JP4942349B2 - Dye-sensitized solar cell, manufacturing method thereof, and manufacturing apparatus - Google Patents

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Description

本発明は色素増感太陽電池、およびその製造方法と製造装置に関するものである。   The present invention relates to a dye-sensitized solar cell, and a method and apparatus for manufacturing the same.

化石燃料に代るエネルギー源として太陽光を利用する太陽電池が注目され、種々の研究が行われている。現在実用化されている太陽電池の主流は単結晶、多結晶、および非晶質(アモルファス)シリコンであるが、これらは材料コストや製造プロセスにおけるエネルギーコストが高く、太陽電池の普及の大きな障害となっている。   Solar cells that use sunlight as an energy source to replace fossil fuels have attracted attention and various studies have been conducted. The mainstream solar cells currently in practical use are single crystal, polycrystalline, and amorphous silicon, but these have high material costs and high energy costs in the manufacturing process, which is a major obstacle to the spread of solar cells. It has become.

そのため、低コストでの製造可能性がある太陽電池として色素増感太陽電池が注目されている。   Therefore, a dye-sensitized solar cell has attracted attention as a solar cell that can be manufactured at low cost.

色素増感太陽電池は、色素を吸着した多孔質半導体層からなる作用極と、対極と、作用極と対極間に挟持された電荷輸送層とからなっており、作用極に入射した光が色素中の電子を励起すると、この電子は速やかに多孔質半導体へと移動する。電子を失った色素は電荷輸送層中のイオンから電子を受け取り、電子を失ったイオンは対極まで拡散移動し、対極から電子を受け取る。このような循環により、光が電気エネルギーに変換される。   A dye-sensitized solar cell includes a working electrode composed of a porous semiconductor layer that adsorbs a dye, a counter electrode, and a charge transport layer sandwiched between the working electrode and the counter electrode, and light incident on the working electrode is dyed. When the electrons inside are excited, the electrons quickly move to the porous semiconductor. The dye that has lost the electrons receives electrons from the ions in the charge transport layer, and the ions that have lost the electrons diffuse to the counter electrode and receive electrons from the counter electrode. By such circulation, light is converted into electric energy.

ここで作用極と対極とを(好ましくは多孔質半導体に接して形成された導電層を介して)電気的に接続すれば連続的に電流が流れ、太陽電池として動作する。   Here, if the working electrode and the counter electrode are electrically connected (preferably via a conductive layer formed in contact with the porous semiconductor), a current flows continuously, and the device operates as a solar cell.

このような色素増感太陽電池はアモルファスシリコン太陽電池と同レベルの光電変換効率(例えば5〜8%)を得ることができるが、実用化に向けてさらなる高効率化が求められている。   Such a dye-sensitized solar cell can obtain the same level of photoelectric conversion efficiency (for example, 5 to 8%) as that of an amorphous silicon solar cell, but further high efficiency is required for practical use.

色素増感太陽電池の光電変換効率を向上させる方法として、多孔質半導体層の少なくとも一部を、その伝導帯のエネルギーレベルよりも高いエネルギーレベルを有する酸化物半導体で被覆する方法が提案されている。例えば特開2000−113913号(特許文献1)には酸化スズなどの微粒子からなる多孔質半導体層上に酸化チタンや酸化亜鉛からなる被覆層を形成した色素増感太陽電池について記載されている。また、非特許文献1には酸化チタンの微粒子からなる多孔質半導体層上に酸化亜鉛からなる被覆層を形成した色素増感太陽電池について記載されている。しかしながら従来は、多孔質半導体層上に他の被複層を形成するためには専用の製造工程や製造装置を別途設ける必要があり、このことは太陽電池の製造コストや製造タクトタイムの増加を招くため、あまり好ましいことではない。   As a method for improving the photoelectric conversion efficiency of a dye-sensitized solar cell, a method is proposed in which at least a part of a porous semiconductor layer is covered with an oxide semiconductor having an energy level higher than the energy level of its conduction band. . For example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-111393 (Patent Document 1) describes a dye-sensitized solar cell in which a coating layer made of titanium oxide or zinc oxide is formed on a porous semiconductor layer made of fine particles such as tin oxide. Non-Patent Document 1 describes a dye-sensitized solar cell in which a coating layer made of zinc oxide is formed on a porous semiconductor layer made of titanium oxide fine particles. However, conventionally, in order to form another multilayer on the porous semiconductor layer, it is necessary to separately provide a dedicated manufacturing process and manufacturing apparatus, which increases the manufacturing cost and manufacturing tact time of the solar cell. This is not preferable.

また、従来の色素増感太陽電池には以下のような問題点がある。すなわち、色素増感太陽電池の作用極に用いられる多孔質半導体層は一般に、例えば特許第2664194号(特許文献2)に示されるように半導体微粒子(酸化チタンが好ましく用いられる)を溶媒などと共に混合して半導体ペーストとし、これを支持体に塗布、焼成することにより形成される。   Further, the conventional dye-sensitized solar cell has the following problems. That is, the porous semiconductor layer used for the working electrode of the dye-sensitized solar cell is generally mixed with semiconductor fine particles (titanium oxide is preferably used) together with a solvent as shown in, for example, Japanese Patent No. 2664194 (Patent Document 2). Thus, a semiconductor paste is formed and applied to a support and fired.

このような半導体微粒子の焼成には通常、450℃以上(800℃以下、好ましくは600℃以下)の加熱が必要であることが知られている。これより低い温度で焼成した多孔質半導体層は電子移動度が低い、機械的強度が低いなどの欠点を生じる場合があるためである。   It is known that firing of such semiconductor fine particles usually requires heating at 450 ° C. or higher (800 ° C. or lower, preferably 600 ° C. or lower). This is because a porous semiconductor layer fired at a temperature lower than this may cause defects such as low electron mobility and low mechanical strength.

一方、軽量化、低価格化、さらには曲面への適用などを目的として、可撓性を持つ色素増感太陽電池が求められている。   On the other hand, there is a demand for a dye-sensitized solar cell having flexibility for the purpose of weight reduction, price reduction, and application to a curved surface.

可撓性を持つ色素増感太陽電池の製造方法としては、可撓性支持体上に多孔質半導体層を形成するか、または耐熱基板上に形成した多孔質半導体層を分離し、別途支持体上に配置して使用する方法を挙げることができる。   As a method for producing a dye-sensitized solar cell having flexibility, a porous semiconductor layer is formed on a flexible support, or a porous semiconductor layer formed on a heat-resistant substrate is separated, and a separate support is provided. The method of arranging and using can be mentioned.

前者の例としては、可撓性の金属支持体または樹脂製支持体に多孔質半導体層を形成する方法が提案されている。例えば、特開2001−273937号(特許文献3)には金属支持体上に電解液(電荷輸送層を構成する。詳しくは後述)による腐食を防止する酸化物半導体層を形成し、ここに作用極を形成した色素増感太陽電池について記載されている。また、特開2005−251506号(特許文献4)にはポリエステルフィルムを支持体として用いた色素増感太陽電池について記載されている。   As an example of the former, a method of forming a porous semiconductor layer on a flexible metal support or resin support has been proposed. For example, Japanese Patent Laid-Open No. 2001-273937 (Patent Document 3) forms an oxide semiconductor layer on a metal support to prevent corrosion caused by an electrolytic solution (which constitutes a charge transport layer, which will be described in detail later). A dye-sensitized solar cell having an electrode formed therein is described. Japanese Patent Application Laid-Open No. 2005-251506 (Patent Document 4) describes a dye-sensitized solar cell using a polyester film as a support.

後者の例としては、特開2002−299665号(特許文献5)に水系溶剤で除去可能な犠牲基板上に多孔質半導体層を形成し、その後犠牲基板を溶解する方法が記載されている。また、特開2005−166648号(特許文献6)には耐熱基板上に介在層(耐熱基板と多孔質半導体層との密着性を制御する層)と多孔質半導体層とを積層し、これを剥離する方法が記載されている。   As an example of the latter, JP-A-2002-299665 (Patent Document 5) describes a method of forming a porous semiconductor layer on a sacrificial substrate that can be removed with an aqueous solvent, and then dissolving the sacrificial substrate. JP-A-2005-166648 (Patent Document 6) laminates an intervening layer (a layer for controlling adhesion between a heat-resistant substrate and a porous semiconductor layer) and a porous semiconductor layer on a heat-resistant substrate. A method of peeling is described.

また、色素増感太陽電池以外の太陽電池(アモルファスシリコン太陽電池など)においては、例えば特開2001−358351号(特許文献7)に、耐熱基板上に被溶解層と半導体層を形成し、被溶解層を溶解することで耐熱基板と半導体層を分離する方法が記載されている。   In solar cells other than dye-sensitized solar cells (such as amorphous silicon solar cells), for example, in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2001-358351 (Patent Document 7), a dissolved layer and a semiconductor layer are formed on a heat-resistant substrate, A method for separating a heat-resistant substrate and a semiconductor layer by dissolving a dissolved layer is described.

これら従来提案されている可撓性を有する太陽電池の製造方法は、それぞれ以下のような特徴を有している。   These conventionally proposed methods for manufacturing flexible solar cells have the following characteristics, respectively.

まず、金属支持体上に多孔質半導体層を形成する方法においては、支持体が耐熱性に優れているため多孔質半導体層焼成時に450℃以上の加熱が行なえるという利点を持つ。ただし、支持体として必要な強度と可撓性を持つ厚さ(例えば0.1mm〜1mm程度)の金属は光透過性を持たないため、金属支持体を用いた色素増感太陽電池は対極側を光入射面とする必要がある。この場合、入射光は対極ならびに電荷輸送層を透過して作用極に到達するため、対極として重要な触媒(多くの場合、白金の微粒子または薄膜が用いられる)や電荷輸送層中のイオン(多くの場合、I/I が用いられる)などによる光吸収が起こり、外光の有効利用が難しい色素増感太陽電池となる。 First, the method of forming a porous semiconductor layer on a metal support has the advantage that heating at 450 ° C. or higher can be performed during firing of the porous semiconductor layer because the support is excellent in heat resistance. However, a metal having a thickness (for example, about 0.1 mm to 1 mm) having a strength and flexibility necessary for a support does not have a light transmission property. Therefore, a dye-sensitized solar cell using a metal support is on the counter electrode side. Must be the light incident surface. In this case, since incident light passes through the counter electrode and the charge transport layer and reaches the working electrode, an important catalyst as the counter electrode (in many cases, platinum fine particles or a thin film is used) and ions in the charge transport layer (many In this case, light absorption due to I / I 3 is used, and the dye-sensitized solar cell is difficult to effectively use external light.

また、樹脂製支持体を用いる場合は逆に、光透過性樹脂からなる支持体(例えば可視光を平均50%以上透過する)とすることで作用極側からの光入射が可能となり、外光の有効利用が可能な色素増感太陽電池となるが、樹脂製支持体は金属支持体に比べて耐熱性に劣り、多孔質半導体層焼成時に450℃以上の加熱を行なうことが困難となる。   On the other hand, when a resin support is used, light support from the working electrode side is possible by using a support made of a light-transmitting resin (for example, transmitting 50% or more of visible light on average). However, the resin support is inferior in heat resistance to the metal support, and it becomes difficult to heat at 450 ° C. or higher when firing the porous semiconductor layer.

また、犠牲基板上に多孔質半導体層を形成し、犠牲基板を溶解除去する方法によれば、耐熱性がある犠牲基板を用いることで多孔質半導体層焼成時に450℃以上の加熱が可能となる。さらに分離後の多孔質半導体を樹脂製支持体で支持することにより、外光の有効利用が可能な色素増感太陽電池となる。しかし、例えば臭化カリウムや塩化マグネシウムなどからなる犠牲基板は再利用しづらいので太陽電池の製造コストが高くなる。また、多孔質基板(ポーラスアルミナなど)上に塩化マグネシウムや炭酸ナトリウムなどを含浸させて製造する犠牲基板は、犠牲基板の製造自体に含浸・焼成工程を必要とするので製造タクトタイムの増加を招く。   Further, according to the method of forming a porous semiconductor layer on the sacrificial substrate and dissolving and removing the sacrificial substrate, heating at 450 ° C. or higher is possible when the porous semiconductor layer is fired by using the heat-resistant sacrificial substrate. . Further, by supporting the separated porous semiconductor with a resin support, a dye-sensitized solar cell capable of effectively using external light is obtained. However, a sacrificial substrate made of, for example, potassium bromide or magnesium chloride is difficult to reuse, so that the manufacturing cost of the solar cell increases. In addition, a sacrificial substrate manufactured by impregnating magnesium chloride, sodium carbonate, or the like on a porous substrate (such as porous alumina) requires an impregnation / firing process in the manufacture of the sacrificial substrate, which increases manufacturing tact time. .

また、介在層を用いて耐熱基板と多孔質半導体層を分離する方法によっても多孔質半導体層焼成時に450℃以上の加熱が行なえ、かつ外光の有効利用が可能な色素増感太陽電池が製造できる。しかし、この製造方法における介在層は、多孔質半導体層の形成時(半導体ペーストの塗布・焼成など)においては耐熱基板と多孔質半導体層を良好に接着し、多孔質半導体層の支持体への転写時には耐熱基板と多孔質半導体層を良好に分離するという、相反する要求を満たす密着強度が必要であり、この調整は難しい。   Also, a method of separating the heat-resistant substrate and the porous semiconductor layer using an intervening layer produces a dye-sensitized solar cell that can be heated at 450 ° C. or more when firing the porous semiconductor layer and can effectively use external light. it can. However, the intervening layer in this manufacturing method adheres the heat-resistant substrate and the porous semiconductor layer satisfactorily during the formation of the porous semiconductor layer (such as coating and baking of the semiconductor paste), so that the porous semiconductor layer is supported on the support. Adhesion strength that satisfies the conflicting requirements of separating the heat-resistant substrate and the porous semiconductor layer well during transfer is necessary, and this adjustment is difficult.

また、被溶解層を溶解することで耐熱基板と半導体層を分離する方法によっても半導体層焼成時に450℃以上の加熱が行なえ、かつ外光の有効利用が可能な太陽電池が製造できる。さらに被溶解層(アルミニウムなどの金属または酸化亜鉛、酸化スズなど)は上記介在層のような密着強度の調整も必要としない。しかし、特許文献7に記載された方法はアモルファスシリコン、多結晶シリコン、多結晶化合物半導体などを用いた太陽電池用半導体層の製造方法であるため、被溶解層の溶け残り、または溶解時に生じたイオンなどが半導体層上に残留すると光電変換性能の悪化を招く。このため、分離後の半導体層を極めて精密に洗浄する必要がある。

Kim et al/Solar Energy Materials & Solar Cells 79(2003)495−505 特開2000−113913号 特許第2664194号 特開2001−273937号 特開2005−251506号 特開2002−299665号 特開2005−166648号 特開2001−358351号
In addition, a solar cell capable of heating at 450 ° C. or higher when firing the semiconductor layer and effectively using external light can be manufactured by a method of separating the heat-resistant substrate and the semiconductor layer by dissolving the layer to be dissolved. Furthermore, the layer to be dissolved (metal such as aluminum, zinc oxide, tin oxide or the like) does not require adjustment of adhesion strength as in the case of the intervening layer. However, since the method described in Patent Document 7 is a method for manufacturing a semiconductor layer for a solar cell using amorphous silicon, polycrystalline silicon, polycrystalline compound semiconductor, etc., it is caused by undissolved or undissolved layer to be dissolved. If ions or the like remain on the semiconductor layer, the photoelectric conversion performance is deteriorated. For this reason, it is necessary to clean the separated semiconductor layer very precisely.

Kim et al / Solar Energy Materials & Solar Cells 79 (2003) 495-505. JP 2000-119133 A Japanese Patent No. 2664194 JP 2001-273937 A JP 2005-251506 A JP 2002-299665 A JP 2005-166648 A JP 2001-358351 A

本発明は色素増感太陽電池およびその製造方法において、上記従来の問題点を解決することを目的とする。具体的には、450℃以上の加熱によって形成した多孔質半導体層を作用極とし、かつ軽量化、低価格化、曲面への適用などが可能となる可撓性樹脂製支持体を用いた高効率な色素増感太陽電池およびその製造方法を提供することを目的とする。好ましくは、焼成後の多孔質半導体層を耐熱基板と分離するための被溶解層に、多孔質半導体層を構成する半導体よりも高い伝導帯エネルギーを持つ金属酸化物の原料となる金属または金属塩(金属酸化物そのものを含む)を含有させることにより、多孔性半導体層上への金属酸化物の被覆を比較的簡単に(被覆専用の工程や装置を設けることを抑制しつつ)行なった色素増感太陽電池を挙げることができる。さらに本発明は、耐熱基板と多孔質半導体層との分離を良好に行なうための製造装置を提供することを目的とする。   An object of the present invention is to solve the above-mentioned conventional problems in a dye-sensitized solar cell and a method for producing the same. Specifically, a porous semiconductor layer formed by heating at 450 ° C. or more is used as a working electrode, and a flexible resin support that can be reduced in weight, reduced in price, applied to a curved surface, and the like is used. An object is to provide an efficient dye-sensitized solar cell and a method for producing the same. Preferably, a metal or metal salt that is a raw material of a metal oxide having a conduction band energy higher than that of a semiconductor constituting the porous semiconductor layer is used as a dissolved layer for separating the fired porous semiconductor layer from the heat-resistant substrate. Inclusion of the metal oxide (including the metal oxide itself) makes it easier to coat the metal oxide on the porous semiconductor layer (while suppressing the provision of dedicated coating processes and equipment). A solar cell can be mentioned. A further object of the present invention is to provide a manufacturing apparatus for satisfactorily separating the heat-resistant substrate and the porous semiconductor layer.

本発明者らは、上記課題の解決のために研究を重ね、以下のような知見を得た。
すなわち、上記特許文献7に示されるような半導体層の製造方法において、従来は問題点(欠点)だと考えられた被溶解層の溶け残りや、溶解時に生じたイオンから生成する化合物(特に金属酸化物)が半導体層上に残留することが、色素増感太陽電池用多孔質半導体層の形成時においては逆に、光電変換効率の向上に有利に働く場合があることを見出した。
The present inventors have repeated researches to solve the above problems, and have obtained the following knowledge.
That is, in the method for producing a semiconductor layer as shown in Patent Document 7 above, the undissolved portion of the layer to be dissolved, which has been considered to be a problem (defect) in the past, and a compound (particularly a metal produced from ions generated during dissolution) It has been found that the fact that (oxide) remains on the semiconductor layer, on the contrary, may advantageously improve the photoelectric conversion efficiency when forming the porous semiconductor layer for a dye-sensitized solar cell.

本発明の色素増感太陽電池は、色素を吸着した多孔質半導体層からなる作用極と、作用極を支持する可撓性樹脂製支持体と、対極と、作用極と対極間に挟持された電荷輸送層とからなる色素増感太陽電池であって、多孔質半導体層の少なくとも一部に多孔質半導体層よりも伝導帯エネルギーレベルの高い金属酸化物が分散保持されている色素増感太陽電池である。   The dye-sensitized solar cell of the present invention was sandwiched between a working electrode composed of a porous semiconductor layer adsorbing a dye, a flexible resin support that supports the working electrode, a counter electrode, and the working electrode and the counter electrode. A dye-sensitized solar cell comprising a charge transport layer, wherein a metal oxide having a conduction band energy level higher than that of the porous semiconductor layer is dispersed and held in at least a part of the porous semiconductor layer It is.

また、本発明の色素増感太陽電池は、色素を吸着した多孔質半導体層からなる作用極と、作用極を支持する可撓性樹脂製支持体と、対極と、作用極と対極間に挟持された電荷輸送層とからなる色素増感太陽電池であって、多孔質半導体層は耐熱基板上に被溶解層を介して形成され、さらに多孔質半導体層は前記耐熱基板から剥離してなり、被溶解層に含まれる金属または金属塩が前記多孔質半導体層を構成する半導体よりも伝導帯エネルギーレベルの高い金属酸化物を生成することにより、多孔質半導体層の少なくとも一部に多孔質半導体層よりも伝導帯エネルギーレベルの高い金属酸化物が分散保持されている色素増感太陽電池である。   The dye-sensitized solar cell of the present invention includes a working electrode comprising a porous semiconductor layer adsorbing a dye, a flexible resin support that supports the working electrode, a counter electrode, and a working electrode and a counter electrode. A dye-sensitized solar cell comprising a charge transporting layer, wherein the porous semiconductor layer is formed on the heat-resistant substrate via the dissolved layer, and further the porous semiconductor layer is peeled off from the heat-resistant substrate, The metal or metal salt contained in the dissolved layer generates a metal oxide having a conduction band energy level higher than that of the semiconductor constituting the porous semiconductor layer, so that the porous semiconductor layer is formed on at least a part of the porous semiconductor layer. It is a dye-sensitized solar cell in which a metal oxide having a higher conduction band energy level is dispersed and held.

また、本発明の色素増感太陽電池の製造方法は、耐熱基板上に被溶解層と多孔質半導体層とを順次形成する工程と、被溶解層を溶解することにより耐熱基板と多孔質半導体層とを分離する分離工程とを含み、被溶解層が多孔質半導体層を構成する半導体よりも伝導帯エネルギーレベルの高い金属酸化物を生成する金属または金属塩を含有する色素増感太陽電池の製造方法である。   Further, the method for producing a dye-sensitized solar cell of the present invention includes a step of sequentially forming a dissolved layer and a porous semiconductor layer on a heat resistant substrate, and dissolving the dissolved layer to thereby dissolve the heat resistant substrate and the porous semiconductor layer. A dye-sensitized solar cell containing a metal or a metal salt that forms a metal oxide having a conduction band energy level higher than that of a semiconductor constituting the porous semiconductor layer. Is the method.

さらに、本発明の色素増感太陽電池の製造装置は、多孔質半導体層を被溶解層を介して形成する耐熱基板が、被溶解層を溶解する溶液(溶解用溶液)の浸透を促進する構造を持つ色素増感太陽電池の製造装置であり、好ましくは溶解用溶液の浸透を促進する構造が、耐熱基板表面に設けられたストライプ状もしくはメッシュ状の溝である色素増感太陽電池の製造装置である。   Furthermore, the manufacturing apparatus of the dye-sensitized solar cell of the present invention has a structure in which the heat-resistant substrate on which the porous semiconductor layer is formed via the dissolved layer promotes the penetration of the solution (dissolving solution) that dissolves the dissolved layer. The apparatus for manufacturing a dye-sensitized solar cell having a structure, preferably a structure for promoting the penetration of the solution for dissolution, is a stripe-shaped or mesh-shaped groove provided on the surface of the heat-resistant substrate. It is.

本発明によれば、高い光電変換効率と可撓性とを両立させるために用いられてきた、耐熱基板上での多孔質半導体層の形成と、形成した多孔質半導体層を樹脂製支持体で支持する色素増感太陽電池において、多孔質半導体よりも伝導帯エネルギーレベルの高い金属酸化物を生成する金属または金属塩を含有した被溶解層を介して耐熱基板上に形成された多孔質半導体層を用いることにより、多孔質半導体層の少なくとも一部に、多孔質半導体層を構成する半導体よりも伝導帯エネルギーレベルの高い金属酸化物が分散保持されている色素増感太陽電池(これにより、さらに高い光電変換効率が期待できる)を比較的簡単に得ることができる。   According to the present invention, formation of a porous semiconductor layer on a heat-resistant substrate, which has been used to achieve both high photoelectric conversion efficiency and flexibility, and the formed porous semiconductor layer with a resin support. In a dye-sensitized solar cell to be supported, a porous semiconductor layer formed on a heat-resistant substrate through a dissolved layer containing a metal or a metal salt that generates a metal oxide having a higher conduction band energy level than the porous semiconductor By using this, a dye-sensitized solar cell in which a metal oxide having a higher conduction band energy level than the semiconductor constituting the porous semiconductor layer is dispersed and held in at least a part of the porous semiconductor layer (and further High photoelectric conversion efficiency can be expected).

以下、本発明の色素増感太陽電池およびその製造方法、さらに製造装置について説明する。   Hereinafter, the dye-sensitized solar cell, the manufacturing method thereof, and the manufacturing apparatus of the present invention will be described.

なお本明細書においては、1つの支持体上に複数の作用極が形成され、それらの作用極にそれぞれ対極が形成されることで複数のユニットセルをなし、これらユニットセルが電気的に接続された構造を持つ色素増感太陽電池を、色素増感太陽電池モジュールということがある。   In this specification, a plurality of working electrodes are formed on one support, and a counter electrode is formed on each of the working electrodes to form a plurality of unit cells, and these unit cells are electrically connected. The dye-sensitized solar cell having the above structure may be referred to as a dye-sensitized solar cell module.

本発明の第1の実施様態(以下「実施形態1」)を、図1を用いて説明する。
<実施形態1>
まず、チタンやステンレス合金、またはガラスなどからなる耐熱基板1を用意する。
A first embodiment of the present invention (hereinafter referred to as “Embodiment 1”) will be described with reference to FIG.
<Embodiment 1>
First, a heat resistant substrate 1 made of titanium, a stainless alloy, glass, or the like is prepared.

第1工程(積層工程)として、耐熱基板1上に被溶解層2と多孔質半導体層3、および透明導電層4を積層する(図1(a))。被溶解層2は多孔質半導体3よりも伝導帯エネルギーレベルの高い金属酸化物を生成する金属または金属塩を含有し、多孔質半導体層3の形成には450℃以上800℃以下の焼成を行なう。被溶解層2から生成される前記金属酸化物は、被膜(島状に分布する場合を含む)状態を呈しても、または粒状で存在してもよい。すなわち金属酸化物が多孔質半導体3に分散保持される形態に生成されればよい。   As the first step (lamination step), the dissolved layer 2, the porous semiconductor layer 3, and the transparent conductive layer 4 are laminated on the heat-resistant substrate 1 (FIG. 1A). The dissolved layer 2 contains a metal or metal salt that generates a metal oxide having a higher conduction band energy level than the porous semiconductor 3, and the porous semiconductor layer 3 is formed by baking at 450 ° C. or higher and 800 ° C. or lower. . The said metal oxide produced | generated from the to-be-dissolved layer 2 may exhibit a film (including the case where it distributes to island shape), or may exist in a granular form. That is, the metal oxide may be generated in a form in which the metal oxide is dispersed and held in the porous semiconductor 3.

第2工程(分離工程)として被溶解層2を溶解することにより、耐熱基板1と多孔質半導体層3を分離する。図1(b)においては被溶解層2と多孔質半導体層3と透明導電層4とが積層された耐熱基板1を溶解用溶液5中に浸漬する様態を示すが、図2(c)に後述するように、この耐熱基板1に溶解用溶液5をスプレー塗布することなどで分離を行なってもよい。   As a second step (separation step), the heat-resistant substrate 1 and the porous semiconductor layer 3 are separated by dissolving the dissolved layer 2. FIG. 1B shows a state in which the heat-resistant substrate 1 in which the layer 2 to be dissolved, the porous semiconductor layer 3 and the transparent conductive layer 4 are laminated is immersed in the solution 5 for dissolution. As will be described later, separation may be performed by spraying the dissolution solution 5 on the heat-resistant substrate 1.

この分離工程において被溶解層2に含まれる金属または金属塩は溶解用溶液5中に金属イオン(錯イオン等を含む。以下同じ)となって溶け出し、多孔性半導体層3の表面や、その空孔内に含浸する。ここで溶解用溶液5のpH変化、温度変化、または電界印加などにより、溶解用溶液5中の金属イオンから金属酸化物を生成し、多孔性半導体層3の表面や、その空孔内に分散保持させる工程を行なってもよい。   In this separation step, the metal or metal salt contained in the dissolved layer 2 dissolves into the dissolving solution 5 as metal ions (including complex ions, etc .; the same shall apply hereinafter), and the surface of the porous semiconductor layer 3 Impregnate in the pores. Here, a metal oxide is generated from the metal ions in the dissolving solution 5 by pH change, temperature change, or electric field application of the dissolving solution 5 and dispersed on the surface of the porous semiconductor layer 3 or in the pores thereof. You may perform the process to hold | maintain.

さらに被溶解層2に含まれる金属塩が金属酸化物である場合(焼成などにより酸化物になった場合を含む)、その全てが溶解せずに多孔性半導体層3の表面や、その空孔内に分散保持されていてもよい。   Further, when the metal salt contained in the dissolved layer 2 is a metal oxide (including a case where the metal salt is converted into an oxide by firing or the like), the entire surface of the porous semiconductor layer 3 and its voids are not dissolved completely. It may be dispersed and held within.

第3工程(配置工程)として、樹脂製支持体6上に多孔質半導体層3を配置する(図1(c))。本発明における樹脂製支持体6は可撓性と光透過性とを有しており、グリッド電極、出力端子などが形成されていても構わない。   As a third step (arrangement step), the porous semiconductor layer 3 is disposed on the resin support 6 (FIG. 1C). The resin support 6 in the present invention has flexibility and light transmission, and may be provided with grid electrodes, output terminals, and the like.

本配置工程は樹脂製支持体6上に接着層(または粘着層)11を形成し、多孔質半導体層3と貼り合わせることにより行なう。なお、1つの樹脂製支持体6上に配置する多孔質半導体層3は1個であってもよいが、複数個配置して色素増感太陽電池モジュールとすることが好ましい。   This arrangement step is performed by forming an adhesive layer (or adhesive layer) 11 on the resin support 6 and bonding it to the porous semiconductor layer 3. In addition, although the number of the porous semiconductor layers 3 arrange | positioned on one resin-made support body 6 may be one, it is preferable to arrange | position several and to set it as a dye-sensitized solar cell module.

第4工程は色素吸着工程である(不図示)。すなわち多孔質半導体層3に色素を吸着し、色素増感太陽電池の作用極3aとする。使用する色素、溶媒、吸着方法については後述する。なお、色素吸着工程の前、またはその後に多孔質半導体層3の一部を工具(カッター等の刃物でもよい)やサンドブラスト等の方法により除去し、透明導電層4を露出することにより出力部分を形成しておくことが好ましい(図1(d)参照)。   The fourth step is a dye adsorption step (not shown). That is, a dye is adsorbed on the porous semiconductor layer 3 to form the working electrode 3a of the dye-sensitized solar cell. The dye, solvent, and adsorption method used will be described later. Before or after the dye adsorption step, a part of the porous semiconductor layer 3 is removed by a method (such as a cutter such as a cutter) or sandblasting, and the transparent conductive layer 4 is exposed to expose the output portion. It is preferable to form it (see FIG. 1D).

第5工程は対極保持工程である。この工程では導電性と触媒作用(電荷輸送層9中のイオンに電子を与える作用)とを有する対極7を作用極3aと対向させ、これを保持する。   The fifth step is a counter electrode holding step. In this step, the counter electrode 7 having conductivity and catalytic action (action of giving electrons to ions in the charge transport layer 9) is opposed to the working electrode 3a and is held.

好ましい構成としては、可撓性を持つ樹脂からなる対極用支持体上にITOなどからなる導電層と白金微粒子などからなる触媒層を設けて対極7とし、樹脂製支持体6と対極7とを熱可塑性樹脂や光硬化性樹脂などからなる封止層8を用いて、任意の空隙を空けて貼り合わせる例を挙げることができる(図1(d))。   As a preferred configuration, a conductive layer made of ITO or the like and a catalyst layer made of platinum fine particles or the like are provided on a counter electrode support made of a flexible resin to form a counter electrode 7, and the resin support 6 and the counter electrode 7 are formed. An example can be given in which the sealing layer 8 made of a thermoplastic resin, a photo-curable resin, or the like is used to bond together with an arbitrary gap (FIG. 1D).

第6工程は電荷輸送層形成工程である(図1(e))。好ましい構成としては、樹脂製支持体6と対極7のいずれかにあらかじめ開けておいた電解質注入口(不図示)から電解液(後述)を注入して電荷輸送層9とした後、この電解質注入口を封止(シール)する例を挙げることができる。   The sixth step is a charge transport layer forming step (FIG. 1 (e)). As a preferred configuration, an electrolyte solution (described later) is injected from an electrolyte injection port (not shown) previously opened in either the resin support 6 or the counter electrode 7 to form a charge transport layer 9, and then this electrolyte injection. An example of sealing (sealing) the inlet can be given.

このような工程により、450℃以上という高い温度で焼成した多孔質半導体層3が樹脂製支持体6上に配置され、かつ、多孔質半導体層3の少なくとも一部に、多孔質半導体層3を構成する半導体よりも伝導帯エネルギーレベルの高い金属酸化物が分散保持されている色素増感太陽電池100を得ることができる。   By such a process, the porous semiconductor layer 3 baked at a high temperature of 450 ° C. or higher is disposed on the resin support 6, and the porous semiconductor layer 3 is formed on at least a part of the porous semiconductor layer 3. It is possible to obtain the dye-sensitized solar cell 100 in which a metal oxide having a conduction band energy level higher than that of the constituent semiconductor is dispersed and held.

<実施形態2>
次に、本発明の第2の実施様態(以下「実施形態2」)を、図2を用いて説明する。
<Embodiment 2>
Next, a second embodiment of the present invention (hereinafter referred to as “Embodiment 2”) will be described with reference to FIG.

第1工程(積層工程)として、耐熱基板1上に被溶解層2と多孔質半導体層3を積層する(図2(a))。   As a first step (lamination step), the layer 2 to be dissolved and the porous semiconductor layer 3 are laminated on the heat-resistant substrate 1 (FIG. 2A).

第2工程として樹脂製支持体6の配置を行なう。好ましい構成としては透明導電層4を形成した樹脂製支持体6と多孔質半導体層3とを、光透過性と導電性とを持つ接着層(または粘着層)21を用いて貼りあわせる例を挙げることができる(図2(b))。   As the second step, the resin support 6 is arranged. As a preferred configuration, an example in which the resin support 6 on which the transparent conductive layer 4 is formed and the porous semiconductor layer 3 are bonded together using an adhesive layer (or adhesive layer) 21 having light transmittance and conductivity is given. (FIG. 2B).

第3工程は分離工程である。図2(c)には溶解用溶液5をスプレー散布することによって分離する様態を示す。本実施形態2においては透明導電層4を形成した樹脂製支持体6を多孔質半導体層3よりも大きくすることで、実施形態1に示したような多孔質半導体層3を部分的に除去して透明導電層4を露出する工程は不用となる。   The third step is a separation step. FIG. 2C shows a state in which the dissolution solution 5 is separated by spraying. In the second embodiment, the resin support 6 on which the transparent conductive layer 4 is formed is made larger than the porous semiconductor layer 3 to partially remove the porous semiconductor layer 3 as shown in the first embodiment. Thus, the step of exposing the transparent conductive layer 4 becomes unnecessary.

以下、色素吸着工程、対極保持工程、電荷輸送層形成工程は実施形態1に準じるので説明を省略する。   Hereinafter, the dye adsorption process, the counter electrode holding process, and the charge transport layer forming process are the same as in the first embodiment, and thus the description thereof is omitted.

このような工程によっても、450℃以上という高い温度で焼成した多孔質半導体層3が樹脂製支持体6上に配置され、かつ、多孔質半導体層3の少なくとも一部に、多孔質半導体層3を構成する半導体よりも伝導帯エネルギーレベルの高い金属酸化物が分散保持されている色素増感太陽電池を得ることができる。   Also by such a process, the porous semiconductor layer 3 baked at a high temperature of 450 ° C. or higher is disposed on the resin support 6, and the porous semiconductor layer 3 is formed on at least a part of the porous semiconductor layer 3. Thus, it is possible to obtain a dye-sensitized solar cell in which a metal oxide having a higher conduction band energy level than that of the semiconductor constituting the material is dispersed and held.

以下、本発明における色素増感太陽電池、その製造方法、製造装置の各構成要素について詳しく説明する。   Hereinafter, each component of the dye-sensitized solar cell, the manufacturing method, and the manufacturing apparatus in the present invention will be described in detail.

<耐熱基板>
本発明における耐熱基板1は、被溶解層2および多孔質半導体層3(場合によっては、さらに透明導電層4)の積層用支持基板であり、分離工程により多孔質半導体層3と分離した後、ほとんどの場合は再利用される。なお、耐熱基板1は色素増感太陽電池の構成要素とはならない。
<Heat resistant substrate>
The heat-resistant substrate 1 in the present invention is a support substrate for laminating the layer to be dissolved 2 and the porous semiconductor layer 3 (in some cases, further a transparent conductive layer 4), and after being separated from the porous semiconductor layer 3 by the separation step, Most of the time it is reused. In addition, the heat-resistant board | substrate 1 does not become a component of a dye-sensitized solar cell.

耐熱基板1に求められる機能は、多孔質半導体層3の焼成温度に耐える耐熱性(一般的には450℃以上800℃以下)と、分離工程における溶媒またはアルカリや酸などに対する耐溶解性である。よって具体的な材料としてはアルミ(表面に十分な不動態が形成されたもの)、鉄、クロム、ニッケル、チタン、タングステン等の金属材料、これらの合金やステンレス合金、石英ガラスやシリカガラスなどのガラス材料、アルミナなどのセラミクスを挙げることができる。   The functions required of the heat-resistant substrate 1 are heat resistance (generally 450 ° C. or higher and 800 ° C. or lower) that can withstand the firing temperature of the porous semiconductor layer 3 and resistance to dissolution in solvents, alkalis, acids, and the like in the separation step. . Therefore, specific materials such as aluminum (with sufficient passivation formed on the surface), metal materials such as iron, chromium, nickel, titanium, tungsten, alloys, stainless alloys, quartz glass, silica glass, etc. Examples thereof include ceramics such as glass materials and alumina.

また本発明における耐熱基板1は、製造したい色素増感太陽電池の形状や構成に応じて全体形状や表面形状を変えることができる。例えば曲面を持つ色素増感太陽電池を製造するために曲面からなる多孔質半導体層3を形成したければ、耐熱基板1をそれに応じた曲面構成とすればよい。さらに、例えば色素増感太陽電池モジュールの好ましい製造方法として、1枚の耐熱基板1上に複数の多孔質半導体層3を形成し、ここに樹脂製支持体6を貼り合わせた後に耐熱基板1との分離を行なうことで樹脂製支持体6上に複数の多孔質半導体層3を配置する方法が考えられる(実施例3参照)が、この際、各多孔質半導体層3の分割線および/または溶解用溶液5の被溶解層2への浸透を促進するためのルートとしての構造(例えば31に示すようなストライプ状の溝、または32に示すようなメッシュ状の溝など)を耐熱基板1表面に形成すること、または溶解用溶液5の被溶解層2への浸透を促進する隙間を形成するための構造である突起物33などを耐熱基板1上に形成することが好ましい(図3参照)。   Moreover, the heat-resistant board | substrate 1 in this invention can change the whole shape and surface shape according to the shape and structure of a dye-sensitized solar cell to manufacture. For example, in order to form a porous semiconductor layer 3 having a curved surface in order to produce a dye-sensitized solar cell having a curved surface, the heat-resistant substrate 1 may be configured to have a curved surface corresponding to the porous semiconductor layer 3. Further, for example, as a preferred method for producing a dye-sensitized solar cell module, a plurality of porous semiconductor layers 3 are formed on one heat-resistant substrate 1, and a resin support 6 is bonded to the heat-resistant substrate 1. A method of arranging a plurality of porous semiconductor layers 3 on the resin support 6 by performing the separation of (see Example 3) can be considered. In this case, the dividing lines of each porous semiconductor layer 3 and / or The structure as a route for promoting the penetration of the dissolving solution 5 into the layer 2 to be dissolved (for example, a stripe-like groove as shown in 31 or a mesh-like groove as shown in 32) is applied to the surface of the heat-resistant substrate 1 It is preferable to form a protrusion 33 or the like on the heat-resistant substrate 1 that is a structure for forming a gap that promotes penetration of the dissolving solution 5 into the dissolution target layer 2 (see FIG. 3). .

<被溶解層>
本発明における被溶解層2に求められる機能は、多孔質半導体層3の焼成温度に耐える耐熱性(酸化等の化学変化や一部の成分の分解を伴っても構わないが、耐熱基板1上に多孔質半導体層3を維持できなくなるような分解、焼失を起こしてはならない)と、分離工程における溶媒またはアルカリや酸に対する可溶性であり、加えて多孔質半導体層3を構成する半導体よりも伝導帯エネルギーレベルの高い金属酸化物を生成するための金属または金属塩を含有している必要がある。
<Dissolved layer>
The function required of the layer 2 to be dissolved in the present invention has heat resistance that can withstand the firing temperature of the porous semiconductor layer 3 (although it may be accompanied by chemical changes such as oxidation or decomposition of some components, In addition, the porous semiconductor layer 3 must not be decomposed or burnt down so that the porous semiconductor layer 3 cannot be maintained), and is soluble in solvents, alkalis or acids in the separation step, and in addition, more conductive than the semiconductor constituting the porous semiconductor layer 3 It is necessary to contain a metal or a metal salt for producing a metal oxide having a high band energy level.

被溶解層2は、金属または金属塩が可溶性の場合はその材料で作製可能である。
すなわち、本発明に好ましく用いられる金属として亜鉛を、金属塩としては亜鉛塩、特に酸化亜鉛を挙げることができる。これは亜鉛や酸化亜鉛が両性金属、両性化合物であり、多くの酸やアルカリ(塩基)に可溶であること、また、その溶液の温度変化、pH変化、または電界印加などにより容易に酸化亜鉛を生成すること、さらに酸化亜鉛が色素増感太陽電池の作用極3aとして好ましく用いられる酸化チタンに対し、好ましく使用できる伝導帯エネルギーレベルを持っていることなどの理由による。
When the metal or metal salt is soluble, the layer 2 to be dissolved can be made of the material.
That is, zinc can be used as a metal preferably used in the present invention, and a zinc salt, particularly zinc oxide can be used as a metal salt. This is because zinc and zinc oxide are amphoteric metals and amphoteric compounds that are soluble in many acids and alkalis (bases), and can be easily changed by changing the temperature, pH, or electric field of the solution. In addition, zinc oxide has a conduction band energy level that can be preferably used with respect to titanium oxide that is preferably used as the working electrode 3a of the dye-sensitized solar cell.

また、金属塩が可溶性と言いがたい場合(例えば酸化チタン、酸化アルミニウム、酸化マグネシウムなど)であっても、それらを可溶性の媒体と混合することによって被溶解層2を作製することができる。   Even if it is difficult to say that the metal salt is soluble (for example, titanium oxide, aluminum oxide, magnesium oxide, etc.), the dissolved layer 2 can be produced by mixing them with a soluble medium.

一例を挙げると、一般的に酸化チタンは可溶性が高いとは言いがたいが、可溶性の媒体としての層状ケイ酸塩(例えばクニピア工業製、商品名スメクトンSA)に酸化チタン前駆体(例えばチタンアルコキシド)を混合した材料を用いて被溶解層2とし、ここに半導体ペースト(例えば酸化スズ微粒子を含む)を塗布、450℃〜600℃で加熱すると、多孔質半導体層3の形成と同時に被溶解層2中の酸化チタン前駆体が酸化チタンへと変化する。この後、アルカリ溶液で被溶解層2中の層状ケイ酸塩を溶解することにより、被溶解層2との界面に存在する酸化チタンを残して多孔質半導体層3が分離される。このような被溶解層2の作製方法によれば、多孔質半導体層3表面への各種金属酸化物の分散配置が可能である。   For example, although it is generally difficult to say that titanium oxide is highly soluble, a titanium oxide precursor (for example, titanium alkoxide) is added to a layered silicate (for example, trade name Smecton SA, manufactured by Kunipia Kogyo) as a soluble medium. ) Is used to form a layer 2 to be dissolved, and a semiconductor paste (including tin oxide fine particles, for example) is applied to the layer and heated at 450 ° C. to 600 ° C. to form the layer to be dissolved simultaneously with the formation of the porous semiconductor layer 3. The titanium oxide precursor in 2 changes into titanium oxide. Thereafter, the porous silicate layer in the dissolved layer 2 is dissolved with an alkaline solution, whereby the porous semiconductor layer 3 is separated leaving the titanium oxide present at the interface with the dissolved layer 2. According to such a method for producing the layer to be dissolved 2, various metal oxides can be dispersed on the surface of the porous semiconductor layer 3.

なお、本発明における被溶解層2の形成方法や形成後の形状や厚みなどに特に制限は無い。例えば塗布法、メッキ法、CVD法、スパッタ法、SPD法など、公知の方法および装置を用いて1μm〜1mm程度に形成すればよい。   In addition, there is no restriction | limiting in particular in the formation method of the to-be-dissolved layer 2 in this invention, the shape after formation, thickness, etc. For example, the film may be formed to a thickness of about 1 μm to 1 mm using a known method and apparatus such as a coating method, a plating method, a CVD method, a sputtering method, or an SPD method.

<多孔質半導体層>
本発明における多孔質半導体層3を構成する材料としては、酸化チタン、酸化スズ等の公知の半導体を1種類または2種類以上組み合わせて用いることができるが、光電変換効率、安定性、安全性の点から酸化チタンが好ましい。
<Porous semiconductor layer>
As a material constituting the porous semiconductor layer 3 in the present invention, known semiconductors such as titanium oxide and tin oxide can be used singly or in combination of two or more, but the photoelectric conversion efficiency, stability, and safety can be improved. From the viewpoint, titanium oxide is preferable.

多孔質半導体層3を耐熱基板1上に形成する方法としては、種々の公知の方法を使用することができる。ただし本発明においては、厚膜化や製造コストの観点より、耐熱基板1上に半導体粒子を含有するペーストをスクリーン印刷法、スピンコート法、ドクターブレード法などにより塗布し、その後焼成する方法が好ましい。   As a method of forming the porous semiconductor layer 3 on the heat resistant substrate 1, various known methods can be used. However, in the present invention, from the viewpoint of thickening and manufacturing cost, a method of applying a paste containing semiconductor particles on the heat-resistant substrate 1 by a screen printing method, a spin coating method, a doctor blade method or the like and then baking is preferable. .

多孔質半導体層3の膜厚は、特に限定されるものではないが、光電変換効率の観点より、5μm〜50μm程度が好ましい。   The film thickness of the porous semiconductor layer 3 is not particularly limited, but is preferably about 5 μm to 50 μm from the viewpoint of photoelectric conversion efficiency.

光電変換効率を向上させるためには、後述する色素を多孔質半導体層3に、より多く吸着させることが必要である。このため、多孔質半導体層3は比表面積の大きなものが好ましく、10m/g〜200m/g程度が好ましい。なお、上記の比表面積はBET吸着法により測定した値である。 In order to improve the photoelectric conversion efficiency, it is necessary to adsorb more dye, which will be described later, to the porous semiconductor layer 3. Therefore, large are preferable porous semiconductor layer 3 is the specific surface area, 10 m 2 / g to 200 m approximately 2 / g are preferred. The specific surface area is a value measured by the BET adsorption method.

半導体粒子としては、市販されているもののうち適当な平均粒径、例えば1nm〜500nm程度の平均粒径を有する半導体粒子を好ましく用いることができる。   As the semiconductor particles, semiconductor particles having an appropriate average particle diameter, for example, an average particle diameter of about 1 nm to 500 nm, can be preferably used.

多孔質半導体層3の焼成は、使用する半導体粒子の種類や平均粒径により、温度、時間、雰囲気等の条件を適宜調整して行われる。例えば、大気下又は不活性ガス雰囲気下、450℃〜800℃において10分〜10時間程度、好ましくは20分〜5時間程度が挙げられる。また、焼成は単一の温度で1回のみ行なってもよいし、温度を変化させつつ1回、さらには単一の温度または温度を変化させて2回以上行なってもよい。   The firing of the porous semiconductor layer 3 is performed by appropriately adjusting conditions such as temperature, time, atmosphere, and the like according to the type and average particle diameter of the semiconductor particles to be used. For example, it is about 10 minutes to 10 hours, preferably about 20 minutes to 5 hours at 450 ° C. to 800 ° C. in the air or under an inert gas atmosphere. The firing may be performed only once at a single temperature, or may be performed once while changing the temperature, or may be performed twice or more while changing the single temperature or temperature.

<透明導電層>
本発明における透明導電層4はITO、フッ素がドープされた酸化スズ、ニオブがドープされた酸化チタン等の導電性金属酸化物を用い、真空蒸着法、スパッタ法、PVD法、塗布法など、公知の方法で形成する。これらのうち、特に光透過性、電気抵抗値の観点からスパッタ法またはPVD法によるITOを用いることが好ましい。
<Transparent conductive layer>
In the present invention, the transparent conductive layer 4 uses a conductive metal oxide such as ITO, fluorine-doped tin oxide, niobium-doped titanium oxide, etc., and is well-known such as vacuum deposition, sputtering, PVD, and coating. It is formed by the method. Among these, it is preferable to use ITO by a sputtering method or a PVD method from the viewpoint of light transmittance and electric resistance value.

透明導電層4の膜厚は、特に限定されるものではないが、0.1μm〜5μm程度の範囲が好ましい。なお、上記範囲において材料や形成方法の異なる透明導電材料を積層しても構わない。また、そのシート抵抗値は300Ω/□以下のできるだけ低い値であることが好ましく、特に20Ω/□以下が好ましい。   Although the film thickness of the transparent conductive layer 4 is not specifically limited, The range of about 0.1 micrometer-5 micrometers is preferable. In addition, you may laminate | stack the transparent conductive material from which a material and a formation method differ in the said range. The sheet resistance value is preferably as low as possible, 300Ω / □ or less, and particularly preferably 20Ω / □ or less.

また、本発明における透明導電層4の形成位置は、樹脂製支持体6上であっても、多孔質半導体層3上であってもよく、この両方に形成されていてもよい。   In the present invention, the transparent conductive layer 4 may be formed on the resin support 6 or on the porous semiconductor layer 3 or on both of them.

<溶解用溶液>
本発明における分割工程に用いる溶解用溶液5は、被溶解層2を溶解し、多孔質半導体層3はほとんど溶解しない性質を持つ必要がある。特に亜鉛は両性金属であり、酸化亜鉛も両性化合物なので、これらはアルカリ溶液にも酸性溶液にも溶解する。よって本発明の目的を満たす溶液として、水またはアルコール系溶媒、またはこれらの混合溶媒に以下の溶質を溶解したものを用いることが好ましい。
<Solution solution>
The dissolving solution 5 used in the dividing step in the present invention needs to have a property of dissolving the dissolved layer 2 and hardly dissolving the porous semiconductor layer 3. In particular, since zinc is an amphoteric metal and zinc oxide is an amphoteric compound, they are soluble in both alkaline and acidic solutions. Accordingly, it is preferable to use a solution in which the following solute is dissolved in water or an alcohol solvent or a mixed solvent thereof as a solution that satisfies the object of the present invention.

アルカリ(塩基性)溶質としては水酸化リチウム、水酸化カリウム、水酸化ナトリウム、アンモニア水などを用いることができる。また、無機酸として塩酸、硝酸、硫酸などを、有機酸として酢酸、シュウ酸などを用いることができる。   As the alkali (basic) solute, lithium hydroxide, potassium hydroxide, sodium hydroxide, aqueous ammonia or the like can be used. Further, hydrochloric acid, nitric acid, sulfuric acid and the like can be used as the inorganic acid, and acetic acid, oxalic acid and the like can be used as the organic acid.

<分離工程>
本発明における分離工程は被溶解層2を溶解し、耐熱基板1から多孔質半導体層3を分離することを目的とする。分離方法としては被溶解層2と多孔質半導体層3が積層された耐熱基板1を溶解用溶液5中に浸漬することや、溶解用溶液5をスプレー散布することなどによって行なう。この際の溶解用溶液5の温度は溶液の沸騰や凝固が起こらない限り任意であるが、水系の溶解用溶液5を用いた場合の好ましい温度範囲は10℃以上90℃以下である。
<Separation process>
The separation step in the present invention aims to dissolve the layer to be dissolved 2 and separate the porous semiconductor layer 3 from the heat-resistant substrate 1. As a separation method, the heat-resistant substrate 1 on which the layer to be dissolved 2 and the porous semiconductor layer 3 are laminated is immersed in the dissolving solution 5 or sprayed with the dissolving solution 5. The temperature of the dissolving solution 5 at this time is arbitrary as long as the solution does not boil or coagulate, but a preferable temperature range when the aqueous dissolving solution 5 is used is 10 ° C. or more and 90 ° C. or less.

また、多孔質半導体層3上に透明導電層4を積層しておき、両層を同時に耐熱基板1から分離しても良いし、さらに樹脂製支持体6を貼り付けた状態で分離工程を行なってもよい。   Moreover, the transparent conductive layer 4 may be laminated on the porous semiconductor layer 3 and both layers may be separated from the heat-resistant substrate 1 at the same time, or the separation step is performed with the resin support 6 attached. May be.

<析出工程>
本発明における析出工程は、多孔質半導体層3の表面(空孔内面を含む)の少なくとも一部に、より伝導帯エネルギーレベルの高い金属酸化物を分散保持することを目的とする。
<Precipitation process>
The purpose of the precipitation step in the present invention is to disperse and hold a metal oxide having a higher conduction band energy level on at least a part of the surface (including the pore inner surface) of the porous semiconductor layer 3.

分散保持は、上記<被溶解層>において説明したように、金属酸化物を生成するための金属または金属塩を可溶性の媒体に混合した材料からなる被溶解層2と、半導体微粒子を含むペーストからなる多孔質半導体層3を積層後に焼成し、被溶解層2を溶解することで行なえばよいが、特に好ましい金属や金属酸化物として亜鉛または亜鉛塩からなる被溶解層2を用いた場合には、可溶性の媒体を用いることは必ずしも必要ではなく、生成する酸化亜鉛の分散保持を多孔質半導体層3の分離工程に(ほとんど必然的に)続く、以下1〜3の洗浄工程と乾燥工程によって行なうことができる。
1・溶解用溶液5が最終的に(酸化亜鉛または金属亜鉛の溶解時に酸性溶液を用いた場合においても、その後に中和工程を経ることで)pH8以上、好ましくはpH10以上のアルカリ溶液であり、その溶液中にテトラヒドロキシ亜鉛酸イオン(Zn(OH) 2−)が適当な濃度(例えば0.01mol/l以上1mol/l以下)存在すること。
2・分離後の多孔質半導体層3の表面(空孔内部を含む)に上記溶液が付着および/または含浸された状態で、これを水またはアルコール系溶媒、またはこれらの混合溶媒(場合によっては酸性溶液を含む)によって洗浄すること。すなわち、洗浄によってアルカリ溶液のpHが下がり、多孔質半導体層3の表面(空孔内面を含む)に水酸化亜鉛(Zn(OH))が析出する。
3・分離後の多孔質半導体層3を加熱(例えば30℃以上450℃未満、好ましくは50℃以上200℃以下)によって乾燥すること(水酸化亜鉛が酸化亜鉛へと変化する)。
As described in the above <dissolved layer>, the dispersion holding is performed by using a dissolved layer 2 made of a material in which a metal or a metal salt for forming a metal oxide is mixed in a soluble medium, and a paste containing semiconductor fine particles. The porous semiconductor layer 3 is fired after being laminated, and the dissolved layer 2 is dissolved, but when the dissolved layer 2 made of zinc or a zinc salt is used as a particularly preferable metal or metal oxide, However, it is not always necessary to use a soluble medium, and dispersion and retention of the generated zinc oxide is carried out by the following washing steps 1 to 3 (substantially) following the separation step of the porous semiconductor layer 3. be able to.
1. The dissolution solution 5 is finally an alkaline solution having a pH of 8 or more, preferably a pH of 10 or more (even when an acidic solution is used when zinc oxide or metal zinc is dissolved, through a neutralization step thereafter). In the solution, tetrahydroxyzincate ion (Zn (OH) 4 2− ) is present in an appropriate concentration (for example, 0.01 mol / l or more and 1 mol / l or less).
2. In a state where the above solution is adhered and / or impregnated on the surface of the porous semiconductor layer 3 after separation (including the inside of the pores), this is treated with water or an alcohol solvent, or a mixed solvent thereof (in some cases Wash with acidic solution). That is, the pH of the alkaline solution is lowered by the cleaning, and zinc hydroxide (Zn (OH) 2 ) is deposited on the surface of the porous semiconductor layer 3 (including the pore inner surface).
3. The porous semiconductor layer 3 after separation is dried by heating (for example, 30 ° C. or higher and lower than 450 ° C., preferably 50 ° C. or higher and 200 ° C. or lower) (zinc hydroxide changes to zinc oxide).

このように多孔質半導体層3の分離・洗浄・乾燥工程によって、ほぼ自動的に多孔質半導体層3上に酸化亜鉛を分散保持することができる。また、多孔質半導体層3をpH8以上、好ましくはpH10以上でテトラヒドロキシ亜鉛酸イオンが適当な濃度存在する溶解用溶液5中に浸漬したまま、その溶液のpHを8以下にすることで、溶解用溶液5中に水酸化亜鉛を析出(一部は多孔性半導体層3上に析出する)させ、その後に多孔質半導体層3を取り出して洗浄および乾燥してもよい。   Thus, zinc oxide can be dispersed and held on the porous semiconductor layer 3 almost automatically by the steps of separating, washing and drying the porous semiconductor layer 3. Further, the porous semiconductor layer 3 is dissolved by setting the pH of the solution to 8 or less while being immersed in the dissolving solution 5 having a suitable concentration of tetrahydroxyzincate ions at pH 8 or more, preferably pH 10 or more. Zinc hydroxide may be deposited in the working solution 5 (partially deposited on the porous semiconductor layer 3), and then the porous semiconductor layer 3 may be taken out and washed and dried.

また、テトラヒドロキシ亜鉛酸イオンが適当な濃度存在する溶解用溶液5中に多孔質半導体層3を浸漬した状態で、溶液温度を上昇(30℃以上100℃以下)することで水酸化亜鉛の状態を経ずに多孔質半導体層3上に酸化亜鉛を析出してもよく、さらに酸化亜鉛や金属亜鉛を溶解した亜鉛塩溶液中で電析を行なうことによって多孔質半導体層3上に酸化亜鉛を析出してもよい。   Further, the state of zinc hydroxide can be obtained by increasing the solution temperature (30 ° C. or more and 100 ° C. or less) while the porous semiconductor layer 3 is immersed in the solution 5 for dissolution in which tetrahydroxyzincate ions are present at an appropriate concentration. Zinc oxide may be deposited on the porous semiconductor layer 3 without passing through, and zinc oxide is deposited on the porous semiconductor layer 3 by electrodeposition in a zinc salt solution in which zinc oxide or metallic zinc is dissolved. It may be deposited.

なお、溶解用溶液5中の亜鉛イオンやテトラヒドロキシ亜鉛酸イオンの濃度は、基本的には耐熱基板1の大きさと、そこに形成する被溶解層2の厚み(すなわち金属亜鉛または酸化亜鉛の量)と溶解用溶液5の量によって調整できるが、溶解用溶液5中にあらかじめ、または被溶解層2の溶解後に金属亜鉛、酸化亜鉛、または各種亜鉛塩を溶解することで濃度調整を行なってもよい。   The concentration of zinc ions and tetrahydroxyzincate ions in the dissolution solution 5 basically depends on the size of the heat-resistant substrate 1 and the thickness of the dissolved layer 2 formed thereon (that is, the amount of metallic zinc or zinc oxide). ) And the amount of the dissolving solution 5, but the concentration can be adjusted by dissolving metal zinc, zinc oxide, or various zinc salts in the dissolving solution 5 in advance or after the dissolved layer 2 is dissolved. Good.

<樹脂製支持体>
分離後の多孔質半導体層3は樹脂製支持体6上に配置される。本発明における樹脂製支持体6は可撓性を持ち、好ましくは光透過性(例えば、可視光を平均50%以上、好ましくは70%以上透過する)を持つ。また、電荷輸送層9に揮発性溶媒が含まれる場合には、その溶媒に溶解せず、その揮発後の溶媒気体に対するガスバリア性を持つことが好ましい。 具体的にはポリエステル、エチレン・テトラフルオロエチレン共重合体、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、ポリエーテルスルフォン、ポリエーテルエーテルケトン、ポリイミド、ポリアミドイミド、ポリエーテルイミド、アクリル樹脂などを1層または複層組み合わせ、厚さ0.1mm〜5mm程度のフィルム状に加工して使用する。
<Resin support>
The separated porous semiconductor layer 3 is disposed on a resin support 6. The resin support 6 in the present invention is flexible and preferably has light transmission properties (for example, it transmits visible light on average 50% or more, preferably 70% or more). Further, when the charge transport layer 9 contains a volatile solvent, it is preferable that the charge transport layer 9 does not dissolve in the solvent and has a gas barrier property against the solvent gas after the volatilization. Specifically, polyester, ethylene / tetrafluoroethylene copolymer, polyethylene terephthalate, polyethylene naphthalate, polyether sulfone, polyether ether ketone, polyimide, polyamide imide, polyether imide, acrylic resin, etc. are combined in one or more layers The film is processed into a film having a thickness of about 0.1 mm to 5 mm.

本発明における樹脂製支持体6には必要に応じて透明導電層4、およびグリッド電極(透明導電層4に代わり、もしくは透明導電層4と接続されて、作用極3aで発生した電子を集電する金属電極であり、十分な開口率を持つメッシュやストライプなどの形状を採る)、出力端子(作用極3aまたは透明導電層4やグリッド電極と接続した導電端子であり、色素増感太陽電池と外部回路との接続部となる)などが形成される。さらに多孔質半導体層3を保持するため、または/および、多孔質半導体層3と透明導電層4などとを接続するために接着層または粘着層が形成されていても良い。これら接着層または粘着層は導電性を持つことが好ましい。   The resin support 6 according to the present invention collects the transparent conductive layer 4 and grid electrodes (in place of the transparent conductive layer 4 or connected to the transparent conductive layer 4 as necessary, and collects electrons generated at the working electrode 3a as necessary. A metal electrode that takes a shape such as a mesh or stripe having a sufficient aperture ratio), an output terminal (a conductive terminal connected to the working electrode 3a or the transparent conductive layer 4 or the grid electrode, and a dye-sensitized solar cell) Forming a connection portion with an external circuit). Furthermore, in order to hold the porous semiconductor layer 3 and / or to connect the porous semiconductor layer 3 and the transparent conductive layer 4 or the like, an adhesive layer or an adhesive layer may be formed. These adhesive layers or adhesive layers are preferably conductive.

グリッド電極は金、銀、アルミ、チタン、タンタル、タングステン、ニッケルなどの金属材料やそれらの合金をメッキ法、蒸着法、スパッタ法、ペースト塗布などの公知の方法により形成すればよい。出力端子もグリッド電極と同様の材料や方法で形成でき、さらにはハンダや銅箔、導電テープ等を用いて形成してもよい。   The grid electrode may be formed of a metal material such as gold, silver, aluminum, titanium, tantalum, tungsten, nickel or an alloy thereof by a known method such as plating, vapor deposition, sputtering, or paste application. The output terminal can also be formed using the same material and method as the grid electrode, and may be formed using solder, copper foil, conductive tape, or the like.

接着層または粘着層としてはエポキシ樹脂、シリコーン樹脂、アクリル樹脂、オレフィン樹脂などを用いることができ、必要に応じてこれらの樹脂中に金、銀、チタン、タンタル、タングステン、ニッケルなどの金属材料やITO、酸化スズ(フッ素をドープしてもよい)、酸化亜鉛などからなる粒子を混合することにより導電性を持たせることができる。   An epoxy resin, silicone resin, acrylic resin, olefin resin, or the like can be used as the adhesive layer or the adhesive layer. If necessary, a metal material such as gold, silver, titanium, tantalum, tungsten, nickel, Conductivity can be imparted by mixing particles made of ITO, tin oxide (which may be doped with fluorine), zinc oxide, or the like.

<色素>
本発明における色素としては、可視光領域および/または赤外光領域に吸収をもつ種々の色素(金属錯体や有機色素)を用いることができる。例えば、ルテニウムビピリジン系色素、アゾ系色素、キノン系色素、キノンイミン系色素、キナクリドン系色素、スクアリリウム系色素、シアニン系色素、メロシアニン系色素、トリフェニルメタン系色素、キサンテン系色素、ポルフィリン系色素、フタロシアニン系色素、ベリレン系色素、インジゴ系色素、ナフタロシアニン系色素等が挙げられる。
<Dye>
As the dye in the present invention, various dyes (metal complexes and organic dyes) having absorption in the visible light region and / or the infrared light region can be used. For example, ruthenium bipyridine dye, azo dye, quinone dye, quinone imine dye, quinacridone dye, squarylium dye, cyanine dye, merocyanine dye, triphenylmethane dye, xanthene dye, porphyrin dye, phthalocyanine And dyes, berylene dyes, indigo dyes, naphthalocyanine dyes, and the like.

これら色素を多孔質半導体層3に吸着して色素増感太陽電池の作用極3aを形成する。
色素を多孔質半導体層3に吸着させる方法としては、例えば色素溶液を多孔質半導体層3に塗布(スプレー塗布を含む)する方法、または多孔質半導体層3を色素溶液に浸漬(加熱還流する場合を含む)する方法が挙げられる。多孔質半導体層3を色素溶液に5分〜60時間程度浸漬し、これを取り出した後に洗浄および乾燥を行なうことが好ましい。
These dyes are adsorbed on the porous semiconductor layer 3 to form the working electrode 3a of the dye-sensitized solar cell.
As a method of adsorbing the dye to the porous semiconductor layer 3, for example, a method of applying a dye solution to the porous semiconductor layer 3 (including spray coating) or a case of immersing the porous semiconductor layer 3 in the dye solution (when heated to reflux) Method). It is preferable to immerse the porous semiconductor layer 3 in the dye solution for about 5 minutes to 60 hours, and after taking it out, washing and drying.

色素溶液に用いる溶媒は、色素を溶解可能なものであれば任意である。具体的には、エタノール等のアルコール類、アセトン等のケトン類、ジエチルエーテル、テトラヒドロフラン等のエーテル類、アセトニトリル等の窒素化合物類、クロロホルム等のハロゲン化脂肪族炭化水素、ヘキサン等の脂肪族炭化水素、ベンゼン等の芳香族炭化水素、酢酸エチル等のエステル類、水等が挙げられる。これらの溶媒は2種類以上を混合して用いることもできる。   The solvent used in the dye solution is arbitrary as long as it can dissolve the dye. Specifically, alcohols such as ethanol, ketones such as acetone, ethers such as diethyl ether and tetrahydrofuran, nitrogen compounds such as acetonitrile, halogenated aliphatic hydrocarbons such as chloroform, and aliphatic hydrocarbons such as hexane , Aromatic hydrocarbons such as benzene, esters such as ethyl acetate, water and the like. Two or more of these solvents can be used in combination.

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るが、吸着機能を向上させるためにはできるだけ高濃度のほうがよい。例えば1×10−5mol/l以上であることが好ましく、5×10−5mol/l〜1×10−2mol/lであることが特に好ましい。 The concentration of the dye in the solution can be appropriately adjusted depending on the kind of the dye and the solvent to be used, but in order to improve the adsorption function, the concentration is preferably as high as possible. For example, it is preferably 1 × 10 −5 mol / l or more, particularly preferably 5 × 10 −5 mol / l to 1 × 10 −2 mol / l.

<対極>
本発明における対極7は、作用極3aと対向して一対の電極を構成するものであり、可撓性を持つ。また、それ自体が導電性を有するもの(例えば金、白金、銀、銅、アルミニウム、ニッケル、チタン、タンタル、タングステン等の金属やステンレス等の合金、またはカーボン)であってもよいし、樹脂製支持体6と同様の材料・形状からなる対極用支持体上に導電層(例えば金、白金、チタン、タンタル、タングステン等の金属やステンレス等の合金、カーボン、ITO、酸化スズ等)を形成したものであってもよい。
<Counter electrode>
The counter electrode 7 in the present invention constitutes a pair of electrodes facing the working electrode 3a and has flexibility. In addition, it may be conductive (for example, a metal such as gold, platinum, silver, copper, aluminum, nickel, titanium, tantalum, tungsten, an alloy such as stainless steel, or carbon), or a resin. A conductive layer (for example, a metal such as gold, platinum, titanium, tantalum or tungsten, an alloy such as stainless steel, carbon, ITO, tin oxide, or the like) was formed on the support for the counter electrode made of the same material and shape as the support 6. It may be a thing.

なお、対極7の表面には電荷輸送層9との電荷移動を促進する(触媒機能という)ため、白金やカーボンなどの触媒薄膜(薄膜が島状に形成されている場合を含む)を適宜形成する。例えば白金薄膜厚は、1nm〜1μm程度が好ましい。   In addition, in order to promote the charge transfer with the charge transport layer 9 (referred to as a catalytic function) on the surface of the counter electrode 7, a catalyst thin film (including a case where the thin film is formed in an island shape) such as platinum or carbon is appropriately formed. To do. For example, the platinum thin film thickness is preferably about 1 nm to 1 μm.

<電荷輸送層>
本発明における電荷輸送層9は、樹脂製支持体6と対極7によって挟持された電解質含有層であり、酸化還元種(イオン)とこれを保持可能な媒体からなる。例えば媒体として液体を用いれば電解液となり、高分子ゲルを用いればゲル電解質となる。
<Charge transport layer>
The charge transport layer 9 in the present invention is an electrolyte-containing layer sandwiched between a resin support 6 and a counter electrode 7 and is composed of a redox species (ion) and a medium capable of holding it. For example, when a liquid is used as a medium, an electrolytic solution is obtained, and when a polymer gel is used, a gel electrolyte is obtained.

酸化還元種は、具体的には、鉄系、コバルト系など金属類や、塩素、臭素、ヨウ素などのハロゲンであり、一般にヨウ素が用いられる。   Specifically, the redox species are metals such as iron and cobalt, and halogens such as chlorine, bromine and iodine, and iodine is generally used.

ヨウ素を酸化還元種として用いる場合、ヨウ化リチウム、ヨウ化ナトリウム、ヨウ化カリウム、ヨウ化カルシウム等の金属ヨウ化物と組み合わせて用いることが最も好ましい。   When iodine is used as a redox species, it is most preferably used in combination with a metal iodide such as lithium iodide, sodium iodide, potassium iodide or calcium iodide.

さらに、ジメチルプロピルイミダゾールアイオダイド等のイミダゾール塩等を混入させてもよい。       Further, an imidazole salt such as dimethylpropylimidazole iodide may be mixed.

上記酸化還元種を溶解または分散し、保持するための溶媒の例としては、プロピレンカーボネート等のカーボネート化合物、アセトニトリル等のニトリル化合物、エタノール等のアルコール類、その他、水や非プロトン極性物質等が挙げられるが、その中でも、カーボネート化合物やニトリル化合物が好ましい。これらの溶媒は2種類以上を混合して用いることもできる。溶媒の揮発が問題となる場合は、溶媒の代わりに溶融塩を用いてもよい。   Examples of the solvent for dissolving or dispersing and retaining the redox species include carbonate compounds such as propylene carbonate, nitrile compounds such as acetonitrile, alcohols such as ethanol, water, aprotic polar substances, and the like. Among these, carbonate compounds and nitrile compounds are preferable. Two or more of these solvents can be used in combination. When the volatilization of the solvent becomes a problem, a molten salt may be used instead of the solvent.

なお、電荷輸送層9中の電解質濃度は、電解質の種類により適宜選択され得るが、一般的には0.01mol/l〜1.5mol/lの範囲が好ましい。   In addition, although the electrolyte concentration in the charge transport layer 9 can be appropriately selected depending on the type of the electrolyte, it is generally preferably in the range of 0.01 mol / l to 1.5 mol / l.

<封止層>
電荷輸送層9中の溶媒の揮発や、外部からの水等の浸入を防ぐために、樹脂製支持体6と対極7との間を封止する封止層8を形成することが好ましい(電荷輸送層9の媒体として固体材料を用いるなどの対応により、溶媒の揮発や流出の心配がない場合には封止層8は必ずしも必要ではない)。
<Sealing layer>
In order to prevent volatilization of the solvent in the charge transport layer 9 and intrusion of water or the like from the outside, it is preferable to form a sealing layer 8 that seals between the resin support 6 and the counter electrode 7 (charge transport). The sealing layer 8 is not necessarily required when there is no concern about the volatilization or outflow of the solvent due to measures such as using a solid material as the medium of the layer 9).

本発明における封止層8は、シリコーン樹脂、アイオノマー樹脂、エポキシ樹脂、ポリイソブチレン系樹脂などからなり、単独で、または2種類以上の材料を組み合わせて用いることができる。なお、熱可塑性、熱硬化性、光硬化性の何れかの性質を持っていることが好ましい。   The sealing layer 8 in the present invention is made of a silicone resin, an ionomer resin, an epoxy resin, a polyisobutylene resin, or the like, and can be used alone or in combination of two or more kinds of materials. In addition, it is preferable to have any property of thermoplasticity, thermosetting property, and photocuring property.

封止層8のパターンは、ペースト状の樹脂を用いる場合はディスペンサやスクリーン印刷などの方法によって形成することができる。また、シート状の樹脂を用いる場合は、そのシート状樹脂をカッターやレーザー等を用いて切断し、パターン化すればよい。   The pattern of the sealing layer 8 can be formed by a method such as dispenser or screen printing when a paste-like resin is used. When using a sheet-like resin, the sheet-like resin may be cut and patterned using a cutter, a laser, or the like.

<色素増感太陽電池および色素増感太陽電池モジュール>
本発明における色素増感太陽電池は、可撓性を持つ樹脂製支持体6上に配置された作用極3aと、作用極3aと対向配置された対極7と、作用極3aと対極7に挟持された電荷輸送層9からなる。
<Dye-sensitized solar cell and dye-sensitized solar cell module>
The dye-sensitized solar cell of the present invention is sandwiched between a working electrode 3a disposed on a flexible resin support 6, a counter electrode 7 disposed opposite to the working electrode 3a, and the working electrode 3a and the counter electrode 7. The charge transport layer 9 is formed.

ここで、一般の電気機器に使用可能な(少なくとも1V以上であり、例えば4V、6V、12Vなどの)動作電圧を持つ色素増感太陽電池を得るには、樹脂製支持体6上に形成された複数のユニットセルにおいて、1つの作用極3a(一般的には作用極3aと接続した透明導電層4)と、そのユニットセルに隣接するユニットセルの対極7(一般的には対極7を構成する導電層)を直列接続して色素増感太陽電池モジュールとすればよい。具体的にはシリコーン樹脂、アクリル樹脂、アイオノマー樹脂、エポキシ樹脂、ポリイソブチレン系樹脂などの樹脂中に金、銀、チタン、タンタル、タングステン、ニッケルなどの金属材料やITO、酸化スズ、酸化亜鉛、またはカーボンなどからなる微粒子を混合して導電性を持たせた導電性接着剤を用い、各ユニットセル間を接着することにより作用極3aと隣接する対極7を電気的に接続する方法を挙げることができる。この方法を用いることにより、まず樹脂製支持体6と対極7との強固な接着が行なえる。及び、ユニットセル間の確実な分離が行なえる。更に、ユニットセル間の電気的接続が行なえる。という効果を同時に得ることができる。   Here, in order to obtain a dye-sensitized solar cell having an operating voltage (at least 1 V or more, for example, 4 V, 6 V, 12 V, etc.) that can be used for general electric equipment, it is formed on the resin support 6. In a plurality of unit cells, one working electrode 3a (generally a transparent conductive layer 4 connected to the working electrode 3a) and a counter electrode 7 (generally a counter electrode 7) of a unit cell adjacent to the unit cell are configured. Conductive layers) may be connected in series to form a dye-sensitized solar cell module. Specifically, a metal material such as gold, silver, titanium, tantalum, tungsten, nickel, ITO, tin oxide, zinc oxide, or the like in a resin such as a silicone resin, an acrylic resin, an ionomer resin, an epoxy resin, or a polyisobutylene resin Examples include a method of electrically connecting the working electrode 3a and the adjacent counter electrode 7 by adhering each unit cell by using a conductive adhesive mixed with fine particles made of carbon or the like to give conductivity. it can. By using this method, first, the resin support 6 and the counter electrode 7 can be firmly bonded. And reliable separation between unit cells can be performed. Furthermore, electrical connection between unit cells can be made. Can be obtained at the same time.

以下、実施例により本発明をさらに詳しく説明する。
<実施例1>
本発明の第1の実施例として、溶解用溶液5のpH変化による酸化亜鉛の生成例を、図4を用いて説明する。
Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to examples.
<Example 1>
As a first embodiment of the present invention, an example of zinc oxide generation by pH change of the dissolving solution 5 will be described with reference to FIG.

耐熱基板1として200mm角(厚さ2mm)のガラス基板(日本板硝子社製)を用い、これを洗浄後、片面全体にスパッタ法により1μm厚の酸化亜鉛層(被溶解層2)を形成した。   A 200 mm square (2 mm thick) glass substrate (manufactured by Nippon Sheet Glass Co., Ltd.) was used as the heat-resistant substrate 1, and after washing, a 1 μm thick zinc oxide layer (dissolved layer 2) was formed on the entire surface by sputtering.

市販の酸化チタンペースト(Solaronix社製、商品名Ti−Nanoxide D/SP、平均粒径13nm)をスクリーン印刷法により、耐熱基板1上に1cm角で塗布し、500℃で20分間焼成することで、膜厚30μmの多孔質半導体層3を得た(図4(a)に示すように25個形成。ただし作用極3aとしては、1個づつ単独で使用する)。   A commercially available titanium oxide paste (manufactured by Solaronix, trade name: Ti-Nanoxide D / SP, average particle size: 13 nm) is applied to the heat-resistant substrate 1 by 1 cm square by screen printing, and baked at 500 ° C. for 20 minutes. Thus, a porous semiconductor layer 3 having a film thickness of 30 μm was obtained (25 pieces were formed as shown in FIG. 4A. However, the working electrodes 3a were used individually one by one).

次に樹脂製支持体6を配置する。3cm角、厚さ125μmのITO付きポリエチレンテレフタレートフィルム(トービ(株)製、商品名OTEC)上にITOインク(住友金属鉱山(株)製、商品名X−100)を2cm角で最終膜厚4〜5μmになるようにスクリーン印刷し、これを耐熱基板1上の多孔質半導体層3形成領域に重ね合わせ、80℃・20分間のプレスによって両者を貼り合せた(図4(b))。ここで、フィルム上にあらかじめ形成されていたITOが透明導電層4であり、塗布されたITOインクは導電性接着剤41として働く。   Next, the resin support 6 is disposed. A 3 cm square, 125 μm thick ITO terephthalate film with ITO (trade name OTEC, manufactured by Tobi Co., Ltd.) and ITO ink (manufactured by Sumitomo Metal Mining Co., Ltd., trade name X-100) with a 2 cm square final film thickness 4 Screen printing was performed so that the thickness was ˜5 μm, and this was overlaid on the porous semiconductor layer 3 formation region on the heat-resistant substrate 1, and both were bonded by pressing at 80 ° C. for 20 minutes (FIG. 4B). Here, the ITO previously formed on the film is the transparent conductive layer 4, and the applied ITO ink works as the conductive adhesive 41.

この積層膜つき耐熱基板1に1.5mol/lの水酸化ナトリウム水溶液(溶解用溶液5)をスプレー散布し、耐熱基板1と多孔質半導体層3とを分離した(図4(c))。ここで、被溶解層2中の亜鉛はテトラヒドロキシ亜鉛酸イオンとして溶解用溶液5中に溶解する。   A 1.5 mol / l sodium hydroxide aqueous solution (dissolution solution 5) was sprayed on the heat-resistant substrate 1 with the laminated film to separate the heat-resistant substrate 1 and the porous semiconductor layer 3 (FIG. 4C). Here, zinc in the dissolved layer 2 is dissolved in the dissolving solution 5 as tetrahydroxyzincate ions.

次に、分離した樹脂製支持体6(多孔質半導体層3付き)を純水によりスプレー洗浄し、100℃で1時間乾燥することにより、粒状の酸化亜鉛で部分的に被覆された多孔質酸化チタン層を得た。ここで、酸化亜鉛の存在はデジタルマイクロスコープ(キーエンス(株)製 VHX200)ならびに薄膜X線回折装置(理学電機社製 RINT2100)により確認した。   Next, the separated resin support 6 (with the porous semiconductor layer 3) is spray-washed with pure water and dried at 100 ° C. for 1 hour, whereby porous oxidation partially covered with granular zinc oxide is performed. A titanium layer was obtained. Here, the presence of zinc oxide was confirmed by a digital microscope (VHX200 manufactured by Keyence Corporation) and a thin film X-ray diffractometer (RINT2100 manufactured by Rigaku Corporation).

以下に、この分散保持の原理を説明する。
まず、洗浄工程前の多孔質半導体層3の表面や空孔中にはテトラヒドロキシ亜鉛酸イオンを含む溶解用溶液5が付着および含浸している。
Below, the principle of this dispersion | distribution holding | maintenance is demonstrated.
First, the surface of the porous semiconductor layer 3 and the pores before the cleaning step are adhered and impregnated with the dissolving solution 5 containing tetrahydroxyzincate ions.

ここで、余分なアルカリ成分を除去するために水やアルコールなど(場合によっては酸性溶液を含む)を用いて多孔質半導体層2を洗浄すると、多孔質半導体層2の表面や空孔中に含浸されたアルカリ溶液は希釈(場合によっては中和)され、pHが低下するためにテトラヒドロキシ亜鉛酸イオンは水酸化亜鉛となって析出し、その一部が多孔質半導体層2の表面および空孔中に保持される。水酸化亜鉛は常温(25℃)においても酸化亜鉛へと変化するが、多孔質半導体層3の乾燥のための加熱(例えば30℃以上450℃未満)によって、より速やかに酸化亜鉛へと変化する。   Here, when the porous semiconductor layer 2 is washed with water, alcohol or the like (including an acidic solution in some cases) in order to remove excess alkali components, the surface and pores of the porous semiconductor layer 2 are impregnated. The alkaline solution is diluted (neutralized in some cases) and the pH is lowered, so that tetrahydroxyzincate ions are precipitated as zinc hydroxide, and some of them are formed on the surface of the porous semiconductor layer 2 and the pores. Held in. Zinc hydroxide changes to zinc oxide even at room temperature (25 ° C.), but changes more rapidly to zinc oxide by heating for drying the porous semiconductor layer 3 (for example, 30 ° C. or higher and lower than 450 ° C.). .

このことにより、多孔質半導体層2の少なくとも一部に、その伝導帯のエネルギーレベルよりも高いエネルギーレベルを有する金属酸化物(本実施例1においては酸化亜鉛)が分散保持された構造が実現できる。   As a result, it is possible to realize a structure in which a metal oxide (zinc oxide in the first embodiment) having an energy level higher than the energy level of the conduction band is dispersed and held in at least a part of the porous semiconductor layer 2. .

次に、N719(Solaronix社製 Ru535bisTBA)を、3×10−4mol/lの濃度となるようエタノールに溶解し、色素溶液を調製した。この色素溶液に多孔質半導体層3を形成した樹脂製支持体6を120時間25℃で保持し、色素を多孔質半導体層3に吸着させた。その後、エタノールで洗浄・乾燥を行ない、作用極3aとした。 Next, N719 (Ru535bisTBA manufactured by Solaronix) was dissolved in ethanol to a concentration of 3 × 10 −4 mol / l to prepare a dye solution. The resin support 6 on which the porous semiconductor layer 3 was formed in this dye solution was held at 25 ° C. for 120 hours to adsorb the dye to the porous semiconductor layer 3. Then, it wash | cleaned and dried with ethanol and it was set as the working electrode 3a.

樹脂製支持体6と同じ3cm角のITO付きポリエチレンテレフタレートフィルムに白金を薄く(50nm)スパッタしたものを対極7として用い、これと作用極3a付き樹脂製支持体6を、厚さ50μmの熱可塑性フィルム(三井デュポン社製、商品名ハイミラン)を支持体外周の封止層8として100℃、1時間の真空プレスにより貼りあわせた。その後、対極7にあらかじめ開けておいた電解質注入口より、電解液を注入することで電荷輸送層9を形成した。この電解液はヨウ化リチウム(0.1M)、ヨウ素(0.01M)、t−ブチルピリジン(0.5M)、ヨウ化ジメチルプロピルイミダゾリウム(0.6M)のアセトニトリル溶液である。   The same 3 cm square polyethylene terephthalate film with ITO as the resin support 6 is sputtered with platinum (50 nm) as a counter electrode 7, and this and the resin support 6 with the working electrode 3 a are thermoplastic having a thickness of 50 μm. A film (made by Mitsui DuPont, trade name High Milan) was attached as a sealing layer 8 on the outer periphery of the support by a vacuum press at 100 ° C. for 1 hour. Then, the charge transport layer 9 was formed by injecting an electrolyte solution from an electrolyte injection port previously opened in the counter electrode 7. This electrolytic solution is an acetonitrile solution of lithium iodide (0.1M), iodine (0.01M), t-butylpyridine (0.5M), and dimethylpropylimidazolium iodide (0.6M).

最後に電解質注入口をハイミランにてシールすることで色素増感太陽電池を製造した。
得られた色素増感太陽電池に対してソーラーシミュレータ(ワコム社製、光量100mW/cm)を用いてIV特性評価を行なったところ、短絡電流(JSC)が15.9mA/cm、開放電圧(VOC)が0.74V、フィルファクタ(FF)が0.67、光電変換効率(η)は7.9%であった。
<比較例>
比較例として、酸化亜鉛を用いない色素増感太陽電池の例を示す。
Finally, a dye-sensitized solar cell was manufactured by sealing the electrolyte injection port with high Milan.
When the obtained dye-sensitized solar cell was subjected to IV characteristic evaluation using a solar simulator (Wacom Co., Ltd., light quantity: 100 mW / cm 2 ), the short-circuit current (J SC ) was 15.9 mA / cm 2 , open. The voltage (V OC ) was 0.74 V, the fill factor (FF) was 0.67, and the photoelectric conversion efficiency (η) was 7.9%.
<Comparative example>
As a comparative example, an example of a dye-sensitized solar cell that does not use zinc oxide is shown.

実施例1における酸化亜鉛層の代わりにアルミニウムを1μmスパッタし、これを被溶解層2とした。   Instead of the zinc oxide layer in Example 1, 1 μm of aluminum was sputtered to form a layer 2 to be dissolved.

そこに実施例1に準じて多孔質半導体層3、透明導電層4、樹脂製支持体6を形成、これを希硫酸に浸漬して被溶解層2を溶解した。分離した樹脂製支持体6(多孔質半導体層3付き)はアルミニウムイオンが残留しないように希硫酸と純水にて充分に洗浄し、その後100℃で1時間乾燥した。   Then, the porous semiconductor layer 3, the transparent conductive layer 4, and the resin support 6 were formed according to Example 1, and this was immersed in dilute sulfuric acid to dissolve the dissolved layer 2. The separated resin support 6 (with the porous semiconductor layer 3) was sufficiently washed with dilute sulfuric acid and pure water so that no aluminum ions remained, and then dried at 100 ° C. for 1 hour.

さらに、実施例1に準じた色素吸着、対極7の貼り合わせ、電荷輸送層9の形成と電解質注入口のシールを行ない、ソーラーシミュレータ(実施例1と同じ)を用いてIV特性評価を行なったところ、短絡電流(JSC)が14.7mA/cm、開放電圧(VOC)が0.69V、フィルファクタ(FF)が0.65、光電変換効率(η)は6.6%であった。実施例1に比べて光電変換効率が低い原因は、酸化チタンからなる多孔質半導体層3上に酸化亜鉛が形成されていないことによると考えられる。 Furthermore, dye adsorption according to Example 1, bonding of the counter electrode 7, formation of the charge transport layer 9 and sealing of the electrolyte inlet were performed, and IV characteristics were evaluated using a solar simulator (same as Example 1). However, the short-circuit current (J SC ) was 14.7 mA / cm 2 , the open-circuit voltage (V OC ) was 0.69 V, the fill factor (FF) was 0.65, and the photoelectric conversion efficiency (η) was 6.6%. It was. It is considered that the reason why the photoelectric conversion efficiency is lower than that of Example 1 is that zinc oxide is not formed on the porous semiconductor layer 3 made of titanium oxide.

<実施例2>
本発明の第2の実施例として、溶解用溶液5の温度変化による酸化亜鉛の生成例を説明する。すなわち、テトラヒドロキシ亜鉛酸イオンを含むアルカリ溶液(例えば水溶液やアルコール含有水溶液)の温度を上昇させることで、アルカリ溶液から直接(水酸化亜鉛を経由せずに)酸化亜鉛が析出することが知られている。反応式は
Zn(OH) 2− −(加熱)→ ZnO+HO+2OH
である。この反応を用いれば、被溶解層2と多孔質半導体層3が積層された耐熱基板1を溶解用溶液5中に浸漬して被溶解層2を溶解し(必要に応じて、テトラヒドロキシ亜鉛酸イオンが生成するように溶液のpHを調整してもよい)、耐熱基板1を取り除いた後に溶解用溶液5を加熱(加熱温度は室温以上であれば任意であるが、好ましくは30℃以上100℃以下、より好ましくは60℃以上95℃以下である。加熱時間としては30分から5時間程度が好ましい)することで、多孔質半導体層3上に酸化亜鉛を被覆形成することができる。
<Example 2>
As a second embodiment of the present invention, an example of generation of zinc oxide due to a temperature change of the dissolving solution 5 will be described. That is, it is known that zinc oxide precipitates directly (without going through zinc hydroxide) from an alkaline solution by raising the temperature of an alkaline solution (for example, an aqueous solution or an alcohol-containing aqueous solution) containing tetrahydroxyzincate ions. ing. The reaction formula is Zn (OH) 4 2− (heating) → ZnO + H 2 O + 2OH
It is. When this reaction is used, the heat-resistant substrate 1 in which the layer to be dissolved 2 and the porous semiconductor layer 3 are laminated is immersed in the dissolution solution 5 to dissolve the layer to be dissolved 2 (if necessary, tetrahydroxyzinc acid The pH of the solution may be adjusted so that ions are generated), and the dissolution solution 5 is heated after removing the heat-resistant substrate 1 (optional if the heating temperature is room temperature or higher, preferably 30 ° C. or higher and 100 The heating time is preferably from 30 ° C. to 95 ° C. The heating time is preferably from about 30 minutes to 5 hours, so that zinc oxide can be coated on the porous semiconductor layer 3.

まず、耐熱基板1として200mm角(厚さ2mm)日本板硝子社製ガラス基板を用い、洗浄後に被溶解層2として1μm厚の金属亜鉛層を蒸着した。ここに実施例1と同じ酸化チタンペーストを用いて1cm角のスクリーン印刷を行ない、500℃で20分間焼成することで、膜厚30μmの多孔質半導体層3を得た。   First, a 200 mm square (thickness 2 mm) glass substrate manufactured by Nippon Sheet Glass Co., Ltd. was used as the heat-resistant substrate 1, and a 1 μm thick metal zinc layer was deposited as the melted layer 2 after cleaning. Here, 1 cm square screen printing was performed using the same titanium oxide paste as in Example 1, and the porous semiconductor layer 3 having a thickness of 30 μm was obtained by baking at 500 ° C. for 20 minutes.

この多孔質半導体層3付き耐熱基板1と、3cm角のITO付きポリエチレンテレフタレートフィルム(樹脂製支持体6)とを、実施例1に準じて貼り合わせた。これを0.5mol/lの硝酸水溶液(溶解用溶液5)に浸漬し、被溶解層2を溶解した。溶解時の硝酸水溶液温度は25℃であった。   The heat-resistant substrate 1 with the porous semiconductor layer 3 and a 3 cm square polyethylene terephthalate film with ITO (resin support 6) were bonded together according to Example 1. This was immersed in a 0.5 mol / l nitric acid aqueous solution (dissolution solution 5) to dissolve the layer 2 to be dissolved. The temperature of the nitric acid aqueous solution at the time of dissolution was 25 ° C.

耐熱基板1を取り除いた硝酸水溶液に硝酸亜鉛を加え(最終的に溶液中のテトラヒドロキシ亜鉛酸イオンが0.1mol/l程度になるように調整する)、ここに1.5mol/lのアンモニア水を滴下しつつ、ゆるやかに攪拌した。当初白色沈殿(水酸化亜鉛)が見られるが、やがて透明なアルカリ溶液が得られた。このアルカリ溶液中に多孔質半導体層3付き樹脂製支持体6を浸漬したまま、90℃で1時間、還流状態に置いた。その後、この多孔質半導体層3付き樹脂製支持体6をアルカリ溶液から取り出し、純水で洗浄、乾燥して、酸化亜鉛被膜により島状に被覆された多孔質酸化チタン層を得た。ここで、酸化亜鉛の存在はデジタルマイクロスコープ(キーエンス(株)製 VHX200)ならびに薄膜X線回折装置(理学電機社製 RINT2100)により確認した。   Zinc nitrate is added to the nitric acid aqueous solution from which the heat-resistant substrate 1 has been removed (finally adjusted so that tetrahydroxyzincate ions in the solution are about 0.1 mol / l), and 1.5 mol / l ammonia water is added here. The solution was stirred gently while adding dropwise. A white precipitate (zinc hydroxide) was initially observed, but a transparent alkaline solution was obtained. The resin support 6 with the porous semiconductor layer 3 was immersed in this alkaline solution, and placed in a reflux state at 90 ° C. for 1 hour. Thereafter, the resin support 6 with the porous semiconductor layer 3 was taken out of the alkaline solution, washed with pure water, and dried to obtain a porous titanium oxide layer coated in an island shape with a zinc oxide coating. Here, the presence of zinc oxide was confirmed by a digital microscope (VHX200 manufactured by Keyence Corporation) and a thin film X-ray diffractometer (RINT2100 manufactured by Rigaku Corporation).

さらに、実施例1に準じた色素吸着、対極7の貼り合わせ、電荷輸送層9の形成と電解質注入口のシールを行ない、ソーラーシミュレータ(実施例1と同じ)を用いてIV特性評価を行なったところ、実施例1の色素増感太陽電池と同等の性能を得た。   Furthermore, dye adsorption according to Example 1, bonding of the counter electrode 7, formation of the charge transport layer 9 and sealing of the electrolyte inlet were performed, and IV characteristics were evaluated using a solar simulator (same as Example 1). However, performance equivalent to that of the dye-sensitized solar cell of Example 1 was obtained.

<実施例3>
本発明の第3の実施例として、電析による酸化亜鉛の生成例を図5を用いて説明する。すなわち酸化亜鉛の生成反応として、亜鉛塩水溶液からの電析反応が知られている。例えば硝酸亜鉛(Zn(NO)の場合、
Zn2++NO +2e → ZnO+NO (E=+0.246V vs.SCE)
である。この反応を用いれば、耐熱基板1上に積層された被溶解層2と多孔質半導体層3に対し、透明導電層4と樹脂製支持体6とを配置した後に、これらを溶解用溶液5(本実施形態においては硝酸等の酸水溶液が好ましい)中に浸漬して被溶解層2を溶解し、耐熱基板1を取り除いた後に透明導電層4に電圧を印加することで、多孔質半導体3上に酸化亜鉛を析出することができる。印加電圧は−0.5V〜―1.5V(vs.SCE)であり、電析時間としては10分から2時間程度が好ましい。
<Example 3>
As a third embodiment of the present invention, an example of zinc oxide generation by electrodeposition will be described with reference to FIG. That is, an electrodeposition reaction from an aqueous zinc salt solution is known as a zinc oxide formation reaction. For example, in the case of zinc nitrate (Zn (NO 3 ) 2 ),
Zn 2+ + NO 3 + 2e → ZnO + NO 2 (E 0 = + 0.246 V vs. SCE)
It is. If this reaction is used, after disposing the transparent conductive layer 4 and the resin support 6 on the layer to be dissolved 2 and the porous semiconductor layer 3 laminated on the heat-resistant substrate 1, the solution 5 ( In this embodiment, an acid aqueous solution such as nitric acid is preferable), the layer 2 to be dissolved is dissolved, and the heat-resistant substrate 1 is removed, and then a voltage is applied to the transparent conductive layer 4 so that the porous semiconductor 3 is coated. Zinc oxide can be deposited on the substrate. The applied voltage is -0.5 V to -1.5 V (vs. SCE), and the electrodeposition time is preferably about 10 minutes to 2 hours.

まず、耐熱基板1として図5(a)のような溝51を形成した100mm角(厚さ2mm)のガラス基板を用い、ここに1μm厚の金属亜鉛層(被溶解層2)をスパッタ形成した。   First, a 100 mm square (2 mm thick) glass substrate having grooves 51 as shown in FIG. 5A was used as the heat resistant substrate 1, and a 1 μm thick metal zinc layer (dissolved layer 2) was formed by sputtering. .

さらに実施例1と同じ酸化チタンペーストを用いて幅6mm、長さ90mm、10本(塗布領域間隔は2mm)のストライプ状にスクリーン印刷を行ない、500℃で20分間焼成することで、膜厚30μmの多孔質半導体層3を積層した(図5(a))。
樹脂製支持体6として、100mm角のITO付きポリエチレンテレフタレートフィルム(大きさ以外は実施例1と同じ)を準備し、感光性レジストを用いてITOを幅7mm、長さ95mm、10本(塗布領域間隔は1mm)のストライプ状にパターンエッチングした。
Furthermore, using the same titanium oxide paste as in Example 1, screen printing was performed in a stripe shape having a width of 6 mm, a length of 90 mm, and 10 pieces (interval between application areas of 2 mm), and baked at 500 ° C. for 20 minutes, resulting in a film thickness of 30 μm. The porous semiconductor layer 3 was laminated (FIG. 5A).
As a resin support 6, a 100 mm square polyethylene terephthalate film with ITO (except for the size is the same as in Example 1) was prepared, and a photosensitive resist was used to make ITO 7 mm wide, 95 mm long, 10 (coated area) Pattern etching was performed in the form of stripes having an interval of 1 mm).

さらにITOインク(実施例1と同じ)を上記エッチングしたITOと同形状でスクリーン印刷し、接着層52とした。このITOインク塗布領域と、耐熱基板1上の多孔質半導体層3とを重ね合わせて80℃・20分間のプレスによって両者を貼り合せた(図5(b))。これを0.5mol/lの硝酸水溶液(溶解用溶液5)に浸漬し、被溶解層2を溶解した(図5(c))。   Further, ITO ink (same as Example 1) was screen-printed in the same shape as the etched ITO to form an adhesive layer 52. This ITO ink application region and the porous semiconductor layer 3 on the heat-resistant substrate 1 were superposed and bonded together by pressing at 80 ° C. for 20 minutes (FIG. 5B). This was immersed in a 0.5 mol / l nitric acid aqueous solution (dissolution solution 5) to dissolve the dissolved layer 2 (FIG. 5C).

耐熱基板1を取り出した後、溶解用溶液5に硝酸亜鉛を加え(最終的に溶液中の亜鉛イオンが0.1mol/l程度になるように調整する)溶液を70℃まで加熱する。ここで溶液中に白金電極と参照電極を入れ、樹脂製支持体6上のITOに安定化電源53を繋いで電圧(−0.7V vs.SCE)を1時間印加(図5(c))した後、150℃で1時間乾燥することにより微結晶状酸化亜鉛により部分的に被覆された多孔質酸化チタン層を得た。ここで、酸化亜鉛の存在はデジタルマイクロスコープ(キーエンス(株)製 VHX200)ならびにX線回折装置(理学電機社製 RINT2100)により確認した。   After the heat-resistant substrate 1 is taken out, zinc nitrate is added to the dissolving solution 5 (the final adjustment is made so that the zinc ions in the solution are about 0.1 mol / l), and the solution is heated to 70 ° C. Here, a platinum electrode and a reference electrode are put in the solution, and a voltage (−0.7 V vs. SCE) is applied for 1 hour by connecting the stabilized power supply 53 to the ITO on the resin support 6 (FIG. 5C). Then, the porous titanium oxide layer partially covered with the microcrystalline zinc oxide was obtained by drying at 150 ° C. for 1 hour. Here, the presence of zinc oxide was confirmed with a digital microscope (VHX200 manufactured by Keyence Corporation) and an X-ray diffractometer (RINT2100 manufactured by Rigaku Corporation).

次に、実施例1に準じて色素吸着を行ない、作用極3aを得た。
対極7として、樹脂製支持体6と同じITO付きポリエチレンテレフタレートフィルムのITOをストライプ状にエッチングし、ITO上に白金薄膜を積層したものを準備し、樹脂製支持体6と対極7とを以下のようにして貼り合わせた。
Next, dye adsorption was performed according to Example 1 to obtain a working electrode 3a.
As the counter electrode 7, the same polyethylene terephthalate film with ITO as in the resin support 6 is etched in a stripe shape, and a platinum thin film is laminated on the ITO, and the resin support 6 and the counter electrode 7 are attached as follows. In this way, they were bonded together.

熱硬化性樹脂(スリーボンド社製、製品名Three Bond1152)にチタン粒子(東邦チタニウム社製、商品名TC−450:平均粒径45μm)を体積比で10%混合し、導電性接着剤54を作成した。
この導電性接着剤54を対極7のITO上(ストライプの長辺側端部)に幅0.8mmのストライプ状にスクリーン印刷し、樹脂製支持体6の外周には50μm厚のハイミランを封止層8として配置した。この状態で樹脂製支持体6と対極7を重ね合わせ、100℃で1時間真空プレスすることで、両基板を貼り合わせた。その後、対極7にあらかじめ開けておいた電解質注入口から実施例1と同じ電解液を注入することで電荷輸送層9を形成した。これにより、1つの作用極3aとそれに対向する白金薄膜付きITOとがユニットセルをなし、導電性接着剤54によってユニットセル同士が直列接続される。
A thermosetting resin (manufactured by Three Bond, product name Three Bond 1152) and titanium particles (manufactured by Toho Titanium Co., Ltd., product name TC-450: average particle size 45 μm) are mixed at a volume ratio of 10% to create a conductive adhesive 54 did.
This conductive adhesive 54 is screen-printed in a stripe shape with a width of 0.8 mm on the ITO of the counter electrode 7 (the end portion on the long side of the stripe), and 50 μm thick high Milan is sealed on the outer periphery of the resin support 6. Arranged as layer 8. In this state, the resin support 6 and the counter electrode 7 were superposed and vacuum-pressed at 100 ° C. for 1 hour to bond both substrates. Thereafter, the same electrolyte solution as that in Example 1 was injected from an electrolyte inlet previously opened in the counter electrode 7 to form the charge transport layer 9. As a result, one working electrode 3 a and the ITO with the platinum thin film opposed thereto form a unit cell, and the unit cells are connected in series by the conductive adhesive 54.

最後に電解質注入口をシールして色素増感太陽電池モジュール500(10個のユニットセルが直列接続されている)を作製した(図5(d))。   Finally, the electrolyte injection port was sealed to produce a dye-sensitized solar cell module 500 (10 unit cells connected in series) (FIG. 5D).

得られた色素増感太陽電池モジュール500に対してソーラーシミュレータ(実施例1と同じ)を用いてIV特性評価を行なったところ、短絡電流(JSC)が15.7mA/cm、開放電圧(VOC)が7.1V、フィルファクタ(FF)が0.66、光電変換効率(η)は7.0%であった。 When the obtained dye-sensitized solar cell module 500 was subjected to IV characteristic evaluation using a solar simulator (same as in Example 1), the short-circuit current (J SC ) was 15.7 mA / cm 2 , the open-circuit voltage ( V OC ) was 7.1 V, the fill factor (FF) was 0.66, and the photoelectric conversion efficiency (η) was 7.0%.

本発明における色素増感太陽電池の製造工程の一例を示す概略図である。It is the schematic which shows an example of the manufacturing process of the dye-sensitized solar cell in this invention. 本発明における色素増感太陽電池の製造工程の他の例を示す概略図である。It is the schematic which shows the other example of the manufacturing process of the dye-sensitized solar cell in this invention. 本発明における耐熱基板の表面形状の一例を示す概略図である。It is the schematic which shows an example of the surface shape of the heat-resistant board | substrate in this invention. 実施例1における色素増感太陽電池の製造工程を示す概略図である。FIG. 3 is a schematic view showing a production process of a dye-sensitized solar cell in Example 1. 実施例3における色素増感太陽電池モジュールの製造工程を示す概略図である。FIG. 6 is a schematic view showing a production process of a dye-sensitized solar cell module in Example 3.

符号の説明Explanation of symbols

1 耐熱基板
2 被溶解層
3 多孔質半導体層
3a 作用極(色素が吸着した多孔質半導体層)
4 透明導電層
5 溶解用溶液
6 樹脂製支持体
7 対極
8 封止層
9 電荷輸送層
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Heat-resistant board | substrate 2 To-be-dissolved layer 3 Porous semiconductor layer 3a Working electrode (porous semiconductor layer which the pigment | dye adsorbed)
4 Transparent conductive layer 5 Dissolution solution 6 Resin support 7 Counter electrode 8 Sealing layer 9 Charge transport layer

Claims (9)

色素を吸着した多孔質半導体層からなる作用極と、作用極を支持する可撓性樹脂製支持体と、対極と、作用極と対極間に挟持された電荷輸送層とからなる色素増感太陽電池であって、
前記多孔質半導体層は耐熱基板上に被溶解層を介して形成された多孔質半導体層を前記耐熱基板から剥離してなり、
前記被溶解層に含まれる金属または金属塩が前記多孔質半導体層を構成する半導体よりも伝導帯エネルギーレベルの高い金属酸化物を生成することにより、
前記多孔質半導体層の少なくとも一部に、該多孔質半導体層よりも伝導帯エネルギーレベルの高い金属酸化物が分散保持されていることを特徴とする色素増感太陽電池。
Dye-sensitized sun comprising a working electrode comprising a porous semiconductor layer adsorbing a dye, a flexible resin support that supports the working electrode, a counter electrode, and a charge transport layer sandwiched between the working electrode and the counter electrode A battery,
The porous semiconductor layer is formed by peeling a porous semiconductor layer formed on a heat resistant substrate via a dissolved layer from the heat resistant substrate,
A metal or metal salt contained in the dissolved layer generates a metal oxide having a higher conduction band energy level than the semiconductor constituting the porous semiconductor layer,
At least a portion, color Motozo sensitized solar cell metal oxide high conduction band energy level than the porous semiconductor layer is characterized in that it is dispersed and held in the porous semiconductor layer.
色素を吸着した多孔質半導体層からなる作用極と、作用極を支持する可撓性樹脂製支持体と、対極と、作用極と対極間に挟持された電荷輸送層とからなる色素増感太陽電池の製造方法であって、
耐熱基板上に被溶解層と多孔質半導体層とを順次形成する工程と、
前記被溶解層を溶解することにより前記耐熱基板と多孔質半導体層とを分離する分離工程とを含み、
前記被溶解層が前記多孔質半導体層を構成する半導体よりも伝導帯エネルギーレベルの高い金属酸化物を生成する金属または金属塩を含有することを特徴とする色素増感太陽電池の製造方法。
Dye-sensitized sun comprising a working electrode comprising a porous semiconductor layer adsorbing a dye, a flexible resin support that supports the working electrode, a counter electrode, and a charge transport layer sandwiched between the working electrode and the counter electrode A battery manufacturing method comprising:
A step of sequentially forming a dissolved layer and a porous semiconductor layer on a heat-resistant substrate;
A separation step of separating the heat-resistant substrate and the porous semiconductor layer by dissolving the dissolved layer,
The method for producing a dye-sensitized solar cell, wherein the dissolved layer contains a metal or a metal salt that generates a metal oxide having a conduction band energy level higher than that of a semiconductor constituting the porous semiconductor layer.
前記分離工程後の前記多孔質半導体層を、前記樹脂製支持体上に1個以上配置する配置工程を含むことを特徴とする請求項記載の色素増感太陽電池の製造方法。 The method for producing a dye-sensitized solar cell according to claim 2 , further comprising a disposing step of disposing at least one porous semiconductor layer after the separating step on the resin support. 前記分離工程前に、前記耐熱基板上に形成された1個以上の前記多孔質半導体層に対し前記樹脂製支持体を接着または粘着する工程を含むことを特徴とする請求項記載の色素増感太陽電池の製造方法。 3. The dye enhancement according to claim 2 , further comprising a step of adhering or sticking the resin support to one or more of the porous semiconductor layers formed on the heat-resistant substrate before the separation step. A method for producing a solar cell. 前記被溶解層が、酸化亜鉛または金属亜鉛を含むことを特徴とする請求項2から請求項4のいずれかに記載の色素増感太陽電池の製造方法。 The method for producing a dye-sensitized solar cell according to any one of claims 2 to 4 , wherein the dissolved layer contains zinc oxide or metallic zinc. 前記積層工程後に、前記多孔質半導体層表面に酸化亜鉛を分散保持する析出工程を含むことを特徴とする請求項2から請求項5のいずれかに記載の色素増感太陽電池の製造方法。 The method for producing a dye-sensitized solar cell according to any one of claims 2 to 5 , further comprising a precipitation step of dispersing and holding zinc oxide on the surface of the porous semiconductor layer after the stacking step. 前記析出工程が、前記被溶解層を溶解した溶液に接した前記多孔質半導体層を、乾燥前に30℃以上100℃未満の温度で加熱することであることを特徴とする請求項記載の色素増感太陽電池の製造方法。 The precipitation step, the said porous semiconductor layer in contact with the solution of the dissolved layer, before drying to claim 6, wherein a is to heat at a temperature below 30 ° C. or higher 100 ° C. A method for producing a dye-sensitized solar cell. 前記析出工程が、前記被溶解層を溶解した溶液中での前記多孔質半導体層への電析であることを特徴とする請求項記載の色素増感太陽電池の製造方法。 The method for producing a dye-sensitized solar cell according to claim 6 , wherein the deposition step is electrodeposition on the porous semiconductor layer in a solution in which the layer to be dissolved is dissolved. 色素を吸着した多孔質半導体層からなる作用極と、作用極を支持する可撓性樹脂製支持体と、対極と、作用極と対極間に挟持された電荷輸送層とからなる色素増感太陽電池の製造装置であって、前記多孔質半導体層を被溶解層を介して形成するための耐熱基板が、その表面に設けられたストライプ状もしくはメッシュ状の溝であり、前記被溶解層を溶解する溶液の浸透を促進することを特徴とする色素増感太陽電池の製造装置。   Dye-sensitized sun comprising a working electrode comprising a porous semiconductor layer adsorbing a dye, a flexible resin support that supports the working electrode, a counter electrode, and a charge transport layer sandwiched between the working electrode and the counter electrode An apparatus for manufacturing a battery, wherein the heat-resistant substrate for forming the porous semiconductor layer through the layer to be dissolved is a stripe-shaped or mesh-shaped groove provided on a surface thereof, and the layer to be dissolved is dissolved. An apparatus for producing a dye-sensitized solar cell, characterized in that the penetration of a solution to be promoted is promoted.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO2009102068A1 (en) * 2008-02-14 2009-08-20 Ube Industries, Ltd. Binuclear ruthenium complex dye solution, photoelectric conversion device using photosensitized semiconductor particle obtained by using the complex dye solution, and photochemical cell using the photoelectric conversion device
JP2010114072A (en) 2008-10-10 2010-05-20 Nisshin Steel Co Ltd Dye-sensitized solar cell
JP5754071B2 (en) * 2010-01-07 2015-07-22 大日本印刷株式会社 Manufacturing method of oxide semiconductor electrode substrate and dye-sensitized solar cell
EP2583309A4 (en) * 2010-06-17 2014-10-01 Polymers Crc Ltd Electrode and dye-sensitized solar cell
KR102201148B1 (en) * 2018-11-15 2021-01-12 한국생산기술연구원 Method for separating porous thin film and porous thin flim separated thereby

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002246624A (en) * 2001-02-20 2002-08-30 Sharp Corp Dye-sensitized solar cell and method of manufacturing it
JP4574897B2 (en) * 2001-05-22 2010-11-04 シャープ株式会社 Dye-sensitized solar cell and method for producing the same
JP4233260B2 (en) * 2002-03-06 2009-03-04 学校法人桐蔭学園 Photovoltaic power generation sheet, solar power generation unit and power generation apparatus using the same
JP4289823B2 (en) * 2002-03-29 2009-07-01 キヤノン株式会社 Method for producing dye-sensitized solar cell
JP2004241228A (en) * 2003-02-05 2004-08-26 Toin Gakuen Plastic film electrode and photoelectric cell using it
JP2006339074A (en) * 2005-06-03 2006-12-14 Gunze Ltd Manufacturing method for dye-sensitized solar cell

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