JP4376511B2 - Photoelectric cell - Google Patents

Photoelectric cell Download PDF

Info

Publication number
JP4376511B2
JP4376511B2 JP2002341914A JP2002341914A JP4376511B2 JP 4376511 B2 JP4376511 B2 JP 4376511B2 JP 2002341914 A JP2002341914 A JP 2002341914A JP 2002341914 A JP2002341914 A JP 2002341914A JP 4376511 B2 JP4376511 B2 JP 4376511B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
electrolyte
silica
electrode layer
semiconductor film
photoelectric cell
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
JP2002341914A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2004178885A (en
Inventor
柳 嗣 雄 小
野 勝 博 城
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
JGC Catalysts and Chemicals Ltd
Original Assignee
Catalysts and Chemicals Industries Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Catalysts and Chemicals Industries Co Ltd filed Critical Catalysts and Chemicals Industries Co Ltd
Priority to JP2002341914A priority Critical patent/JP4376511B2/en
Publication of JP2004178885A publication Critical patent/JP2004178885A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP4376511B2 publication Critical patent/JP4376511B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50Photovoltaic [PV] energy
    • Y02E10/542Dye sensitized solar cells

Landscapes

  • Photovoltaic Devices (AREA)
  • Hybrid Cells (AREA)

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高い光電変換効率、耐久性等を有する光電気セルに関する。
【0002】
【従来技術】
光電変換材料は光エネルギーを電気エネルギーとして連続して取り出せる材料であり、電極間の電気化学反応を利用して光エネルギーを電気エネルギーに変換する材料である。光電変換材料に光を照射すると、一方の電極側で電子が発生し、対電極に移動し、対電極に移動した電子は、電解質中をイオンとして移動して一方の電極に戻る。このようにエネルギー変換が連続であるため、たとえば、太陽電池などに利用されている。
【0003】
一般的な太陽電池は、先ず透明性導電膜をコートしたガラス板などの支持体上に光電変換材料用半導体の膜を形成して電極とし、次に、対電極として別の透明性導電膜をコートしたガラス板などの支持体を備え、これらの電極間に電解質を封入して構成されている。
光電変換材料用半導体に吸着した分光増感色素に太陽光を照射すると、分光増感色素は可視領域の光を吸収して励起する。この励起によって発生する電子は半導体に移動し、ついで、透明導電性ガラス電極に移動し、2つの電極を接続する導線を通って対電極に移動し、対電極に移動した電子は電解質中の酸化還元系を還元する。一方、半導体に電子を移動させた分光増感色素は、酸化体の状態になっているが、この酸化体は電解質中の酸化還元系によって還元され、元の状態に戻る。このようにして電子が連続的に流れることから光電変換材料用半導体を用いた太陽電池として機能する。
【0004】
上記電極間に封入して用いられる電解質は、電解質の種類によっては溶媒と混合した電解液として電極間に封入され、電気セルの側面を樹脂などでシールして用いられる。
このとき用いられる溶媒としては水、アルコール類、オリゴエーテル類、プロピオンカーボネート等のカーボネート類、燐酸エステル類、ジメチルホルムアミド、ジメチルスルホキシド、N-メチルピロリドン、N-ビニルピロリドン、スルホラン66の硫黄化合物、炭酸エチレン、アセトニトリル、ラクトン等が挙げられる。
【0005】
しかしながら、このように電解液を用いた場合、長期間の使用中に、溶媒分子の変質、溶媒分子の分解、低沸点溶媒の逃散、電解液(溶媒および/または電解質)のシール部からの漏出などにより光電変換効率性能が低下することがある。すなわち長期安定性に劣るという欠点があった。
さらに、電解液に用いられる電解質によっては吸湿作用があり、吸湿した水分によって電解質や光増感材が分解され性能が劣化してしまい長期安定性が不充分になることもあった。
【0006】
このため、長期安定性を向上させるために電解質として固体またはゲル状の固体電解質層を使用することが提案されている。しかしながら、このような固体電解質イオンの拡散性、移動速度が低下し、光電変換効率が低下するという欠点があった。
本発明者等は、鋭意検討した結果、固体電解質層に表面水酸基を有するシリカ系粒子を配合して用いると光電変換効率が向上することを見出して本発明を完成するに至った。
【0007】
【発明の目的】
本発明は、イオンの拡散性、移動速度すなわちイオン導電性が向上し、このため光電変換効率が高く、さらに電解液の漏出等がなく長期安定性に優れた光電気セルを提供することを目的としている。
【0008】
【発明の概要】
本発明に係る光電気セルは、
表面に電極層(1)を有し、かつ該電極層(1)表面に光増感材を吸着した半導体膜(2)が形成されてなる基板と、
表面に電極層(3)を有する基板とが、
前記電極層(1)および電極層(3)が対向するように配置してなり、
半導体膜(2)と電極層(3)との間に電解質層を設けてなる光電気セルにおいて、
電解質層が電解質とシリカ系粒子とからなり、電解質層中のシリカ系粒子の含有量が1〜60重量%の範囲にあり、
少なくとも一方の基板および電極層が透明性を有していることを特徴としている。
【0009】
前記シリカ系粒子が、表面OH基を有し、OH基量が0.01〜5個nm-2の範囲にあることが好ましく、また前記シリカ系粒子の平均粒子径が0.5〜100nmの範囲にあることが好ましい。
前記電解質層が、さらにイオン伝導性を有する有機ケイ素化合物の加水分解物を含んでいることが望ましい。
【0010】
前記イオン伝導性を有する有機珪素化合物が、下記式(1)で表される有機ケイ素化合物から選択される1種以上であることが望ましい。
nSiX4-n (1)
〔ただし、R:炭素数1〜10の非置換または置換炭化水素基であって、互いに同一であっても異なっていてもよい。X:炭素数1〜4のアルコキシ基、シラノール基、ハロゲン、水素、n:0〜3〕
前記Rとしては、置換炭化水素基が望ましく、かつ酸素を含む開環性官能基であることが望ましい。
【0011】
本発明では、前記電解質層が、さらに水を含み、電解質層中の水の含有量が0.01〜10重量%の範囲にあることが望ましい。
【0012】
【発明の具体的な説明】
以下、本発明について具体的に説明する。
[光電気セル]
本発明に係る光電気セルは、
表面に電極層(1)を有し、かつ該電極層(1)表面に光増感材を吸着した半導体膜(2)が形成されてなる基板と、
表面に電極層(3)を有する基板とが、
前記電極層(1)および電極層(3)が対向するように配置してなり、
半導体膜(2)と電極層(3)との間に電解質層を設けてなる光電気セルにおいて、
電解質層が電解質とシリカ粒子とからなり、電解質層中のシリカ粒子の含有量が1〜60重量%の範囲にあり、
少なくとも一方の基板および電極層が透明性を有していることを特徴としている。
【0013】
このような光電気セルとして、たとえば、図1に示すものが挙げられる。
図1は、本発明に係る光電気セルの一実施例を示す概略断面図であり、表面に透明電極層1を有し、かつ該透明電極層1表面に光増感材を吸着した(金属酸化物)半導体膜2が形成されてなる基板5と、
表面に還元触媒能を有する電極層3を有する基板6とが、
前記電極層1および3が対向するように配置され、
さらに(金属酸化物)半導体膜2と透明電極層3との間に電解質が封入されてなる電解質層4が設けられている。
【0014】
透明基板5としてはガラス基板、PETなどの有機ポリマー基板などの透明でかつ絶縁性を有する基板を用いることができる。
また、基板6としては、使用に耐える強度を有していれば特に制限はなく、ガラス基板、PETなどの有機ポリマー基板などの絶縁性基板の他に、金属チタン、金属アルミニウム、金属銅、金属ニッケルなどの導電性基板を使用することができる。
【0015】
透明基板5表面に形成された透明電極層1としては、酸化錫、Sb、FまたはPがドーピングされた酸化錫、Snおよび/またはFがドーピングされた酸化インジウム、酸化アンチモン、酸化亜鉛、貴金属等などの従来公知の電極を使用することができる。
このような透明電極層1は、熱分解法、CVD法などの従来公知の方法により形成することができる。
【0016】
また、基板6表面に形成された電極層3としては、還元触媒能を有するものであれば特に制限されるものでなく、白金、ロジウム、ルテニウム金属、ルテニウム酸化物等の電極材料、酸化錫、Sb、FまたはPがドーピングされた酸化錫、Snおよび/またはFがドーピングされた酸化インジウム、酸化アンチモンなどの導電性材料の表面に前記電極材料をメッキあるいは蒸着した電極、カーボン電極など従来公知の電極を用いることができる。
【0017】
このような電極層3は、基板6上に前記電極を直接コーティング、メッキあるいは蒸着させて、導電性材料を熱分解法、CDV法等の従来公知の方法により導電層を形成した後、該導電層上に前記電極材料をメッキあるいは蒸着するなど従来公知の方法により形成することができる。
なお、基板6は、透明基板5と同様に透明なものであってもよく、また電極層3は、透明電極層1と同様に透明電極であってもよい。
【0018】
透明基板5と透明電極層1の可視光透過率は高い方が好ましく、具体的には50%以上、特に好ましくは90%以上であることが望ましい。可視光透過率が50%未満の場合は光電変換効率が低くなることがある。
これら透明電極層1および電極層3の抵抗値は、各々100Ω/cm2以下であることが好ましい。電極層の抵抗値が100Ω/cm2を超えて高くなると光電変換効率が低くなることがある。
【0019】
半導体膜2は、基板6上に形成された電極層3上に形成されていてもよい。この半導体膜2の膜厚は、0.1〜50μmの範囲にあることが好ましい。
半導体膜としては、無機半導体材料から形成された無機半導体膜、有機半導体材料から形成された有機半導体膜、有機無機ハイブリッド半導体膜などを用いることができる。
【0020】
有機半導体材料としては、フタロシアニン、フタロシアニン−ビスナフトハロシアニン、ポリフェノール、ポリアントラセン、ポリシラン、ポリピロールなど従来公知の化合物を挙げることができる。
本発明の半導体膜2は、無機半導体材料から形成された無機半導体膜を用いることが好ましい。中でも無機半導体材料として金属酸化物を用いた場合は、多孔質で光増感材吸着量の高い金属酸化物半導体を得ることができるので好ましい。
【0021】
このような金属酸化物半導体膜としては、酸化チタン、酸化ランタン、酸化ジルコニウム、酸化ニオビウム、酸化タングステン、酸化ストロンチウム、酸化亜鉛、酸化スズ、酸化インジウムから選ばれる少なくとも1種の金属酸化物からなる金属酸化物半導体膜を挙げることができる。
このような金属酸化物半導体膜は通常、金属酸化物粒子から構成されこの金属酸化物粒子は従来公知の方法によって製造することが出来る。具体的には、上記金属の無機化合物塩あるいは有機金属化合物を用い、例えばゾル・ゲル法によって得られる含水金属酸化物のゲルまたはゾルに、必要に応じて酸またはアルカリを添加したのち、加熱・熟成するなどの従来公知の方法で製造することができる。
【0022】
前記金属酸化物は、球状粒子であって、その平均粒子径が1〜600nmの範囲にあることが好ましい。
なお、球状粒子の粒子径はレーザードップラー式粒子径測定機(日機装(株)製:マイクロトラック)によって測定することができる。
球状粒子の平均粒子径が1nm未満であると、形成された金属酸化物半導体膜にクラックが発生しやすく、少ない回数で後述する膜厚を有するクラックのない厚膜を形成することが困難になることがあり、さらに金属酸化物半導体膜の細孔径、細孔容積が低下し光増感材の吸着量が低下することもある。また、球状粒子の平均粒子径が600nmを超えて大きい場合には、金属酸化物半導体膜の強度が不充分となることがある。
【0023】
このような金属酸化物球状粒子としては、結晶性酸化チタンからなることが好ましく、とくに、アナタース型酸化チタン、ブルッカイト型酸化チタン、ルチル型酸化チタンの1種以上からなることが好ましい。結晶性酸化チタンはバンドギャップが高く且つ誘電率が高く、他の金属酸化物粒子に比較して光増感材の吸着量が高く、さらに安定性、安全性、膜形成が容易である等の優れた特性がある。
【0024】
このような結晶性酸化チタン粒子は、ゾル・ゲル法などで得られた含水チタン酸ゲルまたはゾルに、必要に応じて酸またはアルカリを添加したのち、加熱・熟成するなどの従来公知の方法で得ることができる。
また、本発明で使用される結晶性酸化チタン粒子は、含水チタン酸ゲルまたはゾルに、過酸化水素を添加して含水チタン酸を溶解してペルオキソチタン酸とした後、該ペルオキソチタン酸にアルカリ、好ましくはアンモニアおよび/または有機塩基を添加してアルカリ性にし、80〜350℃の温度範囲で加熱・熟成することによって得ることもできる。また、得られた結晶性酸化チタン粒子を種粒子としてペルオキソチタン酸に添加した後、前記工程を繰り返してもよい。
【0025】
さらに、必要に応じて350℃以上の高温で焼成することもできる。
前記金属酸化物半導体膜2は、前記結晶性酸化チタン粒子とともに酸化チタンバインダー成分を含んでいることが好ましい。
このような酸化チタンバインダー成分としては、ゾル・ゲル法などで得られた含水チタン酸ゲルまたはゾルからなる酸化チタン、含水チタン酸ゲルまたはゾルに過酸化水素を加えて含水チタン酸を溶解したペ ルオキソチタン酸の分解物などが挙げられる。
【0026】
このうち、特にペルオキソチタン酸の分解物が好ましく使用される。
このような酸化チタンバインダー成分は、結晶性酸化チタン粒子表面に緻密かつ均一な吸着層を形成する。このため得られる金属酸化物半導体膜は電極との密着性を高めることができる。さらに、このような酸化チタンバインダー成分を使用すると、結晶性酸化チタン粒子同士の接触が点接触から面接触となり、電子移動性を向上させることが可能となり、また、光増感材の吸着量を増大させることができる。
【0027】
金属酸化物半導体膜2中の酸化チタンバインダー成分と結晶性酸化チタン粒子の比率は、TiO2換算の重量比(酸化チタンバインダー成分/結晶性酸化チタン粒子)で0.05〜0.50、好ましくは0.1〜0.3の範囲にあることが望ましい。重量比が0.05未満では、可視光領域の光の吸収が不充分であり、さらに光増感材の吸着量の増加しない場合がある。重量比が0.50を超えて高い場合は多孔質な半導体膜が得られない場合があり、さらに光増感材吸着量が向上しないことがある。
【0028】
金属酸化物半導体膜2は、細孔容積が0.05〜0.8ml/g、平均細孔径が2〜250nmの範囲にあることが好ましい。細孔容積が0.05ml/gより小さい場合は光増感材吸着量が低くなり、また0.8ml/gを超えて高い場合には膜内の電子移動性が低下して光電変換効率を低下させることがある。また平均細孔径が2nm未満の場合は光増感材の吸着量が低下し、250nmを超えて高い場合は電子移動性が低下し光電変換効率が低下することもある。
【0029】
このような金属酸化物半導体膜2は、例えば、以下のように、従来公知の光電気セル用金属酸化物半導体膜形成用塗布液を用いて作製することができる。
例えば、前記金属酸化物粒子と分散媒とからなり、必要に応じてバインダー成分の前駆体を含む光電気セル用金属酸化物半導体膜形成用塗布液を用いることができる。
【0030】
光電気セル用金属酸化物半導体膜形成用塗布液を基材上に塗布し、乾燥した後、硬化させることによって光電気セル用金属酸化物半導体膜を製造することができる。
塗布液は最終的に形成される金属酸化物半導体膜の膜厚が0.1〜50μmの範囲となるように塗布されることが好ましい。塗布液の塗布方法としては、ディッピング法、スピナー法、スプレー法、ロールコーター法、フレキソ印刷、スクリーン印刷など従来公知の方法で塗布することができる。
【0031】
乾燥温度は分散媒を除去できる温度であればよい。
本発明では、さらに必要に応じて塗膜に紫外線を照射して、硬化させることができる。紫外線を照射することによってバインダー成分の前駆体を分解して硬化することができる。なお、塗布液中に膜成形助剤が含まれている場合には、塗膜硬化後、加熱処理して膜成形助剤を分解してもよい。
【0032】
こうして得られた金属酸化物半導体膜の膜厚は、0.1〜50μmの範囲にあることが好ましい。
本発明では、半導体膜2は光増感材を吸着している。
光増感材としては、可視光領域および/または赤外光領域の光を吸収して励起するものであれば特に制限はなく、たとえば有機色素、金属錯体などを用いることができる。
【0033】
有機色素としては、分子中にカルボキシル基、ヒドロキシアルキル基、ヒドロキシル基、スルホン基、カルボキシアルキル基等の官能基を有する従来公知の有機色素が使用できる。具体的には、メタルフリーフタロシアニン、シアニン系色素、メタロシアニン系色素、トリフェニルメタン系色素およびウラニン、エオシン、ローズベンガル、ローダミンB、ジブロムフルオレセイン等のキサンテン系色素等が挙げられる。これらの有機色素は金属酸化物半導体膜への吸着速度が早いという特性を有している。
【0034】
また、金属錯体としては、特開平1-220380号公報、特表平5-504023号公報などに記載された銅フタロシアニン、チタニルフタロシアニンなどの金属フタロシアニン、クロロフィル、ヘミン、ルテニウム-トリス(2,2'-ビスピリジル-4,4'-ジカルボキシラート)、シス-(SCN-)-ビス(2,2'-ビピリジル-4,4'-ジカルボキシレート)ルテニウム、ルテニウム-シス-ジアクア-ビス(2,2'-ビピリジル-4,4'-ジカルボキシラート)などのルテニウム-シス-ジアクア-ビピリジル錯体、亜鉛-テトラ(4-カルボキシフェニル)ポルフィンなどのポルフィリン、鉄-ヘキサシアニド錯体等のルテニウム、オスミウム、鉄、亜鉛などの錯体を挙げることができる。これらの金属錯体は分光増感の効果や耐久性に優れている。
【0035】
上記の光増感材としての有機色素または金属錯体は単独で用いてもよく、有機色素または金属錯体の2種以上を混合して用いてもよく、さらに有機色素と金属錯体とを併用してもよい。
このような光増感材の吸着方法は、特に制限はなく、光増感材を溶媒に溶解した溶液を、ディッピング法、スピナー法、スプレー法等の方法により金属酸化物半導体膜に吸収させ、ついで乾燥する等の一般的な方法が採用できる。
【0036】
光増感材を溶解させる溶媒としては、光増感材を溶解するものであればよく、具体的には、水、アルコール類、トルエン、ジメチルホルムアミド、クロロホルム、エチルセルソルブ、N-メチルピロリドン、テトラヒドロフラン等を用いることができる。
金属酸化物半導体膜に吸着させる光増感材の量は、金属酸化物半導体膜の比表面積1cm2あたり50μg以上であることが好ましい。光増感材の量が50μg未満の場合、光電変換効率が不充分となることがある。
【0037】
光電池セルは、金属酸化物半導体膜2と透明電極層3とを対向して配置し、側面を樹脂などでシールし、半導体膜2と透明電極層3との間の空隙に電解質層4が形成され、本発明では電解質層中にシリカ系粒子が含まれている。
電解質層4は、固体電解質であっても液状の電解液であってもよい。なお、固体電解質は、硬いものから、ジェル・ゲル・ゼリー状といった軟質のものまで含む。
【0038】
このような電解質層に含まれる電解質としては、電気化学的に活性な塩と、酸化還元系を形成する少なくとも1種の化合物との混合物が使用される。
電気化学的に活性な塩としては、テトラプロピルアンモニウムアイオダイドなどの4級アンモニウム塩、1-プロピル-2,3-ジメチルイミダゾリウムオキサイド等のイミダゾリウム塩などが挙げられる。酸化還元系を形成する化合物としては、キノン、ヒドロキノン、沃素(I-/I- 3)、沃化カリウム、臭素(Br-/Br- 3)、臭化カリウム、ヨウ化銅等が挙げられる。場合によってはこれらを混合して使用することもできる。
【0039】
このような電解質の使用量は、電解質の種類、後述する必要に応じて用いる溶媒の種類によって異なるが、電解質と溶媒の混合物である電解液中の濃度(なお、固体電解質の場合は、電解質層容積中の量)が概ね0.1〜5モル/リットルの範囲にあることが好ましい。
シリカ粒子の含有量が1〜60重量%、好ましくは5〜50重量%の範囲にあることが好ましい。
【0040】
このようなシリカ系粒子を含んでいると、電解質層のイオン拡散性、イオン移動速度が高くなるので、光電変換効率、耐熱性が向上する。液体電解質の場合、液体中をイオンが移動し、固体電解質の場合は、たとえば固体粒子の表面を移動する。
またシリカ系粒子を含むと、シリカ粒子表面のゼータ電位に伴い形成された電気二重層に前記電解質が取り込まれ、互いに接触したシリカ系粒子表面上をイオンやホールがより速やかに移動することができるようになり、固体電解質を形成したときに、電解質の漏出や溶媒の逃散がなくなるので、高いイオン移動性を発現するとともに維持することが可能となる。
【0041】
電解質層中のシリカ系粒子の含有量が1重量%未満の場合は、シリカ系粒子同士の接触が不充分となり、シリカ系粒子表面をイオンが迅速に移動して電解質層におけるホール伝導度を向上させて光電変換効率を向上させる効果が充分得られず、また用いる電解質によっては電解質層を固体状態あるいはゲル状態に維持し、電解質や後述する必要に応じて用いる溶媒の漏出を防止して長期安定性を発現する効果が得られないことがある。
【0042】
電解質層中のシリカ系粒子の含有量が60重量%を越えると、イオンやイオン伝導性がさらに向上することもなく、電解液によっては粘性が高くなり半導体膜の細孔内に拡散できないためにイオンやホールの伝導性が低下することがある。
本発明で使用されるシリカ系粒子は、表面OH基量が0.01〜5個nm-2、さらには0.1〜5個nm-2の範囲にあることが好ましい。
【0043】
シリカ系粒子の表面OH基量が0.01個nm-2未満の場合は、前記したように電気二重層に電解質の取り込みが少なくなり、イオン拡散性を充分発揮できないことがあり、またイオン伝導性が不充分となり、シリカ系粒子表面をイオンが迅速に移動できなくなり、光電変換効率を向上させる効果が充分得られないことがある。
【0044】
表面OH基量が5個nm-2を越えるシリカ粒子は得ることが困難であり、得られたとしても、既に充分な密度のOH基を有し、OH基が隣接しているために、さらにプロトン・ホール導電性・伝導性が向上することもない。
シリカ系粒子の表面OH基量が前記範囲にあると、表面OH基が水分子等と比べて解離状態にありイオン性を有しているために、シリカ系粒子表面を移動する形でイオンが移動し、この結果電解質層のイオン導電性が向上し、光電変換効率を向上させることができる。
【0045】
なお、本発明では、シリカ系粒子としてシリカ単独のものであっても、シリカ・アルミナ、シリカ・チタニア、シリカ・ジルコニア、シリカ・酸化タングステン等のシリカ系複合酸化物であってもよい。
本発明では、シリカ系粒子の表面OH基の定量は、例えば、シリカ粒子をメチル化剤CH3MgIで処理し、表面OH基と反応させてメチル化し、ついでCH4ガスを定量することによって求めることができる。また、便宜的には600℃で2時間加熱処理したときのH2Oの脱離量を測定し、これをOH量に換算して求めることができる。
【0046】
このようなシリカ系粒子は、平均粒子径が0.5〜100nm、さらには2〜80nmの範囲にあることが好ましい。
シリカ系粒子の平均粒子径が0.5nm未満の場合は、半導体膜の酸化チタンと結合して酸化チタン表面の電子伝導性を低下させ、このため光電変換効率が低下することがある。
【0047】
シリカ系粒子の平均粒子径が100nmを越えると、半導体膜の細孔の中に入ることができない粒子が増加し、半導体膜から電解質層に(バックカレントを防ぎながら)電子を速やかに移動させる効果が不充分となり、光電変換効率を向上させる効果が充分得られないことがある。
さらに、本発明では、前記電解質層4にイオン伝導性を有する有機ケイ素化合物の加水分解物を含むことが好ましい。このような有機ケイ素化合物の加水分解物を含んでいると、電解質層は固体またはジェル・ゲル状となり、固体電解質層を形成することが可能となる。なお、このような固体電解質層を形成すると、電解質の漏れがなくなり、耐久性に優れた光電気セルを得ることができる。
【0048】
前記イオン伝導性を有する有機珪素化合物としては、下記式(1)で表される有機ケイ素化合物から選択される1種以上が好ましい。
nSiX4-n (1)
〔ただし、R:炭素数1〜10の非置換または置換炭化水素基であって、互いに同一であっても異なっていてもよい。X:炭素数1〜4のアルコキシ基、シラノール基、ハロゲン、水素、n:0〜3〕
このような、式(1)で表される有機珪素化合物としては、具体的に、メチルトリメトキシシラン、ジメチルジメトキシシラン、フェニルトリメトキシシラン、ジフェニルジメトキシシラン、メチルトリエトキシシラン、ジメチルジエトキシシラン、フェニルトリエトキシシラン、ジフェニルジエトキシシラン、イソブチルトリメトキシシラン、ビニルトリメトキシシラン、ビニルトリエトキシシラン、ビニルトリス(βメトキシエトキシ)シラン、3,3,3-トリフルオロプロピルトリメトキシシラン、メチル-3,3,3-トリフルオロプロピルジメトキシシラン、β−(3,4-エポキシシクロヘキシル)エチルトリメトキシシラン、γ−グリシドキシトリプロピルトリメトキシシラン、γ−グリシドキシプロピルメチルジエトキシシラン、γ−グリシドキシプロピルトリエトキシシラン、γ−メタクリロキシプロピルメチルジメトキシシラン、γ−メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン、γ−メタクリロキシプロピルメチルジエトキシシラン、γ−メタクリロキシプロピルトリエトキシシラン、N−β(アミノエチル)γ−アミノプロピルメチルジメトキシシラン、N−β(アミノエチル)γ−アミノプロピルトリメトキシシラン、N−β(アミノエチル)γ−アミノプロピルトリエトキシシラン、γ−アミノプロピルトリメトキシシラン、γ−アミノプロピルトリエトキシシラン、N−フェニル−γ−アミノプロピルトリメトキシシラン、γ−メルカプトプロピルトリメトキシシラン、トリメチルシラノール、メチルトリクロロシラン、メチルジクロロシラン、ジメチルジクロロシラン、トリメチルクロロシラン、フェニルトリクロロシラン、ジフェニルジクロロシラン、ビニルトリクロルシラン、トリメチルブロモシラン、ジエチルシラン等が挙げられる。
【0049】
これらのなかでも、前記置換炭化水素基が酸素を含む開環性官能基である有機珪素化合物が含まれていることが好ましい。具体的にはγ−グリシドキシトリプロピルトリメトキシシラン、γ−グリシドキシプロピルメチルジエトキシシラン、γ−グリシドキシプロピルトリエトキシシラン、γ−メタクリロキシプロピルメチルジメトキシシラン、γ−メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン、γ−メタクリロキシプロピルメチルジエトキシシラン、γ−メタクリロキシプロピルトリエトキシシラン、N−β(アミノエチル)γ−アミノプロピルメチルジメトキシシラン、γ−アミノプロピルトリメトキシシラン、γ−メルカプトプロピルトリメトキシシラン等が挙げられる。
【0050】
このような酸素を含む開環性官能基を有する有機珪素化合物は酸素を含む置換炭化水素基が開環してOH基を生成するので高いイオン伝導性を有する固体高分子電解質膜が得られる。
イオン伝導性を有する有機珪素化合物の加水分解物としては、前記した有機ケイ素化合物の有機溶媒溶液に水を加え、必要に応じて酸またはアルカリを加え、加水分解して得られる加水分解物(部分加水分解物、加水分解・重縮合したものを含む)が、必要に応じて洗浄、熟成等したものが用いられる。
【0051】
このような有機ケイ素化合物加水分解物の電解質層中の含有量はRnSiO(4-n)/2として(あるいは固形分として)1〜70重量%、好ましくは2〜30重量%の範囲にあることが好ましい。有機ケイ素化合物の加水分解物を上記範囲で含んでいると、有機ケイ素化合物の加水分解物がシロキサン結合により3次元網目構造をしており、電解質層が固体高分子電解質膜となるとともに、一部の末端にOH基が存在して、このOH基によりイオン伝導性を発現し、光電変換効率が向上する。
【0052】
本発明に用いる電解質層は、さらに水を含んでいてもよい。電解質層中の水の含有量が0.01〜10重量%、さらには0.1〜5重量%の範囲にあることが好ましい。このように、水を含んでいると電解質の解離が高くなり、光電変換効率を高めることが可能となる。
電解質層中の水の含有量が0.01重量%未満の場合は、電解質の解離が不充分となり、光電変換効率が不充分となることがある。
【0053】
電解質層中の水の含有量が10重量%を越えてもさらにイオン伝導性が向上することもなく、またセルが低温に曝された場合に電解質層が氷結することがある。
また、前記電解質と溶媒と混合すれば液状の電解液となる。このとき使用される溶媒は、金属酸化物半導体膜に吸着した光増感材が脱離して溶解することのない程度に光増感材の溶解度の低いものが望ましい。溶媒として、具体的には水、アルコール類、オリゴエーテル類、プロピオンカーボネート等のカーボネート類、燐酸エステル類、ジメチルホルムアミド、ジメチルスルホキシド、N-メチルピロリドン、N-ビニルピロリドン、スルホラン66の硫黄化合物、炭酸エチレン、アセトニトリル、γ−ブチロラクトン等が挙げられる。
【0054】
電解質層は、電解液の場合、そのまま、封入される。また、固体電解質の場合は、ジェル状・ゲル状のものはそのまま電解質層に移して封入することも可能であり、また溶媒(水、アセトニトリルなど)で希釈・分散するなどして、一旦流動性を付与して、電解質層に移し、加熱または減圧乾燥により溶媒を除去して固化させたのち封入してもよい。
【0055】
【発明の効果】
本発明によれば、電解質層に表面OH基を有するシリカ粒子を含んでいるので、電解質層のイオン伝導性が高く、このため光電変換効率の高い光電気セルを提供することができる。また、固体電解質(凝固・ゲル状態を含む)として用いた場合もイオン伝導性が高いので、電解質や溶媒など液漏れがなく、高い光電変換効率を有し、耐久性に優れた光電気セルを提供することができる。
【0056】
【実施例】
以下、実施例により説明するが、本発明はこれらの実施例により限定されるものではない。
【0057】
参考例1】
半導体膜用酸化チタン粒子の調製
5gの水素化チタンを1リットルの純水に懸濁し、濃度5重量%の過酸化水素液400gを30分かけて添加し、ついで80℃に加熱して溶解してペルオキソチタン酸の溶液を調製した。この溶液の全量から90容積%を分取し、濃アンモニア水を添加してpH9に調整し、オートクレーブに入れ、250℃で5時間、飽和蒸気圧下で水熱処理を行ってチタニアコロイド粒子(A)を調製した。
【0058】
得られたチタニアコロイド粒子は、X線回折により結晶性の高いアナタース型酸化チタンであった。このアナタース型酸化チタン粒子の平均粒子径は40nmであった。
半導体膜形成用塗布液の調製
上記で得られたチタニアコロイド粒子(A)を濃度10%まで濃縮し、前記ペルオキソチタン酸溶液を混合し、この混合液中のチタンをTiO2換算し、TiO2重量の30重量%となるように膜形成助剤としてヒドロキシプロピルセルロースを添加して半導体膜形成用塗布液を調製した。
【0059】
金属酸化物半導体膜の形成
フッ素ドープした酸化スズが電極層として形成された透明ガラス基板上に前記塗布液を塗布し、自然乾燥し、引き続き低圧水銀ランプを用いて6000mJ/cm2の紫外線を照射してペルオキソ酸を分解させ、塗膜を硬化させた。塗膜を300℃で30分間加熱してヒドロキシプロピルセルロースの分解およびアニーリングを行って金属酸化物半導体膜を形成した。
【0060】
得られた金属酸化物半導体膜の膜厚は12μm、窒素吸着法によって求めた細孔容積は0.6ml/g、平均細孔径18nmであった。
分光増感色素の吸着
分光増感色素としてシス-(SCN-)-ビス(2,2'-ビピリジル-4,4'-ジカルボキシレート)ルテニウム(II)で表されるルテニウム錯体の濃度3×10-4モル/リットルのエタノール溶液を調製した。この分光増感色素溶液をrpm100スピナーを用いて、金属酸化物半導体膜上へ塗布して乾燥した。この塗布および乾燥工程を5回行った。得られた金属酸化物半導体膜の分光増感色素の吸着量は200μg/cm2であった。
【0061】
光電気セル (1) の作成
シリカ系粒子を含む電解液 (1) の調製
溶媒としてアセトニトリルと炭酸エチレンの体積比が1:4の比で混合した溶媒にテトラプロピルアンモニウムアイオダイドを0.46モル/リットル、ヨウ素を0.06モル/リットルとなるように溶解した電解液に、シリカ系粒子としてシリカゾル(触媒化成工業(株)製:SN-30、平均粒子径12nm)を凍結乾燥して得たシリカ粒子(表面OH基量3nm-2)を電解質槽中のシリカ粒子の含有量が30重量%となるように混合してシリカ粒子を含む電解液(1)を調製した。
【0062】
ついで、前記で調製した電極を一方の電極とし、他方の電極としてフッ素ドープした酸化スズを電極として形成し、その上に白金を担持した透明ガラス基板を対向して 配置し、側面を樹脂にてシールし、電極間に上記のシリカ粒子を含む電解液(1)を封入し、さらに電極間をリード線で接続して光電気セル(1)を作成した。
【0063】
光電気セル(A)は、ソーラーシュミレーターで100W/m2の強度の光を入射角90°(セル面と90°)で照射して、開回路状態の電圧(Voc)、回路を短絡したときに流れる電流の密度(Joc)、曲線因子(FF)および変換効率(η)を測定した。また、光電気セル(1)を乾燥機中、75℃で500時間処理し、液漏れの有無を観察するとともに、同様に変換効率(η)を測定し長期安定性として評価した。
【0064】
結果を表1に示す。
なお、OH基の特定は、シリカ粒子を100℃で1時間乾燥した後の重量を測定し、次いでこれを600℃で2時間加熱処理したときの水による重量減少を測定し、これをOH基(個/nm-2)に換算して算出した。
【0065】
参考例2】
光電気セル(2)の作成
シリカ系粒子を含む電解液(2)の調製
シリカ系粒子としてシリカゾル(触媒化成工業(株)製:SN−550、SiO2濃度20.5重量%、平均粒子径5nm)を凍結乾燥して得たシリカ粒子(表面OH基量3nm-2)を電解質槽中のシリカ粒子の含有量が30重量%となるように混合してシリカ粒子を含む電解液(2)を調製した。
【0066】
ついで、電解液(2)を用いた以外は参考例1と同様にして光電気セル(2)を作成し、Voc、Joc、FF、ηを測定するとともに、液漏れの有無の観察および長期安定性を評価した。
結果を表1に示す。
【0067】
参考例3】
光電気セル(3)の作成
参考例2において、シリカゾルを凍結乾燥した後、450℃で1時間加熱処理したシリカ粒子(表面OH基量0.5nm-2)を用いた以外は同様にしてシリカ粒子を含む電解液(3)を調製した。
【0068】
ついで、電解液(3)を用いた以外は参考例1と同様にして光電気セル(3)を作成し、Voc、Joc、FF、ηを測定するとともに、液漏れの有無の観察および長期安定性を評価した。
結果を表1に示す。
【0069】
参考例4】
光電気セル(4)の作成
参考例1において、シリカ系粒子としてシリカ・アルミナゾル(触媒化成工業(株)製:USB−120、SiO2濃度20重量%、平均粒子径20nm)を凍結乾燥したシリカ系粒子(表面OH基量4個nm-2)を用いた以外は同様にしてシリカ系粒子を含む電解液(4)を調製した。
【0070】
ついで、電解液(4)を用いた以外は参考例1と同様にして光電気セル(4)を作成し、Voc、Joc、FF、ηを測定するとともに、液漏れの有無の観察および長期安定性を評価した。
結果を表1に示す。
【0071】
参考例5】
光電気セル(5)の作成
電解質層中に、電解質(CuIを95重量%、1−プロピル−2,3−ジメチルイミダゾリウムオキサイドを5重量%の混合物)が67重量%、参考例1と同様にして得たシリカ粒子の含有量が30重量%、水が3重量%となるように混合し、これに電解質層に移送可能な程度に希釈剤としてアセトニトリルを加え、シリカ系粒子を含む固体電解質(5)前駆体を調製した。
【0072】
ついで、固体電解質(5)前駆体を電極間に移送した後、80℃に加温しながら、減圧下で、アセトニトリルを蒸散させ、固体電解質(5)封入させた以外は参考例1と同様にして光電気セル(5)を作成し、Voc、Joc、FF、ηを測定するとともに、液漏れの有無の観察および長期安定性を評価した。
結果を表1に示す。
【0073】
参考例6】
光電気セル(6)の作成
電解質槽中に、電解質(CuIを95重量%、1−プロピル−2,3−ジメチルイミダゾリウムオキサイドを5重量%の混合物)が69重量%、シリカ粒子の含有量が30重量%、水が1重量%となるように混合し、これに電解質層に移送可能な程度に希釈剤としてアセトニトリルを加え、シリカ系粒子を含む固体電解質(6)前駆体を調製した。
【0074】
ついで、固体電解質(6)前駆体を電極間に移送した後、80℃に加温しながら、減圧下で、アセトニトリルを蒸散させ、固体電解質(6)を封入させた以外は参考例5と同様にして光電気セル(6)を作成し、Voc、Joc、FF、ηを測定するとともに、液漏れの有無の観察および長期安定性を評価した。
結果を表1に示す。
【0075】
参考例7】
光電気セル(7)の作成
電解質層中に、参考例1で用いた電解液が60重量%、1−プロピル−2,3−ジメチルイミダゾリウムオキサイドを7重量%、参考例1で用いたシリカ粒子が30重量%、水が3重量%となるように混合してシリカ系粒子を含む電解液(7)を調製した。
【0076】
ついで、得られた電解液(7)を用いた以外は参考例5と同様にして光電気セル(7)を作成し、Voc、Joc、FF、ηを測定するとともに、液漏れの有無の観察および長期安定性を評価した。
結果を表1に示す。
【0077】
【実施例8】
有機ケイ素化合物加水分解物の調製
シリカゾル(触媒化成工業(株)製:SN-50、SiO2濃度20.6重量%、平均粒子径12nm)をイソプロピルアルコールで溶媒置換して得たシリカオルガノゾル(SiO2濃度20重量%)100gにγ−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン(GPTMS)10gを加え、室温で30分攪拌した。ついで水5gを加えて加水分解し、3時間攪拌した。ついで有機ケイ素化合物の加水分解物とシリカ粒子の合計濃度を20重量%に調節して、有機ケイ素化合物加水分解物とシリカ粒子の混合物を調製した。
【0078】
光電気セル(8)の作成
電解質層中に、参考例1で用いた電解液が30重量%、1−プロピル−2,3−ジメチルイミダゾリウムオキサイドを5重量%、参考例1で用いたシリカ粒子が30重量%、上記で得た濃度20重量%の有機ケイ素化合物の加水分解物を固形分が30重量%、水が5重量%となるように混合してシリカ系粒子を含むゼリー状の固体電解質(8)を調製した。
【0079】
ついで、得られた固体電解質を(8)を電極間に封入して参考例1と同様にして光電気セル(8)を作成し、Voc、Joc、FF、ηを測定するとともに、液漏れの有無の観察および長期安定性を評価した。
結果を表1に示す。
【0080】
【実施例9】
光電気セル(9)の作成
実施例8において、電解質層中に、参考例1で用いた電解液が30重量%、1−プロピル−2,3−ジメチルイミダゾリウムオキサイドを5重量%、参考例1で用いたシリカ粒子が50重量%、上記で得た濃度20重量%の有機ケイ素化合物の加水分解物を固形分が10重量%、水が5重量%となるように混合してシリカ系粒子を含むゼリー状の固体電解質(9)を調製した。
【0081】
ついで、得られた固体電解質(9)を電極間に封入した以外は参考例1と同様にして光電気セル(9)を作成し、Voc、Joc、FF、ηを測定するとともに、液漏れの有無の観察および長期安定性を評価した。
結果を表1に示す。
【0082】
【比較例1】
電解液 (R-1) の調製
溶媒としてアセトニトリルと炭酸エチレンの体積比が1:4の比で混合した溶媒にテトラプロピルアンモニウムアイオダイドを0.46モル/リットル、ヨウ素を0.06モル/リットルとなるように溶解して電解液(R-1)を調製した。
【0083】
光電気セル(R−1)の作成
参考例1において、電解液として電解液(R−1)を用いた以外は同様にして光電気セル(R−1)を作成し、Voc、Joc、FF、ηを測定するとともに、液漏れの有無の観察および長期安定性を評価した。
結果を表1に示す。
【0084】
【比較例2】
光電気セル (R-2) の作成
比較例1において、電解液(R-1)に水の含有量が3重量%となるように水を加えた以外は同様にして電解液(R-2)を調製した。この電解液(R-2)を用いた以外は比較例1と同様にして光電気セル(R-2)を作成し、Voc、Joc、FF、ηを測定するとともに、液漏れの有無の観察および長期安定性を評価した。
【0085】
結果を表1に示す。
【0086】
【比較例3】
光電気セル (R-3) の作成
比較例1において、電解質層中に電解液(R-1)が20重量%、シリカ粒子の含有量が80重量%となるように混合した以外は同様にして光電気セル(R-3)の作成し、Voc、Joc、FF、ηを測定するとともに、液漏れの有無の観察および長期安定性を評価した。
【0087】
結果を表1に示す。
【0088】
【表1】

Figure 0004376511

【図面の簡単な説明】
【図1】 図1は、本発明に係る光電気セルの一実施例を示す概略断面図である。
【符号の説明】
1・・・透明電極層
2・・・半導体膜
3・・・電極層
4・・・電解質層
5・・・基板
6・・・基板[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a photoelectric cell having high photoelectric conversion efficiency, durability, and the like.
[0002]
[Prior art]
The photoelectric conversion material is a material that can continuously extract light energy as electric energy, and is a material that converts light energy into electric energy using an electrochemical reaction between electrodes. When the photoelectric conversion material is irradiated with light, electrons are generated on one electrode side, move to the counter electrode, and the electrons moved to the counter electrode move as ions in the electrolyte and return to the one electrode. Thus, since energy conversion is continuous, it is utilized for a solar cell etc., for example.
[0003]
In general solar cells, first a semiconductor film for photoelectric conversion material is formed on a support such as a glass plate coated with a transparent conductive film to form an electrode, and then another transparent conductive film is formed as a counter electrode. A support such as a coated glass plate is provided, and an electrolyte is sealed between these electrodes.
When the spectral sensitizing dye adsorbed on the photoelectric conversion material semiconductor is irradiated with sunlight, the spectral sensitizing dye absorbs light in the visible region and is excited. The electrons generated by this excitation move to the semiconductor, then move to the transparent conductive glass electrode, move to the counter electrode through the conducting wire connecting the two electrodes, and the electrons transferred to the counter electrode are oxidized in the electrolyte. Reduce the reduction system. On the other hand, the spectral sensitizing dye having electrons transferred to the semiconductor is in an oxidant state, but this oxidant is reduced by the redox system in the electrolyte and returns to its original state. Thus, since electrons flow continuously, it functions as a solar cell using a semiconductor for photoelectric conversion materials.
[0004]
The electrolyte used by being sealed between the electrodes is sealed between the electrodes as an electrolyte mixed with a solvent depending on the type of the electrolyte, and is used by sealing the side surface of the electric cell with a resin or the like.
Solvents used at this time include water, alcohols, oligoethers, carbonates such as propion carbonate, phosphate esters, dimethylformamide, dimethyl sulfoxide, N-methylpyrrolidone, N-vinylpyrrolidone, sulfolane 66 sulfur compounds, carbonic acid Examples include ethylene, acetonitrile, and lactone.
[0005]
However, when the electrolyte is used in this way, the solvent molecules are altered, the solvent molecules are decomposed, the low-boiling-point solvent escapes, and the electrolyte (solvent and / or electrolyte) leaks from the seal portion during long-term use. The photoelectric conversion efficiency performance may decrease due to the above. In other words, there was a drawback of poor long-term stability.
Further, depending on the electrolyte used in the electrolytic solution, there is a hygroscopic effect, and the electrolyte and the photosensitizer are decomposed by the moisture absorbed, so that the performance is deteriorated and the long-term stability may be insufficient.
[0006]
For this reason, in order to improve long-term stability, it has been proposed to use a solid or gel solid electrolyte layer as the electrolyte. However, there is a drawback that the diffusibility and the moving speed of such solid electrolyte ions are lowered, and the photoelectric conversion efficiency is lowered.
As a result of intensive studies, the present inventors have found that photoelectric conversion efficiency is improved when silica-based particles having a surface hydroxyl group are blended in a solid electrolyte layer, and the present invention has been completed.
[0007]
OBJECT OF THE INVENTION
It is an object of the present invention to provide a photoelectric cell with improved ion diffusivity, moving speed, that is, ionic conductivity, and thus high photoelectric conversion efficiency, and no leakage of electrolyte, etc., and excellent long-term stability. It is said.
[0008]
SUMMARY OF THE INVENTION
The photovoltaic cell according to the present invention comprises:
A substrate having an electrode layer (1) on the surface and a semiconductor film (2) having a photosensitizer adsorbed on the surface of the electrode layer (1);
A substrate having an electrode layer (3) on the surface,
The electrode layer (1) and the electrode layer (3) are arranged so as to face each other,
In the photoelectric cell in which the electrolyte layer is provided between the semiconductor film (2) and the electrode layer (3),
The electrolyte layer is composed of an electrolyte and silica-based particles, and the content of silica-based particles in the electrolyte layer is in the range of 1 to 60% by weight,
It is characterized in that at least one of the substrate and the electrode layer has transparency.
[0009]
The silica-based particles have surface OH groups, and the amount of OH groups is 0.01 to 5 nm.-2It is preferable that the average particle diameter of the silica-based particles is in the range of 0.5 to 100 nm.
It is desirable that the electrolyte layer further contains a hydrolyzate of an organosilicon compound having ion conductivity.
[0010]
The organosilicon compound having ion conductivity is preferably at least one selected from organosilicon compounds represented by the following formula (1).
RnSiX4-n             (1)
[However, R: an unsubstituted or substituted hydrocarbon group having 1 to 10 carbon atoms, which may be the same or different. X: C1-C4 alkoxy group, silanol group, halogen, hydrogen, n: 0-3]
R is preferably a substituted hydrocarbon group and is preferably a ring-opening functional group containing oxygen.
[0011]
In the present invention, it is desirable that the electrolyte layer further contains water, and the content of water in the electrolyte layer is in the range of 0.01 to 10% by weight.
[0012]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, the present invention will be specifically described.
[Photoelectric cell]
The photovoltaic cell according to the present invention comprises:
A substrate having an electrode layer (1) on the surface and a semiconductor film (2) having a photosensitizer adsorbed on the surface of the electrode layer (1);
A substrate having an electrode layer (3) on the surface,
The electrode layer (1) and the electrode layer (3) are arranged so as to face each other,
In the photoelectric cell in which the electrolyte layer is provided between the semiconductor film (2) and the electrode layer (3),
The electrolyte layer is composed of an electrolyte and silica particles, and the content of silica particles in the electrolyte layer is in the range of 1 to 60% by weight,
It is characterized in that at least one of the substrate and the electrode layer has transparency.
[0013]
An example of such a photoelectric cell is shown in FIG.
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing an embodiment of a photoelectric cell according to the present invention, which has a transparent electrode layer 1 on the surface and adsorbs a photosensitizer on the surface of the transparent electrode layer 1 (metal). Oxide) a substrate 5 on which a semiconductor film 2 is formed;
A substrate 6 having an electrode layer 3 having a catalytic reduction ability on the surface;
The electrode layers 1 and 3 are arranged to face each other,
Further, an electrolyte layer 4 in which an electrolyte is sealed is provided between the (metal oxide) semiconductor film 2 and the transparent electrode layer 3.
[0014]
As the transparent substrate 5, a transparent and insulating substrate such as a glass substrate or an organic polymer substrate such as PET can be used.
Further, the substrate 6 is not particularly limited as long as it has enough strength to withstand use. In addition to an insulating substrate such as an organic polymer substrate such as a glass substrate or PET, metal titanium, metal aluminum, metal copper, metal A conductive substrate such as nickel can be used.
[0015]
The transparent electrode layer 1 formed on the surface of the transparent substrate 5 includes tin oxide, tin oxide doped with Sb, F or P, indium oxide doped with Sn and / or F, antimony oxide, zinc oxide, noble metal, etc. Conventionally known electrodes such as can be used.
Such a transparent electrode layer 1 can be formed by a conventionally known method such as a thermal decomposition method or a CVD method.
[0016]
In addition, the electrode layer 3 formed on the surface of the substrate 6 is not particularly limited as long as it has a reduction catalytic ability, and may be an electrode material such as platinum, rhodium, ruthenium metal, ruthenium oxide, tin oxide, Conventionally known electrodes such as tin electrodes doped with Sb, F or P, electrodes obtained by plating or vapor-depositing the electrode materials on the surface of conductive materials such as indium oxide and Sn and / or F doped with antimony oxide, and carbon electrodes. An electrode can be used.
[0017]
The electrode layer 3 is formed by directly coating, plating, or vapor-depositing the electrode on the substrate 6 and forming a conductive layer from a conductive material by a conventionally known method such as a thermal decomposition method or a CDV method. The electrode material can be formed on the layer by a conventionally known method such as plating or vapor deposition.
The substrate 6 may be transparent like the transparent substrate 5, and the electrode layer 3 may be a transparent electrode like the transparent electrode layer 1.
[0018]
The visible light transmittance of the transparent substrate 5 and the transparent electrode layer 1 is preferably higher, specifically 50% or more, and particularly preferably 90% or more. When the visible light transmittance is less than 50%, the photoelectric conversion efficiency may be lowered.
The resistance values of the transparent electrode layer 1 and the electrode layer 3 are 100 Ω / cm, respectively.2The following is preferable. The resistance value of the electrode layer is 100Ω / cm2When the value exceeds the value, the photoelectric conversion efficiency may be lowered.
[0019]
The semiconductor film 2 may be formed on the electrode layer 3 formed on the substrate 6. The thickness of the semiconductor film 2 is preferably in the range of 0.1 to 50 μm.
As the semiconductor film, an inorganic semiconductor film formed from an inorganic semiconductor material, an organic semiconductor film formed from an organic semiconductor material, an organic-inorganic hybrid semiconductor film, or the like can be used.
[0020]
Examples of the organic semiconductor material include conventionally known compounds such as phthalocyanine, phthalocyanine-bisnaphthalocyanine, polyphenol, polyanthracene, polysilane, and polypyrrole.
The semiconductor film 2 of the present invention is preferably an inorganic semiconductor film formed from an inorganic semiconductor material. Among these, the use of a metal oxide as the inorganic semiconductor material is preferable because a porous metal oxide semiconductor having a high photosensitizer adsorption amount can be obtained.
[0021]
As such a metal oxide semiconductor film, a metal composed of at least one metal oxide selected from titanium oxide, lanthanum oxide, zirconium oxide, niobium oxide, tungsten oxide, strontium oxide, zinc oxide, tin oxide, and indium oxide. An oxide semiconductor film can be given.
Such a metal oxide semiconductor film is usually composed of metal oxide particles, and the metal oxide particles can be produced by a conventionally known method. Specifically, using an inorganic compound salt or an organometallic compound of the above metal, for example, after adding an acid or alkali to a hydrous metal oxide gel or sol obtained by a sol-gel method, It can be produced by a conventionally known method such as aging.
[0022]
The metal oxide is preferably spherical particles, and the average particle diameter is preferably in the range of 1 to 600 nm.
The particle size of the spherical particles can be measured with a laser Doppler particle size measuring device (manufactured by Nikkiso Co., Ltd .: Microtrack).
When the average particle diameter of the spherical particles is less than 1 nm, the formed metal oxide semiconductor film is likely to crack, and it becomes difficult to form a thick film without cracks having a film thickness described later with a small number of times. In addition, the pore diameter and pore volume of the metal oxide semiconductor film may decrease, and the amount of adsorption of the photosensitizer may decrease. In addition, when the average particle diameter of the spherical particles exceeds 600 nm, the strength of the metal oxide semiconductor film may be insufficient.
[0023]
Such metal oxide spherical particles are preferably made of crystalline titanium oxide, and particularly preferably made of one or more of anatase type titanium oxide, brookite type titanium oxide, and rutile type titanium oxide. Crystalline titanium oxide has a high band gap and a high dielectric constant, and the adsorption amount of the photosensitizer is higher than other metal oxide particles, and further, stability, safety, film formation, etc. are easy. Has excellent properties.
[0024]
Such crystalline titanium oxide particles are added to a hydrous titanic acid gel or sol obtained by a sol-gel method or the like by adding an acid or alkali as necessary, followed by heating and aging. Obtainable.
Further, the crystalline titanium oxide particles used in the present invention are obtained by adding hydrogen peroxide to a hydrous titanic acid gel or sol to dissolve the hydrous titanic acid to form peroxotitanic acid, and then adding the peroxotitanic acid to an alkali. Alternatively, it can be obtained by adding ammonia and / or an organic base to make it alkaline, and heating and aging in a temperature range of 80 to 350 ° C. Moreover, after adding the obtained crystalline titanium oxide particles as seed particles to peroxotitanic acid, the above step may be repeated.
[0025]
Furthermore, it can be fired at a high temperature of 350 ° C. or higher as necessary.
The metal oxide semiconductor film 2 preferably contains a titanium oxide binder component together with the crystalline titanium oxide particles.
Examples of such a titanium oxide binder component include a hydrous titanic acid gel obtained by a sol-gel method or the like, a titanium oxide composed of a sol, or a hydrous titanic acid gel or sol to which hydrogen peroxide is added to dissolve the hydrous titanic acid. Examples include a decomposition product of luoxotitanic acid.
[0026]
Of these, a decomposition product of peroxotitanic acid is particularly preferably used.
Such a titanium oxide binder component forms a dense and uniform adsorption layer on the surface of the crystalline titanium oxide particles. For this reason, the metal oxide semiconductor film obtained can improve adhesiveness with an electrode. Furthermore, when such a titanium oxide binder component is used, the contact between the crystalline titanium oxide particles changes from point contact to surface contact, it is possible to improve electron mobility, and the adsorption amount of the photosensitizer is increased. Can be increased.
[0027]
The ratio between the titanium oxide binder component and the crystalline titanium oxide particles in the metal oxide semiconductor film 2 is TiO 2.2It is desirable that the weight ratio in terms of conversion (titanium oxide binder component / crystalline titanium oxide particles) is in the range of 0.05 to 0.50, preferably 0.1 to 0.3. When the weight ratio is less than 0.05, the absorption of light in the visible light region is insufficient, and the amount of adsorption of the photosensitizer may not increase. If the weight ratio is higher than 0.50, a porous semiconductor film may not be obtained, and the photosensitizer adsorption amount may not be improved.
[0028]
The metal oxide semiconductor film 2 preferably has a pore volume of 0.05 to 0.8 ml / g and an average pore diameter of 2 to 250 nm. When the pore volume is smaller than 0.05 ml / g, the adsorption amount of the photosensitizer is low, and when it is higher than 0.8 ml / g, the electron mobility in the film is lowered and the photoelectric conversion efficiency is improved. May decrease. Further, when the average pore diameter is less than 2 nm, the adsorption amount of the photosensitizer decreases, and when it exceeds 250 nm, the electron mobility decreases and the photoelectric conversion efficiency may decrease.
[0029]
Such a metal oxide semiconductor film 2 can be produced using, for example, a conventionally known coating liquid for forming a metal oxide semiconductor film for photoelectric cells as follows.
For example, a coating solution for forming a metal oxide semiconductor film for photoelectric cells, which comprises the metal oxide particles and a dispersion medium and contains a binder component precursor as required, can be used.
[0030]
A metal oxide semiconductor film for photoelectric cells can be produced by applying a coating liquid for forming a metal oxide semiconductor film for photoelectric cells on a substrate, drying and then curing.
The coating solution is preferably applied such that the final formed metal oxide semiconductor film has a thickness in the range of 0.1 to 50 μm. As a coating method of the coating solution, it can be applied by a conventionally known method such as a dipping method, a spinner method, a spray method, a roll coater method, flexographic printing, and screen printing.
[0031]
The drying temperature may be any temperature that can remove the dispersion medium.
In the present invention, the coating film can be further cured by irradiating with ultraviolet rays as necessary. By irradiating with ultraviolet rays, the precursor of the binder component can be decomposed and cured. In addition, when the film forming aid is contained in the coating liquid, the film forming aid may be decomposed by heat treatment after the coating film is cured.
[0032]
The thickness of the metal oxide semiconductor film thus obtained is preferably in the range of 0.1 to 50 μm.
In the present invention, the semiconductor film 2 adsorbs the photosensitizer.
The photosensitizer is not particularly limited as long as it absorbs and excites light in the visible light region and / or infrared light region. For example, organic dyes, metal complexes, and the like can be used.
[0033]
As the organic dye, a conventionally known organic dye having a functional group such as a carboxyl group, a hydroxyalkyl group, a hydroxyl group, a sulfone group, or a carboxyalkyl group in the molecule can be used. Specific examples include metal-free phthalocyanine, cyanine dyes, methocyanine dyes, triphenylmethane dyes, and xanthene dyes such as uranin, eosin, rose bengal, rhodamine B, and dibromofluorescein. These organic dyes have a characteristic that the adsorption rate to the metal oxide semiconductor film is fast.
[0034]
Examples of the metal complex include metal phthalocyanines such as copper phthalocyanine and titanyl phthalocyanine described in JP-A-1-220380 and JP-A-5-504023, chlorophyll, hemin, ruthenium-tris (2,2 ′ -Bispyridyl-4,4'-dicarboxylate), cis- (SCN-Ruthenium- such as) -bis (2,2'-bipyridyl-4,4'-dicarboxylate) ruthenium, ruthenium-cis-diaqua-bis (2,2'-bipyridyl-4,4'-dicarboxylate) Examples thereof include complexes of ruthenium, osmium, iron, zinc and the like, such as cis-diaqua-bipyridyl complexes, porphyrins such as zinc-tetra (4-carboxyphenyl) porphine, and iron-hexacyanide complexes. These metal complexes are excellent in the effect of spectral sensitization and durability.
[0035]
The organic dye or metal complex as the above-mentioned photosensitizer may be used alone, or may be used by mixing two or more kinds of organic dyes or metal complexes. Further, the organic dye and the metal complex are used in combination. Also good.
The adsorption method of such a photosensitizer is not particularly limited, and a solution obtained by dissolving the photosensitizer in a solvent is absorbed into the metal oxide semiconductor film by a method such as a dipping method, a spinner method, a spray method, Then, a general method such as drying can be employed.
[0036]
As the solvent for dissolving the photosensitizer, any solvent that dissolves the photosensitizer can be used. Specifically, water, alcohols, toluene, dimethylformamide, chloroform, ethyl cellosolve, N-methylpyrrolidone, Tetrahydrofuran or the like can be used.
The amount of photosensitizer adsorbed on the metal oxide semiconductor film is 1 cm of the specific surface area of the metal oxide semiconductor film.2It is preferably 50 μg or more per unit. When the amount of the photosensitizer is less than 50 μg, the photoelectric conversion efficiency may be insufficient.
[0037]
In the photovoltaic cell, the metal oxide semiconductor film 2 and the transparent electrode layer 3 are disposed so as to face each other, the side surfaces are sealed with a resin or the like, and the electrolyte layer 4 is formed in the gap between the semiconductor film 2 and the transparent electrode layer 3. In the present invention, silica-based particles are contained in the electrolyte layer.
The electrolyte layer 4 may be a solid electrolyte or a liquid electrolyte. The solid electrolyte includes hard ones and soft ones such as gel, gel and jelly.
[0038]
As an electrolyte contained in such an electrolyte layer, a mixture of an electrochemically active salt and at least one compound that forms a redox system is used.
Examples of the electrochemically active salt include quaternary ammonium salts such as tetrapropylammonium iodide and imidazolium salts such as 1-propyl-2,3-dimethylimidazolium oxide. Compounds that form redox systems include quinone, hydroquinone, iodine (I-/ I- Three), Potassium iodide, bromine (Br-/ Br- Three), Potassium bromide, copper iodide and the like. In some cases, these may be used in combination.
[0039]
The amount of such an electrolyte used varies depending on the type of electrolyte and the type of solvent used as necessary, but the concentration in the electrolyte solution, which is a mixture of the electrolyte and the solvent (in the case of a solid electrolyte, the electrolyte layer) The amount in the volume is preferably in the range of about 0.1 to 5 mol / liter.
It is preferable that the content of silica particles is in the range of 1 to 60% by weight, preferably 5 to 50% by weight.
[0040]
When such silica-based particles are included, the ion diffusibility and ion transfer speed of the electrolyte layer are increased, and the photoelectric conversion efficiency and heat resistance are improved. In the case of a liquid electrolyte, ions move in the liquid, and in the case of a solid electrolyte, for example, move on the surface of solid particles.
When silica-based particles are included, the electrolyte is taken into the electric double layer formed with the zeta potential on the silica particle surface, and ions and holes can move more quickly on the surface of the silica-based particles in contact with each other. Thus, when the solid electrolyte is formed, leakage of the electrolyte and escape of the solvent are eliminated, so that high ion mobility can be expressed and maintained.
[0041]
When the content of silica-based particles in the electrolyte layer is less than 1% by weight, the contact between the silica-based particles becomes insufficient, and ions move rapidly on the surface of the silica-based particles, improving the hole conductivity in the electrolyte layer. The effect of improving the photoelectric conversion efficiency is not sufficiently obtained, and depending on the electrolyte used, the electrolyte layer is maintained in a solid state or a gel state, and it is stable for a long time by preventing leakage of the electrolyte and the solvent used as necessary. The effect of expressing sex may not be obtained.
[0042]
If the content of silica-based particles in the electrolyte layer exceeds 60% by weight, ions and ionic conductivity will not be further improved, and depending on the electrolyte, the viscosity will increase and it will not be possible to diffuse into the pores of the semiconductor film. The conductivity of ions and holes may be reduced.
The silica-based particles used in the present invention have a surface OH group content of 0.01 to 5 nm.-2Furthermore, 0.1 to 5 nm-2It is preferable that it exists in the range.
[0043]
Silica-based particles have a surface OH group content of 0.01 nm-2If it is less than the above, the electrolyte doubles into the electric double layer as described above, and the ion diffusibility may not be sufficiently exhibited, and the ion conductivity becomes insufficient, so that the ions rapidly move on the surface of the silica-based particle. The effect of improving the photoelectric conversion efficiency may not be obtained sufficiently.
[0044]
Surface OH group content is 5 nm-2It is difficult to obtain silica particles exceeding 1, and even if obtained, it already has OH groups with sufficient density, and OH groups are adjacent to each other, so that proton / hole conductivity / conductivity is further improved. I don't have to.
If the surface OH group amount of the silica-based particles is in the above range, the surface OH groups are in a dissociated state and have ionicity as compared with water molecules, etc. As a result, the ionic conductivity of the electrolyte layer is improved, and the photoelectric conversion efficiency can be improved.
[0045]
In the present invention, the silica particles may be silica alone or silica-based composite oxides such as silica-alumina, silica-titania, silica-zirconia, silica-tungsten oxide, and the like.
In the present invention, the determination of the surface OH groups of the silica-based particles can be performed, for example, by converting the silica particles intoThreeIt can be determined by treating with MgI, reacting with surface OH groups and methylating, and then quantifying CH4 gas. For convenience, H when heated at 600 ° C. for 2 hours is used.2The amount of O desorption can be measured and converted into the amount of OH.
[0046]
Such silica-based particles preferably have an average particle size in the range of 0.5 to 100 nm, more preferably 2 to 80 nm.
When the average particle diameter of the silica-based particles is less than 0.5 nm, it may combine with the titanium oxide of the semiconductor film to reduce the electron conductivity on the surface of the titanium oxide, and thus the photoelectric conversion efficiency may be reduced.
[0047]
When the average particle diameter of silica-based particles exceeds 100 nm, the number of particles that cannot enter the pores of the semiconductor film increases, and the effect of rapidly moving electrons from the semiconductor film to the electrolyte layer (while preventing back current) Becomes insufficient, and the effect of improving the photoelectric conversion efficiency may not be sufficiently obtained.
Furthermore, in the present invention, it is preferable that the electrolyte layer 4 contains a hydrolyzate of an organosilicon compound having ion conductivity. When such a hydrolyzate of an organosilicon compound is contained, the electrolyte layer becomes solid or gel-gel, and a solid electrolyte layer can be formed. When such a solid electrolyte layer is formed, there is no leakage of the electrolyte, and a photoelectric cell with excellent durability can be obtained.
[0048]
The organic silicon compound having ion conductivity is preferably at least one selected from organic silicon compounds represented by the following formula (1).
RnSiX4-n             (1)
[However, R: an unsubstituted or substituted hydrocarbon group having 1 to 10 carbon atoms, which may be the same or different. X: C1-C4 alkoxy group, silanol group, halogen, hydrogen, n: 0-3]
Specific examples of the organosilicon compound represented by the formula (1) include methyltrimethoxysilane, dimethyldimethoxysilane, phenyltrimethoxysilane, diphenyldimethoxysilane, methyltriethoxysilane, dimethyldiethoxysilane, Phenyltriethoxysilane, diphenyldiethoxysilane, isobutyltrimethoxysilane, vinyltrimethoxysilane, vinyltriethoxysilane, vinyltris (βmethoxyethoxy) silane, 3,3,3-trifluoropropyltrimethoxysilane, methyl-3, 3,3-trifluoropropyldimethoxysilane, β- (3,4-epoxycyclohexyl) ethyltrimethoxysilane, γ-glycidoxytripropyltrimethoxysilane, γ-glycidoxypropylmethyldiethoxysilane, γ-glycidoxyp Pyrtriethoxysilane, γ-methacryloxypropylmethyldimethoxysilane, γ-methacryloxypropyltrimethoxysilane, γ-methacryloxypropylmethyldiethoxysilane, γ-methacryloxypropyltriethoxysilane, N-β (aminoethyl) γ -Aminopropylmethyldimethoxysilane, N-β (aminoethyl) γ-aminopropyltrimethoxysilane, N-β (aminoethyl) γ-aminopropyltriethoxysilane, γ-aminopropyltrimethoxysilane, γ-aminopropyltri Ethoxysilane, N-phenyl-γ-aminopropyltrimethoxysilane, γ-mercaptopropyltrimethoxysilane, trimethylsilanol, methyltrichlorosilane, methyldichlorosilane, dimethyldichlorosilane, trimethyl chloride Roshiran, phenyl trichlorosilane, diphenyl dichlorosilane, vinyl trichlorosilane, trimethylbromosilane, diethylsilane, and the like.
[0049]
Among these, it is preferable that an organic silicon compound in which the substituted hydrocarbon group is a ring-opening functional group containing oxygen is included. Specifically, γ-glycidoxytripropyltrimethoxysilane, γ-glycidoxypropylmethyldiethoxysilane, γ-glycidoxypropyltriethoxysilane, γ-methacryloxypropylmethyldimethoxysilane, γ-methacryloxypropyltri Methoxysilane, γ-methacryloxypropylmethyldiethoxysilane, γ-methacryloxypropyltriethoxysilane, N-β (aminoethyl) γ-aminopropylmethyldimethoxysilane, γ-aminopropyltrimethoxysilane, γ-mercaptopropyltri And methoxysilane.
[0050]
Such an organic silicon compound having a ring-opening functional group containing oxygen generates a OH group by opening a substituted hydrocarbon group containing oxygen, so that a solid polymer electrolyte membrane having high ion conductivity can be obtained.
As a hydrolyzate of an organic silicon compound having ion conductivity, a hydrolyzate (partial) obtained by adding water to an organic solvent solution of the above-described organosilicon compound, adding an acid or an alkali as necessary, and hydrolyzing it. Hydrolysates and hydrolyzed / polycondensed products) may be washed, aged, etc., if necessary.
[0051]
The content of the organosilicon compound hydrolyzate in the electrolyte layer is RnSiO(4-n) / 2(Or as a solid content) in the range of 1 to 70% by weight, preferably 2 to 30% by weight. When the hydrolyzate of the organosilicon compound is included in the above range, the hydrolyzate of the organosilicon compound has a three-dimensional network structure due to the siloxane bond, and the electrolyte layer becomes a solid polymer electrolyte membrane. An OH group is present at the terminal of this, and ionic conductivity is expressed by this OH group, and the photoelectric conversion efficiency is improved.
[0052]
The electrolyte layer used in the present invention may further contain water. The water content in the electrolyte layer is preferably in the range of 0.01 to 10% by weight, more preferably 0.1 to 5% by weight. Thus, when water is contained, the dissociation of the electrolyte is increased, and the photoelectric conversion efficiency can be increased.
When the content of water in the electrolyte layer is less than 0.01% by weight, dissociation of the electrolyte may be insufficient, and the photoelectric conversion efficiency may be insufficient.
[0053]
Even if the content of water in the electrolyte layer exceeds 10% by weight, the ionic conductivity is not further improved, and the electrolyte layer may freeze when the cell is exposed to a low temperature.
Moreover, if it mixes with the said electrolyte and a solvent, it will become a liquid electrolyte solution. The solvent used at this time is preferably a solvent having a low photosensitizer solubility so that the photosensitizer adsorbed on the metal oxide semiconductor film does not desorb and dissolve. Specific examples of solvents include water, alcohols, oligoethers, carbonates such as propion carbonate, phosphate esters, dimethylformamide, dimethyl sulfoxide, N-methylpyrrolidone, N-vinylpyrrolidone, sulfolane 66, sulfur compounds, and carbonic acid. Examples include ethylene, acetonitrile, and γ-butyrolactone.
[0054]
In the case of an electrolytic solution, the electrolyte layer is sealed as it is. In the case of a solid electrolyte, the gel-like or gel-like one can be transferred to the electrolyte layer and sealed as it is, and once fluidized by diluting and dispersing with a solvent (water, acetonitrile, etc.). May be applied to the electrolyte layer, and the solvent may be removed by heating or drying under reduced pressure to solidify, followed by encapsulation.
[0055]
【The invention's effect】
According to the present invention, since the electrolyte layer contains silica particles having a surface OH group, the ionic conductivity of the electrolyte layer is high, and thus a photoelectric cell with high photoelectric conversion efficiency can be provided. In addition, when used as a solid electrolyte (including solidified and gelled state), the ionic conductivity is high, so there is no leakage of electrolyte or solvent, high photoelectric conversion efficiency, and excellent durability. Can be provided.
[0056]
【Example】
Hereinafter, although an example explains, the present invention is not limited by these examples.
[0057]
[referenceExample 1]
Preparation of titanium oxide particles for semiconductor films
  Suspend 5 g of titanium hydride in 1 liter of pure water, add 400 g of hydrogen peroxide solution with a concentration of 5% by weight over 30 minutes, then heat to 80 ° C to dissolve to prepare a solution of peroxotitanic acid. did. 90% by volume was taken from the total amount of this solution, adjusted to pH 9 by adding concentrated aqueous ammonia, placed in an autoclave, hydrothermally treated at 250 ° C. for 5 hours under saturated vapor pressure, and titania colloidal particles (A) Was prepared.
[0058]
The obtained titania colloidal particles were anatase type titanium oxide having high crystallinity by X-ray diffraction. The average particle diameter of the anatase-type titanium oxide particles was 40 nm.
Preparation of coating solution for semiconductor film formation
The titania colloidal particles (A) obtained above are concentrated to a concentration of 10%, the peroxotitanic acid solution is mixed, and the titanium in the mixture is converted to TiO2.2Convert TiO2Hydroxypropyl cellulose was added as a film forming aid so as to be 30% by weight of the weight to prepare a coating solution for forming a semiconductor film.
[0059]
Formation of metal oxide semiconductor film
The coating solution is applied onto a transparent glass substrate on which fluorine-doped tin oxide is formed as an electrode layer, air-dried, and then 6000 mJ / cm using a low-pressure mercury lamp.2The ultraviolet rays were irradiated to decompose the peroxoacid and the coating was cured. The coating film was heated at 300 ° C. for 30 minutes to decompose and anneal the hydroxypropyl cellulose to form a metal oxide semiconductor film.
[0060]
The obtained metal oxide semiconductor film had a thickness of 12 μm, a pore volume determined by a nitrogen adsorption method of 0.6 ml / g, and an average pore diameter of 18 nm.
Spectral sensitizing dye adsorption
As a spectral sensitizing dye, cis- (SCN-) -Bis (2,2′-bipyridyl-4,4′-dicarboxylate) ruthenium (II)-FourA mol / liter ethanol solution was prepared. This spectral sensitizing dye solution was applied onto a metal oxide semiconductor film using a rpm 100 spinner and dried. This coating and drying process was performed five times. The absorption amount of the spectral sensitizing dye of the obtained metal oxide semiconductor film is 200 μg / cm.2Met.
[0061]
Photoelectric cell (1) Create
Electrolyte containing silica-based particles (1) Preparation of
To an electrolytic solution in which tetrapropylammonium iodide was dissolved in a solvent in which acetonitrile and ethylene carbonate were mixed at a volume ratio of 1: 4 as a solvent so that 0.46 mol / liter of iodine and 0.06 mol / liter of iodine were dissolved. Silica particles obtained by freeze-drying silica sol (manufactured by Catalyst Chemical Industries, Ltd .: SN-30, average particle size 12 nm) as silica-based particles (surface OH group content 3 nm)-2) Was mixed so that the content of silica particles in the electrolyte tank was 30% by weight to prepare an electrolytic solution (1) containing silica particles.
[0062]
Next, the electrode prepared as above is used as one electrode, and fluorine doped tin oxide is formed as the other electrode as an electrode, and a transparent glass substrate carrying platinum thereon is placed facing it, and the side surface is made of resin. Sealing was performed, and the electrolyte solution (1) containing the above silica particles was sealed between the electrodes, and the electrodes were connected by lead wires to produce a photoelectric cell (1).
[0063]
Photoelectric cell (A) is a solar simulator, 100 W / m2Is irradiated at an incident angle of 90 ° (90 ° with the cell surface), the voltage in the open circuit state (Voc), the density of the current that flows when the circuit is short-circuited (Joc), the fill factor (FF) and Conversion efficiency (η) was measured. Further, the photoelectric cell (1) was treated in a dryer at 75 ° C. for 500 hours to observe the presence or absence of liquid leakage, and the conversion efficiency (η) was similarly measured and evaluated as long-term stability.
[0064]
The results are shown in Table 1.
The OH group was identified by measuring the weight after drying silica particles at 100 ° C. for 1 hour, and then measuring the weight loss due to water when the silica particles were heated at 600 ° C. for 2 hours. (Pieces / nm-2) And calculated.
[0065]
[referenceExample 2]
Creation of photoelectric cell (2)
Preparation of electrolyte solution (2) containing silica-based particles
  Silica sol (manufactured by Catalyst Kasei Kogyo Co., Ltd .: SN-550, SiO as silica-based particles)2Silica particles (surface OH group content 3 nm) obtained by freeze-drying a concentration of 20.5 wt% and an average particle size of 5 nm-2) Was mixed so that the content of silica particles in the electrolyte tank was 30% by weight to prepare an electrolytic solution (2) containing silica particles.
[0066]
  Next, except that the electrolyte (2) was usedReference examplePhotoelectric cell (2) was prepared in the same manner as in Example 1, and Voc, Joc, FF, and η were measured, and the presence or absence of liquid leakage and long-term stability were evaluated.
  The results are shown in Table 1.
[0067]
[referenceExample 3]
Creation of photoelectric cell (3)
  referenceIn Example 2, the silica sol was freeze-dried and then subjected to heat treatment at 450 ° C. for 1 hour (surface OH group content: 0.5 nm).-2An electrolyte solution (3) containing silica particles was prepared in the same manner except that was used.
[0068]
  Next, except that the electrolyte (3) was usedreferenceA photoelectric cell (3) was prepared in the same manner as in Example 1, Voc, Joc, FF, and η were measured, and the presence or absence of liquid leakage and long-term stability were evaluated.
  The results are shown in Table 1.
[0069]
[referenceExample 4]
Creation of photovoltaic cell (4)
  referenceIn Example 1, silica-alumina sol (manufactured by Catalyst Chemical Industry Co., Ltd .: USB-120, SiO as silica-based particles)2Silica-based particles (concentration of 20% by weight, average particle size of 20 nm) freeze-dried (surface OH group content: 4 nm)-2An electrolyte solution (4) containing silica-based particles was prepared in the same manner except that was used.
[0070]
  Next, except that the electrolyte (4) was usedreferenceA photoelectric cell (4) was prepared in the same manner as in Example 1, Voc, Joc, FF, and η were measured, and the presence or absence of liquid leakage was observed and the long-term stability was evaluated.
  The results are shown in Table 1.
[0071]
[referenceExample 5]
Creation of photoelectric cell (5)
  In the electrolyte layer, 67% by weight of an electrolyte (a mixture of 95% by weight of CuI and 5% by weight of 1-propyl-2,3-dimethylimidazolium oxide),referenceThe silica particles obtained in the same manner as in Example 1 were mixed so that the content of silica particles was 30% by weight and water was 3% by weight, and acetonitrile was added as a diluent to the extent that it could be transferred to the electrolyte layer. A solid electrolyte (5) precursor containing was prepared.
[0072]
  Then, after the solid electrolyte (5) precursor was transferred between the electrodes, acetonitrile was evaporated under reduced pressure while heating to 80 ° C., and the solid electrolyte (5) was sealed.referenceA photoelectric cell (5) was prepared in the same manner as in Example 1, Voc, Joc, FF, and η were measured, and the presence or absence of liquid leakage and long-term stability were evaluated.
  The results are shown in Table 1.
[0073]
[referenceExample 6]
Creation of photoelectric cell (6)
  In the electrolyte tank, 69% by weight of electrolyte (mixture of 95% by weight of CuI and 5% by weight of 1-propyl-2,3-dimethylimidazolium oxide), 30% by weight of silica particles, and 1% of water A solid electrolyte (6) precursor containing silica-based particles was prepared by mixing so as to be in weight percent and adding acetonitrile as a diluent to such an extent that it can be transferred to the electrolyte layer.
[0074]
  Then, after transferring the solid electrolyte (6) precursor between the electrodes, the acetonitrile was evaporated under reduced pressure while heating at 80 ° C., and the solid electrolyte (6) was sealed.referenceA photoelectric cell (6) was prepared in the same manner as in Example 5, and Voc, Joc, FF, and η were measured, and the presence or absence of liquid leakage was observed and the long-term stability was evaluated.
  The results are shown in Table 1.
[0075]
[referenceExample 7]
Creation of photoelectric cell (7)
  In the electrolyte layer,referenceThe electrolyte used in Example 1 was 60% by weight, 1-propyl-2,3-dimethylimidazolium oxide was 7% by weight,referenceAn electrolyte solution (7) containing silica-based particles was prepared by mixing so that the silica particles used in Example 1 were 30% by weight and water was 3% by weight.
[0076]
  Then, except using the obtained electrolyte (7)referenceA photoelectric cell (7) was prepared in the same manner as in Example 5, Voc, Joc, FF, and η were measured, and the presence or absence of liquid leakage and long-term stability were evaluated.
  The results are shown in Table 1.
[0077]
[Example 8]
Preparation of hydrolyzate of organosilicon compound
Silica sol (Catalyst Kasei Kogyo Co., Ltd .: SN-50, SiO2Silica organosol (SiO 2) obtained by solvent substitution of isopropyl alcohol with a concentration of 20.6% by weight and an average particle size of 12 nm.210 g of γ-glycidoxypropyltrimethoxysilane (GPTMS) was added to 100 g of a concentration of 20% by weight, and the mixture was stirred at room temperature for 30 minutes. Subsequently, 5 g of water was added for hydrolysis, and the mixture was stirred for 3 hours. Subsequently, the total concentration of the hydrolyzate of organosilicon compound and silica particles was adjusted to 20% by weight to prepare a mixture of the organosilicon compound hydrolyzate and silica particles.
[0078]
Creation of photoelectric cell (8)
  In the electrolyte layer,reference30% by weight of the electrolyte used in Example 1, 5% by weight of 1-propyl-2,3-dimethylimidazolium oxide,referenceSilica particles were prepared by mixing 30 wt% of silica particles used in Example 1 and a hydrolyzate of the organic silicon compound having a concentration of 20 wt% obtained above to a solid content of 30 wt% and water of 5 wt%. A jelly-like solid electrolyte (8) containing particles was prepared.
[0079]
  Next, the obtained solid electrolyte was sealed between (8) electrodes.referenceA photoelectric cell (8) was prepared in the same manner as in Example 1, Voc, Joc, FF, and η were measured, and the presence or absence of liquid leakage was observed and the long-term stability was evaluated.
  The results are shown in Table 1.
[0080]
[Example 9]
Creation of photoelectric cell (9)
  In Example 8, in the electrolyte layer,reference30% by weight of the electrolyte used in Example 1, 5% by weight of 1-propyl-2,3-dimethylimidazolium oxide,referenceThe silica particles used in Example 1 were mixed with the hydrolyzate of the organic silicon compound having a concentration of 20% by weight obtained in the above so that the solid content was 10% by weight and water was 5% by weight. A jelly-like solid electrolyte (9) containing particles was prepared.
[0081]
  Next, except that the obtained solid electrolyte (9) was sealed between electrodesreferenceA photoelectric cell (9) was prepared in the same manner as in Example 1, Voc, Joc, FF, and η were measured, and the presence or absence of liquid leakage was observed and the long-term stability was evaluated.
  The results are shown in Table 1.
[0082]
[Comparative Example 1]
Electrolyte (R-1) Preparation of
Tetrapropylammonium iodide is dissolved in a solvent in which acetonitrile and ethylene carbonate are mixed at a volume ratio of 1: 4 as a solvent so that 0.46 mol / liter of iodine and 0.06 mol / liter of iodine are dissolved. (R-1) was prepared.
[0083]
Creation of photoelectric cell (R-1)
  referenceIn Example 1, except that the electrolytic solution (R-1) was used as the electrolytic solution, a photoelectric cell (R-1) was prepared in the same manner, and Voc, Joc, FF, and η were measured, and whether or not there was liquid leakage Observation and long-term stability were evaluated.
  The results are shown in Table 1.
[0084]
[Comparative Example 2]
Photoelectric cell (R-2) Create
An electrolytic solution (R-2) was prepared in the same manner as in Comparative Example 1, except that water was added to the electrolytic solution (R-1) so that the water content was 3% by weight. A photoelectric cell (R-2) was prepared in the same manner as Comparative Example 1 except that this electrolytic solution (R-2) was used, and Voc, Joc, FF, and η were measured, and the presence or absence of liquid leakage was observed. And long-term stability was evaluated.
[0085]
The results are shown in Table 1.
[0086]
[Comparative Example 3]
Photoelectric cell (R-3) Create
In Comparative Example 1, the photoelectric cell (R-3) was similarly prepared except that the electrolyte solution (R-1) was mixed in the electrolyte layer so that the content was 20% by weight and the content of silica particles was 80% by weight. It was prepared, Voc, Joc, FF, and η were measured, and observation of the presence or absence of liquid leakage and long-term stability were evaluated.
[0087]
The results are shown in Table 1.
[0088]
[Table 1]
Figure 0004376511

[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing an embodiment of a photovoltaic cell according to the present invention.
[Explanation of symbols]
1 ... Transparent electrode layer
2 ... Semiconductor film
3 ... Electrode layer
4 ... Electrolyte layer
5 ... Board
6 ... Board

Claims (6)

表面に電極層(1)を有し、かつ該電極層(1)表面に光増感材を吸着した半導体膜(2)が形成されてなる基板と、
表面に電極層(3)を有する基板とが、
前記電極層(1)および電極層(3)が対向するように配置してなり、
半導体膜(2)と電極層(3)との間に電解質層を設けてなる光電気セルにおいて、
電解質層が電解質とシリカ系粒子とからなり、電解質層中のシリカ系粒子の含有量が1〜60重量%の範囲にあり、さらにイオン伝導性を有する有機ケイ素化合物の加水分解物を含み、
少なくとも一方の基板および電極層が透明性を有していることを特徴とする光電気セル。
A substrate having an electrode layer (1) on the surface and a semiconductor film (2) having a photosensitizer adsorbed on the surface of the electrode layer (1);
A substrate having an electrode layer (3) on the surface,
The electrode layer (1) and the electrode layer (3) are arranged so as to face each other,
In the photoelectric cell in which the electrolyte layer is provided between the semiconductor film (2) and the electrode layer (3),
The electrolyte layer is composed of an electrolyte and silica-based particles, the content of silica-based particles in the electrolyte layer is in the range of 1 to 60% by weight, and further includes a hydrolyzate of an organosilicon compound having ion conductivity,
At least one substrate and an electrode layer have transparency, The photoelectric cell characterized by the above-mentioned.
前記シリカ系粒子が、表面OH基を有し、OH基量が0.01〜5個nm-2の範囲にあることを特徴とする請求項1に記載の光電気セル。The photoelectric cell according to claim 1, wherein the silica-based particles have a surface OH group and the amount of OH groups is in the range of 0.01 to 5 nm -2 . 前記シリカ系粒子の平均粒子径が0.5〜100nmの範囲にあることを特徴とする請求項1または2に記載の光電気セル。  The photoelectric cell according to claim 1 or 2, wherein an average particle diameter of the silica-based particles is in a range of 0.5 to 100 nm. 前記イオン伝導性を有する有機珪素化合物が、下記式(1)で表される有機ケイ素化合物から選択される1種以上であることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の光電気セル。
nSiX4-n (1)
〔ただし、R:炭素数1〜10の非置換または置換炭化水素基であって、互いに同一であっても異なっていてもよい。X:炭素数1〜4のアルコキシ基、シラノール基、ハロゲン、水素、n:0〜3〕
The photoelectricity according to any one of claims 1 to 3, wherein the organosilicon compound having ion conductivity is at least one selected from organosilicon compounds represented by the following formula (1). cell.
R n SiX 4-n (1)
[However, R: an unsubstituted or substituted hydrocarbon group having 1 to 10 carbon atoms, which may be the same or different. X: C1-C4 alkoxy group, silanol group, halogen, hydrogen, n: 0-3]
前記Rが置換炭化水素基であり、かつ酸素を含む開環性官能基であることを特徴とする請求項4に記載の光電気セル。  The photoelectric cell according to claim 4, wherein R is a substituted hydrocarbon group and a ring-opening functional group containing oxygen. 前記電解質層が、さらに水を含み、電解質層中の水の含有量が0.01〜10重量%の範囲にあることを特徴とする請求項1〜5のいずれかに記載の光電気セル。  6. The photoelectric cell according to claim 1, wherein the electrolyte layer further contains water, and the content of water in the electrolyte layer is in the range of 0.01 to 10% by weight.
JP2002341914A 2002-11-26 2002-11-26 Photoelectric cell Expired - Fee Related JP4376511B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2002341914A JP4376511B2 (en) 2002-11-26 2002-11-26 Photoelectric cell

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2002341914A JP4376511B2 (en) 2002-11-26 2002-11-26 Photoelectric cell

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2004178885A JP2004178885A (en) 2004-06-24
JP4376511B2 true JP4376511B2 (en) 2009-12-02

Family

ID=32704116

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2002341914A Expired - Fee Related JP4376511B2 (en) 2002-11-26 2002-11-26 Photoelectric cell

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP4376511B2 (en)

Families Citing this family (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4679844B2 (en) * 2004-07-02 2011-05-11 日揮触媒化成株式会社 Photoelectric cell
JP2007172917A (en) * 2005-12-20 2007-07-05 Fujikura Ltd Photoelectric transducer
JP5314253B2 (en) * 2007-04-26 2013-10-16 日揮触媒化成株式会社 Photoelectric cell
JP2009080988A (en) * 2007-09-25 2009-04-16 Panasonic Electric Works Co Ltd Photoelectric conversion element
GB0720515D0 (en) * 2007-10-19 2007-11-28 Eastman Kodak Co Photovoltaics
JP5636736B2 (en) * 2010-05-24 2014-12-10 ソニー株式会社 Photoelectric conversion device and manufacturing method thereof
JP5655591B2 (en) * 2011-01-26 2015-01-21 日本精工株式会社 Photoelectric conversion element
JP5629625B2 (en) * 2011-03-28 2014-11-26 株式会社豊田中央研究所 Method for producing dye-sensitized solar cell, dye-sensitized solar cell, and dye-sensitized solar cell module
JP2014056741A (en) * 2012-09-13 2014-03-27 Kyushu Institute Of Technology Method for manufacturing dye-sensitized solar cell and dye-sensitized solar cell
KR101715077B1 (en) * 2016-08-18 2017-03-10 울산과학기술원 Photoanode for selectively adsorbable of FeOOH water splitting catalysts for efficient improvement of hematite-based water splitting system and preparing method thereof

Also Published As

Publication number Publication date
JP2004178885A (en) 2004-06-24

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP4392741B2 (en) Photoelectric cell
JP4100863B2 (en) Photoelectric cell
JP4916683B2 (en) Photoelectric cell
JP3952103B2 (en) Photoelectric cell and method for producing metal oxide semiconductor film for photoelectric cell
WO1999063614A1 (en) Method of manufacturing photoelectric cell and oxide semiconductor for photoelectric cell
EP2151883B1 (en) Photoelectrical cell, and coating agent for forming porous semiconductor film for the photoelectrical cell
JP4077594B2 (en) Photoelectric cell, coating liquid for forming metal oxide semiconductor film, and method for producing metal oxide semiconductor film for photoelectric cell
JP4176200B2 (en) Photoelectric cell
JP4294245B2 (en) Photoelectric cell and photocatalyst
JP4376511B2 (en) Photoelectric cell
JP4298195B2 (en) Photoelectric cell
JP4624512B2 (en) Photoelectric cell and coating liquid for forming semiconductor film of photoelectric cell
JP4215964B2 (en) Photoelectric cell
JP5199587B2 (en) Photoelectric cell and method for manufacturing the same
JP4169138B2 (en) Photoelectric cell
JP5330783B2 (en) Photoelectric cell
JP5503143B2 (en) Paint for forming porous metal oxide semiconductor film and photoelectric cell
JP4738559B2 (en) Photoelectric cell
JP5426876B2 (en) Method for producing coating material for forming porous semiconductor film and photoelectric cell
JP5354960B2 (en) Paint for forming porous metal oxide semiconductor film for photoelectric cell and photoelectric cell
JP5140031B2 (en) Photoelectric cell
JP4679844B2 (en) Photoelectric cell
JP2001015182A (en) Photoelectric cell
JP2013191273A (en) Photoelectrode, manufacturing method thereof, and dye-sensitized solar cell using the same
JP4896386B2 (en) Photoelectric cell

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20050823

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20090602

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20090731

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

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20090901

A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20090909

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 4376511

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120918

Year of fee payment: 3

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130918

Year of fee payment: 4

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees