JP6374731B2 - 増感色素染色法 - Google Patents
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Description
しかしながら、半導体層を色素溶液に浸漬して色素を吸着させる工程(吸着工程)に要する時間として、一般的に数時間〜数十時間を要することが、製造効率を高めるうえで障害になっている。
[2]前記アミンが下記式(1)で表されるモノアミンであることを特徴とする前記[1]に記載の増感色素染色法。
[3]前記アミンが1級アミン、2級アミン、又は3級アミンであることを特徴とする前記[1]に記載の増感色素染色法。
[4]前記色素溶液における前記アミン濃度が0.004〜4Mであることを特徴とする前記[1]〜[3]の何れか一項に記載の増感色素染色法。
[5]前記溶媒が、極性溶媒であることを特徴とする前記[1]〜[4]の何れか一項に記載の増感色素染色法。
[6]前記半導体層が表面に形成された基材を前記色素溶液に浸漬することを特徴とする前記[1]〜[5]の何れか一項に記載の増感色素染色法。
[7]前記基材がロールから巻き出された長尺の樹脂フィルムであることを特徴とする前記[1]〜[6]の何れか一項に記載の増感色素染色法。
《増感色素染色法》
本実施形態の増感色素染色法は、アミンと、少なくとも1つのカルボキシル基を有する増感色素と、溶媒とを含む色素溶液を、半導体層に接触させる工程を有する。
前記環を形成する方法として、例えばR2及びR3の2つが前記炭化水素基である場合、各炭化水素基から1つずつ水素原子を除いた基(2価の炭化水素基)の炭素原子同士が結合する方法が挙げられる。
前記1級アミンとして、例えば、エチルアミン、n−プロピルアミン、sec−プロピルアミン、n−ブチルアミン、sec−ブチルアミン、i−ブチルアミン、tert−ブチルアミン、ペンチルアミン、ヘキシルアミン、ヘプチルアミン、オクチルアミン、デシルアミン、ラウリルアミン、ミスチリルアミン、1,2−ジメチルヘキシルアミン、3−ペンチルアミン、2−エチルヘキシルアミン、アリルアミン、アミノエタノール、1−アミノプロパノール、2−アミノプロパノール、アミノブタノール、アミノペンタノール、アミノヘキサノール、3−エトキシプロピルアミン、3−プロポキシプロピルアミン、3−イソプロポキシプロピルアミン、3−ブトキシプロピルアミン、3−イソブトキシプロピルアミン、3−(2−エチルヘキシロキシ)プロピルアミン、アミノシクロペンタン、アミノシクロヘキサン、アミノノルボルネン、アミノメチルシクロヘキサン、アミノベンゼン、ベンジルアミン、フェネチルアミン、α−フェニルエチルアミン、ナフチルアミン、フルフリルアミン等の1級モノアミンが挙げられる。
前記2級アミンとして、例えば、ジエチルアミン、ジプロピルアミン、ジ−n−ブチルアミン、ジ−sec−ブチルアミン、ジイソブチルアミン、ジ−n−ペンチルアミン、ジ−3−ペンチルアミン、ジヘキシルアミン、ジオクチルアミン、ジ(2−エチルヘキシル)アミン、メチルヘキシルアミン、ジアリルアミン、ピロリジン、ピペリジン、2,4−、2,6−、3,5−ルペチジン、ジフェニルアミン、N−メチルアニリン、N−エチルアニリン、ジベンジルアミン、メチルベンジルアミン、ジナフチルアミン、ピロール、インドリン、インドール、モルホリン等の2級モノアミンが挙げられる。
前記3級アミンとして、例えば、トリメチルアミン、トリエチルアミン、トリ−n−プロピルアミン、トリ−iso−プロピルアミン、トリ−1,2−ジメチルプロピルアミン、トリ−3−メトキシプロピルアミン、トリ−n−ブチルアミン、トリ−iso−ブチルアミン、トリ−sec−ブチルアミン、トリ−ペンチルアミン、トリ−3−ペンチルアミン、トリ−n−ヘキシルアミン、トリ−n−オクチルアミン、トリ−2−エチルヘキシルアミン、トリ−ドデシルアミン、トリ−ラウリルアミン、ジシクロヘキシルエチルアミン、シクロヘキシルジエチルアミン、トリ−シクロヘキシルアミン、N,N−ジメチルヘキシルアミン、N−メチルジヘキシルアミン、N,N−ジメチルシクロヘキシルアミン、N−メチルジシクロヘキシルアミン、N、N−ジエチルエタノールアミン、N、N−ジメチルエタノールアミン、N−エチルジエタノールアミン、トリエタノールアミン、トリベンジルアミン、N,N−ジメチルベンジルアミン、ジエチルベンジルアミン、トリフェニルアミン、N,N−ジメチルアミノ−p−クレゾール、N,N−ジメチルアミノメチルフェノール、2−(N,N−ジメチルアミノメチル)フェノール、N,N−ジメチルアニリン、N,N−ジエチルアニリン、ピリジン、キノリン、N−メチルモルホリン、N−メチルピペリジン、2−(2−ジメチルアミノエトキシ)−4−メチル−1,3,2−ジオキサボルナン、2−、3−、4−ピコリン等の3級モノアミンが挙げられる。
上範囲の下限値以上であることにより、アミンを添加することによる半導体層中の増感色素の拡散性をより向上させることができる。上記範囲の上限値以下であることにより、アミンが色素吸着を阻害することを防止できる。
本実施形態の色素溶液を構成する溶媒は、増感色素及びアミンを溶解し、増感色素の半導体層に対する結合を完全に阻害する溶媒でなければ特に制限されず、極性溶媒であっても良いし、非極性溶媒であっても良いが、増感色素の半導体層に対する化学的結合を促進する観点から、極性溶媒であることが好ましい。
前記極性溶媒としては、例えば、ニトリル系溶媒、アルコール系溶媒、アミド系溶媒、スルホキシド系溶媒、ラクトン系溶媒等が挙げられる。
前記溶媒は1種単独で使用しても良いし、2種以上を併用した混合溶媒として使用しても良い。
本実施形態における増感色素の種類は特に制限されず、半導体層と化学的に結合し得るカルボキシル基(−COOH又は水素原子が解離した−COO−)を少なくとも1つ有する増感色素であることが好ましい。このような増感色素として、従来の増感色素が適用できる。
本実施形態における色素溶液中の増感色素の濃度は特に制限されず、従来と同様の濃度で構わない。
本実施形態における半導体層を構成する半導体材料は特に制限されないが、色素吸着が良好であり、色素を担持した光電極として良好に機能する観点から、例えば酸化物半導体が好ましい半導体材料として挙げられる。酸化物半導体層を構成する金属酸化物の種類は特に制限されず、従来の色素増感太陽電池分野で使用される金属酸化物が適用可能である。例えば、表面に水酸基(−OH)を有する酸化チタン、酸化亜鉛、チタン酸ストロンチウム、酸化第二錫などの金属酸化物粒子によって構成された酸化物半導体層が好適である。半導体層は多孔質であってもよいし、緻密膜であってもよいが、色素結合量を増加させる観点から、通常は多孔質であることが好ましい。
上記範囲の下限値以上であるとフィルム強度が優れ、上記範囲の上限値以下であると軽量性が優れる。なお、本発明においてフィルムとシートは同義であり、区別しない。
まず、FTO膜が表面に成膜されたガラス基板の上に、150℃の焼成によって9〜10μmの厚みを有する多孔質の酸化チタン薄膜が形成された光電極を準備した。光電極の作用面積は0.16cm2であった。粒径15〜20nmの酸化チタン粒子を使用した。
また、増感色素N719([RuL2(NCS)2]:2TBA L、すなわち2,2’-bipyridyl-4,4’-dicarboxylic acid TBA)を0.3mMの濃度でアセトニトリルとtert-ブタノールの体積比1:1の混合溶媒に溶解した溶液に、ピロールを0.1vol%(約14.4mM)の濃度で添加した色素溶液を準備した。
増感色素N719の0.3mM(アセトニトリルとtert-ブタノールの体積比1:1)溶液に、添加剤としてピロールを10vol%の濃度で添加した色素溶液を使用した以外は、実施例1と同様に酸化チタン膜の色素染色を行った。その結果、実施例1と同様に、4時間弱(3〜4時間)の浸漬で、酸化チタン膜の厚み方向の全体に亘って充分な量の色素が吸着及び結合したことが確認された。
増感色素N719の0.3mM(アセトニトリルとtert-ブタノールの体積比1:1)溶液に、アミンの添加剤を加えずに、そのまま色素溶液として使用した以外は、実施例1と同様に酸化チタン膜の色素染色を行った。その結果、実施例1,2と同等の充分な量の色素を吸着及び結合するためには、6〜7時間の浸漬処理を要した。
増感色素N719の0.3mM(アセトニトリルとtert-ブタノールの体積比1:1)溶液に、トリフェニルホスフィンを0.1wt%(約4mM)の濃度で添加した色素溶液を使用した以外は、実施例1と同様にチタニア膜の色素染色を行った。その結果、実施例1,2と同等の充分な量の色素を吸着及び結合するためには、7時間を超える浸漬処理を要した。
Claims (5)
- ピロールと、少なくとも1つのカルボキシル基を有する増感色素と、溶媒とを含む色素溶液を、半導体層に接触させる工程を有する、増感色素染色法。
- 前記色素溶液におけるピロールの濃度が0.004〜4Mであることを特徴とする請求項1に記載の増感色素染色法。
- 前記溶媒が、極性溶媒であることを特徴とする請求項1又は2に記載の増感色素染色法。
- 前記半導体層が表面に形成された基材を前記色素溶液に浸漬することを特徴とする請求項1〜3の何れか一項に記載の増感色素染色法。
- 前記基材がロールから巻き出された長尺の樹脂フィルムであることを特徴とする請求項4に記載の増感色素染色法。
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