JP2020126965A - Electrolyte, solar cell, solar cell module, and manufacturing method of solar cell - Google Patents

Electrolyte, solar cell, solar cell module, and manufacturing method of solar cell Download PDF

Info

Publication number
JP2020126965A
JP2020126965A JP2019019679A JP2019019679A JP2020126965A JP 2020126965 A JP2020126965 A JP 2020126965A JP 2019019679 A JP2019019679 A JP 2019019679A JP 2019019679 A JP2019019679 A JP 2019019679A JP 2020126965 A JP2020126965 A JP 2020126965A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
solar cell
electrolyte
photoelectrode
copper complex
solvent
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP2019019679A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP7290954B2 (en
Inventor
塩澤 真人
Masato Shiozawa
真人 塩澤
加藤 直彦
Naohiko Kato
直彦 加藤
友紀 田端
Yuki Tabata
友紀 田端
康徳 能地
Yasunari Nochi
康徳 能地
中島 淳二
Junji Nakajima
淳二 中島
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toyota Central R&D Labs Inc
Aisin Corp
Original Assignee
Aisin Seiki Co Ltd
Toyota Central R&D Labs Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Aisin Seiki Co Ltd, Toyota Central R&D Labs Inc filed Critical Aisin Seiki Co Ltd
Priority to JP2019019679A priority Critical patent/JP7290954B2/en
Publication of JP2020126965A publication Critical patent/JP2020126965A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP7290954B2 publication Critical patent/JP7290954B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50Photovoltaic [PV] energy
    • Y02E10/542Dye sensitized solar cells
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50Photovoltaic [PV] energy
    • Y02E10/549Organic PV cells
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02PCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Abstract

To further enhance the durability of a solar cell including a copper complex.SOLUTION: An electrolyte is used by being interposed between a photoelectrode having a light absorbing layer and a counter electrode arranged so as to face the photoelectrode of a solar cell having the photoelectrode and the counter electrode. The electrolyte includes a copper complex having an organic ligand and copper having a plurality of valences, and includes an organic solvent having a boiling point of 200°C or higher, a relative dielectric constant εr of 30 or more and 100 or less, and a viscosity η at 25°C of 0.5 mPa s or more and 10 mPa s or less, and a solvent containing at least one of ionic liquids having a viscosity η at 25°C of 300 mPa s or less.SELECTED DRAWING: Figure 2

Description

本明細書では、電解質、太陽電池、太陽電池モジュール及び太陽電池の製造方法を開示する。 Disclosed herein are an electrolyte, a solar cell, a solar cell module, and a method for manufacturing a solar cell.

従来、太陽電池としては、銅錯体を酸化還元対に用いた色素増感太陽電池が提案されている(例えば、特許文献1参照)。この太陽電池では、一価及び二価の銅錯体を含むことにより白金対極を腐食することなく且つ良好な光電変換特性を有するとしている。また、太陽電池としては、銅(I)ビス(2,9−ジメチル−1,10−フェナントロリン)や銅(II)ビス(2,9−ジメチル−1,10−フェナントロリン)の銅錯体を固体電解質として用いた色素増感型太陽電池が提案されている(例えば、非特許文献1参照)。この太陽電池では、発電効率を高めることができるとしている。 Conventionally, as a solar cell, a dye-sensitized solar cell using a copper complex as a redox couple has been proposed (see, for example, Patent Document 1). This solar cell is said to have good photoelectric conversion characteristics without corroding the platinum counter electrode by containing the monovalent and divalent copper complexes. As a solar cell, a copper complex of copper(I) bis(2,9-dimethyl-1,10-phenanthroline) or copper(II) bis(2,9-dimethyl-1,10-phenanthroline) is used as a solid electrolyte. A dye-sensitized solar cell used as the above has been proposed (for example, see Non-Patent Document 1). It is said that this solar cell can improve power generation efficiency.

特開2006−302849号公報JP, 2006-302849, A

Energy Environ.Sci.,2015,8,2634−2637Energy Environ. Sci. , 2015, 8, 2634-2637

ところで、上述の特許文献1など、銅錯体を固体電解質とする太陽電池では、色素を吸着した多孔質TiO2電極に、銅錯体と溶媒とを含む電解液を注液後、溶媒を除去することで電解質の充填を行うことがある。しかしながら、このように作製した太陽電池では、時間の経過に伴い、太陽電池特性が低下するという耐久性の問題があった。銅錯体を含む電解質を備えた太陽電池において、太陽電池の耐久性をより高めることが求められていた。 By the way, in a solar cell using a copper complex as a solid electrolyte, such as the above-mentioned Patent Document 1, after pouring an electrolytic solution containing a copper complex and a solvent into a porous TiO 2 electrode adsorbing a dye, the solvent is removed. May be filled with electrolyte. However, the solar cell manufactured in this way has a problem of durability that the characteristics of the solar cell deteriorate with the passage of time. In a solar cell provided with an electrolyte containing a copper complex, it has been required to further enhance the durability of the solar cell.

本開示は、このような課題に鑑みなされたものであり、銅錯体を含むものにおいて、太陽電池の耐久性をより高めることができる電解質、太陽電池、太陽電池モジュール及び太陽電池の製造方法を提供することを主目的とする。 The present disclosure has been made in view of such problems, and provides an electrolyte, a solar cell, a solar cell module, and a method for manufacturing a solar cell, which include a copper complex and can further enhance the durability of the solar cell. The main purpose is to do.

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、電解質の溶媒を揮発しにくいものにすると、出力密度をより向上し、高温での耐久性をより向上するなど、太陽電池特性をより向上することができることを見いだし、本開示を完成するに至った。 As a result of intensive research to achieve the above-mentioned object, the present inventors have found that when the solvent of the electrolyte is less likely to volatilize, the power density is further improved and the durability at high temperature is further improved. The inventors have found that the characteristics can be further improved, and have completed the present disclosure.

即ち、本明細書で開示する電解質は、
光吸収層を有する光電極と、前記光電極に向かい合うように配置された対極とを備えた太陽電池の前記光電極と前記対極との間に介在して用いられる電解質であって、
有機配位子を有し銅が複数の価数を有する銅錯体を含み、沸点が200℃以上であり比誘電率εrが30以上100以下の範囲であり25℃での粘度ηが0.5mPa・s以上10mPa・s以下の範囲である有機溶媒及び25℃での粘度ηが300mPa・s以下であるイオン液体のうち少なくとも1以上を含む溶媒を含むものである。
That is, the electrolyte disclosed herein is
A photoelectrode having a light absorption layer, and an electrolyte used by being interposed between the photoelectrode and the counter electrode of a solar cell having a counter electrode arranged so as to face the photoelectrode,
It contains a copper complex having an organic ligand and a plurality of valences of copper, has a boiling point of 200° C. or higher, a relative dielectric constant εr of 30 or more and 100 or less, and a viscosity η at 25° C. of 0.5 mPa. An organic solvent in the range of s or more and 10 mPa·s or less and a solvent containing at least one of the ionic liquids having a viscosity η at 25° C. of 300 mPa·s or less.

本明細書で開示する太陽電池は、
光吸収層を有する光電極と、
前記光電極に向かい合うように配置された対極と、
前記光電極と前記対極との間に介在する上述の電解質と、
を備えたものである。
The solar cell disclosed herein is
A photoelectrode having a light absorption layer,
A counter electrode arranged to face the photoelectrode,
The above-mentioned electrolyte 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 solar cells described above.

本明細書で開示する太陽電池の製造方法は、
光吸収層を有する光電極と、前記光電極に向かい合うように配置された対極とを備えた太陽電池の製造方法であって、
有機配位子を有し銅が複数の価数を有する銅錯体を含み、沸点が200℃以上であり比誘電率εrが30以上100以下の範囲であり25℃での粘度ηが0.5mPa・s以上10mPa・s以下の範囲である有機溶媒及び25℃での粘度ηが300mPa・s以下であるイオン液体のうち少なくとも1以上を含む溶媒を含む電解質を塗布又は吐出し、前記光電極上に電解質を形成する形成工程、を含むものである。
The method for manufacturing a solar cell disclosed in the present specification,
A method of manufacturing a solar cell comprising a photoelectrode having a light absorbing layer, and a counter electrode arranged so as to face the photoelectrode,
It contains a copper complex having an organic ligand and a plurality of valences of copper, has a boiling point of 200° C. or higher, a relative dielectric constant εr of 30 or more and 100 or less, and a viscosity η at 25° C. of 0.5 mPa. An electrolyte containing a solvent containing at least one of an organic solvent in the range of s or more and 10 mPa·s or less and an ionic liquid having a viscosity η at 25° C. of 300 mPa·s or less is applied or discharged onto the photoelectrode. And a forming step of forming an electrolyte.

この電解質、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、銅錯体を含むものにおいて、太陽電池特性をより高めることができる。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、銅錯体を固体電解質とする太陽電池では、上述のように、溶媒加えて電解質の充填を行ったのちに溶媒を除去することがあるが、高い発電特性を得るには銅錯体が溶媒和により分子運動ができる状態(非晶質状態)であることが望ましいことがわかった。また、電解質の充填時に溶媒を除去するが、溶媒が残存することによって、初期では比較的高い太陽電池特性を示す一方、時間の経過に伴い溶媒が減少することによって、銅錯体の結晶化が進み出力が大きく低下するものと推察される。これに対し、本開示では、沸点や比誘電率、粘度などが所定範囲内である有機溶媒の添加及び/又はイオン液体の添加によって、初期特性における高出力密度を確保することができ、また、耐久性、特に暗所60℃での高温放置などにおける高温耐久性を得ることができるなど、太陽電池特性をより向上することができるものと推察される。 The electrolyte, the solar cell, the solar cell module, and the method for manufacturing the solar cell, which include the copper complex, can further enhance the solar cell characteristics. The reason why such an effect is obtained is presumed as follows. For example, in a solar cell using a copper complex as a solid electrolyte, as described above, the solvent may be removed after the solvent is added and the electrolyte is filled. However, in order to obtain high power generation characteristics, the copper complex is solvated. It was found from the above that it is desirable to be in a state capable of molecular movement (amorphous state). Further, although the solvent is removed at the time of filling the electrolyte, the remaining solvent shows relatively high solar cell characteristics at the initial stage, while the solvent decreases with the elapse of time, whereby the crystallization of the copper complex proceeds. It is estimated that the output will drop significantly. On the other hand, in the present disclosure, a high power density in the initial characteristics can be secured by adding an organic solvent and/or an ionic liquid having a boiling point, a relative dielectric constant, a viscosity, etc. within a predetermined range, and It is presumed that the solar cell characteristics can be further improved, for example, the durability, particularly the high temperature durability when left at a high temperature in the dark at 60° C. can be obtained.

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。Sectional drawing which shows an example of a schematic structure of the solar cell module 10. FIG. 太陽電池40の構成の概略の一例を示す断面図。Sectional drawing which shows an example of a schematic structure of the solar cell 40. 電解液注液後の測定時間とオープンセルのJscとの測定結果。Measurement results of the measurement time after injection of the electrolytic solution and Jsc of the open cell. 実験例1,2の評価セルの電解質組成の測定結果。The measurement result of the electrolyte composition of the evaluation cell of Experimental example 1, 2. 実験例2−5、2−6の評価セルの太陽電池特性。Solar cell characteristics of the evaluation cells of Experimental Examples 2-5 and 2-6. 実験例2−4〜2−6の評価セルの電解質組成の測定結果。The measurement result of the electrolyte composition of the evaluation cell of Experimental example 2-4-2-6. 実験例2−4〜2−6の評価セルの電解質組成のNMR測定結果。The NMR measurement result of the electrolyte composition of the evaluation cell of Experimental example 2-4-2-6. 実験例3、4の高温暗所放置時の出力密度の測定結果。The measurement result of the output density of Experimental Examples 3 and 4 when left in a high temperature dark place. 実験例3、4の高温暗所放置時の出力維持率(%)の測定結果。The measurement result of the output retention rate (%) at the time of leaving it in the high temperature dark place of Experimental Examples 3 and 4. 実験例5〜14の初期出力密度。Initial power density of Experimental Examples 5-14. 実験例5〜13の60℃暗所放置後の出力維持率。Output maintenance rate after leaving 60 degreeC dark place of Experimental Examples 5-13.

(電解質)
本開示の電解質は、光吸収層を有する光電極と、光電極に向かい合うように配置された対極とを備えた太陽電池の光電極と対極との間に介在して用いられるものである。この電解質は、有機配位子を有し銅が複数の価数を有する銅錯体を含み、沸点が200℃以上であり比誘電率εrが30以上100以下の範囲であり25℃での粘度ηが0.5mPa・s以上10mPa・s以下の範囲である有機溶媒及び25℃での粘度ηが300mPa・s以下であるイオン液体のうち少なくとも1以上を含む溶媒を含む。銅錯体は、価電子帯の位置が従来の無機系p型半導体(例えばCuI)に比べてかなり深いため、n型半導体層である酸化チタンの伝導帯下端CBMと電解質の価電子端上端VBMとの差で決定される理論上の開放電圧(Voc)が高くなる利点がある。ここでは、溶媒を確実に存在させることによって、銅錯体を用いた太陽電池特性を向上する。
(Electrolytes)
The electrolyte of the present disclosure is used by being interposed between a photoelectrode and a counter electrode of a solar cell including a photoelectrode having a light absorption layer and a counter electrode arranged so as to face the photoelectrode. This electrolyte contains a copper complex having an organic ligand and copper having a plurality of valences, a boiling point of 200° C. or higher, a relative dielectric constant εr of 30 or more and 100 or less, and a viscosity η at 25° C. Of 0.5 mPa·s or more and 10 mPa·s or less, and a solvent containing at least one of an ionic liquid having a viscosity η at 25° C. of 300 mPa·s or less. Since the position of the valence band of the copper complex is considerably deeper than that of a conventional inorganic p-type semiconductor (for example, CuI), the conduction band lower end CBM of titanium oxide, which is the n-type semiconductor layer, and the valence end upper end VBM of the electrolyte, are formed. There is an advantage that the theoretical open circuit voltage (Voc) determined by the difference between the two becomes high. Here, the presence of the solvent reliably improves the solar cell characteristics using the copper complex.

銅錯体は、例えば、有機配位子を有し、銅が価数変化するものである。有機配位子は、例えば、フェナントロリン系配位子、ビピリジルアルキル系配位子、ビピリジン系配位子、スパルテイン系配位子、ビスベンズイミダゾールイルチオメチルピリジン系配位子、ビスベンズイミダゾールイルチオメチルメチルアミン系配位子、ビスベンズイミダゾールイルピリジン系配位子、ビスエチルチオメチルピリジン系配位子のうち1以上であることが好ましい。フェナントロリン系配位子は、フェナントロリン構造やその誘導体を含む。ビピリジルアルキル系配位子は、アルキル鎖の端部にピリジル基が結合した構造を有し、ビピリジルエタン構造やその誘導体を含む。ビピリジン系配位子は、ビピリジン構造やその誘導体を含む。スパルテイン系配位子は、スパルテイン構造又はや誘導体を含む。ビスベンズイミダゾールイルチオメチルピリジン系配位子は、ベンズイミダゾールイルチオメチルピリジン構造やその誘導体を含む。ビスベンズイミダゾールイルチオメチルメチルアミン系配位子は、ベンズイミダゾールイルチオメチルメチルアミン構造やその誘導体を含む、ビスベンズイミダゾールイルピリジン系配位子は、ベンズイミダゾールイルピリジン構造やその誘導体を含む。ビスエチルチオメチルピリジン系配位子は、エチルチオメチルピリジン構造やその誘導体を含む。 The copper complex has, for example, an organic ligand, and copper has a valence change. Examples of the organic ligand include phenanthroline-based ligands, bipyridylalkyl-based ligands, bipyridine-based ligands, sparteine-based ligands, bisbenzimidazolylthiomethylpyridine-based ligands, and bisbenzimidazole ligands. One or more of a ruthiomethylmethylamine-based ligand, a bisbenzimidazolylylpyridine-based ligand, and a bisethylthiomethylpyridine-based ligand are preferable. The phenanthroline-based ligand includes a phenanthroline structure and its derivative. The bipyridylalkyl-based ligand has a structure in which a pyridyl group is bonded to the end of an alkyl chain, and includes a bipyridylethane structure and its derivative. The bipyridine-based ligand includes a bipyridine structure and its derivative. The sparteine-based ligand includes a sparteine structure or a derivative. The bisbenzimidazolylthiomethylpyridine-based ligand includes a benzimidazolylylthiomethylpyridine structure or a derivative thereof. The bisbenzimidazolylthiomethylmethylamine-based ligand includes a benzimidazolylthiomethylmethylamine structure and its derivative, and the bisbenzimidazolylylpyridine-based ligand includes a benzimidazolylylpyridine structure and its derivative. The bisethylthiomethylpyridine-based ligand includes an ethylthiomethylpyridine structure and its derivative.

この銅錯体は、化学式(1)〜(4)のうちいずれか1以上の構造を有するものとしてもよい。有機配位子としては、例えば、窒素を1又は2以上を有する複素環構造を有するものとしてもよい。この有機配位子としては、例えば、2,9−ジメチル−1,10−フェナントロリン(dmp、化学式(1))や、1,1−ビス(2−ピリジル)エタン(bpye、化学式(2))、4,4’,6,6’−テトラメチル−2,2’−ビピリジン(tmby、化学式(3))、6,6’−ジメチル−2,2’−ビピリジン(dmby、化学式(4))などが挙げられる。また、この有機配位子としては、例えば、1,10−フェナントロリン(phen、化学式(5))、[(−)−スパルテイン−N,N’](SP、化学式(6))、2,6−ビス(ベンズイミダゾール−2’−イルチオメチル)ピリジン(bbtmp、化学式(7))、N,N−ビス(ベンズイミダゾール−2’−イルチオメチル)メチルアミン(bbtma、化学式(8))、2,6−ビス(ベンズイミダゾール−2’−イル)ピリジン(bzmpy、化学式(9))、2,6−ビス(エチルチオメチル)ピリジン(betmp、化学式(10))などが挙げられる。また、銅錯体は、他の配位子、例えば、1座配位子(1価のアニオン配位子)を1以上有するものとしてもよい。この配位子は、複数ある場合は、それぞれが同じ配位子であってもよいし、異なる配位子としてもよい。このうち、これらの配位子はすべて同じものとすることがより好ましい。この配位子は、例えば、−F、−Cl、−Br、−I、−OH、−CN、−SCN、−NCSから選択される1以上であるものとしてもよい。このうち、−SCN及び−NCSが好ましく、−NCSがより好ましい。この銅錯体は、有機配位子を有し銅を含むカチオンと、アニオンからなるものとしてもよい。アニオンとしては、例えば、トリフルオロメチルスルホン酸(CF3SO3)、ビス(トリフルオロメチルスルホニル)イミド(TFSI)、ビス(フルオロスルホニル)イミド(FSI)、ヘキサフルオロリン酸(PF6)などが挙げられる。 This copper complex may have a structure of any one or more of the chemical formulas (1) to (4). The organic ligand may have, for example, a heterocyclic structure having 1 or 2 or more nitrogen atoms. Examples of the organic ligand include 2,9-dimethyl-1,10-phenanthroline (dmp, chemical formula (1)) and 1,1-bis(2-pyridyl)ethane (bpye, chemical formula (2)). , 4,4',6,6'-tetramethyl-2,2'-bipyridine (tmby, chemical formula (3)), 6,6'-dimethyl-2,2'-bipyridine (dmby, chemical formula (4)) And so on. Examples of the organic ligand include 1,10-phenanthroline (phen, chemical formula (5)), [(−)-sparteine-N,N′] (SP, chemical formula (6)), 2, 6-bis(benzimidazol-2'-ylthiomethyl)pyridine (bbtmp, chemical formula (7)), N,N-bis(benzimidazol-2'-ylthiomethyl)methylamine (bbtma, chemical formula (8)), 2,6 -Bis(benzimidazol-2'-yl)pyridine (bzmpy, chemical formula (9)), 2,6-bis(ethylthiomethyl)pyridine (betmp, chemical formula (10)) and the like can be mentioned. Further, the copper complex may have one or more other ligands, for example, monodentate ligands (monovalent anion ligands). When there are a plurality of ligands, they may be the same ligand or different ligands. Of these, it is more preferable that all of these ligands are the same. This ligand may be, for example, one or more selected from -F, -Cl, -Br, -I, -OH, -CN, -SCN, -NCS. Among these, -SCN and -NCS are preferable, and -NCS is more preferable. The copper complex may be composed of a cation having an organic ligand and containing copper, and an anion. Examples of the anion include trifluoromethylsulfonic acid (CF 3 SO 3 ), bis(trifluoromethylsulfonyl)imide (TFSI), bis(fluorosulfonyl)imide (FSI), and hexafluorophosphoric acid (PF 6 ). Can be mentioned.

このような銅錯体の具体例としては、例えば、銅(I)ビス(2,9−ジメチル−1,10−フェナントロリン)ビス(トリフルオロメチルスルフォニル)イミド(Cu(dmp)2TFSI)、銅(II)ビス(2,9−ジメチル−1,10−フェナントロリン)ビス[ビス(トリフルオロメチルスルフォニル)イミド](Cu(dmp)2(TFSI)2)、銅(I)ビス(1,10−フェナントロリン)ビス(トリフルオロメチルスルフォニル)イミド(Cu(phen)2TFSI)、銅(II)ビス(1,10−フェナントロリン)ビス[ビス(トリフルオロメチルスルフォニル)イミド](Cu(phen)2(TFSI)2)、[(−)−スパルテイン−N,N’](マレオニトリルジチオラト−S,S’)銅([Cu(SP)(mmt)])、2,6−ビス(ベンズイミダゾール−2’−イルチオメチル)ピリジン硝酸塩([Cu(bbtmp)(NO3)]NO3)などが挙げられる。 Specific examples of such a copper complex include, for example, copper(I) bis(2,9-dimethyl-1,10-phenanthroline)bis(trifluoromethylsulfonyl)imide (Cu(dmp) 2 TFSI), copper( II) bis(2,9-dimethyl-1,10-phenanthroline)bis[bis(trifluoromethylsulfonyl)imide](Cu(dmp) 2 (TFSI) 2 ), copper(I)bis(1,10-phenanthroline) ) Bis(trifluoromethylsulfonyl)imide (Cu(phen) 2 TFSI), copper(II) bis(1,10-phenanthroline)bis[bis(trifluoromethylsulfonyl)imide](Cu(phen) 2 (TFSI) 2 ), [(−)-sparteine-N,N′](maleonitriledithiolato-S,S′) copper ([Cu(SP)(mmt)]), 2,6-bis(benzimidazole-2) Examples include'-ylthiomethyl)pyridine nitrate ([Cu(bbtmp)(NO 3 )]NO 3 ).

この電解質は、有機配位子の構造が異なる銅錯体を2種以上含有することが好ましい。銅錯体を2種以上含むものとすれば、銅錯体が結晶化しにくくなり、非晶質状態を維持しやすい。このため、銅錯体が結晶化して発生しうる太陽電池特性の低下をより抑制することができる。有機配位子の構造は、例えば、誘導体など基本構造が同じで置換基が異なるものとしてもよいし、基本構造が異なるものとしてもよいが、基本構造が異なることがより好ましい。基本構造が異なると、銅錯体の整列、即ち結晶化が構造的に阻害されやすいため、より非晶質状態を維持しやすくなりより好ましい。例えば、基本構造が同じ有機配位子としては、フェナントロリン系配位子とその誘導体との組合せや、ビピリジルアルキル系配位子とその誘導体との組合せ、ビピリジン系配位子とその誘導体の組合せなどが挙げられる。基本構造が異なる有機配位子としては、フェナントロリン系配位子とビピリジルアルキル系配位子との組合せや、フェナントロリン系配位子とビピリジン系配位子との組合せビピリジルアルキル系配位子とビピリジン系配位子との組合せなどが挙げられる。このような電解質としては、具体的には、ビス(2,9−ジメチル−1,10−フェナントロリン)銅錯体及びビス(4,4’,6,6’−テトラメチル−2,2’−ビピリジン)銅錯体の2種の組合せなどが好ましい。銅錯体の配合比は、例えば、有機配位子が異なる第1銅錯体と第2銅錯体とを少なくとも含むものとしたとき、第1銅錯体のモル数M1と銅錯体全体のモル数Maとの割合M1/Ma×100(mol%)が30mol%以上70mol%以下の範囲であることが好ましく、33mol%以上67mol%以下の範囲であることがより好ましく、40mol%以上60mol%以下の範囲であるものとしてもよい。また、2種の銅錯体のみを含む場合も上記と同様の範囲が好ましい。また、銅錯体は、銅(1価+2価)の全体に対する2価の銅のモル比率X(CuII/(CuI+CuII)が0≦X<0.2の範囲内にあるものとしてもよい。モル比率Xにおいて、2価の銅錯体の存在は、より少ないことが好ましい。 The electrolyte preferably contains two or more kinds of copper complexes having different organic ligand structures. When two or more copper complexes are contained, the copper complex is less likely to crystallize and the amorphous state is easily maintained. Therefore, it is possible to further suppress deterioration of solar cell characteristics that may occur due to crystallization of the copper complex. The structure of the organic ligand may be, for example, a derivative having the same basic structure and different substituents, or different basic structures, but different basic structures are more preferable. When the basic structure is different, alignment of the copper complex, that is, crystallization is likely to be structurally hindered, which makes it easier to maintain an amorphous state, which is more preferable. For example, as an organic ligand having the same basic structure, a combination of a phenanthroline-based ligand and its derivative, a combination of a bipyridylalkyl-based ligand and its derivative, a combination of a bipyridine-based ligand and its derivative, etc. Is mentioned. Organic ligands having different basic structures include phenanthroline-based ligands and bipyridylalkyl-based ligands, phenanthroline-based ligands and bipyridine-based ligands, and bipyridylalkyl-based ligands and bipyridine-based ligands. A combination with a system ligand and the like can be mentioned. Specific examples of such an electrolyte include bis(2,9-dimethyl-1,10-phenanthroline) copper complex and bis(4,4′,6,6′-tetramethyl-2,2′-bipyridine. ) A combination of two kinds of copper complexes and the like are preferable. The compounding ratio of the copper complex is, for example, the number of moles M1 of the first copper complex and the number of moles Ma of the entire copper complex when at least a first copper complex and a second copper complex having different organic ligands are included. The ratio M1/Ma×100 (mol%) is preferably in the range of 30 mol% or more and 70 mol% or less, more preferably in the range of 33 mol% or more and 67 mol% or less, and in the range of 40 mol% or more and 60 mol% or less. It may be present. Also, the range similar to the above is preferable when only two kinds of copper complexes are contained. Further, the copper complex may have a molar ratio X(Cu II /(Cu I +Cu II ) of divalent copper to the entire copper (monovalent+divalent) within the range of 0≦X<0.2. The presence of the divalent copper complex in the molar ratio X is preferably smaller.

この電解質は、沸点が200℃以上であり比誘電率εrが30以上100以下の範囲であり25℃での粘度ηが0.5mPa・s以上10mPa・s以下の範囲である有機溶媒(以下、単に有機溶媒と称する)及びイオン液体の少なくとも一方を含む溶媒を含む。この有機溶媒は、沸点がより高いことが揮発性の観点から好ましく、例えば、220℃以上であることが好ましく、240℃以上であることがより好ましく、260℃以上であるものとしてもよい。有機溶媒の沸点は、例えば、400℃以下であるものとしてもよい。この有機溶媒は、比誘電率εrが35以上であることが好ましく、40以上であることがより好ましく、50以上であるものとしてもよい。また、有機溶媒は、比誘電率εrが90以下であるものとしてもよく、80以下としてもよい。この有機溶媒は、粘度がより低いことが好ましく、25℃の粘度が8mPa・s以下であることが好ましく、6mPa・s以下であることがより好ましく、5mPa・s以下であるものとしてもよい。また、有機溶媒は、25℃の粘度が0.5mPa・s以上であるものとしてもよく、1mPa・s以上としてもよい。 This electrolyte has an organic solvent having a boiling point of 200° C. or higher, a relative dielectric constant εr of 30 or more and 100 or less, and a viscosity η at 25° C. of 0.5 mPa·s or more and 10 mPa·s or less (hereinafter, And a solvent containing at least one of an ionic liquid). From the viewpoint of volatility, the organic solvent preferably has a higher boiling point, for example, 220° C. or higher, preferably 240° C. or higher, and more preferably 260° C. or higher. The boiling point of the organic solvent may be, for example, 400° C. or lower. This organic solvent preferably has a relative permittivity εr of 35 or more, more preferably 40 or more, and may be 50 or more. The organic solvent may have a relative permittivity εr of 90 or less, or 80 or less. The organic solvent preferably has a lower viscosity, has a viscosity at 25° C. of 8 mPa·s or less, more preferably 6 mPa·s or less, and may be 5 mPa·s or less. Further, the organic solvent may have a viscosity at 25° C. of 0.5 mPa·s or more, or 1 mPa·s or more.

有機溶媒は、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート及びブチレンカーボネートを含むカーボネート類、γ−ブチルラクトン及びγ−バレロラクトンを含む環状エステル類、アジポニトリルを含むニトリル類、N−メチルピロリドンを含むピロリドン類、3−メチル−2−オキサゾリドンを含むオキサゾリドン類、及びグルタロニトリルを含むジニトリル類のうち1以上であるものとしてもよい。このうち、オキサゾリドン類やジニトリル類などがより好ましく、3−メチル−2−オキサゾリドンやグルタロニトリルなどが、沸点や粘度、比誘電など観点からより好ましい。 Organic solvents include carbonates containing ethylene carbonate, propylene carbonate and butylene carbonate, cyclic esters containing γ-butyl lactone and γ-valerolactone, nitriles containing adiponitrile, pyrrolidones containing N-methylpyrrolidone, 3-methyl. One or more of oxazolidones including 2-oxazolidone and dinitriles including glutaronitrile may be used. Among these, oxazolidones and dinitriles are more preferable, and 3-methyl-2-oxazolidone and glutaronitrile are more preferable from the viewpoint of boiling point, viscosity, relative dielectric constant and the like.

溶媒には、25℃での粘度ηが300mPa・s以下であるイオン液体(以下、単にイオン液体とも称する)を含むものとしてもよい。このイオン液体は、粘度がより低いことが好ましく、25℃の粘度が250mPa・s以下であることが好ましく、160mPa・s以下であることがより好ましく、100mPa・s以下であることが更に好ましい。また、イオン液体は、25℃の粘度が10mPa・s以上であるものとしてもよく、20mPa・s以上としてもよい。このイオン液体は、比誘電率εrが5以上、30以下であることがより好ましく、8以上、20以下であるものとしてもよい。また、このイオン液体は、融点がより低いことが好ましく、20℃以下であることがより好ましく、15℃以下がより好ましく、10℃以下が更に好ましい。 The solvent may include an ionic liquid having a viscosity η at 25° C. of 300 mPa·s or less (hereinafter, simply referred to as an ionic liquid). The viscosity of this ionic liquid is preferably lower, and the viscosity at 25° C. is preferably 250 mPa·s or less, more preferably 160 mPa·s or less, and further preferably 100 mPa·s or less. Further, the ionic liquid may have a viscosity at 25° C. of 10 mPa·s or more, or 20 mPa·s or more. The ionic liquid preferably has a relative permittivity εr of 5 or more and 30 or less, and may be 8 or more and 20 or less. The ionic liquid preferably has a lower melting point, more preferably 20° C. or lower, more preferably 15° C. or lower, still more preferably 10° C. or lower.

このイオン液体は、イミダゾリウム系カチオンやピリジウム系カチオン、脂環式アミン系カチオン及び脂肪族アミン系カチオン、スルホニウムイオン、ホスホニウムイオンなどうち1以上のカチオンを含むものとしてもよい。イミダゾリウム系カチオンは、イミダゾリウム構造やその誘導体を含む。ピリジウム系カチオンは、ピリジウム構造やその誘導体を含む。脂環式アミン系カチオンは、脂環式アミン構造やその誘導体を含む。脂肪族アミン系カチオンは、脂肪族アミン構造やその誘導体を含む。このイオン液体は、化学式(11)〜(17)のうち1以上のカチオンを含むことが好ましい。但し、化学式中、R、R1〜R4は、同じ基であってもよいし、異なる基であってもよく、炭素数1〜6の鎖状炭化水素基及びHのいずれかである。鎖状炭化水素基は、エーテル結合を含むものとしてもよいし、1以上の置換基を有するものとしてもよい。置換基は、例えば、炭素数3以下のアルキル基、ハロゲンなどを含むものとしてもよい。イミダゾリウム系カチオンとしては、化学式(11)のカチオンが挙げられる。ピリジウム系カチオンとしては、化学式(12)のカチオンが挙げられる。脂環式アミン系カチオンとしては、化学式(13)、(14)のカチオンが挙げられる。脂肪族アミン系カチオンとしては、化学式(15)のカチオンが挙げられる。スルホニウムイオンとしては、化学式(16)のカチオンが挙げられる。、ホスホニウムイオンとしては、化学式(17)のカチオンが挙げられる。また、このイオン液体は、Br-、Cl-、SCN-、HSO4 -、BF4 -、PF6 -、CF3SO3 -、CF3CO2 -、(C253PF3 -、(CF3SO22-及び(FSO22-のうち1以上のアニオンを含むものとしてもよい。このようなイオン液体としては、具体的に化学式(18)〜(38)のうち1以上のイオン液体が挙げられる。このうち、1−エチル−3−メチルイミダゾリウムテトラシアノボレート(EMITCB)などが好ましい。 This ionic liquid may contain one or more cations such as imidazolium cations, pyridinium cations, alicyclic amine cations and aliphatic amine cations, sulfonium ions and phosphonium ions. The imidazolium cation includes an imidazolium structure and its derivative. The pyridinium cation includes a pyridinium structure and its derivative. The alicyclic amine-based cation includes an alicyclic amine structure and its derivative. The aliphatic amine cation includes an aliphatic amine structure and its derivative. This ionic liquid preferably contains one or more cations of chemical formulas (11) to (17). However, in the chemical formula, R and R 1 to R 4 may be the same group or different groups, and are either a chain hydrocarbon group having 1 to 6 carbon atoms or H. The chain hydrocarbon group may have an ether bond or may have one or more substituents. The substituent may include, for example, an alkyl group having 3 or less carbon atoms, halogen, or the like. Examples of the imidazolium cation include the cation represented by the chemical formula (11). Examples of the pyridinium cation include cations represented by the chemical formula (12). Examples of the alicyclic amine cation include cations represented by chemical formulas (13) and (14). Examples of the aliphatic amine cation include cations represented by the chemical formula (15). Examples of the sulfonium ion include the cation represented by the chemical formula (16). Examples of the phosphonium ion include the cation represented by the chemical formula (17). Further, this ionic liquid contains Br , Cl , SCN , HSO 4 , BF 4 , PF 6 , CF 3 SO 3 , CF 3 CO 2 , (C 2 F 5 ) 3 PF 3 −. , (CF 3 SO 2 ) 2 N and (FSO 2 ) 2 N may contain one or more anions. Specific examples of such an ionic liquid include one or more of the ionic liquids represented by the chemical formulas (18) to (38). Of these, 1-ethyl-3-methylimidazolium tetracyanoborate (EMITCB) and the like are preferable.

この電解質は、有機溶媒及び/又はイオン液体を含むことによって、銅錯体の結晶化をより抑制することができる。この溶媒は、高沸点有機溶媒とイオン液体とを含むことがより好ましい。これら2種を含むものとすると、揮発性(沸点)や粘度、比誘電率などをより好適な範囲とすることができる。この溶媒は、有機溶媒のモル数Msに対するイオン液体のモル数Miの割合Mi/Ms×100(mol%)が10mol%以上50mol%以下の範囲であることが好ましい。この範囲では、揮発性や粘度、比誘電率などをより好適なものとすることができる。このモル割合は、15mol%以上が好ましく、20mol%以上がより好ましく、30mol%以上としてもよい。また、このモル割合は45mol%以下が好ましく、40mol%以下がより好ましく、35mol%以下としてもよい。 By including an organic solvent and/or an ionic liquid, this electrolyte can further suppress the crystallization of the copper complex. More preferably, this solvent contains a high boiling point organic solvent and an ionic liquid. When these two types are included, the volatility (boiling point), the viscosity, the relative dielectric constant, and the like can be set in more preferable ranges. This solvent preferably has a ratio Mi/Ms×100 (mol %) of the number of moles Mi of the ionic liquid to the number of moles Ms of the organic solvent in the range of 10 mol% to 50 mol %. Within this range, the volatility, viscosity, relative dielectric constant, etc. can be made more suitable. This mol ratio is preferably 15 mol% or more, more preferably 20 mol% or more, and may be 30 mol% or more. Further, this molar ratio is preferably 45 mol% or less, more preferably 40 mol% or less, and may be 35 mol% or less.

また、この電解質は、添加剤を更に含むことが好ましい。添加剤としては、例えば、窒素を1以上含み2環以上を有する複素環式化合物や窒素を2以上有する単環の複素環式化合物のうち1以上の環式化合物などが挙げられる。環式化合物としては、イミダゾール構造、ピリジン構造、ピリミジン構造、オキサゾール構造及びチアゾール構造のうち1以上を有するものとしてもよい。この環式化合物は、塩基性を有することが好ましく、イミダゾール構造が好ましい。また、環式化合物は、その構造中に置換基、ヘテロ原子を有してもよいし、水素基、水素基を置換したアルキル基などを有してもよい。アルキル基としては、炭素数1以上6以下の範囲が好ましい。具体的には、環式化合物は、化学式(39)〜(46)のうちいずれか1以上であるものとしてもよい。この式において、Rは水素(H)及び炭素数1〜6のアルキル基であるものとしてもよい。アルキル基は、直鎖状でもよいし、分岐鎖を有していてもよい。化学式(39)〜(43)は、窒素を1以上含み2環以上を有する複素環式化合物である。化学式(39)は、ベンズイミダゾール及びその誘導体であり、例えば、N−メチルベンズイミダゾールやN−ブチルベンゾイミダゾールなどが挙げられる。化学式(40)は、ピリミジン塩基であり、例えば、1,3,4,6,7,8−ヘキサヒドロ−2H−ピリミド[1,2−a]ピリミジンや、1,3,4,6,7,8−ヘキサヒドロ−1−メチル−2H−ピリミド[1,2a]ピリミジンなどが挙げられる。化学式(41)は、キノリンであり、その誘導体であってもよい。化学式(42)は、ベンゾオキサゾールであり、その誘導体であってもよい。化学式(43)は、ベンゾチアゾールであり、その誘導体であってもよい。化学式(44)〜(46)は、窒素を2以上有する単環の複素環式化合物である。化学式(44)は、イミダゾール及びその誘導体である。化学式(45)は、ピラゾール及びその誘導体である。化学式(46)は、イミダゾリン及びその誘導体である。この環式化合物は、銅錯体のモル数に対する環式化合物のモル数の比率であるモル比率Xが0.4≦X≦4の範囲内で電解液に含まれることが好ましい。この範囲では、環式化合物の添加効果を十分発揮することができ、好ましい。このモル比率Xは、0.8以上であるものとしてもよいし、1.0以上であるものとしてもよい。あるいは、このモル比率Yは、3.0以下であるものとしてもよいし、2.0以下であるものとしてもよい。また、添加剤としては、例えば、TiO2などの光電極材料の伝導帯下端(CBM)を下げて色素からTiO2への電子注入効率を向上させ短絡電流密度Jscを増加させるものとして、LiTFSI、LiIなどが挙げられる。これらは、単独で、あるいは複数を混合して用いることができる。 Further, this electrolyte preferably further contains an additive. Examples of the additive include a heterocyclic compound having one or more nitrogen atoms and two or more rings, and one or more cyclic compounds among monocyclic heterocyclic compounds having two or more nitrogen atoms. The cyclic compound may have one or more of an imidazole structure, a pyridine structure, a pyrimidine structure, an oxazole structure and a thiazole structure. This cyclic compound preferably has basicity, and preferably has an imidazole structure. In addition, the cyclic compound may have a substituent, a hetero atom, a hydrogen group, an alkyl group substituted with a hydrogen group, or the like in its structure. The alkyl group preferably has 1 to 6 carbon atoms. Specifically, the cyclic compound may be any one of the chemical formulas (39) to (46). In this formula, R may be hydrogen (H) and an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms. The alkyl group may be linear or may have a branched chain. Chemical formulas (39) to (43) are heterocyclic compounds containing one or more nitrogens and two or more rings. The chemical formula (39) is benzimidazole and its derivatives, and examples thereof include N-methylbenzimidazole and N-butylbenzimidazole. The chemical formula (40) is a pyrimidine base, for example, 1,3,4,6,7,8-hexahydro-2H-pyrimido[1,2-a]pyrimidine or 1,3,4,6,7, 8-hexahydro-1-methyl-2H-pyrimido[1,2a]pyrimidine and the like can be mentioned. The chemical formula (41) is quinoline, and may be a derivative thereof. The chemical formula (42) is benzoxazole and may be a derivative thereof. The chemical formula (43) is benzothiazole and may be a derivative thereof. Chemical formulas (44) to (46) are monocyclic heterocyclic compounds having two or more nitrogen atoms. Formula (44) is imidazole and its derivatives. Chemical formula (45) is pyrazole and its derivatives. Formula (46) is imidazoline and its derivatives. This cyclic compound is preferably contained in the electrolytic solution in a molar ratio X, which is the ratio of the number of moles of the cyclic compound to the number of moles of the copper complex, in the range of 0.4≦X≦4. Within this range, the effect of adding the cyclic compound can be sufficiently exhibited, which is preferable. The molar ratio X may be 0.8 or more, or 1.0 or more. Alternatively, the molar ratio Y may be 3.0 or less, or 2.0 or less. As the additive, for example, as to increase the electron injection efficiency to improve the short-circuit current density Jsc of lowering the conduction band of the photoelectrode material (CBM) from the dye to the TiO 2, such as TiO 2, LiTFSI, LiI etc. are mentioned. These may be used alone or in combination of two or more.

(太陽電池)
本開示の太陽電池は、光吸収層を有する光電極と、光電極に向かい合うように配置された対極と、光電極と対極との間に介在する上述したいずれかの電解質と、を備えたものである。この光電極は、光吸収層で被覆されたn型半導体層(電子輸送層)を光透過導電性基板上に備えているものとしてもよい。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、太陽電池モジュール10は、光透過導電性基板14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。太陽電池40は、光吸収層とn型半導体層とを含む電子輸送層24を下地層22を介して光透過導電性基板14上に備えた光電極20と、光電極20に向かい合うように配置された対極30と、光電極20と対極30との間に介在する電解質層26と、セパレータ29とを備えている。光電極20は、光が透過する光透過基板11の表面に光が透過する光透過導電膜12が形成されている光透過導電性基板14と、光透過導電膜12に形成された電子輸送層24と、を備えている。電子輸送層24は、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に配設され受光に伴い電子を放出する層である。この太陽電池40は、電子輸送層24には、光を吸収する光吸収材が配設されている。
(Solar cell)
The solar cell of the present disclosure includes a photoelectrode having a light absorption layer, a counter electrode arranged to face the photoelectrode, and any one of the above-mentioned electrolytes interposed between the photoelectrode and the counter electrode. Is. The photoelectrode may include an n-type semiconductor layer (electron transport layer) covered with a light absorption layer on a light transmissive conductive substrate. FIG. 1 is a cross-sectional view showing an example of a schematic configuration of the solar cell module 10. As shown in FIG. 1, the solar cell module 10 has a configuration in which a plurality of solar cells 40 (hereinafter also referred to as cells) are sequentially arranged on a light-transmissive conductive substrate 14. These cells are connected in series. In this solar cell module 10, the sealing material 32 is formed so as to fill the spaces between the cells, and the flat protective member 34 is formed on the surface of the sealing material 32 on the side opposite to the light transmissive conductive substrate 14. Has been done. The solar cell 40 includes a photoelectrode 20 provided with an electron transport layer 24 including a light absorption layer and an n-type semiconductor layer on the light transmissive conductive substrate 14 via the underlayer 22, and is arranged so as to face the photoelectrode 20. The counter electrode 30, the electrolyte layer 26 interposed between the photoelectrode 20 and the counter electrode 30, and the separator 29 are provided. The photoelectrode 20 includes a light-transmitting conductive substrate 14 in which a light-transmitting conductive film 12 through which light is transmitted is formed on the surface of a light-transmitting substrate 11 through which light is transmitted, and an electron transport layer formed on the light-transmitting conductive film 12. 24 is provided. The electron transport layer 24 is a layer that is disposed on the light-transmitting conductive film 12 that is separately formed on the surface of the light-transmitting substrate 11 opposite to the light-receiving surface 13, and emits electrons as light is received. In the solar cell 40, the electron transport layer 24 is provided with a light absorbing material that absorbs light.

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)コートガラス等が挙げられる。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-transmissive conductive substrate 14 is composed of the light-transmissive substrate 11 and the light-transmissive conductive film 12, and is light-transmissive and conductive. Specific examples thereof include fluorine-doped SnO 2 coated glass, ITO coated glass, ZnO:Al coated glass, antimony-doped tin oxide (SnO 2 —Sb) coated glass, and the like. Further, a light-transmitting 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 the electric power generated by the solar cell 40 is used via the current collecting electrodes 16 and 17. can do.

光透過基板11としては、例えば、透明ガラス、透明プラスチック板、透明プラスチック膜、無機物透明結晶体などが挙げられ、このうち、透明ガラスが好ましい。この光透過基板11は、透明なガラス基板、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光を透過するものなどとしてもよい。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 transmitting substrate 11 include transparent glass, transparent plastic plates, transparent plastic films, and inorganic transparent crystal bodies, and among these, transparent glass is preferable. The light transmitting substrate 11 may be a transparent glass substrate, a substrate on which the surface of the glass substrate is appropriately roughened to prevent light reflection, or a frosted glass-like semitransparent glass substrate which transmits light. The light-transmitting conductive film 12 can be formed, for example, by depositing tin oxide on the light-transmitting substrate 11. In particular, if a metal oxide such as tin oxide (FTO) doped with fluorine is used, the suitable light-transmitting conductive film 12 can be formed. Grooves 18 are formed in the light-transmissive conductive film 12 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 groove 18.

下地層22は、光透過導電性基板14から電解質層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 a leak current (reverse electron transfer) from the light-transmissive conductive substrate 14 to the electrolyte layer 26. For example, a material having a light-transmitting property and a conductivity is preferable, and for example, an oxide is used. Examples thereof include n-type semiconductors such as titanium, zinc oxide, and tin oxide, of which titanium oxide is more preferable. This is because titanium oxide suppresses/prevents leakage current and makes it easy for electrons to flow from the electron transport layer 24 to the light transmissive conductive substrate 14. The base layer 22 is preferably made of a denser material than the electron transport layer 24. Even if the underlying layer 22 is not formed, the underlying layer 22 may be omitted because the solar cell 40 sufficiently functions.

電子輸送層24は、光吸収材と、光吸収材を含む多孔質のn型半導体層とにより形成されている。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のn型半導体層として好適である。また、酸化チタンとしては、伝導帯の下端のエネルギー準位がより高く、開放電圧がより高いことから、ルチル型TiO2よりもアナターゼ型TiO2が好ましい。 The electron transport layer 24 is formed of a light absorbing material and a porous n-type semiconductor layer containing the light absorbing material. Suitable n-type semiconductors are metal oxide semiconductors and metal sulfide semiconductors, such as titanium oxide (TiO 2 ), tin oxide (SnO 2 ), zinc oxide (ZnO), cadmium sulfide (CdS), and sulfide. At least one of zinc (ZnS) is preferable, and porous titanium oxide is more preferable. An excellent porous n-type semiconductor layer can be formed by thinning these semiconductor materials into a microcrystalline or polycrystalline state to form a thin film. In particular, the porous titanium oxide layer is suitable as the n-type semiconductor layer of the photoelectrode 20. As titanium oxide, anatase-type TiO 2 is preferable to rutile-type TiO 2 because it has a higher energy level at the lower end of the conduction band and a higher open-circuit voltage.

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、また、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(A))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 light absorbing layer may include one or more light absorbing materials selected from organic dyes, metal complexes, and organic metal halide compounds. The light absorbing material may be an organic dye. Examples of organic dyes include BODIPY dyes (BODIPY-FL, etc.), indoline dyes (D131, D149, D205, D358, etc.), carbazole dyes (MK2, etc.), coumarin dyes (C343, NKX-2587, NKX-). 2677 and the like) and squarylium dyes (SQ2 and the like) and the like. The organic dye may have an aromatic amine as a donor and a cyanocarboxylic acid anchor group through a π-conjugated molecule. Examples of such a dye include, for example, 3-[6-[4-[bis(2',4'-dibutyloxybiphenyl-4yl)amino-]phenyl]-4,4-dihexyl-cyclopenta-[2,1 Examples include -b;3,4-b']dithiophene-2-yl]-2-cyanoacylic acid dye (chemical formula (A)), 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 and Ru. Among these, Ru complexes (Ruthenizer470 (Ru470), N719, Z907, etc.), metalloporphyrin dyes (PtTPTBP, PdTPTBP, DTBC, etc.), metal phthalocyanine dyes (CuPc, ZnPc, etc.) and metal naphthalocyanine dyes (CuNc, ZnNc). Etc.) and the like. These light absorbing materials may be used alone or in combination. Among these, Ru complex compounds (Z907, N719), Zn porphyrin compounds (DTBC), carbazole dyes (MK2), and indoline double rhodanin compounds (D149 and D358) are preferable as the dyes. Examples of the organic metal halide compound used 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 formulas. Although not shown in the following chemical formula, PdTPTBP is Pt of PtTPTBP changed to Pd, ZnPc is Cu of CuPc changed to Zn, and ZnNc is changed of Cu of CuNc to Zn.

電解質層26は、光電極20に隣接して形成されている。この電解質層26は、上述した電解質のいずれかが含まれている。電解質層26が固体を含むときに、この太陽電池モジュール10の構造を採用することができる。 The electrolyte layer 26 is formed adjacent to the photoelectrode 20. This electrolyte layer 26 contains any of the above-mentioned electrolytes. The structure of the solar cell module 10 can be adopted when the electrolyte layer 26 contains a solid.

セパレータ29は、下地層22、電子輸送層24が積層された光電極20及び電解質層26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、良好な透明性を有するため、セパレータに好ましい。このセパレータ29は、良好な透明性を確保する観点から、平均粒径が5〜200nmであることが好ましい。また、セパレータは、空気や空気層としてもよい。 The separator 29 is formed in an I-shaped cross section so as to be adjacent to one side surface of the photoelectrode 20 and the electrolyte layer 26 on which the underlayer 22, the electron transport layer 24 are laminated. One end of the separator 29 is in contact with the groove 18 on the light transmissive conductive substrate 14. As a result, direct contact between the photoelectrode 20 and the counter electrode 30 is avoided. The separator 29 is made of an insulating material and may be made of, for example, glass beads, silicon dioxide (silica), rutile type titanium oxide, or the like. The separator 29 is preferably an insulator obtained by sintering silica particles. Silica particles are preferable for the separator because they have a low refractive index, a small light scattering, and good transparency. From the viewpoint of ensuring good transparency, the separator 29 preferably has an average particle size of 5 to 200 nm. Further, the separator may be air or an air layer.

対極30は、セパレータ29の外面と電解質層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、一端が電解質層26の裏面27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、導電性及び電解質層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。 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 electrolyte layer 26. The counter electrode 30 has one end connected to the back surface 27 of the electrolyte layer 26 and the other end connected to the adjacent light-transmissive conductive film 12 via the connection portion 21. The surface of the counter electrode 30 in contact with the back surface 27 faces the photoelectrode 20 with a predetermined space. The counter electrode 30 is not particularly limited as long as it has conductivity and a bondability with the electrolyte layer 26, and examples thereof include Pt, Au, and carbon, and among these, carbon is preferable.

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。 The protection member 34 is a member for protecting the solar cell 40, and may be, for example, a moisture-proof film or protective glass.

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。発生した電子は光電極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、電解質層26に、有機配位子を有し銅が複数の価数を有する銅錯体を含み、沸点が200℃以上であり比誘電率εrが30以上100以下の範囲であり25℃での粘度ηが0.5mPa・s以上10mPa・s以下の範囲である有機溶媒及び25℃での粘度ηが300mPa・s以下であるイオン液体のうち少なくとも1以上を含む溶媒を含む。 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-transporting layer 24 via the light-receiving surface 15 of the light-transmitting conductive film 12 and the light-receiving surface 23 of the underlayer 22. After reaching, the light absorbing material absorbs light and electrons are generated. The generated electrons move from the photoelectrode 20 to the adjacent counter electrode 30 via the light transmissive conductive film 12 and the connection portion 21. In the solar cell 40, electromotive force is generated by the movement of the electrons, and the power generation action of the cell is obtained. In this solar cell module 10, the electrolyte layer 26 contains a copper complex having an organic ligand and a plurality of valences of copper, and has a boiling point of 200° C. or higher and a relative dielectric constant εr of 30 or more and 100 or less. A solvent containing at least one of an organic solvent having a viscosity η at 25° C. of 0.5 mPa·s or more and 10 mPa·s or less and an ionic liquid having a viscosity η at 25° C. of 300 mPa·s or less. Including.

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、電解質層形成工程、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型半導体層に形成させ、電子輸送層24を形成する。n型半導体層として、多孔質の酸化チタンを用いるものとしてもよい。 The solar cell module 10 can be manufactured through a substrate manufacturing step, an electron transport layer forming step, an electrolyte layer forming step, a separator forming step, a counter electrode forming step, and a protective member forming step as a manufacturing method. In the substrate manufacturing process, the light transmitting conductive film 12 is formed on the light transmitting substrate 11 while forming the groove 18 between the plurality of light transmitting conductive films 12. In the electron transport layer forming step, an n-type semiconductor layer is formed on the light transmissive conductive film 12 with the underlayer 22 interposed therebetween, a light absorber is formed on the n-type semiconductor layer, and the electron transport layer 24 is formed. Porous titanium oxide may be used as the n-type semiconductor layer.

次に、電解質層形成工程では、電子輸送層24の裏面25へ上述した電解質を供給し、電解質層26を形成する。この工程では、有機配位子を有し銅が複数の価数を有する銅錯体を含み、沸点が200℃以上であり比誘電率εrが30以上100以下の範囲であり25℃での粘度ηが0.5mPa・s以上10mPa・s以下の範囲である有機溶媒及び25℃での粘度ηが300mPa・s以下であるイオン液体のうち少なくとも1以上を含む溶媒を含む電解質を塗布又は吐出し、光電極上に電解質を形成する。銅錯体や高沸点の有機溶媒、イオン液体の種別やその含有量、配合比などは、上記電解質で説明したもののいずれかを適宜用いることができる。この電解質層形成工程では、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート及びブチレンカーボネートを含むカーボネート類を除いた有機溶媒を含む溶媒を含む電解質を大気中で前記光電極上に形成するものとしてもよい。この有機溶媒を用いたときは、例えば、大気中に存在する水による変質を抑制することができ、大気中で電解質層を作製することができる。一方、この電解質層形成工程では、カーボネート類の有機溶媒を含む溶媒を含む電解質を不活性雰囲気中で光電極上に形成するものとしてもよい。カーボネート類を用いるときでも、水の影響を与えないように不活性雰囲気で作製すればよい。また、この工程では、上記の有機溶媒とイオン液体以外に、沸点が200℃未満である低沸点の有機溶媒を含むものとし、この低沸点の有機溶媒を乾燥除去するものとしてもよい。このようにすれば、電解質溶液の粘度などを調節しやすく、光電極上に電解質層に形成しやすい。低沸点の有機溶媒としては、例えば、アセトニトリルやアセトン、アルコールなどが挙げられる。 Next, in the electrolyte layer forming step, the electrolyte described above is supplied to the back surface 25 of the electron transport layer 24 to form the electrolyte layer 26. In this step, a copper complex containing an organic ligand and having a plurality of valences is contained, the boiling point is 200° C. or higher, the relative dielectric constant εr is in the range of 30 to 100, and the viscosity η at 25° C. Is applied in the range of 0.5 mPa·s or more and 10 mPa·s or less and an electrolyte containing a solvent containing at least one of an ionic liquid having a viscosity η at 25° C. of 300 mPa·s or less, An electrolyte is formed on the photoelectrode. As the copper complex, the organic solvent having a high boiling point, the type of the ionic liquid, the content thereof, and the compounding ratio, any of those described in the above electrolyte can be appropriately used. In this electrolyte layer forming step, an electrolyte containing a solvent containing an organic solvent excluding carbonates including ethylene carbonate, propylene carbonate and butylene carbonate may be formed on the photoelectrode in the atmosphere. When this organic solvent is used, for example, alteration due to water present in the atmosphere can be suppressed, and an electrolyte layer can be produced in the atmosphere. On the other hand, in this electrolyte layer forming step, an electrolyte containing a solvent containing an organic solvent such as a carbonate may be formed on the photoelectrode in an inert atmosphere. Even when a carbonate is used, it may be produced in an inert atmosphere so as not to be affected by water. Further, in this step, in addition to the above organic solvent and ionic liquid, a low boiling organic solvent having a boiling point of less than 200° C. may be included, and the low boiling organic solvent may be dried and removed. With this, the viscosity of the electrolyte solution can be easily adjusted, and the electrolyte layer can be easily formed on the photoelectrode. Examples of the low boiling point organic solvent include acetonitrile, acetone, and alcohol.

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と電解質層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, the separator 29 is formed on the side surface of the photoelectrode 20 so as to be aligned with the groove 18. In the counter electrode forming step, the counter electrode 30 is formed so as to be in contact with the separator 29 and the electrolyte 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 having improved power generation characteristics can be manufactured.

以上説明した本開示の太陽電池では、有機配位子を有し銅が複数の価数を有する銅錯体を含み、沸点が200℃以上であり比誘電率εrが30以上100以下の範囲であり25℃での粘度ηが0.5mPa・s以上10mPa・s以下の範囲である有機溶媒及び25℃での粘度ηが300mPa・s以下であるイオン液体のうち少なくとも1以上を含む溶媒を含む電解質を備える。このため、本開示では、銅錯体を含む太陽電池の特性をより高めることができる。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、銅錯体を固体電解質とする太陽電池では、溶媒を除去して電解質の充填を行うことがあるが、高い発電特性を得るには銅錯体が溶媒和により分子運動ができる状態(非晶質状態)であることが望ましいことがわかった。また、電解質の充填時に溶媒を除去するが、溶媒が残存することによって、初期では比較的高い太陽電池特性を示す一方、時間の経過に伴い溶媒が減少することによって、銅錯体の結晶化が進み出力が大きく低下すると推察される。これに対し、本開示では、沸点が200℃以上などの特性を有する有機溶媒の添加及び/又は揮発しにくいイオン液体の添加によって、初期特性における高出力密度を確保することができ、また、暗所60℃での高温放置などにおける高温耐久性をより高めることができるなど、太陽電池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 of the present disclosure described above includes a copper complex having an organic ligand and a plurality of valences of copper, having a boiling point of 200° C. or higher and a relative dielectric constant εr of 30 or more and 100 or less. An electrolyte containing an organic solvent having a viscosity η at 25° C. of 0.5 mPa·s or more and 10 mPa·s or less and a solvent containing at least one of an ionic liquid having a viscosity η at 25° C. of 300 mPa·s or less Equipped with. Therefore, in the present disclosure, the characteristics of the solar cell including the copper complex can be further improved. The reason why such an effect is obtained is presumed as follows. For example, in a solar cell using a copper complex as a solid electrolyte, the solvent may be removed and the electrolyte may be filled. However, in order to obtain high power generation characteristics, the copper complex is allowed to undergo molecular motion by solvation (amorphous). It was found that it is desirable to be in the (state). Further, although the solvent is removed at the time of filling the electrolyte, the remaining solvent shows relatively high solar cell characteristics at the initial stage, while the solvent decreases with the elapse of time, whereby the crystallization of the copper complex proceeds. It is estimated that the output will drop significantly. On the other hand, in the present disclosure, by adding an organic solvent having a characteristic such as a boiling point of 200° C. or higher and/or adding an ionic liquid that is hard to volatilize, a high power density in the initial characteristic can be secured, and the dark It is presumed that the solar cell characteristics can be further improved by, for example, further improving the high temperature durability when left at a high temperature of 60° C.

なお、本開示は上述した実施形態に何ら限定されることはなく、本開示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 is needless to say that the present disclosure is not limited to the above-described embodiments, and can be implemented in various modes as long as they are within the technical scope of the present disclosure.

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、図2に示す、太陽電池40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。図2では、図1で説明した構成と同様の構成については同じ符号を付してその説明を省略する。図2に示すように、太陽電池40を単体とする場合は、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を省略するものとしてもよい。また、対極30は、例えば光透過導電性基板14と同じ構成を有するものを用いるものとしてもよいし、光透過導電膜12に白金を付着させたものや、白金などの金属薄膜などとしてもよい。 For example, although the solar cell module 10 is used in the above-described embodiment, the solar cell module 10 is not particularly limited to this, and the solar cell 40 shown in FIG. 2 may be used. FIG. 2 is a cross-sectional view showing an example of a schematic configuration of the solar cell 40. In FIG. 2, the same components as those described with reference to FIG. 1 are designated by the same reference numerals and the description thereof will be omitted. As shown in FIG. 2, when the solar cell 40 is a single unit, the cross section of the counter electrode 30 may be formed in a flat plate shape instead of the L shape. Further, the separator 29 may be omitted. The counter electrode 30 may be, for example, one having the same configuration as the light transmissive conductive substrate 14, or one having platinum attached to the light transmissive conductive film 12 or a metal thin film of platinum or the like. ..

以下には、本開示の電解質及び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1,2が参考例に相当し、実験例3〜13が実施例に相当し、実験例14が比較例に相当する。 Below, the example which produced the electrolyte of this indication and the solar cell concretely is demonstrated as an experiment example. In the following Examples, Experimental Examples 1 and 2 correspond to Reference Examples, Experimental Examples 3 to 13 correspond to Examples, and Experimental Example 14 corresponds to a Comparative Example.

[電解質の検討]
従来の作製方法で評価セルを作製した。透明導電膜(SnO2)電極上に、原子層堆積法で緻密TiO2(10nm)を形成したあと、酸化チタン粒子(粒子径:数10nm〜400nm)を印刷後、500℃で焼結し、チタン化合物中への浸漬、500℃での加熱によりTiO2光電極を作製した。この光電極にルチル型TiO2層のセパレータを印刷したのち、その上に炭素電極を積層した3層構造電極を作製した。赤色系有機色素を吸着後、上記、電解質を充填後、溶媒を除去し、3層構造型の色素増感太陽電池を作製した。ここでは、光電極/透明導電膜(FTO)ガラスと、対極/ガラス基板とをシール剤によりはさみ、ガラス基板に設けた電解質の注液用の小孔から、減圧下で電解質の溶液を導入したあと、減圧乾燥を行い、溶媒を除去することにより電解質層を光電極に形成した(充填法)。用いた材料は、色素は、化学式(A)の化合物とした。銅錯体としてCu(dmp)2TFSI(1価:化学式(1))及びCu(dmp)2TFSI2(2価)とを用いた。これを密閉セルとしての実験例1とした。この価数の違う銅錯体の成分比は、2価の濃度を0.05Mとし、1価と2価との全体の濃度を0.25Mとした。また、銅錯体としてCu(tmby)2TFSI(化学式(3))も同様に用いた。また、添加剤として0.1MのLiTFSIと、0.5MのN−ブチルベンズイミダゾール(NBBI)とを溶媒としてのアセトニトリル(ACN)に添加した。これに上記銅錯体を加え、電解質の溶液とし、光電極上に形成した。
[Study of electrolyte]
An evaluation cell was manufactured by a conventional manufacturing method. After forming dense TiO 2 (10 nm) on the transparent conductive film (SnO 2 ) electrode by the atomic layer deposition method, titanium oxide particles (particle diameter: several 10 nm to 400 nm) are printed and then sintered at 500° C., A TiO 2 photoelectrode was prepared by immersion in a titanium compound and heating at 500°C. A rutile type TiO 2 layer separator was printed on the photoelectrode, and then a carbon electrode was laminated thereon to prepare a three-layer structure electrode. After adsorbing the red organic dye, filling the above-mentioned electrolyte and removing the solvent, a dye-sensitized solar cell having a three-layer structure was produced. Here, a photoelectrode/transparent conductive film (FTO) glass and a counter electrode/glass substrate were sandwiched by a sealant, and an electrolyte solution was introduced under reduced pressure from a small hole for electrolyte injection provided on the glass substrate. Then, reduced pressure drying was performed to remove the solvent to form an electrolyte layer on the photoelectrode (filling method). The material used was a compound of the chemical formula (A) as the dye. Cu(dmp) 2 TFSI (monovalent: chemical formula (1)) and Cu(dmp) 2 TFSI 2 (divalent) were used as the copper complex. This was used as Experimental Example 1 as a closed cell. Regarding the component ratio of the copper complexes having different valences, the divalent concentration was 0.05M, and the total concentration of monovalent and divalent was 0.25M. In addition, Cu(tmby) 2 TFSI (chemical formula (3)) was similarly used as the copper complex. In addition, 0.1 M LiTFSI as an additive and 0.5 M N-butylbenzimidazole (NBBI) were added to acetonitrile (ACN) as a solvent. The above copper complex was added thereto to form an electrolyte solution, which was formed on the photoelectrode.

ここで、密閉しないオープンセルにより電解質の検討を行った。オープンセルは、後述する滴下法で作製し、シール材を用いずに開放した評価セルである。このオープンセルは、密閉セルである実験例1と同様の組成の原料(色素、添加剤など)を用いて作製した。銅錯体としてCu(dmp)2TFSIを用いたものをオープンセルの参考例1とし、銅錯体としてCu(tmby)2TFSIを用いたものをオープンセルの参考例2とした。図3は、参考例1、2のオープンセルの電解液注液後の測定時間(S)に対するJsc(mA/m2)の測定結果である。図3に示すように、オープンセルでは、初期には高いJscを示したが、時間の経過と共に低下した。これは、おそらく、初期には電解質層に溶媒が残存しているが、時間の経過と共に溶媒が揮発してオープンセルからなくなり、時間経過と共に銅錯体が結晶化してJscが低下したものと推察された。この結果から、電解質には、溶媒が存在することが望ましいと推察された。 Here, the electrolyte was examined using an open cell that was not hermetically sealed. The open cell is an evaluation cell which is manufactured by a dropping method described later and is opened without using a sealing material. This open cell was produced using the raw materials (dye, additive, etc.) having the same composition as in Experimental Example 1 which is a closed cell. One using Cu(dmp) 2 TFSI as a copper complex was referred to as an open cell reference example 1, and one using Cu(tmby) 2 TFSI as a copper complex was referred to as an open cell reference example 2. FIG. 3 shows the measurement results of Jsc (mA/m 2 ) with respect to the measurement time (S) after the injection of the electrolytic solution of the open cells of Reference Examples 1 and 2 . As shown in FIG. 3, in the open cell, high Jsc was initially shown, but decreased with the passage of time. This is probably because the solvent remained in the electrolyte layer in the initial stage, but the solvent volatilized with the passage of time and disappeared from the open cell, and the copper complex was crystallized with the passage of time and the Jsc decreased. It was From this result, it was inferred that the presence of a solvent was desirable in the electrolyte.

次に、上記作製した密閉セルである実験例1の評価セルの電解質の組成を評価した。表1は、実験例1−1として評価セル作成時の組成(仕込み組成)、実験例1−2として、試験後のセル内部の成分を分析した結果をまとめた。また、図4Aに実験例1−1,1−2の組成を示した。表1及び図4Aでは、1価の銅錯体のモル比を0.25に規格化した他の成分のモル比を示した。また、実験例1−2のモル比は、NMR測定値から求めた。表1及び図4Aに示すように、溶媒であるアセトニトリルは、仕込み組成では、モル比が19であったが、発電後はモル比が3.4に減少していた。 Next, the composition of the electrolyte of the evaluation cell of Experimental Example 1 which was the above-described closed cell was evaluated. Table 1 summarizes the results of analysis of the composition (prepared composition) when the evaluation cell was prepared as Experimental Example 1-1, and the components inside the cell after the test as Experimental Example 1-2. Further, FIG. 4A shows the compositions of Experimental Examples 1-1 and 1-2. In Table 1 and FIG. 4A, the molar ratios of the other components are shown, where the molar ratio of the monovalent copper complex was normalized to 0.25. Moreover, the molar ratio of Experimental Example 1-2 was determined from the NMR measurement value. As shown in Table 1 and FIG. 4A, acetonitrile as a solvent had a molar ratio of 19 in the charged composition, but the molar ratio decreased to 3.4 after power generation.

次に、評価セルの作製方法と溶媒とを変更して検討した。ここでは、上述した充填法ではなく、大気中にて少量の電解質溶液を光電極上に滴下する滴下法を行い電解質を光電極上に形成した。光電極は、1cm×0.75cmのサイズであり、3μLの電解質溶液を滴下した。その後、ハイミランの枠シールで対極を重ね合わせたのち、セルの外周をエポキシ硬化樹脂によって密封する手法で評価セルを作製した。この滴下法で作製した評価セルにおいて、実験例1の電解質溶液を用いると、ほぼ発電しなかった。これは、仕込み組成の溶媒量が少ないうえ、作製中に溶媒が早く揮発し発電時に溶媒が存在しなくなっているためであると推察された。そこで、溶媒は、プロピレンカーボネート(PC)と、バレロニトリル(VALN)と、アセトニトリル(ACN)とを体積比で32:14:54で混合した混合溶媒とした。そして、電解質溶液を0.5MのCu(dmp)2TFSIと、1MのNBBI、0.4MのLiTFSIを溶媒に加えることにより調製した。表2は、滴下法で作製した評価セルの作成時の組成(仕込み組成)を実験例2−1とし、作製後の評価セル内部の成分を分析した結果を実験例2−1、2−2としてまとめた。実験例2−1は電解質溶液マイクロピペットで滴下して作製した評価セルであり、実験例2−2は電解質溶液を霧状に塗出して作製した評価セルである。表2では、1価の銅錯体のモル比を0.50に規格化した他の成分のモル比を示した。実験例2のモル比は、NMR測定値から求めた。図4は、実験例1,2の評価セルの電解質組成の測定結果であり、図4Aが実験例1−1,1−2の組成、図4Bが実験例2−1,2−2,2−3の組成である。図4や表2に示すように、実験例2の濃度が電解質の体積も含めて約1/2になっていると仮定すると、実験例1のCu錯体のモル数は実験例2の約6.8倍であり、実験例1は、実験例2の約16倍に見積もられる。即ち、滴下法で作製した実験例2では、実験例1に比してかなり少量の電解質および溶媒量であるものと見積もられた。 Next, the method for producing the evaluation cell and the solvent were changed and examined. Here, instead of the above-described filling method, a dropping method of dropping a small amount of an electrolyte solution onto the photoelectrode in the atmosphere was performed to form the electrolyte on the photoelectrode. The photoelectrode had a size of 1 cm×0.75 cm, and 3 μL of the electrolyte solution was dropped. After that, a counter electrode was superposed with a frame seal of Himilan, and then an evaluation cell was produced by a method of sealing the outer periphery of the cell with an epoxy curing resin. In the evaluation cell manufactured by this dropping method, when the electrolyte solution of Experimental Example 1 was used, almost no power was generated. It was speculated that this is because the amount of the solvent in the charged composition was small and the solvent volatilized quickly during the production, and the solvent did not exist during power generation. Therefore, the solvent was a mixed solvent in which propylene carbonate (PC), valeronitrile (VALN), and acetonitrile (ACN) were mixed at a volume ratio of 32:14:54. Then, an electrolyte solution was prepared by adding 0.5 M Cu(dmp) 2 TFSI, 1 M NBBI, and 0.4 M LiTFSI to the solvent. In Table 2, the composition (preparation composition) at the time of preparation of the evaluation cell prepared by the dropping method is defined as Experimental Example 2-1, and the results of analyzing the components inside the evaluation cell after preparation are Experimental Examples 2-1 and 2-2. Summarized as. Experimental Example 2-1 is an evaluation cell prepared by dropping with an electrolyte solution micropipette, and Experimental Example 2-2 is an evaluation cell prepared by applying an electrolyte solution in a mist form. Table 2 shows the molar ratios of the other components in which the molar ratio of the monovalent copper complex was standardized to 0.50. The molar ratio of Experimental Example 2 was determined from the NMR measurement value. FIG. 4 shows the measurement results of the electrolyte composition of the evaluation cells of Experimental Examples 1 and 2, FIG. 4A being the composition of Experimental Examples 1-1 and 1-2, and FIG. 4B being Experimental Examples 2-1-2-2. -3 composition. As shown in FIG. 4 and Table 2, assuming that the concentration in Experimental Example 2 is about ½ including the volume of the electrolyte, the number of moles of the Cu complex in Experimental Example 1 is about 6 in Experimental Example 2. It is estimated to be about 16 times that of Experimental Example 2. That is, it was estimated that the experimental example 2 produced by the dropping method had a considerably smaller amount of electrolyte and solvent than the experimental example 1.

次に、実験例2−1のバレロニトリルをジメチルホルムアミド(DMF)に変更した電解質について検討した。PCと、DMFと、ACNとを混合した溶媒とした以外は実験例2−1と同様に作製した電解質を用いた評価セルを実験例2−4とした。また、室温暗所で実験例2−4を3週間放置したものを実験例2−5とした。また、60℃暗所で実験例2−4を300時間放置したものを実験例2−6とした。実験例2−5,2−6の評価セルをLED光源の1000(lux)を照射したときの太陽電池特性を測定した。また、実験例2−4〜2−6の電解質の組成を測定した。図5は、実験例2−5、2−6の評価セルの太陽電池特性である。図6は、実験例2−4〜2−6の評価セルの電解質組成の測定結果である。図6では、1価の銅錯体のモル比を0.50に規格化した他の成分のモル比を示した。図6,7に示すように、60℃で放置した実験例2−6の評価セルは、室温で放置した実験例2−5に比して、太陽電池特性が低く、PC変質物が多く生成していることがわかった。図7は、実験例2−4〜2−6の評価セルの電解質組成のNMR測定結果である。図7に示すように、実験例2−5,2−6では、新たな生成ピークがみられ、これはPCの加水分解物であるプロピレングリコールであるものと推察された。実験例2では、電解質溶液を大気中で滴下して作製したため、溶媒に水分が混入し、特に高温でPCの加水分解が促進されたものと推察された。 Next, an electrolyte in which valeronitrile of Experimental Example 2-1 was changed to dimethylformamide (DMF) was examined. An evaluation cell using an electrolyte prepared in the same manner as in Experimental Example 2-1 was used as Experimental Example 2-4, except that the solvent was a mixture of PC, DMF, and ACN. Further, Experimental Example 2-5 was prepared by leaving Experimental Example 2-4 in a dark place at room temperature for 3 weeks. Further, Experimental Example 2-6 was obtained by leaving Experimental Example 2-4 in a dark place at 60° C. for 300 hours. The solar cell characteristics when the evaluation cells of Experimental Examples 2-5 and 2-6 were irradiated with 1000 (lux) of the LED light source were measured. Further, the compositions of the electrolytes of Experimental Examples 2-4 to 2-6 were measured. FIG. 5 shows the solar cell characteristics of the evaluation cells of Experimental Examples 2-5 and 2-6. FIG. 6 shows the measurement results of the electrolyte composition of the evaluation cells of Experimental Examples 2-4 to 2-6. In FIG. 6, the molar ratios of the other components are shown, where the molar ratio of the monovalent copper complex was standardized to 0.50. As shown in FIGS. 6 and 7, the evaluation cell of Experimental Example 2-6 left at 60° C. has lower solar cell characteristics and a larger amount of PC-altered substance than those of Experimental Example 2-5 left at room temperature. I found out that FIG. 7 shows the NMR measurement results of the electrolyte composition of the evaluation cells of Experimental Examples 2-4 to 2-6. As shown in FIG. 7, in Experimental Examples 2-5 and 2-6, new generation peaks were observed, which were presumed to be propylene glycol, which is a hydrolyzate of PC. In Experimental Example 2, since the electrolyte solution was prepared by dropping in the atmosphere, it was speculated that water was mixed in the solvent and the hydrolysis of PC was promoted especially at high temperature.

次に、以下の電解質を用い、滴下法で評価セルを作製し、出力密度及び出力維持率の時間経過について検討した。銅錯体としてCu(dmp)2TFSI(1価)を0.2M、Cu(tmby)2TFSI(1価)を0.1M、LiTFSIを0.24M、N−ブチルベンズイミダゾール(NBBI)を0.6Mとなるように下記溶媒に混合した。溶媒は、ACNとPCとイオン液体とを体積比で70:20:10で混合したものを用いた。この電解質溶液を用いて上記滴下法を窒素雰囲気のグローブボックス内で行い、光電極上に電解質層を形成した。このような工程を経て得られた評価セルを実験例3とした。また、銅錯体としてCu(dmp)2TFSI(1価)を0.3M、LiTFSIを0.24M、NBBIを0.6Mとなるように下記溶媒に混合した。溶媒は、ACNとPCとを体積比で70:30で混合したものを用いた。この電解質溶液を用いて上記実験例3と同様の工程を経て得られた評価セルを実験例4とした。実験例3,4の評価セルに対して所定時間経過ごとにLED光源による1000(lux)を照射し、太陽電池特性を測定した。図8は、実験例3、4の高温暗所放置時の出力密度の測定結果である。図9は、実験例3、4の高温暗所放置時の出力維持率(%)の測定結果である。また、表3に、実験例3,4の初期出力密度(mW/m2)、60℃暗所放置後の出力密度(mW/m2)、60℃暗所放置後の出力維持率(%)とをまとめて示した。図には示していないが、実験例1の電解質を用い、滴下法により作成した評価セルでは、初期発電量が得られなかった。一方、図8,9に示すように、滴下法により作製した実験例3,4は、高い初期出力密度を示すことがわかった。また、窒素中でセルを作製することによって水分の混入による有機溶媒のPCの加水分解は抑制しているが、実験例4では、高温耐久試験で時間の経過に伴い出力低下がみられた。これは加熱によって酸化チタンの細孔内からPCが徐々に揮発し、銅錯体の結晶化が進行することで発電特性が低下したことが要因と推察された。これに対し、難揮発性のイオン液体を更に添加した実験例3では、モル沸点上昇による有機溶媒であるPCの揮発抑制効果によって、初期の発電特性を低下させることなく、高温耐久性を大幅に向上できることがわかった。 Next, an evaluation cell was prepared by the dropping method using the following electrolytes, and the time course of the output density and the output retention rate was examined. As a copper complex, Cu(dmp) 2 TFSI (monovalent) was 0.2M, Cu(tmby) 2 TFSI (monovalent) was 0.1M, LiTFSI was 0.24M, and N-butylbenzimidazole (NBBI) was 0.2. The solvent was mixed with the following solvent so as to be 6M. The solvent used was a mixture of ACN, PC, and an ionic liquid in a volume ratio of 70:20:10. Using this electrolyte solution, the dropping method was performed in a glove box in a nitrogen atmosphere to form an electrolyte layer on the photoelectrode. The evaluation cell obtained through these steps was used as Experimental Example 3. Further, as a copper complex, Cu(dmp) 2 TFSI (monovalent) was mixed with 0.3 M, LiTFSI was 0.24 M, and NBBI was mixed with the following solvent so as to be 0.6 M. The solvent used was a mixture of ACN and PC at a volume ratio of 70:30. An evaluation cell obtained through the same steps as in Experimental Example 3 above using this electrolyte solution was referred to as Experimental Example 4. The evaluation cells of Experimental Examples 3 and 4 were irradiated with 1000 (lux) from the LED light source at predetermined time intervals, and the solar cell characteristics were measured. FIG. 8 shows the measurement results of the output density of Experimental Examples 3 and 4 when left in a high temperature dark place. FIG. 9 shows the results of measuring the output retention rate (%) of Experimental Examples 3 and 4 when left in a high temperature dark place. Further, in Table 3, the initial output density (mW / m 2) Experimental Examples 3 and 4, the output density after standing 60 ° C. dark (mW / m 2), the output retention rate after standing 60 ° C. dark (% ) And are collectively shown. Although not shown in the figure, in the evaluation cell prepared by the dropping method using the electrolyte of Experimental Example 1, the initial power generation amount could not be obtained. On the other hand, as shown in FIGS. 8 and 9, it was found that Experimental Examples 3 and 4 produced by the dropping method exhibited a high initial power density. Further, by producing the cell in nitrogen, the hydrolysis of PC in the organic solvent due to the mixing of water was suppressed, but in Experimental Example 4, a decrease in output was observed with the passage of time in the high temperature durability test. It is speculated that this is because the PC gradually volatilizes from the pores of the titanium oxide by heating and the crystallization of the copper complex progresses, thereby deteriorating the power generation characteristics. On the other hand, in Experimental Example 3 in which the refractory ionic liquid was further added, the high temperature durability was significantly improved without deteriorating the initial power generation characteristics due to the volatilization suppressing effect of PC which is the organic solvent due to the increase in the molar boiling point. I found that it could be improved.

[実験例5〜14の電解質の検討]
組成比を表4に記載したようにして作製した電解質を用い、実験例2と同様の工程を経て作製した評価セルを実験例5〜14とした。溶媒に含まれるイオン液体としては、1−エチル−3−メチルイミダゾリウム−テトラシアノボロン(EMI−TCB、化学式(18))を用いた。また、高沸点の有機溶媒として、3−メチル−2−オキサゾリン(NMO)とPCとを適宜用いた。この評価セルを用い、初期発電特性と、60℃暗所に1000時間放置したあとの耐久後の太陽電池特性を測定した。ここでは、LED光源による1000luxを照射したときの太陽電池特性を測定した。測定結果を表5にまとめた。図10は、実験例5〜14の初期出力密度である。図11は、実験例5〜13の60℃暗所放置後の出力維持率である。表5や図10,11に示すように、低沸点の有機溶媒を用い滴下法で作製した実験例14では、初期の出力密度が極めて低く、すぐに発電できなくなり耐久評価はできなかった。一方、沸点が200℃以上であり比誘電率εrが30以上100以下の範囲であり25℃での粘度ηが0.5mPa・s以上10mPa・s以下の範囲の有機溶媒である(NMO)やPCを含む有機溶媒を用いた実験例5〜13の評価セル、およびイオン液体を含む電解液を用いて滴下法で作製した実験例5〜9評価セルでは、非常に高い初期出力密度が得られた。また、実験例13に対して実験例10〜12の方が高い出力密度及び出力維持率が得られたため、PCに比して化学的安定性の高いNMOがより好ましいことがわかった。また、実験例9に対して実験例10〜12の方が高い出力密度及び出力維持率が得られたため、粘度の高いイオン液体に比してNMOの方が単独ではより好ましいことがわかった。更に、実験例9〜12に比して実験例5〜7の方が高い出力維持率を示したため、高沸点の有機溶媒のみやイオン液体のみに比して、これらを両方含むものがより好ましいことがわかった。更にまた、実験例5〜12は、複数種の銅錯体をむことによって銅錯体の結晶化をより抑制することができ、これも太陽電池特性の向上に寄与しているものと推察された。また、実験例5〜12では、滴下法という簡便な手法により、大気中で太陽電池を作製しても、高い太陽電池特性が得られることがわかり、製造方法の簡素化を図ることができた。
[Study of Electrolytes of Experimental Examples 5 to 14]
The evaluation cells manufactured through the same steps as in Experimental Example 2 were used as Experimental Examples 5 to 14 using the electrolytes having the composition ratios described in Table 4. As the ionic liquid contained in the solvent, 1-ethyl-3-methylimidazolium-tetracyanoboron (EMI-TCB, chemical formula (18)) was used. Further, 3-methyl-2-oxazoline (NMO) and PC were appropriately used as the high boiling point organic solvent. Using this evaluation cell, the initial power generation characteristics and the solar cell characteristics after endurance after being left in the dark at 60° C. for 1000 hours were measured. Here, the solar cell characteristics when irradiated with 1000 lux by the LED light source were measured. The measurement results are summarized in Table 5. FIG. 10 is the initial power density of Experimental Examples 5-14. FIG. 11 shows the output retention rate of Experimental Examples 5 to 13 after being left in the dark at 60° C. As shown in Table 5 and FIGS. 10 and 11, in Experimental Example 14 prepared by a dropping method using an organic solvent having a low boiling point, the initial power density was extremely low, and power generation could not be performed immediately, so that durability evaluation could not be performed. On the other hand, an organic solvent having a boiling point of 200° C. or higher, a relative dielectric constant εr of 30 or more and 100 or less, and a viscosity η at 25° C. of 0.5 mPa·s or more and 10 mPa·s or less (NMO), A very high initial power density was obtained in the evaluation cells of Experimental Examples 5 to 13 using the organic solvent containing PC and the Experimental Examples 5 to 9 evaluation cell prepared by the dropping method using the electrolytic solution containing the ionic liquid. It was In addition, since Experimental Examples 10 to 12 obtained higher output density and output retention rate than Experimental Example 13, it was found that NMO having higher chemical stability than PC was more preferable. Further, since Experimental Examples 10 to 12 obtained higher power densities and output retention rates than Experimental Example 9, it was found that NMO alone is more preferable than the ionic liquid having high viscosity. Further, since the output maintenance ratios of Experimental Examples 5 to 7 were higher than those of Experimental Examples 9 to 12, it is more preferable to include both of them in comparison with only the high boiling organic solvent or the ionic liquid. I understood it. Furthermore, in Experimental Examples 5 to 12, it was inferred that the crystallization of the copper complex could be further suppressed by including a plurality of kinds of copper complexes, and this also contributed to the improvement of the solar cell characteristics. Further, in Experimental Examples 5 to 12, it was found that even if a solar cell was produced in the atmosphere by a simple method such as a dropping method, high solar cell characteristics could be obtained, and the manufacturing method could be simplified. ..

次に、揮発性や粘度が低く、比誘電率の高い溶媒を検討した。表6に、代表的な有機溶媒の比誘電率と、25℃での粘度(mPa・s)と、融点mp(℃)と、沸点bp(℃)をとまとめた。また、代表的なイオン液体の25℃の粘度(mPa・s)と、融点mp(℃)とを表7にまとめた。有機溶媒においては、沸点が200℃以上であり比誘電率εrが30以上100以下の範囲であり25℃での粘度ηが0.5mPa・s以上10mPa・s以下の範囲であるものが有望であると推察された。また、イオン液体においては、25℃での粘度ηが300mPa・s以下であるものが有望であると推察された。イオン液体は、粘度や融点が比較的高い傾向を示すため、有機溶媒と混合して用いることがより有効であると推察された。 Next, a solvent with low volatility and viscosity and high relative dielectric constant was investigated. Table 6 shows the relative permittivity of typical organic solvents, the viscosity (mPa·s) at 25° C., the melting point mp (° C.), and the boiling point bp (° C.). Table 7 shows the viscosities (mPa·s) of typical ionic liquids at 25°C and the melting points mp (°C). Among organic solvents, those having a boiling point of 200° C. or higher, a relative permittivity εr of 30 or more and 100 or less, and a viscosity η at 25° C. of 0.5 mPa·s or more and 10 mPa·s or less are promising. It was speculated that there is. In addition, it is assumed that the ionic liquid having a viscosity η at 25° C. of 300 mPa·s or less is promising. Since the ionic liquid tends to have a relatively high viscosity and melting point, it is presumed that it is more effective to use the ionic liquid in a mixture with an organic solvent.

以上の結果より、銅錯体と、上記説明した高沸点の有機溶媒やイオン液体を含んで構成した電解質では、より高い出力密度を示すと共に、太陽電池の耐久性をより高めることができることがわかった。また、電解質の溶媒は、高沸点の有機溶媒とイオン液体とを含むことがより好ましいことがわかった。更に、銅錯体は有機配位子の基本構造が異なる2種以上を用いることが好ましいことがわかった。更にまた、溶媒は、沸点がより高い、3−メチル−2−オキサゾリドンを含むオキサゾリドン類やグルタロニトリルを含むジニトリル類などがより好ましいと推察された。また、イオン液体は、1−エチル−3−メチルイミダゾリウム(EMI)を利用できることがわかった。 From the above results, it was found that the copper complex and the electrolyte containing the above-described high-boiling organic solvent or ionic liquid exhibit higher power density and can further enhance the durability of the solar cell. .. Further, it was found that the solvent of the electrolyte more preferably contains an organic solvent having a high boiling point and an ionic liquid. Further, it was found that it is preferable to use two or more kinds of copper complexes having different basic structures of organic ligands. Furthermore, it is assumed that the solvent is more preferably oxazolidones containing 3-methyl-2-oxazolidone and dinitriles containing glutaronitrile, which have higher boiling points. It was also found that 1-ethyl-3-methylimidazolium (EMI) can be used as the ionic liquid.

本開示は、太陽電池及び太陽電池モジュールに好適に利用可能である。 The present disclosure can be suitably used for solar cells and solar cell modules.

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 電解質層、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。 10 solar cell module, 11 light transmissive substrate, 12 light transmissive conductive film, 13 light receiving surface, 14 light transmissive conductive substrate, 15 light receiving surface, 16, 17 current collecting electrode, 18 groove, 20 photoelectrode, 21 connection part, 22 Underlayer, 23 light receiving surface, 24 electron transport layer, 25 back surface, 26 electrolyte layer, 27 back surface, 29 separator, 30 counter electrode, 32 sealing material, 34 protective member, 40 solar cell.

Claims (19)

光吸収層を有する光電極と、前記光電極に向かい合うように配置された対極とを備えた太陽電池の前記光電極と前記対極との間に介在して用いられる電解質であって、
有機配位子を有し銅が複数の価数を有する銅錯体を含み、沸点が200℃以上であり比誘電率εrが30以上100以下の範囲であり25℃での粘度ηが0.5mPa・s以上10mPa・s以下の範囲である有機溶媒及び25℃での粘度ηが300mPa・s以下であるイオン液体のうち少なくとも1以上を含む溶媒を含む、電解質。
A photoelectrode having a light absorption layer, and an electrolyte used by being interposed between the photoelectrode and the counter electrode of a solar cell having a counter electrode arranged so as to face the photoelectrode,
It contains a copper complex having an organic ligand and a plurality of valences of copper, has a boiling point of 200° C. or higher, a relative dielectric constant εr of 30 or more and 100 or less, and a viscosity η at 25° C. of 0.5 mPa. An electrolyte containing an organic solvent in the range of s or more and 10 mPa·s or less and a solvent containing at least one or more of an ionic liquid having a viscosity η at 25° C. of 300 mPa·s or less.
前記溶媒は、前記有機溶媒と前記イオン液体とを含む、請求項1に記載の電解質。 The electrolyte according to claim 1, wherein the solvent includes the organic solvent and the ionic liquid. 前記有機溶媒のモル数Msに対する前記イオン液体のモル数Miの割合Mi/Ms×100(mol%)が10mol%以上50mol%以下の範囲である、請求項2に記載の電解質。 The electrolyte according to claim 2, wherein the ratio Mi/Ms×100 (mol %) of the number Mi of moles of the ionic liquid to the number Ms of moles of the organic solvent is in the range of 10 mol% or more and 50 mol% or less. 前記有機溶媒は、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート及びブチレンカーボネートを含むカーボネート類、γ−ブチルラクトン及びγ−バレロラクトンを含む環状エステル類、アジポニトリルを含むニトリル類、N−メチルピロリドンを含むピロリドン類、3−メチル−2−オキサゾリドンを含むオキサゾリドン類、及びグルタロニトリルを含むジニトリル類のうち1以上である、請求項1〜3のいずれか1項に記載の電解質。 The organic solvent includes carbonates containing ethylene carbonate, propylene carbonate and butylene carbonate, cyclic esters containing γ-butyl lactone and γ-valerolactone, nitriles containing adiponitrile, pyrrolidones containing N-methylpyrrolidone, 3- The electrolyte according to any one of claims 1 to 3, which is one or more of oxazolidones containing methyl-2-oxazolidone and dinitriles containing glutaronitrile. 前記イオン液体は、化学式(1)〜(7)のうち1以上のカチオンを含む、請求項1〜4のいずれか1項に記載の電解質。
The electrolyte according to any one of claims 1 to 4, wherein the ionic liquid contains one or more cations of chemical formulas (1) to (7).
前記イオン液体は、Br-、Cl-、SCN-、HSO4 -、BF4 -、PF6 -、CF3SO3 -、CF3CO2 -、(C253PF3 -、(CF3SO22-及び(FSO22-のうち1以上のアニオンを含む、請求項1〜5のいずれか1項に記載の電解質。 The ionic liquid is Br , Cl , SCN , HSO 4 , BF 4 , PF 6 , CF 3 SO 3 , CF 3 CO 2 , (C 2 F 5 ) 3 PF 3 , ( CF 3 SO 2) 2 N - and (FSO 2) 2 N - comprises one or more anions of electrolyte according to any one of claims 1 to 5. 前記有機配位子の構造が異なる前記銅錯体を2種以上含有する、請求項1〜6のいずれか1項に記載の電解質。 The electrolyte according to any one of claims 1 to 6, which contains two or more kinds of the copper complexes having different structures of the organic ligand. 前記有機配位子が、フェナントロリン系配位子、ピリジルエタン系配位子、ビピリジン系配位子、スパルテイン系配位子、ビスベンズイミダゾールイルチオメチルピリジン系配位子、ビスベンズイミダゾールイルチオメチルメチルアミン系配位子、ビスベンズイミダゾールイルピリジン系配位子、ビスエチルチオメチルピリジン系配位子のうち1以上である前記銅錯体を含有する、請求項1〜7のいずれか1項に記載の電解質。 The organic ligand is a phenanthroline-based ligand, a pyridylethane-based ligand, a bipyridine-based ligand, a sparteine-based ligand, a bisbenzimidazolylthiomethylpyridine-based ligand, a bisbenzimidazolylthio. 8. The copper complex which is one or more of a methylmethylamine-based ligand, a bisbenzimidazolylylpyridine-based ligand, and a bisethylthiomethylpyridine-based ligand, is contained. The electrolyte according to. 前記銅錯体は、化学式(8)〜(17)のうちいずれか2以上を含む、
請求項1〜8のいずれか1項に記載の電解質。
The copper complex includes any two or more of the chemical formulas (8) to (17),
The electrolyte according to any one of claims 1 to 8.
ビス(2,9−ジメチル−1,10−フェナントロリン)銅錯体及びビス(4,4’,6,6’−テトラメチル−2,2’−ビピリジン)銅錯体の2種を少なくとも含む、請求項1〜9のいずれか1項に記載の電解質。 A bis(2,9-dimethyl-1,10-phenanthroline) copper complex and a bis(4,4',6,6'-tetramethyl-2,2'-bipyridine) copper complex are contained at least two kinds. The electrolyte according to any one of 1 to 9. 前記有機配位子が異なる第1銅錯体と第2銅錯体とを少なくとも含み、前記第1銅錯体のモル数M1と銅錯体全体のモル数Maとの割合M1/Ma×100(mol%)が30mol%以上70mol%以下の範囲である、請求項1〜10のいずれか1項に記載の電解質。 A ratio M1/Ma×100 (mol%) of the number of moles M1 of the first copper complex and the number of moles Ma of the entire copper complex, which contains at least a first copper complex and a second copper complex having different organic ligands. Is 30 mol% or more and 70 mol% or less, The electrolyte according to any one of claims 1 to 10. 窒素を1以上含み2環以上を有する複素環式化合物、及び窒素を2以上有する単環の複素環式化合物のうち1以上の環式化合物を更に含む、請求項1〜10のいずれか1項に記載の電解質。 11. The heterocyclic compound having one or more nitrogens and having two or more rings, and one or more cyclic compounds among the monocyclic heterocyclic compounds having two or more nitrogens, further comprising any one of claims 1 to 10. The electrolyte according to. 光吸収層を有する光電極と、
前記光電極に向かい合うように配置された対極と、
前記光電極と前記対極との間に介在する請求項1〜12のいずれか1項に記載の電解質と、
を備えた太陽電池。
A photoelectrode having a light absorption layer,
A counter electrode arranged to face the photoelectrode,
The electrolyte according to any one of claims 1 to 12, which is interposed between the photoelectrode and the counter electrode,
Solar cell with.
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以上を含む前記光吸収層を有する、請求項13に記載の太陽電池。 The solar cell according to claim 13, wherein the photoelectrode has the light absorption layer containing one or more of an organic dye, a metal complex, and an organic metal halide compound. 前記光電極は、前記光吸収層で被覆されたn型半導体層を光透過導電性基板上に備えている、請求項13又は14に記載の太陽電池。 The solar cell according to claim 13 or 14, wherein the photoelectrode comprises an n-type semiconductor layer covered with the light absorption layer on a light transmissive conductive substrate. 請求項13〜15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。 A solar cell module comprising a plurality of the solar cells according to claim 13. 光吸収層を有する光電極と、前記光電極に向かい合うように配置された対極とを備えた太陽電池の製造方法であって、
有機配位子を有し銅が複数の価数を有する銅錯体を含み、沸点が200℃以上であり比誘電率εrが30以上100以下の範囲であり25℃での粘度ηが0.5mPa・s以上10mPa・s以下の範囲である有機溶媒及び25℃での粘度ηが300mPa・s以下であるイオン液体のうち少なくとも1以上を含む溶媒を含む電解質を塗布又は吐出し、前記光電極上に電解質を形成する形成工程、を含む、
太陽電池の製造方法。
A method of manufacturing a solar cell comprising a photoelectrode having a light absorbing layer, and a counter electrode arranged so as to face the photoelectrode,
It contains a copper complex having an organic ligand and a plurality of valences of copper, has a boiling point of 200° C. or higher, a relative dielectric constant εr of 30 or more and 100 or less, and a viscosity η at 25° C. of 0.5 mPa. An electrolyte containing a solvent containing at least one of an organic solvent in the range of s or more and 10 mPa·s or less and an ionic liquid having a viscosity η at 25° C. of 300 mPa·s or less is applied or discharged onto the photoelectrode. A forming step of forming an electrolyte,
Method for manufacturing solar cell.
前記形成工程では、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート及びブチレンカーボネートを含むカーボネート類を除いた前記有機溶媒を含む前記溶媒を含有する電解質を大気中で前記光電極上に形成する、請求項17に記載の太陽電池の製造方法。 The solar cell according to claim 17, wherein in the forming step, an electrolyte containing the solvent containing the organic solvent excluding carbonates including ethylene carbonate, propylene carbonate and butylene carbonate is formed on the photoelectrode in the atmosphere. Manufacturing method. 前記形成工程では、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート及びブチレンカーボネートを含むカーボネート類の前記有機溶媒を含む前記溶媒を含有する電解質を不活性雰囲気中で前記光電極上に形成する、請求項17に記載の太陽電池の製造方法。 The solar cell according to claim 17, wherein in the forming step, an electrolyte containing the solvent containing the organic solvent of carbonates including ethylene carbonate, propylene carbonate and butylene carbonate is formed on the photoelectrode in an inert atmosphere. Manufacturing method.
JP2019019679A 2019-02-06 2019-02-06 Electrolyte, solar cell, solar cell module and method for manufacturing solar cell Active JP7290954B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2019019679A JP7290954B2 (en) 2019-02-06 2019-02-06 Electrolyte, solar cell, solar cell module and method for manufacturing solar cell

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2019019679A JP7290954B2 (en) 2019-02-06 2019-02-06 Electrolyte, solar cell, solar cell module and method for manufacturing solar cell

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2020126965A true JP2020126965A (en) 2020-08-20
JP7290954B2 JP7290954B2 (en) 2023-06-14

Family

ID=72084213

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2019019679A Active JP7290954B2 (en) 2019-02-06 2019-02-06 Electrolyte, solar cell, solar cell module and method for manufacturing solar cell

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP7290954B2 (en)

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006107771A (en) * 2004-09-30 2006-04-20 Fujikura Ltd Electrolyte composition, photoelectric conversion element and dye-sensitized solar cell using this
JP2006302849A (en) * 2005-04-25 2006-11-02 Japan Science & Technology Agency Dye-sensitized solar cell using blue copper model complex as redox pair
JP2007317446A (en) * 2006-05-24 2007-12-06 Dai Ichi Kogyo Seiyaku Co Ltd Dye-sensitized solar cell
JP2012004010A (en) * 2010-06-18 2012-01-05 Sony Corp Photoelectric conversion element and its manufacturing method and electronic apparatus
JP2018046100A (en) * 2016-09-13 2018-03-22 株式会社豊田中央研究所 Electrolyte, solar cell, and solar cell module
JP2022501807A (en) * 2018-09-21 2022-01-06 アンビエント フォトニクス, インコーポレイテッド Dye-increasing photosensitive battery

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006107771A (en) * 2004-09-30 2006-04-20 Fujikura Ltd Electrolyte composition, photoelectric conversion element and dye-sensitized solar cell using this
JP2006302849A (en) * 2005-04-25 2006-11-02 Japan Science & Technology Agency Dye-sensitized solar cell using blue copper model complex as redox pair
JP2007317446A (en) * 2006-05-24 2007-12-06 Dai Ichi Kogyo Seiyaku Co Ltd Dye-sensitized solar cell
JP2012004010A (en) * 2010-06-18 2012-01-05 Sony Corp Photoelectric conversion element and its manufacturing method and electronic apparatus
JP2018046100A (en) * 2016-09-13 2018-03-22 株式会社豊田中央研究所 Electrolyte, solar cell, and solar cell module
JP2022501807A (en) * 2018-09-21 2022-01-06 アンビエント フォトニクス, インコーポレイテッド Dye-increasing photosensitive battery

Also Published As

Publication number Publication date
JP7290954B2 (en) 2023-06-14

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP1176618B1 (en) Ruthenium complex dye, photoelectric conversion device and photoelectric cell
JP4500420B2 (en) Photoelectric conversion element and photovoltaic cell
JP2003187881A (en) Photoelectric conversion element, method for manufacturing the same, and photoelectric cell
AU2012291109A1 (en) Pigment sensitization solar cell
JP2003157914A (en) Photoelectric conversion element, manufacturing method of the same, and photocell
JP4162116B2 (en) Photoelectric conversion element and photoelectrochemical cell
JP4763120B2 (en) Photoelectric conversion element and photovoltaic cell using the same
JP2002222968A (en) Photoelectric converter and photoelectrochemical cell
JP7290953B2 (en) Electrolytes, solar cells and solar modules
Kang et al. A new ionic liquid for a redox electrolyte of dye‐sensitized solar cells
JP2003100357A (en) Manufacturing method of photoelectric conversion element, photoelectric conversion element, and photoelectric cell
JP6490035B2 (en) Electrolyte, solar cell and solar cell module
JP2001226607A (en) Ruthenium complex coloring metter, photoelectric transducing element and photocell
JP7290954B2 (en) Electrolyte, solar cell, solar cell module and method for manufacturing solar cell
JP4578695B2 (en) Method for creating photoelectric conversion element
JP4247810B2 (en) Photoelectric conversion element and photovoltaic cell
Willinger et al. Photosensitizers in solar energy conversion
JP6738313B2 (en) Electrolyte, solar cell and solar cell module
JP6738312B2 (en) Electrolyte, solar cell and solar cell module
JP5114536B2 (en) Method for producing photoelectric conversion element, photoelectric conversion element and photoelectrochemical cell
JP2018046101A (en) Solar cell and solar cell module
EP3272814B1 (en) Ruthenium complex dye, dye solution, photoelectric conversion element, and dye-sensitized solar cell
JP6472665B2 (en) Dye-sensitized solar cell, dye-sensitized solar cell module, and method for producing dye-sensitized solar cell
JP4937438B2 (en) Semiconductor for photoelectric conversion, photoelectric conversion element and photovoltaic cell
JP2018074039A (en) Solar battery, solar battery module, and method for manufacturing solar battery

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20211224

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20220914

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20220920

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20221107

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20230221

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20230420

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20230516

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20230602

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 7290954

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150