JP6280797B2 - Method for producing anode for dye-sensitized solar cell and method for producing dye-sensitized solar cell - Google Patents

Method for producing anode for dye-sensitized solar cell and method for producing dye-sensitized solar cell Download PDF

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Description

本発明は、色素増感太陽電池用アノードの製造方法及び色素増感太陽電池の製造方法に関する。   The present invention relates to a method for producing a dye-sensitized solar cell anode and a method for producing a dye-sensitized solar cell.

色素増感太陽電池は、スイスのグレッツェルらのグループなどから提案されたもので、安価で高い変換効率が得られる光電変換素子として着目されている。
この色素増感太陽電池は、増感色素を吸着させた多孔質半導体層が透明基板上に形成されたアノードと、導電層が形成されたカソードと、これらアノードとカソードの間に充填された電解質層とを、主な構成要素として構成されている(例えば、特許文献1参照)。
使用にあっては、色素増感太陽電池に太陽光が照射されると、増感色素中の電子が励起され、この励起された電子は多孔質半導体層からアノードへ注入され、外部負荷を経由してカソードへ移動する。このサイクルが繰り返されることで発電が行われる。
The dye-sensitized solar cell has been proposed by a group such as Gretzel in Switzerland, and has attracted attention as a photoelectric conversion element that can be obtained at low cost and with high conversion efficiency.
The dye-sensitized solar cell includes an anode in which a porous semiconductor layer having a sensitizing dye adsorbed is formed on a transparent substrate, a cathode in which a conductive layer is formed, and an electrolyte filled between the anode and the cathode. The layer is configured as a main component (see, for example, Patent Document 1).
In use, when the dye-sensitized solar cell is irradiated with sunlight, the electrons in the sensitizing dye are excited, and the excited electrons are injected from the porous semiconductor layer to the anode via an external load. And move to the cathode. Electricity is generated by repeating this cycle.

上記した色素増感太陽電池は、従来の太陽電池(例えば、シリコンを用いた太陽電池)と比較して、光の入射角による性能への影響が少なく、低照度でも光電変換効率の低下が無いことから、設置場所の制限が少なく、例えば、窓面や壁面への設置が可能である。
しかし、これらの場所に設置される太陽電池は、人の目に触れるため、例えば、都市景観やインテリア空間と調和する必要があり、高い意匠性や光透過性が求められる。
このため、光透過型の太陽電池の開発においては、光発電量と光透過量のコントロールが重要になる。一般的には、色素増感太陽電池の光起電層である二酸化チタン電極(多孔質半導体層)を薄膜化することにより、光透過性を向上させることができる。
The above-described dye-sensitized solar cell has less influence on the performance due to the incident angle of light compared to a conventional solar cell (for example, a solar cell using silicon), and there is no decrease in photoelectric conversion efficiency even at low illuminance. Therefore, there are few restrictions on an installation place, for example, the installation to a window surface or a wall surface is possible.
However, solar cells installed in these places need to be in harmony with, for example, cityscapes and interior spaces in order to be exposed to human eyes, and high designability and light transmission are required.
For this reason, in the development of a light transmissive solar cell, it is important to control the amount of photovoltaic power generation and the amount of light transmission. Generally, light transmittance can be improved by thinning a titanium dioxide electrode (porous semiconductor layer) which is a photovoltaic layer of a dye-sensitized solar cell.

特開2013−16369号公報JP2013-16369A

しかしながら、上記したように、二酸化チタン電極を薄膜化することで、窓面に設置できるほどの光透過量を得ようとすると、光発電量が大幅に低下する。
また、二酸化チタン電極の成膜時間の短縮のため、二酸化チタン電極を溶射法により成膜する方法があるが、溶射法を用いて高い意匠性を達成するには、精度の良いマスキング技術が必要になってくる。ここで、溶射法を用いて二酸化チタン電極を成膜する場合、溶射フレームの温度は1000℃以上であるため、金属製のマスクを用いるのが一般的である。しかし、金属製のマスクを利用した場合、マスクの精密加工にコストがかかる上、ガラス基板(透明基板)に熱伝導性の良い金属が接触するため、ガラス基板内で温度差が生じてガラスが割れることもあり、生産歩留りの低下が懸念される。
However, as described above, if the titanium dioxide electrode is thinned to obtain a light transmission amount that can be installed on the window surface, the amount of photovoltaic power generation is greatly reduced.
In addition, there is a method of forming a titanium dioxide electrode by a thermal spraying method in order to shorten the film formation time of the titanium dioxide electrode. However, in order to achieve high designability by using the thermal spraying method, an accurate masking technique is required. It becomes. Here, when the titanium dioxide electrode is formed using the thermal spraying method, the temperature of the thermal spray frame is 1000 ° C. or higher, and therefore a metal mask is generally used. However, when a metal mask is used, it is costly for the precision processing of the mask, and a metal with good thermal conductivity comes into contact with the glass substrate (transparent substrate). There is a concern that the production yield may decrease due to cracking.

本発明はかかる事情に鑑みてなされたもので、意匠性に優れ、光発電量と光透過量を自在にコントロール可能な色素増感太陽電池用アノードの製造方法及び色素増感太陽電池の製造方法を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of such circumstances, and has a superior design and a method for producing an anode for a dye-sensitized solar cell and a method for producing a dye-sensitized solar cell in which the amount of photovoltaic power generation and the amount of light transmission can be freely controlled. The purpose is to provide.

前記目的に沿う第1の発明に係る色素増感太陽電池用アノードの製造方法は、増感色素を吸着させた多孔質半導体層を透明基板上に有する色素増感太陽電池用アノードの製造方法において、
前記透明基板上の予め設定した領域に、耐熱性樹脂で構成されるマスクを形成した後、該マスクが形成された前記透明基板上に、溶射法を用いて前記多孔質半導体層を形成する半導体層形成工程と、
前記透明基板上の前記領域から前記マスクを除去した後、前記透明基板上の前記領域外の前記多孔質半導体層に前記増感色素を吸着させる色素吸着工程とを有する。
The method for producing an anode for a dye-sensitized solar cell according to the first aspect of the present invention is the method for producing an anode for a dye-sensitized solar cell having a porous semiconductor layer on which a sensitizing dye is adsorbed on a transparent substrate. ,
A semiconductor which forms a porous semiconductor layer using a thermal spraying method on the transparent substrate on which the mask is formed after forming a mask made of a heat-resistant resin in a predetermined region on the transparent substrate A layer forming step;
A dye adsorption step of adsorbing the sensitizing dye to the porous semiconductor layer outside the area on the transparent substrate after removing the mask from the area on the transparent substrate.

第1の発明に係る色素増感太陽電池用アノードの製造方法において、前記耐熱性樹脂は、紫外線硬化型の樹脂であることが好ましい。   In the method for producing an anode for a dye-sensitized solar cell according to the first invention, the heat-resistant resin is preferably an ultraviolet curable resin.

第1の発明に係る色素増感太陽電池用アノードの製造方法において、前記多孔質半導体層の材料は、酸化チタンの微粒子であることが好ましい。   In the method for manufacturing an anode for a dye-sensitized solar cell according to the first invention, the material of the porous semiconductor layer is preferably fine particles of titanium oxide.

前記目的に沿う第2の発明に係る色素増感太陽電池の製造方法は、第1の発明に係る色素増感太陽電池用アノードの製造方法を用いて製造した色素増感太陽電池用アノードと、カソードとを、隙間を有して対向配置し、前記色素増感太陽電池用アノードと前記カソードの間に電解質を充填する。   A method for producing a dye-sensitized solar cell according to the second aspect of the present invention that meets the above-described object comprises: a dye-sensitized solar cell anode produced using the method for producing a dye-sensitized solar cell anode according to the first invention; A cathode is arranged opposite to each other with a gap, and an electrolyte is filled between the anode for the dye-sensitized solar cell and the cathode.

本発明に係る色素増感太陽電池用アノードの製造方法及び色素増感太陽電池の製造方法は、半導体層形成工程で、透明基板上の予め設定した領域に形成され、溶射法を用いて多孔質半導体層を形成した後、色素吸着工程で、透明基板上から除去されるマスクが、耐熱性樹脂で構成されるので、溶射時に発生する熱等に耐えることができる。
従って、マスクで覆う領域の形状を種々変更することで、意匠性に優れ、しかも、マスクで覆う領域の面積を調整することで、光透過量と光発電量を自在にコントロール可能な、色素増感太陽電池用アノード及び色素増感太陽電池を製造できる。
The method for producing an anode for a dye-sensitized solar cell and the method for producing a dye-sensitized solar cell according to the present invention are formed in a predetermined region on a transparent substrate in a semiconductor layer forming step, and are porous using a spraying method. After the semiconductor layer is formed, the mask removed from the transparent substrate in the dye adsorption step is made of a heat-resistant resin, so that it can withstand heat generated during thermal spraying.
Therefore, by changing the shape of the area covered with the mask, it is excellent in design, and by adjusting the area of the area covered with the mask, the amount of light transmission and the amount of photovoltaic power generation can be controlled freely. An anode for a solar cell and a dye-sensitized solar cell can be manufactured.

(A)〜(D)はそれぞれ本発明の一実施の形態に係る色素増感太陽電池用アノードの製造方法の説明図である。(A)-(D) are explanatory drawings of the manufacturing method of the anode for dye-sensitized solar cells which concerns on one embodiment of this invention, respectively. 同色素増感太陽電池用アノードの製造方法に使用する溶射装置の説明図である。It is explanatory drawing of the thermal spraying apparatus used for the manufacturing method of the anode for the same dye-sensitized solar cell. (A)はFTO基板上の二酸化チタン膜の成膜時の溶射のパス回数と成膜した膜厚との関係を示すグラフ、(B)は色素を吸着させた同二酸化チタン膜の膜厚と光透過率との関係を示すグラフ、である。(A) is a graph showing the relationship between the number of thermal spray passes during the formation of the titanium dioxide film on the FTO substrate and the film thickness formed, and (B) is the film thickness of the titanium dioxide film adsorbed with the dye. It is a graph which shows the relationship with light transmittance. (A)はFTO基板上の白金膜の成膜時の溶射のパス回数と成膜した膜厚との関係を示すグラフ、(B)は同白金膜の膜厚と光透過率との関係を示すグラフ、である。(A) is a graph showing the relationship between the number of thermal spray passes during the formation of the platinum film on the FTO substrate and the film thickness formed, and (B) shows the relationship between the film thickness of the platinum film and the light transmittance. FIG. (A)は作製した色素増感太陽電池の光電変換効率と二酸化チタン膜の膜厚との関係を示すグラフ、(B)は作製した色素増感太陽電池の光電変換効率と光透過率との関係を示すグラフである。(A) is the graph which shows the relationship between the photoelectric conversion efficiency of the produced dye-sensitized solar cell, and the film thickness of a titanium dioxide film, (B) is the photoelectric conversion efficiency of the produced dye-sensitized solar cell, and the light transmittance. It is a graph which shows a relationship. 作製した色素増感太陽電池のI−V特性の計測結果を示すグラフである。It is a graph which shows the measurement result of the IV characteristic of the produced dye-sensitized solar cell. 作製した色素増感太陽電池の光透過率と光電変換効率との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the light transmittance of the produced dye-sensitized solar cell, and photoelectric conversion efficiency.

続いて、添付した図面を参照しつつ、本発明を具体化した実施の形態につき説明し、本発明の理解に供する。
まず、本発明の第1の実施の形態に係る色素増感太陽電池用アノード(光起電極)の製造方法で製造した色素増感太陽電池用アノードについて説明する。
図1(A)〜(D)に示すように、色素増感太陽電池用アノード(以下、単にアノードともいう)10は、透明基板11上に多孔質半導体層(以下、単に半導体層ともいう)12を溶射法により形成したものであり、この多孔質半導体層12に増感色素を吸着(担持)させている。以下、詳しく説明する。
Next, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings for understanding of the present invention.
First, the dye-sensitized solar cell anode manufactured by the method for manufacturing a dye-sensitized solar cell anode (photoelectromotive electrode) according to the first embodiment of the present invention will be described.
As shown in FIGS. 1A to 1D, a dye-sensitized solar cell anode (hereinafter also simply referred to as an anode) 10 is a porous semiconductor layer (hereinafter also simply referred to as a semiconductor layer) on a transparent substrate 11. 12 is formed by a thermal spraying method, and a sensitizing dye is adsorbed (supported) on the porous semiconductor layer 12. This will be described in detail below.

透明基板11は、導電膜を備えた基板(例えば、厚みが2〜5mm程度)であり、例えば、透明なガラス(導電膜付ガラス)を使用できる。なお、導電膜は、例えば、FTO膜(フッ素をドープした酸化スズ膜)、ITO膜(スズをドープしたインジウム膜)、SnO膜(酸化スズ膜)等である。
これにより、溶射法を用いて透明基板11上に半導体層12を形成するに際し、透明基板11は、加わる溶射時の熱に対して、高い耐熱性を有することができる。
なお、透明基板は、上記材質に限定されるものではなく、例えば、適度の耐熱性を有するPEN樹脂、PET樹脂などで、厚さ50〜300μm程度の透明樹脂製フィルムを使用することもできる。このように、透明樹脂を用いる場合、屈曲性を有する樹脂製フィルムを用いることで、屈曲性を有するアノードを得ることができる。
The transparent substrate 11 is a substrate (for example, having a thickness of about 2 to 5 mm) provided with a conductive film. For example, transparent glass (glass with a conductive film) can be used. The conductive film is, for example, an FTO film (tin oxide film doped with fluorine), an ITO film (indium film doped with tin), a SnO 2 film (tin oxide film), or the like.
Thereby, when forming the semiconductor layer 12 on the transparent substrate 11 using a thermal spraying method, the transparent substrate 11 can have high heat resistance with respect to the heat | fever at the time of the thermal spraying applied.
The transparent substrate is not limited to the above materials, and for example, a transparent resin film having a thickness of about 50 to 300 μm made of PEN resin, PET resin or the like having appropriate heat resistance can be used. Thus, when using a transparent resin, a flexible anode can be obtained by using a flexible resin film.

多孔質半導体層12は、例えば、チタン(Ti)、スズ(Sn)、ジルコニウム(Zr)、亜鉛(Zn)、インジウム(In)、タングステン(W)、鉄(Fe)、ニッケル(Ni)、又は銀(Ag)等の金属の酸化物で構成されているが、耐久性の観点から、酸化チタン(TiO)がより好ましい。なお、これらの材料は、酸化チタン等の純物質に限らず、適宜の量の他の金属酸化物を含んでいてもよい。
また、金属酸化物の材料は、多孔質半導体層の緻密さと多孔性をバランスよく両立させる観点から、平均粒径が、例えば10〜200nm程度の微粒子であることが好ましい。
The porous semiconductor layer 12 is made of, for example, titanium (Ti), tin (Sn), zirconium (Zr), zinc (Zn), indium (In), tungsten (W), iron (Fe), nickel (Ni), or Although it is composed of a metal oxide such as silver (Ag), titanium oxide (TiO 2 ) is more preferable from the viewpoint of durability. Note that these materials are not limited to pure substances such as titanium oxide, and may contain other metal oxides in appropriate amounts.
In addition, the metal oxide material is preferably fine particles having an average particle diameter of, for example, about 10 to 200 nm from the viewpoint of balancing the denseness and porosity of the porous semiconductor layer in a balanced manner.

多孔質半導体層12の厚みは、特に限定されるものではないが、高い光発電量(光電変換効率)を得る観点から、例えば、5〜40μm(好ましくは、下限を10μm、上限を30μm)程度とすることが好ましい。
ここで、多孔質半導体層の厚みが5μm未満の場合、半導体層の機能を十分発揮できず、変換効率が低下するおそれがある。一方、多孔質半導体層の厚みが40μmを超える場合、半導体層の機能が飽和し、光透過量の低下を招くおそれがある。
The thickness of the porous semiconductor layer 12 is not particularly limited, but from the viewpoint of obtaining a high amount of photovoltaic power generation (photoelectric conversion efficiency), for example, about 5 to 40 μm (preferably the lower limit is 10 μm and the upper limit is 30 μm). It is preferable that
Here, when the thickness of the porous semiconductor layer is less than 5 μm, the function of the semiconductor layer cannot be sufficiently exhibited, and conversion efficiency may be reduced. On the other hand, when the thickness of the porous semiconductor layer exceeds 40 μm, the function of the semiconductor layer is saturated, and the light transmission amount may be reduced.

また、多孔質半導体層12の形成領域は、特に限定されるものではないが、高い光透過量を得る観点から、例えば、透明基板の面積の20〜80%(好ましくは、下限を30%、更には35%、上限を70%、更には65%)程度とすることが好ましい。
ここで、多孔質半導体層の形成領域が透明基板の面積の20%未満の場合、半導体層の機能を十分発揮できず、変換効率が低下するおそれがある。一方、多孔質半導体層の形成領域が80%を超える場合、半導体層の機能が飽和し、光透過量の低下を招くおそれがある。
Further, the formation region of the porous semiconductor layer 12 is not particularly limited, but from the viewpoint of obtaining a high light transmission amount, for example, 20 to 80% of the area of the transparent substrate (preferably, the lower limit is 30%, Further, it is preferable that the upper limit is about 35% and the upper limit is about 70%, and further about 65%.
Here, when the formation region of the porous semiconductor layer is less than 20% of the area of the transparent substrate, the function of the semiconductor layer cannot be sufficiently exhibited, and conversion efficiency may be reduced. On the other hand, when the formation region of the porous semiconductor layer exceeds 80%, the function of the semiconductor layer is saturated, and the light transmission amount may be reduced.

なお、透明基板11に形成する多孔質半導体層12の形状は、特に限定されるものではないが、例えば、三角形や四角形(長方形や正方形)の多角形、円形、楕円形、及び、星型等のいずれか1の形状で、又は、2以上を組み合わせた形状とすることで、半導体層がないスリット部等を形成でき、また風景画や肖像画等の図柄を形成することもできる。
また、透明基板11に多孔質半導体層12を形成する溶射法としては、例えば、高速フレーム溶射(HVOF)、コールドスプレー、フレーム溶射、爆発溶射(Dガン)、又は電気式溶射等を使用でき、その中でも高速フレーム溶射とコールドスプレーが好ましく、更には、高速フレーム溶射がより好ましい。
The shape of the porous semiconductor layer 12 formed on the transparent substrate 11 is not particularly limited. For example, the shape is a triangular or quadrangular (rectangular or square) polygon, a circular shape, an elliptical shape, a star shape, or the like. By using any one of the above shapes or a combination of two or more, it is possible to form a slit portion or the like without a semiconductor layer, and to form a pattern such as a landscape or portrait.
Further, as a thermal spraying method for forming the porous semiconductor layer 12 on the transparent substrate 11, for example, high-speed flame spraying (HVOF), cold spray, flame spraying, explosive spraying (D gun), or electric spraying can be used. Among these, high-speed flame spraying and cold spray are preferable, and high-speed flame spraying is more preferable.

多孔質半導体層12に吸着させる増感色素は、例えば、400〜1000nmの波長に吸収を持つものであり、例えば、ルテニウム色素、フタロシアニン色素などの金属錯体、シアニン色素等の有機色素を使用できる。
なお、上記増感色素を多孔質半導体層12に吸着させる方法としては、通常用いられる含浸法等の適宜の方法を使用できる。
The sensitizing dye adsorbed on the porous semiconductor layer 12 has absorption at a wavelength of 400 to 1000 nm, for example. For example, a metal complex such as a ruthenium dye or a phthalocyanine dye, or an organic dye such as a cyanine dye can be used.
In addition, as a method for adsorbing the sensitizing dye to the porous semiconductor layer 12, an appropriate method such as a commonly used impregnation method can be used.

続いて、本発明の第2の実施の形態に係る色素増感太陽電池の製造方法で製造した色素増感太陽電池について説明する。
色素増感太陽電池は、上記した増感色素を吸着させた多孔質半導体層12を透明基板11上に有する色素増感太陽電池用アノード10を用いたものであり、この色素増感太陽電池用アノード10と、カソード(対極)とが、隙間を有して対向配置され、色素増感太陽電池用アノード10とカソードの間に電解質が充填されたものである。以下、詳しく説明する。
Then, the dye-sensitized solar cell manufactured with the manufacturing method of the dye-sensitized solar cell which concerns on the 2nd Embodiment of this invention is demonstrated.
The dye-sensitized solar cell uses the dye-sensitized solar cell anode 10 having the porous semiconductor layer 12 on which the sensitizing dye is adsorbed on the transparent substrate 11, and this dye-sensitized solar cell. The anode 10 and the cathode (counter electrode) are opposed to each other with a gap, and an electrolyte is filled between the anode 10 for the dye-sensitized solar cell and the cathode. This will be described in detail below.

カソードは、導電膜を備えた基板(導電性基板)の全面(一部でもよい)に、導電層(例えば、白金膜)が形成されたものである。なお、導電膜は、例えば、FTO膜(フッ素をドープした酸化スズ膜)、ITO膜(スズをドープしたインジウム膜)、SnO膜(酸化スズ膜)等である。
この基板は、前記した透明基板と同様、ガラス板であってもよく、また、樹脂板であってもよい。なお、基板の厚みは、例えば、2〜5mm程度である。
The cathode is obtained by forming a conductive layer (for example, a platinum film) on the entire surface (or a part thereof) of a substrate (conductive substrate) provided with a conductive film. The conductive film is, for example, an FTO film (tin oxide film doped with fluorine), an ITO film (indium film doped with tin), a SnO 2 film (tin oxide film), or the like.
This substrate may be a glass plate or a resin plate like the transparent substrate described above. In addition, the thickness of a board | substrate is about 2-5 mm, for example.

導電層の厚みは、特に限定されるものではないが、高い光透過量を得る観点から、例えば、10〜40μm(好ましくは、下限を15μm、上限を30μm)程度とすることが好ましい。なお、導電層の厚みが10μm未満の場合、導電層の機能を十分発揮できず、一方、導電層の厚みが40μmを超える場合、光透過量の低下を招くおそれがある。
また、基板に導電層を形成する方法としては、例えば、前記した溶射法や、通常用いられる成膜法等を使用できる。
The thickness of the conductive layer is not particularly limited, but is preferably about 10 to 40 μm (preferably the lower limit is 15 μm and the upper limit is 30 μm) from the viewpoint of obtaining a high light transmission amount. In addition, when the thickness of a conductive layer is less than 10 micrometers, the function of a conductive layer cannot fully be exhibited, and when the thickness of a conductive layer exceeds 40 micrometers, there exists a possibility of causing the fall of the amount of light transmission.
In addition, as a method for forming the conductive layer on the substrate, for example, the above-described spraying method, a generally used film forming method, or the like can be used.

電解質は、例えば、ヨウ素、リチウムイオン、イオン液体、t−ブチルピリジン等を含むものを使用でき、ヨウ素の場合、ヨウ化物イオン及びヨウ素の組み合わせからなる酸化還元体を使用することができる。なお、酸化還元体は、これを溶解可能な適宜の溶媒を含む。
色素増感太陽電池は、色素増感太陽電池用アノード10と、カソードの間に、電解質が充填され、この電解質が封止されている。
As the electrolyte, for example, an electrolyte containing iodine, lithium ion, ionic liquid, t-butylpyridine and the like can be used. In the case of iodine, an oxidation-reduction body composed of a combination of iodide ions and iodine can be used. The redox form contains an appropriate solvent that can dissolve the redox form.
In the dye-sensitized solar cell, an electrolyte is filled between the anode 10 for the dye-sensitized solar cell and the cathode, and this electrolyte is sealed.

次に、本発明の第1の実施の形態に係る色素増感太陽電池用アノードの製造方法について説明する。なお、色素増感太陽電池用アノード10の製造方法は、準備工程、半導体層形成工程、及び色素吸着工程を有している。
(準備工程)
まず、図1(A)に示す透明基板11を、通常用いられる方法により洗浄する。
Next, the manufacturing method of the anode for dye-sensitized solar cells which concerns on the 1st Embodiment of this invention is demonstrated. In addition, the manufacturing method of the anode 10 for dye-sensitized solar cells has a preparatory process, a semiconductor layer formation process, and a dye adsorption process.
(Preparation process)
First, the transparent substrate 11 shown in FIG. 1A is cleaned by a commonly used method.

(半導体層形成工程)
次に、図1(B)に示すように、上記準備工程で洗浄した透明基板11上の予め設定した領域に、耐熱性樹脂で構成されるマスク13を形成する。
このマスク13は、引き続き行われる溶射時において、耐熱性を有し、また、材料の微粒子の衝突にも耐えうる樹脂で構成されれば、特に限定されるものではないが、特に紫外線硬化型の樹脂であることが好ましい。
(Semiconductor layer formation process)
Next, as shown in FIG. 1B, a mask 13 made of a heat resistant resin is formed in a preset region on the transparent substrate 11 cleaned in the above preparation process.
The mask 13 is not particularly limited as long as it is made of a resin that has heat resistance during the subsequent thermal spraying and can withstand the collision of the fine particles of the material. A resin is preferred.

なお、マスク13の形状(即ち、予め設定した領域)は、図1(B)において、透明基板11がスリット状にみえるように形成しているが、必要な光発電量と光透過量を考慮して適宜決定できる。また、マスク13の形成方法としては、特に限定されるものではなく、例えば、通常用いられるスクリーンプリント等を使用できる。
上記した方法で、透明基板11上にマスク13を形成した後、このマスク13が形成された透明基板11上に、溶射法を用いて、図1(C)に示すように、前記した多孔質半導体層12と同等の厚みの多孔質半導体層14を形成する。
Note that the shape of the mask 13 (that is, the preset region) is formed so that the transparent substrate 11 looks like a slit in FIG. 1B. However, the necessary photovoltaic power generation amount and light transmission amount are taken into consideration. Can be determined as appropriate. Further, the method for forming the mask 13 is not particularly limited, and for example, a screen print that is usually used can be used.
After the mask 13 is formed on the transparent substrate 11 by the above-described method, the porous material described above is used on the transparent substrate 11 on which the mask 13 is formed, as shown in FIG. A porous semiconductor layer 14 having the same thickness as the semiconductor layer 12 is formed.

なお、溶射法には、前記した種々の方法を使用できるが、高速フレーム溶射法を使用する場合、図2に示す溶射装置20を使用する。
溶射装置20は、灯油等の燃料を酸素と共に燃焼室21で燃焼して高速フレームを発生させ、燃焼室21と直結した噴射ノズル22内で、霧化した材料のスラリーと高速フレームを混合し、材料の表層部を部分的に溶融させながら、バレル(噴射ノズル)23を介して高速フレームの流れで搬送し、高速フレームの流れに対して垂直に配置された透明基板11に堆積させる装置である。なお、酸素の流量は、灯油の流量よりも過剰にする。
この高速フレーム溶射法で形成した多孔質半導体層は、材料(特に、酸化チタン)の微粒子同士の結合が高く緻密で、良好な電子の移動性を得ることができるため好ましい。
Although various methods described above can be used for the thermal spraying method, when the high-speed flame spraying method is used, the thermal spraying apparatus 20 shown in FIG. 2 is used.
The thermal spraying device 20 burns fuel such as kerosene together with oxygen in the combustion chamber 21 to generate a high-speed flame, mixes the atomized material slurry and the high-speed flame in the injection nozzle 22 directly connected to the combustion chamber 21, This is a device for conveying the material in the flow of a high-speed frame through a barrel (jet nozzle) 23 while partially melting the surface layer portion of the material, and depositing it on the transparent substrate 11 arranged perpendicular to the flow of the high-speed frame. . Note that the flow rate of oxygen is set to be greater than the flow rate of kerosene.
A porous semiconductor layer formed by this high-speed flame spraying method is preferable because fine particles of a material (particularly titanium oxide) are highly bonded and dense, and good electron mobility can be obtained.

なお、高速フレーム溶射法の場合、噴射ノズルの先端から100mmの距離における高速フレームの温度は1500℃以下、好ましくは1000℃以下とすることが好ましい。
また、噴射ノズルから噴射される高速フレームの速度は、噴射ノズルの先端で500m/秒以上であることが好適である。これを下回る速度の場合、堆積した材料粒子間に十分な密着強度を得ることができず、電池性能を低下させる原因となるおそれがある。
そして、噴射ノズルと透明基板との距離は、噴射ノズルの先端から100〜500mmであることが好ましいが、温度条件等によって変動する。
更に、材料粒子のスラリーに用いる分散媒は、特に限定されるものではなく、例えば、水又は水と有機溶媒との混合液であってもよい。このスラリー中の材料の含有率は、特に限定されるものではないが、効率的な堆積速度を実現でき、かつ噴射ノズルに閉塞が生じないようにするためには、5〜50質量%であることが好ましい。
In the case of the high-speed flame spraying method, the temperature of the high-speed flame at a distance of 100 mm from the tip of the spray nozzle is preferably 1500 ° C. or less, preferably 1000 ° C. or less.
The speed of the high-speed frame ejected from the ejection nozzle is preferably 500 m / sec or more at the tip of the ejection nozzle. When the speed is lower than this, sufficient adhesion strength cannot be obtained between the deposited material particles, which may cause a decrease in battery performance.
The distance between the spray nozzle and the transparent substrate is preferably 100 to 500 mm from the tip of the spray nozzle, but varies depending on temperature conditions and the like.
Furthermore, the dispersion medium used for the slurry of material particles is not particularly limited, and may be, for example, water or a mixed liquid of water and an organic solvent. The content of the material in the slurry is not particularly limited, but is 5 to 50% by mass in order to achieve an efficient deposition rate and prevent the injection nozzle from clogging. It is preferable.

また、上記した溶射装置を使用して、高速フレーム溶射を行う場合、透明基板に対する材料の溶射による吹付け回数(パス数)を、2パス以上の複数パス行い、多孔質半導体層14の厚みを目標とする厚みとする。
この場合、まず、1パス目は、標準的な材料供給口を備えたバレル(以下、スタンダードバレルともいう)を使用し、透明基板に対する材料の密着性を高める。そして、2パス目以上は、上記バレルの先端部に、材料の吹付け範囲を広げるチップ(以下、チップバレルともいう)を設けて、吹付けられる材料の比表面積を向上させる。
これにより、透明基板11上のマスク13が存在する領域には、マスク13を介して、また、マスク13が存在しない領域には、透明基板11上に直接、多孔質半導体層14が形成される。
In addition, when performing high-speed flame spraying using the above-described thermal spraying apparatus, the number of times of spraying (number of passes) by spraying the material on the transparent substrate is made two or more passes, and the thickness of the porous semiconductor layer 14 is increased. Use the target thickness.
In this case, first, in the first pass, a barrel having a standard material supply port (hereinafter also referred to as a standard barrel) is used to improve the adhesion of the material to the transparent substrate. In the second pass or more, a tip (hereinafter also referred to as a tip barrel) for expanding the spraying range of the material is provided at the tip of the barrel to improve the specific surface area of the sprayed material.
As a result, the porous semiconductor layer 14 is formed directly on the transparent substrate 11 in the region where the mask 13 exists on the transparent substrate 11 via the mask 13 and in the region where the mask 13 does not exist. .

(色素吸着工程)
図1(D)に示すように、透明基板11上からマスク13を除去する。
これにより、多孔質半導体層14のうち、マスク13が存在していた領域(予め設定した領域)の多孔質半導体層は、マスク13と共に透明基板11上から除去され、マスク13が存在していなかった領域(予め設定した領域外)の多孔質半導体層は残存し、透明基板11上に多孔質半導体層12が形成される。
なお、マスク13の除去方法は、特に限定されるものではないが、マスク13として前記した紫外線硬化型の樹脂を用いた場合、例えば、50℃程度に加熱した水に10分程度浸漬させることで、透明基板11からマスク13を剥離させ、取り除くことができる。
(Dye adsorption process)
As shown in FIG. 1D, the mask 13 is removed from the transparent substrate 11.
As a result, the porous semiconductor layer in the porous semiconductor layer 14 in the region where the mask 13 existed (preset region) is removed from the transparent substrate 11 together with the mask 13, and the mask 13 does not exist. The porous semiconductor layer in the region (outside the preset region) remains, and the porous semiconductor layer 12 is formed on the transparent substrate 11.
In addition, although the removal method of the mask 13 is not specifically limited, When the above-mentioned ultraviolet curable resin is used as the mask 13, for example, it is immersed in water heated to about 50 ° C. for about 10 minutes. The mask 13 can be peeled off from the transparent substrate 11 and removed.

このように、透明基板11上からマスク13を除去した後、透明基板11上の多孔質半導体層12に増感色素を吸着させる。
この増感色素は、通常用いられる含浸法等の適宜の方法により、多孔質半導体層12に吸着させることができる。
上記した方法で、多孔質半導体層12に増感色素を吸着させた後は、これを十分に洗浄する。
As described above, after removing the mask 13 from the transparent substrate 11, the sensitizing dye is adsorbed to the porous semiconductor layer 12 on the transparent substrate 11.
This sensitizing dye can be adsorbed to the porous semiconductor layer 12 by an appropriate method such as a commonly used impregnation method.
After the sensitizing dye is adsorbed on the porous semiconductor layer 12 by the above-described method, it is sufficiently washed.

続いて、本発明の第2の実施の形態に係る色素増感太陽電池の製造方法について説明する。
上記した色素増感太陽電池用アノード10とカソードを準備する。
なお、カソードは、導電膜を備えた基板を、通常用いられる方法により洗浄した後、例えば、溶射法により、この基板に、導電材料の水溶液を吹付けることで得られる(基板の表面に導電層を形成したものが得られる)。なお、基板に導電層を形成した後は、例えば、所定の温度で焼成する。
この色素増感太陽電池用アノード10とカソードを、隙間を開けて対向配置し、この間に電解質を充填し、封止することで、色素増感太陽電池を製造できる。
Then, the manufacturing method of the dye-sensitized solar cell which concerns on the 2nd Embodiment of this invention is demonstrated.
The above-described dye-sensitized solar cell anode 10 and cathode are prepared.
The cathode is obtained by washing a substrate having a conductive film by a commonly used method and then spraying an aqueous solution of a conductive material onto the substrate by, for example, a thermal spraying method (the conductive layer on the surface of the substrate). Is obtained). Note that after the conductive layer is formed on the substrate, for example, baking is performed at a predetermined temperature.
A dye-sensitized solar cell can be manufactured by disposing the dye-sensitized solar cell anode 10 and the cathode so as to face each other with a gap therebetween, and filling and sealing the electrolyte therebetween.

次に、本発明の作用効果を確認するために行った実施例について説明する。
まず、試験に用いたアノードとカソード、及び色素増感太陽電池の製造方法について、以下説明する。
Next, examples carried out for confirming the effects of the present invention will be described.
First, the anode and cathode used in the test and the method for producing the dye-sensitized solar cell will be described below.

(溶射法によるアノードとカソードの作製)
アノードの多孔質半導体層と、カソードの導電層は、図2に示す溶射装置20を用いた高速フレーム溶射法により形成した。
なお、アノードの透明基板とカソードの基板には、厚さ3mmの透明導電膜付ガラスの基板(FTO基板)を用い、多孔質半導体層の材料には、二酸化チタンの粉末であるP90(日本アエロジル社製)を、導電層の材料には、塩化白金酸(関東化学社製)水溶液を、それぞれ用いた。
(Preparation of anode and cathode by thermal spraying method)
The porous semiconductor layer of the anode and the conductive layer of the cathode were formed by a high-speed flame spraying method using the thermal spraying apparatus 20 shown in FIG.
The anode transparent substrate and the cathode substrate are 3 mm thick glass substrate with transparent conductive film (FTO substrate), and the porous semiconductor layer is made of titanium dioxide powder P90 (Nippon Aerosil). As the material for the conductive layer, an aqueous solution of chloroplatinic acid (manufactured by Kanto Chemical Co., Inc.) was used.

溶射条件としては、酸素及び灯油の供給量(燃焼条件)を全て一定とした。また、灯油に対する酸素リッチになるように、酸素の流量を調整した。
なお、多孔質半導体層の形成においては、上記したP90粉体を純水に20質量%加えたものを、スラリーとして用い、導電層の形成においては、塩化白金酸粉体を純水に0.1質量%加えたものを、前駆体溶液として用いた。
アノードとカソードの作製に際しては、上記した基板に、スラリー又は溶液を吹付けることで、多孔質半導体層である二酸化チタン膜と、導電層である白金膜を、それぞれ形成した。
As the thermal spraying conditions, the supply amounts of oxygen and kerosene (combustion conditions) were all constant. In addition, the flow rate of oxygen was adjusted so as to be rich in oxygen with respect to kerosene.
In the formation of the porous semiconductor layer, the above-described P90 powder added with 20% by mass of pure water was used as a slurry, and in the formation of the conductive layer, the chloroplatinic acid powder was added to pure water in an amount of 0.1%. What added 1 mass% was used as a precursor solution.
In producing the anode and the cathode, a slurry or a solution was sprayed onto the above-described substrate to form a titanium dioxide film as a porous semiconductor layer and a platinum film as a conductive layer.

(二酸化チタン膜と白金膜の膜厚調整)
膜厚調整は、溶射による吹付け回数(パス数)を変えることで行った。
ここで、二酸化チタン膜の成膜については、1パス目にスタンダードバレルを使用し、2パス目以上にチップバレルを使用した。また、白金膜の成膜については、スタンダードバレルを使用した。
(Adjusting the thickness of titanium dioxide film and platinum film)
The film thickness was adjusted by changing the number of spraying times (number of passes) by thermal spraying.
Here, regarding the formation of the titanium dioxide film, the standard barrel was used for the first pass, and the tip barrel was used for the second pass and beyond. A standard barrel was used for the formation of the platinum film.

アノードは、二酸化チタン膜が形成された透明基板を、24時間、増感色素に浸漬することで作製した。この増感色素の溶液は、t−ブチルアルコールとアセトニトリルの混合溶液(体積比:1対1)に、増感色素を3×10−4M(モル)溶解させて作製した。なお、この溶液から上記透明基板を取り出した後は、有機溶媒で十分に洗浄した。
また、カソードは、白金膜が形成された基板を、450℃で30分間焼成することで作製した。
The anode was prepared by immersing a transparent substrate on which a titanium dioxide film was formed in a sensitizing dye for 24 hours. This sensitizing dye solution was prepared by dissolving 3 × 10 −4 M (mol) of the sensitizing dye in a mixed solution (volume ratio: 1: 1) of t-butyl alcohol and acetonitrile. In addition, after taking out the said transparent substrate from this solution, it fully wash | cleaned with the organic solvent.
The cathode was prepared by baking a substrate on which a platinum film was formed at 450 ° C. for 30 minutes.

上記した方法で、パス数を変更して作製したアノードとカソードについて、膜厚測定と光透過率の測定を行った。
この膜厚測定は、超精密非接触表面性状測定器(Talysurf CCI−Lite:AMETEK社)を用いて行い、また、光透過率測定は、ヘーズメータ(HZ−V3:スガ試験機社製)を利用して行った。
With respect to the anode and cathode manufactured by changing the number of passes by the above-described method, the film thickness and the light transmittance were measured.
This film thickness measurement is performed using an ultra-precision non-contact surface property measuring instrument (Talysurf CCI-Lite: AMETEK), and the light transmittance is measured using a haze meter (HZ-V3: manufactured by Suga Test Instruments Co., Ltd.). I went there.

これら種々の膜厚のアノードとカソードを用いて、色素増感太陽電池のセルを作製した。
なお、アノードとカソードは、スペーサー入りの光硬化性樹脂を用いて封止した。
また、アノードとカソードの間の電解質は、電解液を、予め設けていた樹脂の隙間から毛細管現象を利用して封入することで充填した。この電解液には、アセトニトリルに、ヨウ化リチウム(500mM)、t−ブチルピリジン(580mM)、ヨウ素(50mM)、及びイオン液体(600mM)をそれぞれ添加した溶液を用いた。
Dye-sensitized solar cells were prepared using anodes and cathodes having various film thicknesses.
The anode and the cathode were sealed using a photocurable resin containing a spacer.
In addition, the electrolyte between the anode and the cathode was filled by encapsulating the electrolyte using a capillary phenomenon through a gap between the resin previously provided. As the electrolytic solution, a solution obtained by adding lithium iodide (500 mM), t-butylpyridine (580 mM), iodine (50 mM), and ionic liquid (600 mM) to acetonitrile was used.

電解液の封入後、樹脂の隙間を封止した。
上記方法で作製した色素増感太陽電池について、光透過率と光電変換効率の測定を行った。なお、光電変換効率の測定は、100mW/cmに調整した擬似太陽光照射下で、I−V特性計測装置を用いて計測した。
After the electrolytic solution was sealed, the resin gap was sealed.
About the dye-sensitized solar cell produced by the said method, the light transmittance and the photoelectric conversion efficiency were measured. In addition, the measurement of photoelectric conversion efficiency was measured using the IV characteristic measurement apparatus under the pseudo-sunlight irradiation adjusted to 100 mW / cm 2 .

(多孔質半導体層の形成領域を変更した色素増感太陽電池の作製)
アノードは、厚さ3mmのガラス基板を洗浄した後、ハンドプリント装置(SHP−2530V−AJ:SERIA社製)を用いて、紫外線硬化型の耐熱性樹脂をスクリーンプリントした。
次に、上記耐熱性樹脂を紫外線で硬化させてマスクを形成した後、このガラス基板に二酸化チタン膜を、溶射法により成膜した。ここで、二酸化チタンの溶射パス回数は2回に固定した。
一方、カソードは、厚さ3mmのガラス基板を洗浄した後、このガラス基板に白金膜を、溶射法により成膜した。ここで、塩化白金酸溶液の吹付け回数は5回に固定した。
(Preparation of dye-sensitized solar cell with a changed porous semiconductor layer formation region)
After cleaning the glass substrate having a thickness of 3 mm, the anode was screen-printed with an ultraviolet curable heat-resistant resin using a hand print device (SHP-2530V-AJ: manufactured by SERIA).
Next, after the heat resistant resin was cured with ultraviolet rays to form a mask, a titanium dioxide film was formed on the glass substrate by a thermal spraying method. Here, the number of spraying passes of titanium dioxide was fixed to two.
On the other hand, for the cathode, after a glass substrate having a thickness of 3 mm was washed, a platinum film was formed on the glass substrate by a thermal spraying method. Here, the number of sprays of the chloroplatinic acid solution was fixed to 5 times.

アノードは、上記溶射後、耐熱性樹脂を50℃程度に加熱した水に10分程度浸漬させることで、透明基板からマスクを剥離させ、取り除いた。そして、前記した方法で、二酸化チタン膜に増感色素を吸着させた。
一方、カソードは、白金膜を450℃で30分間焼成した。
アノードは、1cm×10cmの短冊状のセル(二酸化チタン膜)を8個並列に並べた構成であり(図1(D)参照)、この合計面積を80cmとした。また、別のアノードとして、上記と同様の方法で、1cm×10cmの短冊状のセルを4個並列に並べ、この合計面積を40cmとしたものについても作製した。
After the above thermal spraying, the anode was removed by removing the mask from the transparent substrate by immersing the heat resistant resin in water heated to about 50 ° C. for about 10 minutes. And the sensitizing dye was made to adsorb | suck to a titanium dioxide film by the above-mentioned method.
On the other hand, for the cathode, a platinum film was baked at 450 ° C. for 30 minutes.
The anode has a configuration in which eight 1 cm × 10 cm strip-shaped cells (titanium dioxide films) are arranged in parallel (see FIG. 1D), and the total area is 80 cm 2 . Further, another anode having a total area of 40 cm 2 was prepared by arranging four 1 cm × 10 cm strip cells in parallel by the same method as described above.

作製したアノードとカソードを用いて、色素増感太陽電池を作製した。
隣り合う短冊状のセルの間には、金属配線及び保護層を設けた。
また、カソード側に電解液の注入口を穿孔した後、スペーサー入りの紫外線硬化型の樹脂を用いて、アノードとカソードの間をシーリングした。そして、注入口より電解液を充填した後、注入口を封止して、色素増感太陽電池を形成した。
上記した2種類のアノードを使用した各色素増感太陽電池について、光透過率と光電変換効率の測定を行った。
A dye-sensitized solar cell was produced using the produced anode and cathode.
Metal wiring and a protective layer were provided between adjacent strip cells.
Further, after an electrolyte injection hole was perforated on the cathode side, the gap between the anode and the cathode was sealed using an ultraviolet curable resin containing a spacer. And after filling electrolyte solution from an injection port, the injection port was sealed and the dye-sensitized solar cell was formed.
About each dye-sensitized solar cell using two types of above-mentioned anodes, the light transmittance and the photoelectric conversion efficiency were measured.

以上の方法で得られたアノードとカソード、及び色素増感太陽電池を用い、種々行った試験の結果について、以下説明する。   The results of various tests conducted using the anode and cathode obtained by the above method and the dye-sensitized solar cell will be described below.

(二酸化チタン膜と白金膜の膜厚調整による透過率のコントロール)
図3(A)に、ガラス基板上に溶射成膜した二酸化チタン膜のパス回数に対する膜厚を示す。また、図3(B)に、増感色素を吸着させた二酸化チタン膜の膜厚に対する光透過率を示す。
図3(A)に示すように、パス回数の増加に伴って膜厚が増加した。一方、図3(B)に示すように、二酸化チタン膜を成膜する前のガラス基板の光透過率は83.7%であったのに対し、二酸化チタンの膜厚が1.9μmのとき、ガラス基板の光透過率は40.2%、12μmのときは4.18%となり、光透過率は膜厚の増加に伴い大幅に低減した。
(Transmittance control by adjusting the thickness of titanium dioxide film and platinum film)
FIG. 3A shows the film thickness with respect to the number of passes of a titanium dioxide film formed by thermal spraying on a glass substrate. FIG. 3B shows the light transmittance with respect to the thickness of the titanium dioxide film on which the sensitizing dye is adsorbed.
As shown in FIG. 3A, the film thickness increased as the number of passes increased. On the other hand, as shown in FIG. 3B, the light transmittance of the glass substrate before forming the titanium dioxide film was 83.7%, whereas the thickness of the titanium dioxide film was 1.9 μm. The light transmittance of the glass substrate was 40.2%, and 4.18% when the thickness was 12 μm. The light transmittance was greatly reduced as the film thickness increased.

図4(A)に、ガラス基板上に溶射成膜した白金膜のパス回数に対する膜厚を示す。また、図4(B)に、白金膜の膜厚に対する光透過率を示す。
図4(A)に示すように、上記した二酸化チタン膜と同様、パス回数の増加に伴って膜厚が増加した。一方、図4(B)に示すように、白金膜の膜厚が20nm以上になると、光透過率は著しく低下し、膜厚が45nmのとき、光透過率は43.1%となり、非成膜時に比べて光透過率が半減した。
FIG. 4A shows the film thickness with respect to the number of passes of a platinum film formed by thermal spraying on a glass substrate. FIG. 4B shows the light transmittance with respect to the thickness of the platinum film.
As shown in FIG. 4A, the film thickness increased with an increase in the number of passes, similar to the titanium dioxide film described above. On the other hand, as shown in FIG. 4B, when the film thickness of the platinum film is 20 nm or more, the light transmittance is remarkably reduced. When the film thickness is 45 nm, the light transmittance is 43.1%, which is a non-formed film. The light transmittance was halved compared to the film.

次に、膜厚の異なる二酸化チタン膜を用いて、色素増感太陽電池を作製した。なお、カソードには、光透過率の低下が軽微な、白金膜の厚みを21nmとしたものを用いた。
まず、色素増感太陽電池の光電変換効率の結果を、図5(A)に示す。
図5(A)に示すように、色素増感太陽電池の光電変換効率は、二酸化チタン膜の膜厚の増加と共に増加した。
Next, the dye-sensitized solar cell was produced using the titanium dioxide film from which film thickness differs. The cathode used was a platinum film having a thickness of 21 nm with a slight decrease in light transmittance.
First, the result of the photoelectric conversion efficiency of the dye-sensitized solar cell is shown in FIG.
As shown in FIG. 5A, the photoelectric conversion efficiency of the dye-sensitized solar cell increased with an increase in the thickness of the titanium dioxide film.

次に、色素増感太陽電池の光電変換効率に対する色素増感太陽電池全体の光透過率の結果を、図5(B)に示す。
図5(B)に示すように、色素増感太陽電池の光電変換効率が2.06%(二酸化チタン膜の膜厚:1.9μm)のとき、色素増感太陽電池の光透過率は20.3%であり、また、色素増感太陽電池の光電変換効率が4.30%(二酸化チタン膜の膜厚:12μm)のとき、色素増感太陽電池の光透過率は5.2%であった。
つまり、色素増感太陽電池の光電変換効率が増加、即ち二酸化チタン膜の膜厚が増加するほど、光透過率は減少した。
Next, the result of the light transmittance of the whole dye-sensitized solar cell with respect to the photoelectric conversion efficiency of the dye-sensitized solar cell is shown in FIG.
As shown in FIG. 5B, when the photoelectric conversion efficiency of the dye-sensitized solar cell is 2.06% (thickness of the titanium dioxide film: 1.9 μm), the light transmittance of the dye-sensitized solar cell is 20 When the photoelectric conversion efficiency of the dye-sensitized solar cell is 4.30% (thickness of the titanium dioxide film: 12 μm), the light transmittance of the dye-sensitized solar cell is 5.2%. there were.
That is, the light transmittance decreased as the photoelectric conversion efficiency of the dye-sensitized solar cell increased, that is, the thickness of the titanium dioxide film increased.

以上のことから、二酸化チタン膜の膜厚を調整した色素増感太陽電池を、例えば、窓面に使う場合、光透過率が20%程度では不十分であるが、光透過率を更に増加させるためには、光電変換効率が大幅に低下することから免れない。
従って、二酸化チタン膜の膜厚調整によって、発電量と光透過量の両立を図ることは、非常に困難であることが分かる。
From the above, when using a dye-sensitized solar cell in which the thickness of the titanium dioxide film is adjusted, for example, for a window surface, a light transmittance of about 20% is insufficient, but the light transmittance is further increased. Therefore, the photoelectric conversion efficiency is unavoidably reduced.
Therefore, it can be seen that it is very difficult to achieve both power generation and light transmission by adjusting the thickness of the titanium dioxide film.

(多孔質半導体層の形成領域を変更した色素増感太陽電池)
図6に、二酸化チタン膜の形成領域を種々変更した場合のI−V特性を測定した結果を示す。なお、二酸化チタン膜の形成領域は、80cm(図6中の○印)、40cm(図6中の×印)、0.25cm(図6中の◆印)、とした。
二酸化チタン膜の形成領域(面積)の増大により、短絡電流密度(Jsc)と曲線因子(FF)が低減した結果、光電変換効率は、図6より、二酸化チタン膜の形成領域が0.25cmのとき2.79%であったのに対し、80cmのときは2.44%、40cmのときは2.54%となった。ここで、短絡電流密度と曲線因子の低下の原因としては、金属配線による集電効果が不十分であったこと、集電配線の形成により、アノードとカソードの距離が増大したことなどが考えられる。
(Dye-sensitized solar cell with changed porous semiconductor layer formation region)
FIG. 6 shows the results of measuring the IV characteristics when the formation region of the titanium dioxide film is variously changed. The formation region of the titanium dioxide film, 80 cm 2 (○ mark in Fig. 6), 40 cm 2 (× mark in FIG. 6), 0.25 cm 2 (◆ mark in FIG. 6), and a.
As a result of the decrease in short circuit current density (Jsc) and fill factor (FF) due to the increase in the formation region (area) of the titanium dioxide film, the photoelectric conversion efficiency is 0.25 cm 2 in the formation region of the titanium dioxide film from FIG. 2.79% at 80 cm 2 , 2.44% at 80 cm 2 and 2.54% at 40 cm 2 . Here, the cause of the decrease in the short-circuit current density and the fill factor may be that the current collection effect by the metal wiring is insufficient, and that the distance between the anode and the cathode is increased by forming the current collection wiring. .

また、色素増感太陽電池の出力は、二酸化チタン膜の形成領域が80cmのとき194.8mW、40cmのとき101.7mWであり、40cmのときの出力は、80cmのときの出力のおよそ半分であった。また、二酸化チタン膜の形成領域を変更した色素増感太陽電池の光電変換効率と光透過量の関係は、比例関係であった。一方、光の透過率は、膜厚に対して指数関数的に減衰する。 The output of the dye-sensitized solar cell is 194.8 mW when the titanium dioxide film forming region is 80 cm 2 , 101.7 mW when 40 cm 2 , and the output when 40 cm 2 is the output when 80 cm 2. About half of that. Moreover, the relationship between the photoelectric conversion efficiency and the light transmission amount of the dye-sensitized solar cell in which the formation region of the titanium dioxide film was changed was a proportional relationship. On the other hand, the light transmittance attenuates exponentially with respect to the film thickness.

ここで、二酸化チタン膜の形成領域を変更した色素増感太陽電池と、二酸化チタン膜の膜厚を調整した色素増感太陽電池について、光透過率に対する光電変換効率を、図7に示す。
図7に示すように、二酸化チタン膜の形成領域を変更する方法は、二酸化チタン膜の膜厚を調整する方法に比べ、光透過量の増大に伴う光変換効率の低下を抑制できることが分った。
Here, the photoelectric conversion efficiency with respect to the light transmittance is shown in FIG. 7 about the dye-sensitized solar cell which changed the formation area of the titanium dioxide film, and the dye-sensitized solar cell which adjusted the film thickness of the titanium dioxide film.
As shown in FIG. 7, it can be seen that the method of changing the formation region of the titanium dioxide film can suppress the decrease in light conversion efficiency accompanying the increase in the amount of light transmission, compared with the method of adjusting the film thickness of the titanium dioxide film. It was.

以上のことから、本発明の色素増感太陽電池用アノードの製造方法及び色素増感太陽電池の製造方法を使用することで、意匠性に優れ、光発電量と光透過量を自在にコントロール可能な色素増感太陽電池用アノード及び色素増感太陽電池を提供できることを確認できた。   From the above, by using the method for producing an anode for a dye-sensitized solar cell and the method for producing a dye-sensitized solar cell of the present invention, the design is excellent and the amount of photovoltaic power generation and the amount of light transmission can be freely controlled. It was confirmed that an anode for a dye-sensitized solar cell and a dye-sensitized solar cell could be provided.

以上、本発明を、実施の形態を参照して説明してきたが、本発明は何ら上記した実施の形態に記載の構成に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載されている事項の範囲内で考えられるその他の実施の形態や変形例も含むものである。例えば、前記したそれぞれの実施の形態や変形例の一部又は全部を組合せて本発明の色素増感太陽電池用アノードの製造方法及び色素増感太陽電池の製造方法を構成する場合も本発明の権利範囲に含まれる。   As described above, the present invention has been described with reference to the embodiment. However, the present invention is not limited to the configuration described in the above embodiment, and the matters described in the scope of claims. Other embodiments and modifications conceivable within the scope are also included. For example, the present invention can also be applied to the case where the method for producing an anode for a dye-sensitized solar cell and the method for producing a dye-sensitized solar cell of the present invention are configured by combining some or all of the above-described embodiments and modifications. Included in the scope of rights.

10:色素増感太陽電池用アノード、11:透明基板、12:多孔質半導体層、13:マスク、14:多孔質半導体層、20:溶射装置、21:燃焼室、22:噴射ノズル、23:バレル 10: Anode for dye-sensitized solar cell, 11: Transparent substrate, 12: Porous semiconductor layer, 13: Mask, 14: Porous semiconductor layer, 20: Thermal spraying device, 21: Combustion chamber, 22: Injection nozzle, 23: barrel

Claims (4)

増感色素を吸着させた多孔質半導体層を透明基板上に有する色素増感太陽電池用アノードの製造方法において、
前記透明基板上の予め設定した領域に、耐熱性樹脂で構成されるマスクを形成した後、該マスクが形成された前記透明基板上に、溶射法を用いて前記多孔質半導体層を形成する半導体層形成工程と、
前記透明基板上の前記領域から前記マスクを除去した後、前記透明基板上の前記領域外の前記多孔質半導体層に前記増感色素を吸着させる色素吸着工程とを有することを特徴とする色素増感太陽電池用アノードの製造方法。
In the method for producing an anode for a dye-sensitized solar cell having a porous semiconductor layer on which a sensitizing dye is adsorbed on a transparent substrate,
A semiconductor which forms a porous semiconductor layer using a thermal spraying method on the transparent substrate on which the mask is formed after forming a mask made of a heat-resistant resin in a predetermined region on the transparent substrate A layer forming step;
A dye adsorption step of adsorbing the sensitizing dye to the porous semiconductor layer outside the region on the transparent substrate after removing the mask from the region on the transparent substrate. A method for producing an anode for a solar cell.
請求項1記載の色素増感太陽電池用アノードの製造方法において、前記耐熱性樹脂は、紫外線硬化型の樹脂であることを特徴とする色素増感太陽電池用アノードの製造方法。   The method for producing an anode for a dye-sensitized solar cell according to claim 1, wherein the heat-resistant resin is an ultraviolet curable resin. 請求項1又は2記載の色素増感太陽電池用アノードの製造方法において、前記多孔質半導体層の材料は、酸化チタンの微粒子であることを特徴とする色素増感太陽電池用アノードの製造方法。   3. The method for producing an anode for a dye-sensitized solar cell according to claim 1, wherein the material of the porous semiconductor layer is fine particles of titanium oxide. 請求項1〜3のいずれか1項に記載の色素増感太陽電池用アノードの製造方法を用いて製造した色素増感太陽電池用アノードと、カソードとを、隙間を有して対向配置し、前記色素増感太陽電池用アノードと前記カソードの間に電解質を充填することを特徴とする色素増感太陽電池の製造方法。   A dye-sensitized solar cell anode manufactured using the method for manufacturing a dye-sensitized solar cell anode according to any one of claims 1 to 3 and a cathode, with a gap therebetween, A method for producing a dye-sensitized solar cell, wherein an electrolyte is filled between the anode for the dye-sensitized solar cell and the cathode.
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JPH05111666A (en) * 1991-10-23 1993-05-07 Yoshikawa Kogyo Co Ltd Masking method for thermal spraying
US5322727A (en) * 1992-10-21 1994-06-21 Alliedsignal Inc. Plasma spray masking tape
JPH108233A (en) * 1996-06-26 1998-01-13 Matsushita Electric Ind Co Ltd Method for masking in thermal spraying and device therefor
JP4291541B2 (en) * 2002-03-29 2009-07-08 Tdk株式会社 Oxide semiconductor electrode for photoelectric conversion and dye-sensitized solar cell
JP5288598B2 (en) * 2008-07-29 2013-09-11 国立大学法人九州工業大学 Dye-sensitized solar cell and method for producing the same
EP2618420B1 (en) * 2010-09-16 2016-12-07 Adeka Corporation Additive for use in dye-sensitized solar cell
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