JP2021057497A - Dye-sensitization type solar cell and manufacturing method thereof, and solar cell module - Google Patents

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Abstract

To provide a dye-sensitization type solar cell with high photoelectric conversion efficiency and manufacturing method thereof, and to provide a solar cell module with high photoelectric conversion efficiency.SOLUTION: A dye-sensitization type solar cell 1 having a photonic crystal layer 5 is provided between a photoelectrode 2 including a porous semiconductor layer 221 and an electrolyte layer 3. The porous semiconductor layer 221 uses a semiconductor constituent A as a major component and the photonic crystal layer 5 uses a constituent B different from the semiconductor constituent A.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、色素増感型太陽電池およびその製造方法、ならびに太陽電池モジュールに関する。 The present invention relates to a dye-sensitized solar cell, a method for manufacturing the same, and a solar cell module.

近年、光エネルギーを電力に変換する光電変換素子として、太陽電池が注目されている。なかでも、色素増感型太陽電池は、シリコン型太陽電池等に比べて軽量化が期待でき、広い照度範囲で安定して発電できることや、大掛かりな設備を必要とすることなく、比較的安価な材料を用いて製造し得ることなどから、注目されている。 In recent years, solar cells have been attracting attention as photoelectric conversion elements that convert light energy into electric power. Among them, dye-sensitized solar cells can be expected to be lighter than silicon-type solar cells, can generate stable power over a wide illuminance range, and are relatively inexpensive without the need for large-scale equipment. It is attracting attention because it can be manufactured using materials.

ここで、色素増感型太陽電池は、通常、増感色素を吸着させた多孔質半導体層を備える光電極と、電解質と、触媒層を備える対向電極とがこの順に並んでなる構造を有する。 Here, the dye-sensitized solar cell usually has a structure in which a photoelectrode including a porous semiconductor layer on which a sensitizing dye is adsorbed, an electrolyte, and a counter electrode having a catalyst layer are arranged in this order.

そして、例えば、特許文献1には、光電変換層内に、規則的に配列された複数の微粒子(平均粒径D=280nmのシリカ、SiOx)からなる微粒子層が積層された積層構造からなるフォトニック結晶を有し、光吸収体としての半導体微粒子(チタニア)および色素が微粒子と微粒子との間の隙間に配されてなる光電変換素子が開示されている。 Then, for example, Patent Document 1 has a laminated structure in which fine particle layers composed of a plurality of regularly arranged fine particles (silica with an average particle diameter D = 280 nm, SiO x) are laminated in a photoelectric conversion layer. A photoelectric conversion element having a photonic crystal and having semiconductor fine particles (titania) as a light absorber and a dye arranged in a gap between the fine particles is disclosed.

特開2006−24495号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2006-24495

しかし、上記従来の技術には、色素増感型太陽電池の光電変換効率を高めるという点において改善の余地があった。 However, there is room for improvement in the above-mentioned conventional technique in terms of increasing the photoelectric conversion efficiency of the dye-sensitized solar cell.

そこで、本発明は、光電変換効率の高い色素増感型太陽電池およびその製造方法を提供することを目的とする。
また、本発明は、光電変換効率の高い太陽電池モジュールを提供することを目的とする。
Therefore, an object of the present invention is to provide a dye-sensitized solar cell having high photoelectric conversion efficiency and a method for manufacturing the same.
Another object of the present invention is to provide a solar cell module having high photoelectric conversion efficiency.

本発明者は、上記課題を解決するために鋭意検討を行った。そして、本発明者は、多孔質半導体層を含む光電極と、電解質層との間に、フォトニック結晶層を有する色素増感型太陽電池とすれば、光電変換効率を高くできることを見出し、本発明を完成させた。 The present inventor has made diligent studies to solve the above problems. Then, the present inventor has found that a dye-sensitized solar cell having a photonic crystal layer between an optical electrode including a porous semiconductor layer and an electrolyte layer can increase the photoelectric conversion efficiency. The invention was completed.

即ち、この発明は、上記課題を有利に解決することを目的とするものであり、本発明の色素増感型太陽電池は、半導体成分Aを主成分とする多孔質半導体層を含む光電極と、電解質層との間に、フォトニック結晶層を有し、前記フォトニック結晶層は、前記半導体成分Aとは異なる成分Bを主成分とすることを特徴とする。このように、半導体成分Aを主成分とする多孔質半導体層を含む光電極と、電解質層との間に、フォトニック結晶層を有し、フォトニック結晶層が、半導体成分Aとは異なる成分Bを主成分とする構成とすれば、色素増感型太陽電池の光電変換効率を高めることができる。 That is, the present invention aims to advantageously solve the above problems, and the dye-sensitized solar cell of the present invention includes a photoelectrode including a porous semiconductor layer containing a semiconductor component A as a main component. A photonic crystal layer is provided between the photonic crystal layer and the semiconductor layer, and the photonic crystal layer contains a component B different from the semiconductor component A as a main component. As described above, a photonic crystal layer is provided between the photoelectrode including the porous semiconductor layer containing the semiconductor component A as a main component and the electrolyte layer, and the photonic crystal layer is a component different from the semiconductor component A. If B is the main component, the photoelectric conversion efficiency of the dye-sensitized solar cell can be improved.

ここで、本発明の色素増感型太陽電池において、前記フォトニック結晶層の厚みが0.05μm以上であることが好ましく、0.2μm以上であることがより好ましく、6μm以下であることが好ましく、1.5μm以下であることがより好ましい。フォトニック結晶層の厚みが0.05μm以上6μm以下であれば、色素増感型太陽電池の光電変換効率を向上させることができる。なお、フォトニック結晶層1層の厚みは、概ね粒径(材料により異なる)に相当する。したがって、フォトニック結晶層の層数は、フォトニック結晶層の厚みから見積もることができる。 Here, in the dye-sensitized solar cell of the present invention, the thickness of the photonic crystal layer is preferably 0.05 μm or more, more preferably 0.2 μm or more, and preferably 6 μm or less. , 1.5 μm or less is more preferable. When the thickness of the photonic crystal layer is 0.05 μm or more and 6 μm or less, the photoelectric conversion efficiency of the dye-sensitized solar cell can be improved. The thickness of one photonic crystal layer roughly corresponds to the particle size (depending on the material). Therefore, the number of layers of the photonic crystal layer can be estimated from the thickness of the photonic crystal layer.

また、本発明の色素増感型太陽電池において、前記フォトニック結晶層が、複数の微粒子が規則的に配列されてなる微粒子層であることが好ましい。フォトニック結晶層を複数の微粒子が規則的に配列されてなる微粒子層とすることで、高い光電変換効率を良好に維持することができる。 Further, in the dye-sensitized solar cell of the present invention, it is preferable that the photonic crystal layer is a fine particle layer in which a plurality of fine particles are regularly arranged. By forming the photonic crystal layer into a fine particle layer in which a plurality of fine particles are regularly arranged, high photoelectric conversion efficiency can be maintained satisfactorily.

そして、本発明の色素増感型太陽電池において、前記微粒子層は、少なくとも二酸化ケイ素微粒子を含むことが好ましい。少なくとも二酸化ケイ素微粒子を含む微粒子層とすることで、良好なフォトニック結晶層とすることができる。 In the dye-sensitized solar cell of the present invention, the fine particle layer preferably contains at least silicon dioxide fine particles. A good photonic crystal layer can be obtained by forming a fine particle layer containing at least silicon dioxide fine particles.

また、この発明は、上記課題を有利に解決することを目的とするものであり、本発明の色素増感型太陽電池の製造方法は、前記複数の微粒子を含む微粒子分散液を用いて前記フォトニック結晶層を形成するフォトニック結晶層形成工程を含むことを特徴とする。複数の微粒子を含む微粒子分散液を用いることでフォトニック結晶層を効率的に形成することができ、その結果、色素増感型太陽電池の製造効率が向上する。 The present invention also aims to advantageously solve the above problems, and the method for producing a dye-sensitized solar cell of the present invention uses the fine particle dispersion liquid containing the plurality of fine particles to obtain the photonic crystal. It is characterized by including a photonic crystal layer forming step of forming a nick crystal layer. A photonic crystal layer can be efficiently formed by using a fine particle dispersion liquid containing a plurality of fine particles, and as a result, the production efficiency of a dye-sensitized solar cell is improved.

さらに、この発明は、上記課題を有利に解決することを目的とするものであり、本発明の太陽電池モジュールは、上述したいずれかの色素増感型太陽電池を備えることを特徴とする。本発明によれば、光電変換効率の高い太陽電池モジュールを提供することができる。 Furthermore, the present invention aims to solve the above problems advantageously, and the solar cell module of the present invention is characterized by including any of the above-mentioned dye-sensitized solar cells. According to the present invention, it is possible to provide a solar cell module having high photoelectric conversion efficiency.

本発明によれば、光電変換効率の高い色素増感型太陽電池およびその製造方法を提供することができる。
また、本発明によれば、光電変換効率の高い太陽電池モジュールを提供することができる。
According to the present invention, it is possible to provide a dye-sensitized solar cell having high photoelectric conversion efficiency and a method for manufacturing the same.
Further, according to the present invention, it is possible to provide a solar cell module having high photoelectric conversion efficiency.

本発明の一実施形態に係る色素増感型太陽電池の概略構造を示す図である。It is a figure which shows the schematic structure of the dye-sensitized solar cell which concerns on one Embodiment of this invention. 本発明の他の実施形態に係る色素増感型太陽電池の概略構成を示す図である。It is a figure which shows the schematic structure of the dye-sensitized solar cell which concerns on other embodiment of this invention.

以下、本発明の一実施形態を、1)色素増感型太陽電池、2)色素増感型太陽電池の製造方法、3)太陽電池モジュール、に項分けして詳細に説明する。 Hereinafter, one embodiment of the present invention will be described in detail by dividing it into 1) a dye-sensitized solar cell, 2) a method for manufacturing a dye-sensitized solar cell, and 3) a solar cell module.

1)色素増感型太陽電池
図1に示す色素増感型太陽電池1は、光電極2、電解質層3、対向電極4がこの順に並んでなる構造を有し、光電極2と電解質層3との間にフォトニック結晶層5を有する。
1) Dye-sensitized solar cell The dye-sensitized solar cell 1 shown in FIG. 1 has a structure in which a photoelectrode 2, an electrolyte layer 3, and a counter electrode 4 are arranged in this order, and the photoelectrode 2 and the electrolyte layer 3 are arranged in this order. It has a photonic crystal layer 5 between and.

光電極2は、光電極基板21と、光電変換層22とを有する。 The photoelectrode 2 has a photoelectrode substrate 21 and a photoelectric conversion layer 22.

光電極基板21は、支持体211と導電膜212とからなる。光電極基板21は、光電変換層22等を担持する役割と、集電体としての役割を担うものである。 The photoelectrode substrate 21 includes a support 211 and a conductive film 212. The photoelectrode substrate 21 plays a role of supporting the photoelectric conversion layer 22 and the like and a role as a current collector.

支持体211としては、金属、金属酸化物、炭素材料、導電性高分子などを用いて形成された導電性のシートや、樹脂およびガラス等からなる非導電性のシートが用いられる。なかでも、軽量で、光電変換効率に優れる色素増感型太陽電池1を提供する観点から、支持体211は、非導電性のシートであることが好ましく、透明樹脂のシートであることがより好ましい。 As the support 211, a conductive sheet formed of a metal, a metal oxide, a carbon material, a conductive polymer, or the like, or a non-conductive sheet made of resin, glass, or the like is used. Among them, from the viewpoint of providing the dye-sensitized solar cell 1 which is lightweight and has excellent photoelectric conversion efficiency, the support 211 is preferably a non-conductive sheet, and more preferably a transparent resin sheet. ..

上記透明樹脂としては、ポリエチレンテレフタラート(PET)、ポリエチレンナフタレート(PEN)、シンジオタクチックポリスチレン(SPS)、ポリフェニレンスルフィド(PPS)、ポリカーボネート(PC)、ポリアリレート(PAr)、ポリスルホン(PSF)、ポリエーテルスルホン(PES)、ポリエーテルイミド(PEI)、シクロオレフィンポリマー(COP)、透明ポリイミド(PI)等の合成樹脂が挙げられる。 Examples of the transparent resin include polyethylene terephthalate (PET), polyethylene naphthalate (PEN), syndiotactic polystyrene (SPS), polyphenylene sulfide (PPS), polycarbonate (PC), polyarylate (PAr), polysulfone (PSF), and the like. Examples thereof include synthetic resins such as polyethersulfone (PES), polyetherimide (PEI), cycloolefin polymer (COP), and transparent polyimide (PI).

支持体211の厚みは、適宜設定すればよいが、通常10μm以上10000μm以下である。 The thickness of the support 211 may be appropriately set, but is usually 10 μm or more and 10000 μm or less.

導電膜212としては、白金、金、銀、銅、アルミニウム、インジウム、チタン等の金属;酸化スズ、酸化亜鉛等の導電性金属酸化物;インジウム−スズ酸化物(ITO)、インジウム−亜鉛酸化物(IZO)等の複合金属酸化物;カーボンナノチューブ、フラーレン等の炭素材料;およびこれら2種以上の組み合わせ;等からなるものが挙げられる。 The conductive film 212 includes metals such as platinum, gold, silver, copper, aluminum, indium and titanium; conductive metal oxides such as tin oxide and zinc oxide; indium-tin oxide (ITO) and indium-zinc oxide. Examples thereof include composite metal oxides such as (IZO); carbon materials such as carbon nanotubes and fullerene; and combinations of two or more of these; and the like.

導電膜212の厚みは適宜設定すればよいが、通常、0.1μm以上250μm以下である。 The thickness of the conductive film 212 may be appropriately set, but is usually 0.1 μm or more and 250 μm or less.

導電膜212の表面抵抗値は、好ましくは500Ω/□以下、より好ましくは150Ω/□以下、さらに好ましくは50Ω/□以下である。 The surface resistance value of the conductive film 212 is preferably 500 Ω / □ or less, more preferably 150 Ω / □ or less, and further preferably 50 Ω / □ or less.

支持体211の上に導電膜212を形成する方法としては、スパッタリングとエッチングとを組み合わせた方法や、スクリーン印刷など、公知の形成方法を用いることができる。 As a method for forming the conductive film 212 on the support 211, a known forming method such as a method combining sputtering and etching or screen printing can be used.

光電変換層22は、多孔質半導体層221と、増感色素222とを含む。 The photoelectric conversion layer 22 includes a porous semiconductor layer 221 and a sensitizing dye 222.

多孔質半導体層221は、半導体成分Aを主成分とする層である。多孔質半導体層221が多孔質状であることで、増感色素222の吸着量が増え、光電変換効率を優れたものとすることができる。なお、本発明において「半導体成分Aを主成分とする」とは、多孔質半導体層221中に半導体成分Aを50質量%以上、好ましくは80質量%以上、より好ましくは90質量%以上含むことを意味する。 The porous semiconductor layer 221 is a layer containing the semiconductor component A as a main component. Since the porous semiconductor layer 221 is porous, the amount of adsorption of the sensitizing dye 222 is increased, and the photoelectric conversion efficiency can be made excellent. In the present invention, "having semiconductor component A as a main component" means that the porous semiconductor layer 221 contains 50% by mass or more, preferably 80% by mass or more, and more preferably 90% by mass or more of semiconductor component A. Means.

半導体成分Aとしては、特に限定されることなく、例えば、酸化チタン、酸化ジルコニウム、酸化亜鉛、酸化バナジウム、酸化ニオブ、酸化タンタル、酸化タングステン等の各種金属酸化物半導体、チタン酸ストロンチウム、チタン酸カルシウム、チタン酸マグネシウム、チタン酸バリウム、ニオブ酸カリウム等の各種複合金属酸化物半導体、酸化マグネシウム、酸化ストロンチウム、酸化アルミニウム、酸化コバルト、酸化ニッケル、酸化マンガン等の遷移金属酸化物、酸化セリウム、酸化ガドリニウム、酸化サマリウム、酸化イッテルビウム等のランタノイド酸化物、およびシリカに代表される天然または合成の珪酸化合物等が挙げられる。なお、多孔質半導体層221に含み得る半導体成分A以外の成分としては、多孔質半導体層221の多孔質性を良好に維持できるものであれば、特に限定されない。 The semiconductor component A is not particularly limited, and is, for example, various metal oxide semiconductors such as titanium oxide, zirconium oxide, zinc oxide, vanadium oxide, niobium oxide, tantalum oxide, and tungsten oxide, strontium titanate, and calcium titanate. , Various composite metal oxide semiconductors such as magnesium titanate, barium titanate, potassium niobate, transition metal oxides such as magnesium oxide, strontium oxide, aluminum oxide, cobalt oxide, nickel oxide, manganese oxide, cerium oxide, gadolinium oxide , Lantanoid oxides such as samarium oxide and itterbium oxide, and natural or synthetic silicic acid compounds typified by silica. The components other than the semiconductor component A that can be contained in the porous semiconductor layer 221 are not particularly limited as long as they can maintain the porosity of the porous semiconductor layer 221 well.

多孔質半導体層221は、複数の半導体微粒子からなる層であることが好ましい。半導体微粒子としては、上記半導体成分Aからなる微粒子が挙げられる。 The porous semiconductor layer 221 is preferably a layer composed of a plurality of semiconductor fine particles. Examples of the semiconductor fine particles include fine particles composed of the semiconductor component A.

半導体微粒子の体積平均粒子径は、本発明の所望の効果が得られる範囲内で適宜調整することができる。 The volume average particle size of the semiconductor fine particles can be appropriately adjusted within a range in which the desired effect of the present invention can be obtained.

多孔質半導体層221の厚みは、特に限定されないが、通常、0.1μm以上、好ましくは5μm以上であり、通常50μm以下、好ましくは30μm以下である。 The thickness of the porous semiconductor layer 221 is not particularly limited, but is usually 0.1 μm or more, preferably 5 μm or more, and usually 50 μm or less, preferably 30 μm or less.

多孔質半導体層221は、プレス法、水熱分解法、泳動電着法、コーティング法、及びバインダーフリーコーティング法等の公知の方法により形成することができる。 The porous semiconductor layer 221 can be formed by a known method such as a press method, a hydrothermal decomposition method, an electrophoretic electrodeposition method, a coating method, and a binder-free coating method.

増感色素222は、光によって励起されて多孔質半導体層221に電子を渡し得る化合物であり、多孔質半導体層221の表面に吸着されている。 The sensitizing dye 222 is a compound that can be excited by light to transfer electrons to the porous semiconductor layer 221 and is adsorbed on the surface of the porous semiconductor layer 221.

増感色素222としては、シアニン色素、メロシアニン色素、オキソノール色素、キサンテン色素、スクワリリウム色素、ポリメチン色素、クマリン色素、リボフラビン色素、ペリレン色素等の有機色素;鉄、銅、ルテニウム等の金属のフタロシアニン錯体やポルフィリン錯体等の金属錯体色素;等が挙げられる。 Examples of the sensitizing dye 222 include organic dyes such as cyanine dye, merocyanine dye, oxonor dye, xanthene dye, squarylium dye, polymethine dye, coumarin dye, riboflavin dye, and perylene dye; Metal complex dyes such as porphyrin complexes; and the like.

増感色素222を多孔質半導体層221に吸着させる方法は、特に限定されず、例えば、多孔質半導体層221を含む光電極2を、増感色素222を含む色素溶液に浸漬させる方法等が挙げられる。 The method of adsorbing the sensitizing dye 222 on the porous semiconductor layer 221 is not particularly limited, and examples thereof include a method of immersing the photoelectrode 2 containing the porous semiconductor layer 221 in a dye solution containing the sensitizing dye 222. Be done.

フォトニック結晶層5は、周期的な屈折率分布を有し、多孔質半導体層221に含まれる半導体成分Aとは異なる成分Bを主成分とする。なお、本発明において「成分Bを主成分とする」とは、フォトニック結晶層5中に成分Bを50質量%以上、好ましくは80質量%以上、より好ましくは90質量%以上含むことを意味する。 The photonic crystal layer 5 has a periodic refractive index distribution and contains a component B different from the semiconductor component A contained in the porous semiconductor layer 221 as a main component. In the present invention, "having component B as a main component" means that the photonic crystal layer 5 contains 50% by mass or more, preferably 80% by mass or more, and more preferably 90% by mass or more of component B. To do.

成分Bとしては、特に限定されず、例えば、二酸化ケイ素、酸化アルミニウム、酸化タンタル、酸化ガドリニウム、酸化イットリウム、Pb(Zr,Ti)O3等が挙げられる。また、成分Bとして、上述した半導体成分Aと同じ成分を適用してもよい。 The component B, is not particularly limited, for example, silicon dioxide, aluminum oxide, tantalum oxide, gadolinium oxide, yttrium oxide, Pb (Zr, Ti) O 3 and the like. Further, as the component B, the same component as the semiconductor component A described above may be applied.

フォトニック結晶層5は、複数の微粒子が規則的に配列されてなる微粒子層であることが好ましい。微粒子層に含まれる微粒子は、特に限定されず、例えば、成分Bからなる微粒子が挙げられる。 The photonic crystal layer 5 is preferably a fine particle layer in which a plurality of fine particles are regularly arranged. The fine particles contained in the fine particle layer are not particularly limited, and examples thereof include fine particles composed of component B.

ここで、色素増感型太陽電池1の光電変換効率をより向上させる観点から、微粒子の粒子径は、好ましくは50nm以上1μm以下である。 Here, from the viewpoint of further improving the photoelectric conversion efficiency of the dye-sensitized solar cell 1, the particle size of the fine particles is preferably 50 nm or more and 1 μm or less.

フォトニック結晶層5の厚みは、通常0.05μm以上6μm以下である。フォトニック結晶層5の厚みが上記範囲内であれば、光電極2とフォトニック結晶層5との密着性を優れたものとし、色素増感型太陽電池1の性能を良好に保つことができる。 The thickness of the photonic crystal layer 5 is usually 0.05 μm or more and 6 μm or less. When the thickness of the photonic crystal layer 5 is within the above range, the adhesion between the photoelectrode 2 and the photonic crystal layer 5 is excellent, and the performance of the dye-sensitized solar cell 1 can be kept good. ..

フォトニック結晶層5の形成方法は、特に限定されないが、色素増感型太陽電池1の製造効率を向上させる観点から、上述した微粒子を含む微粒子分散液を用いて形成することが好ましく、中でも、微粒子分散液を調製し易くする観点から、微粒子として二酸化ケイ素を用いることが好ましい。なお、微粒子分散液を用いたフォトニック結晶層5の形成方法については、色素増感型太陽電池の製造方法の項で具体的に説明する。 The method for forming the photonic crystal layer 5 is not particularly limited, but from the viewpoint of improving the production efficiency of the dye-sensitized solar cell 1, it is preferable to form the photonic crystal layer 5 by using the fine particle dispersion liquid containing the above-mentioned fine particles. From the viewpoint of facilitating the preparation of the fine particle dispersion, it is preferable to use silicon dioxide as the fine particles. The method for forming the photonic crystal layer 5 using the fine particle dispersion liquid will be specifically described in the section of the method for manufacturing a dye-sensitized solar cell.

電解質層3は、光電極2と対向電極4とを分離するとともに、電荷移動を効率良く行わせるための層である。電解質層3は、通常、支持電解質、酸化還元対(酸化還元反応において可逆的に酸化体および還元体の形で相互に変換しうる一対の化学種)、溶媒等を含有する。 The electrolyte layer 3 is a layer for separating the photoelectrode 2 and the counter electrode 4 and efficiently transferring charges. The electrolyte layer 3 usually contains a supporting electrolyte, a redox pair (a pair of chemical species that can be reversibly converted to each other in the form of an oxidant and a reduced compound in the redox reaction), a solvent and the like.

支持電解質としては、リチウムイオン、イミダゾリウムイオン、4級アンモニウムイオン等の陽イオンを含む塩が挙げられる。 Examples of the supporting electrolyte include salts containing cations such as lithium ion, imidazolium ion, and quaternary ammonium ion.

酸化還元対としては、酸化された増感色素を還元し得るものであればよく、公知のものを用いることができる。具体的には、酸化還元対としては、塩素化合物−塩素、ヨウ素化合物−ヨウ素、臭素化合物−臭素、タリウムイオン(III)−タリウムイオン(I)、ルテニウムイオン(III)−ルテニウムイオン(II)、銅イオン(II)−銅イオン(I)、鉄イオン(III)−鉄イオン(II)、コバルトイオン(III)−コバルトイオン(II)、バナジウムイオン(III)−バナジウムイオン(II)、マンガン酸イオン−過マンガン酸イオン、フェリシアン化物−フェロシアン化物、キノン−ヒドロキノン、フマル酸−コハク酸等が挙げられる。 As the redox pair, any known one can be used as long as it can reduce the oxidized sensitizing dye. Specifically, as redox pairs, chlorine compound-chlorine, iodine compound-iodine, bromine compound-bromine, tarium ion (III) -talium ion (I), ruthenium ion (III) -ruthenium ion (II), Copper ion (II) -copper ion (I), iron ion (III) -iron ion (II), cobalt ion (III) -cobalt ion (II), vanadium ion (III) -vanadium ion (II), manganese acid Examples thereof include ion-permanganate ion, ferricyanide-ferrocyanide, quinone-hydroquinone, fumaric acid-succinic acid and the like.

溶媒としては、色素増感型太陽電池の電解質層の形成に用いられる溶媒として公知のものを用いることができる。具体的には、溶媒としては、アセトニトリル、メトキシアセトニトリル、メトキシプロピオニトリル、N,N−ジメチルホルムアミド、エチルメチルイミダゾリウムビストリフルオロメチルスルホニルイミド、炭酸プロピレン等が挙げられる。 As the solvent, a solvent known as a solvent used for forming the electrolyte layer of the dye-sensitized solar cell can be used. Specific examples of the solvent include acetonitrile, methoxyacetonitrile, methoxypropionitrile, N, N-dimethylformamide, ethylmethylimidazolium bistrifluoromethylsulfonylimide, propylene carbonate and the like.

電解質層3は、例えば、その構成成分を含有する溶液(電解液)を光電極2と対向電極4とを有するセルを作製し、その隙間に電解液を注入することで形成することができる。 The electrolyte layer 3 can be formed, for example, by preparing a cell having a photoelectrode 2 and a counter electrode 4 with a solution (electrolyte solution) containing the constituent components, and injecting the electrolytic solution into the gap thereof.

対向電極4は、支持体41上に形成された導電膜42と、導電膜42上に形成された触媒層43とからなる。 The counter electrode 4 is composed of a conductive film 42 formed on the support 41 and a catalyst layer 43 formed on the conductive film 42.

支持体41は、例えば、支持体211と同様とすることができる。また、導電膜42は、例えば、導電膜212と同様とすることができる。なお、導電膜42がカーボンナノチューブからなる場合、当該導電膜42は触媒層43を兼ねることもでき、触媒層43を省略することができる。 The support 41 can be, for example, the same as the support 211. Further, the conductive film 42 can be the same as the conductive film 212, for example. When the conductive film 42 is made of carbon nanotubes, the conductive film 42 can also serve as the catalyst layer 43, and the catalyst layer 43 can be omitted.

触媒層43は、色素増感型太陽電池1において、対向電極4から電解質層3に電子を渡すときの触媒として機能する。 The catalyst layer 43 functions as a catalyst when electrons are transferred from the counter electrode 4 to the electrolyte layer 3 in the dye-sensitized solar cell 1.

触媒層43としては、特に限定されることなく、導電性高分子、炭素ナノ構造体、貴金属粒子、および炭素ナノ構造体と貴金属粒子との混合物などの触媒として機能しうる成分を含む任意の触媒層を用いることができる。 The catalyst layer 43 is not particularly limited, and is any catalyst containing a component that can function as a catalyst, such as a conductive polymer, carbon nanostructures, noble metal particles, and a mixture of carbon nanostructures and noble metal particles. Layers can be used.

ここで、導電性高分子としては、例えば、ポリ(チオフェン−2,5−ジイル)、ポリ(3−ブチルチオフェン−2,5−ジイル)、ポリ(3−ヘキシルチオフェン−2,5−ジイル)、ポリ(2,3−ジヒドロチエノ−[3,4−b]−1,4−ジオキシン)(PEDOT)等のポリチオフェン;ポリアセチレンおよびその誘導体;ポリアニリンおよびその誘導体;ポリピロールおよびその誘導体;ポリ(p−キシレンテトラヒドロチオフェニウムクロライド)、ポリ[(2−メトキシ−5−(2’−エチルヘキシロキシ))−1,4−フェニレンビニレン]、ポリ[(2−メトキシ−5−(3’,7’−ジメチルオクチロキシ)−1,4−フェニレンビニレン)]、ポリ[2−2’,5’−ビス(2’−エチルヘキシロキシ)フェニル]−1,4−フェニレンビニレン]等のポリフェニレンビニレン類;などを挙げることができる。
炭素ナノ構造体としては、例えば、天然黒鉛、活性炭、人造黒鉛、グラフェン、カーボンナノチューブ、カーボンナノバッドなどを挙げることができる。
貴金属粒子としては、触媒作用のあるものであれば特に限定されず、金属白金、金属パラジウム、及び金属ルテニウムなどの公知の貴金属粒子を適宜選択して用いることができる。
Here, examples of the conductive polymer include poly (thiophene-2,5-diyl), poly (3-butylthiophene-2,5-diyl), and poly (3-hexylthiophen-2,5-diyl). , Poly (2,3-dihydrothieno- [3,4-b] -1,4-dioxin) (PEDOT) and other polythiophenes; polyacetylene and its derivatives; polyaniline and its derivatives; polypyrrole and its derivatives; poly (p-xylene) Tetrahydrothiophenium chloride), poly [(2-methoxy-5- (2'-ethylhexyloxy))-1,4-phenylene vinylene], poly [(2-methoxy-5- (3', 7'-) Polyphenylene vinylenes such as dimethyloctyloxy) -1,4-phenylene vinylene)], poly [2-2', 5'-bis (2'-ethylhexyloxy) phenyl] -1,4-phenylene vinylene], etc. Can be mentioned.
Examples of carbon nanostructures include natural graphite, activated carbon, artificial graphite, graphene, carbon nanotubes, and carbon nanobuds.
The noble metal particles are not particularly limited as long as they have a catalytic action, and known noble metal particles such as metallic platinum, metallic palladium, and metallic ruthenium can be appropriately selected and used.

触媒層43の厚みは、特に限定されることなく、例えば0.005μm以上100μm以下とすることができる。 The thickness of the catalyst layer 43 is not particularly limited, and can be, for example, 0.005 μm or more and 100 μm or less.

図1に示す色素増感型太陽電池1においては、次のようなサイクルが繰り返されることで、光エネルギーが電気エネルギーに変換される。すなわち、(i)色素増感型太陽電池1が光を受けると、フォトニック結晶層5の面内方向で光が共振される。また、色素増感型太陽電池1が受けた光は、フォトニック結晶層5を通過する際に回折または散乱する。これにより光電変換層22を通過する光の経路が増加する。換言すれば、光電変換層22における光の吸収率が増加する。(ii)そして、光電変換層22が吸収した光を受けて増感色素222が励起されると、増感色素222の電子(図示せず)が取り出される。(iii)この電子は、光電極2から出て、外部の回路10を通って対向電極4に移動し、さらに触媒層43を介して電解質層3に移動する。なお、図1中、矢印は、電子の動きを示すものである。(iv)それから電解質層3に含まれる酸化還元対(還元剤)により、酸化状態の増感色素222が還元され、増感色素222が再生され、再び光を吸収できる状態に戻る。したがって、色素増感型太陽電池1によれば、起電力量を増大させて、光電変換効率を高めることができる。 In the dye-sensitized solar cell 1 shown in FIG. 1, light energy is converted into electrical energy by repeating the following cycle. That is, (i) when the dye-sensitized solar cell 1 receives light, the light resonates in the in-plane direction of the photonic crystal layer 5. Further, the light received by the dye-sensitized solar cell 1 is diffracted or scattered as it passes through the photonic crystal layer 5. This increases the path of light passing through the photoelectric conversion layer 22. In other words, the light absorption rate in the photoelectric conversion layer 22 increases. (Ii) Then, when the sensitizing dye 222 is excited by receiving the light absorbed by the photoelectric conversion layer 22, the electrons (not shown) of the sensitizing dye 222 are taken out. (Iii) The electrons exit from the photoelectrode 2, move to the counter electrode 4 through the external circuit 10, and further move to the electrolyte layer 3 via the catalyst layer 43. In FIG. 1, the arrows indicate the movements of electrons. (Iv) Then, the redox pair (reducing agent) contained in the electrolyte layer 3 reduces the sensitizing dye 222 in the oxidized state, regenerates the sensitizing dye 222, and returns to a state in which light can be absorbed again. Therefore, according to the dye-sensitized solar cell 1, the electromotive force amount can be increased and the photoelectric conversion efficiency can be increased.

なお、本発明の色素増感型太陽電池は、図1に示した構成に限定されず、光電極、フォトニック結晶層、電解質層、対向電極の他に、例えば、保護層、反射防止層、ガスバリア層等をさらに有していてもよい。 The dye-sensitized solar cell of the present invention is not limited to the configuration shown in FIG. 1, and in addition to the photoelectrode, photonic crystal layer, electrolyte layer, and counter electrode, for example, a protective layer, an antireflection layer, and the like. It may further have a gas barrier layer or the like.

また、本発明の色素増感型太陽電池は、太陽を光源とするものに限定されず、例えば屋内照明を光源とするものであってもよい。 Further, the dye-sensitized solar cell of the present invention is not limited to the one using the sun as a light source, and may be, for example, one using indoor lighting as a light source.

2)色素増感型太陽電池の製造方法
本発明の色素増感型太陽電池の製造方法は特に限定されず、例えば、以下に示す方法により製造することができる。
2) Method for manufacturing a dye-sensitized solar cell The method for manufacturing a dye-sensitized solar cell of the present invention is not particularly limited, and for example, it can be manufactured by the method shown below.

本発明の色素増感型太陽電池の製造方法について、再度、図1を参照して説明する。色素増感型太陽電池1の製造方法は、微粒子分散液を用いてフォトニック結晶層5を形成するフォトニック結晶層形成工程を含むことを必要とし、任意に、フォトニック結晶層形成工程以外の他の工程を含み得る。ここで、他の工程としては、例えば、多孔質半導体層221の表面に増感色素222を吸着させる吸着工程が挙げられる。 The method for manufacturing the dye-sensitized solar cell of the present invention will be described again with reference to FIG. The method for producing the dye-sensitized solar cell 1 needs to include a photonic crystal layer forming step of forming the photonic crystal layer 5 using a fine particle dispersion, and optionally other than the photonic crystal layer forming step. Other steps may be included. Here, as another step, for example, an adsorption step of adsorbing the sensitizing dye 222 on the surface of the porous semiconductor layer 221 can be mentioned.

以下、本発明の色素増感型太陽電池の製造方法の第1〜4の実施形態について、具体的に説明する。 Hereinafter, the first to fourth embodiments of the method for manufacturing a dye-sensitized solar cell of the present invention will be specifically described.

(第1の実施形態)
<フォトニック結晶層形成工程>
フォトニック結晶層形成工程では、微粒子分散液を用いて多孔質半導体層221の表面上にフォトニック結晶層5を形成する。
(First Embodiment)
<Photonic crystal layer forming process>
In the photonic crystal layer forming step, the photonic crystal layer 5 is formed on the surface of the porous semiconductor layer 221 using the fine particle dispersion liquid.

[微粒子分散液]
微粒子分散液としては、色素増感型太陽電池の項で説明した微粒子を含む分散液を用いればよい。微粒子分散液として、例えば、二酸化ケイ素微粒子を含む二酸化ケイ素微粒子分散液、二酸化ケイ素微粒子と酸化チタン微粒子とを含む混合微粒子分散液等が挙げられる。また、以下に説明する微粒子分散液の調製において、溶媒として水を用いる場合には、微粒子分散液に含まれる微粒子は、シラノール基や水酸基等を有することが好ましい。微粒子がこれらの官能基を有することにより、溶媒としての水に対する微粒子の分散性が向上する。
[Particulate dispersion]
As the fine particle dispersion, a dispersion containing fine particles described in the section of the dye-sensitized solar cell may be used. Examples of the fine particle dispersion include a silicon dioxide fine particle dispersion containing silicon dioxide fine particles, a mixed fine particle dispersion containing silicon dioxide fine particles and titanium oxide fine particles, and the like. Further, when water is used as a solvent in the preparation of the fine particle dispersion liquid described below, the fine particles contained in the fine particle dispersion liquid preferably have a silanol group, a hydroxyl group or the like. When the fine particles have these functional groups, the dispersibility of the fine particles in water as a solvent is improved.

−溶媒−
微粒子分散液の調製に用いる溶媒としては、水;メチルアルコール、エチルアルコール、プロピルアルコール等のアルコール類;アセトン、メチルエチルケトン等のケトン類;テトラヒドロフラン、ジオキサン、ジグライム等のエーテル類;N,N−ジメチルホルムアミド、N,N−ジメチルアセトアミド、N−メチル−2−ピロリドン、1,3−ジメチル−2−イミダゾリジノン等のアミド類;ジメチルスルホキシド、スルホラン等の含硫黄系溶媒:等が挙げられ、中でも水が好ましい。これらの溶媒は1種単独で、あるいは2種以上を組み合わせて用いることができる。
− Solvent −
As the solvent used for preparing the fine particle dispersion, water; alcohols such as methyl alcohol, ethyl alcohol and propyl alcohol; ketones such as acetone and methyl ethyl ketone; ethers such as tetrahydrofuran, dioxane and jigglime; N, N-dimethylformamide. , N, N-Dimethylacetamide, N-methyl-2-pyrrolidone, 1,3-dimethyl-2-imidazolidinone and other amides; sulfur-containing solvents such as dimethyl sulfoxide and sulfolane: etc. Is preferable. These solvents can be used alone or in combination of two or more.

−単分散度−
そして微粒子分散液の単分散度は、10%以下であることが好ましく、5%以下であることがより好ましい。微粒子分散液の単分散度が10%以下であれば、微粒子を規則的に配列させることが容易となり、その結果、フォトニック結晶層5の形成が容易となる。
− Monodispersity −
The monodispersity of the fine particle dispersion is preferably 10% or less, and more preferably 5% or less. When the monodispersity of the fine particle dispersion is 10% or less, it becomes easy to arrange the fine particles regularly, and as a result, the formation of the photonic crystal layer 5 becomes easy.

ここで、「単分散度」は、下記式(I)で表される。
単分散度=(微粒子の粒子径の標準偏差)×100/(微粒子の粒子径の平均値)・・・(I)
Here, the "single dispersion degree" is represented by the following formula (I).
Monodispersity = (standard deviation of particle size of fine particles) x 100 / (average value of particle size of fine particles) ... (I)

−濃度−
微粒子分散液中の微粒子の濃度は、特に限定されないが、5質量%以上20質量%以下であることが好ましい。微粒子分散液中の微粒子の濃度が上記範囲内であれば、フォトニック結晶層5の形成がさらに容易になる。
− Concentration −
The concentration of the fine particles in the fine particle dispersion is not particularly limited, but is preferably 5% by mass or more and 20% by mass or less. When the concentration of the fine particles in the fine particle dispersion is within the above range, the formation of the photonic crystal layer 5 becomes easier.

ここで、図2を参照して、フォトニック結晶層5の形成について説明する。なお、図2中、図1に示した部材と同じ部材には同一の番号を付し、説明は省略する。
フォトニック結晶層5の形成は、具体的には、微粒子分散液を用いた自己組織化反応を利用して行う。ここで、自己組織化とは、微粒子分散液に含まれる微粒子間の相互作用により、微粒子が特定の秩序構造を形成する現象を指す。例えば微粒子分散液を多孔質半導体層221の上に滴下すると、微粒子分散液に含まれていた微粒子が自己組織化反応を行い、多孔質半導体層221の上に、複数の微粒子が規則的に配列されてなる特定構造を形成する。そこで、微粒子分散液を滴下した後、塗膜を乾燥すれば、多孔質半導体層221の上に所望のフォトニック結晶層5を形成することができる。その際、塗膜の乾燥方法は、特に限定されないが、微粒子分散液が塗布された多孔質半導体層221の表面が、光電極基板21の載置台に対して垂直になるように維持しなから乾燥することが好ましい(垂直析出法)。これにより、多孔質半導体層221の上に、図2で示す単層の規則的配列体(単層配列体)として、フォトニック結晶層5を形成することができる。更に上記の操作を繰り返すことにより、操作の回数に応じて、例えば図1で示したような単層配列体が積層された構造(積層配列体)として、複数層のフォトニック結晶層5を形成することができるため、層数の制御が可能になる。こうして形成されたフォトニック結晶層5は、例えば六方最密充填構造といった略最密充填構造を取り得る。そして、フォトニック結晶層5の層数は、20以下であることが好ましい。フォトニック結晶層5の層数が20以下であれば、多孔質半導体層221との密着性が良好に保たれ性能が維持されるので好ましい。さらに、フォトニック結晶層5の層数が2以上、10以下であれば、より光電変換性能が向上する。
Here, the formation of the photonic crystal layer 5 will be described with reference to FIG. In FIG. 2, the same members as those shown in FIG. 1 are assigned the same numbers, and the description thereof will be omitted.
Specifically, the photonic crystal layer 5 is formed by utilizing a self-assembling reaction using a fine particle dispersion liquid. Here, the self-organization refers to a phenomenon in which the fine particles form a specific ordered structure due to the interaction between the fine particles contained in the fine particle dispersion. For example, when the fine particle dispersion is dropped onto the porous semiconductor layer 221, the fine particles contained in the fine particle dispersion undergo a self-assembling reaction, and a plurality of fine particles are regularly arranged on the porous semiconductor layer 221. It forms a specific structure. Therefore, if the coating film is dried after dropping the fine particle dispersion liquid, a desired photonic crystal layer 5 can be formed on the porous semiconductor layer 221. At that time, the method for drying the coating film is not particularly limited, but the surface of the porous semiconductor layer 221 coated with the fine particle dispersion liquid is not maintained so as to be perpendicular to the mounting table of the photoelectrode substrate 21. It is preferably dried (vertical precipitation method). As a result, the photonic crystal layer 5 can be formed on the porous semiconductor layer 221 as a regular array of the single layers (single layer array) shown in FIG. By further repeating the above operation, a plurality of photonic crystal layers 5 are formed, for example, as a structure in which single-layer arrays as shown in FIG. 1 are laminated (laminated array) according to the number of operations. Therefore, the number of layers can be controlled. The photonic crystal layer 5 thus formed can have a substantially close-packed structure such as a hexagonal close-packed structure. The number of photonic crystal layers 5 is preferably 20 or less. When the number of layers of the photonic crystal layer 5 is 20 or less, the adhesion to the porous semiconductor layer 221 is kept good and the performance is maintained, which is preferable. Further, when the number of layers of the photonic crystal layer 5 is 2 or more and 10 or less, the photoelectric conversion performance is further improved.

<吸着工程>
吸着工程では、多孔質半導体層221の表面に増感色素222を吸着させる。増感色素222を吸着させる方法としては、例えば、フォトニック結晶層5が表面に形成された多孔質半導体層221を色素溶液に浸漬させる方法が挙げられる。
<Adsorption process>
In the adsorption step, the sensitizing dye 222 is adsorbed on the surface of the porous semiconductor layer 221. Examples of the method of adsorbing the sensitizing dye 222 include a method of immersing the porous semiconductor layer 221 having the photonic crystal layer 5 formed on the surface in the dye solution.

−色素溶媒−
色素溶媒は、増感色素222および溶媒を含有し、任意に、増感色素222以外の添加剤を含み得る。
-Dye solvent-
The dye solvent contains a sensitizing dye 222 and a solvent, and may optionally contain an additive other than the sensitizing dye 222.

色素溶媒に用いる溶媒としては、例えば、エチレングリコールやプロピレングリコールなどのグリコールエーテル類;グリコールエステル類;ポリグリコール類;及び水、並びにこれらの混合物、さらには、これらと、エタノール、プロパノール、ブタノール、アセトニトリル、ジメチルホルムアミド、及びジメチルスルホキシド等との混合溶媒を用いることができる。 Solvents used for the dye solvent include, for example, glycol ethers such as ethylene glycol and propylene glycol; glycol esters; polyglycols; and water, and mixtures thereof, and ethanol, propanol, butanol, acetonitrile. , Dimethylformamide, and a mixed solvent with dimethyl sulfoxide and the like can be used.

色素溶液中の増感色素の濃度は、特に限定されないが、増感色素の濃度は4mM未満であることが好ましい。 The concentration of the sensitizing dye in the dye solution is not particularly limited, but the concentration of the sensitizing dye is preferably less than 4 mM.

また、任意の添加剤としては、増粘剤、充填剤及び界面活性剤等が挙げられる。 Moreover, as an arbitrary additive, a thickener, a filler, a surfactant and the like can be mentioned.

そして、フォトニック結晶層5が形成された光電極2と、対向電極4と、を有するセル(図示せず)を作製し、その隙間に電解液を公知の方法により注入することで、電解質層3を形成し、色素増感型太陽電池1を得ることができる。なお、上述した色素吸着工程後、必要に応じて、フォトニック結晶層5が形成された光電極2を焼成してもよい。 Then, a cell (not shown) having the photoelectrode 2 on which the photonic crystal layer 5 is formed and the counter electrode 4 is prepared, and an electrolytic solution is injected into the gap by a known method to form an electrolyte layer. 3 can be formed to obtain a dye-sensitized solar cell 1. After the dye adsorption step described above, the photoelectrode 2 on which the photonic crystal layer 5 is formed may be fired, if necessary.

(第2の実施形態)
第1の実施形態では、フォトニック結晶層5を形成後、増感色素222を多孔質半導体層221に吸着させる方法について説明したが、これに限定されず、第2の実施形態として、多孔質半導体層221を形成後、増感色素222を多孔質半導体層221に吸着させ、それからフォトニック結晶層5を形成してもよい。その際、色素吸着は、例えば、多孔質半導体層221を上述した色素溶液に浸漬することで行うことができる。
(Second embodiment)
In the first embodiment, a method of adsorbing the sensitizing dye 222 on the porous semiconductor layer 221 after forming the photonic crystal layer 5 has been described, but the method is not limited to this, and the second embodiment is porous. After forming the semiconductor layer 221, the sensitizing dye 222 may be adsorbed on the porous semiconductor layer 221 and then the photonic crystal layer 5 may be formed. At that time, the dye adsorption can be performed, for example, by immersing the porous semiconductor layer 221 in the dye solution described above.

(第3の実施形態)
また、第3の実施形態として、上述した微粒子分散液に替えて、樹脂微粒子を含む分散液(樹脂微粒子分散液)を用いてもよい。そして、例えば樹脂微粒子分散液を多孔質半導体層221の上に滴下し、更に樹脂微粒子周囲に集積可能な集積成分含有液を更に滴下することで、規則的に配列した樹脂微粒子の周囲に集積成分が詰まった構造ができる。そして塗膜を乾燥後、加熱して樹脂微粒子を焼失させることで、集積成分に囲まれて形成される、焼失前に樹脂微粒子が配列されていた球状空間が規則的に配列されてなるフォトニック結晶層を得ることができる。ここで、樹脂微粒子の粒径は、特に限定されず、例えば、前記微粒子分散液に含まれる微粒子と同程度の粒径、具体的には50nm以上1μm以下とすることができる。また、樹脂微粒子としては、特に限定されず、例えば、ポリプロピレン樹脂、ポリフェニレンエーテル樹脂、ポリアリーレンスルフィド樹脂、ポリエーテルケトン樹脂等の公知の樹脂からなる樹脂微粒子を用いることができる。さらに、樹脂微粒子周囲に集積可能な集積成分含有液は、例えばシリカ等の集積可能な微粒子の分散液を使用することができ、その場合、集積のため使用する微粒子の粒径は、例えば1nm以上50nmとすることができる。また、集積成分としては、加熱によって構造体を形成するアルコキシドやゾル等を用いてもよい。
(Third Embodiment)
Further, as the third embodiment, a dispersion liquid containing resin fine particles (resin fine particle dispersion liquid) may be used instead of the above-mentioned fine particle dispersion liquid. Then, for example, the resin fine particle dispersion liquid is dropped onto the porous semiconductor layer 221, and further the accumulated component-containing liquid that can be accumulated around the resin fine particles is further dropped, so that the accumulated components are further dropped around the regularly arranged resin fine particles. A structure that is clogged with particles is created. Then, after the coating film is dried, it is heated to burn out the resin fine particles, so that the spherical space in which the resin fine particles are arranged before the burning is regularly arranged, which is formed by being surrounded by the accumulated components. A crystal layer can be obtained. Here, the particle size of the resin fine particles is not particularly limited, and can be, for example, the same particle size as the fine particles contained in the fine particle dispersion, specifically 50 nm or more and 1 μm or less. The resin fine particles are not particularly limited, and for example, resin fine particles made of known resins such as polypropylene resin, polyphenylene ether resin, polyarylene sulfide resin, and polyether ketone resin can be used. Further, as the accumulating component-containing liquid that can be accumulated around the resin fine particles, a dispersion liquid of accumulable fine particles such as silica can be used, and in that case, the particle size of the fine particles used for accumulation is, for example, 1 nm or more. It can be 50 nm. Further, as the integrated component, an alkoxide, a sol, or the like that forms a structure by heating may be used.

(第4の実施形態)
さらに、第4の実施形態として、多孔質半導体層221ではなく、別の基板上にフォトニック結晶層5を形成し、得られたフォトニック結晶層5を、増感色素222が吸着していない、または増感色素222が吸着した多孔質半導体層221に転写することで、多孔質半導体層221の表面上にフォトニック結晶層5を形成してもよい。使用した多孔質半導体層221が増感色素222を吸着させたものでない場合、フォトニック結晶層5を形成後、増感色素222を吸着させればよい。
なお、前記樹脂微粒子分散液を用いて別の基板上にフォトニック結晶層5を形成する場合、樹脂微粒子の焼失は、例えば、500〜600℃の温度で3〜4時間加熱して行うことができる。この際、加熱方法は特に限定されない。
(Fourth Embodiment)
Further, as a fourth embodiment, the photonic crystal layer 5 is formed not on the porous semiconductor layer 221 but on another substrate, and the obtained photonic crystal layer 5 is not adsorbed by the sensitizing dye 222. Alternatively, the photonic crystal layer 5 may be formed on the surface of the porous semiconductor layer 221 by transferring to the porous semiconductor layer 221 on which the sensitizing dye 222 is adsorbed. When the porous semiconductor layer 221 used does not have the sensitizing dye 222 adsorbed, the sensitizing dye 222 may be adsorbed after forming the photonic crystal layer 5.
When the photonic crystal layer 5 is formed on another substrate by using the resin fine particle dispersion liquid, the resin fine particles may be burnt by heating at a temperature of 500 to 600 ° C. for 3 to 4 hours, for example. it can. At this time, the heating method is not particularly limited.

3)太陽電池モジュール
本発明の太陽電池モジュールは、複数の本発明の色素増感型太陽電池が直列および/または並列に接続されてなるものである。モジュール構造としては、Z型、W型、並列型、集電配線型、モノリシック型など公知の構造がある。
3) Solar cell module The solar cell module of the present invention is formed by connecting a plurality of dye-sensitized solar cells of the present invention in series and / or in parallel. As the module structure, there are known structures such as Z type, W type, parallel type, current collector wiring type, and monolithic type.

本発明の太陽電池モジュールは、例えば、本発明の色素増感型太陽電池を平面状または曲面状に配列し、各電池間に非導電性の隔壁を設けるとともに、各電池の光電極や対向電極を導電性の部材を用いて電気的に接続することで得ることができる。その際、用いる色素増感型太陽電池の数は特に限定されず、目的の電圧に応じて適宜決定することができる。 In the solar cell module of the present invention, for example, the dye-sensitized solar cells of the present invention are arranged in a plane or curved shape, a non-conductive partition wall is provided between the batteries, and a photoelectrode or a counter electrode of each battery is provided. Can be obtained by electrically connecting using a conductive member. At that time, the number of dye-sensitized solar cells to be used is not particularly limited, and can be appropriately determined according to the target voltage.

以下、本発明について実施例に基づき具体的に説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。なお、以下の説明において、量を表す「%」は、特に断らない限り、質量基準である。
電池性能の評価、および、フォトニック結晶層の確認は、以下の方法により行った。
Hereinafter, the present invention will be specifically described based on examples, but the present invention is not limited to these examples. In the following description, "%" representing the amount is based on mass unless otherwise specified.
The evaluation of the battery performance and the confirmation of the photonic crystal layer were carried out by the following methods.

<電池性能>
光源として、150Wキセノンランプ光源にAM1.5Gフィルタを装着した疑似太陽光照射装置(PEC−L11型、ペクセル・テクノロジーズ社製)を用いた。光量は、1sun(AM1.5G、100mW/cm2(JIS C 8912のクラスA)に調整した。作製した色素増感型太陽電池をソースメータ(2400型ソースメータ、Keithley社製)に接続し、以下の電流電圧特性の測定を行った。
1sunの光照射下、バイアス電圧を0Vから0.8Vまで、0.01V単位で変化させながら出力電流を測定した。出力電流の測定は、各電圧ステップにおいて、電圧を変化させた後、0.05秒後から0.15秒後までの値を積算することで行った。バイアス電圧を、逆方向に0.8Vから0Vまで変化させる測定も行い、順方向と逆方向の測定の平均値を光電流とした。
上記の電流電圧特性の測定結果より開放電圧(V)、曲線因子および光電変換効率(%)を算出した。また、短絡電流密度(mA/cm2)を測定した。
<Battery performance>
As a light source, a pseudo-sunlight irradiation device (PEC-L11 type, manufactured by Pexel Technologies Co., Ltd.) in which an AM1.5G filter was attached to a 150 W xenon lamp light source was used. The amount of light was adjusted to 1 sun (AM 1.5G, 100 mW / cm 2 (JIS C 8912 class A). The dye-sensitized solar cell produced was connected to a source meter (2400 type source meter, manufactured by Keithley). The following current-voltage characteristics were measured.
Under 1 sun light irradiation, the output current was measured while changing the bias voltage from 0 V to 0.8 V in units of 0.01 V. The output current was measured by integrating the values from 0.05 seconds to 0.15 seconds after changing the voltage in each voltage step. A measurement was also performed in which the bias voltage was changed from 0.8 V to 0 V in the reverse direction, and the average value of the measurements in the forward direction and the reverse direction was taken as the photocurrent.
The open circuit voltage (V), the curve factor, and the photoelectric conversion efficiency (%) were calculated from the above measurement results of the current-voltage characteristics. Moreover, the short-circuit current density (mA / cm 2 ) was measured.

<フォトニック結晶層の確認>
フォトニック結晶層の確認は、目視により確認した。そして、形成された層が玉虫や貝殻のようにギラギラと光り、角度によって色が変わる場合には、フォトニック結晶層が確実に形成されていると判断した。
<Confirmation of photonic crystal layer>
The confirmation of the photonic crystal layer was visually confirmed. Then, when the formed layer shines like a jewel beetle or a shell and the color changes depending on the angle, it is judged that the photonic crystal layer is surely formed.

(実施例1)
<色素溶液の調製>
ルテニウム錯体色素(N719、ソラロニクス社製)7.2mgを20mLのメスフラスコに入れた。tert−ブタノール10mLをメスフラスコに添加し、攪拌した。その後、アセトニトリル8mLを加え、メスフラスコに栓をした後、超音波洗浄器による振動により、60分間攪拌した。溶液を常温に保ちながら、アセトニトリルを加え、全量を20mLとすることで、色素溶液を得た。
(Example 1)
<Preparation of dye solution>
7.2 mg of ruthenium complex dye (N719, manufactured by Solaronics) was placed in a 20 mL volumetric flask. 10 mL of tert-butanol was added to the volumetric flask and stirred. Then, 8 mL of acetonitrile was added, the volumetric flask was plugged, and then the mixture was stirred for 60 minutes by vibration with an ultrasonic cleaner. Acetonitrile was added while keeping the solution at room temperature, and the total volume was adjusted to 20 mL to obtain a dye solution.

<多孔質半導体層の形成>
インジウム−スズ酸化物(ITO)をスパッタ処理したポリエチレンナフタレートフィルム(ITO−PENフィルム、フィルム厚み125μm、シート抵抗14Ω/□)のITO面上に、低温成膜酸化チタンペースト(ペクセル・テクノロジーズ社製「PECC−C01−06」)を、ベーカー式アプリケーターを用いて、塗膜の厚みが100μmとなるように塗布した。得られた塗膜を常温で10分間乾燥させた後、150℃のホットプレート上でさらに10分間加熱して、ITO−PENフィルムと多孔質半導体層とからなる積層体を得た。
<Formation of porous semiconductor layer>
Low temperature filmed titanium oxide paste (manufactured by Pexel Technologies) on the ITO surface of a polyethylene naphthalate film (ITO-PEN film, film thickness 125 μm, sheet resistance 14 Ω / □) sputtered with indium-tin oxide (ITO). "PECC-C01-06") was applied using a baker-type applicator so that the thickness of the coating film was 100 μm. The obtained coating film was dried at room temperature for 10 minutes and then heated on a hot plate at 150 ° C. for another 10 minutes to obtain a laminate composed of an ITO-PEN film and a porous semiconductor layer.

<フォトニック結晶層の形成>
微粒子分散液として、濃度10%に調整したシリカ微粒子水分散液I(シリカ微粒子:日本触媒製、粒径280nm)を用いた。前記垂直析出法に従い、微粒子水分散液Iを積層体の多孔質半導体層の上に滴下し、乾燥させることで、多孔質半導体層の上に1層のフォトニック結晶層を形成した。
<Formation of photonic crystal layer>
As the fine particle dispersion, silica fine particle aqueous dispersion I (silica fine particles: manufactured by Nippon Catalyst Co., Ltd., particle size 280 nm) adjusted to a concentration of 10% was used. According to the vertical precipitation method, the fine particle aqueous dispersion I was dropped onto the porous semiconductor layer of the laminate and dried to form one photonic crystal layer on the porous semiconductor layer.

<増感色素の吸着>
この積層体を色素溶液に40℃で2時間浸漬させることで、増感色素を多孔質半導体層に吸着させた。浸漬後、積層体をアセトニトリルで洗浄し、乾燥させることで光電極を得た。
<Adsorption of sensitizing dye>
The sensitizing dye was adsorbed on the porous semiconductor layer by immersing the laminate in the dye solution at 40 ° C. for 2 hours. After the immersion, the laminate was washed with acetonitrile and dried to obtain a photoelectrode.

<対向電極の作製>
30mLのガラス容器に、水5g、エタノール1gおよびカーボンナノチューブ(平均直径(Av):3.3nm、直径の標準偏差(σ):0.64nm、3σ/Av:0.58)0.0025gを加えた。
このガラス容器の内容物に対して、バス型超音波洗浄機(BRANSON社製、5510J−MT(42kHz、180W))を用いて、2時間分散処理を行い、水分散液を得た。
インジウム−スズ酸化物(ITO)をスパッタ処理したポリエチレンナフタレートフィルム(ITO−PENフィルム、フィルム厚み200μm、ITO厚み200nm、シート抵抗15Ω/□)のITO面上に、上述のようにして得た水分散液を、バーコーター(テスター産業社製、SA−203、No.10)を用いて、塗布厚み22.9μmとなるように塗布した。得られた塗膜を、23℃、60%(相対湿度)で2時間乾燥させて、対向電極を得た。
<Manufacturing of counter electrode>
To a 30 mL glass container, add 5 g of water, 1 g of ethanol and 0.0025 g of carbon nanotubes (average diameter (Av): 3.3 nm, standard deviation of diameter (σ): 0.64 nm, 3σ / Av: 0.58). It was.
The contents of this glass container were subjected to a dispersion treatment for 2 hours using a bath-type ultrasonic cleaner (5510J-MT (42 kHz, 180 W) manufactured by BRANSON) to obtain an aqueous dispersion.
Water obtained as described above on the ITO surface of a polyethylene naphthalate film (ITO-PEN film, film thickness 200 μm, ITO thickness 200 nm, sheet resistance 15 Ω / □) sputtered with indium-tin oxide (ITO). The dispersion was applied using a bar coater (manufactured by Tester Sangyo Co., Ltd., SA-203, No. 10) so as to have a coating thickness of 22.9 μm. The obtained coating film was dried at 23 ° C. and 60% (relative humidity) for 2 hours to obtain a counter electrode.

<電解液の調製>
ヨウ素0.05mol/L、ヨウ化リチウム0.1mol/L、t−ブチルピリジン0.5mol/L、および1,2−ジメチル−3プロピルイミダゾリウムヨージド0.6mol/Lとなるように、これらをメトキシアセトニトリルに溶解して、電解液を得た。
<Preparation of electrolyte>
These are such that iodine is 0.05 mol / L, lithium iodide is 0.1 mol / L, t-butyl pyridine is 0.5 mol / L, and 1,2-dimethyl-3propylimidazolium iodide is 0.6 mol / L. Was dissolved in methoxyacetonitrile to obtain an electrolytic solution.

<色素増感型太陽電池の作製>
厚さ25μmの熱融着フィルム(SOLARONIX社製)の内側を直径9mmの円形状にくり抜き、このフィルムを対向電極上にセットした。電解液を滴下し、光電極を上から重ね合わせ、みの虫クリップで両側を挟むことで色素増感型太陽電池を作製した。そして、電池性能を評価した。結果を表1に示す。
<Manufacturing dye-sensitized solar cells>
The inside of a heat-sealing film (manufactured by SOLARONIX) having a thickness of 25 μm was hollowed out in a circular shape having a diameter of 9 mm, and this film was set on a counter electrode. A dye-sensitized solar cell was produced by dropping an electrolytic solution, superimposing photoelectrodes from above, and sandwiching both sides with bagworm clips. Then, the battery performance was evaluated. The results are shown in Table 1.

(実施例2)
実施例1のフォトニック結晶層の形成工程を3回繰り返し、多孔質半導体層の上に3層のフォトニック結晶層を形成した。それ以外は実施例1と同様にして色素増感型太陽電池を製造した。そして、実施例1と同様にして電池性能を評価した。結果を表1に示す。
(Example 2)
The step of forming the photonic crystal layer of Example 1 was repeated three times to form three photonic crystal layers on the porous semiconductor layer. A dye-sensitized solar cell was manufactured in the same manner as in Example 1 except for the above. Then, the battery performance was evaluated in the same manner as in Example 1. The results are shown in Table 1.

(実施例3)
微粒子分散液として、シリカ微粒子水分散液Iにかえて、濃度10%に調整したシリカ微粒子水分散液II(シリカ微粒子:日本触媒製、粒径510nm)を用いて3層のフォトニック結晶層を形成した。それ以外は実施例2と同様にして色素増感型太陽電池を製造した。そして、実施例1と同様にして電池性能を評価した。結果を表1に示す。
(Example 3)
As the fine particle dispersion, instead of the silica fine particle water dispersion I, a silica fine particle water dispersion II (silica fine particles: manufactured by Nippon Catalyst Co., Ltd., particle size 510 nm) adjusted to a concentration of 10% was used to form a three-layer photonic crystal layer. Formed. A dye-sensitized solar cell was manufactured in the same manner as in Example 2 except for the above. Then, the battery performance was evaluated in the same manner as in Example 1. The results are shown in Table 1.

(実施例4)
実施例3で用いたシリカ微粒子水分散液IIを使用して、実施例2で形成した3層のフォトニック結晶層の上に、さらに3層のフォトニック結晶層を形成した。それ以外は実施例1と同様にして色素増感型太陽電池を製造した。そして、実施例1と同様にして電池性能を評価した。結果を表1に示す。
(Example 4)
Using the silica fine particle aqueous dispersion II used in Example 3, three more photonic crystal layers were further formed on the three photonic crystal layers formed in Example 2. A dye-sensitized solar cell was manufactured in the same manner as in Example 1 except for the above. Then, the battery performance was evaluated in the same manner as in Example 1. The results are shown in Table 1.

(実施例5)
多孔質半導体層の上に、21層のフォトニック結晶層を形成した以外は実施例1と同様にして色素増感型太陽電池を作製した。そして、実施例1と同様にして電池性能を評価した。結果を表1に示す。
(Example 5)
A dye-sensitized solar cell was produced in the same manner as in Example 1 except that 21 photonic crystal layers were formed on the porous semiconductor layer. Then, the battery performance was evaluated in the same manner as in Example 1. The results are shown in Table 1.

(比較例1)
フォトニック結晶層を形成しなかったこと以外は実施例1と同様にして色素増感型太陽電池を作製した。そして、実施例1と同様にして電池性能を評価した。結果を表1に示す。
(Comparative Example 1)
A dye-sensitized solar cell was produced in the same manner as in Example 1 except that a photonic crystal layer was not formed. Then, the battery performance was evaluated in the same manner as in Example 1. The results are shown in Table 1.

Figure 2021057497
Figure 2021057497

表1の実施例1〜5および比較例1より、本発明に係る所定のフォトニック結晶層を有することで、光電変換効率の高い色素増感型太陽電池が得られることがわかる。 From Examples 1 to 5 and Comparative Example 1 in Table 1, it can be seen that a dye-sensitized solar cell having high photoelectric conversion efficiency can be obtained by having the predetermined photonic crystal layer according to the present invention.

本発明によれば、光電変換効率の高い色素増感型太陽電池およびその製造方法を提供することができる。
また、本発明によれば、光電変換効率の高い太陽電池モジュールを提供することができる。
According to the present invention, it is possible to provide a dye-sensitized solar cell having high photoelectric conversion efficiency and a method for manufacturing the same.
Further, according to the present invention, it is possible to provide a solar cell module having high photoelectric conversion efficiency.

1 色素増感型太陽電池
2 光電極
3 電解質層
4 対向電極
5 フォトニック結晶層
10 回路
21 光電極基板
41 支持体
42 導電膜
43 触媒層
211 支持体
212 導電膜
221 多孔質半導体層
222 増感色素
1 Dye-sensitized solar cell 2 Photoelectrode 3 Electrolyte layer 4 Opposite electrode 5 Photonic crystal layer 10 Circuit 21 Photoelectrode substrate 41 Support 42 Conductive 43 Catalyst layer 211 Support 212 Conductive 221 Porous semiconductor layer 222 Sensitization Pigment

Claims (6)

半導体成分Aを主成分とする多孔質半導体層を含む光電極と、電解質層との間に、フォトニック結晶層を有し、
前記フォトニック結晶層は、前記半導体成分Aとは異なる成分Bを主成分とする、色素増感型太陽電池。
A photonic crystal layer is provided between the photoelectrode including the porous semiconductor layer containing the semiconductor component A as the main component and the electrolyte layer.
The photonic crystal layer is a dye-sensitized solar cell containing a component B different from the semiconductor component A as a main component.
前記フォトニック結晶層の厚みが0.05μm以上6μm以下である、請求項1記載の色素増感型太陽電池。 The dye-sensitized solar cell according to claim 1, wherein the photonic crystal layer has a thickness of 0.05 μm or more and 6 μm or less. 前記フォトニック結晶層が、複数の微粒子が規則的に配列されてなる微粒子層である、請求項1または2記載の色素増感型太陽電池。 The dye-sensitized solar cell according to claim 1 or 2, wherein the photonic crystal layer is a fine particle layer in which a plurality of fine particles are regularly arranged. 前記微粒子層は、少なくとも二酸化ケイ素微粒子を含む、請求項3に記載の色素増感型太陽電池。 The dye-sensitized solar cell according to claim 3, wherein the fine particle layer contains at least silicon dioxide fine particles. 請求項3に記載の色素増感型太陽電池の製造方法であって、前記複数の微粒子を含む微粒子分散液を用いて前記フォトニック結晶層を形成するフォトニック結晶層形成工程を含む、色素増感型太陽電池の製造方法。 The dye-sensitized solar cell manufacturing method according to claim 3, further comprising a photonic crystal layer forming step of forming the photonic crystal layer using the fine particle dispersion liquid containing the plurality of fine particles. Manufacturing method of sensitive solar cells. 請求項1〜4いずれか1項に記載の色素増感型太陽電池を備える、太陽電池モジュール。 A solar cell module comprising the dye-sensitized solar cell according to any one of claims 1 to 4.
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