JP5445121B2 - Dye-sensitized solar cell, electrolyte layer forming liquid, and solar cell module - Google Patents

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Description

本発明は、色素増感型太陽電池、色素増感型太陽電池における電解質層を形成するために用いる液、及び二以上の太陽電池を接続してなる色素増感型太陽電池モジュールに関するものである。   The present invention relates to a dye-sensitized solar cell, a liquid used for forming an electrolyte layer in the dye-sensitized solar cell, and a dye-sensitized solar cell module formed by connecting two or more solar cells. .

二酸化炭素が原因とされる地球温暖化が世界的に問題となっている近年、環境にやさしく、クリーンなエネルギー源として、太陽光エネルギーを利用した太陽電池の積極的な研究開発が進められている。その中でも、光電変換効率が比較的高く、低コストの太陽電池として、色素増感型太陽電池が注目されている。   In recent years, global warming caused by carbon dioxide has become a global problem. In recent years, active research and development of solar cells using solar energy has been promoted as an environmentally friendly and clean energy source. . Among them, a dye-sensitized solar cell has attracted attention as a solar cell having relatively high photoelectric conversion efficiency and low cost.

色素増感型太陽電池は、例えば、光の入射側から、導電性基材、増感色素が担持された金属酸化物微粒子を含む多孔質半導体層、酸化還元対を含む電解質層、及び対向電極が順に配置されて構成されている。   A dye-sensitized solar cell includes, for example, a conductive substrate, a porous semiconductor layer including metal oxide fine particles carrying a sensitizing dye, an electrolyte layer including a redox couple, and a counter electrode from the light incident side. Are arranged in order.

ここで、従来の色素増感型太陽電池では、電解質層の酸化還元対の溶媒として有機系溶剤が多く用いられていた。ところが、有機系溶剤が用いられた電解質層では、液の蒸発による性能低下の問題が生じるおそれがある。   Here, in the conventional dye-sensitized solar cell, an organic solvent is often used as a solvent for the redox couple of the electrolyte layer. However, in an electrolyte layer in which an organic solvent is used, there may be a problem of performance degradation due to evaporation of the liquid.

そこで、常温で比較的安定な物質であるイオン液体を電解質層の酸化還元対の溶媒として採用することが提案されている。ところが、イオン液体のみが用いられた電解質層は流動性が高いので、シール剤などを用いて電解質層を封止したとしても、シール剤などの劣化や破損によって電解質層からの液漏れが発生するおそれがあり、耐久性が不十分であるという問題があった。   Therefore, it has been proposed to employ an ionic liquid, which is a relatively stable substance at room temperature, as a solvent for the redox couple of the electrolyte layer. However, since the electrolyte layer using only the ionic liquid has high fluidity, even if the electrolyte layer is sealed with a sealant or the like, liquid leakage from the electrolyte layer occurs due to deterioration or damage of the sealant or the like. There was a problem that there was a fear that durability was insufficient.

上記の問題に対して、例えば、特許文献1では、電解質層の酸化還元対の溶媒としてイオン液体が用いられた電解質層に、イソシアネート基を3個以上有する第一の化合物と活性水素を有する求核基を2個以上有する第二の化合物と添加して、ゲル状電解質を形成させる技術が開示されている。ところが、特許文献1に開示された技術のように電解質層に硬化剤を添加した場合は、未反応又は反応不十分の低分子物質が残存し、発電特性が阻害されるおそれがある。   To solve the above problem, for example, in Patent Document 1, the electrolyte layer in which an ionic liquid is used as a solvent for the redox couple of the electrolyte layer, the first compound having three or more isocyanate groups and the active hydrogen are required. A technique of adding a second compound having two or more nucleus groups to form a gel electrolyte is disclosed. However, when a curing agent is added to the electrolyte layer as in the technique disclosed in Patent Document 1, unreacted or insufficiently reacted low molecular weight substances remain, which may impair power generation characteristics.

特開2003−303630JP 2003-303630 A

そのため、硬化剤を用いなくてもイオン液体を安定的に保持することができる物質を電解質層に含有させ、酸化還元対の溶媒としてイオン液体が用いられた電解質層の流動性を低下させることが望まれる。   Therefore, a substance capable of stably holding the ionic liquid without using a curing agent is contained in the electrolyte layer, and the fluidity of the electrolyte layer in which the ionic liquid is used as a solvent for the redox couple may be reduced. desired.

もっとも、一般的に、発電に寄与しない物質を電解質層に含有させると、その物質が酸化還元対の機能を阻害し、色素増感型太陽電池の発電特性の低下を招く傾向があることは否めない。これに対して、発電に寄与しない物質を電解質層に含有させるに際して、酸化還元対の機能に対する悪影響が比較的小さい物質を選択することで、発電特性の低下を可能な限り抑制し、高い発電特性を発現させることが重要であるといえる。   However, in general, when a substance that does not contribute to power generation is included in the electrolyte layer, the substance tends to inhibit the function of the redox couple and tend to cause a decrease in power generation characteristics of the dye-sensitized solar cell. Absent. On the other hand, when a substance that does not contribute to power generation is included in the electrolyte layer, by selecting a substance that has a relatively small adverse effect on the function of the redox couple, the degradation of power generation characteristics is suppressed as much as possible, and high power generation characteristics It can be said that expression is important.

しかし、イオン液体を安定的に保持することができ、かつ酸化還元対の機能に対する悪影響が小さい物質を予測することは困難である。   However, it is difficult to predict a substance that can stably hold the ionic liquid and has a small adverse effect on the function of the redox couple.

本発明は、上記の状況を鑑みてなされたものであり、耐久性及び発電特性が優れた色素増感型太陽電池、及び色素増感型太陽電池モジュールを提供することを課題とする。また、そのような電解質層を形成するための液を提供することを課題とする。   This invention is made | formed in view of said situation, and makes it a subject to provide the dye-sensitized solar cell and the dye-sensitized solar cell module which were excellent in durability and electric power generation characteristic. It is another object of the present invention to provide a liquid for forming such an electrolyte layer.

本発明者は、上記の課題に基づき鋭意検討を行った結果、スチレン−ブタジエンゴムが、イオン液体を安定的に保持することができ、かつ酸化還元対の機能に対する悪影響が小さいので、スチレン−ブタジエンゴムを電解質層に含有させることで、電解質層の流動性を低下させることができる一方で、発電特性が大幅に低下することがないことを見出して、本発明を完成させた。   As a result of intensive studies based on the above problems, the present inventor has found that the styrene-butadiene rubber can stably hold the ionic liquid and has a small adverse effect on the function of the redox couple. It was found that the inclusion of rubber in the electrolyte layer can lower the fluidity of the electrolyte layer, while the power generation characteristics are not significantly reduced, thereby completing the present invention.

すなわち、本発明の要旨は、下記の通りである。   That is, the gist of the present invention is as follows.

第1の発明は、導電性基材と、前記導電性基材上に配置され、増感色素が担持された金属酸化物微粒子を含む多孔質半導体層と、前記多孔質半導体層に対向して配置された対向電極と、前記多孔質半導体層及び前記対向電極の間に配置され、酸化還元対とイオン液体とスチレン−ブタジエンゴムとを含む電解質層とから構成される色素増感型太陽電池である。   According to a first aspect of the present invention, there is provided a conductive substrate, a porous semiconductor layer disposed on the conductive substrate and including metal oxide fine particles carrying a sensitizing dye, and facing the porous semiconductor layer. A dye-sensitized solar cell including a counter electrode disposed and an electrolyte layer disposed between the porous semiconductor layer and the counter electrode and including an oxidation-reduction pair, an ionic liquid, and styrene-butadiene rubber. is there.

第2の発明は、色素増感型太陽電池の電解質層形成用液であって、酸化還元対とイオン液体とスチレン−ブタジエンゴムとを含む電解質層形成用液である。   A second invention is an electrolyte layer forming solution for a dye-sensitized solar cell, and is an electrolyte layer forming solution containing a redox couple, an ionic liquid, and a styrene-butadiene rubber.

第3の発明は、二以上の第1の発明の色素増感型太陽電池を直列又は並列に接続してなる色素増感型太陽電池モジュールである。   A third invention is a dye-sensitized solar cell module formed by connecting two or more dye-sensitized solar cells of the first invention in series or in parallel.

本発明によれば、耐久性及び発電特性が優れた色素増感型太陽電池、及び色素増感型太陽電池モジュールを得ることができる。また、そのような電解質層を形成するための液を得ることができる。   According to the present invention, a dye-sensitized solar cell and a dye-sensitized solar cell module excellent in durability and power generation characteristics can be obtained. Moreover, the liquid for forming such an electrolyte layer can be obtained.

本発明の色素増感型太陽電池の一実施形態を示す断面図である。It is sectional drawing which shows one Embodiment of the dye-sensitized solar cell of this invention.

以下、本発明を詳細に説明する。
図1は、本発明の色素増感型太陽電池の一つの実施形態を示す断面図である。この色素増感型太陽電池1は、導電性基材10と、導電性基材10上に配置され、増感色素が担持された金属酸化物微粒子を有する多孔質半導体層20と、多孔質半導体層20に対向して配置された対向電極40と、多孔質半導体層20及び対向電極40の間に配置された電解質層30とから概略構成されている。電解質層30は酸化還元対、イオン液体及びスチレン−ブタジエンゴムを少なくとも含むものである。なお、導電性基材10及び対向電極40の少なくとも一方は増感色素の励起波長に対して光透過性を有している。
Hereinafter, the present invention will be described in detail.
FIG. 1 is a cross-sectional view showing one embodiment of the dye-sensitized solar cell of the present invention. This dye-sensitized solar cell 1 includes a conductive substrate 10, a porous semiconductor layer 20 disposed on the conductive substrate 10 and having metal oxide fine particles carrying a sensitizing dye, and a porous semiconductor. The counter electrode 40 is disposed to face the layer 20, and the electrolyte layer 30 is disposed between the porous semiconductor layer 20 and the counter electrode 40. The electrolyte layer 30 includes at least a redox couple, an ionic liquid, and a styrene-butadiene rubber. Note that at least one of the conductive substrate 10 and the counter electrode 40 is light transmissive with respect to the excitation wavelength of the sensitizing dye.

色素増感型太陽電池の発電機構としては、まず、光透過性を有する導電性基材10側又は/及び対向電極40側から入射された太陽光は、多孔質半導体層20の金属酸化物微粒子に担持された増感色素を励起する。励起された電子は、金属酸化物微粒子を介して導電性基材10及び対向電極40へ伝導される。その後、電解質層30の酸化還元対を介して増感色素の基底準位に電子が戻ることによって、色素増感型太陽電池1は発電する。   As a power generation mechanism of the dye-sensitized solar cell, first, sunlight incident from the conductive base material 10 side and / or the counter electrode 40 side having light permeability is used as the metal oxide fine particles of the porous semiconductor layer 20. Excites the sensitizing dye supported on the substrate. The excited electrons are conducted to the conductive substrate 10 and the counter electrode 40 through the metal oxide fine particles. Thereafter, the electrons return to the ground level of the sensitizing dye through the oxidation-reduction pair of the electrolyte layer 30, whereby the dye-sensitized solar cell 1 generates power.

以下、本発明の色素増感型太陽電池を詳細に説明する。   Hereinafter, the dye-sensitized solar cell of the present invention will be described in detail.

(導電性基材)導電性基材は、少なくとも一方の面が導電性を有する基材である。後述の多孔質半導体層、電解質層、及び対向電極は、導電性基材の導電性を有する面の上方に配置される。導電性基材としては、例えば、金属製基材などを用いることができ、あるいは、ガラス製基材や樹脂製基材などの絶縁性基材上に導電層を形成させたもの又はガラス製基材や樹脂製基材などの絶縁性基材上に金属製基材を貼り合わせたものなどを用いることができる。具体的には、金属として、チタン(Ti)、クロム(Cr)、タングステン(W)、モリブデン(Mo)、銀(Ag)、白金(Pt)、タンタル(Ta)、ニオブ(Nb)、ジルコニウム(Zr)、亜鉛(Zn)、ニッケル(Ni)、銅(Cu)、アルミニウム(Al)、及び鉄(Fe)などの単体、ステンレス鋼などの前記金属の合金、並びに前記金属に他の前記金属を被覆させたものなどを挙げることができ、入手が比較的容易で低コストなので、好ましくはチタン(Ti)、クロム(Cr)、アルミニウム(Al)、ステンレス鋼を用いたものである。また、ガラスとして、ケイ酸塩やホウ酸塩を主成分としたものなどを挙げることができる。また、樹脂として、エチレン−テトラフルオロエチレン共重合体、ポリエチレンテレフタレート及びポリエチレンナフタレートなどのポリエステル、ポリカーボネート、ポリエーテルサルフォン、ポリエーテルエーテルケトン、ポリエーテルイミド、並びにポリイミドなどを挙げることができる。なお、導電性基材は、単独で使用しても良く、2種以上の異なる基材を積層して使用しても良い。 (Conductive substrate) The conductive substrate is a substrate having at least one surface having conductivity. A porous semiconductor layer, an electrolyte layer, and a counter electrode, which will be described later, are disposed above the conductive surface of the conductive substrate. As the conductive substrate, for example, a metal substrate can be used, or a conductive substrate formed on an insulating substrate such as a glass substrate or a resin substrate, or a glass substrate. A material obtained by bonding a metal base material to an insulating base material such as a material or a resin base material can be used. Specifically, as a metal, titanium (Ti), chromium (Cr), tungsten (W), molybdenum (Mo), silver (Ag), platinum (Pt), tantalum (Ta), niobium (Nb), zirconium ( Zr), zinc (Zn), nickel (Ni), copper (Cu), aluminum (Al), iron (Fe) and other simple substances, alloys of the metals such as stainless steel, and other metals to the metal Since it is easy to obtain and low cost, it is preferable to use titanium (Ti), chromium (Cr), aluminum (Al), or stainless steel. Examples of the glass include those containing silicate or borate as a main component. Examples of the resin include an ethylene-tetrafluoroethylene copolymer, polyesters such as polyethylene terephthalate and polyethylene naphthalate, polycarbonate, polyether sulfone, polyether ether ketone, polyether imide, and polyimide. In addition, an electroconductive base material may be used independently and may laminate | stack and use 2 or more types of different base materials.

導電性基材は、透明であっても不透明であっても良いが、光の受光面側に位置する場合には、増感色素の励起波長に対して光透過性を有することを要する。光透過性に優れた基材としては、ガラス製基材や樹脂製基材などから適宜選択することができる。   The conductive substrate may be transparent or opaque. However, when the conductive substrate is located on the light receiving surface side, the conductive substrate needs to have optical transparency with respect to the excitation wavelength of the sensitizing dye. The substrate excellent in light transmittance can be appropriately selected from a glass substrate, a resin substrate, and the like.

導電性基材は、フレキシブル性を有することが好ましい。フレキシブル性を有する導電性基材は、破損し難いので、導電性基材上に配置した多孔質半導体層にプレス処理をおこなうことで、金属酸化物微粒子どうしの間や導電性基材と金属酸化物微粒子との間の密着性を向上させ、色素増感型太陽電池の発電特性の向上を図ることができるからである。また、フレキシブル性を有する色素増感型太陽電池は、様々な用途に展開できるからである。フレキシブル性を有する基材としては、厚みが比較的薄い金属製基材やガラス製基材、樹脂製基材などから適宜選択することができる。なお、フレキシブル性の有無は、採用する材料に応じてJIS R1601のファインセラミックスの曲げ試験方法又はJISZ2248の金属材料曲げ試験方法をおこなって、5×103Nの力をかけたときに曲がるか否で判断することができる。 The conductive substrate preferably has flexibility. Since a flexible conductive substrate is difficult to break, by pressing the porous semiconductor layer placed on the conductive substrate, the metal oxide fine particles can be pressed between metal oxide particles or between the conductive substrate and the metal oxide. This is because the adhesion between the fine particles can be improved and the power generation characteristics of the dye-sensitized solar cell can be improved. Moreover, it is because the dye-sensitized solar cell which has flexibility can be expand | deployed for various uses. The substrate having flexibility can be appropriately selected from a metal substrate, a glass substrate, a resin substrate and the like having a relatively small thickness. In addition, the presence or absence of flexibility is determined by whether the bending is performed when a force of 5 × 10 3 N is applied by performing a fine ceramic bending test method of JIS R1601 or a metal material bending test method of JISZ2248 depending on the material to be used. Can be judged.

導電性基材は、耐熱性が高いことが好ましい。耐熱性が高い導電性基材は、高い温度で焼成処理をおこなうことで、金属酸化物微粒子どうしの間や導電性基材と金属酸化物微粒子との間の密着性を向上させ、色素増感型太陽電池の発電特性の向上を図ることができる。耐熱性を有する基材としては、ガラス製基材や金属製基材などから適宜選択することができる。   The conductive substrate preferably has high heat resistance. Conductive substrate with high heat resistance is fired at a high temperature to improve adhesion between metal oxide fine particles or between conductive substrate and metal oxide fine particles, and dye sensitization The power generation characteristics of the solar cell can be improved. The substrate having heat resistance can be appropriately selected from a glass substrate, a metal substrate and the like.

導電性基材の厚さとしては、導電性基材に要するフレキシブル性の程度や色素増感型太陽電池の用途などに応じて適宜選択することができるが、通常、5μm〜2000μmの範囲内であることが好ましく、特に10μm〜500μmの範囲内であることが好ましく、20μm〜200μmの範囲内であることがさらに好ましい。   The thickness of the conductive substrate can be appropriately selected according to the degree of flexibility required for the conductive substrate, the use of the dye-sensitized solar cell, and the like, but is usually within a range of 5 μm to 2000 μm. It is preferable that it is within a range of 10 μm to 500 μm, and more preferably within a range of 20 μm to 200 μm.

絶縁性基材上に形成される導電層の材料としては、導電性に優れたものであれば特に限定はされないが、光の受光面側に位置する導電層においては、光透過性に優れているものであることが好ましい。光透過性に優れた材料として、例えば、酸化スズ(SnO2)、酸化インジウムスズ(以下、「ITO」と記載する。)、フッ素がドープされた酸化スズ(以下、「FTO」と記載する。)、酸化亜鉛(ZnO)、酸化インジウム亜鉛(以下、「IZO」と記載する。)などを挙げることができる。中でも、FTO、ITOは、導電性及び光透過性の両方に優れているため特に好ましく用いられる。導電層の膜厚としては、0.1nm〜500nmの範囲内、好ましくは1nm〜300nmの範囲内である。 The material of the conductive layer formed on the insulating substrate is not particularly limited as long as it has excellent conductivity, but the conductive layer located on the light receiving surface side has excellent light transmittance. It is preferable that As a material excellent in light transmittance, for example, tin oxide (SnO 2 ), indium tin oxide (hereinafter referred to as “ITO”), and fluorine-doped tin oxide (hereinafter referred to as “FTO”) are described. ), Zinc oxide (ZnO), indium zinc oxide (hereinafter referred to as “IZO”), and the like. Among these, FTO and ITO are particularly preferably used because they are excellent in both conductivity and light transmittance. The thickness of the conductive layer is in the range of 0.1 nm to 500 nm, preferably in the range of 1 nm to 300 nm.

このような導電層を形成する方法としては、特に限定はされないが、蒸着法、スパッタ法、CVD法などを挙げることができる。中でも、スパッタ法が好ましく用いられる。   A method for forming such a conductive layer is not particularly limited, and examples thereof include a vapor deposition method, a sputtering method, and a CVD method. Among these, the sputtering method is preferably used.

(多孔質半導体層)多孔質半導体層は、増感色素が担持された金属酸化物微粒子を含有し、光照射により増感色素から生じた電荷を伝導する機能を有している。 (Porous semiconductor layer) The porous semiconductor layer contains metal oxide fine particles carrying a sensitizing dye and has a function of conducting charges generated from the sensitizing dye by light irradiation.

(金属酸化物微粒子)金属酸化物微粒子は、増感色素から発生した電子を導電性基材へ伝導させることができるものであれば特に限定はされない。具体的には、酸化チタン(TiO2)、酸化亜鉛(ZnO)、酸化スズ(SnO2)、ITO、酸化ジルコニウム(ZrO2)、酸化ケイ素(SiO2)、酸化マグネシウム(MgO)、酸化アルミニウム(Al23),酸化セレン(CeO2)、酸化ビスマス(Bi23)、酸化マンガン(Mn34)、酸化イットリウム(Y23)、酸化タングステン(WO3)、酸化タンタル(Ta25)、酸化ニオブ(Nb25)、酸化ランタン(La23)などを挙げることができる。これらの金属酸化物微粒子は、いずれか一種を使用しても良く、また、2種以上を混合して使用してもよい。中でも、TiO2を好ましく用いることができる。 (Metal oxide fine particles) The metal oxide fine particles are not particularly limited as long as they can conduct electrons generated from the sensitizing dye to the conductive substrate. Specifically, titanium oxide (TiO 2 ), zinc oxide (ZnO), tin oxide (SnO 2 ), ITO, zirconium oxide (ZrO 2 ), silicon oxide (SiO 2 ), magnesium oxide (MgO), aluminum oxide ( Al 2 O 3 ), selenium oxide (CeO 2 ), bismuth oxide (Bi 2 O 3 ), manganese oxide (Mn 3 O 4 ), yttrium oxide (Y 2 O 3 ), tungsten oxide (WO 3 ), tantalum oxide ( Ta 2 O 5 ), niobium oxide (Nb 2 O 5 ), lanthanum oxide (La 2 O 3 ), and the like. Any one kind of these metal oxide fine particles may be used, or two or more kinds may be mixed and used. Among these, TiO 2 can be preferably used.

金属酸化物微粒子の平均粒径としては、1nm〜10μmの範囲内、特に、10nm〜500nmの範囲内であることが好ましい。また、平均粒径の異なる金属酸化物微粒子を混合して用いてもよい。なお、上記金属酸化物半導体微粒子の平均粒径は一次粒径を意味する。   The average particle diameter of the metal oxide fine particles is preferably in the range of 1 nm to 10 μm, particularly preferably in the range of 10 nm to 500 nm. Further, metal oxide fine particles having different average particle diameters may be mixed and used. The average particle size of the metal oxide semiconductor fine particles means the primary particle size.

多孔質半導体層中の金属酸化物微粒子の含有量としては、40重量%〜99.9重量%の範囲内、中でも、85重量%〜99.5重量%の範囲内であることが好ましい。   The content of the metal oxide fine particles in the porous semiconductor layer is preferably in the range of 40% by weight to 99.9% by weight, and more preferably in the range of 85% by weight to 99.5% by weight.

金属酸化物微粒子の結着剤として樹脂を添加することができる。このような樹脂としては、例えば、セルロース系樹脂を用いることができる。   A resin can be added as a binder for the metal oxide fine particles. As such a resin, for example, a cellulose resin can be used.

(増感色素)増感色素は、光を吸収し起電力を生じさせることが可能なものであれば、特に限定はされない。具体的には、有機色素又は金属錯体色素を使用することができる。例えば、有機色素としては、アクリジン系、アゾ系、インジゴ系、キノン系、クマリン系、メロシアニン系、フェニルキサンテン系、インドリン系、スクアリウム系、カルバゾール系の色素が挙げられる。特に、インドリン系の色素及びカルバゾール系の色素が好適に用いられる。また、金属錯体色素としては、ルテニウム系色素、特にルテニウムビピリジン色素及びルテニウムターピリジン色素が好ましく用いられる。このような増感色素を金属酸化物微粒子に担持させることにより、可視光の範囲まで効率的に取り込んで光電変換を生じさせることができる。 (Sensitizing dye) The sensitizing dye is not particularly limited as long as it can absorb light and generate an electromotive force. Specifically, an organic dye or a metal complex dye can be used. For example, examples of organic dyes include acridine dyes, azo dyes, indigo dyes, quinone dyes, coumarin dyes, merocyanine dyes, phenylxanthene dyes, indoline dyes, squalium dyes, and carbazole dyes. In particular, indoline dyes and carbazole dyes are preferably used. As the metal complex dye, a ruthenium dye, particularly a ruthenium bipyridine dye and a ruthenium terpyridine dye are preferably used. By carrying such a sensitizing dye on the metal oxide fine particles, it is possible to efficiently take in the visible light range and cause photoelectric conversion.

(多孔質半導体層の形成方法)多孔質半導体層の一般的な形成方法としては、例えば、導電性基材上に金属酸化物半導体微粒子を含む層を形成し、その後、増感色素を金属酸化物微粒子に担持させる方法を挙げることができる。 (Method for forming porous semiconductor layer) As a general method for forming a porous semiconductor layer, for example, a layer containing metal oxide semiconductor fine particles is formed on a conductive substrate, and then a sensitizing dye is subjected to metal oxidation. The method of making it support on a product fine particle can be mentioned.

導電性基材上に金属酸化物微粒子を含む層を形成する方法としては、特に限定はされないが、塗布法により形成することが好ましい。塗布法では、例えば、公知の分散機を用いて金属酸化物微粒子を溶媒に分散させることで塗工液を調整し、その金属酸化物微粒子を含む塗工液を公知の塗布法を用いて導電性基材上に塗布し乾燥して、金属酸化物微粒子を含む層を形成する。一回の塗布及び乾燥で又は複数回の塗布及び乾燥を繰り返すことで、金属酸化物微粒子を含む層を所望の膜厚になるように調整して形成することができる。   The method for forming the layer containing metal oxide fine particles on the conductive substrate is not particularly limited, but is preferably formed by a coating method. In the coating method, for example, a coating liquid is prepared by dispersing metal oxide fine particles in a solvent using a known disperser, and the coating liquid containing the metal oxide fine particles is conductive using a known coating method. A layer containing metal oxide fine particles is formed by coating on a conductive substrate and drying. By repeating the application and drying a single time or a plurality of times of application and drying, the layer containing the metal oxide fine particles can be adjusted and formed to have a desired film thickness.

金属酸化物微粒子を含む塗工液を塗布し乾燥させた後、金属酸化物微粒子を含む層の焼成をおこなうことが好ましい。これにより、金属酸化物微粒子どうし間の密着性が高まるため、電荷の伝導性を向上させることができる。また、導電性基材と金属酸化物微粒子との間の密着性も向上させることができる。焼成する温度や時間は、層の厚みなどによって異なり限定されるものではないが、一般的には300℃〜700℃で5分〜120分程度である。ただし、導電性基材が樹脂製基材から構成される場合は、樹脂製基材の耐熱温度以下で焼成をおこなうことが好ましい。   It is preferable that the layer containing the metal oxide fine particles is fired after the coating liquid containing the metal oxide fine particles is applied and dried. Thereby, since the adhesiveness between metal oxide microparticles | fine-particles increases, the electrical conductivity of a charge can be improved. Moreover, the adhesiveness between a conductive base material and metal oxide fine particles can also be improved. The firing temperature and time vary depending on the thickness of the layer and are not limited, but are generally about 300 to 700 ° C. for about 5 to 120 minutes. However, when the conductive substrate is composed of a resin substrate, it is preferable to perform firing at a temperature lower than the heat resistant temperature of the resin substrate.

増感色素を金属酸化物微粒子に担持させる方法としては、例えば、金属酸化物微粒子を含む層を増感色素の溶液に浸漬させた後で乾燥させる方法や、増感色素の溶液を金属酸化物微粒子を含む層上に公知の塗布法を用いて塗布し浸透させた後で乾燥させる方法などを挙げることができる。増感色素の溶液に使用する溶媒は、用いる増感色素の種類に応じて、公知の溶媒から適宜選択することができる。   Examples of the method of supporting the sensitizing dye on the metal oxide fine particles include, for example, a method in which a layer containing metal oxide fine particles is immersed in a solution of the sensitizing dye and then drying, or a solution of the sensitizing dye in the metal oxide Examples thereof include a method in which a known coating method is applied to a layer containing fine particles and the solution is allowed to penetrate and then dried. The solvent used in the sensitizing dye solution can be appropriately selected from known solvents according to the type of the sensitizing dye to be used.

多孔質半導体層の膜厚としては、1μm〜100μmの範囲内、その中でも、5μm〜30μmの範囲内であることが好ましい。上記範囲内であれば、多孔質半導体層の膜抵抗を小さくすることができ、また、多孔質半導体層による光吸収が十分に行われるからである。   The film thickness of the porous semiconductor layer is preferably in the range of 1 μm to 100 μm, and more preferably in the range of 5 μm to 30 μm. This is because the film resistance of the porous semiconductor layer can be reduced within the above range, and light absorption by the porous semiconductor layer is sufficiently performed.

(対向電極)対向電極としては、導電性基材を用いることができる。対向電極の導電性基材は、少なくとも一方の面が導電性を有する基材である。上述の電解質層、多孔質半導体層、及び多孔質半導体層が配置される導電性基材は、対向電極の導電性基材の導電性を有する面の上方に配置される。対向電極の導電性基材としては、例えば、金属製基材などを用いることができ、あるいは、ガラス製基材や樹脂製基材などの絶縁性基材上に導電層を形成させたもの又はガラス製基材や樹脂製基材などの絶縁性基材上に金属製基材を貼り合わせたものなどを用いることができる。具体的には、金属として、チタン(Ti)、クロム(Cr)、タングステン(W)、モリブデン(Mo)、銀(Ag)、白金(Pt)、タンタル(Ta)、ニオブ(Nb)、ジルコニウム(Zr)、亜鉛(Zn)、ニッケル(Ni)、銅(Cu)、アルミニウム(Al)、及び鉄(Fe)などの単体、ステンレス鋼などの前記金属の合金、並びに前記金属に他の前記金属を被覆させたものなどを挙げることができ、入手が比較的容易で低コストなので、好ましくはチタン(Ti)、クロム(Cr)、アルミニウム(Al)、ステンレス鋼を用いたものである。また、ガラスとして、ケイ酸塩やホウ酸塩を主成分としたものなどを挙げることができる。また、樹脂として、エチレン−テトラフルオロエチレン共重合体、ポリエチレンテレフタレート及びポリエチレンナフタレートなどのポリエステル、ポリカーボネート、ポリエーテルサルフォン、ポリエーテルエーテルケトン、ポリエーテルイミド、並びにポリイミドなどを挙げることができる。なお、対向電極の導電性基材は、単独で使用しても良く、2種以上の異なる基材を積層して使用しても良い。 (Counter electrode) As the counter electrode, a conductive substrate can be used. The conductive substrate of the counter electrode is a substrate on which at least one surface has conductivity. The conductive substrate on which the above-described electrolyte layer, porous semiconductor layer, and porous semiconductor layer are disposed is disposed above the conductive surface of the conductive substrate of the counter electrode. As the conductive substrate of the counter electrode, for example, a metal substrate can be used, or a conductive layer is formed on an insulating substrate such as a glass substrate or a resin substrate, or A material obtained by bonding a metal substrate on an insulating substrate such as a glass substrate or a resin substrate can be used. Specifically, as a metal, titanium (Ti), chromium (Cr), tungsten (W), molybdenum (Mo), silver (Ag), platinum (Pt), tantalum (Ta), niobium (Nb), zirconium ( Zr), zinc (Zn), nickel (Ni), copper (Cu), aluminum (Al), iron (Fe) and other simple substances, alloys of the metals such as stainless steel, and other metals to the metal Since it is easy to obtain and low cost, it is preferable to use titanium (Ti), chromium (Cr), aluminum (Al), or stainless steel. Examples of the glass include those containing silicate or borate as a main component. Examples of the resin include an ethylene-tetrafluoroethylene copolymer, polyesters such as polyethylene terephthalate and polyethylene naphthalate, polycarbonate, polyether sulfone, polyether ether ketone, polyether imide, and polyimide. In addition, the electroconductive base material of a counter electrode may be used independently, and may laminate | stack and use 2 or more types of different base materials.

対向電極は、透明であっても不透明であっても良いが、光の受光面側に位置する場合には、増感色素の励起波長に対して光透過性を有することを要する。光透過性に優れた基材としては、ガラス製基材や樹脂製基材から適宜選択することができる。また、多孔質半導体層が配置される導電性基材がフレキシブル性を有する場合には、対向電極もフレキシブル性を有することが好ましい。フレキシブル性に優れた基材としては、厚みが比較的薄い金属製基材やガラス製基材、樹脂製基材などから適宜選択することができる。   The counter electrode may be transparent or opaque. However, when the counter electrode is located on the light receiving surface side, the counter electrode needs to have light transmittance with respect to the excitation wavelength of the sensitizing dye. As a base material excellent in light transmittance, a glass base material or a resin base material can be appropriately selected. Moreover, when the electroconductive base material with which a porous semiconductor layer is arrange | positioned has flexibility, it is preferable that a counter electrode also has flexibility. The substrate having excellent flexibility can be appropriately selected from a metal substrate, a glass substrate, a resin substrate and the like having a relatively small thickness.

対向電極の厚さとしては、対向電極に要するフレキシブル性の程度や色素増感型太陽電池の用途などに応じて適宜選択することができるが、通常、5μm〜2000μmの範囲内であることが好ましく、特に10μm〜500μmの範囲内であることが好ましく、20μm〜200μmの範囲内であることがさらに好ましい。   The thickness of the counter electrode can be appropriately selected according to the degree of flexibility required for the counter electrode, the use of the dye-sensitized solar cell, and the like, but is usually preferably in the range of 5 μm to 2000 μm. In particular, it is preferably in the range of 10 μm to 500 μm, and more preferably in the range of 20 μm to 200 μm.

絶縁性基材上に形成される導電層の材料としては、導電性に優れたものであれば特に限定はされないが、光の受光面側に位置する導電層においては、光透過性に優れているものであることが好ましい。光透過性に優れた材料として、例えば、酸化スズ(SnO2)、ITO、FTO、酸化亜鉛(ZnO)、IZOなどを挙げることができる。中でも、FTO、ITOは、導電性及び光透過性の両方に優れているため特に好ましく用いられる。導電層の膜厚としては、0.1nm〜500nmの範囲内、好ましくは1nm〜300nmの範囲内である。 The material of the conductive layer formed on the insulating substrate is not particularly limited as long as it has excellent conductivity, but the conductive layer located on the light receiving surface side has excellent light transmittance. It is preferable that Examples of the material excellent in light transmittance include tin oxide (SnO 2 ), ITO, FTO, zinc oxide (ZnO), and IZO. Among these, FTO and ITO are particularly preferably used because they are excellent in both conductivity and light transmittance. The thickness of the conductive layer is in the range of 0.1 nm to 500 nm, preferably in the range of 1 nm to 300 nm.

このような導電層を形成する方法としては、特に限定はされないが、蒸着法、スパッタ法、CVD法などを挙げることができる。中でも、スパッタ法が好ましく用いられる。   A method for forming such a conductive layer is not particularly limited, and examples thereof include a vapor deposition method, a sputtering method, and a CVD method. Among these, the sputtering method is preferably used.

対向電極の金属製基材又は導電層上にさらに触媒層を形成することにより、色素増感型太陽電池の発電効率をより向上させることができる。触媒層の例としては、Ptを蒸着した層や、ポリアニリン、ポリチオフェン、ポリピロールなどの導電性高分子を含む触媒層を挙げることができるが、これに限定されるものではない。   By further forming a catalyst layer on the metal substrate or conductive layer of the counter electrode, the power generation efficiency of the dye-sensitized solar cell can be further improved. Examples of the catalyst layer include a layer deposited with Pt and a catalyst layer containing a conductive polymer such as polyaniline, polythiophene, or polypyrrole, but are not limited thereto.

(電解質層)電解質層は、多孔質半導体層と対向電極との間に配置され、酸化還元対、イオン液体及びスチレン−ブタジエンゴムを少なくとも含むものである。 (Electrolyte layer) The electrolyte layer is disposed between the porous semiconductor layer and the counter electrode, and contains at least a redox couple, an ionic liquid, and styrene-butadiene rubber.

(酸化還元対)酸化還元対としては、色素増感型太陽電池の電解質層において一般的に用いられているものから適宜選択することができる。具体的には、ヨウ素の酸化還元対、及び臭素の酸化還元対が好ましく用いられる。ヨウ素の酸化還元対としては、ヨウ素とヨウ化リチウム、ヨウ化ナトリウム、ヨウ化カリウム、ヨウ化カルシウム、TPAI(テトラプロピルアンモニウムヨージド)、及び後述するヨウ化物系イオン液体などのヨウ化物との組み合わせを挙げることができる。また、臭素の酸化還元対としては、臭素と臭化リチウム、臭化ナトリウム、臭化カリウム、及び臭化カルシウムなどの臭化物との組み合わせを挙げることができる。 (Redox pair) The redox pair can be appropriately selected from those generally used in the electrolyte layer of a dye-sensitized solar cell. Specifically, a redox couple of iodine and a redox couple of bromine are preferably used. As an oxidation-reduction pair of iodine, a combination of iodine and iodide such as lithium iodide, sodium iodide, potassium iodide, calcium iodide, TPAI (tetrapropylammonium iodide), and an iodide ionic liquid described later Can be mentioned. Examples of the redox pair of bromine include combinations of bromine and bromides such as lithium bromide, sodium bromide, potassium bromide, and calcium bromide.

電解質層中の酸化還元対の濃度は、酸化還元対の種類によって異なり特に限定されるものではないが、ヨウ素あるいは臭素の酸化還元対を用いる場合、ヨウ素又は臭素が0.001mol/l〜0.5mol/l、ヨウ化物又は臭化物が0.1mol/l〜5mol/lとすることが好ましく、一般的にはヨウ素又は臭素とヨウ化物又は臭化物とのモル比が1:10程度となるように設定することが好ましい。   The concentration of the redox couple in the electrolyte layer varies depending on the type of the redox couple and is not particularly limited. However, when using the redox couple of iodine or bromine, iodine or bromine is 0.001 mol / l to 0. 5 mol / l, iodide or bromide is preferably 0.1 mol / l to 5 mol / l, and generally set so that the molar ratio of iodine or bromine to iodide or bromide is about 1:10. It is preferable to do.

(イオン液体)電解質層には、イオン液体を含有させる。イオン液体は、蒸気圧が極めて低く、室温では実質的に殆ど蒸発せず、一般的な有機溶媒のように揮発や引火の心配がないことから、電解質層にイオン液体を含有させることで、液の蒸発による性能低下を防止することができるからである。また、電解質層にイオン液体を含有させることで、電解質層中のイオンの伝導性を改善し、発電特性を向上させることができるからである。 (Ionic liquid) The electrolyte layer contains an ionic liquid. An ionic liquid has an extremely low vapor pressure, and hardly evaporates at room temperature, and there is no concern about volatilization or ignition like a general organic solvent. Therefore, by adding an ionic liquid to the electrolyte layer, This is because it is possible to prevent performance degradation due to evaporation. Moreover, it is because by making an electrolyte layer contain an ionic liquid, the electroconductivity of the ion in an electrolyte layer can be improved and a power generation characteristic can be improved.

イオン液体としては、アニオンが、フッ素イオン、テトラフルオロボレート、ヘキサフルオロボレート、及びトリフルオロメタンスルホネート、トリフルオロアセテートなどのフッ素系、ヨウ素イオン、臭素イオン、塩素イオン、シアネート系、並びにチオシアネート系であるものを挙げることができ、また、カチオンが、イミダゾリウム系、ピリジウム系、ホスホニウム系、スルホニウム系、脂環式アミン系、及び脂肪族アミン系であるものを挙げることができる。これらのイオン液体は、いずれか一種を単独で用いてもよいし、複数を混合して用いてもよい。   As ionic liquids, the anion is fluorine ion, tetrafluoroborate, hexafluoroborate, and fluorine-based such as trifluoromethanesulfonate and trifluoroacetate, iodine ion, bromine ion, chlorine ion, cyanate and thiocyanate-based. Examples thereof include those in which the cation is an imidazolium type, a pyridium type, a phosphonium type, a sulfonium type, an alicyclic amine type, or an aliphatic amine type. One of these ionic liquids may be used alone, or a plurality of these ionic liquids may be used in combination.

また、ヨウ素イオンをアニオンとするヨウ化物系イオン液体を用いることが好ましい。ヨウ化物系イオン液体は、ヨウ素イオンの供給源であり上記の酸化還元対としても機能させることができるからである。具体的には、例えば、1,2−ジメチル−3−n−プロピルイミダゾリウムアイオダイド、1−メチル−3−n−プロピルイミダゾリウムアイオダイド、1−プロピル−3−メチルイミダゾリウムアイオダイド、1−ブチル−2,3−ジメチルイミダゾリウムアイオダイド、及び1−ヘキシル−3−メチルイミダゾリウムアイオダイドを挙げることができる。   Further, it is preferable to use an iodide ionic liquid having iodine ions as anions. This is because the iodide-based ionic liquid is a source of iodine ions and can function as the above-described redox pair. Specifically, for example, 1,2-dimethyl-3-n-propylimidazolium iodide, 1-methyl-3-n-propylimidazolium iodide, 1-propyl-3-methylimidazolium iodide, 1 -Butyl-2,3-dimethylimidazolium iodide and 1-hexyl-3-methylimidazolium iodide can be mentioned.

電解質層中のイオン液体の濃度は、イオン液体の種類によっても異なり特に限定されるものではないが、電解質層中に30重量%〜95重量%、特に40重量%〜85重量%含有させることが好ましい。なお、ヨウ化物系イオン液体のように、酸化還元対としても機能するイオン液体については、上記の電解質層中のイオン液体の濃度を決するにあたってイオン液体ではなく酸化還元対として含有させることとし、上記の酸化還元対について述べた濃度とすることが好ましく、すなわち電解質層中に0.1mol/l〜5mol/l含有させることが好ましい。   The concentration of the ionic liquid in the electrolyte layer varies depending on the type of the ionic liquid and is not particularly limited. However, the electrolyte layer may contain 30 wt% to 95 wt%, particularly 40 wt% to 85 wt%. preferable. Note that an ionic liquid that also functions as a redox pair, such as an iodide-based ionic liquid, is included as a redox pair instead of an ionic liquid in determining the concentration of the ionic liquid in the electrolyte layer. It is preferable to use the concentration described for the redox couple of (i.e., 0.1 mol / l to 5 mol / l) in the electrolyte layer.

(スチレン−ブタジエンゴム)電解質層には、スチレン−ブタジエンゴムを含有させる。スチレン−ブタジエンゴムは、イオン液体を安定的に保持することができ、かつ酸化還元対の機能に対する悪影響が小さいので、本発明では、スチレン−ブタジエンゴムを電解質層に含有させることで、電解質層の流動性を低下させることができる一方で、発電特性が大幅に低下することがない。 (Styrene-butadiene rubber) The electrolyte layer contains styrene-butadiene rubber. Since the styrene-butadiene rubber can stably hold the ionic liquid and has a small adverse effect on the function of the redox couple, in the present invention, by adding the styrene-butadiene rubber to the electrolyte layer, While the fluidity can be reduced, the power generation characteristics are not significantly reduced.

スチレン−ブタジエンゴムは、例えばイオン液体の保持性や、電解質層形成用液における溶解性ないし分散性を向上させるために、変性処理をおこなってもよいし、アクリル酸エステルや有機酸などのモノマー又はコポリマー成分との共重合体であってもよい。   Styrene-butadiene rubber may be modified, for example, to improve ionic liquid retention and solubility or dispersibility in the electrolyte layer forming liquid, or monomers such as acrylic acid esters and organic acids, It may be a copolymer with a copolymer component.

スチレン−ブタジエンゴムの分子量は、特に限定されないが、電解質層を形成する際に良好な造膜性を得る観点から、重量平均分子量が0.1万〜200万の範囲であることが好ましい。また、スチレン−ブタジエンゴムのスチレン含有量は、イオン液体との相溶性のために、5重量%〜70重量%であることが好ましい。また、スチレン−ブタジエンゴムのガラス転移温度は、−50℃〜+120℃であることが好ましい。   The molecular weight of the styrene-butadiene rubber is not particularly limited, but the weight average molecular weight is preferably in the range of 10,000 to 2,000,000 from the viewpoint of obtaining good film forming properties when forming the electrolyte layer. The styrene content of the styrene-butadiene rubber is preferably 5% by weight to 70% by weight for compatibility with the ionic liquid. Moreover, it is preferable that the glass transition temperature of styrene-butadiene rubber is -50 degreeC-+120 degreeC.

スチレン−ブタジエンゴムのラテックスを用いることで、電解質層形成用液の調整が容易になり、電解質層中でスチレン−ブタジエンゴムを均一化させることができる。なお、ラテックスを用いる場合には、ラテックスが破壊されないように、ラテックスに溶解ないし分散が可能な親水性イオン液体を適宜選択することを要する。   By using the latex of styrene-butadiene rubber, the adjustment of the electrolyte layer forming liquid becomes easy, and the styrene-butadiene rubber can be made uniform in the electrolyte layer. When latex is used, it is necessary to appropriately select a hydrophilic ionic liquid that can be dissolved or dispersed in the latex so that the latex is not destroyed.

電解質層中のスチレン−ブタジエンゴムの含有量は、少な過ぎると電解質層の流動性が高くなり、逆に多過ぎると発電特性が低下するため、これらを考慮して適宜設定される。具体的には、電解質層中に5重量%〜70重量%含有させることが好ましい。光電変換効率が1%以上を示す色素増感型太陽電池を得るために、より好ましくは15重量%〜55重量%である。   If the content of the styrene-butadiene rubber in the electrolyte layer is too small, the fluidity of the electrolyte layer becomes high. On the other hand, if the content is too large, the power generation characteristics are deteriorated. Specifically, it is preferable to contain 5 wt% to 70 wt% in the electrolyte layer. In order to obtain a dye-sensitized solar cell having a photoelectric conversion efficiency of 1% or more, it is more preferably 15% by weight to 55% by weight.

(添加剤)電解質層には、耐久性の向上、開放電圧値の向上などを目的として、種々の添加剤を含有させることができる。添加剤の具体例としては、グアニジウムチオシアネート、ターシャリーブチルピリジン、N−メチルベンゾイミダゾールなどを挙げることができる。 (Additives) The electrolyte layer can contain various additives for the purpose of improving durability, improving open-circuit voltage value, and the like. Specific examples of the additive include guanidinium thiocyanate, tertiary butyl pyridine, N-methylbenzimidazole and the like.

(電解質層の形成方法)電解質層の一般的な形成方法としては、例えば、多孔質半導体層が配置された導電性基材と対向電極とを所定の間隙を有するように配置してシール剤などで封止した後に、酸化還元対、イオン液体、及びスチレン−ブタジエンゴムを含む電解質層形成用液をその間隙に注入する方法(以下、「注入法」と記載する。)と、酸化還元対、イオン液体、及びスチレン−ブタジエンゴムを含む電解質層形成用液を導電性基板の多孔質半導体層上又は対向電極に塗布する方法(以下、「塗布法」と記載する。)とを挙げることができる。 (Method for Forming Electrolyte Layer) As a general method for forming an electrolyte layer, for example, a conductive base material on which a porous semiconductor layer is disposed and a counter electrode are disposed so as to have a predetermined gap, and a sealing agent or the like. After sealing with, a method of injecting an electrolyte layer forming liquid containing a redox couple, an ionic liquid, and styrene-butadiene rubber into the gap (hereinafter referred to as “injection method”), a redox couple, Examples thereof include a method of applying an electrolyte layer forming solution containing an ionic liquid and styrene-butadiene rubber on the porous semiconductor layer of the conductive substrate or on the counter electrode (hereinafter referred to as “coating method”). .

電解質層を注入法により形成する場合は、まず、多孔質半導体層が配置された導電性基材と対向電極とを準備し、それらを所定の間隙を有して対向するように配置して、シール剤などで固定する。この際の間隙としては、導電性基材及び対向電極の間の距離が2μm〜150μmになるように設定することが好ましい。所定の間隙を安定的に設けるために、導電性基材側又は対向電極側のいずれか一方又はこれらの両方にスペーサを設置することができる。このようなスペーサとしては、公知のガラススペーサ、樹脂スペーサが挙げられる。次に、酸化還元対、イオン液体、及びスチレン−ブタジエンゴムを含む電解質層形成用液を、毛細管現象を利用するなどにより間隙に注入した後、封止することで、電解質層を形成する。これにより、色素増感型太陽電池を得ることができる。   When forming the electrolyte layer by an injection method, first, prepare a conductive substrate and a counter electrode on which the porous semiconductor layer is arranged, arrange them so as to face each other with a predetermined gap, Fix with sealant. The gap at this time is preferably set so that the distance between the conductive substrate and the counter electrode is 2 μm to 150 μm. In order to stably provide the predetermined gap, a spacer can be provided on either or both of the conductive substrate side and the counter electrode side. Examples of such a spacer include known glass spacers and resin spacers. Next, an electrolyte layer forming solution containing an oxidation-reduction pair, an ionic liquid, and styrene-butadiene rubber is injected into the gap by utilizing a capillary phenomenon, and then sealed to form an electrolyte layer. Thereby, a dye-sensitized solar cell can be obtained.

電解質層を塗布法により形成する場合は、まず、酸化還元対とイオン液体とスチレン−ブタジエンゴムを少なくとも含む電解質形成用液を作成する。   When the electrolyte layer is formed by a coating method, first, an electrolyte forming liquid including at least a redox couple, an ionic liquid, and a styrene-butadiene rubber is prepared.

このとき、電解質層形成用液にスチレン−ブタジエンゴムやその他の添加剤を安定的に溶解ないし分散させたり、電解質層形成用液の塗布適性を調整するために、必要に応じて電解質層形成用液に溶媒を用いることができる。なお、本発明において、溶媒とは溶質を溶解させる媒体だけでなく、溶質を分散させる媒体も含むものとする。溶媒としては、メタノール、イソプロパノール、ブタノール、及びエタノールなどのアルコール系溶媒、メチルエチルケトンなどのケトン系溶媒、並びにN−メチルピロリドン(NMP)などのアミド系溶媒などの揮発性有機溶媒や、純水などが好ましく用いられる。具体的には、電解質層形成用液の安定性の観点から、メタノール、エタノール、イソプロパノール、ブタノールなどの低級アルコールや、水、NMPなどの溶媒が好適に用いられる。溶媒を用いた場合には、塗工した後、適宜乾燥させて溶媒を除去することにより電解質層を形成することができる。   At this time, in order to stably dissolve or disperse styrene-butadiene rubber and other additives in the electrolyte layer forming solution, or to adjust the application suitability of the electrolyte layer forming solution, the electrolyte layer forming solution may be used as necessary. A solvent can be used for the liquid. In the present invention, the solvent includes not only a medium for dissolving a solute but also a medium for dispersing a solute. Solvents include volatile organic solvents such as alcohol solvents such as methanol, isopropanol, butanol, and ethanol, ketone solvents such as methyl ethyl ketone, and amide solvents such as N-methylpyrrolidone (NMP), and pure water. Preferably used. Specifically, from the viewpoint of the stability of the electrolyte layer forming solution, lower alcohols such as methanol, ethanol, isopropanol, and butanol, and solvents such as water and NMP are preferably used. When a solvent is used, the electrolyte layer can be formed by coating and then drying appropriately to remove the solvent.

次に、電解質層を塗布法により形成する場合について説明する。本発明では、電解質層にスチレン−ブタジエンゴムを含有させることで、電解質層の流動性が低下するため、電解質層形成用液を塗布した後に、電解質層形成領域の周囲を封止していなくても、電解質層を保持することができる。そのため、本発明の色素増感型太陽電池は、塗布法を採用し、生産性を向上させることが可能である点で優れている。   Next, the case where an electrolyte layer is formed by a coating method will be described. In the present invention, since the electrolyte layer contains styrene-butadiene rubber, the fluidity of the electrolyte layer is lowered. Therefore, after the electrolyte layer forming solution is applied, the periphery of the electrolyte layer forming region is not sealed. Also, the electrolyte layer can be retained. Therefore, the dye-sensitized solar cell of the present invention is excellent in that it can improve the productivity by adopting a coating method.

塗布法において、電解質層形成用液を導電性基板の多孔質半導体層上又は対向電極上に塗布する手段としては、公知の塗布手段を用いることができ、具体的には、ダイコート、グラビアコート、グラビアリバースコート、ロールコート、リバースロールコート、バーコート、ブレードコート、ナイフコート、エアナイフコート、スロットダイコート、スライドダイコート、ディップコート、マイクロバーコート、マイクロバーリバースコートや、スクリーン印刷などを挙げることができる。   In the coating method, as a means for coating the electrolyte layer forming liquid on the porous semiconductor layer or the counter electrode of the conductive substrate, a known coating means can be used, specifically, die coating, gravure coating, Gravure reverse coat, roll coat, reverse roll coat, bar coat, blade coat, knife coat, air knife coat, slot die coat, slide die coat, dip coat, micro bar coat, micro bar reverse coat, screen printing, etc. .

このようにして導電性基板の多孔質半導体層上又は対向電極上に形成した電解質層に対し、対向電極の導電層側又は導電性基板の多孔質半導体層側を貼り合わせることにより、本発明の色素増感型太陽電池を得ることができる。   Thus, by bonding the conductive layer side of the counter electrode or the porous semiconductor layer side of the conductive substrate to the electrolyte layer formed on the porous semiconductor layer or the counter electrode of the conductive substrate in this way, A dye-sensitized solar cell can be obtained.

(太陽電池モジュール)上述のようにして得られた二以上の色素増感型太陽電池を直列又は並列に接続することにより色素増感型太陽電池モジュールを得ることができる。具体的には、例えば、複数個の色素増感型太陽電池を平面状又は曲面状に配列させ、各電池の間には非導電性の隔壁を設けて仕切りをし、それぞれの電池を導電性の部材を用いて電気的に接続するとともに、端部から正極又は負極の電極リードを引き出してモジュール化することができる。モジュールを構成する色素増感型太陽電池の個数は任意であり、所望の電圧が得られるように自由に設計することができる。 (Solar cell module) A dye-sensitized solar cell module can be obtained by connecting two or more dye-sensitized solar cells obtained as described above in series or in parallel. Specifically, for example, a plurality of dye-sensitized solar cells are arranged in a planar shape or a curved shape, and non-conductive partition walls are provided between the cells to partition each cell. These members can be used for electrical connection, and a positive or negative electrode lead can be drawn from the end portion to form a module. The number of dye-sensitized solar cells constituting the module is arbitrary, and can be freely designed so as to obtain a desired voltage.

以下、実施例及び比較例により本発明をさらに詳しく説明するが、これに限定されるものではない。   EXAMPLES Hereinafter, although an Example and a comparative example demonstrate this invention further in detail, it is not limited to this.

(電解質層形成用液の調製)
(実施例1)
ヨウ素0.6mol/l、ヘキシルメチルイミダゾリウムアイオダイド6.0mol/l、N−メチルベンゾイミダゾール0.45mol/l、及びグアニジウムチオシアネート0.1mol/lをエチルメチルイミダゾリウムチオシアネートに加えて、撹拌して溶解させることで、電解液を調整した。続いて、前記電解液1gとスチレン−ブタジエンゴムのラテックス(日本ゼオン株式会社製;BM−400B、スチレン−ブタジエンゴムの濃度39.3重量%)1gとを混合し、スターラーで撹拌することで、塗布可能な電解質層形成用液を調製した。このとき、電解質層形成用液を塗布し乾燥させた電解質層中におけるスチレン−ブタジエンゴムの濃度は、約28.2重量%である。
(Preparation of electrolyte layer forming solution)
Example 1
Add 0.6 mol / l iodine, 6.0 mol / l hexylmethylimidazolium iodide, 0.45 mol / l N-methylbenzimidazole, and 0.1 mol / l guanidinium thiocyanate to ethylmethylimidazolium thiocyanate, The electrolytic solution was adjusted by stirring and dissolving. Subsequently, 1 g of the electrolyte solution and 1 g of styrene-butadiene rubber latex (manufactured by Nippon Zeon Co., Ltd .; BM-400B, concentration of styrene-butadiene rubber 39.3% by weight) are mixed and stirred with a stirrer. A coating solution for forming an electrolyte layer was prepared. At this time, the concentration of the styrene-butadiene rubber in the electrolyte layer coated with the electrolyte layer forming solution and dried is about 28.2% by weight.

(実施例2)
実施例1にて、電解液1gとスチレン−ブタジエンゴムのラテックス1.5gとを混合した以外は、実施例1と同様にして電解質層形成用液を調整した。このとき、電解質層形成用液を塗布し乾燥させた電解質層中におけるスチレン−ブタジエンゴムの濃度は、約37.1重量%である。
(Example 2)
In Example 1, an electrolyte layer forming solution was prepared in the same manner as in Example 1 except that 1 g of the electrolytic solution and 1.5 g of styrene-butadiene rubber latex were mixed. At this time, the concentration of the styrene-butadiene rubber in the electrolyte layer coated with the electrolyte layer forming solution and dried is about 37.1% by weight.

(実施例3)
実施例1にて、電解液1gとスチレン−ブタジエンゴムのラテックス2gとを混合した以外は、実施例1と同様にして電解質層形成用液を調整した。このとき、電解質層形成用液を塗布し乾燥させた電解質層中におけるスチレン−ブタジエンゴムの濃度は、約44.0重量%である。
(Example 3)
A liquid for forming an electrolyte layer was prepared in the same manner as in Example 1 except that 1 g of the electrolytic solution and 2 g of latex of styrene-butadiene rubber were mixed in Example 1. At this time, the concentration of the styrene-butadiene rubber in the electrolyte layer coated with the electrolyte layer forming solution and dried is about 44.0% by weight.

(実施例4)
実施例1にて、電解液1gとスチレン−ブタジエンゴムのラテックス3gとを混合した以外は、実施例1と同様にして電解質層形成用液を調整した。このとき、電解質層形成用液を塗布し乾燥させた電解質層中におけるスチレン−ブタジエンゴムの濃度は、約54.1重量%である。
Example 4
A liquid for forming an electrolyte layer was prepared in the same manner as in Example 1 except that 1 g of the electrolytic solution and 3 g of styrene-butadiene rubber latex were mixed in Example 1. At this time, the concentration of the styrene-butadiene rubber in the electrolyte layer coated with the electrolyte layer forming solution and dried is about 54.1% by weight.

(実施例5)
実施例1にて、電解液1gとスチレン−ブタジエンゴムのラテックス5gとを混合した以外は、実施例1と同様にして電解質層形成用液を調整した。このとき、電解質層形成用液を塗布し乾燥させた電解質層中におけるスチレン−ブタジエンゴムの濃度は、約66.3重量%である。
(Example 5)
In Example 1, an electrolyte layer forming solution was prepared in the same manner as in Example 1 except that 1 g of the electrolytic solution and 5 g of styrene-butadiene rubber latex were mixed. At this time, the concentration of the styrene-butadiene rubber in the electrolyte layer coated with the electrolyte layer forming solution and dried is about 66.3% by weight.

(比較例1及び比較例2)
実施例1にて、スチレン−ブタジエンゴムのラテックスを混合せずに、電解液のみで電解質層形成用塗工液を調整した。
(Comparative Example 1 and Comparative Example 2)
In Example 1, a coating solution for forming an electrolyte layer was prepared using only the electrolytic solution without mixing the latex of styrene-butadiene rubber.

(導電性基材及び多孔質半導体層の形成)
(実施例1〜5、比較例1〜2)
酸化チタン(日本アエロジル社製;P25)をエタノール中に分散させた酸化チタンインキを用意した。続いて、導電性基材としてガラス板上にFTO層が形成された透明導電ガラス(日本板硝子社製)を用意し、その透明導電ガラスのFTO層上に、上記酸化チタンインキをスクリーン印刷法で塗布し、550℃で焼成し、膜厚10μmの多孔質の酸化チタン層を形成した。次いで、ルテニウム錯体(Solaronix社製;RuI2(NCS)2)を無水エタノール中に3.0×10-4mol/lの濃度となるように溶解させた色素溶液に、上述の酸化チタン層を20時間浸漬させた。浸漬後に色素溶液から引き上げ、酸化チタン層に付着した色素溶液をアセトニトリルで洗浄し、風乾した。これにより、導電性基材上に多孔質半導体層を形成した。
(Formation of conductive substrate and porous semiconductor layer)
(Examples 1-5, Comparative Examples 1-2)
A titanium oxide ink in which titanium oxide (manufactured by Nippon Aerosil Co., Ltd .; P25) was dispersed in ethanol was prepared. Subsequently, transparent conductive glass (manufactured by Nippon Sheet Glass Co., Ltd.) having an FTO layer formed on a glass plate as a conductive substrate is prepared, and the titanium oxide ink is applied to the FTO layer of the transparent conductive glass by a screen printing method. This was applied and baked at 550 ° C. to form a porous titanium oxide layer having a thickness of 10 μm. Next, the above-mentioned titanium oxide layer was added to a dye solution in which a ruthenium complex (manufactured by Solaronix; RuI 2 (NCS) 2 ) was dissolved in absolute ethanol so as to have a concentration of 3.0 × 10 −4 mol / l. It was immersed for 20 hours. After the immersion, the pigment solution was pulled up and the pigment solution adhering to the titanium oxide layer was washed with acetonitrile and air-dried. Thereby, the porous semiconductor layer was formed on the conductive substrate.

(対向電極の作製)
(実施例1〜5、比較例1〜2)
ガラス板上にFTO層が形成された透明導電ガラス(日本板硝子社製)のFTO層上に白金を厚み150Åで積層することにより対向電極を作製した。
(Preparation of counter electrode)
(Examples 1-5, Comparative Examples 1-2)
A counter electrode was prepared by laminating platinum with a thickness of 150 mm on an FTO layer of transparent conductive glass (manufactured by Nippon Sheet Glass Co., Ltd.) having an FTO layer formed on a glass plate.

(色素増感型太陽電池の作製)
(実施例1〜5、比較例1)
導電性基材上の多孔質半導体層(4mm×4mm)上に、実施例1〜5及び比較例1における各電解質層形成用液をドクターブレードで塗布し、約100℃で乾燥することで、比較例1以外は厚さ4μmの電解質層を形成した。次いで、その電解質層及び多孔質半導体層が形成された導電性基材の電解質層と対向電極の白金層とを向かい合わせて貼り合わせ、クリップで圧着した。これにより、所望の色素増感型太陽電池を作製した。
(Preparation of dye-sensitized solar cell)
(Examples 1-5, Comparative Example 1)
By applying each electrolyte layer forming solution in Examples 1 to 5 and Comparative Example 1 on a porous semiconductor layer (4 mm × 4 mm) on a conductive substrate with a doctor blade and drying at about 100 ° C., Except for Comparative Example 1, an electrolyte layer having a thickness of 4 μm was formed. Next, the electrolyte layer of the conductive base material on which the electrolyte layer and the porous semiconductor layer were formed and the platinum layer of the counter electrode were bonded to each other and pressed with a clip. This produced the desired dye-sensitized solar cell.

ただし、比較例1における電解質層形成用液については、ドクターブレードで塗布し、約100℃で乾燥した直後に電解質層形成用液が流動して電解質層を保持することができなかったため、色素増感型太陽電池を作製することはできなかった。   However, since the electrolyte layer forming solution in Comparative Example 1 was not coated with a doctor blade and dried at about 100 ° C., the electrolyte layer forming solution flowed and could not hold the electrolyte layer. A sensitive solar cell could not be produced.

(比較例2)
導電性基材上の多孔質半導体層(4mm×4mm)と対向電極の白金層とを向かい合わせて、厚さ30μmのアイオノマー樹脂を用いて貼り合わせた。そして、貼り合せたものを比較例2における電解質層形成用液に浸漬させることで、アイオノマー樹脂に電解質層形成用液を含浸させ、電解質層を形成させた。これにより、所望の色素増感型太陽電池を作製した。
(Comparative Example 2)
The porous semiconductor layer (4 mm × 4 mm) on the conductive substrate and the platinum layer of the counter electrode were faced to each other and bonded using an ionomer resin having a thickness of 30 μm. And what was bonded together was immersed in the electrolyte layer forming solution in Comparative Example 2, so that the ionomer resin was impregnated with the electrolyte layer forming solution to form an electrolyte layer. This produced the desired dye-sensitized solar cell.

(電解質層の流動性の評価方法)
電解質層の流動性は、多孔質半導体層上に電解質層形成用液を塗布し乾燥した後に、電解質層の形状が維持されているか否かで評価をおこなった。評価基準は、塗布領域の幅に対して電解質層の幅が1.2倍を超える場合に流動性が高い、塗布領域の幅に対して電解質層の幅が1.2倍以内の場合に流動性が低いと判断した。
(Evaluation method of fluidity of electrolyte layer)
The fluidity of the electrolyte layer was evaluated based on whether or not the shape of the electrolyte layer was maintained after the electrolyte layer forming solution was applied on the porous semiconductor layer and dried. The evaluation criteria are high fluidity when the width of the electrolyte layer exceeds 1.2 times the width of the application region, and flow when the width of the electrolyte layer is within 1.2 times the width of the application region. Judgment was low.

(発電性能の評価方法)
太陽電池の発電性能の評価は、擬似太陽光(AM1.5、入射光強度100mW/cm2)を光源として、増感色素を吸着させた多孔質半導体層を有する導電性基材側から入射させ、ソースメジャーユニット(ケースレー社製、2400型)を用いて電圧を印加して、太陽電池の電流電圧特性を測定し、光電変換効率を求めた。なお、測定に用いた多孔質半導体層の面積は0.16cm2(4mm×4mm)である。
(Evaluation method of power generation performance)
Evaluation of the power generation performance of the solar cell is performed by using pseudo-sunlight (AM1.5, incident light intensity of 100 mW / cm 2 ) as a light source and entering from the side of the conductive substrate having a porous semiconductor layer on which a sensitizing dye is adsorbed. A voltage was applied using a source measure unit (type 2400, manufactured by Keithley) to measure the current-voltage characteristics of the solar cell, and the photoelectric conversion efficiency was obtained. The area of the porous semiconductor layer used for the measurement is 0.16 cm 2 (4 mm × 4 mm).

(評価結果)
表1に上記の実施例及び比較例で作製した色素増感型太陽電池の評価結果を示す。
(Evaluation results)
Table 1 shows the evaluation results of the dye-sensitized solar cells prepared in the above examples and comparative examples.

Figure 0005445121
Figure 0005445121

表1にて、実施例と比較例を対比することにより、電解質層にスチレン−ブタジエンゴムを含むことで、電解質層の流動性を低下させられることがわかる。また、スチレン−ブタジエンゴムを含有しない比較例2の光電変換効率3.95に対して、実施例1〜5でスチレン−ブタジエンゴムをさせた場合であっても、発電特性が大幅に低下することがない。特に、実施例1〜4では、1%以上の光電変換効率を示す色素増感型太陽電池が得られた。したがって、本発明の色素増感型太陽電池は、耐久性及び発電特性が優れたものである。   In Table 1, it can be seen that the fluidity of the electrolyte layer can be lowered by including the styrene-butadiene rubber in the electrolyte layer by comparing the example and the comparative example. Moreover, even if it is a case where styrene-butadiene rubber is made into Examples 1-5 with respect to the photoelectric conversion efficiency 3.95 of the comparative example 2 which does not contain a styrene-butadiene rubber, a power generation characteristic falls significantly. There is no. In particular, in Examples 1 to 4, a dye-sensitized solar cell having a photoelectric conversion efficiency of 1% or more was obtained. Therefore, the dye-sensitized solar cell of the present invention is excellent in durability and power generation characteristics.

1 色素増感型太陽電池
10 導電性基材
20 多孔質半導体層
30 電解質層
40 対向電極
1 Dye-sensitized solar cell 10 Conductive base material 20 Porous semiconductor layer 30 Electrolyte layer 40 Counter electrode

Claims (3)

導電性基材と、
前記導電性基材上に配置され、増感色素が担持された金属酸化物微粒子を含む多孔質半導体層と、
前記多孔質半導体層に対向して配置された対向電極と、
前記多孔質半導体層及び前記対向電極の間に配置され、酸化還元対とイオン液体とスチレン−ブタジエンゴムとを含む電解質層と
から構成される色素増感型太陽電池。
A conductive substrate;
A porous semiconductor layer comprising metal oxide fine particles disposed on the conductive substrate and carrying a sensitizing dye; and
A counter electrode disposed to face the porous semiconductor layer;
A dye-sensitized solar cell, which is disposed between the porous semiconductor layer and the counter electrode and includes an oxidation-reduction pair, an ionic liquid, and an electrolyte layer containing styrene-butadiene rubber.
色素増感型太陽電池の電解質層形成用液であって、
酸化還元対とイオン液体とスチレン−ブタジエンゴムとを含む電解質層形成用液。
A liquid for forming an electrolyte layer of a dye-sensitized solar cell,
An electrolyte layer forming liquid comprising a redox couple, an ionic liquid, and a styrene-butadiene rubber.
二以上の請求項1に記載の色素増感型太陽電池を直列又は並列に接続してなる色素増感型太陽電池モジュール。
A dye-sensitized solar cell module formed by connecting two or more dye-sensitized solar cells according to claim 1 in series or in parallel.
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