JP4495414B2 - Dye-sensitized solar cell and method for producing the same - Google Patents

Dye-sensitized solar cell and method for producing the same Download PDF

Info

Publication number
JP4495414B2
JP4495414B2 JP2003181038A JP2003181038A JP4495414B2 JP 4495414 B2 JP4495414 B2 JP 4495414B2 JP 2003181038 A JP2003181038 A JP 2003181038A JP 2003181038 A JP2003181038 A JP 2003181038A JP 4495414 B2 JP4495414 B2 JP 4495414B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
oxide semiconductor
layer
semiconductor layer
dye
electrode layer
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 - Lifetime
Application number
JP2003181038A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2005019132A (en
Inventor
博喜 中川
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.)
Dai Nippon Printing Co Ltd
Original Assignee
Dai Nippon Printing 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 Dai Nippon Printing Co Ltd filed Critical Dai Nippon Printing Co Ltd
Priority to JP2003181038A priority Critical patent/JP4495414B2/en
Publication of JP2005019132A publication Critical patent/JP2005019132A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP4495414B2 publication Critical patent/JP4495414B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime 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
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02PCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電解質層が固体化またはゲル化された色素増感型太陽電池およびその製造方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
二酸化炭素が原因とされる地球温暖化が世界的に問題となっている近年、環境にやさしく、クリーンなエネルギー源として、太陽光エネルギーを利用した太陽電池が注目され、積極的な研究開発が進められている。このような太陽電池として、単結晶シリコン太陽電池、多結晶シリコン太陽電池、アモルファスシリコン太陽電池などが既に実用化されているが、環境負荷が小さく、かつ、低コスト化の可能性のある太陽電池として、色素増感型太陽電池が注目され研究開発が進められている。
【0003】
色素増感型太陽電池は、例えば、光の入射する側から、透明基板、この透明基板上に形成された透明電極、色素増感剤が担持された酸化物半導体層、電解質を有する電解質層、および対電極基板が順に積層されてセルが形成される。このような色素増感型太陽電池において、中でも、上記電解質層が液状である色素増感型太陽電池は、湿式色素増感型太陽電池と呼ばれる。この湿式色素増感型太陽電池は、液状の電解質層からの液漏れを防止するためシールドを厳重に行う必要があるが、長期間に渡り、シールドを維持することは困難であることから、溶媒分子の蒸発や、液漏れによる溶媒消失等の不都合が生じる場合があり、耐久性および安定性の面において問題があった。
【0004】
そこで、電解質層の固体化またはゲル化を図ることにより、湿式色素増感型太陽電池の問題を解決する研究が盛んに行われている。
【0005】
例えば、特許文献1には、(i)グリシジル化合物から誘導される繰り返し単位5〜95モル%、エチレンオキサイドから誘導される繰り返し単位95〜5モル%、及び反応性基含有単量体から誘導される繰り返し単位0〜15モル%を有する重量平均分子量が104〜107の範囲内であるポリエーテル共重合体あるいは該共重合体の架橋体、(ii)ヨウ素とヨウ素化合物または臭素と臭素化合物の組み合わせからなる酸化還元対、および要すれば(iii)可塑剤を含んでなる高分子成分を用いた光電変換素子が開示されている。
【0006】
特許文献2には、電解質塩および有機溶媒を含有する高分子成分において、前記有機溶媒をフッ素系有機溶媒とする技術が開示されている。
【0007】
さらに、特許文献3には、1−メチル−3−プロピルイミダゾリウムアイオダイド、1−メチル−3−イソプロピルイミダゾリウムアイオダイド、1−メチル−3−ブチルイミダゾリウムアイオダイド、1−メチル−3−イソブチルイミダゾリウムアイオダイド及び1−メチル−3−sブチルイミダゾリウムアイオダイドよりなる群から選択される少なくとも1種類のイミダゾリウム塩を含む電解質と、ハロゲン含有化合物と、前記ハロゲン含有化合物とオニウム塩を形成することが可能な、N、P及びSよりなる群から選択される少なくとも1種類の元素を含む化合物とを具備することを特徴とする色素増感型太陽電池について開示されている。
【0008】
しかしながら、このように電解質層を固体化またはゲル化した場合には、色素増感型太陽電池の耐久性および安定性を向上させることはできるが、当該電解質層と接触する部材、すなわち酸化物半導体層との接触面積が、液状の電解質層の場合と比較し小さくなることから、湿式色素増感型太陽電池よりもエネルギー変換効率が劣ることが問題であった。
【0009】
【特許文献1】
特開2000−150006号公報
【特許文献2】
特開平11−172096号公報
【特許文献3】
特開2001−160427号公報
【0010】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、固体化またはゲル化された電解質層を有する色素増感型太陽電池において、このような電解質層と酸化物半導体層との接触面積の増大が図れ、エネルギー変換効率を向上させることができる色素増感型太陽電池およびその製造方法を提供することを主目的とするものである。
【0011】
【課題を解決するための手段】
本発明においては、基板と、上記基板上に形成された第1電極層と、上記第1電極層上に形成され、金属酸化物半導体微粒子および結着剤を有し、色素増感剤が担持されており、光照射により上記色素増感剤から生じた電荷を伝導する酸化物半導体層と、上記基板と対向する対向基板と、上記対向基板上に形成され、上記第1電極層と対向する電極である第2電極層と、高分子成分を有し、上記酸化物半導体層および上記第2電極層間に位置し、上記酸化物半導体層により伝導された電荷が、上記第1電極層および上記第2電極層を介して、上記酸化物半導体層へ輸送される際の輸送を行い、かつ固体化またはゲル化された電解質層とを有する色素増感型太陽電池であって、
上記酸化物半導体層の結着剤は、上記電解質層に含有された高分子成分と、同様の主鎖を持つ高分子材料を有することを特徴とする色素増感型太陽電池を提供する。
【0012】
本発明においては、酸化物半導体層の結着剤に、上記電解質層に含有された高分子成分と同様の主鎖を持つ高分子材料を用いることにより、酸化物半導体層と電解質層との密着性を高めることができ、両者の接触面積の拡大を図ることができることから、エネルギー変換効率の向上に効果を有する。
【0013】
また本発明においては、上記基板はフィルム基板であることが好ましい。加工性に優れているため、他のデバイスとの組合せが容易であり、用途の幅を広げることができるからである。また、軽量化、生産性の向上および製造コストの削減にも効果がある。
【0014】
さらに本発明においては、基板上に第1電極層を形成する第1電極層形成工程と、
上記第1電極層上に、金属酸化物半導体微粒子および結着剤を含有し、色素増感剤が担持され、光照射により上記色素増感剤から生じた電荷を伝導する酸化物半導体層を形成する酸化物半導体層形成工程と、
上記酸化物半導体層の結着剤に含有されている高分子材料と、同様の主鎖を持つ高分子成分を有し、上記酸化物半導体層により伝導された電荷が上記第1電極層および、上記第1電極層と対向する電極である第2電極層を介して、上記酸化物半導体層へ輸送される際の輸送を行う高分子固体電解質層を上記酸化物半導体層上に形成する高分子固体電解質層形成工程と、
上記高分子固体電解質層上から加圧する加圧工程と、
上記高分子固体電解質層上に上記第2電極層および対向基板を形成する対電極基板形成工程と、
を有することを特徴とする色素増感型太陽電池の製造方法を提供する。
【0015】
本発明においては、高分子固体電解質層を形成した後、加圧工程により、高分子固体電解質層上から圧力をかけることにより、酸化物半導体層と高分子固体電解質層との密着性を高めることができる。さらに、酸化物半導体層の結着剤に用いた高分子材料と、高分子固体電解質層に含有されている高分子成分とが、同様の主鎖を持つものであることから、これによっても酸化物半導体層と高分子固体電解質層との密着性を高くすることができる。したがって、酸化物半導体層および高分子固体電解質層の接触面積の増大を図ることができ、エネルギー変換効率の向上に効果を有する。
【0016】
また本発明においては、上記酸化物半導体層形成工程で、上記色素増感剤を担持する処理を施す前、または施した後に、加圧する処理を行うことが好ましい。
【0017】
酸化物半導体層形成工程において、加圧する処理を行うことにより、酸化物半導体層の機械的強度および基板との密着性を高めることができるからである。
【0018】
さらに本発明においては、基板上に第1電極層を形成する第1電極層形成工程と、
上記第1電極層上に、金属酸化物半導体微粒子および結着剤を含有し、色素増感剤が担持され、光照射により上記色素増感剤から生じた電荷を伝導する酸化物半導体層を形成する酸化物半導体層形成工程と、
上記第1電極層と対向する電極である第2電極層を少なくとも有する対向基板を、上記酸化物半導体層と上記第2電極層とが対向するように配置する対電極基板配置工程と、
上記酸化物半導体層の結着剤に含有されている高分子材料と、同様の主鎖を持つ高分子成分を有し、ゲル化された電解質層であるゲル状電解質層を形成するゲル状電解質層形成用塗工液を、上記酸化物半導体層および第2電極層間に注入し、上記酸化物半導体層により伝導された電荷が上記第1電極層および上記第2電極層を介して、上記酸化物半導体層へ輸送される際の輸送を行うゲル状電解質層を形成するゲル状電解質層形成工程とを有する色素増感型太陽電池の製造方法であって、
上記酸化物半導体層形成工程では、上記色素増感剤を担持する処理を施す前、または施した後に、加圧する処理を行うことを特徴とする色素増感型太陽電池の製造方法を提供する。
【0019】
本発明では、酸化物半導体層形成工程において、加圧する処理を行うことにより、酸化物半導体層自体の機械強度および基板との密着性を高めることができる。さらに、酸化物半導体層の結着剤に、上記ゲル状電解質層に含有された高分子成分と同様の主鎖を持つ高分子材料を用いることにより、酸化物半導体層とゲル状電解質層との親和性を高めることができる。したがって、酸化物半導体層およびゲル状電解質層の接触面積を増大させることができるため、エネルギー変換効率の向上に効果を有する。
【0020】
さらに本発明においては、上記基板はフィルム基板であることが好ましい。フィルム基板は、加工性に優れているため加圧する処理を容易に行うことができるからである。
【0021】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の色素増感型太陽電池およびその製造方法について説明する。
【0022】
A.色素増感型太陽電池
まず、色素増感型太陽電池の製造方法について説明する。本発明の色素増感型太陽電池は、基板と、前記基板上に形成された第1電極層と、前記第1電極層上に形成され、金属酸化物半導体微粒子および結着剤を有し、色素増感剤が担持されており、光照射により前記色素増感剤から生じた電荷を伝導する酸化物半導体層と、前記基板と対向する対向基板と、前記対向基板上に形成され、前記第1電極層と対向する電極である第2電極層と、高分子成分を有し、前記酸化物半導体層および前記第2電極層間に位置し、前記酸化物半導体層により伝導された電荷が、前記第1電極層および前記第2電極層を介して、前記酸化物半導体層へ輸送される際の輸送を行い、かつ固体化またはゲル化された電解質層とを有する色素増感型太陽電池であって、
前記酸化物半導体層の結着剤は、前記電解質層に含有された高分子成分と、同様の主鎖を持つ高分子材料を有することを特徴とするものである。
【0023】
本発明においては、酸化物半導体層の結着剤に、上記電解質層に含有された高分子成分と同様の主鎖を持つ高分子材料を用いることにより、酸化物半導体層と電解質層との密着性を高めることができ、両者の接触面積の拡大を図ることができることから、エネルギー変換効率の向上に効果を有する。
【0024】
このような利点を有する本発明の色素増感型太陽電池について図面を用いて具体的に説明する。
【0025】
図1は本発明の色素増感型太陽電池の一例を示した概略断面図である。図1に示すように、矢印で示す光が入射する側から、透明基板1と、前記透明基板1表面に透明電極2が形成されている。さらに、透明電極2の光が入射する方向と反対側の表面には、酸化物半導体層3が形成されている。この酸化物半導体層3は多孔質であり、その表面には色素増感剤が担持されている。また、酸化物半導体層3の光が入射する方向と反対側の表面には、高分子固体電解質層4が形成されている。
【0026】
本発明においては、上記酸化物半導体層3の形成に用いられる結着剤が、高分子固体電解質層4に含有された高分子成分と、同様の主鎖を持つ高分子材料を有することを特徴とするものである。このように酸化物半導体層3および高分子固体電解質層4において、同系統の高分子材料を用いることにより、両者の親和性を好適に高くすることができ、両者の密着性を高くすることができる。したがって、酸化物半導体層3および高分子固体電解質層4の接触面積の拡大を図ることができるため、エネルギー変換効率の向上に効果を有する。
【0027】
さらに、高分子固体電解質層4の光の入射方向と反対側の表面には、上記透明電極2と対向する電極である対向電極5および対向基板6が形成されている。
【0028】
このような色素増感型太陽電池においては、色素増感剤から生じた電荷を利用して光電流を得ているが、一般的に、色素増感剤から生じる電荷としては電子を挙げることができる。以下、色素増感剤から生じた電荷を電子として、色素増感型太陽電池の原理について説明する。まず、図1に示す矢印の方向から光が入射すると、酸化物半導体層3に担持されている色素増感剤が光を吸収し励起状態へと移行する。励起状態にある色素増感剤は電子を発生させ、生じた電子は、酸化物半導体層3に渡される。さらに、透明電極2に接続されたリード線7を通じて、対向電極5に運ばれる。これにより光電流を得ることができる。色素増感剤は、生じた電子を酸化物半導体層3に渡すことにより酸化される。また、生じた電子は、対向電極5に移動した後、電解質層4内に存在する酸化還元対であるI/I のうちI を還元しIとする。さらに、Iは酸化した色素増感剤を還元させることにより基底状態に戻すことができる。
【0029】
以下、本発明の色素増感型太陽電池について、各部材ごとに詳細に説明する。
【0030】
1.基板および対向基板
本実施態様に用いる基板および対向基板は、透明なものであっても不透明なものであっても特に限定されるものではないが、光の受光面側に位置する場合には、光の透過性に優れた透明基板であることが好ましい。さらに、耐熱性、耐候性、水蒸気、その他のガスバリア性に優れたものであることが好ましい。具体的には、石英ガラス、パイレックス(登録商標)、合成石英板等の可撓性のない透明なリジット材、エチレン・テトラフルオロエチレン共重合体フィルム、二軸延伸ポリエチレンテレフタレートフィルム、ポリエーテルサルフォン(PES)フィルム、ポリエーテルエーテルケトン(PEEK)フィルム、ポリエーテルイミド(PEI)フィルム、ポリイミド(PI)フィルム、ポリエステルナフタレート(PEN)等のプラスチックフィルムを挙げることができる。本実施態様においては、これらの中でも、プラスチックフィルムを用いたフィルム基板とすることが好ましい。加工性に優れているため、他のデバイスとの組合せが容易であり、用途の幅を広げることができるからである。また、生産性の向上、製造コストの削減にも効果がある。また、例えば、後述する酸化物半導体層および電解質層を加圧処理を施して形成した場合には、フィルム基板の耐熱性の範囲内の温度で焼成して形成した場合であっても、金属酸化物半導体微粒同士の結着性および基板との密着性等において、十分に高温な温度条件で焼成して形成した場合と同程度の効果を得ることができる。したがって、膜の剥離や亀裂が生じるといった不都合が生じる心配が少なく、ガラス基板よりも多少耐熱性に劣るフィルム基板を好適に用いることができる。
【0031】
このようなフィルムは単独で使用しても良く、また、2種以上のフィルムを積層した複合フィルムとする場合であってもよい。
【0032】
2.第1電極層および第2電極層
次に、本発明に用いられる第1電極層および第2電極層について説明する。なお、以下、両者をまとめて電極層と表現する場合がある。
【0033】
第1電極層および第2電極層を形成する材料としては、導電性に優れたもので、かつ、電解質に対する腐食性がないものであれば特に限定はされないが、光の受光面側に位置する電極層においては、光の透過性に優れているものであることが好ましい。例えば、光の透過性に優れた材料としては、SnO、ITO、IZO、ZnO等を挙げることができる。中でも、フッ素ドープしたSnO、ITOであることが好ましい。導電性および透過性の両方に優れているからである。
【0034】
また、第1電極層および第2電極層は、各々の仕事関数等を考慮して材料を選択することが好ましい。例えば、仕事関数が高い材料としては、Au、Ag、Co、Ni、Pt、C、ITO、SnO、フッ素をドープしたSnO、ZnO等を挙げることができる。一方、仕事関数が低い材料としては、Li、In、Al、Ca、Mg、Sm、Tb、Yb、Zr、LiF等を挙げることができる。
【0035】
また、各々の電極層は、単層からなる場合であってもよく、また、異なる仕事関数の材料を用い、積層されてなる場合であってもよい。例えば、図4に示すように、矢印の方向から光が入射する場合、第1電極層40として透明電極を用い、さらに、この第1電極層40と対向する電極である第2電極層43として、Ptを蒸着した層41およびITOからなる層42を積層したものを用いる場合を例として挙げることができる。
【0036】
さらに、電極層の膜厚としては、単層からなる電極層の場合はその膜厚が、複数層からなる場合は総膜厚が、0.1〜500nmの範囲内、その中でも、1nm〜300nmの範囲内であることが好ましい。
【0037】
このような電極層を形成する方法としては、特に限定はされないが、蒸着法、スパッタ法、CVD法等を挙げることができる。中でも、スパッタ法であることが好ましい。
【0038】
3.酸化物半導体層
次に、酸化物半導体層について説明する。本発明における酸化物半導体層とは、前記第1電極層上に形成され、金属酸化物半導体微粒子および結着剤を有し、色素増感剤が担持されており、光照射により前記色素増感剤から発生する電荷を伝導する機能を有する部材である。
【0039】
このような酸化物半導体層は、色素増感剤が担持されているものであることから、連通孔を有する多孔質であることが好ましい。このような多孔質とすることにより、酸化物半導体層の表面積を大きくすることができるため、充分な量の色素増感剤を担持させることができるからである。また、後述する電解質層との接触面積も大きくすることができ、エネルギー変換効率の向上に効果がある。
【0040】
また、酸化物半導体層の膜厚としては、1μm〜100μmの範囲内、その中でも、5μm〜30μmの範囲内であることが好ましい。上記範囲内であれば、酸化物半導体層自体の膜抵抗が小さく、また、酸化物半導体層によって十分に光吸収が行われるからである。
【0041】
本発明における酸化物半導体層は、上述したように、金属酸化物半導体微粒子および結着剤を有し、さらに、色素増感剤が担持されているものである。以下、酸化物半導体層について、金属酸化物半導体微粒子、結着剤および色素増感剤等に分けて詳細に説明する。
【0042】
(1)金属酸化物半導体微粒子
金属酸化物半導体微粒子は、色素増感剤から発生した電荷を第1電極層へ伝導させることができるものであれば特に限定はされない。具体的には、TiO、ZnO、SnO、ITO,ZrO、SiOX、MgO、Al,CeO、Bi、Mn、Y、WO、Ta、Nb、La等を挙げることができる。これらの金属酸化物微粒子は、多孔性の酸化物半導体層を形成するのに適しており、エネルギー変換効率の向上、コストの削減を図ることができるため好ましい。また、上記微粒子のうち、いずれか一種を使用しても良く、また、2種以上を混合して使用してもよい。中でも、TiOを好ましく用いることができる。さらに、これらのうち一種をコア微粒子とし、他の金属酸化物微粒子により、コア微粒子を包含してシェルを形成するコアシェル構造としてもよい。
【0043】
また、本発明において、金属酸化物半導体微粒子の酸化物半導体層に対する含有量としては、40〜99.9重量%の範囲内、中でも、85〜99.5重量%の範囲内であることが好ましい。
【0044】
また、金属酸化物半導体微粒子の粒径としては、1nm〜10μmの範囲内、その中でも、10nm〜500nmの範囲内であることが好ましい。上記範囲よりも粒子径が小さい場合は、そのような微粒子を製造すること自体が困難であり、各々の粒子が凝集し、二次粒子を形成する場合があるため好ましくない。一方、上記範囲よりも粒子径が大きい場合は、酸化物半導体層を厚膜化させる場合があり、抵抗が高くなるため好ましくない。
【0045】
また、上記範囲内の粒子径を有し、粒径の異なる同種または異種の金属酸化物半導体微粒子を混合して用いてもよい。これにより、光散乱効果を高めることができ、酸化物半導体層内でより多くの光を閉じ込めることができるため、色素増感剤における光吸収を効率的に行うことができる。例えば、10〜50nmの範囲内にある金属酸化物半導体微粒子と、50〜200nmの範囲内にある金属酸化物半導体微粒子とを混合して用いる場合を挙げることができる。
【0046】
(2)結着剤
次に結着剤について説明する。
【0047】
本発明における結着剤は、後述する電解質層に含有される高分子成分と、同様の主鎖を持つ高分子材料を有することを特徴とするものである。
【0048】
このように、酸化物半導体層および電解質層において、同系統の高分子材料を用いることにより、両者の親和性を好適に高くすることができ、両者の間に良好な密着性を保つことができる。したがって、酸化物半導体層および電解質層の接触面積を増大させることができるため、両者の間での電荷の受け取りを効率良く行うことができる。よって、エネルギー変換効率の向上に効果を有する。
【0049】
なお、ここでいう同様の主鎖を持つとは、結着剤に用いられる高分子材料と、後述する電解質層に含有されている高分子成分とにおいて、主鎖の構造が同一であることを意味する。また、側鎖は、同じ置換基からなる場合でも、異なる置換基からなる場合でもよいが、酸化物半導体層および電解質層において、より良好な密着性を得るために、同じ置換基からなる場合が好ましい。
【0050】
本発明における結着剤において、後述する電解質層に含有される高分子成分と、同様の主鎖を持つ高分子材料としては、ポリエーテル、ポリエステル、ポリアクリル酸、ポリメタクリル酸、ポリアクリル酸アルキルエステル、ポリメタクリル酸アルキルエステル、ポリカプロラクトン、ポリヘキサメチレンカーボネート、ポリシロキサン、ポリエチレンオキサイド、ポリプロピレンオキサイド、ポリアクリルニトリル、ポリフッ化ビニリデン、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン、ポリフッ化ビニル、ポリヘキサフロロプロピレン、ポリフロロエチレン、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリカーボネート、ポリオレフィン、ポリブタジエン、ポリイソプレン、ポリスチレン、ポリビニルピリジン、ポリビニルメチルエーテル、ポリビニルイソブチルエーテル、ポリアクリルアミド、ポリアクリロニトリル、ポリビニリデンアニド、ポリ酢酸ビニル、ポリビニルアルコール、ポリテトラフルオロエチレン、ポリビニルピロリドン、ポリビニルカルバゾール、ポリエチレンテレフタラート、ナイロン、ポリアミド、ポリイミド、ポリカーボネート、ポリベンズイミダゾール、ポリアミン、ポリイミン、ポリスルフィド、ポリフォスファゼン、天然高分子(セルロース系)等を主鎖に持つ高分子ないしはこれらモノマー成分2種類以上の共重合体などを挙げることができる。例えばポリフッ化ビニリデンでは、フッ化ビニリデンの重合体、フッ化ビニリデンと他のラジカル重合性モノマーとの共重合体等を挙げる事ができる。
【0051】
このような結着剤の添加量としては、特に限定はされないが、具体的には、酸化物半導体層として形成された際に、酸化物半導体層に占める結着剤の割合が、0.1〜30重量%の範囲内、中でも、0.2〜10重量%の範囲内であることが好ましい。
【0052】
上記範囲よりも割合が低いと、第1電極層等との密着性および金属酸化物半導体微粒子間の結着性が不充分となる場合や、酸化物半導体層自体の機械的強度の低下に繋がる場合があり好ましくない。一方、上記範囲よりも割合を高くすると、絶縁性である結着剤が多量に存在することから、色素増感剤から生じた電荷を伝導する機能が阻害されるおそれがあるため好ましくない。
【0053】
(3)色素増感剤
本発明における色素増感剤は、光を吸収し起電力を生じさせることが可能なものであれば特に限定はされない。具体的には、有機色素または金属錯体色素を使用することができる。例えば有機色素としては、アクリジン系、アゾ系、インジゴ系、キノン系、クマリン系、メロシアニン系、フェニルキサンテン系の色素が挙げられる。中でも、クマリン系であることが好ましい。
【0054】
また、金属錯体色素では、ルテニウム系色素が好ましく、特にルテニウム錯体であるルテニウムビピリジン色素およびルテニウムターピリジン色素が好ましい。酸化物半導体層では、可視光(400〜800nm程度の波長の光)を殆ど吸収することはできないが、例えば、ルテニウム錯体を酸化物半導体層に担持させることにより、大幅に可視光まで取り込んで光電変換を生じさせることができ、光電変換できる光の波長領域を大幅に広げることができる。
【0055】
(4)その他
本発明における酸化物半導体層は、上述した金属酸化物半導体微粒子および結着剤を適切な溶媒に溶解または分散させ、塗工液としたものを塗布することにより形成することが可能である。
【0056】
この際使用する溶媒としては、上述した結着剤を溶解させることが可能なものであれば特に限定はされない。具体的には、アルコール系溶媒、エステル系溶媒、エーテル系溶媒、ピロリドン系溶媒、鎖状カーボネート系溶媒、環状カーボネート系溶媒、ラクトン系溶媒、グリコール系溶媒、ニトリル系溶媒、ケトン系溶媒、ピロリドン系溶媒、トルエン等の有機溶媒、または純水等を挙げることができる。
【0057】
また、上記溶媒に結着剤および金属酸化物半導体微粒子を溶解または分散させて調整した塗工液の塗工適性を向上させるために、各種添加剤を用いてもよい。例えば、添加剤としては、界面活性剤、粘度調整剤、分散助剤、pH調節剤等を用いることができる。例えば、pH調製剤としては、硝酸、塩酸、酢酸、ジメチルホルムアミド、アンモニア等を挙げることができる。
【0058】
4.電解質層
次に、電解質層について説明する。
【0059】
本発明における電解質層は、高分子成分を有し、固体化またはゲル化されたものである。また、上述した酸化物半導体層および第2電極層間に位置し、前記酸化物半導体層により伝導された電荷が前記第1電極層および前記第2電極層を介して、酸化物半導体層へ輸送される際の輸送を行うものである。
【0060】
なお、ここでいう固体化またはゲル化された電解質層とは、液体状の電解質層を含まないことを意味している。
【0061】
本発明においては、このような電解質層に含有された高分子成分と、上記酸化物半導体層の結着剤に含有されている高分子材料とが、同様の主鎖を持つものであることを特徴とする。これにより、酸化物半導体層および電解質層の親和性を好適に高くすることができ、両者の間に良好な密着性を保つことができるため、両者の接触面積を増大させることができる。したがって、酸化物半導体層および電解質層の間で、効率良く電荷の受け取りを行うことができ、エネルギー変換効率の向上に効果を有する。
【0062】
このような電解質層に含有された高分子成分において、上述した電解質層の結着剤に用いられる高分子材料については、上述した「3.酸化物半導体層」の中に記載したものと同様なのでここでの説明は省略する。
【0063】
このような高分子成分の含有量としては、特に限定はされないが、具体的には、電解質層に占める高分子成分の割合が、固体化された電解質層の場合は、50重量%〜99重量%の範囲内、中でも、70〜98重量%の範囲内であることが好ましい。一方、ゲル化された電解質層の場合は、10重量%〜95重量%の範囲内、中でも、30重量%〜90重量%の範囲内であることが好ましい。上記範囲よりも割合が低いと、酸化物半導体層との密着性が十分に得られない場合があり、また、電解質層自体の機械的強度の低下に繋がる場合があるため好ましくない。一方、上記範囲よりも割合を高くすると、絶縁性である高分子成分が多量に存在することから、電荷を輸送する機能が阻害されるおそれがあるため好ましくない。
【0064】
以下、本発明における電解質層について、固体化された電解質層を高分子固体電解質層とし、ゲル化された電解質層をゲル状電解質層として、各々について説明する。
【0065】
(1)高分子固体電解質層
本発明における高分子固体電解質層は、固体化された電解質層である。このように電解質層を固体化することにより、内部には溶媒が含有されていないため溶媒流出および溶媒揮発等により電解質層の組成が変化するといった不都合が生じる心配がなく、耐久性および長期安定性に優れた色素増感型太陽電池とすることができる。
【0066】
このような高分子固体電解質層は、上述した高分子成分に酸化還元対電解質が保持されているものであり、本発明においては、この高分子成分が、上記酸化物半導体層の結着剤に含有されている高分子材料と、同様の主鎖を持つものであることから、高分子固体電解質層と酸化物半導体層との接触面積の拡大を図ることができ、エネルギー変換効率の向上に効果を有するのである。
【0067】
また、高分子固体電解質層における高分子成分は、上述した酸化物半導体層の結着剤に用いた高分子材料のうち、ポリエーテル、ポリメタクリル酸、ポリアクリル酸アルキルエステル、ポリメタクリル酸アルキルエステル、ポリカプロラクトン、ポリヘキサメチレンカーボネート、ポリシロキサン、ポリエチレンオキサイド、ポリプロピレンオキサイド、ポリアクリルニトリル、ポリフッ化ビニリデン、ポリフッ化ビニル、ポリヘキサフロロプロピレン、ポリフロロエチレン、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリアクリロニトリルを主鎖に持つ高分子ないしはこれらモノマー成分2種類以上の共重合体等を好ましく用いることができる。
【0068】
さらに、本発明における高分子固体電解質層において、酸化還元対電解質としては、一般的に高分子固体電解質層において用いられているものであれば特に限定はされない。具体的には、ヨウ素およびヨウ化物の組合せ、臭素および臭化物の組合せであることが好ましい。例えば、ヨウ素およびヨウ化物の組合せとしては、LiI、NaI、KI、CaI等の金属ヨウ化物と、Iとの組合せを挙げることができる。さらに、臭素および臭化物の組み合わせとしては、LiBr、NaBr、KBr、CaBr等の金属臭化物と、Brとの組合せを挙げることができる。
【0069】
また、上記酸化還元対電解質の含有量としては、特に限定はされないが、具体的には、高分子固体電解質層に占める酸化還元対電解質の割合が、1重量%〜50重量%の範囲内、中でも、5〜35重量%の範囲内であることが好ましい。酸化還元対電解質の含有量が上記範囲内であれば、第2電極層から酸化物半導体層へ電荷を輸送する機能を十分に得ることができるからである。
【0070】
このような高分子固体電解質層の膜厚としては、一般的に、高分子固体電解質層において採用されている膜厚であれば特に限定はされないが、2μm〜100μmの範囲内、その中でも、2μm〜50μmの範囲内であることが好ましい。
【0071】
(2)ゲル状電解質層
本発明におけるゲル状電解質層は、ゲル化された電解質層である。例えば、物理的な相互作用で室温付近でゲル化している場合や、架橋反応等により化学結合でゲル化している場合の電解質層を挙げることができる。
【0072】
このようなゲル状電解質層は、上述した高分子成分と、酸化還元対電解質と、前記高分子成分を溶解させる溶媒を少なくとも含有し、イオン導電性に関与しない三次元架橋体部に溶媒を保持してなるものである。例えば、ゲル化の方法としては、上述した高分子成分において、熱、エックス線、紫外線等のエネルギー線を照射することによりゲル化するものを用いる場合と、アミノ酸誘導体等の低分子ゲル化剤等を添加することによりゲル化させる場合がある。
【0073】
本発明においては、このようなゲル状電解質層に含有された高分子成分が、上述した酸化物半導体層の結着剤に含有されている高分子材料と、同様の主鎖を持つものであることから、ゲル状電解質層と酸化物半導体層との接触面積の拡大を図ることができ、エネルギー変換効率の向上に効果を有するのである。
【0074】
本発明においてゲル状電解質層に含有された高分子成分は、上述した酸化物半導体層の結着剤に用いた高分子材料のうち、ポリエーテル、ポリエステル、ポリアクリル酸、ポリメタクリル酸、ポリアクリル酸アルキルエステル、ポリメタクリル酸アルキルエステル、ポリカプロラクトン、ポリヘキサメチレンカーボネート、ポリシロキサン、ポリエチレンオキサイド、ポリプロピレンオキサイド、ポリアクリルニトリル、ポリフッ化ビニリデン、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン、ポリフッ化ビニル、ポリヘキサフロロプロピレン、ポリフロロエチレン、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリカーボネート、ポリオレフィン、ポリブタジエン、ポリイソプレン、ポリスチレン、ポリビニルピリジン、ポリビニルメチルエーテル、ポリビニルイソブチルエーテル、ポリアクリルアミド、ポリアクリロニトリル、ポリビニリデンアニド、ポリ酢酸ビニル、ポリビニルアルコール、ポリテトラフルオロエチレン、ポリビニルピロリドン、ポリビニルカルバゾール、ポリエチレンテレフタラート、ナイロン、ポリアミド、ポリイミド、ポリカーボネート、ポリベンズイミダゾール、ポリアミン、ポリイミン、ポリスルフィド、ポリフォスファゼン、を主鎖に持つ高分子ないしはこれらモノマー成分2種類以上の共重合体等を好ましく用いることができる。
【0075】
さらに、本発明におけるゲル状電解質層において、使用可能な溶媒としては、上記高分子成分等が溶解するものであれば特に限定はされない。具体的には、
鎖状カーボネート系溶媒、環状カーボネート系溶媒、エーテル系溶媒、アルコール系溶媒、多価アルコール系溶媒、ニトリル系溶媒、中でも特に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系溶媒、アセトニトリル、メトキシアセトニトリルなどのニトリル系溶媒が好ましい。
【0076】
なお、酸化還元対電解質については、上述した「(1)高分子固体電解質層」の中に記載したものと同様なのでここでの説明は省略する。
【0077】
このようなゲル状電解質層の膜厚としては、一般的に、ゲル状電解質層において採用されている膜厚であれば特に限定はされないが、上記酸化物半導体層が連通孔を有する多孔質であることが好ましいことから、このような酸化物半導体層内に充填されてゲル状電解質層が形成されている場合には、酸化物半導体層の膜厚も含めて2μm〜100μmの範囲内、その中でも、2μm〜50μmの範囲内であることが好ましい。
【0078】
B.色素増感型太陽電池の製造方法
次に、本発明の色素増感型太陽電池の製造方法について説明する。
【0079】
本発明の色素増感型太陽電池の製造方法は、電解質層の違いによって2つの態様に分けることができる。すなわち、電解質層が、固体化された電解質層である高分子固体電解質層の場合と、ゲル化された電解質層であるゲル状電解質層の場合とに分けることができる。以下、本発明の色素増感型太陽電池の製造方法について、2つの態様に分けて説明する。
【0080】
1.第1実施態様
本実施態様の色素増感型太陽電池の製造方法は、基板上に第1電極層を形成する第1電極層形成工程と、
前記第1電極層上に、金属酸化物半導体微粒子および結着剤を含有し、色素増感剤が担持され、光照射により前記色素増感剤から生じた電荷を伝導する酸化物半導体層を形成する酸化物半導体層形成工程と、
前記酸化物半導体層の結着剤に含有されている高分子材料と、同様の主鎖を持つ高分子成分を有し、前記酸化物半導体層により伝導された電荷が前記第1電極層および、前記第1電極層と対向する電極である第2電極層を介して、前記酸化物半導体層へ輸送される際の輸送を行う高分子固体電解質層を前記酸化物半導体層上に形成する高分子固体電解質層形成工程と、
前記高分子固体電解質層上から加圧する加圧工程と、
前記高分子固体電解質層上に前記第2電極層および対向基板を形成する対電極基板形成工程と、
を有することを特徴とするものである。
【0081】
本実施態様においては、高分子固体電解質層を形成した後、加圧工程により、高分子固体電解質層上から圧力をかけることにより、酸化物半導体層と高分子固体電解質層との密着性を高めることができる。さらに、酸化物半導体層の結着剤に用いた高分子材料と、高分子固体電解質層に含有されている高分子成分とが、同様の主鎖を持つものであることから、これによっても酸化物半導体層と高分子固体電解質層との密着性を高くすることができる。したがって、酸化物半導体層および高分子固体電解質層の接触面積の増大を図ることができ、エネルギー変換効率の向上に効果を有する。
【0082】
このような利点を有する本実施態様の色素増感型太陽電池の製造方法について図面を用いて説明する。図2は、本実施態様の色素増感型太陽電池の製造方法の一例を図示した工程図である。
【0083】
まず、図2(a)に示すように、透明電極21を透明基板20上に形成し、さらに、透明電極21上に、酸化物半導体層を形成する酸化物半導体層形成用塗工液を塗布し、酸化物半導体膜を形成する。この酸化物半導体膜を、色素増感剤が溶解している溶液に浸漬し、酸化物半導体膜に色素増感剤を吸着させる。これにより、色素増感剤が担持された酸化物半導体層22を形成することができる。
【0084】
次に、酸化物半導体層22上に、高分子固体電解質層を形成する高分子固体電解質層形成用塗工液を塗布し、乾燥させ、図2(b)に示すように、高分子固体電解質層23を形成する。本実施態様においては、高分子固体電解質層23に含有されている高分子成分と、上記酸化物半導体層22に含有されている結着剤に用いた高分子材料とを、共に同様の主鎖を持つものとすることにより、酸化物半導体層22および高分子固体電解質層23の親和性を高めることができ、両者の密着性を良好なものとすることができる。または、あらかじめ作成しておいた高分子固体電解質フィルムを酸化物半導体層上に積層する。
【0085】
さらに、高分子固体電解質層23を形成した後、図2(c)に示すように、高分子固体電解質層23上から押圧する。これにより、酸化物半導体層22および高分子固体電解質層23における密着性をより高めることができることから、両者の接触面積が増大し、エネルギー変換効率の向上に効果を有する。
【0086】
そして、図2(d)に示すように、第2電極層24が形成された対向基板25を、上記高分子固体電解質層23上に配置することにより、色素増感型太陽電池を作製することができる。
【0087】
以下、本実施態様の色素増感型太陽電池の製造方法について、各工程に分けて詳細に説明する。
【0088】
(1)第1電極層形成工程
第1電極層形成工程は、基板上に第1電極層を形成する工程である。
【0089】
このような本工程において、用いる基板は、特に限定はされないが、本実施態様においては、フィルム基板であることが好ましい。後述する加圧工程において、加工性に優れたフィルム基板であれば容易に加圧処理を行うことができるからである。
【0090】
また、基板上に第1電極層を形成する方法としては、公知の方法を用いることができ、例えば、蒸着法、スパッタリング法、CVD法等を挙げることができる。その中でも、スパッタリング法であることが好ましい。
【0091】
なお、その他、基板および第1電極層に関することは、上述した「A.色素増感型太陽電池」の項目の中に記載したものと同様であるためここでの説明は省略する。
【0092】
(2)酸化物半導体層形成工程
本実施態様における酸化物半導体層形成工程は、第1電極層上に、金属酸化物半導体微粒子および結着剤を含有し、色素増感剤が担持され、光照射により前記色素増感剤から生じた電荷を伝導する酸化物半導体層を形成する工程である。
【0093】
本工程において酸化物半導体層を形成する方法としては、特に限定はされないが、例えば、金属酸化物半導体微粒子および結着剤等を適当な溶媒に分散または溶解させた塗工液を、第1電極層上に塗布し、乾燥させることにより酸化物半導体膜を形成した後、酸化物半導体膜表面に色素増感剤を吸着させることにより、色素増感剤が担持された酸化物半導体層を形成することができる。
【0094】
このような形成方法において、上記塗工液を塗布する方法としては、公知の塗布方法であれば特に限定はされないが、具体的には、ダイコート、グラビアコート、グラビアリバースコート、ロールコート、リバースロールコート、バーコート、ブレードコート、ナイフコート、エアナイフコート、スロットダイコート、スライドダイコート、ディップコート、マイクロバーコート、マイクロバーリバースコートや、スクリーン印刷(ロータリー方式)等を挙げることができる。このような塗布法を用い、単数回または複数回、塗布および乾燥を繰り返すことにより酸化物半導体膜を所望の膜厚に調整して形成する。
【0095】
また、上記塗布方法により塗工液を塗布し、乾燥させることにより酸化物半導体膜を形成した後、色素増感剤を担持させる方法としては、特に限定はされないが、上述したように酸化物半導体層は、連通孔を有する多孔質であることが好ましいことから、酸化物半導体層の細孔に色素増感剤を吸着させることが可能な方法であることが好ましい。例えば、色素増感剤の溶液に酸化物半導体膜を浸漬させ、浸透させた後、乾燥させる方法や、色素増感剤の溶液を酸化物半導体膜上に塗布し、浸透させた後、乾燥させる方法等を挙げることができる。このような方法において、色素増感剤の溶液に使用する溶媒は、用いる色素増感剤に応じて、水系溶媒、有機系溶媒を選択する。
【0096】
さらに、本実施態様においては、本工程で、色素増感剤を担持する処理を施す前、または施した後に、加圧する処理を行うことが好ましい。すなわち、本工程において、金属酸化物半導体微粒子および結着剤等を適当な溶媒に分散または溶解させた塗工液を、第1電極層上に塗布し、乾燥させることにより酸化物半導体膜を形成した後、この酸化物半導体膜上から加圧する処理を施す場合、または、酸化物半導体膜を形成し、その表面に色素増感剤を吸着させ、色素増感剤が担持した酸化物半導体層を形成した後に酸化物半導体層上から加圧する処理を施す場合である。このように、酸化物半導体層を形成する工程において、加圧する処理を行うことにより、基板と酸化物半導体層との密着性を高めることができ、さらに、酸化物半導体層の機械的強度を高めることができる。
【0097】
また、酸化物半導体層には結着剤が含有されていることから、加圧することにより、充分な温度で焼成を行うことにより形成された酸化物半導体層の場合と比較して、金属酸化物半導体微粒子同士の結着性等の面において同程度の効果を得ることができる。したがって、本工程における焼成温度を低くすることができるため、ガラス基板よりも多少耐熱性が劣るフィルム基板を好適に用いることができ、加工性およびコスト面において有用である。
【0098】
本工程において加圧する方法については、後述する加圧工程において詳細に説明する。
【0099】
その他、酸化物半導体層に関することは、上述した「A.色素増感型太陽電池」の項目の中に記載したものと同様なのでここでの説明は省略する。
【0100】
(3)高分子固体電解質層形成工程
本実施態様における高分子固体電解質層形成工程は、上述した酸化物半導体層の結着剤に含有されている高分子材料と、同様の主鎖を持つ高分子成分を有し、酸化物半導体層により伝導された電荷が第1電極層および第2電極層を介して、酸化物半導体層へ輸送される際の輸送を行う高分子固体電解質層を、酸化物半導体層上に形成する工程である。
【0101】
本実施態様においては、本工程において形成する高分子固体電解質層に含有されている高分子成分と、上述した酸化物半導体層の結着剤に含有されている高分子材料とが、同様の主鎖を持つものであることより、酸化物半導体層および高分子固体電解質層との密着性を向上させることができ、エネルギー変換効率を高めることができる。
【0102】
本工程において、高分子固体電解質層を形成する方法としては、特に限定はされないが、例えば、高分子成分および酸化還元対電解質等を加熱混合させて溶解させた後、上記酸化物半導体層に含浸または注入し、冷却することにより二次元または三次元の架橋反応を生じさせ、固体化させることにより形成する方法、または、高分子成分、酸化還元対電解質および架橋剤、光重合開始剤等の添加剤が適切な溶媒に分散または溶解している塗工液を準備し、当該塗工液を、上記酸化物半導体層上に塗布した後、活性光線を照射することにより硬化させ形成する方法を挙げることができる。さらには、高分子固体電解質層を別個に固体高分子フィルムとして形成し、上記酸化物半導体層上に配置することによっても形成することができる。
【0103】
その他、高分子固体電解質層に関することは、上述した「A.色素増感型太陽電池」の項目の中に記載したものと同様なのでここでの説明は省略する。
【0104】
(4)加圧工程
次に加圧工程について説明する。本実施態様における加圧工程は、前記高分子固体電解質層上から加圧する工程である。
【0105】
本実施態様においては、本工程により、高分子固体電解質層上から加圧することにより、酸化物半導体層および高分子固体電解質層の密着性を高めることができるため、両者の接触面積を増大させることができる。よって、両者の間での電荷の受け取りの効率が上昇し、エネルギー変換効率を向上させることができる。
【0106】
このような本工程において、加圧する方法としては、高分子固体電解質層に対し均一に圧力をかけることができる方法であれば特に限定はされない。例えば、プレス処理を挙げることができる。プレス処理としては、具体的に、ロールプレスまたは平板プレス方式等を挙げることができる。
【0107】
また、加圧する際の圧力としては、50〜2000MPaの範囲内、その中でも、200〜1500MPaの範囲内であることが好ましい。
【0108】
このようなプレス処理を行う際には、常温でおこなってもよく、また加熱しながら行ってもよい。例えば、本工程において、加熱しながら高分子固体電解質層に圧力をかける場合には、その温度は、高分子固体電解質層を劣化させることがないのであれば特に限定はされない。しかしながら、高分子固体電解質層が、冷却により二次元または三次元の物理架橋を生じさせ固体化されたものである場合には、加熱することにより液体化するおそれがあるので、そのような場合は、高分子成分を液体化させることがない程度の温度に加熱することが好ましい。具体的には、用いる高分子成分に応じて変わるが、一般的には、40℃〜200℃の範囲内、その中でも、60℃〜150℃の範囲内であることが好ましい。
【0109】
また、本工程においては、高分子固体電解質層上から加圧しているが、上述したように、高分子固体電解質層を形成する以前に、上記酸化物半導体層形成工程においても、本工程と同様に加圧する処理を行うことが好ましい。酸化物半導体層形成工程において加圧する処理を行うことにより、酸化物半導体層の均質化、高密度化を図ることができ、また、酸化物半導体層内に含有されている金属酸化物半導体微粒子間の結着性を高めることができることから、電荷の輸送性の向上に効果を有し、エネルギー変換効率の向上を図ることができるからである。
【0110】
(5)対電極形成工程
本実施態様における対電極基板形成工程は、高分子固体電解質層上に前記第1電極層と対向する電極である第2電極層および対向基板を形成する工程である。
【0111】
このような本工程において、第2電極層および対向基板を高分子固体電解質層上に形成する方法としては、例えば、予め、第2電極層が形成された対向電極を準備し、そのような対向電極を、第2電極層と高分子固体電解質層とが接触するように貼り合わせることにより形成する方法を挙げることができる。
【0112】
その他、第2電極層および対向基板に関することは、上述した「A.色素増感型太陽電池」の項目の中に記載したものと同様であるためここでの説明は省略する。
【0113】
2.第2実施態様
次に第2実施態様の色素増感型太陽電池の製造方法について説明する。
【0114】
本実施態様における色素増感型太陽電池の製造方法は、基板上に第1電極層を形成する第1電極層形成工程と、
前記第1電極層上に、金属酸化物半導体微粒子および結着剤を含有し、色素増感剤が担持され、光照射により前記色素増感剤から生じた電荷を伝導する酸化物半導体層を形成する酸化物半導体層形成工程と、
前記第1電極層と対向する電極である第2電極層を少なくとも有する対向基板を、前記酸化物半導体層と前記第2電極層とが対向するように配置する対電極基板配置工程と、
前記酸化物半導体層の結着剤に含有されている高分子材料と、同様の主鎖を持つ高分子成分を有し、ゲル化された電解質層であるゲル状電解質層を形成するゲル状電解質層形成用塗工液を、前記酸化物半導体層および第2電極層間に注入し、前記酸化物半導体層により伝導された電荷が前記第1電極層および前記第2電極層を介して、前記酸化物半導体層へ輸送される際の輸送を行うゲル状電解質層を形成するゲル状電解質層形成工程とを有する色素増感型太陽電池の製造方法であって、
前記酸化物半導体層形成工程では、前記色素増感剤を担持する処理を施す前、または施した後に、加圧する処理を行うことを特徴とするものである。
【0115】
本実施態様においては、酸化物半導体層形成工程において、加圧する処理を行うことにより、酸化物半導体層自体の機械強度および基板との密着性を高めることができる。さらに、酸化物半導体層の結着剤に、上記ゲル状電解質層に含有された高分子成分と同様の主鎖を持つ高分子材料を用いることにより、酸化物半導体層とゲル状電解質層との親和性を高めることができる。したがって、酸化物半導体層およびゲル状電解質層の接触面積を増大させることができるため、エネルギー変換効率の向上に効果を有する。
【0116】
このような本実施態様の色素増感型太陽電池の製造方法について図面を用いて説明する。
【0117】
図3は、本実施態様の色素増感型太陽電池の製造方法の一例を示した工程図である。まず、第1電極層31と酸化物半導体層32とが形成された透明基板30、および、第2電極層34が形成された対向基板33を準備する。このような透明基板30と、対向基板33とを、図3(a)に示すように、酸化物半導体層32および第2電極層34が対向するように配置する。
【0118】
次に、ゲル状電解質層を形成するゲル状電解質層形成用塗工液を、図3(b)に示すように、酸化物半導体層32および第2電極層34間に注入する。これにより、図3(c)に示すように、酸化物半導体層32および第2電極層34間に、ゲル状電解質層35を形成することができる。さらに、図3(d)に示すように、有機ポリマー36等で封止することにより色素増感型太陽電池を作製することができる。
【0119】
このような本実施態様の色素増感型太陽電池の製造方法について、各工程に分けて説明する。
【0120】
(1)第1電極層形成工程
本実施態様の第1電極層形成工程は、基板上に第1電極層を形成する工程である。
【0121】
本工程は、上述した第1実施態様における第1電極層形成工程と同様なのでここでの説明は省略する。
【0122】
(2)酸化物半導体層形成工程
本実施態様における酸化物半導体層形成工程は、前記第1電極層上に、金属酸化物半導体微粒子および結着剤を含有し、色素増感剤が担持され、光照射により前記色素増感剤から生じた電荷を伝導する酸化物半導体層を形成する工程である。
【0123】
また、本実施態様における酸化物半導体層形成工程においては、色素増感剤を担持する処理を施す前、または施した後に、加圧する処理を行うことを特徴とするものである。これにより、酸化物半導体層の均質化、高密度化を図ることができ、さらに、酸化物半導体層内に含有されている金属酸化物半導体微粒子間の結着性を高めることができることから、電子等の電荷の伝導性を向上させることができる。また、酸化物半導体層自体の機械的強度の向上にも効果を有する。
【0124】
また、酸化物半導体層には結着剤が含有されていることから、加圧することにより、充分な温度で焼成を行うことにより形成された酸化物半導体層の場合と比較して、金属酸化物半導体微粒子同士の結着性等の面において同程度の効果を得ることができる。したがって、本実施態様における酸化物半導体層を形成する際には、焼成の温度を低くすることができるため、ガラス基板よりも多少耐熱性が劣るフィルム基板を好適に用いることができ、加工性およびコスト面において有用である。
【0125】
本工程において、酸化物半導体層および加圧方法等に関することは、上述した第1実施態様に記載したものと同様なのでここでの説明は省略する。
【0126】
(3)対電極基板配置工程
次に対電極基板配置工程について説明する。本実施態様における対電極基板配置工程は、第1電極層と対向する電極である第2電極層を少なくとも有する対向基板を、前記酸化物半導体層と前記第2電極層とが対向するように配置する工程である。
【0127】
本実施態様においては、形成する電解質層がゲル状であることから、そのようなゲル状電解質層を形成するために、本工程において、ゲル状の電解質層が形成される空隙を基板及び対向基板により形成する。
【0128】
本工程において、基板および対向基板を、酸化物半導体層と第2電極層とが対向するように配置させる際、酸化物半導体層と第2電極層との間隙は、両者の間にゲル状電解質層を形成することができるのであれば特に限定はされない。具体的には、0.01μm〜100μmの範囲内、中でも、0.1μm〜50μmの範囲内であることが好ましい。
【0129】
また、上記範囲内の間隙を調整するために、基板または対向基板のいずれか一方にスペーサーを形成しても良い。スペーサーにより基板および対向基板の間隔を制御することができるため、精度良く両者の間隙を一定に保つことができる。このようなスペーサとしては、公知のガラススペーサ、樹脂スペーサ、ないしはオレフィン系多孔質膜などを用いることができる。
【0130】
(4)ゲル状電解質層形成工程
次にゲル状電解質層形成工程について説明する。本実施態様におけるゲル状電解質層形成工程は、上述した酸化物半導体層の結着剤に含有されている高分子材料と、同様の主鎖を持つ高分子成分を有し、ゲル化された電解質層であるゲル状電解質層を形成するゲル状電解質層形成用塗工液を、前記酸化物半導体層および第2電極層間に注入し、酸化物半導体層により伝導された電荷が第1電極層および第2電極層を介して、酸化物半導体層へ輸送される際の輸送を行うゲル状電解質層を形成する工程である。
【0131】
本工程において用いるゲル状電解質層形成用塗工液は、ゲル状電解質層を形成することが可能な溶液状のものであれば特に限定はされないが、具体的には、高分子成分、酸化還元対電解質、ゲル化剤等が溶媒に溶解または分散しているものを使用することができる。
【0132】
このようなゲル状電解質層形成用塗工液を構成する各材料については上述した「A.色素増感型太陽電池」の項目の中に記載したものと同様であるためここでの説明は省略する。
【0133】
また、本工程において第2電極層および酸化物半導体層間にゲル状電解質層形成用塗工液を注入する方法としては、一般的にゲル状電解質層を形成する際に行われている方法であれば特に限定はされない。具体的には、毛細管現象を利用する方法等を挙げることできる。
【0134】
さらに、ゲル状電解質層形成用塗工液を注入した後、用いたゲル化剤に応じ、冷却または加熱等の処理を行うことによりゲル状電解質層形成用塗工液をゲル化させ、ゲル状電解質層を形成する。
【0135】
(5)その他
本実施態様においては、電解質層をゲル状電解質層としていることから、ゲル状電解質層からの溶媒の蒸発、ゲル状電解質層自体の流出等を防止するため、封止等を行う。この封止の方法は、一般的に、ゲル状電解質層を有する色素増感型太陽電池を製造する際に行われている方法を用いることができる。
【0136】
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は、例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。
【0137】
【実施例】
以下に実施例を示し、本発明をさらに説明する。
【0138】
(実施例1)
下記に示した構成の色素増感型太陽電池を以下のように作製し、変換効率を評価した。
【0139】
フィルム基板として二軸延伸ポリエチレンテレフタレートフィルム(厚み125μm)を用い、このフィルム基板上に表面比抵抗10Ω/□のITO蒸着層を形成した。このITO蒸着層の上に酸化物半導体層を以下のようにして形成した。
【0140】
酸化物半導体層形成用塗工液としては、純水中に粒子径20nmのTiO微粒子(P25 日本アエロジル社製)、結着剤としてポリエーテル共重合体をミキサーを用いて混練したのちペイントシェーカにてスラリーを作製した。これをダイコート法で乾燥時の膜厚が12μmとなるように塗布、乾燥して酸化物半導体層(TiO2微粒子の塗膜)を形成した。上記スラリーにおいて、TiO2は20重量%、ポリエーテル共重合体は4重量%とした。なお、この場合、乾燥時の酸化物半導体層中におけるTiOの含有量は92重量%であった。
【0141】
次にルテニウム色素を無水エタノールに濃度3×10 4mol/Lで溶解させ、吸着用の色素増感剤の溶液を作成し24時間、室温下にて前記TiO2膜を含浸し、ルテニウム色素を吸着させた。
【0142】
次に高分子固体電解質層を以下のように作成した。アセトニトリル10g中にポリエーテル共重合体1g、可塑剤としてオリゴエチレングリコールジメチルエーテル1g、ヨウ化リチウム0.2g、ヨウ素0.05gを混合した後、PTFEフィルム上にキャスティングし、100℃にて10分間加圧しPTFEフィルム上に高分子固体電解質層が形成された高分子固体電解質層フィルムを得た。
【0143】
上記にて作成した酸化物半導体層上に前記高分子固体電解質層フィルムを積層させた後、1ギガPaの圧力にてプレス成形した。
【0144】
その後、対極として白金膜を具備した対向基板を配置させ色素増感型太陽電池とした。
【0145】
作成した素子の評価は、AM1.5、擬似太陽光(100mW/cm)を光源とし、ソースメジャーユニット(ケースレー2400型)にて電圧印加により電流電圧特性の評価を行った。評価結果には短絡電流(mA/cm)、開放電圧(V)、変換効率%を示した。評価結果を下記表1に示す。
【0146】
(実施例2)
実施例1と同様に酸化物半導体層を形成した後、直接酸化物半導体層を8ton/cmにてプレス成形を行った。
【0147】
その後、実施例1と同様に高分子固体電解質層フィルムを積層させ、プレス成形を行った。評価結果を下記表1に示す。
【0148】
(実施例3)
酸化物半導体層形成用塗工液としては、純水中に粒子径20nmのTiO微粒子(P25 日本アエロジル社製)、結着剤としてポリ(4−ビニルピリジン)をミキサーを用いて混練したのちペイントシェーカにてスラリーを作製した。これをダイコート法で乾燥時の膜厚が12μmとなるように塗布、乾燥して酸化物半導体層(TiO2微粒子の塗膜)を形成した。上記スラリーにおいて、TiO2は20重量%、ポリ(4−ビニルピリジン)は0.5重量%とした。なお、この場合、乾燥時の酸化物半導体層中におけるTiOの含有量は92重量%であった。
【0149】
次にゲル状電解質層を以下のようにして形成した。電解質液として、1−メチル−3−プロピルイミダゾリウムアイオダイドにヨウ化テトラプロピルアンモニウム 0.5M、ヨウ化カリウム 0.02M、ヨウ素 0.09Mが溶解したものを調製した。
【0150】
この電解質液10gに対して、ポリ(4−ビニルピリジン)0.3g、
1,6−ジブロモヘキサン 0.3gを溶解させることによりゲル状電解質層形成用塗工液を作成した。
【0151】
その後、対極として白金を具備した対向基板と、酸化物半導体層が形成された基板とを、周縁部をエポキシ樹脂にて開口部を設けて貼り合せた後、開口部より上記ゲル状電解質層形成用塗工液を注入した。
【0152】
その後、60℃に加熱したホットプレート上にて30分間加熱した。
【0153】
このようにして作成した色素増感型太陽電池の特性を評価した。評価結果を下記表1に示す。
【0154】
(比較例1)
結着剤を使用しなかった以外は、上記実施例2と同様にして色素増感型太陽電池を作成した。評価結果を下記表1に示す。
【0155】
(比較例2)
結着剤を使用しなかった以外は、上記実施例3と同様にして色素増感型太陽電池を作成した。評価結果を下記表1に示す。
【0156】
【表1】

Figure 0004495414
【発明の効果】
本発明によれば、酸化物半導体層の結着剤に、上記電解質層に含有された高分子成分と同様の主鎖を持つ高分子材料を用いることにより、酸化物半導体層と電解質層との密着性を高めることができ、両者の接触面積の拡大を図ることができることから、エネルギー変換効率の向上に効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の色素増感型太陽電池の一例を示す概略断面図である。
【図2】本発明の色素増感型太陽電池の製造方法の一例を示す工程図である。
【図3】本発明の色素増感型太陽電池の製造方法の他の例を示す工程図である。
【図4】本発明の色素増感型太陽電池の一例を示す概略断面図である。
【符号の説明】
1 … 透明基板
2 … 透明電極
3 … 酸化物半導体層
4 … 高分子固体電解質層
5 … 対向電極
6 … 対向基板[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a dye-sensitized solar cell in which an electrolyte layer is solidified or gelled and a method for producing the same.
[0002]
[Prior art]
In recent years, global warming caused by carbon dioxide has become a global problem. In recent years, solar cells that use solar energy have attracted attention as environmentally friendly and clean energy sources, and active research and development has been promoted. It has been. As such a solar cell, a single crystal silicon solar cell, a polycrystalline silicon solar cell, an amorphous silicon solar cell and the like have already been put into practical use. However, the solar cell has a low environmental load and may be reduced in cost. As a result, dye-sensitized solar cells are attracting attention and research and development are underway.
[0003]
The dye-sensitized solar cell is, for example, from the light incident side, a transparent substrate, a transparent electrode formed on the transparent substrate, an oxide semiconductor layer carrying a dye sensitizer, an electrolyte layer having an electrolyte, And a counter electrode board | substrate is laminated | stacked in order, and a cell is formed. Among such dye-sensitized solar cells, among them, the dye-sensitized solar cell in which the electrolyte layer is liquid is called a wet dye-sensitized solar cell. This wet dye-sensitized solar cell needs to be shielded strictly to prevent liquid leakage from the liquid electrolyte layer, but it is difficult to maintain the shield over a long period of time. Inconveniences such as evaporation of molecules and disappearance of solvent due to liquid leakage may occur, and there are problems in terms of durability and stability.
[0004]
Therefore, researches have been actively conducted to solve the problems of wet dye-sensitized solar cells by solidifying or gelling the electrolyte layer.
[0005]
For example, Patent Document 1 includes (i) a repeating unit derived from a glycidyl compound of 5 to 95 mol%, a repeating unit derived from ethylene oxide of 95 to 5 mol%, and a reactive group-containing monomer. Having a weight average molecular weight of 10 to 15%Four-107(Ii) a redox couple comprising a combination of iodine and iodine compound or bromine and bromine compound, and if necessary (iii) a plasticizer A photoelectric conversion element using a polymer component is disclosed.
[0006]
Patent Document 2 discloses a technique in which, in a polymer component containing an electrolyte salt and an organic solvent, the organic solvent is a fluorinated organic solvent.
[0007]
Further, Patent Document 3 includes 1-methyl-3-propylimidazolium iodide, 1-methyl-3-isopropylimidazolium iodide, 1-methyl-3-butylimidazolium iodide, 1-methyl-3- An electrolyte containing at least one imidazolium salt selected from the group consisting of isobutylimidazolium iodide and 1-methyl-3-sbutylimidazolium iodide, a halogen-containing compound, and the halogen-containing compound and onium salt A dye-sensitized solar cell comprising a compound containing at least one element selected from the group consisting of N, P and S that can be formed is disclosed.
[0008]
However, when the electrolyte layer is solidified or gelled in this way, the durability and stability of the dye-sensitized solar cell can be improved, but the member in contact with the electrolyte layer, that is, the oxide semiconductor Since the contact area with the layer is smaller than that of the liquid electrolyte layer, the problem is that the energy conversion efficiency is inferior to that of the wet dye-sensitized solar cell.
[0009]
[Patent Document 1]
JP 2000-150006 A
[Patent Document 2]
Japanese Patent Laid-Open No. 11-172096
[Patent Document 3]
JP 2001-160427 A
[0010]
[Problems to be solved by the invention]
The present invention has been made in view of the above problems, and in a dye-sensitized solar cell having a solidified or gelled electrolyte layer, the contact area between such an electrolyte layer and an oxide semiconductor layer is reduced. The main object is to provide a dye-sensitized solar cell that can be increased and energy conversion efficiency can be improved, and a method for manufacturing the same.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
In the present invention, a substrate, a first electrode layer formed on the substrate, a metal oxide semiconductor fine particle and a binder formed on the first electrode layer, and a dye sensitizer carried An oxide semiconductor layer that conducts charges generated from the dye sensitizer by light irradiation, a counter substrate that opposes the substrate, and a counter substrate that is formed on the counter substrate and that opposes the first electrode layer. A second electrode layer that is an electrode, and a polymer component, and the charge that is located between the oxide semiconductor layer and the second electrode layer and is conducted by the oxide semiconductor layer is A dye-sensitized solar cell that transports when transported to the oxide semiconductor layer through the second electrode layer and has a solidified or gelled electrolyte layer,
The binder of the oxide semiconductor layer provides a dye-sensitized solar cell characterized by having a polymer component having the same main chain as the polymer component contained in the electrolyte layer.
[0012]
In the present invention, a polymer material having the same main chain as the polymer component contained in the electrolyte layer is used as the binder for the oxide semiconductor layer, thereby allowing the oxide semiconductor layer and the electrolyte layer to adhere to each other. Therefore, it is possible to increase the contact area between the two, thereby improving the energy conversion efficiency.
[0013]
In the present invention, the substrate is preferably a film substrate. This is because the processability is excellent, so it is easy to combine with other devices, and the range of applications can be expanded. It is also effective in reducing weight, improving productivity, and reducing manufacturing costs.
[0014]
Furthermore, in the present invention, a first electrode layer forming step of forming a first electrode layer on the substrate,
On the first electrode layer, an oxide semiconductor layer containing metal oxide semiconductor fine particles and a binder, carrying a dye sensitizer, and conducting charges generated from the dye sensitizer by light irradiation is formed. An oxide semiconductor layer forming step,
The polymer material contained in the binder of the oxide semiconductor layer and a polymer component having the same main chain, and the charge conducted by the oxide semiconductor layer is the first electrode layer, A polymer that forms a solid polymer electrolyte layer on the oxide semiconductor layer for transporting when transported to the oxide semiconductor layer via a second electrode layer that is an electrode facing the first electrode layer A solid electrolyte layer forming step;
A pressurizing step of pressurizing the polymer solid electrolyte layer;
A counter electrode substrate forming step of forming the second electrode layer and the counter substrate on the polymer solid electrolyte layer;
A method for producing a dye-sensitized solar cell, comprising:
[0015]
In the present invention, after the polymer solid electrolyte layer is formed, the pressure between the polymer solid electrolyte layer is increased by a pressurizing step, thereby improving the adhesion between the oxide semiconductor layer and the polymer solid electrolyte layer. Can do. Furthermore, since the polymer material used for the binder of the oxide semiconductor layer and the polymer component contained in the polymer solid electrolyte layer have the same main chain, this also causes oxidation. The adhesion between the physical semiconductor layer and the polymer solid electrolyte layer can be increased. Therefore, the contact area between the oxide semiconductor layer and the polymer solid electrolyte layer can be increased, which has an effect of improving energy conversion efficiency.
[0016]
In the present invention, in the oxide semiconductor layer forming step, it is preferable to perform a pressure treatment before or after the treatment for supporting the dye sensitizer.
[0017]
This is because the mechanical strength of the oxide semiconductor layer and the adhesiveness to the substrate can be improved by performing a pressurizing process in the oxide semiconductor layer forming step.
[0018]
Furthermore, in the present invention, a first electrode layer forming step of forming a first electrode layer on the substrate,
On the first electrode layer, an oxide semiconductor layer containing metal oxide semiconductor fine particles and a binder, carrying a dye sensitizer, and conducting charges generated from the dye sensitizer by light irradiation is formed. An oxide semiconductor layer forming step,
A counter electrode substrate disposing step of disposing a counter substrate having at least a second electrode layer, which is an electrode facing the first electrode layer, so that the oxide semiconductor layer and the second electrode layer oppose each other;
A gel electrolyte that forms a gel electrolyte layer, which is a gelled electrolyte layer, having a polymer component having the same main chain as the polymer material contained in the binder of the oxide semiconductor layer A layer-forming coating solution is injected between the oxide semiconductor layer and the second electrode layer, and the charge conducted by the oxide semiconductor layer is oxidized through the first electrode layer and the second electrode layer. A method for producing a dye-sensitized solar cell comprising a gel electrolyte layer forming step of forming a gel electrolyte layer for transporting when transported to a physical semiconductor layer,
In the oxide semiconductor layer forming step, there is provided a method for producing a dye-sensitized solar cell, wherein a pressurizing process is performed before or after the process of supporting the dye sensitizer.
[0019]
In the present invention, the mechanical strength of the oxide semiconductor layer itself and the adhesion to the substrate can be improved by performing a pressure treatment in the oxide semiconductor layer forming step. Furthermore, by using a polymer material having the same main chain as the polymer component contained in the gel electrolyte layer as a binder for the oxide semiconductor layer, the oxide semiconductor layer and the gel electrolyte layer Affinity can be increased. Therefore, the contact area between the oxide semiconductor layer and the gel electrolyte layer can be increased, which is effective in improving energy conversion efficiency.
[0020]
Furthermore, in the present invention, the substrate is preferably a film substrate. This is because a film substrate is excellent in workability and can be easily subjected to a pressurizing process.
[0021]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, the dye-sensitized solar cell of the present invention and the manufacturing method thereof will be described.
[0022]
A. Dye-sensitized solar cell
First, the manufacturing method of a dye-sensitized solar cell is demonstrated. The dye-sensitized solar cell of the present invention includes a substrate, a first electrode layer formed on the substrate, a metal oxide semiconductor fine particle and a binder formed on the first electrode layer, A dye sensitizer is supported, and is formed on the counter substrate, an oxide semiconductor layer that conducts charges generated from the dye sensitizer by light irradiation, a counter substrate facing the substrate, and the first substrate. A second electrode layer, which is an electrode facing one electrode layer, and a polymer component, located between the oxide semiconductor layer and the second electrode layer, and the electric charge conducted by the oxide semiconductor layer, A dye-sensitized solar cell that transports when transported to the oxide semiconductor layer through the first electrode layer and the second electrode layer and has a solidified or gelled electrolyte layer. And
The binder of the oxide semiconductor layer is characterized by having a polymer material having the same main chain as the polymer component contained in the electrolyte layer.
[0023]
In the present invention, a polymer material having the same main chain as the polymer component contained in the electrolyte layer is used as the binder for the oxide semiconductor layer, thereby allowing the oxide semiconductor layer and the electrolyte layer to adhere to each other. Therefore, it is possible to increase the contact area between the two, thereby improving the energy conversion efficiency.
[0024]
The dye-sensitized solar cell of the present invention having such advantages will be specifically described with reference to the drawings.
[0025]
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing an example of the dye-sensitized solar cell of the present invention. As shown in FIG. 1, a transparent substrate 1 and a transparent electrode 2 are formed on the surface of the transparent substrate 1 from the side on which light indicated by an arrow is incident. Furthermore, an oxide semiconductor layer 3 is formed on the surface of the transparent electrode 2 opposite to the direction in which light enters. The oxide semiconductor layer 3 is porous, and a dye sensitizer is supported on the surface thereof. A solid polymer electrolyte layer 4 is formed on the surface of the oxide semiconductor layer 3 opposite to the direction in which light enters.
[0026]
In the present invention, the binder used for forming the oxide semiconductor layer 3 includes a polymer component contained in the polymer solid electrolyte layer 4 and a polymer material having the same main chain. It is what. Thus, in the oxide semiconductor layer 3 and the polymer solid electrolyte layer 4, by using the same type of polymer material, the affinity between the two can be suitably increased, and the adhesion between the two can be increased. it can. Therefore, the contact area between the oxide semiconductor layer 3 and the polymer solid electrolyte layer 4 can be increased, which is effective in improving energy conversion efficiency.
[0027]
Furthermore, a counter electrode 5 and a counter substrate 6 that are electrodes facing the transparent electrode 2 are formed on the surface of the polymer solid electrolyte layer 4 opposite to the light incident direction.
[0028]
In such a dye-sensitized solar cell, the photocurrent is obtained by utilizing the charge generated from the dye sensitizer. Generally, the charge generated from the dye sensitizer includes electrons. it can. Hereinafter, the principle of the dye-sensitized solar cell will be described using the charges generated from the dye-sensitizer as electrons. First, when light is incident from the direction of the arrow shown in FIG. 1, the dye sensitizer carried on the oxide semiconductor layer 3 absorbs light and shifts to an excited state. The dye sensitizer in the excited state generates electrons, and the generated electrons are passed to the oxide semiconductor layer 3. Further, it is carried to the counter electrode 5 through the lead wire 7 connected to the transparent electrode 2. Thereby, a photocurrent can be obtained. The dye sensitizer is oxidized by passing generated electrons to the oxide semiconductor layer 3. In addition, the generated electrons move to the counter electrode 5 and then are redox pairs I existing in the electrolyte layer 4./ I3 I3 Reduced to IAnd In addition, ICan be returned to the ground state by reducing the oxidized dye sensitizer.
[0029]
Hereinafter, the dye-sensitized solar cell of the present invention will be described in detail for each member.
[0030]
1. Substrate and counter substrate
The substrate and the counter substrate used in this embodiment are not particularly limited, even if they are transparent or opaque. However, when the substrate and the counter substrate are located on the light receiving surface side, the light transmission property is not limited. It is preferable that the transparent substrate is excellent. Furthermore, it is preferable that it is excellent in heat resistance, weather resistance, water vapor, and other gas barrier properties. Specifically, transparent flexible materials such as quartz glass, Pyrex (registered trademark), synthetic quartz plate, etc. that are not flexible, ethylene / tetrafluoroethylene copolymer film, biaxially stretched polyethylene terephthalate film, polyethersulfone (PES) film, polyetheretherketone (PEEK) film, polyetherimide (PEI) film, polyimide (PI) film, polyester naphthalate (PEN) and other plastic films. In this embodiment, among these, it is preferable to use a film substrate using a plastic film. This is because the processability is excellent, so it is easy to combine with other devices, and the range of applications can be expanded. It is also effective in improving productivity and reducing manufacturing costs. In addition, for example, when the oxide semiconductor layer and the electrolyte layer described later are formed by performing pressure treatment, even if the oxide semiconductor layer and the electrolyte layer are formed by firing at a temperature within the heat resistance range of the film substrate, In the binding property between the physical semiconductor fine particles and the adhesion to the substrate, the same effects can be obtained as in the case where it is formed by firing under sufficiently high temperature conditions. Therefore, there is little fear of inconveniences such as film peeling and cracking, and a film substrate that is slightly inferior in heat resistance to the glass substrate can be suitably used.
[0031]
Such a film may be used alone or may be a composite film in which two or more kinds of films are laminated.
[0032]
2. First electrode layer and second electrode layer
Next, the first electrode layer and the second electrode layer used in the present invention will be described. Hereinafter, both may be collectively referred to as an electrode layer.
[0033]
The material for forming the first electrode layer and the second electrode layer is not particularly limited as long as it is excellent in conductivity and does not corrode with respect to the electrolyte, but is located on the light receiving surface side. The electrode layer is preferably excellent in light transmittance. For example, as a material excellent in light transmittance, SnO2, ITO, IZO, ZnO and the like. Among them, fluorine doped SnO2It is preferable that it is ITO. It is because it is excellent in both electroconductivity and permeability.
[0034]
In addition, it is preferable to select materials for the first electrode layer and the second electrode layer in consideration of each work function and the like. For example, materials having a high work function include Au, Ag, Co, Ni, Pt, C, ITO, SnO.2, Fluorine doped SnO2, ZnO and the like. On the other hand, examples of the material having a low work function include Li, In, Al, Ca, Mg, Sm, Tb, Yb, Zr, and LiF.
[0035]
In addition, each electrode layer may be formed of a single layer, or may be stacked using materials having different work functions. For example, as shown in FIG. 4, when light enters from the direction of the arrow, a transparent electrode is used as the first electrode layer 40, and further, as the second electrode layer 43 that is an electrode facing the first electrode layer 40. As an example, a case where a layer in which a layer 41 made by depositing Pt and a layer 42 made of ITO are laminated is used.
[0036]
Furthermore, as the film thickness of the electrode layer, the film thickness is in the case of a single electrode layer, and the total film thickness is in the range of 0.1 to 500 nm in the case of a plurality of layers, among which 1 nm to 300 nm. It is preferable to be within the range.
[0037]
A method for forming such an electrode layer is not particularly limited, and examples thereof include a vapor deposition method, a sputtering method, and a CVD method. Among these, the sputtering method is preferable.
[0038]
3. Oxide semiconductor layer
Next, the oxide semiconductor layer is described. The oxide semiconductor layer in the present invention is formed on the first electrode layer, has metal oxide semiconductor fine particles and a binder, carries a dye sensitizer, and is sensitized by light irradiation. It is a member having a function of conducting charges generated from the agent.
[0039]
Since such an oxide semiconductor layer carries a dye sensitizer, it is preferably porous having communication holes. This is because such a porous structure can increase the surface area of the oxide semiconductor layer, and can support a sufficient amount of the dye sensitizer. Moreover, the contact area with the electrolyte layer to be described later can be increased, which is effective in improving energy conversion efficiency.
[0040]
The thickness of the oxide semiconductor layer is preferably in the range of 1 μm to 100 μm, and more preferably in the range of 5 μm to 30 μm. This is because, within the above range, the film resistance of the oxide semiconductor layer itself is small, and light absorption is sufficiently performed by the oxide semiconductor layer.
[0041]
As described above, the oxide semiconductor layer in the present invention has metal oxide semiconductor fine particles and a binder, and further carries a dye sensitizer. Hereinafter, the oxide semiconductor layer will be described in detail by dividing into metal oxide semiconductor fine particles, a binder, a dye sensitizer, and the like.
[0042]
(1) Metal oxide semiconductor fine particles
The metal oxide semiconductor fine particles are not particularly limited as long as they can conduct charges generated from the dye sensitizer to the first electrode layer. Specifically, TiO2ZnO, SnO2, ITO, ZrO2, SiOX, MgO, Al2O3, CeO2, Bi2O3, Mn3O4, Y2O3, WO3, Ta2O5, Nb2O5, La2O3Etc. These metal oxide fine particles are suitable for forming a porous oxide semiconductor layer, and are preferable because energy conversion efficiency can be improved and costs can be reduced. In addition, any one of the above fine particles may be used, or two or more kinds may be mixed and used. Above all, TiO2Can be preferably used. Furthermore, it is good also as a core-shell structure which makes one type | mold core microparticles | fine-particles, and includes a core microparticle and forms a shell with another metal oxide microparticle.
[0043]
In the present invention, the content of the metal oxide semiconductor fine particles in the oxide semiconductor layer is preferably in the range of 40 to 99.9% by weight, and more preferably in the range of 85 to 99.5% by weight. .
[0044]
The particle size of the metal oxide semiconductor fine particles is preferably in the range of 1 nm to 10 μm, and more preferably in the range of 10 nm to 500 nm. When the particle diameter is smaller than the above range, it is difficult to produce such fine particles per se, and each particle aggregates to form secondary particles, which is not preferable. On the other hand, a particle diameter larger than the above range is not preferable because the oxide semiconductor layer may be thickened and resistance becomes high.
[0045]
In addition, the same or different kinds of metal oxide semiconductor fine particles having a particle diameter within the above range and different particle diameters may be mixed and used. Accordingly, the light scattering effect can be enhanced and more light can be confined in the oxide semiconductor layer, so that light absorption in the dye sensitizer can be efficiently performed. For example, the metal oxide semiconductor fine particles in the range of 10 to 50 nm and the metal oxide semiconductor fine particles in the range of 50 to 200 nm can be mixed and used.
[0046]
(2) Binder
Next, the binder will be described.
[0047]
The binder in the present invention is characterized by having a polymer component having the same main chain as the polymer component contained in the electrolyte layer described later.
[0048]
Thus, by using the same type of polymer material in the oxide semiconductor layer and the electrolyte layer, the affinity between the two can be suitably increased, and good adhesion can be maintained between the two. . Accordingly, since the contact area between the oxide semiconductor layer and the electrolyte layer can be increased, charge can be efficiently received between the two. Therefore, it has an effect on improvement of energy conversion efficiency.
[0049]
Here, having the same main chain means that the main chain structure is the same in the polymer material used for the binder and the polymer component contained in the electrolyte layer described later. means. Further, the side chain may be composed of the same substituent or may be composed of different substituents. However, in order to obtain better adhesion in the oxide semiconductor layer and the electrolyte layer, the side chain may be composed of the same substituent. preferable.
[0050]
In the binder in the present invention, the polymer component contained in the electrolyte layer described later and the polymer material having the same main chain include polyether, polyester, polyacrylic acid, polymethacrylic acid, and polyalkyl acrylate. Ester, polymethacrylic acid alkyl ester, polycaprolactone, polyhexamethylene carbonate, polysiloxane, polyethylene oxide, polypropylene oxide, polyacrylonitrile, polyvinylidene fluoride, polyvinyl chloride, polyvinylidene chloride, polyvinyl fluoride, polyhexafluoropropylene, Polyfluoroethylene, polyethylene, polypropylene, polycarbonate, polyolefin, polybutadiene, polyisoprene, polystyrene, polyvinyl pyridine, polyvinyl methyl ether, polyvinyl Sobutyl ether, polyacrylamide, polyacrylonitrile, polyvinylidene anide, polyvinyl acetate, polyvinyl alcohol, polytetrafluoroethylene, polyvinyl pyrrolidone, polyvinyl carbazole, polyethylene terephthalate, nylon, polyamide, polyimide, polycarbonate, polybenzimidazole, polyamine, Examples thereof include polymers having a main chain of polyimine, polysulfide, polyphosphazene, natural polymer (cellulosic), or copolymers of two or more of these monomer components. For example, in the case of polyvinylidene fluoride, a polymer of vinylidene fluoride, a copolymer of vinylidene fluoride and other radical polymerizable monomers, and the like can be exemplified.
[0051]
The amount of the binder added is not particularly limited. Specifically, when the binder is formed as an oxide semiconductor layer, the ratio of the binder in the oxide semiconductor layer is 0.1. It is preferable to be within the range of ˜30% by weight, and in particular within the range of 0.2 to 10% by weight.
[0052]
When the ratio is lower than the above range, the adhesion to the first electrode layer and the like and the binding property between the metal oxide semiconductor particles are insufficient, or the mechanical strength of the oxide semiconductor layer itself is reduced. In some cases, it is not preferable. On the other hand, when the ratio is higher than the above range, since a large amount of insulating binder is present, the function of conducting charges generated from the dye sensitizer may be inhibited, which is not preferable.
[0053]
(3) Dye sensitizer
The dye sensitizer in the present invention is not particularly limited as long as it can absorb light and generate an electromotive force. Specifically, an organic dye or a metal complex dye can be used. Examples of organic dyes include acridine, azo, indigo, quinone, coumarin, merocyanine, and phenylxanthene dyes. Among these, a coumarin type is preferable.
[0054]
Further, as the metal complex dye, a ruthenium dye is preferable, and a ruthenium bipyridine dye and a ruthenium terpyridine dye, which are ruthenium complexes, are particularly preferable. The oxide semiconductor layer can hardly absorb visible light (light having a wavelength of about 400 to 800 nm). For example, by supporting a ruthenium complex on the oxide semiconductor layer, the visible light can be greatly absorbed. Conversion can be caused, and the wavelength region of light that can be photoelectrically converted can be greatly expanded.
[0055]
(4) Other
The oxide semiconductor layer in the present invention can be formed by dissolving or dispersing the above-described metal oxide semiconductor fine particles and a binder in an appropriate solvent and applying a coating solution.
[0056]
The solvent used at this time is not particularly limited as long as it can dissolve the binder described above. Specifically, alcohol solvents, ester solvents, ether solvents, pyrrolidone solvents, chain carbonate solvents, cyclic carbonate solvents, lactone solvents, glycol solvents, nitrile solvents, ketone solvents, pyrrolidone solvents Examples thereof include a solvent, an organic solvent such as toluene, and pure water.
[0057]
Various additives may be used in order to improve the coating suitability of the coating liquid prepared by dissolving or dispersing the binder and the metal oxide semiconductor fine particles in the solvent. For example, as the additive, a surfactant, a viscosity modifier, a dispersion aid, a pH adjuster, or the like can be used. For example, examples of the pH adjuster include nitric acid, hydrochloric acid, acetic acid, dimethylformamide, ammonia and the like.
[0058]
4). Electrolyte layer
Next, the electrolyte layer will be described.
[0059]
The electrolyte layer in the present invention has a polymer component and is solidified or gelled. Further, the charge conducted by the oxide semiconductor layer located between the oxide semiconductor layer and the second electrode layer described above is transported to the oxide semiconductor layer through the first electrode layer and the second electrode layer. It will be transported when
[0060]
Here, the solidified or gelled electrolyte layer means that a liquid electrolyte layer is not included.
[0061]
In the present invention, the polymer component contained in the electrolyte layer and the polymer material contained in the binder of the oxide semiconductor layer have the same main chain. Features. Thereby, the affinity between the oxide semiconductor layer and the electrolyte layer can be suitably increased, and good adhesion can be maintained between them, so that the contact area between the two can be increased. Accordingly, charge can be efficiently received between the oxide semiconductor layer and the electrolyte layer, which is effective in improving energy conversion efficiency.
[0062]
In the polymer component contained in such an electrolyte layer, the polymer material used for the binder of the electrolyte layer is the same as that described in “3. Oxide semiconductor layer” described above. The description here is omitted.
[0063]
The content of such a polymer component is not particularly limited. Specifically, when the ratio of the polymer component in the electrolyte layer is a solidified electrolyte layer, the content is 50% by weight to 99% by weight. %, Particularly 70 to 98% by weight is preferable. On the other hand, in the case of a gelled electrolyte layer, it is preferably in the range of 10% by weight to 95% by weight, and more preferably in the range of 30% by weight to 90% by weight. When the ratio is lower than the above range, adhesiveness with the oxide semiconductor layer may not be sufficiently obtained, and the mechanical strength of the electrolyte layer itself may be decreased, which is not preferable. On the other hand, if the ratio is higher than the above range, a large amount of insulating polymer components are present, which is not preferable because the function of transporting charges may be hindered.
[0064]
Hereinafter, each of the electrolyte layers in the present invention will be described assuming that the solidified electrolyte layer is a polymer solid electrolyte layer and the gelled electrolyte layer is a gel electrolyte layer.
[0065]
(1) Polymer solid electrolyte layer
The polymer solid electrolyte layer in the present invention is a solidified electrolyte layer. By solidifying the electrolyte layer in this way, there is no concern that the composition of the electrolyte layer will change due to solvent outflow and solvent volatilization because there is no solvent inside, durability and long-term stability And a dye-sensitized solar cell excellent in.
[0066]
Such a polymer solid electrolyte layer is one in which a redox counter electrolyte is held in the above-described polymer component. In the present invention, this polymer component is used as a binder for the oxide semiconductor layer. Because it has the same main chain as the contained polymer material, the contact area between the polymer solid electrolyte layer and the oxide semiconductor layer can be increased, which is effective in improving energy conversion efficiency. It has.
[0067]
The polymer component in the polymer solid electrolyte layer is a polyether, polymethacrylic acid, polyacrylic acid alkyl ester, polymethacrylic acid alkyl ester, among the polymer materials used for the binder of the oxide semiconductor layer described above. , Polycaprolactone, polyhexamethylene carbonate, polysiloxane, polyethylene oxide, polypropylene oxide, polyacrylonitrile, polyvinylidene fluoride, polyvinyl fluoride, polyhexafluoropropylene, polyfluoroethylene, polyethylene, polypropylene, polyacrylonitrile in the main chain Polymers or copolymers of two or more of these monomer components can be preferably used.
[0068]
Furthermore, in the polymer solid electrolyte layer in the present invention, the redox counter electrolyte is not particularly limited as long as it is generally used in the polymer solid electrolyte layer. Specifically, a combination of iodine and iodide and a combination of bromine and bromide are preferable. For example, combinations of iodine and iodide include LiI, NaI, KI, and CaI.2And metal iodides such as I2And combinations thereof. Further, bromine and bromide combinations include LiBr, NaBr, KBr, CaBr.2A metal bromide such as2And combinations thereof.
[0069]
In addition, the content of the redox electrolyte is not particularly limited, and specifically, the ratio of the redox electrolyte to the solid polymer electrolyte layer is in the range of 1 to 50% by weight. Especially, it is preferable to exist in the range of 5-35 weight%. This is because when the content of the redox counter electrolyte is within the above range, a function of transporting charges from the second electrode layer to the oxide semiconductor layer can be sufficiently obtained.
[0070]
The film thickness of such a polymer solid electrolyte layer is not particularly limited as long as it is a film thickness generally employed in the polymer solid electrolyte layer, but it is in the range of 2 μm to 100 μm, among which 2 μm It is preferable to be within a range of ˜50 μm.
[0071]
(2) Gel electrolyte layer
The gel electrolyte layer in the present invention is a gelled electrolyte layer. For example, an electrolyte layer in the case of gelation near room temperature due to physical interaction, or in the case of gelation by chemical bonding by a crosslinking reaction or the like can be mentioned.
[0072]
Such a gel electrolyte layer contains at least the polymer component described above, a redox counter electrolyte, and a solvent that dissolves the polymer component, and holds the solvent in the three-dimensional crosslinked body portion that does not participate in ionic conductivity. It is made. For example, as a method of gelation, in the case of using the above-described polymer component that gels by irradiating energy rays such as heat, X-rays and ultraviolet rays, a low molecular gelling agent such as an amino acid derivative, etc. It may be made to gel by adding.
[0073]
In the present invention, the polymer component contained in such a gel electrolyte layer has the same main chain as the polymer material contained in the binder of the oxide semiconductor layer described above. Therefore, the contact area between the gel electrolyte layer and the oxide semiconductor layer can be increased, which has an effect of improving energy conversion efficiency.
[0074]
In the present invention, the polymer component contained in the gel electrolyte layer includes polyether, polyester, polyacrylic acid, polymethacrylic acid, polyacrylic among the polymer materials used for the binder of the oxide semiconductor layer described above. Acid alkyl ester, polymethacrylic acid alkyl ester, polycaprolactone, polyhexamethylene carbonate, polysiloxane, polyethylene oxide, polypropylene oxide, polyacrylonitrile, polyvinylidene fluoride, polyvinyl chloride, polyvinylidene chloride, polyvinyl fluoride, polyhexafluoro Propylene, polyfluoroethylene, polyethylene, polypropylene, polycarbonate, polyolefin, polybutadiene, polyisoprene, polystyrene, polyvinyl pyridine, polyvinyl methyl ether, poly vinyl Isobutyl ether, polyacrylamide, polyacrylonitrile, polyvinylidene anide, polyvinyl acetate, polyvinyl alcohol, polytetrafluoroethylene, polyvinyl pyrrolidone, polyvinyl carbazole, polyethylene terephthalate, nylon, polyamide, polyimide, polycarbonate, polybenzimidazole, polyamine, Polymers having polyimine, polysulfide, polyphosphazene in the main chain or copolymers of two or more of these monomer components can be preferably used.
[0075]
Furthermore, in the gel electrolyte layer according to the present invention, usable solvents are not particularly limited as long as the above-described polymer component is dissolved. In particular,
Chain carbonate solvent, cyclic carbonate solvent, ether solvent, alcohol solvent, polyhydric alcohol solvent, nitrile solvent, especially carbonate solvents such as ethylene carbonate and propylene carbonate, nitrile solvents such as acetonitrile and methoxyacetonitrile A solvent is preferred.
[0076]
The oxidation-reduction counter electrolyte is the same as that described in “(1) Polymer solid electrolyte layer” described above, and a description thereof is omitted here.
[0077]
The film thickness of such a gel electrolyte layer is not particularly limited as long as it is a film thickness generally employed in the gel electrolyte layer, but the oxide semiconductor layer is a porous film having communication holes. Since it is preferable that there is a gel electrolyte layer filled in such an oxide semiconductor layer, the thickness of the oxide semiconductor layer including the thickness of the oxide semiconductor layer is within a range of 2 μm to 100 μm. Especially, it is preferable that it exists in the range of 2 micrometers-50 micrometers.
[0078]
B. Method for producing dye-sensitized solar cell
Next, the manufacturing method of the dye-sensitized solar cell of this invention is demonstrated.
[0079]
The method for producing a dye-sensitized solar cell of the present invention can be divided into two modes depending on the difference in the electrolyte layer. That is, the electrolyte layer can be divided into a solid polymer electrolyte layer that is a solidified electrolyte layer and a gel electrolyte layer that is a gelled electrolyte layer. Hereinafter, the method for producing the dye-sensitized solar cell of the present invention will be described in two aspects.
[0080]
1. First embodiment
The method for producing a dye-sensitized solar cell according to this embodiment includes a first electrode layer forming step of forming a first electrode layer on a substrate,
On the first electrode layer, an oxide semiconductor layer containing metal oxide semiconductor fine particles and a binder, carrying a dye sensitizer, and conducting charges generated from the dye sensitizer by light irradiation is formed. An oxide semiconductor layer forming step,
The polymer material contained in the binder of the oxide semiconductor layer and a polymer component having the same main chain, and the charge conducted by the oxide semiconductor layer is the first electrode layer, A polymer that forms a solid polymer electrolyte layer on the oxide semiconductor layer for transporting when transported to the oxide semiconductor layer via a second electrode layer that is an electrode facing the first electrode layer A solid electrolyte layer forming step;
A pressurizing step of pressurizing the polymer solid electrolyte layer;
A counter electrode substrate forming step of forming the second electrode layer and the counter substrate on the polymer solid electrolyte layer;
It is characterized by having.
[0081]
In this embodiment, after forming the solid polymer electrolyte layer, the pressure between the solid polymer electrolyte layer and the solid polymer electrolyte layer is increased by applying a pressure to increase the adhesion between the oxide semiconductor layer and the solid polymer electrolyte layer. be able to. Furthermore, since the polymer material used for the binder of the oxide semiconductor layer and the polymer component contained in the polymer solid electrolyte layer have the same main chain, this also causes oxidation. The adhesion between the physical semiconductor layer and the polymer solid electrolyte layer can be increased. Therefore, the contact area between the oxide semiconductor layer and the polymer solid electrolyte layer can be increased, which has an effect of improving energy conversion efficiency.
[0082]
A method for producing the dye-sensitized solar cell of this embodiment having such advantages will be described with reference to the drawings. FIG. 2 is a process diagram illustrating an example of a method for producing a dye-sensitized solar cell according to this embodiment.
[0083]
First, as shown in FIG. 2A, a transparent electrode 21 is formed on a transparent substrate 20, and an oxide semiconductor layer forming coating solution for forming an oxide semiconductor layer is applied onto the transparent electrode 21. Then, an oxide semiconductor film is formed. This oxide semiconductor film is immersed in a solution in which a dye sensitizer is dissolved, and the dye sensitizer is adsorbed on the oxide semiconductor film. Thereby, the oxide semiconductor layer 22 carrying the dye sensitizer can be formed.
[0084]
Next, a polymer solid electrolyte layer forming coating solution for forming a polymer solid electrolyte layer is applied on the oxide semiconductor layer 22 and dried. As shown in FIG. Layer 23 is formed. In this embodiment, the polymer component contained in the polymer solid electrolyte layer 23 and the polymer material used for the binder contained in the oxide semiconductor layer 22 are both the same main chain. By having it, the affinity of the oxide semiconductor layer 22 and the polymer solid electrolyte layer 23 can be increased, and the adhesion between them can be improved. Alternatively, a polymer solid electrolyte film prepared in advance is laminated on the oxide semiconductor layer.
[0085]
Further, after the polymer solid electrolyte layer 23 is formed, the polymer solid electrolyte layer 23 is pressed from above as shown in FIG. Thereby, since the adhesiveness in the oxide semiconductor layer 22 and the polymer solid electrolyte layer 23 can be further increased, the contact area between the both increases, which has an effect of improving energy conversion efficiency.
[0086]
Then, as shown in FIG. 2 (d), a dye-sensitized solar cell is manufactured by disposing the counter substrate 25 on which the second electrode layer 24 is formed on the polymer solid electrolyte layer 23. Can do.
[0087]
Hereafter, the manufacturing method of the dye-sensitized solar cell of this embodiment is demonstrated in detail divided into each process.
[0088]
(1) First electrode layer forming step
The first electrode layer forming step is a step of forming the first electrode layer on the substrate.
[0089]
In this step, the substrate to be used is not particularly limited, but in the present embodiment, a film substrate is preferable. This is because in the pressurizing step described later, a pressurizing process can be easily performed if the film substrate has excellent workability.
[0090]
Moreover, as a method of forming the first electrode layer on the substrate, a known method can be used, and examples thereof include a vapor deposition method, a sputtering method, and a CVD method. Among these, the sputtering method is preferable.
[0091]
In addition, since it is the same as that of what was described in the item of "A. dye-sensitized solar cell" mentioned above about a board | substrate and a 1st electrode layer, description here is abbreviate | omitted.
[0092]
(2) Oxide semiconductor layer formation process
The oxide semiconductor layer forming step in this embodiment includes metal oxide semiconductor fine particles and a binder on the first electrode layer, and a dye sensitizer is supported, and is generated from the dye sensitizer by light irradiation. This is a step of forming an oxide semiconductor layer that conducts the charged charges.
[0093]
The method for forming the oxide semiconductor layer in this step is not particularly limited. For example, a coating liquid in which metal oxide semiconductor fine particles and a binder are dispersed or dissolved in an appropriate solvent is used as the first electrode. After forming an oxide semiconductor film by coating on the layer and drying, an oxide semiconductor layer carrying the dye sensitizer is formed by adsorbing the dye sensitizer to the surface of the oxide semiconductor film be able to.
[0094]
In such a forming method, the method for applying the coating liquid is not particularly limited as long as it is a known application method, but specifically, die coating, gravure coating, gravure reverse coating, roll coating, reverse roll. Examples thereof include coat, bar coat, blade coat, knife coat, air knife coat, slot die coat, slide die coat, dip coat, micro bar coat, micro bar reverse coat, and screen printing (rotary method). Using such a coating method, the oxide semiconductor film is formed to have a desired film thickness by repeating coating and drying one or more times.
[0095]
Further, the method for supporting the dye sensitizer after forming the oxide semiconductor film by applying the coating liquid by the above coating method and drying it is not particularly limited, but as described above, the oxide semiconductor Since the layer is preferably porous having communication holes, the layer is preferably a method capable of adsorbing the dye sensitizer to the pores of the oxide semiconductor layer. For example, a method of immersing an oxide semiconductor film in a dye sensitizer solution, allowing the oxide semiconductor film to penetrate and then drying, or applying a dye sensitizer solution on the oxide semiconductor film, allowing the oxide semiconductor film to penetrate, and then drying. The method etc. can be mentioned. In such a method, the solvent used in the dye sensitizer solution is selected from an aqueous solvent and an organic solvent according to the dye sensitizer used.
[0096]
Furthermore, in this embodiment, it is preferable to perform a pressurizing process in this step before or after performing the process of supporting the dye sensitizer. That is, in this step, an oxide semiconductor film is formed by applying a coating liquid in which metal oxide semiconductor fine particles and a binder are dispersed or dissolved in an appropriate solvent on the first electrode layer and drying it. Then, when the oxide semiconductor film is subjected to a pressure treatment, or the oxide semiconductor film is formed, the dye sensitizer is adsorbed on the surface, and the oxide semiconductor layer supported by the dye sensitizer is formed. In this case, after the formation, the oxide semiconductor layer is pressurized. As described above, in the step of forming the oxide semiconductor layer, by performing the pressurizing treatment, the adhesion between the substrate and the oxide semiconductor layer can be increased, and further, the mechanical strength of the oxide semiconductor layer is increased. be able to.
[0097]
Further, since the oxide semiconductor layer contains a binder, the metal oxide is compared with the oxide semiconductor layer formed by firing at a sufficient temperature by applying pressure. The same effect can be obtained in terms of the binding property between the semiconductor fine particles. Therefore, since the firing temperature in this step can be lowered, a film substrate that is slightly inferior in heat resistance to the glass substrate can be suitably used, which is useful in terms of workability and cost.
[0098]
The method of pressurizing in this step will be described in detail in the pressurizing step described later.
[0099]
In addition, since the oxide semiconductor layer is the same as that described in the item “A. Dye-sensitized solar cell” described above, description thereof is omitted here.
[0100]
(3) Polymer solid electrolyte layer forming step
The polymer solid electrolyte layer forming step in the present embodiment includes a polymer component having the same main chain as the polymer material contained in the binder of the oxide semiconductor layer described above, and the oxide semiconductor layer A step of forming a solid polymer electrolyte layer on the oxide semiconductor layer for transporting the electric charge conducted by the step of being transported to the oxide semiconductor layer via the first electrode layer and the second electrode layer. .
[0101]
In this embodiment, the polymer component contained in the solid polymer electrolyte layer formed in this step and the polymer material contained in the binder of the oxide semiconductor layer described above are the same main components. By having a chain, adhesion between the oxide semiconductor layer and the polymer solid electrolyte layer can be improved, and energy conversion efficiency can be increased.
[0102]
In this step, the method for forming the solid polymer electrolyte layer is not particularly limited. For example, after the polymer component and the redox counter electrolyte are mixed by heating and dissolved, the oxide semiconductor layer is impregnated. Alternatively, a method of forming by solidification by causing a two-dimensional or three-dimensional crosslinking reaction by pouring and cooling, or addition of a polymer component, a redox counter electrolyte and a crosslinking agent, a photopolymerization initiator, etc. An example is a method of preparing a coating liquid in which an agent is dispersed or dissolved in an appropriate solvent, and applying the coating liquid on the oxide semiconductor layer, followed by curing by irradiation with actinic rays. be able to. Furthermore, the polymer solid electrolyte layer can be formed separately as a solid polymer film and disposed on the oxide semiconductor layer.
[0103]
In addition, since it is the same as that of what was described in the item of the above-mentioned "A. dye-sensitized solar cell" regarding a polymer solid electrolyte layer, description here is abbreviate | omitted.
[0104]
(4) Pressurization process
Next, the pressurizing process will be described. The pressurizing step in this embodiment is a step of applying pressure from above the polymer solid electrolyte layer.
[0105]
In this embodiment, since the adhesion between the oxide semiconductor layer and the polymer solid electrolyte layer can be increased by applying pressure from above the polymer solid electrolyte layer in this step, the contact area between the two is increased. Can do. Therefore, the efficiency of charge reception between the two increases, and the energy conversion efficiency can be improved.
[0106]
In this step, the method of pressurizing is not particularly limited as long as the method can uniformly apply pressure to the polymer solid electrolyte layer. For example, a press process can be mentioned. Specific examples of the press treatment include a roll press or a flat plate press method.
[0107]
Moreover, as a pressure at the time of pressurizing, it is preferable to exist in the range of 50-2000 MPa, and within the range of 200-1500 MPa among them.
[0108]
When performing such press processing, it may be performed at normal temperature or may be performed while heating. For example, in this step, when pressure is applied to the solid polymer electrolyte layer while heating, the temperature is not particularly limited as long as the solid polymer electrolyte layer is not deteriorated. However, in the case where the polymer solid electrolyte layer is solidified by causing two-dimensional or three-dimensional physical cross-linking by cooling, it may be liquefied by heating. It is preferable to heat the polymer component to a temperature that does not liquefy the polymer component. Specifically, it varies depending on the polymer component to be used, but generally it is preferably in the range of 40 ° C to 200 ° C, and more preferably in the range of 60 ° C to 150 ° C.
[0109]
Further, in this step, pressure is applied from above the polymer solid electrolyte layer, but as described above, the oxide semiconductor layer forming step is the same as this step before forming the polymer solid electrolyte layer. It is preferable to perform a process of applying pressure. By performing the pressure treatment in the oxide semiconductor layer forming step, the oxide semiconductor layer can be homogenized and densified, and between the metal oxide semiconductor fine particles contained in the oxide semiconductor layer. This is because the binding property can be improved, which has an effect of improving the charge transportability and can improve the energy conversion efficiency.
[0110]
(5) Counter electrode formation process
The counter electrode substrate forming step in this embodiment is a step of forming a second electrode layer and a counter substrate, which are electrodes facing the first electrode layer, on the polymer solid electrolyte layer.
[0111]
In such a process, as a method for forming the second electrode layer and the counter substrate on the solid polymer electrolyte layer, for example, a counter electrode on which the second electrode layer is formed in advance is prepared, and such counter A method of forming the electrode by bonding the second electrode layer and the solid polymer electrolyte layer so as to contact each other can be exemplified.
[0112]
In addition, since the second electrode layer and the counter substrate are the same as those described in the item “A. Dye-sensitized solar cell” described above, description thereof is omitted here.
[0113]
2. Second embodiment
Next, the manufacturing method of the dye-sensitized solar cell of 2nd embodiment is demonstrated.
[0114]
The method for producing a dye-sensitized solar cell according to this embodiment includes a first electrode layer forming step of forming a first electrode layer on a substrate,
On the first electrode layer, an oxide semiconductor layer containing metal oxide semiconductor fine particles and a binder, carrying a dye sensitizer, and conducting charges generated from the dye sensitizer by light irradiation is formed. An oxide semiconductor layer forming step,
A counter electrode substrate disposing step of disposing a counter substrate having at least a second electrode layer, which is an electrode facing the first electrode layer, so that the oxide semiconductor layer and the second electrode layer face each other;
A gel electrolyte having a polymer component contained in the binder of the oxide semiconductor layer and a polymer component having the same main chain and forming a gel electrolyte layer that is a gelled electrolyte layer A layer-forming coating solution is injected between the oxide semiconductor layer and the second electrode layer, and the charge conducted by the oxide semiconductor layer is oxidized through the first electrode layer and the second electrode layer. A method for producing a dye-sensitized solar cell comprising a gel electrolyte layer forming step of forming a gel electrolyte layer for transporting when transported to a physical semiconductor layer,
In the oxide semiconductor layer forming step, a pressure treatment is performed before or after the treatment for supporting the dye sensitizer.
[0115]
In this embodiment, the mechanical strength of the oxide semiconductor layer itself and the adhesion to the substrate can be improved by performing a pressure treatment in the oxide semiconductor layer forming step. Furthermore, by using a polymer material having the same main chain as the polymer component contained in the gel electrolyte layer as a binder for the oxide semiconductor layer, the oxide semiconductor layer and the gel electrolyte layer Affinity can be increased. Therefore, the contact area between the oxide semiconductor layer and the gel electrolyte layer can be increased, which is effective in improving energy conversion efficiency.
[0116]
A method for producing such a dye-sensitized solar cell of this embodiment will be described with reference to the drawings.
[0117]
FIG. 3 is a process diagram showing an example of a method for producing a dye-sensitized solar cell according to this embodiment. First, the transparent substrate 30 on which the first electrode layer 31 and the oxide semiconductor layer 32 are formed and the counter substrate 33 on which the second electrode layer 34 is formed are prepared. Such a transparent substrate 30 and the counter substrate 33 are disposed so that the oxide semiconductor layer 32 and the second electrode layer 34 face each other as shown in FIG.
[0118]
Next, a gel electrolyte layer forming coating solution for forming the gel electrolyte layer is injected between the oxide semiconductor layer 32 and the second electrode layer 34 as shown in FIG. Thereby, as shown in FIG. 3C, a gel electrolyte layer 35 can be formed between the oxide semiconductor layer 32 and the second electrode layer 34. Furthermore, as shown in FIG. 3D, a dye-sensitized solar cell can be produced by sealing with an organic polymer 36 or the like.
[0119]
A method for producing such a dye-sensitized solar cell of this embodiment will be described separately for each step.
[0120]
(1) First electrode layer forming step
The first electrode layer forming step of this embodiment is a step of forming the first electrode layer on the substrate.
[0121]
Since this step is the same as the first electrode layer forming step in the first embodiment described above, description thereof is omitted here.
[0122]
(2) Oxide semiconductor layer formation process
The oxide semiconductor layer forming step in this embodiment includes metal oxide semiconductor fine particles and a binder on the first electrode layer, a dye sensitizer is supported, and the dye sensitizer is irradiated with light. This is a step of forming an oxide semiconductor layer that conducts the generated charges.
[0123]
Further, in the oxide semiconductor layer forming step in the present embodiment, a pressure treatment is performed before or after the treatment for supporting the dye sensitizer. As a result, the oxide semiconductor layer can be homogenized and densified, and the binding property between the metal oxide semiconductor fine particles contained in the oxide semiconductor layer can be increased. It is possible to improve the conductivity of charges such as. In addition, the oxide semiconductor layer itself has an effect of improving the mechanical strength.
[0124]
Further, since the oxide semiconductor layer contains a binder, the metal oxide is compared with the oxide semiconductor layer formed by firing at a sufficient temperature by applying pressure. The same effect can be obtained in terms of the binding property between the semiconductor fine particles. Therefore, when forming the oxide semiconductor layer in this embodiment, since the firing temperature can be lowered, a film substrate that is slightly inferior in heat resistance to the glass substrate can be preferably used. This is useful in terms of cost.
[0125]
In this step, the oxide semiconductor layer, the pressurizing method, and the like are the same as those described in the first embodiment described above, and a description thereof is omitted here.
[0126]
(3) Counter electrode substrate placement process
Next, the counter electrode substrate placement step will be described. In the counter electrode substrate disposing step in this embodiment, the counter substrate having at least a second electrode layer that is an electrode facing the first electrode layer is disposed so that the oxide semiconductor layer and the second electrode layer face each other. It is a process to do.
[0127]
In this embodiment, since the electrolyte layer to be formed is in a gel form, in order to form such a gel electrolyte layer, in this step, the gap in which the gel electrolyte layer is formed is defined as a substrate and a counter substrate. To form.
[0128]
In this step, when the substrate and the counter substrate are arranged so that the oxide semiconductor layer and the second electrode layer face each other, the gap between the oxide semiconductor layer and the second electrode layer is a gel electrolyte between the two. There is no particular limitation as long as the layer can be formed. Specifically, it is preferably within a range of 0.01 μm to 100 μm, and more preferably within a range of 0.1 μm to 50 μm.
[0129]
In order to adjust the gap within the above range, a spacer may be formed on either the substrate or the counter substrate. Since the distance between the substrate and the counter substrate can be controlled by the spacer, the gap between the two can be kept constant with high accuracy. As such a spacer, a known glass spacer, resin spacer, olefin-based porous film, or the like can be used.
[0130]
(4) Gel electrolyte layer forming step
Next, the gel electrolyte layer forming step will be described. The gel electrolyte layer forming step in this embodiment includes a polymer material having the same main chain as the polymer material contained in the above-described binder of the oxide semiconductor layer, and a gelled electrolyte. A gel electrolyte layer forming coating solution for forming a gel electrolyte layer, which is a layer, is injected between the oxide semiconductor layer and the second electrode layer, and the charge conducted by the oxide semiconductor layer is transferred to the first electrode layer and the second electrode layer. This is a step of forming a gel electrolyte layer that performs transport when transported to the oxide semiconductor layer via the second electrode layer.
[0131]
The coating solution for forming a gel electrolyte layer used in this step is not particularly limited as long as it is a solution that can form a gel electrolyte layer. What has dissolved or disperse | distributed the electrolyte, the gelatinizer, etc. in the solvent can be used.
[0132]
Since each material constituting such a coating solution for forming a gel electrolyte layer is the same as that described in the item of “A. Dye-sensitized solar cell” described above, description thereof is omitted here. To do.
[0133]
In addition, as a method for injecting the coating solution for forming the gel electrolyte layer between the second electrode layer and the oxide semiconductor layer in this step, it is a method generally used when forming the gel electrolyte layer. There is no particular limitation. Specific examples include a method using a capillary phenomenon.
[0134]
Furthermore, after injecting the gel electrolyte layer forming coating solution, the gel electrolyte layer forming coating solution is gelled by performing treatment such as cooling or heating according to the gelling agent used. An electrolyte layer is formed.
[0135]
(5) Other
In this embodiment, since the electrolyte layer is a gel electrolyte layer, sealing or the like is performed to prevent evaporation of the solvent from the gel electrolyte layer, outflow of the gel electrolyte layer itself, and the like. As the sealing method, a method generally used when producing a dye-sensitized solar cell having a gel electrolyte layer can be used.
[0136]
In addition, this invention is not limited to the said embodiment. The above-described embodiment is an exemplification, and the present invention has substantially the same configuration as the technical idea described in the claims of the present invention, and any device that exhibits the same function and effect is the present invention. It is included in the technical scope of the invention.
[0137]
【Example】
The following examples further illustrate the present invention.
[0138]
Example 1
A dye-sensitized solar cell having the configuration shown below was produced as follows, and the conversion efficiency was evaluated.
[0139]
A biaxially stretched polyethylene terephthalate film (thickness: 125 μm) was used as a film substrate, and an ITO vapor deposition layer having a surface resistivity of 10Ω / □ was formed on the film substrate. An oxide semiconductor layer was formed on the ITO deposited layer as follows.
[0140]
As a coating liquid for forming an oxide semiconductor layer, TiO having a particle diameter of 20 nm in pure water.2Fine particles (P25, manufactured by Nippon Aerosil Co., Ltd.) and a polyether copolymer as a binder were kneaded using a mixer, and then a slurry was prepared with a paint shaker. This was applied by a die coating method so that the film thickness upon drying was 12 μm, and dried to form an oxide semiconductor layer (TiO 2).2A coating film of fine particles) was formed. In the above slurry, TiO2Was 20% by weight, and the polyether copolymer was 4% by weight. In this case, TiO in the oxide semiconductor layer at the time of drying is used.2The content of was 92% by weight.
[0141]
Next, ruthenium dye in absolute ethanol at a concentration of 3 × 10 FourA solution of a dye sensitizer for adsorption is prepared by dissolving at mol / L, and the TiO is used at room temperature for 24 hours.2The membrane was impregnated to adsorb ruthenium dye.
[0142]
Next, a solid polymer electrolyte layer was prepared as follows. After mixing 1 g of a polyether copolymer and 1 g of oligoethylene glycol dimethyl ether as a plasticizer, 0.2 g of lithium iodide and 0.05 g of iodine in 10 g of acetonitrile, the mixture was cast on a PTFE film and heated at 100 ° C. for 10 minutes. The polymer solid electrolyte layer film in which the polymer solid electrolyte layer was formed on the pressed PTFE film was obtained.
[0143]
The polymer solid electrolyte layer film was laminated on the oxide semiconductor layer prepared above, and then press molded at a pressure of 1 giga Pa.
[0144]
Then, the counter substrate which equipped the platinum film | membrane as a counter electrode was arrange | positioned, and it was set as the dye-sensitized solar cell.
[0145]
The evaluation of the created element is AM1.5, simulated sunlight (100 mW / cm2) Was used as a light source, and current-voltage characteristics were evaluated by applying voltage with a source measure unit (Caseley 2400 type). The evaluation results include a short circuit current (mA / cm2), Open circuit voltage (V), and conversion efficiency%. The evaluation results are shown in Table 1 below.
[0146]
(Example 2)
After forming the oxide semiconductor layer in the same manner as in Example 1, the oxide semiconductor layer was directly formed at 8 ton / cm.2The press molding was performed.
[0147]
Then, the polymer solid electrolyte layer film was laminated | stacked similarly to Example 1, and press molding was performed. The evaluation results are shown in Table 1 below.
[0148]
(Example 3)
As a coating liquid for forming an oxide semiconductor layer, TiO having a particle diameter of 20 nm in pure water.2Fine particles (P25 manufactured by Nippon Aerosil Co., Ltd.) and poly (4-vinylpyridine) as a binder were kneaded using a mixer, and then a slurry was prepared with a paint shaker. This was applied by a die coating method so that the film thickness upon drying was 12 μm, and dried to form an oxide semiconductor layer (TiO 2).2A coating film of fine particles) was formed. In the above slurry, TiO2Was 20% by weight, and poly (4-vinylpyridine) was 0.5% by weight. In this case, TiO in the oxide semiconductor layer at the time of drying is used.2The content of was 92% by weight.
[0149]
Next, a gel electrolyte layer was formed as follows. As an electrolyte solution, a solution in which tetrapropylammonium iodide 0.5 M, potassium iodide 0.02 M, and iodine 0.09 M were dissolved in 1-methyl-3-propylimidazolium iodide was prepared.
[0150]
For 10 g of this electrolyte solution, 0.3 g of poly (4-vinylpyridine),
A coating solution for forming a gel electrolyte layer was prepared by dissolving 0.3 g of 1,6-dibromohexane.
[0151]
After that, the counter substrate having platinum as a counter electrode and the substrate on which the oxide semiconductor layer is formed are bonded together by providing an opening with an epoxy resin at the periphery, and then the gel electrolyte layer is formed from the opening. The coating liquid for injection was injected.
[0152]
Then, it heated for 30 minutes on the hotplate heated at 60 degreeC.
[0153]
The characteristics of the dye-sensitized solar cell thus prepared were evaluated. The evaluation results are shown in Table 1 below.
[0154]
(Comparative Example 1)
A dye-sensitized solar cell was produced in the same manner as in Example 2 except that the binder was not used. The evaluation results are shown in Table 1 below.
[0155]
(Comparative Example 2)
A dye-sensitized solar cell was produced in the same manner as in Example 3 except that the binder was not used. The evaluation results are shown in Table 1 below.
[0156]
[Table 1]
Figure 0004495414
【The invention's effect】
According to the present invention, by using a polymer material having the same main chain as the polymer component contained in the electrolyte layer as the binder for the oxide semiconductor layer, the oxide semiconductor layer and the electrolyte layer are separated. Adhesion can be improved and the contact area between the two can be increased, which is effective in improving energy conversion efficiency.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing an example of a dye-sensitized solar cell of the present invention.
FIG. 2 is a process diagram showing an example of a method for producing a dye-sensitized solar cell of the present invention.
FIG. 3 is a process diagram showing another example of a method for producing a dye-sensitized solar cell of the present invention.
FIG. 4 is a schematic cross-sectional view showing an example of the dye-sensitized solar cell of the present invention.
[Explanation of symbols]
1 ... Transparent substrate
2… Transparent electrode
3 ... Oxide semiconductor layer
4 ... Polymer solid electrolyte layer
5 ... Counter electrode
6 ... Counter substrate

Claims (6)

基板と、前記基板上に形成された第1電極層と、前記第1電極層上に形成され、金属酸化物半導体微粒子および結着剤を有し、色素増感剤が担持されており、光照射により前記色素増感剤から生じた電荷を伝導する酸化物半導体層と、前記基板と対向する対向基板と、前記対向基板上に形成され、前記第1電極層と対向する電極である第2電極層と、高分子成分を有し、前記酸化物半導体層および前記第2電極層間に位置し、前記酸化物半導体層により伝導された電荷が、前記第1電極層および前記第2電極層を介して、前記酸化物半導体層へ輸送される際の輸送を行い、かつ固体化またはゲル化された電解質層とを有する色素増感型太陽電池であって、
前記酸化物半導体層の結着剤は、前記電解質層に含有された高分子成分と、主鎖の構造が同一である高分子材料を有することを特徴とする色素増感型太陽電池。
A substrate, a first electrode layer formed on the substrate, a metal oxide semiconductor fine particle and a binder formed on the first electrode layer, carrying a dye sensitizer, An oxide semiconductor layer that conducts charges generated from the dye sensitizer by irradiation, a counter substrate facing the substrate, and an electrode formed on the counter substrate and facing the first electrode layer An electrode layer, having a polymer component, is located between the oxide semiconductor layer and the second electrode layer, and the electric charge conducted by the oxide semiconductor layer passes through the first electrode layer and the second electrode layer. A dye-sensitized solar cell that transports when transported to the oxide semiconductor layer and has a solidified or gelled electrolyte layer,
The dye-sensitized solar cell, wherein the binder of the oxide semiconductor layer has a polymer material having the same main chain structure as the polymer component contained in the electrolyte layer.
前記基板はフィルム基板であることを特徴とする請求項1に記載の色素増感型太陽電池。  The dye-sensitized solar cell according to claim 1, wherein the substrate is a film substrate. 基板上に第1電極層を形成する第1電極層形成工程と、
前記第1電極層上に、金属酸化物半導体微粒子および結着剤を含有し、色素増感剤が担持され、光照射により前記色素増感剤から生じた電荷を伝導する酸化物半導体層を形成する酸化物半導体層形成工程と、
前記酸化物半導体層の結着剤に含有されている高分子材料と、主鎖の構造が同一である高分子成分を有し、前記酸化物半導体層により伝導された電荷が前記第1電極層および、前記第1電極層と対向する電極である第2電極層を介して、前記酸化物半導体層へ輸送される際の輸送を行う高分子固体電解質層を前記酸化物半導体層上に形成する高分子固体電解質層形成工程と、
前記高分子固体電解質層上から加圧する加圧工程と、
前記高分子固体電解質層上に前記第2電極層および対向基板を形成する対電極基板形成工程と、
を有することを特徴とする色素増感型太陽電池の製造方法。
A first electrode layer forming step of forming a first electrode layer on the substrate;
On the first electrode layer, an oxide semiconductor layer containing metal oxide semiconductor fine particles and a binder, carrying a dye sensitizer, and conducting charges generated from the dye sensitizer by light irradiation is formed. An oxide semiconductor layer forming step,
The polymer material contained in the binder of the oxide semiconductor layer has a polymer component having the same main chain structure, and the electric charge conducted by the oxide semiconductor layer is the first electrode layer. And forming a solid polymer electrolyte layer on the oxide semiconductor layer for transporting when transported to the oxide semiconductor layer via the second electrode layer, which is an electrode facing the first electrode layer. A polymer solid electrolyte layer forming step;
A pressurizing step of pressurizing the polymer solid electrolyte layer;
A counter electrode substrate forming step of forming the second electrode layer and the counter substrate on the polymer solid electrolyte layer;
A method for producing a dye-sensitized solar cell, comprising:
前記酸化物半導体層形成工程では、前記色素増感剤を担持する処理を施す前、または施した後に、加圧する処理を行うことを特徴とする請求項3に記載の色素増感型太陽電池の製造方法。  4. The dye-sensitized solar cell according to claim 3, wherein in the oxide semiconductor layer forming step, a pressurizing process is performed before or after performing the process of supporting the dye sensitizer. 5. Production method. 基板上に第1電極層を形成する第1電極層形成工程と、
前記第1電極層上に、金属酸化物半導体微粒子および結着剤を含有し、色素増感剤が担持され、光照射により前記色素増感剤から生じた電荷を伝導する酸化物半導体層を形成する酸化物半導体層形成工程と、
前記第1電極層と対向する電極である第2電極層を少なくとも有する対向基板を、前記酸化物半導体層と前記第2電極層とが対向するように配置する対電極基板配置工程と、
前記酸化物半導体層の結着剤に含有されている高分子材料と、主鎖の構造が同一である持つ高分子成分を有し、ゲル化された電解質層であるゲル状電解質層を形成するゲル状電解質層形成用塗工液を、前記酸化物半導体層および第2電極層間に注入し、前記酸化物半導体層により伝導された電荷が前記第1電極層および前記第2電極層を介して、前記酸化物半導体層へ輸送される際の輸送を行うゲル状電解質層を形成するゲル状電解質層形成工程とを有する色素増感型太陽電池の製造方法であって、
前記酸化物半導体層形成工程では、前記色素増感剤を担持する処理を施す前、または施した後に、加圧する処理を行うことを特徴とする色素増感型太陽電池の製造方法。
A first electrode layer forming step of forming a first electrode layer on the substrate;
On the first electrode layer, an oxide semiconductor layer containing metal oxide semiconductor fine particles and a binder, carrying a dye sensitizer, and conducting charges generated from the dye sensitizer by light irradiation is formed. An oxide semiconductor layer forming step,
A counter electrode substrate disposing step of disposing a counter substrate having at least a second electrode layer, which is an electrode facing the first electrode layer, so that the oxide semiconductor layer and the second electrode layer face each other;
Forming a gel electrolyte layer, which is a gelled electrolyte layer, having a polymer component having the same main chain structure as the polymer material contained in the binder of the oxide semiconductor layer A coating solution for forming a gel electrolyte layer is injected between the oxide semiconductor layer and the second electrode layer, and electric charges conducted by the oxide semiconductor layer are passed through the first electrode layer and the second electrode layer. A method for producing a dye-sensitized solar cell comprising a gel electrolyte layer forming step of forming a gel electrolyte layer for transporting when transported to the oxide semiconductor layer,
In the oxide semiconductor layer forming step, a method of applying pressure is performed before or after the treatment for supporting the dye sensitizer is performed.
前記基板はフィルム基板であることを特徴とする請求項3から請求項5までのいずれかの請求項に記載の色素増感型太陽電池の製造方法。  The method for producing a dye-sensitized solar cell according to any one of claims 3 to 5, wherein the substrate is a film substrate.
JP2003181038A 2003-06-25 2003-06-25 Dye-sensitized solar cell and method for producing the same Expired - Lifetime JP4495414B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2003181038A JP4495414B2 (en) 2003-06-25 2003-06-25 Dye-sensitized solar cell and method for producing the same

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2003181038A JP4495414B2 (en) 2003-06-25 2003-06-25 Dye-sensitized solar cell and method for producing the same

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2005019132A JP2005019132A (en) 2005-01-20
JP4495414B2 true JP4495414B2 (en) 2010-07-07

Family

ID=34181851

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2003181038A Expired - Lifetime JP4495414B2 (en) 2003-06-25 2003-06-25 Dye-sensitized solar cell and method for producing the same

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP4495414B2 (en)

Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4815838B2 (en) * 2005-03-30 2011-11-16 大日本印刷株式会社 Dye-sensitized solar cell laminate, dye-sensitized solar cell substrate with heat-resistant substrate, dye-sensitized solar cell substrate, and dye-sensitized solar cell
JP5008894B2 (en) * 2006-05-09 2012-08-22 東レ・ダウコーニング株式会社 Electrolyte for dye-sensitized solar cell and dye-sensitized solar cell
CN101789317B (en) * 2010-03-12 2011-11-30 华中科技大学 Dye sensitization solar battery and preparation method thereof
JP4858652B2 (en) 2010-03-30 2012-01-18 大日本印刷株式会社 Dye-sensitized solar cell
KR20120113107A (en) * 2011-04-04 2012-10-12 포항공과대학교 산학협력단 Dye-sensitized solar cells and manufacturing methods thereof
JP2013211149A (en) * 2012-03-30 2013-10-10 Ricoh Co Ltd Photoelectric conversion element and process of manufacturing the same
JP6119111B2 (en) * 2012-05-16 2017-04-26 富士通株式会社 Circuit board, circuit board manufacturing method, electronic device, and electronic device manufacturing method
KR101406969B1 (en) 2013-05-10 2014-06-20 한국과학기술연구원 Manufacturing method of solid-state dye-sensitized solar cells and electrolyte filling device used therefor

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000228234A (en) * 1999-02-05 2000-08-15 Fuji Photo Film Co Ltd Optoelectronic transducer and optoelctronic chemical battery
WO2002067357A1 (en) * 2001-02-21 2002-08-29 Showa Denko K.K. Metal oxide dispersion and photoactive electrode for dye-sensitized solar cell, and dye-sensitized solar cell

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000228234A (en) * 1999-02-05 2000-08-15 Fuji Photo Film Co Ltd Optoelectronic transducer and optoelctronic chemical battery
WO2002067357A1 (en) * 2001-02-21 2002-08-29 Showa Denko K.K. Metal oxide dispersion and photoactive electrode for dye-sensitized solar cell, and dye-sensitized solar cell

Also Published As

Publication number Publication date
JP2005019132A (en) 2005-01-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Mahmood Recent research progress on quasi-solid-state electrolytes for dye-sensitized solar cells
JP5577586B2 (en) Electrolyte forming coating solution and dye-sensitized solar cell using the same
JP5380851B2 (en) Method for producing dye-sensitized solar cell and method for producing dye-sensitized solar cell module
JP6082007B2 (en) Composition for photoelectric conversion layer and photoelectric conversion element
JP2006302530A (en) Dye-sensitized solar cell and its manufacturing method
JP4495414B2 (en) Dye-sensitized solar cell and method for producing the same
JP2005142088A (en) Electrode board for dye-sensitized solar cell, and the dye-sensitized solar cell
JP2008257893A (en) Method of manufacturing substrate for dye-sensitized solar cell, method of manufacturing dye-sensitized solar cell, and substrate for dye-sensitized solar cell and dye-sensitized solar cell manufactured by these methods
JP5303952B2 (en) Dye-sensitized solar cell and dye-sensitized solar cell module
JP5309589B2 (en) Dye-sensitized solar cell and dye-sensitized solar cell module
JP2009238571A (en) Electrolyte for dye-sensitized solar cell
JP4601284B2 (en) Electrode substrate for dye-sensitized solar cell, method for producing the same, and dye-sensitized solar cell
JP2010033815A (en) Counter electrode substrate and dye sensitizing solar cell using it
JP2009217970A (en) Laminate for oxide semiconductor electrode, oxide semiconductor electrode, dye-sensitized solar cell, and dye-sensitized solar cell module
TWI577073B (en) Composition for photoelectric conversion layer and photoelectric conversion element
JP5364999B2 (en) Laminate for oxide semiconductor electrode, oxide semiconductor electrode, dye-sensitized solar cell, and dye-sensitized solar cell module
JP2006244830A (en) Dye-sensitized solar cell and dye-sensitized solar cell module
JP5493518B2 (en) Flexible oxide semiconductor electrode and dye-sensitized solar cell using the same
JP5521419B2 (en) Electrolyte forming coating solution and dye-sensitized solar cell using the same
JP5119624B2 (en) Transfer body for metal oxide electrode production
JP2009187844A (en) Method of manufacturing photoelectric conversion element
JP5964780B2 (en) Dye-sensitized solar cell and dye-sensitized solar cell module
JP4632192B2 (en) Dye-sensitized solar cell and method for producing the same
JP5128076B2 (en) Dye-sensitized solar cell and method for producing the same
JP5200398B2 (en) Laminate for oxide semiconductor electrode, oxide semiconductor electrode with heat-resistant substrate, oxide semiconductor electrode, dye-sensitized solar cell, and dye-sensitized solar cell module

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20060525

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20100105

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20100226

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: 20100406

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: 20100409

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 4495414

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: 20130416

Year of fee payment: 3

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

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20140416

Year of fee payment: 4