JP4938288B2 - Dye-sensitized solar cell - Google Patents

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Description

本発明は、色素増感太陽電池に関するものであり、詳しくはゲル電解質および固体電解質を用いた色素増感太陽電池に関する。   The present invention relates to a dye-sensitized solar cell, and more particularly to a dye-sensitized solar cell using a gel electrolyte and a solid electrolyte.

近年、光エネルギーを電気エネルギーに変換する光電変換素子として、種々の太陽電池が提案されている。その中で、1991年にスイスのローザンヌ大学のグレッツェルらによって「Nature」1991,353,p737〜740等で発表された色素増感太陽電池は、使用する材料が安価であること、比較的シンプルなプロセスで製造できること等の利点からその実用化が期待されている。   In recent years, various solar cells have been proposed as photoelectric conversion elements that convert light energy into electrical energy. Among them, dye-sensitized solar cells announced in 1991 by Gretzel et al. At the University of Lausanne in Switzerland in “Nature” 1991, 353, p737-740 etc. are relatively simple in that the materials used are inexpensive. Practical use is expected from the advantages such as being able to be manufactured by the process.

色素増感太陽電池は、一般に導電性基材上に色素を吸着した半導体からなる光電変換層を持つ半導体電極と、該半導体電極に対向して設けられた導電性基材上に触媒層を設けた対向電極と、これら半導体電極と対向電極との間に保持された電解質層(電荷輸送層)から構成されている。   A dye-sensitized solar cell generally includes a semiconductor electrode having a photoelectric conversion layer made of a semiconductor having a dye adsorbed on a conductive substrate, and a catalyst layer provided on the conductive substrate provided facing the semiconductor electrode. And an electrolyte layer (charge transport layer) held between the semiconductor electrode and the counter electrode.

一般的に色素増感太陽電池の電解質にはヨウ素系レドックスを溶媒に溶かしたものを使用しているが、液体であるために電解液の漏洩、揮発などによる耐久性低下が問題となっている。それに対し、電解質をゲル状または固体状の電解質で形成することが提案されている(例えば、特許文献1〜3参照)。   In general, the electrolyte of a dye-sensitized solar cell uses an iodine-based redox dissolved in a solvent. However, since it is a liquid, there is a problem in durability deterioration due to leakage, volatilization, etc. of the electrolyte. . On the other hand, it has been proposed that the electrolyte is formed of a gel or solid electrolyte (see, for example, Patent Documents 1 to 3).

しかしながら、このような従来のゲル状または固体状の電解質を用いた色素増感太陽電池の場合、加熱と冷却の繰り返し等による電解質層の膨張と収縮、さらに電解液のゲル化にともなう電解質層の容積変化により、対向電極と電解質層の剥離が起こり、その結果、素子の高温耐久性が低下するという問題があった。   However, in the case of such a conventional dye-sensitized solar cell using a gel-like or solid electrolyte, the electrolyte layer expands and contracts due to repeated heating and cooling, etc. Due to the change in volume, the counter electrode and the electrolyte layer are peeled off, resulting in a problem that the high temperature durability of the device is lowered.

特許文献4には、対向電極にカーボンペーストやPt等の導電性樹脂を使用し、さらに作用電極層、ゲル電解質層、対向電極層とを積層して順次組み上げる工程を有する光電変換素子の製造方法が開示されている。この方法によると、ゲル化による電解質の容積変化や形状変化による対向電極面と電解質との密着性低下を防ぐ事ができると記載されている。
特開2002−289271号公報 特開2002−289272号公報 特開2002−289273号公報 特開2003−157914号公報
Patent Document 4 discloses a method for manufacturing a photoelectric conversion element, which includes a step of using a conductive resin such as carbon paste or Pt as a counter electrode, and further stacking and sequentially assembling a working electrode layer, a gel electrolyte layer, and a counter electrode layer. Is disclosed. It is described that according to this method, it is possible to prevent a decrease in the adhesion between the counter electrode surface and the electrolyte due to a change in volume or shape of the electrolyte due to gelation.
JP 2002-289271 A JP 2002-289272 A JP 2002-289273 A JP 2003-157914 A

しかしながら、特許文献4に記載の導電性樹脂を対向電極に用いた太陽電池においては、素子の組み立て、すなわちゲル化に伴う対向電極と電解質層との界面剥離は防止できるものの、実使用時の素子の温度変化に伴う界面剥離に関しては記述がない。特に、太陽電池の実使用では、例えばアモルファスシリコン太陽電池の場合、JIS規格(JIS C 8938)では85±2℃×1000±12時間、EU規格では80℃×1000時間の熱耐久性が求められている。よって、色素増感太陽電池の場合においても、少なくとも80℃までの耐熱性が求められるが、特許文献4では80℃以上の高温条件における耐久性の記述がなく、また実施例においても30℃での耐久性評価を実施しているのみである。よって当特許文献4は擬固体太陽電池素子における高温耐久性を改善するものではなく、高温条件で高い耐久性を有する色素増感太陽電池が求められている。   However, in the solar cell using the conductive resin described in Patent Document 4 as the counter electrode, although the element assembly, that is, the interface peeling between the counter electrode and the electrolyte layer due to gelation can be prevented, the element in actual use There is no description regarding interfacial delamination associated with temperature changes. In particular, in the actual use of solar cells, for example, in the case of amorphous silicon solar cells, thermal durability of 85 ± 2 ° C. × 1000 ± 12 hours is required in the JIS standard (JIS C 8938), and 80 ° C. × 1000 hours in the EU standard. ing. Therefore, even in the case of a dye-sensitized solar cell, heat resistance up to at least 80 ° C. is required. However, Patent Document 4 does not describe durability under a high temperature condition of 80 ° C. or higher, and also in the examples at 30 ° C. This is only a durability evaluation. Therefore, this patent document 4 does not improve the high-temperature durability of the quasi-solid solar cell element, and a dye-sensitized solar cell having high durability under a high-temperature condition is required.

本発明は上記した実情に鑑み、温度変化による電解質層と対向電極界面との剥離を防ぎ、光電変換効率および高温耐久性に優れた色素増感太陽電池を提供することを課題とする。   In view of the above circumstances, an object of the present invention is to provide a dye-sensitized solar cell that prevents peeling between the electrolyte layer and the counter electrode interface due to a temperature change and is excellent in photoelectric conversion efficiency and high-temperature durability.

本発明者らは、上記の課題を解決すべく鋭意検討した結果、ゲル電解質もしくは固体電解質を有する色素増感太陽電池において、対向電極上に対向電極と電解質層間の剥離防止層を設け、剥離防止層と電解質層との間で物理的なアンカー効果を生じさせること、さらには剥離防止層と電解質層中のゲル成分もしくは固体成分とを化学的に結合させることで、高い素子性能を保持したまま、素子の温度変化による界面剥離および耐久性低下を防ぐことを見出し、本発明を完成するに至った。 As a result of intensive studies to solve the above problems, the present inventors have provided a peeling prevention layer between the counter electrode and the electrolyte layer on the counter electrode in a dye-sensitized solar cell having a gel electrolyte or a solid electrolyte, thereby preventing peeling. High device performance is maintained by creating a physical anchor effect between the layer and the electrolyte layer, and by chemically bonding the anti-separation layer and the gel component or solid component in the electrolyte layer. The present inventors have found that interfacial peeling and durability deterioration due to temperature changes of the element are prevented, and the present invention has been completed.

すなわち、本発明の色素増感太陽電池は、光増感作用を有する色素を含む光透過性の半導体電極と、酸化還元対となる化学種を含むゲル状または固体状の電解質層、および前記電解質層を介して前記半導体電極に対向配置された対向電極とを有する色素増感太陽電池において、前記対向電極と電解質層との接合界面に多孔質導電性高分子からなる剥離防止層を設けたことを特徴とするものである。 That is, the dye-sensitized solar cell of the present invention includes a light-transmitting semiconductor electrode containing a dye having a photosensitizing action, a gel-like or solid electrolyte layer containing a chemical species serving as a redox pair, and the electrolyte in the dye-sensitized solar cell having a counter electrode opposed to the semiconductor electrode via the layer, and kite provided a release preventing layer made of a porous conductive polymer bonding interface between the counter electrode and the electrolyte layer It is characterized by.

本発明に係る色素増感太陽電池において、前記剥離防止層が、前記ゲル電解質もしくは固体電解質に含まれるイソシアネート基と化学結合を形成できる官能基を有することが好ましい。   In the dye-sensitized solar cell according to the present invention, the peeling prevention layer preferably has a functional group capable of forming a chemical bond with an isocyanate group contained in the gel electrolyte or solid electrolyte.

また、本発明に係る色素増感太陽電池において、前記多孔質導電性高分子がアニリン及びアニリン誘導体からなる群から選ばれる少なくとも1種の重合体から構成されていることが好ましい。   In the dye-sensitized solar cell according to the present invention, it is preferable that the porous conductive polymer is composed of at least one polymer selected from the group consisting of aniline and aniline derivatives.

また、前記剥離防止層として、アニリン及びアニリン誘導体からなる群から選ばれる少なくとも1種をモノマー成分とする共重合体からなる多孔質導電性高分子も使用する事が出来る。   In addition, a porous conductive polymer made of a copolymer containing at least one selected from the group consisting of aniline and aniline derivatives as a monomer component can also be used as the anti-peeling layer.

また、本発明に係る色素増感太陽電池において、前記剥離防止層を形成する基板として、実表面積/投影面積比が10以上である表面凹凸の大きい導電性基体から構成されていることが好ましい。   In the dye-sensitized solar cell according to the present invention, the substrate on which the peeling prevention layer is formed is preferably composed of a conductive substrate with a large surface irregularity having an actual surface area / projected area ratio of 10 or more.

本発明の触媒層を兼ねる剥離防止層を擬固体もしくは固体型色素増感太陽電池に備えることにより、優れた光電変換効率を有するとともに、その性能を低下させることなく、素子の高温耐久性を向上させることが出来る。   By providing the anti-separation layer that also serves as the catalyst layer of the present invention in a quasi-solid or solid-type dye-sensitized solar cell, it has excellent photoelectric conversion efficiency and improves the high-temperature durability of the device without degrading its performance It can be made.

本発明の剥離防止層により素子の高温耐久性を向上させることができる理由としては次のようなことが考えられる。   The reason why the high temperature durability of the element can be improved by the peeling preventing layer of the present invention is as follows.

上記の剥離防止層は多孔質の導電性高分子から構成されており、これを擬固体型もしくは固体型太陽電池素子に使用した場合、剥離防止層の多孔質内部まで電解質層が侵入することができ、その結果、物理的なアンカー効果により層間の剥離を抑制することができる。また、導電性を有する剥離防止層と電解質層との接触界面が増加するため、仮に剥離が起こったとしてもその影響を低減させることが出来る。   The above anti-peeling layer is composed of a porous conductive polymer, and when this is used for a quasi-solid or solid solar cell element, the electrolyte layer may penetrate into the porous anti-peeling layer. As a result, delamination between layers can be suppressed by a physical anchor effect. In addition, since the contact interface between the peeling prevention layer having conductivity and the electrolyte layer increases, even if peeling occurs, the influence can be reduced.

さらに、剥離防止層を形成する材料として酸化還元対の還元反応に対する触媒能を有する材料、特に導電性高分子を用いることにより、界面剥離の影響をより低減させることができる。以上の作用により、素子性能を低下させることなく実使用時に求められる高温耐久性を向上させることが出来る。   Furthermore, the influence of interfacial peeling can be further reduced by using a material having catalytic ability for the reduction reaction of the redox couple, particularly a conductive polymer, as the material for forming the peeling preventing layer. With the above action, the high temperature durability required during actual use can be improved without deteriorating the device performance.

さらに、ゲルポリマーおよび固体電解質が例えば特許文献1、2、3に開示されているような、イソシアネート基を有する化合物と、アミノ基、ヒドロキシル基、カルボキシル基等の官能基を有する化合物を架橋してなる網目構造体から構成される場合、上記のイソシアネート基と化学結合を形成できる官能基を有する導電性高分子を使用することにより、化学結合により電解質層と対向電極層を連結させることができる。その結果さらに界面剥離を防止することが出来、それに伴い熱耐久性を向上させることが出来る。   Furthermore, the gel polymer and the solid electrolyte are formed by crosslinking a compound having an isocyanate group and a compound having a functional group such as an amino group, a hydroxyl group, and a carboxyl group as disclosed in Patent Documents 1, 2, and 3, for example. In the case of the network structure, the electrolyte layer and the counter electrode layer can be connected by chemical bonding by using a conductive polymer having a functional group capable of forming a chemical bond with the isocyanate group. As a result, interfacial peeling can be further prevented, and thermal durability can be improved accordingly.

また、一般に、電解液をゲル化もしくは固体化した場合、使用するゲル化剤、固体電解質によっては、電解液使用時と比べてイオン伝導度が低下し、その結果電解質中の酸化還元対濃度を増加させるなどの対策がとられていた。しかし、剥離防止層としての多孔質導電性高分子層を使用した場合、触媒能を有する剥離防止層と電解質層との接触面積が増加するため、上記の酸化還元対移動速度低下の影響を低減することができる。よって、高濃度の酸化還元対を使用する必要が無く、半導体電極から電解質への逆電子移動、光吸収の影響など、レドックスの高濃度化に伴う素子の光電変換性能低下を防ぐことが出来る。   In general, when the electrolytic solution is gelled or solidified, depending on the gelling agent and solid electrolyte used, the ionic conductivity is lower than when using the electrolytic solution. As a result, the concentration of redox couple in the electrolyte is reduced. Measures such as increasing were taken. However, when a porous conductive polymer layer is used as an anti-peeling layer, the contact area between the catalytic anti-peeling layer and the electrolyte layer increases. can do. Therefore, it is not necessary to use a high-concentration redox pair, and it is possible to prevent deterioration of the photoelectric conversion performance of the device due to the high concentration of redox, such as reverse electron transfer from the semiconductor electrode to the electrolyte and the influence of light absorption.

以下、本発明を実施するための最良の形態について図面をもとに詳細に説明する。   The best mode for carrying out the present invention will be described below in detail with reference to the drawings.

図1は、本発明の色素増感太陽電池10の一例を表す模式断面図である。図1において、符号1は透明基体、符号2は透明導電膜、符号3は多孔質金属酸化物半導体層、符号4は増感色素、符号5は電解質層、符号6は剥離防止層、符号7は符号6を担持する電極基材、符号8は電極基体、符号9は対向電極をそれぞれ示す。   FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing an example of the dye-sensitized solar cell 10 of the present invention. In FIG. 1, reference numeral 1 is a transparent substrate, reference numeral 2 is a transparent conductive film, reference numeral 3 is a porous metal oxide semiconductor layer, reference numeral 4 is a sensitizing dye, reference numeral 5 is an electrolyte layer, reference numeral 6 is an anti-peeling layer, reference numeral 7. Denotes an electrode base material carrying the reference numeral 6, reference numeral 8 denotes an electrode substrate, and reference numeral 9 denotes a counter electrode.

透明基体1とその上に形成された透明導電膜2からなる電極基体8の表面に、多孔質金属酸化物半導体層3が形成され、さらに該多孔質金属酸化物半導体層3の表面には、増感色素4が吸着されている。そして、電解質層5を介して、電極基材7の表面に本発明の剥離防止層6が形成された対向電極9が対向して設置され、色素増感太陽電池10を形成している。   A porous metal oxide semiconductor layer 3 is formed on the surface of the electrode substrate 8 composed of the transparent substrate 1 and the transparent conductive film 2 formed thereon. Further, on the surface of the porous metal oxide semiconductor layer 3, Sensitizing dye 4 is adsorbed. And the counter electrode 9 in which the peeling prevention layer 6 of the present invention is formed is opposed to the surface of the electrode base material 7 through the electrolyte layer 5 to form the dye-sensitized solar cell 10.

以下、本発明の色素増感太陽電池(以下、太陽電池と略記することがある)10の各構成材料について、好適な形態を説明する。   Hereinafter, a suitable form is demonstrated about each structural material of the dye-sensitized solar cell (henceforth abbreviated as a solar cell) 10 of this invention.

[透明基体]
電極基体8を構成する透明基体1は、可視光を透過するものが使用でき、透明なガラスが好適に利用できる。また、ガラス表面を加工して入射光を散乱させるようにしたものも使用できる。また、ガラスに限らず、光を透過するものであればプラスチック板やプラスチックフィルム等も使用できる。
[Transparent substrate]
As the transparent substrate 1 constituting the electrode substrate 8, one that transmits visible light can be used, and transparent glass can be suitably used. Moreover, what processed the glass surface and scattered incident light can also be used. Moreover, not only glass but a plastic plate, a plastic film, etc. can be used if it transmits light.

透明基体1の厚さは、太陽電池の形状や使用条件により異なるため特に限定はされないが、例えばガラスやプラスチックなどを用いた場合では、実使用時の耐久性を考慮して1mm〜1cm程度が好ましく、フレキシブル性が必要とされ、プラスチックフィルムなどを使用した場合は、1μm〜1mm程度が好ましい。   The thickness of the transparent substrate 1 is not particularly limited because it varies depending on the shape and use conditions of the solar cell. For example, when glass or plastic is used, the thickness is about 1 mm to 1 cm in consideration of durability during actual use. Preferably, flexibility is required, and when a plastic film or the like is used, about 1 μm to 1 mm is preferable.

[透明導電膜]
透明導電膜2としては、可視光を透過して、かつ導電性を有するものが使用できる。このような材料としては、例えば金属酸化物が挙げられる。特に限定はされないが、例えばフッ素をドープした酸化スズ(以下、「FTO」と略記する。)や、酸化インジウム、酸化スズと酸化インジウムの混合体(以下、「ITO」と略記する。)アンチモンをドープした酸化スズ、酸化亜鉛などが好適に用いることができる。
[Transparent conductive film]
As the transparent conductive film 2, a material that transmits visible light and has conductivity can be used. An example of such a material is a metal oxide. Although not particularly limited, for example, tin oxide doped with fluorine (hereinafter abbreviated as “FTO”) or indium oxide, a mixture of tin oxide and indium oxide (hereinafter abbreviated as “ITO”) antimony. Doped tin oxide, zinc oxide and the like can be suitably used.

また、分散させるなどの処理により可視光が透過すれば、不透明な導電性材料を用いることもできる。このような材料としては炭素材料や金属が挙げられる。炭素材料としては、特に限定はされないが、例えば黒鉛(グラファイト)、カーボンブラック、グラッシーカーボン、カーボンナノチューブやフラーレンなどが挙げられる。また、金属としては、特に限定はされないが、例えば白金、金、銀、ルテニウム、銅、アルミニウム、ニッケル、コバルト、クロム、鉄、モリブデン、チタン、タンタル、およびそれらの合金などが挙げられる。   In addition, an opaque conductive material can be used as long as visible light passes through treatment such as dispersion. Such materials include carbon materials and metals. Although it does not specifically limit as a carbon material, For example, graphite (graphite), carbon black, glassy carbon, a carbon nanotube, fullerene, etc. are mentioned. Further, the metal is not particularly limited, and examples thereof include platinum, gold, silver, ruthenium, copper, aluminum, nickel, cobalt, chromium, iron, molybdenum, titanium, tantalum, and alloys thereof.

したがって、透明導電膜2としては、上述の導電性材料のうち少なくとも1種類以上からなる導電材料を、透明基体1の表面に設けて形成することができる。あるいは透明基体1を構成する材料の中へ上記導電性材料を組み込んで、透明基体1と透明導電膜2を一体化して電極基体8とすることも可能である。   Therefore, the transparent conductive film 2 can be formed by providing a conductive material composed of at least one of the above-described conductive materials on the surface of the transparent substrate 1. Alternatively, it is possible to incorporate the conductive material into the material constituting the transparent substrate 1 and integrate the transparent substrate 1 and the transparent conductive film 2 to form the electrode substrate 8.

透明基体1上に透明導電膜2を形成する方法として、金属酸化物を使用する場合は、ゾルゲル法などの液層法や、スパッタやCVDなどの気相法、分散ペーストのコーティングなどがある。また、不透明な導電性材料を使用する場合は、紛体などを、透明なバインダーなどとともに固着させる方法が挙げられる。   As a method for forming the transparent conductive film 2 on the transparent substrate 1, when a metal oxide is used, there are a liquid layer method such as a sol-gel method, a vapor phase method such as sputtering or CVD, and a coating of a dispersion paste. Moreover, when using an opaque electroconductive material, the method of fixing a powder etc. with a transparent binder etc. is mentioned.

透明基体1と透明導電膜2を一体化させるには、透明基体1の成型時に導電性のフィラーとして上記導電膜材料を混合させるなどがある。   In order to integrate the transparent substrate 1 and the transparent conductive film 2, the conductive film material is mixed as a conductive filler when the transparent substrate 1 is molded.

透明導電膜2の厚さは、用いる材料により導電性が異なるため特には限定されないが、一般的に使用されるFTO被膜付ガラスでは、0.01〜5μmであり、好ましくは0.1〜1μmである。また、必要とされる導電性は、使用する電極の面積により異なり、広い電極ほど低抵抗であることが求められるが、一般的に100Ω/□以下、好ましくは10Ω/□以下、より好ましくは5Ω/□以下である。   The thickness of the transparent conductive film 2 is not particularly limited because the conductivity varies depending on the material to be used, but is generally 0.01 to 5 μm, preferably 0.1 to 1 μm in commonly used FTO-coated glass. It is. Further, the required conductivity varies depending on the area of the electrode to be used, and a wider electrode is required to have a lower resistance, but is generally 100Ω / □ or less, preferably 10Ω / □ or less, more preferably 5Ω. / □ or less.

透明基体1及び透明導電膜2から構成される電極基体8、又は透明基体1と透明導電膜2とを一体化した電極基体8の厚さは、上述のように太陽電池の形状や使用条件により異なるため特に限定はされないが、一般的に1μm〜1cm程度である。   The thickness of the electrode substrate 8 composed of the transparent substrate 1 and the transparent conductive film 2 or the electrode substrate 8 in which the transparent substrate 1 and the transparent conductive film 2 are integrated depends on the shape and use conditions of the solar cell as described above. Since it differs, it is not particularly limited, but is generally about 1 μm to 1 cm.

[多孔質金属酸化物半導体]
多孔質金属酸化物半導体3としては、特に限定はされないが、酸化チタン、酸化亜鉛、酸化スズなどが挙げられ、特に二酸化チタン、さらにはアナターゼ型二酸化チタンが好適である。また、電気抵抗値を下げるため、金属酸化物の粒界は少ないことが望ましい。また、増感色素4をより多く吸着させるために、当該半導体層は比表面積の大きなものが望ましく、具体的には10〜200m/gが望ましい。また、増感色素4の光吸収量を増加させるため、使用する酸化物の粒径に幅を持たせて光を散乱させることが望ましい。
[Porous metal oxide semiconductor]
Examples of the porous metal oxide semiconductor 3 include, but are not limited to, titanium oxide, zinc oxide, tin oxide, and the like. In particular, titanium dioxide and further anatase type titanium dioxide are suitable. Further, it is desirable that the metal oxide has few grain boundaries in order to reduce the electric resistance value. Further, in order to adsorb more sensitizing dye 4, the semiconductor layer preferably has a large specific surface area, specifically 10 to 200 m 2 / g. Further, in order to increase the light absorption amount of the sensitizing dye 4, it is desirable to scatter light by giving a width to the particle diameter of the oxide used.

このような多孔質金属酸化物半導体3は、特に限定されず既知の方法で透明導電膜2上に設けることができる。例えば、ゾルゲル法や、分散体ペーストの塗布、また、電析や電着させる方法がある。   Such a porous metal oxide semiconductor 3 is not particularly limited and can be provided on the transparent conductive film 2 by a known method. For example, there are a sol-gel method, dispersion paste application, electrodeposition and electrodeposition.

このような半導体層3の厚さは、用いる酸化物により最適値が異なるため特には限定されないが、0.1〜50μm、好ましくは5〜30μmである。   The thickness of the semiconductor layer 3 is not particularly limited because the optimum value varies depending on the oxide used, but is 0.1 to 50 μm, preferably 5 to 30 μm.

[増感色素]
増感色素層4としては、太陽光により励起されて前記金属酸化物半導体層3に電子注入できるものであればよく、一般的に色素増感太陽電池に用いられている色素を用いることができるが、変換効率を向上させるためには、その吸収スペクトルが太陽光スペクトルと広波長域で重なっていて、耐光性が高いことが望ましい。特に限定はされないが、ルテニウム錯体、特にルテニウムポリピリジン系錯体が望ましく、さらに望ましいのは、Ru(L)2(X)2で表されるルテニウム錯体が望ましい。ここでLは4,4’−ジカルボキシ−2,2’−ビピリジン、もしくはその4級アンモニウム塩、およびカルボキシル基が導入されたポリピリジン系配位子であり、また、XはSCN、Cl、CNである。例えばビス(4,4’−ジカルボキシ−2,2’−ビピリジン)ジイソチオシアネートルテニウム錯体などが挙げられる。
[Sensitizing dye]
The sensitizing dye layer 4 is not particularly limited as long as it can be excited by sunlight and can inject electrons into the metal oxide semiconductor layer 3, and dyes generally used in dye-sensitized solar cells can be used. However, in order to improve the conversion efficiency, it is desirable that the absorption spectrum overlaps with the sunlight spectrum in a wide wavelength region and the light resistance is high. Although not particularly limited, a ruthenium complex, particularly a ruthenium polypyridine complex is desirable, and a ruthenium complex represented by Ru (L) 2 (X) 2 is more desirable. Here, L is 4,4′-dicarboxy-2,2′-bipyridine, or a quaternary ammonium salt thereof, and a polypyridine-based ligand into which a carboxyl group is introduced, and X is SCN, Cl, CN It is. Examples thereof include bis (4,4′-dicarboxy-2,2′-bipyridine) diisothiocyanate ruthenium complex.

他の色素としては、ルテニウム以外の金属錯体色素、例えば鉄錯体、銅錯体などが挙げられる。さらに、シアン系色素、ポルフィリン系色素、ポリエン系色素、クマリン系色素、シアニン系色素、スクアリン酸系色素、スチリル系色素、エオシン系色素などの有機色素が挙げられる。これらの色素には、該金属酸化物半導体層3への電子注入効率を向上させるため、該金属酸化物半導体層との結合基を有していることが望ましい。該結合基としては、特に限定はされないが、カルボキシル基、スルホン酸基、ヒドロキシル基などが望ましい。   Examples of other dyes include metal complex dyes other than ruthenium, such as iron complexes and copper complexes. Further examples include organic dyes such as cyan dyes, porphyrin dyes, polyene dyes, coumarin dyes, cyanine dyes, squaric acid dyes, styryl dyes, and eosin dyes. These dyes preferably have a bonding group with the metal oxide semiconductor layer in order to improve the efficiency of electron injection into the metal oxide semiconductor layer 3. The linking group is not particularly limited, but a carboxyl group, a sulfonic acid group, a hydroxyl group and the like are desirable.

多孔質金属酸化物半導体3へ増感色素4を吸着させる方法は、特には限定されるものではなく、例としては室温条件、大気圧下において、色素を溶解させた溶液中に前記多孔質金属酸化物半導体3を形成させた電極基体8を浸漬する方法が挙げられる。浸漬時間は使用する半導体、色素、溶媒の種類、色素の濃度により、半導体層に均一に色素の単分子膜が形成されるよう、適宜調節することが好ましい。なお、吸着を効果的に行うには加熱下での浸漬を行えばよい。   The method for adsorbing the sensitizing dye 4 to the porous metal oxide semiconductor 3 is not particularly limited. For example, the porous metal is dissolved in a solution in which the dye is dissolved at room temperature and atmospheric pressure. A method of immersing the electrode substrate 8 on which the oxide semiconductor 3 is formed may be mentioned. The immersion time is preferably adjusted as appropriate so that a monomolecular film of the dye is uniformly formed on the semiconductor layer according to the type of semiconductor, dye, solvent, and dye concentration used. In addition, what is necessary is just to perform the immersion under a heating in order to perform adsorption | suction effectively.

増感色素4を溶解するために用いる溶媒の例としては、エタノールなどのアルコール類、アセトニトリルなどの窒素化合物、アセトンなどのケトン類、ジエチルエーテルなどのエーテル類、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などが上げられる。溶液中の色素濃度は,使用する色素及び溶媒の種類により適宜調整することができ、半導体表面に十分吸着させるためには、ある程度高濃度である方が望ましい。例えば、5×10−5mol/L以上の濃度が望ましい。 Examples of the solvent used for dissolving the sensitizing dye 4 include alcohols such as ethanol, nitrogen compounds such as acetonitrile, ketones such as acetone, ethers such as diethyl ether, and halogenated aliphatic hydrocarbons such as chloroform. And aliphatic hydrocarbons such as hexane, aromatic hydrocarbons such as benzene, and esters such as ethyl acetate. 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. In order to sufficiently adsorb on the semiconductor surface, it is desirable that the concentration is somewhat high. For example, a concentration of 5 × 10 −5 mol / L or more is desirable.

[電解質層]
電解質層5は、本発明においては、ポリオキシアルキレン鎖を持つ化合物でゲル化又は固体化されたアルキレンオキサイド系のゲル状又は固体状電解質からなる。ここで、ゲル状電解質とは、ゲル化剤が架橋反応することで形成された網目構造体に、酸化還元対及びこれを溶解可能な溶媒が保持されているものであり、例えば,酸化還元対及びこれを溶解可能な溶媒を含む電解液を、上記化合物を含むゲル化剤を用いてゲル化させることにより得られる。また、溶媒とゲル化剤を含有する溶媒溶液をゲル化させた後、酸化還元対を含む最終組成の電解液中で液交換することにより、同様のゲル状電解質を得ることも出来る。
[Electrolyte layer]
In the present invention, the electrolyte layer 5 is composed of an alkylene oxide gel or solid electrolyte gelled or solidified with a compound having a polyoxyalkylene chain. Here, the gel electrolyte is one in which a network structure formed by a crosslinking reaction of a gelling agent holds a redox couple and a solvent capable of dissolving the redox couple. And the electrolyte solution containing the solvent which can melt | dissolve this is gelatinized using the gelatinizer containing the said compound. Further, after gelling a solvent solution containing a solvent and a gelling agent, the same gel electrolyte can be obtained by liquid exchange in an electrolytic solution having a final composition containing a redox pair.

固体状電解質とは、上記化合物を含む固体化剤に酸化還元対を溶解させたものを架橋反応させることで得られるものであり、固体化剤が架橋反応することで形成された網目構造体に上記酸化還元対が保持されてなる高分子固体電解質である。   The solid electrolyte is obtained by crosslinking reaction of a solidification agent containing the above compound in which a redox couple is dissolved. The solid electrolyte is formed into a network structure formed by crosslinking reaction of the solidification agent. A solid polymer electrolyte in which the oxidation-reduction pair is held.

上記のゲル化剤又は固体化剤としては、ポリオキシアルキレン鎖を持つ化合物を含み、電解質をゲル化又は固体化できるものであれば特に限定されず、通常はポリオキシアルキレン鎖を持つポリマー前駆体(ポリマーゲル化剤)が用いられる。例えば、(1)特開平5−109311号公報や特開平11−176452号公報に開示された、三官能性末端アクリロイル変性アルキレンオキサイド重合体や、四官能性末端アクリロイル変性アルキレンオキサイド重合体などのアルキレンオキサイド重合体鎖を有するアクリロイル変性高分子化合物が挙げられる。また、(2)少なくとも一種類のイソシアネート基を有する化合物Aと、少なくとも一種のイソシアネート基と反応性のある化合物Bとを含み、化合物Aと化合物Bのうち少なくとも一種類がポリオキシアルキレン鎖を持つものが挙げられる(上記特許文献1〜3参照)。ポリオキシアルキレン鎖を持つ化合物としては、分子量500〜50,000の高分子構造を有する化合物が好適に用いられる。   The gelling agent or solidifying agent is not particularly limited as long as it contains a compound having a polyoxyalkylene chain and can gel or solidify an electrolyte, and is usually a polymer precursor having a polyoxyalkylene chain. (Polymer gelling agent) is used. For example, (1) alkylenes such as trifunctional terminal acryloyl-modified alkylene oxide polymers and tetrafunctional terminal acryloyl-modified alkylene oxide polymers disclosed in JP-A-5-109311 and JP-A-11-176442 Examples include acryloyl-modified polymer compounds having an oxide polymer chain. (2) It includes a compound A having at least one isocyanate group and a compound B reactive with at least one isocyanate group, and at least one of compound A and compound B has a polyoxyalkylene chain. (See Patent Documents 1 to 3 above). As the compound having a polyoxyalkylene chain, a compound having a polymer structure having a molecular weight of 500 to 50,000 is preferably used.

上記(1)の三官能性もしくは四官能性末端アクリロイル変性アルキレンオキサイド重合体は、例えば、三官能性の場合はグリセロールやトリメチロールプロパン等を、四官能性の場合にはジグリセリンやペンタエリスリトール等を、それぞれ出発物質として、これらにエチレンオキサイドやプロピレンオキサイドなどのアルキレンオキサイドを付加させ、さらにアクリル酸、メタクリル酸などの不飽和有機酸をエステル化反応させるか、またはアクリル酸クロリド、メタクリル酸クロリド等の酸クロリド類を脱塩酸反応させることによって得られる化合物である。   The trifunctional or tetrafunctional terminal acryloyl-modified alkylene oxide polymer of (1) is, for example, glycerol or trimethylolpropane in the case of trifunctional, diglycerin, pentaerythritol or the like in the case of tetrafunctional. As starting materials, alkylene oxides such as ethylene oxide and propylene oxide are added thereto, and an unsaturated organic acid such as acrylic acid and methacrylic acid is esterified, or acrylic acid chloride, methacrylic acid chloride, etc. It is a compound obtained by carrying out dehydrochlorination reaction of acid chlorides.

上記(2)の化合物Aとしては、例えば、トリレンジイソシアネート、ジフェニルメタンジイソシアネート、キシリレンジイソシアネートなどの芳香族イソシアネート;ヘキサメチレンジイソシアネート、トリメチルヘキサメチレンジイソシアネート等の脂肪族イソシアネート、イソホロンジイソシアネート、シクロヘキシルジイソシアネート等の脂環族イソシアネートが挙げられ、これらの二量体、三量体などの多量体又は変性体であってもよい。また、低分子アルコールとこれらイソシアネートのアダクト体、さらには、ポリオキシアルキレンとこれらイソシアネートをあらかじめ負荷反応させた化合物が挙げられる。   Examples of the compound A in (2) include aromatic isocyanates such as tolylene diisocyanate, diphenylmethane diisocyanate and xylylene diisocyanate; aliphatic isocyanates such as hexamethylene diisocyanate and trimethylhexamethylene diisocyanate; fats such as isophorone diisocyanate and cyclohexyl diisocyanate. Examples thereof include cyclic isocyanates, which may be multimers such as dimers and trimers, or modified products. Further, low molecular alcohols and adducts of these isocyanates, and compounds obtained by subjecting polyoxyalkylene and these isocyanates to a load reaction in advance can be mentioned.

化合物Bとしては、カルボキシル基、ヒドロキシル基、アミノ基などの活性水素基を有する化合物が挙げられ、より具体的には、カルボキシル基を有する化合物としては、ヘキサン酸、アジピン酸、フタル酸、アゼライン酸などのカルボン酸;ヒドロキシル基を有する化合物としては、エチレングリコール、ジエチレングリコール、グリセリン、ペンタエリスリトール、ソルビトール、ショ糖などのアルコール;アミノ基を有する化合物としては、エチレンジアミン、トリレンジアミン、ジフェニルメタンジアミン、ジエチレントリアミンなどのアミンなどがそれぞれ挙げられる。また、化合物Bとしては、上記のような活性水素基を一分子中に一つ以上有し、かつポリオキシアルキレン鎖を有する化合物も挙げられる。   Examples of the compound B include compounds having an active hydrogen group such as a carboxyl group, a hydroxyl group, and an amino group. More specifically, examples of the compound having a carboxyl group include hexanoic acid, adipic acid, phthalic acid, and azelaic acid. Carboxylic acids such as: hydroxyl group-containing compounds such as ethylene glycol, diethylene glycol, glycerin, pentaerythritol, sorbitol, sucrose alcohols; amino group-containing compounds such as ethylenediamine, tolylenediamine, diphenylmethanediamine, diethylenetriamine, etc. Each of the amines can be mentioned. Compound B also includes a compound having one or more active hydrogen groups as described above in one molecule and a polyoxyalkylene chain.

電解質層5を構成する酸化還元対としては、一般に電池や太陽電池などにおいて使用することの出来るものであれば特に限定されるものではなく、例えば、ハロゲン二原子分子とハロゲン化物塩との組み合わせ、チオシアン酸アニオンとチオシアン酸二分子の組み合わせ、ポリピリジルコバルト錯体、やハイドロキノンなどの有機レドックスが挙げられる。この中では特にヨウ素分子とヨウ化物との組み合わせが好適である。酸化還元対の濃度は通常0.1〜10mol/Lであり、より好ましくは0.1〜5mol/Lである。   The redox couple constituting the electrolyte layer 5 is not particularly limited as long as it can be generally used in a battery or a solar battery, for example, a combination of a halogen diatomic molecule and a halide salt, Organic redox such as a combination of thiocyanate anion and bimolecular thiocyanate, polypyridylcobalt complex, hydroquinone, and the like. Of these, a combination of iodine molecules and iodide is particularly preferred. The concentration of the redox couple is usually 0.1 to 10 mol / L, more preferably 0.1 to 5 mol / L.

電解質に用いる溶媒としては、酸化還元対を溶解できる化合物であれば特に制限はなく、非水性有機溶媒、常温溶融塩、水やプロトン性有機溶媒などから任意に選択できる。例えば有機溶媒として、アセトニトリル、メトキシアセトニトリル、バレロにトリル、メトキシプロピオニトリルなどのニトリル化合物、γ−ブチルラクトンやバレロラクトンなどのラクトン化合物、エチレンカーボネートやプロピレンカーボネートなどのカーボネート化合物、ジオキサンやジエチルエーテル、エチレングリコールジアルキルエーテルなどのエーテル類、メタノール、エタノール等のアルコール類、さらにはジメチルホルムアミドやイミダゾール類などが挙げられ、中でもアセトニトリル、バレロニトリル、メトキシプロピオニトリル、プロピレンカーボネートなどを好適に用いることができる。なお、これらはそれぞれ単独で、又は2種以上混合して用いることが出来る。   The solvent used for the electrolyte is not particularly limited as long as it is a compound that can dissolve the redox couple, and can be arbitrarily selected from a non-aqueous organic solvent, a room temperature molten salt, water, a protic organic solvent, and the like. For example, as an organic solvent, acetonitrile, methoxyacetonitrile, valero to tolyl, nitrile compounds such as methoxypropionitrile, lactone compounds such as γ-butyllactone and valerolactone, carbonate compounds such as ethylene carbonate and propylene carbonate, dioxane and diethyl ether, Examples include ethers such as ethylene glycol dialkyl ether, alcohols such as methanol and ethanol, and dimethylformamide and imidazoles. Among them, acetonitrile, valeronitrile, methoxypropionitrile, propylene carbonate, and the like can be preferably used. . In addition, these can be used individually or in mixture of 2 or more types, respectively.

また、上記溶媒としては、イオン性液体、すなわち溶融塩を使用することも出来る。イオン性液体としては、「Inorg.Chem」1996,35,p1168〜1178、「Electrochemistry」2002,2,p130〜136、特表平9−507334号公報、特開平8−259543号公報などに開示されている公知の電池や太陽電池などにおいて、一般的に使用することが出来るものであれば特に限定されないが、室温(25℃)より低い融点を有する塩か、または室温よりも高い融点を有しても、他の溶融塩や溶融塩以外の添加物を溶解させることにより室温で液状化する塩が好ましく用いられる。   As the solvent, an ionic liquid, that is, a molten salt can be used. Examples of the ionic liquid are disclosed in “Inorg. Chem” 1996, 35, p 1168 to 1178, “Electrochemistry” 2002, 2, p 130 to 136, JP-T-9-507334, JP-A-8-259543, and the like. In the known battery or solar battery, there is no particular limitation as long as it can be generally used, but a salt having a melting point lower than room temperature (25 ° C.) or a melting point higher than room temperature However, a salt that liquefies at room temperature by dissolving other molten salt or additives other than the molten salt is preferably used.

具体的には、溶融塩のカチオンとしては、アンモニウム、イミダゾリウム、オキサゾリウム、チアゾリウム、オキサジアゾリウム、トリアゾリウム、ピロリジニウム、ピリジニウム、ピペリジニウム、ピラゾリウム、ピリミジニウム、ピラジニウム、トリアジニウム、ホスホニウム、スルホニウム、カルバゾリウム、インドリウム及びこれらの誘導体が好ましく、特にアンモニウム、イミダゾリウム、ピリジニウム、ピペリジニウム、ピラゾリウム、スルホニウムが好適である。   Specifically, the cation of the molten salt includes ammonium, imidazolium, oxazolium, thiazolium, oxadiazolium, triazolium, pyrrolidinium, pyridinium, piperidinium, pyrazolium, pyrimidinium, pyrazinium, triazinium, phosphonium, sulfonium, carbazolium, indolium and These derivatives are preferable, and ammonium, imidazolium, pyridinium, piperidinium, pyrazolium, and sulfonium are particularly preferable.

また、溶融塩のアニオンとしては、AlCl 、AlCl などの金属塩化物、PF 、BF 、CFSO 、N(CFSO 、F(HF)n、CFCOOなどのフッ素含有物、NO3 、CHCOO、C11COO、CHOSO 、CHOS 、CHSO 、CHSO 、(CHO)PO 、SCNなどの非フッ素化合物、ヨウ素、臭素などのハロゲン化物などが挙げられる。 The anion of the molten salt includes metal chlorides such as AlCl 4 and Al 2 Cl 7 , PF 6 , BF 4 , CF 3 SO 3 , N (CF 3 SO 2 ) 2 , F ( HF) Fluorine-containing materials such as n and CF 3 COO , NO 3 , CH 3 COO , C 6 H 11 COO , CH 3 OSO 3 , CH 3 OS 2 , CH 3 SO 3 , CH 3 SO 2 -, (CH 3 O) 2 PO 2 -, SCN - non-fluorinated compounds such as iodine, and the like halides, such as bromine.

電解質層5にはさらに支持電解質として、リチウム塩やイミダゾリウム塩、4級アンモニウム塩など、添加剤として、t−ブチルピリジン、n−メチルイミダゾールなどの塩基やグアニジウムチオシアネート等のチオシアネート類、水等を添加することが出来る。これらの添加剤濃度はそれぞれ用いる溶媒、半導体電極および色素などにより最適な濃度が異なるため、特には限定されないが、1〜5mol/L程度が好適である。   The electrolyte layer 5 further includes lithium salt, imidazolium salt, quaternary ammonium salt, and the like as supporting electrolyte, bases such as t-butylpyridine and n-methylimidazole, thiocyanates such as guanidinium thiocyanate, water, and the like. Etc. can be added. The concentration of these additives is not particularly limited because the optimum concentration varies depending on the solvent, the semiconductor electrode, the dye, and the like used, but is preferably about 1 to 5 mol / L.

[対向電極]
対向電極9は、電極基材7の表面に本発明の剥離防止層6が形成された構造をしている。
[Counter electrode]
The counter electrode 9 has a structure in which the peeling prevention layer 6 of the present invention is formed on the surface of the electrode substrate 7.

該電極基材7は、剥離防止層6の支持体兼集電体として用いられるため、また、該電極基材表面に剥離防止層6として多孔質導電性高分子層を電気化学的に重合させる場合には、少なくとも導電性高分子層を形成させる表面部分は導電性を有していなければならない。   Since the electrode base material 7 is used as a support and a current collector for the peel prevention layer 6, a porous conductive polymer layer is electrochemically polymerized on the surface of the electrode base material as the peel prevention layer 6. In some cases, at least the surface portion on which the conductive polymer layer is formed must have conductivity.

このような材質としては、例えば導電性を有する金属や金属酸化物、炭素材料や導電性高分子などが好適に用いられる。金属としては、例えば白金、金、銀、ルテニウム、銅、アルミニウム、ニッケル、コバルト、クロム、鉄、モリブデン、チタン、タンタル、およびそれらの合金などが挙げられる。炭素材料としては、特に限定はされないが、例えば黒鉛(グラファイト)、カーボンブラック、グラッシーカーボン、カーボンナノチューブ、フラーレンなどが挙げられる。また、FTO、ITO、酸化インジウム、酸化亜鉛、酸化アンチモンなどの金属酸化物を用いた場合、透明または半透明であるため増感色素層への入射光量を増加させることができ、好適に用いることができる。   As such a material, for example, a conductive metal or metal oxide, a carbon material, a conductive polymer, or the like is preferably used. Examples of the metal include platinum, gold, silver, ruthenium, copper, aluminum, nickel, cobalt, chromium, iron, molybdenum, titanium, tantalum, and alloys thereof. Although it does not specifically limit as a carbon material, For example, graphite (graphite), carbon black, glassy carbon, a carbon nanotube, fullerene etc. are mentioned. In addition, when a metal oxide such as FTO, ITO, indium oxide, zinc oxide or antimony oxide is used, the amount of incident light to the sensitizing dye layer can be increased because it is transparent or translucent. Can do.

また、少なくとも該電極基材7の表面が導電性を有するように処理すれば、例えばガラスやプラスチックなどの絶縁体を用いても構わない。このような絶縁体に導電性を保持させる処理方法としては、上記の導電性材料にて、該絶縁性材料表面の一部もしくは全面を被覆する方法、例えば金属を用いる場合、メッキや電析などの溶液法、また、スパッタ法や真空蒸着等の気相法が挙げられ、金属酸化物を用いる場合はゾルゲル法などが用いることができる。また、上記導電性材料の粉末などを一種もしくは複数用いて絶縁性材料と混和させるなどの方法が挙げられる。   Also, an insulator such as glass or plastic may be used as long as at least the surface of the electrode substrate 7 is treated. As a treatment method for maintaining conductivity in such an insulator, a method of covering a part or the whole surface of the insulating material with the above-described conductive material, for example, when using a metal, plating, electrodeposition, etc. And a gas phase method such as sputtering or vacuum deposition. When a metal oxide is used, a sol-gel method or the like can be used. Moreover, the method of mixing with an insulating material using the powder of the said electroconductive material etc. using 1 type or multiple, etc. is mentioned.

さらに、本発明では対向電極9の基材7として絶縁性材料を用いた場合でも、該基材上に直接導電性高分子層を剥離防止層として設けることができ、その場合、該導電性高分子層が単独で集電体と剥離防止層との双方の機能を果たすことになる。   Furthermore, in the present invention, even when an insulating material is used as the base material 7 of the counter electrode 9, a conductive polymer layer can be provided directly on the base material as a peeling prevention layer. The molecular layer alone functions as both a current collector and a peeling prevention layer.

また、該電極基材7の形状は、太陽電池の形状に応じて変更することができるため特には限定されず、板状としてもフィルム状で湾曲できるものでも構わない。さらに、該電極基材7は透明でも不透明でも構わないが、増感色素層への入射光量を増加させることができるため、また、場合によっては意匠性が向上できるため透明または半透明であることが望ましい。   Further, the shape of the electrode substrate 7 is not particularly limited because it can be changed according to the shape of the solar cell, and may be a plate shape or a film shape that can be curved. Further, the electrode substrate 7 may be transparent or opaque, but can be transparent or translucent because the amount of light incident on the sensitizing dye layer can be increased and, in some cases, the design can be improved. Is desirable.

電極基材7として一般的には、FTO被膜付ガラスやITO膜付PET、ITO膜付PENフィルムが用いられているが、用いる材料により導電性が異なるため、導電層の厚さについて特には限定されない。例えば、FTO被膜付ガラスでは、0.01〜5μmであり、好ましくは0.1〜1μmである。また、必要とされる導電性は、使用する電極の面積により異なり、広い電極ほど低抵抗であることが求められるが、一般的に100Ω/□以下、好ましくは10Ω/□以下、より好ましくは5Ω/□以下である。   In general, glass with an FTO film, PET with an ITO film, and a PEN film with an ITO film are used as the electrode substrate 7. However, since the conductivity differs depending on the material used, the thickness of the conductive layer is particularly limited. Not. For example, in FTO-coated glass, the thickness is 0.01 to 5 μm, preferably 0.1 to 1 μm. Further, the required conductivity varies depending on the area of the electrode to be used, and a wider electrode is required to have a lower resistance, but is generally 100Ω / □ or less, preferably 10Ω / □ or less, more preferably 5Ω. / □ or less.

電極基材7の厚さは、上述のように太陽電池の形状や使用条件により異なるため特に限定はされないが、一般的に1μm〜1cm程度である。   The thickness of the electrode base material 7 is not particularly limited because it varies depending on the shape and use conditions of the solar cell as described above, but is generally about 1 μm to 1 cm.

また、前記剥離防止層を形成する電極基板7としては、特に表面凹凸の大きい導電性基体を好適に用いることが出来る。表面粗さの程度は、実表面積/投影面積比が10以上であるのが好ましく、より好ましくは20以上である。表面凹凸を大きくする方法は、既知の方法であれば特に限定されないが、例としてFTOやITO導電性膜を王水等による化学処理、やすりなどによる機械的処理等が挙げられる。また、FTOやITO導電性膜の形成条件を調節することにより表面凹凸を大きくすることもできる。さらに、すりガラスのような表面凹凸の大きい基体に導電性膜を被膜する方法も挙げられる。なお、実表面積/投影面積比は触針式三次元表面粗さ測定装置を用いて一定の投影面積を有する基板の実表面積を測定し、その比より算出した。   Further, as the electrode substrate 7 on which the peeling preventing layer is formed, a conductive substrate having particularly large surface irregularities can be suitably used. The degree of surface roughness is such that the actual surface area / projected area ratio is preferably 10 or more, more preferably 20 or more. The method for enlarging the surface irregularities is not particularly limited as long as it is a known method, and examples thereof include chemical treatment of FTO or ITO conductive film with aqua regia, mechanical treatment with files, and the like. Further, the surface irregularities can be increased by adjusting the formation conditions of the FTO or ITO conductive film. Furthermore, a method of coating a conductive film on a substrate having large surface irregularities such as ground glass can also be mentioned. The actual surface area / projected area ratio was calculated from the actual surface area of a substrate having a certain projected area using a stylus type three-dimensional surface roughness measuring apparatus.

[剥離防止層]
本発明の剥離防止層6としては、ゲル状もしくは固体状の電解質層との物理的なアンカー効果により対向電極との剥離を防止するため、多孔質形状を呈することが望ましい。さらに、素子中の電荷の移動を妨げず、さらに剥離に伴う導電性低下を抑制するため、剥離防止層は導電性を有することが望ましい。
[Peeling prevention layer]
The peeling prevention layer 6 of the present invention desirably has a porous shape in order to prevent peeling from the counter electrode due to a physical anchor effect with the gel or solid electrolyte layer. Furthermore, it is desirable that the peeling prevention layer has conductivity so as not to hinder the movement of electric charges in the element and to suppress the decrease in conductivity due to peeling.

また、対向電極に求められる機能として、酸化還元対の酸化体を還元する反応に対する触媒特性が挙げられる。したがって、剥離防止層6に導電性と共に該触媒能を付与することにより、剥離に伴う素子性能の低下をより低減することができる。また、導電性と同様に触媒能の面からも多孔質形状であることが望ましい。本発明の剥離防止層の厚さは、5nm〜10μmが適当であり、特に好ましくは50nm〜3μmである。   Further, as a function required for the counter electrode, there is a catalytic characteristic for a reaction for reducing an oxidant of the redox pair. Therefore, by imparting the catalytic ability together with the conductivity to the peeling prevention layer 6, it is possible to further reduce the deterioration of the element performance due to peeling. Moreover, it is desirable that it is a porous shape also from the surface of catalytic ability similarly to electroconductivity. 5 nm-10 micrometers are suitable for the thickness of the peeling prevention layer of this invention, Especially preferably, they are 50 nm-3 micrometers.

このような剥離防止層を形成する材料としては、導電性と上記触媒能を有する導電性高分子が好適に利用できる。特に、高い導電性と触媒能を有し、容易に多孔質化することのできる、アニリンもしくはアニリン誘導体の重合物、もしくはアニリン及びアニリン誘導体からなる群から選ばれる少なくとも1種をモノマー成分とする共重合体であることが望ましい。   As a material for forming such an anti-peeling layer, a conductive polymer having conductivity and the above catalytic ability can be suitably used. In particular, the monomer component is at least one selected from the group consisting of aniline or a polymer of aniline derivatives, or a polymer of aniline and aniline derivatives, which has high conductivity and catalytic ability and can be easily made porous. A polymer is desirable.

[導電性高分子]
剥離防止層に該アニリン誘導体からなる導電性高分子を用いるに当たっては、重合した高分子が導電性を有していれば特に限定されないが、あるアニリン誘導体単独での高分子膜が導電性を有さずとも、アニリンもしくは、他のアニリン誘導体との共重合体とすることで導電性を有していればかまわない。剥離防止層6で用いる重合体のモノマー成分として、2種以上のアニリン誘導体を使用することができる。
[Conductive polymer]
The use of the conductive polymer composed of the aniline derivative in the anti-peeling layer is not particularly limited as long as the polymerized polymer has conductivity, but a polymer film with a certain aniline derivative alone has conductivity. Even if it has electroconductivity by making it a copolymer with aniline or another aniline derivative, it does not matter. Two or more kinds of aniline derivatives can be used as the monomer component of the polymer used in the peeling prevention layer 6.

使用するモノマー成分は重合した膜としての電導度が10−9S/cm以上を示すものが望ましい。 The monomer component used preferably has a conductivity of 10 −9 S / cm or more as a polymerized film.

アニリン誘導体の置換基としては、例えば、アルキル基、アルコキシ基、アミノ基、ベンジル基、ヒドロキシル基、アミド基等の電子供与性置換基、または、スルホン基、ニトロ基、トリフルオロメチル基、ハロゲン、シアノ基などの電子吸引性置換基などが挙げられ、具体例としては、アニシジン、フェネチジン、トルイジン、フェニレンジアミン、ヒドロキシアニリン、N−メチルアニリン、トリフルオロメタンアニリン、ニトロアニリン、シアノアニリン、ハロゲン化アニリンなどが挙げられる。   Examples of the substituent of the aniline derivative include an electron-donating substituent such as an alkyl group, an alkoxy group, an amino group, a benzyl group, a hydroxyl group, and an amide group, or a sulfone group, a nitro group, a trifluoromethyl group, a halogen, Examples include electron-withdrawing substituents such as cyano group, and specific examples include anisidine, phenetidine, toluidine, phenylenediamine, hydroxyaniline, N-methylaniline, trifluoromethaneaniline, nitroaniline, cyanoaniline, halogenated aniline and the like. Is mentioned.

なかでも、アニリン誘導体の置換基として、イソシアネート基と化学結合を形成できる官能基を有する化合物、具体的にはヒドロキシアニリン、フェニレンジアミン、カルボキシアニリンなどが特に好適に用いることが出来る。これらの官能基を有するアニリン誘導体からなる導電性高分子を使用することにより、化学結合により上記ゲルポリマーと対極層を連結させることができる。その結果さらに界面剥離を防止させることが出来、それに伴い熱耐久性を向上させることが出来る。なお、官能基を含む導電性高分子の作成法として、上記の方法のほか、導電性高分子層を作製した後、化学処理により官能基を形成させる方法もとることが出来る。   Of these, compounds having a functional group capable of forming a chemical bond with an isocyanate group, specifically hydroxyaniline, phenylenediamine, carboxyaniline, and the like can be particularly preferably used as a substituent of the aniline derivative. By using a conductive polymer composed of an aniline derivative having these functional groups, the gel polymer and the counter electrode layer can be linked by chemical bonding. As a result, interfacial peeling can be further prevented, and thermal durability can be improved accordingly. In addition to the above method, a method of forming a functional group by chemical treatment after forming a conductive polymer layer can be used as a method for producing a conductive polymer containing a functional group.

さらに、アニリン誘導体とアニリンとの共重合体を好ましく用いることができる。アニリン及びアニリン誘導体を用いるとき、それらの比率は特に限定されないが、モル比でアニリン及びアニリン誘導体のうち一方を100として他方を3以上の割合で重合することが一般に適当である。   Furthermore, a copolymer of an aniline derivative and aniline can be preferably used. When aniline and aniline derivatives are used, their ratio is not particularly limited, but it is generally appropriate to polymerize aniline and aniline derivatives in a molar ratio of 100 as one and the other as 3 or more.

また、電導度を向上させるために導電性高分子層にドーパントを添加することが望ましい。ドーパントは、特に限定されず、公知の材料が使用できる。例えば、ヘキサフロロリン、ヘキサフロロヒ素、ヘキサフロロアンチモン、テトラフロロホウ素、過塩素酸等のハロゲン化物アニオン、ヨウ素、臭素、塩素等のハロゲンアニオン、ヘキサフロロリン、ヘキサフロロヒ素、ヘキサフロロアンチモン、テトラフロロホウ素、過塩素酸等のハロゲン化物アニオン、メタンスルホン酸、ドデシルスルホン酸等のアルキル基置換有機スルホン酸アニオン、カンファースルホン酸等の環状スルホン酸アニオン、ベンゼンスルホン酸、パラトルエンスルホン酸、ドデシルベンゼンスルホン酸、ベンゼンジスルホン酸等のアルキル基置換または無置換のベンゼンモノまたはジスルホン酸アニオン、2−ナフタレンスルホン酸、1,7−ナフタレンジスルホン酸等の1〜3個のスルホン酸基を有する、アルキル基置換または無置換ナフタレンスルホン酸アニオン、アントラセンスルホン酸、アントラキノンスルホン酸、アルキルビフェニルスルホン酸、ビフェニルジスルホン酸等のアルキル基置換または無置換のビフェニルスルホン酸イオン、ポリスチレンスルホン酸、スルホン化ポリエーテル、スルホン化ポリエステル、スルホン化ポリイミド、ナフタレンスルホン酸ホルマリン縮合体等の高分子スルホン酸アニオン、置換または無置換の芳香族スルホン酸アニオン、ビスサルチレートホウ素、ビスカテコレートホウ素等のホウ素化合物アニオン、あるいはモリブドリン酸、タングストリン酸、タングストモリブドリン酸等のヘテロポリ酸アニオン等が挙げられる。これらは単独でも2種以上を併用してもよい。   Further, it is desirable to add a dopant to the conductive polymer layer in order to improve conductivity. A dopant is not specifically limited, A well-known material can be used. For example, hexafluoroline, hexafluoroarsenic, hexafluoroantimony, tetrafluoroboron, halide anions such as perchloric acid, halogen anions such as iodine, bromine, chlorine, hexafluoroline, hexafluoroarsenic, hexafluoroantimony, tetrafluoroboron , Halide anions such as perchloric acid, alkyl group-substituted organic sulfonic acid anions such as methanesulfonic acid and dodecylsulfonic acid, cyclic sulfonic acid anions such as camphorsulfonic acid, benzenesulfonic acid, paratoluenesulfonic acid, dodecylbenzenesulfonic acid Alkyl having 1 to 3 sulfonic acid groups such as benzene monosulfonic acid, alkyl group-substituted or unsubstituted benzene mono- or disulfonic acid anion, 2-naphthalenesulfonic acid, 1,7-naphthalenedisulfonic acid, etc. Substituted or unsubstituted naphthalene sulfonate anion, anthracene sulfonic acid, anthraquinone sulfonic acid, alkyl biphenyl sulfonic acid, biphenyl disulfonic acid and other alkyl group substituted or unsubstituted biphenyl sulfonic acid ions, polystyrene sulfonic acid, sulfonated polyether, sulfonation Polymer sulfonate anions such as polyester, sulfonated polyimide, naphthalene sulfonate formalin condensate, substituted or unsubstituted aromatic sulfonate anions, boron compound anions such as bissaltylate boron and biscatecholate boron, or molybdophosphoric acid And heteropoly acid anions such as tungstophosphoric acid and tungstomolybdophosphoric acid. These may be used alone or in combination of two or more.

ドーパントの脱離を抑制するため、無機アニオンよりも有機酸アニオンであることが望ましく、熱分解などが起きにくいことが望ましい。   In order to suppress the desorption of the dopant, it is desirable that it is an organic acid anion rather than an inorganic anion, and it is desirable that thermal decomposition or the like hardly occur.

導電性高分子層におけるドーパントの使用量は、使用するドーパント種により最適値が異なるため特に限定されないが、好ましくは5〜60質量%、さらに好ましくは10〜45質量%である。   The amount of dopant used in the conductive polymer layer is not particularly limited because the optimum value varies depending on the type of dopant used, but is preferably 5 to 60% by mass, and more preferably 10 to 45% by mass.

このようなドーパントは導電性高分子層を形成させる際に、適宜の段階で使用することができ、例えば導電性高分子のモノマーと共存させておくことができる。   Such a dopant can be used at an appropriate stage when the conductive polymer layer is formed. For example, it can coexist with a monomer of the conductive polymer.

前記導電性高分子層は、電極基材7上に形成される。形成方法は特に限定されないが、例えば、導電性高分子を溶融状態もしくは溶解させた溶液から成膜する方法が挙げられる。   The conductive polymer layer is formed on the electrode substrate 7. The formation method is not particularly limited, and examples thereof include a method of forming a film from a solution in which a conductive polymer is in a molten state or dissolved.

また、より大きな表面積を有する多孔質状態であることが望ましいため、導電性高分子のモノマーを含む溶液と電極基材7を接触させた状態で、モノマーを化学的もしくは電気化学的に酸化重合する方法が挙げられる。   In addition, since it is desirable that the porous state has a larger surface area, the monomer is chemically or electrochemically oxidatively polymerized in a state where the solution containing the conductive polymer monomer and the electrode substrate 7 are in contact with each other. A method is mentioned.

また、導電性高分子粉末を、ペースト状、もしくはエマルジョン状、もしくは高分子溶液およびバインダーを含む混合物形態に処理した後に、該電極基体上へスクリーン印刷、スプレー塗布、刷毛塗りなどにより形成させる方法も可能である。   Also, there is a method in which the conductive polymer powder is formed into a paste form, an emulsion form, or a mixture form containing a polymer solution and a binder, and then formed on the electrode substrate by screen printing, spray coating, brush coating, or the like. Is possible.

前記導電性高分子層の形成方法としては、上記の中でも電解重合法もしくは化学重合法が好適に利用できる。化学重合法は、酸化剤を用いて重合モノマーを酸化重合させる方法である。一方、電解重合法は、重合モノマーを含む溶液中で電解酸化を行うことにより金属などの電極上に導電性高分子の膜を形成する方法である。   Among the methods described above, an electrolytic polymerization method or a chemical polymerization method can be suitably used as the method for forming the conductive polymer layer. The chemical polymerization method is a method in which a polymerization monomer is oxidatively polymerized using an oxidizing agent. On the other hand, the electrolytic polymerization method is a method of forming a conductive polymer film on an electrode such as a metal by performing electrolytic oxidation in a solution containing a polymerization monomer.

化学重合法に用いられる酸化剤としては、ヨウ素、臭素、ヨウ化臭素、二酸化塩素、ヨウ素酸、過ヨウ素酸、亜塩素酸等のハロゲン化物、五フッ化アンチモン、五塩化リン、五フッ化リン、塩化アルミニウム、塩化モリブデン等の金属ハロゲン化物、過マンガン酸塩、重クロム酸塩、無水クロム酸、第二鉄塩、第二銅塩等の高原子価金属塩、硫酸、硝酸、トリフルオロメタン硫酸等のプロトン酸、三酸化硫黄、二酸化窒素等の酸素化合物、過酸化水素、過硫酸アンモニウム、過ホウ酸ナトリウム等のペルオキソ酸またはその塩、あるいはモリブドリン酸、タングストリン酸、タングストモリブドリン酸等のヘテロポリ酸またはその塩などがあり、これらの少なくとも1種を用いることができる。   The oxidizing agent used in the chemical polymerization method includes iodine, bromine, bromine iodide, chlorine dioxide, iodic acid, periodic acid, chlorous acid and other halides, antimony pentafluoride, phosphorus pentachloride, phosphorus pentafluoride. , Metal halides such as aluminum chloride, molybdenum chloride, permanganate, dichromate, chromic anhydride, ferric salt, cupric salt and other high-valent metal salts, sulfuric acid, nitric acid, trifluoromethanesulfuric acid Protonic acids such as oxygen compounds such as sulfur trioxide and nitrogen dioxide, peroxo acids such as hydrogen peroxide, ammonium persulfate and sodium perborate or salts thereof, or molybdophosphoric acid, tungstophosphoric acid, tungstomolybdophosphoric acid, etc. There are heteropolyacids or salts thereof, and at least one of them can be used.

上記の化学重合法は大量生産向きであるものの、導電性高分子のモノマー成分を含有する溶液中で酸化剤と作用させると、得られる高分子は粒子状もしくは塊状の形態になってしまい、所望の多孔性を発現させ、電極形状に成型することは困難である。したがって、電極基材7を導電性高分子のモノマー成分もしくは酸化剤のどちらかを含む溶液に浸漬するか、それらに該溶液を塗布した後、続いてもう一方の成分を溶解させた溶液に浸漬もしくは塗布するなどして、上記電極基材表面で重合が進行するようにし、導電性高分子を形成させることが望ましい。   Although the above chemical polymerization method is suitable for mass production, if the polymer is reacted with an oxidizing agent in a solution containing a monomer component of a conductive polymer, the resulting polymer will be in the form of particles or lumps, which is desirable. It is difficult to express the porosity of the electrode and form it into an electrode shape. Therefore, the electrode substrate 7 is immersed in a solution containing either the monomer component or the oxidizing agent of the conductive polymer, or after the solution is applied to them, the electrode substrate 7 is subsequently immersed in a solution in which the other component is dissolved. Alternatively, it is desirable to form a conductive polymer by applying the polymer so that the polymerization proceeds on the surface of the electrode substrate.

また、別途作製した導電性高分子粒子分散液やペーストなどを用いて、電極基材7もしくは導電膜付きの電極基材表面に導電性高分子膜を形成後、上記化学重合を行って導電性高分子粒子を成長させる方法を行うこともできる。   In addition, a conductive polymer film is formed on the surface of the electrode substrate 7 or the electrode substrate with the conductive film using a separately prepared conductive polymer particle dispersion or paste, and then the above chemical polymerization is performed to conduct the conductive. A method of growing polymer particles can also be performed.

一方、電解重合法では比較的電導度の高い導電性高分子が膜状で得られ、かつ、その合成方法も簡便であり、導電性高分子からなる剥離防止層の作製方法として好適に利用できる。電解重合を電極基材7に直接行っても、別途電解重合により作製した多孔質導電性高分子膜を剥離した後、使用する電極基材7に張り合わせても構わない。   On the other hand, in the electropolymerization method, a conductive polymer having a relatively high conductivity can be obtained in the form of a film, and the synthesis method thereof is also simple and can be suitably used as a method for producing a peeling prevention layer made of a conductive polymer. . The electrolytic polymerization may be performed directly on the electrode substrate 7 or may be bonded to the electrode substrate 7 to be used after the porous conductive polymer film separately prepared by electrolytic polymerization is peeled off.

電解重合法に用いられる電解重合溶媒としては、芳香族化合物を溶解でき、芳香族化合物の電解重合電位においても、安定していれば特に限定はされないが、例えば、水、アセトニトリルなどのニトリル系、メタノール、エタノール、イソプロパノールなどのアルコール、アセトンなどのケトン系、プロピレンカルボナートなどのカルボナート系、テトラヒドロフランなどを用いることができる。またこれらは単独、もしくは2種以上の混合溶媒として用いることもできる。前記のうち、ある程度の極性を有した有機溶媒、例えば、アセトニトリル、メタノール、プロピレンカルボナート、テトラヒドロフランなどが好適に利用できる。さらに、前記ドーパントを添加する場合は、ドーパントも溶解できることが望ましい。   The electropolymerization solvent used in the electropolymerization method is not particularly limited as long as it can dissolve an aromatic compound and is stable even in the electropolymerization potential of the aromatic compound. For example, water, nitriles such as acetonitrile, Alcohols such as methanol, ethanol and isopropanol, ketones such as acetone, carbonates such as propylene carbonate, tetrahydrofuran and the like can be used. These may be used alone or as a mixed solvent of two or more. Of the above, organic solvents having a certain degree of polarity, such as acetonitrile, methanol, propylene carbonate, tetrahydrofuran and the like, can be suitably used. Furthermore, when adding the said dopant, it is desirable that a dopant can also be melt | dissolved.

電解重合条件としては、予め上記芳香族化合物を溶解させた電解重合液中に、前記集電体を浸漬させ、同じ電解溶液中に設置した対向電極との間に任意の電圧を印加することで重合を進行させる。このときの芳香族化合物濃度としては、芳香族化合物の種類により最適値が異なるため特には限定されないが、一般的に0.01〜10mol/Lの範囲が望ましい。また、ドーパントを共存させる場合は、ドーパントの濃度としては、芳香族化合物濃度に対して1/10〜100倍の範囲が望ましい。また、重合する際の印加電流密度としては、芳香族化合物の種類により最適値が異なるため特には限定されないが、0.01〜100mA/cmの範囲であることが望ましい。 As the electrolytic polymerization conditions, the current collector is immersed in an electrolytic polymerization solution in which the aromatic compound is dissolved in advance, and an arbitrary voltage is applied between the counter electrode installed in the same electrolytic solution. Allow polymerization to proceed. The concentration of the aromatic compound at this time is not particularly limited because the optimum value varies depending on the type of the aromatic compound, but generally a range of 0.01 to 10 mol / L is desirable. In the case where a dopant is allowed to coexist, the concentration of the dopant is preferably in the range of 1/10 to 100 times the aromatic compound concentration. The applied current density at the time of polymerization is not particularly limited because the optimum value varies depending on the type of aromatic compound, but it is preferably in the range of 0.01 to 100 mA / cm 2 .

本発明の剥離防止層における導電性高分子層の厚さは、5nm〜5μmが適当であり、特に好ましくは100nm〜2μmである。   The thickness of the conductive polymer layer in the peeling prevention layer of the present invention is suitably 5 nm to 5 μm, particularly preferably 100 nm to 2 μm.

以上説明したような各構成要素材料を準備した後、従来公知の方法で金属酸化物半導体電極と対向電極とを電解質を介して対向させるように組み上げ、色素増感太陽電池を完成させる。   After preparing each constituent material as described above, the dye-sensitized solar cell is completed by assembling the metal oxide semiconductor electrode and the counter electrode to face each other through an electrolyte by a conventionally known method.

以下、本発明を実施例に基づいて、より詳細に説明するが、本発明はこれらによりなんら限定されるものではない
〈実施例1〉
[半導体電極の作製]
ガラスからなる透明基体1上にSnOからなる導電膜を真空蒸着により形成した透明導電膜2上に、以下の方法で多孔質金属酸化物半導体層3を形成した。
EXAMPLES Hereinafter, although this invention is demonstrated in detail based on an Example, this invention is not limited at all by these <Example 1>
[Fabrication of semiconductor electrode]
A porous metal oxide semiconductor layer 3 was formed by the following method on a transparent conductive film 2 in which a conductive film made of SnO 2 was formed by vacuum deposition on a transparent substrate 1 made of glass.

SnOからなる透明導電膜2が形成された透明基体1としてFTOガラス(日本板ガラス製)を用い、その表面に市販の酸化チタンペースト(Solaronix社製、商品名Ti−Nanoxide D−SP)をスクリーン印刷法で15μm程度の膜厚、5mm×10mm程度の面積で、透明導電膜2側に印刷し、450℃で30分間、大気中で焼成した。その結果、膜厚が15μm程度の酸化チタン膜3が得られた。
[増感色素の吸着]
増感色素4として、一般にN719dyeと呼ばれるビス(4−カルボキシ−4’−テトラブチルアンモニウムカルボキシ−2,2’−ビピリジン)ジイソチオシアネートルテニウム錯体(Solaronix社製)を使用した。前記多孔質酸化チタン半導体電極を色素濃度0.4mol/Lの無水エタノール溶液中に浸漬し、遮光下1晩静置した。その後無水エタノールにて余分な色素を洗浄してから風乾することで太陽電池の半導体電極を作製した。
As the transparent substrate 1 on which the transparent conductive film 2 made of SnO 2 is formed, FTO glass (manufactured by Nippon Sheet Glass) is used, and a commercially available titanium oxide paste (manufactured by Solaronix, trade name Ti-Nanoxide D-SP) is screened on the surface. The film was printed on the transparent conductive film 2 side by a printing method with a film thickness of about 15 μm and an area of about 5 mm × 10 mm, and baked in the air at 450 ° C. for 30 minutes. As a result, a titanium oxide film 3 having a thickness of about 15 μm was obtained.
[Adsorption of sensitizing dye]
As sensitizing dye 4, bis (4-carboxy-4′-tetrabutylammoniumcarboxy-2,2′-bipyridine) diisothiocyanate ruthenium complex (manufactured by Solaronix) generally called N719dye was used. The porous titanium oxide semiconductor electrode was immersed in an absolute ethanol solution having a pigment concentration of 0.4 mol / L and allowed to stand overnight under light shielding. Thereafter, excess pigment was washed with absolute ethanol and then air-dried to produce a semiconductor electrode of a solar cell.

[対向電極の作製]
電極基材7としてFTO被膜付きガラス(旭硝子製、〜10Ω/□)を用いた。有機溶媒中で超音波洗浄した該電極基体を、2−アミノフェノール0.1mol/Lとパラトルエンスルホン酸1mol/Lとを含む水溶液中に浸漬し、電気化学的に酸化することでFTOガラス表面にポリアニリン膜を形成させた。このポリアニリン膜付FTOガラスを、純水で洗浄し空気中100℃で乾燥し剥離防止層6を備えた対向電極9を得た。
[Preparation of counter electrode]
As the electrode substrate 7, FTO-coated glass (Asahi Glass, 10Ω / □) was used. The electrode substrate cleaned ultrasonically in an organic solvent is immersed in an aqueous solution containing 0.1 mol / L of 2-aminophenol and 1 mol / L of paratoluenesulfonic acid and electrochemically oxidized to thereby surface the FTO glass. A polyaniline film was formed on. This FTO glass with a polyaniline film was washed with pure water and dried at 100 ° C. in the air to obtain a counter electrode 9 provided with a peeling prevention layer 6.

[電解液の調製、太陽電池素子の組み立て]
次に、ゲル電解質層5に保持させる電解液を調製した。溶媒メトキシプロピオニトリルを95重量部と、分子量約8000の3官能アルキレンオキサイド系アクリレートマクロモノマーであり、加熱硬化可能なポリマー硬化物前駆体である(第一工業製薬株式会社製の商品名「エレクセルTA−140」)ゲル化剤1を5重量部と、開始材としてAIBNを20000ppm含有する溶媒溶液を調製し、前記のように作製した透明導電膜2を具備した透明基体1上の酸化チタン膜3からなる半導体電極と電極基体7上の剥離防止層6からなる対向電極を対向するよう設置し、電解質を毛管現象にて両電極間に含浸させた。
[Preparation of electrolyte, assembly of solar cell elements]
Next, an electrolytic solution to be held in the gel electrolyte layer 5 was prepared. It is a trifunctional alkylene oxide acrylate macromonomer having a molecular weight of about 8000 and 95 parts by weight of methoxypropionitrile as a solvent, and is a heat-curable polymer precursor (trade name “ELEXEL manufactured by Daiichi Kogyo Seiyaku Co., Ltd.”). TA-140 ") A titanium oxide film on the transparent substrate 1 provided with the transparent conductive film 2 prepared as described above by preparing a solvent solution containing 5 parts by weight of the gelling agent 1 and 20000 ppm of AIBN as a starting material. The semiconductor electrode made of 3 and the counter electrode made of the peeling prevention layer 6 on the electrode substrate 7 were placed so as to face each other, and an electrolyte was impregnated between both electrodes by capillary action.

次に、60℃で120分間加熱することにより加熱硬化させた後、0.5mol/Lのヨウ化リチウムと0.05mol/Lのヨウ素、0.6mol/Lの1、2−ジメチル−3−プロピルイミダゾリウムアイオダイド、0.5mol/Lの4−t−ブチルピリジンを含む最終組成の電解液の溶液中での液交換を実施することにより、ゲル電解質層5を具備した太陽電池を作成した。なお、液交換の条件は50℃×4時間とした。素子を形成後、エポキシ樹脂にて外界との接触を避ける封止を実施した。   Next, after heating and curing at 60 ° C. for 120 minutes, 0.5 mol / L lithium iodide, 0.05 mol / L iodine, 0.6 mol / L 1,2-dimethyl-3- A solar cell provided with the gel electrolyte layer 5 was prepared by performing liquid exchange in a solution of an electrolytic solution having a final composition containing propylimidazolium iodide and 0.5 mol / L of 4-t-butylpyridine. . The liquid exchange conditions were 50 ° C. × 4 hours. After the device was formed, sealing was carried out with an epoxy resin to avoid contact with the outside world.

〈実施例2〉
ゲル電解質層の作製方法において、溶媒としてメトキシプロピオニトリルを用い、0.5mol/Lのヨウ化リチウムと0.05mol/Lのヨウ素、0.6mol/Lの1、2−ジメチル−3−プロピルイミダゾリウムアイオダイド、0.5mol/Lの4−t−ブチルピリジンを溶解させたものを電解液とした。この電解液に5重量%のゲル化剤2を入れたものを電解質として用いた。実施例1と同様の方法で作成した作用極と対極を対向するよう設置し、電解質を毛管現象にて両電極間に含浸させた後、60℃で120分間加熱することによりゲル電解質層5を具備した太陽電池を作製した。電池を形成後、エポキシ樹脂にて外界との接触を避ける封止を実施した。
<Example 2>
In the method for producing a gel electrolyte layer, methoxypropionitrile was used as a solvent, 0.5 mol / L lithium iodide, 0.05 mol / L iodine, 0.6 mol / L 1,2-dimethyl-3-propyl A solution in which imidazolium iodide and 0.5 mol / L of 4-t-butylpyridine were dissolved was used as an electrolytic solution. A solution containing 5% by weight of gelling agent 2 in this electrolytic solution was used as the electrolyte. The working electrode and the counter electrode prepared in the same manner as in Example 1 were installed so as to face each other, the electrolyte was impregnated between both electrodes by capillary action, and then heated at 60 ° C. for 120 minutes to form the gel electrolyte layer 5. The provided solar cell was produced. After forming the battery, sealing was carried out with an epoxy resin to avoid contact with the outside world.

上記ゲル化剤2について以下に説明する。
・ゲル化剤2:反応容器中に出発物質としてのグリセリン92g、触媒としての水酸化カリウム30gを仕込み、130℃で10時間反応させた後、中和脱水処理を行って、分子量8000のエチレンオキシド−プロピレンオキシド共重合体を得た。得られた化合物100gにトリレンジイソシアネート6.6gと触媒としてのジブチルチンジラウレート0.05gを加え、80℃で3時間反応を行い、分子量8520の化合物を得た。これを化合物A(末端にイソシアネート官能基を有するアルキレンオキシド)とする。そして、化合物Bはジエチルトルエンジアミンとして、これら化合物AとBを官能基濃度で1.2:1(化合物Aのイソシアネート官能基モル数/化合物Bのアミンの官能基モル数=1.2)で混合したもの。
The gelling agent 2 will be described below.
Gelling agent 2: 92 g of glycerin as a starting material and 30 g of potassium hydroxide as a catalyst were charged in a reaction vessel and reacted at 130 ° C. for 10 hours, followed by neutralization and dehydration treatment to obtain ethylene oxide having a molecular weight of 8000. A propylene oxide copolymer was obtained. To 100 g of the obtained compound, 6.6 g of tolylene diisocyanate and 0.05 g of dibutyltin dilaurate as a catalyst were added and reacted at 80 ° C. for 3 hours to obtain a compound having a molecular weight of 8520. This is referred to as Compound A (an alkylene oxide having an isocyanate functional group at the terminal). Compound B is diethyltoluenediamine, and these compounds A and B have a functional group concentration of 1.2: 1 (number of moles of isocyanate functional group of compound A / number of moles of functional group of amine of compound B = 1.2). Mixed one.

〈実施例3〉
ゲル化剤として、実施例2に示した化合物Bのかわりに、ポリエーテルアミン(HUNTSMAN社製、商品名ジェファーミンJT−3000)(ゲル化剤3)を使用した以外は実施例2と同様に太陽電池を作製した。
<Example 3>
As a gelling agent, instead of compound B shown in Example 2, polyetheramine (trade name Jeffamine JT-3000, manufactured by HUNTSMAN) (gelling agent 3) was used in the same manner as in Example 2 A solar cell was produced.

〈実施例4〉
ゲル化剤として、ポリテトラメチレングリコール(三菱化成工業株式会社製、商品名「PTMG2000」100gに対して、トリレンジイソシアネート18gと触媒としてのジブチルチンジラウレート0.05gを加え、80℃で反応を行い、得た分子量2350の化合物Aを6gと、化合物Bとしてポリエーテル変性ポリカーボネートジオール(ダイセル化学工業株式会社製の商品名「プラクセルCD−221」5g、触媒としてトリエチレンジアミン0.005gを混合したもの(ゲル化剤4)を使用した以外は実施例2と同様に太陽電池を作製した。
<Example 4>
As a gelling agent, polytetramethylene glycol (manufactured by Mitsubishi Kasei Kogyo Co., Ltd., trade name “PTMG2000”, 100 g of tolylene diisocyanate and 0.05 g of dibutyltin dilaurate as a catalyst was added and reacted at 80 ° C. , 6 g of the obtained compound A having a molecular weight of 2350, polyether modified polycarbonate diol as compound B (trade name “Placcel CD-221” manufactured by Daicel Chemical Industries, Ltd., and 0.005 g of triethylenediamine as a catalyst) A solar cell was produced in the same manner as in Example 2 except that the gelling agent 4) was used.

〈実施例5〉
ゲル化剤として、ポリエステルポリオール(東邦理化株式会社製、商品名「ファントールPL−2010」)53.4gとトリレンジイソシアネート34.8gとを混合し、触媒としてジブチルチンジラウレート0.05gを加えて80℃で反応を行い、得られた化合物Aを2gと、化合物Bとしてカルボキシル基変性ポリシロキサン(信越化学工業株式会社製、商品名「X−22−16C」)10g、触媒としてスタナスオクトエート0.01gを混合したもの(ゲル化剤5)を使用した以外は実施例2と同様に太陽電池を作製した。
<Example 5>
As a gelling agent, 53.4 g of polyester polyol (trade name “Phanthol PL-2010” manufactured by Toho Rika Co., Ltd.) and 34.8 g of tolylene diisocyanate are mixed, and 0.05 g of dibutyltin dilaurate is added as a catalyst. Reaction was performed at 80 ° C., 2 g of the obtained compound A, 10 g of a carboxyl group-modified polysiloxane (manufactured by Shin-Etsu Chemical Co., Ltd., trade name “X-22-16C”) as compound B, and stannous octoate as a catalyst A solar cell was produced in the same manner as in Example 2 except that 0.01 g mixed (gelator 5) was used.

〈実施例6〉
対向電極の作成法において、モノマーをアニリン0.05mol/L、2‐アミノフェノール0.05mol/Lとした以外は実施例3と同様に太陽電池セルを作製した。
<Example 6>
A solar battery cell was produced in the same manner as in Example 3 except that the counter electrode was prepared by changing the monomer to aniline 0.05 mol / L and 2-aminophenol 0.05 mol / L.

〈実施例7〉
対向電極の作成法において、モノマーをm−フェニレンジアミンとした以外は実施例3と同様に太陽電池セルを作製した。
<Example 7>
A solar battery cell was produced in the same manner as in Example 3 except that m-phenylenediamine was used as the counter electrode.

〈実施例8〉
対向電極の作成法において、電極基材7として30分王水処理、または紙やすり(#600)を用いて表面凹凸を実表面積/投影面積比約27に増加させたFTO被膜付きガラスを用いた以外は実施例3と同様に太陽電池セルを作製した。
<Example 8>
In the method for producing the counter electrode, glass with an FTO coating in which surface irregularities were increased to an actual surface area / projected area ratio of about 27 using an aqua regia treatment or sandpaper (# 600) as the electrode base material 7 was used. A solar battery cell was produced in the same manner as in Example 3 except for the above.

〈実施例9〉
対向電極の作成法において、電極基材7として30分王水処理、または紙やすり(#600)を用いて表面凹凸を実表面積/投影面積比約27に増加させたFTO被膜付きガラスを用いた以外は実施例7と同様に太陽電池セルを作製した。
<Example 9>
In the method for producing the counter electrode, glass with an FTO coating in which surface irregularities were increased to an actual surface area / projected area ratio of about 27 using an aqua regia treatment or sandpaper (# 600) as the electrode base material 7 was used. A solar battery cell was produced in the same manner as in Example 7 except for the above.

〈実施例10〉
対向電極9の替わりに、電極基材7として30分王水処理、または紙やすり(#600)を用いて表面凹凸を実表面積/投影面積比約27に増加させたFTO被膜付きガラスの上に既報の方法に従って塩化白金酸の熱分解により形成した電極(白金膜厚:〜0.1μm)を用いた以外は実施例3と同様に太陽電池セルを作製した。
<Example 10>
Instead of the counter electrode 9, the electrode substrate 7 is a 30-minute aqua regia treatment or sandpaper (# 600) on the FTO-coated glass whose surface irregularities are increased to an actual surface area / projected area ratio of about 27. A solar battery cell was produced in the same manner as in Example 3 except that an electrode (platinum film thickness: ~ 0.1 μm) formed by thermal decomposition of chloroplatinic acid according to a previously reported method was used.

〈比較例1〜5〉
実施例1〜5において、対向電極の替わりに、ITO導電性基板上に白金をスパッタ法により形成した電極(ジオマテック製、白金膜厚0.25μm)を用いた素子をそれぞれ比較例1〜5として作製した。
<Comparative Examples 1-5>
In Examples 1-5, instead of the counter electrode, elements using electrodes (manufactured by Geomatic, platinum film thickness of 0.25 μm) formed by sputtering platinum on an ITO conductive substrate were used as Comparative Examples 1-5, respectively. Produced.

〈比較例6〉
対向電極の替わりに、FTO導電性基板上に白金層を既報の方法に従って塩化白金酸の熱分解により形成した電極(白金膜厚〜0.1μm)を用いた以外は実施例3と同様に太陽電池セルを作製した。
<Comparative Example 6>
As in Example 3, except that an electrode (platinum film thickness˜0.1 μm) in which a platinum layer was formed by thermal decomposition of chloroplatinic acid on a FTO conductive substrate according to a previously reported method was used instead of the counter electrode. A battery cell was produced.

〈比較例7〉
対向電極の作成法において、モノマーをアニリンとした以外は実施例3と同様に太陽電池セルを作製した。
<Comparative Example 7>
A solar cell was produced in the same manner as in Example 3 except that the aniline monomer was used in the method for producing the counter electrode.

[太陽電池の耐久性評価]
実施例、比較例で作成した太陽電池の評価を以下の手法で実施した。
[Solar cell durability evaluation]
Evaluation of the solar cells prepared in Examples and Comparative Examples was performed by the following method.

性能評価には、AMフィルターを具備したキセノンランプのソーラーシュミレーターXES−502S(関西科学機械株式会社製)にて、AM1.5Gのスペクトル調整後、100mW/cmの照射条件下で、ポテンシオスタットによる負荷特性(I−V特性)を評価した。太陽電池の評価値は、開放電圧Voc(V)、短絡電流密度Jsc(mA/cm)、形状因子FF(−)、変換効率η(%)が挙げられるが、最終的な太陽電池の性能の良否は、変換効率ηの大小で評価した。 For performance evaluation, a xenon lamp solar simulator XES-502S (manufactured by Kansai Scientific Machinery Co., Ltd.) equipped with an AM filter was used to adjust the AM1.5G spectrum, and then a potentiostat under irradiation conditions of 100 mW / cm 2. The load characteristics (IV characteristics) were evaluated. The evaluation value of the solar cell includes an open circuit voltage Voc (V), a short circuit current density Jsc (mA / cm 2 ), a form factor FF (−), and a conversion efficiency η (%). Was evaluated based on the conversion efficiency η.

熱耐久性評価は、セル作成直後の初期の変換効率と、80℃に保持した恒温槽中で24時間保持後、室温まで冷却した素子の変換効率を測定し、再度恒温槽中に24時間保持するというサイクルを計10回繰り返した。さらに合計240h加熱前後での太陽電池性能保持率も算出した。なお、恒温槽中に保持した太陽電池の状態は、開放状態とした。その結果を表1に示す。 Thermal durability evaluation was performed by measuring the initial conversion efficiency immediately after cell formation and the conversion efficiency of the element cooled to room temperature after being held in a constant temperature bath maintained at 80 ° C., and again holding in the constant temperature bath for 24 hours. This cycle was repeated a total of 10 times. Further, the solar cell performance retention rate before and after heating for a total of 240 hours was also calculated. In addition, the state of the solar cell held in the thermostat was set to an open state. The results are shown in Table 1.

Figure 0004938288
Figure 0004938288

表1の通り、導電性高分子で構成される剥離防止層6を設けることにより、比較例1〜6に示した従来の白金対極を用いた擬固体型太陽電池と比べて、太陽電池性能を下げることなく、かつ熱耐久性が大きく改善されていることがわかる。また、ゲル電解質層と化学結合できない通常のアニリンを使用した比較例7と実施例3を比較しても素子の熱耐久性が向上していることがわかる。特に、凹凸の大きな導電性薄膜上に2−アミノフェノール、m−フェニレンジアミンをモノマーに使用した実施例8、9は熱処理後の性能保持率が100%と高い耐久性を示している。これは凹凸の大きな電極基体7の使用により、加熱時の剥離防止層6と基体7間の界面剥離を防ぐと共に、剥離防止層6とゲル電解質層5が化学結合を形成することが出来るために、加熱と冷却との繰り返しによる膨張と収縮に伴う電解質層5と剥離防止層6間の界面剥離を防止していると考えられる。なお、比較例6については、熱分解法で作製した白金対極を使用しており、これらは表面凹凸性がスパッタ法で作製した白金対極に比べて高いことが知られているため、比較例1〜5と比べると高い熱耐久性を示しているが、実施例と比べるとまだ劣っている。これは熱分解法で作製した白金粒子の密着性が低いことが理由として挙げられる。   As shown in Table 1, by providing the anti-separation layer 6 made of a conductive polymer, the solar cell performance is improved compared to the conventional quasi-solid type solar cell using the platinum counter electrode shown in Comparative Examples 1-6. It can be seen that the thermal durability is greatly improved without lowering. Further, it can be seen that the thermal durability of the device is improved even when Comparative Example 7 and Example 3 using normal aniline that cannot chemically bond with the gel electrolyte layer are compared. In particular, Examples 8 and 9 using 2-aminophenol and m-phenylenediamine as monomers on a conductive thin film having large irregularities show a high durability with a performance retention of 100% after heat treatment. This is because the use of the electrode substrate 7 having large irregularities prevents the interface peeling between the peeling preventing layer 6 and the substrate 7 during heating, and the peeling preventing layer 6 and the gel electrolyte layer 5 can form a chemical bond. It is considered that interfacial peeling between the electrolyte layer 5 and the peeling prevention layer 6 due to expansion and contraction due to repeated heating and cooling is prevented. In Comparative Example 6, a platinum counter electrode produced by a thermal decomposition method is used, and since these are known to have higher surface unevenness than a platinum counter electrode produced by a sputtering method, Comparative Example 1 Although it shows high thermal durability compared to ˜5, it is still inferior compared to the examples. This is because the adhesion of platinum particles produced by a thermal decomposition method is low.

また、実施例10は比較例6よりも性能保持率は向上しており、同じ白金対極を使用した場合でも、電極基材の表面凹凸を増加させることによる電解質層と対向電極の界面剥離抑制効果が確認できる。しかし、実施例8、9と比較すると性能保持率は劣っており、本発明の剥離防止層が白金対極よりも層間剥離防止の点で優れていることがわかる。   In addition, the performance retention rate of Example 10 is higher than that of Comparative Example 6, and even when the same platinum counter electrode is used, the effect of suppressing the interfacial peeling between the electrolyte layer and the counter electrode by increasing the surface unevenness of the electrode substrate. Can be confirmed. However, the performance retention is inferior to Examples 8 and 9, indicating that the peel prevention layer of the present invention is superior to the platinum counter electrode in preventing delamination.

また、ゲル電解質層と化学結合できない通常のアニリンを剥離防止層6の材料として使用した比較例7は、実施例3と比較して熱耐久性が劣っており、この事からも化学結合形成による耐久性向上の効果が確認できる。これらのことより、本発明の剥離防止層6を使用することにより、従来の材料で構成されている太陽電池素子と比べて高い耐久性を達成することが出来ることがわかる。   In addition, Comparative Example 7 using normal aniline that cannot chemically bond to the gel electrolyte layer as the material of the peeling prevention layer 6 is inferior in thermal durability to Example 3, and this is also due to chemical bond formation. The effect of improving durability can be confirmed. From these facts, it can be seen that by using the anti-peeling layer 6 of the present invention, higher durability can be achieved as compared with a solar cell element made of a conventional material.

本発明にかかる光電変換素子は、屋外使用に耐えうる高温耐久性を有する色素増感太陽電池として好適に用いられるものであり、さらに太陽電池だけでなく、光センサーなどとしても利用することが出来る。   The photoelectric conversion element according to the present invention is suitably used as a dye-sensitized solar cell having high temperature durability that can withstand outdoor use, and can be used not only as a solar cell but also as an optical sensor. .

実施形態の色素増感太陽電池の基本構造を示す模式断面図である。It is a schematic cross section which shows the basic structure of the dye-sensitized solar cell of embodiment.

符号の説明Explanation of symbols

1・・・透明基体
2・・・透明導電膜
3・・・多孔質金属酸化物半導体層
4・・・増感色素
5・・・電解質層
6・・・剥離防止層
7・・・電極基材
8・・・電極基体
9・・・対向電極
10・・・色素増感太陽電池

DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Transparent base body 2 ... Transparent electrically conductive film 3 ... Porous metal oxide semiconductor layer 4 ... Sensitizing dye 5 ... Electrolyte layer 6 ... Anti-peeling layer 7 ... Electrode group Material 8 ... Electrode base 9 ... Counter electrode 10 ... Dye-sensitized solar cell

Claims (5)

光増感作用を有する色素を含む光透過性の半導体電極と、酸化還元対となる化学種を含むゲル状または固体状の電解質層、および前記電解質層を介して前記半導体電極に対向配置された対向電極とを有する色素増感太陽電池において、
前記対向電極と電解質層との接合界面に多孔質導電性高分子からなる剥離防止層を設けたことを特徴とする色素増感太陽電池。
A light-transmitting semiconductor electrode containing a dye having a photosensitizing action, a gel-like or solid electrolyte layer containing a chemical species serving as a redox pair, and the semiconductor electrode arranged to face each other via the electrolyte layer In a dye-sensitized solar cell having a counter electrode,
The counter electrode and the dye-sensitized solar cell, wherein the kite is provided a release preventing layer made of a porous conductive polymer joint interface between the electrolyte layer.
前記剥離防止層が、前記ゲル電解質もしくは固体電解質に含まれるイソシアネート基と化学結合を形成できる官能基を有し、前記剥離防止層と前記電解質層とが化学結合により結合していることを特徴とする請求項1に記載の色素増感太陽電池。   The peeling prevention layer has a functional group capable of forming a chemical bond with an isocyanate group contained in the gel electrolyte or solid electrolyte, and the peeling prevention layer and the electrolyte layer are bonded by a chemical bond. The dye-sensitized solar cell according to claim 1. 前記多孔質導電性高分子が、アニリン及びアニリン誘導体からなる群から選ばれる少なくとも1種の重合体からなることを特徴とする請求項1又は2に記載の色素増感太陽電池。 The dye-sensitized solar cell according to claim 1 or 2 , wherein the porous conductive polymer is made of at least one polymer selected from the group consisting of aniline and aniline derivatives. 前記多孔質導電性高分子が、アニリン及びアニリン誘導体からなる群から選ばれる少なくとも1種をモノマー成分とする共重合体からなることを特徴とする請求項1又は2に記載の色素増感太陽電池。 3. The dye-sensitized solar cell according to claim 1, wherein the porous conductive polymer is made of a copolymer having at least one selected from the group consisting of aniline and an aniline derivative as a monomer component. 4. . 前記剥離防止層を形成する基板として、実表面積/投影面積比が10以上である導電性基体からなることを特徴とする請求項1〜のいずれかに記載の色素増感太陽電池。 The dye-sensitized solar cell according to any one of claims 1 to 4 , wherein the substrate on which the peeling prevention layer is formed comprises a conductive substrate having an actual surface area / projected area ratio of 10 or more.
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