JP4291542B2 - Oxide semiconductor electrode for photoelectric conversion and dye-sensitized solar cell - Google Patents

Oxide semiconductor electrode for photoelectric conversion and dye-sensitized solar cell Download PDF

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光電変換のために用いられる光電変換用酸化物半導体電極、およびその電極を用いた色素増感型太陽電池に関する。
【0002】
【従来技術】
多孔質酸化チタン電極を用いることにより、アモルファスシリコン太陽電池に匹敵する性能を有する色素増感型太陽電池が得られる旨の報告がグレッツェルらによりすでになされている(J.Am.Chem.Soc.115(1993)6382)。
【0003】
さらに、酸化チタン以外にも、酸化ニオブ、酸化亜鉛、酸化スズ、酸化インジウムなどの酸化物半導体、あるいはこれらの混合系などの様々な酸化物半導体において光電変換能が発揮されることが報告されている。
【0004】
これら酸化物半導体電極の製法としては、導電性基板の表面に、酸化物半導体微粒子のゾル液あるいはスラリ−液などを塗布、成膜する方法が一般的に用いられている。
【0005】
酸化物半導体電極がその機能を充分に発揮するためには、酸化物半導体粒子同士の強い結合、および酸化物半導体微粒子と導電性基板表面との強い結合が非常に重要となる。また、酸化物半導体膜を多孔質化してスポンジ状にすることにより、光電変換に関与する色素吸着表面積を増やすこと、また、電荷移動層である電解液の浸透性を向上させることも非常に重要である。
【0006】
これら目的を達成するため、ポリエチレングリコ−ルなどの有機バインダ−成分を酸化物半導体微粒子ゾル、スラリ−に適量添加して塗布液を作製し、この塗布液を基板上に塗布し、しかる後、400℃以上の高温で焼成することにより成膜する方法が一般的に用いられている。
【0007】
つまり、高温に加熱することによって酸化物半導体粒子同士、および酸化物半導体微粒子と導電性表面との結合性の強化、また、有機バインダ−成分の分解蒸発によって酸化物半導体膜の多孔質化を達成することができる。
【0008】
しかしながら、このような高温焼成では、基板として樹脂材料を用いることが出来ないため用途が限定されてしまうといった問題点があった。また、高温焼成では使用するエネルギ−が大きく環境に対する点でもマイナスの要素が多い。
【0009】
このような問題点に鑑み、特開2001-357896公報には、高温焼成に代わる処理方法として、(i)400nm以下の紫外光を照射したり、(ii)50℃以上350℃未満で加熱したり、(iii)マイクロ波を照射したりする等の各種処理方法が提案されている。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、これらの方法を用いたのみでは、塗布液に必須成分として含有されて有機バインダ−成分の除去は不十分となり、残留した有機バインダ−成分が逆に電池特性を悪化させるという問題が生じる。例えば、有機バインダ−成分として分子量20000のポリエチレングリコ−ルを用いた場合、この熱分解温度は250〜300℃の範囲である。そのため、この温度範囲で加熱処理を行えばポリエチレングリコ−ルの分解蒸発は起こるものの、樹脂基板へのダメ−ジが非常に大きくなってしまう。
【0011】
また、紫外光の照射による光酸化反応分解においても、含有される有機バインダ−成分を完全に分解除去するには長時間の紫外光照射が必要であり、生産性を考慮すると現実的であるとは言えない。
【0012】
また、マイクロ波による加熱においても、導電性表面(基板上に設置された透明電極など)への局所的なマイクロ波の集中が起こり、スパ−クの発生、透明電極のクラック発生、樹脂基板の損傷など多くの問題が生じ得る。
【0013】
また、これらの方法を組み合わせて処理することも提案されているが、樹脂基板へのタメ−ジは依然として大きく、酸化物半導体膜の作製方法自体の改善が要望されている。
【0014】
ところで、酸化物半導体膜の作製に用いられる上記ゾル液やスラリ−液中における酸化物半導体微粒子の分散性は、作製された酸化物半導体電極の光電変換特性に大きな影響を与える。より高いレベルに分散されていればいるほど(凝集が抑えられていればいるほど)、酸化物半導体微粒子表面の表面エネルギ−が大きくなり、成膜した際、酸化物半導体微粒子間の結合性が向上して光電変換特性が向上する。また、酸化物半導体粒子の凝集を抑制することは光の散乱性を抑制することにつながり、酸化物半導体膜内への光の浸透性を向上させる点でも重要となる。
【0015】
ゾル液やスラリ−液中の酸化物半導体微粒子の分散性を高める方法として、酸もしくはアルカリを添加させ、塗布液のpHを酸化物半導体微粒子の等電点近傍のpHからなるべく遠ざける方法が一般的に用いられる。
【0016】
しかしながら、このような酸もしくはアルカリ添加の方法を用いた場合、塗布液の分散性の向上は期待できるものの、その後の製造工程における製造条件の設定次第では、光電変換特性の向上はさほどでななく、逆に光電変換特性を低下させるという現象が頻繁に生じていた。
【0017】
また、塗布膜を高温焼成する際に発生する酸性ガスあるいはアルカリ性ガスは、焼成炉の腐食や、環境、人体に対して悪影響を及ぼすおそれがあり、この傾向は、特に、大量生産においては顕著な問題となり得る。
【0018】
このような実状のもとに本発明は創案されたものであり、その目的は、いわゆる樹脂材料の基板の使用を可能とさせ、エネルギ−変換効率に優れ、さらには量産化に向けて環境等にやさしい光電変換用酸化物半導体電極およびそれを用いた色素増感型太陽電池を提供することにある。
【0019】
【課題を解決するための手段】
樹脂材料の基板を使用することを前提とし、低温処理で良好なエネルギ−変換効率が得られる酸化物半導体膜の形成に関して本発明者らが鋭意研究を行った結果、本発明に想到したのである。
【0020】
すなわち、本発明は、導電性表面を有する樹脂基板と、導電性表面の上に形成された酸化物半導体膜と、この酸化物半導体膜の上に形成された有機色素を有する光電変換用酸化物半導体電極であって、前記酸化物半導体膜は、酸化物半導体微粒子のゾルまたはスラリーをスプレー塗布して形成されるとともに、当該酸化物半導体膜は、有機色素を形成させる前の段階で、中和処理溶液との接触処理がなされているように構成される。
【0021】
本発明は、表面に色素が形成された光電変換用酸化物半導体電極と、これと対をなす対向電極と、それらの電極に接触する電荷移動層とを有する色素増感型太陽電池であって、前記光電変換用酸化物半導体電極は、導電性表面を有する樹脂基板と、導電性表面の上に形成された酸化物半導体膜と、この酸化物半導体膜の上に形成された有機色素を有し、前記酸化物半導体膜は、酸化物半導体微粒子のゾルまたはスラリーをスプレー塗布して形成されるとともに、当該酸化物半導体膜は、有機色素を形成させる前の段階で、中和処理溶液との接触処理がなされているように構成される。
【0022】
また、本発明における前記中和処理溶液は、酸またはアルカリを含んでなるように構成される。
【0023】
また、本発明における前記スプレー塗布される酸化物半導体微粒子のゾルまたはスラリーの中には、有機バインダ−成分が含有されていないように構成される。
【0024】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の色素増感型太陽電池の実施の形態について詳細に説明する。図1には、本発明の色素増感型太陽電池の模式的構成例が示される。図1に示されるように、本発明の色素増感型太陽電池1は、2つの電極10,30が例えば電荷移動層5を介して対向配置された構成をなしている。2つの電極のうち一方の電極10は、有機色素を備える光電変換用酸化物半導体電極10であり、このものは、例えば、樹脂基板20と、この上に形成された透明導電性膜22と、その導電性膜22の表面に形成された酸化物半導体膜4と、その酸化物半導体膜の表面に結合された有機色素膜7を有して構成されている。
【0025】
次いで、有機色素を備える光電変換用酸化物半導体電極10について説明する。このものは上述のごとく、例えば、樹脂基板20と、この上に形成された透明導電性膜22と、その導電性膜22の表面に形成された酸化物半導体膜4と、その酸化物半導体膜の表面に結合された有機色素膜7を有して構成されている。
【0026】
以下、個別の構成要件ごとに説明する。
導電性表面を有する樹脂基板の構成
図1に示されるごとく、導電性表面を有する樹脂基板の好適例として、シート状や可撓性のあるフィルム状の樹脂基板20とこの樹脂基板20の表面に形成された導電性膜22を備えてなる積層体構成が挙げられる。
【0027】
樹脂基板20としては、テトラアセチルセルロ−ス、ポリエチレンテレフタレ−ト、ポリエチレンテレフタレ−ト、ポリエチレンナフタレ−ト、シンジオクタチックポリスチレン、ポリフェニレンスルフィド、ポリカ−ボネ−ト、ポリアリレ−ト、ポリスルフォン、ポリエステルスルフォン、ポリエ−テルイミド、環状ポリオレフィン等が挙げられる。樹脂基板20の厚さは特に制限されないが、通常、0.05〜5mmである。この樹脂基板20は、透明又は不透明であることが出来る。導電性膜22としては、例えば、酸化インジウム、酸化錫の導電性金属酸化物薄膜、金、銀、白金などの金属薄膜、導電性高分子等が挙げられる。これらは通常、スパッタ等の気相成膜法や液相メッキ法等で樹脂基板20の表面に形成すればよい。上記の例では、導電性を付与するために樹脂基板20の上に導電性膜22を積層させる構造を例示したが、樹脂基板20そのものを導電性高分子としたり、樹脂の中に導電体微粒子を分散させて導電性を付与するようにしてもよい。このような場合、特に、図1に示される導電性膜22はなくてもよい。
【0028】
酸化物半導体膜4の構成
本発明の酸化物半導体電極10における酸化物半導体膜4を形成するには、まず、酸化物半導体微粒子を含む塗布液が調製される。用いられる酸化物半導体微粒子は、その1次粒子径が微細なほど好ましく、その1次粒子径は、通常、1〜5000nm、好ましくは5〜50nmとされる。
【0029】
酸化物半導体微粒子としては、酸化チタン、酸化亜鉛、酸化スズ、酸化ニオブ、酸化インジウム、酸化ジルコニウム、酸化タンタル、酸化バナジウム、酸化イットリウム、酸化アルミニウム、酸化マグネシウム等が挙げられる。好ましくは、酸化チタン、酸化亜鉛、酸化スズ、酸化ニオブであり、最も好ましくは酸化チタンである。また、これら酸化物半導体微粒子を複合(混合、混晶、固溶体など)させて用いてもよく、例えば、酸化亜鉛と酸化スズ、酸化チタンと酸化ニオブ等の組み合わせ使用が例示できる。材料選定に際しては、酸化物半導体膜4の表面に吸着された有機色素(有機色素膜7)の励起準位から、酸化物半導体微粒子の伝導帯準位への電子注入が効率よく起こりうる様に酸化物半導体微粒子の種類を選択すればよい。
【0030】
また、酸化物半導体粒子同士の結合性、および酸化物半導体微粒子と樹脂基板20の導電性表面(導電性膜22)間の結合性を強化させるため、酸化物半導体微粒子前駆体を添加するのも好ましい態様である。
【0031】
酸化物半導体微粒子前駆体を共存させることは、物質の拡散・供給や、微粒子間結合に必要なエネルギーの減少に効果的であり、酸化物半導体膜をより低温で形成するのに好ましい。
【0032】
酸化物半導体微粒子が金属酸化物である場合、用いられ得る酸化物半導体微粒子前駆体として、金属アルコキシド、金属ハロゲン化物、加水分解可能な基を有する金属化合物等が挙げられる。
【0033】
金属ハロゲン化物を用いた場合には、酸化物半導体微粒子内にハロゲン原子が取り込まれることが多く電池特性に悪影響を及ぼす可能性がある。そのため、特に、高温加熱が適用できない場合には金属アルコキシドを用いるのが好ましい。
【0034】
また、上記の金属化合物の一部または全部を加水分解したもの、その加水分解物を重合したもの、あるいはそれらの混合物も前駆体として有効である。特に、金属アルコキシドを、酸もしくはアルカリ条件下で部分的に加水分解し、さらに部分的に重合した混合物は、低温での反応性に富み、低温での結晶化も起こりやすいために本発明での使用に好都合である。この場合、好ましい酸としては、塩酸、硝酸等が挙げられるが、前記残留ハロゲンの影響を考慮すると硝酸を用いるのが好ましい。また、アルカリとしてはアンモニア、テトラアルキルアンモニウムヒドロキシド等が挙げられる。
【0035】
添加され得る酸化物半導体微粒子前駆体の混合比(添加量)は、酸化物半導体微粒子に対し、2〜40wt%である。2wt%未満では添加した効果が現れにくい。また、酸化物半導体微粒子前駆体が粒子化、結晶化する過程においては体積収縮が起こる。そのため、40wt%を超えるような大量の添加では膜全体の体積収縮が大きくなり、クラックの発生、それに伴う導電性表面からの膜の剥離が起こり、電池特性が悪化するおそれがある。
【0036】
酸化物半導体微粒子を含む塗布液は、ゾルまたはスラリ−の形態で得ることができる。このような形態において、使用される溶媒としては、水、有機溶媒、水と有機溶媒との混合液などが挙げられる。有機溶媒としては、メタノ−ル、エタノ−ル、プロパノ−ル、テルピネオ−ル等のアルコ−ル、メチルエチルケトン、アセトン、アセチルアセトン等のケトン、ジメチルホルムアミド、ピリジン等の塩基性溶媒等が挙げられる。溶媒への酸化物半導体微粒子の分散性を高めるため、酸もしくはアルカリを添加させて、塗布液のpHを酸化物半導体微粒子の等電点近傍のpHからなるべく遠ざけるのが好ましい。この際に好適に使用される酸としては、塩酸、硫酸、硝酸等の鉱酸、ギ酸、酢酸、ベンゼンスルホン酸等の有機酸が挙げられる。好適に使用されるアルカリ成分としては、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、炭酸カルシウム等のアルカリ金属あるいはアルカリ土類金属塩基、アンモニア、テトラアルキルアンモニウムヒドロキシド等のアンモニウム塩基等が挙げられる。また、塗布液中には必要に応じ、界面活性剤や粘度調整剤を添加することができる。
【0037】
このようにして調製された塗布液は、表面に導電性が付与された樹脂基板20(導電性表面を有する樹脂基板20)上に塗布され、所定の処理がなされた後に、酸化物半導体膜4が構成される。
【0038】
本発明における酸化物半導体膜4は、多孔質の膜質とすることが好ましい。その厚さは少なくとも10nm以上、好ましくは500〜30000nmとされる。さらに、酸化物半導体膜4は、その見かけ表面積に対する実表面積の比を10以上、好ましくは100以上とすることが望ましい。この比の上限は特に規制されないが、通常、1000〜2000である。
【0039】
前述した見かけの表面積とは、通常の表面積を意味し、例えば、その表面形状が長方形の場合には、(縦の長さ)×(横の長さ)で表される。前述した実表面積とは、クリプトンガスの吸着量により求めたBET表面積を意味する。具体的測定には、BET表面積測定装置(マイクロメリティクス社製、ASAP2000)を用い、見かけ表面積1cm2の酸化物半導体膜(基板の上に形成されている)に、液体窒素温度でクリプトンガスを吸着させる方法が用いられる。この測定方法により得られたクリプトンガス吸着量に基づいてBET表面積が算出される。
【0040】
このような多孔質構造膜は、その内部に微細な細孔とその表面に微細凹凸を有するものである。酸化物半導体膜4の厚さおよび見かけ表面積に対する実表面積の比が前記範囲より小さくなると、その表面に有機色素を単分子膜として吸着させたときに、その有機色素単分子膜の表面積が小さくなり、光吸収効率の良い電極を得ることが困難となる。
【0041】
本発明において、導電性表面を有する樹脂基板の上に酸化物半導体膜を形成させるには、酸化物半導体微粒子を含む塗布液を、スプレ−法により塗布する。後述するように、高温処理することなく、理想的な多孔質体の形成ができるからである。この際、酸化物半導体微粒子を含む塗布液中には有機バインダ−成分を含有させてはならない。高温加熱処理をすることが出来ず、多孔質構造の形成に寄与する割合が低いばかりか、残存する有機バインダー成分が特性劣化を助長させる傾向にあるからである。
【0042】
上述したようにスプレ−法による酸化物半導体膜の形成は、酸化物半導体微粒子膜の多孔質化を実現するのに最も好ましい。ノズルから噴霧された塗布液が基板表面上に到達するまでに塗布液に含まれる溶媒の一部あるいは全部が揮発することにより、酸化物半導体微粒子の1次粒子から多次粒子への成長等が生じ、基板表面上に形成された膜はスポンジ状の多孔質膜となる。この場合、塗布液の溶媒の揮発性が重要となる。そのため、溶媒としてはメタノ−ル、エタノ−ル、プロパノ−ル等の比較的沸点の低いアルコ−ルが好適に用いられる。
【0043】
さらに、基板表面への塗れ性を向上させるとともに、表面張力の調整や酸化物半導体微粒子の粒子成長の度合いを調整する目的で、塗布液中にジメチルホルムアミド、テルピネオ−ル等の高沸点溶媒や水等を添加することも好ましい。
【0044】
また、塗布液の溶媒の揮発性を制御する目的で、スプレー塗布の対象となる樹脂基板20自体を加熱しながら塗布を行うことも可能である。この場合の加熱温度は用いる樹脂基板の耐熱温度にもよるが、60℃以上300℃以下の温度で行うのが好ましく、特に、80℃以上150℃以下で行うのがより好ましい。
【0045】
塗布液中の酸化物半導体微粒子濃度は、スプレー塗布における溶媒の蒸発等も考慮に入れて、2〜10重量%の低濃度が好ましい。2重量%未満では、単位時間当たりの塗布量が少なくなるため塗布時間が長く掛かり、10重量%を超えると酸化物半導体微粒子の粒子成長が起こりすぎて粒子サイズが必要以上に大きくなり、膜内での粒子間の結合ポイントが減少することにより膜強度が弱くなるおそれがある。
【0046】
酸化物半導体微粒子を光電変換素子の構成要素として用いる場合、従来「焼成」により酸化物半導体膜としての機能を発現させてきた。すなわち、酸化物半導体微粒子を含む塗布液を、導電性表面を備える基板に塗設した後、例えば、400℃以上の温度で高温加熱することにより、酸化物半導体粒子同士の結合性、および酸化物半導体微粒子と導電性表面との結合性を高めることで導電性を向上させ、電池特性の向上を図っていた。さらには、酸化物半導体微粒子の表面および微粒子間に存在する有機バインダ−成分を分解蒸発させることによって酸化物半導体膜4をより高度に多孔質化させ、電解質などの電荷移動層5の充填が促進されることによって電池特性の向上を図っていた。
【0047】
しかしながら本発明のごとく樹脂基板を用いた場合には、上記高温焼成はできない。従って、焼成温度が低く、有機バインダ−成分の分解が不十分となった場合、酸化物半導体微粒子膜内にカ−ボンとして残留することがあり、この残留カ−ボンは漏れ電流の原因となって電池特性を悪化させることが生じる。
【0048】
本発明においては、スプレー塗布される酸化物半導体微粒子ゾルまたはスラリ−の中には有機バインダ−成分が含有されておらず、当該酸化物半導体微粒子ゾルまたはスラリ−を用いて酸化物半導体膜4を形成するために高温加熱処理は必要とされない。しかしながら、酸化物半導体粒子同士の結合性、および酸化物半導体微粒子と導電性表面との結合性をより高めるためにはある程度の加熱処理を行うのが好ましく、上述のスプレー塗布法で形成した酸化物半導体膜を60℃以上、特に60〜300℃の範囲、さらには80〜150℃の範囲で加熱処理することが好ましい。耐熱性樹脂を用いれば、上記の温度範囲の中でより高い温度での処理が可能となる。
【0049】
また、このような加熱処理の他に、酸化物半導体微粒子が吸収を持つ波長400nm以下の紫外光を照射することでも上記結合性を向上させることが可能である。この場合、照射する紫外光の積算光量は100J/cm2以下とすることが好ましい。積算光量が100J/cm2を超える照射を行うと、樹脂基板へのダメ−ジを増加させる傾向がある。また、上記加熱処理と紫外光照射処理とを組み合わせた処理を行ってもよい。処理を行う順番としてはどちらが先でも構わない。同時に行ってもよい。
【0050】
酸化物半導体微粒子を含む塗布液(酸化物半導体微粒子ゾルまたはスラリ−)には、一般に、微粒子の分散性を向上させることを目的として、酸やアルカリが添加されたり、あるいは酸化物半導体微粒子前駆体由来の酸やアルカリが混在しており、このような酸やアルカリが酸化物半導体膜4中に一部残留する可能性が考慮される。
【0051】
酸化物半導体膜4中に酸が残留している場合には、酸化物半導体微粒子の伝導帯準位が下がることにより、電池特性として開放電圧が低下してしまう傾向がある。また、酸化物半導体膜4中にアルカリが残留している場合には、酸化物半導体微粒子表面への有機色素の吸着性が低下する傾向があるために、電池特性として短絡電流が低下してしまう傾向がある。
【0052】
本発明においては、このような酸化物半導体膜4は、有機色素を吸着させる前の段階で、中和処理溶液で処理されている。
【0053】
すなわち、(1)酸化物半導体膜4中に酸が残存している場合、酸化物半導体膜4内部に残留した酸を除去するために、アルカリを含有する処理溶液に酸化物半導体膜4を浸漬して膜内部で中和する処理が行われる。その後、さらに中和した酸化物半導体膜4を、水、アルコ−ル等の溶媒で洗浄することが好ましい。このような処理により、酸化物半導体膜4内部に残留していた酸成分は実質的に除去される。
【0054】
酸成分が実質的に除去されているか否かは、ラマンスペクトルによるイオン種の定量、蛍光X線によるイオン種の構成元素の定量等の分析手法を用いて判断すればよい。
【0055】
ここで用いるアルカリ成分としては、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、炭酸カルシウム等のアルカリ金属あるいはアルカリ土類金属塩基、アンモニア、テトラアルキルアンモニウムヒドロキシド等のアンモニウム塩基等が挙げられる。アルカリを含有する溶液のアルカリ濃度としては、膜内部での中和反応に必要充分な量があればよく、逆に過剰なアルカリは膜内部に取り込まれ悪影響を及ぼすおそれがある。そのため、アンモニアのような弱アルカリをメタノ−ルやエタノ−ルのようなアルコ−ルと混合し、アルカリとしての解離度を抑えた溶液を用いるのが好ましい。
【0056】
(2)これとは反対に、酸化物半導体膜4中にアルカリが残存している場合、酸化物半導体膜4内部に残留したアルカリを除去するために、酸を含有する処理溶液に酸化物半導体膜4を浸漬して膜内部で中和する処理が行われる。その後、さらに中和した酸化物半導体膜4を、水、アルコ−ル等の溶媒で洗浄することが好ましい。このような処理により、酸化物半導体膜4内部に残留していたアルカリ成分は実質的に除去される。
【0057】
アルカリ成分が実質的に除去されているか否かは、ラマンスペクトルによるイオン種の定量、蛍光X線によるイオン種の構成元素の定量等の分析手法を用いて判断すればよい。
【0058】
ここで用いる酸としては、塩酸、硫酸、硝酸等の鉱酸、ギ酸、酢酸、ベンゼンスルホン酸等の有機酸が挙げられる。酸を含有する溶液の酸濃度としては、膜内部での中和反応に必要充分な量があればよく、逆に過剰な酸は膜内部に取り込まれ悪影響を及ぼす。そのため、酢酸のような弱酸をメタノ−ルやエタノ−ルのようなアルコ−ルと混合し、酸としての解離度を抑えた溶液を用いるのが好ましい。
【0059】
酸化物半導体膜4を酸もしくはアルカリを含有する溶液に浸漬する工程は、上記の酸化物半導体膜4の加熱処理、紫外光照射処理と組み合わせて行ってもよく、処理を行う順番は特に問わない。また、上記の酸化物半導体膜4の加熱処理と酸もしくはアルカリを含有する溶液に浸漬する工程を同時に行ってもよい。
【0060】
有機色素膜7の構成
次いで、このようにして得られた基板上の酸化物半導体膜4の表面に、有機色素を単分子として吸着させる。有機色素としては、酸化物半導体膜4と化学的に結合することができる色素が好ましく、分子内にカルボキシル基、スルホン酸基、リン酸基、もしくは水酸基を有するものが好ましい。
【0061】
具体的には、ビピリジルRu錯体、タ−ピリジルRu錯体、フェナントロリンRu錯体、ビシンコニン酸Ru錯体などのRu錯体、フタロシアニンRu錯体、エオシンY、ジブロモフルオレセイン、フルオレセイン、ロ−ダミンB、ピロガロ−ル、ジクロロフルオレセイン、エリスロシンB、フルオレシン、マ−キュロクロム、シアニン、メロシアニン等の有機色素が挙げられる。
【0062】
酸化物半導体膜4の表面に、有機色素を単分子として吸着させるには、有機色素を有機溶媒に溶解させて形成した有機色素溶液中に、酸化物半導体膜4を基板とともに浸漬させればよい。この場合、有機色素溶液が、多孔質構造の膜である酸化物半導体膜4の内部深くに進入することができるように、酸化物半導体膜4を有機色素への浸漬に先立ち、減圧処理したり、加熱処理して、酸化物半導体膜4中に含まれる気泡をあらかじめ除去しておくことが好ましい。浸漬時間は30分〜24時間程度とすればよい。有機色素の吸着を効率よく行うため、還流処理を行っても良い。また、浸漬処理は、必要に応じ、複数回繰り返し行うこともできる。このような浸漬処理を行った後、有機色素を吸着した酸化物半導体膜4は、通常、常温〜80℃の温度条件下で乾燥させられる。
【0063】
本発明においては、酸化物半導体膜4に吸着される有機色素は、1種である必要はなく、必要によっては光吸収領域の異なる複数の有機色素を吸着させることが出来る。これによって、光を効率よく利用することが出来る。複数の有機色素を膜に吸着させるには、複数の有機色素を含む溶液中に酸化物半導体膜4を浸漬する方法や、有機色素溶液を複数種類、用意し、これらの溶液に酸化物半導体膜4を順次浸漬する方法等が挙げられる。
【0064】
有機色素を有機溶媒に溶解させた溶液において、その有機溶媒としては、有機色素を溶解しうるものであれば任意のものが使用可能である。このような溶媒としては、例えば、メタノ−ル、エタノ−ル、アセトニトリル、ジメチルホルムアミド、ジオキサン、ジクロロメタン、トルエン等が挙げられる。溶液中の有機色素の濃度は、溶液100ml中、1〜200mg、好ましくは10〜100mg程度とされる。
【0065】
本発明の色素増感型太陽電池1は、前述したごとく表面に色素が吸着された光電変換用酸化物半導体電極10と、これと対をなす対向電極30と、それらの電極に接触する電荷移動層5とを有して構成される。
【0066】
電荷移動層5の構成
電荷移動層5は、色素の酸化体に電子を補充する機能を有する電荷輸送材料を含有する層である。本発明で用いることのできる代表的な電荷輸送材料の例としては、(i)イオン輸送を行う材料、すなわち、酸化還元対のイオンが溶解した溶液(電解液)、酸化還元対の溶液をポリマーマトリクスのゲルに含浸したいわゆるゲル電解質、酸化還元対イオンを含有する溶融塩電解質、さらには固体電解質が挙げられる。また、このようなイオンがかかわる電荷輸送材料のほかに、(ii)固体中のキャリアー移動が電気伝導にかかわる材料、すなわち、電子輸送材料や正孔(ホール)輸送材料、を用いることもできる。これらは、併用することができる。
【0067】
電荷移動層5に電解液を使用する場合、電解液は電解質、溶媒、および添加物から構成されることが好ましい。電解質としてはI2とヨウ化物の組み合わせ(ヨウ化物としてはLiI、NaI、KI、CsI、CaI2などの金属ヨウ化物や、テトラアルキルアンモニウムヨーダイド、ピリジニウムヨーダイド、イミダゾリウムヨーダイドなど4級アンモニウム化合物のヨウ素塩など)、Br2と臭化物の組み合わせ(臭化物としてはLiBr、NaBr、KBr、CsBr、CaBr2などの金属臭化物や、テトラアルキルアンモニウムブロマイド、ピリジニウムブロマイドなど4級アンモニウム化合物の臭素塩など)、フェロシアン酸塩−フェリシアン酸塩やフェロセン−フェリシニウムイオン、コバルト(II)-ビス[2,6-ビス(1´-ブチルベンズイミダゾ−ル-2´-イル)ピリジン]などの金属錯体、ポリ硫化ナトリウム、アルキルチオール−アルキルジスルフィドなどのイオウ化合物、ビオロゲン色素、ヒドロキノン−キノンなどを用いることができる。これらの電解質の中でも、I2とLiI、I2とピリジニウムヨーダイド、イミダゾリウムヨーダイドなど4級アンモニウム化合物のヨウ素塩を組み合わせた電解質が好ましい。なお、上述してきた電解質は混合して用いてもよい。好ましい電解質濃度は0.1M以上15M以下であり、さらに好ましくは0.2M以上10M以下である。また、電解質にヨウ素を添加する場合の好ましいヨウ素の添加濃度は0.01M以上0.5M以下である。
【0068】
電解質に使用する溶媒は、粘度が低くイオン易動度を向上したり、もしくは誘電率が高く有効キャリアー濃度を向上したりして、優れたイオン伝導性を発現できる化合物であることが望ましい。
【0069】
このような溶媒としては、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネートなどのカーボネート化合物、3-メチル-2-オキサゾリジノンなどの複素環化合物、ジオキサン、ジエチルエーテルなどのエーテル化合物、エチレングリコールジアルキルエーテル、プロピレングリコールジアルキルエーテル、ポリエチレングリコールジアルキルエーテル、ポリプロピレングリコールジアルキルエーテルなどの鎖状エーテル類、メタノール、エタノール、エチレングリコールモノアルキルエーテル、プロピレングリコールモノアルキルエーテル、ポリエチレングリコールモノアルキルエーテル、ポリプロピレングリコールモノアルキルエーテルなどのアルコール類、エチレングリコール、プロピレングリコール、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール、グリセリンなどの多価アルコール類、アセトニトリル、グルタロジニトリル、メトキシアセトニトリル、プロピオニトリル、ベンゾニトリルなどのニトリル化合物、ジメチルスルフォキシド、スルフォランなど非プロトン極性物質、水などを用いることができる。また、tert-ブチルピリジンや、2-ピコリン、2,6-ルチジン等の塩基性化合物を添加することもできる。塩基性化合物を添加する場合の好ましい濃度範囲は0.05M以上2M以下である。
【0070】
溶融塩電解質は、光電変換効率と耐久性の両立という観点から特に好ましい。溶融塩電解質としては、例えば、WO95/18456号、特開平8-259543号、電気化学,第65巻,11号,923頁(1997年)等に記載されているピリジニウム塩、イミダゾリウム塩、トリアゾリウム塩等の既知のヨウ素塩を含む電解質を挙げることができる。これらの溶融塩は、単独で使用しても、2種以上混合して使用してもよく、また、ヨウ素アニオンを他のアニオンで置き換えた溶融塩と併用することもできる。
【0071】
ヨウ素アニオンと置き換え可能なアニオンとしては、ハロゲン化物イオン(Cl-、Br-等)、NSC-、BF4 -、PF6 -、ClO4 -、(CF3SO2)2-、(CF3CF2SO2)2-、CF3SO3 -、CF3COO-、Ph4-、(CF3SO2)3-等が好ましい例として挙げられる。また、LiIなど他のヨウ素塩を添加することもできる。
【0072】
上記溶融塩電解質は、常温で溶融状態であるものが好ましく、溶媒を用いない方が好ましい。前述したような溶媒を添加しても構わないが、溶融塩の含有量は電解質組成物全体に対して50質量%以上であるのが好ましく、90質量%以上であるのが特に好ましい。また、塩のうち、50質量%以上がヨウ素塩であることが好ましい。電解質組成物にヨウ素を添加するのが好ましく、この場合、ヨウ素の含有量は、電解質組成物全体に対して0.1〜20質量%であるのが好ましく、0.5〜5質量%であるのがより好ましい。
【0073】
電解質は、ポリマー添加、オイルゲル化剤添加、多官能モノマー類を含む重合、ポリマーの架橋反応等の手法によりゲル化(固体化)させて使用することもできる。ポリマー添加によりゲル化させる場合は、ポリアクリロニトリル、ポリフッ化ビニリデン等を好ましく使用することができる。オイルゲル化剤添加によりゲル化させる場合の好ましい化合物は分子構造中にアミド構造を有する化合物である。また、ポリマーの架橋反応により電解質をゲル化させる場合、架橋可能な反応性基を含有するポリマーおよび架橋剤を併用することが望ましい。この場合、好ましい架橋可能な反応性基は、含窒素複素環(例えば、ピリジン環、イミダゾール環、チアゾール環、オキサゾール環、トリアゾール環、モルホリン環、ピペリジン環、ピペラジン環など)であり、好ましい架橋剤は、窒素原子に対して求電子反応可能な2官能以上の試薬(例えば、ハロゲン化アルキル、ハロゲン化アラルキル、スルホン酸エステル、酸無水物、酸クロライド、イソシアネートなど)である。
【0074】
また、溶融塩などのイオン伝導性電解質の替わりに、有機または無機あるいはこの両者を組み合わせた固体の正孔輸送材料を使用することができる。
【0075】
本発明に適用可能な有機正孔輸送材料としては、芳香族アミン類やトリフェニレン誘導体類を好ましく用いることができる。オリゴチオフェン化合物、ポリピロール、ポリアセチレンおよびその誘導体、ポリ(p-フェニレン)およびその誘導体、ポリ(p-フェニレンビニレン)およびその誘導体、ポリチエニレンビニレンおよびその誘導体、ポリチオフェンおよびその誘導体、ポリアニリンおよびその誘導体、ポリトルイジンおよびその誘導体等の導電性高分子を好ましく使用することができる。
【0076】
無機正孔輸送材料としては、p型無機化合物半導体を用いることができる。この目的のp型無機化合物半導体は、バンドギャップが2eV以上であることが好ましく、さらに2.5eV以上であることが好ましい。また、p型無機化合物半導体のイオン化ポテンシャルは色素の正孔を還元できる条件から、色素吸着電極のイオン化ポテンシャルより小さいことが必要である。使用する色素によってp型無機化合物半導体のイオン化ポテンシャルの好ましい範囲は異なってくるが、一般に4.5eV以上5.5eV以下であることが好ましく、さらに4.7eV以上5.3eV以下であることが好ましい。
【0077】
好ましいp型無機化合物半導体は一価の銅を含む化合物半導体である。具体的に、一価の銅を含む化合物半導体の例としてはCuI、CuSCN、CuInSe2、Cu(In,Ga)Se2、CuGaSe2、Cu2O、CuS、CuGaS2、CuInS2、CuAlSe2などが挙げられる。このほかのp型無機化合物半導体として、GaP、NiO、CoO、FeO、Bi23、MoO2、Cr23等を用いることができる。
【0078】
電荷移動層の形成方法に関しては、例えば、以下の2通りの方法をもちいればよい。1つは光電変換用酸化物半導体電極10と対極30を貼り合わせておき、その間隙に液状の電荷移動層5を挟み込む方法である。もう1つは光電変換用酸化物半導体電極10上に直接、電荷移動層5を付与する方法で、対極30はその後に形成付与することになる。
【0079】
前者の場合、電荷移動層5の挟み込み方法として、浸漬、注入等による毛管現象を利用する常圧プロセス、または常圧より低い圧力にして間隙の気相を液相に置換する真空プロセスを利用できる。光電変換用酸化物半導体電極10、電荷移動層5及び対極30の全体を樹脂封止するか、ケ−ス内に収納してそれら全体を樹脂封止する。
【0080】
後者の場合、湿式の電荷移動層5においては未乾燥のまま対極30を付与し、エッジ部の液漏洩防止措置を施すことになる。またゲル電解質の場合には湿式で塗布して重合等の方法により固体化する方法があり、その場合には乾燥、固定化した後に対極を付与することもできる。
【0081】
固体電解質や固体の正孔(ホール)輸送材料の場合には、真空蒸着法やCVD法等のドライ成膜処理法を用いて電荷移動層5を形成し、その後、対極30を付与することもできる。
【0082】
有機正孔輸送材料は、真空蒸着法、キャスト法、塗布法、スピンコート法、浸漬法、電解重合法、光電解重合法等の手法により電極内部に導入することができる。無機固体化合物の場合も、キャスト法、塗布法、スピンコート法、浸漬法、電解メッキ法等の手法により電極内部に導入することができる。
【0083】
対極30の構成
対極30は、導電性材料からなる対極導電層の単層構造でもよいし、対極導電層と支持基板との組み合わせ構造体から構成されていてもよい。対極導電層に用いる導電材としては、金属(例えば白金、金、銀、銅、ロジウム、ルテニウム、アルミニウム、マグネシウム、インジウム等)、炭素、または導電性金属酸化物(インジウム−スズ複合酸化物、フッ素ドープ酸化スズ、等)が挙げられる。対極の好ましい支持基板としては、ガラスまたはプラスチックが例示でき、これに導電剤を塗布または蒸着して上記導電層が形成される。
【0084】
光電変換用酸化物半導体電極10と対極30のいずれか一方または両方から光を照射してよいので、有機色素層に光が到達するためには、光電変換用酸化物半導体電極10と対極30の少なくとも一方が実質的に透明であれば良い。このような構造の電池は、その光電変換用酸化物半導体電極10に太陽光または太陽光と同等な可視光を当てると、光電変換用酸化物半導体電極10とその対極30との間に電位差が生じ、両極10,30間に電流が流れるように作用する。
【0085】
【実施例】
次に本発明の具体的な実施例を挙げて、本発明をさらに詳細に説明する。
【0086】
〔実施例1〕
酸化チタンゾル液の調製
チタンイソプロポキシドを以下のように加水分解することにより、酸化チタンゾル液を調整した。
【0087】
125mlのチタンイソプロポキシドを、0.1M硝酸水溶液750mlに攪拌しながら添加した。これを80℃で8時間激しく攪拌した。得られた液体をテフロン製の圧力容器内で230℃、16時間オ−トクレ−ブ処理した。沈殿物を含むゾル液を攪拌により再懸濁させた。吸引濾過により、再懸濁しなかった沈殿物を除き、エバポレ−タ−で酸化チタン濃度が11wt%になるまでゾル液を濃縮した。基板への塗れ性を高めるため、Triton X-100を1滴添加した。
【0088】
次に、以下の要領で、酸化チタン微粒子前駆体としてチタンアルコキシド誘導体を上記ゾル液に添加した。
【0089】
上記ゾル液を乾燥窒素中で攪拌しながら、ジ−iso−プロポキシ・ビス(アセチルアセトナト)チタンとメタノ−ルの80:20混合液を少しづつ添加した。添加終了後、1時間攪拌した。なお、ジ−iso−プロポキシ・ビス(アセチルアセトナト)チタンの添加量は6.8g(酸化チタン微粒子重量に対し20重量%)とした。さらに、酸化チタン微粒子濃度が2重量%となるようにメタノールで希釈し、スプレー塗布に好適な濃度とした。
【0090】
光電変換用酸化物半導体電極10の作製
上記のように調整した酸化チタンゾル液を用いて、以下の要領で光電変換用酸化物半導体電極10(酸化チタン電極)を作製した。
【0091】
縦2.0cm、横1.5cm、厚さ0.1mmの可撓性のある導電性ポリカーボネ−トフィルム樹脂基板(ポリカーボネ−トフィルム基材の表面に導電性膜としてITOをスパッタ成膜(厚さ600nm程度)したもので、シ−ト抵抗は30Ω/□)の導電膜面側に、縦0.5cm、横0.5cmの四角穴を設けた厚さ70μmのマスキングテ−プを貼り、当該四角穴に向けて、酸化チタンゾル液をスプレー塗布した。塗布後、マスキングテ−プを剥がし、電気炉を用いて100℃で30分間加熱した。昇温速度は2℃/minとした。
【0092】
次いで、このような酸化物半導体膜を、中和処理溶液で処理した。すなわち、アルカリ溶液として2wt%のアンモニア水/メタノ−ル希釈溶液を用意して、この溶液中に酸化物半導体膜を30分浸漬し、取り出し後メタノ−ルで洗浄し、80℃で10分間乾燥させた。しかる後、ラマンスペクトル測定により、酸化チタンゾル由来の酸成分(硝酸イオン成分、1040〜1050cm-1)が上記アルカリ溶液浸漬処理によって完全に除去されていることを確認した。なお、酸化物半導体膜である酸化チタン膜の膜厚は、約6μmであった。
【0093】
次いで、このものを、増感色素として(4,4’−ジカルボン酸−2,2’−ビピリジン)ルテニウム(II)ジイソチアネ−トを3×10−4M濃度で添加した無水エタノ−ル溶液20mlに浸漬し、12時間放置した。
【0094】
放置後、酸化チタン電極を取り出し無水アセトニトリルで洗浄した。基板上の酸化チタン膜は吸着されたルテニウム色素により深紅色となった(光電変換用酸化物半導体電極10サンプルの作製)。
【0095】
色素増感型太陽電池の作製
上記の光電変換用酸化物半導体電極(酸化チタン電極)を用いて、以下の要領で色素増感型太陽電池の作製を行った。
【0096】
すなわち、縦0.5cm、横0.5cmの四角穴を設けた縦1.5cm、横1.5cm、厚さ70μmのスペ−サ−を、四角穴の部分と電極の酸化チタン膜の部分とが一致するように酸化チタン電極上に置くとともに、電極上に密着させた。
【0097】
四角穴の部分に、電解液を乗せ、その上に対極30を置き、その周囲をエポキシ樹脂で封止して電池を作製した。
【0098】
電解液としては、テトラプロピルアンモニウムヨウジド(0.4M)とヨウ素(0.04M)を含むエチレンカ−ボネ−トと、アセトニトリルとの混合液(容量混合比=80/20)を用いた。対極としては、白金を100nmの厚さで蒸着した導電性ガラスを用いた。AM1.5(1000W/m2)のソ−ラ−シミュレ−タ−を用いて、開放電圧(Voc)、光電流密度(Jsc)、形状因子(FF)、変換効率(η)の測定を行い電池特性評価とした。開放電圧(Voc)とは、太陽電池セル・モジュールの出力端子を開放したときの両端子間の電圧を表している。光電流密度(Jsc)とは、太陽電池セル・モジュールの出力端子を短絡させたときの両端子間に流れる電流(1cm2当たり)を表している。形状因子(FF)は、最大出力Pmaxを開放電圧(Voc)と光電流密度(Jsc)の積で除した値(FF=Pmax/Voc・Jsc)をいい、太陽電池としての電流電圧特性曲線の特性を表すパラメータである。
これらの結果を下記表1に示した。
【0099】
〔比較例1〕
当該比較例1においては、上記実施例1で実施した酸化物半導体膜のアルカリ溶液浸漬処理を行わなかった。それ以外は、上記実施例1と同様にして、酸化チタン電極、太陽電池の作製および電池の評価を行った。評価結果は下記表1に示した。
【0100】
〔実施例2〕
上記実施例1において、酸化チタンゾル液をスプレー塗布した後、電気炉を用いて行った100℃、30分間の加熱処理を、下記に示すような紫外線照射処理に変えた。すなわち、実施例1と同様に酸化チタンゾル液をスプレ−塗布した後、マスキングテ−プを剥がし、酸化チタン膜面側から、波長400nm以下(波長220〜380nm)、強度30mW/cm2の紫外線を15分間照射した(積算光量は27J/cm2)。この変更以外は、上記実施例1と同様の要領(もちろん、酸化物半導体膜のアルカリ溶液浸漬処理も含む)で、実施例2の光電変換用酸化物半導体電極(酸化チタン電極)、および色素増感型太陽電池の作製を行った。太陽電池の評価は、上記実施例1と同様の要領で行った。評価結果を下記表1に示した。
【0101】
〔比較例2〕
当該比較例2においては、上記実施例2で実施した酸化物半導体膜のアルカリ溶液浸漬処理を行わなかった。それ以外は、上記実施例2と同様にして、酸化チタン電極、太陽電池の作製および電池の評価を行った。評価結果を下記表1に示した。
【0102】
〔実施例3〕
上記実施例1における100℃、30分間の加熱処理に、上記実施例2における紫外線照射処理を加えた。すなわち、酸化チタンゾル液をスプレー塗布した後、電気炉を用いて100℃、30分間の加熱処理を行ない、次いで、酸化チタン膜面側から、波長400nm以下(波長220〜380nm)、強度30mW/cm2の紫外線を15分間照射した(積算光量は27J/cm2)。この変更以外は、上記実施例1と同様の要領(もちろん、酸化物半導体膜のアルカリ溶液浸漬処理も含む)で、実施例3の光電変換用酸化物半導体電極(酸化チタン電極)、および色素増感型太陽電池の作製を行った。太陽電池の評価は、上記実施例1と同様の要領で行った。評価結果を下記表1に示した。
【0103】
〔比較例3〕
当該比較例3においては、上記実施例3で実施した酸化物半導体膜のアルカリ溶液浸漬処理を行わなかった。それ以外は、上記実施例3と同様にして、酸化チタン電極、太陽電池の作製および電池の評価を行った。評価結果を下記表1に示した。
【0104】
〔比較例4〕
当該比較例4においては、酸化チタン膜の形成を上記実施例1のスプレー法からスキージ法に変えた。すなわち、縦2.0cm、横1.5cm、厚さ0.1mmの可撓性のある導電性ポリカーボネ−トフィルム樹脂基板(ポリカーボネ−トフィルム基材の表面に導電性膜としてITOをスパッタ成膜(厚さ600nm程度)したもので、シ−ト抵抗は30Ω/□)の導電膜面側に、縦0.5cm、横0.5cmの四角穴を設けた厚さ70μmのマスキングテ−プを貼り、当該四角穴の端部に前記酸化チタンゾル液をピペットで添加した後、このゾル液を縁が平らなガラス板を用いて引き延ばすことにより(スキージにより)基板上に広げた。このように広げた膜を空気中で30分間乾燥し、乾燥後マスキングテ−プを剥がし取った。次に、電気炉を用いて100℃で30分間加熱した。昇温速度は2℃/minとした。
【0105】
この変更以外は、上記実施例1と同様の要領(もちろん、酸化物半導体膜のアルカリ溶液浸漬処理も含む)で、比較例4の光電変換用酸化物半導体電極(酸化チタン電極)、および色素増感型太陽電池の作製を行った。太陽電池の評価は、上記実施例1と同様の要領で行った。評価結果を下記表1に示した。
【0106】
〔参考例1〕
当該参考例1においては、上記実施例1で用いた酸化チタンゾル液に有機バインダ−成分を含有させた。すなわち、実施例1で用いた酸化チタンゾル液に分子量20000のポリエチレングリコ−ルを6.8g(酸化チタン微粒子重量に対し20重量%)添加した後、酸化チタン微粒子濃度が2重量%となるようメタノ−ルで希釈した。それ以外は、上記実施例1と同様にして、酸化チタン電極、太陽電池の作製および電池の評価を行った。評価結果を下記表1に示した。
【0107】
【表1】

Figure 0004291542
【0108】
表1に示される実施例1と比較例1との対比結果、実施例2と比較例2との対比結果、および実施例3と比較例3との対比結果、ならびに実施例1と比較例4との対比結果より、本発明の実施例サンプルは、各比較例サンプルと比べて格段と高い光電変換効率が得られることが確認できた。
【0109】
【発明の効果】
上記の結果より本発明の効果は明らかである。すなわち、本発明は、表面に色素が形成された光電変換用酸化物半導体電極と、これと対をなす対向電極と、それらの電極に接触する電荷移動層とを有する色素増感型太陽電池であって、前記光電変換用酸化物半導体電極は、導電性表面を有する樹脂基板と、導電性表面の上に形成された酸化物半導体膜と、この酸化物半導体膜の上に形成された有機色素を有し、前記酸化物半導体膜は、酸化物半導体微粒子のゾルまたはスラリーをスプレー塗布して形成されるとともに、当該酸化物半導体膜は、有機色素を形成させる前の段階で、中和処理溶液との接触処理がなされているように構成されているので、樹脂基板を用いて酸化物半導体膜の低温処理しか行なわれなくとも、エネルギ−変換効率の格段の向上が発現する。また、樹脂基板を用いることにより、電池の軽量化、低コスト化も図られる。さらには量産化に向けて環境や人体に及ぼす悪影響を低減することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の色素増感型太陽電池の模式的構成例を示した図面である。
【符号の説明】
1…色素増感型太陽電池
4…酸化物半導体膜
5…電荷移動層
7…有機色素膜
10…光電変換用酸化物半導体電極
20…基板
22…透明導電性層
30…対向電極[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an oxide semiconductor electrode for photoelectric conversion used for photoelectric conversion, and a dye-sensitized solar cell using the electrode.
[0002]
[Prior art]
It has already been reported by Gretzell et al. That a dye-sensitized solar cell having performance comparable to that of an amorphous silicon solar cell can be obtained by using a porous titanium oxide electrode (J. Am. Chem. Soc. 115). (1993) 6382).
[0003]
Furthermore, in addition to titanium oxide, it has been reported that photoelectric conversion ability is exhibited in various oxide semiconductors such as oxide semiconductors such as niobium oxide, zinc oxide, tin oxide and indium oxide, or a mixed system thereof. Yes.
[0004]
As a method for producing these oxide semiconductor electrodes, a method is generally used in which a sol liquid or slurry liquid of oxide semiconductor fine particles is applied to the surface of a conductive substrate to form a film.
[0005]
In order for the oxide semiconductor electrode to fully perform its function, a strong bond between the oxide semiconductor particles and a strong bond between the oxide semiconductor particles and the surface of the conductive substrate are very important. It is also very important to increase the dye adsorption surface area involved in photoelectric conversion by making the oxide semiconductor film porous and sponge-like, and to improve the permeability of the electrolyte that is the charge transfer layer It is.
[0006]
In order to achieve these objects, an organic binder component such as polyethylene glycol is added in an appropriate amount to the oxide semiconductor fine particle sol and slurry to prepare a coating solution, and this coating solution is applied onto a substrate. A method of forming a film by firing at a high temperature of 400 ° C. or higher is generally used.
[0007]
In other words, the oxide semiconductor film is made porous by enhancing the bonding between the oxide semiconductor particles and between the oxide semiconductor particles and the conductive surface by heating to a high temperature, and by decomposing and evaporating the organic binder component. can do.
[0008]
However, such high-temperature firing has a problem in that the use is limited because a resin material cannot be used as the substrate. In addition, high temperature firing uses a large amount of energy and has many negative factors in terms of the environment.
[0009]
In view of such problems, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2001-357896 discloses (i) irradiation with ultraviolet light of 400 nm or less, or (ii) heating at 50 ° C. or more and less than 350 ° C. as a treatment method instead of high-temperature baking. Various processing methods such as (iii) microwave irradiation have been proposed.
[0010]
[Problems to be solved by the invention]
However, only by using these methods, the organic binder component contained in the coating solution as an essential component is insufficiently removed, and the remaining organic binder component adversely deteriorates battery characteristics. For example, when polyethylene glycol having a molecular weight of 20000 is used as the organic binder component, the thermal decomposition temperature is in the range of 250 to 300 ° C. Therefore, if heat treatment is carried out in this temperature range, the polyethylene glycol is decomposed and evaporated, but the damage to the resin substrate becomes very large.
[0011]
In addition, even in the photo-oxidation reaction decomposition by irradiation with ultraviolet light, it is necessary to irradiate ultraviolet light for a long time to completely decompose and remove the contained organic binder component, which is realistic considering productivity. I can't say that.
[0012]
In addition, in microwave heating, local concentration of microwaves on the conductive surface (such as a transparent electrode installed on the substrate) occurs, causing the occurrence of sparks, cracks in the transparent electrode, Many problems such as damage can occur.
[0013]
In addition, it has been proposed to perform a combination of these methods. However, the amount of treatment on the resin substrate is still large, and an improvement in the manufacturing method of the oxide semiconductor film itself is desired.
[0014]
By the way, the dispersibility of the oxide semiconductor fine particles in the sol liquid or slurry liquid used for manufacturing the oxide semiconductor film greatly affects the photoelectric conversion characteristics of the manufactured oxide semiconductor electrode. The higher the dispersion level is (the more the aggregation is suppressed), the greater the surface energy of the surface of the oxide semiconductor fine particles. This improves the photoelectric conversion characteristics. In addition, suppressing aggregation of the oxide semiconductor particles leads to suppression of light scattering, and is important in terms of improving light permeability into the oxide semiconductor film.
[0015]
As a method for improving the dispersibility of oxide semiconductor fine particles in a sol or slurry, a method is generally used in which acid or alkali is added and the pH of the coating solution is kept as far as possible from the pH near the isoelectric point of the oxide semiconductor fine particles. Used for.
[0016]
However, when such an acid or alkali addition method is used, an improvement in the dispersibility of the coating liquid can be expected, but depending on the setting of the manufacturing conditions in the subsequent manufacturing process, the photoelectric conversion characteristics are not so improved. On the contrary, the phenomenon that the photoelectric conversion characteristic is deteriorated frequently occurs.
[0017]
In addition, the acidic gas or alkaline gas generated when the coating film is fired at a high temperature may adversely affect the corrosion of the firing furnace, the environment, or the human body, and this tendency is particularly noticeable in mass production. It can be a problem.
[0018]
The present invention was devised under such circumstances, and its purpose is to enable the use of a so-called resin material substrate, which is excellent in energy conversion efficiency, and further to the environment for mass production. An oxide semiconductor electrode for photoelectric conversion and a dye-sensitized solar cell using the same are provided.
[0019]
[Means for Solving the Problems]
Based on the premise of using a substrate made of a resin material, the present inventors have intensively studied on the formation of an oxide semiconductor film capable of obtaining good energy conversion efficiency by low-temperature treatment, and as a result, have come up with the present invention. .
[0020]
That is, the present invention relates to a photoelectric conversion oxide having a resin substrate having a conductive surface, an oxide semiconductor film formed on the conductive surface, and an organic dye formed on the oxide semiconductor film. A semiconductor electrode, wherein the oxide semiconductor film is formed by spraying a sol or slurry of oxide semiconductor fine particles, and the oxide semiconductor film is neutralized at a stage before forming an organic dye. It is comprised so that the contact process with a process solution may be made.
[0021]
The present invention is a dye-sensitized solar cell having an oxide semiconductor electrode for photoelectric conversion having a dye formed on its surface, a counter electrode paired therewith, and a charge transfer layer in contact with these electrodes. The oxide semiconductor electrode for photoelectric conversion has a resin substrate having a conductive surface, an oxide semiconductor film formed on the conductive surface, and an organic dye formed on the oxide semiconductor film. The oxide semiconductor film is formed by spray-coating a sol or slurry of oxide semiconductor fine particles, and the oxide semiconductor film is formed with a neutralization treatment solution before the formation of the organic dye. It is configured such that contact processing is performed.
[0022]
Moreover, the said neutralization process solution in this invention is comprised so that an acid or an alkali may be included.
[0023]
The sol or slurry of oxide semiconductor fine particles to be spray-coated in the present invention is configured so as not to contain an organic binder component.
[0024]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the dye-sensitized solar cell of the present invention will be described in detail. FIG. 1 shows a schematic configuration example of the dye-sensitized solar cell of the present invention. As shown in FIG. 1, the dye-sensitized solar cell 1 of the present invention has a configuration in which two electrodes 10 and 30 are disposed to face each other with a charge transfer layer 5 interposed therebetween, for example. One electrode 10 of the two electrodes is an oxide semiconductor electrode 10 for photoelectric conversion provided with an organic dye, which includes, for example, a resin substrate 20 and a transparent conductive film 22 formed thereon, The oxide semiconductor film 4 is formed on the surface of the conductive film 22, and the organic dye film 7 is bonded to the surface of the oxide semiconductor film.
[0025]
Next, the oxide semiconductor electrode 10 for photoelectric conversion provided with an organic dye will be described. As described above, this is, for example, the resin substrate 20, the transparent conductive film 22 formed thereon, the oxide semiconductor film 4 formed on the surface of the conductive film 22, and the oxide semiconductor film. And an organic dye film 7 bonded to the surface.
[0026]
Hereinafter, each individual component requirement will be described.
Configuration of resin substrate having conductive surface As shown in Fig. 1, as a suitable example of the resin substrate having a conductive surface, a sheet-like or flexible film-like resin substrate 20 and the resin substrate are provided. A laminate structure including a conductive film 22 formed on the surface of 20 is exemplified.
[0027]
Examples of the resin substrate 20 include tetraacetyl cellulose, polyethylene terephthalate, polyethylene terephthalate, polyethylene naphthalate, syndioctaic polystyrene, polyphenylene sulfide, polycarbonate, polyarylate, and polysulfone. , Polyester sulfone, polyether imide, cyclic polyolefin and the like. The thickness of the resin substrate 20 is not particularly limited, but is usually 0.05 to 5 mm. The resin substrate 20 can be transparent or opaque. Examples of the conductive film 22 include a conductive metal oxide thin film of indium oxide and tin oxide, a metal thin film of gold, silver, platinum, and the like, a conductive polymer, and the like. These may be usually formed on the surface of the resin substrate 20 by a vapor phase film forming method such as sputtering or a liquid phase plating method. In the above example, the structure in which the conductive film 22 is laminated on the resin substrate 20 in order to impart conductivity is illustrated. However, the resin substrate 20 itself is made of a conductive polymer, or the conductive fine particles in the resin. May be dispersed to impart conductivity. In such a case, in particular, the conductive film 22 shown in FIG.
[0028]
Configuration of oxide semiconductor film 4 To form the oxide semiconductor film 4 in the oxide semiconductor electrode 10 of the present invention, first, a coating liquid containing oxide semiconductor fine particles is prepared. The oxide semiconductor fine particles used preferably have a smaller primary particle diameter, and the primary particle diameter is usually 1 to 5000 nm, preferably 5 to 50 nm.
[0029]
Examples of the oxide semiconductor fine particles include titanium oxide, zinc oxide, tin oxide, niobium oxide, indium oxide, zirconium oxide, tantalum oxide, vanadium oxide, yttrium oxide, aluminum oxide, and magnesium oxide. Titanium oxide, zinc oxide, tin oxide and niobium oxide are preferable, and titanium oxide is most preferable. These oxide semiconductor fine particles may be used in combination (mixed, mixed crystal, solid solution, etc.). For example, combinations of zinc oxide and tin oxide, titanium oxide and niobium oxide, and the like can be exemplified. When selecting the material, electron injection from the excitation level of the organic dye (organic dye film 7) adsorbed on the surface of the oxide semiconductor film 4 to the conduction band level of the oxide semiconductor fine particles can occur efficiently. What is necessary is just to select the kind of oxide semiconductor fine particle.
[0030]
In addition, an oxide semiconductor fine particle precursor may be added to enhance the bondability between the oxide semiconductor particles and the bondability between the oxide semiconductor fine particles and the conductive surface (conductive film 22) of the resin substrate 20. This is a preferred embodiment.
[0031]
Coexistence of the oxide semiconductor fine particle precursor is effective for diffusion and supply of substances and reduction of energy required for bonding between fine particles, and is preferable for forming an oxide semiconductor film at a lower temperature.
[0032]
When the oxide semiconductor fine particle is a metal oxide, examples of the oxide semiconductor fine particle precursor that can be used include a metal alkoxide, a metal halide, and a metal compound having a hydrolyzable group.
[0033]
When a metal halide is used, halogen atoms are often taken into the oxide semiconductor fine particles, which may adversely affect battery characteristics. Therefore, it is preferable to use a metal alkoxide especially when high temperature heating cannot be applied.
[0034]
Moreover, what hydrolyzed a part or all of said metal compound, the thing which polymerized the hydrolyzate, or those mixtures are also effective as a precursor. In particular, a mixture obtained by partially hydrolyzing a metal alkoxide under an acid or alkaline condition and further partially polymerizing is rich in reactivity at low temperature, and crystallization at low temperature is likely to occur. Convenient to use. In this case, preferred acids include hydrochloric acid, nitric acid and the like, but nitric acid is preferably used in consideration of the influence of the residual halogen. Examples of the alkali include ammonia and tetraalkylammonium hydroxide.
[0035]
The mixing ratio (addition amount) of the oxide semiconductor fine particle precursor that can be added is 2 to 40 wt% with respect to the oxide semiconductor fine particles. If it is less than 2 wt%, the added effect hardly appears. In addition, volume shrinkage occurs in the process in which the oxide semiconductor fine particle precursor is granulated and crystallized. Therefore, when a large amount of addition exceeds 40 wt%, the volume shrinkage of the entire film increases, cracks are generated, and the film is peeled off from the conductive surface, which may deteriorate the battery characteristics.
[0036]
The coating liquid containing oxide semiconductor fine particles can be obtained in the form of a sol or a slurry. In such a form, examples of the solvent to be used include water, an organic solvent, a mixed solution of water and an organic solvent, and the like. Examples of the organic solvent include alcohols such as methanol, ethanol, propanol and terpineol, ketones such as methyl ethyl ketone, acetone and acetylacetone, and basic solvents such as dimethylformamide and pyridine. In order to improve the dispersibility of the oxide semiconductor fine particles in the solvent, it is preferable to add an acid or an alkali so that the pH of the coating solution is as far as possible from the pH near the isoelectric point of the oxide semiconductor fine particles. Examples of the acid suitably used in this case include mineral acids such as hydrochloric acid, sulfuric acid and nitric acid, and organic acids such as formic acid, acetic acid and benzenesulfonic acid. Suitable alkali components include alkali metals such as sodium hydroxide, potassium hydroxide and calcium carbonate or alkaline earth metal bases, and ammonium bases such as ammonia and tetraalkylammonium hydroxide. In addition, a surfactant and a viscosity modifier can be added to the coating solution as necessary.
[0037]
The coating liquid prepared in this manner is applied onto the resin substrate 20 (the resin substrate 20 having a conductive surface) having conductivity on the surface, and after a predetermined treatment, the oxide semiconductor film 4 Is configured.
[0038]
The oxide semiconductor film 4 in the present invention is preferably a porous film quality. The thickness is at least 10 nm or more, preferably 500 to 30000 nm. Further, it is desirable that the ratio of the actual surface area to the apparent surface area of the oxide semiconductor film 4 is 10 or more, preferably 100 or more. The upper limit of this ratio is not particularly restricted, but is usually 1000 to 2000.
[0039]
The apparent surface area mentioned above means a normal surface area. For example, when the surface shape is a rectangle, it is represented by (vertical length) × (horizontal length). The above-mentioned actual surface area means the BET surface area obtained from the amount of krypton gas adsorbed. For specific measurement, using a BET surface area measuring device (ASAP2000, manufactured by Micromeritics), krypton gas was applied to an oxide semiconductor film (formed on a substrate) having an apparent surface area of 1 cm 2 at a liquid nitrogen temperature. A method of adsorption is used. The BET surface area is calculated based on the krypton gas adsorption amount obtained by this measurement method.
[0040]
Such a porous structure film has fine pores inside and fine irregularities on the surface thereof. When the ratio of the actual surface area to the thickness and the apparent surface area of the oxide semiconductor film 4 is smaller than the above range, the surface area of the organic dye monomolecular film is reduced when the organic dye is adsorbed on the surface as a monomolecular film. Therefore, it is difficult to obtain an electrode with good light absorption efficiency.
[0041]
In the present invention, in order to form an oxide semiconductor film on a resin substrate having a conductive surface, a coating solution containing oxide semiconductor fine particles is applied by a spray method. This is because an ideal porous body can be formed without high-temperature treatment as will be described later. At this time, an organic binder component should not be contained in the coating liquid containing oxide semiconductor fine particles. This is because high-temperature heat treatment cannot be performed and the ratio of contribution to the formation of the porous structure is low, and the remaining organic binder component tends to promote deterioration of characteristics.
[0042]
As described above, the formation of the oxide semiconductor film by the spray method is most preferable for realizing the porous oxide semiconductor fine particle film. By partially or entirely volatilizing the solvent contained in the coating solution before the coating solution sprayed from the nozzle reaches the surface of the substrate, the growth of the oxide semiconductor fine particles from primary particles to multi-particles, etc. The resulting film formed on the substrate surface becomes a sponge-like porous film. In this case, the volatility of the solvent of the coating solution is important. Therefore, as the solvent, an alcohol having a relatively low boiling point such as methanol, ethanol or propanol is preferably used.
[0043]
Furthermore, for the purpose of improving the coatability on the substrate surface and adjusting the surface tension and the degree of particle growth of the oxide semiconductor fine particles, a high-boiling solvent such as dimethylformamide or terpineol or water is used in the coating solution. Etc. are also preferably added.
[0044]
In addition, for the purpose of controlling the volatility of the solvent of the coating solution, it is also possible to perform coating while heating the resin substrate 20 itself that is the target of spray coating. Although the heating temperature in this case depends on the heat resistant temperature of the resin substrate to be used, it is preferably carried out at a temperature of 60 ° C. or higher and 300 ° C. or lower, more preferably 80 ° C. or higher and 150 ° C. or lower.
[0045]
The oxide semiconductor fine particle concentration in the coating solution is preferably a low concentration of 2 to 10% by weight in consideration of evaporation of the solvent in spray coating. If the amount is less than 2% by weight, the coating amount per unit time is small, so that the coating time is long. If the amount exceeds 10% by weight, the oxide semiconductor fine particles grow too much and the particle size becomes larger than necessary. There is a possibility that the strength of the film may be weakened due to a decrease in bonding points between the particles.
[0046]
In the case where oxide semiconductor fine particles are used as a constituent element of a photoelectric conversion element, the function as an oxide semiconductor film has been developed by “sintering”. That is, after coating a coating liquid containing oxide semiconductor fine particles on a substrate having a conductive surface, for example, by heating at a high temperature of 400 ° C. or higher, the connectivity between oxide semiconductor particles and the oxide By improving the bonding between the semiconductor fine particles and the conductive surface, the conductivity is improved and the battery characteristics are improved. Further, the oxide semiconductor film 4 is made more porous by decomposing and evaporating the organic binder component existing on the surface of the oxide semiconductor fine particles and between the fine particles, and the filling of the charge transfer layer 5 such as the electrolyte is promoted. As a result, the battery characteristics were improved.
[0047]
However, when a resin substrate is used as in the present invention, the high-temperature firing cannot be performed. Therefore, when the firing temperature is low and the organic binder component is not sufficiently decomposed, it may remain as carbon in the oxide semiconductor fine particle film, and this residual carbon causes leakage current. Battery characteristics are deteriorated.
[0048]
In the present invention, the oxide semiconductor fine particle sol or slurry to be sprayed contains no organic binder component, and the oxide semiconductor film 4 is formed using the oxide semiconductor fine particle sol or slurry. No high temperature heat treatment is required to form. However, in order to further improve the bondability between the oxide semiconductor particles and the bondability between the oxide semiconductor particles and the conductive surface, it is preferable to perform a certain amount of heat treatment, and the oxide formed by the spray coating method described above. The semiconductor film is preferably heat-treated at a temperature of 60 ° C. or higher, particularly in the range of 60 to 300 ° C., more preferably in the range of 80 to 150 ° C. If a heat resistant resin is used, processing at a higher temperature within the above temperature range becomes possible.
[0049]
In addition to such heat treatment, the bonding property can also be improved by irradiating ultraviolet light having a wavelength of 400 nm or less that the oxide semiconductor fine particles absorb. In this case, it is preferable that the integrated light quantity of the irradiated ultraviolet light is 100 J / cm 2 or less. When irradiation with an integrated light quantity exceeding 100 J / cm 2 is performed, there is a tendency to increase damage to the resin substrate. Moreover, you may perform the process which combined the said heat processing and the ultraviolet light irradiation process. Either may be the first order of processing. You may do it at the same time.
[0050]
In general, the coating liquid (oxide semiconductor fine particle sol or slurry) containing oxide semiconductor fine particles is added with an acid or alkali for the purpose of improving the dispersibility of the fine particles, or the oxide semiconductor fine particle precursor. The origin acid and alkali are mixed, and the possibility that such an acid or alkali partially remains in the oxide semiconductor film 4 is considered.
[0051]
When acid remains in the oxide semiconductor film 4, the open-circuit voltage tends to decrease as battery characteristics due to a decrease in the conduction band level of the oxide semiconductor fine particles. Further, when alkali remains in the oxide semiconductor film 4, there is a tendency that the adsorptivity of the organic dye to the surface of the oxide semiconductor fine particles tends to be reduced, so that the short-circuit current is reduced as battery characteristics. Tend.
[0052]
In the present invention, such an oxide semiconductor film 4 is treated with a neutralizing solution at a stage before the organic dye is adsorbed.
[0053]
That is, (1) when acid remains in the oxide semiconductor film 4, the oxide semiconductor film 4 is immersed in a treatment solution containing an alkali in order to remove the acid remaining in the oxide semiconductor film 4. And the process which neutralizes inside a film | membrane is performed. Thereafter, the neutralized oxide semiconductor film 4 is preferably washed with a solvent such as water or alcohol. By such treatment, the acid component remaining in the oxide semiconductor film 4 is substantially removed.
[0054]
Whether or not the acid component has been substantially removed may be determined using an analytical technique such as quantification of ion species by Raman spectrum, or quantification of constituent elements of ion species by fluorescent X-rays.
[0055]
Examples of the alkali component used herein include alkali metals or alkaline earth metal bases such as sodium hydroxide, potassium hydroxide and calcium carbonate, and ammonium bases such as ammonia and tetraalkylammonium hydroxide. The alkali concentration of the solution containing the alkali is sufficient if it is necessary and sufficient for the neutralization reaction inside the film, and excessive alkali may be taken into the film and adversely affected. Therefore, it is preferable to use a solution in which a weak alkali such as ammonia is mixed with an alcohol such as methanol or ethanol to suppress the dissociation degree as an alkali.
[0056]
(2) On the contrary, when alkali remains in the oxide semiconductor film 4, the oxide semiconductor is added to the treatment solution containing acid in order to remove the alkali remaining in the oxide semiconductor film 4. A treatment for immersing the membrane 4 and neutralizing the inside of the membrane is performed. Thereafter, the neutralized oxide semiconductor film 4 is preferably washed with a solvent such as water or alcohol. By such treatment, the alkali component remaining in the oxide semiconductor film 4 is substantially removed.
[0057]
Whether or not the alkali component has been substantially removed may be determined by using an analytical method such as quantification of ion species by Raman spectrum and quantification of constituent elements of ion species by fluorescent X-rays.
[0058]
Examples of the acid used here include mineral acids such as hydrochloric acid, sulfuric acid and nitric acid, and organic acids such as formic acid, acetic acid and benzenesulfonic acid. The acid concentration of the acid-containing solution may be an amount necessary and sufficient for the neutralization reaction inside the membrane. Conversely, excess acid is taken into the membrane and adversely affects it. Therefore, it is preferable to use a solution in which a weak acid such as acetic acid is mixed with an alcohol such as methanol or ethanol to suppress the degree of dissociation as an acid.
[0059]
The step of immersing the oxide semiconductor film 4 in a solution containing an acid or an alkali may be performed in combination with the heat treatment of the oxide semiconductor film 4 and the ultraviolet light irradiation treatment, and the order of the treatment is not particularly limited. . Further, the heat treatment of the oxide semiconductor film 4 and the step of immersing in a solution containing an acid or an alkali may be performed at the same time.
[0060]
Configuration of organic dye film 7 Next, the organic dye is adsorbed as a single molecule on the surface of the oxide semiconductor film 4 on the substrate thus obtained. As the organic dye, a dye that can be chemically bonded to the oxide semiconductor film 4 is preferable, and one having a carboxyl group, a sulfonic acid group, a phosphoric acid group, or a hydroxyl group in the molecule is preferable.
[0061]
Specifically, bipyridyl Ru complex, tert-pyridyl Ru complex, phenanthroline Ru complex, Ru complex such as bicinchoninic acid Ru complex, phthalocyanine Ru complex, eosin Y, dibromofluorescein, fluorescein, rhodamine B, pyrogallol, dichloro Organic dyes such as fluorescein, erythrosine B, fluorescin, marchrochrome, cyanine, merocyanine and the like can be mentioned.
[0062]
In order to adsorb the organic dye as a single molecule on the surface of the oxide semiconductor film 4, the oxide semiconductor film 4 may be immersed together with the substrate in an organic dye solution formed by dissolving the organic dye in an organic solvent. . In this case, the oxide semiconductor film 4 may be subjected to a reduced pressure treatment before being immersed in the organic dye so that the organic dye solution can enter deep inside the oxide semiconductor film 4 which is a porous structure film. It is preferable to remove the bubbles contained in the oxide semiconductor film 4 in advance by heat treatment. The immersion time may be about 30 minutes to 24 hours. In order to efficiently adsorb the organic dye, a reflux treatment may be performed. Further, the immersion treatment can be repeated a plurality of times as necessary. After performing such an immersion treatment, the oxide semiconductor film 4 having adsorbed the organic dye is usually dried under a temperature condition of room temperature to 80 ° C.
[0063]
In the present invention, the organic dye adsorbed on the oxide semiconductor film 4 does not have to be one kind, and a plurality of organic dyes having different light absorption regions can be adsorbed as necessary. As a result, light can be used efficiently. In order to adsorb a plurality of organic dyes to the film, a method of immersing the oxide semiconductor film 4 in a solution containing a plurality of organic dyes or a plurality of types of organic dye solutions are prepared, and the oxide semiconductor film is added to these solutions. And a method of sequentially immersing 4 and the like.
[0064]
In the solution in which the organic dye is dissolved in the organic solvent, any organic solvent can be used as long as it can dissolve the organic dye. Examples of such a solvent include methanol, ethanol, acetonitrile, dimethylformamide, dioxane, dichloromethane, toluene and the like. The concentration of the organic dye in the solution is about 1 to 200 mg, preferably about 10 to 100 mg, in 100 ml of the solution.
[0065]
The dye-sensitized solar cell 1 of the present invention includes a photoelectric conversion oxide semiconductor electrode 10 having a dye adsorbed on its surface as described above, a counter electrode 30 that forms a pair with the electrode, and charge transfer that contacts these electrodes. Layer 5.
[0066]
Configuration of charge transfer layer 5 The charge transfer layer 5 is a layer containing a charge transport material having a function of replenishing electrons to the oxidant of the dye. Examples of typical charge transport materials that can be used in the present invention include (i) a material that conducts ion transport, that is, a solution in which redox pair ions are dissolved (electrolyte), and a redox pair solution. Examples include so-called gel electrolytes impregnated in a matrix gel, molten salt electrolytes containing redox counterions, and solid electrolytes. In addition to such a charge transport material involving ions, (ii) a material in which carrier movement in a solid is involved in electrical conduction, that is, an electron transport material or a hole transport material can also be used. These can be used in combination.
[0067]
When an electrolytic solution is used for the charge transfer layer 5, the electrolytic solution is preferably composed of an electrolyte, a solvent, and an additive. As an electrolyte, a combination of I 2 and iodide (as iodide, metal iodide such as LiI, NaI, KI, CsI, CaI 2 , quaternary ammonium such as tetraalkylammonium iodide, pyridinium iodide, imidazolium iodide, etc.) Compound iodine salt, etc., Br 2 and bromide combinations (bromide metal bromide such as LiBr, NaBr, KBr, CsBr, CaBr 2 , bromide salt of quaternary ammonium compound such as tetraalkylammonium bromide, pyridinium bromide, etc.) , Metal complexes such as ferrocyanate-ferricyanate, ferrocene-ferricinium ion, cobalt (II) -bis [2,6-bis (1′-butylbenzimidazol-2′-yl) pyridine] , Sodium polysulfide, alkylthiol-alkyl Sulfur compounds such as sulfides, viologen dye, hydroquinone - quinone or the like can be used. Among these electrolytes, electrolytes in which I 2 and LiI, I 2 and iodine salts of quaternary ammonium compounds such as pyridinium iodide and imidazolium iodide are combined are preferable. Note that the electrolytes described above may be used in combination. A preferable electrolyte concentration is 0.1 M or more and 15 M or less, and more preferably 0.2 M or more and 10 M or less. Further, when iodine is added to the electrolyte, a preferable concentration of iodine is 0.01M or more and 0.5M or less.
[0068]
The solvent used for the electrolyte is preferably a compound having a low viscosity and improving the ion mobility, or having a high dielectric constant and an effective carrier concentration, so that excellent ion conductivity can be expressed.
[0069]
Such solvents include carbonate compounds such as ethylene carbonate and propylene carbonate, heterocyclic compounds such as 3-methyl-2-oxazolidinone, ether compounds such as dioxane and diethyl ether, ethylene glycol dialkyl ether, propylene glycol dialkyl ether, polyethylene Chain ethers such as glycol dialkyl ether and polypropylene glycol dialkyl ether, alcohols such as methanol, ethanol, ethylene glycol monoalkyl ether, propylene glycol monoalkyl ether, polyethylene glycol monoalkyl ether, polypropylene glycol monoalkyl ether, ethylene glycol, Propylene glycol, polyethylene glycol, polypropylene Polyhydric alcohols such as glycol and glycerol, acetonitrile, glutarodinitrile, methoxyacetonitrile, propionitrile, nitrile compounds such as benzonitrile, aprotic polar substances such as dimethyl sulfoxide and sulfolane, water, etc. can be used . In addition, basic compounds such as tert-butylpyridine, 2-picoline, and 2,6-lutidine can be added. A preferable concentration range when adding the basic compound is 0.05M or more and 2M or less.
[0070]
The molten salt electrolyte is particularly preferable from the viewpoint of achieving both photoelectric conversion efficiency and durability. Examples of the molten salt electrolyte include pyridinium salts, imidazolium salts, and triazolium described in WO95 / 18456, JP-A-8-259543, Electrochemistry, Vol. 65, No. 11, 923 (1997), and the like. Mention may be made of electrolytes containing known iodine salts such as salts. These molten salts may be used singly or as a mixture of two or more, and may be used in combination with a molten salt in which the iodine anion is replaced with another anion.
[0071]
Examples of anions that can be replaced with iodine anions include halide ions (Cl , Br etc.), NSC , BF 4 , PF 6 , ClO 4 , (CF 3 SO 2 ) 2 N , (CF 3 Preferred examples include CF 2 SO 2 ) 2 N , CF 3 SO 3 , CF 3 COO , Ph 4 B , (CF 3 SO 2 ) 3 C − and the like. Also, other iodine salts such as LiI can be added.
[0072]
The molten salt electrolyte is preferably in a molten state at room temperature, and preferably does not use a solvent. Although the solvent as described above may be added, the content of the molten salt is preferably 50% by mass or more, particularly preferably 90% by mass or more, based on the entire electrolyte composition. Moreover, it is preferable that 50 mass% or more is an iodine salt among salts. It is preferable to add iodine to the electrolyte composition. In this case, the content of iodine is preferably 0.1 to 20% by mass, and 0.5 to 5% by mass with respect to the entire electrolyte composition. Is more preferable.
[0073]
The electrolyte can be used after gelation (solidification) by a technique such as addition of a polymer, addition of an oil gelling agent, polymerization including polyfunctional monomers, or a crosslinking reaction of the polymer. In the case of gelation by adding a polymer, polyacrylonitrile, polyvinylidene fluoride, or the like can be preferably used. A preferred compound in the case of gelation by adding an oil gelling agent is a compound having an amide structure in the molecular structure. Further, when the electrolyte is gelled by a polymer crosslinking reaction, it is desirable to use a polymer containing a crosslinkable reactive group and a crosslinking agent in combination. In this case, a preferable crosslinkable reactive group is a nitrogen-containing heterocyclic ring (for example, a pyridine ring, an imidazole ring, a thiazole ring, an oxazole ring, a triazole ring, a morpholine ring, a piperidine ring, a piperazine ring), and a preferable crosslinking agent. Is a bifunctional or higher functional reagent (for example, alkyl halide, aralkyl halide, sulfonate ester, acid anhydride, acid chloride, isocyanate, etc.) capable of electrophilic reaction with a nitrogen atom.
[0074]
Further, instead of an ion conductive electrolyte such as a molten salt, a solid hole transport material that is organic or inorganic or a combination of both can be used.
[0075]
As the organic hole transport material applicable to the present invention, aromatic amines and triphenylene derivatives can be preferably used. Oligothiophene compound, polypyrrole, polyacetylene and derivatives thereof, poly (p-phenylene) and derivatives thereof, poly (p-phenylene vinylene) and derivatives thereof, polythienylene vinylene and derivatives thereof, polythiophene and derivatives thereof, polyaniline and derivatives thereof, Conductive polymers such as polytoluidine and its derivatives can be preferably used.
[0076]
A p-type inorganic compound semiconductor can be used as the inorganic hole transport material. The p-type inorganic compound semiconductor for this purpose preferably has a band gap of 2 eV or more, and more preferably 2.5 eV or more. Also, the ionization potential of the p-type inorganic compound semiconductor needs to be smaller than the ionization potential of the dye-adsorbing electrode from the condition that the holes of the dye can be reduced. Although the preferable range of the ionization potential of the p-type inorganic compound semiconductor varies depending on the dye used, it is generally preferably 4.5 eV or more and 5.5 eV or less, and more preferably 4.7 eV or more and 5.3 eV or less. .
[0077]
A preferred p-type inorganic compound semiconductor is a compound semiconductor containing monovalent copper. Specifically, examples of the compound semiconductor containing monovalent copper are CuI, CuSCN, CuInSe 2, Cu (In, Ga) Se 2, CuGaSe 2, Cu 2 O, CuS, etc. CuGaS 2, CuInS 2, CuAlSe 2 Is mentioned. As other p-type inorganic compound semiconductors, GaP, NiO, CoO, FeO, Bi 2 O 3 , MoO 2 , Cr 2 O 3 and the like can be used.
[0078]
Regarding the method for forming the charge transfer layer, for example, the following two methods may be used. One is a method in which the photoelectric conversion oxide semiconductor electrode 10 and the counter electrode 30 are bonded together, and the liquid charge transfer layer 5 is sandwiched between the gaps. The other is a method in which the charge transfer layer 5 is provided directly on the photoelectric conversion oxide semiconductor electrode 10, and the counter electrode 30 is formed and applied thereafter.
[0079]
In the former case, as a method for sandwiching the charge transfer layer 5, a normal pressure process using capillary action by dipping, injection or the like, or a vacuum process in which the gas phase in the gap is replaced with a liquid phase by lowering the pressure to normal pressure can be used. . The whole of the photoelectric conversion oxide semiconductor electrode 10, the charge transfer layer 5, and the counter electrode 30 is resin-sealed, or is housed in a case and the whole is resin-sealed.
[0080]
In the latter case, in the wet charge transfer layer 5, the counter electrode 30 is applied without being dried, and measures for preventing liquid leakage at the edge portion are performed. In the case of a gel electrolyte, there is a method in which it is applied in a wet manner and solidified by a method such as polymerization. In this case, the counter electrode can be applied after drying and fixing.
[0081]
In the case of a solid electrolyte or a solid hole transport material, the charge transfer layer 5 is formed using a dry film forming method such as a vacuum deposition method or a CVD method, and then the counter electrode 30 is applied. it can.
[0082]
The organic hole transport material can be introduced into the electrode by a technique such as vacuum deposition, casting, coating, spin coating, dipping, electrolytic polymerization, or photoelectrolytic polymerization. Also in the case of an inorganic solid compound, it can be introduced into the electrode by techniques such as casting, coating, spin coating, dipping, and electrolytic plating.
[0083]
Configuration of counter electrode 30 The counter electrode 30 may have a single-layer structure of a counter electrode conductive layer made of a conductive material, or a combination structure of a counter electrode conductive layer and a support substrate. As a conductive material used for the counter electrode conductive layer, metal (for example, platinum, gold, silver, copper, rhodium, ruthenium, aluminum, magnesium, indium, etc.), carbon, or conductive metal oxide (indium-tin composite oxide, fluorine Doped tin oxide, etc.). As a preferable support substrate for the counter electrode, glass or plastic can be exemplified, and a conductive agent is applied or vapor-deposited thereon to form the conductive layer.
[0084]
Since light may be irradiated from either or both of the oxide semiconductor electrode 10 for photoelectric conversion and the counter electrode 30, in order for light to reach the organic dye layer, the oxide semiconductor electrode 10 for photoelectric conversion and the counter electrode 30 It is sufficient that at least one of them is substantially transparent. A battery having such a structure has a potential difference between the photoelectric conversion oxide semiconductor electrode 10 and the counter electrode 30 when the photoelectric conversion oxide semiconductor electrode 10 is exposed to sunlight or visible light equivalent to sunlight. And acts so that a current flows between the poles 10 and 30.
[0085]
【Example】
Next, the present invention will be described in more detail with reference to specific examples of the present invention.
[0086]
[Example 1]
Preparation of titanium oxide sol liquid A titanium oxide sol liquid was prepared by hydrolyzing titanium isopropoxide as follows.
[0087]
125 ml of titanium isopropoxide was added to 750 ml of 0.1 M aqueous nitric acid solution with stirring. This was vigorously stirred at 80 ° C. for 8 hours. The resulting liquid was autoclaved at 230 ° C. for 16 hours in a Teflon pressure vessel. The sol solution containing the precipitate was resuspended by stirring. The precipitate that was not resuspended was removed by suction filtration, and the sol solution was concentrated with an evaporator until the titanium oxide concentration became 11 wt%. One drop of Triton X-100 was added to improve the paintability on the substrate.
[0088]
Next, a titanium alkoxide derivative was added to the sol solution as a titanium oxide fine particle precursor in the following manner.
[0089]
While stirring the sol solution in dry nitrogen, an 80:20 mixed solution of di-iso-propoxy bis (acetylacetonato) titanium and methanol was added little by little. After completion of the addition, the mixture was stirred for 1 hour. The addition amount of di-iso-propoxy bis (acetylacetonato) titanium was 6.8 g (20% by weight with respect to the titanium oxide fine particle weight). Furthermore, it diluted with methanol so that the titanium oxide fine particle density | concentration might be 2 weight%, and it was set as the density | concentration suitable for spray coating.
[0090]
Production of oxide semiconductor electrode 10 for photoelectric conversion Using the titanium oxide sol solution prepared as described above, an oxide semiconductor electrode 10 for photoelectric conversion (titanium oxide electrode) was produced in the following manner.
[0091]
A flexible conductive polycarbonate film resin substrate having a length of 2.0 cm, a width of 1.5 cm, and a thickness of 0.1 mm (ITO is sputtered on the surface of the polycarbonate film substrate as a conductive film (thickness 600 nm) The sheet resistance is 30 Ω / □), and a masking tape with a thickness of 70 μm provided with a square hole of 0.5 cm in length and 0.5 cm in width is pasted on the conductive film surface side. A titanium oxide sol solution was sprayed toward the hole. After coating, the masking tape was peeled off and heated at 100 ° C. for 30 minutes using an electric furnace. The temperature rising rate was 2 ° C./min.
[0092]
Next, such an oxide semiconductor film was treated with a neutralization solution. That is, a 2 wt% ammonia water / methanol diluted solution is prepared as an alkaline solution, the oxide semiconductor film is immersed in this solution for 30 minutes, taken out, washed with methanol, and dried at 80 ° C. for 10 minutes. I let you. Thereafter, it was confirmed by Raman spectrum measurement that the acid component (nitrate ion component, 1040 to 1050 cm −1 ) derived from the titanium oxide sol was completely removed by the alkaline solution immersion treatment. Note that the thickness of the titanium oxide film which is an oxide semiconductor film was about 6 μm.
[0093]
Subsequently, 20 ml of anhydrous ethanol solution in which (4,4′-dicarboxylic acid-2,2′-bipyridine) ruthenium (II) diisothiocyanate was added at a concentration of 3 × 10 −4 M as a sensitizing dye was obtained. And soaked for 12 hours.
[0094]
After standing, the titanium oxide electrode was taken out and washed with anhydrous acetonitrile. The titanium oxide film on the substrate became deep red due to the adsorbed ruthenium dye (production of 10 oxide semiconductor electrode samples for photoelectric conversion).
[0095]
Production of dye-sensitized solar cell A dye-sensitized solar cell was produced in the following manner using the above-described oxide semiconductor electrode for photoelectric conversion (titanium oxide electrode).
[0096]
That is, a spacer having a length of 0.5 cm, a width of 0.5 cm, and a width of 1.5 cm, a width of 1.5 cm, and a thickness of 70 μm is formed between the square hole portion and the titanium oxide film portion of the electrode. Were placed on the titanium oxide electrode so as to coincide with each other and closely adhered to the electrode.
[0097]
The electrolyte was placed in the square hole, the counter electrode 30 was placed thereon, and the periphery thereof was sealed with an epoxy resin to produce a battery.
[0098]
As the electrolytic solution, a mixed solution (volume mixing ratio = 80/20) of ethylene carbonate containing tetrapropylammonium iodide (0.4M) and iodine (0.04M) and acetonitrile was used. As the counter electrode, conductive glass in which platinum was deposited with a thickness of 100 nm was used. Using an AM1.5 (1000 W / m 2 ) solar simulator, open voltage (Voc), photocurrent density (Jsc), form factor (FF), and conversion efficiency (η) are measured. The battery characteristics were evaluated. The open circuit voltage (Voc) represents the voltage between both terminals when the output terminal of the solar cell module is opened. The photocurrent density (Jsc) represents the current (per 1 cm 2 ) flowing between both terminals when the output terminals of the solar cell module are short-circuited. The form factor (FF) is a value obtained by dividing the maximum output Pmax by the product of the open circuit voltage (Voc) and the photocurrent density (Jsc) (FF = Pmax / Voc · Jsc). It is a parameter that represents a characteristic.
These results are shown in Table 1 below.
[0099]
[Comparative Example 1]
In the comparative example 1, the alkaline solution immersion treatment of the oxide semiconductor film performed in the example 1 was not performed. Other than that was carried out similarly to the said Example 1, and produced the titanium oxide electrode and the solar cell, and evaluated the battery. The evaluation results are shown in Table 1 below.
[0100]
[Example 2]
In Example 1, after the titanium oxide sol solution was applied by spraying, the heat treatment performed at 100 ° C. for 30 minutes using an electric furnace was changed to ultraviolet irradiation treatment as shown below. That is, after spray-applying the titanium oxide sol solution in the same manner as in Example 1, the masking tape was peeled off, and ultraviolet light having a wavelength of 400 nm or less (wavelength 220 to 380 nm) and an intensity of 30 mW / cm 2 was applied from the titanium oxide film surface side. Irradiation was performed for 15 minutes (accumulated light amount was 27 J / cm 2 ). Except for this change, the oxide semiconductor electrode for photoelectric conversion (titanium oxide electrode) of Example 2 and dye enhancement were performed in the same manner as in Example 1 above (including, of course, alkaline solution immersion treatment of the oxide semiconductor film). A sensitive solar cell was produced. Evaluation of the solar cell was performed in the same manner as in Example 1. The evaluation results are shown in Table 1 below.
[0101]
[Comparative Example 2]
In Comparative Example 2, the alkaline solution immersion treatment of the oxide semiconductor film performed in Example 2 was not performed. Other than that was carried out similarly to the said Example 2, and produced the titanium oxide electrode and the solar cell, and evaluated the battery. The evaluation results are shown in Table 1 below.
[0102]
Example 3
The ultraviolet irradiation treatment in Example 2 was added to the heat treatment in Example 1 at 100 ° C. for 30 minutes. That is, after spray-coating a titanium oxide sol solution, heat treatment was performed at 100 ° C. for 30 minutes using an electric furnace, and then, from the titanium oxide film surface side, a wavelength of 400 nm or less (wavelength 220 to 380 nm), an intensity of 30 mW / cm 2 was irradiated for 15 minutes (accumulated light amount was 27 J / cm 2 ). Except for this change, the oxide semiconductor electrode for photoelectric conversion (titanium oxide electrode) of Example 3 and dye increase were performed in the same manner as in Example 1 above (including, of course, an alkaline solution immersion treatment of the oxide semiconductor film). A sensitive solar cell was produced. Evaluation of the solar cell was performed in the same manner as in Example 1. The evaluation results are shown in Table 1 below.
[0103]
[Comparative Example 3]
In the comparative example 3, the alkaline solution immersion treatment of the oxide semiconductor film performed in the example 3 was not performed. Other than that was carried out similarly to the said Example 3, and produced the titanium oxide electrode and the solar cell, and evaluated the battery. The evaluation results are shown in Table 1 below.
[0104]
[Comparative Example 4]
In Comparative Example 4, the formation of the titanium oxide film was changed from the spray method of Example 1 to the squeegee method. That is, a flexible conductive polycarbonate film resin substrate having a length of 2.0 cm, a width of 1.5 cm, and a thickness of 0.1 mm (ITO is formed as a conductive film on the surface of the polycarbonate film substrate by sputtering (thickness). A sheet resistance of 30 Ω / □), and a masking tape having a thickness of 70 μm and a square hole of 0.5 cm in length and 0.5 cm in width is provided on the conductive film surface side. After the titanium oxide sol solution was added to the end of the square hole with a pipette, the sol solution was spread on a substrate (by a squeegee) by stretching it using a glass plate having a flat edge. The film thus spread was dried in air for 30 minutes, and after drying, the masking tape was peeled off. Next, it heated for 30 minutes at 100 degreeC using the electric furnace. The temperature rising rate was 2 ° C./min.
[0105]
Except for this change, the same procedure as in Example 1 above (of course, including an alkaline solution immersion treatment of the oxide semiconductor film), the oxide semiconductor electrode for photoelectric conversion (titanium oxide electrode) of Comparative Example 4, and dye enhancement A sensitive solar cell was produced. Evaluation of the solar cell was performed in the same manner as in Example 1. The evaluation results are shown in Table 1 below.
[0106]
[Reference Example 1]
In the reference example 1, the titanium oxide sol liquid used in the above Example 1 was made to contain an organic binder component. That is, after adding 6.8 g of polyethylene glycol having a molecular weight of 20000 (20% by weight with respect to the titanium oxide fine particle weight) to the titanium oxide sol solution used in Example 1, methanol concentration is adjusted to 2% by weight. -Diluted with water. Other than that was carried out similarly to the said Example 1, and produced the titanium oxide electrode and the solar cell, and evaluated the battery. The evaluation results are shown in Table 1 below.
[0107]
[Table 1]
Figure 0004291542
[0108]
Comparison results of Example 1 and Comparative Example 1 shown in Table 1, Comparison results of Example 2 and Comparative Example 2, Comparison results of Example 3 and Comparative Example 3, and Example 1 and Comparative Example 4 From the comparison results, it was confirmed that the example samples of the present invention have much higher photoelectric conversion efficiency than the respective comparative example samples.
[0109]
【The invention's effect】
The effects of the present invention are clear from the above results. That is, the present invention is a dye-sensitized solar cell having an oxide semiconductor electrode for photoelectric conversion having a dye formed on the surface, a counter electrode paired therewith, and a charge transfer layer in contact with these electrodes. The oxide semiconductor electrode for photoelectric conversion includes a resin substrate having a conductive surface, an oxide semiconductor film formed on the conductive surface, and an organic dye formed on the oxide semiconductor film. The oxide semiconductor film is formed by spray-coating a sol or slurry of oxide semiconductor fine particles, and the oxide semiconductor film is in a stage before forming an organic dye, Therefore, even if only the low temperature treatment of the oxide semiconductor film is performed using the resin substrate, the energy conversion efficiency is remarkably improved. Further, by using the resin substrate, the battery can be reduced in weight and cost. Furthermore, it is possible to reduce adverse effects on the environment and human body for mass production.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a drawing showing an example of a schematic configuration of a dye-sensitized solar cell of the present invention.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Dye-sensitized solar cell 4 ... Oxide semiconductor film 5 ... Charge transfer layer 7 ... Organic dye film 10 ... Oxide semiconductor electrode 20 for photoelectric conversion ... Substrate 22 ... Transparent conductive layer 30 ... Counter electrode

Claims (6)

導電性表面を有する樹脂基板と、導電性表面の上に形成された酸化物半導体膜と、この酸化物半導体膜の上に形成された有機色素膜を有する光電変換用酸化物半導体電極であって、
前記酸化物半導体膜は、酸化物半導体微粒子のゾルまたはスラリーをスプレー塗布して形成されるとともに、当該酸化物半導体膜は、有機色素膜を形成させる前の段階で、中和処理溶液との接触処理がなされていることを特徴とする光電変換用酸化物半導体電極。
An oxide semiconductor electrode for photoelectric conversion, comprising: a resin substrate having a conductive surface; an oxide semiconductor film formed on the conductive surface; and an organic dye film formed on the oxide semiconductor film. ,
The oxide semiconductor film is formed by spraying a sol or slurry of oxide semiconductor fine particles, and the oxide semiconductor film is in contact with the neutralization treatment solution at a stage before forming the organic dye film. An oxide semiconductor electrode for photoelectric conversion, which is treated.
前記中和処理溶液は、酸またはアルカリを含んでなる請求項1に記載の光電変換用酸化物半導体電極。  The oxide semiconductor electrode for photoelectric conversion according to claim 1, wherein the neutralization treatment solution contains an acid or an alkali. 前記スプレー塗布される酸化物半導体微粒子のゾルまたはスラリーの中には、有機バインダ−成分が含有されていない請求項1または請求項2に記載の光電変換用酸化物半導体電極。  3. The oxide semiconductor electrode for photoelectric conversion according to claim 1, wherein an organic binder component is not contained in the sol or slurry of the oxide semiconductor fine particles to be spray-coated. 表面に色素が形成された光電変換用酸化物半導体電極と、これと対をなす対向電極と、それらの電極に接触する電荷移動層とを有する色素増感型太陽電池であって、
前記光電変換用酸化物半導体電極は、導電性表面を有する樹脂基板と、導電性表面の上に形成された酸化物半導体膜と、この酸化物半導体膜の上に形成された有機色素膜を有し、
前記酸化物半導体膜は、酸化物半導体微粒子のゾルまたはスラリーをスプレー塗布して形成されるとともに、当該酸化物半導体膜は、有機色素膜を形成させる前の段階で、中和処理溶液との接触処理がなされていることを特徴とする色素増感型太陽電池。
A dye-sensitized solar cell having an oxide semiconductor electrode for photoelectric conversion having a dye formed on its surface, a counter electrode paired therewith, and a charge transfer layer in contact with these electrodes,
The oxide semiconductor electrode for photoelectric conversion has a resin substrate having a conductive surface, an oxide semiconductor film formed on the conductive surface, and an organic dye film formed on the oxide semiconductor film. And
The oxide semiconductor film is formed by spraying a sol or slurry of oxide semiconductor fine particles, and the oxide semiconductor film is in contact with the neutralization treatment solution at a stage before forming the organic dye film. A dye-sensitized solar cell characterized by being treated.
前記中和処理溶液は、酸またはアルカリを含んでなる請求項4に記載の色素増感型太陽電池。  The dye-sensitized solar cell according to claim 4, wherein the neutralization treatment solution contains an acid or an alkali. 前記スプレー塗布される酸化物半導体微粒子のゾルまたはスラリーの中には、有機バインダ−成分が含有されていない請求項4または請求項5に記載の色素増感型太陽電池。  The dye-sensitized solar cell according to claim 4 or 5, wherein the sol or slurry of the oxide semiconductor fine particles to be spray-coated does not contain an organic binder component.
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