JP5651887B2 - Dye-sensitized photoelectric conversion element and dye-sensitized solar cell - Google Patents

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Description

本願発明は、軽量で破損しにくい色素増感型光電変換素子および色素増感型太陽電池において、光照度の変動に対する電気特性が一定となる色素増感型光電変換素子および色素増感型太陽電池に関する。   The present invention relates to a dye-sensitized photoelectric conversion element and a dye-sensitized solar cell that are lightweight and difficult to break, and relates to a dye-sensitized photoelectric conversion element and a dye-sensitized solar cell in which electric characteristics with respect to fluctuations in light intensity are constant. .

近年、太陽エネルギーを電力に変換する光電変換素子として、固体のpn接合型の光電変換素子およびそれを用いた太陽電池が活発に研究されている。固体接合型太陽電池は、シリコン結晶やアモルファスシリコン薄膜、非シリコン系の化合物半導体の多層薄膜を用いている。しかし、これらの光電変換素子およびそれを用いた太陽電池は、近年そのコストダウンが進められており、市場での展開が進んでいる。しかし、その基板としてはガラスがメインであり、相当な重量となっており設置場所が限定されており、その改良が望まれている。 In recent years, solid pn junction photoelectric conversion elements and solar cells using the same have been actively studied as photoelectric conversion elements that convert solar energy into electric power. Solid-junction solar cells use a silicon crystal, an amorphous silicon thin film, or a multilayer thin film of a non-silicon compound semiconductor. However, these photoelectric conversion elements and solar cells using the photoelectric conversion elements have recently been reduced in cost, and are being developed in the market. However, glass is the main substrate for the substrate, has a considerable weight, has a limited installation location, and is desired to be improved.

これらの従来の太陽電池を置き換える次世代光電変換素子およびその太陽電池として、プラスチック基板からなる色素増感型光電変換素子の開発が期待されており、特許文献1では、色素増感された多孔質半導体膜を用いる高効率の光電変換方法が提案されている。色素増感型光電変換素子は、固体接合型光電変換素子における固体(半導体)‐固体(半導体)接合の代りに、固体(半導体)‐液体(電解液)接合を採用する湿式光電変換素子である。色素増感型光電変換素子は、研究レベルではエネルギー変換効率が11%以上という高い値まで達しており、電気エネルギーの供給源として有望となっている。 Development of a dye-sensitized photoelectric conversion element composed of a plastic substrate is expected as a next-generation photoelectric conversion element that replaces these conventional solar cells, and the solar cell. A highly efficient photoelectric conversion method using a semiconductor film has been proposed. The dye-sensitized photoelectric conversion element is a wet photoelectric conversion element that employs a solid (semiconductor) -liquid (electrolyte) junction instead of a solid (semiconductor) -solid (semiconductor) junction in a solid junction photoelectric conversion element. . The dye-sensitized photoelectric conversion element has a high energy conversion efficiency of 11% or more at the research level, and is a promising source of electric energy.

このプラスチック基板からなる色素増感型光電変換素子は、一般にプラスチック基板を用いた導電性支持体上に、色素増感された半導体粒子からなる光電極層、電解液層および対向電極からなり、更には劣悪な環境での耐久性を付与すべくハイバリアを有する外装材からなっている。このプラスチック基板からなる色素増感型光電変換素子は、光エネルギーを電力に変換する際に高効率が要求されており、各研究者の競争が激しくなっている、一方、色素増感型光電変換素子の商品化に当たり、低コスト製造工程が望まれており、現在の大きな商品化ネックとなっている。 This dye-sensitized photoelectric conversion element made of a plastic substrate generally comprises a photoelectrode layer made of dye-sensitized semiconductor particles, an electrolyte layer, and a counter electrode on a conductive support using a plastic substrate. Is made of an exterior material having a high barrier to provide durability in a poor environment. The dye-sensitized photoelectric conversion device made of this plastic substrate is required to have high efficiency when converting light energy into electric power, and competition among researchers is intensifying. On the other hand, dye-sensitized photoelectric conversion In the commercialization of devices, a low-cost manufacturing process is desired, which is a major commercialization bottleneck.

この色素増感型光電変換素子および色素増感型太陽電池の高効率化のために、光電極および対向電極は優れた導電性が求められている。高導電性基板は種々の導電素材で作成されているが、高コストや性能安定性に欠ける面がある。また、照度の変動によりその電気出力が大きく影響されることが判っており、発生した電気を集電するための回路の設計が煩雑であり、電池としての完成度アップが望まれていた。 In order to increase the efficiency of the dye-sensitized photoelectric conversion element and the dye-sensitized solar cell, the photoelectrode and the counter electrode are required to have excellent conductivity. Highly conductive substrates are made of various conductive materials, but have a high cost and lack of performance stability. In addition, it has been found that the electrical output is greatly affected by fluctuations in illuminance, and the design of a circuit for collecting the generated electricity is complicated, and it has been desired to improve the completeness of the battery.

米国特許4927721号明細書US Pat. No. 4,927,721

本願発明は、色素増感型光電変換素子の出力改良、具体的には照度変動が大きくとも一定の出力を生じる色素増感型光電変換素子を提供することを目的とする。また、軽量で破損しにくいプラスチック基板からなる色素増感型光電変換素子および色素増感型太陽電池モジュールを提供することも目的とする。 An object of the present invention is to provide an output improvement of a dye-sensitized photoelectric conversion element, specifically, to provide a dye-sensitized photoelectric conversion element that produces a constant output even when the illuminance fluctuation is large. Another object of the present invention is to provide a dye-sensitized photoelectric conversion element and a dye-sensitized solar cell module that are made of a plastic substrate that is lightweight and hardly damaged.

本願発明の課題は、以下の態様により解決することができる。 The problems of the present invention can be solved by the following aspects.

(態様1) 導電性光電極基板上に、色素増感された半導体粒子からなる光電極層、電解液層、触媒層および導電性対向電極基板をこの順で有する色素増感型光電変換素子および色素増感型太陽電池において、前記導電性光電極基板と前記導電性対向電極基板のいずれか一方の電極基板抵抗が100Ω未満であり、他方の電極基板抵抗が100Ω〜500Ωであることを特徴とする色素増感型光電変換素子および色素増感型太陽電池である。導電性光電極基板と導電性対向電極基板の電極基板抵抗をかかる範囲として組み合わせとすることで、本願発明の目的である照度変動が大きくとも一定の出力を生じる色素増感型光電変換素子を提供することができるからである。 (Aspect 1) A dye-sensitized photoelectric conversion element having a photoelectrode layer made of dye-sensitized semiconductor particles, an electrolytic solution layer, a catalyst layer, and a conductive counter electrode substrate in this order on a conductive photoelectrode substrate, and In the dye-sensitized solar cell, the electrode substrate resistance of any one of the conductive photoelectrode substrate and the conductive counter electrode substrate is less than 100Ω, and the other electrode substrate resistance is 100Ω to 500Ω. A dye-sensitized photoelectric conversion element and a dye-sensitized solar cell. Providing a dye-sensitized photoelectric conversion element that produces a constant output even when the illuminance fluctuation is large, by combining the electrode substrate resistances of the conductive photoelectrode substrate and the conductive counter electrode substrate in such a range. Because it can be done.

(態様1) 導電性光電極基板上に、色素増感された半導体粒子からなる光電極層、電解液層、触媒層および導電性対向電極基板をこの順で有する色素増感型光電変換素子において、前記導電性光電極基板と前記導電性対向電極基板のいずれか一方の電極基板のシート抵抗が100Ω未満であり、他方の電極基板のシート抵抗が150Ω〜500Ωであることを特徴とする色素増感型光電変換素子である。導電性光電極基板と導電性対向電極基板の電極基板抵抗をかかる範囲として組み合わせとすることで、本願発明の目的である照度変動が大きくとも一定の出力を生じる色素増感型光電変換素子を提供することができるからである。
(Aspect 1) In a dye-sensitized photoelectric conversion element having a photoelectrode layer made of dye-sensitized semiconductor particles, an electrolytic solution layer, a catalyst layer, and a conductive counter electrode substrate in this order on a conductive photoelectrode substrate. The dye sensitization is characterized in that the sheet resistance of one of the conductive photoelectrode substrate and the conductive counter electrode substrate is less than 100Ω, and the sheet resistance of the other electrode substrate is 150Ω to 500Ω. It is a sensitive photoelectric conversion element. Providing a dye-sensitized photoelectric conversion element that produces a constant output even when the illuminance fluctuation is large, by combining the electrode substrate resistances of the conductive photoelectrode substrate and the conductive counter electrode substrate in such a range. Because it can be done.

(態様2) 導電性光電極基板上に、色素増感された半導体粒子からなる光電極層、電解液層、触媒層および導電性対向電極基板をこの順で有する色素増感型光電変換素子において、前記導電性光電極基板と前記導電性対向電極基板のいずれか一方の電極基板のシート抵抗が50Ω以下であり、他方の電極基板のシート抵抗が150Ω〜300Ωであることを特徴とする色素増感型光電変換素子である。導電性光電極基板と導電性対向電極基板の電極基板抵抗をかかる範囲として組み合わせとすることで、照度変動に対する出力の安定性が増すからである。
(Aspect 2) In a dye-sensitized photoelectric conversion element having a photoelectrode layer composed of dye-sensitized semiconductor particles, an electrolytic solution layer, a catalyst layer, and a conductive counter electrode substrate in this order on a conductive photoelectrode substrate. The sheet resistance of one of the conductive photoelectrode substrate and the conductive counter electrode substrate is 50Ω or less, and the sheet resistance of the other electrode substrate is 150Ω to 300Ω. It is a sensitive photoelectric conversion element. This is because, by combining the electrode substrate resistances of the conductive photoelectrode substrate and the conductive counter electrode substrate in such a range, the output stability with respect to illuminance fluctuations increases.

(態様3) 光量2.5万ルックスにおける発電量(P2.5max)に対する光量10万ルックスにおける発電量(P10max)の比(P10max/P2.5max)が1.0〜1.5であること特徴とする態様1または2に記載の色素増感型光電変換素子である。照度変動に対する出力の安定性は、光量2.5万ルックスにおける発電量(P2.5max)に対する光量10万ルックスにおける発電量(P10max)の比(P10max/P2.5max)がかかる範囲であることが指標となるからである。
(Aspect 3) The ratio (P10max / P2.5max) of the power generation amount (P10max) at a light amount of 100,000 looks to the power generation amount (P2.5max) at a light amount of 25,000 lux is 1.0 to 1.5. It is a dye-sensitized photoelectric conversion element as described in aspect 1 or 2. The stability of the output with respect to the illuminance fluctuation is within a range in which the ratio (P10max / P2.5max) of the power generation amount (P10max) at the light amount of 100,000 lux to the power generation amount (P2.5max) at the light amount of 25,000 lux is applied. This is because it becomes an index.

(態様4) 前記導電性光電極基板と前記導電性対向電極基板のいずれか一方または両方がプラスチック基板であって、前記プラスチック基板を構成する素材が、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、シクロオレフィンコポリマー、脂環式ポリオレフィンのいずれかから選択されたものであることを特徴とする態様1〜3のいずれかに記載の色素増感型光電変換素子である。かかる素材を選択することで、軽量で破損しにくいプラスチック基板からなる色素増感型光電変換素子を提供することができるからである。
(Aspect 4) Either one or both of the conductive photoelectrode substrate and the conductive counter electrode substrate is a plastic substrate, and the material constituting the plastic substrate is polyethylene terephthalate, polyethylene naphthalate, cycloolefin copolymer, 4. The dye-sensitized photoelectric conversion element according to any one of aspects 1 to 3, wherein the dye-sensitized photoelectric conversion element is selected from any of alicyclic polyolefins. This is because by selecting such a material, it is possible to provide a dye-sensitized photoelectric conversion element made of a plastic substrate that is lightweight and hardly damaged.

本願発明の色素増感型光電変換素子の1例の構造を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of one example of the dye-sensitized photoelectric conversion element of this invention. 本願発明の色素増感型太陽電池モジュールの1例の構造を示す断面図(上段)及び平面図(下段)である。It is sectional drawing (upper stage) and top view (lower stage) which show the structure of one example of the dye-sensitized solar cell module of this invention.

以下に、本願発明の色素増感型光電変換素子、色素増感型太陽電池モジュールについて詳細に記述する。   Hereinafter, the dye-sensitized photoelectric conversion element and the dye-sensitized solar cell module of the present invention will be described in detail.

1.色素増感型光電変換素子の構造
図1は、本願発明の色素増感型光電変換素子の構造の1例を示す断面図である。色素増感型光電変換素子1は、透明基板11上に透明導電層12を積層した導電性電極基板に、下塗り層13、増感色素を担持させた多孔質半導体微粒子層14をこの順に積層した光電極層15と、透明基板11上に透明導電層12を積層した導電性電極基板に、触媒層17を積層した対向電極層18、および光電極層15と対向電極層18の間に設けられた電解液層16、および電解液層を囲む封止層19、集電線20、端子21から構成されている。以下、光電極層15、電解液層16、対向電極層18、封止層19の順で説明する。
1. Structure of Dye-Sensitized Photoelectric Conversion Element FIG. 1 is a cross-sectional view showing an example of the structure of the dye-sensitized photoelectric conversion element of the present invention. In the dye-sensitized photoelectric conversion element 1, an undercoat layer 13 and a porous semiconductor fine particle layer 14 carrying a sensitizing dye are laminated in this order on a conductive electrode substrate in which a transparent conductive layer 12 is laminated on a transparent substrate 11. Provided between the photoelectrode layer 15, the conductive electrode substrate in which the transparent conductive layer 12 is stacked on the transparent substrate 11, the counter electrode layer 18 in which the catalyst layer 17 is stacked, and the photoelectrode layer 15 and the counter electrode layer 18. The electrolyte layer 16, the sealing layer 19 surrounding the electrolyte layer, the current collector 20, and the terminals 21 are included. Hereinafter, the photoelectrode layer 15, the electrolytic solution layer 16, the counter electrode layer 18, and the sealing layer 19 will be described in this order.

[1]光電極層
光電極層は、導電性電極基板上に増感色素を担持した多孔質半導体微粒子層(以下、「色素増感多孔質半導体微粒子層」という。)を形成した構成である。
(1)導電性電極基板
本願発明の導電性電極基板は、ガラスまたは透明プラスチック基板からなる透明基板上に透明導電層を有する構成である。プラスチック基板材料としては、無着色で透明性が高く、耐熱性が高く、耐薬品性及びガス遮断性に優れ、かつ低コストの材料が好適である。好適な材料としては、例えば、ポリエステル類(例、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリエチレンナフタレート(PEN)など)、スチレン類(例、シンジオタクチックポリスチレン(SPS)など)、ポリフェニレンスルフィド(PPS)、ポリカーボネート(PC)、ポリアリレート(PAr)、ポリスルホン(PSF)、ポリエステルスルホン(PES)、ポリエーテルイミド(PEI)、透明ポリイミド(PI)、シクロオレフィンコポリマー(商品名アートンなど)及び脂環式ポリオレフィン(商品名ゼオノアなど)などが用いられる。なかでも、化学的安定性とコストの点で、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリエチレンナフタレート(PEN)、脂環式ポリオレフィンが特に好ましい。なお、これらのプラスチック基板の構造やその組成においては特に限定されず、本願発明の色素増感型光電変換素子を構成するに値するものであれば、利用することができる。
[1] Photoelectrode layer The photoelectrode layer has a structure in which a porous semiconductor fine particle layer (hereinafter referred to as “dye-sensitized porous semiconductor fine particle layer”) carrying a sensitizing dye is formed on a conductive electrode substrate. .
(1) Conductive electrode substrate The conductive electrode substrate of this invention is a structure which has a transparent conductive layer on the transparent substrate which consists of glass or a transparent plastic substrate. As the plastic substrate material, an uncolored material having high transparency, high heat resistance, excellent chemical resistance and gas barrier properties, and low cost is preferable. Suitable materials include, for example, polyesters (eg, polyethylene terephthalate (PET), polyethylene naphthalate (PEN), etc.), styrenes (eg, syndiotactic polystyrene (SPS), etc.), polyphenylene sulfide (PPS), polycarbonate, etc. (PC), polyarylate (PAr), polysulfone (PSF), polyestersulfone (PES), polyetherimide (PEI), transparent polyimide (PI), cycloolefin copolymer (trade name Arton, etc.) and alicyclic polyolefin (product) Name such as ZEONOR). Of these, polyethylene terephthalate (PET), polyethylene naphthalate (PEN), and alicyclic polyolefin are particularly preferable in terms of chemical stability and cost. In addition, it does not specifically limit in the structure of these plastic substrates, or its composition, If it deserves to comprise the dye-sensitized photoelectric conversion element of this invention, it can utilize.

プラスチック基板の耐熱性は、ガラス転移温度(Tg)が100℃以上、及び、線熱膨張係数が40ppm/℃以下の少なくともいずれかの物性を満たすことが好ましい。なお、プラスチック基板のTg及び線膨張係数は、JIS K 7121に記載のプラスチックの転移温度測定方法、及び、JIS K 7197に記載のプラスチックの熱機械分析による線膨張率試験方法により測定する。プラスチックフィルムのTgや線膨張係数は、添加剤などによって調整することができる。このような耐熱性に優れる熱可塑性樹脂として、例えば、ポリエチレンナフタレート(PEN:120℃)、ポリカーボネート(PC:140℃)、脂環式ポリオレフィン(例えば日本ゼオン(株)製 ゼオノア1600:160℃)、ポリアリレート(PAr:210℃)、ポリエーテルスルホン(PES:220℃)、ポリスルホン(PSF:190℃)、シクロオレフィンコポリマー(COC:特開2001−150584号公報の化合物:162℃)、フルオレン環変性ポリカーボネート(BCF−PC:特開2000−227603号公報の化合物:225℃)、脂環変性ポリカーボネート(IP−PC:特開2000−227603号公報の化合物:205℃)、アクリロイル化合物(特開2002−80616号公報の化合物:300℃以上)、ポリイミド等が挙げられ(括弧内はTgを示す)、これらは本願発明における基材として好適である。なかでも、特に透明性が求められる用途には、脂環式ポレオレフィンを使用することが好ましい。 The heat resistance of the plastic substrate preferably satisfies at least one of the physical properties of a glass transition temperature (Tg) of 100 ° C. or higher and a linear thermal expansion coefficient of 40 ppm / ° C. or lower. The Tg and linear expansion coefficient of the plastic substrate are measured by the plastic transition temperature measurement method described in JIS K 7121 and the linear expansion coefficient test method based on the thermomechanical analysis of plastic described in JIS K 7197. The Tg and linear expansion coefficient of the plastic film can be adjusted by additives. Examples of such a thermoplastic resin having excellent heat resistance include polyethylene naphthalate (PEN: 120 ° C.), polycarbonate (PC: 140 ° C.), and alicyclic polyolefin (for example, ZEONOR 1600: 160 ° C. manufactured by Nippon Zeon Co., Ltd.). , Polyarylate (PAr: 210 ° C.), polyether sulfone (PES: 220 ° C.), polysulfone (PSF: 190 ° C.), cycloolefin copolymer (COC: compound of JP 2001-150584 A, 162 ° C.), fluorene ring Modified polycarbonate (BCF-PC: compound of JP 2000-227603 A: 225 ° C.), alicyclic modified polycarbonate (IP-PC: compound of JP 2000-227603 A: 205 ° C.), acryloyl compound (JP 2002) Compound of No.-80616 300 ° C. or higher), polyimide and the like (in parentheses indicate the Tg), they are suitable as substrates in the present invention. Especially, it is preferable to use an alicyclic polyolefin for the use for which transparency is particularly required.

本願発明の電極基板に付与する透明導電層の素材としては、導電性金属類(例、白金、金、銀、銅、アルミニウム、インジウム、チタン)、導電性炭素(カーボンブラック、カーボンナノファイバー、カーボンナノチューブ)、導電性金属酸化物(例、酸化スズ、酸化亜鉛)または導電性複合金属酸化物(例、インジウム‐スズ酸化物、インジウム−亜鉛酸化物)がある。高い光学的透明性を有するという点で、導電性金属酸化物、導電性複合金属酸化物が好ましく、耐熱性と化学安定性に優れるという点で、インジウム‐スズ複合酸化物(ITO)やインジウム‐亜鉛酸化物(IZO)が特に好ましい。その素材においては、組成内容は他の素材との混合でもよく、また形態なども限定されるものではない。また導電性層の形成においても、その方法は限定されるものではなく、スパッタ法、蒸着法さらには分散物を塗布する方法などが選定できる。透明基板上に透明電極層を設けた電極基板の光透過率(測定波長:500nm)は、60%以上が好ましく、75%以上であることがさらに好ましく、80%以上が最も好ましく、特には85%以上が好ましい。前記電極基板の導電性と透明性は、透明導電層の形成方法を最適化することで、例えば、蒸着時間、分散液塗布量などを最適化することで、両立させることができる。 The material of the transparent conductive layer to be applied to the electrode substrate of the present invention includes conductive metals (eg, platinum, gold, silver, copper, aluminum, indium, titanium), conductive carbon (carbon black, carbon nanofiber, carbon Nanotubes), conductive metal oxides (eg, tin oxide, zinc oxide) or conductive composite metal oxides (eg, indium-tin oxide, indium-zinc oxide). In terms of having high optical transparency, conductive metal oxides and conductive composite metal oxides are preferred, and in terms of heat resistance and chemical stability, indium-tin composite oxide (ITO) and indium- Zinc oxide (IZO) is particularly preferred. In the material, the composition may be mixed with other materials, and the form is not limited. In addition, the method for forming the conductive layer is not limited, and a sputtering method, a vapor deposition method, a method of applying a dispersion, and the like can be selected. The light transmittance (measurement wavelength: 500 nm) of the electrode substrate provided with the transparent electrode layer on the transparent substrate is preferably 60% or more, more preferably 75% or more, most preferably 80% or more, and particularly 85. % Or more is preferable. The conductivity and transparency of the electrode substrate can be achieved by optimizing the method of forming the transparent conductive layer, for example, by optimizing the deposition time, the amount of dispersion applied, and the like.

本願発明においては、低い表面抵抗値を達成するために、導電層に金属を用いることができる。金属メッシュ構造からなる透明導電性層を形成することにより高い透明性も達成できる。低抵抗の金属材料(例、銅、銀、アルミニウム、白金、金、チタン、ニッケルなど)を用いて金属メッシュ構造からなる透明導電性層を形成することが好ましい。この場合には、導電層には集電のための補助リードをパターニングなどにより配置させることができる。補助リードも導電層と同様に低抵抗の金属材料(例、銅、銀、アルミニウム、白金、金、チタン、ニッケルなど)によって形成される。補助リードを含めた表面の抵抗値は本発明の目的に有ったものであれば特に限定されない。ここで補助リードのパターンは透明基板に蒸着、スパッタリングなどにより形成し、さらにその上に酸化スズ、ITO膜、IZO膜などからなる透明導電層を設けることも好ましい。 In the present invention, a metal can be used for the conductive layer in order to achieve a low surface resistance value. High transparency can also be achieved by forming a transparent conductive layer having a metal mesh structure. It is preferable to form a transparent conductive layer having a metal mesh structure using a low-resistance metal material (eg, copper, silver, aluminum, platinum, gold, titanium, nickel, etc.). In this case, auxiliary leads for collecting current can be disposed on the conductive layer by patterning or the like. The auxiliary lead is also formed of a low-resistance metal material (eg, copper, silver, aluminum, platinum, gold, titanium, nickel, etc.) in the same manner as the conductive layer. The resistance value of the surface including the auxiliary lead is not particularly limited as long as it has the object of the present invention. Here, the auxiliary lead pattern is preferably formed on the transparent substrate by vapor deposition, sputtering, or the like, and a transparent conductive layer made of tin oxide, ITO film, IZO film or the like is further provided thereon.

本願発明は、色素増感型光電変換素子の光電極及び対向電極を構成する導電性電極基板の組み合わせにおいて、特定の導電性を有する導電性電極基板を使用することを特徴とするものである。具体的には、導電性光電極基板と導電性対向電極基板の一方の電極基板抵抗が100Ω未満であり、他方の電極基板抵抗が100Ω〜500Ωである。さらに一方の電極基板抵抗は100Ω未満であり、好ましくは70Ω以下であり、より好ましくは50Ω以下であり、更に好ましくは30Ω以下であり、特に好ましくは15Ω以下である。また、他方の電極基板抵抗は100Ω〜500Ωであり、好ましくは100Ω〜400Ωであり、より好ましくは100Ω〜250Ωである。 The present invention is characterized in that a conductive electrode substrate having specific conductivity is used in a combination of a conductive electrode substrate constituting a photoelectrode and a counter electrode of a dye-sensitized photoelectric conversion element. Specifically, one electrode substrate resistance of the conductive photoelectrode substrate and the conductive counter electrode substrate is less than 100Ω, and the other electrode substrate resistance is 100Ω to 500Ω. Furthermore, one electrode substrate resistance is less than 100Ω, preferably 70Ω or less, more preferably 50Ω or less, still more preferably 30Ω or less, and particularly preferably 15Ω or less. The other electrode substrate resistance is 100Ω to 500Ω, preferably 100Ω to 400Ω, and more preferably 100Ω to 250Ω.

本願発明に用いられるカーボンナノチューブについて説明する。カーボンナノチューブは、マルチウォールカーボンナノチューブ(多層カーボンナノチューブ;MWCT)、シングルウォールカーボンナノチューブ(単層カーボンナノチューブ;SWCT)のいずれであってもよい。各々単独に用いても、混合してもよい。また、カーボンナノホーン、カーボンナノコイル、カーボンナノビーズを用いても良い。
カーボンナノチューブは、その伝導度によって金属性カーボンナノチューブと半導体性カーボンナノチューブに分類されるが用途に応じて、半導体性と金属性の混合比率を調整することが好ましい。導電性用途としてカーボンナノチューブ層を用いる場合には、金属性カーボンナノチューブの比率が高いほうが好ましく、半導体用途としてカーボンナノチューブ層を用いる場合には、半導体性カーボンナノチューブの比率が高いほうが好ましい。本願発明では光電変換素子の光電変換率を向上させるため、半導体性
カーボンナノチューブ の割合が多い方が好ましい。本願発明のカーボンナノチューブは、さらに金属などが内包されていてもよい。また、フラーレンが内包されたピーポッドナノチューブを用いても良い。カーボンナノチューブは、任意の方法、例えばアーク放電法、レーザーアブレーション法、CVD法、スーパーグロス法などによって合成することができる。
The carbon nanotube used in the present invention will be described. The carbon nanotube may be either a multi-wall carbon nanotube (multi-wall carbon nanotube; MWCT) or a single-wall carbon nanotube (single-wall carbon nanotube; SWCT). Each may be used alone or in combination. Carbon nanohorns, carbon nanocoils, and carbon nanobeads may also be used.
Carbon nanotubes are classified into metallic carbon nanotubes and semiconducting carbon nanotubes according to their conductivity, but it is preferable to adjust the mixing ratio of semiconducting properties and metallic properties according to the application. When the carbon nanotube layer is used as a conductive application, a higher ratio of metallic carbon nanotubes is preferable. When a carbon nanotube layer is used as a semiconductor application, a higher ratio of semiconductor carbon nanotubes is preferable. In the present invention, in order to improve the photoelectric conversion rate of the photoelectric conversion element, it is preferable that the ratio of semiconducting carbon nanotubes is large. The carbon nanotube of the present invention may further contain a metal or the like. Moreover, you may use the peapod nanotube in which fullerene was included. Carbon nanotubes can be synthesized by any method, for example, arc discharge method, laser ablation method, CVD method, super gloss method and the like.

本願発明に用いられるカーボンナノチューブは、表面を官能基で修飾されていてもよい。 官能基としては、ヒドロキシ基、カルボキシ基、アミノ基が好ましい。これらの官能基は、上記易接着層との化学反応により、カーボンナノチューブ層と易接着層との密着性をより高めることに効果がある。これらの官能基は、任意の方法を利用して導入することが可能であり(例えば、特開2005−41835号公報を参照。)、官能基の導入量としては、用途に応じて適宜調整することが好ましい。 The surface of the carbon nanotube used in the present invention may be modified with a functional group. The functional group is preferably a hydroxy group, a carboxy group, or an amino group. These functional groups are effective in enhancing the adhesion between the carbon nanotube layer and the easy adhesion layer by a chemical reaction with the easy adhesion layer. These functional groups can be introduced using any method (see, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2005-41835), and the amount of functional groups introduced is appropriately adjusted depending on the application. It is preferable.

本願発明に用いられるカーボンナノチューブは、高い機械強度を与えてカーボンナノチューブ層含有構造体の特性を高める観点から、架橋されていることも好ましい。カーボンナノチューブの架橋については、カーボンナノチューブ表面に導入したヒドロキシ基、カルボキシ基、アミノ基を利用して架橋剤と反応させる方法が好ましい。架橋反応としては、エステル化、エーテル化、アミド化反応が好適に用いられる(例えば、特開2005−41835号公報を参照。)。架橋密度は、用途に応じて調整することが好ましい。本願発明に用いられるカーボンナノチューブの直径としては、0.3nm以上100nm以下であることが好ましい。より好ましくは、1nm以上30nm以下である。本願発明に用いられるカーボンナノチューブの長さとしては、0.1μm以上100μm以下であることが好ましい。 The carbon nanotubes used in the present invention are preferably cross-linked from the viewpoint of giving high mechanical strength and enhancing the characteristics of the carbon nanotube layer-containing structure. As for the cross-linking of the carbon nanotube, a method of reacting with a cross-linking agent using a hydroxy group, a carboxy group, or an amino group introduced on the surface of the carbon nanotube is preferable. As the crosslinking reaction, esterification, etherification, or amidation reaction is preferably used (see, for example, JP-A-2005-41835). The crosslink density is preferably adjusted according to the application. The diameter of the carbon nanotube used in the present invention is preferably 0.3 nm or more and 100 nm or less. More preferably, they are 1 nm or more and 30 nm or less. The length of the carbon nanotube used in the present invention is preferably 0.1 μm or more and 100 μm or less.

本願発明のカーボンナノチューブ層含有構造体の製造方法は、透明支持体上にカーボンナノチューブ層を塗布することで作製することができる。この際に用いる、カーボンナノチューブを含有する塗布液については、用途に応じて、適宜、粘度、表面張力などの物性を調整することが好ましい。カーボンナノチューブを含有する塗布液の塗布に関しては、原崎勇次著、「コーティング方式」、慎書店1979年10月発行に示されているリバースコータ、グラビアコータ、ロッドコータ、エアドクタコータ、スピンコート、スプレー塗布などをはじめ、任意の塗布装置を用いることができる。カーボンナノチューブ層の厚さは、特に限定されないが、0.001〜10μmが好ましい。 The method for producing a carbon nanotube layer-containing structure of the present invention can be produced by applying a carbon nanotube layer on a transparent support. Regarding the coating solution containing carbon nanotubes used at this time, it is preferable to appropriately adjust physical properties such as viscosity and surface tension according to the application. Regarding the coating of coating solutions containing carbon nanotubes, reverse coaters, gravure coaters, rod coaters, air doctor coaters, spin coaters, sprays, as shown in Yuji Harasaki, “Coating Method”, published by Shinsho, October 1979 Arbitrary coating devices such as coating can be used. Although the thickness of a carbon nanotube layer is not specifically limited, 0.001-10 micrometers is preferable.

なお、本願発明では、カーボンナノチューブ以外の炭素材料、例えば、フラーレン、グラファイト等をカーボンナノチュウブの代わりに使用することもできる。 In the present invention, carbon materials other than carbon nanotubes, for example, fullerene, graphite and the like can be used instead of carbon nanotubes.

(2)下塗り層
本願発明においては、下塗り層を設けることができる。下塗り層は、電解液層が液体である場合には、電解液層が透明導電層と接触した構造となるため、透明導電層から電解液層へ電子が漏れ出す逆電子移動と呼ばれる内部短絡現象が発生して、光の照射と無関係な逆電流が発生して光電変換効率が低下することを防ぐ役割と、多孔質半導体微粒子層の導電性基板への密着性を向上させる役割を持つものである。
(2) Undercoat layer In this invention, an undercoat layer can be provided. When the electrolyte layer is a liquid, the undercoat layer has a structure in which the electrolyte layer is in contact with the transparent conductive layer, so an internal short circuit phenomenon called reverse electron transfer in which electrons leak from the transparent conductive layer to the electrolyte layer It has a role to prevent the photoelectric conversion efficiency from decreasing due to generation of reverse current unrelated to light irradiation and to improve the adhesion of the porous semiconductor fine particle layer to the conductive substrate. is there.

下塗り層の素材としては、高抵抗な半導体および絶縁物質であれば、特に限定はされない。例えば、酸化チタン、酸化ニオブ、酸化タングステン等がある。また、下塗り層を形成する方法としては、上記素材を透明導電層に直接スパッタする方法、あるいは上記素材を溶媒に溶解した溶液、金属酸化物の前駆体である金属水酸化物を溶解した溶液、または有機金属化合物を、水を含む混合溶媒に溶解した金属水酸化物を含む溶液を、基板と導電層からなる導電性基板上に塗布、乾燥し、必要に応じて焼結する方法がある。   The material for the undercoat layer is not particularly limited as long as it is a high resistance semiconductor and insulating material. For example, there are titanium oxide, niobium oxide, tungsten oxide, and the like. In addition, as a method of forming the undercoat layer, a method of directly sputtering the material on the transparent conductive layer, a solution in which the material is dissolved in a solvent, a solution in which a metal hydroxide that is a precursor of a metal oxide is dissolved, Alternatively, there is a method in which a solution containing a metal hydroxide obtained by dissolving an organometallic compound in a mixed solvent containing water is applied onto a conductive substrate composed of a substrate and a conductive layer, dried, and sintered as necessary.

本願発明の下塗り層は、有機チタンオリゴマー及びその加水分解生成物により形成されることが好ましい。本願発明に使用する有機チタンオリゴマーは、チタンアルコキシド(Ti−OR)化合物やチタンキレート化合物を縮合させ、多量体構造(−Ti−O−Ti−)を分子内に有する化合物である。チタンをオリゴマー化することで、多量体構造(−Ti−O−Ti−)を分子内に有する面構造を持たせることで、隙間なく透明導電性基板表面を密に被膜化できる。なお、本願発明は有機チタンオリゴマーに限定されるものではなく、多量体構造(−M−O−M−)を分子内に有する有機金属オリゴマー(Mは金属)であれば、同様の効果を得られる。   The undercoat layer of the present invention is preferably formed of an organic titanium oligomer and a hydrolysis product thereof. The organic titanium oligomer used in the present invention is a compound having a multimeric structure (—Ti—O—Ti—) in the molecule by condensing a titanium alkoxide (Ti—OR) compound or a titanium chelate compound. By oligomerizing titanium, a surface structure having a multimeric structure (—Ti—O—Ti—) in the molecule can be provided, so that the surface of the transparent conductive substrate can be densely formed without gaps. In addition, this invention is not limited to an organic titanium oligomer, The same effect will be acquired if it is an organometallic oligomer (M is a metal) which has a multimeric structure (-MOMM) in a molecule | numerator. It is done.

下塗り層を導電性基板に形成した場合に、チタンモノマーによる製膜では亀裂が生じる条件下においても、良好な下塗り層を形成することができる。また、従来下塗り層に用いられている金属アルコキシドは、反応性が高く容易に加水分解され塗膜表面の性状を制御することが難しい。しかし、本発明に使用した有機チタンオリゴマーは、加水分解速度が遅く、塗膜表面の性状が安定しており、金属酸化物からなる半導体多孔質層を重層する場合に下塗り層の塗膜表面性状が長時間に亘って安定であるという長所がある。   When the undercoat layer is formed on a conductive substrate, a good undercoat layer can be formed even under conditions in which cracking occurs in film formation with a titanium monomer. Further, metal alkoxides conventionally used for undercoat layers are highly reactive and easily hydrolyzed, making it difficult to control the properties of the coating film surface. However, the organotitanium oligomer used in the present invention has a slow hydrolysis rate, a stable coating surface property, and a coating layer surface property of the undercoat layer when a semiconductor porous layer made of a metal oxide is overlaid. Has the advantage of being stable over a long period of time.

本願発明に使用する有機チタンオリゴマーは、テトラアルコキシチタンを実質的に溶媒で希釈することなく、水又は水と水溶性溶媒との混合液を添加して加水分解処理する方法で製造される(特開2008−156280)。また、本願発明に使用する有機チタンオリゴマーは、塗膜形成性、塗膜密着性(接着性)を改良するために、チタン化合物オリゴマーに対し、分子中に1個以上のアルコキシ基を有するシリコン化合物を反応させた構造又は混合させた組成を有する複合化合物(特開2008−143990)であってもよい。   The organotitanium oligomer used in the present invention is produced by a method of hydrolysis by adding water or a mixture of water and a water-soluble solvent without substantially diluting tetraalkoxytitanium with a solvent (special feature). Open 2008-156280). In addition, the organic titanium oligomer used in the present invention is a silicon compound having one or more alkoxy groups in the molecule with respect to the titanium compound oligomer in order to improve the coating film formability and coating film adhesion (adhesiveness). It may be a composite compound (Japanese Patent Laid-Open No. 2008-143990) having a structure obtained by reacting or a mixture.

導電性電極基板上に下塗り層を形成するためには、有機チタンオリゴマー溶液を導電性基板上に塗布し、加熱を行うことにより乾燥焼成して膜を形成するゾル−ゲル法を用いることが好ましい。溶媒としては、ブタノール等のアルコール類、ヘキサン、トルエン等の炭化水素類及びその混合物であって、乾燥速度の観点から沸点が100℃前後のものが好ましい。 また、塗布方法としては、グラビア塗布法、バー塗布法、印刷法、スプレー法、スピンコーティング法、ディップ法、ダイコート法等が挙げられる。   In order to form an undercoat layer on a conductive electrode substrate, it is preferable to use a sol-gel method in which an organic titanium oligomer solution is applied on a conductive substrate, dried and baked by heating to form a film. . The solvent is preferably an alcohol such as butanol, a hydrocarbon such as hexane or toluene, or a mixture thereof having a boiling point of about 100 ° C. from the viewpoint of drying speed. Examples of the coating method include a gravure coating method, a bar coating method, a printing method, a spray method, a spin coating method, a dip method, and a die coating method.

本願発明の光電極層の製造方法では、下塗り層と後述する金属酸化物多孔質半導体層との密着性、特に、電解液中での剥離を防ぐため、下塗り層表面のぬれ張力が50mN/m未満で、金属酸化物半導体微粒子を重層する。本願発明のように、下塗り層を有機チタンオリゴマーから形成すると、金属アルコキシドモノマーから形成した場合に比べ、塗膜表面のぬれ張力の経時変化が緩慢であるため、下塗り層に金属酸化物多孔質半導体層を逐次または連続して重層することが容易となる。   In the method for producing a photoelectrode layer of the present invention, in order to prevent adhesion between the undercoat layer and the metal oxide porous semiconductor layer, which will be described later, in particular, peeling in the electrolytic solution, the wetting tension on the surface of the undercoat layer is 50 mN / m. Less than, the metal oxide semiconductor fine particles are overlaid. When the undercoat layer is formed from an organotitanium oligomer as in the present invention, the change in the wetting tension of the coating surface over time is slower than when formed from a metal alkoxide monomer. It becomes easy to layer the layers sequentially or continuously.

(3)半導体微粒子
本願発明の多孔質半導体微粒子層は、ナノサイズの細孔が内部に網目状に形成されたいわゆるメソポーラスな半導体層からなっている。多孔質半導体微粒子層を形成する半導体微粒子としては、金属の酸化物及び金属カルコゲニドを使用することができる。金属酸化物及び金属カルコゲニドを構成する金属元素としては、例えば、チタン、スズ、亜鉛、鉄、タングステン、ジルコニウム、ストロンチウム、インジウム、セリウム、バナジウム、ニオブ、タンタル、カドミウム、亜鉛、鉛、アンチモン、ビスマス、カドミウム、鉛などが挙げられる。以下に説明する。
(3) Semiconductor fine particles The porous semiconductor fine particle layer of the present invention comprises a so-called mesoporous semiconductor layer in which nano-sized pores are formed in a network. As the semiconductor fine particles forming the porous semiconductor fine particle layer, metal oxides and metal chalcogenides can be used. Examples of the metal element constituting the metal oxide and the metal chalcogenide include titanium, tin, zinc, iron, tungsten, zirconium, strontium, indium, cerium, vanadium, niobium, tantalum, cadmium, zinc, lead, antimony, bismuth, Examples include cadmium and lead. This will be described below.

本願発明の半導体微粒子は、公知の方法を用いて製造することができる。製造方法としては、例えば「ゾル−ゲル法の科学」アグネ承風社(1998年)に記載されているゾル−ゲル法や、金属塩化物を無機酸水素塩中で高温加水分解により酸化物を作製する方法や、金属化合物を気相中、高温で熱分解して超微粒子とする気相噴霧熱分解法などにより調製できる。これらの方法によって作る二酸化チタン(TiO2)の超微粒子やナノ粒子については、「微粒子工学体系第2巻(応用技術)」柳田博明監修(2002年)に解説されている。金属酸化物半導体材料としては、チタン、スズ、亜鉛、鉄、タングステン、ジルコニウム、ストロンチウム、インジウム、セリウム、バナジウム、ニオブ、タンタル、カドミウム、鉛、アンチモン、ビスマスの酸化物がある。半導体材料としては、n型の無機半導体材料がある。具体的には、TiO2、ZnO、Nb2O3、SnO2、WO3、Si、CdS、CdSe、V2O5、ZnS、ZnSe、KTaO3、FeS2、PbSなどが好ましく、TiO2、ZnO、Nb2O3、SnO2、WO3がより好ましく、二酸化チタン(TiO2)が特に好ましい。 The semiconductor fine particles of the present invention can be produced using a known method. As the production method, for example, the sol-gel method described in “Science of Sol-Gel Method”, Agne Jofu Co., Ltd. (1998), or metal chloride is converted to an oxide by high-temperature hydrolysis in an inorganic hydrogen salt. It can be prepared by a production method, a vapor-phase spray pyrolysis method in which a metal compound is thermally decomposed at a high temperature in a gas phase to form ultrafine particles. The ultrafine particles and nanoparticles of titanium dioxide (TiO2) produced by these methods are explained in “Particle Engineering System Vol. 2 (Applied Technology)” supervised by Hiroaki Yanagida (2002). Examples of the metal oxide semiconductor material include oxides of titanium, tin, zinc, iron, tungsten, zirconium, strontium, indium, cerium, vanadium, niobium, tantalum, cadmium, lead, antimony, and bismuth. As the semiconductor material, there is an n-type inorganic semiconductor material. Specifically, TiO2, ZnO, Nb2O3, SnO2, WO3, Si, CdS, CdSe, V2O5, ZnS, ZnSe, KTaO3, FeS2, PbS, etc. are preferred, TiO2, ZnO, Nb2O3, SnO2, WO3 are more preferred, and dioxide dioxide. Titanium (TiO2) is particularly preferred.

二酸化チタンの製造方法は、四塩化チタンや硫酸チタニルを加水分解する液相法と四塩化チタンと酸素または酸素含有ガスとを混合燃焼する気相法とがある。液相法はアナターゼを主相として得ることができるが、ゾルまたはスラリー状となり、粉末として使用するためには乾燥が必要であるが、乾燥により凝集(二次粒子化)が進むという問題がある。一方、気相法は、溶媒を使用しないため液相法に比べ分散性に優れ、合成時の温度が高く、結晶性に優れるという特徴がある。
ところで、二酸化チタンナノ粒子の結晶形には、アナターゼ型、ブルッカイト型、ルチル型がある。酸化チタンを気相法により製造するとき、最も低温で生成し安定な酸化チタンはアナターゼ型であり、熱処理を加えるに従い、ブルッカイト型、ルチル型へと変換する。結晶構造はX線回折法による回折パターンの測定や透過型電子顕微鏡観察による結晶格子像の検出により判断できる。また、二酸化チタンナノ粒子の平均粒子径は、レーザー光散乱法による光相関法や走査型電子顕微鏡観察法による粒径分布測定から算出できる。
As a method for producing titanium dioxide, there are a liquid phase method in which titanium tetrachloride and titanyl sulfate are hydrolyzed and a gas phase method in which titanium tetrachloride and oxygen or an oxygen-containing gas are mixed and burned. In the liquid phase method, anatase can be obtained as the main phase, but it becomes a sol or slurry, and drying is necessary to use it as a powder, but there is a problem that aggregation (secondary particle formation) proceeds by drying. . On the other hand, the vapor phase method is characterized by excellent dispersibility, high temperature during synthesis, and excellent crystallinity compared to the liquid phase method because no solvent is used.
By the way, there are anatase type, brookite type and rutile type in the crystal form of titanium dioxide nanoparticles. When titanium oxide is produced by a vapor phase method, titanium oxide that is stable at the lowest temperature is anatase type, and is converted into a brookite type or a rutile type as heat treatment is applied. The crystal structure can be determined by measuring a diffraction pattern by an X-ray diffraction method or detecting a crystal lattice image by observation with a transmission electron microscope. Moreover, the average particle diameter of the titanium dioxide nanoparticles can be calculated from a particle size distribution measurement by a light correlation method using a laser light scattering method or a scanning electron microscope observation method.

本願発明に用いる一次粒子の平均粒子径が40〜70nmの結晶性二酸化チタンナノ粒子は、気相法により得られたものであり、ルチル型結晶とアナターゼ型結晶の混合物であり、ルチル化率は40%以下である。ルチル化率が40%を超えると光触媒としての機能が低下し、光起電力が低下するため色素増感型光電変換素子として十分な性能を得られないからである。二酸化チタンナノ粒子の形態は、無定形、球形、多面体、繊維状、ナノチューブ状などの種々の形態であってもよいが、多面体またはナノチューブ状の形態が好ましく、多面体の形態がより好ましい。分散安定性の観点から半導体微粒子分散液に含まれる固形分濃度は0.1〜25wt%であり、0.5〜20wt%が好ましく、0.5〜15wt%がより好ましい。 Crystalline titanium dioxide nanoparticles having an average primary particle size of 40 to 70 nm used in the present invention are obtained by a gas phase method, and are a mixture of rutile type crystals and anatase type crystals. % Or less. This is because when the rutile ratio exceeds 40%, the function as a photocatalyst is lowered and the photovoltaic power is lowered, so that sufficient performance as a dye-sensitized photoelectric conversion element cannot be obtained. The form of the titanium dioxide nanoparticles may be various forms such as amorphous, spherical, polyhedral, fibrous, and nanotube-like, but a polyhedral or nanotube-like form is preferable, and a polyhedral form is more preferable. From the viewpoint of dispersion stability, the solid content concentration contained in the semiconductor fine particle dispersion is 0.1 to 25 wt%, preferably 0.5 to 20 wt%, and more preferably 0.5 to 15 wt%.

一方、本願発明に用いる一次粒子の平均粒子径が10〜30nmの金属酸化物半導体ナノ粒子は、液相法により得られたブルッカイト型結晶を含む二酸化チタンナノ粒子を分散した酸性ゾル水溶液として調製されている。ブルッカイト型の酸化チタンは、色素との結合性に優れ、ルチル型やアナターゼ型酸化チタンに比べて高い光電変換効率が得られるからである。液相法により製造したブルッカイト型酸化チタン、特に四塩化チタンまたは三塩化チタンの加水分解により製造されたブルッカイト型酸化チタンが好ましい。多孔質半導体微粒子層を形成する半導体ナノ粒子分散液として使用するため分散ゾルの状態で問題がなく、分散状態も安定しており塗膜性に優れるからである。分散性を高めるため水媒体は酸性に調製してあり、pHは1〜6、好ましくは、pHは3〜5である。分散安定性の観点から半導体微粒子分散液に含まれる固形分濃度は1〜15wt%であり、2〜12wt%が好ましく、2〜10wt%がより好ましい。 On the other hand, metal oxide semiconductor nanoparticles having an average primary particle size of 10 to 30 nm used in the present invention are prepared as an aqueous solution of acidic sol in which titanium dioxide nanoparticles containing brookite crystals obtained by a liquid phase method are dispersed. Yes. This is because brookite-type titanium oxide is excellent in binding property to a dye and can provide higher photoelectric conversion efficiency than rutile or anatase-type titanium oxide. Brookite-type titanium oxide produced by a liquid phase method, particularly brookite-type titanium oxide produced by hydrolysis of titanium tetrachloride or titanium trichloride is preferred. This is because there is no problem in the state of the dispersed sol because it is used as a semiconductor nanoparticle dispersion for forming a porous semiconductor fine particle layer, the dispersion state is stable, and the coating properties are excellent. In order to enhance dispersibility, the aqueous medium is adjusted to be acidic, and the pH is 1 to 6, preferably 3 to 5. From the viewpoint of dispersion stability, the solid content concentration contained in the semiconductor fine particle dispersion is 1 to 15 wt%, preferably 2 to 12 wt%, and more preferably 2 to 10 wt%.

(4)半導体微粒子分散液
本願発明は、半導体微粒子分散液を導電性電極基板上に塗布し、加熱処理して多孔質半導体微粒子層を形成する色素増感型光電変換素子用光電極に関するものである。本願発明においてプラスチック基板を用いる場合は、低温製膜法を採用するため、分散液の製膜性及びレべリング性を高める目的で添加される樹脂やラテックス等のバインダー材料を含まない分散液組成が好ましい。本願発明の半導体微粒子分散液は、半導体微粒子を水と炭素数5以下のアルコールの混合物からなる溶媒に分散させたものであり、粘性のある乳白色の液体である。
(4) Semiconductor fine particle dispersion The present invention relates to a photoelectrode for a dye-sensitized photoelectric conversion element in which a semiconductor fine particle dispersion is applied on a conductive electrode substrate and heat-treated to form a porous semiconductor fine particle layer. is there. In the case of using a plastic substrate in the present invention, a low temperature film forming method is adopted, so that the dispersion composition does not contain a binder material such as resin or latex added for the purpose of improving the film forming property and leveling property of the dispersion. Is preferred. The semiconductor fine particle dispersion of the present invention is a viscous milky white liquid in which semiconductor fine particles are dispersed in a solvent comprising a mixture of water and an alcohol having 5 or less carbon atoms.

本願発明の半導体微粒子分散液に使用する溶媒は、エタノールを主成分とする親水性有機溶媒と水との混合溶媒である。親水性溶媒として、他の炭素数3〜5のアルコールを選択することができ、t−ブタノール、2−ブタノールなどを添加することができる。本願発明の半導体微粒子分散液には、前記アルコールに加えて水が分散溶媒として用いられる。これは、半導体微粒子の分散安定性を維持し、分散液の粘度を適性に維持する目的で添加するものである。 The solvent used for the semiconductor fine particle dispersion of the present invention is a mixed solvent of a hydrophilic organic solvent mainly containing ethanol and water. As the hydrophilic solvent, other alcohols having 3 to 5 carbon atoms can be selected, and t-butanol, 2-butanol and the like can be added. In the semiconductor fine particle dispersion of the present invention, water is used as a dispersion solvent in addition to the alcohol. This is added for the purpose of maintaining the dispersion stability of the semiconductor fine particles and maintaining the viscosity of the dispersion at an appropriate level.

本願発明では、分散液中に一次粒子の平均粒子径が10〜30nmの半導体微粒子と一次粒子の平均粒子径が40〜70nmの半導体微粒子の両方を含ませることができる。一次粒子の平均粒径の範囲が重複しない半導体微粒子を単純に混合することで、比表面積が大きく増感色素の担持量が多く、電解液層を構成する電解液が多孔質半導体微粒子層の細部にまで拡散できる、多孔質構造の多孔質半導体微粒子層を容易に製造できる。したがって、特開2002−324591号公報に提案されているような金属酸化物半導体ナノ粒子と溶媒を必須成分とする金属酸化物半導体ナノ粒子分散液を、分散液組成を連続または不連続に変化させつつ噴霧する必要はない。また、平均粒径が大きく異なる粒子の混合により、乾燥時の体積収縮歪を緩和できる。さらに、一次粒子の平均粒子径が10〜30nmの半導体微粒子の脱水縮合により、乾燥後形成される多孔質半導体微粒子層の構造がしっかりしたものになる。 In the present invention, the dispersion may contain both semiconductor fine particles having an average primary particle diameter of 10 to 30 nm and semiconductor fine particles having an average primary particle diameter of 40 to 70 nm. By simply mixing semiconductor particles that do not overlap the average particle size range of the primary particles, the specific surface area is large and the amount of sensitizing dye supported is large. It is possible to easily produce a porous semiconductor fine particle layer having a porous structure capable of diffusing up to. Therefore, a metal oxide semiconductor nanoparticle dispersion liquid containing metal oxide semiconductor nanoparticles and a solvent as essential components as proposed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-324591 can be changed continuously or discontinuously. There is no need to spray. Moreover, the volume shrinkage distortion at the time of drying can be relieve | moderated by mixing the particle | grains from which an average particle diameter differs greatly. Furthermore, the structure of the porous semiconductor fine particle layer formed after drying is solidified by dehydration condensation of the semiconductor fine particles having an average primary particle size of 10 to 30 nm.

本願発明の一次粒子の平均粒子径が40〜70nmの半導体微粒子を溶媒に分散させる方法には、ペイントコンディショナー、ホモジナイザー、超音波攪拌装置などが用いられ、自転/公転併用式のミキシングコンディショナーが好適に用いられる。一次粒子の平均粒子径が40〜70nmの半導体微粒子を溶媒に分散させた後、一次粒子の平均粒子径が10〜30nmの半導体微粒子を分散した酸性ゾル水溶液を添加して、半導体微粒子分散液を調製する。分散安定性と塗膜形成性の観点から分散液に含まれる半導体微粒子全体の固形分濃度は5〜30wt%であり、8〜25wt%が好ましく、8〜20wt%がより好ましい。 A paint conditioner, a homogenizer, an ultrasonic stirrer, or the like is used as a method for dispersing semiconductor fine particles having an average primary particle size of 40 to 70 nm in a solvent in the present invention, and a rotating / revolving combined mixing conditioner is preferable. Used. After dispersing semiconductor fine particles having an average primary particle size of 40 to 70 nm in a solvent, an acidic sol aqueous solution in which semiconductor fine particles having an average primary particle size of 10 to 30 nm are dispersed is added to obtain a semiconductor fine particle dispersion. Prepare. From the viewpoint of dispersion stability and coating film formability, the solid content concentration of the entire semiconductor fine particles contained in the dispersion is 5 to 30 wt%, preferably 8 to 25 wt%, and more preferably 8 to 20 wt%.

(5)多孔質半導体微粒子層
本願発明の多孔質半導体粒子層、すなわち、上記の半導体微粒子によって構成される多孔質半導体粒子層において、層内を空孔が占める体積分率で示される空孔率は、50%〜85%であることが好ましく、65%〜85%であることがさらに好ましい。
多孔質半導体粒子層は、2種類以上の微粒子群を含むことができる。2種以上の微粒子群は、例えば、粒径分布が異なるものであることができる。粒径分布が異なる2種類以上の微粒子群を含む場合、最も小さい粒子群の平均サイズは20nm以下が好ましい。この超微粒子に対して、光散乱により光吸収を高める目的で、平均粒径が200nmを越える大きな粒子を、質量割合として5質量%〜30質量%の割合で添加することが好ましい。本願発明の光電変換素子は、多孔質半導体粒子層が色素によって増感されているので色素を多孔質半導体粒子層表面に吸着分子として持っている。
(5) Porous semiconductor fine particle layer In the porous semiconductor particle layer of the present invention, that is, the porous semiconductor particle layer constituted by the semiconductor fine particles described above, the porosity represented by the volume fraction occupied by the voids in the layer Is preferably 50% to 85%, more preferably 65% to 85%.
The porous semiconductor particle layer can include two or more types of fine particle groups. The two or more types of fine particle groups can have different particle size distributions, for example. When two or more types of fine particle groups having different particle size distributions are included, the average size of the smallest particle group is preferably 20 nm or less. For the purpose of enhancing light absorption by light scattering, it is preferable to add large particles having an average particle diameter exceeding 200 nm to the ultrafine particles at a mass ratio of 5% by mass to 30% by mass. The photoelectric conversion element of the present invention has the dye as an adsorbed molecule on the surface of the porous semiconductor particle layer because the porous semiconductor particle layer is sensitized by the dye.

(6)増感色素
本願発明の増感色素について記述する。増感色素としては、電気化学の分野で色素分子を用いる光電極の分光増感にこれまで用いられてきた各種の有機系、金属錯体系の増感材料が用いられる。また、光電変換の波長領域をできるだけ広くし、かつ、変換効率を上げるために、二種類以上の色素を混合して用いてもよく、光源の波長域と強度分布に合わせて、混合する色素とその混合割合を選択してもよい。
(6) Sensitizing dye The sensitizing dye of the present invention will be described. As the sensitizing dye, various organic and metal complex-based sensitizing materials that have been used for the spectral sensitization of photoelectrodes using dye molecules in the field of electrochemistry are used. Also, in order to make the wavelength range of photoelectric conversion as wide as possible and increase the conversion efficiency, two or more kinds of dyes may be used in combination, and the dyes to be mixed in accordance with the wavelength range and intensity distribution of the light source The mixing ratio may be selected.

増感色素は、増感作用を示す色素であれば特に制限はないが、有機色素(例、シアニン色素、メロシアニン色素、オキソノール色素、キサンテン色素、スクワリリウム色素、ポリメチン色素、クマリン色素、リボフラビン色素、ペリレン色素)および金属錯体色素(例、フタロシアニン錯体、ポルフィリン錯体)を挙げることができる。金属錯体色素を構成する金属の例は、ルテニウムおよびマグネシウムを挙げることができる。そのほか「機能材料」、2003年6月号、第5〜18ページに記載されている合成色素と天然色素や、「ジャーナル・オブ・ケミカル・フィジックス(J.Chem.Phys.)」、B.第107巻、第597ページ(2003年)に記載されるクマリンを中心とする有機色素を用いることもできる。多孔質酸化チタン層に吸着する酸官能基を有するものが好ましく、具体的にはカルボキシ基、リン酸基などを有するものが好ましく、この中でも特にカルボキシ基を有するものが好ましい。 The sensitizing dye is not particularly limited as long as it is a sensitizing dye, but organic dyes (eg, cyanine dye, merocyanine dye, oxonol dye, xanthene dye, squarylium dye, polymethine dye, coumarin dye, riboflavin dye, perylene) Dyes) and metal complex dyes (eg, phthalocyanine complexes, porphyrin complexes). Examples of the metal constituting the metal complex dye include ruthenium and magnesium. In addition, synthetic dyes and natural dyes described in “Functional Materials”, June 2003, pages 5 to 18 and “Journal of Chemical Physics” (J. Chem. Phys.), B.C. An organic dye mainly composed of coumarin described in Vol. 107, page 597 (2003) can also be used. Those having an acid functional group adsorbed on the porous titanium oxide layer are preferred, specifically those having a carboxy group, a phosphate group, etc., among which those having a carboxy group are particularly preferred.

増感色素の具体例を挙げると、例えば、ローダミンB、ローズベンガル、エオシン、エリスロシンなどのキサンテン系色素、メロシアニン、キノシアニン、クリプトシアニンなどのシアニン系色素、フェノサフラニン、カブリブルー、チオシン、メチレンブルーなどの塩基性染料、クロロフィル、亜鉛ポルフィリン、マグネシウムポルフィリンなどのポルフィリン系化合物が挙げられ、その他のものとしてはアゾ色素、フタロシアニン化合物、クマリン系化合物、ビピリジン錯化合物、アントラキノン系色素、多環キノン系色素などが挙げられる。これらの中でも、リガンド(配位子)がピリジン環またはイミダゾリウム環を含み、Ru、Os、Ir、Pt、Co、FeおよびCuからなる群より選ばれた少なくとも一種類の金属の錯体の色素は量子収率が高く好ましい。特に、シス−ビス(イソチオシアナート)−N,N−ビス(2,2’−ジピリジル−4,4’−ジカルボン酸)−ルテニウム(II)(N−719)またはトリス(イソチオシアナート)−ルテニウム(II)−2,2' :6' ,2" −ターピリジン−4,4' ,4" −トリカルボン酸(N−749)を基本骨格とする色素分子は吸収波長域が広く好ましい。ただし、増感色素はこれらに限定されるものではない。増感色素としては、典型的には、これらのうちの一種類のものを用いるが、これらの増感色素を二種類以上混合して用いてもよい。これらは、汎用名として知られており、例えばN3、N719、N749、D102、D131、D150、N205、HRS−1、MK−2、などが代表的な増感色素として挙げられる。 Specific examples of the sensitizing dye include, for example, xanthene dyes such as rhodamine B, rose bengal, eosin and erythrosine, cyanine dyes such as merocyanine, quinocyanine and cryptocyanine, phenosafranine, cabrio blue, thiocin and methylene blue. Examples include basic dyes, porphyrin compounds such as chlorophyll, zinc porphyrin, and magnesium porphyrin. Others include azo dyes, phthalocyanine compounds, coumarin compounds, bipyridine complex compounds, anthraquinone dyes, and polycyclic quinone dyes. Can be mentioned. Among these, the ligand (ligand) includes a pyridine ring or an imidazolium ring, and a dye of at least one metal complex selected from the group consisting of Ru, Os, Ir, Pt, Co, Fe, and Cu is High quantum yield is preferable. In particular, cis-bis (isothiocyanate) -N, N-bis (2,2′-dipyridyl-4,4′-dicarboxylic acid) -ruthenium (II) (N-719) or tris (isothiocyanate) — A dye molecule having ruthenium (II) -2,2 ′: 6 ′, 2 ″ -terpyridine-4,4 ′, 4 ″ -tricarboxylic acid (N-749) as a basic skeleton has a wide absorption wavelength range and is preferable. However, the sensitizing dye is not limited to these. Typically, one kind of sensitizing dye is used, but two or more kinds of these sensitizing dyes may be mixed and used. These are known as general-purpose names. For example, N3, N719, N749, D102, D131, D150, N205, HRS-1, MK-2, and the like can be mentioned as typical sensitizing dyes.

(7)多孔質半導体微粒子層への増感色素の吸着
本願発明における多孔質半導体微粒子層への増感色素の吸着方法について記述する。多孔質半導体微粒子層に色素を吸着させる方法としては、増感色素溶液中によく乾燥した多孔質半導体微粒子層を有する導電性電極基板を浸漬する方法(浸漬法)、あるいは増感色素溶液を多孔質半導体微粒子層に塗布する方法(塗布法)がある。浸漬法を用いる場合は、浸漬時の増感色素溶液の温度は、0℃〜80℃、好ましは、0℃〜50℃であり、特に好ましくは、5℃〜45℃である。また吸着のための浸漬時間は特に制限はないが、好ましく0.3分〜120分であり、より好ましく0.5分〜60分であり、更に好ましくは0.5分〜30分であり、特に好ましくは0.5分〜10分である。塗布法を用いる場合は、ワイヤーバー法、スライドホッパー法、エクストルージョン法、カーテン法、スピン法、スプレー法等の塗布方法や、凸版、オフセット、グラビア、スクリーン印刷等の印刷方法が利用できる。
(7) Adsorption of sensitizing dye to porous semiconductor fine particle layer A method for adsorbing a sensitizing dye to the porous semiconductor fine particle layer in the present invention will be described. As a method for adsorbing the dye to the porous semiconductor fine particle layer, a method in which a conductive electrode substrate having a well-dried porous semiconductor fine particle layer is immersed in a sensitizing dye solution (immersion method), or a sensitizing dye solution is made porous There is a method (coating method) of applying to the fine semiconductor fine particle layer. When the immersion method is used, the temperature of the sensitizing dye solution during immersion is 0 ° C. to 80 ° C., preferably 0 ° C. to 50 ° C., particularly preferably 5 ° C. to 45 ° C. Further, the immersion time for adsorption is not particularly limited, but is preferably 0.3 minutes to 120 minutes, more preferably 0.5 minutes to 60 minutes, and further preferably 0.5 minutes to 30 minutes, Particularly preferably, it is 0.5 to 10 minutes. When the coating method is used, a coating method such as a wire bar method, a slide hopper method, an extrusion method, a curtain method, a spin method, or a spray method, or a printing method such as letterpress, offset, gravure, or screen printing can be used.

増感色素などを溶解するのに用いる溶媒は、増感色素を溶解することができ、かつ多孔質半導体微粒子層を溶解したり、該半導体微粒子と反応したりすることのない溶媒であれば特に制限されない。有機溶媒のみからなる場合は、溶媒に存在している水分及び気体を除去するために、予め脱気及び蒸留精製しておくことが好ましい。溶媒としては好ましくはアルコール類、ニトリル類、ハロゲン化炭化水素、エーテル類、アミド類、エステル類、炭酸エステル類、ケトン類、炭化水素、芳香族、ニトロメタン、水などがある。
本願発明における増感色素の溶解に用いる溶媒の好ましい具体例としては、メタノール、エタノール、プロパノール、イソプロパノール、ブタノール、イソブタノール、t-ブタノール、ペンタノール、イソペンタノール、メトキシエタノール、エトキシエタノール、プロポキシエタノール、ブトキシエタノール、エチレングリコール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、ジエチレングリコールモノメチルエーテル、ホルムアミド、アセトアミド、N,N-ジメチルホルムアミド、N-メチルピロリドン、アセトン、メチルエチルケトン、ジエチルケトン、メチルイソブチルケトン、シクロヘキサノン、シクロペンタノン、アセトニトリル、プロピオニトリル、ブチロニトリル、テトラヒドロフラン、1,4−ジオキサン、ヘキサン、塩化メチレン、クロロホルム、四塩化炭素、N−メチルピロリドン、1,3−ジメチルイミダゾリジノン、3−メチルオキサゾリジノン、ジメチルスルホキシド、プロピオラクトン、γ-ブチロラクトン、ベンゼン、トルエン、キシレン、アニソール、などである。
The solvent used to dissolve the sensitizing dye is particularly a solvent that can dissolve the sensitizing dye and does not dissolve the porous semiconductor fine particle layer or react with the semiconductor fine particles. Not limited. In the case of consisting only of an organic solvent, it is preferable to deaerate and purify in advance in order to remove moisture and gas present in the solvent. Preferred solvents include alcohols, nitriles, halogenated hydrocarbons, ethers, amides, esters, carbonates, ketones, hydrocarbons, aromatics, nitromethane, water, and the like.
Preferred examples of the solvent used for dissolving the sensitizing dye in the present invention include methanol, ethanol, propanol, isopropanol, butanol, isobutanol, t-butanol, pentanol, isopentanol, methoxyethanol, ethoxyethanol, propoxyethanol. , Butoxyethanol, ethylene glycol, diethylene glycol, triethylene glycol, diethylene glycol monomethyl ether, formamide, acetamide, N, N-dimethylformamide, N-methylpyrrolidone, acetone, methyl ethyl ketone, diethyl ketone, methyl isobutyl ketone, cyclohexanone, cyclopentanone, Acetonitrile, propionitrile, butyronitrile, tetrahydrofuran, 1,4-dioxane, hexa , Methylene chloride, chloroform, carbon tetrachloride, N-methylpyrrolidone, 1,3-dimethylimidazolidinone, 3-methyloxazolidinone, dimethyl sulfoxide, propiolactone, γ-butyrolactone, benzene, toluene, xylene, anisole, etc. is there.

これらの中でもさらに好ましく用いられる溶媒は、メタノール、エタノール、プロパノール、イソプロパノール、ブタノール、t-ブタノール、メトキシエタノール、ブトキシエタノール、エチレングリコール、ジエチレングリコール、ジエチレングリコールモノメチルエーテル、N,N-ジメチルホルムアミド、N-メチルピロリドン、アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、シクロヘキサノン、シクロペンタノン、アセトニトリル、プロピオニトリル、ブチロニトリル、テトラヒドロフラン、N−メチルピロリドン、1,3−ジメチルイミダゾリジノン、プロピオラクトン、γ-ブチロラクトン、トルエン、キシレン、アニソール、を挙げることができる。
特に好ましく用いられる溶媒は、メタノール、エタノール、イソプロパノール、1−メトキシ−2−プロパノール、t-ブタノール、ブトキシエタノール、N,N-ジメチルホルムアミド、N-メチルピロリドン、アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、プロピオニトリル、ブチロニトリル、プロピオラクトン、γ-ブチロラクトン、トルエン、を挙げることができる。なお、これらの溶媒は単独でもよいが2種類以上の溶媒を用いた混合溶媒でもよい。
色素溶液中における増感色素の濃度は、好ましくは0.01mM〜10mMであり、より好ましくは0.1mM〜10mMであり、更により好ましくは0.5mM〜8mMであり、特に好ましくは0.8mM〜6mMである。また、色素の全吸着量は、導電性支持体の単位表面積(1m2)当たり0.01M〜100Mが好ましい。また色素の半導体微粒子に対する吸着量は、半導体微粒子1g 当たり0.001M〜1Mの範囲であるのが好ましい。
Among these, more preferably used solvents are methanol, ethanol, propanol, isopropanol, butanol, t-butanol, methoxyethanol, butoxyethanol, ethylene glycol, diethylene glycol, diethylene glycol monomethyl ether, N, N-dimethylformamide, N-methylpyrrolidone. , Acetone, methyl ethyl ketone, methyl isobutyl ketone, cyclohexanone, cyclopentanone, acetonitrile, propionitrile, butyronitrile, tetrahydrofuran, N-methylpyrrolidone, 1,3-dimethylimidazolidinone, propiolactone, γ-butyrolactone, toluene, xylene And anisole.
Particularly preferably used solvents are methanol, ethanol, isopropanol, 1-methoxy-2-propanol, t-butanol, butoxyethanol, N, N-dimethylformamide, N-methylpyrrolidone, acetone, methyl ethyl ketone, methyl isobutyl ketone, propio Examples thereof include nitrile, butyronitrile, propiolactone, γ-butyrolactone, and toluene. These solvents may be used alone or as a mixed solvent using two or more kinds of solvents.
The concentration of the sensitizing dye in the dye solution is preferably 0.01 mM to 10 mM, more preferably 0.1 mM to 10 mM, still more preferably 0.5 mM to 8 mM, and particularly preferably 0.8 mM. ~ 6 mM. Further, the total adsorption amount of the dye is preferably 0.01 M to 100 M per unit surface area (1 m 2 ) of the conductive support. The amount of the dye adsorbed on the semiconductor fine particles is preferably in the range of 0.001M to 1M per gram of semiconductor fine particles.

本願発明では増感色素の他に、他の併用素材(例えば、カチオン系化合物(例えば、3級アンモニウム化合物、4級アンモニウム化合物、ピリジン化合物、イミダゾリウム化合物、酸化合物(例えば、カルボン酸化合物、リン酸化合物、フォスフォン酸化合物、スルフォン酸化合物など)を併用することも好ましい。なかでも併用素材として飽和脂肪族ジカルボン酸の併用が好ましく、それらの中でも炭素数6〜12の飽和脂肪族ジカルボン酸が好ましく挙げられる。具体的には、アジピン酸、ピメリン酸、スベリン酸、アゼライン酸、セバシン酸、ドデカン二酸である。色素溶液中における本発明の飽和脂肪族ジカルボン酸の濃度は、好ましくは0.1mM〜100mMであり、より好ましくは0.5mM〜50mMであり、特に好ましくは1.05mM〜50mMである。また本発明の飽和脂肪族ジカルボン酸の添加量は、色素のモル当量に対して1モル当量〜1000モル当量が好ましく、5モル当量〜500モル当量がより好ましく、10モル当量〜100モル当量が特に好ましい。   In the present invention, in addition to the sensitizing dye, other combined materials (for example, cationic compounds (for example, tertiary ammonium compounds, quaternary ammonium compounds, pyridine compounds, imidazolium compounds, acid compounds (for example, carboxylic acid compounds, phosphorus compounds) Acid compounds, phosphonic acid compounds, sulfonic acid compounds, etc.) It is also preferable to use a saturated aliphatic dicarboxylic acid as a combination material, among which a saturated aliphatic dicarboxylic acid having 6 to 12 carbon atoms is preferable. Specific examples include adipic acid, pimelic acid, suberic acid, azelaic acid, sebacic acid and dodecanedioic acid, and the concentration of the saturated aliphatic dicarboxylic acid of the present invention in the dye solution is preferably 0.00. 1 mM to 100 mM, more preferably 0.5 mM to 50 mM, particularly preferably The addition amount of the saturated aliphatic dicarboxylic acid of the present invention is preferably 1 molar equivalent to 1000 molar equivalents, more preferably 5 molar equivalents to 500 molar equivalents, relative to the molar equivalent of the dye. 10 molar equivalents to 100 molar equivalents are particularly preferred.

なお、多孔質半導体微粒子層に増感色素を吸着させた後、余分な増感色素溶液を除去するために溶媒を用いて洗浄することが好ましい。この場合には、洗浄溶媒として前述した溶媒が推奨される。洗浄方法としては、溶媒を色素増感多孔質半導体微粒子層に吹き付けて洗い流す方法、あるいは、洗浄溶媒タンクに色素増感多孔質半導体微粒子層を形成した基板を浸漬する方法がある。このようにして得られた色素増感多孔質半導体微粒子層を形成した基板は、さらに乾燥処理することで光電極を得ることができる。乾燥条件は特に限定されないが、好ましくは30℃〜150℃で0.5分〜30分が好ましく、40℃〜120℃で0.5分〜15分が好ましく、50℃〜100℃で0.5分〜10分が好ましい。   In addition, after making a porous semiconductor fine particle layer adsorb | suck a sensitizing dye, in order to remove an excess sensitizing dye solution, it is preferable to wash | clean using a solvent. In this case, the above-mentioned solvents are recommended as cleaning solvents. As a cleaning method, there are a method of spraying a solvent on a dye-sensitized porous semiconductor fine particle layer and washing it away, or a method of immersing a substrate on which a dye-sensitized porous semiconductor fine particle layer is formed in a cleaning solvent tank. The substrate on which the dye-sensitized porous semiconductor fine particle layer thus obtained is formed can be further dried to obtain a photoelectrode. The drying conditions are not particularly limited, but preferably 30 ° C to 150 ° C for 0.5 minutes to 30 minutes, 40 ° C to 120 ° C for 0.5 minutes to 15 minutes, and 50 ° C to 100 ° C for 0.00 minutes. 5 to 10 minutes are preferred.

色素増感多孔質半導体粒子層は、実質的に半導体微粒子と色素のみから構成されていることが好ましい。具体的には、透明導電層及び色素増感多孔質半導体微粒子層から、無機酸化物、半導体微粒子および増感色素を除いた固形分の質量が、透明導電層および色素増感多孔質半導体粒子層の全質量に占める割合は、3%未満が好ましく、1%未満がさらに好ましい。 The dye-sensitized porous semiconductor particle layer is preferably substantially composed of only semiconductor fine particles and a dye. Specifically, the mass of the solid content excluding the inorganic oxide, the semiconductor fine particles and the sensitizing dye from the transparent conductive layer and the dye-sensitized porous semiconductor fine particle layer is equal to the transparent conductive layer and the dye-sensitized porous semiconductor fine particle layer. The ratio of the total mass to the total mass is preferably less than 3%, more preferably less than 1%.

[2]電解液層
電解液層は、増感色素の酸化体に電子を補充する機能を有する層である。本願発明の電解液層を構成する電解液は、電解質と溶媒を基本としている。
(1)電解質
電解質としては、ヨウ素(I2 )と金属ヨウ化物もしくは有機ヨウ化物との組み合わせ、臭素(Br2
)と金属臭化物あるいは有機臭化物との組み合わせのほか、フェロシアン酸塩/フェリシアン酸塩やフェロセン/フェリシニウムイオンなどの金属錯体、ポリ硫化ナトリウム、アルキルチオール/アルキルジスルフィドなどのイオウ化合物、ビオロゲン色素、ヒドロキノン/キノンなどを挙げることができる。上記金属化合物のカチオンとしてはLi、Na、K、Mg、Ca、Csなど、また上記有機化合物のカチオンとしてはテトラアルキルアンモニウム類、ピリジニウム類、イミダゾリウム類などの4級アンモニウム化合物が好ましいが、これらに限定されるものではない。また、これらを二種類以上混合して用いてもよい。この中でも、I2 とLiI、NaIやイミダゾリウムヨーダイドなどの4級アンモニウム化合物を組み合わせた電解質が好ましい。電解質塩の濃度は溶媒に対して0.05〜10Mが好ましく、さらに好ましくは0.2〜3Mである。I2 やBr2 の濃度は0.0005〜1Mが好ましく、さらに好ましくは0.001〜0.5Mである。また、4−tert−ブチルピリジンやベンズイミダゾリウム類などの各種添加剤を加えることも好ましい。さらには、電解質としてヨウ素(I2 )を全く含まない電解液も好ましく用いることができる。
[2] Electrolyte layer The electrolyte layer is a layer having a function of replenishing electrons to the oxidant of the sensitizing dye. The electrolytic solution constituting the electrolytic solution layer of the present invention is based on an electrolyte and a solvent.
(1) As an electrolyte electrolyte, a combination of iodine (I 2 ) and metal iodide or organic iodide, bromine (Br 2
) And metal bromide or organic bromide, ferrocyanate / ferricyanate, metal complexes such as ferrocene / ferricinium ions, sodium polysulfide, sulfur compounds such as alkylthiol / alkyl disulfide, viologen dyes, And hydroquinone / quinone. Lithium, Na, K, Mg, Ca, Cs and the like are preferable as the cation of the metal compound, and quaternary ammonium compounds such as tetraalkylammonium, pyridinium, and imidazolium are preferable as the cation of the organic compound. It is not limited to. Two or more of these may be mixed and used. Among these, electrolytes in which I 2 and a quaternary ammonium compound such as LiI, NaI or imidazolium iodide are combined are preferable. The concentration of the electrolyte salt is preferably 0.05 to 10M, more preferably 0.2 to 3M with respect to the solvent. The concentration of I 2 or Br 2 is preferably 0.0005 to 1M, more preferably 0.001 to 0.5M. It is also preferable to add various additives such as 4-tert-butylpyridine and benzimidazoliums. Furthermore, an electrolytic solution containing no iodine (I 2 ) as an electrolyte can also be preferably used.

本願発明に用いる無機塩としては、アルカリ金属ハロゲン化物(例、ヨウ化リチウム、ヨウ化ナトリウム、ヨウ化カリウム、臭化リチウム、臭化ナトリウム、臭化カリウム、塩化リチウム、塩化ナトリウムなど)、アルカリ土類金属ハロゲン化物(例、ヨウ化マグネシウム、ヨウ化カルシウム、臭化マグネシウム、臭化カルシウム、塩化マグネシウム、塩化カルシウムなど)、アンモニウムハロゲン化物(例、ヨウ化アンモニウム、臭化アンモニウム、塩化アンモニウムなど)を用いることが好ましい。ハロゲン化物のハロゲンとしては、塩素、臭素、ヨウ素を用いることが好ましく、臭素、ヨウ素が特に好ましく、ヨウ素が最も好ましい。ハロゲン化物の添加濃度は、0.01〜3.0mol/Lが好ましく、0.05〜2.0mol/Lがさらに好ましい。 Examples of inorganic salts used in the present invention include alkali metal halides (eg, lithium iodide, sodium iodide, potassium iodide, lithium bromide, sodium bromide, potassium bromide, lithium chloride, sodium chloride), alkaline earth Metal halides (eg, magnesium iodide, calcium iodide, magnesium bromide, calcium bromide, magnesium chloride, calcium chloride, etc.), ammonium halides (eg, ammonium iodide, ammonium bromide, ammonium chloride, etc.) It is preferable to use it. As the halogen of the halide, chlorine, bromine and iodine are preferably used, bromine and iodine are particularly preferred, and iodine is most preferred. The additive concentration of the halide is preferably 0.01 to 3.0 mol / L, more preferably 0.05 to 2.0 mol / L.

(2)溶媒
本願発明の溶媒としては、水、アルコール類、エーテル類、エステル類、炭酸エステル類、ラクトン類、カルボン酸エステル類、リン酸トリエステル類、複素環化合物類、ニトリル類、ケトン類、アミド類、ニトロメタン、ハロゲン化炭化水素、ジメチルスルホキシド、スルフォラン、N−メチルピロリドン、1,3−ジメチルイミダゾリジノン、3−メチルオキサゾリジノン、炭化水素などが挙げられるが、これらに限定されるものではなく、また、これらを二種類以上混合して用いることもできる。さらに、溶媒としてテトラアルキル系、ピリジニウム系、イミダゾリウム系4級アンモニウム塩の室温イオン性液体を用いることも可能である。
(2) Solvent Solvents of the present invention include water, alcohols, ethers, esters, carbonate esters, lactones, carboxylic acid esters, phosphate triesters, heterocyclic compounds, nitriles, and ketones. Amides, nitromethane, halogenated hydrocarbons, dimethyl sulfoxide, sulfolane, N-methylpyrrolidone, 1,3-dimethylimidazolidinone, 3-methyloxazolidinone, hydrocarbons, etc., but are not limited thereto. In addition, two or more of these can be mixed and used. Furthermore, it is also possible to use a room temperature ionic liquid of a tetraalkyl, pyridinium, or imidazolium quaternary ammonium salt as a solvent.

溶媒の沸点は、200℃以上であることが好ましい。さらに、非プロトン性極性溶媒であることも好ましく、グリコールエーテルが好ましく、ジアルキルグリコールエーテルがより好ましい。このような溶媒の具体例としては、グリコール類、モノアルキルグリコールエーテル類、ジアルキルグリコールエーテル類がある。これらのグリコールエーテル類は、2種以上併用してもよい。このような溶媒の具体例としては、エチレングリコール、トリエチレングリコール、ジエチレングリコールモノメチルエーテル、ジエチレングリコールモノヘキシルエーテル、トリエチレングリコールモノメチルエーテル、トリエチレングリコールモノプロピルエーテル、トリエチレングリコールモノブチルエーテル、ジエチレングリコールジメチルエーテル、トリエチレングリコールジメチルエーテル、γ−ブチロラクトンを挙げることができる。 The boiling point of the solvent is preferably 200 ° C. or higher. Furthermore, an aprotic polar solvent is also preferred, glycol ether is preferred, and dialkyl glycol ether is more preferred. Specific examples of such solvents include glycols, monoalkyl glycol ethers, and dialkyl glycol ethers. Two or more of these glycol ethers may be used in combination. Specific examples of such solvents include ethylene glycol, triethylene glycol, diethylene glycol monomethyl ether, diethylene glycol monohexyl ether, triethylene glycol monomethyl ether, triethylene glycol monopropyl ether, triethylene glycol monobutyl ether, diethylene glycol dimethyl ether, triethylene. Examples thereof include glycol dimethyl ether and γ-butyrolactone.

(3)他の成分
本願発明では、上記電解液へゲル化剤、ポリマー、架橋モノマーなどを溶解させ、ゲル状電解質とすることができる。この場合、電解液成分はゲル状電解質の50〜99wt%が好ましく、80〜97wt%がより好ましい。
(3) Other Components In the present invention, a gelling electrolyte can be obtained by dissolving a gelling agent, a polymer, a crosslinking monomer, and the like in the above electrolytic solution. In this case, the electrolytic solution component is preferably 50 to 99 wt% of the gel electrolyte, and more preferably 80 to 97 wt%.

また、本願発明においては、電解液中に還元剤としてチオ硫酸ナトリウム、亜硫酸ナトリウム等の無機化合物、チオサリチル酸、アスコルビン酸、ハイドロキノン、フェニドン、硫酸パラメチルアミノフェノール等を更に添加してもよい。電解液は、さらに他の成分を含むことができる。他の成分の例には、ベンゾイミダゾール化合物のほか、(イソ)チオシアン酸イオン、グアニジウムイオンが挙げることができる。ベンゾイミダゾール化合物の具体例としては、N−メチルベンゾイミダゾール、1,2−ジメチルベンゾイミダゾール、N−ブチルベンゾイミダゾール、N−ベンジルベンゾイミダゾール、N−(2−エトキシエチル)ベンゾイミダゾール、などがある。 In the present invention, inorganic compounds such as sodium thiosulfate and sodium sulfite, thiosalicylic acid, ascorbic acid, hydroquinone, phenidone, paramethylaminophenol sulfate and the like may be further added to the electrolytic solution as a reducing agent. The electrolytic solution can further contain other components. Examples of other components include benzoimidazole compounds, (iso) thiocyanate ions, and guanidinium ions. Specific examples of the benzimidazole compound include N-methylbenzimidazole, 1,2-dimethylbenzimidazole, N-butylbenzimidazole, N-benzylbenzimidazole, N- (2-ethoxyethyl) benzimidazole, and the like.

電解液中にチオシアン酸イオン(S-−C≡N)またはイソチオシアン酸イオン(N-=C=S)を添加する場合、電解液中のチオシアン酸イオンおよびイソチオシアン酸イオンの合計の濃度は0.01M〜1Mが好ましく、0.02M〜0.5Mがさらに好ましく、0.05M〜0.2Mが最も好ましい。電解液の調製において、イソチオシアン酸イオンは塩として添加することが好ましい。塩の対イオンは、グアニジウムイオンが好ましい。電解液中には必要に応じて、アニオン界面活性剤、カチオン界面活性剤、非イオン界面活性剤、両性界面活性剤を添加してもよい。 When thiocyanate ion (S —C≡N) or isothiocyanate ion (N = C═S) is added to the electrolytic solution, the total concentration of thiocyanate ion and isothiocyanate ion in the electrolytic solution is 0.00. 01M to 1M are preferred, 0.02M to 0.5M are more preferred, and 0.05M to 0.2M are most preferred. In preparing the electrolytic solution, it is preferable to add the isothiocyanate ion as a salt. The counter ion of the salt is preferably a guanidinium ion. If necessary, an anionic surfactant, a cationic surfactant, a nonionic surfactant, and an amphoteric surfactant may be added to the electrolytic solution.

上述した光電極層は、その多孔構造中の空孔が電解液により充填されていることが好ましい。具体的に、光電極層が有する空孔が電解液によって充填されている割合は、20体積%以上が好ましく、50体積%以上がさらに好ましい。電解液層の厚さは、例えば、光電極層と対向電極層との間に設けるスペーサーの大きさによって調整できる。電解液が光電極の外側で単独で存在する部分の厚さは、1μm〜50μmが好ましく、1μm〜30μmがより好ましく、1μm〜20μmがさらに好ましく、1μm〜15μmが最も好ましい。 The photoelectrode layer described above preferably has pores in its porous structure filled with an electrolytic solution. Specifically, the ratio of the pores of the photoelectrode layer filled with the electrolyte is preferably 20% by volume or more, and more preferably 50% by volume or more. The thickness of the electrolytic solution layer can be adjusted by, for example, the size of the spacer provided between the photoelectrode layer and the counter electrode layer. The thickness of the portion where the electrolytic solution exists alone outside the photoelectrode is preferably 1 μm to 50 μm, more preferably 1 μm to 30 μm, still more preferably 1 μm to 20 μm, and most preferably 1 μm to 15 μm.

電解液層の光透過率は、測定波長400nmにおいて、電解液層の厚さが30μmである場合に換算して(30μmの光路長において)70%以上であることが好ましく、80%以上であることがさらに好ましく、90%以上であることが最も好ましい。光透過率は、350nm〜900nmの波長領域全体において、上記の透過率を有することが好ましい。本願発明の電解液層を形成するには、キャスト法、バー塗布法、スプレイ塗布法、浸漬法等により光電極層上に電解液を塗布する方法や、光電極と対向電極を有するセルを作製しその隙間に電解液を注入する方法などが挙げられる。 The light transmittance of the electrolyte layer is preferably 70% or more (in the optical path length of 30 μm) when the thickness of the electrolyte layer is 30 μm at a measurement wavelength of 400 nm, and preferably 80% or more. Is more preferable, and 90% or more is most preferable. The light transmittance preferably has the above-described transmittance in the entire wavelength region of 350 nm to 900 nm. In order to form the electrolytic solution layer of the present invention, a method of applying the electrolytic solution on the photoelectrode layer by a casting method, a bar coating method, a spray coating method, a dipping method or the like, or a cell having a photoelectrode and a counter electrode is produced. For example, a method of injecting an electrolyte into the gap may be used.

塗布法によって電解液層を形成する場合、溶融塩等を含む電解液に塗布性改良剤(レベリング剤等)等の添加剤を添加して、これをスピンコート法、ディップコート法、エアーナイフコート法、カーテンコート法、ローラーコート法、ワイヤーバーコート法、グラビアコート法、ホッパーを使用するエクストルージョンコート法、スプレイノズルを使用するスプレイ塗布法、多層同時塗布方法等の方法により塗布し、その後必要に応じて加熱すればよい。加熱する場合の加熱温度は色素の耐熱温度等により適当に選択すればよいが、通常10℃〜150℃であるのが好ましく、10℃〜100℃であるのが更に好ましい。加熱時間は加熱温度等にもよるが、5分〜72時間程度が好ましい。 When an electrolyte layer is formed by a coating method, an additive such as a coating property improver (leveling agent, etc.) is added to the electrolyte containing a molten salt, and this is applied to a spin coating method, a dip coating method, an air knife coating. Apply by the following methods, such as coating method, curtain coating method, roller coating method, wire bar coating method, gravure coating method, extrusion coating method using hopper, spray coating method using spray nozzle, multilayer simultaneous coating method, etc. It may be heated according to the condition. The heating temperature for heating may be appropriately selected depending on the heat-resistant temperature of the dye and the like, but is usually preferably 10 ° C to 150 ° C, more preferably 10 ° C to 100 ° C. The heating time depends on the heating temperature and the like, but is preferably about 5 minutes to 72 hours.

酸化還元対を生成させるために電解質組成物にヨウ素等を導入する場合、前述の電解質の溶液に添加する方法や、電解液層を形成した支持体をヨウ素等と共に密閉容器内に置き、電解質中に拡散させる手法等が使用できる。また、対向電極にヨウ素等を塗布又は蒸着し、光電変換素子を組み立てたときに電解液層中に導入することも可能である。なお、電解液層中の水分は10000ppm以下であるのが好ましく、更に好ましくは2000ppm以下であり、特に好ましくは100ppm以下である。 When introducing iodine or the like into the electrolyte composition to produce a redox couple, the method of adding to the electrolyte solution described above, or placing the support on which the electrolyte layer has been formed in an airtight container together with iodine or the like, A technique for diffusing the film can be used. It is also possible to introduce or deposit iodine or the like on the counter electrode into the electrolyte layer when the photoelectric conversion element is assembled. In addition, it is preferable that the water | moisture content in an electrolyte solution layer is 10,000 ppm or less, More preferably, it is 2000 ppm or less, Most preferably, it is 100 ppm or less.

[3]対向電極層
(1)対向電極基板
対向電極は光電変換素子を光化学電池としたときに正極として作用するものである。対向電極基板は、透明基板および透明導電層からなることが好ましい。透明基板および透明導電層の詳細は、光電極層の透明基板および透明導電層と同様である。
[3] Counter electrode layer (1) Counter electrode substrate The counter electrode functions as a positive electrode when the photoelectric conversion element is a photochemical battery. The counter electrode substrate is preferably composed of a transparent substrate and a transparent conductive layer. The details of the transparent substrate and the transparent conductive layer are the same as those of the transparent substrate and the transparent conductive layer of the photoelectrode layer.

(2)触媒層
対向電極基板の導電性膜上に触媒層を付与することが好ましい。対向電極基板に付与する触媒層には、触媒作用を有する貴金属粒子あるいはカーボン素材が好ましく用いられる。貴金属粒子としては、触媒作用のあるものであれば特に限定されるものではないが、好ましくは比較的高い触媒作用を有する金属白金、金属パラジウム及び金属ルテニウムの少なくとも一種類から構成することが好ましい。また、カーボン素材としては、その形状は特に限定されないがカーボンファイバーやカーボンナノチューブなどを挙げることができる。カーボンナノチューブのサイズとしては、直径は0.5〜100nm、好ましくは0.5〜50nmであり、より好ましくは1〜20nmである。長さは10〜5000nm、好ましくは20〜4000nmであり、より好ましくは50〜4000nmである。カーボンナノチューブは、単層カーボンナノチューブでも、多層かーボンナノチューブでもよい。更には導電性に富む素材が特に好ましい。
(2) It is preferable to provide a catalyst layer on the conductive film of the catalyst layer counter electrode substrate. For the catalyst layer applied to the counter electrode substrate, noble metal particles having a catalytic action or carbon materials are preferably used. The noble metal particles are not particularly limited as long as they have a catalytic action, but are preferably composed of at least one of metal platinum, metal palladium and metal ruthenium having a relatively high catalytic action. Moreover, as a carbon material, although the shape is not specifically limited, a carbon fiber, a carbon nanotube, etc. can be mentioned. The size of the carbon nanotube is 0.5 to 100 nm, preferably 0.5 to 50 nm, and more preferably 1 to 20 nm. The length is 10 to 5000 nm, preferably 20 to 4000 nm, and more preferably 50 to 4000 nm. The carbon nanotube may be a single-walled carbon nanotube or a multi-walled carbon nanotube. Furthermore, a material having high conductivity is particularly preferable.

触媒層を付与する方法は、特に限定されない。例えば、貴金属を蒸着法あるいはスパッタ法で付与する方法、貴金属微粒子またはカーボンナノチューブを溶媒に分散させた分散液を、塗布あるいは噴霧などにより付与する方法がある。分散法による場合は、その分散液に更にバインダーを含有させてもよく、バインダーとしては導電性高分子が好ましく用いられる。導電性高分子としては、導電性を有し、貴金属粒子を分散させることができるものであれば特に限定されない。 The method for applying the catalyst layer is not particularly limited. For example, there are a method of applying a noble metal by vapor deposition or sputtering, and a method of applying a dispersion in which noble metal fine particles or carbon nanotubes are dispersed in a solvent by coating or spraying. When the dispersion method is used, a binder may be further added to the dispersion, and a conductive polymer is preferably used as the binder. The conductive polymer is not particularly limited as long as it has conductivity and can disperse noble metal particles.

このような高導電性高分子としては、例えばPoly(thiophene−2,5−diyl)、Poly(3−butylthiophene−2,5−diyl),
Poly(3−hexylthiophene−2,5−diyl),poly(2,3−dihydrothieno−[3,4−b]−1,4−dioxin)等のポリチオフェン、ポリアセチレン及びその誘導体、ポリアニリン及びその誘導体、ポリピロール及びその誘導体、Poly(p−xylenetetrahydrothiophenium
choride),Poly[(2−methoxy−5−(2’ethylhexyloxy))−1,4−phenylenvinylene],Pory[(2−methoxy−5−(3’,7’−dimethyloctyloxy)−1,4−phenylenevinylene)],Poly[2−2’,5’−bis(2’’−ethylhexyloxy)phenyl]−1,4−phenylenevinylene]等のポリフェニレンビニレン類等が使用できる。これらの中でも特に好ましい導電性高分子は、Poly(2,3−dihydrothieno−[3,4−b]−1,4−dioxin)/Poly(styrenesulfonate)
(PEDOT/PSS)である。
Examples of such highly conductive polymers include Poly (thiophene-2,5-diyl), Poly (3-butylthiophene-2,5-diyl),
Polythiophene such as Poly (3-hexylthiophene-2,5-diyl), poly (2,3-dihydrothieno- [3,4-b] -1,4-dioxin), polyacetylene and its derivatives, polyaniline and its derivatives, polypyrrole And its derivatives, Poly (p-xylenetrahythrophenium
choride), Poly [(2-methoxy-5- (2'ethylhexyloxy))-1,4-phenylvinylene]], Poly [(2-methoxy-5- (3 ', 7'-dimethyloxy))-1,4-phenylenevine. )], Poly [2-2 ′, 5′-bis (2 ″ -ethylhexyloxy) phenyl] -1,4-phenylenevinylene] and the like can be used. Among these, a particularly preferable conductive polymer is Poly (2,3-dihydrothieno- [3,4-b] -1,4-dioxin) / Poly (styreneenesulfonate).
(PEDOT / PSS).

また、触媒層には、導電層への密着性を向上させる観点から、導電性高分子以外のバインダーをさらに含むことができる。前記バインダーは有機樹脂であっても良いし、無機物であっても良い。有機樹脂としては、ポリビニルアルコール、ポリビニルピロリドン、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール、ポリアクリル酸、アクリル樹脂、ポリエステル樹脂、ポリウレタン樹脂、ポリオレフィン樹脂、ポリスチレン樹脂、セルロースおよび誘導体、ブチラール樹脂、アルキド樹脂、塩ビ樹脂等の熱硬化性あるいは熱可塑性有機高分子化合物、紫外線(UV)硬化性有機高分子化合物、電子線(EB)硬化性有機高分子化合物、ポリシロキサン等の無機高分子化合物等を、単独もしくは複合して用いることができる。 Further, the catalyst layer can further contain a binder other than the conductive polymer from the viewpoint of improving the adhesion to the conductive layer. The binder may be an organic resin or an inorganic material. Examples of organic resins include polyvinyl alcohol, polyvinyl pyrrolidone, polyethylene glycol, polypropylene glycol, polyacrylic acid, acrylic resin, polyester resin, polyurethane resin, polyolefin resin, polystyrene resin, cellulose and derivatives, butyral resin, alkyd resin, and vinyl chloride resin. Thermosetting or thermoplastic organic polymer compounds, ultraviolet (UV) curable organic polymer compounds, electron beam (EB) curable organic polymer compounds, inorganic polymer compounds such as polysiloxane, etc., alone or in combination Can be used.

前記無機物としては、シリカゾル、MO・nSiO(M:Li、Na、K)等のケイ酸塩、リン酸塩、珪素酸化物やジルコニウム酸化物やチタン酸化物やアルミニウム酸化物粒子コロイド、珪素やジルコニウムやチタンやアルミニウムの金属アルコキシドやこれらの部分加水分解縮重合物、溶融フリット、水ガラス等を単独または複合して用いることができる。 Examples of the inorganic substance include silica sol, silicate such as M 2 O · nSiO 2 (M: Li, Na, K), phosphate, silicon oxide, zirconium oxide, titanium oxide, aluminum oxide particle colloid, A metal alkoxide of silicon, zirconium, titanium, or aluminum, a partially hydrolyzed polycondensation product thereof, a molten frit, water glass, or the like can be used alone or in combination.

さらには、上述したバインダーの他に、触媒層の膜付着強度、導電性などの一層の向上を目的として、必要に応じ、例えばケイ素、アルミニウム、ジルコニウム、セリウム、チタン、イットリウム、亜鉛、マグネシウム、インジウム、錫、アンチモン、ガリウム、ルテニウムなどの酸化物または複合酸化物の粒子、酸化スズ、フッ素ドープ酸化スズ、及び錫ドープ酸化インジウム等の導電性酸化物粒子を含むこともできる。なお、触媒層の厚さは好ましくは100nm〜1μm、より好ましくは50nm〜5μmであり、特に好ましくは30nm〜5μmである。 Furthermore, in addition to the binder described above, for the purpose of further improving the film adhesion strength and conductivity of the catalyst layer, for example, silicon, aluminum, zirconium, cerium, titanium, yttrium, zinc, magnesium, indium In addition, particles of oxides or composite oxides such as tin, antimony, gallium, and ruthenium, and conductive oxide particles such as tin oxide, fluorine-doped tin oxide, and tin-doped indium oxide can also be included. The thickness of the catalyst layer is preferably 100 nm to 1 μm, more preferably 50 nm to 5 μm, and particularly preferably 30 nm to 5 μm.

[4]その他の層
電極として作用する光電極と対向電極の一方又は両方の外側表面、導電層と基板の間又は基板の中間に、保護層、反射防止層、ガスバリアー層などの機能性層を設けてもよい。これらの機能性層は、その材質に応じて塗布法、蒸着法、貼り付け法などによって形成することができる。このような機能性層を多層に形成する場合、同時多層塗布法や逐次塗布法が利用できる。
[4] Functional layers such as a protective layer, an antireflection layer, and a gas barrier layer on the outer surface of one or both of the photoelectrode and the counter electrode that act as other layer electrodes, between the conductive layer and the substrate, or in the middle of the substrate May be provided. These functional layers can be formed by a coating method, a vapor deposition method, a bonding method, or the like depending on the material. When such a functional layer is formed in multiple layers, a simultaneous multilayer coating method or a sequential coating method can be used.

[5]封止層
本願発明の封止層は、電解液層の周囲に設けられ、電解液層を封止する機能を有する。前記封止層は、上記光電極基板と上記対向電極基板を接着するシール材と前記光電極基板と上記対向電極基板との間に必要な隙間を調整し、電解液層を形成するためのスペーサーにより構成されている。
[5] Sealing layer The sealing layer of the present invention is provided around the electrolyte layer and has a function of sealing the electrolyte layer. The sealing layer is a spacer for forming an electrolyte layer by adjusting a necessary gap between the photoelectrode substrate and the counter electrode substrate, and a sealing material for bonding the photoelectrode substrate and the counter electrode substrate. It is comprised by.

(1)シール材
本願発明のシール材は、上記光電極基板と上記対向電極基板を接着し、電解液層を封止することができるものであれば特に限定されるものではない。基板間の接着性、電解液に対する耐性(耐薬品性)、高温高湿耐久性(耐湿熱性)に優れていることが好ましい。電解液の漏洩を効果的かつ持続的に抑制するためには、接着性に加えて、耐薬品性と耐湿熱性に優れる必要があるからである。
(1) Sealing material The sealing material of the present invention is not particularly limited as long as it can adhere the photoelectrode substrate and the counter electrode substrate and seal the electrolyte layer. It is preferable that it is excellent in the adhesiveness between board | substrates, the tolerance (chemical resistance) with respect to electrolyte solution, and high temperature, high humidity durability (moisture-heat resistance). This is because, in order to effectively and continuously suppress the leakage of the electrolytic solution, it is necessary to have excellent chemical resistance and wet heat resistance in addition to adhesiveness.

接着性、耐薬品性、耐湿熱性に優れたシール材としては、熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂、活性放射線(光、電子線)硬化性樹脂がある。素材としては、アクリル系樹脂、フッ素系樹脂、シリコーン系樹脂、オレフィン系樹脂、ポリアミド樹脂等がある。取扱い性に優れるという観点から、光硬化性アクリル系樹脂が好ましい。 Examples of the sealing material excellent in adhesiveness, chemical resistance, and wet heat resistance include thermoplastic resins, thermosetting resins, and active radiation (light, electron beam) curable resins. Examples of the material include an acrylic resin, a fluorine resin, a silicone resin, an olefin resin, and a polyamide resin. From the viewpoint of excellent handleability, a photocurable acrylic resin is preferred.

(2)スペーサー
本願発明のスペーサーは、前記光電極基板と上記対向電極基板との間に必要な隙間を所望の範囲に調整できるものであれば特に限定されるものではない。通常、真円球樹脂粒子、無機粒子、ガラスビーズなどを適宜選択することができる。本願発明では、真円樹脂粒子を用いることが好ましい。粒径としては、1μm〜100μmが好ましく、1μm〜50μmがより好ましく、1μm〜20μmが特に好ましい。光電極基板と対向電極基板が接することがなく、かつ、より短い間隙を均一に保つことで、電解液抵抗を下げ光電変換効率が向上するからである。
(2) Spacer The spacer of the present invention is not particularly limited as long as a necessary gap can be adjusted to a desired range between the photoelectrode substrate and the counter electrode substrate. Usually, spherical resin particles, inorganic particles, glass beads and the like can be appropriately selected. In the present invention, it is preferable to use perfect circle resin particles. As a particle size, 1 micrometer-100 micrometers are preferable, 1 micrometer-50 micrometers are more preferable, and 1 micrometer-20 micrometers are especially preferable. This is because the photoelectrode substrate and the counter electrode substrate are not in contact with each other, and the shorter gap is kept uniform, thereby reducing the electrolyte resistance and improving the photoelectric conversion efficiency.

本願発明の封止層の厚みは、前記多孔質半導体微粒子層の厚みと実質的に同一であることが好ましい。光電極基板と対向電極基板との間隙が均一に保つことで、安定した発電効率を示すためである。また、本発明の封止層の幅(厚み)は、特に限定されるものではないが、例えば0.5mm〜5mmの範囲内、中でも0.8mm〜3mmの範囲内であることが好ましい。封止層の幅が小さすぎると、電解質に対して充分な耐久性を発揮できない可能性があり、封止層の幅が大きすぎると、色素増感型太陽電池素子において発電に寄与する素子面積が減少するため、モジュール面積に対して有効な面積が低下し、有効発電効率が減少してしまう可能性があるからである。 It is preferable that the thickness of the sealing layer of the present invention is substantially the same as the thickness of the porous semiconductor fine particle layer. This is to maintain stable power generation efficiency by keeping the gap between the photoelectrode substrate and the counter electrode substrate uniform. Further, the width (thickness) of the sealing layer of the present invention is not particularly limited, but is preferably in the range of 0.5 mm to 5 mm, and more preferably in the range of 0.8 mm to 3 mm. If the width of the sealing layer is too small, sufficient durability against the electrolyte may not be exhibited. If the width of the sealing layer is too large, the element area contributing to power generation in the dye-sensitized solar cell element This is because the effective area with respect to the module area decreases and the effective power generation efficiency may decrease.

[6]集電線
本願発明では、透明導電膜上に金属(良導体)からなる集電線を配設することにより、透明導電膜からなる透明透電極の表面抵抗率を下げている。集電線は、封止層により区分された光電極層、電解液層、対向電極層からなる色素増感型光電変換素子の外部に設けられることが好ましい。集電電極を電解液による腐蝕から保護するためである。集電線の材料は、導電性を有していれば特に制限はないが、抵抗率が比較的低い金属材料、例えば、銀、銅、アルミニウム、タングステン、ニッケル、クロムのうちから選ばれる少なくとも1つ以上の金属あるいはこれらの合金からなることが好ましく、抵抗率が低く、線として形成し易いという観点からは、銀がより好ましい。集電線は、透明導電層上に格子状に形成することもできる。集電線の形成方法としては、スパッタ法、蒸着法、メッキ法あるいはスクリーン印刷法などが用いられる。集電線の幅は、0.5mm〜5mm、より好ましくは、0.7mm〜3mmであり、集電線の厚さは、5μm〜50μm、より好ましくは、6μm〜20μmである。十分な線断面積当たりの電気伝導度を確保すると共に、後述する導電性微粒子と相俟って、上記光電極基板と対向電極基板との間に必要な間隙を確保するために適切な幅と厚みを必要とするからである。
[6] Current Collection In the present invention, the surface resistivity of the transparent transparent electrode made of a transparent conductive film is lowered by disposing a current collection wire made of a metal (good conductor) on the transparent conductive film. The current collector is preferably provided outside the dye-sensitized photoelectric conversion element composed of a photoelectrode layer, an electrolytic solution layer, and a counter electrode layer separated by a sealing layer. This is to protect the collecting electrode from corrosion by the electrolytic solution. The material of the current collector is not particularly limited as long as it has conductivity, but at least one selected from metal materials having a relatively low resistivity, for example, silver, copper, aluminum, tungsten, nickel, and chromium. It is preferably made of the above metals or alloys thereof, and silver is more preferable from the viewpoint of low resistivity and easy formation as a line. The current collector may be formed in a lattice shape on the transparent conductive layer. As a method for forming the current collector, sputtering, vapor deposition, plating, screen printing, or the like is used. The width of the current collector is 0.5 mm to 5 mm, more preferably 0.7 mm to 3 mm, and the thickness of the current collector is 5 μm to 50 μm, more preferably 6 μm to 20 μm. In addition to ensuring a sufficient electric conductivity per line cross-sectional area, and an appropriate width for securing a necessary gap between the photoelectrode substrate and the counter electrode substrate in combination with conductive fine particles described later. This is because a thickness is required.

[7]取出し電極
本願発明では、光電変換素子は一対の取出し電極を備えている。後述する外装、バリアー包装体で光電変換素子を被覆するときは、前記取出し電極にリード材を取り付けることができる。取出し電極の材料としては、導電性を有していれば特に制限はない。抵抗率が比較的低い金属材料、例えば、金、白金、銀、銅、アルミニウム、ニッケル、亜鉛、チタン、クロムのうちから選ばれる少なくとも1つ以上の金属あるいはこれらの合金からなることが好ましい。取出し電極の厚さは、50nm〜100μmであることが好ましい。取出し電極の厚さは、断線により色素増感型光電変換素子の歩留まりが低下しない程度に薄すぎないことが必要であり、コスト面から過度に厚くする必要なないからである。また、取出し電極の形状は、特に制限はない。例えば、金属箔、金属テープ、板状、紐状のいずれであってもよい。加工性の観点から金属テープが好ましい。
[7] Extraction electrode In the present invention, the photoelectric conversion element includes a pair of extraction electrodes. When the photoelectric conversion element is covered with an exterior or barrier package described later, a lead material can be attached to the extraction electrode. The material of the extraction electrode is not particularly limited as long as it has conductivity. It is preferably made of a metal material having a relatively low resistivity, for example, at least one metal selected from gold, platinum, silver, copper, aluminum, nickel, zinc, titanium, and chromium, or an alloy thereof. The thickness of the extraction electrode is preferably 50 nm to 100 μm. This is because it is necessary that the thickness of the extraction electrode is not too thin so that the yield of the dye-sensitized photoelectric conversion element does not decrease due to disconnection, and it is not necessary to increase the thickness excessively from the viewpoint of cost. The shape of the extraction electrode is not particularly limited. For example, any of metal foil, a metal tape, plate shape, and string shape may be sufficient. A metal tape is preferable from the viewpoint of workability.

[8]外装、バリアー包装体
本願発明では、その基板が水蒸気やガスに対してその透過性を低減するように設計されているが、過酷な環境条件により出力の劣化が見られる可能性があり、特に高温度で高湿度での環境条件で耐久性付与が重要である。これらの改良方法としては、基板にガスや水蒸気に対するバリアー特性を有する基板にするか、あるいはバリアー性のある包装体で、本発明の色素増感型光電変換素子を包み込むことで達成できる。以下に、本願発明で好ましく用いられるバリアフィルム、特に水蒸気バリアー性について以下に記述する。
[8] Exterior, barrier package In the present invention, the substrate is designed to reduce its permeability to water vapor and gas, but there is a possibility that output degradation may be seen due to severe environmental conditions. In particular, it is important to provide durability under high temperature and high humidity environmental conditions. These improvement methods can be achieved by making the substrate a substrate having a barrier property against gas or water vapor, or enclosing the dye-sensitized photoelectric conversion element of the present invention in a package having a barrier property. Hereinafter, the barrier film preferably used in the present invention, particularly the water vapor barrier property will be described below.

前述したように、発明の色素増感型光電変換素子は、基板の外部にガスや水蒸気に対するバリアー性を有する層を有することも好ましい。さらに、水蒸気バリアー性のある包装材料で包装あるいは包み込まれていても好ましい。その際に、本発明の色素増感型光電変換素子とハイバリア包装材料に間に空間があってもよく、また接着剤で色素増感型光電変換素子を接着させてもよい。更には、水蒸気やガスを通しにくい液体や固体(例えば、液状またはゲル状のパラフィン、シリコン、リン酸エステル、脂肪族エステルなど)を用いて、色素増感型光電変換素子を包装材料に包装してもよい。 As described above, the dye-sensitized photoelectric conversion element of the invention preferably has a layer having a barrier property against gas and water vapor outside the substrate. Furthermore, it is preferable that it is packaged or wrapped with a packaging material having a water vapor barrier property. At that time, there may be a space between the dye-sensitized photoelectric conversion element of the present invention and the high barrier packaging material, or the dye-sensitized photoelectric conversion element may be bonded with an adhesive. Furthermore, the dye-sensitized photoelectric conversion element is packaged in a packaging material using a liquid or solid (eg, liquid or gel paraffin, silicon, phosphate ester, aliphatic ester, etc.) that is difficult to pass water vapor or gas. May be.

本願発明で好ましく用いられるバリアー性のある基板あるいは包装材料の好ましい水蒸気透過度は、40℃、相対湿度90%(90%RH)の環境下で0.1g/m2/日以下であり、より好ましくは0.01g/m2/日以下であり、更に好ましくは0.0005g/m2/日以下であり、特に好ましくは0.00001g/m2/日以下である。また、環境温度が60℃、90%RHでのより過酷な場合でも、バリアー性のある基板あるいは包装材料の水蒸気透過度は、より好ましくは0.01g/m2/日以下であり、更に好ましくは0.0005g/m2/日以下であり、特に好ましくは0.00001g/m2/日以下である。またバリアー性のある基板あるいは包装材料の酸素透過率は25℃、0%RHの環境下において、好ましくは約0.001g/m2/日以下であり、より好ましくは0.00001g/m2/日が好ましい。 The preferable water vapor permeability of the substrate or packaging material having a barrier property preferably used in the present invention is 0.1 g / m 2 / day or less in an environment of 40 ° C. and a relative humidity of 90% (90% RH), more preferably. Is 0.01 g / m 2 / day or less, more preferably 0.0005 g / m 2 / day or less, and particularly preferably 0.00001 g / m 2 / day or less. Further, even when the environmental temperature is 60 ° C. and 90% RH, the water vapor permeability of the substrate or packaging material having a barrier property is more preferably 0.01 g / m 2 / day or less, and still more preferably. 0.0005 g / m 2 / day or less, particularly preferably 0.00001 g / m 2 / day or less. The oxygen permeability of the substrate or packaging material having a barrier property is preferably about 0.001 g / m 2 / day or less, more preferably 0.00001 g / m 2 / day in an environment of 25 ° C. and 0% RH. preferable.

これらの本発明の色素増感型太陽電池用バリアー性のある基板あるいは包装材料に、水蒸気やガスに対するバイア性付与は、特に限定されないが、太陽電池に必要な光量を妨げないことが必要であるために透過性のあるバリアー性のある基板あるいは包装材料であり、その透過率は好ましくは50%以上であり、より好ましくは70%以上であり、更に好ましくは85%以上であり、特に好ましくは90%以上である。上記の特性を有するバリアー性のある基板あるいは包装材料は、その構成や材料において特に限定されることはなく、該特性を有するものであれば特に限定されない。 Although there is no particular limitation on imparting via properties to water vapor or gas to the substrate or packaging material having barrier properties for the dye-sensitized solar cell of the present invention, it is necessary not to interfere with the amount of light necessary for the solar cell. Therefore, it is a substrate or packaging material that is permeable and has a barrier property, and its transmittance is preferably 50% or more, more preferably 70% or more, still more preferably 85% or more, and particularly preferably. 90% or more. The board | substrate or packaging material which has the said characteristic with a barrier property is not specifically limited in the structure and material, If it has this characteristic, it will not specifically limit.

本願発明の好ましいバリアフィルムのある基板あるいは包装材料は、プラスチック支持体上に水蒸気やガスの透過性が低いバリアー層を設置したフィルムであることが好ましい。ガスバリアフィルムの例としては、酸化ケイ素や酸化アルミニウムを蒸着したもの(特公昭53−12953、特開昭58−217344)、有機無機ハイブリッドコーティング層を有するもの(特開2000−323273、特開2004−25732)、無機層状化合物を有するもの(特開2001−205743)、無機材料を積層したもの(特開2003−206361、特開2006−263989)、有機層と無機層を交互に積層したもの(特開2007−30387、米国特許6413645、Affinitoら著
Thin Solid Films 1996年 290−291頁)、有機層と無機層を連続的に積層したもの(米国特許2004−46497)などが挙げられる。
A preferred substrate or packaging material having a barrier film of the present invention is preferably a film in which a barrier layer having low water vapor and gas permeability is provided on a plastic support. Examples of the gas barrier film include those obtained by vapor-depositing silicon oxide and aluminum oxide (Japanese Patent Publication No. Sho 53-12953, Japanese Patent Laid-Open Publication No. 58-217344), and those having an organic-inorganic hybrid coating layer (Japanese Patent Laid-Open No. 2000-323273, Japanese Patent Laid-Open Publication No. 2004) 25732), those having an inorganic layered compound (Japanese Patent Laid-Open No. 2001-205743), those obtained by laminating inorganic materials (Japanese Patent Laid-Open No. 2003-206361, Japanese Patent Laid-Open No. 2006-263389), those obtained by alternately laminating organic layers and inorganic layers (special features) No. 2007-30387, US Pat. No. 6413645, Affinito et al., Thin Solid Films 1996, pages 290-291), and organic layers and inorganic layers laminated continuously (US Pat. No. 2004-46497).

本願発明の色素増感型光電変換素子をプラスチックフィルム形態とする場合は、放電変換素子の全体の厚さは、機械的フレキシブル性と性能安定性を保証する目的から、150μm〜1000μm、好ましくは250μm〜750μmが好ましく、更には300μm〜600μmが好ましい。また、必要に応じて短絡防止のためのセパレータを含ませることもできる。セパレータを形成する材料は電気的に絶縁性の材料であり、その形態はフィルム形態、粒子形態、電解質層と一体化した形態のいずれであってもよい。フィルム形態のセパレータを用いることが好ましい。 When the dye-sensitized photoelectric conversion element of the present invention is in the form of a plastic film, the overall thickness of the discharge conversion element is 150 μm to 1000 μm, preferably 250 μm, for the purpose of ensuring mechanical flexibility and performance stability. ˜750 μm is preferable, and 300 μm to 600 μm is more preferable. Moreover, a separator for preventing a short circuit can be included as required. The material forming the separator is an electrically insulating material, and the form thereof may be any of a film form, a particle form, and a form integrated with the electrolyte layer. It is preferable to use a separator in the form of a film.

フィルム形態で用いる場合、フィルムは電解液を透過する多孔質の膜、例えば樹脂フィルム、不織布、紙などの有機材料が用いられる。また、このような多孔質フィルムは表面を親水化処理してできる親水性のフィルムを用いることもできる。このフィルムの厚みは80μm以下であることが必要であり、その空孔率が50%〜85%のものを用いることが必要である。 When used in the form of a film, the film is made of a porous film that permeates an electrolytic solution, for example, an organic material such as a resin film, a nonwoven fabric, or paper. Such a porous film may be a hydrophilic film formed by hydrophilizing the surface. The thickness of this film needs to be 80 μm or less, and it is necessary to use a film whose porosity is 50% to 85%.

粒子形態で用いる場合は、粒子としては各種の無機材料、有機材料を用いることができる。無機材料としては、シリカ、アルミナ、フッ素系樹脂など、有機材料としてはナイロン、ポリスチレン、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエステル、ポリイミドなどが好ましく、その成分として架橋基を有する成分が含有されていることが好ましい。電解液による膨潤が防止できるからである。これらの粒子の平均粒径は、10μm〜50μmが好ましく15μm〜30μmがさらに好ましい。セパレータが電解質と一体化する場合は、例えば、ポリマーなどによってゲル化した電解液、電解液中の化合物の架橋反応によって電解液を架橋して粘度を高めた電解液などが用いられる。これらのいわゆる擬固体化された電解液も広義のセパレータに含まれる。 When used in the form of particles, various inorganic materials and organic materials can be used as the particles. As the inorganic material, silica, alumina, fluorine-based resin and the like are preferable, and as the organic material, nylon, polystyrene, polyethylene, polypropylene, polyester, polyimide and the like are preferable, and it is preferable that a component having a crosslinking group is contained as the component. This is because swelling due to the electrolytic solution can be prevented. The average particle size of these particles is preferably 10 μm to 50 μm, more preferably 15 μm to 30 μm. When the separator is integrated with the electrolyte, for example, an electrolytic solution gelled with a polymer or the like, an electrolytic solution whose viscosity is increased by crosslinking the electrolytic solution by a crosslinking reaction of a compound in the electrolytic solution, and the like are used. These so-called quasi-solidified electrolytes are also included in a broad sense.

2.色素増感型太陽電池モジュール
単一の色素増感型光電変換素子で得られる起電力は限られることから、実用的な電圧を取り出すために複数の色素増感型光電変換素子を直列または並列に接続する必要がある。図2上段は本願発明の色素増感型光電変換素子を所定の間隔を開けて6個直列接続した本願発明の色素増感型太陽電池モジュール100の断面図であり、図2下段は前記色素増感型太陽電池モジュール100の平面図である。これは、実施態様の1例であって、本願発明は、これに限定されるものではない。
図2上段に示すように、個々の色素増感型光電変換素子1は、集電線20と導電性微粒子22からなる電極接続部23により直列に接続されている。また、電極接続部23は、非導電性の封止層19で仕切られている。封止層19は、個々の色素増感型光電変換素子1の電解液層16を封止する役割を果たす。なお、色素増感型太陽電池モジュール100の両端には、集電線20上に取出し電極21が設けられている。取出し電極にリード線を接合して所望とする電気機器類に接続して、発電源として利用するものである。
2. Dye-sensitized solar cell module Since the electromotive force that can be obtained with a single dye-sensitized photoelectric conversion element is limited, multiple dye-sensitized photoelectric conversion elements can be connected in series or in parallel to extract a practical voltage. Need to connect. The upper part of FIG. 2 is a cross-sectional view of the dye-sensitized solar cell module 100 of the present invention in which six dye-sensitized photoelectric conversion elements of the present invention are connected in series at predetermined intervals, and the lower part of FIG. 3 is a plan view of the sensitive solar cell module 100. FIG. This is an example of the embodiment, and the present invention is not limited to this.
As shown in the upper part of FIG. 2, the individual dye-sensitized photoelectric conversion elements 1 are connected in series by an electrode connection portion 23 including a current collecting line 20 and conductive fine particles 22. Further, the electrode connection portion 23 is partitioned by a non-conductive sealing layer 19. The sealing layer 19 serves to seal the electrolyte solution layer 16 of each dye-sensitized photoelectric conversion element 1. In addition, the extraction electrode 21 is provided on the current collecting line 20 at both ends of the dye-sensitized solar cell module 100. A lead wire is joined to the extraction electrode and connected to a desired electrical device to be used as a power generation source.

[1]導電性微粒子
ここで、導電性微粒子22は、シャープな粒子径分布を持つプラスチック微粒子に金メッキを施した弾力性を有する導電性微粒子である。弾力性を有するために集電線と密着性に優れる。また、前記スペーサーの1倍〜1.5倍、好ましくは1.1倍〜1.3倍の粒径の導電微粒子を選択することで、電解液層厚みを制御できる。
本願発明において、電極接続部を集電線と導電性微粒子の組み合わせとしたこと、具体的には、集電線形成後に、封止材を含む導電性微粒子を集電線上に積層したことにより、透明導電性層に下塗り層を形成したことによる光電極と対向電極との通電性を確実にするためである。
[1] Conductive fine particles Here, the conductive fine particles 22 are elastic conductive fine particles obtained by applying gold plating to plastic fine particles having a sharp particle size distribution. Excellent elasticity with the current collector because of its elasticity. In addition, the thickness of the electrolyte layer can be controlled by selecting conductive fine particles having a particle size 1 to 1.5 times, preferably 1.1 to 1.3 times that of the spacer.
In the present invention, the electrode connection portion is a combination of the current collector and the conductive fine particles. Specifically, after the current collector is formed, the conductive fine particles including the sealing material are laminated on the current collector, so that the transparent conductive This is to ensure the conductivity between the photoelectrode and the counter electrode due to the formation of the undercoat layer on the conductive layer.

[2]集電線の形成
光電極を構成する導電性電極基板上に集電線を配備し、集電線で区分された導電性電極基板上に色素増感半導体微粒子層を形成した光電極基板と、対向電極を構成する導電性電極基板上に集電線を配備した対向電極とを、集電線上の透明導電膜上に設けられたシール部により接着させてセル部を設け、そのセル部に電解質層を封入したプラスチック基板からなる色素増感太陽電池モジュールが好ましい。
[2] Formation of current collector A photoelectrode substrate in which a current collector is arranged on a conductive electrode substrate constituting the photoelectrode, and a dye-sensitized semiconductor fine particle layer is formed on the conductive electrode substrate divided by the current collector; A counter electrode provided with a current collector on a conductive electrode substrate constituting the counter electrode is bonded to a seal portion provided on a transparent conductive film on the current collector to provide a cell portion, and an electrolyte layer is provided on the cell portion. A dye-sensitized solar cell module made of a plastic substrate in which is encapsulated is preferable.

集電線の素材は、銀、銅、アルミニウム、タングステン、ニッケル、クロムのうちから選ばれた少なくとも1つ以上の金属あるいはこれらの合金からなることが好ましい。集電線は透明導電性基板上に格子状に形成されることが好ましい。集電線の形成法としては、スパッタ法、蒸着法、メッキ法あるいはスクリーン印刷法などがある。   The material of the current collector is preferably made of at least one metal selected from silver, copper, aluminum, tungsten, nickel, and chromium, or an alloy thereof. The current collector is preferably formed in a lattice shape on the transparent conductive substrate. Examples of the method for forming the current collector include sputtering, vapor deposition, plating, and screen printing.

[3]モジュール化
本願発明の色素増感型光電変換素子を色素増感太陽電池として組み上げるためには、モジュール化する必要がある。以下に記述する。モジュール化する場合には、集電線で区分された透明導電膜上に多孔質半導体微粒子層を形成し、その上に色素を吸着させて光電極を作製する工程と、基板上に導電膜を形成し対向電極を作製する工程と、集電線上の透明導電膜上にシール部を形成し光電極と対向電極を接着してセル部を形成する工程と、そのセル部に電解質を封入する工程からなる色素増感太陽電池モジュールの作製することが好ましい。なおセル部に電解質を封入する工程を予め実施し、しかる後に集電線上の透明導電膜上にシール部を形成し光電極と対向電極を接着してセル部を形成する工程を実施してもよい。集電線で集められた発電電力は、リード線に接合して所望とする電気機器類に接続して、発電源として利用するものである。この時、各単位セルのみの利用のみでもよく、2個以上のセルをリード線で結合してモジュール化することが更に好ましい。その際に、各セルを直列、並列でも良く、更には直列と並列を組み合わせてもよい。
[3] Modularization In order to assemble the dye-sensitized photoelectric conversion element of the present invention as a dye-sensitized solar cell, it is necessary to modularize it. Described below. In the case of modularization, a porous semiconductor fine particle layer is formed on a transparent conductive film separated by a current collecting line, and a dye is adsorbed thereon to produce a photoelectrode, and a conductive film is formed on the substrate. A step of forming a counter electrode, a step of forming a seal portion on a transparent conductive film on a current collecting line, adhering the photoelectrode and the counter electrode to form a cell portion, and a step of encapsulating an electrolyte in the cell portion It is preferable to prepare a dye-sensitized solar cell module. Even if the step of encapsulating the electrolyte in the cell portion is performed in advance, and then the step of forming the cell portion by forming the seal portion on the transparent conductive film on the current collector and bonding the photoelectrode and the counter electrode is performed. Good. The generated power collected by the power collecting wire is joined to a lead wire and connected to desired electrical equipment and used as a power generation source. At this time, it is possible to use only each unit cell, and it is more preferable to combine two or more cells with lead wires to form a module. At that time, each cell may be connected in series or in parallel, and further, a combination of series and parallel may be used.

[4]外装、バリアー包装体
モジュール化した色素増感型光電変換素子についての外装、バリアー包装体についても、光電変換素子と同様に外装、バリアー包装体を作製した。
[4] Exterior and barrier package As for the exterior and barrier package of the dye-sensitized photoelectric conversion element formed into a module, the exterior and barrier package were prepared in the same manner as the photoelectric conversion element.

[5]用途
本願発明の色素増感型光電変換素子および色素増感型太陽電池モジュールは、その用途が特に制限されるものではない。利用できる光源が可視光領域にあれば発電機能を有する。また光源に照度ムラが存在してもその出力特性に大きな支障をもたらさないという特徴を持つ。更には照射角度の依存性も小さいことも特徴である。用途としては、家庭用電源のための一般的な太陽電池として、日の出から日の入りまでの一日中発電する電源として使用できる。また、シリコン系太陽電池が不得意とする日蔭や室内においても問題なく発電できるという特徴があるため、日蔭や室内での各種用途の電源として利用できる。また、プラスチック基板を用いているために、軽量でかつ破損しづらいという特徴があり、携帯電話や携帯情報端末(モバイル)の充電用携帯電池として活用できる。医療用途としては、輸液ポンプやシリンジポンプ用電源、透析等の体外循環監視用モニター用電源の充電用携帯電池として、停電時や夜間の緊急電源に活用できる。特に、災害時の緊急用充電用電池としても有用である。
[5] Use The use of the dye-sensitized photoelectric conversion element and dye-sensitized solar cell module of the present invention is not particularly limited. If the available light source is in the visible light region, it has a power generation function. In addition, even if illuminance unevenness exists in the light source, it has a feature that the output characteristics are not greatly hindered. Furthermore, the dependency on the irradiation angle is also small. As an application, it can be used as a power source for generating electricity all day long from sunrise to sunset as a general solar battery for a household power source. Moreover, since it has the feature that it can generate electric power without problems even in the sun or indoors where silicon-based solar cells are not good, it can be used as a power source for various uses in the sun and indoors. In addition, since a plastic substrate is used, it is characterized by being lightweight and not easily damaged, and can be used as a portable battery for charging a mobile phone or a portable information terminal (mobile). As a medical use, it can be used as a power supply for infusion pumps and syringe pumps, and as a portable battery for charging a monitor power supply for monitoring extracorporeal circulation such as dialysis, for emergency power supply during a power outage or at night. In particular, it is also useful as an emergency charging battery in the event of a disaster.

また、色素増感光電変換素子は任意な形状で作製することが可能であり、その形状は特に限定されない。本願発明の色素増感型光電変換素子および色素増感型太陽電池モジュールは、電源ソースとして用いることができ、例えば電子機器、移動体、動力装置、建設機械、工作機械、発電システムなどに用いることがでる。所望の出力、大きさ、形状などはその用途によって任意に設計出来るのが特長である。また色素増感光電変換素子は、例えば色素増感光センサーなどとしての用途にも利用できる。また本願発明の色素増感型光電変換素子および色素増感型太陽電池モジュールを用いた電子機器として、携帯型のものと据え置き型のもの共に利用でき、携帯電話、モバイル機器、ロボット、パーソナルコンピュータ、ゲーム機器、車載機器、家庭電気製品、工業製品などを挙げることができる。また色素増感型光電変換素子および色素増感型太陽電池モジュールを用いたモバイル利用は、例えば自動車、二輪車、航空機、ロケット、宇宙船などがある。 Further, the dye-sensitized photoelectric conversion element can be produced in an arbitrary shape, and the shape is not particularly limited. The dye-sensitized photoelectric conversion element and the dye-sensitized solar cell module of the present invention can be used as a power source, for example, used in an electronic device, a moving body, a power device, a construction machine, a machine tool, a power generation system, etc. I get out. The desired output, size, shape, etc. can be designed arbitrarily according to the application. The dye-sensitized photoelectric conversion element can also be used for applications such as a dye-sensitized photosensor. Moreover, as an electronic device using the dye-sensitized photoelectric conversion element and the dye-sensitized solar cell module of the present invention, both a portable type and a stationary type can be used, and mobile phones, mobile devices, robots, personal computers, Examples include game machines, in-vehicle devices, home appliances, and industrial products. Examples of mobile use using a dye-sensitized photoelectric conversion element and a dye-sensitized solar cell module include automobiles, motorcycles, aircraft, rockets, and space ships.

次に本願発明を実施するための形態を実施例として、表1及び表2に示す。
[1]実施例1
(1)電解液の調製
N−メチルベンズイミダゾール2.6g、ヨウ化カリウム3.3g、1,3−ブチルメチルイミダゾリウムヨウ化物6.6gを、50mLのメスフラスコに入れ、γ―ブチロラクトンを全量で50mLになるように加えた。超音波洗浄機による振動により1時間撹拌したのち、24時間以上暗所に静置して、ヨウ素とヨウ化物との組み合わせからなる酸化還元対(I-/I3-)を含まない電解液を調製した。
Next, the form for implementing this invention is shown in Table 1 and Table 2 as an Example.
[1] Example 1
(1) Preparation of electrolyte solution 2.6 g of N-methylbenzimidazole, 3.3 g of potassium iodide, and 6.6 g of 1,3-butylmethylimidazolium iodide are placed in a 50 mL volumetric flask, and the whole amount of γ-butyrolactone is obtained. To 50 mL. After stirring for 1 hour by vibration with an ultrasonic cleaner, leave it in the dark for more than 24 hours to prepare an electrolyte solution containing no redox couple (I- / I3-) consisting of a combination of iodine and iodide. did.

(2)色素溶液の調製
ルテニウム錯体色素(N719、ソラロニクス社製)72mgを200mLのメスフラスコに入れた。脱水エタノール190mLを混合し、撹拌した。メスフラスコに栓をしたのち超音波洗浄器による振動により、60分間撹拌した。溶液を常温に保った後、脱水エタノールを加え、全量を200mLとすることで、色素溶液を調製した。
(2) Preparation of dye solution 72 mg of a ruthenium complex dye (N719, manufactured by Solaronics) was placed in a 200 mL volumetric flask. 190 mL of dehydrated ethanol was mixed and stirred. After stoppering the volumetric flask, the mixture was stirred for 60 minutes by vibration with an ultrasonic cleaner. After keeping the solution at room temperature, dehydrated ethanol was added to make a total volume of 200 mL to prepare a dye solution.

(3)光電極の作成
透明基板(ポリエチレンナフタレートフィルム、厚み200μm)上に透明導電層(インジウム-スズ酸化物(ITO))を積層した導電性電極基板(シート抵抗15Ω/sq)上に、スクリーン印刷法により導電性銀ペースト(K3105、ペルノックス(株)製)を光電極セル幅に応じた間隔で印刷塗布し、150度の熱風循環型オーブン中で15分間加熱乾燥して集電線を作製した。
下塗り層は、上記導電性電極基板の集電線形成面を上にして塗布コーターにセットし、1.6%に希釈したオルガチックPC−600溶液(マツモトファインケミカル製)をワイヤーバーにより掃引速度(10mm/秒)で塗布し、10分間室温乾燥した後、さらに10分間150℃で加熱乾燥して作製した。下塗り層を形成した透明導電性基板の下塗り層形成面に、光電極セル幅に応じた間隔でレーザー処理を行い、絶縁線を形成した。
ポリエステルフィルムに粘着層を塗工した保護フィルムを2段重ねしたマスクフィルム(下段:PC−542PA 藤森工業製、上段:NBO−0424 藤森工業製)を、多孔質半導体微粒子層を形成するための開口部(長さ:60mm、幅5mm)を打ち抜き加工した。加工済みマスクフィルムを、気泡が入らないように、下塗り層を形成した透明導電性基板の集電線形成面に貼合した。
高圧水銀ランプ(定格ランプ電力 400W)光源をマスク貼合面から10cmの距離に置き、電磁波を1分間照射後直ちに、ポリマー成分を含まないバインダーフリー酸化チタンペースト(PECC−C01−06、ペクセル・テクノロジーズ(株)製)をベーカー式アプリケータにより塗布した。ペーストを常温で10分間乾燥させた後、マスクフィルムの上側の保護フィルム(NBO−0424 藤森工業製)を剥離除去し、150度の熱風循環式オーブン中でさらに5分間加熱乾燥し、多孔質半導体微粒子層(長さ:60mm、幅5mm)を形成した。
その後、多孔質半導体微粒子層(長さ:60mm、幅5mm)を形成した導電性電極基板を、調製した色素溶液(40℃)に浸し、軽く攪拌しながら、色素を吸着させた。90分後、色素吸着済み酸化チタン膜を色素吸着容器から取り出し、エタノールにて洗浄して乾燥させ、残りのマスクフィルムを剥離除去して、光電極を作製した。
(3) Creation of photoelectrode On a conductive electrode substrate (sheet resistance 15 Ω / sq) obtained by laminating a transparent conductive layer (indium-tin oxide (ITO)) on a transparent substrate (polyethylene naphthalate film, thickness 200 μm), Conductive silver paste (K3105, manufactured by Pernox Co., Ltd.) is printed and applied at intervals according to the photoelectrode cell width by screen printing, and heated and dried for 15 minutes in a 150 degree hot air circulation oven to produce a current collector. did.
The undercoat layer was set on a coating coater with the current collector surface of the conductive electrode substrate facing up, and an organic PC-600 solution (manufactured by Matsumoto Fine Chemical) diluted to 1.6% was swept with a wire bar (10 mm). / Second) and dried at room temperature for 10 minutes, and then further dried by heating at 150 ° C. for 10 minutes. On the undercoat layer forming surface of the transparent conductive substrate on which the undercoat layer was formed, laser treatment was performed at intervals according to the photoelectrode cell width to form insulating lines.
A mask film (bottom: PC-542PA manufactured by Fujimori Kogyo Co., Ltd., upper: NBO-0424 manufactured by Fujimori Kogyo Co., Ltd.) in which a protective film having an adhesive layer coated on a polyester film is stacked is an opening for forming a porous semiconductor fine particle layer. A part (length: 60 mm, width 5 mm) was punched out. The processed mask film was bonded to the current collector forming surface of the transparent conductive substrate on which the undercoat layer was formed so that air bubbles would not enter.
A high-pressure mercury lamp (rated lamp power 400 W) is placed at a distance of 10 cm from the mask bonding surface, and immediately after irradiation with electromagnetic waves for 1 minute, a binder-free titanium oxide paste that does not contain polymer components (PECC-C01-06, Pexel Technologies) Co., Ltd.) was applied with a Baker type applicator. After the paste is dried at room temperature for 10 minutes, the protective film on the upper side of the mask film (NBO-0424, manufactured by Fujimori Kogyo Co., Ltd.) is peeled and removed, and further heated and dried in a hot air circulation oven at 150 degrees for 5 minutes. A fine particle layer (length: 60 mm, width 5 mm) was formed.
Thereafter, the conductive electrode substrate on which the porous semiconductor fine particle layer (length: 60 mm, width 5 mm) was formed was immersed in the prepared dye solution (40 ° C.), and the dye was adsorbed while gently stirring. After 90 minutes, the dye-adsorbed titanium oxide film was taken out from the dye-adsorption container, washed with ethanol and dried, and the remaining mask film was peeled and removed to produce a photoelectrode.

(4)対向電極の作製
透明基板(ポリエチレンナフタレートフィルム、厚み200μm)上に透明導電層(インジウム-スズ酸化物(ITO))を積層した導電性電極基板(シート抵抗150Ω/sq)の導電面に、開口部(長さ:60mm、幅5mm)を打ち抜き加工した金属製マスクを重ね合わせ、スパッタ法により白金膜パターン(触媒層)を形成し、触媒層形成部分が72%程度の光透過率を有する対向電極層を得た。このとき、上記光電極層と対向電極層とを、お互いの導電面を向かい合わせて重ね合せた時、酸化チタンパターン(多孔質半導体微粒子層形成部)と白金パターン(触媒層形成部分)とは一致する構造とした。
(4) Production of counter electrode Conductive surface of conductive electrode substrate (sheet resistance 150 Ω / sq) in which transparent conductive layer (indium-tin oxide (ITO)) is laminated on transparent substrate (polyethylene naphthalate film, thickness 200 μm) A metal mask in which an opening (length: 60 mm, width 5 mm) is punched is overlapped, and a platinum film pattern (catalyst layer) is formed by a sputtering method. The light transmittance of the catalyst layer forming portion is about 72%. A counter electrode layer having was obtained. At this time, when the photoelectrode layer and the counter electrode layer are overlapped with their conductive surfaces facing each other, the titanium oxide pattern (porous semiconductor fine particle layer forming portion) and the platinum pattern (catalyst layer forming portion) are Matched structure.

(5)光電変換素子の作製
対向電極層の触媒層形成面を表面として、アルミ製吸着板上に真空ポンプを使って固定し、液状の光硬化型封止剤((株)スリーボンド製)を自動塗布ロボットにより白金膜パターンの外周部分に塗布した。その後、白金膜パターン部分に上記のように調製した電解液を所定量塗布し、自動貼り合せ装置を用いて長方形の白金パターンと同型の酸化チタンパターンが向かい合う構造となるように、減圧環境中で重ね合せ、光電極側からメタルハライドランプにより光照射を行ない、続いて白金電極側から光照射を行った。その後、貼り合せ後の基板内に配置された複数個の光電変換素子を各々切出し、取出し電極部分に導電性銅泊テープ(CU7636D、ソニーケミカル&インフォメーションデバイス(株)製)を貼ることで色素増感光電変換素子を作製した。
(5) Production of photoelectric conversion element With the catalyst layer forming surface of the counter electrode layer as the surface, it is fixed on an aluminum adsorption plate using a vacuum pump, and a liquid photocurable sealant (manufactured by ThreeBond Co., Ltd.) is used. The coating was applied to the outer peripheral portion of the platinum film pattern by an automatic coating robot. After that, apply a predetermined amount of the electrolyte prepared as described above to the platinum film pattern part, and use an automatic laminating device in a reduced pressure environment so that the rectangular platinum pattern and the same type of titanium oxide pattern face each other. Superimposing and irradiating light from the photoelectrode side with a metal halide lamp, followed by irradiating light from the platinum electrode side. After that, a plurality of photoelectric conversion elements arranged in the substrate after bonding are cut out, and a dye is increased by sticking a conductive copper anchor tape (CU7636D, manufactured by Sony Chemical & Information Device Co., Ltd.) to the extraction electrode part. A photoelectric conversion element was produced.

(6)光電変換素子の評価(変換効率)
光源として、150Wキセノンランプ光源にAM1.5Gフィルタを装着した擬似太陽光照射装置(PEC−L11型、ペクセル・テクノロジーズ(株)製)光源を用いた。光量は、10万、5万、2.5万ルクスに調整した。作製した色素増感型太陽電池をソースメータ(2400型ソースメータ、Keithley社製)に接続した。電流電圧特性は、各光照射下バイアス電圧を、0Vから0.9Vまで、0.01V単位で変化させながら出力電流を測定した。出力電流の測定は、各電圧ステップにおいて、電圧を変化後、0.05秒後から0.15秒後の値を積算することで行った。バイアス電圧を、逆方向に0.9V〜0Vまでステップさせる測定も行い、順方向と逆方向の測定の平均値を、光電流とした。これにより求められた上記の各種試料の初期出力(Pmax)及び最大電圧(Vmax)を表1に示した。
(6) Evaluation of photoelectric conversion element (conversion efficiency)
As a light source, a pseudo solar irradiation device (PEC-L11 type, manufactured by Pexel Technologies Co., Ltd.) light source in which an AM1.5G filter is attached to a 150 W xenon lamp light source was used. The amount of light was adjusted to 100,000, 50,000, and 25,000 lux. The produced dye-sensitized solar cell was connected to a source meter (type 2400 source meter, manufactured by Keithley). For the current-voltage characteristics, the output current was measured while changing the bias voltage under each light irradiation from 0 V to 0.9 V in units of 0.01 V. The output current was measured by integrating the values from 0.05 seconds to 0.15 seconds after changing the voltage in each voltage step. Measurement was also performed by stepping the bias voltage from 0.9 V to 0 V in the reverse direction, and the average value of the forward and reverse measurements was taken as the photocurrent. Table 1 shows the initial output (Pmax) and maximum voltage (Vmax) of the above-described various samples.

[2]実施例2、3
対向電極の導電性電極基板として、シート抵抗300Ω/sq、400Ω/sqのものを使用した点を除き、実施例1と同様とした。
[2] Examples 2 and 3
The same procedure as in Example 1 was performed except that a conductive electrode substrate having a sheet resistance of 300Ω / sq or 400Ω / sq was used as the conductive electrode substrate of the counter electrode.

[3]実施例4、5、6
光電極の導電性電極基板として、シート抵抗30Ω/sq、50Ω/sq、80Ω/sqのものを使用した点を除き、実施例1と同様とした。
[3] Examples 4, 5, and 6
Example 1 was the same as Example 1 except that the conductive electrode substrate for the photoelectrode used was a sheet resistance of 30Ω / sq, 50Ω / sq, or 80Ω / sq.

[4]実施例7、8、9
対向電極の導電性電極基板として、シート抵抗15Ω/sqのものを使用し、光電極の導電性電極基板として、シート抵抗150Ω/sq、300Ω/sq、400Ω/sqのものを使用した点を除き、実施例1と同様とした。
[4] Examples 7, 8, and 9
A conductive electrode substrate with a sheet resistance of 15 Ω / sq was used as the conductive electrode substrate for the counter electrode, and a conductive electrode substrate with a sheet resistance of 150 Ω / sq, 300 Ω / sq, or 400 Ω / sq was used as the conductive electrode substrate for the photoelectrode. The same as in Example 1.

[5]実施例10、11、12
光電極の導電性電極基板として、シート抵抗150Ω/sqのものを使用し、対向電極の導電性電極基板として、シート抵抗30Ω/sq、50Ω/sq、80Ω/sqのものを使用した点を除き、実施例1と同様とした。
[5] Examples 10, 11, 12
Except that the conductive electrode substrate for the photoelectrode has a sheet resistance of 150 Ω / sq, and the conductive electrode substrate for the counter electrode has a sheet resistance of 30 Ω / sq, 50 Ω / sq, 80 Ω / sq. The same as in Example 1.

[6]比較例1〜6
光電極の導電性電極基板と対向電極の導電性電極基板のシート抵抗組み合わせとして、(光:15Ω/sq、対:15Ω/sq)、(光:90Ω/sq、対:90Ω/sq)、(光:150Ω/sq、対:150Ω/sq)、(光:150Ω/sq、対:600Ω/sq)、(光:600Ω/sq、対:15Ω/sq)、(光:600Ω/sq、対:600Ω/sq)をそれぞれ使用した点を除き、実施例1と同様とした。
[6] Comparative Examples 1-6
As the sheet resistance combination of the conductive electrode substrate of the photoelectrode and the conductive electrode substrate of the counter electrode, (light: 15Ω / sq, pair: 15Ω / sq), (light: 90Ω / sq, pair: 90Ω / sq), ( Light: 150Ω / sq, Pair: 150Ω / sq), (Light: 150Ω / sq, Pair: 600Ω / sq), (Light: 600Ω / sq, Pair: 15Ω / sq), (Light: 600Ω / sq, Pair: Example 1 except that 600Ω / sq) was used.

[7]結果
表1に示すように、光電極あるいは対抗電極の導電性が本発明の範囲外である比較試料1013〜1018は、高照射と低照射での発電量の変動量が2以上と大きい。これに対して、本発明の光電極の導電性が100Ω未満であり対抗電極が100〜500Ωである本発明の試料1001〜1006、および光電極の導電性が100〜500Ωであり対抗電極が100Ω未満である本発明の試料1007〜1012は、高照射と低照射での発電量の変動量が1前後と小さく、本発明の照射量に拘わらずその発電量が一定であるという特長を示すものであった。さらに、電圧(Vmax)もその変動は小さく優れた特性であることが確認された。また得られた光電極および対向電極の膜強度は十分な強度であること、基板と導電層間および酸化チタン層、あるいは触媒層間との接着は問題ないことを確認した。したがって、本発明の試料は優れた照度依存性の小さい色素増感型光電変換素子および色素増感型太陽電池であることが実証された。
[7] Results As shown in Table 1, the comparative samples 1013 to 1018 in which the conductivity of the photoelectrode or the counter electrode is outside the scope of the present invention have a fluctuation amount of power generation amount of 2 or more between high irradiation and low irradiation. large. In contrast, the conductivity of the photoelectrode of the present invention is less than 100Ω and the counter electrode is 100 to 500Ω, and the samples 1001 to 1006 of the present invention are 100 to 500Ω and the counter electrode is 100Ω. Samples 1007 to 1012 of the present invention, which are less than 1, show the feature that the amount of power generation variation between high and low irradiation is as small as around 1, and the power generation amount is constant regardless of the amount of irradiation of the present invention. Met. Furthermore, it was confirmed that the voltage (Vmax) also has excellent characteristics with small fluctuations. It was also confirmed that the film strength of the obtained photoelectrode and counter electrode was sufficient, and that there was no problem with the adhesion between the substrate and the conductive layer and the titanium oxide layer or the catalyst layer. Therefore, it was proved that the sample of the present invention is an excellent dye-sensitized photoelectric conversion element and dye-sensitized solar cell with small illumination dependency.

[8]実施例21
対向電極を以下の方法で作製した点を除き、実施例1と同様とした。
(1)対向電極の作製
透明基板(ポリエチレンナフタレートフィルム、厚み200μm)上に透明導電層(カーボンナノチューブ(Aldrich製SG65(製品願号704148)))を積層した導電性電極基板(シート抵抗200Ω/sq)の導電面に、開口部(長さ:60mm、幅5mm)を打ち抜き加工した金属製マスクを重ね合わせ、スパッタ法により白金膜パターン(触媒層)を形成し、触媒層形成部分が72%程度の光透過率を有する対向電極層を得た。このとき、上記光電極層と対向電極層とを、お互いの導電面を向かい合わせて重ね合せた時、酸化チタンパターン(多孔質半導体微粒子層形成部)と白金パターン(触媒層形成部分)とは一致する構造とした。
[8] Example 21
Example 1 was the same as Example 1 except that the counter electrode was produced by the following method.
(1) Production of counter electrode Conductive electrode substrate (sheet resistance 200Ω / sheet) in which a transparent conductive layer (carbon nanotube (SG65 manufactured by Aldrich (product application No. 704148))) is laminated on a transparent substrate (polyethylene naphthalate film, thickness 200 μm) sq) is overlaid with a metal mask punched with openings (length: 60 mm, width 5 mm) to form a platinum film pattern (catalyst layer) by sputtering, with a catalyst layer formation portion of 72%. A counter electrode layer having a light transmittance of a certain degree was obtained. At this time, when the photoelectrode layer and the counter electrode layer are overlapped with their conductive surfaces facing each other, the titanium oxide pattern (porous semiconductor fine particle layer forming portion) and the platinum pattern (catalyst layer forming portion) are Matched structure.

[9]実施例22
触媒層としてカーボンナノチューブ(Aldrich製SG65(製品願号704148))を使用した点を除き、実施例21と同様とした。
[9] Example 22
Example 21 was the same as Example 21 except that carbon nanotubes (SG65 manufactured by Aldrich (product application No. 704148)) were used as the catalyst layer.

[10]実施例23
導電層としてインジウム-スズ酸化物(ITO)を使用した点を除き、実施例21と同様とした。
[10] Example 23
The same as Example 21 except that indium-tin oxide (ITO) was used as the conductive layer.

[11]結果
表2に示すように、導電層をCNTに変更した場合でも、高照射と低照射での発電量の変動量が1前後と小さく、本発明の照射量に拘わらずその発電量が一定であるという特長を示すものであった。さらに、電圧(Vmax)もその変動は小さく優れた特性であることを確認した。試料2002においては、CNT自身が導電性と優れた触媒作用を示すことも確認した。
[11] Results As shown in Table 2, even when the conductive layer is changed to CNT, the fluctuation amount of the power generation amount between the high irradiation and the low irradiation is as small as about 1, and the power generation amount regardless of the irradiation amount of the present invention. Was characteristic of being constant. Furthermore, it was confirmed that the voltage (Vmax) had excellent characteristics with small fluctuations. In the sample 2002, it was also confirmed that the CNT itself exhibits conductivity and excellent catalytic action.

[12]実施例31
実施例1に基づき作製した試料1001を下記のバリアー包装体に封じ込めて本発明のモジュール試料3001を作製した。
(1)バリアー包装体に封じこめたモジュールの作製
実施例1において作製した試料1001を、下記の透湿度が10−4g/日・cm2のバリアー包装体に封じ込めて、包装材封入した色素増感太陽電池素子3001を作製した。
[12] Example 31
The sample 1001 produced based on Example 1 was enclosed in the following barrier package, and the module sample 3001 of this invention was produced.
(1) Production of Module Encapsulated in Barrier Package Body Sample 1001 produced in Example 1 was sealed in a barrier package body having a moisture permeability of 10 −4 g / day · cm 2 as described below, and the dye increase enclosed in the packaging material A solar cell element 3001 was produced.

(2)包装材の作製
厚さ12μmの二軸延伸ポリエチレンテレフタレートフィルムからなる基材の一方の面に厚さ30nmの酸化珪素の蒸着薄膜層を積層し、その蒸着薄膜層の上に塗布量3g/m(乾燥状態)のポリウレタン系接着剤を介して厚15μmの二軸延伸ナイロンフィルムを積層し、さらにその二軸延伸ナイロンフィルム面に塗布量3g/m(乾燥状態)のポリウレタン系接着剤を介して厚さ30μmの無延伸ポリプロピレンフィルムを積層し、他方の面にC−(OC24−O−(CF−C−O−CHSi(OCHからなるパーフルオロポリエーテル基含有シランカップリング剤をパーフルオロヘキサンで0.5wt%に希釈した塗布液を塗布、乾燥して膜厚3μmの防汚層を積層した積層材料を得た。
(2) Production of packaging material A deposited thin film layer of silicon oxide having a thickness of 30 nm is laminated on one surface of a base material made of a biaxially stretched polyethylene terephthalate film having a thickness of 12 μm, and a coating amount of 3 g is formed on the deposited thin film layer. A 15 μm thick biaxially stretched nylon film is laminated via a polyurethane adhesive of / m 2 (dry state), and a polyurethane adhesive of 3 g / m 2 (dry state) is applied to the biaxially stretched nylon film surface. agent laminating an unstretched polypropylene film having a thickness of 30μm through the other C to the surface 3 F 7 - (OC 3 F 6) 24 -O- (CF 2) 2 -C 2 H 4 -O-CH 2 Si (OCH 3) 3 a perfluoropolyether group-containing silane coupling agent made of diluted 0.5 wt% in perfluorohexane was applied a coating solution and dried to a film thickness 3μm proof of To obtain a laminate material obtained by laminating a layer.

(3)包装材封入したモジュールの作製
前記積層材料を所定寸法にスリットした二枚の積層材料の無延伸ポリプロピレンフィルム面同士を重ね合わせ、三辺をヒートシールし、一辺を開口部とした三方シール袋(包装袋)を作成し、その三方シール袋の開口部からケーブル付きの試料3001を挿入し、ケーブルの一端を袋外に出し、袋内の空気を真空にて吸引後に、加熱密封シールして本発明の包装済みバリアー包装体に封じこめたモジュール試料3001を得た。
(3) Manufacture of a module enclosing a packaging material Three-sided seal with two unstretched polypropylene film surfaces of two laminated materials slit into the predetermined dimensions, heat-sealed on three sides, and an opening on one side Create a bag (packaging bag), insert a sample 3001 with a cable through the opening of the three-side sealed bag, take one end of the cable out of the bag, suck the air in the bag under vacuum, and heat seal Thus, a module sample 3001 encapsulated in the packaged barrier package of the present invention was obtained.

(4)耐久性評価
本発明のバリアー包装体に封じこめたモジュール試料3001を、40℃、相対湿度90%で1000時間放置した後にその出力特性を調べたところ、初期出力特性に対してほぼ同等な特性を示すことを確認した。以上から本発明の導電性層を有する色素増感型光電変換素子は優れた耐久性を有することが確認された。
(4) Durability Evaluation The module sample 3001 encapsulated in the barrier package of the present invention was allowed to stand for 1000 hours at 40 ° C. and 90% relative humidity. It was confirmed that it showed a good characteristic. From the above, it was confirmed that the dye-sensitized photoelectric conversion element having the conductive layer of the present invention has excellent durability.

本願発明に従う色素増感型光電変換素子では、特定の導電性を有する光電極と対向電極を有するものであり、照度変動に対しても一定の発電性を発現するものであり、発電源としては安定的に優れた出力を有するものである。その他本発明により耐久性に優れ、低コストでかつ環境循環性に優れ、環境負荷の低い色素増感型光電変換素子および色素増感型太陽電池を得ることが出来る。 The dye-sensitized photoelectric conversion element according to the present invention has a photoelectrode having a specific conductivity and a counter electrode, and develops a certain power generation property even with respect to illuminance fluctuations. It has stable and excellent output. In addition, according to the present invention, it is possible to obtain a dye-sensitized photoelectric conversion element and a dye-sensitized solar cell that have excellent durability, low cost, excellent environmental circulation, and low environmental load.

1 色素増感型光電変換素子
11 透明基板
12 透明導電層
13 下塗り層
14 増感色素を担持した多孔質半導体微粒子層
15 光電極層
16 電解液層
17 触媒層
18 対向電極層
19 封止層
20 集電線
21 取り出し電極
22 導電性微粒子
23 電極接続部
100 色素増感型太陽電池モジュール
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Dye-sensitized photoelectric conversion element 11 Transparent substrate 12 Transparent conductive layer 13 Undercoat layer 14 Porous semiconductor fine particle layer 15 carrying sensitizing dye 15 Photoelectrode layer 16 Electrolyte layer 17 Catalyst layer 18 Counter electrode layer 19 Sealing layer 20 Current collector 21 Extraction electrode 22 Conductive fine particle 23 Electrode connection portion 100 Dye-sensitized solar cell module

Claims (4)

導電性光電極基板上に、色素増感された半導体粒子からなる光電極層、電解液層、触媒層および導電性対向電極基板をこの順で有する色素増感型光電変換素子において、前記導電性光電極基板と前記導電性対向電極基板のいずれか一方の電極基板のシート抵抗が100Ω未満であり、他方の電極基板のシート抵抗が150Ω〜500Ωであることを特徴とする色素増感型光電変換素子。 In the dye-sensitized photoelectric conversion element having a photoelectrode layer composed of dye-sensitized semiconductor particles, an electrolytic solution layer, a catalyst layer, and a conductive counter electrode substrate in this order on a conductive photoelectrode substrate, the conductive property A dye-sensitized photoelectric conversion characterized in that the sheet resistance of one of the photoelectrode substrate and the conductive counter electrode substrate is less than 100Ω, and the sheet resistance of the other electrode substrate is 150Ω to 500Ω. element. 導電性光電極基板上に、色素増感された半導体粒子からなる光電極層、電解液層、触媒層および導電性対向電極基板をこの順で有する色素増感型光電変換素子において、前記導電性光電極基板と前記導電性対向電極基板のいずれか一方の電極基板のシート抵抗が50Ω以下であり、他方の電極基板のシート抵抗が150Ω〜300Ωであることを特徴とする色素増感型光電変換素子。 In the dye-sensitized photoelectric conversion element having a photoelectrode layer composed of dye-sensitized semiconductor particles, an electrolytic solution layer, a catalyst layer, and a conductive counter electrode substrate in this order on a conductive photoelectrode substrate, the conductive property A dye-sensitized photoelectric conversion characterized in that the sheet resistance of one of the photoelectrode substrate and the conductive counter electrode substrate is 50Ω or less and the sheet resistance of the other electrode substrate is 150Ω to 300Ω. element. 光量2.5万ルックスにおける発電量(P2.5max)に対する光量10万ルックスにおける発電量(P10max)の比(P10max/P2.5max)が1.0〜1.5であること特徴とする請求項1または2に記載の色素増感型光電変換素子。 The ratio (P10max / P2.5max) of the power generation amount (P10max) at a light amount of 100,000 looks to the power generation amount (P2.5max) at a light amount of 25,000lux is 1.0 to 1.5. 3. The dye-sensitized photoelectric conversion element according to 1 or 2. 前記導電性光電極基板と前記導電性対向電極基板のいずれか一方または両方がプラスチック基板であって、前記プラスチック基板を構成する素材が、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、シクロオレフィンコポリマー、脂環式ポリオレフィンのいずれかから選択されたものであることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の色素増感型光電変換素子。 Either or both of the conductive photoelectrode substrate and the conductive counter electrode substrate are plastic substrates, and the material constituting the plastic substrate is polyethylene terephthalate, polyethylene naphthalate, cycloolefin copolymer, alicyclic polyolefin The dye-sensitized photoelectric conversion element according to claim 1, wherein the dye-sensitized photoelectric conversion element is selected from any one of the above.
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