JPWO2015141541A1 - Photoelectric conversion positive electrode, positive electrode forming slurry, and production method thereof - Google Patents

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Abstract

本発明は、光電変換素子において、簡易でコストを抑え、かつ変換効率、耐久性などの性能にも優れた正極を提供することを課題とする。本発明は、層状酸化物(層状粘土鉱物)を含有する炭素材料系触媒電極層を有する光電変換素子用正極に係るものである。It is an object of the present invention to provide a positive electrode that is simple and suppresses cost and excellent in performance such as conversion efficiency and durability in a photoelectric conversion element. The present invention relates to a positive electrode for a photoelectric conversion element having a carbon material-based catalyst electrode layer containing a layered oxide (layered clay mineral).

Description

本発明は、カーボンブラックを含有する、色素増感太陽電池用対向電極やペロブスカイト太陽電池用正極等の光電変換素子用の正極、及びこのような正極を形成するためのスラリーに関するものである。  The present invention relates to a positive electrode for a photoelectric conversion element, such as a counter electrode for a dye-sensitized solar cell or a positive electrode for a perovskite solar cell, containing carbon black, and a slurry for forming such a positive electrode.

太陽光発電に代表される再生可能エネルギーの導入拡大は、地球温暖化や化石資源枯渇問題に対処する目的で全世界で進められている。太陽光発電に必要な太陽電池は、太陽光エネルギーを電気エネルギーに変換する光電変換デバイスであり、発電時に有限な化石資源を使用する必要がなく、二酸化炭素発生も抑制され地球環境に与える影響が極めて小さい。太陽電池の原理や構成材料として、様々なものが考案されてきたが、現在、シリコン半導体材料を用いた太陽電池(シリコン型太陽電池)が最も普及している。しかし、シリコン型太陽電池の製造には、高純度の半導体材料が必要であり、製造工程数が多く大がかりな装置が必要で、製造工程におけるエネルギー消費も大きく、製造コストが高くなる結果環境負荷も大きいという問題がある。  The expansion of the introduction of renewable energy, represented by solar power generation, is being promoted worldwide in order to cope with global warming and fossil resource depletion problems. Solar cells required for solar power generation are photoelectric conversion devices that convert solar energy into electrical energy, and it is not necessary to use finite fossil resources during power generation, and the generation of carbon dioxide is suppressed, which has an impact on the global environment. Very small. Various principles and constituent materials of solar cells have been devised, but currently, solar cells using silicon semiconductor materials (silicon type solar cells) are most popular. However, the production of silicon-type solar cells requires high-purity semiconductor materials, requires a large number of manufacturing processes, requires a large-scale device, consumes a lot of energy in the manufacturing process, and increases the manufacturing cost. There is a problem of being big.

一方、次世代太陽電池として検討されてきた、色素増感型太陽電池([非特許文献1][特許1]参照)はグレッツェルらにより提案されて以来、使用する材料が安価であること、比較的シンプルなプロセスで製造できること等の利点から、発電時も製造時も環境負荷の少ない太陽電池としてその実用化が期待されている。  On the other hand, dye-sensitized solar cells (see [Non-Patent Document 1] and [Patent 1]), which have been studied as next-generation solar cells, have been used inexpensively since the proposal by Gretzell et al. From the advantages of being able to be manufactured by a simple process, it is expected to be put into practical use as a solar cell with a low environmental load during power generation and manufacturing.

B.O"Regan and M.Graetzel,Nature,353,p.737-740(1991)B.O "Regan and M.Graetzel, Nature, 353, p.737-740 (1991) T. N. Murakami, S. Ito, Q. Wang, M. K. Nazeeruddin, T. Bessho, I. Cesar, P. Liska, R. H. Bak7, P. Comte, P. Pechy, M. Graetzel, J Electrochem. Soc., 153 (12), (2006) A2255.TN Murakami, S. Ito, Q. Wang, MK Nazeeruddin, T. Bessho, I. Cesar, P. Liska, RH Bak7, P. Comte, P. Pechy, M. Graetzel, J Electrochem. Soc., 153 (12 ), (2006) A2255. Ramasamy, W. J. Lee, D. Y. Lee, J. S. Song., APPLI. PHYS. LET., 90 (2007) 173103.Ramasamy, W. J. Lee, D. Y. Lee, J. S. Song., APPLI. PHYS. LET., 90 (2007) 173103. 電気化学会第80大会講演要旨集3B19Abstracts of the 80th Annual Meeting of the Electrochemical Society 3B19 J. Burschka, M.Grätzel and et. al., J. Am. Chem. Soc., 133, 18042 (2011)J. Burschka, M. Gra ̈ tzel and et.al., J. Am. Chem. Soc., 133, 18042 (2011) M. Lee, J. Teuscher, T. Miyasaka, T. Murakami, H. Snaith, Science, 338, 643(2012)M. Lee, J. Teuscher, T. Miyasaka, T. Murakami, H. Snaith, Science, 338, 643 (2012) N. Jeon, S. Seok and et. al., Nature, 517, 466(2015)N. Jeon, S. Seok and et.al., Nature, 517, 466 (2015) A. Mei, M. Grätzel, H. Han and et. al. Science 345, 295 (2014)A. Mei, M. Gr ä tzel, H. Han and et.al. Science 345, 295 (2014)

特許第2664194号公報Japanese Patent No. 2664194 特開2012-59599号公報JP 2012-59599 A 特開2005-116302号公報JP 2005-116302 A 特開2010-251310号公報JP 2010-251310 A 特開2012−169095号公報JP 2012-169095 特開2013-140701号公報JP 2013-140701 特開2012-59599号公報JP 2012-59599 A

例えば、[特許文献1]及び[特許文献2]に示されるように、従来の、一般的な色素増感型太陽電池は、主として、ガラスなどの透明基板、透明導電層(負極集電体)、光増感色素を保持した多孔質半導体電極層(負極)、電解質層、対向電極(正極)、対向基板、および封止材などで構成されている。  For example, as shown in [Patent Document 1] and [Patent Document 2], a conventional general dye-sensitized solar cell mainly includes a transparent substrate such as glass, a transparent conductive layer (negative electrode current collector). And a porous semiconductor electrode layer (negative electrode) holding a photosensitizing dye, an electrolyte layer, a counter electrode (positive electrode), a counter substrate, a sealing material, and the like.

透明基板上に設けられた透明導電層は、ITO(Indium Tin Oxide;インジウム・スズ複合酸化物)やFTO(フッ素がドープされた酸化スズ)などからなり、負極集電体として機能する。負極である半導体電極層は、酸化チタンなどの金属酸化物半導体の微粒子が焼結された多孔質層が用いられることが多く、透明導電層に接して設けられている。光増感色素は、透明導電層に接した多孔質半導体電極層を構成する金属酸化物の表面に吸着されている。電解質層としては、酸化還元種(レドックス対)を含む電解液などが用いられる。対向電極は白金層などで構成され、対向基板上に設けられている。  The transparent conductive layer provided on the transparent substrate is made of ITO (Indium Tin Oxide) or FTO (fluorine-doped tin oxide) and functions as a negative electrode current collector. The semiconductor electrode layer as the negative electrode is often a porous layer in which fine particles of a metal oxide semiconductor such as titanium oxide are sintered, and is provided in contact with the transparent conductive layer. The photosensitizing dye is adsorbed on the surface of the metal oxide constituting the porous semiconductor electrode layer in contact with the transparent conductive layer. As the electrolyte layer, an electrolytic solution containing a redox species (redox pair) is used. The counter electrode is composed of a platinum layer or the like and is provided on the counter substrate.

色素増感型太陽電池は、光が透明基板(負極集電体)側から入射するように構成されている。入射した光の一部は光増感色素によって吸収され、この光吸収によって励起された電子の一部が半導体電極層に取り出される。一方、電子を失った光増感色素は、電解質層中の還元種(還元剤)によって還元される。この反応によって電解質層中に生じた酸化種(酸化剤)は、対向電極から電子を受け取り、還元種にもどる。この結果、色素増感型太陽電池は、透明導電層および半導体電極層を負極、対向電極を正極とする光電池として動作する。  The dye-sensitized solar cell is configured such that light enters from the transparent substrate (negative electrode current collector) side. A part of the incident light is absorbed by the photosensitizing dye, and a part of the electrons excited by this light absorption is taken out to the semiconductor electrode layer. On the other hand, the photosensitizing dye that has lost electrons is reduced by the reducing species (reducing agent) in the electrolyte layer. Oxidized species (oxidant) generated in the electrolyte layer by this reaction receives electrons from the counter electrode and returns to the reduced species. As a result, the dye-sensitized solar cell operates as a photovoltaic cell having the transparent conductive layer and the semiconductor electrode layer as the negative electrode and the counter electrode as the positive electrode.

色素増感型太陽電池は、製造に真空処理工程などの大がかりな装置を必要とせず、また、酸化チタンなどの安価な酸化物半導体を塗布プロセスによって用いることで、生産性よく製造できる長所がある。また、可視光領域を中心として広い波長領域に、各波長領域の光を吸収できる光増感色素が種々存在するので、用いる色素種を変えることによって、吸収する光の波長を選択し、あるいは複数の色素を組み合わせることによって、広い波長領域の光を利用し低光量での高変換効率が可能であるなどの長所がある。加えて、プラスチックなどの、軽量でフレキシブルな基材を用いることで、ロール・ツー・ロール・プロセスによって、さらに生産性よく安価に製造できる可能性がある。このため、新世代の太陽電池として、近年非常に注目されている。  The dye-sensitized solar cell does not require a large-scale apparatus such as a vacuum processing step for manufacturing, and has an advantage that it can be manufactured with high productivity by using an inexpensive oxide semiconductor such as titanium oxide by a coating process. . In addition, there are various photosensitizing dyes that can absorb light in each wavelength region in a wide wavelength region centered on the visible light region, so the wavelength of light to be absorbed can be selected by changing the type of dye used, or multiple By combining these dyes, there is an advantage that high conversion efficiency can be achieved with a low amount of light using light in a wide wavelength region. In addition, by using a lightweight and flexible base material such as plastic, there is a possibility that it can be manufactured with high productivity and low cost by a roll-to-roll process. For this reason, it has attracted much attention in recent years as a new generation solar cell.

さて、従来、色素増感型太陽電池の対向電極(正極)としては、優れた触媒作用と耐腐食性とをあわせもつことなどから、主として白金が用いられている。白金層の形成には、スパッタリング法や、塩化白金酸溶液を塗布後、塩化白金酸を加熱分解して白金を遊離させる湿式法などがある。白金層は触媒活性や耐腐食性や導電性に優れているが、白金が資源的に希少であり、高価であることや、作製に高真空工程もしくは高温工程を要することなどの問題点もある。そこで、対向電極の電極材料としてカーボンブラックを用いる構成が報告されている。  Conventionally, platinum is mainly used as a counter electrode (positive electrode) of a dye-sensitized solar cell because it has excellent catalytic action and corrosion resistance. The formation of the platinum layer includes a sputtering method and a wet method in which platinum is released by thermally decomposing chloroplatinic acid after applying a chloroplatinic acid solution. The platinum layer is excellent in catalytic activity, corrosion resistance, and conductivity, but there are also problems such as platinum is scarce in resources and expensive, and high vacuum process or high temperature process is required for production. . Therefore, a configuration using carbon black as the electrode material of the counter electrode has been reported.

カーボンブラックの活性点は結晶端に位置しており、カーボンナノチューブやグラファイトと比較して、より多くの結晶端を持っていることから、電解質に生じた酸化種に電子を供与する能力(還元能)が白金に劣らない材料と考えられている。カーボンブラックを液媒体と混合してペースト状にして電極材料として用いる研究として、村上氏らの研究では水溶媒を用いたカーボンペーストを精製し、これを対極として使用する事で、Pt対極に近い性能を実現したとされ[非特許文献2]、Easwawamoorthi Ramasamy氏らはビスコース法を用いてカーボンペーストを精製し、これに関してもPt対極に近い性能を実現したとされている([非特許文献3])。  Since the active point of carbon black is located at the crystal edge and has more crystal edges than carbon nanotubes and graphite, the ability to donate electrons to the oxidized species generated in the electrolyte (reduction ability) ) Is considered to be as good as platinum. Murakami et al.'S study refined a carbon paste using an aqueous solvent and used it as a counter electrode, which is close to the Pt counter electrode. It is said that the performance was realized [Non-Patent Document 2], and Ewawamoothi Ramasamy et al. Refined the carbon paste using the viscose method, and it was also said that the performance close to the Pt counter electrode was achieved ( 3]).

また[特許文献2]には、対向電極基板の一面に抵抗率が0.001〜0.1Ω・cmであるカーボン含有導電層が設けられ、さらにその表面に比表面積が500〜3000m2/gであるカーボン含有触媒層が設けられた対向電極を有する色素増感型太陽電池が提案されている。
[特許文献3]には、カーボン材料として、針状炭素、ケッチェンブラック、アセチレンブラック、フラーレン、カーボンナノチューブ( カーボンナノホーンを含む) 等が挙げられ、ポリマー化あるいは官能基の導入により、さらに良好な効果を発現する可能性が示唆され、比表面積は、対向電極上での電荷移動速度を向上させるために大きいことが望ましく、一般的には少なくとも100m2/g以上、好適には300m2/g以上とされ、このカーボンを用いて作製される対極の表面積は、投影面積の100倍以上であり、カーボンの粒径は一般に100nm以下であるが、対極の成形性向上を目的として粒径がより大きいカーボンを混合することも可能であるが、対極の厚さが最大で20〜30μmである場合を考えると、最大で1〜数μm 程度である、と記載されている。
In [Patent Document 2], a carbon-containing conductive layer having a resistivity of 0.001 to 0.1 Ω · cm is provided on one surface of the counter electrode substrate, and the specific surface area is 500 to 3000 m 2 / g on the surface. A dye-sensitized solar cell having a counter electrode provided with a carbon-containing catalyst layer is proposed.
[Patent Document 3] includes, as carbon materials, acicular carbon, ketjen black, acetylene black, fullerene, carbon nanotubes (including carbon nanohorns), etc., which are further improved by polymerization or introduction of functional groups. The possibility of manifesting an effect is suggested, and the specific surface area is desirably large in order to improve the charge transfer rate on the counter electrode, generally at least 100 m 2 / g or more, preferably 300 m 2 / g. The surface area of the counter electrode produced using this carbon is 100 times or more the projected area, and the particle size of the carbon is generally 100 nm or less. However, the particle size is larger for the purpose of improving the formability of the counter electrode. It is possible to mix large carbon, but considering the case where the thickness of the counter electrode is 20 to 30 μm at maximum, 1 to several at maximum Is about m, it is described that.

[特許文献4]には、カーボンブラック粒子を有機溶媒に分散させて、特に常用されているスクリーン用ペーストを作製する手法、より具体的には炭素粉末と金属半導体とを用い、これに高沸点溶媒及び低沸点溶媒を加えて分散液を得、当該分散液を蒸留して低沸点溶媒を除去することにより、カーボンペーストを得るようにしたことを特徴とする色素増感太陽電池対極のスクリーン印刷用カーボンペースト作製方法が提案されている。  In [Patent Document 4], a technique for producing a screen paste that is particularly commonly used by dispersing carbon black particles in an organic solvent, more specifically, carbon powder and a metal semiconductor are used. Screen printing of a dye-sensitized solar cell counter electrode, characterized in that a carbon paste is obtained by adding a solvent and a low boiling point solvent to obtain a dispersion, and distilling the dispersion to remove the low boiling point solvent Carbon paste preparation methods have been proposed.

さらに最近、固体型色素増感太陽電池([非特許文献5])から発展考案された「ペロブスカイト型太陽電池」([非特許文献6])が、その高い変換効率から注目されている([非特許文献7])。
例えば、[非特許文献6]や[非特許文献7]に示されているような一般的なペロブルカイト太陽電池は、主としてガラスなどの透明基板、透明導電層(負極集電体)、光増感ペロブスカイト化合物結晶体を保持した多孔質半導体電極層(負極)、正孔輸送材(spiro-MeoTAD(2,2’,7,7’-tetrakis(N,N-p-dimethoxy-phenylamino)-9,9’-spirobi-fluorene))、金電極(正極)、を図−1の手順により構築し、ペロブスカイト太陽電池を作製する。
More recently, a “perovskite solar cell” ([Non-patent document 6]) developed from a solid-state dye-sensitized solar cell ([Non-patent document 5]) has attracted attention because of its high conversion efficiency ([[ Non-patent document 7]).
For example, a general perovskite solar cell as shown in [Non-patent document 6] or [Non-patent document 7] is mainly composed of a transparent substrate such as glass, a transparent conductive layer (negative electrode current collector), and photosensitization. Porous semiconductor electrode layer (negative electrode) holding a perovskite compound crystal, hole transport material (spiro-MeoTAD (2,2 ', 7,7'-tetrakis (N, Np-dimethoxy-phenylamino) -9,9'-spirobi-fl uorene)) and a gold electrode (positive electrode) are constructed according to the procedure shown in FIG. 1 to produce a perovskite solar cell.

このペロブスカイト太陽電池においても、カーボン電極の利用が提案されており、例えば、[非特許文献8]では、図−2のような手順で作製されるセルにおいて、正孔輸送材(spiro-MeoTAD)をカーボン材料(グラファイト)に置き換え、さらに金電極(正極)を使用しない構成になっている。有機成分であるspiro-MeoTADからカーボン材料に置き換えることでセル耐久性が向上すると報告されている。
[非特許文献8]によれば、このタイプのペロブスカイト太陽電池ではカーボン電極として10μm以上の膜厚を有するグラファイト電極膜が必要であり、その形成方法としては塗布方法としてスクリーン印刷が提示されている。
なお図中、1はガラス基板、2はFTO透明導電性膜、3はTiO2バッファー層、4はTiO2多孔質膜、5はペロブスカイト化合物、6は正孔輸送材、7は金電極、8は絶縁層、9はカーボン電極膜を示す。
In this perovskite solar cell, the use of a carbon electrode has been proposed. For example, in [Non-Patent Document 8], in a cell manufactured by the procedure shown in FIG. 2, a hole transport material (spiro-MeoTAD) Is replaced with a carbon material (graphite), and a gold electrode (positive electrode) is not used. It has been reported that cell durability can be improved by replacing the organic component spiro-MeoTAD with a carbon material.
According to [Non-Patent Document 8], this type of perovskite solar cell requires a graphite electrode film having a film thickness of 10 μm or more as a carbon electrode, and screen printing is proposed as a coating method. .
In the figure, 1 is a glass substrate, 2 is an FTO transparent conductive film, 3 is a TiO 2 buffer layer, 4 is a TiO 2 porous film, 5 is a perovskite compound, 6 is a hole transport material, 7 is a gold electrode, 8 Indicates an insulating layer, and 9 indicates a carbon electrode film.

以上のように、色素増感太陽電池の対向電極(正極)において、白金に替わる材料としてカーボンブラックが検討され、[特許文献3]のように、カーボンブラック電極の電荷移動速度を大きくするためにカーボンブラック粒子の比表面積を大きく(粒子径を小さく)することが提案されている。
また、カーボンブラックは、塗膜化の際の高温(400℃以上)では酸化されて導電性が低下したり、はなはだしい場合には焼失に至ることもあり得ると考えられ、この点からは、導電性の高い、いわゆる「導電性カーボン」を選択することが考えられ、実際、[特許文献3]では導電性カーボンが用いられている。
As described above, in the counter electrode (positive electrode) of the dye-sensitized solar cell, carbon black has been studied as a material to replace platinum, and in order to increase the charge transfer rate of the carbon black electrode as in [Patent Document 3]. It has been proposed to increase the specific surface area of carbon black particles (decrease the particle diameter).
In addition, carbon black is oxidized at a high temperature (400 ° C or higher) during coating to reduce conductivity, and in extreme cases, it may be burned out. It is conceivable to select so-called “conductive carbon” having high properties. In fact, [Patent Document 3] uses conductive carbon.

しかしながら、色素増感太陽電池正極に求められる性能は、導電性だけでなく「レドックス種の還元」も重要であり、[特許文献4]に記されているように導電性カーボンは還元能が低いことから、導電性カーボンを使用したときにはより粒子数を増やす、つまりカーボン電極膜厚を大きくする必要が生じる。電極膜厚が大きくなるにしたがい、対極基板との密着性が損なわれる可能性が高くなり、その解決方法としてポリマーの併用が考えられる([特許文献3])。ところが通常絶縁物であるポリマーが含まれることにより、今度は導電性が損なわれる、という弊害が生じる。このため、例えば[特許文献3]のように、あらかじめ付着層を形成する構成も提案されているが、構造、製作工程が複雑になり、安価で環境負荷が少ないことを特長としている色素増感太陽電池においては、より複雑でコスト高につながるような対向電極組成は好ましくない。  However, the performance required for the positive electrode of the dye-sensitized solar cell is not only conductive but also “reduction of redox species”, and as described in [Patent Document 4], conductive carbon has low reducing ability. Therefore, when conductive carbon is used, it is necessary to increase the number of particles, that is, to increase the carbon electrode film thickness. As the electrode film thickness increases, there is a high possibility that the adhesion to the counter electrode substrate will be impaired, and a concomitant use of a polymer is conceivable as a solution ([Patent Document 3]). However, the inclusion of a polymer, which is usually an insulator, causes a detrimental effect that the conductivity is impaired this time. For this reason, for example, as in [Patent Document 3], a structure in which an adhesion layer is formed in advance has been proposed. However, the structure and the manufacturing process are complicated, and the dye sensitization is characterized by low cost and low environmental load. In a solar cell, a counter electrode composition that is more complicated and costly is not preferable.

また、カーボン電極を用いるタイプのペロブスカイト太陽電池でも、色素増感太陽電池の場合と同様、工程のコスト面の課題、セルの耐久性向上のためのカーボン電極膜と基板との密着性、堅牢性は重要な要求事項と考えられる。  In addition, in the case of perovskite solar cells using carbon electrodes, as in the case of dye-sensitized solar cells, process cost issues, adhesion between the carbon electrode film and the substrate to improve cell durability, and robustness Is considered an important requirement.

本発明は、工程が簡易で製造コストが抑えられ、かつ変換効率、耐久性などの性能にも優れた太陽電池用の正極の提供を課題とする。なお、正極とは酸化反応が行われる部位を指し、色素増感型の太陽電池の場合一般に対向電極と呼ばれているが、正極の概念に含まれ、本発明でも、「正極」には「対向電極」と呼ばれるものとそれ以外のものとの両方を含む。対極、カソードと呼ばれるものも本発明における「正極」に該当する。またペロブスカイト型の場合、図−2の9.で示されるカーボン電極膜も正極に該当する。  An object of the present invention is to provide a positive electrode for a solar cell that has a simple process, a low manufacturing cost, and excellent performances such as conversion efficiency and durability. The positive electrode refers to a site where an oxidation reaction is performed, and is generally called a counter electrode in the case of a dye-sensitized solar cell, but is included in the concept of the positive electrode. It includes both what are called “counter electrodes” and others. What is called a counter electrode or a cathode also corresponds to the “positive electrode” in the present invention. In the case of the perovskite type, 9 in FIG. The carbon electrode film shown by corresponds also to a positive electrode.

発明が解決しようとする手段Means to be Solved by the Invention

本発明者は、導電性カーボンとは対象的なストラクチャーが小さく、かつ比表面積の大きな一般的カーボンブラックを用いても、電荷移動抵抗の低いカーボンブラック多孔質電極を得ることのできる組成および正極の成形プロセスを発明し、さらにそれらの性能を損なうことなく正極基板との密着性をさらに向上するための素材種、配合量について検討し、特定の材料を含有させることによりこれらの性能を向上させることができることを見出し、本発明に到達した。すなわち、本発明は、
(1)層状酸化物を含有する炭素材料系触媒電極層を有することを特徴とする光電変換素子用正極、
(2)層状酸化物と炭素材料の含有量の重量比が、30:0.05〜3:16であることを特徴とする上記(1)記載の光電変換素子用正極、
The inventor of the present invention has a composition and a positive electrode that can obtain a carbon black porous electrode having a low charge transfer resistance even when a general carbon black having a small structure and a large specific surface area is used as a conductive carbon. Inventing the molding process, studying the types and blending amounts of materials to further improve the adhesion to the positive electrode substrate without impairing their performance, and improving these performances by including specific materials The present invention has been found. That is, the present invention
(1) A positive electrode for a photoelectric conversion element having a carbon material-based catalyst electrode layer containing a layered oxide,
(2) The positive electrode for a photoelectric conversion element according to the above (1), wherein the weight ratio of the content of the layered oxide and the carbon material is 30: 0.05 to 3:16,

(3)膜厚が10μm以下、有機ポリマー成分含有量が20%以下である上記(1)又は(2)記載の光電変換素子用正極、
(4)層状酸化物を含有することを特徴とする光電変換素子用正極形成用スラリー、
(5)少なくとも(a)成分として層状酸化物、(b)成分としてカーボンブラック、(c)成分としてカーボンブラック以外の導電性材料、(d) 成分として(b)成分及び(c)成分以外の無機微粒子材料、並びに(e)成分として溶剤、を含むことを特徴とする光電変換素子用正極形成用スラリー、
(6)層状酸化物を0.05〜16重量%含有することを特徴とする上記(4)又は(5)記載の光電変換素子用正極形成用スラリー、
(7) (a)成分の含有量が0.05〜16重量%、(b)成分の含有量が2〜50重量%、(c)成分の含有量が0.025〜14重量%、(d) 成分の含有量が0.5〜40重量%であることを特徴とする上記(5)記載の光電変換素子用正極形成用スラリー、
(8)上記(4)〜(7)のいずれかに記載のスラリーを基板上に塗布し、固化及び/又は乾燥することを特徴とする光電変換素子用正極の製造方法、
に存する。
(3) The positive electrode for a photoelectric conversion element according to the above (1) or (2), wherein the film thickness is 10 μm or less and the organic polymer component content is 20% or less,
(4) A slurry for forming a positive electrode for a photoelectric conversion element, comprising a layered oxide,
(5) Layered oxide as at least component (a), carbon black as component (b), conductive material other than carbon black as component (c), components other than components (b) and (c) as component (d) A slurry for forming a positive electrode for a photoelectric conversion element comprising an inorganic fine particle material and a solvent as the component (e),
(6) The slurry for forming a positive electrode for a photoelectric conversion element according to the above (4) or (5), comprising 0.05 to 16% by weight of a layered oxide,
(7) (a) Component content is 0.05 to 16% by weight, (b) Component content is 2 to 50% by weight, (c) Component content is 0.025 to 14% by weight, (d) The positive electrode forming slurry for a photoelectric conversion element according to the above (5), wherein the content is 0.5 to 40% by weight,
(8) A method for producing a positive electrode for a photoelectric conversion element, wherein the slurry according to any one of (4) to (7) above is applied onto a substrate, solidified and / or dried.
Exist.

発明の効果Effect of the invention

本発明の色素増感太陽電池用対向電極やペロブスカイト太陽電池用正極をはじめとする太陽電池用正極により、変換効率、耐久性などの性能が高く、かつ低コスト、簡便な製造プロセスによる良好な太陽電池特性が実現できる。  The positive electrode for solar cells including the counter electrode for dye-sensitized solar cells and the positive electrode for perovskite solar cells of the present invention has high performance such as conversion efficiency and durability, low cost, and good solar by a simple manufacturing process. Battery characteristics can be realized.

図−1はペロブスカイト太陽電池の作製方法を示す説明図である。FIG. 1 is an explanatory view showing a method for producing a perovskite solar cell. 図−2はペロブスカイト太陽電池の作製方法を示す説明図である。FIG. 2 is an explanatory view showing a method for producing a perovskite solar cell. 図−3は本発明の電池の構造の一例を示す説明図である。FIG. 3 is an explanatory diagram showing an example of the structure of the battery of the present invention. 図−4は実施例の工程の概略を示す概略図である。FIG. 4 is a schematic diagram showing an outline of the steps of the example. 図−5は実施例5-1〜5-7の対向電極のTG-DTAチャートを示した説明図である。FIG. 5 is an explanatory diagram showing a TG-DTA chart of the counter electrode of Examples 5-1 to 5-7. 図−6は実施例5-1〜5-7の対向電極の有機ポリマー残存率の算出結果をプロットした説明図である。FIG. 6 is an explanatory diagram plotting the calculation results of the organic polymer residual ratio of the counter electrode of Examples 5-1 to 5-7. 図−7は実施例2-1の断面観察写真を示した組織図である。FIG. 7 is a structural diagram showing a cross-sectional observation photograph of Example 2-1. 図−8は比較例2-1の断面観察写真を示した組織図である。FIG. 8 is a structural diagram showing a cross-sectional observation photograph of Comparative Example 2-1. 図−9は実施例6の断面観察写真を示した組織図である。FIG. 9 is a structural diagram showing a cross-sectional observation photograph of Example 6. 図−10は実施例7の断面観察写真を示した組織図である。FIG. 10 is a structural diagram showing a cross-sectional observation photograph of Example 7.

本発明は、基板上にカーボンブラックを含有する層を設けた正極を形成する太陽電池用正極に関するものであり、特定の成分を含有スラリーを用い、これにより正極を形成することにより、優れた性能の太陽電池を得ることができるものである。  The present invention relates to a positive electrode for a solar cell that forms a positive electrode provided with a layer containing carbon black on a substrate, and has excellent performance by forming a positive electrode using a slurry containing a specific component. The solar cell can be obtained.

〔スラリーの成分〕
本発明のスラリーは、通常、固体成分としてカーボンブラック、導電性材料、無機微粒子を含有し、分散媒として溶剤を用いる。また本発明ではさらに、層状酸化物を含有させることを特徴とする。以下各成分について説明する。
[Slurry components]
The slurry of the present invention usually contains carbon black, a conductive material, and inorganic fine particles as solid components, and a solvent is used as a dispersion medium. In the present invention, a layered oxide is further contained. Each component will be described below.

〔カーボンブラック〕
本発明で用いることのできるカーボンブラックは、特に限定されない。
カーボンブラックの比表面積も制限されないが、好ましくは50m2/g以上、1000m2/g以下であることが好適であり、80m2/g以上、800m2/g以下であることがより好適であり、15m2/g0以上、600m2/g以下であることが最も好適である。比表面積は、JIS K 6217に準じて測定した値である。カーボン表面に吸着した窒素量から算出し求めることができる。
また、カーボンブラックの一次粒子径は3nm以上100nm以下であることが好適であり、5nm以上70nm以下であることがより好適であって、8nm以上60nm以下であることが最も好適である。粒子径の測定は、カーボンブラック粒子を電子顕微鏡で観察して求めた算術平均径である。カーボンブラックは具体的に、ファーネスブラック、ランプブラック、チャネルブラック、アセチレンブラック、サーマルブラック、ケッチェンブラック等が挙げられる。
〔Carbon black〕
The carbon black that can be used in the present invention is not particularly limited.
Although the specific surface area of carbon black is not limited, it is preferably 50 m 2 / g or more and 1000 m 2 / g or less, more preferably 80 m 2 / g or more and 800 m 2 / g or less. 15 m 2 / g 0 or more and 600 m 2 / g or less is most preferable. The specific surface area is a value measured according to JIS K 6217. It can be calculated and calculated from the amount of nitrogen adsorbed on the carbon surface.
The primary particle size of carbon black is preferably 3 nm or more and 100 nm or less, more preferably 5 nm or more and 70 nm or less, and most preferably 8 nm or more and 60 nm or less. The measurement of the particle diameter is an arithmetic average diameter obtained by observing the carbon black particles with an electron microscope. Specific examples of carbon black include furnace black, lamp black, channel black, acetylene black, thermal black, and ketjen black.

〔導電性材料〕
導電性材料としては、導電性を有しスラリーを形成するために液媒体に分散しうる限り基本的にはどのようなものであってもよく、従来よりカーボンブラックを含有する正極において用いられてきた各種のものが使用できる。またカーボンブラック自体も導電性を有しているが、通常、導電性を向上させて電池の変換効率を充分なものとするために、カーボンブラック以外の導電性の材料を含有させるのが好適である。カーボンブラック以外の粉末や粒状の炭素材料として、グラファイト、グラフェン、黒鉛、活性炭、フラーレン、単層または多重層のカーボンナノチューブなどが挙げられるが、これらに限定させるものではない。正極に用いるために従来より知られている各種材料を適宜使用する事ができ、またこれらの1種もしくは、複数種を混合して用いることができる。
[Conductive material]
The conductive material may be basically any material as long as it has conductivity and can be dispersed in a liquid medium to form a slurry, and has been conventionally used in a positive electrode containing carbon black. Various types can be used. Carbon black itself also has conductivity, but it is usually preferable to include a conductive material other than carbon black in order to improve conductivity and ensure sufficient conversion efficiency of the battery. is there. Examples of powders and granular carbon materials other than carbon black include, but are not limited to, graphite, graphene, graphite, activated carbon, fullerene, single-walled or multi-walled carbon nanotubes, and the like. Various materials conventionally known for use in the positive electrode can be used as appropriate, and one or more of these materials can be used in combination.

〔溶剤〕
使用する溶剤は特に限定されず、エタノール、イソプロピルアルコール、ベンジルアルコール、テルピネオール等のアルコール系溶剤グリセリン、エチレングリコール、プロピレングリコール等のグリコール系溶剤、クロロホルム、クロロベンゼン等のハロゲン系溶剤、アセトニトリル、プロピオニトリル等のニトリル系溶剤、アセトン、メチルエチルケトン、シクロヘキサノン等のケトン系溶剤、酢酸エチル、酢酸ブチル等のエステル系溶剤、ヘキサン、ミネラルスピリッツ、トルエン、キシレン等の炭化水素系、ジメチルホルムアミド、nメチルピロリドン等のアミン類等が挙げられるが、これに限らない。2種以上の溶剤を混合して用いても良い。微粒子等の成分の分散に適していること、塗膜の焼成時に蒸発等により容易に除去できること、基板への塗布性に優れたスラリーを形成できること等の観点から選択すればよく、塗布方法にも応じて選択すればよい。これらの観点からは、ガラス基板に印刷法で塗布する場合は、テルピネオール、nメチルピロリドン、ブチルカルビトールアセテートが特に好適に用いられる。
〔solvent〕
The solvent to be used is not particularly limited. Alcohol solvents such as ethanol, isopropyl alcohol, benzyl alcohol, and terpineol Glycerin, glycol solvents such as ethylene glycol and propylene glycol, halogen solvents such as chloroform and chlorobenzene, acetonitrile, propionitrile Nitrile solvents such as acetone, methyl ethyl ketone, ketone solvents such as cyclohexanone, ester solvents such as ethyl acetate and butyl acetate, hydrocarbons such as hexane, mineral spirits, toluene, xylene, dimethylformamide, n-methylpyrrolidone, etc. Examples include amines, but are not limited thereto. Two or more solvents may be mixed and used. It may be selected from the viewpoints such as being suitable for dispersing components such as fine particles, being able to be easily removed by evaporation during baking of the coating film, and being able to form a slurry having excellent coating properties on the substrate, and also to the coating method. You may choose according to it. From these viewpoints, terpineol, n-methylpyrrolidone, and butyl carbitol acetate are particularly preferably used when applied to a glass substrate by a printing method.

〔無機微粒子〕
基板に塗布し焼成した後に一体の膜として維持することができるための成膜性を具備するために、通常、無機微粒子を含有させる。無機微粒子を含有させることにより、カーボンブラック粒子どうしの接触(ネッキング) が上がり膜自体の堅牢性も向上する。
無機微粒子としては金属酸化物、金属半導体などが挙げられる。金属酸化物としては、好適には酸化チタン、酸化スズ、酸化ニオブ、酸化亜鉛、酸化タングステン等が挙げられる。金属酸化物に限定させるものではなく、チッ化チタン、チッ化ニオブ等の窒化物等も挙げられる。
[Inorganic fine particles]
In general, inorganic fine particles are included in order to have film forming properties so that the film can be maintained as an integral film after being applied to the substrate and baked. By containing inorganic fine particles, the contact (necking) between the carbon black particles is increased and the fastness of the film itself is improved.
Examples of the inorganic fine particles include metal oxides and metal semiconductors. Preferable examples of the metal oxide include titanium oxide, tin oxide, niobium oxide, zinc oxide, and tungsten oxide. It is not limited to a metal oxide, and nitrides such as titanium nitride and niobium nitride are also included.

無機微粒子の粒子径や形状は特に制限されないが、カーボンブラック等他の成分との混合の容易性の面からは、通常、粒子径は200nm以下、特に好ましくは100nm以下がよい。  The particle size and shape of the inorganic fine particles are not particularly limited, but from the viewpoint of easy mixing with other components such as carbon black, the particle size is usually 200 nm or less, particularly preferably 100 nm or less.

〔有機バインダー樹脂〕
本発明のスラリー中に、有機バインダー樹脂を含んでいてもよい。有機バインダー樹脂とは、高分子バインダー、すなわち有機高分子化合物であって成膜性を有する材料をいう。
例えば、[特許文献3]や特開2004-152747号公報記載のスラリー中には、エチルセルロースが含まれている。このような成分を含有させることによって、スラリーのチクソ性を持たせたり、膜の付着力を保っているものと考えられる。しかし、このような成分がスラリー又はこれを用いて形成された正極に含まれていると、対極層内の細孔が充分に存在しなくなり、その結果、正極である触媒層と電解液の間で電子のやりとりが充分に行われなくなったり電極自体の電気伝導性も低下するおそれがある。したがって、電池の電気特性の観点からは、このような成分は、塗膜中においては、できるだけ低減させることが望ましい。後述するように、本発明では、特定の成分を配合することにより、電気特性に悪影響を及ぼすことなく、膜の付着力を大きく向上させることができるので、バインダー樹脂を低く抑えることができ、例えば、塗膜中に5重量%以下、さらには全く含まないものであっても十分な電気特性を得ることができ、優れた光電変換素子用正極を形成できる。
[Organic binder resin]
The slurry of the present invention may contain an organic binder resin. The organic binder resin refers to a polymer binder, that is, an organic polymer compound that has a film forming property.
For example, ethylcellulose is contained in the slurry described in [Patent Document 3] and JP-A-2004-152747. By containing such a component, it is considered that the thixotropy of the slurry is provided and the adhesion of the film is maintained. However, when such a component is contained in the slurry or the positive electrode formed using the slurry, there are not enough pores in the counter electrode layer, and as a result, the catalyst layer that is the positive electrode and the electrolytic solution are not present. Therefore, there is a possibility that electrons are not sufficiently exchanged and the electrical conductivity of the electrode itself is also lowered. Therefore, from the viewpoint of the electric characteristics of the battery, it is desirable to reduce such components as much as possible in the coating film. As will be described later, in the present invention, by blending specific components, it is possible to greatly improve the adhesion of the film without adversely affecting the electrical characteristics, it is possible to keep the binder resin low, for example, Even if it is 5% by weight or less in the coating film or not contained at all, sufficient electrical characteristics can be obtained, and an excellent positive electrode for a photoelectric conversion element can be formed.

このように塗膜中の有機バインダーを低減させるためには、スラリー中の含有量を低減させておくことによることもできるが、スラリーのチクソ性の面、すなわちスラリーの扱いやすさを保つ面からは、焼成過程で焼失させて低減させることも好適な選択肢である。  In order to reduce the organic binder in the coating film in this way, it can also be achieved by reducing the content in the slurry, but from the viewpoint of maintaining the thixotropic property of the slurry, that is, the ease of handling of the slurry. Is also a suitable option to reduce by burning out in the firing process.

有機バインダー樹脂としては、エチルセルロース、カルボキシメチルセルロース、メチルセルロ−ス、ヒドロキシエチルセルロース等の樹脂セルロースが好ましいが、高分子バインダーを構成する材料は、これに限定されるものではなく、各種熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂、およびこれらの混合物も使用できる。熱可塑性樹脂としては、ポリエチレングリコール等のポリアルキレングリコール、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、ポリフッ化ビニリデン、メタクリル樹脂、ポリエーテルイミド、ポリエーテルエーテルケトン、ポリテトラフロロエチレン等が挙げられる。熱硬化性樹脂としては、フェノール樹脂、ユリア樹脂、メラミン樹脂、ウレタン樹脂、シリコーン樹脂等が挙げられる。またこれらの混合物等であっても良く、また非結晶或いは結晶樹脂であっても良い。  As the organic binder resin, resin cellulose such as ethyl cellulose, carboxymethyl cellulose, methyl cellulose, and hydroxyethyl cellulose is preferable, but the material constituting the polymer binder is not limited to this, and various thermoplastic resins, thermosetting Resin and mixtures thereof can also be used. Examples of the thermoplastic resin include polyalkylene glycol such as polyethylene glycol, polyethylene, polypropylene, polystyrene, polyvinylidene fluoride, methacrylic resin, polyetherimide, polyetheretherketone, polytetrafluoroethylene, and the like. Examples of the thermosetting resin include phenol resin, urea resin, melamine resin, urethane resin, and silicone resin. Moreover, a mixture thereof or the like may be used, or an amorphous or crystalline resin may be used.

このような有機バインダーは、他の成分との均一な混合のために、溶液状として用いるのが好適である。有機バインダー樹脂粉末と、高沸点溶剤或いは低沸点溶剤を混合、攪拌、溶解し、有機バインダー樹脂溶液とする。溶剤は、用いる樹脂を溶解できるものであれば特に限定されず、前述した溶剤から適宜選択できるが、後述するようにカーボンブラック等の固体成分を分散する際の溶剤と同じものを用いることによって、これら他の成分との混合時のショックを避けることができる。  Such an organic binder is preferably used in the form of a solution for uniform mixing with other components. An organic binder resin powder and a high boiling point solvent or a low boiling point solvent are mixed, stirred and dissolved to obtain an organic binder resin solution. The solvent is not particularly limited as long as it can dissolve the resin to be used, and can be appropriately selected from the solvents described above, but by using the same solvent as that used when dispersing a solid component such as carbon black as described later, Shocks when mixed with these other ingredients can be avoided.

〔層状酸化物〕
本発明は、スラリー又はこれを用いて形成された正極に、層状酸化物を含有させたことを特徴とする。層状酸化物を添加する事により、全く予想外にも、膜の付着力が強く膜の堅牢性が著しく上がることを本発明者らは見出し本発明に到達したのである。
(Layered oxide)
The present invention is characterized in that a slurry or a positive electrode formed using the slurry contains a layered oxide. The present inventors have found that the addition of a layered oxide unexpectedly increases the adhesion of the film and significantly increases the fastness of the film, and have reached the present invention.

層状酸化物を色素増感太陽電池の電解質に添加することで、安価で、環境負荷が小さく、かつ従来より光電変換効率が向上するという提案は、例えば特許文献5や非特許文献4にあるように、従来よりなされている。
しかし、これらの従来技術で提案されているものは、電解液に添加する事で光電変換効率が向上するという知見にとどまり、本発明者らが見出したような、正極での効果を示唆するものは何もない。
For example, Patent Document 5 and Non-Patent Document 4 propose proposals that a layered oxide is added to an electrolyte of a dye-sensitized solar cell, which is inexpensive, has a low environmental load, and improves the photoelectric conversion efficiency. In addition, it has been made conventionally.
However, what has been proposed in these conventional techniques is limited to the knowledge that the photoelectric conversion efficiency is improved by adding to the electrolytic solution, and suggests the effect of the positive electrode as found by the present inventors. There is nothing.

層状酸化物とは、層状粘土鉱物とも呼ばれ、層状の結晶構造を有する鉱物の集合体であり、その組成は、Al-O、Mg-O、Si-O等からなる酸化物を主体とする。元来天然の粘度鉱物であるが、化学的に合成された物も存在する。
層状酸化物の例としては、鉱物ベントナイトの主成分であるモンモリロナイト、雲母、バイデライト、サポナイト、ヘクトライト、スチーブンサイト、マガディアイト、アイラライト、カネマイト、イライト、セリサイト等の層状粘土鉱物であるスメクタイト等が挙げられる。天然物、合成物、及びこれらの混合物を用いることもできる。層状酸化物は従来より、吸着剤、触媒、フィラー、電極材料、レオロジー制御剤など、多岐にわたって使用されているが、これらの用途に使用されているものから選択して用いることもできる。市販品としては例えばコープケミカル(株)製の合成スメクタイトである「ルーセンタイト」(商品名)、クニミネ工業(株)開発のリチウム型ベントナイトである「クレースト−SN20」(登録商標)などが挙げられ、これらを選択することができるが、特に「ルーセンタイト」は本発明に用いることにより優れた性能を発揮することができる。
A layered oxide, also called a layered clay mineral, is an aggregate of minerals having a layered crystal structure, and its composition is mainly composed of oxides made of Al-O, Mg-O, Si-O, etc. . Originally natural viscosity minerals, there are also chemically synthesized products.
Examples of layered oxides include montmorillonite, which is the main component of the mineral bentonite, mica, beidellite, saponite, hectorite, stevensite, magadiite, islamite, kanemite, illite, sericite, etc. Is mentioned. Natural products, synthetic products, and mixtures thereof can also be used. Conventionally, layered oxides have been widely used such as adsorbents, catalysts, fillers, electrode materials, rheology control agents, etc., but can be selected from those used for these applications. Examples of commercially available products include “Lucentite” (trade name), which is a synthetic smectite manufactured by Corp Chemical Co., Ltd., and “Clast-SN20” (registered trademark), which is a lithium-type bentonite developed by Kunimine Kogyo Co., Ltd. These can be selected. In particular, “Lucentite” can exhibit excellent performance when used in the present invention.

〔スラリーの調製方法〕
以上の各成分を、スラリー状に分散又は溶解して本発明のスラリーを得ることができる。さらに、このような本発明のスラリーを公知の方法により基板上に塗布し、固化して正極を得ることができる。
[Method for preparing slurry]
Each of the above components can be dispersed or dissolved in a slurry to obtain the slurry of the present invention. Furthermore, such a slurry of the present invention can be applied on a substrate by a known method and solidified to obtain a positive electrode.

スラリーの調製方法は、従来知られた方法を適宜選択することができるが、好ましくは、各固体成分を予め溶剤に分散させて、得られた各分散液を、他の成分の溶液と混合することにより、電極膜の粒子が均一となり、対極の膜厚依存性が小さくなるという利点があり望ましい。すなわち、カーボンブラック分散液、導電剤分散液、無機微粒子分散液、の各分散液を予め調製して、層状酸化物溶液、有機バインダー樹脂溶液と混合し、スラリーを得ることができる。しかし、この方法に限定されるものではなく、カーボンブラックと他の微粒子を同時に分散したり溶解したりすることもできる。  As a method for preparing the slurry, a conventionally known method can be appropriately selected. Preferably, each solid component is dispersed in a solvent in advance, and each obtained dispersion is mixed with a solution of another component. Thus, the particles of the electrode film become uniform and the film thickness dependence of the counter electrode is advantageously reduced. That is, each dispersion of carbon black dispersion, conductive agent dispersion, and inorganic fine particle dispersion is prepared in advance and mixed with a layered oxide solution and an organic binder resin solution to obtain a slurry. However, it is not limited to this method, and carbon black and other fine particles can be simultaneously dispersed or dissolved.

微粒子成分を分散する際には、各種の分散剤を用いることができる。例えば、高分子分散剤として、アクリル系共重合体、ブチラール樹脂、酢酸ビニル共重合体、水酸基含有カルボン酸エステル、高分子量ポリカルボン酸の塩、アルキルポリアミン系、多価アルコールエステル系等公知の各種分散剤を挙げる事ができるがこれに限らない。  When dispersing the fine particle component, various dispersants can be used. For example, various known polymer dispersants such as acrylic copolymers, butyral resins, vinyl acetate copolymers, hydroxyl group-containing carboxylic esters, salts of high molecular weight polycarboxylic acids, alkyl polyamines, polyhydric alcohol esters, etc. Although a dispersing agent can be mentioned, it is not restricted to this.

〔カーボンブラック分散液の調製〕
カーボンブラックの分散には、高沸点溶剤と低沸点溶剤を加えて分散するのが望ましい。これらの溶剤にカーボンブラックと分散剤とを加えて分散する。高沸点溶剤とは室温では揮発せず、高温にしたり、減圧などをしないと乾かない溶剤をいい、低沸点溶剤とはそれ以外の溶剤をさす。これらの溶剤を併用するのが望ましいのは、スラリーの形成、維持には溶剤が必要であるが、高沸点溶剤でなければスクリーン印刷の前後で揮発によりスラリーの状態が変化し、均質な印刷が難しい。他方、高沸点溶剤だけではカーボンブラックを十分に均一に分散することが難しい。そこで、例えば前述の[特許文献3]にも記載されているように、いったんカーボンブラックを低沸点溶剤と高沸点溶剤を併用して分散し、他の成分と混合した後に低沸点溶剤を蒸留除去してスラリーを得る方法が好適である。
[Preparation of carbon black dispersion]
It is desirable to disperse carbon black by adding a high boiling point solvent and a low boiling point solvent. Carbon black and a dispersant are added to these solvents and dispersed. A high boiling point solvent means a solvent that does not evaporate at room temperature and does not dry unless it is heated to high temperature or reduced pressure, and a low boiling point solvent refers to other solvents. It is desirable to use these solvents in combination. Solvents are necessary for the formation and maintenance of the slurry. However, if the solvent is not a high boiling point solvent, the state of the slurry changes due to volatilization before and after screen printing, and uniform printing is possible. difficult. On the other hand, it is difficult to disperse carbon black sufficiently uniformly only with a high boiling point solvent. Therefore, for example, as described in [Patent Document 3] described above, carbon black is once dispersed using a combination of a low-boiling solvent and a high-boiling solvent, and after mixing with other components, the low-boiling solvent is distilled off. Thus, a method of obtaining a slurry is suitable.

高沸点溶剤としては、ベンジルアルコール、テルピネオール等のアルコール系溶剤、グリセリン、エチレングリコール、プロピレングリコール等のグリコール系溶剤、nメチルピロリドン等のアミン類等が挙げられるが、これに限られず、これらのうち1種又は2種以上の溶剤を混合して用いても良い。低沸点溶剤としては、エチルアルコール、イソプロピルアルコール等のアルコール系溶剤、ベンゼン、ノルマルヘキサン、シクロヘキサン等の炭化水素系溶剤等が挙げられるが、これに限られず、これらのうち1種又は2種以上の溶剤を混合して用いても良い。以上の溶剤を、前述した、スラリーにおいて好適使用できる溶剤から選択することが望ましく、高沸点溶剤としてテルピネオール、nメチルピロリドン、ブチルカルビトールアセテート、低沸点溶剤としてエタノール、イソプロピルアルコール、が特に好ましい。  Examples of the high boiling point solvent include alcohol solvents such as benzyl alcohol and terpineol, glycol solvents such as glycerin, ethylene glycol and propylene glycol, and amines such as n-methylpyrrolidone, but are not limited thereto. One kind or a mixture of two or more kinds of solvents may be used. Examples of the low boiling point solvent include alcohol solvents such as ethyl alcohol and isopropyl alcohol, hydrocarbon solvents such as benzene, normal hexane, and cyclohexane, but are not limited thereto, and one or two or more of these solvents may be used. You may mix and use a solvent. The above solvent is desirably selected from the solvents that can be suitably used in the slurry described above, and terpineol, n-methylpyrrolidone, butyl carbitol acetate as the high boiling point solvent, and ethanol and isopropyl alcohol as the low boiling point solvent are particularly preferable.

分散方法としては、たとえばメディア媒体型分散機や衝突型分散機が挙げられる。
メディア媒体型分散機とはベッセル内において、ガラス、アルミナ、ジルコニア、スチール、タングステン等の小径のメディアを高速で運動させ、その間を通過するスラリーをメディア間のせん断力で摩砕させる構造の分散機をいう。斯かるメディア媒体型分散機の具体例としては、ペイントシェーカー、ボールミル、サンドミル、パールミル、アジテータミル、コボールミル、ウルトラビスコミル、ウルトラビスコミル、ウルトラファインミル等が挙げられる。衝突型分散機とは、1つの壁面に流体を高速で衝突させるか、または、流体同士を高速で衝突させて流体中の顔料などを粉砕させる構造の分散機をいう。斯かる衝突型分散機の具体例としては、スターバース、ナノマイザー、ホモゲナイザー、マイクロフルイダイザー等が挙げられる。
Examples of the dispersion method include a media medium type dispersion machine and a collision type dispersion machine.
What is a media-media type disperser? A disperser with a structure that moves small-sized media such as glass, alumina, zirconia, steel, tungsten, etc. at high speed in a vessel and grinds the slurry passing between them with the shearing force between the media. Say. Specific examples of such a media medium type dispersing machine include a paint shaker, a ball mill, a sand mill, a pearl mill, an agitator mill, a coball mill, an ultra visco mill, an ultra visco mill, an ultra fine mill, and the like. The collision type disperser refers to a disperser having a structure in which a fluid collides with one wall surface at a high speed or a fluid collides with each other at a high speed to crush pigments and the like in the fluid. Specific examples of such a collision type disperser include a star berth, nanomizer, homogenizer, and microfluidizer.

〔導電性材料の分散液及び無機微粒子の分散液の調製〕
導電性材料及び無機微粒子の分散の方法は限定されず、前述したスラリーにおいて好適に用いることのできる各種の溶剤から選択できる。特に、カーボンブラック分散液と配合した際のソルベントショックにより凝集・沈降が生じるのを防ぐためには、カーボンブラックの分散液と同様の溶剤を用いるのが望ましい。
[Preparation of dispersion of conductive material and dispersion of inorganic fine particles]
The method for dispersing the conductive material and the inorganic fine particles is not limited, and can be selected from various solvents that can be suitably used in the slurry described above. In particular, it is desirable to use the same solvent as the carbon black dispersion in order to prevent aggregation and sedimentation due to solvent shock when blended with the carbon black dispersion.

[層状酸化物溶液の調製〕
層状酸化物は通常、常温で固体の粉末で存在するため、均一なスラリーを得るために、あらかじめ溶剤に溶解又は分散して他の成分と混合するのが望ましい。層状酸化物が溶解する液体であれば特に限定されず、前述した、スラリーに用いることのできる溶剤から選択すればよいが、他の固体成分と同様、カーボンブラック分散液との混合時のソルベントショックを避けるためには、カーボンブラック分散液と同じ溶剤を選択するのが望ましい。
[Preparation of layered oxide solution]
Since the layered oxide is usually present as a solid powder at room temperature, it is desirable to dissolve or disperse in a solvent in advance and mix with other components in order to obtain a uniform slurry. It is not particularly limited as long as it is a liquid in which the layered oxide dissolves, but it may be selected from the solvents that can be used in the slurry described above. However, like other solid components, the solvent shock during mixing with the carbon black dispersion liquid In order to avoid this, it is desirable to select the same solvent as the carbon black dispersion.

上記で得られたカーボンブラック分散液、導電性材料分散液、無機微粒子分散液、層状酸化物溶液、有機バインダー樹脂溶液を混合してスラリーを得る。低沸点溶剤を使用して分散した場合には、混合後の液体からエバポレーター等により低沸点溶剤を除去して、スクリーン印刷に適した性状のスラリーを得ればよい。  The carbon black dispersion, conductive material dispersion, inorganic fine particle dispersion, layered oxide solution, and organic binder resin solution obtained above are mixed to obtain a slurry. When dispersed using a low boiling point solvent, the low boiling point solvent may be removed from the mixed liquid by an evaporator or the like to obtain a slurry having properties suitable for screen printing.

スラリーの組成(重量%)は、カーボンブラックの量は、2〜50%、好ましくは3〜30%、より好ましくは5〜20%、導電剤性材料の量は、0.025〜14%、好ましくは0.05〜10%、より好ましくは0.1〜6%、無機微粒子の量は、0.5〜40%、好ましくは1〜30%、より好ましくは2.5〜20%となるように調製する。
層状酸化物の量は、0.05〜16%、好ましくは0.1〜12%、より好ましくは0.25〜8%となるように調製する。有機バインダー樹脂剤の量は、5〜40%、好ましくは7〜30%、より好ましくは10〜25%となるように調製する。有機バインダー樹脂剤量が5%以下ではスクリーン印刷用スラリーにチキソ性が発現しない。また40%以上では粘張になりすぎ、スクリーン印刷時の版離れが悪くなる。
また、スラリー中の溶剤量は、5〜90%、好ましくは10〜85%、より好ましくは20〜80%となるように調製する。以上で説明した本発明のスラリーは、チキソ性が良好で、スクリーン印刷時の版離れも良好なスラリーとする事ができる。
The composition (weight%) of the slurry is such that the amount of carbon black is 2 to 50%, preferably 3 to 30%, more preferably 5 to 20%, and the amount of conductive material is 0.025 to 14%, preferably 0.05 to 10%, more preferably 0.1 to 6%, and the amount of inorganic fine particles is adjusted to 0.5 to 40%, preferably 1 to 30%, more preferably 2.5 to 20%.
The amount of the layered oxide is adjusted to be 0.05 to 16%, preferably 0.1 to 12%, more preferably 0.25 to 8%. The amount of the organic binder resin agent is 5 to 40%, preferably 7 to 30%, more preferably 10 to 25%. When the amount of the organic binder resin agent is 5% or less, thixotropy is not expressed in the slurry for screen printing. On the other hand, if it is 40% or more, it becomes too viscous, and the separation of the plate during screen printing becomes worse.
Further, the amount of the solvent in the slurry is adjusted to 5 to 90%, preferably 10 to 85%, more preferably 20 to 80%. The slurry of the present invention described above has good thixotropy and can be made into a slurry with good plate separation during screen printing.

〔正極の作製〕
上記で作製したスラリーを導電性基板に塗付し、電気炉で焼成する事により、多孔質炭素電極を得ることができ、これを光電変換素子用正極として用いることができる。この際の導電性基板として、FTOコートガラス、ITOコートガラス等、金属基板、透明基板上に金属膜が形成された基板等、各種の公知の基板材料を用いることができる。
[Production of positive electrode]
A porous carbon electrode can be obtained by applying the slurry prepared above to a conductive substrate and firing it in an electric furnace, and this can be used as a positive electrode for a photoelectric conversion element. As the conductive substrate in this case, various known substrate materials such as FTO-coated glass, ITO-coated glass, etc., a metal substrate, a substrate in which a metal film is formed on a transparent substrate, and the like can be used.

スラリーの塗付方法としては、ディップコート、スプレーコート、ワイヤーバーコート、スピンコート、ローラーコート、ブレードコート、グラビアコート、オフセット印刷、スクリーン印刷等が挙げられるが、特にこれに限定されるものではない。
本発明のスラリーを用いて作製した正極は、有機ポリマーの含有量が5重量%以下の電極とすることもできる。膜は均一で平滑な膜を得ることができる。さらに後述する実施例で示すように、スラリー中に適量の有機バインダー樹脂を含有することで特に電気伝導性が向上するとともに、強靭で堅牢な膜を得ることができる。おそらく、スラリー中に適量の有機バインダー樹脂を含有させて塗布し加熱することにより、有機バインダーやカーボンブラック等の分散液中に存在していた有機高分子分散剤が焼失することによって膜中には細孔が充分に存在する事ができ、これを光電変換素子用正極として用いれば、電子を有効的に取り出す事ができるという優れた効果が得られているものと推測される。
Examples of the slurry application method include dip coating, spray coating, wire bar coating, spin coating, roller coating, blade coating, gravure coating, offset printing, and screen printing, but are not particularly limited thereto. .
The positive electrode produced using the slurry of the present invention can be an electrode having an organic polymer content of 5% by weight or less. A uniform and smooth film can be obtained. Furthermore, as shown in the Example mentioned later, while containing an appropriate amount of organic binder resin in a slurry, especially electrical conductivity improves and a tough and robust film | membrane can be obtained. Probably, an appropriate amount of organic binder resin is contained in the slurry and applied and heated, so that the organic polymer dispersant present in the dispersion liquid such as the organic binder and carbon black is burned away in the film. It is presumed that an excellent effect that electrons can be effectively taken out can be obtained by using sufficient pores as a positive electrode for a photoelectric conversion element.

〔太陽電池の作製〕
以上説明した正極を用い、公知の技術を用いて太陽電池を作製することができる。電池の構成は特に限定されず、例えば、[特許文献6]や[特許文献7]に示される電池の構成を採用することもできる。
[Production of solar cells]
Using the positive electrode described above, a solar cell can be manufactured using a known technique. The configuration of the battery is not particularly limited, and for example, the configuration of the battery shown in [Patent Document 6] and [Patent Document 7] can also be adopted.

(1)光電変換素子の構成
図−1に、本発明の正極を用いた光電変換素子の構造の一例を示す。
光電変換素子(太陽電池)10は、作用電極11、対向電極12、これらの電極同士を接続し封止する封止層13、及びこれら電極及び封止層の内壁面が形成する密封空間14、及び密封空間14を満たす電解質層15、により構成されている。
作用電極11は、ガラスやセラミックス等の光透過性部材からなる板状の光透過性基板16と、ITO(酸化インジウム錫)やFTO(フッ素ドープ酸化錫)等からなる透明電極部材17から構成されている。透明電極部材17には、色素増感半導体層18が一面側に固着され、この色素増感半導体層18を密封空間14内に配置させるようにして封止層13が固着されている。
(1) Configuration of Photoelectric Conversion Element FIG. 1 shows an example of the structure of a photoelectric conversion element using the positive electrode of the present invention.
The photoelectric conversion element (solar cell) 10 includes a working electrode 11, a counter electrode 12, a sealing layer 13 that connects and seals these electrodes, and a sealed space 14 that is formed by the inner wall surface of these electrodes and the sealing layer, And an electrolyte layer 15 that fills the sealed space 14.
The working electrode 11 includes a plate-like light transmissive substrate 16 made of a light transmissive member such as glass or ceramics, and a transparent electrode member 17 made of ITO (indium tin oxide), FTO (fluorine-doped tin oxide), or the like. ing. A dye-sensitized semiconductor layer 18 is fixed to one side of the transparent electrode member 17, and the sealing layer 13 is fixed so that the dye-sensitized semiconductor layer 18 is disposed in the sealed space 14.

色素増感半導体層18は、例えば酸化チタン(TiO2)や酸化亜鉛(ZnO)等の酸化物半導体に、アゾ系色素やルテニウムビピリジン系金属錯体色素等の増感色素を吸着させた構成を有し、太陽光等の光が増感色素に吸収されることで、増感色素が励起状態となり電子を放出し、この電子が酸化物半導体に注入され得る。The dye-sensitized semiconductor layer 18 has a configuration in which a sensitizing dye such as an azo dye or a ruthenium bipyridine metal complex dye is adsorbed on an oxide semiconductor such as titanium oxide (TiO 2 ) or zinc oxide (ZnO). Then, when light such as sunlight is absorbed by the sensitizing dye, the sensitizing dye becomes excited and emits electrons, which can be injected into the oxide semiconductor.

一方、対向電極12は、ガラス、金属、セラミックス等の硬質部材からなる対向基板19と、その一面に被膜状に形成された導電性の触媒電極層20とから構成されている。本発明では、この触媒電極層として、カーボンブラック等の炭素材料を含有する層を形成する。
触媒電極層20には、封止層13が固着され、密封空間14を介して色素増感半導体層18と対向するように配置されている。
これら対向基板17、19及び触媒電極層20は、所定位置に貫通孔21を有し、当該貫通孔21から、電解質組成物を注入できるようになっている。電極作製にあたっては、まず作用電極11と対向電極12を封止材で固着した後、貫通孔21から密封空間14を形成する空間に電解質組成物を注入して満たした後、当該貫通孔21を封止材22で塞いで当該空間を密封し、当該密封空間14に電解質組成物からなる電解質層15を形成することができる。
On the other hand, the counter electrode 12 includes a counter substrate 19 made of a hard member such as glass, metal, or ceramic, and a conductive catalyst electrode layer 20 formed in a film on one surface thereof. In the present invention, a layer containing a carbon material such as carbon black is formed as the catalyst electrode layer.
The sealing layer 13 is fixed to the catalyst electrode layer 20 and is disposed so as to face the dye-sensitized semiconductor layer 18 with the sealed space 14 interposed therebetween.
The counter substrates 17 and 19 and the catalyst electrode layer 20 have a through hole 21 at a predetermined position, and the electrolyte composition can be injected from the through hole 21. In producing the electrode, first, the working electrode 11 and the counter electrode 12 are fixed with a sealing material, and then the electrolyte composition is injected and filled from the through hole 21 into the space forming the sealed space 14, and then the through hole 21 is filled. The space can be sealed with the sealing material 22, and the electrolyte layer 15 made of the electrolyte composition can be formed in the sealed space 14.

以上のように、本発明の正極を用いて形成した色素増感太陽電池などの光電変換素子は、白金触媒を使用せず、さらに付着層などの別材料も不要であることから、低コストでの製造が可能である。  As described above, a photoelectric conversion element such as a dye-sensitized solar cell formed using the positive electrode of the present invention does not use a platinum catalyst, and further requires no separate material such as an adhesion layer. Can be manufactured.

本発明のスラリーを用いれば、得られる正極は、付着性等の膜物性に優れ、しかも高い変換効率を発現できる。したがって、塗膜は比較的薄く、かつ十分な変換効率を発現できる。具体的には10ミクロンメーター以下、7ミクロンメーター以下のものも得ることができ、光電変換効率がPtに対し95%を超えるものも、得ることができるという極めて優れた実用性を有する。
このように薄い膜でも高い光電変換効率を得ることができるため、電極に含浸させる電解液の量が少なくて済み、さらに経済性に優れており、小型化の可能性も高まる。
本発明の正極は、本発明のスラリーを基板上に塗布し、加熱し硬化させることによって容易に得ることができる。このようにして得られる本発明の正極は、層状酸化物を含有する炭素材料系触媒電極層を有するものである。ここで炭素材料系触媒電極層とは、カーボンブラック等の炭素材料を主成分として含有する触媒電極層をいう。層状酸化物の含有量は、所望とする性能を発揮しうる量であれば限定されず、目的に応じて選択すればよいが、通常、カーボンブラック等の炭素材料に対し、炭素材料:層状酸化物が重量比で30:0.05〜3:16、より好ましくは20:0.1〜1:12、さらに好ましくは20:8〜5:0.25である。この範囲で特に、変換効率及び塗膜性に優れている。さらに、前述のように塗膜中の有機ポリマー成分を低減させても塗膜性を損なうことがなく、有機ポリマー成分を低減させることにより高い変換効率を確保できる。すなわち、有機ポリマー成分を20%以下、特に15%以下とすることにより、本発明の正極は十分な塗膜性を得ることができ、しかもこれを用いて得られた光電変換素子は高い変換効率を達成することができる。
また本発明のスラリーを用いてペロブスカイト太陽電池用の正極を形成すれば、薄膜(1μm以下)でも強靭で高効率の正極を形成することができ、優れた性能のペロブスカイト太陽電池を得ることができる。特に、膜厚を調整することにより、高い変換効率を得ることができる。具体的には300nm以下で、4.5%を超える高効率を得ることもできる。
If the slurry of this invention is used, the positive electrode obtained will be excellent in film | membrane physical properties, such as adhesiveness, and can express high conversion efficiency. Therefore, the coating film is relatively thin and can exhibit sufficient conversion efficiency. Specifically, those having a size of 10 μm or less and 7 μm or less can be obtained, and those having a photoelectric conversion efficiency exceeding 95% of Pt can be obtained.
Since a high photoelectric conversion efficiency can be obtained even with such a thin film, the amount of the electrolytic solution impregnated in the electrode can be reduced, and the economy is excellent, and the possibility of miniaturization is increased.
The positive electrode of the present invention can be easily obtained by applying the slurry of the present invention on a substrate, heating and curing. The positive electrode of the present invention thus obtained has a carbon material-based catalyst electrode layer containing a layered oxide. Here, the carbon material-based catalyst electrode layer refers to a catalyst electrode layer containing a carbon material such as carbon black as a main component. The content of the layered oxide is not limited as long as the desired performance can be exhibited, and may be selected according to the purpose. Usually, the carbon material: layered oxidation with respect to the carbon material such as carbon black. The weight ratio is 30: 0.05 to 3:16, more preferably 20: 0.1 to 1:12, and even more preferably 20: 8 to 5: 0.25. In this range, the conversion efficiency and the coating properties are particularly excellent. Furthermore, even if the organic polymer component in the coating film is reduced as described above, the coating property is not impaired, and high conversion efficiency can be secured by reducing the organic polymer component. That is, by setting the organic polymer component to 20% or less, particularly 15% or less, the positive electrode of the present invention can obtain a sufficient coating property, and the photoelectric conversion element obtained using this has high conversion efficiency. Can be achieved.
Moreover, if a positive electrode for a perovskite solar cell is formed using the slurry of the present invention, a tough and highly efficient positive electrode can be formed even with a thin film (1 μm or less), and a perovskite solar cell with excellent performance can be obtained. . In particular, high conversion efficiency can be obtained by adjusting the film thickness. Specifically, high efficiency exceeding 4.5% can be obtained at 300 nm or less.

図−4に以下の各実施例の工程の概略を示すように、スラリー調製、対向電極の作成と試験、電池の作成と試験を行った。以下、各項目について説明する。  As shown in the outline of the steps of the following examples in FIG. 4, slurry preparation, creation and testing of a counter electrode, and creation and testing of a battery were performed. Each item will be described below.

〔スラリーの調製〕
まず、表−1に示す材料を、表−2(表−2(1)及び表−2(2))に示す組成で配合し、以下の方法で各分散液及び溶液を調製した。
カーボンブラック分散液1〜8及び導電性材料分散液1〜3は、各材料をペイントシェーカー(浅田鉄工所製)を用い、直径0.5mmアルミナビーズを用いて5時間分散した。無機微粒子分散液は、直径0.1mmアルミナビーズを用いて、ペイントシェーカーで7時間攪拌、分散した。
[Preparation of slurry]
First, the materials shown in Table-1 were blended with the compositions shown in Table-2 (Table-2 (1) and Table-2 (2)), and each dispersion and solution were prepared by the following methods.
The carbon black dispersions 1 to 8 and the conductive material dispersions 1 to 3 were dispersed for 5 hours using a paint shaker (manufactured by Asada Iron Works) and 0.5 mm diameter alumina beads. The inorganic fine particle dispersion was stirred and dispersed for 7 hours using a 0.1 mm diameter alumina bead in a paint shaker.

層状酸化物は、15重量%となるようにエタノール中で攪拌し溶解して層状酸化物溶液とした。有機バインダーは固形分換算で10重量%となるように、エタノール中で攪拌し溶解して有機バインダー溶液とした。
次に、これらの各分散液及び溶液を、表−3に示す配合比で混合し、エバポレーターで低沸溶剤を除去し、スラリー1〜26を得た。
The layered oxide was stirred and dissolved in ethanol so as to be 15% by weight to obtain a layered oxide solution. The organic binder was dissolved by stirring in ethanol so as to be 10% by weight in terms of solid content to obtain an organic binder solution.
Next, each of these dispersions and solutions were mixed at a blending ratio shown in Table 3, and the low boiling solvent was removed with an evaporator to obtain slurries 1 to 26.

〔対向電極の作製と評価〕
対向基板19として旭ガラス製FTO透明導電性ガラス基板(シート抵抗:13Ω/□(15mm×25mm×t1.8mm)サイズに加工してUV照射により洗浄したFTO基板を用い、この基板上に、上記で作製した表−3記載のスラリーを、スクリーン印刷により300メッシュ版を用い、5mm角正方形(25mm2)になるよう塗布し120℃×3分間乾燥させた。スラリーは、6層に積層し、450℃で30分間電気炉(フルテック製FT-101FM)で焼成後、放冷し、対向電極12とした。
スラリー10及び14について焼成温度を表−4に示すように変化させて対向電極を得た(実施例5-1〜5-7及び比較例5-1〜5-7)。
対向基板として白金を用いたものを、比較例5-8とした。
[Preparation and evaluation of counter electrode]
As the counter substrate 19, an FTO transparent conductive glass substrate made of Asahi Glass (sheet resistance: 13Ω / □ (15mm × 25mm × t1.8mm) size processed and washed by UV irradiation) was used. The slurry described in Table 3 was applied to form a 5 mm square (25 mm 2 ) using a 300 mesh plate by screen printing, and dried at 120 ° C. for 3 minutes. After firing in an electric furnace (FT-101FM manufactured by Fulltec) at 450 ° C. for 30 minutes, the mixture was allowed to cool and used as the counter electrode 12.
The counter electrodes were obtained by changing the firing temperature of the slurry 10 and 14 as shown in Table 4 (Examples 5-1 to 5-7 and Comparative Examples 5-1 to 5-7).
A substrate using platinum as the counter substrate was referred to as Comparative Example 5-8.

得られた対向電極を、以下の方法で、膜厚測定、密着性評価、及び表面抵抗の測定を行った。
膜厚、密着性は、スラリー8〜11、13〜16について行った(実施例2-1〜2-3、比較例2-1〜2-3)。表面抵抗は、スラリー8〜20について行った(実施例2-1〜2-4、3-1〜3-3、比較例2-1〜2-4、3-1〜3-3)。
実施例2-1及び比較例2-1の対向電極について、断面観察写真を撮影した。
<膜厚測定>
(株)東京製密製小型表面粗さ形状測定機 「サームコム130A」で測定した。
The obtained counter electrode was subjected to film thickness measurement, adhesion evaluation, and surface resistance measurement by the following methods.
The film thickness and adhesion were measured for the slurry 8 to 11 and 13 to 16 (Examples 2-1 to 2-3, Comparative Examples 2-1 to 2-3). The surface resistance was measured for the slurry 8 to 20 (Examples 2-1 to 2-4, 3-1 to 3-3, Comparative Examples 2-1 to 2-4, 3-1 to 3-3).
A cross-sectional observation photograph was taken for the counter electrode of Example 2-1 and Comparative Example 2-1.
<Film thickness measurement>
It was measured with a compact compact surface roughness profile measuring machine “Thermcom 130A” manufactured by Tokyo Co., Ltd.

<密着性>
ニチバンセロテープ(No.405,18mm巾)を塗膜面に約30mm貼り、塗膜が透けて見えるようにしっかり指でテープを擦る。テープを付着して直ぐにテープの端を持って塗膜面に直角に保ち、瞬間的に引き剥がす。この操作を全く同じ部位において5回繰り返し実施し、塗膜面のハガレの程度により以下のように5段階で評価した。
・全くはがれない 5点
・塗膜全体の1〜10%のハガレ 4点
・塗膜全体の11〜50%のハガレ 3点
・塗膜全体の51〜80%のハガレ 2点
・塗膜全体の81〜全面ハガレ 1点
<Adhesion>
Nichibansero tape (No.405, 18mm width) is stuck on the coating surface about 30mm, and rub the tape firmly with your finger so that the coating film can be seen through. Immediately after attaching the tape, hold the edge of the tape and keep it at right angles to the surface of the coating, and peel it off instantaneously. This operation was repeated 5 times at exactly the same site, and evaluated according to the following five levels according to the degree of peeling on the coating surface.
・ 5 points that do not peel off at all ・ 4 points of peel off 1-10% of the whole film ・ 3 points of peel off 11-50% of the whole film ・ 2 points of peel off 51-80% of the whole film ・ 2 points of whole film 81 ~ Full-scale peeler 1 point

<電極膜の表面抵抗測定>
三菱化学アナリテック(株)製「ロレスタGP MCP−T610型」を用い、4端子4探針法定電流印加方式で測定した。
<有機ポリマー残存量>
実施例5-1〜5-8の対向電極を、ブルカー・エイエックスエス社製「示差熱・熱重量測定装置:TG−DTA2020SA」を用いて熱分析を行い、得られたTG-DTAより、有機ポリマーの残存率(%)を算出した。
<Measurement of surface resistance of electrode film>
Using a “Loresta GP MCP-T610 type” manufactured by Mitsubishi Chemical Analytech Co., Ltd., measurement was performed by a four-terminal four-probe method and a constant current application method.
<Remaining amount of organic polymer>
The counter electrode of Examples 5-1 to 5-8 was subjected to thermal analysis using “Differential Thermal / Thermogravimetric Measuring Device: TG-DTA2020SA” manufactured by Bruker AXS, and from the obtained TG-DTA, The residual ratio (%) of the organic polymer was calculated.

<結果>
結果を表−5〜10に示す。カーボンブラックの比表面積を変化させ、さらに層状粘度鉱物の有無で比較した実施例1-1〜1-7と比較例1が表−5、層状粘度鉱物の有無で比較した実施例2-1〜2-3及び比較例2-1〜2-3が表−6、導電性材料の種類を変化させて比較した実施例3-1〜3-3及び比較例3-1が表−7、無機微粒子の種類を変化させて比較した実施例4-1〜4-4及び比較例3-1が表−7、焼成温度を変化させて比較した実施例5-1〜5-7及び比較例5-1が表−8である。各々、比較のためにPtの場合の変換効率の値を100として、それぞれの効率の割合(%)として示した。
<Result>
The results are shown in Tables 5-10. Examples 1-1 to 1-7 and Comparative Example 1 in which the specific surface area of carbon black was changed and compared with the presence or absence of a layered viscosity mineral were compared with those in Table 5 and the presence or absence of a layered viscosity mineral. 2-3 and Comparative Examples 2-1 to 2-3 are shown in Table-6, Examples 3-1 to 3-3 and Comparative Example 3-1 in which the types of conductive materials were changed and compared are shown in Table-7. Examples 4-1 to 4-4 and Comparative Example 3-1 which were compared by changing the kind of fine particles are shown in Table 7, Examples 5-1 to 5-7 and Comparative Example 5 which were compared by changing the firing temperature. -1 is Table-8. For comparison, the value of conversion efficiency in the case of Pt was set as 100, and the ratio (%) of each efficiency was shown.

実施例5-1〜5-7の対向電極のTG-DTAチャートを図−3、有機ポリマー残存率の算出結果を表−11、これをプロットしたものを図−4に示す。
実施例2-1及び比較例2-1の断面観察写真を図−5、図−6に示す。
The TG-DTA chart of the counter electrode of Examples 5-1 to 5-7 is shown in FIG. 3, the calculation result of the residual ratio of the organic polymer is shown in Table 11, and the plotted result is shown in FIG.
The cross-sectional observation photographs of Example 2-1 and Comparative Example 2-1 are shown in FIGS.

表−6に示す実施例2-1〜2-3と比較例2-1〜2-3の結果からわかるように、層状酸化物の有無の違いにより、密着性に差があり、層状酸化物添加時には、密着性が良く、層状酸化物無添加時には、密着性が悪いことがわかる。  As can be seen from the results of Examples 2-1 to 2-3 and Comparative Examples 2-1 to 2-3 shown in Table-6, there is a difference in adhesion depending on the presence or absence of the layered oxide. It can be seen that adhesion is good when added, and adhesion is poor when no layered oxide is added.

図−5に示すように、本発明のスラリーを用いて塗膜を形成して温度400℃以上で焼成することにより、有機ポリマー成分を2重量%以下にまで低減できることが確認された。有機ポリマー成分を低減できるため、光電変換効率が向上できると推測される。  As shown in FIG. 5, it was confirmed that the organic polymer component can be reduced to 2 wt% or less by forming a coating film using the slurry of the present invention and baking at a temperature of 400 ° C. or higher. It is estimated that the photoelectric conversion efficiency can be improved because the organic polymer component can be reduced.

図−7の画像では層状酸化物添加塗膜で、袋状の薄膜が1μm程度のサイズでカーボンブラック粒子を包んだ3次元の網目構造が見られる。このことから、層状酸化物の層の間にカーボンブラック分散液5が吸着され、膜を緻密・堅牢にし、付着性が上がっていると考えられる。
図−8の画像ではカーボンブラック粒子のみが見られ、緻密な3次元が見られない。このことから層状酸化物を含む本発明の対向電極のように付着性が上がらないと考えられる。
In the image of FIG. 7, a three-dimensional network structure in which a bag-like thin film is wrapped with carbon black particles with a size of about 1 μm is seen with a layered oxide-added coating film. From this, it is considered that the carbon black dispersion 5 is adsorbed between the layers of the layered oxide, making the film dense and robust and improving the adhesion.
In the image of FIG. 8, only carbon black particles are seen, and dense three-dimensionality is not seen. From this, it is considered that the adhesion does not increase like the counter electrode of the present invention containing a layered oxide.

〔色素増感太陽電池作用電極の作製〕
透明導電基板(大きさ25mm×15mm、厚さ1.8mmのガラス基板でなる光透過性基板7に、厚さ950nmのFTO層(シート抵抗10Ω/□)を透明導電層8として形成した太陽電池用FTO硝子基板(旭硝子株式会社製))上に酸化チタンペーストを塗付し、焼成した。
酸化チタンペーストは、市販の「HT/SP」(Solaronix社製)酸化チタンを1層(最終膜厚約2μm)、「PST-18NR」(日揮触媒化成(株)製)多孔質酸化チタンを5層(最終膜厚約8μm)、「PST-400C」(日揮触媒化成(株)製)、多孔質酸化チタンを3層(最終膜厚約5μm)、順次基板上にスクリーン印刷法で塗布し500℃で30分間電気炉(フルテック(株)製FT-101FM)で焼成し、放冷後(50mM) TiCL4水溶液に浸漬(70℃×30分)、洗浄、乾燥し、焼成(500℃×30分)し、合計15μmの膜厚の酸化チタン膜を得た。
[Preparation of dye-sensitized solar cell working electrode]
A transparent conductive substrate (25 mm x 15 mm, 1.8 mm thick glass substrate 7 on a transparent substrate 7 having a 950 nm thick FTO layer (sheet resistance 10Ω / □) formed as a transparent conductive layer 8 A titanium oxide paste was applied on an FTO glass substrate (Asahi Glass Co., Ltd.) and baked.
The titanium oxide paste consists of one commercially available “HT / SP” (Solaronix) titanium oxide (final film thickness of about 2 μm) and “PST-18NR” (manufactured by JGC Catalysts & Chemicals) 5 porous titanium oxide. A layer (final film thickness of about 8μm), “PST-400C” (manufactured by JGC Catalysts & Chemicals Co., Ltd.), and three layers of porous titanium oxide (final film thickness of about 5μm) are sequentially applied onto the substrate by screen printing. Baked in an electric furnace (FT-101FM manufactured by Fulltech Co., Ltd.) for 30 minutes at ℃, allowed to cool (50 mM) immersed in TiCL4 aqueous solution (70 ℃ × 30 minutes), washed, dried, baked (500 ℃ × 30 minutes) And a titanium oxide film having a total thickness of 15 μm was obtained.

次に、この酸化チタン膜に増感色素を担持させて、色素増感半導体層9とした。具体的には、0.3mmolのN719色素(ALDICH社製ルテニウム錯体色素)を、tert-ブチルアルコールとアセトニトリルの混合溶媒(体積比1:1)に溶解させた溶液を調製し、この溶液に酸化チタン膜を30℃×20時間浸漬して、増感色素を担持させた。その後、酸化チタン膜をアセトニトリルで洗浄し、暗所で乾燥させ、光増感色素を担持した色素増感半導体層9を形成した作用電極2を得た。  Next, a sensitizing dye was supported on this titanium oxide film to form a dye-sensitized semiconductor layer 9. Specifically, a solution in which 0.3 mmol of N719 dye (ruthenium complex dye manufactured by ALDICH) was dissolved in a mixed solvent of tert-butyl alcohol and acetonitrile (volume ratio 1: 1) was prepared, and titanium oxide was added to this solution. The film was immersed at 30 ° C. for 20 hours to carry a sensitizing dye. Thereafter, the titanium oxide film was washed with acetonitrile and dried in the dark to obtain a working electrode 2 on which a dye-sensitized semiconductor layer 9 carrying a photosensitizing dye was formed.

〔光電変換素子(色素増感太陽電池)の作製〕
幅2.0mm、高さ約30μmの紫外線硬化型樹脂からなる額縁状の封止層4を、透明電極部材8上に形成した。次いで、前述した作用電極2と対向電極3とを対向させ、封止層を挟んで圧着した後、封止層に紫外線を照射し、仮接着を行った後、上記の作用電極2及び対向電極3を用い、 図−1に示す構成の色素増感太陽電池を作製した。ホットメルトフィルムを作用電極と対向電極との間に挟み込み、120℃で3分間、加熱圧着溶融し冷却後封止層4を完全に硬化させて固着した。
封止剤としては、アイオノマー樹脂として、三井デュポン(株)製「ハイミラン」(商品名)を用いた。
電解液は、ヨウ素:0.025M、ヨウ化リチウム:0.1M、t-ブチルピリジン:0.5M、1,2-ジメチル-3-プロピルイミダゾリウムヨージド:0.6M をアセトニトリルに溶解させて得た。
[Production of photoelectric conversion element (dye-sensitized solar cell)]
A frame-shaped sealing layer 4 made of an ultraviolet curable resin having a width of 2.0 mm and a height of about 30 μm was formed on the transparent electrode member 8. Next, the working electrode 2 and the counter electrode 3 described above are made to face each other, and after pressure-bonding with the sealing layer interposed therebetween, the sealing layer is irradiated with ultraviolet rays and temporarily bonded. 3, a dye-sensitized solar cell having the configuration shown in FIG. A hot melt film was sandwiched between the working electrode and the counter electrode, melted by heating and pressing at 120 ° C. for 3 minutes, and after cooling, the sealing layer 4 was completely cured and fixed.
As the sealant, “HIMILAN” (trade name) manufactured by Mitsui DuPont Co., Ltd. was used as an ionomer resin.
The electrolytic solution was obtained by dissolving iodine: 0.025M, lithium iodide: 0.1M, t-butylpyridine: 0.5M, 1,2-dimethyl-3-propylimidazolium iodide: 0.6M in acetonitrile.

<色素増感太陽電池の評価>
疑似太陽光(1sun:AM1.5、100mW/cm)を照射して、短絡電流密度(Jsc)、解放電圧(Voc)、フィルファクター(FF)、光電変換効率(η)を測定した。(25℃)結果は前記の表−5〜9に示す。
<Evaluation of dye-sensitized solar cell>
Pseudo sunlight (1 sun: AM1.5, 100 mW / cm 2 ) was irradiated, and short circuit current density (Jsc), release voltage (Voc), fill factor (FF), and photoelectric conversion efficiency (η) were measured. (25 degreeC) A result is shown to said Table -5-9.

表-5より、比表面積200〜560m2/gのカーボンブラックを用いた実施例1-1〜1-4の色素増感太陽電池の光電変換効率は特に優れ、比較例(Pt)と同等あるいは、それに近い値を得ることができた。対向電極3で用いたカーボンの物性、特に比表面積が変換効率に影響があることがわかるが、いずれの比表面積のカーボンブラックについても、層状酸化物の添加により優れた堅牢性、密着性を発揮することがわかる。From Table 5, the photoelectric conversion efficiency of the dye-sensitized solar cells of Examples 1-1 to 1-4 using carbon black having a specific surface area of 200 to 560 m 2 / g is particularly excellent and is equivalent to that of Comparative Example (Pt) or I was able to get a value close to that. It can be seen that the physical properties of the carbon used in the counter electrode 3, especially the specific surface area, has an effect on the conversion efficiency. For any carbon black with any specific surface area, the addition of layered oxides provides excellent fastness and adhesion. I understand that

表−6の変換効率の値からは、層状酸化物の有無で変換効率に差は見られず、いずれも対照 (Pt)に近い値を得られることがわかる。これは、層状酸化物を添加しても変換効率がに悪影響を及ぼさないことを示し、表−6の密着性の値が層状酸化物の添加で向上することからは、層状酸化物の添加により実用的な対向電極が得られる事がわかる。  From the conversion efficiency values in Table 6, it can be seen that there is no difference in the conversion efficiency depending on the presence or absence of the layered oxide, and both values are close to the control (Pt). This indicates that the conversion efficiency does not adversely affect the addition of the layered oxide, and the adhesion values in Table-6 are improved by the addition of the layered oxide. It can be seen that a practical counter electrode can be obtained.

表−7より、本発明の対向電極において従来より変換効率を高めることの知られている導電性材料を好適に使用でき、これらを用いることによりPtと同等あるいは、それに近い値を得ることができることがわかる。
実施例3-1、比較例3-1の結果より、同じ導電性材料を使用した系においても、層状酸化物の添加により密着性が向上する事がわかる。
表−8より、様々な無機バインダーで良好な値を得ることができ、Ptと同等あるいは、それに近い値を得ることができ、十分に実用的なレベルであることがわかる。
実施例4-1、比較例4-1の結果より、同じ無機微粒子を使用した系においても、層状酸化物の添加により密着性が向上する事がわかる。
From Table-7, it is possible to suitably use a conductive material known to increase the conversion efficiency in the counter electrode of the present invention, and to obtain a value equivalent to or close to Pt by using these materials. I understand.
From the results of Example 3-1 and Comparative Example 3-1, it can be seen that even in a system using the same conductive material, the adhesion is improved by the addition of the layered oxide.
From Table 8, it can be seen that good values can be obtained with various inorganic binders, and values equivalent to or close to Pt can be obtained, which is a sufficiently practical level.
From the results of Example 4-1 and Comparative Example 4-1, it can be seen that even in the system using the same inorganic fine particles, the adhesion is improved by the addition of the layered oxide.

表−9より、特にスラリーの焼成温度が375℃以上の実施例5-5、5-6、5-7ではPtと同等或いはそれに近い光電変換効率の値を示した。焼成温度が350℃以下の実施例5-1、5-2、5-3では光電変換効率はPtと比べて低い。
焼成温度が250℃、有機ポリマー残存率が50.4%の実施例5-1では、塗膜の密着性は低い。より高温で焼成した実施例5-2、5-3では、塗膜の密着性は向上している。これは高温により有機バインダーが硬化し、製膜することによると考えられる。しかし、光電変換効率は相対的に低い。これは有機ポリマーの存在が導電性を下げていることが考えられる。より高温で焼成した実施例5-6、5-7の膜中には有機ポリマーの残存率は0%であり、高い光電変換効率が得られ、白金に近い値を得ることができ、十分に実用的なレベルと言える。と同時に、有機ポリマーの残存率が0%でありながら、塗膜の密着性にも優れており、本発明により層状酸化物を存在させたことによって、極めて性能の良い光電変換素子を得ることができる有用な技術であることがわかる。
From Table 9, in Examples 5-5, 5-6, and 5-7, in which the firing temperature of the slurry is 375 ° C. or higher, the value of the photoelectric conversion efficiency that is equal to or close to that of Pt is shown. In Examples 5-1, 5-2, and 5-3 where the firing temperature is 350 ° C. or lower, the photoelectric conversion efficiency is lower than that of Pt.
In Example 5-1, in which the baking temperature is 250 ° C. and the organic polymer remaining rate is 50.4%, the adhesion of the coating film is low. In Examples 5-2 and 5-3 fired at higher temperatures, the adhesion of the coating film is improved. This is considered to be due to the organic binder being cured at a high temperature to form a film. However, the photoelectric conversion efficiency is relatively low. This is probably because the presence of the organic polymer decreases the conductivity. In the films of Examples 5-6 and 5-7 fired at a higher temperature, the residual rate of the organic polymer is 0%, high photoelectric conversion efficiency is obtained, and a value close to platinum can be obtained. It can be said that it is a practical level. At the same time, while the organic polymer remaining rate is 0%, the coating film has excellent adhesion, and the presence of the layered oxide according to the present invention makes it possible to obtain a very good photoelectric conversion element. It turns out that it is a useful technique that can be done.

〔ペロブスカイト太陽電池の作製〕
以下の手順により、図−2に示す基本構造を有するペロブスカイト太陽電池を作製した。
透明導電基性のガラス基板1(大きさ25mm×25mm、厚さ1.8mm)でなる光透過性基板に厚さ950nmのFTO層2(シート抵抗10Ω/□)を透明導電層として形成した太陽電池用FTO硝子基板(旭硝子株式会社製))を、四塩化チタン水溶液(100〜1000mM)に浸漬し、70℃×40分静置後、純水で洗浄、焼成(500℃×30分)することで、10〜50nm厚の二酸化チタンバッファー層3を形成させた。
二酸化チタンバッファー層3上に二酸化チタンペーストをスピンコーティングし、500℃×30分間焼成することで、100〜1000nm厚の二酸化チタン多孔質電極4(負極)を形成させた。二酸化チタンペーストは、市販の微粒子二酸化チタン(「P25」)の分散体(固形分30wt%)にエチルセルロース溶液を適量添加し作製したものである。スピンコーティングはペースト濃度に応じて適正な回転数(500〜5000rpm)で該当する膜厚を得た。膜厚を表−11に示す。二酸化チタン多孔質電極4を四塩化チタン水溶液(10〜100mM)に浸漬し、70℃×40分静置後、純水で洗浄、焼成(500℃×30分)した。
[Preparation of perovskite solar cells]
A perovskite solar cell having the basic structure shown in FIG. 2 was produced by the following procedure.
A solar cell in which an FTO layer 2 (sheet resistance 10Ω / □) with a thickness of 950 nm is formed as a transparent conductive layer on a light-transmitting substrate made of a transparent conductive base glass substrate 1 (size 25 mm × 25 mm, thickness 1.8 mm) FTO glass substrate (manufactured by Asahi Glass Co., Ltd.)) is immersed in an aqueous titanium tetrachloride solution (100-1000 mM), allowed to stand at 70 ° C. for 40 minutes, washed with pure water, and fired (500 ° C. × 30 minutes) Thus, a titanium dioxide buffer layer 3 having a thickness of 10 to 50 nm was formed.
A titanium dioxide paste was spin-coated on the titanium dioxide buffer layer 3 and baked at 500 ° C. for 30 minutes to form a titanium dioxide porous electrode 4 (negative electrode) having a thickness of 100 to 1000 nm. The titanium dioxide paste is prepared by adding an appropriate amount of ethyl cellulose solution to a dispersion (solid content 30 wt%) of commercially available fine particle titanium dioxide (“P25”). In spin coating, a corresponding film thickness was obtained at an appropriate rotation speed (500 to 5000 rpm) depending on the paste concentration. The film thickness is shown in Table-11. The titanium dioxide porous electrode 4 was immersed in an aqueous solution of titanium tetrachloride (10-100 mM), allowed to stand at 70 ° C. for 40 minutes, washed with pure water, and fired (500 ° C. × 30 minutes).

次に、この二酸化チタン多孔質電極膜4に二酸化ジルコニウム(ZrO2)ペースト(20nmZrO2粒子分散溶液(PGME(1-メトキシ-2-プロパノール)))を100μL滴下し、スピンコーティング(1000〜6000rpm)後、120℃×30分乾燥して、二酸化ジルコニウムから成る絶縁層8を得た。
表−3に処方を示すスラリー1(オリオン社製Printex85(比表面積;200m2/g、一次粒子径;16nm)分散液)10重量部に対しエタノールを30重量部を加え超音波洗浄機で60分間分散処理して得たカーボン溶液を、絶縁層8に100μL滴下し、スピンコーティング(1000〜5000rpm)後、120℃×3分乾燥後、450℃×30分焼成し、カーボン電極膜(正極)9を得た。絶縁膜8の膜厚は100〜300nmで、カーボンの膜厚は200〜1000nmであった。
次にペロブスカイト化合物前駆体溶液5(PbCl2(1M)、CH3NH3I(0.06M)、DMF)を80μL滴下し、スピンコーティング(1000〜3000rpm)後、100〜120℃×90分間乾燥し、さらに金蒸着膜を形成して、ペロブスカイト太陽電池セルを得た。
二酸化チタン多孔質電極膜4の膜厚を、表−11に示すとおり変化させたものを、実施例6及び実施例7とした。
Next, 100 μL of zirconium dioxide (ZrO 2 ) paste (20 nm ZrO 2 particle dispersion (PGME (1-methoxy-2-propanol))) is dropped on the titanium dioxide porous electrode film 4 and spin-coated (1000 to 6000 rpm). Thereafter, the insulating layer 8 made of zirconium dioxide was obtained by drying at 120 ° C. for 30 minutes.
30 parts by weight of ethanol is added to 10 parts by weight of slurry 1 (Orion's Printex 85 (specific surface area: 200 m 2 / g, primary particle size: 16 nm) dispersion) having the formulation shown in Table 3 with an ultrasonic cleaner. 100 μL of the carbon solution obtained by the dispersion treatment for a minute is dropped on the insulating layer 8, spin-coated (1000 to 5000 rpm), dried at 120 ° C. for 3 minutes, and then baked at 450 ° C. for 30 minutes to form a carbon electrode film (positive electrode) 9 was obtained. The film thickness of the insulating film 8 was 100 to 300 nm, and the film thickness of carbon was 200 to 1000 nm.
Next, 80 μL of perovskite compound precursor solution 5 (PbCl 2 (1M), CH 3 NH3I (0.06M), DMF) is dropped, and after spin coating (1000 to 3000 rpm), it is dried at 100 to 120 ° C. for 90 minutes. A gold deposited film was formed to obtain a perovskite solar cell.
Examples 6 and 7 were obtained by changing the film thickness of the titanium dioxide porous electrode film 4 as shown in Table-11.

<評価結果>
実施例6及び実施例7のペロブスカイト太陽電池の光電変換効率の測定結果を、表−11に示す。また、実施例6及び7で得られた電極膜の断面観察写真を、図−9及び図−10に示す。
<Evaluation results>
Table 11 shows the measurement results of the photoelectric conversion efficiency of the perovskite solar cells of Example 6 and Example 7. Moreover, the cross-sectional observation photograph of the electrode film obtained in Examples 6 and 7 is shown in FIG. 9 and FIG.

表−11に示すように、本発明の正極形成用スラリーから作製した正極を用い、二酸化チタン電極膜厚の最適膜厚を選定することにより、変換効率4.65%の正極密着性良好なペロブスカイト太陽電池を得られることがわかる。また図−9及び図−10により、本発明の正極が良好な多孔質電極を形成しており、ペロブスカイト化合物が二酸化チタン電極膜内に充填されていることがわかる。  As shown in Table-11, by using the positive electrode prepared from the positive electrode forming slurry of the present invention and selecting the optimum film thickness of the titanium dioxide electrode film thickness, a perovskite solar cell with good conversion efficiency of 4.65% and positive electrode adhesion It can be seen that Further, FIG. 9 and FIG. 10 show that the positive electrode of the present invention forms a good porous electrode, and the perovskite compound is filled in the titanium dioxide electrode film.

本発明により、光電変換素子において、簡易でコストを抑え、かつ変換効率、耐久性などの性能にも優れた正極を提供することができる。  According to the present invention, in a photoelectric conversion element, it is possible to provide a positive electrode that is simple and low in cost and excellent in performance such as conversion efficiency and durability.

1 ガラス基板
2 FTO透明導電性膜
3 TiO2バッファー層
4 TiO2多孔質膜
5 ペロブスカイト化合物
6 正孔輸送材
7 金電極
8 絶縁層
9 カーボン電極膜
10 太陽電池
11 作用電極
12 対向電極
13 封止層
14 密封空間
15 電解質層
16 光透過性基板
17 透明電極部材
18 色素増感半導体層 電解質層
19 対向基板
20 触媒電極層
21 貫通孔
22 封止材
1 glass substrate 2 FTO transparent conductive film 3 TiO 2 buffer layer 4 TiO 2 porous film 5 perovskite compound 6 hole transport material 7 gold electrode 8 insulating layer 9 carbon electrode film 10 solar cell 11 working electrode 12 counter electrode 13 sealing Layer 14 Sealed space 15 Electrolyte layer 16 Light transmissive substrate 17 Transparent electrode member
18 Dye-sensitized semiconductor layer Electrolyte layer
19 counter substrate 20 catalyst electrode layer 21 through hole 22 sealing material

Claims (8)

層状酸化物を含有する炭素材料系触媒電極層を有することを特徴とする光電変換素子用正極。  A positive electrode for a photoelectric conversion element, comprising a carbon material-based catalyst electrode layer containing a layered oxide. 層状酸化物と炭素材料の含有量の重量比が、30:0.05〜3:16であることを特徴とする請求項1記載の光電変換素子用正極。  The positive electrode for a photoelectric conversion element according to claim 1, wherein the weight ratio of the content of the layered oxide and the carbon material is 30: 0.05 to 3:16. 膜厚が10μm以下、有機ポリマー成分含有量が20%以下である請求項1又は2記載の光電変換素子用正極。  The positive electrode for a photoelectric conversion element according to claim 1, wherein the film thickness is 10 μm or less and the organic polymer component content is 20% or less. 層状酸化物を含有することを特徴とする光電変換素子用正極形成用スラリー。  A slurry for forming a positive electrode for a photoelectric conversion element, comprising a layered oxide. 少なくとも(a)成分として層状酸化物、(b)成分としてカーボンブラック、(c)成分としてカーボンブラック以外の導電性材料、(d) 成分として(b)成分及び(c)成分以外の無機微粒子材料、並びに(e)成分として溶剤、を含むことを特徴とする光電変換素子用正極形成用スラリー。  At least the layered oxide as the component (a), the carbon black as the component (b), the conductive material other than the carbon black as the component (c), and the inorganic fine particle material other than the components (b) and (c) as the component (d) A slurry for forming a positive electrode for a photoelectric conversion element, comprising a solvent as a component (e). 層状酸化物を0.05〜16重量%含有することを特徴とする請求項4又は5記載の光電変換素子用正極形成用スラリー。  6. The slurry for forming a positive electrode for a photoelectric conversion element according to claim 4, wherein the layered oxide is contained in an amount of 0.05 to 16% by weight. (a)成分の含有量が0.05〜16重量%、(b)成分の含有量が2〜50重量%、(c)成分の含有量が0.025〜14重量%、(d) 成分の含有量が0.5〜40重量%であることを特徴とする請求項5記載の光電変換素子用正極形成用スラリー。  (a) Component content is 0.05 to 16% by weight, (b) Component content is 2 to 50% by weight, (c) Component content is 0.025 to 14% by weight, (d) Component content is The slurry for forming a positive electrode for a photoelectric conversion element according to claim 5, wherein the slurry is 0.5 to 40% by weight. 請求項4〜7のいずれかに記載のスラリーを基板上に塗布し、固化及び/又は乾燥することを特徴とする光電変換素子用正極の製造方法。A method for producing a positive electrode for a photoelectric conversion element, wherein the slurry according to any one of claims 4 to 7 is applied onto a substrate, solidified and / or dried.
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Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6522152B2 (en) * 2015-04-28 2019-05-29 コン・ケン・ユニヴァーシティ Carbon nanotube-cement composite compositions for catalysts on the counter electrode of dye-sensitized solar cells
CN110635046A (en) * 2019-09-23 2019-12-31 武汉理工大学 Preparation method of carbon-based double-layer electrode and perovskite type solar cell
JP7381012B2 (en) 2019-10-29 2023-11-15 旭カーボン株式会社 Counter electrode for dye-sensitized solar cells and dye-sensitized solar cells using the same
WO2024029426A1 (en) * 2022-08-01 2024-02-08 シャープ株式会社 Perovskite solar cell and method for producing same

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002298936A (en) * 2001-03-30 2002-10-11 Fuji Xerox Co Ltd Photoelectric conversion element and its manufacturing method
JP2003527735A (en) * 2000-03-22 2003-09-16 スーペリア マイクロパウダーズ リミテッド ライアビリティ カンパニー Electrode catalyst powder, method for producing powder, and device formed from the powder
JP2005310722A (en) * 2004-04-26 2005-11-04 Mitsubishi Electric Corp Dye-sensitized solar cell

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4883559B2 (en) * 2006-03-10 2012-02-22 独立行政法人産業技術総合研究所 Photoelectric conversion electrode
JP2010102883A (en) * 2008-10-22 2010-05-06 Yokohama Rubber Co Ltd:The Paste for metal oxide electrode, photoelectrode using the same, photoelectric conversion element, and pigment sensitized solar cell
JP2010114032A (en) * 2008-11-10 2010-05-20 Yokohama Rubber Co Ltd:The Method for manufacturing photo-electrode, photo-electrode, photoelectric converting element, and pigment sensitizing solar battery
JP2011165908A (en) * 2010-02-10 2011-08-25 Kaneka Corp Back sheet for solar cell, and solar cell module
WO2012026538A1 (en) * 2010-08-25 2012-03-01 横浜ゴム株式会社 Electrolyte for photoelectric conversion element, photoelectric conversion element using the electrolyte, and dye-sensitized solar cell using the electrolyte
JP5835664B2 (en) * 2011-11-28 2015-12-24 スリーボンドファインケミカル株式会社 Photocurable resin composition
JP5688006B2 (en) * 2011-12-29 2015-03-25 株式会社フジクラ Carbon counter electrode and dye-sensitized solar cell provided with the carbon counter electrode

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003527735A (en) * 2000-03-22 2003-09-16 スーペリア マイクロパウダーズ リミテッド ライアビリティ カンパニー Electrode catalyst powder, method for producing powder, and device formed from the powder
JP2002298936A (en) * 2001-03-30 2002-10-11 Fuji Xerox Co Ltd Photoelectric conversion element and its manufacturing method
JP2005310722A (en) * 2004-04-26 2005-11-04 Mitsubishi Electric Corp Dye-sensitized solar cell

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