JP5191647B2 - Titanium oxide film, titanium oxide film electrode film structure, and dye-sensitized solar cell - Google Patents

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Description

この発明は、色素増感太陽電池の発電機能を担う酸化チタン膜に関し、その光電変換効率を高めることができるようにしたものである。   The present invention relates to a titanium oxide film that bears the power generation function of a dye-sensitized solar cell, and is capable of increasing its photoelectric conversion efficiency.

特開2002−141115号公報には、色素増感太陽電池の発電機能を担う酸化チタン膜を針状結晶酸化チタンで構成したものが開示されており、針状結晶体に小さな粒状の酸化チタン粒子が付着した構造が好ましいとしている。この針状結晶酸化チタンは、ガラス基板上に電着法で形成したものである。
この先行発明では、針状結晶酸化チタンを用いることで、発生した電荷のガラス基板上の透明導電膜への移動が良好になり、光電変換効率が向上するとされている。
Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-141115 discloses a titanium oxide film that has a power generation function of a dye-sensitized solar cell, which is composed of acicular crystalline titanium oxide. It is said that a structure with attached is preferable. This acicular crystalline titanium oxide is formed on a glass substrate by an electrodeposition method.
In this prior invention, by using acicular crystal titanium oxide, the movement of generated charges to the transparent conductive film on the glass substrate is improved, and the photoelectric conversion efficiency is improved.

しかしながら、この先行発明においても、色素増感太陽電池の光電変換効率は決して高いものではなく、実用化に際してはさらなる改善が必要である。また、針状結晶酸化チタンを電着法によりガラス基板上に形成するものであるので、手間がかかり、コストが高くなる問題もあった。
特開2002−141115号公報
However, also in this prior invention, the photoelectric conversion efficiency of the dye-sensitized solar cell is not high at all, and further improvement is required for practical use. Moreover, since acicular crystal titanium oxide is formed on a glass substrate by an electrodeposition method, there is a problem that it takes time and costs increase.
JP 2002-141115 A

よって、本発明における課題は、色素増感太陽電池を構成する酸化チタン膜において、さらに高い光電変換効率が達成でき、しかも容易にかつ安価に作成できるようにすることにある。   Therefore, an object of the present invention is to achieve a higher photoelectric conversion efficiency in a titanium oxide film constituting a dye-sensitized solar cell, and to make it easy and inexpensive.

かかる課題を解決するため、
請求項1にかかる発明は、基板上に設けられた酸化チタン膜であって、
この酸化チタン膜は、径30〜200nm、長さ0.5〜20μmのルチル型結晶針状酸化チタンと、径5〜400nmのアナターゼ型結晶粒状酸化チタンが含まれる多孔質膜であることを特徴とする酸化チタン膜である。
To solve this problem,
The invention according to claim 1 is a titanium oxide film provided on a substrate,
The titanium oxide film is a porous film containing a rutile crystal needle-like titanium oxide having a diameter of 30 to 200 nm and a length of 0.5 to 20 μm, and an anatase crystal granular titanium oxide having a diameter of 5 to 400 nm. A titanium oxide film.

請求項2にかかる発明は、前記ルチル型結晶針状酸化チタンと前記アナターゼ型結晶粒状酸化チタンとの重量比が0.1:1〜2:1であることを特徴とする請求項1記載の酸化チタン膜である。 The invention according to claim 2 is characterized in that a weight ratio of the rutile crystal needle-like titanium oxide and the anatase crystal granular titanium oxide is 0.1: 1 to 2: 1 . It is a titanium oxide film.

請求項3にかかる発明は、スクリーン印刷法によって形成された請求項1または2記載の酸化チタン膜である。
請求項4にかかる発明は、請求項1ないし3のいずれかに記載の酸化チタン膜を備えたことを特徴とする色素増感太陽電池である。
The invention according to claim 3 is the titanium oxide film according to claim 1 or 2 formed by a screen printing method.
The invention according to claim 4 is a dye-sensitized solar cell comprising the titanium oxide film according to any one of claims 1 to 3.

請求項5にかかる発明は、三層構造の酸化チタン膜電極膜構造であって、
透明基板上の透明導電膜と接する下地層が径5〜10nmの微粒子のアナターゼ型結晶粒状酸化チタンからなる酸化チタン膜で構成され、中間層が請求項1ないし3のいずれかに記載の酸化チタン膜で構成されから、最上層が径20〜400nmのアナターゼ型結晶粒状酸化チタンからなる酸化チタン膜で構成されたことを特徴とする酸化チタン膜電極膜構造である。
The invention according to claim 5 is a three-layered titanium oxide film electrode film structure,
4. The titanium oxide according to claim 1, wherein the base layer in contact with the transparent conductive film on the transparent substrate is composed of a titanium oxide film made of fine anatase type crystalline granular titanium oxide having a diameter of 5 to 10 nm. The titanium oxide film electrode film structure is characterized in that it is composed of a film, and the uppermost layer is composed of a titanium oxide film made of anatase-type crystalline granular titanium oxide having a diameter of 20 to 400 nm.

請求項6にかかる発明は、最上層、中間層および下地層がスクリーン印刷法によって形成されたものであることを特徴とする請求項5記載の酸化チタン膜電極膜構造である。
請求項7にかかる発明は、請求項5または6に記載の酸化チタン膜電極膜構造を備えたことを特徴とする色素増感太陽電池である。
The invention according to claim 6 is the titanium oxide film electrode film structure according to claim 5, wherein the uppermost layer, the intermediate layer, and the underlayer are formed by a screen printing method.
The invention according to claim 7 is a dye-sensitized solar cell comprising the titanium oxide film electrode film structure according to claim 5 or 6.

本発明によれば、酸化チタン膜の中間層が、ルチル型結晶針状酸化チタンとアナターゼ型結晶粒状酸化チタンとが含まれる多孔質膜からなるものであるので、この酸化チタン膜を用いた色素増感太陽電池では、その光電変換効率が高いものとなる。   According to the present invention, the intermediate layer of the titanium oxide film is composed of a porous film containing rutile crystal needle-like titanium oxide and anatase crystal granular titanium oxide, and therefore a dye using this titanium oxide film In the sensitized solar cell, the photoelectric conversion efficiency is high.

すなわち、ルチル型結晶針状酸化チタンだけからなる酸化チタン膜では、光電変換効率が低いが、これにアナターゼ型結晶粒状酸化チタンを混在させることにより格段に光電変換効率が向上することが本発明者の検討から得られた。
また、この中間層は、スクリーン印刷法などの塗布方法で成膜できるので、安価に製造することができる。
That is, in the case of a titanium oxide film composed only of rutile crystal needle-like titanium oxide, the photoelectric conversion efficiency is low, but it is the present inventor that the photoelectric conversion efficiency is remarkably improved by mixing anatase type crystalline granular titanium oxide with this. Obtained from the study.
Further, since this intermediate layer can be formed by a coating method such as a screen printing method, it can be manufactured at low cost.

さらに、下地層を設けることにより、透明導電膜からの逆電子移動の抑制と透明導電膜と多孔質電極膜の間における導電性の改善などの効果が得られ、また、最上層を設けることにより、多孔質電極膜からの透過光を反射し光閉じ込めなどの効果が得られる。   Furthermore, by providing a base layer, effects such as suppression of reverse electron transfer from the transparent conductive film and improvement of conductivity between the transparent conductive film and the porous electrode film can be obtained, and by providing the uppermost layer By reflecting the transmitted light from the porous electrode film, effects such as light confinement can be obtained.

[酸化チタン膜電極膜構造]
図1は、本発明の酸化チタン膜電極膜構造の一例を模式的に示すもので、図中符号1は、透明基板としてのガラス基板を示す。透明基板としてはガラス基板以外にポリカーボネイト(PC)、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリエチレン(PE)、ポリ塩化ビニル(PVC)、フッ素樹脂などの透明プラスチック基板を用いることができる。
このガラス基板1上には、ITO、FTOなどからなるシート抵抗が100Ω以下、好ましくは30Ω以下の厚さ100nm以上の透明導電膜2が形成されている。
[Titanium oxide film electrode structure]
FIG. 1 schematically shows an example of a titanium oxide film electrode film structure of the present invention. In the figure, reference numeral 1 denotes a glass substrate as a transparent substrate. As the transparent substrate, a transparent plastic substrate such as polycarbonate (PC), polyethylene terephthalate (PET), polyethylene (PE), polyvinyl chloride (PVC), and fluororesin can be used in addition to the glass substrate.
On the glass substrate 1, a transparent conductive film 2 made of ITO, FTO or the like and having a sheet resistance of 100Ω or less, preferably 30Ω or less and a thickness of 100 nm or more is formed.

さらに、この透明導電膜2上には、酸化チタン膜電極膜構造3が形成されている。この例の酸化チタン膜3は、3層構造となっており、ガラス基板1側から下地層31、中間層32および最上層33から構成されている。
電極膜の形成において、電極膜を構成する各層を構成するスラリーやペーストを塗布し焼成を行うプロセスを繰り返しながら電極膜を形成する場合と、各層を塗布して流動性がなくなった段階で次の層となるスラリーやペーストを塗布し、一度に焼成して電極膜を形成する場合がある。
Further, a titanium oxide film electrode film structure 3 is formed on the transparent conductive film 2. The titanium oxide film 3 in this example has a three-layer structure, and is composed of an underlayer 31, an intermediate layer 32, and an uppermost layer 33 from the glass substrate 1 side.
In the formation of the electrode film, when the electrode film is formed while repeating the process of applying and firing the slurry and paste constituting each layer constituting the electrode film, and at the stage where each layer is applied and the fluidity is lost In some cases, an electrode film is formed by applying a slurry or paste to be a layer and firing at once.

[下地層]
透明導電膜2直上には、下地層31が形成されている。
この下地層31は、径5〜10nmのアナターゼ型結晶粒状酸化チタンからなる厚さ0.1〜10μmの実密な酸化チタン層である。
下地層31の形成は、スクリーン印刷法やスプレー法などによりルチル型結晶構造の酸化チタン粒子のスラリーやペーストを塗布して、厚み0.1μm以上に塗膜を形成する。透明基板が、ソーダライムガラス基板の場合には、これを350〜550℃にて焼成して、酸化チタンの緻密な膜からなる下地層31を形成する。
[Underlayer]
A base layer 31 is formed immediately above the transparent conductive film 2.
The underlayer 31 is a solid titanium oxide layer having a thickness of 0.1 to 10 μm made of anatase type crystalline granular titanium oxide having a diameter of 5 to 10 nm.
The underlayer 31 is formed by applying a slurry or paste of titanium oxide particles having a rutile crystal structure by screen printing or spraying to form a coating film having a thickness of 0.1 μm or more. When the transparent substrate is a soda lime glass substrate, it is baked at 350 to 550 ° C. to form the base layer 31 made of a dense titanium oxide film.

この酸化チタンの緻密な膜を形成する方法としては、チタンのアルコキシド、例えばテトラエトキシチタン Ti(CO) をエタノールに溶解して、これを吹き付けて焼成することにより酸化チタンの膜を形成しても良く、またチタンのアルコキシドを希釈したアルコール溶液に水を加えて作製したゾル溶液をスプレー法により塗布して焼成して下地層31を形成してもよい。 As a method of forming this titanium oxide dense film, titanium alkoxide, for example, tetraethoxy titanium Ti (C 2 H 5 O) 4 is dissolved in ethanol, and this is sprayed and fired to form a titanium oxide film. Alternatively, the base layer 31 may be formed by applying and baking a sol solution prepared by adding water to an alcohol solution in which a titanium alkoxide is diluted and spraying.

また、有機金属チタンとルチル型結晶酸化チタン粒子を混ぜて、スクリーン印刷法またはスプレー法により塗布して焼成して下地層31を形成してもよい。
下地層31をなす酸化チタン層は、場合によっては透明導電膜2から電解液への逆電子移動を防止する意味もあるために、特にアナターゼ型結晶構造の酸化チタンである必要はないが、光電変換を行える点からルチル型またはアナターゼ型の結晶構造の酸化チタンからなる下地層31であることが望ましい。
Alternatively, the base layer 31 may be formed by mixing organometallic titanium and rutile-type crystalline titanium oxide particles, and applying and baking by screen printing or spraying.
The titanium oxide layer that forms the underlayer 31 does not need to be titanium oxide having an anatase type crystal structure in particular because it may prevent reverse electron transfer from the transparent conductive film 2 to the electrolytic solution. From the viewpoint of conversion, the base layer 31 is preferably made of titanium oxide having a rutile or anatase crystal structure.

[中間層]
前記下地層31上には、中間層32が形成されている。
この中間層32は、径30〜200nm、長さ0.5〜20μmのルチル型結晶針状酸化チタンと径5〜400nmのアナターゼ型結晶粒状酸化チタンとが含まれる多孔質膜である。
[Middle layer]
An intermediate layer 32 is formed on the base layer 31.
The intermediate layer 32 is a porous film containing rutile crystal needle-like titanium oxide having a diameter of 30 to 200 nm and a length of 0.5 to 20 μm and anatase crystal granular titanium oxide having a diameter of 5 to 400 nm.

この中間層32を構成するルチル型結晶構造の針状形態の酸化チタン粒子として、直径30〜200nmであり、長さが0.5〜20μmのアスペクト比が5以上のものである。
ここで言うアスペクト比とは、針状粒子の平均長を針状の平均径で割った値である。比表面積としては5〜30m/gである。
このルチル型結晶針状酸化チタンに、アナターゼ型結晶粒状酸化チタンの粉を混ぜてスラリーまたはペーストにして塗布してアナターゼ型結晶構造の酸化チタンからなる多孔質体にルチル型の針状結晶粒子を固定化して作製した多孔質電極層が本発明での中間層32でとなる。
The acicular titanium oxide particles having a rutile crystal structure constituting the intermediate layer 32 have a diameter of 30 to 200 nm, a length of 0.5 to 20 μm and an aspect ratio of 5 or more .
The aspect ratio here is a value obtained by dividing the average length of the acicular particles by the acicular average diameter. The specific surface area is 5 to 30 m 2 / g.
This rutile crystal needle-like titanium oxide is mixed with anatase crystal grain titanium oxide powder and applied as a slurry or paste to form rutile needle-like crystal particles on a porous body made of titanium oxide having an anatase crystal structure. The porous electrode layer produced by immobilization is the intermediate layer 32 in the present invention.

この中間層32をなすアナターゼ型結晶構造の酸化チタン粒子としては、直径が5nm〜400nmであることが望ましく、このアナターゼ型結晶構造の酸化チタンに部分的にルチル構造型の結晶構造のものが入ってもよく、場合によってはルチル型の結晶構造の粒子として混ざっても良い。   The anatase-type titanium oxide particles forming the intermediate layer 32 preferably have a diameter of 5 nm to 400 nm, and the anatase-type titanium oxide has a rutile structure-type crystal structure. In some cases, it may be mixed as particles having a rutile crystal structure.

中間層32の形成方法に関しては、ルチル型結晶針状酸化チタンにアナターゼ型結晶粒状酸化チタンの粉と、有機金属チタン、例えば前述のテトラエトキシチタン Ti(CO) を混ぜてスラリーやペーストにして、これを用いて中間層32を形成しても同様な効果が得られる。また、同様に酸化チタンのゾル液をルチル型結晶針状酸化チタンとアナターゼ型結晶粒状酸化チタンの粉に混ぜたものでも良い。 Regarding the method for forming the intermediate layer 32, a slurry of rutile crystal acicular titanium oxide mixed with anatase crystal granular titanium oxide powder and organometallic titanium, for example, tetraethoxy titanium Ti (C 2 H 5 O) 4 described above. The same effect can be obtained even if the intermediate layer 32 is formed by using a paste. Similarly, a titanium oxide sol solution mixed with rutile crystal needle-like titanium oxide and anatase crystal granular titanium oxide powder may be used.

この中間層32内部に、酸化亜鉛、酸化マグネシウム、酸化珪素、酸化アルミニウム等の酸化物を粒子サイズとして0.2〜5μmにして混ぜることにより透過光の乱反射成分として光電変換効率を改善させることも可能である。
また、中間層32の上に酸化チタン、酸化亜鉛、酸化マグネシウム、酸化珪素、酸化アルミニウム等の酸化物を粒子サイズとして0.2〜5μmにして積層させることにより透過光の乱反射成分として光電変換効率を改善させることも可能である。
In the intermediate layer 32, an oxide such as zinc oxide, magnesium oxide, silicon oxide, aluminum oxide or the like having a particle size of 0.2 to 5 μm is mixed to improve the photoelectric conversion efficiency as a diffuse reflection component of transmitted light. Is possible.
Further, a photoelectric conversion efficiency is obtained as a diffuse reflection component of transmitted light by laminating an oxide such as titanium oxide, zinc oxide, magnesium oxide, silicon oxide, and aluminum oxide with a particle size of 0.2 to 5 μm on the intermediate layer 32. It is also possible to improve.

[最上層]
中間層32の上には、最上層33が設けられている。この最上層33は、径20〜400nmのアナターゼ型結晶粒状酸化チタンからなる厚さ0.1〜10μmの多孔質膜である。
この最上層33の成膜方法としては、例えばスクリーン印刷やスプレー法等によりペースト又はスラリーを中間層の上に塗布した後に乾燥し400〜600℃、好ましくは450〜550℃で焼成する。最上層33は特に酸化チタンに限定されるものではなく、酸化亜鉛、酸化マグネシウム、酸化珪素、酸化アルミニウム等の酸化物からなるものでも良い。
[Top layer]
An uppermost layer 33 is provided on the intermediate layer 32. The uppermost layer 33 is a porous film having a thickness of 0.1 to 10 μm made of anatase type crystalline granular titanium oxide having a diameter of 20 to 400 nm.
As a method for forming the uppermost layer 33, for example, a paste or slurry is applied on the intermediate layer by screen printing or spraying, and then dried and fired at 400 to 600 ° C., preferably 450 to 550 ° C. The uppermost layer 33 is not particularly limited to titanium oxide, and may be made of an oxide such as zinc oxide, magnesium oxide, silicon oxide, or aluminum oxide.

また、酸化チタン膜電極膜構造3に色素を吸着させる前後に、逆電子移動用に例えばケトン系、カルボン酸系、エーテル系等や金属アルコキシド、金属錯体、金属塩等を用いて、酸化チタン電極表面に高い抵抗膜や吸着層を5nm以下で形成することにより、光電変換効率を改善してもよい。   In addition, before and after the dye is adsorbed on the titanium oxide film electrode film structure 3, for example, ketone, carboxylic acid, ether, etc., metal alkoxide, metal complex, metal salt, etc. are used for reverse electron transfer. The photoelectric conversion efficiency may be improved by forming a high resistance film or adsorption layer on the surface with a thickness of 5 nm or less.

以上の説明では、主にソーダライムガラスなどの耐熱性の優れた透明基板を用いた場合の酸化チタン膜電極膜構造3の作製方法について説明したが、耐熱性の不十分なPC、PE、PET、PVC、フッ素樹脂系フィルムなどの有機系材料からなるものを透明基板として用いて作製する場合について、以下に説明する。   In the above description, the production method of the titanium oxide film electrode film structure 3 in the case of using a transparent substrate excellent in heat resistance such as soda lime glass has been described. However, PC, PE, and PET having insufficient heat resistance. In the following, description will be made on the case of using a transparent substrate made of an organic material such as PVC, fluororesin film or the like.

基本的にはスパッター法、蒸着法、CVD法等の成膜法により、例えばPC基板の上に透明導電膜2を形成する。この際、フィルム表面に成膜する膜にピンホールが発生すると電解液の溶媒により樹脂基板が膨潤や溶解して膜の剥離を生じさせるためにクリーンルーム中にて成膜する。また、成膜方法の中でも管理や量産性の観点では、通常はスパッター法が良く、チャンバー中で連続スパッターによる成膜が望ましい。
透明導電膜2の成膜材料としては、ITOが雰囲気の影響を受けないために管理がしやすい。このような成膜プロセスにより、透明導電膜2にシート抵抗が100Ω以下になるように導電性を持たせる。
Basically, the transparent conductive film 2 is formed on a PC substrate, for example, by a film forming method such as sputtering, vapor deposition, or CVD. At this time, if a pinhole is generated in the film to be formed on the film surface, the resin substrate is swollen or dissolved by the solvent of the electrolytic solution, and the film is formed in a clean room in order to cause peeling of the film. Of the film formation methods, from the viewpoint of management and mass productivity, the sputtering method is usually good, and film formation by continuous sputtering is desirable in the chamber.
As a film-forming material for the transparent conductive film 2, ITO is easy to manage because ITO is not affected by the atmosphere. By such a film forming process, the transparent conductive film 2 is made conductive so that the sheet resistance becomes 100Ω or less.

この透明導電膜2を形成した後に、チタンのアルコキシドや金属塩、またはチタンのゾル液をアナターゼ型結晶構造の酸化チタン粉と混ぜて塗布し、100℃程度で乾燥して下地層31を作成する。この温度はフィルム材質の耐熱温度以下で行う。
この際、金属アルコキシドやチタンゾル液を用いて、アナターゼ型結晶構造の酸化チタン粉を混ぜてスクリーン印刷法かスプレー法にて塗布し、室温から50℃程度でゲル化反応により固定化することにより、基板の熱膨張による剥離や基板への熱ダメージを減らすことが出来る。
After this transparent conductive film 2 is formed, a titanium alkoxide, a metal salt, or a titanium sol solution is mixed with an anatase crystal structure titanium oxide powder, applied, and dried at about 100 ° C. to form an underlayer 31. . This temperature is performed below the heat resistant temperature of the film material.
At this time, using a metal alkoxide or titanium sol solution, the titanium oxide powder of anatase type crystal structure is mixed and applied by screen printing or spraying, and fixed by gelation reaction at room temperature to about 50 ° C., Peeling due to thermal expansion of the substrate and thermal damage to the substrate can be reduced.

この下地層31の上に中間層32となるアナターゼ型結晶構造の酸化チタン粒子にルチル型結晶構造の針状形態の酸化チタンを混ぜて多孔質の酸化チタン電極膜を形成する。
この中間層32の形成プロセスは、アナターゼ型結晶構造の酸化チタン粒子にルチル型結晶構造の針状形態の酸化チタンを混ぜたものに、チタンアルコキシドを混ぜて加水分解反応により架橋させるのが望ましく、またはチタンアルコキシドを使用しないで、高周波プラズマに基板表面が触れるようにして表面にだけ高温にして基板裏側を冷却するような方法でも良い。
A porous titanium oxide electrode film is formed on the underlayer 31 by mixing the titanium oxide particles having an anatase type crystal structure to be the intermediate layer 32 with acicular titanium oxide having a rutile type crystal structure.
The intermediate layer 32 is preferably formed by mixing a titanium oxide particle having anatase type crystal structure with a titanium oxide having a needle-like form having a rutile type crystal structure and a titanium alkoxide and crosslinking the mixture by a hydrolysis reaction. Alternatively, without using titanium alkoxide, a method may be used in which the substrate surface is brought into contact with the high-frequency plasma and only the surface is heated to cool the back side of the substrate.

また、透明導電膜2の上に直接にアナターゼ型結晶構造の酸化チタン粒子にルチル型結晶構造の針状形態の酸化チタンを混ぜて多孔質の酸化チタン電極膜からなる中間層32を、チタンアルコキシドを混ぜて加水分解反応により架橋させて固定化するか、またはチタンアルコキシドを使用しないで、高周波プラズマを用いて中間層32を形成しても良い。   Further, an intermediate layer 32 composed of a porous titanium oxide electrode film obtained by mixing a titanium oxide particle having a rutile crystal structure with titanium oxide particles having an anatase crystal structure directly on the transparent conductive film 2 is formed as a titanium alkoxide. The intermediate layer 32 may be formed by using a high-frequency plasma without using titanium alkoxide.

最上層33の成膜方法としては、例えばスクリーン印刷やスプレー法等によりペースト又はスラリーを中間層の上に塗布した後に乾燥し高周波プラズマに基板表面が触れるようにして表面だけを高温にしてネッキングさせて膜を形成する。または塗膜の乾燥後に放電焼結させても良い。   As the film formation method of the uppermost layer 33, for example, a paste or slurry is applied on the intermediate layer by screen printing or spraying, and then dried, and only the surface is brought into high temperature so that the substrate surface is in contact with the high frequency plasma and necked. To form a film. Or you may make it discharge-sinter after drying of a coating film.

PC、PE、PET、PVC、フッ素樹脂系フィルムを用いてセルを作製する場合に、酸化チタン膜電極膜構造3の下地に透明導電膜2を形成するが、さらにこの下地としてフィルム表面に緻密な膜を作りやすくすることや、酸素や水分に対するバリヤー性を高めるために酸化アルミニウムや酸化珪素等を成膜することも耐久性の改善において効果がある。また、対極の正極側も同様である。
例えば、正極はPCフィルム上に酸素や水分に対するバリヤー膜を形成して、この上に透明導電膜を形成し、さらにスパッター法等によりPtを10nm以上に成膜したものを用いる。
In the case of producing a cell using PC, PE, PET, PVC, or a fluororesin film, the transparent conductive film 2 is formed on the base of the titanium oxide film electrode film structure 3. In order to improve the durability, it is also easy to form a film, and to form a film of aluminum oxide, silicon oxide or the like in order to improve barrier properties against oxygen and moisture. The same applies to the positive electrode side of the counter electrode.
For example, the positive electrode is formed by forming a barrier film against oxygen or moisture on a PC film, forming a transparent conductive film thereon, and further depositing Pt to 10 nm or more by sputtering or the like.

[色素増感太陽電池]
本発明の色素増感太陽電池は、上述の中間層32を構成する酸化チタン膜または酸化チタン膜電極膜構造3を形成した透明基板を負極として用いたもので、この酸化チタン膜2に増感用の色素を吸着させて使用する。
酸化チタン膜に吸着させる色素としては、例えばルテニウムビピリジン系色素、アゾ系色素、キノン系色素、キノンイミン系色素、キナクリドン系色素、スクアリリウム系色素、シアニン系色素、メロシアニン系色素、トリフェニルメタン系色素、キサンテン系色素、ポリフィリン系色素、フタロシアニン系色素、ベリレン系色素、インジゴ系色素、ナフタロシアニン系色素などが挙げられる。
[Dye-sensitized solar cell]
The dye-sensitized solar cell of the present invention uses a transparent substrate on which the titanium oxide film or the titanium oxide film electrode film structure 3 constituting the intermediate layer 32 described above is used as a negative electrode. Adsorb the dye for use.
Examples of the dye to be adsorbed on the titanium oxide film include ruthenium bipyridine dye, azo dye, quinone dye, quinone imine dye, quinacridone dye, squarylium dye, cyanine dye, merocyanine dye, triphenylmethane dye, Xanthene dyes, porphyrin dyes, phthalocyanine dyes, berylene dyes, indigo dyes, naphthalocyanine dyes and the like can be mentioned.

色素の吸着方法としては、例えば、基板上に形成された酸化チタン膜3を、色素を溶解した溶液(色素吸着用溶液)に浸漬する方法が挙げられる。
色素を溶解させる溶剤としては、色素を溶解するものであればよく、具体的には、エタノールなどのアルコール類、アセトンなどのケトン類、ジエチルエーテル、テトラヒドロフランなどのエーテル類、アセトニトリルなどの窒素化合物類、クロロホルムなどのハロゲン化脂肪族炭化水素、ヘキサンなどの脂肪族炭化水素、ベンゼンなどの芳香族炭化水素、酢酸エチルなどのエステル類が挙げられる。これらの溶剤は2種類以上を混合して用いることもできる。
Examples of the dye adsorption method include a method in which the titanium oxide film 3 formed on the substrate is immersed in a solution in which the dye is dissolved (dye adsorption solution).
The solvent for dissolving the dye may be any solvent that dissolves the dye. Specifically, alcohols such as ethanol, ketones such as acetone, ethers such as diethyl ether and tetrahydrofuran, and nitrogen compounds such as acetonitrile. , Halogenated aliphatic hydrocarbons such as chloroform, aliphatic hydrocarbons such as hexane, aromatic hydrocarbons such as benzene, and esters such as ethyl acetate. Two or more of these solvents can be used in combination.

溶液中の色素濃度は、使用する色素および溶剤の種類により適宜調整することができるが、吸着機能を向上させるためにはできるだけ高濃度である方が好ましいが、高濃度であると酸化チタン膜表面に過剰に吸着した層が形成されるので、低濃度が好ましく3×10-4モル/リットル以上であればよい。 The concentration of the dye in the solution can be adjusted as appropriate depending on the type of dye and solvent to be used, but it is preferable that the concentration be as high as possible in order to improve the adsorption function. Therefore, a low concentration is preferable, and it may be 3 × 10 −4 mol / liter or more.

電解質を構成する酸化還元対としては、I /I系の電解質、Br /Br系の電解質などのレドックス電解質等が挙げられるが、酸化還元対を構成する酸化体がI であり、かつ、前記酸化還元対を構成する還元体がIであるI /I系の電解質が好ましく、LiI、NaI、KI、CsI、CaI2などの金属ヨウ化物、およびテトラアルキルアンモニウムヨーダイド、ピリジニウムヨーダイド、イミダゾリウムヨーダイドなど4級アンモニウム化合物のヨウ素塩などのヨウ化物と、I2との組み合わせが挙げられる。このような電解液においてこのようなヨウ素系レドックス溶液からなる電解質が用いられる場合には、正極側は白金又は導電性炭素材料からなること及び触媒粒子が白金又は導電性炭素材料からなることが好ましい Examples of the redox couple constituting the electrolyte include redox electrolytes such as an I 3 / I system electrolyte and a Br 3 / Br system electrolyte, and the oxidant constituting the redox pair is I 3. And an electrolyte of I 3 / I system in which the reductant constituting the redox pair is I is preferable, and metal iodides such as LiI, NaI, KI, CsI, and CaI 2 , and tetra Combinations of iodides such as iodine salts of quaternary ammonium compounds such as alkylammonium iodide, pyridinium iodide, imidazolium iodide, and I 2 can be mentioned. When an electrolyte made of such an iodine redox solution is used in such an electrolytic solution, the positive electrode side is preferably made of platinum or a conductive carbon material, and the catalyst particles are preferably made of platinum or a conductive carbon material.

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

電解質濃度は、電解質や溶剤の種類などにより適宜設定すればよく、例えば、0.01〜1.5モル/リットル、好ましくは0.01〜0.7モル/リットルである。具体的な電解液の一例としては、リチウムアイオダイド0.06モル/リットル、ヨウ素0.06モル/リットル、ターシャルブチルピリジン0.3モル/リットルの濃度となるようにそれぞれをアセトニトリルに溶解させたものが挙げられる。   The electrolyte concentration may be appropriately set depending on the type of electrolyte and solvent, and is, for example, 0.01 to 1.5 mol / liter, preferably 0.01 to 0.7 mol / liter. As an example of a specific electrolytic solution, lithium iodide is dissolved in acetonitrile so as to have concentrations of 0.06 mol / liter, iodine 0.06 mol / liter, and tertiary butylpyridine 0.3 mol / liter. Can be mentioned.

基板の接合方法としては、色素を吸着させた酸化チタン膜を形成した基板と透明導電膜に白金を担持させた基板を対面させ、アイオノマー等の有機材料を用いて熱融着させて封止固定し、更に外周部をガスバリヤー性のある材料で封止する方法などが挙げられる。   As a method for bonding substrates, a substrate on which a dye-adsorbed titanium oxide film is formed and a substrate on which platinum is supported on a transparent conductive film are faced to each other and thermally fixed using an organic material such as an ionomer for sealing and fixing. Furthermore, a method of sealing the outer peripheral portion with a gas barrier material can be used.

以下に、本発明の色素増感型太陽電池の特性と作製条件について説明する。
(実施例1)
ガラス基板には、ソーダライムガラス板に透明導電膜を形成したガラス板(日本板硝子製) を切断して厚み3mm 5cm角にしたガラス板を用いた。
このガラス板にスプレー法によりITOの透明導電膜を厚さ1ミクロンで成膜し、大気中にて450℃で1時間の焼成を行った。この透明導電膜を形成したガラス基板の一枚をスパッター法によりPtを200nm成膜し、ドリルにより1mmΦの径の穴を二箇所 対角線方向に両端に形成した。
Below, the characteristic and preparation conditions of the dye-sensitized solar cell of this invention are demonstrated.
Example 1
A glass plate made by cutting a glass plate (manufactured by Nippon Sheet Glass) having a transparent conductive film formed on a soda lime glass plate to a thickness of 3 mm 5 cm square was used as the glass substrate.
An ITO transparent conductive film having a thickness of 1 micron was formed on this glass plate by a spray method, and baked at 450 ° C. for 1 hour in the air. One glass substrate on which this transparent conductive film was formed was formed into a Pt film with a thickness of 200 nm by a sputtering method, and holes with a diameter of 1 mmΦ were formed at two opposite ends in a diagonal direction by a drill.

もう一枚の透明導電膜を形成したガラス基板の上に、スクリーン印刷法により酸化チタンペースト(SOLARONIX 製品名:Nanoxide HT)を10μmの厚みで塗布した。塗布した膜を450℃で1時間焼成して下地層を形成した。
この上に中間層を形成した。スクリーン印刷法により酸化チタンペーストを20μmの厚みで塗布した。用いた酸化チタンペーストは、酸化チタン量として45重量パーセントで、その他はエチルセルロース系のバインダーとテルピオーネの溶媒からなる。ブルックフィールド社製回転粘度計を用いて測定した粘度は 14号スピンドル 10rpm 25℃の条件で120Pa・sであった。
On a glass substrate on which another transparent conductive film was formed, a titanium oxide paste (SOLARONIX product name: Nanoxide HT) was applied to a thickness of 10 μm by screen printing. The applied film was baked at 450 ° C. for 1 hour to form a base layer.
An intermediate layer was formed thereon. Titanium oxide paste was applied in a thickness of 20 μm by screen printing. The titanium oxide paste used was 45% by weight as the amount of titanium oxide, and the others consisted of an ethylcellulose-based binder and a terpione solvent. The viscosity measured using a Brookfield rotational viscometer was 120 Pa · s under the conditions of a spindle No. 14 at 10 rpm and 25 ° C.

また、酸化チタンには、粒子サイズ25nmのアナターゼ型結晶構造の酸化チタン(Degussa社製、商品名;「P25」)とルチル型結晶構造の針状酸化チタン(石原産業製 品名: FTL−100)の混合粉を用いた。粉の長軸の長さやアスペクト比は粉の混合粉砕条件により変わり、この実験ではSEM観察から使用した針状酸化チタンでは、径が0.13μmで最小長0.5μm、最大長4.0μmで平均長1.7μmであった。またアスペクト比は4であった。この混合粉の混合比を変えてサンプルを試作した。ペースト塗布後、大気中にて450℃で1時間の焼成を行った。   Titanium oxide includes titanium oxide having an anatase type crystal structure with a particle size of 25 nm (trade name: “P25” manufactured by Degussa) and acicular titanium oxide having a rutile type crystal structure (product name: FTL-100). The mixed powder was used. The length and aspect ratio of the long axis of the powder vary depending on the mixing and grinding conditions of the powder. In this experiment, the acicular titanium oxide used from SEM observation has a diameter of 0.13 μm, a minimum length of 0.5 μm, and a maximum length of 4.0 μm. The average length was 1.7 μm. The aspect ratio was 4. Samples were made by changing the mixing ratio of the mixed powder. After applying the paste, baking was performed at 450 ° C. for 1 hour in the air.

この後、ルテニウム錯体系の色素ルテニウム535(SOLARONIX 製品名: ルテニウム535)を濃度5×10-4モル/リットルにしたエタノール溶液に浸漬して8時間保持した。そして無水エタノールに浸漬して過剰の色素を取り除き、100℃にて乾燥した。前記の電極膜を形成する際にはガラス基板の周端部から3mmの部分には酸化チタンペーストが付かないように印刷を行い、このガラス基板の周端部には外側から内側に厚み60μmのアイオノマー(三井デュポンポリケミカル社製のスペーサS(商品名:「ハイミラン」))を幅3mmで付着させ、50gf/cmの荷重を掛けた。この状態において120℃でアイオノマーにより熱融着させた。 Thereafter, a ruthenium complex-based dye ruthenium 535 (SOLARAONIX product name: ruthenium 535) was immersed in an ethanol solution having a concentration of 5 × 10 −4 mol / liter and held for 8 hours. And it was immersed in absolute ethanol, the excess pigment | dye was removed, and it dried at 100 degreeC. When the electrode film is formed, printing is performed so that the titanium oxide paste is not attached to a portion 3 mm from the peripheral edge of the glass substrate. The peripheral edge of the glass substrate has a thickness of 60 μm from the outside to the inside. An ionomer (spacer S (trade name: “HIMILAN”) manufactured by Mitsui DuPont Polychemical Co., Ltd.) was attached with a width of 3 mm, and a load of 50 gf / cm 2 was applied. In this state, heat fusion was performed at 120 ° C. with an ionomer.

作製したセルにLiIとIを溶かしたアセトニトリル電解液を注入口より入れて、セル全体に均一になるように注入した。このサンプルの多孔質層の構造をFE−SEMで観察し、引き続き光電変換特性を調べた。
比較例として、針状酸化チタンを入れないもので作製したセルと、アナターゼ型結晶構造の酸化チタンとルチル型結晶構造の針状酸化チタンの混合比を変えてセルを試作し光電変換効率を評価した。
Acetonitrile electrolyte solution to produce the cells were dissolved LiI and I 2 were placed from the inlet, and injected to be uniform throughout the cell. The structure of the porous layer of this sample was observed with FE-SEM, and then the photoelectric conversion characteristics were examined.
As a comparative example, a cell was fabricated using a cell that did not contain acicular titanium oxide and a mixed ratio of titanium oxide with anatase-type crystal structure and acicular titanium oxide with a rutile-type crystal structure, and the photoelectric conversion efficiency was evaluated. did.

作製した酸化チタン膜をFE−SEMで観察した。酸化チタン膜の断面を高倍率で撮影した結果を図2に示した。この結果から、酸化チタンの多孔質電極層に針状の酸化チタンが分散した状態で存在していることが分かる。
低倍率で撮影した結果を図3に示した。この図より透明導電膜の上に下地層の酸化チタン層の上に多孔質電極層が形成されていることが分かる。
また、針状酸化チタンとアナターゼ型結晶構造の酸化チタンとの比率が1対10の場合には、多孔質電極層の上面からのFE−SEMで観察では、図4のように酸化チタンの針状粒子が配向している状態もあることが確認された。
The produced titanium oxide film was observed with FE-SEM. The result of photographing the cross section of the titanium oxide film at a high magnification is shown in FIG. From this result, it can be seen that acicular titanium oxide is present in a dispersed state in the porous electrode layer of titanium oxide.
The result of photographing at a low magnification is shown in FIG. From this figure, it can be seen that a porous electrode layer is formed on the titanium oxide layer as the underlying layer on the transparent conductive film.
Further, when the ratio of acicular titanium oxide to titanium oxide having an anatase type crystal structure is 1:10, the titanium oxide needle as shown in FIG. 4 is observed by FE-SEM from the upper surface of the porous electrode layer. It was confirmed that there are cases where the shaped particles are oriented.

次に作製したセルと比較例の色素増感型太陽電池の短絡電流密度(Jsc)、開放電圧(Voc)、フィルファクタ(F.F.)、及びエネルギー変換効率(η(%))を測定した。
なお、色素増感型太陽電池のエネルギー変換効率(η(%))は、下記式(A)で表される。 ここで、下記式(A)中、Pは入射光強度[mWcm−2]、Vocは開放電圧[V]、Jscは短絡電流密度[mA・cm−2]、F.F.は曲線因子(Filling Factor)を示す。
η=100×(Voc×Jsc×F.F.)/P…(A)
Next, the short-circuit current density (Jsc), open-circuit voltage (Voc), fill factor (FF), and energy conversion efficiency (η (%)) of the prepared cell and the dye-sensitized solar cell of the comparative example were measured. did.
The energy conversion efficiency (η (%)) of the dye-sensitized solar cell is represented by the following formula (A). Here, in the following formula (A), P 0 is the incident light intensity [mWcm −2 ], Voc is the open circuit voltage [V], Jsc is the short circuit current density [mA · cm −2 ], F.I. F. Indicates a fill factor.
η = 100 × (Voc × Jsc × FF) / P 0 (A)

電池特性評価試験は、ソーラーシミュレータ(山下電装製、商品名;「YS−100H型」)を用い、AMフィルター(AM1.5)を通したキセノンランプ光源からの疑似太陽光の照射条件を、100mW/cmとする(いわゆる「1Sun」の照射条件)測定条件の下で行った。光電変換効率の結果を表1に示す。
この結果から、針状酸化チタンとアナターゼ型結晶構造の酸化チタンの重量比(針状酸化チタンの重量をアナターゼ型結晶構造の酸化チタンの重量で割った値)が0.1から2の範囲が良いことが分かった。
The battery characteristic evaluation test uses a solar simulator (manufactured by Yamashita Denso, trade name: “YS-100H type”), and the irradiation condition of pseudo sunlight from a xenon lamp light source through an AM filter (AM1.5) is 100 mW. / Cm 2 (so-called “1Sun” irradiation condition). Table 1 shows the results of photoelectric conversion efficiency.
From this result, the weight ratio of acicular titanium oxide to titanium oxide of anatase type crystal structure (value obtained by dividing the weight of acicular titanium oxide by the weight of titanium oxide of anatase type crystal structure) is in the range of 0.1 to 2. I found it good.

Figure 0005191647
Figure 0005191647

用いた針状粒子のアスペクト比は粉の混合時の粉砕条件により変わるが、少なくとも6以上となっていれば、上記の傾向には変化はなかった。   The aspect ratio of the acicular particles used varies depending on the pulverization conditions at the time of mixing the powder, but the above-mentioned tendency is not changed as long as it is at least 6 or more.

試験例
次に、前述の中間層を構成するアナターゼ型酸化チタンのサイズを変えて同様な評価を行った結果について説明する。
色素増感型太陽電池の作製条件は同一とした。酸化チタンは粒径9nmのアナターゼ型結晶構造の酸化チタン(SOLARONIX 製品名: Nanoxide HT)とルチル型結晶構造の針状酸化チタン(石原産業製 品名: FTL−300)の混合粉を用いた。
この混合粉の混合比を変えてサンプルを試作した。
使用した針状酸化チタンは、径が0.22μmで最小長1.0μm、最大長15.0μmで平均長5.3μmであった。アスペクト比は24であった。
( Test example )
Next, a description will be given of the results of a similar evaluation performed by changing the size of the anatase-type titanium oxide constituting the intermediate layer.
The production conditions of the dye-sensitized solar cell were the same. As the titanium oxide, a mixed powder of titanium oxide having an anatase type crystal structure (SOLARONIX product name: Nanoxide HT) and acicular titanium oxide having a rutile type crystal structure (product name: FTL-300) having a particle size of 9 nm was used.
Samples were made by changing the mixing ratio of the mixed powder.
The acicular titanium oxide used had a diameter of 0.22 μm, a minimum length of 1.0 μm, a maximum length of 15.0 μm and an average length of 5.3 μm. The aspect ratio was 24.

作製したセルと比較例の色素増感型太陽電池の短絡電流密度(Jsc)、開放電圧(Voc)、フィルファクタ(F.F.)、及びエネルギー変換効率(η(%))を測定した。光電変換効率の測定条件は前述と同一とした。
光電変換効率の結果を表2に示す。この結果から、実施例1と同様に針状酸化チタンとアナターゼ型結晶構造の酸化チタンの重量比(針状酸化チタンの重量をアナターゼ型結晶構造の酸化チタンの重量で割った値)が0.1から2の範囲が良いことが分かった。
The short-circuit current density (Jsc), open-circuit voltage (Voc), fill factor (FF), and energy conversion efficiency (η (%)) of the produced cell and the dye-sensitized solar cell of the comparative example were measured. The measurement conditions for the photoelectric conversion efficiency were the same as described above.
The results of photoelectric conversion efficiency are shown in Table 2. From this result, as in Example 1, the weight ratio of acicular titanium oxide to titanium oxide having an anatase type crystal structure (value obtained by dividing the weight of acicular titanium oxide by the weight of titanium oxide having an anatase type crystal structure) was 0. A range of 1 to 2 was found to be good.

Figure 0005191647
Figure 0005191647

用いた針状粒子のアスペクト比は粉の混合時の粉砕条件により変わるが、少なくとも5以上となっていれば、上記の傾向には変化はなかった。   The aspect ratio of the acicular particles used varies depending on the pulverization conditions at the time of mixing the powder, but the above-mentioned tendency was not changed as long as it is at least 5 or more.

(実施例3)
次に、透明導電膜の上に下地層の酸化チタン膜を作製しないで、直接に中間層を形成した場合の結果を示す。サンプルの作製条件は以下の通りである。
使用したガラス基板はソーダライムガラス板に透明導電膜を形成したガラス板(日本板硝子製 品名:) を切断して厚み3mm 5cm角にしたガラス板を用いた。このガラス基板の一枚をスパッター法によりPtを100nm成膜し、ドリルにより1mmΦの径の穴を二箇所 対角線方向に両端に形成した。
(Example 3)
Next, the result in the case where the intermediate layer is formed directly without forming the underlying titanium oxide film on the transparent conductive film is shown. Sample preparation conditions are as follows.
The glass substrate used was a glass plate obtained by cutting a glass plate (Japanese plate glass product name :) having a transparent conductive film formed on a soda lime glass plate to a thickness of 3 mm and 5 cm square. One glass substrate was formed into a Pt film with a thickness of 100 nm by a sputtering method, and holes with a diameter of 1 mmΦ were formed at both ends in a diagonal direction by a drill.

もう一枚のガラス基板には、このガラス基板の透明導電膜の上に中間層を形成した。スクリーン印刷法により酸化チタンペーストを20μmの厚みで塗布した。
用いた酸化チタンペーストは酸化チタン量として38重量パーセントで、その他はエチルセルロース系のバインダーとテルピオーネの溶媒からなる。ブルックフィールド社製回転粘度計を用いて測定した粘度は 14号スピンドル 10rpm 25℃の条件で135Pa・sであった。また、酸化チタンは、粒子サイズ25nmのアナターゼ型結晶構造の酸化チタン(SOLARONIX 製品名: Nanoxide HT)とルチル型結晶構造の針状酸化チタン(石原産業製)の混合粉を用いた。この混合粉の混合比を変えてサンプルを試作した。ペースト塗布後、大気中にて450℃で1時間の焼成を行った。
In another glass substrate, an intermediate layer was formed on the transparent conductive film of the glass substrate. Titanium oxide paste was applied in a thickness of 20 μm by screen printing.
The titanium oxide paste used was 38% by weight as the amount of titanium oxide, and the others consisted of an ethylcellulose-based binder and a terpione solvent. The viscosity measured using a Brookfield rotational viscometer was 135 Pa · s under the conditions of No. 14 spindle, 10 rpm and 25 ° C. As the titanium oxide, a mixed powder of anatase type crystal structure titanium oxide (SOLARONIX product name: Nanoxide HT) having a particle size of 25 nm and a rutile type crystal structure of acicular titanium oxide ( manufactured by Ishihara Sangyo ) was used. Samples were made by changing the mixing ratio of the mixed powder. After applying the paste, baking was performed at 450 ° C. for 1 hour in the air.

この後、ルテニウム錯体系の色素ルテニウム535(SOLARONIX 製品名: ルテニウム535)を濃度5×10-4モル/リットルにしたエタノール溶液に浸漬して8時間保持した。 そして、無水エタノールに浸漬して過剰の色素を取り除き、100℃にて乾燥した。前記の電極膜を形成する際にはガラス板の周端部から3mmの部分には酸化チタンペーストが付かないように印刷を行い、このガラス板の周端部には外側から内側に厚み60μmのアイオノマー(三井デュポンポリケミカル社製のスペーサS(商品名:「ハイミラン」))を幅3mmで付着させ、50gf/cmの荷重を掛けた。この状態において120℃でアイオノマーにより熱融着させた。 Thereafter, a ruthenium complex-based dye ruthenium 535 (SOLARAONIX product name: ruthenium 535) was immersed in an ethanol solution having a concentration of 5 × 10 −4 mol / liter and held for 8 hours. And it was immersed in absolute ethanol, the excess pigment | dye was removed, and it dried at 100 degreeC. When the electrode film is formed, printing is performed so that the titanium oxide paste is not attached to a portion 3 mm from the peripheral edge of the glass plate. The peripheral edge of the glass plate has a thickness of 60 μm from the outside to the inside. An ionomer (spacer S (trade name: “HIMILAN”) manufactured by Mitsui DuPont Polychemical Co., Ltd.) was adhered at a width of 3 mm, and a load of 50 gf / cm 2 was applied. In this state, heat fusion was performed at 120 ° C. with an ionomer.

作製したセルと比較例の色素増感型太陽電池の短絡電流密度(Jsc)、開放電圧(Voc)、フィルファクタ(F.F.)、及びエネルギー変換効率(η(%))を測定した。光電変換効率の測定条件は前述と同一とした。
光電変換効率の結果を表3に示す。この結果から、実施例1及び試験例と同様に針状酸化チタンと酸化チタンの重量比(針状酸化チタンの重量を酸化チタンの重量で割った値)が0.1から2の範囲が良いことが分かった。
The short-circuit current density (Jsc), open-circuit voltage (Voc), fill factor (FF), and energy conversion efficiency (η (%)) of the produced cell and the dye-sensitized solar cell of the comparative example were measured. The measurement conditions for the photoelectric conversion efficiency were the same as described above.
The results of photoelectric conversion efficiency are shown in Table 3. From this result, the weight ratio of acicular titanium oxide to titanium oxide (value obtained by dividing the weight of acicular titanium oxide by the weight of titanium oxide) is preferably in the range of 0.1 to 2 as in Example 1 and the test example. I understood that.

Figure 0005191647
Figure 0005191647

実施例3において、中間層に反射膜層を形成したものを用いて光電変換効率に対する効果を調べた。反射膜としては酸化チタンの粒径を変えて400nmのサイズのものと20nmのサイズのものを用いて、それぞれを単独で用いて反射層とした。
この時の反射膜をFE−SEMで観察して、図5および図6に示した。この結果から反射膜の酸化チタンサイズが20〜400nmサイズから出来ていることが確認された。
次に光電変換効率の測定条件は実施例3と同一として評価した結果を表4に示した。この結果から、最上層に反射膜層として形成することにより光電変換効率は改善され、20nmよりも400nmサイズの方がより改善されるような結果が得られた。
In Example 3, the effect on the photoelectric conversion efficiency was examined by using a reflection film layer formed on the intermediate layer. As the reflective film, a titanium oxide having a particle size of 400 nm and a film having a size of 20 nm were used, and each of them was used alone to form a reflective layer.
The reflective film at this time was observed with an FE-SEM and shown in FIGS. From this result, it was confirmed that the titanium oxide size of the reflective film was made from 20 to 400 nm.
Next, Table 4 shows the results of evaluation assuming that the photoelectric conversion efficiency measurement conditions were the same as in Example 3. From this result, the photoelectric conversion efficiency was improved by forming the reflective film layer as the uppermost layer, and the result that the size of 400 nm was improved more than 20 nm was obtained.

Figure 0005191647
Figure 0005191647

本発明の酸化チタン膜電極膜構造の例を模式的に示した概略断面図である。It is the schematic sectional drawing which showed typically the example of the titanium oxide film electrode film structure of this invention. 本発明の酸化チタン膜電極膜構造の断面を高倍率で撮影した写真である。It is the photograph which image | photographed the cross section of the titanium oxide film electrode film structure of this invention at high magnification. 本発明の酸化チタン膜電極膜構造の断面を低倍率で撮影した写真である。It is the photograph which image | photographed the cross section of the titanium oxide film electrode film structure of this invention at low magnification. 本発明の酸化チタンの針状粒子が配向している状態を示す写真である。It is a photograph which shows the state in which the acicular particle | grains of the titanium oxide of this invention are orientating. 本発明での中間層に20nmの酸化チタン粒子を用いて反射膜層を形成した際の最上層の反射膜を低倍率で撮影した写真である。It is the photograph which image | photographed the uppermost reflective film at low magnification at the time of forming a reflective film layer using a 20-nm titanium oxide particle for the intermediate | middle layer in this invention. 本発明での中間層に400nmの酸化チタン粒子を用いて反射膜層を形成した際の最上層の反射膜を低倍率で撮影した写真である。It is the photograph which image | photographed the uppermost reflection film at low magnification at the time of forming a reflection film layer using a 400-nm titanium oxide particle for the intermediate layer in this invention.

符号の説明Explanation of symbols

1・・ガラス基板、2・・透明導電膜、3・・酸化チタン膜電極膜構造、31・・下地層、32・・中間層、33・・最上層 1 .... Glass substrate 2 .... Transparent conductive film 3 .... Titanium oxide film electrode film structure 31 ... Under layer 32 ... Intermediate layer 33 ... Top layer

Claims (7)

基板上に設けられた酸化チタン膜であって、
この酸化チタン膜は、径30〜200nm、長さ0.5〜20μmのルチル型結晶針状酸化チタンと、径5〜400nmのアナターゼ型結晶粒状酸化チタンが含まれる多孔質膜であることを特徴とする酸化チタン膜。
A titanium oxide film provided on a substrate,
The titanium oxide film is a porous film containing a rutile crystal needle-like titanium oxide having a diameter of 30 to 200 nm and a length of 0.5 to 20 μm, and an anatase crystal granular titanium oxide having a diameter of 5 to 400 nm. Titanium oxide film.
前記ルチル型結晶針状酸化チタンと前記アナターゼ型結晶粒状酸化チタンとの重量比が0.1:1〜2:1であることを特徴とする請求項1記載の酸化チタン膜。 The titanium oxide film according to claim 1 , wherein a weight ratio of the rutile crystal needle-like titanium oxide and the anatase crystal granular titanium oxide is 0.1: 1 to 2: 1 . スクリーン印刷法によって形成された請求項1または2記載の酸化チタン膜。   The titanium oxide film according to claim 1 or 2 formed by a screen printing method. 請求項1ないし3のいずれかに記載の酸化チタン膜を備えたことを特徴とする色素増感太陽電池。   A dye-sensitized solar cell comprising the titanium oxide film according to any one of claims 1 to 3. 三層構造の酸化チタン膜電極膜構造であって、
透明基板上の透明導電膜と接する下地層が径5〜10nmの微粒子のアナターゼ型結晶粒状酸化チタンからなる酸化チタン膜で構成され、中間層が請求項1ないし3のいずれかに記載の酸化チタン膜で構成されから、最上層が径20〜400nmのアナターゼ型結晶粒状酸化チタンからなる酸化チタン膜で構成されたことを特徴とする酸化チタン膜電極膜構造。
A three-layer titanium oxide film electrode film structure,
4. The titanium oxide according to claim 1, wherein the base layer in contact with the transparent conductive film on the transparent substrate is composed of a titanium oxide film made of fine anatase type crystalline granular titanium oxide having a diameter of 5 to 10 nm. A titanium oxide film electrode film structure characterized in that it is composed of a film, and the uppermost layer is composed of a titanium oxide film made of anatase-type crystalline granular titanium oxide having a diameter of 20 to 400 nm.
最上層、中間層および下地層がスクリーン印刷法によって形成されたものであることを特徴とする請求項5記載の酸化チタン膜電極膜構造。   6. The titanium oxide film electrode film structure according to claim 5, wherein the uppermost layer, the intermediate layer, and the underlayer are formed by a screen printing method. 請求項5または6に記載の酸化チタン膜電極膜構造を備えたことを特徴とする色素増感太陽電池。   A dye-sensitized solar cell comprising the titanium oxide film electrode film structure according to claim 5 or 6.
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