the separator 29 is in contact with the groove 18 on the light transmitting conductive substrate 14. Thereby, the direct contact with the photoelectrode 20 and the counter electrode 30 is avoided. The separator 29 is made of an insulating material, and may be formed of, for example, glass beads, silicon dioxide (silica), rutile titanium oxide, or the like. The separator 29 is preferably an insulator in which silica particles are sintered. Silica particles are preferable for the separator because they have a low refractive index, low light scattering, and good light transmission.

対極30は、セパレータ29の外面と正孔輸送層26の裏面27とに接触するよう、断面L字状に形成されている。この対極30は、一端が正孔輸送層26の裏面に接続されていると共に、他端が接続部21を介して隣側の光透過導電膜12に接続されている。この対極30の裏面27と接触する面は、光電極20に対して所定の間隔を隔てて対向している。対極30としては、導電性及び正孔輸送層26との接合性を有するものであれば特に限定されず、例えば、Pt,Au,カーボンなどが挙げられ、このうちカーボンが好ましい。なお、対極30やセパレータ29などは、太陽電池40の構成に合わせたものとすれば、どのような形状としてもよい。   The counter electrode 30 is formed in an L-shaped cross section so as to contact the outer surface of the separator 29 and the back surface 27 of the hole transport layer 26. One end of the counter electrode 30 is connected to the back surface of the hole transport layer 26, and the other end is connected to the adjacent light transmitting conductive film 12 via the connection portion 21. The surface of the counter electrode 30 that is in contact with the back surface 27 faces the photoelectrode 20 at a predetermined interval. The counter electrode 30 is not particularly limited as long as it has conductivity and bondability with the hole transport layer 26, and examples thereof include Pt, Au, and carbon. Among these, carbon is preferable. Note that the counter electrode 30, the separator 29, and the like may have any shape as long as they match the configuration of the solar cell 40.

シール材32は、絶縁性の部材であれば特に限定されずに用いることができる。このシール材32としては、例えば、ポリエチレン等の熱可塑性樹脂フィルム、あるいはエポキシ系接着剤を使用することができる。   The sealing material 32 can be used without particular limitation as long as it is an insulating member. As the sealing material 32, for example, a thermoplastic resin film such as polyethylene or an epoxy adhesive can be used.

保護部材34は、太陽電池40の保護を図る部材であり、例えば、防湿フィルムや保護ガラスなどとすることができる。この保護部材34は、省略してもよい。   The protection member 34 is a member that protects the solar cell 40, and can be, for example, a moisture-proof film or protective glass. This protective member 34 may be omitted.

この太陽電池40に対して、光透過基板11の受光面13側から光を照射すると、光透過導電膜12の受光面15及び下地層22の受光面23を介して光が電子輸送層24へ到達し、光吸収材が光を吸収して電子が発生する。この電子は光電極20から光透過導電膜12、接続部21を経由して隣の対極30へ移動する。太陽電池40では、この電子の移動により起電力が発生し、電池の発電作用が得られる。この太陽電池モジュール10では、電子輸送層24から正孔輸送層26にかけて、Cu化合物と水酸基を有する4級アンモニウムカチオンを含む添加化合物とを含んで構成されており、出力特性の向上が図られている。   When the solar cell 40 is irradiated with light from the light receiving surface 13 side of the light transmitting substrate 11, the light is transmitted to the electron transport layer 24 through the light receiving surface 15 of the light transmitting conductive film 12 and the light receiving surface 23 of the base layer 22. The light absorbing material absorbs light and generates electrons. The electrons move from the photoelectrode 20 to the adjacent counter electrode 30 via the light-transmitting conductive film 12 and the connection portion 21. In the solar cell 40, an electromotive force is generated by the movement of the electrons, and the power generation action of the battery is obtained. This solar cell module 10 is configured to include a Cu compound and an additive compound containing a quaternary ammonium cation having a hydroxyl group from the electron transport layer 24 to the hole transport layer 26, and output characteristics are improved. Yes.

この太陽電池モジュール10は、製造方法として、基板作製工程、電子輸送層形成工程、正孔輸送層作製工程、セパレータ形成工程、対極形成工程及び保護部材形成工程を経て製造することができる。基板作製工程では、複数の光透過導電膜12の間に溝18を形成しつつ光透過導電膜12を光透過基板11上に形成する。電子輸送層形成工程では、光透過導電膜12上に下地層22を介してn型半導体層を形成し、光吸収材をn型半導体層へ吸着させ、電子輸送層24を形成する。n型半導体層としては、多孔質の酸化チタンを用いることが好ましい。   The solar cell module 10 can be manufactured through a substrate manufacturing process, an electron transport layer forming process, a hole transport layer manufacturing process, a separator forming process, a counter electrode forming process, and a protective member forming process as a manufacturing method. In the substrate manufacturing process, the light transmissive conductive film 12 is formed on the light transmissive substrate 11 while forming the grooves 18 between the plurality of light transmissive conductive films 12. In the electron transport layer forming step, an n-type semiconductor layer is formed on the light-transmitting conductive film 12 via the base layer 22, and the light absorbing material is adsorbed to the n-type semiconductor layer to form the electron transport layer 24. As the n-type semiconductor layer, it is preferable to use porous titanium oxide.

次に、正孔輸送層形成工程により、正孔輸送層26を電子輸送層24上に形成する。この工程では、電子輸送層24の裏面25へ正孔輸送層26を構成する化合物(例えばCu化合物)と水酸基を有する4級アンモニウムカチオンを含む添加化合物とを含む溶液を供給し、乾燥させる工程を複数回行い、電子輸送層24に正孔輸送層26を構成する化合物及び添加化合物を充填すると共に、電子輸送層24上に正孔輸送層26を形成する。なお、この製造方法において、電子輸送層24に正孔輸送層26を構成する化合物及び添加化合物を充填する充填工程と、電子輸送層24上に正孔輸送層26を形成する形成工程とを分けて行うものとしてもよい。この溶液は、有機溶媒に正孔輸送層26を構成する化合物と添加化合物とを混合して作製してもよい。このとき、正孔輸送層26を構成する化合物の濃度に対する添加化合物の濃度の割合を0.1%以上10%以下とした溶液、より好ましくは0.2%以上8%以下とした溶液を用いる。この濃度割合が0.1%以上では、添加化合物による上記効果(充填性向上及びリーク電流抑制)を十分得ることができる。また、この濃度割合が10%以下では、電子輸送層24内での添加化合物の存在量が好適であり、太陽電池出力を向上することができる。添加化合物としては、上述した太陽電池で説明したいずれか、例えば、ヨウ化コリン、臭化コリン及び塩化コリンのうちいずれか1以上を用いることができる。有機溶媒としては、例えば、メトキシプロピオニトリルやアセトニトリルのようなニトリル化合物、γ−ブチロラクトンやバレロラクトンのようなラクトン化合物、エチレンカーボネートやプロピレンカーボネートのようなカーボネート化合物が挙げられる。また、この工程では、正孔輸送層26を構成する化合物として、CuI、CuO、Cu2Oのうちいずれか1以上のCu化合物を用いるものとしてもよく、このうちCuIを用いるのが好ましい。Cu化合物を溶媒に溶解させる際に、この溶液のCu濃度は適宜設定することができるが、Cu化合物の飽和溶液とするのが好ましい。こうすれば、電子輸送層24上にCu化合物を固体化しやすい。正孔輸送層26の形成は、例えば、光透過基板11を加熱し乾燥しながら上記溶液を供給してもよい。この加熱温度は、有機溶媒の揮発を促進すると共に、添加化合物が十分安定である温度範囲とすることが好ましく、例えば、40℃以上120℃以下の範囲が好ましい。 Next, the hole transport layer 26 is formed on the electron transport layer 24 by a hole transport layer forming step. In this step, a step of supplying a solution containing a compound (for example, a Cu compound) constituting the hole transport layer 26 and an additive compound containing a quaternary ammonium cation having a hydroxyl group to the back surface 25 of the electron transport layer 24 and drying it. This is performed a plurality of times, and the electron transport layer 24 is filled with the compound constituting the hole transport layer 26 and the additive compound, and the hole transport layer 26 is formed on the electron transport layer 24. In this manufacturing method, the filling step of filling the electron transport layer 24 with the compound constituting the hole transport layer 26 and the additive compound and the formation step of forming the hole transport layer 26 on the electron transport layer 24 are separated. It may be performed. This solution may be prepared by mixing a compound constituting the hole transport layer 26 and an additive compound in an organic solvent. At this time, a solution in which the ratio of the concentration of the additive compound to the concentration of the compound constituting the hole transport layer 26 is 0.1% or more and 10% or less, and more preferably 0.2% or more and 8% or less is used. . When the concentration ratio is 0.1% or more, the above-described effects (improvement of filling properties and suppression of leakage current) can be sufficiently obtained. Further, when the concentration ratio is 10% or less, the abundance of the additive compound in the electron transport layer 24 is suitable, and the solar cell output can be improved. As the additive compound, any one of the solar cells described above, for example, one or more of choline iodide, choline bromide, and choline chloride can be used. Examples of the organic solvent include nitrile compounds such as methoxypropionitrile and acetonitrile, lactone compounds such as γ-butyrolactone and valerolactone, and carbonate compounds such as ethylene carbonate and propylene carbonate. In this step, one or more Cu compounds of CuI, CuO, and Cu 2 O may be used as the compound constituting the hole transport layer 26, and among these, CuI is preferably used. When the Cu compound is dissolved in the solvent, the Cu concentration of this solution can be set as appropriate, but it is preferably a saturated solution of the Cu compound. In this way, the Cu compound is easily solidified on the electron transport layer 24. The hole transport layer 26 may be formed, for example, by supplying the solution while heating and drying the light transmission substrate 11. The heating temperature is preferably set to a temperature range in which the volatilization of the organic solvent is promoted and the additive compound is sufficiently stable. For example, a range of 40 ° C. or higher and 120 ° C. or lower is preferable.

続いて、セパレータ形成工程では、溝18に合わせて光電極20の側面にセパレータ29を形成する。対極形成工程では、セパレータ29と正孔輸送層26とに接するように対極30を形成する。対極30は、例えばカーボンとしてもよい。保護部材形成工程では、各セルを覆うようにシール材32を形成すると共にシール材32に保護部材34を形成する。このようにして、発電特性が向上した太陽電池40及び太陽電池モジュール10を作製することができる。   Subsequently, in the separator forming step, a separator 29 is formed on the side surface of the photoelectrode 20 in alignment with the groove 18. In the counter electrode forming step, the counter electrode 30 is formed so as to contact the separator 29 and the hole transport layer 26. The counter electrode 30 may be carbon, for example. In the protective member forming step, the sealing material 32 is formed so as to cover each cell, and the protective member 34 is formed on the sealing material 32. In this way, the solar cell 40 and the solar cell module 10 with improved power generation characteristics can be produced.

以上詳述した太陽電池40では、出力特性をより向上する新規な太陽電池及びその製造方法を提供することができる。このような効果が得られる理由は、以下のように推測される。例えば、この添加化合物は、水酸基を有する4級アンモニウムカチオンの水酸基が電子輸送層との親和性に優れる一方、4級アンモニウムカチオンとアニオンとの結合部位が正孔輸送層との親和性に優れるものと推察される。このため、この添加化合物は、電子輸送層24の細孔内への正孔輸送層26の充填性をより高めることができ、且つ電子輸送層24と正孔輸送層26との間に介在することによってリーク電流の発生をより抑制することができる。したがって、この太陽電池40では、出力特性をより向上することができるものと推察される。   The solar cell 40 described in detail above can provide a novel solar cell with improved output characteristics and a method for manufacturing the solar cell. The reason why such an effect is obtained is presumed as follows. For example, in this additive compound, a hydroxyl group of a quaternary ammonium cation having a hydroxyl group has excellent affinity with an electron transport layer, while a binding site between a quaternary ammonium cation and an anion has excellent affinity with a hole transport layer. It is guessed. Therefore, this additive compound can further enhance the filling property of the hole transport layer 26 into the pores of the electron transport layer 24 and is interposed between the electron transport layer 24 and the hole transport layer 26. As a result, the generation of leakage current can be further suppressed. Therefore, in this solar cell 40, it is guessed that an output characteristic can be improved more.

なお、本発明は上述した実施形態に何ら限定されることはなく、本発明の技術的範囲に属する限り種々の態様で実施し得ることはいうまでもない。   It should be noted that the present invention is not limited to the above-described embodiment, and it goes without saying that the present invention can be implemented in various modes as long as it belongs to the technical scope of the present invention.

例えば上述した実施形態では、太陽電池モジュール10としたが、特にこれに限定されず、太陽電池40としてもよいし、光吸収層で被覆され、水酸基を有する4級アンモニウムカチオンを含む電子輸送層を有する光電極20としてもよい。図2は、太陽電池40の構成の概略の一例を示す断面図である。太陽電池40を単体とする場合は、図2に示すように、対極30の断面をL字状ではなく、平板状に形成するものとしてもよい。また、セパレータ29を省略してもよい。   For example, in the embodiment described above, the solar cell module 10 is used. However, the solar cell module 10 is not particularly limited thereto, and the solar cell 40 may be used. It is good also as the photoelectrode 20 which has. FIG. 2 is a cross-sectional view illustrating an example of a schematic configuration of the solar cell 40. When the solar cell 40 is used as a single unit, the cross-section of the counter electrode 30 may be formed in a flat plate shape instead of an L shape as shown in FIG. Further, the separator 29 may be omitted.

以下には本明細書で開示する太陽電池を具体的に作製した例を実験例として説明する。以下の実施例においては、実験例2〜6が実施例に相当し、実験例1が比較例に相当する。なお、本明細書で開示する発明は下記の実施例に何ら限定されることはなく本明細書で開示する発明の技術的範囲に属する限り種々の態様で実施し得ることはいうまでもない。   Hereinafter, an example in which the solar cell disclosed in this specification is specifically manufactured will be described as an experimental example. In the following examples, Experimental Examples 2 to 6 correspond to Examples, and Experimental Example 1 corresponds to a Comparative Example. Needless to say, the invention disclosed in this specification is not limited to the following examples, and can be implemented in various modes as long as they belong to the technical scope of the invention disclosed in this specification.

[太陽電池の作製]
種々の添加剤を用いて色素増感型太陽電池を作製し、その性能などを検討した。ここでは、正孔輸送層(固体p型半導体層)としてCuIを用い、光吸収材としてインドリンダブルロダニン系の赤色系有機色素(色素1;D358)を用いた。まず、TCOガラス基板上に、電子輸送層(多孔質半導体層のn型半導体層)として多孔質酸化チタン膜をスクリーン印刷法で塗布し、150℃で乾燥したのち、電気炉内で450℃に加熱して、酸化チタン膜基板を作製した。次に、上述した色素1を0.4mM溶解したアセトニトリルとtert−ブチルアルコールとを混合した色素溶液を調製した。次に、上記作製した色素1を含む色素溶液に上記酸化チタン膜基板をそれぞれ浸漬し、25℃の温度条件の下で15時間放置した。このように、酸化チタン膜基板に色素1を吸着させた基板を作製した。続いて、アセトニトリルにCuIを飽和させ、任意に添加化合物を添加してCuI溶液を調製した。ここでは、CuIの飽和濃度(0.16M)に対する添加化合物の濃度(M)の割合を0%、0.6%、1.9%、3.1%、6.3%、9.4%とした溶液を調製した。添加化合物として、化学式(1)に示すヨウ化コリンを用いた。続いて、40℃〜120℃のホットプレート上に、上記得られた色素吸着酸化チタン膜基板を酸化チタン膜が上になるように静置した。調製したCuI溶液を色素吸着酸化チタン膜上に10μL滴下し、CuI溶液に含まれる溶媒を蒸発させることによりCuI及び添加化合物を色素吸着した酸化チタン膜内へ充填させた。このようにして、光電極を作製した。続いて、CuI溶液の滴下及び溶媒の蒸発を繰り返し、色素吸着酸化チタン膜の上部にCuI層(正孔輸送層)を形成した。そして、このCuI層の上に、対極としてのPt薄膜を配置し、図2に示す色素増感型太陽電池を作製した。
[Production of solar cells]
Dye-sensitized solar cells were prepared using various additives, and their performance was examined. Here, CuI was used as the hole transport layer (solid p-type semiconductor layer), and an indoline double rhodanine red organic dye (Dye 1; D358) was used as the light absorbing material. First, on a TCO glass substrate, a porous titanium oxide film is applied as an electron transport layer (n-type semiconductor layer of the porous semiconductor layer) by screen printing, dried at 150 ° C., and then heated to 450 ° C. in an electric furnace. A titanium oxide film substrate was produced by heating. Next, a dye solution in which acetonitrile and tert-butyl alcohol in which 0.4 mM of the dye 1 was dissolved was mixed was prepared. Next, the titanium oxide film substrate was respectively immersed in the dye solution containing the produced dye 1 and allowed to stand under a temperature condition of 25 ° C. for 15 hours. Thus, the board | substrate which adsorb | sucked the pigment | dye 1 to the titanium oxide film board | substrate was produced. Subsequently, CuI was saturated with acetonitrile, and an optional compound was optionally added to prepare a CuI solution. Here, the ratio of the concentration (M) of the additive compound to the saturation concentration (0.16 M) of CuI is 0%, 0.6%, 1.9%, 3.1%, 6.3%, 9.4%. A solution was prepared. As an additive compound, choline iodide represented by the chemical formula (1) was used. Subsequently, the obtained dye-adsorbed titanium oxide film substrate was placed on a hot plate at 40 ° C. to 120 ° C. so that the titanium oxide film was on top. 10 μL of the prepared CuI solution was dropped on the dye-adsorbed titanium oxide film, and the solvent contained in the CuI solution was evaporated to fill the dye-adsorbed titanium oxide film with CuI and the additive compound. In this way, a photoelectrode was produced. Subsequently, the dropping of the CuI solution and the evaporation of the solvent were repeated to form a CuI layer (hole transport layer) on the dye-adsorbed titanium oxide film. And the Pt thin film as a counter electrode was arrange | positioned on this CuI layer, and the dye-sensitized solar cell shown in FIG. 2 was produced.

(実験例1〜6)
色素増感型太陽電池の作製において、添加剤を用いずに作製した太陽電池を実験例1とした。また、CuIの濃度(M)に対して添加化合物であるヨウ化コリンを3.1%含むCuI溶液で作製した太陽電池を実験例2とした。また、CuIの濃度(M)に対して添加化合物であるヨウ化コリンを0.6%、1.9%、6.3%、9.4%含むCuI溶液で作製した太陽電池をそれぞれ実験例3〜6とした。
(Experimental Examples 1-6)
In the production of the dye-sensitized solar cell, a solar cell produced without using an additive was defined as Experimental Example 1. In addition, a solar cell manufactured using a CuI solution containing 3.1% of choline iodide as an additive compound with respect to the concentration (M) of CuI was defined as Experimental Example 2. Further, solar cells made of CuI solutions containing 0.6%, 1.9%, 6.3%, and 9.4% of choline iodide as an additive compound with respect to the concentration (M) of CuI are respectively experimental examples. It was set to 3-6.

[太陽電池出力に対する添加化合物添加量の依存性の検討]
実験例1〜6の色素増感型太陽電池について、1000ルクスのLED光源照射での太陽電池出力を評価した。LED光源から1000ルクスの光を太陽電池に照射したときの電流−電圧特性(IV特性)をI−Vテスター(ワコム電創社製IV−9701)を用いて測定し太陽電池の出力を求めた。
[Examination of dependence of additive compound addition amount on solar cell output]
About the dye-sensitized solar cell of Experimental Examples 1-6, the solar cell output by 1000 lux LED light source irradiation was evaluated. The current-voltage characteristic (IV characteristic) when the solar cell was irradiated with 1000 lux light from the LED light source was measured using an IV tester (IV-9701 manufactured by Wacom Denso) to determine the output of the solar cell. .

[交流インピーダンス測定]
周波数アナライザ(5080、NF ELECTRONIC INSTRUMENTS社製)とポテンシオスタット(HZ−3000、北斗電工製)を用いて、実施例1、2の色素増感型太陽電池の交流インピーダンス測定を実施した。実験例1、2に対してLED光源から1000ルクスの照度で白色光を照射したときの交流インピーダンスを測定した。
[AC impedance measurement]
Using a frequency analyzer (5080, manufactured by NF ELECTRONIC INSTRUMENTS) and a potentiostat (HZ-3000, manufactured by Hokuto Denko), AC impedance measurement of the dye-sensitized solar cells of Examples 1 and 2 was performed. With respect to Experimental Examples 1 and 2, the alternating current impedance when white light was irradiated from the LED light source at an illuminance of 1000 lux was measured.

(結果と考察)
実験例1の測定結果を「1」に規格化した太陽電池の出力測定結果を表1にまとめた。表1には、ヨウ化コリンの添加率(%)と、光起電流、光起電圧及び出力をまとめた。また、実験例1〜6のヨウ化コリンの添加率(%)と、出力とを表2にまとめた。図3は、実験例1〜6の太陽電池の相対出力の検討結果である。表2及び図3では、実験例2の出力を「100」に規格化した結果を示した。表1に示すように、ヨウ化コリンを添加した実験例2では、添加しない実験例1に比して光電流、光電圧及び出力が増大し、大きな添加効果が得られることがわかった。また、表2及び図3に示すように、添加化合物の添加量は、CuIの濃度(M)に対する添加化合物の濃度(M)の割合が0.6%でも極めて高い効果が得られることがわかった。また、この添加量は、6%を超えると低下傾向になるが、9.4%においても高い出力向上が得られることがわかった。この添加化合物の添加量は、0.1%〜10%の範囲で高い出力増加が得られるものと推察された。
(Results and discussion)
Table 1 summarizes the output measurement results of the solar cell in which the measurement result of Experimental Example 1 was normalized to “1”. Table 1 summarizes the addition rate (%) of choline iodide, photocurrent, photovoltage and output. In addition, Table 2 summarizes the addition rate (%) of choline iodide and outputs in Experimental Examples 1 to 6. FIG. 3 is a result of examining the relative output of the solar cells of Experimental Examples 1 to 6. In Table 2 and FIG. 3, the result of normalizing the output of Experimental Example 2 to “100” is shown. As shown in Table 1, it was found that in Experimental Example 2 in which choline iodide was added, the photocurrent, photovoltage, and output increased compared to Experimental Example 1 in which no choline iodide was added, and a large addition effect was obtained. Further, as shown in Table 2 and FIG. 3, it can be seen that the addition amount of the additive compound is very effective even when the ratio of the additive compound concentration (M) to the CuI concentration (M) is 0.6%. It was. Moreover, although this addition amount tends to decrease when it exceeds 6%, it has been found that high output improvement can be obtained even at 9.4%. It was speculated that a high output increase could be obtained when the amount of the additive compound added was in the range of 0.1% to 10%.

図4は、実験例1、2の太陽電池へ1000ルクスの光を照射したときの交流インピーダンス測定結果である。図4に示すように、添加化合物を添加しない実験例1では、セルの内部抵抗が大きいのに対して、添加化合物であるヨウ化コリンを3.1%添加した実験例2では、内部抵抗が大きく低減し、太陽電池の出力が向上することがわかった。   FIG. 4 shows AC impedance measurement results when the solar cells of Experimental Examples 1 and 2 are irradiated with 1000 lux light. As shown in FIG. 4, in Example 1 in which no additive compound was added, the internal resistance of the cell was large, whereas in Example 2 in which 3.1% of the additive compound choline iodide was added, the internal resistance was low. It was found that the output was greatly reduced and the output of the solar cell was improved.

[構造のSEM観察]
実験例1、2の太陽電池の断面を日立ハイテクノロジーズ製超高分解能電界放出形走査電子顕微鏡で観察した。図5は、実験例1の太陽電池の断面のFE−SEM像(反射電子像及び二次電子像)である。図6は、実験例2の太陽電池の断面のFE−SEM像(反射電子像及び二次電子像)である。図5に示すように、添加剤を入れない場合には、酸化チタンとCulの結晶のみが観察された。一方、ヨウ化コリンを添加した実験例2では、図6に示すように、酸化チタン多孔膜内に充填されたCul結晶の他に、ヨウ化コリンとCulとの複合体と推察される領域が確認された(図中点線円)。このような領域が酸化チタンとCulの界面にも存在しており、出力向上に寄与しているものと推察された。更に、このような領域が固体として存在するため、液体と比べて移動、消失が抑制されるものと推察された。
[SEM observation of structure]
The cross sections of the solar cells of Experimental Examples 1 and 2 were observed with an ultra high resolution field emission scanning electron microscope manufactured by Hitachi High-Technologies. FIG. 5 is an FE-SEM image (reflection electron image and secondary electron image) of a cross section of the solar cell of Experimental Example 1. 6 is an FE-SEM image (reflected electron image and secondary electron image) of a cross section of the solar cell of Experimental Example 2. FIG. As shown in FIG. 5, when no additive was added, only titanium oxide and Cul crystals were observed. On the other hand, in Experimental Example 2 in which choline iodide was added, as shown in FIG. 6, in addition to the Cul crystal filled in the titanium oxide porous film, there was a region inferred as a complex of choline iodide and Cul. It was confirmed (dotted circle in the figure). Such a region also exists at the interface between titanium oxide and Cul, and it was assumed that it contributed to the output improvement. Furthermore, since such a region exists as a solid, it is presumed that movement and disappearance are suppressed as compared with liquid.

本明細書で開示する太陽電池は、例えば家庭用、オフィス用、工場用の各種電化製品の電源や電気自動車、ハイブリッド自動車、電動自転車などのバッテリのほか、ソーラーパネルなどに利用可能である。   The solar cell disclosed in the present specification can be used, for example, as a power source for various electric appliances for home use, office use, and factory use, batteries for electric vehicles, hybrid vehicles, electric bicycles, and solar panels.

10 太陽電池モジュール、11 光透過基板、12 光透過導電膜、13 受光面、14 光透過導電性基板、15 受光面、16,17 集電電極、18 溝、20 光電極、21 接続部、22 下地層、23 受光面、24 電子輸送層、25 裏面、26 正孔輸送層、27 裏面、29 セパレータ、30 対極、32 シール材、34 保護部材、40 太陽電池。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Solar cell module, 11 Light transmission substrate, 12 Light transmission conductive film, 13 Light reception surface, 14 Light transmission conductive substrate, 15 Light reception surface, 16, 17 Current collection electrode, 18 Groove, 20 Photo electrode, 21 Connection part, 22 Underlayer, 23 Light-receiving surface, 24 Electron transport layer, 25 Back surface, 26 Hole transport layer, 27 Back surface, 29 Separator, 30 Counter electrode, 32 Sealing material, 34 Protection member, 40 Solar cell.

Claims (9)

光吸収層で被覆され、水酸基を有する4級アンモニウムカチオンを含む添加化合物を含む電子輸送層を有する光電極と、
前記光電極と対極との間に介在する固体の正孔輸送層と、
を備えた太陽電池。
A photoelectrode having an electron transport layer coated with a light absorbing layer and comprising an additive compound comprising a quaternary ammonium cation having a hydroxyl group;
A solid hole transport layer interposed between the photoelectrode and the counter electrode;
Solar cell with
前記添加化合物は、炭素数5以下のアルキル基を有する前記4級アンモニウムカチオンを含む、請求項1に記載の太陽電池。   The solar cell according to claim 1, wherein the additive compound includes the quaternary ammonium cation having an alkyl group having 5 or less carbon atoms. 前記添加化合物は、前記アルキル基より長い炭素鎖に前記水酸基が接続されている前記4級アンモニウムカチオンを含む、請求項2に記載の太陽電池。   The solar cell according to claim 2, wherein the additive compound includes the quaternary ammonium cation in which the hydroxyl group is connected to a carbon chain longer than the alkyl group. 前記添加化合物は、次式(1)〜(3)で示される化合物のうち1以上である、請求項1〜3のいずれか1項に記載の太陽電池。
The said additive compound is a solar cell of any one of Claims 1-3 which is 1 or more among the compounds shown by following formula (1)-(3).
前記光電極及び前記正孔輸送層は、前記正孔輸送層を構成する化合物の濃度(M)に対する前記添加化合物の濃度(M)の割合が0.1%以上10%以下の範囲で前記添加化合物を含む、請求項1〜4のいずれか1項に記載の太陽電池。   The photoelectrode and the hole transport layer are added in a range where the ratio of the concentration (M) of the additive compound to the concentration (M) of the compound constituting the hole transport layer is 0.1% or more and 10% or less. The solar cell of any one of Claims 1-4 containing a compound. 前記正孔輸送層は、Cu化合物を含む、請求項1〜5のいずれか1項に記載の太陽電池。   The solar cell according to claim 1, wherein the hole transport layer includes a Cu compound. 前記光電極は、有機色素、金属錯体及び有機ハロゲン化金属化合物のうち1以上の前記光吸収層を有する、請求項1〜6のいずれか1項に記載の太陽電池。   The said photoelectrode is a solar cell of any one of Claims 1-6 which has one or more said light absorption layers among an organic pigment | dye, a metal complex, and an organic metal halide compound. 請求項1〜7のいずれか1項に記載の太陽電池を複数備えている、太陽電池モジュール。   The solar cell module provided with two or more solar cells of any one of Claims 1-7. 光吸収層で被覆された電子輸送層を有する光電極とこの光電極に向かい合うように配置された対極との間に正孔輸送層が介在する太陽電池を製造する方法であって、
水酸基を有する4級アンモニウムカチオンを含む添加化合物と、前記正孔輸送層を構成するCu化合物とを含む溶液を用い前記電子輸送層に該Cu化合物と該添加化合物とを充填する充填工程、を含む太陽電池の製造方法。
A method for producing a solar cell in which a hole transport layer is interposed between a photoelectrode having an electron transport layer coated with a light absorption layer and a counter electrode disposed so as to face the photoelectrode,
A filling step of filling the electron transport layer with the Cu compound and the additive compound using a solution containing an additive compound containing a quaternary ammonium cation having a hydroxyl group and a Cu compound constituting the hole transport layer. A method for manufacturing a solar cell.
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