JP5130775B2 - Photoelectrochemical cell - Google Patents

Photoelectrochemical cell Download PDF

Info

Publication number
JP5130775B2
JP5130775B2 JP2007111461A JP2007111461A JP5130775B2 JP 5130775 B2 JP5130775 B2 JP 5130775B2 JP 2007111461 A JP2007111461 A JP 2007111461A JP 2007111461 A JP2007111461 A JP 2007111461A JP 5130775 B2 JP5130775 B2 JP 5130775B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
photoelectrochemical cell
glass
tube
semiconductor fine
oxide
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
JP2007111461A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2008171793A (en
Inventor
邦仁 三宅
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sumitomo Chemical Co Ltd
Original Assignee
Sumitomo Chemical Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Sumitomo Chemical Co Ltd filed Critical Sumitomo Chemical Co Ltd
Priority to JP2007111461A priority Critical patent/JP5130775B2/en
Publication of JP2008171793A publication Critical patent/JP2008171793A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP5130775B2 publication Critical patent/JP5130775B2/en
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50Photovoltaic [PV] energy
    • Y02E10/542Dye sensitized solar cells

Description

本発明は、太陽電池などの光電気化学電池に関する。   The present invention relates to a photoelectrochemical cell such as a solar cell.

近年、地球温暖化防止のために大気中に放出されるCOの削減が求められている。COの削減の有力な手段として、例えば、家屋の屋根などに設置し得るpn接合型のシリコン系太陽電池などの光電気化学電池を用いるソーラーシステムの利用促進が提唱されている。しかしながら、上記シリコン系光電気化学電池に用いられる単結晶、多結晶及びアモルファスシリコンは、その製造過程において高温、高真空条件が必要なために高コストになるという問題があった。
一方、非特許文献1には、光増感色素を表面に吸着させた酸化チタンの薄膜を導電性基板に積層させた光電変換素子、電荷移動層及び対極を含む光電気化学電池が提案されている。該光電気化学電池は、従来のシリコン系太陽電池と比較すると、使用する材料の多くは安価で、製造過程においても高温高真空条件が必要でないことから、より安価になることが期待されている。
ところで、非特許文献1に提案されている電荷移動層は、電解質としてヨウ素・ヨウ化物等を用い、溶媒として用いるアセトニトリル等の揮発性溶媒を用いており、長期に使用する必要がある場合は、電荷移動層が揮発しないような封止方法が必要である。
例えば、特許文献1に、ガラスフリットを用いて封止する光電気化学電池が提案されている。
In recent years, in order to prevent global warming, reduction of CO 2 released into the atmosphere has been demanded. As an effective means for reducing CO 2 , for example, promotion of utilization of a solar system using a photoelectrochemical cell such as a pn junction type silicon solar cell that can be installed on a roof of a house has been proposed. However, the single crystal, polycrystal and amorphous silicon used in the silicon photoelectrochemical cell have a problem of high cost because high temperature and high vacuum conditions are required in the production process.
On the other hand, Non-Patent Document 1 proposes a photoelectrochemical cell including a photoelectric conversion element in which a thin film of titanium oxide having a photosensitizing dye adsorbed on its surface is laminated on a conductive substrate, a charge transfer layer, and a counter electrode. Yes. Compared to conventional silicon-based solar cells, the photoelectrochemical cell is expected to be cheaper because many of the materials used are inexpensive and high-temperature high-vacuum conditions are not required in the manufacturing process. .
By the way, the charge transfer layer proposed in Non-Patent Document 1 uses iodine / iodide or the like as an electrolyte, and uses a volatile solvent such as acetonitrile as a solvent. A sealing method is required so that the charge transfer layer does not volatilize.
For example, Patent Document 1 proposes a photoelectrochemical cell that is sealed using a glass frit.

Nature(第737−740頁、353巻、1991年)Nature (pages 737-740, 353, 1991) 特開2000−348783JP 2000-348783

ところで、ガラスフリットを用いた光電気化学電池において、問題となるのは、セルにあらかじめあけておいた穴から電解液を導入後、電解液が蒸散しないように穴を気密に封止することである。この穴の封止方法としては、穴を封止する際に電解液が蒸散しないように、常温で固まる接着剤等で封止されるのが通常である。しかしながら、このような封止方法では、気密性が乏しいため、高い耐久性は期待できない。
セルに設置されたガラス管を、ガスバーナーで溶かして封管する方法も知られているが、中に充填された可燃性の電解液が存在するため可燃性の蒸気に引火する可能性もあり必ずしも安全な封止方法とはいえない。
By the way, in photoelectrochemical cells using glass frit, the problem is that after introducing the electrolytic solution from the hole previously opened in the cell, the hole is hermetically sealed so that the electrolytic solution does not evaporate. is there. As a method for sealing the hole, it is usually sealed with an adhesive or the like that hardens at room temperature so that the electrolyte does not evaporate when the hole is sealed. However, with such a sealing method, since the airtightness is poor, high durability cannot be expected.
It is also known to melt the glass tube installed in the cell with a gas burner and seal it, but there is also the possibility of igniting flammable vapor due to the presence of flammable electrolyte filled in the cell. It is not necessarily a safe sealing method.

そこで、本発明者らが、高温で保存しても、電荷移動層に含まれる電解質や溶媒等の電荷移動層が失われない、光電気化学電池の作成方法を検討し、耐久性の優れた光電気化学電池を見出した。
すなわち、本発明は、導電性基板、光増感色素を吸着させた半導体微粒子、電荷移動層及び対極を含む積層体を、封止剤で封止してなる光電気化学電池において、光電気化学電池に空けられた穴に管が装着されており、管の先端及び/又は内部がガラスフリットを用いて封止されていることを特徴とする光電気化学電池を提供するものである。
Therefore, the present inventors examined a method for producing a photoelectrochemical cell in which the charge transfer layer such as an electrolyte or a solvent contained in the charge transfer layer is not lost even when stored at a high temperature, and was excellent in durability. A photoelectrochemical cell was found.
That is, the present invention relates to a photoelectrochemical cell in which a laminate including a conductive substrate, semiconductor fine particles adsorbed with a photosensitizing dye, a charge transfer layer, and a counter electrode is sealed with a sealant. The present invention provides a photoelectrochemical battery characterized in that a tube is mounted in a hole formed in the battery, and the tip and / or the inside of the tube is sealed with a glass frit.

本発明の光電気化学電池は、光電気化学電池に空けられた穴に管が装着されており、管の先端及び/又は内部がガラスフリットを用いて封止されており、アセトニトリル等の揮発性溶媒やヨウ素などの電解質の揮発を防止できるため、耐久性に優れる。   In the photoelectrochemical cell of the present invention, a tube is mounted in a hole formed in the photoelectrochemical cell, and the tip and / or the inside of the tube is sealed with a glass frit, and volatile such as acetonitrile. Excellent durability due to prevention of volatilization of electrolytes such as solvents and iodine.

以下、本発明を詳細に説明する。
本発明の光電気化学電池は、導電性基板、光増感色素を吸着させた半導体微粒子、電荷移動層及び対極を含む積層体を、封止剤で封止してなる光電気化学電池において、光電気化学電池に空けられた穴に管が装着されており、管の先端及び/又は内部がガラスフリットを用いて封止されていることを特徴とする光電気化学電池である。
湿式光電気化学電池は、光増感色素を吸着させた半導体微粒子の層(以下、色素吸着半導体粒子層という場合がある)に接する導電性基板と対極との間に電解液が充填されている。
また、乾式光電気化学電池は、導電性基板と対極との間が、固体のホール輸送材料を介して積層されており、光増感色素を吸着させた半導体微粒子は固体のホール輸送材料中に含有されている。
本発明の光電気化学電池は、湿式でも乾式でも有効であるが、特に、湿式光電気化学電池の場合に、より効果を発揮する。
Hereinafter, the present invention will be described in detail.
The photoelectrochemical cell of the present invention is a photoelectrochemical cell formed by sealing a laminate including a conductive substrate, semiconductor fine particles adsorbed with a photosensitizing dye, a charge transfer layer and a counter electrode with a sealant. The photoelectrochemical cell is characterized in that a tube is mounted in a hole formed in the photoelectrochemical cell, and the tip and / or the inside of the tube is sealed with a glass frit.
In a wet photoelectrochemical cell, an electrolytic solution is filled between a conductive substrate and a counter electrode that are in contact with a layer of semiconductor fine particles to which a photosensitizing dye is adsorbed (hereinafter sometimes referred to as a dye-adsorbing semiconductor particle layer). .
In the dry photoelectrochemical cell, the conductive substrate and the counter electrode are stacked via a solid hole transport material, and the semiconductor fine particles adsorbing the photosensitizing dye are contained in the solid hole transport material. Contained.
The photoelectrochemical cell of the present invention is effective for both wet and dry processes, but it is more effective especially in the case of a wet photoelectrochemical cell.

本発明の湿式光電気化学電池を例にして以下に説明する。具体例を図1に示した。導電性基板(8)と、該導電性基板(8)に対向する対極(9)と、これらの間に、光増感色素(4)が吸着された半導体微粒子層(3)が存在する。湿式光電気化学電池の場合は、(色素が吸着された)半導体粒子層(3)は電解液(5)で充填された状態で、封止材(10)で封止されている。
導電性基板(8)は、上から順に基板(1)と導電層(2)で構成されている。対極(9)は、下から順に基板(7)と導電層(6)で構成されている。
電解液を導入するための管(11)が本光電気化学電池に開けられた穴に装着されている。
The wet photoelectrochemical cell of the present invention will be described below as an example. A specific example is shown in FIG. A conductive substrate (8), a counter electrode (9) facing the conductive substrate (8), and a semiconductor fine particle layer (3) on which the photosensitizing dye (4) is adsorbed exist between these. In the case of a wet photoelectrochemical cell, the semiconductor particle layer (3) (with the dye adsorbed) is sealed with a sealing material (10) in a state filled with the electrolytic solution (5).
The conductive substrate (8) is composed of a substrate (1) and a conductive layer (2) in order from the top. The counter electrode (9) is composed of a substrate (7) and a conductive layer (6) in order from the bottom.
A tube (11) for introducing an electrolytic solution is mounted in a hole opened in the photoelectrochemical cell.

本発明の光電気化学電池に用いられる導電性基板(8)及び対極(9)における導電層(導電性基板としては(2)、対極としては(6))としては電気抵抗が低いほど好ましい。また、導電性基板の導電層(2)としては、高波長領域、具体的には350nmより長波長側の領域で、高い透過率、具体的には80%以上の透過率であることが好ましい。
導電層に用いられる導電性物質としては、例えば、鉄、ニッケル、クロム、チタン、アルミニウム、白金、金、銀、コバルト、パラジウム、銅、タンタル、ルテニウム、タングステン、亜鉛、錫等の金属;該金属のアロイ;インジウム−スズ複合酸化物(ITO)、酸化スズにフッ素をドープしたもの等の導電性金属酸化物;炭素などが挙げられる。導電層は、これらの導電性物質を2種以上積層したものでも良い。
具体的な導電層としては、例えば、導電性物質そのもの、又は、不導体の基板表面に導電性物質の薄膜を蒸着、スパッタリング、接着等により形成したものなどが挙げられる。
導電性基板(8)は、入射した光を閉じ込め、有効に利用するために、導電性物質の表面にテクスチャー構造を有するものが好ましい。
対極(9)は、上記導電性物質からなるシートや箔が(7)の基板の役割を同時に果たしても良い。
The lower the electrical resistance of the conductive layer (the conductive substrate (2) and the counter electrode (6)) in the conductive substrate (8) and the counter electrode (9) used in the photoelectrochemical cell of the present invention is preferred. In addition, the conductive layer (2) of the conductive substrate preferably has a high transmittance in a high wavelength region, specifically a region longer than 350 nm, specifically a transmittance of 80% or more. .
Examples of the conductive substance used for the conductive layer include metals such as iron, nickel, chromium, titanium, aluminum, platinum, gold, silver, cobalt, palladium, copper, tantalum, ruthenium, tungsten, zinc, and tin; Indium-tin composite oxide (ITO), conductive metal oxides such as tin oxide doped with fluorine; carbon and the like. The conductive layer may be a laminate of two or more of these conductive materials.
Specific examples of the conductive layer include a conductive substance itself or a nonconductive substrate surface formed by vapor deposition, sputtering, adhesion, or the like on a nonconductive substrate surface.
The conductive substrate (8) preferably has a texture structure on the surface of the conductive material in order to confine incident light and effectively use it.
In the counter electrode (9), the sheet or foil made of the conductive material may simultaneously serve as the substrate of (7).

導電性基板(8)及び対極(9)における不導体の基板(導電性基板としては(1)、対極としては(7))としては、ガラスなどが挙げられる。   Examples of the non-conductive substrate ((1) as the conductive substrate and (7) as the counter electrode) in the conductive substrate (8) and the counter electrode (9) include glass.

導電性基板(8)及び対極(9)としては、ガラス等に導電性の金属酸化物を塗布したものが好ましい。中でも、フッ素をドーピングした二酸化スズからなる導電層を積層した導電性ガラスが、電気抵抗が低く、光の透過性に優れ、入手もしやすいことから特に好ましい。   As an electroconductive board | substrate (8) and a counter electrode (9), what apply | coated electroconductive metal oxide to glass etc. is preferable. Among these, conductive glass in which a conductive layer made of tin dioxide doped with fluorine is laminated is particularly preferable because it has low electrical resistance, excellent light transmittance, and is easily available.

本発明に用いられる半導体微粒子とは、一次粒径が、1〜5000nm程度、好ましくは5〜500nm程度の半導体特性を有する微粒子である。反射による光電変換効率の向上を目的として、一次粒径の異なる半導体微粒子を混入させてもよい。また、チューブや中空形状の微粒子を用いてもよい。   The semiconductor fine particles used in the present invention are fine particles having a semiconductor characteristic with a primary particle size of about 1 to 5000 nm, preferably about 5 to 500 nm. For the purpose of improving photoelectric conversion efficiency by reflection, semiconductor fine particles having different primary particle diameters may be mixed. Tubes and hollow fine particles may be used.

半導体微粒子の材質としては、例えば、酸化チタン、酸化スズ、酸化亜鉛、酸化鉄、酸化タングステン、酸化ジルコニウム、酸化ハフニウム、酸化ストロンチウム、酸化インジウム、酸化セリウム、酸化イットリウム、酸化ランタン、酸化バナジウム、酸化ニオブ、酸化タンタル、酸化ガリウム、酸化ニッケル、チタン酸ストロンチウム、チタン酸バリウム、ニオブ酸カリウム、タンタル酸ナトリウム等の金属酸化物;ヨウ化銀、臭化銀、ヨウ化銅、臭化銅等の金属ハロゲン化物;硫化亜鉛、硫化チタン、硫化インジウム、硫化ビスマス、硫化カドミウム、硫化ジルコニウム、硫化タンタル、硫化モリブデン、硫化銀、硫化銅、硫化スズ、硫化タングステン、硫化アンチモン等の金属硫化物;セレン化カドミウム、セレン化ジルコニウム、セレン化亜鉛、セレン化チタン、セレン化インジウム、セレン化タングステン、セレン化モリブデン、セレン化ビスマス、セレン化鉛等の金属セレン化物;テルル化カドミウム、テルル化タングステン、テルル化モリブデン、テルル化亜鉛、テルル化ビスマス等の金属テルル化物;リン化亜鉛、リン化ガリウム、リン化インジウム、リン化カドミウム等の金属リン化物;ガリウム砒素、銅−インジウム−セレン化物、銅−インジウム−硫化物、シリコン、ゲルマニウム等が挙げられる。さらに、酸化亜鉛/酸化スズ、酸化スズ/酸化チタンのような二種以上の混合物であってもよい。
中でも、酸化チタン、酸化スズ、酸化亜鉛、酸化鉄、酸化タングステン、酸化ジルコニウム、酸化ハフニウム、酸化ストロンチウム、酸化インジウム、酸化セリウム、酸化イットリウム、酸化ランタン、酸化バナジウム、酸化ニオブ、酸化タンタル、酸化ガリウム、酸化ニッケル、チタン酸ストロンチウム、チタン酸バリウム、ニオブ酸カリウム、タンタル酸ナトリウム、酸化亜鉛/酸化スズ、酸化スズ/酸化チタン等の金属酸化物が、比較的安価で入手しやすく、光増感色素が吸着されやすいことから好ましく、とりわけ、酸化チタンが好適である。
Examples of the material of the semiconductor fine particles include titanium oxide, tin oxide, zinc oxide, iron oxide, tungsten oxide, zirconium oxide, hafnium oxide, strontium oxide, indium oxide, cerium oxide, yttrium oxide, lanthanum oxide, vanadium oxide, niobium oxide. , Metal oxides such as tantalum oxide, gallium oxide, nickel oxide, strontium titanate, barium titanate, potassium niobate, sodium tantalate; metal halides such as silver iodide, silver bromide, copper iodide, copper bromide Zinc sulfide, titanium sulfide, indium sulfide, bismuth sulfide, cadmium sulfide, zirconium sulfide, tantalum sulfide, molybdenum sulfide, silver sulfide, copper sulfide, tin sulfide, tungsten sulfide, antimony sulfide, and other metal sulfides; cadmium selenide, Zirconium selenide, ce Metal selenides such as zinc selenide, titanium selenide, indium selenide, tungsten selenide, molybdenum selenide, bismuth selenide, lead selenide; cadmium telluride, tungsten telluride, molybdenum telluride, zinc telluride, tellurium Metal tellurides such as bismuth iodide; metal phosphides such as zinc phosphide, gallium phosphide, indium phosphide, cadmium phosphide; gallium arsenide, copper-indium-selenide, copper-indium-sulfide, silicon, germanium, etc. Is mentioned. Further, it may be a mixture of two or more of zinc oxide / tin oxide and tin oxide / titanium oxide.
Among them, titanium oxide, tin oxide, zinc oxide, iron oxide, tungsten oxide, zirconium oxide, hafnium oxide, strontium oxide, indium oxide, cerium oxide, yttrium oxide, lanthanum oxide, vanadium oxide, niobium oxide, tantalum oxide, gallium oxide, Metal oxides such as nickel oxide, strontium titanate, barium titanate, potassium niobate, sodium tantalate, zinc oxide / tin oxide, tin oxide / titanium oxide are relatively inexpensive and readily available, and photosensitizing dyes Titanium oxide is particularly preferable because it is easily adsorbed.

半導体微粒子の表面に、四塩化チタン水溶液を用いた化学メッキや三塩化チタン水溶液を用いた電気化学的メッキ処理を行ってもよい。このことにより、半導体微粒子の表面積を増大させたり、半導体微粒子近傍の純度を高めたり、半導体微粒子表面に存在する鉄等の不純物を覆い隠したり、または、半導体微粒子の連結性、結合性を高めたりすることができる。
半導体微粒子は多くの光増感色素を吸着することができるように表面積の大きいものが好ましい。このため、半導体微粒子の層を基板上に塗布した状態での表面積は、投影面積に対して10倍以上であることが好ましく、さらに100倍以上であることが好ましい。この上限は、通常、1000倍程度である。
半導体微粒子の層は、半導体微粒子の単層でもよいが、通常、複数層の半導体微粒子からなり、また、粒径の異なる複数の半導体微粒子からなる層である。
The surface of the semiconductor fine particles may be subjected to chemical plating using a titanium tetrachloride aqueous solution or electrochemical plating using a titanium trichloride aqueous solution. This increases the surface area of the semiconductor fine particles, increases the purity in the vicinity of the semiconductor fine particles, masks impurities such as iron existing on the surface of the semiconductor fine particles, or increases the connectivity and bonding properties of the semiconductor fine particles. can do.
The semiconductor fine particles preferably have a large surface area so that many photosensitizing dyes can be adsorbed. For this reason, the surface area of the semiconductor fine particle layer coated on the substrate is preferably 10 times or more, more preferably 100 times or more the projected area. This upper limit is usually about 1000 times.
The layer of semiconductor fine particles may be a single layer of semiconductor fine particles, but is usually a layer composed of a plurality of semiconductor fine particles and a plurality of semiconductor fine particles having different particle diameters.

湿式光電気化学電池の場合、通常、導電性基板の上に半導体微粒子層を形成させたのち、該層の微粒子に光増感色素を吸着させる。
導電性基板上に半導体微粒子層を形成する方法としては、半導体微粒子をスプレー噴霧等で直接、導電性基板上に薄膜として形成する方法;導電性基板を電極として電気的に半導体微粒子薄膜を析出させる方法;半導体微粒子のスラリーを導電性基板上に塗布した後、乾燥、硬化又は焼成することによって製造する方法などが例示される。
In the case of a wet photoelectrochemical cell, a semiconductor fine particle layer is usually formed on a conductive substrate, and then a photosensitizing dye is adsorbed on the fine particles of the layer.
As a method for forming a semiconductor fine particle layer on a conductive substrate, a method in which semiconductor fine particles are directly formed as a thin film on a conductive substrate by spraying or the like; a semiconductor fine particle thin film is electrically deposited using a conductive substrate as an electrode Method: A method in which a slurry of semiconductor fine particles is applied on a conductive substrate and then dried, cured, or baked is exemplified.

半導体微粒子のスラリーを導電性基板上に塗布する方法についてさらに詳しく説明すると、例えば、ドクターブレード、スキージ、スピンコート、ディップコートやスクリーン印刷等の手法が挙げられる。これらの手法において、スラリー中の半導体微粒子の分散状態における平均粒径は、0.01nm〜100μmであることが好ましい。
スラリーを分散させる分散媒としては、半導体微粒子を分散させ得るものであれば特に限定されず、水、又はエタノール、イソプロパノール、t−ブタノールやテルピネオール等のアルコール溶媒;アセトン等のケトン溶媒等の有機溶媒が用いられる。これらの水や有機溶媒は混合物であってもよい。分散液には、ポリエチレングリコール等のポリマー;Triton−X等の界面活性剤;酢酸、蟻酸、硝酸や塩酸等の有機酸又は無機酸;アセチルアセトン等のキレート剤を含んでいてもよい。
半導体微粒子のスラリーを塗布した導電性基板を焼成することにより、半導体微粒子層を形成することが好ましい。該焼成温度は、通常、導電層または基板の融点未満で、焼成温度の上限は1200℃であり、好ましくは600℃以下である。また、焼成時間は、通常、10時間以内である。導電性基板上の半導体微粒子層の厚みは、通常、0.1〜200μmであり、好ましくは1〜50μmである。
The method for applying the semiconductor fine particle slurry onto the conductive substrate will be described in more detail. Examples thereof include a doctor blade, squeegee, spin coating, dip coating, and screen printing. In these methods, the average particle size in the dispersed state of the semiconductor fine particles in the slurry is preferably 0.01 nm to 100 μm.
The dispersion medium for dispersing the slurry is not particularly limited as long as it can disperse the semiconductor fine particles. Water or an alcohol solvent such as ethanol, isopropanol, t-butanol or terpineol; an organic solvent such as a ketone solvent such as acetone. Is used. These water and organic solvent may be a mixture. The dispersion may contain a polymer such as polyethylene glycol; a surfactant such as Triton-X; an organic acid or inorganic acid such as acetic acid, formic acid, nitric acid or hydrochloric acid; and a chelating agent such as acetylacetone.
It is preferable to form the semiconductor fine particle layer by firing the conductive substrate coated with the semiconductor fine particle slurry. The firing temperature is usually lower than the melting point of the conductive layer or substrate, and the upper limit of the firing temperature is 1200 ° C., preferably 600 ° C. or less. The firing time is usually within 10 hours. The thickness of the semiconductor fine particle layer on the conductive substrate is usually from 0.1 to 200 μm, preferably from 1 to 50 μm.

導電性基板上に比較的低温で半導体微粒子の層を形成するその他の方法としては、水熱処理を施してポーラスな半導体微粒子の層を形成するHydrothermal法(実用化に向けた色素増感光電気化学電池、第2講(箕浦秀樹)第63〜65頁、NTS社発行(2003))、分散された半導体粒子の分散液を基板に電着する泳動電着法(T.Miyasaka et al.,Chem.Lett.,1250(2002))、半導体ペーストを基板に塗布、乾燥後にプレスするプレス法(実用化に向けた色素増感光電気化学電池、第12講(萬 雄彦)第312〜313頁、NTS社発行(2003))等が挙げられる。   Another method for forming a layer of semiconductor fine particles on a conductive substrate at a relatively low temperature is a hydrothermal method in which a layer of porous semiconductor fine particles is formed by hydrothermal treatment (a dye-sensitized photoelectrochemical cell for practical use). 2nd lecture (Hideki Kajiura) 63-65, published by NTS (2003)), electrophoretic electrodeposition method (T. Miyasaka et al., Chem.) Of electrodepositing a dispersion of dispersed semiconductor particles on a substrate. Lett., 1250 (2002)), a method of applying a semiconductor paste to a substrate, pressing after drying (a dye-sensitized photoelectrochemical cell for practical use, 12th lecture (Takehiko Tsuji), pages 312 to 313, NTS Issue (2003)).

本発明に用いられる光増感色素は、可視光領域および/または赤外光領域に吸収を持つものであり、種々の金属錯体や有機色素の一種または二種以上を用いることができる。光増感色素の分子中にカルボキシル基、ヒドロキシアルキル基、ヒドロキシル基、スルホン基、カルボキシアルキル基等の官能基を有する光増感色素が半導体への吸着が早い傾向があることから好ましい。また、光電変換効率や耐久性に優れているため、金属錯体が好ましい。金属錯体としては、銅フタロシアニン、チタニルフタロシアニンなどの金属フタロシアニン、クロロフィル、ヘミン、特開平1−220380号公報や特表平5−504023号公報に記載のルテニウム、オスミウム、鉄、亜鉛の錯体を用いることができる。   The photosensitizing dye used in the present invention has absorption in the visible light region and / or the infrared light region, and one or more of various metal complexes and organic dyes can be used. A photosensitizing dye having a functional group such as a carboxyl group, a hydroxyalkyl group, a hydroxyl group, a sulfone group, or a carboxyalkyl group in the molecule of the photosensitizing dye is preferred because it tends to be adsorbed to a semiconductor quickly. Moreover, since it is excellent in photoelectric conversion efficiency and durability, a metal complex is preferable. As the metal complex, metal phthalocyanines such as copper phthalocyanine and titanyl phthalocyanine, chlorophyll, hemin, and ruthenium, osmium, iron, and zinc complexes described in JP-A-1-220380 and JP-A-5-504023 are used. Can do.

ルテニウム錯体をさらに詳しく例示すれば、cis-ビス(イソチオシアネート)ビス(2,2'-ビピリジル-4,4'-ジカルボキシレート)-ルテニウム(II) ビス-テトラブチルアンモニウム、cis-ビス(イソチオシアネート)ビス(2,2'-ビピリジル-4,4'-ジカルボキシレート)-ルテニウム(II)、トリス(イソチオシアネート)−ルテニウム(II)-2,2':6',2"-テーピリジン-4,4',4"-トリカルボン酸トリス−テトラブチルアンモニウム、cis-ビス(イソチオシアネート)(2,2'-ビピリジル-4,4'-ジカルボキシレート)(2,2'-ビピリジル-4,4'-ジノニル)ルテニウム(II)などが挙げられる。   More detailed examples of ruthenium complexes include cis-bis (isothiocyanate) bis (2,2'-bipyridyl-4,4'-dicarboxylate) -ruthenium (II) bis-tetrabutylammonium, cis-bis (iso Thiocyanate) bis (2,2'-bipyridyl-4,4'-dicarboxylate) -ruthenium (II), tris (isothiocyanate) -ruthenium (II) -2,2 ': 6', 2 "-thepyridine- Tris-tetrabutylammonium 4,4 ', 4 "-tricarboxylate, cis-bis (isothiocyanate) (2,2'-bipyridyl-4,4'-dicarboxylate) (2,2'-bipyridyl-4, 4'-dinonyl) ruthenium (II) and the like.

有機色素としては、例えば、メタルフリーフタロシアニン、シアニン系色素、メロシアニン系色素、キサンテン系色素、トリフェニルメタン色素、スクアリリウム系色素などが挙げられる。シアニン系色素としては、具体的には、NK1194、NK3422(いずれも日本感光色素研究所製)などが例示される。メロシアニン系色素としては、具体的には、NK2426、NK2501(いずれも日本感光色素研究所製)が挙げられる。キサンテン系色素としては、例えば、ウラニン、エオシン、ローズベンガル、ローダミンB、ジブロムフルオレセインなどが挙げられる。トリフェニルメタン色素としては、例えば、マラカイトグリーン、クリスタルバイオレットが挙げられる。
クマリン系色素としては、NKX−2677(林原生物化学研究所製)(以下の構造式参照)等が挙げられる。
インドリン系等の有機色素として、D149(三菱製紙社製)(以下の構造式参照)等が挙げられる。
Examples of the organic dye include metal-free phthalocyanine, cyanine dye, merocyanine dye, xanthene dye, triphenylmethane dye, squarylium dye, and the like. Specific examples of cyanine dyes include NK1194 and NK3422 (both manufactured by Nippon Photosensitive Dye Research Laboratories). Specific examples of merocyanine dyes include NK2426 and NK2501 (both manufactured by Nippon Photosensitivity Laboratories). Examples of xanthene dyes include uranin, eosin, rose bengal, rhodamine B, dibromofluorescein and the like. Examples of the triphenylmethane dye include malachite green and crystal violet.
Examples of the coumarin dye include NKX-2777 (manufactured by Hayashibara Biochemical Laboratories) (see the following structural formula).
Examples of organic dyes such as indoline include D149 (manufactured by Mitsubishi Paper Industries) (see the following structural formula).

Figure 0005130775
Figure 0005130775

導電性基板に積層された半導体微粒子への光増感色素の吸着方法としては、例えば、光増感色素を含む溶液中に、よく乾燥した半導体微粒子層及び導電性基板からなる積層体を数時間浸漬する方法が挙げられる。光増感色素の吸着は室温(25℃)で行ってもよいし、加熱下に行ってもよいし、光増感色素を含む溶液を還流させながら行ってもよい。
光増感色素の吸着方法としては、導電性基板に半導体微粒子層を形成する前に行っても、半導体微粒子と光増感色素を同時に導電性基板に塗布してもよいが、導電性基板に形成された半導体微粒子層に光増感色素を吸着させる方法がより好ましい。半導体微粒子層を加熱処理する場合、光増感色素吸着は加熱処理後に行うことが好ましく、加熱処理後、半導体微粒子層の表面に水が吸着する前に、光増感色素を吸着させる方法が特に好ましい。
As a method for adsorbing a photosensitizing dye to semiconductor fine particles laminated on a conductive substrate, for example, a laminate comprising a well-dried semiconductor fine particle layer and a conductive substrate in a solution containing a photosensitizing dye for several hours. The method of immersing is mentioned. Adsorption of the photosensitizing dye may be performed at room temperature (25 ° C.), may be performed under heating, or may be performed while refluxing a solution containing the photosensitizing dye.
The photosensitizing dye can be adsorbed before the semiconductor fine particle layer is formed on the conductive substrate, or the semiconductor fine particles and the photosensitizing dye may be applied to the conductive substrate at the same time. A method of adsorbing the photosensitizing dye to the formed semiconductor fine particle layer is more preferable. When the semiconductor fine particle layer is heat-treated, the photosensitizing dye adsorption is preferably performed after the heat treatment, and a method of adsorbing the photosensitizing dye after the heat treatment and before water is adsorbed on the surface of the semiconductor fine particle layer is particularly preferable. preferable.

半導体微粒子に付着していない光増感色素が浮遊することによる増感効果の低減を抑制するため、未吸着の光増感色素は洗浄によって除去することが望ましい。
吸着する光増感色素は1種類でもよいし、数種混合して用いてもよい。用途が光電気化学電池である場合、太陽光などの照射光の光電変換の波長域をできるだけ広くするように、混合する光増感色素を選ぶことが好ましい。また、光増感色素の半導体微粒子に対する吸着量は、半導体微粒子1gに対して0.01〜1ミリモルが好ましい。このような色素量とすると、半導体微粒子における増感効果が十分に得られ、半導体微粒子に付着していない色素が浮遊することによる増感効果の低減を抑制する傾向にあることから好ましい。
また、半導体微粒子に吸着される光増感色素は、同一でも異なっていてもよい。例えば、第一層目を300nm〜500nmの光増感色素を吸着させ、第二層目に500nm〜700nmの光増感色素を吸着させ、第三層目に700〜900nmの光増感色素を吸着させる等の、各層に、吸収波長の異なる光増感色素を吸着させてもよい。
In order to suppress the reduction of the sensitizing effect due to floating of the photosensitizing dye not attached to the semiconductor fine particles, it is desirable to remove the unadsorbed photosensitizing dye by washing.
The photosensitizing dye to be adsorbed may be one kind or a mixture of several kinds. When the application is a photoelectrochemical cell, it is preferable to select a photosensitizing dye to be mixed so that the wavelength range of photoelectric conversion of irradiation light such as sunlight is as wide as possible. Further, the adsorption amount of the photosensitizing dye to the semiconductor fine particles is preferably 0.01 to 1 mmol per 1 g of the semiconductor fine particles. Such a dye amount is preferable because the sensitizing effect in the semiconductor fine particles can be sufficiently obtained and the reduction of the sensitizing effect due to floating of the dye not attached to the semiconductor fine particles tends to be suppressed.
The photosensitizing dyes adsorbed on the semiconductor fine particles may be the same or different. For example, a 300-500 nm photosensitizing dye is adsorbed on the first layer, a 500-700 nm photosensitizing dye is adsorbed on the second layer, and a 700-900 nm photosensitizing dye is adsorbed on the third layer. Photosensitizing dyes having different absorption wavelengths may be adsorbed on each layer, such as adsorbing.

光増感色素同士が会合や凝集等の相互作用することを抑制する目的で、無色の化合物を共吸着させてもよい。共吸着させる疎水性化合物としては、例えば、カルボキシル基を有するステロイド化合物(例えば、ケノデオキシコール酸)等が挙げられる。また、余分な色素の除去を促進する目的で、色素を吸着させた後、アミン類を用いて半導体微粒子の表面を処理してもよい。好ましいアミン類としては、例えば、ピリジン、4−tert−ブチルピリジンやポリビニルピリジン等が挙げられる。これらが液体の場合はそのまま用いてもよいし、固体の場合は有機溶媒に溶解して用いてもよい。   A colorless compound may be co-adsorbed for the purpose of suppressing interaction such as association and aggregation between photosensitizing dyes. Examples of the hydrophobic compound to be co-adsorbed include a steroid compound having a carboxyl group (for example, chenodeoxycholic acid). Further, for the purpose of accelerating the removal of excess dye, the surface of the semiconductor fine particles may be treated with amines after adsorbing the dye. Examples of preferable amines include pyridine, 4-tert-butylpyridine, and polyvinylpyridine. When these are liquids, they may be used as they are, or when they are solids, they may be dissolved in an organic solvent.

本発明の電荷移動層に含まれる電解質としては、例えば、Iと各種ヨウ化物との組合せ、Brと各種の臭化物との組合せ、フェロシアン酸塩−フェリシアン酸塩の金属錯体の組合せ、フェロセン−フェリシニウムイオンの金属錯体の組合せ、アルキルチオール−アルキルジスルフィドのイオウ化合物の組合せ、アルキルビオローゲンとその還元体の組合せ、ポリヒドロキシベンゼン類とその酸化体の組合せ等が挙げられる。
ここで、Iと組合せ得るヨウ化物としては、例えば、LiI、NaI、KI、CsIやCaI等の金属ヨウ化物;1−プロピル−3−メチルイミダゾリウムアイオダイド、1−プロピル−2,3−ジメチルイミダゾリウムアイオダイド等の4級イミダゾリウム化合物のヨウ素塩;4級ピリジニウム化合物のヨウ素塩;テトラアルキルアンモニウム化合物のヨウ素塩等が挙げられる。
Brと組合せ得るヨウ化物としては、例えば、LiBr、NaBr、KBr、CsBrやCaBr等の金属臭化物;テトラアルキルアンモニウムブロマイドやピリジニウムブロマイド等の4級アンモニウム化合物の臭素塩等が挙げられる。
アルキルビオローゲンとしては、例えば、メチルビオローゲンクロリド、ヘキシルビオローゲンブロミド、ベンジルビオローゲンテトラフルオロボレートなどが挙げられ、ポリヒドロキシベンゼン類としては、例えばハイドロキノンやナフトハイドロキノン等が挙げられる。
電解質としては中でも、I及びヨウ素化物の組み合わせであることが好ましく、とりわけ、金属ヨウ化物、4級イミダゾリウム化合物のヨウ素塩や4級ピリジニウム化合物のヨウ素塩、及びテトラアルキルアンモニウム化合物のヨウ素塩からなる群から選ばれる少なくとも1種のヨウ化物とIとの組合せが好ましい。
Examples of the electrolyte contained in the charge transfer layer of the present invention include a combination of I 2 and various iodides, a combination of Br 2 and various bromides, a combination of ferrocyanate-ferricyanate metal complexes, Examples include combinations of metal complexes of ferrocene-ferricinium ions, combinations of sulfur compounds of alkyl thiol-alkyl disulfides, combinations of alkyl viologens and reduced forms thereof, combinations of polyhydroxybenzenes and oxidized forms thereof.
Here, examples of the iodide that can be combined with I 2 include metal iodides such as LiI, NaI, KI, CsI, and CaI 2 ; 1-propyl-3-methylimidazolium iodide, 1-propyl-2,3 -Iodine salts of quaternary imidazolium compounds such as dimethyl imidazolium iodide; iodine salts of quaternary pyridinium compounds; iodine salts of tetraalkylammonium compounds.
Examples of iodides that can be combined with Br 2 include metal bromides such as LiBr, NaBr, KBr, CsBr, and CaBr 2 ; bromine salts of quaternary ammonium compounds such as tetraalkylammonium bromide and pyridinium bromide, and the like.
Examples of alkyl viologen include methyl viologen chloride, hexyl viologen bromide, and benzyl viologen tetrafluoroborate. Examples of polyhydroxybenzenes include hydroquinone and naphthohydroquinone.
Among them, the electrolyte is preferably a combination of I 2 and iodide, and in particular, from metal iodide, iodine salt of quaternary imidazolium compound, iodine salt of quaternary pyridinium compound, and iodine salt of tetraalkylammonium compound. A combination of at least one iodide selected from the group and I 2 is preferred.

本発明の光電気化学電池が湿式である場合、電荷移動層には電解液が含まれる。電解液としては、例えば、水、電解質を溶解する有機溶媒が挙げられる。
有機溶媒としては、例えば、アセトニトリル、メトキシアセトニトリルやプロピオニトリル等のニトリル系溶媒;エチレンカーボネートやプロピレンカーボネート等のカーボネート系溶媒;γ−ブチロラクトン等のラクトン系溶媒;N,N−ジメチルホルムアミド等のアミド系溶媒;1−メチル−3−プロピルイミダゾリウムアイオダイドや1−メチル−3−ヘキシルイミダゾリウムアイオダイド;1−エチル−3−メチルイミダゾリウム−ビス(トリフルオロメタンスルホン酸)イミド等のイオン性液体が挙げられる。
電解液は、ポリアクリロニトリル、ポリビニリデンフルオライド、ポリ4−ビニルピリジンやChemistry Letters,1241(1998)に示される低分子ゲル化剤でゲル化されていてもよい。
When the photoelectrochemical cell of the present invention is wet, the charge transfer layer contains an electrolyte. Examples of the electrolytic solution include water and an organic solvent that dissolves the electrolyte.
Examples of the organic solvent include nitrile solvents such as acetonitrile, methoxyacetonitrile, and propionitrile; carbonate solvents such as ethylene carbonate and propylene carbonate; lactone solvents such as γ-butyrolactone; amides such as N, N-dimethylformamide Ionic liquids such as 1-methyl-3-propylimidazolium iodide and 1-methyl-3-hexylimidazolium iodide; 1-ethyl-3-methylimidazolium-bis (trifluoromethanesulfonic acid) imide Is mentioned.
The electrolytic solution may be gelled with a polyacrylonitrile, polyvinylidene fluoride, poly-4-vinylpyridine, or a low-molecular gelling agent shown in Chemistry Letters, 1241 (1998).

本発明の光電気化学電池が乾式である場合、電荷移動層には、固体のホール輸送材料などの固体電解層が用いられる。
固体のホール輸送材料としては、CuIやCuSCN等の一価の銅を含むp型無機半導体からなるものや、Synthetic Metal,89,215(1997)及びNature,395,583(1998)で示されるような芳香族アミン類;ポリチオフェン及びその誘導体;ポリピロール及びその誘導体;ポリアニリン及びその誘導体;ポリ(p−フェニレン)及びその誘導体;ポリ(p−フェニレンビニレン)及びその誘導体等の導電性高分子からなるものなどが挙げられる。
電解液の漏洩や蒸散を防ぐため、本発明の光電変換素子の周囲には、通常、封止材(10)を使用して封止される。該封止材としては、ハイミラン(三井デュポンポリケミカル製)等のアイオノマー樹脂;ガラスフリット;SX1170(Solaronix製)等のホットメルト接着剤;Amosil 4(Solaronix製)のような接着剤;BYNEL(デュポン製)、EVOH、PVA、鉛含有ガラスフリット、バナジウム含有ガラスフリット、ビスマス含有ガラスフリット、亜鉛含有ガラスフリット等を使用することができる。
電解液の気密性の観点から、鉛、バナジウム、ビスマス、亜鉛等を含有するガラスフリットを封止材として用いることが好ましい。
When the photoelectrochemical cell of the present invention is dry, a solid electrolytic layer such as a solid hole transport material is used for the charge transfer layer.
Examples of solid hole transport materials include those made of p-type inorganic semiconductors containing monovalent copper such as CuI and CuSCN, and those shown in Synthetic Metal, 89 , 215 (1997) and Nature, 395 , 583 (1998). Aromatic amines; Polythiophene and its derivatives; Polypyrrole and its derivatives; Polyaniline and its derivatives; Poly (p-phenylene) and its derivatives; Conductive polymers such as poly (p-phenylene vinylene) and its derivatives Etc.
In order to prevent leakage and transpiration of the electrolyte, the photoelectric conversion element of the present invention is usually sealed using a sealing material (10). Examples of the sealing material include ionomer resins such as Himiran (Mitsui DuPont Polychemical); glass frit; hot melt adhesives such as SX1170 (Solaronix); adhesives such as Amosil 4 (Solaronix); BYNEL (DuPont) Manufactured), EVOH, PVA, lead-containing glass frit, vanadium-containing glass frit, bismuth-containing glass frit, zinc-containing glass frit, and the like.
From the viewpoint of hermeticity of the electrolytic solution, it is preferable to use a glass frit containing lead, vanadium, bismuth, zinc or the like as a sealing material.

本発明に用いられる管の先端及び/又は内部を封止するための封止剤としては、鉛、バナジウム、ビスマスまたは亜鉛を少なくとも一種を含むガラスフリットを含有するものであり、該ガラスフリットを封止剤として用いることにより、電解液としてアセトニトリル等の揮発性溶媒やヨウ素を用いた場合、それらが特に高温で揮発しにくいため、耐久性が著しく向上する。
鉛を含むガラスフリットの組成としては、PbO及び、B2O3、Na2O、BaO、SiO2の少なくとも一種を混合したものが挙げられる。例えば、LS-0118(日本電気硝子社製)が挙げられる。
バナジウムを含むガラスフリットの組成としては、ZnO、BaO、P2O5、TeO2の少なくとも一種とV2O5とを混合したものが挙げられる。例えば、YEV8-3111、YEV3-4003、YEV8-3018(ヤマト電子株式会社製)が挙げられる。
ビスマスを含むガラスフリットの組成としては、ZnO、P2O5の少なくとも一種とBi2O3とを含む混合系が挙げられる。例えば、ABG-GP-068(TOMATEC社製)が挙げられる。ZnO、P2O5以外にも、B2O3、BaO、CuO、Al2O3、SrO、SiO2、TiO2、Li2O、Na2O,K2O等の成分が混合されていても良い。
亜鉛を含むガラスフリットの組成としては、ZnOとB2O3とを混合したのものが挙げられる。B2O3以外にも、SiO2、Na2O、Li2O、NaF 、P2O5、SnO、K2O、Al2O3、ZrO2、SrO等の成分が混合されていても良い。
これらのガラスフリットには、ケイ酸ジルコニウム、アルミナ、チタニア、シリカ、顔料などがフィラーとして含まれていても良い。
The sealant for sealing the tip and / or the inside of the tube used in the present invention contains glass frit containing at least one of lead, vanadium, bismuth or zinc, and seals the glass frit. When used as a stopper, when a volatile solvent such as acetonitrile or iodine is used as the electrolytic solution, the durability is remarkably improved because they are difficult to volatilize particularly at high temperatures.
Examples of the composition of the glass frit containing lead include a mixture of PbO and at least one of B 2 O 3 , Na 2 O, BaO, and SiO 2 . An example is LS-0118 (manufactured by Nippon Electric Glass Co., Ltd.).
Examples of the composition of the glass frit containing vanadium include a mixture of at least one of ZnO, BaO, P 2 O 5 , and TeO 2 and V 2 O 5 . Examples thereof include YEV8-3111, YEV3-4003, and YEV8-3018 (manufactured by Yamato Electronics Co., Ltd.).
Examples of the composition of the glass frit containing bismuth include a mixed system containing at least one of ZnO and P 2 O 5 and Bi 2 O 3 . An example is ABG-GP-068 (manufactured by TOMATEC). In addition to ZnO and P 2 O 5 , components such as B 2 O 3 , BaO, CuO, Al 2 O 3 , SrO, SiO 2 , TiO 2 , Li 2 O, Na 2 O, K 2 O are mixed. May be.
The composition of the glass frit containing zinc includes a mixture of ZnO and B 2 O 3 . In addition to B 2 O 3 , components such as SiO 2 , Na 2 O, Li 2 O, NaF, P 2 O 5 , SnO, K 2 O, Al 2 O 3 , ZrO 2 , SrO may be mixed good.
These glass frits may contain zirconium silicate, alumina, titania, silica, pigments and the like as fillers.

これらのガラスフリットは、はんだごて、レーザー、マッフル炉等で加熱溶解後、管の先端及び/又は内部に塗布して封止に用いられる。
光電気化学電池に空けられた穴には、管が装着されている。その理由は、ガラスフリットにて穴を封止する場合、通常300〜700℃程度の高温となるが、管の先端及び/又は内部の穴を封止する場合、熱が電解液部分に伝わりにくく、蒸散しにくいためである。管の先端及び/又は内部にガラスフリットを塗布する場合、管を、冷風や冷媒、金属性のクリップやコイルなどで冷却しながら塗布しても良い。管の長さは、電解液部への熱が伝わらない程度であれば良い。
光電気化学電池に空けられた穴に装着された管内は、ガラス、接着剤、セラミックス、綿等であらかじめ充填することが好ましい。その理由は、電解液を封入後、管の先端及び/又は内部をガラスフリットで封止する際に、充填物が電解液の蒸気が蒸散してくるのを防ぎ、安全性が一層高まるためである。この充填物は、電解液が管内に浸透してこないように、光電気化学電池本体に接地していることが好ましい。光電気化学電池を使用時に、管の空間に、電解液が浸透すると、光電気化学電池が正常に動作しない恐れがあるからである。
管内を充填するガラスとしては、ガラス棒、ガラスビーズ等が挙げられる。接着剤としては、エポキシ系接着、アクリル系、シリコン系の、熱や常温で硬化する接着剤やUV硬化性の接着剤を用いることができる。セラミックスとしてはジルコニアビーズ等を用いることができる。綿としては、グラスウールや脱脂綿等を用いることができる。綿を用いる場合は、電解液が綿に吸収されないように、あらかじめ接着剤等で十分濡らしてから充填することが好ましい。
光電気化学電池に空けられた穴に装着された管は、ガラス及び/又はセラミックスの無機物質でできていることが好ましい。これらの無機物質は、気密性や耐久性が高く、また、管の先端及び/又は内部をガラスフリットで封止する際の高温にも耐えるためである。
These glass frits are heated and melted with a soldering iron, a laser, a muffle furnace or the like, and then applied to the tip and / or inside of the tube to be used for sealing.
A tube is mounted in the hole formed in the photoelectrochemical cell. The reason is that when the hole is sealed with a glass frit, the temperature is usually about 300 to 700 ° C. However, when the tip and / or the inner hole of the tube is sealed, heat is not easily transmitted to the electrolyte part. This is because it is difficult to evaporate. When applying the glass frit to the tip and / or the inside of the tube, the tube may be applied while being cooled with cold air, a refrigerant, a metal clip, a coil, or the like. The length of the tube may be such that heat to the electrolyte part is not transmitted.
The inside of the tube attached to the hole formed in the photoelectrochemical cell is preferably prefilled with glass, adhesive, ceramics, cotton or the like. The reason for this is that when the tip and / or the inside of the tube is sealed with a glass frit after sealing the electrolyte, the filling prevents the electrolyte vapor from evaporating and the safety is further enhanced. is there. This filling is preferably grounded to the photoelectrochemical cell body so that the electrolyte does not penetrate into the tube. This is because when the photoelectrochemical cell is used, if the electrolytic solution penetrates into the space of the tube, the photoelectrochemical cell may not operate normally.
Examples of the glass filling the tube include glass rods and glass beads. As the adhesive, epoxy-based adhesive, acrylic-based, silicon-based adhesive that cures at heat or room temperature, or UV-curable adhesive can be used. As ceramics, zirconia beads or the like can be used. As the cotton, glass wool, absorbent cotton or the like can be used. When cotton is used, it is preferable that the electrolyte is sufficiently wetted with an adhesive or the like in advance so that the electrolyte is not absorbed by the cotton.
The tube attached to the hole formed in the photoelectrochemical cell is preferably made of an inorganic substance such as glass and / or ceramics. This is because these inorganic substances have high hermeticity and durability, and withstand high temperatures when the tip and / or the inside of the tube is sealed with glass frit.

次に、実施例等を挙げて本発明を更に詳細に説明するが、本発明はこれらの例により限定されるものではない。   EXAMPLES Next, although an Example etc. are given and this invention is demonstrated further in detail, this invention is not limited by these examples.

(実施例1)
導電性基板である、フッ素をドープした酸化スズ膜付き導電性ガラス(日本板硝子製、10Ω/□)の導電性面の周りに、封止剤としてバナジウムを含むガラスフリットペースト(グレード名: YEV3-4003、ヤマト電子社製)をディスペンサーにて塗布した。あらかじめドリルにより穴をあけ、その穴の上にガラス管を装着したフッ素をドープした酸化スズ膜付き導電性ガラスを重ね合わせ、490℃にて焼成した。ガラス管から電解液(溶媒はアセトニトリル;溶媒中のヨウ素濃度は0.05モル/リットル、同じくヨウ化リチウム濃度は0.1モル/リットル、同じく4−t−ブチルピリジン濃度は0.5モル/リットル、同じく1−プロピル−2,3−ジメチルイミダゾリウムアイオダイド濃度は0.6モル/リットル)をセル内に注入した。その後、接着剤と電解液が混ざらないように、ガラス管内に、ジルコニアビーズを一粒入れた。その後、エポキシ系接着剤EPOTEK353ND(Epoxy Technology社製)をガラス管内に入れ、ガラス棒をガラス管内に挿入し、管内を充填物で満たした。接着剤硬化後、ガラス管の先端及びガラス管内の一部に鉛含有ガラスフリット(LS-0118、日本電気硝子社製)をはんだごてで塗布し、封止セルを得た。
電解液を封入したセルを85℃のオーブンでエージングし、その際のヨウ素の経時変化を362nmの吸光度で測定した。初期の吸光度を1とした時の330hr後の吸光度の保持率を表1に示す。吸光度が大きいほど、光電気化学電池に封入されたヨウ素の保持率が高いことを意味する。
Example 1
A glass frit paste (grade name: YEV3-) containing vanadium as a sealant around the conductive surface of conductive glass with tin oxide film doped with fluorine (made by Nippon Sheet Glass, 10Ω / □), which is a conductive substrate 4003, manufactured by Yamato Electronics Co., Ltd.) was applied with a dispenser. A hole was drilled in advance, and a conductive glass with a tin oxide film doped with fluorine on which a glass tube was mounted was superposed and fired at 490 ° C. From the glass tube to the electrolyte (solvent is acetonitrile; the iodine concentration in the solvent is 0.05 mol / liter, the lithium iodide concentration is also 0.1 mol / liter, and the 4-t-butylpyridine concentration is 0.5 mol / liter. 1-propyl-2,3-dimethylimidazolium iodide concentration was 0.6 mol / liter) was injected into the cell. Thereafter, one zirconia bead was put in the glass tube so that the adhesive and the electrolyte were not mixed. Thereafter, an epoxy adhesive EPOTEK353ND (manufactured by Epoxy Technology) was put into the glass tube, a glass rod was inserted into the glass tube, and the inside of the tube was filled with a filler. After the adhesive was cured, lead-containing glass frit (LS-0118, manufactured by Nippon Electric Glass Co., Ltd.) was applied to the tip of the glass tube and a part of the glass tube with a soldering iron to obtain a sealed cell.
The cell in which the electrolyte solution was sealed was aged in an oven at 85 ° C., and the change with time of iodine was measured at an absorbance of 362 nm. Table 1 shows the absorbance retention after 330 hours when the initial absorbance is 1. It means that the higher the absorbance, the higher the retention rate of iodine encapsulated in the photoelectrochemical cell.

(比較例1)
穴の上に立つガラス管を用いず、封止剤としてEVOH及びガラス板を用いて熱プレスにて封止した以外は実施例1と同様にセルを作成した。次いで、ヨウ素の経時変化を実施例1と同様にして測定した。結果を表1に示した。
(Comparative Example 1)
A cell was prepared in the same manner as in Example 1 except that the glass tube standing on the hole was not used and EVOH and a glass plate were used as the sealant and sealed by hot press. Subsequently, the time-dependent change of iodine was measured in the same manner as in Example 1. The results are shown in Table 1.

Figure 0005130775
Figure 0005130775

(実施例2)
導電性基板である、フッ素をドープした酸化スズ膜付き導電性ガラス(日本板硝子製、10Ω/□、線膨張係数: 8.5×10-6/℃)の導電性面に、酸化チタン分散液であるTi−Nanoxide T/SP(商品名、Solaronix社製)をスクリーン印刷を用いて塗布後、500℃で焼成し、ガラスを冷却して、導電性基板に半導体微粒子層を形成させた。TiO2を形成させたフッ素をドープした酸化スズ膜付き導電性ガラス(日本板硝子製、10Ω/□)の周りに、封止剤としてバナジウムを含むガラスフリットペースト(グレード名: YEV3-4003、ヤマト電子社製)をディスペンサーにて塗布した。あらかじめドリルにより穴をあけ、その穴の上にガラス管を装着したフッ素をドープした酸化スズ膜付き導電性ガラスを重ね合わせ、490℃にて焼成した。セル内にcis-ビス(イソチオシアネート)(2,2'-ビピリジル-4,4'-ジカルボキシレート)(2,2'-ビピリジル-4,4'-ジノニル)ルテニウム(II)の溶液を導入し、酸化チタン層を増感色素で染色した。ガラス管から電解液(Iodolyte R-150(Solaronix社製))をセル内に注入した後、接着剤と電解液が混ざりにくいように、ガラス管内に、エポキシ系接着剤EPOTEK353ND(Epoxy Technology社製)で十分湿らした脱脂綿をガラス管の根元まで入れた。その後、エポキシ系接着剤EPOTEK353ND(Epoxy Technology社製)をガラス管内に入れ、ガラス棒をガラス管内に挿入し、管内を充填物で満たした。接着剤硬化後、ガラス管の先端及びガラス管内の一部に鉛含有ガラスフリット(LS-0118、日本電気硝子社製)をはんだごてで塗布し、封止セルを得た。
このようにして作製した封止セルについて、キセノン耐候性試験機に入れ、光照射し(光量: 0.48W/m2(340nm)、ブラックパネル温度:83℃、湿度:50%RH、雨なし)、変換効率の経時変化を観察した。変換効率の測定は、山下電装社製ソーラーシミュレーターを用いて測定した。
初期の効率を1とした時の24時間後の変換効率の保持率を表2に示す。
(Example 2)
Titanium oxide dispersion on conductive surface of conductive glass with tin oxide film doped with fluorine (made by Nippon Sheet Glass, 10Ω / □, linear expansion coefficient: 8.5 × 10 -6 / ° C), which is a conductive substrate Ti-Nanoxide T / SP (trade name, manufactured by Solaronix) was applied using screen printing, then baked at 500 ° C., and the glass was cooled to form a semiconductor fine particle layer on the conductive substrate. Glass frit paste (grade name: YEV3-4003, Yamato Electronics Co., Ltd.) containing vanadium as a sealant around fluorine-doped conductive glass with tin oxide film formed by TiO2 (manufactured by Nippon Sheet Glass, 10Ω / □) Manufactured by a dispenser. A hole was drilled in advance, and a conductive glass with a tin oxide film doped with fluorine on which a glass tube was mounted was superposed and fired at 490 ° C. Introduced a solution of cis-bis (isothiocyanate) (2,2'-bipyridyl-4,4'-dicarboxylate) (2,2'-bipyridyl-4,4'-dinonyl) ruthenium (II) into the cell The titanium oxide layer was dyed with a sensitizing dye. After injecting the electrolyte (Iodolyte R-150 (Solaronix)) from the glass tube into the cell, the epoxy adhesive EPOTEK353ND (Epoxy Technology) is placed in the glass tube so that the adhesive and the electrolyte are difficult to mix. The absorbent cotton sufficiently moistened with was put to the base of the glass tube. Thereafter, an epoxy adhesive EPOTEK353ND (manufactured by Epoxy Technology) was put into the glass tube, a glass rod was inserted into the glass tube, and the inside of the tube was filled with a filler. After the adhesive was cured, lead-containing glass frit (LS-0118, manufactured by Nippon Electric Glass Co., Ltd.) was applied to the tip of the glass tube and a part of the glass tube with a soldering iron to obtain a sealed cell.
The sealed cell thus prepared is put into a xenon weathering tester and irradiated with light (light intensity: 0.48 W / m 2 (340 nm), black panel temperature: 83 ° C., humidity: 50% RH, no rain) The change in conversion efficiency over time was observed. The conversion efficiency was measured using a solar simulator manufactured by Yamashita Denso.
Table 2 shows the retention of conversion efficiency after 24 hours when the initial efficiency is 1.

(比較例2)
穴の上に立つガラス管を用いず、封止剤としてEVOH及びガラス板を用いて熱プレスにて封止した以外は実施例1と同様にセルを作成した。次いで、ヨウ素の経時変化を実施例1と同様にして測定した。結果を表2に示した。
(Comparative Example 2)
A cell was prepared in the same manner as in Example 1 except that the glass tube standing on the hole was not used and EVOH and a glass plate were used as the sealant and sealed by hot press. Subsequently, the time-dependent change of iodine was measured in the same manner as in Example 1. The results are shown in Table 2.

Figure 0005130775
Figure 0005130775

本発明の光電気化学電池は、従来の封止方法と比較して、安全に封止することができ、高温下での使用や長期間の使用でもヨウ素などの電解質や揮発性溶媒の消失が著しく低減されることから、耐久性に優れる。このような優れた特性から、太陽光による太陽電池、トンネルや屋内での人工光による光電気化学電池に用いることができる。また、本発明の光電気化学電池は、光の照射を受けて電流が流れることから、光センサーとして用いることができる。   The photoelectrochemical cell of the present invention can be sealed safely compared to conventional sealing methods, and the loss of electrolytes such as iodine and volatile solvents can be achieved even at high temperatures and for long periods of use. Since it is remarkably reduced, it has excellent durability. Because of such excellent characteristics, it can be used in solar cells using sunlight, photoelectrochemical cells using artificial light in tunnels and indoors. In addition, the photoelectrochemical cell of the present invention can be used as an optical sensor because current flows upon receiving light irradiation.

本発明の湿式光電気化学の断面模式図である。It is a cross-sectional schematic diagram of the wet photoelectrochemistry of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

1 基板
2 導電層
3 半導体粒子層
4 光増感色素
5 電解液
6 導電層
7 基板
8 導電性基板
9 対極
10 封止剤
11 管
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Substrate 2 Conductive layer 3 Semiconductor particle layer 4 Photosensitizing dye 5 Electrolyte 6 Conductive layer 7 Substrate 8 Conductive substrate 9 Counter electrode 10 Sealant 11 Tube

Claims (5)

導電性基板、光増感色素を吸着させた半導体微粒子、電荷移動層及び対極を含む積層体を、封止剤で封止してなる光電気化学電池において、光電気化学電池に設けられた穴に管が装着されており、管の先端及び/又は内部がガラスフリットを用いて封止されていることを特徴とする光電気化学電池。   A hole provided in a photoelectrochemical cell in a photoelectrochemical cell in which a laminate including a conductive substrate, semiconductor fine particles adsorbing a photosensitizing dye, a charge transfer layer, and a counter electrode is sealed with a sealant A tube is attached to the tube, and the tip and / or the inside of the tube is sealed with a glass frit. 管内に充填物を入れ、その後、ガラスフリットで封止されていることを特徴とする請求項1記載の光電気化学電池。   2. The photoelectrochemical cell according to claim 1, wherein the tube is filled with a filler and then sealed with a glass frit. 充填物が、ガラス、接着剤、セラミックス及び綿から選ばれる1つ以上である請求項2記載の光電気化学電池。   The photoelectrochemical cell according to claim 2, wherein the filler is one or more selected from glass, an adhesive, ceramics, and cotton. 管の材質がガラス及び/又はセラミックスである請求項1〜3のいずれかに記載の光電気化学電池。   The photoelectrochemical cell according to any one of claims 1 to 3, wherein the tube is made of glass and / or ceramics. 充填物が、光電気化学電池に接している請求項2〜4のいずれかに記載の光電気化学電池。   The photoelectrochemical cell according to any one of claims 2 to 4, wherein the filler is in contact with the photoelectrochemical cell.
JP2007111461A 2006-12-15 2007-04-20 Photoelectrochemical cell Expired - Fee Related JP5130775B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2007111461A JP5130775B2 (en) 2006-12-15 2007-04-20 Photoelectrochemical cell

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2006338136 2006-12-15
JP2006338136 2006-12-15
JP2007111461A JP5130775B2 (en) 2006-12-15 2007-04-20 Photoelectrochemical cell

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2008171793A JP2008171793A (en) 2008-07-24
JP5130775B2 true JP5130775B2 (en) 2013-01-30

Family

ID=39699668

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2007111461A Expired - Fee Related JP5130775B2 (en) 2006-12-15 2007-04-20 Photoelectrochemical cell

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP5130775B2 (en)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4869451B1 (en) * 2010-11-09 2012-02-08 岩田 光浩 Dye-sensitized solar cell

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000348783A (en) * 1999-06-01 2000-12-15 Nikon Corp Manufacture of pigment-sensitized type solar cell
US20060112987A1 (en) * 2003-01-10 2006-06-01 Toshinobu Nakata Transparent thin-film solar cell module and its manufacturing method
JP4377627B2 (en) * 2003-08-07 2009-12-02 シャープ株式会社 Dye-sensitized solar cell and dye-sensitized solar cell module
JP2007149652A (en) * 2005-10-31 2007-06-14 Sumitomo Chemical Co Ltd Photoelectrochemical battery

Also Published As

Publication number Publication date
JP2008171793A (en) 2008-07-24

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5023866B2 (en) Dye-sensitized photoelectric conversion element, method for producing the same, and electronic device
JP5028804B2 (en) Functional device
JP2007073505A (en) Photoelectric conversion element
EP2442401A1 (en) Dye-sensitized photoelectric converter, manufacturing method thereof, and electronic device
KR20090076410A (en) Gel type electrolyte for dye sensitized solar cell, preparing method for the same and solar cell employing the gel type electrolyte
US10014122B2 (en) Photoelectric conversion element and photoelectric conversion element module
JP2004152613A (en) Dye-sensitized solar cell
JP4999334B2 (en) Dye compound, photoelectric conversion element and photoelectrochemical cell using the compound
JP4247820B2 (en) Method for manufacturing photoelectric conversion element and photoelectric conversion element
JP4678125B2 (en) PHOTOELECTRIC CONVERSION ELEMENT AND ITS MANUFACTURING METHOD, ELECTRONIC DEVICE AND ITS MANUFACTURING METHOD
JP2003257506A (en) Electrolyte composition, photoelectric transducer and photoelectric cell
JP4356865B2 (en) Method for producing metal-metal oxide composite electrode, photoelectric conversion element and photovoltaic cell
JP2007149652A (en) Photoelectrochemical battery
JP2008147154A (en) Photoelectrochemical cell
JP5536015B2 (en) Photoelectric conversion element and photoelectric conversion element module
JP2008186669A (en) Manufacturing method of dye-sensitized solar cell
KR101532421B1 (en) Quasi-solid electrolyte for dye-sensitized solar cell and dye-sensitized solar cell containing the electrolyte
JP5160045B2 (en) Photoelectric conversion element
JP4377627B2 (en) Dye-sensitized solar cell and dye-sensitized solar cell module
JP5130775B2 (en) Photoelectrochemical cell
JP2007200714A (en) Dye-sensitized solar cell and its manufacturing method
JP2004124124A (en) Method for manufacturing metal-metal oxide compound electrode, photoelectric transducer, and photoelectric cell
JP4116825B2 (en) Dye-sensitized solar cell
JP5566681B2 (en) Electrolyte composition for photoelectric conversion element and photoelectric conversion element
JP2006004736A (en) Photoelectric transducer and colorant for photoelectric transducer

Legal Events

Date Code Title Description
RD05 Notification of revocation of power of attorney

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7425

Effective date: 20080516

A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20100303

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20121009

A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20121022

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

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20151116

Year of fee payment: 3

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

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20151116

Year of fee payment: 3

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees