JP6775175B1 - Dye-sensitized solar cell that can obtain high power generation - Google Patents

Dye-sensitized solar cell that can obtain high power generation Download PDF

Info

Publication number
JP6775175B1
JP6775175B1 JP2020016359A JP2020016359A JP6775175B1 JP 6775175 B1 JP6775175 B1 JP 6775175B1 JP 2020016359 A JP2020016359 A JP 2020016359A JP 2020016359 A JP2020016359 A JP 2020016359A JP 6775175 B1 JP6775175 B1 JP 6775175B1
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
dye
solar cell
titanium
sensitized solar
layer
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
JP2020016359A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2021125509A (en
Inventor
輝樹 高安
輝樹 高安
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Showa Co Ltd
Original Assignee
Showa Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Showa Co Ltd filed Critical Showa Co Ltd
Priority to JP2020016359A priority Critical patent/JP6775175B1/en
Application granted granted Critical
Publication of JP6775175B1 publication Critical patent/JP6775175B1/en
Publication of JP2021125509A publication Critical patent/JP2021125509A/en
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50Photovoltaic [PV] energy
    • Y02E10/542Dye sensitized solar cells

Landscapes

  • Hybrid Cells (AREA)
  • Photovoltaic Devices (AREA)

Abstract

【課題】太陽の位置が変化した場合や光が弱い屋内であっても、発電量が高く維持される色素増感型太陽電池の提供。【解決手段】少なくとも一対の光電極と対極とが電解質層を介して対向配置された色素増感型太陽電池1であり、光電極がチタン材料上に、色素増感剤を含有する多孔質酸化チタン焼結体層が形成され、対極が透明導電性ガラスあるいは透明導電性フィルム上に、電気化学的還元触媒層が形成され、色素増感型太陽電池の側に向かって入射する光を収束させるように集光レンズ3並びに集光レンズを通過した光を反射する反射板4がそれぞれ設置され、色素増感型太陽電池の受光面の法線Nが集光レンズの光軸L方向に対して交差するように色素増感型太陽電池が配置され、反射板は色素増感型太陽電池の受光面の法線が光軸方向に対して交差する側に、集光レンズを通過した光のうち少なくとも一部を反射して色素増感型太陽電池に照射させるように配置されている。【選択図】図1PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a dye-sensitized solar cell in which a high amount of power generation is maintained even when the position of the sun changes or indoors where light is weak. SOLUTION: This is a dye-sensitized solar cell 1 in which at least a pair of photoelectrodes and counterpoles are arranged to face each other via an electrolyte layer, and the photoelectrodes are porous oxidation containing a dye-sensitizer on a titanium material. A titanium sintered body layer is formed, and an electrochemical reduction catalyst layer is formed on a transparent conductive glass or a transparent conductive film whose counter electrode is a transparent conductive glass, and the light incident on the dye-sensitized solar cell side is converged. As described above, the condensing lens 3 and the reflecting plate 4 that reflects the light that has passed through the condensing lens are installed, and the normal line N of the light receiving surface of the dye-sensitized solar cell is in the direction of the optical axis L of the condensing lens. Dye-sensitized solar cells are arranged so as to intersect, and the reflector is the light that has passed through the condenser lens on the side where the normal lines of the light receiving surface of the dye-sensitized solar cell intersect with respect to the optical axis direction. It is arranged so as to reflect at least a part and irradiate the dye-sensitized solar cell. [Selection diagram] Fig. 1

Description

本発明は、色素増感型太陽電池に関し、より詳しくは集光レンズと反射板とを備えた色素増感型太陽電池に関する。 The present invention relates to a dye-sensitized solar cell, and more particularly to a dye-sensitized solar cell including a condensing lens and a reflector.

太陽電池としては、単結晶、多結晶又はアモルファスのシリコン型太陽電池、CIGS、CdTe、GaAs等の化合物半導体太陽電池、有機薄膜太陽電池、ペロブスカイト型太陽電池、色素増感型太陽電池等、多種類のものがある。
これらの太陽電池の中では、現在シリコン型太陽電池が主流となっている。しかしながら、このシリコン型太陽電池は、高純度のシリコン材料を必要とし、しかも製造プロセスにおけるエネルギー消耗が高く、製造コストが高くなるとの問題となっているだけではなく、太陽電池の軽量化も難しかった。
There are many types of solar cells such as single crystal, polycrystalline or amorphous silicon type solar cells, compound semiconductor solar cells such as CIGS, CdTe, and GaAs, organic thin film solar cells, perovskite type solar cells, and dye-sensitized solar cells. There is a thing.
Among these solar cells, silicon type solar cells are currently the mainstream. However, this silicon-type solar cell requires a high-purity silicon material, consumes a lot of energy in the manufacturing process, and has a problem of high manufacturing cost, and it is also difficult to reduce the weight of the solar cell. ..

こうした中、色素増感型太陽電池は、安価に作製ができ、高い光電変換効率を有するために、次世代太陽電池として注目されている。
色素増感型太陽電池は、光電極と対極との間に、可逆的な電気化学的酸化還元特性を有するヨウ素やヨウ化物イオン等の電解質を注入後、光電極と対極とを封止及び結線するという簡便な手法により、構築できる。
Under these circumstances, dye-sensitized solar cells are attracting attention as next-generation solar cells because they can be manufactured at low cost and have high photoelectric conversion efficiency.
In a dye-sensitized solar cell, after injecting an electrolyte such as iodine or iodide ion having reversible electrochemical redox characteristics between the photoelectrode and the counter electrode, the photoelectrode and the counter electrode are sealed and connected. It can be constructed by a simple method of doing.

色素増感型太陽電池としては、例えば、従来以下の手法により作製されるものがある。
先ず、フッ素ドープ酸化スズ(FTO)等の透明導電膜を形成させたガラス基板である透明導電性ガラス上に酸化チタン微粒子粉末を含むペースト剤を塗布する。次いで、加熱処理することにより、多孔質状酸化チタン焼結体層が透明導電膜上に形成された光電極基板を作製する。
次いで、ルテニウム錯体系色素、インドリン系色素等の色素増感剤を含む有機溶媒中に、上記の光電極基板を浸漬することにより、多孔質酸化チタンの表面に色素増感剤が吸着された光電極を作製する。
次に、スパッタリングやCVD(Chemical Vapor Deposition)等の手法により、透明導電膜を形成させたガラス基板やフィルム上に、高い電気化学的還元作用を有する白金層を蒸着等の手法にて形成させることにより対極が作製される。
このようにして作製した光電極と対極の間に、可逆的な電気化学的酸化還元特性を有するヨウ素やヨウ化物イオン等を含むアセトニトリル等の有機溶媒にて構成される電解質層を注入し、封止することという簡便な手法において色素増感型太陽電池は作製される。
As the dye-sensitized solar cell, for example, there is one manufactured by the following method.
First, a paste agent containing titanium oxide fine particle powder is applied onto a transparent conductive glass which is a glass substrate on which a transparent conductive film such as fluorine-doped tin oxide (FTO) is formed. Next, the photoelectrode substrate in which the porous titanium oxide sintered body layer is formed on the transparent conductive film is produced by heat treatment.
Next, by immersing the above photoelectrode substrate in an organic solvent containing a dye sensitizer such as a ruthenium complex dye or an indoline dye, the photosensitizer is adsorbed on the surface of the porous titanium oxide. Make an electrode.
Next, a platinum layer having a high electrochemical reducing action is formed on a glass substrate or film on which a transparent conductive film is formed by a method such as sputtering or CVD (Chemical Vapor Deposition). Creates a counter electrode.
An electrolyte layer composed of an organic solvent such as acetonitrile containing iodine, iodide ions, etc., which has reversible electrochemical redox properties, is injected between the photoelectrode produced in this manner and the counter electrode, and sealed. A dye-sensitized solar cell is manufactured by a simple method of stopping.

また、前記色素増感型太陽電池は、以下のようにして発電される。
光電極の多孔質状酸化チタン焼結体層に吸着された色素増感剤に光照射が為されると、色素増感剤が光吸収することにおいて、電子が励起される。この励起電子は、色素増感剤が吸着している多孔質酸化チタン層を通じて、FTO等の透明導電膜に到達する。光励起に伴う電子を放出した色素増感剤は、電解質から電子を奪う酸化反応を起こす。
また、光電極基板の透明導電膜に到達した電子は、外部回路を経由して対極へ移動する。この対極に移動した電子は、電子を奪われた電解質へ電子を供給する還元反応を起こす。こうした一連の流れを繰り返すことで、色素増感型太陽電池は、発電を行う。
Further, the dye-sensitized solar cell is generated as follows.
When the dye sensitizer adsorbed on the porous titanium oxide sintered body layer of the photoelectrode is irradiated with light, electrons are excited by the light absorption of the dye sensitizer. These excited electrons reach a transparent conductive film such as FTO through the porous titanium oxide layer on which the dye sensitizer is adsorbed. The dye sensitizer that emits electrons due to photoexcitation causes an oxidation reaction that robs the electrolyte of electrons.
Further, the electrons that reach the transparent conductive film of the photoelectrode substrate move to the counter electrode via the external circuit. The electrons that have moved to the opposite electrode undergo a reduction reaction that supplies electrons to the electrolyte that has been deprived of electrons. By repeating such a series of flows, the dye-sensitized solar cell generates electricity.

しかしながら、従来の透明導電膜では電気抵抗が高いことや酸化チタン焼結体を作製する際の加熱処理において、電気抵抗はさらに高くなるために、得られた色素増感型太陽電池の光電変換効率が低くなるという問題点があった。 However, since the electric resistance of the conventional transparent conductive film is high and the electric resistance is further increased in the heat treatment when producing the titanium oxide sintered body, the photoelectric conversion efficiency of the obtained dye-sensitized solar cell is increased. There was a problem that it became low.

そこで、本発明者は、金属チタン又はチタン合金或いは表面処理された金属チタン又はチタン合金を光電極に用いた高電力が発現できる色素増感型太陽電池モジュールを開発している(特許文献1)。
ここで、太陽の軌道は、一日のうちや季節ごとに変化するため、太陽電池の向きが固定されていると、発電効率が一日のうちや季節ごとに変化することになる。
現在のところ、太陽電池の向きを太陽の動きにあわせて変化させることはコストの観点から採用し難いことから、シリコン型太陽電池においては発現効率を高める手段としては、追尾型の集光レンズのような集光装置を用いられている。
Therefore, the present inventor has developed a dye-sensitized solar cell module capable of expressing high power by using metallic titanium or titanium alloy or surface-treated metallic titanium or titanium alloy as an optical electrode (Patent Document 1). ..
Here, since the orbit of the sun changes during the day or every season, if the orientation of the solar cell is fixed, the power generation efficiency will change during the day or every season.
At present, it is difficult to change the orientation of the solar cell according to the movement of the sun from the viewpoint of cost. Therefore, in the silicon type solar cell, as a means for increasing the expression efficiency, a tracking type condensing lens is used. Such a condensing device is used.

特許第6104446号公報Japanese Patent No. 6104446

しかしながら、現在の太陽電池の主流であるシリコン型太陽電池や従来の光電極に透明導電ガラスや透明導電フィルムを用いた色素増感型太陽電池においては太陽の位置が変化するとそれに応じて太陽電池に照射される光の量が変化するため、集光装置を用いた場合であっても、高い発電量を維持することは難しかった。
また、シリコン型太陽電池は、入射光強度が弱い屋内では、電流のみならず電圧も低下してしまうため、ほとんど発電しなくなってしまうという欠点を持つ。一方、色素増感型太陽電池は、入射光が弱くとも電流は低下するが、電圧はほとんど変化しないため、屋内での使用も可能という利点があるが、それでも、電流の大きさは入射光強度に依存するため、得られる発電量はそれほど大きくない。
However, the sun accordingly the position of the sun changes in mainstream is silicon solar cell and a conventional dye-sensitized solar cell using the transparent conductive glass and a transparent conductive film on the photoelectrode of the current solar cell Since the amount of light emitted to the battery changes, it is difficult to maintain a high amount of power generation even when a condensing device is used.
Further, the silicon type solar cell has a drawback that it hardly generates electricity because not only the current but also the voltage drops indoors where the incident light intensity is weak. On the other hand, the dye-sensitized solar cell has the advantage that it can be used indoors because the current decreases even if the incident light is weak, but the voltage hardly changes, but the magnitude of the current is still the incident light intensity. The amount of power generated is not so large because it depends on.

本発明は、上記の課題を解決するべく、太陽の位置が変化した場合や、光が弱い屋内であっても、発電量が高く維持される色素増感型太陽電池を提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide a dye-sensitized solar cell that maintains a high amount of power generation even when the position of the sun changes or indoors where the light is weak, in order to solve the above problems. To do.

本発明者は、上記した従来技術の問題点を解決すべく検討をした処、特定の構造を備える色素増感型太陽電池が上記した目的を達成できることを見出した。 The present inventor has studied to solve the above-mentioned problems of the prior art, and found that a dye-sensitized solar cell having a specific structure can achieve the above-mentioned object.

本発明の要旨は、
[1]少なくとも一対の光電極と対極とが電解質層を介して対向配置された色素増感型太陽電池において、
(1)光電極が、チタン材料上に、色素増感剤を含有する多孔質酸化チタン焼結体層が形成されたものであり、
(2)対極が、透明導電性ガラスあるいは透明導電性フィルム上に、電気化学的還元触媒層が形成されたものであり、
(3)前記色素増感型太陽電池の側に向かって入射する光を収束させるように集光レンズが配置され、前記集光レンズを通過した光を反射する反射板が設置され、
前記色素増感型太陽電池の受光面の法線が前記集光レンズの光軸方向に対して交差するように前記色素増感型太陽電池が配置され、
前記反射板は、前記色素増感型太陽電池の受光面の法線が前記光軸方向に対して交差する側に、前記集光レンズを通過した光のうち少なくとも一部を反射して前記色素増感型太陽電池に照射するように配置され
前記色素増感型太陽電池を固定した基板、前記集光レンズおよび前記反射板が、略三角筒状となるように配置されていることを特徴とする色素増感型太陽電池、
[2]前記色素増感型太陽電池の受光面の法線と、前記集光レンズの光軸とのなす角度が0°を超えて180°未満である、前記[1]に記載の色素増感型太陽電池
]前記チタン材料が、金属チタン、チタン合金、表面処理された金属チタン及び表面処理されたチタン合金からなる群から選ばれた1種以上の材料である、前記[1]または[2]に記載の色素増感型太陽電池、
]前記光電極が、該チタン材料の該対極と対抗配置された側に、ブロック層が設けられ、さらに該ブロック層に色素増感剤を含有する多孔質酸化チタン焼結体層が形成されており、前記ブロック層が、酸化チタンの層、酸化アルミニウムの層、酸化ケイ素の層、酸化ジルコニウムの層、チタン酸ストロンチウムの層、酸化マグネシウムの層、酸化ニオブの層からなる群から選ばれた少なくとも2つの層で構成される、前記[1]〜[]のいずれかに記載の色素増感型太陽電池、
]前記電気化学的還元触媒層が白金触媒層である、前記[1]〜[]のいずれかに記載の色素増感型太陽電池、
]前記対極が、透明導電性ガラスあるいは透明導電性フィルム上に、集電極を設けた後に電気化学的還元触媒層が形成されたものである、前記[1]〜[]のいずれかに記載の色素増感型太陽電池、
]前記対極の透明導電性ガラスあるいは透明導電性フィルムの光照射面にさらに反射防止フィルムを設けている、前記[1]〜[]のいずれかに記載の色素増感型太陽電池、
]光電極と対極が電解質層を介してT字型に配置されたものであって、チタン材料の断面上に色素増感剤を含有する多孔質酸化チタン焼結体層が形成された光電極が絶縁体を介して2個以上配列されており、該光電極の間に絶縁材を介して一体化された構成を備えており、該対極の透明導電性ガラスあるいは透明導電性フィルムに関しては、該透明導電性ガラスあるいは透明導電性フィルムが有する透明導電膜と該電気化学的還元触媒層とともにエッチングにより絶縁されており、それぞれの光電極と対極とは、電気的に直列あるいは並列に接続されている、前記[1]〜[]のいずれかに記載の色素増感型太陽電池、
]前記光電極のチタン材料が、金属チタン又はチタン合金上にチタン窒化物を形成後、金属チタンに対してエッチング作用を有する電解液を用いた、火花放電電圧以上での陽極酸化による、アナターゼ型酸化チタンの皮膜が表面に形成されている金属チタン又はチタン合金材料である、前記[1]〜[]のいずれかに記載の色素増感型太陽電池、
10]前記光電極のチタン材料が、金属チタン又はチタン合金上にチタン窒化物を形成後、金属チタンに対してエッチング作用を有しない電解液を用いた、陽極酸化および酸化性雰囲気中での加熱処理による、アナターゼ型酸化チタンの皮膜が表面に形成された金属チタン又はチタン合金材料である、前記[1]〜[]のいずれかに記載の色素増感型太陽電池
に関する。
The gist of the present invention is
[1] In a dye-sensitized solar cell in which at least a pair of photoelectrodes and counter electrodes are arranged to face each other via an electrolyte layer.
(1) The photoelectrode is a titanium oxide material on which a porous titanium oxide sintered body layer containing a dye sensitizer is formed.
(2) The counter electrode is a transparent conductive glass or a transparent conductive film on which an electrochemical reduction catalyst layer is formed.
(3) A condenser lens is arranged so as to converge the light incident on the dye-sensitized solar cell side, and a reflector for reflecting the light passing through the condenser lens is installed.
The dye-sensitized solar cell is arranged so that the normal of the light receiving surface of the dye-sensitized solar cell intersects the optical axis direction of the condenser lens.
The reflecting plate reflects at least a part of the light passing through the condensing lens on the side where the normal of the light receiving surface of the dye-sensitized solar cell intersects the optical axis direction, and the dye. Arranged to illuminate the sensitized solar cell ,
A dye-sensitized solar cell, wherein the substrate to which the dye-sensitized solar cell is fixed, the condenser lens, and the reflector are arranged so as to have a substantially triangular tubular shape .
[2] The dye increase according to the above [1], wherein the angle formed by the normal of the light receiving surface of the dye-sensitized solar cell and the optical axis of the condenser lens is more than 0 ° and less than 180 °. Sensitive solar cell ,
[ 3 ] The above-mentioned [1] or [2] , wherein the titanium material is one or more materials selected from the group consisting of metallic titanium, titanium alloys, surface-treated metallic titanium and surface-treated titanium alloys . Dye-sensitized solar cells, described in
[ 4 ] A block layer is provided on the side where the photoelectrode is arranged opposite to the counter electrode of the titanium material, and a porous titanium oxide sintered body layer containing a dye sensitizer is further formed on the block layer. The block layer is selected from the group consisting of a titanium oxide layer, an aluminum oxide layer, a silicon oxide layer, a zirconium oxide layer, a strontium titanate layer, a magnesium oxide layer, and a niobium oxide layer. The dye-sensitized solar cell according to any one of [1] to [ 3 ] above, which is composed of at least two layers.
[ 5 ] The dye-sensitized solar cell according to any one of [1] to [ 4 ] above, wherein the electrochemical reduction catalyst layer is a platinum catalyst layer.
[ 6 ] Any of the above [1] to [ 5 ], wherein the counter electrode is a transparent conductive glass or a transparent conductive film on which a collector is provided and then an electrochemical reduction catalyst layer is formed. Dye-sensitized solar cells, described in
[ 7 ] The dye-sensitized solar cell according to any one of [1] to [ 6 ] above, wherein an antireflection film is further provided on the light irradiation surface of the transparent conductive glass or the transparent conductive film at the opposite electrode.
[ 8 ] The photoconductor and the counter electrode were arranged in a T shape via an electrolyte layer, and a porous titanium oxide sintered body layer containing a dye sensitizer was formed on the cross section of the titanium material. Two or more optical electrodes are arranged via an insulator, and the optical electrodes are integrated with each other via an insulating material. Regarding the transparent conductive glass or transparent conductive film of the counter electrode. includes a transparent conductive film and the electrochemical reduction catalyst layer in which the transparent conductive glass or a transparent conductive film has are both insulated by etching, and each of the photoelectrode and the counter electrode, electrically in series or in parallel The dye-sensitized solar cell according to any one of [1] to [ 7 ], which is connected to the above.
[ 9 ] The titanium material of the photoelectrode forms titanium nitride on metallic titanium or a titanium alloy, and then anodized at a spark discharge voltage or higher using an electrolytic solution having an etching action on metallic titanium. The dye-sensitized solar cell according to any one of [1] to [ 8 ] above, which is a metallic titanium or titanium alloy material having an anatase-type titanium oxide film formed on its surface.
[ 10 ] The titanium material of the photoelectrode forms titanium nitride on metallic titanium or a titanium alloy, and then uses an electrolytic solution having no etching action on metallic titanium in an anodized and oxidizing atmosphere. The dye-sensitized solar cell according to any one of [1] to [ 8 ] above, which is a metallic titanium or titanium alloy material having an anatase-type titanium oxide film formed on its surface by heat treatment.

本発明の色素増感型太陽電池モジュールは、太陽の位置が変化した場合や、光が弱い屋内でも発電量が高く維持することができる。 The dye-sensitized solar cell module of the present invention can maintain a high amount of power generation even when the position of the sun changes or indoors where the light is weak.

本発明の色素増感型太陽電池の実施形態を示す概略図である。It is the schematic which shows the embodiment of the dye-sensitized solar cell of this invention. 本発明の色素増感型太陽電池の実施形態を示す概略図である。It is the schematic which shows the embodiment of the dye-sensitized solar cell of this invention. 本発明の色素増感型太陽電池の実施形態を示す概略図である。It is the schematic which shows the embodiment of the dye-sensitized solar cell of this invention. 実施例1で作製した色素増感型太陽電池1の概略図である。It is a schematic diagram of the dye-sensitized solar cell 1 produced in Example 1. 比較例2で用いた色素増感型太陽電池の概略図である。It is the schematic of the dye-sensitized solar cell used in the comparative example 2.

以下に本発明を詳細に説明する。 The present invention will be described in detail below.

本発明の色素増感型太陽電池は、
少なくとも一対の光電極と対極とが電解質層を介して対向配置された色素増感型太陽電池において、
(1)光電極が、チタン材料上に、色素増感剤を含有する多孔質酸化チタン焼結体層が形成されたものであり、
(2)対極が、透明導電性ガラスあるいは透明導電性フィルム上に、電気化学的還元触媒層が形成されたものであり、
(3)前記色素増感型太陽電池の側に向かって入射する光を収束させるように集光レンズが配置され、前記集光レンズを通過した光を反射する反射板が設置され、
前記色素増感型太陽電池の受光面の法線が前記集光レンズの光軸方向に対して交差するように前記色素増感型太陽電池が配置され、
前記反射板は、前記色素増感型太陽電池の受光面の法線が前記光軸方向に対して交差する側に、前記集光レンズを通過した光のうち少なくとも一部を反射して前記色素増感型太陽電池に照射するように配置されていることを特徴とする。
The dye-sensitized solar cell of the present invention
In a dye-sensitized solar cell in which at least a pair of photoelectrodes and counter electrodes are arranged to face each other via an electrolyte layer.
(1) The photoelectrode is a titanium oxide material on which a porous titanium oxide sintered body layer containing a dye sensitizer is formed.
(2) The counter electrode is a transparent conductive glass or a transparent conductive film on which an electrochemical reduction catalyst layer is formed.
(3) A condenser lens is arranged so as to converge the light incident on the dye-sensitized solar cell side, and a reflector for reflecting the light passing through the condenser lens is installed.
The dye-sensitized solar cell is arranged so that the normal of the light receiving surface of the dye-sensitized solar cell intersects the optical axis direction of the condenser lens.
The reflecting plate reflects at least a part of the light passing through the condensing lens on the side where the normal of the light receiving surface of the dye-sensitized solar cell intersects the optical axis direction, and the dye. It is characterized in that it is arranged so as to irradiate a sensitized solar cell.

本発明の色素増感型太陽電池では、従来の太陽電池のように、色素増感型太陽電池の受光面の法線の方向と、集光レンズの光軸方向とが平行になるように配置するのではなく、色素増感型太陽電池の受光面の法線が集光レンズの光軸方向に対して交差するように前記色素増感型太陽電池が配置され、前記色素増感型太陽電池からみて、前記色素増感型太陽電池の受光面の法線が前記光軸方向に対して交差する側に、前記集光レンズを通過した光のうち少なくとも一部を反射して前記色素増感型太陽電池に照射するように反射板が配置されていることで、利用する光が、継時的に位置を変化させる太陽光である場合や、さらに光が弱い屋内でも、前記色素増感型太陽電池本体に照射される光の低減を防いで、発電量を高く維持することができる。 In the dye-sensitized solar cell of the present invention, unlike the conventional solar cell, the direction of the normal line of the light receiving surface of the dye-sensitized solar cell is arranged so as to be parallel to the optical axis direction of the condenser lens. Instead, the dye-sensitized solar cell is arranged so that the normal line of the light receiving surface of the dye-sensitized solar cell intersects the optical axis direction of the condensing lens, and the dye-sensitized solar cell is arranged. In view of this, at least a part of the light passing through the condensing lens is reflected on the side where the normal line of the light receiving surface of the dye-sensitized solar cell intersects the optical axis direction, and the dye sensitization is performed. Since the reflector is arranged so as to irradiate the type solar cell, the dye-sensitized type is used even when the light used is sunlight whose position changes over time or even indoors where the light is weaker. It is possible to prevent the reduction of the light emitted to the solar cell body and maintain a high amount of power generation.

図1〜3に、本発明の色素増感型太陽電池1、1A、1Bの実施態様の概略図をそれぞれ示す。
色素増感型太陽電池1、1A、1Bは、太陽電池本体2、集光レンズ3および反射板4を備えている。
前記太陽電池本体2は、基板5に固定されている。
本発明の色素増感型太陽電池1、1A、1Bでは、図1〜3に示すように、前記太陽電池本体2を固定した基板5、前記集光レンズ3および前記反射板4が、略三角筒状となるように配置され、この筒の内部に入った光を用いて太陽光発電が行われる。
FIGS. 1 to 3 show schematic views of embodiments of the dye-sensitized solar cells 1, 1A, and 1B of the present invention, respectively.
The dye-sensitized solar cells 1, 1A, and 1B include a solar cell body 2, a condenser lens 3, and a reflector 4.
The solar cell body 2 is fixed to the substrate 5.
In the dye-sensitized solar cells 1, 1A and 1B of the present invention, as shown in FIGS. 1 to 3, the substrate 5 to which the solar cell body 2 is fixed, the condenser lens 3 and the reflector 4 are substantially triangular. It is arranged in a tubular shape, and solar power is generated using the light that enters the inside of this cylinder.

前記太陽電池本体2は、前記太陽電池本体2の受光面と直交する法線Nが、集光レンズ3の中心軸である光軸L方向に対して交差するように配置されている。 The solar cell main body 2 is arranged so that the normal line N orthogonal to the light receiving surface of the solar cell main body 2 intersects the optical axis L direction, which is the central axis of the condenser lens 3.

前記交差する部分の角度θは、前記法線Nと前記光が入射する方向の光軸Lとのなす角度であり、0°を超えて180°未満となるように調整される。
例えば、図1に示すように、0°を超えて90°未満の範囲に調整されていると、集光レンズ3を通過した光が太陽電池本体2の受光面に直接照射されることに加えて、直接照射されない光も反射板4で反射されて前記受光面に照射される。
また、図2に示すように前記角度θが90°に調整されていたり、図3に示すように前記角度θが90°を超えて180°未満となるように調整されていると、集光レンズ3を通過した光の大部分は、太陽電池本体2の受光面に直接照射されないが、反射板4で反射されて前記受光面に照射される。
The angle θ of the intersecting portion is an angle formed by the normal line N and the optical axis L in the direction in which the light is incident, and is adjusted so as to be more than 0 ° and less than 180 °.
For example, as shown in FIG. 1, when the temperature is adjusted to a range of more than 0 ° and less than 90 °, the light that has passed through the condenser lens 3 is directly irradiated to the light receiving surface of the solar cell body 2. Therefore, the light that is not directly irradiated is also reflected by the reflector 4 and is irradiated on the light receiving surface.
Further, when the angle θ is adjusted to 90 ° as shown in FIG. 2 or the angle θ is adjusted to exceed 90 ° and less than 180 ° as shown in FIG. 3, the light is focused. Most of the light that has passed through the lens 3 is not directly irradiated to the light receiving surface of the solar cell main body 2, but is reflected by the reflector 4 and is irradiated to the light receiving surface.

前記反射板4は、太陽電池本体2からみて、前記太陽電池本体2の受光面の法線Nが前記光軸L方向に対して交差する側に配置される。
前記のように配置された反射板4には、前記集光レンズ3を通過した光のうち少なくとも一部が当たって反射し、この反射した光が前記太陽電池本体2の受光面に照射する。
The reflector 4 is arranged on the side where the normal line N of the light receiving surface of the solar cell main body 2 intersects with the optical axis L direction when viewed from the solar cell main body 2.
At least a part of the light that has passed through the condensing lens 3 hits and is reflected on the reflector 4 arranged as described above, and the reflected light irradiates the light receiving surface of the solar cell main body 2.

図1〜3に示す色素増感型太陽電池1、1A、1Bでは、太陽の位置が変化した場合や、光が弱い屋内でも発電量が高く維持することができる。
例えば、図1に示す色素増感型太陽電池1では、太陽の位置が変化して光の照射角度が変わった場合でも、集光レンズ3を通過した光は、太陽電池本体2に直接照射されたり、また反射板4で反射されたりするため、発電量が高く維持される。
また、光が弱い屋内でも、集光レンズ3を通過した光は、効率よく太陽電池本体2の反射板に当たることになるため発電量が高く維持される。
図2に示す色素増感型太陽電池1Aは、主に水平方向から太陽光などの光が照射されてくる屋内における実施形態の1例である。水平方向から集光レンズ3を通過してきた光は反射板4で反射されて、設置面6に対して水平方向に設置されている太陽電池本体2の受光面に照射される。したがって、水平方向から照射される光を効率よく利用できるため、室内でも発電量を高く維持できる。
図3に示す色素増感型太陽電池1Bは、主に右斜め下方向から太陽光などの光が照射されてくる屋内における実施形態の1例である。右斜め下方向から集光レンズ3を通過してきた光は反射板4で反射されて、設置面6に対して水平方向に設置されている太陽電池本体2の受光面に照射される。したがって、照射される光を効率よく利用できるため、室内でも発電量を高く維持できる。
In the dye-sensitized solar cells 1, 1A and 1B shown in FIGS. 1 to 3, the amount of power generation can be maintained high even when the position of the sun changes or indoors where the light is weak.
For example, in the dye-sensitized solar cell 1 shown in FIG. 1, even when the position of the sun changes and the light irradiation angle changes, the light passing through the condenser lens 3 is directly irradiated to the solar cell body 2. Or, because it is reflected by the reflector 4, the amount of power generation is maintained high.
Further, even indoors where the light is weak, the light that has passed through the condenser lens 3 efficiently hits the reflector of the solar cell main body 2, so that the amount of power generation is maintained high.
The dye-sensitized solar cell 1A shown in FIG. 2 is an example of an indoor embodiment in which light such as sunlight is mainly irradiated from the horizontal direction. The light that has passed through the condenser lens 3 from the horizontal direction is reflected by the reflector 4 and is applied to the light receiving surface of the solar cell body 2 installed in the horizontal direction with respect to the installation surface 6. Therefore, since the light emitted from the horizontal direction can be efficiently used, the amount of power generation can be maintained high even indoors.
The dye-sensitized solar cell 1B shown in FIG. 3 is an example of an indoor embodiment in which light such as sunlight is mainly irradiated from an obliquely downward right direction. The light that has passed through the condenser lens 3 from diagonally lower right is reflected by the reflector 4 and is applied to the light receiving surface of the solar cell body 2 installed in the horizontal direction with respect to the installation surface 6. Therefore, since the emitted light can be used efficiently, the amount of power generation can be maintained high even indoors.

通常、集光レンズを用いる太陽電池では、光の照射される方向に対して垂直方向となるように太陽電池を配置することで発電量を高めることができるが、集光レンズの焦点を太陽電池に合わせる必要があり、室内のように光が弱い環境では、多くの光を集めるために集光レンズを大型化すると、太陽電池との距離の調整も長くする必要もあり、結果として太陽電池装置が大型化するため、特に室内において利用する場合には制限が大きかった。
これに対して、前記のような構成を有する本発明の色素増感型太陽電池であれば、図1〜3に示すように、光の弱い室内であっても、どのような光の向きに対しても配置することができ、しかも太陽電池本体2、集光レンズ2および反射板4を略三角筒状に配置することで、大型化をせずに用いることも可能になる。
Normally, in a solar cell using a condenser lens, the amount of power generation can be increased by arranging the solar cell so as to be perpendicular to the direction of light irradiation, but the focus of the condenser lens is the solar cell. In an environment where the light is weak, such as indoors, if the condenser lens is enlarged to collect a lot of light, it is also necessary to adjust the distance to the solar cell for a long time, and as a result, the solar cell device However, there was a big restriction especially when using it indoors because of the large size.
On the other hand, in the case of the dye-sensitized solar cell of the present invention having the above-mentioned configuration, as shown in FIGS. Moreover, by arranging the solar cell main body 2, the condensing lens 2 and the reflector 4 in a substantially triangular tubular shape, it is possible to use the solar cell without increasing the size.

なお、本発明では、前記太陽電池本体2の数については、1個が使用されたセルタイプでもよいし、2個以上が使用されたモジュールタイプのいずれも含まれる。 In the present invention, the number of the solar cell main bodies 2 may be a cell type in which one is used, or a module type in which two or more are used.

以下、本発明の色素増感型太陽電池の各部について説明する。 Hereinafter, each part of the dye-sensitized solar cell of the present invention will be described.

(光電極)
前記色素増感型太陽電池の本体を構成する光電極は、金属チタン、チタン合金、表面処理した金属チタン及び表面処理したチタン合金からなる群から選ばれた材料(以下「チタン材料」とも記す、光電極基板)上に、色素増感剤を含有する多孔質酸化チタン層が形成されたものである。
(Photoelectrode)
The photoelectrode constituting the main body of the dye-sensitized solar cell is a material selected from the group consisting of metallic titanium, titanium alloy, surface-treated metallic titanium and surface-treated titanium alloy (hereinafter, also referred to as "titanium material"). A porous titanium oxide layer containing a dye sensitizer is formed on the photoelectrode substrate).

(光電極基板)
前記光電極基板は、金属チタンのみで構成されていてもよい。また、チタン合金材料としては、その種類については、特に限定されない。チタン合金としては、Ti−6Al−4V、Ti−5Al−2.5Sn、Ti−8Al−1Mo−1V、Ti−0.15Pd等が挙げられる。
前記金属チタンまたはチタン合金は、表面処理されたものでもよい。前記表面処理とは、光電極基板の表面に結晶性酸化チタン、より好ましくはアナターゼ型酸化チタン皮膜を形成させる処理をいう。
前記表面処理としては、以下の2種類の表面処理方法A、Bが挙げられる。
(Photoelectrode substrate)
The photoelectrode substrate may be made of only metallic titanium. The type of titanium alloy material is not particularly limited. Examples of the titanium alloy include Ti-6Al-4V, Ti-5Al-2.5Sn, Ti-8Al-1Mo-1V, Ti-0.15Pd and the like.
The metallic titanium or the titanium alloy may be surface-treated. The surface treatment refers to a treatment for forming a crystalline titanium oxide, more preferably anatase-type titanium oxide film, on the surface of the photoelectrode substrate.
Examples of the surface treatment include the following two types of surface treatment methods A and B.

表面処理方法A:
(1)金属チタン又はチタン合金材料の表面にチタン窒化物を形成する工程、及び
(2)工程(1)で得られた表面にチタン窒化物が形成された金属チタン又はチタン合金材料を金属チタンに対してエッチング作用を有する電解液を用いて、火花放電電圧以上で陽極酸化を行い、アナターゼ型酸化チタンの皮膜を形成する工程。
Surface treatment method A:
(1) A step of forming titanium nitride on the surface of a metallic titanium or titanium alloy material, and (2) A metallic titanium or titanium alloy material having titanium nitride formed on the surface obtained in step (1) is metallic titanium. A step of forming a film of anatase-type titanium oxide by anodic oxidation at a spark discharge voltage or higher using an electrolytic solution having an etching action.

表面処理方法B:
(1)金属チタン又はチタン合金材料の表面にチタン窒化物を形成する工程、及び
(2)工程(1)で得られた表面にチタン窒化物が形成された金属チタン又はチタン合金材料を、金属チタンに対してエッチング作用を有しない電解液を用いて陽極酸化を行う工程、及び
(3)工程(2)で得られた陽極酸化を施した金属チタン又はチタン合金材料を酸化性雰囲気中で加熱処理を行い、アナターゼ型酸化チタンの皮膜を形成する工程。
Surface treatment method B:
The step of forming titanium nitride on the surface of (1) metallic titanium or titanium alloy material, and (2) the metallic titanium or titanium alloy material on which titanium nitride is formed on the surface obtained in step (1) are metal. The step of performing anodization using an electrolytic solution that does not have an etching action on titanium, and the anodized metallic titanium or titanium alloy material obtained in step (3) and (2) are heated in an oxidizing atmosphere. A process of performing treatment to form an anatase-type titanium oxide film.

表面処理方法A及びBの工程(1)
前記工程(1)では、チタン材料(金属チタン又はチタン合金)の表面上にチタン窒化物を形成する工程では、チタン材料の表面にチタン窒化物の層を通常0.1μm〜100μm形成させることができる。
チタン窒化物の層は、好ましくは0.5μm〜50μm、より好ましくは1μm〜10μmである。
チタン材料の表面にチタン窒化物を形成させる手段については、例えば、チタン材料の表面にチタン窒化物を物理的または化学的に付着させる方法や、チタン材料とアンモニアガス又は窒素ガスとを加熱処理などで反応させる方法等が挙げられるが、簡便性、経済性、安全性等を考慮すると、窒素ガスを用いる方法が好ましい。
Steps of surface treatment methods A and B (1)
In the step (1), in the step of forming the titanium nitride on the surface of the titanium material (metal titanium or titanium alloy), a layer of titanium nitride is usually formed at 0.1 μm to 100 μm on the surface of the titanium material. it can.
The titanium nitride layer is preferably 0.5 μm to 50 μm, more preferably 1 μm to 10 μm.
Regarding the means for forming the titanium nitride on the surface of the titanium material, for example, a method of physically or chemically adhering the titanium nitride to the surface of the titanium material, heat treatment of the titanium material with ammonia gas or nitrogen gas, etc. A method of reacting with nitrogen gas can be mentioned, but a method using nitrogen gas is preferable in consideration of convenience, economy, safety and the like.

また、窒素ガスとチタンと反応させてチタン窒化物を形成させる工程に関しては、チタン材料は極めて酸素親和性が高いために、酸素トラップ剤を併用することが好ましい。
この酸素トラップ剤は、カーボン材、金属粉末、水素ガス等が好ましいが、簡便性、経済性、安全性等を考慮すると、カーボン材が好ましい。
Further, in the step of reacting nitrogen gas with titanium to form a titanium nitride, since the titanium material has an extremely high oxygen affinity, it is preferable to use an oxygen trapping agent in combination.
The oxygen trapping agent is preferably a carbon material, metal powder, hydrogen gas or the like, but a carbon material is preferable in consideration of convenience, economy, safety and the like.

前記カーボン材料としては、例えば、黒鉛質系カーボン、非晶質カーボン等が挙げられるが、特に限定はない。また、前記カーボン材料の形状としては、平板状、粉末状等如何なる形状でもよいが、取り扱い性やチタン材料の加熱処理中での熱歪を防止できるという理由から、平板状のカーボン材料が好ましい。前記平板状のカーボン材料を用いる場合、このカーボン材料にてチタン材料を挟み込むという方法が好ましい。 Examples of the carbon material include graphitic carbon and amorphous carbon, but the carbon material is not particularly limited. Further, the shape of the carbon material may be any shape such as a flat plate shape or a powder shape, but a flat plate shape carbon material is preferable because it can be handled easily and thermal strain during heat treatment of the titanium material can be prevented. When the flat plate-shaped carbon material is used, a method of sandwiching the titanium material between the carbon materials is preferable.

前記チタン材料を窒素ガス雰囲気下で加熱処理する方法としては、先ずロータリー式真空ポンプ、次にメカニカルブースターポンプ、更に油拡散ポンプを用いて加熱処理する炉内を減圧する。次に、この減圧された炉内に窒素ガスを導入し、復圧させる。この減圧、復圧を2回以上繰り返すことで、加熱処理する炉内の酸素ガス濃度を極限まで低下させることが好ましい。
窒素ガス雰囲気下での加熱処理の反応気圧としては、0.01MPa〜10MPa程度が好ましく、0.1MPa〜10MPa程度がより好ましく、0.1MPa〜0.2MPa程度がさらに好ましい。
窒素ガス雰囲気下での加熱処理温度は、500℃程度以上が好ましく、750〜1050℃がより好ましく、750℃〜950℃がさらに好ましい。
窒素ガス雰囲気下での加熱処理時間は、1分〜12時間程度が好ましく、10分〜8時間程度がより好ましく、1時間〜6時間がさらに好ましい。
As a method of heat-treating the titanium material in a nitrogen gas atmosphere, first, a rotary vacuum pump, then a mechanical booster pump, and then an oil diffusion pump are used to reduce the pressure in the furnace. Next, nitrogen gas is introduced into the depressurized furnace to restore the pressure. By repeating this depressurization and decompression twice or more, it is preferable to reduce the oxygen gas concentration in the furnace to be heat-treated to the utmost limit.
The reaction pressure of the heat treatment in a nitrogen gas atmosphere is preferably about 0.01 MPa to 10 MPa, more preferably about 0.1 MPa to 10 MPa, and even more preferably about 0.1 MPa to 0.2 MPa.
The heat treatment temperature in a nitrogen gas atmosphere is preferably about 500 ° C. or higher, more preferably 750 to 1050 ° C., and even more preferably 750 ° C. to 950 ° C.
The heat treatment time in a nitrogen gas atmosphere is preferably about 1 minute to 12 hours, more preferably about 10 minutes to 8 hours, and even more preferably 1 hour to 6 hours.

表面処理方法Aの工程(2)
表面処理方法Aの工程(2)では、表面にチタン窒化物が形成されたチタン材料を、金属チタンに対してエッチング作用を有する電解液を用いて、火花放電発生電圧以上で陽極酸化を行い、前記チタン材料表面にアナターゼ型酸化チタン皮膜を形成させる。
Step of surface treatment method A (2)
In the step (2) of the surface treatment method A, the titanium material in which titanium nitride is formed on the surface is anodized at a spark discharge generation voltage or higher by using an electrolytic solution having an etching action on metallic titanium. An etching type titanium oxide film is formed on the surface of the titanium material.

前記電解液としては、金属チタンに対してエッチング作用を有する無機酸又は有機酸を含むことが好ましい。前記無機酸としては、硫酸、フッ化水素酸、塩酸等が挙げられる。また、前記有機酸としては、シュウ酸、ギ酸、クエン酸等が挙げられる。これらの無機酸、有機酸を2種以上任意に組み合わせて使用してもよい。
また、前記電解液としては、硫酸にリン酸更に過酸化水素を含有するものであれば好ましい。
The electrolytic solution preferably contains an inorganic acid or an organic acid having an etching action on metallic titanium. Examples of the inorganic acid include sulfuric acid, hydrofluoric acid, hydrochloric acid and the like. Examples of the organic acid include oxalic acid, formic acid, citric acid and the like. Two or more of these inorganic acids and organic acids may be used in any combination.
Further, as the electrolytic solution, it is preferable that sulfuric acid contains phosphoric acid and hydrogen peroxide.

前記火花放電発生電圧以上の電圧としては、通常100V以上であり、150V以上が好ましい。
火花放電による陽極酸化は、電圧を制御する代わりに、電流制御にて行うことができる。
電流制御による陽極酸化条件としては、電流密度は、0.1A/dm以上であればよいが、経済性、簡便性、性能面の観点から、1A/dm〜10A/dmが好ましい。
陽極酸化時間としては、1分以上が好ましく、1〜60分間がより好ましく、10〜30分間がさらに好ましい。
上記方法における処理にて、膜厚1〜100μm程度の陽極酸化皮膜を得ることができる。
The voltage equal to or higher than the spark discharge generation voltage is usually 100 V or higher, preferably 150 V or higher.
Anodization by spark discharge can be performed by current control instead of voltage control.
As the anodic oxidation condition by current control, the current density may be 0.1 A / dm 2 or more, but 1 A / dm 2 to 10 A / dm 2 is preferable from the viewpoint of economy, convenience, and performance.
The anodizing time is preferably 1 minute or longer, more preferably 1 to 60 minutes, and even more preferably 10 to 30 minutes.
By the treatment in the above method, an anodized film having a film thickness of about 1 to 100 μm can be obtained.

表面処理方法Bの工程(2)
表面処理方法Bの工程(2)では、表面にチタン窒化物が形成されたチタン材料を、金属チタンに対してエッチング作用を有しない電解液を用いて、陽極酸化を行うことにより、チタン材料の表面に非晶質(アモルファス)な酸化皮膜を形成することができる。
Step of surface treatment method B (2)
In the step (2) of the surface treatment method B, the titanium material having the titanium nitride formed on the surface is anodized by using an electrolytic solution having no etching action on metallic titanium to obtain the titanium material. An amorphous oxide film can be formed on the surface.

金属チタンにエッチング作用を有しない電解液としては、無機酸、有機酸及びこれらの塩よりなる群から選択される少なくとも1種の化合物を含有する電解液であることが好ましい。
前記無機酸としては、リン酸、炭酸等が好ましい。前記有機酸としては、酢酸、乳酸等が好ましい。また塩としては、リン酸二水素ナトリウム、リン酸水素二ナトリウム、炭酸水素ナトリウム、酢酸ナトリウム、乳酸ナトリウム、硫酸ナトリウム、硝酸ナトリウム等が挙げられ、中でも前記非晶質な酸化皮膜を形成し易い観点から、リン酸やリン酸塩が好ましい。
The electrolytic solution having no etching action on metallic titanium is preferably an electrolytic solution containing at least one compound selected from the group consisting of inorganic acids, organic acids and salts thereof.
As the inorganic acid, phosphoric acid, carbonic acid and the like are preferable. As the organic acid, acetic acid, lactic acid and the like are preferable. Examples of the salt include sodium dihydrogen phosphate, disodium hydrogen phosphate, sodium hydrogen carbonate, sodium acetate, sodium lactate, sodium sulfate, sodium nitrate and the like, and among them, the viewpoint of easily forming the amorphous oxide film. Therefore, phosphoric acid and phosphate are preferable.

前記陽極酸化は、電圧制御または電流制御された条件下で行えばよい。
電圧制御の陽極酸化では、電圧が10〜300V程度に調整されていることが好ましく、50〜200V程度がより好ましい。
電流制御の陽極酸化では、電流密度は、0.1A/dm以上に調整されていればよいが、経済性、簡便性、性能面の観点から、0.5A/dm〜2A/dmが好ましい。
The anodic oxidation may be carried out under voltage-controlled or current-controlled conditions.
In voltage-controlled anodizing, the voltage is preferably adjusted to about 10 to 300 V, more preferably about 50 to 200 V.
In current-controlled anodic oxidation, the current density may be adjusted to 0.1 A / dm 2 or more, but from the viewpoint of economy, convenience, and performance, 0.5 A / dm 2 to 2 A / dm 2 Is preferable.

陽極酸化の処理温度は、10〜80℃程度が好ましく、10〜50℃程度がより好ましく、20〜30℃程度がさらに好ましい。
陽極酸化の処理時間は、1分〜30分程度が好ましく、5分〜20分程度がより好ましい。
The treatment temperature for anodizing is preferably about 10 to 80 ° C, more preferably about 10 to 50 ° C, and even more preferably about 20 to 30 ° C.
The anodizing treatment time is preferably about 1 minute to 30 minutes, more preferably about 5 minutes to 20 minutes.

表面処理方法Bの工程(3)
表面処理方法Bの工程(3)では、陽極酸化により表面に非晶質(アモルファス)な酸化チタン皮膜が形成されたチタン材料を、酸化性雰囲気中で加熱処理を行い、アナターゼ型酸化チタン皮膜を形成させる。
Step of surface treatment method B (3)
In the step (3) of the surface treatment method B, the titanium material in which an amorphous titanium oxide film is formed on the surface by anatase is heat-treated in an oxidizing atmosphere to form an anatase-type titanium oxide film. To form.

前記加熱処理を行う酸化性雰囲気としては、大気、酸素ガスと窒素ガスを混合したガス、酸素ガスが挙げられるが、簡便性、経済性、安全性等の観点から、大気が好ましい。
酸化性雰囲気下の加熱処理温度は、300〜800℃程度であればよいが、300〜700℃が好ましく、400〜700℃がより好ましい。
酸化性雰囲気下での加熱処理の反応気圧としては、0.01MPa〜10MPa程度が好ましく、0.1MPa〜10MPa程度がより好ましく、0.1MPa〜0.2MPa程度がさらに好ましい。
酸化性雰囲気下での加熱処理時間は、10分〜12時間程度が好ましく、10分〜8時間程度がより好ましく、1時間〜6時間程度がさらに好ましい。
上記方法における処理にて、膜厚1〜10μm程度の陽極酸化皮膜を得ることができる。
Examples of the oxidizing atmosphere in which the heat treatment is performed include the atmosphere, a gas obtained by mixing oxygen gas and nitrogen gas, and oxygen gas, but the atmosphere is preferable from the viewpoint of convenience, economy, safety, and the like.
The heat treatment temperature in an oxidizing atmosphere may be about 300 to 800 ° C., but is preferably 300 to 700 ° C., more preferably 400 to 700 ° C.
The reaction pressure of the heat treatment in an oxidizing atmosphere is preferably about 0.01 MPa to 10 MPa, more preferably about 0.1 MPa to 10 MPa, and even more preferably about 0.1 MPa to 0.2 MPa.
The heat treatment time in an oxidizing atmosphere is preferably about 10 minutes to 12 hours, more preferably about 10 minutes to 8 hours, and even more preferably about 1 hour to 6 hours.
By the treatment in the above method, an anodized film having a film thickness of about 1 to 10 μm can be obtained.

(多孔質酸化チタン焼結体層)
前記表面処理方法AもしくはBにより作製された光電極基板上に酸化チタン粒子が配合されたペースト剤を塗布後、酸化性雰囲気下にて加熱処理することで、多孔質酸化チタン焼結体層を形成させる。
(Porous titanium oxide sintered body layer)
A paste agent containing titanium oxide particles is applied onto a photoelectrode substrate prepared by the surface treatment method A or B, and then heat-treated in an oxidizing atmosphere to form a porous titanium oxide sintered body layer. To form.

前記酸化チタン粒子の平均粒径は、1〜3000nm程度でよいが、1〜1000nm程度が好ましく、10〜500nm程度がより好ましい。
また、酸化チタン粒子は、1種類のものを使用する必要はなく、粒径の小さなものと大きなものを混合したものを使用することにより、多孔質酸化チタン層中で光が散乱する等で得られた色素増感型太陽電池の光電変換特性が向上する。
The average particle size of the titanium oxide particles may be about 1 to 3000 nm, preferably about 1 to 1000 nm, and more preferably about 10 to 500 nm.
Further, it is not necessary to use one kind of titanium oxide particles, and by using a mixture of small particle size particles and large particle size particles, light is scattered in the porous titanium oxide layer. The photoelectric conversion characteristics of the dye-sensitized solar cell are improved.

前記ペースト剤を光電極基板上に塗布する方法としては、スキージ法、スクリーンプリント法、インクジェット法、ロールコート法、ドクターブレード法、スプレーコート法等が挙げられるが、特に限定はない。 Examples of the method of applying the paste agent on the photoelectrode substrate include a squeegee method, a screen printing method, an inkjet method, a roll coating method, a doctor blade method, a spray coating method and the like, but are not particularly limited.

また、前記ペースト剤を塗布する前に、UVオゾン処理を実施することで、光電極基板の濡れ性が向上し、良質な多孔質酸化チタン層が形成される。UVオゾン処理の方法としては、公知の手法に基づいて行えばよい。 Further, by carrying out UV ozone treatment before applying the paste agent, the wettability of the photoelectrode substrate is improved and a high-quality porous titanium oxide layer is formed. As the method of UV ozone treatment, a known method may be used.

前記酸化性雰囲気下としては、表面処理方法Bの工程(3)と同様に、大気、酸素ガスと窒素ガスを混合したガス、酸素ガスが挙げられるが、簡便性、経済性、安全性等の観点から、大気が好ましい。 Examples of the oxidizing atmosphere include the atmosphere, a gas obtained by mixing oxygen gas and nitrogen gas, and oxygen gas, as in the step (3) of the surface treatment method B, but the convenience, economy, safety, etc. From the point of view, the atmosphere is preferable.

前記加熱処理温度は、300〜600℃程度が好ましく、400〜500℃程度がより好ましい。 The heat treatment temperature is preferably about 300 to 600 ° C, more preferably about 400 to 500 ° C.

得られる多孔質酸化チタン焼結体層の形状は、長方形であることが好ましい。多孔質酸化チタン焼結体層の形状を正方形ではなく長方形にすることにより、色素増感剤の光励起により発生した電子は、多孔質酸化チタン焼結体層中にて消失しにくくなるために、得られた色素増感型太陽電池の光電変換特性が向上する。 The shape of the obtained porous titanium oxide sintered body layer is preferably rectangular. By making the shape of the porous titanium oxide sintered body layer rectangular instead of square, the electrons generated by the photoexcitation of the dye sensitizer are less likely to disappear in the porous titanium oxide sintered body layer. The photoelectric conversion characteristics of the obtained dye-sensitized solar cell are improved.

(ブロック層)
本発明の色素増感型太陽電池では、光電極上にブロック層を設けることで、光電変換特性を向上させることが可能である。
(Block layer)
In the dye-sensitized solar cell of the present invention, it is possible to improve the photoelectric conversion characteristics by providing a block layer on the optical electrode.

多孔質状酸化チタン層に吸着された色素増感剤に光照射が為されると、色素増感剤が光吸収することにおいて、電子が励起される。この励起電子は、色素増感剤が吸着している多孔質酸化チタン焼結体層を通じて、光電極基板であるチタン材料に移行する際に、多孔質酸化チタン層及び光電極基板から電解質層への電子の漏出や励起電子と電子を放出することにて酸化状態になった色素増感剤と電子が再結合することが起こり、光電変換特性が低下する傾向がある。
そこで、前記光電極上に緻密なブロック層を設けることで、この電子の漏出や電子の再結合を効率よく防ぐことができるので、得られた色素増感型太陽電池の光電変換特性が向上する。
When the dye sensitizer adsorbed on the porous titanium oxide layer is irradiated with light, electrons are excited by the light absorption of the dye sensitizer. When these excited electrons are transferred to the titanium material which is the photoelectrode substrate through the porous titanium oxide sintered body layer on which the dye sensitizer is adsorbed, the porous titanium oxide layer and the photoelectrode substrate are transferred to the electrolyte layer. Due to the leakage of electrons and the emission of excited electrons and electrons, the dye sensitizer in an oxidized state and the electrons may recombine, and the photoelectric conversion characteristics tend to deteriorate.
Therefore, by providing a dense block layer on the photoelectrode, it is possible to efficiently prevent the leakage of electrons and the recombination of electrons, so that the photoelectric conversion characteristics of the obtained dye-sensitized solar cell are improved.

前記ブロック層としては、n型半導体が好ましい。
前記ブロック層が、酸化チタンの層、酸化アルミニウムの層、酸化ケイ素の層、酸化ジルコニウムの層、チタン酸ストロンチウムの層、酸化マグネシウムの層、酸化ニオブの層からなる群から選ばれた少なくとも2つの層で構成されることが好ましい。
As the block layer, an n-type semiconductor is preferable.
The block layer is at least two selected from the group consisting of a titanium oxide layer, an aluminum oxide layer, a silicon oxide layer, a zirconium oxide layer, a strontium titanate layer, a magnesium oxide layer, and a niobium oxide layer. It is preferably composed of layers.

ブロック層の作製方法としては、ブロック層の前駆体であるチタン化合物、アルミニウム化合物、ケイ素化合物、ジルコニウム化合物、チタン酸ストロンチウム化合物、マグネシウム化合物、ニオブ化合物等を含有する液を、多孔質酸化チタン層構築する前の光電極基板上に、ディップ法、ゾルゲル法、スピンコート法、スキージ法、スクリーン印刷法、スプレー法等にてコーティングし、450℃程度の加熱処理することやスパッタリング、真空蒸着、電子ビームにより形成させることができる。 As a method for producing the block layer, a solution containing a titanium compound, an aluminum compound, a silicon compound, a zirconium compound, a strontium titanate compound, a magnesium compound, a niobium compound, etc., which are precursors of the block layer, is used to construct a porous titanium oxide layer. The photoelectrode substrate is coated by the dip method, sol-gel method, spin coating method, squeegee method, screen printing method, spray method, etc., and heat-treated at about 450 ° C., sputtering, vacuum deposition, electron beam, etc. Can be formed by

多孔質酸化チタン焼結体層上に上記と同様な手法において、ブロック層を形成させることができる。 A block layer can be formed on the porous titanium oxide sintered body layer by the same method as described above.

光電極基板上にブロック層を構築する場合は、酸化チタン層、酸化アルミニウム層、酸化ニオブ層からなる群から選ばれる2層もしくは3層にて構築するのが好ましい。
特に酸化アルミニウムをブロック層としてチタン材料上に設けることが更に好ましい。酸化アルミウニムは、ブロック層の材料中でもバンドギャップ(コンダクションバンドとバレンスバンドとのギャップ)が大きな物質であり、コンダクションバンドのエネルギー値が高い物質である。色素増感剤の光励起に伴う電子は、コンダクションバンドに移動する。酸化アルミニウムのコンダクションバンドのエネルギー値は、高い位置にあるために、この高いコンダクションバンドの壁を越えての電解液側への逆電子移動は難しく、得られた色素型太陽電池の光電変換特性は向上する。
When the block layer is constructed on the photoelectrode substrate, it is preferably constructed with two or three layers selected from the group consisting of a titanium oxide layer, an aluminum oxide layer, and a niobium oxide layer.
In particular, it is more preferable to provide aluminum oxide as a block layer on the titanium material. Aluminum oxide unime is a substance having a large band gap (gap between the conduction band and the variance band) among the materials of the block layer, and has a high energy value of the conduction band. The electrons associated with the photoexcitation of the dye sensitizer move to the conduction band. Since the energy value of the conduction band of aluminum oxide is at a high position, it is difficult to transfer back electrons to the electrolyte side beyond the wall of this high conduction band, and the photoelectric conversion of the obtained dye-type solar cell is difficult. The characteristics are improved.

中でも、前記光電極が、該チタン材料の該対極と対抗配置された側に、ブロック層が設けられ、さらに該ブロック層に色素増感剤を含有する多孔質酸化チタン焼結体層が形成されており、前記ブロック層が、酸化チタンの層、酸化アルミニウムの層、酸化ケイ素の層、酸化ジルコニウムの層、チタン酸ストロンチウムの層、酸化マグネシウムの層、酸化ニオブの層からなる群より選ばれた少なくとも2つの層で構成されていることが好ましい。 Above all, a block layer is provided on the side where the photoelectrode is arranged opposite to the counter electrode of the titanium material, and a porous titanium oxide sintered body layer containing a dye sensitizer is further formed on the block layer. The block layer was selected from the group consisting of a titanium oxide layer, an aluminum oxide layer, a silicon oxide layer, a zirconium oxide layer, a strontium titanate layer, a magnesium oxide layer, and a niobium oxide layer. It is preferably composed of at least two layers.

(色素増感剤)
前記のように多孔質酸化チタン焼結体層を形成させた光電極基板、もしくはブロック層も構築させた光電極基板を、色素増感剤を含む溶液中に浸漬することで、色素増感剤を多孔質酸化チタン焼結体層に吸着させる。
(Dye sensitizer)
By immersing the photoelectrode substrate on which the porous titanium oxide sintered body layer is formed or the photoelectrode substrate on which the block layer is also constructed as described above in a solution containing a dye sensitizer, a dye sensitizer is used. Is adsorbed on the porous titanium oxide sintered body layer.

色素増感剤溶液に浸漬する前に、UVオゾン処理を実施することで、色素増感剤が多孔質チタン焼結体層に吸着しやすくなり、好ましい。 It is preferable to carry out UV ozone treatment before immersing in the dye sensitizer solution because the dye sensitizer is easily adsorbed on the porous titanium sintered body layer.

前記色素増感剤としては、近赤外光領域、可視光領域に光吸収を持つ色素増感剤であればよく、例えば、ルテニウム金属錯体、銅フタロシアニン等のルテニウム以外の金属錯体、エオシン、ローダミン、メロシリニン、インドリン等の有機錯体等が挙げられるが、特に限定はない。
これらの色素増感剤は、1種単独または2種以上を組み合わせて使用することができるが、近赤外光領域に光吸収を持つ色素増感剤と可視光領域に吸収を持つ色素増感剤を組み合わせることが好ましい。
The dye sensitizer may be any dye sensitizer having light absorption in the near infrared region and the visible light region. For example, a metal complex other than ruthenium such as ruthenium metal complex and copper phthalocyanine, eosin, and rhodamine. , Organic complexes such as melocilinin and indolin, but are not particularly limited.
These dye sensitizers can be used alone or in combination of two or more, but a dye sensitizer having light absorption in the near infrared light region and a dye sensitizer having absorption in the visible light region. It is preferable to combine the agents.

(電解質層)
色素増感型太陽電池本体を構成する電解質層は、前記光電極において、多孔質酸化チタン焼結体層への電子注入を果たしたことで電子を失った色素増感剤へ電子注入できるものであればよい。また、前記電解質層は、対極において、色素増感剤へ電子注入を起こすことにおいて電子を失った電解液層に対極から電子が電子注入できるものであればよい。
(Electrolyte layer)
The electrolyte layer constituting the dye-sensitized solar cell body is capable of injecting electrons into the dye sensitizer that has lost electrons by injecting electrons into the porous titanium oxide sintered body layer at the photoelectrode. All you need is. Further, the electrolyte layer may be one capable of injecting electrons from the counter electrode into the electrolyte layer that has lost electrons by causing electron injection into the dye sensitizer at the counter electrode.

前記電解質層としては、酸化化還元種を含む非水系電解質等が挙げられる。酸化還元種としては、ヨウ化リチウム、ヨウ化ナトリウム、ヨウ化カリウム等のヨウ化物塩とヨウ素の組み合わせ、臭化リチウム、臭化ナトリウム、臭化カリウム等の臭化物塩と臭素の組み合わせ等が好ましい。
また、前記電解質層にはDMPII(1,2-dimethyl-3-propylimidazolium iodide)やTBP(tert-butyl pyridine)等を添加することが好ましい。
前記電解質層に含まれる溶媒としては、アセトニトリル、3−メトキシプロピルニトリル、炭酸エチレン、炭酸プロプレン、γ−ブチルラクトン等が挙げられる。
前記電解質層の厚みは、光電極と対極との距離であり、その厚みは、25〜100μmが好ましく、25〜50μmがより好ましい。
Examples of the electrolyte layer include non-aqueous electrolytes containing oxidatively reduced species. As the oxidation-reduced species, a combination of iodide salts such as lithium iodide, sodium iodide and potassium iodide and iodine, a combination of bromide salts such as lithium bromide, sodium bromide and potassium bromide and bromine are preferable.
Further, it is preferable to add DMPII (1,2-dimethyl-3-propylimidazolium iodide), TBP (tert-butyl pyridine) or the like to the electrolyte layer.
Examples of the solvent contained in the electrolyte layer include acetonitrile, 3-methoxypropylnitrile, ethylene carbonate, proprene carbonate, γ-butyl lactone and the like.
The thickness of the electrolyte layer is the distance between the photoelectrode and the counter electrode, and the thickness is preferably 25 to 100 μm, more preferably 25 to 50 μm.

(対極)
色素増感型太陽電池本体を構成する対極は、透明導電性ガラス又は透明導電性フィルム上に、電気化学的還元触媒層が形成されたものが好ましい。
前記電気化学的還元触媒層は、透明導電性ガラス又は透明導電性フィルム上に電気化学的触媒物質を真空蒸着、電子ビーム蒸着、スパッタリング等にてコーティングすることで実施することができる。
(Opposite pole)
The counter electrode constituting the dye-sensitized solar cell body is preferably one in which an electrochemical reduction catalyst layer is formed on transparent conductive glass or a transparent conductive film.
The electrochemical reduction catalyst layer can be carried out by coating a transparent conductive glass or a transparent conductive film with an electrochemical catalyst substance by vacuum vapor deposition, electron beam deposition, sputtering or the like.

前記電気化学的触媒としては、白金、炭素、ロジウム、インジウム、PEDOT/PSS等挙げられる。中でも、水素過電圧が低いために、電子を失った電解質層に電子注入がされ易いという理由等から、白金が好ましい。 Examples of the electrochemical catalyst include platinum, carbon, rhodium, indium, PEDOT / PSS and the like. Of these, platinum is preferable because electrons are easily injected into the electrolyte layer that has lost electrons due to the low hydrogen overvoltage.

本発明では、光電極として光透過性のないチタン材料を用いることから、光照射は対極から実施する必要があるために、電気化学的還元触媒層の厚みは、数nm以下が好ましく、0.5〜1nm以下がより好ましい。 In the present invention, since a titanium material having no light transmission is used as the light electrode, it is necessary to carry out light irradiation from the counter electrode. Therefore, the thickness of the electrochemical reduction catalyst layer is preferably several nm or less, and 0. More preferably, it is 5 to 1 nm or less.

(集電極)
色素増感型太陽電池本体では、対極の透明導電性ガラス又は透明導電性フィルム表面に集電効果を有する導電性材料をストライプ状、格子状に配線することで、色素増感型太陽電池、特に大面積の色素増感型太陽電池においても光電変換特性の低減が抑制される。
(Collection electrode)
In the main body of a dye-sensitized solar cell, a dye-sensitized solar cell, in particular, is formed by wiring a conductive material having a current collecting effect on the surface of a transparent conductive glass or a transparent conductive film as a counter electrode in a striped or lattice pattern. Even in a large-area dye-sensitized solar cell, reduction of photoelectric conversion characteristics is suppressed.

集電極設置後の対極の開口率は、対極の全体面積の50〜99%程度が好ましく、70〜99%がより好ましく、80〜95%程度が更に好ましい。 The aperture ratio of the counter electrode after the collector electrode is installed is preferably about 50 to 99%, more preferably 70 to 99%, and even more preferably about 80 to 95% of the total area of the counter electrode.

本発明において、前記集電極材料としては、導電性を有するものであればよいが、電解質層にヨウ化物塩とヨウ素の組み合わせを用いる場合、電解質が高い腐食性を示すために、使用できる集電極材料としては、耐食性に優れた材料を使用する。
耐食性が高い集電極材料としては、チタン、ニオブ、タンタル、ジルコニウム、クロム、モリブデン及びそれらを主成分とするチタン合金、ニオブ合金、タンタル合金、ジルコニウム合金、クロム合金、モリブデン合金、ならびに白金等の金属材料の他、カーボン、グラファイト、カーボンナノチューブ等の炭素材が好ましい。
In the present invention, the collecting electrode material may be any material having conductivity, but when a combination of an iodide salt and iodine is used for the electrolyte layer, the collecting electrode can be used because the electrolyte exhibits high corrosiveness. As the material, a material having excellent corrosion resistance is used.
Collecting electrode materials with high corrosion resistance include titanium, niobium, tantalum, zirconium, chromium, molybdenum and metals such as titanium alloys containing them as main components, niobium alloys, tantalum alloys, zirconium alloys, chromium alloys, molybdenum alloys, and platinum. In addition to the material, a carbon material such as carbon, graphite, or carbon nanotube is preferable.

対極上に集電極を作製する方法としては、ポリイミドテープにてマスキングし、エッチングすることにてパターニングしたものやフォトリゾグラフィーにてパターニングした対極材料へ電解メッキや無電解メッキ等の化学的手法や真空蒸着、電子ビーム蒸着、スパッタリング等の物理的手法などが挙げられる。また高分子材料やガラス材に凹面を予め作製し、その凹面に集電極部材を埋設させた材料を作製し、その表面に透明導電膜をコーティングした後に、電気化学的触媒物質をコーティングしたものでもよい。
前記集電極の厚みは、0.01〜100μm程度が好ましく、0.1〜10μm程度がより好ましく、1〜10μm程度が更に好ましい。
As a method of producing a collector electrode on the counter electrode, a chemical method such as electrolytic plating or electroless plating is applied to a material patterned by masking with polyimide tape and etching, or a counter electrode material patterned by photolithography. Examples include physical methods such as vacuum vapor deposition, electron beam deposition, and sputtering. It is also possible to prepare a concave surface in advance on a polymer material or a glass material, prepare a material in which a collecting electrode member is embedded in the concave surface, coat the surface with a transparent conductive film, and then coat the surface with an electrochemical catalyst substance. Good.
The thickness of the collecting electrode is preferably about 0.01 to 100 μm, more preferably about 0.1 to 10 μm, and even more preferably about 1 to 10 μm.

(反射防止膜)
色素増感型太陽電池本体では、前記光電極と対面しない、前記対極の透明導電ガラス又は透明導電フィルムの非導電面上に反射防止膜を設けていることが好ましい。
(Anti-reflective coating)
The dye-sensitized solar cell body, do not face the photoelectrode, it is preferable that an antireflection film on a non-conductive surface of the transparent conductive glass or transparent conductive film of the counter electrode.

前記反射防止膜は、MgFやSiO等を真空蒸着、電子ビーム蒸着、スパッタリング等の物理的手法やスピンコーティングやディップコーティング等の化学的手法にて作製することができる。また反射防止膜は、1種類にて実施してもよいが、2種類以上併用することが好ましい。 The antireflection film can be produced by subjecting MgF 2 or SiO 2 to a physical method such as vacuum vapor deposition, electron beam deposition, or sputtering, or a chemical method such as spin coating or dip coating. Further, although one type of antireflection film may be used, it is preferable to use two or more types in combination.

前記反射防止膜を設けることにより、色素増感型太陽電池本体の光電極に届く光量が高まるために、得られた色素増感型太陽電池の電流量が増加し、発電量は向上する。 By providing the antireflection film, the amount of light reaching the photoelectrode of the dye-sensitized solar cell body is increased, so that the amount of current of the obtained dye-sensitized solar cell is increased and the amount of power generation is improved.

(スペーサー及び封止剤)
色素増感型太陽電池本体の光電極と対極とが接触すると、光電極と対極が短絡してしまうために、色素増感型太陽電池として機能は発揮しないことから、光電極と対極との間にスペーサーを設置することで光電極と対極の接触を防ぐことが好ましい。
(Spacer and sealant)
When the photoelectrode of the main body of the dye-sensitized solar cell comes into contact with the counter electrode, the photoelectrode and the counter electrode are short-circuited, so that the function of the dye-sensitized solar cell is not exhibited. It is preferable to prevent contact between the photoelectrode and the counter electrode by installing a spacer in the space.

前記スペーサーとしては、電池分野で通常使われている公知のものを使用することができる。具体的には、アイオノマー系樹脂フィルム、ポリイミド系樹脂フィルム、UV硬化樹脂、ガラス材、ポリイミドテープ等を用いることができる。 As the spacer, a known spacer usually used in the battery field can be used. Specifically, an ionomer resin film, a polyimide resin film, a UV curable resin, a glass material, a polyimide tape, or the like can be used.

一方、金属チタンやチタン合金を表面処理することにおいて表面にアナターゼ型酸化チタン皮膜を形成させた光電極は、本アナターゼ型酸化チタン皮膜が半導体特性を有するために、光電極と対極が接触しても、問題ないので、金属チタンやチタン合金を表面処理することにて作製した光電極と対極の間には、スペーサーを設置する必要はない。 On the other hand, in the optical electrode in which the anatase-type titanium oxide film is formed on the surface by surface-treating metallic titanium or titanium alloy, the photoelectrode and the counter electrode come into contact with each other because the anatase-type titanium oxide film has semiconductor characteristics. However, since there is no problem, it is not necessary to install a spacer between the photoelectrode produced by surface-treating metallic titanium or titanium alloy and the counter electrode.

スペーサーを使用しない場合は、光電極と対極の距離、即ち電解質の厚みを減らすことができるために、光電極上の多孔質酸化チタン層に吸着させた色素増感剤に光が効率よく照射されるために、高い電流量が得られ、得られた色素増感型太陽電池の光電変換特性は向上する。 When the spacer is not used, the distance between the photoelectrode and the counter electrode, that is, the thickness of the electrolyte can be reduced, so that the dye sensitizer adsorbed on the porous titanium oxide layer on the photoelectrode is efficiently irradiated with light. Therefore, a high amount of current can be obtained, and the photoelectric conversion characteristics of the obtained dye-sensitized solar cell are improved.

また、前記電解質層からの電解質の漏出の封止に用いる封止剤としては、UV硬化樹脂、アイオノマー系樹脂フィルム、エポキシ系樹脂、シリコン系エラストマー、フリットガラス材等を用いることができる。 Further, as the sealing agent used for sealing the leakage of the electrolyte from the electrolyte layer, a UV curable resin, an ionomer resin film, an epoxy resin, a silicon elastomer, a frit glass material or the like can be used.

封止する手法としては、前記封止剤を、対極と対向する光電極に塗布又は設置し、対極を設置した後に、封止剤を硬化させること等により、メインシールを先ず実施することが好ましい。
次いで予め、対極又は光電極に設けた電解質注入孔を設ける。この電解質注入孔から電解質層を注入後、電解質注入孔を前記封止剤にて塞ぎ、硬化させること等により、エンドシールを実施することが好ましい。
電解質の注入としては、電解質が満たされた容器に色素増感型太陽電池を浸漬させ、引圧して大気圧に戻すこと等や電解質を、ディスペンサー等を用いて、直接注入すること等が挙げられる。
As a sealing method, it is preferable to first carry out the main seal by applying or installing the sealing agent on the photoelectrode facing the counter electrode, installing the counter electrode, and then curing the sealing agent. ..
Next, an electrolyte injection hole provided in the counter electrode or the photoelectrode is provided in advance. After injecting the electrolyte layer from the electrolyte injection holes, it is preferable to carry out end sealing by closing the electrolyte injection holes with the sealant and curing the electrolyte layer.
Examples of the injection of the electrolyte include immersing the dye-sensitized solar cell in a container filled with the electrolyte and applying pressure to return it to atmospheric pressure, or directly injecting the electrolyte using a dispenser or the like. ..

(色素増感型太陽電池モジュール)
色素増感型太陽電池本体が、太陽電池本体を2つ以上備えたモジュールである場合、例えば、光電極と対極が電解質層を介してT字型に配置されたものであって、チタン材料の断面上に色素増感剤を含有する多孔質酸化チタン焼結体層が形成されたもの光電極が絶縁体を介して2個以上配列されており、該光電極の間に絶縁材を介して一体化された構成を備えており、対極の透明導電性ガラスあるいは透明導電性フィルムに関しては、透明導電性ガラスあるいは透明導電性フィルムが有する透明導電膜と電気化学的還元触媒層(以下、電気化学触媒層ともいう)ともにエッチングにより絶縁されており、それぞれの光電極と対極とは、電気的に直列あるいは並列に接続されている構成を有している色素増感型太陽電池モジュールであることが好ましい。
(Dye-sensitized solar cell module)
When the dye-sensitized solar cell body is a module including two or more solar cell bodies, for example, the photoelectrode and the counter electrode are arranged in a T shape via an electrolyte layer, and the titanium material is used. A porous titanium oxide sintered body layer containing a dye sensitizer is formed on the cross section. Two or more photoelectrodes are arranged via an insulator, and two or more photoelectrodes are arranged between the photoelectrodes via an insulating material. It has an integrated structure, and with respect to the opposite electrode transparent conductive glass or transparent conductive film, the transparent conductive film of the transparent conductive glass or transparent conductive film and the electrochemical reduction catalyst layer (hereinafter, electrochemical) also referred to as a catalyst layer) and are both insulated by etching, and each of the photoelectrode and the counter electrode, are electrically in series or dye-sensitized solar cell module having a configurations that are connected in parallel Is preferable.

前記色素増感型太陽電池モジュールは、光電極は、厚さが0.1〜5mm程度のチタン材料の切断面に、多孔質酸化チタン層を形成させた後、本多孔質酸化チタン層に色素増感剤を吸着させるともに、チタン材料と絶縁体との一体化させる構成を備えていることが好ましい。 In the dye-sensitized solar cell module, the photoelectrode is formed by forming a porous titanium oxide layer on a cut surface of a titanium material having a thickness of about 0.1 to 5 mm, and then dyeing the porous titanium oxide layer. It is preferable that the titanium material and the insulator are integrated with each other while adsorbing the sensitizer.

本発明の色素増感型太陽電池モジュールでは、対極は、透明導電性ガラスあるいは透明導電性フィルム上に電気化学触媒層をコーティングされたものを、前記2個以上の光電極と絶縁材とが一体化させたものの上部にT字型に設置されていることが好ましい。 In the dye-sensitized solar cell module of the present invention, the counter electrode is a transparent conductive glass or a transparent conductive film coated with an electrochemical catalyst layer, and the two or more photoelectrodes and an insulating material are integrated. It is preferable that the film is installed in a T shape on the upper part of the film.

光電極と絶縁材を一体化させるためには、電解質層に対して耐久性のあるエポキシ系樹脂、アクリル系樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、PEEK(Polyether ethyl ketone)樹脂、シリコン系樹脂等の群から選ばれた少なくとも1種類以上選択させた材料を用いることが好ましい。またこれらの樹脂材を予め切削加工あるいは射出加工等を施した部材に、光電極を入れ込むこと等も挙げられる。 In order to integrate the optical electrode and the insulating material, a group of epoxy resin, acrylic resin, polyethylene resin, polypropylene resin, PEEK (Polyether ethyl ketone) resin, silicon resin, etc., which are durable against the electrolyte layer. It is preferable to use at least one selected material selected from the above. Further, it is also possible to insert a photoelectrode into a member obtained by pre-cutting or injection processing these resin materials.

対極に対向配置された光電極と絶縁体を一体化させたもののパターンに準じて、対極の透明導電膜と電気化学触媒層とともにエッチング等を実施することにて、絶縁層をパターニング処理すること等が挙げられる。 The insulating layer is patterned by performing etching or the like together with the transparent conductive film of the counter electrode and the electrochemical catalyst layer according to the pattern of the integrated optical electrode and the insulator arranged opposite to the counter electrode. Can be mentioned.

前記パターニング処理としては、光電極に対向する部分にポリイミドテープ等を貼り、マスキングする。次いで、エッチングするために、非マスキング面の透明導電膜と電気化学触媒層を、薬剤を用いて取り除くこと等による絶縁処理のパターニング処理することが好ましい。また感光性の有するレジストを対極に塗布し感光させることで、露光部と非露光部を形成させることにて、微細なパターニングを実施できるフォトリゾグラフィー法によるポターニング処理する方法等も好ましい。 In the patterning process, a polyimide tape or the like is attached to a portion facing the photoelectrode to mask it. Next, in order to etch, it is preferable to perform a patterning treatment of an insulating treatment such as removing the transparent conductive film and the electrochemical catalyst layer on the non-masking surface with a chemical agent. Further, a method of potting by a photolithography method capable of performing fine patterning by forming an exposed portion and a non-exposed portion by applying a resist having photosensitivity to the counter electrode and exposing it to light is also preferable.

また、色素増感型太陽電池モジュールにおいても発電量を増加させるために、対極に反射防止膜加工等を施すことが好ましい。
このようにして作製した光電極と対極を電気的に直列接続または並列接続を実施することにより、色素増感型太陽電池モジュールは作製する。
Further, also in the dye-sensitized solar cell module, in order to increase the amount of power generation, it is preferable to apply antireflection film processing or the like to the counter electrode.
The dye-sensitized solar cell module is manufactured by electrically connecting the photoelectrode and the counter electrode thus manufactured in series or in parallel.

(集光レンズ)
集光レンズとしては、太陽電池に使用可能なものであればよく、特に限定されるものではない。集光レンズの素材としては、ガラス、PMMA(ポリメチルメタクリレート),PET(ポリエチレンテレフタレート)、PEN(ポリエチレンナフタレート)等の透明プラスティック製のリニアフレネルレンズ等が好ましい。
(Condenser lens)
The condenser lens may be any one that can be used for a solar cell, and is not particularly limited. As the material of the condenser lens, a linear Fresnel lens made of transparent plastic such as glass, PMMA (polymethylmethacrylate), PET (polyethylene terephthalate), and PEN (polyethylene naphthalate) is preferable.

色素増感型太陽電池に使用されている色素増感剤等の有機物成分は、太陽光に含まれる紫外線にて劣化する恐れがあるが、本集光レンズを用いることにより、紫外線が色素増感型太陽電池に入ることを防ぐことが可能なために、色素増感型太陽電池の耐久性を向上させることができる。
また、前記集光レンズとしては、凸レンズに限定されるものではなく、凹レンズでも構わない。
Organic components such as dye sensitizers used in dye-sensitized solar cells may be deteriorated by the ultraviolet rays contained in sunlight, but by using this condensing lens, the ultraviolet rays are dye-sensitized. Since it is possible to prevent the solar cell from entering the dye-sensitized solar cell, the durability of the dye-sensitized solar cell can be improved.
Further, the condenser lens is not limited to the convex lens, and may be a concave lens.

(集光レンズと鏡との併用)
集光レンズを用いることによる発電量は、従来のシリコン型太陽電池においてもある程度は、向上する。しかしながら、シリコン型太陽電池の発電は、入射光依存性が高く、わずかにでも入射角が異なると、発電量が著しく低下する。
(Combined use of condenser lens and mirror)
The amount of power generated by using the condenser lens is improved to some extent even in the conventional silicon type solar cell. However, the power generation of the silicon type solar cell is highly dependent on the incident light, and if the incident angle is slightly different, the amount of power generation is significantly reduced.

本発明の色素増感型太陽電池又は色素増感型太陽電池モジュールは、入射光依存性がなく、どのような角度からの光でも、発電量に違いはない。この入射光依存性がない特性を鋭意検討した所、集光レンズから入射された光を、鏡を用いて乱反射させる。この乱反射された光を用いても、本発明の色素増感型太陽電池又は色素増感型太陽電池モジュールは、高い発電量が得ることができることがわかった。 The dye-sensitized solar cell or the dye-sensitized solar cell module of the present invention has no dependence on incident light, and there is no difference in the amount of power generation regardless of the light from any angle. After diligently examining the characteristic of having no dependence on incident light, the light incident from the condenser lens is diffusely reflected using a mirror. It was found that the dye-sensitized solar cell or the dye-sensitized solar cell module of the present invention can obtain a high amount of power generation even when the diffusely reflected light is used.

また、単に集光レンズを用いるものと比較して、鏡を併用した本発明品は、コンパクトな構造を有するものである。 Further, the product of the present invention in which a mirror is used in combination has a compact structure as compared with a product in which a condenser lens is simply used.

以下、実施例を挙げて本発明を説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。 Hereinafter, the present invention will be described with reference to examples, but the present invention is not limited to these examples.

実施例1
(1)陽極酸化処理したチタン材料の作製
金属チタン板(チタン材料、光電極基板)側面に、フライス盤(VHR-SD,静岡鐵工所製)による平滑化処理を実施し、トリクロロエチレンを用いて脱脂処理した後、窒化炉(NVF-600-PC、中日本炉工業製)を使用して、脱脂処理した金属チタン板の表面にチタン窒化物を形成した。
先ず、窒化炉内に設置した平板状のカーボン材により、金属チタン板を挟んだ。次いで、酸素を取り除くために窒化炉を1Pa以下まで減圧処理した後、窒化炉に99.99%以上の高純度の窒素ガスを導入して0.1MPa(大気圧)まで復圧させた。次いで、窒化炉を2時間かけて950℃まで昇温した。次いで、この950℃の窒化炉において、1時間加熱処理を行い、金属チタン板の表面にチタン窒化物を形成した。
Example 1
(1) Preparation of anodized titanium material The side surface of a metal titanium plate (titanium material, photoelectrode substrate) is smoothed with a milling machine (VHR-SD, manufactured by Shizuoka Iron Works) and degreased using trichloroethylene. After the treatment, a nitride furnace (NVF-600-PC, manufactured by Nakanihon Furnace Industry Co., Ltd.) was used to form titanium nitride on the surface of the degreased metal titanium plate.
First, a metal titanium plate was sandwiched between flat carbon materials installed in a nitriding furnace. Next, the nitriding furnace was depressurized to 1 Pa or less in order to remove oxygen, and then nitrogen gas having a high purity of 99.99% or more was introduced into the nitriding furnace to restore the pressure to 0.1 MPa (atmospheric pressure). The nitriding furnace was then heated to 950 ° C. over 2 hours. Next, in this 950 ° C. nitriding furnace, heat treatment was performed for 1 hour to form titanium nitride on the surface of the metal titanium plate.

表面にチタン窒化物を形成させた金属チタン板を、1.5M硫酸(和光純薬製工業製)、0.05Mリン酸(和光純薬製工業製)、0.3M過酸化水素(和光純薬製工業製)にて電流密度10A/dmにて30分間陽極酸化処理を実施することで、金属チタン表面にアナターゼ型酸化チタンの皮膜を形成させた。 Metal titanium plate with titanium nitride formed on the surface, 1.5M sulfuric acid (manufactured by Wako Pure Chemical Industries), 0.05M phosphoric acid (manufactured by Wako Pure Chemical Industries), 0.3M hydrogen peroxide (manufactured by Wako Pure Chemical Industries) An anatase-type titanium oxide film was formed on the surface of metallic titanium by performing anodization treatment at a current density of 10 A / dm 2 for 30 minutes at Yakuhin Kogyo Co., Ltd.).

(2)光電極の作製
上記表面処理した10mm×50mm×2mmの金属チタン板を光電極として用いて、色素増感型太陽電池を作製した。先ず、上記表面処理した金属チタン板を溶剤であるエタノールにて洗浄、乾燥させた。
その後、前処理した材料を50mMのアルミニウムイソプロポキシド(和光純薬工業製)エタノール溶液で卓上ディップコーター(SDI製、DT−0303−S1)を用いて1mm/秒の引き上げ速度でディップコートを行い、乾燥後、450℃で15分間焼成した。次に、5mMのニオブエトキシド(和光純薬工業製)エタノール溶液で1mm/秒の引き上げ速度でディップコートを行い、乾燥後、450℃で15分間焼成した後、60mMのチタンテトライソプロポキシド(和光純薬工業製)エタノール溶液で1mm/秒の引き上げ速度でディップコートを行い、乾燥後、450℃で15分間焼成した。さらに、40mM 四塩化チタン(TiCl)(和光純薬工業製)水溶液に70℃で30分間浸漬、乾燥後、450℃にて15分間焼成する工程を経ることにおいて、下層に酸化アルミニウム、中間層に酸化ニオブ、上層に酸化チタンの下層ブロック層をチタン材料上に形成させた。
(2) Preparation of Photoelectrode A dye-sensitized solar cell was prepared using the surface-treated 10 mm × 50 mm × 2 mm metal titanium plate as a photoelectrode. First, the surface-treated metallic titanium plate was washed with ethanol as a solvent and dried.
Then, the pretreated material was dip-coated with a 50 mM aluminum isopropoxide (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) ethanol solution using a desktop dip coater (manufactured by SDI, DT-0303-S1) at a pulling speed of 1 mm / sec. After drying, it was baked at 450 ° C. for 15 minutes. Next, dip coat with a 5 mM niobium ethoxide (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) ethanol solution at a pulling rate of 1 mm / sec, dry, and then bake at 450 ° C. for 15 minutes, and then 60 mM titanium tetraisopropoxide ( Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) Dip-coated with an ethanol solution at a pulling speed of 1 mm / sec, dried, and then baked at 450 ° C. for 15 minutes. Further, by immersing in a 40 mM titanium tetrachloride (TiCl 4 ) (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) aqueous solution at 70 ° C. for 30 minutes, drying, and then firing at 450 ° C. for 15 minutes, the lower layer is aluminum oxide and the intermediate layer. Niobium oxide was formed on the titanium material, and a lower block layer of titanium oxide was formed on the titanium material.

本処理をした上記表面処理材において、フライス加工(平滑化処理)した面(幅2mm×長さ50mm)に、酸化チタン材料(日揮触媒化成製、PST−18NR)とエタノールを重量比で2:1になるように混合したペーストを、塗布面積が0.8cm(2mm×40mm)になるように、スキージ法にて塗布し450℃で15分間焼成した。これを膜厚20〜25μmとなるよう10回コーティングした(半導体層)後、450℃で1時間焼成した。
上記半導体層の上層に、60mMのチタンテトライソプロポキシド(和光純薬工業製)エタノール溶液で1mm/秒の引き上げ速度でディップコートを行い、450℃で15分間焼成した後、さらに40mM TiCl(和光純薬工業製)水溶液に70℃で30分間浸漬し、450℃にて15分間焼成することで上層ブロック層を形成させた。
得られた光電極材料に対し、UVオゾンクリーナー UV253S(フィルジェン(株)製)内にて酸素フロー(0.05MPa,2分間)実施後紫外線照射を15分間実施、更に窒素フロー(0.2MPa,7分間)実施し、色素増感剤のルテニウム系色素C106(Solaronix製) 0.3 mMとインドリン系色素のD131(三菱製紙製)0.3mMを、tert-ブタノール(t−BuOH)(和光純薬製工業製)及びアセトニトリル(CHCN)(和光純薬工業製)を含む混合溶液に希釈し、色素溶液を調製した。混合液は、t−BuOH:CHCN=1:1の混合割合である。
光電極材料を本色素溶液に40℃にて14時間浸漬した後、光電極基板に負極配線として1.5mm×50mmに切断したチタン箔をスポット溶接し、光電極材料を得た。
In the above-treated surface-treated material, a titanium oxide material (Nikki Catalyst Kasei, PST-18NR) and ethanol are added to the milled (smoothed) surface (width 2 mm x length 50 mm) in a weight ratio of 2: The paste mixed so as to be 1 was applied by a squeegee method so that the coating area was 0.8 cm 2 (2 mm × 40 mm), and baked at 450 ° C. for 15 minutes. This was coated 10 times (semiconductor layer) so as to have a film thickness of 20 to 25 μm, and then fired at 450 ° C. for 1 hour.
The upper layer of the semiconductor layer is dip-coated with a 60 mM titanium tetraisopropoxide (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) ethanol solution at a pulling rate of 1 mm / sec, fired at 450 ° C. for 15 minutes, and then further 40 mM Tycol 4 (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.). Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) Immersed in an aqueous solution at 70 ° C. for 30 minutes and fired at 450 ° C. for 15 minutes to form an upper block layer.
The obtained photoelectrode material was subjected to oxygen flow (0.05 MPa, 2 minutes) in UV ozone cleaner UV253S (manufactured by Filgen Co., Ltd.), then ultraviolet irradiation for 15 minutes, and further nitrogen flow (0.2 MPa). , 7 minutes), and tert-butanol (t-BuOH) (Japanese) of the dye sensitizer ruthenium dye C106 (manufactured by Solaronix) 0.3 mM and the indolin dye D131 (manufactured by Mitsubishi Paper) 0.3 mM. A dye solution was prepared by diluting with a mixed solution containing (manufactured by Kojunyaku Kogyo) and acetonitrile (CH 3 CN) (manufactured by Wako Pure Chemical Industries). The mixed solution has a mixing ratio of t-BuOH: CH 3 CN = 1: 1.
After immersing the photoelectrode material in the present dye solution at 40 ° C. for 14 hours, a titanium foil cut to 1.5 mm × 50 mm was spot-welded to the photoelectrode substrate as negative electrode wiring to obtain a photoelectrode material.

(3)対極板の作製
対極としては、FTO蒸着ガラス板(AGC製)を溶剤にてアセトン、エタノールにて洗浄、乾燥させた後、反射防止コーティング(大正光学製)した後に白金を電子ビーム蒸着にて1nm蒸着した。
上記対極板を、光電極に対向する部分にポリイミドテープを貼り、よくこすり付けてマスキングした後、非マスキング面のFTO膜及び白金を亜鉛粉末(和光純薬工業製)及び塩酸(和光純薬工業製)にて剥離し、絶縁処理した。その後、対極板を水とエタノールで洗浄し、ポリイミドテープでマスキングした後、スパッタリングにより白金集電電極(ビースパッタ製)を得た。
次いで、電動式ハンドピース(アルゴファイルジャパン製、SPC−40)を用いてガラス板に穴を開け、電解質注入孔を設けた。ターミナル部位としては、特殊ハンダ セラソルザ#186(黒田テクノ製)にてコーティングした。
(3) Preparation of counter electrode plate As a counter electrode, an FTO-deposited glass plate (manufactured by AGC) is washed with a solvent in acetone and ethanol, dried, and then antireflection coated (manufactured by Taisho Optical Co., Ltd.), followed by electron beam deposition of platinum. Was vapor-deposited at 1 nm.
After masking the counter electrode plate with polyimide tape on the part facing the optical electrode and rubbing it well, the FTO film and platinum on the non-masking surface are zinc powder (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) and hydrochloric acid (Wako Pure Chemical Industries, Ltd.). Was peeled off and insulated. Then, the counter electrode plate was washed with water and ethanol, masked with a polyimide tape, and then a platinum current collector electrode (manufactured by Bee Sputter) was obtained by sputtering.
Next, a hole was made in the glass plate using an electric handpiece (manufactured by Argofile Japan, SPC-40), and an electrolyte injection hole was provided. The terminal part was coated with special solder Cerasolza # 186 (manufactured by Kuroda Techno).

(4)色素増感型太陽電池モジュールの作製
モジュール外枠には、PEEK製のモールド(アリス製)を用いて、上記光電極をモールドに差し込み、モールド外周および光電極間にアクリル系UV硬化樹脂TB3035B(スリーボンド製、封止剤)を塗布して対極板を設置した。その後、コンベア型UV照射装置(ウシオ電機製、VB−15201BY−A)を用いて積算強度40kJ/mで封止剤を硬化させ、光電極と対極のメインシールを行った。
0.04Mヨウ素(アルドリッチ製)、0.08Mヨウ化リチウム(アルドリッチ製)、0.72M DMPII(Solaronix製)、1.0M TBP(アルドリッチ製)をアセトニトリル中(和光純薬製工業製)に溶解させて、電解質を調製した。調製した電解質を、電解質注入孔からセル内に入れた。
次いで、アクリル系UV硬化樹脂TB3035Bを用いて電解質注入孔を塞ぎ、その上にカバーガラスを接着することで、エンドシールを行った。
その後、各セルの光電極と対極を直列に接続し、8直列の色素増感型太陽電池モジュールを2個作製した後、それらを2並列に接続した。
(4) Fabrication of Dye-Sensitized Solar Cell Module Using a PEEK mold (made by Alice) for the module outer frame, the photoelectrode is inserted into the mold, and an acrylic UV curable resin is inserted between the outer periphery of the mold and the photoelectrode. TB3035B (manufactured by ThreeBond, a sealant) was applied and a counter electrode plate was installed. Then, the sealant was cured with an integrated intensity of 40 kJ / m 2 using a conveyor-type UV irradiation device (VB-15201BY-A manufactured by Ushio, Inc.), and the main seal of the photoelectrode and the counter electrode was performed.
0.04M iodine (manufactured by Aldrich), 0.08M lithium iodide (manufactured by Aldrich), 0.72M DMPII (manufactured by Solaronix), 1.0M TBP (manufactured by Aldrich) dissolved in acetonitrile (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) The electrolyte was prepared. The prepared electrolyte was put into the cell through the electrolyte injection hole.
Next, an acrylic UV curable resin TB3035B was used to close the electrolyte injection hole, and a cover glass was adhered thereto to perform end sealing.
Then, the photoelectrode of each cell and the counter electrode were connected in series, two dye-sensitized solar cell modules in eight series were manufactured, and then they were connected in parallel.

(5)太陽電池の作製および評価結果
図4に示すように、太陽電池本体2として得られた8直列2並列色素増感太陽電池モジュールを基板5の表面に固定し、この基板5と、集光レンズ3であるフレネルレンズ(日本特殊光学樹脂製 LF200−B)と反射板5である鏡とを略三角筒状に配置して、モジュールタイプの色素増感型太陽電池1を作製した。
具体的には、前記太陽電池本体2の受光面の法線が前記集光レンズ3の光軸方向に対して交差するように前記太陽電池本体2を配置し、この太陽電池本体2から見て、前記太陽電池本体2の受光面の法線が前記光軸方向に対して交差する側に、前記反射板5を配置した。
太陽電池本体1の受光面の法線Nと、前記集光レンズ3の光軸Lとのなす角度は約57°に調整した。
前記色素増感型太陽電池1は、水平な設置面6に対して、図1に示すように設置した。具体的には、設置面6から前記基板5との角度θ1を70°、設置面6から前記反射板4との角度θ2を35°に調整した。
(5) Manufacturing and Evaluation Results of Solar Cell As shown in FIG. 4, the 8-series 2-parallel dye-sensitized solar cell module obtained as the solar cell body 2 was fixed to the surface of the substrate 5, and the substrate 5 and the collection were collected. A module-type dye-sensitized solar cell 1 was produced by arranging a Fresnel lens (LF200-B manufactured by Nippon Special Optical Resin) which is an optical lens 3 and a mirror which is a reflecting plate 5 in a substantially triangular tubular shape.
Specifically, the solar cell body 2 is arranged so that the normal of the light receiving surface of the solar cell body 2 intersects the optical axis direction of the condensing lens 3, and is viewed from the solar cell body 2. The reflecting plate 5 is arranged on the side where the normal of the light receiving surface of the solar cell main body 2 intersects the optical axis direction.
The angle formed by the normal N of the light receiving surface of the solar cell body 1 and the optical axis L of the condenser lens 3 was adjusted to about 57 °.
The dye-sensitized solar cell 1 was installed on a horizontal installation surface 6 as shown in FIG. Specifically, the angle θ1 from the installation surface 6 to the substrate 5 was adjusted to 70 °, and the angle θ2 from the installation surface 6 to the reflector 4 was adjusted to 35 °.

(比較例1)
集光レンズ3、反射板4を用いず、太陽電池本体2を固定した基板5のみを設置面6に置いた。
(Comparative Example 1)
Only the substrate 5 on which the solar cell main body 2 was fixed was placed on the installation surface 6 without using the condenser lens 3 and the reflector 4.

(比較例2)
図5に示すように、比較例1のように太陽電池本体2を固定した基板5を設置面6に置き、この太陽電池本体2に対して集光レンズ3を平行に配置した(太陽電池本体2の受光面の法線と集光レンズ3の光軸Lとの角度:0°)。また、反射板4は使用しないようにした。
(Comparative Example 2)
As shown in FIG. 5, the substrate 5 to which the solar cell main body 2 is fixed is placed on the installation surface 6 as in Comparative Example 1, and the condensing lens 3 is arranged parallel to the solar cell main body 2 (solar cell main body). The angle between the normal line of the light receiving surface of 2 and the optical axis L of the condensing lens 3: 0 °). Moreover, the reflector 4 was not used.

(試験例1:光電変換効率の測定)
実施例1で作製した色素増感型太陽電池1、比較例1、2の太陽発電装置を用い、設置面6に対して垂直な方向から光を照射して光電変換効率の測定を行った。
なお、光量は、太陽電池標準セル(SN/667 BS−520BK分光計器製)を用いて測定を行った。
得られた結果を表1に示す。
(Test Example 1: Measurement of photoelectric conversion efficiency)
Using the dye-sensitized solar cells 1 produced in Example 1 and the solar power generation devices of Comparative Examples 1 and 2, light was irradiated from a direction perpendicular to the installation surface 6 to measure the photoelectric conversion efficiency.
The amount of light was measured using a solar cell standard cell (manufactured by SN / 667 BS-520BK spectrometer).
The results obtained are shown in Table 1.

Figure 0006775175
Figure 0006775175

表1に示す結果から、実施例1の色素増感型太陽電池1の変換効率は、比較例1よりも若干大きく、また比較例2よりもやや低いものの十分に高いことがわかる。
また、比較例1、2は、いずれも太陽電池本体2の受光面の真上から光が照射されており、最も変換効率が高くなる光照射をしているのに対し、実施例1では、図1に示すように、太陽電池本体2の受光面に真上から光が照射されていないにも関わらず、上記のように変換効率が高くなっている。
したがって、太陽の位置が変わるなど、光の照射方向が変化した場合、比較例1、2に比べて、実施例1の色素増感型太陽電池1の変換効率への影響は少なく、発電量は高く維持されることがわかる。
From the results shown in Table 1, it can be seen that the conversion efficiency of the dye-sensitized solar cell 1 of Example 1 is slightly higher than that of Comparative Example 1 and slightly lower than that of Comparative Example 2, but sufficiently high.
Further, in Comparative Examples 1 and 2, light is irradiated from directly above the light receiving surface of the solar cell main body 2, and the light irradiation has the highest conversion efficiency, whereas in Example 1, the light is irradiated. As shown in FIG. 1, although the light receiving surface of the solar cell main body 2 is not irradiated with light from directly above, the conversion efficiency is high as described above.
Therefore, when the irradiation direction of light changes, such as when the position of the sun changes, the effect on the conversion efficiency of the dye-sensitized solar cell 1 of Example 1 is smaller than that of Comparative Examples 1 and 2, and the amount of power generation is large. It can be seen that it is kept high.

試験例2(色素増感型太陽電池とシリコン型太陽電池との光電変換効率の対比)
(1)陽極酸化処理したチタン材料の作製
金属チタン板(チタン材料、光電極基板)を、トリクロロエチレンを用いて脱脂処理した後、窒化炉(NVF−600−PC、中日本炉工業(株)製)を使用して、脱脂処理した金属チタン板の表面にチタン窒化物を形成した。
先ず、窒化炉内に設置した平板状のカーボン材により、金属チタン板を挟んだ。次いで、酸素を取り除くために窒化炉を1Pa以下まで減圧処理した後、窒化炉に99.99%以上の高純度の窒素ガスを導入して0.1MPa(大気圧)まで復圧させた。次いで、窒化炉を2時間かけて950℃まで昇温した。次いで、この950℃の窒化炉において、1時間加熱処理を行い、金属チタン板の表面にチタン窒化物を形成した。
表面にチタン窒化物を形成させた金属チタン板を、1.5M硫酸(和光純薬製工業製)、0.05Mリン酸(和光純薬製工業製)、0.3M過酸化水素(和光純薬製工製)にて電流密度10A/dmにて30分間陽極酸化処理を実施した。金属チタン表面にアナターゼ型酸化チタンの皮膜を形成させた。
Test Example 2 (Comparison of photoelectric conversion efficiency between dye-sensitized solar cell and silicon type solar cell)
(1) Preparation of anodized titanium material After degreasing a metal titanium plate (titanium material, photoelectrode substrate) with trichloroethylene, a nitriding furnace (NVF-600-PC, manufactured by Nakanihon Furnace Industry Co., Ltd.) ) Was used to form titanium nitride on the surface of the degreased metallic titanium plate.
First, a metal titanium plate was sandwiched between flat carbon materials installed in a nitriding furnace. Next, the nitriding furnace was depressurized to 1 Pa or less in order to remove oxygen, and then nitrogen gas having a high purity of 99.99% or more was introduced into the nitriding furnace to restore the pressure to 0.1 MPa (atmospheric pressure). The nitriding furnace was then heated to 950 ° C. over 2 hours. Next, in this 950 ° C. nitriding furnace, heat treatment was performed for 1 hour to form titanium nitride on the surface of the metal titanium plate.
Metallic titanium plate with titanium nitride formed on the surface, 1.5M sulfuric acid (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.), 0.05M phosphoric acid (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.), 0.3M hydrogen peroxide (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) Anodization treatment was carried out at a current density of 10 A / dm 2 for 30 minutes at Yakuhin Kogyo). A film of anatase-type titanium oxide was formed on the surface of metallic titanium.

(2)光電極の作製
上記表面処理した12mm×50mmの金属チタン板を光電極として用いて、色素増感型太陽電池を作製した。先ず、上記表面処理した金属チタン板を溶剤であるエタノールにて洗浄、乾燥させた。
その後、前処理した材料を50mMのアルミニウムイソプロポキシド(和光純薬工業製)エタノール溶液で卓上ディップコーター(SDI製、DT−0303−S1)を用いて1mm/秒の引き上げ速度でディップコートを行い、乾燥後、450℃で15分間焼成した。次に、5mMのニオブエトキシド(和光純薬工業製)エタノール溶液で1mm/秒の引き上げ速度でディップコートを行い、乾燥後、450℃で15分間焼成した後、60mMのチタンテトライソプロポキシド(和光純薬工業製)エタノール溶液で1mm/秒の引き上げ速度でディップコートを行い、乾燥後、450℃で15分間焼成した。さらに、40mM四塩化チタンTiCl(和光純薬工業製)水溶液に70℃で30分間浸漬、乾燥後、450℃にて15分間焼成する工程を経ることにおいて、下層に酸化アルミニウム、中間層に酸化ニオブ、上層に酸化チタンの下層ブロック層をチタン材料上に形成させた。
本処理をした上記表面処理材に酸化チタン材料(日揮触媒化成製、PST−18NR)とエタノールを重量比で2:1になるように混合したペーストを、塗布面積が1.2cm(3mm×40mm)になるように、スキージ法にて塗布し450℃で15分間焼成した。これを膜厚20〜25μmとなるよう10回コーティングした(半導体層)後、450℃で1時間焼成した。
上記半導体層の上層に、60mMのチタンテトライソプロポキシド(和光純薬工業製)エタノール溶液で1mm/秒の引き上げ速度でディップコートを行い、450℃で15分間焼成した後、さらに40mMTiCl(和光純薬工業製)水溶液に70℃で30分間浸漬し、450℃にて15分間焼成することで上層ブロック層を形成させた。
得られた光電極材料に対し、UVオゾンクリーナーUV253S(フィルジェン製)内にて酸素フロー(0.05MPa,2分間)実施後紫外線照射を15分間実施、更に窒素フロー(0.2 MPa,7分間)実施し、色素増感剤のルテニウム系色素のC106(Solaronix製)を0.3mMとインドリン系色素のD131(三菱製紙製)0.3mMを、tert-ブタノール(t−BuOH)(和光純薬製工業製)及びアセトニトリル(CHCN)(和光純薬工業製)を含む混合溶液に希釈し、色素溶液を調製した。混合液は、t−BuOH:CHCN=1:1の混合割合である。
光電極材料を本色素溶液に40℃にて14時間浸漬し、光電極材料を得た。表面処理した金属チタンに電動式ハンドピース(アルゴファイルジャパン製、SPC−40)を用いて研磨処理をすることで集電部を設けた。
(2) Preparation of Photoelectrode A dye-sensitized solar cell was prepared using the above-mentioned surface-treated 12 mm × 50 mm metal titanium plate as a photoelectrode. First, the surface-treated metallic titanium plate was washed with ethanol as a solvent and dried.
Then, the pretreated material was dip-coated with a 50 mM aluminum isopropoxide (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) ethanol solution using a desktop dip coater (manufactured by SDI, DT-0303-S1) at a pulling speed of 1 mm / sec. After drying, it was baked at 450 ° C. for 15 minutes. Next, dip coat with a 5 mM niobium ethoxide (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) ethanol solution at a pulling rate of 1 mm / sec, dry, and then bake at 450 ° C. for 15 minutes, and then 60 mM titanium tetraisopropoxide ( Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) Dip-coated with an ethanol solution at a pulling speed of 1 mm / sec, dried, and then baked at 450 ° C. for 15 minutes. Further, by immersing in a 40 mM titanium tetrachloride TiCl 4 (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) aqueous solution at 70 ° C. for 30 minutes, drying, and then firing at 450 ° C. for 15 minutes, the lower layer is oxidized with aluminum oxide and the intermediate layer is oxidized. A lower block layer of titanium oxide was formed on the titanium material in the upper layer of niobium.
A paste in which a titanium oxide material (Nikki Catalyst Kasei Co., Ltd., PST-18NR) and ethanol are mixed so as to have a weight ratio of 2: 1 is applied to the above-treated surface treatment material, and the coating area is 1.2 cm 2 (3 mm ×). It was applied by the squeegee method so as to be 40 mm) and baked at 450 ° C. for 15 minutes. This was coated 10 times (semiconductor layer) so as to have a film thickness of 20 to 25 μm, and then fired at 450 ° C. for 1 hour.
The upper layer of the semiconductor layer is dip-coated with a 60 mM titanium tetraisopropoxide (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) ethanol solution at a pulling rate of 1 mm / sec, calcined at 450 ° C. for 15 minutes, and then further 40 mM Tycol 4 (sum). An upper block layer was formed by immersing in an aqueous solution (manufactured by Kojunyaku Kogyo) at 70 ° C. for 30 minutes and firing at 450 ° C. for 15 minutes.
The obtained photoelectrode material was subjected to oxygen flow (0.05 MPa, 2 minutes) in UV ozone cleaner UV253S (manufactured by Filgen), then ultraviolet irradiation for 15 minutes, and further nitrogen flow (0.2 MPa, 7). (Minute), 0.3 mM of the dye sensitizer ruthenium dye C106 (manufactured by Solaronix) and 0.3 mM of the indolin dye D131 (manufactured by Mitsubishi Paper), tert-butanol (t-BuOH) (Wako Jun) A dye solution was prepared by diluting with a mixed solution containing (manufactured by Yakuhin Kogyo) and acetonitrile (CH 3 CN) (manufactured by Wako Pure Chemical Industries). The mixed solution has a mixing ratio of t-BuOH: CH 3 CN = 1: 1.
The photoelectrode material was immersed in the dye solution at 40 ° C. for 14 hours to obtain a photoelectrode material. A current collector was provided by polishing the surface-treated metallic titanium with an electric handpiece (manufactured by Argofile Japan, SPC-40).

(3)対極板の作製
対極としては、FTO(Fluorine doped Tin Oxide)蒸着ガラス板(AGC製)を溶剤にてアセトン、エタノールにて洗浄、乾燥させた後、反射防止コーティング(大正光学製)した後に白金を電子ビーム蒸着にて1nm蒸着した。
ターミナル部位としては、特殊ハンダ セラソルザ#186(黒田テクノ製)にてコーティングした。
(3) Preparation of counter electrode As the counter electrode, an FTO (Fluorine doped Tin Oxide) vapor-deposited glass plate (manufactured by AGC) was washed with a solvent in acetone and ethanol, dried, and then subjected to an antireflection coating (manufactured by Taisho Optical). Later, platinum was deposited at 1 nm by electron beam deposition.
The terminal part was coated with special solder Cerasolza # 186 (manufactured by Kuroda Techno).

(4)色素増感型太陽電池セルの作製
光電極と対極とを重ね合わせ、外周および光電極間にアクリル系UV硬化樹脂TB3035B(スリーボンド製、封止材)を塗布し、コンベア型UV照射装置(ウシオ電機製、VB−15201BY−A)を用いて積算強度40kJ/mで封止剤を硬化させ、光電極と対極を接着した。
0.04Mヨウ素(アルドリッチ製)、0.08Mヨウ化リチウム(アルドリッチ製)、0.72M DMPII(Solaronix製)、1.0M TBP(アルドリッチ製)をアセトニトリル中(和光純薬製工業製)に溶解させて、電解質を調製した。調製した電解質を、電解質注入孔からセル内に入れた。
次いで、アクリル系UV硬化樹脂TB3035Bを用いて電解質注入孔を塞ぎ、コンベア型UV照射装置(ウシオ電機製、VB−15201BY−A)を用いて積算強度40kJ/mで封止剤を硬化させることにより、色素増感太陽電池セルを作製した。
(4) Fabrication of Dye-Sensitized Solar Cell Cell A conveyor-type UV irradiation device by superimposing a photoelectrode and a counter electrode, applying acrylic UV curable resin TB3035B (manufactured by ThreeBond, a sealing material) between the outer periphery and the photoelectrode. The sealant was cured with an integrated strength of 40 kJ / m 2 using (VB-15201BY-A manufactured by Ushio Denki Co., Ltd.), and the photoelectrode and the counter electrode were adhered to each other.
0.04M iodine (manufactured by Aldrich), 0.08M lithium iodide (manufactured by Aldrich), 0.72M DMPII (manufactured by Solaronix), 1.0M TBP (manufactured by Aldrich) dissolved in acetonitrile (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) The electrolyte was prepared. The prepared electrolyte was put into the cell through the electrolyte injection hole.
Next, the electrolyte injection hole is closed with the acrylic UV curable resin TB3035B, and the sealant is cured with an integrated strength of 40 kJ / m 2 using a conveyor-type UV irradiation device (VB-15201BY-A manufactured by Ushio, Inc.). To produce a dye-sensitized solar cell.

(5)評価結果
得られた色素増感太陽電池セルに2mm×40mmに開口した遮光マスク(分光計器製)を装着し、フレネルレンズ(有機光学製 L250)を用いた集光装置にセットした後、光電変換特性の測定を行った結果を表2に示す。また、集光装置を用いない場合においても測定を行った。同様の方法で、市販されているシリコン型太陽電池モジュール(単結晶3V、125mA、55mm×55mm 購入先:Wing Solar 工作用ミニソーラーパネル店)の性能も評価した。
なお、光量は、太陽電池標準セル(SN/667 BS−520BK 分光計器製)を用いて測定を行った。
結果を表2に示す。
(5) Evaluation result After attaching a light-shielding mask (manufactured by a spectroscope) with an opening of 2 mm x 40 mm to the obtained dye-sensitized solar cell and setting it in a condensing device using a Fresnel lens (L250 manufactured by organic optics). Table 2 shows the results of measuring the photoelectric conversion characteristics. In addition, the measurement was performed even when the condensing device was not used. In the same way, the performance of a commercially available silicon type solar cell module (single crystal 3V, 125mA, 55mm × 55mm, purchased from: Wing Solar work mini solar panel store) was also evaluated.
The amount of light was measured using a standard solar cell (SN / 667 BS-520BK spectrometer).
The results are shown in Table 2.

表2の結果から、シリコン型太陽電池も集光することにおいては、発電量が増加するが、その発電量は、光量に比例しないのに対して、本発明で用いる色素増感型太陽電池では、光量に比例して発電量が増加することがわかった。
したがって、本発明では、シリコン型太陽電池に比べて、太陽の位置が変わるなど、光の照射方向が変化した場合でも、変換効率への影響は少なく、発電量は高く維持されることがわかる。
From the results in Table 2, the amount of power generation increases when the silicon type solar cell also collects light, but the amount of power generation is not proportional to the amount of light, whereas the dye-sensitized solar cell used in the present invention has. It was found that the amount of power generation increases in proportion to the amount of light.
Therefore, in the present invention, it can be seen that, as compared with the silicon type solar cell, even if the light irradiation direction changes such as the position of the sun, the influence on the conversion efficiency is small and the power generation amount is maintained high.

Figure 0006775175
Figure 0006775175

1、1A、1B 色素増感型太陽電池
2 太陽電池本体
3 集光レンズ
4 反射板
5 基板
6 設置面
N 太陽電池本体2の受光面の法線
L 集光レンズ3の光軸
θ 太陽電池本体2の受光面の法線Nと、集光レンズ3の光軸Lとのなす角度
θ1 設置面6から前記基板5との角度
θ2 設置面6から前記反射板4との角度


1, 1A, 1B Dye-sensitized solar cell 2 Solar cell body 3 Condensing lens 4 Reflective plate 5 Substrate 6 Installation surface N Normal line of light receiving surface of solar cell body 2 L Optical axis of condensing lens 3 θ Solar cell body Angle formed by the normal line N of the light receiving surface of 2 and the optical axis L of the condensing lens 3 θ1 Angle between the installation surface 6 and the substrate 5 θ2 Angle between the installation surface 6 and the reflecting plate 4


Claims (10)

少なくとも一対の光電極と対極とが電解質層を介して対向配置された色素増感型太陽電池において、
(1)光電極が、チタン材料上に、色素増感剤を含有する多孔質酸化チタン焼結体層が形成されたものであり、
(2)対極が、透明導電性ガラスあるいは透明導電性フィルム上に、電気化学的還元触媒層が形成されたものであり、
(3)前記色素増感型太陽電池の側に向かって入射する光を収束させるように集光レンズが配置され、前記集光レンズを通過した光を反射する反射板が設置され、
前記色素増感型太陽電池の受光面の法線が前記集光レンズの光軸方向に対して交差するように前記色素増感型太陽電池が配置され、
前記反射板は、前記色素増感型太陽電池の受光面の法線が前記光軸方向に対して交差する側に、前記集光レンズを通過した光のうち少なくとも一部を反射して前記色素増感型太陽電池に照射させるように配置され
前記色素増感型太陽電池を固定した基板、前記集光レンズおよび前記反射板が、略三角筒状となるように配置されていることを特徴とする色素増感型太陽電池。
In a dye-sensitized solar cell in which at least a pair of photoelectrodes and counter electrodes are arranged to face each other via an electrolyte layer.
(1) The photoelectrode is a titanium oxide material on which a porous titanium oxide sintered body layer containing a dye sensitizer is formed.
(2) The counter electrode is a transparent conductive glass or a transparent conductive film on which an electrochemical reduction catalyst layer is formed.
(3) A condenser lens is arranged so as to converge the light incident on the dye-sensitized solar cell side, and a reflector for reflecting the light passing through the condenser lens is installed.
The dye-sensitized solar cell is arranged so that the normal of the light receiving surface of the dye-sensitized solar cell intersects the optical axis direction of the condenser lens.
The reflecting plate reflects at least a part of the light passing through the condensing lens on the side where the normal of the light receiving surface of the dye-sensitized solar cell intersects the optical axis direction, and the dye. are arranged so as to irradiate the sensitizing solar cell,
A dye-sensitized solar cell, wherein the substrate to which the dye-sensitized solar cell is fixed, the condenser lens, and the reflector are arranged so as to have a substantially triangular tubular shape .
前記色素増感型太陽電池の受光面の法線と、前記集光レンズの光軸とのなす角度が0°を超えて180°未満である、請求項1に記載の色素増感型太陽電池 The dye-sensitized solar cell according to claim 1, wherein the angle between the normal of the light receiving surface of the dye-sensitized solar cell and the optical axis of the condenser lens is more than 0 ° and less than 180 °. .. 前記チタン材料が、金属チタン、チタン合金、表面処理された金属チタン及び表面処理されたチタン合金からなる群から選ばれた1種以上の材料である、請求項1または2に記載の色素増感型太陽電池。 The dye sensitization according to claim 1 or 2 , wherein the titanium material is one or more materials selected from the group consisting of metallic titanium, titanium alloys, surface-treated metallic titanium and surface-treated titanium alloys. Type solar cell. 前記光電極が、該チタン材料の該対極と対抗配置された側に、ブロック層が設けられ、さらに該ブロック層に色素増感剤を含有する多孔質酸化チタン焼結体層が形成されており、前記ブロック層が、酸化チタンの層、酸化アルミニウムの層、酸化ケイ素の層、酸化ジルコニウムの層、チタン酸ストロンチウムの層、酸化マグネシウムの層、酸化ニオブの層からなる群から選ばれた少なくとも2つの層で構成される、請求項1〜のいずれかに記載の色素増感型太陽電池。 A block layer is provided on the side where the photoelectrode is arranged opposite to the counter electrode of the titanium material, and a porous titanium oxide sintered body layer containing a dye sensitizer is further formed on the block layer. The block layer is selected from the group consisting of a titanium oxide layer, an aluminum oxide layer, a silicon oxide layer, a zirconium oxide layer, a strontium titanate layer, a magnesium oxide layer, and a niobium oxide layer. The dye-sensitized solar cell according to any one of claims 1 to 3 , which is composed of one layer. 前記電気化学的還元触媒層が白金触媒層である、請求項1〜のいずれかに記載の色素増感型太陽電池。 The dye-sensitized solar cell according to any one of claims 1 to 4 , wherein the electrochemical reduction catalyst layer is a platinum catalyst layer. 前記対極が、透明導電性ガラスあるいは透明導電性フィルム上に、集電極を設けた後に電気化学的還元触媒層が形成されたものである、請求項1〜のいずれかに記載の色素増感型太陽電池。 The dye sensitization according to any one of claims 1 to 5 , wherein the counter electrode is a transparent conductive glass or a transparent conductive film on which a collecting electrode is provided and then an electrochemical reduction catalyst layer is formed. Type solar cell. 前記対極の透明導電性ガラスあるいは透明導電性フィルムの光照射面にさらに反射防止フィルムを設けている、請求項1〜のいずれかに記載の色素増感型太陽電池。 The dye-sensitized solar cell according to any one of claims 1 to 6 , further comprising an antireflection film on the light irradiation surface of the counter electrode transparent conductive glass or the transparent conductive film. 光電極と対極が電解質層を介してT字型に配置されたものであって、チタン材料の断面上に色素増感剤を含有する多孔質酸化チタン焼結体層が形成された光電極が絶縁体を介して2個以上配列されており、該光電極の間に絶縁材を介して一体化された構成を備えており、該対極の透明導電性ガラスあるいは透明導電性フィルムに関しては、該透明導電性ガラスあるいは透明導電性フィルムが有する透明導電膜と該電気化学的還元触媒層とともにエッチングにより絶縁されており、それぞれの光電極と対極とは、電気的に直列あるいは並列に接続されている、請求項1〜のいずれかに記載の色素増感型太陽電池。 A photoelectrode in which a photoconductor and a counter electrode are arranged in a T shape via an electrolyte layer, and a porous titanium oxide sintered body layer containing a dye sensitizer is formed on a cross section of a titanium material. Two or more of them are arranged via an insulator, and the optical electrodes are integrated with each other via an insulating material. Regarding the transparent conductive glass or the transparent conductive film of the counter electrode, the said. Both the transparent conductive film of the transparent conductive glass or the transparent conductive film and the electrochemical reduction catalyst layer are insulated by etching, and the respective optical electrodes and the counter electrode are electrically connected in series or in parallel. The dye-sensitized solar cell according to any one of claims 1 to 7 . 前記光電極のチタン材料が、金属チタン又はチタン合金上にチタン窒化物を形成後、金属チタンに対してエッチング作用を有する電解液を用いた、火花放電電圧以上での陽極酸化による、アナターゼ型酸化チタンの皮膜が表面に形成されている金属チタン又はチタン合金材料である、請求項1〜のいずれかに記載の色素増感型太陽電池。 After forming titanium nitride on metallic titanium or titanium alloy, the titanium material of the photoelectrode is anatase-type oxidation by anodization at a spark discharge voltage or higher using an electrolytic solution having an etching action on metallic titanium. The dye-sensitized solar cell according to any one of claims 1 to 8 , which is a metallic titanium or titanium alloy material having a titanium film formed on its surface. 前記光電極のチタン材料が、金属チタン又はチタン合金上にチタン窒化物を形成後、金属チタンに対してエッチング作用を有しない電解液を用いた、陽極酸化および酸化性雰囲気中での加熱処理による、アナターゼ型酸化チタンの皮膜が表面に形成された金属チタン又はチタン合金材料である、請求項1〜のいずれかに記載の色素増感型太陽電池。
After the titanium material of the photoelectrode forms titanium nitride on metallic titanium or titanium alloy, it is subjected to anodization and heat treatment in an oxidizing atmosphere using an electrolytic solution having no etching action on metallic titanium. The dye-sensitized solar cell according to any one of claims 1 to 8 , which is a metallic titanium or titanium alloy material having an anatase-type titanium oxide film formed on its surface.
JP2020016359A 2020-02-03 2020-02-03 Dye-sensitized solar cell that can obtain high power generation Expired - Fee Related JP6775175B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2020016359A JP6775175B1 (en) 2020-02-03 2020-02-03 Dye-sensitized solar cell that can obtain high power generation

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2020016359A JP6775175B1 (en) 2020-02-03 2020-02-03 Dye-sensitized solar cell that can obtain high power generation

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP6775175B1 true JP6775175B1 (en) 2020-10-28
JP2021125509A JP2021125509A (en) 2021-08-30

Family

ID=72916104

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2020016359A Expired - Fee Related JP6775175B1 (en) 2020-02-03 2020-02-03 Dye-sensitized solar cell that can obtain high power generation

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP6775175B1 (en)

Also Published As

Publication number Publication date
JP2021125509A (en) 2021-08-30

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Raj et al. Surface reinforced platinum counter electrode for quantum dots sensitized solar cells
KR100854711B1 (en) Photo electrodes equipped blocking layer for dye-sensitized photovoltaic cell and method for preparing the same
JP5840170B2 (en) Dye-sensitized solar cell with high durability and high conversion efficiency
TWI401811B (en) Dye-sensitized solar cells and manufacturing method for thereof
WO2005020335A1 (en) Photoelectric conversion element
WO2015064774A2 (en) Dye-sensitized solar cell equipped with beam-condensing unit
US8110740B2 (en) Photoelectrode substrate of dye sensitizing solar cell, and method for producing same
Liang et al. Synthesis and characterisation of thin-film TiO2 dye-sensitised solar cell
JP4071428B2 (en) Dye-sensitized solar cell and method for producing the same
JP6161860B2 (en) Dye-sensitized solar cell with a collector electrode at the counter electrode
JP4322491B2 (en) Method for producing dye-sensitized solar cell and dye-sensitized solar cell
US8574948B2 (en) Method of improving power conversion efficiencies in dye-sensitized solar cells by facile surface treatment
JP6775175B1 (en) Dye-sensitized solar cell that can obtain high power generation
JP2002289269A (en) Manufacturing method of photoelectrode for dye sensitized solar cell and manufacturing method of dye sensitized solar cell
KR101200698B1 (en) working electrode for dye-sensitized solar cell and producing method thereof
JP2008186768A (en) Dye-sensitized solar cell, and its manufacturing method
JP5689202B1 (en) Dye-sensitized solar cell provided with a condensing device
KR20120080796A (en) Dye sensitized solar cell comprising multi-functional oxide layer and preparation method thereof
JP2006127782A (en) Metal-metal oxide composite electrode, manufacturing method therefor, and photoelectric conversion device
JP4947951B2 (en) Titanium oxide electrode, method for producing the same, and photoelectric conversion element
JP2005302695A (en) Photoelectrode and dye-sensitized solar cell equipped with above
JP2015142131A (en) Dye-sensitized solar battery provided with light condensing device
Al-She'irey et al. Perovskite-sensitized solar cell utilizing TiO2 nanograss: Effect of dipping time of CH3NH3PbI3 perovskite
Chen et al. A study of the anodizing of titanium for dye-sensitized solar cells
Augustyniak et al. Influence of various titanium oxide blocking layers on performance of dye-sensitized solar cells

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20200414

A871 Explanation of circumstances concerning accelerated examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A871

Effective date: 20200414

A975 Report on accelerated examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971005

Effective date: 20200611

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20200630

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20200717

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20200901

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20200917

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 6775175

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees