JP5344282B2 - Dye-sensitized solar cell - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a dye-sensitized solar cell having high durability, even when an electrolyte having high corrosion resistance such as iodine. <P>SOLUTION: A photoelectrode substrate including a first substrate, a conductive layer formed on the inner surface of the first substrate, and an oxide semiconductor layer formed on the conductive layer and carrying dye, and a counter electrode substrate including a second substrate and a conductive layer formed on the inner surface of the second substrate are laminated so that the oxide semiconductor layer and the conductive layer of the counter electrode substrate are countered, and a sealed container filled with an electrolyte is placed between the photoelectrode substrate and the counter electrode substrate. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&amp;INPIT

Description

本発明は、色素増感型太陽電池に関し、より詳細には、製品耐久性に優れる色素増感型太陽電池に関する。   The present invention relates to a dye-sensitized solar cell, and more particularly, to a dye-sensitized solar cell excellent in product durability.

近年、地球温暖化等の環境問題が世界的にも指摘されており、環境負荷の少ないクリーンエネルギーとして太陽光発電が注目され、太陽電池素子の積極的な研究開発が進められている。太陽電池としては、単結晶シリコン太陽電池、多結晶シリコン太陽電池、アモルファスシリコン太陽電池、化合物半導体太陽電池などが既に実用化されているが、製造コストの問題や、製造段階でのエネルギー消費が大きいといった問題が指摘されている。このような観点から、比較的安価に製造でき、製造段階でのエネルギー消費も低減できる可能性の高い新規な太陽電池として、色素増感型の太陽電池が注目されはじめている。   In recent years, environmental problems such as global warming have been pointed out worldwide, and solar power generation has attracted attention as clean energy with a low environmental load, and active research and development of solar cell elements has been promoted. As solar cells, single crystal silicon solar cells, polycrystalline silicon solar cells, amorphous silicon solar cells, compound semiconductor solar cells, etc. have already been put into practical use, but there are problems in manufacturing costs and energy consumption at the manufacturing stage is large. Such a problem has been pointed out. From such a viewpoint, a dye-sensitized solar cell has begun to attract attention as a novel solar cell that can be manufactured at a relatively low cost and can reduce energy consumption at the manufacturing stage.

色素増感型太陽電池は、一般的に、光の入射する側から、透明基板、透明電極(第一電極層)、色素増感剤が担持された酸化物半導体層、電解質からなる電解質層、および第二電極層を備えた対電極基板が順に積層されたセル構造を有する。そして、電解質層には、電解液が充填されている。   In general, a dye-sensitized solar cell includes a transparent substrate, a transparent electrode (first electrode layer), an oxide semiconductor layer carrying a dye sensitizer, an electrolyte layer made of an electrolyte, from the light incident side, And a cell structure in which a counter electrode substrate including a second electrode layer is sequentially laminated. The electrolyte layer is filled with an electrolytic solution.

色素増感型太陽電池において、電解液は、対向電極基板または透明電極基板のいずれかに孔を形成しておいて、第二電極基板と透明電極基板との周縁部を接着剤等で封止した後に、その孔から注入する方法により充填されるのが一般的である(特開2004−319112号公報:特許文献1等)。また、電解液をペースト化し、透明電極上に直接塗布する方法が提案されている(国際公開WO2005/006482号:特許文献2)。これら電解液には、酸化還元対としてヨウ素/ヨウ化物イオンが添加される場合がある。
特開2004−319112号公報 国際公開WO2005/006482号
In a dye-sensitized solar cell, the electrolyte is formed with a hole in either the counter electrode substrate or the transparent electrode substrate, and the periphery of the second electrode substrate and the transparent electrode substrate is sealed with an adhesive or the like Then, it is generally filled by a method of injecting from the hole (Japanese Patent Laid-Open No. 2004-319112: Patent Document 1). Further, a method has been proposed in which an electrolytic solution is made into a paste and applied directly onto a transparent electrode (International Publication WO2005 / 006482: Patent Document 2). In some cases, iodine / iodide ions are added to these electrolytic solutions as a redox pair.
JP 2004-319112 A International Publication No. WO2005 / 006482

色素増感型太陽電池は、上記のように電解液が注入されてセルの組み立てが完了した時点から、受光により光起電力を発生する。そのため、色素増感型太陽電池が製造された後、使用者が実際に使用するまでの間も受光により光電変換反応が進むことになる。とりわけ、電解液として、ヨウ素等を含有する腐食性の高い電解液を使用した場合、発電部材の劣化が促進されて製品寿命がより短縮される。したがって、製造されてから使用するまでに長期を要した場合、太陽電池の耐久性が問題となる場合があった。   The dye-sensitized solar cell generates photovoltaic power by receiving light from the time when the electrolyte is injected as described above and the assembly of the cell is completed. Therefore, after the dye-sensitized solar cell is manufactured, the photoelectric conversion reaction proceeds by light reception until the user actually uses it. In particular, when a highly corrosive electrolytic solution containing iodine or the like is used as the electrolytic solution, deterioration of the power generation member is promoted and the product life is further shortened. Therefore, when a long time is required from the production to use, the durability of the solar cell sometimes becomes a problem.

したがって、本発明の目的は、ヨウ素等の腐食性の高い電解液を使用した場合であっても、耐久性に優れる色素増感型太陽電池を提供することである。   Accordingly, an object of the present invention is to provide a dye-sensitized solar cell that is excellent in durability even when a highly corrosive electrolyte such as iodine is used.

また、本発明の別の目的は、上記色素増感型太陽電池の製造方法を提供することである。   Another object of the present invention is to provide a method for producing the dye-sensitized solar cell.

本発明による色素増感型太陽電池は、第一の基板、その基板の内面に設けられた導電層、および前記導電層上に設けられた、色素を担持した酸化物半導体層を備えた光電極基板と、第二基板およびその基板の内面に設けられた導電層を備えた対電極基板とが、前記酸化物半導体層と前記対電極基板の導電層とが対向するように積層されており、
前記光電極基板と前記対電極基板との間に、電解液が充填された密閉容器を備えたことを特徴とするものである。
A dye-sensitized solar cell according to the present invention includes a first substrate, a conductive layer provided on an inner surface of the substrate, and a photoelectrode provided with an oxide semiconductor layer supporting a dye provided on the conductive layer. A substrate, a second substrate and a counter electrode substrate provided with a conductive layer provided on the inner surface of the substrate, are stacked such that the oxide semiconductor layer and the conductive layer of the counter electrode substrate are opposed to each other,
An airtight container filled with an electrolyte is provided between the photoelectrode substrate and the counter electrode substrate.

また、本発明においては、上記色素増感型太陽電池が複数連結された色素増感型太陽電池モジュールも提供される。   The present invention also provides a dye-sensitized solar cell module in which a plurality of the dye-sensitized solar cells are connected.

本発明においては、光電極基板と対電極基板との間に注入される電解液が、密閉容器中に充填された状態で色素増感型太陽電池内に組み込まれており、使用時に、外圧により密閉容器を破砕することにより、光電極基板と対電極基板との間に電解液が充填される。そのため、セルの組み立てが完了した後でも、密閉容器が破砕しない限り、電解液によって構成部材が劣化することがない。また、製造から使用までの間は、電解液が光電極基板と対電極基板との間に充填されないため、受光によっても光電変換反応が起こらない。その結果、製造されてから使用するまでに長期を要した場合であっても、耐久性に優れる色素増感型太陽電池を実現することができる。   In the present invention, the electrolyte solution injected between the photoelectrode substrate and the counter electrode substrate is incorporated in the dye-sensitized solar cell in a state where it is filled in a sealed container. By crushing the sealed container, the electrolytic solution is filled between the photoelectrode substrate and the counter electrode substrate. Therefore, even after the assembly of the cell is completed, the constituent members are not deteriorated by the electrolyte unless the sealed container is crushed. In addition, since the electrolytic solution is not filled between the photoelectrode substrate and the counter electrode substrate from manufacture to use, a photoelectric conversion reaction does not occur even by light reception. As a result, a dye-sensitized solar cell with excellent durability can be realized even when it takes a long time to be used after being manufactured.

<色素増感型太陽電池>
本発明による色素増感型太陽電池を、図面を参照しながら、以下説明する。
<Dye-sensitized solar cell>
The dye-sensitized solar cell according to the present invention will be described below with reference to the drawings.

図1は、本発明による色素増感型太陽電池の概略断面図を示したものである。本発明による色素増感型太陽電池は、第一の基板1、その基板1の内面に設けられた導電層2、および前記導電層2上に設けられた、色素を担持した酸化物半導体層3を備えた光電極基板と、第二基板6およびその基板6の内面に設けられた導電層5を備えた対電極基板とが、前記酸化物半導体層3と前記対電極基板の導電層5とが対向するように積層されており、前記光電極基板と前記対電極基板との間に、電解液8が充填された密閉容器7を備えている。本発明のより好ましい態様としては、第二の基板6の内面に設けられた導電層5上に、触媒層4が設けられていることが好ましい。   FIG. 1 is a schematic sectional view of a dye-sensitized solar cell according to the present invention. The dye-sensitized solar cell according to the present invention includes a first substrate 1, a conductive layer 2 provided on the inner surface of the substrate 1, and an oxide semiconductor layer 3 supporting a dye provided on the conductive layer 2. A counter electrode substrate including the second substrate 6 and the conductive layer 5 provided on the inner surface of the substrate 6, the oxide semiconductor layer 3, and the conductive layer 5 of the counter electrode substrate Are arranged so as to face each other, and a sealed container 7 filled with an electrolytic solution 8 is provided between the photoelectrode substrate and the counter electrode substrate. As a more preferable aspect of the present invention, it is preferable that the catalyst layer 4 is provided on the conductive layer 5 provided on the inner surface of the second substrate 6.

第一基板1と第二基板6とは、接着剤層9により互いに貼着されて、セルを形成している。上記のような構造のセルを組み立てた場合、光電極基板と前記対電極基板との間には電解液は存在しない。図2に示すように、セルの組み立て後、色素増感型太陽電池の両側の基板1,2に圧力を加えると、密閉容器7に外圧が加わり、密閉容器7が破砕し、容器外側に電解液8が漏れ出す。そして、この漏れだした電解液が酸化物半導体層3と触媒層4との間に充填され、受光により光電変換反応が起こり光起電力が発生する。密閉容器に外圧が加わり易いように、第一の基板および/または第二の基板は可撓性材料からなることが好ましい。   The 1st board | substrate 1 and the 2nd board | substrate 6 are mutually bonded by the adhesive bond layer 9, and form the cell. When the cell having the above structure is assembled, there is no electrolyte between the photoelectrode substrate and the counter electrode substrate. As shown in FIG. 2, after the cell is assembled, when pressure is applied to the substrates 1 and 2 on both sides of the dye-sensitized solar cell, an external pressure is applied to the sealed container 7 and the sealed container 7 is crushed and electrolyzed outside the container Liquid 8 leaks out. The leaked electrolyte solution is filled between the oxide semiconductor layer 3 and the catalyst layer 4, and a photoelectric conversion reaction occurs due to light reception to generate photovoltaic power. The first substrate and / or the second substrate is preferably made of a flexible material so that an external pressure is easily applied to the sealed container.

次に、本発明による色素増感型太陽電池を構成する各部材について説明する。   Next, each member which comprises the dye-sensitized solar cell by this invention is demonstrated.

<第一基板>
光電極基板に使用される第一の基板は、通常、色素増感型太陽電池素子の受光面となるものである。従って、第一基板は光の透過性に優れていることが好ましい。本発明において、支持体の種類等は、特に限定されるものではなく、一般的な色素増感型太陽電池素子と同様のものを用いることができる。具体的には、ガラス、可塑性のないリジッド材、可撓性のフィルム基材等を挙げることができるがこれらに限定されるものではない。リジッド材としては、例えば石英ガラス、パイレックス(登録商標)、合成石英板等を挙げることができる。
<First substrate>
The first substrate used for the photoelectrode substrate is usually the light-receiving surface of the dye-sensitized solar cell element. Accordingly, the first substrate is preferably excellent in light transmission. In the present invention, the kind of the support is not particularly limited, and the same support as a general dye-sensitized solar cell element can be used. Specific examples thereof include glass, non-plastic rigid material, and flexible film base material, but are not limited thereto. Examples of the rigid material include quartz glass, Pyrex (registered trademark), and a synthetic quartz plate.

本発明においては、上記したように、密閉容器中の電解液を、容器に外圧を加えて破砕することにより、放出させる。そのため、密閉容器に外圧を加えやすいように、宰一基材は可撓性材料からなることが好ましい。フィルム基材としては、例えば、エチレン・テトラフルオロエチレン共重合体フィルム、二軸延伸ポリエチレンテレフタレートフィルム、ポリエーテルサルフォン(PES)フィルム、ポリエーテルエーテルケトン(PEEK)フィルム、ポリエーテルイミド(PEI)フィルム、ポリイミド(PI)フィルム、ポリエステルナフタレート(PEN)、ポリカーボネート(PC)等の樹脂フィルム基材等を挙げることができ、中でも二軸延伸ポリエチレンテレフタレートフィルム(PET)、ポリエステルナフタレート(PEN)、ポリカーボネート(PC)が好ましい。フィルム基材は加工性に優れ、製造コストの低減ができる。   In the present invention, as described above, the electrolytic solution in the sealed container is released by applying external pressure to the container and crushing it. Therefore, it is preferable that the base material is made of a flexible material so that external pressure can be easily applied to the sealed container. Examples of film substrates include ethylene / tetrafluoroethylene copolymer films, biaxially stretched polyethylene terephthalate films, polyethersulfone (PES) films, polyetheretherketone (PEEK) films, and polyetherimide (PEI) films. , Polyimide (PI) film, polyester naphthalate (PEN), polycarbonate (PC) resin film substrate, etc., among others, biaxially stretched polyethylene terephthalate film (PET), polyester naphthalate (PEN), polycarbonate (PC) is preferred. The film substrate is excellent in processability and can reduce the manufacturing cost.

また、上記基材は、一種類のみを単独で用いても良く、また、2種以上を積層して用いても良い。   Moreover, the said base material may be used individually by 1 type, and may laminate | stack and use 2 or more types.

基材の厚みは、特に限定されるものではないが、基材の強度、加工性の観点から、12〜200μm程度が好ましい。   Although the thickness of a base material is not specifically limited, About 12-200 micrometers is preferable from a viewpoint of the intensity | strength of a base material and workability.

<導電層>
第一基板上に設けられる導電層は、光照射により生じる電荷を集電する機能を有するものである。従って、上記導電層は光の透過性、導電性に優れていることが好ましい。本発明において、導電層の種類等は、特に限定されるものではなく、一般的な色素増感型太陽電池素子と同様のものを用いることができる。
<Conductive layer>
The conductive layer provided on the first substrate has a function of collecting charges generated by light irradiation. Therefore, the conductive layer is preferably excellent in light transmittance and conductivity. In the present invention, the type of the conductive layer and the like are not particularly limited, and those similar to general dye-sensitized solar cell elements can be used.

導電層は、通常、金属酸化物からなるものである。上記金属酸化物としては、例えば、SnO、FTO(フッ素ドープ酸化すず)、ATO(アンチモンドープ酸化すず)、ITO、ZnOを挙げることができ、中でもFTOおよびITOが好ましい。FTOおよびITOは、光の透過性、導電性に優れているからである。 The conductive layer is usually made of a metal oxide. Examples of the metal oxide include SnO 2 , FTO (fluorine-doped tin oxide), ATO (antimony-doped tin oxide), ITO, and ZnO. Of these, FTO and ITO are preferable. This is because FTO and ITO are excellent in light transmission and conductivity.

また、上記導電層は、単層構造を有するものであっても良く、複層構造を有するものであっても良い。複層構造の導電層としては、例えば、互いに仕事関数が異なる層を積層したもの、互いに異なる金属酸化物層を積層したもの等を挙げることができる。   The conductive layer may have a single layer structure or a multilayer structure. As the conductive layer having a multilayer structure, for example, a layer in which layers having different work functions are stacked, a layer in which different metal oxide layers are stacked, and the like can be given.

上記導電層の厚みとしては、特に限定されるものではないが、例えば5nm〜2000nmの範囲内、中でも10nm〜1000nmの範囲内であることが好ましい。導電層の厚みが小さすぎると、充分な導電性を得ることができない可能性があり、導電層の厚みが大きすぎると、均質な導電層を形成することが困難になる可能性があるからである。   Although it does not specifically limit as thickness of the said conductive layer, For example, it is preferable to exist in the range of 5 nm-2000 nm, especially in the range of 10 nm-1000 nm. If the thickness of the conductive layer is too small, sufficient conductivity may not be obtained. If the thickness of the conductive layer is too large, it may be difficult to form a homogeneous conductive layer. is there.

<酸化物半導体層>
酸化物半導体層は、上記の導電層上に形成され、一般的に、色素増感剤を含有する多孔質の層である。本発明において、上記酸化物半導体層の種類等は、特に限定されるものではなく、一般的な色素増感型太陽電池素子と同様のものを用いることができる。
<Oxide semiconductor layer>
The oxide semiconductor layer is a porous layer formed on the conductive layer and generally containing a dye sensitizer. In the present invention, the type and the like of the oxide semiconductor layer are not particularly limited, and those similar to general dye-sensitized solar cell elements can be used.

酸化物半導体層は、通常、金属酸化物半導体微粒子を含有するものである。上記金属酸化物半導体微粒子としては、例えば、TiO、ZnO、SnO、ITO、ZrO、MgO、Al、CeO、Bi、Mn、Y、WO、Ta、Nb、La等を挙げることができ、中でもTiOが好ましい。これらの金属酸化物半導体微粒子は、多孔質の酸化物半導体層を形成するのに適しているため、好適に用いられる。また、上記金属酸化物半導体微粒子は、コアシェル構造を有するものであっても良い。さらに、上記酸化物半導体層は、上記金属酸化物半導体微粒子を一種用いたものであっても良く、二種以上用いたものであっても良い。 The oxide semiconductor layer usually contains metal oxide semiconductor fine particles. Examples of the metal oxide semiconductor fine particles include TiO 2 , ZnO, SnO 2 , ITO, ZrO 2 , MgO, Al 2 O 3 , CeO 2 , Bi 2 O 3 , Mn 3 O 4 , Y 2 O 3 , WO 3 , Ta 2 O 5 , Nb 2 O 5 , La 2 O 3 and the like, and TiO 2 is particularly preferable. Since these metal oxide semiconductor fine particles are suitable for forming a porous oxide semiconductor layer, they are preferably used. The metal oxide semiconductor fine particles may have a core-shell structure. Furthermore, the oxide semiconductor layer may be one using the metal oxide semiconductor fine particles, or may be two or more types.

また、上記金属酸化物半導体微粒子の粒径としては、特に限定されるものではないが、例えば1nm〜10μmの範囲内、中でも10nm〜1000nmの範囲内であることが好ましい。金属酸化物半導体微粒子の粒径が小さすぎると、各々の金属酸化物半導体微粒子が凝集し二次粒子を形成する可能性があり、金属酸化物半導体微粒子の粒径が大きすぎると、酸化物半導体層が厚膜化し、膜抵抗が大きくなる可能性があるからである。   The particle size of the metal oxide semiconductor fine particles is not particularly limited, but is preferably in the range of, for example, 1 nm to 10 μm, and more preferably in the range of 10 nm to 1000 nm. If the particle size of the metal oxide semiconductor fine particles is too small, the respective metal oxide semiconductor fine particles may aggregate to form secondary particles. If the particle size of the metal oxide semiconductor fine particles is too large, the oxide semiconductor This is because the layer may be thickened and the film resistance may be increased.

一方、上記酸化物半導体層は、通常、色素増感剤を担持するものである。上記色素増感剤としては、特に限定されるものではないが、例えば有機色素または金属錯体色素を挙げることができる。上記有機色素としては、具体的にはアクリジン系色素、アゾ系色素、インジゴ系色素、キノン系色素、クマリン系色素、メロシアニン系色素、フェニルキサンテン系色素等が挙げられ、中でもクマリン系色素が好ましい。一方、上記金属錯体色素としては、具体的には、ルテニウム系色素を挙げることができ、中でもルテニウム錯体であるルテニウムビピリジン色素およびルテニウムターピリジン色素が好ましい。   On the other hand, the oxide semiconductor layer usually carries a dye sensitizer. The dye sensitizer is not particularly limited, and examples thereof include organic dyes and metal complex dyes. Specific examples of the organic dyes include acridine dyes, azo dyes, indigo dyes, quinone dyes, coumarin dyes, merocyanine dyes, and phenylxanthene dyes. Of these, coumarin dyes are preferable. On the other hand, specific examples of the metal complex dye include a ruthenium dye, and among them, a ruthenium bipyridine dye and a ruthenium terpyridine dye, which are ruthenium complexes, are preferable.

上記酸化物半導体層の厚みとしては、特に限定されるものではないが、例えば1μm〜100μmの範囲内、中でも5μm〜30μmの範囲内であることが好ましい。酸化物半導体層の厚みが小さすぎると、均一な厚みを有する酸化物半導体層を形成するのが困難になる可能性があり、酸化物半導体層の厚みが大きすぎると、酸化物半導体層の膜抵抗が高くなる可能性があるからである。   Although it does not specifically limit as thickness of the said oxide semiconductor layer, For example, it is preferable to exist in the range of 1 micrometer-100 micrometers, especially in the range of 5 micrometers-30 micrometers. If the thickness of the oxide semiconductor layer is too small, it may be difficult to form an oxide semiconductor layer having a uniform thickness. If the thickness of the oxide semiconductor layer is too large, the oxide semiconductor layer film This is because the resistance may increase.

<電解液>
電解液は、上記した酸化物半導体層と後記する対電極基板との間に設けられるものである。電解液は、酸化物半導体層に担持された色素増感剤と対向電極層との間の電荷輸送を担う機能を有する。
<Electrolyte>
The electrolytic solution is provided between the oxide semiconductor layer described above and a counter electrode substrate described later. The electrolytic solution has a function of charge transport between the dye sensitizer carried on the oxide semiconductor layer and the counter electrode layer.

電解液としては、一般的な色素増感型太陽電池素子と同様のものを用いることができ、具体的には、プロピレンカーボネートに、ヨウ素、N−メチルベンゾイミダゾール、グアジニウムチオシアネート、ヨウ化リチウムを溶解させた電解液等を好適に用いることができる。   As the electrolytic solution, the same one as a general dye-sensitized solar cell element can be used. Specifically, propylene carbonate, iodine, N-methylbenzimidazole, guanidinium thiocyanate, lithium iodide. An electrolytic solution in which is dissolved can be preferably used.

上記電解液は酸化還元対を含有するものである。上記酸化還元対としては、上記したような色素増感型太陽電池用電解質に用いられるヨウ素−ヨウ素化合物、臭素−臭素化合物等を挙げることができる。   The electrolytic solution contains a redox pair. Examples of the oxidation-reduction pair include iodine-iodine compounds and bromine-bromine compounds used in the dye-sensitized solar cell electrolyte as described above.

また、上記電解液の形態としては、電荷輸送を行うことができるものであれば特に限定されるものではなく、液体状のものや固体状または半固体状のものを使用できる。上記電解液が液体状である場合は、光電極基板と対電極基板との接触による短絡を防ぐため、電気絶縁層を酸化物半導体層と対電極基板との間に配置することが好ましい。   The form of the electrolytic solution is not particularly limited as long as it can perform charge transport, and a liquid form, a solid form, or a semisolid form can be used. When the electrolytic solution is in a liquid state, it is preferable to dispose an electrical insulating layer between the oxide semiconductor layer and the counter electrode substrate in order to prevent a short circuit due to contact between the photoelectrode substrate and the counter electrode substrate.

電気絶縁層は、一般的な色素増感型太陽電池に用いられるものを使用でき、例えばハイポア(旭化成ケミカルズ)等を好適に使用できる。   As the electrical insulating layer, those used for general dye-sensitized solar cells can be used, and for example, Hypore (Asahi Kasei Chemicals) and the like can be preferably used.

<対電極基板>
対電極基板は、第二基板およびその基板の内面に設けられた導電層を備えた構造であり、上記した酸化物半導体層と対向して設けられる。本発明において、上記対電極基板の種類等は、特に限定されるものではなく、一般的な色素増感型太陽電池素子と同様のものを用いることができる。また、上記対電極基板としては、上記した第一基板に導電層を設けたものと同様の材料を用いることができる。さらに、本発明においては、対電極基板が、酸化物半導体層側表面に、触媒層としての働きを有する金属、例えばPt、C、導電性高分子等を有することが好ましい。
<Counter electrode substrate>
The counter electrode substrate has a structure including a second substrate and a conductive layer provided on the inner surface of the substrate, and is provided to face the above-described oxide semiconductor layer. In the present invention, the type and the like of the counter electrode substrate are not particularly limited, and those similar to a general dye-sensitized solar cell element can be used. In addition, as the counter electrode substrate, a material similar to that obtained by providing a conductive layer on the first substrate described above can be used. Furthermore, in the present invention, the counter electrode substrate preferably has a metal having a function as a catalyst layer, such as Pt, C, or a conductive polymer, on the surface of the oxide semiconductor layer.

本発明に用いられる色素増感型太陽電池素子は、上記の各構成部材を積層することにより形成される。色素増感型太陽電池素子の形状としては、特に限定されるものではないが、例えば、短冊状、円状、渦巻き状等を挙げることができる。   The dye-sensitized solar cell element used in the present invention is formed by laminating the above constituent members. The shape of the dye-sensitized solar cell element is not particularly limited, and examples thereof include a strip shape, a circular shape, and a spiral shape.

<密閉容器>
電解液を充填しておく密閉容器は、外圧により破砕し得るものであれば、どのような容器を用いてもよい。例えば、樹脂フィルムを二枚重ね合わせ、更にその外周の周辺端部を、三方シール型等の形態によりシールして、一部に開口を有する非密閉の容器を先ず形成した後、その開口部から電解液を注入した後、開口部分の樹脂フィルム周縁部を、上記と同様にしてシールすることにより、電解液が充填された密閉容器を形成することができる。
<Sealed container>
Any container may be used as the sealed container filled with the electrolytic solution as long as it can be crushed by external pressure. For example, after superposing two resin films and further sealing the periphery of the outer periphery with a form such as a three-side seal type, an unsealed container having an opening in a part is first formed, and then an electrolytic solution is passed through the opening After injecting, the resin film peripheral edge of the opening is sealed in the same manner as described above to form a sealed container filled with the electrolytic solution.

容器の材料としては、一般的は樹脂フィルムを使用することができ、例えば、低密度ポリエチレン樹脂、中密度ポリエチレン樹脂、高密度ポリエチレン樹脂、線状低密度ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、エチレン−酢酸ビニル共重合体樹脂、アイオノマー樹脂、アクリル系樹脂、エチレン−アクリル酸共重合体樹脂、エチレン−アクリル酸エチル共重合体樹脂、エチレン−メタクリル酸共重合体樹脂、エチレン−プロピレン共重合体樹脂、メチルペンテン樹脂、ポリブテン樹脂、酸変性ポリオレフィン系樹脂、ウレタン系樹脂等の樹脂からなるフィルムを好適に使用できる。   As a material for the container, a resin film can be generally used. For example, a low-density polyethylene resin, a medium-density polyethylene resin, a high-density polyethylene resin, a linear low-density polyethylene resin, a polypropylene resin, and ethylene-vinyl acetate are used. Polymer resin, ionomer resin, acrylic resin, ethylene-acrylic acid copolymer resin, ethylene-ethyl acrylate copolymer resin, ethylene-methacrylic acid copolymer resin, ethylene-propylene copolymer resin, methylpentene resin A film made of a resin such as a polybutene resin, an acid-modified polyolefin resin, or a urethane resin can be suitably used.

また、電解液として、上記したようなヨウ素を含有する電解液を使用する場合、電解液により密閉容器が腐食ないし溶解しない樹脂を使用することが好ましい。   Moreover, when using an electrolytic solution containing iodine as described above as the electrolytic solution, it is preferable to use a resin that does not corrode or dissolve the sealed container by the electrolytic solution.

<色素増感型太陽電池モジュール>
本発明による色素増感型太陽電池モジュールは、複数の色素増感型太陽電池が配列して接続された構造を有する。各電池の接続は、直列に接続されたものであってもよく、また並列に接続されたものであってもよい。
<Dye-sensitized solar cell module>
The dye-sensitized solar cell module according to the present invention has a structure in which a plurality of dye-sensitized solar cells are arranged and connected. Connection of each battery may be connected in series, or may be connected in parallel.

以下、実施例及び比較例により、本発明を更に詳細に説明するが、本発明がこれら実施例に限定されるものではない。   Hereinafter, although an example and a comparative example explain the present invention still in detail, the present invention is not limited to these examples.

<光電極基板の作製>
ガラス板上にFTO膜を設けた透明導電ガラス(日本板硝子製)を用意し、この基板上に、酸化チタンペースト(Nanoxide D-SP、Solaronix製)を、スクリーン印刷法により、4mm×4mmの範囲に塗布し、500℃で焼成することにより、膜厚7μmの酸化物半導体層を形成した。次いで、増感色素として、ルテニウム錯体(N719、Dyesol製)を、濃度が3×10−4mol/lとなるようにアセトニトリルとtert−ブチルアルコールとの混合溶液(体積比1:1)中に溶解させた色素担持用組成物を調製し、この組成物中に、上記の酸化物半導体層を設けたFTO−ガラス基板を24時間浸漬させて、増感色素を多孔質酸化物半導体層に担持させた。その後、多孔質酸化物半導体層を設けた基板を色素担持用組成物から引き上げ、多孔質酸化物半導体層に付着した色素担持用組成物をアセトニトリルにより洗浄し、Arパージしたグローブボックス内で乾燥させた。このようにして、導電層上に、多孔質酸化物半導体層および触媒層が形成された電極基板を作製した。
<Production of photoelectrode substrate>
Transparent conductive glass (manufactured by Nippon Sheet Glass) with an FTO film on a glass plate is prepared, and titanium oxide paste (Nanoxide D-SP, manufactured by Solaronix) is applied to this substrate in the range of 4 mm x 4 mm by screen printing. And an oxide semiconductor layer having a thickness of 7 μm was formed by baking at 500 ° C. Next, as a sensitizing dye, a ruthenium complex (N719, manufactured by Dyesol) was mixed in a mixed solution of acetonitrile and tert-butyl alcohol (volume ratio 1: 1) so that the concentration was 3 × 10 −4 mol / l. A dissolved dye-supporting composition was prepared, and the FTO-glass substrate provided with the oxide semiconductor layer was immersed in this composition for 24 hours to support the sensitizing dye on the porous oxide semiconductor layer. I let you. Thereafter, the substrate provided with the porous oxide semiconductor layer is pulled up from the dye supporting composition, the dye supporting composition attached to the porous oxide semiconductor layer is washed with acetonitrile, and dried in an Ar purged glove box. It was. Thus, an electrode substrate having a porous oxide semiconductor layer and a catalyst layer formed on a conductive layer was produced.

<対電極基板の作製>
ポリエチレンテレフタレート(PET)基板上に、スパッタ法にて、表面抵抗値が25Ω/□となるようにITOを積層した後、ITO膜上に、20Åの膜厚となるように、スパッタにより白金を積層した。
<Preparation of counter electrode substrate>
After laminating ITO on a polyethylene terephthalate (PET) substrate by sputtering so that the surface resistance value is 25 Ω / □, platinum is laminated on the ITO film so as to have a thickness of 20 mm. did.

<電解液の調製>
プロピレンカーボネート(純正化学製)10mlに対して、ヨウ素(メルク製)0.2mol/l、N−メチルベンゾイミダゾール(アルドリッチ製)0.5mol/l、グアニジウムチオシアネート(アルドリッチ製)0.1mol/l、ヨウ化リチウム(和光製)2mol/lを溶解し、電解液を調製した。
<Preparation of electrolyte>
For 10 ml of propylene carbonate (made by Junsei Kagaku), iodine (made by Merck) 0.2 mol / l, N-methylbenzimidazole (made by Aldrich) 0.5 mol / l, guanidinium thiocyanate (made by Aldrich) 0.1 mol / l 1 and 2 mol / l of lithium iodide (manufactured by Wako) were dissolved to prepare an electrolytic solution.

この電解液を、厚さ50μmアイオノマー樹脂フィルムを三方シールした袋容器に注入した後、開口部をシールすることにより、袋容器を密閉した。   This electrolyte solution was poured into a bag container sealed with a 50 μm-thick ionomer resin film on three sides, and the bag container was sealed by sealing the opening.

<セル組み>
厚さ30μmのアイオノマー樹脂シートを、対電極基板の白金層上に、多孔質酸化物半導体層を囲むようにして、幅1mmで積層し、その中に上記の密封袋容器を載置し、多孔質酸化物半導体層と白金層とが対向するように、光電極基板を貼り合せ、100℃のホットプレート上で加熱することにより、両基板を貼り合わせて色素増感型太陽電池を得た。
<Cell assembly>
An ionomer resin sheet having a thickness of 30 μm is laminated on the platinum layer of the counter electrode substrate with a width of 1 mm so as to surround the porous oxide semiconductor layer, and the above sealed bag container is placed therein, and porous oxidation is performed. The photoelectrode substrate was bonded so that the physical semiconductor layer and the platinum layer were opposed to each other and heated on a hot plate at 100 ° C. to bond both substrates to obtain a dye-sensitized solar cell.

<太陽電池セルの性能評価>
得られた太陽電池に、AM1.5、疑似太陽光(入射強度100mW/cm)を光源として、光電極基板側から光を照射したときの光電変換効率を測定した。変換効率の測定は、ソーラーシミュレーター(CEP2000、分光計器株式会社製)を用いて行った。その結果、変換効率は0%であった。
<Performance evaluation of solar cells>
The photoelectric conversion efficiency was measured when the obtained solar cell was irradiated with light from the photoelectrode substrate side using AM1.5 and pseudo-sunlight (incident intensity 100 mW / cm 2 ) as a light source. Conversion efficiency was measured using a solar simulator (CEP2000, manufactured by Spectrometer Co., Ltd.). As a result, the conversion efficiency was 0%.

その後、色素増感型太陽電池の両基板に、手で圧力を加えて、セル内の密封袋容器を破砕し電解液をセル内に漏洩させた。その時の変換効率は2.04%であった。   Thereafter, pressure was applied by hand to both the substrates of the dye-sensitized solar cell to crush the sealed bag container in the cell and leak the electrolyte into the cell. The conversion efficiency at that time was 2.04%.

本発明による色素増感型太陽電池(密閉容器破砕前)の概略断面図を示したものである。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The schematic sectional drawing of the dye-sensitized solar cell by this invention (before airtight container crushing) is shown. 本発明による色素増感型太陽電池(密閉容器破砕後)の概略断面図を示したものである。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The schematic sectional drawing of the dye-sensitized solar cell (after airtight container crushing) by this invention is shown.

符号の説明Explanation of symbols

1 第一基板
2 導電層
3 酸化物半導体層
4 触媒層
5 導電層
6 第二基板
7 密閉容器
8 電解液
9 接着層
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 1st board | substrate 2 Conductive layer 3 Oxide semiconductor layer 4 Catalyst layer 5 Conductive layer 6 2nd board | substrate 7 Airtight container 8 Electrolytic solution 9 Adhesive layer

Claims (7)

第一の基板、その基板の内面に設けられた導電層、および前記導電層上に設けられた、色素を担持した酸化物半導体層を備えた光電極基板と、第二基板およびその基板の内面に設けられた導電層を備えた対電極基板とが、前記酸化物半導体層と前記対電極基板の導電層とが対向するように積層されており、
前記光電極基板と前記対電極基板との間に、電解液が充填された密閉容器を備え、
前記密閉容器が外圧により破砕し得るものであり、
前記密閉容器が破砕される前は、前記密閉容器内部以外には電解液が存在しないことを特徴とする、色素増感型太陽電池。
A first substrate, a conductive layer provided on an inner surface of the substrate, a photoelectrode substrate provided with an oxide semiconductor layer carrying a dye provided on the conductive layer, and a second substrate and an inner surface of the substrate And a counter electrode substrate provided with a conductive layer provided on the oxide semiconductor layer and the conductive layer of the counter electrode substrate are stacked so as to face each other,
Between the photoelectrode substrate and the counter electrode substrate, comprising a sealed container filled with an electrolyte,
The sealed container can be crushed by external pressure,
Before the airtight container is crushed, there is no electrolyte other than inside the airtight container .
前記密閉容器が樹脂フィルムからなる、請求項に記載の色素増感型太陽電池。 The dye-sensitized solar cell according to claim 1 , wherein the sealed container is made of a resin film. 前記第一の基板および第二の基板が、可撓性材料からなる、請求項1または2に記載の色素増感型太陽電池。 The dye-sensitized solar cell according to claim 1 or 2 , wherein the first substrate and the second substrate are made of a flexible material. 前記第一の基板および/または第二の基板が透明である、請求項1〜のいずれか一項に記載の色素増感型太陽電池。 The dye-sensitized solar cell according to any one of claims 1 to 3 , wherein the first substrate and / or the second substrate are transparent. 前記第二の基板の内面に設けられた導電層上に、触媒層が設けられている、請求項1〜4のいずれか一項に記載の色素増感型太陽電池。   The dye-sensitized solar cell according to any one of claims 1 to 4, wherein a catalyst layer is provided on the conductive layer provided on the inner surface of the second substrate. 前記導電層が透明材料から形成される、請求項1〜のいずれか一項に記載の色素増感型太陽電池。 The dye-sensitized solar cell according to any one of claims 1 to 5 , wherein the conductive layer is formed of a transparent material. 請求項1〜のいずれか一項に記載の色素増感型太陽電池が複数連結された色素増感型太陽電池モジュール。 A dye-sensitized solar cell module in which a plurality of the dye-sensitized solar cells according to any one of claims 1 to 6 are connected.
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