JP6032915B2 - Porous oxide semiconductor layer for photoelectric conversion element and method for producing the same - Google Patents

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Description

本発明は、色素増感太陽電池等の光電変換素子に用いられる多孔質酸化物半導体層及びその製造方法に関する。   The present invention relates to a porous oxide semiconductor layer used for a photoelectric conversion element such as a dye-sensitized solar cell and a method for producing the same.

太陽電池は、環境にやさしい発電デバイスとして注目されており、pn接合を利用したシリコン系半導体が広く知られている。しかし、シリコン系太陽電池は製造に際して高真空・高温が必要であり、低コスト化が難しく、普及が妨げられていた。   Solar cells are attracting attention as environmentally friendly power generation devices, and silicon-based semiconductors using pn junctions are widely known. However, silicon-based solar cells require a high vacuum and a high temperature during production, and it is difficult to reduce the cost, which has hindered their spread.

より低コストの太陽電池の開発が待たれる中、色素を修飾した二酸化チタン等を活性電極に用いた色素増感太陽電池がグレッツェルらによって報告された(特許文献1参照)。色素増感太陽電池は、安価で容易に製造できる太陽電池として注目を集めている。   While development of a lower cost solar cell is awaited, a dye-sensitized solar cell using a titanium dioxide modified with a dye as an active electrode has been reported by Gretzel et al. (See Patent Document 1). Dye-sensitized solar cells are attracting attention as solar cells that can be easily manufactured at low cost.

この色素増感太陽電池用負極としては、酸化物半導体からなる負極が用いられているが、この酸化物半導体に、金ナノ粒子や銀ナノ粒子等を用いて光吸収量を増大させ、短絡電流密度を増大させる試みがなされている(特許文献2、非特許文献1参照)。   As the negative electrode for the dye-sensitized solar cell, a negative electrode made of an oxide semiconductor is used, and the light absorption amount of the oxide semiconductor is increased by using gold nanoparticles, silver nanoparticles, etc. Attempts have been made to increase the density (see Patent Document 2 and Non-Patent Document 1).

特公平8−15097号公報Japanese Patent Publication No. 8-15097 特開2007−265694号公報JP 2007-265694 A 特許第3513738号Japanese Patent No. 3513738 特許第3983533号Japanese Patent No. 3983533 特許第4633179号Japanese Patent No. 4633179

Keiji ISHIKAWA, Ching-Ju Wen, et al,Journal of Chemical Engineering. 2004, 37, 645-649Keiji ISHIKAWA, Ching-Ju Wen, et al, Journal of Chemical Engineering. 2004, 37, 645-649

しかしながら、金ナノ粒子や銀ナノ粒子等の金属ナノ粒子を酸化物半導体に担持させれば、光吸収量は増大するが、金属ナノ粒子が電流のリーク源となり、光電変換効率を向上させることができなかった。特に、金属ナノ粒子の量を増やした場合には、かえって光電変換効率が悪化した。   However, if metal nanoparticles such as gold nanoparticles or silver nanoparticles are supported on an oxide semiconductor, the amount of light absorption increases, but the metal nanoparticles become a current leakage source, which can improve photoelectric conversion efficiency. could not. In particular, when the amount of metal nanoparticles was increased, the photoelectric conversion efficiency deteriorated.

以上から、本発明では、金属ナノ粒子による光吸収量を増大させつつ、金属ナノ粒子がリーク源となることを抑制することができ、光電変換素子を製造した際には光電変換効率を向上させることができる多孔質酸化物半導体層を提供することを目的とする。   As described above, in the present invention, it is possible to suppress the metal nanoparticles from becoming a leak source while increasing the light absorption amount by the metal nanoparticles, and to improve the photoelectric conversion efficiency when the photoelectric conversion element is manufactured. An object of the present invention is to provide a porous oxide semiconductor layer that can be used.

上記目的に鑑み、鋭意検討した結果、多孔質酸化物半導体膜に金属ナノ粒子を担持させた後に、酸化物半導体からなる薄膜を形成することにより、上記課題を解決した多孔質酸化物半導体層が得られることを見出した。本発明は、このような知見に基づき、さらに研究を重ね、完成されたものである。すなわち、本発明は以下の構成を包含する。
項1.金属ナノ粒子が担持された多孔質酸化物半導体膜上に、酸化物半導体からなる薄膜が形成されている、光電変換素子用多孔質酸化物半導体層。
項2.さらに、色素が担持されている、項1に記載の光電変換素子用多孔質酸化物半導体層。
項3.前記金属ナノ粒子は、白金ナノ粒子を含む、項1又は2に記載の光電変換素子用多孔質酸化物半導体層。
項4.前記薄膜を構成する酸化物半導体が、酸化チタンを含む、項1〜3のいずれかに記載の光電変換素子用多孔質酸化物半導体層。
項5.前記多孔質酸化物半導体膜を構成する酸化物半導体が、酸化チタンを含む、項1〜4のいずいれかに記載の光電変換素子用多孔質酸化物半導体層。
項6.項1〜5のいずれかに記載の光電変換素子用多孔質酸化物半導体層の製造方法であって、
(1)基板上に、酸化チタン及び金属ナノ粒子を含むペースト組成物を塗布して金属ナノ粒子が担持された多孔質酸化物半導体膜を得る工程、及び
(2)前記工程(1)で得た金属ナノ粒子が担持された多孔質酸化物半導体膜上を、酸化物半導体の前駆体を含む溶液中に浸漬する工程
を備える、製造方法。
項7.さらに、
(3)工程(2)で得た光電変換素子用多孔質酸化物半導体層に、色素を担持させる工程
を備える、項6に記載の製造方法。
項8.前記工程(1)において、金属ナノ粒子を含むペースト組成物中の金属ナノ粒子の含有量が、固形分中0.1〜10重量%である、項6又は7に記載の製造方法。
項9.前記工程(1)において、金属ナノ粒子を含むペースト組成物が、さらに、酸化物半導体を含有する、項6〜8のいずれかに記載の製造方法。
項10.前記工程(2)において、浸漬時間が1〜120分である、項6〜9のいずれかに記載の製造方法。
項11.基板上に、項1〜5のいずれかに記載の光電変換素子用多孔質酸化物半導体層を備える、光電変換素子用負極。
項12.項11に記載の光電変換素子用負極を備える、光電変換素子。
項13.項12に記載の光電変換素子を備える、色素増感太陽電池。
As a result of intensive studies in view of the above object, a porous oxide semiconductor layer that has solved the above problems by forming a thin film made of an oxide semiconductor after supporting metal nanoparticles on the porous oxide semiconductor film is provided. It was found that it can be obtained. The present invention has been completed by further research based on such knowledge. That is, the present invention includes the following configurations.
Item 1. A porous oxide semiconductor layer for a photoelectric conversion element, wherein a thin film made of an oxide semiconductor is formed on a porous oxide semiconductor film on which metal nanoparticles are supported.
Item 2. Furthermore, the porous oxide semiconductor layer for photoelectric conversion elements of claim | item 1 with which the pigment | dye is carry | supported.
Item 3. Item 3. The porous oxide semiconductor layer for a photoelectric conversion element according to Item 1 or 2, wherein the metal nanoparticles include platinum nanoparticles.
Item 4. Item 4. The porous oxide semiconductor layer for a photoelectric conversion element according to any one of Items 1 to 3, wherein the oxide semiconductor constituting the thin film contains titanium oxide.
Item 5. Item 5. The porous oxide semiconductor layer for a photoelectric conversion element according to any one of Items 1 to 4, wherein the oxide semiconductor constituting the porous oxide semiconductor film contains titanium oxide.
Item 6. It is a manufacturing method of the porous oxide semiconductor layer for photoelectric conversion elements in any one of claim | item 1-5,
(1) A step of applying a paste composition containing titanium oxide and metal nanoparticles on a substrate to obtain a porous oxide semiconductor film carrying metal nanoparticles, and (2) obtained in step (1) above. And a step of immersing the porous oxide semiconductor film carrying the metal nanoparticles in a solution containing a precursor of the oxide semiconductor.
Item 7. further,
(3) The manufacturing method of claim | item 6 provided with the process which makes a porous oxide semiconductor layer for photoelectric conversion elements obtained at process (2) carry | support a pigment | dye.
Item 8. Item 8. The production method according to Item 6 or 7, wherein in the step (1), the content of the metal nanoparticles in the paste composition containing the metal nanoparticles is 0.1 to 10% by weight in the solid content.
Item 9. Item 9. The manufacturing method according to any one of Items 6 to 8, wherein in the step (1), the paste composition containing metal nanoparticles further contains an oxide semiconductor.
Item 10. Item 10. The production method according to any one of Items 6 to 9, wherein in the step (2), the immersion time is 1 to 120 minutes.
Item 11. Item 6. A negative electrode for a photoelectric conversion element, comprising the porous oxide semiconductor layer for a photoelectric conversion element according to any one of Items 1 to 5 on a substrate.
Item 12. Item 12. A photoelectric conversion device comprising the negative electrode for photoelectric conversion device according to Item 11.
Item 13. Item 13. A dye-sensitized solar cell comprising the photoelectric conversion element according to Item 12.

本発明によれば、金属ナノ粒子による光吸収量を増大させつつ、金属ナノ粒子がリーク源となることを抑制することができ、光電変換素子を製造した際には光電変換効率を向上させることができる多孔質酸化物半導体層を提供することができる。この効果は、金属ナノ粒子を担持させる際に使用する金属ナノ粒子の量を調整すればより顕著となる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, it can suppress that a metal nanoparticle becomes a leak source, increasing the light absorption amount by a metal nanoparticle, and improves photoelectric conversion efficiency when manufacturing a photoelectric conversion element. It is possible to provide a porous oxide semiconductor layer that can be used. This effect becomes more prominent if the amount of the metal nanoparticles used for supporting the metal nanoparticles is adjusted.

実施例及び比較例の開放電圧を比較するグラフである。It is a graph which compares the open circuit voltage of an Example and a comparative example.

1.多孔質酸化物半導体層
本発明の多孔質酸化物半導体層は、金属ナノ粒子が担持された多孔質酸化物半導体膜上に、酸化物半導体からなる薄膜が形成されている。
1. Porous oxide semiconductor layer In the porous oxide semiconductor layer of the present invention, a thin film made of an oxide semiconductor is formed on a porous oxide semiconductor film on which metal nanoparticles are supported.

<多孔質酸化物半導体膜>
多孔質酸化物半導体膜が有する酸化物半導体としては特に制限はないが、通常光電変換素子に使用される酸化チタン等が好適に使用される。
<Porous oxide semiconductor film>
Although there is no restriction | limiting in particular as an oxide semiconductor which a porous oxide semiconductor film has, The titanium oxide etc. which are normally used for a photoelectric conversion element are used suitably.

なお、本発明において、「酸化チタン」又は「チタニア」とは、二酸化チタン(TiO)のみを指すものではなく、三酸化二チタン(Ti);一酸化チタン(TiO);Ti、Ti等に代表される二酸化チタンから酸素欠損した組成のもの等も含む概念である。また、末端OH基に代表されるように一部酸化チタンの合成に起因するTi−O−Ti以外の基を含んでいてもよい。 In the present invention, “titanium oxide” or “titania” does not mean only titanium dioxide (TiO 2 ), but dititanium trioxide (Ti 2 O 3 ); titanium monoxide (TiO); Ti 4 It is a concept including a composition having oxygen deficiency from titanium dioxide represented by O 7 , Ti 5 O 9 and the like. Further, as represented by the terminal OH group, a group other than Ti—O—Ti resulting from the synthesis of titanium oxide may be included.

多孔質酸化物半導体膜が、酸化チタンを含む場合、当該酸化チタンの形状としては、多孔質な膜を形成できる材料であれば特に制限はない。例えば、酸化チタンナノ粒子、酸化チタンナノチューブ、酸化チタンナノ粒子のチューブ状集合物(酸化チタンナノ粒子が連なってなる酸化チタンナノチューブ)等が挙げられる。他の酸化物半導体であっても、同様に様々な形状の材料が使用できる。   When the porous oxide semiconductor film contains titanium oxide, the shape of the titanium oxide is not particularly limited as long as it is a material capable of forming a porous film. Examples thereof include titanium oxide nanoparticles, titanium oxide nanotubes, and tubular aggregates of titanium oxide nanoparticles (titanium oxide nanotubes in which titanium oxide nanoparticles are linked). Similarly, various shapes of materials can be used for other oxide semiconductors.

酸化チタンナノ粒子としては、市販又は公知のチタニアナノ粒子を使用してもよいし、例えば酸化チタン前駆体を用いてゾルゲル反応により合成してもよい。変換効率を考慮すると、酸化チタン前駆体を用いてゾルゲル反応により合成することが好ましい。この際使用できる酸化チタン前駆体としては、例えば、チタンテトライソプロポキシド等のチタンアルコキシド、水酸化チタン、塩化チタン、硫酸チタン等が挙げられる。   As the titanium oxide nanoparticles, commercially available or known titania nanoparticles may be used, and for example, they may be synthesized by a sol-gel reaction using a titanium oxide precursor. Considering the conversion efficiency, it is preferable to synthesize by a sol-gel reaction using a titanium oxide precursor. Examples of the titanium oxide precursor that can be used at this time include titanium alkoxides such as titanium tetraisopropoxide, titanium hydroxide, titanium chloride, and titanium sulfate.

酸化チタンナノ粒子の結晶構造としては、とくに制限されるわけではないが、アナターゼ型酸化チタン、ルチル型酸化チタン及びブルッカイト型酸化チタンよりなる群から選ばれる少なくとも1種を含むことが好ましく、光に対する活性が高い点から、アナターゼ型酸化チタンを含む(特に70重量%以上)ことがより好ましい。また、酸化チタンナノ粒子の結晶構造は、必ずしも1種のみである必要はなく、結晶構造の異なる2種以上の酸化チタンナノ粒子を混合してもよい。結晶構造の異なる2種以上の酸化チタンナノ粒子を混合する場合には、アナターゼ型酸化チタンと、ルチル型酸化チタン及び/又はブルッカイト型酸化チタンとを混合することが好ましく、この場合には、アナターゼ型酸化チタンを70〜95重量%(特に90〜95重量%)含ませることが好ましい。なお、酸化チタンナノ粒子の結晶構造は、例えば、X線回折法、ラマン分光分析等により測定することができる。   The crystal structure of the titanium oxide nanoparticles is not particularly limited, but preferably contains at least one selected from the group consisting of anatase-type titanium oxide, rutile-type titanium oxide and brookite-type titanium oxide, and is active against light. From the viewpoint of high, it is more preferable to contain anatase type titanium oxide (particularly 70% by weight or more). Moreover, the crystal structure of the titanium oxide nanoparticles is not necessarily only one type, and two or more types of titanium oxide nanoparticles having different crystal structures may be mixed. When mixing two or more types of titanium oxide nanoparticles having different crystal structures, it is preferable to mix anatase-type titanium oxide and rutile-type titanium oxide and / or brookite-type titanium oxide. It is preferable to contain 70 to 95% by weight (particularly 90 to 95% by weight) of titanium oxide. The crystal structure of the titanium oxide nanoparticles can be measured by, for example, an X-ray diffraction method, Raman spectroscopic analysis, or the like.

酸化チタンナノ粒子の平均粒子径は、より多くの色素を吸着し、光を吸収できる点から、1〜500nmが好ましく、3〜100nmがより好ましい。また、酸化チタンナノ粒子としては、平均粒子径の異なる2種以上の酸化チタンナノ粒子を混合してもよい。特に、電池内部への光閉じ込め効果の観点から、平均粒子径が小さい(1〜100nm程度)酸化チタンナノ粒子とともに、平均粒子径が大きく(100〜500nm程度)光散乱の大きい酸化チタンナノ粒子を併用してもよい。なお、平均粒子径は、例えば、電子顕微鏡(SEM)観察等により測定することができる。   The average particle diameter of the titanium oxide nanoparticles is preferably 1 to 500 nm, more preferably 3 to 100 nm, from the viewpoint that more dye can be adsorbed and light can be absorbed. Moreover, as a titanium oxide nanoparticle, you may mix 2 or more types of titanium oxide nanoparticles from which an average particle diameter differs. In particular, from the viewpoint of the light confinement effect inside the battery, titanium oxide nanoparticles having a large average particle diameter (about 100 to 500 nm) and a large light scattering are used together with titanium oxide nanoparticles having a small average particle diameter (about 1 to 100 nm). May be. In addition, an average particle diameter can be measured by electron microscope (SEM) observation etc., for example.

酸化チタンナノチューブとしては、公知又は市販の酸化チタンナノチューブを採用できる。例えば、特許文献3〜4等に記載の酸化チタンナノチューブ等が挙げられる。   As the titanium oxide nanotubes, known or commercially available titanium oxide nanotubes can be adopted. For example, the titanium oxide nanotube etc. which are described in patent documents 3-4 etc. are mentioned.

酸化チタンナノ粒子のチューブ状集合体としては、特許文献5に記載の材料を使用することができる。具体的には、以下のとおりである。   As the tubular aggregate of titanium oxide nanoparticles, the material described in Patent Document 5 can be used. Specifically, it is as follows.

酸化チタンナノ粒子のチューブ状集合体は、酸化チタンナノ粒子が連なってなる。本発明において、「連なってなる」とは、酸化チタンナノ粒子が、粒子の形状を維持しながら、隣接する酸化チタンナノ粒子と密接に接していることを言う。つまり、アモルファス状の酸化チタンナノチューブとは異なる。   The tube-like aggregate of titanium oxide nanoparticles consists of a series of titanium oxide nanoparticles. In the present invention, “being connected” means that the titanium oxide nanoparticles are in close contact with the adjacent titanium oxide nanoparticles while maintaining the shape of the particles. In other words, it is different from amorphous titanium oxide nanotubes.

酸化チタンナノ粒子のチューブ状集合体は、酸化チタンナノ粒子が、チューブを形成するように連なって形成している。これにより、酸化チタンナノ粒子のチューブ状集合体の表面には、微細な凹凸が存在している。表面に微細な凹凸を有することで、色素を多量に担持し、入射した光を効率よく吸収できる。そして、効率よく電子を発生させ、隣接する酸化チタン同士が密接に接触しているため、隣接する酸化チタンを通して、電子を効率よく透明電極に運ぶことができる。   The tubular aggregate of titanium oxide nanoparticles is formed such that the titanium oxide nanoparticles are continuously formed so as to form a tube. Thereby, the fine unevenness | corrugation exists in the surface of the tubular aggregate | assembly of a titanium oxide nanoparticle. By having fine irregularities on the surface, a large amount of dye can be supported and incident light can be efficiently absorbed. Since electrons are generated efficiently and adjacent titanium oxides are in close contact with each other, the electrons can be efficiently transferred to the transparent electrode through the adjacent titanium oxide.

酸化チタンナノ粒子の結晶構造としては、とくに制限されるわけではないが、アナターゼ型酸化チタン、ルチル型酸化チタン及びブルッカイト型酸化チタンよりなる群から選ばれる少なくとも1種を含むことが好ましく、光に対する活性が高い点から、アナターゼ型酸化チタンを含むことがより好ましい。酸化チタンナノ粒子の結晶構造は、例えば、X線回折法、ラマン分光分析等により測定することができる。また、酸化チタンナノ粒子としては、アナターゼ型酸化チタン、ルチル型酸化チタン及びブルッカイト型酸化チタンに加えて、さらに、2価チタンの酸化物、3価チタンの酸化物及び4価チタンの酸化物よりなる群から選ばれる少なくとも1種を含んでもよい。   The crystal structure of the titanium oxide nanoparticles is not particularly limited, but preferably contains at least one selected from the group consisting of anatase-type titanium oxide, rutile-type titanium oxide and brookite-type titanium oxide, and is active against light. From the point of being high, it is more preferable that anatase type titanium oxide is included. The crystal structure of the titanium oxide nanoparticles can be measured by, for example, X-ray diffraction method, Raman spectroscopic analysis or the like. In addition to anatase-type titanium oxide, rutile-type titanium oxide and brookite-type titanium oxide, the titanium oxide nanoparticles further comprise a bivalent titanium oxide, a trivalent titanium oxide and a tetravalent titanium oxide. It may contain at least one selected from the group.

酸化チタンナノ粒子としては、他にも、マグネリ相構造の結晶形態を有する酸化チタンを含むことが好ましい。このマグネリ相構造の結晶形態を有する酸化チタンは、具体的な構成は明らかではないが、組成式:Ti2n−1(n:4〜10)で表され、金属と同程度の導電性を有する酸化チタンである。このマグネリ相構造の結晶形態を有する酸化チタンを少量含むことで、電極との電気コンタクトを避け、イオン移動を促進することが可能になり、優れた特性を示す。3重量%以下、好ましくは、1重量%以下で含有されるものがよい。 In addition to the titanium oxide nanoparticles, it is preferable to include titanium oxide having a crystal form of a Magneli phase structure. Although the specific structure of the titanium oxide having the crystal form of the magnetic phase structure is not clear, it is represented by the composition formula: Ti n O 2n-1 (n: 4 to 10) and has the same conductivity as the metal. It is titanium oxide which has this. By containing a small amount of titanium oxide having a crystal form of this magnetic phase structure, it becomes possible to avoid electrical contact with the electrode and promote ion migration, and exhibits excellent characteristics. The content is 3% by weight or less, preferably 1% by weight or less.

酸化チタンナノ粒子の平均粒子径は、光を吸収できる点から、1〜200nmが好ましく、1〜50nmがより好ましい。なお、平均粒子径は、例えば、電子顕微鏡(SEM又はTEM)観察等により測定することができる。   The average particle diameter of the titanium oxide nanoparticles is preferably 1 to 200 nm, more preferably 1 to 50 nm, from the point that light can be absorbed. In addition, an average particle diameter can be measured by electron microscope (SEM or TEM) observation etc., for example.

酸化チタンナノ粒子のチューブ状集合体は、比表面積が20m/g以上が好ましく、比表面積が70m/g以上がより好ましく、80m/g以上がさらに好ましい。比表面積は、大きいほうが好ましく、上限値は特に制限されないが、3000m/g程度である。なお、比表面積は、BET法等により測定できる。 The tubular aggregate of titanium oxide nanoparticles preferably has a specific surface area of 20 m 2 / g or more, more preferably 70 m 2 / g or more, and still more preferably 80 m 2 / g or more. The specific surface area is preferably larger, and the upper limit is not particularly limited, but is about 3000 m 2 / g. The specific surface area can be measured by the BET method or the like.

酸化チタンナノ粒子のチューブ状集合体は、充分な表面積を有しつつ、効率よく電子を伝達する点から、長軸に直交する平均内径が5〜500nm(特に7〜300nm)、長軸の平均長さが0.1〜1000μm(特に1〜50μm)、平均アスペクト比(長軸の平均長さ/長軸に直交する平均直径)が3〜200000(特に3〜5000、さらに10〜1000)が好ましい。なお、直径とは外径のことを言う。また、酸化チタンナノ粒子のチューブ状集合体の平均内径、平均長さは、例えば、電子顕微鏡(SEM)観察等により測定することができる。   The tube-shaped aggregate of titanium oxide nanoparticles has a sufficient surface area and efficiently transmits electrons, so that the average inner diameter orthogonal to the major axis is 5 to 500 nm (especially 7 to 300 nm), and the average length of the major axis. 0.1 to 1000 μm (especially 1 to 50 μm) and an average aspect ratio (average length of long axis / average diameter perpendicular to the long axis) of 3 to 200000 (particularly 3 to 5000, more preferably 10 to 1000) are preferable. . In addition, a diameter means an outer diameter. The average inner diameter and average length of the tubular aggregate of titanium oxide nanoparticles can be measured, for example, by observation with an electron microscope (SEM).

酸化チタンナノ粒子のチューブ状集合体の肉厚は特に制限されないが、成膜性の点から、2〜500nm程度が好ましく、5〜50nm程度がより好ましい。また、酸化チタンナノ粒子のチューブ状集合体の肉厚は、例えば、電子顕微鏡(SEM又はTEM)観察等により測定することができる。   The thickness of the tubular aggregate of titanium oxide nanoparticles is not particularly limited, but is preferably about 2 to 500 nm and more preferably about 5 to 50 nm from the viewpoint of film formability. Moreover, the thickness of the tube-like aggregate of titanium oxide nanoparticles can be measured, for example, by observation with an electron microscope (SEM or TEM).

この酸化チタンナノ粒子のチューブ状集合体としては、特許文献5に記載の方法で製造することができる。   The tubular aggregate of titanium oxide nanoparticles can be produced by the method described in Patent Document 5.

多孔質酸化物半導体膜の厚みは、特に制限されないが、より多くの入射光を吸収する点、電解質が電極膜深部まで浸透する点、均質で良好な成膜性の確保の点等から、1〜30μm程度が好ましく、2〜18μm程度がより好ましい。   The thickness of the porous oxide semiconductor film is not particularly limited. From the viewpoint of absorbing more incident light, the point of penetration of the electrolyte to the deep part of the electrode film, the point of ensuring uniform and good film formability, and the like. About 30 μm is preferable, and about 2-18 μm is more preferable.

<金属ナノ粒子>
本発明においては、金属ナノ粒子は、必ずしも上記多孔質酸化物半導体膜を被覆している必要はなく、担持(付着)していればよい。
<Metal nanoparticles>
In the present invention, the metal nanoparticles do not necessarily have to be coated with the porous oxide semiconductor film as long as they are supported (attached).

なお、後述のように、色素を担持させる場合には、金属ナノ粒子と色素とを隣接させても電子が伝導しにくい。このため、金属ナノ粒子と色素との間に酸化物半導体を介在させるようにすることが好ましい。この観点から、金属ナノ粒子を担持させる際には、同時に酸化物半導体も担持させることが好ましい。この際の酸化物半導体としては、上述したものを使用できる。   As will be described later, when a dye is supported, electrons are difficult to conduct even if the metal nanoparticles and the dye are adjacent to each other. For this reason, it is preferable to interpose an oxide semiconductor between the metal nanoparticles and the dye. From this point of view, when supporting the metal nanoparticles, it is preferable to support the oxide semiconductor at the same time. As the oxide semiconductor at this time, those described above can be used.

金属ナノ粒子を構成する金属としては、特に制限はなく、白金、金、銀等が挙げられる。これらは、金属ナノ粒子によりプラズモンが発生する波長が、色素の光吸収波長とオーバーラップするため、白金、金及び銀よりなる群から選ばれる少なくとも1種からなることが好ましい。なかでも、電解液と反応して溶解しない金属であるという点から、白金が好ましい。   There is no restriction | limiting in particular as a metal which comprises a metal nanoparticle, Platinum, gold | metal | money, silver, etc. are mentioned. These are preferably made of at least one selected from the group consisting of platinum, gold, and silver because the wavelength at which plasmons are generated by the metal nanoparticles overlaps with the light absorption wavelength of the dye. Among these, platinum is preferable because it is a metal that does not dissolve by reacting with the electrolytic solution.

金属ナノ粒子の平均粒子径は、3〜30nmが好ましく、5〜15nmがより好ましい。金属ナノ粒子の平均粒子径を上記範囲内とすることで、30〜800nm近辺の領域でプラズモンが発生しやすくなる。なお、平均粒子径は、例えば、電子顕微鏡(SEM又はTEM)観察等により測定することができる。   3-30 nm is preferable and, as for the average particle diameter of a metal nanoparticle, 5-15 nm is more preferable. By setting the average particle diameter of the metal nanoparticles within the above range, plasmons are likely to be generated in a region near 30 to 800 nm. In addition, an average particle diameter can be measured by electron microscope (SEM or TEM) observation etc., for example.

金属ナノ粒子の担持量は、光の吸収量を上昇させるとともに、リーク電流を抑制して光電変換効率を向上させる観点から、0.01〜10重量%程度が好ましく、0.1〜3.0重量%程度がより好ましい。   The supported amount of the metal nanoparticles is preferably about 0.01 to 10% by weight from the viewpoint of increasing the light absorption amount and suppressing the leakage current to improve the photoelectric conversion efficiency. A weight percentage is more preferred.

<酸化物半導体からなる薄膜>
本発明においては、金属ナノ粒子が担持された多孔質酸化物半導体膜上に、酸化物からなる薄膜を形成する。より好ましくは、金属ナノ粒子が担持された多孔質酸化物半導体膜を、酸化物からなる薄膜で被覆する。これにより、金属ナノ粒子を完全に覆わない場合であっても、リーク電流を効果的に抑制し、光電変換効率を向上させることができる。
<Thin film made of oxide semiconductor>
In the present invention, a thin film made of an oxide is formed on a porous oxide semiconductor film on which metal nanoparticles are supported. More preferably, the porous oxide semiconductor film carrying the metal nanoparticles is covered with a thin film made of an oxide. Thereby, even if it is a case where a metal nanoparticle is not completely covered, a leak current can be suppressed effectively and photoelectric conversion efficiency can be improved.

なお、後述のように、色素を担持させる場合には、金属ナノ粒子と色素とを隣接させても電子が伝導しにくい。このため、酸化物半導体からなる薄膜を形成し、金属ナノ粒子と色素との間に酸化物半導体からなる薄膜を介在させるようにすることが好ましい。   As will be described later, when a dye is supported, electrons are difficult to conduct even if the metal nanoparticles and the dye are adjacent to each other. For this reason, it is preferable to form the thin film which consists of an oxide semiconductor, and to interpose the thin film which consists of an oxide semiconductor between a metal nanoparticle and a pigment | dye.

この酸化物半導体からなる薄膜を構成する酸化物半導体としては、上記説明したものとすることができ、酸化チタン等が挙げられる。また、好ましい特性等も同様である。   The oxide semiconductor constituting the thin film made of this oxide semiconductor can be as described above, and examples include titanium oxide. Further, preferable characteristics and the like are the same.

この酸化物半導体からなる薄膜の厚みは、1〜20μm程度が好ましく、2〜14μmがより好ましい。酸化物半導体からなる薄膜の厚みをこの範囲内とすることで、電解液が負極深部まで浸透しやすく、かつ光の利用効率も十分となりえる。   The thickness of the thin film made of the oxide semiconductor is preferably about 1 to 20 μm, and more preferably 2 to 14 μm. By setting the thickness of the thin film made of an oxide semiconductor within this range, the electrolyte can easily penetrate to the deep part of the negative electrode, and the light use efficiency can be sufficient.

本発明の多孔質酸化物半導体層には、さらに、色素が担持していてもよい。   The porous oxide semiconductor layer of the present invention may further carry a dye.

色素は、可視域や近赤外域に吸収特性を有し、多孔質酸化物半導体層の光吸収効率を向上(増感)させる色素であれば特に限定されないが、金属錯体色素、有機色素、天然色素、半導体等が好ましい。また、多孔質酸化物半導体層への吸着性を付与するために、色素の分子中にカルボキシル基、ヒドロキシル基、スルホニル基、ホスホニル基、カルボキシルアルキル基、ヒドロキシアルキル基、スルホニルアルキル基、ホスホニルアルキル基等の官能基を有するものが好ましい。   The dye is not particularly limited as long as the dye has absorption characteristics in the visible region and the near infrared region, and improves (sensitizes) the light absorption efficiency of the porous oxide semiconductor layer. Dyes, semiconductors and the like are preferable. In addition, in order to impart adsorptivity to the porous oxide semiconductor layer, a carboxyl group, hydroxyl group, sulfonyl group, phosphonyl group, carboxylalkyl group, hydroxyalkyl group, sulfonylalkyl group, phosphonylalkyl group in the dye molecule Those having a functional group such as a group are preferred.

金属錯体色素としては、例えば、ルテニウム、オスミウム、鉄、コバルト、亜鉛、水銀の錯体や、金属フタロシアニン、クロロフィル等を用いることができる。また、有機色素としては、例えば、シアニン系色素、ヘミシアニン系色素、メロシアニン系色素、キサンテン系色素、トリフェニルメタン系色素、金属フリーフタロシアニン系色素等が挙げられるが、これらに限定されない。色素として用いることができる半導体としては、i型の光吸収係数が大きなアモルファス半導体や直接遷移型半導体、量子サイズ効果を示し、可視光を効率よく吸収する微粒子半導体等が好ましい。通常、各種の半導体や金属錯体色素や有機色素の一種、又は光電変換の波長域をできるだけ広くし、かつ変換効率を上げるため、二種類以上の色素を混合することができる。また、目的とする光源の波長域と強度分布に合わせるように、混合する色素とその割合を選ぶことができる。   As the metal complex dye, for example, a ruthenium, osmium, iron, cobalt, zinc, mercury complex, metal phthalocyanine, chlorophyll, or the like can be used. Examples of organic dyes include, but are not limited to, cyanine dyes, hemicyanine dyes, merocyanine dyes, xanthene dyes, triphenylmethane dyes, metal-free phthalocyanine dyes, and the like. As a semiconductor that can be used as a dye, an amorphous semiconductor having a large i-type light absorption coefficient, a direct transition semiconductor, a fine particle semiconductor that exhibits a quantum size effect and efficiently absorbs visible light, and the like are preferable. Usually, one of various semiconductors, metal complex dyes and organic dyes, or two or more kinds of dyes can be mixed in order to make the wavelength range of photoelectric conversion as wide as possible and increase the conversion efficiency. Moreover, the pigment | dye to mix and its ratio can be selected so that it may match with the wavelength range and intensity distribution of the target light source.

2.多孔質酸化物半導体層の製造方法
本発明の多孔質酸化物半導体層の製造方法は、
(1)基板上に、酸化物半導体及び金属ナノ粒子を含むペースト組成物を塗布して金属ナノ粒子が担持された多孔質酸化物半導体膜を得る工程、及び
(2)前記工程(1)で得た金属ナノ粒子が担持された多孔質酸化物半導体膜を、酸化物半導体の前駆体を含む溶液中に浸漬する工程
を備える。
2. Method for producing porous oxide semiconductor layer The method for producing a porous oxide semiconductor layer of the present invention comprises:
(1) Applying a paste composition containing an oxide semiconductor and metal nanoparticles on a substrate to obtain a porous oxide semiconductor film carrying metal nanoparticles, and (2) In the step (1) A step of immersing the obtained porous oxide semiconductor film carrying metal nanoparticles in a solution containing an oxide semiconductor precursor is provided.

<工程(1)>
酸化物半導体及び金属ナノ粒子を含むペースト組成物中に含まれる酸化物半導体及び金属ナノ粒子は、上記説明したものである。
<Step (1)>
The oxide semiconductor and metal nanoparticles contained in the paste composition containing the oxide semiconductor and metal nanoparticles are those described above.

酸化物半導体及び金属ナノ粒子を含むペースト組成物において、固形分中の酸化物半導体及び金属ナノ粒子の含有量は、それぞれ、酸化物半導体が90〜99.9重量%が好ましく、95〜99.8重量%がより好ましく、96〜99.7重量%がさらに好ましい。また、金属ナノ粒子の含有量は、0.1〜10重量%が好ましく、0.2〜5重量%がより好ましく、0.3〜4重量%がさらに好ましい。酸化物半導体及び金属ナノ粒子の含有量を上記範囲内とすることで、光吸収量を上昇させるとともに、リーク電流を効果的に抑制して光電変換効率を向上させることができる。   In the paste composition containing an oxide semiconductor and metal nanoparticles, the content of the oxide semiconductor and metal nanoparticles in the solid content is preferably 90 to 99.9% by weight of the oxide semiconductor, respectively, and 95 to 99. 8% by weight is more preferable, and 96 to 99.7% by weight is more preferable. Moreover, 0.1-10 weight% is preferable, as for content of a metal nanoparticle, 0.2-5 weight% is more preferable, and 0.3-4 weight% is further more preferable. By making content of an oxide semiconductor and a metal nanoparticle in the said range, while increasing light absorption amount, a leak current can be suppressed effectively and photoelectric conversion efficiency can be improved.

酸化物半導体及び金属ナノ粒子を含むペースト組成物において、固形分濃度は、塗布時の流動性と塗布後の厚みのバランスをとり、多孔質酸化物半導体膜のポアサイズを制御できる点から、5〜40重量%が、特に8〜20重量%が好ましい。   In the paste composition containing the oxide semiconductor and the metal nanoparticles, the solid content concentration is 5 to 5 in terms of balancing the fluidity at the time of coating and the thickness after coating, and controlling the pore size of the porous oxide semiconductor film. 40% by weight, particularly 8 to 20% by weight, is preferred.

また、金属ナノ粒子を含むペースト組成物の溶媒としては、水、有機溶媒等を用いることができる。   Moreover, water, an organic solvent, etc. can be used as a solvent of the paste composition containing a metal nanoparticle.

有機溶媒としては、金属ナノ粒子及び酸化物半導体を分散できる溶媒であれば、特に限定はない。例えば、エタノール、メタノール、テルピネオール(特にα−テルピネオール)等のアルコール類;エチレングリコール、ポリエチレングリコール、プロピレングリコール、ポリプロピレングリコール等のグリコール類等を用いることができる。これらの溶媒は、分散性、揮発性及び粘度を考慮し、単独で用いてもよいし、2種以上を混合して用いてもよい。好ましい具体例は、テルピネオール(特にα−テルピネオール)である。金属ナノ粒子を含むペースト組成物中の溶媒の割合としては、塗布時に流動性を持たせるから、30〜80重量%が、特に60〜75重量%が好ましい。   The organic solvent is not particularly limited as long as it can disperse the metal nanoparticles and the oxide semiconductor. For example, alcohols such as ethanol, methanol and terpineol (particularly α-terpineol); glycols such as ethylene glycol, polyethylene glycol, propylene glycol and polypropylene glycol can be used. These solvents may be used alone or in combination of two or more in consideration of dispersibility, volatility and viscosity. A preferred example is terpineol (particularly α-terpineol). The proportion of the solvent in the paste composition containing the metal nanoparticles is preferably 30 to 80% by weight, particularly 60 to 75% by weight, because fluidity is imparted during coating.

分散液の成分として、上記の溶媒以外に、増粘剤等を含んでもよい。   As a component of the dispersion liquid, a thickener or the like may be included in addition to the above solvent.

増粘剤としては、例えば、メチルセルロース、エチルセルロース等のアルキルセルロース等が挙げられる。なかでも、エチルセルロースを好適に用いることができる。   Examples of the thickener include alkyl celluloses such as methyl cellulose and ethyl cellulose. Of these, ethyl cellulose can be preferably used.

多孔質酸化物半導体膜形成用ペースト組成物中の増粘剤の割合としては、塗布時の流動性の点から、5〜20重量%が、特に6〜15重量%が好ましい。   The proportion of the thickener in the paste composition for forming a porous oxide semiconductor film is preferably 5 to 20% by weight, particularly preferably 6 to 15% by weight, from the viewpoint of fluidity during application.

基板としては、特に制限はなく、常温において平滑な面を有するものであり、その面は平面及び曲面のいずれでもよく、また応力によって変形するものでもよい。使用できる基板の具体例としては、例えば、各種ガラス、及びPET(ポリエチレンテレフタレート)、PEN(ポリエチレンナフタレート)等の透明樹脂等に透明導電機能が付与されたものが挙げられる。ただし、300℃以上の高温で焼成する場合は、ガラス基板を用いるのが好ましい。   There is no restriction | limiting in particular as a board | substrate, It has a smooth surface at normal temperature, The surface may be either a plane and a curved surface, and may deform | transform by stress. Specific examples of the substrate that can be used include various glasses, and transparent resins such as PET (polyethylene terephthalate) and PEN (polyethylene naphthalate) that have a transparent conductive function. However, when baking at a high temperature of 300 ° C. or higher, it is preferable to use a glass substrate.

塗布方法は特に制限はなく、スクリーン印刷、ドクターブレード、ディップコート、スプレーコート、スピンコート、スキージ法等の常法を採用すればよいが、欠陥の無い良質な成膜性、膜厚制御及び高いスループットが実現可能な点から、スクリーン印刷を採用するのが好ましい。   The coating method is not particularly limited, and conventional methods such as screen printing, doctor blade, dip coating, spray coating, spin coating, and squeegee method may be adopted. Screen printing is preferably employed because the throughput can be realized.

塗布した後、乾燥することが好ましい。乾燥条件は、特に制限されないが、25〜250℃、好ましくは50〜150℃にて1〜120分間、好ましくは5〜15分間とすることが好ましい。   It is preferable to dry after coating. The drying conditions are not particularly limited, but are preferably 25 to 250 ° C., preferably 50 to 150 ° C. for 1 to 120 minutes, preferably 5 to 15 minutes.

この工程により、金属ナノ粒子が担持された多孔質酸化物半導体膜を得ることができる。   By this step, a porous oxide semiconductor film carrying metal nanoparticles can be obtained.

<工程(2)>
工程(1)で得た金属ナノ粒子が担持された多孔質酸化物半導体膜を浸漬させる溶液は、酸化物半導体の前駆体を含む。このような酸化物半導体の前駆体としては、工程(1)で得た金属ナノ粒子が担持された多孔質酸化物半導体膜を浸漬させた後に例えば加熱することにより酸化物半導体を形成できるものであれば特に制限されないが、例えば、水酸化チタン、ハロゲン化チタン(四塩化チタン等)、チタンアルコキシド(テトライソプロポキシチタン、テトラエトキシチタン等)、金属チタン等が挙げられる。これらのなかでも、安価に均一な酸化チタン膜を得られ、ハンドリングしやすい点から、ハロゲン化チタン、特に四塩化チタンが好ましい。
<Step (2)>
The solution in which the porous oxide semiconductor film carrying the metal nanoparticles obtained in the step (1) is immersed contains an oxide semiconductor precursor. As such an oxide semiconductor precursor, an oxide semiconductor can be formed by, for example, heating after immersing the porous oxide semiconductor film carrying the metal nanoparticles obtained in step (1). Although there is no particular limitation as long as it is present, for example, titanium hydroxide, titanium halide (titanium tetrachloride, etc.), titanium alkoxide (tetraisopropoxy titanium, tetraethoxy titanium, etc.), titanium metal and the like can be mentioned. Of these, titanium halides, particularly titanium tetrachloride, are preferred from the viewpoint that a uniform titanium oxide film can be obtained at low cost and is easy to handle.

また、工程(1)で得た金属ナノ粒子が担持された多孔質酸化物半導体膜を浸漬させる溶液の溶媒は、上記の酸化物半導体の前駆体を溶解できるものであれば特に制限されないが、加水分解により酸化チタンを合成するためには、水等の水性溶媒が好ましい。   In addition, the solvent of the solution in which the porous oxide semiconductor film carrying the metal nanoparticles obtained in the step (1) is immersed is not particularly limited as long as it can dissolve the oxide semiconductor precursor, In order to synthesize titanium oxide by hydrolysis, an aqueous solvent such as water is preferred.

この溶液中の酸化物半導体の前駆体の濃度は、特に制限されないが、短時間でコーティングが可能で、かつ溶液中では酸化チタンが析出しない点から、0.1〜100mmol/Lが好ましく、10〜50mmol/Lがより好ましい。   The concentration of the oxide semiconductor precursor in the solution is not particularly limited, but is preferably 0.1 to 100 mmol / L from the viewpoint that coating can be performed in a short time and titanium oxide does not precipitate in the solution. ˜50 mmol / L is more preferable.

工程(1)で得た金属ナノ粒子が担持された多孔質酸化物半導体膜を浸漬する時間は、特に制限されないが、1〜120分間、好ましくは5〜60分間とすることが好ましい。   The time for immersing the porous oxide semiconductor film on which the metal nanoparticles obtained in step (1) are supported is not particularly limited, but is preferably 1 to 120 minutes, preferably 5 to 60 minutes.

浸漬後、さらに加熱することが好ましい。加熱条件は、100〜750℃、好ましくは350〜550℃にて10〜180分間、特に15〜30分間行うことが好ましい。   It is preferable to further heat after immersion. The heating condition is 100 to 750 ° C., preferably 350 to 550 ° C. for 10 to 180 minutes, particularly preferably 15 to 30 minutes.

<工程(3)>
本発明においては、上記工程(2)の後、
(3)工程(2)で得た光電変換素子用多孔質酸化物半導体層に、色素を担持させる工程
を施してもよい。
<Step (3)>
In the present invention, after the step (2),
(3) You may give the process which carry | supports a pigment | dye to the porous oxide semiconductor layer for photoelectric conversion elements obtained at the process (2).

色素は、上記説明したものである。   The dye is as described above.

色素を多孔質酸化物半導体層に吸着させる方法としては、例えば、溶媒に色素を溶解させた溶液を、多孔質酸化チタン塗膜上にスプレーコートやスピンコート等により塗布した後、乾燥する方法により形成することができる。この場合、適当な温度に基板を加熱してもよい。また、多孔質酸化物半導体層を上記色素溶液に浸漬して吸着させる方法を用いることもできる。浸漬する時間は色素が充分に吸着すれば特に制限されることはないが、好ましくは10分〜30時間、より好ましくは1〜25時間である。なお、色素溶液に浸漬する時間は、用いる色素によって調整することが好ましい。例えば、EverSolar製のD908(ルテニウム系色素)を使用する場合は15〜25時間程度、シグマアルドリッチ製のMK−2(有機系色素)を使用する場合は1〜5時間程度とすることが好ましい。また、必要に応じて浸漬する際に加熱してもよい。溶液にする場合の色素の濃度としては、0.01〜100mmol/L程度が好ましく、0.1〜10mmol/L程度がより好ましい。   As a method of adsorbing the dye to the porous oxide semiconductor layer, for example, a method in which a solution in which the dye is dissolved in a solvent is applied on the porous titanium oxide coating film by spray coating or spin coating and then dried. Can be formed. In this case, the substrate may be heated to an appropriate temperature. Moreover, the method of immersing a porous oxide semiconductor layer in the said pigment | dye solution and adsorb | sucking can also be used. The immersion time is not particularly limited as long as the dye is sufficiently adsorbed, but is preferably 10 minutes to 30 hours, more preferably 1 to 25 hours. In addition, it is preferable to adjust the time immersed in a pigment | dye solution with the pigment | dye to be used. For example, when D908 (ruthenium dye) manufactured by EverSolar is used, it is preferably about 15 to 25 hours, and when MK-2 (organic dye) manufactured by Sigma-Aldrich is used, it is preferably about 1 to 5 hours. Moreover, you may heat when immersing as needed. The concentration of the dye in the solution is preferably about 0.01 to 100 mmol / L, and more preferably about 0.1 to 10 mmol / L.

用いる溶媒は特に制限されるものではないが、水及び有機溶媒が好ましく用いられる。有機溶媒としては、例えば、メタノール、エタノール、1−プロパノール、2−プロパノール、1−ブタノール、2−ブタノール、t−ブタノール等のアルコール類;アセトニトリル、プロピオニトリル、メトキシプロピオニトリル、グルタロニトリル等のニトリル類;ベンゼン、トルエン、o−キシレン、m−キシレン、p−キシレン等の芳香族炭化水素;ペンタン、ヘキサン、ヘプタン等の脂肪族炭化水素;シクロヘキサン等の脂環式炭化水素;アセトン、メチルエチルケトン、ジエチルケトン、2−ブタノン等のケトン類;ジエチルエーテル、テトラヒドロフラン等のエーテル類;エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、ニトロメタン、ジメチルホルムアミド、ジメチルスルホキシド、ヘキサメチルホスホアミド、ジメトキシエタン、γ−ブチロラクトン、γ−バレロラクトン、スルホラン、ジメトキシエタン、アジポニトリル、メトキシアセトニトリル、ジメチルアセトアミド、メチルピロリジノン、ジメチルスルホキシド、ジオキソラン、スルホラン、リン酸トリメチル、リン酸トリエチル、リン酸トリプロピル、リン酸エチルジメチル、リン酸トリブチル、リン酸トリペンチル、リン酸トリへキシル、リン酸トリヘプチル、リン酸トリオクチル、リン酸トリノニル、リン酸トリデシル、リン酸トリス(トリフフロロメチル)、リン酸トリス(ペンタフロロエチル)、リン酸トリフェニルポリエチレングリコール、ポリエチレングリコール等が挙げられる。   The solvent to be used is not particularly limited, but water and an organic solvent are preferably used. Examples of the organic solvent include alcohols such as methanol, ethanol, 1-propanol, 2-propanol, 1-butanol, 2-butanol, and t-butanol; acetonitrile, propionitrile, methoxypropionitrile, glutaronitrile, and the like. Nitriles; aromatic hydrocarbons such as benzene, toluene, o-xylene, m-xylene, p-xylene; aliphatic hydrocarbons such as pentane, hexane, heptane; alicyclic hydrocarbons such as cyclohexane; acetone, methyl ethyl ketone Ketones such as diethyl ketone and 2-butanone; ethers such as diethyl ether and tetrahydrofuran; ethylene carbonate, propylene carbonate, nitromethane, dimethylformamide, dimethyl sulfoxide, hexamethylphosphoamide, dimethoxy Ethane, γ-butyrolactone, γ-valerolactone, sulfolane, dimethoxyethane, adiponitrile, methoxyacetonitrile, dimethylacetamide, methylpyrrolidinone, dimethylsulfoxide, dioxolane, sulfolane, trimethyl phosphate, triethyl phosphate, tripropyl phosphate, ethyl phosphate Dimethyl, tributyl phosphate, tripentyl phosphate, trihexyl phosphate, triheptyl phosphate, trioctyl phosphate, trinonyl phosphate, tridecyl phosphate, tris phosphate (trifluoromethyl), tris phosphate (pentafluoroethyl), Examples thereof include triphenyl polyethylene glycol phosphate and polyethylene glycol.

色素間の凝集等の相互作用を低減するために、界面活性剤としての性質を持つ無色の化合物を色素吸着液に添加し、半導体層に共吸着させてもよい。このような無色の化合物の例としては、カルボキシル基やスルホ基を有するコール酸、デオキシコール酸、ケノデオキシコール酸、タウロデオキシコール酸等のステロイド化合物やスルホン酸塩類等が挙げられる。   In order to reduce the interaction such as aggregation between the dyes, a colorless compound having properties as a surfactant may be added to the dye adsorption liquid and co-adsorbed to the semiconductor layer. Examples of such colorless compounds include steroid compounds such as cholic acid having a carboxyl group or sulfo group, deoxycholic acid, chenodeoxycholic acid, taurodeoxycholic acid, sulfonates, and the like.

未吸着の色素は、吸着工程後、速やかに洗浄により除去するのが好ましい。洗浄は湿式洗浄槽中でアセトニトリル、アルコール系溶媒等を用いて行うのが好ましい。   It is preferable to remove the unadsorbed dye by washing immediately after the adsorption step. Washing is preferably performed using acetonitrile, an alcohol solvent or the like in a wet washing tank.

色素を吸着させた後、アミン類、4級アンモニウム塩、少なくとも1つのウレイド基を有するウレイド化合物、少なくとも1つのシリル基を有するシリル化合物、アルカリ金属塩、アルカリ土類金属塩等を用いて、酸化チタン層の表面を処理してもよい。好ましいアミン類の例としては、ピリジン、4−t−ブチルピリジン、ポリビニルピリジン等が挙げられる。好ましい4級アンモニウム塩の例としては、テトラブチルアンモニウムヨージド、テトラヘキシルアンモニウムヨージド等が挙げられる。これらは有機溶媒に溶解して用いてもよく、液体の場合はそのまま用いてもよい。   After adsorbing the dye, oxidation with amines, quaternary ammonium salts, ureido compounds having at least one ureido group, silyl compounds having at least one silyl group, alkali metal salts, alkaline earth metal salts, etc. The surface of the titanium layer may be treated. Examples of preferred amines include pyridine, 4-t-butylpyridine, polyvinylpyridine and the like. Examples of preferred quaternary ammonium salts include tetrabutylammonium iodide, tetrahexylammonium iodide and the like. These may be used by dissolving in an organic solvent, or may be used as they are in the case of a liquid.

3.負極
上記説明した多孔質酸化物半導体層が形成された基板を、本発明の負極とすることができる。
3. The substrate anode above described porous oxide semiconductor layer is formed may be a negative electrode of the present invention.

ここで使用される基板としては、上記説明したとおり、樹脂基板又はガラス基板(特に、樹脂基板又はガラス基板からなる透明基板)が好ましい。ただし、300℃以上の温度で焼成する場合は、ガラス基板を用いるのが好ましい。   As described above, the substrate used here is preferably a resin substrate or a glass substrate (in particular, a transparent substrate made of a resin substrate or a glass substrate). However, when baking at a temperature of 300 ° C. or higher, it is preferable to use a glass substrate.

樹脂基板としては、透明であれば特に制限されないが、例えば、ポリエチレンナフタレート樹脂基板(PEN樹脂基板)、ポリエチレンテレフタレート樹脂基板(PET樹脂基板)等のポリエステル;ポリアミド;ポリスルホン;ポリエーテルサルホン;ポリエーテルエーテルケトン;ポリフェニレンサルファイド;ポリカーボネート;ポリイミド;ポリメチルメタクリレート;ポリスチレン;トリ酢酸セルロース;ポリメチルペンテン等が挙げられる。   The resin substrate is not particularly limited as long as it is transparent. For example, polyester such as polyethylene naphthalate resin substrate (PEN resin substrate) and polyethylene terephthalate resin substrate (PET resin substrate); polyamide; polysulfone; polyethersulfone; Examples include ether ether ketone, polyphenylene sulfide, polycarbonate, polyimide, polymethyl methacrylate, polystyrene, cellulose triacetate, and polymethylpentene.

ガラス基板としても特に制限はなく、公知又は市販のものを使用すればよく、無色又は有色ガラス、網入りガラス、ガラスブロック等のいずれでもよい。   There is no restriction | limiting in particular also as a glass substrate, What is necessary is just to use a well-known or commercially available thing, and any of colorless or colored glass, meshed glass, a glass block etc. may be sufficient.

この樹脂基板又はガラス基板としては、板厚が0.05〜10mm程度のものが好ましい。   The resin substrate or glass substrate preferably has a thickness of about 0.05 to 10 mm.

本発明では、多孔質酸化物半導体層は、樹脂基板又はガラス基板の表面上に直接形成されていてもよいが、透明導電膜を介して形成されていてもよい。   In the present invention, the porous oxide semiconductor layer may be directly formed on the surface of the resin substrate or the glass substrate, but may be formed through a transparent conductive film.

透明導電膜としては、例えば、スズドープ酸化インジウム膜(ITO膜)、フッ素ドープ酸化スズ膜(FTO膜)、アンチモンドープ酸化スズ膜(ATO膜)アルミニウムドープ酸化亜鉛膜(AZO膜)、ガリウムドープ酸化亜鉛膜(GZO膜)等が挙げられる。これらの透明導電膜を介することで、樹脂基板又はガラス基板側から集電する(フロントコンタクト)構造の場合には、発生した電流を外部にとりだすことが容易となる。これらの透明導電膜の膜厚は、0.02〜10μm程度とするのが好ましい。   Examples of the transparent conductive film include a tin-doped indium oxide film (ITO film), a fluorine-doped tin oxide film (FTO film), an antimony-doped tin oxide film (ATO film), an aluminum-doped zinc oxide film (AZO film), and a gallium-doped zinc oxide. Examples include a film (GZO film). By passing through these transparent conductive films, in the case of a structure for collecting current from the resin substrate or glass substrate side (front contact), it becomes easy to take out the generated current to the outside. The film thickness of these transparent conductive films is preferably about 0.02 to 10 μm.

これら樹脂基板又はガラス基板上に、多孔質酸化物半導体層を形成する方法は、上記「1.多孔質酸化物半導体層」及び「2.多孔質酸化物半導体層の製造方法」で説明した方法を採用できる。   The method for forming the porous oxide semiconductor layer on the resin substrate or the glass substrate is the method described in the above “1. Porous oxide semiconductor layer” and “2. Method for producing porous oxide semiconductor layer”. Can be adopted.

4.光電変換素子及び色素増感太陽電池
本発明の光電変換素子は、例えば、本発明の負極上に対向電極(対極)を形成し、これら電極間を電解液で満たすことにより製造することができる。
4). Photoelectric Conversion Element and Dye-Sensitized Solar Cell The photoelectric conversion element of the present invention can be produced, for example, by forming a counter electrode (counter electrode) on the negative electrode of the present invention and filling between these electrodes with an electrolytic solution.

対極は、導電性材料からなる単層構造でもよいし、導電層と基板とから構成されていてもよい。基板としては、特に限定されず、材質、厚さ、寸法、形状等は目的に応じて適宜選択することができ、例えば、金属、無色又は有色ガラス、網入りガラス、ガラスブロック等が用いられる他、樹脂でもよい。かかる樹脂としては、ポリエチレンテレフタレート等のポリエステル、ポリアミド、ポリスルホン、ポリエーテルサルホン、ポリエーテルエーテルケトン、ポリフェニレンサルファイド、ポリカーボネート、ポリイミド、ポリメチルメタクリレート、ポリスチレン、トリ酢酸セルロース、ポリメチルペンテン等が挙げられる。また、電荷輸送層上に直接導電性材料を塗布、メッキ又は蒸着(PVD、CVD)して対極を形成してもよい。   The counter electrode may have a single layer structure made of a conductive material, or may be composed of a conductive layer and a substrate. The substrate is not particularly limited, and the material, thickness, dimensions, shape, and the like can be appropriately selected according to the purpose. Resin may be used. Examples of such resins include polyesters such as polyethylene terephthalate, polyamide, polysulfone, polyether sulfone, polyether ether ketone, polyphenylene sulfide, polycarbonate, polyimide, polymethyl methacrylate, polystyrene, cellulose triacetate, and polymethylpentene. Alternatively, a counter electrode may be formed by directly applying, plating, or vapor-depositing (PVD, CVD) a conductive material on the charge transport layer.

導電性材料としては、白金、金、ニッケル、チタン、アルミニウム、銅、銀、タングステン等の金属;炭素材料;導電性有機物等の比抵抗の小さな材料が用いられる。   As the conductive material, a metal having a small specific resistance, such as a metal such as platinum, gold, nickel, titanium, aluminum, copper, silver, or tungsten; a carbon material; or a conductive organic material is used.

また、対極の抵抗を下げる目的で金属リードを用いてもよい。金属リードは白金、金、ニッケル、チタン、アルミニウム、銅、銀、タングステン等の金属からなるのが好ましく、アルミニウム又は銀からなるのが特に好ましい。   A metal lead may be used for the purpose of reducing the resistance of the counter electrode. The metal lead is preferably made of a metal such as platinum, gold, nickel, titanium, aluminum, copper, silver or tungsten, and particularly preferably made of aluminum or silver.

電解液としては、特に制限されない。   The electrolytic solution is not particularly limited.

電解質
電解液では、電解質として、ヨウ素と、ヨウ化物とを使用することが好ましい。
In the electrolyte solution, it is preferable to use iodine and iodide as the electrolyte.

ヨウ素とヨウ化物は、本発明の電解液中で酸化還元対であるI/I を形成する(I存在下にIを添加することでI が生成する)。 Iodine and iodide form I / I 3 which is a redox couple in the electrolytic solution of the present invention (I 3 is produced by adding I 2 in the presence of I ).

その結果、酸化チタン伝導帯を下げて色素から酸化チタンへの電子注入速度を向上させる効果がある。また、酸化チタンに注入された電子の輸送を促進させる効果もある。これにより、短絡電流密度をより向上させ、結果的に光電変換効率をより向上させることができる。   As a result, there is an effect of improving the electron injection rate from the dye to the titanium oxide by lowering the titanium oxide conduction band. It also has an effect of promoting the transport of electrons injected into titanium oxide. Thereby, a short circuit current density can be improved more and, as a result, a photoelectric conversion efficiency can be improved more.

電解質としてのヨウ化物としては、例えば、ヨウ化リチウムの他、ヨウ化1−エチル−3−メチルイミダゾリウム、ヨウ化1,3−ジメチルイミダゾリウム、ヨウ化1−メチル−3−プロピルイミダゾリウム、ヨウ化1−ブチル−3−メチルイミダゾリウム、ヨウ化1−メチル−3−ヘキシルイミダゾリウムのイミダゾリウム塩等が挙げられる。本発明では、溶媒としても使用できるヨウ化1−メチル−3−プロピルイミダゾリウムが好ましい。   Examples of the iodide as the electrolyte include lithium iodide, 1-ethyl-3-methylimidazolium iodide, 1,3-dimethylimidazolium iodide, 1-methyl-3-propylimidazolium iodide, Examples thereof include 1-butyl-3-methylimidazolium iodide, imidazolium salt of 1-methyl-3-hexylimidazolium iodide, and the like. In the present invention, 1-methyl-3-propylimidazolium iodide which can also be used as a solvent is preferable.

電解質の濃度は、それぞれ、ヨウ素が0.05〜0.6モル/リットル(好ましくは0.1〜0.5モル/リットル)、ヨウ化リチウム又はイミダゾリウム塩が0.05〜20モル/リットル(好ましくは0.1〜10モル/リットル)程度が好ましい。   Concentrations of electrolytes are 0.05 to 0.6 mol / liter (preferably 0.1 to 0.5 mol / liter) for iodine, and 0.05 to 20 mol / liter for lithium iodide or imidazolium salt, respectively. About (preferably 0.1-10 mol / liter) is preferable.

上記のとおり、ヨウ化1−メチル−3−プロピルイミダゾリウムを溶媒としてもいいし、イオン液体である1−エチル−3−メチルイミダゾリウムビススルホニルイミド等を溶媒として使用してもよい。   As described above, 1-methyl-3-propylimidazolium iodide may be used as a solvent, and ionic liquid 1-ethyl-3-methylimidazolium bissulfonylimide or the like may be used as a solvent.

電解液には、上記した成分以外にも、塩基性物質、例えば、4−ターシャルブチルピリジン、N−メチルベンズイミダゾール等を含有させることもできる。これらの塩基性物質を含有させれば、光電変換素子を作製した際に、負極の酸化チタン表面に吸着し、負極からの逆電子移動を防ぐことができ、開放電圧をより向上させるとともに、光電変換効率をより向上させることができる。   In addition to the above-described components, the electrolytic solution may contain a basic substance such as 4-tertiarybutylpyridine and N-methylbenzimidazole. If these basic substances are contained, when a photoelectric conversion element is produced, it is adsorbed on the surface of the titanium oxide of the negative electrode and can prevent reverse electron transfer from the negative electrode, further improving the open-circuit voltage, Conversion efficiency can be further improved.

また、色素を脱離させないため、塩基性物質の添加量は、金属錯体色素を使用する場合は、0.1〜1.0モル/リットル程度、特に0.3〜0.8モル/リットル程度が好ましい。また、有機色素を使用する場合は、0.01〜0.1モル/リットル程度、特に0.03〜0.08モル/リットル程度が好ましい。   Further, in order not to desorb the dye, the basic substance is added in an amount of about 0.1 to 1.0 mol / liter, particularly about 0.3 to 0.8 mol / liter when a metal complex dye is used. Is preferred. Moreover, when using an organic pigment | dye, about 0.01-0.1 mol / liter, especially about 0.03-0.08 mol / liter are preferable.

他にも、電解液には、上述のヨウ化リチウムと同様に、チタニアの伝導帯を下げて色素からチタニアへの電子注入速度を向上させる効果のあるグアニジンチオシアネート等も添加することができる。この場合、これらの添加量は、0.1〜1.0モル/リットル程度とすることが好ましい。   In addition, guanidine thiocyanate, which has the effect of lowering the titania conduction band and improving the electron injection rate from the dye to titania, can be added to the electrolytic solution as in the case of lithium iodide described above. In this case, the amount of addition is preferably about 0.1 to 1.0 mol / liter.

なお、電解液においては、上記成分以外にも、粘度調整剤(ポリエチレングリコール等)や脱水剤(ゼオライト、シリカゲル等)等を、本発明の効果を損なわない範囲内で含ませることができる。   In addition, in the electrolytic solution, in addition to the above components, a viscosity modifier (polyethylene glycol, etc.), a dehydrating agent (zeolite, silica gel, etc.) and the like can be included within a range that does not impair the effects of the present invention.

本発明の色素増感太陽電池は、上記の光電変換素子をモジュール化するとともに、所定の電気配線を設けることによって製造することができる。   The dye-sensitized solar cell of the present invention can be manufactured by modularizing the photoelectric conversion element and providing predetermined electrical wiring.

実施例に基づいて、本発明を具体的に説明するが、本発明は、これらのみに限定されるものではない。   The present invention will be specifically described based on examples, but the present invention is not limited to these examples.

比較例1
FTO膜付きガラス上に、ポリエステル製スクリーン印刷版(225メッシュ)を用いて、市販の酸化チタンペーストである日揮触媒化成(株)製のPST18NRDを、5ミリ角の大きさに膜厚が4μmになるまで繰り返しスクリーン印刷を行った。さらに電気炉に入れて550℃にて1時間焼成を行った。
Comparative Example 1
Using a polyester screen printing plate (225 mesh) on a glass with an FTO film, a commercially available titanium oxide paste PST18NRD made by JGC Catalysts & Chemicals Co., Ltd. is 5 mm square and 4 μm thick. Screen printing was repeated until Furthermore, it put into the electric furnace and baked at 550 degreeC for 1 hour.

得られた酸化チタン層を、0.3mmol/Lのルテニウム系色素(D708)をアセトニトリルとターシャルブチルアルコールを体積比1:1で調製した溶媒とした溶液に25℃(室温)にて20時間浸漬した後、乾燥し、色素を担持させて比較例1の負極を作製した。   The obtained titanium oxide layer was added to a solution prepared by using 0.3 mMol / L ruthenium dye (D708) as a solvent prepared with acetonitrile and tertiary butyl alcohol at a volume ratio of 1: 1 at 25 ° C. (room temperature) for 20 hours. After dipping, the film was dried and a dye was supported thereon to produce a negative electrode of Comparative Example 1.

次に、透明電極付透明ガラス基板に白金めっきした対向電極をスペーサーを介して貼りあわせ、その間に電解液として、0.15mol/Lのヨウ素、0.1mol/Lのグアニジンチオシアネート、0.5mol/Lのn−メチルベンズイミダゾールを含むヨウ化1−メチル−3−プロピルイミダゾリウム溶液を注入し、光電変換素子を作製した。   Next, a platinum-plated counter electrode was bonded to a transparent glass substrate with a transparent electrode through a spacer, and 0.15 mol / L iodine, 0.1 mol / L guanidine thiocyanate, 0.5 mol / L was used as an electrolytic solution therebetween. A 1-methyl-3-propylimidazolium iodide solution containing L n-methylbenzimidazole was injected to produce a photoelectric conversion element.

比較例2
市販の酸化チタンペーストとして、日揮触媒化成(株)製のPST18NRDを99重量%、市販の白金ペーストとして、SOLALONIX製のT/SPを1重量%、それぞれを混合し攪拌することにより白金担持用ペースト組成物を得た。
Comparative Example 2
As a commercially available titanium oxide paste, 99% by weight of PST18NRD made by JGC Catalysts & Chemicals Co., Ltd., and as a commercially available platinum paste, 1% by weight of T / SP made by SOLALONIX was mixed and stirred to paste platinum for carrying platinum. A composition was obtained.

FTO膜付きガラス上に、ポリエステル製スクリーン印刷版(225メッシュ)を用いて、上記作製した白金担持用ペースト組成物を、5ミリ角の大きさに膜厚が4μmになるまで繰り返しスクリーン印刷を行った。さらに電気炉に入れて550℃にて1時間焼成を行って、白金担持酸化チタン層を得た。なお、担持量は、白金担持用ペースト組成物中の白金/酸化チタン比と同程度である。   Using the polyester screen printing plate (225 mesh) on the FTO film-coated glass, the above-prepared platinum-supporting paste composition was repeatedly screen-printed to a size of 5 mm square and a film thickness of 4 μm. It was. Furthermore, it put into the electric furnace and baked at 550 degreeC for 1 hour, and obtained the platinum carrying | support titanium oxide layer. The supported amount is approximately the same as the platinum / titanium oxide ratio in the platinum supporting paste composition.

得られた白金担持酸化チタン層を、0.3mmol/Lのルテニウム系色素(D708)をアセトニトリルとターシャルブチルアルコールを体積比1:1で調製した溶媒とした溶液に25℃(室温)にて20時間浸漬した後、乾燥し、色素を担持させて比較例2の負極を作製した。   The obtained platinum-supported titanium oxide layer was added to a solution prepared by using 0.3 mmol / L of a ruthenium dye (D708) as a solvent in which acetonitrile and tertiary butyl alcohol were prepared at a volume ratio of 1: 1 at 25 ° C. (room temperature). After being immersed for 20 hours, it was dried and a dye was supported thereon to produce a negative electrode of Comparative Example 2.

次に、透明電極付透明ガラス基板に白金めっきした対向電極をスペーサーを介して貼りあわせ、その間に電解液として、0.15mol/Lのヨウ素、0.1mol/Lのグアニジンチオシアネート、0.5mol/Lのn−メチルベンズイミダゾールを含むヨウ化1−メチル−3−プロピルイミダゾリウム溶液を注入し、光電変換素子を作製した。   Next, a platinum-plated counter electrode was bonded to a transparent glass substrate with a transparent electrode through a spacer, and 0.15 mol / L iodine, 0.1 mol / L guanidine thiocyanate, 0.5 mol / L was used as an electrolytic solution therebetween. A 1-methyl-3-propylimidazolium iodide solution containing L n-methylbenzimidazole was injected to produce a photoelectric conversion element.

実施例1
市販の酸化チタンペーストとして、日揮触媒化成(株)製のPST18NRDを99重量%、市販の白金ペーストとして、SOLARONIX製のT/SPを1重量%、それぞれを混合し攪拌することにより白金担持用ペースト組成物を得た。
Example 1
As a commercially available titanium oxide paste, 99% by weight of PST18NRD manufactured by JGC Catalysts & Chemicals Co., Ltd., and as a commercially available platinum paste, 1% by weight of T / SP manufactured by SOLARONIX was mixed and stirred to mix with platinum. A composition was obtained.

FTO膜付きガラス上に、ポリエステル製スクリーン印刷版(225メッシュ)を用いて、上記作製した白金担持用ペースト組成物を、5ミリ角の大きさに膜厚4μmになるまで繰り返しスクリーン印刷を行った。さらに電気炉に入れて550℃にて1時間焼成を行って、白金担持酸化チタン層を得た。   Using the polyester screen printing plate (225 mesh) on the FTO film-coated glass, the produced platinum-supporting paste composition was repeatedly screen-printed to a size of 5 mm square and a film thickness of 4 μm. . Furthermore, it put into the electric furnace and baked at 550 degreeC for 1 hour, and obtained the platinum carrying | support titanium oxide layer.

次に、白金担持酸化チタン層上に、市販の酸化チタンペーストである日揮触媒化成(株)製のPST18NRDを、濃度が40mmol/Lの四塩化チタン水溶液に10分間浸漬することでコーティングを行った。さらに電気炉に入れて500℃にて30分間焼成を行った。   Next, coating was performed by immersing PST18NRD made by JGC Catalysts & Chemicals Co., Ltd., a commercially available titanium oxide paste on a platinum-supported titanium oxide layer for 10 minutes in a titanium tetrachloride aqueous solution having a concentration of 40 mmol / L. . Furthermore, it put into the electric furnace and baked for 30 minutes at 500 degreeC.

得られた酸化チタン層を、0.3mmol/Lのルテニウム系色素(D708)をアセトニトリルとターシャルブチルアルコールを体積比1:1で調製した溶媒とした溶液に25℃(室温)にて20時間浸漬した後、乾燥し、色素を担持させて実施例1の負極を作製した。   The obtained titanium oxide layer was added to a solution prepared by using 0.3 mMol / L ruthenium dye (D708) as a solvent prepared with acetonitrile and tertiary butyl alcohol at a volume ratio of 1: 1 at 25 ° C. (room temperature) for 20 hours. After being immersed, it was dried and a dye was supported thereon to produce the negative electrode of Example 1.

次に、透明電極付透明ガラス基板に白金めっきした対向電極をスペーサーを介して貼りあわせ、その間に電解液として、0.15mol/Lのヨウ素、0.1mol/Lのグアニジンチオシアネート、0.5mol/Lのn−メチルベンズイミダゾールを含むヨウ化1−メチル−3−プロピルイミダゾリウム溶液を注入し、光電変換素子を作製した。   Next, a platinum-plated counter electrode was bonded to a transparent glass substrate with a transparent electrode through a spacer, and 0.15 mol / L iodine, 0.1 mol / L guanidine thiocyanate, 0.5 mol / L was used as an electrolytic solution therebetween. A 1-methyl-3-propylimidazolium iodide solution containing L n-methylbenzimidazole was injected to produce a photoelectric conversion element.

実施例2
四塩化チタン水溶液に浸漬する時間を10分ではなく30分とすること以外は実施例1と同様に、実施例2の負極及び光電変換阻止を得た。
Example 2
The negative electrode and photoelectric conversion inhibition of Example 2 were obtained in the same manner as in Example 1 except that the time of immersion in the aqueous titanium tetrachloride solution was 30 minutes instead of 10 minutes.

比較例3
白金担持用ペースト組成物として、日揮触媒化成(株)製のPST18NRDを99重量%、SOLARONIX製のT/SPを1重量%含むペースト組成物ではなく、日揮触媒化成(株)製のPST18NRDを95重量%、SOLARONIX製のT/SPを5重量%含むペースト組成物を用いたこと以外は比較例2と同様に、比較例3の負極及び光電変換素子を得た。
Comparative Example 3
The paste composition for supporting platinum is not a paste composition containing 99% by weight of PST18NRD made by JGC Catalysts Chemical Co., Ltd. and 1% by weight of T / SP made by SOLARONIX, but 95 of PST18NRD made by JGC Catalysts Chemical Co., Ltd. A negative electrode and a photoelectric conversion element of Comparative Example 3 were obtained in the same manner as Comparative Example 2 except that a paste composition containing 5% by weight of T / SP made by SOLARONIX was used.

実施例3
白金担持用ペースト組成物として、日揮触媒化成(株)製のPST18NRDを99重量%、SOLARONIX製のT/SPを1重量%含むペースト組成物ではなく、日揮触媒化成(株)製のPST18NRDを95重量%、SOLARONIX製のT/SPを5重量%含むペースト組成物を用い、また、白金担持後に酸化チタンペーストをコーティングするコーティングの時間を10分ではなく30分とすること以外は実施例1と同様に、実施例3の負極及び光電変換阻止を得た。
Example 3
The paste composition for supporting platinum is not a paste composition containing 99% by weight of PST18NRD made by JGC Catalysts Chemical Co., Ltd. and 1% by weight of T / SP made by SOLARONIX, but 95 of PST18NRD made by JGC Catalysts Chemical Co., Ltd. Example 1 except that a paste composition containing 5% by weight of T / SP made by SOLARONIX is used, and the coating time for coating the titanium oxide paste after carrying platinum is 30 minutes instead of 10 minutes. Similarly, the negative electrode and photoelectric conversion inhibition of Example 3 were obtained.

実験例
実施例1〜3及び比較例1〜3で作製した光電変換素子に、山下電装(株)製のソーラーシミュレーターでAM1.5(JISC8912Aランク)の条件下の100mW/cmの強度の光を照射して、光電変換特性を評価した。
Experimental Example Light having an intensity of 100 mW / cm 2 under the conditions of AM1.5 (JISC8912A rank) was applied to the photoelectric conversion elements produced in Examples 1 to 3 and Comparative Examples 1 to 3 using a solar simulator manufactured by Yamashita Denso Co., Ltd. The photoelectric conversion characteristics were evaluated.

各実施例及び比較例について、実験例の結果を表1及び図1に示す。   The results of the experimental examples are shown in Table 1 and FIG. 1 for each example and comparative example.

Figure 0006032915
Figure 0006032915

Claims (10)

金属ナノ粒子が担持された多孔質酸化物半導体膜が、酸化物半導体からなり且つ金属ナノ粒子が担持されていない薄膜で被覆されている多孔質酸化物半導体層に、さらに、色素が担持されている光電変換素子用多孔質酸化物半導体層であって、前記金属ナノ粒子と前記色素との間に前記酸化物半導体からなり且つ金属ナノ粒子が担持されていない薄膜が介在している光電変換素子用多孔質酸化物半導体層。 Metal nanoparticles supported porous oxide semiconductor film, the porous oxide semiconductor layer and the metal nanoparticles Ri Do from the oxide semiconductor is coated with a thin film which is not supported further dye is supported and has a porous oxide semiconductor layer for a photoelectric conversion element, photoelectric the thin film and the metal nanoparticle Ri do from the oxide semiconductor between said metal nanoparticle dyes is not carried is interposed A porous oxide semiconductor layer for a conversion element. 前記金属ナノ粒子は、白金ナノ粒子を含む、請求項1に記載の光電変換素子用多孔質酸化物半導体層。 The porous oxide semiconductor layer for a photoelectric conversion element according to claim 1, wherein the metal nanoparticles include platinum nanoparticles. 前記薄膜を構成する酸化物半導体が、酸化チタンを含む、請求項1又は2に記載の光電変換素子用多孔質酸化物半導体層。 The porous oxide semiconductor layer for photoelectric conversion elements according to claim 1 or 2, wherein the oxide semiconductor constituting the thin film contains titanium oxide. 前記多孔質酸化物半導体膜を構成する酸化物半導体が、酸化チタンを含む、請求項1〜3のいずいれかに記載の光電変換素子用多孔質酸化物半導体層。 The porous oxide semiconductor layer for photoelectric conversion elements according to claim 1, wherein the oxide semiconductor constituting the porous oxide semiconductor film contains titanium oxide. 請求項1〜4のいずれかに記載の光電変換素子用多孔質酸化物半導体層の製造方法であって、
(1)基板上に、酸化チタン及び金属ナノ粒子を含むペースト組成物を塗布して金属ナノ粒子が担持された多孔質酸化物半導体膜を得る工程、
(2)前記工程(1)で得た金属ナノ粒子が担持された多孔質酸化物半導体膜上を、酸化物半導体の前駆体を含む溶液中に浸漬した後に加熱する工程、及び
(3)工程(2)で得た金属ナノ粒子が担持された多孔質酸化物半導体膜が、酸化物半導体からなり且つ金属ナノ粒子が担持されていない薄膜で被覆されている光電変換素子用多孔質酸化物半導体層に、色素を担持させる工程
を備える、製造方法。
It is a manufacturing method of the porous oxide semiconductor layer for photoelectric conversion elements in any one of Claims 1-4,
(1) A step of applying a paste composition containing titanium oxide and metal nanoparticles on a substrate to obtain a porous oxide semiconductor film carrying metal nanoparticles,
(2) A step of heating the porous oxide semiconductor film carrying the metal nanoparticles obtained in the step (1) after being immersed in a solution containing a precursor of an oxide semiconductor, and a step (3). Porous oxide semiconductor for photoelectric conversion element , wherein the porous oxide semiconductor film carrying the metal nanoparticles obtained in (2) is covered with a thin film made of an oxide semiconductor and not carrying the metal nanoparticles A production method comprising a step of supporting a dye on a layer.
前記工程(1)において、金属ナノ粒子を含むペースト組成物中の金属ナノ粒子の含有量が、固形分中0.1〜10重量%である、請求項5に記載の製造方法。 The manufacturing method according to claim 5, wherein in the step (1), the content of the metal nanoparticles in the paste composition containing the metal nanoparticles is 0.1 to 10% by weight in the solid content. 前記工程(2)において、浸漬時間が1〜120分である、請求項5又は6に記載の製造方法。 The manufacturing method of Claim 5 or 6 whose immersion time is 1-120 minutes in the said process (2). 基板上に、請求項1〜4のいずれかに記載の光電変換素子用多孔質酸化物半導体層を備える、光電変換素子用負極。 The negative electrode for photoelectric conversion elements provided with the porous oxide semiconductor layer for photoelectric conversion elements in any one of Claims 1-4 on a board | substrate. 請求項8に記載の光電変換素子用負極を備える、光電変換素子。 A photoelectric conversion element provided with the negative electrode for photoelectric conversion elements of Claim 8. 請求項9に記載の光電変換素子を備える、色素増感太陽電池。 A dye-sensitized solar cell comprising the photoelectric conversion element according to claim 9.
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