JP5786286B2 - Counter electrode for dye-sensitized solar cell, dye-sensitized solar cell, and method for manufacturing counter electrode - Google Patents

Counter electrode for dye-sensitized solar cell, dye-sensitized solar cell, and method for manufacturing counter electrode Download PDF

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本発明は、色素増感型太陽電池用対向電極及び色素増感型太陽電池、並びに対向電極の製造方法に関する。   The present invention relates to a counter electrode for a dye-sensitized solar cell, a dye-sensitized solar cell, and a method for manufacturing the counter electrode.

多孔質酸化チタン電極を用いることにより、アモルファスシリコン太陽電池に匹敵する性能を有する色素増感型太陽電池が得られる旨の報告がグレッツェルらによって既になされている(J. Am. Chem. Soc. 115 (1993) 6382参照)。また、近時、色素増感型太陽電池の応用開発研究が、国内外を問わず、様々な研究機関で盛んに行われている。   It has already been reported by Gretzell et al. That a dye-sensitized solar cell having performance comparable to that of an amorphous silicon solar cell can be obtained by using a porous titanium oxide electrode (J. Am. Chem. Soc. 115 (1993) 6382). In recent years, application development research on dye-sensitized solar cells has been actively conducted at various research institutions both in Japan and overseas.

色素増感型太陽電池の一般的な構造としては、導電性基板上に増感色素を担持した金属酸化物層(金属酸化物半導体)を有する作用電極と、導電性基板上に触媒層を有する対向電極(対極)との間に、電解液(電解質)を挟み込んだ構造が広く知られている。   A general structure of a dye-sensitized solar cell includes a working electrode having a metal oxide layer (metal oxide semiconductor) carrying a sensitizing dye on a conductive substrate, and a catalyst layer on the conductive substrate. A structure in which an electrolytic solution (electrolyte) is sandwiched between a counter electrode (counter electrode) is widely known.

従来、対向電極の触媒層としては、Ptのスパッタ膜やメッキ膜などの薄膜が用いられている。しかしながら、貴金属であるPtの使用は、コストの面で大きな問題となる。そこで最近では、カーボンを触媒層として使用する試みがなされている。触媒層にカーボンを用いた対向電極(以降、「カーボン対向電極」ともいう。)の製法としては、例えば、炭素粒子と有機金属化合物又は金属塩とを含有するペースト又はスラリーをガラス基板上に印刷法等で塗布した後、300〜600℃に加熱して焼結することにより、製膜する方法が知られている(特許文献1参照)。   Conventionally, a thin film such as a sputtered Pt film or a plated film has been used as the catalyst layer of the counter electrode. However, the use of Pt, which is a noble metal, is a big problem in terms of cost. Therefore, recently, attempts have been made to use carbon as a catalyst layer. As a method for producing a counter electrode using carbon for the catalyst layer (hereinafter also referred to as “carbon counter electrode”), for example, a paste or slurry containing carbon particles and an organometallic compound or metal salt is printed on a glass substrate. A method of forming a film is known by applying it by a method or the like and then heating and sintering at 300 to 600 ° C. (see Patent Document 1).

この種のカーボン対向電極がその機能を充分に発揮するためには、炭素粒子同士の強い結合、及び、炭素粒子と導電性基板の表面との強い結合が非常に重要となる。この目的を達成するため、従来においては、ポリエチレングリコールなどの有機バインダー成分を適量添加したペースト又はスラリー等の塗布液を調製し、この塗布液を基板上に塗布し、しかる後、400℃以上の高温で焼成することにより触媒層を成膜することが一般的であった。   In order for this type of carbon counter electrode to fully perform its function, a strong bond between the carbon particles and a strong bond between the carbon particles and the surface of the conductive substrate are very important. In order to achieve this object, conventionally, a coating liquid such as a paste or a slurry to which an appropriate amount of an organic binder component such as polyethylene glycol is added is prepared, and this coating liquid is applied onto a substrate, and thereafter, a temperature of 400 ° C. or higher. It has been common to form a catalyst layer by baking at a high temperature.

しかしながら、このような高温焼成処理を必須とする方法では、基板の損傷が生じ得るため、事実上、樹脂材料を含む基板を用いることができず、その結果、得られる電極の用途が限定される問題があった。また、印加エネルギー量が大きいので、環境負荷が大きいという問題もあった。   However, in such a method that requires high-temperature baking treatment, the substrate may be damaged, so that a substrate containing a resin material cannot be used in practice, and as a result, the use of the obtained electrode is limited. There was a problem. In addition, since the amount of applied energy is large, there is also a problem that the environmental load is large.

一方、高温焼成処理を省略するために、有機バインダーを塗布液に比較的多めに配合する試みもなされている。このようにすると触媒層の機械的強度の向上効果は認められるものの、膜中の有機バインダー成分が電解液に溶け出す等して、電池特性を著しく悪化させるという問題が生じ得る。   On the other hand, in order to omit the high-temperature baking treatment, attempts have been made to blend a relatively large amount of organic binder into the coating solution. In this case, although the effect of improving the mechanical strength of the catalyst layer is recognized, there may be a problem that the battery characteristics are remarkably deteriorated due to, for example, the organic binder component in the film being dissolved into the electrolytic solution.

そこで、直径がナノメートルサイズの繊維状炭素、より具体的には、シングルウォールカーボンナノチューブ、マルチウォールカーボンナノチューブ及びカーボンナノファイバーからなる群より選択された少なくとも1種の炭素材料からなるナノカーボン膜を電極として構成することにより、バインダー等の添加物を用いることなく、機械的強度に優れる薄膜を得ようとする試みがなされている(特許文献2参照)。   Therefore, a fibrous carbon having a diameter of nanometer size, more specifically, a nanocarbon film made of at least one carbon material selected from the group consisting of single wall carbon nanotubes, multiwall carbon nanotubes, and carbon nanofibers. Attempts have been made to obtain a thin film having excellent mechanical strength without using an additive such as a binder by constituting the electrode (see Patent Document 2).

特開2005−302390号公報JP 2005-302390 A 特開2004−111216号公報Japanese Patent Laid-Open No. 2004-111216

特許文献2に記載された技術によれば、確かに、バインダーフリーでも、繊維状炭素材料の絡み合いによって機械的強度を向上させることができることは理解できる。しかしながら、繊維状炭素材料、特にシングルウォールカーボンナノチューブなどは非常に高価なため、Ptの代替による低コスト化という本来の目的から大きく外れてしまうという問題があった。   According to the technique described in Patent Document 2, it can be understood that the mechanical strength can be improved by the entanglement of the fibrous carbon material even without binder. However, fibrous carbon materials, particularly single-wall carbon nanotubes, are very expensive, and there is a problem that they deviate significantly from the original purpose of cost reduction by substitution of Pt.

本発明は、かかる実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、カーボン触媒層の機械強度(膜強度、密着強度)に優れ、色素増感型太陽電池の電池特性を過度に損なうことなく耐久性(長期信頼性)を向上させることが可能な、色素増感型太陽電池用対向電極を提供することにある。また、本発明の他の目的は、電池特性及び耐久性に優れる色素増感型太陽電池を提供することにある。さらに、本発明の他の目的は、カーボン触媒層の機械強度(膜強度、密着強度)に優れる対向電極を簡易且つ低コストで再現性よく安定して製造可能な製造方法を提供することにある。   The present invention has been made in view of such circumstances, and the object thereof is excellent in the mechanical strength (film strength, adhesion strength) of the carbon catalyst layer without excessively impairing the battery characteristics of the dye-sensitized solar cell. The object is to provide a dye-sensitized solar cell counter electrode capable of improving durability (long-term reliability). Another object of the present invention is to provide a dye-sensitized solar cell that is excellent in battery characteristics and durability. Furthermore, another object of the present invention is to provide a production method capable of producing a counter electrode excellent in mechanical strength (film strength, adhesion strength) of a carbon catalyst layer easily and at low cost with high reproducibility. .

本発明者らは、鋭意研究を重ねた結果、ポリマー型アニオン系界面活性剤を導電性炭素粒子と併用することにより、上記課題が解決されることを見出し、本発明を完成するに至った。   As a result of intensive studies, the present inventors have found that the above problems can be solved by using a polymer type anionic surfactant together with conductive carbon particles, and have completed the present invention.

すなわち、本発明の色素増感型太陽電池用対向電極は、導電性表面を有する基体と、該導電性表面上の少なくとも一部に設けられたカーボン触媒層とを有し、前記カーボン触媒層は、導電性炭素粒子及びポリマー型アニオン系界面活性剤を含有する、ものである。   That is, the counter electrode for a dye-sensitized solar cell of the present invention has a substrate having a conductive surface and a carbon catalyst layer provided on at least a part of the conductive surface, and the carbon catalyst layer includes: , Containing conductive carbon particles and a polymer type anionic surfactant.

本発明者らが、このように構成された色素増感型太陽電池用対向電極と作用電極とを対向配置し、両者の間に電解質を設けた色素増感型太陽電池の特性を測定したところ、上記従来の有機バインダー成分を使用したものに比して、耐久性(長期信頼性)が格別に高められており、その上さらに、有機バインダー成分を配合する場合に不可避的に付随する電池特性の低下までもが格別に抑制されていることが判明した。かかる効果が奏される作用機構の詳細は、未だ明らかではないものの、例えば、以下のとおり推定される。   The present inventors have measured the characteristics of a dye-sensitized solar cell in which the counter electrode for the dye-sensitized solar cell and the working electrode configured as described above are arranged to face each other and an electrolyte is provided therebetween. Compared with the conventional organic binder component, the durability (long-term reliability) is remarkably enhanced, and furthermore, the battery characteristics that are unavoidably associated with the organic binder component. It has been found that even the decline in the number is suppressed significantly. The details of the mechanism of action that produces this effect are not yet clear, but are estimated as follows, for example.

上記構成の色素増感型太陽電池用対向電極においては、導電性炭素粒子にポリマー型アニオン系界面活性剤を併用しているため、導電性炭素粒子同士、及び、導電性炭素粒子と導電性表面の構成元素(例えば、透明導電膜の場合は、通常、InやSn等の金属元素)とが、強固に結合或いは相互作用し得る。したがって、カーボン触媒層の機械強度及び密着強度が格別に高めら得る。しかも、ポリマー型アニオン系界面活性剤の配合により導電性炭素粒子の分散性が高められるので、導電性炭素粒子及びポリマー型アニオン系界面活性剤を含有するカーボン触媒層は、上記従来の有機バインダー成分を用いた場合に比して、機械強度及び密着強度に優れる微細な多孔質構造を採り得る。その上さらに、アニオン基の導電性炭素粒子の表面への相互作用により、導電性炭素粒子の表面が帯電した状態となり、上記従来の有機バインダー成分を用いた場合に比して、導電性炭素粒子の表面の電解質の濡れ性が向上され、多孔質構造内への電解質の引き込みが高められているとも考えられる。これは、電解質がイオン性物質或いは極性物質を含む場合に、殊に顕著になると考えられる。これらの作用が相まった結果、上記構成の色素増感型太陽電池用対向電極においては、上記従来技術で述べた有機バインダー成分を用いた場合とは異なり、電池特性を過度に損なうことなく、耐久性(長期信頼性)が格別に高められたものと考えられる。但し、作用はこれらに限定されない。   In the counter electrode for the dye-sensitized solar cell having the above-described configuration, since the polymer type anionic surfactant is used in combination with the conductive carbon particles, the conductive carbon particles and the conductive carbon particles and the conductive surface are used. (For example, in the case of a transparent conductive film, usually, a metal element such as In or Sn) can be strongly bonded or interacted with. Therefore, the mechanical strength and adhesion strength of the carbon catalyst layer can be significantly increased. In addition, since the dispersibility of the conductive carbon particles can be improved by blending the polymer-type anionic surfactant, the carbon catalyst layer containing the conductive carbon particles and the polymer-type anionic surfactant is the above-mentioned conventional organic binder component. Compared to the case where is used, a fine porous structure excellent in mechanical strength and adhesion strength can be adopted. Furthermore, the surface of the conductive carbon particles becomes charged due to the interaction of the anionic group on the surface of the conductive carbon particles, and the conductive carbon particles are more in comparison with the case where the conventional organic binder component is used. It is considered that the wettability of the electrolyte on the surface is improved and the electrolyte is drawn into the porous structure. This is considered to be particularly remarkable when the electrolyte contains an ionic substance or a polar substance. As a result of a combination of these actions, in the counter electrode for the dye-sensitized solar cell having the above-described configuration, unlike the case of using the organic binder component described in the above prior art, the battery characteristics are not excessively impaired, and the durability is improved. It is considered that the reliability (long-term reliability) has been improved. However, the action is not limited to these.

上記において、前記カーボン触媒層は、前記導電性炭素粒子が凝集及び/又は結合した多孔質構造を有することが好ましい。このような多孔質構造のカーボン触媒層を構成することにより、表面積が飛躍的に増大し、カーボン触媒層への電解質の引き込みが高められ、その結果、光電変換(酸化還元反応)の反応点が増大するため、電池特性が格別に高められる。   In the above, the carbon catalyst layer preferably has a porous structure in which the conductive carbon particles are aggregated and / or bonded. By configuring such a carbon catalyst layer having a porous structure, the surface area is dramatically increased, and the electrolyte is drawn into the carbon catalyst layer. As a result, the reaction point of photoelectric conversion (redox reaction) is increased. This increases the battery characteristics.

さらに、上述した前記ポリマー型アニオン系界面活性剤は、前記導電性炭素粒子に対し0.5〜30wt%含まれることが好ましい。ポリマー型アニオン系界面活性剤の含有量をこの範囲に調整することにより、従来では為し得なかった、電池特性及び耐久性(長期信頼性)の両立が図られる。   Furthermore, it is preferable that the polymer type anionic surfactant described above is contained in an amount of 0.5 to 30 wt% with respect to the conductive carbon particles. By adjusting the content of the polymer-type anionic surfactant to this range, both battery characteristics and durability (long-term reliability) that cannot be achieved in the past can be achieved.

本発明の色素増感型太陽電池は、上記本発明の色素増感型太陽電池用対向電極を有効に利用可能なものであって、導電性表面を有する基体と該導電性表面上の少なくとも一部に設けられた色素担持金属酸化物層とを有する作用電極、導電性表面を有する基体と該導電性表面上の少なくとも一部に設けられたカーボン触媒層とを有する対向電極、及び、前記作用電極と前記対向電極との間に設けられた電解質、を備え、前記カーボン触媒層は、導電性炭素粒子及びポリマー型アニオン系界面活性剤を含有する、ものである。上記と同様の理由で、前記カーボン触媒層は、導電性炭素粒子が凝集及び/又は結合した多孔質構造を有することが好ましく、前記ポリマー型アニオン系界面活性剤は、前記導電性炭素粒子に対し0.5〜30wt%含まれることが好ましい。   The dye-sensitized solar cell of the present invention can effectively use the counter electrode for a dye-sensitized solar cell of the present invention, and has a base having a conductive surface and at least one on the conductive surface. A working electrode having a dye-carrying metal oxide layer provided on the surface, a counter electrode having a substrate having a conductive surface and a carbon catalyst layer provided on at least a part of the conductive surface, and the function An electrolyte provided between an electrode and the counter electrode, wherein the carbon catalyst layer contains conductive carbon particles and a polymer-type anionic surfactant. For the same reason as described above, the carbon catalyst layer preferably has a porous structure in which conductive carbon particles are aggregated and / or bonded, and the polymer type anionic surfactant is based on the conductive carbon particles. It is preferable that 0.5-30 wt% is contained.

本発明の対向電極の製造方法は、上記本発明の色素増感型太陽電池用対向電極を有効に製造可能なものであって、導電性表面を有する基体と該導電性表面上に設けられたカーボン触媒層とを有する対向電極の製造方法であって、導電性炭素粒子及びポリマー型アニオン系界面活性剤を含有する調合物を準備する工程と、前記調合物を前記基体の導電性表面を有するに付与する工程と、を有するものである。この製造方法によれば、カーボン触媒層の機械強度(膜強度、密着強度)に優れる対向電極を簡易且つ低コストで再現性よく安定して製造可能である。   The counter electrode manufacturing method of the present invention can effectively manufacture the counter electrode for a dye-sensitized solar cell of the present invention, and is provided on a substrate having a conductive surface and the conductive surface. A method for producing a counter electrode having a carbon catalyst layer, the step of preparing a preparation containing conductive carbon particles and a polymer type anionic surfactant, and the preparation having a conductive surface of the substrate And a step of imparting to. According to this production method, a counter electrode excellent in mechanical strength (film strength, adhesion strength) of the carbon catalyst layer can be produced easily and stably at low cost with good reproducibility.

本発明によれば、カーボン触媒層の機械強度に優れ、色素増感型太陽電池の電池特性を過度に損なうことなく耐久性を向上させることが可能な、色素増感型太陽電池用対向電極が実現され、また、電池特性及び耐久性に優れる色素増感型太陽電池が実現される。しかも、そのような作用電極を、従来技術の如く高温焼成プロセスを必須とせず、簡易且つ低コストで再現性よく安定して製造可能なので、生産性及び経済性が高められる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the counter electrode for dye-sensitized solar cells which is excellent in the mechanical strength of a carbon catalyst layer, and can improve durability, without impairing the battery characteristic of a dye-sensitized solar cell excessively is provided. A dye-sensitized solar cell that is realized and has excellent battery characteristics and durability is realized. In addition, since such a working electrode does not require a high-temperature firing process as in the prior art, and can be manufactured easily, at low cost and stably with high reproducibility, productivity and economy are improved.

色素増感型太陽電池100及び対向電極14の概略構成を示す断面図である。1 is a cross-sectional view showing a schematic configuration of a dye-sensitized solar cell 100 and a counter electrode 14.

以下、本発明の実施の形態について説明する。なお、同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。また、上下左右等の位置関係は、特に断らない限り、図面に示す位置関係に基づくものとする。さらに、図面の寸法比率は、図示の比率に限定されるものではない。また、以下の実施の形態は、本発明を説明するための例示であり、本発明はその実施の形態のみに限定されるものではない。   Embodiments of the present invention will be described below. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the same element and the overlapping description is abbreviate | omitted. Further, the positional relationship such as up, down, left and right is based on the positional relationship shown in the drawings unless otherwise specified. Furthermore, the dimensional ratios in the drawings are not limited to the illustrated ratios. The following embodiments are examples for explaining the present invention, and the present invention is not limited only to the embodiments.

図1は、本実施形態の色素増感型太陽電池の概略構成を示す断面図である。
色素増感型太陽電池100は、作用電極11(色素担持電極、光電変換電極)と、対向電極21と、これら作用電極11及び対向電極21の間に設けられた電解質31を備える。作用電極11と対向電極21とは、スペーサー41を介して対向配置され、これら作用電極11、対向電極21及びスペーサー41並びに図示しない封止部材によって画成される封止空間内に、電解質31が封入されている。
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a schematic configuration of the dye-sensitized solar cell of the present embodiment.
The dye-sensitized solar cell 100 includes a working electrode 11 (dye-carrying electrode, photoelectric conversion electrode), a counter electrode 21, and an electrolyte 31 provided between the working electrode 11 and the counter electrode 21. The working electrode 11 and the counter electrode 21 are arranged to face each other via a spacer 41, and an electrolyte 31 is placed in a sealed space defined by the working electrode 11, the counter electrode 21, the spacer 41, and a sealing member (not shown). It is enclosed.

作用電極11は、導電性表面12aを有する基体12と、導電性表面12a上に形成された多孔性の金属酸化物層13とを備え、金属酸化物層13に増感色素が担持(吸着)されることにより、色素担持金属酸化物層14が形成されている。換言すれば、本実施形態の作用電極11は、色素担持金属酸化物層14、すなわち、増感色素が金属酸化物の表面に担持(吸着)された複合構造体が、基体12の導電性表面12a上に積層された構成となっている。   The working electrode 11 includes a substrate 12 having a conductive surface 12a and a porous metal oxide layer 13 formed on the conductive surface 12a. A sensitizing dye is supported (adsorbed) on the metal oxide layer 13. As a result, the dye-supported metal oxide layer 14 is formed. In other words, the working electrode 11 of the present embodiment includes a dye-supported metal oxide layer 14, that is, a composite structure in which a sensitizing dye is supported (adsorbed) on the surface of the metal oxide. It is the structure laminated | stacked on 12a.

基体12としては、少なくとも金属酸化物層13を支持可能なものであればその種類や寸法形状は特に制限されず、例えば、板状或いはシート状の物が好適に用いられる。その具体例としては、例えば、ガラス基板、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン等のプラスチック基板、金属基板或いは合金基板、セラミックス基板又はこれらの積層体等が挙げられる。また、基体12は、透光性を有することが好ましく、可視光領域における透光性に優れるものがより好ましい。さらに、基体12は、可撓性を有することが好ましい。この場合、その可撓性を生かした種々の形態の構造物を提供できる。   The type and size of the substrate 12 are not particularly limited as long as at least the metal oxide layer 13 can be supported. For example, a plate-like or sheet-like material is preferably used. Specific examples thereof include glass substrates, plastic substrates such as polyethylene terephthalate, polyethylene, polypropylene, and polystyrene, metal substrates, alloy substrates, ceramic substrates, and laminates thereof. Moreover, it is preferable that the base | substrate 12 has translucency, and the thing excellent in the translucency in visible region is more preferable. Further, the base 12 is preferably flexible. In this case, it is possible to provide various types of structures utilizing the flexibility.

導電性表面12aは、例えば、導電性PETフィルムのように基体12上の一部に又は全面に透明導電膜を形成する等して、基体12に付与することができる。また、導電性を有する基体12を用いることで、基体12に導電性表面12aを付与する処理を省略することができる。透明導電膜の具体例としては、例えば、インジウム−スズ酸化物(ITO)、インジウム−亜鉛酸化物(IZO)、SnO、InOの他、SnOにフッ素をドープしたFTO等が挙げられるが、これらに特に限定されない。これらは、各々を単独で用いても、複数を組み合わせて用いてもよい。透明導電膜の形成方法は、特に限定されず、例えば、蒸着法、CVD法、スプレー法、スピンコート法、或いは浸漬法等、公知の手法を適用できる。また、透明導電膜の膜厚は、適宜設定可能である。なお、基体12の導電性表面12aは、必要に応じて、適宜の表面改質処理が施されていてもよい。その具体的としては、例えば、界面活性剤、有機溶剤又はアルカリ性水溶液等による脱脂処理、機械的研磨処理、水溶液への浸漬処理、電解液による予備電解処理、水洗処理、乾燥処理等公知の表面処理が挙げられるが、これらに特に限定されない。 The conductive surface 12a can be applied to the substrate 12 by, for example, forming a transparent conductive film on a part or the entire surface of the substrate 12 like a conductive PET film. Moreover, the process which provides the electroconductive surface 12a to the base | substrate 12 can be skipped by using the base | substrate 12 which has electroconductivity. Specific examples of the transparent conductive film include indium-tin oxide (ITO), indium-zinc oxide (IZO), SnO 2 , InO 3 , and FTO in which SnO 2 is doped with fluorine. However, it is not particularly limited to these. These may be used alone or in combination. The formation method of a transparent conductive film is not specifically limited, For example, well-known methods, such as a vapor deposition method, CVD method, a spray method, a spin coat method, or an immersion method, are applicable. Moreover, the film thickness of a transparent conductive film can be set suitably. The conductive surface 12a of the substrate 12 may be subjected to appropriate surface modification treatment as necessary. Specifically, for example, a known surface treatment such as a degreasing treatment with a surfactant, an organic solvent or an alkaline aqueous solution, a mechanical polishing treatment, an immersion treatment in an aqueous solution, a preliminary electrolytic treatment with an electrolytic solution, a water washing treatment, a drying treatment, etc. However, it is not particularly limited to these.

金属酸化物層13は、TiO、ZnO、SnO、ZrO、SiO、Al、WO、Nb等の金属酸化物を主成分とする多孔性の半導体層である。金属酸化物層13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、ビスマス等の金属、これらの金属酸化物及びこれらの金属カルコゲニドを含んでいてもよい。なお、金属酸化物層13の厚みは、特に限定されないが、0.05〜50μmであることが好ましい。 The metal oxide layer 13 is a porous semiconductor layer mainly composed of a metal oxide such as TiO 2 , ZnO, SnO 2 , ZrO 2 , SiO 2 , Al 2 O 3 , WO 3 , and Nb 2 O 5. . The metal oxide layer 13 is made of metal such as titanium, tin, zinc, iron, tungsten, zirconium, strontium, indium, cerium, vanadium, niobium, tantalum, cadmium, lead, antimony, bismuth, these metal oxides and these A metal chalcogenide may be included. In addition, although the thickness of the metal oxide layer 13 is not specifically limited, It is preferable that it is 0.05-50 micrometers.

金属酸化物層13の形成方法は、特に限定されず、公知の手法が適用可能である。例えば、金属酸化物粒子を含有する調合物(スラリーやゾル等)を基体12の導電性表面12a上に付与した後に焼結する方法や、かかる調合物を基体12の導電性表面12a上に付与した後に50〜150℃程度、好ましくは70〜150℃程度の低温処理を行う方法が挙げられる。これらの手法によると、金属酸化物の粒子が凝集及び/又は結合した多孔質構造を有する金属酸化物層13を簡易に得ることができる。これらの中でも、樹脂を含む基板が使用可能となるとともに印加エネルギー量を減らして環境負荷を低減できる観点から、後者の50〜150℃程度の低温処理を行う方法が好ましい。なお、調合物の基体12の導電性表面12aへの付与方法は、特に限定されず、従来公知の塗布法等が適用可能である。   The formation method of the metal oxide layer 13 is not specifically limited, A well-known method is applicable. For example, a method (slurry, sol, etc.) containing metal oxide particles is applied to the conductive surface 12a of the substrate 12 and then sintered, or such a formulation is applied to the conductive surface 12a of the substrate 12. And a method of performing low-temperature treatment at about 50 to 150 ° C., preferably about 70 to 150 ° C. According to these methods, the metal oxide layer 13 having a porous structure in which metal oxide particles are aggregated and / or bonded can be easily obtained. Among these, the latter method of performing a low-temperature treatment at about 50 to 150 ° C. is preferable from the viewpoint that the substrate containing the resin can be used and the applied energy amount can be reduced to reduce the environmental load. In addition, the application | coating method to the electroconductive surface 12a of the base | substrate 12 of a formulation is not specifically limited, A conventionally well-known coating method etc. are applicable.

上記の金属酸化物粒子を含有する調合物は、分散媒を含む調合液(例えば、分散液、ゾル液又はスラリー液等)であることが好ましい。分散媒の具体例としては、特に限定されないが、例えば、水、メタノール、エタノール、イソプロピルアルコール、ブタノール、ジクロロメタン、アセトン、アセトニトリル、酢酸エチル、トルエン、ジメチルホルムアミド、エトキシエタノール、シクロヘキサノン等の各種の有機溶媒が挙げられる。なお、これらは、各々を単独で用いても、複数を組み合わせて用いてもよい。また、必要に応じて、他の界面活性剤、酸、キレート剤等の助剤を含むものであってもよい。   The preparation containing the metal oxide particles is preferably a preparation liquid containing a dispersion medium (for example, a dispersion liquid, a sol liquid or a slurry liquid). Specific examples of the dispersion medium include, but are not limited to, various organic solvents such as water, methanol, ethanol, isopropyl alcohol, butanol, dichloromethane, acetone, acetonitrile, ethyl acetate, toluene, dimethylformamide, ethoxyethanol, and cyclohexanone. Is mentioned. These may be used alone or in combination. Moreover, auxiliary agents, such as other surfactant, an acid, a chelating agent, may be included as needed.

金属酸化物層13に担持させる増感色素は、特に限定されず、水溶性色素、非水溶性色素、油溶性色素のいずれであっても構わない。光電変換素子として要求される性能に応じて、所望の光吸収帯・吸収スペクトルを有するものを適宜選択できる。増感色素の具体例としては、例えば、エオシンY等のキサンテン系色素、クマリン系色素、トリフェニルメタン系色素、シアニン系色素、メロシアニン系色素、フタロシアニン系色素、ナフタロシアニン系色素、ポルフィリン系色素、ポリピリジン金属錯体色素等の他、ルテニウムビピリジウム系色素、アゾ色素、キノン系色素、キノンイミン系色素、キナクリドン系色素、スクアリウム系色素、ペリレン系色素、インジゴ系色素、オキソノール系色素、ポリメチン系色素、リボフラビン系色素等が挙げられるが、これらに特に限定されない。なお、これらは、各々を単独で用いても、複数を組み合わせて用いてもよい。また、色素担持量を増大させる観点から、増感色素は、金属酸化物と相互作用する吸着性基を有することが好ましい。吸着性基の具体例としては、例えば、カルボキシル基、スルホン酸基或いはリン酸基等が挙げられるが、これらに限定されない。   The sensitizing dye supported on the metal oxide layer 13 is not particularly limited, and may be any of a water-soluble dye, a water-insoluble dye, and an oil-soluble dye. Depending on the performance required as a photoelectric conversion element, one having a desired light absorption band / absorption spectrum can be appropriately selected. Specific examples of the sensitizing dye include, for example, xanthene dyes such as eosin Y, coumarin dyes, triphenylmethane dyes, cyanine dyes, merocyanine dyes, phthalocyanine dyes, naphthalocyanine dyes, porphyrin dyes, In addition to polypyridine metal complex dyes, ruthenium bipyridium dyes, azo dyes, quinone dyes, quinone imine dyes, quinacridone dyes, squalium dyes, perylene dyes, indigo dyes, oxonol dyes, polymethine dyes, Examples include riboflavin dyes, but are not particularly limited thereto. These may be used alone or in combination. Further, from the viewpoint of increasing the amount of the dye supported, the sensitizing dye preferably has an adsorptive group that interacts with the metal oxide. Specific examples of the adsorptive group include, but are not limited to, a carboxyl group, a sulfonic acid group, and a phosphoric acid group.

増感色素を金属酸化物層13に担持させる方法は、特に限定されず、公知の形成方法を適用することができる。具体的には、例えば、増感色素を含む溶液に金属酸化物層13を浸漬する方法、増感色素を含む溶液を金属酸化物層13に塗布する方法等が挙げられる。ここで用いる増感色素含有溶液の溶媒は、使用する増感色素の溶解性又は相溶性等に応じて、例えば、水、エタノール系溶媒、ニトリル系溶媒、ケトン系溶媒等の公知の溶媒から適宜選定することができる。   The method for supporting the sensitizing dye on the metal oxide layer 13 is not particularly limited, and a known forming method can be applied. Specifically, for example, a method of immersing the metal oxide layer 13 in a solution containing a sensitizing dye, a method of applying a solution containing a sensitizing dye to the metal oxide layer 13 and the like can be given. The solvent of the sensitizing dye-containing solution used here is appropriately selected from known solvents such as water, ethanol-based solvent, nitrile-based solvent, and ketone-based solvent, depending on the solubility or compatibility of the sensitizing dye to be used. Can be selected.

なお、作用電極11は、基体12の導電性表面12aと金属酸化物層13(色素担持金属酸化物層14)との間に、中間層を有していてもよい。中間層の材料は、特に限定されないが、例えば、上記の導電性表面12aの透明導電膜で説明した金属酸化物等が好ましい。中間層は、例えば、蒸着法、CVD法、スプレー法、スピンコート法、浸漬法或いは電析法等の公知の手法によって、基体12の導電性表面12aに金属酸化物を析出或いは堆積することで形成することができる。なお、中間層は、透光性を有することが好ましく、さらに導電性を有することが好ましい。また、中間層の厚みは、特に限定されるものではないが、0.1〜5μm程度が好ましい。   The working electrode 11 may have an intermediate layer between the conductive surface 12a of the base 12 and the metal oxide layer 13 (dye-carrying metal oxide layer 14). Although the material of an intermediate | middle layer is not specifically limited, For example, the metal oxide etc. which were demonstrated with the transparent conductive film of said electroconductive surface 12a are preferable. The intermediate layer is formed by depositing or depositing a metal oxide on the conductive surface 12a of the substrate 12 by a known method such as vapor deposition, CVD, spraying, spin coating, dipping, or electrodeposition. Can be formed. Note that the intermediate layer preferably has translucency, and more preferably has conductivity. The thickness of the intermediate layer is not particularly limited, but is preferably about 0.1 to 5 μm.

対向電極21は、導電性表面22aを有する基体22と、導電性表面22a上に形成された多孔性のカーボン触媒層23とを備え、カーボン触媒層23が作用電極11の金属酸化物層13(色素担持金属酸化物層14)と対面するように対向配置されている。基体22及び導電性表面22aは、上述した基体12及び導電性表面12aに対応するものであり、これらと同様に公知のものを適宜採用することができ、また、基体12及び導電性表面12aにおいて説明したものを好適に用いることができる。導電性表面22aを有する基体22の具体例としては、例えば、導電性を有する基体12の他、透明導電膜を形成する等して基体12上の一部に又は全面に導電性表面12aを有するもの、さらに、基体12の導電性表面12a上にさらに導電層として、白金、金、銀、銅、アルミニウム、インジウム、モリブデン、チタン等の金属、導電性ポリマー等の膜を形成したもの等が挙げられる。   The counter electrode 21 includes a base 22 having a conductive surface 22a and a porous carbon catalyst layer 23 formed on the conductive surface 22a. The carbon catalyst layer 23 is a metal oxide layer 13 ( The dye-supporting metal oxide layer 14) is disposed so as to face the dye-supporting metal oxide layer 14). The base 22 and the conductive surface 22a correspond to the base 12 and the conductive surface 12a described above, and well-known ones can be used as appropriate, and the base 12 and the conductive surface 12a What has been described can be suitably used. As a specific example of the substrate 22 having the conductive surface 22a, for example, in addition to the conductive substrate 12, the conductive surface 12a is formed on a part of or the entire surface of the substrate 12 by forming a transparent conductive film. In addition, a conductive layer formed on the conductive surface 12a of the substrate 12 as a conductive layer is formed with a metal such as platinum, gold, silver, copper, aluminum, indium, molybdenum, titanium, or a film of a conductive polymer. It is done.

カーボン触媒層23は、導電性炭素粒子及びポリマー型アニオン系界面活性剤を含有する。カーボン触媒層23は、導電性炭素粒子を主成分とする多孔質構造を有することが好ましい。多孔質構造を有するカーボン触媒層23は、表面積が大きく電池特性に優れる傾向にある。   The carbon catalyst layer 23 contains conductive carbon particles and a polymer type anionic surfactant. The carbon catalyst layer 23 preferably has a porous structure mainly composed of conductive carbon particles. The carbon catalyst layer 23 having a porous structure tends to have a large surface area and excellent battery characteristics.

カーボン触媒層23を構成する導電性炭素粒子の具体例としては、例えば、カーボンブラック、グラファイト、ガラス炭素、アモルファス炭素、ハードカーボン、ソフトカーボン、カーボンホイスカー、カーボンナノチューブ、フラーレン等が挙げられるが、これらに特に限定されない。これらは、各々を単独で用いても、複数を組み合わせて用いてもよい。なお、カーボン触媒層23の厚みは、特に限定されないが、0.05〜50μmであることが好ましい。   Specific examples of the conductive carbon particles constituting the carbon catalyst layer 23 include, for example, carbon black, graphite, glass carbon, amorphous carbon, hard carbon, soft carbon, carbon whisker, carbon nanotube, and fullerene. It is not specifically limited to. These may be used alone or in combination. In addition, the thickness of the carbon catalyst layer 23 is not particularly limited, but is preferably 0.05 to 50 μm.

カーボン触媒層23に含まれるポリマー型アニオン系界面活性剤は、分子内にアニオン性の官能基又その塩を少なくとも1つ以上有する界面活性剤であって、繰り返し構造単位を有するものを意味する。カーボン触媒層23にポリマー型アニオン系界面活性剤を含ませることにより、機械強度(膜強度、密着強度)が飛躍的に向上し、有機バインダーを添加する上記従来の手法とは異なり、耐久性(長期信頼性)及び電池特性(特に、初期特性)に優れる色素増感型太陽電池が実現可能となる。ここで、アニオン性の官能基又はその塩の具体例としては、特に限定されないが、例えば、カルボキシル基、スルホン酸基及びリン酸基等の吸着性基及びそのエステル塩などが挙げられる。また、繰り返し構造単位及びその繰り返し数については、特に限定されないが、ポリマー型アニオン系界面活性剤の分子量は1000以上10000以下であることが好ましい。ポリマー型アニオン系界面活性剤の分子量が小さいと、機械強度(膜強度、密着強度)及び耐久性(長期信頼性)の向上効果が小さくなる傾向にあり、ポリマー型アニオン系界面活性剤の分子量が大きいと、電池特性が悪化する傾向にある。なお、アニオン系界面活性剤としては、例えば、脂肪酸ナトリウム、モノアルキル硫酸塩、アルキルポリオキシエチレン硫酸塩、アルキルベンゼンスルホン酸塩、モノアルキルリン酸塩、アルキルポリオキシエチレンリン酸塩等が知られている。   The polymer-type anionic surfactant contained in the carbon catalyst layer 23 means a surfactant having at least one anionic functional group or a salt thereof in the molecule and having a repeating structural unit. By including a polymer-type anionic surfactant in the carbon catalyst layer 23, mechanical strength (film strength, adhesion strength) is dramatically improved, and unlike the above-described conventional method of adding an organic binder, durability ( A dye-sensitized solar cell excellent in long-term reliability) and battery characteristics (particularly initial characteristics) can be realized. Here, specific examples of the anionic functional group or a salt thereof are not particularly limited, and examples thereof include an adsorbing group such as a carboxyl group, a sulfonic acid group, and a phosphoric acid group, and an ester salt thereof. Further, the repeating structural unit and the number of repeating units are not particularly limited, but the molecular weight of the polymer type anionic surfactant is preferably 1000 or more and 10,000 or less. If the molecular weight of the polymer type anionic surfactant is small, the effect of improving the mechanical strength (film strength, adhesion strength) and durability (long-term reliability) tends to be small, and the molecular weight of the polymer type anionic surfactant is low. If it is large, battery characteristics tend to deteriorate. As anionic surfactants, for example, fatty acid sodium, monoalkyl sulfate, alkyl polyoxyethylene sulfate, alkyl benzene sulfonate, monoalkyl phosphate, alkyl polyoxyethylene phosphate are known. Yes.

好ましいポリマー型アニオン系界面活性剤は、リン酸基を有するポリマー型アニオン性界面活性剤である。リン酸基を有するポリマー型界面活性剤は、界面活性剤の中でも低気泡性の特性を有する。したがって、導電性炭素粒子及びリン酸基を有するポリマー型界面活性剤を含有する調合物を用いてカーボン触媒層23を形成する場合において、導電性炭素粒子を含む調合物(スラリーやゾル等)における気泡の発生を抑制することができ、その結果、カーボン触媒層23の機械強度をより一層高めることができる。一般に、導電性炭素粒子を含む調合物中に混入した気泡は、塗膜(導電性炭素粒子膜、カーボン触媒層23)中にも取り込まれるため、形成されるカーボン触媒層23の機械強度の低下を引き起こし得る。したがって、ポリマー型アニオン系界面活性剤として、リン酸基を有するポリマー型界面活性剤等のように低気泡性のものを用いることが好ましい。また、リン酸基は、透明電極の構成元素(例えば、InやSn等の金属元素)とも強い結合を形成し得るので、リン酸基を有するポリマー型界面活性剤を用いることにより、密着強度がより一層高められる。   A preferred polymer type anionic surfactant is a polymer type anionic surfactant having a phosphate group. The polymer type surfactant having a phosphoric acid group has a low-bubble property among the surfactants. Therefore, in the case where the carbon catalyst layer 23 is formed using a preparation containing conductive carbon particles and a polymeric surfactant having a phosphate group, in a preparation (slurry, sol, etc.) containing conductive carbon particles. The generation of bubbles can be suppressed, and as a result, the mechanical strength of the carbon catalyst layer 23 can be further increased. In general, since air bubbles mixed in a preparation containing conductive carbon particles are also taken into the coating film (conductive carbon particle film, carbon catalyst layer 23), the mechanical strength of the formed carbon catalyst layer 23 is reduced. Can cause. Therefore, it is preferable to use a low-bubble type polymer surfactant such as a polymer surfactant having a phosphate group as the polymer anionic surfactant. In addition, since the phosphate group can form a strong bond with a constituent element of the transparent electrode (for example, a metal element such as In or Sn), the adhesion strength can be improved by using a polymer type surfactant having a phosphate group. It is further enhanced.

リン酸基を有するポリマー型アニオン性界面活性剤の具体例としては、例えば、ポリマー主鎖にリン酸を有するアルキル基を側鎖として有するもの、より具体的には、例えば、ポリオキシエチレンアルキルエーテルリン酸やポリオキシエチレンアルキルフェニルエーテルリン酸等が挙げられる。これらに含まれるアルキル基の炭素数は、特に限定されないが、12〜20程度が好ましく、分子内に含まれるアルキル基の長さは単一でも異なっていてもよい。その代表例としては、例えば、ポリオキシエチレンラウリルエーテルリン酸、ポリオキシエチレンラウリルフェニルエーテルリン酸、ポリオキシエチレンステアリルエーテルリン酸、ポリオキシエチレンステアリルフェニルエーテルリン酸等が挙げられるが、これらに特に限定されない。   Specific examples of the polymer type anionic surfactant having a phosphoric acid group include, for example, those having an alkyl group having phosphoric acid as a side chain in the polymer main chain, more specifically, for example, polyoxyethylene alkyl ether Examples thereof include phosphoric acid and polyoxyethylene alkylphenyl ether phosphoric acid. Although carbon number of the alkyl group contained in these is not specifically limited, About 12-20 is preferable and the length of the alkyl group contained in a molecule | numerator may be single or different. Typical examples include polyoxyethylene lauryl ether phosphate, polyoxyethylene lauryl phenyl ether phosphate, polyoxyethylene stearyl ether phosphate, polyoxyethylene stearyl phenyl ether phosphate, and the like. It is not limited.

カーボン触媒層23に含まれるポリマー型アニオン系界面活性剤の含有量は、特に限定されないが、導電性炭素粒子の総量に対し0.5〜30wt%であることが好ましく、より好ましくは0.8〜20wt%である。ポリマー型アニオン系界面活性剤の含有量が多いほど機械強度及び耐久性に優れる傾向にあり、一方、ポリマー型アニオン系界面活性剤の含有量が少ないほど初期特性に優れる傾向にある。したがって、これらのバランスを考慮して、ポリマー型アニオン系界面活性剤の含有量を適宜設定すればよい。   The content of the polymer type anionic surfactant contained in the carbon catalyst layer 23 is not particularly limited, but is preferably 0.5 to 30 wt%, more preferably 0.8% with respect to the total amount of conductive carbon particles. ~ 20 wt%. The higher the content of the polymer type anionic surfactant, the better the mechanical strength and the durability. On the other hand, the lower the content of the polymer type anionic surfactant, the better the initial characteristics. Therefore, in view of these balances, the content of the polymer type anionic surfactant may be appropriately set.

カーボン触媒層23の形成方法は、特に限定されず、公知の手法が適用可能である。例えば、導電性炭素粒子を含有する調合物(スラリーやゾル等)を基体22の導電性表面22a上に付与した後に焼結する方法や、かかる調合物を基体22の導電性表面22a上に付与した後に50〜150℃程度、好ましくは70〜150℃程度の低温処理を行う方法が挙げられる。これらの手法によると、導電性炭素粒子が凝集及び/又は結合した多孔質構造を有するカーボン触媒層23を簡易に得ることができる。これらの中でも、樹脂を含む基板が使用可能となるとともに印加エネルギー量を減らして環境負荷を低減できる観点から、後者の50〜150℃程度の低温処理を行う方法が好ましい。なお、調合物の基体22の導電性表面22aへの付与方法は、特に限定されず、従来公知の塗布法等が適用可能である。   The formation method of the carbon catalyst layer 23 is not specifically limited, A well-known method is applicable. For example, a method (slurry, sol, etc.) containing conductive carbon particles is applied to the conductive surface 22a of the substrate 22 and then sintered, or such a formulation is applied to the conductive surface 22a of the substrate 22. And a method of performing low-temperature treatment at about 50 to 150 ° C., preferably about 70 to 150 ° C. According to these methods, the carbon catalyst layer 23 having a porous structure in which conductive carbon particles are aggregated and / or bonded can be easily obtained. Among these, the latter method of performing a low-temperature treatment at about 50 to 150 ° C. is preferable from the viewpoint that the substrate containing the resin can be used and the applied energy amount can be reduced to reduce the environmental load. In addition, the application | coating method to the electroconductive surface 22a of the base | substrate 22 of a formulation is not specifically limited, A conventionally well-known coating method etc. are applicable.

上記の導電性炭素粒子及びポリマー型アニオン系界面活性剤を含有する調合物は、分散媒を含む調合液(例えば、分散液、ゾル液又はスラリー液等)であることが好ましい。ここで用いる分散媒の具体例としては、特に限定されないが、例えば、水、メタノール、エタノール、イソプロピルアルコール、ブタノール、ジクロロメタン、アセトン、メチルエチルケトン、アセトニトリル、酢酸エチル、トルエン、ジメチルホルムアミド、エトキシエタノール、シクロヘキサノン等の各種の有機溶媒が挙げられる。なお、これらは、各々を単独で用いても、複数を組み合わせて用いてもよい。また、必要に応じて、他の界面活性剤、キレート剤等の助剤を含むものであってもよい。   The preparation containing the conductive carbon particles and the polymer-type anionic surfactant is preferably a preparation liquid containing a dispersion medium (for example, a dispersion liquid, a sol liquid or a slurry liquid). Specific examples of the dispersion medium used here are not particularly limited. For example, water, methanol, ethanol, isopropyl alcohol, butanol, dichloromethane, acetone, methyl ethyl ketone, acetonitrile, ethyl acetate, toluene, dimethylformamide, ethoxyethanol, cyclohexanone, and the like. These various organic solvents are mentioned. These may be used alone or in combination. Moreover, you may contain adjuvants, such as another surfactant and a chelating agent, as needed.

電解質31としては、レドックス電解質溶液やこれをゲル化した半固体電解質或いはp型半導体固体ホール輸送材料を成膜したもの等、一般に電池や太陽電池等において使用されているものを適宜用いることができる。色素増感型太陽電池の代表的な電解質溶液としては、例えば、ヨウ素及びヨウ化物又は臭素及び臭化物を含む、アセトニトリル溶液、エチレンカーボネート溶液、又はプロピレンカーボネート溶液、及びそれらの混合溶液等が挙げられる。電解質の濃度や各種添加剤等は、要求性能に応じて適宜設定及び選択することができる。添加剤の具体例としては、例えば、ポリアニリン、ポリアセチレン、ポリピロール、ポリチオフェン、ポリフェニレン、ポリフェニレンビニレン及びそれらの誘導体等のp型導電性ポリマー;イミダゾリウムイオン、ピリジニウムイオン、トリアゾリウムイオン及びそれらの誘導体とハロゲンイオンとの組み合わせからなる溶融塩;ゲル化剤;オイルゲル化剤;分散剤;界面活性剤;安定化剤等が挙げられるが、これらに特に限定されない。   As the electrolyte 31, a redox electrolyte solution, a semi-solid electrolyte obtained by gelling this, or a film formed with a p-type semiconductor solid hole transport material or the like, which is generally used in batteries, solar cells, etc., can be used as appropriate. . As a typical electrolyte solution of a dye-sensitized solar cell, for example, an acetonitrile solution, an ethylene carbonate solution, or a propylene carbonate solution containing iodine and iodide or bromine and bromide, a mixed solution thereof, and the like can be given. The concentration of the electrolyte, various additives, and the like can be set and selected as appropriate according to the required performance. Specific examples of additives include, for example, p-type conductive polymers such as polyaniline, polyacetylene, polypyrrole, polythiophene, polyphenylene, polyphenylene vinylene, and derivatives thereof; imidazolium ions, pyridinium ions, triazolium ions, derivatives thereof, and halogens Examples thereof include, but are not limited to, molten salts composed of combinations with ions; gelling agents; oil gelling agents; dispersants; surfactants;

以下、実施例及び比較例を挙げて、本発明を詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。   EXAMPLES Hereinafter, although an Example and a comparative example are given and this invention is demonstrated in detail, this invention is not limited to these.

(実施例1)
1.作用電極の作製
まず、以下の手順で酸化チタンゾル液を調製した。
125mlのチタンイソプロポキシドを0.1M硝酸水溶液750mlに攪拌しながら添加し、さらにこれを80℃で8時間激しく攪拌した。得られた液体をテフロン(登録商標)製の圧力容器内で230℃、16時間オートクレーブ処理した。次いで、得られたゾル液を攪拌し、沈殿物を再懸濁させた。その後、吸引濾過により、再懸濁しなかった沈殿物を取り除き、エバポレーターで酸化チタン濃度が11wt%になるまでゾル液を濃縮した。得られたゾル液にポリオキシエチレンラウリルエーテルリン酸(商品名:フオスフアノールML−220、東邦化学工業製)を酸化チタン重量に対し5wt%添加し、その後、1時間攪拌した。
かくして得られたゾル液を酸化チタン濃度が2wt%となるようにメタノールで希釈することで、実施例1の酸化チタンゾル液を得た。
Example 1
1. Production of working electrode First, a titanium oxide sol solution was prepared by the following procedure.
125 ml of titanium isopropoxide was added to 750 ml of a 0.1 M aqueous nitric acid solution with stirring, and this was vigorously stirred at 80 ° C. for 8 hours. The obtained liquid was autoclaved at 230 ° C. for 16 hours in a pressure vessel made of Teflon (registered trademark). The resulting sol solution was then stirred to resuspend the precipitate. Thereafter, the precipitate that was not resuspended was removed by suction filtration, and the sol solution was concentrated with an evaporator until the titanium oxide concentration became 11 wt%. Polyoxyethylene lauryl ether phosphoric acid (trade name: Fusphenol ML-220, manufactured by Toho Chemical Co., Ltd.) was added to the obtained sol solution in an amount of 5 wt% based on the titanium oxide weight, and then stirred for 1 hour.
The sol solution thus obtained was diluted with methanol so that the titanium oxide concentration was 2 wt%, whereby the titanium oxide sol solution of Example 1 was obtained.

次に、上記の実施例1の酸化チタンゾル液を用い、以下の手順で酸化チタン電極(金属酸化物層)を作製した。
まず、ポリカーボネートフィルム基板の表面に透明導電膜として厚さ約600nmのITOをスパッタ成膜することで、可撓性を有する導電性ポリカーボネートフィルム樹脂基板(サイズ:縦2.0cm、横1.5cm、厚さ0.1mm、シート抵抗:30Ω/□)を作製した。次に、得られた導電性ポリカーボネートフィルム樹脂基板の透明導電膜上に、縦0.5cm、横0.5cmの四角穴を設けた厚さ70μmのマスキングテープを貼り、その四角穴に向けて実施例1の酸化チタンゾル液をスプレー塗布することで、その四角穴の内側で露出する透明導電膜上に酸化チタンゾル液を付与した。その後、マスキングテープを剥がし、電気炉を用いて100℃で30分間加熱することで、金属酸化物及びリン酸系界面活性剤を含有する金属酸化物層(酸化チタン膜)を形成した。なお、加熱時の昇温速度は2℃/minとした。
次いで、得られた金属酸化物層中に含まれる硝酸成分を除去するため、金属酸化物層をアルカリ溶液で処理した。具体的には、アルカリ溶液として2wt%のアンモニア水/メタノール希釈溶液を用い、この溶液中に金属酸化物層を30分浸漬し、その後、金属酸化物層を取り出してメタノールで洗浄し、さらに80℃で10分間乾燥させた。
以上の操作により、基体の導電性表面上に金属酸化物及びリン酸系界面活性剤を含有する金属酸化物層(酸化チタン膜)を有する実施例1の酸化チタン電極を得た。この金属酸化物層の膜厚を測定したところ、約6μmであった。
Next, a titanium oxide electrode (metal oxide layer) was prepared by the following procedure using the titanium oxide sol solution of Example 1 described above.
First, ITO having a thickness of about 600 nm as a transparent conductive film is sputter-deposited on the surface of the polycarbonate film substrate to provide a flexible conductive polycarbonate film resin substrate (size: 2.0 cm long, 1.5 cm wide, A thickness of 0.1 mm and a sheet resistance of 30Ω / □ were prepared. Next, on the transparent conductive film of the obtained conductive polycarbonate film resin substrate, a masking tape with a thickness of 70 μm provided with square holes of 0.5 cm in length and 0.5 cm in width was applied, and it was carried out toward the square holes. By spray-coating the titanium oxide sol solution of Example 1, the titanium oxide sol solution was applied onto the transparent conductive film exposed inside the square hole. Then, the masking tape was peeled off, and the metal oxide layer (titanium oxide film) containing a metal oxide and a phosphoric acid type surfactant was formed by heating at 100 ° C. for 30 minutes using an electric furnace. The heating rate during heating was 2 ° C./min.
Subsequently, in order to remove the nitric acid component contained in the obtained metal oxide layer, the metal oxide layer was treated with an alkaline solution. Specifically, a 2 wt% ammonia water / methanol diluted solution is used as an alkaline solution, and the metal oxide layer is immersed in this solution for 30 minutes, and then the metal oxide layer is taken out and washed with methanol. Dry at 10 ° C. for 10 minutes.
By the above operation, a titanium oxide electrode of Example 1 having a metal oxide layer (titanium oxide film) containing a metal oxide and a phosphoric acid surfactant on the conductive surface of the substrate was obtained. When the film thickness of this metal oxide layer was measured, it was about 6 μm.

次に、以下の手順で作用電極を作製した。
増感色素として(4,4’−ジカルボン酸−2,2’−ビピリジン)ルテニウム(II)ジイソチアネートを3×10−4M濃度で添加した無水エタノール溶液20mlに、実施例1の酸化チタン電極を浸漬し、12時間放置した。放置後、電極を取り出して無水アセトニトリルで洗浄し自然乾燥させた。得られた電極は、金属酸化物層がルテニウム色素の担持(吸着)によって深紅色となっていることが確認された。
以上の操作により、金属酸化物の表面に増感色素が担持された金属酸化物層を基体の導電性表面上に有する、実施例1の作用電極(色素担持金属酸化物層)を得た。
Next, a working electrode was prepared according to the following procedure.
The titanium oxide electrode of Example 1 was added to 20 ml of an absolute ethanol solution to which (4,4′-dicarboxylic acid-2,2′-bipyridine) ruthenium (II) diisothiocyanate was added at a concentration of 3 × 10 −4 M as a sensitizing dye. Immersion and let stand for 12 hours. After standing, the electrode was taken out, washed with anhydrous acetonitrile and dried naturally. In the obtained electrode, it was confirmed that the metal oxide layer was deep red due to the loading (adsorption) of the ruthenium dye.
By the above operation, a working electrode (dye-supported metal oxide layer) of Example 1 having a metal oxide layer having a sensitizing dye supported on the surface of the metal oxide on the conductive surface of the substrate was obtained.

2.対向電極の作製
次に、以下の手順で対向電極(カーボン対向電極)を作製した。
導電性炭素粒子として、導電性カーボンブラック(商品名:ケッチェンブラックEC600JD、ライオン株式会社製)を準備し、これをメタノールに5重量%となるよう添加した。次に、ポリマー型アニオン系界面活性剤としてポリオキシエチレンラウリルエーテルリン酸(商品名:フオスフアノール ML-220、東邦化学工業製)を導電性炭素粒子の総量に対し1wt%添加し、1時間攪拌した。さらに、導電性炭素粒子濃度が2重量%となるようにメタノールで希釈し、スプレー塗布に好適な濃度とした、実施例1のスラリー液(調合物)を調製した。
2. Preparation of counter electrode Next, a counter electrode (carbon counter electrode) was prepared by the following procedure.
As the conductive carbon particles, conductive carbon black (trade name: Ketjen Black EC600JD, manufactured by Lion Corporation) was prepared, and this was added to methanol so as to be 5% by weight. Next, 1 wt% of polyoxyethylene lauryl ether phosphate (trade name: Fusphenol ML-220, manufactured by Toho Chemical Industry Co., Ltd.) as a polymer type anionic surfactant was added to the total amount of conductive carbon particles and stirred for 1 hour. . Furthermore, the slurry liquid (preparation) of Example 1 was prepared by diluting with methanol so that the conductive carbon particle concentration was 2% by weight to obtain a concentration suitable for spray coating.

次いで、上記のように調製した実施例1のスラリー液を用いて、以下の要領で対向電極 (カーボン対向電極)を作製した。
まず、作用電極と同様に、ポリカーボネートフィルム基板の表面に透明導電膜として厚さ約600nmのITOをスパッタ成膜することで、可撓性を有する導電性ポリカーボネートフィルム樹脂基板(サイズ:縦2.0cm、横1.5cm、厚さ0.1mm、シート抵抗:30Ω/□)を作製した。この導電性ポリカーボネートフィルム樹脂基板の透明導電膜上に、縦0.5cm、横0.5cmの四角穴を設けた厚さ70μmのマスキングテープを貼り、その四角穴に向けて、実施例1のスラリー液をスプレー塗布した。塗布後、マスキングテープを剥がし、電気炉を用いて100℃で30分間加熱した。昇温速度は2℃/minとした。
以上の操作により、基体の導電性表面上に導電性炭素粒子及びポリマー型アニオン系界面活性剤を含有するカーボン触媒層を有する実施例1の対向電極を得た。
Next, using the slurry liquid of Example 1 prepared as described above, a counter electrode (carbon counter electrode) was produced in the following manner.
First, similar to the working electrode, ITO having a thickness of about 600 nm is sputter-deposited as a transparent conductive film on the surface of the polycarbonate film substrate, whereby a flexible conductive polycarbonate film resin substrate (size: 2.0 cm in length) , Width 1.5 cm, thickness 0.1 mm, sheet resistance: 30Ω / □). On the transparent conductive film of this conductive polycarbonate film resin substrate, a masking tape with a thickness of 70 μm provided with square holes of 0.5 cm in length and 0.5 cm in width was pasted, and the slurry of Example 1 was directed toward the square holes. The solution was spray applied. After coating, the masking tape was peeled off and heated at 100 ° C. for 30 minutes using an electric furnace. The temperature rising rate was 2 ° C./min.
By the above operation, the counter electrode of Example 1 having a carbon catalyst layer containing conductive carbon particles and a polymer type anionic surfactant on the conductive surface of the substrate was obtained.

また、分析用に上記と同様に実施例1の対向電極を作製し、そのカーボン触媒層を採取して熱重量分析(TGA)を行ったところ、ポリオキシエチレンラウリルエーテルリン酸が導電性カーボンブラックに対して0.8wt%含まれていることが確認された。この熱重量分析の測定条件は以下の通りである。セイコー電子社製のTG/DTA22装置を用い、試料2mgを採取して試料ホルダーにセットするとともに参照ホルダーに参照試料をセットし、試料周囲の雰囲気ガスとしてHeガスを流量300mL/分で装置内に流通開始した後、昇温速度10℃/分の昇温プログラムの下、室温から昇温を開始して、そのときの試料の質量変化を測定した(室温〜500℃)。   Further, the counter electrode of Example 1 was prepared for analysis in the same manner as described above, and the carbon catalyst layer was collected and subjected to thermogravimetric analysis (TGA). As a result, polyoxyethylene lauryl ether phosphate was converted to conductive carbon black. It was confirmed that 0.8 wt% was contained. The measurement conditions for this thermogravimetric analysis are as follows. Using a TG / DTA22 device manufactured by Seiko Electronics Co., Ltd., sample 2 mg, set it in the sample holder, set a reference sample in the reference holder, and put He gas as an ambient gas around the sample at a flow rate of 300 mL / min. After the distribution was started, the temperature increase was started from room temperature under a temperature increase program at a temperature increase rate of 10 ° C./min, and the mass change of the sample at that time was measured (room temperature to 500 ° C.).

3.色素増感型太陽電池の作製
そして、上記の作用電極及びカーボン対向電極を用い、以下の手順で色素増感型太陽電池を作製した。
まず、縦0.5cm、横0.5cmの四角穴を有する縦1.5cm、横1.5cm、厚さ70μmのスペーサーを、作用電極上に載置して密着させた。このとき、スペーサーの四角穴の部分と増感色素が担持された金属酸化物層(色素担持金属酸化物層)の部分とが一致するように、スペーサーを作用電極上に置いた。次いで、四角穴の開口から電解質(電解液)を注ぎ込み、四角穴内に電解質を充填した。ここで、電解液としては、テトラプロピルアンモニウムヨウジド(0.4M)とヨウ素(0.04M)を含むメトキシプロピオニトリル溶液を用いた。その後、四角穴の開口上に対向電極を載置した。このとき、四角穴の開口と対向電極のカーボン触媒層の部分とが一致するように対向電極を置いた。そして、周囲をエポキシ樹脂で封止することにより、実施例1の色素増感型太陽電池を作製した。
3. Preparation of dye-sensitized solar cell And a dye-sensitized solar cell was manufactured according to the following procedure using the above working electrode and carbon counter electrode.
First, a spacer having a square hole of 0.5 cm in length and 0.5 cm in width and having a length of 1.5 cm, a width of 1.5 cm, and a thickness of 70 μm was placed on and closely adhered to the working electrode. At this time, the spacer was placed on the working electrode so that the square hole portion of the spacer and the portion of the metal oxide layer (dye-supporting metal oxide layer) on which the sensitizing dye was supported coincided. Next, an electrolyte (electrolytic solution) was poured from the opening of the square hole, and the electrolyte was filled in the square hole. Here, a methoxypropionitrile solution containing tetrapropylammonium iodide (0.4M) and iodine (0.04M) was used as the electrolytic solution. Then, the counter electrode was mounted on the opening of the square hole. At this time, the counter electrode was placed so that the opening of the square hole coincided with the carbon catalyst layer portion of the counter electrode. And the dye-sensitized solar cell of Example 1 was produced by sealing the periphery with an epoxy resin.

4.評価
得られた実施例1の色素増感型太陽電池の電池特性を、AM−1.5(1000W/m)のソーラーシミュレーターを用いて測定した。
電池特性は、開放電圧(Voc)、光電流密度(Jsc)、形状因子(FF)、変換効率(η)の4項目を測定した。なお、開放電圧(Voc)は、太陽電池セル・モジュールの出力端子を開放したときの両端子間の電圧を表す。光電流密度(Jsc)は、太陽電池セル・モジュールの出力端子を短絡させたときの両端子間に流れる電流(1cm当たり)を表す。また、形状因子(FF)は、最大出力Pmaxを開放電圧(Voc)と光電流密度(Jsc)の積で除した値(FF=Pmax/Voc・Jsc)であり、太陽電池としての電流電圧特性曲線の特性を表すパラメータである。さらに、光電変換効率(η)は、光電変換素子の電圧をソースメータにて掃引して応答電流を測定することで得られる、電圧と電流との積である最大出力を1cmあたりの光強度で除した値に100を乗じてパーセント表示したものであり、(最大出力/1cmあたりの光強度)×100で表される。これらの結果を表1に示す。
4). Evaluation The battery characteristics of the dye-sensitized solar cell of Example 1 obtained were measured using an AM-1.5 (1000 W / m 2 ) solar simulator.
As battery characteristics, four items of open circuit voltage (Voc), photocurrent density (Jsc), form factor (FF), and conversion efficiency (η) were measured. In addition, an open circuit voltage (Voc) represents the voltage between both terminals when the output terminal of a photovoltaic cell module is opened. The photocurrent density (Jsc) represents a current (per 1 cm 2 ) flowing between both terminals when the output terminal of the solar cell module is short-circuited. The form factor (FF) is a value obtained by dividing the maximum output Pmax by the product of the open-circuit voltage (Voc) and the photocurrent density (Jsc) (FF = Pmax / Voc · Jsc), and the current-voltage characteristics as a solar cell. It is a parameter that represents the characteristic of the curve. Furthermore, the photoelectric conversion efficiency (η) is obtained by measuring the response current by sweeping the voltage of the photoelectric conversion element with a source meter. The maximum output, which is the product of the voltage and current, is the light intensity per 1 cm 2. The value divided by is multiplied by 100 and expressed as a percentage, expressed as (maximum output / light intensity per cm 2 ) × 100. These results are shown in Table 1.

また、得られた実施例1の色素増感型太陽電池の耐久性(長期信頼性)を評価するために、60℃95%RHで100hr放置した後の光電変換効率、及び、60℃〜−20℃の温度サイクル試験(1サイクル6時間×10回)を実施した後の光電変換効率を各々測定し、先に測定した(初期の)光電変換効率からの変動率(%)を各々算出した。これらの結果を、表1に併せて示す。   Moreover, in order to evaluate the durability (long-term reliability) of the obtained dye-sensitized solar cell of Example 1, the photoelectric conversion efficiency after being left for 100 hours at 60 ° C. and 95% RH, and from 60 ° C. to − The photoelectric conversion efficiency after the 20 ° C. temperature cycle test (1 cycle 6 hours × 10 times) was measured, and the variation rate (%) from the previously measured (initial) photoelectric conversion efficiency was calculated. . These results are also shown in Table 1.

さらに、カーボン触媒層の膜強度を評価するために、メタノールを入れた洗瓶を用意し、作用電極のカーボン触媒層の表面から20cmほど離した位置からカーボン触媒層の表面へメタノールを掛け流し、その際のカーボン触媒層の剥離状態を観察した。評価基準は以下の通りとした。
○:剥離無し
△:一部剥離
×:完全剥離
Furthermore, in order to evaluate the film strength of the carbon catalyst layer, a washing bottle containing methanol was prepared, and methanol was poured from the position about 20 cm away from the surface of the carbon catalyst layer of the working electrode to the surface of the carbon catalyst layer, The peeling state of the carbon catalyst layer at that time was observed. The evaluation criteria were as follows.
○: No peeling △: Partial peeling ×: Complete peeling

(実施例2)
ポリオキシエチレンラウリルエーテルリン酸を導電性炭素粒子の総量に対し5wt%添加すること以外は、実施例1と同様に行い、実施例2のスラリー液(調合物)を調製した。
得られた実施例2のスラリー液を用いること以外は、実施例1と同様に行い、実施例2の対向電極、作用電極並びに色素増感型太陽電池を作製した。
実施例2の色素増感型太陽電池につき、実施例1と同様に各種測定を行った。結果を表1に示す。
(Example 2)
A slurry solution (preparation) of Example 2 was prepared in the same manner as in Example 1 except that 5% by weight of polyoxyethylene lauryl ether phosphoric acid was added to the total amount of conductive carbon particles.
A counter electrode, a working electrode, and a dye-sensitized solar cell of Example 2 were produced in the same manner as in Example 1 except that the obtained slurry liquid of Example 2 was used.
The dye-sensitized solar cell of Example 2 was subjected to various measurements in the same manner as in Example 1. The results are shown in Table 1.

(実施例3)
ポリオキシエチレンラウリルエーテルリン酸を導電性炭素粒子の総量に対し10wt%添加すること以外は、実施例1と同様に行い、実施例3のスラリー液(調合物)を調製した。
得られた実施例3のスラリー液を用いること以外は、実施例1と同様に行い、実施例3の対向電極、作用電極並びに色素増感型太陽電池を作製した。
実施例3の色素増感型太陽電池につき、実施例1と同様に各種測定を行った。結果を表1に示す。
(Example 3)
A slurry liquid (preparation) of Example 3 was prepared in the same manner as in Example 1 except that 10 wt% of polyoxyethylene lauryl ether phosphoric acid was added to the total amount of conductive carbon particles.
A counter electrode, a working electrode and a dye-sensitized solar cell of Example 3 were produced in the same manner as in Example 1 except that the obtained slurry liquid of Example 3 was used.
The dye-sensitized solar cell of Example 3 was subjected to various measurements in the same manner as in Example 1. The results are shown in Table 1.

(実施例4)
ポリオキシエチレンラウリルエーテルリン酸を導電性炭素粒子の総量に対し20wt%添加すること以外は、実施例1と同様に行い、実施例4のスラリー液(調合物)を調製した。
得られた実施例4のスラリー液を用いること以外は、実施例1と同様に行い、実施例4の対向電極、作用電極並びに色素増感型太陽電池を作製した。
実施例4の色素増感型太陽電池につき、実施例1と同様に各種測定を行った。結果を表1に示す。
Example 4
A slurry solution (formulation) of Example 4 was prepared in the same manner as in Example 1 except that 20 wt% of polyoxyethylene lauryl ether phosphoric acid was added to the total amount of conductive carbon particles.
A counter electrode, a working electrode and a dye-sensitized solar cell of Example 4 were produced in the same manner as in Example 1 except that the obtained slurry liquid of Example 4 was used.
The dye-sensitized solar cell of Example 4 was subjected to various measurements in the same manner as in Example 1. The results are shown in Table 1.

(実施例5)
ポリオキシエチレンラウリルエーテルリン酸を導電性炭素粒子の総量に対し30wt%添加すること以外は、実施例1と同様に行い、実施例5のスラリー液(調合物)を調製した。
得られた実施例5のスラリー液を用いること以外は、実施例1と同様に行い、実施例5の対向電極、作用電極並びに色素増感型太陽電池を作製した。
実施例5の色素増感型太陽電池につき、実施例1と同様に各種測定を行った。結果を表1に示す。
(Example 5)
A slurry solution (formulation) of Example 5 was prepared in the same manner as in Example 1 except that 30 wt% of polyoxyethylene lauryl ether phosphoric acid was added to the total amount of conductive carbon particles.
A counter electrode, a working electrode and a dye-sensitized solar cell of Example 5 were produced in the same manner as in Example 1 except that the obtained slurry liquid of Example 5 was used.
The dye-sensitized solar cell of Example 5 was subjected to various measurements in the same manner as in Example 1. The results are shown in Table 1.

(実施例6)
ポリオキシエチレンラウリルエーテルリン酸を特殊ポリカルボン酸型高分子界面活性剤(商品名:ポイズ 520、ライオン株式会社製、カルボキシル基もしくはその塩を有するポリマー型高分子活性剤)に変更すること以外は、実施例2と同様に行い、実施例6のスラリー液(調合物)を調製した。
得られた実施例6のスラリー液を用いること以外は、実施例1と同様に行い、実施例6の対向電極、作用電極並びに色素増感型太陽電池を作製した。
実施例6の色素増感型太陽電池につき、実施例1と同様に各種測定を行った。結果を表1に示す。
(Example 6)
Other than changing polyoxyethylene lauryl ether phosphoric acid to a special polycarboxylic acid type polymer surfactant (trade name: Poise 520, manufactured by Lion Corporation, polymer type polymer surfactant having a carboxyl group or a salt thereof) The same procedure as in Example 2 was performed to prepare a slurry liquid (formulation) of Example 6.
A counter electrode, a working electrode and a dye-sensitized solar cell of Example 6 were produced in the same manner as in Example 1 except that the obtained slurry liquid of Example 6 was used.
The dye-sensitized solar cell of Example 6 was subjected to various measurements in the same manner as in Example 1. The results are shown in Table 1.

(実施例7)
ポリオキシエチレンラウリルエーテルリン酸をポリオキシエチレンラウリルエーテル硫酸ナトリウム(商品名:エマール20C、ライオン株式会社製)に変更すること以外は、実施例2と同様に行い、実施例7のスラリー液(調合物)を調製した。
得られた実施例7のスラリー液を用いること以外は、実施例1と同様に行い、実施例7の対向電極、作用電極並びに色素増感型太陽電池を作製した。
実施例7の色素増感型太陽電池につき、実施例1と同様に各種測定を行った。結果を表1に示す。
(Example 7)
Except for changing polyoxyethylene lauryl ether phosphoric acid to sodium polyoxyethylene lauryl ether sulfate (trade name: EMAL 20C, manufactured by Lion Corporation), the same procedure as in Example 2 was carried out, and the slurry liquid of Example 7 (formulation) Prepared).
A counter electrode, a working electrode, and a dye-sensitized solar cell of Example 7 were produced in the same manner as in Example 1 except that the obtained slurry liquid of Example 7 was used.
The dye-sensitized solar cell of Example 7 was subjected to various measurements in the same manner as in Example 1. The results are shown in Table 1.

(実施例8)
導電性カーボンブラックをグラファイト(商品名:燐片状黒鉛 Z−5F、伊藤黒鉛工業株式会社製)に変更すること以外は、実施例3と同様に行い、実施例8のスラリー液(調合物)を調製した。
得られた実施例8のスラリー液を用いること以外は、実施例1と同様に行い、実施例8の対向電極、作用電極並びに色素増感型太陽電池を作製した。
実施例8の色素増感型太陽電池につき、実施例1と同様に各種測定を行った。結果を表1に示す。
(Example 8)
The same procedure as in Example 3 was conducted except that the conductive carbon black was changed to graphite (trade name: flake graphite Z-5F, manufactured by Ito Graphite Industries Co., Ltd.), and the slurry liquid (formulation) of Example 8 was used. Was prepared.
A counter electrode, a working electrode, and a dye-sensitized solar cell of Example 8 were produced in the same manner as in Example 1 except that the obtained slurry liquid of Example 8 was used.
The dye-sensitized solar cell of Example 8 was subjected to various measurements in the same manner as in Example 1. The results are shown in Table 1.

(実施例9)
導電性カーボンブラックをフラーレン(商品名:ナノムミックスST、フロンティアカーボン株式会社製)に変更すること以外は、実施例3と同様に行い、実施例9のスラリー液(調合物)を調製した。
得られた実施例9のスラリー液を用いること以外は、実施例1と同様に行い、実施例9の対向電極、作用電極並びに色素増感型太陽電池を作製した。
実施例9の色素増感型太陽電池につき、実施例1と同様に各種測定を行った。結果を表1に示す。
Example 9
A slurry liquid (formulation) of Example 9 was prepared in the same manner as in Example 3 except that the conductive carbon black was changed to fullerene (trade name: Nanomumix ST, Frontier Carbon Co., Ltd.).
A counter electrode, a working electrode and a dye-sensitized solar cell of Example 9 were produced in the same manner as in Example 1 except that the obtained slurry liquid of Example 9 was used.
The dye-sensitized solar cell of Example 9 was subjected to various measurements in the same manner as in Example 1. The results are shown in Table 1.

(比較例1)
ポリオキシエチレンラウリルエーテルリン酸を添加しないこと以外は、実施例1と同様に行い、比較例1のスラリー液(調合物)を調製した。
得られた比較例1のスラリー液を用いること以外は、実施例1と同様に行い、比較例1の対向電極、作用電極並びに色素増感型太陽電池を作製した。
比較例1の色素増感型太陽電池につき、実施例1と同様に各種測定を行った。結果を、表1に示す。
(Comparative Example 1)
A slurry liquid (preparation) of Comparative Example 1 was prepared in the same manner as in Example 1 except that polyoxyethylene lauryl ether phosphoric acid was not added.
A counter electrode, a working electrode, and a dye-sensitized solar cell of Comparative Example 1 were produced in the same manner as in Example 1 except that the obtained slurry liquid of Comparative Example 1 was used.
The dye-sensitized solar cell of Comparative Example 1 was subjected to various measurements in the same manner as in Example 1. The results are shown in Table 1.

(比較例2)
ポリオキシエチレンラウリルエーテルリン酸をポリエチレングリコール(分子量4000、和光純薬製)に変更すること以外は、実施例2と同様に行い、比較例2のスラリー液(調合物)を調製した。
得られた比較例2のスラリー液を用いること以外は、実施例1と同様に行い、比較例2の対向電極、作用電極並びに色素増感型太陽電池を作製した。
比較例2の色素増感型太陽電池につき、実施例1と同様に各種測定を行った。結果を表1に示す。
(Comparative Example 2)
A slurry solution (preparation) of Comparative Example 2 was prepared in the same manner as in Example 2 except that polyoxyethylene lauryl ether phosphate was changed to polyethylene glycol (molecular weight 4000, manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.).
A counter electrode, a working electrode, and a dye-sensitized solar cell of Comparative Example 2 were produced in the same manner as in Example 1 except that the obtained slurry liquid of Comparative Example 2 was used.
Various measurements were performed on the dye-sensitized solar cell of Comparative Example 2 in the same manner as in Example 1. The results are shown in Table 1.

(比較例3)
ポリオキシエチレンラウリルエーテルリン酸をポリエチレングリコール(分子量4000、和光純薬製)に変更すること以外は、実施例5と同様に行い、比較例3のスラリー液(調合物)を調製した。
得られた比較例3のスラリー液を用いること以外は、実施例1と同様に行い、比較例3の対向電極、作用電極並びに色素増感型太陽電池を作製した。
比較例3の色素増感型太陽電池につき、実施例1と同様に各種測定を行った。結果を、表1に示す。
(Comparative Example 3)
A slurry liquid (preparation) of Comparative Example 3 was prepared in the same manner as in Example 5 except that polyoxyethylene lauryl ether phosphate was changed to polyethylene glycol (molecular weight 4000, manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.).
A counter electrode, a working electrode, and a dye-sensitized solar cell of Comparative Example 3 were produced in the same manner as in Example 1 except that the obtained slurry liquid of Comparative Example 3 was used.
The dye-sensitized solar cell of Comparative Example 3 was subjected to various measurements in the same manner as in Example 1. The results are shown in Table 1.

(比較例4)
ポリオキシエチレンラウリルエーテルリン酸をアルキルベンジルジメチルアンモニウムクロライド(商品名:サニゾール B−50、ライオン株式会社製)に変更すること以外は、実施例2と同様に行い、比較例4のスラリー液(調合物)を調製した。
得られた比較例4のスラリー液を用いること以外は、実施例1と同様に行い、比較例4の対向電極、作用電極並びに色素増感型太陽電池を作製した。
比較例4の色素増感型太陽電池につき、実施例1と同様に各種測定を行った。結果を、表1に示す。
(Comparative Example 4)
The same procedure as in Example 2 was conducted except that polyoxyethylene lauryl ether phosphate was changed to alkylbenzyldimethylammonium chloride (trade name: SANISOL B-50, manufactured by Lion Corporation). Prepared).
A counter electrode, a working electrode and a dye-sensitized solar cell of Comparative Example 4 were produced in the same manner as in Example 1 except that the obtained slurry liquid of Comparative Example 4 was used.
The dye-sensitized solar cell of Comparative Example 4 was subjected to various measurements in the same manner as in Example 1. The results are shown in Table 1.

(比較例5)
ポリオキシエチレンラウリルエーテルリン酸をステアリルアミンアセテート(商品名:アセタミン86、ライオン株式会社製)に変更すること以外は、実施例2と同様に行い、比較例5のスラリー液(調合物)を調製した。
得られた比較例5のスラリー液を用いること以外は、実施例1と同様に行い、比較例5の対向電極、作用電極並びに色素増感型太陽電池を作製した。
比較例5の色素増感型太陽電池につき、実施例1と同様に各種測定を行った。結果を、表1に示す。
(Comparative Example 5)
A slurry solution (composition) of Comparative Example 5 was prepared in the same manner as in Example 2 except that polyoxyethylene lauryl ether phosphate was changed to stearylamine acetate (trade name: Acetamine 86, manufactured by Lion Corporation). did.
A counter electrode, a working electrode and a dye-sensitized solar cell of Comparative Example 5 were produced in the same manner as in Example 1 except that the obtained slurry liquid of Comparative Example 5 was used.
The dye-sensitized solar cell of Comparative Example 5 was subjected to various measurements in the same manner as in Example 1. The results are shown in Table 1.

(比較例6)
ポリオキシエチレンラウリルエーテルリン酸をポリオキシエチレンアルキルアミン(商品名:アミート102、ライオン株式会社製)に変更すること以外は、実施例2と同様に行い、比較例6のスラリー液(調合物)を調製した。
得られた比較例6のスラリー液を用いること以外は、実施例1と同様に行い、比較例6の対向電極、作用電極並びに色素増感型太陽電池を作製した。
比較例6の色素増感型太陽電池につき、実施例1と同様に各種測定を行った。結果を、表1に示す。
(Comparative Example 6)
A slurry solution (composition) of Comparative Example 6 was carried out in the same manner as in Example 2 except that polyoxyethylene lauryl ether phosphate was changed to polyoxyethylene alkylamine (trade name: Amit 102, manufactured by Lion Corporation). Was prepared.
A counter electrode, a working electrode, and a dye-sensitized solar cell of Comparative Example 6 were produced in the same manner as in Example 1 except that the obtained slurry liquid of Comparative Example 6 was used.
The dye-sensitized solar cell of Comparative Example 6 was subjected to various measurements in the same manner as in Example 1. The results are shown in Table 1.

実施例1〜7及び比較例1に示す通り、ポリマー型アニオン系界面活性剤をカーボン触媒層中に含有させることで、色素増感型太陽電池の耐久性(長期信頼性)が格別に向上することが確認された。また、ポリマー型アニオン系界面活性剤の含有量を調整することで、従来では為し得なかった、優れた電池特性及び優れた耐久性(長期信頼性)を両立することが可能であることが確認された。   As shown in Examples 1 to 7 and Comparative Example 1, the durability (long-term reliability) of the dye-sensitized solar cell is remarkably improved by including the polymer type anionic surfactant in the carbon catalyst layer. It was confirmed. In addition, by adjusting the content of the polymer type anionic surfactant, it is possible to achieve both excellent battery characteristics and excellent durability (long-term reliability) that could not be achieved in the past. confirmed.

一方、実施例1〜7と比較例2〜6との対比から、従来の有機バインダー成分、非ポリマー型の界面活性剤、アニオン系以外の界面活性剤を用いた場合には、色素増感型太陽電池の耐久性(長期信頼性)の向上効果が不十分であるばかりか、そもそも良好な電池特性が発揮されていないことが確認された。   On the other hand, in comparison with Examples 1 to 7 and Comparative Examples 2 to 6, when a conventional organic binder component, a non-polymer type surfactant, or a surfactant other than an anionic type was used, a dye-sensitized type It was confirmed that not only the effect of improving the durability (long-term reliability) of the solar battery was insufficient, but also good battery characteristics were not exhibited in the first place.

また、実施例2と実施例6及び7との対比より、リン酸基を有するポリマー型界面活性剤は、他のポリマー型アニオン系界面活性剤とは異なり、電池性能及び色素増感型太陽電池の耐久性(長期信頼性)をより効果的に高めることができる特異な添加物であることが確認された。   Further, in comparison with Example 2 and Examples 6 and 7, the polymer type surfactant having a phosphate group is different from other polymer type anionic surfactants, and the battery performance and the dye-sensitized solar cell are shown. It was confirmed that this is a unique additive that can more effectively increase the durability (long-term reliability) of the resin.

さらに、実施例1〜7と実施例8及び9との対比より、上述の効果は導電性炭素粒子の種別を問わず、発揮されることが確認された。   Furthermore, it was confirmed from the comparison between Examples 1 to 7 and Examples 8 and 9 that the above-described effects are exhibited regardless of the type of conductive carbon particles.

なお、上述したとおり、本発明は、上記実施形態及び実施例に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲内において適宜変更を加えることが可能である。   In addition, as above-mentioned, this invention is not limited to the said embodiment and Example, In the range which does not deviate from the summary, it can add suitably.

以上説明した通り、電池特性を過度に損なうことなく耐久性を向上させ得る対向電極を実現でき、しかも、生産性、経済性及び汎用性に優れるので、本発明は、電子・電気材料、電子・電気デバイス、及びそれらを備える各種機器、設備、システム等に広く且つ有効に利用可能であり、特に、光電変換素子及び色素増感型太陽電池の分野において有効に利用可能である。   As described above, a counter electrode capable of improving durability without excessively degrading battery characteristics can be realized, and the productivity, economy, and versatility are excellent. It can be widely and effectively used in electric devices and various devices, facilities, systems and the like equipped with them, and can be effectively used particularly in the fields of photoelectric conversion elements and dye-sensitized solar cells.

11…作用電極、12…基体、12a…導電性表面、13…金属酸化物層、14…金属酸化物電極、21…対向電極、22…基体、22a…導電性表面、23…カーボン触媒層、31…電解質、41…スペーサー、100…色素増感型太陽電池。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 ... Working electrode, 12 ... Base | substrate, 12a ... Conductive surface, 13 ... Metal oxide layer, 14 ... Metal oxide electrode, 21 ... Counter electrode, 22 ... Base | substrate, 22a ... Conductive surface, 23 ... Carbon catalyst layer, 31 ... Electrolyte, 41 ... Spacer, 100 ... Dye-sensitized solar cell.

Claims (4)

導電性表面を有する基体と、該導電性表面上の少なくとも一部に設けられたカーボン触媒層とを有し、
前記カーボン触媒層は、導電性炭素粒子及びリン酸基を有するポリマー型アニオン系界面活性剤を含有し、
前記リン酸基を有するポリマー型アニオン系界面活性剤が、ポリオキシエチレンラウリルエーテルリン酸、ポリオキシエチレンステアリルエーテルリン酸、ポリオキシエチレンラウリルフェニルエーテルリン酸、ポリオキシエチレンステアリルフェニルエーテルリン酸から選択され、
前記導電性炭素粒子が凝集及び/又は結合した多孔質構造を有する、
色素増感型太陽電池用対向電極。
A substrate having a conductive surface; and a carbon catalyst layer provided on at least a part of the conductive surface;
The carbon catalyst layer contains conductive carbon particles and a polymer type anionic surfactant having a phosphate group,
The polymer type anionic surfactant having a phosphate group is selected from polyoxyethylene lauryl ether phosphate, polyoxyethylene stearyl ether phosphate, polyoxyethylene lauryl phenyl ether phosphate, polyoxyethylene stearyl phenyl ether phosphate And
The conductive carbon particles have a porous structure in which they are aggregated and / or bonded.
Counter electrode for dye-sensitized solar cell.
前記リン酸基を有するポリマー型アニオン系界面活性剤は、前記導電性炭素粒子に対し0.5〜30wt%含まれる、
請求項1に記載の色素増感型太陽電池用対向電極。
The polymer type anionic surfactant having a phosphate group is contained in an amount of 0.5 to 30 wt% with respect to the conductive carbon particles.
The counter electrode for dye-sensitized solar cells according to claim 1.
導電性表面を有する基体と該導電性表面上の少なくとも一部に設けられた色素担持金属酸化物層とを有する作用電極、
導電性表面を有する基体と該導電性表面上の少なくとも一部に設けられたカーボン触媒層とを有する対向電極、及び、
前記作用電極と前記対向電極との間に設けられた電解質、を備え、
前記カーボン触媒層は、導電性炭素粒子及びリン酸基を有するポリマー型アニオン系界面活性剤を含有し、
前記リン酸基を有するポリマー型アニオン系界面活性剤が、ポリオキシエチレンラウリルエーテルリン酸、ポリオキシエチレンステアリルエーテルリン酸、ポリオキシエチレンラウリルフェニルエーテルリン酸、ポリオキシエチレンステアリルフェニルエーテルリン酸から選択され、
前記導電性炭素粒子が凝集及び/又は結合した多孔質構造を有する、
色素増感型太陽電池。
A working electrode having a substrate having a conductive surface and a dye-supported metal oxide layer provided on at least a part of the conductive surface;
A counter electrode having a substrate having a conductive surface and a carbon catalyst layer provided on at least a part of the conductive surface; and
An electrolyte provided between the working electrode and the counter electrode,
The carbon catalyst layer contains conductive carbon particles and a polymer type anionic surfactant having a phosphate group,
The polymer type anionic surfactant having a phosphate group is selected from polyoxyethylene lauryl ether phosphate, polyoxyethylene stearyl ether phosphate, polyoxyethylene lauryl phenyl ether phosphate, polyoxyethylene stearyl phenyl ether phosphate And
The conductive carbon particles have a porous structure in which they are aggregated and / or bonded.
Dye-sensitized solar cell.
導電性表面を有する基体と該導電性表面上に設けられたカーボン触媒層とを有する対向電極の製造方法であって、
電性炭素粒子及びリン酸基を有するポリマー型アニオン系界面活性剤を含有する調合物を準備する工程と、
前記調合物を前記基体の導電性表面を有するに付与する工程と、
50〜150℃の低温処理工程と、 を有し、
前記リン酸基を有するポリマー型アニオン系界面活性剤が、ポリオキシエチレンラウリルエーテルリン酸、ポリオキシエチレンステアリルエーテルリン酸、ポリオキシエチレンラウリルフェニルエーテルリン酸、ポリオキシエチレンステアリルフェニルエーテルリン酸から選択される、
対向電極の製造方法。
A method for producing a counter electrode having a substrate having a conductive surface and a carbon catalyst layer provided on the conductive surface ,
Preparing a formulation containing conductive carbon particles and a polymeric anionic surfactant having a phosphate group;
Applying the formulation to the substrate having a conductive surface;
Have a, a low-temperature process of 50 to 150 ° C.,
The polymer type anionic surfactant having a phosphate group is selected from polyoxyethylene lauryl ether phosphate, polyoxyethylene stearyl ether phosphate, polyoxyethylene lauryl phenyl ether phosphate, polyoxyethylene stearyl phenyl ether phosphate To be
Manufacturing method of counter electrode.
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