JP6171773B2 - Titanium oxide particles, titanium oxide particle synthesis method, paste for dye-sensitized solar cell, oxide semiconductor film, oxide semiconductor electrode, and dye-sensitized solar cell - Google Patents

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Description

本発明は、結晶面が制御された酸化チタン粒子、酸化チタン粒子の合成方法、色素増感型太陽電池用ペースト、酸化物半導体膜、酸化物半導体電極、及び色素増感型太陽電池に関する。   The present invention relates to a titanium oxide particle having a controlled crystal plane, a method for synthesizing titanium oxide particles, a paste for a dye-sensitized solar cell, an oxide semiconductor film, an oxide semiconductor electrode, and a dye-sensitized solar cell.

酸化チタン粒子は、高い屈折率と白色隠蔽性を利用した塗料、紫外線遮蔽効果を利用した可視光透過紫外光カットフィルム、光触媒性を利用した大気中浄化装置、超親水性及び光触媒作用を利用した建築物外装用タイル、光半導体性を利用した色素増感太陽電池の半導体電極など多方面の用途に使用されている。   Titanium oxide particles used high refractive index and white hiding paint, visible light transmitting UV light cut film using UV shielding effect, atmospheric purification device using photocatalytic property, super hydrophilicity and photocatalytic action It is used in various applications such as tiles for building exteriors and semiconductor electrodes for dye-sensitized solar cells utilizing photo-semiconductor properties.

多方面の用途で用いられる酸化チタン粒子は、それぞれの用途で求められる特性が異なるため、最適な結晶形状及び露出する結晶面等を一概に決定することができず、それぞれの用途に適した酸化チタン粒子が模索されている。
酸化チタン粒子の特性を活かすためには、様々な用途であっても狭小な粒度分布を有するとともに形状が安定し、結晶性に優れた酸化チタン粒子であることが望まれている。そこで、例えば、粒子径の範囲が5〜100nmで、結晶面(101)を主面として有し、アナターゼ単相を含む酸化チタン微粒子が提案されている(例えば、特許文献1参照)。
Since titanium oxide particles used in various applications have different characteristics required for each application, the optimal crystal shape and exposed crystal plane cannot be determined in a single way, and oxidation suitable for each application is required. Titanium particles are being sought.
In order to make use of the characteristics of titanium oxide particles, it is desired that the titanium oxide particles have a narrow particle size distribution, a stable shape, and excellent crystallinity even in various applications. Therefore, for example, titanium oxide fine particles having a particle diameter range of 5 to 100 nm, having a crystal plane (101) as a main surface, and containing an anatase single phase have been proposed (for example, see Patent Document 1).

光触媒や色素増感型の太陽電池の用途における酸化チタン粒子としては、電子の還元力が高く移動度も高いことが望まれているので、これらの要望を満たす結晶形状であるアナターゼ型の酸化チタン粒子が用いられている。そして、一般に、色素増感型の太陽電池の用途におけるアナターゼ型酸化チタン微粒子として、主面として(100)面が露出したロッド型構造の酸価チタン微粒子が用いられている。   Titanium oxide particles in photocatalyst and dye-sensitized solar cell applications are desired to have high electron reducing power and high mobility, so anatase-type titanium oxide that has a crystalline shape that meets these requirements Particles are used. In general, as anatase-type titanium oxide fine particles for use in dye-sensitized solar cells, rod-type structure acid fine particles having a (100) plane exposed as a main surface are used.

一方、面制御剤として、界面活性剤であるオレイン酸ナトリウム及びステアリン酸ナトリウムを用いて、主面として(100)面が露出した酸化チタン粒子の合成する方法が提案されている(例えば、非特許文献1参照)。   On the other hand, a method of synthesizing titanium oxide particles having a (100) face exposed as a main surface using sodium oleate and sodium stearate as surfactants as surface control agents has been proposed (for example, non-patented). Reference 1).

特許4676877号公報Japanese Patent No. 4676877

Tadao Sugimoto, Xingping Zhou, and Atsushi Muramatsu,Synthesis of uniform anatase TiO2 nanoparticles by gel-sol method 4.Shape control,Journal of Colloid and Interface Science 259(2003)53-61Tadao Sugimoto, Xingping Zhou, and Atsushi Muramatsu, Synthesis of uniform anatase TiO2 nanoparticles by gel-sol method 4.Shape control, Journal of Colloid and Interface Science 259 (2003) 53-61

しかしながら、色素増感太陽電池電極材料として利用することができる酸化チタン粒子であって、主面として(001)面が露出したアナターゼ型酸化チタン粒子は存在していない。   However, there is no anatase-type titanium oxide particle that can be used as a dye-sensitized solar cell electrode material and has a (001) plane exposed as a main surface.

また、非特許文献1の方法では、界面活性剤はナトリウムイオンを含んでいるため、その界面活性剤を用いて合成された酸化チタン微粒子にはナトリウムイオン成分が残存し、光電変換効率を低下させてしまう虞があり、色素増感太陽電池電極材料として利用することは難しい。また、酸化チタン原料として、チタンテトライソプロポキシドをそのまま用いて水熱合成を行っているため、原料からイソプロパノールが多量に発生し、圧力が上昇する虞があり水熱合成に適さないという問題もあった。   Further, in the method of Non-Patent Document 1, since the surfactant contains sodium ions, the sodium ion component remains in the titanium oxide fine particles synthesized using the surfactant, and the photoelectric conversion efficiency is lowered. It is difficult to use as a dye-sensitized solar cell electrode material. In addition, since titanium tetraisopropoxide is used as it is as a titanium oxide raw material, hydrothermal synthesis is performed, so there is a problem that a large amount of isopropanol is generated from the raw material and the pressure may increase, which is not suitable for hydrothermal synthesis. there were.

そこで、本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、主面として(001)面が露出したアナターゼ型の酸化チタン粒子、酸化チタン粒子の合成方法、色素増感型太陽電池用ペースト、酸化物半導体膜、酸化物半導体電極、及び色素増感型太陽電池を提供することを目的とする。   Accordingly, the present invention has been made in view of the above circumstances, and anatase-type titanium oxide particles having a (001) plane exposed as a main surface, a method for synthesizing titanium oxide particles, and a paste for dye-sensitized solar cells. An object of the present invention is to provide an oxide semiconductor film, an oxide semiconductor electrode, and a dye-sensitized solar cell.

本発明者らは、上記課題を解決するために鋭意検討を行った結果、アルコキシドを予め縮合触媒であるアミンと反応させた界面活性剤を結晶面制御剤として用いることで、主面として(001)面が露出したアナターゼ型酸化チタン粒子ができることを見出し、本発明を完成するに至った。   As a result of intensive studies to solve the above-mentioned problems, the present inventors have used a surfactant obtained by reacting an alkoxide with an amine as a condensation catalyst in advance as a crystal plane control agent. ) The present inventors have found that anatase-type titanium oxide particles with exposed surfaces can be formed, and have completed the present invention.

すなわち本発明は、次の[1]〜[7]を提供するものである。
[1] 主面として(001)面が露出したアナターゼ型の酸化チタン粒子であって、
[001]方向の粒子長さA/[100]方向の粒子長さBの比が0.1以上2.5未満であり、かつナトリウム含有量が500ppm以下である酸化チタン粒子。
[2] 形状が六面体形状である[1]に記載の酸化チタン粒子。
[3] 対向する1対の面が(001)面であり、他の4面が(100)面である[2]の酸化チタン粒子。
[4] [1]〜[3]のいずれか1項に記載のアナターゼ型酸化チタン粒子の製造方法であって、
チタンアルコキシドと水酸基含有アミンとを反応させて酸化チタン源を得る工程と、
得られた前記酸化チタン源を溶解させた水溶液中に、炭素数8以上の有機酸とアミンとを反応させた有機酸アミン塩を添加して水熱合成を行う工程
とを含む酸化チタン粒子の合成方法。
[5] [1]〜[3]のいずれか1項に記載の酸化チタン粒子と、前記酸化チタン粒子を分散させる分散媒とを含有する色素増感型太陽電池用ペースト。
[6] [5]に記載の色素増感型太陽電池用ペーストを、透明導電性基板上で焼成し、形成されてなる酸化物半導体膜。
[7] [6]に記載の酸化物半導体膜を備えている色素増感型太陽電池。
That is, the present invention provides the following [1] to [7].
[1] Anatase-type titanium oxide particles having a (001) surface exposed as a main surface,
Titanium oxide particles having a ratio of [001] direction particle length A / [100] direction particle length B of 0.1 or more and less than 2.5 and a sodium content of 500 ppm or less.
[2] The titanium oxide particles according to [1], which has a hexahedral shape.
[3] The titanium oxide particles according to [2], wherein the pair of opposed surfaces is a (001) surface and the other four surfaces are a (100) surface.
[4] A method for producing anatase-type titanium oxide particles according to any one of [1] to [3],
A step of reacting a titanium alkoxide with a hydroxyl group-containing amine to obtain a titanium oxide source;
A step of hydrothermal synthesis by adding an organic acid amine salt obtained by reacting an organic acid having 8 or more carbon atoms and an amine to the obtained aqueous solution in which the titanium oxide source is dissolved. Synthesis method.
[5] A dye-sensitized solar cell paste containing the titanium oxide particles according to any one of [1] to [3] and a dispersion medium in which the titanium oxide particles are dispersed.
[6] An oxide semiconductor film formed by firing the paste for a dye-sensitized solar cell according to [5] on a transparent conductive substrate.
[7] A dye-sensitized solar cell including the oxide semiconductor film according to [6].

本発明によれば、主面として(001)面が露出したアナターゼ型の酸化チタン粒子、酸化チタン粒子の合成方法、色素増感型太陽電池用ペースト、酸化物半導体膜、酸化物半導体電極、及び色素増感型太陽電池を提供することができる。   According to the present invention, anatase-type titanium oxide particles having a (001) face exposed as a main surface, a method for synthesizing titanium oxide particles, a paste for a dye-sensitized solar cell, an oxide semiconductor film, an oxide semiconductor electrode, and A dye-sensitized solar cell can be provided.

本発明の実施の形態に係る酸化チタン粒子の概念図である。It is a conceptual diagram of the titanium oxide particle which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施の形態に係る酸化チタン粒子の合成方法で合成された酸化チタン粒子のTEM像である。It is a TEM image of the titanium oxide particle synthesize | combined with the synthesis | combining method of the titanium oxide particle which concerns on embodiment of this invention. 色素増感型太陽電池の一例を示す概略構成図である。It is a schematic block diagram which shows an example of a dye-sensitized solar cell.

以下、本発明を実施形態により説明する。なお、この実施形態は、発明の趣旨をよりよく理解させるために具体的に説明するものであり、特に指定のない限り、本発明を限定するものではない。   Hereinafter, the present invention will be described with reference to embodiments. This embodiment is specifically described for better understanding of the gist of the invention, and does not limit the present invention unless otherwise specified.

[酸化チタン粒子]
本実施形態に係る酸化チタン粒子は、図1に示すように、主面として(001)面が露出したアナターゼ型であって、[001]方向の粒子長さA/[100]方向の粒子長さBの比が0.1以上2.5未満であり、かつナトリウム含有量が500ppm以下である。
ここで「主面として(001)面が露出している」とは、A/B<2.5であることをいう。アナターゼ型酸化チタン粒子の単位格子は、粒子長さA=9.6Åであり、B=3.8Åであるので、A/B<2.5の場合、(001)面が表面に露出しているといえる。
なお、(100)面が主面として露出しているときは、A/B≧2.5となる。
ここで示す結晶方位である[001]及び[100]は、(001)及び(100)のそれぞれの面の法線方向を示す。つまり、粒子長さAは、対向する(001)面の距離を示し、粒子長さBは、対向する(100)面の距離を示す。例えば、粒子長さAと粒子長さBが略等長である場合には、酸化チタン粒子の形状は立方体状となる。
[Titanium oxide particles]
As shown in FIG. 1, the titanium oxide particles according to the present embodiment are anatase type in which the (001) plane is exposed as a main surface, and the particle length in the [001] direction is A / [100]. The ratio of thickness B is 0.1 or more and less than 2.5, and the sodium content is 500 ppm or less.
Here, “the (001) plane is exposed as the main surface” means that A / B <2.5. The unit cell of the anatase-type titanium oxide particles has a particle length A = 9.6 mm and B = 3.8 mm. Therefore, when A / B <2.5, the (001) plane is exposed on the surface. It can be said that.
When the (100) plane is exposed as the main surface, A / B ≧ 2.5.
The crystal orientations [001] and [100] shown here indicate the normal directions of the respective planes of (001) and (100). That is, the particle length A indicates the distance between the opposing (001) planes, and the particle length B indicates the distance between the opposing (100) planes. For example, when the particle length A and the particle length B are substantially equal, the shape of the titanium oxide particles is a cube.

酸化チタン粒子のA/B比は、0.1以上2.5未満が好ましく、0.1以上2.0以下がより好ましい。更に、酸化チタン粒子の粒子長さAと粒子長さBとの関係は、酸化チタン粒子の表面が主に(001)面で構成される観点から、A≦Bであることが好ましく、A<Bであることがより好ましい。酸化チタン粒子の平均粒子長は、酸化チタン粒子含有膜の透明性を損なわない観点から、1nm以上100nm以下であることが好ましく、10nm以上50nm以下であることがより好ましい。   The A / B ratio of the titanium oxide particles is preferably from 0.1 to less than 2.5, and more preferably from 0.1 to 2.0. Furthermore, the relationship between the particle length A and the particle length B of the titanium oxide particles is preferably A ≦ B from the viewpoint that the surface of the titanium oxide particles is mainly composed of (001) planes, and A < B is more preferable. The average particle length of the titanium oxide particles is preferably 1 nm or more and 100 nm or less, and more preferably 10 nm or more and 50 nm or less from the viewpoint of not impairing the transparency of the titanium oxide particle-containing film.

なお、酸化チタン粒子の大きさや形状は、例えば、電界放射型透過型電子顕微鏡(FEM−2100F、日本電子社製)により観察する。合成された酸化チタン粒子の一例として、TEM像を図2に示す。図2のTEM像より、合成した酸化チタン粒子には、面間隔2.4Åである酸化チタン粒子の(001)面、及び面間隔1.8Åである酸化チタン粒子の(100)面が露出している。また、A/Bが1.3であり、主面として(001)面が露出している。
なお、平均粒子長は、例えば、顕微鏡での観察により、100個以上の粒子、好ましくは500個以上の粒子それぞれの粒子径を測定し、平均値を算出することで求められる。
The size and shape of the titanium oxide particles are observed with, for example, a field emission transmission electron microscope (FEM-2100F, manufactured by JEOL Ltd.). As an example of the synthesized titanium oxide particles, a TEM image is shown in FIG. From the TEM image of FIG. 2, the synthesized titanium oxide particles were exposed to (001) faces of titanium oxide particles having a face spacing of 2.4 mm and (100) faces of titanium oxide particles having a face spacing of 1.8 mm. ing. Further, A / B is 1.3, and the (001) plane is exposed as the main surface.
The average particle length can be determined by measuring the particle diameter of each of 100 or more particles, preferably 500 or more particles, and calculating the average value by observation with a microscope, for example.

本実施形態に係る酸化チタン粒子は、ナトリウム含有量が500ppm以下であり、さらにアルカリ金属及びアルカリ土類金属の含有量が500ppm以下であることが好ましい。酸化チタン粒子に含有するアルカリ金属としては、Li、Na、K等が挙げられる。また、酸化チタン粒子に含有するアルカリ土類金属としては、Ca、Sr、Ba等が挙げられる。
酸化チタン粒子のナトリウム含有量は、光電変換効率を所望の値以上に維持するという観点から、1ppm以上400ppm以下であることが好ましく、1ppm以上300ppm以下であることがより好ましく、1ppm以上かつ200ppm以下であることがさらに好ましい。
また、酸化チタン粒子のアルカリ金属及びアルカリ土類金属の含有量は、上記と同様の観点から、含有されていないことが好適であるが製造上の制限から、1ppm以上400ppm以下であることが好ましく、1ppm以上300ppm以下であることがより好ましい。
The titanium oxide particles according to the present embodiment preferably have a sodium content of 500 ppm or less, and further preferably have an alkali metal and alkaline earth metal content of 500 ppm or less. Examples of the alkali metal contained in the titanium oxide particles include Li, Na, and K. Moreover, Ca, Sr, Ba etc. are mentioned as an alkaline-earth metal contained in a titanium oxide particle.
The sodium content of the titanium oxide particles is preferably 1 ppm or more and 400 ppm or less, more preferably 1 ppm or more and 300 ppm or less, more preferably 1 ppm or more and 200 ppm or less from the viewpoint of maintaining the photoelectric conversion efficiency at a desired value or more. More preferably.
Further, the content of alkali metal and alkaline earth metal in the titanium oxide particles is preferably not contained from the same viewpoint as described above, but is preferably 1 ppm or more and 400 ppm or less due to production limitations. More preferably, it is 1 ppm or more and 300 ppm or less.

[酸化チタン粒子の合成方法]
以下に、本実施形態に係る酸化チタン粒子の合成方法を説明する。
[Method of synthesizing titanium oxide particles]
Below, the synthesis | combining method of the titanium oxide particle which concerns on this embodiment is demonstrated.

<酸化チタン源を得る工程>
本実施形態に係る酸化チタン粒子の合成方法は、まず、チタンアルコキシドと水酸基含有アミンとを反応させて酸化チタン源を得る工程を経る。
酸化チタン源を得る工程では、まず、酸化チタン原料であるチタンテトライソプロポキシドと、水酸基を含有するアミンを混合して反応させ、アルコール交換によってチタン及びアミンから成るアルコキシド(チタン・アミンアルコキシド)を合成する。次いで、チタンテトライソプロポキシドと水酸基を含有するアミンとの反応により発生したイソプロパノールを減圧加熱により除去する。
<Step of obtaining a titanium oxide source>
The titanium oxide particle synthesis method according to this embodiment first undergoes a step of obtaining a titanium oxide source by reacting titanium alkoxide with a hydroxyl group-containing amine.
In the step of obtaining a titanium oxide source, first, titanium tetraisopropoxide, which is a titanium oxide raw material, and an amine containing a hydroxyl group are mixed and reacted, and an alkoxide (titanium / amine alkoxide) composed of titanium and an amine is obtained by alcohol exchange. Synthesize. Subsequently, isopropanol generated by the reaction between titanium tetraisopropoxide and an amine containing a hydroxyl group is removed by heating under reduced pressure.

酸化チタン源を得る工程で用いるチタンアルコキシドとしては、テトラエトキシチタン、テトライソプロポキシチタン、テトラノルマルプロポキシチタン、テトラノルマルブトキシチタン等を例示することができる。安定性と酸化チタン合成後に発生するアルコールの水溶性の観点から、テトライソプロポキシチタン及びテトラノルマルプロポキシチタンが好適であり、テトライソプロポキシチタンが特に好適である。   Examples of the titanium alkoxide used in the step of obtaining the titanium oxide source include tetraethoxy titanium, tetraisopropoxy titanium, tetra normal propoxy titanium, tetra normal butoxy titanium and the like. From the viewpoint of stability and water solubility of the alcohol generated after the synthesis of titanium oxide, tetraisopropoxytitanium and tetranormalpropoxytitanium are preferred, and tetraisopropoxytitanium is particularly preferred.

酸化チタン源を得る工程で用いる水酸基を含有するアミンとしては、具体的にはモノエタノールアミン、ジエタノールアミン、トリエタノールアミンの群から選ばれる少なくとも一種であることが好ましい。   Specifically, the amine containing a hydroxyl group used in the step of obtaining a titanium oxide source is preferably at least one selected from the group of monoethanolamine, diethanolamine, and triethanolamine.

<水熱合成工程>
本実施形態に係る酸化チタン粒子の合成方法は、次いで、得られた酸化チタン源を溶解させた水溶液中に、炭素数8以上の有機酸とアミンとを反応させた有機酸アミン塩を界面活性剤として添加して水熱合成を行う工程を経る。
<Hydrothermal synthesis process>
In the method for synthesizing titanium oxide particles according to the present embodiment, an organic acid amine salt obtained by reacting an organic acid having 8 or more carbon atoms and an amine is then surface-activated in an aqueous solution in which the obtained titanium oxide source is dissolved. It passes through the process of adding as an agent and performing hydrothermal synthesis.

本実施形態に係る酸化チタン粒子の合成方法に用いる原料は、最終的に生成される酸化チタン粒子に含有するアルカリ金属及びアルカリ土類金属の含有量が500ppmを超えないように、これらの不純物が少ない原料を選択して用いるのがよい。
ここでいう「界面活性剤」とは、合成する酸化チタン粒子の(001)面の成長を制御する機能を有するものをいう。界面活性剤としては、合成する酸化チタン粒子の(001)面の成長を制御するという観点から、炭素数8以上である有機酸アミン塩を用いることが好ましく、炭素数12以上である有機酸のアミン塩を用いることがより好ましい。
The raw materials used in the method for synthesizing titanium oxide particles according to the present embodiment are such that these impurities are contained so that the content of alkali metal and alkaline earth metal contained in the finally produced titanium oxide particles does not exceed 500 ppm. It is better to select and use a small amount of raw materials.
The term “surfactant” as used herein means one having a function of controlling the growth of the (001) plane of the titanium oxide particles to be synthesized. As the surfactant, from the viewpoint of controlling the growth of the (001) plane of the titanium oxide particles to be synthesized, an organic acid amine salt having 8 or more carbon atoms is preferably used, and an organic acid having 12 or more carbon atoms is used. It is more preferable to use an amine salt.

有機酸アミン塩は、有機酸と、モノエタノールアミン、ジエタノールアミン、トリエタノールアミンの群から選ばれる少なくとも一種であるアミンとの中和反応により得られる反応生成物である。有機酸としては、具体的には、ステアリン酸、オレイン酸、ラウリン酸等が挙げられる。そして、本発明に用いられる有機酸アミン塩としては、オレイン酸が好ましい。   The organic acid amine salt is a reaction product obtained by a neutralization reaction between an organic acid and at least one amine selected from the group consisting of monoethanolamine, diethanolamine, and triethanolamine. Specific examples of the organic acid include stearic acid, oleic acid, lauric acid, and the like. And as an organic acid amine salt used for this invention, an oleic acid is preferable.

有機酸アミン塩を生成する際に使用する有機酸とアミンとの混合モル比(アミン/有機酸)は、1以上20以下とすることが好ましく、1以上10以下とすることがより好ましい。
水熱合成において、有機酸アミン塩の量は、酸化チタン粒子の反応速度を調製し、粒径を制御する観点から、反応系において、2質量%以上20質量%以下であることが好ましく、5質量%以上15質量%以下であることがより好ましい。
The mixing molar ratio (amine / organic acid) of the organic acid and the amine used when producing the organic acid amine salt is preferably 1 or more and 20 or less, and more preferably 1 or more and 10 or less.
In the hydrothermal synthesis, the amount of the organic acid amine salt is preferably 2% by mass or more and 20% by mass or less in the reaction system from the viewpoint of adjusting the reaction rate of the titanium oxide particles and controlling the particle size. More preferably, it is at least 15% by mass.

水熱合成における反応温度は、100℃以下では酸化チタン粒子が生成されず、250℃以上では、反応速度が速すぎて結晶面の制御が困難であるので、100℃以上250℃以下が好ましく、140℃以上210℃以下がより好ましい。   The reaction temperature in the hydrothermal synthesis is preferably 100 ° C. or higher and 250 ° C. or lower because titanium oxide particles are not generated at 100 ° C. or lower, and at 250 ° C. or higher, the reaction rate is too high to control the crystal plane. 140 degreeC or more and 210 degrees C or less are more preferable.

以上の酸化チタン粒子の合成方法により、主に(001)面が露出した六面体形状である立方体構造又は直方体構造のアナターゼ型酸化チタン粒子が合成される。
合成された酸化チタン粒子は、ナトリウムイオン等の金属イオンを含まない界面活性剤を用いて合成されるので、ナトリウムイオン成分等が残存することがなく、光電変換効率を低下させることがない。
By the above-described method for synthesizing titanium oxide particles, anatase-type titanium oxide particles having a cubic structure or a rectangular parallelepiped structure mainly having a hexahedral shape with the (001) plane exposed are synthesized.
Since the synthesized titanium oxide particles are synthesized using a surfactant that does not contain metal ions such as sodium ions, the sodium ion component does not remain and the photoelectric conversion efficiency does not decrease.

本実施形態に係る酸化チタン粒子の合成方法によれば、界面活性剤としての有機酸アミン塩が結晶面制御剤として機能することで、主面として(001)面が露出したアナターゼ型の酸化チタン粒子を合成することができる。
すなわち、界面活性剤として、ナトリウム等のアルカリ金属及びアルカリ土類金属を含有しない有機酸アミン塩を用いているので、ナトリウム、カリウム、カルシウム等のアルカリ金属、アルカリ土類金属は不純物程度しか含有されない。そのため、光電変換効率に優れた、主面として(001)面が露出したアナターゼ型の酸化チタン粒子を得ることができる。
According to the method for synthesizing titanium oxide particles according to the present embodiment, an organic acid amine salt as a surfactant functions as a crystal surface control agent, so that an anatase type titanium oxide having a (001) plane exposed as a main surface. Particles can be synthesized.
That is, since an organic acid amine salt that does not contain alkali metal such as sodium and alkaline earth metal is used as the surfactant, alkali metal such as sodium, potassium, calcium, and alkaline earth metal contain only impurities. . Therefore, it is possible to obtain anatase-type titanium oxide particles having excellent photoelectric conversion efficiency and having the (001) plane exposed as a main surface.

[色素増感型太陽電池用ペースト]
色素増感型太陽電池用ペーストは、上述の製造方法で得られた酸化チタン粒子の合成方法より合成された酸化チタン粒子と、酸化チタン粒子を分散させる分散媒とを含有する。色素増感型太陽電池用ペーストは、酸化チタン粒子、分散媒、及びその他含有物等を適宜混合することにより得られる。
[Dye-sensitized solar cell paste]
The dye-sensitized solar cell paste contains titanium oxide particles synthesized by the method for synthesizing titanium oxide particles obtained by the above-described production method and a dispersion medium in which the titanium oxide particles are dispersed. The paste for dye-sensitized solar cells can be obtained by appropriately mixing titanium oxide particles, a dispersion medium, and other contents.

分散媒は、酸化チタン粒子を分散させることができれば特に限定されないが、ヘキシレングリコール、プロピレングリコール等のジオール類、及びターピネオール等の高沸点有機溶媒を用いることが好ましい。   The dispersion medium is not particularly limited as long as the titanium oxide particles can be dispersed, but it is preferable to use diols such as hexylene glycol and propylene glycol, and high-boiling organic solvents such as terpineol.

色素増感型太陽電池用ペーストにおいては、酸化チタン粒子と、分散媒との含有割合は、得られる酸化物半導体膜の性能を得やすいという観点から、質量比で1:0.01〜1:5の範囲が好ましく、1:0.1〜1:1の範囲がより好ましい。   In the dye-sensitized solar cell paste, the content ratio of the titanium oxide particles and the dispersion medium is 1: 0.01 to 1: 1 in terms of mass ratio from the viewpoint of easily obtaining the performance of the obtained oxide semiconductor film. The range of 5 is preferable, and the range of 1: 0.1 to 1: 1 is more preferable.

色素増感型太陽電池ペーストは、粘度や膜厚を調整するためのエチルセルロース等のセルロース系樹脂及びアクリル系樹脂等を含有してもよい。
色素増感型太陽電池用ペーストは、レベリング剤、キレート化剤、界面活性剤、チタンカップリング剤、増粘剤等の一般的に用いられる添加剤を適宜添加してもよい。レベリング剤としては、水、エチレングリコール、ポリエチレングリコール、及びグリセリン等が挙げられる。キレート化剤としては、アセチルアセトン、ベンジルアセトン、酢酸等が挙げられる。界面活性剤としては、ポリエチレングリコール等が挙げられる。増粘剤としては、セルロース系の増粘剤が挙げられる。
The dye-sensitized solar cell paste may contain a cellulose resin such as ethyl cellulose and an acrylic resin for adjusting the viscosity and the film thickness.
In the dye-sensitized solar cell paste, generally used additives such as a leveling agent, a chelating agent, a surfactant, a titanium coupling agent, and a thickener may be appropriately added. Examples of the leveling agent include water, ethylene glycol, polyethylene glycol, and glycerin. Examples of chelating agents include acetylacetone, benzylacetone, acetic acid and the like. Examples of the surfactant include polyethylene glycol. Examples of the thickener include cellulose-based thickeners.

本実施形態に係る色素増感型太陽電池用ペーストによれば、酸化チタン粒子は、ナトリウムイオン等の金属イオンを含んでいないので光電変換効率の低下を防ぐことができる。   According to the paste for a dye-sensitized solar cell according to the present embodiment, since the titanium oxide particles do not contain metal ions such as sodium ions, a decrease in photoelectric conversion efficiency can be prevented.

[酸化物半導体膜]
酸化物半導体膜は、本実施形態に係る色素増感型太陽電池用ペーストを透明導電性基材上で焼成し、形成されてなる。
酸化物半導体膜の厚さは、色素が吸着するのに十分な膜の表面積を得る観点から、1μm以上100μm以下が好ましく、より好ましくは3μm以上50μm以下、さらに好ましくは5μm以上30μm以下である。尚、酸化物半導体膜は、複数層であってもよい。
[Oxide semiconductor film]
The oxide semiconductor film is formed by baking the paste for a dye-sensitized solar cell according to this embodiment on a transparent conductive substrate.
The thickness of the oxide semiconductor film is preferably 1 μm or more and 100 μm or less, more preferably 3 μm or more and 50 μm or less, and further preferably 5 μm or more and 30 μm or less from the viewpoint of obtaining a surface area of the film sufficient for adsorbing the dye. Note that the oxide semiconductor film may have a plurality of layers.

透明導電性基材としては、特に制限はないが、一般的には、ガラス基板等の透明基板と、その透明基板上に形成される酸化スズ、フッ素ドープ酸化スズ、スズドープ酸化インジウム(ITO)、アンチモンドープ酸化スズ(ATO)、及びアルミニウムドープ酸化亜鉛等を設けた基材が用いられる。透明導電性基材は、さらに、表面に酸化スズ又はフッ素ドープ酸化スズの被膜を設けた光透過性の透明導電膜を構成した基材であってもよい。   The transparent conductive substrate is not particularly limited, but generally, a transparent substrate such as a glass substrate, and tin oxide, fluorine-doped tin oxide, tin-doped indium oxide (ITO) formed on the transparent substrate, A substrate provided with antimony-doped tin oxide (ATO), aluminum-doped zinc oxide, or the like is used. The transparent conductive base material may further be a base material that constitutes a light-transmitting transparent conductive film provided with a coating of tin oxide or fluorine-doped tin oxide on the surface.

酸化物半導体膜の製造方法は、本実施形態に係る色素増感型太陽電池用ペーストを透明導電性基材の表面に塗布して塗膜を形成し、必要に応じて乾燥し、次いで焼成することにより得られる。
透明導電性基材の表面に色素増感型太陽電池用ペーストを塗布する方法としては、バーコーター法、スクリーン印刷法、グラビア印刷法、スピンコート法、ディップ法、スプレー法、ナイフコーター法等を用いることが好ましく、パターニング性などに優れているスクリーン印刷法及びグラビア印刷法を用いることがより好ましい。
The manufacturing method of an oxide semiconductor film applies the dye-sensitized solar cell paste according to the present embodiment to the surface of a transparent conductive substrate to form a coating film, which is dried as necessary and then fired. Can be obtained.
As a method of applying a dye-sensitized solar cell paste to the surface of a transparent conductive substrate, a bar coater method, a screen printing method, a gravure printing method, a spin coating method, a dip method, a spray method, a knife coater method, etc. It is preferable to use, and it is more preferable to use a screen printing method and a gravure printing method which are excellent in patterning property.

焼成温度は、250℃以上600℃以下が好ましく、より好ましくは400℃以上550℃以下である。焼成温度が上記の範囲であれば、良好な粒子間結合が得られ、作製した酸化物半導体膜が低抵抗な膜となる。また、焼成温度が上記の範囲であれば、近傍の粒子との粒成長が抑制され、比表面積が増加して好適な光電変換素子の電極にすることができる。
さらに、このようにして得られた酸化物半導体膜に、四塩化チタン水溶液を塗布または浸漬し、空気中550℃程度以下の温度で焼成する工程を行うことが好ましい。この工程により、酸化物半導体膜中の酸化物半導体微粒子同士の接触部分の電子移動性を向上させることができる。
The firing temperature is preferably 250 ° C. or higher and 600 ° C. or lower, more preferably 400 ° C. or higher and 550 ° C. or lower. When the firing temperature is in the above range, good interparticle bonding is obtained, and the manufactured oxide semiconductor film becomes a low-resistance film. Moreover, if a calcination temperature is said range, grain growth with the particle | grains of the vicinity will be suppressed and a specific surface area will increase and it can be set as the electrode of a suitable photoelectric conversion element.
Further, it is preferable to perform a step of applying or dipping a titanium tetrachloride aqueous solution to the oxide semiconductor film thus obtained and baking it in air at a temperature of about 550 ° C. or lower. By this step, the electron mobility at the contact portion between the oxide semiconductor fine particles in the oxide semiconductor film can be improved.

本実施形態に係る酸化物半導体膜によれば、本実施形態に係る色素増感型太陽電池用ペーストを焼成してなるので、光電変換効率の低下を防ぐことができる。   According to the oxide semiconductor film according to the present embodiment, since the dye-sensitized solar cell paste according to the present embodiment is baked, a decrease in photoelectric conversion efficiency can be prevented.

[酸化物半導体電極]
酸化物半導体電極は、本実施形態に係る酸化物半導体膜に色素を吸着させてなる。
酸化物半導体膜に吸着させる色素としては、例えば、金属錯体系色素、有機色素等を用いることができる。金属錯体系色素としては、金属フタロシアニン、クロロフィル、ヘミン等やルテニウム、オスミウム、鉄、亜鉛を1以上含有する錯体等の金属錯塩が挙げられる。なかでも、ルテニウム金属錯体を好ましく用いることができ、その中でもルテニウムビピリジン錯体、ルテニウムターピリジン錯体が好ましい。一方、有機色素としては、クマリン誘導体系色素、ポリエン系色素、メロシアニン系色素、アゾ系色素、キノン系色素、スクアリリウム系色素、シアニン系色素、スチリル系色素、キサンテン系色素等などが挙げられる。なかでも、クマリン誘導体系色素を好ましく用いることができる。
[Oxide semiconductor electrode]
The oxide semiconductor electrode is formed by adsorbing a dye to the oxide semiconductor film according to this embodiment.
As the dye to be adsorbed on the oxide semiconductor film, for example, a metal complex dye or an organic dye can be used. Examples of the metal complex dye include metal complex salts such as metal phthalocyanine, chlorophyll, hemin and the like and complexes containing one or more of ruthenium, osmium, iron and zinc. Among these, a ruthenium metal complex can be preferably used, and among them, a ruthenium bipyridine complex and a ruthenium terpyridine complex are preferable. On the other hand, examples of organic dyes include coumarin derivative dyes, polyene dyes, merocyanine dyes, azo dyes, quinone dyes, squarylium dyes, cyanine dyes, styryl dyes, xanthene dyes, and the like. Of these, coumarin derivative dyes can be preferably used.

酸化物半導体電極は、本実施形態に係る酸化物半導体膜が積層した基板ごと、上記の色素を溶解した色素溶液に浸漬させることによって、酸化物半導体膜に色素を吸着させることで得られる。   The oxide semiconductor electrode can be obtained by adsorbing the dye to the oxide semiconductor film by immersing the substrate on which the oxide semiconductor film according to this embodiment is laminated in a dye solution in which the dye is dissolved.

色素を溶解する溶媒としては、適宜選択して用いればよいが、例えば、メタノール、エタノール、2プロパノール、1ブタノール、t-ブタノール等のアルコール類、及びアセトニトリル、メトキシアセトニトリル、プロピオニトリル、3メトキシプロピオニトリル等のニトリル類、またはこれらの混合溶媒を用いることができる。   A solvent for dissolving the dye may be appropriately selected and used. For example, alcohols such as methanol, ethanol, 2 propanol, 1 butanol, and t-butanol, and acetonitrile, methoxyacetonitrile, propionitrile, 3 methoxypropyl, and the like. Nitriles such as pionitrile, or a mixed solvent thereof can be used.

本実施形態に係る酸化物半導体電極によれば、本実施形態に係る酸化物半導体膜を有しているので、光電変換効率の低下を防ぐことができる。   According to the oxide semiconductor electrode according to this embodiment, since the oxide semiconductor film according to this embodiment is provided, it is possible to prevent a decrease in photoelectric conversion efficiency.

[色素増感型太陽電池]
本実施形態に係る色素増感型太陽電池は、本実施形態に係る酸化物半導体電極に対して対向電極を配置してセルを構成し、その内部に側枠部材を介して電解質を封入してなる。
[Dye-sensitized solar cell]
In the dye-sensitized solar cell according to the present embodiment, a counter electrode is arranged with respect to the oxide semiconductor electrode according to the present embodiment to constitute a cell, and an electrolyte is enclosed inside the side frame member. Become.

図3は、太陽電池の一例を模式的に示したものである。
図3に示す色素増感型太陽電池10は、透明電極11と対向電極12とを対向配置してセルを構成し、その内部に側枠部材15を介して電解質14を封入したものである。透明電極11は導電性ガラスからなり、アノード電極を構成する。対向電極12は導電性ガラスからなり、カソード電極を構成する。透明電極11上には、色素が吸着された酸化物半導体電極13が設けられている。酸化物半導体電極13は、例えば酸化チタン粒子を溶剤と混合し、それを透明電極11上に塗布、焼成することによって酸化物半導体膜を形成した後、色素を吸着させたものである。
FIG. 3 schematically shows an example of a solar cell.
The dye-sensitized solar cell 10 shown in FIG. 3 is a cell in which a transparent electrode 11 and a counter electrode 12 are arranged to face each other, and an electrolyte 14 is sealed inside through a side frame member 15. The transparent electrode 11 is made of conductive glass and constitutes an anode electrode. The counter electrode 12 is made of conductive glass and constitutes a cathode electrode. On the transparent electrode 11, an oxide semiconductor electrode 13 on which a dye is adsorbed is provided. The oxide semiconductor electrode 13 is obtained by adsorbing a dye after forming an oxide semiconductor film by mixing, for example, titanium oxide particles with a solvent, and applying and baking the particles on the transparent electrode 11.

透明電極11と対向電極12とは、数十μm〜数mmの間隔をおいて、電解質14を介して対向配置されており、透明電極11の、酸化物半導体電極13に吸着されている色素が可視光によって励起され、発生した電子を酸化物半導体電極(酸化チタン粒子)13に渡すことによって発電が行われる。   The transparent electrode 11 and the counter electrode 12 are arranged to face each other via the electrolyte 14 with an interval of several tens of μm to several mm, and the dye adsorbed on the oxide semiconductor electrode 13 of the transparent electrode 11 is disposed. Power generation is performed by passing the generated electrons excited by visible light to the oxide semiconductor electrode (titanium oxide particles) 13.

対向電極12は、特に限定されず、例えば、Al、ステンレス等の金属、ガラス、及びプラスチック等から構成される基板と、その上に形成されるPt、C、Ni、Cr、ステンレス、フッ素ドープ酸化スズ、及びITO等の導電層から構成される。なお、対向電極12は、表面にフッ素ドープ酸化スズ等の導電層を設けた導電性ガラスを構成することもできる。   The counter electrode 12 is not particularly limited. For example, a substrate made of a metal such as Al or stainless steel, glass, plastic, and the like, and Pt, C, Ni, Cr, stainless steel, fluorine-doped oxidation formed thereon. It is composed of a conductive layer such as tin and ITO. In addition, the counter electrode 12 can also comprise conductive glass having a conductive layer such as fluorine-doped tin oxide on the surface.

電解質14は、固体状及び液体状のものを使用することができる。電解質14として、具体的には、ヨウ素系電解質、臭素系電解質、セレン系電解質、硫黄系電解質等各種の電解質を用いることが可能であり、I2、LiI、ジメチルプロピルイミダゾリウムヨージド等をアセトニトリル、メトキシアセトニトリル、プロピレンカーボネート、エチレンカボネート等の有機溶剤に溶かした溶液等が好適に用いられる。
なお、液体状の電解質14を用いる場合は、酸化物半導体電極13と対向電極12との間に隔壁を設け、このようにして形成された空間内に電解質14を注入するようにする。
The electrolyte 14 can be a solid or a liquid. Specifically, various electrolytes such as iodine-based electrolyte, bromine-based electrolyte, selenium-based electrolyte, and sulfur-based electrolyte can be used as the electrolyte 14, and I 2 , LiI, dimethylpropylimidazolium iodide, etc. can be used as acetonitrile. A solution or the like dissolved in an organic solvent such as methoxyacetonitrile, propylene carbonate, or ethylene carbonate is preferably used.
In the case where the liquid electrolyte 14 is used, a partition wall is provided between the oxide semiconductor electrode 13 and the counter electrode 12, and the electrolyte 14 is injected into the space thus formed.

本実施形態に係る色素増感型太陽電池によれば、本実施形態に係る酸化物半導体電極を備えているので、光電変換効率の低下を防ぐことができる。   According to the dye-sensitized solar cell according to this embodiment, since the oxide semiconductor electrode according to this embodiment is provided, a decrease in photoelectric conversion efficiency can be prevented.

以下、本発明を実施例に従って具体的に説明するが、本発明は実施例の内容に限定されるものではない。   EXAMPLES Hereinafter, although this invention is demonstrated concretely according to an Example, this invention is not limited to the content of an Example.

[実施例1]
<酸化チタン粒子の合成>
セパラブルフラスコに、チタンテトライソプロポキシド(高純度化学社製)170.6g(0.6mol)及びトリエタノールアミン(日本触媒社製)179.0g(1.2mol)を配合して、30分間攪拌した。次いで、エバポレータを用いて配合物の重量が218.0gとなるまで加熱、減圧し、イソプロパノールを除去してチタン及びトリエタノールアミンから成る酸化チタン源を得た。
得られた酸化チタン源を純水450gに溶解させたフラスコに、オレイン酸33.9gのトリエタノールアミン89.5gによる中和物(アミン塩)を投入し、攪拌して溶解させた後、全量が1000gとなるように純水を追加投入して反応液を得た。
得られた反応液を、オートクレーブに投入して180℃で8時間保持し、水熱合成により実施例1の酸化チタン粒子を含む分散液を得た。
[Example 1]
<Synthesis of titanium oxide particles>
In a separable flask, 170.6 g (0.6 mol) of titanium tetraisopropoxide (manufactured by Kosei Chemical Co., Ltd.) and 179.0 g (1.2 mol) of triethanolamine (manufactured by Nippon Shokubai Co., Ltd.) are blended for 30 minutes. Stir. Then, using an evaporator, the mixture was heated and depressurized until the weight of the formulation became 218.0 g, and isopropanol was removed to obtain a titanium oxide source composed of titanium and triethanolamine.
A flask in which the obtained titanium oxide source was dissolved in 450 g of pure water was charged with a neutralized product (amine salt) of 83.9 g of triethanolamine having 33.9 g of oleic acid, dissolved by stirring, and then completely dissolved. Was added in an amount of 1000 g to obtain a reaction solution.
The obtained reaction liquid was put into an autoclave and maintained at 180 ° C. for 8 hours, and a dispersion liquid containing titanium oxide particles of Example 1 was obtained by hydrothermal synthesis.

<酸化チタン粒子の観察及び評価>
得られた酸化チタン分散液を、透過型電子顕微鏡を用いて観察したところ、立方体状の粒子が合成されており、立方体の上面と下面が(001)面であり、側面が(100)面であることを確認した。この酸化チタン粒子の平均粒子長は20nmであり、また、A/B比は1.0であった。
また、この分散液100gに1mol/Lの硝酸を加えてpHを2とし、200℃のホットプレート上で乾燥させた酸化チタン粉を、X線回折装置(Philips社製)により、回折ピークを解析したところ、合成した粒子はアナターゼ型酸化チタンの単相からなることを確認した。
また、この分散液をICP発光分析により測定した結果、酸化チタン粒子に含有されるナトリウム含有量は200ppm以下、カリウム含有量は100ppm以下、カルシウム含有量は100ppm以下であった。
<Observation and evaluation of titanium oxide particles>
When the obtained titanium oxide dispersion was observed using a transmission electron microscope, cubic particles were synthesized, and the upper and lower surfaces of the cube were the (001) plane and the side surfaces were the (100) plane. I confirmed that there was. The average particle length of the titanium oxide particles was 20 nm, and the A / B ratio was 1.0.
Moreover, 1 mol / L nitric acid was added to 100 g of this dispersion to adjust the pH to 2 and the titanium oxide powder dried on a hot plate at 200 ° C. was analyzed for diffraction peaks using an X-ray diffractometer (manufactured by Philips). As a result, it was confirmed that the synthesized particles consisted of a single phase of anatase-type titanium oxide.
As a result of measuring this dispersion by ICP emission analysis, the sodium content contained in the titanium oxide particles was 200 ppm or less, the potassium content was 100 ppm or less, and the calcium content was 100 ppm or less.

<色素増感型太陽電池用ペーストの作製>
得られた酸化チタン粒子と、粘度及び膜厚調整に用いるエチルセルロースと、分散媒としてのターピネオールとを混合し、実施例1の色素増感型太陽電池用ペーストを調製した。
この酸化物半導体粒子含有ペーストの組成比は、酸化チタンが26質量%、エチルセルロース8質量%、ターピネオール66質量%であった。
<Preparation of paste for dye-sensitized solar cell>
The obtained titanium oxide particles, ethyl cellulose used for viscosity and film thickness adjustment, and terpineol as a dispersion medium were mixed to prepare a dye-sensitized solar cell paste of Example 1.
The composition ratio of this oxide semiconductor particle-containing paste was 26% by mass of titanium oxide, 8% by mass of ethyl cellulose, and 66% by mass of terpineol.

<酸化物半導体膜の作製>
得られた色素増感型太陽電池用ペーストを透明導電性基板上に、焼成膜厚が7μmとなるようにスクリーン印刷し、焼成することによって、実施例1の酸化物半導体膜を作製した。
<Preparation of oxide semiconductor film>
The obtained paste for dye-sensitized solar cell was screen-printed on a transparent conductive substrate so as to have a fired film thickness of 7 μm and fired to produce the oxide semiconductor film of Example 1.

<酸化物半導体電極の作製>
得られた酸化物半導体膜を0.3mMのRu金属色素(Black Dye色素、ダイソル社製)溶液中に24時間浸漬させて、実施例1の酸化物半導体電極を得た。
<Production of oxide semiconductor electrode>
The obtained oxide semiconductor film was immersed in a 0.3 mM Ru metal dye (Black Dye dye, manufactured by Daisol) for 24 hours to obtain an oxide semiconductor electrode of Example 1.

<色素増感型太陽電池の作製>
アセトニトリルに、支持電解質として1,2−ジメチル−3−プロピルイミダゾリウムのヨウ素塩を0.6M、ヨウ化リチウムを0.1M、ヨウ素を0.05M、ターシャリーブチルピリジンを0.5Mとなるように混合して、電解液を作製した。
<Preparation of dye-sensitized solar cell>
In acetonitrile, the iodine salt of 1,2-dimethyl-3-propylimidazolium as the supporting electrolyte is 0.6M, lithium iodide is 0.1M, iodine is 0.05M, and tertiary butylpyridine is 0.5M. To prepare an electrolytic solution.

得られた酸化物半導体電極と、表面に白金膜が形成された対極基板とを対向するように配置し、基板間に得られた電解液を注入し、密封することにより、実施例1の色素増感型太陽電池を作製した。   The obtained oxide semiconductor electrode and the counter electrode substrate having a platinum film formed on the surface thereof are arranged so as to face each other, and the electrolyte obtained between the substrates is injected and sealed, whereby the dye of Example 1 A sensitized solar cell was produced.

<光電変換効率の評価>
ソーラーシミュレーター(山下電装社製)を用いて、本実施例の色素増感太陽電池セルに、擬似太陽光を照射し、電流電圧測定装置(山下電装社製)にてI−V特性を測定することによって光電変換効率を求めた。その結果を表1に示す。
<Evaluation of photoelectric conversion efficiency>
Using a solar simulator (manufactured by Yamashita Denso Co., Ltd.), the dye-sensitized solar cell of this example is irradiated with pseudo-sunlight, and the IV characteristics are measured with a current-voltage measuring device (manufactured by Yamashita Denso Co., Ltd.). Thus, the photoelectric conversion efficiency was obtained. The results are shown in Table 1.

[実施例2]
水熱合成における反応温度を140℃とした以外は実施例1と同様にして実施例2の酸化チタン粒子を含む分散液を得た。
得られた酸化チタン分散液を実施例1と同様に評価したところ、ナトリウム含有量は200ppm以下、カリウム含有量は100ppm以下、カルシウム含有量は100ppm以下で、立方体状の粒子が合成されており、上面と下面が(001)面、側面が(100)面であり、アナターゼ型酸化チタン単相であることを確認した。この酸化チタン粒子の平均粒子長は15nmであり、また、A/B比は1.0であった。
[Example 2]
A dispersion containing titanium oxide particles of Example 2 was obtained in the same manner as Example 1 except that the reaction temperature in hydrothermal synthesis was 140 ° C.
When the obtained titanium oxide dispersion was evaluated in the same manner as in Example 1, the sodium content was 200 ppm or less, the potassium content was 100 ppm or less, the calcium content was 100 ppm or less, and cubic particles were synthesized, It was confirmed that the upper and lower surfaces were the (001) plane, the side surfaces were the (100) plane, and an anatase-type titanium oxide single phase. The average particle length of the titanium oxide particles was 15 nm, and the A / B ratio was 1.0.

〈色素増感型太陽電池の作製〉
実施例1の酸化チタン粒子を用いる替わりに、実施例2の酸化チタン粒子を用いた以外は実施例1と同様にして、実施例2の色素増感型太陽電池用ペースト、酸化物半導体膜、酸化物半導体電極、色素増感型太陽電池を得た。
実施例1と同様にして測定した光電変換効率を表1に示す。
<Preparation of dye-sensitized solar cell>
Instead of using the titanium oxide particles of Example 1, the paste for the dye-sensitized solar cell of Example 2, the oxide semiconductor film, and the like, except that the titanium oxide particles of Example 2 were used, An oxide semiconductor electrode and a dye-sensitized solar cell were obtained.
Table 1 shows the photoelectric conversion efficiency measured in the same manner as in Example 1.

[実施例3]
水熱合成における反応温度を210℃とした以外は実施例1と同様にして実施例3の酸化チタン粒子を含む分散液を得た。
得られた酸化チタン分散液を実施例1と同様に評価したところ、ナトリウム含有量は200ppm以下で、カリウム含有量は100ppm以下、カルシウム含有量は100ppm以下立方体状の粒子が合成されており、上面と下面が(001)面、側面が(100)面であり、アナターゼ型酸化チタン単相であることを確認した。この酸化チタン粒子の平均粒子長は30nmであり、また、A/B比は1.0であった。
[Example 3]
A dispersion containing titanium oxide particles of Example 3 was obtained in the same manner as Example 1 except that the reaction temperature in hydrothermal synthesis was 210 ° C.
When the obtained titanium oxide dispersion was evaluated in the same manner as in Example 1, the sodium content was 200 ppm or less, the potassium content was 100 ppm or less, the calcium content was 100 ppm or less, and cubic particles were synthesized. And the lower surface was the (001) plane, the side surface was the (100) plane, and it was confirmed that it was an anatase-type titanium oxide single phase. The average particle length of the titanium oxide particles was 30 nm, and the A / B ratio was 1.0.

〈色素増感型太陽電池の作製〉
実施例1の酸化チタン粒子を用いる替わりに、実施例3の酸化チタン粒子を用いた以外は実施例1と同様にして、実施例3の色素増感型太陽電池用ペースト、酸化物半導体膜、酸化物半導体電極、色素増感型太陽電池を得た。
実施例1と同様にして測定した光電変換効率を表1に示す。
<Preparation of dye-sensitized solar cell>
Instead of using the titanium oxide particles of Example 1, the paste for the dye-sensitized solar cell of Example 3, the oxide semiconductor film, and the like, except that the titanium oxide particles of Example 3 were used, An oxide semiconductor electrode and a dye-sensitized solar cell were obtained.
Table 1 shows the photoelectric conversion efficiency measured in the same manner as in Example 1.

[比較例1]
<酸化チタン粒子の合成>
オレイン酸33.9gのトリエタノールアミン89.5gによる中和物の替わりに、オレイン酸ナトリウム6.1gを用いた以外は実施例1と同様にして、比較例1の酸化チタン粒子を含む分散液を得た。この粒子を実施例1と同様に評価したところ、立方体状の粒子が合成されており、上面と下面が(001)面、側面が(100)面であり、アナターゼ型酸化チタン単相であることを確認した。この酸化チタン粒子の平均粒子長は20nmであり、また、A/B比は1.0であった。また、ナトリウム含有量は500ppmを超えていた。
[Comparative Example 1]
<Synthesis of titanium oxide particles>
A dispersion containing titanium oxide particles of Comparative Example 1 in the same manner as in Example 1 except that 6.1 g of sodium oleate was used instead of the neutralized product of 33.9 g of oleic acid with 89.5 g of triethanolamine. Got. The particles were evaluated in the same manner as in Example 1. As a result, cubic particles were synthesized, the upper and lower surfaces were the (001) plane, the side surfaces were the (100) plane, and were anatase-type titanium oxide single phase. It was confirmed. The average particle length of the titanium oxide particles was 20 nm, and the A / B ratio was 1.0. Moreover, sodium content exceeded 500 ppm.

実施例1の酸化チタン粒子を用いる替わりに、比較例1の酸化チタン粒子を用いた以外は実施例1と同様にして、比較例1の色素増感型太陽電池用ペースト、酸化物半導体膜、酸化物半導体電極、色素増感型太陽電池を得た。
実施例1と同様にして測定した光電変換効率を表1に示す。
Instead of using the titanium oxide particles of Example 1, the paste for the dye-sensitized solar cell of Comparative Example 1, the oxide semiconductor film, except that the titanium oxide particles of Comparative Example 1 were used, An oxide semiconductor electrode and a dye-sensitized solar cell were obtained.
Table 1 shows the photoelectric conversion efficiency measured in the same manner as in Example 1.

本発明の酸化チタン粒子の合成方法によれば、主面として(001)面が露出したアナターゼ型であり、[001]方向の粒子長さが[100]方向の粒子長さ以下である酸化チタン粒子を合成することができるので、この酸化チタン粒子を使用することが可能な塗料、可視光透過紫外光カットフィルム、大気中浄化装置、建築物外装用タイル等の広範な分野での利用が可能である。   According to the method for synthesizing titanium oxide particles of the present invention, the titanium oxide is anatase type in which the (001) plane is exposed as the main surface, and the particle length in the [001] direction is equal to or less than the particle length in the [100] direction. Since particles can be synthesized, it can be used in a wide range of fields such as paints that can use these titanium oxide particles, visible light transmission ultraviolet light cut film, air purification equipment, tiles for building exteriors, etc. It is.

10…色素増感型太陽電池
11…透明電極
12…対向電極
13…酸化物半導体電極
14…電解質
15…側枠部材
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Dye-sensitized solar cell 11 ... Transparent electrode 12 ... Counter electrode 13 ... Oxide semiconductor electrode 14 ... Electrolyte 15 ... Side frame member

Claims (6)

主面として(001)面が露出したアナターゼ型の酸化チタン粒子であって、
[001]方向の粒子長さA/[100]方向の粒子長さBの比が0.1以上2.5未満であり、ナトリウム含有量が500ppm以下であり、対向する1対の面が(001)面であり、かつ他の4面が(100)面である酸化チタン粒子。
Anatase-type titanium oxide particles with the (001) face exposed as the main surface,
[001] The ratio of the direction of the particle length A / [100] direction of the particle length B is less than 0.1 to 2.5 state, and are the 500ppm or less sodium content, the surface of a pair of opposed There (001) plane, and the other four surfaces (100) Mendea Ru titanium oxide particles.
形状が六面体形状である請求項1に記載の酸化チタン粒子。   The titanium oxide particles according to claim 1, wherein the shape is a hexahedral shape. 請求項1又は2に記載の酸化チタン粒子の合成方法であって、
チタンアルコキシドと水酸基含有アミンとを反応させて酸化チタン源を得る工程と、
得られた前記酸化チタン源を溶解させた水溶液中に、炭素数8以上の有機酸とアミンとを反応させた有機酸アミン塩を添加して水熱合成を行う工程
とを含む酸化チタン粒子の合成方法。
A method for synthesizing titanium oxide particles according to claim 1 or 2 ,
A step of reacting a titanium alkoxide with a hydroxyl group-containing amine to obtain a titanium oxide source;
A step of hydrothermal synthesis by adding an organic acid amine salt obtained by reacting an organic acid having 8 or more carbon atoms and an amine to the obtained aqueous solution in which the titanium oxide source is dissolved. Synthesis method.
請求項1又は2に記載の酸化チタン粒子と、前記酸化チタン粒子を分散させる分散媒とを含有する色素増感型太陽電池用ペースト。 Claim 1 or 2 and the titanium oxide particles according to the dispersion medium and the dye-sensitized solar cell paste containing dispersing the titanium oxide particles. 請求項に記載の色素増感型太陽電池用ペーストを、透明導電性基板上で焼成し、形成されてなる酸化物半導体膜。 The oxide semiconductor film formed by baking the paste for dye-sensitized solar cells of Claim 4 on a transparent conductive substrate. 請求項に記載の酸化物半導体膜を備えている色素増感型太陽電池。 A dye-sensitized solar cell comprising the oxide semiconductor film according to claim 5 .
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