JP2019169658A - Photoelectrode, dye-sensitized solar cell, production method of the same, and dye solution for producing photoelectrode of dye-sensitized solar cell - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、光電極、色素増感型太陽電池、これらの製造方法及び色素増感型太陽電池の光電極製造用の色素溶液に関する。 The present invention relates to a photoelectrode, a dye-sensitized solar cell, a manufacturing method thereof, and a dye solution for manufacturing a photoelectrode of a dye-sensitized solar cell.
太陽光発電は、新たなエネルギー源として、一定の成果を上げてきている。太陽電池としては、主にシリコン系太陽電池が最も普及している。シリコン系太陽電池は、原料である高純度シリコンの安定供給や高コストといった課題を有する。
他の太陽電池として、色素増感型太陽電池(DSC)がある。DSCは、容易に製造でき、その原材料が安価である。このため、DSCには、次世代太陽電池としての期待がある。
DSCとしては、いわゆるグレッツェル型の太陽電池がある。
グレッツェル型のDSCは、光電極と、光電極に対向する対向電極と、両電極間に位置する電解液とを有する。光電極は、例えば、導電層と、導電層上に位置する半導体層とを有する。半導体層の表面には、増感色素が吸着している。
一般に、DSCの光電変換効率は、シリコン系太陽電池の光電変換効率よりも低い。
Photovoltaic power generation has achieved certain results as a new energy source. As solar cells, mainly silicon-based solar cells are most popular. Silicon-based solar cells have problems such as stable supply of high-purity silicon as a raw material and high cost.
As another solar cell, there is a dye-sensitized solar cell (DSC). DSC can be easily manufactured and its raw materials are inexpensive. For this reason, DSC has expectations as a next-generation solar cell.
As the DSC, there is a so-called Gretzel type solar cell.
A Gretzel-type DSC includes a photoelectrode, a counter electrode facing the photoelectrode, and an electrolytic solution positioned between the two electrodes. The photoelectrode has, for example, a conductive layer and a semiconductor layer located on the conductive layer. A sensitizing dye is adsorbed on the surface of the semiconductor layer.
In general, the photoelectric conversion efficiency of DSC is lower than the photoelectric conversion efficiency of silicon-based solar cells.
例えば、特許文献1は、増感色素の種類、酸化チタン微粒子の粒径等の組み合わせにより、所定の色を呈する多孔質酸化チタン層を有するDSCを開示している。特許文献1の発明によれば、光電変換効率及び意匠性の向上を図っている。 For example, Patent Document 1 discloses a DSC having a porous titanium oxide layer that exhibits a predetermined color depending on the combination of the type of sensitizing dye and the particle size of titanium oxide fine particles. According to the invention of Patent Document 1, the photoelectric conversion efficiency and the design are improved.
しかしながら、従来のDSCの発電効率は、未だ満足できるものではない。
そこで、本発明は、光電変換効率をさらに高められるDSCを目的とする。
However, the power generation efficiency of the conventional DSC is not yet satisfactory.
Accordingly, an object of the present invention is to provide a DSC that can further increase the photoelectric conversion efficiency.
本発明は、以下の態様を有する。
[1]導電層と、前記導電層上に位置する無機半導体層と、前記無機半導体層に担持している増感色素及びアミン化合物と、を含有し、
前記アミン化合物は、脂肪族アミン及び脂環族アミンから選ばれる少なくとも1種であり、
前記無機半導体層に対する前記アミン化合物の担持量は、0.2〜5.0mg/cm3である、光電極。
[2]前記無機半導体層に担持している前記アミン化合物の担持量は、前記増感色素1mmolに対して、70〜3700mmolである、[1]に記載の光電極。
The present invention has the following aspects.
[1] containing a conductive layer, an inorganic semiconductor layer located on the conductive layer, and a sensitizing dye and an amine compound carried on the inorganic semiconductor layer,
The amine compound is at least one selected from aliphatic amines and alicyclic amines,
The supported amount of the amine compound to the inorganic semiconductor layer is 0.2~5.0mg / cm 3, the photoelectrode.
[2] The photoelectrode according to [1], wherein the amount of the amine compound supported on the inorganic semiconductor layer is 70 to 3700 mmol with respect to 1 mmol of the sensitizing dye.
[3][1]又は[2]に記載の光電極と、前記光電極に対向する対向電極と、前記光電極と前記対向電極との間に位置する電荷移動体とを有する、色素増感型太陽電池。 [3] Dye sensitization comprising the photoelectrode according to [1] or [2], a counter electrode facing the photoelectrode, and a charge transfer body positioned between the photoelectrode and the counter electrode Type solar cell.
[4]増感色素と、脂肪族アミン及び脂環族アミンから選ばれる少なくとも1種のアミン化合物とを含有し、
前記増感色素の含有量は、総体積に対し0.1〜50.0mmol/Lであり、
前記アミン化合物の含有量は、総体積に対し1.0〜1000mg/Lである、色素増感型太陽電池の光電極製造用の色素溶液。
[5]増感色素と、脂肪族アミン及び脂環族アミンから選ばれる少なくとも1種のアミン化合物とを含有し、
前記増感色素の含有量は、総体積に対し0.1〜50.0mmol/Lであり、
前記アミン化合物の含有量は、総体積に対し10〜5200mmol/Lである、色素増感型太陽電池の光電極製造用の色素溶液。
[6]前記アミン化合物の含有量は、前記増感色素1mmolに対して70〜3700mmolである、[4]又は[5]に記載の色素増感型太陽電池の光電極製造用の色素溶液。
[4] containing a sensitizing dye and at least one amine compound selected from aliphatic amines and alicyclic amines,
The content of the sensitizing dye is 0.1 to 50.0 mmol / L with respect to the total volume,
Content of the said amine compound is 1.0-1000 mg / L with respect to a total volume, The dye solution for photoelectrode manufacture of a dye-sensitized solar cell.
[5] containing a sensitizing dye and at least one amine compound selected from aliphatic amines and alicyclic amines;
The content of the sensitizing dye is 0.1 to 50.0 mmol / L with respect to the total volume,
Content of the said amine compound is 10-5200 mmol / L with respect to a total volume, The dye solution for photoelectrode manufacture of a dye-sensitized solar cell.
[6] The dye solution for producing a photoelectrode of a dye-sensitized solar cell according to [4] or [5], wherein the content of the amine compound is 70 to 3700 mmol with respect to 1 mmol of the sensitizing dye.
[7]導電層上に位置する無機半導体層に、増感色素と、脂肪族アミン及び脂環族アミンから選ばれる少なくとも1種のアミン化合物とを担持し、前記無機半導体層に対するアミン化合物の担持量を0.2〜5.0mg/cm3とした光電極を得る、光電極の製造方法。
[8]前記アミン化合物を含有する色素溶液を前記無機半導体層に接触させて、前記アミン化合物を無機半導体層に担持する、[7]に記載の光電極の製造方法。
[9]前記色素溶液は、前記増感色素と前記アミン化合物とを含有し、
前記増感色素の含有量は、前記色素溶液の総体積に0.1〜50.0mmol/Lであり、
前記アミン化合物の含有量は、前記色素溶液の総体積に1.0〜1000mg/Lである、[8]に記載の光電極の製造方法。
[10]前記色素溶液は、前記増感色素と前記アミン化合物とを含有し、
前記増感色素の含有量は、前記色素溶液の総体積に対し0.1〜50.0mmol/Lであり、
前記アミン化合物の含有量は、前記色素溶液の総体積に対し10〜5200mmol/Lである、[8]に記載の光電極の製造方法。
[11]前記色素溶液は、前記増感色素と前記アミン化合物とを含有し、
前記色素溶液における前記アミン化合物の含有量は、前記増感色素1mmolに対して70〜3700mmolである、[8]〜[10]のいずれかに記載の光電極の製造方法。
[7] The inorganic semiconductor layer located on the conductive layer carries a sensitizing dye and at least one amine compound selected from aliphatic amines and alicyclic amines, and the amine compound is carried on the inorganic semiconductor layer. A method for producing a photoelectrode, wherein a photoelectrode having an amount of 0.2 to 5.0 mg / cm 3 is obtained.
[8] The method for producing a photoelectrode according to [7], wherein the dye solution containing the amine compound is brought into contact with the inorganic semiconductor layer, and the amine compound is supported on the inorganic semiconductor layer.
[9] The dye solution contains the sensitizing dye and the amine compound,
The content of the sensitizing dye is 0.1 to 50.0 mmol / L in the total volume of the dye solution,
Content of the said amine compound is a manufacturing method of the photoelectrode as described in [8] which is 1.0-1000 mg / L in the total volume of the said pigment | dye solution.
[10] The dye solution contains the sensitizing dye and the amine compound,
The content of the sensitizing dye is 0.1 to 50.0 mmol / L with respect to the total volume of the dye solution,
Content of the said amine compound is a manufacturing method of the photoelectrode as described in [8] which is 10-5200 mmol / L with respect to the total volume of the said pigment | dye solution.
[11] The dye solution contains the sensitizing dye and the amine compound,
Content of the said amine compound in the said dye solution is a manufacturing method of the photoelectrode in any one of [8]-[10] which is 70-3700 mmol with respect to 1 mmol of the said sensitizing dye.
[12][7]〜[11]のいずれかに記載の光電極の製造方法により光電極を得、得られた前記光電極の前記無機半導体層に対向する対向電極を設け、前記光電極と前記対向電極との間に電荷移動体を設ける、色素増感型太陽電池の製造方法。 [12] A photoelectrode is obtained by the photoelectrode manufacturing method according to any one of [7] to [11], and a counter electrode facing the inorganic semiconductor layer of the obtained photoelectrode is provided, and the photoelectrode A method for producing a dye-sensitized solar cell, wherein a charge transfer body is provided between the counter electrode and the counter electrode.
本発明のDSCによれば、光電変換効率をさらに高められる。 According to the DSC of the present invention, the photoelectric conversion efficiency can be further increased.
(色素増感型太陽電池)
本発明の色素増感型太陽電池(DSC)は、光電極と対向電極と電荷移動体とを有する。
以下、本発明の光電極及びこれを用いた色素増感型太陽電池(DSC)について、一例を挙げて説明する。
(Dye-sensitized solar cell)
The dye-sensitized solar cell (DSC) of the present invention has a photoelectrode, a counter electrode, and a charge transfer body.
Hereinafter, the photoelectrode of the present invention and the dye-sensitized solar cell (DSC) using the photoelectrode will be described with an example.
図1のDSC1は、光電極10と、対向電極20と、電荷移動体30と、封止材40とを有する。光電極10と対向電極20とは対向している。電荷移動体30は、光電極10と対向電極20の間に位置している。封止材40は、電荷移動体30を封止している。電荷移動体30は、光電極10及び対向電極20の双方に接している。
The DSC 1 in FIG. 1 includes a
光電極10及び対向電極20の少なくとも一方は、光透過性を有する。光透過性を有する光電極10又は対向電極20が、光入射面を形成する。本稿において、光電極10又は対向電極20における光透過性は、DSC1が発電できる程度に光を透過することである。
At least one of the
光電極10は、光電極支持体12と光電極導電層14と無機半導体層16とを有する。光電極導電層14は、光電極支持体12上に位置している。無機半導体層16は、光電極導電層14上に位置している。即ち、光電極支持体12と光電極導電層14と無機半導体層16とは、この順で位置している。
無機半導体層16は、電荷移動体30に接している。無機半導体層16は、光電極導電層14の一部を覆っている。無機半導体層16の外方で、光電極導電層14の一部は、電荷移動体30と接している。
光電極導電層14は、封止材40の外方に露出部18を有する。露出部18は、DSC1の外部に露出している。
The
The
The photoelectrode
光電極支持体12は、ガラス板、樹脂製の板、フィルム又はシート(樹脂製の板、フィルム、シートを総じて、樹脂製の板等ということがある)、金属箔等である。光電極10が光入射面を形成する場合、光電極支持体12は光透過性を有する。この場合、光電極支持体12としては、いわゆる透明基材が好ましい。
The
光電極支持体12がガラス板の場合、素材は、ソーダライムガラス、石英ガラス、ホウケイ酸ガラス、バイコールガラス、無アルカリガラス、青板ガラス、白板ガラス等である。
When the
光電極支持体12が樹脂製の板等の場合、素材は、ポリアクリル、ポリカーボネート、ポリエステル、ポリイミド、ポリスチレン、ポリ塩化ビニル、ポリアミド等である。
光電極支持体12の素材は、樹脂が好ましく、ポリエチレンテレフタレート(PET)又はポリエチレンナフタレート(PEN)がより好ましい。光電極支持体12が樹脂製であれば、DSC1の薄型化、軽量化が図れる。加えて、光電極支持体12が樹脂製であれば、DSC1に可撓性を付与しやすい。
When the
The material of the
光電極支持体12は、剛直な支持体でもよいし、可撓性を有する柔軟な支持体でもよい。
光電極支持体12の厚みは、特に限定されず、例えば10μm〜5mmが好ましい。光電極支持体12の厚みは、接触式のマイクロメータで測定した任意の10点の平均値である。
The
The thickness of the
光電極導電層14は、導電性を有すれば、特に制限されない。光電極導電層14は、従来公知のDSC用の導電層である。
光電極10が光入射面を形成する場合、光電極導電層14は光透過性を有する。即ち、光電極導電層14としては、いわゆる透明導電層が好ましい。
The photoelectrode
When the photoelectrode 10 forms a light incident surface, the photoelectrode
光電極導電層14の素材は、金、白金、銀、銅、クロム、タングステン、アルミニウム、マグネシウム、チタン、ニッケル、マンガン、亜鉛、鉄及びこれらの合金等の金属;フッ素ドープ酸化スズ(FTO)、ナトリウム、ナトリウム−カリウム合金、リチウム、マグネシウム、アルミニウム、マグネシウム−銀混合物、マグネシウム−インジウム混合物、アルミニウム−リチウム合金、Al/Al2O3混合物、Al/LiF混合物、CuI、インジウムスズ酸化物(ITO)、SnO2、アルミニウム亜鉛酸化物(AZO)、インジウム亜鉛酸化物(IZO)、ガリウム亜鉛酸化物(GZO)等の導電性透明無機材料、導電性透明ポリマー等である。これらの素材は、1種単独でもよいし、2種以上の組み合わせでもよい。
The material of the photoelectrode
光電極導電層14の厚みは、光電極導電層14を構成する素材に応じて、適宜決定する。
光電極導電層14が金属の場合、光電極導電層14の厚みは、10〜50nmが好ましい。光電極導電層14の厚みが上記下限値以上であれば、欠損を防止しやすい。光電極導電層14の厚みが上記上限値以下であれば、光透過性を高めやすい。
光電極導電層14が導電性透明無機材料又は導電性透明ポリマーの場合、光電極導電層14の厚みは、100〜500μmが好ましい。光電極導電層14の厚みが下限値以上であれば、欠損を防止しやすい。光電極導電層14の厚みが上記上限値以下であれば、光透過性をより高められる。
光電極導電層14の厚みの測定方法は、例えば、以下の方法である。光電極導電層14と光電極支持体12との合計の厚みT1をマイクロメータで測定する。任意の10点の厚みT1を測定し、その平均値をave(T1)とする。光電極支持体12の厚みT2をマイクロメータで測定する。任意の10点の厚みT2を測定し、その平均値をave(T2)とする。ave(T1)−ave(T2)を光電極導電層14の厚みとする。
The thickness of the photoelectrode
When the photoelectrode
When the photoelectrode
The method for measuring the thickness of the photoelectrode
無機半導体層16は、増感色素を吸着可能な半導体材料であればよい。半導体材料は、例えば、酸化チタン、酸化亜鉛、酸化インジウム、酸化スズ、酸化ガリウム等の酸化物、硫化スズ、硫化インジウム、硫化亜鉛、酸化第一銅、三酸化モリブデン、五酸価バナジウム、酸化タングステン等の酸化物、チオシアン酸銅(I)、ヨウ化銅、二硫化モリブデン、二セレン化モリブデン、硫化銅(I)等が挙げられる。
The
無機半導体層16は、稠密層でもよく多孔質層でもよい。DSC1の光電変換効率のさらなる向上を図る点から、無機半導体層16は、多孔質層が好ましい。さらに、無機半導体層16は、微粒子同士が焼結又は粉体吹付け法による物理的衝突で接合された多孔質層がより好ましい。
The
無機半導体層16を形成する微粒子の平均粒子径は、特に限定されず、例えば、10〜500nmである。微粒子の平均粒子径が上記範囲内であれば、無機半導体層16の比表面積を高め、かつ入射光の利用率を適度に高めやすい。
微粒子の平均粒子径は、例えば、レーザー回折式粒度分布測定装置の測定により得られる体積平均径の分布のピーク値である。また、例えば、微粒子の平均粒子径は、任意の10個の微粒子の長径の平均値である。微粒子の長径は、SEM観察で求められる値である。
The average particle diameter of the fine particles forming the
The average particle diameter of the fine particles is, for example, a peak value of a volume average diameter distribution obtained by measurement with a laser diffraction particle size distribution measuring apparatus. Further, for example, the average particle diameter of the fine particles is an average value of the major diameters of arbitrary ten fine particles. The major axis of the fine particle is a value determined by SEM observation.
無機半導体層16の比表面積は、10〜200m2/gが好ましく、50〜100m2/gが好ましい。比表面積が上記下限値以上であれば、増感色素の担持量をより高められる。比表面積が上記上限値以下であれば、無機半導体層16の強度を高められる。無機半導体層16の比表面積は、ガス吸着法で求められる値である。
The specific surface area of the
無機半導体層16の厚みは、例えば、1〜40μmが好ましく、3〜30μmがより好ましく、5〜25μmがさらに好ましい。無機半導体層16の厚みが上記下限値以上であれば、取り込める光が多くなり、発電量を高められる。無機半導体層16の厚みが上記上限値以下であれば、増感色素を無機半導体層16に担持するのが容易である。加えて、無機半導体層16の厚みが上記上限値以下であれば、無機半導体層16の可撓性が高まりやすい。このため、DSC1が可撓性を有する場合、DSC1を屈曲した際に無機半導体層16が損傷しにくい。
無機半導体層16の厚みの測定方法は、例えば、以下の方法である。光電極10の厚みT10をマイクロメータで測定する。任意の10点の厚みT10を測定し、その平均値をave(T10)とする。光電極支持体12と光電極導電層14との合計の厚みT1をマイクロメータで測定する。任意の10点の厚みT1を測定し、その平均値をave(T1)とする。ave(T10)−ave(T1)を無機半導体層16の厚みとする。
For example, the thickness of the
The method for measuring the thickness of the
増感色素は、シス−ジ(チオシアナト)−ビス(2,2’−ビピリジル−4,4’−ジカルボン酸)ルテニウム(II)(以下、N3ということがある)、シス−ジ(チオシアナト)−ビス(2,2’−ビピリジル−4,4’−ジカルボン酸)ルテニウム(II)のビス−TBA塩(以下、N719ということがある)、シス−ジ(チオシアナト)−ビス(2,2’−ビピリジル−4,4’−ジカルボン酸)ルテニウム(II)のテトラ−TBA塩(以下、N712ということがある)、トリ(チオシアナト)−(4,4’,4’’−トリカルボキシ−2,2’:6’,2’’−ターピリジン)ルテニウムのトリス−テトラブチルアンモニウム塩(以下、N749ということがある)、シス−ジ(チオシアナト)−(2,2’−ビピリジル−4,4’−ジカルボン酸)(4,4’−ビス(5’−ヘクチルチオ−5−(2,2’−ビチエニル))ビピリジル)ルテニウム(II)のモノ−テトラブチルアンモニウム塩(以下、ブラックダイということがある)等のルテニウム系色素;クマリン系、ポリエン系、シアニン系、ヘミシアニン系、チオフェン系、インドリン系、キサンテン系、カルバゾール系、ペリレン系、ポルフィリン系、フタロシアニン系、メロシアニン系、カテコール系及びスクアリリウム系等の各種有機色素;これらの色素を組み合わせたドナー−アクセプター複合色素等である。中でも、増感色素は、N3、N719、N712の少なくとも1種を含むことが好ましく、N3、N719及びN712の少なくとも1種がより好ましい。
これらの増感色素は、1種単独でもよいし、2種以上の組み合わせでもよい。
Sensitizing dyes are cis-di (thiocyanato) -bis (2,2′-bipyridyl-4,4′-dicarboxylic acid) ruthenium (II) (hereinafter sometimes referred to as N3), cis-di (thiocyanato)- Bis (2,2′-bipyridyl-4,4′-dicarboxylic acid) ruthenium (II) bis-TBA salt (hereinafter sometimes referred to as N719), cis-di (thiocyanato) -bis (2,2′- Bipyridyl-4,4′-dicarboxylic acid) ruthenium (II) tetra-TBA salt (hereinafter sometimes referred to as N712), tri (thiocyanato)-(4,4 ′, 4 ″ -tricarboxy-2,2 ': 6', 2 ″ -terpyridine) ruthenium tris-tetrabutylammonium salt (hereinafter sometimes referred to as N749), cis-di (thiocyanato)-(2,2′-bipyridyl-4,4′-dicarboxylic acid) ) (4,4′-bis (5′-hexylthio-5- (2,2′-bithienyl)) bipyridyl) ruthenium (II) mono-tetrabutylammonium salt (hereinafter sometimes referred to as black dye), etc. Ruthenium dyes: various organic dyes such as coumarin, polyene, cyanine, hemicyanine, thiophene, indoline, xanthene, carbazole, perylene, porphyrin, phthalocyanine, merocyanine, catechol and squarylium A donor-acceptor composite dye obtained by combining these dyes. Especially, it is preferable that a sensitizing dye contains at least 1 sort (s) of N3, N719, N712, and at least 1 sort (s) of N3, N719, and N712 is more preferable.
These sensitizing dyes may be used alone or in combination of two or more.
無機半導体層16に対する増感色素の担持量は、増感色素の種類、DSC1に求める発電能力等を勘案して、決定できる。無機半導体層16に対する増感色素の担持量は、0.4×10−2〜2.0×10−2mmol/cm3が好ましく、0.6×10−2〜1.2×10−2mmol/cm3がより好ましい。増感色素の担持量が上記下限値以上であれば、DSC1の光電変換効率のさらなる向上を図れる。増感色素の担持量が上記範囲内であれば、色素を担持した無機半導体層16が適切な量のキャリアを輸送し、光電変換効率をより高められる。増感色素の担持量が上記下限値以上であれば、入射した光量に対するキャリアの発生量が増加し、光電変換効率がより高まる。増感色素の担持量が上記上限値以下であれば、半導体表面に吸着する増感色素が適正な量となり、キャリアの輸送を良好にして、光電変換効率をより高められる。
無機半導体層16の体積は、長さ及び幅をノギス又は定規で測定し算出した面積と、上記方法で測定された厚みとを掛け合わせて求められる値である。
The amount of the sensitizing dye supported on the
The volume of the
アミン化合物は、脂肪族アミンでもよいし、脂環族アミンでもよく、両者の組み合わせでもよい。 The amine compound may be an aliphatic amine, an alicyclic amine, or a combination of both.
脂肪族アミンは、第1級アミン、第2級アミン、第3級アミン、ポリアミン等である。中でも、脂肪族アミンとしては、第3級アミンが好ましい。脂肪族アミンの炭化水素基は、飽和炭化水素基でもよいし、不飽和炭化水素基でもよい。
第1級アミンは、メチルアミン、エチルアミン、プロピルアミン、イソプロピルアミン、ブチルアミン、ペンチルアミン、ヘキシルアミン、ヘプチルアミン、オクチルアミン、ノニルアミン、デシルアミン等、炭素数1〜12の炭化水素基を有する第1級アミン等である。
Aliphatic amines are primary amines, secondary amines, tertiary amines, polyamines and the like. Among these, as the aliphatic amine, a tertiary amine is preferable. The hydrocarbon group of the aliphatic amine may be a saturated hydrocarbon group or an unsaturated hydrocarbon group.
The primary amine is a primary amine having a hydrocarbon group having 1 to 12 carbon atoms such as methylamine, ethylamine, propylamine, isopropylamine, butylamine, pentylamine, hexylamine, heptylamine, octylamine, nonylamine, decylamine and the like. Amines and the like.
第2級アミンは、ジメチルアミン、ジエチルアミン、ジプロピルアミン、ジイソプロピルアミン、ジブチルアミン、ジペンチルアミン、ジヘキシルアミン、ジヘプチルアミン、ジオクチルアミン等、炭素数1〜12の炭化水素基を2つ有する第2級アミン等である。2つの炭化水素基は、相互に同じでもよいし、異なってもよい。 The secondary amine is a second amine having two hydrocarbon groups having 1 to 12 carbon atoms such as dimethylamine, diethylamine, dipropylamine, diisopropylamine, dibutylamine, dipentylamine, dihexylamine, diheptylamine, dioctylamine and the like. Secondary amines, etc. The two hydrocarbon groups may be the same as or different from each other.
第3級アミンは、トリメチルアミン、トリエチルアミン、トリプロピルアミン、トリブチルアミン、トリペンチルアミン、トリヘキシルアミン、トリヘプチルアミン、トリオクチルアミン、エチレンジアミン、ジエチレンジアミン、トリエチレンジアミン、ヘキサメチレンジアミン、ドデカメチレンジアミン、ジエチレントリアミン、トリエチレンテトラミン等、炭素数1〜12の炭化水素基を3つ有する第3級アミン等である。3つの炭化水素基は、互いに同じでもよいし、異なってもよい。 Tertiary amines are trimethylamine, triethylamine, tripropylamine, tributylamine, tripentylamine, trihexylamine, triheptylamine, trioctylamine, ethylenediamine, diethylenediamine, triethylenediamine, hexamethylenediamine, dodecamethylenediamine, diethylenetriamine. And tertiary amines having three hydrocarbon groups having 1 to 12 carbon atoms such as triethylenetetramine. The three hydrocarbon groups may be the same as or different from each other.
ポリアミンは、分子中に窒素原子を2つ以上持つアミンである。ポリアミンは、例えば、テトラエチレンペンタミン、N,N,N’N’−テトラメチル−1,4−ブタンジアミン、N,N,N’N’−テトラメチルエチレンジアミン等、炭素数1〜12の炭化水素基を有するアミン等である。 A polyamine is an amine having two or more nitrogen atoms in the molecule. Examples of the polyamine include carbonization of 1 to 12 carbon atoms such as tetraethylenepentamine, N, N, N′N′-tetramethyl-1,4-butanediamine, and N, N, N′N′-tetramethylethylenediamine. And amines having a hydrogen group.
脂肪族アミンの有する炭化水素基の炭素数は、それぞれ独立に2〜8が好ましく、2〜6がより好ましく、3〜5がさらに好ましい。炭化水素基の炭素数が上記範囲内であれば、DSC1の光電変換効率のさらなる向上を図れる。
これらの脂肪族アミンは、1種単独でもよいし、2種以上の組み合わせでもよい。
2-8 are respectively independently preferable, as for carbon number of the hydrocarbon group which an aliphatic amine has, 2-6 are more preferable, and 3-5 are more preferable. If the number of carbon atoms of the hydrocarbon group is within the above range, the photoelectric conversion efficiency of DSC 1 can be further improved.
These aliphatic amines may be used alone or in combination of two or more.
脂環族アミンは、シクロプロピルアミン、シクロブチルアミン、シクロペンチルアミン、シクロヘキシルアミン、シクロヘプチルアミン、シクロオクチルアミン、1,4−ジアミノシクロヘキサン等、炭素数3〜10の脂環式炭化水素基を有するアミン等である。
これらの脂環族アミンは、1種単独でもよいし、2種以上の組み合わせでもよい。
The alicyclic amine is an amine having an alicyclic hydrocarbon group having 3 to 10 carbon atoms, such as cyclopropylamine, cyclobutylamine, cyclopentylamine, cyclohexylamine, cycloheptylamine, cyclooctylamine, 1,4-diaminocyclohexane, etc. Etc.
These alicyclic amines may be used alone or in combination of two or more.
アミン化合物は、脂肪族アミンが好ましく、第3級アミンがより好ましく、炭化水素基の炭素数が炭素数3〜5の第3級アミンがさらに好ましく、トリブチルアミンが特に好ましい。 The amine compound is preferably an aliphatic amine, more preferably a tertiary amine, further preferably a tertiary amine having 3 to 5 carbon atoms in the hydrocarbon group, and particularly preferably tributylamine.
無機半導体層16に対するアミン化合物の担持量は、無機半導体層16の総体積に対して、0.2〜5.0mmol/cm3が好ましく、0.5〜2.5mmol/cm3がより好ましく、1.0〜2.0mmol/cm3がより好ましい。アミン化合物の担持量が上記下限値以上であれば、DSC1の光電変換効率をさらに高められる。アミン化合物の担持量が多くなりすぎると、アミン化合物が不純物として作用することがある。このため、アミン化合物の担持量が上記上限値以下であれば、アミン化合物が不純物として作用しにくくなり、DSC1の光電変換効率をさらに高められる。
The amount of the amine compound supported on the
無機半導体層に担持しているアミン化合物の担持量は、無機半導体層に担持している増感色素の担持量1mmolに対して、70〜3700mmolが好ましく、200〜2200mmolがより好ましく、350〜1700mmolがさらに好ましい。アミン化合物の担持量が上記下限値以上であれば、アミン化合物の担持量が充分となり、DSC1の光電変換効率のさらなる向上を図れる。アミン化合物の担持量が上記上限値以下であれば、アミン化合物が不純物として作用しにくくなり、DSC1の光電変換効率のさらなる向上を図れる。 The supported amount of the amine compound supported on the inorganic semiconductor layer is preferably 70 to 3700 mmol, more preferably 200 to 2200 mmol, more preferably 350 to 1700 mmol with respect to 1 mmol of the sensitizing dye supported on the inorganic semiconductor layer. Is more preferable. If the amount of amine compound supported is not less than the above lower limit, the amount of amine compound supported will be sufficient, and the photoelectric conversion efficiency of DSC 1 can be further improved. If the loading amount of the amine compound is not more than the above upper limit value, the amine compound is less likely to act as an impurity, and the photoelectric conversion efficiency of the DSC 1 can be further improved.
対向電極20は、対向電極支持体22と、対向電極導電層24とを有する。対向電極導電層24は、対向電極支持体22上に位置している。
光電極10と対向電極20とは、無機半導体層16と対向電極導電層24とを向き合わせて、対向している。
対向電極導電層24は、封止材40の外方に露出部28を有する。露出部28は、DSC1の外部に露出している。
The
The
The counter electrode
対向電極支持体22の素材は、光電極支持体12の素材と同様に、ガラス板、樹脂製の板、フィルム又はシート、金属箔等である。対向電極20が光入射面を形成する場合、対向電極支持体22は光透過性を有する。この場合、対向電極支持体22としては、いわゆる透明支持体が好ましい。対向電極支持体22の素材は、光電極支持体12の素材と同じでもよいし、異なってもよい。
対向電極支持体22の厚みは、光電極支持体12の厚みと同様に、10μm〜5mmが好ましい。対向電極支持体22の厚みは、光電極支持体12の厚みと同じでもよいし、異なってもよい。
The material of the
The thickness of the
対向電極導電層24の素材は、光電極導電層14の素材と同様に、金属、導電性透明無機材料、導電性透明ポリマー等である。対向電極導電層24と光電極導電層14とは、同じでもよいし、異なってもよい。対向電極20が光入射面を形成する場合、対向電極導電層24は、光透過性を有する。この場合、対向電極導電層24としては、いわゆる透明導電層が好ましい。
対向電極導電層24の厚みは、光電極導電層14の厚みと同様に、10μm〜5mmが好ましい。対向電極導電層24の厚みは、光電極導電層14の厚みと同じでもよいし、異なってもよい。
The material of the counter electrode
The thickness of the counter electrode
電荷移動体30は、電解液、ゲル電解質又は固体電解質である。本実施形態の電荷移動体30は、無機半導体層16、光電極導電層14及び対向電極導電層24に接している。電荷移動体30は、増感色素に電子を供給可能な酸化還元対を有する。
The
電解液は、分散媒(特に「電解液分散媒」ということがある)と、電解液分散媒に分散している酸化還元対とを有する。ゲル電解質及び固体電解質は、電解液をゲル状又は固体状にしたものである。ゲル電解質及び固体電解質の製造方法は、例えば、電解液にゲル化剤又は増粘剤を加え、ゲル状又は固体状にする。必要に応じて、ゲル状又は固体状の電荷移動体の溶剤を除去する。ゲル電解質及び固体電解質の電荷移動体30は、DSC1の耐久性を高められる。
The electrolytic solution has a dispersion medium (in particular, sometimes referred to as “electrolytic solution dispersion medium”) and a redox pair dispersed in the electrolytic solution dispersion medium. The gel electrolyte and the solid electrolyte are gel electrolytes or solid electrolytes. In the method for producing the gel electrolyte and the solid electrolyte, for example, a gelling agent or a thickening agent is added to the electrolytic solution to form a gel or solid. If necessary, the solvent of the gel or solid charge transfer body is removed. The gel electrolyte and the solid electrolyte
電解液分散媒は、非水系溶剤、イオン液体等である。非水系溶剤は、アセトニトリル、プロピオニトリル等である。イオン液体は、ヨウ化ジメチルプロピルイミダゾリウム、ヨウ化ブチルメチルイミダゾリウム等である。 The electrolyte dispersion medium is a non-aqueous solvent, an ionic liquid, or the like. Non-aqueous solvents are acetonitrile, propionitrile, and the like. The ionic liquid is dimethylpropylimidazolium iodide, butylmethylimidazolium iodide, or the like.
酸化還元対は、支持電解質とハロゲン分子との組み合わせである。
支持電解質は、ヨウ化リチウム、ヨウ化ナトリウム、ヨウ化カリウム等の金属ヨウ化物、テトラアルキルアンモニウムヨーダイド、ピリジニウムヨーダイド、イミダゾリウムヨーダイド等のヨウ素塩等のヨウ化物;臭化ナトリウム、臭化カリウム等の金属臭化物、テトラアルキルアンモニウムブロマイド、ピリジニウムブロマイド、イミダゾリウムブロマイド等の臭素塩等の臭素化合物である。
ハロゲン分子は、ヨウ素分子、臭素分子等である。
支持電解質とハロゲン分子との組み合わせとしては、ヨウ化物とヨウ素分子との組み合わせ、臭素化合物と臭素分子との組み合わせが好ましい。
The redox couple is a combination of a supporting electrolyte and a halogen molecule.
The supporting electrolyte includes metal iodides such as lithium iodide, sodium iodide and potassium iodide, iodides such as iodine salts such as tetraalkylammonium iodide, pyridinium iodide and imidazolium iodide; sodium bromide and bromide Bromine compounds such as metal bromides such as potassium, bromine salts such as tetraalkylammonium bromide, pyridinium bromide, imidazolium bromide.
The halogen molecule is an iodine molecule, a bromine molecule or the like.
As a combination of a supporting electrolyte and a halogen molecule, a combination of an iodide and an iodine molecule and a combination of a bromine compound and a bromine molecule are preferable.
電荷移動体30の総体積に対する支持電解質の含有量は、支持電解質の種類等を勘案して決定できる。電荷移動体30の総体積に対する支持電解質の含有量は、例えば、0.1〜10mmol/Lが好ましく、0.2〜2mmol/Lがより好ましい。
電荷移動体30の総体積に対するハロゲン分子の含有量は、支持電解質の含有量等を勘案して決定できる。電荷移動体30の総体積に対するハロゲン分子の含有量は、0.001〜1mmol/Lが好ましい。
The content of the supporting electrolyte relative to the total volume of the
The content of halogen molecules with respect to the total volume of the
電荷移動体30は、t−ブチルピリジンを含んでもよい。電荷移動体30は、t−ブチルピリジンを含むことで、逆電子移動反応を防止しやすい。
The
電荷移動体30がゲル電解質又は固体電解質である場合、電荷移動体30は、導電性高分子を含んでもよい。
When the
封止材40は、光電極10と対向電極20との間に位置する。封止材40は、平面視で任意の領域を囲み、電荷移動体30を封止している。
封止材40は、電荷移動体30を封止できればよく、光硬化性樹脂、熱硬化性樹脂等、従来公知の封止材である。
The sealing
The sealing
(製造方法)
本発明の光電極の製造方法は、無機半導体層を有する基板電極に対し、無機半導体層にアミン化合物を担持する工程を有する。
本発明のDSCの製造方法は、光電極の無機半導体層に対向する対向電極を設け、光電極と対向電極との間に電荷移動体を設ける工程を有する。
以下、図1のDSC1を例にして、光電極及びDSCの製造方法の一例を説明する。
本例のDSC1の製造方法は、光電極製造工程と、組立工程とを有する。
(Production method)
The manufacturing method of the photoelectrode of this invention has the process of carry | supporting an amine compound in an inorganic semiconductor layer with respect to the substrate electrode which has an inorganic semiconductor layer.
The DSC manufacturing method of the present invention includes a step of providing a counter electrode facing the inorganic semiconductor layer of the photoelectrode, and providing a charge transfer body between the photoelectrode and the counter electrode.
Hereinafter, an example of a photoelectrode and a method for manufacturing a DSC will be described with the DSC 1 in FIG. 1 as an example.
The DSC 1 manufacturing method of this example includes a photoelectrode manufacturing process and an assembling process.
<光電極製造工程>
光電極製造工程は、基板電極の無機半導体層16にアミン化合物を担持して(担持操作)、光電極10を得る工程である。即ち、光電極の製造方法は、光電極製造工程を有する。
<Photoelectrode manufacturing process>
The photoelectrode manufacturing process is a process of obtaining the
基板電極は、市販の電極でもよいし、以下の方法で製造した基板電極でもよい。
光電極支持体12の一方の面に光電極導電層14を形成する。光電極導電層14を形成する方法は、スパッタリング法、印刷法等、公知方法である。
次いで、光電極導電層14上に無機半導体層16を形成する。無機半導体層16を形成する方法は、半導体材料の粒子を光電極導電層14に吹き付ける方法等である。半導体材料の粒子を吹き付け、無機半導体層16を形成する方法は、エアロゾルでポジション法等である。また、例えば、無機半導体層16を形成する方法は、半導体材料を含むペーストを光電極導電層14上に塗布し、塗布したペーストを焼成して無機半導体層16を形成する方法等である。
The substrate electrode may be a commercially available electrode or a substrate electrode manufactured by the following method.
A photoelectrode
Next, the
担持操作は、無機半導体層16にアミン化合物を担持できればよい。
担持操作は、例えば、以下の手順である。
増感色素とアミン化合物とを分散媒(特に「色素溶液分散媒」ということがある)に分散し、色素増感型太陽電池の光電極製造用の色素溶液(以下、単に「色素溶液」ということがある)を調製する。
色素溶液を無機半導体層16に接触させる。無機半導体層16に接触した色素溶液は、無機半導体層16の表面又は内部に浸透する。所望の量の色素溶液を無機半導体層16に浸透した後、色素溶液分散媒を除去して、増感色素とアミン化合物とを無機半導体層16に担持する。こうして、基板電極は光電極10となる。
The supporting operation is not limited as long as the amine compound can be supported on the
The carrying operation is, for example, the following procedure.
A sensitizing dye and an amine compound are dispersed in a dispersion medium (in particular, sometimes referred to as “dye solution dispersion medium”), and a dye solution for producing a photoelectrode of a dye-sensitized solar cell (hereinafter simply referred to as “dye solution”). To prepare).
The dye solution is brought into contact with the
増感色素とアミン化合物とを色素溶液分散媒に分散する方法は、色素溶液分散媒を撹拌しつつ、増感色素とアミン化合物とを色素溶液分散媒に添加する方法等である。増感色素とアミン化合物とを色素溶液分散媒に添加する順序は、増感色素が先でもよいし、アミン化合物が先でもよいし、両者の混合物を添加してもよい。 The method of dispersing the sensitizing dye and the amine compound in the dye solution dispersion medium includes a method of adding the sensitizing dye and the amine compound to the dye solution dispersion medium while stirring the dye solution dispersion medium. The order of adding the sensitizing dye and the amine compound to the dye solution dispersion medium may be the sensitizing dye first, the amine compound first, or a mixture of both.
色素溶液分散媒は、アルコール、ニトリル、エーテル、エステル、ケトン、炭化水素、ハロゲン化炭化水素等である。
アルコールは、メチルアルコール、エチルアルコール、プロピルアルコール、イソプロピルアルコール、ブチルアルコール、イソブチルアルコール、t−ブチルアルコール、エチレングリコール等である。
ニトリルは、アセトニトリル、プロピオニトリル等である。
エーテルは、ジメチルエーテル、ジエチルエーテル、エチルメチルエーテル、テトラヒドロフラン等である。
エステルは、酢酸エチル、酢酸プロピル、酢酸ブチル等である。
ケトンは、アセトン、メチルエチルケトン、ジエチルケトン、メチルイソブチルケトン等である。
炭化水素は、ペンタン、ヘキサン、ヘプタン、オクタン、シクロヘキサン、トルエン、キシレン等である。
ハロゲン化炭化水素は、塩化メチレン、クロロホルム等である。
これらの色素溶液分散媒は、1種単独でもよいし、2種以上の組み合わせでもよい。
The dye solution dispersion medium is alcohol, nitrile, ether, ester, ketone, hydrocarbon, halogenated hydrocarbon or the like.
Alcohol is methyl alcohol, ethyl alcohol, propyl alcohol, isopropyl alcohol, butyl alcohol, isobutyl alcohol, t-butyl alcohol, ethylene glycol, or the like.
Nitriles are acetonitrile, propionitrile, and the like.
The ether is dimethyl ether, diethyl ether, ethyl methyl ether, tetrahydrofuran or the like.
Esters are ethyl acetate, propyl acetate, butyl acetate and the like.
The ketone is acetone, methyl ethyl ketone, diethyl ketone, methyl isobutyl ketone or the like.
The hydrocarbon is pentane, hexane, heptane, octane, cyclohexane, toluene, xylene and the like.
The halogenated hydrocarbon is methylene chloride, chloroform or the like.
These dye solution dispersion media may be used alone or in combination of two or more.
色素溶液の総体積に対する増感色素の含有量は、0.1〜50.0mmol/Lが好ましく、0.2〜20mmol/Lがより好ましく、0.3〜10mmol/Lがさらに好ましい。増感色素の含有量が上記下限値以上であれば、無機半導体層16における増感色素の担持量をより高めやすい。増感色素の含有量が上記上限値以下であれば、色素溶液に増感色素を分散しやすい。
The content of the sensitizing dye with respect to the total volume of the dye solution is preferably 0.1 to 50.0 mmol / L, more preferably 0.2 to 20 mmol / L, and still more preferably 0.3 to 10 mmol / L. If the content of the sensitizing dye is not less than the above lower limit value, the amount of the sensitizing dye supported in the
色素溶液の総体積に対するアミン化合物の含有量は、1.0〜1000mg/Lが好ましく、3.5〜350mg/Lがより好ましい。アミン化合物の含有量が上記下限値以上であれば、無機半導体層16におけるアミン化合物の担持量をより高めやすい。アミン化合物の含有量が上記上限値以下であれば、色素溶液にアミン化合物を分散しやすい。
The content of the amine compound relative to the total volume of the dye solution is preferably 1.0 to 1000 mg / L, and more preferably 3.5 to 350 mg / L. When the content of the amine compound is equal to or higher than the lower limit, the amount of the amine compound supported in the
色素溶液の総体積に対するアミン化合物の含有量は、10〜5200mmol/Lが好ましく、15〜2000mmol/Lがより好ましい。アミン化合物の含有量が上記下限値以上であれば、無機半導体層16におけるアミン化合物の担持量をより高めやすい。アミン化合物の含有量が上記上限値以下であれば、色素溶液にアミン化合物を分散しやすい。
The content of the amine compound with respect to the total volume of the dye solution is preferably 10 to 5200 mmol / L, and more preferably 15 to 2000 mmol / L. When the content of the amine compound is equal to or higher than the lower limit, the amount of the amine compound supported in the
色素溶液中のアミン化合物の含有量は、色素溶液中の増感色素の担持量1mmolに対して、70〜3700mmolが好ましく、170〜1850mmolがより好ましく、340〜1500mmolがさらに好ましい。アミン化合物の担持量が上記下限値以上であれば、アミン化合物の担持量が充分となり、DSC1の光電変換効率のさらなる向上を図れる。アミン化合物の担持量が上記上限値以下であれば、アミン化合物が不純物として作用しにくくなり、DSC1の光電変換効率のさらなる向上を図れる。 The content of the amine compound in the dye solution is preferably 70 to 3700 mmol, more preferably 170 to 1850 mmol, and still more preferably 340 to 1500 mmol, with respect to 1 mmol of the sensitizing dye supported in the dye solution. If the amount of amine compound supported is not less than the above lower limit, the amount of amine compound supported will be sufficient, and the photoelectric conversion efficiency of DSC 1 can be further improved. If the loading amount of the amine compound is not more than the above upper limit value, the amine compound is less likely to act as an impurity, and the photoelectric conversion efficiency of the DSC 1 can be further improved.
色素溶液を無機半導体層16に接触する方法は、色素溶液を無機半導体層16に塗布する方法(塗布法)、色素溶液を無機半導体層16に噴霧する方法(噴霧法)、基板電極を色素溶液に浸漬する方法(浸漬法)等である。
The method of contacting the dye solution with the
浸漬法における浸漬時間は、特に限定されず、例えば、0.1〜200時間である。
浸漬法における色素溶液の温度(浸漬温度)は、色素溶液分散媒の種類を勘案して決定できる。浸漬温度は、例えば、10〜70℃である。
The immersion time in the immersion method is not particularly limited, and is, for example, 0.1 to 200 hours.
The temperature of the dye solution (immersion temperature) in the immersion method can be determined in consideration of the type of the dye solution dispersion medium. The immersion temperature is, for example, 10 to 70 ° C.
無機半導体層16に色素溶液を接触させた後、色素溶液分散媒を除去する方法は、基板電極を減圧下に置く方法、基板電極を加熱する方法等である。
基板電極に対する加熱温度は、色素溶液分散媒を揮発できる温度であればよい。基板電極に対する加熱温度は、例えば、30〜70℃である。
The method of removing the dye solution dispersion medium after bringing the dye solution into contact with the
The heating temperature for the substrate electrode may be any temperature that can volatilize the dye solution dispersion medium. The heating temperature for the substrate electrode is, for example, 30 to 70 ° C.
なお、担持操作は、増感色素を無機半導体層16に担持し、次いでアミン化合物を無機半導体層16に担持する方法でもよい。この方法の場合、増感色素を含有する色素液と、アミン化合物を含有するアミン化合物液とをこの順で、無機半導体層16に接触させる。色素液中の増感色素の含有量は、上述の色素溶液中の増感色素の含有量と同様である。アミン化合物液中のアミン化合物の含有量は、上述の色素溶液中のアミン化合物の含有量と同様である。
The carrying operation may be a method of carrying the sensitizing dye on the
また、担持操作は、アミン化合物を無機半導体層16に担持し、次いで増感色素を無機半導体層16に担持する方法でもよい。この方法の場合、アミン化合物を含有するアミン化合物液と、増感色素を含有する色素液とをこの順で、無機半導体層16に接触させる。アミン化合物液中のアミン化合物の含有量は、上述の色素溶液中のアミン化合物の含有量と同様である。色素液中の増感色素の含有量は、上述の色素溶液中の増感色素の含有量と同様である。
The supporting operation may be a method in which the amine compound is supported on the
また、例えば、無機半導体層16に増感色素が予め担持された基板電極を入手し、この基板電極の無機半導体層16にアミン化合物を担持してもよい。
Further, for example, a substrate electrode in which a sensitizing dye is previously supported on the
以上の光電極製造工程を経ることで、光電極10を得る。
The
<組立工程>
組立工程は、光電極10を組み込んで、DSC1を得る工程である。
組立工程は、例えば、光電極10に対向する対向電極20を設ける操作(電極配置操作)と、光電極10と対向電極20との間に電荷移動体30を設ける操作(封止操作)とを有する。
<Assembly process>
The assembly process is a process of obtaining the DSC 1 by incorporating the
The assembly process includes, for example, an operation of providing the
電極配置操作は、無機半導体層16と対向電極導電層24とを向かい合わせ、光電極10と対向電極20とを離間して対向させる操作である。
The electrode placement operation is an operation in which the
封止操作は、光電極10と対向電極20との間に、電荷移動体30を設ける操作である。封止操作は、例えば、光電極10における無機半導体層16の位置する面に、封止材40を設ける。次いで、封止材40で囲まれた領域に電荷移動体30を配置する。封止材40で囲まれた領域に対向電極20を被せ、封止材40を硬化して、電荷移動体30を封止する。この際、封止材40の厚みを変えることで、光電極10と対向電極20との距離を調節できる。
必要に応じ、露出部18、露出部28に取り出し配線を接続する。
The sealing operation is an operation of providing the
If necessary, the extraction wiring is connected to the exposed
上述の通り、本実施形態のDSCは、無機半導体層にアミン化合物が担持しているため、光変換効率をさらに高められる。
本実施形態の原理は明らかでないが、以下のように推測する。
DSCは、逆電子反応で、電圧や電流の低下を生じる。逆電子反応は、無機半導体層から電荷移動体に電子が漏れ出す現象である。多くの場合、無機半導体層の表面に色素が吸着している。増感色素は嵩高いため、担持された増感色素同士の間に隙間を生じる。このため、増感色素同士の間に電荷移動体中の支持電解質が入り込み、支持電解質が無機半導体層と接触して逆電子反応を生じる。
無機半導体層にアミン化合物を担持すると、増感色素同士の隙間にアミン化合物が浸透し、アミン化合物が無機半導体層を覆う。このため、DSCにおける逆電子反応を生じにくくして、DSCの光電変換効率をさらに高められる。
As described above, in the DSC of the present embodiment, the amine compound is supported on the inorganic semiconductor layer, so that the light conversion efficiency can be further increased.
Although the principle of this embodiment is not clear, it is estimated as follows.
DSC is a reverse electron reaction that causes a drop in voltage or current. The reverse electron reaction is a phenomenon in which electrons leak from the inorganic semiconductor layer to the charge transfer body. In many cases, the dye is adsorbed on the surface of the inorganic semiconductor layer. Since the sensitizing dye is bulky, a gap is formed between the supported sensitizing dyes. For this reason, the supporting electrolyte in the charge transfer member enters between the sensitizing dyes, and the supporting electrolyte comes into contact with the inorganic semiconductor layer to cause a reverse electron reaction.
When the amine compound is supported on the inorganic semiconductor layer, the amine compound penetrates into the gaps between the sensitizing dyes, and the amine compound covers the inorganic semiconductor layer. For this reason, the reverse electron reaction in DSC is hard to occur, and the photoelectric conversion efficiency of DSC can be further improved.
本発明は、上述の実施形態に限定されない。
上述の実施形態では、封止材で囲まれた領域(セル)を1つ有する。本発明はこれに限定されず、2以上のDSCが並列又は直列に連結されたDSCユニットを形成してもよい。
The present invention is not limited to the above-described embodiment.
In the above-mentioned embodiment, it has one area | region (cell) enclosed with the sealing material. The present invention is not limited to this, and a DSC unit in which two or more DSCs are connected in parallel or in series may be formed.
上述の実施形態では、対向電極導電層上に部材を有していない。本発明は、これに限定されず、対向電極導電層上に触媒層が位置してもよい。触媒層は、モリブデン、モリブデンと他の金属との合金等である。モリブデンと他の金属との合金としては、モリブデンとチタンとの合金、モリブデンとタングステンとの合金、モリブデンとイットリウムとの合金、モリブデンとニオブとの合金等である。 In the above-described embodiment, no member is provided on the counter electrode conductive layer. This invention is not limited to this, A catalyst layer may be located on a counter electrode conductive layer. The catalyst layer is made of molybdenum, an alloy of molybdenum and another metal, or the like. Examples of the alloy of molybdenum and other metals include an alloy of molybdenum and titanium, an alloy of molybdenum and tungsten, an alloy of molybdenum and yttrium, an alloy of molybdenum and niobium, and the like.
上述の実施形態では、光電極が光電極支持体を有する。本発明はこれに限定されず、光電極は、光電極支持体を有しなくてもよい。
上述の実施形態では、対向電極が対向電極支持体を有する。本発明はこれに限定されず、対向電極は、対向電極支持体を有しなくてもよい。
In the above-described embodiment, the photoelectrode has a photoelectrode support. The present invention is not limited to this, and the photoelectrode may not have a photoelectrode support.
In the above-described embodiment, the counter electrode has a counter electrode support. The present invention is not limited to this, and the counter electrode may not have the counter electrode support.
以下に、本発明を実施例により詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例のみに限定されない。 EXAMPLES Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to examples. However, the present invention is not limited only to these examples.
(使用原料)
<増感色素>
・N719:増感色素N719、Aldrich社製。
・N3:増感色素N3、Aldrich社製。
<アミン化合物>
・TBA:トリブチルアミン、東京化成社製。
・TPA:トリプロピルアミン、東京化成社製。
・CHA:シクロヘキシルアミン、東京化成社製。
<色素溶液分散媒>
・B/A:t−ブチルアルコール:アセトニトリル(体積比)=1:1の混合液。
・DMSO:ジメチルスルフォキシド。
(Raw material)
<Sensitizing dye>
N719: sensitizing dye N719, manufactured by Aldrich.
N3: sensitizing dye N3, manufactured by Aldrich.
<Amine compound>
-TBA: Tributylamine, manufactured by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.
-TPA: Tripropylamine, manufactured by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.
CHA: cyclohexylamine, manufactured by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.
<Dye solution dispersion medium>
-B / A: t-butyl alcohol: acetonitrile (volume ratio) = 1: 1 mixed solution.
DMSO: dimethyl sulfoxide.
(基材電極)
ガラス板上に透明導電層(光電極導電層、FTO)が位置する基板を用いた。基板の透明導電層上に酸化チタンペースト(ソラロニクス社製;T/SP)をスクリーン印刷法にて塗布した。塗布した酸化チタンペーストに対して、加熱処理を2回施した。加熱処理は、200℃10分間、200℃10分間、500℃15分間、500℃30分間の順で行った。加熱処理の処理環境は、窒素雰囲気であり、かつ大気圧であった。こうして、透明導電層上に無機半導体層が位置する基材電極を得た。無機半導体層の厚みは10μmであった。
(Substrate electrode)
A substrate on which a transparent conductive layer (photoelectrode conductive layer, FTO) is located on a glass plate was used. A titanium oxide paste (manufactured by Solaronics; T / SP) was applied on the transparent conductive layer of the substrate by a screen printing method. The applied titanium oxide paste was heat-treated twice. The heat treatment was performed in the order of 200 ° C. for 10 minutes, 200 ° C. for 10 minutes, 500 ° C. for 15 minutes, and 500 ° C. for 30 minutes. The processing environment for the heat treatment was a nitrogen atmosphere and atmospheric pressure. Thus, a substrate electrode in which the inorganic semiconductor layer was located on the transparent conductive layer was obtained. The thickness of the inorganic semiconductor layer was 10 μm.
(実施例1〜7、比較例1〜5)
表1に示す組成に従い、増感色素及びアミン化合物を、表中に記載の色素溶液分散媒に分散して、色素溶液を調製した。
色素溶液に基材電極を浸漬した。浸漬時間は、18時間であった。浸漬温度は、室温であった。その後、基材電極を色素溶液から取り出し、色素溶液分散媒で基材電極を洗浄した。洗浄した基材電極を乾燥して、光電極を得た(担持操作)。
各例の光電極について、無機半導体層におけるアミン化合物の担持量を測定し、その結果を表中に示す。
なお、表中の含有量の欄の「−」は、該当する原料を配合していないことを意味する。
(Examples 1-7, Comparative Examples 1-5)
According to the composition shown in Table 1, a sensitizing dye and an amine compound were dispersed in a dye solution dispersion medium described in the table to prepare a dye solution.
The substrate electrode was immersed in the dye solution. The immersion time was 18 hours. The immersion temperature was room temperature. Thereafter, the substrate electrode was removed from the dye solution, and the substrate electrode was washed with a dye solution dispersion medium. The washed substrate electrode was dried to obtain a photoelectrode (supporting operation).
For the photoelectrode of each example, the amount of amine compound supported in the inorganic semiconductor layer was measured, and the results are shown in the table.
In addition, "-" of the column of content in a table | surface means that the corresponding raw material is not mix | blended.
各例の光電極における無機半導体層の周りに、厚み30μmのシリコンゴムの枠をスペーサーとして設けた。スペーサーの枠内に、電解液(ソラロニクス社製;Iodolyte50)を電荷移動体として注入した。電解液の上に、対向電極を重ねた。対向電極は、白金コーティング(対向電極導電層)付きガラスであった。光電極と対向電極とをダブルクリップにて圧着させ、DSCの簡易セルを得た(組立工程)。有効面積は4mm角であった。
得られた簡易セルについて、光電変換効率を測定し、その結果を表中に示す。
A silicon rubber frame having a thickness of 30 μm was provided as a spacer around the inorganic semiconductor layer in the photoelectrode of each example. Into the frame of the spacer, an electrolytic solution (manufactured by Solaronics; Iodolyte 50) was injected as a charge transfer body. A counter electrode was stacked on the electrolyte. The counter electrode was a glass with a platinum coating (counter electrode conductive layer). The photoelectrode and the counter electrode were pressure bonded with a double clip to obtain a DSC simple cell (assembly process). The effective area was 4 mm square.
About the obtained simple cell, photoelectric conversion efficiency was measured and the result is shown in a table | surface.
(測定方法)
<無機半導体層におけるアミン化合物の吸着量>
各例の光電極の無機半導体層をアセトニトリルでよく洗浄した。その後、光電極をメタノールに2時間浸漬した。メタノールに溶出した成分を濃縮後にメタノールで定容して、測定試料を調製した。測定試料について、液体クロマトグラフ/質量分析(液体クロマトグラフ:Agilent Technologies社製 1200型、質量分析:Agilent Technologies社製 6100型)を用い、多点検量線法でアミン化合物の吸着量を定量した。
(Measuring method)
<Adsorption amount of amine compound in inorganic semiconductor layer>
The inorganic semiconductor layer of the photoelectrode in each example was thoroughly washed with acetonitrile. Thereafter, the photoelectrode was immersed in methanol for 2 hours. The components eluted in methanol were concentrated and then fixed with methanol to prepare a measurement sample. About the measurement sample, the adsorption amount of the amine compound was quantified by the multi-inspection method using a liquid chromatograph / mass spectrometry (liquid chromatograph: Agilent Technologies 1200 type, mass analysis: Agilent Technologies 6100 type).
<無機半導体層における増感色素の吸着量>
各例の光電極の無機半導体層をアセトニトリルでよく洗浄した。その後、光電極を定容の0.1mol/L水酸化カリウム溶液に浸漬した。無機半導体層からの増感色素の脱離を目視で確認して、これを測定試料とした。測定試料の吸光度を測定し、多点検量線法で、増感色素を定量した。「<無機半導体層におけるアミン化合物の吸着量>」で定量したアミン化合物の担持量をモル換算し、アミン化合物の担持量(mmol)を吸着していた色素量(mmol)で除して、アミン化合物/増感色素で表される担持比(モル比)を算出した。
<Adsorption amount of sensitizing dye in inorganic semiconductor layer>
The inorganic semiconductor layer of the photoelectrode in each example was thoroughly washed with acetonitrile. Thereafter, the photoelectrode was immersed in a constant volume of 0.1 mol / L potassium hydroxide solution. The detachment of the sensitizing dye from the inorganic semiconductor layer was visually confirmed, and this was used as a measurement sample. The absorbance of the measurement sample was measured, and the sensitizing dye was quantified by the multi-check calibration method. The amount of amine compound supported determined in “<Amount of amine compound adsorbed in inorganic semiconductor layer>” is converted into moles, and the amount of amine compound supported (mmol) is divided by the amount of adsorbed dye (mmol) to give an amine. The loading ratio (molar ratio) represented by the compound / sensitizing dye was calculated.
<光電変換効率>
ソーラーシミュレーター及びI−V特性測定装置を接続した評価装置にて、各例の簡易セルにおける光量200luxの出力を測定した。下記(1)式で、効率上昇率を算出した。下記評価基準に従い、効率上昇率を分類し、光電変換効率を評価した。
効率上昇率(%)=[各例の出力]÷[比較例1の出力]×100 …(1)
効率上昇率が110%以上であれば、明らかに効率が上昇していると判断した。
≪評価基準≫
〇:効率上昇率が110%以上である。
×:効率上昇率が110%未満である。
<Photoelectric conversion efficiency>
With an evaluation device connected to a solar simulator and an IV characteristic measurement device, the output of 200 lux of light in the simple cell of each example was measured. The efficiency increase rate was calculated by the following equation (1). According to the following evaluation criteria, efficiency increase rates were classified and photoelectric conversion efficiency was evaluated.
Efficiency increase rate (%) = [output of each example] ÷ [output of comparative example 1] × 100 (1)
If the efficiency increase rate was 110% or more, it was judged that the efficiency was clearly increasing.
≪Evaluation criteria≫
O: Efficiency increase rate is 110% or more.
X: Efficiency increase rate is less than 110%.
表1に示すように、本発明を適用した実施例1〜7は、光電変換効率が110%以上であった。無機半導体層におけるアミン化合物の担持量が本発明の範囲外である比較例2〜5は、光電変換効率が110%未満であった。
これらの結果から、本発明を適用することで、光電変換効率をさらに高められることを確認できた。
As shown in Table 1, in Examples 1 to 7 to which the present invention was applied, the photoelectric conversion efficiency was 110% or more. In Comparative Examples 2 to 5, in which the amount of the amine compound supported in the inorganic semiconductor layer was outside the range of the present invention, the photoelectric conversion efficiency was less than 110%.
From these results, it was confirmed that the photoelectric conversion efficiency could be further increased by applying the present invention.
1 色素増感型太陽電池、10 光電極、14光電極導電層、16 無機半導体層、20 対向電極、30 電荷移動体、40 封止材 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Dye-sensitized solar cell, 10 photoelectrode, 14 photoelectrode conductive layer, 16 inorganic semiconductor layer, 20 counter electrode, 30 charge transfer body, 40 sealing material
Claims (12)
前記アミン化合物は、脂肪族アミン及び脂環族アミンから選ばれる少なくとも1種であり、
前記無機半導体層に対する前記アミン化合物の担持量は、0.2〜5.0mg/cm3である、光電極。 Containing a conductive layer, an inorganic semiconductor layer located on the conductive layer, and a sensitizing dye and an amine compound carried on the inorganic semiconductor layer,
The amine compound is at least one selected from aliphatic amines and alicyclic amines,
The photoelectrode whose loading of the said amine compound with respect to the said inorganic-semiconductor layer is 0.2-5.0 mg / cm < 3 >.
前記増感色素の含有量は、総体積に対し0.1〜50.0mmol/Lであり、
前記アミン化合物の含有量は、総体積に対し1.0〜1000mg/Lである、色素増感型太陽電池の光電極製造用の色素溶液。 Containing a sensitizing dye and at least one amine compound selected from aliphatic amines and alicyclic amines,
The content of the sensitizing dye is 0.1 to 50.0 mmol / L with respect to the total volume,
Content of the said amine compound is 1.0-1000 mg / L with respect to a total volume, The dye solution for photoelectrode manufacture of a dye-sensitized solar cell.
前記増感色素の含有量は、総体積に対し0.1〜50.0mmol/Lであり、
前記アミン化合物の含有量は、総体積に対し10〜5200mmol/Lである、色素増感型太陽電池の光電極製造用の色素溶液。 Containing a sensitizing dye and at least one amine compound selected from aliphatic amines and alicyclic amines,
The content of the sensitizing dye is 0.1 to 50.0 mmol / L with respect to the total volume,
Content of the said amine compound is 10-5200 mmol / L with respect to a total volume, The dye solution for photoelectrode manufacture of a dye-sensitized solar cell.
前記増感色素の含有量は、前記色素溶液の総体積に0.1〜50.0mmol/Lであり、
前記アミン化合物の含有量は、前記色素溶液の総体積に1.0〜1000mg/Lである、請求項8に記載の光電極の製造方法。 The dye solution contains the sensitizing dye and the amine compound,
The content of the sensitizing dye is 0.1 to 50.0 mmol / L in the total volume of the dye solution,
The method for producing a photoelectrode according to claim 8, wherein the content of the amine compound is 1.0 to 1000 mg / L in the total volume of the dye solution.
前記増感色素の含有量は、前記色素溶液の総体積に対し0.1〜50.0mmol/Lであり、
前記アミン化合物の含有量は、前記色素溶液の総体積に対し10〜5200mmol/Lである、請求項8に記載の光電極の製造方法。 The dye solution contains the sensitizing dye and the amine compound,
The content of the sensitizing dye is 0.1 to 50.0 mmol / L with respect to the total volume of the dye solution,
The photoelectrode manufacturing method according to claim 8, wherein the content of the amine compound is 10 to 5200 mmol / L with respect to the total volume of the dye solution.
前記色素溶液における前記アミン化合物の含有量は、前記増感色素1mmolに対して70〜3700mmolである、請求項8〜10のいずれか一項に記載の光電極の製造方法。 The dye solution contains the sensitizing dye and the amine compound,
The method for producing a photoelectrode according to any one of claims 8 to 10, wherein the content of the amine compound in the dye solution is 70 to 3700 mmol with respect to 1 mmol of the sensitizing dye.
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