JP4942013B2 - Titanium oxide paste for screen printing, porous titanium oxide thin film electrode and photoelectric conversion element using the paste, and method for producing titanium oxide paste - Google Patents

Titanium oxide paste for screen printing, porous titanium oxide thin film electrode and photoelectric conversion element using the paste, and method for producing titanium oxide paste Download PDF

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Description

本発明は、スクリーン印刷用の酸化物光半導体ペースト、そのペーストを用いた酸化物光半導体多孔質薄膜電極及び光電変換素子、並びにスクリーン印刷用の酸化物光半導体ペーストの製造方法に関する。   The present invention relates to an oxide photo semiconductor paste for screen printing, an oxide photo semiconductor porous thin film electrode and a photoelectric conversion element using the paste, and a method for producing an oxide photo semiconductor paste for screen printing.

太陽電池はクリーンな再生型のエネルギー源として大きく期待されており、単結晶シリコン系、多結晶シリコン系、アモルファスシリコン系の太陽電池、テルル化カドミウム、セレン化インジウム銅などの化合物半導体からなる太陽電池が主に研究されているが、家庭用電源として普及させる為には、いずれの太陽電池もコストが高いことや、原材料の確保の問題など、多くの問題を抱えている。   Solar cells are highly expected as clean, regenerative energy sources. Single-crystal silicon-based, polycrystalline silicon-based, amorphous silicon-based solar cells, and solar cells made of compound semiconductors such as cadmium telluride and indium copper selenide However, in order to spread it as a household power source, all the solar cells have many problems such as high cost and problems of securing raw materials.

こうした状況の中、色素増感太陽電池はコスト、大面積化、原材料の点で非常に有利であると言われている。色素増感太陽電池は色素増感された光電変換素子を含み、この光電変換素子は、導電性支持体上に形成された色素を吸着した半導体微粒子含有層からなる光電極、電荷移動層、及び対極から構成される。特にNature(第353巻、737〜740頁、1991年)および米国特許4927721号等には、色素によって増感された半導体微粒子を用いた光電変換素子および太陽電池、ならびにこれを作製するための材料および製造技術が開示されている。   Under such circumstances, it is said that the dye-sensitized solar cell is very advantageous in terms of cost, large area, and raw materials. The dye-sensitized solar cell includes a dye-sensitized photoelectric conversion element, and the photoelectric conversion element includes a photoelectrode composed of a semiconductor fine particle-containing layer adsorbing a dye formed on a conductive support, a charge transfer layer, and Consists of a counter electrode. In particular, Nature (Vol. 353, 737-740, 1991) and US Pat. No. 4,927,721 disclose a photoelectric conversion element and a solar cell using semiconductor fine particles sensitized with a dye, and a material for producing the same. And manufacturing techniques are disclosed.

上述した光電変換素子及び太陽電池は、光吸収色素によって分光増感された多孔質半導体膜によって構成される光電極と、ヨウ素、臭素等のハロゲン類の酸化還元種を含有する電荷移動層としての電解質と、導電性を有する基体上に、必要に応じて酸化還元電解質への電子授受を容易ならしめる触媒が固定された対電極とを具える。特に、前記多孔質半導体膜を酸化チタンから構成し、増感色素をルテニウム金属錯体から構成し、電解質をヨウ素レドックスを有機溶媒に溶解させて得た電解液から構成し、対電極を白金金属を酸化スズ透明導電性ガラスに固定したものから構成した場合において、高い光電変換効率が得られる事が知られている。   The photoelectric conversion element and solar cell described above are used as a charge transfer layer containing a photoelectrode composed of a porous semiconductor film spectrally sensitized with a light-absorbing dye and a redox species of halogens such as iodine and bromine. An electrolyte and a counter electrode on which a catalyst for facilitating electron transfer to the redox electrolyte is fixed on a conductive substrate as necessary. In particular, the porous semiconductor film is composed of titanium oxide, the sensitizing dye is composed of a ruthenium metal complex, the electrolyte is composed of an electrolytic solution obtained by dissolving iodine redox in an organic solvent, and the counter electrode is composed of platinum metal. It is known that high photoelectric conversion efficiency can be obtained when it is made of a material fixed to tin oxide transparent conductive glass.

そこで現在では、色素増感太陽電池のモジュール化の検討が盛んになっているが、モジュール化において、光電変換素子である多孔質半導体膜の作製方法が重要になってくる。多孔質半導体膜の作製方法としては、スピンコート法、ダイコーター法、スクリーン印刷法、噴霧法など様々な方法があるが、モジュール化の為の複雑な電極形状を作る為には、スクリーン印刷法が望ましい。   Thus, at present, studies on modularization of dye-sensitized solar cells are actively conducted. However, in the modularization, a method for producing a porous semiconductor film which is a photoelectric conversion element becomes important. There are various methods such as spin coating method, die coater method, screen printing method and spraying method for producing porous semiconductor film, but in order to make complex electrode shape for modularization, screen printing method is used. Is desirable.

スクリーン印刷用の一般的なペーストは、無機粉末フィラー、樹脂、溶媒からなる。ここで色素増感太陽電池用酸化物光半導体ペーストとしては、無機粉末フィラーとして酸化チタン、樹脂としてエチルセルロース、溶媒にはα-テルピネオールやブチルカルビトールなどが知られているが(例えば、特開2004−153030号公報)、これらの組成では、水系から溶剤系への溶媒置換操作が必要であり、前述したα-テルピネオールやブチルカルビトールでは、水への溶解性が無いので一度低沸点の中間溶剤へ置換しなければならずコストが高いという問題が生じていた。さらに、得られるペースト自体の性能も優れた物ではなく、前記ペーストをスクリーン印刷などで基板(電極)上に塗布しようとするとだれが生じ、このだれを抑制しようとするとレベリング性が非常に悪くなり均一な塗布を行うことができないでいた。   A general paste for screen printing is composed of an inorganic powder filler, a resin, and a solvent. Here, as an oxide optical semiconductor paste for a dye-sensitized solar cell, titanium oxide is used as an inorganic powder filler, ethyl cellulose is used as a resin, and α-terpineol, butyl carbitol, etc. are used as a solvent (for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-2004). -153030), these compositions require a solvent replacement operation from an aqueous system to a solvent system, and the above-mentioned α-terpineol and butyl carbitol are not soluble in water, and therefore have a low boiling point intermediate solvent. There was a problem that it had to be replaced with a high cost. Furthermore, the performance of the obtained paste itself is not excellent, and when the paste is applied on a substrate (electrode) by screen printing or the like, anyone is generated, and when trying to suppress this, the leveling property becomes very poor. A uniform coating could not be performed.

Nature(第353巻、737〜740頁、1991年)Nature (Vol. 353, 737-740, 1991) 米国特許4927721号U.S. Pat. No. 4,927,721 特開2004−153030号JP 2004-153030 A

本発明は、酸化物光半導体を含むペーストにおいて、塗布した際のだれが非常に小さく、厚膜印刷、自動印刷が可能とならしめるとともに、前記ペーストを用いた均一な厚さの酸化物光半導体多孔質薄膜電極、並びにこの酸化物光半導体多孔質薄膜電極を有する光電変換素子を提供することを目的とする。   The present invention provides a paste containing an oxide optical semiconductor, which has a very small dripping when applied, enables thick film printing and automatic printing, and has a uniform thickness using the paste. It aims at providing the photoelectric conversion element which has a porous thin film electrode, and this oxide optical semiconductor porous thin film electrode.

上記目的を達成すべく本発明は、
両親媒性溶剤であるジオール系の溶剤と、酸化物光半導体とを含むことを特徴とする、スクリーン印刷用の酸化物光半導体ペーストに関する。
In order to achieve the above object, the present invention
The present invention relates to an oxide photo-semiconductor paste for screen printing, comprising a diol-based solvent which is an amphiphilic solvent and an oxide photo-semiconductor.

また、本発明は、
酸化物光半導体微粒子が分散した水系分散液を出発原料とし、前記水分散液へ両親媒性溶剤であるジオール系の溶剤を混合して、水だけを蒸発させて溶媒置換し、前記酸化物光半導体微粒子が前記ジオール系の溶剤に分散した酸化物光半導体微粒子分散液を作製する工程と、
前記酸化物光半導体微粒子分散液中に、セルロース系の増粘剤を添加する工程と、
を具えることを特徴とする、酸化物光半導体ペーストの製造方法に関する。
The present invention also provides:
Using an aqueous dispersion in which oxide photo-semiconductor fine particles are dispersed as a starting material, a diol-based solvent that is an amphiphilic solvent is mixed into the aqueous dispersion, and only water is evaporated to replace the solvent. Producing an oxide photo semiconductor fine particle dispersion in which semiconductor fine particles are dispersed in the diol-based solvent;
Adding a cellulose-based thickener to the oxide photo-semiconductor fine particle dispersion;
The manufacturing method of the oxide optical semiconductor paste characterized by comprising.

本発明者らは上記目的を達成すべく鋭意検討した結果、スクリーン印刷によって多孔質半導体膜を作製するに際し、上記だれが生じる原因がペーストに使用しているα-テルピネオールやブチルカルビトールなどの溶剤の特性によるものであることを見出した。かかる観点より、本発明者らは、上記だれを抑制すべく、従来のα-テルピネオールなどに代わる新規な溶剤を見出すべくさらなる鋭意検討を実施した。   As a result of diligent investigations to achieve the above object, the present inventors have found that when producing a porous semiconductor film by screen printing, the cause of the above is a solvent such as α-terpineol or butyl carbitol used in the paste. It was found to be due to the characteristics of From this point of view, the present inventors conducted further diligent studies to find a novel solvent that can replace the conventional α-terpineol and the like in order to suppress the above-described problem.

その結果、両親媒性溶剤であるジオール系の溶剤が酸化物光半導体との相性が良く、前記酸化物光半導体を前記溶剤中に分散させて得たスクリーン印刷用の酸化物光半導体ペーストにおいては、所定の基板(電極)上にスクリーン印刷によって塗布した場合においても、だれをほとんど生じることがなく、厚膜印刷及び自動印刷を簡易に実行できることができる。この結果、均一な厚さを有する酸化物光半導体多孔質薄膜電極を形成することができ、良好な特性を有する光電変換素子、さらには色素増感型太陽電池及び色素増感型太陽電池モジュールを作製することができる。   As a result, the diol-based solvent that is an amphiphilic solvent has good compatibility with the oxide optical semiconductor. In the oxide optical semiconductor paste for screen printing obtained by dispersing the oxide optical semiconductor in the solvent, Even when the film is applied on a predetermined substrate (electrode) by screen printing, the thick film printing and the automatic printing can be easily performed with almost no dripping. As a result, an oxide photo semiconductor porous thin film electrode having a uniform thickness can be formed, and a photoelectric conversion element having good characteristics, a dye-sensitized solar cell, and a dye-sensitized solar cell module are obtained. Can be produced.

なお、上記本発明の酸化物光半導体ペーストの製造方法においては、水系の分散液からジオール系の溶剤へ速やかに溶媒置換することができるので、以下に詳述する増粘剤などの樹脂を前記溶媒置換後に得た酸化物半導体ペースト中に簡易に溶解させることができるようになる。   In the above method for producing an oxide optical semiconductor paste of the present invention, the solvent can be quickly replaced from the aqueous dispersion to the diol solvent. It can be easily dissolved in the oxide semiconductor paste obtained after solvent replacement.

なお、本発明の好ましい態様において、前記スクリーン印刷用の酸化物光半導体ペーストは、樹脂への溶解性の無い液体を添加剤として含む。この場合、前記添加剤は、前記ペーストに対してレベリング剤として機能し、前記ペーストを基板(電極)上に塗布して酸化物光半導体多孔質薄膜電極を作製した際に、その凹凸を抑制して均一な表面とすることができる。したがって、前記ペーストに対してだれ抑制効果とレベリング効果とを付与することができ、得られた酸化物光半導体多孔質薄膜電極は、極めて均一な厚さを有することができ、長期に亘って目的とする電極特性を安定的に得ることができるとともに、厚膜印刷及び自動印刷をより簡易に可能ならしめることができる。   In a preferred embodiment of the present invention, the oxide optical semiconductor paste for screen printing contains a liquid having no solubility in a resin as an additive. In this case, the additive functions as a leveling agent for the paste, and suppresses the unevenness when the oxide photo semiconductor porous thin film electrode is produced by applying the paste on a substrate (electrode). And a uniform surface. Therefore, it is possible to impart a sagging suppressing effect and a leveling effect to the paste, and the obtained oxide photo semiconductor porous thin film electrode can have a very uniform thickness and can be used for a long time. The electrode characteristics can be stably obtained, and thick film printing and automatic printing can be made easier.

また、本発明の他の好ましい態様において、前記スクリーン印刷用の酸化物光半導体ペーストは、キレート化剤、界面活性剤、及びチタンカップリング剤からなる群より選ばれる少なくとも1つの追加の添加剤を含む。この場合、前記追加の添加剤は、上述した酸化物光半導体と両親媒性のジオール系溶剤とからなる分散溶液中に添加された際に、上記添加剤同様に優れたレベリング剤として機能するようになる。   In another preferred embodiment of the present invention, the oxide optical semiconductor paste for screen printing contains at least one additional additive selected from the group consisting of a chelating agent, a surfactant, and a titanium coupling agent. Including. In this case, the additional additive functions as an excellent leveling agent in the same manner as the additive when added to the dispersion solution composed of the above-described oxide optical semiconductor and the amphiphilic diol solvent. become.

したがって、本発明のスクリーン印刷用の酸化物半導体ペースト中に、前記添加剤に加えて、あるいは前記添加剤と別に前記追加の添加剤を加えるようにすることによって、前記ペーストに対してだれ抑制効果とレベリング効果とを付与することができ、得られた酸化物光半導体多孔質薄膜電極は、極めて均一な厚さを有することができ、長期に亘って目的とする電極特性を安定的に得ることができるとともに、厚膜印刷及び自動印刷をより簡易に可能ならしめることができる。   Therefore, in the oxide semiconductor paste for screen printing according to the present invention, by adding the additional additive in addition to the additive or separately from the additive, a drool suppression effect on the paste. And the obtained oxide photo semiconductor porous thin film electrode can have a very uniform thickness, and can stably obtain desired electrode characteristics over a long period of time. In addition, thick film printing and automatic printing can be realized more easily.

以上説明したように、本発明によれば、酸化物光半導体を含むペーストにおいて、塗布した際のだれが非常に小さく、厚膜印刷、自動印刷が可能とならしめるとともに、前記ペーストを用いた均一な厚さの酸化物光半導体多孔質薄膜電極、並びにこの酸化物光半導体多孔質薄膜電極を有する光電変換素子及び色素増感太陽電池、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。   As described above, according to the present invention, in the paste containing the oxide optical semiconductor, the dripping at the time of application is very small, thick film printing and automatic printing can be performed, and uniform using the paste. It is possible to provide an oxide photo semiconductor porous thin film electrode having a sufficient thickness, a photoelectric conversion element having the oxide photo semiconductor porous thin film electrode, a dye-sensitized solar cell, and a dye-sensitized solar cell module.

以下、本発明のその他の特徴及び利点について、発明を実施するための最良の形態に基づいて詳述する。   Hereinafter, other features and advantages of the present invention will be described in detail based on the best mode for carrying out the invention.

(スクリーン印刷用の酸化物光半導体ペースト)
本発明のスクリーン印刷用の酸化物光半導体ペーストは、目的とする酸化物光半導体多孔質薄膜電極を形成するための主原料である酸化物光半導体を含む。この酸化物光半導体としては、単金属酸化物やまたはペロブスカイト構造を有する化合物等を使用することができる。単金属酸化物として、好ましくはチタン、スズ、亜鉛、鉄、タングステン、ジルコニウム、ハフニウム、ストロンチウム、インジウム、セリウム、イットリウム、ランタン、バナジウム、ニオブ、もしくはタンタルの酸化物が挙げられる。ペロブスカイト構造を有する化合物として、好ましくはチタン酸ストロンチウム、チタン酸カルシウム、チタン酸ナトリウム、チタン酸バリウム、ニオブ酸カリウムが挙げられる。
(Oxide optical semiconductor paste for screen printing)
The oxide photo-semiconductor paste for screen printing of this invention contains the oxide photo-semiconductor which is the main raw material for forming the target oxide photo-semiconductor porous thin film electrode. As the oxide optical semiconductor, a single metal oxide, a compound having a perovskite structure, or the like can be used. The single metal oxide is preferably an oxide of titanium, tin, zinc, iron, tungsten, zirconium, hafnium, strontium, indium, cerium, yttrium, lanthanum, vanadium, niobium, or tantalum. Preferred examples of the compound having a perovskite structure include strontium titanate, calcium titanate, sodium titanate, barium titanate, and potassium niobate.

これらの中でも、後に吸着させる色素などとの電子授受を容易に行うことができ、光電変換素子として構成した場合の発電効率を向上させるという観点から、酸化チタン、酸化亜鉛を用いることが好ましく、特に酸化チタンを用いることが好ましい。   Among these, it is preferable to use titanium oxide and zinc oxide from the viewpoint of facilitating electron transfer with a dye or the like to be adsorbed later, and improving power generation efficiency when configured as a photoelectric conversion element. It is preferable to use titanium oxide.

前記酸化チタンにあっては、粒径制御、結晶性、粒子の分散性の観点から見て、湿式合成法によって作製した酸化チタン微粒子を用いることにより、特に高い特性が得られている。湿式合成法としてはチタンアルコキシドや、チタン金属塩などのチタン原料を加水分解して得た前躯体を水熱条件下で酸化物へ結晶化させる方法や、同じくチタン原料を水単独もし水アルコール等の溶媒及び、酸塩基触媒の共存下加水分解重合するゾルゲル法を用いた、酸化物を微粒子化する方法が好ましく用いられている。以上例示した湿式合成法によって作製された酸化チタンは加水分解の工程及び水熱合成の工程を得ることにより必然的に水分を含有した溶媒に分散した様態を示す。   With regard to the titanium oxide, particularly high characteristics are obtained by using titanium oxide fine particles prepared by a wet synthesis method from the viewpoints of particle size control, crystallinity, and particle dispersibility. Wet synthesis methods include titanium alkoxide and titanium metal salts and other precursors obtained by hydrolyzing titanium precursors to crystallize into oxides under hydrothermal conditions. A method of making oxides fine particles using a sol-gel method in which hydrolysis polymerization is performed in the presence of an acid-base catalyst and an acid-base catalyst is preferably used. Titanium oxide produced by the wet synthesis method exemplified above necessarily shows a state of being dispersed in a solvent containing water by obtaining a hydrolysis step and a hydrothermal synthesis step.

また、前記酸化物光半導体は、前記ペースト中には微粒子の形態で存在する。したがって、上記短金属酸化物やペロブスカイト構造を有する化合物などは微粒子として存在させ、以下に示す溶媒中に分散させて前記ペーストとする。   The oxide optical semiconductor is present in the form of fine particles in the paste. Therefore, the short metal oxide, the compound having a perovskite structure, etc. are present as fine particles and dispersed in the solvent shown below to obtain the paste.

上記酸化物光半導体微粒子の粒径は、その製造プロセスの簡易性及びこれに伴う製造コスト、並びに色素の吸着割合(吸着量)などを考慮すると、好ましくは5〜500nmであり、さらに好ましくは10〜300nmであり、特に好ましくは15〜200nmである。   The particle diameter of the oxide photo semiconductor fine particles is preferably 5 to 500 nm, more preferably 10 in consideration of the simplicity of the production process, the production cost associated therewith, and the adsorption ratio (adsorption amount) of the dye. It is -300 nm, Most preferably, it is 15-200 nm.

また、本発明のスクリーン印刷用の酸化物光半導体ペーストは、上述した酸化物光半導体(微粒子)を分散させ、ペーストとするための溶媒を含む。この溶媒は、両親媒性で極性が強く、樹脂への溶解性の高いジオール系の溶剤を用いる。このような溶剤としては、ヘキシレングリコール、プロピレングリコール、トリメチレングリコール、1,2-ブチレングリコール、1,3-ブチレングリコール、テトラメチレングリコール、ペンタメチレングリコール、2-ブテン-1,4-ジオールを例示することができる。これらの中でも、ヘキシレングリコール、プロピレングリコール、トリメチレングリコールが好ましく、特にヘキシレングリコールが好ましい。これらの溶媒は単独で用いることもできるし、2以上を混合して用いることもできる。   Moreover, the oxide optical semiconductor paste for screen printing of this invention contains the solvent for disperse | distributing the oxide optical semiconductor (fine particle) mentioned above to make a paste. As the solvent, a diol-based solvent that is amphiphilic, strongly polar, and highly soluble in a resin is used. Examples of such solvents include hexylene glycol, propylene glycol, trimethylene glycol, 1,2-butylene glycol, 1,3-butylene glycol, tetramethylene glycol, pentamethylene glycol, and 2-butene-1,4-diol. It can be illustrated. Among these, hexylene glycol, propylene glycol, and trimethylene glycol are preferable, and hexylene glycol is particularly preferable. These solvents can be used alone or in combination of two or more.

なお、前記スクリーン印刷用の酸化物光半導体ペーストには、樹脂への溶解性の無い液体を添加剤として含ませることができる。上述したように、酸化物光半導体(微粒子)とジオール系の溶剤とのみからなる酸化物光半導体ペーストを作製し、これを基板(電極)上にスクリーン印刷によって塗布することにより、だれを効果的に抑制することができる。   Note that the oxide optical semiconductor paste for screen printing can contain a liquid that is not soluble in a resin as an additive. As described above, an oxide photo-semiconductor paste composed only of an oxide photo-semiconductor (fine particles) and a diol-based solvent is prepared, and this is applied to the substrate (electrode) by screen printing. Can be suppressed.

しかしながら、前記酸化物半導体(微粒子)の種類及び配合量、及び選択したジオール系溶剤との相性などによっては、塗布した膜表面に多数の凹凸が発生し、得られた塗膜の表面平滑性を十分に得ることができない場合がある。したがって、このような塗膜を用いて目的とする酸化物光半導体多孔質薄膜電極を形成した場合、十分な厚膜化が困難となるとともに、前記凹凸に起因して電極特性を十分に安定化することができず、前記電極特性が経時的に劣化してしまうなどの問題が生じてしまう。   However, depending on the type and blending amount of the oxide semiconductor (fine particles) and the compatibility with the selected diol solvent, many irregularities occur on the applied film surface, and the surface smoothness of the obtained coating film is reduced. You may not get enough. Therefore, when the target oxide photo semiconductor porous thin film electrode is formed using such a coating film, it is difficult to increase the thickness sufficiently, and the electrode characteristics are sufficiently stabilized due to the unevenness. In other words, the electrode characteristics deteriorate over time.

したがって、上述したように、酸化物光半導体ペースト内に上記添加剤を含ませることによって、前記添加剤はレベリング剤として機能するようになり、スクリーン印刷によって得た酸化物光半導体多孔質薄膜電極は、極めて均一な厚さを有することができ、長期に亘って目的とする電極特性を安定的に得ることができるとともに、厚膜印刷及び自動印刷をより簡易に可能ならしめることができる。   Therefore, as described above, by including the additive in the oxide photo semiconductor paste, the additive functions as a leveling agent, and the oxide photo semiconductor porous thin film electrode obtained by screen printing is It is possible to have a very uniform thickness, to stably obtain desired electrode characteristics over a long period of time, and to enable thick film printing and automatic printing more easily.

前記添加剤としては、水、エチレングリコール、ポリエチレングリコール、及びグリセリンなどを例示することができる。これらは、単独で用いることもできるし、2以上を混合させて用いることもできる。   Examples of the additive include water, ethylene glycol, polyethylene glycol, and glycerin. These can be used alone or in a mixture of two or more.

また、前記スクリーン印刷用の酸化物光半導体ペースト中には、アセチルアセトンのようなキレート化剤、ポリエチレングリコールなどの界面活性剤、チタンカップリング剤などを追加の添加剤として含ませることができる。この場合、前記追加の添加剤は、上述した酸化物光半導体と両親媒性のジオール系溶剤とからなる分散溶液中に添加された際に、上記添加剤同様に優れたレベリング剤として機能するようになる。   Further, in the oxide photo semiconductor paste for screen printing, a chelating agent such as acetylacetone, a surfactant such as polyethylene glycol, a titanium coupling agent and the like can be added as additional additives. In this case, the additional additive functions as an excellent leveling agent in the same manner as the additive when added to the dispersion solution composed of the above-described oxide optical semiconductor and the amphiphilic diol solvent. become.

したがって、本発明のスクリーン印刷用の酸化物半導体ペースト中に、前記添加剤に加えて、あるいは前記添加剤と別に前記追加の添加剤を加えるようにすることによって、前記ペーストに対してだれ抑制効果とレベリング効果とを付与することができ、得られた酸化物光半導体多孔質薄膜電極は、極めて均一な厚さを有することができ、長期に亘って目的とする電極特性を安定的に得ることができるとともに、厚膜印刷及び自動印刷をより簡易に可能ならしめることができる。   Therefore, in the oxide semiconductor paste for screen printing according to the present invention, by adding the additional additive in addition to the additive or separately from the additive, a drool suppression effect on the paste. And the obtained oxide photo semiconductor porous thin film electrode can have a very uniform thickness, and can stably obtain desired electrode characteristics over a long period of time. In addition, thick film printing and automatic printing can be realized more easily.

なお、前記キレート化剤、前記界面活性剤、及び前記チタンカップリング剤としては汎用のものを用いることができる。例えば、前記キレート化剤としては、上述したアセチルアセトンなどの他に、ベンジルアセトン及び酢酸などを用いることができる。   In addition, a general purpose thing can be used as the said chelating agent, the said surfactant, and the said titanium coupling agent. For example, as the chelating agent, benzylacetone and acetic acid can be used in addition to acetylacetone described above.

また、前記キレート化剤、前記界面活性剤、及び前記チタンカップリング剤は、それぞれ単独で用いることもできるが、2以上を混合して用いることもできる。この場合、例えばチタンカップリング剤のみを2以上混合して用いることもできるし、界面活性剤とチタンカップリング剤とを組み合わせて用いることもできる。   In addition, the chelating agent, the surfactant, and the titanium coupling agent can be used alone or in combination of two or more. In this case, for example, only two or more titanium coupling agents can be mixed and used, or a surfactant and a titanium coupling agent can be used in combination.

また、上記スクリーン印刷用の酸化物半導体ペーストは、上記酸化物光半導体(微粒子)、レベリング剤としての添加剤及び追加の添加剤などを含むことによりある程度の粘度を有するようになり、スクリーン印刷に適したようになるが、それらの含有量によって粘度が十分でなく、スクリーン印刷による塗膜形成を実行ならしめることが困難である場合は、前記酸化物半導体ペースト中にセルロース系の増粘剤を添加する。この増粘剤は、上述したジオール系溶剤によるだれ抑制効果や、水などの添加剤あるいはキレート化剤などの追加の添加剤によるレベリング性を劣化させることなく、前記酸化物光半導体ペーストの粘度を効果的に増大させることができる。   In addition, the oxide semiconductor paste for screen printing has a certain degree of viscosity by including the oxide photo semiconductor (fine particles), an additive as a leveling agent, and an additional additive. If it becomes suitable, but the viscosity is not sufficient depending on the content thereof, and it is difficult to carry out film formation by screen printing, a cellulose-based thickener is added to the oxide semiconductor paste. Added. This thickener reduces the viscosity of the oxide photo-semiconductor paste without deteriorating the sagging suppression effect due to the diol solvent described above and the leveling property due to an additive such as water or an additional additive such as a chelating agent. It can be increased effectively.

なお、上述したスクリーン印刷用の酸化物光半導体ペーストは、目的とする酸化物光半導体多孔質薄膜電極の原料となる酸化物光半導体微粒子が分散した水分散液を作製した後、水だけを蒸発させることによって前記水分散液を両親媒性溶剤であるジオール系の溶剤と溶媒置換して得る。したがって、前記添加剤、前記追加の添加剤、及び前記増粘剤は、前記水分散液中に加えると均一に溶解分散できなくばかりか、溶媒置換をも簡易に実行できなくなる場合がある。したがって、前記添加剤などは溶媒置換した後の最終的な酸化物光半導体ペースト中に加えることが好ましい。   The above-mentioned oxide photo-semiconductor paste for screen printing is prepared by preparing an aqueous dispersion in which oxide photo-semiconductor fine particles used as a raw material for the target oxide photo-semiconductor porous thin film electrode are dispersed, and then evaporating only water. Thus, the aqueous dispersion is obtained by solvent substitution with a diol solvent that is an amphiphilic solvent. Therefore, when the additive, the additional additive, and the thickener are added to the aqueous dispersion, they may not be uniformly dissolved and dispersed, and solvent replacement may not be easily performed. Therefore, it is preferable to add the additive etc. into the final oxide optical semiconductor paste after solvent substitution.

前記酸化物光半導体ペーストの一例を示すと、酸化物光半導体微粒子が分散した水分散液を作製した後、前記水分散液を両親媒性溶剤であるジオール系の溶剤と溶媒置換し、得られた溶液に対して、増粘剤の溶解を容易ならしめるために2〜3倍量のエタノールを加える。その後、上記増粘剤を溶解させ、エタノールを蒸発させた後、3本ロールミルでせん断を加えて濡れ性を与えることにより、前記酸化物光半導体ペーストを作製する。上述した添加剤及び追加の添加剤は、3本ロールミルの後に添加し攪拌脱泡するようにしても良いし、3本ロールミルの前に添加するようにしても良い。   An example of the oxide photo-semiconductor paste is obtained by preparing an aqueous dispersion in which oxide photo-semiconductor fine particles are dispersed, and then substituting the aqueous dispersion with a diol solvent that is an amphiphilic solvent. 2 to 3 times the amount of ethanol is added to the solution to facilitate the dissolution of the thickener. Then, after the said thickener is dissolved and ethanol is evaporated, the said oxide optical semiconductor paste is produced by adding shear by adding a shear with a 3 roll mill. The above-mentioned additives and additional additives may be added after the three-roll mill and stirred and defoamed, or may be added before the three-roll mill.

なお、本発明のスクリーン印刷用の酸化物光学導体ペーストの好ましい組成の一例としては、前記酸化物光半導体微粒子の割合は、本ペースト組成物をスクリーン印刷等の印刷法によって印刷した場合に得られる膜厚を左右する主要因となる。ここで前記酸化物光半導体微粒子の割合が高いほうが、一回の印刷で得られる膜厚が厚くなる為、工程数の削減の観点から好ましく、少なくともペースト組成物中の酸化物光半導体微粒子の割合は20重量%以上である必要がある。上限は特に無いが、通常ペーストに使用される溶剤との混合比率によって制限され、50重量%程度である。前記添加剤の割合は1−14重量%、好ましくは4−10重量%であり、前記追加の添加剤の割合は2重量%以下であり、前記増粘剤の割合は2−10重量%、前記ジオール系溶剤の割合は50−80重量%、好ましくは60−73重量%である。   In addition, as an example of a preferable composition of the oxide optical conductor paste for screen printing of the present invention, the ratio of the oxide photo semiconductor fine particles is obtained when the paste composition is printed by a printing method such as screen printing. This is the main factor that affects the film thickness. Here, the higher the ratio of the oxide photo-semiconductor fine particles, the thicker the film thickness obtained by one printing, the more preferable from the viewpoint of reducing the number of steps, at least the ratio of the oxide photo-semiconductor fine particles in the paste composition Needs to be 20% by weight or more. Although there is no upper limit in particular, it is restrict | limited by the mixing ratio with the solvent normally used for a paste, and is about 50 weight%. The proportion of the additive is 1-14% by weight, preferably 4-10% by weight, the proportion of the additional additive is 2% by weight or less, the proportion of the thickener is 2-10% by weight, The proportion of the diol solvent is 50-80% by weight, preferably 60-73% by weight.

(光電変換素子)
次に、上述したスクリーン印刷用の酸化物光半導体ペーストを用いた光電変換素子について説明する。図1は光電変換素子の一例を示す概略構成図であり、図2は、図1に示す光電変換素子の光電極近傍を拡大して示す図である。
(Photoelectric conversion element)
Next, a photoelectric conversion element using the above-described oxide optical semiconductor paste for screen printing will be described. FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing an example of a photoelectric conversion element, and FIG. 2 is an enlarged view showing the vicinity of a photoelectrode of the photoelectric conversion element shown in FIG.

図1及び2に示すように、光電変換素子100は、光電極として機能する酸化物光半導体多孔質薄膜電極101と、これに対向するようにして設けられた対電極109とを具え、これら電極間に電解質108を有している。多孔質薄膜電極101は、透明基板104上の透明導電層105を形成した透明導電性基板102と、この基板上に形成された酸化物半導体電極103とから構成されている。酸化物半導体電極103は、酸化物半導体微粒子106の表面に増感色素107が担持されて構成されている。   As shown in FIGS. 1 and 2, a photoelectric conversion element 100 includes an oxide photo semiconductor porous thin film electrode 101 that functions as a photo electrode, and a counter electrode 109 provided so as to face the oxide photo semiconductor porous thin film electrode 101. An electrolyte 108 is interposed therebetween. The porous thin film electrode 101 includes a transparent conductive substrate 102 on which a transparent conductive layer 105 is formed on a transparent substrate 104, and an oxide semiconductor electrode 103 formed on the substrate. The oxide semiconductor electrode 103 is configured by carrying a sensitizing dye 107 on the surface of an oxide semiconductor fine particle 106.

酸化物半導体電極103は、上述したスクリーン印刷用の酸化物光半導体ペーストを塗布及び焼成して得たものであり、酸化物半導体微粒子106は、前記ペースト内に含まれる酸化物光半導体微粒子に起因するものである。   The oxide semiconductor electrode 103 is obtained by applying and baking the above-described oxide optical semiconductor paste for screen printing, and the oxide semiconductor fine particles 106 are caused by the oxide photo semiconductor fine particles contained in the paste. To do.

次に、図1及び2に示す光電変換素子の製造方法について説明する。最初に、透明基板104を準備し、この上に透明導電層105を形成して、透明導電性基板102を作製する。透明導電層105はスパッタリング法やCVD法、あるいは塗布法など公知の成膜技術を用いて形成することができる。また、市販の透明導電層105が形成された透明基板104を透明導電性基板102として直接的に使用することもできる。   Next, a method for manufacturing the photoelectric conversion element shown in FIGS. 1 and 2 will be described. First, the transparent substrate 104 is prepared, the transparent conductive layer 105 is formed thereon, and the transparent conductive substrate 102 is manufactured. The transparent conductive layer 105 can be formed using a known film formation technique such as a sputtering method, a CVD method, or a coating method. A transparent substrate 104 on which a commercially available transparent conductive layer 105 is formed can also be used directly as the transparent conductive substrate 102.

次いで、上記の酸化物光半導体ペーストを準備し、透明導電性基板102上にスクリーン印刷し、焼成して酸化物光半導体微粒子以外の成分を除去することによって、透明導電性基板102上に酸化物光半導体微粒子106からなる膜を形成する。   Next, the oxide photo-semiconductor paste is prepared, screen-printed on the transparent conductive substrate 102, and baked to remove components other than the oxide photo-semiconductor fine particles, whereby an oxide is formed on the transparent conductive substrate 102. A film made of the optical semiconductor fine particles 106 is formed.

上記の焼成温度としては、250〜600℃が用いられ、好ましくは400〜550℃が用いられる。焼成温度が上記の範囲よりも低いと良好な結晶状態が得られないため、作製した酸化物光半導体微粒子膜が高抵抗な膜になり好ましくなく、上記の範囲よりも高いと、結晶子の成長が顕著になり、比表面積が低下するため好ましくない。   As said baking temperature, 250-600 degreeC is used, Preferably 400-550 degreeC is used. If the firing temperature is lower than the above range, a good crystal state cannot be obtained, so the produced oxide photo semiconductor fine particle film is not preferable because it becomes a high resistance film, and if it is higher than the above range, crystallite growth occurs. Becomes noticeable and the specific surface area decreases, which is not preferable.

次いで、所定の溶媒中に増感色素107を溶解させて増感色素溶液を作製し、この溶液中に酸化物半導体微粒子106を含む電極101ごと浸漬させることによって、増感色素107を酸化物半導体微粒子106上に吸着及び担持させ、増感色素107が吸着した酸化物光半導体微粒子106、すなわち酸化物光半導体電極103を具えた光電変換素子101を得る。   Next, the sensitizing dye 107 is dissolved in a predetermined solvent to prepare a sensitizing dye solution, and the electrode 101 including the oxide semiconductor fine particles 106 is immersed in the solution to thereby make the sensitizing dye 107 an oxide semiconductor. The oxide photo semiconductor fine particles 106 adsorbed and supported on the fine particles 106 and the sensitizing dye 107 adsorbed, that is, the photoelectric conversion element 101 including the oxide photo semiconductor electrode 103 are obtained.

なお、前記増感色素溶液を作製する際の溶媒としては、メタノール、エタノール、2プロパノール、1ブタノール、t-ブタノール等のアルコール類、アセトニトリル、メトキシアセトニトリル、プロピオニトリル、3メトキシプロピオニトリル等のニトリル類、またはこれらの混合溶媒を用いることができる。また、増感色素107としてはN3、N719、Black Dye、クマリン系の色素を用いる。   The solvent for preparing the sensitizing dye solution includes alcohols such as methanol, ethanol, 2 propanol, 1 butanol and t-butanol, acetonitrile, methoxyacetonitrile, propionitrile, 3 methoxypropionitrile and the like. Nitriles or a mixed solvent thereof can be used. As the sensitizing dye 107, N3, N719, Black Dye, and coumarin dyes are used.

次いで、光電極としての多孔質薄膜電極101と対電極109との間に隔壁110を設け、これらによって形成された空間内に電解質108を注入し、目的とする光電変換素子100を得る。電解質108としては、公知の3−メトキシプロピオニトリル、アセトニトリル、炭酸プロピレン、エチレンカーボネートなどの電気化学的に不活性な溶媒に、ヨウ化リチウム、ヨウ素、t−ブチルピリジン、1,2−ジメチル−3−プロピルイミダゾリウムアイオダイドなどを溶解したものを用いることができる。   Next, a partition 110 is provided between a porous thin film electrode 101 as a photoelectrode and a counter electrode 109, and an electrolyte 108 is injected into a space formed by these to obtain a target photoelectric conversion element 100. Examples of the electrolyte 108 include a known electrochemically inert solvent such as 3-methoxypropionitrile, acetonitrile, propylene carbonate, ethylene carbonate, lithium iodide, iodine, t-butylpyridine, 1,2-dimethyl- What melt | dissolved 3-propyl imidazolium iodide etc. can be used.

なお、対電極109の表面には、電解質108との電子授受を容易ならしめるべく、白金や炭素などの触媒層を設けるようにすることもできる。この触媒層は、スパッタリング法やCVD法などによって形成することができる。   Note that a catalyst layer made of platinum, carbon, or the like may be provided on the surface of the counter electrode 109 in order to facilitate electron exchange with the electrolyte 108. This catalyst layer can be formed by sputtering or CVD.

図1及び2に示す光電変換素子100はモジュール化することによって、色素増感型太陽電池モジュールとして使用することができ、また、所定の回路中に組み込むことなどによって色素増感型太陽電池として使用することができる。   The photoelectric conversion element 100 shown in FIGS. 1 and 2 can be used as a dye-sensitized solar cell module by forming a module, and can also be used as a dye-sensitized solar cell by being incorporated in a predetermined circuit. can do.

以下、本発明を実施例に従って具体的に説明するが、本発明は実施例の内容に限定され
るものではない。
EXAMPLES Hereinafter, although this invention is demonstrated concretely according to an Example, this invention is not limited to the content of an Example.

参考例1)
<酸化物光半導体ペーストの調製>
酸化物光半導体微粒子として酸化チタン微粒子水分散液(住友大阪セメント社製、平均粒径20nm、固形分濃度4wt%)を用い、これに2,4−ペンタンジオール(ヘキシレングリコール:関東化学社製)を混合し、ロータリーエバポレーターで水分を除去することによって溶媒置換を行った。ここへエタノールとエチルセルロース(エトセル(商品名):日新化成社製)を混合し、超音波分散にかけ、ロータリーエバポレーターでエタノールを除去し、3本ロール(EXAKT社製)をかけることによって、酸化チタン含有ペーストを調製した。
( Reference Example 1)
<Preparation of oxide photo semiconductor paste>
Titanium oxide fine particle aqueous dispersion (manufactured by Sumitomo Osaka Cement Co., Ltd., average particle size 20 nm, solid content concentration 4 wt%) is used as oxide photo semiconductor fine particles, and 2,4-pentanediol (hexylene glycol: manufactured by Kanto Chemical Co., Inc.) is used for this. The solvent was replaced by removing water with a rotary evaporator. Ethanol and ethyl cellulose (Ethoseru (trade name): manufactured by Nisshin Kasei Co., Ltd.) were mixed here, subjected to ultrasonic dispersion, ethanol was removed with a rotary evaporator, and titanium oxide was applied by applying three rolls (EXAKT). A containing paste was prepared.

このペーストの組成比は、TiO超微粒子35wt%、ヘキシレングリコール62wt%、エチルセルロース3wt%であった。また、粘度は5.42×10Pa・s(VAR−50(ジャスコインタナショナル株式会社製)、測定モード:一定速度で、せん断速度1/s時の粘度)であった。なお、低せん断速度での粘度が高すぎる事に起因して、自動スクリーン印刷は不可能であった。 The composition ratio of this paste was TiO 2 ultrafine particles 35 wt%, hexylene glycol 62 wt%, and ethyl cellulose 3 wt%. The viscosity was 5.42 × 10 2 Pa · s (VAR-50 (manufactured by Jusco International Co., Ltd.), measurement mode: viscosity at a constant speed and shear rate of 1 / s). Note that automatic screen printing was not possible due to the viscosity being too high at low shear rates.

(実施例
<酸化物光半導体ペーストの調製>
酸化物光半導体微粒子として酸化チタン微粒子水分散液( 住友大阪セメント社製、平均
粒径20nm、固形分濃度4wt%)を用い、これに2,4−ペンタンジオール(ヘキシレングリコール:関東化学社製)を混合し、ロータリーエバポレーターで水分を除去することによって溶媒置換を行った。ここへエタノールとエチルセルロース(エトセル(商品名):日新化成社製)を混合し、超音波分散にかけ、ロータリーエバポレーターでエタノールを除去し、3本ロール(EXAKT社製)をかけ酸化チタン含有ペーストを調製した。ここへエチレングリコール(関東化学社製)を加えてマゼルスター(社製)で混合した。
(Example 1 )
<Preparation of oxide photo semiconductor paste>
Titanium oxide fine particle aqueous dispersion (manufactured by Sumitomo Osaka Cement Co., Ltd., average particle size 20 nm, solid content concentration 4 wt%) is used as oxide photo semiconductor fine particles, and 2,4-pentanediol (hexylene glycol: manufactured by Kanto Chemical Co., Inc.) is used for this. The solvent was replaced by removing water with a rotary evaporator. Ethanol and ethyl cellulose (Ethoseru (trade name): manufactured by Nisshin Kasei Co., Ltd.) are mixed here, subjected to ultrasonic dispersion, ethanol is removed with a rotary evaporator, and a three-roll roll (manufactured by EXAKT) is applied to form a titanium oxide-containing paste. Prepared. Ethylene glycol (manufactured by Kanto Chemical Co., Inc.) was added thereto and mixed with Mazerustar (manufactured by Co., Ltd.).

このペーストの組成比は、TiO超微粒子32wt%、ヘキシレングリコール56wt%、エチルセルロース3wt%、エチレングリコール9wt%であった。粘度は5.36×10Pa・s(VAR−50(ジャスコインタナショナル株式会社製)、測定モード:一定速度で、せん断速度1/s時の粘度)であった。なお、自動スクリーン印刷も可能であることが判明した。 The composition ratio of this paste was TiO 2 ultrafine particles 32 wt%, hexylene glycol 56 wt%, ethyl cellulose 3 wt%, and ethylene glycol 9 wt%. The viscosity was 5.36 × 10 2 Pa · s (VAR-50 (manufactured by Jusco International), measurement mode: viscosity at a constant speed and shear rate of 1 / s). It has been found that automatic screen printing is also possible.

(実施例
<酸化物光半導体ペーストの調製>
酸化物光半導体微粒子として酸化チタン微粒子水分散液(住友大阪セメント社製、平均粒径20nm、固形分濃度4wt%)を用い、これを2,4−ペンタンジオール(ヘキシレングリコール:関東化学社製)を混合し、ロータリーエバポレーターで水分を除去することによって溶媒置換を行った。ここへエタノールとエチルセルロース(エトセル(商品名):日新化成社製)を混合し、超音波分散にかけ、ロータリーエバポレーターでエタノールを除去し、3本ロール(EXAKT社製)をかけ酸化チタン含有ペーストを調製した。ここへエチレングリコール(関東化学社製)とアセチルアセトン(関東化学社製)を加えてマゼルスター(社製)で混合した。
(Example 2 )
<Preparation of oxide photo semiconductor paste>
Titanium oxide fine particle aqueous dispersion (manufactured by Sumitomo Osaka Cement Co., Ltd., average particle size 20 nm, solid content concentration 4 wt%) was used as oxide photo semiconductor fine particles, and this was used as 2,4-pentanediol (hexylene glycol: manufactured by Kanto Chemical Co., Inc.). The solvent was replaced by removing water with a rotary evaporator. Ethanol and ethyl cellulose (Ethoseru (trade name): manufactured by Nisshin Kasei Co., Ltd.) are mixed here, subjected to ultrasonic dispersion, ethanol is removed with a rotary evaporator, and a three-roll roll (manufactured by EXAKT) is applied to form a titanium oxide-containing paste. Prepared. Ethylene glycol (manufactured by Kanto Chemical Co., Inc.) and acetylacetone (manufactured by Kanto Chemical Co., Ltd.) were added thereto and mixed with Mazerustar (manufactured by Kanto Chemical Co., Ltd.).

このペーストの組成比は、TiO超微粒子34wt%、ヘキシレングリコール59wt%、エチルセルロース3wt%、エチレングリコール3wt%、アセチルアセトン1wt%であった。なお、粘度は5.56×10Pa・s(VAR−50(ジャスコインタナショナル株式会社製)、測定モード:一定速度、せん断速度1/s時の粘度)であった。なお、自動スクリーン印刷も可能であることが判明した。 The composition ratio of this paste was TiO 2 ultrafine particles 34 wt%, hexylene glycol 59 wt%, ethyl cellulose 3 wt%, ethylene glycol 3 wt%, and acetylacetone 1 wt%. The viscosity was 5.56 × 10 2 Pa · s (VAR-50 (manufactured by Jusco International Co., Ltd.), measurement mode: viscosity at a constant speed and shear rate 1 / s). It has been found that automatic screen printing is also possible.

(実施例
<酸化物光半導体ペーストの調製>
酸化物光半導体微粒子として酸化チタン微粒子水分散液(住友大阪セメント社製、平均粒径20nm、固形分濃度4wt%)を用い、これを2,4−ペンタンジオール(ヘキシレングリコール:関東化学社製)を混合し、ロータリーエバポレーターで水分を除去することによって溶媒置換を行った。ここへエタノールとエチルセルロース(エトセル(商品名):日新化成社製)を混合し、超音波分散にかけ、ロータリーエバポレーターでエタノールを除去し、3本ロール(EXAKT社製)をかけ酸化チタン含有ペーストを調製した。ここへエチレングリコール(関東化学)を加えてマゼルスター(社製)で混合した。
(Example 3 )
<Preparation of oxide photo semiconductor paste>
Titanium oxide fine particle aqueous dispersion (manufactured by Sumitomo Osaka Cement Co., Ltd., average particle size 20 nm, solid content concentration 4 wt%) was used as oxide photo semiconductor fine particles, and this was used as 2,4-pentanediol (hexylene glycol: manufactured by Kanto Chemical Co., Inc.). The solvent was replaced by removing water with a rotary evaporator. Ethanol and ethyl cellulose (Ethoseru (trade name): manufactured by Nisshin Kasei Co., Ltd.) are mixed here, subjected to ultrasonic dispersion, ethanol is removed with a rotary evaporator, and a three-roll roll (manufactured by EXAKT) is applied to form a titanium oxide-containing paste. Prepared. Ethylene glycol (Kanto Chemical) was added here and mixed with Mazerustar (made by company).

このペーストの組成比は、TiO超微粒子32wt%、ヘキシレングリコール60wt%、エチルセルロース4wt%、エチレングリコール4wt%である。粘度:5.36×10Pa・s(VAR−50(ジャスコインタナショナル株式会社製)、測定モード:一定速度、せん断速度1/s時の粘度)であった。なお、自動スクリーン印刷も可能であることが判明した。 The composition ratio of this paste is TiO 2 ultrafine particles 32 wt%, hexylene glycol 60 wt%, ethyl cellulose 4 wt%, and ethylene glycol 4 wt%. Viscosity: 5.36 × 10 2 Pa · s (VAR-50 (manufactured by Jusco International), measurement mode: viscosity at a constant speed and a shear rate of 1 / s). It has been found that automatic screen printing is also possible.

(比較例1)
<酸化物光半導体ペーストの調製>
酸化物光半導体微粒子として酸化チタン微粒子水分散液(住友大阪セメント社製、平均粒径20nm、固形分濃度4wt%)をエタノール置換したもの(固形分濃度8wt%)を用い、これに1−p−メンテン−8−オール(α−テルピネオール(商品名):関東化学社製)とエチルセルロース(エトセル(商品名):日新化成社製)とを混合し、機械式ホモジナイザ−(IKA社製)にかけた後、超音波ホモジナイザーにかけよく混合させた。その後ロータリーエバポレーターでエタノールを除去し、3本ロール(EXAKT社製)をかけ酸化チタン含有ペーストを調製した。
(Comparative Example 1)
<Preparation of oxide photo semiconductor paste>
Titanium oxide fine particle aqueous dispersion (manufactured by Sumitomo Osaka Cement Co., Ltd., average particle size 20 nm, solid content concentration 4 wt%) was used as the oxide photo-semiconductor fine particle with ethanol substitution (solid content concentration 8 wt%). -Menten-8-ol (α-terpineol (trade name): manufactured by Kanto Chemical Co., Inc.) and ethyl cellulose (Ethocel (trade name): manufactured by Nisshin Kasei Co., Ltd.) are mixed and applied to a mechanical homogenizer (manufactured by IKA). After that, the mixture was mixed well with an ultrasonic homogenizer. Thereafter, ethanol was removed with a rotary evaporator, and a three-roll roll (manufactured by EXAKT) was applied to prepare a titanium oxide-containing paste.

このペーストの組成比は、TiO超微粒子26wt%、α−テルピネオール66wt%、エチルセルロース8wt%であった。粘度は6.92×10Pa・s(VAR−50(ジャスコインタナショナル株式会社製)、測定モード:一定速度で、せん断速度1/s時の粘度)であった。なお、粘度が高いために、起因して自動スクリーン印刷は行うことができなかった。 The composition ratio of this paste was TiO 2 ultrafine particles 26 wt%, α-terpineol 66 wt%, and ethyl cellulose 8 wt%. The viscosity was 6.92 × 10 2 Pa · s (VAR-50 (manufactured by Jusco International), measurement mode: viscosity at a constant speed and shear rate of 1 / s). Note that automatic screen printing could not be performed due to the high viscosity.

(比較例2)
<酸化物光半導体ペーストの調製>
比較例1と同様にして酸化チタンペーストを調整した。なお、ペーストの組成比は、TiO超微粒子20wt%、α−テルピネオール75wt%、エチルセルロース5wt%であり、粘度は5.29×10Pa・s(VAR−50(ジャスコインタナショナル株式会社製)、測定モード:一定速度で、せん断速度1/s時の粘度)であった。なお、自動スクリーン印刷も可能であった。
(Comparative Example 2)
<Preparation of oxide photo semiconductor paste>
A titanium oxide paste was prepared in the same manner as in Comparative Example 1. The composition ratio of the paste is TiO 2 ultrafine particles 20 wt%, α-terpineol 75 wt%, ethyl cellulose 5 wt%, and the viscosity is 5.29 × 10 2 Pa · s (VAR-50 (manufactured by Jusco International Co., Ltd.)). , Measurement mode: viscosity at a constant speed and shear rate of 1 / s). Automatic screen printing was also possible.

(比較例3)
<酸化物光半導体ペーストの調製>
本比較例では、特開2004−153030号に開示された条件にしたがって、酸化チタンペーストを調整した。具体的には、参考例1に記載の酸化チタンペーストにおいて、エチルセルロースを添加しないとともに、2,4−ペンタンジオール(ヘキシレングリコール:関東化学社製)に代えてプロピレングリコール(関東化学社製)を用いた以外は、同様にして酸化チタンペーストを調整した。このペーストの組成比は、TiO超微粒子25wt%、プロピレングリコール75wt% であった。また、粘度は5.44×10−2Pa・s(VAR−50(ジャスコインタナショナル株式会社製)、測定モード:一定速度で、せん断速度1/s時の粘度)であった。
(Comparative Example 3)
<Preparation of oxide photo semiconductor paste>
In this comparative example, a titanium oxide paste was prepared according to the conditions disclosed in JP-A No. 2004-153030. Specifically, in the titanium oxide paste described in Reference Example 1, ethyl cellulose is not added, and propylene glycol (manufactured by Kanto Chemical Co.) is used instead of 2,4-pentanediol (hexylene glycol: manufactured by Kanto Chemical Co., Inc.). A titanium oxide paste was prepared in the same manner except that it was used. The composition ratio of this paste was TiO 2 ultrafine particles 25 wt% and propylene glycol 75 wt%. The viscosity was 5.44 × 10 −2 Pa · s (VAR-50 (manufactured by Jusco International), measurement mode: viscosity at a constant speed and shear rate 1 / s).

なお、このようにして得た酸化チタンペーストは粘度が低いためにスクリーン印刷を実施しても、塗膜を得ることができなかった。   In addition, since the titanium oxide paste thus obtained had a low viscosity, a coating film could not be obtained even when screen printing was performed.

(酸化チタン多孔質薄膜電極の評価)
実施例1〜のペースト、及び比較例1、2のペーストを透明導電性基板上へスクリーン印刷し、透明導電性基板ごと電気炉(ヤマト科学製マッフル炉FP−32型)に入れ、525℃にて2時間焼成することによって酸化チタン以外の成分を焼き飛ばし、酸化チタン微粒子からなる多孔質薄膜電極を作製した。
(Evaluation of porous titanium oxide thin film electrode)
The pastes of Examples 1 to 3 and the pastes of Comparative Examples 1 and 2 were screen-printed on a transparent conductive substrate, and the entire transparent conductive substrate was placed in an electric furnace (Yamato Scientific Muffle Furnace FP-32 type). The porous thin film electrode which consists of titanium oxide microparticles | fine-particles was produced by baking off components other than titanium oxide by baking for 2 hours.

前記多孔質薄膜電極の特性は、テンコール(社製)で測定した。前記特性は、図3に示すように、パラメータb、dの値がダレの指標を表わし、小さければ小さいほど良い。レベリング性はパラメータaとcの差、またはeとcの差からも表わすことができるが、より好ましくは膜の断面図から判断する。なお、上記パラメータの値を表1に示す。   The characteristics of the porous thin-film electrode were measured with Tencor (manufactured by company). As shown in FIG. 3, the characteristics are better as the values of the parameters b and d represent a sag index and are smaller. The leveling property can also be expressed from the difference between the parameters a and c, or the difference between e and c, but is more preferably judged from the sectional view of the film. The values of the above parameters are shown in Table 1.

Figure 0004942013
Figure 0004942013

また、参考例1、実施例、実施例、及び比較例1のテンコールの測定結果による、酸化チタン多孔質薄膜電極の膜断面図を図4〜7に示す。 Moreover, the film | membrane sectional drawing of the titanium oxide porous thin film electrode by the measurement result of the reference example 1, Example 1 , Example 3 , and the tencor of the comparative example 1 is shown to FIGS.

表1において、参考例1、実施例1−及び比較例1、2におけるパラメータb及びdの値を比較すると、参考例1、実施例1−におけるb及びdの値は、比較例1−2におけるb及びdの値の、約1/2〜1/6にまで減少していることが分かる。したがって、本発明に従って得た酸化チタンペーストは、塗布した際においてそのだれが著しく改善されていることが分かる。 In Table 1, when the values of parameters b and d in Reference Example 1 , Example 1-3 and Comparative Examples 1 and 2 are compared, the values of b and d in Reference Example 1 and Example 1-3 are Comparative Example 1. It can be seen that the values of b and d at −2 are reduced to about ½ to 6. Therefore, it can be seen that the titanium oxide paste obtained according to the present invention is significantly improved when applied.

また、参考例1に関する図4並びに実施例及びに関する図5及び6を比較すると、酸化チタンペースト中に、レベリング剤としてエチレングリコールを含有させることにより、前記酸化チタン多孔質薄膜電極のレベリングが向上していることが分かる。さらに、比較例1に関する図7から明らかなように、従来のα-テルピネオールを溶媒に用いた酸化チタンペーストでは、レベリングはさほど悪くないものの、表1でも示されたようにだれが大きいことが分かる。 Moreover, when FIG. 4 regarding Reference Example 1 and FIGS. 5 and 6 regarding Examples 1 and 3 are compared, leveling of the titanium oxide porous thin film electrode can be achieved by including ethylene glycol as a leveling agent in the titanium oxide paste. It can be seen that it has improved. Further, as is clear from FIG. 7 relating to Comparative Example 1, in the conventional titanium oxide paste using α-terpineol as the solvent, the leveling is not so bad, but it can be seen that who is large as shown in Table 1 as well. .

(実施例
<光電変換素子の作製>
実施例により作製した酸化チタン多孔質膜電極を0.3mmolのN719色素溶液に浸漬し、20℃で3日間静置し、色素を吸着及び担持させ、光電極としての酸化チタン光半導体多孔質薄膜電極を形成した。次いで、透明導電膜に白金をスパッタで蒸着させて対電極を形成し、これら電極と隔壁とで形成された空間内に電解液(アセトニトリルに支持電解質として1−2ジメチル−3−プロピルイミダゾリウムのヨウ素塩0.6モル/リットル、ヨウ化リチウム0.1モル/リットル、ヨウ素0.05モル/リットル、タ−シャリ−ブチルピリジン0.5モル/リットルを加えたもの)を注入し、図1に示すような光電変換
素子を作製した。
(Example 4 )
<Production of photoelectric conversion element>
The titanium oxide porous membrane electrode produced according to Example 1 was immersed in 0.3 mmol of N719 dye solution and allowed to stand at 20 ° C. for 3 days to adsorb and carry the dye, and the titanium oxide photo semiconductor porous as a photoelectrode A thin film electrode was formed. Next, platinum is deposited on the transparent conductive film by sputtering to form a counter electrode, and an electrolytic solution (1-2 dimethyl-3-propylimidazolium as a supporting electrolyte in acetonitrile is formed in the space formed by these electrodes and partition walls. Iodine salt 0.6 mol / liter, lithium iodide 0.1 mol / liter, iodine 0.05 mol / liter, tertiary-butylpyridine 0.5 mol / liter) was injected, and FIG. A photoelectric conversion element as shown in FIG.

(比較例4)
<光電変換素子の作製>
比較例1により作製した酸化チタン多孔質膜電極を、実施例と同様の操作を施して光電極としての酸化チタン光半導体多孔質薄膜電極を形成し、さらに対電極の形成及び電解質注入も同様にして行って、図1に示すような光電変換素子を得た。
(Comparative Example 4)
<Production of photoelectric conversion element>
The titanium oxide porous membrane electrode produced in Comparative Example 1 was subjected to the same operation as in Example 4 to form a titanium oxide photo semiconductor porous thin film electrode as a photoelectrode, and the formation of the counter electrode and electrolyte injection were the same. The photoelectric conversion element as shown in FIG. 1 was obtained.

(光電変換特性の評価)
AM.5、JIS−クラスAの分光放射特性を持つソ−ラ−シミュレ−タ−(山下電装社製YSS80A)及びシャープカットフィルター(HOYA L−42)を通すことにより、紫外線を含まない模擬太陽光を発生させた。この光の強度は86mW/cmであった。そして、得られた光電変換素子に対して、前記模擬太陽光を連続的に照射し、電流電圧測定装置(ケースレー2400)にてI−V特性を測定することによって変換効率を求めた。
(Evaluation of photoelectric conversion characteristics)
AM 1 . 5. By passing solar simulator (YSS80A made by Yamashita Denso Co., Ltd.) and sharp cut filter (HOYA L-42) with spectral emission characteristics of JIS-Class A Generated. The intensity of this light was 86 mW / cm 2 . And the conversion efficiency was calculated | required by irradiating the said simulated sunlight continuously with respect to the obtained photoelectric conversion element, and measuring an IV characteristic with a current-voltage measuring apparatus (Caseley 2400).

実施例及び比較例4で得た光電変換素子について上記変換効率を求めた結果、表2、図8に示すような結果が得られた。表2及び図8から明らかなように、へキシレングリコールを酸化物光半導体ペーストの主溶媒として用いて構成した本発明の光電変換素子においても、従来のペーストから構成した従来型の光電変換素子同様の高い変換効率が得られることが判明した。 As a result of calculating | requiring the said conversion efficiency about the photoelectric conversion element obtained in Example 4 and Comparative Example 4, the result as shown in Table 2 and FIG. 8 was obtained. As is apparent from Table 2 and FIG. 8, the photoelectric conversion element of the present invention configured using hexylene glycol as the main solvent of the oxide optical semiconductor paste is the same as the conventional photoelectric conversion element configured from the conventional paste. It has been found that a high conversion efficiency can be obtained.

Figure 0004942013
Figure 0004942013

以上、具体例を挙げながら発明の実施の形態に基づいて本発明を詳細に説明してきたが、本発明は上記内容に限定されるものではなく、本発明の範疇を逸脱しない限りにおいてあらゆる変形や変更が可能である。   As described above, the present invention has been described in detail based on the embodiments of the present invention with specific examples. However, the present invention is not limited to the above contents, and all modifications and changes are made without departing from the scope of the present invention. It can be changed.

本発明の光電変換素子の一例を概略的に示す構成図である。It is a block diagram which shows roughly an example of the photoelectric conversion element of this invention. 図1に示す光電変換素子の、光電極近傍を拡大して示す図である。It is a figure which expands and shows the photoelectrode vicinity of the photoelectric conversion element shown in FIG. 表1に対応する、膜形状測定ポイントを示す図である。It is a figure which shows the film | membrane shape measurement point corresponding to Table 1. FIG. 参考例1で得た酸化チタンペーストから作製した酸化チタン多孔質薄膜電極の断面図である。 4 is a cross-sectional view of a titanium oxide porous thin film electrode produced from the titanium oxide paste obtained in Reference Example 1. FIG. 実施例で得た酸化チタンペーストから作製した酸化チタン多孔質薄膜電極の断面図である。 1 is a cross-sectional view of a titanium oxide porous thin film electrode produced from the titanium oxide paste obtained in Example 1. FIG. 実施例で得た酸化チタンペーストから作製した酸化チタン多孔質薄膜電極の断面図である。 3 is a cross-sectional view of a titanium oxide porous thin film electrode produced from the titanium oxide paste obtained in Example 3. FIG. 比較例1で得た酸化チタンペーストから作製した酸化チタン多孔質薄膜電極の断面図である。4 is a cross-sectional view of a titanium oxide porous thin film electrode produced from the titanium oxide paste obtained in Comparative Example 1. FIG. 実施例及び比較例1で得た酸化チタンペーストから作製した酸化チタン多孔質薄膜電極を含む光電変換特性グラフである。It is a photoelectric conversion characteristic graph containing the titanium oxide porous thin film electrode produced from the titanium oxide paste obtained in Example 1 and Comparative Example 1.

符号の説明Explanation of symbols

100 光電変換素子
101 光電極
102 透明導電性基板
103 酸化物半導体電極
104 透明基板
105 透明導電層
106 酸化物半導体微粒子
107 増感色素
108 電解質
109 対電極
110 隔壁
DESCRIPTION OF SYMBOLS 100 Photoelectric conversion element 101 Photoelectrode 102 Transparent conductive substrate 103 Oxide semiconductor electrode 104 Transparent substrate 105 Transparent conductive layer 106 Oxide semiconductor fine particle 107 Sensitizing dye 108 Electrolyte 109 Counter electrode 110 Partition

Claims (4)

酸化チタン微粒子が分散した水系分散液を出発原料とし、前記水分散液へヘキシレングリコールを混合して、水だけを蒸発させて溶媒置換して作製したヘキシレングリコールに分散した酸化チタンと、セルロース系の増粘剤とを含む酸化チタンペースト中に、エチレングリコール、ポリエチレングリコール、及びグリセリンからなる群より選ばれる少なくとも一つの液体を添加剤として含有させたことを特徴とする、スクリーン印刷用の酸化チタンペースト。 Titanium oxide dispersed in hexylene glycol prepared by mixing an aqueous dispersion in which fine titanium oxide particles are dispersed, mixing hexylene glycol with the aqueous dispersion, evaporating only water and replacing the solvent, and cellulose during the titanium oxide paste containing a thickener system, e Ji glycol, polyethylene glycol, and is characterized in that it is contains at least one liquid as an additive selected from the group consisting of glycerol, for screen printing Titanium oxide paste. 請求項1に記載のスクリーン印刷用の酸化チタンペーストを用いて作製されたことを特徴とする、酸化チタン多孔質薄膜電極。   A titanium oxide porous thin-film electrode produced using the titanium oxide paste for screen printing according to claim 1. 請求項2に記載の、前記化チタン多孔質薄膜電極に、増感色素を吸着させたことを特徴とする、光電変換素子。 According to claim 2, the oxidation of titanium porous thin film electrode, characterized in that a sensitizing dye adsorbed thereon, a photoelectric conversion element. 酸化チタン微粒子が分散した水系分散液を出発原料とし、前記水分散液へヘキシレングリコールを混合して、水だけを蒸発させて溶媒置換し、前記酸化チタン微粒子が前記ヘキシレングリコールに分散した酸化チタン微粒子分散液を作製する工程と、
前記酸化チタン微粒子分散液中に、セルロース系の増粘剤を添加する工程と、
前記酸化チタンペースト中に、エチレングリコール、ポリエチレングリコール、及びグリセリンからなる群より選ばれる少なくとも一つの液体を添加剤として含有させる工程と、
を具えることを特徴とする、酸化チタンペーストの製造方法。
Starting with an aqueous dispersion in which titanium oxide fine particles are dispersed, hexylene glycol is mixed with the aqueous dispersion, and only water is evaporated to replace the solvent, and the titanium oxide fine particles are dispersed in the hexylene glycol. Producing a titanium fine particle dispersion;
Adding a cellulose-based thickener to the titanium oxide fine particle dispersion;
During the titanium oxide paste, et Ji glycol, a step of incorporating polyethylene glycol, and at least one liquid selected from the group consisting of glycerine as an additive,
A method for producing a titanium oxide paste, comprising:
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