JP4897226B2 - Dye-sensitized solar cell and dye-sensitized solar cell module - Google Patents

Dye-sensitized solar cell and dye-sensitized solar cell module Download PDF

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Description

本発明は、色素増感型太陽電池および色素増感型太陽電池モジュールに関する。   The present invention relates to a dye-sensitized solar cell and a dye-sensitized solar cell module.

化石燃料に代るエネルギー源として、太陽光を電力に変換できる太陽電池が注目されている。現在、結晶系シリコン基板を用いた太陽電池および薄膜シリコン太陽電池が一部実用化され始めている。しかし、前者はシリコン基板の製造コストが高いという問題があり、後者は多種の半導体製造用ガスや複雑な装置を用いる必要があるために製造コストが高くなるという問題がある。このため、いずれの太陽電池においても光電変換の高効率化による発電出力当たりのコストを低減する努力が続けられているが、上記の問題を解決するには到っていない。   As an energy source to replace fossil fuels, solar cells that can convert sunlight into electric power have attracted attention. At present, some solar cells and thin film silicon solar cells using a crystalline silicon substrate are beginning to be put into practical use. However, the former has a problem that the manufacturing cost of the silicon substrate is high, and the latter has a problem that the manufacturing cost becomes high because it is necessary to use various semiconductor manufacturing gases and complicated apparatuses. For this reason, efforts have been made to reduce the cost per power generation output by increasing the efficiency of photoelectric conversion in any of the solar cells, but they have not yet solved the above problem.

新しいタイプの太陽電池として、特許第2664194号公報(特許文献1)には、金属錯体の光誘起電子移動を応用した湿式太陽電池が開示されている。
この湿式太陽電池は、表面上に電極を形成した2枚のガラス基板の電極間に、光増感色素を吸着させて可視光領域に吸収スペクトルをもたせた光電変換材料と電解質材料とからなる光電変換層を挟持したものである。
この湿式太陽電池に光が照射されると、光電変換層で電子が発生し、発生した電子が外部電気回路を通って電極に移動し、移動した電子が電解質中のイオンにより対向する電極に運ばれて光電変換層に戻る。このような一連の電子の流れにより、電気エネルギーが取り出される。
As a new type of solar cell, Japanese Patent No. 2664194 (Patent Document 1) discloses a wet solar cell to which photoinduced electron transfer of a metal complex is applied.
In this wet solar cell, a photoelectric conversion material composed of a photoelectric conversion material having an absorption spectrum in the visible light region by adsorbing a photosensitizing dye between electrodes of two glass substrates having electrodes formed on the surface, and an electrolyte material. The conversion layer is sandwiched between them.
When this wet solar cell is irradiated with light, electrons are generated in the photoelectric conversion layer, the generated electrons move to an electrode through an external electric circuit, and the moved electrons are transferred to the opposite electrode by ions in the electrolyte. Return to the photoelectric conversion layer. Electrical energy is extracted by such a series of electron flows.

また、特開2000−91609号公報(特許文献2)には、上記の動作原理を有する湿式太陽電池を低コストで製造する技術が開示されている。その製造技術によれば、巻き取り可能なフレキシブルな基板上に白金導電膜(電極)と二酸化チタンコロイド発電層の積層体をコーティング手段で形成し、積層体の形成時または形成後に電解質液を前記発電層に含浸させ、さらに透明導電膜(電極)を形成したガラス基板を積層することにより、単一ユニットの有機太陽電池を製造することができる。   Japanese Unexamined Patent Publication No. 2000-91609 (Patent Document 2) discloses a technique for manufacturing a wet solar cell having the above-described operating principle at low cost. According to the manufacturing technique, a laminate of a platinum conductive film (electrode) and a titanium dioxide colloidal power generation layer is formed by a coating means on a flexible substrate that can be wound up, and the electrolyte solution is added during or after the formation of the laminate. By laminating a glass substrate on which a power generation layer is impregnated and further formed with a transparent conductive film (electrode), a single unit organic solar cell can be produced.

しかしながら、上記の湿式太陽電池は、2枚のガラス基板の電極間に電解液を注入した基本構造を有しているために、小面積の太陽電池の試作は可能であっても、1m角のような大面積の太陽電池への応用は困難である。
このような太陽電池において、1つの太陽電池(単位セル)の面積を大きくすると、発生電流は面積に比例して増加するが、電極部分に用いる透明導電性膜の横方向の抵抗成分が極端に増加するために、太陽電池としての内部直列電気抵抗が増大する。その結果、光電変換時の電流電圧特性における曲線因子(フィルファクタ、FF)が低下し、光電変換効率が低くなるという問題が発生する。
However, since the above-described wet solar cell has a basic structure in which an electrolyte is injected between the electrodes of two glass substrates, even if a prototype of a small area solar cell is possible, Application to such a large area solar cell is difficult.
In such a solar cell, when the area of one solar cell (unit cell) is increased, the generated current increases in proportion to the area, but the lateral resistance component of the transparent conductive film used for the electrode portion is extremely large. In order to increase, the internal series electric resistance as a solar cell increases. As a result, there is a problem that the fill factor (FF) in the current-voltage characteristics at the time of photoelectric conversion is lowered and the photoelectric conversion efficiency is lowered.

また、上記の湿式太陽電池の製造工程では、電極(透明導電膜)付きのガラス基板上に酸化チタン膜を形成し、これを例えば、約450℃で少なくとも30分間焼成して、光電変換材料である半導体層を得ることがある。このような焼成では、各構成部材の膨張率の差異により、ガラス基板と電極が反り、その上に形成された酸化チタンも反った状態で焼成されてしまう。このような問題は、小面積の太陽電池では大きな問題を生じないが、大面積の太陽電池、特に複数の電池を製造する場合には、半導体層と対向電極の距離(セルギャップ)が一定にならず、電池性能のばらつきの原因になる。さらに、半導体層の酸化チタンと対向電極が接する場合があり、一部が短絡状態となるため、電池性能が大きく低下するという問題がある。   Moreover, in the manufacturing process of the wet solar cell, a titanium oxide film is formed on a glass substrate with an electrode (transparent conductive film), and this is baked at, for example, about 450 ° C. for at least 30 minutes. A semiconductor layer may be obtained. In such firing, the glass substrate and the electrode are warped due to the difference in expansion coefficient between the constituent members, and the titanium oxide formed thereon is fired in a warped state. Such a problem does not cause a large problem in a small area solar cell, but when manufacturing a large area solar cell, particularly a plurality of batteries, the distance between the semiconductor layer and the counter electrode (cell gap) is constant. In other words, it causes variations in battery performance. Furthermore, there is a case where the titanium oxide of the semiconductor layer and the counter electrode are in contact with each other, and a part thereof is short-circuited.

また、特開2001−345126号公報(特許文献3)には、光電変換材料である半導体層と対向電極間に、ろ過フィルタ、セパレータ、不織布などから構成される多孔性支持体を設けて、電解質材料である電解液が太陽電池の周囲から漏れるのを防止した湿式太陽電池が開示されている。   Japanese Patent Laid-Open No. 2001-345126 (Patent Document 3) provides a porous support made of a filtration filter, a separator, a nonwoven fabric, or the like between a semiconductor layer that is a photoelectric conversion material and a counter electrode, and an electrolyte. There has been disclosed a wet solar cell in which an electrolyte as a material is prevented from leaking from the periphery of the solar cell.

しかしながら、上記の湿式太陽電池は、多孔性支持体と半導体層である酸化チタンに対する電解液の濡れ性が異なると、一定量の電解液を注入しても多孔性支持体および半導体層の何れか一方に電解液が偏った状態となり、電池性能の低下を引き起こすという問題がある。   However, when the wet solar cell has different electrolyte wettability with respect to the porous support and the semiconductor layer titanium oxide, either the porous support or the semiconductor layer is injected even if a certain amount of electrolyte is injected. On the other hand, there is a problem that the electrolyte solution is biased and causes a decrease in battery performance.

国際公開第WO97/16838号パンフレット(特許文献4)には、複数の色素増感型太陽電池を直列接続した色素増感型太陽電池モジュールが開示されている。
この色素増感型太陽電池モジュールは、透明導電膜(電極)を短冊形にパターニング形成したガラス基板上に、酸化チタン層、絶縁性多孔性層および対極を順次積層した構造の色素増感型太陽電池を形成し、隣接する色素増感型太陽電池と対極が接触するように配置して直列接続したものである。
International Publication No. WO97 / 16838 (Patent Document 4) discloses a dye-sensitized solar cell module in which a plurality of dye-sensitized solar cells are connected in series.
This dye-sensitized solar cell module has a structure in which a titanium oxide layer, an insulating porous layer, and a counter electrode are sequentially laminated on a glass substrate in which a transparent conductive film (electrode) is formed into a strip shape. A battery is formed and arranged in series so that the counter electrode is in contact with the adjacent dye-sensitized solar cell.

しかしながら、上記の色素増感型太陽電池モジュールは、酸化チタン層上に約10μmの酸化チタンなど粒子を用いた中間多孔性を形成した後に、毛細管現象により電解質材料である電解液を注入しており、酸化チタン層と中間多孔性層の状態によって電解液が均一に注入できないという問題がある。   However, in the above dye-sensitized solar cell module, after forming an intermediate porosity using particles such as about 10 μm of titanium oxide on the titanium oxide layer, an electrolytic solution that is an electrolyte material is injected by a capillary phenomenon. There is a problem that the electrolyte cannot be uniformly injected depending on the state of the titanium oxide layer and the intermediate porous layer.

特許第2664194号公報Japanese Patent No. 2664194 特開2000−91609号公報JP 2000-91609 A 特開2001−345126号公報JP 2001-345126 A 国際公開第WO97/16838号パンフレットInternational Publication No. WO97 / 16838 Pamphlet

本発明者らは、湿式太陽電池において電解質材料として電解液の代わりに、多孔性支持体と半導体層に前駆体モノマーを注入し重合させたゲル電解質を用いる場合にも、電解液と同様に、多孔性支持体と半導体層に対する前駆体モノマーの濡れ性の差により、多孔性支持体または半導体層の何れか一方にゲル電解質が偏った状態となり、電池性能の低下を引き起こす問題があること、さらに多孔性支持体の剥離などの問題もあることを新たに見出した。   In the case of using a gel electrolyte obtained by injecting and polymerizing a precursor monomer into a porous support and a semiconductor layer instead of an electrolyte solution as an electrolyte material in a wet solar cell, the present inventors also use a gel electrolyte, Due to the difference in wettability of the precursor monomer with respect to the porous support and the semiconductor layer, the gel electrolyte is biased in either the porous support or the semiconductor layer, and there is a problem of causing a decrease in battery performance. It was newly found that there are problems such as peeling of the porous support.

そこで、本発明は、安定で、優れた光電変換効率を有し、かつ大面積化に適した色素増感型太陽電池およびこれを用いた色素増感型太陽電池モジュールを提供することを課題とする。   Therefore, the present invention has an object to provide a dye-sensitized solar cell that is stable, has excellent photoelectric conversion efficiency, and is suitable for increasing the area, and a dye-sensitized solar cell module using the same. To do.

本発明者らは、上記の課題を解決すべく鋭意研究を行った結果、少なくとも一方が光透過性の材料からなる第一支持体と第二支持体との間に、第一支持体上に設けられる第一導電層と、多孔性半導体層に色素を吸着させた多孔性光電変換層と、液体またはゲル電解質からなるキャリア輸送層と、第二支持体に接して設けられる第二導電層とを備えた色素増感型太陽電池において、多孔性光電変換層と第二導電層との間にさらに多孔層を設け、多孔層の液体またはゲル電解質に対する毛管力と多孔性光電変換層の液体またはゲル電解質に対する毛管力との比を特定の範囲に設定することにより、多孔性光電変換層および多孔層の何れにもキャリア輸送層が偏った状態にならず、電池性能の低下を引き起こさない、安定で、優れた光電変換効率を有し、かつ大面積化に適した色素増感型太陽電池およびこれを用いた色素増感型太陽電池モジュールが得られることを見出し、本発明を完成するに到った。   As a result of intensive studies to solve the above problems, the present inventors have found that at least one of the first support and the second support made of a light transmissive material is placed on the first support. A first conductive layer provided; a porous photoelectric conversion layer in which a dye is adsorbed on the porous semiconductor layer; a carrier transport layer comprising a liquid or a gel electrolyte; and a second conductive layer provided in contact with the second support; In the dye-sensitized solar cell comprising: a porous layer is further provided between the porous photoelectric conversion layer and the second conductive layer, and the capillary force against the liquid of the porous layer or the gel electrolyte and the liquid of the porous photoelectric conversion layer or By setting the ratio of the capillary force to the gel electrolyte within a specific range, the carrier transport layer is not biased in any of the porous photoelectric conversion layer and the porous layer, and does not cause deterioration in battery performance. Excellent photoelectric conversion efficiency And, and we found that to obtain a large area dye-sensitized suitable reduction solar cells and dye-sensitized solar cell module using the same, and have completed the present invention.

かくして、本発明によれば、少なくとも一方が光透過性の材料からなる第一支持体と第二支持体との間に、第一支持体上に設けられる第一導電層と、多孔性半導体層に色素を吸着させた多孔性光電変換層と、液体またはゲル電解質からなるキャリア輸送層と、第二支持体に接して設けられる第二導電層とを備え、多孔性光電変換層と第二導電層との間にさらに多孔層を備え、かつ多孔性半導体層と多孔層が、次式で表される多孔層の液体またはゲル電解質に対する毛管力P T [Pa]:
T =2σ・cosθ T /r T
(式中、σは液体またはゲル電解質の表面張力[N/m]であり、θ T は液体またはゲル電解質と多孔層材料との接触角[°]であり、r T は多孔層の細孔半径[m]である)
と、次式で表される多孔性光電変換層の液体またはゲル電解質に対する毛管力P K [Pa]:
K =2σ・cosθ K /r K
(式中、σは液体またはゲル電解質の表面張力[N/m]であり、θ K は液体またはゲル電解質と多孔性光電変換層材料との接触角[°]であり、r K は多孔性光電変換層の細孔半径[m]である)
との比(P T /P K )が0.2〜5の範囲になる層の組み合わせであることを特徴とする色素増感型太陽電池が提供される。
Thus, according to the present invention, the first conductive layer provided on the first support and the porous semiconductor layer between the first support and the second support, at least one of which is made of a light transmissive material. A porous photoelectric conversion layer having a dye adsorbed thereon, a carrier transport layer made of a liquid or gel electrolyte, and a second conductive layer provided in contact with the second support, and the porous photoelectric conversion layer and the second conductive layer A porous layer is further provided between the layers, and the porous semiconductor layer and the porous layer have a capillary force P T [Pa] against the liquid or gel electrolyte of the porous layer represented by the following formula :
P T = 2σ · cos θ T / r T
(Where σ is the surface tension [N / m] of the liquid or gel electrolyte , θ T is the contact angle [°] between the liquid or gel electrolyte and the porous layer material, and r T is the pore of the porous layer. Radius [m])
And the capillary force P K [Pa] for the liquid or gel electrolyte of the porous photoelectric conversion layer represented by the following formula :
P K = 2σ · cos θ K / r K
(In the formula, σ is the surface tension [N / m] of the liquid or gel electrolyte , θ K is the contact angle [°] between the liquid or gel electrolyte and the porous photoelectric conversion layer material, and r K is porous. It is the pore radius [m] of the photoelectric conversion layer)
Thus, a dye-sensitized solar cell is provided, which is a combination of layers having a ratio (P T / P K ) in the range of 0.2 to 5 .

また、本発明によれば、上記の色素増感型太陽電池の少なくとも2つ以上が直列に接続され、集積化されてなることを特徴とする色素増感型太陽電池モジュールが提供される。   According to the present invention, there is provided a dye-sensitized solar cell module characterized in that at least two or more of the dye-sensitized solar cells are connected in series and integrated.

本発明によれば、安定で、優れた光電変換効率を有し、かつ大面積化に適した色素増感型太陽電池およびこれを用いた色素増感型太陽電池モジュールを提供することができる。   According to the present invention, it is possible to provide a dye-sensitized solar cell that is stable, has excellent photoelectric conversion efficiency, and is suitable for increasing the area, and a dye-sensitized solar cell module using the same.

本発明の色素増感型太陽電池(以下、「太陽電池」という)は、少なくとも一方が光透過性の材料からなる第一支持体と第二支持体との間に、第一支持体上に設けられる第一導電層と、多孔性半導体層に色素を吸着させた多孔性光電変換層と、液体またはゲル電解質からなると、第二支持体に接して設けられる第二導電層とを備え、多孔性光電変換層と第二導電層との間にさらに多孔層を備え、かつ多孔性半導体層と多孔層が、液体またはゲル電解質が多孔性半導体層と多孔層に偏りなく浸透し得る層であることを特徴とする。
ここで、「偏りなく浸透し得る」とは、多孔性光電変換層および多孔層の何れにもキャリア輸送層が偏った状態にならないことを意味する。
The dye-sensitized solar cell of the present invention (hereinafter referred to as “solar cell”) is provided on the first support between the first support and the second support, at least one of which is made of a light-transmitting material. A first conductive layer provided; a porous photoelectric conversion layer in which a dye is adsorbed to the porous semiconductor layer; and a second conductive layer provided in contact with the second support when made of a liquid or gel electrolyte, A porous layer is further provided between the conductive photoelectric conversion layer and the second conductive layer, and the porous semiconductor layer and the porous layer are a layer in which the liquid or gel electrolyte can permeate the porous semiconductor layer and the porous layer evenly. It is characterized by that.
Here, “can penetrate without bias” means that the carrier transport layer is not biased in either the porous photoelectric conversion layer or the porous layer.

多孔性半導体層と多孔層が、液体またはゲル電解質が多孔性半導体層と多孔層に偏りなく浸透し得る層であるためには、多孔性半導体層と多孔層が、次式で表される多孔層の液体またはゲル電解質に対する毛管力PT[Pa]:
T=2σ・cosθT/rT
(式中、σは液体またはゲル電解質の表面張力[N/m]であり、θTは液体またはゲル電解質と多孔層材料との接触角[°]であり、rTは多孔層の細孔半径[m]である)
と、次式で表される多孔性光電変換層の液体またはゲル電解質に対する毛管力PK[Pa]:
K=2σ・cosθK/rK
(式中、σは液体またはゲル電解質の表面張力[N/m]であり、θKは液体またはゲル電解質と多孔性光電変換層材料との接触角[°]であり、rKは多孔性光電変換層の細孔半径[m]である)
との比(PT/PK)が0.2〜5の範囲になる層の組み合わせであるのが好ましい。
In order for the porous semiconductor layer and the porous layer to be a layer in which the liquid or gel electrolyte can permeate the porous semiconductor layer and the porous layer evenly, the porous semiconductor layer and the porous layer are expressed by the following formula: Capillary force P T [Pa] on the liquid or gel electrolyte of the layer:
P T = 2σ · cos θ T / r T
(Where σ is the surface tension [N / m] of the liquid or gel electrolyte, θ T is the contact angle [°] between the liquid or gel electrolyte and the porous layer material, and r T is the pore of the porous layer. Radius [m])
And the capillary force P K [Pa] for the liquid or gel electrolyte of the porous photoelectric conversion layer represented by the following formula:
P K = 2σ · cos θ K / r K
(In the formula, σ is the surface tension [N / m] of the liquid or gel electrolyte, θ K is the contact angle [°] between the liquid or gel electrolyte and the porous photoelectric conversion layer material, and r K is porous. It is the pore radius [m] of the photoelectric conversion layer)
And a ratio of layers (P T / P K ) is preferably a combination of layers in a range of 0.2 to 5.

本発明の太陽電池の好適な実施形態について、図面を用いて説明する。なお、この実施形態は一例であり、種々の形態での実施が本発明の範囲内で可能である。
図1は、本発明の太陽電池の層構成を示す概略断面図である。
図1において、1は第一支持体1、2は第一導電層、3は多孔性半導体層に色素を吸着させた多孔性光電変換層、4はキャリア輸送層、5は多孔層、6は第二導電層、7は第二支持体、8は封止材、9は触媒層である。
A preferred embodiment of the solar cell of the present invention will be described with reference to the drawings. In addition, this embodiment is an example and implementation with a various form is possible within the scope of the present invention.
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing the layer structure of the solar cell of the present invention.
In FIG. 1, 1 is a first support 1, 2 is a first conductive layer, 3 is a porous photoelectric conversion layer in which a dye is adsorbed on a porous semiconductor layer, 4 is a carrier transport layer, 5 is a porous layer, and 6 is a porous layer. The second conductive layer, 7 is a second support, 8 is a sealing material, and 9 is a catalyst layer.

まず、毛管力について説明する。
一般に、細孔を有する多孔体に物質が浸透する場合、その浸透は多孔体の物質に対する毛管力により推進される。例えば、細孔半径rの円管に液体が浸透する場合、浸透する推進力は、次式の毛管力Pで表すことができる。
P=2σ・cosθ/r
(式中、Pは毛管力[Pa]であり、σは液体の表面張力[N/m]であり、θは液体と円管の接触角[°]であり、rは円管の細孔半径[m]である)
First, the capillary force will be described.
Generally, when a substance penetrates into a porous body having pores, the penetration is driven by a capillary force against the porous body substance. For example, when a liquid permeates a circular tube having a pore radius r, the permeating propulsive force can be expressed by the following capillary force P.
P = 2σ · cos θ / r
(Wherein P is the capillary force [Pa], σ is the surface tension of the liquid [N / m], θ is the contact angle [°] between the liquid and the circular tube, and r is the pore of the circular tube. Radius [m])

また、一般に層状に別々の細孔を有する多孔体に液体が浸透する場合、毛管力Pはそれぞれの細孔の部分で推進力となり液体が浸透するが、細孔半径、表面張力、接触角などの各物性値による毛管力が大きな層に支配的に液体が浸透する。
さらに、液体がそれぞれの層に浸透し、一部に浸透していない部分が残った状態で保持すると、毛管力が大きい層に徐々に浸透が進み、毛管力が小さい層に浸透し充填された液体を吸い上げる状況が起こる。
In general, when a liquid penetrates into a porous body having separate pores in a layered manner, the capillary force P becomes a driving force at each pore portion, and the liquid penetrates, but the pore radius, surface tension, contact angle, etc. The liquid predominantly penetrates into the layer where the capillary force due to each physical property value is large.
Furthermore, when the liquid penetrates into each layer and is held in a state where a part that has not penetrated remains, the penetration gradually proceeds to a layer with a large capillary force, and penetrates and fills a layer with a small capillary force. A situation occurs in which liquid is sucked up.

多孔性半導体層に色素を吸着させた多孔性光電変換層と第二導電層との間に多孔層を設け、第一支持体と第二支持体との間に電解液などのキャリア輸送層を注入した場合、上記のような状況が起こり、均一にキャリア輸送層を形成することができず、安定で、優れた光電変換効率を有する太陽電池を得ることができない。
そこで、本発明では、多孔層の毛管力と多孔性光電変換層の毛管力とが同レベルとなる組み合わせの構成で太陽電池を製造する。
A porous layer is provided between the porous photoelectric conversion layer in which the dye is adsorbed on the porous semiconductor layer and the second conductive layer, and a carrier transport layer such as an electrolyte is provided between the first support and the second support. When injected, the above situation occurs, the carrier transport layer cannot be formed uniformly, and a stable and excellent solar cell having a high photoelectric conversion efficiency cannot be obtained.
Therefore, in the present invention, a solar cell is manufactured with a configuration in which the capillary force of the porous layer and the capillary force of the porous photoelectric conversion layer are at the same level.

まず、本発明において重要な構成部材、多孔性光電変換層、多孔層およびキャリア輸送層、ならびにその形成方法について説明する。   First, constituent members, a porous photoelectric conversion layer, a porous layer and a carrier transport layer important in the present invention, and a method for forming the same will be described.

(多孔性光電変換層)
多孔性光電変換層は、多孔性半導体層に色素が吸着されてなる。
(Porous photoelectric conversion layer)
The porous photoelectric conversion layer is formed by adsorbing a dye to the porous semiconductor layer.

(多孔性半導体)
多孔性半導体層は、半導体から構成され、その形態は、粒子状、膜状などの種々な形態のものを用いることができるが、膜状の形態が好ましい。
多孔性半導体層を構成する材料としては、酸化チタン、酸化亜鉛、酸化タングステン、チタン酸バリウム、チタン酸ストロンチウム、硫化カドミウムなどの公知の半導体、およびこれらの1種以上の組み合わせが挙げられる。これらの中でも、光電変換効率、安定性、安全性の観点から酸化チタンまたは酸化亜鉛が特に好ましい。
(Porous semiconductor)
The porous semiconductor layer is composed of a semiconductor, and various forms such as a particle form and a film form can be used, but a film form is preferable.
Examples of the material constituting the porous semiconductor layer include well-known semiconductors such as titanium oxide, zinc oxide, tungsten oxide, barium titanate, strontium titanate, cadmium sulfide, and combinations of one or more of these. Among these, titanium oxide or zinc oxide is particularly preferable from the viewpoints of photoelectric conversion efficiency, stability, and safety.

導電層を形成した支持体(「基板」ともいう)上に膜状の多孔性半導体層を形成する方法としては、特に限定されず、種々の公知の方法が挙げられる。具体的には、(1)スクリーン印刷法、インクジェット法などにより、半導体粒子を含有する懸濁液(ペースト)を基板上に塗布した後、焼成する方法、(2)原料ガスを用いたCVD法またはMOCVD法などにより、基板上に成膜する方法、(3)原料固体を用いたPVD法、蒸着法、スパッタリング法などにより、基板上に成膜する方法、(4)ゾル−ゲル法、電気化学的な酸化還元反応を利用した方法などにより、基板上に成膜する方法などが挙げられる。   The method for forming a film-like porous semiconductor layer on a support (also referred to as “substrate”) on which a conductive layer is formed is not particularly limited, and various known methods can be mentioned. Specifically, (1) a method in which a suspension (paste) containing semiconductor particles is applied onto a substrate by a screen printing method, an ink jet method, and the like, followed by firing, (2) a CVD method using a source gas Alternatively, a method of forming a film on a substrate by MOCVD method or the like, (3) a method of forming a film on a substrate by PVD method using a raw material solid, vapor deposition method, sputtering method, or the like, (4) sol-gel method, electricity Examples thereof include a method of forming a film on a substrate by a method using a chemical oxidation-reduction reaction.

上記の方法の中で、厚膜の多孔性半導体層を低コストで製造できることから、懸濁液を用いたスクリーン印刷法が特に好ましい。
スクリーン印刷法で多孔性半導体層を印刷する場合には、印刷後のダレを少なくするために、数回に分けて印刷してもよい。また、数回に分けて印刷する場合には、異なる材料や粒径を有する半導体粒子を含有する懸濁液を用いて印刷してもよい。
Among the above methods, a screen printing method using a suspension is particularly preferable because a thick porous semiconductor layer can be produced at low cost.
When the porous semiconductor layer is printed by the screen printing method, it may be printed in several times in order to reduce sagging after printing. Moreover, when printing in several times, you may print using the suspension containing the semiconductor particle which has a different material and a particle size.

半導体粒子としては、市販されているもののうち適当な平均粒径、例えば1〜500nm程度(例えば、20nm)の平均粒径を有する単一または化合物半導体の粒子などが挙げられる。また、多孔性半導体層中に、粒径の異なる半導体微粒子が含有されていてもよい。本明細書において、「平均粒径」とは、SEM観察により測定した値を意味する。   Examples of the semiconductor particles include commercially available single or compound semiconductor particles having an average particle size of about 1 to 500 nm (for example, 20 nm). The porous semiconductor layer may contain semiconductor fine particles having different particle diameters. In the present specification, the “average particle diameter” means a value measured by SEM observation.

太陽電池の光電変換効率を向上させるためには、後述する色素を多孔性半導体層により多く吸着させることが必要である。このため、膜状の多孔性半導体層は、比表面積の大きなものが好ましく、10〜200m2/g程度が好ましい。本明細書において、「比表面積」は、BET吸着法により測定した値を意味する。 In order to improve the photoelectric conversion efficiency of the solar cell, it is necessary to adsorb more dye, which will be described later, to the porous semiconductor layer. For this reason, the membrane-like porous semiconductor layer preferably has a large specific surface area, and is preferably about 10 to 200 m 2 / g. In this specification, “specific surface area” means a value measured by the BET adsorption method.

半導体粒子を含有する懸濁液を調製するために用いる溶剤としては、エチレングリコールモノメチルエーテルなどのグライム系溶剤、イソプロピルアルコールなどのアルコール系溶剤、イソプロピルアルコール/トルエンなどの混合溶剤、水などが挙げられる。   Examples of the solvent used for preparing the suspension containing semiconductor particles include a glyme solvent such as ethylene glycol monomethyl ether, an alcohol solvent such as isopropyl alcohol, a mixed solvent such as isopropyl alcohol / toluene, and water. .

スクリーン印刷法で多孔性半導体層を印刷する場合、乾燥および焼成は、使用する基板や半導体粒子の種類などにより、温度、時間、雰囲気などの条件を適宜設定して行われる。例えば、温度は50〜800℃程度、時間は10秒〜12時間程度、雰囲気は大気下または不活性ガス雰囲気下が挙げられる。この乾燥および焼成は、単一の温度で1回または温度を変化させて2回以上行ってもよい。
多孔性半導体層の膜厚は、特に限定されるものではないが、光透過性、光電変換効率などの観点より、0.5〜100μm程度が好ましい。
When the porous semiconductor layer is printed by the screen printing method, drying and firing are performed by appropriately setting conditions such as temperature, time, atmosphere, and the like depending on the substrate to be used and the type of semiconductor particles. For example, the temperature is about 50 to 800 ° C., the time is about 10 seconds to 12 hours, and the atmosphere is air or an inert gas atmosphere. This drying and baking may be performed once at a single temperature or twice or more by changing the temperature.
Although the film thickness of a porous semiconductor layer is not specifically limited, About 0.5-100 micrometers is preferable from viewpoints, such as optical transparency and photoelectric conversion efficiency.

(色素)
多孔性半導体層に吸着して光増感剤として機能する色素としては、種々の可視光領域および/または赤外光領域に吸収を有するものが挙げられる。また、多孔性半導体層に色素を強固に吸着させるためには、色素分子中にカルボン酸基、カルボン酸無水基、アルコキシ基、ヒドロキシル基、ヒドロキシアルキル基、スルホン酸基、エステル基、メルカプト基、ホスホニル基などのインターロック基を有するものが好ましい。これらの中でも、カルボン酸基およびカルボン酸無水基がより好ましい。なお、インターロック基は、励起状態の色素と多孔性半導体層の伝導帯との間の電子移動を容易にする電気的結合を提供するものである。
(Dye)
Examples of the dye that functions as a photosensitizer by being adsorbed on the porous semiconductor layer include those having absorption in various visible light regions and / or infrared light regions. In order to firmly adsorb the dye to the porous semiconductor layer, the carboxylic acid group, carboxylic anhydride group, alkoxy group, hydroxyl group, hydroxyalkyl group, sulfonic acid group, ester group, mercapto group, Those having an interlock group such as a phosphonyl group are preferred. Among these, a carboxylic acid group and a carboxylic anhydride group are more preferable. The interlock group provides an electrical bond that facilitates electron transfer between the excited dye and the conduction band of the porous semiconductor layer.

インターロック基を含有する色素として、例えば、ルテニウムビピリジン系色素、アゾ系色素、キノン系色素、キノンイミン系色素、キナクリドン系色素、スクアリリウム系色素、シアニン系色素、メロシアニン系色素、トリフェニルメタン系色素、キサンテン系色素、ポリフィリン系色素、フタロシアニン系色素、ベリレン系色素、インジゴ系色素、ナフタロシアニン系色素などが挙げられる。   Examples of dyes containing an interlock group include ruthenium bipyridine dyes, azo dyes, quinone dyes, quinone imine dyes, quinacridone dyes, squarylium dyes, cyanine dyes, merocyanine dyes, triphenylmethane dyes, Xanthene dyes, porphyrin dyes, phthalocyanine dyes, berylene dyes, indigo dyes, naphthalocyanine dyes and the like can be mentioned.

多孔性半導体層に吸着させる方法としては、例えば、基板上に形成された多孔性半導体層を、色素を溶解した溶液(色素吸着用溶液)に浸漬する方法が挙げられる。
色素を溶解させる溶剤としては、色素を溶解するものであればよく、具体的には、エタノールなどのアルコール類、アセトンなどのケトン類、ジエチルエーテル、テトラヒドロフランなどのエーテル類、アセトニトリルなどの窒素化合物類、クロロホルムなどのハロゲン化脂肪族炭化水素、ヘキサンなどの脂肪族炭化水素、ベンゼンなどの芳香族炭化水素、酢酸エチルなどのエステル類、水などが挙げられる。これらの溶剤は2種類以上を混合して用いることもできる。
溶液中の色素濃度は、使用する色素および溶剤の種類により適宜調整することができるが、吸着機能を向上させるためにはできるだけ高濃度である方が好ましく、例えば、5×10-4モル/リットル以上であればよい。
Examples of the method of adsorbing the porous semiconductor layer include a method of immersing the porous semiconductor layer formed on the substrate in a solution in which a dye is dissolved (dye adsorption solution).
The solvent for dissolving the dye may be any solvent that dissolves the dye. Specifically, alcohols such as ethanol, ketones such as acetone, ethers such as diethyl ether and tetrahydrofuran, and nitrogen compounds such as acetonitrile. Halogenated aliphatic hydrocarbons such as chloroform, aliphatic hydrocarbons such as hexane, aromatic hydrocarbons such as benzene, esters such as ethyl acetate, water, and the like. Two or more of these solvents can be used in combination.
The concentration of the dye in the solution can be appropriately adjusted depending on the kind of the dye and the solvent to be used, but is preferably as high as possible in order to improve the adsorption function, for example, 5 × 10 −4 mol / liter. That is all you need.

(多孔層)
多孔層は、多孔性光電変換層と第二導電層もしくは触媒層の間に設置され、それぞれを電気的に分離するために設けられる。
(Porous layer)
The porous layer is provided between the porous photoelectric conversion layer and the second conductive layer or the catalyst layer, and is provided to electrically separate each of them.

多孔層を構成する材料としては、充填(浸透)されるキャリア輸送層の電荷輸送を妨げず、かつ毛管力が多孔性光電変換層と同等のものであれば特に限定されない。例えば、二次電池などに用いられているセパレータや不織布、およびろ過フィルターなどが挙げられる。
セパレーターの材質としては、ポリプロピレン、ポリエチレンなどのポリオレフィン類、ポリエチレンテレフタレートなどのポリエステル類、ポリアミド類、ポリフェリレンスルフィド、ビニヨン(塩化ビニルと酢酸ビニルの共重合物)、ポリイミド、ビニロン(アセタール化ポリビニルアルコール)などが挙げられる。
ろ過フィルターの材質としては、ガラス繊維、ポリプロピレン、ポリエチレンなどのポリオレフィン類、ポリエチレンテレフタレートなどのポリエステル類などが挙げられる。
The material constituting the porous layer is not particularly limited as long as it does not hinder charge transport of the filled (penetrated) carrier transport layer and has a capillary force equivalent to that of the porous photoelectric conversion layer. For example, the separator used for a secondary battery etc., a nonwoven fabric, a filtration filter, etc. are mentioned.
The material of the separator includes polyolefins such as polypropylene and polyethylene, polyesters such as polyethylene terephthalate, polyamides, polyferylene sulfide, vinylon (a copolymer of vinyl chloride and vinyl acetate), polyimide, and vinylon (acetalized polyvinyl alcohol). ) And the like.
Examples of the material of the filtration filter include glass fibers, polyolefins such as polypropylene and polyethylene, and polyesters such as polyethylene terephthalate.

多孔層の細孔半径および膜厚は、特に限定されるものではないが、光透過性、光電変換効率などの観点より、それぞれ1nm〜10μm程度および1〜50μm程度が好ましい。
多孔層としては、例えば、細孔半径50nm、膜厚25μmのポリエステル製のセパレーター(「多孔層A」という)が挙げられる。
The pore radius and film thickness of the porous layer are not particularly limited, but are preferably about 1 nm to 10 μm and about 1 to 50 μm, respectively, from the viewpoints of light transmittance and photoelectric conversion efficiency.
Examples of the porous layer include a polyester separator (referred to as “porous layer A”) having a pore radius of 50 nm and a film thickness of 25 μm.

また、多孔層は、絶縁性粒子を用いて多孔性光電変換層の作製手法と同様な手法により作製することもできる。絶縁性粒子としては、酸化タングステン、ガラス、酸化アルミニウム、酸化ケイ素、酸化チタン、酸化ジルコニアなどが挙げられる。したがって、多孔性光電変換層材料の伝導帯準位より高い伝導帯準位を持つ材料を用いることにより、多孔性光電変換層材料の伝導帯準位より低い材料で多孔層を構成させるより太陽電池のリーク電流が低減され性能が向上する。   Further, the porous layer can also be produced by a method similar to the method for producing the porous photoelectric conversion layer using insulating particles. Examples of the insulating particles include tungsten oxide, glass, aluminum oxide, silicon oxide, titanium oxide, and zirconia oxide. Therefore, by using a material having a conduction band level higher than the conduction band level of the porous photoelectric conversion layer material, a solar cell is formed by forming a porous layer with a material lower than the conduction band level of the porous photoelectric conversion layer material. The leakage current is reduced and the performance is improved.

(キャリア輸送層)
キャリア輸送層は、電子、ホール、イオンを輸送できる導電性材料を含む層であり、多孔性光電変換層と第二導電層との間に充填される。
導電性材料としては、例えば、ポリカルバゾールなどのホール輸送材、テトラニトロフロオルレノンなどの電子輸送材、ポリロールなどの導電性ポリマー、液体電解質を高分子化合物により固体化した高分子電解質、ヨウ化銅、チオシアン酸銅などのp型半導体、溶融塩を含む液体電解質を微粒子により固体化した電解質などが挙げられる。
キャリア輸送層は、液体電解質、ゲル電解質、溶融塩ゲル電解質のいずれであってもよい。
(Carrier transport layer)
The carrier transport layer is a layer containing a conductive material that can transport electrons, holes, and ions, and is filled between the porous photoelectric conversion layer and the second conductive layer.
Examples of the conductive material include a hole transport material such as polycarbazole, an electron transport material such as tetranitrofluororenone, a conductive polymer such as polyroll, a polymer electrolyte obtained by solidifying a liquid electrolyte with a polymer compound, and iodide. Examples thereof include p-type semiconductors such as copper and copper thiocyanate, and electrolytes obtained by solidifying liquid electrolytes containing molten salts with fine particles.
The carrier transport layer may be any of a liquid electrolyte, a gel electrolyte, and a molten salt gel electrolyte.

液体電解質(電解液ともいう)は、電解質と溶剤からなる。
電解質としては、LiI、NaI、KI、CsI、CaI2などの金属ヨウ化物、およびテトラアルキルアンモニウムヨーダイド、ピリジニウムヨーダイド、イミダゾリウムヨーダイドなど4級アンモニウム化合物のヨウ素塩などのヨウ化物と、I2との組み合わせ;LiBr、NaBr、KBr、CsBr、CaBr2などの金属臭化物、およびテトラアルキルアンモニウムブロマイド、ピリジニウムブロマイドなど4級アンモニウム化合物の臭素塩などの臭化物と、Br2との組み合わせ;フェロシアン酸塩−フェリシアン酸塩やフェロセン−フェリシニウムイオンなどの金属錯体;ポリ硫化ナトリウム、アルキルチオール−アルキルジスルフィドなどのイオウ化合物;ビオロゲン色素、ヒドロキノン−キノンなどが挙げられる。これらの中でも、LiI、ピリジニウムヨーダイド、イミダゾリウムヨーダイドとI2との組み合わせが開放電圧の改善の点で好ましい。上記の電解質は2種以上を混合して用いてもよい。
A liquid electrolyte (also referred to as an electrolytic solution) includes an electrolyte and a solvent.
As the electrolyte, LiI, NaI, KI, CsI, and an iodide such as iodine salt of CaI metal iodide such as 2, and tetraalkylammonium iodide, pyridinium iodide, imidazolium iodide and quaternary ammonium compounds, I combination of 2; LiBr, NaBr, KBr, CsBr, CaBr metal bromide such as 2, and tetraalkyl ammonium bromide, and bromide such as bromine salts of quaternary ammonium compounds such as pyridinium bromide, combination of Br 2; ferrocyanide acid Metal complexes such as salt-ferricyanate and ferrocene-ferricinium ions; sulfur compounds such as sodium polysulfide and alkylthiol-alkyldisulfides; viologen dyes, hydroquinone-quinones and the like. Among these, the combination of LiI, pyridinium iodide, imidazolium iodide and I 2 is preferable from the viewpoint of improving the open circuit voltage. Two or more of the above electrolytes may be mixed and used.

溶剤としては、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネートなどのカーボネート化合物;3-メチル-2-オキサゾリジノンなどの複素環化合物;ジオキサン、ジエチルエーテルなどのエーテル化合物;エチレングリコールジアルキルエーテル、プロピレングリコールジアルキルエーテル、ポリエチレングリコールジアルキルエーテル、ポリプロピレングリコールジアルキルエーテル、エチレングリコールモノアルキルエーテル、プロピレングリコールモノアルキルエーテル、ポリエチレングリコールモノアルキルエーテル、ポリプロピレングリコールモノアルキルエーテルなどのエーテル類;メタノール、エタノールなどのアルコール類;エチレングリコール、プロピレングリコール、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール、グリセリンなどの多価アルコール類;アセトニトリル、グルタロジニトリル、メトキシアセトニトリル、プロピオニトリル、ベンゾニトリルなどのニトリル化合物;ジメチルスルフォキシド、スルフォランなど非プロトン極性物質;水などが挙げられる。   Solvents include carbonate compounds such as ethylene carbonate and propylene carbonate; heterocyclic compounds such as 3-methyl-2-oxazolidinone; ether compounds such as dioxane and diethyl ether; ethylene glycol dialkyl ether, propylene glycol dialkyl ether, polyethylene glycol dialkyl ether , Polypropylene glycol dialkyl ether, ethylene glycol monoalkyl ether, propylene glycol monoalkyl ether, ethers such as polyethylene glycol monoalkyl ether, polypropylene glycol monoalkyl ether; alcohols such as methanol and ethanol; ethylene glycol, propylene glycol, polyethylene glycol , Polypropylene glycol, Polyhydric alcohols such as glycerin; acetonitrile, glutarodinitrile, methoxy acetonitrile, propionitrile, nitrile compounds such as benzonitrile; like water; dimethyl sulfoxide, aprotic polar substances such as sulfolane.

ゲル電解質は、通常、電解質とゲル化剤からなる。
ゲル化剤としては、例えば、架橋ポリアクリル樹脂誘導体や架橋ポリアクリロニトリル誘導体、ポリアルキレンオキシド誘導体、シリコーン樹脂類、側鎖に含窒素複素環式四級化合物塩構造を有するポリマーなどの高分子ゲル化剤などが挙げられ、これらを好適に用いることができる。
The gel electrolyte is usually composed of an electrolyte and a gelling agent.
Examples of gelling agents include polymer gelation such as crosslinked polyacrylic resin derivatives, crosslinked polyacrylonitrile derivatives, polyalkylene oxide derivatives, silicone resins, and polymers having a nitrogen-containing heterocyclic quaternary compound salt structure in the side chain. An agent etc. are mentioned, and these can be used conveniently.

溶融塩ゲル電解質は、通常、ゲル電解質材料と常温型溶融塩からなる。
常温型溶融塩としては、例えば、ピリジニウム塩類、イミダゾリウム塩類などの含窒素複素環式四級アンモニウム塩化合物類などが挙げられ、これらを好適に用いることができる。
The molten salt gel electrolyte is usually composed of a gel electrolyte material and a room temperature molten salt.
Examples of the room temperature type molten salt include nitrogen-containing heterocyclic quaternary ammonium salt compounds such as pyridinium salts and imidazolium salts, and these can be suitably used.

キャリア輸送層の電解質濃度は、電解質や溶剤の種類などにより適宜設定すればよく、例えば、0.01〜1.5モル/リットル、好ましくは0.01〜0.7モル/リットルである。
電解液としては、例えば、ジメチルプロピルイミダゾリウムアイオダイド0.6モル/リットル、リチウムアイオダイド0.1モル/リットル、ヨウ素0.1モル/リットル、ターシャルブチルピリジン0.5モル/リットルの濃度となるようにそれぞれをアセトニトリルに溶解させたものが挙げられる。
The electrolyte concentration of the carrier transport layer may be appropriately set depending on the type of electrolyte and solvent, and is, for example, 0.01 to 1.5 mol / liter, preferably 0.01 to 0.7 mol / liter.
Examples of the electrolyte include dimethylpropylimidazolium iodide 0.6 mol / liter, lithium iodide 0.1 mol / liter, iodine 0.1 mol / liter, and tertiary butylpyridine 0.5 mol / liter. What dissolved each in acetonitrile so that it may become.

次に、具体的な材料を用いた場合の毛管力について説明する。
上記の電解液、多孔層Aおよび酸化チタンで構成される多孔性半導体層を用いた場合の毛管力を前記の式に基づいて計算した。すなわち、式における液体を電解液、円管を多孔性光電変換層の材料である酸化チタンとして計算をした。
Next, the capillary force when a specific material is used will be described.
The capillary force in the case of using a porous semiconductor layer composed of the above electrolytic solution, porous layer A and titanium oxide was calculated based on the above formula. That is, the calculation was performed assuming that the liquid in the equation is an electrolyte and the circular tube is titanium oxide that is a material for the porous photoelectric conversion layer.

次式:
R=ΔV/Δlog(R K )[mm3/nm・g]
(式中、R K は細孔半径[nm]であり、ΔVは単位重量当たりの細孔容積であり、Δlog(R K )は細孔半径の変化である)
で表される多孔性光電変換層の細孔半径分布特性における細孔体積変化率RのピークRpの関係を図2に示す。この図から、ピークRpを57.6nmとした。
接触角θを多孔層および多孔性光電変換層を形成するバルク材料(アナターゼ型酸化チタン)とキャリア輸送層である電解液との接触角とした。
計算の結果、多孔層(セパレータ)の電解液に対する毛管力PTは911787Paであり、多孔性光電変換層の電解液に対する毛管力PKは857453Paであり、PT/PKは1.06であった。
このような推進力を有する電解液を多孔性光電変換層と多孔層に毛細管現象を使用して約30μl注入し、注入後、約5分後に太陽電池特性を評価した結果、変換効率は6.47%であった。
The following formula:
R = ΔV / Δlog (R K ) [mm 3 / nm · g]
(Where R K is the pore radius [nm], ΔV is the pore volume per unit weight, and Δlog (R K ) is the change in pore radius)
The relationship of the peak Rp of the pore volume change rate R in the pore radius distribution characteristic of the porous photoelectric conversion layer represented by is shown in FIG. From this figure, the peak Rp was 57.6 nm.
The contact angle θ was defined as the contact angle between the bulk material (anatase type titanium oxide) forming the porous layer and the porous photoelectric conversion layer and the electrolyte solution as the carrier transport layer.
As a result of the calculation, the capillary force P T for the electrolyte solution of the porous layer (separator) is 911787 Pa, the capillary force P K for the electrolyte solution of the porous photoelectric conversion layer is 857453 Pa, and P T / P K is 1.06. there were.
As a result of injecting about 30 μl of the electrolyte having such a driving force into the porous photoelectric conversion layer and the porous layer by using a capillary phenomenon, and evaluating the solar cell characteristics about 5 minutes after the injection, the conversion efficiency is 6. It was 47%.

また、別の多孔層として、細孔半径500nm、膜厚25μmのポリエステル製の多孔層(「多孔層B」という)、細孔半径20nm、膜厚25μmのポリエステル製の多孔層(「多孔層C」という)を用いること以外は、上記と同様にして太陽電池を作製し評価した。
それらの結果、多孔層Bの場合には、PT/PKは0.11で、変換効率は4.51%であった。また、多孔層Cの場合には、PT/PKは2.66で、変換効率は6.26%であった。
As another porous layer, a polyester porous layer (referred to as “porous layer B”) having a pore radius of 500 nm and a film thickness of 25 μm, a polyester porous layer having a pore radius of 20 nm and a film thickness of 25 μm (“porous layer C”). A solar cell was prepared and evaluated in the same manner as described above except that the above was used.
As a result, in the case of the porous layer B, P T / P K was 0.11, and the conversion efficiency was 4.51%. In the case of porous layer C, P T / P K was 2.66, and the conversion efficiency was 6.26%.

太陽電池の性能を評価した後、多孔層のみを取り出し、酸化チタン表面をキムワイプ(登録商標)で拭き取り、秤量してセル作製前後の重量差を算出したところ、3.5mg(多孔層A使用セル)、1.8mg(多孔層B使用セル)、3.8mg(多孔層C使用セル)であった。
以上のように、毛管力が多孔性光電変換層と同レベルの多孔層を用いることにより、高い変換効率を得ることができた。これは、多孔性光電変換層と多孔層に電解液が均一に注入されているためと考えられる。
After evaluating the performance of the solar cell, only the porous layer was taken out, the titanium oxide surface was wiped off with Kimwipe (registered trademark), and weighed to calculate the weight difference before and after cell preparation. 3.5 mg (cell using porous layer A) ), 1.8 mg (cell using porous layer B) and 3.8 mg (cell using porous layer C).
As described above, high conversion efficiency could be obtained by using a porous layer having the same capillary force as that of the porous photoelectric conversion layer. This is presumably because the electrolyte solution was uniformly injected into the porous photoelectric conversion layer and the porous layer.

更に毛管力が異なる多孔層を用いて、太陽電池の性能評価を行った結果を図3に示す。
この結果から、前記の式で表される多孔層の液体またはゲル電解質に対する毛管力PTと多孔性光電変換層の液体またはゲル電解質に対する毛管力PKの比(PT/PK)が0.2以下および5以上で大きくFFが低下していることがわかる。これは、毛管力の比率が大きく異なることによる電解液の不均一化に起因するものと考えられる。
したがって、毛管力の比(PT/PK)は0.2〜5の範囲にあるのが好ましい。
Furthermore, the result of having evaluated the performance of the solar cell using the porous layer from which capillary force differs is shown in FIG.
From this result, the ratio (P T / P K ) of the capillary force P T for the liquid or gel electrolyte of the porous layer represented by the above formula and the capillary force P K for the liquid or gel electrolyte of the porous photoelectric conversion layer is 0. It can be seen that the FF is greatly reduced at 2 or less and 5 or more. This is thought to be due to the non-uniformity of the electrolyte due to the large difference in the ratio of capillary forces.
Accordingly, the ratio of the capillary forces (P T / P K ) is preferably in the range of 0.2-5.

次に、多孔層Aを用い、多孔性光電変換層として面積5mm×80mmの酸化チタンを用いて、大面積の単位セルの太陽電池を作製し評価した。なお、多孔層を用いたものと用いないものをそれぞれ10個ずつ作製し、それぞれの変換効率のばらつきに関して検討を行った。得られた結果を表1に示す。   Next, using a porous layer A and using a titanium oxide having an area of 5 mm × 80 mm as a porous photoelectric conversion layer, a large-area unit cell solar cell was prepared and evaluated. In addition, 10 each using a porous layer and one not using were produced, and examination was performed regarding variation in each conversion efficiency. The obtained results are shown in Table 1.

Figure 0004897226
Figure 0004897226

表1の結果から、大面積の太陽電池を作製した場合、酸化チタンである多孔性光電変換層を焼成する際のそりにより、セルギャップがばらつくため、変換効率に影響を及ぼしているが、多孔層の設置により一定な太陽電池の作製が可能であることがわかる。   From the results in Table 1, when a large-area solar cell is produced, the cell gap varies due to warpage when the porous photoelectric conversion layer that is titanium oxide is baked, which affects the conversion efficiency. It can be seen that a certain solar cell can be produced by setting the layers.

下記の太陽電池単位セルの製造例に記載の酸化チタンペースト(酸化チタンペーストE)を基準とし、酸化チタンペーストAは酸化チタン粒子を9nm、酸化チタンペーストBは酸化チタン粒子を17nm、酸化チタンペーストCは酸化チタン固体濃度を15wt%、エチルセルロースを7wt%、酸化チタンペーストDはエチルセルロースを8wt%、酸化チタンペーストFはエチルセルロースを15wt%として作製した。それぞれの多孔性光電変換層の細孔分布特性を図4に示す。   Based on the titanium oxide paste (titanium oxide paste E) described in the production example of the following solar cell unit cell, the titanium oxide paste A has 9 nm of titanium oxide particles, the titanium oxide paste B has 17 nm of titanium oxide particles, and the titanium oxide paste. C was prepared with a titanium oxide solid concentration of 15 wt%, ethyl cellulose with 7 wt%, titanium oxide paste D with 8 wt% ethyl cellulose, and titanium oxide paste F with 15 wt% ethyl cellulose. FIG. 4 shows the pore distribution characteristics of each porous photoelectric conversion layer.

これらの多孔性光電変換層を用いて、上述のセパレータCを使用して太陽電池を作製し性能評価を行った結果を図5に示す。この結果から、多孔性光電変換層の細孔半径は20〜60nmの範囲で良好な性能を示すことが分かる。なお、毛管力比は酸化チタンペーストAからF順に、0.25、0.36、1.03、1.68、2.66、3.35であり、これらは0.25〜3.35の範囲であった。   The result of having produced the solar cell using the above-mentioned separator C using these porous photoelectric conversion layers and performing performance evaluation is shown in FIG. From this result, it can be seen that the pore radius of the porous photoelectric conversion layer exhibits good performance in the range of 20 to 60 nm. The capillary force ratio is 0.25, 0.36, 1.03, 1.68, 2.66, 3.35 in order of titanium oxide paste A to F, and these are 0.25 to 3.35. It was in range.

以下、その太陽電池の構成材料およびその形成方法について説明する。   Hereinafter, the constituent material of the solar cell and the formation method thereof will be described.

(第一支持体および第二支持体)
第一支持体および第二支持体(合わせて「支持体」という)は、太陽電池の受光面となる部分では光透過性が必要となるため、少なくとも一方が光透過性の材料からなる。例えば、第一支持体に光透過性の材料を用いることにより、第一支持体側から光入射が可能な太陽電池が得られる。この場合、入射光を有効に使用するために、不透明の第二支持体は、入射光を反射できる金属などの材料からなるのが好ましい。
また、両面に光透過性の材料を用いて、両面からの光入射が可能な太陽電池としてもよい。
本発明において「光透過性」とは、少なくとも多孔性光電変換層の色素に実効的な感度を有する波長の光を実質的に透過させることを意味し、必ずしもすべての波長領域の光に対して透過性を有することを意味しない。
(First support and second support)
Since the first support and the second support (collectively referred to as “supports”) need to be light transmissive at the portion that becomes the light receiving surface of the solar cell, at least one of them is made of a light transmissive material. For example, by using a light transmissive material for the first support, a solar cell capable of light incidence from the first support side can be obtained. In this case, in order to use incident light effectively, the opaque second support is preferably made of a material such as a metal capable of reflecting incident light.
Moreover, it is good also as a solar cell in which the light incidence from both surfaces is possible, using a light-transmitting material for both surfaces.
In the present invention, “light-transmitting” means substantially transmitting light having a wavelength having effective sensitivity to at least the dye of the porous photoelectric conversion layer, and not necessarily for light in all wavelength regions. It does not mean having transparency.

支持体を構成する材料としては、250℃以上の耐熱性を有するものが好ましく、その厚さは0.2〜5mm程度が好ましい。
支持体を構成する材料としては、例えば、ソーダガラス、溶融石英ガラス、結晶石英ガラス、合成石英ガラスなどのガラス基板、可撓性フィルムなどの耐熱性樹脂板、金属板などが挙げられる。
可撓性フィルム(以下、「フィルム」という)は、例えば、ポリエステル、ポリアクリル、ポリイミド、テフロン(登録商標)、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエチレンテレフタレート(PET)などの長期耐候性のシートやフィルムが挙げられる。
As a material constituting the support, a material having heat resistance of 250 ° C. or higher is preferable, and the thickness is preferably about 0.2 to 5 mm.
Examples of the material constituting the support include glass substrates such as soda glass, fused quartz glass, crystalline quartz glass, and synthetic quartz glass, heat resistant resin plates such as flexible films, and metal plates.
Examples of the flexible film (hereinafter referred to as “film”) include long-term weather-resistant sheets and films such as polyester, polyacryl, polyimide, Teflon (registered trademark), polyethylene, polypropylene, and polyethylene terephthalate (PET). .

支持体上に加熱を伴って他の層を形成する場合、例えば、第一支持体上に250℃程度の加熱を伴って導電層を形成する場合には、上記のフィルム材料の中でも、250℃以上の耐熱性を有するテフロン(登録商標)が特に好ましい。
また、支持体を形成した後に加熱工程がない場合には、支持体は耐熱性を有さなくてもよい。
When forming another layer with heating on the support, for example, when forming a conductive layer with heating at about 250 ° C. on the first support, among the above film materials, 250 ° C. Teflon (registered trademark) having the above heat resistance is particularly preferable.
In the case where there is no heating step after forming the support, the support may not have heat resistance.

支持体は、第一導電層や第二導電層を埋め込むための凹部を有していてもよい。
また、完成した太陽電池を他の構造体に取り付けるときに支持体を利用することができる。すなわち、ガラス基板などの支持体の周辺部を、金属加工部品とねじを用いて他の支持体に容易に取り付けることができる。
The support may have a recess for embedding the first conductive layer and the second conductive layer.
Moreover, a support body can be utilized when attaching the completed solar cell to another structure. That is, the peripheral part of a support such as a glass substrate can be easily attached to another support using metal processed parts and screws.

(第一導電層および第二導電層)
第一導電層および第二導電層(合わせて「導電層」という)は、それぞれ第一支持体および第二支持体上に形成され、支持体と同様に、太陽電池の受光面となる部分では光透過性が必要となるため、少なくとも一方が光透過性の材料からなる。
支持体の片面に発生した電子を集める機能を有する導電層を「集電電極層」ともいい、その対となる導電層を「対極層」ともいう。
(First conductive layer and second conductive layer)
The first conductive layer and the second conductive layer (collectively referred to as “conductive layer”) are formed on the first support and the second support, respectively. Since light transmittance is required, at least one is made of a light transmissive material.
A conductive layer having a function of collecting electrons generated on one side of the support is also referred to as a “collecting electrode layer”, and a pair of conductive layers is also referred to as a “counter electrode layer”.

導電層を構成する材料としては、ITO(インジウム−スズ複合酸化物)、IZO(インジウム−亜鉛複合酸化物)、フッ素をドープした酸化スズ、ボロン、ガリウムまたはアルミニウムをドープした酸化亜鉛、ニオブをドープした酸化チタンなどの透明導電性金属酸化物など、金、銀、アルミニウム、インジウム、白金、カーボン(カーボンブラック、グラファイト、ガラス炭素、アモルファス炭素、ハードカーボン、ソフトカーボン、カーボンホイスカー、カーボンナノチューブ、フラーレン)などが挙げられる。
導電層を一般に不透明の金属材料で構成する場合、薄膜化により透明性にしてもよい。
As the material constituting the conductive layer, ITO (indium-tin composite oxide), IZO (indium-zinc composite oxide), tin oxide doped with fluorine, zinc oxide doped with boron, gallium or aluminum, or doped with niobium Gold, silver, aluminum, indium, platinum, carbon (carbon black, graphite, glass carbon, amorphous carbon, hard carbon, soft carbon, carbon whisker, carbon nanotube, fullerene), such as transparent conductive metal oxides such as titanium oxide Etc.
When the conductive layer is generally made of an opaque metal material, it may be made transparent by thinning.

支持体上に導電層を形成する方法としては、特に限定されず、CVD法、スパッター法、無電解メッキ法、電着法、印刷法、接着剤や両面テープで金属や合金の薄板を貼り付けるなど、一般的に電極を形成する方法が挙げられる。
また、支持体と導電層とが同一材料から構成されている場合には、製造プロセスが簡略化できるので好ましい。
薄膜形成した導電層の膜厚は、0.01〜2μm程度である。
また、光透過性を必要としない不透明の導電層は薄膜化する必要はない。
The method for forming the conductive layer on the support is not particularly limited, and a metal or alloy thin plate is affixed by CVD, sputtering, electroless plating, electrodeposition, printing, adhesive or double-sided tape. In general, a method of forming an electrode can be used.
Further, it is preferable that the support and the conductive layer are made of the same material because the manufacturing process can be simplified.
The film thickness of the thin conductive layer is about 0.01 to 2 μm.
Further, it is not necessary to reduce the thickness of an opaque conductive layer that does not require light transmission.

対極層となる導電層は、後述するキャリア輸送層の酸化還元反応の触媒機能を有するのが好ましく、触媒能を有する白金などの層で対極層を構成するか、キャリア輸送層に接する側に触媒能を有する白金などの層を設けて2層以上の構成とするのが好ましい。   The conductive layer serving as the counter electrode layer preferably has a catalytic function for the redox reaction of the carrier transport layer described later, and the counter electrode layer is formed of a layer of platinum having catalytic ability, or the catalyst on the side in contact with the carrier transport layer. It is preferable to provide two or more layers by providing a layer of platinum or the like having a function.

(触媒層)
多孔層に対する第一導電層もしくは第二導電層の表面には触媒層が形成されているのが好ましい。触媒層は、太陽電池の変換効率の向上に寄与する。
触媒層を構成する材料としては、多孔性半導体層の伝導帯準位より低い仕事関数を有し、キャリア輸送層の酸化還元反応を活性化させるものが好ましい。
例えば、多孔性半導体層に酸化チタン(仕事関数:4.17eV)を用いる場合には、白金(仕事関数:6.35eV)、カーボンブラック、グラファイト、ガラス炭素、アモルファス炭素、ハードカーボン、ソフトカーボン、カーボンホイスカー、カーボンナノチューブ、フラーレンなどカーボン(仕事関数4.78eV)が好ましい。
(Catalyst layer)
A catalyst layer is preferably formed on the surface of the first conductive layer or the second conductive layer with respect to the porous layer. A catalyst layer contributes to the improvement of the conversion efficiency of a solar cell.
As the material constituting the catalyst layer, a material having a work function lower than the conduction band level of the porous semiconductor layer and activating the redox reaction of the carrier transport layer is preferable.
For example, when titanium oxide (work function: 4.17 eV) is used for the porous semiconductor layer, platinum (work function: 6.35 eV), carbon black, graphite, glass carbon, amorphous carbon, hard carbon, soft carbon, Carbon (work function 4.78 eV) such as carbon whisker, carbon nanotube, and fullerene is preferable.

(封止材)
封止材は、キャリア輸送層の電解液の揮発と電池内への水などの浸入を防止するために設けるのが好ましい。
また、封止材は、(1)支持体に作用する落下物や応力(衝撃)を吸収する、(2)長期にわたる使用時において支持体に作用するたわみなどを吸収する機能も有する。
(Encapsulant)
The sealing material is preferably provided in order to prevent volatilization of the electrolyte solution in the carrier transport layer and intrusion of water or the like into the battery.
The sealing material also has a function of (1) absorbing a fallen object and stress (impact) acting on the support, and (2) absorbing a deflection acting on the support during long-term use.

封止材を構成する材料としては、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂、ポリイソブチレン系樹脂、ホットメルト樹脂、ガラスフリットなどが好ましく、これらは2種類以上を2層以上にして用いることもできる。キャリア輸送層の溶剤としてニトリル系溶剤、カーボネート系溶剤を使用する場合には、シリコーン樹脂やホットメルト樹脂(例えば、アイオノマー樹脂)、ポリイソブチレン系樹脂、ガラスフリットが特に好ましい。   As a material constituting the encapsulant, a silicone resin, an epoxy resin, a polyisobutylene resin, a hot melt resin, a glass frit, and the like are preferable. These can be used in two or more layers. When a nitrile solvent or a carbonate solvent is used as the solvent for the carrier transport layer, silicone resin, hot melt resin (for example, ionomer resin), polyisobutylene resin, and glass frit are particularly preferable.

封止材のパターンは、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂、ガラスフリットを使用する場合には、ディスペンサーにより、ホットメルト樹脂を使用する場合には、シート状のホットメルト樹脂にパターニングした穴を開けることにより、形成することができる。
封止材の層方向の厚さは、支持体間にある構成材料の膜厚に応じて設定すればよい。
The pattern of the sealing material is by using a dispenser when using a silicone resin, an epoxy resin, or a glass frit, and when using a hot melt resin, by opening a patterned hole in the sheet-like hot melt resin, Can be formed.
What is necessary is just to set the thickness of the layer direction of a sealing material according to the film thickness of the constituent material between support bodies.

上述の材料を使用して、第一支持体であるガラス上に形成された第一導電層であるフッ素ドープされた酸化スズ上に酸化チタンである多孔性光電変換層を1cm×8cmの大きさで作製した。この酸化チタン多孔性光電変換層の細孔分布特性を測定した結果、図2の分布が得られた。図2より、この酸化チタン多孔性光電変換層の主となる細孔半径は57.6nmである。   Using the above-mentioned materials, a porous photoelectric conversion layer made of titanium oxide is sized in a size of 1 cm × 8 cm on fluorine-doped tin oxide that is a first conductive layer formed on glass that is a first support. It was made with. As a result of measuring the pore distribution characteristics of the titanium oxide porous photoelectric conversion layer, the distribution shown in FIG. 2 was obtained. From FIG. 2, the main pore radius of this titanium oxide porous photoelectric conversion layer is 57.6 nm.

この多孔性光電変換層に次式のルテニウム色素(Solaronix社製、商品名Ruthenium719)を吸着させた。   The porous photoelectric conversion layer was adsorbed with a ruthenium dye of the following formula (trade name: Ruthenium 719, manufactured by Solaronix).

Figure 0004897226
Figure 0004897226

一方、第一支持体と第一導電層と同じ構成の第二支持体と第二導電層上に白金層をスパッタにより約300nmの膜厚で作製した。
色素を吸着させた多孔性光電変換層上に多孔性光電変換層と同じ大きさの多孔体であるセパレータを設置し、その上に白金層がセパレータと接触するように第二支持体と第二導電層を設置し太陽電池の作製を行う。
On the other hand, a platinum layer having a thickness of about 300 nm was formed on the second support and the second conductive layer having the same structure as the first support and the first conductive layer by sputtering.
A separator, which is a porous body having the same size as the porous photoelectric conversion layer, is placed on the porous photoelectric conversion layer on which the dye is adsorbed, and the second support and the second support are placed on the separator so that the platinum layer is in contact with the separator. A conductive layer is installed to manufacture a solar cell.

本発明の色素増感型太陽電池モジュール(以下、「太陽電池モジュール」という)は、本発明の太陽電池の少なくとも2つ以上が直列に接続され、集積化されてなる。
そして、本発明の太陽電池モジュールは、
(1)色素増感型太陽電池の第一支持体上の第一導電層と、それに隣接する他の色素増感型太陽電池の第二支持体上の第二導電層とが電気的に接続されているか、
(2)色素増感型太陽電池の第一支持体上の第一導電層と、それに隣接する他の色素増感型太陽電池の第一支持体上の第二導電層とが同一層として構成されているのが好ましい。
The dye-sensitized solar cell module (hereinafter referred to as “solar cell module”) of the present invention is formed by integrating at least two or more of the solar cells of the present invention in series.
And the solar cell module of the present invention is
(1) The first conductive layer on the first support of the dye-sensitized solar cell is electrically connected to the second conductive layer on the second support of another dye-sensitized solar cell adjacent thereto. Or
(2) The first conductive layer on the first support of the dye-sensitized solar cell and the second conductive layer on the first support of another dye-sensitized solar cell adjacent thereto are configured as the same layer. It is preferable.

(実施例)
本発明を製造例および実施例によりさらに具体的に説明するが、これらの製造例および実施例により本発明が限定されるものではない。
なお、実施例において、特に断りのない限り、製造例の条件を用いて太陽電池(太陽電池単位セル)および太陽電池モジュールを製造した。便宜上、製造例を太陽電池の製造例と太陽電池モジュールの製造例に分けて説明しているが、太陽電池の製造例における製造工程を適宜太陽電池モジュール製造に用いてもよく、その逆であってもよい。
以下の説明で用いる本発明の太陽電池および太陽電池モジュールの概略断面図などはすべて一例であり、これらの図により本発明が限定されるものではない。
(Example)
The present invention will be described more specifically with reference to production examples and examples. However, the present invention is not limited to these production examples and examples.
In Examples, unless otherwise specified, solar cells (solar cell unit cells) and solar cell modules were manufactured using the conditions of the manufacturing examples. For convenience, the manufacturing examples are divided into the solar cell manufacturing example and the solar cell module manufacturing example. However, the manufacturing process in the solar cell manufacturing example may be used as appropriate for solar cell module manufacturing, and vice versa. May be.
The schematic cross-sectional views of the solar cell and the solar cell module of the present invention used in the following description are all examples, and the present invention is not limited by these drawings.

(太陽電池単位セルの製造例)
図1は、本発明の太陽電池の層構成を示す概略断面図である。
図1に示すような太陽電池の作製した。その製造工程を以下に示す。
図1において、1は第一支持体(基板ともいう)、2は第一導電層、3は多孔性半導体層に色素を吸着させた多孔性光電変換層、4はキャリア輸送層、5は多孔層(キャリア輸送材料が充填されているものとする)、6は第二導電層、7は第二支持体、8は封止材、9は触媒層である。
(Production example of solar cell unit cell)
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing the layer structure of the solar cell of the present invention.
A solar cell as shown in FIG. 1 was produced. The manufacturing process is shown below.
In FIG. 1, 1 is a first support (also referred to as a substrate), 2 is a first conductive layer, 3 is a porous photoelectric conversion layer in which a dye is adsorbed on a porous semiconductor layer, 4 is a carrier transport layer, and 5 is porous. A layer (assumed to be filled with a carrier transport material), 6 is a second conductive layer, 7 is a second support, 8 is a sealing material, and 9 is a catalyst layer.

厚さ1.1mm程度のガラス基板からなる第一支持体1の片面上に、第一導電層2として膜厚900nm程度のSnO2をCVDにより成膜した。なお、ガラス基板およびSnO2は450℃以上の耐熱性を有する。 On one surface of the first support 1 made of a glass substrate having a thickness of approximately 1.1 mm, SnO 2 having a thickness of approximately 900 nm was formed as a first conductive layer 2 by CVD. The glass substrate and SnO 2 have a heat resistance of 450 ° C. or higher.

金属酸化物であるTiO2粉末に溶剤およびバインダーを混合してスラリー状またはペースト状とし、これを別途パターン形成を行ったスクリーン版を用いて、第一支持体1上の所定の位置にスクリーン印刷し、レベリングの後、80℃のオーブン中で乾燥させ、空気中、500℃で焼成することにより、膜厚20μm程度の多孔性半導体層を作製した。 A metal oxide TiO 2 powder is mixed with a solvent and a binder to form a slurry or paste, and this is screen printed at a predetermined position on the first support 1 using a screen plate on which a pattern is separately formed. Then, after the leveling, it was dried in an oven at 80 ° C. and baked at 500 ° C. in the air to produce a porous semiconductor layer having a thickness of about 20 μm.

具体的には、チタンイソプロポキシド(キシダ化学株式会社製)125mlを0.1Mの硝酸水溶液(キシダ化学株式会社製)750mLに滴下し、加水分解させ、得られた混合液を80℃で8時間加熱することにより、ゾル液を得た。得られたゾル液を、チタン製オートクレーブ中で230℃で11時間処理し、粒子成長させ、次いで30分間超音波分散を行うことにより、平均一次粒径20nmの酸化チタン粒子(「酸化チタンA」という)を含むコロイド溶液を得た。   Specifically, 125 ml of titanium isopropoxide (manufactured by Kishida Chemical Co., Ltd.) was dropped into 750 mL of a 0.1 M aqueous nitric acid solution (manufactured by Kishida Chemical Co., Ltd.) and hydrolyzed. A sol solution was obtained by heating for a period of time. The obtained sol solution was treated at 230 ° C. for 11 hours in a titanium autoclave for particle growth and then subjected to ultrasonic dispersion for 30 minutes, whereby titanium oxide particles having an average primary particle size of 20 nm (“titanium oxide A”). A colloidal solution containing

得られたコロイド溶液を、その酸化チタン濃度が15wt%になるまでエバポレーターでゆっくりと濃縮した。得られた濃縮液に、市販の酸化チタン粒子(日本アエロジル株式会社製、商品名P−25、アナターゼ型:ルチル型=(7:3)混合、平均一次粒径20nm:「酸化チタンB」という)を添加し、コロイド溶液の2倍容量のエタノールを加え、回転数5000rpmで遠心分離を行った。得られた酸化チタン粒子をエタノールで洗浄した後、エチルセルロース(キシダ化学株式会社製)とテルピネオール(キシダ化学株式会社製)を無水エタノールに溶解させたものを加え、攪拌して酸化チタン粒子を分散させた。その後、40mbarの真空下、50℃でエタノールを蒸発させて酸化チタンペーストを得た。最終的な組成として、酸化チタン固体濃度20wt%、エチルセルロース10wt%、テルピネオール64wt%となるように濃度を調整した。   The obtained colloidal solution was slowly concentrated with an evaporator until the titanium oxide concentration became 15 wt%. In the obtained concentrated liquid, commercially available titanium oxide particles (Nippon Aerosil Co., Ltd., trade name P-25, anatase type: rutile type = (7: 3) mixed, average primary particle size 20 nm: “titanium oxide B”. ), Ethanol twice the volume of the colloidal solution was added, and the mixture was centrifuged at a rotational speed of 5000 rpm. After the obtained titanium oxide particles were washed with ethanol, ethyl cellulose (manufactured by Kishida Chemical Co., Ltd.) and terpineol (manufactured by Kishida Chemical Co., Ltd.) dissolved in absolute ethanol were added and stirred to disperse the titanium oxide particles. It was. Thereafter, ethanol was evaporated at 50 ° C. under a vacuum of 40 mbar to obtain a titanium oxide paste. The final composition was adjusted to have a titanium oxide solid concentration of 20 wt%, ethyl cellulose of 10 wt%, and terpineol of 64 wt%.

得られた酸化チタンペーストをスクリーン印刷機(ニューロング精密工業製LS−150)で第一支持体1上に印刷して多孔性半導体層を得た。
多孔性半導体層の細孔分布特性を測定したところ、57.6nmの細孔半径であった。
The obtained titanium oxide paste was printed on the first support 1 with a screen printing machine (LS-150 manufactured by Neurong Seimitsu Kogyo) to obtain a porous semiconductor layer.
When the pore distribution characteristic of the porous semiconductor layer was measured, the pore radius was 57.6 nm.

次に、第一導電層2および多孔性半導体層を形成した第一支持体1を色素溶液に浸漬し、約2時間還流して多孔性半導体層に色素を吸着させて、多孔性光電変換層3を得た。
具体的には、アセトニトリルとn−ブタノールエタノールを体積比で1:1で混合した溶剤に、前記式のルテニウム色素(Solaronix社製、商品名Ruthenium719)を濃度4×10-4モル/リットルで溶解させて、吸着用色素溶液を得た。得られた吸着用色素溶液および上述で得られた基板を容器にそれぞれ入れ、約30分間還流させることにより多孔性半導体層に色素を吸着させた。その後、基板を無水エタノールで洗浄し、約60℃で約20分間乾燥させた。
Next, the 1st support body 1 in which the 1st conductive layer 2 and the porous semiconductor layer were formed are immersed in a pigment | dye solution, it recirculate | refluxs for about 2 hours, a pigment | dye is made to adsorb | suck to a porous semiconductor layer, and a porous photoelectric converting layer 3 was obtained.
Specifically, ruthenium dye of the above formula (manufactured by Solaronix, trade name Ruthenium 719) is dissolved at a concentration of 4 × 10 −4 mol / liter in a solvent in which acetonitrile and n-butanol ethanol are mixed at a volume ratio of 1: 1. Thus, a dye solution for adsorption was obtained. The obtained dye solution for adsorption and the substrate obtained above were put in a container and refluxed for about 30 minutes to adsorb the dye to the porous semiconductor layer. Thereafter, the substrate was washed with absolute ethanol and dried at about 60 ° C. for about 20 minutes.

厚さ1.1mm程度のガラス基板からなる第二支持体7の片面上に、触媒層9を兼ねる第二導電層6として膜厚300nm程度の白金をスパッタリングにより成膜した。
第一支持体1と第二支持体7とを多孔性光電変換層3と第二導電層6とが対向するように、細孔半径50nm、膜厚25μmのポリエステル製の多孔層5を介して設置した。次に、キャリア輸送層4として、アセトニトリルに、ジメチルプロピルイミダゾリウムアイオダイド0.6モル/リットル、リチウムアイオダイド0.1モル/リットル、ヨウ素0.1モル/リットル、ターシャルブチルピリジン0.5モル/リットルの濃度となるように溶解させて作製した電解液を多孔性光電変換層と多孔層に浸透させた。さらに、第一支持体1と第二支持体7とを対峙させた側面部分にエポキシ樹脂からなる封止材で封止して太陽電池を得た。
On one surface of the second support 7 made of a glass substrate having a thickness of about 1.1 mm, platinum having a thickness of about 300 nm was formed by sputtering as the second conductive layer 6 also serving as the catalyst layer 9.
Through the porous layer 5 made of polyester having a pore radius of 50 nm and a film thickness of 25 μm so that the porous photoelectric conversion layer 3 and the second conductive layer 6 are opposed to the first support 1 and the second support 7. installed. Next, as the carrier transport layer 4, acetonitrile, dimethylpropylimidazolium iodide 0.6 mol / liter, lithium iodide 0.1 mol / liter, iodine 0.1 mol / liter, tertiary butylpyridine 0.5 An electrolytic solution prepared by dissolving so as to have a concentration of mol / liter was infiltrated into the porous photoelectric conversion layer and the porous layer. Furthermore, the side part which made the 1st support body 1 and the 2nd support body 7 face each other was sealed with the sealing material which consists of an epoxy resin, and the solar cell was obtained.

(太陽電池モジュールの製造例1)
図6は、本発明の太陽電池モジュールの層構成を示す概略断面図である。
図6において、401は第一支持体、409は第二支持体であり、単位セルAとして、412は第一導電層、413は多孔性光電変換層、414は多孔層、415は触媒層、416第二導電層、417は絶縁層であり、単位セルBとして、422は第一導電層、423は多孔性光電変換層、424は多孔層、425は触媒層、426第二導電層、427は絶縁層である。
(Solar cell module production example 1)
FIG. 6 is a schematic cross-sectional view showing the layer configuration of the solar cell module of the present invention.
In FIG. 6, 401 is a first support, 409 is a second support, and as unit cell A, 412 is a first conductive layer, 413 is a porous photoelectric conversion layer, 414 is a porous layer, 415 is a catalyst layer, 416 is a second conductive layer, 417 is an insulating layer, and as unit cell B, 422 is a first conductive layer, 423 is a porous photoelectric conversion layer, 424 is a porous layer, 425 is a catalyst layer, 426 second conductive layer, 427 Is an insulating layer.

厚さ1.1mm程度のガラス基板からなる第一支持体401の片面上に、膜厚900nm程度のSnO2をCVDにより成膜した。なお、ガラス基板およびSnO2は450℃以上の耐熱性を有する。
次に、成膜したSnO2上にYAGレーザー光(基本波長1.06μm)を照射し、照射部分のみを蒸発させてパターニングし、第一導電層412、422を形成した。
その後、太陽電池単位セルの製造例と同様にして、酸化チタンペーストを用いて所定の位置に多孔性半導体層となる層を作製した。
On one surface of the first support 401 made of a glass substrate having a thickness of about 1.1 mm, SnO 2 having a thickness of about 900 nm was formed by CVD. The glass substrate and SnO 2 have a heat resistance of 450 ° C. or higher.
Next, YAG laser light (fundamental wavelength: 1.06 μm) was irradiated onto the deposited SnO 2 , and only the irradiated portion was evaporated and patterned to form first conductive layers 412 and 422.
Then, the layer used as a porous semiconductor layer was produced in the predetermined position using the titanium oxide paste similarly to the manufacture example of the solar cell unit cell.

次に、酸化ジルコニウムペーストをスクリーン印刷により多孔性半導体層となる層上の所定の位置に塗布し、レベリングの後、80℃のオーブン中で乾燥させ、空気中、500℃で焼成することにより、多孔性光電変換層413、423となる膜厚20μm程度の多孔性半導体層および膜厚5μm程度の多孔層414、424を作製した。   Next, a zirconium oxide paste is applied to a predetermined position on the layer to be a porous semiconductor layer by screen printing, and after leveling, dried in an oven at 80 ° C. and baked in air at 500 ° C. A porous semiconductor layer having a thickness of about 20 μm and porous layers 414 and 424 having a thickness of about 5 μm were formed to be the porous photoelectric conversion layers 413 and 423.

具体的には、酸化ジルコニウム粒子(直径25nm)を、界面活性剤(キシダ化学社製、商品名:Triton−X)、分散用ガラスビーズ(直径3mm)および溶剤40mlに対して100gのジエチレングリコールモノメチルエーテルと混合し、ペイントシェーカーで2時間分散させることにより酸化ジルコニウムペーストを調整した。重量混合比は、酸化ジルコニウム濃度30%、界面活性剤濃度1%とした。   Specifically, zirconium oxide particles (25 nm in diameter) were added to a surfactant (manufactured by Kishida Chemical Co., Ltd., trade name: Triton-X), glass beads for dispersion (3 mm in diameter), and 100 g of diethylene glycol monomethyl ether per 40 ml of solvent. And the zirconium oxide paste was prepared by dispersing for 2 hours in a paint shaker. The weight mixing ratio was such that the zirconium oxide concentration was 30% and the surfactant concentration was 1%.

多孔層の細孔分布特性を測定したところ、30.2nmの細孔半径であった。
また、多孔性光電変換層413、423となる多孔性半導体層と多孔層414、424の細孔分布特性をを同時に測定したところ、それぞれの細孔半径で細細孔半径分布特性の細孔体積変化率ΔVp/Δlog(Rp)のピークが明確となった。PT/PKは1.91であった。
次に、太陽電池単位セルの製造例と同様にして、多孔性半導体層に色素を吸着させて、 多孔性光電変換層413、423を得た。
When the pore distribution characteristic of the porous layer was measured, the pore radius was 30.2 nm.
Further, when the pore distribution characteristics of the porous semiconductor layer to be the porous photoelectric conversion layers 413 and 423 and the porous layers 414 and 424 were measured at the same time, the pore volume of the fine pore radius distribution characteristics at each pore radius. The peak of change rate ΔVp / Δlog (Rp) became clear. P T / P K was 1.91.
Next, in the same manner as in the production example of the solar cell unit cell, the dye was adsorbed on the porous semiconductor layer to obtain porous photoelectric conversion layers 413 and 423.

厚さ10μmのSUS304箔からなる第二導電層416、426の所定の位置に、触媒層415、425として、膜厚300nm程度の白金をスパッタリングにより成膜した。
次いで、第二導電層416、426の一部を第一導電層412、422の一部に銀ペーストを用いて電気的に接触させ、その後、絶縁層417、427として、エポキシ樹脂を塗布し硬化させた。
Platinum having a thickness of about 300 nm was formed as a catalyst layer 415, 425 by sputtering at predetermined positions of the second conductive layers 416, 426 made of SUS304 foil having a thickness of 10 μm.
Next, part of the second conductive layers 416 and 426 is electrically contacted with part of the first conductive layers 412 and 422 using a silver paste, and then an epoxy resin is applied and cured as the insulating layers 417 and 427. I let you.

次に、キャリア輸送層(図示せず)として、高分子電解質形成用のモノマーを多孔性光電変換層413、423および多孔層414、424に注入し、90℃で2時間加熱して、モノマーを重合させた。
高分子電解質中の電解液として、γ−ブチロラクトン(キシダ化学社製)とエチレンカーボネート(キシダ化学社製)の混合溶剤(混合比は、γ―ブチロラクトン:エチレンカーボネート=7:3(容積比))に、ジメチルプロピルイミダゾリウムアイオダイド0.6モル/リットル、リチウムアイオダイド0.1モル/リットル、ヨウ素0.1モル/リットルを溶解させたものを用いた。
高分子材料としては、化合物Aとして下記の合成方法1により作製した化合物、化合物Bとしてジエチルトルエンジアミンを用いた(混合比は、化合物A:化合物B=13:1(重量比))。
Next, as a carrier transport layer (not shown), a monomer for forming a polymer electrolyte is injected into the porous photoelectric conversion layers 413 and 423 and the porous layers 414 and 424, and heated at 90 ° C. for 2 hours, Polymerized.
As an electrolytic solution in the polymer electrolyte, a mixed solvent of γ-butyrolactone (manufactured by Kishida Chemical Co., Ltd.) and ethylene carbonate (manufactured by Kishida Chemical Co., Ltd. (mixing ratio is γ-butyrolactone: ethylene carbonate = 7: 3 (volume ratio)) Then, dimethylpropylimidazolium iodide 0.6 mol / liter, lithium iodide 0.1 mol / liter, and iodine 0.1 mol / liter were dissolved.
As the polymer material, a compound prepared by the following synthesis method 1 was used as compound A, and diethyltoluenediamine was used as compound B (mixing ratio was compound A: compound B = 13: 1 (weight ratio)).

(合成方法1)
反応容器中にポリテトラメチレングリコール(三菱化成工業社製、商品名PTMG2000)100重量部に対して、トリレンジイソシアネート18重量部と触媒としてのジブチルチンジラウレート0.05重量部を加え、80℃で反応させて、分子量2350の化合物Aを得た。
(Synthesis method 1)
To 100 parts by weight of polytetramethylene glycol (trade name PTMG2000, manufactured by Mitsubishi Kasei Kogyo Co., Ltd.) in a reaction vessel, 18 parts by weight of tolylene diisocyanate and 0.05 parts by weight of dibutyltin dilaurate as a catalyst were added, at 80 ° C. Reaction was performed to obtain Compound A having a molecular weight of 2350.

その後、触媒層415、425と多孔層414、424とがそれぞれ対向するように折り曲げた後、第二支持体409として、PET(ポリエチレンテレフタレート)−アルミニウム−PETが積層されたフィルムをEVA(エチレン−酢酸ビニル共重合体)シートを用いて、約100℃でラミネートすることにより太陽電池モジュールを得た。   Thereafter, the catalyst layers 415 and 425 and the porous layers 414 and 424 are bent so that they face each other, and then a PET (polyethylene terephthalate) -aluminum-PET film as a second support 409 is laminated with EVA (ethylene- A solar cell module was obtained by laminating at about 100 ° C. using a vinyl acetate copolymer sheet.

(太陽電池モジュールの製造例2)
図7は、本発明の太陽電池モジュールの層構成を示す概略断面図である。
図7において、501は第一支持体、507は絶縁層、508は第二導電層(第二導電体)、509は第二支持体であり、単位セルCとして、512は第一導電層、513は多孔性光電変換層、514は多孔層、515は触媒層、単位セルDとして、522は第一導電層、523は多孔性光電変換層、524は多孔層、525は触媒層である。
(Solar cell module production example 2)
FIG. 7 is a schematic cross-sectional view showing the layer configuration of the solar cell module of the present invention.
In FIG. 7, 501 is a first support, 507 is an insulating layer, 508 is a second conductive layer (second conductor), 509 is a second support, unit cell C 512 is the first conductive layer, 513 is a porous photoelectric conversion layer, 514 is a porous layer, 515 is a catalyst layer, and as unit cell D, 522 is a first conductive layer, 523 is a porous photoelectric conversion layer, 524 is a porous layer, and 525 is a catalyst layer.

第一支持体501および第一導電層512、522側を受光面とする太陽電池モジュールを作製した。
太陽電池モジュールの製造例1と同様にして、厚さ1.1mm程度のガラス基板からなる第一支持体501の片面上に、膜厚900nm程度のSnO2をCVDにより成膜した。なお、ガラス基板およびSnO2は450℃以上の耐熱性を有する。
次に、成膜したSnO2上にYAGレーザーなどを照射し、照射部分のみを蒸発させてパターニングし、第一導電層512、522を形成した。
A solar cell module having the light receiving surface on the first support 501 and the first conductive layers 512 and 522 side was produced.
In the same manner as in Production Example 1 of the solar cell module, SnO 2 having a thickness of about 900 nm was formed by CVD on one surface of the first support 501 made of a glass substrate having a thickness of about 1.1 mm. The glass substrate and SnO 2 have a heat resistance of 450 ° C. or higher.
Next, the deposited SnO 2 was irradiated with a YAG laser or the like, and only the irradiated portion was evaporated and patterned to form first conductive layers 512 and 522.

太陽電池モジュールの製造例1と同様にして、厚さ50μmのSUS304箔からなる第二導電層508の所定の位置に、触媒層515として、膜厚300nm程度の白金をスパッタリングにより成膜した。
第一導電層512、522を形成した第一支持体501の所定の位置に、白金触媒ペースト(Solaronix社製、Pt−CatalystT/SP)をスクリーン印刷機で印刷し、触媒層525を得た。
In the same manner as in Solar Cell Module Production Example 1, platinum having a thickness of about 300 nm was deposited as a catalyst layer 515 by sputtering on a predetermined position of the second conductive layer 508 made of SUS304 foil having a thickness of 50 μm.
A platinum catalyst paste (manufactured by Solaronix, Pt-Catalyst T / SP) was printed on a predetermined position of the first support 501 on which the first conductive layers 512 and 522 were formed, and a catalyst layer 525 was obtained.

次に、太陽電池モジュールの製造例1と同様にして、酸化チタンペーストを用いて第一導電層512と第二導電層508の所定の位置に多孔性半導体層となる層を作製した後、さらに酸化ジルコニウムペーストを用いて多孔層となる層を塗布し、レベリングの後、80℃のオーブン中で乾燥させ、空気中、500℃で焼成することにより、多孔性光電変換層513、523となる、膜厚20μm程度の多孔性半導体層および膜厚5μm程度の多孔層514、524を作製した。   Next, in the same manner as in Production Example 1 of the solar cell module, after a layer that becomes a porous semiconductor layer is formed at a predetermined position of the first conductive layer 512 and the second conductive layer 508 using a titanium oxide paste, A layer to be a porous layer is applied using a zirconium oxide paste, and after leveling, dried in an oven at 80 ° C. and baked in air at 500 ° C. to become porous photoelectric conversion layers 513 and 523. A porous semiconductor layer having a thickness of about 20 μm and porous layers 514 and 524 having a thickness of about 5 μm were prepared.

次いで、絶縁層507としてエポキシ樹脂を塗布し、硬化させた後、太陽電池モジュールの製造例1と同様にして、多孔性光電変換層513、523となる多孔性半導体層に色素を吸着させた。
次に、触媒層515、525と多孔層514、524とがそれぞれ対向するように設置し、太陽電池モジュールの製造例1と同様にして、キャリア輸送層(図示せず)として、高分子電解質形成用のモノマーを多孔性光電変換層513、523および多孔層514、524に注入し、90℃で2時間加熱して、モノマーを重合させた。
第二支持体509として、PET−アルミニウム−PETが積層されたフィルムをEVAシートを用いて、約100℃でラミネートすることにより太陽電池モジュールを得た。
Next, an epoxy resin was applied as the insulating layer 507 and cured, and then the dye was adsorbed to the porous semiconductor layers to be the porous photoelectric conversion layers 513 and 523 in the same manner as in Production Example 1 of the solar cell module.
Next, the catalyst layers 515 and 525 and the porous layers 514 and 524 are installed so as to face each other, and a polymer electrolyte is formed as a carrier transport layer (not shown) in the same manner as in Production Example 1 of the solar cell module. The monomer was injected into the porous photoelectric conversion layers 513 and 523 and the porous layers 514 and 524 and heated at 90 ° C. for 2 hours to polymerize the monomers.
A solar cell module was obtained by laminating a film in which PET-aluminum-PET was laminated as the second support 509 at about 100 ° C. using an EVA sheet.

(実施例1)
太陽電池単位セルの製造例に基づいて、図1に示される本発明の多孔層を用いた太陽電池(単位セル)を作製した。
第一導電層2付き第一支持体1として、20mm×45mm×4mmのSnO2(フッ素ドープ酸化スズ)付きガラス基板(日本板ガラス社製)を用い、多孔性半導体層を、酸化チタンペーストを用いて大きさが5mm×30mm、焼成後の膜厚が20μmとなるように作製した。なお、毛管力比は1.06であった。
作製した太陽電池単位セルについて、AM1.5擬似太陽光照射下における動作特性を調べた結果、短絡電流密度14.2mA/cm2、開放電圧値0.680V、FF0.670、モジュール変換効率6.47%であった。
得られた結果を表3に示す。
Example 1
Based on the production example of the solar cell unit cell, a solar cell (unit cell) using the porous layer of the present invention shown in FIG. 1 was produced.
As the first support 1 with the first conductive layer 2, a glass substrate (manufactured by Nippon Sheet Glass Co.) with SnO 2 (fluorine-doped tin oxide) of 20 mm × 45 mm × 4 mm is used, and a porous semiconductor layer is used with a titanium oxide paste. The size was 5 mm × 30 mm, and the film thickness after firing was 20 μm. The capillary force ratio was 1.06.
As a result of examining the operating characteristics of the manufactured solar cell unit cell under AM1.5 simulated sunlight irradiation, the short-circuit current density is 14.2 mA / cm 2 , the open-circuit voltage value is 0.680 V, the FF 0.670, the module conversion efficiency is 6. It was 47%.
The obtained results are shown in Table 3.

(実施例2)
多孔性半導体層の焼成後の膜厚が5μmとなるようにすること以外は、実施例1と同様にして太陽電池(単位セル)を作製した。なお、毛管力比は1.91であった。
作製した太陽電池単位セルについて、AM1.5擬似太陽光照射下における動作特性を調べた結果、短絡電流密度14.5mA/cm2、開放電圧値0.675V、FF0.656、モジュール変換効率6.42%であった。
得られた結果を表3に示す。
(Example 2)
A solar cell (unit cell) was produced in the same manner as in Example 1 except that the film thickness after firing of the porous semiconductor layer was 5 μm. The capillary force ratio was 1.91.
As a result of examining the operating characteristics of the manufactured solar cell unit cell under irradiation of AM1.5 simulated sunlight, the short-circuit current density was 14.5 mA / cm 2 , the open-circuit voltage value was 0.675 V, FF 0.656, the module conversion efficiency was 6. 42%.
The obtained results are shown in Table 3.

(実施例3)
酸化ジルコニウムと酸化ケイ素の混合ペースト(体積比1:1)を用いて多孔層を作製すること以外は、実施例2と同様にして太陽電池(単位セル)を作製した。なお、毛管力比は1.15であった。
作製した太陽電池単位セルについて、AM1.5擬似太陽光照射下における動作特性を調べた結果、短絡電流密度14.4mA/cm2、開放電圧値0.683V、FF0.671、モジュール変換効率6.60%であった。
得られた結果を表3に示す。
得られた結果から、酸化ジルコニウムより伝導帯準位の高い酸化ケイ素を多孔層に混入することにより、FFと変換効率が向上することがわかる。
(Example 3)
A solar cell (unit cell) was produced in the same manner as in Example 2 except that the porous layer was produced using a mixed paste of zirconium oxide and silicon oxide (volume ratio 1: 1). The capillary force ratio was 1.15.
As a result of examining the operating characteristics of the manufactured solar cell unit cell under AM1.5 simulated sunlight irradiation, the short-circuit current density was 14.4 mA / cm 2 , the open-circuit voltage value was 0.683 V, the FF 0.671, the module conversion efficiency. 60%.
The obtained results are shown in Table 3.
From the obtained results, it can be seen that FF and conversion efficiency are improved by mixing silicon oxide having a higher conduction band level than zirconium oxide in the porous layer.

Figure 0004897226
Figure 0004897226

(実施例4)
太陽電池単位セルの製造例1に基づいて、図8に示される5個の単位セルを直列に接続した集積化された本発明の太陽電池モジュールを作製した。
第一導電層付き第一支持体61として、57mm×70mm×4mmのSnO2(フッ素ドープ酸化スズ)付きガラス基板(日本板ガラス社製)を用いた。
このSnO2において後述する酸化チタン製多孔性光電変換層を作製する位置62と0.5mm間隔の部分にYAGレーザー光(基本波長1.06μm)を照射し、照射部分64のみを蒸発させてパターニングした。
Example 4
Based on the solar cell unit cell production example 1, an integrated solar cell module of the present invention in which five unit cells shown in FIG. 8 were connected in series was produced.
As the first support 61 with the first conductive layer, a 57 mm × 70 mm × 4 mm glass substrate with SnO 2 (fluorine-doped tin oxide) (manufactured by Nippon Sheet Glass Co., Ltd.) was used.
In this SnO 2 , YAG laser light (fundamental wavelength: 1.06 μm) is irradiated to the position where a titanium oxide porous photoelectric conversion layer to be described later is to be produced and a 0.5 mm interval, and only the irradiated portion 64 is evaporated and patterned. did.

次に、太陽電池単位セルの製造例と同様にして、酸化チタンペーストをスクリーン印刷により、大きさ5mm×50mmで成膜し、室温で30分間レベリングを行った後、空気中、500℃で焼成させることにより、膜厚20μmの多孔性光電変換層となる多孔性半導体層を得た。なお、印刷位置は第一支持体の端部と多孔性光電変換層の端部が10mm、それぞれの多孔性光電変換層の間隔が3mmとなるようにした。   Next, in the same manner as in the production example of the solar cell unit cell, a titanium oxide paste was formed into a film with a size of 5 mm × 50 mm by screen printing, leveled at room temperature for 30 minutes, and then fired at 500 ° C. in air. As a result, a porous semiconductor layer to be a porous photoelectric conversion layer having a thickness of 20 μm was obtained. The printing position was such that the edge of the first support and the edge of the porous photoelectric conversion layer were 10 mm, and the distance between each porous photoelectric conversion layer was 3 mm.

一方、7.5mm×50mm×50μmのSUS304箔からなる第二導電層にスパッタリングにより、膜厚300nm程度の白金からなる触媒層を成膜し、その端部の1mm×50mmを折り、図8中63の部分に銀ペーストを用いて接着し、多孔性光電変換層と第二導電層間(図3中の絶縁層417、427に対応)にエポキシ樹脂をディスペンサーにより塗布し、硬化させた。
太陽電池単位セルの製造例と同様にして、多孔性半導体層に色素を吸着させた後、太陽電池単位セルの製造例に示した多孔層を5mm×50mmの大きさに加工し、多孔性光電変換層の上部に設置した。なお、毛管力比は1.06であった。
On the other hand, a catalyst layer made of platinum having a film thickness of about 300 nm was formed by sputtering on a second conductive layer made of SUS304 foil of 7.5 mm × 50 mm × 50 μm, and 1 mm × 50 mm at the end thereof was folded. The portion 63 was adhered using a silver paste, and an epoxy resin was applied between the porous photoelectric conversion layer and the second conductive layer (corresponding to the insulating layers 417 and 427 in FIG. 3) with a dispenser and cured.
In the same manner as in the production example of the solar cell unit cell, after the dye is adsorbed to the porous semiconductor layer, the porous layer shown in the production example of the solar cell unit cell is processed into a size of 5 mm × 50 mm, Installed on top of the conversion layer. The capillary force ratio was 1.06.

その後、キャリア輸送層として、高分子電解質形成用のモノマーを全体に注入し、90℃で2時間重合させた。
触媒層である白金が多孔層と対向するように折り曲げた後、第二支持体として、PET−アルミニウム−PETが積層されたフィルムをEVAシートを用いて、約100℃でラミネートすることにより太陽電池モジュールを得た。
作製した太陽電池単位セルについて、AM1.5擬似太陽光照射下における動作特性を調べた結果、構成単位セル換算で短絡電流密度13.5mA/cm2、開放電圧値0.678V、FF0.650、モジュール変換効率5.95%(実効面積基準)であった。
得られた結果を表3に示す。
Thereafter, as a carrier transport layer, a monomer for forming a polymer electrolyte was injected into the whole and polymerized at 90 ° C. for 2 hours.
After the platinum as the catalyst layer is bent so as to face the porous layer, a film in which PET-aluminum-PET is laminated as a second support is laminated at about 100 ° C. by using an EVA sheet to form a solar cell Got a module.
As a result of examining the operating characteristics under irradiation of AM1.5 simulated sunlight for the produced solar cell unit cell, the short-circuit current density is 13.5 mA / cm 2 in terms of the unit cell, the open-circuit voltage value is 0.678 V, FF 0.650, The module conversion efficiency was 5.95% (effective area standard).
The obtained results are shown in Table 3.

(実施例5)
実施例3で示した多孔層を用いること以外は、実施例4に基づいて太陽電池モジュールを作製した。なお、毛管力比は1.15であった。
作製した太陽電池単位セルについて、AM1.5擬似太陽光照射下において動作特性を調べた結果、構成単位セル換算で短絡電流密度13.8mA/cm2、開放電圧値0.681V、FF0.655、モジュール変換効率6.16%(実効面積基準)であった。
得られた結果を表3に示す。
(Example 5)
A solar cell module was produced based on Example 4 except that the porous layer shown in Example 3 was used. The capillary force ratio was 1.15.
As a result of examining the operating characteristics of the manufactured solar cell unit cell under irradiation of AM1.5 simulated sunlight, the short-circuit current density is 13.8 mA / cm 2 in terms of the unit cell, the open-circuit voltage value is 0.681 V, FF 0.655, The module conversion efficiency was 6.16% (effective area standard).
The obtained results are shown in Table 3.

(実施例6)
太陽電池単位セルの製造例2に基づいて、図9に示される5個の単位セルを直列に接続した集積化された本発明の太陽電池モジュールを作製した。
第一導電層付き第一支持体71aとして、57mm×70mm×4mmのSnO2(フッ素ドープ酸化スズ)付きガラス基板(日本板ガラス社製)を用いた。
このSnO2において後述する酸化チタン製多孔性光電変換層を作製する位置72aと0.5mm間隔の部分にYAGレーザー光(基本波長1.06μm)を照射し、照射部分74のみを蒸発させてパターニングした。
(Example 6)
Based on the solar cell unit cell production example 2, an integrated solar cell module of the present invention in which five unit cells shown in FIG. 9 were connected in series was produced.
As the first conductive layer with the first support member 71a, with 57 mm × 70 mm × 4 mm of SnO 2 (fluorine-doped tin oxide) coated glass substrate (manufactured by Nippon Sheet Glass Co., Ltd.).
In this SnO 2 , YAG laser light (fundamental wavelength: 1.06 μm) is irradiated to a position at a distance of 0.5 mm from a position 72a for producing a titanium oxide porous photoelectric conversion layer, which will be described later, and only the irradiated portion 74 is evaporated to perform patterning. did.

次に、太陽電池単位セルの製造例と同様にして、酸化チタンペーストをスクリーン印刷により、大きさ5mm×50mmで成膜し、室温で30分間レベリングを行った後、80℃のオーブン中で乾燥させた。その上に、実施例3と同じ材料を用いてスクリーン印刷で成膜し、室温で30分間レベリングを行った後、空気中、500℃で焼成させることにより、膜厚20μmの多孔性光電変換層となる多孔性半導体層と膜厚5μmの多孔層を得た。なお、印刷位置は第一支持体の端部と多孔性光電変換層の端部が10mm、それぞれの多孔性光電変換層の間隔が3mmとなるようにした。なお、毛管力比は1.15であった。   Next, in the same manner as in the production example of the solar cell unit cell, a titanium oxide paste was formed into a film with a size of 5 mm × 50 mm by screen printing, leveled at room temperature for 30 minutes, and then dried in an oven at 80 ° C. I let you. A porous photoelectric conversion layer having a film thickness of 20 μm is formed thereon by forming a film by screen printing using the same material as in Example 3, performing leveling at room temperature for 30 minutes, and firing in air at 500 ° C. A porous semiconductor layer and a porous layer having a thickness of 5 μm were obtained. The printing position was such that the edge of the first support and the edge of the porous photoelectric conversion layer were 10 mm, and the distance between each porous photoelectric conversion layer was 3 mm. The capillary force ratio was 1.15.

一方、15mm×50mm×50μmのSUS304箔からなる第二導電層71bの72b部分に、酸化チタンペーストをスクリーン印刷により、大きさ5mm×50mmで成膜し、室温で30分間レベリングを行った後、80℃のオーブン中で乾燥させた。その上に、実施例3と同じ材料を用いてスクリーン印刷で成膜し、室温で30分間レベリングを行った後、80℃のオーブン中で乾燥させた。
その後、73b部分に5mm×50mmの大きさで、白金触媒ペースト(Solaronix社製、Pt−CatalystT/SP)をスクリーン印刷により成膜し、500℃の空気中で焼成させることにより、多孔性光電変換層、多孔層、触媒層を作製した。同様の工程を繰り返すことにより、合計2つの基板を作製した。
On the other hand, on the 72b portion of the second conductive layer 71b made of SUS304 foil of 15 mm × 50 mm × 50 μm, a titanium oxide paste was formed into a size of 5 mm × 50 mm by screen printing, and leveling was performed for 30 minutes at room temperature. It was dried in an oven at 80 ° C. On top of that, a film was formed by screen printing using the same material as in Example 3, leveled at room temperature for 30 minutes, and then dried in an oven at 80 ° C.
Thereafter, a platinum catalyst paste (Solaronix, Pt-Catalyst T / SP) having a size of 5 mm × 50 mm is formed on the 73b portion by screen printing, and baked in air at 500 ° C., thereby performing porous photoelectric conversion. A layer, a porous layer, and a catalyst layer were prepared. By repeating the same process, a total of two substrates were produced.

太陽電池単位セルの製造例と同様にして、多孔性半導体層に色素を吸着させた後、図9(a)中72aの多孔性光電変換層と図9(b)73bの触媒層が対向するように設置し、キャリア輸送層として、高分子電解質形成用のモノマーを全体に注入し、第二支持体としてPET−アルミニウム−PETが積層されたフィルムをEVAシートを用いて、約90℃で2時間ラミネートすることにより、高分子電解質形成用モノマーの重合と第二支持体のラミネートを同時に行うことにより、太陽電池モジュールの作製を得た。
作製した太陽電池単位セルについて、AM1.5擬似太陽光照射下における動作特性を調べた結果、構成単位セル換算で短絡電流密度13.2mA/cm2、開放電圧値0.682V、FF0.650、モジュール変換効率5.85%(実効面積基準)であった。
得られた結果を表3に示す。
In the same manner as in the production example of the solar cell unit cell, after the dye is adsorbed to the porous semiconductor layer, the porous photoelectric conversion layer 72a in FIG. 9 (a) and the catalyst layer in FIG. 9 (b) 73b face each other. As a carrier transport layer, a monomer for forming a polymer electrolyte is injected into the whole, and a film in which PET-aluminum-PET is laminated as a second support is formed at about 90 ° C. using an EVA sheet. By laminating for a time, the polymerization of the monomer for forming the polymer electrolyte and the lamination of the second support were performed at the same time, thereby obtaining a solar cell module.
About the produced solar cell unit cell, as a result of investigating the operating characteristics under AM1.5 simulated sunlight irradiation, the short-circuit current density is 13.2 mA / cm 2 in terms of the structural unit cell, the open-circuit voltage value is 0.682 V, FF 0.650, The module conversion efficiency was 5.85% (effective area standard).
The obtained results are shown in Table 3.

Figure 0004897226
Figure 0004897226

本発明の太陽電池の層構成を示す概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows the layer structure of the solar cell of this invention. 多孔性光電変換層の細孔分布特性を示す図である。It is a figure which shows the pore distribution characteristic of a porous photoelectric converting layer. 多孔層と多孔性光電変換層の毛管力比率と変換効率およびFFの関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the capillary force ratio of a porous layer and a porous photoelectric converting layer, conversion efficiency, and FF. 多孔性光電変換層の細孔分布特性を示したす図である。It is a figure which showed the pore distribution characteristic of the porous photoelectric converting layer. 本発明の多孔層を用いた太陽電池の多孔性光電変換層の細孔半径と変換効率の関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the pore radius of the porous photoelectric converting layer of the solar cell using the porous layer of this invention, and conversion efficiency.

本発明の太陽電池モジュールの層構成を示す概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows the layer structure of the solar cell module of this invention. 本発明の太陽電池モジュールの層構成を示す概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows the layer structure of the solar cell module of this invention. 本発明の太陽電池モジュールの支持体を示す概略平面図である。It is a schematic plan view which shows the support body of the solar cell module of this invention. 本発明の太陽電池モジュールの支持体を示す概略平面図である。It is a schematic plan view which shows the support body of the solar cell module of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

1、61、71a、71b、401、501 第一支持体
2、412、422、512、522 第一導電層
3、413、423、513、523 多孔性光電変換層
4 キャリア輸送層
5、414、424、514、524 多孔層
6、416、426、508 第二導電層
7、409、509 第二支持体
8 封止材
9、73a、73b、415、425、515、525 触媒層
62、72a、72b 多孔性光電変換層を作製する位置
63 第二導電層の貼付部分
64、74レーザー光の照射部分
417、427、507 絶縁層
A、B、C、D 単位セル
1, 61, 71a, 71b, 401, 501 First support 2, 412, 422, 512, 522 First conductive layer 3, 413, 423, 513, 523 Porous photoelectric conversion layer 4 Carrier transport layer 5, 414, 424, 514, 524 Porous layer 6, 416, 426, 508 Second conductive layer 7, 409, 509 Second support 8 Sealant 9, 73a, 73b, 415, 425, 515, 525 Catalyst layer 62, 72a, 72b Position for Producing Porous Photoelectric Conversion Layer 63 Attached Part of Second Conductive Layer 64, 74 Irradiated Part of Laser Light 417, 427, 507 Insulating Layer A, B, C, D Unit Cell

Claims (5)

少なくとも一方が光透過性の材料からなる第一支持体と第二支持体との間に、第一支持体上に設けられる第一導電層と、多孔性半導体層に色素を吸着させた多孔性光電変換層と、液体またはゲル電解質からなるキャリア輸送層と、第二支持体に接して設けられる第二導電層とを備え、多孔性光電変換層と第二導電層との間にさらに多孔層を備え、かつ多孔性半導体層と多孔層が、次式で表される多孔層の液体またはゲル電解質に対する毛管力P T [Pa]:
T =2σ・cosθ T /r T
(式中、σは液体またはゲル電解質の表面張力[N/m]であり、θ T は液体またはゲル電解質と多孔層材料との接触角[°]であり、r T は多孔層の細孔半径[m]である)
と、次式で表される多孔性光電変換層の液体またはゲル電解質に対する毛管力P K [Pa]:
K =2σ・cosθ K /r K
(式中、σは液体またはゲル電解質の表面張力[N/m]であり、θ K は液体またはゲル電解質と多孔性光電変換層材料との接触角[°]であり、r K は多孔性光電変換層の細孔半径[m]である)
との比(P T /P K )が0.2〜5の範囲になる層の組み合わせであることを特徴とする色素増感型太陽電池。
Between the first support and the second support, at least one of which is made of a light transmissive material, a first conductive layer provided on the first support, and a porous material in which a dye is adsorbed on the porous semiconductor layer A photoelectric conversion layer, a carrier transport layer made of a liquid or gel electrolyte, and a second conductive layer provided in contact with the second support, further comprising a porous layer between the porous photoelectric conversion layer and the second conductive layer And the porous semiconductor layer and the porous layer have a capillary force P T [Pa] against the liquid or gel electrolyte of the porous layer represented by the following formula :
P T = 2σ · cos θ T / r T
(Where σ is the surface tension [N / m] of the liquid or gel electrolyte , θ T is the contact angle [°] between the liquid or gel electrolyte and the porous layer material, and r T is the pore of the porous layer. Radius [m])
And the capillary force P K [Pa] for the liquid or gel electrolyte of the porous photoelectric conversion layer represented by the following formula :
P K = 2σ · cos θ K / r K
(In the formula, σ is the surface tension [N / m] of the liquid or gel electrolyte , θ K is the contact angle [°] between the liquid or gel electrolyte and the porous photoelectric conversion layer material, and r K is porous. It is the pore radius [m] of the photoelectric conversion layer)
A dye-sensitized solar cell, characterized in that the ratio (P T / P K ) is a combination of layers in a range of 0.2 to 5 .
多孔性半導体層が、次式で表される多孔性光電変換層の細孔半径分布特性:
R=ΔVK/Δlog(RK)[mm3/nm・g]
(式中、RKは多孔性光電変換層の細孔半径[nm]であり、ΔVKは単位重量当たりの細孔容積であり、Δlog(RK)は細孔半径の変化である)
における細孔体積変化率RのピークRpが20〜60nmの範囲になる層である請求項1に記載の色素増感型太陽電池。
Porous radius distribution characteristics of the porous photoelectric conversion layer represented by the following formula:
R = ΔV K / Δlog (R K ) [mm 3 / nm · g]
(Wherein R K is the pore radius [nm] of the porous photoelectric conversion layer, ΔV K is the pore volume per unit weight, and Δlog (R K ) is the change in the pore radius)
The dye-sensitized solar cell according to claim 1, wherein the peak Rp of the pore volume change rate R in the layer is in a range of 20 to 60 nm.
少なくとも一方が光透過性の材料からなる第一支持体と第二支持体との間に、第一支持体上に設けられる第一導電層と、多孔性半導体層に色素を吸着させた多孔性光電変換層と、液体またはゲル電解質からなるキャリア輸送層と、第二支持体に接して設けられる第二導電層とを備え、多孔性光電変換層と第二導電層との間にさらに多孔層を備え、かつ多孔性半導体層と多孔層が、次式で表される多孔層の液体またはゲル電解質に対する毛管力P T [Pa]:
T =2σ・cosθ T /r T
(式中、σは液体またはゲル電解質の表面張力[N/m]であり、θ T は液体またはゲル電解質と多孔層材料との接触角[°]であり、r T は多孔層の細孔半径[m]である)
と、次式で表される多孔性光電変換層の液体またはゲル電解質に対する毛管力P K [Pa]:
K =2σ・cosθ K /r K
(式中、σは液体またはゲル電解質の表面張力[N/m]であり、θ K は液体またはゲル電解質と多孔性光電変換層材料との接触角[°]であり、r K は多孔性光電変換層の細孔半径[m]である)
との比(P T /P K )が0.2〜5の範囲になる層の組み合わせである請求項1または2に記載の色素増感型太陽電池の少なくとも2つ以上が直列に接続され、集積化されてなることを特徴とする色素増感型太陽電池モジュール。
Between the first support and the second support, at least one of which is made of a light transmissive material, a first conductive layer provided on the first support, and a porous material in which a dye is adsorbed on the porous semiconductor layer A photoelectric conversion layer, a carrier transport layer made of a liquid or gel electrolyte, and a second conductive layer provided in contact with the second support, further comprising a porous layer between the porous photoelectric conversion layer and the second conductive layer And the porous semiconductor layer and the porous layer have a capillary force P T [Pa] against the liquid or gel electrolyte of the porous layer represented by the following formula :
P T = 2σ · cos θ T / r T
(Where σ is the surface tension [N / m] of the liquid or gel electrolyte , θ T is the contact angle [°] between the liquid or gel electrolyte and the porous layer material, and r T is the pore of the porous layer. Radius [m])
And the capillary force P K [Pa] for the liquid or gel electrolyte of the porous photoelectric conversion layer represented by the following formula :
P K = 2σ · cos θ K / r K
(In the formula, σ is the surface tension [N / m] of the liquid or gel electrolyte , θ K is the contact angle [°] between the liquid or gel electrolyte and the porous photoelectric conversion layer material, and r K is porous. It is the pore radius [m] of the photoelectric conversion layer)
And at least two or more of the dye-sensitized solar cells according to claim 1 or 2 , which are a combination of layers having a ratio (P T / P K ) in the range of 0.2 to 5 , A dye-sensitized solar cell module characterized by being integrated.
色素増感型太陽電池の第一支持体上の第一導電層と、それに隣接する他の色素増感型太陽電池の第二支持体上の第二導電層とが電気的に接続されている請求項に記載の色素増感型太陽電池モジュール。 The first conductive layer on the first support of the dye-sensitized solar cell is electrically connected to the second conductive layer on the second support of another dye-sensitized solar cell adjacent thereto. The dye-sensitized solar cell module according to claim 3 . 色素増感型太陽電池の第一支持体上の第一導電層と、それに隣接する他の色素増感型太陽電池の第一支持体上の第二導電層とが同一層として構成されている請求項に記載の色素増感型太陽電池モジュール。 The first conductive layer on the first support of the dye-sensitized solar cell and the second conductive layer on the first support of another dye-sensitized solar cell adjacent thereto are configured as the same layer. The dye-sensitized solar cell module according to claim 3 .
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