JP5480234B2 - Photoelectric conversion element and method for producing photoelectric conversion element - Google Patents

Photoelectric conversion element and method for producing photoelectric conversion element Download PDF

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Description

本発明は、光電変換素子および光電変換素子の製造方法に関する。   The present invention relates to a photoelectric conversion element and a method for manufacturing the photoelectric conversion element.

化石燃料に代るエネルギー源として、太陽光を電力に変換することができる電池、すなわち太陽電池が注目されている。現在、結晶系シリコン基板を用いた太陽電池および薄膜シリコン太陽電池が一部実用化され始めている。   As an energy source that replaces fossil fuel, a battery that can convert sunlight into electric power, that is, a solar cell, has attracted attention. At present, some solar cells and thin film silicon solar cells using a crystalline silicon substrate are beginning to be put into practical use.

しかしながら、結晶系シリコン基板を用いた太陽電池は、シリコン基板の製造コストが高いという問題があった。また、薄膜シリコン太陽電池は、多くの種類の半導体製造用ガスや複雑な装置を用いる必要があるため、製造コストが高くなるという問題があった。そのため、いずれの太陽電池においても、発電出力当たりのコストを低減するために光電変換の高効率化の努力が続けられているが、上記の問題を十分に解決できるまでには至っていない。   However, a solar cell using a crystalline silicon substrate has a problem that the manufacturing cost of the silicon substrate is high. In addition, the thin film silicon solar cell has a problem in that the manufacturing cost is high because it is necessary to use many kinds of semiconductor manufacturing gases and complicated devices. For this reason, in any solar cell, efforts have been made to increase the efficiency of photoelectric conversion in order to reduce the cost per power generation output, but the above problem has not yet been solved sufficiently.

また、たとえば特許文献1(特許第2664194号公報)には、新しいタイプの太陽電池として、金属錯体の光誘起電子移動を応用した光電変換素子が開示されている。また、たとえば特許文献2(特開2008−287900号公報)には、新しいタイプの太陽電池として、量子ドットを用いた光電変換素子が開示されている。   Further, for example, Patent Document 1 (Japanese Patent No. 2664194) discloses a photoelectric conversion element using a photo-induced electron transfer of a metal complex as a new type of solar cell. For example, Patent Document 2 (Japanese Patent Laid-Open No. 2008-287900) discloses a photoelectric conversion element using quantum dots as a new type of solar cell.

これらの光電変換素子は、2枚の基板の表面にそれぞれ電極を形成し、これらの電極が内側となるように2枚の基板を配置し、電極間に光電変換層と電解液とを挟み込むようにして作製されている。光電変換層は、光増感色素を吸着させて可視光領域に吸収スペクトルを持たせた半導体層からなる。このような光電変換素子は、色素増感太陽電池とも呼ばれる。   In these photoelectric conversion elements, electrodes are respectively formed on the surfaces of the two substrates, the two substrates are arranged so that these electrodes are inside, and the photoelectric conversion layer and the electrolytic solution are sandwiched between the electrodes. It has been made. The photoelectric conversion layer is composed of a semiconductor layer in which a photosensitizing dye is adsorbed to give an absorption spectrum in the visible light region. Such a photoelectric conversion element is also called a dye-sensitized solar cell.

上記のような光電変換素子に光が入射すると、光電変換層で電子が発生し、光電変換層で発生した電子は光電変換層を通って電極に到達する。そして、電極に到達した電子は、電極間を接続する外部電気回路を通って他方の電極に移動して電解液に供給され、電解液中のイオンによって運ばれて再度光電変換層に戻る。光電変換素子においては、このような電子の流れにより電気エネルギーが取り出される。   When light enters the photoelectric conversion element as described above, electrons are generated in the photoelectric conversion layer, and the electrons generated in the photoelectric conversion layer reach the electrode through the photoelectric conversion layer. Then, the electrons that have reached the electrodes move to the other electrode through an external electric circuit that connects the electrodes, are supplied to the electrolytic solution, are carried by the ions in the electrolytic solution, and return to the photoelectric conversion layer again. In the photoelectric conversion element, electric energy is extracted by such an electron flow.

また、上記のような光電変換素子の基本構造は、透明導電層が形成された基板(TCO基板)を用いた構造であるため、コストが高いという問題があった。この問題を解決するため、たとえば特許文献3(特許第4415448号公報)には、TCO基板を用いない光電変換素子が提案されている。この光電変換素子は、TCO基板を用いる代わりに透光性基板上に多孔性半導体層を形成し、その上に目の粗さが20〜500メッシュの有孔集電電極を形成することによって作製されている。   In addition, since the basic structure of the photoelectric conversion element as described above is a structure using a substrate (TCO substrate) on which a transparent conductive layer is formed, there is a problem that the cost is high. In order to solve this problem, for example, Patent Document 3 (Japanese Patent No. 4415448) proposes a photoelectric conversion element that does not use a TCO substrate. This photoelectric conversion element is produced by forming a porous semiconductor layer on a translucent substrate instead of using a TCO substrate, and forming a perforated current collecting electrode having a mesh size of 20 to 500 mesh on the porous semiconductor layer. Has been.

しかしながら、特許文献3に記載の光電変換素子のように、TCO基板を用いない場合には、従来の構造の光電変換素子よりも短絡電流密度(Jsc)が低いという問題があった。 However, when the TCO substrate is not used as in the photoelectric conversion element described in Patent Document 3, there is a problem that the short-circuit current density (J sc ) is lower than that of the photoelectric conversion element having a conventional structure.

さらに、特許文献4(特開2007−141473号公報)には、短絡電流値を多く得るために、多孔性半導体層に吸着される色素量を、2.0×10-4mol/cm3〜3.0×10-4mol/cm3とする光電変換素子が記載されている。 Furthermore, in Patent Document 4 (Japanese Patent Laid-Open No. 2007-141473), in order to obtain a large short-circuit current value, the amount of dye adsorbed to the porous semiconductor layer is set to 2.0 × 10 −4 mol / cm 3 to A photoelectric conversion element having 3.0 × 10 −4 mol / cm 3 is described.

特許第2664194号公報Japanese Patent No. 2664194 特開2008−287900号公報JP 2008-287900 A 特許第4415448号公報Japanese Patent No. 4415448 特開2007−141473号公報JP 2007-141473 A

しかしながら、特許文献4に記載の光電変換素子でも、製造コストの低減が十分ではなく、さらなる製造コストの低減が求められていた。   However, even the photoelectric conversion element described in Patent Document 4 is not sufficiently reduced in manufacturing cost, and further reduction in manufacturing cost has been demanded.

上記の事情に鑑みて、本発明の目的は、高い短絡電流密度を示す光電変換素子を低コストで製造することができる光電変換素子および光電変換素子の製造方法を提供することにある。   In view of the above circumstances, an object of the present invention is to provide a photoelectric conversion element capable of manufacturing a photoelectric conversion element exhibiting a high short-circuit current density at a low cost and a method for manufacturing the photoelectric conversion element.

本発明は、透光性基板と、透光性基板上に設けられた光電変換層と、光電変換層の少なくとも一部に設けられた集電電極と、透光性基板と向かい合うようにして設けられた対極導電層と、対極導電層の透光性基板側の表面に設けられた触媒層と、透光性基板と触媒層との間に設けられたキャリア輸送材料とを備え、光電変換層は、酸化チタンからなる多孔質半導体層または酸化ケイ素が形成された酸化チタンからなる多孔質半導体層と、多孔質半導体層に吸着されたルテニウム系金属錯体色素とを含み、多孔質半導体層へのルテニウム系金属錯体の吸着量が、1.8×10-5mol/cm3以上5×10-5mol/cm3以下である光電変換素子である。 The present invention includes a translucent substrate, a photoelectric conversion layer provided on a transparent substrate, and a collector electrode provided on at least a part of the photoelectric conversion layer, arranged so as to face the light-transmitting substrate A counter electrode conductive layer, a catalyst layer provided on the surface of the counter electrode conductive layer on the translucent substrate side, and a carrier transport material provided between the translucent substrate and the catalyst layer, and a photoelectric conversion layer is seen containing a porous semiconductor layer made of titanium oxide porous semiconductor layer or silicon oxide is formed consisting of titanium oxide, a ruthenium containing metal complex dye adsorbed to the porous semiconductor layer, the porous semiconductor layer The adsorption amount of the ruthenium-based metal complex is 1.8 × 10 −5 mol / cm 3 or more and 5 × 10 −5 mol / cm 3 or less.

ここで、本発明の光電変換素子は、光電変換層に、多孔質半導体層に吸着可能な吸着基を少なくとも1つ有する有機化合物を有することが好ましい。   Here, it is preferable that the photoelectric conversion element of this invention has an organic compound which has at least one adsorption group which can adsorb | suck to a porous semiconductor layer in a photoelectric converting layer.

また、本発明の光電変換素子において、吸着基は、カルボキシル基、ヒドロキシル基、スルホ基、またはリン酸基のいずれかであることが好ましい。   In the photoelectric conversion element of the present invention, the adsorption group is preferably any of a carboxyl group, a hydroxyl group, a sulfo group, or a phosphate group.

また、本発明の光電変換素子は、光電変換層に、多孔質半導体層よりも色素の吸着量が少ない無機化合物を有することが好ましい。   Moreover, it is preferable that the photoelectric conversion element of this invention has an inorganic compound with less adsorption amount of a pigment | dye than a porous semiconductor layer in a photoelectric converting layer.

また、本発明の光電変換素子において、無機化合物は、酸化アルミニウムおよび酸化マグネシウムからなる群から選択された少なくとも1種であることが好ましい。 Further, in the photoelectric conversion element of the present invention, the inorganic compound is preferably at least one member selected from the group consisting of acid aluminum and magnesium oxide.

また、本発明は、上記の光電変換素子を製造する方法であって、多孔質半導体層に色素を吸着させることによって光電変換層を形成する工程を含み、光電変換層を形成する工程は、多孔質半導体層を有機化合物と色素とを含む溶液中に浸漬させる工程を含む光電変換素子の製造方法である。   Further, the present invention is a method for producing the above photoelectric conversion element, including a step of forming a photoelectric conversion layer by adsorbing a dye to the porous semiconductor layer, and the step of forming the photoelectric conversion layer is porous It is a manufacturing method of the photoelectric conversion element including the process of immersing the quality semiconductor layer in the solution containing an organic compound and a pigment | dye.

さらに、本発明は、上記の光電変換素子を製造する方法であって、多孔質半導体層に色素を吸着させることによって光電変換層を形成する工程を含み、光電変換層を形成する工程は、多孔質半導体層を有機化合物を含む溶液中に浸漬させる工程と、有機化合物を含む溶液中に浸漬させる工程の後に、多孔質半導体層を色素を含む溶液中に浸漬させる工程とを含む光電変換素子の製造方法である。   Furthermore, the present invention is a method for producing the above-described photoelectric conversion element, which includes a step of forming a photoelectric conversion layer by adsorbing a dye to the porous semiconductor layer, and the step of forming the photoelectric conversion layer includes a porous layer. And a step of immersing the porous semiconductor layer in the solution containing the organic compound, and a step of immersing the porous semiconductor layer in the solution containing the dye after the step of immersing the porous semiconductor layer in the solution containing the organic compound. It is a manufacturing method.

本発明によれば、高い短絡電流密度を示す光電変換素子を低コストで製造することができる光電変換素子および光電変換素子の製造方法を提供することができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the photoelectric conversion element which can manufacture the photoelectric conversion element which shows a high short circuit current density at low cost, and the manufacturing method of a photoelectric conversion element can be provided.

実施の形態の光電変換素子の模式的な断面図である。It is typical sectional drawing of the photoelectric conversion element of embodiment. 実施の形態の光電変換素子の製造方法の一例の製造工程の一部を図解する模式的な断面図である。It is typical sectional drawing illustrating a part of manufacturing process of an example of the manufacturing method of the photoelectric conversion element of embodiment. 実施の形態の光電変換素子の製造方法の一例の製造工程の他の一部を図解する模式的な断面図である。It is typical sectional drawing illustrating other one part of the manufacturing process of an example of the manufacturing method of the photoelectric conversion element of embodiment. 実施の形態の光電変換素子の製造方法の一例の製造工程の他の一部を図解する模式的な断面図である。It is typical sectional drawing illustrating other one part of the manufacturing process of an example of the manufacturing method of the photoelectric conversion element of embodiment. 実施の形態の光電変換素子の製造方法の一例の製造工程の他の一部を図解する模式的な断面図である。It is typical sectional drawing illustrating other one part of the manufacturing process of an example of the manufacturing method of the photoelectric conversion element of embodiment.

以下、本発明の実施の形態について説明する。なお、本発明の図面において、同一の参照符号は、同一部分または相当部分を表わすものとする。   Embodiments of the present invention will be described below. In the drawings of the present invention, the same reference numerals represent the same or corresponding parts.

<光電変換素子>
図1に、本発明の光電変換素子の一例である本実施の形態の光電変換素子の模式的な断面図を示す。本実施の形態の光電変換素子は、透光性基板1と、透光性基板1上に設けられた光電変換層2と、光電変換層2の少なくとも一部に設けられた集電電極3と、透光性基板1と向かい合うようにして設けられた対極導電層4と、対極導電層4の透光性基板1側の表面に設けられた触媒層8と、透光性基板1と触媒層8との間に設けられたキャリア輸送材料5と、を備えている。
<Photoelectric conversion element>
FIG. 1 shows a schematic cross-sectional view of a photoelectric conversion element of the present embodiment which is an example of the photoelectric conversion element of the present invention. The photoelectric conversion element according to the present embodiment includes a translucent substrate 1, a photoelectric conversion layer 2 provided on the translucent substrate 1, and a current collecting electrode 3 provided on at least a part of the photoelectric conversion layer 2. The counter electrode conductive layer 4 provided so as to face the translucent substrate 1, the catalyst layer 8 provided on the surface of the counter electrode conductive layer 4 on the side of the translucent substrate 1, the translucent substrate 1 and the catalyst layer 8 and a carrier transporting material 5 provided between the two.

ここで、透光性基板1と対極導電層4とは互いに向かい合うようにして所定の距離を空けて配置されており、透光性基板1と対極導電層4との間にはキャリア輸送材料5を取り囲むようにして透光性基板1と対極導電層4とを接合する封止材6が配置されている。   Here, the translucent substrate 1 and the counter electrode conductive layer 4 are arranged with a predetermined distance so as to face each other, and the carrier transport material 5 is interposed between the translucent substrate 1 and the counter electrode conductive layer 4. A sealing material 6 for joining the translucent substrate 1 and the counter electrode conductive layer 4 is disposed so as to surround the substrate.

また、集電電極3は、光電変換素子の外部に電流を取り出せるように、光電変換層2の上面および側面ならびに透光性基板1の表面を通って、透光性基板1と封止材6との間の空間から外部に伸長している。   In addition, the current collecting electrode 3 passes through the upper surface and side surfaces of the photoelectric conversion layer 2 and the surface of the light transmissive substrate 1 so that a current can be taken out of the photoelectric conversion element, and the light transmissive substrate 1 and the sealing material 6. It extends from the space between and outside.

<透光性基板>
透光性基板1としては、少なくとも光透過性を有する材料を用いることができる。ただし、少なくとも後述する色素に実効的な感度を有する波長の光を実質的に透過させる材料であればよく、必ずしもすべての波長領域の光に対して透過性を有する必要はない。
<Translucent substrate>
As the light-transmitting substrate 1, at least a light-transmitting material can be used. However, any material may be used as long as it is a material that substantially transmits light having a wavelength that has an effective sensitivity to at least a dye described later, and is not necessarily transparent to light in all wavelength regions.

透光性基板1に用いられる光透過性を有する材料としては、たとえば、ソーダ石灰フロートガラス、溶融石英ガラス、結晶石英ガラスなどのガラス基板、または可撓性フィルムなどの耐熱性樹脂板などを用いることができる。   Examples of the light-transmitting material used for the light-transmitting substrate 1 include glass substrates such as soda lime float glass, fused silica glass, and crystal quartz glass, or heat-resistant resin plates such as flexible films. be able to.

透光性基板1に用いられる可撓性フィルムとしては、たとえば、テトラアセチルセルロース(TAC)、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリフェニレンスルファイド(PPS)、ポリカーボネート(PC)、ポリアリレート(PA)、ポリエーテルイミド(PEI)、フェノキシ樹脂、またはポリテトラフルオロエチレン(PTFE)などのフィルムを用いることができる。   Examples of the flexible film used for the translucent substrate 1 include tetraacetyl cellulose (TAC), polyethylene terephthalate (PET), polyphenylene sulfide (PPS), polycarbonate (PC), polyarylate (PA), and polyether. A film such as imide (PEI), phenoxy resin, or polytetrafluoroethylene (PTFE) can be used.

透光性基板1に用いられる可撓性フィルムとしては、なかでも、PTFEフィルムを用いることが好ましい。PTFEフィルムは250℃以上の耐熱性を有することから、透光性基板1の表面をたとえば250℃程度に加熱する場合に透光性基板1への熱ダメージを抑えることができる傾向にある。   As a flexible film used for the translucent substrate 1, it is preferable to use a PTFE film. Since the PTFE film has a heat resistance of 250 ° C. or higher, when the surface of the translucent substrate 1 is heated to, for example, about 250 ° C., thermal damage to the translucent substrate 1 tends to be suppressed.

また、透光性基板1の厚さは、特に限定されないが、0.2mm以上5mm以下であることが好ましい。透光性基板1の厚さが0.2mm以上である場合には、透光性基板1が支持体としての機能を発揮することができる傾向にある。透光性基板1の厚さが5mm以下である場合には透光性基板1の透過光量が増大して光電変換素子の短絡電流密度が高くなる傾向にある。   Moreover, although the thickness of the translucent board | substrate 1 is not specifically limited, It is preferable that they are 0.2 mm or more and 5 mm or less. When the thickness of the translucent substrate 1 is 0.2 mm or more, the translucent substrate 1 tends to exhibit a function as a support. When the thickness of the translucent substrate 1 is 5 mm or less, the amount of light transmitted through the translucent substrate 1 increases and the short-circuit current density of the photoelectric conversion element tends to increase.

本実施の形態の光電変換素子を他の構造体に取り付けるときに透光性基板1を用いて取り付けることができる。たとえば、透光性基板1がガラス基板からなる場合には、透光性基板1の周縁部をねじ等により他の構造体に容易に取り付けることができる。   When attaching the photoelectric conversion element of this Embodiment to another structure, it can attach using the translucent board | substrate 1. FIG. For example, when the translucent substrate 1 is made of a glass substrate, the peripheral portion of the translucent substrate 1 can be easily attached to another structure with screws or the like.

<光電変換層>
光電変換層2としては、多孔質半導体層と、多孔質半導体層に吸着する色素とを含むものを用いることができる。キャリア輸送材料5が光電変換層2の内外を自在に移動することができる。
<Photoelectric conversion layer>
As the photoelectric converting layer 2, what contains a porous semiconductor layer and the pigment | dye adsorb | sucked to a porous semiconductor layer can be used. The carrier transport material 5 can move freely inside and outside the photoelectric conversion layer 2.

<多孔質半導体層>
光電変換層2に用いられる多孔質半導体層としては、多孔質半導体から構成されるものであれば特に限定されず、たとえば、酸化チタン、酸化亜鉛、酸化錫、酸化鉄、酸化ニオブ、酸化セリウム、酸化タングステン、酸化ニッケル、チタン酸ストロンチウム、硫化カドミウム、硫化鉛、硫化亜鉛、リン化インジウム、銅インジウム硫化物(CuInS2)、CuAlO2およびSrCu22からなる群から選択された少なくとも1種を含む多孔質半導体からなる層を用いることができる。なかでも、多孔質半導体層の安定性および安全性を向上させる観点からは、酸化チタンを用いることが好ましい。
<Porous semiconductor layer>
The porous semiconductor layer used for the photoelectric conversion layer 2 is not particularly limited as long as it is composed of a porous semiconductor. For example, titanium oxide, zinc oxide, tin oxide, iron oxide, niobium oxide, cerium oxide, At least one selected from the group consisting of tungsten oxide, nickel oxide, strontium titanate, cadmium sulfide, lead sulfide, zinc sulfide, indium phosphide, copper indium sulfide (CuInS 2 ), CuAlO 2 and SrCu 2 O 2 A layer made of a porous semiconductor can be used. Among these, titanium oxide is preferably used from the viewpoint of improving the stability and safety of the porous semiconductor layer.

なお、本明細書において、「酸化チタン」は、たとえば、アナターゼ型酸化チタン、ルチル型酸化チタン、無定形酸化チタン、メタチタン酸、およびオルソチタン酸などの各種の狭義のチタンの酸化物だけでなく、酸化チタン、水酸化チタンおよび含水酸化チタンなどの酸素を含むチタン化合物をも含む概念であり、これらを単独で、または混合して用いることができる。なお、酸化チタンは、その製法や熱履歴によって、アナターゼ型とルチル型の2種類のいずれの結晶系にもなり得るが、アナターゼ型が一般的である。酸化チタンとしては、アナターゼ型の含有率が80%以上のものを用いることが好ましい。   In this specification, “titanium oxide” is not limited to various narrowly defined oxides of titanium, such as anatase-type titanium oxide, rutile-type titanium oxide, amorphous titanium oxide, metatitanic acid, and orthotitanic acid. In addition, it is a concept including a titanium compound containing oxygen such as titanium oxide, titanium hydroxide and hydrous titanium oxide, and these can be used alone or in combination. Titanium oxide can be in any of two types of crystal systems, anatase type and rutile type, depending on the production method and thermal history, but anatase type is common. As the titanium oxide, it is preferable to use an anatase type content of 80% or more.

多孔質半導体層としては、たとえば単結晶または多結晶の半導体を用いることができるが、多孔質半導体層の安定性の向上、結晶成長の容易さ、および製造コストの低減などの観点から、多結晶の半導体を用いることが好ましく、多結晶の半導体微粒子の形態が特に好ましい。ここで、半導体微粒子の平均粒径は、たとえば1nm以上1000μm以下である。なお、本明細書において、「半導体微粒子の粒径」とは、半導体微粒子の最大径を意味し、「半導体微粒子の平均粒径」とは、半導体微粒子の粒径の平均値を意味する。   As the porous semiconductor layer, for example, a single crystal or a polycrystalline semiconductor can be used. From the viewpoint of improving the stability of the porous semiconductor layer, easiness of crystal growth, and reducing manufacturing costs, the polycrystalline semiconductor layer can be used. The semiconductor is preferably used, and the form of polycrystalline semiconductor fine particles is particularly preferable. Here, the average particle diameter of the semiconductor fine particles is, for example, not less than 1 nm and not more than 1000 μm. In the present specification, “the particle diameter of the semiconductor fine particles” means the maximum diameter of the semiconductor fine particles, and “the average particle diameter of the semiconductor fine particles” means the average value of the particle diameters of the semiconductor fine particles.

したがって、多孔質半導体層としては、酸化チタンの微粒子(平均粒径:1nm以上1000μm以下)を用いることが特に好ましい。酸化チタンの微粒子は、たとえば、気相法または液相法(水熱合成法、硫酸法)など公知の方法により製造することができる。また、デグサ(Degussa)社が開発した塩化物を高温加水分解することにより製造することもできる。   Accordingly, it is particularly preferable to use fine particles of titanium oxide (average particle diameter: 1 nm to 1000 μm) as the porous semiconductor layer. The fine particles of titanium oxide can be produced by a known method such as a gas phase method or a liquid phase method (hydrothermal synthesis method, sulfuric acid method). It can also be produced by high-temperature hydrolysis of chlorides developed by Degussa.

また、半導体微粒子としては、同一または異なる半導体からなる2種類以上の異なる粒径を有する半導体微粒子を混合したものを用いてもよい。粒径の大きな半導体微粒子は入射光を散乱させ光捕捉率の向上に寄与し、粒径の小さな半導体微粒子は吸着点をより多くして色素の吸着量の向上に寄与するものと考えられる。ここで、異なる粒径を有する半導体微粒子の平均粒径の比率は10倍以上であることが好ましく、粒径の大きな半導体微粒子の平均粒径は100nm以上500nm以下であって、粒径の小さな半導体微粒子の平均粒径は5nm以上50nm以下であることがより好ましい。異なる半導体の2種以上の半導体微粒子からなる混合粒子を用いる場合には、色素の吸着作用のより強い半導体微粒子を粒径の小さな半導体微粒子とすることが効果的である。   As the semiconductor fine particles, a mixture of two or more different types of semiconductor fine particles made of the same or different semiconductors may be used. It is considered that semiconductor fine particles having a large particle diameter scatter incident light and contribute to an improvement in the light capture rate, and semiconductor fine particles having a small particle diameter contribute to an improvement in the amount of dye adsorbed by increasing the number of adsorption points. Here, the ratio of the average particle diameter of the semiconductor fine particles having different particle diameters is preferably 10 times or more, and the average particle diameter of the semiconductor fine particles having a large particle diameter is 100 nm to 500 nm, and the semiconductor having a small particle diameter The average particle size of the fine particles is more preferably 5 nm or more and 50 nm or less. In the case of using mixed particles composed of two or more kinds of semiconductor fine particles of different semiconductors, it is effective to make semiconductor fine particles having a stronger dye adsorption action into semiconductor fine particles having a small particle diameter.

多孔質半導体層の厚さは、特に限定されるものではないが、1μm以上50μm以下とすることが好ましく、5μm以上30μm以下とすることがより好ましい。   The thickness of the porous semiconductor layer is not particularly limited, but is preferably 1 μm or more and 50 μm or less, and more preferably 5 μm or more and 30 μm or less.

<色素>
多孔性半導体層に吸着される色素としては、たとえば、可視光領域および/または赤外光領域の波長の光を吸収することができる有機色素および/または金属錯体色素などの色素の1種または2種以上を選択的に用いることができる。
<Dye>
Examples of the dye adsorbed on the porous semiconductor layer include one or two dyes such as an organic dye and / or a metal complex dye that can absorb light having a wavelength in the visible light region and / or the infrared light region. More than one species can be selectively used.

有機色素としては、たとえば、アゾ系色素、キノン系色素、キノンイミン系色素、キナクリドン系色素、スクアリリウム系色素、シアニン系色素、メロシアニン系色素、トリフェニルメタン系色素、キサンテン系色素、ポルフィリン系色素、ペリレン系色素、インジゴ系色素、およびナフタロシアニン系色素からなる群から選択された少なくとも1種を用いることができる。なお、有機色素の吸光係数は、一般的に、遷移金属に分子が配位結合した形態を有する金属錯体色素の吸光係数に比べて大きい。   Examples of organic dyes include azo dyes, quinone dyes, quinone imine dyes, quinacridone dyes, squarylium dyes, cyanine dyes, merocyanine dyes, triphenylmethane dyes, xanthene dyes, porphyrin dyes, and perylenes. At least one selected from the group consisting of a system dye, an indigo dye, and a naphthalocyanine dye can be used. In general, the extinction coefficient of an organic dye is larger than the extinction coefficient of a metal complex dye having a form in which molecules are coordinated to a transition metal.

金属錯体色素としては、分子に金属が配位結合したものを用いることができる。ここで、分子としては、たとえば、ポルフィリン系色素、フタロシアニン系色素、ナフタロシアニン系色素、ルテニウム系色素などが挙げられる。金属としては、たとえば、Cu、Ni、Fe、Co、V、Sn、Si、Ti、Ge、Cr、Zn、Ru、Mg、Al、Pb、Mn、In、Mo、Y、Zr、Nb、Sb、La、W、Pt、Ta、Ir、Pd、Os、Ga、Tb、Eu、Rb、Bi、Se、As、Sc、Ag、Cd、Hf、Re、Au、Ac、Tc、Te、Rhなどが挙げられる。なかでも、金属錯体色素としては、フタロシアニン系色素またはルテニウム系色素に金属が配位したものが好ましく、ルテニウム系金属錯体色素に金属が配位したものが特に好ましい。   As the metal complex dye, one in which a metal is coordinated to a molecule can be used. Here, examples of the molecule include porphyrin dyes, phthalocyanine dyes, naphthalocyanine dyes, ruthenium dyes, and the like. Examples of the metal include Cu, Ni, Fe, Co, V, Sn, Si, Ti, Ge, Cr, Zn, Ru, Mg, Al, Pb, Mn, In, Mo, Y, Zr, Nb, Sb, La, W, Pt, Ta, Ir, Pd, Os, Ga, Tb, Eu, Rb, Bi, Se, As, Sc, Ag, Cd, Hf, Re, Au, Ac, Tc, Te, Rh, etc. It is done. Among these, as the metal complex dye, those in which a metal is coordinated to a phthalocyanine dye or ruthenium dye are preferable, and those in which a metal is coordinated to a ruthenium metal complex dye are particularly preferable.

色素としては、特に、以下の式(I)〜(III)で表されるルテニウム系金属錯体色素を用いることが好ましい。色素として、以下の式(I)〜(III)で表されるルテニウム系金属錯体色素を用いた場合には、近赤外線領域の波長の光をも吸収することができるため、光電変換素子の短絡電流密度を高めることができる。   As the dye, it is particularly preferable to use ruthenium-based metal complex dyes represented by the following formulas (I) to (III). When a ruthenium-based metal complex dye represented by the following formulas (I) to (III) is used as the dye, light of a wavelength in the near-infrared region can be absorbed. The current density can be increased.

市販のルテニウム系金属錯体色素としては、たとえば、Solaronix社製の商品名Ruthenium535色素、Ruthenium535−bisTBA色素、Ruthenium620−1H3TBA色素などが挙げられる。なお、以下の式(II)および(III)において、「TBA」はテトラブチルアンモニウムを示している。   Examples of commercially available ruthenium-based metal complex dyes include trade name Ruthenium 535 dye, Ruthenium 535-bisTBA dye, Ruthenium 620-1H3TBA dye manufactured by Solaronix. In the following formulas (II) and (III), “TBA” represents tetrabutylammonium.

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また、多孔性半導体層に色素を強固に吸着させるためには、色素分子中にカルボキシル基、アルコキシ基、ヒドロキシル基、スルホ基、エステル基、メルカプト基、およびホスホニル基からなる群から選択された少なくとも1種のインターロック基を有するものが好ましい。なお、インターロック基とは、一般に、多孔性半導体層に色素が固定される際に介在し、励起状態の色素と半導体の伝導帯との間の電子の移動を容易にする電気的結合を提供するものである。   In order to firmly adsorb the dye to the porous semiconductor layer, at least selected from the group consisting of a carboxyl group, an alkoxy group, a hydroxyl group, a sulfo group, an ester group, a mercapto group, and a phosphonyl group in the dye molecule. Those having one type of interlocking group are preferred. The interlock group is generally present when the dye is fixed to the porous semiconductor layer, and provides an electrical bond that facilitates the movement of electrons between the excited dye and the semiconductor conduction band. To do.

さらに、光電変換層2は、多孔質半導体層と、多孔質半導体層に吸着された色素とを含んでおり、色素の吸着量は、5×10-5mol/cm3以下となっている。 Further, the photoelectric conversion layer 2 includes a porous semiconductor layer and a dye adsorbed on the porous semiconductor layer, and the amount of the dye adsorbed is 5 × 10 −5 mol / cm 3 or less.

これは、本発明者らが鋭意検討した結果、光電変換層2の多孔質半導体層に吸着される色素の吸着量を5×10-5mol/cm3以下とすることによって、TCO基板を用いなくても高い短絡電流密度を示す光電変換素子を作製することができるとともに、従来よりも色素の吸着量を低減することができるため、当該光電変換素子を低コストで製造できることを見出したためである。 As a result of intensive studies by the present inventors, the amount of dye adsorbed on the porous semiconductor layer of the photoelectric conversion layer 2 is set to 5 × 10 −5 mol / cm 3 or less, thereby using a TCO substrate. This is because it has been found that a photoelectric conversion element exhibiting a high short-circuit current density can be produced even if it is not necessary, and that the amount of dye adsorbed can be reduced as compared with the conventional case, so that the photoelectric conversion element can be produced at low cost. .

光電変換層2の多孔質半導体層に吸着される色素の吸着量は、3×10-5mol/cm3以下であることが好ましく、2.2×10-5mol/cm3以下であることがより好ましい。色素の吸着量が3×10-5mol/cm3以下である場合、特に2.2×10-5mol/cm3以下である場合には、光電変換素子の短絡電流密度をさらに高くすることができるとともに、光電変換素子をさらに低コストで製造することができる。 The adsorption amount of the dye adsorbed on the porous semiconductor layer of the photoelectric conversion layer 2 is preferably 3 × 10 −5 mol / cm 3 or less, and is 2.2 × 10 −5 mol / cm 3 or less. Is more preferable. When the amount of dye adsorbed is 3 × 10 −5 mol / cm 3 or less, particularly 2.2 × 10 −5 mol / cm 3 or less, the short-circuit current density of the photoelectric conversion element should be further increased. In addition, the photoelectric conversion element can be manufactured at a lower cost.

光電変換層2の多孔質半導体層に吸着される色素の吸着量は、1×10-5mol/cm3以上であることが好ましく、1.8×10-5mol/cm3以上であることがより好ましく、2.1×10-5mol/cm3以上であることがさらに好ましい。色素の吸着量が、1×10-5mol/cm3以上である場合、さらに1.8×10-5mol/cm3以上である場合、特に2.1×10-5mol/cm3以上である場合には、多孔質半導体層に吸着される色素の吸着量が少なくなりすぎず、光電変換素子の短絡電流密度を高くすることができる傾向にある。 The amount of dye adsorbed on the porous semiconductor layer of the photoelectric conversion layer 2 is preferably 1 × 10 −5 mol / cm 3 or more, and is 1.8 × 10 −5 mol / cm 3 or more. Is more preferably 2.1 × 10 −5 mol / cm 3 or more. When the amount of dye adsorbed is 1 × 10 −5 mol / cm 3 or more, and further 1.8 × 10 −5 mol / cm 3 or more, particularly 2.1 × 10 −5 mol / cm 3 or more. In this case, the amount of the dye adsorbed on the porous semiconductor layer does not decrease too much, and the short-circuit current density of the photoelectric conversion element tends to be increased.

<無機化合物>
光電変換層2に、多孔質半導体層よりも色素の吸着量が少ない無機化合物を含むことが好ましい。この場合には、高い短絡電流密度を保持したまま、色素の吸着量を低減することができる傾向がある。
<Inorganic compounds>
It is preferable that the photoelectric conversion layer 2 contains an inorganic compound that absorbs less dye than the porous semiconductor layer. In this case, there is a tendency that the amount of dye adsorbed can be reduced while maintaining a high short-circuit current density.

ここで、無機化合物は、酸化ケイ素、酸化アルミニウム、および酸化マグネシウムからなる群から選択された少なくとも1種であることが好ましい。この場合には、高い短絡電流密度を保持したまま、色素の吸着量を低減することができる傾向がさらに大きくなる。   Here, the inorganic compound is preferably at least one selected from the group consisting of silicon oxide, aluminum oxide, and magnesium oxide. In this case, the tendency to reduce the amount of dye adsorbed while maintaining a high short-circuit current density is further increased.

上記の無機化合物は、たとえば、上記の無機化合物を含む溶液を多孔質半導体層に塗布した後に、乾燥および焼成の少なくとも一方の方法を行なうことによって、多孔質半導体層に設けることができる。   The inorganic compound can be provided in the porous semiconductor layer, for example, by applying a solution containing the inorganic compound to the porous semiconductor layer and then performing at least one of drying and baking.

<有機化合物>
光電変換層2に、多孔質半導体層に吸着可能な吸着基を少なくとも1つ有する有機化合物を含むことが好ましい。有機化合物は、多孔質半導体層への色素の吸着量を減少させるために、色素吸着と同時あるいは色素吸着前に多孔性半導体層に吸着させることが好ましい。
<Organic compounds>
It is preferable that the photoelectric conversion layer 2 includes an organic compound having at least one adsorbing group that can be adsorbed to the porous semiconductor layer. The organic compound is preferably adsorbed to the porous semiconductor layer simultaneously with the dye adsorption or before the dye adsorption in order to reduce the amount of the dye adsorbed to the porous semiconductor layer.

有機化合物としては、多孔性半導体層へ吸着するための吸着基の少なくとも1つと、色素の吸着を阻害するための阻害基の少なくとも1つとを含むものを用いることが好ましい。吸着基としては、多孔性半導体層に吸着できるものであれば良く、なかでも、カルボキシル基、ヒドロキシル基、スルホ基、またはリン酸基のいずれかであることが好ましい。   As the organic compound, it is preferable to use an organic compound containing at least one adsorption group for adsorbing to the porous semiconductor layer and at least one inhibition group for inhibiting the adsorption of the dye. Any adsorbing group may be used as long as it can be adsorbed on the porous semiconductor layer, and among them, any of a carboxyl group, a hydroxyl group, a sulfo group, and a phosphoric acid group is preferable.

また、色素の吸着を阻害するための阻害基としては、色素の吸着を阻害する効果を有するものであればよく、なかでも、直鎖アルキル基、分岐アルキル基、その他環状化合物、または環状構造を含む有機構造体などが挙げられる。   In addition, the inhibiting group for inhibiting the adsorption of the dye may be any group having an effect of inhibiting the adsorption of the dye, and among them, a linear alkyl group, a branched alkyl group, other cyclic compounds, or a cyclic structure may be used. Examples include organic structures.

<集電電極>
集電電極3としては、インジウム錫複合酸化物(ITO)、酸化錫(SnO2)、酸化錫にフッ素をドープしたもの(FTO)、酸化亜鉛(ZnO)、チタン、ニッケル、またはタンタルなどを用いることができる。
<Collector electrode>
As the current collecting electrode 3, indium tin composite oxide (ITO), tin oxide (SnO 2 ), tin oxide doped with fluorine (FTO), zinc oxide (ZnO), titanium, nickel, tantalum, or the like is used. be able to.

集電電極3の厚さは、0.02μm以上5μm以下であることが好ましく、集電電極3の電気抵抗は低いほど好ましく、特に40Ω/□であることがより好ましい。   The thickness of the current collecting electrode 3 is preferably 0.02 μm or more and 5 μm or less, and the electric resistance of the current collecting electrode 3 is preferably as low as possible, more preferably 40Ω / □.

集電電極3には、小孔が設けられていることが好ましい。集電電極3に小孔が設けられている場合には、集電電極3の形成後に、色素を含む溶液に浸漬させたり、電解液を浸透させたりする場合に、色素を含む溶液や電解液の染み込みを良好なものとすることができるため、光電変換素子の短絡電流密度を高くすることができる傾向にある。   The current collecting electrode 3 is preferably provided with a small hole. When the collecting electrode 3 is provided with a small hole, when the collecting electrode 3 is formed, when the electrode is immersed in a solution containing a dye or infiltrated with an electrolyte, the solution containing the dye or the electrolyte Therefore, the short circuit current density of the photoelectric conversion element tends to be increased.

なお、集電電極3の小孔は、たとえば機械的手法やレーザー加工などにより形成することができる。ここで、集電電極3の小孔は、0.1μm以上100μm以下の径の開口であることが好ましく、1μm以上50μm以下の開口であることがより好ましい。隣り合う小孔の間隔は、1μm以上200μm以下であることが好ましく、10μm以上300μm以下であることがより好ましい。   The small holes of the current collecting electrode 3 can be formed by, for example, a mechanical method or laser processing. Here, the small hole of the current collecting electrode 3 is preferably an opening having a diameter of 0.1 μm or more and 100 μm or less, and more preferably an opening of 1 μm or more and 50 μm or less. The interval between adjacent small holes is preferably 1 μm or more and 200 μm or less, and more preferably 10 μm or more and 300 μm or less.

<キャリア輸送材料>
キャリア輸送材料5としては、イオンを輸送できる導電性材料を用いることができ、たとえば、液体電解質、固体電解質、ゲル電解質、または溶融塩ゲル電解質などを用いることができる。キャリア輸送材料5は、透光性基板1と対極導電層4との間に形成される構造体の空隙を充填する形で存在する。
<Carrier transport material>
As the carrier transport material 5, a conductive material capable of transporting ions can be used. For example, a liquid electrolyte, a solid electrolyte, a gel electrolyte, a molten salt gel electrolyte, or the like can be used. The carrier transport material 5 is present in a form that fills the voids of the structure formed between the translucent substrate 1 and the counter electrode conductive layer 4.

液体電解質は、酸化還元種を含む液状物であればよく、一般に電池や太陽電池などにおいて使用することができるものであれば特に限定されない。液体電解質としては、たとえば、酸化還元種とこれを溶解可能な溶剤からなるもの、酸化還元種とこれを溶解可能な溶融塩からなるもの、または酸化還元種とこれを溶解可能な溶剤と溶融塩からなるものなどを用いることができる。   The liquid electrolyte is not particularly limited as long as it is a liquid substance containing a redox species, and can be generally used in a battery, a solar battery, or the like. Examples of the liquid electrolyte include those comprising a redox species and a solvent capable of dissolving the same, those comprising a redox species and a molten salt capable of dissolving the same, or a redox species and a solvent and molten salt capable of dissolving the same. The thing which consists of can be used.

酸化還元種としては、たとえば、I-/I3-系、Br2-/Br3-系、Fe2+/Fe3+系、キノン/ハイドロキノン系などが挙げられる。酸化還元種としては、なかでも、ヨウ化リチウム(LiI)、ヨウ化ナトリウム(NaI)、ヨウ化カリウム(KI)、ヨウ化カルシウム(CaI2)などの金属ヨウ化物とヨウ素(I2)の組み合わせ、テトラエチルアンモニウムアイオダイド(TEAI)、テトラプロピルアンモニウムアイオダイド(TPAI)、テトラブチルアンモニウムアイオダイド(TBAI)、テトラヘキシルアンモニウムアイオダイド(THAI)などのテトラアルキルアンモニウム塩とヨウ素の組み合わせ、および臭化リチウム(LiBr)、臭化ナトリウム(NaBr)、臭化カリウム(KBr)、臭化カルシウム(CaBr2)などの金属臭化物と臭素の組み合わせが好ましく、これらの中でも、LiIとI2の組み合わせが特に好ましい。 Examples of the redox species include I / I 3− series, Br 2− / Br 3− series, Fe 2 + / Fe 3+ series, and quinone / hydroquinone series. As the redox species, among others, combinations of metal iodides such as lithium iodide (LiI), sodium iodide (NaI), potassium iodide (KI), calcium iodide (CaI 2 ) and iodine (I 2 ) Tetraalkylammonium iodide (TEAI), Tetrapropylammonium iodide (TPAI), Tetrabutylammonium iodide (TBAI), Tetrahexylammonium iodide (THAI) and other combinations of tetraalkylammonium salts and iodine, and lithium bromide A combination of a metal bromide such as (LiBr), sodium bromide (NaBr), potassium bromide (KBr), calcium bromide (CaBr 2 ) and bromine is preferable, and among these, a combination of LiI and I 2 is particularly preferable.

また、酸化還元種の溶剤としては、プロピレンカーボネートなどのカーボネート化合物、アセトニトリルなどのニトリル化合物、エタノールなどのアルコール類、水、非プロトン極性物質などが挙げられる。これらの中でも、カーボネート化合物やニトリル化合物が特に好ましい。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 redox species solvent include carbonate compounds such as propylene carbonate, nitrile compounds such as acetonitrile, alcohols such as ethanol, water, and aprotic polar substances. Among these, carbonate compounds and nitrile compounds are particularly preferable. Two or more of these solvents can be used in combination.

固体電解質は、電子、ホール、イオンを輸送できる導電性材料で、太陽電池の電解質として用いることができ、流動性がないものであればよい。固体電解質としては、たとえば、ポリカルバゾールなどのホール輸送材、テトラニトロフロオルレノンなどの電子輸送材、ポリロールなどの導電性ポリマー、液体電解質を高分子化合物により固体化した高分子電解質、ヨウ化銅、チオシアン酸銅などのp型半導体、または溶融塩を含む液体電解質を微粒子により固体化した電解質などを用いることができる。   The solid electrolyte is a conductive material that can transport electrons, holes, and ions, and can be used as an electrolyte of a solar cell and has no fluidity. Examples of the solid electrolyte include a hole transport material such as polycarbazole, an electron transport material such as tetranitrofluororenone, a conductive polymer such as polyroll, a polymer electrolyte obtained by solidifying a liquid electrolyte with a polymer compound, and copper iodide. A p-type semiconductor such as copper thiocyanate, or an electrolyte obtained by solidifying a liquid electrolyte containing a molten salt with fine particles can be used.

ゲル電解質は、通常、電解質とゲル化剤からなる。ゲル化剤としては、たとえば、架橋ポリアクリル樹脂誘導体や架橋ポリアクリロニトリル誘導体、ポリアルキレンオキシド誘導体、シリコーン樹脂類、側鎖に含窒素複素環式四級化合物塩構造を有するポリマーなどの高分子ゲル化剤などを用いることができる。   The gel electrolyte is usually composed of an electrolyte and a gelling agent. Examples of gelling agents include polymer gelation such as crosslinked polyacrylic resin derivatives, crosslinked polyacrylonitrile derivatives, polyalkylene oxide derivatives, silicone resins, and polymers having a nitrogen-containing heterocyclic quaternary compound salt structure in the side chain. An agent or the like can be used.

溶融塩ゲル電解質は、通常、上記のようなゲル電解質と常温型溶融塩からなる。常温型溶融塩としては、たとえば、ピリジニウム塩類、イミダゾリウム塩類などの含窒素複素環式四級アンモニウム塩化合物類などを用いることができる。   The molten salt gel electrolyte is usually composed of the gel electrolyte as described above and a room temperature molten salt. Examples of the room temperature molten salt include nitrogen-containing heterocyclic quaternary ammonium salt compounds such as pyridinium salts and imidazolium salts.

上記の電解質には、必要に応じて添加剤を加えてもよい。添加剤としては、t−ブチルピリジン(TBP)などの含窒素芳香族化合物、またはジメチルプロピルイミダゾールアイオダイド(DMPII)、メチルプロピルイミダゾールアイオダイド(MPII)、エチルメチルイミダゾールアイオダイド(EMII)、エチルイミダゾールアイオダイド(EII)、若しくはヘキシルメチルイミダゾールアイオダイド(HMII)などのイミダゾール塩などを用いることができる。   You may add an additive to said electrolyte as needed. Additives include nitrogen-containing aromatic compounds such as t-butylpyridine (TBP), or dimethylpropylimidazole iodide (DMPII), methylpropylimidazole iodide (MPII), ethylmethylimidazole iodide (EMII), ethylimidazole An imidazole salt such as iodide (EII) or hexylmethylimidazole iodide (HMII) can be used.

上記の電解質中の電解質濃度は、0.001mol/L以上1.5mol/L以下であることが好ましく、0.01mol/L以上0.7mol/L以下であることがより好ましい。   The electrolyte concentration in the electrolyte is preferably 0.001 mol / L or more and 1.5 mol / L or less, and more preferably 0.01 mol / L or more and 0.7 mol / L or less.

<対極導電層>
対極導電層4としては、導電性材料を用いることができ、光透過性を有していても有していなくてもよい。ただし、対極導電層4側を受光側とする場合には、上記の透光性基板と同様の光透過性を有している必要がある。
<Counter electrode conductive layer>
As the counter electrode conductive layer 4, a conductive material can be used, which may or may not have optical transparency. However, in the case where the counter electrode conductive layer 4 side is the light receiving side, it is necessary to have the same light transmissivity as the above-described translucent substrate.

対極導電層4を構成する材料としては、たとえば、インジウム錫複合酸化物(ITO)、酸化錫(SnO2)、酸化錫にフッ素をドープしたもの(FTO)、または酸化亜鉛(ZnO)などが挙げられる。また、チタン、ニッケル、またはタンタルなどのキャリア輸送材料5に対して腐食性を示さない金属を用いてもよい。 Examples of the material constituting the counter electrode conductive layer 4 include indium tin composite oxide (ITO), tin oxide (SnO 2 ), tin oxide doped with fluorine (FTO), and zinc oxide (ZnO). It is done. Moreover, you may use the metal which does not show corrosivity with respect to the carrier transport material 5, such as titanium, nickel, or tantalum.

対極導電層4の厚さは、0.02μm以上5μm以下であることが好ましく、対極導電層4の電気抵抗は、特に40Ω/□以下であることがより好ましい。また、キャリア輸送材料5の注入を容易にするために、対極導電層4にはキャリア輸送材料5の注入用の複数の小孔を形成することが好ましい。   The thickness of the counter electrode conductive layer 4 is preferably 0.02 μm or more and 5 μm or less, and the electric resistance of the counter electrode conductive layer 4 is more preferably 40Ω / □ or less. In order to facilitate injection of the carrier transport material 5, it is preferable to form a plurality of small holes for injection of the carrier transport material 5 in the counter electrode conductive layer 4.

対極導電層4の小孔は、たとえば機械的手法またはレーザー加工により形成することができる。ここで、対極導電層4の小孔は、0.1μm以上100μm以下の径の開口であることが好ましく、1μm以上50μm以下の開口であることがより好ましい。隣り合う小孔の間隔は、1μm以上300μm以下であることが好ましく、10μm以上200μm以下であることがさらに好ましい。また、対極導電層4に、ストライプ状の開口を形成することによっても同様の効果を得ることができる。対極導電層4に形成されるストライプ状の開口の間隔は、1μm以上300μm以下であることが好ましく、10μm以上200μm以下であることがさらに好ましい。   The small holes of the counter electrode conductive layer 4 can be formed by, for example, a mechanical technique or laser processing. Here, the small hole of the counter electrode conductive layer 4 is preferably an opening having a diameter of 0.1 μm or more and 100 μm or less, and more preferably an opening of 1 μm or more and 50 μm or less. The interval between adjacent small holes is preferably 1 μm or more and 300 μm or less, and more preferably 10 μm or more and 200 μm or less. The same effect can be obtained by forming a stripe-shaped opening in the counter electrode conductive layer 4. The interval between the stripe-shaped openings formed in the counter electrode conductive layer 4 is preferably 1 μm or more and 300 μm or less, and more preferably 10 μm or more and 200 μm or less.

<触媒層>
触媒層8としては、触媒層8の表面で電子の受け渡しができる材料であればよく、たとえば、白金、パラジウムなどの貴金属材料、またはカーボンブラック、ケッチェンブラック、カーボンナノチューブ若しくはフラーレンなどのカーボン系材料などを用いることができる。
<Catalyst layer>
The catalyst layer 8 may be any material that can transfer electrons on the surface of the catalyst layer 8. For example, a noble metal material such as platinum or palladium, or a carbon-based material such as carbon black, ketjen black, carbon nanotube, or fullerene. Etc. can be used.

<封止材>
封止材6としては、たとえば、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂、ポリイソブチレン系樹脂、ホットメルト樹脂およびガラスフリットからなる群から選択された少なくとも1種を含む単層、または当該単層を2層以上に重ねた複数層などを用いることができ、具体的には、スリーボンド社製の型番:31X−101、スリーボンド社製の型番:31X−088、または一般に市販されているエポキシ樹脂などを用いることができる。
<Encapsulant>
As the sealing material 6, for example, a single layer including at least one selected from the group consisting of a silicone resin, an epoxy resin, a polyisobutylene resin, a hot melt resin, and a glass frit, or the single layer is made into two or more layers. A plurality of stacked layers can be used. Specifically, a model number manufactured by ThreeBond: 31X-101, a model number manufactured by ThreeBond: 31X-088, or a commercially available epoxy resin can be used. .

封止材6として、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂またはガラスフリットを用いる場合には、ディスペンサーを用いて形成することができる。また、封止材6として、ホットメルト樹脂を用いる場合には、シート状のホットメルト樹脂にパターニングした孔を開けることにより形成することができる。また、対極導電層4に形成されたキャリア輸送材料5の注入用の孔を封止するための材料も、上記の材料等を用いて形成することができる。   When a silicone resin, an epoxy resin, or a glass frit is used as the sealing material 6, it can be formed using a dispenser. Moreover, when using hot-melt resin as the sealing material 6, it can form by opening the hole patterned in the sheet-like hot-melt resin. Moreover, the material for sealing the hole for injection | pouring of the carrier transport material 5 formed in the counter electrode conductive layer 4 can also be formed using said material.

<製造方法>
以下、図2〜図5の模式的断面図を参照して、本実施の形態の光電変換素子の製造方法の一例について説明する。
<Manufacturing method>
Hereinafter, an example of the method for manufacturing the photoelectric conversion element of the present embodiment will be described with reference to the schematic cross-sectional views of FIGS.

まず、図2に示すように、透光性基板1を準備する工程を行なう。透光性基板1を準備する工程は、たとえば、市販されているものを準備することにより行なうことができる。   First, as shown in FIG. 2, a step of preparing a translucent substrate 1 is performed. The process of preparing the translucent board | substrate 1 can be performed by preparing what is marketed, for example.

次に、図3に示すように、透光性基板1の表面上に多孔質半導体層2aを形成する工程を行なう。ここで、多孔質半導体層2aを形成する工程は、特に限定されないが、たとえば上述の半導体微粒子を含有する懸濁液を透光性基板1の表面上に塗布し、乾燥および焼成の少なくとも一方を行う方法により行なうことができる。   Next, as shown in FIG. 3, a step of forming a porous semiconductor layer 2a on the surface of the translucent substrate 1 is performed. Here, the step of forming the porous semiconductor layer 2a is not particularly limited. For example, a suspension containing the above-described semiconductor fine particles is applied onto the surface of the light-transmitting substrate 1, and at least one of drying and baking is performed. It can be done by the method of doing.

具体的には、まず、半導体微粒子を適当な溶剤に懸濁して懸濁液を得る。このような溶剤としては、エチレングリコールモノメチルエーテルなどのグライム系溶剤、イソプロピルアルコールなどのアルコール類、イソプロピルアルコールとトルエンとの混合溶剤などのアルコール系混合溶剤、または水などを用いることができる。また、このような懸濁液の代わりに市販の酸化チタンペースト(たとえば、Solaronix社製、Ti−nanoxide、T、D、T/SP、D/SP、R/SP)を用いてもよい。   Specifically, first, the semiconductor fine particles are suspended in an appropriate solvent to obtain a suspension. As such a solvent, a glyme solvent such as ethylene glycol monomethyl ether, an alcohol such as isopropyl alcohol, an alcohol mixed solvent such as a mixed solvent of isopropyl alcohol and toluene, or water can be used. Further, instead of such a suspension, a commercially available titanium oxide paste (for example, Solaronix, Ti-nanoxide, T, D, T / SP, D / SP, R / SP) may be used.

次に、上記のようにして得た懸濁液を透光性基板1の表面上に塗布し、乾燥および焼成の少なくとも一方を行なって多孔性半導体層2aを透光性基板1の表面上に形成する。   Next, the suspension obtained as described above is applied onto the surface of the light-transmitting substrate 1, and at least one of drying and baking is performed to form the porous semiconductor layer 2a on the surface of the light-transmitting substrate 1. Form.

懸濁液を塗布する方法としては、たとえば、ドクターブレード法、スキージ法、スピンコート法、またはスクリーン印刷法など公知の方法を用いることができる。   As a method for applying the suspension, for example, a known method such as a doctor blade method, a squeegee method, a spin coating method, or a screen printing method can be used.

乾燥および焼成に必要な温度、時間、および雰囲気などは、半導体微粒子の種類に応じて適宜設定すればよく、たとえば、大気雰囲気下または不活性ガス雰囲気下で、50℃以上800℃以下の温度で10秒以上12時間以下行なうことができる。この乾燥および焼成は、単一の温度で1回または温度を変化させて2回以上行なってもよい。   What is necessary is just to set suitably temperature, time, atmosphere, etc. which are required for drying and baking according to the kind of semiconductor fine particle, for example, at the temperature of 50 degreeC or more and 800 degrees C or less in air | atmosphere atmosphere or inert gas atmosphere. It can be performed for 10 seconds to 12 hours. This drying and baking may be performed once at a single temperature or twice or more at different temperatures.

また、複数層の多孔性半導体層2aを形成する場合には、異なる半導体微粒子の懸濁液を調製し、塗布、乾燥および焼成の少なくとも一方を行う工程を2回以上繰り返せばよい。   In the case of forming a plurality of porous semiconductor layers 2a, the steps of preparing suspensions of different semiconductor fine particles and performing at least one of coating, drying and firing may be repeated twice or more.

また、多孔性半導体層2aを形成した後、半導体微粒子同士の電気的接続の向上、多孔性半導体層2aの表面積の増加、半導体微粒子の欠陥準位の低減など、性能向上を目的として、後処理を行なってもよい。たとえば、多孔性半導体層2aが酸化チタン膜である場合には、四塩化チタン水溶液で処理することによって、多孔性半導体層2aの性能を向上させることができる。   In addition, after the formation of the porous semiconductor layer 2a, post-processing is performed for the purpose of improving the performance such as improvement of electrical connection between the semiconductor fine particles, increase of the surface area of the porous semiconductor layer 2a, and reduction of defect levels of the semiconductor fine particles. May be performed. For example, when the porous semiconductor layer 2a is a titanium oxide film, the performance of the porous semiconductor layer 2a can be improved by treating with a titanium tetrachloride aqueous solution.

その後、図3に示すように、多孔質半導体層2aの少なくとも一部に集電電極3を形成する工程を行なう。ここで、集電電極3を形成する工程は、たとえば、スパッタ法、スプレー法、蒸着法、またはスクリーン印刷などの公知の方法により行なうことができる。   Then, as shown in FIG. 3, the process of forming the current collection electrode 3 in at least one part of the porous semiconductor layer 2a is performed. Here, the process of forming the current collection electrode 3 can be performed by well-known methods, such as a sputtering method, a spray method, a vapor deposition method, or screen printing, for example.

次に、図4に示すように、多孔質半導体層2aに色素を吸着させることによって光電変換層2を形成する工程を行なう。ここで、多孔質半導体層2aに色素を吸着させる方法としては、たとえば、色素を溶解した溶液(色素吸着用溶液)に多孔質半導体層2aを浸漬する方法などが挙げられる。この際、色素吸着用溶液を多孔質半導体層2a内の微細孔奥部まで浸透させるために、色素吸着用溶液を加熱してもよい。   Next, as shown in FIG. 4, the process of forming the photoelectric converting layer 2 is performed by making a pigment | dye adsorb | suck to the porous semiconductor layer 2a. Here, examples of the method for adsorbing the dye on the porous semiconductor layer 2a include a method of immersing the porous semiconductor layer 2a in a solution in which the dye is dissolved (dye adsorption solution). At this time, the dye adsorbing solution may be heated in order to penetrate the dye adsorbing solution to the depths of the fine holes in the porous semiconductor layer 2a.

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、たとえば、アルコール、トルエン、アセトニトリル、テトラヒドロフラン(THF)、クロロホルム、またはジメチルホルムアミドなどが挙げられる。これらの溶剤は、精製されたものが好ましく、2種類以上を混合して用いてもよい。色素吸着用溶液中の色素濃度は、使用する色素、溶剤の種類、色素吸着工程などの条件に応じて適宜設定することができるが、たとえば1×10-5mol/L以上であることが好ましい。 The solvent that dissolves the dye may be any solvent that dissolves the dye, and examples thereof include alcohol, toluene, acetonitrile, tetrahydrofuran (THF), chloroform, and dimethylformamide. These solvents are preferably purified and may be used in combination of two or more. The dye concentration in the dye adsorption solution can be appropriately set according to the conditions such as the dye to be used, the type of the solvent, the dye adsorption step, and the like, but is preferably 1 × 10 −5 mol / L or more, for example. .

多孔質半導体層2aへの色素吸着時における色素吸着用溶液の温度、浸漬時間、および雰囲気などの条件は、多孔質半導体層2aを構成する材料や状態、色素吸着用溶液の構成材料などにより適宜設定すればよい。色素吸着用溶液への多孔質半導体層2aの浸漬は、たとえば、大気雰囲気下、室温程度で行うことができるが、加熱下(30℃以上60℃以下の温度)で浸漬することにより、多孔質半導体層2aに色素を効率よく吸着させることができる。   Conditions such as the temperature, immersion time, and atmosphere of the dye adsorption solution during adsorption of the dye to the porous semiconductor layer 2a are appropriately determined depending on the material and state of the porous semiconductor layer 2a, the component material of the dye adsorption solution, and the like. You can set it. The immersion of the porous semiconductor layer 2a in the dye adsorbing solution can be performed, for example, at about room temperature in an air atmosphere. However, the porous semiconductor layer 2a is porous by being immersed under heating (at a temperature of 30 ° C. or more and 60 ° C. or less). The dye can be efficiently adsorbed to the semiconductor layer 2a.

多孔質半導体層2aへの色素の吸着は、集電電極3を形成する前、または形成した後のいずれの段階で行なってもよいが、集電電極3を形成した後に行なうことが好ましい。   The adsorption of the dye to the porous semiconductor layer 2a may be performed before or after the current collector electrode 3 is formed, but is preferably performed after the current collector electrode 3 is formed.

また、多孔質半導体層2aに、多孔性半導体層2aに吸着するための吸着基の少なくとも1つと、色素の吸着を阻害するための阻害基の少なくとも1つとを含む有機化合物を吸着させる場合には、多孔質半導体層2aへの色素の吸着量を抑制する観点から、以下の(i)または(ii)のいずれかの方法により行なうことが好ましい。   In the case where an organic compound containing at least one adsorption group for adsorbing to the porous semiconductor layer 2a and at least one inhibition group for inhibiting the adsorption of the dye is adsorbed on the porous semiconductor layer 2a. From the viewpoint of suppressing the amount of dye adsorbed on the porous semiconductor layer 2a, it is preferable to carry out the method by any one of the following methods (i) and (ii).

(i)多孔質半導体層2aが形成された透光性基板1を上記の有機化合物と色素とを含む溶液中に浸漬させる。   (I) The translucent substrate 1 on which the porous semiconductor layer 2a is formed is immersed in a solution containing the organic compound and the dye.

(ii)多孔質半導体層2aが形成された透光性基板1を上記の有機化合物を含む溶液中に浸漬させた後に、多孔質半導体層2aが形成された透光性基板1を色素を含む溶液(色素吸着用溶液)中に浸漬させる。   (Ii) After immersing the translucent substrate 1 on which the porous semiconductor layer 2a is formed in a solution containing the organic compound, the translucent substrate 1 on which the porous semiconductor layer 2a is formed contains a dye. It is immersed in a solution (dye adsorption solution).

多孔質半導体層2aへの色素の吸着量は、上述のように、5×10-5mol/cm3以下とされ、好ましくは3×10-5mol/cm3以下、より好ましくは2.2×10-5mol/cm3以下とされる。 As described above, the amount of dye adsorbed on the porous semiconductor layer 2a is 5 × 10 −5 mol / cm 3 or less, preferably 3 × 10 −5 mol / cm 3 or less, more preferably 2.2. × 10 −5 mol / cm 3 or less.

また、多孔質半導体層2aへの色素の吸着量は、上述のように、好ましくは1.8×10-5mol/cm3以上とされ、より好ましくは2.1×10-5mol/cm3以上とされ、さらに好ましくは2.1×10-5mol/cm3以上とされる。 Further, as described above, the adsorption amount of the dye to the porous semiconductor layer 2a is preferably 1.8 × 10 −5 mol / cm 3 or more, more preferably 2.1 × 10 −5 mol / cm. 3 or more, more preferably 2.1 × 10 −5 mol / cm 3 or more.

次に、図5に示すように、対極導電層4上に触媒層8を形成した後に、対極導電層4の表面と、透光性基板1の表面とを向かい合わせて、光電変換層2の外周を取り囲むように封止材6で封止し、対極導電層4と透光性基板1とを封止材6で接合する。   Next, as shown in FIG. 5, after forming the catalyst layer 8 on the counter electrode conductive layer 4, the surface of the counter electrode conductive layer 4 and the surface of the translucent substrate 1 are faced to each other. It seals with the sealing material 6 so that the outer periphery may be surrounded, and the counter electrode conductive layer 4 and the translucent substrate 1 are joined with the sealing material 6.

その後、図1に示すように、透光性基板1と、対極導電層4との間の領域にキャリア輸送材料5を設置する工程を行なう。キャリア輸送材料5を設置する工程は、たとえば、対極導電層4に設けられた孔からキャリア輸送材料5を封止材6で取り囲まれた領域内に注入した後、孔を塞ぐことにより、図1に示す実施の形態の光電変換素子を作製することができる。   Thereafter, as shown in FIG. 1, a step of placing a carrier transport material 5 in a region between the translucent substrate 1 and the counter electrode conductive layer 4 is performed. The step of installing the carrier transporting material 5 is performed by, for example, injecting the carrier transporting material 5 into a region surrounded by the sealing material 6 from the hole provided in the counter electrode conductive layer 4 and then closing the hole. The photoelectric conversion element of embodiment shown to can be produced.

<作用・効果>
上述したように、本実施の形態の光電変換素子においては、多孔質半導体層2aへの色素の吸着量が5×10-5mol/cm3以下とされているため、TCO基板を用いず、かつ色素の吸着量を抑えて低コストで製造することができるとともに、高い短絡電流密度を示す光電変換素子とすることができる。
<Action and effect>
As described above, in the photoelectric conversion element of the present embodiment, the adsorption amount of the dye to the porous semiconductor layer 2a is 5 × 10 −5 mol / cm 3 or less, and therefore, the TCO substrate is not used. In addition, it can be manufactured at a low cost by suppressing the adsorption amount of the dye, and can be a photoelectric conversion element exhibiting a high short-circuit current density.

本発明を実施例によりさらに具体的に説明するが、これらの実施例により本発明が限定されるものではない。なお、各実施例において、各層の膜厚は、特に断りのない限り、株式会社東京精密製の商品名:サーフコム1400Aを用いて測定した。   Examples The present invention will be described more specifically with reference to examples. However, the present invention is not limited to these examples. In each example, the film thickness of each layer was measured using a product name: Surfcom 1400A manufactured by Tokyo Seimitsu Co., Ltd. unless otherwise specified.

<実施例1>
まず、ガラスからなる透光性基板(幅20mm×長さ20mm×厚さ1mm、松浪硝子工業株式会社製)の表面上に多孔質半導体層を以下の方法で形成した。
<Example 1>
First, a porous semiconductor layer was formed on the surface of a translucent substrate made of glass (width 20 mm × length 20 mm × thickness 1 mm, manufactured by Matsunami Glass Industrial Co., Ltd.) by the following method.

幅10mm×長さ10mmのパターンを有するスクリーン版と、スクリーン印刷機(ニューロング精密工業株式会社製、型番:LS−150)とを用いて、透光性基板上に市販の酸化チタンペースト(Solaronix社製、商品名:Ti−Nanoxide T/SP)を塗布し、80℃で30分間予備乾燥した後、500℃で30分間空気中で焼成した。さらに同じ工程を繰り返すことによって、厚さ11μmの酸化チタン膜からなる多孔質膜を形成した。さらに、上記と同様の方法で市販の酸化チタンペースト(Solaronix社製、商品名:Ti−Nanoxide R/SP)により、厚さ3μmの酸化チタン膜からなる多孔質膜を形成し、合計14μmの厚さの2層の酸化チタン膜からなる多孔質半導体層を作製した。   A commercially available titanium oxide paste (Solaronix) on a translucent substrate using a screen plate having a pattern of width 10 mm × length 10 mm and a screen printing machine (manufactured by Neurong Precision Industry Co., Ltd., model number: LS-150). (Trade name: Ti-Nanoxide T / SP) was applied, pre-dried at 80 ° C. for 30 minutes, and then fired in air at 500 ° C. for 30 minutes. Further, by repeating the same process, a porous film made of a titanium oxide film having a thickness of 11 μm was formed. Furthermore, a porous film made of a titanium oxide film having a thickness of 3 μm was formed by a commercially available titanium oxide paste (manufactured by Solaronix, trade name: Ti-Nanoxide R / SP) in the same manner as described above, and the total thickness was 14 μm. A porous semiconductor layer made of two titanium oxide films was prepared.

次に、多孔質半導体層の表面および多孔質半導体層の周囲の透光性基板の表面にTi膜を蒸着することによって、集電電極を形成した。   Next, a current collecting electrode was formed by vapor-depositing a Ti film on the surface of the porous semiconductor layer and the surface of the translucent substrate around the porous semiconductor layer.

その後、予め調製しておいた色素吸着用溶液に上記の多孔質半導体層を室温で100時間浸漬し、約60℃で約5分間乾燥させることによって多孔質半導体層に色素を吸着させることによって光電変換層を形成した。このときの多孔質半導体層への色素の吸着量は、2.1×10-5mol/cm3であった。なお、色素の吸着量は、色素を吸着させた多孔質半導体層を色素が溶解可能な溶液に浸漬することにより多孔質半導体層から色素を溶液中に脱着し、色素が溶出した溶液の吸光度と予め用意した検量線および溶液の体積から、溶液中に溶出した色素の物質量を計算することによって測定した。 Thereafter, the porous semiconductor layer is immersed in a dye adsorbing solution prepared in advance at room temperature for 100 hours and dried at about 60 ° C. for about 5 minutes to adsorb the dye to the porous semiconductor layer. A conversion layer was formed. The adsorption amount of the dye to the porous semiconductor layer at this time was 2.1 × 10 −5 mol / cm 3 . Note that the amount of dye adsorbed is the absorbance of the solution from which the dye was eluted by immersing the porous semiconductor layer on which the dye was adsorbed in a solution in which the dye could be dissolved to remove the dye from the porous semiconductor layer. The measurement was performed by calculating the substance amount of the dye eluted in the solution from the calibration curve prepared in advance and the volume of the solution.

色素吸着用溶液は、上記の式(II)で表わされる色素(Solaronix社製、商品名:Ruthenium620 1H3TBA)を濃度3×10-4mol/L、デオキシコール酸(東京化成社製)を濃度6×10-2mol/Lとなるように、体積比1:1のアセトニトリルとt−ブタノールの混合溶剤に溶解させて調製した。 The dye adsorbing solution contains a dye represented by the above formula (II) (manufactured by Solaronix, trade name: Ruthenium 620 1H3TBA) at a concentration of 3 × 10 −4 mol / L, and deoxycholic acid (manufactured by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.) at a concentration of 6 It was prepared by dissolving in a mixed solvent of acetonitrile and t-butanol having a volume ratio of 1: 1 so as to be × 10 −2 mol / L.

次に、光電変換層および集電電極が形成された透光性基板と、対極導電層としてのITO導電性膜上に触媒層としての白金膜(膜厚1μm)を具備した対極基板とを、熱融着フィルム(デュポン社製、ハイミラン1702)を用いて貼り合せ、約100℃に設定したオーブンで10分間加熱して、透光性基板と対極基板とを圧着し、所定の領域が取り囲まれた封止材を形成した。   Next, a translucent substrate having a photoelectric conversion layer and a collecting electrode formed thereon, and a counter electrode substrate having a platinum film (film thickness: 1 μm) as a catalyst layer on an ITO conductive film as a counter electrode conductive layer, Bonding using a heat-sealing film (DuPont, Himiran 1702), heating for 10 minutes in an oven set at about 100 ° C., pressure-bonding the translucent substrate and the counter electrode substrate, and surrounding a predetermined area An encapsulant was formed.

次に、対極基板に予め設けられていた電解液注入用孔から、封止材で取り囲まれた領域に予め調製しておいた電解液を注入して、紫外線硬化樹脂(スリーボンド社製、型番:31X−101)を用いて、上記の電解液注入用孔を封止した。これにより、実施例1の光電変換素子を作製した。   Next, an electrolyte prepared in advance is injected into a region surrounded by the sealing material from an electrolyte injection hole provided in advance in the counter electrode substrate, and an ultraviolet curable resin (manufactured by ThreeBond, model number: 31X-101) was used to seal the electrolyte injection hole. This produced the photoelectric conversion element of Example 1.

なお、上記の電解液は、溶剤としてのアセトニトリルに、酸化還元種としてのLiI(アルドリッチ社製)が濃度0.1mol/L、I2(キシダ化学社製)が濃度0.01mol/Lとなるように、さらに添加剤としてt−ブチルピリジン(アルドリッチ社製)が濃度0.5mol/L、ジメチルプロピルイミダゾールアイオダイド(四国化成工業株式会社製)が濃度0.6mol/Lとなるように添加し、溶解して得た。 In the above electrolyte solution, acetonitrile as a solvent has a concentration of 0.1 mol / L of LiI (manufactured by Aldrich) as a redox species and a concentration of 0.01 mol / L of I 2 (manufactured by Kishida Chemical). In addition, t-butylpyridine (manufactured by Aldrich) was added as an additive so that the concentration was 0.5 mol / L, and dimethylpropylimidazole iodide (manufactured by Shikoku Kasei Kogyo Co., Ltd.) was added at a concentration of 0.6 mol / L. Obtained by dissolution.

その後、実施例1の光電変換素子に端子電極部としてAgペースト(藤倉化成株式会社製、商品名:ドータイト)を塗布した。そして、実施例1の光電変換素子の受光面に、開口部の面積が1cm2である黒色のマスクを設置し、1kW/m2の強度の光(AM1.5ソーラーシミュレータ)を照射して、短絡電流密度Jsc(mA/cm2)、開放電圧Voc(V)、FF、および変換効率Eff(%)を測定した。その結果を表1に示す。 Thereafter, Ag paste (made by Fujikura Kasei Co., Ltd., trade name: Dotite) was applied to the photoelectric conversion element of Example 1 as a terminal electrode portion. Then, a black mask having an opening area of 1 cm 2 is installed on the light receiving surface of the photoelectric conversion element of Example 1, and irradiated with light of 1 kW / m 2 intensity (AM1.5 solar simulator), Short-circuit current density J sc (mA / cm 2 ), open circuit voltage V oc (V), FF, and conversion efficiency E ff (%) were measured. The results are shown in Table 1.

<実施例2>
以下の点以外は実施例1と同様にして、実施例2の光電変換素子(色素吸着量:1.8×10-5mol/cm3)を作製し、短絡電流密度Jsc、開放電圧Voc、FF、および変換効率Effを測定した。その結果を表1に示す。
<Example 2>
Except for the following points, the photoelectric conversion element of Example 2 (dye adsorption amount: 1.8 × 10 −5 mol / cm 3 ) was produced in the same manner as in Example 1, and the short-circuit current density J sc and the open circuit voltage V oc , FF, and conversion efficiency Eff were measured. The results are shown in Table 1.

すなわち、多孔質半導体層が形成された透光性基板を120℃に加熱されたホットプレート上に設置し、3分経過後にテトラエトキシシラン(キシダ化学株式会社製)の4質量%エタノール溶液5μl(多孔質半導体層1cm3あたり1ml相当)を多孔質半導体層上から塗布し、乾燥後、400℃で30分焼成して、多孔質半導体層に多孔質半導体層よりも色素の吸着量が少ないSiO2からなる無機化合物を形成し、その後、色素吸着用溶液に浸漬させた。 That is, the translucent substrate on which the porous semiconductor layer was formed was placed on a hot plate heated to 120 ° C., and after 3 minutes, 5 μl of a 4 mass% ethanol solution of tetraethoxysilane (manufactured by Kishida Chemical Co., Ltd.) 1 ml per 1 cm 3 of porous semiconductor layer) is applied from above the porous semiconductor layer, dried, and then baked at 400 ° C. for 30 minutes, so that the porous semiconductor layer has a smaller amount of dye adsorption than the porous semiconductor layer. An inorganic compound consisting of 2 was formed, and then immersed in a dye adsorption solution.

<実施例3>
色素吸着用溶液のデオキシコール酸濃度を4.5×10-2mol/Lとしたこと以外は実施例1と同様にして、実施例3の光電変換素子(色素吸着量:5×10-5mol/cm3)を作製し、短絡電流密度Jsc、開放電圧Voc、FF、および変換効率Effを測定した。その結果を表1に示す。
<Example 3>
The photoelectric conversion element of Example 3 (dye adsorption amount: 5 × 10 −5) in the same manner as in Example 1 except that the concentration of deoxycholic acid in the dye adsorption solution was 4.5 × 10 −2 mol / L. mol / cm 3 ) and short circuit current density J sc , open circuit voltage V oc , FF, and conversion efficiency E ff were measured. The results are shown in Table 1.

<実施例4>
色素吸着用溶液のデオキシコール酸濃度を5.5×10-2mol/Lとしたこと以外は実施例1と同様にして、実施例4の光電変換素子(色素吸着量:3×10-5mol/cm3)を作製し、短絡電流密度Jsc、開放電圧Voc、FF、および変換効率Effを測定した。その結果を表1に示す。
<Example 4>
The photoelectric conversion element of Example 4 (dye adsorption amount: 3 × 10 −5) in the same manner as in Example 1 except that the deoxycholic acid concentration of the dye adsorption solution was 5.5 × 10 −2 mol / L. mol / cm 3 ) and short circuit current density J sc , open circuit voltage V oc , FF, and conversion efficiency E ff were measured. The results are shown in Table 1.

<実施例5>
市販の酸化チタンペースト(Solaronix社製、商品名:Ti−Nanoxide T/SP)により形成される膜の膜厚を15μmとしたこと以外は実施例1と同様にして、実施例5の光電変換素子(色素吸着量:2.2×10-5mol/cm3)を作製し、短絡電流密度Jsc、開放電圧Voc、FF、および変換効率Effを測定した。その結果を表1に示す。
<Example 5>
The photoelectric conversion element of Example 5 was carried out in the same manner as in Example 1 except that the film thickness of the film formed from a commercially available titanium oxide paste (manufactured by Solaronix, trade name: Ti-Nanoxide T / SP) was 15 μm. (Dye adsorption amount: 2.2 × 10 −5 mol / cm 3 ) was prepared, and short-circuit current density J sc , open-circuit voltage V oc , FF, and conversion efficiency E ff were measured. The results are shown in Table 1.

<実施例6>
以下の点以外は実施例1と同様にして、実施例2の光電変換素子(色素吸着量:1.9×10-5mol/cm3)を作製し、短絡電流密度Jsc、開放電圧Voc、FF、および変換効率Effを測定した。その結果を表1に示す。
<Example 6>
Except for the following points, the photoelectric conversion element of Example 2 (dye adsorption amount: 1.9 × 10 −5 mol / cm 3 ) was produced in the same manner as in Example 1, and the short-circuit current density J sc and the open-circuit voltage V oc , FF, and conversion efficiency Eff were measured. The results are shown in Table 1.

すなわち、多孔質半導体層が形成された透光性基板をデオキシコール酸の濃度が4×10-2mol/Lとなるように体積比1:1のアセトニトリルとt−ブタノールとの混合溶剤に溶解した処理溶液に、室温で2時間浸漬した後、デオキシコール酸濃度が3×10-2mol/Lとした色素吸着用溶液に浸漬させた。 That is, the translucent substrate on which the porous semiconductor layer is formed is dissolved in a mixed solvent of acetonitrile and t-butanol having a volume ratio of 1: 1 so that the concentration of deoxycholic acid is 4 × 10 −2 mol / L. After being immersed in the treated solution at room temperature for 2 hours, it was immersed in a dye adsorption solution having a deoxycholic acid concentration of 3 × 10 −2 mol / L.

<比較例1>
色素吸着用溶液のデオキシコール酸濃度を4.5×10-2mol/Lとしたこと以外は実施例1と同様にして、実施例3の光電変換素子(色素吸着量:7.1×10-5mol/cm3)を作製し、短絡電流密度Jsc、開放電圧Voc、FF、および変換効率Effを測定した。その結果を表1に示す。
<Comparative Example 1>
The photoelectric conversion element of Example 3 (dye adsorption amount: 7.1 × 10) in the same manner as in Example 1 except that the deoxycholic acid concentration of the dye adsorption solution was 4.5 × 10 −2 mol / L. −5 mol / cm 3 ), and short-circuit current density J sc , open-circuit voltage V oc , FF, and conversion efficiency E ff were measured. The results are shown in Table 1.

<比較例2>
色素吸着用溶液にデオキシコール酸を添加しなかったこと以外は実施例1と同様にして、比較例2の光電変換素子(色素吸着量:1×10-4mol/cm3)を作製し、短絡電流密度Jsc、開放電圧Voc、FF、および変換効率Effを測定した。その結果を表1に示す。
<Comparative example 2>
A photoelectric conversion element (dye adsorption amount: 1 × 10 −4 mol / cm 3 ) of Comparative Example 2 was prepared in the same manner as in Example 1 except that deoxycholic acid was not added to the dye adsorption solution. Short-circuit current density J sc , open circuit voltage V oc , FF, and conversion efficiency E ff were measured. The results are shown in Table 1.

Figure 0005480234
Figure 0005480234

表1に示すように、多孔質半導体層への色素の吸着量が5×10-5mol/cm3以下である実施例1〜6の光電変換素子においては、比較例1〜2の光電変換素子と比べて、色素の吸着量が少ないにも関わらず、高い短絡電流密度Jscを示すことが確認された。 As shown in Table 1, in the photoelectric conversion elements of Examples 1 to 6 in which the adsorption amount of the dye to the porous semiconductor layer is 5 × 10 −5 mol / cm 3 or less, the photoelectric conversions of Comparative Examples 1 and 2 It was confirmed that the short-circuit current density J sc was exhibited even though the amount of dye adsorbed was small compared to the device.

今回開示された実施形態および実施例はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。   It should be understood that the embodiments and examples disclosed herein are illustrative and non-restrictive in every respect. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, rather than the description above, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.

本発明の光電変換素子は、太陽電池を含む光電変換素子に広く利用することができ、特に色素増感型太陽電池に好適に利用することができる。   The photoelectric conversion element of this invention can be widely utilized for the photoelectric conversion element containing a solar cell, and can be used suitably especially for a dye-sensitized solar cell.

1 透光性基板、2 光電変換層、2a 多孔質半導体層、3 集電電極、4 対極導電層、5 キャリア輸送材料、6 封止材、8 触媒層。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Translucent board | substrate, 2 Photoelectric conversion layer, 2a Porous semiconductor layer, 3 Current collection electrode, 4 Counter electrode conductive layer, 5 Carrier transport material, 6 Sealing material, 8 Catalyst layer.

Claims (7)

透光性基板と、
前記透光性基板上に設けられた光電変換層と、
前記光電変換層の少なくとも一部に設けられた集電電極と、
前記透光性基板と向かい合うようにして設けられた対極導電層と、
前記対極導電層の前記透光性基板側の表面に設けられた触媒層と、
前記透光性基板と前記触媒層との間に設けられたキャリア輸送材料と、を備え、
前記光電変換層は、酸化チタンからなる多孔質半導体層または酸化ケイ素が形成された酸化チタンからなる多孔質半導体層と、前記多孔質半導体層に吸着されたルテニウム系金属錯体色素とを含み、
前記多孔質半導体層への前記ルテニウム系金属錯体色素の吸着量が、1.8×10-5mol/cm3以上5×10-5mol/cm3以下である、光電変換素子。
A translucent substrate;
A photoelectric conversion layer provided on the translucent substrate;
A collecting electrode provided on at least a part of the photoelectric conversion layer;
A counter electrode conductive layer provided to face the translucent substrate;
A catalyst layer provided on the surface of the counter electrode conductive layer on the light transmitting substrate side;
A carrier transport material provided between the translucent substrate and the catalyst layer,
The photoelectric conversion layer, viewed contains a porous semiconductor layer made of titanium oxide porous semiconductor layer or silicon oxide is formed of an oxide of titanium, and said adsorbed on the porous semiconductor layer ruthenium containing metal complex dye,
The adsorption amount of the ruthenium-based metal complex dye of the porous semiconductor layer is 1.8 × 10 -5 mol / cm 3 or more 5 × 10 -5 mol / cm 3 or less, the photoelectric conversion element.
前記光電変換層に、前記多孔質半導体層に吸着可能な吸着基を少なくとも1つ有する有機化合物を含む、請求項1に記載の光電変換素子。   The photoelectric conversion element according to claim 1, wherein the photoelectric conversion layer includes an organic compound having at least one adsorbing group that can be adsorbed to the porous semiconductor layer. 前記吸着基は、カルボキシル基、ヒドロキシル基、スルホ基、またはリン酸基のいずれかである、請求項2に記載の光電変換素子。   The photoelectric conversion element according to claim 2, wherein the adsorption group is any one of a carboxyl group, a hydroxyl group, a sulfo group, and a phosphate group. 前記光電変換層に、前記多孔質半導体層よりも前記色素の吸着量が少ない無機化合物を含む、請求項1から3のいずれかに記載の光電変換素子。   4. The photoelectric conversion element according to claim 1, wherein the photoelectric conversion layer contains an inorganic compound that absorbs less of the dye than the porous semiconductor layer. 5. 前記無機化合物は、酸化アルミニウム、および酸化マグネシウムからなる群から選択された少なくとも1種である、請求項4に記載の光電変換素子。 Wherein the inorganic compound is an acid aluminum, and at least one selected from the group consisting of magnesium oxide, the photoelectric conversion element according to claim 4. 請求項2または3に記載の光電変換素子を製造する方法であって、
前記多孔質半導体層に前記色素を吸着させることによって前記光電変換層を形成する工程を含み、
前記光電変換層を形成する工程は、前記多孔質半導体層を前記有機化合物と前記色素とを含む溶液中に浸漬させる工程を含む、光電変換素子の製造方法。
A method for producing the photoelectric conversion device according to claim 2, wherein
Including the step of forming the photoelectric conversion layer by adsorbing the dye to the porous semiconductor layer,
The step of forming the photoelectric conversion layer includes a step of immersing the porous semiconductor layer in a solution containing the organic compound and the dye.
請求項2または3に記載の光電変換素子を製造する方法であって、
前記多孔質半導体層に前記色素を吸着させることによって前記光電変換層を形成する工程を含み、
前記光電変換層を形成する工程は、前記多孔質半導体層を前記有機化合物を含む溶液中に浸漬させる工程と、
前記有機化合物を含む溶液中に浸漬させる工程の後に、前記多孔質半導体層を前記色素を含む溶液中に浸漬させる工程と、を含む、光電変換素子の製造方法。
A method for producing the photoelectric conversion device according to claim 2, wherein
Including the step of forming the photoelectric conversion layer by adsorbing the dye to the porous semiconductor layer,
The step of forming the photoelectric conversion layer includes immersing the porous semiconductor layer in a solution containing the organic compound,
A step of immersing the porous semiconductor layer in a solution containing the dye after the step of immersing in the solution containing the organic compound.
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JP2011060669A (en) * 2009-09-11 2011-03-24 Tdk Corp Photoelectric conversion element, method of manufacturing the same, and metal phthalocyanine complex dye
JP2011108463A (en) * 2009-11-16 2011-06-02 Nisshin Steel Co Ltd Photoelectrode of dye-sensitized solar cell, its manufacturing method, and battery

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